JP2001050709A

JP2001050709A - 位置検出装置

Info

Publication number: JP2001050709A
Application number: JP11224465A
Authority: JP
Inventors: Toru Yaku; 亨夜久
Original assignee: Mitutoyo Corp; Mitsutoyo Kiko Co Ltd
Current assignee: Mitutoyo Corp; Mitsutoyo Kiko Co Ltd
Priority date: 1999-08-06
Filing date: 1999-08-06
Publication date: 2001-02-23

Abstract

(57)【要約】【課題】レーザ光に直交する方向の位置を検出可能な
位置検出装置を提供する。【解決手段】レーザ発振管１０からの水平偏波を第１
の偏光ビームスプリッタ１４により主光路ＭＬから分離
し、第１の交差光路ＣＬ_１に導く。第１の交差光路は、
入射光をこれと同一方向に反射し、ハの字に配置された
回折格子１８，２２を有している。第１の交差光路を通
ったレーザ光は、主光路に沿って受光素子に達する。ま
た、レーザ発振管１０からの垂直偏波を、主光路ＭＬか
ら第２の偏光ビームスプリッタ１６により分離し、第２
の交差光路ＣＬ_２に導く。第２の交差光路は、第１の交
差光路と逆向きのハの字に配置された回折格子２０，２
４を有している。第２の交差光路を通ったレーザ光は主
光路に沿って受光素子に達する。これら二つのレーザ光
の経路長は、移動テーブル１２の移動量によって、別個
の変化をし、これを二つのレーザ光の干渉に基づき検出
し、位置検出ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光波の干渉を用い
て測定対象の位置を測定する位置測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】測定対象までの距離を測定するレーザ干
渉計が一般的に知られている。このレーザ干渉計は、測
定対象に設けられたミラーに照射したレーザ光の反射波
と、固定された基準ミラーからの反射波の干渉に基づ
き、測定対象までの距離を測定する。よって、前記測定
対象のミラーに入射し、また反射するレーザ光の方向に
おける位置が検出される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】レーザ干渉計により２
次元の位置検出は、二つの異なる方向における位置を検
出する二つのレーザ干渉計を用いることで可能となる。
しかし、ミラーの大きさによって測定範囲が限定される
という問題があった。すなわち、第１の方向に関する測
定範囲を広くすると、この測定範囲に対応して第２の方
向測定用のミラーを大型化する必要があるという問題が
あった。さらに、特に限定された空間内、例えば真空槽
内の測定対象の位置を測定する場合、ミラーを大型化す
ると真空槽も大型化する必要が生じるという問題があっ
た。

【０００４】本発明は、前述の問題点を解決するために
なされたものであり、測定対象の、レーザ光の方向以外
の移動を高精度で検出可能な位置検出装置を提供するこ
とを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
めに、本発明に係る位置検出装置は、主光路に沿った光
束を形成する主光束形成手段と、主光束からその一部を
分離し、主光路に交差する方向の交差光路に沿った交差
光束を形成し、交差光束を再度主光路に導く、交差光束
形成手段と、主光路と交差光路を通った光束と、主光路
を通った光束のそれぞれの光路長の差を検出する光路長
差検出手段と、を有している。そして、前記交差光束形
成手段は、測定対象の、回転または主光路に交差する方
向の移動に応じて、交差光路の長さが変化するものであ
り、前記光路長の差に基づき、測定対象の、主光路に対
する角度または主光路に交差する方向の位置を検出す
る。また、本発明に係る他の位置検出装置は、前記位置
検出装置の交差光束形成手段を二つ設け、光路差検出手
段により、主光路と第１の交差光路を通った光束と、主
光路と第２の交差光路を通った光束のそれぞれの光路長
の差を検出し、前記光路長の差に基づき、測定対象の、
主光路に対する角度または主光路に交差する方向の位置
を検出する。この構成によれば、二つの交差光路を設け
たことにより、検出の精度を高めることができる。

【０００６】さらに、具体的には、前記主光束形成手段
は、波長λのレーザ光を発生するレーザ発振管とするこ
とができ、前記各交差光束形成手段は、主光束から交差
光束を分離し、また交差光束を主光路へ導く偏光ビーム
スプリッタと、主光路を挟むように、交差光路上の位置
に配置された二つの反射手段と、前記偏光ビームスプリ
ッタからの出射光が前記反射手段により反射して当該偏
光ビームスプリッタに入射光として入るまでの光路上に
配置され、前記出射光と前記入射光との偏光面が直交す
るように偏光面の変換を行う交差光束偏光面変換手段
と、を有するものとすることができる。そして、前記反
射手段のうち少なくとも一つは格子ピッチＰの回折格子
であり、この回折格子は、当該回折格子の法線と入射光
の方向のなす角θが、

【数２】ｎλ＝２Ｐsinθ （ｎは自然数）となるように配置されるものとすることができる。

【０００７】レーザ発振管から発せられたレーザ光は、
偏光ビームスプリッタにより、直交する２成分ごとの直
線偏波に分けられる。一方が主光路を進み、他方が反射
され交差光路を進む。交差光路を進むレーザ光は、一つ
の反射手段により、入射した方向と同じ方向に反射し、
再び偏光ビームスプリッタに達する。この間に、レーザ
光は偏光ビームスプリッタを通過するように、交差光束
偏光面変換手段により、偏光面の向きが変更される。こ
れにより、偏光ビームスプリッタに再入射するレーザ光
は、偏光ビームスプリッタを通過して、もう一つの反射
手段に向かう。反射手段では、入射するレーザ光を、入
射方向と同じ方向に反射し、反射したレーザ光は、再々
度偏光ビームスプリッタに達する。この間にレーザ光
は、偏光ビームスプリッタにて反射するように、交差光
束偏光面変換手段により偏光面の向きが偏光される。偏
光ビームスプリッタにより反射されたレーザ光は、主光
路に復帰する。反射手段は、少なくとも一つを回折格
子、とすることができ、前記の式を満たすことによっ
て、入射光と同じ方向にレーザ光の一部を反射すること
ができる。回折格子を反射手段とすることで、測定対象
の移動によって、回折格子の傾いた角度θに対応するだ
け交差光路の長さが変化するようになる。

【０００８】さらに、二つの交差光束形成手段を有する
装置の場合、第１の交差光束形成手段の偏光ビームスプ
リッタを主光路に沿って進んだ光束が、第２の交差光束
形成手段の偏光ビームスプリッタにおいては主光路から
分離されるようにする分離光束変更手段を有するものと
することができる。

【０００９】前記各交差光束形成手段の、前記偏光ビー
ムスプリッタは測定対象と一体に移動し、前記二つの反
射装置の距離は一定であるようにすることができる。

【００１０】さらに、前記各交差光束形成手段の、前記
偏光ビームスプリッタと前記二つの反射装置は、測定対
象と一体に移動するものとすることができる。

【００１１】さらに、前記各交差光束形成手段の、前記
二つの反射板は、双方とも回折格子とすることができ
る。これにより、測定対象の位置の変化の検出精度を高
めることができる。

【００１２】さらに、前記主光路は直線とし、前記各交
差光路は主光路に対し直交するものとすることができ
る。

【００１３】さらに、前記各交差光束形成手段の二つの
回折格子は、偏光ビームスプリッタに対して対象に、ハ
の字形に配置されるものとすることができる。

【００１４】さらに、交差光束形成手段を二つ有する装
置において、二つの交差光束形成手段に属する回折格子
の組は、そのハの字の向きが異なるよう配置することが
できる。この配置によれば、測定対象の平行移動に係る
位置検出が可能となる。

【００１５】また、交差光束形成手段を二つ有する装置
において、二つの交差光束形成手段に属する回折格子の
組は、そのハの字の向きが同じになるよう配置すること
ができる。この配置によれば、測定対象の主光路に対す
る角度位置の検出が可能となる。

【００１６】さらに、前記交差光束偏光面変換手段は、
１／４波長板とすることができる。

【００１７】さらに、前記分離光束変更手段は、二つの
偏光ビームスプリッタの間に配置される１／２波長板と
することができる。

【００１８】また、前記分離光束変更手段は、第１およ
び第２の交差光束形成手段に属する、分離する光束の偏
光面が異なる二つの偏光ビームスプリッタとすることが
できる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態（以下
実施形態という）を、図面に従って説明する。図１に
は、本実施形態の位置検出装置の主要構成が示されてい
る。レーザ発振管１０は、位置測定の対象となる移動テ
ーブル１２に向けてレーザ光を発射する。移動テーブル
１２は、図における上下方向に移動可能となっている。
移動テーブル１２上には、２個の偏光ビームスプリッタ
１４，１６、４個の回折格子１８，２０，２２，２４、
４個の１／４波長板２６，２８，３０，３２、２個の偏
光スプリッタの間には、１／２波長板３４が配置されて
いる。移動テーブル１２上の光学素子を通過したレーザ
光は、偏光板３６を通過後、受光素子３８に入射する。

【００２０】レーザ光は、第１の偏光スプリッタ１４に
よって、直交する２成分の一方がそのまま直進し、他方
が入射方向と直角をなす方向に反射される。反射された
レーザ光は、１／４波長板２６を通過し、回折格子１８
により反射される。回折格子１８は、図示するように、
入射光に対し所定の傾きを持って配置されている。回折
格子１８の反射光のうち、入射光の方向と同一の方向に
向かったものは、再び１／４波長板２６を通過し、偏光
ビームスプリッタ１４に入射する。このときは、前記１
／４波長板２６の機能により、レーザ光は偏光ビームス
プリッタ１４を通過し、反対側にある１／４波長板３０
を通過し、回折格子２２により反射される。回折格子２
２は、図示するように、回折格子１８に偏光ビームスプ
リッタ１４を挟んで、対称となるように配置されてい
る。回折格子２２の反射光のうち、入射光と同一方向に
向かったものは、再び１／４波長板を通過し偏光ビーム
スプリッタ１４に入射する。このとき、１／４波長板３
０の機能によりレーザ光は偏光ビームスプリッタ１４に
より反射され、最初に偏光ビームスプリッタ１４を通過
したレーザ光と共に１／２波長板３４に向かう。

【００２１】１／２波長板３４を通過したレーザ光は、
第２の偏光ビームスプリッタ１６に入射し、ここで再
び、直交する２成分に分離される。このとき、第１の偏
光ビームスプリッタ１４を通過したレーザ光が反射さ
れ、一方、第１の偏光ビームスプリッタ１４で反射した
ものは、ここを通過する。第２の偏光ビームスプリッタ
１６により反射されたレーザ光は、第１の偏光ビームス
プリッタ１４により反射されたレーザ光と同様に、二つ
の１／４波長板２８，３２と二つの回折格子２０，２４
により再び第２の偏光ビームスプリッタ１６に入射され
る。そして、偏光ビームスプリッタ１６を通過したレー
ザ光と共に、偏光板３６を通過し、さらに受光素子３８
により受光される。受光素子は、受光したレーザ光の強
度に従って増減する電気信号を出力する。

【００２２】以下の説明では、前記レーザ発振管１０か
ら二つの偏光ビームスプリッタ１４，１６を通過して受
光素子３８に向かうレーザ光の経路を主光路ＭＬ、これ
に交差する光路を交差光路ＣＬと記す。なお、第１およ
び第２の偏光ビームスプリッタ１４，１６により形成さ
れる交差光路を区別する場合には、第１および第２の交
差光路ＣＬ_１，ＣＬ_２と記す。

【００２３】図２は、第１の交差光路ＣＬ_１を通過する
レーザ光（第１の交差光束）に関する説明図である。レ
ーザ発振管１０は、直交する偏光面を有するレーザ光を
出射する。それぞれのレーザ光を、以下水平偏波および
垂直偏波のレーザ光と記す。第１の偏光ビームスプリッ
タ１４は、垂直偏波を通過させ、水平偏波を反射するも
のである。垂直偏波のレーザ光は、図中破線で示すよう
に、主光路ＭＬに沿って第１の偏光ビームスプリッタ１
４を通過する。一方、水平偏波のレーザ光は、分割面
で、主光路ＭＬに直交する方向（図中上方）に反射す
る。分割されたレーザ光は、１／４波長板２６に達し、
これにより円偏波のレーザ光に変換され、さらに回折格
子１８に到達する。

【００２４】回折格子１８は、図３に示す、入射するレ
ーザ光の方向と回折格子１８の法線とがなす角（回折
角）θと、格子ピッチＰと、レーザ光の波長λが、

【数３】ｎλ＝２Ｐsinθ （ｎは自然数）・・・（１）の関係を満たすように配置されている。この関係が満た
される場合、入射の方向に回折光が出射される。

【００２５】回折格子１８によって、反射したレーザ光
は、再び１／４波長板２６を通過し、円偏波から垂直偏
波に変換される。垂直偏波となったレーザ光は、第１の
偏光ビームスプリッタに入射し、今度は、これを通過す
る。さらに反対側の１／４波長板３０に到達し、ここで
円偏波に変換され、回折格子２２に反射される。回折格
子２２も、前述の回折格子１８と同様に、式（１）を満
たすように配置されている。反射したレーザ光は、１／
４波長板３０により水平偏波に変換される。レーザ光
は、第１の偏光ビームスプリッタ１４に達し、ここで反
射され、最初に第１の偏光ビームスプリッタ１４を通過
した垂直偏波と共に、主光路ＭＬに沿って進む。主光路
ＭＬ上には、１／２波長板が配置され、水平偏波を垂直
偏波に、垂直偏波を水平偏波に変換する。

【００２６】図４は、第２の交差光路ＣＬ_２を通過する
レーザ光（第２の交差光束）に関する説明図である。１
／２波長板を通過した水平および垂直偏波のレーザ光
は、第２の偏光ビームスプリッタ１６に達する。第２の
偏光ビームスプリッタ１６は、第１の偏光ビームスプリ
ッタ１４と同様、垂直偏波を通過させ、水平偏波を反射
するものである。二つの偏光ビームスプリッタ１４，１
６の間には、前述のように、１／２波長板３４が配置さ
れており、偏光面が９０°変換されるので、第１の偏光
ビームスプリッタ１４を通過したレーザ光は、今度は、
第２の偏光ビームスプリッタ１６により反射される。逆
に、第１の偏光ビームスプリッタ１４で反射され、第１
の交差光路ＣＬ_１を経由したレーザ光は、第２の偏光ビ
ームスプリッタ１６を通過する。第２の偏光ビームスプ
リッタ１６で反射されたレーザ光は、１／４波長板２
８、回折格子２０、１／４波長板３２および回折格子２
４の各光学素子を経由して再び偏光ビームスプリッタ１
６に到達する。この第２の交差光路ＣＬ_２を通過するレ
ーザ光は、前述した第１の交差光路ＣＬ_１と同様に偏光
面の変換が行われる。また、回折格子２０，２４は、前
記式（１）を満たすように配置されている。また、４個
の回折格子は、図示するように、回折格子１８，２２
と、回折格子２０，２４がそれぞれハの字形に配置さ
れ、さらにこれらの組がハの字の間隔の狭い側が向き合
うように配置されている。

【００２７】以上のように、第１の交差光路ＣＬ_１と主
光路ＭＬを通過するレーザ光（第１の光束）と、第２の
交差光路ＣＬ_２と主光路ＭＬを通過するレーザ光（第２
の光束）は異なる経路を通る。図においては、第１の光
束は実線で示され、第２の光束は破線で示されている。
これらのレーザ光は、それぞれの振動面に対し４５°偏
光方向が傾いた偏光板３６に達する。ここで、二つのレ
ーザ光の光路長の差によって干渉光が生じ、この干渉光
を受光素子３８が受光し、干渉信号が出力される。

【００２８】図５は、図１に示された移動テーブル１２
が、図中上方向にδＬだけ移動した状態を示している。
また、図示する場合は、前述の回折角θが４５°であ
り、二つの偏光ビームスプリッタ１４，１６の分割面が
主光路ＭＬに対し４５°傾いている場合である。移動テ
ーブル１２が移動することによって、主光路ＭＬが二つ
の偏光ビームスプリッタ１４，１６を横切る位置が変わ
る。これに伴い、第１の交差光路ＣＬ_１の光路長が、回
折格子１８，２２のハの字配置によって長くなる。一
方、第２の交差光路ＣＬ_２の光路長は、逆のハの字配置
となっているために短くなる。各回折格子１８，２０，
２２，２４は、各交差光路ＣＬ_１，ＣＬ_２に対して４５
°傾いているので、一つの回折格子当たり光路長は、移
動量δＬと等しい長さだけ変化する。したがって、第１
の光束と第２の光束の光路長の差は４×δＬだけ変化す
る。この光路長の変化に伴う受光素子３８の受信信号か
ら、移動テーブル１２の主光路ＭＬに直交する方向の移
動量を検出することができる。

【００２９】図６には、真空槽４０内の移動テーブル１
２の位置を測定する装置の概略構成が示されている。移
動テーブル１２は、図１などに示される移動テーブル１
２と同様の光学素子が載置されており、各光学素子の説
明は省略する。移動テーブル１２は、真空槽４０の長手
方向（Ｘ軸）およびＸ軸に直交する方向（Ｙ軸）に移動
可能となっている。移動テーブル１２上の各光学素子
は、ＸＹ平面に沿って配置されている。レーザ発振管１
０からのレーザ光は、ミラー４２，４４により真空槽４
０のガラス製の入射窓４６に導かれ、Ｘ軸に沿って移動
テーブル１２上の偏光ビームスプリッタに達する。そし
て、移動テーブル上の各光学素子により形成される交差
光路を通過し、再びＸ軸に沿って、出射窓４８から真空
槽４０を出る。真空槽４０を出たレーザ光の干渉光が受
光素子３８に受光される。前述のように、移動テーブル
１２のＹ軸方向の動きに伴って、受光素子３８の出力が
変化するので、この出力に基づき、移動テーブル１２の
Ｙ軸方向の位置を検出することができる。

【００３０】一方、Ｘ軸方向の位置は、従来より広く用
いられているレーザ干渉計５０により測定することがで
きる。レーザ干渉計５０は、レーザ発振管５２からのレ
ーザ光を偏光ビームスプリッタ５４で分離し、一方を参
照ミラー５６に向け、他方を測定対象ミラー５８に向け
る。測定対象ミラー５８は、移動テーブル１２に固定さ
れている。参照ミラー５６および測定対象ミラー５８か
ら反射して戻ってきたレーザ光は、偏光ビームスプリッ
タ５４により合成される。移動テーブル１２、すなわち
測定対象ミラー５８のＸ軸方向の移動により光路長が変
化し、これにより生じる干渉を受光素子６０により検出
する。受光素子６０の出力する干渉信号に基づき、移動
テーブル１２のＸ軸方向の位置を検出することができ
る。

【００３１】図６に示す装置によれば、Ｘ軸に沿った光
軸のみで、真空槽４０のＸ軸、Ｙ軸に関する位置を検出
することができる。

【００３２】図７には、窓が一つだけ設けられた真空槽
６２内の移動テーブル１２の位置を測定する装置の概略
構成が示されている。移動テーブル１２、レーザ干渉計
５０などの構成は、図６の場合と同様の構成であり、そ
の他同一の構成についても図６と同一の符号を付し、そ
の説明を省略する。

【００３３】レーザ発振管１０からのレーザ光は、入出
射窓６４より入射し、移動テーブル１２の各光学素子に
より形成される交差光路を通過して、入出射窓６４と反
対側にあるミラー６６に達し、さらにミラー６８，７
０，７２に導かれて入出射窓６４から出射する。さら
に、ミラー７４，７６により受光素子３８まで導かれ
る。この受光素子３８の出力に基づき移動テーブル１２
のＹ軸方向の位置が検出できる。Ｘ軸方向の位置検出
は、レーザ干渉計５０により、図６の場合と全く同様に
行うことができる。

【００３４】図８は、他の実施形態を示す図である。こ
の実施形態の位置検出装置は、移動テーブル１１２の回
転を検出するものである。移動テーブル１１２は、前述
の実施形態の移動テーブル１１２と、第２の交差光路Ｃ
Ｌ_２を形成する回折格子の配置が異なる。本実施形態の
回折格子１２０，１２４は、偏光ビームスプリッタ１６
を挟んで、ハの字型に配置されるが、その向きが前述の
実施形態の場合と異なっている。すなわち、第１の交差
光路ＣＬ_１を形成するための回折格子１８，２２のハの
字と同じ向きに回折格子１２０，１２４のハの字が向い
ている。この配置の場合、前述の実施形態のように主光
路ＭＬに直交する方向の移動は、検出することができな
いが、移動テーブル１１２の各光学素子が配置される面
内での回転に伴う角度位置を検出することができる。

【００３５】図９には、交差光路を形成する手段とし
て、前述の回折格子１８とミラー２２２を組み合わせた
場合が記載されている。図１などに示されている構成と
同様のものについては同一の符号を付し、その説明を省
略する。ミラー２２２は交差光路ＣＬ_１に直角に配置さ
れ、偏光ビームスプリッタ１４からの入射光を同一の方
向に反射する。この構成において、ミラー２２２は、測
定対象の移動に伴う光路差の変化には関与しない。この
ような交差光路を図１または図８に示されるように２組
設けることができる。また、ミラー２２２は、移動テー
ブル１２上に配置せず、移動テーブル１２の主光路方向
の移動範囲に、主光路に平行に長いミラー２２２を配置
することもできる。

【００３６】前述の実施形態においては、交差光路を二
つ設けた装置について説明したが、交差光路を一つ有す
る装置とすることもできる。例えば、図１に示す実施形
態において、移動テーブル１２上の交差光路ＣＬ_１を形
成するための各光学素子を残し、１／２波長板３４と交
差光路ＣＬ_２を形成するための各光学素子を取り除けば
前記の装置を得ることができる。また、図９に示すよう
な、回折格子とミラーを組み合わせて交差光路を形成す
る場合においても交差光路を一つとすることも可能であ
る。

【００３７】また、二つの交差光路を設けた場合に、第
１の交差経路を通らなかったレーザ光を第２の交差経路
に導くための手段としては、図１などに示される１／２
波長板の他、２種類の偏光ビームスプリッタを用いるこ
ともできる。すなわち、第１の偏光ビームスプリッタは
水平偏波を反射するものとし、第２の偏光ビームスプリ
ッタは、垂直偏波を反射するものとすることができる。
この場合には、１／２波長板は不要となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態の位置検出装置の概略構成を示す
図である。

【図２】交差光束形成の説明図である。

【図３】回折格子による反射の説明図である。

【図４】交差光束形成の説明図である。

【図５】位置測定の原理の説明図である。

【図６】本実施形態の位置検出装置の適用例の概略構
成を示す図である。

【図７】本実施形態の位置検出装置を他の適用例の概
略構成を示す図である。

【図８】他の実施形態の装置の概略構成を示す図であ
る。

【図９】さらに他の実施形態の説明図である。

【符号の説明】

１０レーザ発振管、１２移動テーブル、１４，１６
偏光ビームスプリッタ（交差光束形成手段）、１８，
２０，２２，２４，１２０，１２４回折格子（交差光
束形成手段、反射手段）、２６，２８，３０，３２１
／４波長板（交差光束形成手段、交差光束偏光面変換手
段）、３４１／２波長板（分離光束偏光手段）、３６
偏光板、３８受光素子、２２２ミラー（交差光束
形成手段、反射手段）、ＭＬ主光路、ＣＬ_１，ＣＬ_２
交差光路。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】主光路に沿った光束を形成する主光束形
成手段と、主光束からその一部を分離し、主光路に交差する方向の
交差光路に沿った交差光束を形成し、交差光束を再度主
光路に導く、交差光束形成手段と、主光路と交差光路を通った光束と、主光路を通った光束
のそれぞれの光路長の差を検出する光路長差検出手段
と、を有し、交差光束形成手段は、測定対象の、回転または主光路に
交差する方向の移動に応じて、交差光路の長さが変化す
るものであり、前記光路長の差に基づき、測定対象の、主光路に対する
角度または主光路に交差する方向の位置を検出する、位
置検出装置。
【請求項２】主光路に沿った光束を形成する主光束形
成手段と、主光束からその一部を分離し、主光路に交差する方向の
第１の交差光路に沿った交差光束を形成し、当該交差光
束を再度主光路に導く、第１の交差光束形成手段と、主光束からその一部を分離し、主光路に交差する方向の
第２の交差光路に沿った交差光束を形成し、当該交差光
束を再度主光路に導き、第２の交差光束形成手段と、主光路と第１の交差光路を通った光束と、主光路と第２
の交差光路を通った光束のそれぞれの光路長の差を検出
する光路長差検出手段と、を有し、第１および第２の交差光束形成手段は、測定対象の、回
転または主光路に交差する方向の移動に応じて、第１お
よび第２の交差光路の長さが各々別個の変化をするもの
であり、前記光路長の差に基づき、測定対象の、主光路に対する
角度または主光路に交差する方向の位置を検出する、位
置検出装置。
【請求項３】請求項１または請求項２に記載の位置検
出装置であって、前記主光束形成手段は、波長λのレーザ光を発生するレ
ーザ発振管であり、前記各交差光束形成手段は、主光束から交差光束を分離し、また交差光束を主光路へ
導く偏光ビームスプリッタと、主光路を挟むように、交差光路上の位置に配置された二
つの反射手段と、前記偏光ビームスプリッタからの出射光が前記反射手段
により反射して当該偏光ビームスプリッタに入射光とし
て入るまでの光路上に配置され、前記出射光と前記入射
光との偏光面が直交するように偏光面の変換を行う交差
光束偏光面変換手段と、を有し、さらに、前記反射手段のうち少なくとも一つは格子ピッ
チＰの回折格子であり、前記回折格子は、当該回折格子の法線と入射光の方向のなす角θが、【数１】ｎλ＝２Ｐsinθ （ｎは自然数）となるように配置される、位置検出装置。
【請求項４】請求項２に従属する請求項３に記載の位
置検出装置であって、第１の交差光束形成手段の偏光ビームスプリッタを主光
路に沿って進んだ光束が、第２の交差光束形成手段の偏
光ビームスプリッタにおいては主光路から分離されるよ
うにする分離光束変更手段を有する、位置検出装置。
【請求項５】請求項３または４に記載の位置検出装置
であって、前記各交差光束形成手段の、少なくとも前記
偏光ビームスプリッタは測定対象と一体に移動し、前記
二つの反射装置の距離は一定である、位置検出装置。
【請求項６】請求項５に記載の位置検出装置であっ
て、前記各交差光束形成手段の、前記偏光ビームスプリ
ッタと前記二つの反射装置は、測定対象と一体に移動す
る、位置検出装置。
【請求項７】請求項３から６のいずれかに記載の位置
検出装置であって、前記各交差光束形成手段の、前記二
つの反射板は、双方とも回折格子である、位置検出装
置。
【請求項８】請求項７に記載の位置検出装置であっ
て、前記主光路は直線であり、前記各交差路は前記主光
路に直交する、位置検出装置。
【請求項９】請求項８に記載の位置検出装置であっ
て、前記各交差光束形成手段の二つの回折格子は、偏光
ビームスプリッタに対して対象に、ハの字形に配置され
る、位置検出装置。
【請求項１０】請求項９に記載の位置検出装置であっ
て、交差光束形成手段を二つ有する装置において、二つ
の交差光束形成手段に属する回折格子の組は、そのハの
字の向きが異なるよう配置されている、位置検出装置。
【請求項１１】請求項９に記載の位置検出装置であっ
て、交差光束形成手段を二つ有する装置において、二つ
の交差光束形成手段に属する回折格子の組は、そのハの
字の向きが同じになるよう配置されている、位置検出装
置。
【請求項１２】請求項３から１１のいずれかに記載の
位置検出装置であって、前記交差光束偏光面変換手段
は、１／４波長板である、位置検出装置。
【請求項１３】請求項４に記載の位置検出装置であっ
て、前記分離光束変更手段は、二つの偏光ビームスプリ
ッタの間に配置される１／２波長板である、位置検出装
置。
【請求項１４】請求項４に記載の位置検出装置であっ
て、前記分離光束変更手段は、第１および第２の交差光
束形成手段に属する、分離する光束の偏光面が異なる二
つの偏光ビームスプリッタである、位置検出装置。