図1に光学系を示します。半導体レーザーから出たビームは、集光レンズ(L1)によってピンホール(P)に集光します。
レーザービームは紙面に対して水平なP偏光のビームですが、ピンホール(P)を出て広がったのち偏光ビームスプリッタ(PBS)を透過して1/4波長板を通り、直線偏光から円偏光に変わります。そして、ミラー(M1~ M4)を経てコリメータレンズ(L2)によって平行ビームとして射出されます。
この平行ビームは測定用ミラー(M5)により反射され逆回りの円偏光になります。再びミラー(M4~ M1)を経て1/4波長板に入ります。このときに逆回りの円偏光が紙面に対して垂直なS偏光になり、今度は偏光ビームスプリッタ(PBS)で反射され位置検出用センサ(CMOS)に入ります。
図2は図1のミラー(M1~ M4)を取り除いて光路を描いたものです。測定用ミラー(M5)がθだけ傾くと、M5で反射されて戻るビームは2 θだけ傾いた方向でコリメータレンズ(L2)に入射して、CMOS上の中心線よりdだけずれた位置にピンホール(P)の像を結びます。これはd=ftan2θ≒ 2fθの関係になります。
したがってdを検出することによって測定用ミラー(M5)の傾き角θを知ることができます。