(57)【要約】【課題】光源光の波長のゆらぎに起因するセンサ精度の低下を防ぐことができる光学ユニットおよびこれを備えた変位計測装置を提供する。【解決手段】本発明の一形態に係る光学ユニットは、第１回折格子と、第２回折格子と、光回折部とを具備する。前記第１回折格子は、光源からの光が入射することにより回折光を出射する。前記第２回折格子は、前記第１回折格子から出射した回折光が入射することにより干渉光を生成する。前記光回折部は、前記第１回折格子から前記第２回折格子に至る光学系路上に配置され、前記第１回折格子から出射した回折光を前記第２回折格子に向けて回折させる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光が入射することにより回折光を出射する第１回折格子と、
前記第１回折格子から出射した回折光が入射することにより干渉光を生成する第２回折格子と、
前記第１回折格子から前記第２回折格子に至る光学系路上に配置され、前記第１回折格子から出射した回折光を前記第２回折格子に向けて回折させる光回折部と
を具備する光学ユニット。
【請求項２】
請求項１に記載の光学ユニットであって、
前記光回折部は、
前記第１回折格子から出射した回折光のうち、＋Ｎ次の回折光を−Ｎ次で回折させ、−Ｎ次の回折光を＋Ｎ次で回折させる第１格子面と、
前記第１格子面で回折された回折光のうち、−Ｎ次の回折光を−Ｎ次で回折させ、＋Ｎ次の回折光を＋Ｎ次で回折させる第２格子面と、を有する
光学ユニット。
【請求項３】
請求項２に記載の光学ユニットであって、
前記光回折部は、前記第１格子面を有する第１光学素子と、前記第１光学素子の後段に配置され前記第２格子面を有する第２光学素子とを含む
光学ユニット。
【請求項４】
請求項１に記載の光学ユニットであって、
前記第１回折格子および第２回折格子は、第１の格子ピッチを有し、
前記光回折部は、前記第１の格子ピッチの半分の大きさの第２の格子ピッチを有する回折格子で構成される
光学ユニット。
【請求項５】
請求項２〜４のいずれか１つに記載の光学ユニットであって、
前記光回折部は、前記第１回折格子から出射される０次回折光を遮蔽する遮光部をさらに有する
光学ユニット。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか１つに記載の光学ユニットであって、
前記第１回折格子および前記光回折部は、それぞれ透過型回折格子で構成され、
前記第２回折格子は、反射型回折格子で構成される
光学ユニット。
【請求項７】
請求項１〜４のいずれか１つに記載の光学ユニットであって、
前記第１回折格子、前記光回折部および前記第２回折格子は、それぞれ反射型回折格子で構成される
光学ユニット。
【請求項８】
光源と、
前記光源からの光が入射することにより回折光を出射する第１回折格子と、
前記第１回折格子から出射した回折光が入射することにより干渉光を生成する第２回折格子と、
前記第１回折格子から前記第２回折格子に至る光学系路上に配置され、前記第１回折格子から出射した回折光を前記第２回折格子に向けて回折させる光回折部と、
前記干渉光を検出する検出器と、
前記検出器により得られる信号に基づき、前記第１回折格子に対する前記第２回折格子の相対変位を演算する演算部と
を具備する変位計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、干渉光を発生させる光学ユニットおよびその干渉光を検出して変位を計測する変位計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
１μｍ以下の分解能を有するセンサとして、干渉光を利用した変位計測装置が知られている。例えば特許文献１には、光源からの光が入射する第１回折格子と、第１回折格子から出射した回折光が入射することにより干渉光を生成する第２回折格子と、第１回折格子から出射した複数次数の回折光のうち特定の一の次数の回折光である±ｍ次回折光を第２回折格子に向けて反射する一対の反射面とを有する光学ユニットが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−１３６１０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この種の変位計測装置においては、光源として、一定波長の光を出射するレーザ光源が用いられる。ところが、レーザ光源は一般的に、モードのホッピング現象や温度特性を有するため、波長のゆらぎの発生が避けられない。光源光の波長のゆらぎが生じると、第１回折格子における光の回折角にゆらぎが生じる。その結果、第２回折格子上での回折光の重ね合わせにズレが生じ、干渉光の生成条件が変化することで、センサ精度が低下するという問題がある。
【０００５】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、光源光の波長のゆらぎに起因するセンサ精度の低下を防ぐことができる光学ユニットおよびこれを備えた変位計測装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る光学ユニットは、第１回折格子と、第２回折格子と、光回折部とを具備する。
前記第１回折格子は、光源からの光が入射することにより回折光を出射する。
前記第２回折格子は、前記第１回折格子から出射した回折光が入射することにより干渉光を生成する。
前記光回折部は、前記第１回折格子から前記第２回折格子に至る光学系路上に配置され、前記第１回折格子から出射した回折光を前記第２回折格子に向けて回折させる。
【０００７】
上記光学ユニットにおいては、第１回折格子から出射した回折光を第２回折格子に向けて回折させる光回折部を備えているため、光源光の波長のゆらぎが生じたとしても、第１回折格子での回折角の変化を光回折部で補正することができる。これにより、第２回折格子上において位相ズレを生じさせることなく回折光を重ね合わせることができるので、波長のゆらぎに起因するセンサ精度の低下を防ぐことができる。
【０００８】
前記光回折部は、第１格子面と、第２格子面とを有してもよい。
前記第１格子面は、前記第１回折格子から出射した回折光のうち、＋Ｎ次の回折光を−Ｎ次で回折させ、−Ｎ次の回折光を＋Ｎ次で回折させる。
前記第２格子面は、前記第１格子面で回折された回折光のうち、−Ｎ次の回折光を−Ｎ次で回折させ、＋Ｎ次の回折光を＋Ｎ次で回折させる。
【０００９】
この場合、前記光回折部は、前記第１格子面を有する第１光学素子と、前記第１光学素子の後段に配置され前記第２格子面を有する第２光学素子とを含んでもよい。
【００１０】
あるいは、前記光回折部は、単一の光学素子で構成されてもよい。この場合、例えば、前記第１回折格子および第２回折格子は、第１の格子ピッチを有し、前記光回折部は、前記第１の格子ピッチの半分の大きさの第２の格子ピッチを有する回折格子で構成される。
【００１１】
前記光回折部は、前記第１回折格子から出射される０次回折光を遮蔽する遮光部をさらに有してもよい。これにより、センサ精度のさらなる向上を図ることができる。
【００１２】
前記第１回折格子および前記光回折部は、それぞれ透過型回折格子で構成され、前記第２回折格子は、反射型回折格子で構成されてもよい。
【００１３】
あるいは、前記第１回折格子、前記光回折部および前記第２回折格子は、それぞれ反射型回折格子で構成されてもよい。
【００１４】
本発明の一形態に係る変位計測装置は、光源と、第１回折格子と、第２回折格子と、光回折部と、検出器と、演算部とを具備する。
前記第１回折格子は、前記光源からの光が入射することにより回折光を出射する。
前記第２回折格子は、前記第１回折格子から出射した回折光が入射することにより干渉光を生成する。
前記光回折部は、前記第１回折格子から前記第２回折格子に至る光学系路上に配置され、前記第１回折格子から出射した回折光を前記第２回折格子に向けて回折させる。
前記検出器は、前記干渉光を検出する。
前記演算部は、前記検出器により得られる信号に基づき、前記第１回折格子に対する前記第２回折格子の相対変位を演算する。
【発明の効果】
【００１５】
以上述べたように、本発明によれば、光源光の波長のゆらぎに起因するセンサ精度の低下を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光学ユニットを備えた変位計測装置を示す概略斜視図である。
【図２】上記変位計測装置における要部の概略図である。
【図３】比較例に係る変位計測装置の作用を説明する概略図である。
【図４】図３の変位計測装置における、波長変動および光源の位置決め誤差と測定誤差との関係を示す図である。
【図５】図２の変位計測装置の作用を説明する概略図である。
【図６】図２の変位計測装置における、波長変動および光源の位置決め誤差と測定誤差との関係を示す図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る光学ユニットの構成を示す概略図である。
【図８】本発明の第３の実施形態に係る光学ユニットの構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
【００１８】
＜第１の実施形態＞
［変位計測装置の構成］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る光学ユニットを備えた変位計測装置を示す概略斜視図である。図２は、図１に示す変位計測装置をＸ軸方向から見た概略図である。
【００１９】
本実施形態の変位計測装置１００は、光源１２、コリメートレンズ１４、アパーチャ部材１６、第１回折格子２１、光回折部３０、第２回折格子２２、ＰＤ（光検出器：Photo Detector）ユニット４０、演算部５０を備える。第１回折格子２１、光回折部３０および第２回折格子２２は、変位計測装置１００の光学ユニット１を構成する。図２では、光源１２、コリメートレンズ１４およびアパーチャ部材１６、ＰＤユニット４０の図示が省略されている。
【００２０】
光源１２は、ＬＤ（Laser Diode）であり、図示しないドライバにより駆動される。光源１２は、例えば、４００ｎｍ〜９００ｎｍで設定される中心波長を持つ光（レーザ光）Ｌを発生する発光素子であるが、もちろんこのような構成に限られない。
【００２１】
コリメートレンズ１４は、光源１２から出射された光Ｌを平行光にする。少なくともこれら光源１２およびコリメートレンズ１４により、平行光を発生する光学系が構成される。アパーチャ部材１６は、コリメートレンズ１４から出射された光Ｌのビーム径を所定のビーム径に絞る機能を有する。コリメートレンズ１４やアパーチャ部材１６は、原理的には無くても構わない。
【００２２】
第１回折格子２１および第２回折格子２２は、共に、同じピッチＰで同じ向きに形成された複数の格子線（格子溝）２１５，２２５を有する（図２参照）。複数の格子線２１５、２２５は、一方向、ここではＹ軸方向に配列されている。格子線２１５，２２５のピッチＰの大きさは特に限定されず、例えば、３μｍである。格子線２１５，２２５が形成される面（以下、格子面ともいう）は図示するように光源１２側の面である場合に限られず、その反対側の面であってもよい。
【００２３】
第１回折格子２１および第２回折格子２２は、格子線２１５、２２５のその配列方向（Ｙ軸方向）に相対的に変位することが可能に構成されている。この変位計測装置１００は、基本的に、そのＹ軸方向の相対変位を計測する。
【００２４】
第１回折格子２１は透過型の回折格子である。第１回折格子２１は、光源１２から出射し、コリメートレンズ１４およびアパーチャ部材１６を介して進む光Ｌを受け、回折光を生成して出射する。この回折光には、複数の次数の回折光、つまり、±１次、±２次、・・・といった±Ｎ次（Ｎは自然数）の各回折光が含まれる。
【００２５】
説明の便宜上、図２を参照してＺ軸に沿う線であって、第１回折格子２１および第２回折格子２２の中心を通る軸（つまり光軸）の線に対して、図中左側に発生する回折光を正（＋Ｎ次）の回折光Ｌ１Ａとし、その光軸の右側に発生する回折光を負（−Ｎ次）の回折光Ｌ１Ｂとする。なお個別に説明する場合を除き、以下の説明では、回折光Ｌ１Ａ，Ｌ１Ｂを第１回折光Ｌ１とも総称する。
【００２６】
光回折部３０は、第１回折格子２１から第２回折格子２２に至る光学系路上に配置され、第１回折格子２１から出射した第１回折光Ｌ１を第２回折格子２２に向けて回折させる。本実施形態において光回折部３０は、第１光学素子３１と、その後段に配置された第２光学素子３２とを含む。
【００２７】
第１光学素子３１は、透過型の回折格子で構成される。第１光学素子３１は、第１回折格子２１から出射した第１回折光Ｌ１のうち、＋Ｎ次の回折光Ｌ１Ａを−Ｎ次で回折させ、−Ｎ次の回折光Ｌ１Ｂを＋Ｎ次で回折させる第１格子面３１１（図２参照）を有する。
【００２８】
第２光学素子３２も同様に、透過型の回折格子で構成される。第２光学素子３２は、第１格子面３１１で回折された第１回折光Ｌ１のうち、−Ｎ次の回折光Ｌ２Ａを−Ｎ次でさらに回折させ、＋Ｎ次の回折光Ｌ２Ｂを＋Ｎ次でさらに回折させる第２格子面３２１（図２参照）を有する。なお個別に説明する場合を除き、以下の説明では、回折光Ｌ２Ａ，Ｌ２Ｂを第２回折光Ｌ２とも総称する。
【００２９】
第２光学素子３２は、第２格子面３２１で回折された−Ｎ次の回折光Ｌ３Ａを第２回折格子２２に向けて出射し、第２格子面３２１で回折された＋Ｎ次の回折光Ｌ３Ｂを第２回折格子２２に向けて出射する。なお個別に説明する場合を除き、以下の説明では、回折光Ｌ３Ａ，Ｌ３Ｂを第３回折光Ｌ３とも総称する。
【００３０】
第１格子面３１１および第２格子面３２１は、第１回折格子２１の格子面と同様に構成され、Ｙ軸方向に配列された複数の格子線（格子溝）を有する。これら複数の格子線（格子溝）は、第１回折格子２１の格子線（格子溝）と同一ピッチで形成される。したがって、第１格子面３１１および第２格子面に入射する光は、第１回折格子２１と同一の条件で回折される。
【００３１】
第１格子面３１１（第１光学素子３１）に入射する第１回折光Ｌ１の次数（Ｎ）および第２格子面３２１（第２光学素子３２）に入射する第２回折光Ｌ２の次数（Ｎ）は、特に限定されず、本実施形態では、１次（Ｎ＝１）である。つまり、第１回折格子２１から出射する±１次の第１回折光Ｌ１が、第１格子面３１１に入射し、第１格子面３１１から出射する±１次の第２回折光Ｌ２が第２格子面３２１に入射することが可能に、光回折部３０が構成される。
【００３２】
すなわち、第１回折格子２１から出射する＋１次の回折光Ｌ１Ａは、第１光学素子３１へ入射し、第１格子面３１１から−１次の回折光Ｌ２Ａとして出射する。一方、第１回折格子２１から出射する−１次の回折光Ｌ１Ｂは、第１光学素子３１へ入射し、第１格子面３１１から＋１次の回折光Ｌ２Ｂとして出射する。これら−１次の回折光Ｌ２Ａおよび＋１次の回折光Ｌ２Ｂは、相互に平行に第２光学素子３２へ入射し、第２格子面３２１からそれぞれ−１次の回折光Ｌ３Ａおよび＋１次の回折光Ｌ３Ｂとして第２回折格子２２に向けて出射する。
【００３３】
好適には、±１次以下の第１回折光Ｌ１のみが第１格子面３１１へ入射するように、第１光学素子３１の大きさ、あるいは、第１回折格子２１と第１光学素子３１との距離が設定される。±２次以上の回折光の第１格子面３１１への入射を規制することで、第２光学素子２２へ到達する迷光の量を制限することができる。第１格子面３１１および第２格子面３２１は、第１光学素子３１および第２光学素子３２のいずれの面（光入射面あるいは光出射面）に形成されてもよい。
【００３４】
第１光学素子３１および第２光学素子３２は、別部材として構成されてもよいし、共通の支持体を介して一体的に構成されてもよい。これにより、光回折部３０をひとつのユニットとして構成することができるため、第１回折格子２１および第２回折格子２２に対するこれら第１光学素子３１および第２光学素子３２に対する位置決めが容易となり、また、光学ユニット１の組立作業性が高められる。
【００３５】
光回折部３０は、第１回折格子２１からの０次回折光Ｌ５を遮光する遮光部材３３をさらに有する。遮光部材３３は、第１光学素子３１および第２光学素子３２の間に配置され、第１回折格子２１の光軸上に位置する。遮光部材３３は、光吸収性あるいは光反射性の材料で構成される。遮光部材３３により、０次回折光Ｌ５の第２回折格子２２への進入に起因する干渉光Ｌ４の検出精度の低下を防ぐことができる。
【００３６】
第２回折格子２２は、光回折部３０が第１回折格子２１との間に配置されるように、第１回折格子２１とＺ軸方向に対向して配置される。第２回折格子２２は反射型の回折格子である。第２回折格子２２には、主材料が透明材料で構成される回折格子の格子面が金属膜で被覆されたものが用いられてもよいし、主材料が金属で構成された回折格子が用いられてもよい。
【００３７】
第２回折格子２２は、光回折部３０から出射された±Ｎ次の第３回折光Ｌ３が入射することにより、これらの干渉光Ｌ４を生成し、Ｚ軸方向に沿って出射する。干渉光Ｌ４は、−Ｎ次の回折光Ｌ３Ａの第２回折格子２２による回折光Ｌ４Ａと、＋Ｎ次の回折光Ｌ３Ｂの第２回折格子２２による回折光Ｌ４Ｂとが相互に干渉することで形成される光であり、プリズムミラー３５を介してＰＤユニット４０に入射する。
【００３８】
プリズムミラー３５は、光回折部３０（第２光学素子３２）と第２回折格子との間に配置される。プリズムミラー３５は、図１に示すように、Ｚ軸方向に対して４５°に配置されたミラー部３５ａを有する。ミラー部３５ａは、Ｚ軸方向に沿って進行する干渉光Ｌ４をＸ軸方向へ直角に反射し、ＰＤユニット４０へ向けて進行させる。
【００３９】
ＰＤユニット４０は、第２回折格子２２から出射された干渉光Ｌ４を検出する。第１回折格子２１および第２回折格子２２が相対的にＹ軸方向に移動するとき、ＰＤユニット４０は、格子線２１５（２２５）のピッチごとに、明暗のセットを１周期とする周期性の光量（光強度に対応）を得る。その周期性を持つ波形は、典型的にはサインカーブとなる。ＰＤユニット４０は、例えばその波形を持つ電圧信号を出力し、演算部５０に出力する。
【００４０】
演算部５０は、ＰＤユニット４０により得られる信号に基づき、第１回折格子２１に対する第２回折格子２２のＹ軸方向の相対変位を演算する。演算部５０は、例えばＡＤ変換器および演算回路を備える。
【００４１】
ＡＤ変換器は、ＰＤユニット４０から出力されたアナログ信号をデジタル値に変換して出力する。ＡＤ変換器は、例えば波形信号の周波数、波数、電圧ピーク等をカウントし、そのカウント値を出力する。演算回路は、上記電圧信号に応じた変位を出力するように構成される。演算回路は、ＡＤ変換器から出力されるカウント値に基づき、第１回折格子２１に対する第２回折格子２２の相対変位量を演算する。なお、ＡＤ変換器および／または演算回路は、ＰＤユニット４０に一体に設けられていてもよい。
【００４２】
［変位計測装置の作用］
（基本動作）
光源１２から出射した光Ｌは、コリメートレンズ１４およびアパーチャ部材１６を介して第１回折格子２１へ入射することにより、第１回折光Ｌ１が生成される。第１回折格子２１で生成された第１回折光Ｌ１は、光回折部３０において第２回折光Ｌ２および第３回折光Ｌ３を順次生成する。第３回折光Ｌ３は、第２回折格子２２へ入射することにより干渉光Ｌ４を生成し、プリズムミラー３５を介してＰＤユニット４０へ入射する。
【００４３】
第１回折格子２１に対して第２回折格子２２が静止しているとき、ＰＤユニット４０は一定の受光量の干渉光Ｌ４を検出する。一方、第１回折格子２１に対して第２回折格子２２がＹ軸方向に相対変位したとき、ＰＤユニット４０は、干渉光Ｌ４の周期的な受光量の変化を検出する。演算部５０は、ＰＤユニット４０における干渉光Ｌ４の受光量の変化に基づき、第１回折格子２１に対する第２回折格子２２の相対変位量を検出する。これにより、第１回折格子２１および第２回折格子２２の格子線２１５，２２５のピッチ単位以下の計測精度で回折格子２１，２２間の相対変位を検出することができる。
【００４４】
ここで、この種の変位計測装置においては、光源として、一定波長の光を出射するレーザ光源が用いられる。ところが、レーザ光源は一般的に、モードのホッピング現象や温度特性を有するため、波長のゆらぎの発生が避けられない。光源光の波長のゆらぎが生じると、第１回折格子における光の回折角にゆらぎが生じる。その結果、第２回折格子上での回折光の重ね合わせにズレが生じ、干渉光の生成条件が変化することで、変位量の計測精度が低下するという問題がある。
【００４５】
例えば特許文献１に記載の変位計測装置は、図３に概略的に示すように、第１回折格子２１と第２回折格子２２との間に平行平板型の一対の反射面２３ａ，２３ｂを有する導光部材２３が配置される。一対の反射面２３ａ，２３ｂは、Ｙ軸方向に相互に対向し、一方の反射面２３ａは第１回折格子２１から出射する＋Ｎ次の回折光を第２回折格子２２に向けて正反射し、他方の反射面２３ｂは第１回折格子から出射する−Ｎ次の回折光を第２回折格子２２に向けて正反射する。第１回折格子２１および第２回折格子２２の距離は、第１回折格子２１で生成された波長λ０の光の±Ｎ次の回折光がそれぞれ第２回折格子２２の光軸Ｌｚ上で重なり合うように設定される。
【００４６】
一方、光源光Ｌの波長λ０が変動すると、第１回折格子２１における回折角が波長に依存するため、反射面２３ａ，２３ｂにおける反射位置が波長の変動前後で変化する。図３には＋Ｎ次の回折光の光線軌跡図であって、波長がプラス方向およびマイナス方向にそれぞれ変動したときの様子を示している。
【００４７】
同図に示すように、基準とする波長λ０の＋Ｎ次（例えば＋１次。以下同様）の回折光は、第２回折格子２２の光軸Ｌｚ上に到達する。これに対して、基準波長λ０より長い波長λ１の＋Ｎ次の回折光および基準波長λ０より短い波長λ２の回折光はそれぞれ、第２回折格子２２の光軸ＬｚからＹ軸方向にシフトした位置に到達する。波長λ０の−Ｎ次の回折光についても同様となる。その結果、第２回折格子２２での各回折光の重ね合わせ位置にズレが生じる結果、干渉条件の位相ズレが起き、干渉波形の検出精度が低下して、変位量の測定精度が劣化するという問題がある。
【００４８】
図４に、図３の変位計測装置を用いて行った波長のゆらぎと測定誤差との関係を示すシムレーション結果である。図中横軸（LD Zpos）は、図１に示した光源１２とコリメートレンズ１４とのＺ軸方向における位置決め誤差であり、当該位置決め誤差が大きいほど光源光Ｌの球面収差が大きいことを示している。ここでは、基準波長λ０を６６０ｎｍ、波長λ１を６６４ｎｍ、波長λ２を６５６ｎｍとした（波長の変動幅：±４ｎｍ）。
【００４９】
図４に示すように、波長が基準波長λ０で変動がない場合、光源１２の位置決め誤差によらず、測定誤差はほぼゼロであった。一方、波長がλ１あるいはλ２に変動すると、光源１２の位置決め誤差が大きくなるほど、誤差が大きくなることが確認された。これはつまり、比較例に係る変位計測装置は、光源光の波長のゆらぎによる測定精度の低下は、光源１２の位置決め誤差が大きくなるほど飛躍的に増加するため、光源１２の位置決め精度が測定精度にシビアに反映することを示している。
【００５０】
これに対して本実施形態の変位計測装置１００においては、第１回折格子２１と第２回折格子２２との間に光回折部３０を有する光学ユニット１を備えている。図５に概略的に示すように、第１回折格子２１における回折光は、第１光学素子３１および第２光学素子３２によって順次回折されて、第２回折格子２２へ到達する。本実施形態では、第１光学素子３１および第２光学素子３２が第１回折格子２１の格子面と同一の格子面（同一方向に同一ピッチで配列された格子線）を有するため、第１回折格子２１において＋Ｎ次で回折された回折光は、第１光学素子３１によって−Ｎ次に回折された後、第２光学素子３２によってさらに−Ｎ次に回折される。その結果、光源光Ｌの波長が変動した場合でも、第１回折格子２１における回折角のゆらぎが光回折部３０によって適切に補正される。これにより、各回折光が第２回折格子２２の軸線上に到達するため、各回折光の到達位置のばらつきが抑えられる。
【００５１】
なお図５において、実線は、基準波長λ０の光線軌跡を、一点鎖線は、波長λ１の光線軌跡を、そして破線は、波長λ２の光線軌跡を、それぞれ示している。また、図では＋Ｎ次の回折光の光線軌跡を示しているが、−Ｎ次の回折光についても同様であるため、その図示は省略している。
【００５２】
以上のように本実施形態によれば、第１回折格子２１から出射した回折光を第２回折格子２２に向けて回折させる光回折部３０を備えているため、光源光Ｌの波長のゆらぎが生じたとしても、第１回折格子２１での回折角の変化を光回折部３０で補正することができる。これにより、第２回折格子２２上において位相ズレを生じさせることなく回折光を重ね合わせることができるので、波長のゆらぎに起因する変位量の検出精度の低下を防ぐことができる。
【００５３】
図６に、本実施形態の変位計測装置１００を用いて行った波長のゆらぎと測定誤差との関係を示すシミュレーション結果である。図４と比較して明らかなように、本実施形態によれば、波長の変動の有無によらず、計測誤差はほぼ０であり、高精度な変位量測定を実現することができる。また、同図に示すように、光源の位置決め誤差の影響を受けにくいため、光源１２の組付け作業性を向上させることができる。
【００５４】
＜第２の実施形態＞
図７は、本発明の第２の実施形態に係る光学ユニットの構成を示す概略側面図である。以下、第１の実施形態と異なる構成について主に説明し、第１の実施形態と同様の構成については同様の符号を付しその説明を省略または簡略化する。
【００５５】
本実施形態の光学ユニット２は、光回折部３４の構成が上述の第１の実施形態と異なる。すなわち、本実施形態の光回折部３４は、第１回折格子２１と第２回折格子２２との間に配置された単一の透過型回折格子で構成される。光回折部３４は、その光軸上に、第１回折格子２１から出射される０次回折光を遮蔽するための遮光部３６が設けられる。
【００５６】
光回折部３４は、Ｙ軸方向に複数の格子線が配列された格子面３４１を有する。格子面３４１は、第１回折格子２１との対向面であってもよいし、第２回折格子２２との対向面であってもよい。本実施形態において格子面３４１を構成する複数の格子線は、第１および第２回折格子２１，２２の格子ピッチ（第１の格子ピッチ、例えば３μｍ）の半分の格子ピッチ（第２の格子ピッチ、例えば１．５μｍ）で形成されるため、光回折部３４において回折光は、第１回折格子２１での回折角の２倍の角度で回折される。これにより、第１回折格子２１から出射される±Ｎ次の回折光は、光回折部３４によって、第２回折格子２２の軸線上で高精度に重ね合わされる。
【００５７】
以上のように構成される本実施形態の光学ユニット２においても、上述の第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。本実施形態によれば、光回折部３４が単一の回折格子で構成されているため、光回折部３０の構成を簡素化することができるとともに、光学ユニット２およびこれを備えた変位計測装置の小型化を図ることができる。
【００５８】
＜第３の実施形態＞
図８は、本発明の第３の実施形態に係る光学ユニットの構成を示す概略側面図である。以下、第１の実施形態と異なる構成について主に説明し、第１の実施形態と同様の構成については同様の符号を付しその説明を省略または簡略化する。
【００５９】
本実施形態の光学ユニット３は、第１回折格子２１と、第２回折格子２２と、光回折部６０とを備え、これらが反射型回折格子で構成されている点で第１の実施形態と異なる。
【００６０】
本実施形態において、第１回折格子２１および第２回折格子２２は、各々の格子面を相互に反対方向に向けて配置されている。第１回折格子２１および第２回折格子２２は、Ｚ軸方向に間隙をおいてＹ軸方向に相対移動可能に対向配置される。
【００６１】
光回折部６０は、第１光学素子６１と、第２光学素子６２とを有する。第１光学素子６１および第２光学素子６２は、第１回折格子２１の格子面と同一構造の格子面（第１号紙面６１１、第２格子面６２１）を有する反射型回折格子で構成される。第１光学素子６１および第２光学素子６２は、第１回折格子２１および第２回折格子２２を挟んでＺ軸方向に対向して配置される。
【００６２】
第１光学素子６１は、光源光Ｌが通過する貫通孔６１ａを有し、第１格子面６１１が第１回折格子２１の格子面とＺ軸方向に対向するように配置される。第１光学素子６１は、第１回折格子２１の格子面で反射した±Ｎ次の回折光Ｌ１が入射することで、それらの回折光Ｌ２を生成する。回折光Ｌ２は、Ｚ軸方向に沿って第２光学素子６２へ入射する。
【００６３】
第２光学素子６２は、第２格子面６２１が第２回折格子２２の格子面および第１光学素子６１の第１格子面６１１とＺ軸方向に対向するように配置される。第２光学素子６２は、第１光学素子６１から出射する±Ｎ次の回折光Ｌ２を反射して、第２回折格子２２へ向かう回折光Ｌ３を生成する。第２回折格子２２は、第２光学素子６２から入射する±Ｎ次の回折光Ｌ３の干渉光Ｌ４を生成する。第２光学素子６２は、干渉光Ｌ４が通過する貫通孔６２ａを有する。第２回折格子２２において生成された干渉光Ｌ４は、貫通孔６２ａを介して図示しないＰＤユニットに向かって出射する。
【００６４】
以上のように構成される本実施形態の光学ユニット３においても、上述の第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。本実施形態によれば、第１回折格子２１および第２回折格子２２を互いに近接配置させることができるため、変位計測装置の軸長の短縮化を図ることができる。
【００６５】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく種々変更を加え得ることは勿論である。
【００６６】
例えば以上の第１の実施形態において、光回折部３０を構成する第１光学素子３１および第２光学素子３２は、それぞれ一体的に接合されてもよい。この場合、一方の面に第１格子面３１１が、他方の面に第２格子面３２１がそれぞれ設けられた単一の光学素子で光回折部を構成することができる。
【００６７】
さらに以上の第１および第２の実施形態では、第１回折格子２１は透過型回折格子で構成され、第２回折格子２２は反射型回折格子で構成されたが、これに限られず、第１回折格子２１が反射型回折格子、第２回折格子２２が透過型回折格子であってもよい。
【符号の説明】
【００６８】
１，２，３…光学ユニット
１２…光源
２１…第１回折格子
２２…第２回折格子
３０，３４，６０…光回折部
３３，３６…遮光部材
３１，６１…第１光学素子
３２，６２…第２光学素子
４０…ＰＤユニット
５０…演算部
１００…変位計測装置
３１１，６１１…第１格子面
３２１，６２１…第２格子面
【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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