(57)【要約】【課題】インクリメンタル型の変位検出装置において、測定方向と垂直方向に相対移動可能な被測定部材の被測定面の変位を該被測定面により反射される測定光に基づいて検出する際に、高さ方向の移動動作を行わず、絶対位置を高速で検出し原点復帰させることができるようにする。【解決手段】測定方向Ｚとは垂直な方向Ｘに移動可能な被測定部材１の被測定面１ａにより反射される測定光Ｌ１に基づいて、上記測定方向Ｚの相対位置と絶対位置を光学的に検出する相対位置検出部２０と絶対位置検出部３０と備え、上記被測定部材１の移動方向Ｘの端部に上記測定光Ｌ１の光軸を移動させる絶対位置検出領域４を有し、上記絶対位置検出部３０は、上記絶対位置検出領域４において上記測定光Ｌ１の光軸を移動させることにより絶対位置検出を行い、上記相対位置検出部３０により得られる位置情報の復帰を行う。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定方向とは垂直な方向に相対移動可能な被測定部材の被測定面の変位を該被測定面により反射される測定光に基づいて検出する変位検出装置であって、
上記被測定部材の被測定面により反射される測定光に基づいて、上記測定方向の相対位置と絶対位置を光学的に検出する相対位置検出部と絶対位置検出部と備え、
上記被測定部材の移動方向の端部に上記測定光の光軸を移動させる絶対位置検出領域を有し、
上記絶対位置検出部は、上記絶対位置検出領域において上記測定光の光軸を移動させることにより絶対位置検出を行い、上記相対位置検出部により得られる位置情報の復帰を行うことを特徴とする変位検出装置。
【請求項２】
上記絶対位置検出領域において、傾斜した反射面により上記測定光の光軸を移動させることを特徴とする請求項１に記載の変位検出装置。
【請求項３】
上記絶対位置検出領域において、屈折率の変化により上記測定光の光軸を移動させることを特徴とする請求項１に記載の変位検出装置。
【請求項４】
上記絶対位置検出領域において、回折格子により上記測定光の光軸を移動させることを特徴とする請求項１に記載の変位検出装置。
【請求項５】
上記相対位置検出部は、上記被測定部材の被測定面により反射される測定光を反射型回折格子を介して受光する受光部を備え、上記受光部により得られる光検出出力に基づいて上記被測定面の上記測定方向の相対位置情報を出力することを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の変位検出装置。
【請求項６】
上記相対位置検出部は、上記被測定部材の被測定面により反射される測定光を透過型回折格子を介して受光する受光部を備え、上記受光部により得られる光検出出力に基づいて上記被測定面の上記測定方向の相対位置情報を出力することを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の変位検出装置。
【請求項７】
上記絶対位置検出部は、上記絶対位置検出領域において反射される測定光を受光する２分割受光部を備え、上記２分割受光部により得られる光検出出力に基づいて上記被測定面の上記測定方向の絶対位置情報を出力することを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の変位検出装置。
【請求項８】
上記絶対位置検出部は、上記絶対位置検出領域において反射される測定光を非点収差発生部を介して受光する４分割受光部を備え、上記４分割受光部により得られる光検出出力に基づいて上記被測定面の上記測定方向の絶対位置情報を出力することを特徴とする請求項２に記載の変位検出装置装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定方向とは垂直な方向に相対移動可能な被測定部材の被測定面の変位を該被測定面により反射される測定光に基づいて検出する変位検出装置に関する。
【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（Position Sensitive Device）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、被測定面を鏡面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。
【０００６】
また、変位検出方法には、上記特許文献１に開示された変位検出装置のように、メインスケールに単一周期の格子パターンと原点パターンとを設け、原点を基準として検出位置を単一スケールの格子間の相互作用によって形成される周期的な信号の繰り返しの数から変位量を検出するインクリメンタル型と、特許文献２に開示された変位検出装置のように、複数のトラックに２進コードパターンを設けたメインスケールのコードを読み取ることで位置検出を行うアブソリュート型がある。
【０００７】
インクリメンタル型では、再起動の際に原点パターンを検出するためメインスケールを最大１往復させて原点復帰動作を行う必要がある。これに対し、アブソリュート型では再起動の際にはメインスケールを動かさずに絶対位置を示すコードを読み取ることができるので原点復帰動作を必要としない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平５−８９４８０号公報
【特許文献２】特開２００２−１３９３５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述の如く、再起動の際に原点パターンを検出するためメインスケールを最大１往復させて原点復帰動作を行う必要があるインクリメンタル型の変位検出装置では、被測定部材の被測定面の変位や形状を測定する場合に、被測定部材が検出範囲から外れてしまうと、相対位置検出部により絶対位置を再現できなくなってしまうので、絶対位置検出部を用いて絶対位置を求める原点復帰処理を行わなければならない。そのために、被測定物を上下方向に一度動かし、絶対位置を取得すると言う動作が、余計に必要となり、無駄な計測時間を発生させていた。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、上記の如き従来の問題点に鑑み、インクリメンタル型の変位検出装置において、測定方向とは垂直な方向に相対移動可能な被測定部材の被測定面の変位を該被測定面により反射される測定光に基づいて検出する際に、高さ方向の移動動作を行わず、絶対位置を高速で検出し原点復帰させることができるようにすることを目的とする。
【００１１】
本発明の他の目的、本発明によって得られる具体的な利点は、以下に説明される実施の形態の説明から一層明らかにされる。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
すなわち、本発明は、測定方向とは垂直な方向に移動可能な被測定部材の被測定面の変位を該被測定面により反射される測定光に基づいて検出する変位検出装置であって、上記被測定部材の被測定面により反射される測定光に基づいて、上記測定方向の相対位置と絶対位置を光学的に検出する相対位置検出部と絶対位置検出部と備え、上記被測定部材の移動方向の端部に上記測定光の光軸を移動させる絶対位置検出領域を有し、上記絶対位置検出部は、上記絶対位置検出領域において上記測定光の光軸を移動させることにより絶対位置検出を行い、上記相対位置検出部により得られる位置情報の復帰を行うことを特徴とする。
【００１３】
本発明に係る変位検出装置では、上記絶対位置検出領域において、例えば、傾斜した反射面により上記測定光の光軸を移動させるものとすることができる。
【００１４】
また、本発明に係る変位検出装置は、上記絶対位置検出領域において、例えば、屈折率の変化により上記測定光の光軸を移動させるものとすることができる。
【００１５】
また、本発明に係る変位検出装置では、上記絶対位置検出領域において、例えば、回折格子により上記測定光の光軸を移動させるものとすることができる。
【００１６】
また、本発明に係る変位検出装置において、上記相対位置検出部は、例えば、上記被測定部材の被測定面により反射される測定光を反射型回折格子を介して受光する受光部を備え、上記受光部により得られる光検出出力に基づいて上記被測定面の上記測定方向の相対位置情報を出力するものとすることができる。
【００１７】
また、本発明に係る変位検出装置において、上記相対位置検出部は、例えば、上記被測定部材の被測定面により反射される測定光を透過型回折格子を介して受光する受光部を備え、上記受光部により得られる光検出出力に基づいて上記被測定面の上記測定方向の相対位置情報を出力するものとすることができる。
【００１８】
また、本発明に係る変位検出装置において、上記絶対位置検出部は、例えば、上記絶対位置検出領域において反射される測定光を受光する２分割受光部を備え、上記２分割受光部により得られる光検出出力に基づいて上記被測定面の上記測定方向の絶対位置情報を出力するものとすることができる。
【００１９】
さらに、本発明に係る変位検出装置において、上記絶対位置検出部は、例えば、上記絶対位置検出領域において反射される測定光を非点収差発生部を介して受光する４分割受光部を備え、上記４分割受光部により得られる光検出出力に基づいて上記被測定面の上記測定方向の絶対位置情報を出力するものとすることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、被測定部材の移動方向の端部に測定光の光軸を移動させる絶対位置検出領域を有することにより、絶対位置検出部は、上記絶対位置検出領域において上記測定光の光軸を移動させることにより絶対位置検出を行い、相対位置検出部により得られる位置情報の復帰を行うことができ、測定方向とは垂直な方向に移動可能な被測定部材の被測定面の変位を該被測定面により反射される測定光に基づいて検出する変位検出装置において、被測定部材が検出範囲から外れてしまった際に、被測定部材を検出範囲に戻すだけで、絶対位置を高速で検出し原点復帰させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明を適用した変位検出装置の構成例を示すブロック図である。
【図２】上記変位検出装置に備えられた反射型の回折格子の構成例を模式的に示す側面図である。
【図３】上記変位検出装置に備えられた相対位置情報検出部における相対位置情報出力部の構成を示すブロック図である。
【図４】上記変位検出装置に備えられた絶対位置情報検出部の構成を示すブロック図である。
【図５】上記絶対位置情報検出部により得られる絶対位置信号の波形を示す波形図である
【図６】上記変位検出装置における傾斜した反射面により測定光の光軸を移動させる絶対位置情報領域を有する被測定部材の構造例を模式的に示す側面図である。
【図７】上記変位検出装置における被測定部材の被測定面に照射される第１の光束の上記被測定面上での照射スポットと回折格子上における回折位置の関係を模式的に示す図である。
【図８】上記変位検出装置における傾斜した反射面により測定光の光軸を移動させる絶対位置情報領域を有する被測定部材の他の構造例（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）を模式的に示す側面図である。
【図９】上記変位検出装置における屈折率の変化により測定光の光軸を移動させる絶対位置情報領域を有する被測定部材の他の構造例を模式的に示す側面図である。
【図１０】上記変位検出装置における回折格子による回折光を利用して測定光の光軸を移動させる絶対位置情報領域を有する被測定部材の他の構造例を模式的に示す側面図である。
【図１１】上記絶対位置情報領域によける回折格子による回折光を模式的に示す側面図である。
【図１２】上記絶対位置情報領域によける回折格子による回折光を利用した測定光の光軸の移動を模式的に示す側面図である。
【図１３】上記絶対位置情報検出部により得られる絶対位置信号のゼロクロス位置の変化を示す図である。
【図１４】本発明を適用した変位検出装置の他の構成例を示すブロック図である。
【図１５】上記変位検出装置において、被測定部材の被測定面に照射された第１の光束の上記被測定面による反射と透過型の回折格子による回折の状態を模式的に示す側面図である。
【図１６】本発明を適用した変位検出装置の他の構成例を示すブロック図である。
【図１７】上記変位検出装置における絶対位置情報検出部の受光部に備えられる４分割受光部の構成を示す平面図である。
【図１８】上記変位検出装置における非点収差発生部介して上記受光部の４分割受光部に照射される第１の光束による照射像の一例を示す図である。
【図１９】上記変位検出装置における絶対位置情報検出部により検出されるフォーカスエラー信号の特性を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
本発明は、例えば図１のブロック図に示すような構成の変位検出装置１００に適用される。
【００２３】
この変位検出装置１００は、測定方向Ｚとは垂直な方向Ｘに相対移動可能な被測定部材１の被測定面１ａの変位を該被測定面１ａにより反射される測定光Ｌ１に基づいて検出するものであって、光源１０と、この光源１０から出射される測定光Ｌ０を２つの光束Ｌ１，Ｌ２に分割する光束分割部１２と、回折格子１５と、反射鏡１８と、上記被測定部材１の被測定面１ａにより反射される測定光Ｌ１に基づいて、上記測定方向Ｚの相対位置と絶対位置を光学的に検出する相対位置検出部２０と絶対位置検出部３０を備える。
【００２４】
光源１０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。
【００２５】
光源１０として、可干渉距離が長い光源を用いると、被測定部材１の被測定面１ａ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１０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。
【００２６】
さらに、光源１０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１０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１０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。
【００２７】
この光源１０から出射された測定光Ｌ０は、コリメートレンズ等からなるレンズ１１を介して光束分割部１２に入射されている。レンズ１１は、光源１０から出射された測定光Ｌ０を平行光にコリメートする。そのため、光束分割部１２には、レンズ１１により平行光にコリメートされた測定光Ｌ０が入射される。
【００２８】
光束分割部１２は、コリメートされた測定光Ｌ０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、物体光として、第１の位相板１３と対物レンズ１４を介して被測定部材１に照射され、第２の光束Ｌ２は、参照光として、第２の位相板１６と集光レンズ１７を介して反射鏡１８に照射される。また、光束分割部１２は、例えば、光源１０から入射される測定光Ｌ０のうち、ｓ偏光を反射し、ｐ偏光を透過する偏光ビームスプリッタからなる。
【００２９】
光束分割部１２では、測定光Ｌ０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、相対位置検出部２０の受光部２０Ａに入射する際に被測定部材１側と反射鏡１８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。
【００３０】
また、光源１０と光束分割部１２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。
【００３１】
また、第１の位相板１３及び第２の位相板１６は、それぞれ１／４波長板等から構成されている。
【００３２】
さらに、対物レンズ１４及び集光レンズ１７は、第１の光束Ｌ１及び第２の光束Ｌ２を集光させて、回折格子１５に収束する収束光とする。
【００３３】
これにより、被測定部材１の被測定面１ａ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１の被測定面１ａ上に集光させるなど、使用目的に応じて被測定部材１の被測定面１ａ上に照射されるビーム径を調整してもよい。
【００３４】
被測定部材１は、第１の光束Ｌ１を回折格子１５に反射させる。なお、被測定部材１としては、被測定面１ａを鏡面としたミラー等が用いられる。被測定部材１の詳細な構成例については、後述する。
【００３５】
回折格子１５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。
【００３６】
そして、被測定部材１は、回折格子１５によって回折された第１の光束Ｌ１を反射して、再び光束分割部１２へ戻す。回折格子１５は、被測定部材１の被測定面１ａに対して略直角、すなわち回折格子１５の回折面と被測定部材１の被測定面１ａ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。
【００３７】
なお、回折格子１５における被測定部材１に対する配置する精度は、変位検出装置１００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１００に高い精度を要求する場合、回折格子１８を被測定部材１の被測定面１ａ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１５を被測定部材１の被測定面１ａに対して９０°から±２°の範囲で配置しても、変位検出装置１００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。
【００３８】
また、回折格子１５に入射した第１の光束Ｌ１は、回折格子１５によって反射し、かつ回折される。この回折格子１５の格子ピッチΛは、回折角が回折格子１５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１５の格子ピッチΛは、被測定面１ａ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１５が被測定部材１の被測定面１ａに対して直角に配置されているため、回折格子１５への入射角は、π／２−θとなる。
【００３９】
Λ＝λ／（２ｓｉｎ（π／２−θ））  ・・・式１
【００４０】
そのため、回折格子１５によって反射し、かつ回折されて再び被測定部材１の被測定面１ａに入射するときの光路が、光束分割部１２によって分割された第１の光束Ｌ１が被測定部材１の被測定面１ａによって反射されて回折格子１５に入射するときの光路に重なり合う。その結果、回折格子１５よって回折された第１の光束Ｌ１は、光束分割部１２から被測定部材１の被測定面１ａに照射された照射スポットＰ１と同じ点に戻る。そして、第１の光束Ｌ１は、被測定部材１の被測定面１ａで再び反射され、光束分割部１２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１２に戻る。
【００４１】
なお、回折格子１５としては、例えば図２の側面図に一例を示すような構造の回折格子１５Ａが用いられる。
【００４２】
この回折格子１５Ａ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１５Ａによれば、被測定部材１の被測定面１ａで反射された物体光である第１の光束Ｌ１や、反射鏡１８で反射された参照光である第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。
また、反射鏡１８は、図１に示すように、光束分割部１２によって分割された第２の光束Ｌ２を回折格子１５に反射するものである。この反射鏡１８は、回折格子１５を間に挟んで被測定部材１と対向する位置に設けられている。そして、反射鏡１８の反射面は、被測定部材１の被測定面１ａと略平行に配置される。そのため、反射鏡１８及び回折格子１５は、反射鏡１８の反射面と回折格子１５の回折面で形成される角度がほぼ９０°となるように配置される。
【００４３】
また、反射鏡１８は、回折格子１５によって回折された第２の光束Ｌ２を再び反射して光束分割部３に戻す。なお、反射鏡１８によって反射され、かつ回折格子１５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１２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１２に戻る。
【００４４】
この反射鏡１８は、第１の光束Ｌ１における光束分割部１２から回折格子１５までの光路長と、第２の光束Ｌ２における光束分割部１２から回折格子１５までの光路長が等しくなるように配置される。反射鏡１８を設けたことで、この変位検出装置１００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１０の波長変動の影響を受けにくくすることができる。
【００４５】
上述したように、反射鏡１８の反射面と回折格子１５の回折面は、被測定部材１の被測定面１ａと回折格子１５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１５によって回折されて再び反射鏡１８の反射面に入射するときの光路が、反射鏡１８によって反射されて回折格子１５に入射するときの光路に重なり合う。
【００４６】
また、光束分割部１２は、被測定部材１及び反射鏡１８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、相対位置検出部２０の受光部２０Ａに照射する。すなわち、この変位検出装置１００における光束分割部１２は、測定光Ｌ０を第１の光束Ｌ１と第２の光束Ｌ２に分割する光束分割部としての役割と、第１の光束Ｌ１と第２の光束Ｌ２を重ね合わせる光束結合部としての役割を有している。
【００４７】
ここで、光束分割部１２から被測定部材１及び回折格子１５を介して光束分割部１２に戻るまでの長さと、光束分割部１２から反射鏡１８及び回折格子１５を介して光束分割部１２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。
【００４８】
相対位置検出部２０は、受光部２０Ａと相対位置情報出力部２０Ｂからなる。
【００４９】
相対位置検出部２０の受光部２０Ａは、光束分割部１２により重ね合わされた第１の光束Ｌ１と第２の光束Ｌ２が入射される集光レンズ２１と、この集光レンズ２１により集光された第１の光束Ｌ１と第２の光束Ｌ２すなわち入射光を分割するハーフミラー２２と、このハーフミラー２２により分割された入射光が入射される第１の偏光ビームスプリッタ２３と、上記ハーフミラー２２により分割された入射光が例えば１／４波長板等からなる受光側位相板２４を介して入射される第２の偏光ビームスプリッタ２５を備える。
【００５０】
これら第１の偏光ビームスプリッタ２３及び第２の偏光ビームスプリッタ２５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、第１の光束Ｌ１と第２の光束Ｌ２との干渉光を分割するものである。
【００５１】
第１の偏光ビームスプリッタ２３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２３における光の出射口側には、第１の受光素子２６と、第２の受光素子２７が設けられている。また、第２の偏光ビームスプリッタ２５における光の出射口側には、第３の受光素子２８と、第４の受光素子２９が設けられている。
【００５２】
また、相対位置検出部２０の相対位置情報出力部２０Ｂは、図３に示すように、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。
【００５３】
第１の差動増幅器６１ａは、受光部２０Ａの第１の受光素子２６及び第２の受光素子２７が入力端に接続され、出力端に第２のＡ／Ｄ変換器６２ｂが接続されている。また、第２の差動増幅器６１ｂは、受光部２０Ａの第３の受光素子２８及び第４の受光素子２９が入力端に接続され、出力端に第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に接続されている。波形補正処理部６３は、インクリメンタル信号発生器６４に接続されている。
【００５４】
また、絶対位置検出部３０は、図１に示すように、回折格子１５と対向するように設けられた受光部３１とこの受光部３１に接続された絶対位置情報出力部３２からなる。
【００５５】
絶対位置検出部３０の受光部３１は、回折格子１５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（０次光）を受光する。
【００５６】
この受光部３１は、例えば、図４に示すように、第５の受光素子３１Ａと第６の受光素子３１Ｂを有する２分割受光部からなる。
【００５７】
この２分割受光部３１は、被測定部材１の被測定面１ａが高さ方向に変位した際に、反射光のビームスポットが移動（シフト）する方向に沿って第５の受光素子３１Ａ及び第６の受光素子３１Ｂを並べて配置してある。第５の受光素子３１Ａ及び第６の受光素子３１Ｂは、絶対位置情報出力部３２を構成する差動比較器３２Ａに接続されている。
【００５８】
そして、絶対位置検出部３０の受光部３１では、第５の受光素子３１Ａ及び第６の受光素子３１Ｂにより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３２Ａに出力する。
【００５９】
被測定部材１の被測定面１ａ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３１Ａから第６の受光素子３１Ｂにシフトする。そして、光電変換した信号を差動比較器３２Ａに通すと、図５に示すような信号出力の変化が得られる。この図５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１の被測定面１ａの高さ方向の絶対位置検出が可能となる。
【００６０】
ここで、この変位検出装置１００における被測定部材１について説明する。
【００６１】
一般に光源１０からの光を反射させる被測定部材１としては、ミラー等が用いられる。図６に示すように、被測定部材１は、基板２と、基板２上に積層された反射膜３とを有している。この反射膜３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３は、測定光Ｌ１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。
【００６２】
そして、この変位検出装置１００において、被測定部材１は、その移動方向の両端部に上記測定光Ｌ１の光軸を移動させる傾斜した反射面４Ａが形成された絶対位置検出領域４を有する。
【００６３】
この変位検出装置１００における絶対位置検出部３０は、上記被測定部材１の絶対位置検出領域４において、傾斜した反射面４Ａにより上記測定光Ｌ１の光軸が移動されることにより絶対位置検出を行うことができる。
【００６４】
このような構成の変位検出装置１００において、光束分割部１２により重ね合わされて、相対位置検出部２０の受光部２０Ａに入射される第１の光束Ｌ１と第２の光束Ｌ２は、第１の偏光ビームスプリッタ２３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２３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２３によって干渉させることができる。
【００６５】
同様に、第１の偏光ビームスプリッタ２３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２３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２３によって干渉させることができる。
【００６６】
第１の偏光ビームスプリッタ２３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２６によって受光される。また、第１の偏光ビームスプリッタ２３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２７によって受光される。ここで、第１の受光素子２６と第２の受光素子２７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。
【００６７】
したがって、第１の受光素子２６と第２の受光素子２７によって、Ａｃｏｓ（Ｋｚ＋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、ｚは、回折格子１５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。
【００６８】
ここで、図７に示すように、被測定部材１が高さ方向にｚ／２だけ移動すると、被測定部材１の被測定面１ａ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１の被測定面１ａで反射された第１の光束Ｌ１は、回折格子１５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１５は、被測定部材１の被測定面１ａ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ｚとなる。すなわち、回折格子１５上を移動する第１の光束Ｌ１の移動量は、被測定部材１を移動した際の２倍のｚとなる。
【００６９】
また、回折格子１５が被測定部材１の被測定面１ａに対して略直角に配置されているため、被測定部材１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１が高さ方向に変位すると、回折格子１５に入射する位置だけが変化する。
【００７０】
よって、回折された第１の光束Ｌ１には、Ｋｚの位相が加わる。つまり、被測定部材１が高さ方向に対してｚ／２だけ移動すると、第１の光束Ｌ１は回折格子１５上ではｚだけ移動する。そのため、第１の光束Ｌ１には、Ｋｚ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２６、第２の受光素子２７によって受光される。
【００７１】
ここで、第１の受光素子２６及び第２の受光素子２７によって得られる干渉信号には、光源１０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。
【００７２】
一方、ハーフミラー２２を透過した光束Ｌａは、受光側位相板２４を介して第２の偏光ビームスプリッタ２５に入射される。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２４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って、第２の偏光ビームスプリッタ２５に入射される。
【００７３】
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２５によって反射され、第３の受光素子２８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２５を透過し、第４の受光素子２９によって受光される。
【００７４】
上述したように、第２の偏光ビームスプリッタ２５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２５に入射される直線偏光の偏光方向は、被測定部材１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２８と第４の受光素子２９でも同様に、Ａｃｏｓ（Ｋｚ＋δ’）の干渉信号が得られる。δ’は初期位相である。
【００７５】
また、第３の受光素子２８と第４の受光素子２９とで光電変換される信号は、１８０度位相が異なる。
【００７６】
なお、この変位検出装置１００では、第１の偏光ビームスプリッタ２３に対して、第３の受光素子２８と第４の受光素子２９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２６を４５度傾けて配置している。このため、第３の受光素子２８と第４の受光素子２９において得られる信号は、第１の受光素子２６と第２の受光素子２７において得られる信号に対し、９０度位相がずれている。
【００７７】
したがって、例えば第１の受光素子２６と第２の受光素子２７で得られる信号をｓｉｎ信号、第３の受光素子２８と第４の受光素子２９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。
【００７８】
これらの受光素子２６〜２９によって得られる信号は、相対位置情報出力部２０Ｂによって演算され、被測定面１ａの変位量がカウントされる。
【００７９】
相対位置情報出力部２０Ｂでは、まず、受光部２０Ａの第１の受光素子２６と第２の受光素子２７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。
【００８０】
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から出力される。
【００８１】
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。
【００８２】
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１の被測定面１ａ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。
【００８３】
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１の被測定面１ａの変位量が検出される。
【００８４】
なお、この変位検出装置１００における相対位置情報出力部２０Ｂ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。
【００８５】
そして、この変位検出装置１００では、被測定部材１の移動方向Ｘの両端部に測定光Ｌ１の光軸を移動させる傾斜した反射面４Ａが形成された絶対位置検出領域４を有するので、絶対位置検出部３０は、上記絶対位置検出領域４において上記測定光Ｌ１の光軸を移動させることにより絶対位置検出を行うことができ、被測定部材１が検出範囲から外れてしまった際に、被測定部材１を検出範囲に戻すだけで、絶対位置を高速で検出し、相対位置情報検出部２０により得られる相対位置情報をリセットあるいはプリセットして原点復帰させることができる。
【００８６】
ここで、被測定部材１の表面を平坦面とする必要がある場合には、例えば、図８の（Ａ）に示す被測定部材１Ａの示すように、被測定部材１の両端部の傾斜した反射面４Ａにより測定光Ｌ１の光軸を移動させる絶対位置検出領域４を光透過性のある部材５でシールすることにより平坦面とすることができる。
【００８７】
また、図８の（Ｂ）に示す被測定部材１Ｂの示すように、被測定部材１の両端部の傾斜した反射面４Ａにより測定光Ｌ１の光軸を移動させる絶対位置検出領域４を含む被測定面１ａ全面を光透過性のある部材５でシールすることにより平坦面とすることができる。
【００８８】
また、被測定部材１の両端部の絶対位置検出領域４に形成する傾斜した反射面４Ａにより、傾斜方向は逆であってもよく、図８の（Ｃ）に示す被測定部材１Ｃのように、登り傾斜の反射面４Ｂを両端部の絶対位置検出領域４に形成してもよい。
【００８９】
また、上記被測定部材１の移動方向Ｘの両端部の絶対位置検出領域４は、上記測定光Ｌ１の光軸を移動させる機能を有する領域であればよく、図９に示す被測定部材１Ｄのように、屈折率の変化により上記測定光Ｌ１の光軸を移動させる機能を有する絶対位置検出領域４Ｄを被測定部材１の移動方向Ｘの両端部に設けるようにすることができる。
【００９０】
このように 屈折率の変化により上記測定光Ｌ１の光軸を移動させる機能を有する絶対位置検出領域４Ｄは、被測定部材のエッジ部のシール部材の屈折率が他の部分と違う構成としたり、イオン交換法によるガラスの屈折率分布に変化をもたせた領域とすることができる。
【００９１】
さらに、上記測定光Ｌ１の光軸を移動させる機能を有する絶対位置検出領域４は、例えば、図１０に示す被測定部材１Ｅのように、回折格子による回折光を利用して測定光Ｌ１の光軸を移動させるものとすることができる。
【００９２】
この被測定部材１Ｅのように、被測定部材の外周に回折格子４ｅを配置した絶対位置検出領域４Ｅを備える。
【００９３】
この被測定部材１Ｅでは、図１１に示すように、外周の絶対位置検出領域４Ｅに測定光Ｌ１が入射されるとき、測定光Ｌ１の反射光Ｌ１１以外に回折光Ｌ１２が得られる。回折光Ｌ１２の回折角θ１２は、ｓｉｎθ１１＋ｓｉｎθ１２＝ｎλ／ｄで与えられ、ｎは次数、λは入射波長、ｄは格子ピッチである。
【００９４】
したがって、この変位検出装置１００では、絶対位置情報検出部３０の２分割受光部３１を、第５の受光素子３１Ａに反射光Ｌ１１が入射され、第６の受光素子３１Ｂに回折光Ｌ１２が入射されるように配置し、被測定部材１Ｅの回折格子１ｅ上での反射光が、Ｌ１１＜Ｌ１２であれば、差動比較器３２Ａにより得られる第５の受光素子３１Ａと第６の受光素子３１Ｂの差動出力は、被測定部材１Ｅの回折格子１ｅを配置した部分絶対位置検出領域４Ｅと回折格子のない部分の境界でゼロクロスすることになる。
【００９５】
すなわち、反射光Ｌ１１が第５の受光素子３１Ａにθ１で入射しているため、図１２、図１３に示すように、ｚ方向の位置により、ゼロクロス位置ｘは、変化する。このゼロクロス位置ｘとｚ位置の相関を事前に取得しておくことで、ゼロクロス信号をトリガーにしてゼロクロス位置ｘのずれ量からｚ位置を割り出すことができる。
【００９６】
また、上記変位検出装置１００において、相対位置情報検出部２０は、上記被測定部材１の被測定面１ａにより反射される測定光Ｌ１を反射型回折格子１８を介して受光する受光部２０Ａを備え、上記受光部２０Ａにより得られる光検出出力に基づいて上記被測定面１ａの上記測定方向Ｚの相対位置情報を相対位置情報出力部２０Ｂから出力するものとしたが、例えば図１４に示す変位検出装置１００Ａのように、被測定部材１の被測定面１ａにより反射される測定光Ｌ１を透過型回折格子１５Ａを介して受光する受光部２０Ａを備え、上記受光部２０Ａにより得られる光検出出力に基づいて上記被測定面１ａの上記測定方向Ｚの相対位置情報を相対位置情報出力部２０Ｂから出力するものとすることができる。
【００９７】
すなわち、図１４に示す変位検出装置１００Ａは、上記変位検出装置１００と同様に、測定方向Ｚとは垂直な方向Ｘに相対移動可能な被測定部材１の被測定面１ａの変位を該被測定面１ａにより反射される測定光Ｌ１に基づいて検出するものであって、光源１０と、この光源１０から出射される測定光Ｌ０を２つの光束Ｌ１，Ｌ２に分割する光束分割部１２と、透過型の回折格子１５Ａと、反射鏡１８と、戻り用反射鏡ブロック１９と、上記被測定部材１の被測定面１ａにより反射される測定光Ｌ１に基づいて、上記測定方向Ｚの相対位置と絶対位置を光学的に検出する相対位置検出部２０と絶対位置検出部３０を備える。
【００９８】
なお、この変位検出装置１００Ａにおいて、上記変位検出装置１００と共通する構成要素については、図中に同一の符号を付して重複した説明を省略する。
【００９９】
この変位検出装置１００Ａでは、光源１０から出射された測定光Ｌ０がレンズ１１Ａにより収束光として光束分割部１２に入射され、光束分割部１２により物体光である第１の光束Ｌ１と、参照光である第２の光束Ｌ２に分割される。
【０１００】
光束分割部１２で分割された第１の光束Ｌ１は、第１の位相板１３を介して被測定部材１の被測定面１ａにおける第１の照射スポットＰｃ１に入射され、この被測定面１ａで反射されて透過型の回折格子１５Ａに入射される。
【０１０１】
回折格子１５Ａは、入射された光を透過させ、かつ回折する透過型の回折格子である。
【０１０２】
この変位検出装置１００Ａでは、上記変位検出装置１００における反射型の回折格子１８に替えて上記透過型の回折格子１５Ａが設けられている。
【０１０３】
そして、この透過型の回折格子１５Ａに入射された第１の光束Ｌ１は、当該透過型の回折格子１５Ａを透過し、かつ１回回折されて、被測定部材１の被測定面１ａにおける上記第１の照射スポットＰｃ１と異なる第２の照射スポットＰｄ１に入射され、この被測定面１ａで反射されて戻り用反射鏡ブロック１９の第１の反射面１９Ａに入射される。
【０１０４】
また、上記透過型の回折格子１５Ａに入射された第１の光束Ｌ１は、当該透過型の回折格子１５Ａを透過し、絶対位置検出部３０の受光部３１に入射される。
絶対位置検出部３０では、上記透過型の回折格子１５Ａを透過して入射される第１の光束Ｌ１を受光部３１で受光して、第５の受光素子３１Ａと第６の受光素子３１Ｂにより光電変換して得られる検出信号に基づいて、差動比較器３２Ａにより得られる差動出力の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１の被測定面１ａの高さ方向Ｚの絶対位置検出を行う。
【０１０５】
また、光束分割部１２で分割された第２の光束Ｌ２は、第２の位相板１６を介して反射鏡１８に入射され、この反射鏡１８を介して被測定部材１の被測定面１ａにおける第１の照射スポットＳｃ１に入射され、この被測定面１ａで反射されて透過型の回折格子１５Ａに入射される。
【０１０６】
そして、この透過型の回折格子１５Ａに入射された第２の光束Ｌ２は、当該透過型の回折格子１５Ａを透過し、かつ１回回折されて、反射鏡１８の反射面における上記第１の照射スポットＳｃ１と異なる第２の照射スポットＳｄ１に入射され、この反射面で反射されて戻り用反射鏡ブロック１９の第２の反射面１９Ｂに入射される。
【０１０７】
ここで、上記レンズ１１Ａは、光束分割部１２で分割された第１の光束Ｌ１及び第２の光束Ｌ２が上記戻り用反射鏡ブロック１９の第１の反射面１９Ａ及び第２の反射面１９Ｂ、上記絶対位置検出部３０の受光部３１において収束するように、上記光源１０から出射された上記測定光Ｌ０を収束させた収束光として光束分割部１２に入射させる。
【０１０８】
戻り用反射鏡ブロック１９は、第１の反射面１９Ａと第２の反射面１９Ｂとを有する略三角形状のミラーである。第１の反射面１９Ａは、被測定部材１の被測定面１ａで反射されて入射された第１の光束Ｌ１を反射して入射したときと同じ光路で被測定部材１の被測定面１ａと透過型の回折格子１５Ａを介して光束分割部１２に戻す。また、第２の反射面１９Ｂは、反射鏡１８の反射面で反射されて入射された第２の光束Ｌ２を反射して入射したときと同じ光路で反射鏡１８の反射面と透過型の回折格子１５Ａを介して光束分割部１２に戻す。
【０１０９】
そして、この変位検出装置１００Ａでは、被測定部材１及び反射鏡１８から反射されて光束分割部３に戻ってきた重ね合わせされた第１の光束Ｌ１及び第２の光束Ｌ２を相対位置検出部２０の受光部２０Ａで受光することにより、上記変位検出装置１００と同様に、上記受光部２０Ａにより得られる光検出出力に基づいて上記被測定面１ａの上記測定方向Ｚの相対位置情報を相対位置情報出力部２０Ｂから出力する。
【０１１０】
ここで、この変位検出装置１００Ａにおいて、透過型の回折格子１５Ａは、被測定部材１の被測定面１ａに対して略垂直に配置されており、図１５に示すように、被測定面１ａにおける第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が入射角π／２−θ１で入射される。さらに、第１の光束Ｌ１は、被測定部材１の被測定面１ａにおける第２の照射スポットＰｄ１に入射角θ２で入射される。
【０１１１】
また、回折格子１５Ａの格子ピッチΛは、回折角が回折格子１５Ａ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１５Ａの格子ピッチΛは、上述したように被測定部材１の被測定面１ａの一回目の入射角をθ１、二回目の入射角をθ２、波長λとすると、次の式２を満たす。
【０１１２】
Λ＝ｎλ／（ｓｉｎ（π／２−θ１）＋ｓｉｎ（π／２−θ２））    ・・・式２
【０１１３】
なお、ｎは、正の次数である。
【０１１４】
回折格子１５Ａ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１５Ａに対して対称に構成することができる。そして、式２は、次の式３にて示すことができる。
【０１１５】
２Λｓｉｎθ＝ｎλ    ・・・式３
【０１１６】
なお、θは、回折格子１５Ａの入射角及び回折角である。
【０１１７】
すなわち、ブラッグ条件を満たすことができ、回折格子１５Ａによって回折される回折光を強めることが可能となる。
【０１１８】
また、角度θ２で被測定部材１の被測定面１ａに入射した第１の光束Ｌ１は、被測定部材１の被測定面１ａにより反射され、戻り用反射鏡ブロック１９の第１の反射面１９Ａに入射し、この第１の反射面１９Ａで反射されて、行きと同じ光路をたどり、再び被測定部材１の被測定面１ａの第２の照射スポットＰｄ１に入射角θ２で入射される。
【０１１９】
さらに、被測定部材１の被測定面１ａによって反射した第１の光束Ｌ１は、回折格子１５Ａに角度π／２−θ２で再び入射される。なお、第１の光束Ｌ１における２回目の回折は、式１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１５Ａによって回折された第１の光束Ｌ１は、再び被測定部材１の被測定面１ａ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１の被測定面１ａ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１２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。
【０１２０】
また、被測定部材１の被測定面１ａが高さ方向にｚ／２だけ移動すると、被測定部材１の被測定面１ａ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１の被測定面１ａにおける第１の照射スポットＰｃ１，Ｐｃ２で反射された第１の光束Ｌ１は、回折格子１５Ａ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１５Ａ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１の被測定面１ａにおける第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。
【０１２１】
ここで、回折格子１５Ａは、被測定部材１の被測定面１ａに対して略直角に配置されており、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ｚとなる。すなわち、回折格子１５Ａ上を移動する第１の光束Ｌ１の移動量は、被測定部材１を移動した際の２倍のｚとなる。
【０１２２】
また、回折格子１５Ａが被測定部材１の被測定面１ａに対して略直角に配置されており、第１の光束Ｌ１の光路長は、被測定部材１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１が高さ方向に変位すると、回折格子１５Ａに入射する位置だけが変化する。
【０１２３】
なお、反射鏡１８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。
【０１２４】
この変位検出装置１００Ａでは、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、２Ｋｚの位相が加わる。Ｋは、２π／Λで示される波数である。また、ｚは、回折格子１５Ａ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１が高さ方向に対してｚ／２だけ移動すると、第１の光束Ｌ１は回折格子１５Ａ上では２倍のｚ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、２Ｋｚの位相が加わり、２周期分の光の明暗が生じる干渉光が相対位置検出部２０の受光部２０Ａによって受光される。
【０１２５】
すなわち、上記受光部２０Ａの第１の受光素子２６と第２の受光素子２７では、Ａｃｏｓ（２Ｋｚ＋δ）の干渉信号を得ることができる。また、第３の受光素子２８と第４の受光素子２９では、Ａｃｏｓ（２Ｋｚ＋δ’）の干渉信号を得ることができる。
【０１２６】
よって、この変位検出装置１００Ａでは、回折格子１５Ａの格子ピッチと上述の変位検出装置１００における回折格子１５の格子ピッチが同じ場合、上記変位検出装置１００よりも２倍の分解能とすることができる。
【０１２７】
例えば、回折格子１５Ａの格子ピッチΛを０．５５１５μｍ、波長λを７８０ｎｍ、回折格子１５Ａの入射角及び回折角を４５°に設定したとき、被測定部材１の被測定面１ａを高さ方向に０．５５１５μｍだけ移動した場合、第１の光束Ｌ１は、回折格子１５Ａ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回の光の明暗を相対位置検出部２０の受光部２０Ａ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。
【０１２８】
また、この変位検出装置１００Ａでは、一台の光学系で第１の光束Ｌ１を被測定部材１の被測定面１ａにおける第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ので、１台の光学系で、測定ポイントをキャンセルすることができる。
【０１２９】
さらに、上述したような構成にすることで、被測定部材１の被測定面１ａ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。
【０１３０】
この変位検出装置１００Ａにおいても、移動方向Ｘの両端部に測定光Ｌ１の光軸を移動させる絶対位置検出領域４を有する被測定部材１が検出範囲から外れてしまった際に、被測定部材１を検出範囲に戻すだけで、相対位置情報検出部３０により検出される絶対位置情報を用いて、相対位置情報検出部２０により得られる相対位置情報をリセットあるいはプリセットして原点復帰させることができる。
【０１３１】
また、上記変位検出装置１００，１００Ａでは、第５の受光素子３１Ａと第６の受光素子３１Ｂを有する２分割受光部３１を備える絶対位置検出部３０により検出される絶対位置情報を用いて、相対位置情報検出部２０により得られる相対位置情報をリセットあるいはプリセットして原点復帰させるものとしたが、本発明は、上記変位検出装置１００，１００Ａのみに限定されるものでなく、例えば図１６に示す変位検出装置２００のように、非点収差法を利用した変位検出装置に適用することもできる。
【０１３２】
この図１６に示す変位検出装置２００は、上記変位検出装置１００，１００Ａと同様に、測定方向Ｚとは垂直な方向Ｘに相対移動可能な被測定部材１の被測定面１ａの変位を該被測定面１ａにより反射される測定光Ｌ１に基づいて検出するものであって、光源２１０と、この光源２１０から出射される測定光Ｌ０を２つの光束Ｌ１，Ｌ２に分割する光束分割部２１２と、反射鏡２１７と、被測定部材１の被測定面１ａにより反射される測定光Ｌ１に基づいて、上記測定方向Ｚの相対位置と絶対位置を光学的に検出する相対位置検出部２２０と絶対位置検出部２３０を備え、上記光束分割部２１２と相対位置検出部２２０及び絶対位置検出部２３０との間に非点収差発生部２４０が設けられている。
【０１３３】
この変位検出装置２００において、光源２１０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、発光ダイオード等によって構成される。なお、後述するように、この変位検出装置２００では、光源２１０からの測定光の干渉光を用いて計測を行うので、光源２１０から発せられる測定光の可干渉距離が長い程、計測範囲が広くなる。
【０１３４】
この光源２１０から出射された測定光Ｌ０は、コリメートレンズ等からなるレンズ２１１を介して光束分割部２１２に入射されている。レンズ２１１は、光源２１０から出射された測定光Ｌ０を平行光にコリメートする。
【０１３５】
光束分割部２１２は、コリメートされた測定光Ｌ０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、物体光として、第１の位相板２１３と対物レンズ２１４を介して被測定部材１に照射され、第２の光束Ｌ２は、参照光として、第２の位相板２１５と集光レンズ２１６を介して反射鏡２１７に照射される。また、光束分割部２１２は、例えば、光源２１０から入射される測定光Ｌ０のうち、ｓ偏光を反射し、ｐ偏光を透過する偏光ビームスプリッタからなる。
【０１３６】
光束分割部２１２を透過したｐ偏光による第１の光束Ｌ１は、１／４波長板等の第１の位相板２１３を透過することによって円偏光となり、対物レンズ２１４によって被測定部材１の被測定面１ａに集光される。この対物レンズ２１４のＮＡ値が高い程解像度が高くなり、逆にＮＡ値が低い程、被測定面１ａの測定範囲が広くなる。
【０１３７】
なお、対物レンズ２１４によって集光された第１の光束Ｌ１は、被測定面１ａ上に必ずしも結像される必要はない。結像位置を被測定面１ａからずらし、被測定面１ａ上でのスポット径を大きくすることにより、被測定面１ａの面粗度や異物等による測定誤差の影響を低減できる。
【０１３８】
この変位検出装置２００において、対物レンズ２１４は固定されている。
【０１３９】
したがって、この変位検出装置２００では、対物レンズ２１４によって第１の光束Ｌ１を結像させようとする位置は、被測定面１ａの凹凸に関わらず変動しない。このため、非測定面１ａの絶対変位を求めるための基準点とすることができる。
【０１４０】
物体光として被測定面１ａに入射された第１の光束Ｌ１は、この被測定面１ａによって反射され、再び対物レンズ２１４を経由して１／４波長板等の第１の位相板２１３に入射される。
【０１４１】
すなわち、第１の光束分割部２１２と被測定部材１の被測定面１ａの間の光路上には、例えば１／４波長板等の第２の位相板２１５が配置されているので、物体光として被測定面１ａに入射された第１の光束Ｌ１は、被測定面１ａへ向かう往路と第１の光束分割部２１２に戻る復路において第１の位相板２１３を２回透過することにより、偏光方向が９０度回転してｓ偏光となる。そして、ｓ偏光となった第１の光束Ｌ１は、第１の光束分割部２１２により反射され、非点収差発生部２４０に入射される。
【０１４２】
また、参照光として反射鏡２１７に入射された第２の光束Ｌ２は、この反射鏡２１７によって反射されて、再び集光レンズ２１６を経由して１／４波長板等の第２の位相板２１５に入射される。
【０１４３】
すなわち、第１の光束分割部２１２と反射鏡２１７の間の光路上には、例えば１／４波長板等の第２の位相板２１５が配置されているので、第２の光束Ｌ２は、反射鏡２１７へ向かう往路と第１の光束分割部２１２に戻る復路において第２の位相板２１５を２回透過することにより、偏光方向が９０度回転してｐ偏光となる。そして、ｐ偏光となった第２の光束Ｌ２は、第１の光束分割部２１２を透過し、非点収差発生部２４０に入射される。
【０１４４】
なお、第１の光束分割部２１２から反射鏡２１７までの光路長と、第１の光束分割部２１２から対物レンズ２１４による第１の光束Ｌ１の焦点位置、すなわち絶対変位を計測する基準点までの光路長は等しくすることが好ましい。
【０１４５】
これにより、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および第２の光束Ｌ２が受ける影響を等しくすることができる。したがって、相対位置情報検出部２２０の受光部２２０Ａによって受光する第１の光束Ｌ１と第２の光束Ｌ２の干渉光強度を、周囲環境に関わらず安定させることができ、より正確な計測を行うことができる。
【０１４６】
光束分割部２１２は、被測定部材１及び反射鏡２１７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、非点収差発生部２４０に入射させる。
【０１４７】
この変位検出装置２００において、非点収差発生部２４０は、光束分割部２１２からの入射光、すなわち、光束分割部２１２により重ね合わせて入射される第１の光束Ｌ１及び第２の光束Ｌ２を２方向に分割して、相対位置情報検出部２２０の受光部２２１と絶対位置情報検出部２３０の受光部２３１に入射させるとともに、絶対位置情報検出部２３０の受光部２３１に入射させる光束に非点収差を発生させるものであって、集光レンズ２４１とビームスプリッタ２４２と偏光板２４３からなる。
【０１４８】
非点収差発生部２４０では、集光レンズ２４１により集光された入射光、すなわち、第１の光束Ｌ１及び第２の光束Ｌ２は、ビームスプリッタ２４２によって反射されて相対位置情報検出部２２０の受光部２２０Ａに入射される。また、ビームスプリッタ２４２を透過した入射光、すなわち、第１の光束Ｌ１及び第２の光束Ｌ２は、偏光板２４３を透過することにより、被測定部材１の被測定面１ａからの反射光である第１の光束Ｌ１のみが絶対位置情報検出部２３０の受光部２３１に入射される。
【０１４９】
すなわち、偏光板２４３は、非点収差発生部２４０のビームスプリッタ２４２を透過した第１の光束Ｌ１と第２の光束Ｌ２の光路上に配置されており、第１の光束Ｌ１のみを透過させる。これにより、被測定物１の被測定面１ａからの反射光である第１の光束Ｌ１のみが取り出され、オフセット光量が除去されて絶対位置情報検出部２３０の受光部２３１に入射される。
【０１５０】
この非点収差発生部２４０において、絶対位置情報検出部２３０の受光部２３１に入射される第１の光束Ｌ１には、ビームスプリッタ２４２を透過することにより非点収差が発生される。
【０１５１】
シリンドリカルレンズを配置することによって非点収差を発生させてもよいが、この非点収差発生部２４０では、ビームスプリッタ２４２は、光束を２方向に分割すると同時に非点収差も発生させており、部品点数を削減できるので好ましい。
【０１５２】
なお、この偏光板２４３上に例えばクロム膜または誘電体多層膜等を形成することにより、非点収差発生部２４０のビームスプリッタ２４２としての機能を兼ね沿わせることも可能である。この場合には、ビームスプリッタ２４２と偏光板２４３の作用を一つの部品にて成立させるため、部品点数の削減が図られる。
【０１５３】
この変位検出装置２００において、相対位置情報検出部２２０は、受光部２２０Ａと相対位置情報出力部２２０Ｂからなる。
【０１５４】
相対位置情報検出部２２０の受光部２２０Ａは、非点収差発生部２４０のビームスプリッタ２４２によって反射された第１の光束Ｌ１及び第２の光束Ｌ２を２つの光束に分割するハーフミラー２２１と、このハーフミラー２２１によって分割された第１の光束Ｌ１及び第２の光束Ｌ２を分割する第１の偏光ビームスプリッタ２２２と、上記ハーフミラー２２１により分割された入射光が例えば１／４波長板等からなる位相板２２３を介して入射される第２の偏光ビームスプリッタ２２４を備える。
【０１５５】
これら第１の偏光ビームスプリッタ２２２及び第２の偏光ビームスプリッタ２２４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、第１の光束Ｌ１と第２の光束Ｌ２との干渉光を分割するものである。
【０１５６】
第１の偏光ビームスプリッタ２２２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２２２における光の出射口側には、第１の受光素子２２６と、第２の受光素子２２７が設けられている。また、第２の偏光ビームスプリッタ２２４における光の出射口側には、第３の受光素子２２８と、第４の受光素子２２９が設けられている。
【０１５７】
相対位置情報検出部２２０の受光部２２０Ａにおいて、ハーフミラー２２１に入射された第１の光束Ｌ１及び第２の光束Ｌ２は、共にそれぞれ分割される。
ハーフミラー２２１を透過した第１の光束Ｌ１及び第２の光束Ｌ２が入射される第１の偏光ビームスプリッタ２２２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、当該第１の偏光ビームスプリッタ２２２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の両方の光束は、第１の偏光ビームスプリッタ２２２に対してそれぞれｐ偏光成分及びｓ偏光成分を有することになる。したがって、この第１の偏光ビームスプリッタ２２２を透過した第１の光束Ｌ１及び第２の光束Ｌ２は、例えば同じ偏光方向を有するｐ偏光となるので、第１の光束Ｌ１及び第２の光束Ｌ２とを干渉させることができる。
また同様に、第１の偏光ビームスプリッタ２２２によって反射される第１の光束Ｌ１及び第２の光束Ｌ２は、当該第１の偏光ビームスプリッタ２２２に対するｓ偏光であり、同じ偏光方向を有しているので干渉させることができる。
【０１５８】
第１の偏光ビームスプリッタ２２２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１の受光素子２２６によって受光される。また、第１の偏光ビームスプリッタ２２２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２の受光素子２２７によって受光される。
【０１５９】
また、第１の受光素子２２６と第２の受光素子２２７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。
【０１６０】
第１の受光素子２２６と第２の受光素子２２７では、Ａｃｏｓ（Ｋｚ＋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によって示される波数であり、Λは光源２１０から出射される測定光Ｌ０の波長である。
【０１６１】
また、ｚは、被測定部材１の被測定面１ａによって反射された第１の光束Ｌ１の、被測定面１ａの形状に応じて変化する光路長の変化量である。
【０１６２】
反射鏡２１７は固定されているので、第２の光束Ｌ２の光路長は変化しない。
【０１６３】
したがって、第１の受光素子２２６及び第２の受光素子２２７では、被測定面１ａの形状に応じて第１の光束の光路長がΛ／２変化するごとに、１周期の光の明暗が生じる干渉光が受光される。
【０１６４】
一方、ハーフミラー２２１によって反射された第１の光束Ｌ１と第２の光束Ｌ２は、１／４波長板等の位相板２２３に入射される。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と第２の光束Ｌ２は、位相板２２３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って、第２の偏光ビームスプリッタ２２４に入射される。
【０１６５】
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２２４によって反射され、第３の受光素子２２８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２２４を透過し、第４の受光素子２２９によって受光される。
【０１６６】
上述したように、第２の偏光ビームスプリッタ２２４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。したがって、第１の光束Ｌ１の光路長が変化し、第１の光束Ｌ１と第２の光束Ｌ２の位相がずれると、重ね合わされた直線偏光の偏光方向は回転する。
【０１６７】
第２の偏光ビームスプリッタ２２４に入射される直線偏光の偏光方向は、被測定部材１が高さ方向に移動して第１の光束Ｌ１の光路長がΛ／２だけ変化すると、１８０度すなわち１／２回転する。
【０１６８】
したがって、第３の受光素子２２８と第４の受光素子２２９では、第１の光束Ｌ１の光路長がΛ／２変化するごとに、１周期の光の明暗が生じる干渉光が受光される。第３の受光素子２２８と第４の受光素子２２９により光電変換される信号は、Ａｃｏｓ（Ｋｚ＋δ’）によって表される。δ’は初期位相である。また、第３の受光素子２８と第４の受光素子２９とで光電変換される信号は、１８０度位相が異なる。
【０１６９】
この干渉光を光電変換することによってＡｃｏｓ（Ｋｚ＋δ’）にて表される干渉信号が得られる。δ’は初期位相である。
【０１７０】
なお、この相対位置情報検出部２２０の受光部２２０Ａでは、第１の受光素子２２６と第２の受光素子２２７に受光される光束を分割する第１の偏光ビームスプリッタ２２２に対して、第３の受光素子２２８と第４の受光素子２２９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２２４は４５度傾けて配置されている。このため、第３の受光素子２２７と第４の受光素子２２８において得られる信号は、第１の受光素子２２６と第２の受光素子２２７において得られる信号に対し、９０度位相がずれている。
【０１７１】
したがって、例えば第１の受光素子２２６と第２の受光素子２２７で得られる信号をｓｉｎ信号、第３の受光素子２２８と第４の受光素子２２９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。
【０１７２】
これらの受光素子２２６〜２２９によって得られる信号は、相対位置情報出力部２２０Ｂによって演算され、被測定面１ａの変位量がカウントされる。
【０１７３】
この相対位置情報出力部２２０Ｂは、上記変位検出装置１００における相対位置情報検出部２２０に備えられた相対位置情報出力部２０Ｂと同様に構成されている。
【０１７４】
相対位置情報出力部２２０Ｂにおいて、第１の受光素子２２６と第２の受光素子２２７で得られた位相が互いに１８０度異なる信号は、差動増幅器によって差動増幅して干渉信号の直流成分をキャンセルしてからＡ／Ｄ変換器によってＡ／Ｄ変換され、波形補正処理部によって信号振幅とオフセットと位相が補正され、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から出力される。また同様に、第３の受光素子２２８及び第４の受光素子２２９で得られた信号は、差動増幅器によって差動増幅してからＡ／Ｄ変換器によってＡ／Ｄ変換され、波形補正処理部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から出力される。
【０１７５】
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、被測定面１ａ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。
【０１７６】
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単位時間の位相変化をカウントすることにより、第１の光束と第２の光束と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。したがって、これにより被測定面１ａの高さ方向の変位量が検出される。
【０１７７】
なお、相対位置情報出力部２２０Ｂ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。
【０１７８】
また、この変位検出装置２００において、絶対位置情報検出部２３０は、受光部２３１と絶対位置情報出力部２３２からなる。
【０１７９】
絶対位置情報検出部２３０の受光部２３１は、図１７に示すように、第５〜第８の受光素子２３１Ａ，２３１Ｂ、２３１Ｃ，２３１Ｄの４つの受光素子を有する４分割受光部からなる。
【０１８０】
この４分割受光部２３１上に形成される第２の光束Ｌ１のスポットは、被測定面１ａの高さ方向の位置によって外形が変化する。
【０１８１】
すなわち、４分割受光部２３１に入射する第１の光束Ｌ１には、非点収差発生部２４０により非点収差が付与されるので、例えば、被測定面１ａ上に照射される第１の光束Ｌ１の焦点が、被測定面１ａよりも上側にある場合は、図１８の（Ａ）に示すように、４分割受光部２３１上の第１の光束Ｌ１のスポットＡ１は楕円形となる。
【０１８２】
また、被測定面１ａ上に照射される第１の光束Ｌ１の焦点が被測定面１ａ上にある場合には、例えば図１８の（Ｂ）に示すように、そのスポットＡ２は略円形となる。
【０１８３】
また、被測定面１ａ上に照射される第１の光束Ｌ１の焦点が被測定面１ａよりも下方にある場合には、図１８の（Ｃ）に示すように、そのスポットＡ３は、スポットＡ１と比べて長軸方向が９０度回転した楕円形となる。
【０１８４】
第５〜第８の受光素子２３１Ａ，２３１Ｂ、２３１Ｃ，２３１Ｄから出力される出力信号を、それぞれ受光素子２３１Ａから順にＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄとすると、被測定面１ａ上に照射される第１の光束Ｌ１の焦点位置からのずれを示すフォーカスエラー信号ＳＦＥは次の式４によって表される。
【０１８５】
ＳＦＥ＝（Ａ＋Ｃ）―（Ｂ＋Ｄ）    ・・・式４
【０１８６】
図１９に、この式４によって求められるフォーカスエラー信号の特性を示す。横軸は被測定面１ａの高さ方向の位置であり、縦軸はフォーカスエラー信号である。
【０１８７】
点Ｂに示すように、例えば被測定面１ａ上に照射される第２の光束の焦点が被測定面１ａ上にあるとき、フォーカスエラー信号はゼロとなる。
【０１８８】
この変位検出装置２００において、上記の如く対物レンズ２１４は固定されているので、被測定面１ａ上に照射される第１の光束Ｌ１の焦点位置は、一定である。したがって、フォーカスエラー信号がゼロとなるときにおける被測定面１ａの高さも常に同じであり、フォーカスエラー信号がゼロとなる位置を変位検出における基準点として用いることができる。
【０１８９】
このフォーカスエラー信号を求める演算部は、受光部２３１に内蔵されていてもよいし、絶対位置情報出力部２３２に設けてもよい。また、絶対位置情報出力部２３２は、フォーカスエラー信号をＡ／Ｄ変換し、値を出力する。
【０１９０】
なお、非点収差発生部２４０と絶対位置検出部２３０の受光部２３１との間の光路上に例えばくもりガラス等の光散乱体を配置してもよい。これにより、受光部２３１に入射する第１の光束Ｌ１の光軸方向に垂直な断面内において均一な光強度分布が得られる。したがって、被測定面１ａ上の微細な傷や異物等が検出されるのを抑制でき、面粗度の影響が低減されるので、被測定面１ａの平均的な高さを計測することができる。
【０１９１】
また、こうした光散乱体を例えば１ＫＨｚ以上で振動させ、散乱方向を様々に変化させると、受光素子４１〜４４上でのスペックルが平均化され、スペックルコントラストが低減される。
【０１９２】
また、対物レンズ２１４と絶対位置検出部２３０の受光部２３１との間の第１の光束Ｌ１の光路上に、所定の開口形状を有するアパーチャを配置し、特定の入射角度及び入射位置で対物レンズ２１４内に再入射する被測定面１ａからの反射光を遮断してもよい。これにより、被測定面１ａ上の異物や凹凸による回折光が迷光として受光部２３１に受光されるのを防止できる。
【０１９３】
また、相対位置検出部２２０や絶対位置検出部２３０における受光素子には、光ファイバを用いて干渉光や、非点収差を発生させた光を受光させるようにしてもよい。光ファイバを用いることにより、これら受光素子を変位検出装置２００の光学系から離れた箇所に配置することが可能となる。
【０１９４】
したがって、受光素子を絶対位置情報出力部５０や相対位置情報出力部６０の近傍に配置することにより、受光素子からこれら出力部までの電気通信距離が短縮され、応答速度の向上が図れる。
【０１９５】
以上説明したように、この変位検出装置２００では、光源２１０から出射された測定光Ｌ０を２つの光束Ｌ１，Ｌ２に分割し、第１の光束Ｌ１を被測定部材１の被測定面１ａに入射させ、第２の光束Ｌ２を反射鏡２１７に入射させる。
【０１９６】
そして、被測定面１ａからの反射光を用いてフォーカスエラー信号を求めることにより、絶対位置情報を検出し、固定された反射鏡２１７による反射光と被測定面１ａからの反射光の干渉光により相対位置情報を求めている。
【０１９７】
干渉光の強度は被測定面１ａの変位量に応じて周期的に変化するので、干渉光の強度の変化をスケールとして用いることにより、信号の線形性を確保することができる。干渉光の強度変化の周期は、光の波長によって決まるため、正確かつ微細なスケールとして用いることができる。
【０１９８】
また、干渉光の強度の変化によって得られるスケールの基準点は、被測定面１ａからの反射光によって得られるフォーカスエラー信号により取得することができる。
【０１９９】
したがって、この変位検出装置２００では、例えばフォーカスエラー信号がゼロとなる位置を基準とし、相対位置情報出力部２２０Ｂによって生成されるパルス、すなわち位相情報をカウントすることで、正確に変位を検出できる。
【０２００】
この変位検出装置２００では、フォーカスエラー信号から基準点となる絶対位置を取得するので、対物レンズ２１４を固定してあり、被測定面１ａに追随させて対物レンズ２１４を上下運動させる必要がない。したがって、対物レンズ２１４を駆動させるための駆動機構が不要となり、熱の発生が抑制される。また、駆動機構の応答周波数による使用条件の制約もない。
【０２０１】
そして、この変位検出装置２００においても、移動方向Ｘの両端部に測定光Ｌ１の光軸を移動させる絶対位置検出領域４を有する被測定部材１が検出範囲から外れてしまった際に、被測定部材１を検出範囲に戻すだけで、絶対位置情報検出部２３０により検出される絶対位置情報を用いて、相対位置情報検出部２２０により得られる相対位置情報をリセットあるいはプリセットして原点復帰させることができる。
【符号の説明】
【０２０２】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ  被測定部材、１ａ  被測定面、２  基板、３  反射膜、４，４Ｄ，４Ｅ  絶対位置検出領域、４Ａ，４Ｂ  反射面、４ｅ  回折格子、５  光透過性のある部材、１０，２１０  光源、１１，２１１  レンズ、１２，２１２  光束分割部、１３，１６，２１３，２１５  位相板、１４，２１４  対物レンズ、１５，１５Ａ  回折格子、１７，２１６  集光レンズ、１８，２１７  反射鏡、１９  戻り用反射鏡ブロック、１９Ａ，１９Ｂ  反射面、２０，２２０  相対位置検出部、２０Ａ，２２０Ａ  受光部、２０Ｂ，２２０Ｂ  相対位置情報出力部、２１，２４１  集光レンズ、２２，２２１  ハーフミラー、２３，２５，２２２，２２４  偏光ビームスプリッタ、２４、２２３  位相板、２６〜２９，２２６〜２２９  受光素子、３０，２３０  絶対位置検出部、３１，２３１  受光部、３１Ａ，３１Ｂ，２３１Ａ〜２３１Ｄ  受光素子、３２，２３２  絶対位置情報出力部、３２Ａ  差動比較器、６１ａ，６１ｂ  差動増幅器、６２ａ，６２ｂ  第１のＡ／Ｄ変換器、６３  波形補正処理部、６４  インクリメンタル信号発生器、１００，１００Ａ，２００  変位検出装置、２４０  非点収差発生部、２４１  集光レンズ、２４２  ビームスプリッタ、２４３  偏光板
【図５】
2013186114.tif 000003
【図１０】
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【図１１】
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【図１３】
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【図１７】
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【図１９】
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【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６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１２】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１８】
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