(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を照射する光源と、
前記光源から出射された光を被測定部材に入射させる第１の光束と、参照光となる第２の光束に分割する光束分割部と、
前記光束分割部によって分割され、かつ前記被測定部材の被測定面によって反射された前記第１の光束を回折し、回折した前記第１の光束を再び前記被測定部材の被測定面に入射させる回折格子と、
前記光束分割部によって分割された前記第２の光束を反射する反射部と、
前記回折格子によって回折され、かつ前記被測定面によって再び反射された前記第１の光束と、前記反射部によって反射された前記第２の光束を重ね合わせる光束結合部と、
前記光束結合部により重ね合わされた前記第１の光束及び前記第２の光束の干渉光を受光する受光部と、
前記受光部により受光した干渉光強度に基づいて前記被測定面の高さ方向の変位情報を出力する相対位置情報出力手段と、
を備え、
前記回折格子の回折面は、前記被測定部材の被測定面に対して略直角に配置され、前記第１の光束の光路長が、前記被測定部材が高さ方向に変位しても、常に一定の距離に保たれる
変位検出装置。
【請求項２】
前記第１の光束における前記光束分割部から前記回折格子を介して前記光束結合部までの光路長と、前記第２の光束における前記光束分割部から前記反射部を介して前記光束結合部までの光路長は、略等しく設定されている
請求項１に記載の変位検出装置。
【請求項３】
前記被測定部材は、前記被測定面に複数の格子を有する反射型の回折格子スケールである
請求項１又２に記載の変位検出装置。
【請求項４】
前記被測定部材の前記複数の格子の上には、前記光源から照射された前記光の波長を含む特定の波長だけを反射させる反射膜からなる保護層が設けられている
請求項３に記載の変位検出装置。
【請求項５】
前記回折格子は、前記第１の光束を透過させる透過型の回折格子である
請求項１〜４のいずれかに記載の変位検出装置。
【請求項６】
前記回折格子によって回折され、かつ前記被測定部材の被測定面で反射された前記第１の光束を、前記被測定部材の被測定面に反射させて前記回折格子に再び入射させる戻し用反射部を設けた
請求項５に記載の変位検出装置。
【請求項７】
前記回折格子は、前記第１の光束が通過する前記光束分割部から前記光束結合部までの間に複数配置される
請求項５又は６に記載の変位検出装置。
【請求項８】
前記回折格子を透過し、回折した前記第１の光束が再び前記被測定部材の被測定面に入射する照射スポットは、前記第１の光束における前記光束分割部によって分割されて前記被測定部材の被測定面に入射される照射スポットと異なる箇所になる
請求項５〜７のいずれかに記載の変位検出装置。
【請求項９】
前記回折格子は、所定の厚さの格子部を有するボリュームタイプのホログラムからなり、
前記格子部の厚みは、格子ピッチの４倍以上に設定される
請求項５〜８のいずれかに記載の変位検出装置。
【請求項１０】
前記回折格子は、前記第１の光束を反射させる反射型の回折格子である
請求項１〜４のいずれかに記載の変位検出装置。
【請求項１１】
被測定部材の被測定面の互いに異なる任意の点における前記被測定面の高さ方向の変位情報を算出する複数の変位検出部と、
前記複数の変位検出部が算出した前記変位情報の平均値を算出する平均演算器と、を備え、
前記複数の変位検出部は、
光を照射する光源と、
前記光源から出射された光を前記被測定部材に入射させる第１の光束と、参照光となる第２の光束に分割する光束分割部と、
前記光束分割部によって分割され、かつ前記被測定部材の被測定面によって反射された前記第１の光束を回折し、回折した前記第１の光束を再び前記被測定部材の被測定面に入射させる回折格子と、
前記光束分割部によって分割された前記第２の光束を反射する反射部と、
前記回折格子によって回折され、かつ前記被測定面によって再び反射された前記第１の光束と、前記反射部によって反射された第２の光束を重ね合わせる光束結合部と、
前記光束結合部により重ね合わされた前記第１の光束及び前記第２の光束の干渉光を受光する受光部と、
前記受光部により受光した干渉光強度に基づいて前記被測定面の高さ方向の変位情報を出力する相対位置情報出力手段と、を有し、
前記回折格子の回折面は、前記被測定部材の被測定面に対して略直角に配置され、前記第１の光束の光路長が、前記被測定部材が高さ方向に変位しても、常に一定の距離に保たれる
変位検出装置。
【請求項１２】
前記複数の変位検出部は、一つの光源を共有し、共有した前記一つの光源から光が分配される
請求項１１に記載の変位検出装置。
【請求項１３】
第１反射面と、前記第１反射面と間隔を空けて前記第１反射面に対向する第２反射面を有する被測定部材の変位情報を検出する変位検出装置において、
光を照射する光源と、
前記光源から出射された光を前記被測定部材の前記第１反射面に入射させる第１の光束と、前記被測定部材の前記第２反射面に入射させる第２の光束に分割する光束分割部と、
前記光束分割部によって分割され、かつ前記第１反射面によって反射された前記第１の光束及び前記第２反射面によって反射された前記第２の光束を回折し、回折した前記第１の光束を再び前記第１反射面に入射させ、かつ回折した前記第２の光束を前記２反射面に入射させる回折格子と、
前記回折格子によって回折され、かつ前記第１反射面によって再び反射された前記第１の光束及び前記第２反射面によって再び反射された前記第２の光束を、重ね合わせる光束結合部と、
前記光束結合部により重ね合わされた前記第１の光束及び前記第２の光束の干渉光を受光する受光部と、
前記受光部により受光した干渉光強度に基づいて前記被測定部材の変位情報を出力する相対位置情報出力手段と、を備え、
前記回折格子の回折面は、前記被測定部材の被測定面に対して略直角に配置され、前記第１の光束の光路長が、前記被測定部材が高さ方向に変位しても、常に一定の距離に保たれる
変位検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源から出射された光を用いた非接触センサによって被測定面の変位を検出する変位検出装置に関し、詳しくは被測定面の垂直な方向の変位を検出する技術に係わる。
【背景技術】
【０００２】
従来から、被測定面の変位や形状を非接触で測定する装置として光を用いた変位検出装置が広く利用されている。代表的な例としては、レーザ光を被測定面に照射し、反射光の位置の変化をＰＳＤで検出する方法がある。しかしながら、この方法では、被測定面の傾きの影響を受けやすく、感度が低く、測定範囲を広げると測定の分解能が落ちるという問題があった。
【０００３】
これに対し、被測定面をミラーとしてマイケルソンの干渉計を使用する方法がある。この方法は、検出範囲が広く、直線性に優れるが、測定範囲が広がると光源の波長の変化と空気の屈折率の変化を受ける。
【０００４】
一方、光源から出射した光を対物レンズで被測定面に集光し、被測定面で反射した反射光を非点光学素子で集光して受光素子に入射させて、非点収差法によりフォーカスエラー信号を生成する。そして、フォーカスエラー信号を用いてサーボ機構を駆動させ、対物レンズの焦点位置が被測定面となるように対物レンズを変位させる。このとき、対物レンズに連結部材を介して一体的に取り付けられたリニアスケールの目盛を読み取ることで、被測定面の変位を検出する方式がある（例えば、特許文献１を参照）。この方法では、被測定面の傾きの変化を受けにくく、大きな測定範囲を高い分解能で計測できるメリットがあった。
【０００５】
特許文献１に開示された変位検出装置では、変位検出の高精度化を図るために、対物レンズの開口数（ＮＡ：Numerical Aperture）を大きくして被測定面に集光させるビーム径を小さくしている。例えば、被測定面に結像されるビーム径を２μｍ程度にすると、リニアスケールの検出精度は、数ｎｍ〜１００数ｎｍ程度になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平５−８９４８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の特許文献１に記載された変位検出装置では、例えば磁石とコイルを用いたアクチュエータ等のような駆動機構により対物レンズをその光軸方向に上下運動させている。そのため、アクチュエータの構造や質量によって対物レンズの上下運動のメカ的な応答周波数が制限されていた。その結果、特許文献１に記載された変位検出装置では、高速で振動する被測定物の計測は難しかった。また、検出点を絞れる反面、被測定物上の異物やビーム形状に近い細かな形状変化の影響を受け、大きな誤差を発生する、という問題があり、その使用条件に制約が生じてしまっていた。
【０００８】
本発明の目的は、高精度に被測定部材の高さ方向の変位を検出でき、高速で安定した計測が可能な変位検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決し、本発明の目的を達成するため、本発明の変位検出装置は、光を照射する光源と、光束分割部と、回折格子と、反射部と、光束結合部と、受光部と、相対位置情報出力手段と、を備えている。
光束分割部は、光源から出射された光を被測定部材に入射させる第１の光束と、参照光となる第２の光束に分割する。回折格子は、光束分割部によって分割され、かつ被測定部材の被測定面によって反射された第１の光束を回折し、回折した第１の光束を再び被測定部材の被測定面に入射させる。反射部は、光束分割部によって分割された第２の光束を反射する。光束結合部は、回折格子によって回折され、かつ被測定面によって再び反射された第１の光束と、反射部によって反射された第２の光束を重ね合わせる。受光部は、光束結合部により重ね合わされた第１の光束及び第２の光束との干渉光を受光する。そして、相対位置情報出力手段は、受光部により受光した干渉光強度に基づいて被測定面の高さ方向の変位情報を出力する。また、回折格子の回折面は、被測定部材の被測定面に対して略直角に配置され、第１の光束の光路長が、被測定部材が高さ方向に変位しても、常に一定の距離に保たれる。
【００１０】
また、第１の光束における光束分割部から光束結合部までの光路長と、第２の光束における光束分割部から光束結合部までの光路長を略等しく設定する。
【００１１】
また、本発明の他の変位検出装置は、複数の変位検出部と、平均演算器と、を備えている。複数の変位検出部は、被測定部材の被測定面の互いに異なる任意の点における被測定面の高さ方向の変位情報を算出する。平均演算器は、複数の変位検出部が算出した変位情報の平均値を算出する。
また、複数の変位検出部は、それぞれ上述した変位検出装置と同一の構成を有する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の変位検出装置によれば、従来のような駆動機構を必要としないので、使用時に発生する熱を抑制できる。さらに、駆動機構を駆動させる必要が無いので、応答周波数といった問題も解消され、使用条件を広くすることができる。
【００１３】
また、第１の光束の光路長と第２の光束の光路長の長さを等しく設定しているため、気圧や湿度、温度の変化による光源の波長変動があったとしても、第１の光束及び第２の光束が受ける影響を等しくすることができる。その結果、気圧補正や湿度補正、温度補正を行う必要がなく、安定した計測が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の変位検出装置の第１の実施の形態例の構成を示す概略構成図である。
【図２】本発明の変位検出装置の第１の実施の形態例にかかる回折格子の一例を示す側面図である。
【図３】本発明の変位検出装置の第１の実施の形態例にかかる要部を示す説明図である。
【図４】本発明の変位検出装置の第１の実施の形態例にかかる相対位置情報出力手段を示すブロック図である。
【図５】本発明の変位検出装置の第１の実施の形態例にかかる被測定部材を示す断面図である。
【図６】本発明の変位検出装置の第２の実施の形態例の構成を示す概略構成図である。
【図７】本発明の変位検出装置の第３の実施の形態例の構成を示す概略構成図である。
【図８】本発明の変位検出装置の第３の実施の形態例における変位検出装置における絶対値用受光部に照射される照射像の例を示す説明図である。
【図９】本発明の変位検出装置の第３の実施の形態例における絶対値用受光部によって検出された光量から得られる信号の特性を示す図である。
【図１０】本発明の変位検出装置の第４の実施の形態例の構成を示す概略構成図である。
【図１１】本発明の変位検出装置の第５の実施の形態例の構成を示す概略構成図である。
【図１２】本発明の変位検出装置の第６の実施の形態例の構成を示す概略構成図である。
【図１３】本発明の変位検出装置の第７の実施の形態例の構成を示す概略構成図である。
【図１４】本発明の変位検出装置の第８の実施の形態例の構成を示す概略構成図である。
【図１５】複数の変位検出部を有する変位検出装置における光源周りの概略構成図である。
【図１６】本発明の変位検出装置の第９の実施の形態例の構成を示す概略構成図である。
【図１７】本発明の変位検出装置の第９の実施の形態例にかかる要部を示す説明図である。
【図１８】本発明の変位検出装置の第９の実施の形態例にかかる回折格子を示すもので、図１８Ａは回折格子の第１の例を示す断面図、図１８Ｂは回折格子の第２の例を示す断面図である。
【図１９】本発明の変位検出装置の第１０の実施の形態例の構成を示す概略構成図である。
【図２０】本発明の変位検出装置の第１１の実施の形態例の構成を示す概略構成図である。
【図２１】本発明の変位検出装置の第１２の実施の形態例の構成を示す概略構成図である。
【図２２】被測定部材の変形例を示す断面図である。
【図２３】被測定部材の変形例を示す断面図である。
【図２４】被測定部材の変形例を示す説明図である。
【図２５】本発明の変位検出装置の第１の利用例を示す模式図である。
【図２６】本発明の変位検出装置の第２の利用例を示す模式図である。
【図２７】本発明の変位検出装置の第１３の実施の形態例の構成を示す概略構成図である。
【図２８】本発明の変位検出装置の第１３の実施の形態例における要部を示す説明図である。
【図２９】図２７に示す変位検出装置にかかる被測定ブロックを示すもので、図２９Ａは被測定ブロックの一例を示す平面図、図２９Ｂは被測定ブロックの他の例を示す平面図である。
【図３０】本発明の変位検出装置の第１４の実施の形態例の構成を示す概略構成図である。
【図３１】本発明の変位検出装置の第１５の実施の形態例の構成を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の変位検出装置の実施の形態例について、図１〜図３１を参照して説明する。なお、各図において共通の部材には、同一の符号を付している。また、本発明は、以下の形態に限定されるものではない。
また、以下の説明において記載される各種のレンズは、単レンズであってもよいし、レンズ群であってもよい。
【００１６】
１．変位検出装置の第１の実施の形態例
まず、本発明の変位検出装置の第１の実施の形態例（以下、「本例」という。）の構成を図１〜図５に従って説明する。
【００１７】
１−１．変位検出装置の構成例
図１は、変位検出装置の構成を示す概略構成図、図２は、変位検出装置の回折格子の一例を示す側面図、図３は、変位検出装置の要部を示す説明図、図４は、変位検出装置における相対位置情報出力手段の概略構成を示すブロック図である。
【００１８】
本例の変位検出装置１は、回折格子を用いて、被測定面における垂直な方向の変位を検出することができる変位検出装置である。図１に示すように、変位検出装置１は、光源２と、光源から出射される光を２つの光束に分割する光束分割部３と、回折格子４と、反射部の一例を示すミラー６と、受光部８とを有している。さらに、変位検出装置１は、被測定部材９の被測定面の直交する方向、すなわち高さ方向の相対位置情報（変位情報）を出力する相対位置情報出力手段１０を備えている。
【００１９】
光源２には、例えば半導体レーザダイオードやスーパールミネッセンスダイオード、ガスレーザ、固体レーザ、発光ダイオード等が挙げられる。
【００２０】
光源２として、可干渉距離が長い光源を用いると、被測定部材９の被測定面のチルト等による物体光と参照光の光路長差の影響を受けにくくチルト許容範囲が広くなる。また、光源２の可干渉距離が短くなるほど、不要な迷光の干渉によるノイズを防ぐことができ、高精度な計測をすることができる。
【００２１】
さらに、光源２として、シングルモードのレーザを用いると、波長を安定させるために、光源２の温度をコントロールすることが望ましい。また、シングルモードのレーザの光に、高周波重畳などを付加して、光の可干渉性を低下させてもよい。さらに、マルチモードのレーザを用いる場合も、ペルチェ素子等で光源２の温度をコントロールすることで、不要な迷光の干渉によるノイズを防ぎ、さらに安定した計測が可能になる。
【００２２】
この光源２から出射された光は、光束分割部３に入射する。なお。光源２と光束分割部３の間には、コリメートレンズ等からなるレンズ１１が配置されている。レンズ１１は、光源２から出射された光を平行光にコリメートする。そのため、光束分割部３には、レンズ１１により平行光にコリメートされた光が入射される。
【００２３】
光束分割部３は、コリメートされた光を物体光である第１の光束Ｌ１と、参照光である第２の光束Ｌ２に分割する。第１の光束Ｌ１は、被測定部材９に照射され、第２の光束Ｌ２は、ミラー６に照射される。また、光束分割部３は、例えば、光源２からの光のうち、ｓ偏光を反射し、ｐ偏光を透過する。
【００２４】
光束分割部３では、光が第１の光束Ｌ１と第２の光束Ｌ２に分割されるが、その光量比率は、受光部８に入射する際に被測定部材９側とミラー６側でそれぞれが同じ光量になるような比率にすることが好ましい。
【００２５】
また、光源２と光束分割部３との間に偏光板を設けてもよい。これにより、それぞれの偏光に対して直行した偏光成分としてわずかに存在する漏れ光、ノイズを除去することができる。
【００２６】
光束分割部３と被測定部材９との間には、第１の位相板１２が配置されており、光束分割部３とミラー６との間には、第２の位相板１３が配置されている。第１の位相板１２及び第２の位相板１３は、それぞれ１／４波長板等から構成されている。
【００２７】
被測定部材９は、第１の光束Ｌ１を回折格子４に反射させる。なお、被測定部材９としては、ミラー等が用いられる。被測定部材９の詳細な構成例については、後述する。本例の回折格子４は、入射した光を反射させ、かつ回折させる反射型の回折格子である。
【００２８】
また、被測定部材９は、回折格子４によって回折された第１の光束Ｌ１を再び光束分割部３へ反射させる。回折格子４は、被測定部材９の被測定面に対して略直角、すなわち回折格子４の回折面と被測定部材９の被測定面で形成される角度がほぼ９０°となるように配置されている。
【００２９】
なお、回折格子４における被測定部材９に対する配置する精度は、変位検出装置１に要求する測定精度によって種々設定されるものである。すなわち、変位検出装置１に高い精度を要求する場合、回折格子４を被測定部材９の被測定面に対して９０°±０．５°の範囲に配置することが好ましい。これに対し、回折格子を被測定部材の被測定面に対して９０°から±２°の範囲で配置しても、変位検出装置１を工作機械等の低精度の測定に用いる場合には、十分である。
【００３０】
また、回折格子４に入射した第１の光束Ｌ１は、回折格子４によって反射し、かつ回折される。この回折格子４の格子ピッチΛは、回折角が回折格子４への入射角とほぼ等しくなるように設定される。すなわち、回折格子４の格子ピッチΛは、被測定面への入射角をθ、光の波長をλとすると、次の式１を満たす値に設定することが好ましい。なお、上述したように、回折格子４が被測定部材９の被測定面に対して直角に配置されているため、回折格子４への入射角は、π／２−θとなる。
［式１］
Λ＝λ／（２ｓｉｎ（π／２−θ））
【００３１】
そのため、回折格子４によって反射し、かつ回折されて再び被測定部材９に入射するときの光路が、光束分割部３によって分割された第１の光束Ｌ１が被測定部材９によって反射されて回折格子４に入射するときの光路に重なり合う。その結果、回折格子４によって回折された第１の光束Ｌ１は、光束分割部３から被測定部材９に照射された照射スポットＰ１とおなじ点に戻る。そして、第１の光束Ｌ１は、被測定部材９で再び反射され、光束分割部３から照射されたときの光路と、同じ光路を通って光束分割部３に戻る。
【００３２】
なお、回折格子としては、図２に示すような回折格子４Ａを用いてよい。
図２は、回折格子の一例を示す側面図である。
図２に示すように、回折格子４Ａは、溝の断面形状を鋸歯状に形成した、いわゆるブレーズド回折格子である。この回折格子４Ａによれば、被測定部材９から反射した第１の光束Ｌ１や、ミラー６から反射した第２の光束Ｌ２の回折効率を高めることができ、信号のノイズを低下させることができる。
【００３３】
また、図１に示すように、ミラー６は、光束分割部３によって分割された第２の光束Ｌ２を回折格子４に反射するものである。このミラー６は、回折格子４を間に挟んで被測定部材９と対向する位置に設けられている。そして、ミラー６の反射面は、被測定部材９の被測定面と略平行に配置される。そのため、ミラー６の反射面と回折格子４の回折面で形成される角度がほぼ９０°となるように、ミラー６及び回折格子４は配置される。
【００３４】
また、ミラー６は、回折格子４によって回折された第２の光束Ｌ２を再び光束分割部３に反射する。なお、ミラー６によって反射され、かつ回折格子４によって回折された第２の光束Ｌ２も、第１の光束Ｌ１と同様に、光束分割部３から照射されたときの光路と、同じ光路を通って、光束分割部３に戻る。
【００３５】
このミラー６は、第１の光束Ｌ１における光束分割部３から回折格子４までの光路長と、第２の光束Ｌ２における光束分割部３から回折格子４までの光路長が等しくなるように配置される。ミラー６を設けたことで、変位検出装置１を製造する際に、第１の光束Ｌ１の光路長と第２の光束Ｌ２の光路長や光軸の角度を調整し易くすることができる。その結果、気圧や湿度や温度の変化による光源２の波長変動の影響を受けにくくすることができる。
【００３６】
上述したように、ミラー６の反射面と回折格子４の回折面は、被測定部材９と回折格子４の関係と同様に、略直角に配置することが好ましい。これにより、回折格子４によって回折されて再びミラー６に入射するときの光路が、ミラー６によって反射されて回折格子４に入射するときの光路に重なり合う。
【００３７】
また、光束分割部３は、被測定部材９及びミラー６から反射されて戻ってきた第１の光束Ｌ１及び第２の光束Ｌ２を重ね合わせて、受光部８に照射する。すなわち、本例で示す光束分割部３は、光を分割する光束分割部としての役割と、第１の光束と第２の光束を重ね合わせる光束結合部としての役割を有している。
【００３８】
ここで、光束分割部３から被測定部材９及び回折格子４を介して光束分割部３に戻るまでの長さと、光束分割部３からミラー６及び回折格子４を介して光束分割部３に戻るまでの長さは、略等しく設定されている。すなわち、第１の光束Ｌ１と第２の光束Ｌ２の光路長を等しく設定したため、気圧や湿度、温度の変化による光源の波長変動があったとしても、第１の光束Ｌ１及び第２の光束Ｌ２が受ける影響を等しくすることができる。その結果、気圧補正や湿度補正、温度補正を行う必要がなく、周囲環境に関わらず安定した測定を行うことができる。
【００３９】
受光部８は、光束分割部３からの入射された第１の光束Ｌ１及び第２の光束Ｌ２を集光する集光レンズ１４と、光を分割するハーフミラー１６と、第１の偏光ビームスプリッタ１８と、第２の偏光ビームスプリッタ１９とを有している。また、ハーフミラー１６と第２の偏光ビームスプリッタ１９との光路上には、例えば１／４波長板等からなる受光側位相板１７が配置されている。
【００４０】
第１の偏光ビームスプリッタ１８は、入射される光束の偏光方向が入射面に対して４５度傾くように配置されている。この第１の偏光ビームスプリッタ１８における光の出射口側には、第１の受光素子３３と、第２の受光素子３４が設けられている。また、第２の偏光ビームスプリッタ１９における光の出射口側には、第３の受光素子３５と、第４の受光素子３６が設けられている。
【００４１】
これら第１の偏光ビームスプリッタ１８及び第２の偏光ビームスプリッタ１９は、ｓ偏光成分を有する干渉光を反射させ、ｐ偏光成分を有する干渉光を透過させて、光を分割するものである。
【００４２】
そして、受光部８には、相対位置情報出力手段１０が接続されている。図４に示すように、相対位置情報出力手段１０は第１の差動増幅器６１ａと、第２の差動増幅器６１ｂと、第１のＡ／Ｄ変換器６２ａと、第２のＡ／Ｄ変換器６２ｂと、波形補正処理部６３と、インクリメンタル信号発生器６４とを有している。
【００４３】
第１の差動増幅器６１ａには、第１の受光素子３３及び第２の受光素子３４が接続されており、第２の差動増幅器６１ｂには、第３の受光素子３５及び第４の受光素子３６が接続されている。また、第１の差動増幅器６１ａには、第１のＡ／Ｄ変換器６２ａが接続されており、第２の差動増幅器６１ｂには、第２のＡ／Ｄ変換器６２ｂが接続されている。そして、第１のＡ／Ｄ変換器６２ａ及び第２のＡ／Ｄ変換器６２ｂは、波形補正処理部６３と接続している。
【００４４】
１−２．変位検出装置の動作
次に、図１、図３及び図４を参照して、本例の変位検出装置１の動作について説明する。
【００４５】
図１に示すように、光源から出射した光は、レンズ１１によりコリメートされて平行光となる。そして、レンズ１１によりコリメートされた平行光は、光束分割部３に入射する。光束分割部３に入射した光は、第１の光束Ｌ１と第２の光束Ｌ２に分割される。ここで、光束分割部３は、光のうちｓ偏光を反射し、ｐ偏光を透過する。そのため、光束分割部３を透過したｐ偏光による第１の光束Ｌ１は、第１の位相板１２に照射され、光束分割部３により反射されたｓ偏光による第２の光束Ｌ２は、第２の位相板１３に照射される。
【００４６】
そして、第１の光束Ｌ１及び第２の光束Ｌ２は、第１の位相板１２及び第２の位相板１３により円偏光となる。図３に示すように、円偏光となった第１の光束Ｌ１は、被測定部材９の被測定面の任意の照射スポットＰ１に入射角θで入射する。そして、第１の光束Ｌ１は、被測定部材９によって反射された回折格子４の回折位置Ｔ１に入射角π／２−θで入射する。
【００４７】
回折格子４に入射した第１の光束Ｌ１は、回折格子４によって回折される、そして、回折された第１の光束Ｌ１は、再び被測定部材９に入射する。次に、再び被測定部材９に入射した第１の光束Ｌ１は、被測定部材９で反射されて、第１の位相板１２に照射される。
【００４８】
一方、ミラー６に照射された第２の光束Ｌ２は、ミラー６で反射されて、回折格子４に照射される。そして、第１の光束Ｌ１と同様に、第２の光束Ｌ２は、回折格子４によって回折されて、再びミラー６に入射する。
【００４９】
上述したように、ミラー６は、第１の光束Ｌ１における光束分割部３から回折格子４までの光路長と、第２の光束Ｌ２における光束分割部３から回折格子４までの光路長が等しくなるように配置されている。そのため、気圧や湿度、温度の変化による光源の波長変動があったとしても、第１の光束Ｌ１及び第２の光束Ｌ２が受ける影響を等しくすることができる。
【００５０】
さらに、第１の光束Ｌ１及び第２の光束Ｌ２を共に回折格子４に入射させて回折させている。これにより、温度変化によって回折格子４の回折角に変化が起きても、第１の光束Ｌ１及び第２の光束Ｌ２が受ける影響を等しくすることができる。
【００５１】
ミラー６に再び入射した第２の光束Ｌ２は、ミラー６で反射されて、第２の位相板１３に照射される。第１の光束Ｌ１は、第１の位相板１２によって行きと直交した直線偏光、すなわちｓ偏光となる。また、第２の光束Ｌ２は、第２の位相板１３によって行きと直交した直線偏光ｐ偏光となる。したがって、第１の光束Ｌ１は、光束分割部３を透過して受光部８に照射される。また、第２の光束Ｌ２は、光束分割部３で反射されて受光部８に照射される。そのため、受光部８には、互いに直交した直線偏光の第１の光束Ｌ１と第２の光束Ｌ２が重なった光束Ｌａが入射する。
【００５２】
光束Ｌａは、集光レンズ１４によって集光されて、ハーフミラー１６に照射される。ハーフミラー１６は、光束Ｌａを２つの光に分割する。ハーフミラー１６を反射した光束Ｌａは、第１の偏光ビームスプリッタ１８に入射する。
【００５３】
ここで、第１の偏光ビームスプリッタ１８は、互いに偏光方向が９０度異なる第１の光束Ｌ１及び第２の光束Ｌ２の偏光方向が、第１の偏光ビームスプリッタ１８の入射面に対してそれぞれ偏光方向が４５度傾くように傾けて配置されている。これにより、第１の光束Ｌ１及び第２の光束Ｌ２は、第１の偏光ビームスプリッタ１８に対してそれぞれｐ偏光成分とｓ偏光成分を有することになる。したがって、第１の偏光ビームスプリッタ１８を透過した第１の光束Ｌ１及び第２の光束Ｌ２は、同じ偏光方向を有する偏光同士が干渉する。よって、第１の光束Ｌ１と第２の光束Ｌ２を第１の偏光ビームスプリッタ１８によって干渉させることができる。
【００５４】
同様に、第１の偏光ビームスプリッタ１８によって反射される第１の光束Ｌ１及び第２の光束Ｌ２は、第１の偏光ビームスプリッタ１８に対して同じ偏光方向を有する偏光同士が干渉する。そのため、第１の偏光ビームスプリッタ１８によって干渉させることができる。
【００５５】
第１の偏光ビームスプリッタ１８によって反射された第１の光束Ｌ１及び第２の光束Ｌ２との干渉光は、第１の受光素子３３によって受光される。また、第１の偏光ビームスプリッタ１８を透過した第１の光束Ｌ１及び第２の光束Ｌ２との干渉光は、第２の受光素子３４によって受光される。ここで、第１の受光素子３３と第２の受光素子３４とによって光電変換される信号は、１８０度位相の異なる信号となる。
【００５６】
第１の受光素子３３と第２の受光素子３４によって得られる干渉信号は、Ａｃｏｓ（Ｋｘ＋δ）の干渉信号が得られる。Ａは、干渉の振幅であり、Ｋは２π／Λで示される波数である。また、ｘは、回折格子４上における第１の光束Ｌ１の移動量を示しており、δは、初期位相を示している。Λは、回折格子４における格子のピッチである。
【００５７】
ここで、図３に示すように、被測定部材９が高さ方向にｘ／２だけ移動すると、被測定部材９の測定面に照射される第１の光束Ｌ１は、照射スポットＰ１から照射スポットＰ２に移動する。また、被測定部材９に反射された第１の光束Ｌ１は、回折格子４の回折位置Ｔ１から回折位置Ｔ２に移動する。ここで、回折格子４は、被測定部材９の被測定面に対して略直角に配置されているため、回折位置Ｔ１と回折位置Ｔ２の間隔は、照射スポットＰ１と照射スポットＰ２の間隔の２倍のｘとなる。すなわち、回折格子４上を移動する第１の光束Ｌ１の移動量は、被測定部材９を移動した際の２倍のｘとなる。
【００５８】
また、回折格子４が被測定部材９の被測定面に対して略直角に配置されているため、被測定部材９が高さ方向に変位しても、Ｐ２−Ｔ２間の距離と、Ｐ２−Ｐ１−Ｔ１間の距離が一定であることから、第１の光束Ｌ１の光路長は常に一定となることが分かる。すなわち、第１の光束Ｌ１の波長は、変化しない。そして、被測定部材９が高さ方向に変位すると、回折格子４に入射する位置だけが変化する。
【００５９】
よって、回折された第１の光束Ｌ１には、Ｋｘの位相が加わる。つまり、被測定部材９が高さ方向に対してｘ／２だけ移動すると、第１の光束Ｌ１は回折格子４上ではｘだけ移動する。そのため、第１の光束Ｌ１には、Ｋｘの位相が加わり、１周期の光の明暗が生じる干渉光が第１の受光素子３３、第２の受光素子３４によって受光される。
【００６０】
ここで、第１の受光素子３３及び第２の受光素子３４によって得られる干渉信号には、光源２の波長に関する成分が含まれていない。よって、気圧や湿度、温度の変化による光源の波長に変動が起きても干渉強度には、影響を受けない。
【００６１】
一方、図１に示すように、ハーフミラー１６を透過した光束Ｌａは、受光側位相板１７に入射する。互いに偏光方向が９０度異なる直線偏光である第１の光束Ｌ１及び第２の光束Ｌ２からなる光束Ｌａは、受光側位相板１７を透過することにより、互いに逆回りの円偏光となる。そして、この互いに逆回りの円偏光は同一光路上にあるので、重ね合わされることにより直線偏光となり、第２の偏光ビームスプリッタ１９に入射する。
【００６２】
この直線偏光のｓ偏光成分は第２の偏光ビームスプリッタ１９によって反射され、第３の受光素子３５に受光される。また、ｐ偏光成分は、第２の偏光ビームスプリッタ１９を透過し、第４の受光素子３６によって受光される。
【００６３】
上述したように、第２の偏光ビームスプリッタ１９に入射する直線偏光は、互いに逆回りの円偏光の重ね合わせによって生じている。そして、第２の偏光ビームスプリッタ１９に入射される直線偏光の偏光方向は、被測定部材９が高さ方向にΛ／２だけ移動すると１／２回転する。したがって、第３の受光素子３５と第４の受光素子３６でも同様に、Ａｃｏｓ（Ｋｘ＋δ’）の干渉信号が得られる。δ’は初期位相である。
【００６４】
また、第３の受光素子３５と第４の受光素子３６とで光電変換される信号は、１８０度位相が異なる。
【００６５】
なお、本実施形態では、第１の偏光ビームスプリッタ１８に対して、第３の受光素子３５と第４の受光素子３６に受光される光束を分割する第２の偏光ビームスプリッタ１９を４５度傾けて配置している。このため、第３の受光素子３５と第４の受光素子３６において得られる信号は、第１の受光素子３３と第２の受光素子３４において得られる信号に対し、９０度位相がずれている。
【００６６】
したがって、例えば第１の受光素子３３と第２の受光素子３４で得られる信号をｓｉｎ信号、第３の受光素子３５と第４の受光素子３６において得られる信号をｃｏｓ信号として用いることによりリサージュ信号を取得することができる。
【００６７】
これらの受光素子によって得られる信号は、相対位置情報出力手段１０によって演算され、被測定面の変位量がカウントされる。
【００６８】
図４に示すように、例えば、本例の相対位置情報出力手段１０では、まず、第１の受光素子３３と第２の受光素子３４で得られた位相が互いに１８０度異なる信号を第１の差動増幅器６１ａによって差動増幅し、干渉信号の直流成分をキャンセルする。
【００６９】
そして、この信号は、第１のＡ／Ｄ変換器６２ａによってＡ／Ｄ変換され、波形補正処理部６３によって信号振幅とオフセットと位相が補正される。この信号は、例えばＡ相のインクリメンタル信号としてインクリメンタル信号発生器６４において演算される。
【００７０】
また同様に、第３の受光素子３５及び第４の受光素子３６で得られた信号は、第２の差動増幅器６１ｂによって差動増幅され、第２のＡ／Ｄ変換器６２ｂによってＡ／Ｄ変換される。そして、波形補正処理部６３により信号振幅とオフセットと位相とが補正され、Ａ相と位相が９０度異なるＢ相のインクリメンタル信号としてインクリメンタル信号発生器６４から出力される。
【００７１】
こうして得られた２相のインクリメンタル信号は、図示しないパルス弁別回路等により正逆の判別が行われ、これにより、被測定部材９の高さ方向の変位量が、プラス方向であるかマイナス方向であるかを検出できる。
【００７２】
また、図示しないカウンタによってインクリメンタル信号のパルス数をカウントすることにより、第１の光束Ｌ１と第２の光束Ｌ２の干渉光強度が上述の周期の何周期分変化したのかを計測できる。これにより、被測定部材９の変位量が検出される。
【００７３】
なお、本例の相対位置情報出力手段１０の出力する相対位置情報は、上述の２相のインクリメンタル信号であってもよいし、それから算出された変位量、変位方向を含む信号であってもよい。
【００７４】
２．被測定部材の構成例
次に、図５を参照して被測定部材の構成例及び変形例について説明する。
図５は被測定部材を示す断面図である。
【００７５】
一般に光源２からの光を反射させる被測定部材９としては、ミラー等が用いられる。図５に示すように、被測定部材９は、基板９ｂと、基板９ｂ上に積層された反射膜９ａとを有している。この反射膜９ａは、極めて平坦に加工されている。また、表面を平坦化することで、より正確な高さ方向の変位を検出することが可能となる。さらに、反射膜９ａは、光源２の波長を含む特定の波長のみを反射するようにしてもよい。
【００７６】
３．変位検出装置の第２の実施の形態例
次に、図６を参照して本発明の第２の実施の形態例について説明する。
図６は、変位検出装置の構成を示す概略構成図である。
【００７７】
この第２の実施の形態例にかかる変位検出装置１０１と、第１の実施の形態例にかかる変位検出装置１と異なる点は、第２のミラー１０４を設けて第１の光束Ｌ１及び第２の光束Ｌ２を２回回折した点である。そのため、ここでは、第２のミラー１０４について説明し、第１の実施の形態例にかかる変位検出装置１と共通する部分には同一の符号を付して重複した説明を省略する。
【００７８】
図６に示すように、変位検出装置１０１は、回折格子４と対向して第２のミラー１０４が配置されている。そして、回折格子４によって一回回折された第１の光束Ｌ１及び第２の光束Ｌ２は、第２のミラー１０４に照射される。そして、第２のミラー１０４は、一回回折された第１の光束Ｌ１及び第２の光束Ｌ２を、一回目の回折位置を同じポイントに向けて反射させる。すなわち、回折格子４の格子ピッチΛは、被測定面への入射角をθ、光の波長をλとすると、次の式２を満たす値に設定される。
［式２］
Λ＝λ／ｓｉｎ（π／２−θ）
【００７９】
そのため、第１の光束Ｌ１及び第２の光束Ｌ２は、回折格子４によって２回回折されて、被測定部材９またはミラー６に戻る。なお、第１の光束Ｌ１における光束分割部３から第２のミラー１０４までの光路長と、第２の光束Ｌ２における光束分割部３から第２のミラー１０４までの光路長は、等しく設定されている。
【００８０】
その他の構成は、第１の実施の形態にかかる変位検出装置１と同様であるため、それらの説明は省略する。このような構成を有する変位検出装置１０１によっても、上述した第１の実施の形態例にかかる変位検出装置１と同様の作用効果を得ることができる。
【００８１】
なお、この第２の実施の形態例にかかる変位検出装置１０１によれば、第１の光束Ｌ１及び第２の光束Ｌ２を２回回折しているため、得られる干渉信号はＡｃｏｓ（２Ｋｘ＋δ）となる。
【００８２】
４．変位検出装置の第３の実施の形態例
次に、図７、図８及び図９を参照して本発明の変位検出装置の第３の実施の形態例について説明する。
図７は、変位検出装置の構成を示す概略構成図である。図８は、変位検出装置における絶対値用受光部に照射される照射像の例を示す説明図、図９は、絶対値用受光部によって検出された光量から得られる信号の特性を示す図である。
【００８３】
この第３の実施の形態例にかかる変位検出装置２０１が、第１の実施の形態例にかかる変位検出装置１と異なる点は、第２の集光レンズ２０２及び第３の集光レンズ２０３設けた点と、絶対位置検出を行う点である。そのため、ここでは、第２の集光レンズ２０２及び第３の集光レンズ２０３について説明し、第１の実施の形態例にかかる変位検出装置１と共通する部分には同一の符号を付して重複した説明を省略する。
【００８４】
図７に示すように、第１の位相板１２と被測定部材９の間には、第１の光束Ｌ１を集光する第２の集光レンズ２０２が設けられている。また、第２の位相板１３とミラー６の間には、第２の光束Ｌ２を集光する第３の集光レンズ２０３が設けられている。そして、第２の集光レンズ２０２及び第３の集光レンズ２０３によって、第１の光束Ｌ１及び第２の光束Ｌ２を集光させて、回折格子４に収束する収束光とする。
【００８５】
これにより、被測定部材９の被測定面がチルトした（傾いた）際に生じる干渉信号の振幅の低下を抑制することができる。また、光束Ｌ２を被測定部材９上に集光させるなど、使用目的に応じて被測定部材９上に照射されるビーム径を調整してもよい。
【００８６】
また、回折格子４と対向するように絶対値用受光部３７が配置されている。この絶対値用受光部３７は、回折格子４に入射した第１の光束Ｌ１のうち回折格子面から反射した反射光を受光する。絶対値用受光部３７は絶対位置情報出力手段４０に接続されている。
【００８７】
図８に示すように、絶対値用受光部３７は、第５の受光素子３７Ｃと、第６の受光素子３７Ｄとを有している。第５の受光素子３７Ｃ及び第６の受光素子３７Ｄは、被測定部材９が高さ方向に変位した際に、反射光が移動（シフト）する方向に沿って並べて配置されている。この第５の受光素子３７Ｃ及び第６の受光素子３７Ｄは、絶対位置情報出力手段４０を構成する差動比較器３８に接続されている。
【００８８】
そして、第５の受光素子３７Ｃ及び第６の受光素子３７Ｄは、検出した光を電気エネルギーに変換（光電変換）して出力信号を生成し、差動比較器３８に出力する。
【００８９】
被測定部材９が高さ方向に変位すると、第１の光束Ｌ１の反射光は、例えば第５の受光素子３７Ｃから第６の受光素子３７Ｄにシフトする。そして、光電変換した信号を差動比較器３８に通すと、図９に示すような信号出力の変化が得られる。この図９に示す信号出力の変化におけるゼロクロス位置を絶対位置として、相対位置情報と比較することで被測定部材９の絶対位置検出が可能となる。
【００９０】
その他の構成は、第１の実施の形態にかかる変位検出装置１と同様であるため、それらの説明は省略する。このような構成を有する変位検出装置２０１によっても、上述した第１の実施の形態例にかかる変位検出装置１と同様の作用効果を得ることができる。
【００９１】
５．変位検出装置の第４の実施の形態例
次に、図１０を参照して本発明の変位検出装置の第４の実施の形態例について説明する。
図１０は、変位検出装置の構成を示す概略構成図である。
【００９２】
この第４の実施の形態例にかかる変位検出装置３０１が、第１の実施の形態例にかかる変位検出装置１と異なる点は、光源２及び受光素子３３〜３６を光ファイバによって他の部材から切り離した点である。そのため、ここでは、光ファイバについて説明し、第１の実施の形態例にかかる変位検出装置１と共通する部分には同一の符号を付して重複した説明を省略する。
【００９３】
図１０に示すように、光源２とレンズ１１の間には、供給用光ファイバ３０２が配置されている。この供給用光ファイバ３０２は、変位検出装置３０１の外部に配置された光源２から光をレンズ１１に供給するものである。
【００９４】
また、第１の受光素子３３及び第２の受光素子３４には、それぞれ第１の偏光ビームスプリッタ１８から第１の受光用光ファイバ３０３及び第２の受光用光ファイバ３０４を介して光が供給される。さらに、また、第３の受光素子３５及び第４の受光素子３６には、それぞれ第２の偏光ビームスプリッタ１９から第３の受光用光ファイバ３０５及び第４の受光用光ファイバ３０６を介して光が供給される。
【００９５】
これにより、熱源となる光源２を他の部材から離すことができる。また、変位検出装置３０１から離れた場所で、光源２や第１〜第４の受光素子３３〜３６のメンテナンスが可能となり、作業性が向上する。
【００９６】
さらに、熱源を切り離すことで、変位検出装置の温度上昇を控え、安定した計測が可能になる。また、第１〜第４の受光素子３３〜３６を相対位置情報出力手段１０に近づけることで、電気的な外来ノイズの影響を少なくでき、光ファイバで伝送することで、応答スピードも上げることができる。これらの効果から目的に応じて光源２のみを光ファイバによって他の部材から切り離しても良いし、受光素子３３〜３３のみを光ファイバによって他の部材から切り離しても良い。
【００９７】
その他の構成は、第１の実施の形態にかかる変位検出装置１と同様であるため、それらの説明は省略する。このような構成を有する変位検出装置３０１によっても、上述した第１の実施の形態例にかかる変位検出装置１と同様の作用効果を得ることができる。
【００９８】
６．変位検出装置の第５の実施の形態例
次に、図１１を参照して本発明の変位検出装置の第５の実施の形態例について説明する。
図１１は、変位検出装置の構成を示す概略構成図である。
【００９９】
この第５の実施の形態例にかかる変位検出装置４０１が、第１の実施の形態例にかかる変位検出装置１と異なる点は、回折格子と反射部を一体に構成した点である。そのため、ここでは、回折格子について説明し、第１の実施の形態例にかかる変位検出装置１と共通する部分には同一の符号を付して重複した説明を省略する。
【０１００】
図１１に示すように、この第５の実施の形態例にかかる変位検出装置４０１では、光束分割部３によって分割された第２の光束Ｌ２を直接回折格子４０４に照射している。そして、回折格子４０４は、光束分割部３によって分割された第２の光束Ｌ２を光束分割部３に反射する。すなわち、この第５の実施の形態例に示す回折格子４０４は、第２の光束Ｌ２を反射させる反射部としての役割も有している。
【０１０１】
なお、第１の光束Ｌ１における光束分割部３から回折格子４０４までの光路長と、第２の光束Ｌ２における光束分割部３から回折格子４０４までの光路長は、等しく設定されている。
【０１０２】
この第５の実施の形態例にかかる変位検出装置４０１では、回折格子４０４が第１の光束Ｌ１の回折と、第２の光束Ｌ２の反射させる反射部の両方の役割を有するため、第１の実施の形態例にかかる変位検出装置１よりもミラー６の部品を削除することができる。
【０１０３】
その他の構成は、第１の実施の形態にかかる変位検出装置１と同様であるため、それらの説明は省略する。このような構成を有する変位検出装置４０１によっても、上述した第１の実施の形態例にかかる変位検出装置１と同様の作用効果を得ることができる。
【０１０４】
７．変位検出装置の第６の実施の形態例
次に、図１２を参照して本発明の変位検出装置の第６の実施の形態例について説明する。
図１２は、変位検出装置の構成を示す概略構成図である。
【０１０５】
この第６の実施の形態例にかかる変位検出装置５０１が、第１の実施の形態例にかかる変位検出装置１と異なる点は、反射部の一例を示すミラーの構成である。そのため、ここでは、ミラーについて説明し、第１の実施の形態例にかかる変位検出装置１と共通する部分には同一の符号を付して重複した説明を省略する。
【０１０６】
図１２に示すように、反射部の一例を示すミラー５０６は、光束分割部３によって分割された第２の光束Ｌ２を回折格子４に反射させることなく、再び光束分割部３に反射させている。また、第１の光束Ｌ１における光束分割部３から回折格子４までの光路長と、第２の光束Ｌ２における光束分割部３からミラー５０６までの光路長が等しくなるようにミラー５０６が配置されている。
【０１０７】
その他の構成は、第１の実施の形態にかかる変位検出装置１と同様であるため、それらの説明は省略する。このような構成を有する変位検出装置５０１によっても、上述した第１の実施の形態例にかかる変位検出装置１と同様の作用効果を得ることができる。
【０１０８】
８．変位検出装置の第７の実施の形態例
次に、図１３を参照して本発明の第７の実施の形態例について説明する。
図１３は、変位検出装置の構成を示す概略構成図である。
この第７の実施の形態例にかかる変位検出装置６００は、第１の実施の形態例にかかる変位検出装置１を２台対称に配置したものである。
【０１０９】
図１３に示すように、変位検出装置６００は、第１の変位検出部６０１Ａと、第２の変位検出部６０１Ｂと、平均演算器６０２とを有している。第１の変位検出部６０１Ａ及び第２の変位検出部６０１Ｂは、それぞれ第１の実施の形態例にかかる変位検出装置１と同一の構成を有している。そのため、ここでは、第１の変位検出部６０１Ａを構成する構成要素は、第１の実施の形態例にかかる変位検出装置１の構成要素の符号にＡを付し、第２の変位検出部６０１Ｂを構成する構成要素は、変位検出装置１の構成要素の符号にＢを付して示す。
【０１１０】
第１の変位検出部６０１Ａは、被測定部材９の被測定面の任意の第１の照射スポットＰａ１に第１の光束Ｌ１Ａを照射する。第２の変位検出部６０１Ｂは、被測定部材９の被測定面における第１の照射スポットＰａ１とは異なる任意の第２の照射スポットＰｂ１に第１の光束Ｌ１Ｂを照射する。そして、この変位検出装置６００は、第１の照射スポットＰａ１と第２の照射スポットＰｂ１の間の中心位置を仮想ポイントＰとして検出する。
【０１１１】
また、平均演算器６０２は、第１の変位検出部６０１Ａの第１の相対位置情報出力手段１０Ａ及び第２の変位検出部６０１Ｂの第２の相対位置情報出力手段１０Ｂに接続されている。第１の相対位置情報出力手段１０Ａは、第１の相対位置情報を算出し、平均演算器６０２に出力する。同様に、第２の相対位置情報出力手段１０Ｂは、第２の相対位置情報を算出し、平均演算器６０２に出力する。そして、この平均演算器６０２は、出力された第１の相対位置情報と第２の相対位置情報の平均値が求め、仮想ポイントＰの相対位置情報として出力する。
【０１１２】
この第７の実施の形態例にかかる変位検出装置６００では、被測定部材９が高さ方向に変位しても第１の照射スポットＰａ１と第２の照射スポットＰｂ１の間の中心位置を仮想ポイントＰは、ずれない。そのため、被測定部材９の被測定面に対して常に同じ場所を検出することができる。その結果、被測定部材９の被測定面がチルトしても、２点の平均値を算出することで被測定面のチルトを打ち消すことができる。
【０１１３】
また、この第７の実施の形態例にかかる変位検出装置６００では、第１の実施の形態例にかかる変位検出装置１を２台配置した例を説明したが、これに限定されるものではなく、３台以上配置してもよい。例えば、３台以上の変位検出部を、仮想ポイントＰを中心に放射状から放射状に配置し、その中心位置である仮想ポイントＰの高さ方向の変位を平均して求めてもよい。あるいは、３台以上の変位検出部から得られる被測定部材９の被測定面の変位情報をそれぞれ個別に計算し、被測定部材９の被測定面のチルト情報（傾き）を求めてもよい。
【０１１４】
９．変位検出装置の第８の実施の形態例
次に、第８の実施の形態例にかかる変位検出装置について図１４Ａ，図１４Ｂを参照して説明する。
図１４Ａ及び図１４Ｂは、変位検出装置の構成を示す概略構成図である。
この第８の実施の形態例にかかる変位検出装置７００は、第７の実施の形態例にかかる変位検出装置６００における第１の変位検出部６０１Ａ及び第２の変位検出部６０１Ｂの光束分割部３Ａ，３Ｂ、反射部であるミラー６Ａ，６Ｂ及び光源２Ａ，２Ｂを一体にしたものである。
【０１１５】
図１４Ａに示すように、光源２から照射された光は、レンズ７１１によって平行光にコリメートされる。そして、平行光にコリメートされた光は、プレビームスプリッタ７２１によって、第１の光ＬＡと第２の光ＬＢに分割される。第１の光ＬＡは、第１の反射ミラー７２２によって反射されて、光束分割部７０３に入射する。また、第２の光ＬＢは、第２の反射ミラー７２３によって反射されて、光束分割部７０３に入射する。
【０１１６】
図１４Ｂに示すように、変位検出装置７００は、光束分割部７０３と、４つの位相体７１２Ａ，７１３Ａ，７１２Ｂ，７１３Ｂと、第１の回折格子７０４Ａと、第２の回折格子７０４Ｂと、ミラー７０６と、第１の受光部７０８Ａと、第２の受光部７０８Ｂとを有している。また、変位検出装置７００は、第７の実施の形態例にかかる変位検出装置６００と同様に、第１の相対位置情報出力手段１０Ａと、第２の相対位置情報出力手段１０Ｂと、平均演算器７０２を有している。
【０１１７】
光束分割部７０３は、第１の光ＬＡを、物体光である第１の光束Ｌ１Ａと、参照光である第２の光束Ｌ２Ａに分割する。また、光束分割部７０３は、第２の光ＬＢを、物体光である第１の光束Ｌ１Ｂと、参照光である第２の光束Ｌ２Ｂに分割する。
【０１１８】
第１の光ＬＡを分割した光である第１の光束Ｌ１Ａは、第１の位相板７１２Ａを透過して被測定部材９の第１の照射スポットＰａ１に照射される。そして、第１の光束Ｌ１Ａは、被測定部材９に反射されて第１の回折格子７０４Ａに照射される。これに対し、第２の光ＬＢを分割した光である第１の光束Ｌ１Ｂは、第３の位相板７１２Ｂを透過して被測定部材９の第２の照射スポットＰｂ１に照射される。そして、第１の光束Ｌ１Ａは、被測定部材９に反射されて第２の回折格子７０４Ｂに照射される。
【０１１９】
さらに、第１の光ＬＡを分割した光である第２の光束Ｌ２Ａは、第２の位相板７１３Ａを透過してミラー７０６に照射される。そして、ミラー７０６に反射された第２の光束Ｌ２Ａは、第１の回折格子７０４Ａに入射する。また、第２の光ＬＢを分割した光である第２の光束Ｌ２Ｂは、第４の位相板７１３Ｂを透過してミラー７０６に照射される。そして、ミラー７０６に反射された第２の光束Ｌ２Ｂは、第２の回折格子７０４Ｂに入射する。
【０１２０】
そして、第１の受光部７０８Ａには、第１の光ＬＡを分割した２つの光である第１の光束Ｌ１Ａ及び第２の光束Ｌ２Ａが入射される。第２の受光部７０８Ｂには、第２の光ＬＢを分割した２つの光である第１の光束Ｌ１Ｂ及び第２の光束Ｌ２Ｂが入射される。
【０１２１】
その他の構成は、第７の実施の形態にかかる変位検出装置６００と同様であるため、それらの説明は省略する。このような構成を有する変位検出装置７００によっても、上述した第７の実施の形態例にかかる変位検出装置６００と同様の作用効果を得ることができる。
【０１２２】
また、この第８の実施の形態例にかかる変位検出装置７００によれば、光源２を共有とすることで、光源２の劣化による波長の変動等の影響も、平均演算器７０２によってキャンセルすることができる。
【０１２３】
次に、複数の変位検出部を有する変位検出装置における光の分配方法について図１５を参照して説明する。
図１５は、複数の変位検出部を有する変位検出装置における光源周りの概略構成図である。
図１５に示すように、光源２から照射された光をレンズ８０１によって平行光にコリメートする。そして、複数のビームスプリッタ８０２，８０３，８０４を設ける。そして、光源２から照射された光を複数のビームスプリッタ８０２，８０３，８０４によって、第１の光ＬＡ、第２の光ＬＢ、第３の光ＬＣ、第４の光ＬＤに分割する。第１の光ＬＡは、集光レンズ８０６に集光されて第１の光ファイバ８１１に照射される。第２の光ＬＢ，第３の光ＬＣ，第４の光ＬＤも同様に、集光レンズ８０７，８０８，８０９に集光されて、各光ファイバ８１２，８１３，８１４に照射される。
【０１２４】
このように、一つの光源２を複数に分岐させ、光ファイバ８１１，８１２，８１３，８１４を介して各変位検出部に供給することで、光源２の温度変化や長期的な特性の変化もそれぞれの変位検出部が共有することができる。これにより、変位検出部を多数設けても各変位検出部の個体差を無くすことが可能となる。
【０１２５】
１０．変位検出装置の第９の実施の形態例
次に、第９に実施の形態例にかかる変位検出装置について図１６〜図１８を参照して説明する。
図１６は、第９の実施の形態例の構成を示す概略構成図、図１７は、第９の実施の形態例にかかる要部を示す説明図、図１８は、第９の実施の形態例にかかる回折格子を示す図である。
【０１２６】
第１の実施の形態例にかかる変位検出装置１では反射型の回折格子４を用いたのに対し、この第９の実施の形態例にかかる変位検出装置１００１では、透過型の回折格子を用いている。そのため、第１の実施の形態例にかかる変位検出装置１と共通する部分には同一の符号を付して重複した説明を省略する。
【０１２７】
図１６に示すように、変位検出装置１００１は、光源２と、光束分割部３と、透過型の回折格子１００４と、ミラー６と、受光部８と、相対位置情報出力手段１０と、戻り用反射部である戻り用反射ミラー１００５とを備えている。また、光束分割部３と被測定部材９との間には、第１の位相板１２が配置されており、光束分割部３とミラー６との間には、第２の位相板１３が配置されている。
【０１２８】
光源２から出射された光は、光束分割部３によって第１の光束Ｌ１と第２の光束Ｌ２に分割される。そして、第１の光束Ｌ１は、被測定部材９の被測定面における第１の照射スポットＰｃ１に入射する。被測定部材９は、第１の照射スポットＰｃ１に入射した第１の光束Ｌ１を回折格子１００４に反射させる。
【０１２９】
さらに、被測定部材９と対向する位置には、ミラー６が配置されている。ミラー６には、光束分割部３によって分割された第２の光束Ｌ２が照射される。第２の光束Ｌ２は、ミラー６の反射面における反射側第１の照射スポットＳｃ１に入射する。ミラー６は、被測定部材９と同様に、入射した第２の光束Ｌ２を回折格子１００４に反射させる。
【０１３０】
回折格子１００４は、入射した光を透過させ、かつ回折する透過型の回折格子である。この回折格子１００４を透過し、かつ１回回折された第１の光束Ｌ１は、被測定部材９の被測定面における第１の照射スポットＰｃ１と異なる第２の照射スポットＰｄ１に入射する。また、被測定部材９は、回折格子１００４によって１回回折され、かつ第２の照射スポットＰｄ１に入射した第１の光束Ｌ１を戻り用反射ミラー１００５に反射させる。
【０１３１】
同様に、回折格子１００４を透過し、かつ１回回折された第２の光束Ｌ２は、ミラー６の反射面における反射側第１の照射スポットＳｃ１と異なる反射側第２の照射スポットＳｄ１に入射する。そして、ミラー６は、回折格子１００４によって１回回折され、かつ反射側第２の照射スポットＳｄ１に入射した第２の光束Ｌ２を戻り用反射ミラー１００５に反射させる。
【０１３２】
また、回折格子１００４は、第１の実施の形態例にかかる回折格子４と同様に、被測定部材９の被測定面に対して略直角、すなわち回折格子１００４の回折面と被測定部材９の被測定面で形成される角度がほぼ９０°となるように配置されている。
【０１３３】
戻り用反射ミラー１００５は、第１の反射面１００５ａと第２の反射面１００５ｂとを有する略三角形状のミラーである。第１の反射面１００５ａには、被測定部材９から反射された第１の光束Ｌ１が入射し、第２の反射面１００５ｂには、ミラー６から反射された第２の光束Ｌ２が入射する。戻り用反射ミラー１００５は、第１の光束Ｌ１及び第２の光束Ｌ２を入射したときと同じ光路で被測定部材９及びミラー６に戻す。
【０１３４】
この戻り用反射ミラー１００５は、第１の光束Ｌ１の光路長と、第２の光束Ｌ２の光路長が等しくなるように配置される。戻り用反射ミラー１００５を設けたことで、変位検出装置１を製造する際に、第１の光束Ｌ１の光路長と第２の光束Ｌ２の光路長や光軸の角度を調整し易くすることができる。その結果、気圧や湿度や温度の変化による光源２の波長変動の影響を受けにくくすることができる。
【０１３５】
また、戻り用反射ミラー１００５によって被測定部材９に戻された第１の光束Ｌ１は、被測定部材９の第２の照射スポットＰｂ１を反射して、再び回折格子１００４に入射する。そして、第１の光束Ｌ１は、回折格子１００４によって２回目の回折が行われる。２回目の回折が行われた第１の光束Ｌ１は、被測定部材９に反射されて、光束分割部３に戻る。なお、第２の光束Ｌ２も第１の光束Ｌ１と同様に、回折格子１００４及びミラー６を介して光束分割部３に戻る。
【０１３６】
第１の位相板１２を光束分割部３と被測定部材９との間に配置し、第２の位相板１３を光束分割部３とミラー６との間に配置した例を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、第１の位相板１２を戻り用反射ミラー１００５の第１の反射面１００５ａに設け、第２の位相板１３を戻り用反射ミラー１００５の第２の反射面１００５ｂに設けてもよい。
【０１３７】
ここで、図１７を参照して、第９の実施の形態例にかかる変位検出装置１００１の要部について説明する。
図１７に示すように、回折格子１００４は、被測定部材９に対して略垂直に配置されている。そのため、被測定部材９の第１の照射スポットＰｃ１に入射角θ１で入射した第１の光束Ｌ１は、回折格子１００４に対して入射角π／２−θ１で入射する。さらに、第１の光束Ｌ１は、被測定部材９の第２の照射スポットＰｄ１に入射角θ２で入射する。
【０１３８】
また、回折格子１００４の格子ピッチΛは、回折角が回折格子４への入射角とほぼ等しくなるように設定されることが好ましい。すなわち、回折格子１００４の格子ピッチΛは、上述したように被測定部材９への一回目の入射角をθ１、二回目の入射角をθ２、波長をλとすると、次の式３を満たす。
［式３］
Λ＝ｎλ／（ｓｉｎ（π／２−θ１）＋ｓｉｎ（π／２−θ２））
なお、ｎは、正の次数である。
【０１３９】
回折格子１００４への入射角と回折角が等しくなる場合、第１の照射スポットＰｃ１と第２の照射スポットＰｄ１は、回折格子１００４に対して対称に構成することができる。そして、式３は、次の式４と示すことができる。
［式４］
２Λｓｉｎθ＝ｎλ
なお、θは、回折格子１００４への入射角及び回折角である。
すなわち、ブラッグ条件を満たすことができ、回折格子１００４によって回折される回折光を強めることが可能となる。
【０１４０】
また、角度θ２で被測定部材９に入射した第１の光束Ｌ１は、上述したように、被測定部材９により反射され、戻り用反射ミラー１００５に入射する（図１６参照）。そして、戻り用反射ミラー１００５の第１の反射面１００５ａで反射されて、行きと同じ光路をたどり、再び被測定部材９の第２の照射スポットＰｄ１に入射角θ２で入射される。
【０１４１】
さらに、被測定部材９によって反射した第１の光束Ｌ１は、回折格子４に角度π／２−θ２で再び入射する。なお、第１の光束Ｌ１における２回目の回折は、式２の条件により回折角π／２−θ１で回折される。そして、回折格子１００４によって回折された第１の光束Ｌ１は、再び被測定部材９の第１の照射スポットＰｃ１に入射角θ１で入射される。そのため、被測定部材９によって反射された戻りの第１の光束Ｌ１の光路が、光束分割部３によって分割された行きの第１の光束Ｌ１の光路と重なり合う。
【０１４２】
また、図１７に示すように、被測定部材９が高さ方向にｘ／２だけ移動すると、被測定部材９の測定面に照射される第１の光束Ｌ１は、第１の照射スポットＰｃ１から第１の照射スポットＰｃ２に移動する。また、被測定部材９の第１の照射スポットＰｃ１，Ｐｃ２に反射された第１の光束Ｌ１は、回折格子１００４の回折位置Ｔ１から回折位置Ｔ２に移動する。さらに、回折格子１００４によって１回目の回折が行われた第１の光束Ｌ１は、被測定部材９の第２の照射スポットＰｄ１から第２の照射スポットＰｄ２に移動する。
【０１４３】
ここで、回折格子１００４は、被測定部材９の被測定面に対して略直角に配置されているため、回折位置Ｔ１と回折位置Ｔ２の間隔は、第１の照射スポットＰｃ１と第１の照射スポットＰｃ２の間隔の２倍のｘとなる。すなわち、回折格子１００４上を移動する第１の光束Ｌ１の移動量は、被測定部材９を移動した際の２倍のｘとなる。
【０１４４】
また、回折格子１００４が被測定部材９の被測定面に対して略直角に配置されているため、第１の光束Ｌ１の光路長は、被測定部材９が高さ方向に変位しても、常に一定となる。すなわち、第１の光束Ｌ１の波長は、変化しない。そして、被測定部材９が高さ方向に変位すると、回折格子１００４に入射する位置だけが変化する。
【０１４５】
なお、ミラー６に照射された第２の光束Ｌ２においても、第１の光束Ｌ１と同様であるため、その説明は省略する。
【０１４６】
この第９の実施の形態例にかかる変位検出装置１００１によれば、第１の光束Ｌ１を２回回折している。そのため、２回回折された第１の光束Ｌ１には、２Ｋｘの位相が加わる。Ｋは、２π／Λで示される波数である。また、ｘは、回折格子４上における第１の光束Ｌ１の移動量を示している。つまり、被測定部材９が高さ方向に対してｘ／２だけ移動すると、第１の光束Ｌ１は回折格子４上では２倍のｘだけ移動する。さらに、２回回折することで、第１の光束Ｌ１には、２Ｋｘの位相が加わり、２周期分の光の明暗が生じる干渉光が受光部８によって受光される。
【０１４７】
すなわち、第１の受光素子３３と第２の受光素子３４では、Ａｃｏｓ（２Ｋｘ＋δ）の干渉信号を得ることができる。また、第３の受光素子３５と第４の受光素子３６では、Ａｃｏｓ（２Ｋｘ＋δ’）の干渉信号を得ることができる。
【０１４８】
よって、この第９の実施の形態例にかかる変位検出装置１００１によれば、回折格子１００４の格子ピッチと第１の実施の形態例にかかる回折格子４の格子ピッチが同じ場合、第１の実施の形態例にかかる変位検出装置１よりも２倍の分解能とすることができる。
【０１４９】
例えば、回折格子１００４の格子ピッチΛを０．５５１５μｍ、波長λを７８０ｎｍ、回折格子１００４の入射角及び回折角を４５°に設定したとき、被測定部材９が高さ方向に０．５５１５μｍ移動する例について説明する。
【０１５０】
被測定部材９が高さ方向に０．５５１５μｍ移動すると、第１の光束Ｌ１は、回折格子１００４上を０．５５１５μｍの２倍、すなわち２ピッチ分移動する。さらに、第１の光束Ｌ１は、２回回折されるため、４回の光の明暗を受光部８によって得ることができる。すなわち、得られる信号の１周期は、０．５５１５μｍ／４＝０．１３７９μｍとなる。
【０１５１】
また、この第９の実施の形態例にかかる変位検出装置１００１によれば、一台の光学系で第１の光束Ｌ１を被測定部材９の第１の照射スポットＰｃ１と、第２の照射スポットＰｄ１の２箇所に照射している。これにより、１台の光学系で、第７の実施の形態例にかかる変位検出装置６００及び第８の実施の形態例にかかる変位検出装置７００と同様に、測定ポイントをキャンセルすることができる。
【０１５２】
さらに、上述したような構成にすることで、被測定部材９の被測定面がチルトしても、第１の照射スポットＰｃ１に照射するときと第２の照射スポットＰｄ１に照射するときによってチルトを打ち消すことができる。そのため、第１の光束Ｌ１の光路長に変化が生じ難くなり、第１の光束Ｌ１の光路長と、第２の光束Ｌ２の光路長との差を小さくすることができる。
【０１５３】
次に、図１８を参照してこの第９の実施の形態例にかかる変位検出装置１００１に用いられる回折格子の例について説明する。
図１８Ａは、回折格子の一例を示す断面図、図１８Ｂは、回折格子の他の例を示す断面図である。
【０１５４】
図１８Ａに示す回折格子１００４Ａは、略透明なガラス基板１００４ａの一面に例えばクロム（Ｃｒ）からなる格子部１００４ｂを形成したものである。一般的に、格子部１００４ｂは、ガラス基板１００４ａの一面にクロム等の薄膜を真空蒸着によって形成されるため、その厚みは、１μｍ以下である。
【０１５５】
図１８Ｂに示す回折格子１００４Ｂは、写真乾板を用いた、いわゆるホログラムである。吸収型のホログラムを用いてもよいが、ここでは位相型のホログラムについて説明する。この回折格子１００４Ｂにおける格子部１００４ｃは、例えば次のようにして形成される。まず、ガラス基板１００４ａの一面に光に感光する銀塩の乳剤を塗布し、干渉縞を露光し、現像後、漂白する。これにより、格子部１００４ｃには、銀の粒子が残っている箇所１００４ｄと、残っていない箇所１００４ｅが形成される。ここで、銀の粒子が残っている箇所１００４ｄは、屈折率が高く、銀の粒子が残っていない箇所１００４ｅは、屈折率が低くなる。すなわち、位相型のホログラムである。また、材料として写真乾板の代わりにホログラム記録用フォトポリマーを使用してもよい。
【０１５６】
このような構成を有する回折格子１００４Ｂの場合、所定の角度（入射角）θａで光が入射すると、所定の角度（回折角）θｂで光が出力（回折）される。さらに、式３に示すブラッグ条件を満たすときに、回折格子１００４Ｂによって回折される回折光の出力を最大にすることができる。すなわち、回折格子１００４Ｂによって回折された回折光の光量が低下することを防ぐことができる。
【０１５７】
また、第９の実施の形態例にかかる変位検出装置１００１のように複数回回折を行い、入射角と回折角を等しくしたい場合では、回折効率のよい図１８Ｂに示す回折格子１００４Ｂを用いることが好適である。
【０１５８】
この回折格子１００４Ｂの格子部１００４ｃの厚みＮ１は、格子ピッチΛの４倍以上が好ましい。しかしながら、光が格子部１００４ｃで吸収されることを考慮すると、格子部１００４ｃの厚みＮ１は、格子ピッチΛの約４〜２０倍程度に設定することが好ましい。
【０１５９】
その他の構成は、第１の実施の形態にかかる変位検出装置１と同様であるため、それらの説明は省略する。このような構成を有する変位検出装置１００１によっても、上述した第１の実施の形態例にかかる変位検出装置１と同様の作用効果を得ることができる。
【０１６０】
１１．変位検出装置の第１０の実施の形態例
次に、図１９を参照して本発明の変位検出装置の第１０の実施の形態例について説明する。
図１９は、第１０の実施の形態例にかかる変位検出装置の構成を示す概略構成図である。
【０１６１】
図１９に示すように、第１０の実施の形態例にかかる変位検出装置１２０１は、第９の実施の形態例にかかる変位検出装置１００１と同様に、透過型の回折格子１００４を用いたものである。また、この第１０の実施の形態例にかかる変位検出装置１２０１が、第９の実施の形態例にかかる変位検出装置１００１と異なる点は、第１の光束Ｌ１及び第２の光束Ｌ２を行きの光路に戻さない点である。そのため、第９の実施の形態例にかかる変位検出装置１００１と共通する部分には同一の符号を付して重複した説明を省略する。
【０１６２】
図１９に示すように、第１０の実施の形態例にかかる変位検出装置１２０１には、第９の実施の形態例にかかる変位検出装置１００１のように戻り用反射部である戻り用反射ミラー１００５が設けられていない。そのため、回折格子１００４によって一回回折された第１の光束Ｌ１は、被測定部材９に反射されて光束結合部１０１６に入射される。また、回折格子１００４によって一回回折された第２の光束Ｌ２は、ミラー６に反射されて光束結合部１０１６に入射される。
【０１６３】
光束結合部１０１６は、例えばハーフミラーやビームスプリッタから構成される。この光束結合部１０１６は、第１の光束Ｌ１及び第２の光束Ｌ２を重ね合わせると共に、重ね合わせた光束を２つに分配する。光束結合部１０１６によって分配された光束は、集光レンズ１４によって集光されて、第１の偏光ビームスプリッタ１８または第２の偏光ビームスプリッタ１９に入射する。
【０１６４】
ここで、第１の光束Ｌ１における光束分割部３から光束結合部１０１６までの光路長と、第２の光束Ｌ２における光束分割部３から光束結合部１０１６までの光路長は、略等しく設定されている。そのため、この第１０の実施の形態例にかかる変位検出装置１２０１においても他の実施の形態例にかかる変位検出装置と同様に、気圧や湿度、温度の変化による光源の波長変動があったとしても、第１の光束Ｌ１及び第２の光束Ｌ２が受ける影響を等しくすることができる。その結果、気圧補正や湿度補正、温度補正を行う必要がなく、周囲環境に関わらず安定した測定を行うことができる。
【０１６５】
また、光束結合部１０１６と被測定部材９との間には、第１の位相板１２が配置されており、光束結合部１０１６とミラー６との間には、第２の位相板１３が配置されている。そして、第１の光束Ｌ１は、第１の位相板１２によって円偏光となる。また、第２の光束Ｌ２は、第２の位相板１３によって第１の光束Ｌ１と反対周りの円偏光となる。
【０１６６】
なお、この第１０の実施の形態例にかかる変位検出装置１２０１では、第１の光束Ｌ１及び第２の光束Ｌ２は、回折格子１００４によって一回だけ回折される。そのため、２回回折する第９の実施の形態例にかかる変位検出装置１００１と異なり、被測定部材９が高さ方向に対してｘ／２だけ移動すると、第１の光束Ｌ１には、Ｋｘの位相が加わる。
【０１６７】
また、この第１０の実施の形態例にかかる変位検出装置１２０１では、第１の光束Ｌ１及び第２の光束Ｌ２を被測定部材９やミラー６を介して光束分割部３に戻していない。そのため、第１の光束Ｌ１および第２の光束Ｌ２が戻る際の偏光方向を考慮する必要がない。その結果、光束分割部３によって分割され被測定部材９に入射される第１の光束Ｌ１の偏光方向を被測定部材９の状況に応じて自由に設定することができる。
【０１６８】
すなわち、後述するように、被測定部材９として回折格子スケールを適用し、変位検出装置１２０１と他の変位検出装置と組み合わせた際に、被測定部材９に光を入射するときの偏光方向を目的に応じて変えることができる。
【０１６９】
さらに、この第１０の実施の形態例にかかる変位検出装置１２０１では、被測定部材９の被測定面と対向するように遮光板１０１８が設けられている。この遮光板１０１８を設けることにより、被測定部材９が回折格子スケールであった場合、被測定部材９で回折した特定の回折光が変位検出装置１２０１内に迷光として入ることを防ぐことができる。
【０１７０】
その他の構成は、第１の実施の形態にかかる変位検出装置１、第９の実施の形態例にかかる変位検出装置１００１と同様であるため、それらの説明は省略する。このような構成を有する変位検出装置１２０１によっても、上述した第１の実施の形態例にかかる変位検出装置１や第９の実施の形態例にかかる変位検出装置１００１と同様の作用効果を得ることができる。
【０１７１】
１２．変位検出装置の第１１の実施の形態例
次に、図２０を参照して本発明の変位検出装置の第１１の実施の形態例について説明する。
図２０は、第１１の実施の形態例にかかる変位検出装置の構成を示す概略構成図である。
【０１７２】
図２０に示すように、第１１の実施の形態例にかかる変位検出装置１３０１は、第９の実施の形態例にかかる変位検出装置１００１と同様に、透過型の回折格子１００４を用いたものである。また、この第１１の実施の形態例にかかる変位検出装置１３０１が、第９の実施の形態例にかかる変位検出装置１００１と異なる点は、複数の補助ミラーを設けた点である。そのため、ここでは、複数の補助ミラーについて説明し、第９の実施の形態例にかかる変位検出装置１００１と共通する部分には同一の符号を付して重複した説明を省略する。
【０１７３】
図２０に示すように、回折格子１００４と被測定部材９との間には、第１の補助ミラー１０２１と、第２の補助ミラー１０２２が配置されている。また、回折格子１００４とミラー６との間には、第３の補助ミラー１０２３と、第４の補助ミラー１０２４が配置されている。
【０１７４】
第１の補助ミラー１０２１と第２の補助ミラー１０２２の反射面が互いに対向しており、また第３の補助ミラー１０２３と第４の補助ミラー１０２４の反射面が互いに対向している。さらに、第１の補助ミラー１０２１の反射面と第３の補助ミラー１０２３の反射面は、略同一平面上に配置され、第２の補助ミラー１０２２の反射面と第４の補助ミラー１０２４は、略同一平面上に配置されている。
【０１７５】
第１の補助ミラー１０２１は、被測定部材９の第１の照射スポットＰｃ１によって反射された第１の光束Ｌ１を反射し、回折格子１００４に入射させる。また、第１の補助ミラー１０２１は、回折格子１００４から戻った第１の光束Ｌ１を反射し、被測定部材９に入射させている。第２の補助ミラー１０２２は、回折格子１００４によって一回目の回折が行われた第１の光束Ｌ１を反射し、被測定部材９の第２の照射スポットＰｄ１に入射させる。そして、第２の補助ミラー１０２２は、被測定部材９から戻った第１の光束Ｌ１を反射させて、回折格子１００４に入射させている。
【０１７６】
第３の補助ミラー１０２３は、ミラー６の反射側第１の照射スポットＳｃ１によって反射された第２の光束Ｌ２を反射して回折格子１００４に入射させるものである。そして、第３の補助ミラー１０２３は、回折格子１００４から戻った第２の光束Ｌ２をミラー６へ反射させる。第４の補助ミラー１０２４は、回折格子１００４によって一回目の回折が行われた第２の光束Ｌ２をミラー６の反射側第２の照射スポットＳｄ１に反射させる。また、第４の補助ミラー１０２４は、ミラー６の反射側第２の照射スポットＳｄ１から戻った第２の光束Ｌ２を回折格子１００４側に反射させる。
【０１７７】
すなわち、第１１の実施の形態例にかかる変位検出装置１３０１では、第１の光束Ｌ１を第１及び第２の補助ミラー１０２１，１０２２を介して被測定部材９から回折格子１００４へ、または回折格子１００４から被測定部材９へ入射させている。また、第２の光束Ｌ２を第３及び第４の補助ミラー１０２３，１０２４を介してミラー６から回折格子１００４へ、または回折格子１００４からミラー６へ入射させている。
【０１７８】
そのため、第１及び第２の補助ミラー１０２１，１０２２の位置を調整することで、第１の光束Ｌ１における被測定部材９に入射する第１の照射スポットＰｃ１と第２の照射スポットＰｄ１の間隔Ｑを目的に応じて変化させることができる。なお、ミラー６の反射側第１の照射スポットＳｃ１と反射側第２の照射スポットＳｄ１の間隔も、第３及び第４の補助ミラー１０２３，１０２４の位置を調整することで、種々に調整することができる。
【０１７９】
そのため、第１の照射スポットＰｃ１と第２の照射スポットＰｄ１の間隔Ｑを小さくすることができ、被測定部材９がチルトすることで生じる第１の照射スポットＰｃ１と第２の照射スポットＰｄ１の光路長差をより少なくすることができる。
【０１８０】
その他の構成は、第１の実施の形態にかかる変位検出装置１、第９の実施の形態例にかかる変位検出装置１００１と同様であるため、それらの説明は省略する。このような構成を有する変位検出装置１３０１によっても、上述した第１の実施の形態例にかかる変位検出装置１や第９の実施の形態例にかかる変位検出装置１００１と同様の作用効果を得ることができる。
【０１８１】
１３．変位検出装置の第１２の実施の形態例
次に、図２１を参照して本発明の変位検出装置の第１２の実施の形態例について説明する。
図２１は、第１２の実施の形態例にかかる変位検出装置の構成を示す概略構成図である。
【０１８２】
図２１に示すように、第１２の実施の形態例にかかる変位検出装置１４０１は、第９の実施の形態例にかかる変位検出装置１００１と同様に、透過型の回折格子を用いたものである。また、この第１２の実施の形態例にかかる変位検出装置１４０１が、第９の実施の形態例にかかる変位検出装置１００１と異なる点は、回折格子を複数設けた点である。そのため、ここでは、回折格子周りの構成について説明し、第９の実施の形態例にかかる変位検出装置１００１と共通する部分には同一の符号を付して重複した説明を省略する。
【０１８３】
図２１に示すように、第１２の実施の形態例にかかる変位検出装置１４０１は、被測定部材９とミラー６との間に、第１の回折格子１００４と、第２の回折格子１０４４と、戻り用反射ミラー１００５と、中間ミラー１０４２が配置されている。第１の回折格子１００４は、第９の実施の形態例にかかる回折格子１００４と同様の構成を有しているため、その説明は、省略する。
【０１８４】
第２の回折格子１０４４は、第１の回折格子１００４と戻り用反射ミラー１００５との間に設けられている。また、第２の回折格子１０４４は、第１の回折格子１００４と同様に、被測定部材９の被測定面に対して略直角、すなわち第２の回折格子１０４４の回折面と被測定部材９の被測定面で形成される角度がほぼ９０°となるように配置されている。さらに、第２の回折格子１０４４は、ミラー６の反射面に対して略直角に配置されている。
【０１８５】
この第２の回折格子１０４４と第１の回折格子１００４の間には、中間ミラー１０４２が設けられている。中間ミラー１０４２は、両面に反射面を有している。中間ミラー１０４２は、その反射面が被測定部材の被測定面及びミラー６の反射面と略平行となるように配置されている。
【０１８６】
この第１２の実施の形態例にかかる変位検出装置１４０１では、第１の回折格子１００４を透過し、かつ１回回折された第１の光束Ｌ１は、被測定部材９の被測定面における第２の照射スポットＰｄ１に入射する。そして、第２の照射スポットＰｄ１に入射した第１の光束Ｌ１は、被測定部材９によって中間ミラー１０４２に反射される。
【０１８７】
中間ミラー１０４２に反射された第１の光束Ｌ１は、被測定部材９の被測定面における第３の照射スポットＰｅ１に入射する。被測定部材９は、第３の照射スポットＰｅ１に入射した第１の光束Ｌ１を第２の回折格子１０４４に反射させる。そして、第２の回折格子１０４４は、第１の回折格子１００４と同様に、入射した光を透過させ、かつ回折する透過型の回折格子である。また、第２の回折格子１０４４は、第１の回折格子１００４と同じ格子ピッチΛを有している。
【０１８８】
そのため、第１の光束Ｌ１が第２の回折格子１０４４を透過することで、第１の光束Ｌ１は、２回目の回折が行われる。２回回折された第１の光束Ｌ１は、被測定部材９の被測定面における第４の照射スポットＰｆ１に入射し、被測定部材９によって戻り用反射ミラー１００５の第１の反射面１００５ａに反射する。
【０１８９】
そして、戻り用反射ミラー１００５に入射した第１の光束Ｌ１は、第１の反射面１００５ａで反射されて、行きと同じ光路をたどり、第２の回折格子１０４４によって３回目の回折が行われる。３回目の回折が行われた第１の光束Ｌ１は、被測定部材９及び中間ミラー１０４２によって反射されて、第１の回折格子１００４に入射する。そして、第１の回折格子１００４によって、第１の光束Ｌ１は、４回目の回折が行われる。４回目の回折が行われた第１の光束Ｌ１は、被測定部材９に反射されて、光束分割部３に戻る。
【０１９０】
なお、第１の回折格子１００４を透過した第２の光束Ｌ２は、第１の光束Ｌ１と同様に、被測定部材９の反射側第３の照射スポットＳｅ１及び反射側第４の照射スポットＳｆ１で反射され、かつ中間ミラー１０４２及び第２の回折格子１０４４を経て、戻り用反射ミラー１００５の第２の反射面１００５ｂに入射する。そして、戻り用反射ミラー１００５に反射されて、第２の回折格子１０４４、中間ミラー１０４２及び第１の回折格子１００４を経て光束分割部３に戻る。
【０１９１】
また、この第１２の実施の形態例にかかる変位検出装置１４０１においても、第１の光束Ｌ１の光路長と第２の光束Ｌ２の光路長が等しくなるように、第１の回折格子１００４、中間ミラー１０４２、第２の回折格子１０４４及び戻り用反射ミラー１００５が配置されている。
【０１９２】
また、第２の回折格子１０４４は、第１の回折格子１００４と同様に、被測定部材９の被測定面に対して略直角に配置されている。第１の光束Ｌ１の光路長は、被測定部材９が高さ方向に変位しても、常に一定となる。すなわち、第１の光束Ｌ１の波長は、変化しない。そして、被測定部材９が高さ方向に変位すると、第２の回折格子１０４４に入射する位置だけが変化する。
【０１９３】
さらに、この第１２の実施の形態例にかかる変位検出装置１４０１では、第１の光束Ｌ１及び第２の光束Ｌ２は、第１の回折格子１００４及び第２の回折格子１０４４によって４回回折される。
【０１９４】
ここで、被測定部材９が高さ方向に対してｘ／２だけ移動すると、第１の光束Ｌ１には、第９の実施の形態例にかかる変位検出装置１００１の２倍の４Ｋｘの位相が加わる。すなわち、第１の受光素子３３と第２の受光素子３４では、Ａｃｏｓ（４Ｋｘ＋δ）の干渉信号を得ることができる。また、第３の受光素子３５と第４の受光素子３６では、Ａｃｏｓ（４Ｋｘ＋δ’）の干渉信号を得ることができる。その結果、この第１２の実施の形態例にかかる変位検出装置１４０１によれば、第９の実施の形態例にかかる変位検出装置１００１よりも２倍の分解能を得ることができる。
【０１９５】
なお、第１２の実施の形態例にかかる変位検出装置１４０１では、回折格子を２つ設けた例を説明したが、これに限定されるものではなく、第１の光束Ｌ１が通過する光束分割部から光束結合部までの間に、回折格子を３つ以上設けてもよい。
【０１９６】
また、上述した第１２の実施の形態例にかかる変位検出装置１４０１のように複数の回折格子を設けて複数回回折を行う場合、適用される回折格子としては、回折された回折光の光量の低下が少ない図１８Ｂに示すような回折格子１００４Ｂを用いることが好ましい。
【０１９７】
その他の構成は、第１の実施の形態にかかる変位検出装置１、第９の実施の形態例にかかる変位検出装置１００１と同様であるため、それらの説明は省略する。このような構成を有する変位検出装置１４０１によっても、上述した第１の実施の形態例にかかる変位検出装置１や第９の実施の形態例にかかる変位検出装置１００１と同様の作用効果を得ることができる。
【０１９８】
１４．被測定部材の変形例
次に、図２２Ａ〜図２３Ｇ、図２４を参照して被測定部材の変形例について説明する。
図２２Ａ〜図２３Ｇは被測定部材を示す断面図である。図２４は、被測定部材を正面から見た平面図及び断面図である。
【０１９９】
また、本例では、回折格子４に入射する第１の光束Ｌ１は、被測定部材９で反射された反射光、すなわち０次光である。回折格子４に入射する第１の光束Ｌ１には、被測定部材の格子ピッチの移動が加わることがない。よって、図２２Ａ〜図２３Ｇ、図２４に示すように、複数の格子９ｃ、溝（スリット）ｄ，ｄ１，ｄ２を有する被測定部材９Ａ〜９Ｇ、１０９，２０９，３０９，４０９，５０９いわゆる回折格子スケールを用いてもよい。
【０２００】
図２２Ａに示す被測定部材９Ａは、基板９ｂの上に波形の格子９ｃを設けたものである。そして、この格子９ｃの表面には、反射膜９ａが形成されている。また、図２２Ｂに示す被測定部材９Ｂは、基板９ｂの上に矩形の格子９ｃ’を設けたものである。その他の構成は、図２２Ａに示す被測定部材９Ａと同様であるため、その説明は、省略する。なお、図２２Ａ及び図２２Ｂに示す被測定部材９Ａ及び９Ｂは、格子９ｃ，９ｃ’を露出させたものである。
【０２０１】
図２２Ｃに示す被測定部材９Ｃは、図２２Ｂに示す被測定部材９Ｂの反射膜９ａの上に保護層９ｄを形成してものである。保護層９ｄによって反射膜９ａを保護することで、取り扱い性を向上させることができる。
【０２０２】
図２２Ｄに示す被測定部材９Ｄは、図２２Ｂに示す被測定部材９Ｂの反射膜９ａ上に接着層９ｄを介してカバーガラス９ｅを固定してものである。この被測定部材９Ｄによれば、カバーガラス９ｅ保護層の役割を果たすことができる。また、被測定部材９Ｄの表面をカバーガラス９ｅによって平坦化することが可能となる。
【０２０３】
また、図２３Ｅに示す被測定部材９Ｅのように、図２２Ｄに示す被測定部材９Ｄにおける接着層９ｄとカバーガラス９ｅとの間に、第２の反射膜９ａ’を介在させてもよい。この第２の反射膜９ａ’は、光源２の波長を含む特定の波長を反射させるものである。
【０２０４】
なお、図２３Ｆに示す被測定部材９Ｆのように、図２２Ｄに示す被測定部材９Ｄにおけるカバーガラス９ｅ上に第２の反射膜９ａ’を設けてもよい。この第２の反射膜９ａ’は、図２３Ｅに示す被測定部材９Ｅの反射膜９ａ’と同一のものである。また、第２の反射膜９ａ’を反射防止膜にしてもよい。この場合、被測定面は、格子９’上に設けた第１の反射膜９ａとなる。
【０２０５】
さらに、図２３Ｇに示す被測定部材９Ｇは、カバーガラス９ｅの代わりに透明の保護層９ｆを用いたものである。保護層９ｆとしては、樹脂からなる保護層を適用してもよいことは、もちろんである。また、第２の反射膜９ａ’を反射防止膜にしてもよい。この場合、被測定面は、格子９’上に設けた第１の反射膜９ａとなる。
【０２０６】
図２４Ａに示す被測定部材１０９は、被測定面と平行に一方向に等間隔にスリットｄが形成されている。この被測定部材１０９では、リニアエンコーダによって１次元の計測を行うことができる。
【０２０７】
図２４Ｂに示す被測定部材２０９は、被測定面と平行に等間隔に形成された第１のスリットｄ１と、第１のスリットｄ１に対して角度θｄで交わる第２のスリットｄ２が形成されている。第１のスリットｄ１の格子ピッチと、第２のスリットｄ２の格子ピッチは、同じ長さに設定してもよく、あるいは異なる長さでもよい。これの被測定部材２０９は、２つのリニアエンコーダによって２次元の計測を行うことができる。
【０２０８】
図２４Ｃに示す被測定部材３０９は、同心円上に略円弧状の第１のスリットｄ１が形成されると共に、放射状に第２のスリットｄ２が形成されている。この被測定部材３０９は、いわゆるロータリーエンコーダとして、回転移動する工作機械の可動部分等の位置検出を行うことができる。また、この被測定部材３０９によれば、角度情報を検出しながら、半径方向の偏心成分も計測することが可能である。さらに、被測定部材３０９Ａのように、第１のスリットｄ１と、放射状の第２のスリットｄ２を重ね合わせてもよい。
【０２０９】
図２４Ｅに示す被測定部材４０９は、基板４０９ｂの一面に略円柱状に形成された複数の突起４０９ａを設けたものである。この被測定部材４０９では、複数の突起４０９ａの間に形成された隙間が格子スリットとなる。そして、２つの格子ベクトル方向が角度θｅで交わっている。なお、突起４０９ａの形状は、略円柱状に限定されるものではなく、四角錐台形状や直方体形状に形成してもよい。
【０２１０】
図２４Ｅに示す被測定部材４０９に対して図２４Ｆに示す被測定部材５０９は、基板５０９ｂの一面に略円柱状に窪んだ複数の凹部５０９ａを設けたものである。この被測定部材５０９では、複数の凹部５０９ａの間に形成された隙間が格子スリットとなる。
【０２１１】
１５．変位検出装置の利用例
次に、上述した第１〜第１２の実施の形態例にかかる変位検出装置の利用例について図２５及び図２６を参照して説明する。
図２５は、第１の利用例について示す模式図である。図２６は、第２の利用例について示す模式図である。
なお、図２５及び図２６に示す利用例における被測定部材９は、例えば上述した図２３〜図２４に示す回折格子スケールを用いたものである。
【０２１２】
図２５に示す利用例では、被測定部材９における被測定面と平行をなす第１の方向Ｘの変位検出するＸ軸用リニアエンコーダ９０１と、被測定部材９における被測定面と平行をなし、第１の方向Ｙと直交する第２の方向Ｙの変位を検出するＹ軸用リニアエンコーダ９０２が設けられている。また、被測定部材９の被測定面の高さ方向Ｚの検出するために上述した本例の変位検出装置１を設けている。
【０２１３】
これにより、Ｘ軸用リニアエンコーダ９０１及びＹ軸用リニアエンコーダ９０２によって、被測定部材９のＸ軸Ｙ軸の変位を計測し、本例の変位検出装置１によって被測定部材９の被測定面の高さ方向、すなわちＺ軸の変位を検出することができる。これにより、３次元の計測が可能となる。
【０２１４】
図２６に示す利用例における被測定部材９Ｈは、Ｚ軸を中心に回転するものである。そして、この利用例では、被測定部材９Ｈの角度情報を検出するロータリーエンコーダ９０３と、被測定部材９の高さ方向Ｚの検出するために上述した本例の変位検出装置１を設けている。この利用例では、被測定部材９Ｈの角度情報θと、Ｚ軸の変位を検出することができ、３次元の計測が可能となる。
【０２１５】
１６．変位検出装置の更に他の実施の形態例
次に、本発明の変位検出装置の更に他の実施の形態例について図２７〜図３１を参照して説明する。
図２７〜図３１に示す変位検出装置１５０１〜１７０１は、間隔を空けて互いに対向する２つの反射面を有する部材の変位情報を検出する装置である。
【０２１６】
１６−１．変位検出装置の第１３の実施の形態例
まず、第１３の実施の形態例にかかる変位検出装置について図２７〜図２９を参照して説明する。
図２７は、第１３の実施の形態例にかかる変位検出装置の構成を示す概略構成図、図２８は、図２７に示す変位検出装置の要部を示す説明図である。
【０２１７】
図２７に示すように、この第１３の実施の形態例にかかる変位検出装置１５０１は、光学系ブロック１５０２と、被測定部材に装着される被測定ブロック１５０３とを有している。この変位検出装置１５０１は、光学系ブロック１５０２と、被測定ブロック１５０３との相対的な変位を検出することができる装置である。すなわち、この第１３の実施の形態例にかかる変位検出装置１５０１によれば、被測定ブロック１５０３が被測定部材に相当する。
【０２１８】
光学系ブロック１５０２は、光源２と、光束分割部３と、透過型の回折格子１００４と、受光部８と、相対位置情報出力手段１０と、戻り用反射ミラー１００５とを備えている。この光学系ブロック１５０２は、第９の実施の形態例にかかる１００１の光源２と、光束分割部３と、回折格子１００４と、受光部８と、相対位置情報出力手段１０と、戻り用反射ミラー１００５と同様の構成を有している。
【０２１９】
被測定ブロック１５０３は、略Ｕ字状に形成されている。この被測定ブロック１５０３は、第１反射片部１５０４と、第２反射片部１５０５と、接続片部１５０６とを有している。第１反射片部１５０４と第２反射片部１５０５は、互いに対向して配置される。そして、第１反射片部１５０４と第２反射片部１５０５は、一端側を接続片部１５０６によって接続されている。そのため、被測定ブロック１５０３が高さ方向に移動すると、第１反射片部１５０４及び第２反射片部１５０５も同じだけ移動する。
【０２２０】
また、第１反射片部１５０４における第２反射片部１５０５と対向する一面は、光を反射する第１反射面１５０７となっている。同様に、第２反射片部１５０５における第１反射片部１５０４と対向する一面は、光を反射する第２反射面１５０８となっている。そして、第１反射片部１５０４の第１反射面１５０７と第２反射片部１５０５の第２反射面１５０８は、略平行に配置される。
【０２２１】
そして、被測定ブロック１５０３における第１反射片部１５０４と、第２反射片部１５０５の間には、光学系ブロック１５０２における回折格子１００４及び戻り用反射ミラー１００５が設置された部分が挿入される。このとき、回折格子１００４の一面、いわゆる回折面は、第１反射片部１５０４の第１反射面１５０７及び第２反射片部１５０５の第２反射面１５０８に対して略垂直に配置される。また、戻り用反射ミラー１００５は、被測定ブロック１５０３における接続片部１５０６側に配置される。
【０２２２】
その他の構成は、その他の構成は、第９の実施の形態例にかかる変位検出装置１００１と同様であるため、それらの説明は省略する。
【０２２３】
ここで、図２８を参照して、第１３の実施の形態例にかかる変位検出装置１５０１の要部について説明する。
図２８に示すように、被測定ブロック１５０３が高さ方向にｘ／２だけ移動すると、第１反射片部１５０４の第１反射面１５０７及び第２反射片部１５０５の第２反射面１５０８も高さ方向にｘ／２だけ移動する。
【０２２４】
また、回折格子１００４は、被測定ブロック１５０３の第１反射面１５０７及び第２反射面１５０８に対して略直角に配置されている。そのため、第１の光束Ｌ１及び第２の光束Ｌ２の光路長は、被測定ブロック１５０３が高さ方向に変位しても、常に一定となる。すなわち、第１の光束Ｌ１及び第２の光束Ｌ２の波長は、第９の実施の形態例にかかる変位検出装置１００１と同様に、変化しない。そして、被測定ブロック１５０３が高さ方向に変位すると、回折格子１００４に入射する第１の光束Ｌ１及び第２の光束Ｌ２の位置だけが変化する。
【０２２５】
図１７に示す第９の実施の形態例にかかる変位検出装置１００１と同様に、第１反射面１５０７及び第２反射面１５０８が高さ方向にｘ／２移動すると、回折格子１００４上を移動する第１の光束Ｌ１及び第２の光束Ｌ２の移動量は、第１反射面１５０７及び第２反射面１５０８を移動した際の２倍のｘとなる
【０２２６】
そして、第１反射面１５０７に照射される第１の光束Ｌ１は、行きと戻りで回折格子１００４を２回透過するため、２回回折される。そのため、第１の光束Ｌ１には、２Ｋｘの位相が加わる。
【０２２７】
また、第２反射面１５０８も第１反射面１５０７と同じ量だけ移動するため、第２反射面１５０８に照射される第２の光束Ｌ２は、第１の光束Ｌ１と同様に、回折格子１００４に入射する位置が、第１の光束Ｌ１と同じ長さだけ変化する。
【０２２８】
ここで、第１反射面１５０７は、回折格子１００４にｘ／２だけ近づき、第２反射面１５０８は、回折格子１００４にｘ／２だけ離れる。そのため、第２の光束Ｌ２は、回折格子１００４を透過することで、第１の光束Ｌ１とは正負の異なる位相が加わる。そして、第２の光束Ｌ２も第１の光束Ｌ１と同様に、行きと戻りで回折格子１００４を２回透過するため、２回回折される。これらにより、第２の光束Ｌ２には、−２Ｋｘの位相が加わる。したがって、第１の光束Ｌ１と第２の光束Ｌ２の位相差は、４Ｋｘとなる。
【０２２９】
すなわち、第１の受光素子３３と第２の受光素子３４では、Ａｃｏｓ（４Ｋｘ＋δ）の干渉信号を得ることができる。また、第３の受光素子３５と第４の受光素子３６では、Ａｃｏｓ（４Ｋｘ＋δ’）の干渉信号を得ることができる。その結果、この第１３の実施の形態例にかかる変位検出装置１５０１によれば、第９の実施の形態例にかかる変位検出装置１００１よりも２倍の分解能を得ることができる。
【０２３０】
この変位検出装置１５０１においても、第９の実施の形態例にかかる変位検出装置１００１と同様に、例えば、回折格子１００４の格子ピッチΛを０．５５１５μｍ、波長λを７８０ｎｍ、回折格子１００４の入射角及び回折角を４５°に設定する。そして、被測定ブロック１５０３が高さ方向に回折格子１００４の格子ピッチΛ分、０．５５１５μｍ移動する例について説明する。
【０２３１】
被測定ブロック１５０３が高さ方向に０．５５１５μｍ移動すると、第１の光束Ｌ１及び第２の光束Ｌ２は、回折格子１００４上を０．５５１５μｍの２倍、すなわち２ピッチ分移動する。さらに、第１の光束Ｌ１及び第２の光束Ｌ２は、２回回折される。また、第１の光束Ｌ１及び第２の光束Ｌ２には、正負の異なる位相が加わるため、第１の光束Ｌ１と第２の光束Ｌ２の位相差は、８Ｋｘとなる。すなわち、得られる信号の１周期は、０．５５１５μｍ／８＝０．０６８９μｍとなる。
【０２３２】
このような構成を有する変位検出装置１５０１によっても、上述した第１の実施の形態例にかかる変位検出装置１や第９の実施の形態例にかかる変位検出装置１００１と同様の作用効果を得ることができる。
【０２３３】
次に、図２９を参照してこの第１３の実施の形態例にかかる変位検出装置１５０１に用いられる被測定ブロックの例について説明する。
図２９Ａは、被測定ブロックの一例を示す平面図、図２９Ｂは、被測定ブロックの他の例を示す平面図である。
【０２３４】
図２９Ａに示す被測定ブロック１５０３Ａは、第１反射面１５０７を有する第１反射ミラー１５１１と、第２反射面１５０８を有する第２反射ミラー１５１２とを有している。第１反射ミラー１５１１と第２反射ミラー１５１２は、接着剤を用いた接着や固定ねじを用いた締結固定等の固定方法によって接続片部１５０６に固定されている。そして、第１反射ミラー１５１１の第１反射面１５０７と第２反射ミラー１５１２の第２反射面１５０８は、略平行に対向している。
【０２３５】
このような構成を有する被測定ブロック１５０３Ａは、接続片部１５０６に２枚の反射ミラー１５１１，１５１２を取り付けただけの単純な構成を有しているため、ブロック全体を小型化することが容易にできる。
【０２３６】
図２９Ａに被測定ブロック１５０３Ｂは、ブロック片１５１３に、矩形状に開口した溝１５０９を形成したものである。そして、ブロック片１５１３に形成した溝１５０９の一面１５１３ａには、第１反射ミラー１５１１と固定され、一面１５１３ａと対向する他面１５１３ｂには、第２反射ミラー１５１２が固定されている。
【０２３７】
このような構成を有する被測定ブロック１５０３Ｂによれば、被測定部材に溝１５０９を設け、その溝１５０９内に２枚の反射ミラー１５１１，１５１２を設置することで形成することができる。
【０２３８】
１６−２．変位検出装置の第１４の実施の形態例
次に、第１４の実施の形態例にかかる変位検出装置について、図３０を参照して説明する。
図３０は、第１４の実施の形態例にかかる変位検出装置の構成を示す概略構成図である。
【０２３９】
図３０に示すように、この第１４の実施の形態例にかかる変位検出装置１６０１は、第１３の実施の形態例にかかる変位検出装置１５０１と同様に、光学系ブロック１６０２と、被測定部材に装着される被測定ブロック１６０３とを有している。
【０２４０】
光学系ブロック１６０２には、図１〜図１４に示す第１〜第８の実施の形態例にかかる変位検出装置１，１０１，２０１，３０１，４０１，５０１，６００，７００と同様に反射型の回折格子４が用いられている。また、この光学系ブロック１６０２は、図１０に示す第４の実施の形態例にかかる変位検出装置３０１と同様に、レンズ１１と、光束分割部３と、回折格子４と、受光部８を構成する第１の偏光ビームスプリッタ１８及び第２の偏光ビームスプリッタ１９とを有している。
【０２４１】
レンズ１１には、供給用光ファイバ３０２を介して光源２から光が照射される。第１の偏光ビームスプリッタ１８によって分割された光は、第１の受光用光ファイバ３０３及び第２の受光用光ファイバ３０４を介して第１の受光素子３３及び第２の受光素子３４に供給される。また、第２の偏光ビームスプリッタ１９によって分割された光は、第３の受光用光ファイバ３０５及び第４の受光用光ファイバ３０６を介して第３の受光素子３５及び第４の受光素子３６に供給される。
【０２４２】
これにより、熱源となる光源２を光学系ブロック１６０２から離すことができる。また、光学系ブロック１６０２から離れた場所で、光源２や第１〜第４の受光素子３３〜３６のメンテナンスが可能となり、作業性が向上する。
【０２４３】
さらに、熱源を切り離すことで、光学系ブロック１６０２の温度上昇を控え、安定した計測が可能になる。また、第１〜第４の受光素子３３〜３６を相対位置情報出力手段１０に近づけることで、電気的な外来ノイズの影響を少なくでき、光ファイバで伝送することで、応答スピードも上げることができる。これらの効果から目的に応じて、第４の実施の形態例にかかる変位検出装置３０１と同様に、光源２のみを光ファイバによって光学系ブロックから切り離しても良いし、受光素子３３〜３３のみを光ファイバによって光学系ブロックから切り離しても良い。
【０２４４】
また、光学系ブロック１６０２の回折格子４の一面、いわゆる回折面が、被測定ブロック１６０３の第１反射面１６０７及び第２反射面１６０８に対して略垂直となるように、光学系ブロック１６０２に被測定ブロック１６０３が配置される。
【０２４５】
そして、光束分割部３によって分割された第１の光束Ｌ１は、第１反射面１６０７によって反射されて、回折格子４に入射する。また、第２の光束Ｌ２も同様に、第２反射面１６０８によって反射された、回折格子４に入射する。
【０２４６】
被測定ブロック１６０３が高さ方向に移動すると、第１反射片部１６０４及び第２反射片部１６０５も移動する。そのため、この第１４の実施の形態例にかかる変位検出装置１６０１においても、第１３の実施の形態例にかかる変位検出装置１５０１と同様に、第１の光束Ｌ１と第２の光束Ｌ２にそれぞれ異なる正負の位相差が加わる。
【０２４７】
その結果、この第１４の実施の形態例にかかる変位検出装置１６０１によれば、回折格子４の格子ピッチが同じ場合、第４の実施の形態例にかかる変位検出装置３０１よりも２倍の分解能とすることができる。
【０２４８】
その他の構成は、第１の実施の形態にかかる変位検出装置１や第１３の実施の形態例にかかる変位検出装置１５０１と同様であるため、それらの説明は省略する。このような構成を有する変位検出装置１６０１によっても、上述した第１の実施の形態例にかかる変位検出装置１や第１３の実施の形態例にかかる変位検出装置１５０１と同様の作用効果を得ることができる。
【０２４９】
１６−３．変位検出装置の第１５の実施の形態例
次に、第１５の実施の形態例にかかる変位検出装置について、図３１を参照して説明する。
図３１は、第１５の実施の形態例にかかる変位検出装置の構成を示す概略構成図である。
【０２５０】
図３１に示すように、この第１５の実施の形態例にかかる変位検出装置１７０１は、第１３の実施の形態例にかかる変位検出装置１５０１と同様に、光学系ブロック１７０２と、被測定部材に装着される被測定ブロック１７０３とを有している。
【０２５１】
光学系ブロック１７０２は、第１２の実施の形態例にかかる変位検出装置１４０１と同様に、光源２と、光束分割部３と、透過型の第１の回折格子１００４及び第２の回折格子１０４４と、受光部８と、相対位置情報出力手段１０と、戻り用反射ミラー１００５と、中間ミラー１０４２とを有している。また、被測定ブロック１７０３は、光学系ブロック１７０２における第１の回折格子１００４、中間ミラー１０４２、第２の回折格子１０４４及び戻り用反射ミラー１００５を含む部分を間に挟む、第１反射片部１７０４と、第２反射片部１７０５とを有している。
【０２５２】
その他の構成は、第１２の実施の形態例にかかる変位検出装置１４０１及び第１３の実施の形態例にかかる変位検出装置１５０１と同様であるため、それらの説明は省略する。すなわち、この第１５の実施の形態例にかかる変位検出装置１７０１は、第１２の実施の形態例にかかる変位検出装置１４０１と第１３の実施の形態例にかかる変位検出装置１５０１を組み合わせたものである。
【０２５３】
この第１５の実施の形態例における第１の光束Ｌ１は、行きと戻りで第１の回折格子１００４及び第２の回折格子１０４４により４回回折される。また、第２の光束Ｌ２も同様に、行きと戻りで第１の回折格子１００４及び第２の回折格子１０４４により４回回折される。
【０２５４】
そして、被測定ブロック１７０３が高さ方向にｘ／２だけ移動すると、第１の光束Ｌ１には、４Ｋｘの位相が加わり、第２の光束Ｌ２には、第１の光束Ｌ１と正負の異なる−４Ｋｘの位相が加わる。したがって、第１の光束Ｌ１と第２の光束Ｌ２の位相差は、８Ｋｘとなる。
【０２５５】
その結果、この第１５の実施の形態例にかかる変位検出装置１７０１によれば、第１３の実施の形態例にかかる変位検出装置１４０１よりも２倍の分解能を得ることができる。
【０２５６】
このような構成を有する変位検出装置１７０１によっても、上述した第１の実施の形態例にかかる変位検出装置１や第１３の実施の形態例にかかる変位検出装置１４０１と同様の作用効果を得ることができる。
【０２５７】
第１３〜第１５の実施の形態例にかかる変位検出装置１５０１、１６０１及び１７０１は、例えば光学系ブロックと被測定ブロックを板ばねによって連結することで、板ばね機構の変位を検出することができる。また、光学系ブロックと被測定ブロックをアクチュエータの内部に内臓することとで、アクチュエータの変位情報を検出することが可能となる。
【０２５８】
なお、本発明は上述しかつ図面に示した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形実施が可能である。上述した実施の形態例では、光源から照射される光は、気体中だけでなく、液体中又は真空中の空間を飛ばして光を供給するようにしてもよい。
【０２５９】
また、反射部を示すミラー６を被測定部材９の移動に連動するように移動させてもよい。すなわち、被測定部材９における高さ方向の移動量と同じ移動量だけ反射部を示すミラー６を移動させる。これにより、第１〜第１２の実施の形態例にかかる変位検出装置においても、第１３〜第１５の実施の形態例にかかる変位検出装置と同様に、第２の光束Ｌ２に第１の光束Ｌ１と正負の異なる位相を加えることができる。
【符号の説明】
【０２６０】
１，１０１，２０１，３０１，４０１，５０１，６００，７００，１００１，１２０１，１３０１，１４０１，１５０１，１６０１，１７０１…変位検出装置、  ２…光源、  ３，７０３…光束分割部（光束結合部）、  ４，１００４…回折格子、  ６，５０６…ミラー（反射部）、  ８…受光部、  ９，９Ａ，９Ｂ，９Ｃ，９Ｄ，９Ｅ，９Ｆ，９Ｇ，９Ｈ，１０９，２０９，３０９，４０９，５０９…被測定部材、  ９ａ，９ａ’…反射膜、  ９ｃ，９ｃ，’…格子  ９ｄ…保護層、  ９ｅ…カバーガラス、  １０，１０Ａ，１０Ｂ…相対位置情報出力手段、  １１…レンズ、  １２…第１の位相板、  １３…第２の位相板、  １４…集光レンズ、  １６…ハーフミラー、  １７…受光側位相板、  １８…第１の偏光ビームスプリッタ、  １９…第２の偏光ビームスプリッタ、  ３３…第１の受光素子、  ３４…第２の受光素子、  ３５…第３の受光素子、  ３６…第４の受光素子、  ３７…絶対値用受光部、  ３７Ｃ…第５の受光素子、  ３７Ｄ…第６の受光素子、  ３８…差動比較器、  ４０…絶対位置情報出力手段、  １０４…第２のミラー、  ２０２…第２の集光レンズ、  ２０３…第３の集光レンズ、  ４０４…回折格子（反射部）、  ６０１Ａ…第１の変位検出部、  ６０１Ｂ…第２の変位検出部、  ６０２…平均演算器、  ７０４Ａ…第１の回折格子、  ７０４Ｂ…第２の回折格子、  ７０８…第１の受光部、  ７０８Ｂ…第２の受光部、  １００５…戻り用反射ミラー（戻り用反射部）、  １０１６…光束結合部、  １０２１，１０２２，１０２３，１０２４…補助ミラー、  １０４２…中間ミラー、  １０４４…第２の回折格子、  １５０２，１６０２，１７０２…光学系ブロック、  １５０３，１６０３，１７０３…被測定ブロック（被測定部材）、  １５０７，１６０７，１７０７…第１反射面、  １５０８，１６０８，１７０８…第２反射面、  Ｌ１，Ｌ１Ａ，Ｌ１Ｂ…第１の光束、  Ｌ２，Ｌ２Ａ，Ｌ２Ｂ…第２の光束、  Ｐ１，Ｐ２，Ｐａ１，Ｐｂ１，Ｐｃ１，Ｐｃ２，Ｐｄ１，Ｐｄ２，Ｐｅ１，Ｐｆ１，Ｓｃ１，Ｓｄ１，Ｓｅ１，Ｓｆ１…照射スポット、  Ｔ１，Ｔ２…回折位置、  Λ…格子ピッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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