專利名稱：光接收/發(fā)射復(fù)合單元、其制造方法以及位移探測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光接收/發(fā)射復(fù)合單元、其制造方法以及用于探測機床、半導(dǎo)體制造裝置等的移動部件的相對位移位置的位移探測裝置。
本申請要求2002年4月26日提交的日本專利申請No.2002-127525、2002-127526、2002-127527的優(yōu)先權(quán)，其在此全文引入作為參考。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)上，采用衍射光柵的光學(xué)位移探測裝置已知為用于探測機床、半導(dǎo)體制造裝置等的移動部件的相對位移位置的裝置。
例如，圖1和2表示日本專利申請公開說明書No.S60-98302中提出的傳統(tǒng)光學(xué)位移測量裝置。圖1為簡要表示該傳統(tǒng)光學(xué)位移測量裝置100的透視圖。圖2為簡要表示該傳統(tǒng)光學(xué)位移測量裝置100的側(cè)視圖。
該傳統(tǒng)光學(xué)位移測量裝置100具有一衍射光柵101，隨著機床等的運動部件的運動一起沿著圖1和2中箭頭X1和X2的方向直線移動；光源102，用于發(fā)射光束；半反射鏡103，用于將光源102所發(fā)出光束分解成兩束并且將來自衍射光柵101的兩束衍射光束疊加以產(chǎn)生干涉；兩個反射鏡104a、104b，用于反射從衍射光柵101衍射的衍射光束；以及光電探測器105，用于對互相干涉的兩束衍射光束進行光電轉(zhuǎn)換從而產(chǎn)生干涉信號。
從光源102發(fā)出的光束由半反射鏡103分解成兩束。這兩束光束投射在衍射光柵101上。投射在衍射光柵101上的這兩束光束中的每一光束由衍射光柵101加以衍射并變?yōu)檠苌涔馐?下面該衍射光束稱作首次衍射光束)。該首次衍射光束由反射鏡104a、104b加以反射。由反射鏡104a、104b反射的首次衍射光束再次投射在衍射光柵101上并再次衍射(下面該衍射光束稱作二次衍射光束)。該兩束二次衍射光束通過相同的光路入射在半反射鏡103上，然后疊加從而相互干涉，并投射在光電探測器105上。
在這種傳統(tǒng)光學(xué)位移測量裝置100中，可以探測出衍射光柵101沿圖1和2中箭頭X1和X2方向的位移。具體地說，在光學(xué)位移測量裝置100中，來自衍射光柵101的兩束二次衍射光束隨著衍射光柵101的運動而產(chǎn)生相位差。因此，該光學(xué)位移測量裝置100通過探測光電探測器所提供干涉信號的兩束二次衍射光束之間的相位差，可以測量機床等的運動部件的位移位置。
圖3和4表示日本專利申請公開說明書H60-98302中提出的另一種傳統(tǒng)光學(xué)位移測量裝置。圖3為簡要表示該傳統(tǒng)光學(xué)位移測量裝置110的透視圖。圖4為簡要表示該傳統(tǒng)光學(xué)位移測量裝置110的側(cè)視圖。
該傳統(tǒng)光學(xué)位移測量裝置110具有一衍射光柵111，隨著機床等的運動部件的運動一起沿著圖3和4中箭頭X1和X2的方向直線移動；光源112，用于發(fā)射光束；半反射鏡113，用于將光源112所發(fā)出光束分解成兩束并且將來自衍射光柵111的兩束衍射光束疊加以產(chǎn)生干涉；兩個第一反射鏡114a、114b，用于將半反射鏡113分解的兩束光束在同一位置投射在衍射光柵111上；兩個第二反射鏡115a、115b，用于反射從衍射光柵111衍射的衍射光束；以及光電探測器116，用于接收這兩束互相干涉的衍射光束從而產(chǎn)生干涉信號。
從光源112發(fā)出的光束由半反射鏡113分解成兩束。這兩束光束分別由第一反射鏡114a、114b加以反射，并投射在衍射光柵111的同一位置上。投射在衍射光柵111上的這兩束光束中的每一光束由衍射光柵111加以衍射并變?yōu)槭状窝苌涔馐?。該首次衍射光束由第二反射鏡115a、115b加以反射。該首次衍射光束再次投射在衍射光柵111上并衍射而成為二次衍射光束。該兩束二次衍射光束通過相同的光路入射在半反射鏡113上，然后疊加從而相互干涉，并投射在光電探測器116上。
在這種傳統(tǒng)光學(xué)位移測量裝置110中，可以探測出衍射光柵111沿圖3和4中箭頭X1和X2方向的位移。具體地說，在光學(xué)位移測量裝置110中，來自衍射光柵111的兩束二次衍射光束隨著衍射光柵111的運動而產(chǎn)生相位差。因此，該光學(xué)位移測量裝置110通過探測光電探測器116所提供干涉信號的兩束二次衍射光束之間的相位差，可以測量機床等的運動部件的位移位置。
然而，在該制造工藝中，必須在對單獨制造的單個光學(xué)部件進行調(diào)節(jié)的同時組裝上述傳統(tǒng)光學(xué)位移測量裝置100和110。因此，需要針對制造精度和各部件特性的不均勻性進行精確的調(diào)節(jié)，從而使工藝變得復(fù)雜。另外，該裝置隨時間的流逝而缺乏穩(wěn)定性，并且妨礙了整個裝置尺寸和重量的減小。
由光源所發(fā)出光束的偏振軸必須調(diào)整至使得光束由半反射鏡103、113以一比一的比值加以分布的角度。因此，必然導(dǎo)致更為復(fù)雜的工藝，并且在該裝置中需要有額外的空間。
另外，在該制造工藝中，必須在對單獨制造的單個光學(xué)部件進行調(diào)節(jié)的同時組裝上述傳統(tǒng)光學(xué)位移測量裝置100和110。因此，需要針對制造精度和各部件特性的不均勻性進行精確的調(diào)節(jié)。從而必然導(dǎo)致復(fù)雜的工藝，從而妨礙了價格的降低。
由于需要有較大的空間來調(diào)節(jié)、安裝和固定部件，所以不能實現(xiàn)整個裝置的小型化。
另外，由于必須采用粘合劑來固定部件，所以粘合劑狀態(tài)隨著環(huán)境的變化而改變，并且由于環(huán)境變化會發(fā)生部件之間的位移，并且這種位移會隨著時間的流逝而改變。
同時，當(dāng)上述半反射鏡113所分解的兩束光束的光程長度產(chǎn)生差異時，會發(fā)生相位改變，從而導(dǎo)致測量誤差。因此，在光學(xué)位移測量裝置100和110中，上述兩個分束的光程長度必須調(diào)節(jié)成相等以實現(xiàn)所需的特性。
圖5表示日本專利申請公開說明書No.S61-83911中提出的一種傳統(tǒng)光學(xué)位移測量裝置，其中各分束的光程長度可以調(diào)節(jié)成相等。
該傳統(tǒng)光學(xué)位移測量裝置120具有一衍射光柵121，隨著機床等的運動部件的運動一起沿著圖5中箭頭X1和X2的方向直線移動；光源122，由多模半導(dǎo)體激光器制成，用于發(fā)射光束；半反射鏡123，用于將光源122所發(fā)出光束分解成兩束并且將來自衍射光柵121的兩束衍射光束疊加以產(chǎn)生干涉；兩個反射鏡124a、124b，用于反射從衍射光柵121衍射的衍射光束；半反射鏡125，用于分解彼此干涉的衍射光束；以及光電探測器126a、126b，用于對這些衍射光束進行光電轉(zhuǎn)換從而產(chǎn)生干涉信號。
從光源122發(fā)出的光束由半反射鏡123分解成兩束。這兩束光束投射在衍射光柵121上。投射在衍射光柵121上的這兩束光束中的每一光束由衍射光柵121加以衍射并變?yōu)槭状窝苌涔馐?。該首次衍射光束由反射鏡124a、124b加以反射。該首次衍射光束再次投射在衍射光柵121上并衍射而成為二次衍射光束。該兩束二次衍射光束通過相同的光路入射在半反射鏡123上，然后疊加從而相互干涉，并經(jīng)由半反射鏡125投射在光電探測器126a、126b上。
在這種傳統(tǒng)光學(xué)位移測量裝置120中，由于采用多模半導(dǎo)體激光器作為光源，所以可以探測出衍射光柵121沿圖5中箭頭X1和X2方向的位移，同時可以控制各分束的光程長度。也就是說，在該光學(xué)位移測量裝置120中，由于可以探測出光程長度的差別，所以能夠?qū)崿F(xiàn)對光程長度的精確調(diào)節(jié)。另外，由于可以監(jiān)控調(diào)節(jié)狀態(tài)，所以能夠容易地識別基于波長變化所導(dǎo)致的誤差。
同時，在上述光學(xué)位移測量裝置100和110中，在發(fā)生沿箭頭A1和A2方向的旋轉(zhuǎn)位移和沿箭頭B1和B2方向的旋轉(zhuǎn)位移時，如圖1至4中所示，難以進行位置探測。為防止這種衍射光柵角度變化的影響，例如在日本專利申請公開說明書No.2000-81308中提出了另一種光學(xué)位移測量裝置。
該傳統(tǒng)光學(xué)位移測量裝置130具有一衍射光柵131，安裝在機床等的運動部件上并且直線運動；光源132，用于發(fā)射光束；光接收元件133，用于接收互相干涉的兩束二次衍射光束Lc1、Lc2從而產(chǎn)生干涉信號；位置探測單元134，用于根據(jù)來自光接收元件133的干涉信號探測相對于衍射光柵131的位置位移；照射光接收光學(xué)系統(tǒng)135，用于將由光源132發(fā)出的光束La分解成兩束La1、La2并將這兩束光束投射在衍射光柵131上，并且使來自衍射光柵131的二次衍射光束Lc1、Lc2互相干涉并將這些二次衍射光束投射在光接收元件133上；以及反射光學(xué)系統(tǒng)136，用于反射來自衍射光柵131的兩束首次衍射光束Lb1、Lb2并將這些首次衍射光束再次投射在衍射光柵131上，如圖6中所示。
照射光接收光學(xué)系統(tǒng)135具有第一成象元件141，用于使由光源132發(fā)出的光束La成象在衍射光柵131的柵格平面上；半反射鏡142，用于將由光源發(fā)出的光束La分解成兩束光束La1、La2，并將來自衍射光柵131的兩束二次衍射光束Lc1、Lc2疊加以產(chǎn)生干涉；反射器143，用于反射由半反射鏡142分解的光束La1、La2并且反射二次衍射光束Lc1、Lc2；以及第二成象元件144，用于使半反射鏡142疊加的兩束二次衍射光束Lc1、Lc2成象在光接收元件133的光接收表面上。
反射光學(xué)系統(tǒng)136具有反射器146，用于反射由光束La1、La2產(chǎn)生的首次衍射光束Lb1、Lb2，并將該首次衍射光束再次投射在衍射光柵131上；以及第三成象元件148，用于對由光束La1、La2產(chǎn)生的首次衍射光束Lb1、Lb2進行準直，并將該準直光束投射在反射器146上。
在上述結(jié)構(gòu)的光學(xué)位移測量裝置130中，隨著衍射光柵131根據(jù)運動部件的移動而沿著X1或X2方向位移，在兩束二次衍射光束Lc1、Lc2之間產(chǎn)生相位差。在該光學(xué)位移測量裝置130中，使兩束二次衍射光束Lc1、Lc2相互干涉并探測干涉信號。根據(jù)干涉信號發(fā)現(xiàn)兩束二次衍射光束Lc1、Lc2之間的相位差，并探測衍射光柵131的位移位置。
另外，在該光學(xué)位移測量裝置130中，第一成象元件141使由光源132發(fā)出的光束La成象在衍射光柵131的柵格平面上，第三成象元件148對首次衍射光束Lb1、Lb2進行準直并將準直光束持續(xù)地垂直投射在反射器146上。因此，由反射器146反射的首次衍射光束Lb1、Lb2必然沿著與入射情況下相同的光路返回，從而入射在衍射光柵131的柵格平面上的相同入射點上，甚至在其光軸彼此偏離時。因此，在該光學(xué)位移測量裝置130中，即使在衍射光柵130傾斜時，二次衍射光束Lc1、Lc2也必然通過與入射時相同的光路。其光程長度沒有改變。
然而，日本專利申請公開說明書No.S61-83911中提出的采用多模半導(dǎo)體激光器作為光源的光學(xué)位移測量裝置120具有如下問題，盡管該裝置能夠針對光源波長的改變控制光程長度并因而可以實現(xiàn)穩(wěn)定性，但是不能采用一般的半導(dǎo)體激光器。另外，該光學(xué)位移測量裝置120不能處理衍射光柵角度的改變從而具有如下問題，不僅在實際安裝構(gòu)成該裝置的部件時，而且在安裝衍射光柵于運動部件上時，其容許誤差都受到限制。
在日本專利申請公開說明書No.2000-81308提出的光學(xué)位移測量裝置130中，其降低了衍射光柵角度變化的影響，但必須采用成象元件比如透鏡來實現(xiàn)光路的角度調(diào)節(jié)，從而使該裝置的結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜。另外，由于該光學(xué)位移測量裝置130采用單個部件比如透鏡和半反射鏡，使得該裝置隨著時間的流逝缺乏穩(wěn)定性，并嚴重妨礙了該裝置的小型化。

發(fā)明內(nèi)容
考慮到前述現(xiàn)有技術(shù)的狀態(tài)，本發(fā)明的一個目的在于提供一種光接收/發(fā)射復(fù)合單元、其制造方法以及一種位移探測裝置，其能夠?qū)崿F(xiàn)良好的時間穩(wěn)定性并且適于減小尺寸和重量。
為了解決上述問題，根據(jù)本發(fā)明的光接收/發(fā)射復(fù)合單元包括光源，用于發(fā)射光束；偏振分束器，用于將從光源發(fā)出的光束分解成具有不同偏振成分的兩束光束，然后將這兩束光束射向一外部光學(xué)系統(tǒng)，并將從該外部光學(xué)系統(tǒng)反射的兩束光束加以組合以產(chǎn)生組合光束；相位板，設(shè)置在光源與偏振分束器之間，用以改變從光源發(fā)出光束的偏振狀態(tài)并將該光束射向偏振分束器；分束裝置，用于將由偏振分束器產(chǎn)生的組合光束分解成多個光束；偏振裝置，用于僅透射所分解組合光束的預(yù)定偏振成分；和光接收裝置，用于對透過偏振裝置的相干光束進行光電轉(zhuǎn)換，從而產(chǎn)生一干涉信號。
為了解決上述問題，采用根據(jù)本發(fā)明的制作光接收/發(fā)射復(fù)合單元的方法用于制作光接收/發(fā)射復(fù)合單元，其中從一光發(fā)射元件發(fā)出并具有由一相位板確定偏振狀態(tài)的光束被分解成兩束光束并射向一外部光學(xué)系統(tǒng)，由該外部光學(xué)系統(tǒng)反射的所發(fā)出光束被彼此組合，并且該組合光束的偏振狀態(tài)由所述相位板加以改變并經(jīng)由一光接收元件加以探測，該方法包括如下步驟依次疊加一個用于將所述組合光束分解成多個光束的分束層、所述相位板、和一個用于僅透射預(yù)定偏振成分的偏振片，從而形成一多層板的步驟；剪切步驟，將所形成的多層板剪切成所述光接收/發(fā)射復(fù)合單元；和聯(lián)接步驟，將用于導(dǎo)引透過偏振片的光束至所述光接收元件的復(fù)合透鏡單元聯(lián)接至所述剪切多層板，并且將含有所述光接收元件和光發(fā)射元件的光接收/發(fā)射單元聯(lián)接至已經(jīng)聯(lián)接的復(fù)合透鏡單元。
為了解決上述問題，采用根據(jù)本發(fā)明的位移探測裝置用于根據(jù)干涉信號對具有一反射式衍射光柵的檢測目標沿柵格矢量方向的位移進行探測，該裝置包括光源，用于發(fā)射光束；偏振分束器，用于將從光源發(fā)出的光束分解成具有不同偏振成分的兩束光束并發(fā)射這兩束光束；相位板，設(shè)置在光源與偏振分束器之間，用于改變從光源所發(fā)出光束的偏振狀態(tài)并將該光束射向偏振分束器；成象裝置，用于使從分束器發(fā)出的兩束光束成象在衍射光柵的柵格平面上；反射裝置，用于反射在分束器所發(fā)出兩束光束由衍射光柵加以衍射時所得的兩束首次衍射光束；分束裝置，用于組合在反射裝置所反射首次衍射光束由衍射光柵加以衍射時所得的兩束二次衍射光束，以產(chǎn)生組合光束，然后將該組合光束分解成多個光束；偏振裝置，用于僅透射所分解組合光束的預(yù)定偏振成分；和光接收裝置，用于對透過偏振裝置的相干光束進行光電轉(zhuǎn)換，從而產(chǎn)生所述干涉信號。
考慮到前述現(xiàn)有技術(shù)的狀態(tài)，本發(fā)明的另一個目的在于提供一種光接收/發(fā)射復(fù)合單元和一種位移探測裝置，其可以低價格獲得，適于減小尺寸和重量，并且高度可靠。
具體地說，為了解決上述問題，根據(jù)本發(fā)明的光接收/發(fā)射復(fù)合單元包括光源，用于發(fā)射光束；偏振分束器，用于將從光源發(fā)出的光束分解成具有不同偏振成分的兩束光束，然后將這兩束光束射向一外部光學(xué)系統(tǒng)，并將從該外部光學(xué)系統(tǒng)反射的兩束光束加以組合以產(chǎn)生組合光束；分束裝置，用于將由偏振分束器產(chǎn)生的組合光束分解成多個光束；偏振裝置，用于僅透射所分解組合光束的預(yù)定偏振成分；透鏡單元，用于分別將透過偏振裝置的多個相干光束導(dǎo)引至預(yù)定位置；和光接收裝置，用于對透鏡單元導(dǎo)引的多個相干光束進行光電轉(zhuǎn)換，從而產(chǎn)生一干涉信號。
為了解決上述問題，采用根據(jù)本發(fā)明的位移探測裝置用于根據(jù)干涉信號對具有一衍射光柵的檢測目標沿柵格矢量方向的位移進行探測，該裝置包括光源，用于發(fā)射光束；偏振分束器，用于將從光源發(fā)出的光束分解成具有不同偏振成分的兩束光束并發(fā)射這兩束光束；反射裝置，用于反射在分束器所發(fā)出兩束光束由衍射光柵加以衍射時所得的兩束首次衍射光束；分束裝置，用于組合在反射裝置所反射首次衍射光束由衍射光柵加以衍射時所得的兩束二次衍射光束，以產(chǎn)生組合光束，然后將該組合光束分解成多個光束；偏振裝置，用于僅透射所分解組合光束的預(yù)定偏振成分；透鏡單元，用于分別將透過偏振裝置的多個相干光束導(dǎo)引至預(yù)定位置；和光接收裝置，用于對透鏡單元導(dǎo)引的多個相干光束進行光電轉(zhuǎn)換，從而產(chǎn)生所述干涉信號。
考慮到前述現(xiàn)有技術(shù)的狀態(tài)，本發(fā)明的再一個目的在于提供一種位移探測裝置，其能夠采用類型的光源，能夠應(yīng)對衍射光柵角度的變化，實現(xiàn)裝置的小型化，并且具有良好的時間穩(wěn)定性。
為了解決上述問題，采用根據(jù)本發(fā)明的位移探測裝置用于根據(jù)干涉信號對具有一衍射光柵的檢測目標沿柵格矢量方向的位移進行探測，該裝置包括光源，用于發(fā)射光束；分束器，用于將從光源發(fā)出的光束分解成兩束光束并發(fā)射這兩束光束；第一透鏡，設(shè)置在光源與分束器之間；反射裝置，用于反射在分束器所發(fā)出兩束光束由衍射光柵加以衍射時所得的兩束首次衍射光束；分束裝置，用于組合在反射裝置所反射首次衍射光束由衍射光柵加以衍射時所得的兩束二次衍射光束，以產(chǎn)生組合光束，然后將該組合光束分解成多個光束；偏振裝置，用于僅透射所分解組合光束的預(yù)定偏振成分；光接收裝置，用于對透過偏振裝置的相干光束進行光電轉(zhuǎn)換從而產(chǎn)生所述干涉信號；和第二透鏡，設(shè)置在偏振裝置與光接收裝置之間。


圖1表示傳統(tǒng)光學(xué)位移測量裝置的透視圖。
圖2表示傳統(tǒng)光學(xué)位移測量裝置的側(cè)視圖。
圖3表示另一傳統(tǒng)光學(xué)位移測量裝置的透視圖。
圖4表示另一傳統(tǒng)光學(xué)位移測量裝置的側(cè)視圖。
圖5表示再一個傳統(tǒng)光學(xué)位移測量裝置。
圖6表示能夠防止衍射光柵角度變化影響的光學(xué)位移測量裝置。
圖7表示本發(fā)明位移探測裝置的結(jié)構(gòu)。
圖8表示用于探測位移的衍射光柵的透視圖。
圖9表示采用反射棱鏡用于反射光學(xué)系統(tǒng)的情況。
圖10表示光接收/發(fā)射復(fù)合單元的結(jié)構(gòu)圖。
圖11表示光源偏振方向的視圖。
圖12表示光接收/發(fā)射復(fù)合單元從頂部觀看的視圖。
圖13表示采用反射式衍射光柵的位移探測裝置。
圖14表示制作光接收/發(fā)射復(fù)合單元的方法。
圖15表示光接收元件附近的光束Ld的趨向圖。
圖16A和16B表示光源、反射器和光接收元件之間的位置關(guān)系。
圖17表示將透鏡實際設(shè)置在應(yīng)用本發(fā)明的位移探測裝置中的情況。
圖18表示反射器轉(zhuǎn)動時的情況。
圖19表示本發(fā)明位移探測裝置的另一實施例。
圖20表示本發(fā)明位移探測裝置的另一實施例。
圖21表示本發(fā)明位移探測裝置的另一實施例。
圖22表示本發(fā)明位移探測裝置的另一實施例。
圖23表示光接收/發(fā)射復(fù)合單元的另一結(jié)構(gòu)圖。
圖24表示光接收/發(fā)射復(fù)合單元的另一結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式
首先，說明根據(jù)本發(fā)明第一實施例的位移探測裝置。
根據(jù)本發(fā)明第一實施例的位移探測裝置10具有透射式衍射光柵11，安裝在機床等的運動部件上并直線運動；光接收/發(fā)射復(fù)合單元12，用于將光發(fā)射元件發(fā)出的光束分解成兩束光束La1、La2并投射這兩束光束，使衍射光柵11衍射的兩束二次衍射光束Lc1、Lc2互相干涉從而對干涉信號進行探測；反射部件13a、13b，用于將從光接收/發(fā)射復(fù)合單元12發(fā)出的兩束光束La1、La2投射在衍射光柵11上，并且使來自衍射光柵11的兩束二次衍射光束Lc1、Lc2射向光接收/發(fā)射復(fù)合單元12；以及反射光學(xué)系統(tǒng)14，用于反射來自衍射光柵11的兩束首次衍射光束Lb1、Lb2并將該首次衍射光束再次投射在衍射光柵11上，如圖7所示。
衍射光柵11具有例如薄板狀形狀，并且具有窄的狹縫或凹槽、或帶有分布折射率的柵格，以特定的間隔刻在其表面上，如圖8中所示。入射在這種衍射光柵11上的光束由刻在其表面上的狹縫等加以衍射并透過該衍射光柵11。緣自衍射的衍射光束沿著柵格間隔和光波長確定的方向產(chǎn)生。
在本發(fā)明實施例的描述中，其上形成有柵格的衍射光柵11表面稱作柵格平面11a。如果衍射光柵11是透射式的，則將光束入射其上的表面以及其上產(chǎn)生衍射光束的表面都稱作柵格平面11a。形成衍射光柵11柵格的方向(圖8中箭頭C1和C2的方向)，也即垂直于柵格矢量的方向(其中柵格矢量代表光柵透射率和反射率的變化方向或者凹槽等深度的變化方向)，被稱作柵格方向。垂直于柵格形成方向并且平行于柵格平面11a的方向(圖8中箭頭D1和D2的方向)，也即平行于衍射光柵11柵格矢量的方向，被稱作柵格矢量方向。衍射光柵11上的這些方向不僅在本發(fā)明的第一實施例中而且在其他實施例中都類似指稱。
衍射光柵11安裝在機床等的運動部件上并且隨著該運動部件的運動而沿著圖8中箭頭D1和D2的方向位移，也即沿著柵格矢量方向位移。
在本發(fā)明中，并不限于這種類型的衍射光柵。不僅可以采用如上所述具有機械形成的凹槽等的衍射光柵，也可以采用通過例如在感光樹脂上印刷干涉條紋而制備的衍射光柵。
反射部件13a反射光束La1并將光束La1投射在衍射光柵11柵格平面11a上的預(yù)定位置。隨著該光束La1由衍射光柵11加以衍射，提供首次衍射光束Lb1。反射部件13b反射光束La2并將光束La2投射在衍射光柵11柵格平面11a上的預(yù)定位置。隨著該光束La2由衍射光柵11加以衍射，提供首次衍射光束Lb2。
隨著首次衍射光束Lb1由衍射光柵11加以衍射而產(chǎn)生的二次衍射光束Lc1投射在反射部件13a上。反射部件13a反射該二次衍射光束Lc1并將該二次衍射光束Lc1投射在光接收/發(fā)射復(fù)合單元12上。隨著首次衍射光束Lb2由衍射光柵11加以衍射而產(chǎn)生的二次衍射光束Lc2投射在反射部件13b上。反射部件13b反射該二次衍射光束Lc2并將該二次衍射光束Lc2投射在光接收/發(fā)射復(fù)合單元12上。
光束由反射部件13a投射在衍射光柵11柵格平面11a上所處的預(yù)定位置與光束由反射部件13b投射在衍射光柵11柵格平面11a上所處的預(yù)定位置可以互相靠近。這可以減小由衍射光柵11中厚度等均勻性所導(dǎo)致的光程差異，從而可以減小由于標度盤的厚度等方面的不均勻性所導(dǎo)致的誤差。
反射光學(xué)系統(tǒng)14具有反射器26，用于反射首次衍射光束Lb1并將該首次衍射光束Lb1再次投射在衍射光柵11上；反射器27，用于反射首次衍射光束Lb2并將該首次衍射光束Lb2再次投射在衍射光柵11上；1/4波片WP1，用于改變首次衍射光束Lb1的偏振狀態(tài)；和1/4波片WP2，用于改變首次衍射光束Lb2的偏振狀態(tài)。
已通過1/4波片WP1的首次衍射光束Lb1投射在反射器26上。反射器26垂直反射首次衍射光束Lb1，使得該首次衍射光束Lb1沿著與入射路徑相同的路徑返回。由于投射在反射器26上的首次衍射光束Lb1已經(jīng)通過1/4波片WP1，并且由反射器26反射的首次衍射光束Lb1再次通過1/4波片WP1，所以首次衍射光束Lb1再次投射在衍射光柵11上，其偏振方向旋轉(zhuǎn)90度。
已通過1/4波片WP2的首次衍射光束Lb2投射在反射器27上。反射器27垂直反射首次衍射光束Lb2，使得該首次衍射光束Lb2沿著與入射路徑相同的路徑返回。由于投射在反射器27上的首次衍射光束Lb2已經(jīng)通過1/4波片WP2，并且由反射器27反射的首次衍射光束Lb2再次通過1/4波片WP2，所以首次衍射光束Lb2再次投射在衍射光柵11上，其偏振方向旋轉(zhuǎn)90度。
反射光學(xué)系統(tǒng)14不限于上述結(jié)構(gòu)。例如，可以采用反射棱鏡。圖9表示采用反射棱鏡用于反射光學(xué)系統(tǒng)14的位移探測裝置10的結(jié)構(gòu)。在圖9中，與圖7中相同的構(gòu)成元件和部件沒有描述。
1/4波片WP31依次疊加在反射棱鏡30上。已通過1/4波片WP31的首次衍射光束Lb1、Lb2投射在反射棱鏡30的反射表面30a上。反射表面30a垂直反射首次衍射光束Lb1、Lb2，使得這些首次衍射光束Lb1、Lb2沿著與入射路徑相同的路徑返回。由于投射在該反射表面30a的首次衍射光束Lb1、Lb2已經(jīng)通過1/4波片WP31，并且由反射表面30a反射的首次衍射光束Lb1、Lb2再次通過1/4波片WP31，所以首次衍射光束Lb1、Lb2再次投射在衍射光柵11上，其偏振方向旋轉(zhuǎn)90度。
下面詳細說明光接收/發(fā)射復(fù)合單元12。光接收/發(fā)射復(fù)合單元12具有一殼體部件40，用于容納光發(fā)射元件和光接收元件；復(fù)合透鏡單元41，包括多個透鏡(41a、41_1、41_2、41_3和41_4)；偏振單元42(42_1、42_2、42_3和42_4)，用于僅透射預(yù)定的偏振成分；相位板43，用于改變光束的偏振狀態(tài)；和分束單元44，用于分解投射在衍射光柵11上的光束或者分解通過衍射光柵11衍射獲得的二次衍射光束Lc1、Lc2，如圖10中所示。
殼體部件40具有光源51，用于發(fā)射光束La；光接收元件52(52_1、52_2、52_3和52_4)，用于對相干光進行光電轉(zhuǎn)換(后面將加以說明)從而產(chǎn)生干涉信號；半導(dǎo)體基片53，用于將光源51安裝于其上，并通過向其施加電信號或采用反射表面53a來進行光路控制；和半導(dǎo)體基片54，用于將光接收元件安裝于其上并提取出電信號。
分束單元44具有偏振分束單元58，用于將從光源51發(fā)出的光束La分解成兩束光束La1、La2并照射這兩束光束La1、La2，并且將來自反射部件13a、13b的兩束二次衍射光束Lc1、Lc2加以組合以產(chǎn)生組合光束Ld；和分束薄膜59_1、59_2、59_3和59_4，用于將從偏振分束單元58投射的組合光束Ld分解成組合光束Ld1、Ld2、Ld3和Ld4。
光源51為發(fā)射相干光比如激光束的元件。光源51可以是例如多模半導(dǎo)體激光器，用于發(fā)射具有較小相干長度的激光束。
光發(fā)射元件52為光電轉(zhuǎn)換元件，用于將投射在其光接收表面上的光束轉(zhuǎn)換成與光量對應(yīng)的電信號。例如，光發(fā)射元件52由光電探測器等制成。該光接收元件52接收投射在其光接收表面上的相干光束Ld1、Ld2、Ld3和Ld4，并產(chǎn)生與光量對應(yīng)的干涉信號。
光接收元件52處由光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的干涉信號由一個位置探測單元(未畫出)經(jīng)由半導(dǎo)體基片54加以探測。該位置探測單元(未畫出)根據(jù)所得的干涉信號獲取相位差，并輸出一個指示衍射光柵11相對位移位置的位置信號。
復(fù)合透鏡單元41含有光學(xué)元件比如具有預(yù)定數(shù)值孔徑的透鏡。從光源51發(fā)出的光束La投射在透鏡41a上。透鏡41a可以在衍射光柵11的柵格平面11a上或反射器26、27上對具有預(yù)定束徑的入射光束La進行成象。在該第一實施例中，由于采用的是透射式衍射光柵11，所以發(fā)射光束La的成象一般是在反射器26、27進行的。因此，投射在柵格平面11a上的光束直徑可以增大，從而可以減小柵格平面11a上灰塵和刮痕的影響。由于既用于控制向外發(fā)出光束的束徑也用于控制接收光束的束徑的復(fù)合透鏡單元41以單封裝設(shè)置，所以可以提高集成度，簡化制作工藝，并提高整個裝置的可靠性。
從偏振單元42發(fā)出的相干光束Ld1、Ld2、Ld3和Ld4分別入射在透鏡41_1、41_2、41_3和41_4上。透鏡41_1、41_2、41_3和41_4分別將入射的相干光束Ld1、Ld2、Ld3和Ld4成象在光接收元件52_1、52_2、52_3和52_4上。成象點不必是束徑處于其最小值時的點。該復(fù)合透鏡單元41不限于上述多個透鏡依次連接的結(jié)構(gòu)。例如，上述透鏡41_1、41_2、41_3和41_4可以共同構(gòu)造為單個透鏡。構(gòu)成該復(fù)合透鏡單元41的每個透鏡可以不僅會聚光束，也可以發(fā)出準直光束或者發(fā)散光束。
偏振單元42_1、42_2、42_3和42_4僅透射從相位板43入射的組合光束Ld1、Ld2、Ld3和Ld4的預(yù)定偏振成分，并向該偏振成分作為相干光束Ld1、Ld2、Ld3和Ld4發(fā)射至透鏡單元41。偏振單元42設(shè)置成互相間隔45度就足夠了(例如分別處于5度、50度、95度和140度)。偏振單元42在安裝時可以位置不受限制地設(shè)置。由于在相位板43與復(fù)合透鏡單元41之間設(shè)有這種偏振單元42，所以可以使整個單元的結(jié)構(gòu)變得緊湊。
相位板43以將其插入在偏振單元42與分束單元44之間的方式疊加。該相位板43由例如1/4波片制成，并在圓偏振光和線偏振光之間進行轉(zhuǎn)換。該相位板43可以由薄膜狀1/4波片制成，相對于圖11中所示線AA傾斜45度，并且在此情況下，來自光源51的光束La經(jīng)由透鏡41a入射其上。相位板43將例如為線偏振光的光束La轉(zhuǎn)換為圓偏振光，并將所得光束投射在偏振分束單元58上。另外，相位板43接收從分束單元44發(fā)出的組合光束Ld1、Ld2、Ld3和Ld4成為圓偏振光，并將所得光束射向上述偏振單元42。也就是說，對來自光源51的光束La的偏振狀態(tài)的轉(zhuǎn)換以及對來自分束薄膜59的光束Ld的偏振狀態(tài)的轉(zhuǎn)換都是由單個相位板43進行的。光接收/發(fā)射復(fù)合單元12也可以采用沒有該相位板43的結(jié)構(gòu)。
偏振分束單元58由例如偏振分束器制成。從光源51發(fā)出的光束La經(jīng)由相位板43入射其上。偏振分束單元58反射一部分入射光束La以產(chǎn)生光束La1，并透射一部分入射光束La以產(chǎn)生光束La2。偏振分束單元58可以將光束La分解成具有正交偏振成分的S偏振光和P偏振光，作為光束La1和光束La2。在此情況下，光束La1為S偏振光，而光束La2為P偏振光。另外，來自衍射光柵11的二次衍射光束Lc1和二次衍射光束Lc2入射在偏振分束單元58上。偏振分束單元58將這兩束二次衍射光束Lc1、Lc2疊加以將這些光束加以組合，并將組合光束Ld射向分束薄膜59。
分束薄膜59_1、59_2、59_3和59_4的反射率分別設(shè)為1/4、1/3、1/2和1。(也就是說，分束薄膜59_4具有全反射表面。)因此，入射組合光束Ld可以分解成光量基本相同的組合光束Ld1、Ld2、Ld3和Ld4。
光接收/發(fā)射復(fù)合單元12作為獨立單元構(gòu)造，其中所述殼體部件40、復(fù)合透鏡單元41、偏振單元42、相位板43和分束單元44設(shè)置在相同的封裝中。這些部件彼此疊加從而形成一個集成單元。
也就是說，由于光接收/發(fā)射復(fù)合單元12通過封裝相應(yīng)部件而具有集成結(jié)構(gòu)，所以更容易進行精確的位置調(diào)整。另外，由于部件的安裝空間不必較大，所以可以實現(xiàn)位移探測裝置整體尺寸和重量的減小。由于部件安裝在相同的殼體單元中，所以可以減小環(huán)境變化以及隨時間流逝所致變化的影響，并且可以將調(diào)節(jié)時的偏差等限制在最低水平。因此，可以提高整個光接收/發(fā)射復(fù)合單元12的可靠性。
下面說明根據(jù)本發(fā)明第一實施例的位移探測裝置10的例示性操作。
首先，從光源51發(fā)出的光束La由半導(dǎo)體基片53的反射表面53a加以反射，例如如圖10所示，然后投射在透鏡41a上。光束La由透鏡41a進行圖象轉(zhuǎn)換，并投射在由例如1/4波片制成的相位板43上。
投射在相位板43上的光束La由相位板43變成圓偏振光。也就是說，經(jīng)由相位板43發(fā)出的線偏振光可以變?yōu)閳A偏振光，而不管從光源51發(fā)出的光束的偏振方向如何。這使得可以對光源51所發(fā)出光束的偏振成分進行自由選擇，而無需象傳統(tǒng)技術(shù)中那樣將光源51所發(fā)出光束的偏振成分相對于偏振分束單元58傾斜大致45度。
從相位板43發(fā)出的光束La由偏振分束單元58分解成光束La1、La2，例如為S偏振光和P偏振光，并經(jīng)由反射部件13a、13b入射在衍射光柵11上。若光束La1在衍射光柵11上的入射角用θa表示，光束La1的衍射角用θa′表示，首次衍射光束Lb1的入射角用θb表示，首次衍射光束Lb2的衍射角用θb′表示，則滿足下式(11)和(12)。
sinθa+sinθa′＝mλ/d …(11)sinθb+sinθb′＝mλ/d …(12)在這些關(guān)系式中，d表示衍射光柵的間距，λ表示光波長，m表示衍射級數(shù)。當(dāng)采用體積式相位全息圖用于衍射光柵11并且采用布拉格衍射時，光束的入射角滿足θa＝θa′以及θb＝θb′。若不采用體積式相位全息圖用于衍射光柵，則入射角和衍射角是由上述關(guān)系表示的任意角。
首次衍射光束Lb1、Lb2分別由反射器26、27垂直反射。在此情況下，由于首次衍射光束Lb1、Lb2兩次通過1/4波片WP1、WP2，所以其偏振方向分別旋轉(zhuǎn)90度。因此，初始為S偏振光的首次衍射光束Lb1被轉(zhuǎn)換成P偏振光，而初始為P偏振光的首次衍射光束Lb2被轉(zhuǎn)換成S偏振光。
接著，由反射器26、27反射的首次衍射光束Lb1、Lb2由衍射光柵11再次衍射而成為二次衍射光束Lc1、Lc2，并通過相同的光路再次到達偏振分束單元58。偏振分束單元58將為P偏振光的二次衍射光束Lc1以及為S偏振光的二次衍射光束Lc2加以疊加和組合，從而產(chǎn)生組合光束Ld。
組合光束Ld由分束薄膜59_1、59_2、59_3和59_4分解成Ld1、Ld2、Ld3和Ld4。分解后的組合光束Ld1、Ld2、Ld3和Ld4投射在相位板43上。在此情況下，二次衍射光束Lc1和Lc2變?yōu)橄喾磮A偏振方向的圓偏振光。若組合光束Ld通過僅透射特定偏振成分的偏振片接收，并且在首次衍射和二次衍射中采用一級衍射光束時提取特定偏振成分，則對于組合光束Ld提供由下式(13)表示的干涉信號I。
I＝A12+A22+2*A1*A2*cos(4*K*x+δ) …(13)在此式中，A1、A2表示兩束疊加的二次衍射光束Lc1和Lc2的幅值，x表示衍射光柵11沿柵格矢量方向的位移量，δ表示初始相位，并且K＝2π/d(d表示柵格間距)。隨著衍射光柵11沿柵格矢量方向位移d/4的量，該干涉信號I改變一個周期。δ表示取決于兩束疊加二次衍射光束Lc1、Lc2之間光程差的量。
在從相位板43發(fā)出的組合光束Ld1、Ld2、Ld3和Ld4中，只有預(yù)定的偏振成分由偏振單元42透射。將偏振單元42設(shè)定為彼此具有45度的間隔。在此例中，偏振單元42_1只透射偏振方向為0度的偏振成分，而偏振單元42_2只透射偏振方向為45度的偏振成分。偏振單元42_3只透射偏振方向為90度的偏振成分，而偏振單元42_4只透射偏振方向為135度的偏振成分。透過偏振單元42的相干光束Ld1、Ld2、Ld3和Ld4的光強由下式(21)至(24)表示。
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(A12+A22)A＝1/2*A1*A2式(21)表示透過偏振單元42_1的相干光束Ld1的光強。式(22)表示透過偏振單元42_2的相干光束Ld2的光強。式(23)表示透過偏振單元42_3的相干光束Ld3的光強。式(24)表示透過偏振單元42_4的相干光束Ld4的光強。由這些式子表示的相干光束Ld1、Ld2、Ld3和Ld4在光接收元件51_1、51_2、51_3和51_4上的成象經(jīng)由透鏡41_1、41_2、41_3和41_4進行。也就是說，各光接收元件52對上述各式表示的相干光束Ld進行光電轉(zhuǎn)換，從而產(chǎn)生干涉信號。
由于在式(21)和式(23)之間進行減法，所以可以消除干涉信號中的DC成分。類似地，由于在式(22)和式(24)之間進行減法，所以可以消除干涉信號中的DC成分。由于減法信號互相具有90度的相位差，所以可以獲取衍射光柵位移方向的探測信號。
以此方式，在應(yīng)用本發(fā)明的位移探測裝置10中，疊加相位板43使之插入在偏振單元42與分束單元44之間。該相位板43可以將線偏振光La轉(zhuǎn)換為圓偏振光，然后將其投射在偏振分束單元58上。這使得可以對光源51所發(fā)出光束La的偏振成分進行自由選擇，而無需象傳統(tǒng)技術(shù)中那樣將光源51設(shè)置成使得從光源51所發(fā)出光束La的偏振成分相對于偏振分束單元58成大約45度。相應(yīng)地，可以解決在光接收/發(fā)射復(fù)合單元12中必需具有額外空間來設(shè)置部件的問題，從而可以實現(xiàn)更為緊湊的結(jié)構(gòu)。另外，該相位板43可以接收從分束薄膜59_1、59_2、59_3和59_4發(fā)出的組合光束Ld1、Ld2、Ld3和Ld4，然后通過使其偏振方向旋轉(zhuǎn)而將這些光束轉(zhuǎn)換成線偏振光，并將這些線偏振光射向上述偏振單元42。因此，偏振單元42的方向設(shè)置成從頂部觀看互相間隔45度就足夠了(例如分別處于50度、5度、140度和95度)，如圖2中所示?？梢詼p少對安裝偏振單元42的限制，并且可以實現(xiàn)制造工藝的簡化和制造成本的降低。另外，由于該相位板43既進行對來自光源51的光束La的轉(zhuǎn)換，也進行對來自分束薄膜59的光束Ld的轉(zhuǎn)換，所以尺寸控制更為容易，并且可以實現(xiàn)制造成本的進一步降低。
下面說明根據(jù)本發(fā)明第二實施例的位移探測裝置。與第一實施例位移探測裝置10中相同的構(gòu)成元件和部件用相同的數(shù)標表示，參照第一實施例的說明，并且在本實施例中不再詳細說明。
根據(jù)本發(fā)明第二實施例的位移探測裝置70具有反射式衍射光柵71，安裝在機床等的運動部件上并直線運動；光接收/發(fā)射復(fù)合單元12，用于將光發(fā)射元件發(fā)出的光束分解成兩束光束La1、La2并投射這兩束光束，使衍射光柵71衍射的兩束二次衍射光束Lc1、Lc2互相干涉從而對干涉信號進行探測；反射部件73a、73b，用于將從光接收/發(fā)射復(fù)合單元12發(fā)出的兩束光束La1、La2投射在衍射光柵71上，并且使來自衍射光柵71的兩束二次衍射光束Lc1、Lc2射向光接收/發(fā)射復(fù)合單元12；以及反射光學(xué)系統(tǒng)74，用于反射來自衍射光柵71的兩束首次衍射光束Lb1、Lb2并將該首次衍射光束再次投射在衍射光柵71上，如圖13中所示。
衍射光柵71具有例如薄板狀形狀，并且具有窄的狹縫或凹槽、或帶有分布折射率的柵格，以預(yù)定的間隔刻在其表面上。入射在這種衍射光柵71上的光束由刻在其表面上的狹縫等加以衍射并由衍射光柵71反射。緣自衍射的衍射光束沿著柵格間隔和光波長所確定的方向產(chǎn)生。
在本發(fā)明中，衍射光柵的類型不限。不僅可以采用如上所述具有機械形成的凹槽等的衍射光柵，也可以采用通過例如在感光樹脂上印刷干涉條紋而制得的衍射光柵。
反射部件73a反射光束La1并將光束La1投射在衍射光柵71柵格平面71a上的預(yù)定位置。隨著該光束La1由衍射光柵71加以衍射，提供首次衍射光束Lb1。反射部件73b反射光束La2并將光束La2投射在衍射光柵71柵格平面71a上的預(yù)定位置。隨著該光束La2由衍射光柵71加以衍射，提供首次衍射光束Lb2。
另外，隨著首次衍射光束Lb1由衍射光柵71加以衍射而產(chǎn)生的二次衍射光束Lc1投射在反射部件73a上。反射部件73a反射該二次衍射光束Lc1并將該二次衍射光束Lc1投射在光接收/發(fā)射復(fù)合單元12上。隨著首次衍射光束Lb2由衍射光柵71加以衍射而產(chǎn)生的二次衍射光束Lc2投射在反射部件73b上。反射部件73b反射該二次衍射光束Lc2并將該二次衍射光束Lc2投射在光接收/發(fā)射復(fù)合單元12上。
成象以如下方式進行，即，使得光束由反射部件73a投射在衍射光柵71柵格平面71a上所處的預(yù)定位置與光束由反射部件73b投射在衍射光柵71柵格平面71a上所處的預(yù)定位置為同一位置。在此情況下，光束直徑的尺寸最好使得該光束不受柵格平面71a上灰塵和刮痕的影響。成象點不必處于獲得最小束徑的點，并使光束圖象中光程差處于其最小值的點位于柵格平面71a上。
反射光學(xué)系統(tǒng)74具有反射器76，用于反射首次衍射光束Lb1并將該首次衍射光束Lb1再次投射在衍射光柵71上；反射器77，用于反射首次衍射光束Lb2并將該首次衍射光束Lb2再次投射在衍射光柵71上；1/4波片WP71，用于改變首次衍射光束Lb1的偏振狀態(tài)；和1/4波片WP72，用于改變首次衍射光束Lb2的偏振狀態(tài)。
已通過1/4波片WP71的首次衍射光束Lb1投射在反射器76上。反射器76垂直反射首次衍射光束Lb1，使得該首次衍射光束Lb1沿著與入射路徑相同的路徑返回。由于投射在反射器76上的首次衍射光束Lb1已經(jīng)通過1/4波片WP71，并且由該反射器76反射的首次衍射光束Lb1再次通過1/4波片WP71，所以首次衍射光束Lb1再次投射在衍射光柵71上，其偏振方向旋轉(zhuǎn)90度。
已通過1/4波片WP72的首次衍射光束Lb2投射在反射器77上。反射器77垂直反射首次衍射光束Lb2，使得該首次衍射光束Lb2沿著與入射路徑相同的路徑返回。由于投射在反射器77上的首次衍射光束Lb2已經(jīng)通過1/4波片WP72，并且由反射器77反射的首次衍射光束Lb2再次通過1/4波片WP72，所以首次衍射光束Lb2再次投射在衍射光柵71上，其偏振方向旋轉(zhuǎn)90度。
關(guān)于第二實施例的光接收/發(fā)射復(fù)合單元12的細節(jié)以及第二實施例的例示操作，參見第一實施例的描述。
具體地說，在根據(jù)第二實施例的采用反射式衍射光柵71的位移探測裝置70中，由于光接收/發(fā)射復(fù)合單元12通過封裝相應(yīng)部件而具有集成結(jié)構(gòu)，所以精確的位置調(diào)節(jié)更為容易。另外，由于部件的安裝空間不必較大，所以可以實現(xiàn)位移探測裝置整體尺寸和重量的減小。由于部件安裝在相同的殼體單元中，所以可以減小環(huán)境變化以及隨時間流逝所致變化的影響，并且可以將調(diào)節(jié)時的偏差等限制在最低水平。因此，可以提高整個光接收/發(fā)射復(fù)合單元12的可靠性。
在第二實施例中同樣，由于單個相位板43既進行對來自光源51的光束La的轉(zhuǎn)換，也進行對來自分束薄膜59的光束Ld的轉(zhuǎn)換，所以尺寸控制更為容易，并且可以實現(xiàn)制造成本的進一步降低。
下面參照圖14說明應(yīng)用本發(fā)明的用于制作光接收/發(fā)射復(fù)合單元12的方法。
首先，在步驟S11，制作具有依次相連的多個分束單元44的分束單元44層、用于覆蓋多個光接收/發(fā)射復(fù)合單元12的區(qū)域的相位板43、以及具有依次相連的多個偏振單元42的偏振單元42層。接著，將分束單元44層、相位板43、偏振單元42層依次疊加以制得多層板81。在制作該多層板81時，可以將相位板43疊加在偏振單元42層上然后將分束單元44層疊加其上?？商鎿Q地，相位板43可疊加在分束單元44層上然后可以將偏振單元42層疊加其上。
在下一步驟S12，把制成的多層板81切片并分割成多個多層板。在步驟S12中通過分割獲得的每個多層板等效于一個光接收/發(fā)射復(fù)合單元12。
在下一步驟S13，將復(fù)合透鏡單元41與通過分割獲得的每個單獨多層板81聯(lián)接，并將殼體部件40與所聯(lián)接的復(fù)合透鏡單元41聯(lián)接。
也就是說，在應(yīng)用本發(fā)明的制作光接收/發(fā)射復(fù)合單元12的方法中，將尺寸易于加工的光學(xué)部件首先互相粘接，然后切成用于構(gòu)造各光接收/發(fā)射復(fù)合單元12的尺寸，最后將復(fù)合透鏡單元41和殼體部件40粘接以完成光接收/發(fā)射復(fù)合單元12。因此，該制作方法可以簡化，并且可以降低制作成本。
特別地，由于本發(fā)明光接收/發(fā)射復(fù)合單元12通過封裝相應(yīng)部件而具有集成結(jié)構(gòu)，所以精確的位置調(diào)節(jié)更為容易。另外，由于部件的安裝空間不必較大，所以可以實現(xiàn)位移探測裝置整體尺寸和重量的減小。因此，可以采用上述制作方法并且可以實現(xiàn)尺寸和價格的進一步降低。
上面描述了應(yīng)用本發(fā)明的第一和第二實施例的位移探測裝置。盡管這些實施例的位移探測裝置采用的衍射光柵11、71具有以預(yù)定間隔平行設(shè)置的柵格，但本發(fā)明的衍射光柵不必是具有這種平行設(shè)置柵格的衍射光柵。例如，可以采用其上設(shè)有徑向柵格的衍射光柵比如旋轉(zhuǎn)編碼器來進行角度探測。
在本發(fā)明中，可以采用其上記錄有明暗的振幅型衍射光柵，或者也可以采用其上記錄折射率變化或形態(tài)變化的相位型衍射光柵，衍射光柵的類型不限。
在這些實施例的位移探測裝置中，衍射光柵11、71安裝在機床等的運動部件上并隨著該運動部件的運動而位移。然而，在本發(fā)明中，衍射光柵11、71與位移探測裝置相對位移就足夠了。
本發(fā)明不限于上述實施例。例如，可以采用如下結(jié)構(gòu)，能夠根據(jù)光源51的波長變化減小誤差。
當(dāng)光源的波長改變時，如果從偏振分束單元58到反射器26的光程長度與從偏振分束單元58到反射器27的光程長度之間存在差別(以下將該光程差稱作ΔL)，則會發(fā)生測量誤差。誤差量E可以表示如下。
E＝Δλ/λ*2*ΔL*4/d …(45)在此式中，λ表示光源51的波長，Δλ表示波長的變化量，ΔL表示通過偏振分束單元58分解所得兩束光束之間的光程差，d表示衍射光柵11的柵格間距。
在此情況下，ΔL必須較小，使得誤差量E相對于假定的波長變化Δλ處于允許的范圍內(nèi)。光程長度設(shè)定為使得對于透鏡41a和透鏡41_1、41_2、41_3和41_4，單個發(fā)射光束會聚于特定點(包括虛象點、但不包括無限遠點)處。在本實施例中，由于偏振分束單元58分解所得兩束光束通過相同的透鏡41a，所以相應(yīng)會聚點與作為光發(fā)射點的光源51之間的長度相等。當(dāng)采用單個透鏡用于偏振分束單元分解所得的兩束光束時，采用具有相同焦距和相同形狀的透鏡以使這些長度相等。
圖15表示在此例中光接收元件52附近光束Ld的趨向。在圖15中，d表示兩束光束的會聚位置之間的偏移量。在該例中，實線表示基于所述兩束光束的二次衍射光束Lc1的光通量，虛線表示基于二次衍射光束Lc2的光通量，只有當(dāng)這兩束光束的光程長度相等時，才可以實現(xiàn)d＝0并且使這兩個光通量彼此疊加。當(dāng)兩束光束的光程長度存在差別時，有d≠0，并且產(chǎn)生同心干涉條紋，從而降低了干涉信號的強度。因此，通過使干涉信號最大化或調(diào)整反射器26、27(30a)的位置使得干涉圖象不存在條紋，可以使所述兩束光束的光程長度相等，而與光源51的相干光長度無關(guān)。
由于可以使光程長度相等，所以即使在光源的波長改變時也可以根據(jù)上式(45)減小測量誤差。
在本發(fā)明中，可以通過如下方式調(diào)整復(fù)合透鏡單元41的透鏡。
圖16A表示光源51的光發(fā)射點與反射器26、27(反射表面30a)之間的位置關(guān)系。圖16B表示反射器26、27(反射表面30a)與光接收元件52之間的位置關(guān)系。透鏡41a與透鏡41_1、41_2、41_3和41_4設(shè)定成滿足如下的幾何光學(xué)成象關(guān)系。
1/LO+1/LO′＝1/FO …(31)1/LR+1/LR′＝1/FR …(32)在這些式子中，F(xiàn)O表示透鏡41a的焦距，F(xiàn)R表示透鏡41_1、41_2、41_3和41_4的焦距。LO、LO′、LR、LR′表示幾何光學(xué)長度，也即距離相應(yīng)透鏡41主面的長度。例如在圖17所示的光學(xué)系統(tǒng)中，這些長度由下式表示。
LO＝L1 …(41)LO′＝L2+(L12+L3+L4)/N1+L5+L6+(+7+L8)/N2+L9+L10/N3…(42)LR＝L10/N3+L9+(L7+L8)N2+L6+L5+(L11+L3)/N1+L12…(43)LR′＝L13…(44)在這些式子中，N1表示偏振分束單元58和分束薄膜59的折射率，N2表示衍射光柵11的折射率，N3表示反射棱鏡的折射率。具體地說，在圖17所示的例子中，當(dāng)透鏡設(shè)置成滿足式(41)至(44)時，光發(fā)射點的幾何光學(xué)圖象形成在反射器26、27上，并且反射器26、27的圖象形成在光接收元件52上。也就是說，由于透鏡設(shè)置成滿足式(41)至(44)，所以光源51與反射器26、27(30a)設(shè)置成處于幾何光學(xué)成象關(guān)系中基本上共軛的位置，反射器26，27(30a)和光接收元件52設(shè)置成處于幾何光學(xué)成象關(guān)系中基本共軛的位置。
在采用這種光學(xué)系統(tǒng)的位移探測裝置10中，即使在反射器26、27轉(zhuǎn)動時，例如如圖18中所示，各光接收元件52上的成象點位置也不改變。也就是說，即使光束Ld入射在各光接收元件52的角度發(fā)生改變，光接收元件52上的成象點位置也不改變，并且光程長度也不改變。因此，干涉信號不會改變。
在應(yīng)用本發(fā)明的位移探測裝置10中，上述長度LR′可以設(shè)成小于長度LR(LR′/LR≤1)。光接收元件52上成象點的位移量與反射器26、27上成象點的位移量之比由LR′/LR表示。因此，由于LR′/LR的值降低，所以可以抑制光接收表面上成象點的位移量。也就是說，由于長度LR′設(shè)置成實現(xiàn)LR′/LR≤1，所以可以使光接收元件52上成象點的位移量小于反射器26、27上成象點的位移量，從而可以抑制干涉信號強度的降低。特別地，在本發(fā)明中，光接收/發(fā)射復(fù)合單元12具有的殼體部件40、復(fù)合透鏡單元41、偏振單元42、相位板43和分束單元44設(shè)置在相同封裝中并構(gòu)成獨立的單元，所以可以將LR′設(shè)置成極小值，因而可以使LR′/LR變得較小。
也就是說，在應(yīng)用本發(fā)明的位移探測裝置10中，由于構(gòu)成復(fù)合透鏡單元41的透鏡如上所述設(shè)置，所以可以將光接收元件52上的偏移限制在最小水平，從而可以減小其對干涉信號的影響，即使在衍射光柵11或反射器26、27轉(zhuǎn)動時。
如果從復(fù)合透鏡單元41的透鏡41發(fā)出的光束在透鏡41具有較小孔徑時進行會聚，則所形成圖象的束徑太小從而會受到灰塵和刮痕的影響。因此，復(fù)合透鏡單元41可以將所發(fā)出光束會聚至如下程度，使得光束不受成象點處灰塵和刮痕的影響。
替代地，復(fù)合透鏡單元41的透鏡41可以通過對所發(fā)出光束進行準直而保持衍射光柵11和光接收元件52上的束徑。由于這使得能夠?qū)崿F(xiàn)光束的恒定束徑，所以當(dāng)安裝衍射光柵11時可以提高沿E1和E2方向的容許寬度，如圖8所示。
通過將從透鏡41a發(fā)出的光束聚焦在反射器26、27上或者對光束進行準直，可以調(diào)節(jié)入射在衍射光柵11上的光束La1、La2和反射光束Lb1、Lb2使得這些光束具有相同的光路。
應(yīng)用本發(fā)明的位移探測裝置并不限于上述實施例。例如，本發(fā)明可以應(yīng)用于下述結(jié)構(gòu)。在這些結(jié)構(gòu)中，與圖7和9中所示位移探測裝置10中相同的構(gòu)成元件和部件用相同的數(shù)標表示，并且不再詳細說明。
圖19中所示的位移探測裝置101采用反射棱鏡50用于反射光學(xué)系統(tǒng)14，并且具有1/4波片WP51用于僅透射首次衍射光束Lb1，具有1/4波片WP52用于僅透射首次衍射光束Lb2。透過這些1/4波片WP51、WP52的首次衍射光束Lb1、Lb2由反射表面50a、50b加以反射。也就是說，與圖9中所示的反射光學(xué)系統(tǒng)相比，1/4波片分離設(shè)置。
圖20中所示的位移探測裝置102采用衍射光柵70替代圖7中所示的反射部件13a、13b。該衍射光柵70改變?nèi)肷涔馐鳯a1、La2、Lc1和Lc2的方向并使這些光束入射在衍射光柵11或光接收/發(fā)射復(fù)合單元12上。
圖21中所示的位移探測裝置103具有其中不存在圖7所示反射部件13a、13b的結(jié)構(gòu)。位移探測裝置103具有反射棱鏡70，其中反射棱鏡70具有反射表面70a、70b以及設(shè)在反射表面70a、70b上的1/4波片WP71、WP72。
圖22中所示的位移探測裝置104具有1/4波片WP81、WP82，設(shè)在衍射光柵11與光接收/發(fā)射復(fù)合單元12(包括光源51)之間。1/4波片WP81、WP82的光軸相對于從光接收/發(fā)射復(fù)合單元12所發(fā)出光束La1、La2的偏振軸傾斜45度。
圖19至22中所示各位移探測裝置的衍射光柵可以夾在玻璃板制成的標度盤中。
替代上述光接收/發(fā)射復(fù)合單元12，可以采用例如圖23中所示的光接收/發(fā)射復(fù)合單元212。在圖23所示的光接收/發(fā)射復(fù)合單元212中，與上述光接收/發(fā)射復(fù)合單元中相同的構(gòu)成元件用相同的數(shù)標表示，并且不再詳細說明。
光接收/發(fā)射復(fù)合單元212具有用于容納光發(fā)射元件和光接收元件的殼體部件40，透鏡單元241，用于僅透射預(yù)定偏振成分的偏振單元42(42_1、42_2、42_3和42_4)，用于改變光束偏振狀態(tài)的相位板43，和用于分解入射在衍射光柵11上的光束或者分解由衍射光柵11衍射所得的二次衍射光束Lc1、Lc2的分束單元44。
殼體部件44具有用于發(fā)出光束La的光源51，用于對相干光束(后面將加以說明)進行光電轉(zhuǎn)換以產(chǎn)生干涉信號的光接收元件52(52_1、52_2、52_3和52_4)，具有光源51安裝于其上并用以通過向其上施加電信號或采用反射表面53a來控制光路的半導(dǎo)體基片53，以及具有光接收元件安裝于其上并用以提取電信號的半導(dǎo)體基片54。
分束單元44具有偏振分束單元58，用于將光源51發(fā)出的光束La分解成兩束光束La1、La2并照射這兩束光束La1、La2，并且將來自反射部件13a、13b的二次衍射光束Lc1、Lc2加以組合以產(chǎn)生組合光束Ld；和分束薄膜59_1、59_2、59_3和59_4，用于將從偏振分束單元58投射的組合光束Ld分解成組合光束Ld1、Ld2、Ld3和Ld4。
透鏡單元241為光學(xué)元件比如具有預(yù)定數(shù)值孔徑的透鏡。從光源51發(fā)出的光束La入射在透鏡單元241上。透鏡單元241使具有預(yù)定束徑的入射光束La成象在衍射光柵11的柵格平面11a上或反射器26、27上。在第一實施例中，由于采用的是透射式衍射光柵11，所以通常使所發(fā)射光束La在反射器26、27上成象。因此，投射在柵格平面11a上的光束直徑可以增大，從而可以減小柵格平面11a上灰塵和刮痕的影響。由于既用于控制向外發(fā)出光束的束徑和也用于控制接收光束的束徑的透鏡單元241設(shè)置在相同封裝內(nèi)，所以可以提高集成度并簡化制作工藝。因此，可以提高整個裝置的可靠性。
從偏振單元42發(fā)出的相干光束Ld1、Ld2、Ld3和Ld4也入射在透鏡單元241上。透鏡單元241使入射的相干光束Ld1、Ld2、Ld3和Ld4分別在光接收元件52_1、52_2、52_3和52_4上成象。成象點不必是束徑處于其最小值時的點。例如，可以使光束圖象中實現(xiàn)最小光程差的點位于光接收表面上。透鏡單元241不僅可以會聚光束，也可以發(fā)出準直光束或者發(fā)散光束。
盡管透鏡單元241采用單個透鏡單元實現(xiàn)入射光束La的成象以及相干光束Ld1、Ld2、Ld3和Ld4的成象，但是透鏡單元不限于此結(jié)構(gòu)，并且可以采用例如多個透鏡單元。由于構(gòu)成透鏡單元241的透鏡使多個入射光束成象在所需位置處，所以可以應(yīng)用多種形狀。例如，當(dāng)光接收元件52之間設(shè)定較窄間距時，需要使相干光束Ld1、Ld2、Ld3和Ld4之間的間隔逐漸變小。因此，使透鏡單元241的形狀凸向光接收元件52，如圖23中所示。
當(dāng)光源51與光接收元件52之間設(shè)定較短的距離時，使透鏡單元241的形狀凸向靠近光源51，如圖24中所示。
也就是說，透鏡單元241可以根據(jù)光源51和光接收元件52的結(jié)構(gòu)確定光束的成象點。同樣在電路設(shè)計中，可以提供光源51和光接收元件設(shè)置的自由度。另外，通過提供透鏡單元241作為任選單元，可以靈活地處理各種IC規(guī)格。
透鏡單元241并不限于上述形式。例如，透鏡單元241可以集成有復(fù)合棱鏡。
復(fù)合棱鏡通過對入射光束La和相干光束Ld1、Ld2、Ld3和Ld4進行折射來控制光路。復(fù)合棱鏡與透鏡單元241一起實現(xiàn)上述效果。例如，復(fù)合棱鏡可以與透鏡單元241一體模制為一個模制部件。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明并不限于附圖中所示的各實施例，而是可以在不偏離由所附權(quán)利要求給出和限定的本發(fā)明范圍和精神的情況下實施多種改變、替代結(jié)構(gòu)或等同方案。
如上面詳細所述，根據(jù)本發(fā)明，相位板以使其插入在偏振單元和分束單元之間的方式進行疊加。相位板可以將線偏振光轉(zhuǎn)換成圓偏振光，并將該圓偏振光投射在偏振分束單元上。這使得可以自由選擇光束的偏振成分，而無需象傳統(tǒng)技術(shù)中那樣將光源設(shè)置成使得從光源所發(fā)出光束的偏振成分相對于偏振分束單元成大約45度。相應(yīng)地，可以解決在光接收/發(fā)射單元12中必需具有額外空間來設(shè)置部件的問題，從而可以實現(xiàn)更為緊湊的結(jié)構(gòu)。相位板還可以接收從分束薄膜發(fā)出的組合光束，然后將這些組合光束射向上述偏振單元。因此，相應(yīng)偏振單元的偏振方向彼此具有45度的間隔就足夠了，從而可以減少安裝偏振單元時的限制。另外，可以簡化制造工藝并降低制造成本。另外，由于單個相位板既進行對來自光源的光束的轉(zhuǎn)換，也進行對來自分束薄膜的光束的轉(zhuǎn)換，所以尺寸控制更為容易，并且可以實現(xiàn)制造成本的進一步降低。
另外，根據(jù)本發(fā)明，由于部件封裝形成集成結(jié)構(gòu)，所以更容易進行精確的位置調(diào)整，并且也不必需要較大的部件設(shè)置空間。因此，可以實現(xiàn)整個位移探測裝置尺寸和重量的減小。由于部件安裝在相同的殼體部件中，所以可以減小環(huán)境變化以及隨時間流逝所致變化的影響，并且可以將調(diào)節(jié)時的偏差等限制在最低水平。因此，可以提高整個整個裝置的可靠性。
根據(jù)本發(fā)明，由于投射在柵格平面上的光束可以設(shè)定任意束徑，所以可以降低灰塵和刮痕的影響。由于既用于控制向外發(fā)出光束的束徑也用于控制接收光束的束徑的復(fù)合透鏡單元設(shè)置在相同封裝內(nèi)，所以可以提高集成度并簡化制作工藝。因此，可以提高整個裝置的可靠性。
另外，根據(jù)本發(fā)明，由于不必采用具有限制相干長度的特定光源，所以可以采用一般的便宜半導(dǎo)體激光器，從而可以實現(xiàn)成本的顯著降低。通過這種簡單結(jié)構(gòu)，衍射光柵、光接收/發(fā)射單元等可以獲得較大的安裝容差。
另外，根據(jù)本發(fā)明，提供了用于將從光源發(fā)出的光束La以及從分束單元發(fā)出的光束射向預(yù)定成象點的透鏡單元。具有該透鏡單元的位移探測裝置和光接收/發(fā)射復(fù)合單元可以根據(jù)光源和光接收元件的結(jié)構(gòu)確定光束的成象點。同樣在電路設(shè)計中，可以提供光源和光接收元件設(shè)置的自由度。另外，通過提供透鏡單元作為任選單元，可以靈活地處理各種IC規(guī)格。
權(quán)利要求
1.一種光接收/發(fā)射復(fù)合單元，包括光源，用于發(fā)射光束；偏振分束器，用于將從光源發(fā)出的光束分解成具有不同偏振成分的兩束光束，然后將這兩束光束射向一外部光學(xué)系統(tǒng)，并將從該外部光學(xué)系統(tǒng)反射的兩束光束加以組合以產(chǎn)生組合光束；相位板，設(shè)置在光源與偏振分束器之間，用以改變從光源發(fā)出光束的偏振狀態(tài)并將該光束射向偏振分束器；分束裝置，用于將由偏振分束器產(chǎn)生的組合光束分解成多個光束；偏振裝置，用于僅透射所分解組合光束的預(yù)定偏振成分；和光接收裝置，用于對透過偏振裝置的相干光束進行光電轉(zhuǎn)換，從而產(chǎn)生一干涉信號。
2.如權(quán)利要求1所述的光接收/發(fā)射復(fù)合單元，其中所述相位板是1/4波片。
3.如權(quán)利要求1所述的光接收/發(fā)射復(fù)合單元，其中所述相位板設(shè)在分束裝置與偏振裝置之間，并且該相位板改變所分解組合光束的偏振狀態(tài)并將所分解組合光束射向偏振裝置。
4.如權(quán)利要求3所述的光接收/發(fā)射復(fù)合單元，其中所述分束裝置、相位板和偏振裝置依次疊加。
5.如權(quán)利要求2所述的光接收/發(fā)射復(fù)合單元，其中所述偏振裝置分別以45度間隔透射所分解組合光束的偏振成分。
6.一種位移探測裝置，用于根據(jù)干涉信號對具有一衍射光柵的檢測目標沿柵格矢量方向的位移進行探測，該裝置包括光源，用于發(fā)射光束；分束器，用于將從光源發(fā)出的光束分解成兩束光束并發(fā)射這兩束光束；第一透鏡，設(shè)置在光源與分束器之間；反射裝置，用于反射在分束器所發(fā)出兩束光束由衍射光柵加以衍射時所得的兩束首次衍射光束；分束裝置，用于組合在反射裝置所反射首次衍射光束由衍射光柵加以衍射時所得的兩束二次衍射光束，以產(chǎn)生組合光束，然后將該組合光束分解成多個光束；偏振裝置，用于僅透射所分解組合光束的預(yù)定偏振成分；光接收裝置，用于對透過偏振裝置的相干光束進行光電轉(zhuǎn)換從而產(chǎn)生所述干涉信號；和第二透鏡，設(shè)置在偏振裝置與光接收裝置之間。
7.如權(quán)利要求6所述的位移探測裝置，其中所述光源、分束器、第一透鏡、分束裝置、偏振裝置、光接收裝置和第二透鏡設(shè)在相同的封裝中并構(gòu)造成獨立單元。
8.如權(quán)利要求6所述的位移探測裝置，進一步包括一偏振元件，用以改變所述偏振成分，使得由衍射光柵加以衍射的第一衍射光束的偏振方向與由反射裝置加以反射的第一衍射光束的偏振方向互相正交，并與所述反射裝置一體設(shè)置。
9.如權(quán)利要求6所述的位移探測裝置，其中由分束器發(fā)出的兩束光束分別會聚在距離光源的相等長度處。
10.如權(quán)利要求6所述的位移探測裝置，其中所述反射裝置設(shè)置成使得由光接收裝置疊加的兩束二次衍射光束的干涉條紋基本上沒有條紋或者使得干涉信號基本上處于其最大值。
11.如權(quán)利要求6所述的位移探測裝置，其中光源與反射裝置設(shè)置在幾何光學(xué)成象關(guān)系中的大致共軛位置處，并且反射裝置與光接收裝置設(shè)置在幾何光學(xué)成象關(guān)系中的大致共軛位置處。
12.一種光接收/發(fā)射復(fù)合單元，包括光源，用于發(fā)射光束；偏振分束器，用于將從光源發(fā)出的光束分解成具有不同偏振成分的兩束光束，然后將這兩束光束射向一外部光學(xué)系統(tǒng)，并將從該外部光學(xué)系統(tǒng)反射的兩束光束加以組合以產(chǎn)生組合光束；分束裝置，用于將由偏振分束器產(chǎn)生的組合光束分解成多個光束；偏振裝置，用于僅透射所分解組合光束的預(yù)定偏振成分；透鏡單元，用于分別將透過偏振裝置的多個相干光束導(dǎo)引至預(yù)定位置；和光接收裝置，用于對透鏡單元導(dǎo)引的多個相干光束進行光電轉(zhuǎn)換，從而產(chǎn)生一干涉信號。
13.如權(quán)利要求12所述的光接收/發(fā)射復(fù)合單元，其中所述透鏡單元進一步設(shè)置在光源與偏振分束器之間，并改變從光源所發(fā)出光束的傳播方向。
14.如權(quán)利要求12所述的光接收/發(fā)射復(fù)合單元，其中所述透鏡單元對透過偏振裝置的多個相干光束進行成象。
15.如權(quán)利要求12所述的光接收/發(fā)射復(fù)合單元，其中所述透鏡單元構(gòu)造成凸向光接收裝置。
16.如權(quán)利要求12所述的光接收/發(fā)射復(fù)合單元，其中所述透鏡單元導(dǎo)引所述相干光束使得光源與光接收裝置之間的距離短于偏振分束器與分束裝置之間的距離。
17.一種制作光接收/發(fā)射復(fù)合單元的方法，其中光接收/發(fā)射復(fù)合單元中從一光發(fā)射元件發(fā)出并具有由一相位板確定偏振狀態(tài)的光束被分解成兩束光束并射向一外部光學(xué)系統(tǒng)，由該外部光學(xué)系統(tǒng)反射的所發(fā)出光束被彼此組合，并且該組合光束的偏振狀態(tài)由所述相位板加以改變并經(jīng)由一光接收元件加以探測，該方法包括如下步驟依次疊加一個用于將所述組合光束分解成多個光束的分束層、所述相位板、和一個用于僅透射預(yù)定偏振成分的偏振片，從而形成一多層板的步驟；剪切步驟，將所形成的多層板剪切成所述光接收/發(fā)射復(fù)合單元；和聯(lián)接步驟，將用于導(dǎo)引透過偏振片的光束至所述光接收元件的復(fù)合透鏡單元聯(lián)接至所述剪切多層板，并且將含有所述光接收元件和光發(fā)射元件的光接收/發(fā)射單元聯(lián)接至已經(jīng)聯(lián)接的復(fù)合透鏡單元。
18.一種位移探測裝置，用于根據(jù)干涉信號對具有一反射式衍射光柵的檢測目標沿柵格矢量方向的位移進行探測，該裝置包括光源，用于發(fā)射光束；偏振分束器，用于將從光源發(fā)出的光束分解成具有不同偏振成分的兩束光束并發(fā)射這兩束光束；相位板，設(shè)置在光源與偏振分束器之間，用于改變從光源所發(fā)出光束的偏振狀態(tài)并將該光束射向偏振分束器；成象裝置，用于使從分束器發(fā)出的兩束光束成象在衍射光柵的柵格平面上；反射裝置，用于反射在分束器所發(fā)出兩束光束由衍射光柵加以衍射時所得的兩束首次衍射光束；分束裝置，用于組合在反射裝置所反射首次衍射光束由衍射光柵加以衍射時所得的兩束二次衍射光束，以產(chǎn)生組合光束，然后將該組合光束分解成多個光束；偏振裝置，用于僅透射所分解組合光束的預(yù)定偏振成分；和光接收裝置，用于對透過偏振裝置的相干光束進行光電轉(zhuǎn)換，從而產(chǎn)生所述干涉信號。
19.一種位移探測裝置，用于根據(jù)干涉信號對具有一衍射光柵的檢測目標沿柵格矢量方向的位移進行探測，該裝置包括光源，用于發(fā)射光束；偏振分束器，用于將從光源發(fā)出的光束分解成具有不同偏振成分的兩束光束并發(fā)射這兩束光束；反射裝置，用于反射在分束器所發(fā)出兩束光束由衍射光柵加以衍射時所得的兩束首次衍射光束；分束裝置，用于組合在反射裝置所反射首次衍射光束由衍射光柵加以衍射時所得的兩束二次衍射光束，以產(chǎn)生組合光束，然后將該組合光束分解成多個光束；偏振裝置，用于僅透射所分解組合光束的預(yù)定偏振成分；透鏡單元，用于分別將透過偏振裝置的多個相干光束導(dǎo)引至預(yù)定位置；和光接收裝置，用于對透鏡單元導(dǎo)引的多個相干光束進行光電轉(zhuǎn)換，從而產(chǎn)生所述干涉信號。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光接收/發(fā)射復(fù)合單元、其制造方法以及位移探測裝置，其中的位移探測裝置具有良好的時間穩(wěn)定性，并且適于減小尺寸和重量，包括光源，用于發(fā)射光束；偏振分束單元，用于將從光源發(fā)出的光束分解成具有不同偏振成分的兩束光束，將這兩束光束射向一外部光學(xué)系統(tǒng)，并將從該外部光學(xué)系統(tǒng)反射的兩束光束加以組合以產(chǎn)生組合光束；相位板，設(shè)置在光源與偏振分束單元之間，用以改變從光源發(fā)出光束的偏振狀態(tài)并將該光束射向偏振分束單元；分束薄膜，用于將由偏振分束單元產(chǎn)生的組合光束分解成多個光束；偏振單元，用于僅透射所分解組合光束的預(yù)定偏振成分；和光接收元件，用于對透過偏振單元的相干光束進行光電轉(zhuǎn)換，從而產(chǎn)生一干涉信號。
文檔編號G01D5/26GK1453557SQ03128478
公開日2003年11月5日 申請日期2003年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月26日
發(fā)明者田宮英明, 谷口佳代子, 黑田明博, 久米英廣 申請人:索尼精密技術(shù)株式會社