JPH0140284B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0140284B2 JPH0140284B2 JP16561880A JP16561880A JPH0140284B2 JP H0140284 B2 JPH0140284 B2 JP H0140284B2 JP 16561880 A JP16561880 A JP 16561880A JP 16561880 A JP16561880 A JP 16561880A JP H0140284 B2 JPH0140284 B2 JP H0140284B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- hologram
- light
- movable body
- optical path
- optical element
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
- G01B9/02—Interferometers
- G01B9/021—Interferometers using holographic techniques
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明はホログラフイーを利用した直線計に
関するものである。
関するものである。
例えば工作機械等においては、刃物台等が案内
に沿つて直線運動するようになつており、その運
動の直線性の良否が加工精度の良否を決定する重
要な要因となつている。したがつて、このような
工作機械等においては、組立てや精度検査の時に
刃物台等の横振れ（運動方向に垂直な平面内での
変位一成分若しくは二成分）を検査する必要があ
る。また加工中に刃物台等の横振れを常時検出し
て運動を直線状に制御して加工精度の向上をはか
ろうとする試みもある。
に沿つて直線運動するようになつており、その運
動の直線性の良否が加工精度の良否を決定する重
要な要因となつている。したがつて、このような
工作機械等においては、組立てや精度検査の時に
刃物台等の横振れ（運動方向に垂直な平面内での
変位一成分若しくは二成分）を検査する必要があ
る。また加工中に刃物台等の横振れを常時検出し
て運動を直線状に制御して加工精度の向上をはか
ろうとする試みもある。
このような場合に、直線計が使用され、そのう
ち光学的な直線計としては従来オート・コリメー
ター、レーザ直線計（ツーリング・レーザ）等が
利用されているが、一成分の回転ないし変位を検
出するものであつて、かつ、精度不足などでいず
れも上記の目的には不充分であつた。
ち光学的な直線計としては従来オート・コリメー
ター、レーザ直線計（ツーリング・レーザ）等が
利用されているが、一成分の回転ないし変位を検
出するものであつて、かつ、精度不足などでいず
れも上記の目的には不充分であつた。
一方、最近ホログラフイー技術が干渉計測に応
用され、生ずる干渉縞の性質も明らかにされ、２
次元面内の横変位測定が可能なホログラフイー干
渉法を直線計に応用することが考えられている。
この場合にホログラムを直線計として装置化する
ためには、実時間干渉を行わせなければならない
が、これまで、ホログラフイー干渉法は、実時間
干渉法の実験がかなり難しいために、主に二重露
光法によつて研究が進められてきた。また、従来
のホログラフイー干渉法を応用した直線計におい
ては、直線計の精度、空気のゆらぎや外部振動の
影響、可動体の光軸に沿つた移動距離に関する測
定可能範囲について解決すべき問題が残つてい
た。これらの問題をいくつか解決するために、こ
の発明の発明者等はホログラフイーを利用した新
たな直線計を開発し、実時間干渉の簡単な実施、
空気のゆらぎや外部振動の影響の排除、及び高精
度の測定を可能にした（特願昭55−39476号参
照）。
用され、生ずる干渉縞の性質も明らかにされ、２
次元面内の横変位測定が可能なホログラフイー干
渉法を直線計に応用することが考えられている。
この場合にホログラムを直線計として装置化する
ためには、実時間干渉を行わせなければならない
が、これまで、ホログラフイー干渉法は、実時間
干渉法の実験がかなり難しいために、主に二重露
光法によつて研究が進められてきた。また、従来
のホログラフイー干渉法を応用した直線計におい
ては、直線計の精度、空気のゆらぎや外部振動の
影響、可動体の光軸に沿つた移動距離に関する測
定可能範囲について解決すべき問題が残つてい
た。これらの問題をいくつか解決するために、こ
の発明の発明者等はホログラフイーを利用した新
たな直線計を開発し、実時間干渉の簡単な実施、
空気のゆらぎや外部振動の影響の排除、及び高精
度の測定を可能にした（特願昭55−39476号参
照）。
この新たに開発された直線計を簡単に説明する
と、第１図に示す如く、固定体上に位置するＢブ
ロツクに含まれるレーザ発光装置２を発光させ、
ビームスプリツタ３によつて光F1と光F2とに分
割し、光F2を動体上に位置するＡブロツクに含
まれるホログラム４に照射し、ホログラム４から
物体光を再生（再生物体光）し、また、光F1で
拡散板５を照明し、拡散板５からの物体光をホロ
グラム４に照射し、この物体光を前述の再生物体
光と干渉させる。この干渉によつて生ずる干渉縞
はスクリーン６上に観測可能に投影される。この
干渉縞を観測することによつて物体光の光軸に垂
直な平面内での可動体の変位一成分若しくは二成
分を検出することができる。しかるに、このホロ
グラム直線計の精度は可動体の横方向の単位変位
量当りの干渉縞の本数の変化と関係を持つてお
り、その干渉縞の本数の変化を大きくすることが
望まれる。
と、第１図に示す如く、固定体上に位置するＢブ
ロツクに含まれるレーザ発光装置２を発光させ、
ビームスプリツタ３によつて光F1と光F2とに分
割し、光F2を動体上に位置するＡブロツクに含
まれるホログラム４に照射し、ホログラム４から
物体光を再生（再生物体光）し、また、光F1で
拡散板５を照明し、拡散板５からの物体光をホロ
グラム４に照射し、この物体光を前述の再生物体
光と干渉させる。この干渉によつて生ずる干渉縞
はスクリーン６上に観測可能に投影される。この
干渉縞を観測することによつて物体光の光軸に垂
直な平面内での可動体の変位一成分若しくは二成
分を検出することができる。しかるに、このホロ
グラム直線計の精度は可動体の横方向の単位変位
量当りの干渉縞の本数の変化と関係を持つてお
り、その干渉縞の本数の変化を大きくすることが
望まれる。
この発明は上記の如き事情に鑑みてなされたも
のであつて、実時間干渉が簡単に行え、空気のゆ
らぎや外部振動の影響を軽減することができ、か
つ、特に高精度の変位測定を可能にする直線計を
提供することを目的とするものである。
のであつて、実時間干渉が簡単に行え、空気のゆ
らぎや外部振動の影響を軽減することができ、か
つ、特に高精度の変位測定を可能にする直線計を
提供することを目的とするものである。
この目的に対応して、この発明の高感度直線計
は、物体光と参照光を発光させ得る光学素子と、
可動体の移動の移動量が零である基準位置におけ
る前記物体光と前記参照光により形成されたホロ
グラム、とを固定体上の直線移動経路に沿つて移
動し得る前記可動体上に配設し、前記光学素子と
前記ホログラムとの間の光路の途中にあつて前記
光路の方向を入射光路と反射光路が平行をなすよ
うに反転させる反射装置を一若しくは二以上固定
体上に備え、前記光学素子からの前記物体光と前
記参照光は前記反射装置で反射して前記反転した
後前記ホログラムに入射するように構成され前記
直線移動経路に垂直な面内での前記可動体の変位
に伴つて前記ホログラムからの再生像の波面と前
記光学素子からの物体光の波面との相対的なずれ
の方向及び量の情報を縞の傾角及び間隔として含
む等傾角干渉縞を生じさせるように構成したこと
を特徴としている。
は、物体光と参照光を発光させ得る光学素子と、
可動体の移動の移動量が零である基準位置におけ
る前記物体光と前記参照光により形成されたホロ
グラム、とを固定体上の直線移動経路に沿つて移
動し得る前記可動体上に配設し、前記光学素子と
前記ホログラムとの間の光路の途中にあつて前記
光路の方向を入射光路と反射光路が平行をなすよ
うに反転させる反射装置を一若しくは二以上固定
体上に備え、前記光学素子からの前記物体光と前
記参照光は前記反射装置で反射して前記反転した
後前記ホログラムに入射するように構成され前記
直線移動経路に垂直な面内での前記可動体の変位
に伴つて前記ホログラムからの再生像の波面と前
記光学素子からの物体光の波面との相対的なずれ
の方向及び量の情報を縞の傾角及び間隔として含
む等傾角干渉縞を生じさせるように構成したこと
を特徴としている。
以下、この発明の詳細を一実施例を示す図面に
ついて説明する。
ついて説明する。
第２図及び第３図において、２１は直線計であ
る。直線計２１はブロツクＡで示される構成部材
とブロツクＢで示される構成部材とから成つてい
る。ブロツクＡに含まれる構成部材は横変位を検
出しようとする刃物台等の可動体２２に取り付け
られ、またブロツクＢに含まれる構成部材は基礎
等の固定部に取り付けられている。
る。直線計２１はブロツクＡで示される構成部材
とブロツクＢで示される構成部材とから成つてい
る。ブロツクＡに含まれる構成部材は横変位を検
出しようとする刃物台等の可動体２２に取り付け
られ、またブロツクＢに含まれる構成部材は基礎
等の固定部に取り付けられている。
ブロツクＡに含まれる構成部材としては、ホロ
グラム２３、集光レンズ２４及びスクリーン２５
があり、これらのホログラム２３、集光レンズ２
４及びスクリーン２５は光軸に沿つて配列され、
可動体２２上に取り付けられている。また、ブロ
ツクＡには、光学素子３２が可動体２２上に取り
付けられている。可動体２２は、本来、光軸方向
に移動し得るように構成されたものである。な
お、光学素子３２は物体光と参照光を発生させる
光学素子として機能するものである。
グラム２３、集光レンズ２４及びスクリーン２５
があり、これらのホログラム２３、集光レンズ２
４及びスクリーン２５は光軸に沿つて配列され、
可動体２２上に取り付けられている。また、ブロ
ツクＡには、光学素子３２が可動体２２上に取り
付けられている。可動体２２は、本来、光軸方向
に移動し得るように構成されたものである。な
お、光学素子３２は物体光と参照光を発生させる
光学素子として機能するものである。
一方、ブロツクＢに含まれる構成部材として
は、プリズム３３、プリズム３４を備えている。
但しプリズム３３，３４はそれぞれ２枚の平面鏡
で代替することもできる。プリズム３３は、光学
素子３２からの光の光路の方向をxz平面内で180゜
変更するように配置し、また、プリズム３４はプ
リズム３３からの光をyz平面内で180゜光路変更さ
せてホログラム２３に入射するように配置する。
は、プリズム３３、プリズム３４を備えている。
但しプリズム３３，３４はそれぞれ２枚の平面鏡
で代替することもできる。プリズム３３は、光学
素子３２からの光の光路の方向をxz平面内で180゜
変更するように配置し、また、プリズム３４はプ
リズム３３からの光をyz平面内で180゜光路変更さ
せてホログラム２３に入射するように配置する。
光学素子３２は、第４図に示す如く、レーザー
発光装置２６、顕微鏡対物レンズ２７、ピンホー
ル２８、ミラー２９、コリメーターレンズ３１、
すりガラス等の拡散板３６、ビームスプリツター
３７、コリメーターレンズ３８、ビームスプリツ
ター３９、ミラー４１、顕微鏡対物レンズ４２、
ピンホール４３を含んでいる。
発光装置２６、顕微鏡対物レンズ２７、ピンホー
ル２８、ミラー２９、コリメーターレンズ３１、
すりガラス等の拡散板３６、ビームスプリツター
３７、コリメーターレンズ３８、ビームスプリツ
ター３９、ミラー４１、顕微鏡対物レンズ４２、
ピンホール４３を含んでいる。
ホログラム２３は次のようにして作成する。ま
ず感光材２３′をホログラム２３の位置に置き、
次にレーザー発光装置２６を発光させる。レーザ
発光装置２６からの光をビームスプリツター３９
で二分割し、一方の光F1を顕微鏡対物レンズ２
７とコリメーターレンズ３１で拡げ、平行光束に
してすりガラスから成る拡散板３６を照明し、コ
リメーターレンズ３８を通過後物体光として使用
し、ホログラム２３の位置にある感光材２３′を
露光させる。他の光F2は顕微鏡対物レンズ４２
及びコリメーターレンズ２８で平行光束にし、参
照光として使用する。このようにしてホログラム
２３の位置に置かれた感光材２３′に拡散板３６
からの物体光を平面波の参照光でホログラムとし
て記録し、写真処理してホログラム２３が完成す
る。
ず感光材２３′をホログラム２３の位置に置き、
次にレーザー発光装置２６を発光させる。レーザ
発光装置２６からの光をビームスプリツター３９
で二分割し、一方の光F1を顕微鏡対物レンズ２
７とコリメーターレンズ３１で拡げ、平行光束に
してすりガラスから成る拡散板３６を照明し、コ
リメーターレンズ３８を通過後物体光として使用
し、ホログラム２３の位置にある感光材２３′を
露光させる。他の光F2は顕微鏡対物レンズ４２
及びコリメーターレンズ２８で平行光束にし、参
照光として使用する。このようにしてホログラム
２３の位置に置かれた感光材２３′に拡散板３６
からの物体光を平面波の参照光でホログラムとし
て記録し、写真処理してホログラム２３が完成す
る。
このようにして得られたホログラム２３を可動
体２２上にセツトして第２図及び第３図に示す直
線計２１が完成する。
体２２上にセツトして第２図及び第３図に示す直
線計２１が完成する。
このようにして構成した直線計２１による可動
体２２の横方向変位の測定は次のようにする。ま
ず、レーザー発光装置２６を再び発光させ、拡散
板３６の物体光と参照光を生じさせる。物体光と
参照光はともに可動体２２上のホログラム２３に
入射し、このうち参照光はホログラム２３に記録
されている物体光を再生させて再生物体光が発生
し、この再生物体光を前述の物体光と実時間干渉
させる。この干渉によつて生ずる干渉縞はレンズ
２４の焦点面に置かれたスクリーン２５上に観測
可能に投影される。
体２２の横方向変位の測定は次のようにする。ま
ず、レーザー発光装置２６を再び発光させ、拡散
板３６の物体光と参照光を生じさせる。物体光と
参照光はともに可動体２２上のホログラム２３に
入射し、このうち参照光はホログラム２３に記録
されている物体光を再生させて再生物体光が発生
し、この再生物体光を前述の物体光と実時間干渉
させる。この干渉によつて生ずる干渉縞はレンズ
２４の焦点面に置かれたスクリーン２５上に観測
可能に投影される。
今仮に、光軸と一致し若しくは平行な移動方向
を持つ可動体２２が横変位した場合には、ホログ
ラム２３が横変位し、このため再生物体光の波面
が横方向へ変位して生ずる。このように横変位の
場合には、スクリーン２５上に局在する直線状の
干渉縞になる。これまでのホログラフイーによる
干渉縞の解析から、干渉縞の線方向に対して垂直
方向が可動体の変位方向になることがわかつてい
る。干渉縞の解析の手法は昭和55年特許願第
39476号に示されたものと同じである。しかるに、
ここで特に重要なこととして注意すべきこと、こ
の発明の直線計においては、プリズム３３やプリ
ズム３４によつて光路が180゜変更されるにともな
つて、可動体の横移動量が２倍に増幅されて、こ
れによつて精度が２倍になるという点である。す
なわち、可動体のxz面内の横移動について検討
すると、第５図に平面図で示す如く、変位前にお
いてホログラム３２上のａ点から発した光はプリ
ズム３３で２度反射されてホログラム２３のｂ点
に達するから、このａ点とｂ点が対応するとする
と、可動体のΔxの横変位によつてもａ点もｂ点
もΔxだけ変位して、それぞれa′点、b′点に達す
るが、a′点から発した光はプリズム３３での反射
によつて180゜光路を変更した後は、ホログラム２
３上のb′点とは２・Δxだけずれた位置に到達す
る。このことはyz面内の横移動についても同様
である。
を持つ可動体２２が横変位した場合には、ホログ
ラム２３が横変位し、このため再生物体光の波面
が横方向へ変位して生ずる。このように横変位の
場合には、スクリーン２５上に局在する直線状の
干渉縞になる。これまでのホログラフイーによる
干渉縞の解析から、干渉縞の線方向に対して垂直
方向が可動体の変位方向になることがわかつてい
る。干渉縞の解析の手法は昭和55年特許願第
39476号に示されたものと同じである。しかるに、
ここで特に重要なこととして注意すべきこと、こ
の発明の直線計においては、プリズム３３やプリ
ズム３４によつて光路が180゜変更されるにともな
つて、可動体の横移動量が２倍に増幅されて、こ
れによつて精度が２倍になるという点である。す
なわち、可動体のxz面内の横移動について検討
すると、第５図に平面図で示す如く、変位前にお
いてホログラム３２上のａ点から発した光はプリ
ズム３３で２度反射されてホログラム２３のｂ点
に達するから、このａ点とｂ点が対応するとする
と、可動体のΔxの横変位によつてもａ点もｂ点
もΔxだけ変位して、それぞれa′点、b′点に達す
るが、a′点から発した光はプリズム３３での反射
によつて180゜光路を変更した後は、ホログラム２
３上のb′点とは２・Δxだけずれた位置に到達す
る。このことはyz面内の横移動についても同様
である。
このように、可動体の横移動がΔxのとき、ホ
ログラム２３で２・Δxの変位量となり、横移動
が２倍に増幅されることになり、同じ変位量に対
しては、前述の先に開発されたホログラム直線計
の場合と比較して等傾射角干渉縞の数が２倍にな
る。すなわち、等傾角干渉縞の縞間隔をΔξ、可
動体の移動量をΔx、光の波長をλ、レンズの焦
点距離をｆ、とすると、前述のホログラム直線計
の場合は Δξ＝λf／Δx ……(1) であらわされるが、この発明の場合は Δξ＝λf／2Δx ……(2) となり、 したがつて、前述のホログラム直線計で、スク
リーンの視野の中に１本の等傾角干渉縞が生じて
いる場合には、本発明の場合には２本生ずること
になり、精度が２倍に向上する。
ログラム２３で２・Δxの変位量となり、横移動
が２倍に増幅されることになり、同じ変位量に対
しては、前述の先に開発されたホログラム直線計
の場合と比較して等傾射角干渉縞の数が２倍にな
る。すなわち、等傾角干渉縞の縞間隔をΔξ、可
動体の移動量をΔx、光の波長をλ、レンズの焦
点距離をｆ、とすると、前述のホログラム直線計
の場合は Δξ＝λf／Δx ……(1) であらわされるが、この発明の場合は Δξ＝λf／2Δx ……(2) となり、 したがつて、前述のホログラム直線計で、スク
リーンの視野の中に１本の等傾角干渉縞が生じて
いる場合には、本発明の場合には２本生ずること
になり、精度が２倍に向上する。
実施例
(i) 理論値
Δx＝100μｍ＝0.1mm、λ＝0.63×10-3mm、ｆ
＝360mmとすると、(2)式から Δξ＝0.63×10-3×360／２×0.1＝1.134 等傾角干渉縞の縞間隔Δξ＝1.134mmとなる。
＝360mmとすると、(2)式から Δξ＝0.63×10-3×360／２×0.1＝1.134 等傾角干渉縞の縞間隔Δξ＝1.134mmとなる。
(ii) 実験値
可動体が100μｍ＝0.1mm移動すると、１cm当
り8.85本の等傾角干渉縞が生ずることが第６図
から読取れる。したがつて、等傾角干渉縞の縞
間隔Δξは Δξ＝10mm／8.85＝1.13mmとなる。
り8.85本の等傾角干渉縞が生ずることが第６図
から読取れる。したがつて、等傾角干渉縞の縞
間隔Δξは Δξ＝10mm／8.85＝1.13mmとなる。
したがつて、実験値と理論値はほぼ一致する。
以上の説明から明らかな通り、この発明によれ
ば、実時間干渉が簡単に行え、空気のゆらぎや外
部振動の影響を軽減することができ、高精度の変
位測定を可能にする直線計を得ることができる。
ば、実時間干渉が簡単に行え、空気のゆらぎや外
部振動の影響を軽減することができ、高精度の変
位測定を可能にする直線計を得ることができる。
第１図は従来のホログラム直線計を示す構成説
明図、第２図はこの発明の一実施例に係る直線計
の構成を示す斜視説明図、第３図は第２図に示す
直線計の構成を示す平面説明図、第４図は光学素
子の構成説明図、第５図は光路の一部を示す説明
図、及び第６図は干渉縞の数と変位量の関係を示
すグラフである。 ２１……直線計、２３……ホログラム、３２…
…光学素子、３３……プリズム、３４……プリズ
ム。
明図、第２図はこの発明の一実施例に係る直線計
の構成を示す斜視説明図、第３図は第２図に示す
直線計の構成を示す平面説明図、第４図は光学素
子の構成説明図、第５図は光路の一部を示す説明
図、及び第６図は干渉縞の数と変位量の関係を示
すグラフである。 ２１……直線計、２３……ホログラム、３２…
…光学素子、３３……プリズム、３４……プリズ
ム。
Claims (1)
- １ 物体光と参照光を発光させ得る光学素子と、
可動体の移動の移動量が零である基準位置におけ
る前記物体光と前記参照光により形成されたホロ
グラム、とを固定体上の直線移動経路に沿つて移
動し得る前記可動体上に配設し、前記光学素子と
前記ホログラムとの間の光路の途中にあつて前記
光路の方向を入射光路と反射光路が平行をなすよ
うに反転させる反射装置を一若しくは二以上固定
体上に備え、前記光学素子からの前記物体光と前
記参照光は前記反射装置で反射して前記反転した
後前記ホログラムに入射するように構成され前記
直線移動経路に垂直な面内での前記可動体の変位
に伴つて前記ホログラムからの再生像の波面と前
記光学素子からの物体光の波面との相対的なずれ
の方向及び量の情報を縞の傾角及び間隔として含
む等傾角干渉縞を生じさせるように構成したこと
を特徴とする高感度直線計。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16561880A JPS5790102A (en) | 1980-11-25 | 1980-11-25 | High-sensitive linear meter |
| US06/322,460 US4466693A (en) | 1980-11-25 | 1981-11-18 | Holographic straightness meter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16561880A JPS5790102A (en) | 1980-11-25 | 1980-11-25 | High-sensitive linear meter |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5790102A JPS5790102A (en) | 1982-06-04 |
| JPH0140284B2 true JPH0140284B2 (ja) | 1989-08-28 |
Family
ID=15815780
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16561880A Granted JPS5790102A (en) | 1980-11-25 | 1980-11-25 | High-sensitive linear meter |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5790102A (ja) |
-
1980
- 1980-11-25 JP JP16561880A patent/JPS5790102A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5790102A (en) | 1982-06-04 |
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