本发明的实施例涉及光学传感器。
背景技术：
在相关技术中，已知一种光学传感器，其包括发射光的光源、从光源接收光的光接收单元以及计算由于测量对象的移动而引起的位置变化量的计算单元。例如，光学传感器从两个光束相互干涉的干涉光的变化中测量位置或角度。
在这种光学传感器中，发射两个光束，并且包括将这两个光束反射到光接收单元的测量目标。测量目标附接到测量对象，并且与测量对象的移动同步地在光学传感器中移动。发射到光接收单元的两个光束的干涉光由于测量目标的这种移动而变化。
这里，存在使用一个平面镜作为测量目标的情况。然而，在一个平面镜被用作测量目标的情况下，当由于未对准等而发生倾斜时，存在反射光束的行进方向变化并且在干涉光中产生干涉条纹的情况。当产生干涉条纹时，存在由光接收单元接收的干涉光的干涉信号被衰减并且光学传感器不能精确测量位置或角度的问题。
针对这种问题，例如，在日本专利申请公开11-237207中，角隅棱镜(cornercube)被用作激光干涉仪(光学传感器)中的测量目标。
角隅棱镜或回射镜(retroreflector)是一种光学组件，例如，其中基本上成矩形的三个平面镜彼此正交连接。例如，角隅棱镜具有以下特性：通过在三个平面镜上反射入射光三次，在入射方向的相反方向上平行地反射从光源入射的光。
通过执行三次反射，当在三维方向中的任何方向上观察时，角隅棱镜在相反方向上平行地发射入射光。
利用这一特性，即使当角隅棱镜倾斜布置时，反射光束的行进方向也不会变化。因此，不会从反射光束产生干涉条纹，并且与使用一个平面镜作为测量目标的情况相比，光学传感器可以通过角隅棱镜精确地测量位置或角度。
技术实现要素：
本发明要解决的问题
这里，除了角隅棱镜之外，还有棱镜(prism)作为光学组件，以例如在相反方向上平行地反射入射光。棱镜通过在两个平面镜上执行两次反射，在入射方向的相反方向上平行地发射入射光。然而，在所有三维方向上，棱镜并不总是在相反方向上平行地发射入射光。根据布置角度，当在三维方向上的两个方向上观察时，棱镜在相反方向上平行地发射入射光。也就是说，当在三维方向上从不同于上述两个方向的剩余一个方向观察时，存在不是在相反方向上平行地发射入射光的情况。因此，为了处理测量目标的未对准，优选地使用当在三维方向中的任何方向上观察时、都在相反方向上平行地发射入射光的角隅棱镜或回射镜。
然而，角隅棱镜或回射镜非常昂贵。这是因为为了形成角隅棱镜或回射镜，必须将三个平面镜彼此正交连接并且需要精度。因此，当角隅棱镜用作测量目标以在光学传感器中精确测量位置或角度时，存在成本增加的问题。
本发明的一个实施例是提供一种光学传感器，其中比角隅棱镜更便宜的光学组件被用作测量目标，并且其具有与使用角隅棱镜的情况类似的精度。
解决问题的方法
本发明实施例的光学传感器包括：发射光的光源，将来自光源的光分割成第一光和第二光的分割单元，回射由分割单元分割的第一光和第二光的回射单元，将由回射单元反射的第一光和第二光组合成组合光的组合单元，接收由组合单元组合的组合光的光接收单元，和基于组合光计算测量对象的位置变化量的计算单元。该回射单元包括第一回射镜、第二回射镜和第三回射镜。第一回射镜通过对由分割单元分割的第一光执行两次反射，在第一光的入射方向的相反方向上平行地回射第一光。第二回射镜通过对第二光执行两次反射，在第二光的入射方向的相反方向上平行地回射第二光，该第二光是由分割单元分割的光并且不同于由第一回射镜反射的光。第三回射镜在与第一光从分割单元进入第一回射镜的方向和第二光从分割单元进入第二回射镜的方向中的每个方向不同的方向上执行回射，以将从第一回射镜发射的第一光回射到第一回射镜，并将从第二回射镜发射的第二光回射到第二回射镜。第一回射镜和第二回射镜中的至少一个附接到测量对象。光接收单元接收经由第三回射镜由第一回射镜回射两次的第一光和经由第三回射镜由第二回射镜回射两次的第二光的组合光。
根据本发明的这种实施例，例如，可以采用棱镜作为第一回射镜和第二回射镜。此外，任何光学组件都可以用作第三回射镜，只要从第一回射镜发射的第一光被回射到第一回射镜，并且从第二回射镜发射的第二光被回射到第二回射镜。例如，可以采用通过执行三次反射来执行回射的角隅棱镜、通过执行两次反射来执行回射的棱镜、或者通过执行一次反射来执行回射的玻璃珠型角隅棱镜(猫眼)。因此，例如，因为比角隅棱镜更便宜的棱镜可以用作光学传感器中的测量目标(第一回射镜和第二回射镜)，所以可以降低成本。
这里，如上所述，在所有三维方向上，棱镜并不总是在相反方向上平行地发射入射光。根据布置角度，存在入射光在与三维方向当中的两个方向相对应的相反方向上平行地发射并且不可能与三维方向中的剩余一个方向相对应的情况。
然而，根据本发明的实施例，可以以与使用角隅棱镜的情况类似的精度执行测量。
也就是说，即使在使用了在与三维方向当中的两个方向相对应的相反方向上平行地发射入射光的光学组件的情况下，从分割单元入射的光也经由第三回射镜在第一回射镜和第二回射镜中的每一个上回射两次。然后，通过在与从分割单元进入第一回射镜和第二回射镜的各条光的方向不同的方向上执行回射，当回射被执行两次时，第三回射镜可以消除由第一回射镜和第二回射镜的倾斜引起的光束倾斜。
因此，利用诸如棱镜的比角隅棱镜更便宜的光学组件作为测量目标，光学传感器可以以与使用角隅棱镜的情况类似的精度来测量位置或角度。
这里，第三回射镜优选地是将从第一回射镜发射的第一光回射到第一回射镜并且将从第二回射镜发射的第二光回射到第二回射镜的一个光学组件。
利用这种配置，第三回射镜是一个光学组件。因此，与使用多个第三回射镜的情况相比，光学传感器可以降低成本。
这里，第三回射镜优选地通过对第一光和第二光执行至少两次反射，从第一光和第二光的发射位置，在第一光从分割单元进入第一回射镜的方向上和第二光从分割单元进入第二回射镜的方向上回射在第一回射中在第一回射镜和第二回射镜上发射的第一光和第二光。此外，优选地从发射位置在正交于第一光的方向的正交方向上偏移相对于第一回射镜的入射位置，并且优选地从发射位置在正交于第二光的方向的正交方向上偏移相对于第二回射镜的入射位置。
利用这种配置，第三回射镜通过执行至少两次反射来执行回射。因此，例如，可以采用通过执行两次反射来回射入射光的棱镜或通过执行三次反射来回射入射光的角隅棱镜。
此外，第三回射镜从在第一回射中从第一回射镜发射的第一光的发射位置，在正交于第一光的方向的正交方向上偏移相对于第一回射镜的入射位置，并且从在第一回射中从第二回射镜发射的第二光的发射位置，在正交于第二光的方向的正交方向上偏移相对于第二回射镜的入射位置。
利用这种布置，针对第一回射镜和第二回射镜上的第一回射光和第二回射光，来自光源(分割单元)的入射光的位置和朝向光接收单元(组合单元)发射的发射光的位置被偏移。因此，例如，光源和光接收单元可以在偏移方向上并排布置。因此，可以减小光学传感器的空间。
这里，回射单元包括基本成矩形的两个反射器，这两个反射器具有用于反射光的反射表面和将两个反射器彼此正交连接的线性连接部。以这样的方式进行布置：第一回射镜和第二回射镜的连接部的线性方向与第三回射镜的连接部的线性方向彼此正交。通过执行两次反射，第三回射镜从第一光和第二光的发射位置，在第一光从分割单元进入第一回射镜的方向上和第二光从分割单元进入第二回射镜的方向上回射在第一回射中在第一回射镜和第二回射镜上发射的第一光和第二光。第三回射镜从发射位置，在第一回射镜和第二回射镜的连接部的线性方向上，偏移第一回射镜和第二回射镜上的入射位置。
利用这种配置，例如，作为通过执行两次反射来执行回射的光学组件的棱镜可以用作第一回射镜、第二回射镜和第三回射镜。
此外，第三回射镜可以可靠地消除由第一回射镜和第二回射镜的倾斜引起的光束在行进方向上的倾斜。
此外，在第一回射镜和第二回射镜上的第一和第二回射中的光可以被反射而不会彼此干涉。
因此，在光学传感器中，例如，比角隅棱镜更便宜的棱镜可以用作在回射单元中包括的第一回射镜、第二回射镜和第三回射镜。结果，可以以与角隅棱镜相等的精度来测量位置或角度，同时降低成本。
这里，优选地在光源和分割单元之间包括用于反射来自光源的光的反射单元。
利用这种配置，光学传感器可以调节发射到分割单元的光的角度，因为在光源和分割单元之间包括了反射来自光源的光的反射单元。例如，即使在不可能以面向分割单元的方式布置光源的情况下，也可以经由反射单元向分割单元发射光。因此，可以增加设计的灵活性并减小相对于光学传感器的空间。
这里，优选地，第一回射镜和第二回射镜中的至少一个是光学角度传感器，其附接到测量对象并且与测量对象的旋转同步地旋转。
利用这种配置，第一回射镜和第二回射镜中的至少一个附接到测量对象，并且与测量对象的旋转同步地旋转。因此，作为光学角度传感器，光学传感器可以测量由于测量对象的旋转而引起的角度变化量。
这里，优选地，第一回射镜和第二回射镜附接到测量对象，并且与测量对象的旋转同步地旋转。
利用这种配置，第一回射镜和第二回射镜同时旋转相同的角度。利用这种布置，与第一回射镜和第二回射镜中的一个固定而另一个附接到测量对象的情况相比，由于第一回射镜和第二回射镜的旋转而引起的角度总变化量变成两倍。然后，组合光的强度和光接收单元的灵敏度变成第一回射镜和第二回射镜中的一个固定而另一个附接到测量对象的情况的两倍。因此，与第一回射镜和第二回射镜中的一个固定而另一个附接到测量对象的情况相比，作为光学角度传感器的光学传感器可以根据高灵敏度信号精确地检测由于测量对象的旋转而引起的角度变化量。
可替换地，第一回射镜和第二回射镜中的任何一个优选为光学长度测量传感器，其附接到测量对象，并且与测量对象的移动同步地在来自光源的光的入射方向上前进/缩回。
利用这种配置，光学传感器可以作为光学长度测量传感器来测量由于测量对象的移动而引起的位置变化量。
这里，在测量对象的测量范围内，第一回射镜和第二回射镜优选地具有这样的位置：在该位置中，从来自光源的光在分割单元中的分割点经由第一回射镜到组合单元的第一光的光学长度与从来自光源的光在分割单元中的分割点经由第二回射镜到组合单元的第二光的光学长度相同。
这里，例如，在上述日本专利申请公开11-237207中，由用于激光干涉仪的旋转角度检测的偏振分束器分割的两个激光束具有不同的、从用于旋转角度检测的偏振分束器中的激光束的分割点经由对应于每个激光束的角隅棱镜到用于旋转角度检测的偏振分束器中的激光束的组合点的光学长度。更具体地，在一个分割激光束的光学长度为l的情况下，另一分割激光束的光学长度为2l，是所述一个激光束的光学长度l的两倍。
日本专利申请公开11-237207中的激光干涉仪中包括的激光光源是氦氖激光器，并且其相干长度为几米。因此，即使当两个激光束的光学长度彼此显著不同时，也会发生干涉。然而，例如，在相干长度非常短并且为几厘米的半导体激光器用作光源的情况下，当被分割的两个激光束中的一个的光学长度大约是另一个的两倍时，在光接收信号处理单元的照射表面上不会发生干涉。因此，在日本专利申请公开11-237207中的激光干涉仪中，在半导体激光器用作光源的情况下，有必要使两个激光束的光学长度基本相同，以避免由于其相干性而受到限制。
根据本发明实施例的配置，第一回射镜和第二回射镜具有这样的位置：在该位置中，第一光的光学长度和第二光的光学长度在光学传感器中的测量对象的测量范围内变成相同长度，其中第一光的光学长度是从光在分割单元中的分割点经由第一回射镜到组合单元，第二光的光学长度是从光在分割单元中的分割点经由第二回射镜到组合单元。因此，第一光的光学长度和第二光的光学长度之间的差可以在几厘米内，该差根据测量对象的位置而变化。也就是说，例如，具有非常短相干长度的半导体激光器被用作光源，可以在光接收单元的光接收表面上产生干涉。
因此，光学传感器可以高精度地检测测量对象的位置变化量，同时避免由于光源的相干性而造成的限制。
此外，光学传感器可以，例如，根据不使用昂贵的氦氖激光器而使用比氦氖激光器更便宜的半导体激光器等作为光源产生的干涉光，来检测测量对象的位置变化量。因此，可以降低成本。
这里，分割单元和组合单元是具有衍射来自光源的光的多个光栅的透射型衍射光栅并且优选被设置在一个透射型衍射光栅中。
利用这种配置，因为是透射型衍射光栅，所以分割单元和组合单元可以容易地分割或组合来自光源的光。此外，因为分割单元和组合单元被设置在一个透射型衍射光栅中，所以可以仅用一个透射型衍射光栅来分割和组合光。因此，与使用多个光学组件的情况相比，不必在光学传感器中使用复杂的光学组件，并且可以省略处理或组装，由此可以降低成本。
可替换地，分割单元和组合单元中的一个优选为具有衍射来自光源的光的多个光栅的透射型衍射光栅，而分割单元和组合单元中的另一个优选为分束器。
利用这种配置，可以采用透射型衍射光栅和分束器两者作为光学传感器中的分割单元和组合单元。因此，可以提高光学传感器设计的灵活性。
可替换地，分割单元和组合单元优选为分束器并且被设置在一个分束器中。
这里，透过透射型衍射光栅的多个光栅的光变成多条衍射光。多条衍射光包括用于检测测量对象的位置变化量的信号衍射光和作为噪声或误差原因的噪声衍射光。在噪声衍射光被发射到光接收单元的情况下，存在在检测结果中产生误差的情况。因此，优选防止噪声衍射光被发射到光接收单元。
然而，根据本发明实施例的配置，分割单元和组合单元是分束器。因此，不会产生透射型衍射光栅的多条衍射光。也就是说，利用分束器防止了噪声衍射光的产生。此外，与透射型衍射光栅相比，由分束器分割或组合的光不太可能产生损耗。而且，可以通过一个分束器分割和组合来自光源的光。因此，与透射型衍射光栅被用作分割单元和组合单元的情况相比，在光学传感器中可以使用略带损耗的光从高灵敏度信号中高度精确地检测测量对象的位置变化量。此外，针对光学传感器，可以减少组件的数量并降低成本。
这里，组合单元具有组合第一光和第二光的组合表面，并且具有在组合表面上以预定方向并列设置的多个光栅，并且光接收单元包括以预定方向并列设置的多个光接收元件。此外，组合单元经由多个光栅接收多条衍射光，并且计算单元基于由多个光接收元件接收的多条衍射光来计算测量对象的位置变化量。
利用这种配置，光接收单元的多个光接收元件可以例如从干涉条纹检测四相位信号。例如，根据该四相位信号，计算单元可以计算测量对象的移动方向和由于移动而引起的位置变化量。因此，与根据干涉光计算测量对象的位置变化量的情况相比，光学传感器可以从干涉条纹高度精确地检测测量对象的位置变化量。
可替换地，组合单元优选地具有组合第一光和第二光的组合表面，并且具有在组合表面上以预定方向并列设置的多个倾斜光栅，并且相对于来自光源的光的光轴以预定倾斜角布置。光接收单元优选地包括在正交于预定方向的正交方向上并列设置的多个光接收元件，并且接收通过多个倾斜光栅的多条衍射光。计算单元优选地基于由光接收单元接收的多条衍射光来计算测量对象的位置变化量。
利用这种配置，光接收单元的多个光接收元件可以例如从干涉条纹检测四相位信号。例如，根据该四相位信号，计算单元可以计算测量对象的移动方向和由于移动而引起的位置变化量。因此，与根据干涉光计算由于测量对象的移动而引起的位置变化量的情况相比，光学传感器可以从干涉条纹高度精确地检测由于测量对象的移动而引起的位置变化量。
这里，组合单元优选地包括分别具有不同相位的多个组合单元，光接收单元优选地包括分别对应于多个组合单元的多个光接收单元，并且计算单元优选地基于由多个光接收单元接收并且具有不同相位的各条光来计算测量对象的移动方向和测量对象的位置变化量。
利用这种配置，例如，光学传感器可以通过多个组合单元产生多条组合光，并且可以检测四相位信号。因此，例如，光学传感器可以通过使用四相位信号来高度精确地检测由于测量对象的移动而引起的位置变化量。
可替换地，分割单元可以是具有多个光栅的衍射光栅。在这种情况下，光学传感器优选地包括布置在第一光或第二光的光学路径中的四分之一波片，并且包括将来自组合单元的组合光分割成第一分割光和第二分割光的分割分束器，布置在由分割分束器分割的第一分割光和第二分割光中的每一个的光学路径中的第一四分之一波片，布置在经由第一四分之一波片的第二分割光的光学路径中的第二四分之一波片，将经由第一四分之一波片的第一分割光分割成第一偏振光和第二偏振光的第一分割光偏振分束器，将经由第二四分之一波片的第二分割光分割成第三偏振光和第四偏振光的第二分割光偏振分束器，接收来自第一偏振光的相位为0度的光的第一光接收单元，接收来自第二偏振光的相位为180度的光的第二光接收单元，接收来自第三偏振光的相位为90度的光的第三光接收单元，以及接收来自第四偏振光的相位为270度的光的第四光接收单元。
利用这种配置，例如，可以从组合光检测四相位信号。因此，例如，光学传感器可以通过使用四相位信号高度精确地检测由于测量对象的移动而引起的位置变化量。
可替换地，在分割单元是具有多个光栅的衍射光栅的情况下，其优选地包括布置在第一光或第二光的光学路径中的四分之一波片，并且包括：第一衍射光栅单元，其具有照射表面，在该照射表面上并列设置将来自组合单元的组合光变成多条衍射光的多个光栅；第二衍射光栅单元，其在照射表面上包括并列设置在与第一衍射光栅单元的多个光栅并列设置的方向正交的方向上的多个光栅，并且进一步将来自第一衍射光栅单元的多条衍射光变成多条衍射光；以及多个偏振器，其布置在来自第二衍射光栅单元的多条衍射光的光学路径中，并且将多条衍射光变成分别具有不同相位的多条偏振光。光接收单元优选地包括分别对应于多个偏振器的多个光接收单元，并且计算单元优选地基于由多个光接收单元接收并且分别具有不同相位的各条光来计算测量对象的移动方向和测量对象的位置变化量。
利用这种配置，例如，与包括上述分割分束器、第一分割光偏振分束器和第二分割光偏振分束器的情况相比，可以在不使用这些光学组件的情况下从多个衍射光栅获取四相位信号。因此，针对光学传感器，与上述光学传感器相比，可以减少空间或成本，同时提高精度。
可替换地，分割单元优选为偏振分束器，并且优选地包括将来自组合单元的组合光分割成第一分割光和第二分割光的分割分束器，布置在由分割分束器分割的第一分割光和第二分割光中的每一个的光学路径中的第一四分之一波片，布置在经由第一四分之一波片的第二分割光的光学路径中的第二四分之一波片，将经由第一四分之一波片的第一分割光分割成第一偏振光和第二偏振光的第一分割光偏振分束器，将经由第二四分之一波片的第二分割光分割成第三偏振光和第四偏振光的第二分割光偏振分束器，接收来自第一偏振光的相位为0度的光的第一光接收单元，接收来自第二偏振光的相位为180度的光的第二光接收单元，接收来自第三偏振光的相位为90度的光的第三光接收单元，以及接收来自第四偏振光的相位为270度的光的第四光接收单元。
利用这种配置，例如，光接收单元可以从组合光检测四相位信号。因此，例如，通过使用四相位信号，即使在使用分束器的情况下，光学传感器也可以高度精确地检测由于测量对象的移动而引起的位置位移。
可替换地，分割单元优选为偏振分束器，并且优选地包括：第一衍射光栅单元，其具有照射表面，在该照射表面上并列设置将来自组合单元的组合光变成多条衍射光的多个光栅；第二衍射光栅单元，其在照射表面上包括并列设置在与第一衍射光栅单元的多个光栅并列设置的方向正交的方向上的多个光栅，并且进一步将来自第一衍射光栅单元的多条衍射光变成多条衍射光；以及多个偏振器，其布置在来自第二衍射光栅单元的多条衍射光的光学路径中，并且将多条衍射光变成分别具有不同相位的多条偏振光。光接收单元优选地包括分别对应于多个偏振器的多个光接收单元，并且计算单元优选地基于由多个光接收单元接收并且分别具有不同相位的各条光来计算测量对象的移动方向和测量对象的位置变化量。
利用这种配置，例如，与包括上述分割分束器、第一分割光偏振分束器和第二分割光偏振分束器的情况相比，可以在不使用这些光学组件的情况下获取四相位信号。因此，针对光学传感器，与上述光学传感器相比，可以减少空间或成本，同时提高精度。
附图说明
图1是示出根据第一实施例的光学传感器的示意图；
图2是示出光学传感器的框图；
图3a至图3c是示出光学传感器中的第一回射镜或第二回射镜的示意图；
图4a和图4b是示出光学传感器中第三回射镜的功能的示意图；
图5是示出根据第二实施例的光学传感器的示意图；
图6是示出根据第三实施例的光学传感器的示意图；
图7是示出光学传感器的框图；
图8是示出根据第四实施例的光学传感器的示意图；
图9是示出根据第五实施例的光学传感器中的组合单元和光接收单元的示意图；
图10是示出根据第六实施例的光学传感器中的组合单元和光接收单元的示意图；
图11a和图11b是示出根据第七实施例的光学传感器中的组合单元和光接收单元的示意图；
图12是示出根据第八实施例的光学传感器的示意图；
图13是示出根据第九实施例的光学传感器的示意图；
图14是示出根据第十实施例的光学传感器的示意图；
图15是示出根据第十一实施例的光学传感器的示意图；
图16是示出根据第一修改示例的光学传感器的示意图；
图17是示出根据第二修改示例的光学传感器的示意图；
图18是示出根据第三修改示例的光学传感器的示意图；和
图19是示出根据第四修改示例的光学传感器的示意图。
具体实施方式
[第一实施例]
下面将基于图1至图4b描述本发明的第一实施例。
图1是示出根据第一实施例的光学传感器的示意图。
如图1所示，光学传感器1是光学角度传感器，其包括发射光的光源2、分割和组合光的分束器3、回射单元4、以及接收在回射单元4上反射并经由分束器3的光的光接收单元5，其中该回射单元4通过对经由分束器3来自光源2的光执行两次反射，在朝向分束器3的相反方向上平行地回射所述光。
光学传感器1检测测量对象(未示出)的位置的变化量。更具体地，光学传感器1检测以旋转轴ax为轴旋转的测量对象的角度变化量。光学传感器1设置在测量测量对象的角度变化量的测量仪器内部。在第一实施例中，测量对象和回射单元4以作为旋转轴ax的x轴为轴旋转。
注意，在以下描述和附图中，箭头指示在光接收单元5处引起干涉的光的光学路径。
朝向分束器3，光源2发射具有一定宽度的光。光源2例如是半导体激光器。注意，光源2不限于半导体激光器，并且仅需要是相干长度为几厘米的光源，并且例如可以是相干长度为几米的氦氖激光器。
分束器3是非偏振分束器，并且是板式(plate-type)光学组件。分束器3包括将来自光源2的光分割成第一光和第二光的分割单元6，以及将在回射单元4上反射的第一光和第二光组合成组合光的组合单元7。分割单元6和组合单元7是分束器3，并且设置在一个分束器3中。
作为非偏振分束器的分割单元6将未平均偏振的光分割成第一光和第二光，而不是将从光源2发射的组合光分割成s偏振光和p偏振光。注意，分束器3可以是偏振分束器，并且分割单元6可以将来自光源2的光分割成两个偏振光分量，第一光和第二光，它们是作为s随机偏振光的光的s偏振光和作为p随机偏振光的光的p偏振光。
此外，光学传感器1包括将来自光源2的光变成平行光的准直透镜10，以及在光源2和分割单元6之间反射来自光源2的光的反射单元11。反射单元11是反射镜。准直透镜10布置在光源2和反射单元11之间。注意，在光源2是能够发射平行光的光源的情况下，可以不包括准直透镜10。此外，反射单元11只需要能够反射来自光源2的光，并且其可以是半反射镜或分束器而不是反射镜。
然后，回射单元4回射由分割单元6分割的第一光和第二光。
回射单元4包括第一回射镜4a、第二回射镜4b和第三回射镜4c。
第一回射镜4a通过执行两次反射，在第一光的入射方向的相反方向上平行地回射被分割单元6分割的第一光。也就是说，第一回射镜4a在第一方向上镜面反射分量，并且在正交于第一方向的平面上回射分量。由分割单元6分割的第一光是第一回射镜4a上的入射光。注意，第一方向是三维方向当中的、不可能在光学组件(棱镜)对入射光的回射中存在对应方向的方向，并且分量意味着三维方向中的任何方向。
第二回射镜4b通过对第二光执行两次反射，在第二光的入射方向的相反方向上平行地回射第二光，第二光是由分割单元6分割并且不同于由第一回射镜4a反射的光。也就是说，第二回射镜4b在第二方向上镜面反射分量，并且在正交于第二方向的平面上回射分量。由分割单元6分割并且不同于由第一回射镜4a反射的光的第二光是第二回射镜4b上的入射光。注意，第二方向是三维方向当中的、不可能在光学组件(棱镜)对入射光的回射中存在对应方向的方向。
第一回射镜4a和第二回射镜4b以第一方向和第二方向基本平行的方式布置。注意，第一方向的分量和第二方向的分量不一定表示相同的分量。
这里，分割单元6包括将从光源2发射的光分割成第一光和第二光的第一分割单元6a，以及将经由第三回射镜4c的光分割成第一光和第二光的第二分割单元6b。
组合单元7包括第一组合单元7a和第二组合单元7b，第一组合单元7a将第一光和第二光组合成组合光，该第一光和第二光的第一回射在第一回射镜4a和第二回射镜4b上执行，第二组合单元7b将第一光和第二光组合成组合光，该第一光和第二光的第二回射经由第三回射镜4c在第一回射镜4a和第二回射镜4b上执行。
第二分割单元6b主要分割作为经由第三回射镜4c的光的来自第一组合单元7a的组合光。
然后，第一回射镜4a和第二回射镜4b具有角度是这样的位置：在该位置中，第一光的光学长度和第二光的光学长度在测量对象的测量范围内是相同的，第一光的光学长度是从来自光源2的光在分割单元6的第一分割单元6a中的分割点p1经由第一回射镜4a到组合单元7的第二组合单元7b的光学长度，第二光的光学长度是从来自光源2的光在分割单元6的第一分割单元6a中的分割点p1经由第二回射镜4b到组合单元7的第二组合单元7b的光学长度。第一回射镜4a和第二回射镜4b附接到测量对象，并且与测量对象的旋转同步地旋转。
这里，优选地，测量对象的旋转轴与第一回射镜4a和第二回射镜4b的旋转轴同轴。从第二组合单元7b发射到光接收单元5的组合光的照射位置通常是相同的，并且即使当第一回射镜4a和第二回射镜4b旋转时也不会在光接收表面上移动。然而，在测量对象的旋转轴与第一回射镜4a和第二回射镜4b的旋转轴不同轴的情况下，或者没有在预定范围内设置轴的情况下，存在从组合单元7发射到光接收单元5的组合光随着第一回射镜4a和第二回射镜4b的旋转而在光接收单元5的光接收表面上移动的情况。由于组合光的移动，光接收单元5有可能检测到噪声，或者组合光偏离可检测范围并且信号不能被检测到。因此，旋转轴优选为同轴。
第三回射镜4c是将从第一回射镜4a发射的第一光回射到第一回射镜4a并且将从第二回射镜4b发射的第二光回射到第二回射镜4b的一个光学组件。第三回射镜4c从其发射位置，沿着第一光从分割单元6进入第一回射镜4a的方向和第二光从分割单元6进入第二回射镜4b的方向，回射在第一回射中在第一回射镜4a和第二回射镜4b上发射的第一光和第二光。然后，第三回射镜4c从发射位置在与第一光的方向正交的正交方向上偏移相对于第一回射镜4a的入射位置，并且从发射位置在与第二光的方向正交的正交方向上偏移相对于第二回射镜4b的入射位置。
也就是说，至少相对于第一方向和第二方向上的分量，第三回射镜4c回射在第一回射镜4a上反射的第一光和在第二回射镜4b上反射的第二光。然后，通过一体设置的反射表面40，第三回射镜4c将从第一回射镜4a发射的第一光回射到第一回射镜4a，并将从第二回射镜4b发射的第二光回射到第二回射镜4b。
回射单元4中包括的第一回射镜4a、第二回射镜4b和第三回射镜4c中的每一个都是棱镜，该棱镜包括具有用于反射光的反射表面40的两个基本成矩形的反射器41，以及将两个反射器41彼此正交连接的线性连接部42。
反射表面40例如形成为镜面。反射器41是基本形成为矩形形状的板状(plate-like)反射镜。注意，反射器41不需要是反射镜，只要光可以被反射即可。连接部42线性形成为将多个反射器41彼此正交连接。因此，进入第一回射镜4a、第二回射镜4b和第三回射镜4c中的每一个的光通过在棱镜中被两个反射器41反射两次而在相反方向上平行地发射。
回射单元4被布置成使得第一回射器4a的连接部42a和第二回射器4b的连接部42b的线性方向与第三回射器4c的连接部42c的线性方向彼此正交。在第一实施例中，第一连接部42a和第二连接部42b的线性方向对应于x轴方向，并且第三连接部42c的线性方向对应于y轴方向。因此，第三回射镜4c从自第一回射镜4a和第二回射镜4b在第一回射中发射的第一光和第二光的发射位置，在作为第一回射镜4a的连接部42a和第二回射镜4b的连接部42b的线性方向的x轴方向上偏移相对于第一回射镜4a和第二回射镜4b的入射位置。
第三回射镜4c在第三方向上镜面反射分量，并在正交于第三方向的平面上回射分量。第三回射镜4c以第三方向正交于第一方向和第二方向的方式来布置。第一光和第二光经由第三回射镜4c在基本平行于第一方向和第二方向的方向上偏移，并进入第一回射镜4a和第二回射镜4b。这里，第一方向对应于与第一回射镜4a的连接部42a平行的方向。此外，第二方向对应于与第二回射镜4b的连接部42b平行的方向。此外，第三方向对应于与第三回射镜4c的连接部42c平行的方向。
将参照稍后描述的图3a至图4b来描述第一光和第二光的偏移。
光接收单元5接收由组合单元7组合的组合光。光电二极管阵列(photodiodearray，pda)用作光接收单元5。pda是一种光接收器，其具有能够立即测量发射到其光接收表面的干涉光的特性。注意，光接收单元5不限于pda。可以使用任意的光接收器，诸如位置敏感探测器(apositionsensitivedetector，psd)或电荷耦合器件(charge-coupleddevice，ccd)。
此外，光接收单元5接收经由第三回射镜4c在第一回射镜4a上回射两次的第一光和经由第三回射镜4c在第二回射镜4b上回射两次的第二光的组合光。
图2是示出光学传感器1的框图。
如图2所示，光学传感器1包括计算单元8，其基于组合光计算测量对象的位置变化量。更具体地，计算单元8计算由于测量对象的旋转而引起的角度变化量。
第一回射镜4a和第二回射镜4b与测量对象的旋转同步地旋转。与此同时，第一光和第二光中的每一个的光学长度也变化。计算单元8基于通过第一回射镜4a和第二回射镜4b的旋转从组合光产生的干涉光来计算由于测量对象的旋转而引起的角度变化量。
这里，将基于图1描述光学传感器1中的光的光学路径。
首先，在光学传感器1中，从光源2发射的光被准直透镜10变成平行光，并且被反射单元11反射，使得其方向变成朝向分束器3。接下来，由反射单元11反射的光被第一分割单元6a分割成第一光和第二光。随后，第一回射镜4a朝向第一组合单元7a执行第一光的第一回射。此外，第二回射镜4b朝向第一组合单元7a执行第二光的第一回射。朝向第一组合单元7a反射的第一光和第二光变成组合光，并朝向第三回射镜4c发射。
随后，第三回射镜4c朝向第二分割单元6b回射组合光。这里，在使组合光在作为第一回射镜4a的连接部42a和第二回射镜4b的连接部42b的线性方向的x轴方向上偏移之后，第三回射镜4c执行该组合光的发射。偏移和回射后的组合光被第二分割单元6b再次分割成第一光和第二光。然后，第一回射镜4a在偏移位置中朝向第二组合单元7b执行第一光的第二回射。此外，第二回射镜4b在偏移位置中朝向第二组合单元7b执行第二光的第二回射。朝向第二组合单元7b反射的第一光和第二光变成组合光，并被发射到光接收单元5。
这里，从第二组合单元7b发射的组合光被第三回射镜4c在作为连接部42a和42b的线性方向的x轴方向上偏移。因此，组合光在反射单元11的下方(纸平面的深度方向)穿过，并被发射到光接收单元5。注意，根据第三回射镜4c的偏移方向和反射单元11的布置，从第二组合单元7b发射的组合光可以在反射单元11的上方穿过，并且可以被发射到光接收单元5。
图3a至图3c是示出光学传感器1中的第一回射镜4a或第二回射镜4b的示意图。更具体地，图3a是第一回射镜4a或第二回射镜4b的透视图。图3b是示出在x轴方向上观察的第一回射镜4a或第二回射镜4b的视图。图3c是示出在y轴方向上观察的第一回射镜4a或第二回射镜4b的视图。注意，为便于描述，在图3a至图3c中省略了准直透镜10、反射单元11和分束器3。
这里，如图3a至图3c所示，存在第一回射镜4a或第二回射镜4b由于未对准等而倾斜布置的情况。如图3a所示，当第一回射镜4a或第二回射镜4b倾斜布置时，在第一回射镜4a或第二回射镜4b上反射的第一光或第二光的行进方向变化。当行进方向变化时，干涉光中产生干涉条纹，并且由光接收单元5接收的干涉光的干涉信号衰减。
这里，如图3b所示，当在x轴方向上观察时，第一光或第二光在相反方向上平行回射。然而，如图3c所示，当在y轴方向上观察时，其行进方向变化的第一光或第二光以第一回射镜4a或第二回射镜4b的倾斜度α倾斜的方式发射。也就是说，第一回射镜4a和第二回射镜4b可以在y轴方向上执行回射，但是不能在x轴方向上执行回射。第三回射镜4c具有消除和校正由于第一回射镜4a或第二回射镜4b的倾斜度α而引起的第一光或第二光的倾斜度α的功能。
图4a和图4b是示出光学传感器1中的第三回射镜4c的功能的示意图。更具体地，图4a是示出当第一回射镜4a或第二回射镜4b正常布置时的状态的视图。图4b是示出当第一回射镜4a或第二回射镜4b倾斜布置时的状态的视图。注意，为方便描述，在图4a和图4b中省略了准直透镜10和反射单元11。
如图4a所示，当第一回射镜4a或第二回射镜4b正常布置时，当在y轴方向上观察时，经由第一回射镜4a或第二回射镜4b的第一光或第二光的光学路径的入射和发射光学路径变得相同。第三回射镜4c在 x轴方向上偏移光，以便偏移第一回射镜4a上和第二回射镜4b上的第一和第二回射的位置。
如图4b所示，当第一回射镜4a或第二回射镜4b以倾斜度α布置时，第三回射镜4c在第一回射镜4a和第二回射镜4b不能执行回射的x轴方向上执行偏移，并且执行回射。利用这种布置，可以校正由于第一回射镜4a和第二回射镜4b的倾斜度α而引起的光的倾斜度α。
更具体地，第三回射镜4c在保持倾斜度α的情况下在x轴方向上偏移第一光和第二光，并且回射第一光和第二光。当从第一回射镜4a和第二回射镜4b观察时，以倾斜度α发射的光变得再次以与发射时相同的倾斜度α入射。
例如，在第一回射镜4a倾斜的情况下，从第一分割单元6a(见图1)进入第一回射镜4a的第一光以倾斜度α朝向第三回射镜4c发射。通过第三回射镜4c，第一光再次进入第一回射镜4a，并且保持与发射时相同的倾斜度α。然后，第一光从第一回射镜4a在从第一分割单元6a入射到第一回射镜4a的第一光的相反方向上平行地发射。也就是说，当经由第三回射镜4c在第一回射镜4a上执行两次回射时，由于第一回射镜4a的倾斜度α而出现的第一光的倾斜度α被消除。第二回射镜4b倾斜的情况与此类似。
因此，因为包括了消除由于第一回射镜4a和第二回射镜4b的倾斜度α而引起的光束倾斜度α的第三回射镜4c，所以光学传感器1可以测量位置或角度，而不会由于反射光束的行进方向的变化而产生干涉条纹。
根据这样的第一实施例，可以获取以下动作和效果。
(1)第一回射镜4a和第二回射镜4b通过反射第一光和第二光两次，在由分割单元6分割的第一光和第二光的入射方向的相反方向上平行地回射该第一光和第二光。因此，可以采用棱镜。此外，任何光学组件都可以用作第三回射镜4c，只要从第一回射镜4a发射的第一光被回射到第一回射镜4a，并且从第二回射镜4b发射的第二光被回射到第二回射镜4b。在第一实施例中，棱镜用作第三回射镜4c。因此，例如，因为比角隅棱镜更便宜的棱镜可以用作作为测量目标的第一回射镜4a和第二回射镜4b中的每一个，所以可以降低光学传感器1的成本。
(2)即使在与三维方向当中的两个方向对应的相反方向上平行地发射入射光的棱镜被用作回射单元4的情况下，光学传感器1也可以消除由第一回射镜4a和第二回射镜4b的倾斜引起的光束倾斜。因此，利用比角隅棱镜更便宜的棱镜作为测量目标，光学传感器1能够以与使用角隅棱镜的情况类似的精度测量位置或角度。
(3)第三回射镜4c是一个光学组件。因此，与使用多个第三回射镜4c的情况相比，可以降低光学传感器1的成本。
(4)针对在第一回射镜4a和第二回射镜4b上的第一回射中的光和第二回射中的光，第三回射镜4c偏移来自光源2的入射光(分割单元6)和朝向光接收单元5发射的发射光(组合单元7)的位置。因此，光源2和光接收单元5可以在作为偏移方向的x轴方向上并排布置。因此，可以减小光学传感器1的空间。
(5)在回射单元4中，棱镜可以用作第一回射镜4a、第二回射镜4b和第三回射镜4c中的每一个。
(6)回射单元4被布置成使得第一回射镜4a的连接部42a和第二回射镜4b的连接部42b的线性方向与第三回射镜4c的连接部42c的线性方向变得彼此正交。因此，第三回射镜4c可以可靠地消除由第一回射镜4a和第二回射镜4b的倾斜产生的光束在行进方向上的倾斜。
(7)第三回射镜4c以这样的方式回射第一光和第二光：从第一光和第二光的发射位置，在作为第一回射镜4a的连接部42a和第二回射镜4b的连接部42b的线性方向的x轴方向上偏移第一光和第二光。因此，在第一回射镜4a和第二回射镜4b上的第一和第二回射中的各条光可以被反射，而不会彼此干涉。
因此，例如，比角隅棱镜更便宜的棱镜可以用作光学传感器1中作为回射单元4的第一回射镜4a、第二回射镜4b和第三回射镜4c中的每一个。结果，可以以与角隅棱镜相等的精度测量位置或角度，同时降低成本。
(8)由于反射来自光源2的光的反射单元11被包括在光源2和分割单元6之间，所以光学传感器1可以调节发射到分割单元6的光的角度。即使在不可能以面向分割单元6的方式布置光源2的情况下，也可以经由反射单元11向分割单元6发射光。因此，可以增加设计的灵活性并减小针对光学传感器1的空间。
(9)第一回射镜4a和第二回射镜4b附接到测量对象，并且与测量对象的旋转同步地旋转。因此，作为光学角度传感器，光学传感器1可以测量由于测量对象的旋转而引起的角度变化量。
(10)因此，与第一回射镜4a和第二回射镜4b中的一个固定而另一个附接到测量对象的情况相比，作为光学角度传感器的光学传感器1可以从高灵敏度信号中高度精确地检测由于测量对象的旋转而引起的角度变化量。
(11)因此，光学传感器1可以高度精确地检测测量对象的位置变化量，同时避免光源的相干性的限制。
(12)因为光学传感器1可以根据利用半导体激光器(其比氦氖激光器便宜)作为光源2产生的干涉光来检测测量对象的位置变化量，而不使用昂贵的氦氖激光器。因此，可以降低成本。
(13)因为分割单元6和组合单元7是分束器3，所以不会产生透射型衍射光栅的多条衍射光，也不会产生噪声衍射光。此外，与透射型衍射光栅相比，由分束器分割或组合的光中不太可能产生损耗。而且，可以通过一个分束器3分割和组合来自光源2的光。因此，与透射型衍射光栅用作分割单元6和组合单元7的情况相比，光学传感器1可以使用具有很小损耗的光从高灵敏度信号中高度精确地检测测量对象的位置变化量。此外，针对光学传感器1，可以减少组件的数量并降低成本。
[第二实施例]
下面将基于图5描述第二实施例。注意，相同的符号被分配给已经描述的部分，并且在下面的描述中省略对其的描述。
图5是示出根据第二实施例的光学传感器1a的示意图。
在第一实施例中，光学传感器1是光学角度传感器，其中第一回射镜4a和第二回射镜4b附接到测量对象，并且与测量对象的旋转同步地旋转。
如图5所示，在第二实施例的光学传感器1a中，第一回射镜4aa附接到测量对象，第二回射镜4ba固定地设置在光学传感器1a中，并且第一回射镜4aa随着测量对象的移动在来自光源2的光的入射方向上同步地前进/缩回。第二实施例与第一实施例的不同之处在于包括这样的结构。
在这样的第二实施例中，也可以获取类似于第一实施例中的(1)至(8)和(11)至(13)中的动作和效果。此外，可以获取以下动作和效果。
(14)作为光学长度测量传感器，光学传感器1a能够测量由于测量对象的移动而引起的位置变化量。
[第三实施例]
下面将基于图6和图7描述第三实施例。注意，相同的符号被分配给已经描述的部分，并且在下面的描述中省略对其的描述。
图6是示出根据第三实施例的光学传感器1b的示意图，图7是示出光学传感器1b的框图。
在第一实施例中，分割单元6和组合单元7是分束器3，并且设置在光学传感器1中的一个分束器中。
如图6和图7所示，在第三实施例的光学传感器1b中，分割单元6b和组合单元7b是透射型衍射光栅3b，其包括用于衍射来自光源2的光的多个光栅60和70，并且设置在一个透射型衍射光栅3b中。此外，光学传感器1b还包括第一反射单元11a、第二反射单元11b和第三反射单元11c。第三实施例在这些方面不同于第一实施例。
第一反射单元11a、第二反射单元11b和第三反射单元11c中的每一个都是能够反射光的反射镜。注意，第一反射单元11a、第二反射单元11b和第三反射单元11c中的每一个不需要是反射镜。只要能够反射光，任何东西都可以被采用，诸如半反射镜或分束器。
第一反射单元11a以改变来自光源2的光的方向的方式将其朝向透射型衍射光栅3b反射。第二反射单元11b布置在回射单元4的对侧，透射型衍射光栅3b布置在它们之间。更具体地，第二反射单元11b反射由分割单元6b分割的第一光和第二光以及经由回射单元4朝向组合单元7b前进的第一光和第二光。第三反射单元11c以将从组合单元7b发射的组合光的方向变成朝向光接收单元5的方式来反射该组合光。第一反射单元11a和第三反射单元11c设置在第三回射镜4c中的反射器41的反射表面40的对侧。
透射型衍射光栅3b由半透明玻璃形成，并且包括以预定间距布置的多个光栅60和70。多个光栅60和70以面向透射型衍射光栅3b中的第一反射单元11a的方式设置。注意，透射型衍射光栅3b不必由玻璃形成，而是可以由任意半透明构件形成。
来自光源2的光经由透射型衍射光栅3b的多个光栅60和70变成多条衍射光。
这里，多条衍射光包括在与从光源2发射的光的光轴相同的方向上前进的衍射光、在光轴两侧以预定衍射角前进的衍射光、以及在光轴两侧以大于预定衍射角的衍射角前进的衍射光。
当在与光轴相同的方向上前进的衍射光是零级衍射光时，以零级衍射光为基准，多条衍射光可以在衍射角变大的方向上被排序为±第一级衍射光和±第二级衍射光。
光接收单元5从主要由±第一级衍射光产生的干涉光中检测信号。
透射型衍射光栅3b包括将来自光源2的光分割成第一光和第二光的分割单元6b，以及将由分割单元6b分割并由反射单元4回射的光组合成组合光的组合单元7b。分割单元6b和组合单元7b设置在一个透射型衍射光栅3b中。此外，透射型衍射光栅3b包括衍射光栅单元20，该衍射光栅单元20衍射由第二反射单元11b反射的第一光或第二光以及从第一回射镜4a和第二回射镜4b朝向第二反射单元11b的第一光或第二光的方向。
分割单元6具有分割表面61，来自光源2的光被发射到分割表面61。分割单元6包括在y轴方向上并列设置的多个光栅60，该y轴方向是与分割表面61上的x轴正交的方向。类似地，组合单元7包括在分割表面61上沿y轴方向并列设置的多个光栅70。
这里，将基于图6描述光学传感器1b中的光的光学路径。
首先，在光学传感器1b中，从光源2发射的光被第一反射单元11a以将其方向变成朝向透射型衍射光栅3b的方式反射。接下来，由第一反射单元11a反射的光被分割单元6b分割成第一光和第二光。被分割的第一光和第二光被第二反射单元11b朝向衍射光栅单元20反射。随后，第一回射镜4a朝向第三回射镜4c执行第一光的第一回射，并且第二回射镜4b朝向第三回射镜4c执行第二光的第一回射。
第三回射镜4c将沿x轴方向偏移的第一光回射到第一回射镜4a，并且将沿x轴方向偏移的第二光回射到第二回射镜4b。然后，第一回射镜4a在偏移位置中朝向衍射光栅单元20执行第一光的第二回射，并且第二回射镜4b在偏移位置中朝向衍射光栅单元20执行第二光的第二回射。衍射光栅单元20朝向第二反射单元11b衍射第一光和第二光，并且第二反射单元11b朝向组合单元7b反射第一光和第二光。朝向组合单元7b反射的第一光和第二光变成组合光，并经由第三反射单元11c被发射到光接收单元5。
在第三实施例中，第一光和第二光经由第三回射镜4c被第一回射镜4a和第二回射镜4b回射两次。因此，即使在第一回射镜4a和第二回射镜4b倾斜布置的情况下，也可以消除由于其倾斜而产生的并且在第一光和第二光的行进方向上的倾斜。
因此，因为包括了第三回射镜4c，所以光学传感器1b可以测量位置或角度，而不会由于反射光束的行进方向的变化而产生干涉条纹。
在这样的第三实施例中，也可以获取类似于第一实施例中的(1)至(12)中的动作和效果。此外，可以获取以下动作和效果。
(15)因为是透射型衍射光栅3b，所以分割单元6b和组合单元7b可以容易地分割或组合来自光源2的光。此外，因为分割单元6b和组合单元7b设置在一个透射型衍射光栅3b中，所以光可以仅由一个透射型衍射光栅3b分割和组合。因此，与使用多个光学组件的情况相比，由于不需要使用复杂的光学组件并且可以省略处理或组装，所以可以降低光学传感器1b的成本。
[第四实施例]
下面将基于图8描述第四实施例。注意，相同的符号被分配给已经描述的部分，并且在下面的描述中省略对其的描述。
图8是示出根据第四实施例的光学传感器1c的示意图。
在第三实施例中，光学传感器1b是这样的光学角度传感器，其中第一回射镜4a和第二回射镜4b附接到测量对象，并且与测量对象的旋转同步地旋转。
如图8所示，在第四实施例的光学传感器1c中，第一回射镜4ac附接到测量对象，第二回射镜4bc固定地设置在光学传感器1c中，并且随着测量对象的移动，第一回射镜4ac在来自光源2的光的入射方向上同步前进/缩回。第四实施例与第三实施例的不同之处在于包括这样的结构。
在这样的第四实施例中，也可以获取类似于第二实施例中的动作和效果。此外，可以获取以下动作和效果。
(16)即使当分割单元6b和组合单元7b是透射型衍射光栅3b时，光学传感器1c也可以作为光学长度测量传感器测量由于测量对象的移动而引起的位置变化量。
[第五实施例]
下面将基于图9描述本发明的第五实施例。注意，相同的符号被分配给已经描述的部分，并且在下面的描述中省略对其的描述。
图9是示出根据第五实施例的光学传感器1d中的组合单元7d和光接收单元5d的示意图。
在第三实施例中，光学传感器1b是光学角度传感器，并且计算单元8(见图7)基于由光接收单元5接收的干涉光来检测由于测量对象的旋转引起的角度变化量。此外，在第四实施例中，光学传感器1c是光学长度测量传感器，并且计算单元8基于由光接收单元5接收的干涉光来检测由于测量对象的移动而引起的位置变化量。
如图9所示，在第五实施例中，光学传感器1d中的组合单元7d包括组合第一光和第二光的组合表面71d，以及在组合表面71d上沿作为预定方向的y轴方向并列设置的多个光栅70d。然后，光接收单元5d包括在作为预定方向的y轴方向上并列设置的多个光接收元件51d至54d，并且经由多个光栅70d接收多条衍射光。计算单元8基于由多个光接收元件51d至54d接收的多条衍射光来计算测量对象的位置变化量。第五实施例在这些方面不同于第一实施例至第四实施例。预定方向也是与组合表面71d上基本平行于第一方向和第二方向的方向正交的方向。
注意，为方便描述，图6和图8中的光源2、第一回射镜4a、第二回射镜4b、透射型衍射光栅3b上的分割单元6、第一反射单元11a、第二反射单元11b和第三反射单元11c在图9中被省略。
透过多个光栅70d的第一光的行进方向被衍射到-y轴方向侧，透过多个光栅70d的第二光的行进方向被衍射到 y轴方向侧。这里，例如，在第一光是 第一级衍射光而第二光是-第一级衍射光的情况下，不同衍射级的光(诸如±第二级衍射光)在不同于第一光和第二光的分离的方向上衍射，并且不发射到光接收单元5d。然后，第一光( 第一级衍射光)和第二光(-第一级衍射光)在光接收单元5d(多个光接收元件51d至54d)的光接收表面上，在与预定方向正交并且基本平行于第一方向和第二方向的方向上产生干涉条纹。
为了指定测量对象的移动方向，光学传感器1d优选地使用具有相位差的四相位信号(多个正弦波信号)。因此，多个光接收元件51d至54d被设计成获取与干涉条纹的周期同步的四相位信号。
例如，在分割单元6b(见图6)的多个光栅60被设计成具有1μm的周期的情况下，组合单元7d的多个光栅70d以稍微偏离分割单元6的多个光栅60的周期的方式被设计成具有1.005μm的周期。然后，多个光接收元件51d至54d以与组合单元7d的多个光栅70d具有相同周期的方式被设计成具有1.005μm的周期。
更具体地，多个光接收元件51d至54d包括第一光接收元件51d、第二光接收元件52d、第三光接收元件53d和第四光接收元件54d。
第一光接收元件51d经由多个光栅70d从光接收表面上产生的干涉条纹接收相位为0度的光。第二光接收元件52d经由多个光栅70d从光接收表面上产生的干涉条纹接收相位为90度的光。第三光接收元件53d经由多个光栅70d从光接收表面上产生的干涉条纹接收相位为180度的光。第四光接收元件54d经由多个光栅70d从光接收表面上产生的干涉条纹接收相位为270度的光。
然后，多个光接收元件51d至54d以第一光接收元件51d、第二光接收元件52d、第三光接收元件53d和第四光接收元件54d的顺序在作为预定方向的y轴方向上重复布置。光学传感器1d从由该多个光接收元件51d至54d接收的信号中检测四相位信号，并且计算单元8可以计算测量对象的移动方向和由于测量对象的移动而引起的位置变化量。注意，光学传感器1d可以是光学角度传感器或光学长度测量传感器。
在这样的第五实施例中，也可以获取类似于第三实施例和第四实施例中的动作和效果。此外，可以获取以下动作和效果。
(17)组合单元7d包括多个光栅70d，并且光接收单元5d包括多个光接收元件51d至54d，并通过多个光栅70d接收多条衍射光。多条衍射光在光接收单元5d的光接收表面上，在作为与组合表面71d上的预定方向正交的正交方向的x轴方向上产生干涉条纹。多个光接收元件51d至54d可以从干涉条纹中检测四相位信号。计算单元8可以根据该四相位信号计算测量对象的移动方向和由于移动而引起的位置变化量。因此，与根据干涉光计算测量对象的位置变化量的情况相比，光学传感器1d能够根据干涉条纹高度精确地检测测量对象的位置变化量。
[第六实施例]
下面将基于图10描述本发明的第六实施例。注意，相同的符号被分配给已经描述的部分，并且在下面的描述中省略对其的描述。
图10是示出根据第六实施例的光学传感器1e中的组合单元7e和光接收单元5e的示意图。
在第五实施例中，计算单元8(见图7)基于由光接收单元5d接收的干涉光来检测由于测量对象的移动而引起的位置变化量。然后，组合单元7d包括在组合表面71e上沿作为预定方向的y轴方向并列设置的多个光栅70d。
如图10所示，在第六实施例中，光学传感器1e中的组合单元7e包括组合第一光和第二光的组合表面71e。然后，组合单元7e包括在组合表面71e上沿作为预定方向的y轴方向并列设置的多个倾斜光栅70e，并且相对于来自光源2的光的光轴以预定倾斜角β布置。光接收单元5e包括多个光接收元件51e至54e，这些光接收元件51e至54e在组合表面71e上在作为与作为预定方向的y方向正交的正交方向的x轴方向并列设置，并且接收通过多个倾斜光栅70e的多条衍射光。计算单元8基于由光接收单元5e接收的多条衍射光计算测量对象的位置变化量。第六实施例在这些方面不同于第五实施例。在第六实施例中，预定方向也是与基本平行于第一方向和第二方向的方向正交的方向，并且与预定方向正交的正交方向是在组合表面71e上基本平行于第一方向和第二方向的方向。
注意，为方便描述，图6和图8中的光源2、第一回射镜4a、第二回射镜4b、透射型衍射光栅3b上的分割单元6、第一反射单元11a、第二反射单元11b和第三反射单元11c在图10中被省略。
透过多个倾斜光栅70e的第一光的行进方向被衍射到 x轴方向侧，透过多个倾斜光栅70e的第二光的行进方向被衍射到-x轴方向侧。这里，例如，在第一光是 第一级衍射光且第二光是-第一级衍射光的情况下，不同衍射级的光(诸如±第二级衍射光)在不同于第一光和第二光的分离的方向上衍射，并且不发射到光接收单元5e。然后，第一光( 第一级衍射光)和第二光(-第一级衍射光)在光接收单元5e(多个光接收元件51e至54e)的光接收表面上，在组合表面71e上沿作为预定方向的y轴方向产生干涉条纹。
为了指定测量对象的移动方向，光学传感器1e优选地使用具有相位差的四相位信号(多个正弦波信号)。因此，多个光接收元件51e至54e被设计成以与多个光接收元件51e至54e的光接收表面上产生的干涉条纹的周期同步地获取四相位信号。
更具体地，多个光接收元件51e至54e包括第一光接收元件51e、第二光接收元件52e、第三光接收元件53e和第四光接收元件54e。第一光接收元件51e通过多个倾斜光栅70e从光接收表面上产生的干涉条纹接收相位为0度的光。第二光接收元件52e通过多个倾斜光栅70e从光接收表面上产生的干涉条纹接收相位为90度的光。第三光接收元件53e通过多个倾斜光栅70e从光接收表面上产生的干涉条纹接收相位为180度的光。第四光接收元件54e通过多个倾斜光栅70e从光接收表面上产生的干涉条纹接收相位为270度的光。然后，多个光接收元件51e至54e以第一光接收元件51e、第二光接收元件52e、第三光接收元件53e和第四光接收元件54e的顺序在平行于x轴的方向上重复布置。光学传感器1e从由该多个光接收元件51e至54e接收的信号中检测四相位信号，并且计算单元8可以计算测量对象的移动方向和由于测量对象的移动引起的位置变化量。注意，光学传感器1e可以是光学角度传感器或光学长度测量传感器。
在这样的第六实施例中，也可以获取类似于第三实施例和第四实施例中的动作和效果。此外，可以获取以下动作和效果。
(18)组合单元7e包括多个倾斜光栅70e，并且光接收单元5e接收通过多个倾斜光栅70e的多条衍射光。多条衍射光在光接收单元5e的光接收表面上，在组合表面71e上沿作为预定方向的y轴方向上产生干涉条纹。因此，光接收单元5e的多个光接收元件可以从干涉条纹检测四相位信号。计算单元8可以根据该四相位信号计算测量对象的移动方向和由于移动而引起的位置变化量。因此，与根据干涉光计算由于测量对象的移动而引起的位置变化量的情况相比，光学传感器1e可以从干涉条纹高度精确地检测由于测量对象的移动引起的位置变化量。
[第七实施例]
下面将基于图11a和图11b描述本发明的第七实施例。注意，相同的符号被分配给已经描述的部分，并且在下面的描述中省略对其的描述。
图11a和图11b是示出根据第七实施例的光学传感器1f中的组合单元7f和光接收单元5f的示意图。更具体地，图11a是示出光学传感器1f中的组合单元7f和光接收单元5f的布置的示意图。图11b是示出组合单元7f的多个组合单元71f至74f中包括的多个光栅70f中的详细相位差的视图。
在第五实施例中，计算单元8(见图7)基于由光接收单元5d接收的干涉光检测由于测量对象的旋转而引起的角度变化量。此外，组合单元7d包括在组合表面71d上沿作为预定方向的y轴方向并列设置的多个光栅70d。
如图11a所示，在第七实施例中，光学传感器1f中的组合单元7f包括分别具有不同相位的多个组合单元71f至74f。光接收单元5f包括分别对应于多个组合单元71f至74f的多个光接收单元51f至54f。然后，根据分别具有不同相位并且基于由多个光接收单元51f至54f接收的光的多个信号，计算单元8(见图7)计算测量对象的旋转方向和由于测量对象的旋转而引起的角度变化量。第七实施例在这些方面不同于第五实施例。
注意，为了描述方便，在图11a中省略了图6和图8中的光源2、第一回射镜4a、第二回射镜4b、透射型衍射光栅3b上的分割单元6、第一反射单元11a、第二反射单元11b和第三反射单元11c。
组合单元7f包括作为多个组合单元71f至74f的第一组合单元71f、第二组合单元72f、第三组合单元73f和第四组合单元74f。
第一组合单元71f包括多个光栅70f，其中相位以0度布置。第二组合单元72f包括多个光栅70f，其中相位以90度布置。第三组合单元73f包括多个光栅70f，其中相位以180度布置。第四组合单元74f包括多个光栅70f，其中相位以270度布置。
光接收单元5f包括作为多个光接收单元51f至54f的第一光接收单元51f、第二光接收单元52f、第三光接收单元53f和第四光接收单元54f。
第一光接收单元51f通过第一组合单元71f接收相位为0度的光。第二光接收单元52f通过第二组合单元72f接收相位为90度的光。第三光接收单元53f通过第三组合单元73f接收相位为180度的光。第四光接收单元54f通过第四组合单元74f接收相位为270度的光。
经由第一回射镜4a和第二回射镜4b的第一光和第二光以重叠的方式发射到全体多个组合单元71f至74f。发射到全体多个组合单元71f至74f的光作为每相的干涉光同时分别发射到多个光接收单元51f至54f。多个光接收单元51f至54f从所发射的干涉光中检测四相位信号，作为具有与其中每一个相对应的相位的信号。计算单元8可以根据四相位信号计算测量对象的移动方向和由于移动而引起的位置变化量。因此，与不包括多个组合单元71f至74f和多个光接收单元51f至54f的情况相比，光学传感器1f可以高度精确地检测由于测量对象的移动而引起的位置变化量。
如图11b所示，在多个光栅70f的周期为p、整数为n、偏移为k的情况下，组合单元7f的在y轴方向并列设置的多个组合单元71f至74f以按照表达式(1)的方式的关系布置。
k1＝n×p p÷8(1)
更具体地，第二组合单元72f以相对于第一组合单元71f偏移从表达式(1)获取的值k1的方式布置。第三组合单元73f以相对于第一组合单元71f、在y轴方向偏移从p÷4获取的值k2的方式布置。第四组合单元74f以相对于第三组合单元73f偏移从表达式(1)获取的值k1的方式布置。因此，多个光接收单元51f至54f可以分别从多个组合单元71f至74f接收具有不同相位的各条干涉光。
注意，光学传感器1f可以是光学角度传感器或光学长度测量传感器。
即使在这样的第七实施例中，也可以获取类似于第三实施例和第四实施例中的动作和效果。此外，可以获取以下动作和效果。
(19)光学传感器1f可以利用多个组合单元71f至74f产生多条组合光，并且检测四相位信号。因此，光学传感器1f可以通过使用四相位信号高度精确地检测由于测量对象的移动而引起的位置变化量。
[第八实施例]
下面将基于图12描述本发明的第八实施例。注意，相同的符号被分配给已经描述的部分，并且在下面的描述中省略对其的描述。
图12是示出根据第八实施例的光学传感器1g的示意图。
在第一实施例中，分割单元6和组合单元7设置在分束器3中，并且光接收单元5通过组合单元7接收组合光。
在第八实施例中，光学传感器1g中的分割单元6g是偏振分束器3g。光学传感器1g包括将组合单元7g的组合光分割成第一分割光15和第二分割光25的分割分束器30g，布置在由分割分束器30g分割的第一分割光15和第二分割光25中的每一个的光学路径中的第一四分之一波片45a，布置在经由第一四分之一波片45a的第二分割光25的光学路径中的第二四分之一波片45b，将经由第一四分之一波片45a的第一分割光15分割成第一偏振光16和第二偏振光17的第一分割光偏振分束器31g，将经由第二四分之一波片45b的第二分割光25分割成第三偏振光26和第四偏振光27的第二分割光偏振分束器32g，从第一偏振光16接收相位为0度的光的第一光接收单元51g，从第二偏振光17接收相位为180度的光的第二光接收单元52g，从第三偏振光26的相位为90度的光的第三光接收单元53g，以及从第四偏振光27接收相位为270度的光的第四光接收单元54g。第八实施例在这些方面不同于第一实施例。
作为偏振分束器3g的分割单元6g是将来自光源2的光分成两个偏振分量的板式光学组件，这两个偏振分量是作为s随机偏振光的光的s偏振光和作为p随机偏振光的光的p偏振光。偏振分束器3g反射作为s偏振光的第一光，并透射作为p偏振光的第二光。在第八实施例中，将使用s偏振光作为第一光和p偏振光作为第二光进行描述。
分束器30g是非偏振分束器。第一分割光偏振分束器31g和第二分割光偏振分束器32g是偏振分束器。
作为非偏振分束器的分割分束器30g不是将从组合单元7g发射的组合光分割成s偏振光和p偏振光，而是类似于平均分割作为非偏振光的光的情况，将来自组合单元7g的组合光分割成第一分割光15和第二分割光25。
第一分割光15经由第一四分之一波片45a变成相位与第一分割光15的相位偏离90度的光，并且被发射到第一分割光偏振分束器31g。发射到第一分割光偏振分束器31g的第一分割光15被偏振，并被分割成作为s偏振光的第一偏振光16和作为p偏振光的第二偏振光17。然后，第一光接收单元51g接收第一偏振光16并接收作为相位为0度的光的干涉光。此外，第二光接收单元52g接收第二偏振光17并接收作为相位为180度的光的干涉光。
第二分割光25经由第一四分之一波片45a和第二四分之一波片45b变成相位与第二分割光25的相位偏离180度的光，并且被发射到第二分割光偏振分束器32g。发射到第二分割光偏振分束器32g的第二分割光25被偏振并且被分割成作为s偏振光的第三偏振光26和作为p偏振光的第四偏振光27。然后，第三光接收单元53g接收第三偏振光26并接收作为相位为90度的光的干涉光。此外，第四光接收单元54g接收第四偏振光27并接收作为相位为270度的光的干涉光。利用这种布置，计算单元8(见图2)可以从多个光接收单元51g至54g获取四相位信号。通过计算该四相位信号，计算单元8计算并检测测量对象的移动方向和由于测量对象的移动而引起的位置变化量。注意，光学传感器1g可以是光学角度传感器或光学长度测量传感器。
在这样的第八实施例中，也可以获取类似于第一实施例中的动作和效果。此外，可以获取以下动作和效果。
(20)光接收单元5g可以从组合光中检测四相位信号。因此，通过使用四相位信号，光学传感器1g可以高度精确地检测由于测量对象的旋转而引起的角度位移。
[第九实施例]
下面将基于图13描述本发明的第九实施例。注意，相同的符号被分配给已经描述的部分，并且在下面的描述中省略对其的描述。
图13是示出根据第九实施例的光学传感器1h的示意图。
在第八实施例中，光学传感器1g中的分割单元6g是偏振分束器3g。
如图13所示，在第九实施例中，光学传感器1h具有基本类似于第三实施例中的透射型衍射光栅3b的配置。此外，光学传感器1h包括布置在经由第一回射镜4a的第一光的光学路径中的四分之一波片40h。第九实施例在这些方面不同于第八实施例。
因为包括四分之一波片40h，所以光学传感器1h可以通过使用第八实施例中的光接收单元5g来检测四相位信号，并且可以从四相位信号中检测由于测量对象的移动而引起的位置位移。
注意，光学传感器1h可以是光学角度传感器或光学长度测量传感器。
在这样的第九实施例中，也可以获取类似于第三实施例中的动作和效果。此外，可以获取以下动作和效果。
(21)光接收单元5g可以从组合光中检测四相位信号。因此，通过使用类似于第三实施例的透射型衍射光栅3b和类似于第八实施例的光接收单元5g，光学传感器1h能够从四相位信号高度精确地检测由于测量对象的移动而引起的位置变化量。
[第十实施例]
下面将基于图14描述本发明的第十实施例。注意，相同的符号被分配给已经描述的部分，并且在下面的描述中省略对其的描述。
图14是示出根据第十实施例的光学传感器1i的示意图。
在第八实施例中，分割单元6g是偏振分束器3g，并且光学传感器1g包括分割分束器30g、第一四分之一波片45a、第二四分之一波片45b、第一分割光偏振分束器31g、第二分割光偏振分束器32g和多个光接收单元51g至54g。
如图14所示，在第十实施例中，光学传感器1i包括：第一衍射光栅单元31i，其具有照射表面30i，在照射表面30i上并列设置有多个光栅311i，光栅311i将来自组合单元7g的组合光变成多条衍射光；第二衍射光栅单元32i，其在照射表面30i上具有多个光栅322i，光栅322i并列设置在与第一衍射光栅单元31i的多个光栅311i并列设置的方向正交的方向上，并且进一步将来自第一衍射光栅单元31i的多条衍射光变成多条衍射光；以及多个偏振器46a至46d，其布置在来自第二衍射光栅单元32i的多条衍射光的光学路径中，并且将多条衍射光变成具有不同相位的多条偏振光。光接收单元5i包括分别对应于多个偏振器46a至46d的多个光接收单元51i至54i。根据分别具有不同相位并且基于由多个光接收单元51i至54i接收的光的多个信号，计算单元8(见图2)计算测量对象的移动方向和由于测量对象的移动而引起的位置变化量。第十实施例在这些方面不同于第八实施例。
作为衍射光栅的第一衍射光栅单元31i和第二衍射光栅单元32i不是将从组合单元7g发射的组合光分割成s偏振光和p偏振光，而是类似于平均分割未偏振的光的情况，将光分割成四条衍射光。
多个偏振器46a至46d是偏振透镜，并且包括第一偏振器46a、第二偏振器46b、第三偏振器46c和第四偏振器46d。注意，多个偏振器46a至46d不一定是偏振透镜，而是只要入射光能够被偏振，就可以以任何方式执行偏振。
光接收单元5i包括作为多个光接收单元51i至54i的第一光接收单元51i、第二光接收单元52i、第三光接收单元53i和第四光接收单元54i。多个光接收单元51i至54i以面向多个偏振器46a至46d的方式设置在光接收单元5i的同一平面上。
被第一衍射光栅单元31i和第二衍射光栅单元32i分割的多条光在透过多个偏振器46a至46d时变成具有不同相位的各条偏振光。
第一光接收单元51i接收透过第一偏振器46a并且相位为0度的光。第二光接收单元52i接收透过第二偏振器46b并且相位为90度的光。第三光接收单元53i接收透过第三偏振器46c并且相位为180度的光。第四光接收单元54i接收透过第四偏振器46d并且相位为270度的光。
利用这种布置，计算单元8可以从多个光接收单元51i至54i获取四相位信号。计算单元8通过计算该四相位信号来计算和检测测量对象的旋转方向和由于测量对象的旋转而引起的角度变化量。
此外，多个光接收单元51i至54i可以模块化，因为它们被设置在光接收单元5i的面向多个偏振器46a至46d的同一平面上。因此，与第八实施例不同，光学传感器1i不需要在光被发射到的每个位置包括多个光接收单元51g至54g，并且可以降低成本和空间。
注意，光学传感器1i可以是光学角度传感器或光学长度测量传感器。
在这样的第十实施例中，也可以获取类似于第一实施例中的动作和效果。此外，可以获取以下动作和效果。
(22)光学传感器1i包括与由第一衍射光栅单元31i和第二衍射光栅单元32i衍射的多个衍射光栅对应的多个偏振器46a至46d，以及分别与多个偏振器46a至46d对应的多个光接收单元51i至54i。因此，与包括第八实施例的分割分束器30g、第一分割光偏振分束器31g和第二分割光偏振分束器32g的情况相比，可以在不使用这些光学组件的情况下获取四相位信号。因此，与光学传感器1g相比，可以减少光学传感器1i的空间或成本，同时提高其精度。
(23)光接收单元5i包括多个光接收单元51i至54i，它们以面向多个偏振器46a至46d的方式设置在同一平面上，并且分别对应于多个偏振器46a至46d。因此，可以通过模块化多个光接收单元51i至54i来执行小型化。
[第十一实施例]
下面将基于图15描述本发明的第十一实施例。注意，相同的符号被分配给已经描述的部分，并且在下面的描述中省略对其的描述。
图15是示出根据第十一实施例的光学传感器1j的示意图。
在第十实施例中，光学传感器1i中的分割单元6g是偏振分束器3g。
如图15所示，在第十一实施例中，光学传感器1j具有基本类似于第三实施例的透射型衍射光栅3b的配置，并且包括布置在经由第一回射镜4a的第一光的光学路径中的四分之一波片40h。第十一实施例在这些方面不同于第十实施例。
因为包括四分之一波片40h，所以光学传感器1j可以通过使用第十实施例中的光接收单元5i来检测四相位信号，并且可以从四相位信号中检测由于测量对象的移动而引起的位置位移。
注意，光学传感器1j可以是光学角度传感器或光学长度测量传感器。
在这样的第十一实施例中，也可以获取类似于第三实施例中的动作和效果。此外，可以获取以下动作和效果。
(24)即使当分割单元6b包括多个光栅60时，与包括第九实施例的分割分束器30g、第一分割光偏振分束器31g和第二分割光偏振分束器32g的情况相比，也可以在不使用这些光学组件的情况下获取四相位信号。因此，与光学传感器1h相比，可以减少光学传感器1j的空间或成本，同时提高精度。
[实施例的修改]
注意，本发明不限于上述每个实施例，并且包括在本发明的精神和范围内的修改、改进等。
例如，在以上实施例中，光学传感器1和1a至1n设置在测量仪器中，但是可以设置在其他装置中而不是测量仪器中。光学传感器1和1a至1n设置于哪个上没有特别限制。
尽管在以上每个实施例中是棱镜，但是第三回射镜4c可以是角隅棱镜或玻璃珠型回射镜。也就是说，作为第三回射镜，可以使用任何光学组件，只要该光学组件能够将从第一回射镜发射的第一光回射到第一回射镜，并且能够将从第二回射镜发射的第二光回射到第二回射镜。
图16是示出根据第一修改示例的光学传感器1k的示意图，并且图17是示出根据第二修改示例的光学传感器1l的示意图。
尽管在以上每个实施例中第三回射镜4c是一个光学组件，但是第三回射镜4c可以是以分别面向第一回射镜4a和第二回射镜4b的方式设置的多个第三回射镜4ck和4cl，如图16和图17所示的光学传感器1k和1l。
在每个实施例中，回射单元4按这样的方式布置：第一回射镜4a的连接部42a和第二回射镜4b的连接部42b的线性方向与第三回射镜4c的连接部42c的线性方向彼此正交，并且连接部42a和42b彼此平行。然而，连接部42a和42b可以不彼此平行地布置。例如，在图16中连接部42a和42b以彼此正交的方式布置的情况下，多个第三回射镜4ck的连接部42c仅需要以分别正交于连接部42a和42b的方式布置。
此外，可以不以第一回射镜4a的连接部42a和第二回射镜4b的连接部42b的线性方向与第三回射镜4c的连接部42c的线性方向彼此正交的方式进行布置。此外，第三回射镜4c可以不以以下方式执行回射：从第一回射镜4a和第二回射镜4b在第一回射中发射的第一光和第二光的发射位置，在作为第一回射镜4a的连接部42a和第二回射镜4b的连接部42b的线性方向的x方向上，偏移相对于第一回射镜4a和第二回射镜4b的入射位置。也就是说，第三回射镜可以从其发射位置，在第一光从分割单元进入第一回射镜的方向上和在第二光从分割单元进入第二回射镜的方向上，回射在第一回射镜和第二回射镜上的第一回射中发射的第一光和第二光，并且可以从发射位置在第一回射镜和第二回射镜的连接部的线性方向上偏移相对于第一回射镜和第二回射镜的入射位置。
也就是说，第三回射镜仅需要以能够在第一光从分割单元进入第一回射镜的方向上和第二光从分割单元进入第二回射镜的方向上回射在第一回射镜和第二回射镜的第一回射中发射的第一光和第二光的方式来布置，以从发射位置在正交于第一光的方向的正交方向上偏移相对于第一回射镜的入射位置，并且从发射位置在正交于第二光的方向的正交方向上偏移相对于第二回射镜的入射位置。
图18是示出根据第三修改示例的光学传感器1m的示意图。
在上述每个实施例中，反射单元11或第一反射单元11a和第三反射单元11c被布置在光源2和分割单元6之间。代替这种配置，如图17和图18所示，光学传感器1l或1m可以不包括反射单元11或者第一反射单元11a和第三反射单元11c，并且光源2可以以面向分割单元6或6b的方式设置。
图19是示出根据第四修改示例的光学传感器1n的示意图。
尽管在第三实施例中光学传感器1b包括第二反射单元11b，但是光学传感器1n可以不包括第二反射单元11b，而是可以包括透射型衍射光栅3m，如图19所示。
在上述每个实施例中，分割单元6或6b和组合单元7或7b被设置在一个分束器3或一个透射型衍射光栅3b中。然而，分割单元和组合单元中的一个可以是具有衍射来自光源的光的多个光栅的透射型衍射光栅，并且分割单元和组合单元中的另一个可以是分束器。此外，可以提供多个分割单元和组合单元，而不是一个分束器3或一个透射型衍射光栅3b。
在上述每个实施例中，第一回射镜4a和第二回射镜4b附接到测量对象并且与测量对象的旋转同步地旋转。然而，一个可以固定在光学传感器中而另一个可以附接到测量对象，并且旋转可以与测量对象的旋转同步地执行。
尽管在第一实施例中分束器3是板式的，但是可以采用任意形状的分束器，诸如立方体类型。
工业适用性
如上所述，本发明的实施例可以适合用于光学传感器。
1.一种光学传感器，包括:
光源，被配置为发射光；
分割单元，被配置为将来自所述光源的光分割成第一光和第二光；
回射单元，被配置为回射由分割单元分割的所述第一光和所述第二光；
组合单元，被配置为将在所述回射单元上反射的所述第一光和所述第二光组合成组合光；
光接收单元，被配置为接收由所述组合单元组合的所述组合光；和
计算单元，被配置为基于所述组合光计算测量对象的位置变化量，
其中，所述回射单元包括：
第一回射镜，被配置为通过对由所述分割单元分割的所述第一光执行两次反射，在所述第一光的入射方向的相反方向上平行地回射所述第一光，
第二回射镜，被配置为通过对所述第二光执行两次反射，在所述第二光的入射方向的相反方向上平行地回射所述第二光，所述第二光是由所述分割单元分割的光并且不同于由所述第一回射镜反射的光，以及
第三回射镜，被配置为在与所述第一光从所述分割单元进入所述第一回射镜的方向和所述第二光从所述分割单元进入所述第二回射镜的方向中的每个方向不同的方向上执行回射，以将从所述第一回射镜发射的所述第一光回射到所述第一回射镜，并将从所述第二回射镜发射的所述第二光回射到所述第二回射镜，
所述第一回射镜和第二回射镜中的至少一个附接到所述测量对象，并且
所述光接收单元接收经由所述第三回射镜由所述第一回射镜回射两次的所述第一光和经由所述第三回射镜由所述第二回射镜回射两次的所述第二光的组合光。
2.根据权利要求1所述的光学传感器，
其中，所述第三回射镜是一个光学组件，其在不同方向的相反方向上平行地执行回射，将从所述第一回射镜发射的所述第一光回射到所述第一回射镜，并将从所述第二回射镜发射的所述第二光回射到所述第二回射镜。
3.根据权利要求1所述的光学传感器，
其中，所述第三回射镜通过对所述第一光和所述第二光执行至少两次反射，从所述第一光和所述第二光的发射位置，在所述第一光从所述分割单元进入所述第一回射镜的方向上和所述第二光从所述分割单元进入所述第二回射镜的方向上回射在第一回射中在所述第一回射镜和所述第二回射镜上发射的所述第一光和所述第二光，并且
从所述发射位置在正交于所述第一光的方向的正交方向上偏移相对于所述第一回射镜的入射位置，并且从所述发射位置在正交于所述第二光的方向的正交方向上偏移相对于所述第二回射镜的入射位置。
4.根据权利要求3所述的光学传感器，
其中，所述回射单元包括基本成矩形的两个反射器，所述两个反射器具有用于反射光的反射表面和将所述两个反射器彼此正交连接的线性连接部，并且
所述回射单元以所述第一回射镜和所述第二回射镜中的每一个的连接部的线性方向与所述第三回射镜的连接部的线性方向彼此正交的方式布置，
所述第三回射镜通过对所述第一光和所述第二光执行两次反射，从所述第一光和所述第二光的发射位置，在所述第一光从所述分割单元进入所述第一回射镜的方向上和所述第二光从所述分割单元进入所述第二回射镜的方向上回射在第一回射中在所述第一回射镜和所述第二回射镜上发射的所述第一光和所述第二光，并且
从所述发射位置，在所述第一回射镜和所述第二回射镜的连接部的线性方向上，偏移所述第一回射镜和所述第二回射镜上的入射位置。
5.根据权利要求1所述的光学传感器，
还包括在所述光源和所述分割单元之间的反射单元，所述反射单元被配置为反射来自所述光源的光。
6.根据权利要求1所述的光学传感器，
其中，所述第一回射镜和所述第二回射镜中的至少一个附接到所述测量对象，并且与所述测量对象的旋转同步地旋转，所述光学传感器是光学角度传感器。
7.根据权利要求6所述的光学传感器，
其中，所述第一回射镜和所述第二回射镜附接到所述测量对象，并且与所述测量对象的旋转同步地旋转。
8.根据权利要求1所述的光学传感器，
其中，所述第一回射镜和所述第二回射镜中的任何一个附接到所述测量对象，并且
随着所述测量对象的移动，所述第一回射镜和所述第二回射镜中的任何一个在来自所述光源的光的入射方向上同步地前进/缩回，所述光学传感器是光学长度测量传感器。
9.根据权利要求1所述的光学传感器，
其中，所述第一回射镜和所述第二回射镜在所述测量对象的测量范围内具有这样的位置：在所述位置中，从来自所述光源的光在所述分割单元中的分割点经由所述第一回射镜到所述组合单元的所述第一光的光学长度与从来自所述光源的光在所述分割单元中的分割点经由所述第二回射镜到所述组合单元的所述第二光的光学长度相同。
10.根据权利要求1所述的光学传感器，
其中，所述分割单元和所述组合单元是具有用于衍射来自所述光源的光的多个光栅的透射型衍射光栅并且被设置在一个透射型衍射光栅中。
11.根据权利要求1所述的光学传感器，
其中，所述分割单元和所述组合单元中的一个是具有用于衍射来自所述光源的光的多个光栅的透射型衍射光栅，以及
所述分割单元和所述组合单元中的另一个是分束器。
12.根据权利要求1所述的光学传感器，
其中，所述分割单元和所述组合单元是分束器并且被设置在一个分束器中。
13.根据权利要求1所述的光学传感器，
其中，所述组合单元具有用于组合所述第一光和所述第二光的组合表面，并且包括在所述组合表面上以预定方向并列设置的多个光栅，
所述光接收单元包括以预定方向并列设置的多个光接收元件，并通过所述多个光栅接收多条衍射光，并且
所述计算单元基于由所述多个光接收元件接收的所述多条衍射光来计算所述测量对象的位置变化量。
14.根据权利要求1所述的光学传感器，
其中，所述组合单元具有用于组合所述第一光和所述第二光的组合表面，并且包括多个倾斜光栅，所述多个倾斜光栅在所述组合表面上以预定方向并列设置并且相对于来自所述光源的光的光轴以预定倾斜角布置，
所述光接收单元包括在正交于预定方向的正交方向上并列设置的多个光接收元件，并接收经由所述多个倾斜光栅的多条衍射光，以及
所述计算单元基于由所述光接收单元接收的所述多条衍射光计算所述测量对象的位置变化量。
15.根据权利要求1所述的光学传感器，
其中，所述组合单元包括分别具有不同相位的多个组合单元，
所述光接收单元包括分别对应于所述多个组合单元的多个光接收单元，并且
所述计算单元基于由所述多个光接收单元接收并且具有不同相位的各条光来计算所述测量对象的移动方向和所述测量对象的位置变化量。
16.根据权利要求1所述的光学传感器，
其中，所述分割单元是具有多个光栅的衍射光栅，
包括布置在所述第一光或所述第二光的光学路径中的四分之一波片，并且
包括将来自所述组合单元的组合光分割成第一分割光和第二分割光的分割分束器，
第一四分之一波片，布置在由所述分割分束器分割的所述第一分割光和所述第二分割光中的每一个的光学路径中，
第二四分之一波片，布置在经由所述第一四分之一波片的所述第二分割光的光学路径中，
第一分割光偏振分束器，将经由所述第一四分之一波片的所述第一分割光分割成第一偏振光和第二偏振光，
第二分割光偏振分束器，将经由所述第二四分之一波片的所述第二分割光分割成第三偏振光和第四偏振光，以及
接收来自所述第一偏振光的相位为0度的光的第一光接收单元，接收来自所述第二偏振光的相位为180度的光的第二光接收单元，接收来自所述第三偏振光的相位为90度的光的第三光接收单元，以及接收来自所述第四偏振光的相位为270度的光的第四光接收单元。
17.根据权利要求1所述的光学传感器，
其中，所述分割单元是具有多个光栅的衍射光栅，
包括布置在所述第一光或所述第二光的光学路径中的四分之一波片，并且
包括第一衍射光栅单元，所述第一衍射光栅单元具有照射表面，在所述照射表面上并列设置用于将来自所述组合单元的组合光变成多条衍射光的多个光栅，
第二衍射光栅单元，所述第二衍射光栅单元在所述照射表面上具有并列设置在与所述第一衍射光栅单元的多个光栅并列设置的方向正交的方向上的多个光栅，并且所述第二衍射光栅单元进一步将来自所述第一衍射光栅单元的多条衍射光变成多条衍射光，以及
多个偏振器，其布置在来自第二衍射光栅单元的多条衍射光的光学路径中，并且将所述多条衍射光变成分别具有不同相位的多条偏振光，
所述光接收单元包括分别对应于所述多个偏振器的多个光接收单元，并且
所述计算单元基于由所述多个光接收单元接收并且分别具有不同相位的各条光来计算所述测量对象的移动方向和所述测量对象的位置变化量。
18.根据权利要求1所述的光学传感器，
其中，所述分割单元是偏振分束器，
并且包括
分割分束器，将来自所述组合单元的组合光分割成第一分割光和第二分割光，
第一四分之一波片，布置在由所述分割分束器分割的所述第一分割光和所述第二分割光中的每一个的光学路径中，
第二四分之一波片，布置在经由所述第一四分之一波片的所述第二分割光的光学路径中，
第一分割光偏振分束器，将经由所述第一四分之一波片的所述第一分割光分割成第一偏振光和第二偏振光，
第二分割光偏振分束器，将经由所述第二四分之一波片的所述第二分割光分割成第三偏振光和第四偏振光，以及
接收来自所述第一偏振光的相位为0度的光的第一光接收单元，接收来自所述第二偏振光的相位为180度的光的第二光接收单元，接收来自所述第三偏振光的相位为90度的光的第三光接收单元，以及接收来自所述第四偏振光的相位为270度的光的第四光接收单元。
19.根据权利要求1所述的光学传感器，
其中，所述分割单元是偏振分束器，并且
包括第一衍射光栅单元，所述第一衍射光栅单元具有照射表面，在所述照射表面上并列设置用于将来自所述组合单元的组合光变成多条衍射光的多个光栅，
第二衍射光栅单元，所述第二衍射光栅单元在所述照射表面上具有并列设置在与所述第一衍射光栅单元的多个光栅并列设置的方向正交的方向上的多个光栅，并且所述第二衍射光栅单元进一步将来自所述第一衍射光栅单元的所述多条衍射光变成多条衍射光，并且
多个偏振器，其布置在来自所述第二衍射光栅单元的多条衍射光的光学路径中，并且将所述多条衍射光变成分别具有不同相位的多条偏振光，
所述光接收单元包括分别对应于所述多个偏振器的多个光接收单元，并且
所述计算单元基于由所述多个光接收单元接收并且分别具有不同相位的各条光来计算所述测量对象的移动方向和所述测量对象的位置变化量。
技术总结