JP2000055617A - 光学式測長機 - Google Patents
光学式測長機Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 レーザ干渉測長機において、光干渉系や反射
光学系に与える影響を防止して高精度測長を可能とす
る。 【解決手段】 本体ベース１０上にレーザ光源１２、干
渉計部１４、反射ミラー２０を設ける。また、ベローズ
駆動キャリッジ３０及び固定部３４を設ける。ベローズ
駆動キャリッジ３０はスライダ１６に連動して移動す
る。ベローズ駆動キャリッジ３０と固定部３４との間に
主ベローズ３６を配置し、反射ミラー２０とベローズ駆
動キャリッジ３０との間に２重構造の副ベローズ３８を
配置し、干渉計部１４と固定部３４との間に２重構造の
副ベローズ４０を配置する。測長光路を真空とすること
で屈折率の影響を防止し、また柔的な結合を可能とする
副ベローズ３８、４０により干渉計部１４及び反射ミラ
ー２０を含むスライダ１６のひずみを防止できる。
光学系に与える影響を防止して高精度測長を可能とす
る。 【解決手段】 本体ベース１０上にレーザ光源１２、干
渉計部１４、反射ミラー２０を設ける。また、ベローズ
駆動キャリッジ３０及び固定部３４を設ける。ベローズ
駆動キャリッジ３０はスライダ１６に連動して移動す
る。ベローズ駆動キャリッジ３０と固定部３４との間に
主ベローズ３６を配置し、反射ミラー２０とベローズ駆
動キャリッジ３０との間に２重構造の副ベローズ３８を
配置し、干渉計部１４と固定部３４との間に２重構造の
副ベローズ４０を配置する。測長光路を真空とすること
で屈折率の影響を防止し、また柔的な結合を可能とする
副ベローズ３８、４０により干渉計部１４及び反射ミラ
ー２０を含むスライダ１６のひずみを防止できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は光学式測長機、特に
レーザ光を用いた超高精度のレーザ干渉測長機に関す
る。
レーザ光を用いた超高精度のレーザ干渉測長機に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】近年、長さ計測に関しては長さのトレー
サビリティが特に重要視され、計測精度の不確かさの提
示が要求されつつある。レーザ波長が長さの標準となっ
ている現状においては、長さ標準へのトレーサブルの容
易化及び測長精度の不確かさ要因の簡素化のため、計測
機器及び超精密加工装置等における測長手段としてレー
ザ干渉測長システムが広く用いられている。
サビリティが特に重要視され、計測精度の不確かさの提
示が要求されつつある。レーザ波長が長さの標準となっ
ている現状においては、長さ標準へのトレーサブルの容
易化及び測長精度の不確かさ要因の簡素化のため、計測
機器及び超精密加工装置等における測長手段としてレー
ザ干渉測長システムが広く用いられている。
【０００３】計測機器及び超精密加工装置等においてス
ライダの変位を高精度に測定する手段としてレーザ干渉
測長システムを用いる場合、大気中の空気の温度や気
圧、湿度、ＣＯ2濃度の変動による屈折率の変化に起因
したレーザ波長の変動が高精度測長の妨げとなるため、
内部を真空にした導光部を用いてレーザ光路を真空にす
ることが提案されている。
ライダの変位を高精度に測定する手段としてレーザ干渉
測長システムを用いる場合、大気中の空気の温度や気
圧、湿度、ＣＯ2濃度の変動による屈折率の変化に起因
したレーザ波長の変動が高精度測長の妨げとなるため、
内部を真空にした導光部を用いてレーザ光路を真空にす
ることが提案されている。
【０００４】図４には、従来の光学式測長機の構成が示
されている。この光学式測長機は、本体ベース１０、レ
ーザ光源１２、干渉計部１４、スライダ１６、スライダ
駆動機構１８、反射ミラー２０、及びベローズ（蛇腹）
２２から構成されている。
されている。この光学式測長機は、本体ベース１０、レ
ーザ光源１２、干渉計部１４、スライダ１６、スライダ
駆動機構１８、反射ミラー２０、及びベローズ（蛇腹）
２２から構成されている。
【０００５】レーザ光源１２は、本体ベース１０上に固
定され、測長用のレーザ光を反射ミラー２０に向けて射
出する。
定され、測長用のレーザ光を反射ミラー２０に向けて射
出する。
【０００６】干渉計部１４は、ハーフミラー等を備え、
レーザ光源１２から射出した直接光と、ベローズ２２を
通過して反射ミラー２０で反射し戻ってきた反射光との
位相差を検出することにより反射ミラー２０までの距
離、すなわちスライダ１６の端部までの距離を測定す
る。
レーザ光源１２から射出した直接光と、ベローズ２２を
通過して反射ミラー２０で反射し戻ってきた反射光との
位相差を検出することにより反射ミラー２０までの距
離、すなわちスライダ１６の端部までの距離を測定す
る。
【０００７】スライダ１６は、本体ベース１０上に設け
られ、スライダ駆動機構１８により図中矢印方向に移動
自在に設けられている。被測定物の長さを測定する場合
には、このスライダ１６の端部が被測定物に当接するよ
うに移動させる。
られ、スライダ駆動機構１８により図中矢印方向に移動
自在に設けられている。被測定物の長さを測定する場合
には、このスライダ１６の端部が被測定物に当接するよ
うに移動させる。
【０００８】反射ミラー２０は、スライダ１６の端部に
設けられ、スライダ１６の移動と共に図中矢印方向に移
動する。そして、レーザ光源１２から射出した光を反射
し、干渉計部１４にレーザ光を戻す。
設けられ、スライダ１６の移動と共に図中矢印方向に移
動する。そして、レーザ光源１２から射出した光を反射
し、干渉計部１４にレーザ光を戻す。
【０００９】ベローズ（蛇腹）２２は、レーザ光源１２
からのレーザ光を反射ミラー２０に導く導光部として機
能し、一端が干渉計部１４に接続され、他端が反射ミラ
ー２０に接続される。ベローズ２２は、スライダ１６の
移動方向に伸縮自在であり、被測定物の長さを測定する
ためにスライダ１６を移動させると、このスライダ１６
の移動に伴ってベローズ２２も矢印方向に伸縮する。ベ
ローズ２２の内部は、真空ポンプにより実質的に真空状
態まで排気される。レーザ光源１２からのレーザ光はこ
のベローズ２２の真空内を通過するため、測長光路は常
に真空状態にある。したがって、上述した空気の温度や
気圧、湿度、ＣＯ2濃度の変動による屈折率の変化に起
因したレーザ波長の変動が起こらず、高精度の測長が可
能となる。
からのレーザ光を反射ミラー２０に導く導光部として機
能し、一端が干渉計部１４に接続され、他端が反射ミラ
ー２０に接続される。ベローズ２２は、スライダ１６の
移動方向に伸縮自在であり、被測定物の長さを測定する
ためにスライダ１６を移動させると、このスライダ１６
の移動に伴ってベローズ２２も矢印方向に伸縮する。ベ
ローズ２２の内部は、真空ポンプにより実質的に真空状
態まで排気される。レーザ光源１２からのレーザ光はこ
のベローズ２２の真空内を通過するため、測長光路は常
に真空状態にある。したがって、上述した空気の温度や
気圧、湿度、ＣＯ2濃度の変動による屈折率の変化に起
因したレーザ波長の変動が起こらず、高精度の測長が可
能となる。
【００１０】しかしながら、真空ベローズ２２の内圧
（真空状態）と大気圧との差に起因するベローズ２２の
吸引力とベローズ２２の有する固有のばね定数とその伸
縮量の積からなるばね力を合成した力の軸と、スライダ
を移動させる駆動軸とのオフセット距離の積からなる偶
力がスライダ１６の幾何的な姿勢変化や駆動時の速度変
動（これらは反射ミラー２０の位置変動を起こす）及び
干渉計部１４のひずみを生じ、高精度の測長を困難にす
る問題があった。
（真空状態）と大気圧との差に起因するベローズ２２の
吸引力とベローズ２２の有する固有のばね定数とその伸
縮量の積からなるばね力を合成した力の軸と、スライダ
を移動させる駆動軸とのオフセット距離の積からなる偶
力がスライダ１６の幾何的な姿勢変化や駆動時の速度変
動（これらは反射ミラー２０の位置変動を起こす）及び
干渉計部１４のひずみを生じ、高精度の測長を困難にす
る問題があった。
【００１１】図５には、従来の光学式測長機の他の構成
が示されている。図４に示された光学式測長機と異なる
点は、ベローズ２２の代わりに２重構造を有するベロー
ズ２４を導光部として設けた点である。２重構造のベロ
ーズ２４の内側を図４と同様に真空ポンプで真空状態に
排気すると共に、外側（外郭）を圧縮空気により大気圧
以上の適当な圧力に設定する。ベローズ２４の内側は真
空状態であるため大気圧との差に起因する吸引力が生ず
るが、ベローズ２４の外側は大気圧以上の圧力に設定さ
れているため、逆に大気圧との差により拡大力（拡げる
方向の力）が印可される。したがって、このような２重
構造を有するベローズ２４を用いることで、真空状態に
ある内側の吸引力を、外側に設定された適切な圧力と伸
縮方向の受圧面積の積からなる力で相殺することができ
る。
が示されている。図４に示された光学式測長機と異なる
点は、ベローズ２２の代わりに２重構造を有するベロー
ズ２４を導光部として設けた点である。２重構造のベロ
ーズ２４の内側を図４と同様に真空ポンプで真空状態に
排気すると共に、外側（外郭）を圧縮空気により大気圧
以上の適当な圧力に設定する。ベローズ２４の内側は真
空状態であるため大気圧との差に起因する吸引力が生ず
るが、ベローズ２４の外側は大気圧以上の圧力に設定さ
れているため、逆に大気圧との差により拡大力（拡げる
方向の力）が印可される。したがって、このような２重
構造を有するベローズ２４を用いることで、真空状態に
ある内側の吸引力を、外側に設定された適切な圧力と伸
縮方向の受圧面積の積からなる力で相殺することができ
る。
【００１２】なお、図４及び図５で用いられるベローズ
２２、２４の構成は、例えば図６に示される如くであ
る。ベローズ２２、２４は、図６（Ａ）に示されるドー
ナツ状の溶接可能な金属板（例えばオーステナイト系の
ステンレス鋼等）を複数重ねて溶接することにより構成
される。図６（Ｂ）には、ベローズ２２、２４の縦断面
図が示されており、図６（Ａ）に示されたドーナツ状の
溶接可能な金属板を屈曲させて互いに溶接することで内
部に空洞を有し図中矢印方向に伸縮自在な部材が得られ
る。もちろん、溶接ベローズの他に金属成形ベローズも
用いられる。
２２、２４の構成は、例えば図６に示される如くであ
る。ベローズ２２、２４は、図６（Ａ）に示されるドー
ナツ状の溶接可能な金属板（例えばオーステナイト系の
ステンレス鋼等）を複数重ねて溶接することにより構成
される。図６（Ｂ）には、ベローズ２２、２４の縦断面
図が示されており、図６（Ａ）に示されたドーナツ状の
溶接可能な金属板を屈曲させて互いに溶接することで内
部に空洞を有し図中矢印方向に伸縮自在な部材が得られ
る。もちろん、溶接ベローズの他に金属成形ベローズも
用いられる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図５に
示された２重構造を有するベローズ２４を用いた光学式
測長機においても、スライダ１６の移動に伴ってベロー
ズ２４が伸縮するため、２重構造のベローズ２４の有す
る固有のばね定数とその伸縮量の積からなる力により、
図４の場合と同様にスライダ１６の幾何的な姿勢変化や
駆動時の速度変動及び干渉計部１４のひずみが依然とし
て生じ、高精度な測長が困難となる問題があった。
示された２重構造を有するベローズ２４を用いた光学式
測長機においても、スライダ１６の移動に伴ってベロー
ズ２４が伸縮するため、２重構造のベローズ２４の有す
る固有のばね定数とその伸縮量の積からなる力により、
図４の場合と同様にスライダ１６の幾何的な姿勢変化や
駆動時の速度変動及び干渉計部１４のひずみが依然とし
て生じ、高精度な測長が困難となる問題があった。
【００１４】もちろん、２重構造のベローズ２４の伸縮
による外側と内側の間の設定圧力の変動及び２重構造ベ
ローズ２４の有するばね定数によるベローズ２４の伸縮
方向に発生する力をセンサ等により検出し、外側と内側
の間の設定圧力を動的に制御する方法も考えられるが、
測長機の制御システムが複雑となる問題が生じる、ま
た、スライダ１６の駆動ストロークの全長にわたり適応
可能な２重構造ベローズを製作することも困難であり、
コスト増加を招く問題もある。
による外側と内側の間の設定圧力の変動及び２重構造ベ
ローズ２４の有するばね定数によるベローズ２４の伸縮
方向に発生する力をセンサ等により検出し、外側と内側
の間の設定圧力を動的に制御する方法も考えられるが、
測長機の制御システムが複雑となる問題が生じる、ま
た、スライダ１６の駆動ストロークの全長にわたり適応
可能な２重構造ベローズを製作することも困難であり、
コスト増加を招く問題もある。
【００１５】さらに、図４及び図５の光学式測長機に共
通する問題として、スライダ１６の駆動中に生ずるベロ
ーズ伸縮の不均一性を伴う縦波がスライダ１６の姿勢制
度や運動制御上の外乱となり、高精度測長を困難とする
問題がある。
通する問題として、スライダ１６の駆動中に生ずるベロ
ーズ伸縮の不均一性を伴う縦波がスライダ１６の姿勢制
度や運動制御上の外乱となり、高精度測長を困難とする
問題がある。
【００１６】本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑
みなされたものであり、その目的は、スライダの移動に
伴う導光部の伸縮により生ずる力によりスライダの幾何
的な姿勢変化や駆動時の速度変動及び干渉計部のひずみ
を確実に防止し、従来以上に高精度な測長が可能となる
光学式測長機を提供することにある。
みなされたものであり、その目的は、スライダの移動に
伴う導光部の伸縮により生ずる力によりスライダの幾何
的な姿勢変化や駆動時の速度変動及び干渉計部のひずみ
を確実に防止し、従来以上に高精度な測長が可能となる
光学式測長機を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第１の発明は、レーザ光源と、内部が真空の導光部
と、前記導光部の一端に設けられ、スライダとともに移
動する反射光学系と、前記導光部の他端に設けられた光
干渉系とを有し、前記光干渉系と前記反射光学系との間
の真空空間が前記レーザ光源からのレーザ光による測長
光路を構成する光学式測長機であって、前記スライダに
連動してスライダの移動方向に移動する移動部及び導光
部固定部が前記測長光路内に設けられ、前記導光部は、
前記移動部と前記導光路固定部との間に設けられ、前記
スライダの移動方向に伸縮自在な主導光部と、前記前記
反射光学系と前記移動部との間に設けられ、前記スライ
ダの移動方向に伸縮自在な第１副導光部と、前記固定部
と前記光干渉系との間に設けられた第２副導光部とを有
することを特徴とする。
に、第１の発明は、レーザ光源と、内部が真空の導光部
と、前記導光部の一端に設けられ、スライダとともに移
動する反射光学系と、前記導光部の他端に設けられた光
干渉系とを有し、前記光干渉系と前記反射光学系との間
の真空空間が前記レーザ光源からのレーザ光による測長
光路を構成する光学式測長機であって、前記スライダに
連動してスライダの移動方向に移動する移動部及び導光
部固定部が前記測長光路内に設けられ、前記導光部は、
前記移動部と前記導光路固定部との間に設けられ、前記
スライダの移動方向に伸縮自在な主導光部と、前記前記
反射光学系と前記移動部との間に設けられ、前記スライ
ダの移動方向に伸縮自在な第１副導光部と、前記固定部
と前記光干渉系との間に設けられた第２副導光部とを有
することを特徴とする。
【００１８】また、第２の発明は、第１の発明におい
て、前記第１副導光部は２重構造をなし、真空内部を大
気圧以上の所定圧力を有する外殻で覆う構造であること
を特徴とする。
て、前記第１副導光部は２重構造をなし、真空内部を大
気圧以上の所定圧力を有する外殻で覆う構造であること
を特徴とする。
【００１９】また、第３の発明は、第１の発明におい
て、前記第１副導光部及び前記第２導光部は２重構造を
なし、真空内部を大気圧以上の所定圧力を有する外殻で
覆う構造であることを特徴とする。
て、前記第１副導光部及び前記第２導光部は２重構造を
なし、真空内部を大気圧以上の所定圧力を有する外殻で
覆う構造であることを特徴とする。
【００２０】また、第４の発明は、第１の発明におい
て、前記主導光部、前記第１副導光部及び前記第２導光
部は２重構造をなし、真空内部を大気圧以上の所定圧力
を有する外殻で覆う構造であることを特徴とする。
て、前記主導光部、前記第１副導光部及び前記第２導光
部は２重構造をなし、真空内部を大気圧以上の所定圧力
を有する外殻で覆う構造であることを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づき本発明の実施
形態について説明する。
形態について説明する。
【００２２】＜第１実施形態＞図１には、本実施形態の
光学式測長機の構成が示されている。図４あるいは図５
に示された従来の光学式測長機と同様に、本体ベース１
０、レーザ光源１２、干渉計部１４、スライダ１６、ス
ライダ駆動機構１８及び反射ミラー２０が設けられてい
る。なお、干渉計部１４は光干渉系として機能し、反射
ミラー２０は反射光学系として機能する。
光学式測長機の構成が示されている。図４あるいは図５
に示された従来の光学式測長機と同様に、本体ベース１
０、レーザ光源１２、干渉計部１４、スライダ１６、ス
ライダ駆動機構１８及び反射ミラー２０が設けられてい
る。なお、干渉計部１４は光干渉系として機能し、反射
ミラー２０は反射光学系として機能する。
【００２３】また、本実施形態における光学式測長機に
おいては、さらに移動部としてのベローズ駆動キャリッ
ジ３０及び導光部固定部としての固定部３４が設けられ
ている。ベローズ駆動キャリッジ３０は、スライダ１６
に連動してベローズ駆動機構３２によりスライダ１６と
共に移動する。すなわち、スライダ駆動機構１８とベロ
ーズ駆動機構３２は同期駆動制御がなされ同様の駆動指
令が与えられる。この結果、スライダ１６及びベローズ
駆動キャリッジ３０は駆動指令に従ってほぼ同様の運動
を行う。しかしながら、スライダ１６及びベローズ駆動
キャリッジ３０はそれぞれ質量及び負荷抵抗、案内方式
等の駆動条件が異なるため両者の動きの相対差は厳密に
はゼロという訳ではなく、運動制御能力に対応した相対
的な位置の変動が生じる。この変動は、後述するように
副ベローズ３８の伸縮で吸収される。一方、固定部３４
は本体ベース１０に固定されており、スライダ１６やベ
ローズ駆動キャリッジ３０の移動によっても移動せず、
その位置を保持する。
おいては、さらに移動部としてのベローズ駆動キャリッ
ジ３０及び導光部固定部としての固定部３４が設けられ
ている。ベローズ駆動キャリッジ３０は、スライダ１６
に連動してベローズ駆動機構３２によりスライダ１６と
共に移動する。すなわち、スライダ駆動機構１８とベロ
ーズ駆動機構３２は同期駆動制御がなされ同様の駆動指
令が与えられる。この結果、スライダ１６及びベローズ
駆動キャリッジ３０は駆動指令に従ってほぼ同様の運動
を行う。しかしながら、スライダ１６及びベローズ駆動
キャリッジ３０はそれぞれ質量及び負荷抵抗、案内方式
等の駆動条件が異なるため両者の動きの相対差は厳密に
はゼロという訳ではなく、運動制御能力に対応した相対
的な位置の変動が生じる。この変動は、後述するように
副ベローズ３８の伸縮で吸収される。一方、固定部３４
は本体ベース１０に固定されており、スライダ１６やベ
ローズ駆動キャリッジ３０の移動によっても移動せず、
その位置を保持する。
【００２４】また、本実施形態における光学式測長機の
導光部は３つの部分を有している。すなわち、ベローズ
駆動キャリッジ３０と固定部３４の間に設けられた主導
光部としての主ベローズ３６、反射ミラー２０とベロー
ズ駆動キャリッジ３０との間に設けられた第１副導光部
としての副ベローズ３８及び干渉計部１４と固定部３４
との間に設けられた第２副導光部としての副ベローズ４
０である。
導光部は３つの部分を有している。すなわち、ベローズ
駆動キャリッジ３０と固定部３４の間に設けられた主導
光部としての主ベローズ３６、反射ミラー２０とベロー
ズ駆動キャリッジ３０との間に設けられた第１副導光部
としての副ベローズ３８及び干渉計部１４と固定部３４
との間に設けられた第２副導光部としての副ベローズ４
０である。
【００２５】主ベローズ３６は、図４に示されたベロー
ズ２２と同様に１重構造のベローズであり、その内部は
真空状態に排気されている。主ベローズ３６の一端は固
定部３４に接続され、他端はベローズ駆動キャリッジ３
０に接続されているため、スライダ１６の移動に伴って
ベローズ駆動キャリッジ３０が移動すると、主ベローズ
３６も図中矢印方向に伸縮する。
ズ２２と同様に１重構造のベローズであり、その内部は
真空状態に排気されている。主ベローズ３６の一端は固
定部３４に接続され、他端はベローズ駆動キャリッジ３
０に接続されているため、スライダ１６の移動に伴って
ベローズ駆動キャリッジ３０が移動すると、主ベローズ
３６も図中矢印方向に伸縮する。
【００２６】副ベローズ３８は、図５に示されたベロー
ズ２４と同様に２重構造のベローズであり、内側が真空
状態に排気されると共に、外側が大気圧以上の所定の圧
力に維持される。副ベローズ３８の一端は反射ミラー２
０に接続され、他端はベローズ駆動キャリッジ３０に接
続されている。上述したように、スライダ１６及びベロ
ーズ駆動キャリッジ３０の動きの相対差は厳密にはゼロ
ではなく、高精度な測長を可能とするために測長に直接
関与するスライダ１６の高精度な運動を必要とし、この
際柔的な結合を可能とする副ベローズ３８の伸縮が外乱
となるベローズ駆動キャリッジ３０のスライダ１６との
相対的な運動誤差を吸収することができる。
ズ２４と同様に２重構造のベローズであり、内側が真空
状態に排気されると共に、外側が大気圧以上の所定の圧
力に維持される。副ベローズ３８の一端は反射ミラー２
０に接続され、他端はベローズ駆動キャリッジ３０に接
続されている。上述したように、スライダ１６及びベロ
ーズ駆動キャリッジ３０の動きの相対差は厳密にはゼロ
ではなく、高精度な測長を可能とするために測長に直接
関与するスライダ１６の高精度な運動を必要とし、この
際柔的な結合を可能とする副ベローズ３８の伸縮が外乱
となるベローズ駆動キャリッジ３０のスライダ１６との
相対的な運動誤差を吸収することができる。
【００２７】副ベローズ４０は副ベローズ３８と同様に
２重構造のベローズであり、内側が真空ポンプにより真
空状態まで排気されると共に、外側が大気圧以上の所定
圧力に維持される。副ベローズ４０の一端は干渉計部１
４に接続され、他端は固定部３４に接続されており、干
渉計部１４及び固定部３４は共に本体ベース１０に固定
されて移動しないため、副ベローズ４０も図中矢印方向
に伸縮自在であるものの、矢印方向に伸縮することはな
い。
２重構造のベローズであり、内側が真空ポンプにより真
空状態まで排気されると共に、外側が大気圧以上の所定
圧力に維持される。副ベローズ４０の一端は干渉計部１
４に接続され、他端は固定部３４に接続されており、干
渉計部１４及び固定部３４は共に本体ベース１０に固定
されて移動しないため、副ベローズ４０も図中矢印方向
に伸縮自在であるものの、矢印方向に伸縮することはな
い。
【００２８】そして、ベローズ駆動キャリッジ３０及び
固定部３４の主ベローズ３６や副ベローズ３８、４０が
接続される部位はその内部が中空となって主ベローズ３
６等と共に真空ポンプで真空状態に排気される。したが
って、レーザ光源１２から射出したレーザ光は干渉系部
１４、副ベローズ４０、固定部３４、主ベローズ３６、
ベローズ駆動キャリッジ３０、副ベローズ３８を順次通
過して反射ミラー２０に達し、反射ミラー２０で反射し
た後、副ベローズ３８、ベローズ駆動キャリッジ３０、
主ベローズ３６、固定部３４、副ベローズ４０を順次通
過して干渉計部１４に入射する。本実施形態の構成にお
いても、干渉計部１４と反射ミラー２０との間の真空の
空間が測長光路となり、空気の温度や気圧、湿度、ＣＯ
2濃度の変動による屈折率の変化の影響を受けず高精度
の測長が可能となる。
固定部３４の主ベローズ３６や副ベローズ３８、４０が
接続される部位はその内部が中空となって主ベローズ３
６等と共に真空ポンプで真空状態に排気される。したが
って、レーザ光源１２から射出したレーザ光は干渉系部
１４、副ベローズ４０、固定部３４、主ベローズ３６、
ベローズ駆動キャリッジ３０、副ベローズ３８を順次通
過して反射ミラー２０に達し、反射ミラー２０で反射し
た後、副ベローズ３８、ベローズ駆動キャリッジ３０、
主ベローズ３６、固定部３４、副ベローズ４０を順次通
過して干渉計部１４に入射する。本実施形態の構成にお
いても、干渉計部１４と反射ミラー２０との間の真空の
空間が測長光路となり、空気の温度や気圧、湿度、ＣＯ
2濃度の変動による屈折率の変化の影響を受けず高精度
の測長が可能となる。
【００２９】また、反射ミラー２０に接続される副ベロ
ーズ３８は上述したようにスライダ１６と共に移動する
ベローズ駆動キャリッジ３０のため図中矢印方向にほと
んど伸縮しないので、ベローズの伸縮に伴うばね力は反
射ミラー２０にほとんど影響を与えず、測長精度の低下
を防止することができる。なお、スライダ１６とベロー
ズ駆動キャリッジ３０が正確に同方向に同量移動しない
場合においても、副ベローズ３８は上述したように図中
矢印方向に伸縮自在であるため、その変動を吸収するこ
とができ、反射ミラー２０にほとんど影響を与えない。
もちろん、副ベローズ３８は２重構造をなしているた
め、真空状態と大気圧との圧力差に起因する吸引力も相
殺できる。
ーズ３８は上述したようにスライダ１６と共に移動する
ベローズ駆動キャリッジ３０のため図中矢印方向にほと
んど伸縮しないので、ベローズの伸縮に伴うばね力は反
射ミラー２０にほとんど影響を与えず、測長精度の低下
を防止することができる。なお、スライダ１６とベロー
ズ駆動キャリッジ３０が正確に同方向に同量移動しない
場合においても、副ベローズ３８は上述したように図中
矢印方向に伸縮自在であるため、その変動を吸収するこ
とができ、反射ミラー２０にほとんど影響を与えない。
もちろん、副ベローズ３８は２重構造をなしているた
め、真空状態と大気圧との圧力差に起因する吸引力も相
殺できる。
【００３０】さらに、干渉計部１４と固定部３４の間に
設けられた副ベローズ４０は、上述したように干渉計部
１４及び固定部３４が共に本体ベース１０に固定されて
移動しないため図中矢印方向に伸縮することはなく、し
たがって副ベローズ４０の伸縮に伴うばね力が干渉計部
１４に影響を与えることはなく、精度低下を生ずること
もない。また、副ベローズ４０は副ベローズ３８と同様
に２重構造をなしているため、内部の真空状態と大気圧
との差に起因する吸引力を相殺することができ、この点
からも干渉計部１４に与えるひずみを除去し、高精度測
長が可能となる。
設けられた副ベローズ４０は、上述したように干渉計部
１４及び固定部３４が共に本体ベース１０に固定されて
移動しないため図中矢印方向に伸縮することはなく、し
たがって副ベローズ４０の伸縮に伴うばね力が干渉計部
１４に影響を与えることはなく、精度低下を生ずること
もない。また、副ベローズ４０は副ベローズ３８と同様
に２重構造をなしているため、内部の真空状態と大気圧
との差に起因する吸引力を相殺することができ、この点
からも干渉計部１４に与えるひずみを除去し、高精度測
長が可能となる。
【００３１】このように、本実施形態では反射ミラー２
０に接続された副ベローズ３８の伸縮をベローズ駆動キ
ャリッジ３０で防止し、かつ２重構造とすることで圧力
差に起因する力の影響も防止して反射ミラー２０のひず
みを無くすとともに、干渉計部１４に接続された副ベロ
ーズ４０の伸縮を固定部３４で防止し、かつ２重構造と
することで圧力差に起因する力の影響も防止して干渉計
部１４のひずみを無くすことで、従来の問題点を解消し
高精度の測長が可能となる。
０に接続された副ベローズ３８の伸縮をベローズ駆動キ
ャリッジ３０で防止し、かつ２重構造とすることで圧力
差に起因する力の影響も防止して反射ミラー２０のひず
みを無くすとともに、干渉計部１４に接続された副ベロ
ーズ４０の伸縮を固定部３４で防止し、かつ２重構造と
することで圧力差に起因する力の影響も防止して干渉計
部１４のひずみを無くすことで、従来の問題点を解消し
高精度の測長が可能となる。
【００３２】＜第２実施形態＞図２には、第２実施形態
の光学式測長機の構成が示されている。図１に示された
第１実施形態では、主導光部としての主ベローズ３６が
１重構造のベローズであり、第１副導光部としての副ベ
ローズ３８及び第２副導光部としての副ベローズ４０が
ともに２重構造を有するベローズであったが、本実施形
態では、干渉計部１４と固定部３４との間に設けられた
第２副導光部としての副ベローズ４０が２重構造ではな
く主ベローズ３６と同様の１重構造である点が相違す
る。このような構成によっても、干渉計部１４と固定部
３４との間の距離は不変であるため、スライダ１６の移
動に伴う副ベローズ４０の伸縮は無く、干渉計部１４に
与えるひずみを最小限に抑えることができる。なお、副
ベローズ４０を１重構造とすることで、内部の真空状態
と大気圧との差に起因する吸引力による干渉計部１４に
与えるひずみは存在するが、図４あるいは図５に示され
た従来技術のようにスライダ１６の移動に伴って生じる
ばね力により干渉計部１４や反射ミラー２０に与えるひ
ずみがなくなる分、従来以上の高精度測長は可能であ
る。また、図１の実施形態に比べ、２重ベローズの部品
点数が少なくなることからコスト的及び製作上有利であ
る利点がある。
の光学式測長機の構成が示されている。図１に示された
第１実施形態では、主導光部としての主ベローズ３６が
１重構造のベローズであり、第１副導光部としての副ベ
ローズ３８及び第２副導光部としての副ベローズ４０が
ともに２重構造を有するベローズであったが、本実施形
態では、干渉計部１４と固定部３４との間に設けられた
第２副導光部としての副ベローズ４０が２重構造ではな
く主ベローズ３６と同様の１重構造である点が相違す
る。このような構成によっても、干渉計部１４と固定部
３４との間の距離は不変であるため、スライダ１６の移
動に伴う副ベローズ４０の伸縮は無く、干渉計部１４に
与えるひずみを最小限に抑えることができる。なお、副
ベローズ４０を１重構造とすることで、内部の真空状態
と大気圧との差に起因する吸引力による干渉計部１４に
与えるひずみは存在するが、図４あるいは図５に示され
た従来技術のようにスライダ１６の移動に伴って生じる
ばね力により干渉計部１４や反射ミラー２０に与えるひ
ずみがなくなる分、従来以上の高精度測長は可能であ
る。また、図１の実施形態に比べ、２重ベローズの部品
点数が少なくなることからコスト的及び製作上有利であ
る利点がある。
【００３３】＜第３実施形態＞図３には、第３実施形態
における光学式測長機の構成が示されている。図１に示
された第１実施形態と異なる点は、主導光部としての主
ベローズ３６も副ベローズ３８、４０と同様に２重構造
を有するベローズとした点、すなわち主導光部、第１副
導光部、第２副導光部のすべてを２重構造とした点であ
る。主ベローズ３６も２重構造とすることにより、第１
実施形態に比べてコスト的あるいは製作上不利である
が、主ベローズ３６における内部の真空状態と大気圧と
の差に起因する吸引力をも相殺することができ、より一
層の高精度測長が可能となる利点がある。
における光学式測長機の構成が示されている。図１に示
された第１実施形態と異なる点は、主導光部としての主
ベローズ３６も副ベローズ３８、４０と同様に２重構造
を有するベローズとした点、すなわち主導光部、第１副
導光部、第２副導光部のすべてを２重構造とした点であ
る。主ベローズ３６も２重構造とすることにより、第１
実施形態に比べてコスト的あるいは製作上不利である
が、主ベローズ３６における内部の真空状態と大気圧と
の差に起因する吸引力をも相殺することができ、より一
層の高精度測長が可能となる利点がある。
【００３４】以上、本発明の実施形態について説明した
が、本発明はこれらに限定されることなく、種々の変形
使用が可能である。例えば、図１、図２、図３に示され
た光学式測長機において、干渉計部１４と固定部３４と
の間に設けた第２副導光部としての副ベローズ４０をベ
ローズ（蛇腹）ではなく内部を真空にした金属円筒とす
ることも可能である。第２副導光部は干渉計部１４と固
定部３４との間に接続されるため、伸縮自在である必要
は必ずしもなく、内部を真空状態としたことに起因して
生じる吸引力に対抗し得る程度の強度を有する材料であ
れば、金属でななく任意の材料を用いることも可能であ
る。もちろん、２重構造とすることで圧力差に起因する
力を相殺する構造とすれば用いる材料の幅は広がるであ
ろうし、その形状も円筒ではなく角柱など任意でよい。
が、本発明はこれらに限定されることなく、種々の変形
使用が可能である。例えば、図１、図２、図３に示され
た光学式測長機において、干渉計部１４と固定部３４と
の間に設けた第２副導光部としての副ベローズ４０をベ
ローズ（蛇腹）ではなく内部を真空にした金属円筒とす
ることも可能である。第２副導光部は干渉計部１４と固
定部３４との間に接続されるため、伸縮自在である必要
は必ずしもなく、内部を真空状態としたことに起因して
生じる吸引力に対抗し得る程度の強度を有する材料であ
れば、金属でななく任意の材料を用いることも可能であ
る。もちろん、２重構造とすることで圧力差に起因する
力を相殺する構造とすれば用いる材料の幅は広がるであ
ろうし、その形状も円筒ではなく角柱など任意でよい。
【００３５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の光学式測
長機によれば、レーザ光が大気中を通過する際の空気の
屈折率の変化に起因したレーザ波長の変動を回避できる
と共に、真空ベローズなどの伸縮によるばね力が光干渉
系や反射光学系に与える影響を確実に防止し、従来以上
の高精度測長が可能となる。
長機によれば、レーザ光が大気中を通過する際の空気の
屈折率の変化に起因したレーザ波長の変動を回避できる
と共に、真空ベローズなどの伸縮によるばね力が光干渉
系や反射光学系に与える影響を確実に防止し、従来以上
の高精度測長が可能となる。
【図１】 本発明の第１実施形態の構成図である。
【図２】 本発明の第２実施形態の構成図である。
【図３】 本発明の第３実施形態の構成図である。
【図４】 従来技術の構成図である。
【図５】 他の従来技術の構成図である。
【図６】 ベローズ（蛇腹）の構成図である。
１０ 本体ベース、１２ レーザ光源、１４ 干渉計
部、１６ スライダ、１８ スライダ駆動機構、２０
反射ミラー、３０ ベローズ駆動キャリッジ（移動
部）、３４ 固定部（導光部固定部）、３６ 主ベロー
ズ（主導光部）、３８副ベローズ（第１副導光部）、４
０ 副ベローズ（第２副導光部）。
部、１６ スライダ、１８ スライダ駆動機構、２０
反射ミラー、３０ ベローズ駆動キャリッジ（移動
部）、３４ 固定部（導光部固定部）、３６ 主ベロー
ズ（主導光部）、３８副ベローズ（第１副導光部）、４
０ 副ベローズ（第２副導光部）。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 久保 哲彦 栃木県宇都宮市清原工業団地24 株式会社 ミツトヨ内 Ｆターム(参考） 2F065 AA22 DD03 DD11 DD17 FF51 GG04 LL12 LL37 MM03 QQ25
Claims (4)
- 【請求項１】 レーザ光源と、 内部が真空の導光部と、 前記導光部の一端に設けられ、スライダとともに移動す
る反射光学系と、 前記導光部の他端に設けられた光干渉系と、 を有し、前記光干渉系と前記反射光学系との間の真空空
間が前記レーザ光源からのレーザ光による測長光路を構
成する光学式測長機であって、 前記スライダに連動してスライダの移動方向に移動する
移動部及び導光部固定部が前記測長光路内に設けられ、 前記導光部は、 前記移動部と前記導光路固定部との間に設けられ、前記
スライダの移動方向に伸縮自在な主導光部と、 前記反射光学系と前記移動部との間に設けられ、前記ス
ライダの移動方向に伸縮自在な第１副導光部と、 前記固定部と前記光干渉系との間に設けられた第２副導
光部と、 を有することを特徴とする光学式測長機。 - 【請求項２】 前記第１副導光部は２重構造をなし、 真空内部を大気圧以上の所定圧力を有する外殻で覆う構
造であることを特徴とする請求項１記載の光学式測長
機。 - 【請求項３】 前記第１副導光部及び前記第２導光部は
２重構造をなし、 真空内部を大気圧以上の所定圧力を有する外殻で覆う構
造であることを特徴とする請求項１記載の光学式測長
機。 - 【請求項４】 前記主導光部、前記第１副導光部及び前
記第２導光部は２重構造をなし、 真空内部を大気圧以上の所定圧力を有する外殻で覆う構
造であることを特徴とする請求項１記載の光学式測長
機。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22323598A JP3641141B2 (ja) | 1998-08-06 | 1998-08-06 | 光学式測長機 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22323598A JP3641141B2 (ja) | 1998-08-06 | 1998-08-06 | 光学式測長機 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000055617A true JP2000055617A (ja) | 2000-02-25 |
| JP3641141B2 JP3641141B2 (ja) | 2005-04-20 |
Family
ID=16794924
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22323598A Expired - Fee Related JP3641141B2 (ja) | 1998-08-06 | 1998-08-06 | 光学式測長機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3641141B2 (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100928587B1 (ko) * | 2009-01-08 | 2009-11-24 | 주식회사 인아텍 | 레이저인터페로미터가 장착된 xy스테이지 |
| EP2572823A1 (en) | 2011-09-20 | 2013-03-27 | Mitutoyo Corporation | Precision feeding device with laser interferometer |
| EP2572827A1 (en) | 2011-09-20 | 2013-03-27 | Mitutoyo Corporation | Precision transfer equipment |
| EP2573507A1 (en) | 2011-09-20 | 2013-03-27 | Mitutoyo Corporation | Precision stage interferometer system with air duct |
| CN103234461A (zh) * | 2013-05-07 | 2013-08-07 | 北京交通大学 | 一种新的激光干涉测长方法 |
| CN105547161A (zh) * | 2016-01-12 | 2016-05-04 | 苏州天准科技股份有限公司 | 一种用于长度测量的高精度柔性测量装置及方法 |
| CN108267305A (zh) * | 2017-12-29 | 2018-07-10 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 用于测量碳纤维杆的结构稳定性的测量装置、系统及方法 |
| CN109855545A (zh) * | 2019-04-02 | 2019-06-07 | 中国科学院国家天文台 | 一种基于光波测位移的伸缩机构 |
-
1998
- 1998-08-06 JP JP22323598A patent/JP3641141B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100928587B1 (ko) * | 2009-01-08 | 2009-11-24 | 주식회사 인아텍 | 레이저인터페로미터가 장착된 xy스테이지 |
| US8794610B2 (en) | 2011-09-20 | 2014-08-05 | Mitutoyo Corporation | Two-dimension precision transfer equipment, three-dimension precision transfer equipment, and coordinate measuring machine |
| EP2572827A1 (en) | 2011-09-20 | 2013-03-27 | Mitutoyo Corporation | Precision transfer equipment |
| EP2573507A1 (en) | 2011-09-20 | 2013-03-27 | Mitutoyo Corporation | Precision stage interferometer system with air duct |
| JP2013066952A (ja) * | 2011-09-20 | 2013-04-18 | Mitsutoyo Corp | 精密移動装置 |
| EP2572823A1 (en) | 2011-09-20 | 2013-03-27 | Mitutoyo Corporation | Precision feeding device with laser interferometer |
| US8919219B2 (en) | 2011-09-20 | 2014-12-30 | Mitutoyo Corporation | Precision transfer equipment |
| US9227286B2 (en) | 2011-09-20 | 2016-01-05 | Mitutoyo Corporation | Precision feeding device and precision transfer equipment |
| CN103234461A (zh) * | 2013-05-07 | 2013-08-07 | 北京交通大学 | 一种新的激光干涉测长方法 |
| CN105547161A (zh) * | 2016-01-12 | 2016-05-04 | 苏州天准科技股份有限公司 | 一种用于长度测量的高精度柔性测量装置及方法 |
| CN108267305A (zh) * | 2017-12-29 | 2018-07-10 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 用于测量碳纤维杆的结构稳定性的测量装置、系统及方法 |
| CN109855545A (zh) * | 2019-04-02 | 2019-06-07 | 中国科学院国家天文台 | 一种基于光波测位移的伸缩机构 |
| CN109855545B (zh) * | 2019-04-02 | 2024-03-15 | 中国科学院国家天文台 | 一种基于光波测位移的伸缩机构 |
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|---|---|
| JP3641141B2 (ja) | 2005-04-20 |
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