JP2003322551A - Displacement detecting device - Google Patents

Displacement detecting device

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JP2003322551A
JP2003322551A JP2002127526A JP2002127526A JP2003322551A JP 2003322551 A JP2003322551 A JP 2003322551A JP 2002127526 A JP2002127526 A JP 2002127526A JP 2002127526 A JP2002127526 A JP 2002127526A JP 2003322551 A JP2003322551 A JP 2003322551A
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JP
Japan
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light
diffraction grating
diffracted
polarization
detection device
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JP2002127526A
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Japanese (ja)
Inventor
Akihiro Kuroda
明博 黒田
Kayoko Taniguchi
佳代子 谷口
Hideaki Tamiya
英明 田宮
Hidehiro Kume
英廣 久米
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Sony Corp
Sony Manufacturing Systems Corp
Original Assignee
Sony Corp
Sony Precision Technology Inc
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a displacement detecting device superior in stability with the lapse of time while coping with an angle change in a diffraction grating, and while miniaturizing the device regardless of the kind of light source. <P>SOLUTION: This displacement detecting device is characterized by having the light source 51 for emitting the light, a polarized light separating part 58 for emitting the light by separating the light emitted from the light source 51 into the two light mutually different in a polarized light component, a first lens 41a arranged between the light source 51 and the polarized light separating part 58, a reflection optical system 14 for respectively reflecting the two first diffracted light obtained by diffracting the two light emitted from the polarized light separating part 58 by the diffraction grating 11, a light branching part 44 for dividing the synthetic light into a plurality by generating the synthetic light by synthesizing the two second diffracted light obtained by diffracting the first diffracted light reflected by the reflection optical system 14 by the diffraction grating 11, a polarized light part 42 for respectively passing only a prescribed polarized light component on the divided synthetic light, a light receiving element 52 for generating an interference signal by respectively photoelectrically transducing the interference light passing through the polarized light part 42, and a second lens 41 arranged between the polarized light part 42 and the light receiving element 52. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、工作機械や半導体
製造装置等の可動部分における相対移動位置を検出する
ための受発光複合ユニット及びその製造方法、変位検出
装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a combined light emitting and receiving unit for detecting a relative movement position in a movable part of a machine tool, a semiconductor manufacturing apparatus or the like, a manufacturing method thereof, and a displacement detecting apparatus.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、工作機械や半導体製造装置等
の可動部分における相対移動位置を検出する装置とし
て、回折格子を用いた光学式の変位検出装置が知られて
いる。
2. Description of the Related Art Conventionally, an optical displacement detection device using a diffraction grating has been known as a device for detecting a relative movement position in a movable part such as a machine tool or a semiconductor manufacturing device.

【0003】例えば、特開昭60−98302号公報に
提案されている従来の光学式変位測定装置を図14及び
図15に示す。図14は、この従来の光学式変位測定装
置100を模式的に示す斜視図であり、図15は、この
従来の光学式変位測定装置100を模式的に示す側面図
である。
For example, a conventional optical displacement measuring device proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-98302 is shown in FIGS. 14 and 15. FIG. 14 is a perspective view schematically showing the conventional optical displacement measuring device 100, and FIG. 15 is a side view schematically showing the conventional optical displacement measuring device 100.

【0004】従来の光学式変位測定装置100は、工作
機械等の可動部分の移動にともない、図中矢印X1及び
X2方向に直線移動する回折格子101と、光を出射す
る光源102と、光源102から出射された光を2本の
ビームに分割するとともに回折格子101からの2つの
回折光を重ね合わせ干渉させるハーフミラー103と、
回折格子101で回折された回折光を反射する2つのミ
ラー104a,104bと、干渉した2つの回折光を光
電変換して干渉信号を生成するフォトディテクタ105
とを備えている。
A conventional optical displacement measuring apparatus 100 includes a diffraction grating 101 that linearly moves in the directions of arrows X1 and X2 in the figure with the movement of a movable part such as a machine tool, a light source 102 that emits light, and a light source 102. A half mirror 103 that splits the light emitted from the two beams into two beams and causes the two diffracted lights from the diffraction grating 101 to overlap and interfere with each other;
Two mirrors 104a and 104b that reflect the diffracted light diffracted by the diffraction grating 101, and a photodetector 105 that photoelectrically converts the two interfering diffracted lights to generate an interference signal.
It has and.

【0005】光源102から出射された光は、ハーフミ
ラー103により2本のビームに分割される。この2本
のビームはそれぞれ回折格子101に照射される。回折
格子101に照射された2本のビームは、この回折格子
101で夫々回折され、回折光となる(以下、この回折
光を1回回折光と称する)。この1回回折光は夫々ミラ
ー104a,104bにより反射される。ミラー104
a,104bにより反射された1回回折光は、回折格子
101に再度照射されて再度回折される(以下、この再
度回折された回折光を2回回折光と称する)。これら2
本の2回回折光は、同一の光路を経てハーフミラー10
3に入射され、夫々重ね合わされて干渉し、フォトディ
テクタ105に照射される。
The light emitted from the light source 102 is split into two beams by the half mirror 103. The two beams are applied to the diffraction grating 101, respectively. The two beams with which the diffraction grating 101 is irradiated are diffracted by the diffraction grating 101 and become diffracted light (hereinafter, this diffracted light is referred to as once diffracted light). The one-time diffracted light is reflected by the mirrors 104a and 104b, respectively. Mirror 104
The one-time diffracted light reflected by a and 104b is again irradiated on the diffraction grating 101 and diffracted again (hereinafter, this re-diffracted light is referred to as twice-diffracted light). These two
The two-time diffracted light of the book passes through the same optical path and is reflected by the half mirror 10.
The light enters the photodetector 105, and they are superposed on each other and interfere with each other, and the photodetector 105 is irradiated with the light.

【0006】このような従来の光学式変位測定装置10
0では、回折格子101における図中矢印X1、X2方
向の変位を検出することができる。すなわち、光学式変
位測定装置100では、回折格子101の移動に応じ
て、回折格子101に基づく2本の2回回折光に位相差
が生じる。このため、この光学式変位測定装置100で
は、フォトディテクタにより得られる干渉信号から2本
の2回回折光の位相差を検出することにより、工作機械
等の可動部分の移動位置を測定することができる。
Such a conventional optical displacement measuring device 10
At 0, the displacement of the diffraction grating 101 in the directions of arrows X1 and X2 in the drawing can be detected. That is, in the optical displacement measuring apparatus 100, a phase difference is generated between the two double-diffracted lights based on the diffraction grating 101 according to the movement of the diffraction grating 101. Therefore, in this optical displacement measuring apparatus 100, the moving position of the movable part of the machine tool or the like can be measured by detecting the phase difference between the two twice-diffracted lights from the interference signal obtained by the photodetector. .

【0007】また、特開昭60−98302号公報に提
案されている他の従来の光学式変位測定装置を図16及
び図17に示す。図16は、従来の光学式変位測定装置
110模式的に示す斜視図であり、図17は、従来の光
学式変位測定装置110を模式的に示す側面図である。
Further, another conventional optical displacement measuring device proposed in Japanese Patent Laid-Open No. 60-98302 is shown in FIGS. 16 and 17. FIG. 16 is a perspective view schematically showing a conventional optical displacement measuring device 110, and FIG. 17 is a side view schematically showing the conventional optical displacement measuring device 110.

【0008】従来の光学式変位測定装置110は、工作
機械等の可動部分の移動にともない、図中矢印X1及び
X2方向に直線移動する回折格子111と、光を出射す
る光源112と、光源112から出射された光を2本の
ビームに分割するとともに回折格子111からの2つの
回折光を重ね合わせて干渉させるハーフミラー113
と、ハーフミラー113により分割された2本のビーム
を回折格子上111上の同一位置に照射する2つの第1
のミラー114a,114bと、回折格子111で回折
された回折光を反射する2つの第2のミラー115a,
115bと、干渉した2つの回折光を受光して干渉信号
を生成するフォトディテクタ116とを備えている。
The conventional optical displacement measuring device 110 has a diffraction grating 111 that linearly moves in the directions of arrows X1 and X2 in the figure with the movement of a movable part such as a machine tool, a light source 112 that emits light, and a light source 112. The half mirror 113 that splits the light emitted from the two beams into two beams and causes the two diffracted lights from the diffraction grating 111 to overlap and interfere with each other.
And two first beams for irradiating the two beams divided by the half mirror 113 to the same position on the diffraction grating 111.
Mirrors 114a and 114b, and two second mirrors 115a that reflect the diffracted light diffracted by the diffraction grating 111,
115b and a photodetector 116 that receives two diffracted lights that interfere and generates an interference signal.

【0009】光源112から出射された光は、ハーフミ
ラー113により2本のビームに分割される。この2本
のビームは、それぞれ第1のミラー114a,114b
に反射されて回折格子111上の同一位置に照射され
る。回折格子111に照射された2本のビームは、この
回折格子111でそれぞれ回折され、1回回折光とな
る。1回回折光は、それぞれ第2のミラー115a,1
15bにより反射される。またこの1回回折光は、回折
格子111に再度照射されて回折され、2回回折光とな
る。これら2本の2回回折光は、同一の光路を経てハー
フミラー113に入射され重ね合わされて干渉し、フォ
トディテクタ116に照射される。
The light emitted from the light source 112 is split into two beams by the half mirror 113. These two beams are respectively reflected by the first mirrors 114a and 114b.
It is reflected by the laser beam and is irradiated onto the same position on the diffraction grating 111. The two beams with which the diffraction grating 111 is irradiated are diffracted by the diffraction grating 111, respectively, and become one-time diffracted light. The one-time diffracted light is transmitted to the second mirrors 115a and 1a, respectively.
It is reflected by 15b. The once-diffracted light is again irradiated onto the diffraction grating 111 and diffracted to become twice-diffracted light. These two two-time diffracted lights are incident on the half mirror 113 through the same optical path, and are superposed and interfere with each other, and are irradiated on the photodetector 116.

【0010】このような従来の光学式変位測定装置11
0では、回折格子111における図中矢印X1、X2方
向の変位を検出することができる。すなわち、この光学
的変位測定装置110では、回折格子111の移動に応
じて、回折格子111に基づく2本の2回回折光に位相
差が生じる。このため、光学式変位測定装置110で
は、フォトディテクタ116により得られる干渉信号か
ら2本の2回回折光の位相差を検出することにより、工
作機械等の可動部分の移動位置を測定することができ
る。
Such a conventional optical displacement measuring device 11
At 0, the displacement of the diffraction grating 111 in the directions of the arrows X1 and X2 in the figure can be detected. That is, in the optical displacement measuring device 110, a phase difference occurs between the two double-diffracted lights based on the diffraction grating 111 according to the movement of the diffraction grating 111. Therefore, in the optical displacement measuring device 110, the moving position of the movable part of the machine tool or the like can be measured by detecting the phase difference between the two twice-diffracted lights from the interference signal obtained by the photodetector 116. .

【0011】ところで、上述したハーフミラー113に
より2本に分割したビームの光路長に差が生じると干渉
信号に位相変化が生じ測定誤差を引き起こす原因とな
る。このため、光学式変位測定装置100,110にお
いて、所望の特性を発揮させるためには、上述した2本
に分割したビームの光路長を等しくするように調整する
必要がある。
By the way, if there is a difference in the optical path lengths of the two beams split by the above-mentioned half mirror 113, a phase change occurs in the interference signal, which causes a measurement error. Therefore, in order to exhibit desired characteristics in the optical displacement measuring devices 100 and 110, it is necessary to adjust the optical path lengths of the above-described two split beams to be equal.

【0012】この分割したビームの光路長を等しくする
ように調整できる、特開昭61−83911号公報に提
案されている従来の光学式変位測定装置を図18に示
す。
FIG. 18 shows a conventional optical displacement measuring device proposed in Japanese Patent Laid-Open No. 61-83911, which can be adjusted so that the optical path lengths of the divided beams are made equal.

【0013】この従来の光学式変位測定装置120は、
工作機械等の可動部分の移動にともない、図中矢印X1
及びX2方向に直線移動する回折格子121と、光を出
射するマルチモード半導体レーザからなる光源122
と、光源122から出射された光を2本のビームに分割
するとともに回折格子121からの2つの回折光を重ね
合わせ干渉させるハーフミラー123と、回折格子12
1で回折された回折光を反射する2つのミラー124
a,124bと、干渉した回折光を分離するハーフミラ
ー125と、これら回折光を夫々光電変換して干渉信号
を生成するフォトディテクタ126a,126bとを備
えている。
This conventional optical displacement measuring device 120 is
With the movement of movable parts such as machine tools, arrow X1 in the figure
And a light source 122 including a diffraction grating 121 that linearly moves in the X2 direction and a multimode semiconductor laser that emits light.
A half mirror 123 for splitting the light emitted from the light source 122 into two beams and for superimposing and interfering two diffracted lights from the diffraction grating 121; and the diffraction grating 12
Two mirrors 124 that reflect the diffracted light diffracted by 1.
a, 124b, a half mirror 125 for separating interfering diffracted light, and photodetectors 126a, 126b for photoelectrically converting the diffracted light to generate interference signals.

【0014】光源122から出射された光は、ハーフミ
ラー123により2本のビームに分割される。この2本
のビームは、回折格子121上に照射される。回折格子
111に照射された2本のビームは、この回折格子12
1でそれぞれ回折され、1回回折光となる。1回回折光
は、それぞれミラー124a,124bにより反射され
る。またこの1回回折光は、回折格子121に再度照射
されて回折され、2回回折光となる。これら2本の2回
回折光は、同一の光路を経てハーフミラー123に入射
され重ね合わされて干渉し、ハーフミラー125を介し
てフォトディテクタ126a,126bに照射される。
The light emitted from the light source 122 is split into two beams by the half mirror 123. The two beams are projected onto the diffraction grating 121. The two beams with which the diffraction grating 111 is irradiated are generated by the diffraction grating 12
Each is diffracted by 1 and becomes one-time diffracted light. The once diffracted light is reflected by the mirrors 124a and 124b, respectively. The once-diffracted light is again irradiated to the diffraction grating 121 and diffracted to become twice-diffracted light. These two double-diffracted lights are incident on the half mirror 123 through the same optical path, overlapped and interfere with each other, and are applied to the photodetectors 126a and 126b via the half mirror 125.

【0015】このような従来の光学式変位測定装置12
0では、光源としてマルチモード半導体レーザを用いる
ことにより、分割したビームの光路長を制御しつつ、回
折格子121における図中矢印X1、X2方向の変位を
検出することができる。すなわち、この光学的変位測定
装置120では、光路長の差を検出できるため、高精度
な光路長の調整を実現でき、また調整状態のモニタリン
グが可能なため、波長変動に基づく誤差を容易に識別す
ることができる。
Such a conventional optical displacement measuring device 12
At 0, by using a multimode semiconductor laser as a light source, it is possible to detect the displacement of the diffraction grating 121 in the directions of the arrows X1 and X2 while controlling the optical path length of the divided beams. That is, since the optical displacement measuring device 120 can detect the difference in the optical path lengths, the optical path lengths can be adjusted with high accuracy, and the adjustment state can be monitored. Therefore, the error based on the wavelength variation can be easily identified. can do.

【0016】ところで、上述した光学式変位測定装置1
00、110では、図14〜図17中、矢印A1及び矢
印A2方向への回転移動や、矢印B1及び矢印B2方向
への回転移動をした場合に、位置検出をすることが困難
となる。かかる回折格子の角度変動の影響を防止するた
め、例えば特開2000−81308号公報においてさ
らに光学式変位測定装置が提案されている。
By the way, the above-mentioned optical displacement measuring device 1
14 and 17, it is difficult to detect the position in the case of the rotational movement in the arrow A1 and arrow A2 directions or the rotational movement in the arrow B1 and arrow B2 directions in FIGS. In order to prevent the influence of such an angular fluctuation of the diffraction grating, an optical displacement measuring device is further proposed, for example, in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-81308.

【0017】この従来の光学式変位測定装置130は、
図19に示すように、工作機械等の可動部分に取り付け
られ直線移動する回折格子131と、光を出射する光源
132と、干渉した2つの2回回折光Lc1、Lc2を
受光して干渉信号を生成する受光素子133と、受光素
子133からの干渉信号に基づき、回折格子131から
の移動位置を検出する位置検出部134と、光源132
から出射された光Laを2つのビームLa1、La2に
分割して回折格子131に照射するとともに回折格子1
31からの2回回折光Lc1、Lc2を干渉させて受光
素子133に照射する照射受光光学系135と、回折格
子131からの2つの1回回折光Lb1、Lb2を反射
して再度回折格子131に照射する反射光学系136と
を備えている。
This conventional optical displacement measuring device 130 is
As shown in FIG. 19, a diffraction grating 131 that is attached to a movable part of a machine tool or the like and moves linearly, a light source 132 that emits light, and two interfering two-time diffracted lights Lc1 and Lc2 are received to generate an interference signal. A light-receiving element 133 to be generated, a position detector 134 for detecting a moving position from the diffraction grating 131 based on an interference signal from the light-receiving element 133, and a light source 132.
The light La emitted from the laser beam is split into two beams La1 and La2, which are applied to the diffraction grating 131 and
The irradiation / reception optical system 135 that interferes the two-time diffracted lights Lc1 and Lc2 from 31 to irradiate the light-receiving element 133, and the two one-time diffracted lights Lb1 and Lb2 from the diffraction grating 131 are reflected to the diffraction grating 131 again. And a reflection optical system 136 for irradiating.

【0018】照射受光光学系135は、光源132から
出射された光Laを回折格子131の格子面上に結像さ
せる第1の結像素子141と、光源から出射された光L
aを2本のビームLa1、La2に分割するとともに、
回折格子131からの2本の2回回折光をLc1、Lc
2を重ね合わせて干渉させるハーフミラー142と、ハ
ーフミラー142により分離された光La1、La2を
反射するとともに、2回回折光Lc1、Lc2を反射す
る反射器143と、ハーフミラー142により重ね合わ
された2つの2回回折光Lc1、Lc2を受光素子13
3の受光面上に結像させる第2の結像素子144を有す
る。
The irradiation / light reception optical system 135 forms a first image forming element 141 for forming an image of the light La emitted from the light source 132 on the grating surface of the diffraction grating 131, and the light L emitted from the light source.
a is divided into two beams La1 and La2, and
The two double-diffracted lights from the diffraction grating 131 are Lc1 and Lc.
The half mirror 142 that overlaps two and interferes with each other, the reflector 143 that reflects the lights La1 and La2 separated by the half mirror 142 and the two-time diffracted lights Lc1 and Lc2, and the half mirror 142 are overlapped with each other. The two double-diffracted lights Lc1 and Lc2 receive the light receiving element 13
The second imaging element 144 for forming an image on the light receiving surface of No. 3 is provided.

【0019】反射光学系136は、光La1、La2に
より生じる1回回折光Lb1、Lb2を反射して、再度
回折格子131に照射する反射器146と、光La1、
La2により生じる1回回折光Lb1、Lb2を平行光
として上記反射器146に照射する第3の結像素子14
8とを有している。
The reflection optical system 136 reflects the one-time diffracted lights Lb1 and Lb2 generated by the lights La1 and La2 and irradiates the diffraction grating 131 again with the reflector 146, and the lights La1 and L1.
The third imaging element 14 that irradiates the reflector 146 with the once-diffracted light Lb1 and Lb2 generated by La2 as parallel light.
8 and.

【0020】以上のような構成の光学式変位測定装置1
30では、可動部分の移動に応じて回折格子131がX
1方向或いはX2方向に移動することにより、2つの2
回回折光Lc1、Lc2に位相差が生じる。この光学式
変位測定装置130では、2つの2回回折光Lc1、L
c2を干渉させて干渉信号を検出し、この干渉信号から
2つの2回回折光Lc1、Lc2の位相差を求めて、回
折格子131の移動位置を検出する。
The optical displacement measuring device 1 having the above-mentioned configuration
In 30, the diffraction grating 131 is moved to the X-axis according to the movement of the movable part.
By moving in one direction or X2 direction, two 2
A phase difference occurs between the diffracted lights Lc1 and Lc2. In this optical displacement measuring device 130, two two-time diffracted lights Lc1 and Lc
The interference signal is detected by causing c2 to interfere with each other, the phase difference between the two twice-diffracted lights Lc1 and Lc2 is obtained from the interference signal, and the moving position of the diffraction grating 131 is detected.

【0021】またこの光学式変位測定装置130では、
光源132から発光した光Laを第1の結像素子141
が回折格子131の格子面上に結像しているとともに、
第3の結像素子138が、それぞれの1回回折光Lb
1、Lb2に平行光として各反射器146に対して常に
垂直に照射している。このため、反射器146により反
射された各一次回折光Lb1、Lb2は、その光軸がず
れた場合であっても、必ず入射したときと同じ光路を逆
行して回折格子131の格子面上の同一の入射点に入射
する。従ってこの光学式変位測定装置130では、回折
格子131が傾いている場合でも、2回回折光Lc1、
Lc2は、常に入射時と同一の光路を通過することとな
る。また、光路長の変化もない。
Further, in this optical displacement measuring device 130,
The light La emitted from the light source 132 is supplied to the first imaging element 141.
Is imaged on the grating surface of the diffraction grating 131, and
The third imaging element 138 causes the respective one-time diffracted light Lb
The parallel light of 1 and Lb2 is always radiated perpendicularly to each reflector 146. Therefore, even if the optical axes of the first-order diffracted lights Lb1 and Lb2 reflected by the reflector 146 are deviated, the first-order diffracted lights Lb1 and Lb2 always travel in the same optical path as when they were incident and are on the grating surface of the diffraction grating 131. It is incident on the same incident point. Therefore, in this optical displacement measuring device 130, even when the diffraction grating 131 is tilted, the twice-diffracted light Lc1,
Lc2 always passes through the same optical path as that at the time of incidence. Also, there is no change in the optical path length.

【0022】[0022]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開昭
61−83911号公報において提案された、光源とし
てマルチモード半導体レーザを用いる光学式変位測定装
置120では、光源の波長変動に対して光路長を制御す
ることができ、ひいては安定した特性を得ることができ
るが、一般的な半導体レーザを用いることができないと
いう問題点があった。またこの光学式変位測定装置12
0では、回折格子の角度変動に対応することができず、
実際に装置を構成する各部品の取付時のみならず、可動
部分に対する回折格子の取付時においても、許容誤差に
制約がかかるという問題点があった。
However, in the optical displacement measuring device 120 using a multimode semiconductor laser as a light source, which is proposed in Japanese Patent Laid-Open No. 61-83911, the optical path length is changed with respect to the wavelength fluctuation of the light source. Although it can be controlled and eventually stable characteristics can be obtained, there is a problem that a general semiconductor laser cannot be used. Also, this optical displacement measuring device 12
At 0, it is not possible to cope with the angular fluctuation of the diffraction grating,
There is a problem that the allowable error is restricted not only when actually mounting each component constituting the device but also when mounting the diffraction grating to the movable portion.

【0023】また回折格子の角度変動の影響を軽減させ
た特開2000−81308号公報において提案されて
いる光学式変位測定装置130は、光路の角度調整を実
現するために例えばレンズ等の結像素子を用いる必要が
あり、装置の構成が複雑になるという問題点があった。
またこの光学式変位測定装置130は、レンズやハーフ
ミラー等個々の部品を用いるため、装置の経時的な安定
性に欠き、また装置全体の小型化を図る上で大きな障害
となっていた。
The optical displacement measuring device 130 proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-81308, which reduces the influence of the angular fluctuation of the diffraction grating, is an imaging element such as a lens for realizing the angle adjustment of the optical path. Since it is necessary to use a child, there is a problem that the configuration of the device becomes complicated.
Further, since the optical displacement measuring device 130 uses individual components such as a lens and a half mirror, it lacks stability over time and is a major obstacle to downsizing the entire device.

【0024】そこで、本発明は上述した問題点に鑑みて
案出されたものであり、光源の種類によらず、回折格子
の角度変動に対応しつつ、また装置の小型化を図りつつ
経時的安定性にも優れた変位検出装置を提供することを
目的とする。
Therefore, the present invention has been devised in view of the above-mentioned problems, and it is possible to cope with the angle variation of the diffraction grating regardless of the kind of the light source and to reduce the size of the device over time. It is an object of the present invention to provide a displacement detection device having excellent stability.

【0025】[0025]

【課題を解決するための手段】本発明に係る変位検出装
置は、上述の課題を解決するために、回折格子が配され
た被検査物について格子ベクトル方向の変位を干渉信号
に基づいて検出する変位検出装置において、光を出射す
る光源と、上記光源から出射された光を2つの光に分離
して出射するビームスプリッタと、上記光源と上記ビー
ムスプリッタの間に配設された第1のレンズと、上記ビ
ームスプリッタから出射された2つの光が上記回折格子
により回折されて得られる2つの第1の回折光を夫々反
射する反射手段と、上記反射手段により反射された上記
第1の回折光が上記回折格子により回折されて得られる
2つの第2の回折光を合成させて合成光を生成し、当該
合成光を複数に分割する光分割手段と、上記分割された
合成光を夫々所定の偏光成分のみ透過させる偏光手段
と、上記偏光手段を透過した干渉光を夫々光電変換して
上記干渉信号を生成する受光手段と、上記偏光手段と上
記受光手段の間に配された第2のレンズとを備えること
を特徴とする。
DISCLOSURE OF THE INVENTION In order to solve the above-mentioned problems, a displacement detecting apparatus according to the present invention detects a displacement in a grating vector direction of an object to be inspected having a diffraction grating based on an interference signal. In the displacement detecting device, a light source that emits light, a beam splitter that splits the light emitted from the light source into two lights, and emits the light, and a first lens disposed between the light source and the beam splitter. A reflecting means for reflecting the two first diffracted lights obtained by diffracting the two lights emitted from the beam splitter by the diffraction grating, and the first diffracted light reflected by the reflecting means. Is combined with two second diffracted light beams obtained by being diffracted by the diffraction grating to generate combined light, and the light dividing means for dividing the combined light into a plurality of light beams is divided into a predetermined number. A polarizing means for transmitting only a polarized component, a light receiving means for photoelectrically converting the interference light transmitted through the polarizing means to generate the interference signal, and a second lens arranged between the polarizing means and the light receiving means. And is provided.

【0026】[0026]

【発明の実施の形態】本発明を適用した変位検出装置に
ついて説明する。本発明に係る変位検出装置10は、図
1に示すように、工作機械等の可動部分に取り付けられ
直線移動する透過型の回折格子11と、発光素子により
発光された光を2つの光La1,La2に分離して出射
し、回折格子11により回折された2つの2回回折光L
c1,Lc2を互いに干渉させて干渉信号を検出する受
発光複合ユニット12と、受発光複合ユニット12から
出射された2つの光La1,La2を回折格子11に照
射するとともに、回折格子11からの2つの2回回折光
Lc1、Lc2を受発光複合ユニット12へ導く反射部
材13a、13bと、回折格子11からの2つの1回回
折光Lb1、Lb2を反射して再度回折格子11に照射
する反射光学系14とを備えている。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A displacement detecting device to which the present invention is applied will be described. As shown in FIG. 1, the displacement detection device 10 according to the present invention includes a transmission type diffraction grating 11 which is attached to a movable part of a machine tool or the like and moves linearly, and two lights La1, which emit light emitted by a light emitting element. Two double-diffracted lights L which are separated into La2, are emitted, and are diffracted by the diffraction grating 11.
The light emitting and receiving composite unit 12 that interferes c1 and Lc2 with each other to detect an interference signal, and the two lights La1 and La2 emitted from the light receiving and emitting composite unit 12 are applied to the diffraction grating 11, and the light from the diffraction grating 11 is emitted. Reflective optics for reflecting two double-diffracted lights Lc1, Lc2 to the light-receiving / combining unit 12 and two single-diffracted lights Lb1, Lb2 from the diffraction grating 11 and irradiating the diffraction grating 11 again. System 14 and.

【0027】回折格子11は、図2に示すように、例え
ば薄板状の形状を有しており、その表面もしくは中に狭
いスリットや溝等の、又は屈折率が分布した格子が所定
間隔毎に刻まれている。このような回折格子11に入射
された光は、表面に刻まれたスリット等により回折し、
該回折格子11を透過する。回折により生じる回折光
は、格子の間隔と光の波長で定まる方向に発生する。ま
た、この回折格子11は、ガラスを貼り合わせることに
より構成される図示しないスケールの、当該貼り合わせ
面に構成されるようにしても良い。
As shown in FIG. 2, the diffraction grating 11 has, for example, a thin plate shape, and a narrow slit, a groove or the like, or a grating having a distributed refractive index is formed at a predetermined interval on the surface or inside thereof. It is carved. The light incident on such a diffraction grating 11 is diffracted by a slit or the like carved on the surface,
The light passes through the diffraction grating 11. Diffracted light generated by diffraction is generated in the direction determined by the grating interval and the wavelength of light. Further, the diffraction grating 11 may be formed on the bonding surface of a scale (not shown) formed by bonding glass.

【0028】ここで発明の実施の形態を説明するにあた
り、格子が形成されている回折格子11の面を、格子面
11aと称する。また、回折格子11の格子が形成され
た方向(図2中矢印C1、C2方向)、すなわち、格子
の透過率や反射率、溝の深さ等の変化の方向を表す格子
ベクトルに対して垂直な方向であって且つ格子面11a
に平行な方向を格子方向と称する。格子が形成された方
向に垂直な方向であり、且つ格子面11aに平行な方向
(図2中矢印D1、D2方向)、すなわち、回折格子1
1の格子ベクトルに対して平行な方向を格子ベクトル方
向と称する。また回折格子11の法線方向を、E1,E
2方向とする。
In describing the embodiments of the present invention, the surface of the diffraction grating 11 on which the grating is formed is referred to as a grating surface 11a. Further, the direction of the diffraction grating 11 in which the grating is formed (directions of arrows C1 and C2 in FIG. 2), that is, perpendicular to the grating vector indicating the direction of change in transmittance and reflectance of the grating, depth of the groove, and the like Direction and the lattice plane 11a
The direction parallel to is called the lattice direction. A direction perpendicular to the direction in which the grating is formed and parallel to the grating surface 11a (directions of arrows D1 and D2 in FIG. 2), that is, the diffraction grating 1
A direction parallel to one grid vector is called a grid vector direction. The normal direction of the diffraction grating 11 is set to E1, E
There are two directions.

【0029】この回折格子11は、工作機械等の可動部
分に取り付けられ、該可動部分の移動にともなって、図
2中矢印D1、D2方向、すなわち格子ベクトル方向に
移動する。
The diffraction grating 11 is attached to a movable part of a machine tool or the like, and moves along with the movement of the movable part in the directions of arrows D1 and D2 in FIG. 2, that is, in the grating vector direction.

【0030】なお、本発明では回折格子の種類は限定さ
れず、上述したように機械的に溝等が形成されたものの
みならず、例えば、感光性樹脂に干渉縞を焼き付けて作
成したものであっても良い。
In the present invention, the type of the diffraction grating is not limited, and not only those in which the grooves and the like are mechanically formed as described above but also those in which interference fringes are printed on a photosensitive resin are prepared. It may be.

【0031】反射部材13aは、光La1を反射して回
折格子11の格子面11aの所定の位置に照射する。こ
の光La1が回折格子11により回折されることにより
1回回折光Lb1が得られる。反射部材13bは、光L
a2を反射して、回折格子11の格子面11aの所定の
位置に照射する。この光La2が回折格子11により回
折されることにより1回回折光Lb2が得られる。回折
格子11に入射される光La1と光La2の各入射角
は、等しいことが望ましい。
The reflecting member 13a reflects the light La1 and irradiates it at a predetermined position on the grating surface 11a of the diffraction grating 11. The light La1 is diffracted by the diffraction grating 11 to obtain the once-diffracted light Lb1. The reflecting member 13b receives the light L
It reflects a2 and irradiates it at a predetermined position on the grating surface 11a of the diffraction grating 11. The light La2 is diffracted by the diffraction grating 11 to obtain the once-diffracted light Lb2. It is desirable that the incident angles of the light La1 and the light La2 incident on the diffraction grating 11 are equal.

【0032】また反射部材13aには、1回回折光Lb
1が回折格子11により回折されることにより生じる2
回回折光Lc1が照射される。反射部材13aは、この
2回回折光Lc1を反射して受発光複合ユニット12に
照射する。また反射部材13bには、1回回折光Lb2
が回折格子11により回折されることにより生じる2回
回折光Lc2が照射される。反射部材13bは、この2
回回折光Lc2を反射して受発光複合ユニット12に照
射する。
The reflecting member 13a has a single diffracted light Lb.
2 caused by diffraction of 1 by the diffraction grating 11
The diffracted light Lc1 is emitted. The reflecting member 13a reflects the twice-diffracted light Lc1 and irradiates the combined light-receiving and emitting unit 12 with it. Further, the reflecting member 13b has one-time diffracted light Lb2.
Is diffracted by the diffraction grating 11 to be irradiated with the double-diffracted light Lc2. The reflection member 13b is
The diffracted light Lc2 is reflected and irradiated to the light emitting / receiving composite unit 12.

【0033】ちなみに、この反射部材13aにより回折
格子11の格子面11aに照射する所定の位置と、反射
部材13bにより回折格子11の格子面11aに照射す
る所定の位置とを近づけても良い。これにより、回折格
子11内の厚みムラ等によって生じる光路長の差を小さ
くすることができ、スケールの厚みムラ等による誤差を
軽減させることができる。
By the way, a predetermined position for irradiating the grating surface 11a of the diffraction grating 11 by the reflecting member 13a and a predetermined position for irradiating the grating surface 11a of the diffraction grating 11 by the reflecting member 13b may be brought close to each other. As a result, it is possible to reduce the difference in optical path length caused by unevenness in the thickness of the diffraction grating 11 and reduce errors due to uneven thickness of the scale.

【0034】反射光学系14は、1回回折光Lb1を反
射して再度回折格子11に照射する反射器26と、1回
回折光Lb2を反射して再度回折格子11に照射する反
射器27と、1回回折光Lb1の偏光状態を変える1/
4波長板WP1と、1回回折光Lb2の偏光状態を変え
る1/4波長板WP2とを有する。なお、この1/4波
長板WP1,WP2は、例えば光学軸が45°傾いたフ
ィルム状のものであっても良い。
The reflection optical system 14 includes a reflector 26 that reflects the once-diffracted light Lb1 and irradiates the diffraction grating 11 again, and a reflector 27 that reflects the once-diffracted light Lb2 and irradiates the diffraction grating 11 again. 1 / Changing the polarization state of the diffracted light Lb1 1 /
It has a four-wave plate WP1 and a quarter-wave plate WP2 that changes the polarization state of the once-diffracted light Lb2. The quarter-wave plates WP1 and WP2 may be, for example, film-shaped with the optical axis inclined by 45 °.

【0035】反射器26には、1/4波長板WP1を通
過した1回回折光Lb1が照射される。反射器26は、
この1回回折光Lb1が入射経路と同じ経路を逆行する
ように、該1回回折光Lb1を垂直に反射する。ちなみ
に、この反射器26に照射される1回回折光Lb1は、
1/4波長板WP1を既に通過しており、またこの反射
器26を反射する1回回折光Lb1は1/4波長板WP
1を再度通過するため、偏光方向が90°回転された状
態で、再度回折格子11へ照射されることになる。
The reflector 26 is irradiated with one-time diffracted light Lb1 which has passed through the quarter-wave plate WP1. The reflector 26 is
The one-time diffracted light Lb1 is reflected vertically so that the one-time diffracted light Lb1 travels back in the same path as the incident path. By the way, the one-time diffracted light Lb1 emitted to the reflector 26 is
The one-time diffracted light Lb1 that has already passed through the quarter-wave plate WP1 and is reflected by the reflector 26 is the quarter-wave plate WP1.
Since the light passes through 1 again, the diffraction grating 11 is irradiated again with the polarization direction rotated by 90 °.

【0036】反射器27には、1/4波長板WP2を通
過した1回回折光Lb2が照射される。反射器27は、
この1回回折光Lb2が入射経路と同じ経路を逆行する
ように、該1回回折光Lb2を垂直に反射する。ちなみ
に、この反射器27に照射される1回回折光Lb2は、
1/4波長板WP2を既に通過しており、またこの反射
器27を反射する1回回折光Lb2は1/4波長板WP
2を再度通過するため、偏光方向が90°回転された状
態で、再度回折格子11へ照射されることになる。
The reflector 27 is irradiated with one-time diffracted light Lb2 that has passed through the quarter-wave plate WP2. The reflector 27 is
The one-time diffracted light Lb2 is reflected vertically so that the one-time diffracted light Lb2 goes backward in the same path as the incident path. By the way, the one-time diffracted light Lb2 with which the reflector 27 is irradiated is
The one-time diffracted light Lb2 that has already passed through the quarter-wave plate WP2 and is reflected by the reflector 27 is the quarter-wave plate WP.
Since the light passes through 2 again, the diffraction grating 11 is irradiated again with the polarization direction rotated by 90 °.

【0037】なおこの反射光学系14は、上述した構成
に限定されるものではなく、例えば、反射プリズムを用
いて構成しても良い。図3は、反射光学系14に反射プ
リズムを用いた変位検出装置10の構成を示している。
この図3において、図1と同一の構成要素、部材につい
ては説明を省略する。
The reflective optical system 14 is not limited to the above-mentioned structure, but may be composed of a reflective prism, for example. FIG. 3 shows a configuration of the displacement detection device 10 using a reflection prism in the reflection optical system 14.
In FIG. 3, description of the same components and members as in FIG. 1 will be omitted.

【0038】反射プリズム30には、1/4波長板WP
31が積層されている。この1/4波長板WP31の光
軸は、入射光の偏光方向に対して45°傾けてある。こ
の反射プリズム30の反射面30aには、1/4波長板
WP31を通過した1回回折光Lb1、Lb2が照射さ
れる。反射面30aは、この1回回折光Lb1、Lb2
が入射経路と同じ経路を逆行するように、当該1回回折
光Lb1、Lb2を垂直に反射する。ちなみに。この反
射面30aに照射される1回回折光Lb1,Lb2は、
1/4波長板WP31を既に通過しており、またこの反
射面30aを反射する1回回折光Lb1,Lb2は、1
/4波長板WP31を再度通過するため、偏光方向が9
0°回転された状態で、再度回折格子11へ照射される
ことになる。
The reflecting prism 30 includes a quarter-wave plate WP.
31 are stacked. The optical axis of the quarter-wave plate WP31 is inclined by 45 ° with respect to the polarization direction of incident light. The reflecting surface 30a of the reflecting prism 30 is irradiated with the one-time diffracted lights Lb1 and Lb2 that have passed through the quarter-wave plate WP31. The reflecting surface 30a receives the one-time diffracted lights Lb1 and Lb2.
Reflects the one-time diffracted lights Lb1 and Lb2 vertically so that the light travels in the same path as the incident path. By the way. The one-time diffracted lights Lb1 and Lb2 irradiated on the reflecting surface 30a are
The one-time diffracted lights Lb1 and Lb2 which have already passed through the quarter-wave plate WP31 and which are reflected by the reflecting surface 30a are 1
Since it passes through the / 4 wave plate WP31 again, the polarization direction is 9
In the state rotated by 0 °, the diffraction grating 11 is irradiated again.

【0039】次に、受発光複合ユニット12の詳細につ
いて説明をする。受発光複合ユニット12は、図4に示
すように発光素子や受光素子を収容する収容部材40
と、複数のレンズ(41a,41_1,41_2,41
_3,41_4)からなる複合レンズ部41と、所定の
偏光成分のみを透過させる偏光部42(42_1、42
_2、42_3、42_4)と、光の偏光状態を変化さ
せる位相板43と、回折格子11に照射する光を分割
し、或いは回折格子11を回折することより得られる2
回回折光Lc1、Lc2を合成させて合成光Ld1,L
d2,Ld3,Ld4に分離するための光分岐部44とを
備える。
Next, details of the combined light emitting and receiving unit 12 will be described. As shown in FIG. 4, the light emitting / receiving composite unit 12 includes a housing member 40 for housing a light emitting element and a light receiving element.
And a plurality of lenses (41a, 41_1, 41_2, 41
_3, 41_4), and a polarization unit 42 (42_1, 42_1) that transmits only a predetermined polarization component.
_2, 42_3, 42_4), a phase plate 43 that changes the polarization state of light, and the light that illuminates the diffraction grating 11 is divided or obtained by diffracting the diffraction grating 11.
Synthetic lights Ld1 and L by combining the diffracted lights Lc1 and Lc2
and an optical branching unit 44 for separating into D2, Ld3, and Ld4.

【0040】収容部材40は、光Laを出射する光源5
1と、後述する干渉光を光電変換して干渉信号を生成す
る受光素子52(52_1、52_2、52_3、52
_4)と、光源51を設置して電気信号を印加し或いは
反射面53aにより光路制御を行うための半導体基板5
3と、受光素子を設置して電気信号を取り出すための半
導体基板54とを有する。
The housing member 40 is a light source 5 for emitting the light La.
1 and a light receiving element 52 (52_1, 52_2, 52_3, 52 that photoelectrically converts interference light described below to generate an interference signal).
_4) and the semiconductor substrate 5 for installing the light source 51 to apply an electric signal or to control the optical path by the reflecting surface 53a.
3 and a semiconductor substrate 54 for installing a light receiving element and extracting an electric signal.

【0041】光源51は、レーザ光等の可干渉光を発光
する素子である。なお、この光源51は、例えば可干渉
距離の小さなレーザ光を発光するマルチモードの半導体
レーザ等であっても良い。また、この光源51の偏光方
向は、図5に示す直線AAに対して平行か垂直になるよ
うに配置する。
The light source 51 is an element that emits coherent light such as laser light. The light source 51 may be, for example, a multimode semiconductor laser that emits laser light having a small coherence length. Further, the polarization direction of the light source 51 is arranged so as to be parallel or perpendicular to the straight line AA shown in FIG.

【0042】受光素子52は、受光面に対して照射され
た光を、その光量に応じた電気信号に変換する光電変換
素子であり、例えば、フォトディテクタ等からなるもの
である。この受光素子52は、受光面に対して照射され
る各干渉光Ld1,Ld2,Ld3,Ld4を受光して、
その光量に応じた干渉信号を生成する。
The light receiving element 52 is a photoelectric conversion element for converting the light applied to the light receiving surface into an electric signal corresponding to the amount of light, and is composed of, for example, a photo detector. The light receiving element 52 receives each of the interference lights Ld1, Ld2, Ld3, and Ld4 with which the light receiving surface is irradiated,
An interference signal corresponding to the light quantity is generated.

【0043】受光素子52により光電変換されて得られ
た干渉信号は、半導体基板54を介して図示しない位置
検出部により検出される。この図示しない位置検出部
は、得られた干渉信号に基づいて位相差を求め、回折格
子11の相対移動位置を示す位置信号を出力する。
The interference signal obtained by photoelectric conversion by the light receiving element 52 is detected by a position detector (not shown) via the semiconductor substrate 54. The position detector (not shown) obtains a phase difference based on the obtained interference signal and outputs a position signal indicating the relative movement position of the diffraction grating 11.

【0044】複合レンズ部41は、所定の開口数を有す
るレンズ等の光学素子からなるものである。レンズ41
aには、光源51から出射された光Laが入射される。
レンズ41aは、入射された光Laを所定のビーム径で
回折格子11の格子面11aや、反射器26、27に結
像させることができる。本発明においては、出射する光
Laは通常反射器26、27に結像させる。このため、
格子面11a上において照射されるビーム径を大きくす
ることができ、格子面11a上のゴミや傷の影響を軽減
させることが可能となる。またこのような、外部に出射
する光、受光する光のビーム径を共に制御する複合レン
ズ部41を同一パッケージ内に配置することにより、集
積度を高めることができ、また作製工程を簡略化でき、
装置全体の信頼性を高めることができる。
The compound lens section 41 is composed of an optical element such as a lens having a predetermined numerical aperture. Lens 41
The light La emitted from the light source 51 is incident on a.
The lens 41a can image the incident light La on the grating surface 11a of the diffraction grating 11 and the reflectors 26 and 27 with a predetermined beam diameter. In the present invention, the emitted light La is normally imaged on the reflectors 26 and 27. For this reason,
The diameter of the beam irradiated on the lattice surface 11a can be increased, and the influence of dust and scratches on the lattice surface 11a can be reduced. Further, by arranging the compound lens portion 41 for controlling the beam diameters of the light emitted to the outside and the light received as described above in the same package, the degree of integration can be increased and the manufacturing process can be simplified. ,
The reliability of the entire device can be improved.

【0045】またレンズ41_1,41_2,41_
3,41_4には、偏光部42から出射された干渉光L
d1,Ld2,Ld3,Ld4がそれぞれ入射される。レ
ンズ41_1,41_2,41_3,41_4は、入射
された各干渉光Ld1,Ld2,Ld3,Ld4を受光素
子52_1,52_2,52_3,52_4に結像させ
る。その結像点は、必ずしもビーム径が最小となる点と
する必要はなく、例えばビームの像内での光路長の差が
最小となる点が受光面上に位置するようにしても良い。
Further, the lenses 41_1, 41_2, 41_
3 and 41_4 include the interference light L emitted from the polarization unit 42.
d1, Ld2, Ld3, and Ld4 are incident, respectively. The lenses 41_1, 41_2, 41_3, 41_4 form the incident interference lights Ld1, Ld2, Ld3, Ld4 on the light receiving elements 52_1, 52_2, 52_3, 52_4. The image forming point does not necessarily have to be the point where the beam diameter is minimum, and for example, the point where the difference in optical path length within the image of the beam is minimum may be located on the light receiving surface.

【0046】すなわち、これらのレンズ41a,41_
1,41_2,41_3,41_4は、それぞれ出射し
た光の収束位置を設定することができる。またこの複合
レンズ部41は、上述のように複数のレンズを連ねた構
造に限定されるものではなく、例えば、上述のレンズを
一体として1つのレンズで構成しても良い。また、この
複合レンズ部41を構成する各レンズは、ビームを収束
させる場合のみならず、例えば平行光を出射させたり、
或いは発散光を出射するようにしても良い。
That is, these lenses 41a and 41_
1, 41_2, 41_3, 41_4 can set the convergence position of the emitted light, respectively. Further, the compound lens portion 41 is not limited to the structure in which a plurality of lenses are connected as described above, and for example, the above-mentioned lenses may be integrated into one lens. Further, each of the lenses that form the compound lens unit 41 is not only for converging a beam, but also for emitting parallel light,
Alternatively, divergent light may be emitted.

【0047】偏光部42_1、42_2、42_3、4
2_4は、位相板43から入射された各合成光Ld1,
Ld2,Ld3,Ld4について所定の偏光成分のみを透
過させ、干渉光Ld1,Ld2,Ld3,Ld4としてレ
ンズ部41へ出射する。ちなみに各偏光部42に入射さ
れる各合成光Ldは、回折格子11の移動に伴い、偏光
方向が変化する直線偏光である。この合成光Ldから9
0°ずつ位相の異なる強度信号を得るには、各偏光部4
2は45°間隔(例えば5°、50°、95°、140
°)に配置されていれば足り、偏光部42の取り付け時
の姿勢について制約を受けずに配置することができる。
なお、このような偏光部42を位相板43と複合レンズ
部41の間に設けることにより、ユニット全体をコンパ
クトな構成にすることができる利点もある。
Polarizers 42_1, 42_2, 42_3, 4
2_4 is the combined light Ld1 incident from the phase plate 43,
Only predetermined polarization components of Ld2, Ld3, and Ld4 are transmitted, and the interference lights Ld1, Ld2, Ld3, and Ld4 are emitted to the lens unit 41. Incidentally, each combined light Ld incident on each polarization unit 42 is a linearly polarized light whose polarization direction changes with the movement of the diffraction grating 11. 9 from this synthetic light Ld
In order to obtain intensity signals having different phases by 0 °, each polarization unit 4
2 is a 45 ° interval (eg 5 °, 50 °, 95 °, 140
It is sufficient if it is arranged at (°), and it can be arranged without being restricted by the posture at the time of attaching the polarization part 42.
It should be noted that by providing such a polarization section 42 between the phase plate 43 and the compound lens section 41, there is also an advantage that the entire unit can be made compact.

【0048】位相板43は、偏光部42と、光分岐部4
4の間に挟み込まれるように積層される。この位相板4
3は、例えば1/4波長板からなり、円偏光と直線偏光
間の変換を行う。ちなみにこの位相板43は、図5に示
す直線AAに対して45°傾けたフィルム状の1/4波
長板により構成されても良く、光源51からレンズ41
aを介して光Laが入射される。位相板43は、例えば
直線偏光である光Laを円偏光に変換して偏光分離部5
8へ照射する。またこの位相板43は、光分岐部44か
ら出射された合成光Ld1,Ld2,Ld3,Ld4を受
けて円偏光に変換し、上述した偏光部42へ出射する。
すなわち、光源51からの光Laの偏光状態の変換と光
分岐膜59からの光Ldの偏光状態の変換とを1つの位
相板43により共用する構成を採用する。なお受発光複
合ユニット12は、この位相板43を割愛した構成にも
適用可能である。
The phase plate 43 includes a polarizing section 42 and a light branching section 4
4 are stacked so as to be sandwiched between them. This phase plate 4
Reference numeral 3 is, for example, a quarter-wave plate and performs conversion between circularly polarized light and linearly polarized light. Incidentally, the phase plate 43 may be constituted by a film-shaped quarter-wave plate inclined at 45 ° with respect to the straight line AA shown in FIG.
The light La enters through a. The phase plate 43 converts the light La, which is, for example, linearly polarized light, into circularly polarized light and converts the light La into polarized light.
Irradiate to 8. Further, the phase plate 43 receives the combined lights Ld1, Ld2, Ld3, and Ld4 emitted from the light branching unit 44, converts them into circularly polarized light, and outputs the circularly polarized light to the above-described polarizing unit 42.
That is, a configuration is adopted in which the conversion of the polarization state of the light La from the light source 51 and the conversion of the polarization state of the light Ld from the light branching film 59 are shared by one phase plate 43. The combined light emitting and receiving unit 12 can also be applied to a configuration in which the phase plate 43 is omitted.

【0049】光分岐部44は、光源51から出射された
光Laを2つの光La1、La2に分割して出射すると
ともに、反射部材13a,13bからの2回回折光Lc
1、Lc2を合成させて合成光Ldを生成する偏光分離
部58と、偏光分離部58から照射される合成光Ldを
合成光Ld1,Ld2,Ld3,Ld4に分割する光分岐
膜59_1、59_2、59_3、59_4とを有す
る。
The light branching unit 44 divides the light La emitted from the light source 51 into two lights La1 and La2 and emits the light La, and the double diffracted light Lc from the reflecting members 13a and 13b.
1, a polarization splitting unit 58 that synthesizes Lc2 to generate a synthetic light Ld, and light splitting films 59_1 and 59_2 that split the synthetic light Ld emitted from the polarization splitting unit 58 into synthetic lights Ld1, Ld2, Ld3, and Ld4. 59_3 and 59_4.

【0050】偏光分離部58は、例えば偏光ビームスプ
リッタ等からなり、光源51から出射された光Laが位
相板43を介して入射される。この偏光分離部58は、
入射された光Laの一部を反射して光La1を生成し、
入射された光Laの一部を透過して光La2を生成す
る。なおこの偏光分離部58は、光La1,La2を、
偏光成分が直交するS偏光とP偏光に分割しても良い。
この場合光La1はS偏光と光となり、また光La2
は、P偏光の光となる。またこの偏光分離部58には、
回折格子11からの2回回折光Lc1及び2回回折光L
c2が入射される。偏光分離部58は、2つの2回回折
光Lc1、Lc2を重ね合わせて合成させ、該合成光L
dを光分岐膜59へ出射する。
The polarization separation section 58 is composed of, for example, a polarization beam splitter or the like, and the light La emitted from the light source 51 enters through the phase plate 43. The polarized light separating section 58 is
A part of the incident light La is reflected to generate light La1,
A part of the incident light La is transmitted to generate the light La2. The polarization splitting unit 58 converts the light La1 and La2 into
It may be divided into S-polarized light and P-polarized light whose polarization components are orthogonal to each other.
In this case, the light La1 becomes S-polarized light and light La2.
Is P-polarized light. In addition, the polarization separation section 58 has
Two-time diffracted light Lc1 and two-time diffracted light L from the diffraction grating 11
c2 is incident. The polarization beam splitting unit 58 superimposes and synthesizes two two-time diffracted lights Lc1 and Lc2, and the combined light L
The d is emitted to the light branching film 59.

【0051】光分岐膜59_1、59_2、59_3、
59_4の各反射率は、夫々1/4,1/3,1/2,
1に設定されている(すなわち、光分岐膜59_4は全
反射面となっている)。このため、入射された合成光L
dをほぼ同一の光量で、合成光Ld1,Ld2,Ld3,
Ld4に分割することが可能となる。
Light branching films 59_1, 59_2, 59_3,
The reflectances of 59_4 are 1/4, 1/3, 1/2, and
It is set to 1 (that is, the light branching film 59_4 is a total reflection surface). Therefore, the incident combined light L
When d is almost the same light amount, the combined lights Ld1, Ld2, Ld3,
It becomes possible to divide into Ld4.

【0052】なお受発光複合ユニット12には、上述し
た収容部材40と、複合レンズ部41と、偏光部42
と、位相板43と、光分岐部44が、同一パッケージ内
に配設され独立ユニットとして構成される。またこれら
の各部材は、夫々積層されて一体となるように構成され
ている。
The receiving / emitting composite unit 12 includes the above-mentioned housing member 40, the composite lens section 41, and the polarization section 42.
The phase plate 43 and the light branching section 44 are arranged in the same package and configured as an independent unit. Further, each of these members is configured to be laminated and integrated.

【0053】すなわち受発光複合ユニット12は、各部
材をパッケージ化して一体構造とすることにより、精密
な位置調整が容易になり、また部品の配置スペースを大
きくとる必要がなくなり、変位検出装置全体の小型化、
軽量化を図ることができる。また、各部材を同一の収容
部材内に収納することにより、環境変化や経時変化の影
響を軽減させることができ、調整時のずれ等を最小限に
抑えることができ、ひいては受発光複合ユニット12全
体の信頼性を高めることができる。
That is, in the combined light emitting and receiving unit 12, by packaging each member into an integrated structure, precise position adjustment is facilitated, and it is not necessary to take a large space for arranging parts, and the displacement detecting apparatus as a whole is Miniaturization,
The weight can be reduced. Further, by accommodating each member in the same accommodating member, it is possible to reduce the influence of environmental changes and changes over time, and it is possible to minimize misalignment during adjustment and the like, and consequently the light emitting and receiving combined unit 12 The overall reliability can be increased.

【0054】次に本発明を適用した変位検出装置10の
動作例について説明をする。
Next, an operation example of the displacement detecting device 10 to which the present invention is applied will be described.

【0055】先ず光源51から出射された光Laは、例
えば図4に示すように半導体基板53の反射面53aに
より反射されてレンズ41aへ照射される。光Laは、
このレンズ41aにより像変換され、例えば1/4波長
板からなる位相板43へ照射される。
First, the light La emitted from the light source 51 is reflected by the reflecting surface 53a of the semiconductor substrate 53 and is applied to the lens 41a as shown in FIG. Light La is
The image is converted by the lens 41a and is irradiated on the phase plate 43, which is, for example, a quarter-wave plate.

【0056】位相板43へ照射された光Laは、該位相
板43により円偏光に変化させられる。
The light La radiated to the phase plate 43 is changed into circularly polarized light by the phase plate 43.

【0057】位相板43を出射された光Laは、偏光分
離部58により例えばS偏光とP偏光の光La1、La
2に分離され、反射部材13a,13bを介して、回折
格子11へ入射させる。ちなみにこの回折格子11にお
ける光La1の入射角をθa、光La2の入射角をθb、
また1回回折光Lb1の回折角をθa´、1回回折光L
b2の回折角をθb´としたとき、以下の式(11)、
(12)が成立する。 sinθa+sinθa´=mλ/d (11) sinθb+sinθb´=mλ/d (12) d:回折格子のピッチ λ:光の波長 m:回折次数 ちなみに、回折格子11に体積型の位相ホログラムを用
い、ブラッグ回折を利用するときには、θa=θa´、θ
b=θb´となるような入射角で入射させる。回折格子1
1に体積型の位相ホログラムを用いない場合には、入射
角と回折角は上述した関係で示される任意の角度とな
る。
The light La emitted from the phase plate 43 is, for example, S-polarized and P-polarized light La1 and La by the polarization splitting unit 58.
It is separated into two and is incident on the diffraction grating 11 via the reflecting members 13a and 13b. By the way, the incident angle of the light La1 on the diffraction grating 11 is θa, and the incident angle of the light La2 is θb.
In addition, the diffraction angle of the one-time diffracted light Lb1 is θa ′, and the one-time diffracted light L
When the diffraction angle of b2 is θb ′, the following equation (11),
(12) is established. sin θa + sin θa ′ = mλ / d (11) sin θb + sin θb ′ = mλ / d (12) d: Diffraction grating pitch λ: Light wavelength m: Diffraction order By the way, a volume phase hologram is used for the diffraction grating 11 to perform Bragg diffraction. When using, θa = θa ', θ
The incident angle is such that b = θb ′. Diffraction grating 1
When the volume type phase hologram is not used for 1, the incident angle and the diffraction angle are arbitrary angles shown by the above-mentioned relationship.

【0058】1回回折光Lb1、Lb2はそれぞれ反射
器26、27で垂直に反射される。このとき、1回回折
光Lb1、Lb2は、1/4波長板WP1、WP2を2
回通過するため、偏光方向は夫々90°回転させられ
る。このため、元々S偏光であった1回回折光Lb1は
P偏光に変換され、また元々P偏光であった1回回折光
Lb2は、S偏光に変換される。
The once diffracted lights Lb1 and Lb2 are reflected vertically by the reflectors 26 and 27, respectively. At this time, the one-time diffracted lights Lb1 and Lb2 pass through the ¼ wavelength plates WP1 and WP2.
The polarization directions are rotated by 90 ° for each pass. Therefore, the one-time diffracted light Lb1 that was originally S-polarized is converted into P-polarized light, and the one-time diffracted light Lb2 that was originally P-polarized is converted into S-polarized light.

【0059】次に、反射器26、27を夫々反射した1
回回折光Lb1、Lb2は、再度回折格子11により回
折されて2回回折光Lc1、Lc2となり、同一の光路
を経て再度偏光分離部58へ到達する。この2回回折光
Lc1、Lc2の回折次数は同次であっても良いし、同
次である場合に限定されることはない。偏光分離部58
では、このP偏光である2回回折光Lc1と、S偏光で
ある2回回折光Lc2とを重ね合わせて合成させ、合成
光Ldを生成する。
Next, the reflectors 26 and 27 are reflected by 1
The diffracted light beams Lb1 and Lb2 are diffracted again by the diffraction grating 11 to become diffracted light beams Lc1 and Lc2 twice, and reach the polarization splitting unit 58 again through the same optical path. The diffraction orders of the two-time diffracted lights Lc1 and Lc2 may be of the same order, and are not limited to the cases of the same order. Polarization separation unit 58
Then, the P-polarized 2-fold diffracted light Lc1 and the S-polarized 2-fold diffracted light Lc2 are overlapped and combined to generate a combined light Ld.

【0060】合成光Ldは光分岐膜59_1、59_
2、59_3、59_4を介してLd1,Ld2,Ld
3,Ld4に分割される。この分割された合成光Ld1,
Ld2,Ld3,Ld4は、夫々位相板43に照射され
る。このとき2回回折光Lc1、Lc2は、互いに逆周
りの円偏光になる。この合成光Ldを特定の偏光成分の
み透過する偏光板を通じて受光すると、この合成光Ld
について、重ね合わせた2つの2回回折光Lc1、Lc
2の振幅をA1、A2とし、回折格子11の格子ベクト
ル方向への移動量をx、初期位相をδとし、またK=2
π/d(dは格子ピッチ)として、1回目、2回目の回
折で夫々1次の回折光を利用した場合は、特定の偏光成
分を取り出すと以下の(13)式のような干渉信号Iが
得られる。 I=A1+A2+2・A1・A2cos(4・K・x+δ) (13) この干渉信号Iは、回折格子11が格子ベクトル方向へ
d/4移動することにより1周期分変化する。δは、重
ね合わせた2つの2回回折光Lc1、Lc2の光路長の
差に依存する量である。
The combined light Ld is converted into the light branching films 59_1 and 59_.
2, 59_3, 59_4 through Ld1, Ld2, Ld
It is divided into 3 and Ld4. This divided synthetic light Ld1,
The phase plate 43 is irradiated with Ld2, Ld3, and Ld4, respectively. At this time, the two-time diffracted lights Lc1 and Lc2 are circularly polarized lights having mutually opposite directions. When this combined light Ld is received through a polarizing plate that transmits only a specific polarization component, this combined light Ld
The two two-time diffracted lights Lc1 and Lc
The amplitude of 2 is A1, A2, the moving amount of the diffraction grating 11 in the direction of the grating vector is x, the initial phase is δ, and K = 2.
Assuming that π / d (d is the grating pitch), if the first-order diffracted light is used in the first and second diffractions, if a specific polarization component is extracted, the interference signal I as in the following equation (13) is obtained. Is obtained. I = A1 2 + A2 2 + 2 · A1 · A2 cos (4 · K · x + δ) (13) This interference signal I changes by one period when the diffraction grating 11 moves d / 4 in the grating vector direction. δ is an amount that depends on the difference between the optical path lengths of the two two-time diffracted lights Lc1 and Lc2 that are superposed.

【0061】この位相板43を出射した各合成光Ld
1、Ld2、Ld3、Ld4は、夫々偏光部42によ
り、所定の偏光成分のみ透過させられる。各偏光部42
は、夫々45°間隔になるように設定されているが、本
例では偏光部42_1は、0°の偏光方向のみ透過させ
るようにし、また偏光部42_2は45°の偏光方向の
み透過させるようにし、また偏光部42_3は、90°
の偏光方向のみ透過させるようにし、さらに偏光部42
_4は、135°の偏光方向のみ透過させるようにす
る。このとき各偏光部42を透過した干渉光Ld1、L
d2、Ld3、Ld4の強度は、夫々以下の式(21)
〜(24)で表される。 B+Acos(4・K・x+δ) (21) B+Acos(4・K・x+90°+δ) (22) B+Acos(4・K・x+180°+δ) (23) B+Acos(4・K・x+270°+δ) (24) B=1/4(A1+A2) A=1/2・A1・A2 式(21)は、偏光部42_1を透過した干渉光Ld1
の強度を表した式であり、式(22)は、偏光部42_
2を透過した干渉光Ld2の強度を表した式であり、式
(23)は、偏光部42_3を透過した干渉光Ld3の
強度を表した式であり、式(24)は、偏光部42_4
を透過した干渉光Ld4の強度を表した式である。これ
らの式で表される干渉光Ld1は、レンズ41_1,4
1_2,41_3,41_4を介して、受光素子52_
1,52_2,52_3,52_4に結像される。すな
わち各受光素子52は、上述の式で表される干渉光Ld
を光電変換して干渉信号を生成することとなる。
Each composite light Ld emitted from this phase plate 43
1, Ld2, Ld3, and Ld4 are transmitted by the polarization unit 42, respectively, so that only predetermined polarization components are transmitted. Each polarization unit 42
Are set to have an interval of 45 °, respectively, but in this example, the polarization unit 42_1 transmits only the polarization direction of 0 °, and the polarization unit 42_2 transmits only the polarization direction of 45 °. , And the polarization part 42_3 is 90 °
And transmits only the polarization direction of
_4 transmits only the polarization direction of 135 °. At this time, the interference lights Ld1 and Ld transmitted through the respective polarization parts 42
The intensities of d2, Ld3, and Ld4 are calculated by the following equation (21).
It is represented by (24). B + Acos (4 ・ K ・ x + δ °) (21) B + Acos (4 ・ K ・ x + 90 ° + δ) (22) B + Acos (4 ・ K ・ x + 180 ° + δ) (23) B + Acos (4 ・ K ・ x + 270 ° + δ) (24) B = 1/4 (A1 2 + A2 2 ) A = 1/2 · A1 · A2 Formula (21) is defined as interference light Ld1 transmitted through the polarization unit 42_1.
Is a formula expressing the intensity of the polarization part 42_.
2 is an expression that represents the intensity of the interference light Ld2 that has passed through 2, Formula (23) is an expression that represents the intensity of the interference light Ld3 that has transmitted through the polarization unit 42_3, and Formula (24) is an expression that represents the polarization unit 42_4.
3 is an expression representing the intensity of the interference light Ld4 that has passed through. The interference light Ld1 represented by these equations is generated by the lenses 41_1 and 4_1.
1_2, 41_3, 41_4, through the light receiving element 52_
Images are formed on 1, 52_2, 52_3, 52_4. That is, each light-receiving element 52 receives the interference light Ld represented by the above equation.
Will be photoelectrically converted to generate an interference signal.

【0062】式(21)と式(23)とを減算すると、
干渉信号の直流成分を除去することができる。また式
(22)と式(24)とを減算すると、干渉信号の直流
成分を除去することができる。また減算された信号は、
互いに位相が90°異なるため、回折格子に移動方向を
検知するための信号を得ることができる。
Subtracting equations (21) and (23),
The DC component of the interference signal can be removed. Further, by subtracting the equations (22) and (24), the DC component of the interference signal can be removed. The subtracted signal is
Since the phases are different from each other by 90 °, it is possible to obtain a signal for detecting the moving direction in the diffraction grating.

【0063】また本発明では、反射光学系14として、
上述の如く反射プリズム30を適用することもできる。
このためビームを結像する反射面30aにはゴミが混入
することなく、また傷も一切つかないことから、より高
精度な変位検出が可能となる。
Further, in the present invention, as the reflection optical system 14,
The reflection prism 30 can also be applied as described above.
Therefore, dust is not mixed into the reflecting surface 30a on which the beam is imaged, and no scratches are formed on the reflecting surface 30a, so that the displacement can be detected with higher accuracy.

【0064】なお、本発明は上述した実施の形態に限定
されるものではない。例えば光源51の波長変動に基づ
く誤差を軽減可能な以下の構成を適用することもでき
る。
The present invention is not limited to the above embodiment. For example, the following configuration capable of reducing the error due to the wavelength variation of the light source 51 can be applied.

【0065】光源の波長に変動がある場合に、偏光分離
部58から反射器26までの光路長と、偏光分離部58
から反射器27までの光路長に差があると(以下この光
路長差をΔLとする)測定誤差が生じる。誤差量Eは以
下のように表すことができる。 E=Δλ/λ・2・ΔL・4/d (45) λ:光源51の波長 Δλ:波長の変動量 ΔL:偏光分離部58により分離された2つの光の光路
長差 d:回折格子11の格子ピッチ このとき、想定される波長変動Δλに対して誤差量Eが
許容範囲以下になるように、ΔLを小さくする必要があ
る。レンズ41a、並びにレンズ41_1,41_2,
41_3,41_4について、夫々出射する光が特定の
点(虚像点を含む、無限遠は不可)に収束するように設
定する。本実施の形態では、偏光分離部58により2つ
に分離される光は、同一のレンズ41aを通過している
ため、各収束点と発光点である光源51との距離は等し
くなる。ちなみに、偏光分離部において2つに分離され
る光夫々について個別のレンズを用いる場合には、同じ
焦点距離であり同一形状からなるレンズを用いてかかる
距離が等しくなるようにする。
When the wavelength of the light source fluctuates, the optical path length from the polarization splitting unit 58 to the reflector 26 and the polarization splitting unit 58.
If there is a difference in the optical path length from the reflector to the reflector 27 (hereinafter, this optical path length difference is referred to as ΔL), a measurement error occurs. The error amount E can be expressed as follows. E = Δλ / λ · 2 · ΔL · 4 / d (45) λ: wavelength of the light source 51 Δλ: variation amount of wavelength ΔL: optical path difference d between two lights separated by the polarization separation unit 58: diffraction grating 11 At this time, it is necessary to reduce ΔL so that the error amount E falls within the allowable range with respect to the expected wavelength variation Δλ. The lens 41a and the lenses 41_1, 41_2,
41_3 and 41_4 are set so that the light emitted respectively converges on a specific point (including a virtual image point, infinity is impossible). In the present embodiment, since the light split into two by the polarization splitting unit 58 passes through the same lens 41a, the distance between each convergence point and the light source 51 that is the light emitting point becomes equal. By the way, when individual lenses are used for each of the two light beams separated in the polarization beam splitting unit, lenses having the same focal length and the same shape are used to make the distances equal.

【0066】このとき、受光素子52付近の光Ldの傾
向を図6に示す。この図6においてdは、2つの光の収
束位置のずれ量である。2つの光のうち、実線を2回回
折光Lc1に基づく光束とし、また破線を2回回折光L
c2に基づく光束としたときに、両者の光路長が等しい
場合のみd=0となり、二つの光束が重なり合うことと
なる。また、2つの光の光路長が異なる場合にはd≠0
となり、同心円状の干渉縞が生じ、干渉信号の強度が小
さくなってしまう。従って、干渉信号を最大にするか、
或いは干渉像がヌル・フリンジ(null fringe)になる
ように反射器26,27(30a)の位置を調整するこ
とにより、光源51の可干渉距離に関係なく2つの光の
光路長を等しくすることができる。
At this time, the tendency of the light Ld near the light receiving element 52 is shown in FIG. In FIG. 6, d is the shift amount of the convergence positions of the two lights. Of the two lights, the solid line is the light flux based on the twice-diffracted light Lc1, and the broken line is the twice-diffracted light Lc1.
When the luminous flux is based on c2, d = 0 only when the optical path lengths of the two are equal, and the two luminous fluxes overlap. Further, when the optical path lengths of the two lights are different, d ≠ 0
Then, concentric interference fringes are generated and the intensity of the interference signal is reduced. Therefore, maximize the interfering signal, or
Alternatively, by adjusting the positions of the reflectors 26, 27 (30a) so that the interference image becomes a null fringe, the optical path lengths of the two lights are made equal regardless of the coherence length of the light source 51. You can

【0067】光路長を等しくすることができれば、上述
した(45)式により、光源の波長に変動がある場合で
も、測定誤差を軽減させることができる。
If the optical path lengths can be made equal, the measurement error can be reduced by the above equation (45) even if the wavelength of the light source varies.

【0068】また、本発明では、複合レンズ部41にお
ける各レンズを以下のように調整しても良い。
Further, in the present invention, each lens in the compound lens section 41 may be adjusted as follows.

【0069】図7(a)は、光源51の発光点と、反射
器26、27(反射面30a)との位置関係を示してい
る。また図7(b)は、反射器26,27(反射面30
a)と受光素子52との位置関係を示している。レンズ
41aと、レンズ41_1,41_2,41_3,41
_4とを、以下の幾何光学的な結像関係を満たすように
設定する。 1/LO+1/LO'=1/FO (31) 1/LR+1/LR'=1/FR (32) FO:レンズ41aの焦点距離 FR:レンズ41_1,41_2,41_3,41_4の
焦点距離 また、LO、LO'、LR、LR'は幾何光学的な距離であり、各
レンズ41の主平面との距離を示しており、例えば図8
に示す光学系の場合は以下の式で示される。 LO=L1 (41) LO'=L2+(L12+L3+L4)/N1+L5+L6+(L7+L8)/N2+L9+L10/N3 (42) LR=L10/N3+L9+(L7+L8)/N2+L6+L5+(L11+L3)/N1+L12 (43) LR'=L13 (44) N1:偏光分離部58並びに光分離膜59の屈折率 N2:回折格子11の屈折率 N3:反射プリズムの屈折率 すなわち、図8に示す例において、式(41)〜(4
4)を満たすように各レンズを配置すれば、幾何光学的
に発光点の像が反射器26、27に結像され、また反射
器26、27の像が受光素子52に結像されることとな
る。すなわち、式(41)〜(44)を満たすように各
レンズを配置すれば、光源51と反射器26、27(3
0a)が幾何光学的な結像関係でほぼ共役な位置に配置
され、また反射器16、27(30a)と受光素子52
が幾何光学的な結像関係でほぼ共役な位置に配置される
こととなる。
FIG. 7A shows the positional relationship between the light emitting point of the light source 51 and the reflectors 26 and 27 (reflection surface 30a). Further, FIG. 7B shows reflectors 26 and 27 (reflecting surface 30
The positional relationship between a) and the light receiving element 52 is shown. The lens 41a and the lenses 41_1, 41_2, 41_3, 41
_4 and _4 are set so as to satisfy the following geometrical optics imaging relationship. 1 / LO + 1 / LO '= 1 / FO (31) 1 / LR + 1 / LR' = 1 / FR (32) FO: Focal length of lens 41a FR: Focal length of lenses 41_1, 41_2, 41_3, 41_4 LO, LO ', LR, and LR' are geometrical optical distances and indicate distances from the main plane of each lens 41, for example, FIG.
In the case of the optical system shown in FIG. LO = L1 (41) LO '= L2 + (L12 + L3 + L4) / N1 + L5 + L6 + (L7 + L8) / N2 + L9 + L10 / N3 (42) LR = L10 / N3 + L9 + (L7 + L8 ) / N2 + L6 + L5 + (L11 + L3) / N1 + L12 (43) LR '= L13 (44) N1: Refractive index N2 of the polarization separation part 58 and the light separation film 59: Refractive index N3 of the diffraction grating 11: Refractive index of the reflecting prism, that is, in the example shown in FIG.
By arranging each lens so as to satisfy 4), the image of the light emitting point is formed on the reflectors 26 and 27 geometrically and the image of the reflectors 26 and 27 is formed on the light receiving element 52. Becomes That is, if the lenses are arranged so as to satisfy the expressions (41) to (44), the light source 51 and the reflectors 26, 27 (3
0a) is arranged at a substantially conjugate position due to the geometrical optical image formation relationship, and the reflectors 16 and 27 (30a) and the light receiving element 52 are arranged.
Will be arranged at a substantially conjugate position due to the geometrical optics image formation relationship.

【0070】このような光学系を採用するこの変位検出
装置10は、例えば図9に示すように、反射器26,2
7が回転した場合においても、各受光素子52上の結像
点の位置は変化しない。すなわち、各受光素子52上に
入射される光Ldの角度は変化するが、受光素子52上の
結像点の位置は変化せず、また光路長も変化しないの
で、干渉信号に変化は生じないことになる。
This displacement detecting device 10 employing such an optical system is provided with reflectors 26, 2 as shown in FIG. 9, for example.
Even when 7 rotates, the position of the image forming point on each light receiving element 52 does not change. That is, although the angle of the light Ld incident on each light receiving element 52 changes, the position of the image forming point on the light receiving element 52 does not change and the optical path length does not change, so that the interference signal does not change. It will be.

【0071】さらに本発明を適用した変位検出装置10
は、上述したLR'の距離がLRの距離よりも小さくなるよ
うに(LR'/LR≦1になるように)設定しても良い。反射
器26、27における結像点の移動量に対する、受光素
子52における結像点の移動量の割合は、LR'/LRで表さ
れる。従って、LR'/LRの値を小さくすれば、受光面上の
結像点の移動量を抑えることができる。すなわち、LR'/
LR≦1となるように設定すれば反射器26、27の結像
点の移動量よりも受光素子52における結像点の移動量
を小さくすることができ、干渉信号の強度の低下を抑え
ることが可能となる。特に受発光複合ユニット12にお
いて、上述した収容部材40と、複合レンズ部41と、
偏光部42と、位相板43と、光分岐部44が、同一パ
ッケージ内に配設され独立ユニットとして構成する本発
明では、LR'を極めて小さくとることができるため、LR'
/LRをより小さくすることができる。
Further, the displacement detecting device 10 to which the present invention is applied
May be set so that the above-mentioned LR ′ distance becomes smaller than the LR distance (so that LR ′ / LR ≦ 1). The ratio of the amount of movement of the image forming point in the light receiving element 52 to the amount of movement of the image forming point in the reflectors 26 and 27 is represented by LR ′ / LR. Therefore, by reducing the value of LR '/ LR, the amount of movement of the image forming point on the light receiving surface can be suppressed. That is, LR '/
By setting LR ≦ 1, it is possible to make the moving amount of the image forming point of the light receiving element 52 smaller than the moving amount of the image forming point of the reflectors 26 and 27, and suppress the decrease of the intensity of the interference signal. Is possible. Particularly, in the light emitting / receiving composite unit 12, the housing member 40 described above, the composite lens portion 41,
In the present invention in which the polarization unit 42, the phase plate 43, and the light branching unit 44 are arranged in the same package and configured as an independent unit, LR 'can be made extremely small, so that LR'
/ LR can be made smaller.

【0072】すなわち、本発明を適用した変位検出装置
10は、複合レンズ部41を構成する各レンズを上述し
たように配置することにより、回折格子11における回
転や、反射器26,27が回転した場合においても、受
光素子52におけるずれを最小限に抑えることができ、
干渉信号への影響を軽減させることができる。
That is, in the displacement detecting apparatus 10 to which the present invention is applied, the lenses in the compound lens portion 41 are arranged as described above, whereby the rotation of the diffraction grating 11 and the rotation of the reflectors 26, 27 are caused. Even in this case, it is possible to minimize the deviation in the light receiving element 52,
The influence on the interference signal can be reduced.

【0073】なお複合レンズ部41における各レンズ4
1の開口が小さい場合に、各レンズ41により出射する
光を収束させると、結像するビーム径が小さくなり過
ぎ、ゴミや傷の影響を受ける場合がある。このため複合
レンズ部41は、結像点におけるゴミや傷の影響を受け
ない程度まで、出射する光を発散させるようにしても良
い。
Each lens 4 in the compound lens section 41
When the light emitted from each lens 41 is converged when the aperture of No. 1 is small, the diameter of the imaged beam becomes too small, which may be affected by dust or scratches. Therefore, the compound lens unit 41 may diverge the emitted light to the extent that it is not affected by dust or scratches at the image forming point.

【0074】また、複合レンズ部41における各レンズ
41は、出射する光を平行光とすることにより、回折格
子11や受光素子52上におけるビーム径を変化させな
いようにしても良い。これにより、光のビーム径を常に
一定とすることができるため、回折格子11を取りつけ
る際に、図2に示すようにE1、E2方向の許容幅を大
きくすることができる。
Further, each lens 41 in the compound lens portion 41 may change the beam diameter on the diffraction grating 11 and the light receiving element 52 by changing the emitted light into parallel light. As a result, the beam diameter of the light can be made constant at all times, so that when the diffraction grating 11 is mounted, the allowable width in the E1 and E2 directions can be increased as shown in FIG.

【0075】レンズ41aを出射した光を反射器26,
27上で焦点を結ばせるか、或いは平行光にすることに
より、回折格子11上に入射される光La1、La2
と、反射される光Lb1、Lb2とを同一の光路になる
ように調整することも可能である。
The light emitted from the lens 41a is reflected by the reflector 26,
Lights La1 and La2 incident on the diffraction grating 11 are formed by focusing on or collimating the light on 27.
It is also possible to adjust the reflected lights Lb1 and Lb2 to have the same optical path.

【0076】また、本発明を適用した変位検出装置は、
上述した実施の形態に限定されるものではない。例え
ば、以下に示す構成にも適用可能である。これらの構成
について図1、図3に示す変位検出装置10と同一の構
成要素、部材については同一の番号を付して説明を省略
する。
The displacement detecting device to which the present invention is applied is
The present invention is not limited to the above embodiment. For example, it can be applied to the following configurations. With respect to these configurations, the same components and members as those of the displacement detection device 10 shown in FIGS. 1 and 3 are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.

【0077】図10に示す変位検出装置101は、反射
光学系14に反射プリズム50を用い、1回回折光Lb
1のみを通過させる1/4波長板WP51と、1回回折
光Lb2のみ通過させる1/4波長板WP52とを有す
る。これら1/4波長板WP1、WP2を通過した各1
回回折光Lb1、Lb2は夫々反射面50a,50bを
反射することとなる。すなわち、上述した図3に示す反
射光学系と比較して、1/4波長板を別々に配置する構
成を採る。
The displacement detecting apparatus 101 shown in FIG. 10 uses a reflecting prism 50 in the reflecting optical system 14 and produces a single-diffracted light Lb.
It has a quarter-wave plate WP51 that passes only 1 and a quarter-wave plate WP52 that passes only the one-time diffracted light Lb2. Each 1 that has passed through these quarter wave plates WP1 and WP2
The diffracted lights Lb1 and Lb2 are reflected by the reflecting surfaces 50a and 50b, respectively. That is, as compared with the above-described catoptric system shown in FIG. 3, a quarter wave plate is separately arranged.

【0078】図11に示す変位検出装置102は、図1
に示す反射部材13a,13bの代替として、回折格子
70を用いる構成を採る。この回折格子70は、入射さ
れる光La1、La2、Lc1、Lc2の方向を変え、
回折格子11或いは受発光複合ユニット12へ入射させ
る。
The displacement detecting device 102 shown in FIG.
As an alternative to the reflecting members 13a and 13b shown in FIG. The diffraction grating 70 changes the directions of incident lights La1, La2, Lc1 and Lc2,
The light is incident on the diffraction grating 11 or the combined light emitting and receiving unit 12.

【0079】図12に示す変位検出装置103は、図1
に示す反射部材13a,13bを割愛した構成を採り、
反射面70aを有する反射プリズム70と、各反射面7
0aに配された1/4波長板WP71、WP72を備え
る。
The displacement detecting device 103 shown in FIG.
By adopting a configuration in which the reflecting members 13a and 13b shown in are omitted,
A reflecting prism 70 having a reflecting surface 70a and each reflecting surface 7
The quarter wave plates WP71 and WP72 arranged at 0a are provided.

【0080】図13に示す変位検出装置104は、1/
4波長板WP81、WP82を回折格子11と(光源5
1を含む)受発光複合ユニット12との間に配設する。
ちなみに、この1/4波長板WP81、WP82の光学
軸は、受発光複合ユニット12から出射される光La
1、La2の偏光軸に対して45°傾ける。
The displacement detecting device 104 shown in FIG.
The four wavelength plates WP81 and WP82 are connected to the diffraction grating 11 (the light source 5
(Including 1) and the light receiving and emitting composite unit 12.
By the way, the optical axes of the quarter-wave plates WP81 and WP82 are the light La emitted from the light emitting / receiving composite unit 12.
The tilt angle is 45 ° with respect to the polarization axes of La1 and La2.

【0081】なお、この図10〜図13に示す各変位検
出装置の回折格子11は、ガラス板からなるスケールに
より挟み込まれる構成にしても良い。
The diffraction grating 11 of each displacement detecting device shown in FIGS. 10 to 13 may be sandwiched between scales made of glass plates.

【0082】また、本発明を適用した変位検出装置で
は、格子が所定の間隔で平行に設けられた回折格子11
を用いているが、本発明では、このような格子が平行に
設けられた回折格子を用いなくても良い。例えばロータ
リーエンコーダ等放射状の格子が設けられた回折格子を
用いて角度検出を行うようにしても良い。
Further, in the displacement detecting device to which the present invention is applied, the diffraction grating 11 in which the gratings are provided in parallel at a predetermined interval is provided.
However, in the present invention, the diffraction grating in which such a grating is provided in parallel may not be used. For example, the angle may be detected using a diffraction grating such as a rotary encoder provided with a radial grating.

【0083】また本発明を適用した変位検出装置は、透
過型の回折格子11を用いる場合に限定されるものでは
なく、例えば反射型の回折格子を用いても良い。
The displacement detecting apparatus to which the present invention is applied is not limited to the case where the transmission type diffraction grating 11 is used, and for example, a reflection type diffraction grating may be used.

【0084】また、本発明では、明暗を記録した振幅型
の回折格子、屈折率変化や形状変化を記録した位相型の
回折格子を用いても良く、その回折格子のタイプは限定
されるものではない。
Further, in the present invention, an amplitude type diffraction grating in which brightness and darkness are recorded and a phase type diffraction grating in which a change in refractive index and a change in shape are recorded may be used, and the type of the diffraction grating is not limited. Absent.

【0085】また、本発明を適用した変位検出装置で
は、回折格子11を工作機械等の可動部分に取り付け
て、この回折格子11が可動部分の移動に応じて移動す
る場合について説明したが、本発明では、回折格子11
と、変位検出装置とが相対的に移動すれば良いことは勿
論である。
In the displacement detecting apparatus to which the present invention is applied, the case where the diffraction grating 11 is attached to a movable part of a machine tool and the diffraction grating 11 moves in accordance with the movement of the movable part has been described. In the invention, the diffraction grating 11
Needless to say, the displacement detection device may move relatively.

【0086】[0086]

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明に係
る変位検出装置は、格子面上において照射されるビーム
径を任意に設定することができるため、ゴミや傷の影響
を軽減させることが可能となる。またこのような、外部
に出射する光、受光する光のビーム径を共に制御する複
合レンズ部を同一パッケージ内に配置することにより、
集積度を高めることができ、また作製工程を簡略化で
き、装置全体の信頼性を高めることができる。
As described above in detail, in the displacement detecting device according to the present invention, the diameter of the beam irradiated on the grating surface can be arbitrarily set, so that the influence of dust and scratches can be reduced. Is possible. In addition, by arranging such a compound lens unit that controls the beam diameter of the light emitted to the outside and the beam diameter of the received light in the same package,
The degree of integration can be increased, the manufacturing process can be simplified, and the reliability of the entire device can be increased.

【0087】また、本発明に係る変位検出装置は、各部
材をパッケージ化して一体構造とすることにより、精密
な位置調整が容易になり、また部品の配置スペースを大
きくとる必要がなくなり、変位検出装置全体の小型化、
軽量化を図ることができる。また、各部材を同一の収容
部材内に収納することにより、環境変化や経時変化の影
響を軽減させることができ、調整時のずれ等を最小限に
抑えることができ、ひいては装置全体の信頼性を高める
ことができる。
Further, in the displacement detecting apparatus according to the present invention, by packaging each member into an integrated structure, precise position adjustment is facilitated, and it is not necessary to take a large space for arranging parts, so that displacement detection Miniaturization of the entire device,
The weight can be reduced. In addition, by storing each member in the same housing member, it is possible to reduce the effects of environmental changes and changes over time, minimize misalignment during adjustment, etc. Can be increased.

【0088】本発明に係る変位検出装置は、更に光源に
おいて可干渉長の制限された特殊なものを用いる必要が
ないため、一般の安価な半導体レーザを用いることがで
き、大幅なコスト削減を図ることができる。また、簡易
な構成で回折格子や受発光ユニット等の取り付け公差を
大きくとることができる。
Since the displacement detecting device according to the present invention does not need to use a special light source whose coherence length is limited, a general inexpensive semiconductor laser can be used, and a large cost reduction can be achieved. be able to. Further, it is possible to increase the mounting tolerance of the diffraction grating, the light emitting / receiving unit, etc. with a simple configuration.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係る変位検出装置の構成を説明するた
めの図である。
FIG. 1 is a diagram for explaining a configuration of a displacement detection device according to the present invention.

【図2】変位検出に用いる回折格子の斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of a diffraction grating used for displacement detection.

【図3】反射光学系に反射プリズムを用いる場合につい
て説明するための図である。
FIG. 3 is a diagram for explaining a case where a reflective prism is used in a reflective optical system.

【図4】受発光複合ユニットの構成図である。FIG. 4 is a configuration diagram of a combined light emitting and receiving unit.

【図5】光源の偏光方向について説明するための図であ
る。
FIG. 5 is a diagram for explaining a polarization direction of a light source.

【図6】受光素子付近の光Ldの傾向を示した図であ
る。
FIG. 6 is a diagram showing a tendency of light Ld near a light receiving element.

【図7】光源と反射器並びに受光素子の位置関係を説明
するための図である。
FIG. 7 is a diagram for explaining a positional relationship between a light source, a reflector, and a light receiving element.

【図8】本発明を適用した変位検出装置について、実際
にレンズを配置する場合について説明するための図であ
る。
FIG. 8 is a diagram for explaining a case where lenses are actually arranged in the displacement detection device to which the present invention is applied.

【図9】反射器が回転する場合について説明するための
図である。
FIG. 9 is a diagram for explaining a case where a reflector rotates.

【図10】本発明に係る変位検出装置の他の形態につい
て説明するための図である。
FIG. 10 is a diagram for explaining another form of the displacement detection device according to the present invention.

【図11】本発明に係る変位検出装置の他の形態につい
て説明するための図である。
FIG. 11 is a diagram for explaining another mode of the displacement detection device according to the present invention.

【図12】本発明に係る変位検出装置の他の形態につい
て説明するための図である。
FIG. 12 is a diagram for explaining another mode of the displacement detection device according to the present invention.

【図13】本発明に係る変位検出装置の他の形態につい
て説明するための図である。
FIG. 13 is a diagram for explaining another mode of the displacement detection device according to the present invention.

【図14】従来の光学式変位測定装置の斜視図である。FIG. 14 is a perspective view of a conventional optical displacement measuring device.

【図15】従来の光学式変位測定装置の側面図である。FIG. 15 is a side view of a conventional optical displacement measuring device.

【図16】従来の他の光学式変位測定装置の斜視図であ
る。
FIG. 16 is a perspective view of another conventional optical displacement measuring device.

【図17】従来の他の光学式変位測定装置の側面図であ
る。
FIG. 17 is a side view of another conventional optical displacement measuring device.

【図18】従来の更に他の光学式変位測定装置を説明す
るための図である。
FIG. 18 is a view for explaining still another conventional optical displacement measuring device.

【図19】回折格子の角度変動の影響を防止可能な光学
式変位測定装置を説明するための図である。
FIG. 19 is a diagram for explaining an optical displacement measuring device capable of preventing the influence of angular fluctuation of the diffraction grating.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 変位検出装置、11 回折格子、12 受発光複
合ユニット、13 反射部材、14 反射光学系、2
6,27 反射器、WP1,WP2 1/4波長板、40
収容部材、41 複合レンズ部、42 偏光部、43
位相板、44光分岐部、51 光源、52 受光素
子、53,54 半導体基板、58 偏光分離部、59
光分岐膜
10 Displacement Detection Device, 11 Diffraction Grating, 12 Receiving and Emitting Complex Unit, 13 Reflecting Member, 14 Reflecting Optical System, 2
6,27 Reflector, WP1, WP2 1/4 wave plate, 40
Housing member, 41 Compound lens part, 42 Polarizing part, 43
Phase plate, 44 light splitting part, 51 light source, 52 light receiving element, 53, 54 semiconductor substrate, 58 polarization splitting part, 59
Optical branching film

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 黒田 明博 東京都品川区西五反田3丁目9番17号 ソ ニー・プレシジョン・テクノロジー株式会 社内 (72)発明者 谷口 佳代子 東京都品川区西五反田3丁目9番17号 ソ ニー・プレシジョン・テクノロジー株式会 社内 (72)発明者 田宮 英明 東京都品川区西五反田3丁目9番17号 ソ ニー・プレシジョン・テクノロジー株式会 社内 (72)発明者 久米 英廣 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソニ ー株式会社内 Fターム(参考) 2F103 BA04 BA43 CA02 CA03 CA04 CA08 DA01 DA12 EA15 EB02 EB12 EB16 EB28 EB32 EB35 EC01 EC11 EC12 EC14 EC15   ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Akihiro Kuroda             3-9-17 Sogotanda, Shinagawa-ku, Tokyo             Knee Precision Technology Stock Association             In-house (72) Inventor Kayoko Taniguchi             3-9-17 Sogotanda, Shinagawa-ku, Tokyo             Knee Precision Technology Stock Association             In-house (72) Inventor Hideaki Tamiya             3-9-17 Sogotanda, Shinagawa-ku, Tokyo             Knee Precision Technology Stock Association             In-house (72) Inventor Hidehiro Kume             6-735 Kita-Shinagawa, Shinagawa-ku, Tokyo Soni             -Inside the corporation F-term (reference) 2F103 BA04 BA43 CA02 CA03 CA04                       CA08 DA01 DA12 EA15 EB02                       EB12 EB16 EB28 EB32 EB35                       EC01 EC11 EC12 EC14 EC15

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 回折格子が配された被検査物について格
子ベクトル方向の変位を干渉信号に基づいて検出する変
位検出装置において、 光を出射する光源と、 上記光源から出射された光を2つの光に分離して出射す
るビームスプリッタと、 上記光源と上記ビームスプリッタの間に配設された第1
のレンズと、 上記ビームスプリッタから出射された2つの光が上記回
折格子により回折されて得られる2つの第1の回折光を
夫々反射する反射手段と、 上記反射手段により反射された上記第1の回折光が上記
回折格子により回折されて得られる2つの第2の回折光
を合成させて合成光を生成し、当該合成光を複数に分割
する光分割手段と、 上記分割された合成光を夫々所定の偏光成分のみ透過さ
せる偏光手段と、 上記偏光手段を透過した干渉光を夫々光電変換して上記
干渉信号を生成する受光手段と、 上記偏光手段と上記受光手段の間に配された第2のレン
ズとを備えることを特徴とする変位検出装置。
1. A displacement detection device for detecting displacement in a grating vector direction of an object to be inspected having a diffraction grating on the basis of an interference signal, a light source for emitting light, and a light for emitting light from the light source. A beam splitter that separates and emits light, and a first beam splitter disposed between the light source and the beam splitter.
Lens, a reflection unit that reflects two first diffracted light beams obtained by diffracting the two lights emitted from the beam splitter by the diffraction grating, and a first reflection unit that is reflected by the reflection unit. A light splitting unit that splits the combined light into a plurality of light beams by combining two second diffracted light beams obtained by diffracting the diffracted light beam by the diffraction grating, and dividing the combined light beam into a plurality of pieces. A polarizing means for transmitting only a predetermined polarized component, a light receiving means for photoelectrically converting the interference light transmitted through the polarizing means to generate the interference signal, and a second light receiving means arranged between the polarizing means and the light receiving means. Displacement detection device, comprising:
【請求項2】 上記光源と、上記ビームスプリッタと、
上記第1のレンズと、上記光分割手段と、上記偏光手段
と、上記受光手段と、上記第2のレンズは、同一パッケ
ージ内に配設され独立ユニットとして構成されることを
特徴とする請求項1記載の変位検出装置。
2. The light source, the beam splitter,
The first lens, the light splitting means, the polarizing means, the light receiving means, and the second lens are arranged in the same package and configured as an independent unit. 1. The displacement detection device according to 1.
【請求項3】 上記回折格子により回折された上記第1
の回折光の偏光方向と、上記反射手段により反射された
上記第1の回折光の偏光方向が直交するように偏光成分
を変化させ、かつ上記反射手段と一体となるように配さ
れた偏光素子を有することを特徴とする請求項1記載の
変位検出装置。
3. The first portion diffracted by the diffraction grating.
Of the diffracted light of which the polarization component is changed so that the polarization direction of the first diffracted light reflected by the reflecting means is orthogonal to each other, and is arranged so as to be integrated with the reflecting means. The displacement detection device according to claim 1, further comprising:
【請求項4】 上記ビームスプリッタから出射された2
つの光を夫々上記光源から等しい距離に収束するように
したことを特徴とする請求項1記載の変位検出装置。
4. The beam emitted from the beam splitter
2. The displacement detecting device according to claim 1, wherein each of the two lights is converged at an equal distance from the light source.
【請求項5】 上記反射手段は、上記受光手段において
重ね合わされた上記2つの第2の回折光の干渉縞が、ほ
ぼヌル・フリンジ(null fringe)になるか、又は干渉信
号がほぼ最大になるように配されていることを特徴とす
る請求項1記載の変位検出装置。
5. In the reflecting means, the interference fringes of the two second diffracted light beams superposed in the light receiving means are substantially null fringes, or the interference signal is substantially maximum. The displacement detection device according to claim 1, wherein the displacement detection device is arranged as follows.
【請求項6】 上記光源と上記反射手段が幾何光学的な
結像関係でほぼ共役な位置に配置され、また上記反射手
段と上記受光手段が幾何光学的な結像関係でほぼ共役な
位置に配置されることを特徴とする請求項1記載の変位
検出装置。
6. The light source and the reflecting means are arranged at positions substantially conjugate with each other in a geometrical optical image forming relationship, and the reflecting means and the light receiving means are arranged at positions substantially conjugate with each other in a geometrical optical image forming relationship. The displacement detection device according to claim 1, wherein the displacement detection device is arranged.
【請求項7】 上記反射手段の反射面と上記第2のレン
ズにおける主平面との距離は、上記第2のレンズの主平
面と上記受光手段との距離以上であることを特徴とする
請求項6記載の変位検出装置。
7. The distance between the reflecting surface of the reflecting means and the main plane of the second lens is equal to or more than the distance between the main plane of the second lens and the light receiving means. 6. The displacement detection device according to 6.
【請求項8】 上記ビームスプリッタは、偏光ビームス
プリッタであり、 上記回折格子と上記偏光ビームスプリッタとの間に配さ
れ、互いに偏光成分が直交する2つの光の偏光状態を夫
々変化させる1/4波長板を備え、 上記1/4波長板の光学軸は、上記2つの光の偏光軸に
対して夫々45°傾いていることを特徴とする請求項1
記載の変位検出装置。
8. The beam splitter is a polarization beam splitter, which is arranged between the diffraction grating and the polarization beam splitter, and changes the polarization state of two lights whose polarization components are orthogonal to each other by ¼. A wavelength plate is provided, and the optical axes of the quarter wavelength plate are inclined by 45 ° with respect to the polarization axes of the two lights, respectively.
The displacement detection device described.
【請求項9】 上記2つの第2の回折光における回折次
数は等しいことを特徴とする請求項1記載の変位検出装
置。
9. The displacement detecting device according to claim 1, wherein the two diffraction orders of the second diffracted light are equal to each other.
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