JP2007527006A - 光学式読取りヘッド - Google Patents
光学式読取りヘッド Download PDFInfo
- Publication number
- JP2007527006A JP2007527006A JP2007501351A JP2007501351A JP2007527006A JP 2007527006 A JP2007527006 A JP 2007527006A JP 2007501351 A JP2007501351 A JP 2007501351A JP 2007501351 A JP2007501351 A JP 2007501351A JP 2007527006 A JP2007527006 A JP 2007527006A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- optical device
- interference measurement
- measurement apparatus
- interference
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 61
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 21
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims description 17
- 230000003252 repetitive effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 21
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 13
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 6
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 5
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 238000005191 phase separation Methods 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
- G01B9/02—Interferometers
- G01B9/02055—Reduction or prevention of errors; Testing; Calibration
- G01B9/02075—Reduction or prevention of errors; Testing; Calibration of particular errors
- G01B9/02078—Caused by ambiguity
- G01B9/02079—Quadrature detection, i.e. detecting relatively phase-shifted signals
- G01B9/02081—Quadrature detection, i.e. detecting relatively phase-shifted signals simultaneous quadrature detection, e.g. by spatial phase shifting
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
- G01B9/02—Interferometers
- G01B9/02041—Interferometers characterised by particular imaging or detection techniques
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
- G01B9/02—Interferometers
- G01B9/02083—Interferometers characterised by particular signal processing and presentation
- G01B9/02084—Processing in the Fourier or frequency domain when not imaged in the frequency domain
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J9/00—Measuring optical phase difference; Determining degree of coherence; Measuring optical wavelength
- G01J9/02—Measuring optical phase difference; Determining degree of coherence; Measuring optical wavelength by interferometric methods
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B2290/00—Aspects of interferometers not specifically covered by any group under G01B9/02
- G01B2290/70—Using polarization in the interferometer
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J9/00—Measuring optical phase difference; Determining degree of coherence; Measuring optical wavelength
- G01J9/02—Measuring optical phase difference; Determining degree of coherence; Measuring optical wavelength by interferometric methods
- G01J2009/0234—Measurement of the fringe pattern
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J9/00—Measuring optical phase difference; Determining degree of coherence; Measuring optical wavelength
- G01J9/02—Measuring optical phase difference; Determining degree of coherence; Measuring optical wavelength by interferometric methods
- G01J2009/0261—Measuring optical phase difference; Determining degree of coherence; Measuring optical wavelength by interferometric methods polarised
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
- Optical Transform (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
干渉計測装置であって、測定光ビーム(2a、2b)と参照光ビーム(2c、2d)とを備え、それらは、互いに相互作用して空間縞パターン(24)を発生させる。空間縞パターン(24)と相互作用して、光を異なる方向(30、32、34、36)に空間的に分離する光学装置(12)が設けられる。空間的に分離した光の2つ以上の方向の強度変調(intensity modulation)は、位相シフトされる。この光学装置は、例えば、回折型装置、屈折型装置、または回折型光学素子を含み得る。
Description
本発明は、干渉計用の検出ユニットに関するものである。
干渉計測装置では、2本のコヒーレントビームを合わせて干渉させて、検出ユニットのところで干渉縞の形で空間的な縞の場を形成する。この検出ユニットは、フォトダイオードおよび増幅器などの電子回路を含む。
図1に、先行技術の干渉計(例えば、特許文献1参照)を示す。光源1は、偏光ビームスプリッタキューブ装置3に向かって方向付けられたコヒーレント光ビーム2を生成する。偏光ビームスプリッタ3は、光ビーム2から、透過する第1ビーム2aと、反射する第2ビーム2cとを生成する。偏光ビームスプリッタ3を使用すると、確実に、透過ビーム2aおよび反射ビーム2cが互いに直交する偏光になる。この例では干渉計の測定アームを形成する第1透過ビーム2aは、偏光ビームスプリッタ3を真っ直ぐに通過し、移動物体(図示しない)に取り付けられた再帰反射体6に向かって方向付けられる。この移動物体の位置を干渉計によって測定する。この再帰反射体は、この光ビームをビーム2bとして偏光ビームスプリッタ3に戻す。戻りビーム2bは、偏光ビームスプリッタを透過し、検出ユニット4に向かって前方に進む。
偏光ビームスプリッタ3は、この干渉計の参照アームを形成する第2反射ビーム2cも生成する。この反射ビームは、ビームスプリッタ3に固定された第2再帰反射体7に向かって方向付けられ、次いで、この再帰反射体によって反射され、偏光ビームスプリッタに戻る。ビーム2dは、戻る途中で、偏光ビームスプリッタで反射されて検出ユニットに向かう。
先に述べたように、このように配置することにより、ビーム2bおよび2dはそれぞれ異なる偏光状態を有する。
複屈折プリズム8は、ビーム2b、2dが集束するように、それらを異なる角度で屈折させ、偏光素子9によりこれらの偏光状態が合成され、それによって、これらのビームが干渉して空間的な縞の場を生成する。
検出ユニット4は、これらの重なり合うビームの経路に配置されて、空間的な縞の場を受け取る。用いられる検出器は、電子格子(elecrograting)である。このような検出器は周知のものであり(例えば、特許文献2参照)、半導体基板から成り、その上に、複数の細長い、それぞれほぼ平行な光電性要素が設けられる。
電子回路を必要としない検出ユニットがあると有利である。それによって、検出ユニットのサイズを小さくすることができる。さらに、検出ユニットが電子回路を含まなければ、他の構成要素(モータなど)からの電子ノイズの問題がなくなる。
検出ユニット内の電子回路は熱源になり、検出ユニット自体などの装置の部品、ならびに干渉計が測定している系の膨張のために、測定誤差の原因となり得る。そのため、このような熱源を取り除くことが望ましい。
本発明が提供する干渉計測装置は、
互いに相互作用して空間縞パターンを発生させる測定光ビームおよび参照光ビームと、
この空間縞パターンと相互作用して、光を異なる方向に空間的に分離する光学装置と、
を備え、
これら空間的に分離した光の2つ以上の方向の強度変調が位相シフトされる。
互いに相互作用して空間縞パターンを発生させる測定光ビームおよび参照光ビームと、
この空間縞パターンと相互作用して、光を異なる方向に空間的に分離する光学装置と、
を備え、
これら空間的に分離した光の2つ以上の方向の強度変調が位相シフトされる。
この光学装置は、空間縞パターンの縞において、光が異なる方向に空間的に分離するように、空間縞パターンと相互作用させることができる。
この光は、空間縞パターンの1つまたは複数の縞の少なくとも一部に渡って空間的に分離させることができる。
この光は、2本以上のサブビームに空間的に分離することができる。
異なる方向に空間的に分離した光は、光検出器によって検出することができる。これらの空間的に分離した光は、光ファイバを介して検出器に到達させることができる。
少なくとも1つの合焦手段を設けて、異なる方向に空間的に分離した光を、光ファイバまたは光検出器に合焦させることができる。
この光学装置は、少なくとも1つのフレネルレンズを備えることができる。
この光学装置は回折型の装置とすることができる。
一実施形態では、この光学装置は複数のセグメントを備え、各セグメントに入射する空間的な縞の場からの光は異なる回折方向に回折し、それによって空間的な縞の場が空間的に分離される。
この光学装置は、異なる構造を有する複数のセグメントを備えることができる。これらの異なるセグメントは、繰返しパターンで配置される。これら複数のセグメントの2つ以上のセグメントは、異なる方向に延びるブレーズド格子を備えることができる。これら複数のセグメントの1つは、何も構造がないものとすることができる。
この光学装置は回折型光学素子を備えることができる。
この光学装置は屈折型装置とすることができる。
一実施形態では、この光学装置は、複数のセグメントを備えることができる。各セグメントに入射する空間的な縞の場からの光は異なる方向に屈折され、それによってこの空間的な縞の場が空間的に分離される。
この光学装置は、プロフィールが付けられた表面を備えることができ、このプロフィールが付けられた表面における屈折により、空間的な縞の場が空間的に分離される。
この光学装置は、空間的に分離した光ビームの位相差により、合成される検出器の出力が既知の位相差を有する2つの信号を生成し得るように構成することができる。この光学装置は、空間的に分離した光ビームの位相差により、合成される検出器の出力が直交信号を生成し得るように構成することができる。
次に、添付の図面を参照して、例として本発明の実施形態を説明する。
本発明は、電子格子を必要とせずに、空間的な縞の場から信号が生成される検出ユニットを提供する。
図2に、回折型光学素子(DOE)12、レンズ14、および4つの検出器16、18、20、22を備える検出ユニット10を示す。余弦状の縞を有する空間的な縞の場24は、2本のコヒーレント光ビーム26、28(すなわち、図1に示す干渉計の測定アームおよび参照アーム)の干渉によって、検出ユニット10のところに形成される。
余弦状の縞で検出ユニット10を照明すると、4本のビーム30、32、34、36が形成され、これらのビームは、レンズ14によって検出器16、18、20、22上に合焦される。このレンズは、DOEと一体化することができる。あるいは、4つの個々のレンズを使用することができる。これら4本のビームは、位相が90°ずれており、そのため、これらの検出器で検出される強度は、各余弦状の縞が検出ユニットを横切って並進移動するので、直角位相の形で変化する。
図3に、余弦状の縞が検出ユニット10に対して相対的に横方向に移動するときの検出器16、18、20、22における経時的な強度変化を示す。各検出器16、18、20、22における強度は、循環的に変化し、互いに位相が90°ずれていることがわかる。
本発明は、4本の光ビームを生成することに限定されるものではない。例えば、DOEは、設計に応じて、位相がπ/2または4π/3ずれた3本のビームを生成するように設計することができる。これらの検出器の出力を合成して、直交信号(quadrature signals)を生成してもよく、その直交信号は、縞と、周期的な光パターンと、の間の相対運動の大きさおよび方向を補間するのに使用し得る。3つの検出器からの出力を合成して、このような直交信号をする方法は、以前に公開した本発明者らの刊行物に開示されている(例えば、特許文献3参照)。
DOEの数学的な細部は、図4〜図8を参照して以下のように計算することができる。
図4に、余弦状の縞24がDOE 40に入射して、4本のビームa、b、c、dが形成されるところを示す。これらのビームは、I1、I2、I3、I4とは強度が異なり、これらの余弦状の縞が読取りヘッドに対して相対的に並進移動すると、直角位相の関係になる。余弦状の縞は、以下の式によって記述し得る。
ただし、xは直線変位、Δxはこの直線変位の変化、pは、2本の入射ビームの干渉によって生成される複素振幅場の周期である。この強度干渉パターンの周期はp/2である。
DOEの出力複素振幅(output complex amplitude)Ωout(ω)は、以下に示すように、余弦状の縞(Ufringes(x))とDOEとの積のフーリエ変換によって与えられる。出力座標は、
x=ω・λz
である。ただし、λは入射光の波長、ωは座標系の空間角度周波数、zは伝播距離である。
x=ω・λz
である。ただし、λは入射光の波長、ωは座標系の空間角度周波数、zは伝播距離である。
Ωout(ω)=Ft[Ufringes(x).Ugrating(x)]
=Convolution[Ft[Ufringes(x),Ft[Ugrating(x)]
=Convolution[Ωfringes(ω),Ωgrating(ω)]
ただし、Ftはフーリエ変換である。
=Convolution[Ft[Ufringes(x),Ft[Ugrating(x)]
=Convolution[Ωfringes(ω),Ωgrating(ω)]
ただし、Ftはフーリエ変換である。
グレーティング(grating)のΩgrating(ω)の複素振幅の形式は、縞のΩfringes(ω)の複素振幅と畳み込まれる(convolved)されるときに、少なくとも4本のビームを生成するものでなければならない。さらに、これら4本のビームの強度は、Δxに対して直交位相(quadrature)の関係で変化することが必要とされるので、各ビームの複素振幅(complex amplitude)は、必要とされる位相の関係が課されるように、少なくとも2つの成分からなる必要がある。(単一成分ビームは、強度が一定なので適切ではない。)図5に、可能な解を示す。図5には、Ωout(ω)を生成するためのΩgrating(ω)とΩfringes(ω)の畳み込み(convolution)を示す。A〜Eは複素数であり、
φ=2πΔx/p
である。
φ=2πΔx/p
である。
出力強度は、出力振幅の絶対値の2乗で与えられる。次いで、4本のビームの強度を、必要とされる直交信号と等しくする。
In(Δx)=1+q Cos(2φ+nπ/2)
ただし、qは、単位直流レベル(DC level of unity)を伴う交流変調(AC modulation)である。
ただし、qは、単位直流レベル(DC level of unity)を伴う交流変調(AC modulation)である。
入射ビームの合成およびDOEの特性から得られる第1出力ビームの複素振幅の絶対値を2乗したものをI1とする。
I1=|1/2(Ae−iφ+Be+iφ)|2
=1/4(Ae−iφ+Beiφ)(A*eiφ+Be−iφ)
これを、以下のように、必要とされる変調強度項と関係づけることができる。
=1/4(Ae−iφ+Beiφ)(A*eiφ+Be−iφ)
これを、以下のように、必要とされる変調強度項と関係づけることができる。
同様に、
となり、そのため、
となる。
右辺の式は単に、左辺の式の複素共役であり、無視し得る。
任意の値Aで始める。
C=((2q/B)eiπ/2)*
D=((2q/C)eiπ)*
E=((2q/D)ei3π/2)*
ここで、A=1、q=1/2とすると、A〜Eの値は、
A=1
B=1
C=−i
D=+i
E=−1
になる。
D=((2q/C)eiπ)*
E=((2q/D)ei3π/2)*
ここで、A=1、q=1/2とすると、A〜Eの値は、
A=1
B=1
C=−i
D=+i
E=−1
になる。
図6に、この系を示す。図6aに、変位xに対するグレーティング振幅(grating amplitude)の実部および虚部を示す。図6bに、変位xに対するグレーティングの位相および強度を示し、図6cに、空間周波数座標系(ω)における出力強度を示す。
可能な代替解も2つあり、これらの解は、位相の順序が異なるだけである。これらを図7および図8に示す。
図7aに、変位xに対するグレーティング振幅の実部および虚部を示す。図7bに、変位xに対するグレーティングの位相および強度を示し、図7cに、以下のA〜Eの値について得られた4本のビームa、b、c、dに関しての空間周波数座標系(ω)における出力強度を示す。
A=1
B=ei0π/2/A
C=ei1π/2/B
D=ei3π/2/C
E=ei2π/2/D
そのため、A=1、B=1、C=i、D=−1、E=1になる。
B=ei0π/2/A
C=ei1π/2/B
D=ei3π/2/C
E=ei2π/2/D
そのため、A=1、B=1、C=i、D=−1、E=1になる。
図8aに、変位xに対するグレーティング振幅の実部および虚部を示す。図8bに、変位xに対するグレーティングの位相および強度を示し、図8cに、以下のA〜Eの値について得られた4本のビームa、b、c、dに関しての空間周波数座標系(ω)における出力強度を示す。
A=1
B=ei0π/2/A
C=ei2π/2/B
D=ei1π/2/C
E=ei3π/2/D
そのため、A=1、B=1、C=−1、D=−i、E=1になる。
B=ei0π/2/A
C=ei2π/2/B
D=ei1π/2/C
E=ei3π/2/D
そのため、A=1、B=1、C=−1、D=−i、E=1になる。
D.O.E.を用いて3本のビームを生成することも可能である。図9に可能な解を示し、それらの式を以下に示す。
A=1
B=e−i.1.π/2/A
C=ei.0.π/2/B
D=ei.1.π/2/C
A=1、B=−i、C=i、D=1
図10aに、3位相分離グレーティング(three phase splitter grating)についてのグレーティング振幅の実部および虚部を示す。図10bに、この3位相分離グレーティングの位相および強度を示し、図10cに、3本の出力ビームa、b、cについての角度変位(ω)に対する出力強度を示す。
B=e−i.1.π/2/A
C=ei.0.π/2/B
D=ei.1.π/2/C
A=1、B=−i、C=i、D=1
図10aに、3位相分離グレーティング(three phase splitter grating)についてのグレーティング振幅の実部および虚部を示す。図10bに、この3位相分離グレーティングの位相および強度を示し、図10cに、3本の出力ビームa、b、cについての角度変位(ω)に対する出力強度を示す。
上記の解は、特定の解析解である。DOEの数値最適化を行う場合には、一般にコンピュータを使用し、それによって、上記の形式のものではないことがあるが、DOEを作成しやすく使用しやすい設計が得られる。
次に、図11および図12を参照して、空間的な縞の場から複数の光ビームを形成する代替光学装置を説明する。
図11に、例えばガラス製の透明な素子52を備えた光学装置50を示す。素子52の一方の表面はプロフィール54を有し、このプロフィール54は、互いに例えば120°の角度が付いた同じ長さの3つの面56、58、60の繰返しパターンを含む。
このプロフィールは、鋸歯状プロフィールから、上部1/3を除去(例えば、研磨によって除去)して形成することができる。
2本のコヒーレント光ビーム64、66の干渉によって、余弦状の縞62を含む空間的な縞の場が光学装置50のところに形成される。図11に、光学装置50に入射する余弦状の縞62を示す。図12に示すように、プロフィールが付けられた光学装置に入射する光は、これら3つの角度が付いた面によって3つの異なる方向68、70、72に屈折する。光学装置74の周期は、余弦状の縞76の周期に等しく、その結果、0°、+120°、および−120°の異なる位相をもつ3本の光ビームが得られる。
得られた3本の光ビーム68、70、72を検出するために検出器(図示しない)が設けられる。あるいは、得られた3本の光ビームを結合する光ファイバを設けて、それぞれの離れた検出器に送ることもできる。
逆の配置では、コヒーレント光ビーム64、66は、この光学装置の平面に入射し、そのため、光は、ガラス側からプロフィールが付けられたガラス/空気の境界(profiled glass/air boundary)を横切って進む。この配置では、ガラス内での縞のピッチがプロフィールの付いた面の周期と等しくなるように、光ビーム64、66の入射角を図11および図12に示す配置よりも大きくする。
互いに干渉して干渉パターンを生成する入射ビームは、互いにある角度をなすものでなくてもよい。図16に、複屈折材料から光学装置150を作製する実施形態を示し、その複屈折材料は、プロフィールが付けられた面158にポラロイド材料151が被覆されている。2本の直交偏光平行ビーム164、166は、この光学装置に入射し、複屈折材料によって異なる度合いで屈折する。そのため、これらのビームは、偏光被覆(polarising coating)のところで出会い、そして干渉して干渉パターンを形成するときには、もはや平行ではなくなる。図11および図12を参照して前に説明したように、この干渉パターンは、プロフィールが付けられた表面と相互作用する。
次に、図13〜図15を参照して、別のタイプのプロフィール付き光学素子を説明する。この実施形態では、光学装置80は、ガラスなどの透明な素子82を備え、表面84にはプロフィールが付けられている。
この光学装置のプロフィールが付けられた表面84は、繰返しパターンのセグメント88、90、92に分割される。これらのセグメントからなるパターンは、光の縞86の方向と平行に延びる。図13および図14に、複数のセグメントからなる繰返しパターンを示す。図13は、この光学装置の斜視図であり、図14は平面図である。このパターンの各繰返し部分は、何も構造がない第1セグメント88と、第1方向(図14では矢印Aで示す)に延びるブレーズド回折格子(blazed grating)を有する第2セグメント90と、第2方向(図14では矢印Bで示す)に延びるブレーズド回折格子を有する第3セグメント92と、を含む。
この光学装置のプロフィールが付けられた表面の異なるセグメントに入射する光は、異なる方向に回折する。何も構造がない第1セグメントに入射する光は、この光学装置を真っ直ぐに通過する(すなわち、ゼロ次の回折)。第2および第3のセグメントに入射する光は、それぞれ異なる角度で屈折する。
図15は、図13および図14の光学素子の端面図である。光学装置80の上面に入射する光94は、(構造がない)セグメント88を真っ直ぐに通過し、セグメント90を通過して第1方向(ブレーズド回折格子によって第1方向)に回折し、そして、セグメント92を通過して第2方向(ブレーズド回折格子によって第2方向)に回折する。これら3つのセグメントによって生成される光ビームは、レンズ96によって3つの光スポット98、100、102に集束される。これらの光スポットは、セグメントの繰返しパターンの方向に横に並ぶ。各セグメント88、90、92に入射する光は、それぞれ余弦状の縞の異なる部分に関係するので、これら3つの光スポットの位相はそれぞれ、0°、+120°、−120°と異なる。
ブレーズド回折格子を利用すると、ブレーズド回折格子上にフレネルゾーンプレート(Fresnel zone plate)を重ね合わせることによって、光学装置80にレンズ96を組み込むことができるという利点が得られ、それによって、この系の全体サイズが小さくなる。
図17に、光ファイバ内に光を集束させるフレネルゾーンプレートの一部を示す。このゾーンプレートは、区間A、B、Cの組を備え、所与の1組の各区間は、所与の焦点に光を集束させる。異なる区間の組は、異なる焦点に光を集束させる。このフレネルゾーンプレートは、これらの焦点が光ファイバ面に平行、あるいは光ファイバ面を横切って配置されるように、構成することができる。図17に、ブレーズド回折格子のセグメント88の第1の組により回折されて第1の光ファイバ170内に集束される光と、ブレーズド回折格子のセグメント90の第2の組により回折されて第2の光ファイバ172内に集束される光と、ブレーズド回折格子のセグメント192の第3の組により回折されて第3の光ファイバ174内に集束される光と、を示す。
光学装置および離散的な光ファイバの代わりに、密着した光ファイバ束を使用することができる。この場合、この束の個々の光ファイバの一端を空間的な縞の場に隣接して位置決めし、異なる位相の光が異なる光ファイバを通過して異なる検出器に至るように離間させる。
電子回路からの熱を許容可能な場合には、光ファイバの代わりに光検出器を使用することができる。ここで、これらの光検出器は、別々にすることもできるし、同じユニット内に収容することもできる。あるいは、これらの光検出器は、四象限セル(quadcells)または直線アレイの場合と同様に、基板を共通にすることさえできる。
図11〜図17には透過型の系を示すが、本発明では反射型光学装置も使用することができる。
上記の全ての実施形態により、光−電子グレーティング(opto-electronic grating)の代替形態が得られ、そのため、電子回路を必要としない検出ユニットが得られる。さらに、これらの検出器は、(光ファイバを使用することによって)検出ユニットから離して設けることができるので、読取りヘッドのサイズを大きく減少させることができる。
上記で説明した検出ユニットは、空間的な縞の場が生成される任意の干渉計とともに使用するのに好適なものである。
Claims (20)
- 互いに相互作用して空間縞パターンを発生させる測定光ビームおよび参照光ビームと、
前記空間縞パターンと相互作用して、光を異なる方向に空間的に分離する光学装置と、
を備え、
前記空間的に分離した光の2つ以上の方向の強度変調が位相シフトされることを特徴とする干渉計測装置。 - 前記光学装置は、前記空間縞パターンの縞において、光が異なる方向に空間的に分離するように、前記空間縞パターンと相互作用することを特徴とする請求項1に記載の干渉計測装置。
- 前記光は、前記空間縞パターンの1つまたは複数の縞の少なくとも一部に渡って空間的に分離することを特徴とする請求項1に記載の干渉計測装置。
- 前記光は、2本以上のサブビームに空間的に分離されることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の干渉計測装置。
- 前記異なる方向に空間的に分離した光は、光検出器によって検出されることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の干渉計測装置。
- 前記空間的に分離した光は、光ファイバを介して前記検出器に到達することを特徴とする請求項5に記載の干渉計測装置。
- 少なくとも1つの合焦手段を設けて、前記異なる方向に空間的に分離した光を、前記光ファイバ内または前記光検出器上に合焦させることを特徴とする請求項5または6のいずれかに記載の干渉計測装置。
- 前記光学装置は、少なくとも1つのフレネルレンズを備えることを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載の干渉計測装置。
- 前記光学装置は回折型装置であることを特徴とする請求項1から8のいずれかに記載の干渉計測装置。
- 前記光学装置は複数のセグメントを備え、各セグメントに入射する前記空間的な縞の場からの光は異なる回折方向に回折し、それによって前記空間的な縞の場が空間的に分離されることを特徴とする請求項9に記載の干渉計測装置。
- 前記光学装置は、異なる構造を有する複数のセグメントを備え、前記異なるセグメントは、繰返しパターンで配置されることを特徴とする請求項9または10のいずれかに記載の干渉計測装置。
- 前記複数のセグメントの2つ以上のセグメントは、それぞれ異なる方向に延びるブレイズ格子を備えることを特徴とする請求項10または11のいずれかに記載の干渉計測装置。
- 前記複数のセグメントの1つには何も構造がないことを特徴とする請求項10から12のいずれかに記載の干渉計測装置。
- 前記光学装置は回折型光学素子であることを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載の干渉計測装置。
- 前記光学装置は屈折型装置であることを特徴とする請求項1から8のいずれかに記載の干渉計測装置。
- 前記光学装置は複数のセグメントを備え、各セグメントに入射する前記空間的な縞の場からの光は異なる方向に屈折し、それによって前記空間的な縞の場が空間的に分離されることを特徴とする請求項15に記載の干渉計測装置。
- 前記光学装置は、プロフィールが付けられた表面を備え、前記プロフィールが付けられた表面における屈折により、前記空間的な縞の場が空間的に分離されることを特徴とする請求項15または16のいずれかに記載の干渉計測装置。
- 前記光学装置は、密着した光ファイバ束を備えることを特徴とする請求項1から8のいずれかに記載の干渉計測装置。
- 前記光学装置は、前記空間的に分離した光ビームの位相差により、合成される前記検出器の出力が既知の位相差を有する2つの信号を生成し得るように構成されることを特徴とする請求項1から18のいずれかに記載の干渉計測装置。
- 前記光学装置は、前記空間的に分離した光ビームの位相差により、合成される前記検出器の出力が直交信号を生成し得るように構成されることを特徴とする請求項19に記載の干渉計測装置。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
GBGB0404829.4A GB0404829D0 (en) | 2004-03-04 | 2004-03-04 | Optical readhead |
PCT/GB2005/000814 WO2005085748A1 (en) | 2004-03-04 | 2005-03-04 | Optical readhead |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2007527006A true JP2007527006A (ja) | 2007-09-20 |
Family
ID=32088672
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007501351A Pending JP2007527006A (ja) | 2004-03-04 | 2005-03-04 | 光学式読取りヘッド |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20070177157A1 (ja) |
EP (1) | EP1733180A1 (ja) |
JP (1) | JP2007527006A (ja) |
CN (1) | CN1930446A (ja) |
GB (1) | GB0404829D0 (ja) |
WO (1) | WO2005085748A1 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8004692B2 (en) * | 2006-06-30 | 2011-08-23 | Chian Chiu Li | Optical interferometer and method |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH03148015A (ja) * | 1989-11-02 | 1991-06-24 | Dr Johannes Heidenhain Gmbh | 位置測定装置 |
JPH07270723A (ja) * | 1994-03-31 | 1995-10-20 | Sony Magnescale Inc | 定点検出装置 |
JPH08105708A (ja) * | 1994-02-26 | 1996-04-23 | Dr Johannes Heidenhain Gmbh | 干渉計 |
JPH1194513A (ja) * | 1997-09-22 | 1999-04-09 | Canon Inc | 干渉装置、位置検出装置、位置決め装置およびそれを用いた情報記録装置 |
JPH11328713A (ja) * | 1998-05-14 | 1999-11-30 | Hideo Maeda | 方向性回折格子 |
JP2002100063A (ja) * | 2000-09-25 | 2002-04-05 | Ricoh Co Ltd | 光ピックアップ装置用の回折素子・フォーカスエラー信号生成方法および装置・光ピックアップ装置・光情報処理装置 |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB8615196D0 (en) * | 1986-06-21 | 1986-07-23 | Renishaw Plc | Opto-electronic scale reading apparatus |
DE29521780U1 (de) * | 1994-02-26 | 1998-08-06 | Dr. Johannes Heidenhain Gmbh, 83301 Traunreut | Interferometer |
GB9700417D0 (en) * | 1997-01-10 | 1997-02-26 | Renishaw Plc | Low frequency bandwidth laser diode |
US6631047B2 (en) * | 1997-09-22 | 2003-10-07 | Canon Kabushiki Kaisha | Interference device, position detecting device, positioning device and information recording apparatus using the same |
-
2004
- 2004-03-04 GB GBGB0404829.4A patent/GB0404829D0/en not_active Ceased
-
2005
- 2005-03-04 WO PCT/GB2005/000814 patent/WO2005085748A1/en active Application Filing
- 2005-03-04 US US10/590,443 patent/US20070177157A1/en not_active Abandoned
- 2005-03-04 EP EP05717892A patent/EP1733180A1/en not_active Withdrawn
- 2005-03-04 CN CNA2005800068874A patent/CN1930446A/zh active Pending
- 2005-03-04 JP JP2007501351A patent/JP2007527006A/ja active Pending
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH03148015A (ja) * | 1989-11-02 | 1991-06-24 | Dr Johannes Heidenhain Gmbh | 位置測定装置 |
JPH08105708A (ja) * | 1994-02-26 | 1996-04-23 | Dr Johannes Heidenhain Gmbh | 干渉計 |
JPH07270723A (ja) * | 1994-03-31 | 1995-10-20 | Sony Magnescale Inc | 定点検出装置 |
JPH1194513A (ja) * | 1997-09-22 | 1999-04-09 | Canon Inc | 干渉装置、位置検出装置、位置決め装置およびそれを用いた情報記録装置 |
JPH11328713A (ja) * | 1998-05-14 | 1999-11-30 | Hideo Maeda | 方向性回折格子 |
JP2002100063A (ja) * | 2000-09-25 | 2002-04-05 | Ricoh Co Ltd | 光ピックアップ装置用の回折素子・フォーカスエラー信号生成方法および装置・光ピックアップ装置・光情報処理装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20070177157A1 (en) | 2007-08-02 |
WO2005085748A1 (en) | 2005-09-15 |
GB0404829D0 (en) | 2004-04-07 |
CN1930446A (zh) | 2007-03-14 |
EP1733180A1 (en) | 2006-12-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5140301B2 (ja) | 位相差検出器および位相差検出方法 | |
US6304330B1 (en) | Methods and apparatus for splitting, imaging, and measuring wavefronts in interferometry | |
US7821647B2 (en) | Apparatus and method for measuring surface topography of an object | |
CN107462159B (zh) | 位移检测装置 | |
JP3390440B2 (ja) | 相対的な動きを検出する装置 | |
US20140374579A1 (en) | Two-dimensional encoder system and method | |
JPH08105708A (ja) | 干渉計 | |
JP2015232562A (ja) | 光学式位置測定装置 | |
EP0682230B1 (en) | Apparatus for measuring displacement of an object using diffraction grating | |
US6570660B2 (en) | Measuring instrument | |
JP2000081308A (ja) | 光学式変位測定装置 | |
JP2005515414A (ja) | 干渉測定光学装置 | |
JPS63277926A (ja) | 測長装置 | |
JP2007527006A (ja) | 光学式読取りヘッド | |
EP1520181A1 (en) | Laser doppler anemometry with diffractive optical elements | |
US9638514B2 (en) | Optical position-measuring device | |
US9739598B2 (en) | Device for interferential distance measurement | |
JP2000018917A (ja) | 光学式変位測定装置 | |
JP2718439B2 (ja) | 測長または測角装置 | |
JP4779117B2 (ja) | Xyz軸変位測定装置 | |
JPH08233514A (ja) | 干渉装置 | |
JP2020051782A (ja) | 光学式角度センサ | |
JP2022108849A (ja) | 光学式エンコーダ | |
JPH079364B2 (ja) | 測長器 | |
JPH0427869A (ja) | ドップラー速度計 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20080304 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100813 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20110128 |