JP2004125638A

JP2004125638A - 変位センサ及び干渉計の固定方法

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Publication number: JP2004125638A
Application number: JP2002290765A
Authority: JP
Inventors: Shigeki Kato; 加藤　成樹
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-10-03
Filing date: 2002-10-03
Publication date: 2004-04-22

Abstract

【課題】変位センサの外部環境温度の精度への影響を軽減する。
【解決手段】センサを内蔵したケース部材１１はアタッチメント１２にねじ３７により固定する。アタッチメント１２の両脇に条片状のばね性部材３３、３４を付設し、その自由端面３５に設けたねじ孔にねじ３８を通して取付部材１３に固定する。
ケース部材１１と取付部材１３の間に熱膨張差が生じても、この熱膨張差はアタッチメント１２に設けたばね性部分３３、３４で吸収される。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に光の干渉現象を応用してサブミクロンオーダの分解能、高精度を達成する微小干渉変位計や変位計を利用した工作機械、組み立て調整装置等に好適で、非接触で物体の位置変動を検出するための変位センサ及び干渉計の固定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
レーザー光を応用した干渉装置は、高精度の長さ測定装置として広く利用されている。一般的に、このような装置は絶対精度が必要とされ、波長の安定したガスレーザー光が使用される。更に、最近では簡易な干渉装置として、小型簡便性を特長とする半導体レーザー光源を用いた装置も広く利用されている。
【０００３】
図６、図７はこのようなケース部材１に内蔵された干渉センサ２を固定する場合の例を示し、Ｓは測定対象物である。最も簡便な固定方法としては、ケース部材１にねじ固定用の複数個の透孔３を設け、取付相手側の取付部材４にねじ穴を設け、透孔３を通してねじ５をねじ穴にねじ込むことである。ケース部材１側の透孔３をねじの径よりも大き目に穿けることにより、左右前後の位置調整が有効であり、一般的な方法である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年の変位測定の高精度化は進歩が著しく、外部環境により測定値に影響が出るという問題が生じている。例えば温度環境は、変位測定において直接的に変位に影響する要因である。測定環境を安定化し、干渉センサ２等への熱的影響度を低減させることも必要であるが、ケース部材１の固定は、取付相手が様々に異なることもあり、最も影響を受け易い個所である。
【０００５】
熱膨張率は材質が異なる場合には、当然のことながら異なる。環境温度が変化した場合、例えばケース部材１の材質をアルミニウム（熱膨張率α＝２３．９×１０^−６）、取付部材４の材質を鉄（熱膨張率α＝１０×１０^−６）として、透孔３の間隔を５０ｍｍとすると、１℃の温度変化で各ねじ５間に６９５ｎｍ熱膨張差が生ずることになる。つまり、この熱膨張率差の結果はケース部材１の位置ずれ、ケース部材１の変形による内部光学部品の位置変化として現れることになる。
【０００６】
これらの影響は、予期しない方向にランダムに生ずるため、サブｎｍの精度での測定が要求される場合に、この影響を無視することはできない。
【０００７】
本発明の目的は、上述の問題点を解消し、熱的影響度を軽減した変位センサの固定方法及び干渉計の固定方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明に係る変位センサの固定方法は、変位、位置情報を出力するセンサのケース部材に同一材質のアタッチメントを設け、該アタッチメントにばね性を前記センサの変位測定方向とは直交する方向に持つばね性部材を付設し、該ばね性部材に固定機構を設けて、前記ケース部材を前記アタッチメントを介して取付部材に固定することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る変位センサの固定方法は、変位、位置情報を出力するセンサのベース部材に同一材質のアタッチメントを設け、該アタッチメントにばね性を前記センサの変位測定方向と直交する方向に持つ第１のばね性部材を付設すると共に、前記アタッチメントの前記センサの取付エリア外にばね性を前記センサの変位測定方向に持つ第２のばね性部材を付設し、これらの第１、第２のばね性部材に固定機構を設けて、前記ケース部材を前記アタッチメントを介して取付部材に固定することを特徴とする。
【００１０】
更に、本発明に係る干渉計の固定方法は、光源からの光束を光透過部材内で２つの光束に分割し、一方の光束を光学ヘッドに固設した参照ミラーの反射面で反射させ、他方の光束を移動又は変位する測定対象物に照射、反射させて、それぞれの光束を前記透過部材内で合波し、該合波光束から干渉光束を得る干渉計の固定方法において、前記干渉計のケース部材に同一材質のアタッチメントを設け、該アタッチメントにばね性を前記干渉計の変位測定方向とは直交する方向に持つばね性部材を付設し、該ばね性部材に固定機構を設けて、前記ケース部材を前記アタッチメントを介して取付部材に固定することを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る干渉計の固定方法は、光源からの光束を光透過部材内で２つの光束に分割し、一方の光束を光学ヘッドに固設した参照ミラーの反射面で反射させ、他方の光束を移動又は変位する測定対象物に照射、反射させてそれぞれの光束を前記透過部材内で合波し、該合波光束より干渉光束を得る干渉計の固定方法において、前記干渉計のケース部材に同一材質のアタッチメントを設け、該アタッチメントにばね性を前記干渉計の変位測定方向とは直交する方向に持つ第１のばね性部材を付設すると共に、前記アタッチメントの前記干渉計の取付エリア外にばね性を前記干渉計の測定方向に持つ第２のばね性部材を付設し、これらの第１、第２のばね性部材に固定機構を設けて、前記ケース部材を前記アタッチメントを介して取付部材に固定することを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明を図１〜図５に図示の実施の形態に基づいて詳細に説明する。
図１は第１の実施の形態の概略図である。センサを内蔵したケース部材１１はアタッチメント１２を介して取付部材１３に固定する。ケース部材１１には、複数個の取付用の透孔１４が設け、内蔵したセンサは例えば干渉計である変位センサであり、図２に示すように半導体レーザー光源２１と測定対象物Ｓとの間には、レンズ２２、偏光ビームスプリッタ２３、１／４λ板２４ａを配列し、偏光ビームスプリッタ２３の左方への反射方向には、１／４λ板２４ｂ、参照ミラー２５を配置し、右方への反射方向にはアパーチャ２６、レンズ２７、１／４λ板２４ｃ、偏光板２８、受光素子２９を配列する。
【００１３】
半導体レーザー光源２１から射出されたレーザー光束Ｌは、レンズ２２で集光光束となって偏光ビームスプリッタ２３に入射し、直進する測定光束Ｌａと左折する参照光束Ｌｂに分割される。
【００１４】
測定光束Ｌａは１／４λ板２４ａを通過して測定対象物Ｓを照射し、その後測定対象物Ｓで反射され、再び元の光路をたどって偏光ビームスプリッタ２３に入射し今度は右方に反射される。一方、参照光束Ｌｂは１／４λ板２４ｂを透過し、参照ミラー２５で反射される。そして、元の光路を通り、今度は偏光ビームスプリッタ２３を透過し測定光束Ｌａと合波される。
【００１５】
アパーチャ２６の中心を通過した測定光束Ｌａと参照光束Ｌｂの合波光束Ｌｃは、レンズ２７、１／４λ板２４ｃを透過することで、回転する直線偏光となる。その後に、偏光板２８を透過し、測定対象物Ｓの移動に伴って光の強度が変調された干渉明暗信号となる。干渉明暗信号は受光素子２９で受光され、受光素子２９からは測定対象物Ｓの移動に伴う電気的な正弦波信号が出力される。
【００１６】
アタッチメント１２は図３に示すように、ケース部材１１と同材質の金属板体から成り、矩形状の本体部３１の四隅にねじ穴３２を設け、本体部３１の両脇に条片状のばね性部材３３、３４を平行に付設し、その先端の自由端面３５にねじ取付の透孔３６を設ける。なお、ばね性部材３３、３４はケース部材１１内の光学系の測定方向と直交する方向にばね性を持ち、具体的には干渉計の半導体レーザー光源２１と測定対象物Ｓを結ぶ線分と直交する方向にばね性を有し、光軸長に垂直な方向に対する変動を吸収するようにする。
【００１７】
ケース部材１１は図１に示すように、透孔１４にねじ３７を通しアタッチメント１２のねじ穴３２に螺合して固定する。また、アタッチメント１２のばね性部材３３、３４の透孔３６にねじ３８を挿通して取付部材１３の図示しないねじ穴に螺合し、アタッチメント１２を取付部材１３に固定する。
【００１８】
なお、ケース部材１１の材質を例えばアルミニウムとした場合には、アタッチメント１２の材質も同一材料のアルミニウムとする。取付部材１３を鉄とした場合には、従来例でも述べたように、ケース部材１１と取付部材１３の間に熱膨張差が生ずる。
【００１９】
しかし、この熱膨張差はアタッチメント１２に設けたばね性部分３３、３４で吸収されるため、この熱膨張率差の影響はねじ止めの圧力がかかる自由端面３５の平面部分の微小領域にのみに限定され、その影響も軽微である。
【００２０】
また、ケース部材１１とアタッチメント１２を同一材料とすることで、これらの２部材間に熱的位置移動が生ずることはない。更に、光学部品配置部に応力が生ずることもないので、高精度変位測定に好適である。更に、振動計測などセンサに振動が伝達する可能性がある場合には、アタッチメント１２を外して、ケース部材１１を取付部材１３にそのまま固定すればよい。
【００２１】
図４は第２の実施の形態を示し、ケース部材１１をアタッチメント１２’を介して取付部材１３に固定する。ケース部材１１内の光学的構成は第１の実施の形態と同様であるが、アタッチメント１２’の固定部分が異なる。
【００２２】
即ち、図４に示すように、第１の実施の形態と同様の自由端面３５、透孔３６の他に、ばね性部材３３、３４のばね性の方向と直交する方向にばね性を有する枠体状のばね性部材４１を、ケース部材１１の取付エリアの外側に形成する。このばね性部材４１のばね性の方向は、具体的には干渉計の半導体レーザー光源２１と測定対象物Ｓを結ぶ線分の方向である。ばね性部材４１の中心部には接触面４２を形成し、この接触面４２に透孔４３を設ける。
【００２３】
この第２の実施の形態は第１の実施の形態に比べて、ケース部材１１を取り囲む３点で固定を行っていること、振動等の影響を受け難いため、高精度測定に適している。
【００２４】
また、３つのばね性部分３３、３４、４１により、熱膨張差による影響を２つの方向について吸収できるため、測定環境の温度変動の影響でセンサが予期しない動きをすることがなく、高精度測定に好適である。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係る変位センサ及び干渉計の固定方法は、ケース部材と同一材質のアタッチメントを使用し、このアタッチメントにはばね性を変位測定方向とは直交する方向に持つばね性部材を設け、このばね性部材に固定機構を設けて取付部材に固定しているので、部材間の熱膨張率差があった場合でも、熱変化時にセンサの光学系に位置ずれ等が生じない高精度な測定を可能とする。
【００２６】
また、ケース部材と同一材質のアタッチメントを使用し、このアタッチメントにはばね性を変位測定方向と直交方向に持つ第１のばね性部材を付設し、更にアタッチメントのセンサ取付エリア外にばね性を変位測定方向に持つ第２のばね性部材を付設し、これらのばね性部材に固定機構を設けて取付部材に固定することにより、振動にも或る程度耐え、しかも温度変化時の部材間の熱膨張差に影響されず高精度測定をすることが可能である。
【００２７】
更に、ばね性部材のねじ止め部の孔周辺に広い面積の面を持たせ、この広い面積を持つ面を取付部材と接触させて固定することで、部材間の熱膨張差の影響をねじ止め部周辺の微小領域に限定できるので、熱によるセンサ移動が生じ難く高精度測定を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態の変位計を固定した斜視図である。
【図２】第１の実施の形態で使用するセンサの構成図である。
【図３】第１の実施の形態のアタッチメントの平面図である。
【図４】第２の実施の形態の変位計を固定した斜視図である。
【図５】第２の実施の形態のアタッチメントの平面図である。
【図６】センサを内蔵したケースの説明図である。
【図７】従来のセンサの固定方法である。
【符号の説明】
１１　ケース部材
１２、１２’　アタッチメント
１３　取付部材
１４、３６　透孔
２１　半導体レーザー光源
２３　偏光ビームスプリッタ
２５　参照ミラー
２９　受光素子
３１　アタッチメント本体
３２　ねじ穴
３３、３４、４１　ばね性部材
３７、３８　ねじ
Ｓ　測定対象物

Claims

変位、位置情報を出力するセンサのケース部材に同一材質のアタッチメントを設け、該アタッチメントにばね性を前記センサの変位測定方向とは直交する方向に持つばね性部材を付設し、該ばね性部材に固定機構を設けて、前記ケース部材を前記アタッチメントを介して取付部材に固定することを特徴とする変位センサの固定方法。
変位、位置情報を出力するセンサのベース部材に同一材質のアタッチメントを設け、該アタッチメントにばね性を前記センサの変位測定方向と直交する方向に持つ第１のばね性部材を付設すると共に、前記アタッチメントの前記センサの取付エリア外にばね性を前記センサの変位測定方向に持つ第２のばね性部材を付設し、これらの第１、第２のばね性部材に固定機構を設けて、前記ケース部材を前記アタッチメントを介して取付部材に固定することを特徴とする変位センサの固定方法。
前記固定機構は平面部とし、前記取付部材にねじ止めにより固定することを特徴とする請求項１又は２に記載の変位センサの固定方法。
前記固定機構はねじ止め用の孔周辺に広い面積の面を設け、該面が前記取付部材と接触することを特徴とする請求項１又は２又は３に記載の変位センサの固定方法。
光源からの光束を光透過部材内で２つの光束に分割し、一方の光束を光学ヘッドに固設した参照ミラーの反射面で反射させ、他方の光束を移動又は変位する測定対象物に照射、反射させて、それぞれの光束を前記透過部材内で合波し、該合波光束から干渉光束を得る干渉計の固定方法において、前記干渉計のケース部材に同一材質のアタッチメントを設け、該アタッチメントにばね性を前記干渉計の変位測定方向とは直交する方向に持つばね性部材を付設し、該ばね性部材に固定機構を設けて、前記ケース部材を前記アタッチメントを介して取付部材に固定することを特徴とする干渉計の固定方法。
光源からの光束を光透過部材内で２つの光束に分割し、一方の光束を光学ヘッドに固設した参照ミラーの反射面で反射させ、他方の光束を移動又は変位する測定対象物に照射、反射させてそれぞれの光束を前記透過部材内で合波し、該合波光束より干渉光束を得る干渉計の固定方法において、前記干渉計のケース部材に同一材質のアタッチメントを設け、該アタッチメントにばね性を前記干渉計の変位測定方向とは直交する方向に持つ第１のばね性部材を付設すると共に、前記アタッチメントの前記干渉計の取付エリア外にばね性を前記干渉計の測定方向に持つ第２のばね性部材を付設し、これらの第１、第２のばね性部材に固定機構を設けて、前記ケース部材を前記アタッチメントを介して取付部材に固定することを特徴とする干渉計の固定方法。
前記固定機構は平面部とし、前記取付部材にねじ止めにより固定することを特徴とする請求項５又は６に記載の干渉計の固定方法。
前記固定機構はねじ止め用の孔周辺に広い面積の面を設け、該面が前記取付部材と接触することを特徴とする請求項５又は６又は７に記載の干渉計の固定方法。