本发明专利技术提供位移检测装置、位移测量装置和固定点检测装置能够高精确度地检测固定点或测量位移。该位移检测装置包括用于发射光束的光源，提高从光源发射的光束的消光比至不小于２０ｄＢ的消光比转换单元，用于聚焦具有通过消光比转换单元的光束的聚焦透镜，传送通过聚焦透镜聚焦的光束的偏振保持型光纤，安装到测量目标的衍射光栅，从而被辐射并衍射通过光纤传送的光束；接收被衍射光栅衍射的光束的光接收单元，使其偏振轴与光纤的光轴或垂直正交该光轴的轴一致，使具有通过消光比转换装置提高至不小于２０ｄＢ的消光比的通过聚焦透镜聚焦的光束进入光纤，通过接收衍射光束的量的水平，该光接收单元适于检测测量目标的位移。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及通过检测由衍射光栅衍射的衍射光检测位移的位移检测装置，通过采用由衍射光栅衍射的衍射光的干涉测量位移量的位移测量装置，以及通过衍射光检测固定点的固定点检测装置。
技术介绍
已知设计成利用光的干涉检测安装到活动标尺上的衍射光栅的位置位移的光栅干涉仪。现在，通过参照附图的图1在下面描述位移检测装置。图1示意性描述包括透过型衍射光栅的位移检测装置。如图1中所示，位移检测装置包括相干光源部分90、第一透镜91、第一偏振光束分离器(PBS)92、第一四分之一波片93、反射棱镜94、第二四分之一波片95、第二透镜96、光束分离器(BS)97、第二PBS98、第一光电变换器99、第二光电变换器100、第三四分之一波片101、第三PBS102、第三光电变换器103、第四光电变换器104、第一差动放大器105、第二差动放大器106和步进信号发生器107(incremental signal generator)，并且所述位移检测装置适于读出设置于标尺108之上的透过型衍射光栅。相干光源90发射光至第一透镜91。第一透镜91会聚入射光，以产生合适的光束，并将它发射至第一PBS92。第一PBS92将进入它的光束分成分别具有S-偏振分量和P-偏振分量的两个光束。S-偏振光束是由撞击分界面的光和通过光分界面反射的光形成的偏振分量，并且其适于在垂直于入射平面的方向上振荡。P-偏振光束是适于在相对于入射平面水平的方向上振荡的偏振分量。通过第一PBS92反射具有S-偏振分量的光束，而将具有P-偏振分量的光束透过第一PBS92。如果来自相干光源部分90的光束是线性偏振光，则在它撞击第一PBS92之前它的偏振方向以45°倾斜。由于该设置，使具有S-偏振分量的光束的强度和具有P-偏振分量的光束的强度彼此相等。使通过第一PBS92反射的具有S-偏振分量的光束撞击记录在标尺108上的衍射光栅的点P，而使透过第一PBS92的具有P-偏振分量的光束撞击衍射光栅的撞击点Q。它们在相应方向上的衍射通过下面的公式表示sinθ1+sinθ2＝n·λ/Λ，其中θ1表示相对于标尺108的入射角度，并且θ2表示从标尺108的衍射角度，同时Λ表示光栅的节距(宽度)，并且λ和n分别表示光的波长和衍射程度。如果在点P处的入射角度和衍射角度分别是θ1p和θ2p，同时在点Q处的入射角度和衍射角度分别是θ1q和θ2q，则调节图1的已知的位移检测装置，以实现θ1p＝θ2p＝θ1q＝θ2q。衍射程度在点P和点Q处是相同的。使在点P处衍射的光束(S-偏振分量)通过第一四分之一波片93，并通过反射棱镜94垂直地反射，并返回至点P，从而被衍射光栅衍射。同时，由于第一四分之一波片93的光轴相对于入射光的偏振方向以45°倾斜，因而返回至点P的光束具有P-偏振分量。另一方面，使在点Q处衍射的光束(P-偏振分量)通过第二四分之一波片95，并通过反射棱镜94垂直地反射，并返回至点Q，从而被衍射光栅衍射。同时，由于第二四分之一波片95的光轴相对于入射光的偏振方向以45°倾斜，因而返回至点Q的光束具有S-偏振分量。在点P和Q处再次被衍射的光束然后返回至第一PBS92。由于从点P返回的光束具有P-偏振分量，因而它透过第一PBS92。另一方面，由于从点Q返回的光束具有S-偏振分量，因而它被第一PBS92反射。因此，使返回至点P和点Q的光束在第一PBS92处彼此重叠，并通过第二透镜96被会聚成合适的光束，该光束然后进入BS97。BS97将进入的光束分成两束，使一束进入第二PBS98，同时另一束进入第三四分之一波片101。需要指出，相对于入射光的偏振方向以45°倾斜第二PBS98和第三四分之一波片101。将进入第二PBS98的光束分成具有S-偏振分量的光束和具有P-偏振分量的光束，使具有S-偏振分量的光束进入第一光电变换器99，同时使具有P-偏振分量的光束进入第二光电变换器100。在第一光电变换器99和第二光电变换器100处获得干涉信号Acos(4Kx+δ)。在Acos(4Kx+δ)中，K等于2π/Λ，而x表示移动量，同时δ表示初相位。需要指出，在第一光电变换器99处获得的信号和在第二光电变换器100处获得的信号表现出180°的相位差。在进入第三四分之一波片101的光束中，在相对方向上圆形偏振具有P-偏振分量的光束和具有S-偏振分量的光束，并使其彼此重叠，以产生线性偏振光束，然后进入第三PBS102。将进入第三PBS102的光束分成具有S-偏振分量的光束和具有P-偏振分量的光束，使具有S-偏振分量的光束进入第三光电变换器103，同时使具有P-偏振分量的光束进入第四光电变换器104。因为衍射光栅在x方向上移动Λ/2，进入第三PBS102的线性偏振光束的偏振方向进行完整的回转。因此，如同第一光电变换器99和第二光电变换器100，第三光电变换器103和第四光电变换器104产生Acos(4Kx+δ’)的干涉信号。需要指出，在第三光电变换器103处获得的信号和在第四光电变换器104处获得的信号表现出180°的相位差。相对于第二PBS98以45°倾斜第三PBS102。因此在第三光电变换器103和第四光电变换器104处获得的信号相对于在第一光电变换器99和第二光电变换器100处获得的信号表现出90°的相位差。第一差动放大器105差动放大来自第一光电变换器99和第二光电变换器100的电信号输入，并将通过消去干涉信号的DC(直流)分量获得的信号输出至步进信号发生器107。类似地，第二差动放大器106差动放大来自第三光电变换器103和第四光电变换器104的电信号输入，并将通过消去干涉信号的DC(直流)分量获得的信号输出至步进信号发生器107。附图的图2示意性描述了由本专利申请的申请人在下面列出的专利文献1，日本专利申请未审查公开4-324316号(Jpn.Pat.Appln.Laid-OpenPublication No.4-324316)中公开的一种已知的固定点检测装置。该固定点检测装置包括固定部分110和在测量方向(X方向)上可移动的可移动部分130，固定部分110包括光学系统111和检测系统121，同时可移动部分130包括基片131和在基片131的上表面上设置的两个体积类型的全息衍射光栅132、133。光学系统111包括典型为用于输出激光束的半导体激光器的光源112、准直透镜113和聚焦透镜114。检测系统121具有光接收装置122、123和电处理电路129。附图的图3示意性描述了已知的固定点检测装置的全息衍射光栅132、133。利用透过/体积型全息图形成全息衍射光栅132、133。全息衍射光栅132、133在下文中也可被简单称为全息图。如图3中所示，使每个全息衍射光栅132、133的栅格间距或栅格节距d在测量方向上顺序改变。分别限定全息衍射光栅132、133的栅格间距或栅格节距d的分布平面142、143相对于全息衍射光栅132、133的上表面倾斜，并且倾斜角度顺序和连续地在测量方向上改变。因此，因为通过全息衍射光栅132、133衍射入射光，所以衍射效率在测量方向上连续改变。附图的图4是图2的固定点检测装置的主体部分的示意性描述。如图4所示，在基片131的上表面131A上的横向方向上并排本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种位移检测装置，其包括：用于发射光束的光源；用于提高从该光源发射的光束的消光比至不小于２０ｄＢ的消光比转换装置；用于聚焦具有通过该消光比转换装置提高至不小于２０ｄＢ的消光比的光束的聚焦透镜；用于传送通过该聚 焦透镜聚焦的光束的偏振保持型光纤；安装到测量目标的衍射光栅，从而被辐射并衍射通过该光纤传送的光束；以及用于接收被该衍射光栅衍射的光束的光接收装置；其中使具有通过该消光比转换装置提高至不小于２０ｄＢ的消光比的通过该聚焦 透镜聚焦的光束进入该光纤，使其偏振轴与该光纤的光轴或垂直正交该光轴的轴一致；通过接收该衍射光束的量的水平，该光接收装置适于检测该测量目标的位移。
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：田宫英明，
申请(专利权)人：索尼株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]
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