JPH0476502A - 継ぎホログラムスケールおよびその作製装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、例えば、ＮＣ工作機械、精密測長機あるいは
高精度変位測定装置に適用して好適な継ぎホログラムス
ケールおよびその作成装置に関する。

［発明の概要］ 本発明は、例えば、ＮＣ工作機械、精密測長機あるいは
高精度変位測定装置に適用して好適な継ぎホログラムス
ケールの作成装置において、光が入射されて回折光を出
射あるいは反射する基準となる回折格子とｊ記録材料と
を有し、上記回折光の中の少なくとも二つの回折光をそ
れぞれ物体波および参照波として干渉させて上記記録材
料に継ぎホログラムスケールを形成する継ぎホログラム
スケール作成装置であって、上記記録材料を基準となる
回折格子の格子ピッチの整数倍移動し、この記録材料上
に継ぎホログラムスケールを形成することにより、平均
格子ピッチのばらつきのない正確な長尺な継ぎホログラ
ムスケールを得るようにしたものである。

また、本発明は、光が入射されて回折光を出射あるいは
反射する基準となる回折格子と記録材料とを有し、上記
回折光の中の少なくとも二つの回折光をそれぞれ物体波
および参照波として干渉させて上記記録材料に継ぎホロ
グラムスケールを形成する継ぎホログラムスケール作成
装置において、上記基準となる回折格子を、その格子ピ
ッチの整数倍移動し、上記記録材料上に継ぎホログラム
スケールを形成酸することにより、平均格子ピンチのば
らつきのない正確な長尺な継ぎホログラムスケールを得
るようにしたものである。

［従来の技術］ 最近、半導体レーザとホログラムスケールとを組み合わ
せたレーザスケールが分解能の高さと安定性の良さとか
ら高精度の変位測定装置として採用されるに至っている
。

この場合、ホログラムスケールは、例えば、第３図に示
すように作成される。図において、（１）はレーザ光源
で、このレーザ光源（１）から出射されたレーザ光がミ
ラー（２）によって反射された後、ビームスプリッタ（
３）によって分割され、さらに、分割されたレーザ光が
ミラー（４）　（５）で反射された後、大口径の拡大光
学系であるビームエクスパンダ（６）　（７）で平面波
としての物体波ＬＯと参照波ＬＲとされ、これらの物体
波ＬＯと参照波ＬＲとが重ね合わされて干渉縞（８）が
発生する。この干渉縞（８）が記録材料（９）にホログ
ラムスケールとして露光されることで、ホログラムスケ
ールが作成される。

［発明が解決しようとする課Ｂ］ しかしながら、上記従来のホログラムスケールの作成装
置では、ビームスプリッタ（３）で２つの平面波に分割
してから干渉縞（８）が発生するまでのレーザ光の光路
が比較的長くなるために、周囲温度あるいは風の流れ等
の環境条件の変化を原因として、記録材料（９）上にお
ける干渉縞（８）の位相が安定しにくいことから、作成
されたホログラムスケールのリニアリティおよび平均格
子ピッチがばらついてしまうという問題があった。

特に、長尺なホログラムスケールを作成しようとして、
記録材料（９）上に一度ホログラムスケールを露光形成
した後、第３図に示す記録材料（９）を矢印方向に移動
して、再び露光記録を行う、いわゆる、継ぎ露光記録を
実施しようとする際には、ホログラムスケールの作成時
間が長くなることから、干渉縞（８）が安定していない
ことに起因して記録材料（９）に形成する２つの干渉縞
の位相を高精度に合致させることがきわめて困難なこと
になり、結局、実質的に高精度の長尺な継ぎホログラム
スケールを作成することができないという問題があった
。

さらには、光学系の寸法が比較的大きくなることから、
その光学系の僅かな振動に起因してリニアリティがばら
つくという問題もあった。したがって、従来の継ぎホロ
グラムスケールの記録装置の構造としては高価な免震（
耐震）構造を採用する必要があったが、それを採用して
も高精度の長尺な継ぎホログラムスケールを作成するこ
とが非常に困難であった。

また、継ぎホログラムスケール作成装置を構成する記録
材料（９）側に一体的に干渉計を設けて位相を観察して
継ぎ記録を行うことも考えられるが、記録材料（９）側
の振動と、物体波ＬＯと参照波ＬＲとが重ね合わされて
干渉縞（８）が形成される部分の空気の流れによる波面
の振動とが同周期、同位相ではないために適切に接ぎ記
録を行うことができないという問題があった。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、干渉縞
が発生するまでのレーザ光の光路が飛躍的に短くなり、
したがって、継ぎホログラムスケール作成装置の構成が
簡単になるとともに、光学系全体の寸法が比較的小さく
なり、かつ、リニアリティおよび平均格子ピッチのばら
つきの少ない正確な長尺な継ぎホログラムスケールを作
成することができる継ぎホログラムスケールおよびその
作成装置を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段コ 本発明継ぎホログラムスケールの作成装置は、例えば、
第１図に示すように、光Ｌａが入射されて回折光を出射
する基準となる回折格子（１８）と記録材料ａ１〜記録
材料ａｎとを有し、上記回折光の中の少なくとも二つの
回折光ＬＯおよび回折光Ｌ１をそれぞれ物体波および参
照波として干渉させて上記記録材料ａ１〜記録材料ａｎ
に継ぎホログラムスケールを形成する継ぎホログラムス
ケール作成装置において、 上記記録材料ａ１〜記録材料ａｎを基準となる回折格子
（１８）の格子ピッチΔ門の整数倍移動し、この記録材
料ａ１〜記録材料ａｎ上に継ぎホログラムスケールを形
成するようにしたものである。

また、本発明継ぎホログラムスケールの作成装置は、例
えば、第２図に示すように、光が入射されて回折光を出
射する基準となる回折格子（１８）と記録材料（３１）
とを有し、上記回折光の中の少なくとも二つの回折光を
それぞれ物体波および参照波として干渉させて上記記録
材料　（３１）に継ぎホログラムスケールを形成する継
ぎホログラムスケール作成装置において、 上記基準となる回折格子（１８）を、その回折格子ピッ
チＡＭの整数倍移動し、上記記録材料（３１）上に継ぎ
ホログラムスケールを形成するようにしたものである。

［作用］ したがって、本発明継ぎホログラムスケールの作成装置
によれば、基準となる回折格子（Ｉ８）で回折された回
折光の中の少なくとも二つの回折光ＬＯおよび回折光Ｌ
１をそれぞれ物体波および参照波として干渉させて上記
記録材料ａ１〜記録材料ａｎに長尺な継ぎホログラムス
ケールを形成する際、上記記録材料ａ１〜記録材料ａｎ
を基準となる回折格子（１８）の格子ピッチＡＭの整数
倍移動して、この記録材料ａ１〜記録材料ａｎ上に継ぎ
ホログラムスケールを形成することにより、平均格子ピ
ッチのばらつきのない正確な長尺な継ぎホログラムスケ
ールが得られる。

また、本発明継ぎホログラムスケールの作成装置によれ
ば、基準となる回折格子（１８）で回折された回折光の
中の少なくとも二つの回折光をそれぞれ物体波および参
照波として干渉させて上記記録材料（３１）に長尺な継
ぎホログラムスケールを形成する際、上記基準となる回
折格子（１８）を、その回折格子ピッチＡＭの整数倍移
動して、上記記録材料（３１）上に継ぎホログラムスケ
ールを形成することにより、平均格子ピンチのばらつき
のない正確な長尺な継ぎホログラムスケールが得られる
。

［実施例］ 以下、図面を参照して本発明継ぎホログラムスケールお
よびその作成装置の一実施例について説明する 第１図において、（１０）はレーザ光源で、ヘリウムネ
オンレーザ、アルゴンレーザ、あるいはヘリウムカドミ
ニウムレーザ等が採用され、波長λのレーザ光りを出射
するものである。このレーザ光りはミラー（１２）で反
射された後、ビームエクスパンダ（１３）に入射する。

ビームエクスパンダ（１３）は拡大光学系であり、１組
のレンズ（１４）、（１５）およびピンホール（１６ａ
）が形成されたピンホール板（１６〉を有し、入射され
たレーザ光りの光線束を比較的太い光線束のレーザ光Ｌ
ａにして出射する。

このレーザ光Ｌａは格子ピッチ八Ｈを有する基準となる
回折格子（以下、マスクスケールという）（１８）に法
線（１９）に対する角度がθＯで入射する。

ここで、マスクスケール（１８）としては、例えば、上
述の従来のホログラムスケール作成装置で作成されたホ
ログラムスケールの精度を測定し、所望の平均格子ピッ
チΔｈを有するものを選択して用いればよい。なお、マ
スクスケール（１８）としては、このように選択したホ
ログラムスケールに限らず、電子ビームで記録材料に直
接書き込んだ高精度な回折格子、あるいはりソグラフィ
技術を利用して記録材料に書き込んだ高精度な回折格子
を用いることができる。

マスクスケール（１８）に入射されたレーザ光Ｌａは、
このマスクスケール（１８）によって回折され、法線（
１９）に対する角度がθｄの０次回折光ＬＯと１次回折
光Ｌ１等が出射される。そして、この０次回折光ＬＯと
１次回折光Ｌ１とが物体波および参照波として干渉し、
ナイフエッヂ（２０ａ）を有するスリット板（２０）の
スリット（２０ｂ）を通過することで、長尺な記録材料
ａｘの中、記録材料ａｌ上に格子ピッチΔＲの干渉縞が
形成される。なお、記録材料ａ１、スリット板（２０）
およびマスクスケール（１８）は図示しないジグを用い
てスライドテーブル（２１）に固定され、かつそれぞれ
が互いに平行に配置されている。また、長尺な記録材料
ａｘを図面上記録材料ａ１〜ａｎの集合体で表わしてい
るが、実際には一体のものである。

この場合、記録材料ａｌ上に形成される干渉縞の格子ピ
ンチＡＲと、レーザ光Ｌａの波長λと、角度θ０、θｄ
との間には次の第１式に示す関係が成立する。

２π／ΔＲ＝（２ｚ／λ）　ｓｉｎθ０＋（２π／λ）
・ｓｉｎθｄ　　　　　・・・・・・・・（１）また、
マスクスケール（１８）の格子ピッチ八門と、レーザ光
Ｌａの波長λと、角度θ０、θｄとの間には次の第２式
に示す関係が成立する。

２π／Δ阿＝（２π／λ）　ｓｉｎθ０＋（２π／λ）
・ｓｉｎθｄ　　　　　・・・・・・・・（２）上記第
１式と第２式の右辺は等しいので、結局、第３式に示す
関係が成立する。

ΔＨ＝ΔＲ・・・・・・・・（３） すなわち、記録材料ａ１に記録される干渉縞、言い換え
れば、ホログラムスケールの格子ピッチΔＲとマスクス
ケール（１８）の格子ピッチ入門とが等しい値になる。

このように、マスクスケール（１８）と記録材料ａ１と
の平行度が保持されていさえすれば、干渉縞の格子ピッ
チΔＲとマスクスケール（工８）の格子ピッチ八門とは
、記録時におけるレーザ光Ｌａの波長λの多少の変化あ
るいは多少の入射角度の変化に影響されることなく等し
い値になる。この干渉縞が露光記録された記録材料ａｌ
はホログラムスケールとして利用することができ、この
ホログラムスケールの格子ピッチがマスクスケール（１
８）の格子ピッチ人台に等しいので、精度の高いホログ
ラムスケールが作成できる。

次に、スライドテーブル（２１）を矢印Ａ方向に格子ピ
ッチＡＭの整数倍である長さｘｉだけガイドレール（２
２）に沿って移動させることで、記録材料ａ２を記録材
料ａｌが存在していた位置に配置する。

そして、上記と同様に記録材料ａ２に干渉縞を露光記録
することで継ぎホログラムスケールが作成でき、さらに
、記録材料ａ３から記録材料ａｎを格子ピッチＡ？ｌの
整数倍である長さｘｌだけ、順次、矢印Ａ方向に移動し
ながら露光記録することで、記録材料ａ１から記録材料
ａｎからなる長尺な記録材料ａｘに対応する長尺な継ぎ
ホログラムスケールが形成されることになる。

この場合、長さｘｌの移動距離の設定は、スライドチー
フル（２１）に一体的に配置された位置決め用スケール
（２３）の目盛りを、固定されたフォトセンサ（２４）
で読み取り、フォトセンサ（２４）から出力されるパル
ス信号をカウンタ（図示せず）等で計数することにより
可能である。これに限らず、マスクスケール（１８）を
作成する際に、そのマスクスケール（１８）に平行して
作成した位置決め用スケールを用いてもよく、あるいは
スライドテーブル（２１）の移動を光波干渉計を用いて
測定してもよい。

なお、上述の実施例においては、光学系（レーザ光源（
１０）およびビームエクスパンダ（１３）　）を固定し
て、長尺な継ぎホログラムスケールを作成しているが、
これに限らず、例えば、第２図に示すように、固定され
た基台（３０）上に長尺な記録材料（３１）を配置し、
この基台（３０）と平行に配置固定されたガイドレール
（３２）に沿って、拡大光学系であるレンズ（３３）、
ミラー（３４）およびレンズ（３５）が所定位置に固定
され、かつ、記録材料（３１）と対向する位置に固定さ
れたマスクスケール（１８）を有する移動箱（４４）を
、矢印Ｂ方向に格子ピッチＡＭの整数倍ずつ順次移動し
て記録材料（３１）に露光記録することにより、記録材
料（３１）にリニアリティのよい長尺な継ぎホログラム
スケールを形成することができる。

なお、上述の実施例では、０次回折光ＬＯと１次回折光
Ｌ１とを用いて長尺な継ぎホログラムスケールを作成す
る例について示しているが、これに限らず、正負両方の
１次回折光を用いることにより、マスクスケール（１８
）の格子ピッチ入門の１／２ピツチの継ぎホログラムス
ケールを作成することができる。同様に、さらに高次の
回折光を利用することによりその次数に反比例してマス
クスケール（１８）の格子ピッチ八Ｈに比較して細かい
格子ピッチを有する継ぎホログラムスケールを作成する
ことができる。要は、回折光の中の少なくとも二つの回
折光をそれぞれ物体波および参照波として干渉させて記
録材料にホログラムスケールを形成し、その記録材料に
対して、マスクスケールを相対的に格子ピッチ入門の整
数倍ずつ順次移動して露光記録することにより、平均格
子ピッチのばらつきのない正確な長尺な継ぎホログラム
スケールを得ることができる。なお、二つの回折光の中
、少なくとも一つの回折光はＯ次回折光を用いるとよい
。

また、本実施例によれば、第３図に示した従来例のよう
に、干渉させるために分割したレーザ光の分割後の光路
が非常に短くすることが可能になるので、干渉計の振動
あるいは記録時における空気の流れを原因とする波面の
変動を最小限に抑制することができることから、総じて
リニアリティがよ（、しかもマスクスケールの格子ピッ
チに等しい格子ピッチの長尺な継ぎホログラムスケール
を安定に作成することができるという利点を有する。

したがって、このようにして作成された継ぎホログラム
スケールを変位測定装置に用いることにより、平均格子
ピッチの補正を行うことなく高精度の変位測定を行うこ
とができる。

また、本実施例による継ぎホログラムスケールの記録装
置は外部の振動による影響をほとんど受けることがなく
なるため、当該継ぎホログラムスケールの記録装置の免
震（耐震）構造をなくすることもできる。

さらに、干渉縞が安定であるので、記録（露光）時間を
長くすることが可能になり、記録感度の低い記録材料を
用いることができる。また、同様の理由で、出射される
レーザ光の強度の小さいレーザ光源を用いることができ
ることから、装置構成が簡単になり、しかも装置の信顧
性が向上する。

なお、本発明は上記の実施例に限らず本発明の要旨を逸
脱することなく種々の構成を採り得ることはもちろんで
ある。

［発明の効果］ 本発明継ぎホログラムスケールの作成装置によれば、基
準となる回折格子で回折された回折光の中の少なくとも
二つの回折光をそれぞれ物体波および参照波として干渉
させて上記記録材料に長尺な継ぎホログラムスケールを
形成する際、上記記録材料を基準となる回折格子の格子
ピンチの整数倍移動して、この記録材料上に継ぎホログ
ラムスケールを形成することにより、平均格子ピッチの
ばらつきのない正確な長尺な継ぎホログラムスケールを
作成することができるという効果を有する。

また、本発明は、基準となる回折格子で回折された回折
光の中の少なくとも二つの回折光をそれぞれ物体波およ
び参照波として干渉させて上記記録材料に長尺な継ぎホ
ログラムスケールを形成する際、上記基準となる回折格
子を、その回折格子ピッチの整数倍移動して、上記記録
材料上に継ぎホログラムスケールを形成することにより
、平均格子ピッチのばらつきのない正確な長尺な継ぎホ
ログラムスケールを作成することができるという効果を
有する。

したがって、本発明装置によって作成された長尺な継ぎ
ホログラムスケールを用いた変位測定装置は、累積補正
等を行う必要がないという利点が得られる。

また、本発明装置によれば、レーザ光の光路を非常に短
くすることが可能になるので、干渉計の振動あるいは記
録時における空気の流れを原因とする波面の変動を最小
限に抑制することができることから、総じてリニアリテ
ィがよく、しかも基準となる回折格子の格子ピッチに等
しい格子ピッチの長尺な継ぎホログラムスケールを安定
に作成することができるという利点を有する。

また、本発明装置によれば、外部の振動による影響をほ
とんど受けることがなくなるため、当該継ぎホログラム
スケールの記録装置の免震（耐震）構造をなくすること
もできる。

さらに、本発明装置によれば、干渉縞が安定に得られる
ので、記録（露光）時間を長くすることが可能になり、
記録感度の低い記録材料を用いることができる。また、
同様の理由で、出射されるレーザ光の強度の小さいレー
ザ光源を用いることができることから、装置構成が簡単
になり、しかも装置の信頼性が向上するという利益も得
られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による継ぎホログラムスケールの作成装
置の一実施例の構成を示す線図、第２図は本発明による
継ぎホログラムスケールの作成装置の他の実施例の構成
を示す線図、第３図は従来の継ぎホログラムスケールの
作成装置の構成を示す線図である。 （１８）マスクスケール、ａ１〜ａｎは記録材料、Ｌａ
はレーザ光、ＬＯはＯ次回折光、Ｌｌは１次回折光、Δ
門、ΔＲは格子ピッチである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光が入射されて回折光を出射あるいは反射する基準
   となる回折格子と記録材料とを有し、上記回折光の中の
   少なくとも二つの回折光をそれぞれ物体波および参照波
   として干渉させて上記記録材料に継ぎホログラムスケー
   ルを形成する継ぎホログラムスケール作成装置において
   、上記記録材料を基準となる回折格子の格子ピッチの整
   数倍移動して、この記録材料上に継ぎホログラムスケー
   ルを形成することを特徴とする継ぎホログラムスケール
   の作成装置。 ２、光が入射されて回折光を出射あるいは反射する基準
   となる回折格子と記録材料とを有し、上記回折光の中の
   少なくとも二つの回折光をそれぞれ物体波および参照波
   として干渉させて上記記録材料に継ぎホログラムスケー
   ルを形成する継ぎホログラムスケール作成装置において
   、上記基準となる回折格子を、その格子ピッチの整数倍
   移動して、上記記録材料上に継ぎホログラムスケールを
   形成することを特徴とする継ぎホログラムスケール作成
   装置。 ３、請求項１または請求項２記載の装置で作成されたこ
   とを特徴とする継ぎホログラムスケール。