光发射接收复合单元和使用它的位移检测装置制造方法及图纸

本发明专利技术是光发射接收复合单元（１），通过将光源（３）、用于将返向单元的回射光分为多个光束的光分路部（４）、根据回射光的偏振状态增减透光量的偏振部（５）以及包含用于探测经过偏振部（５）的光的多个光探测部（６－１至６－４）的光接收部（６）进行封装，形成了一体化结构。作为在该单元（１）外部的外部光学系统ＥＴ，配置了包含反射型衍射光栅ＲＧ的被检测部；使从单元（１）出射的光向反射型衍射光栅ＲＧ反射的反射构件（Ｒ１ａ、Ｒ１ｂ）；接受由反射型衍射光栅ＲＧ产生的衍射光、改变其偏振状态的偏振构件（ＷＰ１ａ、ＷＰ１ｂ）；以及用于反射通过各偏振构件的光、使其沿反方向返回的反射构件（Ｒ２ａ、Ｒ２ｂ），构成了光栅干涉型位移检测装置。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用半导体激光作为光源，并用偏振光得到信号的光学单元，进而涉及利用衍射光的干涉对位移进行检测的所谓光栅干涉型位移检测装置。作为现有的位移检测装置101的一个例子，有具备如附图说明图1所示结构的装置。该检测装置101利用了由衍射光栅得到的衍射光的干涉。如果大别对该结构进行分解，则该结构由光照射部102、光路控制和被检测部103、光接收部104这3个部分构成，在各部的结构中，有如下所述的要素。即，光照射部102包括半导体激光器(LS)、会聚透镜(L1)和偏振光束分裂器(BS1)。另外，光路控制和被检测部103包括反射镜(R1a、R1b)，反射型衍射光栅(RG)，会聚透镜(L2a、L2b)，λ/4波长片(WP1a、WP1b)和反射镜(R2a、R2b)。光接收部104包括半透镜(HM)，偏振光束分裂器(BS2、BS3)，λ/4波长片(WP2)，光探测器(PD1～4)。从作为构成光照射部102的光源的半导体激光器LS射出的光，被会聚透镜L1会聚，成为会聚光后，又被偏振光束分裂器BS1偏振分离，成为2个光束LFa、LFb，其中一束借助于反射镜R1a其光路被偏转后，到达反射型衍射光栅RG，另一束借助于反射镜R1b其光路被偏转，到达反射型衍射光栅RG。这里，所谓的偏振分离意味着将入射光束分离为P偏振分量和S偏振分量。在附设于被检测部(线性标尺等)的反射型衍射光栅RG处，其级数被设定为相同符号(正负相同)的产生至少高于1级的高级数衍射的各光束分别经会聚透镜L2a、L2b后，被在与衍射角对应的角度位置配置的λ/4波长片WP1a、WP1b将各自的偏振方向旋转90度，而后被反射镜R2a、R2b反射，沿着与来路相同的光路在反方向上返回，到达偏振光束分裂器BS1。到达偏振光束分裂器BS1的光由于各光束呈其偏振方向相对原来的方向旋转90度的状态，所以向与来路中的入射方向不同的方向出射，射向半透镜HM。然后，到达半透镜HM的光束分成2路，分路后的光束中的一路到达偏振光束分裂器BS3，另一路光束通过λ/4波长片WP2后到达偏振光束分裂器BS2。另外，关于偏振光束分裂器BS3的装配姿态，按如下方式配置以该光轴为中心，对到达的光束的偏振方向，取约为45度的角度绕光轴旋转。被偏振光束分裂器BS2进行了偏振分离的光束分别到达光探测器PD1、PD2，光强被转换为电学量。另外，被偏振光束分裂器BS3进行了偏振分离的光束分别到达光探测器PD3、PD3，光强被转换为电学量。本例的工作原理如下。首先，被偏振光束分裂器BS1分离的、具有不同的偏振方向或偏振状态的2光束LFa、LFb，通过被反射型衍射光栅RG反射衍射，形成有相同符号的衍射光，同时借助于λ/4波长片WP1a、WP1b和反射镜R2a、R2b，形成其偏振方向相对于来路旋转了大致90度的光束，返回偏振光束分裂器BS1进行混合。这时，由于被混合的2个光束是来自具有同一偏振分量的光源LS的被分为2束的光，所以两束光即使有不同的偏振方向，也会发生干涉。现在，当沿光栅的排列方向，例如图1中的箭头A的方向相对于另一光学系统移动反射型衍射光栅RG时，在偏振光束分裂器BS1处被混合的光相互干涉。因此，由于对每一个偏振方向的光，在与衍射级数相应的间距上强度发生变化，所以通过将由该干涉产生的强度变化分离为多个偏振分量，形成相位相互不同的光的强度分布，能够用光探测器PD1～4进行检测。亦即，通过检测该光强分布，能够以对衍射光栅的线条间距乘以衍射级数的倒数和衍射频度的倒数的1/2而得到的分辨率来检测反射型衍射光栅RG的移动量。进而，由于用光探测器PD1～4测得的强度变化呈极为接近正弦波的形状，所以利用将测得的波形进行内插分割的方法，可以得到更高的分辨率。在这种利用衍射光的干涉的位移检测装置中，例如用全息照相等方法制作反射型衍射光栅，再通过对得到的正弦波信号进行分割，可以实现nm(纳米)级的分辨率关于现有的位移检测装置，由于在其制造工序中必须一边对独立制作的发光部件、光接收部件或光学部件进行调整，一边进行装配，所以存在如下的问题。首先，在装置被装配时，由于针对各部件的加工精度或特性的分散性必须进行精密的调整，因而不得已进行复杂的工序，从而难以降低价格；由于各部件的调整、紧固和固定需要大的空间，所以难以使装置的形状小型化。还有，由于对精密调整后的正式固定必须使用粘结剂，所以粘结状态易受周围环境变化等的影响，存在发生因环境变化、时间变化而引起的调整部偏离的危险。本专利技术的另一目的在于提供低价格、适合于小型和轻型化的、可靠性高的光发射接收复合单元和使用该单元的位移检测装置。本专利技术的光发射接收复合单元借助于将光源；用于将从该光源发出的光中的、通过外部光学系统返回单元的回射光分为多个光束的光分路部；根据该回射光的偏振状态增减透光量的偏振部；以及包含用于探测经过偏振部的光的多个光探测部的光接收部汇总封装在同一构件内，形成一体化结构。本专利技术的位移检测装置包括以这样的一体化结构构成的光发射接收复合单元；对该单元为外部光学系统的、包含衍射光栅的被检测部；接受从光发射接收复合单元出射后、由衍射光栅产生的衍射光、改变其偏振状态的偏振构件；以及用于使通过偏振构件的光进行反射、并使其沿反方向的朝向衍射光栅的方向返回的反射构件。本专利技术的光发射接收复合单元和位移检测装置，由于将光源、对于向单元返回的回射光分路的光分路部、偏振部和光接收部进行了封装，制成了一体化结构，所以各部的位置调整变得简单，可以提高适合于低价格和小型、轻型化的可靠性。本专利技术的除此以外的其他目的，以及由本专利技术可得到的具体益处，从下面进行说明的实施例的说明中，大概能够更加明白。图2是示出使用本专利技术的光发射接收复合单元的位移检测装置的结构例的图。图3是示出本专利技术的光发射接收复合单元的结构例的图。图4是用于说明光发射接收复合单元的光源和光接收部的配置的平面图。实施本专利技术的优选形态下面参照附图对本专利技术的光发射接收复合单元和使用该单元的位移检测装置进行说明。图2是示出使用本专利技术的光发射接收复合单元(或发送和接收光的单元)的位移检测装置的结构例的图，是应用于光栅干涉型位移检测装置的图。由与上述图1所示的位移检测装置在结构上进行比较可知，光学系统的结构部件的大部分被收在光发射接收复合单元1内，在该单元内进行了偏振分离后射出外部的2个光束LFa、LFb分别到达构成外部光学系统ET的第1反射构件(反射镜R1a、R1b)，光路发生变更。另外，这些反射构件是为了使从光发射接收复合单元1出射的光朝向反射型衍射光栅RG，例如衍射效率高的全息照相光栅(体积型相位全息照相等)并反射所必须的构件。到达在线性标尺等被检测部使用的反射型衍射光栅RG的各光束，在近距离内射入该光栅。这是为了减小光栅内的光程差，使原信号的波长难以产生误差。这里，在以1级以上的级数衍射后，分别经会聚透镜L2a、L2b到达偏振构件和第2反射构件。这里，对偏振构件使用了λ/4波长片WP1a、WP1b，对第2反射构件使用了反射镜R2a、R2b。即，光束LFa被反射型衍射光栅RG衍射后，经λ/4波长片WP1a到达反射镜R2a，另外，光束LFb被反射型衍射光栅RG衍射后，经λ/4波长片WP1b到达反射镜R2b。该λ/4波长本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光发射接收复合单元，其特征在于： 包括： 光源； 用于将从上述光源发出的光中的、通过外部光学系统返回单元的光分为多个光束的光分路部； 根据上述回射光的偏振状态增减透光量的偏振部；以及 包含用于探测经过上述偏振部的光的多个光探测部的光接收部， 将上述光源、上述光分路部、偏振部和光接收部配置在同一构件内，形成一体化。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：久米英广，中山明仁，谷口佳代子，黑田明博，
申请(专利权)人：索尼公司，索尼精密技术株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]