CN107462159B - 位移检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种即使在衍射光栅向测量方向以外的方向发生了位移或发生了倾斜的情况下也能够减少测量误差的位移检测装置。位移检测装置(1)具备照射光的光源(2)、光束分割部(3)、衍射光栅(4)、衍射光反射部(6)、校正透镜(7)、光束耦合部(9)以及光接收部(8)。衍射光反射部(6)使第一光束(L1)和第二光束(L2)以与衍射光栅(4)的测定面的一面垂直且相互平行的方式反射。校正透镜(7)配置在衍射光反射部(6)与衍射光栅(4)之间。

Description

位移检测装置
技术领域
本发明涉及一种使用了光栅干涉仪的位移检测装置。
背景技术
以往，作为进行直线位移、旋转位移的精密测定的测定器，广泛使用了利用形成有周期性的明暗、凹凸的光栅及LED等光源来以光学方式进行位移测量的装置。近年来，以半导体制造装置为中心寻求一种能够进行1nm以下的位移的测量的被高分辨率化的位移检测装置。
作为以往的这种位移检测装置，例如有专利文献1所记载的那样的装置。在该专利文献1所记载的位移检测装置中，使从光源照射的光向衍射光栅垂直地入射，生成了两个衍射光。并且，使该衍射光再次向衍射光栅照射，生成了两次衍射后的衍射光。然后，使两个两次衍射后的衍射光叠加进行干涉，得到了干涉光。然后，通过光接收元件接收干涉光，来检测衍射光栅的位移。
专利文献1：日本特开2012-2787号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而，在以往的专利文献1所记载的位移检测装置中，具有以下问题：在衍射光栅向测量方向以外的方向产生位移或发生了倾斜的情况下，产生测量误差。
考虑上述的问题点，本发明的目的在于提供一种即使在衍射光栅向测量方向以外产生了位移或发生了倾斜的情况下也能够减少测量误差的位移检测装置。
用于解决问题的方案
为了解决上述问题并达成本发明的目的，本发明的位移检测装置具备光源、光束分割部、衍射光栅、第一反射镜、第二反射镜、衍射光反射部、校正透镜、光束耦合部以及光接收部。光源用于照射光。光束分割部将从光源射出的光分割为第一光束和第二光束。衍射光栅使由光束分割部分割得到的第一光束和第二光束衍射。第一反射镜使由光束分割部分割得到的第一光束以规定的角度向衍射光栅入射。第二反射镜使由光束分割部分割得到的第二光束以规定的角度向衍射光栅入射。衍射光反射部使由衍射光栅衍射后的第一光束和第二光束反射，并再次向衍射光栅入射。校正透镜配置在衍射光反射部与衍射光栅之间。光束耦合部将由衍射光栅再次衍射后的第一光束和第二光束叠加。光接收部接收由光束耦合部叠加后的第一光束和第二光束的干涉光。衍射光反射部被配置为，衍射光反射部的反射面与衍射光栅的测定面平行。而且，校正透镜被配置为，校正透镜的中心轴与衍射光栅的测定面垂直。
发明的效果
根据本发明的位移检测装置，即使衍射光栅倾斜而其姿势发生了变化，也能够减少测量误差。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式例所涉及的位移检测装置的结构的概要结构图。
图2是表示本发明的第一实施方式例所涉及的位移检测装置中的衍射光栅的一例的图。
图3是表示本发明的第一实施方式例所涉及的位移检测装置的相对位置检测器的框图。
图4是表示本发明的第一实施方式例所涉及的位移检测装置中的从光束分割部到光接收部的光路长度的说明图。
图5是表示本发明的第一实施方式例所涉及的位移检测装置中的校正透镜的作用的说明图，是表示衍射光栅发生了倾斜的状态的说明图。
图6是表示本发明的第一实施方式例所涉及的位移检测装置中的校正透镜的作用的说明图，是表示衍射光栅发生了倾斜的状态的说明图。
图7是表示本发明的第一实施方式例所涉及的位移检测装置中的校正透镜的作用的说明图，是表示衍射光栅沿高度方向发生了移动的状态的说明图。
图8是表示本发明的第一实施方式例所涉及的位移检测装置中的校正透镜的作用的说明图，是表示衍射光栅发生了倾斜且沿高度方向发生了移动的状态的说明图。
图9是表示本发明的第一实施方式例所涉及的位移检测装置中的校正透镜的作用的说明图。
图10是表示本发明的第一实施方式例所涉及的位移检测装置中的校正透镜的作用的说明图。
图11是表示校正透镜的光轴相对于衍射光栅的测定面发生了倾斜的光学系统的说明图，是表示衍射光栅发生了倾斜的状态的说明图。
图12是表示校正透镜的光轴相对于衍射光栅的测定面发生了倾斜的光学系统的说明图，是表示衍射光栅倾斜且沿高度方向发生了移动的状态的说明图。
图13是表示校正透镜的光轴相对于衍射光栅的测定面发生了倾斜的光学系统的说明图。
图14是表示校正透镜的光轴相对于衍射光栅的测定面发生了倾斜的光学系统的说明图。
图15是表示校正透镜的光轴相对于衍射光栅的测定面发生了倾斜的光学系统的说明图。
图16是将图15的主要部分放大表示的说明图。
图17是将图16的主要部分放大表示的说明图。
图18是表示本发明的第一实施方式例所涉及的位移检测装置中的衍射光栅发生了倾斜的情况下的光路长度差的曲线图。
图19是表示衍射光栅发生了倾斜的情况下的光路长度差的曲线图，是表示衍射角度9°的例子的曲线图。
图20是表示本发明的第一实施方式例所涉及的位移检测装置中的到达光接收部的不需要的光的光路的说明图。
图21是表示多模式的半导体激光器的特性的可见度(干涉强度)曲线图。
图22是表示本发明的第二实施方式例所涉及的位移检测装置的结构的概要结构图。
图23是表示本发明的第二实施方式例所涉及的位移检测装置中的从光束分割部到光接收部的光路长度的说明图。
图24是表示本发明的第三实施方式例所涉及的位移检测装置的结构的概要结构图。
图25是表示本发明的第三实施方式例所涉及的位移检测装置中的从光束分割部到光接收部的光路长度的说明图。
图26是表示本发明的第三实施方式例所涉及的位移检测装置中的到达光接收部的不需要的光的光路的说明图。
图27是表示本发明的第四实施方式例所涉及的位移检测装置的结构的概要结构图。
图28是表示本发明的第四实施方式例所涉及的位移检测装置中的从光束分割部到光接收部的光路长度的说明图。
图29是表示本发明的第四实施方式例所涉及的位移检测装置中的到达光接收部的不需要的光的光路的说明图。
图30是表示本发明的第四实施方式例所涉及的位移检测装置中的光学系统的制造方法的说明图。
图31是示意性地表示本发明的第五实施方式例所涉及的位移检测装置的结构的立体图。
图32是表示本发明的第五实施方式例所涉及的位移检测装置的结构的概要结构图。
图33是表示本发明的第五实施方式例所涉及的位移检测装置中的衍射光栅的一例的图。
附图标记说明
1：位移检测装置；2：光源；3：偏振光分束器(光束分割部)；4、4A：衍射光栅；4a：栅格；4aA：突起；4b、4bA：基板(光栅面)；6：反射镜(衍射光反射部)；7：校正透镜；8：光接收部；9：偏振光分束器(光束耦合部)；10：相对位置检测器；11：透镜；13：第一反射镜；14：反射镜(耦合反射镜)；18：第二反射镜；19：1/2波片(耦合侧相位板)；22：1/4波片(第一光接收侧相位板)；23：无偏振光分束器；24：偏振光分束器；25：偏振光分束器；33、34、35、36：光电二极管；48：1/4波片(光路调整部)；71：第一光学系统；72：第二光学系统；73：第三反射镜；77：第四反射镜；79：偏振光分束器(第二光束耦合部)；80：第二光接收部；81：第二相对位置检测器；82：运算部。
具体实施方式
以下，参照图1～图33说明本发明的位移检测装置的实施方式例。此外，对各图中相同的构件附加相同的附图标记。另外，本发明并不限定于以下的方式。
另外，以下的说明中所记载的各种透镜可以是单透镜，也可以是透镜组。
1.第一实施方式例
1-1.位移检测装置的结构例
首先，按照图1～图3说明本发明的位移检测装置的第一实施方式例(以下称为“本例”。)的结构。
图1是表示位移检测装置的结构的概要结构图，图2是表示位移检测装置的衍射光栅的一例的图，图3是表示位移检测装置中的相对位置检测器的概要结构的框图。另外，图4是表示位移检测装置的光路长度的说明图。
本例的位移检测装置1是用于检测衍射光栅的一个方向的位移、在图1的情况下是X方向的位移的装置。
以下，使用图1～图4进行说明。
从光源2射出的发散的光束通过透镜11被变换为准直光束。作为光源2，使用多模式的激光二极管、超辐射发光二极管等虽是可干涉光源但可干涉距离比较短的光源。但是，光源并不限定于这些特定种类的光源。在此所说的可干涉距离是指干涉光强度相对于峰值下降为大致1/e2以下时的光束的光路长度差。
作为光源的位置，可以放置于图1所示的光源2的位置处，也可以为了避免光源的发热的影响，而将光源设置在距离较远的场所，使用光纤来传播光，从而将光纤的出射端放置于图1所示的光源2的位置处。此时，经光纤射出的发散的光束也通过透镜11被变换为准直光束。在来自光源的光束是线偏振光的情况下，光纤使用偏振保持光纤等能够保持偏振面的光纤。
通过透镜11变换为准直光束的光线向由偏振光分束器3构成的光束分割部入射。在从光源2射出的光是线偏振光的情况下，使得入射光的偏振方向相对于偏振光分束器的透射偏振方向(P偏振光)成为45°。在将从光源2射出的线偏振光的光使用1/4波片变换为圆偏振光的情况、出射光原本是无偏振光、圆偏振光的情况下，不需要使光源的围绕光轴的角度为特定的方向。在任一情况下都通过偏振光分束器3以强度比1:1向透射侧和反射侧分割光线。
向偏振光分束器3的反射侧射出的S偏振光的光束L1通过1/4波片12被变换为圆偏振光。光束L1由反射镜13反射并以满足[式1]的角度向衍射光栅4入射。
[式1]
Figure GDA0002679562100000061
Λ：栅格间距λ：入射光的波长
θ：入射角度(在从光栅的法线朝向光线测量角度时，将逆时针方向设为正)
光束1通过衍射光栅4进行衍射，从而-1阶光向与衍射光栅4的光栅面垂直的方向射出。
图2的B表示衍射光栅4的截面结构。成为突起构造4a在基板4b上沿x方向以固定的周期Λ排列而成的结构。另外，如图2的A所示，突起构造4a为保持相同的截面形状并沿与x轴垂直的方向延伸而成的结构。将突起构造4a的截面形状最优化使得±1衍射光的强度成为最大。
向偏振光分束器3的透射侧射出的P偏振光的光束L2穿过放置在偏振光分束器3与偏振光分束器16之间的1/2波片15，并从P偏振光被变换为S偏振光。变换为S偏振光的光束L2被偏振光分束器16反射，穿过1/4波片17并被变换为圆偏振光。光束L2被反射镜18反射并以满足[式2]的角度向衍射光栅4入射。
[式2]
Figure GDA0002679562100000071
光束L2通过衍射光栅4进行衍射，从而+1阶光向与衍射光栅4的光栅面垂直的方向射出。
使光束L1与光束L2的在衍射光栅4上的入射点大致为同一点。在图1中，为了分开说明光束1和光束2的光路，而以光束1与光束2在衍射光栅4的入射点不同的方式进行了图示，但是使入射点尽可能地接近。
偏振光分束器3、偏振光分束器16、反射镜13、18被配置为光束2的从偏振光分束器3的分割面到反射镜6的光路长度(L4+L5+L6+L7)比光束1的从偏振光分束器3的分割面到反射镜6的光路长度(L1+L2+L3)长ΔL。(参照图4)
使光束1和光束2垂直地相对于竖立的轴左右对称地向衍射光栅4的光栅面入射。因而，由于L1＝L5、L2＝L6、L3＝L7，因此成为L4＝ΔL。在此所说的光路长度不是简单的距离，而是将光线经过的距离乘以光线所穿过的物质的折射率得到的。光路长度差能够通过偏振光分束器3与偏振光分束器16的间隔来调整。
通过衍射光栅4衍射的光束1和光束2以大致重叠的状态穿过在衍射光栅发生了倾斜的情况下对光束1、光束2的光路进行校正的校正透镜7，通过由反射镜6构成的衍射光反射部反射并在原来的光路上返回。使透镜7的中心轴与衍射光栅4的光栅面垂直，并与光束1、光束2的从反射镜13、反射镜18到衍射光栅4的光路的对称轴一致。
另外，配置为透镜7的一个焦点位置位于衍射光栅4的光栅面上、另一个焦点位置位于反射镜6的反射面上。(在后面记述透镜7的功能)
光束1通过衍射光栅4再次衍射后穿过1/4波片12。光束2通过衍射光栅4再次衍射后穿过1/4波片17。
再次穿过1/4波片12的光束1从圆偏振光被变换为P偏振光并穿过偏振光分束器3，由反射镜14反射并穿过配置在反射镜14与偏振光分束器9之间的1/2波片19，从P偏振光被变换为S偏振光。变换为S偏振光的光束1被由偏振光分束器9构成的光束耦合部反射而朝向光接收部8。
另一方面，再次穿过1/4波片17的光束2从圆偏振光被变换为P偏振光，穿过偏振光分束器16和偏振光分束器9并朝向光接收部8。
反射镜14和偏振光分束器9配置为，光束1的从偏振光分束器3的分割面到偏振光分束器9的分割面的光路长度(L8+L9)比光束2的从偏振光分束器16的分割面到偏振光分束器9的分割面的光路长度(L10)长ΔL(L8+L9＝L10+ΔL)。光路长度差能够利用反射镜14与偏振光分束器9的间隔来调整。
基于以上内容，光束1的从被偏振光分束器3的分割面分割起直到通过偏振光分束器9的分割面而与光束2叠加为止的光路长度和光束2的从被偏振光分束器3的分割面分割起直到通过偏振光分束器9的分割面而与光束1叠加为止的光路长度相等(2×L1+2×L2+2×L3+L8+L9＝L4+2×L5+2×L6+2×L7+L10)。
从上述的说明可知，通过偏振光分束器9的分割面叠加后的光束1与光束2的光路长度相等。
叠加后的光束1和光束2穿过透镜21，进行会聚使得光束在光电二极管33、34、35、36上成为适当的大小。
在穿过透镜21之后，光束1和光束2穿过光学轴相对于偏振方向倾斜45°的1/4波片22，被变换为偏振面向彼此相反的方向旋转的圆偏振光。
另外，光束1和光束2由于通过衍射光栅4进行了两次衍射，因此在衍射光栅4沿x方向发生了移动的情况下，相位分别变化+2Kx、-2Kx。(K＝2π/Λ：光栅常数)
将彼此逆向旋转的圆偏振光的光叠加后的光能够视为按两个光的相位差旋转的线偏振光的光。因而，在穿过1/4波片22之后，叠加后的光束能够视为当衍射光栅移动x时偏振面旋转2Kx(弧度)的线偏振光。
叠加后的光束通过无偏振光分束器23进行分割，一方朝向偏振光分束器24，另一方朝向偏振光分束器25。
通过偏振光分束器24将光束分割为S偏振光成分和P偏振光成分，S偏振光成分由光电二极管33接收，P偏振光成分由光电二极管34接收。
当将由光电二极管33、光电二极管34接收的光量设为I33、I34时，成为以下那样。
[式3]
Figure GDA0002679562100000091
Figure GDA0002679562100000092
δ为初始相位。
当衍射光栅4沿x方向移动时，能够获得呈正弦波状变动的干涉信号。从光电二极管输出与其成比例的电流信号。可知，从光电二极管33、光电二极管34获得的信号为相位相差180°的反转信号。
由无偏振光分束器23分割得到的另一方的光束向绕光轴旋转了45°的偏振光分束器25入射。通过偏振光分束器25将光束分割为S偏振光成分和P偏振光成分，S偏振光成分由光电二极管35接收，P偏振光成分由光电二极管36接收。
当将由光电二极管35、光电二极管36接收的光量设为I35、I36时，成为以下那样。
[式4]
Figure GDA0002679562100000101
Figure GDA0002679562100000102
I33和I34为SINθ对，与此相对地，I35和I36为相位偏移了90°的COSθ对。I33和I34、I35和I36成为彼此的反转信号，通过进行减法能够消除信号的直流成分的变动。另外，通过进行减法生成相位偏移了90°的SINθ、COSθ的一对信号，因此能够通过众所周知的方法辨别衍射光栅4向x方向的左右哪一侧发生了移动。
这些信号为当衍射光栅4沿x方向移动Λ/4时则产生一个周期的变动的信号，但是通过基于SINθ、COSθ信号计算θ＝Atanθ，能够准确地检测比Λ/4更小的位移量。
将来自光电二极管33、34、35、36的信号发送到相对位置检测器10。
接着，使用图3说明相对位置检测器10的动作。
在相对位置检测器10中，将来自光电二极管33、34、35、36的信号进行电流电压变换。当将电流电压变换后的电压信号分别设为V33、V34、V35、V36时，通过第一差动放大器61a生成(V33-V34)×α的信号，通过第二差动放大器61b生成(V36-V35)×β的信号。倍增率α、β以使放大后的两个信号的振幅相等的方式且与后级的A/D变换器的可输入范围相应地进行设定。
进行差动放大得到的两个信号通过A/D变换器62a、62b而从模拟的SIN、COS信号被数值化为数字信号，通过波形校正处理部63对该数字信号进行运算处理。在波形校正处理部63、增量信号发生器64中，通过嵌入有DSP的可编程逻辑设备等进行运算，对由于模拟信号的波动引起的SINθ信号、COSθ信号的振幅变动、偏移变动以及相位变动进行校正。通过基于校正后的信号求θ＝Atanθ，能够生成更准确的标尺的位置信息，并产生需要形式的增量信号。另外，也能够通过运算去除由于事先获取的衍射光栅的光栅周期的变动而产生的误差之后产生增量信号。
关于波形校正的方法，在日本特开平06-167354号公报中记述了具体的结构例，关于增量信号的产生方法，在日本特开平08-201110号公报中记述了具体的结构例。
接着，使用图5至图10说明对光束1、光束2的光路进行校正的透镜7的效果和衍射光与光栅面垂直地射出的效果。
在不存在透镜7的情况且衍射光栅4发生了倾斜的情况下，光束1和光束2的光路发生变化，两个光束的重叠偏移，因此干涉信号的最大值、最小值的差(以下为振幅)变小。如果干涉信号的振幅变小，则导致相对位置检测器10中使用的电压信号的S/N比下降。另外，两个光束的光路长度差由于光路的变化而变化，因此干涉信号也由于该情形而产生变化。由于该变化与衍射光栅4沿X轴方向发生了位移的情况下的变化无法区分，因此在X轴方向的位移的测量中作为误差而出现。
在本例1中，如图6那样以一个焦点位置位于衍射光栅4的光栅面上、另一个焦点位置位于反射镜6的反射面上的方式配置透镜7。由此，具有以下的效果：即使在衍射光栅4发生了倾斜的情况下，也如日本特开2012-2787号所记述的那样，通过偏振光分束器9叠加的光束1和光束2不产生较大的偏移，因此能够大幅地抑制干涉信号的振幅下降。使用图5、图6说明这一点。
当衍射光栅4倾斜时，如图5中的那样，衍射光如斜线所示的光线那样倾斜。图6的点划线表示衍射光栅4没有倾斜的情况下的光束的光轴，虚线表示衍射光栅4发生了倾斜的情况下的光束的光轴。由于透镜7的一个焦点位于衍射光栅4上，因此即使在衍射光栅4发生了倾斜的情况下，穿过透镜7后的衍射光的光轴也始终与反射镜6垂直，在反射镜6的反射前后，光路不产生偏移。另外，点划线与虚线的光路长度由于透镜的作用而始终相等，因此可知不产生由于衍射光栅4的倾斜而引起的光路长度的变化。
另外，从图5可知，由于透镜7的另一个焦点位于反射镜6的反射面上，因此穿过了透镜7的平行光束在反射镜6的反射面上被会聚于一点，在被反射镜6反射前后，光束的形状不产生变化。
以上仅记述了光束1的例子，但是光束2与光束1相对于透镜7的中心轴是对称的，因此能够同样应用以上的说明，可知光束2也不产生由于衍射光栅4的倾斜而引起的光路的偏移和光路长度的变化。光束1、光束2均不会由于衍射光栅4的倾斜而产生光路的偏移和光路长度的变化，因此可知即使在衍射光栅4发生了倾斜的情况下，由光接收部8接收的干涉信号也不产生变化，因此不产生误差。
并且，基于透镜7的中心轴与衍射光栅4的光栅面垂直以及衍射的方向与光栅面垂直的情形，产生以下效果。
衍射光栅4沿上下方向发生了变动的情况如图7那样第一次向衍射光栅4入射的入射点、第二次向衍射光栅4入射的入射点均移动至从透镜7的中心轴发生了偏移的位置。(在该图中，为了进行说明分别图示了光束1和光束2)当向衍射光栅4的入射点偏移时，衍射光的相位变化与偏移量Δx相应的-4KΔx，但是由于透镜7被配置为一个焦点位置位于衍射光栅4的光栅面上、另一个焦点位置位于反射镜6的反射面上，因此将
Figure GDA0002679562100000121
视为一个光学系统的情况下的横向倍率为1倍，因此如图12那样，在回来的光路中，入射点相对于透镜7的中心轴左右对称地移动相同的距离。由此，往返的相位偏移相互抵消，不产生光束的相位变化。另外，由于衍射光栅4的上下方向的移动，而光路长度变长或变短，但是看图7即可知，由于光束1与光束2的光路长度变化相同的量，因此由光接收部8接收的干涉信号不产生变化，因此不产生误差。
衍射光栅4沿上下方向发生了移动并且发生了倾斜的情况如图8的斜线部分那样光路发生变化。当将图6的光束如图9那样将往返的光线汇总在一起进行考虑时，如果衍射光栅4上下方向的移动收敛于透镜7的焦深的范围内，则能够认为以粗点划线为光轴的平行光线等同于聚焦于反射镜6的反射面上，因此从透镜的作用可知，在粗虚线范围内，光线的光路长度大致相等。
表示衍射光栅4从该状态发生了倾斜的状态的是图10。该情况也与图9同样地将往返的光束汇总在一起而考虑为以粗的点划线为光轴的一个光束。当将其与图6进行比较时，在图10的表示光轴的粗点划线与图6的虚线同样地在穿过透镜7后保持与反射镜6的反射面垂直的状态的范围内，能够同样地应用图5、图6中所说明的内容。
但是，可知在图10的情况下，衍射光栅4的光栅面的位置偏离透镜7的焦点位置，因此误差不为0，但是图9的粗虚线内的光线的光路长度与图10的粗虚线内的光线的光路长度大致相等。因而，可以说图10的衍射光栅4倾斜前的光束与衍射光栅4倾斜后的斜线部分所示的光束的光路长度大致相等。由此，由光接收部8接收的干涉信号的变化非常小，与不采用上述说明的结构的情况相比，大幅地降低衍射光栅4上下移动且倾斜时的误差。
通过满足透镜7的中心轴与衍射光栅4的光栅面垂直以及衍射的方向与光栅面垂直这两者而产生以上记述的效果。并不需要衍射的方向与光栅面完全垂直，但是衍射方向越是与垂直相偏离，则透镜7的非轴像差(non-axial aberration)的影响越大，因此为了进一步减少误差的产生，更期望衍射方向接近于垂直。
以下，使用图11至图17说明在透镜7的中心轴和衍射光的方向相对于光栅面倾斜而非与光栅面垂直的情况下在衍射光栅4上下移动且倾斜时产生较大的误差的理由。
图11表示第一次的衍射光向相对于光栅面倾斜的方向射出而不是向与光栅面垂直的方向射出的情况。透镜7的中心轴为了与衍射光的光轴一致，而相对于衍射光栅的光栅面倾斜而不是与光栅面垂直。在该情况下，光束1和光束2通过衍射光栅4衍射后的光路不同，因此各需要一个透镜7。
图中斜线部分所示的是衍射光栅4倾斜时的光路。使透镜7的一个焦点位置与衍射光栅4的光栅面一致，使另一个焦点位置与反射镜6的反射面一致。在该情况下，即使衍射光栅4倾斜，也不产生光路长度的变化、第二次的衍射光的光路也不产生偏移。其理由与图5、图6中所说明的相同。
衍射光栅4沿上下方向发生了变动的情况也能够大致原样地应用图7中说明的内容，入射点的移动所引起的相位变化被抵消，光束1和光束2的光路长度变化相同的量，因此由光接收部8接收的干涉信号不产生变化。
衍射光栅4沿上下方向发生了移动并且发生了倾斜的情况如图12的斜线部分那样光路发生变化。当如图13那样将往返的光束汇总在一起进行考虑时，与图9中说明的内容同样地，如果衍射光栅4上下方向的移动收敛于透镜7的焦深的范围内，则能够认为粗虚线内的光线的光路长度大致相等。当同样地考虑衍射光栅4从该状态发生了倾斜的状态时，图14的粗线内的光线的光路长度与图10的说明时同样地能够认为大致相等。
但是，该光线的光路长度与衍射光栅4倾斜前的光路长度不同。图15仅表示图14的汇总在一起的光线的虚拟光轴，图16是将图15的圆形包围的部分放大的图。从图16可知，通过衍射光栅4上下移动，透镜7的中心轴与衍射光栅4的旋转中心产生偏移，光路变长了图16的圆形部分放大后的图17的粗线部分的量。该图表示光束1的情形，但是能够容易地理解光束2的光路相反地变短。因而，在衍射光栅4沿上下方向发生了移动并且发生了倾斜的情况下，可知光束1与光束2的光路长度产生较大的差，由光接收部8接收的干涉信号也产生较大的变动，并产生较大的误差。
如果透镜7的中心轴与衍射光栅4的光栅面垂直，则即使衍射光栅4沿上下方向发生了移动，衍射光栅4的旋转中心与透镜7的中心轴也始终一致，因此不产生如上述那样的误差。
基于以上内容，可知在衍射光栅4沿上下方向发生了移动并且发生了倾斜的情况下，为了极力减小伴随该情况产生的误差，需要使透镜7的中心轴与衍射光栅4的光栅面垂直且第一次的衍射光向与光栅面垂直的方向射出。
图18、图19表示在透镜7使用焦距6.3mm的透镜并将衍射光栅4的周期设为1μm、将光源2的波长设为790nm时通过模拟计算衍射光栅4发生了倾斜的情况下的光束1与光束2的光路长度差得到的结果。图中的衍射角度是指衍射光栅4的法线与衍射光之间的角度。在该模拟中，使透镜7的中心轴与衍射光的光轴一致。
从图18可知，在衍射角度为0°(向与光栅面垂直的方向衍射)的情况下，在由于ΔZ(标尺的上下方向的移动)的增加而衍射光栅4发生了倾斜时产生了少许的光路长度差，但是与图19的衍射角度为9°的情况相比，则可知产生的光路长度差非常小。可知在数量上被降低为约1/8。因而，从模拟结果也显然可知如下的效果：透镜7的中心轴与衍射光栅4的衍射面垂直，衍射光向与光栅面垂直的方向射出。
接着，说明如下的效果：配置为与从偏振光分束器3的分割面到反射镜6的光路长度(L1+L2+L3)相比，光束2的从偏振光分束器3的分割面到衍射光栅4的光路长度(L4+L5+L6+L7)变长ΔL，配置为光束1的从偏振光分束器3的分割面到偏振光分束器9的光路长度(L8+L9)比光束2的从偏振光分束器16的分割面到偏振光分束器9的分割面的光路长度(L10)变长ΔL。
如图20所示，作为±1阶的衍射光的光束1和光束2以外的衍射次数的光也到达光接收部8。这些光本来是不需要的，这些不需要的光之间、或者不需要的光与光束1和光束2发生干涉的情况下全部成为噪声，使从光束1与光束2的干涉得到的SIN、COS信号畸变，成为通过内插SIN、COS信号来获得位置信息的情况下的误差要因。
因此，在实施例1中，对不需要的光之间、不需要的光与光束1和光束2的光路长度设置差，并设定为该差为光源的可干涉距离以上，由此抑制了这些光之间的干涉。关于不发生干涉而仅是到达光接收部的不需要的光，通过之前说明的61a、61b的差动放大器而被去除。
表1中表示各衍射光之间的光路长度的差。
[表1]
Figure GDA0002679562100000161
在表中的项目栏中，写着+1阶、-1阶的表示是第一次的衍射为+1阶、第二次的衍射为-1阶的光线。例如+1阶、-1阶与-1阶、+1阶相交叉的栏中的2ΔL表示该两个光线的光路长度差。n为整数，对应0阶光在衍射光栅4与反射镜7之间反复反射的情形。
从该表可知，如果ΔL和L3满足以下的所有条件，则各衍射光之间的光路长度差为可干涉距离Δl以上。
[式5]
ΔL＞Δl
2L3＞Δl
|ΔL-2nL3|＞Δl
|2(ΔL-nL3)|＞Δl
n为由表中对应的衍射光在衍射光栅4与反射镜6之间反复往返的反射光直到充分衰减为止的反射次数。例如第一次和第二次的衍射均为+1阶的光束的从偏振光分束器3的分割面到偏振光分束器9的分割面的光路长度为2L1+2L2+2L3+L8+L9，但是在第二次向衍射光栅入射时也产生单纯的反射光(0阶光)，该光朝向反射镜6再次向衍射光栅入射，以后重复相同的过程。基于该情形，当将由反射镜6反射的反射次数设为n次时，之前的光路长度为2L1+2L2+2nL3+L8+L9。表中的n表示该反射次数。在n＝3时与其它衍射光发生了干涉的情况下的干涉光强度衰减为收敛于容许范围内的程度的情况下，n＝1、2、3时满足上式。
从上述可知，通过配置为光束1的从偏振光分束器3的分割面到偏振光分束器9的分割面的光路长度(L8+L9)比光束2的从偏振光分束器16的分割面到偏振光分束器9的分割面的光路长度(L10)长ΔL，能够对不需要的光之间、不需要的光与光束1和光束2的光路长度设置光源2的可干涉距离以上的差，同时也需要将L3设定为固定的长度。
在上述中，关于+2阶光和-2阶光，光路长度相等，无法抑制干涉，但是干涉光的相位变化为4KΔx并和光束1与光束2的相位变化为同相，因此作为信号畸变的要因而言影响小。
在多模式的半导体激光器等具有多个振荡频率波峰的光源的情况下，如图21那样在相干曲线中出现多个波峰。曲线图的纵轴为干涉光的可见度，横轴为光路长度差。在这样的光源的情况下，[式5]的ΔL、2L3、|ΔL-2nL3|、|2(ΔL-nL3)|如图中的箭头那样进入波峰与波峰间的波谷的部分、或者需要取不出现波峰的较大的光路长度差(ΔL>>40mm)。
以上示出了通过将ΔL和L3设为特定的大小而能够抑制不需要的干涉的情形。
接着，记述通过偏振光分束器9的分割面叠加的光束1与光束2的光路长度相等的效果。
在实施例1中，使用可干涉距离比较短的光源2，但是在光束1与光束2的光路长度相等的情况下，能够在可见度曲线的波峰时发生干涉并得到较大的振幅的干涉信号。
反过来说，通过调整反射镜14与偏振光分束器9的间隔使得光束1与光束2的干涉信号的振幅最大，也能够使光束1与光束2的光路长度相等。
通过使光路长度相等，能够消除由于光源的波长变动而产生的误差。在实施例1的情况下，在通过偏振光分束器9的分割面将光束1与光束2叠加后的光路长度存在Δa的差时，当光源的波长变化Δλ时，产生下述的ΔE的误差。
[式6]
Figure GDA0002679562100000181
Δλ由于光源的温度、气压、湿度的变化而产生，因此在Δa不为0的情况下，由于这些变动而产生ΔE，测定结果产生误差。相反，如果Δa＝0，则能够进行不受这些变动影响的稳定的测定。
2.位移检测装置的第二实施方式例
本例的位移检测装置40是用于检测衍射光栅的一个方向的位移的装置。图22的情况是用于检测X方向的位移的装置。以下，使用图22、图23进行说明。在以下的说明中，与第一实施方式例重复的部分省略说明。
光源的种类、位置以及将从光源2射出的光束通过透镜11变换为准直光束、通过由偏振光分束器3构成的光束分割部进行分割而一方的光束1通过衍射光栅4进行衍射并再次回到偏振光分束器3为止的光路与第一实施方式例相同。
返回来的光束1穿过偏振光分束器3，被反射镜14反射并通过1/2波片45从P偏振光变换为S偏振光，被偏振光分束器49反射并朝向1/4波片48。1/4波片48的背面为反射面，光束1被该面反射，返回到偏振光分束器49。光束1两次穿过1/4波片48，由此从S偏振光被变换为P偏振光，穿过由偏振光分束器49构成的光束耦合部并朝向光接收部8。
通过偏振光分束器3分割的另一方的光束2穿过偏振光分束器41并朝向1/4波片43。1/4波片43的背面为反射面，光束2被该面反射并返回到偏振光分束器41。光束2两次穿过1/4波片43，由此从P偏振光被变换为S偏振光，被偏振光分束器41反射并朝向反射镜44。
从被反射镜44反射并通过衍射光栅4衍射起直到再次返回到偏振光分束器41为止的光路与第一实施方式例相同。
返回来的光束2穿过偏振光分束器41，被反射镜46反射并通过1/2波片47从P偏振光被变换为S偏振光，被偏振光分束器49反射，与光束1叠加并朝向光接收部8。光接收部8和相对位置检测器10的动作与第一实施方式例相同。
偏振光分束器3、偏振光分束器41、反射镜13、44配置为与光束1的从偏振光分束器3的分割面到反射镜6的光路长度(L1+L2+L3)相比，光束2的从偏振光分束器3的分割面到反射镜6的光路长度(L4+L5×2+L6+L7+L8)变长ΔL。光束1和光束2相对于透镜7的光轴左右对称地入射，因此L1＝L6、L2＝L7、L3＝L8，因此L4+L5×2＝ΔL。
反射镜14、反射镜46、1/4波片48以及偏振光分束器49配置为光束1的从偏振光分束器3的分割面到被1/4波片48的背面反射后回到偏振光分束器49的分割面为止的光路长度(L9+L10+L11×2)比光束2的从偏振光分束器41的分割面到偏振光分束器49的分割面的光路长度(L12+L13)长ΔL(L9+L10+L11×2＝L12+L13+ΔL)。光路长度差能够通过1/4波片48与偏振光分束器49的间隔来调整。
在此虽然省略，但是当与第一实施方式例同样地追寻不需要的光的光路并求出光路长度差时，可知ΔL要满足的条件与第一实施方式例相同为[式9]。另外，通过偏振光分束器49的分割面叠加后的光束1、光束2的光路长度相等，因此光路长度相等所产生的效果与第一实施方式例相同。
另外，第二实施方式例与第一实施方式例相比具有如以下那样的优点。在第一实施方式例中，光束1进行8次反射，光束2进行7次反射，反射的次数不同，因此叠加后的波面通过镜子的作用而左右反转了。因此，在光束1、光束2的波面不是左右对称的情况下，叠加后的波面产生偏移，导致干涉信号下降。
对于此，在第二实施方式例中，光束1、光束2的反射次数均为9次，因此叠加后的波面的左右方向相同，即使在光束1、光束2的波面不是左右对称的情况下，叠加后的波面也不产生偏移，因此干涉信号不下降。
3.第三实施方式例
本例的位移检测装置60是用于检测衍射光栅的一个方向的位移、在图24的情况下是X方向的位移的装置。以下，使用图24、图25以及图26进行说明。
从光源2射出的发散的光束通过透镜11被变换为准直光束。变换为准直光束的光线入射至由偏振光分束器50构成的光束分割部。光源2的种类、位置、向偏振光分束器50入射时的光线的偏振方向与第一实施方式例相同。
透过偏振光分束器50的光束1被反射镜52反射并向衍射光栅4入射。入射角度的条件与第一实施方式例相同。通过衍射光栅4衍射后的光束1穿过透镜7，向由在背面设置有反射面的1/4波片53构成的衍射光反射部入射。透镜7的配置与第一实施方式例相同。
被1/4波片53的背面反射后的光束1从P偏振光被变换为S偏振光，在原来的光路上逆向行进。返回到偏振光分束器50的光束1被反射，并向在背面设置有反射面的1/4波片51入射。被1/4波片51反射的光束1从S偏振光被变换为P偏振光，穿过偏振光分束器50并向1/2波片55入射。光束1通过1/2波片55从P偏振光被变换为S偏振光，并被由偏振光分束器54构成的光束耦合部反射而朝向光接收部8。
通过偏振光分束器50分割的另一方的光束2向1/2波片55入射。光束2通过1/2波片55从S偏振光被变换为P偏振光并穿过偏振光分束器54。穿过偏振光分束器54后的光束2向在背面设置有反射面的1/4波片56入射。被1/4波片56反射的光束2从P偏振光被变换为S偏振光，被偏振光分束器54反射，再被反射镜57反射并向衍射光栅4入射。
光束2的入射角度的条件与第一实施方式例相同。通过衍射光栅4衍射后的光束2穿过透镜7，被1/4波片53的反射面反射，从S偏振光被变换为P偏振光并在原来的光路上逆向行进。返回到偏振光分束器54的光束2穿过偏振光分束器54的分割面，与在该面反射的光束1叠加后朝向光接收部8。光接收部8和相对位置检测器10的动作与第一实施方式例相同。
偏振光分束器50、偏振光分束器54、反射镜52、57配置为与光束1的从偏振光分束器50的分割面到反射镜6的光路长度(L1+L2+L3)相比，光束2的从偏振光分束器50的分割面到反射镜6的光路长度(L5+L6×2+L7+L8+L9)变长ΔL。光路长度通过移动偏振光分束器50、54和1/4波片56的位置来进行调整。光束1和光束2相对于透镜7的中心轴左右对称地入射，因此L1＝L7、L2＝L8、L3＝L9，因此成为L5+L6×2＝ΔL。
设置为光束1的从偏振光分束器50的分割面到被1/4波片51的背面反射后到达偏振光分束器54的分割面为止的光路长度(L4×2+L5)为ΔL。光路长度通过移动偏振光分束器50、54和1/4波片51的位置来进行调整。
基于以上内容，光束1和光束2的通过偏振光分束器50的分割面进行分割、通过衍射光栅4衍射后到达偏振光分束器54的分割面为止的光路长度相等。((L1+L2+L3+L4)×2+L5＝L5+(L6+L7+L8+L9)×2)
在第三实施方式例中，光束1和光束2以外的图26所示的光线到达光接收部8。
与第一、第二实施方式例不同，2阶光不会到达光接收部，不会受到2阶光之间的干涉信号的影响，因此与第一、第二实施方式例相比能够更加抑制干涉信号的噪声。
光束1和光束2的到光接收部8的反射次数均为8次，与第二实施方式例同样地，叠加时的波面相同，但是能够由比实施例2更少的光学部件构成。
表2中示出了各衍射光之间的光路长度的差。
[表2]
Figure GDA0002679562100000231
通过如以下那样设定ΔL和L3，能够抑制光束1和光束2彼此以外的干涉。
[式7]
4nL3＞Δl
|ΔL-2nL3|＞Δl
|ΔL-(4n+2)L3|＞Δl
|24L-4nL3|＞Δl
n为表中对应的衍射光充分衰减为止的0阶光的反射次数。Δl为光源的可干涉距离。
4.第四实施方式例
本例的位移检测装置80是用于检测衍射光栅的一个方向的位移、在图27的情况下是X方向的位移的装置。以下使用图27、图28进行说明。在以下的说明中，与第一实施方式例重复的部分省略说明。
从光源2射出的发散的光束通过透镜11被变换为准直光束。变换为准直光束的光线向由偏振光分束器91a构成的光束分割部入射。光源2的位置、种类、向偏振光分束器91a入射时的光线的偏振方向与第一实施方式例相同。
来自光源的光束通过偏振光分束器91a被分隔为强度相等的光束1、光束2。光束1穿过1/2波片92，偏振方向从S偏振光被变换为P偏振光并被棱镜93反射后向衍射光栅4入射。入射角度的条件与第一实施方式例相同。
通过衍射光栅4衍射后的光束1穿过透镜7，向由在背面设置有反射面的1/4波片97构成的衍射光反射部入射。透镜7的配置与第一实施方式例相同。被1/4波片97的背面反射后的光束1从P偏振光被变换为S偏振光，在原来的光路上逆向行进，通过1/2波片92从S偏振光被变换为P偏振光，透过偏振光分束器91a，向在背面设置有反射面的1/4波片97入射并被反射。反射后的光束从P偏振光被变换为S偏振光，被偏振光分束器91a反射，再被由偏振光分束器91b构成的光束耦合部反射后朝向光接收部8。
穿过偏振光分束器91a后的光束2穿过偏振光分束器91b，被在背面设置有反射面的1/4波片96反射并从P偏振光被变换为S偏振光。变换为S偏振光的光束2被偏振光分束器91b反射，穿过白玻璃95，被棱镜94反射并以规定的角度向衍射光栅4入射。入射角度与第一实施方式例相同。
白玻璃95中使用在厚度与1/2波片92大致相同的情况下光路长度与1/2波片92相同那样的玻璃材料。
通过衍射光栅4衍射后的光束2穿过透镜7，被在背面设置有反射面的1/4波片97反射并从S偏振光被变换为P偏振光，在原来的光路上逆向行进，穿过白玻璃95，并穿过偏振光分束器91b，与光束1叠加后向光接收部8入射。光接收部8和相对位置检测器10的动作与第一实施方式相同。
偏振光分束器91a、偏振光分束器91b、棱镜93、94配置为与光束1的从偏振光分束器91a的分割面到在背面设置有反射面的1/4波片97的反射面的光路长度(L1+L2+L3)相比，光束2的从偏振光分束器91a的分割面到在背面设置有反射面的1/4波片97的反射面的光路长度(L4+L9×2+L5+L6+L7)变长ΔL。光束1和光束2相对于透镜7的中心轴左右对称地入射，因此L1＝L5、L2＝L6、L3＝L7，因此成为L4+L9×2＝ΔL。
被设置为光束1的从偏振光分束器91a到被1/4波片97的背面反射后到达偏振光分束器91b为止的光路长度(L8×2+L4)为ΔL。
基于以上内容，光束1和光束2的通过偏振光分束器91a分割、通过衍射光栅4衍射并到达偏振光分束器91b的分割面为止的光路长度相等。((L1+L2+L3+L8)×2+L4＝L4+(L9+L5+L6+L7)×2)
在第四实施方式例中，光束1和光束2以外的图29所示的光线到达光接收部8。
与第三实施方式例同样地，2阶光不会到达光接收部，因此与第一、第二实施方式例相比，能够更加抑制干涉信号的噪声。
表3中示出了各衍射光之间的光路长度的差。
[表3]
Figure GDA0002679562100000261
通过如以下那样设定ΔL和L3，能够抑制光束1和光束2彼此以外的干涉。
[式8]
2ΔL＞Δl
|ΔL-L3|＞Δl
|ΔL-2L3|＞Δl
4nL3＞Δl
|2ΔL-4nL3|＞Δl
|ΔL+2(2n-1)L3|＞Δl
|ΔL-2(2n-1)L3|＞Δl
n为表中对应的衍射光充分衰减为止0阶光的反射次数。Δl为光源的可干涉距离。
在该实施方式例中，光束1的到光接收部8为止的反射次数为11次，光束2的到光接收部8为止的反射次数为9，因此与第一实施方式例不同，与第二、第三实施方式例同样地，叠加时的波面相同。
在该实施方式例中，如图27那样，将透镜7以外的部件形成为一体来形成一个部件，因此如图30那样，能够从将这些形成为一体得到的较长的部件切割来制作需要厚度的部件，能够削减制造成本。
5.第五实施方式例
本例的位移检测装置70是同时检测衍射光栅的两个方向的位移、在图31的情况下为X方向和Y方向的位移的装置。使用图31、图32、图33进行说明。
图31是表示第五实施方式例的整体的立体图，图32是沿着X方向、Y方向的光路图，图33是表示衍射光栅4A的结构的图。
第五实施方式例是同时检测X方向和Y方向的二维的位移的装置。衍射光栅4如图33所示那样成为在基板4bA之上将圆柱状的突起4aA沿着X轴、Y轴以等间隔Λ排列而成的结构。突起的形状不限于圆柱，也可以是其它形状。突起构造4aA的截面形状被最优化为沿着X轴、Y轴衍射的±1衍射光的强度为最大。
将X轴方向的光栅矢量设为
Figure GDA0002679562100000281
将Y轴方向的光栅矢量设为
Figure GDA0002679562100000282
Figure GDA0002679562100000283
如图32的第一光学系统71所示那样，本实施方式例的沿着X轴的光路只是将衍射光栅4代替为4A，除此以外与第一实施方式例完全相同。在光接收部8中，当衍射光栅4A沿X轴方向位移Δx时，能够得到相位变化4K1Δx的干涉信号。
如第二光学系统72所示那样，Y轴方向的光路成为在第一光学系统71的光路中利用通过衍射光栅4A衍射后的±1阶的衍射光被反射镜6反射并再次向衍射光栅4A入射时产生的沿着Y轴方向的±1阶的衍射光的光路。第一光学系统71的光路的光束1沿着Y轴方向被衍射后的-1阶光(光束1’)被反射镜73反射，通过1/4波片74从圆偏振光变换为P偏振光并被反射镜75反射，通过1/2波片76从P偏振光被变换为S偏振光后，被由偏振光分束器79构成的第二光束耦合部反射而朝向光接收部80。
第一光学系统71的光束2沿着Y轴方向被衍射后的+1阶光(光束2’)被反射镜77反射，通过1/4波片78从圆偏振光被变换为P偏振光，穿过偏振光分束器79并朝向光接收部80。
光束1’和光束2’的到反射镜73、反射镜77为止的光路被设定为相对于透镜7的中心轴对称。另外，反射镜73、77、75和偏振光分束器79配置为光路长度L10’+ΔL＝L8’+L9’。ΔL以与第一实施方式例相同的条件设定。
光接收部80的动作与光接收部8相同，但是在衍射时变化的相位不是+2Kx和-2Kx，而是+K1x+K2y和-K1x-K2y，因此当将由光接收部80的PD 33、34、35、36接收的光束1’和光束2’的干涉光的强度设为I33’、I34’、I35’、I36’时，成为以下那样。
[式9]
Figure GDA0002679562100000291
Figure GDA0002679562100000292
Figure GDA0002679562100000293
Figure GDA0002679562100000294
如以上那样，光束1’和光束2’的干涉光中包含有X轴方向的位移和Y轴方向的位移两方的相位信息。
它们的干涉信号通过第二相对位置检测器81与实施例1同样地进行处理，再通过运算部82进行处理。在运算部82中，从第二相对位置检测器81的位置信息减去通过第一相对位置检测器10计算出的X轴方向的位移量。此时，考虑第一光学系统71的光路的干涉信号的相对于X轴方向的位移的周期为Λ/4、第二光学系统72的光路的干涉信号的相对于X轴方向和Y轴方向的位移的周期为Λ/2来进行运算(分辨率不同)，仅计算Y轴方向的位移量。
这样，在实施例4中，通过一个光源能够同时检测X轴、Y轴两个轴方向的位移。这相比于与X轴、Y轴分别对应地配置两台第一实施方式例的装置，能够将光源的发热降低为1/2，能够减小分别固定两个装置而产生的个别的漂移的影响。
以上说明了X轴、Y轴两轴正交的例子，但是两个轴不需要正交，并且衍射构造的周期Λ在两个轴上也可以不同。
此外，本发明并不限定于上述且附图示出的实施方式，在不脱离权利要求书所记载的发明的要旨的范围内能够进行各种变形实施。在上述的实施方式例中，从光源照射的光不只是在气体中，也可以在液体中或真空中的空间穿行来提供光。
另外，上述的实施方式例所涉及的位移检测装置能够应用于衍射光栅与其平面平行地旋转的旋转编码器、与检测高度方向的位移的位移检测装置组合来进行三维的测量的位移检测装置等其它各种位移检测装置。
并且，在上述的实施方式例所涉及的位移检测装置中，说明了使用反射型的衍射光栅的例子，但是不限定于此，也可以使用第一光束和第二光束透射的透射型的衍射光栅。
此外，在本说明书中，使用了“平行”和“正交”等词语，但是这些不只是意味着严格意义上的“平行”和“正交”，也可以是包含“平行”和“正交”处于能够发挥其功能的范围内的“大致平行”、“大致正交”的状态。

Claims (8)

1.一种位移检测装置，具备：
光源，其用于照射光；
光束分割部，其将从所述光源射出的光分割为第一光束和第二光束；
衍射光栅，其使由所述光束分割部分割得到的所述第一光束和所述第二光束衍射；
第一反射镜，其使由所述光束分割部分割得到的所述第一光束以规定的角度向所述衍射光栅入射；
第二反射镜，其使由所述光束分割部分割得到的所述第二光束以规定的角度向所述衍射光栅入射；
衍射光反射部，其使由所述衍射光栅衍射后的所述第一光束和所述第二光束反射，并再次向所述衍射光栅入射；
校正透镜，其配置在所述衍射光反射部与所述衍射光栅之间；
光束耦合部，其将被所述衍射光栅再次衍射后的所述第一光束和所述第二光束叠加；以及
光接收部，其接收由所述光束耦合部叠加后的所述第一光束和所述第二光束的干涉光，
其中，所述衍射光反射部被配置为，所述衍射光反射部的反射面与所述衍射光栅的光栅面平行，
所述校正透镜被配置为，所述校正透镜的中心轴与所述光栅面垂直，
其中，所述第一光束的从所述光束分割部到所述衍射光栅的光路长度与所述第二光束的从所述光束分割部到所述衍射光栅的光路长度被设定为不同的长度，
所述第一光束的从所述光束分割部到所述光束耦合部的光路长度与所述第二光束的从所述光束分割部到所述光束耦合部的光路长度被设定为相同的长度。
2.根据权利要求1所述的位移检测装置，其特征在于，
所述第一光束和所述第二光束的通过所述衍射光栅第一次衍射的方向朝向与所述光栅面垂直的方向。
3.根据权利要求1或2所述的位移检测装置，其特征在于，
所述校正透镜的一个焦点位置位于所述光栅面上，所述校正透镜的另一个焦点位置位于所述衍射光反射部的所述反射面上。
4.根据权利要求1所述的位移检测装置，其特征在于，
所述第一光束的从所述光束分割部到所述衍射光栅的光路长度与所述第二光束的从所述光束分割部到所述衍射光栅的光路长度的差即光路长度差的整数倍的长度、从所述衍射光栅到所述衍射光反射部的光路长度的整数倍的长度、所述光路长度差的整数倍与从所述衍射光栅到所述衍射光反射部的光路长度的整数倍的和、所述光路长度差的整数倍与从所述衍射光栅到所述衍射光反射部的光路长度的整数倍的差被设为所述光源的可干涉距离以上。
5.根据权利要求1或4所述的位移检测装置，其特征在于，
在所述光源具有多个干涉峰的情况下，所述第一光束的从所述光束分割部到所述衍射光栅的光路长度与所述第二光束的从所述光束分割部到所述衍射光栅的光路长度的差即光路长度差的整数倍的长度、从所述衍射光栅到所述衍射光反射部的光路长度的整数倍的长度、所述光路长度差的整数倍与从所述衍射光栅到所述衍射光反射部的光路长度的整数倍的和、所述光路长度差的整数倍与从所述衍射光栅到所述衍射光反射部的光路长度的整数倍的差被设定为与所述多个干涉峰之间的长度相同、或者被设定为不产生所述干涉峰的长度。
6.根据权利要求1或4所述的位移检测装置，其特征在于，
具有光路调整部，该光路调整部配置在所述第一光束的光路和所述第二光束的光路中的至少一方的光路上，用于调整所述第一光束的光路长度、或所述第二光束的光路长度。
7.根据权利要求1或2所述的位移检测装置，其特征在于，
所述第一光束的从所述光束分割部到所述光接收部的反射次数与所述第二光束的从所述光束分割部到所述光接收部的反射次数相同、或者次数的差为偶数次。
8.根据权利要求1或2所述的位移检测装置，其特征在于，
所述衍射光栅具有沿着光栅排列的一方的第一光栅矢量和沿着所述光栅排列的另一方的第二光栅矢量，
该位移检测装置具备：
第三反射镜，其使第三光束反射，该第三光束是在所述第一光束被所述衍射光栅沿着所述第一光栅矢量进行衍射、被所述衍射光反射部再次向所述衍射光栅入射并再次进行了衍射时，沿着所述第二光栅矢量而生成的光束；
第四反射镜，其使第四光束反射，该第四光束是在所述第二光束被所述衍射光栅沿着所述第一光栅矢量进行一次衍射、被所述衍射光反射部再次向所述衍射光栅入射并再次进行了衍射时，沿着所述第二光栅矢量而生成的光束；
第二光束耦合部，其使被所述第三反射镜反射的所述第三光束与被所述第四反射镜反射的所述第四光束叠加；以及
第二光接收部，其接收由所述第二光束耦合部叠加后的所述第三光束和所述第四光束的干涉光。
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