JPH0617785B2 - 干渉コントラスト法直線計 - Google Patents
干渉コントラスト法直線計Info
- Publication number
- JPH0617785B2 JPH0617785B2 JP61313778A JP31377886A JPH0617785B2 JP H0617785 B2 JPH0617785 B2 JP H0617785B2 JP 61313778 A JP61313778 A JP 61313778A JP 31377886 A JP31377886 A JP 31377886A JP H0617785 B2 JPH0617785 B2 JP H0617785B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- optical axis
- linear meter
- interference
- mirrors
- 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 - Lifetime
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- 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】 （イ）発明の目的 ［産業上の利用分野］ この発明は干渉コントラスト法を利用した直線計に関す
るものである。
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っており、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ってい
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。また、光学機械や、精密機械の中に
も精密な移動テーブルが組込まれており、作製課程にお
いて高精度な測定検査が要求される。
直線運動するようになっており、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ってい
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。また、光学機械や、精密機械の中に
も精密な移動テーブルが組込まれており、作製課程にお
いて高精度な測定検査が要求される。
［従来の技術］ 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、レーザー
直線計（ツーリング・レーザ）等が利用されている。
な直線計としては従来オート・コリメーター、レーザー
直線計（ツーリング・レーザ）等が利用されている。
［発明が解決しようとする問題点］ しかるに、これら従来の直線計は一成分の回転ないし変
位を検出するものであって、かつ、測定精度がμオーダ
ーであって精度不足などでいずれも上記の目的に不十分
であった。
位を検出するものであって、かつ、測定精度がμオーダ
ーであって精度不足などでいずれも上記の目的に不十分
であった。
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、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。
て、実時間干渉が簡単に行え、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。
（ロ）発明の構成 ［問題を解決するための手段］ この目的に対応して、この発明の干渉コントラスト法直
線計は、光軸の一端側にあって前記光軸上に光束を形成
する光源装置と、前記光軸の一端側にある干渉縞観測装
置と、前記光軸の途中に位置していて前記光束から前記
光軸に対称な他の２光束を生成しかつ横ずれが生じたと
きに前記他の２光束に位相のずれが生ずる２光束生成装
置と、前記光軸の他端側に前記光軸に対称に位置してい
て前記他の２光束を入射方向と同方向に反射させる一対
のミラーとを有し、前記光源装置と前記干渉縞観測装置
と前記一対のミラーとを固定体と被検移動体のうちの一
方にとりつけ、前記２光束生成装置を前記固定体と前記
被検移動体のうちの他方にとりつけてなることを特徴と
している。
線計は、光軸の一端側にあって前記光軸上に光束を形成
する光源装置と、前記光軸の一端側にある干渉縞観測装
置と、前記光軸の途中に位置していて前記光束から前記
光軸に対称な他の２光束を生成しかつ横ずれが生じたと
きに前記他の２光束に位相のずれが生ずる２光束生成装
置と、前記光軸の他端側に前記光軸に対称に位置してい
て前記他の２光束を入射方向と同方向に反射させる一対
のミラーとを有し、前記光源装置と前記干渉縞観測装置
と前記一対のミラーとを固定体と被検移動体のうちの一
方にとりつけ、前記２光束生成装置を前記固定体と前記
被検移動体のうちの他方にとりつけてなることを特徴と
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。
明する。
第１図において、１は直線計である。直線計１は光源装
置２を有する。光源装置２としてはＨｅ−Ｎｅレーザ光
源や半導体レーザ光源等を使用するとができる。光源装
置２は光軸３の一端側にあって、ミラー４及びハーフミ
ラー５を介して光束６を光軸３上に形成する。
置２を有する。光源装置２としてはＨｅ−Ｎｅレーザ光
源や半導体レーザ光源等を使用するとができる。光源装
置２は光軸３の一端側にあって、ミラー４及びハーフミ
ラー５を介して光束６を光軸３上に形成する。
ハーフミラー５の透過側には干渉縞観察装置７が位置す
る。干渉縞観察装置７はミラー８及び観測面１１とを備
えている。観測面１１の０の位置には光の強度を測定す
るフォトディテクターが置かれている。この観測面１１
は後述るようにホログラムＨで代替してもよい。光軸３
の途中に２光束生成装置１２が配置されている。２光束
生成装置１２は入射光束から光軸３に対称な２光束１
３，１４生成するもので、グレーティングＧを使用した
り、後述する角度の等しい対称的な２斜面５，１６を持
つウェッジガラス１７を用いることができる。グレーテ
ィングＧに光束６を照射すると(+)一次及び(-)一次の回
折光１３，１４が生じ、これらの光を使用している。グ
レーティングＧとしては市販のものを使用することが可
能であり、また写真乾板上に平行光を参照光として斜め
方向の光を記録させて作製したもの（ホログラムグレー
ティング）を使用してもよい。光軸３の他端側には一対
のミラー２１，２２が配置されている。一対のミラー２
１，２２は光軸３に関して対称であって、かつ２光束１
３，１４の光軸に垂直である。したがって、一対のミラ
ー２１，２２は２光束１３，１４を入射方向に反射す
る。
る。干渉縞観察装置７はミラー８及び観測面１１とを備
えている。観測面１１の０の位置には光の強度を測定す
るフォトディテクターが置かれている。この観測面１１
は後述るようにホログラムＨで代替してもよい。光軸３
の途中に２光束生成装置１２が配置されている。２光束
生成装置１２は入射光束から光軸３に対称な２光束１
３，１４生成するもので、グレーティングＧを使用した
り、後述する角度の等しい対称的な２斜面５，１６を持
つウェッジガラス１７を用いることができる。グレーテ
ィングＧに光束６を照射すると(+)一次及び(-)一次の回
折光１３，１４が生じ、これらの光を使用している。グ
レーティングＧとしては市販のものを使用することが可
能であり、また写真乾板上に平行光を参照光として斜め
方向の光を記録させて作製したもの（ホログラムグレー
ティング）を使用してもよい。光軸３の他端側には一対
のミラー２１，２２が配置されている。一対のミラー２
１，２２は光軸３に関して対称であって、かつ２光束１
３，１４の光軸に垂直である。したがって、一対のミラ
ー２１，２２は２光束１３，１４を入射方向に反射す
る。
光源装置２、干渉縞観測装置７、一対のミラー２１，２
２は固定体２３上に取付けられ、また、２光束生成装置
１２は移動体２４上に取付けられる。移動体２４は光軸
３の方向に移動することが予定されているものであっ
て、この光軸方向の移動の際のその移動方向と直角な方
向の変位Δ×が検出の対象量である。
２は固定体２３上に取付けられ、また、２光束生成装置
１２は移動体２４上に取付けられる。移動体２４は光軸
３の方向に移動することが予定されているものであっ
て、この光軸方向の移動の際のその移動方向と直角な方
向の変位Δ×が検出の対象量である。
［作用］ このように構成された干渉法直線計１における横変位Δ
×の検出は次のようにしてなされる。
×の検出は次のようにしてなされる。
光源装置２からレーザビームを発光させ、ミラー４、ハ
ーフミラー５で光路変更させて２光束生成装置１２に入
射する。２光束生成装置１２はグレーティングＧを用い
るので、ここで入射光束は光軸３に関して対称な２光
束、すなわち光束１３と光束１４とに分割される。光束
１３と光束１４はミラー２１，２２によつて入射方向に
反射され、２光束生成装置１２で重なり合って干渉縞を
形成する。干渉縞はハーフミラー５を透過し、ミラー８
で光路変更されて０点にある観測面１１上に結像して観
測される。
ーフミラー５で光路変更させて２光束生成装置１２に入
射する。２光束生成装置１２はグレーティングＧを用い
るので、ここで入射光束は光軸３に関して対称な２光
束、すなわち光束１３と光束１４とに分割される。光束
１３と光束１４はミラー２１，２２によつて入射方向に
反射され、２光束生成装置１２で重なり合って干渉縞を
形成する。干渉縞はハーフミラー５を透過し、ミラー８
で光路変更されて０点にある観測面１１上に結像して観
測される。
第２図はグレーティングＧの横ずれΔ×と干渉縞の位相
変化の関係を示している。この第２図において、実線は
最初の状態における位相を示すための光線をあらわして
おり、破線は横ずれが生じた時の位相遅れを示すための
光線をあらわしている。
変化の関係を示している。この第２図において、実線は
最初の状態における位相を示すための光線をあらわして
おり、破線は横ずれが生じた時の位相遅れを示すための
光線をあらわしている。
光束１３については斜面１５の傾き角がθであるとする
と、移動体が左から右へ横ずれしたときの位相のずれδ
１は δ１＝（２π／λ）ΔＸsinθであり、 移動体が右から左へ横ずれしたときの位相のずれδ２は δ２＝（２π／λ）ΔＸsinθである。
と、移動体が左から右へ横ずれしたときの位相のずれδ
１は δ１＝（２π／λ）ΔＸsinθであり、 移動体が右から左へ横ずれしたときの位相のずれδ２は δ２＝（２π／λ）ΔＸsinθである。
光束１４については、移動体が左から右へ横ずれしたと
きの位相のずれδ３は δ３＝−（２π／λ）ΔＸsinθであり、移動体が右か
ら左へ横ずれしたときの位相のずれδ４は δ４＝−（２π／λ）ΔＸsinθである。
きの位相のずれδ３は δ３＝−（２π／λ）ΔＸsinθであり、移動体が右か
ら左へ横ずれしたときの位相のずれδ４は δ４＝−（２π／λ）ΔＸsinθである。
結局、全体の位相のずれδは δ＝（δ１＋δ２）−（δ３＋δ４）＝δ１＝（８π／λ）ΔＸsinθ…(1) 一方、干渉縞の光の強度変化と位相変化との関係は、干
渉縞の光の強度をＩ（ΔＸ）として、 Ｉ（ΔＸ）＝Ａ＋Ｂcosδ…(2) (1)式を代入して、 Ｉ（ΔＸ）＝Ａ＋Ｂcos｛（８π／λ）×ΔＸｓｉｎθ｝…(3) 第３図には光の強度と位相の関係が示されている。通常
の干渉コントラスト法で行うように、この場合も０〜π
の間で直線計として用いる。予めＡ＋Ｂ及びＡ−Ｂの値
を求めておく。次に、強度Ｉ（ΔＸ）が観測されると、
(3)式からΔＸが計算される。但し、θはグレーティン
グを作る時に、予め測定しておく。
渉縞の光の強度をＩ（ΔＸ）として、 Ｉ（ΔＸ）＝Ａ＋Ｂcosδ…(2) (1)式を代入して、 Ｉ（ΔＸ）＝Ａ＋Ｂcos｛（８π／λ）×ΔＸｓｉｎθ｝…(3) 第３図には光の強度と位相の関係が示されている。通常
の干渉コントラスト法で行うように、この場合も０〜π
の間で直線計として用いる。予めＡ＋Ｂ及びＡ−Ｂの値
を求めておく。次に、強度Ｉ（ΔＸ）が観測されると、
(3)式からΔＸが計算される。但し、θはグレーティン
グを作る時に、予め測定しておく。
こうして、観測面１１上で干渉縞の光の強度変化を観察
すれば、移動体の横ずれ量ΔＸを(3)式から求めること
ができる。
すれば、移動体の横ずれ量ΔＸを(3)式から求めること
ができる。
例えば、θ＝３０゜、δ＝π／１００とすると ΔＸ＝１．５×１０-3μｍである。
［他の実施例］ ０点に位置する観測面１１に替えてホログラムＨを配置
してもよい。この場合ホログラムは、測定に先立って、
固定体２３と移動体２４との基準位置において、０の位
置に写真乾板を配置し、光束１３，１４の干渉縞の光を
参照光として物体光５を記録し、写真処理して完成させ
たものである。このような構成においては、ホログラム
Ｈに物体光２５と干渉縞の光を照明すると物体光２５と
ホログラムＨの再生光が干渉縞を形成するので、この干
渉縞を観測して前記の横ずれの検出を行うことになる。
ミラー２１，２２の角度の調整が不完全の場合、精度が
低下するが、ホログラムＨを用いることにより、ミラー
２１，２２の調整が不完全であっても、ホログラムＨで
補正され、完全な調整を行ったのと同じ強度のフォトデ
ィテクターで検出される。（これはホログラムの収差補
正と同じ考え方である。） また、第４図はこの発明の他の実施襲例に係わる直線計
１ａを示している。この直線計１ａではグレーティング
Ｇに替えてウェッジガラス１７を使用する。ウエッジガ
ラス１７は角度の等しい対称的な斜面１５，１６で構成
されており、ハーフミラー５の表面及び裏面から反射さ
れた光束６及び光束６′がウェッジガラス１７を照明す
ると、光軸３に対称な２光束１３，１４が生成される。
してもよい。この場合ホログラムは、測定に先立って、
固定体２３と移動体２４との基準位置において、０の位
置に写真乾板を配置し、光束１３，１４の干渉縞の光を
参照光として物体光５を記録し、写真処理して完成させ
たものである。このような構成においては、ホログラム
Ｈに物体光２５と干渉縞の光を照明すると物体光２５と
ホログラムＨの再生光が干渉縞を形成するので、この干
渉縞を観測して前記の横ずれの検出を行うことになる。
ミラー２１，２２の角度の調整が不完全の場合、精度が
低下するが、ホログラムＨを用いることにより、ミラー
２１，２２の調整が不完全であっても、ホログラムＨで
補正され、完全な調整を行ったのと同じ強度のフォトデ
ィテクターで検出される。（これはホログラムの収差補
正と同じ考え方である。） また、第４図はこの発明の他の実施襲例に係わる直線計
１ａを示している。この直線計１ａではグレーティング
Ｇに替えてウェッジガラス１７を使用する。ウエッジガ
ラス１７は角度の等しい対称的な斜面１５，１６で構成
されており、ハーフミラー５の表面及び裏面から反射さ
れた光束６及び光束６′がウェッジガラス１７を照明す
ると、光軸３に対称な２光束１３，１４が生成される。
（ハ）発明の効果 以上の説明から明らかな通り、この発明によれば、特に
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。
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図はこの発明の一実施例に係わる干渉コントラスト
法直線計を示す構成説明図、第２図は横ずれ量と干渉縞
の位相変化の関係を示す説明図、第３図は光の強度と位
相の関係を示す図、及び第４図はこの発明の他の実施例
に係わる干渉法直線計を示す構成説明図である。 １……直線計、２……光源装置、３……光軸、４……ミ
ラー、５……ハーフミラー、６……光束、７……干渉縞
観測装置、８……ミラー、１１……観測面、１２……２
光束生成装置、１３……光束、１４……光束、１５……
斜面、１６……斜面、１７……ウェッジガラス、２１…
…ミラー、２２……ミラー、２３……固定体、２４……
移動体、２５……物体光、Ｈ……ホログラム、Ｇ……グ
レーティング
法直線計を示す構成説明図、第２図は横ずれ量と干渉縞
の位相変化の関係を示す説明図、第３図は光の強度と位
相の関係を示す図、及び第４図はこの発明の他の実施例
に係わる干渉法直線計を示す構成説明図である。 １……直線計、２……光源装置、３……光軸、４……ミ
ラー、５……ハーフミラー、６……光束、７……干渉縞
観測装置、８……ミラー、１１……観測面、１２……２
光束生成装置、１３……光束、１４……光束、１５……
斜面、１６……斜面、１７……ウェッジガラス、２１…
…ミラー、２２……ミラー、２３……固定体、２４……
移動体、２５……物体光、Ｈ……ホログラム、Ｇ……グ
レーティング
Claims (1)
- 【請求項１】光軸の一端側にあって前記光軸上に光束を
形成する光源装置と、前記光軸の一端側にある干渉縞観
測装置と、前記光軸の途中に位置していて前記光束から
前記光軸に対称な他の２光束を生成しかつ横ずれが生じ
たときに前記他の２光束に位相のずれが生ずる２光束生
成装置と、前記光軸の他端側に前記光軸に対称に位置し
ていて前記他の２光束を入射方向と同方向に反射させる
一対のミラーとを有し、前記光源装置と前記干渉縞観測
装置と前記一対のミラーとを固定体と被検移動体のうち
の一方にとりつけ、前記２光束生成装置を前記固定体と
前記被検移動体のうちの他方にとりつけてなることを特
徴とする干渉コントラスト法直線計
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61313778A JPH0617785B2 (ja) | 1986-12-24 | 1986-12-24 | 干渉コントラスト法直線計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61313778A JPH0617785B2 (ja) | 1986-12-24 | 1986-12-24 | 干渉コントラスト法直線計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63159706A JPS63159706A (ja) | 1988-07-02 |
| JPH0617785B2 true JPH0617785B2 (ja) | 1994-03-09 |
Family
ID=18045410
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61313778A Expired - Lifetime JPH0617785B2 (ja) | 1986-12-24 | 1986-12-24 | 干渉コントラスト法直線計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0617785B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3192992B2 (ja) * | 1996-08-27 | 2001-07-30 | 株式会社東京精密 | 工作機械の角度割出精度測定方法及びシステム |
-
1986
- 1986-12-24 JP JP61313778A patent/JPH0617785B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63159706A (ja) | 1988-07-02 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |