JP3897655B2 - 線膨張係数測定装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は線膨張係数測定装置、特にその寸法測定機構の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
物質の温度変化による線膨張係数αは、下記の(式１)により与えられる。
α＝(１／Ｌ)・(ΔＬ／ΔＴ) …(式１)
ここで、Ｌは被測定物のある基準温度(例えば２０℃)での寸法であり、ΔＬは前記基準温度からΔＴの温度変化を与えたとき起こる寸法の変化量である。つまり、線膨張係数を求めるためには、温度の異なった状態での被測定物の寸法を測定しなくてはならない。そのため、線膨張係数を高精度に測定するには、寸法測定の正確さと被測定物の温度管理の精密さが必要である。
【０００３】
高精度に寸法を測定する測定方法としては、ブロックゲージなどの端度器測定に代表される光波干渉測定が一般的である。この方法はベースプレート面にブロックゲージの一端面を密着(リンギング)させ、これをマイケルソン干渉計の一方の光路中に挿入し、他方の光路の光を参照光として、ブロックゲージの他端面及びベースプレート面からの反射光と干渉させ、これらの干渉縞の位相差と、ブロックゲージの予備値からブロックゲージの寸法を測定するというものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ブロックゲージの片側測定面をベースプレートに密着させる方法では、被測定物であるブロックゲージとベースプレートとの密着が必要であり、測定を正確に行なうには、この密着のバラツキを極力減らさなくてはならない。ところが、この密着作業は熟練を必要とし大変面倒なものであった。
また、密着のバラツキによる寸法の測定の不確かさが線膨張係数を高精度に求めることの大きな妨げになっていた。
本発明は、線膨張係数の測定に際して、測定の高精度化及び作業の容易化、高速化を目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明の線膨張係数測定装置は、被測定物の相対向する端面間の寸法を求める光波干渉測定手段と、前記被測定物を複数の所定温度に制御可能な温度制御手段と、を備える。
そして、前記光波干渉測定手段は所定のビーム径及び波長を持つ可干渉光を照射する光照射部と、前記光照射部から照射された光を二光束に分割する光分割部と、被測定物の測長軸と一致する光軸を有する第１干渉部及び第２干渉部と、前記第１干渉部及び第２干渉部の干渉縞をそれぞれ観察する第１観察部と第２観察部と、を備えたことを特徴とする。
【０００６】
ここで、前記光分割部により分割された二光束の一方の光束は、前記第１干渉部に入射し、該入射した光の一部は第１参照光となり、残りは前記第１干渉部により前記被測定物の測長軸方向に反射される。
また、前記光分割部により分割された二光束の他方の光束は、前記第２干渉部に入射し、その一部は第２参照光となり、残りは前記第２干渉部により前記被測定物の測長軸方向に反射される。
【０００７】
そして、前記第１干渉部から前記被測定物の測長軸方向へ反射された光は、一部が被測定物の一端において反射され、第１干渉部へと戻り第１参照光と重ね合わされ第１測定干渉光となり、その残りは被測定物の脇を通過し前記第２干渉部へ入射し、第２参照光と重ね合わされ第２基準干渉光となる。
同様に、第２干渉部から前記被測定物の測長軸方向へ反射された光は、一部が前記被測定物の他端面において反射され、第２干渉部へと戻り第２参照光と重ね合わされ第２測定干渉光となり、その他は被測定物の脇を通過し前記第１干渉部へ入射し、第１参照光と重ね合わされ第１基準干渉光となる。
【０００８】
また、前記第１観察部により、前記第１干渉部で形成される第１基準干渉光と、第１測定干渉光とがそれぞれ第１基準干渉縞、第１測定干渉縞として観察される。
同様に、前記第２観察部により、前記第２干渉部で形成される第２基準干渉光と、第２測定干渉光とがそれぞれ第２基準干渉縞、第２測定干渉縞として観察される。
上記のようにして観察された前記第１基準干渉縞と前記第１測定干渉縞との位相差、前記第２基準干渉縞と前記第２測定干渉縞との位相差、および被測定物の予備値に基き、前記温度制御手段により所定の温度に維持された前記被測定物の寸法を複数の温度でそれぞれ測定し、該被測定物の線膨張係数を求める。
【０００９】
また、前記温度制御手段は、前記被測定物を収容する容器となる断熱保温部と、前記被測定物を加熱する加熱部と、前記加熱部による加熱を制御する加熱制御部と、を備え、前記断熱保温部は断熱層と、測定光軸方向の側面に該測定光が透過する窓と、を備えた。
さらに、前記断熱保温部はその内部を減圧もしくは真空状態に保つため、該断熱保温部を密閉構造とし、該断熱保温部の内部を減圧または真空状態にするための真空ポンプ等を接続する真空弁を取り付けることが好適である。
【００１０】
また、前記温度制御手段に、被測定物の位置調整のための微動制御部を備えることが好適である。前記加熱部と前記微動制御部が、熱膨張係数の小さい材質で形成されることも好適である。
前記光分割部から前記第１干渉部に含まれるハーフミラー、前記被測定物の一端、前記第１干渉部に含まれるハーフミラーまでの光路長をＬ_１とし、前記光分割部から前記第２干渉部に含まれるハーフミラー、前記第１干渉部に含まれるハーフミラーまでの光路長をＬ_２とし、前記光分割部から前記第２干渉部に含まれるハーフミラー、前記被測定物の他端、前記第２干渉部に含まれるハーフミラーまでの光路長をＬ_３とし、前記光分割部から前記第１干渉部に含まれるハーフミラー、前記第２干渉部に含まれるハーフミラーまでの光路長をＬ_４とする。
【００１１】
このとき、下記の【数２】により被測定物の寸法Ｌ_Ｂが表される。
【数２】
Ｌ_Ｂ＝λ／２｛Ｎ＋（ε_４−ε_３）＋（ε_２−ε_１）｝,
ただし、Ｎ＝Ｎ_４−Ｎ_３＋Ｎ_２−Ｎ_１,
Ｌ_１：λ(Ｎ_１＋ε_１),
Ｌ_２：λ(Ｎ_２＋ε_２),
Ｌ_３：λ(Ｎ_３＋ε_３),
Ｌ_４：λ(Ｎ_４＋ε_４),
λ：前記光の波長、
Ｎ_ｉ(ｉ＝１〜４)：前記光路長Ｌ_ｉを前記光の波長λで除したときの商の自然数部分、
ε_ｉ(ｉ＝１〜４)：前記光路長Ｌ_ｉを前記光の波長λで除したときの商の端数である位相、
（ε_２−ε_１）：前記第１観察部で観察された第１基準干渉縞と第１測定干渉縞との位相差、
（ε_４−ε_３）：前記第２観察部で観察された第２基準干渉縞と第２測定干渉縞との位相差。
【００１２】
また、上記の線膨張係数測定装置が、前記各観察部により観察された基準干渉縞と測定干渉縞との位相差を読み取る読取手段と、前記読取手段で得られた干渉縞の各位相差と被測定物の両端面間の予備値とから所定温度の被測定物の両端面間の寸法を求める演算手段と、前記演算手段により求められた被測定物の寸法を記憶する記憶手段と、を備えることも可能である。ここで、該記憶手段により記憶された被測定物の異なる温度での寸法から被測定物の線膨張係数が算出される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明は非密着光波干渉測定法を用い、温度制御手段により被測定物の温度を変化させ、それぞれの温度での被測定物の寸法から温度変化による線膨張係数を求めるものである。
以下、本発明の線膨張係数測定装置の実施例を図面に従い説明する。なお、本実施形態では、被測定物として長方形断面のブロックゲージ等の端度器を想定しているが、それに限らず両面の面精度および平行度が干渉測長できる程度に良好なものであればその他の測定物にも適用できる。
【００１４】
図１は、本発明の線膨張率測定装置の一実施例の概念図である。同図の線膨張係数測定装置１０は、光波干渉測定手段１２と温度制御手段１４とを備える。被測定物４２は、この温度制御手段１４の設置場所に置かれている。
また、光波干渉測定手段１２は光照射部１６と、照射された光を分割する第１ハーフミラー１８(光分割部)と、所定の距離だけ離間して配置された第２ハーフミラー２４(第１干渉部)及び第３ハーフミラー２８(第２干渉部)と、第２、３ハーフミラー２４、２８にそれぞれ対応した第１参照鏡２６(第１干渉部)、第２参照鏡３０(第２干渉部)と、第１スクリーン３２(第１観察部)、第２スクリーン３４(第２観察部)と、を備えている。第２ハーフミラー２４と第３ハーフミラー２８とは、それらを結ぶ測定光の光軸が被測定物４２の測長軸と一致するように配置される。また、第１スクリーン３２、第２スクリーン３４はそれぞれ第２，３ハーフミラー２４、２８と対応して設置されている。
【００１５】
以下では上記構成要素についてその作用を述べる。まず、温度制御手段１４は、被測定物４２の温度の変更を行う働きと、被測定物４２の温度を一定に保つ働きを担う。この温度制御手段１４により、被測定物４２を複数の所定温度に制御することができる。
次に、光波干渉手段１２の各構成要素について述べる。光照射部１６は光源３６、コリメータレンズ３８、反射鏡４０等を含み、所定のビーム径及び波長を持つレーザ光を照射する。後述するように、レーザ光は被測定物４２の端面で反射されるものと被測定物の脇を通り抜けていくものが必要なため、レーザ光のビーム径はある程度の大きさを持つことが必要である。このため被測定物の断面積より大きいビーム径であることがより望ましい。
【００１６】
第１ハーフミラー１８は、光照射部１６から照射されたレーザ光を二光束に分割し、それぞれの光束は第２ハーフミラー２４と第３ハーフミラー２８に入射する。第１参照鏡２６及び第２参照鏡３０がそれぞれ第２、３ハーフミラー２４、２８を透過した光を反射し、その光を参照光として第２、３ハーフミラー２４、２８において測定光と干渉させる。このように、第１参照鏡２６と第２ハーフミラー２４との組、第２参照鏡３０と第３ハーフミラー２８との組は測定光と参照光を干渉させる干渉部として働く。また、第１ハーフミラー１８と第２ハーフミラー２４と第３ハーフミラー２８とによって、環状の干渉計が構成されている。第１、２スクリーン３２，３４ではそれぞれ第２、３ハーフミラー２４，２８で形成された干渉光を干渉縞として観察する。
【００１７】
以上のような構成を持つ光波干渉測定手段１２を用い、温度制御手段１４により一定の温度に維持された被測定物４２の寸法が測定される。また、温度制御手段１４により被測定物４２の温度を変更し、その温度での寸法を測定することを繰り返すことで異なる複数の温度での被測定物４２の寸法が得られ、被測定物４２の線膨張係数が算出される。
【００１８】
次に光波干渉測定手段１２でのレーザ光の光路を順に説明していく。光照射部１６から照射されたレーザ光は第１ハーフミラー１８により二光束に分割され、それぞれ第２ハーフミラー２４、第３ハーフミラー２８へと向かう。この第２ハーフミラー２４に入射した光は測長軸方向へ反射する光と、第２ハーフミラー２４を透過し第１参照鏡２６に向かう光とに分割される。第１参照鏡２６に向かった光は該第１参照鏡２６で反射され、第２ハーフミラー２４へと戻り、この光が第１参照光となる。また、測長軸方向へ向かった光の一部は被測定物４２の図中左端面４２ａで反射し第２ハーフミラー２４へ戻り、その残りは被測定物４２の脇を通り抜け第３ハーフミラー２８へ入射する。
【００１９】
同様に、第１ハーフミラー１８で分割された二光束のうち第３ハーフミラー２８に入射した光は、測長軸方向へ反射する光と、第３ハーフミラー２８を透過し第２参照鏡３０に向かう光とに分割される。その第２参照鏡３０に向かった光は該第２参照鏡３０で反射され、第３ハーフミラー２８へと戻り、第２参照光となる。また、測長軸方向へ向かった光の一部は被測定物４２の図中右端面４２ｂで反射し第３ハーフミラー２８へ戻り、その残りは被測定物４２の脇を通り抜け第２ハーフミラー２４へ入射する。
以上のような光路を辿った光は、第２ハーフミラー２４において、第１参照鏡２６からくる第１参照光と、被測定物４２の脇を通過してきた光とが干渉して第１基準干渉光となり、また被測定物４２の左端面４２ａで反射された光と前記第１参照光とが干渉し第１測定干渉光となる。これらの干渉光は第１スクリーン３２で干渉縞として観察され、第１基準干渉縞と第１測定干渉縞の位相差が読み取られる。
【００２０】
同様にして、第３ハーフミラー２８では、被測定物４２の脇を通過してきた光と第２参照鏡３０からの第２参照光とが干渉して第２基準干渉光となり、被測定物４２の右端面４２ｂで反射された光と、第２参照鏡３０からの第２参照光とが干渉して第２測定干渉光となる。また、これらの干渉光は、第２スクリーン３４でそれぞれ第２基準干渉縞、第２測定干渉縞として観測され、基準干渉縞と測定干渉縞との位相差が読み取られる。
以上のようにして、第１スクリーン３２と第２スクリーン３４で同時に観察される第１基準干渉縞と第２測定干渉縞との位相差、第２基準干渉縞と第２測定干渉縞との位相差と、被測定物４２の予備値と、をもとにして、被測定物の寸法Ｌ_Ｂが測定される。上記位相差と被測定物の寸法との関係は後に述べる。
【００２１】
被測定物の温度の変化による線膨張係数は、例えば次のようにして求めることができる。まず温度制御手段１４により被測定物４２をある基準温度Ｔに保ち、その温度での被測定物４２の寸法Ｌ_Ｂを上記のように光波干渉測定手段により測定する。次に温度制御手段１４により被測定物４２の温度を基準温度Ｔから変化させ、温度Ｔ’（＝Ｔ＋ΔＴ）に維持する。この温度Ｔ’における被測定物４２の寸法も同様に上記のように測長し、その長さをＬ_Ｂ’とする。(式１)に温度の変化量ΔＴと寸法の変化量ΔＬ_Ｂ（＝Ｌ_Ｂ’−Ｌ_Ｂ）を代入することにより、基準温度Ｔでの被測定物４２の線膨張係数が求められる。
以上が本発明の線膨張係数測定装置の基本的な構成である。光波干渉測定手段が上記のように構成されているため、被測定物をベースプレートに密着させる必要がない。そのため、作業が容易になるとともに、リンギングのバラツキによる測定誤差が取り除かれ高精度な測定ができる。
【００２２】
また、第１基準干渉縞と第１測定干渉縞とを第１スクリーン３２で、第２基準干渉縞と第２測定干渉縞とを第２スクリーン３４で、それぞれ同時に観察しているため、測定時間が短縮される。
さらに本発明では、第１ハーフミラー１８と第２ハーフミラー２４と第３ハーフミラー２８により環状の干渉計が構成されているが、第２ハーフミラー２４と第３ハーフミラー２８が空間的に分離されているので、時計周りの光と反時計周りの光が干渉する可能性がなく、適正な測定を行なうことができる。
【００２３】
図２は本発明における温度制御手段の一実施例を示した図である。同図に示す温度制御手段はその内部に被測定物４２を収容する箱型の可変温度槽４４として構成されている。可変温度槽４４の壁(断熱保温部)４６は断熱材、もしくは断熱構造を備えたもの、から形成された断熱層となっており、また測定光軸方向の両側の壁４６は、光を透過するガラスなどの窓４８を備える。この窓４８は少なくとも使用されるレーザ光のビーム径より大きなものとする。被測定物４２は均熱プレート５２(加熱部)に設置され、加熱制御部はヒータ５０、温度コントローラ５６、電源５７等から構成される。ヒータ５０(加熱制御部)により均熱プレート５２(加熱部)が加熱され、また被測定物４２に取りつけられた温度センサ５４及びヒータ５０は温度コントローラ５６(加熱制御部)に接続される。
【００２４】
このように可変温度槽４４(温度制御手段)は断熱層となっているため、可変温度層４４の内部の温度環境とその外部の温度環境との間の互いへの影響が少なくなる。このため、可変温度層４４の外部に設置された光波干渉手段等の光学機器が温度による影響を受けにくく、高温での測定も可能となる。また、可変温度層４４内部の温度環境が安定するので、被測定物４２の温度を一定に保ちやすい。
【００２５】
また、被測定物４２に取り付けられた温度センサ５４が、被測定物４２の温度を感知し、その情報を温度コントローラ５６に伝えることにより、温度コントローラ５６はヒータ５０による加熱を適切に制御できる。図３は温度コントローラ５６の制御ブロック図である。被測定物４２に取り付けられた温度センサ５４により感知された温度情報は、比較器５８へと送られ、設定された温度との比較を行なう。またその結果は特性補償要素６０へと送られヒータ５０や均熱プレート５２、被測定物４２の熱特性に応じてヒータ５０の操作量を算出し、その操作量が増幅器６２へと送られヒータ５０を加熱する。
【００２６】
このように、被測定物の温度変化に応じて加熱量を調整するため、被測定物の温度は安定に保たれ、被測定物をさまざまな温度に設定することができる。この結果、精密な温度管理が可能となり、また均熱プレート５２を介して加熱するため、被測定物４２を一様に加熱することができる。
また、可変温度槽４４を密閉構造とすることも可能である。このとき、可変温度槽４４は、内部を減圧もしくは真空にするために、真空ポンプ等を取りつける真空弁６４を備える。可変温度層４４内部が減圧又は真空状態に保たれることにより、空気の密度ゆらぎによる測定光のゆらぎが低減され、より正確な測定を行なうことができる。また、可変温度層４４の断熱効果もさらに高まる。
【００２７】
試料４２の設置台となる均熱プレート５２に光学的なアライメントを行なうための微動制御部６６を設けることも好適である。図２の微動制御部６６には支持部材６８が備えられ、この支持部材６８の上に均熱プレート５２が設置される。
【００２８】
微動制御部６６の調節つまみ６５を調節することにより、被測定物４２の測定光軸に対する角度や高さ方向の位置等を適切に設定することができる。さらに、温度変化によって、測定光軸に対する高さ方向に被測定物４２の位置が変化するのを防ぐため、均熱プレート５２と微動制御部６６の間にある支持部材６８は熱膨張係数の小さい材質からできていることが望ましい。また、支持部材６８の他にも、均熱プレート５２、微動制御部６６等、可変温度槽４４内部の部材は熱膨張係数の小さな材質を用いることが好ましい。熱膨張係数の小さい材質の部材を用いることにより、被測定物４２を支える部材の温度変化による変形を小さく抑えることができるので、測定光軸に対する高さ方向の位置変化が少なく、測定の正確度が増す。
【００２９】
被測定物４２の微動制御部６６による位置制御は、可変温度槽４４の外部から設定することも可能である。このため、可変温度槽４４の外部に備えられた微動制御駆動部６７は、微動制御部６６の調節つまみ６５に接続され、調節つまみ６５を駆動するモータ等を電気的に制御し、被測定物４２の位置を設定する。また、微動制御部６６の調節つまみ６５を可変温度槽４４の外部に設け、手動により外部から調整できるようにしてもよい。
【００３０】
次に光波干渉測定手段において読み取られた位相差と被測定物の寸法との関係について、図１を参照して説明する。
第１ハーフミラー１８から第２ハーフミラー２４へ、さらに被測定物４２の図中左端面４２ａに向かい、そこで反射した光が再び第２ハーフミラー２４へと戻る光路の光路長をＬ_１とする。また、第１ハーフミラー１８から第３ハーフミラー２８に向かい、そこで反射され被測定物４２の脇を通り抜け第２ハーフミラー２４へ入射するまでの光路長をＬ_２とする。同様に、光路長Ｌ_３は第１ハーフミラー１８、第３ハーフミラー２８、被測定物４２の右端面４２ｂ、第３ハーフミラー２８へと進む光路長とする。光路長Ｌ_４は、第１ハーフミラー１８から第２ハーフミラー２４へと向かい、そこで反射され被測定物４２の脇を通過し第３ハーフミラー２８へ入射するまでの光路長とする。
【００３１】
また、第１ハーフミラー１８と第２ハーフミラー２４との間の光路長をａ、第２ハーフミラー２４と被測定物４２の図中左端面４２ａとの間の光路長をｂ、第１ハーフミラー１８と第３ハーフミラー２８との間の光路長をｃ、第３ハーフミラー２８と被測定物４２の図中右端面４２ｂとの間の光路長をｄとする。
上記の光路長Ｌ_ｉ(ｉ＝１〜４)を光路長ａ、ｂ、ｃ、ｄを用いて表すと
Ｌ_１＝ａ＋２ｂ，Ｌ_２＝ｂ＋ｃ＋ｄ＋Ｌ_Ｂ，
Ｌ_３＝ｃ＋２ｄ，Ｌ_４＝ａ＋ｂ＋ｄ＋Ｌ_Ｂ，
となる。これらの式からａ、ｂ、ｃ、ｄを消去すると被測定物４２の寸法Ｌ_Ｂは次の(式２)で表される。
Ｌ_Ｂ＝１／２｛（Ｌ_４−Ｌ_３）＋（Ｌ_２−Ｌ_１）｝ …(式２)
【００３２】
また、上記の光路長Ｌ_１、Ｌ_２、Ｌ_３、Ｌ_４を、測定に使用するレーザ光の波長λを用いて表すと以下のようになる。
Ｌ_ｉ＝λ(Ｎ_ｉ＋ε_ｉ) (ｉ＝１〜４) …(式３)
ここで、Ｎ_ｉは光路長Ｌ_ｉを波長λで割った時の商の整数部分、ε_ｉはその商の端数部分(位相)である。(式３)を(式２)に代入すると
Ｌ_Ｂ＝λ／２｛（Ｎ_４−Ｎ_３）＋（Ｎ_２−Ｎ_１）＋（ε_４−ε_３）＋（ε_２−ε_１）｝
＝λ／２｛Ｎ＋（ε_４−ε_３）＋（ε_２−ε_１）｝ …(式４)
となる。ただし、Ｎ＝（Ｎ_４−Ｎ_３）＋（Ｎ_２−Ｎ_１）とした。
【００３３】
(式４)の（ε_２−ε_１）が第１スクリーン３２で観測される第１基準干渉縞と第１測定干渉縞の位相差であり、また、（ε_４−ε_３）が第２スクリーン３４で観測される第２基準干渉縞と第２測定干渉縞の位相差である。また、波長λは既知であり、被測定物の予備値と波長λより算出されるＮを用いて(式４)より被測定物の寸法Ｌ_Ｂが求められる。温度変更を繰り返して被測定物の寸法の測定を行ない、複数の温度での寸法から被測定物の線膨張係数を求めることができる。
【００３４】
図１に示すように、第１、２スクリーン３２、３４で形成された干渉縞をそれぞれ第１読取手段７０と第２読取手段７２によって観測することも可能である。この読取手段はＣＣＤカメラ、或いはその他の光電変換手段などにより干渉縞を読み取る。
これらの位相差は、図１のコンピュータ７４内の測定データ記憶手段７６へと送られ記憶される。さらに、その位相差から演算手段７８により上記の寸法Ｌ_Ｂが算出され、演算データ記憶手段８０に記憶される。また、コンピュータ７４と温度制御手段１４は接続され、被測定物の温度に関するデータ等の受け渡しを行なう。それらのデータは測定データ記憶手段７６に記憶される。
【００３５】
温度制御手段１４により被測定物４２の温度を変更し、上記と同様に寸法測定を行ない、その結果を演算データ記憶手段８０に記憶する。このように、異なる複数の温度での被測定物の寸法が演算データ記憶手段８０に記憶される。これらの異なる温度での寸法のデータや温度データを演算データ記憶手段８０、測定データ記憶手段７６から呼び出し、演算手段７８により所定の温度での線膨張係数を算出することができる。
【００３６】
以上の構成では、測定に単一波長のレーザ光を用いた例について説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、もちろん複数の異なる波長を用いて測定を行なってもよい。
本発明は被測定物とベースプレートを密着させる必要がないので、密着型の光波干渉測定法を用いた場合と比較して作業が容易となり、測定時間が大幅に短縮される。また、密着のバラツキによる測定誤差がなく、高精度な測定が可能となる。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の線膨張係数測定装置は、非密着型の光波干渉測定手段と、被測定物の温度の維持及び温度の変更を行なう温度制御手段を備える。この結果、被測定物の線膨張係数の測定を高精度に行なうことが可能で、また作業性の向上および高速化が達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の線膨張係数測定装置の概念図である。
【図２】 可変温度槽(温度制御手段)の概略構成の説明図である。
【図３】 温度コントローラの制御ブロック図である。
【符号の説明】
１０ 本発明の線膨張係数測定装置
１２ 光波干渉測定手段
１４ 温度制御手段
１６ 光照射部
１８ 第１ハーフミラー(光分割部)
２４ 第２ハーフミラー(第１干渉部)
２６ 第１参照鏡(第１干渉部)
２８ 第３ハーフミラー(第２干渉部)
３０ 第２参照鏡(第２干渉部)
３２ 第１スクリーン(第１観察部)
３４ 第２スクリーン(第２観察部)
４２ 被測定物

Claims (7)

1. 被測定物の相対向する端面間の寸法を求める光波干渉測定手段と、前記被測定物を複数の所定温度に制御可能な温度制御手段と、を備えた線膨張係数測定装置において、
   前記光波干渉測定手段は、
   所定のビーム径及び波長を持つ光を照射する光照射部と、
   前記光照射部から照射された光を二光束に分割する光分割部と、
   被測定物の測長軸と一致する光軸を有する第１干渉部及び第２干渉部と、
   前記第１干渉部及び第２干渉部の干渉縞をそれぞれ観察する第１観察部と第２観察部と、
   を備えており、
   前記光分割部により分割された二光束の一方の光束は、前記第１干渉部に入射し、該光束の一部は第１参照光となり、残りは前記第１干渉部により前記被測定物の測長軸方向に反射され、
   前記光分割部により分割された二光束の他方の光束は、前記第２干渉部に入射し、該光束の一部は第２参照光となり、残りは前記第２干渉部により前記被測定物の測長軸方向に反射され、
   前記第１干渉部から前記被測定物の測長軸方向へ反射された光は、一部が前記被測定物の一端において反射され、第１干渉部へと戻り第１参照光と重ね合わされ第１測定干渉光となり、その残りは前記被測定物の脇を通過し前記第２干渉部へ入射し、第２参照光と重ね合わされ第２基準干渉光となり、
   前記第２干渉部から前記被測定物の測長軸方向へ反射された光は、一部が前記被測定物の他端面において反射され、第２干渉部へと戻り第２参照光と重ね合わされ第２測定干渉光となり、その残りは前記被測定物の脇を通過し前記第１干渉部へ入射し、第１参照光と重ね合わされ第１基準干渉光となり、
   前記第１観察部により、前記第１干渉部で形成される第１基準干渉光と第１測定干渉光とをそれぞれ第１基準干渉縞及び第１測定干渉縞として観察し、
   前記第２観察部により、前記第２干渉部で形成される第２基準干渉光と第２測定干渉光とをそれぞれ第２基準干渉縞及び第２測定干渉縞として観察し、
   前記第１基準干渉縞と前記第１測定干渉縞との位相差、前記第２基準干渉縞と前記第２測定干渉縞との位相差、および被測定物の予備値に基き、前記温度制御手段により所定の温度に維持された前記被測定物の寸法を複数の温度でそれぞれ測定することを特徴とする線膨張係数測定装置。
2. 請求項１記載の線膨張係数測定装置において、
   前記温度制御手段は、
   前記被測定物を収容する容器となる断熱保温部と、
   前記被測定物を加熱する加熱部と、
   前記加熱部による加熱を制御する加熱制御部と、を備え、
   前記断熱保温部は断熱層と、測定光軸方向の側面に該測定光が透過する窓と、を備えたことを特徴とする線膨張係数測定装置。
3. 請求項２記載の線膨張係数測定装置において、
   前記断熱保温部はその内部を減圧もしくは真空状態に保つため、該断熱保温部を密閉構造とし、真空弁を備えたことを特徴とする線膨張係数測定装置。
4. 請求項２〜３いずれかに記載の線膨張係数測定装置において、
   前記温度制御手段が、被測定物の位置調整のための微動制御部を備えることを特徴とする線膨張係数測定装置。
5. 請求項４記載の線膨張係数測定装置において、
   前記加熱部と前記微動制御部とを構成する部材が熱膨張係数の小さい材質により形成されることを特徴とする線膨張係数測定装置。
6. 請求項１〜５いずれかに記載の線膨張係数測定装置において、
   前記光分割部から前記第１干渉部に含まれるハーフミラー、前記被測定物の一端、前記第１干渉部に含まれるハーフミラーまでの光路長をＬ_１とし、
   前記光分割部から前記第２干渉部に含まれるハーフミラー、前記第１干渉部に含まれるハーフミラーまでの光路長をＬ_２とし、
   前記光分割部から前記第２干渉部に含まれるハーフミラー、前記被測定物の他端、前記第２干渉部に含まれるハーフミラーまでの光路長をＬ_３とし、
   前記光分割部から前記第１干渉部に含まれるハーフミラー、前記第２干渉部に含まれるハーフミラーまでの光路長をＬ_４とし、
   下記の【数１】により被測定物の寸法Ｌ_Ｂが表されたことを特徴とする線膨張係数測定装置。
   【数１】
   Ｌ_Ｂ＝λ／２｛Ｎ＋（ε_４−ε_３）＋（ε_２−ε_１）｝,
   ただし、Ｎ＝Ｎ_４−Ｎ_３＋Ｎ_２−Ｎ_１,
   Ｌ_１：λ(Ｎ_１＋ε_１),
   Ｌ_２：λ(Ｎ_２＋ε_２),
   Ｌ_３：λ(Ｎ_３＋ε_３),
   Ｌ_４：λ(Ｎ_４＋ε_４),
   λ：前記光の波長、
   Ｎ_ｉ(ｉ＝１〜４)：前記光路長Ｌ_ｉを前記光の波長λで除したときの商の自然数部分、
   ε_ｉ(ｉ＝１〜４)：前記光路長Ｌ_ｉを前記光の波長λで除したときの商の端数である位相、
   （ε_２−ε_１）：前記第１観察部で観察された第１基準干渉縞と第１測定干渉縞との位相差、
   （ε_４−ε_３）：前記第２観察部で観察された第２基準干渉縞と第２測定干渉縞との位相差。
7. 請求項１〜６いずれかに記載の線膨張係数測定装置において、
   前記第１観察部および第２観察部により観察された基準干渉縞と測定干渉縞との位相差を読み取る読取手段と、
   前記読取手段で得られた干渉縞の各位相差と被測定物の両端面間の予備値とから所定の温度の被測定物の両端面間の寸法を求める演算手段と、
   前記演算手段により求められた被測定物の寸法を記憶する記憶手段と、を備え、
   前記記憶手段に記憶された異なる複数の温度での被測定物の寸法から被測定物の線膨張係数を求めることを特徴とする線膨張係数測定装置。

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