JP2006300900A - 測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 真空光路筒の長さが拡張された場合でも、撓みが発生することなく、かつ、伸縮に伴う運動精度が損なわれることがない測定装置を提供する。
【解決手段】 長手方向の長さが可変でかつ一端に可動ミラー２９を設けた真空光路筒２０を有し、この真空光路筒２０内にレーザ光を入射させて反射させ、その反射レーザ光を他の光路を通ったレーザ光と干渉させる干渉計１０を備えた測定装置。真空光路筒２０は、変位方向に直列に配列された複数のベローズ２６Ａ，２６Ｂと、この隣接するベローズ間に介在されベローズ同士を連結する中間リング２７とを含んで構成され、中間リングを外側から支持するスライド筒３１と、このスライド筒３１および中間リング２７の対向面のいずれか一方に設けられた潤滑層３２とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、距離、位置、屈折率などを測定する測定装置に関する。詳しくは、長手方向の長さが可変でかつ一端に反射ミラーを設けた真空光路筒を有し、この真空光路筒内にレーザ光を入射させて反射させ、その反射されたレーザ光を他の光路を通ったレーザ光と干渉させる干渉計を備えた測定装置に関する。

距離、位置、屈折率などを測定する測定装置として、長手方向の長さが可変でかつ一端に反射ミラーを設けた真空光路筒を有し、この真空光路筒内にレーザ光を入射させて反射させ、その反射されたレーザ光を他の光路を通ったレーザ光と干渉させる干渉計を備え、真空光路筒の長さ変位に基づく光路長の変化から距離、位置、屈折率などを測定する測定装置が知られている。

たとえば、距離、位置などを測定する測定装置として、第１の真空槽内部に発光干渉部が設けられ、第２の真空槽内部に反射鏡が設けられ、この発光干渉部および反射鏡を結ぶ光路を覆う真空室用ベローズが第１および第２の真空槽間に連結され、第１および第２の真空槽を近接離間させて光路長を変化させたとき、その光路長の変化に基づいて第１および第２の真空槽の距離や位置を測定する装置が知られている（特許文献１参照）。

また、屈折率などを測定する測定装置として、可動端内外面に反射ミラーを有し、かつ長さ寸法が可変な真空容器（ベロース）内を長手方向へ進む真空レーザ光束を用いた真空レーザ干渉計と、真空レーザ光束と平行かつ被検気体の空間内を進む気体レーザ光速を用いた気体レーザ干渉計とを備え、真空容器（ベロース）の可動端面の移動によって生じる真空側光路長の変化量と気体側光路長の変化量とをそれぞれの干渉計で測定し、これらの計測値から被検気体の屈折率を求める気体屈折率測定装置が知られている（特許文献２参照）。

特開平８−１６６２１５号公報 特開２００１−２８１１４３号公報

特許文献１および特許文献２のいずれにおいても、測定範囲の拡大など、測定ストロークを拡張する必要が生じた場合、ベロースの長さを伸ばす必要が生じる。ところが、単にベロースの長さを伸ばすと、ベローズは自重により重量方向に撓む。すると、ベローズ内の測定光軸は水平（一直線）なので、撓んだベローズにより光路が遮断されたり、ベローズの中央付近が他の部材と接触したりする可能性がある。
また、接触した状態でベローズが変位すると、他の部材との間に摩擦が生じ、スティックスリップが起こり、ベローズの運動（伸縮）精度が損なわれ、さらには、摩耗によるベローズの破損につながるなどの不具合が生じるという課題がある。

本発明の目的は、真空光路筒の長さが拡張された場合でも、撓みが発生することが少なく、かつ、伸縮に伴う運動精度が損なわれることがない測定装置を提供することにある。

本発明の測定装置は、長手方向の長さが可変でかつ一端に反射ミラーを設けた真空光路筒を有し、この真空光路筒内にレーザ光を入射させ、前記反射ミラーで反射されたレーザ光を他の光路を通ったレーザ光と干渉させる干渉計を備え、前記真空光路筒の長さ変化に伴う光路長の変化から距離、位置、屈折率などを測定する測定装置であって、前記真空光路筒は、変位方向に直列に配列された複数のベローズと、この隣接するベローズ間に介在されベローズ同士を連結する中間リングとから構成され、前記中間リングを外側から支持する支持部材と、この支持部材および前記中間リングの対向面のいずれか一方に設けられた潤滑層とを備えたことを特徴とする。

この発明によれば、測定対象物に応じて伸縮する真空光路筒が、中間リングで連結された複数のベローズによって構成され、中間リングが支持部材によって外側から支持されているから、真空光路筒の長さが拡張された場合でも、撓みが発生することが少ない。従って、複数のベローズが一直線に保たれるため、光路が遮断されたりすることがないうえ、ベローズの損傷も防止できる。
また、支持部材および中間リングの対向面のいずれか一方に潤滑層が設けられているから、ベローズのスティックスリップを防止でき、ベローズの円滑な伸縮運動を保つことができる。従って、高精度な測定を保証できる。

本発明の測定装置は、長手方向の長さが可変でかつ一端に反射ミラーを設けた真空光路筒を有し、この真空光路筒内にレーザ光を入射させ、前記反射ミラーで反射されたレーザ光を他の光路を通ったレーザ光と干渉させる干渉計を備え、前記真空光路筒の長さ変化に伴う光路長の変化から距離、位置、屈折率などを測定する測定装置であって、前記真空光路筒は、変位方向に直列に配列された複数のベローズと、この隣接するベローズ間に介在されベローズ同士を連結する中間リングとから構成され、前記中間リングを外側から支持する支持部材と、この支持部材および前記中間リングの対向面間に設けられた複数の転動体とを備えたことを特徴とする。

この発明でも、上記と同様、真空光路筒の長さが拡張された場合でも、撓みが発生することが少なく、従って、複数のベローズが一直線に保たれるため、光路が遮断されたりすることがないうえ、ベローズの損傷も防止できる。
特に、この発明では、支持部材および中間リングの対向面間に複数の転動体が設けられているから、この転動体の転がりにより、ベローズのスティックスリップを防止でき、ベローズの円滑な伸縮運動を保つことができる。従って、高精度な測定を保証できる。

本発明の測定装置は、長手方向の長さが可変でかつ一端に反射ミラーを設けた真空光路筒を有し、この真空光路筒内にレーザ光を入射させ、前記反射ミラーで反射されたレーザ光を他の光路を通ったレーザ光と干渉させる干渉計を備え、前記真空光路筒の長さ変化に伴う光路長の変化から距離、位置、屈折率などを測定する測定装置であって、前記真空光路筒は、変位方向に直列に配列された複数のベローズと、この隣接するベローズ間に介在されベローズ同士を連結する中間リングとから構成され、前記中間リングを外側から支持する支持部材と、この支持部材および前記中間リングの対向面に、同じ磁極が向き合うようにそれぞれ取り付けられたマグネットとを備えたことを特徴とする。

この発明でも、上記と同様、真空光路筒の長さが拡張された場合でも、撓みが発生することが少なく、従って、複数のベローズが一直線に保たれるため、光路が遮断されたりすることがないうえ、ベローズの損傷も防止できる。
特に、この発明では、支持部材および中間リングの対向面に、マグネットが同じ磁極が向き合うように取り付けられているから、このマグネットの反発力によって、ベローズのスティックスリップを防止でき、ベローズの円滑な伸縮運動を保つことができる。従って、高精度な測定を保証できる。

本発明の測定装置は、長手方向の長さが可変でかつ一端に反射ミラーを設けた真空光路筒を有し、この真空光路筒内にレーザ光を入射させ、前記反射ミラーで反射されたレーザ光を他の光路を通ったレーザ光と干渉させる干渉計を備え、前記真空光路筒の長さ変化に伴う光路長の変化から距離、位置、屈折率などを測定する測定装置であって、前記真空光路筒は、変位方向に直列に配列された複数のベローズと、この隣接するベローズ間に介在されベローズ同士を連結する中間リングとから構成され、前記中間リングを外側から支持する支持部材と、この支持部材および前記中間リングの対向面間に設けられた空気軸受機構とを備えたことを特徴とする。

この発明でも、上記と同様、真空光路筒の長さが拡張された場合でも、撓みが発生することが少なく、従って、複数のベローズが一直線に保たれるため、光路が遮断されたりすることがないうえ、ベローズの損傷も防止できる。
特に、この発明では、支持部材および中間リングの対向面間に空気軸受機構が設けられているから、空気軸受機構によって支持部材と中間リングとの間に形成される空気層によって、ベローズのスティックスリップを防止でき、ベローズの円滑な伸縮運動を保つことができる。従って、高精度な測定を保証できる。

以下、本発明の一実施形態を図を参照しながら詳細に説明する。
＜第１実施形態の説明＞
図１は、本発明の測定装置の第１実施形態を示す概略図で、図１（Ａ）は全体構成、図１（Ｂ）は中間リング部分の部分拡大図である。
なお、本実施形態では、測定装置として、光学式変位測定装置を例に説明を行うが、本発明は、これに限定されるものでなく、たとえば、気体屈折率測定装置など可変長真空光路筒内蔵の干渉計を備えた全ての測定装置に適用可能である（他の実施形態でも同様）。

本実施形態の光学式変位測定装置は、長手方向の長さが可変の真空光路筒２０を有する干渉計１０と、この干渉計１０の真空光路筒２０を長手方向へ伸縮可能に支持する支持手段４０と、真空光路筒２０を長手方向へ伸縮させる駆動手段５０とを備える。
干渉計１０は、レーザ光を出射する光源１１と、この光源１１からのレーザ光を透過光と反射光とに分波する偏光ビームスプリッタ１２と、この偏光ビームスプリッタ１２で反射された反射光を反射する固定ミラー１３と、偏光ビームスプリッタ１２を透過した透過光が進入されたのち反射される真空光路筒２０と、この真空光路筒２０で反射した光と固定ミラー１３で反射したレーザ光の干渉縞を検出する検出器１４とから構成されている。

真空光路筒２０は、ベース２１に一体的に設けられた支持ブロック２２に固定され透明体からなる固定窓２３を有するフランジ筒２４と、このフランジ筒２４とは反対側の支持ブロック２２に固定された固定光路筒２５と、この固定光路筒２５の先端に配列された複数のベローズ２６Ａ，２６Ｂと、このベローズ２６Ａ，２６Ｂ間に介在されベローズ２６Ａ，２６Ｂ同士を連結する中間リング２７と、最も先端のベローズ２６Ｂに固定された中間筒２８と、この中間筒２８の先端に固定され反射ミラーとしての可動ミラー２９を有するフランジ筒３０とから構成されている。

フランジ筒３０の外側には、スライド筒３１が嵌合固定されている。スライド筒３１は、中間リング２７を外側から支持する支持部材として機能するもので、中間筒２８、ベローズ２６Ａ，２６Ｂ、中間リング２７および固定光路筒２５の外周を隙間をあけて覆う長さ寸法に形成されている。スライド筒３１と中間リング２７との対向面のいずれか一方、ここでは、中間リング２７の外周面に固体潤滑層３２がコーティングされている。固体潤滑層３２としては、摩擦係数の小さい材料、例えば、フッ素樹脂やダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）等の材料が用いられているが、これに限られるものではない。

支持手段４０は、スライド筒３１の長手方向２箇所位置において、ベース２１上にスライド筒３１の外周を包囲するように設けられた２つの空気軸受機構４１によって構成されている。各空気軸受機構４１は、スライド筒３１の外周に対して僅かな隙間を隔ててかつその外周を包囲するように設けられた軸受部材４２と、この軸受部材４２の内周面とスライド筒３１の外周面との間に圧縮空気を供給する圧縮空気供給手段（図示省略）とから構成されている。

駆動手段５０は、被測定対象物の変位に関連して回転する駆動ローラ５１によって構成されている。駆動ローラ５１は、スライド筒３１の軸に対して直交した姿勢で配置され、外周面がスライド筒３１の外周面に接触されている。従って、被測定対象物の変位に関連して駆動ローラ５１が回転すると、スライド筒３１が軸方向へスライドされ、このスライド筒３１の変位が干渉計１０によって測定される。

以上の構成において、光源１１からレーザ光が出射されると、そのレーザ光は、偏光ビームスプリッタ１２によって反射光Ｐ１と透過光Ｐ２とに分波される。偏光ビームスプリッタ１２によって反射された反射光Ｐ１は、固定ミラー１３で反射されて再び偏光ビームスプリッタ１２へ戻る。
偏光ビームスプリッタ１２を透過した透過光Ｐ２は、透明体である固定窓２３を透過し、固定光路筒２５、中間に中間リング２７を有するベローズ２６Ａ，２６Ｂ、中間筒２８を通って、可動ミラー２９に達する。可動ミラー２９に達したレーザ光は、その可動ミラー２９で反射され、上記とは逆のルートをたどり、再び固定窓２３を透過して偏光ビームスプリッタ１２へ戻る。
偏光ビームスプリッタに戻ったレーザ光（Ｐ１の反射レーザ光）とレーザ光（Ｐ２の反射レーザ光）との間に光路差が生じていると、偏光ビームスプリッタ１２において干渉縞が形成される。すると、検出器１４において、干渉縞が検出され、これに基づいてスライド筒３１の変位（駆動ローラ５１の回転量）が検出される。

いま、駆動ローラ５１の回転により、スライド筒３１が図１中左方向へスライドすると、フランジ筒３０（中間筒２８）も一緒に図１中左方向へ移動される。このとき、固定光路筒２５は移動しないため、ベローズ２６Ａ，２６Ｂが圧縮される（縮む）。逆に、駆動ローラ５１の回転により、スライド筒３１が図１中右方向へスライドすると、フランジ筒３０（中間筒２８）も一緒に図１中右方向へ移動される。このとき、固定光路筒２５は移動しないため、ベローズ２６Ａ，２６Ｂが伸長される（伸びる）。

これらのベローズ２６Ａ，２６Ｂの伸縮時において、中間リング２７は、スライド筒３１の内周面で支持され、かつ、スライド筒３１の内周面に対して摺動される。このとき、中間リング２７には、摩擦係数の小さい固体潤滑層３２がコーティングされているため、中間リング２７は、ベローズ２６Ａ，２６Ｂの伸縮に呼応してスムーズにスライド筒３１内を摺動する。
従って、ベローズ２６Ａ，２６Ｂに撓みが発生することが少なく、かつ、ベローズ２６Ａ，２６Ｂの運動精度が損なわれることがないので、高精度な測定を実現できる。

なお、本実施形態では、中間リング２７を２つのベローズ２６Ａ，２６Ｂの略中央に１つだけ設けた場合について説明したが、これに限定されることなく（以下の実施形態でも同様）、ベローズの長さ（ベローズの撓みの状態）に応じて、ベローズの撓み解消が図れる位置に複数の中間リング２７を設けるようにしてもよい。
また、ベローズ２６Ａ，２６Ｂの材質としては、一般に金属が用いられるが、伸縮可能で、内部真空状態を生成可能な材質であれば、金属でなくてもよい（以下の実施形態でも同様）。

また、中間リング２７にコーティングされる摩擦係数の小さい固体潤滑層３２は、スライド筒３１と中間リング２７との接触面よりも広めにコーティングするようにしてもよい。たとえば、スライド筒３１と中間リング２７との接触面と中心として、両サイドに１／４円を描くように中間リング２７上にコーティングするようにしてもよい。
また、固体潤滑層３２を中間リング２７に設けるのではなく、スライド筒３１の中間リング２７との接触面（中間リング２７がスライド可能な範囲）にコーティングするようにしてもよい。

＜第２実施形態の説明＞
図２は、本発明の測定装置の第２実施形態を示す概略図で、図２（Ａ）は全体構成、図２（Ｂ）は中間リング部分の部分拡大図である。
本実施形態の光学式変位測定装置は、中間リング２７をスライド筒３１の内面に対して支持する構成が、第１実施形態と異なるのみである（他の構成につては、第１実施形態と同じである）。
つまり、本実施形態では、中間リング２７の外周に、中間リング２７の軸方向長さより長い外筒３３が設けられ、この外筒３３とスライド筒３１との間に複数の転動体としての鋼球３４が設けられている。これらの鋼球３４は、外筒３３側に固定されたリティーナ３５によって一定間隔に保持され、かつ、回転自在に保持されている。

従って、第２実施形態では、中間リング２７の外周に外筒３３が設けられ、この外筒３３とスライド筒３１との間に複数の鋼球３４が設けられているから、ベローズ２６Ａ，２６Ｂのスティックスリップを防止でき、ベローズ２６Ａ，２６Ｂの円滑な伸縮運動を保つことができる。従って、高精度な測定を保証できる。しかも、外筒３３は、中間リング２７の軸方向長さより長い寸法を有しているから、外筒３３（中間リング２７）が傾きながらスライドするのを防止できる。

＜第３実施形態の説明＞
図３は、本発明の測定装置の第３実施形態を示す概略図で、図３（Ａ）は全体構成、図３（Ｂ）は中間リング部分の部分拡大図である。
本実施形態の光学式変位測定装置は、中間リング２７をスライド筒３１の内面に対して支持する構成が、第１実施形態と異なるのみである（他の構成につては、第１実施形態と同じである）。
つまり、本実施形態では、スライド筒３１と中間リング２７との対向面に、マグネット３６，３７が同じ磁極が向き合うようにそれぞれ取り付けられている。中間リング２７の外周に設けられるマグネット３７は、中間リング２７の下半分外周面に、中間リング２７の長さ方向全域に沿って設けられている。スライド筒３１側に設けられるマグネット３６は、中間リング２７側のマグネット３７と同様にスライド筒３１の内面下半分に、かつ、中間リング２７のスライド領域全域に沿って設けられている。

従って、第３実施形態では、特に、スライド筒３１と中間リング２７との対向面に、マグネット３６，３７が同じ磁極が向き合うようにそれぞれ取り付けられているから、これらマグネット３６，３７の反発力によって、ベローズ２６Ａ，２６Ｂのスティックスリップを防止でき、ベローズ２６Ａ，２６Ｂの円滑な伸縮運動を保つことができる。従って、高精度な測定を保証できる。

＜第４実施形態の説明＞
図４は、本発明の測定装置の第４実施形態を示す概略図で、図４（Ａ）は全体構成、図４（Ｂ）は中間リング部分の部分拡大図である。
本実施形態の光学式変位測定装置は、中間リング２７をスライド筒３１の内面に対して支持する構成が、第１実施形態と異なるのみである（他の構成につては、第１実施形態と同じである）。
つまり、本実施形態では、スライド筒３１と中間リング２７との対向面間に空気軸受機構３８が設けられている。空気軸受機構３８は、中間リング２７の外周面に設けられた外筒３８Ａと、スライド筒３１の肉厚内に軸方向に沿って形成された空気供給路３８Ｂと、この空気供給路３８Ｂの先端部側にこれに連通形成され外筒３８Ａとスライド筒３１との間の空間に圧縮空気を供給する給気孔３８Ｃとから構成されている。

従って、第４実施形態では、空気供給路３８Ｂに圧縮空気を供給すると、圧縮空気は給気孔３８Ｃを通って、外筒３８Ａとスライド筒３１との間の空間に供給されるから、中間リング２７（外筒３８Ａ）は、スライド筒３１の内面に対して非接触状態で保持される。そのため、ベローズ２６Ａ，２６Ｂのスティックスリップを防止でき、ベローズ２６Ａ，２６Ｂの円滑な伸縮運動を保つことができる。従って、高精度な測定を保証できる。

本発明は、長手方向の長さが可変でかつ一端に反射ミラーを設けた真空光路筒を有し、この真空光路筒内にレーザ光を入射させて反射させ、その反射されたレーザ光を他の光路を通ったレーザ光と干渉させる干渉計を備えた測定装置、特に、距離、位置、屈折率などを測定する測定装置に利用できる。

本発明の第１実施形態に係る光学式変位測定装置を示す概略図。 本発明の第２実施形態に係る光学式変位測定装置を示す概略図。 本発明の第３実施形態に係る光学式変位測定装置を示す概略図。 本発明の第４実施形態に係る光学式変位測定装置を示す概略図。

符号の説明

１０…干渉計
２０…真空光路筒
２６Ａ，２６Ｂ…ベローズ
２７…中間リング
２９…可動ミラー（反射ミラー）
３１…スライド筒（支持部材）
３４…鋼球（転動体）
３６，３７…マグネット
３８…空気軸受機構。

Claims (4)

1. 長手方向の長さが可変でかつ一端に反射ミラーを設けた真空光路筒を有し、この真空光路筒内にレーザ光を入射させ、前記反射ミラーで反射されたレーザ光を他の光路を通ったレーザ光と干渉させる干渉計を備え、前記真空光路筒の長さ変化に伴う光路長の変化から距離、位置、屈折率などを測定する測定装置であって、
   前記真空光路筒は、変位方向に直列に配列された複数のベローズと、この隣接するベローズ間に介在されベローズ同士を連結する中間リングとから構成され、
   前記中間リングを外側から支持する支持部材と、
   この支持部材および前記中間リングの対向面のいずれか一方に設けられた潤滑層とを備えたことを特徴とする測定装置。
2. 長手方向の長さが可変でかつ一端に反射ミラーを設けた真空光路筒を有し、この真空光路筒内にレーザ光を入射させ、前記反射ミラーで反射されたレーザ光を他の光路を通ったレーザ光と干渉させる干渉計を備え、前記真空光路筒の長さ変化に伴う光路長の変化から距離、位置、屈折率などを測定する測定装置であって、
   前記真空光路筒は、変位方向に直列に配列された複数のベローズと、この隣接するベローズ間に介在されベローズ同士を連結する中間リングとから構成され、
   前記中間リングを外側から支持する支持部材と、
   この支持部材および前記中間リングの対向面間に設けられた複数の転動体とを備えたことを特徴とする測定装置。
3. 長手方向の長さが可変でかつ一端に反射ミラーを設けた真空光路筒を有し、この真空光路筒内にレーザ光を入射させ、前記反射ミラーで反射されたレーザ光を他の光路を通ったレーザ光と干渉させる干渉計を備え、前記真空光路筒の長さ変化に伴う光路長の変化から距離、位置、屈折率などを測定する測定装置であって、
   前記真空光路筒は、変位方向に直列に配列された複数のベローズと、この隣接するベローズ間に介在されベローズ同士を連結する中間リングとから構成され、
   前記中間リングを外側から支持する支持部材と、
   この支持部材および前記中間リングの対向面に、同じ磁極が向き合うようにそれぞれ取り付けられたマグネットとを備えたことを特徴とする測定装置。
4. 長手方向の長さが可変でかつ一端に反射ミラーを設けた真空光路筒を有し、この真空光路筒内にレーザ光を入射させ、前記反射ミラーで反射されたレーザ光を他の光路を通ったレーザ光と干渉させる干渉計を備え、前記真空光路筒の長さ変化に伴う光路長の変化から距離、位置、屈折率などを測定する測定装置であって、
   前記真空光路筒は、変位方向に直列に配列された複数のベローズと、この隣接するベローズ間に介在されベローズ同士を連結する中間リングとから構成され、
   前記中間リングを外側から支持する支持部材と、
   この支持部材および前記中間リングの対向面間に設けられた空気軸受機構とを備えたことを特徴とする測定装置。

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