JP3351857B2 - マイケルソン形干渉測定装置 - Google Patents
マイケルソン形干渉測定装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、マイケルソン形干渉測
定装置に関する。例えば、ブロックゲージなどの被測定
片の寸法を個人差なく、かつ、高精度に測定することが
できるマイケルソン形干渉測定装置に関する。
定装置に関する。例えば、ブロックゲージなどの被測定
片の寸法を個人差なく、かつ、高精度に測定することが
できるマイケルソン形干渉測定装置に関する。
【０００２】
【背景技術】例えば、ブロックゲージの寸法を測定する
測定装置としては、下面にベースプレートを密着させた
ブロックゲージをマイケルソン形干渉計の一方の光路中
に挿入し、ブロックゲージおよびベースプレートで反射
した光を他方の光路からの光と干渉させ、その干渉縞の
端数値からブロックゲージの寸法を測定する測定装置が
最も広く利用されている。
測定装置としては、下面にベースプレートを密着させた
ブロックゲージをマイケルソン形干渉計の一方の光路中
に挿入し、ブロックゲージおよびベースプレートで反射
した光を他方の光路からの光と干渉させ、その干渉縞の
端数値からブロックゲージの寸法を測定する測定装置が
最も広く利用されている。
【０００３】そこで、従来のマイケルソン形干渉計を図
７を参照しながら説明する。同図において、Ｈe-Ｎe レ
ーザ光源１から発せられた光は、光アイソレータ２およ
びレンズ３を通りピンホール４に点集光される。そのの
ち、ビーム拡大用レンズ５によりブロックゲージ測定に
必要な大きさの平行光線に拡大されたのち、反射鏡６に
より９０°変向され、ビームスプリッタ７で反射光と透
過光に２分割される。反射光は、参照鏡８に向かい、こ
こで、反射して再びビームスプリッタ７に戻る。透過光
は、光学楔９を透過してブロックゲージＢＧに向かう。
７を参照しながら説明する。同図において、Ｈe-Ｎe レ
ーザ光源１から発せられた光は、光アイソレータ２およ
びレンズ３を通りピンホール４に点集光される。そのの
ち、ビーム拡大用レンズ５によりブロックゲージ測定に
必要な大きさの平行光線に拡大されたのち、反射鏡６に
より９０°変向され、ビームスプリッタ７で反射光と透
過光に２分割される。反射光は、参照鏡８に向かい、こ
こで、反射して再びビームスプリッタ７に戻る。透過光
は、光学楔９を透過してブロックゲージＢＧに向かう。
【０００４】前記光学楔９は、マイクロメータ１０の回
動操作によって透過光に対して直交する方向へ移動さ
れ、その移動量がマイクロメータ１０の目盛から読み取
ることができる。前記ブロックゲージＢＧは、その下面
にベースプレート１１（一種の反射鏡）を密着した状態
で手動回転可能な回転テーブル１２上にセットされてい
る。回転テーブル１２上には、図示していないが、複数
個のブロックゲージＢＧが所定角度おきにセットできる
ようになっている。
動操作によって透過光に対して直交する方向へ移動さ
れ、その移動量がマイクロメータ１０の目盛から読み取
ることができる。前記ブロックゲージＢＧは、その下面
にベースプレート１１（一種の反射鏡）を密着した状態
で手動回転可能な回転テーブル１２上にセットされてい
る。回転テーブル１２上には、図示していないが、複数
個のブロックゲージＢＧが所定角度おきにセットできる
ようになっている。
【０００５】前記ブロックゲージＢＧの上面とベースプ
レート１１の上面とに垂直に入射した光は、反射して再
び光学楔９を透過したのち、ビームスプリッタ７に達
し、ここで、参照鏡８からの戻り光と干渉する。干渉光
の観察光学系部分には、観察用望遠レンズ１３、ビーム
スプリッタ１４、オートコリメーション標的１５、ピン
ホール１６および接眼鏡１７などがそれぞれ設けられて
いる。
レート１１の上面とに垂直に入射した光は、反射して再
び光学楔９を透過したのち、ビームスプリッタ７に達
し、ここで、参照鏡８からの戻り光と干渉する。干渉光
の観察光学系部分には、観察用望遠レンズ１３、ビーム
スプリッタ１４、オートコリメーション標的１５、ピン
ホール１６および接眼鏡１７などがそれぞれ設けられて
いる。
【０００６】従って、測定に当たっては、測定しようと
するブロックゲージＢＧの下面にベースプレート１１を
密着させ、この状態でベースプレート１１を下にして回
転テーブル１２上の所定位置にセットしたのち、観察光
学系の接眼鏡１７を通じて観察すると、図８に示すよう
な干渉縞が観察される。そこで、ブロックゲージＢＧの
干渉縞とベースプレート１１の干渉縞との端数値ｂ／ａ
を読み取り、その端数値ｂ／ａと次の測定原理に基づく
演算式とからブロックゲージＢＧの寸法を求める。
するブロックゲージＢＧの下面にベースプレート１１を
密着させ、この状態でベースプレート１１を下にして回
転テーブル１２上の所定位置にセットしたのち、観察光
学系の接眼鏡１７を通じて観察すると、図８に示すよう
な干渉縞が観察される。そこで、ブロックゲージＢＧの
干渉縞とベースプレート１１の干渉縞との端数値ｂ／ａ
を読み取り、その端数値ｂ／ａと次の測定原理に基づく
演算式とからブロックゲージＢＧの寸法を求める。
【０００７】そこで、マイケルソン形干渉計を利用した
ブロックゲージの測定原理について述べる。測定原理を
数式化すると、次式で表すことができる。 Ｌ0 ＋ΔＬ0 ＋Ｌ0 αｔ＝（λν／２ｎ）（Ｎ＋ｂ／ａ）………（１） ただし、上記（１）式において、 Ｌ0 ；ブロックゲージの呼び寸法 ΔＬ0 ；ブロックゲージの製作誤差 α ；ブロックゲージの線膨張係数 ｔ ；ブロックゲージの２０℃からの温度差 λν ；干渉光の真空波長 ｎ ；干渉光路の空気屈折率 Ｎ ；干渉縞の整数部 ｂ／ａ；干渉縞の分数部 である。
ブロックゲージの測定原理について述べる。測定原理を
数式化すると、次式で表すことができる。 Ｌ0 ＋ΔＬ0 ＋Ｌ0 αｔ＝（λν／２ｎ）（Ｎ＋ｂ／ａ）………（１） ただし、上記（１）式において、 Ｌ0 ；ブロックゲージの呼び寸法 ΔＬ0 ；ブロックゲージの製作誤差 α ；ブロックゲージの線膨張係数 ｔ ；ブロックゲージの２０℃からの温度差 λν ；干渉光の真空波長 ｎ ；干渉光路の空気屈折率 Ｎ ；干渉縞の整数部 ｂ／ａ；干渉縞の分数部 である。
【０００８】これは、図９に示すように、Ｌ0 の呼び寸
法でΔＬ0 の製作誤差があって、Ｌ 0 αｔだけ熱膨張し
ている状態のブロックゲージＢＧを、λν／２ｎの目盛
のスケールで測定した場合のスケール目盛の整数部がＮ
個、目盛の端数値（分数部）がｂ／ａであることを意味
している。
法でΔＬ0 の製作誤差があって、Ｌ 0 αｔだけ熱膨張し
ている状態のブロックゲージＢＧを、λν／２ｎの目盛
のスケールで測定した場合のスケール目盛の整数部がＮ
個、目盛の端数値（分数部）がｂ／ａであることを意味
している。
【０００９】ここで、上記（１）式において、呼び寸法
Ｌ0 、線膨張係数α、干渉光の真空波長λνの値につい
ては、予め判っている。ブロケックゲージＧＢの場合、
製作誤差は非常に少ないことと、干渉測定を実施する前
の予備測定で製作誤差ΔＬ0の値は波長の約１／４程度
（≒０．１５μｍ）の誤差で判っている。２０℃からの
温度差ｔの値も、例えば、０．００１℃程度の分解能で
実測されている。
Ｌ0 、線膨張係数α、干渉光の真空波長λνの値につい
ては、予め判っている。ブロケックゲージＧＢの場合、
製作誤差は非常に少ないことと、干渉測定を実施する前
の予備測定で製作誤差ΔＬ0の値は波長の約１／４程度
（≒０．１５μｍ）の誤差で判っている。２０℃からの
温度差ｔの値も、例えば、０．００１℃程度の分解能で
実測されている。
【００１０】空気屈折率ｎの値は、気圧、気温、湿度を
実測し二酸化炭素濃度を仮定して計算によりΔｎ／ｎ≒
３〜５×１０-8の精度で決定できる。従って、干渉縞の
整数部Ｎの値を一次上誤ることはないので、干渉縞の端
数値ｂ／ａを求めれば（１）式から製作誤差ΔＬ0 を求
めることができる。つまり、干渉縞の端数値ｂ／ａを求
めることが、ブロックゲージＢＧの測定で最も重要であ
ることが判る。
実測し二酸化炭素濃度を仮定して計算によりΔｎ／ｎ≒
３〜５×１０-8の精度で決定できる。従って、干渉縞の
整数部Ｎの値を一次上誤ることはないので、干渉縞の端
数値ｂ／ａを求めれば（１）式から製作誤差ΔＬ0 を求
めることができる。つまり、干渉縞の端数値ｂ／ａを求
めることが、ブロックゲージＢＧの測定で最も重要であ
ることが判る。
【００１１】従来、ブロックゲージの測定において、干
渉縞の端数値ｂ／ａを求めるには、次の方法により行っ
ている。 イ）接眼鏡１７を通じて干渉縞を観察しながらマイクロ
メータ１０の回動操作によって光学楔９を移動させる
と、干渉縞が群として図８の矢示Ａ方向へ平行移動され
る。従って、この操作によって、図１０（Ａ）に示す如
く、ブロックゲージＢＧの任意の干渉縞ａ0 の中央を接
眼鏡１７のレチクル線に合わせ、そのときのマイクロメ
ータ１０の目盛の値を零点とする。 ロ）次に、図１０（Ｂ）に示す如く、干渉縞ａ0 と隣接
するベースプレート１１の干渉縞ｂ0 の中央を接眼鏡１
７のレチクル線に合わせ、そのときのマイクロメータ１
０の目盛の値ｂを読み取る。 ハ）次に、図１０（Ｃ）に示す如く、干渉縞ａ0 と隣接
するブロックゲージＢＧの干渉縞ａ1 の中央を接眼鏡１
７のレチクル線に合わせ、そのときのマイクロメータ１
０の目盛の値ａを読み取る。 ニ）最後に、読み取った値ｂ，ａから干渉縞の端数値ｂ
／ａを計算により求める。
渉縞の端数値ｂ／ａを求めるには、次の方法により行っ
ている。 イ）接眼鏡１７を通じて干渉縞を観察しながらマイクロ
メータ１０の回動操作によって光学楔９を移動させる
と、干渉縞が群として図８の矢示Ａ方向へ平行移動され
る。従って、この操作によって、図１０（Ａ）に示す如
く、ブロックゲージＢＧの任意の干渉縞ａ0 の中央を接
眼鏡１７のレチクル線に合わせ、そのときのマイクロメ
ータ１０の目盛の値を零点とする。 ロ）次に、図１０（Ｂ）に示す如く、干渉縞ａ0 と隣接
するベースプレート１１の干渉縞ｂ0 の中央を接眼鏡１
７のレチクル線に合わせ、そのときのマイクロメータ１
０の目盛の値ｂを読み取る。 ハ）次に、図１０（Ｃ）に示す如く、干渉縞ａ0 と隣接
するブロックゲージＢＧの干渉縞ａ1 の中央を接眼鏡１
７のレチクル線に合わせ、そのときのマイクロメータ１
０の目盛の値ａを読み取る。 ニ）最後に、読み取った値ｂ，ａから干渉縞の端数値ｂ
／ａを計算により求める。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】従来の測定では、次の
ような欠点がある。 測定者が接眼鏡１７を通じて干渉縞を観察しながら干
渉縞の中央を順次接眼鏡１７のレチクル線に合わせ、そ
のときのマイクロメータ１０の目盛の値ｂａを読み取る
ものであるから、干渉縞の中央をレチクル線に合わせる
時やマイクロメータ１０の目盛読取時などに、測定者に
よる個人差が生じやすい。 測定者は、接眼鏡１７を通じて暗い干渉縞を観察しな
ければならない上、レチクル線に合わせるときなど熟視
観察を強いられるから、目の疲労が大きく、長時間の測
定には不向きである。 測定者が干渉計に対面して作業をすることになるか
ら、人体熱源（１００〜１５０Ｗ）の影響を受け内部の
空気温度が上昇し、その影響がブロックゲージＢＧにも
１５〜３０分後に現れて屈折率補正値の誤差および熱膨
張補正値の誤差となりやすい。
ような欠点がある。 測定者が接眼鏡１７を通じて干渉縞を観察しながら干
渉縞の中央を順次接眼鏡１７のレチクル線に合わせ、そ
のときのマイクロメータ１０の目盛の値ｂａを読み取る
ものであるから、干渉縞の中央をレチクル線に合わせる
時やマイクロメータ１０の目盛読取時などに、測定者に
よる個人差が生じやすい。 測定者は、接眼鏡１７を通じて暗い干渉縞を観察しな
ければならない上、レチクル線に合わせるときなど熟視
観察を強いられるから、目の疲労が大きく、長時間の測
定には不向きである。 測定者が干渉計に対面して作業をすることになるか
ら、人体熱源（１００〜１５０Ｗ）の影響を受け内部の
空気温度が上昇し、その影響がブロックゲージＢＧにも
１５〜３０分後に現れて屈折率補正値の誤差および熱膨
張補正値の誤差となりやすい。
【００１３】ここに、本発明の目的は、このような従来
の欠点を全て解消し、測定者にかかる負担を軽減できる
とともに、被測定片の寸法を個人差なく、かつ、高精度
に測定することができるマイケルソン形干渉測定装置を
提供することにある。
の欠点を全て解消し、測定者にかかる負担を軽減できる
とともに、被測定片の寸法を個人差なく、かつ、高精度
に測定することができるマイケルソン形干渉測定装置を
提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】そのため、本発明のマイ
ケルソン形干渉測定装置は、平行光線を２分割した一方
の光の光路中にベースプレートを密着させた被測定片を
挿入し、この被測定片およびベースプレートで反射した
光を前記２分割した他方の光と干渉させるとともに、前
記いずれか片方の光路中に挿入した光学楔の移動によっ
て干渉縞を移動させながら干渉縞の端数値を求め、この
端数値を基に被測定片の寸法を求めるマイケルソン形干
渉測定装置において、前記干渉縞の焦点面上で前記被測
定片からの干渉縞に対応する位置に配置された第１の受
光点および干渉縞の焦点面上で前記ベースプレートから
の干渉縞に対応する位置に配置された第２の受光点を有
し、各受光点での光量を電気量に変換する干渉縞光量測
光手段を設けるとともに、この干渉縞光量測光手段の各
受光点での光量に基づく電気量を前記光学楔の移動量の
関数として求め、この関数を基に干渉縞の端数値を算出
する演算手段を設けた、ことを特徴とする。
ケルソン形干渉測定装置は、平行光線を２分割した一方
の光の光路中にベースプレートを密着させた被測定片を
挿入し、この被測定片およびベースプレートで反射した
光を前記２分割した他方の光と干渉させるとともに、前
記いずれか片方の光路中に挿入した光学楔の移動によっ
て干渉縞を移動させながら干渉縞の端数値を求め、この
端数値を基に被測定片の寸法を求めるマイケルソン形干
渉測定装置において、前記干渉縞の焦点面上で前記被測
定片からの干渉縞に対応する位置に配置された第１の受
光点および干渉縞の焦点面上で前記ベースプレートから
の干渉縞に対応する位置に配置された第２の受光点を有
し、各受光点での光量を電気量に変換する干渉縞光量測
光手段を設けるとともに、この干渉縞光量測光手段の各
受光点での光量に基づく電気量を前記光学楔の移動量の
関数として求め、この関数を基に干渉縞の端数値を算出
する演算手段を設けた、ことを特徴とする。
【００１５】また、前記干渉縞光量測光手段は、前記各
受光点に対応して一端が配置された光ファイバと、前記
各受光点から離れた位置に設けられ前記光ファイバに導
入された光エネルギを電気量に変換する光センサとを含
んでことを特徴とする。
受光点に対応して一端が配置された光ファイバと、前記
各受光点から離れた位置に設けられ前記光ファイバに導
入された光エネルギを電気量に変換する光センサとを含
んでことを特徴とする。
【００１６】
【作用】平行光線を２分割した一方の光の光路中にベー
スプレートを密着させた被測定片を挿入し、この被測定
片およびベースプレートで反射した光を前記２分割した
他方の光と干渉させる。いま、この干渉縞の光度分布を
光学楔の移動量をパラメータとして物理量で測光する
と、理論的にも実験的にもサンイまたはコサンイ曲線で
近似できる。つまり、次式で近似できる。
スプレートを密着させた被測定片を挿入し、この被測定
片およびベースプレートで反射した光を前記２分割した
他方の光と干渉させる。いま、この干渉縞の光度分布を
光学楔の移動量をパラメータとして物理量で測光する
と、理論的にも実験的にもサンイまたはコサンイ曲線で
近似できる。つまり、次式で近似できる。
【００１７】 ｙ＝Ａ cos（２πｘ／Ｌ＋φ）＋Ｂ………（２） ただし、上記（２）式において、 ｙ；干渉縞の明るさ Ａ；干渉縞明るさの振幅 Ｌ；干渉縞を１縞移動させるに必要に光学楔の移動量 ｘ；光学楔の移動量 φ；干渉縞の位相角 Ｂ；明るさのバイアス である。
【００１８】上記（２）式を一義的に決定するために
は、Ａ，Ｌ，φ，Ｂの４定数を求める必要がある。これ
には、光学楔の移動量ｘをｘ1,ｘ2,ｘ3,ｘ4 と変え、そ
れぞれのｘ1,ｘ2,ｘ3,ｘ4 と対応した干渉縞の明るさｙ
1,ｙ2,ｙ3,ｙ4 を計測して連立方程式の解を求めれば
Ａ，Ｌ，φ，Ｂの４定数を求めることができる。そこ
で、被測定片からの干渉縞の位相角φ1 とベースプレー
トからの干渉縞の位相角φ2( またはφ3 ）とを求めれ
ば、φ2 −φ1 ／２πから干渉縞の端数値ｂ／ａを求め
ることができる。
は、Ａ，Ｌ，φ，Ｂの４定数を求める必要がある。これ
には、光学楔の移動量ｘをｘ1,ｘ2,ｘ3,ｘ4 と変え、そ
れぞれのｘ1,ｘ2,ｘ3,ｘ4 と対応した干渉縞の明るさｙ
1,ｙ2,ｙ3,ｙ4 を計測して連立方程式の解を求めれば
Ａ，Ｌ，φ，Ｂの４定数を求めることができる。そこ
で、被測定片からの干渉縞の位相角φ1 とベースプレー
トからの干渉縞の位相角φ2( またはφ3 ）とを求めれ
ば、φ2 −φ1 ／２πから干渉縞の端数値ｂ／ａを求め
ることができる。
【００１９】本発明では、光学楔の移動量ｘをｘ1,ｘ2,
ｘ3,ｘ4 と変えたときの、第１および第２の受光点での
光量を電気量に変換して得ることができるから、各受光
点で得られ光量に基づく電気量と前記光学楔の移動量と
の関数を基に、被測定片からの干渉縞の位相角φ1 とベ
ースプレートからの干渉縞の位相角φ2 （またはφ3）
とを求め、これらの位相角φ1,φ2 （またはφ3 ）から
干渉縞の端数値ｂ／ａを算出する。
ｘ3,ｘ4 と変えたときの、第１および第２の受光点での
光量を電気量に変換して得ることができるから、各受光
点で得られ光量に基づく電気量と前記光学楔の移動量と
の関数を基に、被測定片からの干渉縞の位相角φ1 とベ
ースプレートからの干渉縞の位相角φ2 （またはφ3）
とを求め、これらの位相角φ1,φ2 （またはφ3 ）から
干渉縞の端数値ｂ／ａを算出する。
【００２０】
【実施例】以下、本発明にかかるマイケルソン形干渉測
定装置の一実施例を図を参照しながら詳細に説明する。
なお、以下の図の説明に当たって、前述した図７と同一
構成要件については、同一符号を付し、その説明を省略
もしくは簡略化する。図１は本実施例の光学系を示して
いる。本実施例の光学系では、前記光学楔９を自動的に
直線移動させる直線駆動装置２１およびその移動量を測
定する測長ユニット２８と、前記回転テーブル１２を自
動的に回転駆動させる回転駆動装置３１と、干渉縞光量
測光系４１とが新たに付加されている。
定装置の一実施例を図を参照しながら詳細に説明する。
なお、以下の図の説明に当たって、前述した図７と同一
構成要件については、同一符号を付し、その説明を省略
もしくは簡略化する。図１は本実施例の光学系を示して
いる。本実施例の光学系では、前記光学楔９を自動的に
直線移動させる直線駆動装置２１およびその移動量を測
定する測長ユニット２８と、前記回転テーブル１２を自
動的に回転駆動させる回転駆動装置３１と、干渉縞光量
測光系４１とが新たに付加されている。
【００２１】前記直線駆動装置２１は、図２に示す如
く、ベース２２と、このベース２２に前記透過光に対し
て直角にかつ回転可能に支持された送りねじ軸２３と、
この送りねじ軸２３を回転させる光学楔移動モータ２４
と、前記ベース２２にベアリング２５を介して送りねじ
軸２３の軸方向と同方向へ移動可能に案内されかつ基端
部が送りねじ軸２３に螺合されたスライダ２６と、この
スライダ２６の先端部に固定されかつ内部に前記光学楔
９を保持した保持プレート２７とから構成されている。
なお、本実施例では、光学楔９を１ｍｍ移動させた場
合、干渉縞が１縞分平行移動するように、光学楔９の屈
折率と楔角とが決定されている。また、測長ユニット２
８は、保持プレート２７の移動量、つまり、光学楔９の
移動量を機械的、光学的または電気的に検出でき、か
つ、その検出値を電気的信号として出力できるようにな
っている。
く、ベース２２と、このベース２２に前記透過光に対し
て直角にかつ回転可能に支持された送りねじ軸２３と、
この送りねじ軸２３を回転させる光学楔移動モータ２４
と、前記ベース２２にベアリング２５を介して送りねじ
軸２３の軸方向と同方向へ移動可能に案内されかつ基端
部が送りねじ軸２３に螺合されたスライダ２６と、この
スライダ２６の先端部に固定されかつ内部に前記光学楔
９を保持した保持プレート２７とから構成されている。
なお、本実施例では、光学楔９を１ｍｍ移動させた場
合、干渉縞が１縞分平行移動するように、光学楔９の屈
折率と楔角とが決定されている。また、測長ユニット２
８は、保持プレート２７の移動量、つまり、光学楔９の
移動量を機械的、光学的または電気的に検出でき、か
つ、その検出値を電気的信号として出力できるようにな
っている。
【００２２】前記回転駆動装置３１は、テーブル駆動モ
ータ３２と、このテーブル駆動モータ３２によって回転
される回転軸３３と、この回転軸３３の先端に固定され
たウォーム３４と、このウォーム３４に噛合されかつ前
記回転テーブル１２の回転軸３５に固定されたウォーム
ホイール３６とから構成されている。なお、この回転駆
動装置３１におけるテーブル駆動モータ３２と前記直線
駆動装置２１における光学楔移動モータ２４は、外壁を
断熱材を含む材料によって形成した光学室１８の外部に
位置して取り付けられている。
ータ３２と、このテーブル駆動モータ３２によって回転
される回転軸３３と、この回転軸３３の先端に固定され
たウォーム３４と、このウォーム３４に噛合されかつ前
記回転テーブル１２の回転軸３５に固定されたウォーム
ホイール３６とから構成されている。なお、この回転駆
動装置３１におけるテーブル駆動モータ３２と前記直線
駆動装置２１における光学楔移動モータ２４は、外壁を
断熱材を含む材料によって形成した光学室１８の外部に
位置して取り付けられている。
【００２３】前記干渉縞光量測光系４１は、前記観察用
望遠レンズ１３とビームスプリッタ１４との間の光路中
に挿入可能かつ光路から退避可能に設けられた光路切替
ミラー４２と、この光路切替ミラー４２によって光路が
切り替えられた干渉光を導入する３本の光ファイバ４３
1,４３2,４３3 とを含んで構成されている。各光ファイ
バ４３1,４３2,４３3 は、その各端面が、干渉縞の焦点
面上に等間隔にかつ一直線に配列された３個の受光点に
対応して配備されている。つまり、図３に示す如く、中
央の受光点Ｊ1 はブロックゲージＢＧからの干渉縞に対
応する位置に配備され、その外側の２つの受光点Ｊ2,Ｊ
3 はベースプレート１１の左右側からの干渉縞に対応す
る位置に配備されている。
望遠レンズ１３とビームスプリッタ１４との間の光路中
に挿入可能かつ光路から退避可能に設けられた光路切替
ミラー４２と、この光路切替ミラー４２によって光路が
切り替えられた干渉光を導入する３本の光ファイバ４３
1,４３2,４３3 とを含んで構成されている。各光ファイ
バ４３1,４３2,４３3 は、その各端面が、干渉縞の焦点
面上に等間隔にかつ一直線に配列された３個の受光点に
対応して配備されている。つまり、図３に示す如く、中
央の受光点Ｊ1 はブロックゲージＢＧからの干渉縞に対
応する位置に配備され、その外側の２つの受光点Ｊ2,Ｊ
3 はベースプレート１１の左右側からの干渉縞に対応す
る位置に配備されている。
【００２４】前記各光ファイバ４３1,４３2,４３3 に導
入された光エネルギは、図４に示すように、前記受光点
から離れた位置に設けられた光センサ４４1,４４2,４４
3 により電気量に変換され、続いて、光パワーメータ４
５1,４５2,４５3 によりＷ単位で読み取られたのち、ケ
ーブル５０を通じて演算手段としてのデータ演算処理装
置５１（パーソナルコンピュータなどからなる。）に送
られている。ここに、これらの光パワーメータ４５1,４
５2,４５3 、光センサ４４1,４４2,４４3 および前記干
渉縞光量測光系４１により、干渉縞光量測光手段４６が
形成されている。また、前記測長ユニット２８で測長さ
れた光学楔９の移動量に関する情報も、デジタル量に変
換されたのち、ケーブル５０を通じてデータ演算処理装
置５１に送られている。
入された光エネルギは、図４に示すように、前記受光点
から離れた位置に設けられた光センサ４４1,４４2,４４
3 により電気量に変換され、続いて、光パワーメータ４
５1,４５2,４５3 によりＷ単位で読み取られたのち、ケ
ーブル５０を通じて演算手段としてのデータ演算処理装
置５１（パーソナルコンピュータなどからなる。）に送
られている。ここに、これらの光パワーメータ４５1,４
５2,４５3 、光センサ４４1,４４2,４４3 および前記干
渉縞光量測光系４１により、干渉縞光量測光手段４６が
形成されている。また、前記測長ユニット２８で測長さ
れた光学楔９の移動量に関する情報も、デジタル量に変
換されたのち、ケーブル５０を通じてデータ演算処理装
置５１に送られている。
【００２５】前記データ演算処理装置５１には、このほ
か、ブロックゲージＢＧの側面に貼る付けられた温度セ
ンサ５６によって検出されたブロックゲージＢＧの温度
情報および気圧センサ５７によって検出された気圧情報
が、温度計５３や気圧計５４を通じて、更に、デジタル
ボルトメータ５２を通じて送られているとともに、湿度
センサ５８によって検出された湿度情報が湿度計５５を
通じて送られている。
か、ブロックゲージＢＧの側面に貼る付けられた温度セ
ンサ５６によって検出されたブロックゲージＢＧの温度
情報および気圧センサ５７によって検出された気圧情報
が、温度計５３や気圧計５４を通じて、更に、デジタル
ボルトメータ５２を通じて送られているとともに、湿度
センサ５８によって検出された湿度情報が湿度計５５を
通じて送られている。
【００２６】データ演算処理装置５１は、モータ駆動回
路２４Ａ，３２Ａを介して前記各モータ２４，３２の駆
動を制御するとともに、前記測長ユニット２８からの光
学楔９の移動量に関する情報および光パワーメータ４５
1,４５2,４５3 からの干渉縞の明るさに関する情報を基
に干渉縞の端数値ｂ／ａを算出する。これには、測長ユ
ニット２８から前記ｘ1,ｘ2,ｘ3,ｘ4 が、光パワーメー
タ４５1,４５2,４５3 から前記ｙ1,ｙ2,ｙ3,ｙ4 がそれ
ぞれ送られているから、データ演算処理装置５１は、こ
れらの情報を基に前記（２）式を演算し、ブロックゲー
ジＢＧからの干渉縞の位相角φ1 とベースプレート１１
の左および右側からの干渉縞の位相角φ2,φ3 とを求め
る。図５は、各干渉縞の位相角φ1,φ2,φ3 の関係を示
している。
路２４Ａ，３２Ａを介して前記各モータ２４，３２の駆
動を制御するとともに、前記測長ユニット２８からの光
学楔９の移動量に関する情報および光パワーメータ４５
1,４５2,４５3 からの干渉縞の明るさに関する情報を基
に干渉縞の端数値ｂ／ａを算出する。これには、測長ユ
ニット２８から前記ｘ1,ｘ2,ｘ3,ｘ4 が、光パワーメー
タ４５1,４５2,４５3 から前記ｙ1,ｙ2,ｙ3,ｙ4 がそれ
ぞれ送られているから、データ演算処理装置５１は、こ
れらの情報を基に前記（２）式を演算し、ブロックゲー
ジＢＧからの干渉縞の位相角φ1 とベースプレート１１
の左および右側からの干渉縞の位相角φ2,φ3 とを求め
る。図５は、各干渉縞の位相角φ1,φ2,φ3 の関係を示
している。
【００２７】ところで、３本の光ファイバ４３1,４３2,
４３3 は一直線上に配列されているが、図６に示すよう
に、この直線に対して干渉縞の方向が傾くことが起こる
場合がある。これは、等厚干渉の楔角の方向が本来の正
しい方向からずれることが原因で、参照鏡８と回転テー
ブル１２の傾きによる。そこで、データ演算処理装置５
１は、φ2 とφ3 との平均値をφ4 として求め、このφ
4 をベースプレート１１の位相角として計算に使用し、 （φ4 −φ1 ）／２π＝ｂ／ａ………（３） からｂ／ａの値を決定する。
４３3 は一直線上に配列されているが、図６に示すよう
に、この直線に対して干渉縞の方向が傾くことが起こる
場合がある。これは、等厚干渉の楔角の方向が本来の正
しい方向からずれることが原因で、参照鏡８と回転テー
ブル１２の傾きによる。そこで、データ演算処理装置５
１は、φ2 とφ3 との平均値をφ4 として求め、このφ
4 をベースプレート１１の位相角として計算に使用し、 （φ4 −φ1 ）／２π＝ｂ／ａ………（３） からｂ／ａの値を決定する。
【００２８】次に、データ演算処理装置５１は、ｂ／ａ
の値を用いて、前記（１）式を演算する。まず、データ
演算処理装置５１には、温度センサ５６からの温度情
報、気圧センサ５７からの気圧情報、湿度センサ５８か
らの湿度情報がそれぞれ送られているとともに、予め、
二酸化炭素濃度情報が入力されているから、これらの情
報から空気屈折率ｎを算出する。
の値を用いて、前記（１）式を演算する。まず、データ
演算処理装置５１には、温度センサ５６からの温度情
報、気圧センサ５７からの気圧情報、湿度センサ５８か
らの湿度情報がそれぞれ送られているとともに、予め、
二酸化炭素濃度情報が入力されているから、これらの情
報から空気屈折率ｎを算出する。
【００２９】続いて、測定するブロックゲージＢＧの呼
び寸法Ｌ0 および予め予備測定によって求めた製作誤差
ΔＬ0 ’をデータ演算処理装置５１に入力する。する
と、データ演算処理装置５１は、線膨張係数α、温度差
ｔ、干渉光の真空波長λν、空気屈折率ｎが既に既知で
あるから、これらのデータを基に干渉縞の整数部Ｎを決
定する。最後に、測定の結果から得られたｂ／ａの値を
（１）式に代入してブロックゲージＢＧの製作誤差ΔＬ
0 を求める。
び寸法Ｌ0 および予め予備測定によって求めた製作誤差
ΔＬ0 ’をデータ演算処理装置５１に入力する。する
と、データ演算処理装置５１は、線膨張係数α、温度差
ｔ、干渉光の真空波長λν、空気屈折率ｎが既に既知で
あるから、これらのデータを基に干渉縞の整数部Ｎを決
定する。最後に、測定の結果から得られたｂ／ａの値を
（１）式に代入してブロックゲージＢＧの製作誤差ΔＬ
0 を求める。
【００３０】従って、本実施例によれば、干渉縞の焦点
面上でブロックゲージＢＧからの干渉縞に対応する位置
に配置された第１の受光点Ｊ1 および干渉縞の焦点面上
でベースプレート１１からの干渉縞に対応する位置に配
置された第２，第３の受光点Ｊ2,Ｊ3 を有し、各受光点
での光量を電気量に変換する干渉縞光量測光手段４６を
設けるとともに、この干渉縞光量測光手段４６の各受光
点での光量を光学楔９の移動量の関数として求め、この
関数を基に干渉縞の端数値ｂ／ａを算出するようにした
ので、従来の〜の欠点を全て解消することができ
る。
面上でブロックゲージＢＧからの干渉縞に対応する位置
に配置された第１の受光点Ｊ1 および干渉縞の焦点面上
でベースプレート１１からの干渉縞に対応する位置に配
置された第２，第３の受光点Ｊ2,Ｊ3 を有し、各受光点
での光量を電気量に変換する干渉縞光量測光手段４６を
設けるとともに、この干渉縞光量測光手段４６の各受光
点での光量を光学楔９の移動量の関数として求め、この
関数を基に干渉縞の端数値ｂ／ａを算出するようにした
ので、従来の〜の欠点を全て解消することができ
る。
【００３１】つまり、ブロックゲージＢＧからの干渉縞
およびベースプレート１１からの干渉縞の光量を電気量
に変換し、その電気量を光学楔９の移動量の関数として
求め、この関数を基に各干渉縞の位相角φ1,φ2,φ3 を
算出し、この位相角φ1,φ2,φ3 を基に端数値ｂ／ａを
算出するため、つまり、全ての測定処理を測定者に頼ら
なくても自動的に行うことができるから、測定者による
個人差が生じることがなく、また、測定者の負担（目の
疲労）を軽減できる。従って、長時間の測定にも支障を
生じることがない。しかも、人体熱源の影響も受けるこ
とがないから、屈折率補正値の誤差および熱膨張補正値
の誤差も解消できる。
およびベースプレート１１からの干渉縞の光量を電気量
に変換し、その電気量を光学楔９の移動量の関数として
求め、この関数を基に各干渉縞の位相角φ1,φ2,φ3 を
算出し、この位相角φ1,φ2,φ3 を基に端数値ｂ／ａを
算出するため、つまり、全ての測定処理を測定者に頼ら
なくても自動的に行うことができるから、測定者による
個人差が生じることがなく、また、測定者の負担（目の
疲労）を軽減できる。従って、長時間の測定にも支障を
生じることがない。しかも、人体熱源の影響も受けるこ
とがないから、屈折率補正値の誤差および熱膨張補正値
の誤差も解消できる。
【００３２】また、干渉縞光量測光手段４６は、前記各
受光点に対応して一端が配置された光ファイバ４３1,４
３2,４３3 と、前記各受光点から離れた位置に設けられ
前記光ファイバ４３1,４３2,４３3 に導入された光エネ
ルギを電気量に変換する光センサ４４1,４４2,４４3 と
を含んで構成してあるから、より精度の向上を図れる。
つまり、光ファイバ４３1,４３2,４３3 によって各受光
点から離れた位置に光センサ４４1,４４2,４４3 を配置
することができるから、光センサ４４1,４４2,４４3 の
発熱源を熱的に安全な距離まで離すことができ、光セン
サ４４1,４４2,４４3 に内蔵されているプリアンプから
の発熱の影響をなくすことができる。
受光点に対応して一端が配置された光ファイバ４３1,４
３2,４３3 と、前記各受光点から離れた位置に設けられ
前記光ファイバ４３1,４３2,４３3 に導入された光エネ
ルギを電気量に変換する光センサ４４1,４４2,４４3 と
を含んで構成してあるから、より精度の向上を図れる。
つまり、光ファイバ４３1,４３2,４３3 によって各受光
点から離れた位置に光センサ４４1,４４2,４４3 を配置
することができるから、光センサ４４1,４４2,４４3 の
発熱源を熱的に安全な距離まで離すことができ、光セン
サ４４1,４４2,４４3 に内蔵されているプリアンプから
の発熱の影響をなくすことができる。
【００３３】また、光学楔９を透過光に対して直角方向
へ自動的に移動させるモータ２４を含む直線駆動装置２
１を設けるとともに、回転テーブル１２を自動的に回転
駆動させるモータ３２を含む回転駆動装置３１を設けた
ので、全ての駆動を遠隔操作できる。従って、この点か
らも、人体熱源の影響をなくすことができる。しかも、
各駆動装置２１，３１のモータ２４，３２についても、
断熱材によって形成された光学室１８の外部に取り付け
てあるから、モータ２４，３２からの発熱の影響もなく
すことができる。
へ自動的に移動させるモータ２４を含む直線駆動装置２
１を設けるとともに、回転テーブル１２を自動的に回転
駆動させるモータ３２を含む回転駆動装置３１を設けた
ので、全ての駆動を遠隔操作できる。従って、この点か
らも、人体熱源の影響をなくすことができる。しかも、
各駆動装置２１，３１のモータ２４，３２についても、
断熱材によって形成された光学室１８の外部に取り付け
てあるから、モータ２４，３２からの発熱の影響もなく
すことができる。
【００３４】なお、上記実施例では、上記（２）式から
位相角φを決定する際、ｘをｘ1,ｘ 2,ｘ3,ｘ4 と変え、
それぞれのｘ1,ｘ2,ｘ3,ｘ4 と対応したｙ1,ｙ2,ｙ3,ｙ
4 を計測して連立方程式の解を求めることによって位相
角φを決定したが、実際の測定ではノイズ、ゆらぎ、振
動などが原因で上記４データからのφの計算値１個では
誤差が大きくなる危険がある。そこで、例えば、コサン
イ曲線の１周期中に４×８＝３２点の受光点を設けて８
個の中の平均値でφを決定すれば、より精度を向上させ
ることができる。受光点の数については、８個が４個
に、または、１０個になってもよく、８個に限定される
ものではない。要は、平均化効果によって精度の向上が
図れればよい。
位相角φを決定する際、ｘをｘ1,ｘ 2,ｘ3,ｘ4 と変え、
それぞれのｘ1,ｘ2,ｘ3,ｘ4 と対応したｙ1,ｙ2,ｙ3,ｙ
4 を計測して連立方程式の解を求めることによって位相
角φを決定したが、実際の測定ではノイズ、ゆらぎ、振
動などが原因で上記４データからのφの計算値１個では
誤差が大きくなる危険がある。そこで、例えば、コサン
イ曲線の１周期中に４×８＝３２点の受光点を設けて８
個の中の平均値でφを決定すれば、より精度を向上させ
ることができる。受光点の数については、８個が４個
に、または、１０個になってもよく、８個に限定される
ものではない。要は、平均化効果によって精度の向上が
図れればよい。
【００３５】また、上記実施例では、上記（２）式を基
に、ブロックゲージＢＧからの干渉縞の位相角φ1 とベ
ースプレート１１の左および右側からの干渉縞の位相角
φ2,φ3 とをそれぞれ求め、φ2 とφ3 との平均値をφ
4 として求め、このφ4 とφ 1 とから干渉縞の端数値ｂ
／ａを決定するようにしたが、ベースプレート１１から
の干渉縞の位相角についてはφ2 またはφ3 のいずれか
片方のみでもよい。例えば、φ2 のみの場合、φ2 −φ
1 ／２πから干渉縞の端数値ｂ／ａを決定すればよい。
に、ブロックゲージＢＧからの干渉縞の位相角φ1 とベ
ースプレート１１の左および右側からの干渉縞の位相角
φ2,φ3 とをそれぞれ求め、φ2 とφ3 との平均値をφ
4 として求め、このφ4 とφ 1 とから干渉縞の端数値ｂ
／ａを決定するようにしたが、ベースプレート１１から
の干渉縞の位相角についてはφ2 またはφ3 のいずれか
片方のみでもよい。例えば、φ2 のみの場合、φ2 −φ
1 ／２πから干渉縞の端数値ｂ／ａを決定すればよい。
【００３６】また、上記実施例では、ブロックゲージＢ
Ｇの寸法を測定する例について説明したが、本発明は、
これに限られるものでなく、寸法を高精度に測定したい
被測定片全てに適用することができる。
Ｇの寸法を測定する例について説明したが、本発明は、
これに限られるものでなく、寸法を高精度に測定したい
被測定片全てに適用することができる。
【００３７】
【発明の効果】以上の通り、本発明のマイケルソン形干
渉測定装置によれば、測定者にかかる負担を軽減できる
とともに、被測定片の寸法を個人差なく、かつ、高精度
に測定することができるという効果を有する。
渉測定装置によれば、測定者にかかる負担を軽減できる
とともに、被測定片の寸法を個人差なく、かつ、高精度
に測定することができるという効果を有する。
【図１】本発明の一実施例を示す光学系の概略図であ
る。
る。
【図２】同上実施例における直線駆動装置および測長ユ
ニットを示す図である。
ニットを示す図である。
【図３】同上実施例における受光点を示す図である。
【図４】同上実施例における電装系を示すブロック図で
ある。
ある。
【図５】同上実施例におけるブロックゲージからの干渉
縞およびベースプレートからの干渉縞の位相角を示す図
である。
縞およびベースプレートからの干渉縞の位相角を示す図
である。
【図６】干渉縞の方向が傾いた状態を示す図である。
【図７】従来のマイケルソン形干渉計を示す概略図であ
る。
る。
【図８】図７の干渉計によって観察される干渉縞の様子
を示す図である。
を示す図である。
【図９】ブロックゲージの呼び寸法、製作誤差、熱膨張
の関係を示す図である。
の関係を示す図である。
【図１０】従来のマイケルソン形干渉計において、干渉
縞の位相角を測定する方法を示す図である。
縞の位相角を測定する方法を示す図である。
７ ビームスプリッタ ９ 光学楔 １１ ベースプレート ４３1,４３2,４３3 光ファイバ ４４1,４４2,４４3 光センサ ４６ 干渉縞光量測光手段 ５１ データ演算処理装置（演算手段） ＢＧ ブロックゲージ（被測定片）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鳴海 達也 神奈川県川崎市高津区坂戸１−20−１ 株式会社ミツトヨ内 (56)参考文献 特開 昭61−202102（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−128407（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−71305（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−105805（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01B 9/02 G01B 11/02
Claims (2)
- 【請求項１】平行光線を２分割した一方の光の光路中に
ベースプレートを密着させた被測定片を挿入し、この被
測定片およびベースプレートで反射した光を前記２分割
した他方の光と干渉させるとともに、前記いずれか片方
の光路中に挿入した光学楔の移動によって干渉縞を移動
させながら干渉縞の端数値を求め、この端数値を基に被
測定片の寸法を求めるマイケルソン形干渉測定装置にお
いて、 前記干渉縞の焦点面上で前記被測定片からの干渉縞に対
応する位置に配置された第１の受光点および干渉縞の焦
点面上で前記ベースプレートからの干渉縞に対応する位
置に配置された第２の受光点を有し、各受光点での光量
を電気量に変換する干渉縞光量測光手段を設けるととも
に、 この干渉縞光量測光手段の各受光点での光量に基づく電
気量を前記光学楔の移動量の関数として求め、この関数
を基に干渉縞の端数値を算出する演算手段を設けた、こ
とを特徴とするマイケルソン形干渉測定装置。 - 【請求項２】請求項１記載のマイケルソン形干渉測定装
置において、前記干渉縞光量測光手段は、前記各受光点
に対応して一端が配置された光ファイバと、前記各受光
点から離れた位置に設けられ前記光ファイバに導入され
た光エネルギを電気量に変換する光センサとを含んで構
成されていることを特徴とするマイケルソン形干渉測定
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13053893A JP3351857B2 (ja) | 1993-06-01 | 1993-06-01 | マイケルソン形干渉測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13053893A JP3351857B2 (ja) | 1993-06-01 | 1993-06-01 | マイケルソン形干渉測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06341809A JPH06341809A (ja) | 1994-12-13 |
| JP3351857B2 true JP3351857B2 (ja) | 2002-12-03 |
Family
ID=15036688
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13053893A Expired - Lifetime JP3351857B2 (ja) | 1993-06-01 | 1993-06-01 | マイケルソン形干渉測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3351857B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014522982A (ja) * | 2011-07-14 | 2014-09-08 | ファロ テクノロジーズ インコーポレーテッド | 位相およびピッチ調整を伴う格子ベースのスキャナ |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010217124A (ja) | 2009-03-19 | 2010-09-30 | Panasonic Corp | 形状測定装置及び方法 |
| US20120243000A1 (en) | 2010-06-03 | 2012-09-27 | Seiji Hamano | Shape measurement method and shape measurement apparatus |
-
1993
- 1993-06-01 JP JP13053893A patent/JP3351857B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014522982A (ja) * | 2011-07-14 | 2014-09-08 | ファロ テクノロジーズ インコーポレーテッド | 位相およびピッチ調整を伴う格子ベースのスキャナ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06341809A (ja) | 1994-12-13 |
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