CN103075964A - 位移检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及位移检测装置，该位移检测装置（1）包括：光源（2）、光束分离部（3）、衍射光栅（4）、反射部（6）、光束结合部（3）、光接收部（8）以及相对位置信息输出部（10）。衍射光栅（4）用于衍射由待测构件（9）的待测表面反射的第一光束（L1），并且使被衍射的第一光束（L1）再次入射在待测表面上。反射部（6）用于将由光束分离部（3）分离的第二光束（L2）反射至光束分离部（3）。光接收部（8）用于接收第一光束（L1）和第二光束（L2）的干涉光。相对位置信息输出部（10）用于基于接收到的干涉光的强度，输出待测表面在高度上的位移信息。

Description

位移检测装置

相关申请的交叉引用

本发明包含的主题涉及于2012年1月31日向日本专利局提交的日本专利申请JP 2012-018715，其全部内容通过引用结合于此。

技术领域

本发明涉及通过使用从光源发出的光的非接触传感器来检测待测表面的位移的位移检测装置。更具体地，本发明涉及用于检测待测表面的垂直向的位移的技术。

背景技术

常规地，通过光以非接触方式来检测待测表面的位移和形状的位移检测装置被广泛使用。作为典型的示例，存在一种方法，其中激光照射在待测表面上，并且通过PSD检测到反射光的位置变化。然而这种方法的问题是其容易受到待测表面的倾斜的影响，使得其灵敏度低，并且使得如果加宽测量范围，测量分辨率会降低。

与前述方法相反，存在另一种使用迈克逊干涉仪的方法，其中待测表面用作反射镜。通过这种方法，测量范围加宽并且可以达到良好的线性度；然而，当测量范围加宽时，测量会受到光源波长的变化和空气折射率的变化的影响。

在另一方面，从光源发出的光通过物镜被会聚在待测表面上，而且由待测表面反射的光被散光光学元件会聚并入射在光接收元件上从而通过散光方法产生聚焦误差信号。此外，通过使用聚焦误差信号，驱动伺服机构而移动物镜使得物镜的焦点位置位于待测表面上。这时，存在一种方法，其中通过连接构件一体地连接至物镜的线性标尺的刻度被读取，从而检测待测表面的位移（例如，参见日本未经审查的专利申请公开第H05-89480号）。这种方法的优点是其较不容易受到待测表面倾斜的影响，并且可以在广泛的测量范围内以高分辨率进行测量。

在日本未经审查的专利申请公开第H05-89480号中所公开的位移检测装置中，为了改善位移检测的精度，物镜的NA（数值孔径）被设定为大从而减小待测表面上会聚的光束直径。例如，当待测表面上形成的光束直径为大约2μm时，线性标尺的检测精度将在从几nm到几百nm的范围内。

发明内容

然而，在日本未经审查的专利申请公开第H05-89480号公开的位移检测装置中，物镜在其光轴的方向上上下移动，例如，其由诸如使用磁体和线圈的致动器的驱动机构驱动。因此，由于致动器的结构和质量，存在物镜上下运动的机械响应频率的限制。因此，通过日本未经审查的专利申请公开第H05-89480号中所公开的位移检测装置，难以测量快速振动的待测物体。此外，虽然检测点可以被缩小，但是存在这样一个问题，由于受到在待测物体上杂质的影响以及/或者待测物体的束状的微小形状改变的影响，大的误差将被引起，从而限制了使用条件。

本发明的一个目的是提供一种位移检测装置，其能够准确地检测待测构件在高度方向上的位移，并且能够以高速进行稳定的测量。

为了解决前述问题并且实现本发明的目的，根据本发明的一方面的一种位移检测装置包括：用于发出光的光源、光束分离部、衍射光栅、反射部、光束结合部、光接收部、以及相对位置信息输出部。

光束分离部用于将从光源发出来的光分离为入射在待测构件上的第一光束，以及用作参考光的第二光束。衍射光栅用于衍射由光束分离部分离并且由待测构件的待测表面反射的第一光束，并且使被衍射的第一光束再次入射至待测构件的待测表面上。反射部用于反射由光束分离部分离的第二光束。光束结合部用于将由衍射光栅衍射并且由待测表面再次反射的第一光束与由反射部反射的第二光束彼此叠加。光接收部用于接收由光束结合部叠加的第一光束和第二光束的干涉光。相对位置信息输出部用于基于由光接收部接收到的干涉光的强度，输出在待测表面在高度方向上的位移信息。

此外，第一光束在光束分离部和光束结合部之间的光路长度与第二光束在光束分离部和光束结合部之间的光路长度被设定为彼此相等。

此外，根据本发明的另一方面的一种位移检测装置包括多个位移检测部以及平均计算单元。多个位移检测部用于在多个互相不同的任意点计算待测构件的待测表面在高度方向上的位移信息。平均计算单元用于计算由多个位移检测部计算的位移信息的平均值。

多个位移检测部中的每个都具有如前述位移检测装置相同的构造。

通过本发明的位移检测装置，因为不需要传统的驱动机构，所以在使用中产生的热量可以被减少。此外，因为不需要驱动该驱动机构，所以不会有响应频率的问题，并且因此可以简化使用条件。

此外，因为第一光束的光路长度以及第二光束的光路长度被设定为彼此相等，即使存在由气压、湿度和温度的变化而导致的光源波长的变化，仍然能够使第一光束和第二光束被相等地影响。因此，能够在不进行气压校正、湿度校正和温度校正的条件下，进行稳定的测量。

附图说明

图1是示意性地示出了根据本发明的第一实施方式的位移检测装置的构造的示图；

图2是示出了根据第一实施方式的位移检测装置衍射光栅的示例的侧面图；

图3是用于说明根据第一实施方式的位移检测装置的主要部分的示图；

图4是根据第一实施方式的位移检测装置的相对位置信息输出部的框图；

图5是根据第一实施方式的位移检测装置的待测构件的截面图；

图6是示意性地示出了根据本发明的第二实施方式的位移检测装置的构造的示图；

图7是示意性地示出了根据本发明的第三实施方式的位移检测装置的构造的示图；

图8是示出了用于根据第三实施方式的位移检测装置的绝对值的光接收部上照射的照射图像的示例的示图；

图9是示出了基于由用于根据第三实施方式的位移检测装置的绝对值的光接收部所检测到的光量所得到的信号的特性的示图；

图10是示意性地示出了根据本发明的第四实施方式的位移检测装置的构造的示图；

图11是示意性地示出了根据本发明的第五实施方式的位移检测装置的构造的示图；

图12是示意性地示出了根据本发明的第六实施方式的位移检测装置的构造的示图；

图13是示意性地示出了根据本发明的第七实施方式的位移检测装置的构造的示图；

图14A和图14B是示意性地示出了根据本发明的第八实施方式的位移检测装置的构造的示图；

图15是示意性地示出了具有多个位移检测部的位移检测装置的光源周围的构造的示图；

图16是示意性地示出了根据本发明的第九实施方式的位移检测装置的构造的示图；

图17是用于说明根据第九实施方式的位移检测装置的主要部分的示图；

图18A和图18B是示出了根据第九实施方式的位移检测装置的衍射光栅的示例的示图，其中图18A是衍射光栅的第一示例的截面图，并且图18B是衍射光栅的第二示例的截面图；

图19是示意性地示出了根据本发明的第十实施方式的位移检测装置的构造的示图；

图20是示意性地示出了根据本发明的第十一实施方式的位移检测装置的构造的示图；

图21是示意性地示出了根据本发明的第十二实施方式的位移检测装置的构造的示图；

图22A至图22D是各自示出了待测构件的变形例的截面图；

图23A至图23C是各自示出了待测构件的变形例的截面图；

图24A至图24E是各自示出了待测构件的变形例的示图；

图25是示出了根据本发明的位移检测装置的第一应用例的示意图；

图26是示出了根据本发明的位移检测装置的第二应用例的示意图；

图27是示意性地示出了根据本发明的第十三实施方式的位移检测装置的构造的示图；

图28是用于说明根据第十三实施方式的位移检测装置的主要部分的示图；

图29A和图29B各自示出了用于图27中所示的位移检测装置的待测块（block-to-be-measured），其中图29A是示出了待测块的一个示例的平面图，并且图29B是示出了待测块的另一示例的平面图；

图30是示意性地示出了根据本发明的第十四实施方式的位移检测装置的构造的示图；以及

图31是示意性地示出了根据本发明的第十五实施方式的位移检测装置的构造的示图。

具体实施方式

根据本发明的各个实施方式的位移检测装置将会参考图1至图31在以下描述。应注意，在附图中类似的部件通过类似的参考数字标明。还应注意，本发明不局限于以下实施方式。

此外还应注意，下述多种透镜中的每一个可以是单个透镜或者透镜组。

1.根据第一实施方式的位移检测装置

首先，将参考图1至图5在以下描述根据本发明的第一实施方式（在后文中称为“本实施方式”）的位移检测装置的构造。

1-1.位移检测装置的构造示例

图1是示意性地示出了位移检测装置1的构造的示图，图2是示出了位移检测装置1的衍射光栅的示例的侧视图，图3是用于说明位移检测装置1的主要部分的示图，以及图4是示出了位移检测装置1的相对位置信息输出部的示意性构造的框图。

根据本实施方式的位移检测装置1是能够通过使用衍射光栅检测待测表面的垂直位移的位移检测装置。如图1所示，位移检测装置1包括光源2、光束分离部3、衍射光栅4、反射镜6（是反射部的示例）、以及光接收部8，其中光束分离部3将从光源2发出的光分离为两个光束。位移检测装置1还包括相对位置信息输出部10，该相对位置信息输出部10用于输出待测构件9的在与待测表面垂直的方向（即高度方向）上的相对位置信息（即位移信息）。

光源2的示例包括半导体激光二极管、超发光二极管、气体激光器、固态激光器、发光二极管等。

如果具有长相干长度的光源被用作光源2，由待测构件9的待测表面的倾斜引起的在物体光和参考光之间的光路长度差的影响会较小，并且因此倾斜的容许范围会更宽。此外，光源2的相干长度越短，对由非必要杂散光的干扰引起的噪声的防止就越好，并且因此可以以高精度进行测量。

此外，当单模激光器被用作光源2时，为了稳定波长，优选控制光源2的温度。此外，也可以在单模激光器的光上叠加高频波等以减少光的相干性。此外，在多模激光器被用作光源2的情况下，通过使用珀耳帖元件来控制光源2的温度，从而可以防止由非必要杂散光的干涉引起的噪声，从而可以进行更稳定的测量。

从光源2发出的光入射在光束分离部3上。透镜11可以配置在光源2与光束分离部3之间，其中透镜11是准直透镜等。透镜11将从光源2发出的光准直为平行光，并且平行光入射在光束分离部3上。

光束分离部3将准直光分离为第一光束L1（其为物体光）和第二光束L2（其为参考光）。第一光束L1照射在待测构件9上，并且第二光束L2照射在反射镜6上。此外，在来自光源2的光中，例如，光束分离部3反射s偏振光并且透射p偏振光。

优选将第一光束L1的光量与第二光束L2的光量的比设定为某个值，使得当入射在光接收部8上时，在待测构件9侧的光量与在反射镜6侧的光量变得彼此相等。

此外，偏振片可以被设置在光源2与光束分离部3之间。通过这种配置，可以去除作为垂直于偏振片偏振方向的偏振分量存在的少量的泄漏光和/或噪声。

还可以在光束分离部3与待测构件9之间配置第一相位板，并且在光束分离部3与反射镜6之间配置第二相位板13。第一相位板12与第二相位板13每个都是四分之一波长板等。

待测构件9将第一光束L1反射至衍射光栅4。附带地，反射镜等被用作待测构件9。待测构件9的详细构造示例将在随后描述。本实施方式的衍射光栅4是反射型衍射光栅，该反射型衍射光栅反射并且衍射入射在其上的光。

此外，待测构件9将由衍射光栅4衍射的第一光束L1再次反射至光束分离部3。衍射光栅4被配置为使得其基本上相对于待测构件9的待测表面以直角延伸（即，衍射光栅4的衍射表面与待测构件9的待测表面之间的角度基本上是90度）。

根据所需的位移检测装置1的测量精度，来不同地设定相对于待测构件9的衍射光栅4的精度。详细来说，在需要位移检测装置1的高精度的情况下，优选将衍射光栅4配置为相对于待测构件9的待测表面在90°±0.5°的范围内。相反，在位移检测装置1被用于进行诸如用于机床等的低精度的测量的情况下，将衍射光栅配置为相对于待测构件9的待测表面在90°±2°的范围内就足够了。

此外，入射在衍射光栅4上的第一光束L1由衍射光栅4反射并衍射。衍射光栅4的光栅栅距Λ被设定为使得在衍射光栅4上衍射角基本上等于入射角。换言之，如果待测表面上的入射角是θ并且光的波长是λ，那么优选将衍射光栅4的光栅栅距Λ设定为满足以下等式1的值。附带地，如上所述，因为衍射光栅4被配置使得其相对于待测构件9的待测表面以直角延伸，所以衍射光栅4上的入射角是π/2-θ。

[等式1]

Λ=λ/(2sin(π/2-θ))

因此，第一光束L1被衍射光栅4反射且衍射并且再次入射到待测构件9上所沿的光路被叠加于被光束分离部分3分离的第一光束L1被待测构件9反射并且入射在衍射光栅4上所沿的光路上。因此，被衍射光栅4衍射的第一光束L1返回至待测构件9的点与来自光束分离部3的第一光束L1照射在待测构件9上的照射点P1一致。此外，第一光束L1被待测构件9再次反射，从而沿着与从光束分离部3照射第一光束L1所沿的光路相同的光路返回至光束分离部3。

附带地，图2所示的衍射光栅4A可以用作衍射光栅。

图2是示出了衍射光栅的示例的侧视图。

如图2所示，衍射光栅4A是所谓的“闪耀衍射光栅”，其具有锯齿状槽型截面形状。通过这样的衍射光栅4A，由待测构件9反射的第一光束L1和由反射镜6反射的第二光束L2的衍射效率都可以增加，并且信号的噪声可以被减少。

此外如图1所示，反射镜6用于将由光束分离部3分离的第二光束L2反射至衍射光栅4。反射镜6与待测构件9相对配置，衍射光栅4介于它们之间。此外，反射镜6的反射表面以及待测构件9的待测表面基本上互相平行。因此，反射镜6和衍射光栅4被配置为使得反射镜6的反射表面和衍射光栅4的衍射表面之间的角度为大约90°。

此外，反射镜6将由衍射光栅4衍射的第二光束L2再次反射至光束分离部3。附带地，与第一光束L1类似，由反射镜6反射并且由衍射光栅4衍射的第二光束L2沿着与从光束分离部3照射第二光束L2所沿的光路相同的光路返回至光束分离部3。

反射镜6被配置为使得第一光束L1从光束分离部3至衍射光栅4的的光路长度等于第二光束L2从光束分离部3至衍射光栅4的光路长度。由于提供了反射镜6，所以当制造位移检测装置1时，对第一光束1的光路长度、第二光束L2的光路长度以及光轴的角度调整变得容易。因此，可以使其更不易受到由气压、湿度和温度的变化导致的光源2的波长变化的影响。

如上所述，与待测构件9和衍射光栅4之间的关系类似，优选反射镜6和衍射光栅4被配置为使得在反射镜6的反射表面与衍射光栅4的衍射表面之间的角度约为直角。因此，光被衍射光栅4衍射并且再次入射在反射镜6上所沿的光路叠加在光被反射镜6反射并且入射在衍射光栅4上所沿的光路上。

此外，光束分离部3将分别由待测构件9和反射镜6反射从而返回光束分离部3的第一光束L1和第二光束L2相互叠加，并且将叠加光束照射至光接收部8。换言之，本实施方式的光束分离部3既作为用于分离光的光束分离部，又作为用于将第一光束L1和第二光束L2彼此叠加的光束结合部。

这里，从光束分离部3开始并且通过待测构件9和衍射光栅4返回至光束分离部3的光路，与从光束分离部3开始并且通过反射镜6和衍射光栅4返回至光束分离部3的光路被设定为基本上相等。换言之，因为第一光束L1的光路长度和第二光束L2的光路长度被设定为彼此相等，所以即使存在由气压、湿度和温度的变化导致的光源波长的变化，仍然能够使第一光束L1和第二光束L2被波长变化相等地影响。因此，不论周围的环境如何，可以在不进行气压校正、湿度校正和温度校正的条件下进行稳定的测量。

光接收部8包括聚光透镜14、半反射镜16、第一偏振光束分离器18和第二偏振光束分离器19，其中聚光透镜14用于会聚入射在其上的来自光束分离部3的第一光束L1和第二光束L2，并且半反射镜16用于分离该光。此外，光接收侧的相位板17（例如，四分之一波长板等）被配置在半反射镜16和第二偏振光束分离器19之间的光路中。

第一偏振光束分离器18被配置为使得入射在其上的光束的偏振方向相对于第一偏振光束分离器18的入射表面以45度倾斜。第一光接收元件33和第二光接收元件34被配置在第一偏振光束分离器18的光出射侧。第三光接收元件35和第四光接收元件36被配置在第二偏振光束分离器19的光出射侧。

第一偏振光束分离器18和第二偏振光束分离器19每个均用于反射含有s偏振光分量的干涉光并且透射含有p偏振光分量的干涉光，从而分离该光。

此外，相对位置信息输出部10连接至光接收部8。如图4所示，相对位置信息输出部10包括第一差分放大器61a、第二差分放大器61b、第一A/D转换器62a、第二A/D转换器62b、波形校正处理部63和增量信号发生器（incremental signal generator）64。

第一光接收元件33和第二光接收元件34连接至第一差分放大器61a，第三光接收元件35和第四光接收原件36连接至第二差分放大器61b。此外，第一A/D转换器62a连接至第一差分放大器61a，并且第二A/D转换器62b连接至第二差分放大器61b。此外，波形校正处理部63连接至第一A/D转换器62a和第二A/D转换器62b。

1-2.位移检测装置的操作

随后，将参考图1、图3和图4在以下描述本实施方式的位移检测装置1的操作。

如图1所示，从光源2发出的光被透镜11准直从而成为平行光。此外，由透镜11准直的平行光入射在光束分离部3上。入射在光束分离部3上的光被分离成第一光束L1和第二光束L2。这里，在来自光源2的光中，光束分离部3反射s偏振光并且透射p偏振光。因此，作为透射通过光束分离部3的p偏振光的第一光束L1照射在第一相位板12上，并且作为被光束分离部3反射的s偏振光的第二光束L2照射在第二相位板13上。

此外，第一光束L1和第二光束L2被第一相位板12和第二相位板13转化为圆偏振光。如图3所示，第一光束L1（已成为圆偏振光）以入射角θ入射在待测构件9的待测表面上的任意照射点P1。此外，第一光束L1被待测构件9反射，从而以入射角π/2-θ入射在衍射光栅4上的衍射位置T1。

入射在衍射光栅4上的第一光束L1被衍射光栅4衍射，并且被衍射的第一光束L1再次入射在待测构件9上。随后，再次入射在待测构件9上的被衍射的第一光束L1被待测构件9反射从而照射在第一相位板12上。

另一方面，照射在反射镜6上的第二光束L2被反射镜6反射从而照射在衍射光栅4上。此外，与第一光束L1类似，第二光束L2由衍射光栅4衍射从而再次入射在反射镜6上。

如上所述，由于反射镜6被配置为使得第一光束L1从光束分离部3至衍射光栅4的光路长度等于第二光束L2从光束分离部3至衍射光栅4的光路长度，因此即使存在由气压、湿度和温度的变化导致的光源波长的变化，仍然能够使第一光束L1和第二光束L2被波长变化相等地影响。

此外，第一光束L1和第二光束L2都入射在衍射光栅4上并且被衍射光栅4衍射。因此，即使存在由温度的变化导致的衍射光栅4衍射角的变化，仍然能够使第一光束L1和第二光束L2被衍射光栅4衍射角的变化相等地影响。

再次入射在反射镜6上的第二光束L2被反射镜6反射从而照射在第二相位板13上。通过穿过第一相位板12，第一光束L1成为与前进方向垂直的线偏振光（即，成为s偏振光）。此外，通过穿过第二相位板13，第二光束L2成为与前进方向垂直的线偏振光（即，成为p偏振光）。因此，第一光束L1被光束分离部3反射并且照射在光接收部8上。此外，第二光束L2透过光束分离部3并且照射在光接收部8上。因此，通过将第一光束L1和第二光束L2（它们是两束互相垂直的线偏振光）彼此叠加而获得的光束La入射在光接收部8上。

光束La被聚光透镜14会聚并且照射在半反射镜16上，半反射镜16将光束La分成两个光束。由半反射镜16反射的光束La入射在第一偏振光束分离器18上。

这里，第一偏振光束分离器18被倾斜地设置从而使第一光束L1的偏振方向和第二光束L2的偏振方向（它们彼此相差90度）分别相对于第一偏振光束分离器18的入射表面倾斜45度。因此，对于第一偏振光束分离器18，第一光束L1和第二光束L2分别具有p偏振光分量和s偏振光分量。因此，在透过第一偏振光束分离器18的第一光束L1和第二光束L2中，两束具有相同偏振方向的偏振光互相干涉。因此，可以通过第一偏振光束分离器18而使第一光束L1和第二光束L2彼此干涉。

类似地，在由第一偏振光束分离器18反射的第一光束L1和第二光束L2中，相对于第一偏振光束分离器18具有相同偏振方向的两束偏振光互相干涉。因此，可以通过第一偏振光束分离器使第一光束L1和第二光束L2彼此干涉。

由第一偏振光束分离器18反射的第一光束L1和第二光束L2的干涉光由第一光接收元件33接收。透过偏振光束分离器18的第一光束L1和第二光束L2的干涉光被第二光接收元件34接收。这里，由第一光接收元件33光电转换的信号的相位和由第二光接收元件34光电转换的信号的相位彼此相差180度。

由第一光接收元件33和第二光接收元件34得到的干涉信号以“Acos(Kx+δ)”表示。在该表达式中，“A”表示干涉信号的幅度，并且“K”表示由“2π/Λ”表示的波数。此外，“x”表示第一光束L1在衍射光栅4中的移动量，还有“δ”表示初始相位。“Λ”表示衍射光栅4的光栅栅距。

这里，如图3所示，当待测构件9在高度方向移动了x/2的距离时，照射在待测构件9的待测表面上的第一光束L1会从照射点P1移动至照射点P2。此外，由待测构件9反射的第一光束L1会在衍射光栅4上从衍射位置T1移动至衍射位置T2。这里，因为照射光栅4被配置为使其基本上相对于待测构件9的待测表面以直角延伸，所以衍射位置T1和衍射位置T2之间的距离为x，其为照射点P1和照射点P2之间的距离的两倍。换言之，第一光束L1在衍射光栅4上的移动量是x，其为第一光束L1在待测构件9上的移动量的两倍。

此外，因为衍射光栅4被配置为使其基本上相对于待测构件9的待测表面以直角延伸，所以即使待测构件9在高度方向上位移，由于P2-T2的距离和P2-P1-T1的距离都为定值，因此第一光束L1光路长度将始终是恒定的。换言之，第一光束L1的波长不会变化。此外，当待测构件9在高度方向上位移时，只有衍射光栅4上的入射位置会变化。

因此，被衍射的第一光束L1的相位增加了Kx的相位增量。换言之，当待测构件9在高度方向上移动了x/2的距离时，第一光束L1将会在衍射光栅4上移动x的距离。因此，被衍射的第一光束L1的相位增加了Kx的相位增量，并且包括明暗条纹的一个周期的干涉光被第一光接收元件33和第二光接收元件34接收。

这里，由第一光接收元件33和第二光接收元件34得到的干涉信号不包含与光源2的波长相关联的成分。因此，即使存在由气压、湿度和温度的变化而导致的光源波长的变化，干涉强度也不会受到光源波长变化的影响。

另一方面，如图1所示，透过半反射镜16的光束La入射在光接收侧的相位板17上。由第一光束L1和第二光束L2形成（它们是线偏振光，其偏振方向彼此相差90度）的光束La透过光接收侧的相位板17，并且因此成为两个具有互相相反的旋转方向的圆偏振光。此外，由于两个具有互相相反的旋转方向的圆偏振光位于相同的光路中，它们相互叠加从而成为线偏振光，并且这种线偏振光入射在第二偏振光束分离器19上。

该线偏振光的s偏振成分被第二偏振光束分离器19反射并且由第三光接收元件35接收。此外，p偏振成分透过第二偏振光束分离器19并且由第四光接收元件36接收。

如上所述，入射在第二极化光束分离器19上的线偏振光通过将两个具有互相相反的旋转方向的圆偏振光相互叠加而生成。此外，每次待测构件9在高度方向上移动Λ/2，入射在第二偏振光束分离器19上的线偏振光的偏振方向旋转1/2周。因此，以相同方式，由“Acos(Kx+δ)”表示的干涉信号由第三光接收元件35和第四光接收元件36得到。这里，“δ”表示初始相位。

此外，由第三光接收元件35光电转换的信号的相位和由第四光接收元件36光电转换的信号的相位彼此相差180度。

附带地，在本实施方式中，用于将由第三光接收元件35和第四光接收元件36接收到的光束分离的第二偏振光分离器19，被设置在相对于第一偏振光束分离器18呈45度的角度上。因此，由第三光接收元件35和第四光接收元件36接收到的信号相位，与由第一光接收元件33和第二光接收元件34接收到的信号相位相差90度。

因此，可以通过将第一光接收元件33和第二光接收元件34得到的信号用作正弦信号，以及将第三光接收元件35和第四光接收元件36得到的信号用作余弦信号，来获得利萨如信号（Lissajous signal）。

通过这些光接收元件得到的信号由相对位置信息输出部10计算，并且计算出待测表面的位移量。

如图4所示，例如在本实施方式的相对位置信息输出部10中，由第一光接收元件33得到的信号和由第二光接收元件34得到的信号（它们的相位彼此相差180度）被第一差分放大器61a差分放大，从而消除干涉信号的DC成分。

此外，该信号由第一A/D转换器62a进行A/D转换，而且信号的振幅、偏移和相位由波形校正处理部63校正。例如在增量信号发生器64中，该信号被计算为A相位增量信号。

类似地，第三光接收元件35中得到的信号和第四光接收元件36中得到的信号由第二差分放大器61b差分放大并且由第二A/D转换器62b进行A/D转换。此外，信号的振幅、偏移和相位由波形校正处理部63校正，并且信号从增量信号发生器64输出作为B相位增量信号，其相位与A相位增量信号的相位相差90度。

由脉冲鉴别电路等（图中未示出）来鉴别以前述方式得到的两相的增量信号是正的还是负的，并且从而可以检测到待测构件9在高度方向上的位移是正的还是负的。

此外，通过使用计数器（图中未示出）来对增量信号的脉冲数量进行计数，可以进行测量以查看上述第一光束L1和第二光束L2的干涉光强度的多少周期发生了改变。因此，可以通过上述处理来检测待测构件的位移。

附带地，由本实施方式的相对位置信息输出部10输出的相对位置信息可以是上述两个相位的增量信号，或者是包括位移的量和方向的信号，该位移的量和方向是基于这两个相位的增量信号算出的。

2.待测构件的构造示例

随后，将参考图5在以下描述待测构件的构造示例及其变形例。

图5是待测构件的截面图。

通常地，反射镜等被用作的待测构件9，其反射来自光源2的光。如图5所示，待测构件9包括基板9b和反射膜9a，其中反射膜9a被层压在基板9b上。反射膜9a被机器加工得极平坦。通过使表面平坦，可以精确地检测在高度方向上的位移。此外，反射膜9a也可以用于仅反射包括光源2波长的特定波长的光。

3.根据第二实施方式的位移检测装置

随后，将参考图6在以下描述根据本发明的第二实施方式的位移检测装置101。

图6是示意性地示出了位移检测装置101的构造的示图。

第二实施方式的位移检测装置101与第一实施方式的位移检测装置1的不同在于位移检测装置101设有第二反射镜104从而第第二次衍射第一光束L1和第二光束L2。因此，在后文中，将只描述第二反射镜104，并且与第一实施方式的位移检测装置1共同的那些部件将由相同的参考数字标明并将省略其描述。

如图6所示，在位移检测装置101中，面向衍射光栅4设置第二反射镜104。此外，由衍射光栅4第一次衍射的第一光束L1和第二光束L2照射在第二反射镜104上。此外，第二反射镜104分别将第一次衍射后的第一光束L1和第二光束L2反射至与第一次衍射的衍射点相同的点。换言之，如果在待测表面上的入射角是θ并且光的波长是λ，则衍射光栅4的光栅栅距Λ将被设定为满足以下等式2的值。

[等式2]

Λ=λ/sin(π/2-θ)

因此，第一光束L1和第二光束L2由衍射光栅4第二次衍射从而返回至待测构件9和反射镜6。附带地，第一光束L1从光束分离部3至第二反射镜104的光路长度和第二光束L2从光束分离部3至第二反射镜104的光路长度被设定为彼此相等。

第二实施方式的位移检测装置101的其他部分的构造与第一实施方式的位移检测装置1的相同，并因此在此省略其描述。对于具有上述构造的位移检测装置101，可以实现与第一实施方式的位移检测装置1的那些相同的优点。

附带地，通过根据第二实施方式的位移检测装置101，因为第一光束L1和第二光束L2被衍射两次，所以得到的干涉信号表示为“Acos(2Kx+δ)”。

4.根据第三实施方式的位移检测装置

随后，将参考图7、图8和图9在以下描述根据本发明第三实施方式的位移检测装置201。

图7是示意性地示出了位移检测装置201的构造的示图。图8是示出了在用于位移检测装置201的绝对值的光接收部上照射的照射图像的示例的示图，以及图9是示出了基于由用于绝对值的光接收部检测到的光量所得到的信号的特性的示图。

第三实施方式的位移检测装置201与第一实施方式的位移检测装置1的不同在于在位移检测装置201中，设有第二聚光透镜202和第三聚光透镜203并且进行绝对位置检测。因此在后文中，将只描述第二聚光透镜202和第三聚光透镜203，并且与第一实施方式的位移检测装置1共同的那些部件将由相同的参考数字标明并将省略其解释。

如图7所示，用于会聚第一光束L1的第二聚光透镜202被设置在第一相位板12和待测构件9之间。此外，用于会聚第二光束L2的第三聚光透镜203被设置在第二相位板13和反射镜6之间。第一光束L1和第二光束L2分别由第二聚光透镜202和第三聚光透镜203会聚从而变成会聚在衍射光栅4上的会聚光。

因此，可以防止当待测构件9的待测表面倾斜时生成的干涉信号的幅度的减小。此外，照射在待测构件9上的光束直径也可以根据预期的用途例如通过在待测构件9上会聚第二光束2来调整。

此外，面向衍射光栅4设置用于绝对值（取绝对值）的光接收部37。用于绝对值的光接收部37接收入射在衍射光栅4上并且由衍射光栅4反射的第一光束L1。用于绝对值的光接收部37连接至绝对位置信息输出部40。

如图8所示，用于绝对值的光接收部37包括第五光接收元件37C和第六光接收元件37D。当待测构件9在高度方向上位移时，第五光接收元件37C和第六光接收元件37D沿着反射光移动（偏移）的方向配置。第五光接收元件37C和第六光接收元件37D连接至构成绝对位置信息输出部40的差分比较器38。

此外，第五光接收元件37C和第六光接收元件37D将检测到的光转换为电能量（即，进行光电转换）以产生输出信号，并且将该输出信号输出至差分比较器38。

当待测构件9在高度方向上位移时，第一光束L1的反射光例如将从第五光接收元件37C偏移至第六光接收元件37D。当由进行光电转换所获得的信号通过差分比较器38时，可以得到图9中所示的信号输出变化。图9中所示的信号输出变化中的过零点（zero crossing point）用作绝对位置，并且可以通过将绝对位置与相对位置信息相比较来进行待测构件9的绝对位置检测。

第三实施方式的位移检测装置201的其他部分的构造与第一实施方式的位移检测装置1的相同，并因此在此省略其描述。通过具有上述构造的位移检测装置201，可以实现与第一实施方式的位移检测装置1的那些相同的优点。

5.根据第四实施方式的位移检测装置

随后，将参考图10在以下描述根据本发明的第四实施方式的位移检测装置301。

图10是示意性地示出了位移检测装置301的构造的示图。

第四实施方式的位移检测装置301与第一实施方式的位移检测装置1的不同在于，通过采用光纤使光源2和光接收元件33至36与其他部件分离。因此，在后文中，将只描述光纤，而与第一实施方式的位移检测装置1共同的那些部件将由相同的参考数字标明并将省略其描述。

如图10所示，光供应光纤302被配置在光源2和透镜11之间。光供应光纤302用于将来自光源2的光供应至透镜11，其中光源2配置在位移检测装置301之外。

位移检测装置301设有第一光接收光纤302和第二光接收光纤303，通过它们，来自第一偏振光束分离器18的光被分别供应至第一光接收元件33和第二光接收元件34。此外，位移检测装置301设有第三光接收光纤305和第四光接收光纤306，通过它们，来自第二偏振光束分离器19的光被分别供应至第三光接收元件35和第四光接收元件36。

通过这种配置，作为热源的光源2可以与其他部件分离。此外，由于可以在与位移检测装置301分离的位置执行光源2和第一至第四光接收元件33至36的维护，可工作性可以被改善。

此外，通过将热源与位移检测装置分离，位移检测装置温度的上升被抑制，并且因此可以进行稳定的测量。此外，通过使第一至第四光接收元件33至36接近于相对位置信息输出部10，外生电噪声的影响可以被减小，并且通过光纤传输可以增加响应速度。根据预期的目的，也可以通过采用光纤仅将光源2与其他部件分离或者通过采用光纤仅将光接收元件33至36与其他部件分离。

第四实施方式的位移检测装置301的其他部分的构造与第一实施方式的位移检测装置1的相同，并因此省略其描述。通过具有前述构造的位移检测装置301，也可以实现与第一实施方式的位移检测装置1的那些相同的优点。

6.根据第五实施方式的位移检测装置

随后，将参考图11在以下描述根据本发明第五实施方式的位移检测装置401。

图11是示意性地示出了位移检测装置401的构造的示图。

第五实施方式的位移检测装置401与第一实施方式的位移检测装置1的不同在于一体化了衍射光栅和反射部。因此，在此将只描述衍射光栅，而与位移检测装置1共同的那些部件将由相同的参考数字表明并且将省略其说明。

如图11所示，在根据第五实施方式的位移检测装置401中，由光束分离部3分离的第二光束L2直接照射在衍射光栅404上。此外，衍射光栅404将由光束分离部3分离的第二光束L2反射至光束分离部3。换言之，第五实施方式的衍射光栅404也用作用于反射第二光束L2的反射部。

附带地，第一光束L1从光束分离部3至衍射光栅404的光路长度与第二光束L2从光束分离部3至衍射光栅404的光路长度被设定为彼此相等。

在第五实施方式的位移检测装置401中，因为衍射光栅404既作为用于衍射第一光束L1的衍射部件，又作为用于反射第二光束L2的反射部，所以相比于第一实施方式的位移检测装置1，可以去除反射镜6。

第五实施方式的位移检测装置401的其他部分的配置与第一实施方式的位移检测装置1的相同，并且因此省略其描述。通过具有前述构造的位移检测装置401，也可以实现与第一实施方式的位移检测装置1的那些相同的优点。

7.根据第六实施方式的位移检测装置

随后，将参考图12在以下描述根据本发明第六实施方式的位移检测装置501。

图12是示意性地示出位移检测装置501的构造的示图；

第六实施方式的位移检测装置501与第一实施方式的位移检测装置1的不同在于，位移检测装置501的反射镜（其为反射部的示例）具有不同的构造。因此，在此将只描述反射镜，而与位移检测装置1共同的那些部件将由相同的参考数字标明并且将省略其说明。

如图12所示，反射镜506（其为反射部的示例）将由光束分离部3分离的第二光束L2再次反射至光束分离部3，而不将第二光束L2反射至衍射光栅4。反射镜506被配置为使第一光束L1从光束分离部3至衍射光栅404的光路长度等于第二光束L2从光束分离部3至反射镜506的光路长度。

第六实施方式的位移检测装置501的其他部分的构造与第一实施方式的位移检测装置1的相同，并且因此省略其描述。通过具有前述构造的位移检测装置501，也可以实现与第一实施方式的位移检测装置1的那些相同的优点。

8.根据第七实施方式的位移检测装置

随后，将参考图13在以下描述根据本发明第七实施方式的位移检测装置600。

图13是示意性地示出了位移检测装置600的构造的示图。

第七实施方式的位移检测装置600通过对称地配置两个第一实施方式的位移检测装置1来构造。

如图13所示，位移检测装置600包括第一位移检测部601A、第二位移检测部601B以及平均计算单元602。第一位移检测部601A和第二位移检测部601B每个均具有与第一实施方式的位移检测装置1相同的构造。因此，通过对第一实施方式的位移检测装置1的相同部件添加后缀“A”来标明构成第一位移检测部601A的部件，并且通过对第一实施方式的位移检测装置1的相同部件添加后缀“B”来标明构成第二位移检测部601B的部件。

第一位移检测部601A将第一光束L1A照射至待测构件9的待测表面上的任意第一照射点Pa1。第二位移检测部601B将第一光束L1B照射至待测构件9的待测表面上的任意第二照射点Pb1，其中第二照射点Pb1不同于第一照射点Pa1。位移检测装置600检测在第一照射点Pa1和第二照射点Pb1之间的中心位置，作为虚拟点P。

此外，平均计算单元602既连接至第一位移检测部601A的第一相对位置信息输出部10A，又连接至第二位移检测部601B的第二相对位置信息输出部10B。第一相对位置信息输出部10A计算第一相对位置信息并且将计算出的第一相对位置信息输出至平均计算单元602。类似地，第二相对位置信息输出部10B计算第二相对位置信息并将计算出的第二相对位置信息输出至平均计算单元602。此外，平均计算单元604获得第一相对位置信息和第二相对位置信息的平均值，并且将该平均值作为虚拟点P的相对位置信息输出。

在第七实施方式的相对位移检测装置600中，即使待测构件9在高度方向上位移，虚拟点P（其为第一照射点Pa1和第二照射点Pa2间的中心位置）也不偏离。这样，可以总是在待测构件9的待测表面上检测到相同的位置。因此，即使待测构件9的待测表面倾斜，也可以通过计算两点的平均值，消除待测表面的倾斜。

虽然第七实施方式基于通过配置两个位移检测装置1来构造位移检测装置600的示例来描述，但本发明不局限于该构造而包括通过配置三个以上的位移检测装置1来构成位移检测装置的其他构造。例如，可以通过以虚拟点P作为中心位置，放射状地设置三个以上位移检测部来构造位移检测装置，并且虚拟点P（其为中心位置）在高度方向上的位移可以通过平均位移检测部的位移而得到。可选地，由三个以上位移检测部得到的待测构件9的待测表面的位移信息可以被分别独立地计算从而得到待测构件9的待测表面的倾斜信息。

9.根据第八实施方式的位移检测装置

随后，将参考图14A和图14B在以下描述根据本发明第八实施方式的位移检测装置700。

图14A和图14B是示意性地示出了位移检测装置700的构造的示图。

根据第八实施方式的位移检测装置700通过一体化第七实施方式的位移检测部600的第一位移检测部601A和第二位移检测部601B的光束分离部3A、3B，反射镜6A、6B（其为反射部）以及光源2A、2B而构成。

如图14A所示，从光源2照射的光被透镜711准直为平行光。此外，该平行光被光束预分离器721分离为第一光LA和第二光LB。第一光LA由第一反射镜722反射从而入射在光束分离部703上。此外，第二光LB由第二反射镜723反射从而入射在光束分离部703上。

如图14B所示，位移检测装置700包括光束分离部703，四个相位板712A、713A、712B、713B，第一衍射光栅704A，第二衍射光栅704B，反射镜706，第一光接收部708A以及第二光接收部708B。与第七实施方式的位移检测装置600类似，位移检测装置700包括第一相对位置信息输出部10A、第二相对位置信息输出部10B以及平均计算单元702。

光束分离部703将第一光LA分离为第一光束L1A（其为物体光）和第二光束L2A（其为参考光）。此外，光束分离部703将第二光束LB分离为第一光束L1B（其为物体光）和第二光束L2B（其为参考光）。

通过分离第一光LA得到的第一光束L1A透过第一相位板712A从而照射至待测构件9上的第一照射点Pa1。此外，第一光束L1A由待测构件9反射从而照射在第一衍射光栅704A上。相反，通过分离第二光束LB得到的第一光束L1B透过第三相位板712B从而照射至待测构件9上的第二照射点Pb1。此外第一光束L1A由待测构件9反射从而照射在第二衍射光栅704B上。

此外，通过分离第一光LA得到的第二光束L2A透过第二相位板713A从而照射在反射镜706上。此外，由反射镜706反射的第二光束L2A入射在第一衍射光栅704A上。相反，通过分离第二光LB得到的第二光束L2B透过第四相位板713B从而照射在反射镜706上。此外，由反射镜706反射的第二光束L2B入射在第二衍射光栅704B上。

此外，通过分离第一光LA得到的第一光束L1A和第二光束L2A入射在第一光接收部708A上。而且，通过分离第二光LB得到的第一光束L1B和第二光束L2B这两个光束入射在第二光接收部708B上。

第八实施方式的位移检测装置700的其他部分的构造与第七实施方式的位移检测装置600的相同，并且因此省略其描述。通过具有前述构造的位移检测装置700，也可以实现与第七实施方式的位移检测装置600的那些相同的优点。

此外，对于第八实施方式的位移检测装置700，通过共用光源2，由光源2的劣化导致的波长变化等的影响可以由平均计算单元702消除。

随后，将参考图15在以下描述具有多个位移检测部的位移检测装置分离光的方法。

图15是示意性地示出了具有多个位移检测部的位移检测装置的光源周围的构造的示图。

如图15所示，从光源2照射的光被透镜801准直为平行光。设置了多个光束分离器802、803、804。从光源2照射的光被多个光束分离器802、803、804分离为第一光LA、第二光LB、第三光LC和第四光LD。第一光LA由聚光透镜806会聚并且入射至第一光纤811。类似地，第二光LB、第三光LC和第四光LD分别由三个聚光透镜807、808、809会聚并且分别地照射至三个光纤812、813、814。

以该方式，通过将一个光源2的光分为多个光并且将多个光供应至相应的位移检测部，光源2温度的变化和光源2长期性能的变化可以由多个位移检测部共用。因此，即使设置了多个位移检测部，也可以消除多个位移检测部的个体差异。

10.根据第九实施方式的位移检测装置

随后，将参考图16、图17、图18A和图18B在以下描述根据本发明第九实施方式的位移检测装置1001。

图16是示意性地示出了第九实施方式的构造的示图，图17是用于说明第九实施方式的主要部分的示图，图18A和图18B是示出了第九实施方式的衍射光栅的示例的示图。

对比于使用了反射型衍射光栅4的第一实施方式的位移检测装置1，在第九实施方式的位移检测装置1001中使用了透射型衍射光栅。因此在后文中，与位移检测装置1共同的那些部件将由相同的参考数字标明并将省略其说明。

如图16所示，位移检测装置1001包括光源2、光束分离部3、透射型衍射光栅1004、反射镜6、光接收部8、相对位置信息输出部10以及回反射镜1005（其为回反射部）。此外，第一相位板12被配置在光束分离部3和待测构件9之间，并且第二相位板13被配置在光束分离部3和反射镜6之间。

从光源2发出的光被光束分离部3分离为第一光束L1和第二光束L2。第一光束L1入射在待测构件9的待测表面上的第一照射点Pc1。待测构件9将入射在第一照射点Pc1的第一光束L1反射至衍射光栅1004。

此外，面向衍射光栅9设置反射镜6。由光束分离部3分离的第二光束L2入射在反射镜6上。第二光束L2入射在反射镜6的反射表面上的反射侧第一照射点Sc1。类似于待测构件9，反射镜6将入射在其上的第二光束L2反射至衍射光栅1004。

衍射光栅1004是透射型衍射光栅，其透射并且衍射入射在其上的光。透过衍射光栅1004并且被衍射光栅1004第一次衍射的第一光束L1入射在待测构件9的待测表面上的第二照射点Pd1，其中第二照射点Pd1与第一照射点Pc1不同。此外，由衍射光栅1004第一次衍射并且入射在第二照射点Pd1上的第一光束L1被待测构件9反射至回反射镜1005。

类似地，透过衍射光栅1004并且被衍射光栅1004第一次衍射的第二光束L2入射在反射镜6的反射表面上的反射侧第二照射点Sd1，其中反射侧第二照射点Sd1与反射侧第一照射点Sc1不同。由衍射光栅1004第一次衍射并且入射在反射侧第二照射点Sd1上的第二光束L2被反射镜6反射至回反射镜1005。

此外，类似于第一实施方式的衍射光栅4，衍射光栅1004被配置为使其基本上相对于待测构件9的待测表面以直角延伸（即，衍射光栅1004的衍射表面与待测构件9的待测表面之间的角度基本上为90°）。

回反射镜1005是具有第一反射表面1005a和第二反射表面1005b的基本上三角反射镜。由待测构件9反射的第一光束L1入射在第一反射表面1005a上，由反射镜6反射的第二光束L2入射在第二反射表面1005b上。回反射镜1005使第一光束L1和第二光束L2沿着与第一光束L1和第二光束L2入射在回反射镜1005上所沿的光路相同的光路返回至待测构件9和反射镜6。

回反射镜1005被配置为使第一光束L1的光路长度等于第二光束L2的光路长度。由于回反射镜1005的设置，当制造位移检测装置1001时，对第一光束L1的光路长度、第二光束L2的光路长度、以及光轴的角度的调整变得容易。因此，可以使其更不易受到由气压、湿度和温度的变化导致的光源2的波长变化的影响。

此外，通过回反射镜1005返回待测构件9的第一光束L1在待测构件9的第二照射点Pb1被反射并且再次入射至衍射光栅1004上。此外，第一光束L1由衍射光栅1004第二次衍射。经过第二次衍射的第一光束L1由待测构件9反射从而返回至光束分离部3。与第一光束L1类似，第二光束L2同样通过衍射光栅1004和反射镜6返回至光束分离部3。

虽然本实施方式基于第一相位板12配置在光束分离部3和待测构件9之间并且第二相位板13配置在光束分离部3和反射镜6之间的示例描述，但是本发明不受该示例的限制。例如，本发明也包括第一相位板12配置在回反射镜1005的第一反射表面1005a上和第二相位板13配置在回反射镜1005的第二反射表面1005b上的构造。

这里，将参考图17在以下描述第九实施方式的位移检测装置1001的主要部分。

如图17所示，基本上垂直于待测构件9而设置衍射光栅1004。因此，以入射角θ1入射至待测构件9的第一照射点Pc1的第一光束L1以入射角π/2-θ1入射至衍射光栅1004。此外，第一光束L1以入射角θ2入射至待测构件9的第二照射点Pb1。

优选衍射光栅1004的光栅栅距Λ被设定为使得衍射光栅1004上的衍射角基本上等于入射角。换言之，如果待测表面上的第一入射角是θ1，待测表面上的第二入射角是θ2，并且光波长是λ，那么衍射光栅1004的光栅栅距Λ满足以下等式3。

[等式3]

Λ=nλ/(sin(π/2-θ1)+sin(π/2-θ2))

其中“n”表示正整数。

在衍射光栅1004上的衍射角等于入射角的情况下，可以得到第一照射点Pc1和第二照射点Pd1相对于衍射光栅1004对称的构造。等式3也可以表示为以下等式4。

[等式4]

2Λsinθ=nλ

其中，“θ”表示衍射光栅1004上的衍射角和入射角。

换言之，可以满足布拉格条件，并因此可以加强由衍射光栅1004衍射的衍射光。

如上所述，以角度θ2入射在待测构件9上的第一光束L1由待测构件9反射并且入射在回反射镜1005上（见图16）。此外，入射在回反射镜1005上的第一光束L1由回反射镜1005的第一反射表面1005a反射，并且以入射角θ2沿着与前进光路相同的光路再次入射至待测构件9的第二照射点Pd1。

此外，由待测构件9反射的第一光束L1以入射角π/2-θ2再次入射在衍射光栅1004上。附带地，第一光束L1的第二次衍射根据由等式2表示的条件以π/2-θ1的衍射角进行。此外，由衍射光栅1004衍射的第一光束L1以入射角θ1再次入射在待测构件9上的第一照射点Pc1。因此，由待测构件9反射回来的第一光束L1的光路叠加在由光束分离部3分离的第一光束L1的前进光路上。

此外如图17所示，当待测构件9在高度方向上移动了x/2的距离时，入射在待测构件9的待测表面上的第一光束L1将从第一照射点Pc1移动至第一照射点Pc2。此外，由待测构件9的第一照射点Pc1、Pc2反射的第一光束L1将从衍射光栅1004上的衍射位置T1移动至衍射位置T2。此外，由衍射光栅1004衍射的第一光束L1从待测构件9上的第一照射点Pd1移动至第二照射点Pd2。

这里，因为衍射光栅1004被配置为使其基本上相对于待测构件9的待测表面以直角延伸，所以在衍射位置T1和衍射位置T2之间的距离是x，其是第一照射点Pc1和第一照射点Pc2之间距离的两倍。换言之，第一光束L1在衍射光栅1004上的移动量是x，其是第一光束L1在待测构件9上的移动量的两倍。

此外，因为衍射光栅1004被配置为使其基本上相对于待测构件9的待测表面以直角延伸，所以即使待测构件9在高度方向上位移，第一光束L1的光路长度也将始终为恒定的。换言之，第一光束L1的波长不会改变。此外，当待测构件9在高度方向上位移时，只有衍射光栅1004上的入射位置会改变。

附带地，照射在反射镜6上的第二光束L2的情况与第一光束L1的相同，并因此将省略第二光束L2的描述。

在第九实施方式的位移检测装置1001中，第一光束被衍射了两次。因此，被衍射了两次的第一光束的相位增加了2Kx的相位增量。“K”表示由“2π/Λ”表示的波数。此外，“x”表示第一光束L1在衍射光栅1004上的移动量。换言之，当待测构件9在高度方向上移动了x/2的距离时，第一光束L1将在衍射光栅4上移动x的距离，其是待测构件9在高度方向上移动距离的两倍。此外，通过两次衍射第一光束L1，第一光束L1的相位增加了2Kx的相位增量，并且包括两个周期的明暗条纹的干涉光由光接收部8接收。

换言之，由“Acos(2Kx+δ)”表示的干涉信号可以由第一光接收元件33和第二光接收元件34得到。此外，由“Acos(2Kx+δ')”表示的干涉信号可以由第三光接收元件35和第四光接收元件36得到。

因此，通过第九实施方式的位移检测装置1001，在衍射光栅1004的光栅栅距等于第一实施方式的衍射光栅4的光栅栅距的情况下，可以实现高达第一实施方式的位移检测装置1的两倍的分辨率。

以下描述了一个示例，其中在衍射光栅1004的光栅栅距Λ被设定为0.5515μm、波长λ被设定为780nm并且衍射光栅的入射角和衍射角被设定为45度的情况下，待测构件9在高度方向上移动了0.5515μm。

当待测构件9在高度方向上移动了0.5515μm的距离时，第一光束L1将在衍射光栅1004上移动多达0.5515μm的两倍的距离，其等于两个栅距。此外，因为第一光束L1被衍射了两次，包括四个明暗条纹的干涉光可以由光接收单元8接收到。换言之，所得信号的一个周期变成0.5515μm/4（=0.1379μm）。

此外，在第九实施方式的位移检测装置1001中，在待测构件9上的两点（即第一照射点Pc1和第二照射点Pd1）通过一个光学系统被第一光束L1照射。因此，与第七实施方式的位移检测装置600和第八实施方式的位移检测装置700类似，可以使用一个光学系统来消除测量点。

此外，通过以以上方式构造位移检测装置，即使待测构件9的待测表面倾斜，因为第一光束L1照射至第一照射点Pc1还照射至第二照射点Pd1，所以待测表面的倾斜也可以被消除（抵消）。因此，较不可能导致第一光束L1的光路长度的变化，并且可以减少第一光束L1的光路长度与第二光束L2的光路长度之间的不同。

随后，将参考图18A和18B在以下描述用于第九实施方式的位移检测装置1001的衍射光栅的示例。

图18A是衍射光栅的示例的截面图，并且图18B是衍射光栅的另一示例的截面图。

图18A中所示的衍射光栅1004A由在基本上透明的玻璃基底1004a的表面上形成光栅部1004b构成，其中光栅部1004b由例如铬（Cr）形成。因为光栅部1004b通常通过将铬膜等真空沉积在玻璃基板1004a的一个表面上形成，所以光栅部1004b的厚度为1μm以下。

图18B所示的衍射光栅1004B是所谓的全息图，其使用照相底板。以下描述的是相位全息图，尽管也可以使用吸收全息图。衍射光栅1004b的光栅部1004c例如由以下步骤形成。首先，将感光银盐乳剂涂在玻璃基板1004a的一个表面上，暴露于干涉条纹，显影，并随后漂白。因此，在光栅部1004c中形成有银粒子留在其上的位置1004d和没有银粒子留在其上的位置1004e。这里有银粒子留在其上的位置1004d具有较高的折射率，并且没有银粒子留在其上的位置1004e具有较低的折射率。换言之，形成了相位全息图。此外，作为材料，也可以使用用于全息图记录的光聚合物代替照相底板。

在使用具有上述构造衍射光栅1004B的情况下，当光以预定角度（入射角）θa入射时，该光将以预定角度（即，衍射角）θb输出（即，衍射）。此外，当满足表示为等式3的布拉格条件时，由衍射光栅1004B衍射的衍射光的输出可以被最小化。换言之，可以防止由衍射光栅1004B衍射的光量的减少。

此外，在希望进行入射角等于衍射角的多个衍射（如第九实施方式的位移检测装置1001）时，优选使用如图18所示的具有良好的衍射效率的衍射光栅1004B。

优选衍射光栅1004B的光栅部1004c的厚度N1达到光栅栅距Λ的4倍以上。然而，考虑到光会被光栅部1004c吸收，优选设定光栅部1004c的厚度N1为达到光栅栅距Λ的4到20倍。

第九实施方式的位移检测装置1001的其他部分的构造与第一实施方式的位移检测装置1相同，并因此省略其描述。通过具有上述构造的位移检测装置1001，可以实现与第一实施方式的位移检测装置1相同的优点。

11.根据第十实施方式的位移检测装置

随后，将参考图19在以下描述根据本发明第十实施方式的位移检测装置1201。

图19是示意性地示出了根据第十实施方式的位移检测装置1201的构造的示图。

如图19所示，与第九实施方式的位移检测装置1001类似，在第十实施方式的位移检测装置1201中使用了透射型衍射光栅1004。第十实施方式的位移检测装置1201与第九实施方式的位移检测装置1101的不同在于第一光束L1和第二光束L2不返回至前进的光路。因此，与第九实施方式的位移检测装置1001共同的那些部件将由相同的参考数字标明并且将省略其说明。

如图19所示，不同于第九实施方式的位移检测装置1001，第十实施方式的位移检测装置1201不设有回反射镜1005（其为回反射部）。因此，由衍射光栅1004第一次衍射的第一光束L1由待测构件9反射从而入射在光结合部1016上。此外，由衍射光栅1004第一次衍射的第二光束L2由反射镜6反射从而入射在光结合部1016上。

光结合部1016例如由半反射镜、光束分离器等构成。光结合部1016将第一光束L1和第二光束L2相互叠加，并且将叠加后的光束分离成两个光束。由光束结合部1016分离的光束由两个聚光透镜14会聚并且入射在第一偏振光束分离器18以及第二偏振光束分离器19上。

这里，第一光束L1从光束分离部3到衍射光栅1016的光路长度和第二光束L2从光束分离部3到衍射光栅1016的光路长度被设定为基本上彼此相等。因此，与其他实施方式的位移检测装置类似，在第十实施方式的位移检测装置1201中，即使存在由气压、湿度和温度的变化导致的光源波长的变化，仍然能够使第一光束L1和第二光束L2被波长变化相等地影响。因此，不论周围的环境如何，能够在不进行气压校正、湿度校正和温度校正的条件下进行稳定的测量。

此外，第一相位板12配置在光结合部1016和待测构件9之间，并且第二相位板13配置在光结合部1016和反射镜6之间。第一光束L1由第一相位板12转换为圆偏振光。此外，第二光束L2由第二相位板13转换为圆偏振光，其中，第二光束L2的圆偏振光和第一光束L1的圆偏振光具有互相相反的旋转方向。

附带地，在第十实施方式的位移检测装置1201中，第一光束L1和第二光束L2只被衍射光栅1004衍射一次。因此，与第一光束L1和第二光束L2被衍射两次的第九实施方式的位移检测装置1001不同，在第十实施方式的位移检测装置1201中，当待测构件9在高度方向上移动了x/2的距离时，第一光束L1的相位将增加Kx的相位增量。

此外，在第十实施方式的位移检测装置1201中，第一光束L1和第二光束L2没有通过待测构件9和反射镜6返回光束分离部3。因此，当第一光束L1和第二光束L2返回时，不需要考虑偏振方向。因此，可以根据待测构件9的情况，自由设定由光束分离部3分离并且入射在待测构件9上的第一光束L1的偏振方向。

换言之，如下所述，当衍射光栅尺（diffraction grating scale）被用作待测构件9并且位移检测装置1201和其他位移检测装置结合使用时，可以根据想要的目的在光入射在待测构件9上的时候改变偏振方向。

此外，第十实施方式的位移检测装置1201设有面向待测构件9的待测表面配置的遮光板1018。由于遮光板1018的设置，在待测构件9是衍射光栅尺的情况下，可以防止由待测构件9衍射的特定衍射光作为杂散光进入位移检测装置1201。

第十实施方式的位移检测装置1201的其他部分的构造与第一实施方式的位移检测装置1以及第九实施方式的位移检测装置1001相同，并因此省略其描述。通过具有上述构造的位移检测装置1001，可以实现与第一实施方式的位移检测装置1以及第九实施方式的位移检测装置1001相同的优点。

12.根据第十一实施方式的位移检测装置

随后，将参考图20在以下描述根据本发明的第十一实施方式的位移检测装置1301。

图20是示意性地示出了根据第十一实施方式的位移检测装置1301的构造的示图。

如图20所示，与第九实施方式的位移检测装置1001类似，在第十一实施方式的位移检测装置1301中使用了透射型衍射光栅1004。第十一实施方式的位移检测装置1301与第九实施方式的位移检测装置1001的不同在于位移检测装置1301设有多个辅助反射镜。因此，这里将只描述多个辅助反射镜，并且与第九实施方式的位移检测装置1001共同的那些部件将由相同的参考数字标明并且将省略其说明。

如图20所示，第一辅助反射镜1021和第二辅助反射镜1022被配置在衍射光栅1004和待测构件9之间。此外，第三辅助反射镜1023和第四辅助反射镜1024被配置在衍射光栅1004和反射镜6之间。

第一辅助反射镜1021的反射表面和第二辅助反射镜1022的反射表面彼此面对，并且第三辅助反射镜1023的反射表面和第四辅助反射镜1024的反射表面彼此面对。此外，第一辅助反射镜1021的反射表面基本上与第三辅助反射镜1023的反射表面共面。第二辅助反射镜1022的反射表面基本上与第四辅助反射镜1024的反射表面共面。

第一辅助反射镜1021反射被待测构件9的第一照射点Pc1反射的第一光束L1，从而使第一光束L1入射在衍射光栅1004上。此外，第一辅助反射镜1021反射从衍射光栅1004返回的第一光束L1，从而使第一光束L1入射在待测构件9上。第二辅助反射镜1022反射被衍射光栅1004第一次衍射的第一光束L1，从而使第一光束L1入射在待测构件9的第二照射点Pd1。此外，第二辅助反射镜1022反射从待测构件9返回的第一光束L1，从而使第一光束L1入射在衍射光栅1004上。

第三辅助反射镜1023反射由反射镜6的反射侧第一照射点Sc1反射的第二光束L2，从而使第二光束L2入射在衍射光栅1004上。此外，第三辅助反射镜1023反射从衍射光栅1004返回的第二光束L2，从而使第二光束L2入射在反射镜6上。第四辅助反射镜1024将由衍射光栅1004第一次衍射的第二光束L2反射至反射镜6的反射侧第二照射点Sd1。此外，第四辅助反射镜1024将从反射镜6的反射侧第二照射点Sd1返回的第二光束L2反射至衍射光栅1004侧。

换言之，在第十一实施方式的位移检测装置1301中，第一光束L1经由第一辅助反射镜1021和第二辅助反射镜1022，从待测构件9入射至衍射光栅1004，或从衍射光栅1004入射至待测构件9。此外，第二光束L2经由第三反射镜1023和第四反射镜1024，从反射镜6入射至衍射光栅1004，或从衍射光栅1004入射至反射镜6。

因此，通过调整第一辅助反射镜1021和第二辅助反射镜1022的位置，可以根据想要的目的改变第一光束L1入射在待测构件9上的第一照射点Pc1与第二照射点Pd1之间的距离Q。附带地，通过调整第三反射镜1023和第四反射镜1024的位置，也可以改变反射镜6上的反射侧第一辐照点Sc1与反射侧第二辐照点Sd1之间的距离。

因此，可以减小在第一照射点Pc1和第二照射点Pd1之间的距离Q，因此可以减小由待测构件9的倾斜导致的在第一照射点Pc1和第二照射点Pd1之间的光路长度的差。

第十一实施方式的位移检测装置1301的其他部分的构造与第一实施方式的位移检测装置1以及第九实施方式的位移检测装置1001相同，并因此省略其描述。通过具有上述构造的位移检测装置1301，可以实现与第一实施方式的位移检测装置1以及第九实施方式的位移检测装置1001相同的优点。

13.根据第十二实施方式的位移检测装置

随后，将参考图21在以下描述根据本发明的第十二实施方式的位移检测装置1401。

图21是示意性地示出了第十二实施方式的位移检测装置1401的构造的示图。

如图21所示，类似于第九实施方式的位移检测装置1001，在第十二实施方式的位移检测装置1041中使用了透射型衍射光栅1004。第十二实施方式的位移检测装置1401与第九实施方式的位移检测装置1001的不同在于位移检测装置1401设有多个衍射光栅。因此，这里将仅描述多个衍射光栅周围的构造，并且与第九实施方式的位移检测装置1001共同的那些部件将由相同的参考数字标明并且将省略其说明。

第二衍射光栅1044被配置在第一衍射光栅1004和回反射镜1005之间。与第一衍射光栅类似，第二衍射光栅1044被配置为使其相对于待测构件9的待测表面基本上以直角延伸（即，第二衍射光栅1044的衍射表面和待测构件9的待测表面之间的角度基本上为90°）。此外，第二衍射光栅1044被配置为使其相对于反射镜6的反射表面基本上以直角延伸。

中间反射镜1042被配置在第二衍射光栅1044和第一衍射光栅1004之间。中间反射镜1042的两个表面都是反射表面。中间反射镜1042被配置为使它的反射表面基本上既平行于待测构件9的待测表面，又平行于反射镜6的反射表面。

在第十二实施方式的位移检测装置1401中，透射通过第一衍射光栅1004并且被其第一次衍射的第一光束L1入射在待测构件9的待测表面上的第二照射点Pd1。此外，入射在第二照射点Pd1的第一光束L1由待测构件9反射至中间反射镜1042。

此外，反射至中间反射镜1042的第一光束L1入射在待测构件9的待测表面上的第三照射点Pe1。此外，待测构件9将入射至第三照射点Pe1的第一光束L1反射至第二衍射光栅1044。与第一衍射光栅1004类似，第二衍射光栅1044是透射并衍射在其上入射的光的反射型衍射光栅。第二衍射光栅1044具有与第一衍射光栅1004相同的光栅栅距Λ。

因此，通过透过第二衍射光栅1044，第一光束L1被第二次衍射。经过第二次衍射的第一光束L1入射在待测构件9的待测表面上的第四照射点Pf1从而由待测构件9反射至回反射镜1005的第一反射表面1005a。

此外，入射在回反射镜1005上的第一光束L1沿着与前进光路相同的光路由第一反射表面1005a反射并且由第二衍射光栅1044第三次衍射。经过第三次衍射的第一光束L1被待测构件9和中间反射镜1042反射，并且入射在第一衍射光栅1004上。然后，第一光束L1被第一衍射光栅1004第四次衍射。第四次衍射后的第一光束L1被待测构件9反射从而返回至光束分离部3。

附带地，与第一光束类似，透过第一衍射光栅1004的第二光束L2被反射镜6的反射侧第三照射点Se1和反射侧第四照射点Sf1反射，并且经由中间反射镜1042和第二衍射光栅1044入射在回反射镜1005的第二反射表面1005b上。此外，第二光束L2由回反射镜1005反射并且经由第二衍射光栅1044、中间反射镜1042和第一衍射光栅1004返回至光束分离部3。

此外，在第十二实施方式的位移检测装置1401中，第一衍射光栅1004、中间反射镜1042、第二衍射光栅1044以及回反射镜1005被配置为使第一光束L1的光路和第二光束L2的光路彼此相等。

此外，与第一衍射光栅1004类似，第二衍射光栅1044被配置为使其相对于待测构件9的待测表面基本上以直角延伸。即使待测构件9在高度方向上位移，第一光束L1的光路长度将始终是恒定的。此外，当待测构件9在高度方向上位移时，只有第二衍射光栅1044上的入射位置会改变。

此外，在第十二实施方式的位移检测装置1401中，第一光束L1和第二光束L2被第一衍射光栅1004和第二衍射光栅1044衍射了四次。

这里，当待测构件9在高度方向上移动了x/2的距离时，第一光束L1的相位将会增加4Kx的相位增量，这是第九实施方式的位移检测装置1001的相位增量的两倍。换言之，由“Acos(Kx+δ)”表示的干涉信号可以由第一光接收元件33和第二光接收元件34得到。此外，由“Acos(Kx+δ)”表示的干涉信号可以由第三光接收元件35和第四光接收元件36得到。因此，通过第十二实施方式的位移检测装置1401，可以实现高达第九实施方式的位移检测装置1001的两倍的分辨率。

附带地，虽然第十二实施方式的位移检测装置1401基于其中设置了两个衍射光栅的示例被描述，但是衍射光栅的数量并不限定为两个，而是三个以上的衍射光栅可以配置在第一光束L1通过的光束分离部和光束结合部之间。

此外，在设置了多个衍射光栅以进行多次衍射的情况（诸如第十二实施方式的位移检测装置1401的情况）下，优选将使被衍射的光量较少地减少的衍射光栅1044B用作适用的衍射光栅。

第十二实施方式的位移检测装置1401的其他部分的构造与第一实施方式的位移检测装置1以及第九实施方式的位移检测装置1001相同，并因此省略其描述。通过具有上述构造的位移检测装置1401，可以实现与第一实施方式的位移检测装置1以及第九实施方式的位移检测装置1001相同的优点。

14.待测构件的变形例

随后，将参考图22A至图22D、图23A至图23C、以及图24A至图24E在以下描述待测构件的变形例。

图22A至图22D和图23A至图23C是各自示出了待测构件的截面图。图24A至图24E是从待测构件的正面看去的截面图和平面图。

此外，在第一实施方式中，入射在衍射光栅4上的第一光束L1是由待测构件9反射的光（即，入射在衍射光栅4上的第一光束L1是0阶光）。待测构件的光栅栅距的移动不增加至入射在衍射光栅4上的第一光束L1。因此，如图22A至图22D、图23A至图23C以及图24A至图24E所示，也可以使用各自具有光栅9c、9c'、凹槽（狭缝）d、d1、d2的多个待测构件9A至9G、109、209、309、409、509的所谓的衍射光栅尺。

图22A中所示的待测构件9A具有设置在其基板9b上的波状光栅9c。此外，反射膜9a制成在光栅9c的表面上。图22B所示的待测构件9B具有设置在其基板9b上的矩形光栅9c'。待测构件9B其他部分的构造与图22A中所示的待测构件9A类似，并因此省略其描述。附带地，在图22A和22B中所示的待测构件9A/9B中，光栅9c、9c'是露出的。

图22C中所示的待测构件9C通过在图22B中所示的待测构件9B的反射膜9a上形成防护层9d而形成。因为反射膜9a由防护层9d防护，所以可以改善可操作性。

图22D中所示的待测构件9D由通过粘附层9d将玻璃盖片9e固定至图22B中所示的待测构件9B的反射膜9a而形成。对于待测构件9D，玻璃盖片9e可以起到防护层的作用。此外，待测构件9D的表面可以被玻璃盖片平坦化。

此外，如图23A所示的待测构件9E，第二反射膜9a'可以介于图22D所示的待测构件9D的粘附层9d和玻璃盖片9e之间。第二反射膜9a'用于反射包括光源2的波长的特定波长的光。

此外，如图23B中所示的待测构件9F，第二反射膜9a'可以被配置在图22D中示出的待测构件9D的玻璃盖片9e上。第二反射膜9a'与图23A中所示的待测构件9E的反射膜9a'相同。第二反射膜9a'也可以作为防反射膜使用。在这种情况下，待测表面变为形成在光栅9a'上的第一反射膜9a。

此外，图23C中示出的待测构件9G是其中使用透明防护层9f而非玻璃盖片9e的待测构件。显然由树脂形成的防护层可以用作防护层9f。此外，第二反射膜9a'也可以用作防反射膜。在这种情况下，待测表面变成在光栅9a'上形成的第一反射膜9a。

图23A中所示的待测构件具有在其中形成的狭缝，其中狭缝d以相等的间距被配置在与待测表面平行的方向上。对于待测构件109，可以通过使用线性编码器来进行一维的测量。

图24B中所示的待测构件209具有形成在其内的第一狭缝和第二狭缝，其中第一狭缝d1和第二狭缝d2每个都以相同的间隔与待测表面平行配置，并且第二狭缝d2与第一狭缝d1以角度θd相交。第一狭缝的光栅栅距d1可以与第二狭缝的光栅栅距d2相等或不同。对于待测构件209，可以通过两个线性编码器进行二维的检测。

图24C中所示的待测构件309具有在其内形成的第一狭缝d1和第二狭缝d2，其中第一狭缝d1基本上以同心弧形形成，并且第二狭缝d2放射状地形成。待测构件309可以用作所谓的旋转编码器从而检测旋转机床的可移动部分的位置。此外，对于待测构件309，在检测角度信息时也可以测量在照射方向上的非同心分量。此外，作为图24c所示的待测构件309A，第一狭缝d1和第二狭缝d2也可以相互叠加。

图24E中所示的待测构件409具有形成在其基板409b的一个表面上的多个基本上是圆柱的凸起409a。在待测构件409中，在多个凸起之间的间隙成为光栅狭缝。两个光栅矢量方向以角度θe彼此相交。附带地，凸起409a不限定为具有基本上是圆柱的形状，而也可以具有平截顶锥形、长方体形等。

图24E中所示的待测构件509（对比于图24E中所示的待测构件409）具有形成在其基板509b的一个表面上的多个基本上是圆柱的凹部509a。在待测构件509中，在多个凹部509a之间的间隙成为光栅狭缝。

15.位移检测装置的应用例

随后，将参考图25和图26在以下描述第一至第十二实施方式的位移检测装置的应用例。

图25是示出了第一应用例的示意图。图26是示出了第二应用例的示意图。

附带地，在图25和图26中所示的应用例的待测构件9和待测构件9H中，例如使用了图23A至图23C以及图24A至图24E中所示的一个衍射光栅尺。

在图25中所示的应用例中，设置了用于X轴901的线性编码器和用于Y轴902的线性编码器。用于X轴901的线性编码器用于检测在与待测构件9的待测表面平行的第一方向X上待测构件9的位移。用于Y轴902的线性编码器用于检测在与待测构件9的待测表面平行的第二方向Y上待测构件9的位移，其中第二方向Y垂直于第一方向X。此外，设置第一实施方式的位移检测装置1以检测待测构件9在高度方向Z上的位移。

通过这种配置，在X轴和Y轴上的待测构件9的位移可以由用于X轴的线性编码器901和用于Y轴的线性编码器902来检测，并且在待测构件9的待测表面的高度方向上的待测构件9的位移（即，z轴上的位移）可以由第一实施方式的位移检测装置1来检测。因此，可以进行三维测量。

图26中所示的应用例的待测构件9H以Z轴为旋转中心旋转。在这种应用例中，设置了旋转编码器903和第一实施方式的位移检测装置1，其中旋转编码器903用于检测待测构件9H的角度信息，并且位移检测装置1用于检测待测构件9在高度方向Z上的位移。通过该应用例，可以检测待测构件9H的角度信息θ和在Z轴上的位移，因此可以进行三维测量。

16.根据另外其他实施方式的位移检测装置

将参考图27至31在以下描述根据本发明的另外其他实施方式的位移检测装置。

图27至图31中所示的位移检测装置1501、1601和1701中的每个是用于检测具有两个互相面对的在其间具有间隔的反射面的构件的位移信息的装置。

16-1.根据第十三实施方式的位移检测装置

首先，将参考图27、图28、图29A和图29B在以下描述根据本发明的第十三实施方式的位移检测装置1051。

图27是示意性地示出了第十三实施方式的位移检测装置1501的构造的示图，以及图28是用于说明图27中所示的位移检测装置的主要部分的示图。

如图27中所示，根据第十三实施方式的第一反射表面1507包括光学系统块1502，以及安装于待测构件上的待测块1503。位移检测装置1501可以检测光学系统块1502与待测块1503之间的相对位移。换言之，在根据第十三实施方式的位移检测装置1501中，待测块1503相当于待测构件。

光学系统块1502包括光源2、光束分离部分3、透射型衍射光栅1004、光接收部8、相对位置信息输出部10以及回反射镜1005。光学系统块1502的光源2、光束分离部3、衍射光栅1004、光接收部8、相对位置信息输出部10以及回反射镜1005具有与第九实施方式的位移检测装置1001的光源2、光束分离部3、衍射光栅1004、光接收部8、相对位置信息输出部10以及回反射镜1005相同的构造。

待测块1503基本上是U形。待测构件1593包括第一反射片1504、第二反射片1505以及连接片1506。第一反射片1504和第二反射片1505互相面对。第一反射片1504和第二反射片1505均具有一个连接至连接片1506的端部。因此，当待测构件1503在高度方向上移动的时候，第一反射片1504和第二反射片1505将移动相同的距离。

此外，第一反射片1504的面向第二反射片1505的一个表面是反射光的第一反射表面1507。类似地，第二反射片1505的面向第一反射片1504的一个表面是反射光的第二反射表面1508。第一反射片1504的第一反射表面1507和第二反射片1505的第二反射表面1508基本上互相平行。

在其中配置有光学系统块1502的衍射光栅1004和回反射镜1005的部分插入在待测构件1503的第一反射片1504和第二反射片1505之间。在这时，衍射光栅1004的一个表面（即，所谓的衍射表面）基本上既垂直于第一反射片1504的第一反射表面1507又垂直于第二反射片1505的第二反射表面1508。此外，回反射镜1005配置在待测块1053的连接片1506一侧。

第十三实施方式的位移检测装置1501的其他部分的构造与第九位移检测装置1001的相同，并因此在此省略其描述。

这里，第十三实施方式的位移检测装置1501的主要部分将参考图28在以下描述。

如图28中所示，当待测构件1503在高度方向上移动了x/2的距离时，第一反射片1504的第一反射表面1507和第二反射片1505的第二反射表面1508也将在高度方向上移动x/2。

由于衍射光栅1004基本上垂直于待测块1503的第一反射表面和第二反射表面1508，所以即使待测块1503在高度方向上位移，第一光束L1的光路长度和第二光束L2的光路长度也将始终为恒定的。换言之，与第九实施方式的位移检测装置1001类似，第一光束L1和第二光束L2的波长不会改变。此外，当待测块1503在高度方向上位移时，只有第一光束L1和第二光束L2在衍射光栅1004上的入射位置会改变。

与图17中所示的第九实施方式的位移检测装置1001类似，当第一反射表面1507和第二反射表面1508在高度方向上移动了x/2的距离时，第一光束L1和第二光束L2在衍射光栅4上的移动量将为x，其为第一反射表面1507和第二反射表面1508的移动量的两倍。

因为照射在第一反射表面1507上的第一光束L1来回透过衍射光栅两次，所以第一光束L1被衍射了两次。因此，第一光束L1的相位增加了2Kx的相位增量。

此外，由于第二反射表面1508移动了与第一反射表面1507相同的距离，所以类似于第一光束L1，照射在衍射光栅1004的第二反射表面1508上的第二光束L2的入射位置改变的距离与第一光束L1的相同。

这里，第一反射表面1507靠近于衍射光栅1004移动了2/x的距离，并且第二反射表面1508远离衍射光栅1004移动了x/2的距离。因此，由于第二光束透过衍射光栅1004，所述具有与第一光束L1的相位增量的符号相反的符号的相位增量被加至第二光束L2的相位。类似于第一光束L1，因为第二光束L2也来回透过了衍射光栅1004两次，所以第二光束L2被衍射了两次。因此，第二光束L2的相位增加了-2kx的相位增量。因此，第一光束L1和第二光束L2之间的相位差是4Kx。

换言之，以“Acos(4Kx+δ)”表示的干涉信号可以由第一光接收元件33和第二光接收元件34得到。此外，以“Acos(4Kx+δ’)”表示的干涉信号可以由第三光接收元件35和第四光接收元件36得到。因此，透过第十三实施方式的位移检测装置1501，可以实现高达第九实施方式的位移检测装置1001的两倍的分辨率。

与第九实施方式的位移检测装置1001类似，在位移检测装置1501中，例如，衍射光栅1004的光栅栅距Λ设定为0.5515μm，波长λ设定为780nm，并且衍射光栅1004的入射角和衍射角被设定为45度。这里的描述基于其中待测块1503在高度方向上移动了0.5515μm（其相等于衍射光栅1004的光栅栅距Λ）的示例而进行。

当待测块1503在高度方向上移动了0.5515μm的距离时，第一光束L1和第二光束L2将在衍射光栅1004上移动多达0.5515μm的两倍的距离，其相等于两个栅距。此外，第一光束L1和第二光束L2被衍射了两次。此外，因为符号彼此相反的两个相位增量被分别加至第一光束L1和第二光束L2，第一光束L1和第二光束L2之间的相位差是8Kx。换言之，得到的信号的一个周期变成0.5515μm/8（=0.0689μm）。

通过具有上述构造的位移检测装置1501，可以实现与第一实施方式的位移检测装置1和第九实施方式的位移检测装置1001相同的优点。

随后，将参考图29A在以下描述第十三实施方式的位移检测装置1501中使用的待测块的示例。

图29A是示出了待测块的示例的平面图，以及图29B是示出了待测块的另一示例的平面图。

图26A中所示的待测块1503A包括第一反射镜1511和第二反射镜1512，其中第一反射镜1511具有第一反射表面1507，第二反射镜1512具有第二反射表面1508。第一反射镜1511和第二反射镜1512由粘附剂或固定螺钉固定至连接片1506。第一反射镜1511的第一反射表面1507和第二反射镜1512的第二反射表面1518基本上互相平行。

因为待测块1503A仅通过将两个反射镜1511、1512附至连接片1506构成，所以使整个块小型化是容易的。

图29B中所示的待测块1503B由在块片（block piece）1513中形成矩形的凹槽1509形成。第一反射镜1511被固定在块片1513中形成的凹槽1509的一个表面1513a上，并且第二反射镜1512被固定在凹槽1509的另一表面1513b上，其中另一表面1513b面向一个表面1513a。

具有前述构造的待测块1503B可以通过在待测构件中形成凹槽1509，并且将两个反射镜1511、1512安装在凹槽1509的内壁上构成。

16-2.根据第十四实施方式的位移检测装置

随后，将参考图30在以下描述根据本发明的第十四实施方式的位移检测装置1601。

图30是示意性地示出了根据第十四实施方式的位移检测装置1601的构造的示图。

如图30所示，与第十三实施方式的位移检测装置1501类似，第十四实施方式的位移检测装置1601包括安装于待测构件上的光学系统块1602和待测块1603。

与图1至图14B中所示的第一至第八实施方式的位移检测装置1、101、201、301、401、501、600、700类似，在第十四实施方式的位移检测装置1601中，在光学系统块中使用了反射型衍射光栅4。此外，与图10中所示的第四实施方式的位移检测装置301类似，光学系统块1602包括透镜11、光束分离部3、衍射光栅4、第一偏振光束分离器18和第二偏振光束分离器19，其中第一偏振光束分离器18和第二偏振光束分离器19构成光接收部8。

来自光源2的光经由光供应光纤302照射在透镜11上。由第一偏振光束分离器18分离的光经由第一光接收光纤303和第二光接收光纤304供应至第一光接收元件33和第二光接收元件34。此外，由第二偏振光束分离器19分离的光经由第三光接收光纤305和第四光接收光纤306供应至第三光接收元件35和第四光接收元件36。

通过这种配置，作为热源的光源2可以与光学系统块1602分离。此外，因为可以在与光学系统块1602分离的位置进行光源2以及第一至第四光接收元件33至36的维护，可工作性可得以改善。

此外，通过将热源与光学系统块1602分离，光学系统块1602的温度的上升被抑制，并因此可以进行稳定的测量。此外，通过使第一至第四光接收元件33至36接近于相对位置信息输出部10，外生噪声的影响可以被减小，并且因此可以增加响应速度。类似于第四实施方式的位移检测装置301，依照所需的目的，可以通过光纤只将光源2与光学系统块分离或者通过光纤只将光接收元件33至36与光学系统块分离。

对光学系统块1602安装待测块1603从而使光学系统元件1602的衍射光栅4的一个表面（即，所谓的衍射表面）基本上垂直于待测块1603的第一反射表面1607和第二反射表面1608。

此外，由光束分离部3分离的第一光束L1被第一反射表面1607反射从而入射在衍射光栅4上。类似地，第二光束L2被第二反射表面1608反射从而入射在衍射光栅4上。

当待测块1603在高度方向上移动时，第一反射片1604和第二反射片1605也将移动。因此，与第十三实施方式的位移检测装置1501类似，在第十四实施方式的位移检测装置1601中，符号彼此相反的两个相位增量被分别加至第一光束L1和第二光束L2。

所以，通过第十四实施方式的位移检测装置1601，如果衍射光栅4的光栅栅距相同，则可以实现高达第四实施方式的位移检测装置301的两倍的分辨率。

第十四实施方式的位移检测装置1601的其他部分的构造与第一实施方式的位移检测装置1和第十三实施方式的位移检测装置1501的相同，并因此在此省略其描述。对于具有上述构造的位移检测装置1601，也可以实现与第一实施方式的位移检测装置1和第十三实施方式的位移检测装置1501相同的优点。

16-3.根据第十五实施方式的位移检测装置

随后，将参考图31在以下描述根据本发明的第十五实施方式的位移检测装置1701。

图31是示意性地示出了根据第十五实施方式的位移检测装置1701的构造的示图。

如图31中所示，与第十三实施方式的位移检测装置1501类似，第十五实施方式的位移检测装置1701包括安装于待测构件上的光学系统块1702和待测块1703。

与第十二实施方式的位移检测装置1401类似，光学系统1702包括光源2、光束分离部3、透射型第一衍射光栅1004、透射型第二衍射光栅1044、光接收部8、相对位置信息输出部10、回反射镜1005以及中间反射镜1042。此外，待测块1703包括第一反射片1704和第二反射片1705，在它们之间夹置了光学系统块1702的一部分，其中光学系统块1702的该一部分包括第一衍射光栅1004、中间反射镜1042、第二衍射光栅1044和回反射镜1005。

第十五实施方式的位移检测装置1701的其他部分的构造与第十二实施方式的位移检测装置1401和第十三实施方式的位移检测装置1501的相同，并因此在此省略其描述。换言之，第十五实施方式的位移检测装置1701通过将第十二实施方式的位移检测装置1401和第十三实施方式的位移检测装置1501组合而构成。

此外，第十五实施方式的第一光束L1由第一衍射光栅1004和第二衍射光栅1044来回衍射了四次。与第一光束L1类似，第二光束L2也由第一衍射光栅1004和第二衍射光栅1044来回衍射了四次。

当待测块1703在高度方向上移动了x/2的距离时，4Kx的相位增量被加至第一光束L1，并且-4Kx（其具有与被加至第一光束L1的4Kx的相位增量相反的符号）的相位增量被加至第二光束L2。因此，在第一光束L1和第二光束L2之间的相位差为8Kx。

结果，通过第十五实施方式的位移检测装置1701，可以实现高达第十三实施方式的位移检测装置1401的两倍的分辨率。

对于具有前述构造的位移检测装置1701，也可以实现与第一实施方式的位移检测装置1和第十三实施方式的位移检测装置1401的优点相同的优点。

第十三至第十五实施方式的位移检测装置1501、1601和1701可以通过例如以板簧连接光学系统块和待测块来检测板簧的位移。此外，可以通过在致动器中建造光学系统块和待测块来检测致动器的位移信息。

应理解，本发明不受上述和图中所示的实施方式限制，而且在不偏离本发明的要旨和范围的前提下，可以实现多种变形，由光源照射的光也可以经过液体或真空空间、而不是气体来供应。

此外，反射镜6（反射部）也可以与待测构件9的移动联动地移动。换言之，反射镜6（反射部）以与待测构件9在高度方向上的移动量相等的移动量移动。因此，与第十三至第十五实施方式的位移检测装置类似，在第一至第十二实施方式的位移检测装置中，具有与第一光束L1的位移增量符号相反的位移增量可以被加至第二光束L2。

Claims (14)

1.一种位移检测装置，包括：

用于发光的光源；

光束分离部，用于将从所述光源发出的光分离为入射在待测构件上的第一光束和用作参考光的第二光束；

衍射光栅，用于衍射由所述光束分离部分离并且由所述待测构件的待测表面反射的所述第一光束，并且使被衍射的所述第一光束再次入射至所述待测构件的待测表面上；

反射部，用于反射由所述光束分离部分离的所述第二光束；

光束结合部，用于将由所述衍射光栅衍射并且由所述待测表面再次反射的所述第一光束与由所述反射部反射的所述第二光束彼此叠加；

光接收部，用于接收由所述光束结合部叠加的所述第一光束和所述第二光束的干涉光；以及

相对位置信息输出部，用于基于由所述光接收部接收到的所述干涉光的强度，输出所述待测表面在高度方向上的位移信息。

2.根据权利要求1所述的位移检测装置，其中，所述第一光束在所述光束分离部和所述光束结合部之间通过所述衍射光栅的光路长度，以及所述第二光束在所述光束分离部和所述光束结合部之间通过所述反射部的光路长度被设定为彼此相等。

3.根据权利要求1或2所述的位移检测装置，其中，所述衍射光栅被配置为使得使其形成有光栅的表面与所述待测构件的待测表面垂直。

4.根据权利要求1或2所述的位移检测装置，其中，所述待测构件是在其待测表面上具有多个光栅的反射型衍射光栅尺。

5.根据权利要求4所述的位移检测装置，其中，所述待测构件的多个光栅覆盖有防护层，所述防护层由用于仅反射包括从所述光源照射的光的波长的特定波长的反射膜形成。

6.根据权利要求1或2所述的位移检测装置，其中，所述衍射光栅是透射所述第一光束的透射型衍射光栅。

7.根据权利要求6所述的位移检测装置，还包括：

回归反射部，用于将由所述衍射光栅衍射并且由所述待测构件的待测表面反射的所述第一光束反射至所述待测构件的待测表面从而使所述第一光束再次入射在所述衍射光栅上。

8.根据权利要求6或7所述的位移检测装置，其中，多个所述衍射光栅被配置所述第一光束在所述光束分离部和所述光束结合部之间的光路中。

9.根据权利要求6或7所述的位移检测装置，其中，透过所述衍射光栅透射并且被所述衍射光栅衍射的所述第一光束再次入射在所述待测构件的待测表面上的照射点不同于由所述光束分离部分离的所述第一光束入射在所述待测构件的待测表面上的照射点。

10.根据权利要求6或7所述的位移检测装置，其中，所述衍射光栅由体积全息图形成，所述体积全息图具有有着预定厚度的光栅部，其中所述光栅部的厚度被设定为光栅栅距的四倍以上。

11.根据权利要求1或2所述的位移检测装置，其中，所述衍射光栅是反射第一光束的反射型衍射光栅。

12.一种位移检测装置，包括：

多个位移检测部，用于在多个互相不同的任意点计算待测构件的待测表面在高度方向上的位移信息；以及

平均计算单元，用于计算由所述多个位移检测部计算的所述位移信息的平均值。

其中，所述多个位移检测部每个均包括：

用于发光的光源；

光束分离部，用于将从所述光源发出的光分离为入射在待测构件上的第一光束和用作参考光的第二光束；

衍射光栅，用于衍射由所述光束分离部分离并且由所述待测构件的待测表面反射的所述第一光束，并且使被衍射的所述第一光束再次入射至所述待测构件的待测表面上；

反射部，用于反射由所述光束分离部分离的所述第二光束；

光束结合部，用于将由所述衍射光栅衍射并且由所述待测表面再次反射的所述第一光束与由所述反射部反射的所述第二光束彼此叠加；

光接收部，用于接收由所述光束结合部叠加的所述第一光束和所述第二光束的干涉光；以及

相对位置信息输出部，用于基于由所述光接收部接收到的所述干涉光的强度，输出所述待测表面在高度方向上的位移信息。

13.根据权利要求12的位移检测装置，其中，所述多个位移检测部共用一个光源，并且光从共用的所述光源分配。

14.一种位移检测装置，用于检测待测构件的位移信息，所述待测构件包括第一反射表面和第二反射表面，其中所述第一反射表面和所述第二反射表面被配置为彼此面对且其间具有间隔，所述位移检测装置包括：

用于发光的光源；

光束分离部，用于将从所述光源发出的光分离为入射在所述待测构件的所述第一反射表面上的第一光束和入射在所述待测构件的所述第二反射表面上的第二光束；

衍射光栅，用于衍射由所述光束分离部分离并且由所述第一反射表面反射的所述第一光束、以及由所述光束分离部分离并且由所述第二反射表面反射的所述第二光束，使得被衍射的所述第一光束再次入射在所述第一反射表面上，并且使得被衍射的所述第二光束再次入射在所述第二反射表面上；

光束结合部，用于将由所述衍射光栅衍射并且由所述第一反射表面再次反射的所述第一光束与由所述衍射光栅衍射并且由所述第二反射表面再次反射的所述第二光束彼此叠加；

光接收部，用于接收由所述光束结合部叠加的所述第一光束和所述第二光束的干涉光；以及

相对位置信息输出部，用于基于由所述光接收部接收到的所述干涉光的强度，输出所述待测构件的位移信息。

Images