JP6335495B2

JP6335495B2 - 変位センサ

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Publication number: JP6335495B2
Application number: JP2013253871A
Authority: JP
Inventors: 裕正古田
Original assignee: Panasonic Industrial Devices SUNX Co Ltd
Current assignee: Panasonic Industrial Devices SUNX Co Ltd
Priority date: 2013-12-09
Filing date: 2013-12-09
Publication date: 2018-05-30
Anticipated expiration: 2033-12-09
Also published as: TWI507657B; EP3081898A1; TW201522901A; WO2015087575A1; JP2015114109A; US20160370176A1; EP3081898A4; CN205808344U

Description

光学式変位センサに関する。

従来から、非接触で被測定対象物の変位を測定する変位センサとして、光学式変位センサが用いられている（特許文献１参照）。この変位センサは、投光部から出射された光束を被測定対象物に出射し、被測定対象物から反射された光束を受光部で受光する構成において、被測定対象物に出射される光束の投光光軸と、被測定対象物から反射される光束の受光光軸が同軸上に配置されている。そして、投光部から被測定対象物に至る光路長、および、被測定対象物から受光部に至る光路長を連続的に変化させることで変化する受光部の出射信号をもとに、被測定対象物までの距離についての情報を取得する。

特開２００３−２４０５０９号公報

しかし、従来の構成では、投光側の光束と受光側の光束とを分岐する分岐部材として、ハーフミラーが用いられていた。分岐部材としてハーフミラーを用いると、投光部から出射された光束をハーフミラーを用いて投光光軸に導く際に、光量が半減してしまう。また、被測定対象物から反射された光束をハーフミラーを用いて受光部に導く際に、光量が半減してしまう。そのため、受光部で受光される光量が減少してしまう問題が生じていた。

本明細書では、受光部で受光される光量の減少を抑制することが可能な技術を開示する。

本明細書によって開示される変位センサは、第１偏光状態の検出光を出射する投光部と、入射される光を第１偏光状態を有する光と第２偏光状態を有する光に分岐して出射する性質を有し、前記投光部から入射される第１偏光状態の検出光を通過させる第１分岐部材と、前記第１分岐部材から入射された第１偏光状態の検出光を第３偏光状態の検出光に回転させる第１偏光回転部材と、前記第１偏光回転部材から被測定対象物に至る光路中に配置され、光軸方向に対して垂直に配置された反射部材と、入射される光を第３偏光状態を有する光と第４偏光状態を有する光に分岐して出射する性質を有し、前記第１偏光回転部材から入射された第３偏光状態の検出光を通過させて前記反射部材へと導くとともに、前記反射部材で反射された検出光を被測定対象物へと導き、かつ、被測定対象物で反射された反射検出光を、当該被測定対象物へ検出光を導いた光路を逆方向に導く第２分岐部材と、前記第２分岐部材から入射された反射検出光を前記第１偏光回転部材及び前記第１分岐部材を介して受光する受光部と、前記第２分岐部材から前記反射部材に至る光路中に配置された第２偏光回転部材と、検出光の焦点位置を光軸方向に移動させる移動制御部と、前記受光部の受光量から光軸方向における被測定対象物の位置を決定する位置決定部と、を備え、前記第２偏光回転部材は、前記第２分岐部材から入射された第３偏光状態の検出光を第４偏光状態の検出光に回転させて前記第２分岐部材に戻し、前記第２偏光回転部材から入射された第４偏光状態の検出光は、前記第２分岐部材を通過して被測定対象物へと導かれ、第４偏光状態の反射検出光として前記第２分岐部材を通過して再び前記反射部材に出射され、前記第２偏光回転部材は、更に、前記第２分岐部材から入射された第４偏光状態の検出光を第３偏光状態の検出光に回転させて前記第２分岐部材に戻し、前記第２偏光回転部材から入射された第３偏光状態の反射検出光は、前記第２分岐部材を通過して前記第１偏光回転部材へと出射され、前記第１偏光回転部材は、前記第２偏光回転部材から入射された第３偏光状態の検出光を第２偏光状態の検出光に回転させ、前記第１分岐部材は、前記第１偏光回転部材から入射される第２偏光状態の検出光を通過させて前記受光部へと導く。

この変位センサでは、第１偏光回転部材と第２偏光回転部材とを有する。第１偏光回転部材は、第１分岐部材から入射された第１偏光状態の検出光を第２偏光状態の反射検出光として第１分岐部材に入射させる。第２偏光回転部材は、第２分岐部材から反射部材に入射された第３偏光状態の検出光を第４偏光状態の検出光として第２分岐部材に入射させ、第４偏光状態の反射検出光を第３偏光状態の反射検出光として第２分岐部材に入射させる。つまり、第１偏光回転部材及び第２偏光回転部材は、第１分岐部材及び第２分岐部材の出射光の偏光状態と異なる偏光状態の入射光を戻すことから、第１分岐部材及び第２分岐部材は、出射光と入射光とを偏光を用いて分岐することができる。

さらに、これらの分岐部材では、入射光の偏光状態が、第１分岐部材では第１偏光状態及び第２偏光状態に設定され、第２分岐部材では第３偏光状態及び第４偏光状態に設定されている。そのため、分岐部材への入射光は分岐することなく通過し、分岐部材への入射光が分岐部材を通過する際に分岐される場合に比べて、分岐により受光部に受光される光量が減らない分だけ、分岐部材による光量の減少を抑制することができる。

また、上記の変位センサでは、前記反射部材は、薄板状のミラー部と、前記ミラー部をその表面に垂直な方向に移動可能に支持するベース部とを具備する可変焦点ミラーであり、前記移動制御部は、前記可変焦点ミラーに電圧を印加することで前記ベース部に対して前記ミラー部の位置を光軸方向に移動させて前記ミラー部の曲率を変化させ、検出光の焦点位置を光軸方向に移動させる構成としても良い。

この変位センサでは、反射部材が可変焦点ミラーである。可変焦点ミラーは、それ自体が集光レンズまたは拡散レンズとしての役割を果たすことから、可変焦点ミラーと別に集光レンズまたは拡散レンズを配置する場合に比べて、装置の製造コストを削減することができる。

本発明によれば、受光部で受光される光量の減少を抑制することができる。

変位センサの概略的な構成図焦点位置の拡大図検出光の偏光状態を説明する図反射検出光の偏光状態を説明する図その他の実施形態の変位センサの概略的な構成図その他の実施形態の変位センサの概略的な構成図

＜実施形態＞
一実施形態を、図１から図３を用いて説明する。
１．変位センサ１０の構成
図１に示すように、変位センサ１０は、検出光を出射するファイバ１１と、被測定対象物Ｗで反射された反射検出光を受光するためのフォトダイオード３１と、ファイバ１１からの検出光を収束させて被測定対象物Ｗに出射させるとともに、被測定対象物Ｗからの反射検出光を収束させてフォトダイオード３１に出射させる光学部材群２１と、検出光の焦点位置を光軸方向に移動させるための移動制御部４５と、ＣＰＵ５１とを主体として構成される。ファイバ１１は投光部の一例であり、フォトダイオード３１は受光部の一例であり、ＣＰＵ５１は位置決定部の一例である。

変位センサ１０は、同軸合焦系、すなわち、被測定対象物Ｗに出射される検出光の光軸と、被測定対象物Ｗで反射された反射検出光の光軸が同一の光軸Ｃ１上に配置され、かつ、検出光の焦点が被測定対象物Ｗ上に生じた場合（以下、合焦時と呼ぶ）に、フォトダイオード３１の受光量が最大となるような光学系を形成し、合焦時における検出光の焦点位置から被測定対象物Ｗの光軸Ｃ１方向における位置を決定することができる。

光学部材群２１は、コリメータレンズ２２、偏光ビームスプリッタ２３、２５、ファラデーローテータ２４、１／４波長板２６、可変焦点ミラー２７、及び、焦点レンズ２９等の複数の光学部材から構成される。偏光ビームスプリッタ２３、２５は、入射される光をＰ偏光とＳ偏光に分岐し、Ｐ偏光を透過しＳ偏光を反射させる。偏光ビームスプリッタ２３は第１分岐部材の一例であり、偏光ビームスプリッタ２５は第２分岐部材の一例である。また、フォトダイオード３１前方にはピンホール３０Ａを有する光絞り部３０が配置されている。

ＣＰＵ５１から光源１２に向けて光源制御信号Ｓａが送られると、光源１２が点灯し、光源１２に接続されたファイバ１１から直線偏光の検出光が出射される。すると、検出光はコリメータレンズ２２で平行光に変換された後、偏光ビームスプリッタ２３に入射される。図２に示すように、偏光ビームスプリッタ２３は、ファイバ１１からの検出光が偏光ビームスプリッタ２３のＰ偏光と一致するように配置されており、検出光は分岐することなく偏光ビームスプリッタ２３を透過してファラデーローテータ２４に入射される。偏光ビームスプリッタ２３のＰ偏光は第１偏光状態の一例であり、図２、図３においてＰ１と示す。偏光ビームスプリッタ２３のＳ偏光は第２偏光状態の一例であり、図２、図３においてＳ１と示す。る。また、ファラデーローテータ２４は第１偏光回転部材の一例である。

ファラデーローテータ２４は、通過する検出光を、直線偏光のまま、その偏光角度を４５°回転させる。そのため、偏光ビームスプリッタ２５に入射される検出光の偏光角度は、偏光ビームスプリッタ２３のＰ偏光とＳ偏光の中間角度となる。その一方、偏光ビームスプリッタ２５は、ファラデーローテータ２４からの検出光が偏光ビームスプリッタ２５のＳ偏光と一致するように配置されており、検出光は分岐することなく偏光ビームスプリッタ２５で反射されて１／４波長板２６に入射される。偏光ビームスプリッタ２５のＳ偏光は第３偏光状態の一例であり、図２〜図４においてＳ２と示す。偏光ビームスプリッタ２５のＰ偏光は第４偏光状態の一例であり、図２〜図４においてＰ２と示す。

１／４波長板２６は、偏光ビームスプリッタ２５から可変焦点ミラー２７に至る光路中に設けられている。１／４波長板２６は、検出光の波長に対する１／４波長板であり、偏光ビームスプリッタ２５で反射された検出光が可変焦点ミラー２７の反射面Ｒｅで反射して偏光ビームスプリッタ２５に戻った際に、検出光の偏光角度を９０°回転させる。これにより、１／４波長板２６から戻った検出光の偏光角度が偏光ビームスプリッタ２５のＰ偏光と一致し、検出光は分岐することなく偏光ビームスプリッタ２５を透過する。検出光は、上側に凸状の可変焦点ミラー２７の反射面Ｒｅで反射されることで集光されて被測定対象物Ｗに出射される。１／４波長板２６は第２偏光回転部材の一例である。

被測定対象物Ｗからの反射検出光は、偏光ビームスプリッタ２５に入射される。偏光ビームスプリッタ２５は、反射検出光を、被測定対象物Ｗへ検出光を導いた光路を逆方向に導く。図３に示すように、偏光ビームスプリッタ２５に入射される際の反射検出光の偏光角度は、被測定対象物Ｗに出射される検出光の偏光角度、つまり、偏光ビームスプリッタ２５のＰ偏光に維持されており、偏光ビームスプリッタ２５は、偏光ビームスプリッタ２５のＰ偏光を有する反射検出光を分岐することなく透過させ、１／４波長板２６に入射する。

１／４波長板２６は、検出光の場合と同様に、偏光ビームスプリッタ２５を通過した反射検出光が可変焦点ミラー２７の反射面Ｒｅで反射して偏光ビームスプリッタ２５に戻った際に、検出光の偏光角度を９０°回転させる。これにより、１／４波長板２６から戻った反射検出光が偏光ビームスプリッタ２５のＳ偏光となり、反射検出光は分岐することなく偏光ビームスプリッタ２５で反射されてファラデーローテータ２４に入射される。この際、反射検出光は、可変焦点ミラー２７の反射面Ｒｅで反射されることで平行光に変換され、ファラデーローテータ２４に入射される。

ファラデーローテータ２４は、検出光の場合と同様に、通過する反射検出光を、直線偏光のまま、その偏光角度を４５°回転させる。これにより、偏光ビームスプリッタ２３に入射される反射検出光の偏光角度は、偏光ビームスプリッタ２３のＳ偏光と一致する。つまり、ファラデーローテータ２４は、検出光と反射検出光とが通過することで、偏光角度を９０°回転させ、偏光ビームスプリッタ２３のＰ偏光を有する検出光を、偏光ビームスプリッタ２３のＳ偏光を有する反射検出光に変更する。

そのため、反射検出光は分岐することなく偏光ビームスプリッタ２３で反射されて焦点レンズ２９で収束（集光）される。そして、反射検出光は、光絞り部３０のピンホール３０Ａを通過し、フォトダイオード３１へ入射されて受光される。フォトダイオード３１で受光された反射検出光は、フォトダイオード３１内で光電変換された後、その受光量に応じた受光信号ＳｂとしてＣＰＵ５１に出力される。

可変焦点ミラー２７は、薄板状のミラー部２７Ａと、ミラー部２７Ａをその表面に垂直な方向に移動可能に支持するベース部２７Ｂとを具備し、偏光ビームスプリッタ２３から被測定対象物Ｗに至る光路中に設けられている。ミラー部２７Ａは、光軸Ｃ１方向に対して垂直に配置され、下面に反射面Ｒｅを有する。ベース部２７Ｂには図示されない固定電極が設けられており、移動制御部４５は、ミラー部２７Ａ及び固定電極に電気的に接続されている。可変焦点ミラー２７は反射部材の一例である。

移動制御部４５は、ＣＰＵ５１から制御信号Ｓｃが送られると、ミラー部２７Ａと固定電極との間に所定周波数のパルス電圧または交流電圧を供給する。これにより、ミラー部２７Ａと固定電極との間に静電気力が作用し、ミラー部２７Ａの中央部はベース部２７Ｂに対して光軸Ｃ１方向に移動する。ミラー部２７Ａの中央部の移動量は、パルス電圧または交流電圧の所定周波数によって変化し、ミラー部２７Ａは、ベース部２７Ｂに対して当該所定周波数で振動する。これにより、ミラー部２７Ａの曲率が所定周波数で変化する。

ミラー部２７Ａの曲率が変化すると、検出光の焦点位置が変化する。図１に破線で示すように、ミラー部２７Ａが光軸Ｃ１方向において被測定対象物Ｗから離間する向きに移動すると、光軸Ｃ１方向において可変焦点ミラー２７に近接する向きに検出光の焦点位置が移動する（図１Ｂ参照）。また、図１に二点鎖線で示すように、ミラー部２７Ａが光軸Ｃ１方向において被測定対象物Ｗに近接する向きに移動すると、光軸Ｃ１方向において可変焦点ミラー２７から離間する向きに検出光の焦点位置が変化する（図１Ｂ参照）。

ＣＰＵ５１は、位置検出部４１を用いてミラー部２７Ａの中央部の位置、つまり、ミラー部２７Ａの曲率を検出する。位置検出部４１は、レーザダイオード４２とフォトダイオード４３とレーザ駆動制御回路４４とを具備し、三角測定方式で可変焦点ミラー２７のミラー部２７Ａの位置を検出する。ＣＰＵ５１からレーザ駆動制御回路４４に発光信号Ｓｄが送られると、レーザダイオード４２はレーザ駆動制御回路４４から駆動電流が流され、レーザダイオード４２からレーザ光が出射される。レーザ光は、ミラー部２７Ａの反射面Ｒｅの裏面に入射されて反射し、フォトダイオード４３へ入射されて受光される。フォトダイオード４３で受光された反射検出光は、フォトダイオード４３内で光電変換された後、その受光量に応じた受光信号ＳｅとしてＣＰＵ５１に出力される。受光信号Ｓｅは位置信号の一例である。

ＣＰＵ５１は、受光信号Ｓｂが最大となる合焦時における受光信号Ｓｂから、ミラー部２７Ａの曲率を検出し、検出光の焦点位置を求める。合焦時には、検出光の焦点位置に被測定対象物Ｗが存在することから、被測定対象物Ｗの光軸Ｃ１方向における位置を決定することができる。

２．本実施形態の効果
（１）本実施形態の変位センサ１０は、ファラデーローテータ２４を有する。ファラデーローテータ２４は、偏光ビームスプリッタ２３から入射された偏光ビームスプリッタ２３のＰ偏光を有する検出光を偏光ビームスプリッタ２３のＳ偏光を有する反射検出光として偏光ビームスプリッタ２３に入射する。つまり、ファラデーローテータ２４は、偏光ビームスプリッタ２３から出射された検出光と異なる偏光角度の反射検出光を戻すことから、検出光と反射検出光とを分岐する光学部材として、偏光により分岐する偏光ビームスプリッタを使用することができる。

（２）更に、本実施形態の変位センサ１０では、偏光ビームスプリッタ２５に入射される検出光の偏光角度が、ファラデーローテータ２４等によって、偏光ビームスプリッタ２５のＰ偏光またはＳ偏光に設定されている。そのため、偏光ビームスプリッタ２５へ入射された検出光および反射検出光は分岐することなく通過（透過及び反射）する。従って、偏光ビームスプリッタ２５を通過する際に検出光および反射検出光が分岐される場合に比べて、分岐により受光部に受光される光量が減らない分だけ、分岐部材による光量の減少を抑制することができる。

（３）本実施形態の変位センサ１０は、１／４波長板２６を有する。１／４波長板２６は、偏光ビームスプリッタ２５から可変焦点ミラー２７に至る光路中に設けられており、偏光ビームスプリッタ２５から入射された偏光ビームスプリッタ２５のＳ偏光を有する検出光を偏光ビームスプリッタ２５のＰ偏光を有する検出光として偏光ビームスプリッタ２５に入射する。また、偏光ビームスプリッタ２５から入射された偏光ビームスプリッタ２５のＰ偏光を有する反射検出光を偏光ビームスプリッタ２５のＳ偏光を有する反射検出光として偏光ビームスプリッタ２５に入射する。つまり、１／４波長板２６は、偏光ビームスプリッタ２５から出射された出射光と異なる偏光角度の入射光を戻すことから、出射光と入射光とを分岐する光学部材として、偏光により分岐する偏光ビームスプリッタを使用することができる。

（４）更に、本実施形態の変位センサ１０では、偏光ビームスプリッタ２５に入射される検出光の偏光角度が、１／４波長板２６等によって、偏光ビームスプリッタ２５のＰ偏光またはＳ偏光に設定されている。そのため、偏光ビームスプリッタ２５へ入射された検出光および反射検出光は分岐することなく通過（透過及び反射）する。従って、偏光ビームスプリッタ２５を通過する際に検出光および反射検出光が分岐される場合に比べて、分岐により受光部に受光される光量が減らない分だけ、分岐部材による光量の減少を抑制することができる。

（５）本実施形態の変位センサ１０は、可変焦点ミラー２７を有する。可変焦点ミラー２７は、それ自体が集光レンズとしての役割を果たすことから、可変焦点ミラー２７と別に集光レンズを配置する場合に比べて、装置の製造コストを削減することができる。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような種々の態様も本発明の技術的範囲に含まれる。
（１）上記実施形態では、ファラデーローテータ２４からの検出光が偏光ビームスプリッタ２５のＳ偏光と一致するように配置されており、偏光ビームスプリッタ２５を介して可変焦点ミラー２７と被測定対象物Ｗが対向して配置される例を用いて説明を行ったが、これに限られない。例えば、ファラデーローテータ２４からの検出光が偏光ビームスプリッタ２３のＰ偏光と一致するように配置されている場合には、図４に示すように、偏光ビームスプリッタ２５を介して可変焦点ミラー２７とファラデーローテータ２４が対向して配置されてもよい。

（２）同様に、偏光ビームスプリッタ２３に対するファイバ１１とフォトダイオード３１の位置も、上記実施形態に限られない。例えば、ファイバ１１からの検出光が偏光ビームスプリッタ２３のＳ偏光と一致するように配置されている場合には、図１に示すファイバ１１とフォトダイオード３１の位置が逆転して配置されてもよい。

（３）上記実施形態では、コリメータレンズ２２を検出光の光路中のファイバ１１と偏光ビームスプリッタ２３との間に配置する例を用いて説明を行ったが、これに限られない。例えば、コリメータレンズ２２は、偏光ビームスプリッタ２３とファラデーローテータ２４の間に配置されてもよい。この場合、コリメータレンズ２２は反射検出光を集光する役割を果たすことができることから、コリメータレンズ２２とは別に焦点レンズ２９を配置する必要がない。

（４）上記実施形態では、検出光を集光する際に、可変焦点ミラー２７のみを用いて集光する例を用いて説明を行ったが、これに限られない。例えば、図５に示すように、検出光の光路中の偏光ビームスプリッタ２５と被測定対象物Ｗとの間に偏光ビームスプリッタ２５側から対物レンズ２８と拡散レンズ３２とがこの順に配置されていても良い。尚、この場合、可変焦点ミラー２７のミラー部２７Ａは、上側に凸状だけでなく、下側に凸状となって、拡散レンズとして機能してもよい。検出光の光路中の偏光ビームスプリッタ２５と被測定対象物Ｗとの間に対物レンズ２８と拡散レンズ３２とが配置されていると、これらのレンズ２８、３２が配置されていない場合に比べて、検出光のスポット径を小さくすることができ、被測定対象物Ｗの表面に形成された模様に影響されることなく、被測定対象物Ｗの光軸Ｃ１方向における位置を決定することができる。また、拡散レンズ３２をなくして、対物レンズ２８のみを配置してもよい。

（５）上記実施形態では、反射検出光を受光する際に、光絞り部３０のピンホール３０Ａを通過し、フォトダイオード３１へ入射された反射検出光を受光する例を用いて説明を行ったが、これに限られない。例えば、受光用の光ファイバをピンホール３０Ａの位置に設置して、これらの代わりとしても良い。受光用の光ファイバを用いることで、受光素子を被測定対象物Ｗから遠ざけることが可能となりヘッドの小型化が実現されるとともに、耐ノイズ対策ともなり、被測定対象物Ｗの光軸Ｃ１方向における位置を精度よく決定することができる。

（６）上記実施形態では、検出光を出射するものとしてファイバ１１を用いて説明を行ったが、これに限られない。例えば、レーザダイオード、発光ダイオード等が用いられてもよい。但し、ファイバ１１は、レーザダイオード４２に比べて検出光の広がり角が略一定の値に安定しているので、光学部材群２１の選定や配置を決定する光学設計が容易となる。また、ファイバ１１は、それ自体が発光しないため、レーザダイオード４２のように、それ自体が発光するものに比べて、光学部材群２１の温度上昇が抑制され、光学部材群２１の温度上昇による検出精度の悪化を抑制することができる。

（７）上記実施形態では、可変焦点ミラー２７のミラー部２７Ａの位置を検出する位置検出部４１として、光学式変位センサであって三角測定方式で位置を検出する例を用いて説明を行ったが、これに限られない。例えば、合焦系の光学式変位センサで可変焦点ミラー２７のミラー部２７Ａの位置を検出してもよい。

（８）また、可変焦点ミラー２７のミラー部２７Ａの位置を検出するものは、光学式変位センサに限られない。可変焦点ミラー２７のミラー部２７Ａが、移動制御部４５から供給される所定周波数のパルス電圧または交流電圧によって変位している場合には、パルス電圧の立ち上がりまたは立下りタイミング、または、交流電圧の位相から可変焦点ミラー２７のミラー部２７Ａの位置を検出してもよい。

（９）上記実施形態では、可変焦点ミラー２７及び移動制御部４５により検出光の焦点位置を光軸Ｃ１方向に移動させる例を用いて説明を行ったが、これに限られない。例えば、従来技術にあるように、曲率が一定の平面反射ミラーと中間レンズを配置し、当該ミラーと中間レンズとの間の距離を変化させて検出光の焦点位置を移動させてよく、ミラーと中間レンズとの間の距離を変化させ手段として、音叉を用いて中間レンズを振動させてもよい、但し、音叉を用いて中間レンズを振動させる場合、焦点位置が光軸Ｃ１方向に対して回動することから、検出光の集光性が悪化する。そのため、上記問題が生じず、更には、中間レンズを必要としない可変焦点ミラー２７を用いることが好ましい。

（１０）上記実施形態では、「分岐手段」として偏光ビームスプリッタを用いて説明を行ったが、これに限られない。例えば、偏光ホログラム、直線偏光板等が用いられてもよい。

（１１）上記実施形態では、「第２偏光回転部材」として１／４波長板を用いて説明を行ったが、これに限られない。例えば、ファラデーローテータが用いられてもよい。

１０：変位センサ、１１：ファイバ、１２：光源、２３：偏光ビームスプリッタ、２４：ファラデーローテータ、２５：偏光ビームスプリッタ、２６：１／４波長板、２７：可変焦点ミラー、２７Ａ：ミラー部、２７Ｂ：ベース部、３１：フォトダイオード、４１：位置検出部、４５：移動制御部、５１：ＣＰＵ、Ｗ：被測定対象物

Claims

第１偏光状態の検出光を出射する投光部と、
入射される光を第１偏光状態を有する光と第２偏光状態を有する光に分岐して出射する性質を有し、前記投光部から入射される第１偏光状態の検出光を通過させる第１分岐部材と、
前記第１分岐部材から入射された第１偏光状態の検出光を第３偏光状態の検出光に回転させるファラデーローテータと、
前記ファラデーローテータから被測定対象物に至る光路中に配置され、光軸方向に対して垂直に配置された反射部材と、
入射される光を第３偏光状態を有する光と第４偏光状態を有する光に分岐して出射する性質を有し、前記ファラデーローテータから入射された第３偏光状態の検出光を通過させて前記反射部材へと導くとともに、前記反射部材で反射された検出光を被測定対象物へと導き、かつ、被測定対象物で反射された反射検出光を、当該被測定対象物へ検出光を導いた光路を逆方向に導く第２分岐部材と、
前記第２分岐部材から入射された反射検出光を前記ファラデーローテータ及び前記第１分岐部材を介して受光する受光部と、
前記第２分岐部材から前記反射部材に至る光路中に配置された第２偏光回転部材と、
検出光の焦点位置を光軸方向に移動させる移動制御部と、
前記受光部の受光量から光軸方向における被測定対象物の位置を決定する位置決定部と、
を備え、
前記第２偏光回転部材は、前記第２分岐部材から入射された第３偏光状態の検出光を第４偏光状態の検出光に回転させて前記第２分岐部材に戻し、前記第２偏光回転部材から入射された第４偏光状態の検出光は、前記第２分岐部材を通過して被測定対象物へと導かれ、第４偏光状態の反射検出光として前記第２分岐部材を通過して再び前記反射部材に出射され、
前記第２偏光回転部材は、更に、前記第２分岐部材から入射された第４偏光状態の検出光を第３偏光状態の検出光に回転させて前記第２分岐部材に戻し、前記第２偏光回転部材から入射された第３偏光状態の反射検出光は、前記第２分岐部材を通過して前記ファラデーローテータへと出射され、
前記ファラデーローテータは、前記第２偏光回転部材から入射された第３偏光状態の検出光を第２偏光状態の検出光に回転させ、
前記第１分岐部材は、前記ファラデーローテータから入射される第２偏光状態の検出光を通過させて前記受光部へと導く構成であり、前記ファラデーローテータから前記第２分岐部材に入射された前記第３偏向状態の検出光が前記第２分岐部材を通過するように光軸周りの角度が設定されている、変位センサ。
請求項１記載の変位センサであって、
前記反射部材は、薄板状のミラー部と、前記ミラー部をその表面に垂直な方向に移動可能に支持するベース部とを具備する可変焦点ミラーであり、
前記移動制御部は、前記可変焦点ミラーに電圧を印加することで前記ベース部に対して前記ミラー部の位置を光軸方向に移動させて前記ミラー部の曲率を変化させ、検出光の焦点位置を光軸方向に移動させる、変位センサ。