JPH08180493A - 微小変位測定装置 - Google Patents
微小変位測定装置Info
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- JPH08180493A JPH08180493A JP32889294A JP32889294A JPH08180493A JP H08180493 A JPH08180493 A JP H08180493A JP 32889294 A JP32889294 A JP 32889294A JP 32889294 A JP32889294 A JP 32889294A JP H08180493 A JPH08180493 A JP H08180493A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 簡易な構成でフォーカスエラー信号の検出感
度を上げ、微小変位の測定精度を向上させることが可能
な微小変位測定装置を提供すること。 【構成】 互いに干渉し合う第二回折光の位相が１／４
波長だけずれるような形状に干渉縞発生手段の各回折格
子を形成することにより、フォーカスエラー信号のＳ字
曲線を大きくしてデフォーカス量を求めるようにした。
度を上げ、微小変位の測定精度を向上させることが可能
な微小変位測定装置を提供すること。 【構成】 互いに干渉し合う第二回折光の位相が１／４
波長だけずれるような形状に干渉縞発生手段の各回折格
子を形成することにより、フォーカスエラー信号のＳ字
曲線を大きくしてデフォーカス量を求めるようにした。
Description
【０００１】
【０００２】
【従来の技術】従来、光磁気ディスク用の光学ヘッドに
使用されているフォーカスエラー信号を用いたフォーカ
スサーボ方式としては、非点収差法、臨界角法、ナイフ
エッジ法などが知られている。この中において、非点収
差法は光磁気ディスク用として用いられる他、コンパク
トディスク、レーザディスクを含む光ディスク全般に用
いられている。非点収差法に関する公知技術としては、
特公昭５３−３９１２３号公報に「自動焦点調整装
置」、特公昭５７−１２１８８号公報に「動いているデ
ータキャリア上に読取光ビームを集束させる装置」、特
公昭６０−４８９４９号公報に「光ビームで情報を読み
取る装置」、特公昭６１−６１１７８号公報に「自動焦
点調節法」としてそれぞれ開示されている。
使用されているフォーカスエラー信号を用いたフォーカ
スサーボ方式としては、非点収差法、臨界角法、ナイフ
エッジ法などが知られている。この中において、非点収
差法は光磁気ディスク用として用いられる他、コンパク
トディスク、レーザディスクを含む光ディスク全般に用
いられている。非点収差法に関する公知技術としては、
特公昭５３−３９１２３号公報に「自動焦点調整装
置」、特公昭５７−１２１８８号公報に「動いているデ
ータキャリア上に読取光ビームを集束させる装置」、特
公昭６０−４８９４９号公報に「光ビームで情報を読み
取る装置」、特公昭６１−６１１７８号公報に「自動焦
点調節法」としてそれぞれ開示されている。
【０００３】図１０は、光ピックアップ装置における非
点収差法の動作原理を示したものである。半導体レーザ
（図示せず）から出射した光は、コリメートレンズ（図
示せず）によりコリメートされ、ビームスプリッタ１を
透過して対物レンズ２により集光されて光ディスク３の
面上に照射され、これにより情報の記録等が行われる。
また、光ディスク３からの反射光は、対物レンズ２を透
過し、ビームスプリッタ１により今度は反射され、集光
レンズ４、円筒レンズ５を順次透過して非点収差が発生
したビーム６となり、このビーム６は４分割受光面ａ，
ｂ，ｃ，ｄをもつ受光素子７に導かれる。そして、その
受光素子７の出力がアンプ８に送られることによりフォ
ーカスエラー信号Ｆｅが検出される。
点収差法の動作原理を示したものである。半導体レーザ
（図示せず）から出射した光は、コリメートレンズ（図
示せず）によりコリメートされ、ビームスプリッタ１を
透過して対物レンズ２により集光されて光ディスク３の
面上に照射され、これにより情報の記録等が行われる。
また、光ディスク３からの反射光は、対物レンズ２を透
過し、ビームスプリッタ１により今度は反射され、集光
レンズ４、円筒レンズ５を順次透過して非点収差が発生
したビーム６となり、このビーム６は４分割受光面ａ，
ｂ，ｃ，ｄをもつ受光素子７に導かれる。そして、その
受光素子７の出力がアンプ８に送られることによりフォ
ーカスエラー信号Ｆｅが検出される。
【０００４】この場合、光ディスク３の合焦時には、そ
の光ディスク３からの反射光のビーム６の形状は、受光
素子７の４分割受光面ａ，ｂ，ｃ，ｄにおいて円形とな
る。この時、差動出力｛（ａ＋ｃ）−（ｂ＋ｄ）｝の値
は零となり、フォーカスエラー信号Ｆｅの値は０となり
検出されない。また、光ディスク３が対物レンズ２から
遠くなったり近くなったりすると、ビーム６の形状は円
形から長円形状となり、差動出力は零とならず、これに
よりフォーカスエラー信号の値は正（遠い）或いは負
（近い）となって、対物レンズの位置調整が行われる。
の光ディスク３からの反射光のビーム６の形状は、受光
素子７の４分割受光面ａ，ｂ，ｃ，ｄにおいて円形とな
る。この時、差動出力｛（ａ＋ｃ）−（ｂ＋ｄ）｝の値
は零となり、フォーカスエラー信号Ｆｅの値は０となり
検出されない。また、光ディスク３が対物レンズ２から
遠くなったり近くなったりすると、ビーム６の形状は円
形から長円形状となり、差動出力は零とならず、これに
よりフォーカスエラー信号の値は正（遠い）或いは負
（近い）となって、対物レンズの位置調整が行われる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】近年、この種の光ディ
スク装置においては、アクセスタイムの高速化が要求さ
れており、このような目的を達成するためには、光ピッ
クアップ部の小型化、軽量化が必要不可欠となる。しか
し、前述したような非点収差法を用いたフォーカスサー
ボ方式では、ビームの形状変化を検出するために、受光
素子７までの距離（検出長）をある程度大きく（数ｃ
ｍ）しなければ十分な検出感度を得ることができない。
従って、従来の光ディスク装置においては小型化におの
ずと限界がある。また、受光素子７上のスポット径は数
ミクロンから数十ミクロンとかなり小さいため、調整が
難しく、環境によってはオフセットが生じることになる
ので、検出された信号が不安定となる。
スク装置においては、アクセスタイムの高速化が要求さ
れており、このような目的を達成するためには、光ピッ
クアップ部の小型化、軽量化が必要不可欠となる。しか
し、前述したような非点収差法を用いたフォーカスサー
ボ方式では、ビームの形状変化を検出するために、受光
素子７までの距離（検出長）をある程度大きく（数ｃ
ｍ）しなければ十分な検出感度を得ることができない。
従って、従来の光ディスク装置においては小型化におの
ずと限界がある。また、受光素子７上のスポット径は数
ミクロンから数十ミクロンとかなり小さいため、調整が
難しく、環境によってはオフセットが生じることになる
ので、検出された信号が不安定となる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明で
は、ｎ1 次光とｎ2 次光との第一回折光を発生する第一
回折格子と、前記第一回折光が入射することにより複数
の回折された第二回折光を発生する第二回折格子とから
なり、互いに干渉し合う前記第二回折光の位相が１／４
波長だけずれるような形状に各回折格子が形成された干
渉縞発生手段を設け、この干渉縞発生手段により生じた
前記第二回折光の間での干渉により干渉縞の位相の変化
を受光素子に検知することによって前記測定物の光軸方
向への移動量を測定するようにした。
は、ｎ1 次光とｎ2 次光との第一回折光を発生する第一
回折格子と、前記第一回折光が入射することにより複数
の回折された第二回折光を発生する第二回折格子とから
なり、互いに干渉し合う前記第二回折光の位相が１／４
波長だけずれるような形状に各回折格子が形成された干
渉縞発生手段を設け、この干渉縞発生手段により生じた
前記第二回折光の間での干渉により干渉縞の位相の変化
を受光素子に検知することによって前記測定物の光軸方
向への移動量を測定するようにした。
【０００７】請求項２記載の発明では、請求項１記載の
発明において、第一回折格子と第二回折格子との相対的
な位相を、回折格子の４分の１ピッチを（ｎ1 −ｎ2 ）
で割った値、又は、その値にさらに１ピッチを（ｎ1 −
ｎ2 ）で割った値を１個ないしは複数個加算又は減算し
た値に設定した。
発明において、第一回折格子と第二回折格子との相対的
な位相を、回折格子の４分の１ピッチを（ｎ1 −ｎ2 ）
で割った値、又は、その値にさらに１ピッチを（ｎ1 −
ｎ2 ）で割った値を１個ないしは複数個加算又は減算し
た値に設定した。
【０００８】請求項３記載の発明では、請求項１記載の
発明において、第一回折格子と第二回折格子とを等ピッ
チとし、±１次光の第二回折光を用いて干渉縞を発生さ
せる場合、第一回折格子と第二回折格子との相対的な位
相を、回折格子の８分の１ピッチ、又は、８分の５ピッ
チの値に設定した。
発明において、第一回折格子と第二回折格子とを等ピッ
チとし、±１次光の第二回折光を用いて干渉縞を発生さ
せる場合、第一回折格子と第二回折格子との相対的な位
相を、回折格子の８分の１ピッチ、又は、８分の５ピッ
チの値に設定した。
【０００９】請求項４記載の発明では、請求項１記載の
発明において、ピッチがΛ1 の第一回折格子により得ら
れる第一回折光をｎ1 次光とｎ2 次光とし、ピッチがΛ
2 の第二回折格子により得られる第二回折光をｍ1 次光
とｍ2 次光としたとき、各回折格子のピッチと回折光の
次数とを、 Λ2 ｎ1 ＋Λ1 ｍ1 ＝Λ2 ｎ2 ＋Λ1 ｍ2 の関係式を満たすように設定した。
発明において、ピッチがΛ1 の第一回折格子により得ら
れる第一回折光をｎ1 次光とｎ2 次光とし、ピッチがΛ
2 の第二回折格子により得られる第二回折光をｍ1 次光
とｍ2 次光としたとき、各回折格子のピッチと回折光の
次数とを、 Λ2 ｎ1 ＋Λ1 ｍ1 ＝Λ2 ｎ2 ＋Λ1 ｍ2 の関係式を満たすように設定した。
【００１０】
【作用】請求項１記載の発明においては、第二回折光の
位相が１／４波長だけずれるような形状に干渉縞発生手
段の各回折格子を形成したことによって、第二回折光の
干渉縞分布から求められるフォーカスエラー信号のＳ字
曲線を最大にすることができ、この最大とされたＳ字曲
線からデフォーカス量を容易に求めることができる。
位相が１／４波長だけずれるような形状に干渉縞発生手
段の各回折格子を形成したことによって、第二回折光の
干渉縞分布から求められるフォーカスエラー信号のＳ字
曲線を最大にすることができ、この最大とされたＳ字曲
線からデフォーカス量を容易に求めることができる。
【００１１】請求項２記載の発明においては、４分の１
ピッチを（ｎ1 −ｎ2 ）で割った値か、又は、その４分
の１ピッチを（ｎ1 −ｎ2 ）で割った値に、１ピッチを
（ｎ1 −ｎ2 ）で割った値を１個ないしは複数個加算又
は減算した値に設定することによって、互いに干渉し合
う第二回折光の位相を１／４波長だけ正確にずらすこと
ができる。
ピッチを（ｎ1 −ｎ2 ）で割った値か、又は、その４分
の１ピッチを（ｎ1 −ｎ2 ）で割った値に、１ピッチを
（ｎ1 −ｎ2 ）で割った値を１個ないしは複数個加算又
は減算した値に設定することによって、互いに干渉し合
う第二回折光の位相を１／４波長だけ正確にずらすこと
ができる。
【００１２】請求項３記載の発明においては、第一回折
格子と第二回折格子との相対的な位相を、８分の１ピッ
チ、又は、８分の５ピッチの値に設定したことによっ
て、互いに干渉し合う第二回折光の位相を１／４波長だ
け正確にしかも容易にずらすことができる。また、第一
回折格子と第二回折格子とを等ピッチすなわち同一の格
子ピッチとし、±１次光の第二回折光を用いて干渉縞を
発生させることによって、回折格子の作成を容易に行う
ことができ、しかも、これにより干渉縞を受光する受光
素子側の形状も簡易化させることができる。
格子と第二回折格子との相対的な位相を、８分の１ピッ
チ、又は、８分の５ピッチの値に設定したことによっ
て、互いに干渉し合う第二回折光の位相を１／４波長だ
け正確にしかも容易にずらすことができる。また、第一
回折格子と第二回折格子とを等ピッチすなわち同一の格
子ピッチとし、±１次光の第二回折光を用いて干渉縞を
発生させることによって、回折格子の作成を容易に行う
ことができ、しかも、これにより干渉縞を受光する受光
素子側の形状も簡易化させることができる。
【００１３】請求項４記載の発明においては、第一回折
格子と第二回折格子とのピッチを異ならせ、各回折格子
のピッチと回折光の次数との間で一定の条件式を満足さ
せることによって、干渉縞となる第二回折光の位相を１
／４波長だけずらすことができる。
格子と第二回折格子とのピッチを異ならせ、各回折格子
のピッチと回折光の次数との間で一定の条件式を満足さ
せることによって、干渉縞となる第二回折光の位相を１
／４波長だけずらすことができる。
【００１４】
【実施例】本発明の第一の実施例を図１〜図３に基づい
て説明する（請求項１記載の発明に対応する）。まず、
微小変位測定装置の全体構成を図２に基づいて述べる。
光源としての半導体レーザ９（以下、ＬＤという）から
の出射光はコリメートレンズ１０により平行光とされた
後、ビームスプリッタ１１により反射され、対物レンズ
１２により集光されたビームとなって測定物としての光
ディスク１３の面上に照射される。そして、その光ディ
スク１３からの反射光は、再び対物レンズ１２を通過し
た後、今度はビームスプリッタ１１を透過し受光素子１
４（以下、ＰＤという）に向かう。
て説明する（請求項１記載の発明に対応する）。まず、
微小変位測定装置の全体構成を図２に基づいて述べる。
光源としての半導体レーザ９（以下、ＬＤという）から
の出射光はコリメートレンズ１０により平行光とされた
後、ビームスプリッタ１１により反射され、対物レンズ
１２により集光されたビームとなって測定物としての光
ディスク１３の面上に照射される。そして、その光ディ
スク１３からの反射光は、再び対物レンズ１２を通過し
た後、今度はビームスプリッタ１１を透過し受光素子１
４（以下、ＰＤという）に向かう。
【００１５】そのビームスプリッタ１１とＰＤ１４との
間の光路上には、干渉縞発生手段としての二重回折格子
１５が配置されている。この二重回折格子１５は、ｎ1
次光とｎ2 次光との第一回折光Ｋ1 を発生する第一回折
格子１５ａと、第一回折光Ｋ1 が入射することにより複
数の回折された第二回折光Ｋ2 を発生する第二回折格子
１５ｂとからなっている。そして、光ディスク１３から
の反射光がそのような二重回折格子１５を通過すること
によって第二回折光Ｋ2 の干渉縞が発生し、この干渉縞
の位相の変化がＰＤ１４に検出され、光ディスク１３の
光軸方向への移動量の測定が行われる。
間の光路上には、干渉縞発生手段としての二重回折格子
１５が配置されている。この二重回折格子１５は、ｎ1
次光とｎ2 次光との第一回折光Ｋ1 を発生する第一回折
格子１５ａと、第一回折光Ｋ1 が入射することにより複
数の回折された第二回折光Ｋ2 を発生する第二回折格子
１５ｂとからなっている。そして、光ディスク１３から
の反射光がそのような二重回折格子１５を通過すること
によって第二回折光Ｋ2 の干渉縞が発生し、この干渉縞
の位相の変化がＰＤ１４に検出され、光ディスク１３の
光軸方向への移動量の測定が行われる。
【００１６】本実施例では、二重回折格子１５を構成す
る第一回折格子１５ａと第二回折格子１５ｂとが、干渉
縞となる第二回折光Ｋ2 の位相が１／４波長（λ）だけ
ずれるような格子形状に形成されている。以下、これら
２つの回折光Ｋ1 ，Ｋ2 の位相がλ／４だけずれる理由
について述べる。図１は、ＰＤ１４面上の中心を座標Ｏ
とした座標軸ｘ，ｙ，ｚを示す。今、ＰＤ１４面に対し
て２つの点光源Ｐ1 ，Ｐ2 からの距離をＬ1 ，Ｌ2 と
し、これら点光源間のｘ方向の距離をｌ1 とし、点光源
Ｐ1 ，Ｐ2 の中心の（ｙ，ｚ）座標を（ｙ0 ，ｚ0 ）と
する。このとき、Ｌ1 2，Ｌ2 2の値は、 Ｌ1 2＝（ ｌ1 ／２＋ｘ）2＋ｙ0 2＋ｚ2 …（１） Ｌ2 2＝（−ｌ1 ／２＋ｘ）2＋ｙ0 2＋ｚ2 …（２） として表わされる。これにより、二重回折格子１５によ
る位相差を付与していないときの光路長差ｄＬは、 ｄＬ＝Ｌ1 −Ｌ2 ＝（Ｌ1 2−Ｌ2 2）／（Ｌ1 −Ｌ2 ） ≒〔（ｌ1 ／２＋ｘ）2−（−ｌ1 ／２＋ｘ）2〕／２ｙ0 ＝ｌ1 ｘ／ｙ0 …（３） となる。ここで、二重回折格子１５による位相差を位相
差をπ／２＋δ0 としたとき、光路長の位相差δは、 δ＝２πｄＬ／λ＋π／２＋δ0 ＝２πｌ1 ｘ／λｙ0＋π／２＋δ0 …（４） として表わされる。そして、２つの点光源Ｐ1 ，Ｐ2 に
よる干渉縞の強度Ｉは、 Ｉ∝ｃｏｓ2（δ／２） …（５） として表わされる。さらに、（４）式を（５）式に代入
すると、干渉縞強度分布Ｉ（ｘ）は、 Ｉ（ｘ）∝ｃｏｓ2（πｌ1 ｘ／λｙ0＋π／４＋δ0／２） ＝〔−ｓｉｎ（２πｌ1 ｘ／λｙ0＋δ0）＋１〕／２ …（６） として表わされる。
る第一回折格子１５ａと第二回折格子１５ｂとが、干渉
縞となる第二回折光Ｋ2 の位相が１／４波長（λ）だけ
ずれるような格子形状に形成されている。以下、これら
２つの回折光Ｋ1 ，Ｋ2 の位相がλ／４だけずれる理由
について述べる。図１は、ＰＤ１４面上の中心を座標Ｏ
とした座標軸ｘ，ｙ，ｚを示す。今、ＰＤ１４面に対し
て２つの点光源Ｐ1 ，Ｐ2 からの距離をＬ1 ，Ｌ2 と
し、これら点光源間のｘ方向の距離をｌ1 とし、点光源
Ｐ1 ，Ｐ2 の中心の（ｙ，ｚ）座標を（ｙ0 ，ｚ0 ）と
する。このとき、Ｌ1 2，Ｌ2 2の値は、 Ｌ1 2＝（ ｌ1 ／２＋ｘ）2＋ｙ0 2＋ｚ2 …（１） Ｌ2 2＝（−ｌ1 ／２＋ｘ）2＋ｙ0 2＋ｚ2 …（２） として表わされる。これにより、二重回折格子１５によ
る位相差を付与していないときの光路長差ｄＬは、 ｄＬ＝Ｌ1 −Ｌ2 ＝（Ｌ1 2−Ｌ2 2）／（Ｌ1 −Ｌ2 ） ≒〔（ｌ1 ／２＋ｘ）2−（−ｌ1 ／２＋ｘ）2〕／２ｙ0 ＝ｌ1 ｘ／ｙ0 …（３） となる。ここで、二重回折格子１５による位相差を位相
差をπ／２＋δ0 としたとき、光路長の位相差δは、 δ＝２πｄＬ／λ＋π／２＋δ0 ＝２πｌ1 ｘ／λｙ0＋π／２＋δ0 …（４） として表わされる。そして、２つの点光源Ｐ1 ，Ｐ2 に
よる干渉縞の強度Ｉは、 Ｉ∝ｃｏｓ2（δ／２） …（５） として表わされる。さらに、（４）式を（５）式に代入
すると、干渉縞強度分布Ｉ（ｘ）は、 Ｉ（ｘ）∝ｃｏｓ2（πｌ1 ｘ／λｙ0＋π／４＋δ0／２） ＝〔−ｓｉｎ（２πｌ1 ｘ／λｙ0＋δ0）＋１〕／２ …（６） として表わされる。
【００１７】次に、光ディスク１３にデフォーカスが生
じた場合におけるｙ0 の値を求める。今、対物レンズ１
２の焦点距離をｆ0 とし、対物レンズ１２からの反射光
の検出光路側の焦点位置をｙ1 とすると、 １／（ｆ0 ＋ｄ）＋１／ｙ1 ＝１／ｆ0 …（７） の関係が成立する。これにより、ｙ1 は、 ｙ1 ≒ｆ0 2／ｄ …（８） として表わされる。そして、ｙ0 ＝ｙ1 −ｙ2 とし、
（８）式を（６）式に代入すると、 Ｉ（ｘ，ｄ）∝−ｓｉｎ〔２πｌ1 ｘ／λ（ｆ0 2／ｄ−ｙ2）＋δ0〕 ＋１ …（９） を得る。このＩ（ｘ，ｄ）が干渉縞分布を示す基本式で
ある。そして、（９）式中、ｙ2 が小さいとし、ｙ2 ＝
０を（９）式に代入すると、 Ｉ（ｘ，ｄ）∝−ｓｉｎ〔２πｌ1 ｘｄ／λｆ0 2＋δ0〕＋１ …（１０） となる。これにより、干渉縞分布Ｉ（ｘ，ｄ）は、ｘ，
ｄに対して対称であり、二重回折格子１５に位相差をも
たせた効果を得ることができ、波長変動の影響によりそ
の干渉縞分布も対称的に変化する。なお、デフォーカス
がないときは波長に拘らず干渉縞分布は平坦になり、ジ
ャストオンフォーカス時には影響がない。
じた場合におけるｙ0 の値を求める。今、対物レンズ１
２の焦点距離をｆ0 とし、対物レンズ１２からの反射光
の検出光路側の焦点位置をｙ1 とすると、 １／（ｆ0 ＋ｄ）＋１／ｙ1 ＝１／ｆ0 …（７） の関係が成立する。これにより、ｙ1 は、 ｙ1 ≒ｆ0 2／ｄ …（８） として表わされる。そして、ｙ0 ＝ｙ1 −ｙ2 とし、
（８）式を（６）式に代入すると、 Ｉ（ｘ，ｄ）∝−ｓｉｎ〔２πｌ1 ｘ／λ（ｆ0 2／ｄ−ｙ2）＋δ0〕 ＋１ …（９） を得る。このＩ（ｘ，ｄ）が干渉縞分布を示す基本式で
ある。そして、（９）式中、ｙ2 が小さいとし、ｙ2 ＝
０を（９）式に代入すると、 Ｉ（ｘ，ｄ）∝−ｓｉｎ〔２πｌ1 ｘｄ／λｆ0 2＋δ0〕＋１ …（１０） となる。これにより、干渉縞分布Ｉ（ｘ，ｄ）は、ｘ，
ｄに対して対称であり、二重回折格子１５に位相差をも
たせた効果を得ることができ、波長変動の影響によりそ
の干渉縞分布も対称的に変化する。なお、デフォーカス
がないときは波長に拘らず干渉縞分布は平坦になり、ジ
ャストオンフォーカス時には影響がない。
【００１８】図３は、その干渉縞分布Ｉ（ｘ，ｄ）をｘ
方向に積分することにより得られるデフォーカス量に対
するフォーカスエラー信号ＦｅのＳ字曲線Ｓ（ｄ）を示
す。Ｓ字曲線Ｓ（ｄ）の波形Ａ（実線）は実験値を示
し、波形Ｂ（破線）は理論的な計算値を示す。この場
合、ＰＤ１４の面をｘ座標にして、−ａから０、そし
て、０からａの２つの領域に分けられるため、その場の
干渉縞分布Ｉ（ｘ，ｄ）を平坦な光量分布を仮定してそ
れぞれを積分してその差をとると、Ｓ（ｄ）は、 Ｓ（ｄ）∝λｆ0 2・ ｃｏｓδ0〔−１＋ｃｏｓ（２πｌ1 ｘｄ／λｆ0 2〕／πｌ1 ｄ …（１１） として表わすことができる。この（１１）式中には、ｃ
ｏｓδ0の項があり、δ0＝０のときには、ｃｏｓδ0＝
１となり、δ0 ＝πのときにはｃｏｓδ0＝−１とな
り、これによりＳ（ｄ）の絶対値は最大となる。
方向に積分することにより得られるデフォーカス量に対
するフォーカスエラー信号ＦｅのＳ字曲線Ｓ（ｄ）を示
す。Ｓ字曲線Ｓ（ｄ）の波形Ａ（実線）は実験値を示
し、波形Ｂ（破線）は理論的な計算値を示す。この場
合、ＰＤ１４の面をｘ座標にして、−ａから０、そし
て、０からａの２つの領域に分けられるため、その場の
干渉縞分布Ｉ（ｘ，ｄ）を平坦な光量分布を仮定してそ
れぞれを積分してその差をとると、Ｓ（ｄ）は、 Ｓ（ｄ）∝λｆ0 2・ ｃｏｓδ0〔−１＋ｃｏｓ（２πｌ1 ｘｄ／λｆ0 2〕／πｌ1 ｄ …（１１） として表わすことができる。この（１１）式中には、ｃ
ｏｓδ0の項があり、δ0＝０のときには、ｃｏｓδ0＝
１となり、δ0 ＝πのときにはｃｏｓδ0＝−１とな
り、これによりＳ（ｄ）の絶対値は最大となる。
【００１９】従って、δ0 ＝０のとき、すなわち、干渉
する２つの第二回折光Ｋ2 の位相がλ／４だけずれるよ
うに、第一回折格子１５ａと第二回折格子１５ｂとの格
子形状を形成することによって、フォーカスエラー信号
ＦｅのＳ字曲線を最大にすることができ、これにより、
デフォーカス量を容易に求めることができ、信号の検出
感度を向上させることができる。
する２つの第二回折光Ｋ2 の位相がλ／４だけずれるよ
うに、第一回折格子１５ａと第二回折格子１５ｂとの格
子形状を形成することによって、フォーカスエラー信号
ＦｅのＳ字曲線を最大にすることができ、これにより、
デフォーカス量を容易に求めることができ、信号の検出
感度を向上させることができる。
【００２０】次に、本発明の第二の実施例を図４〜図６
に基づいて説明する（請求項２，３記載の発明に対応す
る）。なお、前述した第一の実施例と同一部分について
の説明は省略し、その同一部分については同一符号を用
いる。
に基づいて説明する（請求項２，３記載の発明に対応す
る）。なお、前述した第一の実施例と同一部分について
の説明は省略し、その同一部分については同一符号を用
いる。
【００２１】本実施例では、第一回折格子１５ａと第二
回折格子１５ｂとの相対的な位相は、その回折格子の１
／４ピッチを（ｎ1 −ｎ2 ）で割った値、又は、その値
にさらに１ピッチを（ｎ1 −ｎ2 ）で割った値を１個な
いしは複数個加算又は減算した値に設定されている。こ
の場合、特に、第一回折格子１５ａと第二回折格子１５
ｂとの相対的な位相を、その回折格子の１／８ピッチ、
又は、５／８ピッチの値に設定するようにしてもよい。
回折格子１５ｂとの相対的な位相は、その回折格子の１
／４ピッチを（ｎ1 −ｎ2 ）で割った値、又は、その値
にさらに１ピッチを（ｎ1 −ｎ2 ）で割った値を１個な
いしは複数個加算又は減算した値に設定されている。こ
の場合、特に、第一回折格子１５ａと第二回折格子１５
ｂとの相対的な位相を、その回折格子の１／８ピッチ、
又は、５／８ピッチの値に設定するようにしてもよい。
【００２２】以下、回折格子１５ａ，１５ｂの相対的な
位相関係を、上記条件に設定することにより、フォーカ
スエラー信号ＦｅのＳ字曲線を最大にすることができる
理由について述べる。図４は、単一の回折格子１６に光
を入射させ、その回折格子１６が移動するときに回折光
の波面も移動することを示す例である。今、回折格子１
６が１ピッチ移動し、その移動方向に回折する光をｎ1
次光とし、反対方向に回折する光をｎ2 次光とする。こ
の場合、回折格子１６の移動方向に対して同一方向に進
む光は波面１７ａも同一方向に進み、次数のｎ1 に対し
て１ピッチ当たり波長のｎ1 倍進む。一方、回折格子１
６の移動方向に対して反対方向に進む光は波面１７ｂが
後退し、次数のｎ2 に対して１ピッチ当たり波長のｎ2
倍後退する（ｎ2 が負の数とすると、−ｎ2 倍進む）。
また、図５に示すように、２枚の回折格子、例えば第
一、第二回折格子１５ａ，１５ｂからなる二重回折格子
１５の場合、一方の第一回折格子１５ａを１ピッチ移動
させ、他方の第二回折格子１５ｂを固定したとすると、
ｎ1 次光の波面１７ａとｎ2 次光の波面１７ｂとの進行
が逆になるため、（ｎ1 −ｎ2 ）倍×２πの位相変化と
なり、この変化分だけ波面１７ａ，１７ｂが重なること
になる。例として、ｎ1 ＝１、ｎ2 ＝−１とすると、
（ｎ1 −（−ｎ2 ））×２π＝（１−（−１））×２π
＝２×２πなる位相変化を生じる。
位相関係を、上記条件に設定することにより、フォーカ
スエラー信号ＦｅのＳ字曲線を最大にすることができる
理由について述べる。図４は、単一の回折格子１６に光
を入射させ、その回折格子１６が移動するときに回折光
の波面も移動することを示す例である。今、回折格子１
６が１ピッチ移動し、その移動方向に回折する光をｎ1
次光とし、反対方向に回折する光をｎ2 次光とする。こ
の場合、回折格子１６の移動方向に対して同一方向に進
む光は波面１７ａも同一方向に進み、次数のｎ1 に対し
て１ピッチ当たり波長のｎ1 倍進む。一方、回折格子１
６の移動方向に対して反対方向に進む光は波面１７ｂが
後退し、次数のｎ2 に対して１ピッチ当たり波長のｎ2
倍後退する（ｎ2 が負の数とすると、−ｎ2 倍進む）。
また、図５に示すように、２枚の回折格子、例えば第
一、第二回折格子１５ａ，１５ｂからなる二重回折格子
１５の場合、一方の第一回折格子１５ａを１ピッチ移動
させ、他方の第二回折格子１５ｂを固定したとすると、
ｎ1 次光の波面１７ａとｎ2 次光の波面１７ｂとの進行
が逆になるため、（ｎ1 −ｎ2 ）倍×２πの位相変化と
なり、この変化分だけ波面１７ａ，１７ｂが重なること
になる。例として、ｎ1 ＝１、ｎ2 ＝−１とすると、
（ｎ1 −（−ｎ2 ））×２π＝（１−（−１））×２π
＝２×２πなる位相変化を生じる。
【００２３】また、図６に示すように、第一、第二回折
格子１５ａ，１５ｂの相対的な位相がピッタリ合ってい
ると波面１７ａ，１７ｂも揃う。このような状態から、
一方の第一回折格子１５ａが移動して、波面１７ａを波
面１７ｂに対してλ／４だけ異ならせるためには、回折
格子の４分の１ピッチを（ｎ1 −ｎ2 ）で割った距離だ
け移動させることによってその目的を達成できる。例と
して、ｎ1 ＝１、ｎ2＝−１の場合は、４分の１ピッチ
を（１−（−１））＝２で割った１／８ピッチだけ回折
格子を相対的に移動させることによって、λ／４だけ波
面の位相を異ならせることができる。なお、回折格子を
移動させる方向は左右どちらでもよい。
格子１５ａ，１５ｂの相対的な位相がピッタリ合ってい
ると波面１７ａ，１７ｂも揃う。このような状態から、
一方の第一回折格子１５ａが移動して、波面１７ａを波
面１７ｂに対してλ／４だけ異ならせるためには、回折
格子の４分の１ピッチを（ｎ1 −ｎ2 ）で割った距離だ
け移動させることによってその目的を達成できる。例と
して、ｎ1 ＝１、ｎ2＝−１の場合は、４分の１ピッチ
を（１−（−１））＝２で割った１／８ピッチだけ回折
格子を相対的に移動させることによって、λ／４だけ波
面の位相を異ならせることができる。なお、回折格子を
移動させる方向は左右どちらでもよい。
【００２４】さらに、第一、第二回折格子１５ａ，１５
ｂのうちの一方を１ピッチ移動させると、（ｎ1 −ｎ
2 ）倍×２πの位相変化となることから、２つの波面１
７ａ，１７ｂの位相差は回折格子の１ピッチの移動の間
に（ｎ1 −ｎ2 ）回の同じ位相となり、これにより１ピ
ッチを（ｎ1 −ｎ2 ）で割った位相分だけ回折格子を移
動させることで同一の位相となる。例として、ｎ1 ＝
１、ｎ2 ＝−１の場合は、１ピッチを（１−（−１））
＝２で割った値、すなわち、１／２ピッチの移動で２つ
の波面１７ａ，１７ｂの位相関係が同一となる。従っ
て、波面１７ａを波面１７ｂに対してλ／４だけ異なら
せるためには、１ピッチを（ｎ1 −ｎ2 ）で割った値
に、回折格子の４分の１ピッチを（ｎ1 −ｎ2 ）で割っ
た距離（ｎ1 −ｎ2 ）で割った値を加算又は減算させる
ようにすればよい。この例では、１／２ピッチと１／８
ピッチとを加算して５／８ピッチだけ移動させることに
よって、λ／４だけ波面の位相を異ならせることができ
る。
ｂのうちの一方を１ピッチ移動させると、（ｎ1 −ｎ
2 ）倍×２πの位相変化となることから、２つの波面１
７ａ，１７ｂの位相差は回折格子の１ピッチの移動の間
に（ｎ1 −ｎ2 ）回の同じ位相となり、これにより１ピ
ッチを（ｎ1 −ｎ2 ）で割った位相分だけ回折格子を移
動させることで同一の位相となる。例として、ｎ1 ＝
１、ｎ2 ＝−１の場合は、１ピッチを（１−（−１））
＝２で割った値、すなわち、１／２ピッチの移動で２つ
の波面１７ａ，１７ｂの位相関係が同一となる。従っ
て、波面１７ａを波面１７ｂに対してλ／４だけ異なら
せるためには、１ピッチを（ｎ1 −ｎ2 ）で割った値
に、回折格子の４分の１ピッチを（ｎ1 −ｎ2 ）で割っ
た距離（ｎ1 −ｎ2 ）で割った値を加算又は減算させる
ようにすればよい。この例では、１／２ピッチと１／８
ピッチとを加算して５／８ピッチだけ移動させることに
よって、λ／４だけ波面の位相を異ならせることができ
る。
【００２５】この他の高次数を例にとると、ｎ1 ＝２、
ｎ2 ＝−３の場合は、１／４ピッチを（２−（−３））
＝５で割って、１／２０ピッチの分だけ回折格子の位相
変化をもたせることによって、λ／４だけ波面の位相を
異ならせることができる。さらにこのことは、１ピッチ
を（２−（−３））＝５で割った１／５ピッチの値と、
１／２０ピッチとを加算した１／４ピッチだけ移動させ
ることによって、λ／４だけ波面の位相を異ならせるこ
とができる。
ｎ2 ＝−３の場合は、１／４ピッチを（２−（−３））
＝５で割って、１／２０ピッチの分だけ回折格子の位相
変化をもたせることによって、λ／４だけ波面の位相を
異ならせることができる。さらにこのことは、１ピッチ
を（２−（−３））＝５で割った１／５ピッチの値と、
１／２０ピッチとを加算した１／４ピッチだけ移動させ
ることによって、λ／４だけ波面の位相を異ならせるこ
とができる。
【００２６】上述したように、第一回折格子１５ａと第
二回折格子１５ｂとの相対的な位相を、１／４ピッチを
（ｎ1 −ｎ2 ）で割った値か、又は、その１／４ピッチ
を（ｎ1 −ｎ2 ）で割った値に、１ピッチを（ｎ1 −ｎ
2 ）で割った値を１個ないしは複数個加算又は減算した
値に設定したので、干渉縞となる第二回折光の位相を１
／４波長だけ正確にしかも容易にずらすことができ、こ
れにより、フォーカスエラー信号ＦｅのＳ字曲線を最大
にして、デフォーカス量を正確に求めることができる。
特に、±１次光を用い、１／８ピッチ、５／８ピッチの
値に設定することによって、第一，第二回折格子１５
ａ，１５ｂや受光素子１４の形状が単純化されて作成が
容易となり、生産コストを低減することができる。
二回折格子１５ｂとの相対的な位相を、１／４ピッチを
（ｎ1 −ｎ2 ）で割った値か、又は、その１／４ピッチ
を（ｎ1 −ｎ2 ）で割った値に、１ピッチを（ｎ1 −ｎ
2 ）で割った値を１個ないしは複数個加算又は減算した
値に設定したので、干渉縞となる第二回折光の位相を１
／４波長だけ正確にしかも容易にずらすことができ、こ
れにより、フォーカスエラー信号ＦｅのＳ字曲線を最大
にして、デフォーカス量を正確に求めることができる。
特に、±１次光を用い、１／８ピッチ、５／８ピッチの
値に設定することによって、第一，第二回折格子１５
ａ，１５ｂや受光素子１４の形状が単純化されて作成が
容易となり、生産コストを低減することができる。
【００２７】次に、本発明の第三の実施例を図７〜図９
に基づいて説明する（請求項４記載の発明に対応す
る）。なお、前記各実施例と同一部分についての説明は
省略し、その同一部分については同一符号を用いる。
に基づいて説明する（請求項４記載の発明に対応す
る）。なお、前記各実施例と同一部分についての説明は
省略し、その同一部分については同一符号を用いる。
【００２８】本実施例では、二重回折格子１５における
第一回折格子１５ａのピッチはΛ1とされ、第二回折格
子１５ｂのピッチはΛ2 とされている。そして、第一回
折格子１５ａにより回折される第一回折光Ｋ1 はｎ1 次
光とｎ2 次光とされ、また、第二回折格子１５ｂにより
得られる第二回折光Ｋ2 はｍ1 次光とｍ2 次光とされて
いる。この場合、各回折格子のピッチと回折光の次数と
の間は、 Λ2 ｎ1 ＋Λ1 ｍ1 ＝Λ2 ｎ2 ＋Λ1 ｍ2 …（１２） の関係式に設定されている。
第一回折格子１５ａのピッチはΛ1とされ、第二回折格
子１５ｂのピッチはΛ2 とされている。そして、第一回
折格子１５ａにより回折される第一回折光Ｋ1 はｎ1 次
光とｎ2 次光とされ、また、第二回折格子１５ｂにより
得られる第二回折光Ｋ2 はｍ1 次光とｍ2 次光とされて
いる。この場合、各回折格子のピッチと回折光の次数と
の間は、 Λ2 ｎ1 ＋Λ1 ｍ1 ＝Λ2 ｎ2 ＋Λ1 ｍ2 …（１２） の関係式に設定されている。
【００２９】以下、回折格子１５ａ，１５ｂの相対的な
位相関係を、上記（１２）式の条件に設定することによ
り、フォーカスエラー信号ＦｅのＳ字曲線を最大にする
ことができる理由について述べる。図７は、ピッチΛ1
の第一回折格子１５ａとピッチΛ2 の第二回折格子１５
ｂとが形成された二重回折格子１５での回折条件を示
す。今、光ディスク１３からの反射光が入射角θ0 で二
重回折格子１５に入射し、第一回折格子１５ａ側で出射
角θ1 のｎ1 次光，出射角θ3 のｎ2 次光が発生し、第
二回折格子１５ｂ側で出射角θ2 のｍ1 次光，出射角θ
4 のｍ2 次光が発生するものとする。この場合、第一回
折格子１５ａ側では、 ｓｉｎθ0 ＋ｓｉｎθ1 ＝ｎ1 λ／Λ1 …（１３） ｓｉｎθ0 ＋ｓｉｎθ3 ＝ｎ2 λ／Λ1 …（１４） が成り立つ。一方、第二回折格子１５ｂ側では、 ｓｉｎθ1 ＋ｓｉｎθ2 ＝−ｍ1 λ／Λ2 …（１５） ｓｉｎθ3 ＋ｓｉｎθ4 ＝−ｍ2 λ／Λ2 …（１６） が成り立つ。これにより、二重回折格子１５から出射し
たｍ1 次光、ｍ2 次光の２つの回折光を平行にするため
に、θ2 ＝θ4 とすると、 Λ2 ｎ1 ＋Λ1 ｍ1 ＝Λ2 ｎ2 ＋Λ1 ｍ2 …（１７） の関係が得られる。
位相関係を、上記（１２）式の条件に設定することによ
り、フォーカスエラー信号ＦｅのＳ字曲線を最大にする
ことができる理由について述べる。図７は、ピッチΛ1
の第一回折格子１５ａとピッチΛ2 の第二回折格子１５
ｂとが形成された二重回折格子１５での回折条件を示
す。今、光ディスク１３からの反射光が入射角θ0 で二
重回折格子１５に入射し、第一回折格子１５ａ側で出射
角θ1 のｎ1 次光，出射角θ3 のｎ2 次光が発生し、第
二回折格子１５ｂ側で出射角θ2 のｍ1 次光，出射角θ
4 のｍ2 次光が発生するものとする。この場合、第一回
折格子１５ａ側では、 ｓｉｎθ0 ＋ｓｉｎθ1 ＝ｎ1 λ／Λ1 …（１３） ｓｉｎθ0 ＋ｓｉｎθ3 ＝ｎ2 λ／Λ1 …（１４） が成り立つ。一方、第二回折格子１５ｂ側では、 ｓｉｎθ1 ＋ｓｉｎθ2 ＝−ｍ1 λ／Λ2 …（１５） ｓｉｎθ3 ＋ｓｉｎθ4 ＝−ｍ2 λ／Λ2 …（１６） が成り立つ。これにより、二重回折格子１５から出射し
たｍ1 次光、ｍ2 次光の２つの回折光を平行にするため
に、θ2 ＝θ4 とすると、 Λ2 ｎ1 ＋Λ1 ｍ1 ＝Λ2 ｎ2 ＋Λ1 ｍ2 …（１７） の関係が得られる。
【００３０】例として、図８に示すように、第一回折格
子１５ａのΛ1 ＝１μｍ、第二回折格子１５ｂのΛ2 ＝
２μｍ、ｎ1 ＝２、ｎ2 ＝−１として、（１７）式に代
入すると、 ２・２＋１・ｍ1 ＝２・（−１）＋１・ｍ2 すなわち、 ｍ1 −ｍ2 ＝−６ …（１８） の関係式を得る。この（１８）式から、例えば、図９に
示すように、ｍ1 ＝−２、ｍ2 ＝４とすると、第一回折
格子１５ａにより２次光と−１次光が発生し、第二回折
格子１５ｂにより−２次光と４次光が発生する。これに
より、回折されたｍ1 ，ｍ2 次光の位相をλ／４だけず
らすことが可能となる。
子１５ａのΛ1 ＝１μｍ、第二回折格子１５ｂのΛ2 ＝
２μｍ、ｎ1 ＝２、ｎ2 ＝−１として、（１７）式に代
入すると、 ２・２＋１・ｍ1 ＝２・（−１）＋１・ｍ2 すなわち、 ｍ1 −ｍ2 ＝−６ …（１８） の関係式を得る。この（１８）式から、例えば、図９に
示すように、ｍ1 ＝−２、ｍ2 ＝４とすると、第一回折
格子１５ａにより２次光と−１次光が発生し、第二回折
格子１５ｂにより−２次光と４次光が発生する。これに
より、回折されたｍ1 ，ｍ2 次光の位相をλ／４だけず
らすことが可能となる。
【００３１】上述したように、（１２）式の関係を満た
すように設定することによって、干渉縞となる第二回折
光Ｋ2 の位相をλ／４だけずらすことができ、これによ
り、フォーカスエラー信号ＦｅのＳ字曲線を最大にし
て、デフォーカス量を正確に求めることができる。な
お、ここでは、回折格子に入射する光が垂直であること
を前提としているが、垂直に入射しない場合にも、２つ
の回折光の位相がλ／４だけずれるように調整すればよ
い。
すように設定することによって、干渉縞となる第二回折
光Ｋ2 の位相をλ／４だけずらすことができ、これによ
り、フォーカスエラー信号ＦｅのＳ字曲線を最大にし
て、デフォーカス量を正確に求めることができる。な
お、ここでは、回折格子に入射する光が垂直であること
を前提としているが、垂直に入射しない場合にも、２つ
の回折光の位相がλ／４だけずれるように調整すればよ
い。
【００３２】
【発明の効果】請求項１記載の発明は、互いに干渉し合
う第二回折光の位相が１／４波長だけずれるように、干
渉縞発生手段の各回折格子を形成したので、フォーカス
エラー信号のＳ字曲線を最大にしてデフォーカス量を容
易に求めることができ、これにより、従来のナイフエッ
ジ法や非点収差法に比べて、信号の検出感度を格段に向
上させて微小変位の測定を正確に行うことができる。ま
た、このような干渉縞を用いた測定方式においては、検
出光路長を従来よりも短くとることができるため、光ピ
ックアップ部の小型化を図ることができる。さらに、こ
のような干渉縞による検出においてはビーム形状を比較
的大きくとれるため、光学素子の位置調整を極めてラフ
に行うことができ、耐環境性を向上させ、常に安定した
信号検出を行うことができる。
う第二回折光の位相が１／４波長だけずれるように、干
渉縞発生手段の各回折格子を形成したので、フォーカス
エラー信号のＳ字曲線を最大にしてデフォーカス量を容
易に求めることができ、これにより、従来のナイフエッ
ジ法や非点収差法に比べて、信号の検出感度を格段に向
上させて微小変位の測定を正確に行うことができる。ま
た、このような干渉縞を用いた測定方式においては、検
出光路長を従来よりも短くとることができるため、光ピ
ックアップ部の小型化を図ることができる。さらに、こ
のような干渉縞による検出においてはビーム形状を比較
的大きくとれるため、光学素子の位置調整を極めてラフ
に行うことができ、耐環境性を向上させ、常に安定した
信号検出を行うことができる。
【００３３】請求項２記載の発明は、第一回折格子と第
二回折格子との相対的な位相を、４分の１ピッチを（ｎ
1 −ｎ2 ）で割った値か、又は、その４分の１ピッチを
（ｎ1 −ｎ2 ）で割った値に、１ピッチを（ｎ1 −ｎ
2 ）で割った値を１個ないしは複数個加算又は減算した
値に設定したので、干渉縞となる第二回折光の位相を１
／４波長だけ正確にずらすことができ、これにより、フ
ォーカスエラー信号のＳ字曲線を最大にして、デフォー
カス量を正確に求めることができる。
二回折格子との相対的な位相を、４分の１ピッチを（ｎ
1 −ｎ2 ）で割った値か、又は、その４分の１ピッチを
（ｎ1 −ｎ2 ）で割った値に、１ピッチを（ｎ1 −ｎ
2 ）で割った値を１個ないしは複数個加算又は減算した
値に設定したので、干渉縞となる第二回折光の位相を１
／４波長だけ正確にずらすことができ、これにより、フ
ォーカスエラー信号のＳ字曲線を最大にして、デフォー
カス量を正確に求めることができる。
【００３４】請求項３記載の発明は、第一回折格子と第
二回折格子との相対的な位相を、８分の１ピッチ、又
は、８分の５ピッチの値に設定したので、干渉縞となる
第二回折光の位相を１／４波長だけ正確にしかも容易に
ずらすことができ、これにより、フォーカスエラー信号
のＳ字曲線を最大にして、デフォーカス量を一段と正確
に求めることができる。また、第一回折格子と第二回折
格子とを等ピッチすなわち同一の格子ピッチとし、±１
次光の第二回折光を用いて干渉縞を発生させるようにし
たので、回折格子や受光素子の作成が容易となり、生産
コストを一段と削減することができる。
二回折格子との相対的な位相を、８分の１ピッチ、又
は、８分の５ピッチの値に設定したので、干渉縞となる
第二回折光の位相を１／４波長だけ正確にしかも容易に
ずらすことができ、これにより、フォーカスエラー信号
のＳ字曲線を最大にして、デフォーカス量を一段と正確
に求めることができる。また、第一回折格子と第二回折
格子とを等ピッチすなわち同一の格子ピッチとし、±１
次光の第二回折光を用いて干渉縞を発生させるようにし
たので、回折格子や受光素子の作成が容易となり、生産
コストを一段と削減することができる。
【００３５】請求項４記載の発明は、ピッチがΛ1 の第
一回折格子により得られる第一回折光をｎ1 次光とｎ2
次光とし、ピッチがΛ2 の第二回折格子により得られる
第二回折光をｍ1 次光とｍ2 次光としたとき、各回折格
子のピッチと回折光の次数とを、 Λ2 ｎ1 ＋Λ1 ｍ1 ＝Λ2 ｎ2 ＋Λ1 ｍ2 の関係式を満たすように設定したので、干渉縞となる第
二回折光の位相を１／４波長だけずらし、フォーカスエ
ラー信号のＳ字曲線を最大にしてデフォーカス量を一段
と正確に求めることができる。
一回折格子により得られる第一回折光をｎ1 次光とｎ2
次光とし、ピッチがΛ2 の第二回折格子により得られる
第二回折光をｍ1 次光とｍ2 次光としたとき、各回折格
子のピッチと回折光の次数とを、 Λ2 ｎ1 ＋Λ1 ｍ1 ＝Λ2 ｎ2 ＋Λ1 ｍ2 の関係式を満たすように設定したので、干渉縞となる第
二回折光の位相を１／４波長だけずらし、フォーカスエ
ラー信号のＳ字曲線を最大にしてデフォーカス量を一段
と正確に求めることができる。
【図１】本発明の第一の実施例として２つの回折光によ
り１／４波長の位相差が生じた場合の理論的解析の等価
光学系を示す模式図である。
り１／４波長の位相差が生じた場合の理論的解析の等価
光学系を示す模式図である。
【図２】微小変位測定装置の全体構成を示す光路図であ
る。
る。
【図３】デフォーカス量に対するフォーカスエラー信号
のＳ字曲線を示す波形図である。
のＳ字曲線を示す波形図である。
【図４】本発明の第二の実施例として回折格子の移動に
より回折光の波面も移動することを示す側面図である。
より回折光の波面も移動することを示す側面図である。
【図５】回折格子を２枚重ねて構成し、回折格子を１ピ
ッチだけ移動した場合における回折光に位相差が生じて
いる様子を示す側面図である。
ッチだけ移動した場合における回折光に位相差が生じて
いる様子を示す側面図である。
【図６】回折格子の相対的な位相が一致している場合に
回折光の波面も一致する場合の様子を示す側面図であ
る。
回折光の波面も一致する場合の様子を示す側面図であ
る。
【図７】本発明の第三の実施例である回折格子のピッチ
が異なっている場合の回折光の発生の様子を示す側面図
である。
が異なっている場合の回折光の発生の様子を示す側面図
である。
【図８】ピッチが異なっている回折格子を用いた場合に
回折光に位相差が生じている様子を示す側面図である。
回折光に位相差が生じている様子を示す側面図である。
【図９】高次の回折光が発生した場合の様子を示す側面
図である。
図である。
【図１０】従来の装置におけるフォーカスエラー信号の
検出方式を示す光路図である。
検出方式を示す光路図である。
９ 光源 １２ 対物レンズ １３ 測定物 １４ 受光素子 １５ 干渉縞発生手段 １５ａ 第一回折格子 １５ｂ 第二回折格子 Ｋ1 第一回折光 Ｋ2 第二回折光
Claims (4)
- 【請求項１】 光源からの光を対物レンズにより集光し
て測定物に照射しその測定物により反射され前記対物レ
ンズを再び通過した光が入射することによりｎ1 次光と
ｎ2 次光との第一回折光を発生する第一回折格子と、前
記第一回折光が入射することにより複数の回折された第
二回折光を発生する第二回折格子とからなり、互いに干
渉し合う前記第二回折光の位相が１／４波長だけずれる
ような形状に各回折格子が形成された干渉縞発生手段を
設け、この干渉縞発生手段により生じた前記第二回折光
の間での干渉により干渉縞の位相の変化を受光素子で検
知することによって前記測定物の光軸方向への移動量を
測定するようにしたことを特徴とする微小変位測定装
置。 - 【請求項２】 第一回折格子と第二回折格子との相対的
な位相を、回折格子の４分の１ピッチを（ｎ1 −ｎ2 ）
で割った値、又は、その値にさらに１ピッチを（ｎ1 −
ｎ2 ）で割った値を１個ないしは複数個加算又は減算し
た値に設定したことを特徴とする請求項１記載の微小変
位測定装置。 - 【請求項３】 ±１次光の干渉縞を発生させる第一回折
格子と第二回折格子とを等ピッチとし、第一回折格子と
第二回折格子との相対的な位相を、回折格子の８分の１
ピッチ、又は、８分の５ピッチの値に設定したことを特
徴とする請求項１記載の微小変位測定装置。 - 【請求項４】 ピッチがΛ1 の第一回折格子により得ら
れる第一回折光をｎ1 次光とｎ2 次光とし、ピッチがΛ
2 の第二回折格子により得られる第二回折光をｍ1 次光
とｍ2 次光としたとき、各回折格子のピッチと回折光の
次数とを、 Λ2 ｎ1 ＋Λ1 ｍ1 ＝Λ2 ｎ2 ＋Λ1 ｍ2 の関係式を満たすように設定したことを特徴とする請求
項１記載の微小変位測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32889294A JP3573367B2 (ja) | 1994-12-28 | 1994-12-28 | 微小変位測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32889294A JP3573367B2 (ja) | 1994-12-28 | 1994-12-28 | 微小変位測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08180493A true JPH08180493A (ja) | 1996-07-12 |
| JP3573367B2 JP3573367B2 (ja) | 2004-10-06 |
Family
ID=18215266
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32889294A Expired - Lifetime JP3573367B2 (ja) | 1994-12-28 | 1994-12-28 | 微小変位測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3573367B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11328713A (ja) * | 1998-05-14 | 1999-11-30 | Hideo Maeda | 方向性回折格子 |
| US6733939B2 (en) * | 2000-09-28 | 2004-05-11 | Ricoh Company, Ltd. | Toner, developer and container for the developer, and method of and apparatus for forming an image |
| KR100444913B1 (ko) * | 2002-01-28 | 2004-08-21 | 한국과학기술원 | 변위측정센서 |
| CN103759656A (zh) * | 2014-01-23 | 2014-04-30 | 清华大学 | 一种二自由度外差光栅干涉仪位移测量系统 |
-
1994
- 1994-12-28 JP JP32889294A patent/JP3573367B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11328713A (ja) * | 1998-05-14 | 1999-11-30 | Hideo Maeda | 方向性回折格子 |
| US6733939B2 (en) * | 2000-09-28 | 2004-05-11 | Ricoh Company, Ltd. | Toner, developer and container for the developer, and method of and apparatus for forming an image |
| KR100444913B1 (ko) * | 2002-01-28 | 2004-08-21 | 한국과학기술원 | 변위측정센서 |
| CN103759656A (zh) * | 2014-01-23 | 2014-04-30 | 清华大学 | 一种二自由度外差光栅干涉仪位移测量系统 |
| CN103759656B (zh) * | 2014-01-23 | 2017-01-18 | 清华大学 | 一种二自由度外差光栅干涉仪位移测量系统 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3573367B2 (ja) | 2004-10-06 |
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