JPH03237309A - 反射形平面回折格子を用いた光干渉式真直度測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用） 本発明の反射形平面回折格子を用いた光干渉式真直度測
定方法は、工作機械のテーブルの直線運動性能を直線か
らのずれ置で評価したい場合、あるいは加工部品の真直
度を長さの変位量で、高分解能・高精度に、測定範囲の
制限なく、直接測定したい場合において利用するもので
ある。

（従来の技術） 従来の光干渉式真直度測定方法は２枚の平面鏡を凹形ま
たは凸形の「くの字」に組み合わせて一体として光干渉
系における反射体とし、光源から出た光を光干渉計に内
蔵されたウォラストンプリズムやパイプリズムの光学的
な特性で対称な一定の偏向角を持って２つに分離し、前
記反射体の２枚の平面鏡のそれぞれへ直角に入射／反射
させ、光干渉計へ戻す方法である。

即ち前記反射体を用い、これを被測定面に沿って移動さ
せるとき、前記反射体に上下の微小変位が生じ、２つに
分離された光の光路長が互いに差動的に変化し、これに
よって被測定面の真直度が長さの変位量となって光干渉
計で測れると言う方法である。

（発明が解決しようとする課題〉 従来の真直度測定に用いる前記反射体を被測定面に沿っ
て移動すると、分離した２つの光が互いに対称に偏向し
ているため、やがて前記反射体からはみでてしまう、即
ち従来の光干渉式真直度測定方法は、前記反射体を被測
定面に沿って移動させる範囲が原理的に制限される、　
と君う致命的な欠点を持っている方法である。

本発明は上述の欠点に鑑み、発意・工夫された。

その目的とするところは、被測定面に沿って光干渉系に
おける反射体を移動させても、測定範囲を原理的に制限
することなく長さの変位■で真直度が検出可能となる光
干渉式真直度測定方法を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 紳述の目的を達成するため、光干渉系における前記反射
体の代わりに、　Ｏ次回折光の強度が効果的に得られる
ようにあらかじめ回折角だけ逆に傾けた２枚の反射形平
面回折格子を互いに「くの字」に凹または凸形に組み合
わせて一体とし、真直度測定における光干渉系における
反射体として利用す　る。

即ち光源から出た光は光干渉計に内臓されたビームスブ
リタ一番こまって２つの光（参ｍ＋＋ｔと信号側の光）
に分離され、これら２つの光を共に被測定面に平行な光
路となるよう設置し１本発明の方法に関わる反射形平面
回折格子を用いた前記反射体を二入射させる０回折角だ
け逆に傾けた２枚の平面回折格子のそれぞれから被測定
面に平行にそのまま反射して戻る２つのＯ次回折光を光
干渉計へ戻す、この時、本発明の方法に関わる一１記反
射体が被測定面に沿って移動するならば、その上下の微
小変位が２つの光路長の差動的変化となって現れ、測定
範囲を制限することなく、被測定面の真直度を光干渉計
で測ることができる。

〈作用） 上記の構成の光干渉式真直度測定方法の光干渉系におい
て、上下動を伴わずに前記反射体を被測定面に沿って移
動するならば、２つの光の光路長は等しく変化するため
光干渉計の感度はない。

一方、本！ｅ明の方法に関わる前記反射体が被測定面に
沿って移動しながら、移動方向と直角の面の真直性を表
す上下動の変位を伴うとき、２つの光路長は差動的に変
化し、前記反射体の移動範匣、即ち被測定面に沿った測
定範囲を制限することなく光干渉式真直度測定が可能と
なる。

（実施例） 以下に本発明の反射形平面回折格子を用いた光干渉式真
直度測定方法の実Ｎ例を図面によって詳しく説明する。

第１ｒＭは本発明に関わる２枚の反射形平面河折格子１
及び２をあらかじめそれぞれ回折角だけ逆に傾けてｒく
の字Ｊの凹形に組み立て一体とした反射体３と光干渉計
４を用いて光干渉系を構成し、被測定面５の真直度測定
が高分解能・高精度でできる本発明の光波干渉式真直度
測定方法の実Ｎ例を示す図である。

第１ＦＭにおいて、光源６から出た光７は光干渉計４に
内蔵されたビームスプリッタ−εプリズムまたは平面鏡
で二分され、平行な２つの光８及び９となって被測定面
５と平行に設置され、それぞれ反射形平面回折格子１及
び２に入射する０反射形平面回折格子Ｉ及び２の物理的
性質によって、反射光の一部はＯ次回折光となり、その
まま前記２つの光８及び９と同じ方向へ戻る。ほかに前
記反射体３の前記回折格子１及び２のそれぞれから反射
光として１次回折光または一１次回折光が発生するが、
本発明の真直度測定方法では関係ないので使わない。

本発明の方法に関わる前記反射体３臥　従来の光干渉式
真直度測定方法に用いられている２枚の平面鏡から成る
反射体とは本質的に興なり、２枚の反射形平面回折格子
１及び２の物理的性質を利用するものであるから、前記
回折格子ｌ及び２が回折角だけ逆に傾いて配置されてい
ても、被測定面５に平行な前記２つの光８及び９は平行
なまま人１１４／反射の方向を一致させて光干渉計４へ
戻るという特徴を示す、いわば前記反射体３は、前記回
折格子ｌ及び２へ平行な２つの光８及び９を回折角だけ
傾けて入射させても、入射方向へ反射させることができ
る特殊な一種の平面鋺と解釈できる。

上述のように本発明の光干渉式真直度測定方法に前記反
射体３を用いることによって、光干渉計４で平行に二分
された平行な２つの光８及び９を被測定１１ｉ５と平行
に配属したまま光干渉系としての機能を発揮させること
ができる。Ｄｌって前記反射体３を被測定面５に沿って
移動しても真直度の測定範囲は制限されない、第１図に
おける本発明の方法に関わる前記反射体３が光路と直角
の上下に変位するとき、平行な２つの光８及び９の光路
長は光干渉計４に内蔵されたビームスプリッタ−の位置
を基点に差動的に変化するので、被測定面５の真直度が
長さの変位量で光干渉計４に内蔵された検出器により高
感度・高精度で測れる。

第２図は、第１図と同様なａｔ蛯を有する本発明の光干
渉式真直度測定方法の実施例を示す図であるが、第１図
の前記反射体３とは逆に２枚の反射形平面回折格子ｌＯ
及び１１を凸形の「くの字」に組み立て一体とし、光干
渉系を構成する反射体１２としている点が第１図の実施
例と興なる。

第３図は、ヘテロダインの光干渉系への適用例で、第１
図及び第２図と同様な機能を有する本発明の光干渉式真
直度測定方法の実施例を示す図である。第３図における
２枚の反射形平面回折格子１３及び１４から成る反射体
１５は第１５１＋の反射体３と同様な機能を有する。第
３図のヘテロダインの光干渉計１６は偏光ビームスプリ
ッタ−１７と２個の直角プリズム１８及び１９とλハ波
長板２ｏとから構成される。

第３ｒＩ！Ｊにおいて、　光源２１から射出した差周波
数を持って互いに直交する直線偏光の光２２は、偏光ビ
ームスブリター１７の偏光面２３でＰ成分２４及びＳ成
分２５の二つに分けられ、λ１４波長板２ｏを通過して
それぞれ円偏光の平行な２つの光２６及び２７となって
反射体１５の前記回折格子１３及び１４へ入射する。

前記回折格子１３及び１４で反射した０次回折光は平行
な２つの光２６及び２７と同じ光路をたどり、再びλ／
４波長板２０を通過して偏光面２３で重なりあい、互い
に直交する２つの直線偏光の光２８となって直角プリズ
ム１９で直角に反射され、信号光２９となって検出器３
０へ入る０円偏光で平行な２つの光２６及び２７は被測
定面３１と平行に設定されているので、反射体１５が上
下に変位すると、ヘテロダインの光干渉計１６で被測定
１！１３１の真直度が検知され、検出ｌｌ３０から真直
度に関する情報が得られる。

第４Ｑ］ｉは第３図と同様にヘテロダインの光干渉系へ
の本発明の光干渉式真直度測定方法の実施例を示す図で
ある。第４図における２枚の反射形平面回折格子３２及
び３３から成る反射体３４は第２図の反射体１２と同様
な機能を有する。ヘテロダインの光干渉計３５は２個の
偏光ビームスブリター３６及び３７と２個のキューブコ
ーナプリズム３８及び３９とλハ波長板４０とから構成
される。第４図のへテロダインの光干渉系は、前記反射
体３４と前記ヘテロダインの光干渉計３５との間が複光
路４１と４３及び４２と４４で構成されており、第３図
と比較して被測定面４５の真直度測定の感度が２倍高い
。

第４図において、光源４６から射出した差周波数を持ち
互いに直交する直線偏光の光４７は、偏光ビームスブリ
ター３６の偏光面４８でＰ成分４９とＳ成分５０の二つ
に分けられ、λ／４波長板４０を通過してそれぞれ円偏
光の平行な２つの光４１及び４２となって反射体３４の
２枚の反射形平面回折格子３３及び３２へ入射する。前
記回折格子３３及び３２で反射した０次回折光は平行な
２つの光４１及び４２と同じ光路をたどり、λハ波長板
４０を通過すると光４１はＳ成分となって偏光面４Ｂで
反射さ札　キューブコーナプリズム３８で３回反射され
ると再び偏光面４８で反射され、λ／４波長板４０を通
過して円偏光の光４３となって、反射体３４の前記回折
格子３３へ入射する。前記回折格子３３で反射したＯ次
回折光は光４３と同じ光路をたどり、λ／４波長板４０
を通過すると光４３はもとのＰ成分となって偏光面４８
を通過し、光６１となって検出器５２へ入る。一方、前
記回折格子３２で反射し、λ／４波長板４０を通過した
光４２は、Ｐ成分となって偏光ビームスプリッタ−３７
の偏光面５３を通過し、キューブコーナープリズム３９
で３回反射された後、再び偏光１１ｉ１５３を通過し、
ざらにλ／Ｊｆｉ長板４０を通過して光４４となり、反
射体３４の前記回折格子３２へ入射する。前記回折格子
３２で反射されたＯ次回折光は光４４と同じ光路をたど
り、　λハｆｉ長板４０を過通すると光４４はもとのＳ
成分となって偏光面５３と偏光面４８で２回反射され、
光５１となって検出！Ｉ５２へ入る。検出器５２では光
５１に含まれるＰ成分とＳ成分の差周波数の変化から反
射体３４の上下動、すなわち被測定面４５の真直度が測
定される。

（発明の効果） 以上の第１図、ｆＪ２な、第３図及び第４図の実施例で
説明した本発明の光干渉式真直度測定方法を用いれば、
２枚の反射対平面回折格子を「くの字」に組み合わせて
一体とした反射体と光干渉計で被測定面に平行な２つの
光をもつ光干渉系を構成することができ、被測定面に沿
った方向の測定ＩＩＩ！に制限を与えない真直度測定が
実現できる。

また従来の光干渉式真直度測定方法のように、光干渉計
に内臓されたウォラストンプリズムやパイプリズムの性
質を利用して光を二分し、対称に偏向させた２つの光を
「くの字」に組み合わせた２枚の平面鏡から成る反射体
に直角に入射させる方法に比べ、本発明の光干渉式真直
度測定方法に見られる反射体のように、回折角だけ逆に
凹または凸形の「くの字」に傾けて組み立てた２枚の反
射対平面回折格子の物理的性質を利用すれば、光干渉計
で二分した２つの光を、反射体の格子面に対して数十度
と大きく傾けて入射／反射させることができる。従って
本発明の方法に見られる反射体を被測定面と直角の上下
に変位させるとき、光干渉系の光路長を従来の方□法に
比べ急変させることができ、より高感度に真直度測定が
できて１、また従来の光干渉式真直度測定方法で感度を
高める目的から二分した２つの光の偏向角を大きく取れ
ば、必然的に測定範囲が狭くなると言う欠点も、本発明
の方法によって解決できる。

４．１！Ｉｉｌ！＋の簡単な説明 第１図、第２図、第３１！！及び第４図は本発明の実施
例の構成図である。

１．２４０，１１，１３，１４，３２，３３：　　反射
対平面回折格子３．１２，１６．３４：　　反射体 ４．１６．３６：　　光干渉計 ５．３１，４５：　　被測定面 ８及び９．１０及び１１．２６及び２７．４１と４３及
び４２と０二　平行な２つの光 第　　１　　図 第　　２　　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ０次回折光が得られる回折角だけ逆に傾けた２枚の反射
   形平面回折格子を互いに凹または凸形の「くの字」に組
   み合わせた反射体を設け、光干渉計で平行に分離した２
   つの光を被測定面に平行に設置し、これら２つの光を前
   記反射体のそれぞれの平面回折格子で入射／反射させ０
   次回折光を得、再び被測定面に平行な２つの光として光
   干渉計へ戻し、被測定面の真直度を光干渉系の光路の差
   動的変化から測定することを特徴とした反射形平面回折
   格子を用いた光干渉式真直度測定方法。