JP7112311B2

JP7112311B2 - Displacement measuring device

Info

Publication number: JP7112311B2
Application number: JP2018200238A
Authority: JP
Inventors: 潤岩下; 大地田島; 穣児安西
Original assignee: Suruga Seiki Co Ltd
Current assignee: Suruga Seiki Co Ltd
Priority date: 2018-10-24
Filing date: 2018-10-24
Publication date: 2022-08-03
Anticipated expiration: 2038-10-24
Also published as: JP2020067372A

Description

本発明は、精密機器等の測定対象に生じる変位を光学的手法によって計測する変位計測装置に関する。 The present invention relates to a displacement measuring device that optically measures displacement occurring in a measurement object such as a precision instrument.

測定対象に生じる変位を計測する装置として、レーザ干渉計やオートコリメータのように光学的な手法を用いて変位を計測する装置が知られている。この種の計測装置としては、例えば測定対象の表面に配置された反射型の１次元回折格子と、その回折格子からの０次反射光を受光する第１センサと、第１センサを挟むように配置されて回折格子からの１次反射光を受光する第２センサ及び第３センサとを備え、測定対象に対する測定光の入射方向と直交する直交２軸のそれぞれの軸周りの角度変位を第１センサによって検出し、測定光の入射方向と平行な軸周りの角度変位を第２及び第３センサによって検出する装置が提案されている（特許文献１参照）。測定対象上の１次元回折格子からの０次反射光を受光する第１センサと、１次反射光を受光する第２センサとを備え、第１センサを用いて測定光の入射方向と直交する直交２軸のそれぞれの軸周りの角度変位を検出し、第２センサを用いて測定光の入射方向と平行な軸周りの角度変位を検出する変位計測装置も提案されている（特許文献２参照）。 2. Description of the Related Art A device that measures displacement using an optical technique, such as a laser interferometer or an autocollimator, is known as a device that measures displacement occurring in an object to be measured. This type of measuring device includes, for example, a reflective one-dimensional diffraction grating arranged on the surface of the object to be measured, a first sensor for receiving the 0th-order reflected light from the diffraction grating, and a sensor with the first sensor interposed therebetween. A second sensor and a third sensor are arranged to receive the first-order reflected light from the diffraction grating, and the angular displacement around each of two orthogonal axes perpendicular to the direction of incidence of the measurement light on the object to be measured is measured by the first sensor. A device has been proposed in which a sensor detects an angular displacement about an axis parallel to the incident direction of measurement light using second and third sensors (see Patent Document 1). A first sensor for receiving 0th-order reflected light from a one-dimensional diffraction grating on a measurement object and a second sensor for receiving 1st-order reflected light are provided. A displacement measurement device has also been proposed that detects angular displacement around each of two orthogonal axes and uses a second sensor to detect angular displacement around an axis parallel to the incident direction of the measurement light (see Patent Document 2). ).

特開２００７－２１８８４２号公報JP 2007-218842 A 特開２０１６－１０９４５７号公報JP 2016-109457 A

上述した変位計測装置は、直交３軸のそれぞれの軸周りの角度変位を検出することを目的として構成されており、軸方向の変位（以下、軸変位と呼ぶことがある。）を計測する仕組みを有しない。そこで、本発明は角度変位とともに軸変位をも計測することが可能な変位計測装置を提供することを目的とする。 The displacement measuring device described above is configured for the purpose of detecting angular displacement around each of three orthogonal axes, and a mechanism for measuring displacement in the axial direction (hereinafter sometimes referred to as axial displacement) does not have SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a displacement measuring apparatus capable of measuring axial displacement as well as angular displacement.

本発明の一態様に係る変位計測装置は、測定対象に設けられ、スポット状に絞られた反射部及び前記反射部に重ねて配置された１次元回折格子を有するミラーと、前記ミラーに対して前記反射部よりも広い照射範囲を有する測定光を前記反射部が前記照射範囲に含まれるようにして照射する照射手段と、前記反射部からの０次反射光を第１光束と第２光束とに分光する分光手段と、前記第１光束を受光し、受光位置に応じた信号を出力する第１センサと、前記第２光束を受光し、受光位置に応じた信号を出力する第２センサと、前記反射部からの１次反射光を受光し、受光位置に応じた信号を出力する第３センサと、前記ミラーに対する前記測定光の照射方向と直交する面内にて互いに直交する方向に第１軸及び第２軸を、前記第１軸及び前記第２軸の両者と直交する方向に第３軸をそれぞれ取ったと仮定したときに、前記第１センサが出力する信号に基づいて前記測定対象の前記第１軸及び前記第２軸のそれぞれの軸周りの角度変位を検出し、前記第２センサが出力する信号に基づいて前記測定対象の前記第１軸の方向及び前記第２軸の方向における軸変位を検出し、前記第３センサが出力する信号に基づいて前記測定対象の前記第３軸の周りの角度変位を検出する変位検出手段と、を備えたものである。 A displacement measuring apparatus according to an aspect of the present invention includes a mirror provided on a measurement target and having a spot-shaped reflecting portion and a one-dimensional diffraction grating superimposed on the reflecting portion; irradiating means for irradiating measurement light having an irradiation range wider than that of the reflecting section so that the reflecting section is included in the irradiation range; a first sensor that receives the first beam and outputs a signal corresponding to the light receiving position; and a second sensor that receives the second beam and outputs a signal corresponding to the light receiving position. , a third sensor that receives the primary reflected light from the reflecting portion and outputs a signal corresponding to the light receiving position; Assuming that the first axis and the second axis are the third axis in the direction orthogonal to both the first axis and the second axis, the measurement object is measured based on the signal output by the first sensor. Detect angular displacement around each of the first axis and the second axis of the measurement object, and based on the signal output by the second sensor, the direction of the first axis and the direction of the second axis of the measurement object displacement detection means for detecting an axial displacement in the measuring object and detecting an angular displacement about the third axis of the measurement target based on a signal output by the third sensor.

本発明の一形態に係る変位計測装置の要部を示す図。The figure which shows the principal part of the displacement measuring device which concerns on one form of this invention. 図１の変位計測装置に用いられるミラー及びその周囲の拡大図。FIG. 2 is an enlarged view of a mirror and its surroundings used in the displacement measuring device of FIG. 1;

以下、図面を参照して本発明の一形態に係る変位計測装置を説明する。図１に示すように、一形態に係る変位計測装置１は、測定対象２に対して照射される第１測定光１０１の照射方向（入射方向）を基準として、その照射方向と直交する面内で互いに直交する方向に第１軸及び第２軸の一例としてのＸ軸及びＹ軸を、Ｘ軸及びＹ軸の両者に直交する方向に第３軸の一例としてのＺ軸を取ったときの各軸の方向に沿った測定対象２の軸変位δｘ、δｙ、δｚと、各軸周りの変位θｘ、θｙ、θｚを計測するように構成されている。測定対象２の表面２ａは、軸方向の変位及び軸周りの角度変位のいずれも生じていない初期状態にあるときにＸ軸及びＹ軸方向と平行でかつＺ軸方向と直交する。なお、図１においてＹ軸の方向は紙面と直交する方向である。以下では、Ｘ軸及びＹ軸と平行な仮想的な平面をＸ－Ｙ平面、Ｘ軸及びＺ軸と平行な仮想的な平面をＸ－Ｚ平面、といったように、各軸の方向に沿った平面を特定することがある。測定対象２は、一例としてカメラのオートフォーカス機構を駆動するアクチュエータである。ただし、測定対象２はこれに限らず、精密機器その他の製品、又はそれらの製品に実装される各種の物品が測定対象に選択されてよい。 A displacement measuring device according to one embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. As shown in FIG. 1 , the displacement measuring device 1 according to one embodiment uses the irradiation direction (incident direction) of the first measurement light 101 that irradiates the measurement object 2 as a reference. When taking the X-axis and Y-axis as an example of the first axis and the second axis in the directions orthogonal to each other, and the Z-axis as an example of the third axis in the direction orthogonal to both the X-axis and the Y-axis It is configured to measure axial displacements .delta.x, .delta.y, .delta.z of the measuring object 2 along the directions of the respective axes and displacements .theta.x, .theta.y, .theta.z around the respective axes. The surface 2a of the measurement object 2 is parallel to the X-axis and Y-axis directions and orthogonal to the Z-axis direction in the initial state in which neither axial displacement nor angular displacement around the axis occurs. Note that the direction of the Y-axis in FIG. 1 is a direction perpendicular to the plane of the paper. In the following, a virtual plane parallel to the X-axis and the Y-axis is the XY plane, and a virtual plane parallel to the X-axis and the Z-axis is the XZ plane. A plane may be specified. The object 2 to be measured is, for example, an actuator that drives an autofocus mechanism of a camera. However, the measurement target 2 is not limited to this, and precision instruments and other products, or various articles mounted on those products may be selected as the measurement target.

上述した変位の計測を可能とするため、変位計測装置１は、測定対象２の表面２ａに配置されるミラー３と、そのミラー３に対してＺ軸方向から第１測定光１０１を照射する照射手段の一例としての第１照射部１０と、Ｚ軸方向に対して斜めに傾いた方向からミラー３に対して第２測定光１０２を照射する側方照射手段の一例としての第２照射部２０とを備えている。第１測定光１０１は、Ｘ軸及びＹ軸に関する軸方向の軸変位δｘ、δｙ、並びにＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に関する軸周りの角度変位θｘ、θｙ、θｚを計測するために照射される。第２測定光１０２は、Ｚ軸方向の軸変位δｚを計測するために照射される。第２測定光１０２はＺ軸に対してＸ軸方向に傾けられている。つまり、第２測定光１０２はＸ－Ｚ平面に沿ってＺ軸から斜めに傾くようにしてミラー３に照射される。 In order to enable measurement of the displacement described above, the displacement measuring device 1 includes a mirror 3 arranged on the surface 2a of the measurement target 2, and an irradiation device for irradiating the mirror 3 with the first measurement light 101 from the Z-axis direction. A first irradiation unit 10 as an example of means, and a second irradiation unit 20 as an example of side irradiation means for irradiating the mirror 3 with the second measurement light 102 from a direction oblique to the Z-axis direction. and The first measurement light 101 is emitted to measure axial displacements δx, δy about the X-axis and the Y-axis, and angular displacements θx, θy, θz about the X-, Y-, and Z-axes. . The second measurement light 102 is emitted to measure the axial displacement δz in the Z-axis direction. The second measurement beam 102 is tilted in the X-axis direction with respect to the Z-axis. That is, the second measurement light 102 is irradiated onto the mirror 3 along the XZ plane so as to be inclined from the Z axis.

図２に詳しく示すように、ミラー３は、ミラー本体３Ａにマスク３Ｂを接着等によって固定したアッセンブリ部品として構成されている。マスク３Ｂは、その中央部を貫通するピンホール部３ｂを備えている。したがって、ミラー３に照射された測定光１０１、１０２はピンホール部３ｂの範囲に限って反射する。それにより、ピンホール部３ｂはスポット状に絞られた反射部を生じさせる手段の一例として機能する。反射部は、スポット状に絞られる限りにおいて、ピンホール部３ｂに限らず、例えば反射率を高めたマークその他の光学的手段によって形成されてよい。ミラー本体３Ａのマスク３Ｂが重ね合わされる上面には１次元回折格子（以下、回折格子と略称することがある。）３ｂが設けられている。回折格子３ａは、直線状の格子状パターン（例えば凹凸）が一定方向に繰り返し形成された周知の光学素子である。回折格子３ａの格子状パターンの並び方向は、一例としてＹ軸方向に設定されている。回折格子３ａとマスク３Ｂのピンホール部３ｂとは相互に重なり合い、回折格子３ａにおける格子状パターンのピッチはピンホール部３ｂの内径よりも十分に小さい。それによりピンホール部３ｂへの入射光は回折格子３ａの回折作用の影響を受ける。 As shown in detail in FIG. 2, the mirror 3 is constructed as an assembly part in which a mask 3B is fixed to a mirror body 3A by adhesion or the like. The mask 3B has a pinhole portion 3b passing through its central portion. Therefore, the measuring beams 101 and 102 applied to the mirror 3 are reflected only within the range of the pinhole portion 3b. As a result, the pinhole portion 3b functions as an example of means for producing a focused spot-shaped reflecting portion. The reflecting portion is not limited to the pinhole portion 3b as long as it is converged into a spot shape, and may be formed by, for example, a mark with high reflectance or other optical means. A one-dimensional diffraction grating (hereinafter sometimes referred to as a diffraction grating) 3b is provided on the upper surface of the mirror body 3A on which the mask 3B is superimposed. The diffraction grating 3a is a well-known optical element in which a linear grid pattern (for example, unevenness) is repeatedly formed in a certain direction. As an example, the direction in which the grating pattern of the diffraction grating 3a is arranged is set in the Y-axis direction. The diffraction grating 3a and the pinhole portion 3b of the mask 3B overlap each other, and the pitch of the grating pattern in the diffraction grating 3a is sufficiently smaller than the inner diameter of the pinhole portion 3b. As a result, the incident light to the pinhole portion 3b is affected by the diffraction action of the diffraction grating 3a.

図１に戻って、第１照射部１０は、光源１１と、コリメートレンズ１２とを備えている。光源１１は一例としてレーザダイオードである。ただし、レーザダイオード以外の光源が用いられてもよい。光源１１はその光軸をＸ軸方向に向けた状態で配置されている。コリメートレンズ１２は、光源１１から射出される照明光を円形断面を有する平行光束に整形することにより第１測定光１０１を生じさせる。コリメートレンズ１２から出射した第１測定光１０１は第１ハーフミラー５にてＺ軸方向に反射してミラー３に導かれる。第１測定光１０１のビーム径はミラー３のピンホール部３ｂの内径よりも十分に大きい。したがって、ミラー３に対する第１測定光１０１の照射範囲はピンホール部３ｂよりも広い。測定対象２が初期状態にあるとき、第１測定光１０１の光軸ＡＸ１はピンホール部３ｂの中心線と一致する。換言すれば、ミラー３はそのピンホール部３ｂの中心線が初期状態において第１測定光１０１の光軸ＡＸ１と一致するように配置される。測定対象２に生じ得るＸ軸方向の軸変位δｘ、及びＹ軸方向の軸変位δｙの最大値を予想し、それらの最大値の変位が生じてもピンホール部３ｂが第１測定光１０１の照射範囲に含まれるように第１測定光１０１のビーム径を設定すれば、軸変位δｘ、δｙの大小に関わりなく、第１測定光１０１に対応する０次反射光１１０及び１次反射光１１１をピンホール部３ｂから出射させることができる。０次反射光１１０は、回折格子３ａによる回折の影響を受けることなくピンホール部３ｂにて正反射した反射光、１次反射光１１１は回折格子３ａによる回折の影響を受けて生じる反射光である。 Returning to FIG. 1 , the first irradiation section 10 includes a light source 11 and a collimator lens 12 . Light source 11 is, for example, a laser diode. However, light sources other than laser diodes may be used. The light source 11 is arranged with its optical axis directed in the X-axis direction. The collimator lens 12 generates the first measurement light 101 by shaping the illumination light emitted from the light source 11 into a parallel light beam having a circular cross section. The first measurement light 101 emitted from the collimator lens 12 is reflected by the first half mirror 5 in the Z-axis direction and guided to the mirror 3 . The beam diameter of the first measurement light 101 is sufficiently larger than the inner diameter of the pinhole portion 3 b of the mirror 3 . Therefore, the irradiation range of the first measurement light 101 with respect to the mirror 3 is wider than the pinhole portion 3b. When the measurement object 2 is in the initial state, the optical axis AX1 of the first measurement light 101 coincides with the centerline of the pinhole portion 3b. In other words, the mirror 3 is arranged so that the center line of the pinhole portion 3b coincides with the optical axis AX1 of the first measurement light 101 in the initial state. The maximum values of the axial displacement δx in the X-axis direction and the axial displacement δy in the Y-axis direction that can occur in the measurement object 2 are estimated. If the beam diameter of the first measurement light 101 is set so as to be included in the irradiation range, the 0th-order reflected light 110 and the first-order reflected light 111 corresponding to the first measurement light 101 can be obtained regardless of the magnitude of the axial displacements δx and δy. can be emitted from the pinhole portion 3b. The 0th-order reflected light 110 is the reflected light specularly reflected by the pinhole portion 3b without being affected by the diffraction by the diffraction grating 3a, and the 1st-order reflected light 111 is the reflected light caused by the diffraction by the diffraction grating 3a. be.

第２照射部２０は、光源２１と光学系２２とを備えている。光源２１は一例としてレーザダイオードである。ただし、レーザダイオード以外の光源が用いられてもよい。光源２１はその光軸ＡＸ２がＸ－Ｚ平面内でＺ軸方向に対して所定の傾斜角φだけ傾くようにして配置されている。傾斜角αは一例として４５°に設定される。光学系２２は、単一のレンズ又は複数のレンズの組み合わせによって構成され、光源２１から射出される第２測定光１０２を集光してピンホール部３ｂ内で結像させる。ピンホール部３ｂに導かれる第２測定光１０２のビーム径は、ピンホール部３ｂの内径に対して十分に小さく、したがって、測定対象２の各軸方向の軸変位δｘ、δｙ、δｚ及び角度変位θｘ、θｙ、θｚに関わりなく第２測定光１０２はピンホール部３ｂに入射する。それにより、ピンホール部３ｂからは第２測定光１０２に対応した反射光１２０が、第２測定光１０２に対してＺ軸を挟んで反対側に出射する。 The second irradiation section 20 has a light source 21 and an optical system 22 . Light source 21 is, for example, a laser diode. However, light sources other than laser diodes may be used. The light source 21 is arranged such that its optical axis AX2 is tilted by a predetermined tilt angle φ with respect to the Z-axis direction in the XZ plane. The tilt angle α is set to 45° as an example. The optical system 22 is composed of a single lens or a combination of a plurality of lenses, and collects the second measurement light 102 emitted from the light source 21 to form an image within the pinhole portion 3b. The beam diameter of the second measurement light 102 guided to the pinhole portion 3b is sufficiently small with respect to the inner diameter of the pinhole portion 3b. The second measurement light 102 enters the pinhole portion 3b regardless of .theta.x, .theta.y, and .theta.z. As a result, the reflected light 120 corresponding to the second measurement light 102 is emitted from the pinhole portion 3b to the opposite side of the second measurement light 102 across the Z axis.

上述した反射光１１０、１１１、１２０を利用して軸変位δｘ、δｙ、δｚ及び角度変位θｘ、θｙ、θｚを検出するため、変位計測装置１には、さらに第２ハーフミラー３０、第１受光部４０、第２受光部５０、第３受光部６０、第４受光部７０及び処理部８０が設けられている。第２ハーフミラー３０は、ミラー３からの０次反射光１１０を、第２ハーフミラー３０を透過する第１光束１１０ａと、第２ハーフミラー３０にて反射して第１光束１１０ａと直交する方向に進む第２光束１１０ｂとに分光する。それにより、第２ハーフミラー３０は分光手段の一例として機能する。ただし、分光手段はハーフミラーに限らず、プリズム、ビームスプリッタといった分光作用を有する適宜の光学素子が分光手段として用いられてよい。 In order to detect the axial displacements δx, δy, δz and the angular displacements θx, θy, θz using the reflected lights 110, 111, 120 described above, the displacement measuring device 1 further includes a second half mirror 30, a first light receiving A section 40, a second light receiving section 50, a third light receiving section 60, a fourth light receiving section 70 and a processing section 80 are provided. The second half mirror 30 reflects the 0th-order reflected light 110 from the mirror 3 into the first light beam 110a that passes through the second half mirror 30 and the second half mirror 30 that reflects the first light beam 110a in a direction orthogonal to the first light beam 110a. , and the second light beam 110b that travels toward the light beam. Thereby, the second half mirror 30 functions as an example of spectroscopic means. However, the spectroscopic means is not limited to a half mirror, and a suitable optical element having a spectroscopic action such as a prism or a beam splitter may be used as the spectroscopic means.

第１受光部４０は、第１光束１１０ａを利用してＸ軸及びＹ軸のそれぞれの軸周りの角度変位θｘ、θｙを検出するために設けられた受光部である。第１受光部４０は、第１センサ４１と、光学系４２とを備えている。光学系４２は単一のレンズ又は複数のレンズの組み合わせによって構成され、第２ハーフミラー３０を透過した第１光束１１０ａを集光して第１センサ４１の受光面４１ａに結像させる。第１センサ４１は受光面４１ａにおける第１光束１１０ａの受光位置（結像位置）に応じた信号を出力する。第１センサ４１は、受光面４１ａが第１測定光１０１の光軸ＡＸ１の方向と直交し、かつ測定対象２が初期状態にあるときにその受光面４１ａの中央にて第１光束１１０ａを受光するように配置されている。 The first light receiving section 40 is a light receiving section provided to detect the angular displacements θx and θy around the X axis and the Y axis using the first light beam 110a. The first light receiving section 40 includes a first sensor 41 and an optical system 42 . The optical system 42 is composed of a single lens or a combination of a plurality of lenses, and converges the first light flux 110a transmitted through the second half mirror 30 to form an image on the light receiving surface 41a of the first sensor 41. FIG. The first sensor 41 outputs a signal corresponding to the light receiving position (imaging position) of the first light beam 110a on the light receiving surface 41a. The first sensor 41 receives the first light beam 110a at the center of the light receiving surface 41a when the light receiving surface 41a is orthogonal to the direction of the optical axis AX1 of the first measurement light 101 and the measurement target 2 is in the initial state. are arranged to

第２受光部５０は、第２光束１１０ｂを利用してＸ軸及びＹ軸のそれぞれの軸方向の軸変位δｘ、δｙを検出するために設けられた受光部である。第２受光部５０は、第２センサ５１と、光学系５２と、ミラー５３とを備えている。光学系５２は単一のレンズ又は複数のレンズの組み合わせによって構成され、第２ハーフミラー３０にて反射した第２光束１１０ｂを集光する。ミラー５３は、光学系５２から出射した第２光束１１０ｂを第２センサ５１の受光面５１ａに向けて反射させる。光学系５２は、第２センサ５１の受光面５１ａにて第２光束１１０ｂが適度の広がりを有する像を形成するように設けられている。第２センサ５１は、受光面５１ａにおける第２光束１１０ａの受光位置に応じた信号を出力する。第２センサ５１は、測定対象２が初期状態にあるときにその受光面５１ａが第２光束１１０ｂの入射方向と直交し、かつその受光面５１ａの中央にて第２光束１１０ｂを受光するように配置されている。なお、第２センサ５１の受光面５１ａに対する第２光束１１０ｂの入射方向は第１測定光１０１の光軸ＡＸ１と平行に設定されている。ただし、その入射方向は光軸ＡＸ１に対して傾き、あるいは直交してもよい。すなわち、光学系５２から第２センサ５１に至る光路中にミラー、プリズム等の適宜の光学素子が配置されることにより、第２センサ５１の向きが図１に示した態様から適宜に変更されてよい。 The second light-receiving unit 50 is a light-receiving unit provided to detect the axial displacements δx and δy in the X-axis and Y-axis directions using the second light flux 110b. The second light receiving section 50 includes a second sensor 51 , an optical system 52 and a mirror 53 . The optical system 52 is composed of a single lens or a combination of a plurality of lenses, and collects the second light flux 110b reflected by the second half mirror 30. FIG. The mirror 53 reflects the second light beam 110 b emitted from the optical system 52 toward the light receiving surface 51 a of the second sensor 51 . The optical system 52 is provided so that the second light flux 110b forms an image having a moderate spread on the light receiving surface 51a of the second sensor 51. FIG. The second sensor 51 outputs a signal corresponding to the light receiving position of the second light beam 110a on the light receiving surface 51a. The second sensor 51 is arranged such that its light receiving surface 51a is perpendicular to the direction of incidence of the second light flux 110b when the measurement object 2 is in the initial state, and the second light flux 110b is received at the center of the light receiving surface 51a. are placed. The incident direction of the second light flux 110b with respect to the light receiving surface 51a of the second sensor 51 is set parallel to the optical axis AX1 of the first measurement light 101. FIG. However, the incident direction may be inclined or perpendicular to the optical axis AX1. That is, by arranging an appropriate optical element such as a mirror or a prism in the optical path from the optical system 52 to the second sensor 51, the orientation of the second sensor 51 can be appropriately changed from the aspect shown in FIG. good.

第３受光部６０は、ミラー３から射出する１次反射光１１１を利用してＺ軸の軸周りの角度変位θｚを検出するために設けられた受光部である。第３受光部６０は、第３センサ６１と、光学系６２とを備えている。光学系６２は単一のレンズ又は複数のレンズの組み合わせによって構成され、ミラー３から出射する１次反射光１１１を集光して第３センサ６１の受光面６１ａに結像させる。第３センサ６１は受光面６１ａにおける１次反射光１１１の受光位置（結像位置）に応じた信号を出力する。第３センサ６１は、測定対象２が初期状態にあるときにその受光面６１ａの中央にて１次反射光１１１を受光するように配置されている。 The third light-receiving portion 60 is a light-receiving portion provided to detect the angular displacement θz about the Z-axis using the primary reflected light 111 emitted from the mirror 3 . The third light receiving section 60 has a third sensor 61 and an optical system 62 . The optical system 62 is composed of a single lens or a combination of a plurality of lenses, and collects the primary reflected light 111 emitted from the mirror 3 to form an image on the light receiving surface 61 a of the third sensor 61 . The third sensor 61 outputs a signal corresponding to the light receiving position (imaging position) of the primary reflected light 111 on the light receiving surface 61a. The third sensor 61 is arranged so as to receive the primary reflected light 111 at the center of the light receiving surface 61a when the measurement object 2 is in the initial state.

第４受光部７０は、ミラー３から出射する反射光１２０を利用してＺ軸方向の軸変位δｚを検出するために設けられた受光部である。第４受光部７０は、第４センサ７１と光学系７２とを備えている。光学系７２は単一のレンズ又は複数のレンズの組み合わせによって構成され、第２測定光１０２の照射に対応してミラー３から出射する反射光１２０を集光して第４センサ７１の受光面７１ａに結像させる。第４センサ７１は受光面７１ａにおける反射光１２０の受光位置（結像位置）に応じた信号を出力する。第４センサ７１は、測定対象２が初期状態にあるときにその受光面７１ａの中央にて反射光１２０を受光するように配置されている。 The fourth light receiving portion 70 is a light receiving portion provided to detect the axial displacement δz in the Z-axis direction using the reflected light 120 emitted from the mirror 3 . The fourth light receiving section 70 has a fourth sensor 71 and an optical system 72 . The optical system 72 is composed of a single lens or a combination of a plurality of lenses, and converges the reflected light 120 emitted from the mirror 3 corresponding to the irradiation of the second measurement light 102 to form a light receiving surface 71 a of the fourth sensor 71 . to form an image. The fourth sensor 71 outputs a signal corresponding to the light receiving position (imaging position) of the reflected light 120 on the light receiving surface 71a. The fourth sensor 71 is arranged so as to receive the reflected light 120 at the center of the light receiving surface 71a when the measurement object 2 is in the initial state.

上述した受光部４０、５０、６０、７０に設けられるセンサ４１、５１、６１、７１には、受光面４１ａ、５１ａ、６１ａ、７１ａにおける受光位置に応じた信号を出力できる限り、各種の光電変換型のセンサが用いられてよいが、一例として、２次元ＰＳＤセンサを用いることができる。ＰＳＤセンサはフォトダイオードの表面抵抗を利用して受光位置に対応する信号を連続的に出力できる位置センサであって、微小な変位を高精度かつ高速で計測する用途に適している。ただし、本発明におけるセンサはＰＳＤセンサに限らない。ＣＣＤセンサ、ＣＭＯＳセンサといった他の種類の光電変換型のセンサが用いられてもよい。 The sensors 41, 51, 61, and 71 provided in the light receiving sections 40, 50, 60, and 70 described above can output signals corresponding to the light receiving positions on the light receiving surfaces 41a, 51a, 61a, and 71a. As an example, a two-dimensional PSD sensor can be used, although any type of sensor may be used. A PSD sensor is a position sensor that can continuously output a signal corresponding to a light receiving position using the surface resistance of a photodiode, and is suitable for applications that measure minute displacements with high precision and high speed. However, the sensor in the present invention is not limited to the PSD sensor. Other types of photoelectric conversion type sensors such as CCD sensors, CMOS sensors may be used.

処理部８０は、マイクロプロセッサとその動作に必要な内部メモリ等の周辺装置を組み合わせたコンピュータユニットとして構成されている。処理部８０は所定のコンピュータプログラムに従ってセンサ４１、５１、６１、７１の出力信号を処理することにより、３軸方向の軸変位δｘ、δｙ、δｚ及び角度変位θｘ、θｙ、θｚを検出する。つまり、処理部８０は変位検出手段の一例として機能する。各変位を検出するにあたって、処理部８０は、検出対象としての軸変位δｘ、δｙ、δｚ及び角度変位θｘ、θｙ、θｚに応じてセンサ４１、５１、６１、７１の出力信号を使い分ける。以下、順に説明する。 The processing unit 80 is configured as a computer unit in which a microprocessor and peripheral devices such as an internal memory required for its operation are combined. The processing unit 80 detects axial displacements .delta.x, .delta.y, .delta.z and angular displacements .theta.x, .theta.y, .theta.z in three axial directions by processing the output signals of the sensors 41, 51, 61, 71 according to a predetermined computer program. That is, the processing unit 80 functions as an example of displacement detection means. In detecting each displacement, the processing unit 80 selectively uses the output signals of the sensors 41, 51, 61 and 71 according to the axial displacements .delta.x, .delta.y and .delta.z and the angular displacements .theta.x, .theta.y and .theta.z to be detected. They will be described in order below.

（１）Ｘ軸及びＹ軸の軸周りの角度変位θｘ、θｙ
角度変位θｘ、θｙは、第１センサ４１が出力する信号に基づいて検出される。測定対象２に角度変位θｘ、θｙの少なくともいずれか一方が生じると、ミラー３からの０次反射光１１０の反射方向が光軸ＡＸ１からずれ、そのずれの方向及び量に応じて第１センサ４１の受光面４１ａにおける第１光束１１０ａの受光位置が変化する。処理部８０は、例えば測定対象２が初期状態にあるときの第１センサ４１における受光位置を基準として、その受光位置の変化の方向及び量を判別し、得られた値をミラー３と第１センサ４１との間の幾何学的関係に従って角度変位θｘ、θｙにそれぞれ換算することにより、角度変位θｘ、θｙを検出する。 (1) Angular displacement θx, θy around the X-axis and Y-axis
The angular displacements θx and θy are detected based on signals output by the first sensor 41 . When at least one of the angular displacements θx and θy occurs in the measurement object 2, the reflection direction of the 0th-order reflected light 110 from the mirror 3 deviates from the optical axis AX1, and the first sensor 41 detects the direction and amount of deviation. , the light-receiving position of the first light beam 110a on the light-receiving surface 41a changes. The processing unit 80 determines the direction and amount of change in the light receiving position with reference to the light receiving position of the first sensor 41 when the measurement object 2 is in the initial state, for example. Angular displacements θx and θy are detected by converting them into angular displacements θx and θy according to the geometrical relationship with the sensor 41 .

（２）Ｘ軸方向及びＹ軸方向の軸変位δｘ、δｙ
軸変位δｘ、δｙは第２センサ５１が出力する信号に基づいて検出される。変位計測装置１においては、ミラー３に照射される第１測定光１０１の照射範囲がピンホール部３ｂよりも広く設定されているので、軸変位δｘ、δｙが生じてもピンホール部３ｂが射範囲内に維持される一方で、その照射範囲内における０次反射光１１０の反射位置（出射位置）が軸変位δｘ、δｙに応じて変化することになる。そして、反射位置が変化すれば、第２センサ５１の受光面５１ａにおける第２光束１１０ｂの受光位置も変化する。つまり、第２センサ５１の受光面５１ａ上では、軸変位δｘ、δｙが受光位置に置き換えられる。処理部８０は、例えば測定対象２が初期状態にあるときの第２センサ５１における受光位置を基準として、その受光位置の変化の方向及び量を判別し、得られた値をミラー３と第２センサ５１との間の幾何学的関係に従って軸変位δｘ、δｙにそれぞれ換算することにより、軸変位δｘ、δｙを検出する。 (2) Axial displacement δx, δy in X-axis direction and Y-axis direction
The axial displacements δx and δy are detected based on the signal output by the second sensor 51 . In the displacement measuring device 1, the irradiation range of the first measurement light 101 that irradiates the mirror 3 is set wider than the pinhole portion 3b. While being maintained within the range, the reflection position (emission position) of the zero-order reflected light 110 within the irradiation range changes according to the axial displacements δx and δy. If the reflection position changes, the light receiving position of the second light flux 110b on the light receiving surface 51a of the second sensor 51 also changes. That is, on the light receiving surface 51a of the second sensor 51, the axial displacements .delta.x and .delta.y are replaced with the light receiving positions. The processing unit 80 determines the direction and amount of change in the light receiving position with reference to the light receiving position of the second sensor 51 when the measurement object 2 is in the initial state, for example. The axial displacements δx and δy are detected by converting them into axial displacements δx and δy according to the geometrical relationship with the sensor 51 .

（３）Ｚ軸の周りの角度変位θｚ
角度変位θｚは、第３センサ６１が出力する信号に基づいて検出される。測定対象２に角度変位θｚが生じると、ミラー３からの１次反射光１１１の反射方向が光軸ＡＸ１を中心として回転するように変化し、その回転の方向及び量（角度）に応じて第３センサ６１の受光面６１ａにおける１次反射光１１１の受光位置が変化する。処理部８０は、例えば測定対象２が初期状態にあるときの第３センサ６１における受光位置を基準として、その受光位置の変化の方向及び量を判別し、得られた値をミラー３と第３センサ６１との間の幾何学的関係に従って角度変位θｚに換算することにより角度変位θｚを検出する。 (3) Angular displacement θz about Z axis
The angular displacement θz is detected based on the signal output by the third sensor 61 . When an angular displacement θz occurs in the object 2 to be measured, the reflection direction of the primary reflected light 111 from the mirror 3 changes so as to rotate about the optical axis AX1, and the direction and amount (angle) of the rotation change the direction of rotation. The light-receiving position of the primary reflected light 111 on the light-receiving surface 61a of the 3-sensor 61 changes. The processing unit 80 determines the direction and amount of change in the light receiving position with reference to the light receiving position of the third sensor 61 when the measurement object 2 is in the initial state, for example. The angular displacement θz is detected by converting it into an angular displacement θz according to the geometrical relationship with the sensor 61 .

（４）Ｚ軸方向の軸変位δｚ
軸変位δｚは、第４センサ７１が出力する信号に基づいて検出される。測定対象２に軸変位δｚが生じると、第２測定光１０２に対するミラー３のピンホール部３ｂにおける反射光１２０の反射位置がＺ軸方向に変化し、その変化の方向及び量に応じて第４センサ７１の受光面７１ａにおける反射光１２０の受光位置が変化する。処理部８０は、例えば測定対象２が初期状態にあるときの第４センサ７１における受光位置を基準として、その受光位置の変化の方向及び量を判別し、得られた値をミラー３と第４センサ７１との間の幾何学的関係に従って軸変位δｚに換算することにより軸変位δｚを検出する。 (4) Axial displacement δz in the Z-axis direction
The axial displacement δz is detected based on the signal output by the fourth sensor 71 . When an axial displacement δz occurs in the measurement object 2, the reflection position of the reflected light 120 at the pinhole portion 3b of the mirror 3 with respect to the second measurement light 102 changes in the Z-axis direction. The light receiving position of the reflected light 120 on the light receiving surface 71a of the sensor 71 changes. The processing unit 80 determines the direction and amount of change in the light receiving position with reference to the light receiving position of the fourth sensor 71 when the measurement object 2 is in the initial state, for example. The axial displacement δz is detected by converting it into an axial displacement δz according to the geometrical relationship with the sensor 71 .

処理部８０は、以上のようにして検出した軸変位δｘ、δｙ、δｚ及び角度変位θｘ、θｙ、θｚを例えば不図示のモニタに表示し、所定の記憶媒体に記録し、あるいは印刷するといった手段を介して変位計測装置１のオペレータが取得可能な態様で検出結果を出力する。なお、上記では、検出対象の軸変位又は角度変位ごとに区別して処理部８０の処理を説明したが、測定対象２に複合的な変位、すなわち、２以上のセンサのそれぞれの出力信号に基づいて検出されるべき複数種類の変位が生じることにより、各センサの受光位置が複数種類の変位の影響を受ける場合には、各変位とセンサの受光位置との間に生じる幾何学的関係を利用して、検出対象以外の変位の影響が除外されるように、各センサの出力信号に従って換算された軸変位又は角度変位を補正すればよい。 The processing unit 80 displays the axial displacements δx, δy, δz and the angular displacements θx, θy, θz detected as described above on, for example, a monitor (not shown), and records them in a predetermined storage medium or prints them. The detection result is output in a form that can be obtained by the operator of the displacement measuring device 1 via . In the above description, the processing of the processing unit 80 is described separately for each axial displacement or angular displacement of the object to be detected. When the light receiving position of each sensor is affected by multiple types of displacement due to the occurrence of multiple types of displacements to be detected, the geometric relationship between each displacement and the light receiving position of the sensor is used. Then, the converted axial displacement or angular displacement may be corrected according to the output signal of each sensor so that the influence of displacements other than those to be detected is excluded.

変位計測装置１は、各部１０～８０を収容するハウジング６をさらに備えている。ハウジング６の下面側（測定対象２と対向する側）には、第１測定光１０１、第２測定光１０２、０次反射光１１０、１次反射光１１１及び反射光１２０を通過させる窓部７が適宜に設けられる。ただし、ハウジング６は変位計測装置１に必ずしも設けることを要しない。 The displacement measuring device 1 further includes a housing 6 that accommodates the parts 10-80. A window portion 7 for passing the first measurement light 101, the second measurement light 102, the 0th order reflected light 110, the 1st order reflected light 111 and the reflected light 120 is provided on the lower surface side of the housing 6 (the side facing the measurement object 2). is provided as appropriate. However, the housing 6 does not necessarily have to be provided in the displacement measuring device 1 .

以上の形態においては、Ｚ軸方向の軸変位δｚを計測するために第２照射部２０及び第４受光部７０が設けられているが、軸偏位δｚの計測を要しない場合には第２照射部２０及び第４受光部７０が省略されてもよい。 In the above embodiment, the second irradiation section 20 and the fourth light receiving section 70 are provided to measure the axial displacement δz in the Z-axis direction. The irradiation section 20 and the fourth light receiving section 70 may be omitted.

上記の形態では、第２ハーフミラー３０を透過した光を第１光束１１０ａを第１受光部４０に、第２ハーフミラー３０で反射した第２光束１１０ｂを第２受光部６０にそれぞれ導いたが、第２ハーフミラー３０に対して受光部４０、５０を入れ替えることにより、第２ハーフミラー３０を透過した光束を第２光束として第２センサ５１に入射させ、第２ハーフミラー３０で反射した第１光束として第１センサ４１に入射させてもよい。また、第１照射部１０及び受光部４０、５０は、ハーフミラー５、３０との関係で適宜に入れ替えて配置されてもよい。例えば、第１照射部１０を光軸ＡＸ１の延長上に配置することにより、第１測定光１０１が、ハーフミラー３０、５を順次通過してミラー３に導かれるものとしてもよい。その場合、ハーフミラー５、３０にて０次反射光１１０を第１光束及び第２光束に順次分光してセンサ４１、５１に導くようにしてもよい。あるいは、第１ハーフミラー５にて０次反射光１１０を反射させ、その後の光路内に第２ハーフミラー３０を配置して０次反射光１１０を第１光束及び第２光束に分光し、それらの光束を第１センサ４１、第２センサ５１に区別して導くようにしてもよい。 In the above embodiment, the first light flux 110a of the light transmitted through the second half mirror 30 is guided to the first light receiving section 40, and the second light flux 110b reflected by the second half mirror 30 is guided to the second light receiving section 60. , by exchanging the light-receiving units 40 and 50 with respect to the second half mirror 30, the light beam transmitted through the second half mirror 30 is made incident on the second sensor 51 as the second light beam, and the second light beam reflected by the second half mirror 30 is caused to enter the second sensor 51. You may make it inject into the 1st sensor 41 as 1 light flux. Also, the first irradiation unit 10 and the light receiving units 40 and 50 may be appropriately replaced in relation to the half mirrors 5 and 30 . For example, the first measurement light 101 may sequentially pass through the half mirrors 30 and 5 and be guided to the mirror 3 by arranging the first irradiation unit 10 on the extension of the optical axis AX1. In this case, the 0th-order reflected light 110 may be split by the half mirrors 5 and 30 into the first light flux and the second light flux in sequence and guided to the sensors 41 and 51 . Alternatively, the 0th-order reflected light 110 is reflected by the first half mirror 5, and the second half mirror 30 is placed in the subsequent optical path to split the 0th-order reflected light 110 into a first light flux and a second light flux. may be directed to the first sensor 41 and the second sensor 51 separately.

上述した実施の形態及び変形例のそれぞれから導き出される本発明の各種の態様を以下に記載する。なお、以下の説明では、本発明の各態様の理解を容易にするために添付図面に図示された対応する構成要素を括弧書きにて付記するが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。 Various aspects of the present invention derived from each of the embodiments and modifications described above are described below. In the following description, in order to facilitate understanding of each aspect of the present invention, the corresponding components illustrated in the accompanying drawings are added in parentheses, but the present invention is thereby limited to the illustrated form. not something.

本発明の一態様に係る変位計測装置（１）は、測定対象（２）に設けられ、スポット状に絞られた反射部（３ｂ）及び前記反射部に重ねて配置された１次元回折格子（３ａ）を有するミラー（３）と、前記ミラーに対して前記反射部よりも広い照射範囲を有する測定光（１０１）を前記反射部が前記照射範囲に含まれるようにして照射する照射手段（１０）と、前記反射部からの０次反射光（１１０）を第１光束（１１０ａ）と第２光束（１１０ｂ）とに分光する分光手段（３０）と、前記第１光束を受光し、受光位置に応じた信号を出力する第１センサ（４１）と、前記第２光束を受光し、受光位置に応じた信号を出力する第２センサ（５１）と、前記反射部からの１次反射光（１１１）を受光し、受光位置に応じた信号を出力する第３センサ（６１）と、前記ミラーに対する前記測定光の照射方向と直交する面内にて互いに直交する方向に第１軸（例えばＸ軸）及び第２軸（例えばＹ軸）を、前記第１軸及び前記第２軸の両者と直交する方向に第３軸（例えばＺ軸）をそれぞれ取ったと仮定したときに、前記第１センサが出力する信号に基づいて前記測定対象の前記第１軸及び前記第２軸のそれぞれの軸周りの角度変位（θｘ、θｙ）を検出し、前記第２センサが出力する信号に基づいて前記測定対象の前記第１軸の方向及び前記第２軸の方向における軸変位（δｘ、δｙ）を検出し、前記第３センサが出力する信号に基づいて前記測定対象の前記第３軸の周りの角度変位（θｚ）を検出する変位検出手段（８０）と、を備えたものである。 A displacement measuring device (1) according to one aspect of the present invention includes a reflector (3b) provided on a measurement object (2) and converged into a spot shape, and a one-dimensional diffraction grating (3b) superimposed on the reflector ( 3a); and irradiation means (10) for irradiating the mirror with measurement light (101) having an irradiation range wider than that of the reflecting section so that the reflecting section is included in the irradiation range. ), spectroscopy means (30) for splitting the zero-order reflected light (110) from the reflecting section into a first light flux (110a) and a second light flux (110b), and a light receiving position for receiving the first light flux. a first sensor (41) that outputs a signal corresponding to the second light flux, a second sensor (51) that receives the second light flux and outputs a signal corresponding to the light receiving position; and primary reflected light from the reflecting section ( 111) and outputs a signal corresponding to the light receiving position, and a first axis (for example, X axis) and a second axis (e.g. Y-axis), and a third axis (e.g. Z-axis) perpendicular to both the first and second axes. Detect angular displacement (θx, θy) around the first axis and the second axis of the object to be measured based on the signal output by the second sensor, and measure the measurement based on the signal output by the second sensor Detect axial displacement (δx, δy) in the direction of the first axis and the direction of the second axis of the object, and determine the angle of the object to be measured about the third axis based on the signal output by the third sensor and displacement detection means (80) for detecting displacement (θz).

上記の態様によれば、回折格子による回折の影響を受けることなくミラーの反射部で反射した０次反射光が分光手段により第１光束及び第２光束に分光され、それらの光束が第１センサ及び第２センサに区別して受光される。測定対象に第１軸及び第２軸の少なくともいずれか一方の周りの角度変位が生じた場合、ミラーの反射部における０次反射光の反射方向が変化し、それに伴なって第１センサにおける受光位置が変化する。したがって、第１センサの受光位置に基づいて第１軸及び第２軸の軸周りの角度変位を検出することができる。ミラーの反射部がスポット状に絞られ、その反射部と比較してミラーに照射される測定光の照射範囲が広く設定されているため、ミラー上における０次反射光の反射位置は、測定対象の第１軸及び第２軸の方向における軸変位に応じて第１軸及び第２軸のそれぞれと平行な面内で適宜に変化することになる。そして、その変化は第２センサにおける受光位置の変化として現れる。したがって、第２センサの受光位置に基づいて第１軸及び第２軸の軸変位を検出することができる。さらに、回折格子の回折の影響を受ける１次反射光については、回折格子の格子状パターンが並ぶ方向に従って第３軸に対し斜めに偏った方向に反射する。したがって、測定対象に第３軸の軸周りの角度変位が生じた場合、その角度変位に応じて第３センサにおける受光位置が変化する。そのため、第３センサの受光位置に基づいて第３軸の周りの角度変位を検出することができる。 According to the above aspect, the 0th-order reflected light reflected by the reflecting portion of the mirror without being affected by diffraction by the diffraction grating is split into the first light flux and the second light flux by the spectroscopic means, and these light fluxes are sent to the first sensor. and discriminately received by the second sensor. When the object to be measured is angularly displaced around at least one of the first axis and the second axis, the reflection direction of the 0th-order reflected light on the reflecting portion of the mirror changes, and accordingly the light is received by the first sensor. position changes. Therefore, the angular displacement around the first axis and the second axis can be detected based on the light receiving position of the first sensor. The reflecting portion of the mirror is converged into a spot, and the irradiation range of the measuring light irradiated onto the mirror is set wider than that of the reflecting portion. In accordance with the axial displacement in the directions of the first axis and the second axis, it appropriately changes within the plane parallel to each of the first axis and the second axis. The change appears as a change in the light receiving position of the second sensor. Therefore, axial displacements of the first axis and the second axis can be detected based on the light receiving position of the second sensor. Further, the first-order reflected light affected by the diffraction of the diffraction grating is reflected in a direction obliquely biased with respect to the third axis according to the direction in which the grating pattern of the diffraction grating is arranged. Therefore, when the object to be measured is angularly displaced about the third axis, the light receiving position of the third sensor changes according to the angular displacement. Therefore, the angular displacement around the third axis can be detected based on the light receiving position of the third sensor.

上記態様において、変位計測装置は、前記第３軸に対して斜めに傾いた方向から前記ミラーの前記反射部に側方測定光（１０２）を照射する側方照射手段（２０）と、前記反射部からの前記側方測定光に対する反射光（１２０）を受光し、受光位置に応じた信号を出力する第４センサ（７１）とをさらに備え、前記変位検出手段は、前記第４センサが出力する信号に基づいて前記測定対象の前記第３軸の方向における軸変位（δｚ）をさらに検出してもよい。この態様によれば、さらに第３軸の方向における軸変位をも併せて検出することができる。 In the above aspect, the displacement measuring device includes a side irradiation means (20) for irradiating the reflecting portion of the mirror with a side measurement light (102) from a direction oblique to the third axis; a fourth sensor (71) for receiving the reflected light (120) of the side measurement light from the part and outputting a signal corresponding to the light receiving position; An axial displacement (δz) of the object to be measured in the direction of the third axis may be further detected based on the signal obtained by the measurement. According to this aspect, axial displacement in the direction of the third axis can also be detected.

１変位計測装置
２測定対象
３ミラー
３ａ１次元回折格子
３ｂピンホール部（反射部）
１０第１照射部（照射手段）
２０第２照射部（側方照射手段）
３０第２ハーフミラー（分光手段）
４１第１センサ
５１第２センサ
６１第３センサ
７１第４センサ
８０処理部（変位検出手段）
１０１第１測定光（測定光）
１０２第２測定光（側方測定光）
１１００次反射光
１１０ａ第１光束
１１０ｂ第２光束
１１１１次反射光
１２０側方測定光に対する反射光 REFERENCE SIGNS LIST 1 displacement measuring device 2 measurement target 3 mirror 3a one-dimensional diffraction grating 3b pinhole portion (reflection portion)
10 first irradiation unit (irradiation means)
20 Second irradiation unit (side irradiation means)
30 second half mirror (spectral means)
41 first sensor 51 second sensor 61 third sensor 71 fourth sensor 80 processing section (displacement detection means)
101 first measurement light (measurement light)
102 Second measurement light (side measurement light)
110 0th order reflected light 110a 1st light flux 110b 2nd light flux 111 1st order reflected light 120 Reflected light for side measurement light

Claims

測定対象に設けられ、スポット状に絞られた反射部及び前記反射部に重ねて配置された一次元回折格子を有するミラーと、
前記ミラーに対して前記反射部よりも広い照射範囲を有する測定光を前記反射部が前記照射範囲に含まれるようにして照射する照射手段と、
前記反射部からの０次反射光を第１光束と第２光束とに分光する分光手段と、
前記第１光束を受光し、受光位置に応じた信号を出力する第１センサと、
前記第２光束を受光し、受光位置に応じた信号を出力する第２センサと、
前記反射部からの１次反射光を受光し、受光位置に応じた信号を出力する第３センサと、
前記ミラーに対する前記測定光の照射方向と直交する面内にて互いに直交する方向に第１軸及び第２軸を、前記第１軸及び前記第２軸の両者と直交する方向に第３軸をそれぞれ取ったと仮定したときに、前記第１センサが出力する信号に基づいて前記測定対象の前記第１軸及び前記第２軸のそれぞれの軸周りの角度変位を検出し、前記第２センサが出力する信号に基づいて前記測定対象の前記第１軸の方向及び前記第２軸の方向における軸変位を検出し、前記第３センサが出力する信号に基づいて前記測定対象の前記第３軸の周りの角度変位を検出する変位検出手段と、
を備えた変位計測装置。 a mirror provided on the object to be measured and having a spot-focused reflector and a one-dimensional diffraction grating superimposed on the reflector;
irradiating means for irradiating the mirror with measurement light having an irradiation range wider than that of the reflecting section so that the reflecting section is included in the irradiation range;
spectroscopic means for splitting the 0th-order reflected light from the reflecting section into a first light flux and a second light flux;
a first sensor that receives the first light beam and outputs a signal corresponding to a light receiving position;
a second sensor that receives the second light beam and outputs a signal corresponding to the light receiving position;
a third sensor that receives the primary reflected light from the reflecting portion and outputs a signal corresponding to the light receiving position;
a first axis and a second axis in directions perpendicular to each other in a plane perpendicular to the irradiation direction of the measurement light with respect to the mirror, and a third axis in a direction perpendicular to both the first axis and the second axis; Assuming that each of detecting axial displacement of the object to be measured in the direction of the first axis and the direction of the second axis based on the signal to be measured, and moving the object to be measured about the third axis based on the signal output by the third sensor displacement detection means for detecting the angular displacement of
Displacement measurement device with

前記第３軸に対して斜めに傾いた方向から前記ミラーの前記反射部に側方測定光を照射する側方照射手段と、
前記反射部からの前記側方測定光に対する反射光を受光し、受光位置に応じた信号を出力する第４センサとをさらに備え、
前記変位検出手段は、前記第４センサが出力する信号に基づいて前記測定対象の前記第３軸の方向における軸変位をさらに検出する請求項１に記載の変位計測装置。 side irradiation means for irradiating the reflecting portion of the mirror with side measurement light from a direction oblique to the third axis;
A fourth sensor that receives reflected light of the side measurement light from the reflecting unit and outputs a signal corresponding to a light receiving position,
2. The displacement measuring apparatus according to claim 1, wherein said displacement detecting means further detects axial displacement of said object to be measured in the direction of said third axis based on the signal output from said fourth sensor.