(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
可干渉光束を２分割し、それぞれの光路を経由した光束の波面の位相を変調して互いに直交する直線偏光光束とし、該直線偏光光束の波面を再び重ね合わせるための光学部材と、
該光学部材により重ね合わせた光束を複数の光束に分割する光分割部材と、
前記複数の光束の入射位置に応じて互いに厚みの異なる複数の領域を１枚の基板に形成した水晶板と、
該水晶板を透過した各光束を該水晶板の光軸に対して４５度偏光成分で取り出す偏光板と、
該偏光板を透過した各光束を受光して複数の互いに異なる干渉位相信号を発生する受光手段とを有することを特徴とする干渉計測装置。
【請求項２】
前記水晶板の段差ｔは、λを可干渉光束の波長、ｎｅを異常光屈折率、ｎｏを常光屈折率、Ｎを整数としたときに、ｔ＝λ／｛４Ｎ・（ｎｅ−ｎｏ）｝とした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】
前記光分割部材は直線偏光光束を重ね合わせた光束を４つの分割光束とする手段であり、前記水晶板は前記４つの分割光束に互いに１／４波長の整数倍の位相差を与え、前記受光手段は前記偏光板を介した各光束の干渉による明暗信号として４相プッシュプル信号を形成する４つの受光素子により構成されてい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】
可干渉光束を２分割し、それぞれの光路を経由した光束の波面の位相を変調して互いに直交する直線偏光光束とし、該直線偏光光束の波面を再び重ね合わせるための光学部材と、
該光学部材により重ね合わせた光束を４つの光束に分割する光分割部材と、
前記４つの光束の入射位置に応じて互いに厚みの異なる２つの領域を１枚の基板に形成した水晶板と、
該水晶板を透過した４つの光束のうち、前記２つの領域をそれぞれ透過した２つの光束を該水晶板の光軸に対して４５度偏光成分で取り出し、前記４つの光束のうち他の２つの光束を１３５度偏光成分で取り出す偏光板と、
該偏光板を透過した各光束を受光して複数の互いに異なる干渉位相信号を発生する受光手段とを有することを特徴とする干渉計測装置。
【請求項５】
可干渉光束から相対移動する回折格子によって発生させた互いに異なる次数の回折光を、互いに直交する直線偏光光束として波面を重ね合わせるための光学部材と、
該光学部材により重ね合わせた光束を複数の光束に分割する光分割部材と、
前記複数の光束の入射位置に応じて互いに厚みの異なる複数の領域を１枚の基板に形成した水晶板と、
該水晶板を透過した各光束を該水晶板の光軸に対して４５度偏光成分で取り出す偏光板と、
該偏光板を透過した各光束を受光して複数の互いに異なる干渉位相信号を発生する受光手段とを有することを特徴とする格子干渉式エンコーダ。
【請求項６】
可干渉光束から相対移動する回折格子によって発生させた互いに次数の異なる回折光を、互いに直交する直線偏光光束として波面を重ね合わせるための光学部材と、
該光学部材により重ね合わせた光束を４つの光束に分割する光分割部材と、
前記４つの光束の入射位置に応じて互いに厚みの異なる２つの領域を１枚の基板に形成した水晶板と、
該水晶板を透過した４つの光束のうち、前記２つの領域をそれぞれ透過した２つの光束を該水晶板の光軸に対して４５度偏光成分で取り出し、前記４つの光束のうち他の２つの光束を１３５度偏光成分で取り出す偏光板と、
該偏光板を透過した各光束を受光して複数の互いに異なる干渉位相信号を発生する受光手段とを有することを特徴とする格子干渉式エンコーダ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＦＡ（Factory Automation）等の産業用機器において、位相差信号を発生して高精度に長さや角度を測定する干渉計測装置及び格子干渉式エンコーダに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来からＦＡ等の高精度位置決め装置としては、レーザー干渉計やインクリメンタルエンコーダが利用されている。これらの装置は位置ずれをパルス列に変換し、このときのパルス数を計数することによって相対位置ずれを検出するものである。このとき、移動方位も検出する必要があるために、通常では２つ以上の位相差信号Ａ相、Ｂ相を出力して、１周期の正弦波信号を３６０度として９０度の位相ずれが与えられる。
【０００３】
このような高分解能インクリメンタルエンコーダやレーザー干渉計においては、２つの検出光学系をその空間的な位置をずらして配置することによってＡ相、Ｂ相の位相差信号を発生する方式や、互いに直交する偏光光束同士を１／２波長板を介して干渉させ、２光束間の波面の位相差に対応して偏光方位が回転する１つの直線偏光光束に変換してから更に複数光束に分割し、それぞれ異なる方位に偏光軸をずらして配置した偏光板を透過させて位相差信号光束を発生する方式が知られている。
【０００４】
図７は従来のレーザー干渉方式の非接触距離センサの斜視図を示し、可干渉光源１からのレーザー光Ｌは、コリメータレンズ２、非偏光ビームスプリッタ３を通り、プローブ状偏光プリズム４の偏光面４ａにおいて偏光される。偏光面４ａで反射されたＳ偏波光は、スライダ５に向けてプローブ状偏光プリズム４を出射し、スライダ５の被測定面５ａで反射され、再び元の光路を戻ってプローブ状偏光プリズム４の偏光面４ａに至る。
【０００５】
一方、偏光面４ａを透過したＰ偏波光は、プローブ状偏光プリズム４の上面の基準ミラー面４ｂで反射されて同様に偏光面４ａに戻る。この両偏波光は偏光面４ａにおいて再合成されて、プローブ状偏光プリズム４内を進み、非偏光ビームスプリッタ３で反射され、１／４波長板６、開口板７の開口を通り、４分割回折格子８により振幅分割される。これら振幅分割された光束はそれぞれ偏光板９ａ〜９ｄを通り、受光素子１０の４つの領域１０ａ〜１０ｄに受光される。そして、このときの干渉信号によってスライダ５の微小変位が測定される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上述の従来例においては、偏光板９ａ〜９ｄの配置等によって位相ずれを与えているために、アライメント誤差や偏光板９ａ〜９ｄの製造誤差があると位相差信号が安定しないという可能性がある。一方、直交する直線偏光同士の干渉の場合には、１／４波長板６や４つの偏光板９ａ〜９ｄ等の光学部品の配置にスペースを必要とするために、装置が大型化しかつこれら全部の組立て調整が必要である。
【０００７】
本発明の目的は、上述の従来例に鑑み、複数の安定した位相差信号を一括して検出する小型で組立てが容易な干渉計測装置を提供することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、小型で高精度な格子干渉式エンコーダ等の計測装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明に係る干渉計測装置は、可干渉光束を２分割し、それぞれの光路を経由した光束の波面の位相を変調して互いに直交する直線偏光光束とし、該直線偏光光束の波面を再び重ね合わせるための光学部材と、該光学部材により重ね合わせた光束を複数の光束に分割する光分割部材と、前記複数の光束の入射位置に応じて互いに厚みの異なる複数の領域を１枚の基板に形成した水晶板と、該水晶板を透過した各光束を該水晶板の光軸に対して４５度偏光成分で取り出す偏光板と、該偏光板を透過した各光束を受光して複数の互いに異なる干渉位相信号を発生する受光手段とを有することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る干渉計測装置は、可干渉光束を２分割し、それぞれの光路を経由した光束の波面の位相を変調して互いに直交する直線偏光光束とし、該直線偏光光束の波面を再び重ね合わせるための光学部材と、該光学部材により重ね合わせた光束を４つの光束に分割する光分割部材と、前記４つの光束の入射位置に応じて互いに厚みの異なる２つの領域を１枚の基板に形成した水晶板と、該水晶板を透過した４つの光束のうち、前記２つの領域をそれぞれ透過した２つの光束を該水晶板の光軸に対して４５度偏光成分で取り出し、前記４つの光束のうち他の２つの光束を１３５度偏光成分で取り出す偏光板と、該偏光板を透過した各光束を受光して複数の互いに異なる干渉位相信号を発生する受光手段とを有することを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る格子干渉式エンコーダは、可干渉光束から相対移動する回折格子によって発生させた互いに異なる次数の回折光を、互いに直交する直線偏光光束として波面を重ね合わせるための光学部材と、該光学部材により重ね合わせた光束を複数の光束に分割する光分割部材と、前記複数の光束の入射位置に応じて互いに厚みの異なる複数の領域を１枚の基板に形成した水晶板と、該水晶板を透過した各光束を該水晶板の光軸に対して４５度偏光成分で取り出す偏光板と、該偏光板を透過した各光束を受光して複数の互いに異なる干渉位相信号を発生する受光手段とを有することを特徴とする。
【００１３】
本発明に係る格子干渉式エンコーダは、可干渉光束から相対移動する回折格子によって発生させた互いに次数の異なる回折光を、互いに直交する直線偏光光束として波面を重ね合わせるための光学部材と、該光学部材により重ね合わせた光束を４つの光束に分割する光分割部材と、前記４つの光束の入射位置に応じて互いに厚みの異なる２つの領域を１枚の基板に形成した水晶板と、該水晶板を透過した４つの光束のうち、前記２つの領域をそれぞれ透過した２つの光束を該水晶板の光軸に対して４５度偏光成分で取り出し、前記４つの光束のうち他の２つの光束を１３５度偏光成分で取り出す偏光板と、該偏光板を透過した各光束を受光して複数の互いに異なる干渉位相信号を発生する受光手段とを有することを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明を図１〜図６に図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
図１は第１の実施例の斜視図を示し、非接触距離センサ２０においては、レーザーダイオード等の可干渉光源２１、コリメータレンズ２２、非偏光ビームスプリッタ２３、光学式プローブ状偏光プリズム２４が順次に配列され、プローブ状偏光プリズム２４は偏光ビームスプリッタ面２４ａと基準ミラー面２４ｂを有し、偏光面２４ａの反射方向のプローブ状偏光プリズム２４の前面に、被測定部位であるスライダ側面２５が配置されている。
【００１７】
非偏光ビームスプリッタ２３の反射方向には、開口板２６、千鳥状位相回折格子等の４分割回折格子板２７、１つの基板に厚さが異なる４つの領域２８ａ〜２８ｄを有する位相差水晶板２８、４５度方位に光学軸を有する４５度方位偏光板２９、４つの受光領域３０ａ〜３０ｄを有する４分割受光素子３０が順次に配列されている。
【００１８】
測定時には、可干渉光源２１からの発散光Ｌは、コリメータレンズ２２により略集光光とされ、非偏光ビームスプリッタ２３を通って、プローブ状偏光プリズム２４の偏光ビームスプリッタ面２４ａにおいて透過光と反射光に分割される。偏光面２４ａを反射したＳ偏波光は、スライダ側面２５に向けてプローブ状偏光プリズム２４を出射し、スライダ側面２５で反射され、その反射光は元の光路を通ってプローブ状偏光プリズム２４の偏光面２４ａまで戻される。一方、偏光面２４ａを透過したＰ偏波光は、プローブ状偏光プリズム２４内部の基準ミラー面２４ｂで反射され、同様に偏光面２４ａまで戻される。
【００１９】
この両偏波光はプローブ状偏光プリズム２４の偏光面２４ａにおいて合成され、後述する偏光干渉光学系によって干渉光束の明暗信号となる。プローブ状偏光プリズム２４とスライダ側面２５との距離が変化した場合には、偏光面２４ａで分離した２つの光束の往復の光路長差が可干渉光源２１の波長の整数倍となる毎に、その明暗が変化する。即ち、可干渉光源２１として波長０．７８μｍのレーザーダイオードを使用すれば、スライダ側面２５との距離が０．３９μｍずれると、明暗が正弦波状に１周期分変化する。
【００２０】
この明暗変化は受光素子３０により電気信号に変換され、スライダ側面２５との距離を予め明暗の中間となるような距離に設定しておけば、スライダ側面２５との距離が微小に変化すると電気信号レベルが敏感に変化する。従って、この正弦波状の電気信号レベルの変化を利用して、波長０．３９μｍの１つの正弦波を数１０の位相に分割可能な分解能の公知の電気回路を使用して、０．０１μｍ程度の分解能で距離変化を検出することができる。また、２相の９０度位相差明暗信号があれば、公知の電気的な内挿回路を使用して１つの正弦波を数１０〜数１００の位相に分割することができるので、更に高分解能な０．００１μｍの分解能で距離変化を検出することができる。
【００２１】
図２は４相の９０度位相差明暗信号の発生方法を示し、プローブ状偏光プリズム２４から出射する段階では、２つの光束の波面は重ね合わさってはいるが、互いに直交する波面の直線偏光光束であり、干渉して明暗信号とはならない。これらの光束は、非偏光ビームスプリッタ２３で反射され、開口板２６の開口を通って、４分割回折格子板２７によりそれぞれ直交した２つの直線偏光光束を含む４つの等価な光束に振幅分割される。このとき、これらの４つの光束は強度のみが分割により低下した状態で進行と共に分離してゆき、適切な空間に配置された水晶板２８に入射する。
【００２２】
この水晶板２８は光学位相板として使用されており、ｆ軸とｓ軸の２つの光学軸を有し、この間で屈折率に差があるために、光の電磁波における電界成分がｆ軸に平行に入射した直線偏波成分は、ｓ軸に平行に入射した直線偏波成分に比べて位相が進んで射出される。このときの位相差Γ（ｄｅｇ）は、可干渉光源２１の波長をλ、水晶の異常光線の屈折率をｎｅ、水晶の常光線の屈折率をｎｏ、水晶板２８の厚さをｔとして、次式で表される。
Γ＝（３６０／λ）・（ｎｅ−ｎｏ）ｔ
【００２３】
ｓ軸に概略平行な直線偏波に対して異常光線屈折率ｎｅが対応し、ｆ軸に平行な直線偏波光束に対して常光線屈折率ｎｏが対応する。水晶の屈折率の代表的な値はｎｅ＝１．５４７７、ｎｏ＝１．５３８７なので、位相差Γ＝９０（ｄｅｇ）を満たすｔを求めると、λ＝０．７８μｍ、ｎｅ＝１．５４７７、ｎｏ＝１．５３８７を代入すると次のようになる。
ｔ＝λ／｛４（ｎｅ―ｎｏ)}＝２１．６７μｍ
【００２４】
本実施例においては、水晶板２８は図３に示すように光学軸であるｆ軸がＳ偏波方向になるように配置され、田の字状の４つの異なる厚さになるようにエッチング処理によって段差が設けられており、４分割された光束はそれぞれの領域２８ａ〜２８ｄの中に入射して裏面から透過する。領域２８ａは段差加工されていない部分で水晶基板の元の厚さになっており、領域２８ｂは領域２８ａに比較してＳ偏光成分のみ波面の位相が９０度遅れるように、Δｔ＝２１．６７μｍ相当を弗酸によりエッチング加工されている。
【００２５】
領域２８ｃは領域２８ａに比較してＳ偏光成分のみ波面の位相が１８０度遅れるように、２・Δｔ相当をエッチング加工されており、領域２８ｄは領域２８ａに比較してＳ偏光成分のみ波面の位相が２７０度遅れるように３・Δｔ相当をエツチング加工されている。これらの３つの段差は、２・Δｔの段差のエッチングを領域２８ｃ、２８ｄにおいて１回行い、Δｔの段差のエッチングを領域２８ａ、２８ｄにおいて１回行うことによって達成される。
【００２６】
領域２８ａを透過した光束（Ｐ、Ｓ）は、水晶板２８の元の厚さ及び光学軸の配置により、Ｐ、Ｓ偏波間でＳ偏波の波面の位相が相対的に進んでおり、この進み量をΔΦとする。領域２８ｂを透過した光束（Ｐ、Ｓ）は、水晶板２８の元の厚さよりエッチングによってΔｔだけ薄くなっているので、Ｓ偏波の波面の位相の進みが９０度だけ戻されて、位相の進み量はΔΦ−９０度である。
【００２７】
領域２８ｃを透過した光束（Ｐ，Ｓ）は、水晶板２８の元の厚さよりエッチングによって２・Δｔだけ薄くなっているので、Ｓ偏波の波面の位相の進みが１８０度だけ戻されて、位相の進み量はΔΦ−１８０度である。領域２８ｄを透過した光束（Ｐ，Ｓ）は、水晶板２８の元の厚さよってエッチングによる３・Δｔだけ薄くなっているので、Ｓ偏波の波面の位相の進みが２７０度だけ戻されて、位相の進み量はΔΦ−２７０度である。
【００２８】
これら４つの領域２８ａ〜２８ｄを透過した光束（Ｐ，Ｓ）は、４５度方位に光学軸を有する偏光板２９により４５度偏光成分が抽出されるが、このＰ、Ｓ偏波はそれぞれ位相情報を有したまま４５度直線偏波に変換されるので、干渉を引き起こして明暗信号光束となる。このとき、それぞれの領域２８ａ〜２８ｄから射出した光束のＰ、Ｓ間の位相差は、λ／４の整数倍毎にずれているために、干渉光の明暗のタイミング（位相）は１／４周期毎にずれる。従って、これらそれぞれの干渉光束が４つの受光素子３０ａ〜３０ｄに入射することによって、同時に４つの位相差信号が得られる。この４つの干渉光束は１／４周期毎の位相ずれがあるために、９０度位相差信号のＡ＋相、Ｂ＋相、Ａ−相、Ｂ−相となり、これは４相プッシュプル信号である。
【００２９】
本実施例では、４分割回折格子２７、位相差水晶板２８、４５度方位偏光板２９、４分割受光素子３０ａ〜３０ｄを整然と配置するだけなので、複数の微小な偏光板等を配置する作業等が不要となり、非常に簡単かつ小型な装置を実現することができる。特に、１つの大きな基板毎に回折格子２７、水晶板２８、偏光板２９を半導体プロセスと同様の方法で加工し、最後に切断することによって容易に実現することができる。
【００３０】
図４は第２の実施例のプッシュプル光学系の斜視図を示し、本実施例の水晶板３１は、左右方向で２つの異なる厚さになるようにエッチング処理により段差が形成されて、光学軸であるｆ軸がＳ偏波方向になるように配置されている。この水晶板３１は２つずつ４分割された光束がそれぞれ領域３１ａ、３１ｂに入射し、裏面から透過するようにされており、領域３１ａは段差加工されていない部分で、水晶基板の元の厚さになっている。また、領域３１ｂは領域３１ａに比較して、Ｓ偏光成分のみがλ／４波面の位相が遅れるように段差加工されており、この段差はλ／２分の段差のエッチングを領域３１ｂに１回行うことにより達成される。また、本実施例の偏光板３２は、４５度方位に光学軸を有する偏光板３２ａと１３５度方位に光学軸を有する偏光板３２ｂが上下方向に配置されている。
【００３１】
４分割回折格子板２７において分割された光束（Ｐ，Ｓ）の内、左側の光束は水晶板３１の領域３１ａを通り右側の光束は領域３１ｂを通る。このとき、領域３１ａを透過した光束（Ｐ，Ｓ）は、水晶板３１の元の厚さ及び光学軸の配置により、Ｐ、Ｓ偏波間でＳ偏波の波面の位相が相対的に進んでおり、この進み量をΔΦとする。領域３１ｂを透過した光束（Ｐ，Ｓ）は、水晶板３１の元の厚さよりエッチングによりΔｔだけ薄くなっているので、Ｓ偏波の波面の位相の進みがλ／４だけ戻されて、位相の進み量はΔΦ−λ／４である。
【００３２】
そして、これら２つの領域３１ａ、３１ｂを透過した光束（Ｐ，Ｓ）の内、上側の２光束は４５度方位に偏光板３２ａを通り、下側の２光束は１３５度方位に偏光板３２ｂを通って、それぞれ４５度偏光成分又は１３５度偏光成分が抽出されるが、このときＰ、Ｓ偏波がそれぞれ位相情報を有したまま、４５度又は１３５度の直線偏波に変換され、干渉を引き起こして明暗信号光束となる。
【００３３】
２つの領域３１ａ、３１ｂから射出した光束Ｐ、Ｓ間の波面位相はλ／４ずれているので、偏光板３２ａの透過光束の干渉光束の明暗のタイミング（位相）は、領域３１ａの透過光束に比べて領域３１ｂの透過光束が１／４周期進む。また、偏光板３２ｂの透過光束の干渉光束の明暗のタイミング（位相）は、領域３１ａ透過光束に比べて領域３１ｂの透過光束が１／４周期進む。ここで、偏光板３２ａの透過光束の明暗位相と偏光板３２ｂの透過光束の明暗位相は互いに１８０度位相がずれているので、４つの明暗光束の位相は０度、９０度、１８０度、２７０度となり、第１の実施例と同様に４相プッシュプル信号となる。
【００３４】
本実施例では、４分割回折格子２７、位相差水晶板３１、４５度方位偏光板３２ａ、１３５度方位偏光板３２ｂ、４分割受光素子３０ａ〜３０ｄを整然と配置するだけで、極めて簡単かつ小型に構成することができる。特に、水晶板３１は１回のエッチング処理により加工することができ、偏光板３２ａと偏光板３２ｂを隣り合わせに張り合わせることによって、比較的簡便に組立調整を行うことができる。
【００３５】
なお、本実施例は２分割した可干渉光束を相対移動する回折格子に照明し、異なる次数の回折光を取り出して干渉位相信号を発生する格子干渉式エンコーダに適用することができる。また、他の一般的な格子干渉方式のエンコーダや干渉計測装置にも適用することも可能である。
【００３６】
図５は第３の実施例の斜視図を示し、非接触センサ２０においては、図１の場合と同様にレーザーダイオード等の可干渉光源２１、コリメータレンズ２２、非偏光ビームスプリッタ２３、光学式プローブ状偏光プリズム２４が順次に配置され、プローブ状偏光プリズム２４は偏光ビームスプリッタ面２４ａと基準ミラー面２４ｂを有し、偏光面２４ａの反射方向のプローブ状偏光プリズム２４の前面に、非測定部位であるスライダ側面２５が配置されている。
【００３７】
非偏光ビームスプリッタ２３の反射方向には、１／４波長板４１、開口板４２、千鳥状位相回折格子等の４分割回折格子板８、１つの基板状に４つの格子４３ａ〜４３ｄがその配列方位を４５度ずつずらして形成されている偏光板マスク４３、４つの領域４４ａ〜４４ｄを有する４分割受光素子４４が順次に配列されている。
【００３８】
測定時には、可干渉光源２１からの発散光Ｌは、図１の場合と同様に、プローブ状偏光プリズム２４の偏光ビームスプリッタ面２４ａにおいて透過光と反射光に分割される。偏光面２４ａを反射したＳ偏波光は、スライダ側面２５に向けてプローブ状偏光プリズム２４を射出し、スライダ側面２５で反射され、プローブ状偏光プリズム２４の偏光面２４ａまで戻される。一方、偏光面２４ａを透過したＰ偏波光は、同様に偏光面２４ａまで戻される。
【００３９】
この両偏波光はプローブ状偏光プリズム２４の偏光面２４ａにおいて合成され、後述する偏光干渉光学系によって干渉光束の明暗信号となる。プローブ状偏光プリズム２４とスライダ側面２５との距離が変化した場合には、偏光面２４ａで分離した２つの光束の往復の光路長差が可干渉光源２１の波長の整数倍となる後とに、その明暗が変化する。
【００４０】
この明暗変化は受光素子４４により電気信号に変換され、図１の場合と同様に、高分解能で距離変化を検出することができる。
【００４１】
図６は上述の４相の９０度位相差明暗信号の発生方法を示し、プローブ状偏光プリズム２４から射出する段階では、２つの光束の波面は重なり合ってはいるが、互いに直交する波面の直線偏光光束であり、干渉して明暗信号とはならない。これらは非偏光ビームスプリッタ２３で反射され、１／４波長板４１を透過して、それぞれが逆向きの円偏光に変換され、それらのベクトル合成された波面は１つの直線偏光となる。またその直線偏光の偏波面の向きは２光束間の位相差に依存し、２光束間で位相が３６０度ずれると、偏波面は１８０度回転する。
【００４２】
この偏波面は回転する直線偏光光束は、開口板４２の開口を通って、４分割回折格子板８により、それぞれ等価な直線偏光光束に振幅分割される。このときこれら４つの光束は強度のみが分割により低下した状態で信号と共に分離してゆき、適切な空間に配置された偏光板マスク４３に入射する。
【００４３】
この偏光板マスク４３は光学的偏光板として機能するため、予めフォトリソグラフィプロセス等によって、ガラス板上に形成する際に自在にデザインすることが可能である。この実施例では、４相明暗信号を得るために９０度ずつ明暗位相のずれた干渉信号を必要としているので、４つの光束が透過する領域ごとに、金属格子線の配列方位を４５度ずつずらして形成してある。また、格子線のピッチは可干渉光源の波長より十分に小さくしている。
【００４４】
回転する直線偏光は、格子線と直交する場合と、一致する場合で、透過光が最大、最小になるので、４つの領域ごとに明暗のタイミングが異なる位相差信号が得られる。
【００４５】
本実施例では、１／４波長板４１、開口板４２、偏光板マスク４３、４分割受光素子４４を整然と配置するだけなので極めて簡単かつ小型に構成することができ位相差が高精度に確定する。
【００４６】
なお、本実施例は２分割した可干渉光束を相対移動する回折格子に照明し、異なる次数の回折光を取り出して干渉信号を発生する格子干渉式エンコーダに適用することができる。また、他の一般的な格子干渉方式のエンコーダや干渉計測装置にも適用することができる。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係る干渉式計測装置及び格子干渉式エンコーダは、光学系を極めて簡素にかつ小型に実現することができ、かつ複数の安定した位相差信号を一括して検出して、高精度の計測を行うことができる。
【００４８】
また、本発明に係る光学装置はこのような計測装置を実現可能とする。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施例の干渉計測装置の斜視図である。
【図２】位相差水晶板による波面の位相ずれの説明図である。
【図３】プッシュプル光学系の斜視図である。
【図４】第２の実施例のプッシュプル光学系の斜視図である。
【図５】第３の実施例の干渉計測装置の斜視図である。
【図６】格子ユニットによる透過偏光光束装置の説明図である。
【図７】従来例の干渉計測装置の斜視図である。
【符号の説明】
２１  可干渉光源
２２  コリメータレンズ
２３  非偏光ビームスプリッタ
２４  プローブ状偏光プリズム
２５  スライダ側面
２６、４２  開口板
２７  回折格子板
２８、３１  水晶板
２９、３２  偏光板
３０、４４  受光素子
４１  １／４波長板
４３ 偏光板マスク
【図１】
0004365927.tif 000002
【図２】
0004365927.tif 000003
【図３】
0004365927.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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