JP6786442B2 - Displacement detector - Google Patents
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Description
本発明は、光源から出射された光を用いた非接触センサによって被測定面の変位を検出する変位検出装置に関し、詳しくは被測定面の垂直な方向の変位を検出する技術に係わる。 The present invention relates to a displacement detection device that detects a displacement of a surface to be measured by a non-contact sensor using light emitted from a light source, and more particularly to a technique of detecting a displacement of the surface to be measured in a vertical direction.
従来から、被測定面の変位や形状を非接触で測定する装置として光を用いた変位検出装置が広く利用されている。代表的な例としては、レーザ光を被測定面に照射し、反射光の位置の変化をPSDで検出する方法がある。しかしながら、この方法では、被測定面の傾きの影響を受けやすく、感度が低く、測定範囲を広げると測定の分解能が落ちるという問題があった。 Conventionally, a displacement detection device using light has been widely used as a device for measuring the displacement and shape of a surface to be measured in a non-contact manner. As a typical example, there is a method of irradiating the surface to be measured with a laser beam and detecting a change in the position of the reflected light by PSD. However, this method has a problem that it is easily affected by the inclination of the surface to be measured, its sensitivity is low, and the resolution of measurement is lowered when the measurement range is widened.
これに対し、被測定面をミラーとしてマイケルソンの干渉計を使用する方法がある。この方法は、検出範囲が広く、直線性に優れるが、測定範囲が広がると光源の波長の変化と空気の屈折率の変化を受ける。 On the other hand, there is a method of using a Michelson interferometer with the surface to be measured as a mirror. This method has a wide detection range and excellent linearity, but when the measurement range is widened, it is subject to changes in the wavelength of the light source and changes in the refractive index of air.
一方、光源から出射した光を対物レンズで被測定面に集光し、被測定面で反射した反射光を非点光学素子で集光して受光素子に入射させて、非点収差法によりフォーカスエラー信号を生成する。そして、フォーカスエラー信号を用いてサーボ機構を駆動させ、対物レンズの焦点位置が被測定面となるように対物レンズを変位させる。このとき、対物レンズに連結部材を介して一体的に取り付けられたリニアスケールの目盛を読み取ることで、被測定面の変位を検出する方式がある(例えば、特許文献1を参照)。この方法では、被測定面の傾きの変化を受けにくく、大きな測定範囲を高い分解能で計測できるメリットがあった。 On the other hand, the light emitted from the light source is focused on the surface to be measured by the objective lens, the reflected light reflected on the surface to be measured is focused by the non-point optical element and incident on the light receiving element, and is focused by the astigmatism method. Generate an error signal. Then, the servo mechanism is driven by using the focus error signal, and the objective lens is displaced so that the focal position of the objective lens is the surface to be measured. At this time, there is a method of detecting the displacement of the surface to be measured by reading the scale of the linear scale integrally attached to the objective lens via the connecting member (see, for example, Patent Document 1). This method has the advantage that it is less susceptible to changes in the inclination of the surface to be measured and can measure a large measurement range with high resolution.
特許文献1に開示された変位検出装置では、変位検出の高精度化を図るために、対物レンズの開口数(NA:Numerical Aperture)を大きくして被測定面に集光させるビーム径を小さくしている。例えば、被測定面に結像されるビーム径を2μm程度にすると、リニアスケールの検出精度は、数nm〜100数nm程度になる。
In the displacement detection device disclosed in
しかしながら、従来の特許文献1に記載された変位検出装置では、例えば磁石とコイルを用いたアクチュエータ等のような駆動機構により対物レンズをその光軸方向に上下運動させている。そのため、アクチュエータの構造や質量によって対物レンズの上下運動のメカ的な応答周波数が制限されていた。その結果、特許文献1に記載された変位検出装置では、高速で振動する被測定物の計測は難しかった。また、検出点を絞れる反面、被測定物上の異物やビーム形状に近い細かな形状変化の影響を受け、大きな誤差を発生する、という問題があり、その使用条件に制約が生じてしまっていた。
However, in the conventional displacement detection device described in
本発明の目的は、高精度に被測定部材の高さ方向の変位を検出でき、高速で安定した計測が可能な変位検出装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a displacement detection device capable of detecting displacement of a member to be measured in the height direction with high accuracy and capable of high-speed and stable measurement.
上記課題を解決し、本発明の目的を達成するため、本発明の変位検出装置は、第1の回折格子と、ヘッドと、を備えている。第1の回折格子は、被測定部材の被測定面に設けられる。ヘッドは、被測定部材の被測定面に対向して配置される。ヘッドと被測定部材は、被測定面と平行で、かつ第1の回折格子の格子ベクトル方向とも平行をなす方向及び被測定面と直交する方向のうち少なくとも一方に、相対的に移動可能としている。
ヘッドは、光を照射する光源と、変位検出部と、受光部と、を備えている。変位検出部は、光源から照射された光を第1の光束と第2の光束に分割し、第1の光束を第1の回折格子に向けて照射する。受光部は、第2の光束と、変位検出部を介して第1の回折格子から戻ってきた第1の光束とを受光する。
変位検出部は、光束分割部と、第2の回折格子と、参照用反射部材と、光束結合部と、を備えている。光束分割部は、光を第1の光束と、第2の光束に分割し、かつ分割された第1の光束を第1の回折格子に向けて照射する。第2の回折格子は、光束分割部により分割され、第1の回折格子により回折された第1の光束を回折し、第1の光束を再び第1の回折格子に照射する。参照用反射部材は、光束分割部により分割された第2の光束を反射する。光束結合部は、第1の回折格子と第2の回折格子により回折された第1の光束と、参照用反射部材により反射された第2の光束を重ね合わせて受光部に照射する。
第1の回折格子への第1の光束の入射角度、第1の回折格子の回折角度、第2の回折格子への第1の光束の入射角度、第2の回折格子の回折角度は、ヘッドと被測定部材の少なくとも一方が被測定面と直交する方向に変位した際の、第1の光束における光束分割部から第1の回折格子に入射するまでの光路長の変位量と、第1の光束における第1の回折格子から第2の回折格子に入射するまでの光路長の変位量が等しくなる。
In order to solve the above problems and achieve the object of the present invention, the displacement detection device of the present invention includes a first diffraction grating and a head. The first diffraction grating is provided on the surface to be measured of the member to be measured. The head is arranged so as to face the surface to be measured of the member to be measured. The head and the member to be measured are relatively movable in at least one of a direction parallel to the surface to be measured and parallel to the lattice vector direction of the first diffraction grating and a direction orthogonal to the surface to be measured. ..
The head includes a light source that irradiates light, a displacement detection unit, and a light receiving unit. The displacement detection unit divides the light emitted from the light source into a first luminous flux and a second luminous flux, and irradiates the first luminous flux toward the first diffraction grating. The light receiving unit receives the second light flux and the first light flux returned from the first diffraction grating via the displacement detection unit.
The displacement detection unit includes a light flux dividing unit, a second diffraction grating, a reference reflecting member, and a luminous flux coupling unit. The luminous flux dividing unit divides the light into a first luminous flux and a second luminous flux, and irradiates the divided first luminous flux toward the first diffraction grating. The second diffraction grating is divided by the light flux dividing portion, diffracts the first light beam diffracted by the first diffraction grating, and irradiates the first diffraction grating again with the first light flux. The reference reflecting member reflects the second luminous flux divided by the luminous flux dividing portion. The luminous flux coupling portion superimposes the first light flux diffracted by the first diffraction grating and the second diffraction grating and the second luminous flux reflected by the reference reflecting member to irradiate the light receiving portion.
The incident angle of the first light beam on the first diffraction grating, the diffraction angle of the first diffraction grating, the incident angle of the first light beam on the second diffraction grating, and the diffraction angle of the second diffraction grating are heads. And the amount of displacement of the optical path length from the light beam dividing portion of the first light beam to the incident on the first diffraction grating when at least one of the members to be measured is displaced in the direction orthogonal to the surface to be measured, and the first The amount of displacement of the optical path length from the first diffraction grating to the incident on the second diffraction grating in the light beam becomes equal.
本発明の変位検出装置によれば、従来のような駆動機構を必要としないので、使用時に発生する熱を抑制できる。さらに、駆動機構を駆動させる必要が無いので、応答周波数といった問題も解消され、使用条件を広くすることができる。 According to the displacement detection device of the present invention, since the conventional drive mechanism is not required, heat generated during use can be suppressed. Further, since it is not necessary to drive the drive mechanism, the problem of response frequency can be solved and the usage conditions can be widened.
以下、本発明の変位検出装置の実施の形態例について、図1〜図19を参照して説明する。なお、各図において共通の部材には、同一の符号を付している。また、本発明は、以下の形態に限定されるものではない。
また、以下の説明において記載される各種のレンズは、単レンズであってもよいし、レンズ群であってもよい。
Hereinafter, examples of embodiments of the displacement detection device of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 19. The common members in each figure are designated by the same reference numerals. Moreover, the present invention is not limited to the following forms.
Further, the various lenses described in the following description may be a single lens or a lens group.
1.変位検出装置の第1の実施の形態例
まず、本発明の変位検出装置の第1の実施の形態例(以下、「本例」という。)の構成を図1〜図3に従って説明する。
1. 1. Example of First Embodiment of Displacement Detection Device First, the configuration of the first embodiment of the displacement detection device of the present invention (hereinafter referred to as “this example”) will be described with reference to FIGS. 1 to 3.
1−1.変位検出装置の構成例
図1は、変位検出装置の構成を示す概略構成図である。図2は、変位検出装置における第1の回折格子が設けられた被測定部材を示す斜視図である。
1-1. Configuration Example of Displacement Detection Device FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a configuration of a displacement detection device. FIG. 2 is a perspective view showing a member to be measured provided with a first diffraction grating in the displacement detection device.
本例の変位検出装置1は、ヘッドと被測定部材のうち少なくとも一方を移動させた際の変位(移動量)を検出する変位検出装置である。
The
図1に示すように、変位検出装置1は、被測定部材2の被測定面2aに設けた第1の回折格子11と、ヘッド3と、相対位置情報出力手段4とを備えている。なお、相対位置情報出力手段4は、ヘッド3内に収容してもよく、あるいはヘッド3の外部に設けた携帯情報処理端末や、PC(パーソナルコンピュータ)携帯端末に配置してもよい。
As shown in FIG. 1, the
ヘッド3と被測定部材2は、被測定面2aに対して平行な方向でかつ第1の回折格子11の格子ベクトル方向S1(図2参照)と平行をなす方向又は、被測定面2aに対して垂直な方向に相対的に移動可能に配置される。すなわち、ヘッド3と被測定部材2のうち少なくとも一方が、被測定面2aと平行な方向又は、被測定面2aと垂直な方向のうち少なくとも一方に移動可能に配置される。
The head 3 and the
以下、被測定面2aに対して平行で、かつ第1の回折格子11の格子ベクトル方向S1(図2参照)と平行をなす方向を第1の方向Xとする。また、被測定面2aに対して平行で、かつ第1の方向Xと直交する方向を第2の方向Yとする。そして、被測定面2aと直交する方向、すなわち第1の方向Xと第2の方向Yとも直交する方向を第3の方向Zとする。
Hereinafter, the direction parallel to the surface to be measured 2a and parallel to the lattice vector direction S1 (see FIG. 2) of the
図2に示すように、被測定部材2は、平板状に形成されている。被測定部材2におけるヘッド3と対向する被測定面2aには、第1の回折格子11が設けられている。第1の回折格子11は、反射型の回折格子である。
As shown in FIG. 2, the
第1の回折格子11は、被測定面2aから突出する複数の突条11aにより構成されている。複数の突条11aは、第1の方向Xに沿って所定の間隔を空けて配置されている。複数の突条11aにおける隣り合う2つの突条11aの間隔が、第1の回折格子11の格子ピッチdRとなる。
The
そして、この複数の突条11aの格子ベクトル方向S1は、第1の方向Xと平行に配置される。また、突条11aが延在する方向(格子ライン方向)S2は、被測定面2aにおいて第2の方向Yと平行になる。なお、格子ベクトル方向S1及び格子ライン方向S2は、被測定面2aと平行をなす平面上に存在する。そして、格子ベクトル方向S1は、第1の方向Xと平行である必要はなく、同様に、格子ライン方向S2は、第2の方向Yと平行である必要はない。
Then, the lattice vector directions S1 of the plurality of
なお、本例では、被測定面2aから突出する複数の突条11aによって第1の回折格子11が構成される例を説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、被測定部材2の被測定面2aに複数の溝部を形成することで、第1の回折格子11を構成してもよい。
In this example, an example in which the
また、第1の回折格子11は、例えば、ガラスやシリコンの基板からなる被測定部材2に形成される。そして、第1の回折格子11を構成する複数の突条11aは、例えば金やアルミニウム等の反射率の高い材料を被測定部材2の被測定面2aに蒸着することで形成される。なお、第1の回折格子11の格子ピッチdR及び回折角度θについては、後述する。
Further, the
この被測定部材2に設けた第1の回折格子11は、ヘッド3から照射された光を回折して所定の回折角度によって再びヘッド3に戻す。
The
ヘッド3は、変位検出部5と、光源6と、変位検出部5に設けられた受光部7とを有している。なお、受光部7は、変位検出部5内に配置してもよく、あるいは変位検出部5の外側に配置してもよい。光源6には、例えば半導体レーザダイオードやスーパールミネッセンスダイオード、ガスレーザ、固体レーザ、発光ダイオード等が挙げられる。
The head 3 has a displacement detection unit 5, a
光源6として、可干渉距離が長い光源を用いると、被測定部材2の被測定面2aのチルト等による物体光と参照光の光路長差の影響を受けにくくチルト許容範囲が広くなる。また、光源6の可干渉距離が短くなるほど、不要な迷光の干渉によるノイズを防ぐことができ、高精度な計測をすることができる。
When a light source having a long coherence distance is used as the
さらに、光源6として、シングルモードのレーザを用いると、波長を安定させるために、光源6の温度をコントロールすることが望ましい。また、シングルモードのレーザの光に、高周波重畳などを付加して、光の可干渉性を低下させてもよい。さらに、マルチモードのレーザを用いる場合も、ペルチェ素子等で光源6の温度をコントロールすることで、不要な迷光の干渉によるノイズを防ぎ、さらに安定した計測が可能になる。
Further, when a single mode laser is used as the
なお、光源6の数は、1つに限定されるものではなく、複数の光源6を配置して互いの光りを重ね合わせることで光量を増加させてもよい。
The number of
光源6から出射された光Lは、変位検出部5に入射する。なお、光源6と変位検出部5の間には、コリメートレンズ等からなるレンズ16が配置されている。レンズ16は、光源6から出射された光Lを平行光にコリメートする。そのため、変位検出部5には、レンズ16により平行光にコリメートされた光Lが入射される。
The light L emitted from the
変位検出部5は、光源6から照射された光Lを被測定部材2の第1の回折格子11に向けて照射し、被測定部材2から戻ってきた光Lを受光部7に導く。変位検出部5は、第2の回折格子12と、光束分割部13と、参照光用反射部材の一例を示す参照用ミラー14と、物体光用反射部材の一例を示す物体用ミラー15と、第1の位相板17と、第2の位相板18と、を有している。
The displacement detection unit 5 irradiates the light L emitted from the
光束分割部13としては、例えば、偏光ビームスプリッタにより構成される。そして、光束分割部13は、s偏光の光を反射し、p偏光の光を透過させる。光束分割部13には、光源6から照射され、レンズ16により平行光にコリメートされた光Lが入射される。そして、光束分割部13は、光Lを物体光である第1の光束L1と、参照光である第2の光束L2の2つの光束に分割する。本例では、光束分割部13を透過するp偏光の光が第1の光束L1となり、光束分割部13によって反射されるs偏光の光が第2の光束L2となる。第1の光束L1は、第1の回折格子11に向かって進行し、第2の光束L2は、参照用ミラー14に向かって進行する。
The luminous
光束分割部13では、光Lが第1の光束L1と第2の光束L2に分割されるが、その光量比率は、後述する受光部7に入射する際に、第1の回折格子11側と、参照用ミラー14側でそれぞれが同じ光量となるような比率にすることが好ましい。
In the luminous
さらに、光源6と光束分割部13との間に偏光板を設けてもよい。これにより、s偏光及びp偏光に対して直交した偏光成分としてわずかに存在する漏れ光、ノイズを除去することができる。
Further, a polarizing plate may be provided between the
また、光束分割部13として偏光ビームスプリッタを用いた例を説明したが、これに限定されるものではない。光束分割部13としては、例えば、ハーフミラーと位相板を組み合わせて構成してもよい。
Further, although an example in which a polarizing beam splitter is used as the light
光束分割部13と被測定部材2の被測定面2a、すなわち第1の回折格子11との間には、第1の位相板17が配置されており、光束分割部13と参照用ミラー14との間には、第2の位相板18が配置されている。
A
第1の位相板17と第2の位相板18は、通過する光の偏光方向を変化させるものであり、例えば、1/4波長板等から構成されている。そのため、第1の位相板17及び第2の位相板18は、通過する光がp偏光の場合、進行方向を中心軸として第1の向きに回転する円偏光に変化させる。また、通過する光が第1の向きに回転する円偏光の場合、s偏光に変化させる。さらに、通過する光がs偏光の場合、進行方向を中心軸として第1の方向とは反対である第2の向きに回転する円偏光に変化させる。そして、通過する光が第2の向きに回転する円偏光の場合、p偏光に変化させる。
The
また、また、光源6、レンズ16、光束分割部13及び第1の位相板17は、光束分割部13を透過する光、すなわち第1の光束L1の進行方向が第3の方向Zと平行になるように配置される。そのため、光束分割部13を透過し、第1の位相板17を通過した第1の光束L1は、被測定部材2の被測定面2a、すなわち第1の回折格子11に対して垂直に入射する。これにより、被測定部材2が第3の方向Zに変位しても第1の回折格子11に入射される第1の光束L1の入射点Pの位置は、第1の回折格子11上において変化しない。
Further, in the
第2の回折格子12は、第1の回折格子11によって回折されて変位検出部5に戻った第1の光束L1が入射する位置に配置される。第2の回折格子12は、その平面が第3の方向Zに対して傾斜して配置されている。第2の回折格子12は、光を透過させ、かつ透過した光を回折させる透過型の回折格子である。なお、第2の回折格子12の格子ピッチdT及び回折角度φについては、後述する。
The
第2の回折格子12における第1の回折格子11から入射した第1の光束L1が透過する方向には、物体用ミラー15が配置されている。また、物体用ミラー15は、第2の回折格子12を透過した第1の光束L1が反射面に対して垂直に入射する位置に配置されている。そして、物体用ミラー15には、第1の光束L1が垂直に入射するため、物体用ミラー15は、第1の光束L1を、入射する際の光路と反射した後の光路が一致するように反射させる。
The
物体用ミラー15により反射された第1の光束L1は、行きの光路と同じ光路を通って、第2の回折格子12、第1の回折格子11、第1の位相板17の順に、再び光束分割部13に入射する。すなわち、第1の光束L1における光束分割部13から物体用ミラー15までの光路(以下、「行き光路」という。)と、物体用ミラー15から光束分割部13までの光路(以下、「帰り光路」という。)が一致する。そのため、帰り光路の際に、再び第1の回折格子11に入射する位置は、行き光路と同じ照射点Pに入射される。
The first luminous flux L1 reflected by the
さらに、第1の光束L1は、行き光路と帰り光路で第1の回折格子11と第2の回折格子12によってそれぞれ2回ずつ回折される。
Further, the first luminous flux L1 is diffracted twice by the
参照用ミラー14は、光束分割部13によって分割された第2の光束L2の進行方向に配置されている。参照用ミラー14は、その反射面が光束分割部13における第2の光束L2を照射する面と平行に配置されている。すなわち、参照用ミラー14は、その反射面に第2の光束L2が垂直に入射する位置に配置される。そして、参照用ミラー14には、第2の光束L2が垂直に入射するため、参照用ミラー14は、第2の光束L2を、入射する際の光路と反射した後の光路が一致するように反射する。
The
参照用ミラー14により反射された第2の光束L2は、行きの光路と同じ光路を通って、第2の位相板18を通過して、再び光束分割部13に入射する。第1の光束L1における光束分割部13から物体用ミラー15に反射されて再び光束分割部13に戻るまでの光路長の長さと、第2の光束L2における光束分割部13から参照用ミラー14に反射されて再び光束分割部13に戻るまでの光路長の長さが等しくなるように、また、参照用ミラー14及び物体用ミラー15が配置されている。
The second luminous flux L2 reflected by the
これにより、気圧、湿度や温度の変化によって光源6の波長変動があった場合でも、第1の光束L1と第2の光束L2が受ける影響を等しくすることができる。その結果、気圧補正、湿度補正や温度補正を行うことなく、周囲環境に関わらず安定した測定を行うことができる。さらに、変位検出装置1を製造する際に、第1の光束L1の光路長と、第2の光束L2の光路長や光軸の角度を調整し易くすることができる。
As a result, even if the wavelength of the
また、光束分割部13は、物体用ミラー15によって反射されて戻ってきた第1の光束L1と、参照用ミラー14によって反射されて戻ってきた第2の光束L2を重ね合わせる。そして、光束分割部13は、重ね合わせた第1の光束L1と第2の光束L2を受光部7に照射する。すなわち、本例で示す光束分割部13は、光束を分割する光束分割部としての役割と、第1の光束L1と第2の光束L2を重ね合わせる光束結合部としての役割を有している。
Further, the luminous
受光部7は、集光レンズ21と、ハーフミラー22と、第1の偏光ビームスプリッタ24と、第2の偏光ビームスプリッタ25とを有している。また、ハーフミラー22と、第2の偏光ビームスプリッタ25との光路上には、例えば、1/4波長板等からなる受光側位相板23が配置されている。
The light receiving unit 7 includes a
集光レンズ21は、光束分割部13からの入射された第1の光束L1及び第2の光束L2を集光する。また、集光レンズ21は、後述する第1の受光素子31、第2の受光素子32、第3の受光素子33及び第4の受光素子34上でビーム径が適当な大きさになるように光を集光する。ハーフミラー22は、光を分割する。ハーフミラー22によって分割された光は、第1の偏光ビームスプリッタ24、又は受光側位相板23を介して第2の偏光ビームスプリッタ25に入射する。
The condensing
第1の偏光ビームスプリッタ24は、入射される光束の偏光方向が入射面に対して45度傾くように配置されている。この第1の偏光ビームスプリッタ24における光の出射口側には、第1の受光素子31と、第2の受光素子32が設けられている。また、第2の偏光ビームスプリッタ25における光の出射口側には、第3の受光素子33と、第4の受光素子34が設けられている。
The first
これら第1の偏光ビームスプリッタ24及び第2の偏光ビームスプリッタ25は、s偏光成分を有する干渉光を反射させ、p偏光成分を有する干渉光を透過させて、光を分割するものである。
The first
第1の受光素子31、第2の受光素子32、第3の受光素子33及び第4の受光素子34は、光を受光し、干渉信号を得る。そして、受光部7には、相対位置情報出力手段4が接続されている。受光部7は、第1の受光素子31、第2の受光素子32、第3の受光素子33及び第4の受光素子34が得た干渉信号を相対位置情報出力手段4に出力する。
The first
1−2.第1の回折格子と第2の回折格子の関係
次に、上述した構成を有する第1の回折格子11と第2の回折格子12の関係について図3を参照して説明する。
図3は、第1の回折格子11と第2の回折格子12の回折角度の関係を示す説明図である。
1-2. Relationship between First Diffraction Grating and Second Diffraction Grating Next, the relationship between the
FIG. 3 is an explanatory diagram showing the relationship between the diffraction angles of the
図3に示すように、第1の回折格子11には、第1の光束L1が第3の方向Zに沿って垂直に入射する。なお、第1の回折格子11の格子ベクトル方向S1は図2に示すように、第1の方向Xと平行をなしている。そして、第1の回折格子11は、回折角度θで回折する。ここで、第1の光束L1の波長をλ、第1の回折格子11の格子ピッチdRとすると、第1の回折格子11の回折角度θは、下記式1及び式2により算出することができる。
[式1]
[式2]
As shown in FIG. 3, the first luminous flux L1 is vertically incident on the
[Equation 1]
[Equation 2]
第1の回折格子11で回折した第1の光束L1は、第2の回折格子12に入射され、第2の回折格子12で回折する。このときの第2の回折格子12の格子ベクトル方向は、第1の方向Xと第3の方向Zで形成される平面上に存在する。また、第2の回折格子12の格子ベクトル方向は、第1の光束L1における第1の回折格子11への入射角度に対して、角度θTで傾斜している。すなわち、第2の回折格子12の格子ベクトル方向は、第3の方向Zに対して角度θTで傾斜している。
The first luminous flux L1 diffracted by the
第1の光束L1における第2の回折格子12に対して角度φで入射した場合、第2の回折格子12がブラッグ条件を満たせば、第2の回折格子12は、回折角度φで回折する。そのため、ブラッグ条件は、次の式3及び式4を満たすように第2の回折格子12の格子ピッチdT又は回折角度φを設定すればよい。なお、λは、第1の光束L1の波長である。
[式3]
[式4]
When the
[Equation 3]
[Equation 4]
第2の回折格子12がブラッグ条件を満たすことで、例えば、後述する透過型のボリュームタイプホログラムの第2の回折格子12M(図5A参照)を用いれば、非常に高い回折効率を得ることができる。しかしながら、第2の回折格子12への入射角度φと、格子ピッチdTの設計に制限がかかるため、第2の回折格子12としては、ボリュームタイプホログラムを用いずに、厚みのない透過型の回折格子を用いてもよい。厚みのない透過型の回折格子を用いることで、入射角度と回折角度の選択に自由度を持たせることができる。
When the
第2の回折格子12がブラッグ条件を満たす場合、第2の回折格子12により2回目(1回目は第1の回折格子11)の回折をした第1の光束L1は、物体用ミラー15によって反射されて再び第2の回折格子12に入射する。なお、図1及び図3に示すように、被測定部材2が第3の方向Zに変位していない場合、第1の光束L1における第2の回折格子12に入射する入射点Qの位置は、変化しない。また、被測定部材2が第1の方向X又は第2の方向Yに変位しても、第1の光束L1における第2の回折格子12に入射する入射点Qの位置は、変化しない。そして、第2の回折格子12によって3回目の回折をした第1の光束L1は、第1の回折格子11に入射し、第1の回折格子11により4回目の回折を行う。
When the
ここで、被測定部材2、すなわち第1の回折格子11が第3の方向Zに長さΔZだけ移動した例について説明する。
図3に示すように、第1の回折格子11が第3の方向Zに沿って上方、すなわちヘッド3に接近する向きに長さΔZ移動すると、第1の回折格子11の入射点P2に入射する時点で、第1の光束L1の光路長は、長さΔZ短くなる。なお、第1の光束L1は、被測定部材2の被測定面2a、すなわち第1の回折格子11に対して垂直に入射している。そのため、被測定部材2が第3の方向Zに変位しても第1の回折格子11に入射される第1の光束L1の入射点P1、P2の位置は、第1の回折格子11上において変化しない。
Here, an example in which the
As shown in FIG. 3, when the
第1の回折格子11が第3の方向Zに沿って上方、すなわちヘッド3に接近する向きに長さΔZ移動すると、第1の光束L1における第2の回折格子12に入射する位置は、入射点Q1から入射点Q2に変化する。そして、第1の回折格子11の入射点P2から第2の回折格子12の入射点Q2までの光路長は、第1の回折格子11が第3の方向Zに移動していない時の第1の回折格子11の入射点P1から第2の回折格子12の入射点Q1までの光路長よりも長さM1だけ長くなる。さらに、第2の回折格子12の入射点Q2から物体用ミラー15までの距離は、第1の回折格子11が第3の方向Zに移動していない時の第2の回折格子12の入射点Q1から物体用ミラー15までの光路長よりも長さM2だけ長くなる。
When the
そのため、ΔZ=M1+M2を満たせば、第1の回折格子11が第3の方向Zに移動しても第1の光束L1の光路長は、一定となる。また、ΔZ=M1+M2を満たす条件は、第1の回折格子11の回折角度θと、第2の回折格子12の回折角度φから下記式5が示される。
[式5]
Therefore, if ΔZ = M1 + M2 is satisfied, the optical path length of the first luminous flux L1 becomes constant even if the
[Equation 5]
したがって、第1の回折格子11の回折角度θと第2の回折格子12の回折角度φは、上記式5を満たす。これにより、第1の回折格子11が第3の方向Zに移動しても第1の光束L1の光路長を一定にすることができる。なお、第1の光束L1が物体用ミラー15によって反射し、光束分割部13に戻る光路にも適用できる。従って、第1の光束L1における帰り光路の光路長も常に一定にすることができる。
Therefore, the diffraction angle θ of the
上述したように、被測定部材2が第1の方向X又は第2の方向Yに変位しても、第1の光束L1における第2の回折格子12に入射する入射点Qの位置は、変化しないため、第1の光束L1の光路長を一定に保つことができる。その結果、第1の回折格子11が第1の方向X、第2の方向Y及び第3の方向Zに移動しても第1の光束L1の光路長が変化しないため、第1の光束L1の光路長と第2の光束L2の光路長を常に一定に保つことができる。
As described above, even if the
例えば、光源6の波長λが790nm、第1の回折格子11の格子ピッチdRが1μm、第1の回折格子11への第1の光束L1の入射角度が0度、第2の回折格子12の格子ピッチdTの場合、第1の回折格子11の回折角度θ≒52.2°、第2の回折格子12の回折角度φ≒45.9°となる。
For example, the wavelength λ of the
1−3.相対位置情報出力手段の構成例
次に、図4を参照して相対位置情報出力手段4の構成例について説明する。
図4は、本例の相対位置情報出力手段4を示すブロック図である。
1-3. Configuration Example of Relative Position Information Output Means Next, a configuration example of the relative position information output means 4 will be described with reference to FIG.
FIG. 4 is a block diagram showing the relative position information output means 4 of this example.
図4に示すように、相対位置情報出力手段4は、第1差動増幅器61aと、第2差動増幅器61bと、第1のA/D変換器62aと、第2のA/D変換器62bと、波形補正処理部63と、インクリメンタル信号発生器64とを有している。
As shown in FIG. 4, the relative position information output means 4 includes a first differential amplifier 61a, a second differential amplifier 61b, a first A /
第1差動増幅器61aには、第1の受光素子31及び第2の受光素子32が接続されており、第2差動増幅器61bには、第3の受光素子33及び第4の受光素子34が接続されている。また、第1差動増幅器61aには、第1のA/D変換器62aが接続されており、第2差動増幅器61bには、第2のA/D変換器62bが接続されている。そして、第1のA/D変換器62a及び第2のA/D変換器62bは、波形補正処理部63と接続している。また、波形補正処理部63は、インクリメンタル信号発生器64に接続されている。
The first
第1差動増幅器61aは、第1の受光素子31及び第2の受光素子32から干渉信号を受信し、第2差動増幅器61bは、第3の受光素子33及び第4の受光素子34から干渉信号を受信する。第1差動増幅器61a及び第2差動増幅器61bは、それぞれ受信した干渉信号を差動増幅し、干渉信号の直流成分をキャンセルする。
The first differential amplifier 61a receives an interference signal from the first
第1差動増幅器61aで差動増幅された信号は、第1のA/D変換器62aによってA/D変換され、波形補正処理部63によって信号振幅とオフセットと位相が補正される。この信号は、例えばA相のインクリメンタル信号としてインクリメンタル信号発生器64において演算される。
The signal differentially amplified by the first differential amplifier 61a is A / D converted by the first A /
また同様に、第2差動増幅器61bで差動増幅された信号は、第2のA/D変換器62bによってA/D変換される。そして、波形補正処理部63により信号振幅とオフセットと位相とが補正され、A相と位相が90度異なるB相のインクリメンタル信号としてインクリメンタル信号発生器64から出力される。
Similarly, the signal differentially amplified by the second differential amplifier 61b is A / D converted by the second A /
こうして得られた2相のインクリメンタル信号は、図示しないパルス弁別回路等により正逆の判別が行われ、これにより、ヘッド3と被測定部材2との第1の方向X又は第3の方向Zの相対的な変位量が、プラス方向であるかマイナス方向であるかを検出できる。
The two-phase incremental signal thus obtained is discriminated in the forward and reverse directions by a pulse discrimination circuit (not shown) or the like, whereby the head 3 and the
また、図示しないカウンタによってインクリメンタル信号のパルス数をカウントすることにより、第1の光束L1と第2の光束L2の干渉光強度が上述の周期の何周期分変化したのかを計測できる。これにより、変位検出装置1により被測定部材2とヘッド3との相対的な変位量(移動量)が検出される。
Further, by counting the number of pulses of the incremental signal with a counter (not shown), it is possible to measure how many cycles of the above-mentioned cycle the interference light intensity of the first light flux L1 and the second light flux L2 has changed. As a result, the
なお、本例の相対位置情報出力手段4の出力する相対位置情報は、上述の2相のインクリメンタル信号であってもよいし、それから算出された変位量、変位方向を含む信号であってもよい。 The relative position information output by the relative position information output means 4 of this example may be the above-mentioned two-phase incremental signal, or may be a signal including the displacement amount and the displacement direction calculated from the incremental signal. ..
1−4.変位検出装置の動作例
次に、図1、図3及び図4を参照して、上述した構成を有する変位検出装置1の動作例について説明する。
1-4. Operation Example of Displacement Detection Device Next, an operation example of the
図1に示すように、光源6から出射した光Lは、レンズ16によりコリメートされて平行光となる。レンズ16によりコリメートされた平行光Lは、光束分割部13に入射する。光束分割部13に入射した光は、第1の光束L1と第2の光束L2に分割される。上述したように、光束分割部13は、光のうちs偏光を反射し、p偏光を透過する。そのため、光束分割部13を透過したp偏光による第1の光束L1は、第1の位相板17に照射される。また、光束分割部13よって反射されたs偏光による第2の光束L2は、第2の位相板18に照射される。
As shown in FIG. 1, the light L emitted from the
第1の光束L1の偏光方向は、p偏光であるため、第1の光束L1は、第1の位相板17を通過することで、進行方向を中心軸として第1の向きに回転する円偏光に変化する。また、第2の光束L2の偏光方向は、s偏光であるため、第2の光束L2は、第2の位相板18を通過することで、進行方向を中心軸として第2の向きに回転する円偏光に変化する。
Since the polarization direction of the first light flux L1 is p-polarized light, the first light flux L1 is circularly polarized light that rotates in the first direction with the traveling direction as the central axis by passing through the
第1の位相板17を通過した第1の光束L1は、被測定部材2の被測定面2a、すなわち第1の回折格子11の照射点Pに垂直に入射する。そして、図3に示すように、第1の光束L1は、第1の回折格子11によって回折角度θで回折する。2回目の回折が行われた第1の光束L1は、第2の回折格子12に入射角度φで照射点Q(図1参照)に入射する。上述したように、第2の回折格子12は、ブラッグ条件を満たしているため、第1の光束L1は、第2の回折格子12によって回折角度φで回折する。
The first luminous flux L1 that has passed through the
第2の回折格子12によって回折された第1の光束L1は、物体用ミラー15に垂直に入射する。そして、第1の光束L1は、再び第2の回折格子12に向けて、物体用ミラー15によって反射される。第1の光束L1は、入射角度φで第2の回折格子12に入射する。このとき、第1の光束L1は、行き光路と同じ第2の回折格子12における照射点Qに入射する。そして、第2の回折格子12によって3回目の回折が行われ、第1の回折格子11に入射角度θで、行き光路と同じ照射点Pに入射する。
The first luminous flux L1 diffracted by the
このように、第1の回折格子11に対する行き光路の照射点Pと帰り光路の照射点Pを同じ1点にすることで、第1の回折格子11がチルトした際に生じる影響を小さくすることができる。また、第2の回折格子12に対する行き光路の照射点Qと帰り光路の照射点Qを同じ1点にすることで、同様の効果を得ることができる。さらに、さらに、2点の中心点を仮想測定点として検出する従来の変位検出装置よりも検出精度を向上させることができる。
In this way, by setting the irradiation point P of the going optical path and the irradiation point P of the returning optical path with respect to the
次に、第1の光束L1は、第1の回折格子11で4回目の回折が行われて、第1の位相板17に照射される。このときの第1の光束L1の偏光方向は、進行方向を中心軸として第1の向きに回転する円偏光である。そのため、第1の光束L1は、第1の位相板17によって、行きの偏光方向であるp偏光と直交するs偏光に変化する。
Next, the first luminous flux L1 is diffracted a fourth time by the
一方、参照用ミラー14に照射された第2の光束L2は、参照用ミラー14で反射されて、再び第2の位相板18に照射される。このときの第2の光束L2の偏光方向は、進行方向を中心軸として第2の向きに回転する円偏光である。そのため、第2の光束L2は、第2の位相板18によって、行きの偏光方向であるs偏光と直交するp偏光に変化する。
On the other hand, the second luminous flux L2 irradiated on the
第1の位相板17を通過した第1の光束L1は、再び光束分割部13に入射し、第2の位相板18を通過した第2の光束L2は、再び光束分割部13に入射する。このとき、第1の光束L1の偏光方向は、s偏光であるため、光束分割部13によって反射されて受光部7に照射される。また、第2の光束L2の偏光方向は、p偏光であるため、光束分割部13を透過し、受光部7に照射される。そのため、受光部7には、互いに直交した直線偏光の第1の光束L1と第2の光束L2が重なり合った光束が入射する。
The first luminous flux L1 that has passed through the
光束は、集光レンズ21によって集光されて、ハーフミラー22に照射される。ハーフミラー22は、光束を2つの光に分割する。ハーフミラー22を透過した光束は、第1の偏光ビームスプリッタ24に入射する。
The light flux is focused by the
ここで、第1の偏光ビームスプリッタ24は、互いに偏光方向が90度異なる第1の光束L1及び第2の光束L2の偏光方向が、第1の偏光ビームスプリッタ24の入射面に対してそれぞれ偏光方向が45度傾くように傾けて配置されている。これにより、第1の光束L1及び第2の光束L2は、第1の偏光ビームスプリッタ24に対してそれぞれp偏光成分とs偏光成分を有することになる。したがって、第1の偏光ビームスプリッタ24を透過した第1の光束L1及び第2の光束L2は、同じ偏光方向を有する偏光同士が干渉する。よって、第1の光束L1と第2の光束L2を第1の偏光ビームスプリッタ24によって干渉させることができる。
Here, in the first
同様に、第1の偏光ビームスプリッタ24によって反射される第1の光束L1及び第2の光束L2は、第1の偏光ビームスプリッタ24に対して同じ偏光方向を有する偏光同士が干渉する。そのため、第1の偏光ビームスプリッタ24によって干渉させることができる。
Similarly, the first light flux L1 and the second light flux L2 reflected by the first
第1の偏光ビームスプリッタ24を透過した第1の光束L1及び第2の光束L2との干渉光は、第1の受光素子31によって受光される。また、第1の偏光ビームスプリッタ24によって反射された第1の光束L1及び第2の光束L2との干渉光は、第2の受光素子32によって受光される。ここで、第1の受光素子31と第2の受光素子32とによって光電変換される干渉信号は、180度位相の異なる信号となる。
The interference light with the first luminous flux L1 and the second luminous flux L2 transmitted through the first
そして、第1の受光素子31と第2の受光素子32によって得られる干渉信号は、A×cos(2×K1x+2×B×K2z+δ)の干渉信号が得られる。ここで、Aは、干渉の振幅であり、K1は、2π/dRで示される第1の回折格子11の波数である。また、xは、第1の回折格子11の移動量、すなわちヘッド3と被測定部材2における第1の方向Xへの相対的な変位量を示している。一方、K2は、2π/dTで示される第2の回折格子12の波数である。zは、第2の回折格子12に入射する第1の光束L1における第2の回折格子12の格子ベクトル方向の移動量を示している。なお、dRは、第1の回折格子11の格子ピッチであり、dTは、第2の回折格子12の格子ピッチである。また、δは、初期位相を示している。
Then, as the interference signal obtained by the first
さらに、Bは、第2の回折格子12の格子ベクトル方向が第3の方向Zに対して傾斜角度θTで傾斜することに伴う係数である。そして、第2の回折格子12のへの入射角度(ブラッグ条件では、回折角度も同じになる)をφとした場合、B=cosθT+sinθT×tanφで示すことができる。
Further, B is a coefficient associated with the inclination of the lattice vector direction of the
ここで、ヘッド3と被測定部材2が第1の方向Xに相対的にx/2だけ移動すると、第1の回折格子11に照射される第1の光束L1の照射点が第1の方向Xにx/2だけ移動する。すなわち、第1の光束L1は、第1の回折格子11上を第1の方向Xにx/2だけ移動する。そのため、第1の光束L1には、K1xの位相が加わり、1周期の光の明暗が生じる干渉光が第1の受光素子31と第2の受光素子32によって受光される。
Here, when the head 3 and the
なお、ヘッド3と被測定部材2が第1の方向Xに相対的に移動しても、第1の光束L1における第2の回折格子12上での照射点は、変化しない。そのため、第1の光束L1には、第1の回折格子11によって回折された位相のみが加わる。
Even if the head 3 and the
また、ヘッド3と被測定部材2が第3の方向Zに相対的にZ/(2×B)だけ移動すると、第2の回折格子12に照射される第1の光束L1の照射点が第2の回折格子12の格子ベクトル方向にZ/2だけ移動する。すなわち、第1の光束L1は、第2の回折格子12上を格子ベクトル方向にZ/2だけ移動する。そのため、第1の光束L1には、K2zの位相が加わり、1周期の光の明暗が生じる干渉光が第1の受光素子31と第2の受光素子32によって受光される。
Further, when the head 3 and the
なお、上述したように、第1の光束L1は、第3の方向Zと平行に第1の回折格子11に入射する。そのため、第1の光束L1は、第1の回折格子11に垂直に入射する。したがって、ヘッド3と被測定部材2が第3の方向Zに相対的に移動しても、第1の光束L1における第1の回折格子11上での照射点は、変化しない。そのため、第1の光束L1には、第2の回折格子12によって回折された位相のみが加わる。
As described above, the first luminous flux L1 is incident on the
さらに、第1の回折格子11の回折角度θと、第2の回折格子12の回折角度φは、上記式5を満たす。そのため、ヘッド3と被測定部材2が第3の方向Zに相対的にΔZで移動しても、ΔZと図3に示すM1+M2の和が常に0になる。その結果、第1の光束L1の光路長が変化せず、ヘッド3と被測定部材2が第3の方向Zに相対的にΔZで移動しても、第1の光束L1における第2の回折格子12に入射する位置だけが変化する。
Further, the diffraction angle θ of the
ここで、上述したように、第1の受光素子31及び第2の受光素子32によって得られる干渉信号には、光源6の波長に関する成分が含まれていない。よって、気圧や湿度、温度の変化による光源の波長に変動が起きても干渉強度には、影響を受けない。
Here, as described above, the interference signal obtained by the first
一方、図1に示すように、ハーフミラー22を反射した光束は、受光側位相板23に入射する。互いに偏光方向が90度異なる直線偏光である第1の光束L1及び第2の光束L2からなる光束は、受光側位相板23を透過することにより、互いに逆回りの円偏光となる。そして、この互いに逆回りの円偏光は同一光路上にあるので、重ね合わされることにより直線偏光となり、第2の偏光ビームスプリッタ25に入射する。
On the other hand, as shown in FIG. 1, the light flux reflected by the half mirror 22 is incident on the light receiving
この直線偏光のs偏光成分は第2の偏光ビームスプリッタ25によって反射され、第3の受光素子33に受光される。また、p偏光成分は、第2の偏光ビームスプリッタ25を透過し、第4の受光素子34によって受光される。
The linearly polarized s-polarized light component is reflected by the second
上述したように、第2の偏光ビームスプリッタ25に入射する直線偏光は、互いに逆回りの円偏光の重ね合わせによって生じている。そして、第2の偏光ビームスプリッタ25に入射される直線偏光の偏光方向は、ヘッド3と被測定部材2が第1の方向Xに相対的にdR/2だけ移動すると1/2回転する。また、ヘッド3と被測定部材2が第1の方向Xに相対的にdT/(2×B)だけ移動しても、第2の偏光ビームスプリッタ25に入射される直線偏光の偏光方向は、1/2回転する。
As described above, the linearly polarized light incident on the second
したがって、第3の受光素子33と第4の受光素子34でも、第1の受光素子31及び第2の受光素子32と同様に、A×cos(2×K1x+2×B×K2z+δ’)の干渉信号が得られる。δ’は初期位相である。
Therefore, even in the third
また、第3の受光素子33と第4の受光素子34とで光電変換される信号は、180度位相が異なる。
Further, the signals photoelectrically converted by the third
なお、本例では、第1の偏光ビームスプリッタ24に対して、第3の受光素子33と第4の受光素子34に受光される光束を分割する第2の偏光ビームスプリッタ25を45度傾けて配置している。このため、第3の受光素子33と第4の受光素子34において得られる信号は、第1の受光素子31と第2の受光素子32において得られる信号に対し、90度位相がずれている。
In this example, the second
したがって、例えば第1の受光素子31と第2の受光素子32で得られる信号をsin信号、第3の受光素子33と第4の受光素子34で得られる信号をcos信号として用いることによりリサージュ信号を取得することができる。
Therefore, for example, the signal obtained by the first
これらの受光素子によって得られる信号は、相対位置情報出力手段4によって演算され、ヘッド3と被測定部材2との相対的な変位量がカウントされる。これにより、ヘッド3と被測定部材2との相対的な変位量を検出することができる。
The signal obtained by these light receiving elements is calculated by the relative position information output means 4, and the relative displacement amount between the head 3 and the
本例の変位検出装置1では、変位検出部5の受光部7で得られる干渉信号には、第1の方向Xと第3の方向Zの変位情報が含まれる。そのため、ヘッド3と被測定部材2が第1の方向Xのみに相対的に移動する際の、ヘッド3と被測定部材2の第1の方向Xへの相対的な変位を検出する装置に適用できる。または、ヘッド3と被測定部材2が第3の方向Zのみに相対的に移動する際の、ヘッド3又は被測定部材2の第3の方向Zへの相対的な変位を検出する装置にも適用できる。すなわち、本例の変位検出装置1は、1つの装置で2通りの使用方法を有している。
In the
1−5.第2の回折格子の変形例
次に、図5A及び図5Bを参照して回折格子の変形例について説明する。
図5Aは第2の回折格子の変形例を示す断面図、図5Bは第2の回折格子の他の変形例を示す断面図である。
1-5. Second Modification Example of the Diffraction Grating Next, a modification of the diffraction grating will be described with reference to FIGS. 5A and 5B.
FIG. 5A is a cross-sectional view showing a modified example of the second diffraction grating, and FIG. 5B is a cross-sectional view showing another modified example of the second diffraction grating.
図5Aに示す第2の回折格子12Mは、写真乾板を用いた、いわゆるボリュームタイプのホログラムである。吸収型のホログラムを用いてもよいが、ここでは位相型のホログラムについて説明する。この第2の回折格子12Mにおける格子部12bは、例えば次のようにして形成される。まず、ガラス基板12aの一面に光に感光する銀塩の乳剤を塗布し、干渉縞を露光し、現像後、漂白する。これにより、格子部12bには、銀の粒子が残っている箇所と、残っていない箇所が形成される。
The second diffraction grating 12M shown in FIG. 5A is a so-called volume type hologram using a photographic plate. An absorption type hologram may be used, but here, a phase type hologram will be described. The
ここで、銀の粒子が残っている箇所は、屈折率が高く、銀の粒子が残っていない箇所は、屈折率が低くなる。すなわち、位相型のホログラムである。また、材料として写真乾板の代わりにホログラム記録用フォトポリマーを使用してもよい。 Here, the place where the silver particles remain has a high refractive index, and the place where the silver particles do not remain has a low refractive index. That is, it is a phase type hologram. Further, as a material, a photopolymer for hologram recording may be used instead of the photographic plate.
図5Bに示す第2の回折格子12Nは、略透明なガラス基板12aの一面に例えばクロム(Cr)からなる格子部12cを形成したものである。一般的に、格子部12cは、ガラス基板12aの一面にクロム等の薄膜を真空蒸着によって形成されるため、その厚みは、1μm以下である。
The
また、図5Aに示す第2の回折格子12M及び図5Bに示す第2の回折格子12Nにおいて、入射角度をφa、回折角度をφbとした場合、下記式6のブラッグ条件を満たすとき、φa=φbとなる。なお、nは、整数である。
[式6]
Further, in the second diffraction grating 12M shown in FIG. 5A and the
[Equation 6]
また、図5Aに示す第2の回折格子12Mの場合、ブラッグ条件を満たすときに、第2の回折格子12Mによって回折される回折光の出力を最大にすることができる。すなわち、第2の回折格子12Mによって回折された回折光の光量が低下することを防ぐことができる。
Further, in the case of the second diffraction grating 12M shown in FIG. 5A, the output of the diffracted light diffracted by the
2.第2の実施の形態例
次に、図6及び図7を参照して第2の実施の形態例にかかる変位検出装置について説明する。
図6は、第2の実施の形態例にかかる変位検出装置の構成を示す概略構成図、図7は、第2の実施の形態例にかかる変位検出装置における相対位置情報出力手段を示すブロック図である。
2. Second Embodiment Example Next, the displacement detection device according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. 6 and 7.
FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing the configuration of the displacement detection device according to the second embodiment, and FIG. 7 is a block diagram showing the relative position information output means in the displacement detection device according to the second embodiment. Is.
この第2の実施の形態例にかかる変位検出装置101は、第1の方向Xと第3の方向Zの2次元の変位情報を出力可能な変位検出装置である。そのため、ここでは、第1の実施の形態例にかかる変位検出装置1と共通する部分には同一の符号を付して重複した説明を省略する。
The
図6に示すように、変位検出装置101は、第1の回折格子111が設けられた被測定部材2と、ヘッド3と、相対位置情報出力手段104とを備えている。ヘッド3と被測定部材2は、第1の方向Xと第3の方向Zの2方向に相対的に移動可能に構成されている。
As shown in FIG. 6, the
第1の回折格子111は、後述するヘッド103の第1変位検出部5A側では、回折光の向きが第1の方向Xの一側を向いている。また、第1の回折格子111は、後述するヘッド103の第2変位検出部5B側では、回折光の向きが第1の方向Xの他側を向いている。そのため、第1の回折格子111としては、ブレーズド回折格子を用いることが好ましい。
In the first diffraction grating 111, the direction of the diffracted light is directed to one side of the first direction X on the first
ヘッド103は、第1変位検出部5Aと、第2変位検出部5Bと、光源6と、レンズ16と、光源側位相板106と、光分配部107とを備えている。第1変位検出部5Aは、ヘッド3の第1の方向Xの一側に配置され、第2変位検出部5Bは、ヘッド3の第1の方向Xの他側に配置されている。
The
そして、第1変位検出部5Aと第2変位検出部5Bにおける第1の方向Xの間には、光源6、レンズ16、光源側位相板106及び光分配部107が配置されている。光源側位相板106は、光源6から出射された光Lの偏光軸を調整し、例えば、光軸に対して45°傾いた円偏光に調整する。
A
光源側位相板106を通過した光Lは、光分配部107に照射される。光分配部107は、例えば、ミラー107aと、ハーフミラー107bにより構成されている。ハーフミラー107bは、ミラー107aよりも光源6側に配置されている。
The light L that has passed through the light source
ハーフミラー107bにおける第1の方向Xの他側への反射率は、50%に設定されている。そのため、ハーフミラー107bは、光源側位相板106を通過した光Lを第3の方向Zにおけるミラー107a側と第1の方向Xの他側に向けて等しく分配する。そして、ハーフミラー107bを反射した光LBは、第2変位検出部5Bの光束分割部13Bに向けて照射される。
The reflectance of the
ハーフミラー107bを透過した光LAは、ミラー107aに入射される。ミラー107aは、入射した光LAを第1変位検出部5Aの光束分割部13Aに向けて反射する。
The light LA transmitted through the
第1変位検出部5Aは、第1の実施の形態例にかかる変位検出部5と同様に、受光部7Aと、第2の回折格子12Aと、光束分割部13Aと、参照用ミラー14Aと、物体用ミラー15Aと、第1の位相板17Aと、第2の位相板18Aと、を備えている。受光部7Aは、相対位置情報出力手段104の第1相対位置情報出力部4Aに接続されている。そして、受光部7Aは、得られた干渉信号を第1相対位置情報出力部4Aに送信する。
The first
第1変位検出部5Aの受光部7Aは、下記式7に示す干渉信号を得る。ここで、A1は、干渉の振幅である。
[式7]
The
[Equation 7]
第2変位検出部5Bは、第1の実施の形態例にかかる変位検出部5と同様に、受光部7Bと、第2の回折格子12Bと、光束分割部13Bと、参照用ミラー14Bと、物体用ミラー15Bと、第1の位相板17Bと、第2の位相板18Bと、を備えている。受光部7Bは、相対位置情報出力手段104の第2相対位置情報出力部4Bに接続されている。そして、受光部7Bは、得られた干渉信号を第2相対位置情報出力部4Bに送信する。
The second
また、第2変位検出部5Bを構成する第2の回折格子12B、光束分割部13B、参照用ミラー14B、物体用ミラー15B、第1の位相板17B及び第2の位相板18Bは、第1変位検出部5Aに対して第1の方向Xに沿って反転して配置されている。
Further, the
第2変位検出部5Bの受光部7Bは、下記式8に示す干渉信号を得る。ここで、A2は、干渉の振幅である。
[式8]
The
[Equation 8]
上記式7と式8に示すように、第1変位検出部5Aの受光部7Aと、第2変位検出部5Bの受光部7Bが得られる干渉信号における第1の方向Xの変位情報は、正負が異なっている。
As shown in the above equations 7 and 8, the displacement information in the first direction X in the interference signal obtained by the
図7に示すように、相対位置情報出力手段104は、第1相対位置情報出力部4Aと、第2相対位置情報出力部4Bと、演算部114とを有している。上述したように、第1変位検出部5Aの受光部7Aと、第2変位検出部5Bの受光部7Bが得られる干渉信号における第1の方向Xの変位情報は、正負が異なっている。
As shown in FIG. 7, the relative position information output means 104 includes a first relative position
そのため、第1相対位置情報出力部4Aからの変位情報Aと、第2相対位置情報出力部4Bからの変位情報Bを足し合わせるころで、第3の方向Zの変位情報のみを取り出すことができる。また、第1相対位置情報出力部4Aの変位情報Aから第2相対位置情報出力部4Bの変位情報Bを引くことで、第1の方向Xの変位情報のみを取り出すことができる。
Therefore, when the displacement information A from the first relative position
そして、演算部114は、第1相対位置情報出力部4Aからの変位情報Aと、第2相対位置情報出力部4Bからの変位情報Bを足し合わせて、2で割ることで、ヘッド103と被測定部材2との第3の方向Zへの相対位置の変位情報を演算している。また、演算部114は、第1相対位置情報出力部4Aの変位情報Aから第2相対位置情報出力部4Bの変位情報Bを引き、2で割ることで、ヘッド103と被測定部材2との第1の方向Xの変位情報を演算している。
Then, the
これにより、第2の実施の形態例にかかる変位検出装置101によれば、第1の方向Xと第3の方向Zの2次元の変位情報を出力することができる。
As a result, according to the
その他の構成は、第1の実施の形態にかかる変位検出装置1と同様であるため、それらの説明は省略する。このような構成を有する変位検出装置101によっても、上述した第1の実施の形態例にかかる変位検出装置1と同様の作用効果を得ることができる。
Since other configurations are the same as those of the
3.第3の実施の形態例
次に、図8〜図12を参照して第3の実施の形態例にかかる変位検出装置について説明する。
図8は、第3の実施の形態例に係る変位検出装置の構成を示す概略構成図である。図9は、第3の実施の形態例に係る変位検出装置における第1変位検出部及び第2変位検出部の構成を示す概略構成図である。図10は、第3の実施の形態例に係る変位検出装置における第3変位検出部及び第4変位検出の構成を示す概略構成図である。図11は、第3の実施の形態例に係る変位検出装置における相対位置情報出力手段を示すブロック図である。図12A及び図12Bは、第3の実施の形態例に係る変位検出装置における第1の回折格子を示すものである。
3. 3. Example of Third Embodiment Next, the displacement detection device according to the third embodiment will be described with reference to FIGS. 8 to 12.
FIG. 8 is a schematic configuration diagram showing the configuration of the displacement detection device according to the third embodiment. FIG. 9 is a schematic configuration diagram showing the configurations of the first displacement detection unit and the second displacement detection unit in the displacement detection device according to the third embodiment. FIG. 10 is a schematic configuration diagram showing a configuration of a third displacement detection unit and a fourth displacement detection in the displacement detection device according to the third embodiment. FIG. 11 is a block diagram showing a relative position information output means in the displacement detection device according to the third embodiment. 12A and 12B show the first diffraction grating in the displacement detection device according to the third embodiment.
この第2の実施の形態例にかかる変位検出装置101は、第1の方向Xと、第3の方向Zと、第1の方向X及び第3の方向Zとも直交する第2の方向Yの3次元の変位情報を出力可能な変位検出装置である。そのため、ここでは、第1の実施の形態例にかかる変位検出装置1と共通する部分には同一の符号を付して重複した説明を省略する。
The
図8、図9及び図10に示すように、変位検出装置201は、第1の回折格子211が設けられた被測定部材202と、ヘッド203と、相対位置情報出力手段204とを備えている。ヘッド203と、被測定部材202は、第1の方向X、第2の方向Y及び第3の方向Zの3方向に相対的に移動可能に構成されている。
As shown in FIGS. 8, 9 and 10, the
図12A及び図12Bに示すように、被測定部材202は、平板状に形成されている。被測定部材202の被測定面202aには、第1の回折格子211が設けられている。第1の回折格子211は、第1の方向Xと平行をなす第1格子ベクトル方向と、第2の方向Yと平行をなす第2格子ベクトル方向を有している。
As shown in FIGS. 12A and 12B, the
また、第1の回折格子211は、複数の突起211aにより構成されている。複数の突起211aは、被測定面202aから第3の方向Zに向けて突出している。この複数の突起211aは、第1の方向Xと平行をなす第1格子ベクトル方向と、第2の方向Yと平行をなす第2格子ベクトル方向に沿ってそれぞれ間隔を空けて格子状に配置されている。
Further, the
なお、第3の実施の形態例にかかる第1の回折格子211を複数の突起211aにより構成した例を説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、被測定部材202の被測定面202aに形成された複数の凹部によって第1の回折格子211を構成してもよい。
An example in which the
図8、図9及び図10に示すように、ヘッド203は、第1変位検出部5Aと、第2変位検出部5Bと、第3変位検出部5Cと、第4変位検出部5Dと、光源6と、レンズ16と、光源側位相板106と、光分配部207とを備えている。第1変位検出部5Aは、ヘッド3の第1の方向Xの一側に配置され、第2変位検出部5Bは、ヘッド3の第1の方向Xの他側に配置されている。また、第3変位検出部5Cは、ヘッド3の第2の方向Yの一側に配置され、第4変位検出部5Dは、ヘッド3の第2の方向Yの他側に配置されている。
As shown in FIGS. 8, 9 and 10, the
第1変位検出部5A、第2変位検出部5B、第3変位検出部5C及び第4変位検出部5Dの間には、光源6、レンズ16、光源側位相板106及び光分配部207が配置されている。すなわち、光源6、レンズ16、光源側位相板106及び光分配部207は、ヘッド3における第1の方向X及び第2の方向Yの中心部に配置されている。
A
光分配部207は、ミラー207aと、第1ハーフミラー207bと、第2ハーフミラー207cと、第3ハーフミラー207dとを有している。光分配部207は、第3の方向Zにおける被測定部材202側から、第3の方向Zに沿ってミラー207a、第1ハーフミラー207b、第2ハーフミラー207c、第3ハーフミラー207d順に配置されている。すなわち、第3ハーフミラー207dが光源6側に配置される。
The
第3ハーフミラー207dにおける第2の方向Yの他側への反射率は、25%に設定されている。第2ハーフミラー207cにおける第2の方向Yの一側への反射率は、33.3%に設定されている。そして、第1ハーフミラー207bにおける第1の方向Xの他側への反射率は、50%に設定されている。
The reflectance of the
第3ハーフミラー207dを反射した光LDは、第4変位検出部5Dの光束分割部13Dに向けて照射される。第3ハーフミラー207dを透過し、第2ハーフミラー207cを反射した光LCは、第3変位検出部5Cの光束分割部13Cに向けて照射される。第3ハーフミラー207d及び第2ハーフミラー207cを透過し、第1ハーフミラー207bを反射した光LBは、第2変位検出部5Bの光束分割部13Bに向けて照射される。そして、第3ハーフミラー207d、第2ハーフミラー207c及び第1ハーフミラー207bを透過した光LAは、ミラー207aによって第1変位検出部5Aの光束分割部13Aに向けて反射する。
The light LD reflected from the
なお、光分配部207は、無偏光特性である場合、光分配部207から各変位検出部5A、5B、5C、5Dの光束分割部13A、13B、13C、13Dまでの空間に光の偏光軸を調整する位相板等を設ける必要がなくなる。そのため、変位検出装置201の構成の簡略化を図ることができる。
When the
なお、第1変位検出部5A及び第2変位検出部5Bは、第2の実施の形態例に係る第1変位検出部5A及び第2変位検出部5Bと同様の構成を有しているため、その説明は省略する。
Since the first
なお、第1変位検出部5Aの受光部7Aは、下記式9に示す干渉信号を得る。ここで、A1は、干渉の振幅である。
[式9]
The
[Equation 9]
また、第2変位検出部5Bの受光部7Bは、下記式10に示す干渉信号を得る。ここで、A2は、干渉の振幅である。
[式10]
Further, the
[Equation 10]
第3変位検出部5Cは、第1の実施の形態例にかかる変位検出部5と同様に、受光部7Cと、第2の回折格子12Cと、光束分割部13Cと、参照用ミラー14Cと、物体用ミラー15Cと、第1の位相板17Cと、第2の位相板18Cと、を備えている。また、第2の回折格子12Cの格子ベクトル方向は、第2の方向Yと第3の方向Zで形成される平面上に存在する。受光部7Cは、相対位置情報出力手段204の第3相対位置情報出力部4Cに接続されている。そして、受光部7Cは、得られた干渉信号を第3相対位置情報出力部4Cに送信する。 The third displacement detection unit 5C, like the displacement detection unit 5 according to the first embodiment, includes a light receiving unit 7C, a second diffraction grating 12C, a luminous flux dividing unit 13C, a reference mirror 14C, and the like. An object mirror 15C, a first phase plate 17C, and a second phase plate 18C are provided. Further, the lattice vector direction of the second diffraction grating 12C exists on a plane formed by the second direction Y and the third direction Z. The light receiving unit 7C is connected to the third relative position information output unit 4C of the relative position information output means 204. Then, the light receiving unit 7C transmits the obtained interference signal to the third relative position information output unit 4C.
第3変位検出部5Cの受光部7Cは、下記式11に示す干渉信号を得る。ここで、A3は、干渉の振幅である。yは、第1の回折格子211の移動量、すなわちヘッド203と被測定部材202における第2の方向Yへの相対的な変位量を示している。
[式11]
The light receiving unit 7C of the third displacement detecting unit 5C obtains the interference signal represented by the following
[Equation 11]
第4変位検出部5Dは、第1の実施の形態例にかかる変位検出部5と同様に、受光部7Dと、第2の回折格子12Dと、光束分割部13Dと、参照用ミラー14Dと、物体用ミラー15Dと、第1の位相板17Dと、第2の位相板18Dと、を備えている。また、第2の回折格子12Cの格子ベクトル方向は、第2の方向Yと第3の方向Zで形成される平面上に存在する。受光部7Dは、相対位置情報出力手段204の第4相対位置情報出力部4Dに接続されている。そして、受光部7Dは、得られた干渉信号を第4相対位置情報出力部4Dに送信する。
The fourth
また、第4変位検出部5Dを構成する第2の回折格子12D、光束分割部13D、参照用ミラー14D、物体用ミラー15D、第1の位相板17D及び第2の位相板18Dは、第1変位検出部5Aに対して第2の方向Yに沿って反転して配置されている。
Further, the
第4変位検出部5Dの受光部7Dは、下記式12に示す干渉信号を得る。ここで、A4は、干渉の振幅である。
[式12]
The
[Equation 12]
図11に示すように、相対位置情報出力手段204は、第1相対位置情報出力部4Aと、第2相対位置情報出力部4Bと、第3相対位置情報出力部4Cと、第4相対位置情報出力部4Dと、演算部214とを有している。
As shown in FIG. 11, the relative position information output means 204 includes a first relative position
上述したように、第1変位検出部5Aの受光部7Aと、第2変位検出部5Bの受光部7Bが得られる干渉信号における第1の方向Xの変位情報は、正負が異なっている。また、第3変位検出部5Cの受光部7Cと、第4変位検出部5Dの受光部が得られる第2の方向Yの変位情報は、正負が異なっている。
As described above, the displacement information in the first direction X in the interference signal obtained by the
そのため、第1相対位置情報出力部4Aの変位情報Aから第2相対位置情報出力部4Bの変位情報Bを引くことで、第1の方向Xの変位情報のみを取り出すことができる。また、第3相対位置情報出力部4Cの変位情報Cから第4相対位置情報出力部4Dの変位情報Dを引くことで、第2の方向Yの変位情報のみを取り出すことができる。そして、第1相対位置情報出力部4A、第2相対位置情報出力部4B、第3相対位置情報出力部4C及び第4相対位置情報出力部4Dの全ての変位情報A、B、C、Dを足し合わせることで、第3の方向Zの変位情報のみを取り出すことができる。
Therefore, by subtracting the displacement information B of the second relative position
そして、演算部214は、第1相対位置情報出力部4A、第2相対位置情報出力部4B、第3相対位置情報出力部4C、第4相対位置情報出力部4Dの全ての変位情報A、B、C、Dを足し合わせて、4で割ることで、ヘッド103と被測定部材202との第3の方向Zへの相対位置の変位情報を演算している。
Then, the
また、演算部214は、第1相対位置情報出力部4Aの変位情報Aから第2相対位置情報出力部4Bの変位情報Bを引き、2で割ることで、ヘッド103と被測定部材202との第1の方向Xの変位情報を演算している。演算部214は、第3相対位置情報出力部4Cの変位情報Cから第4相対位置情報出力部4Dの変位情報Dを引き、2で割ることで、ヘッド103と被測定部材202との第2の方向Yの変位情報を演算している。
Further, the
これにより、第3の実施の形態例にかかる変位検出装置201によれば、第1の方向Xと、第2の方向Yと、第3の方向Zの3次元の変位情報を出力することができる。
As a result, according to the
その他の構成は、第1の実施の形態にかかる変位検出装置1と同様であるため、それらの説明は省略する。このような構成を有する変位検出装置201によっても、上述した第1の実施の形態例にかかる変位検出装置1と同様の作用効果を得ることができる。
Since other configurations are the same as those of the
また、第4の実施の形態例では、第1の回折格子211の第1格子ベクトル方向と第2格子ベクトル方向が直交する例を説明したが、これに限定されるものではない。第1格子ベクトル方向と第2格子ベクトル方向は直交しなくてもよく、被測定部材202の被測定面202a上で互いに交差すればよい。そして、第1変位検出部5A及び第2変位検出部5Bは、第1格子ベクトル方向に沿って配置され、第3変位検出部5C及び第4変位検出部5Dは、第2格子ベクトル方向に沿って配置される。
Further, in the fourth embodiment, an example in which the first lattice vector direction and the second lattice vector direction of the
4.第4の実施の形態例
次に、図13及び図14を参照して第4の実施の形態例にかかる変位検出装置について説明する。
図13は、第4の実施の形態例にかかる変位検出装置の構成を示す概略構成図、図14は、第4の実施の形態例にかかる変位検出装置における第1の回折格子と第2の回折格子の入射角度及び回折角度の関係を示す説明図である。
4. Example of Fourth Embodiment Next, the displacement detection device according to the fourth embodiment will be described with reference to FIGS. 13 and 14.
FIG. 13 is a schematic configuration diagram showing the configuration of the displacement detection device according to the fourth embodiment, and FIG. 14 shows the first diffraction grating and the second diffraction grating in the displacement detection device according to the fourth embodiment. It is explanatory drawing which shows the relationship between the incident angle and the diffraction angle of a diffraction grating.
この第4の実施の形態例にかかる変位検出装置301が、第1の実施の形態例にかかる変位検出装置1と異なる点は、第1の光束L1が第1の回折格子に対して垂直に入射しない点と、第2の回折格子がブラッグ条件を満たさない点である。そのため、ここでは、第1の実施の形態例にかかる変位検出装置1と共通する部分には同一の符号を付して重複した説明を省略する。
The
図13に示すように、変位検出装置301は、不図示のヘッドと、被測定部材2に設けられた第1の回折格子11と、相対位置情報出力手段304とを備えている。また、ヘッド内には、光源6と、受光部7と、レンズ16と、光束分割部313と、第2の回折格子312と、参照用ミラー314と、物体用ミラー315と、第1の位相板317と、第2の位相板318が配置されている。
As shown in FIG. 13, the
この第4の実施の形態例にかかる変位検出装置301では、第1の光束L1が第1の回折格子に対して垂直に入射しない。そのため、光源6、レンズ16、光束分割部313、第2の回折格子312、参照用ミラー314、物体用ミラー315、第1の位相板317、及び第2の位相板318は、第1の実施の形態例にかかる変位検出装置1とは異なる位置に配置される。
In the
なお、参照用ミラー314は、第2の光束L2の光路長が、第1の光束L1の光路長と同一になる位置に配置されている。また、参照用ミラー314は、光束分割部313から照射された第2の光束L2が垂直に入射する位置に配置されている。さらに、物体用ミラー315は、第2の回折格子312で回折された第1の光束L1が垂直に入射する位置に配置されている。
The
次に、図14を参照して、第1の回折格子11の入射角度θR及び回折角度θと、第2の回折格子12への入射角度θ1及び回折角度θ2の関係について説明する。
図14に示すように、第1の回折格子11が第3の方向Zに沿って上方、すなわちヘッドに接近する向きに長さΔZ移動すると、第1の光束L1における第1の回折格子11に入射する位置は、入射点P1から入射点P2に変化する。そのため、第1の光束L1が第1の回折格子11に入射する時点で、第1の光束L1の光路長は、長さΔM短くなる。
Next, with reference to FIG. 14, the relationship between the incident angle θ R and the diffraction angle θ of the
As shown in FIG. 14, when the
また、第1の回折格子11が第3の方向Zに沿って上方、すなわちヘッドに接近する向きに長さΔZ移動すると、第1の光束L1における第2の回折格子312に入射する位置は、入射点Q1から入射点Q2に変化する。そして、第1の回折格子11の入射点P2から第2の回折格子312の入射点Q2までの光路長は、第1の回折格子11が第3の方向Zに移動していない時の第1の回折格子11の入射点P1から第2の回折格子312の入射点Q1までの光路長よりも長さM1だけ長くなる。さらに、第2の回折格子312の入射点Q2から物体用ミラー315までの距離は、第1の回折格子11が第3の方向Zに移動していない時の第2の回折格子312の入射点Q1から物体用ミラー315までの光路長よりも長さM2だけ長くなる。
Further, when the
そのため、ΔZ=M1+M2を満たせば、第1の回折格子11が第3の方向Zに移動しても第1の光束L1の光路長は、一定となる。また、ΔZ=M1+M2を満たす条件は、第1の回折格子11への入射角度θR、第1の回折格子11の回折角度θ、第2の回折格子312への入射角度θ1、第2の回折格子312の回折角度θ2から下記式13を示すことができる。
[式13]
Therefore, if ΔZ = M1 + M2 is satisfied, the optical path length of the first luminous flux L1 becomes constant even if the
[Equation 13]
したがって、第1の回折格子11の回折角度θと第2の回折格子312の回折角度θ2は、上記式13を満たす。これにより、第1の回折格子11が第3の方向Zに移動しても第1の光束L1の光路長を一定にすることができる。なお、第1の光束L1が物体用ミラー315によって反射し、光束分割部313に戻る光路にも適用できる。従って、第1の光束L1における帰り光路の光路長も常に一定にすることができる。
Therefore, the diffraction angle theta 2 of the diffraction angle theta and the
なお、第1の光束L1におけるだ第1の回折格子11への入射が垂直の場合、θR=0°。第2の回折格子312がブラッグ条件を満たすのであれば、θ1=θ2=φとなる。その結果、上記式13は、上記式5に変換される。
When the incident on the
また、受光部7の受光素子は、下記式14のような干渉信号を得る。
[式14]
Further, the light receiving element of the light receiving unit 7 obtains an interference signal as shown in the following
[Equation 14]
K1は、2π/dRで示される第1の回折格子11の波数である。また、xは、第1の回折格子11の移動量、すなわちヘッド3と被測定部材2における第1の方向Xへの相対的な変位量を示している。一方、K2は、2π/dTで示される第2の回折格子12の波数である。zは、第2の回折格子12に入射する第1の光束L1における第2の回折格子12の格子ベクトル方向の移動量を示している。なお、dRは、第1の回折格子11の格子ピッチであり、dTは、第2の回折格子12の格子ピッチである。また、δは、初期位相を示している。
K1 is the wave number of the
さらに、Bは、第2の回折格子12の格子ベクトル方向が、第1の光束L1が第1の回折格子11に入射する方向に対して、傾斜角度θTで傾斜することに伴う係数である。この傾斜角度θTは、第1の回折格子11への入射角度θR、第1の回折格子11の回折角度θ、第2の回折格子312への入射角度θ1と、θT=θ1+θ+θR−90°の関係を有している。
Further, B is a coefficient associated with the lattice vector direction of the
このように、第1の光束L1が第1の回折格子11に対して垂直に入射せずに、かつ第2の回折格子312がブラッグ条件を満たしていなくても、第1の回折格子11の回折角度θと第2の回折格子312の回折角度θ2が上記式13を満たしていれば、第1の光束L1の光路長が変化することがない。
In this way, even if the first light beam L1 does not enter perpendicularly to the
その他の構成は、第1の実施の形態にかかる変位検出装置1と同様であるため、それらの説明は省略する。このような構成を有する変位検出装置301によっても、上述した第1の実施の形態例にかかる変位検出装置1と同様の作用効果を得ることができる。
Since other configurations are the same as those of the
5.第5の実施の形態例
次に、図15を参照して第5の実施の形態例にかかる変位検出装置について説明する。
図15は、第5の実施の形態例にかかる変位検出装置の構成を示す概略構成図である。
5. Example of Fifth Embodiment Next, the displacement detection device according to the fifth embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 15 is a schematic configuration diagram showing the configuration of the displacement detection device according to the fifth embodiment.
この第5の実施の形態例にかかる変位検出装置401は、ヘッド3又は被測定部材2における第3の方向Zだけの相対的な変位を検出するものである。そのため、ここでは、第1の実施の形態例にかかる変位検出装置1と共通する部分には同一の符号を付して重複した説明を省略する。
The
図15に示すように、変位検出装置401は、被測定部材2に設けられた第1の回折格子11と、ヘッド403と、相対位置情報出力手段404とを備えている。
As shown in FIG. 15, the
ヘッド403は、変位検出部405と、光源6と、変位検出部405に設けられた受光部7とを有している。また、変位検出部405は、第2の回折格子12と、光束分割部13と、物体用ミラー15と、第1の位相板17と、を有している。なお、第2の回折格子12、物体用ミラー15及び第1の位相板17は、第1の実施の形態例にかかる変位検出装置1と同様の構成を有しているため、その説明は省略する。
The
また、ヘッド403は、光束結合部413と、第3の回折格子412と、第1の参照用反射部材414aと、第2の参照用反射部材414bと、第2の物体用ミラー415と、第3の位相板417とを有している。第1の参照用反射部材414aと第2の参照用反射部材414bは、ヘッド3における第1の方向Xの両側において、互いに対向する位置に配置されている。第1の参照用反射部材414a及び第2の参照用反射部材414bは、三角度形のプリズムにより構成されている。このように、参照用反射部材としては、ミラーに限定されるものではなく、プリズム等その他各種の光学部品を適用できるものである。
Further, the
光束分割部13を反射した参照光である第2の光束L2は、第1の参照用反射部材414aに向かって照射される。そして、第1の参照用反射部材414aは、入射した第2の光束L2を第2の参照用反射部材414bに向けて反射する。そして、第2の参照用反射部材414bは、入射した第2の光束L2を光束結合部413に向けて反射する。
The second luminous flux L2, which is the reference light reflected by the luminous
光束結合部413、第3の回折格子412、第2の物体用ミラー415及び第3の位相板417は、光束分割部13、第2の回折格子12、物体用ミラー15及び第1の位相板17よりも第1の方向Xの片側に配置されている。具体的には、光束結合部413、第3の回折格子412、第2の物体用ミラー415及び第3の位相板417は、光束分割部13、第2の回折格子12、物体用ミラー15及び第1の位相板17に対して第1の方向Xに沿って反転した位置に配置されている。
The luminous
第1の回折格子11の第1照射点PAに入射し、第1の回折格子11と第2の回折格子12で2回ずつ回折して、再び光束分割部13に戻った第1の光束L1は、光束分割部13によって反射されて光束結合部413に向けて照射される。光束結合部413は、入射した第1の光束L1を再び被測定部材2の第1の回折格子11に向けて反射させる。すなわち、光束結合部413は、再反射部としての役割を有している・
The first luminous flux L1 that was incident on the first irradiation point PA of the
光束結合部413を反射した第1の光束L1は、第3の位相板417を通過し、その偏光方向が円偏光に変化する。そして、第3の位相板417を通過した、第1の光束L1は、第1の回折格子11の第2照射点PBに入射する。第1の光束L1は、第1の回折格子11によって回折される。なお、第2照射点PBでの回折方向の向きは、第1照射点PAでの回折方向の向きとは第1の方向Xにおいて反対側を向いている。すなわち、第2照射点PBでの回折方向の向きは、第1照射点PAでの回折方向の向きと反転している。
The first luminous flux L1 that reflects the luminous
第1の回折格子11で回折された第1の光束L1は、第3の回折格子412に入射する。そして、第1の光束L1は、第3の回折格子412で回折され、第2の物体用ミラー415に入射する。第1の光束L1は、第2の物体用ミラー415によって反射されて、再び第3の回折格子412に入射する。そして、第1の光束L1は、第3の回折格子412で再び回折されて、第1の回折格子11に入射する。
The first luminous flux L1 diffracted by the
なお、第3の回折格子412の格子ピッチや回折角度は、第2の回折格子12の格子ピッチdT、や回折角度φと同じである。また、第3の回折格子412と第2の物体用ミラー415の位置関係は、第2の回折格子12と物体用ミラー15の位置関係を対して第1の方向Xに沿って反転させたものであり、第3の方向Zでの位置関係は同じである。そのため、これらの説明は省略する。
The lattice pitch and diffraction angle of the
そして、第1の回折格子11に入射した第1の光束L1は、第1の回折格子11に回折されて、第3の位相板417及び光束結合部413に向けて照射される。なお、第1の光束L1は、第1の回折格子11だけで4回、回折されるが、そのうち2回の回折方向の向きが反転している。そのため、第1の光束L1における第1の回折格子11で回折された位相がキャンセルされる。
Then, the first light flux L1 incident on the
光束結合部413に入射した第1の光束L1は、光束結合部413を透過する。また、光束結合部413に入射した第2の光束L2は、光束結合部413を反射する。これにより、第1の光束L1と第2の光束L2は、光束結合部413におって重なり合う。そして、第1の光束L1と第2の光束L2は、互いに直交するs偏光とp偏光として重なり合い、受光部7に照射される。
The first luminous flux L1 incident on the luminous
光束分割部13によって分割された第1の光束L1と第2の光束L2における光束分割部13から光束結合部413までの光路長は、等しく設定されている。
The optical path lengths from the luminous
受光部7は、第1の実施の形態例にかかる受光部7と同様の構成を有しているため、その説明は、省略する。なお、受光部7では、A×cos(4×B×K2z+δ)の干渉信号が得られる。ここで、Aは、干渉の振幅であり、K2は、2π/dTで示される第2の回折格子12の波数である。zは、第2の回折格子12に入射する第1の光束L1における第2の回折格子12の格子ベクトル方向の移動量を示している。なお、dRは、第1の回折格子11の格子ピッチであり、dTは、第2の回折格子12の格子ピッチである。また、δは、初期位相を示している。
Since the light receiving unit 7 has the same configuration as the light receiving unit 7 according to the first embodiment, the description thereof will be omitted. In the light receiving unit 7, an interference signal of A × cos (4 × B × K2z + δ) can be obtained. Here, A is the amplitude of interference, and K2 is the wave number of the
さらに、Bは、第2の回折格子12の格子ベクトル方向が第3の方向Zに対して傾斜角度θTで傾斜することに伴う係数である。そして、第2の回折格子12のへの入射角度(ブラッグ条件では、回折角度も同じになる)をφとした場合、B=cosθT+sinθT×tanφで示すことができる。
Further, B is a coefficient associated with the inclination of the lattice vector direction of the
このように、受光部7で得られる干渉信号には、第3の方向Zの変位情報だけとなる。これにより、第5の実施の形態例にかかる変位検出装置401によれば、ヘッド3又は被測定部材2における第3の方向Zだけの相対的な変位を検出することができる。
As described above, the interference signal obtained by the light receiving unit 7 includes only the displacement information in the third direction Z. As a result, according to the
その他の構成は、第1の実施の形態にかかる変位検出装置1と同様であるため、それらの説明は省略する。このような構成を有する変位検出装置401によっても、上述した第1の実施の形態例にかかる変位検出装置1と同様の作用効果を得ることができる。
Since other configurations are the same as those of the
6.第6の実施の形態例
次に、図16及び図17を参照して第6の実施の形態例にかかる変位検出装置について説明する。
図16は、第6の実施の形態例にかかる変位検出装置の構成を示す概略構成図、図17は、第6の実施の形態例にかかる変位検出装置における第1の回折格子と第2の回折格子の入射角度及び回折角度の関係を示す説明図である。
6. Sixth Embodiment Example Next, the displacement detection device according to the sixth embodiment will be described with reference to FIGS. 16 and 17.
FIG. 16 is a schematic configuration diagram showing the configuration of the displacement detection device according to the sixth embodiment, and FIG. 17 shows the first diffraction grating and the second diffraction grating in the displacement detection device according to the sixth embodiment. It is explanatory drawing which shows the relationship between the incident angle and the diffraction angle of a diffraction grating.
この第6の実施の形態例にかかる変位検出装置501が、第1の実施の形態例にかかる変位検出装置1と異なる点は、第2の回折格子として反射型の回折格子を用いた点である。そのため、ここでは、第1の実施の形態例にかかる変位検出装置1と共通する部分には同一の符号を付して重複した説明を省略する。
The
図16に示すように、変位検出装置501は、ヘッド503と、第1の回折格子11が設けられた被測定部材2と、相対位置情報出力手段504とを備えている。ヘッド503は、変位検出部505と、光源6と、変位検出部505に設けられた受光部7とを有している。
As shown in FIG. 16, the
また、変位検出部505は、第2の回折格子512と、光束分割部13と、第1の位相板17と、第2の位相板18と、参照用ミラー14と、を有している。なお、光束分割部13、参照用ミラー14、第1の位相板17及び第2の位相板18は、第1の実施の形態例にかかる変位検出装置1と同様の構成を有しているため、その説明は省略する。
Further, the
第2の回折格子512は、入射した第1の光束L1を反射し、かつ回折する反射型の回折格子である。そして、第2の回折格子512は、第1の回折格子11によって回折された第1の光束L1を、再び第1の回折格子11に向けて反射し、回折する。そのため、第6の実施の形態例にかかる変位検出装置501では、第2の回折格子512が物体用反射部材としての役割を有している。その結果、物体用反射部材として新たにミラーやプリズム等を設ける必要がなくなり、部品点数を削減することができる。
The
次に、図17を参照して、第1の回折格子11の入射角度θR及び回折角度θと、第2の回折格子512への入射角度θ1及び回折角度θ2の関係について説明する。
図17に示すように、第1の回折格子11が第3の方向Zに沿って上方、すなわちヘッドに接近する向きに長さΔZ移動すると、第1の光束L1における第1の回折格子11に入射する位置は、入射点P1から入射点P2に変化する。そのため、第1の光束L1が第1の回折格子11に入射する時点で、第1の光束L1の光路長は、長さΔM短くなる。
Next, with reference to FIG. 17, the relationship between the incident angle θ R and the diffraction angle θ of the
As shown in FIG. 17, when the
また、第1の回折格子11が第3の方向Zに沿って上方、すなわちヘッドに接近する向きに長さΔZ移動すると、第1の光束L1における第2の回折格子512に入射する位置は、入射点Q1から入射点Q2に変化する。そして、第1の回折格子11の入射点P2から第2の回折格子512の入射点Q2までの光路長は、第1の回折格子11が第3の方向Zに移動していない時の第1の回折格子11の入射点P1から第2の回折格子512の入射点Q1までの光路長よりも長さM1だけ長くなる。
Further, when the
そのため、ΔM=M1を満たせば、第1の回折格子11が第3の方向Zに移動しても第1の光束L1の光路長は、一定となる。また、ΔZ=M1を満たす条件は、第1の回折格子11への入射角度θR、第1の回折格子11の回折角度θ、第2の回折格子512への入射角度(回折角度)θ1とすると、θ=θRで、かつθ1+θ=90°で表すことができる。
Therefore, if ΔM = M1 is satisfied, the optical path length of the first luminous flux L1 becomes constant even if the
したがって、1の回折格子11への入射角度θR、第1の回折格子11の回折角度θ、第2の回折格子512への入射角度(回折角度)θ1は、θ=θRで、かつθ1+θ=90°を満たす。これにより、第1の回折格子11が第3の方向Zに移動しても第1の光束L1の光路長を一定にすることができる。
Therefore, the angle of incidence θ R on the
その他の構成は、第1の実施の形態にかかる変位検出装置1と同様であるため、それらの説明は省略する。このような構成を有する変位検出装置501によっても、上述した第1の実施の形態例にかかる変位検出装置1と同様の作用効果を得ることができる。
Since other configurations are the same as those of the
7.第7の実施の形態例
次に、図18及び図19を参照して第7の実施の形態例にかかる変位検出装置について説明する。
図18は、第7の実施の形態例にかかる変位検出装置の構成を示す概略構成図、図19は、第7の実施の形態例にかかる変位検出装置における第1の回折格子と第2の回折格子の入射角度及び回折角度の関係を示す説明図である。
7. Seventh Embodiment Example Next, the displacement detection device according to the seventh embodiment will be described with reference to FIGS. 18 and 19.
FIG. 18 is a schematic configuration diagram showing the configuration of the displacement detection device according to the seventh embodiment, and FIG. 19 shows the first diffraction grating and the second diffraction grating in the displacement detection device according to the seventh embodiment. It is explanatory drawing which shows the relationship between the incident angle and the diffraction angle of a diffraction grating.
この第7の実施の形態例にかかる変位検出装置601は、第6の実施の形態例にかかる変位検出装置501と同様に、第2の回折格子として反射型の回折格子を用いたものである。そのため、ここでは、第1の実施の形態例にかかる変位検出装置1と共通する部分には同一の符号を付して重複した説明を省略する。
The
図18に示すように、変位検出装置601は、ヘッド603と、第1の回折格子11が設けられた被測定部材2と、相対位置情報出力手段4とを備えている。ヘッド603は、変位検出部605と、光源6と、変位検出部605に設けられた受光部7とを有している。
As shown in FIG. 18, the
また、変位検出部505は、第2の回折格子612と、光束分割部13と、第1の位相板17と、第2の位相板18と、参照用ミラー14と、物体用ミラー615と、を有している。なお、光束分割部13、参照用ミラー14、第1の位相板17及び第2の位相板18は、第1の実施の形態例にかかる変位検出装置1と同様の構成を有しているため、その説明は省略する。
Further, the
第2の回折格子612は、入射した第1の光束L1を反射し、かつ回折する反射型の回折格子である。そして、第2の回折格子612は、第1の回折格子11によって回折された第1の光束L1を、物体用ミラー615に向けて反射し、回折する。物体用ミラー615は、入射した第1の光束L1を再び第2の回折格子612に向けて反射させる。
The
この第7の実施の形態例にかかる変位検出装置601では、第6の実施の形態例にかかる変位検出装置501に対して物体用ミラー615が追加されている。しかしながら、物体用ミラー615を設けることで、第1の光束L1の光路長と第2の光束L2の光路長を一致させる作業を容易に行うことができる。
In the
次に、図19を参照して、第1の回折格子11の入射角度θR及び回折角度θと、第2の回折格子12への入射角度θ1及び回折角度θ2の関係について説明する。
図19に示すように、第1の回折格子11が第3の方向Zに沿って上方、すなわちヘッドに接近する向きに長さΔZ移動すると、第1の光束L1における第1の回折格子11に入射する位置は、入射点P1から入射点P2に変化する。そのため、第1の光束L1が第1の回折格子11に入射する時点で、第1の光束L1の光路長は、長さΔM短くなる。
Next, with reference to FIG. 19, the relationship between the incident angle θ R and the diffraction angle θ of the
As shown in FIG. 19, when the
また、第1の回折格子11が第3の方向Zに沿って上方、すなわちヘッドに接近する向きに長さΔZ移動すると、第1の光束L1における第2の回折格子612に入射する位置は、入射点Q1から入射点Q2に変化する。そして、第1の回折格子11の入射点P2から第2の回折格子612の入射点Q2までの光路長は、第1の回折格子11が第3の方向Zに移動していない時の第1の回折格子11の入射点P1から第2の回折格子612の入射点Q1までの光路長よりも長さM1だけ長くなる。さらに、第2の回折格子612の入射点Q2から物体用ミラー615までの距離は、第1の回折格子11が第3の方向Zに移動していない時の第2の回折格子612の入射点Q1から物体用ミラー615までの光路長よりも長さM2だけ長くなる。
Further, when the
そのため、ΔZ=M1+M2を満たせば、第1の回折格子11が第3の方向Zに移動しても第1の光束L1の光路長は、一定となる。また、ΔZ=M1+M2を満たす条件は、第1の回折格子11への入射角度θR、第1の回折格子11の回折角度θ、第2の回折格子612への入射角度θ1、第2の回折格子612の回折角度θ2から上記式13を示すことができる。
Therefore, if ΔZ = M1 + M2 is satisfied, the optical path length of the first luminous flux L1 becomes constant even if the
したがって、第1の回折格子11の回折角度θと第2の回折格子612の回折角度θ2は、上記式13を満たす。これにより、第1の回折格子11が第3の方向Zに移動しても第1の光束L1の光路長を一定にすることができる。
Therefore, the diffraction angle theta 2 of the diffraction angle theta and the
なお、第6の実施の形態例にかかる第2の回折格子512及び第7の実施の形態例にかかる第2の回折格子612としては、例えば、溝の断面形状を鋸歯状に形成した、いわゆるブレーズド回折格子を用いることが好ましい。これにより、特定の波長に対して回折効率を高めることができる。
As the
その他の構成は、第1の実施の形態にかかる変位検出装置1と同様であるため、それらの説明は省略する。このような構成を有する変位検出装置601によっても、上述した第1の実施の形態例にかかる変位検出装置1と同様の作用効果を得ることができる。
Since other configurations are the same as those of the
なお、本発明は上述しかつ図面に示した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形実施が可能である。上述した実施の形態例では、光源から照射される光は、気体中だけでなく、液体中又は真空中の空間を飛ばして光を供給するようにしてもよい。 The present invention is not limited to the embodiments described above and shown in the drawings, and various modifications can be made without departing from the gist of the invention described in the claims. In the above-described embodiment, the light emitted from the light source may be supplied by flying not only in a gas but also in a space in a liquid or a vacuum.
なお、本明細書において、「平行」及び「直交」等の単語を使用したが、これらは厳密な「平行」及び「直交」のみを意味するものではなく、「平行」及び「直交」を含み、さらにその機能を発揮し得る範囲にある、「略平行」や「略直交」の状態であってもよい。 Although words such as "parallel" and "orthogonal" have been used in the present specification, these do not mean only strict "parallel" and "orthogonal", but include "parallel" and "orthogonal". Further, it may be in a "substantially parallel" or "substantially orthogonal" state within a range in which the function can be exhibited.
1…変位検出装置、 2…被測定部材、 2a…被測定面、 3…ヘッド、 4…相対位置情報出力手段、 5…変位検出部、 6…光源、 7…受光部、 11…第1の回折格子、 12…第2の回折格子、 13…光束分割部(光束結合部)、 14…参照用ミラー(参照用反射部材)、 15…物体用ミラー(物体用反射部材)、 17…第1の位相板 18…第2の位相板、 L1…第1の光束、 L2…第2の光束
1 ... Displacement detection device, 2 ... Measured member, 2a ... Measured surface, 3 ... Head, 4 ... Relative position information output means, 5 ... Displacement detection unit, 6 ... Light source, 7 ... Light receiving part, 11 ... First Diffraction grating, 12 ... 2nd diffraction grating, 13 ... Light source dividing part (light flux coupling part), 14 ... Reference mirror (reference reflection member), 15 ... Object mirror (object reflection member), 17 ...
Claims (8)
前記被測定部材の前記被測定面に対向して配置されたヘッドと、を備え、
前記ヘッドと前記被測定部材は、前記被測定面と平行をなす方向及び前記被測定面と直交する方向のうち少なくとも一方に、相対的に移動可能とし、
前記ヘッドは、
光を照射する光源と、
前記光源から照射された前記光を第1の光束と第2の光束に分割し、前記第1の光束を前記第1の回折格子に向けて照射する変位検出部と、
前記第2の光束と、前記変位検出部を介して前記第1の回折格子から戻ってきた前記第1の光束とを受光する受光部と、を備え、
前記変位検出部は、
前記光を前記第1の光束と、前記第2の光束に分割し、かつ分割された前記第1の光束を前記第1の回折格子に向けて照射する光束分割部と、
前記光束分割部により分割され、前記第1の回折格子により回折された前記第1の光束を回折し、前記第1の光束を再び前記第1の回折格子に照射する第2の回折格子と、
前記光束分割部により分割された前記第2の光束を反射する参照用反射部材と、
前記第1の回折格子と前記第2の回折格子により回折された前記第1の光束と、前記参照用反射部材により反射された前記第2の光束を重ね合わせて前記受光部に照射する光束結合部と、を備え、
前記第1の回折格子への前記第1の光束の入射角度、前記第1の回折格子の回折角度、前記第2の回折格子への前記第1の光束の入射角度、前記第2の回折格子の回折角度は、前記ヘッドと前記被測定部材の少なくとも一方が前記被測定面と直交する方向に変位した際の、前記第1の光束における前記光束分割部から前記第1の回折格子に入射するまでの光路長の変位量と、前記第1の光束における前記第1の回折格子から前記第2の回折格子に入射するまでの光路長の変位量が等しくなることを特徴とする
変位検出装置。 A first diffraction grating provided on the surface to be measured of the member to be measured, and
A head, which is arranged to face the surface of the member to be measured, is provided.
The head and the member to be measured are relatively movable in at least one of a direction parallel to the surface to be measured and a direction orthogonal to the surface to be measured.
The head
A light source that irradiates light and
A displacement detection unit that divides the light emitted from the light source into a first luminous flux and a second luminous flux and irradiates the first luminous flux toward the first diffraction grating.
A light receiving unit that receives the second light flux and the first light flux returned from the first diffraction grating via the displacement detection unit is provided.
The displacement detection unit
A luminous flux dividing portion that divides the light into the first luminous flux and the second luminous flux and irradiates the divided first luminous flux toward the first diffraction grating.
A second diffraction grating that is divided by the light flux dividing portion and diffracted by the first diffraction grating, diffracts the first light flux, and irradiates the first diffraction grating again with the first light flux.
A reference reflecting member that reflects the second luminous flux divided by the luminous flux dividing portion,
A luminous flux coupling that superimposes the first light flux diffracted by the first diffraction grating and the second diffraction grating and the second light flux reflected by the reference reflecting member to irradiate the light receiving portion. With a department,
The angle of incidence of the first light beam on the first diffraction grating, the diffraction angle of the first diffraction grating, the angle of incidence of the first light beam on the second diffraction grating, the second diffraction grating. The diffraction angle of is incident on the first diffraction grating from the light beam dividing portion in the first light beam when at least one of the head and the member to be measured is displaced in a direction orthogonal to the surface to be measured. A displacement detecting apparatus characterized in that the amount of displacement of the optical path length up to is equal to the amount of displacement of the optical path length from the first diffraction grating to the incident on the second diffraction grating in the first light beam.
請求項1に記載の変位検出装置。 The displacement detecting unit includes an optical path length from the luminous flux dividing portion in the first luminous flux to the luminous flux coupling portion via the first diffraction grating, and the luminous flux dividing portion in the second luminous flux for reference. The displacement detecting device according to claim 1, wherein the optical path lengths to the luminous flux coupling portion via the reflecting member are equal.
[式]
請求項1又は2に記載の変位検出装置。 The incident angle θ R of the first light beam to the first diffraction grating, the diffraction angle θ of the first diffraction grating, the incident angle θ 1 of the first light beam to the second diffraction grating, the said. The diffraction angle θ 2 of the second diffraction grating satisfies the following equation [Equation].
The displacement detection device according to claim 1 or 2.
請求項1〜3のいずれか1項に記載の変位検出装置。 The displacement according to any one of claims 1 to 3, wherein the displacement detecting unit causes the first light flux divided by the light flux dividing unit to be vertically incident on the first diffraction grating. Detection device.
請求項1〜4のいずれか1項に記載の変位検出装置。 The displacement detection device according to any one of claims 1 to 4, wherein the diffraction of the second diffraction grating satisfies the Bragg condition.
前記変位検出部からなり、前記第1の回折格子の格子ベクトル方向の一側に配置された第1変位検出部と、
前記第1変位検出部に対して前記第1の回折格子の格子ベクトル方向の他側に配置され、前記第1変位検出部と同一の構成要素を有する第2変位検出部と、
前記光源から照射された光を、前記第1変位検出部に照射する光と前記第2変位検出部に照射する光に分配する光分配部と、を備え、
前記第2変位検出部の前記構成要素は、前記第1変位検出部の構成要素に対して前記第1の回折格子の格子ベクトル方向に沿って反転して配置されることを特徴とする
請求項1〜5のいずれか1項に記載の変位検出装置。 The head
A first displacement detection unit composed of the displacement detection unit and arranged on one side of the first diffraction grating in the lattice vector direction,
A second displacement detection unit arranged on the other side of the first diffraction grating in the lattice vector direction with respect to the first displacement detection unit and having the same components as the first displacement detection unit.
A light distribution unit that distributes the light emitted from the light source to the light that irradiates the first displacement detection unit and the light that irradiates the second displacement detection unit is provided.
The claim is characterized in that the component of the second displacement detection unit is inverted with respect to the component of the first displacement detection unit along the lattice vector direction of the first diffraction grating. The displacement detection device according to any one of 1 to 5.
前記被測定面と平行をなし、かつ前記第1格子ベクトル方向と交差する第2格子ベクトル方向と、を有し、
前記ヘッドは、
前記変位検出部からなり、前記第1の回折格子の前記第1格子ベクトル方向の一側に配置された第1変位検出部と、
前記第1変位検出部に対して前記第1の回折格子の前記第1格子ベクトル方向の他側に配置され、前記第1変位検出部と同一の構成要素を有する第2変位検出部と、
前記第1の回折格子の前記第2格子ベクトル方向の一側に配置され、前記第1変位検出部と同一の構成要素を有する第3変位検出部と、
前記第3変位検出部に対して前記第1の回折格子の前記第2格子ベクトル方向の反対側に配置され、前記第1変位検出部と同一の構成要素を有する第4変位検出部と、
前記光源から照射された光を、前記第1変位検出部に照射する光、前記第2変位検出部に照射する光、前記第3変位検出部に照射する光及び前記第4変位検出部に照射する光に分配部と、を備え、
前記第2変位検出部の前記構成要素は、前記第1変位検出部の構成要素に対して前記第1の回折格子の前記第1格子ベクトル方向に沿って反転して配置され
前記第3変位検出部の前記構成要素は、前記第2格子ベクトル方向に沿って配置され、
前記第4変位検出部の前記構成要素は、前記第3変位検出部の前記構成要素に対して前記第1の回折格子の前記第2格子ベクトル方向に沿って反転して配置されることを特徴とする
請求項1〜5のいずか1項に記載の変位検出装置。 The first diffraction grating is in the direction of the first lattice vector parallel to the surface to be measured.
It has a second lattice vector direction that is parallel to the surface to be measured and intersects the first lattice vector direction.
The head
A first displacement detection unit composed of the displacement detection unit and arranged on one side of the first diffraction grating in the direction of the first lattice vector,
A second displacement detection unit arranged on the other side of the first diffraction grating in the direction of the first lattice vector with respect to the first displacement detection unit and having the same components as the first displacement detection unit.
A third displacement detection unit arranged on one side of the first diffraction grating in the direction of the second lattice vector and having the same components as the first displacement detection unit.
A fourth displacement detection unit, which is arranged on the opposite side of the first diffraction grating in the direction of the second lattice vector with respect to the third displacement detection unit and has the same components as the first displacement detection unit.
The light emitted from the light source is irradiated to the first displacement detection unit, the light to irradiate the second displacement detection unit, the light to irradiate the third displacement detection unit, and the fourth displacement detection unit. Equipped with a distributor for the light
The component of the second displacement detection unit is arranged in reverse with respect to the component of the first displacement detection unit along the first lattice vector direction of the first diffraction grating, and the third displacement detection is performed. The components of the unit are arranged along the second grating vector direction.
The component of the fourth displacement detection unit is inverted with respect to the component of the third displacement detection unit along the second lattice vector direction of the first diffraction grating. The displacement detection device according to any one of claims 1 to 5.
前記第2の回折格子により再び前記第1の回折格子に照射されて、前記第1の回折格子により回折されて戻ってきた前記第1の光束を再び前記第1の回折格子に向けて照射する再反射部と、
前記再反射部により前記第1の回折格子に照射されて、前記第1の回折格子により回折された前記第1の光束を回折し、前記第1の光束を再び前記第1の回折格子に照射する第3の回折格子と、を備え、
前記第3の回折格子は、前記第2の回折格子に対して前記第1の回折格子の格子ベクトル方向に沿って反転して配置されることを特徴とする
請求項1〜5のいずれか1項に記載の変位検出装置。 The displacement detection unit
The first diffraction grating is irradiated again by the second diffraction grating, and the first light beam diffracted by the first diffraction grating and returned is irradiated again toward the first diffraction grating. With the rereflection part,
The first diffraction grating is irradiated by the rereflection unit, the first light beam diffracted by the first diffraction grating is diffracted, and the first light beam is again irradiated to the first diffraction grating. With a third diffraction grating,
Any one of claims 1 to 5, wherein the third diffraction grating is inverted with respect to the second diffraction grating along the lattice vector direction of the first diffraction grating. Displacement detection device according to the section.
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