JPH04213006A - 光学式変位計 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、測定対象物の変位を光
学的に計測する光学式変位計に関する。

【０００２】

【従来の技術】測定対象物の変位距離、あるいは表面の
凹凸などを測定する光学式変位計として、従来図１０に
示す光学系を有するフィゾー型干渉計及び図１１に示す
光学系を有するマイケルソン型干渉計が知られている。

【０００３】図１０に示すフィゾー型干渉計は、例えば
半導体レーザなどからなる光源６１からの光（拡散光）
をレンズ６２で平行にし、ビームスプリッタ６３を透過
した光を参照ハーフミラー６４と測定対象面６５で反射
させ、その反射光をビームスプリッタ６３により９０°
屈折させ、波面合成された干渉光をレンズ６６に入射さ
せて絞り込み、フォトダイオードなどからなる受光素子
６７で検出して、測定対象面６５のＸ方向の変位Δｘを
測定するものである。

【０００４】また、図１１に示すマイケルソン型干渉計
は、レンズ６２で平行にされた光をビームスプリッタ６
３′で２方向に分割し、参照ミラー６４′で反射されて
上記ビームスプリッタ６３′に戻る一方の光と、ビーム
スプリッタ６３′を透過し、測定対象面６５で反射され
て該ビームスプリッタ６３′に戻り９０°屈折される他
方の光とを再結合させ、波面合成された干渉光をレンズ
６６に入射させるもので、他の構成はフィゾー型干渉計
と同様である。

【０００５】ここで、測定対象物が移動（Δｘ）すると
、測定対象面６５で反射された光と参照ハーフミラー６
４或いは参照ミラー６４′で反射された光の位相関係が
変わるため、受光素子６７に導入された光の強度はλ／
２（λ：光源から放射される光の波長）を周期とする正
弦波状の強度変化を示す（図１２参照）。従って、この
強度変化による明暗信号を処理することによって、測定
対象物の変位量を知ることができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述した
光学式変位計では、測定対象面６５からの光をビームス
プリッタ６３，６３′により９０°屈折させてレンズ６
６に照射するような構成となっている為に、光源６１、
受光素子６７等からなる変位計ヘッド部が大きくなり、
装置の外形が大きくなってしまうという問題点があった
。

【０００７】本発明の課題は、測定対象物に光を照射し
て、その反射光を検出する変位計のヘッド部を小型化し
て、より小型で且つ変位検出のストローク長が大きい光
学式変位計を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】第１の態様の手段は次の
通りである。 可干渉性を有する光を放射する半導体レーザなどからな
る光源１（例えば、図１の実施例の構成図に示す光源１
、以下図１参照）は、波長、位相などがそろった光を放
射する光源であり、後述のレンズ３の光軸７上に配置さ
れている。

【０００９】回折格子２は、平行な複数のスリットから
なり、光源１からの光を回折させ、後述の測定対象面５
からの光を回折させる。レンズ３は、例えば平凸レンズ
で構成されており、上記回折格子２からの回折光を平行
光として、それらの光を測定の基準面となる参照面４と
、測定対象面５に照射する。

【００１０】光検出手段６（図１０の受光素子６７に対
応する）は、例えばフォトダイオード，フォトトランジ
スタなどの受光素子からなり、参照面４又は測定対象面
５にて反射され、上記レンズ３、回折格子２を通過する
波面合成された干渉光を電気信号に変換する。この光検
出手段６は、例えばレンズ３の光軸に対してθ＝ｓｉｎ
　−１（ｎλ／Ｐ）　〔ｎ＝±１、±２、・・・、λ：
光源１の光の波長、Ｐ：回折格子２のピッチ〕なる角度
位置に配置されている。

【００１１】第２の態様の手段は次の通りである。 可干渉性を有する光を放射する半導体レーザなどからな
る光源３１（例えば、図６の実施例の構成図に示す光源
３１、以下図６参照）は、波長，位相などがそろった光
を放射する光源であり、後述のレンズ３３の光軸３７上
に配置されている。

【００１２】回折格子３２は、平行な複数のスリットか
らなり、光源３１からの光を回折させ、後述の測定対象
面３５からの光を回折させる。レンズ３３は、例えば平
凸レンズで構成されており、上記光源３１からの光を上
記回折格子３２を経て平行光として、それらの光を測定
の基準面となる測定対象面３５に照射する。

【００１３】光検出手段３６（図１０の受光素子６７に
対応する）は、例えばフォトダイオード，フォトトラン
ジスタなどの受光素子からなり、上記光源３１から放射
され上記回折格子３２にて反射された反射回折光と、該
回折格子３２を透過して上記測定対象面３５にて反射さ
れた反射光とから、上記回折格子３２及び上記レンズ３
３により波面合成された干渉光を電気信号に変換する。 この光検出手段３６は、例えばレンズ３３の光軸３７に
対してθ＝ｓｉｎ　−１（ｎλ／Ｐ）　〔ｎ＝±１、±
２、・・・、λ：光源３１の光の波長、Ｐ：回折格子３
２のピッチ〕なる角度位置に配置されている。

【００１４】

【作用】上記第１の態様の構成において、光軸７上に配
置した光源１から放射された光は、先ず回折格子２によ
り回折され、さらにレンズ３により平行光とされて、参
照面４及び測定対象面５にそれぞれ照射される。

【００１５】そして、その平行光が参照面４及び測定対
象面５でそれぞれ反射され、レンズ３を経て回折格子２
で再び回折される。この時、参照面４及び測定対象面５
からの反射干渉光を検出する光検出手段６を光軸７に対
しθなる角度に配置しているので、θなる回折角（０次
の回折光とｎ次の回折光のなす角度を回折角と呼ぶ）を
有する回折光を光検出手段６により検出することができ
る。

【００１６】上記第２の態様の構成において、光軸３７
上に配置した光源３１から放射された光は、レンズ３３
により平行光とされて回折格子に入射され、該回折格子
で回折された回折光の内平行光のみ測定対象面３５に照
射される。

【００１７】そして、その平行光は測定対象面３５で反
射され、その反射光は回折格子３２に入射し再び回折さ
れ、さらに光源３１から放射され回折格子３２にて反射
された反射回折光と、回折格子３２及びレンズ３３によ
り波面合成される。

【００１８】この時、上記の波面合成された干渉光を検
出する光検出手段３６を光軸３７に対しθなる角度に配
置しているので、θなる回折角を有する干渉光を光検出
手段３６により検出することができる。

【００１９】従って、第１の態様及び第２の態様ともに
光源１，３１及び光検出手段６，３６をレンズ３，３３
の光軸７，３７に平行に近接して配置することが可能と
なり、変位計をより小型化することができる。また、測
定対象面５，３５に照射する光を平行光としたので、変
位検出のストローク長を大きくすることができる。

【００２０】特に第２の態様においては、回折格子３２
で反射回折される反射回折光を参照光として利用するこ
とができるので、参照面を設ける必要がなくなり、変位
計をより一層小型化できる。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しながら
説明する。図１は、本発明をフィゾー型干渉計に適用し
た第１の実施例の光学式変位計の構成図である。

【００２２】光源１は、例えば半導体レーザからなり波
長，位相のそろった可干渉性の光を放射する。この光源
１は、後述するレンズ３の光軸７上に該レンズ３の主点
から距離ｆ（ｆ：焦点距離）なる位置に配置されている
。

【００２３】平凸形状をなすレンズ３は、光源１からの
光を測定の基準面となる参照面４と測定対象面（被検面
）５に平行光として照射すると共に、それらの面からの
反射光を干渉させるものである。

【００２４】このレンズ３の平面側には、クロムなどを
スパッタリングした後、エッチングにより所定ピッチＰ
のスリットを設けた回折格子２が形成されている。本実
施例においては該回折格子２はレンズ３上に形成してい
る。そして、該回折格子２は入射した光を反射回折させ
る作用と透過回折させる作用をもつ。

【００２５】また、光源１の上方、すなわち、レンズ３
の光軸７に対して時計方向に角度θをなし、レンズ３の
中心から距離ｆ且つ光源１との間隔ｄなる位置には、参
照面４及び測定対象面５で反射され、レンズ３及び回折
格子２を経て波面合成されて入射する干渉光を電気信号
に変換するフォトダイオード，フォトトランジスタなど
の受光素子からなる光検出器６が配置されている。本実
施例においては、−１次の回折光が集光される位置に上
記光検出器６を設置した。従って、該光検出器６と上記
光源１との間隔ｄは、光源１からの光の波長をλとすれ
ばｄ＝ｆｔａｎ　　（ｓｉｎ−１λ／Ｐ）を満足する。

【００２６】ここで、入射光と同じ方向に進む回折光を
０次回折光とすると、その０次回折光に対し反時計方向
にθなる角度（０次の回折光とｎ次回折光のなす角度を
回折角と呼ぶ）に進む回折光が１次回折光、　ｓｉｎ−
１（２λ／Ｐ）なる角度に進む回折光が２次回折光とな
り、０次回折光に対し時計方向にθなる角度に進む回折
光が−１次回折光となる。

【００２７】さらに、上記回折格子２により回折されレ
ンズ３を通過する回折光の内の±１次以上の回折光をト
ラップする手段を設ける（図示せず）。次に、以上のよ
うな構成の光学式変位計による変位測定時の作用を説明
する。

【００２８】光源１から放射された光は、先ずレンズ３
上の回折格子２により回折される。これらの回折光がレ
ンズ３により平行光とされ、参照面４及び測定対象面５
の方向に放射されるが、この内０次回折光のみ選択され
て照射され、参照面４及び測定対象面５で反射されてレ
ンズ３の位置に戻ってくるが、±１次、±２次・・・等
の他の回折光はトラップされ参照面４及び測定対象面５
で反射されることはなくレンズ３に戻ってこない。

【００２９】例えば、回折格子２で回折された光の内レ
ンズ３の中心を通る回折光について見ると、入射光と同
じ方向に進む０次の回折光Ｌ０　は、直進して参照面４
及び測定対象面５で反射され、その反射光のみレンズ３
に戻ってくる。そして、それらの反射光が再び回折格子
２で回折され、０次、１次、−１次・・等の回折光に分
離される。

【００３０】ここで、光検出器６が光軸に対し角度θ〔
θ＝ｓｉｎ　−１（　λ／Ｐ）　〕、且つレンズ３の主
点から距離ｆなる位置に配置されているので、レンズ３
を通過した反射光の内、光軸７に平行に進む０次回折光
Ｌｏ　′（この場合、光軸７に対し０°の回折光が０次
となる）は、光検出器６では検出されない。

【００３１】そして、光軸７に対して角度θで進む−１
次回折光Ｌ１　′が光検出器６で検出される。即ち、参
照面４及び測定対象面５からの反射光が、回折格子２に
より再び回折され、反射光の内、光軸７に対して角度θ
で進む−１次回折光の干渉光が光検出器６で検出される
。

【００３２】この光検出器６で検出される干渉光は、前
述したように参照面４と測定対象面５との距離の差がλ
／２の整数倍となった時最も明るくなり、測定対象面５
がＸ方向にλ／２変位する毎に１周期明暗が変化する光
となる（図１２参照）。従って、光検出器６において干
渉光の強弱を示す光信号を電気信号に変換することによ
り、測定対象面５の変位を測定するとができる。

【００３３】このように回折格子２を設けることにより
、光検出器６を光軸７からずらした位置に配置して、測
定対象面５の変位を測定することができる。光検出器６
としては、例えば２個のフォトダイオードが配置されて
おり、この２個のフォトダイオードにより検出される光
信号の位相の遅れ、進みの関係から、測定対象面５の変
位方向を知ることができる。

【００３４】以上のように光源１からの光を回折格子２
を通しレンズ３により平行光とし、回折格子２で回折さ
れた光の内０次の回折光のみを選択して参照面４及び測
定対象面５に照射させることができる。

【００３５】そして、参照面４及び測定対象面５にてそ
れぞれ反射された光を、回折格子２により再び回折させ
、反射光の内の−１次の回折光を選択して光検出器６で
受光することができる。

【００３６】従って、光検出器６を光軸７に対してθな
る角度に配置して反射光と異なった角度の光を取り出す
ことが可能となるので、例えばレンズ３の上方に光源１
と光検出器６とを近接して配置することが可能となり、
光源１及び光検出器６からなる変位計ヘッド部を小型化
することができる。また、レンズ３により平行光とした
光を参照面４及び測定対象面５に向けて照射するから、
変位検出のストローク長を大きくすることができる。

【００３７】次に、図２（ａ）乃至（ｃ）は本発明の変
位計をミニチュアボールねじ（Ｍ６）に適用した第２の
実施例の構成図である。同図において、１０はミニチュ
アボールねじ本体であり、そのボールねじ１１に対して
鋼球を介して作動するボールねじナット１２には、入射
光を該入射光に対して反対向きに出射するコーナーキュ
ーブ１３Ａ及び１３Ｂが設けられる。

【００３８】また、上記ミニチュアボールねじ１０の軸
受台１４には、上から出力ファイバ１５Ａ，入力ファイ
バ１５Ｃ，出力ファイバ１５Ｂの順の構成のファイバ列
１５と、上から出力ファイバ１５′Ａ，入力ファイバ１
５′Ｃ，出力ファイバ１５′Ｂのファイバ列１５′が、
上記ファイバ列１５とは上記ねじ軸１１の中心軸を通る
垂直線に対し左右対称に設けられる（図２（ｂ）参照）
。光源１′（不図示）からの光は入力ファイバ１５Ｃ，
１５′Ｃにより導かれ、出力ファイバ１５Ａ，１５Ｂ，
１５′Ａ及び１５′Ｂの他端には光検出器６′（不図示
）が配置される。

【００３９】更に、上記軸受台１４には入射した光を平
行光として照射するレンズ回折格子１６と、照射された
平行光を該レンズ回折格子１６に反射する参照ミラー１
７と、コーナーキューブ１３Ａで反射された光の内レン
ズ回折格子１６で回折され出力ファイバ１５Ｂの端部に
向かう回折光を遮るための遮蔽板１８Ｂと、コーナーキ
ューブ１３Ｂで反射された光の内レンズ回折格子１６で
回折され出力ファイバ１５Ａの端部に向かう回折光を遮
るための遮蔽板１８Ａと、コーナーキューブ１３Ｂで反
射されてレンズ回折格子１６を通過し出力ファイバ１５
Ｂの端部に向かう反射光に位相差を与えるための位相差
板１９が設けられる。

【００４０】また、図示していないが、コーナーキュー
ブ１３′Ａ，１３′Ｂ、参照ミラー１７′、遮蔽板１８
′Ａ，１８′Ｂ、位相差板１９′が光ファイバ列１５′
に対し、光ファイバ列１５に関する光学系と同様な構成
で設けられている。

【００４１】ここで、出力ファイバ１５Ａ，１５Ｂ，１
５′Ａ及び１５′Ｂはその端部にレンズ回折格子１６で
回折される回折光のうち±１次の回折光が入射するよう
な位置に設けられ、またレンズ回折格子１６の光軸２０
はミニチュアボールねじ本体１０の軸心と同軸の構成で
ある。

【００４２】上記の光源１′、光検出器６′、コーナー
キューブ１３Ａ，１３Ｂ，１３′Ａ及び１３′Ｂ、参照
ミラー１７，１７′は各々第１の実施例における光源１
、光検出器６、測定対象面５、参照面４に相当し、また
レンズ回折格子１６は第１の実施例における回折格子２
及びレンズ３に相当するものであり、その構成作用は同
じであるので説明を省略する。

【００４３】上記第２の実施例の光学系拡大図（ファイ
バ列１５に関するもののみ）を図３に示す。同図に示す
ように、光源１′からの光は入力ファイバ１５Ｃにより
導かれレンズ回折格子１６に入射され、該レンズ回折格
子１６により回折された光の内０次回折光のみが選択さ
れ、平行光とされてコーナーキューブ１３Ａ、１３Ｂ、
及び参照ミラー１７に照射される。当該３つの光学素子
によって反射された光は再びレンズ回折格子１６を通過
後、０次、±１次、±２次、・・・等の回折光に回折さ
れる。

【００４４】出力ファイバ１５Ａ、１５Ｂを±１次回折
光のみ入光するような位置に配置し、また各々遮蔽板１
８Ａ，１８Ｂを設け不要な回折光を遮蔽する構成である
から、出力ファイバ１５Ａにはコーナーキューブ１３Ａ
からの反射光と、参照ミラー１７からの反射光の内レン
ズ回折格子１６で回折された−１次回折光のみによる反
射干渉光が入光し、出力ファイバ１５Ｂには、コーナー
キューブ１３Ｂからの反射光と、参照ミラー１７からの
反射光の内レンズ回折格子１６で回折された１次回折光
のみによる反射干渉光が入光する。また、コーナーキュ
ーブ１３Ｂで反射されレンズ回折格子１６を通過して出
力ファイバ１５Ｂに向かう反射光は位相差板１９を通過
することで９０°の位相遅れ（進み）を起こすため、図
４に示すように干渉信号もＡ相とＢ相とで９０°の位相
差を生じる。

【００４５】出力ファイバ１５Ａ，１５Ｂの他端に光検
出器６′を配置してあるので、前述した第１の実施例と
同様にして、この信号を処理することにより、上記ボー
ルねじナットの変位の検出及び変位方向の判別が可能と
なる。

【００４６】上記の説明では、ファイバー列１５に関し
てのみ説明したが、ファイバ列１５′の光学系の作用も
同様である。本第２の実施例においては、ファイバ列１
５と１５′を左右対称に設けたので、上記ボールねじナ
ット１２がボールねじ軸１１に対して揺動して即ち左右
非対称に変位しても、左右の対の出力ファイバ１５Ａと
１５′Ａ及び１５Ｂと１５′Ｂに入力され光検出器６′
で検出される検出信号を平均化する処理を行うことによ
り、より正確な変位測定も可能となる。

【００４７】このように、光学ヘッド部を極めて小型化
できる上、変位検出のストローク長を大きくできる本発
明をミニチュアボールねじに適用することで、より高精
度・高分解能化が図れ、且つ測定範囲の広いミニチュア
ボールねじを提供することも可能となる。

【００４８】更に、図５に示すように第３の実施例とし
てダイヤルゲージ２０の変位検出部２０ｄに、上記説明
のような光源２１、光検出器２２、コーナーキューブ２
３、レンズ回折格子２６及び参照ミラー２７等の光学素
子を含む本変位計を組み込み、測定対象物に当接させた
スピンドル２０ｓの変位を検出する構成とすれば、高精
度・高分解能化が図れ、且つ測定範囲の広いダイヤルゲ
ージを提供することも可能となる。以上、上記の第１乃
至第３の実施例が本発明の第１の態様である。

【００４９】図６は、本発明をフィゾー型干渉計に適用
した第４の実施例の光学式変位計の構成図である。光源
３１は、例えば半導体レーザからなり波長，位相のそろ
った可干渉性の光を放射する。この光源３１は、後述す
るレンズ３３の光軸３７上に該レンズ３３の主点から距
離ｆ（ｆ：焦点距離）なる位置に配置されている。

【００５０】平凸形状をなすレンズ３３は、光源３１か
らの光を測定の基準面となる測定対象面（被検面）３５
に平行光として照射すると共に、光源３１から放射され
後述の回折格子３２にて反射回折された反射回折光と、
測定対象面３５からの反射光を干渉させるものである。

【００５１】このレンズ３３の平面側には、クロムなど
をスパッタリングした後、エッチングにより所定ピッチ
Ｐのスリットを設けた回折格子３２が形成されている。 本実施例においては該回折格子３２はレンズ３３上に形
成している。該回折格子３２は入射した光を反射回折さ
せる作用と、透過回折させる作用をもつ。

【００５２】また、光源３１の上方、すなわち、レンズ
３３の光軸３７に対して時計方向に角度θをなし、レン
ズ３３の主点から距離ｆ且つ光源３１との間隔ｄなる位
置には、光源３１から放射され回折格子３２にて反射回
折された反射回折光と、測定対象面３５で反射されレン
ズ３３及び回折格子３２を経て入射する反射光とが波面
合成された干渉光を電気信号に変換するフォトダイオー
ド，フォトトランジスタなどの受光素子からなる光検出
器３６が配置されている。本実施例においては、−１次
回折光が集光される位置に上記光検出器３６を設置した
。従って、該光検出器３６と上記光源３１との間隔ｄは
、光源３１からの光の波長をλとすればｄ＝ｆｔａｎ　
（　ｓｉｎ−１λ／Ｐ）を満足する。

【００５３】当該第４の実施例においては、回折格子と
レンズの配置が上記第１の実施例とは逆構成であり、ま
た参照面が設けられていない。さらに、上記回折格子３
２により回折される回折光の内の±１次以上の回折光を
トラップする手段を設ける（図示せず）。

【００５４】次に、以上のような構成の光学式変位計に
よる変位測定時の作用を説明する。光源３１から入射す
る光は、レンズ３３により平行光となり、その平行光の
一部の光は回折格子３２で直接反射回折される。

【００５５】即ち光源３１からの入射光は、０次、±１
次、±２次、・・・の反射回析光に分離され、レンズ３
３により集光されて強められる。この内、光軸３７と角
度θ（光軸３７に対して時計方向の角度）の方向に進む
反射回折光Ｌ１が、光検出器３６により検出される。

【００５６】一方、回折格子３２を透過した光は、０次
、±１次、±２次・・・の透過回折光に分離される。 これらの回折光が測定対象面３５の方向に放射されるが
、この内０次回折光のみが選択されて照射され、測定対
象面３５で反射されて回折格子３２の位置に戻り、±１
次、±２次・・・等の他の回折光はトラップされ測定対
象面３５で反射されることはなく回折格子３２に戻って
こない。

【００５７】例えば、回折格子３２で回折された光の内
、入射光と同じ方向に進む０次の回折光Ｌ０　は、直進
して測定対象面３５で反射され、その反射光のみ回折格
子３２に戻ってくる。そして、それらの反射光が再び回
折格子３２で回折され、０次、±１次、±２次・・・等
の回折光に分離される。

【００５８】ここで、光検出器３６が光軸３７に対し角
度θ〔θ＝ｓｉｎ　−１（　λ／Ｐ）　〕、且つレンズ
３３の主点から距離ｆなる位置に配置されているので、
レンズ３３を通過した反射光の内、光軸３７に平行に進
む０次回折光Ｌｏ　′（この場合、光軸３７に対し０°
の回折光が０次となる）は、光検出器３６では検出され
ない。

【００５９】そして、光軸７に対して角度θで進む−１
次回折光Ｌ１　′が光検出器６で検出される。この反射
光Ｌ１　′は、上述した回折格子３２にて直接反射回折
された反射回折光Ｌ１　と同一光路を通って光検出器３
６に入射するので、両者の光路差がｎλのとき、反射回
折光Ｌ１　と反射光Ｌ１　′との位相が一致して最も明
るくなり、（ｎ＋１／２　）λのとき最も暗くなる。

【００６０】そして、これらの干渉光の強さを光検出器
３６で検出することにり、測定対象面３５の変位を測定
することができる。光検出器３６としては、例えば２個
のフォトダイオードが配置されており、この２個のフォ
トダイオードにより検出される光信号の位相の遅れ、進
みの関係から、測定対象面３５の変位と共に変位の方向
を知ることができる。

【００６１】以上のように光源３１からの光をレンズ３
３により平行光とし、さらに回折格子３２を通して回折
させ、その内０次の回折光のみを選択して測定対象面３
５に照射させることができる。

【００６２】そして、測定対象面３５にて反射された光
を、回折格子３２により再び回折させ、反射光の内の−
１次の回折光を選択して光検出器３６で受光することが
できる。

【００６３】このとき、回折格子３２の光源３１側に設
けたレンズ３３により、回折格子３２による反射回折光
を光検出器３６に集光させることにより、回折格子３２
からの反射回折光を測定の為の参照光として利用するこ
とができる。

【００６４】従って、光検出器３６を光軸３７に対して
θなる角度に配置して反射光と異なった角度の光を取り
出すことが可能となるので、光源３１と光検出器３６と
を近接して配置することが可能となり、光源３１及び光
検出器３６からなる変位計ヘッド部を小型化することが
できる。また、レンズ３３により平行光とした光を測定
対象面３５に向けて照射することから、変位検出のスト
ローク長を大きくすることができる。

【００６５】また、従来のように測定対象面３５に近接
させて参照面を設ける必要がなくなり、変位計の光軸方
向の寸法を短くして変位計をより小型化することができ
る。これにより当然のことながら、参照面を測定対象面
３５に接触させることもなくなる。さらに、部品点数を
減少できるから構造を簡単にでき、防振対策及びコスト
の面でも有利である。

【００６６】次に、図７（ａ）乃至（ｃ）は本発明の第
４の実施例をミニチュアボールねじ（Ｍ６）に適用した
第５の実施例の構成図である。同図において、４０はミ
ニチュアボールねじ本体であり、そのボールねじ４１に
対して鋼球を介して作動するボールねじナット４２には
、入射光を該入射光に対して反対向きに出射するコーナ
ーキューブ４３Ａ及び４３Ｂが設けられる。

【００６７】また、上記ミニチュアボールねじ４０の軸
受台４４には、上から出力ファイバ４５Ａ，入力ファイ
バ４５Ｃ，出力ファイバ４５Ｂの順の構成のファイバ列
４５と、上から出力ファイバ４５′Ａ，入力ファイバ４
５′Ｃ，出力ファイバ４５′Ｂのファイバ列４５′が、
上記ファイバ列４５とは上記ねじ軸４１の中心軸を通る
垂直線に対し左右対称に設けられる（図７（ｂ）参照）
。光源３１′（不図示）からの光は入力ファイバ４５Ｃ
，４５′Ｃにより導かれ、出力ファイバ４５Ａ，４５Ｂ
，４５′Ａ及び４５′Ｂの他端には光検出器３６′（不
図示）が配置される。

【００６８】更に、上記軸受台４４には入射した光の一
部を平行光としてコーナーキューブ４３Ａ，４３Ｂに照
射するとともに他の一部を反射回折させるレンズ回折格
子４６と、コーナーキューブ４３Ａで反射された光の内
レンズ回折格子４６で回折され出力ファイバ４５Ｂの端
部に向かう回折光を遮るための遮蔽板４８Ｂと、コーナ
ーキューブ４３Ｂで反射された光の内レンズ回折格子４
６で回折され出力ファイバ４５Ａの端部に向かう回折光
を遮るための遮蔽板４８Ａと、コーナーキューブ４３Ｂ
で反射されてレンズ回折格子４６を通過し出力ファイバ
４５Ｂの端部に向かう反射光に位相差を与えるための位
相差板４９が設けられる。

【００６９】また、図示していないが、コーナーキュー
ブ４３′Ａ，４３′Ｂ、遮蔽板４８′Ａ，４８′Ｂ、位
相差板４９′が光ファイバ列４５′に対し、光ファイバ
列４５に関する光学系と同様な構成で設けられている。

【００７０】ここで、出力ファイバ４５Ａ，４５Ｂ，４
５′Ａ及び４５′Ｂはその端部にレンズ回折格子４６で
回折される回折光のうち±１次の回折光が入射するよう
な位置に設けられ、またレンズ回折格子４６の光軸４７
はミニチュアボールねじ本体４０の軸心と同軸の構成で
ある。

【００７１】上記の光源３１′、光検出器３６′、コー
ナーキューブ４３Ａ，４３Ｂ，４３′Ａ及び４３′Ｂ、
は各々第４の実施例における光源３１、光検出器３６、
測定対象面３５に相当し、またレンズ回折格子４６は第
４の実施例における回折格子３２及びレンズ３３に相当
するものであり、その構成作用は同じであるので説明を
省略する。

【００７２】上記第５の実施例の光学系拡大図（ファイ
バ列４５に関するもののみ）を図８に示す。同図に示す
ように、光源３１′からの光は入力ファイバ４５Ｃによ
り導かれレンズ回折格子４６に入射される。入射され平
行光とされた光のうち一部はレンズ回折格子４６を透過
して回折され、その内の０次回折光のみが選択され、コ
ーナーキューブ４３Ａ、４３Ｂに照射される。当該２つ
の光学素子によって反射された光は再びレンズ回折格子
４６を通過後、０次、±１次、±２次、・・・等の回折
光に回折される。

【００７３】一方、レンズ回折格子４６に入射された光
の内の他の一部はレンズ回折格子４６にて直接反射され
て０次，±１次，±２次・・・等の反射回折光に回折さ
れる。

【００７４】出力ファイバ４５Ａ、４５Ｂを±１次回折
光のみ入光するような位置に配置し、また各々遮蔽板４
８Ａ，４８Ｂを設け不要な回折光を遮蔽する構成である
から、出力ファイバ４５Ａにはコーナーキューブ４３Ａ
からの反射光と、光源３１′からの入射光の内レンズ回
折格子４６で反射回折される−１次の反射回折光のみに
よる干渉光が入光し、出力ファイバ４５Ｂには、コーナ
ーキューブ４３Ｂからの反射光と、光源３１′からの入
射光の内レンズ回折格子４６で反射回折される１次の反
射回折光のみによる干渉光が入光する。また、コーナー
キューブ４３Ｂで反射されレンズ回折格子４６を通過し
て出力ファイバ４５Ｂに向かう反射光は位相差板４９を
通過することで９０°の位相遅れ（進み）を起こすため
、当該実施例においても図４に示すように干渉信号もＡ
相とＢ相とで９０°の位相差を生じる。

【００７５】出力ファイバ４５Ａ，４５Ｂの他端に光検
出器３６′を配置してあるので、前述した第１の実施例
と同様にして、この信号を処理することにより、上記ボ
ールねじナットの変位の検出及び変位方向の判別が可能
となる。

【００７６】上記の説明では、ファイバー列４５に関し
てのみ説明したが、ファイバ列４５′の光学系の作用も
同様である。当該第５の実施例においては、ファイバ列
４５と４５′を左右対称に設けたので、上記ボールねじ
ナット４２がボールねじ軸４１に対して揺動して即ち左
右非対称に変位しても、左右の対の出力ファイバ４５Ａ
と４５′Ａ及び４５Ｂと４５′Ｂに入力され光検出器３
６′で検出される検出信号を平均化する処理を行うこと
により、より正確な変位測定も可能となる。

【００７７】このように、光学ヘッド部を極めて小型化
できる上、変位検出のストローク長を大きくできる本発
明をミニチュアボールねじに適用することで、より高精
度・高分解能化が図れ、且つ測定範囲の広いミニチュア
ボールねじを提供することも可能となる。

【００７８】更に、図９に示すように第６の実施例とし
てダイヤルゲージ５０の変位検出部５０ｄに、上記説明
のような光源５１、光検出器５２、コーナーキューブ５
３及びレンズ回折格子５６等の光学素子を含む本変位計
を組み込み、測定対象物に当接させたスピンドル５０ｓ
の変位を検出する構成とすれば、高精度・高分解能化が
図れ、且つ測定範囲の広いダイヤルゲージを提供するこ
とも可能となる。以上、上記の第４乃至第６の実施例が
本発明の第２の態様である。

【００７９】尚、上記実施例では、光検出器をレンズの
光軸に対し時計方向にθ及び時計方向にθ，反時計方向
にθなる角度に配置して、−１次及び±１次の回折光を
検出するようにしたが、もちろん他の角度位置に配置し
て、±２次以上の他の回折光を検出するようにしても良
い。

【００８０】さらに、上記実施例では回折格子をレンズ
上に一体に形成したが、レンズと別体にレンズ３と近接
して回折格子を設けても良い。また、レンズは、実施例
に示した平凸レンズに限らず他の形状のレンズを使用す
ることもできる。

【００８１】

【発明の効果】本発明によれば、第１の態様及び第２の
態様ともにビームスプリッタ等を使用して光路を複雑に
折り曲げることをしないで、測定対象面の変位を測定す
ることができるので、光源と光検出手段を近接して配置
することが可能となり、変位計をより小型化することが
できる。また、変位検出のストローク長を大きくするこ
とができる。

【００８２】特に第２の態様においては、回折格子で反
射回折される反射回折光を参照光として利用することが
できるので、参照面を設ける必要がなくなり、変位計を
より一層小型化できる。さらに、部品点数を減少できる
から構造を簡単にでき、防振対策及びコストの面でも有
利である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の光学系を示す図である
。

【図２】本発明の第２の実施例の構成を示す図で、（ａ
）は（ｂ）のＡ−Ａ断面の縦断面図、（ｂ）は左側面図
、（ｃ）は右側面図である。

【図３】本発明の図２に示した第２の実施例の光学系の
拡大図である。

【図４】本発明の図２に示した第２の実施例の測定対象
面が変位したときの光検出器の出力信号を示す図である
。

【図５】本発明の第３の実施例の構成の略図である。

【図６】本発明の第４の実施例の光学系を示す図である
。

【図７】本発明の第５の実施例の構成図で、（ａ）は（
ｂ）のＢ−Ｂ断面の縦断面図、（ｂ）は左側面図、（ｃ
）は右側面図である。

【図８】本発明の図７に示した第５の実施例の光学系の
拡大図である。

【図９】本発明の第６の実施例の構成の略図である。

【図１０】従来例のフィゾー型干渉計の光学系を示す図
である。

【図１１】従来例のマイケルソン型干渉計の光学系を示
す図である。

【図１２】従来例の被検面を変位させたときの光検出器
の出力信号を示す図である。

【符号の説明】

１，３１　　光源 ２，３２　　回折格子 ３，３３　　レンズ ４　　参照面 ５，３５　　測定対象面 ６，３６　　光検出器 １０，４０　　ボールねじ本体

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】可干渉性を有する光を放射する光軸上に配
   置された光源と、回折格子と、前記光源から該回折格子
   を経て入射する光を平行光として参照面及び測定対象面
   に照射するレンズと、前記参照面及び測定対象面にて反
   射され、前記レンズ及び回折格子により波面合成された
   干渉光を電気信号に変換する光検出手段とを備えること
   を特徴とする光学式変位計。
2. 【請求項２】前記光検出手段を前記レンズの光軸に対し
   θ＝ｓｉｎ　−１（ｎλ／Ｐ）　〔ｎ　＝±１、±２、
   ・・・・、λ：光の波長、Ｐ：回折格子のピッチ〕なる
   角度位置に配置したことを特徴とする請求項１記載の光
   学式変位計。
3. 【請求項３】前記回折格子は、平凸レンズからなる前記
   レンズ上に形成されてなることを特徴とする請求項１記
   載の光学式変位計。
4. 【請求項４】前記回折格子は、平凸レンズからなる前記
   レンズに近接して配置されていることを特徴とする請求
   項１記載の光学式変位計。
5. 【請求項５】ミニチュアボールねじに取り付けたことを
   特徴とする請求項１記載の光学式変位計。
6. 【請求項６】可干渉性を有する光を放射する光軸上に配
   置された光源と、回折格子と、前記光源から入射する光
   を該回折格子を経て平行光として測定対象面に照射する
   レンズと、前記光源から放射され前記回折格子にて反射
   された反射回折光と、該回折格子を透過して前記測定対
   象面にて反射された反射光とから、前記回折格子及び前
   記レンズにより波面合成された干渉光を電気信号に変換
   する光検出手段とを備えることを特徴とする光学式変位
   計。
7. 【請求項７】前記光検出手段を前記レンズの光軸に対し
   θ＝ｓｉｎ　−１（ｎλ／Ｐ）　〔ｎ　＝±１、±２、
   ・・・・、λ：光の波長、Ｐ：回折格子のピッチ〕なる
   角度位置に配置したことを特徴とする請求項６記載の光
   学式変位計。
8. 【請求項８】前記回折格子は、平凸レンズからなる前記
   レンズ上に形成されてなることを特徴とする請求項６記
   載の光学式変位計。
9. 【請求項９】前記回折格子は、平凸レンズからなる前記
   レンズに近接して配置されていることを特徴とする請求
   項６記載の光学式変位計。
10. 【請求項１０】ミニチュアボールねじに取り付けたこと
    を特徴とする請求項６記載の光学式変位計。