(57)【要約】  干渉計測装置であって、測定光ビーム（２ａ、２ｂ）と参照光ビーム（２ｃ、２ｄ）とを備え、それらは、互いに相互作用して空間縞パターン（２４）を発生させる。空間縞パターン（２４）と相互作用して、光を異なる方向（３０、３２、３４、３６）に空間的に分離する光学装置（１２）が設けられる。空間的に分離した光の２つ以上の方向の強度変調（intensity modulation）は、位相シフトされる。この光学装置は、例えば、回折型装置、屈折型装置、または回折型光学素子を含み得る。
2007527006.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに相互作用して空間縞パターンを発生させる測定光ビームおよび参照光ビームと、
前記空間縞パターンと相互作用して、光を異なる方向に空間的に分離する光学装置と、
を備え、
前記空間的に分離した光の２つ以上の方向の強度変調が位相シフトされることを特徴とする干渉計測装置。
【請求項２】
前記光学装置は、前記空間縞パターンの縞において、光が異なる方向に空間的に分離するように、前記空間縞パターンと相互作用することを特徴とする請求項１に記載の干渉計測装置。
【請求項３】
前記光は、前記空間縞パターンの１つまたは複数の縞の少なくとも一部に渡って空間的に分離することを特徴とする請求項１に記載の干渉計測装置。
【請求項４】
前記光は、２本以上のサブビームに空間的に分離されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の干渉計測装置。
【請求項５】
前記異なる方向に空間的に分離した光は、光検出器によって検出されることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の干渉計測装置。
【請求項６】
前記空間的に分離した光は、光ファイバを介して前記検出器に到達することを特徴とする請求項５に記載の干渉計測装置。
【請求項７】
少なくとも１つの合焦手段を設けて、前記異なる方向に空間的に分離した光を、前記光ファイバ内または前記光検出器上に合焦させることを特徴とする請求項５または６のいずれかに記載の干渉計測装置。
【請求項８】
前記光学装置は、少なくとも１つのフレネルレンズを備えることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の干渉計測装置。
【請求項９】
前記光学装置は回折型装置であることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の干渉計測装置。
【請求項１０】
前記光学装置は複数のセグメントを備え、各セグメントに入射する前記空間的な縞の場からの光は異なる回折方向に回折し、それによって前記空間的な縞の場が空間的に分離されることを特徴とする請求項９に記載の干渉計測装置。
【請求項１１】
前記光学装置は、異なる構造を有する複数のセグメントを備え、前記異なるセグメントは、繰返しパターンで配置されることを特徴とする請求項９または１０のいずれかに記載の干渉計測装置。
【請求項１２】
前記複数のセグメントの２つ以上のセグメントは、それぞれ異なる方向に延びるブレイズ格子を備えることを特徴とする請求項１０または１１のいずれかに記載の干渉計測装置。
【請求項１３】
前記複数のセグメントの１つには何も構造がないことを特徴とする請求項１０から１２のいずれかに記載の干渉計測装置。
【請求項１４】
前記光学装置は回折型光学素子であることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の干渉計測装置。
【請求項１５】
前記光学装置は屈折型装置であることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の干渉計測装置。
【請求項１６】
前記光学装置は複数のセグメントを備え、各セグメントに入射する前記空間的な縞の場からの光は異なる方向に屈折し、それによって前記空間的な縞の場が空間的に分離されることを特徴とする請求項１５に記載の干渉計測装置。
【請求項１７】
前記光学装置は、プロフィールが付けられた表面を備え、前記プロフィールが付けられた表面における屈折により、前記空間的な縞の場が空間的に分離されることを特徴とする請求項１５または１６のいずれかに記載の干渉計測装置。
【請求項１８】
前記光学装置は、密着した光ファイバ束を備えることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の干渉計測装置。
【請求項１９】
前記光学装置は、前記空間的に分離した光ビームの位相差により、合成される前記検出器の出力が既知の位相差を有する２つの信号を生成し得るように構成されることを特徴とする請求項１から１８のいずれかに記載の干渉計測装置。
【請求項２０】
前記光学装置は、前記空間的に分離した光ビームの位相差により、合成される前記検出器の出力が直交信号を生成し得るように構成されることを特徴とする請求項１９に記載の干渉計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、干渉計用の検出ユニットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
干渉計測装置では、２本のコヒーレントビームを合わせて干渉させて、検出ユニットのところで干渉縞の形で空間的な縞の場を形成する。この検出ユニットは、フォトダイオードおよび増幅器などの電子回路を含む。
【０００３】
図１に、先行技術の干渉計（例えば、特許文献１参照）を示す。光源１は、偏光ビームスプリッタキューブ装置３に向かって方向付けられたコヒーレント光ビーム２を生成する。偏光ビームスプリッタ３は、光ビーム２から、透過する第１ビーム２ａと、反射する第２ビーム２ｃとを生成する。偏光ビームスプリッタ３を使用すると、確実に、透過ビーム２ａおよび反射ビーム２ｃが互いに直交する偏光になる。この例では干渉計の測定アームを形成する第１透過ビーム２ａは、偏光ビームスプリッタ３を真っ直ぐに通過し、移動物体（図示しない）に取り付けられた再帰反射体６に向かって方向付けられる。この移動物体の位置を干渉計によって測定する。この再帰反射体は、この光ビームをビーム２ｂとして偏光ビームスプリッタ３に戻す。戻りビーム２ｂは、偏光ビームスプリッタを透過し、検出ユニット４に向かって前方に進む。
【０００４】
偏光ビームスプリッタ３は、この干渉計の参照アームを形成する第２反射ビーム２ｃも生成する。この反射ビームは、ビームスプリッタ３に固定された第２再帰反射体７に向かって方向付けられ、次いで、この再帰反射体によって反射され、偏光ビームスプリッタに戻る。ビーム２ｄは、戻る途中で、偏光ビームスプリッタで反射されて検出ユニットに向かう。
【０００５】
先に述べたように、このように配置することにより、ビーム２ｂおよび２ｄはそれぞれ異なる偏光状態を有する。
【０００６】
複屈折プリズム８は、ビーム２ｂ、２ｄが集束するように、それらを異なる角度で屈折させ、偏光素子９によりこれらの偏光状態が合成され、それによって、これらのビームが干渉して空間的な縞の場を生成する。
【０００７】
検出ユニット４は、これらの重なり合うビームの経路に配置されて、空間的な縞の場を受け取る。用いられる検出器は、電子格子（elecrograting）である。このような検出器は周知のものであり（例えば、特許文献２参照）、半導体基板から成り、その上に、複数の細長い、それぞれほぼ平行な光電性要素が設けられる。
【０００８】
【特許文献１】英国特許第２２９６７６６号明細書
【特許文献２】欧州特許第０５４３５１３号明細書
【特許文献３】国際公開第８７／０７９４４号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
電子回路を必要としない検出ユニットがあると有利である。それによって、検出ユニットのサイズを小さくすることができる。さらに、検出ユニットが電子回路を含まなければ、他の構成要素（モータなど）からの電子ノイズの問題がなくなる。
【００１０】
検出ユニット内の電子回路は熱源になり、検出ユニット自体などの装置の部品、ならびに干渉計が測定している系の膨張のために、測定誤差の原因となり得る。そのため、このような熱源を取り除くことが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明が提供する干渉計測装置は、
互いに相互作用して空間縞パターンを発生させる測定光ビームおよび参照光ビームと、
この空間縞パターンと相互作用して、光を異なる方向に空間的に分離する光学装置と、
を備え、
これら空間的に分離した光の２つ以上の方向の強度変調が位相シフトされる。
【００１２】
この光学装置は、空間縞パターンの縞において、光が異なる方向に空間的に分離するように、空間縞パターンと相互作用させることができる。
【００１３】
この光は、空間縞パターンの１つまたは複数の縞の少なくとも一部に渡って空間的に分離させることができる。
【００１４】
この光は、２本以上のサブビームに空間的に分離することができる。
【００１５】
異なる方向に空間的に分離した光は、光検出器によって検出することができる。これらの空間的に分離した光は、光ファイバを介して検出器に到達させることができる。
【００１６】
少なくとも１つの合焦手段を設けて、異なる方向に空間的に分離した光を、光ファイバまたは光検出器に合焦させることができる。
【００１７】
この光学装置は、少なくとも１つのフレネルレンズを備えることができる。
【００１８】
この光学装置は回折型の装置とすることができる。
【００１９】
一実施形態では、この光学装置は複数のセグメントを備え、各セグメントに入射する空間的な縞の場からの光は異なる回折方向に回折し、それによって空間的な縞の場が空間的に分離される。
【００２０】
この光学装置は、異なる構造を有する複数のセグメントを備えることができる。これらの異なるセグメントは、繰返しパターンで配置される。これら複数のセグメントの２つ以上のセグメントは、異なる方向に延びるブレーズド格子を備えることができる。これら複数のセグメントの１つは、何も構造がないものとすることができる。
【００２１】
この光学装置は回折型光学素子を備えることができる。
【００２２】
この光学装置は屈折型装置とすることができる。
【００２３】
一実施形態では、この光学装置は、複数のセグメントを備えることができる。各セグメントに入射する空間的な縞の場からの光は異なる方向に屈折され、それによってこの空間的な縞の場が空間的に分離される。
【００２４】
この光学装置は、プロフィールが付けられた表面を備えることができ、このプロフィールが付けられた表面における屈折により、空間的な縞の場が空間的に分離される。
【００２５】
この光学装置は、空間的に分離した光ビームの位相差により、合成される検出器の出力が既知の位相差を有する２つの信号を生成し得るように構成することができる。この光学装置は、空間的に分離した光ビームの位相差により、合成される検出器の出力が直交信号を生成し得るように構成することができる。
【００２６】
次に、添付の図面を参照して、例として本発明の実施形態を説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
本発明は、電子格子を必要とせずに、空間的な縞の場から信号が生成される検出ユニットを提供する。
【００２８】
図２に、回折型光学素子（ＤＯＥ）１２、レンズ１４、および４つの検出器１６、１８、２０、２２を備える検出ユニット１０を示す。余弦状の縞を有する空間的な縞の場２４は、２本のコヒーレント光ビーム２６、２８（すなわち、図１に示す干渉計の測定アームおよび参照アーム）の干渉によって、検出ユニット１０のところに形成される。
【００２９】
余弦状の縞で検出ユニット１０を照明すると、４本のビーム３０、３２、３４、３６が形成され、これらのビームは、レンズ１４によって検出器１６、１８、２０、２２上に合焦される。このレンズは、ＤＯＥと一体化することができる。あるいは、４つの個々のレンズを使用することができる。これら４本のビームは、位相が９０°ずれており、そのため、これらの検出器で検出される強度は、各余弦状の縞が検出ユニットを横切って並進移動するので、直角位相の形で変化する。
【００３０】
図３に、余弦状の縞が検出ユニット１０に対して相対的に横方向に移動するときの検出器１６、１８、２０、２２における経時的な強度変化を示す。各検出器１６、１８、２０、２２における強度は、循環的に変化し、互いに位相が９０°ずれていることがわかる。
【００３１】
本発明は、４本の光ビームを生成することに限定されるものではない。例えば、ＤＯＥは、設計に応じて、位相がπ／２または４π／３ずれた３本のビームを生成するように設計することができる。これらの検出器の出力を合成して、直交信号（quadrature signals）を生成してもよく、その直交信号は、縞と、周期的な光パターンと、の間の相対運動の大きさおよび方向を補間するのに使用し得る。３つの検出器からの出力を合成して、このような直交信号をする方法は、以前に公開した本発明者らの刊行物に開示されている（例えば、特許文献３参照）。
【００３２】
ＤＯＥの数学的な細部は、図４〜図８を参照して以下のように計算することができる。
【００３３】
図４に、余弦状の縞２４がＤＯＥ  ４０に入射して、４本のビームａ、ｂ、ｃ、ｄが形成されるところを示す。これらのビームは、Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４とは強度が異なり、これらの余弦状の縞が読取りヘッドに対して相対的に並進移動すると、直角位相の関係になる。余弦状の縞は、以下の式によって記述し得る。
【００３４】
【数１】
2007527006.tif 000003
【００３５】
ただし、ｘは直線変位、Δｘはこの直線変位の変化、ｐは、２本の入射ビームの干渉によって生成される複素振幅場の周期である。この強度干渉パターンの周期はｐ／２である。
【００３６】
ＤＯＥの出力複素振幅（output complex amplitude）Ωｏｕｔ（ω）は、以下に示すように、余弦状の縞（Ｕｆｒｉｎｇｅｓ（ｘ））とＤＯＥとの積のフーリエ変換によって与えられる。出力座標は、
ｘ＝ω・λｚ
である。ただし、λは入射光の波長、ωは座標系の空間角度周波数、ｚは伝播距離である。
【００３７】
Ωｏｕｔ（ω）＝Ｆｔ［Ｕｆｒｉｎｇｅｓ（ｘ）．Ｕｇｒａｔｉｎｇ（ｘ）］
＝Ｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎ［Ｆｔ［Ｕｆｒｉｎｇｅｓ（ｘ），Ｆｔ［Ｕｇｒａｔｉｎｇ（ｘ）］
＝Ｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎ［Ωｆｒｉｎｇｅｓ（ω），Ωｇｒａｔｉｎｇ（ω）］
ただし、Ｆｔはフーリエ変換である。
【００３８】
グレーティング（grating）のΩｇｒａｔｉｎｇ（ω）の複素振幅の形式は、縞のΩｆｒｉｎｇｅｓ（ω）の複素振幅と畳み込まれる（convolved）されるときに、少なくとも４本のビームを生成するものでなければならない。さらに、これら４本のビームの強度は、Δｘに対して直交位相(quadrature)の関係で変化することが必要とされるので、各ビームの複素振幅（complex amplitude）は、必要とされる位相の関係が課されるように、少なくとも２つの成分からなる必要がある。（単一成分ビームは、強度が一定なので適切ではない。）図５に、可能な解を示す。図５には、Ωｏｕｔ（ω）を生成するためのΩｇｒａｔｉｎｇ（ω）とΩｆｒｉｎｇｅｓ（ω）の畳み込み（convolution）を示す。Ａ〜Ｅは複素数であり、
φ＝２πΔｘ／ｐ
である。
【００３９】
出力強度は、出力振幅の絶対値の２乗で与えられる。次いで、４本のビームの強度を、必要とされる直交信号と等しくする。
【００４０】
Ｉｎ（Δｘ）＝１＋ｑ  Ｃｏｓ（２φ＋ｎπ／２）
ただし、ｑは、単位直流レベル(DC level of unity)を伴う交流変調(AC modulation)である。
【００４１】
入射ビームの合成およびＤＯＥの特性から得られる第１出力ビームの複素振幅の絶対値を２乗したものをＩ１とする。
【００４２】
Ｉ１＝｜１／２（Ａｅ−ｉφ＋Ｂｅ＋ｉφ）｜２
＝１／４（Ａｅ−ｉφ＋Ｂｅｉφ）（Ａ＊ｅｉφ＋Ｂｅ−ｉφ）
これを、以下のように、必要とされる変調強度項と関係づけることができる。
【００４３】
【数２】
2007527006.tif 000004
【００４４】
同様に、
【００４５】
【数３】
2007527006.tif 000005
【００４６】
となり、そのため、
【００４７】
【数４】
2007527006.tif 000006
【００４８】
となる。
【００４９】
右辺の式は単に、左辺の式の複素共役であり、無視し得る。
【００５０】
任意の値Ａで始める。
【００５１】
【数５】
2007527006.tif 000007
【００５２】
Ｃ＝（（２ｑ／Ｂ）ｅｉπ／２）＊
Ｄ＝（（２ｑ／Ｃ）ｅｉπ）＊
Ｅ＝（（２ｑ／Ｄ）ｅｉ３π／２）＊
ここで、Ａ＝１、ｑ＝１／２とすると、Ａ〜Ｅの値は、
Ａ＝１
Ｂ＝１
Ｃ＝−ｉ
Ｄ＝＋ｉ
Ｅ＝−１
になる。
【００５３】
図６に、この系を示す。図６ａに、変位ｘに対するグレーティング振幅（grating amplitude）の実部および虚部を示す。図６ｂに、変位ｘに対するグレーティングの位相および強度を示し、図６ｃに、空間周波数座標系（ω）における出力強度を示す。
【００５４】
可能な代替解も２つあり、これらの解は、位相の順序が異なるだけである。これらを図７および図８に示す。
【００５５】
図７ａに、変位ｘに対するグレーティング振幅の実部および虚部を示す。図７ｂに、変位ｘに対するグレーティングの位相および強度を示し、図７ｃに、以下のＡ〜Ｅの値について得られた４本のビームａ、ｂ、ｃ、ｄに関しての空間周波数座標系（ω）における出力強度を示す。
【００５６】
Ａ＝１
Ｂ＝ｅｉ０π／２／Ａ
Ｃ＝ｅｉ１π／２／Ｂ
Ｄ＝ｅｉ３π／２／Ｃ
Ｅ＝ｅｉ２π／２／Ｄ
そのため、Ａ＝１、Ｂ＝１、Ｃ＝ｉ、Ｄ＝−１、Ｅ＝１になる。
【００５７】
図８ａに、変位ｘに対するグレーティング振幅の実部および虚部を示す。図８ｂに、変位ｘに対するグレーティングの位相および強度を示し、図８ｃに、以下のＡ〜Ｅの値について得られた４本のビームａ、ｂ、ｃ、ｄに関しての空間周波数座標系（ω）における出力強度を示す。
【００５８】
Ａ＝１
Ｂ＝ｅｉ０π／２／Ａ
Ｃ＝ｅｉ２π／２／Ｂ
Ｄ＝ｅｉ１π／２／Ｃ
Ｅ＝ｅｉ３π／２／Ｄ
そのため、Ａ＝１、Ｂ＝１、Ｃ＝−１、Ｄ＝−ｉ、Ｅ＝１になる。
【００５９】
Ｄ．Ｏ．Ｅ．を用いて３本のビームを生成することも可能である。図９に可能な解を示し、それらの式を以下に示す。
【００６０】
Ａ＝１
Ｂ＝ｅ−ｉ．１．π／２／Ａ
Ｃ＝ｅｉ．０．π／２／Ｂ
Ｄ＝ｅｉ．１．π／２／Ｃ
Ａ＝１、Ｂ＝−ｉ、Ｃ＝ｉ、Ｄ＝１
図１０ａに、３位相分離グレーティング（three phase splitter grating）についてのグレーティング振幅の実部および虚部を示す。図１０ｂに、この３位相分離グレーティングの位相および強度を示し、図１０ｃに、３本の出力ビームａ、ｂ、ｃについての角度変位（ω）に対する出力強度を示す。
【００６１】
上記の解は、特定の解析解である。ＤＯＥの数値最適化を行う場合には、一般にコンピュータを使用し、それによって、上記の形式のものではないことがあるが、ＤＯＥを作成しやすく使用しやすい設計が得られる。
【００６２】
次に、図１１および図１２を参照して、空間的な縞の場から複数の光ビームを形成する代替光学装置を説明する。
【００６３】
図１１に、例えばガラス製の透明な素子５２を備えた光学装置５０を示す。素子５２の一方の表面はプロフィール５４を有し、このプロフィール５４は、互いに例えば１２０°の角度が付いた同じ長さの３つの面５６、５８、６０の繰返しパターンを含む。
【００６４】
このプロフィールは、鋸歯状プロフィールから、上部１／３を除去（例えば、研磨によって除去）して形成することができる。
【００６５】
２本のコヒーレント光ビーム６４、６６の干渉によって、余弦状の縞６２を含む空間的な縞の場が光学装置５０のところに形成される。図１１に、光学装置５０に入射する余弦状の縞６２を示す。図１２に示すように、プロフィールが付けられた光学装置に入射する光は、これら３つの角度が付いた面によって３つの異なる方向６８、７０、７２に屈折する。光学装置７４の周期は、余弦状の縞７６の周期に等しく、その結果、０°、＋１２０°、および−１２０°の異なる位相をもつ３本の光ビームが得られる。
【００６６】
得られた３本の光ビーム６８、７０、７２を検出するために検出器（図示しない）が設けられる。あるいは、得られた３本の光ビームを結合する光ファイバを設けて、それぞれの離れた検出器に送ることもできる。
【００６７】
逆の配置では、コヒーレント光ビーム６４、６６は、この光学装置の平面に入射し、そのため、光は、ガラス側からプロフィールが付けられたガラス／空気の境界（profiled glass/air boundary）を横切って進む。この配置では、ガラス内での縞のピッチがプロフィールの付いた面の周期と等しくなるように、光ビーム６４、６６の入射角を図１１および図１２に示す配置よりも大きくする。
【００６８】
互いに干渉して干渉パターンを生成する入射ビームは、互いにある角度をなすものでなくてもよい。図１６に、複屈折材料から光学装置１５０を作製する実施形態を示し、その複屈折材料は、プロフィールが付けられた面１５８にポラロイド材料１５１が被覆されている。２本の直交偏光平行ビーム１６４、１６６は、この光学装置に入射し、複屈折材料によって異なる度合いで屈折する。そのため、これらのビームは、偏光被覆（polarising coating）のところで出会い、そして干渉して干渉パターンを形成するときには、もはや平行ではなくなる。図１１および図１２を参照して前に説明したように、この干渉パターンは、プロフィールが付けられた表面と相互作用する。
【００６９】
次に、図１３〜図１５を参照して、別のタイプのプロフィール付き光学素子を説明する。この実施形態では、光学装置８０は、ガラスなどの透明な素子８２を備え、表面８４にはプロフィールが付けられている。
【００７０】
この光学装置のプロフィールが付けられた表面８４は、繰返しパターンのセグメント８８、９０、９２に分割される。これらのセグメントからなるパターンは、光の縞８６の方向と平行に延びる。図１３および図１４に、複数のセグメントからなる繰返しパターンを示す。図１３は、この光学装置の斜視図であり、図１４は平面図である。このパターンの各繰返し部分は、何も構造がない第１セグメント８８と、第１方向（図１４では矢印Ａで示す）に延びるブレーズド回折格子（blazed grating）を有する第２セグメント９０と、第２方向（図１４では矢印Ｂで示す）に延びるブレーズド回折格子を有する第３セグメント９２と、を含む。
【００７１】
この光学装置のプロフィールが付けられた表面の異なるセグメントに入射する光は、異なる方向に回折する。何も構造がない第１セグメントに入射する光は、この光学装置を真っ直ぐに通過する（すなわち、ゼロ次の回折）。第２および第３のセグメントに入射する光は、それぞれ異なる角度で屈折する。
【００７２】
図１５は、図１３および図１４の光学素子の端面図である。光学装置８０の上面に入射する光９４は、（構造がない）セグメント８８を真っ直ぐに通過し、セグメント９０を通過して第１方向（ブレーズド回折格子によって第１方向）に回折し、そして、セグメント９２を通過して第２方向（ブレーズド回折格子によって第２方向）に回折する。これら３つのセグメントによって生成される光ビームは、レンズ９６によって３つの光スポット９８、１００、１０２に集束される。これらの光スポットは、セグメントの繰返しパターンの方向に横に並ぶ。各セグメント８８、９０、９２に入射する光は、それぞれ余弦状の縞の異なる部分に関係するので、これら３つの光スポットの位相はそれぞれ、０°、＋１２０°、−１２０°と異なる。
【００７３】
ブレーズド回折格子を利用すると、ブレーズド回折格子上にフレネルゾーンプレート（Fresnel zone plate）を重ね合わせることによって、光学装置８０にレンズ９６を組み込むことができるという利点が得られ、それによって、この系の全体サイズが小さくなる。
【００７４】
図１７に、光ファイバ内に光を集束させるフレネルゾーンプレートの一部を示す。このゾーンプレートは、区間Ａ、Ｂ、Ｃの組を備え、所与の１組の各区間は、所与の焦点に光を集束させる。異なる区間の組は、異なる焦点に光を集束させる。このフレネルゾーンプレートは、これらの焦点が光ファイバ面に平行、あるいは光ファイバ面を横切って配置されるように、構成することができる。図１７に、ブレーズド回折格子のセグメント８８の第１の組により回折されて第１の光ファイバ１７０内に集束される光と、ブレーズド回折格子のセグメント９０の第２の組により回折されて第２の光ファイバ１７２内に集束される光と、ブレーズド回折格子のセグメント１９２の第３の組により回折されて第３の光ファイバ１７４内に集束される光と、を示す。
【００７５】
光学装置および離散的な光ファイバの代わりに、密着した光ファイバ束を使用することができる。この場合、この束の個々の光ファイバの一端を空間的な縞の場に隣接して位置決めし、異なる位相の光が異なる光ファイバを通過して異なる検出器に至るように離間させる。
【００７６】
電子回路からの熱を許容可能な場合には、光ファイバの代わりに光検出器を使用することができる。ここで、これらの光検出器は、別々にすることもできるし、同じユニット内に収容することもできる。あるいは、これらの光検出器は、四象限セル（quadcells）または直線アレイの場合と同様に、基板を共通にすることさえできる。
【００７７】
図１１〜図１７には透過型の系を示すが、本発明では反射型光学装置も使用することができる。
【００７８】
上記の全ての実施形態により、光−電子グレーティング（opto-electronic grating）の代替形態が得られ、そのため、電子回路を必要としない検出ユニットが得られる。さらに、これらの検出器は、（光ファイバを使用することによって）検出ユニットから離して設けることができるので、読取りヘッドのサイズを大きく減少させることができる。
【００７９】
上記で説明した検出ユニットは、空間的な縞の場が生成される任意の干渉計とともに使用するのに好適なものである。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】先行技術の干渉計測装置を示す図である。
【図２】本発明の検出ユニットを示す図である。
【図３】図１に示す装置内で生成された４本のビームの位相差を示す図である。
【図４】余弦状の縞がＤＯＥに入射して４本のビームが形成されるところを示す図である。
【図５】グレーティングのΩｇｒａｔｉｎｇ（ω）の複素振幅と縞のΩｆｒｉｎｇｅｓ（ω）の複素振幅とを畳み込み（convolution）して、出力複素振幅Ωｏｕｔ（ω）を生成するところを示す図である。
【図６ａ】第１解についてのグレーティング振幅の実部および虚部を示す図である。
【図６ｂ】第１解についてのグレーティングの位相および強度を示す図である。
【図６ｃ】第１解について得られた４本のビームの角度変位に対する出力強度を示す図である。
【図７ａ】第２解についてのグレーティング振幅の実部および虚部を示す図である。
【図７ｂ】第２解についてのグレーティングの位相および強度を示す図である。
【図７ｃ】第２解について得られた４本のビームの角度変位に対する出力強度を示す図である。
【図８ａ】第３解についてのグレーティング振幅の実部および虚部を示す図である。
【図８ｂ】第３解についてのグレーティングの位相および強度を示す図である。
【図８ｃ】第３解について得られた４本のビームの角度変位に対する出力強度を示す図である。
【図９】グレーティングのΩｇｒａｔｉｎｇ（ω）の複素振幅と縞のΩｆｒｉｎｇｅｓ（ω）の複素振幅とをt畳み込みして、３位相グレーティング（three phase grating）についての出力複素振幅Ωｏｕｔ（ω）を生成するところを示す図である。
【図１０ａ】３位相分離グレーティング(3-phase splitting grating)についてのグレーティング振幅の実部および虚部を示す図である。
【図１０ｂ】３位相分離グレーティングについてのグレーティングの位相および強度を示す図である。
【図１０ｃ】３位相分離グレーティングについて得られた４本のビームの角度変位に対する出力強度を示す図である。
【図１１】上面にプロフィールが付けられた光学装置を示す図である。
【図１２】図１１の光学装置を示す図であり、偏向した光路を示す。
【図１３】ブレーズド回折格子を含む光学装置の斜視図である。
【図１４】図１３の光学装置の平面図である。
【図１５】図１３の光学装置の側面図である。
【図１６】上面にプロフィールが付けられた複屈折光学装置の概略図である。
【図１７】図１３〜図１５の光学装置を通過する光が、フレネルゾーンプレートによって集束されて光ファイバに入るところを示す図である。
【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６ａ】
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【図６ｂ】
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【図６ｃ】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図７ｃ】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図８ｃ】
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【図９】
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【図１０ａ】
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【図１０ｂ】
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【図１０ｃ】
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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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【国際調査報告】
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