JPH0140921B2 - - Google Patents
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- JPH0140921B2 JPH0140921B2 JP4759481A JP4759481A JPH0140921B2 JP H0140921 B2 JPH0140921 B2 JP H0140921B2 JP 4759481 A JP4759481 A JP 4759481A JP 4759481 A JP4759481 A JP 4759481A JP H0140921 B2 JPH0140921 B2 JP H0140921B2
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- 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
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- 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や
回転角度計等の変位計に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a displacement meter such as a linear meter or a rotation angle meter using holography.
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
変位二成分)や回転変位を検査する必要がある。
また加工中に刃物台等の横振れや回転変位を常時
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り、刃物台等の部材の
これら直線変位や回転変位を検出するためには直
線計や回転角度計等の変位計が使用される。その
ような変位計のうち光学的な変位計としては従来
オート・コリメーター等が利用されているが、オ
ート・コリメーターは反光による像と元の像を重
ね合せて求める方法で、反射鏡がθ傾いている場
合には、対物レンズの焦点距離をfとすると、
2fθによつて与えられる。また読み取り精度がレ
ンズのF値によつて決定され、焦点距離が長く、
かつ、F値の小さいレンズを得ることは困難であ
るところから、その測定精度に限度がある。 For example, in machine tools, etc., a tool rest or the like moves linearly along a guide, and the linearity of this movement is an important factor in determining the quality of machining accuracy. Therefore, in such machine tools, it is necessary to inspect the lateral runout (two components of displacement in a plane perpendicular to the direction of motion) and rotational displacement of the tool rest, etc. during assembly and precision inspection.
There are also attempts to improve machining accuracy by constantly detecting lateral vibration and rotational displacement of parts such as the tool rest during machining and controlling the movement linearly. To detect displacement, a displacement meter such as a linear meter or rotation angle meter is used. Among such displacement meters, auto-collimators have traditionally been used as optical displacement meters, but auto-collimators are obtained by superimposing the reflected light image and the original image, and the reflector is If it is tilted by θ, then if the focal length of the objective lens is f, then
It is given by 2fθ. In addition, reading accuracy is determined by the F value of the lens, and the focal length is long.
Moreover, since it is difficult to obtain a lens with a small F value, there is a limit to the measurement accuracy.
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てき
つつあるところから、ホログラフイー干渉法を変
位計に応用することが考えられている。この場合
にホログラムを変位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変位計においては、変
位計の精度、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
明者はホログラフイーを利用した新たな変位計を
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、特願昭55−
168996号等参照)。 On the other hand, recently, holographic technology has been applied to interferometric measurements, and the properties of the resulting interference fringes are being clarified, so it is being considered to apply holographic interferometry to displacement meters. In this case, in order to implement a hologram as a displacement meter, real-time interference must be performed, but until now holographic interferometry has mainly been performed using double Research has been carried out using exposure methods. In addition, with displacement meters that apply conventional holographic interferometry, there are issues that need to be resolved regarding the accuracy of the displacement meter, the effects of air fluctuations and external vibrations, and the measurable range of the moving distance along the optical axis of the movable body. It remained. In order to solve some of these problems, the inventor of this invention has developed a new displacement meter using holography, which can easily implement real-time interference, reduce the effects of air fluctuations and external vibrations, and Made high-precision measurement possible (Patent Application No. 39476/1983;
(See No. 168996, etc.)
これら新たに開発された変位計のうち、直線計
の一例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光学素子群10の構成素子た
るレーザー発光装置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
移動体上に位置するホログラム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、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移動体の変位一成分
若しくは二成分を同時に検出することができる。 Among these newly developed displacement meters, one example of a linear meter is briefly explained as shown in Figure 1.
The laser light emitting device 2, which is a constituent element of the optical element group 10 located on a fixed body, is caused to emit light, and the beam splitter 3 splits the light into light F1 and light F2 , and the light F2 is positioned on the moving body. The object light is reproduced from the hologram 4 (reproduced object light), and the diffuser plate 5 is illuminated with light F 1 to cause this object light to interfere with the aforementioned reproduced object light. Interference fringes produced by this interference are observably projected onto the screen 6. By observing these interference fringes, one or two components of the displacement of the moving body within a plane perpendicular to the optical axis of the object light can be detected simultaneously.
また、回転角度計の一例を簡単に説明すると、
第2図に示す如く、固定体上に位置する光学素子
群10の構成要素たるレーザー発光装置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を移動体上の反射素子17を
介して固定体上に位置するホログラム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に照明し、拡散
板5からの物体光を反射素子17を介してホログ
ラム4に照射し、この物体光と前述の再生物体光
とを干渉させる。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、この干
渉縞を観測することによつてy軸(紙面に垂直な
軸)のまわりの移動体の回転変位を検出すること
ができる。 Also, to briefly explain an example of a rotation angle meter,
As shown in FIG. 2, a laser emitting device 2, which is a component of an optical element group 10 located on a fixed body, emits light, and a beam splitter 3 separates light F1 and light F2.
The light F 2 is irradiated onto the hologram 4 located on the fixed body through the reflective element 17 on the moving body, and the object light is reproduced from the hologram 4 (regenerated object light) . The diffuser plate 5 is illuminated, and the object light from the diffuser plate 5 is irradiated onto the hologram 4 via the reflection element 17, and this object light and the above-mentioned reproduced object light are caused to interfere with each other. The interference fringes caused by this interference are observably projected onto the screen 6, and by observing these interference fringes, the rotational displacement of the moving body around the y-axis (the axis perpendicular to the plane of the paper) can be detected. I can do it.
しかるに、ここで使用される光学素子群10は
物体光と参照光を発生させる機能を持つものであ
るが、そこにはレーザー発光装置2、顕微鏡対物
レンズ7、ピンホール8、ミラー9、コリメータ
ーレンズ11、スリガラス等から成る拡散板5、
コリメーターレンズ12、ビームスプリツタ3、
ミラー13、顕微鏡対物レンズ14、ピンホール
15、ビームスプリツター16等を含んでおり、
構成要素数が多く、これがために装置が複雑化
し、また、各構成要素の正しいセツテイングが相
当に困難である。 However, the optical element group 10 used here has the function of generating object light and reference light, but it also includes a laser emitting device 2, a microscope objective lens 7, a pinhole 8, a mirror 9, and a collimator. a lens 11, a diffuser plate 5 made of ground glass, etc.;
collimator lens 12, beam splitter 3,
It includes a mirror 13, a microscope objective lens 14, a pinhole 15, a beam splitter 16, etc.
The large number of components makes the device complex and makes correct setting of each component quite difficult.
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、光学素子群の構成素子数を少なく
し、構成を簡単にして、そのセツテイング等を簡
単になし得るホログラム変位計を提供することを
目的とするものである。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is an object of the present invention to provide a hologram displacement meter that can reduce the number of constituent elements of an optical element group, simplify the configuration, and facilitate its setting. This is the purpose.
この目的に対応して、この発明のホログラム変
位計は、固定体に対して検出すべき変位を生ずる
移動体の前記変位を検出する変位計であつて、光
学上無限遠若しくは無限遠と等価の距離に位置す
る物体の物体光と参照光とを記録した第1のホロ
グラムと、及び前記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る干渉縞を記録した第
2のホログラムとを前記固定体若しくは前記移動
体の一方に設置し、反射素子を前記固定体若しく
は前記移動体の他方に設置し、固定位置にある光
源からの光が前記第1のホログラムに入射した後
に前記反射素子で反射して前記第2のホログラム
に入射するように構成したことを特徴としてい
る。 Corresponding to this purpose, the holographic displacement meter of the present invention is a displacement meter that detects the displacement of a moving body that causes a displacement to be detected with respect to a fixed body, and which is optically at infinity or equivalent to infinity. A first hologram recording an object beam and a reference beam of an object located at a distance, and a second hologram recording interference fringes formed by the object beam and the reference beam at a reference position of the object are fixed. a reflective element is installed on the other of the fixed body or the movable body, and light from a light source located at a fixed position is reflected by the reflective element after being incident on the first hologram. The hologram is characterized in that it is configured such that it is incident on the second hologram.
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。 The details of this invention will be explained below with reference to the drawings showing one embodiment.
第3図にはこの発明を回転角度計に適用した実
施例が示されている。第3図において1は回転角
度計である。回転角度計1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
刃物台等の回転を検出しようとする移動体に取り
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。 FIG. 3 shows an embodiment in which the present invention is applied to a rotation angle meter. In FIG. 3, 1 is a rotation angle meter. The rotary angle meter 1 consists of a component indicated by block A and a component indicated by block B. The components included in block A are attached to a moving object such as a tool rest whose rotation is to be detected, and the components included in block B are attached to a fixed part such as a foundation.
ブロツクAに含まれる構成部材としては、反射
素子17があり、反射素子17は移動体上に取り
付けられている。移動体は、本来、光軸方向の直
線移動径路18に沿つて移動し得るように構成さ
れたものである。 A component included in block A is a reflective element 17, which is mounted on a moving body. The moving body is originally configured to be able to move along a linear movement path 18 in the optical axis direction.
一方、ブロツクBに含まれる構成部材として
は、光源19、顕微鏡対物レンズ14、ピンホー
ル15、コリメーターレンズ12、ホログラム2
0、ホログラム4、コリメーターレンズ23及び
スクリーン6がある。ホログラム20は物体光と
参照光を発生させる機能を持つものである。 On the other hand, the components included in block B include a light source 19, a microscope objective lens 14, a pinhole 15, a collimator lens 12, and a hologram 2.
0, a hologram 4, a collimator lens 23, and a screen 6. The hologram 20 has the function of generating object light and reference light.
一方、反射素子17は2枚のミラー21,22
を備えている。ミラー21,22は反射面を平行
に、かつ、対向させて位置させており、ホログラ
ム20とホログラム4までの光路の途中に位置し
ている。ミラー21,22はホログラム20から
の光束の光軸に対して所定の角度(この実施例に
おいては、光軸に対して45゜)をなしており、、ホ
ログラム20からの光束はミラー21によつて光
路を変更してミラー22に入射し、さらにミラー
22で反射して光路を変更してホログラム4を照
射する。 On the other hand, the reflective element 17 consists of two mirrors 21 and 22.
It is equipped with The mirrors 21 and 22 are positioned so that their reflective surfaces are parallel and facing each other, and are positioned midway on the optical path from the hologram 20 to the hologram 4. The mirrors 21 and 22 form a predetermined angle with respect to the optical axis of the light beam from the hologram 20 (in this embodiment, 45 degrees with respect to the optical axis). The beam then changes its optical path and enters the mirror 22, and is further reflected by the mirror 22 to change its optical path and irradiates the hologram 4.
ホログラム4及びホログラム20は次のように
して作成したものである。すなわち、第3図に示
す回転角度計1におけるホログラム再生光学素子
群20を第4に示す光学素子群20′で置き替
えたものを準備する。光学素子群20′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、第1図及び第2図に示す光学素子群10
と同じものである。すなわち、光学素子群20′
は、すりガラス等の拡散板5、ビームスプリツタ
ー16、コリメーターレンズ12、ビームスプリ
ツター3、ミラー13、顕微鏡対物レンズ14、
ピンホール15、レーザー発光装置2、顕微鏡対
物レンズ7、ピンホール8、ミラー9、コリメー
ターレンズ11を含んでいる。この第4図に示す
光学素子群20′を第3図におけるホログラム再
生光学素子群20の代りに組込んだものは第5
図に示す構成を採る。 Hologram 4 and hologram 20 were created as follows. That is, a rotary angle meter 1 shown in FIG. 3 is prepared in which the hologram reproducing optical element group 20 is replaced with the fourth optical element group 20'. The optical element group 20' functions as an optical element that generates an object beam and a reference beam, and is similar to the optical element group 10 shown in FIGS. 1 and 2.
is the same as That is, the optical element group 20'
are a diffuser plate 5 such as ground glass, a beam splitter 16, a collimator lens 12, a beam splitter 3, a mirror 13, a microscope objective lens 14,
It includes a pinhole 15, a laser emitting device 2, a microscope objective lens 7, a pinhole 8, a mirror 9, and a collimator lens 11. The optical element group 20' shown in FIG. 4 is incorporated in place of the hologram reproducing optical element group 20 in FIG.
The configuration shown in the figure is adopted.
ホログラム4を作成する場合には、この第5図
に示す構成において、次のようにする。まず感光
材4′をホログラム4の位置に置き、次にレーザ
ー発光装置2を発光させる。レーザー発光装置2
からの光をビームスプリツター3で2分割し、一
方の光F1を顕微鏡対物レンズ7とコリメーター
レンズ11で拡げ、平行光束にしてすりガラスか
ら成る拡散板5を照明し、コリメーターレンズ1
2を通過後物体光として使用し、ホログラム4の
位置にある感光材4′を露光させる。他の光F2は
顕微鏡対物レンズ14及びコリメーターレンズ1
2で平行光束にし、参照光として使用する。この
よううにしてホログラム4の位置に置かれた感光
材4′に拡散板5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4が完成する。一方、ホログラム20を作成
するには、感光材20″を光学素子群20′の光路
出口側に置き、ホログラム4を作成した場合と同
様に感光材20″を露光し、写真処理して完成す
る。これによつて光学上無限遠若しくは無限遠と
等価の距離に位置する物体(拡散板5)の物体光
と参照光とを記録したホログラム20が得られ
る。 When creating the hologram 4, the following procedure is performed in the configuration shown in FIG. First, the photosensitive material 4' is placed at the position of the hologram 4, and then the laser emitting device 2 is activated to emit light. Laser emitting device 2
The beam splitter 3 splits the light into two parts, and one of the lights F 1 is spread by the microscope objective lens 7 and the collimator lens 11 , converted into a parallel light beam, illuminates the diffuser plate 5 made of ground glass, and the collimator lens 1
2 is used as an object beam after passing through, and the photosensitive material 4' located at the position of the hologram 4 is exposed. The other light F2 is the microscope objective lens 14 and the collimator lens 1.
2 to make it a parallel beam of light and use it as a reference beam. In this way, the object light from the diffuser plate 5 is recorded as a hologram on the photosensitive material 4' placed at the position of the hologram 4 using a plane wave reference beam, and the hologram 4 is completed by photographic processing. On the other hand, in order to create the hologram 20, a photosensitive material 20'' is placed on the optical path exit side of the optical element group 20', and the photosensitive material 20'' is exposed and photographically processed in the same manner as in the case of creating the hologram 4. . As a result, a hologram 20 is obtained in which the object light and reference light of an object (diffusion plate 5) located at an optically infinite distance or at a distance equivalent to infinity are recorded.
このようにして得られたホログラム4,20を
固定体上にセツトして第3図に示す回転角度計1
が完成する。この第3図に示す回転角度計1と、
第2図に示す回転角度計1′とを対比して見ると
明らかな通り、回転角度計1は第2図における回
転角度計1′における光学素子群10をホログラ
ム再生光学素子群20で置き替えたものに等し
く、かつホログラム20は光学素子群20′の発
した物体光と参照光を記録したものであるから、
光源19からホログラム20に平行光束を照射し
た場合には、物体光と参照光を生じさせる機能に
おいて光学素子群10と等価のものであり、した
がつて、第2図及び第3図に示す回転角度計1,
1′は同じ光学的機能を発揮する。 The holograms 4 and 20 obtained in this way are set on a fixed body to form a rotary angle meter 1 as shown in FIG.
is completed. The rotation angle meter 1 shown in FIG. 3,
As is clear from a comparison with the rotation angle meter 1' shown in FIG. 2, the rotation angle meter 1 replaces the optical element group 10 in the rotation angle meter 1' in FIG. 2 with a hologram reproduction optical element group 20. and since the hologram 20 records the object light and reference light emitted by the optical element group 20',
When the hologram 20 is irradiated with a parallel light beam from the light source 19, it is equivalent to the optical element group 10 in the function of generating an object beam and a reference beam, and therefore the rotation shown in FIGS. 2 and 3 Angle meter 1,
1' performs the same optical function.
このようにして構成した回転角度計1による移
動体の回転変位の測定は次のようにする。まず光
源19からの光を顕微鏡対物レンズ14、ピンホ
ール15、コリメーターレンズ12によつて平行
光束にし、この光をホログラム20に照明する。
この照明によつてホログラム20に先に記録され
た光学上無限遠若しくは無限遠と等価の距離に位
置する物体(拡散板5)の物体光と参照光が再生
される。物体光と参照光はともに固定体上のホロ
グラム4に入射し、このうち参照光はホログラム
4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
を解析して移動体の回転変位を求めることができ
る。干渉縞の解析の手法については前述の特願昭
55−168996号明細書に記載されたものと同じであ
る。 Measurement of the rotational displacement of a moving body using the rotational angle meter 1 constructed in this way is performed as follows. First, light from the light source 19 is converted into a parallel beam by the microscope objective lens 14, pinhole 15, and collimator lens 12, and the hologram 20 is illuminated with this light.
By this illumination, the object light and reference light of an object (diffusion plate 5) located at an optically infinite distance or at a distance equivalent to infinity, which were previously recorded in the hologram 20, are reproduced. Both the object beam and the reference beam enter the hologram 4 on the fixed body, and the reference beam reproduces the object beam recorded on the hologram 4 to generate a reproduced object beam. interfere with light. Interference fringes produced by this interference are observably projected onto the screen 6. By analyzing these interference fringes, the rotational displacement of the moving body can be determined. The method of analyzing interference fringes is described in the above-mentioned patent application.
It is the same as that described in the specification of No. 55-168996.
次に、この発明を直線変位を検出する直線計に
適用することもできる。その一例としては、特願
昭55−178615号「反射素子を備えたホログラム直
線計」の明細書及び図面第3図に示した直線計2
1の光学素子32をホログラム20及び光源19
で置き換えることによつてただちに実現する。 Next, the present invention can also be applied to a linear meter that detects linear displacement. An example of this is the specification of Japanese Patent Application No. 178615-1978 "Hologram Linemeter Equipped with Reflective Element" and the linemeter 2 shown in Figure 3 of the drawing.
The optical element 32 of 1 is connected to the hologram 20 and the light source 19
This can be achieved immediately by replacing it with .
すなわち、第6図及び第7図にはこの発明を直
線計に適用した実施例が示されている。 That is, FIGS. 6 and 7 show an embodiment in which the present invention is applied to a line meter.
第6図及び第7図において、1bは直線計であ
る。直線計1b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移動体に取り付けら
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。 In FIGS. 6 and 7, 1b is a linear meter. The straight line gauge 1b consists of a component indicated by block A and a component indicated by block B. The components included in block A are attached to a moving body such as a tool post whose lateral displacement is to be detected, and the components included in block B are attached to a fixed part such as a foundation.
ブロツクAに含まれる構成部材としては、ホロ
グラム4、コリメータレンズ23及びスクリーン
6があり、これらのホログラム4、コリメータレ
ンズ23及びスクリーン6は光軸に沿つて配列さ
れ、移動体上に取り付けられている。また、ブロ
ツクAにはホログラム再生光学素子群20が移
動体上に取り付けられている。移動体は、本来、
光軸方向の直線移動径路に沿つて移動し得るよう
に構成されたものである。 Components included in block A include a hologram 4, a collimator lens 23, and a screen 6. These holograms 4, collimator lens 23, and screen 6 are arranged along the optical axis and mounted on a moving body. . Further, in the block A, a hologram reproducing optical element group 20 is mounted on a moving body. A mobile object is originally
It is configured to be able to move along a linear movement path in the optical axis direction.
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45゜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は直線移動径路に沿つ
た固定位置に配設されブロツクAを間に位置させ
て対向している。反射素子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、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4に入射するように配置する。 On the other hand, block B includes a reflective element 33 and a reflective element 34 as constituent members.
The reflective element 33 has mirrors 45, 46 located in orthogonal planes, and the reflective element 34 has mirrors 47, 48 located in orthogonal planes, each mirror 45, 46, 47, 48 having a It forms an angle of 45° to the optical path. However, the reflective elements 33, 3
4 can also each be replaced with a prism.
A pair of reflective elements 33 and 34 are arranged at fixed positions along the linear movement path and face each other with block A positioned between them. The reflective element 33 is arranged so as to change the direction of the optical path of the light from the optical element 32 by 180 degrees within the xz plane, and the reflective element 34
The optical path of the light from the hologram 4 is changed by 180° within the yz plane, and the hologram 4 is arranged so as to be incident on the hologram 4.
ホログラム再生光学素子群20は、第8図に
示す如く光源19、顕微鏡対物レンズ14、ピン
ホール15、コリメータレンズ12、ホログラム
20を含んである。 The hologram reproducing optical element group 20 includes a light source 19, a microscope objective lens 14, a pinhole 15, a collimator lens 12, and a hologram 20, as shown in FIG.
ホログラム4及びホログラム20は次のように
作成する。 Hologram 4 and hologram 20 are created as follows.
まずホログラム4を作成する場合には、この第
6図、第7図においてホログラム再生光学素子群
20の代りに第9図に示す光学素子群20′を
組込んだ構成において、次のようにする。まず感
光材4′をホログラム4の位置に置き、次にレー
ザー発光装置2を発光させる。レーザー発光装置
2からの光をビームスプリツター3で2分割し、
一方の光F1を顕微鏡対物レンズ7とコリメータ
レンズ11で拡げ、平行光束にしてすりガラスか
ら成る拡散板5を照明し、コリメータレンズ12
を通過後物体光として使用し、ホログラム4の位
置にある感光材4′を露光させる。他の光F2は顕
微鏡対物レンズ14及びコリメータレンズ12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4の位置に置かれた感光材4′
に拡散板5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4
が完成する。 First, when creating the hologram 4, in the configuration in which the optical element group 20' shown in FIG. 9 is incorporated in place of the hologram reproduction optical element group 20 in FIGS. 6 and 7, the following procedure is performed. . First, the photosensitive material 4' is placed at the position of the hologram 4, and then the laser emitting device 2 is activated to emit light. The light from the laser emitting device 2 is split into two by a beam splitter 3,
One light F 1 is expanded by the microscope objective lens 7 and the collimator lens 11, converted into a parallel light beam, illuminates the diffuser plate 5 made of ground glass, and the collimator lens 12
After passing through, the light is used as object light to expose the photosensitive material 4' located at the position of the hologram 4. The other light F 2 is made into a parallel light beam by the microscope objective lens 14 and the collimator lens 12, and is used as a reference light. The photosensitive material 4' placed at the position of the hologram 4 in this way
The object light from the diffuser plate 5 is recorded as a hologram using a plane wave reference beam, and photographically processed to create a hologram 4.
is completed.
一方、ホログラム20を作成するには、感光材
20″を光学素子群20′の光路出口側に置き、ホ
ログラム4を作成した場合と同様に感光材20″
を露光し、写真処理して完成する。これによつて
光学上無限遠若しくは無限遠と等価の距離に位置
する物体(拡散板5)の物体光と参照光とを記録
したホログラム20が得られる。 On the other hand, to create the hologram 20, place the photosensitive material 20'' on the optical path exit side of the optical element group 20', and use the photosensitive material 20'' as in the case of creating the hologram 4.
The image is exposed and completed through photo processing. As a result, a hologram 20 is obtained in which the object light and reference light of an object (diffusion plate 5) located at an optically infinite distance or at a distance equivalent to infinity are recorded.
このようにして得られたホログラム4を固定体
上にセツトし、かつ、ホログラム20をホログラ
ム再生光学素子群20にセツトして第6図に示
す直線計1bが完成する。 The hologram 4 thus obtained is set on a fixed body, and the hologram 20 is set in the hologram reproducing optical element group 20 to complete the straight line gauge 1b shown in FIG.
このようにして構成した直線計1bによる移動
体の変位の測定は次のようにする。まず、光源1
9からの光を顕微鏡対物レンズ14、ピンホール
15、コリメータレンズ12によつて平行光束に
し、この光をホログラム20に照明する。この照
明によつてホログラム20に先に記録された光学
上無限遠若しくは無限遠と等価の距離に位置する
物体(拡散板5)の物体光と参照光が再生され
る。物体光と参照光はともに固定体上のホログラ
ム4に入射し、このうち参照光はホログラム4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。この干渉縞を解
析して移動体の横変位を求めることができる。 Measurement of the displacement of the moving body using the linear meter 1b configured in this way is performed as follows. First, light source 1
The light from 9 is made into a parallel light beam by a microscope objective lens 14, a pinhole 15, and a collimator lens 12, and the hologram 20 is illuminated with this light. By this illumination, the object light and reference light of an object (diffusion plate 5) located at an optically infinite distance or at a distance equivalent to infinity, which were previously recorded in the hologram 20, are reproduced. Both the object beam and the reference beam enter the hologram 4 on the fixed body, and the reference beam reproduces the object beam recorded on the hologram 4 to generate a reproduced object beam. interfere with light. Interference fringes produced by this interference are observably projected onto the screen 6. By analyzing this interference pattern, the lateral displacement of the moving object can be determined.
次に上記した干渉縞の解析の手法をこの発明を
直線計に適用した実施例について説明する。 Next, an embodiment will be described in which the above-described interference fringe analysis method is applied to a line meter.
(1) 今仮に、光軸に一致し若しくは平行な移動方
向を持つ移動体が横変位した場合には、ホログ
ラムが横変位し、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、スクリーン上に局存する直線上の干
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
る。(1) If the moving body whose movement direction is coincident with or parallel to the optical axis is laterally displaced, the hologram will be laterally displaced, and the wavefront of the reproduced object light will be displaced laterally. In this way, in the case of lateral displacement, interference fringes occur on a straight line and are localized on the screen. From the analysis of interference fringes by holography so far, it can be seen that the direction perpendicular to the line direction of the interference fringes is the direction of displacement of the movable body.
第10図には典型的な3つの干渉パターンと
変位方向が示されており、このようにして光軸
に垂直な2次元面内の変位を計測することがで
きる。 FIG. 10 shows three typical interference patterns and displacement directions, and in this way displacement in a two-dimensional plane perpendicular to the optical axis can be measured.
(2) 可動体変位方向の正負の判定:以上の操作に
よる可動体が左右の方向に変位したか、上下方
向に変位したかを判定することができるが、次
に変位の方向の正負の判定について述べる。い
ま、ホログラム4を例えば右方向に移動させて
おき、スクリーン6に干渉縞を生じさせてお
く。この時、可動体が右方向に変位した場合に
は、干渉縞の本数が増加し、左方向に変位した
場合には本数が減少する。このように干渉縞の
本数の増減によつて、方向の正負の判定をする
ことができる。(2) Determining whether the direction of displacement of the movable body is positive or negative: Through the above operations, it is possible to determine whether the movable body has been displaced in the left/right direction or in the vertical direction, but next, it is possible to determine whether the direction of displacement is positive or negative. Let's talk about. Now, the hologram 4 is moved, for example, to the right, and interference fringes are generated on the screen 6. At this time, when the movable body is displaced to the right, the number of interference fringes increases, and when the movable body is displaced to the left, the number decreases. In this way, by increasing or decreasing the number of interference fringes, it is possible to determine whether the direction is positive or negative.
(3) 精度:空気のゆらぎや外部振動のない理想的
な場合を求めよう。いま、移動体8の横変位量
を光軸に対して垂直面内でΔx,Δy、スクリー
ン6上の座標をζ,ηとすると干渉縞の最大強
度の軌跡はΔx・η+Δy・ζ=nλf(但し、n=
0,±1,±2,…,fは集束レンズ7の焦点距
離)によつて表わされる。簡単にするために横
変位だけが生じた場合には、Δy=0としてΔx
=nλ・f/η、視野の中にはn本の干渉縞が
生ずる場合にはΔx=nλF(但し、Fはレンズの
F数)。いま、視野の中に1本の干渉縞が増加
するための移動量をΔxlとすると、Δxl=λF,
λ=0.633μm,F=15とするとλxl≒9.5μmとな
る。干渉縞の増加が1/10フリンジまで読める場
合には、約1μmの横移動まで検出される。(3) Accuracy: Let's find an ideal case with no air fluctuations or external vibrations. Now, if the amount of lateral displacement of the moving body 8 is Δx, Δy in a plane perpendicular to the optical axis, and the coordinates on the screen 6 are ζ, η, then the locus of the maximum intensity of the interference fringe is Δx・η+Δy・ζ=nλf( However, n=
0, ±1, ±2, . . . , f is the focal length of the focusing lens 7). For simplicity, if only lateral displacement occurs, Δy=0 and Δx
= nλ·f/η, if n interference fringes occur in the field of view, Δx = nλF (where F is the F number of the lens). Now, if the amount of movement required for one interference fringe to increase in the field of view is Δx l , then Δx l = λF,
When λ=0.633 μm and F=15, λx l ≈9.5 μm. If the increase in interference fringes can be read down to 1/10 fringe, lateral movement up to about 1 μm can be detected.
以上の説明から明らかな通り、この発明によれ
ば、従来のホログラム直線計における参照光及び
物体光を発生させるための光学素子群を光源及び
1枚のホログラムをもつて構成することができる
から、素子数が少なく、構造が簡単で、かつ取扱
いの容易な直線計、回転角度計等の変位計を得る
ことができる。 As is clear from the above description, according to the present invention, the optical element group for generating the reference light and object light in a conventional hologram linear meter can be configured with a light source and one hologram. It is possible to obtain a displacement meter such as a linear meter, rotation angle meter, etc., which has a small number of elements, has a simple structure, and is easy to handle.
第1図は従来のホログラム直線計の一例を示す
構成説明図、第2図は従来のホログラム回転角度
計の一例を示す構成説明図、第3図はこの発明の
一実施例に係るホログラム回転角度計を示す構成
説明図、第4図は光学素子群を示す構成説明図、
第5図は第3図のホログラム回転計における光源
及びホログラムを光学素子群で置き換えたものの
構成説明図、第6図はこの発明の他の実施例に係
わるホログラム直線計の構成を示す平面構成説明
図、第7図は第6図に示すホログラム直線計の構
成を示す斜視構成説明図、第8図はホログラム再
生光学素子群を示す構成説明図、第9図は光学素
子群を示す構成説明図、及び第10図は干渉縞を
示す説明図である。
1…ホログラム回転角度計、4…ホログラム、
19…光源、20…ホログラム、20′…光学素
子群、20…ホログラム再生光学素子群。
FIG. 1 is a configuration explanatory diagram showing an example of a conventional hologram linear meter, FIG. 2 is a configuration explanatory diagram showing an example of a conventional hologram rotation angle meter, and FIG. 3 is a hologram rotation angle diagram according to an embodiment of the present invention. FIG. 4 is a configuration explanatory diagram showing the optical element group,
FIG. 5 is an explanatory diagram of the configuration of the hologram rotation meter in FIG. 3 in which the light source and hologram are replaced with a group of optical elements, and FIG. 6 is a plan configuration diagram showing the configuration of a hologram linear meter according to another embodiment of the present invention. 7 is a perspective structural explanatory diagram showing the configuration of the hologram linear meter shown in FIG. 6, FIG. 8 is a structural explanatory diagram showing the hologram reproducing optical element group, and FIG. 9 is a structural explanatory diagram showing the optical element group. , and FIG. 10 are explanatory diagrams showing interference fringes. 1...Hologram rotation angle meter, 4...Hologram,
19... Light source, 20... Hologram, 20'... Optical element group, 20... Hologram reproducing optical element group.
Claims (1)
体の前記変位を検出する変位計であつて、光学上
無限遠若しくは無限遠と等価の距離に位置する物
体の物体光と参照光とを記録した第1のホログラ
ムと、及び前記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る干渉縞を記録した第2の
ホログラムとを前記固定体若しくは前記移動体の
一方に設置し、反射素子を前記固定体若しくは前
記移動体の他方に設置し、固定位置にある光源か
らの光が前記第1のホログラムに入射した後に前
記反射素子で反射して前記第2のホログラムに入
射するように構成したことを特徴とするホログラ
ム変位計。1 A displacement meter that detects the displacement of a moving body that causes a displacement to be detected with respect to a fixed body, and records the object light and reference light of an object located at an optically infinite distance or at a distance equivalent to infinity. and a second hologram recording interference fringes formed by the object beam and the reference beam at the reference position of the object are installed on one of the fixed body or the movable body, and a reflective element is installed on one of the fixed body or the movable body. installed on the other of the fixed body or the movable body, and configured such that light from a light source located at a fixed position is incident on the first hologram, reflected by the reflective element, and incident on the second hologram. A hologram displacement meter characterized by:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4759481A JPS57161605A (en) | 1981-03-31 | 1981-03-31 | Homogram displacement gauge |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4759481A JPS57161605A (en) | 1981-03-31 | 1981-03-31 | Homogram displacement gauge |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57161605A JPS57161605A (en) | 1982-10-05 |
| JPH0140921B2 true JPH0140921B2 (en) | 1989-09-01 |
Family
ID=12779568
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4759481A Granted JPS57161605A (en) | 1981-03-31 | 1981-03-31 | Homogram displacement gauge |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS57161605A (en) |
-
1981
- 1981-03-31 JP JP4759481A patent/JPS57161605A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57161605A (en) | 1982-10-05 |
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