JPH0140285B2 - - Google Patents

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。

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。

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。

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て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軽減、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、
ビームスプリツター３によつて光F₁と光F₂とに
分割し、光F₂を可動体上に位置する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においては、可動体の移動
につれて、可動体上のホログラムは固定体上の拡
散板等に対して近づき若しくは遠ざかるので、拡
散板等からホログラムまでの光路長が変化し、こ
の変化の影響が干渉縞の形成に関与する。そこで
可動体の直線移動径路に沿つて移動の干渉縞の形
成に与える影響を排する技術の開発が望まれる。

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、特に可動体の直線移動径路に沿つた移動の干
渉縞の形成に与える影響を排除し得る反射素子を
備えたホログラム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、この発明の反射素子を備
えたホログラム直線計は、物体光と参照光を発光
させ得る光学素子と、及び物体の基準位置におけ
る物体光と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径路に沿つて移動し得る
可動体上に配設し、かつ、直線移動径路に沿つた
固定位置に可動体を間に位置させて一対の反射素
子を配設し、光学素子からの光束は一方の反射素
子で反射し次いで他方の反射素子で反射したのち
前記ホログラムに入射するように構成され、直線
移動径路に垂直な面内での可動体の変位に伴つて
ホログラムからの再生像の波面と光学素子からの
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
生ぜしめ、かつ、等傾角干渉縞の傾角及び間隔を
測定することにより物体光の光軸に垂直な平面内
での変位一成分若しくは二成分を検出するように
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。

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。

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、光軸方向の直
線移動径路２０に沿つて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、反射素子３３、反射素子３４を備えている。
反射素子３３は直交する平面内に位置するミラー
４５，４６を有し、また反射素子３４は直交する
平面内に位置するミラー４７，４８を有し、それ
ぞれのミラー４５，４６，４７，４８は光路に対
して48゜をなしている。但し、反射素子３３，３
４はそれぞれプリズムで代替することもできる。
一対の反射素子３３，３４は直線移動径路２０に
沿つた固定位置に配設され可動体２２を間に位置
させて対向している。反射素子３３は光学素子３
２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、反射素子３４は反射素子
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、ビームプリツター３
７、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、一方に光F₁を顕微鏡対物レンズ２７
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３８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。

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、光学素子３２からホ
ログラム２３へ光が入射するが、その光路長は可
動体２２の位置にかかわらず一定であるという点
である。すなわち、第２図に示す如く、光学素子
３２からの光束は反射素子３３のミラー４５で反
射し、次いで、ミラー４６で反射して反射素子３
４のミラー４７で反射し、最後にミラー４８で反
射してホログラム２３に入射するのであるが、光
学素子３２から反射素子３３までの長さをａ、反
射素子３３内の長さをｄ、反射素子３３から反射
素子３４までの長さをｃ、反射素子３４内の長さ
をｅ、反射素子３４からホログラム２３までの長
さをｂとすると、全体の光路長１は １＝ａ＋ｄ＋ｃ＋ｅ＋ｂ ここでｄ、ｃ、ｅは一定で、かつａ＋ｂ＝ｃで
あるから、結局 １＝2c＋ｄ＋ｅ となり、光路長は可動体２２の位置にかかわらず
一定である。したがつて可動体の直線移動径路に
沿つた移動の干渉縞に与える影響を排除すること
ができる。

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、かつ、特に
可動体の直線移動径路に沿つた移動の干渉縞の形
成に与える影響を排除し得る反射素子を備えたホ
ログラム直線計を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のホログラフ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、及び第４図は光
学素子の構成説明図である。 ２１……直線計、２３……ホログラム、３２…
…光学素子、３３……反射素子、３４……反射素
子。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 物体光と参照光を発光させ得る光学素子と、
   物体の基準位置における物体光と参照光により形
   成されたホログラム、とを固定体上の直線移動径
   路に沿つて移動し得る可動体上に配設し、かつ前
   記直線移動径路に沿つた固定位置に前記可動体を
   間に位置させて一対の反射素子を配設し、前記光
   学素子からの光束は前記一方の反射素子で反射し
   次いで他方の反射素子で反射した後前記ホログラ
   ムに入射するように構成され、前記直線移動径路
   に垂直な面内での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前記等傾角干渉
   縞を生ぜしめ、かつ、前記等傾角干渉縞の傾角及
   び間隔を測定することにより、前記参照光の光軸
   に垂直な平面内での変位一成分若しくは二成分を
   検出するように構成したことを特徴とする反射素
   子を備えたホログラム直線計。