JPH0617785B2 - Interference contrast method linear meter - Google Patents

Interference contrast method linear meter

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JPH0617785B2
JPH0617785B2 JP31377886A JP31377886A JPH0617785B2 JP H0617785 B2 JPH0617785 B2 JP H0617785B2 JP 31377886 A JP31377886 A JP 31377886A JP 31377886 A JP31377886 A JP 31377886A JP H0617785 B2 JPH0617785 B2 JP H0617785B2
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light
optical axis
linear meter
interference
mirrors
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浄史 松田
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Agency of Industrial Science and Technology
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Description

【発明の詳細な説明】 (イ)発明の目的 [産業上の利用分野] この発明は干渉コントラスト法を利用した直線計に関す
るものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (a) Object of the Invention [Industrial field of use] The present invention relates to a linear meter using an interference contrast method.

例えば工作機械等においては、刃物台等が案内に沿つて
直線運動するようになっており、その運動の直線性の良
否が加工精度の良否を決定する重要な要因となってい
る。したがつて、このような工作機械等においては、組
立てや精度検査の時に刃物台等の横振れ(運動方向に垂
直な平面内での変位一成分若しくは二成分)を検査する
必要がある。また加工中に刃物台等の横振れを常時検出
して運動を直線状に制御して加工精度の向上をはかろう
とする試みもある。また、光学機械や、精密機械の中に
も精密な移動テーブルが組込まれており、作製課程にお
いて高精度な測定検査が要求される。
For example, in a machine tool or the like, a tool rest or the like moves linearly along a guide, and the quality of the linearity of the motion is an important factor for determining the quality of machining accuracy. Therefore, in such a machine tool or the like, it is necessary to inspect lateral shake (displacement one component or two components in a plane perpendicular to the movement direction) of the tool post or the like at the time of assembly or accuracy inspection. There is also an attempt to constantly detect the lateral shake of a tool post or the like during machining and control the motion linearly to improve machining accuracy. Further, a precision moving table is incorporated in an optical machine and a precision machine, and a highly accurate measurement inspection is required in the manufacturing process.

[従来の技術] このような場合に、直線計が使用され、そのうち光学的
な直線計としては従来オート・コリメーター、レーザー
直線計(ツーリング・レーザ)等が利用されている。
[Prior Art] In such a case, a linear meter is used, and as the optical linear meter, an auto collimator, a laser linear meter (tooling laser), or the like is conventionally used.

[発明が解決しようとする問題点] しかるに、これら従来の直線計は一成分の回転ないし変
位を検出するものであって、かつ、測定精度がμオーダ
ーであって精度不足などでいずれも上記の目的に不十分
であった。
[Problems to be Solved by the Invention] However, these conventional linear meters detect the rotation or displacement of one component, and the measurement accuracy is on the order of μ, and the accuracy is insufficient. It was insufficient for the purpose.

この発明は上記の如き事情に鑑みてなされたものであつ
て、実時間干渉が簡単に行え、特に高精度の変位測定を
可能にする直線計を提供することを目的とするものであ
る。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is an object of the present invention to provide a linear meter that can perform real-time interference easily and that enables highly accurate displacement measurement.

(ロ)発明の構成 [問題を解決するための手段] この目的に対応して、この発明の干渉コントラスト法直
線計は、光軸の一端側にあって前記光軸上に光束を形成
する光源装置と、前記光軸の一端側にある干渉縞観測装
置と、前記光軸の途中に位置していて前記光束から前記
光軸に対称な他の2光束を生成しかつ横ずれが生じたと
きに前記他の2光束に位相のずれが生ずる2光束生成装
置と、前記光軸の他端側に前記光軸に対称に位置してい
て前記他の2光束を入射方向と同方向に反射させる一対
のミラーとを有し、前記光源装置と前記干渉縞観測装置
と前記一対のミラーとを固定体と被検移動体のうちの一
方にとりつけ、前記2光束生成装置を前記固定体と前記
被検移動体のうちの他方にとりつけてなることを特徴と
している。
(B) Configuration of the Invention [Means for Solving the Problem] To this end, the interference contrast method linear meter of the present invention is a light source that forms a light beam on the optical axis at one end side of the optical axis. A device, an interference fringe observation device at one end of the optical axis, and another two light beams which are located in the middle of the optical axis and are symmetrical to the optical axis from the light beam and a lateral deviation occurs. A two-beam generation device that causes a phase shift between the other two light beams, and a pair that is positioned symmetrically to the optical axis on the other end side of the optical axis and that reflects the other two light beams in the same direction as the incident direction. A mirror, the light source device, the interference fringe observation device, and the pair of mirrors are attached to one of a fixed body and a moving body to be inspected, and the two-beam generation device is attached to the fixed body and the inspected body. It is characterized by being attached to the other of the moving bodies.

以下、この発明の詳細を一実施例を示す図面について説
明する。
Hereinafter, details of the present invention will be described with reference to the drawings illustrating an embodiment.

第1図において、1は直線計である。直線計1は光源装
置2を有する。光源装置2としてはHe−Neレーザ光
源や半導体レーザ光源等を使用するとができる。光源装
置2は光軸3の一端側にあって、ミラー4及びハーフミ
ラー5を介して光束6を光軸3上に形成する。
In FIG. 1, 1 is a linear meter. The linear meter 1 has a light source device 2. As the light source device 2, a He-Ne laser light source, a semiconductor laser light source, or the like can be used. The light source device 2 is located on one end side of the optical axis 3 and forms a light beam 6 on the optical axis 3 via the mirror 4 and the half mirror 5.

ハーフミラー5の透過側には干渉縞観察装置7が位置す
る。干渉縞観察装置7はミラー8及び観測面11とを備
えている。観測面11の0の位置には光の強度を測定す
るフォトディテクターが置かれている。この観測面11
は後述るようにホログラムHで代替してもよい。光軸3
の途中に2光束生成装置12が配置されている。2光束
生成装置12は入射光束から光軸3に対称な2光束1
3,14生成するもので、グレーティングGを使用した
り、後述する角度の等しい対称的な2斜面5,16を持
つウェッジガラス17を用いることができる。グレーテ
ィングGに光束6を照射すると(+)一次及び(-)一次の回
折光13,14が生じ、これらの光を使用している。グ
レーティングGとしては市販のものを使用することが可
能であり、また写真乾板上に平行光を参照光として斜め
方向の光を記録させて作製したもの(ホログラムグレー
ティング)を使用してもよい。光軸3の他端側には一対
のミラー21,22が配置されている。一対のミラー2
1,22は光軸3に関して対称であって、かつ2光束1
3,14の光軸に垂直である。したがって、一対のミラ
ー21,22は2光束13,14を入射方向に反射す
る。
An interference fringe observation device 7 is located on the transmission side of the half mirror 5. The interference fringe observation device 7 includes a mirror 8 and an observation surface 11. A photodetector for measuring the intensity of light is placed at the position 0 on the observation surface 11. This observation surface 11
May be replaced by the hologram H as described later. Optical axis 3
A two-beam generation device 12 is arranged midway. The two-beam generation device 12 has two beams 1 symmetrical with respect to the optical axis 3 from the incident beam.
It is possible to use a grating G or a wedge glass 17 having two symmetrical sloping surfaces 5 and 16 having the same angle, which will be described later. When the grating G is irradiated with the light beam 6, (+) first-order and (−) first-order diffracted lights 13 and 14 are generated, and these lights are used. As the grating G, a commercially available one can be used, or a grating (hologram grating) produced by recording light in an oblique direction on a photographic plate using parallel light as reference light may be used. A pair of mirrors 21 and 22 are arranged on the other end side of the optical axis 3. A pair of mirrors 2
1, 22 are symmetric with respect to the optical axis 3 and the two light beams 1
It is perpendicular to the optical axes of 3,14. Therefore, the pair of mirrors 21 and 22 reflects the two light fluxes 13 and 14 in the incident direction.

光源装置2、干渉縞観測装置7、一対のミラー21,2
2は固定体23上に取付けられ、また、2光束生成装置
12は移動体24上に取付けられる。移動体24は光軸
3の方向に移動することが予定されているものであっ
て、この光軸方向の移動の際のその移動方向と直角な方
向の変位Δ×が検出の対象量である。
Light source device 2, interference fringe observation device 7, pair of mirrors 21,2
2 is mounted on the fixed body 23, and the two-beam generator 12 is mounted on the moving body 24. The moving body 24 is scheduled to move in the direction of the optical axis 3, and the displacement Δx in the direction perpendicular to the moving direction when moving in the optical axis direction is the detection target amount. .

[作用] このように構成された干渉法直線計1における横変位Δ
×の検出は次のようにしてなされる。
[Operation] Lateral displacement Δ in the interferometric linear meter 1 configured as described above
The detection of x is performed as follows.

光源装置2からレーザビームを発光させ、ミラー4、ハ
ーフミラー5で光路変更させて2光束生成装置12に入
射する。2光束生成装置12はグレーティングGを用い
るので、ここで入射光束は光軸3に関して対称な2光
束、すなわち光束13と光束14とに分割される。光束
13と光束14はミラー21,22によつて入射方向に
反射され、2光束生成装置12で重なり合って干渉縞を
形成する。干渉縞はハーフミラー5を透過し、ミラー8
で光路変更されて0点にある観測面11上に結像して観
測される。
A laser beam is emitted from the light source device 2, the optical path is changed by the mirror 4 and the half mirror 5, and the light beam is incident on the two-beam generation device 12. Since the two-beam generation device 12 uses the grating G, the incident light beam is split into two light beams symmetrical with respect to the optical axis 3, that is, the light beam 13 and the light beam 14. The light flux 13 and the light flux 14 are reflected in the incident direction by the mirrors 21 and 22, and are overlapped by the two light flux generation device 12 to form an interference fringe. The interference fringes pass through the half mirror 5 and the mirror 8
The optical path is changed by and the image is observed on the observation surface 11 at the zero point.

第2図はグレーティングGの横ずれΔ×と干渉縞の位相
変化の関係を示している。この第2図において、実線は
最初の状態における位相を示すための光線をあらわして
おり、破線は横ずれが生じた時の位相遅れを示すための
光線をあらわしている。
FIG. 2 shows the relationship between the lateral deviation Δx of the grating G and the phase change of the interference fringes. In FIG. 2, the solid line represents the light beam for indicating the phase in the initial state, and the broken line represents the light beam for indicating the phase delay when the lateral deviation occurs.

光束13については斜面15の傾き角がθであるとする
と、移動体が左から右へ横ずれしたときの位相のずれδ
は δ=(2π/λ)ΔXsinθであり、 移動体が右から左へ横ずれしたときの位相のずれδは δ=(2π/λ)ΔXsinθである。
Assuming that the inclination angle of the slope 15 of the light flux 13 is θ, a phase shift δ when the moving body laterally shifts from left to right.
1 is δ 1 = (2π / λ) ΔX sin θ, and the phase shift δ 2 when the moving body laterally shifts from right to left is δ 2 = (2π / λ) ΔX sin θ.

光束14については、移動体が左から右へ横ずれしたと
きの位相のずれδは δ=−(2π/λ)ΔXsinθであり、移動体が右か
ら左へ横ずれしたときの位相のずれδは δ=−(2π/λ)ΔXsinθである。
Regarding the light flux 14, the phase shift δ 3 when the moving body laterally shifts from left to right is δ 3 = − (2π / λ) ΔX sin θ, and the phase shift δ when the moving body laterally shifts from right to left. 4 is [delta] 4 =-(2 [pi] / [lambda]) [Delta] Xsin [theta].

結局、全体の位相のずれδは δ=(δ+δ)−(δ+δ)=δ=(8π/λ)ΔXsinθ…(1) 一方、干渉縞の光の強度変化と位相変化との関係は、干
渉縞の光の強度をI(ΔX)として、 I(ΔX)=A+Bcosδ…(2) (1)式を代入して、 I(ΔX)=A+Bcos{(8π/λ)×ΔXsinθ}…(3) 第3図には光の強度と位相の関係が示されている。通常
の干渉コントラスト法で行うように、この場合も0〜π
の間で直線計として用いる。予めA+B及びA−Bの値
を求めておく。次に、強度I(ΔX)が観測されると、
(3)式からΔXが計算される。但し、θはグレーティン
グを作る時に、予め測定しておく。
After all, the overall phase shift δ is δ = (δ 1 + δ 2 ) − (δ 3 + δ 4 ) = δ 1 = (8π / λ) ΔX sin θ (1) On the other hand, the intensity change of the interference fringes and the phase change The relationship with is: I (ΔX) = A + Bcosδ ... (2) (1) Substituting the light intensity of the interference fringes into I (ΔX), I (ΔX) = A + Bcos {(8π / λ) × ΔX sin θ} (3) FIG. 3 shows the relationship between light intensity and phase. In this case as well, as in the normal interference contrast method, 0 to π
Used as a linear meter between The values of A + B and A−B are obtained in advance. Next, when the intensity I (ΔX) is observed,
ΔX is calculated from the equation (3). However, θ is measured in advance when the grating is made.

こうして、観測面11上で干渉縞の光の強度変化を観察
すれば、移動体の横ずれ量ΔXを(3)式から求めること
ができる。
In this way, by observing the change in the light intensity of the interference fringes on the observation surface 11, the lateral displacement amount ΔX of the moving body can be obtained from the equation (3).

例えば、θ=30゜、δ=π/100とすると ΔX=1.5×10-3μmである。For example, if θ = 30 ° and δ = π / 100, then ΔX = 1.5 × 10 −3 μm.

[他の実施例] 0点に位置する観測面11に替えてホログラムHを配置
してもよい。この場合ホログラムは、測定に先立って、
固定体23と移動体24との基準位置において、0の位
置に写真乾板を配置し、光束13,14の干渉縞の光を
参照光として物体光5を記録し、写真処理して完成させ
たものである。このような構成においては、ホログラム
Hに物体光25と干渉縞の光を照明すると物体光25と
ホログラムHの再生光が干渉縞を形成するので、この干
渉縞を観測して前記の横ずれの検出を行うことになる。
ミラー21,22の角度の調整が不完全の場合、精度が
低下するが、ホログラムHを用いることにより、ミラー
21,22の調整が不完全であっても、ホログラムHで
補正され、完全な調整を行ったのと同じ強度のフォトデ
ィテクターで検出される。(これはホログラムの収差補
正と同じ考え方である。) また、第4図はこの発明の他の実施襲例に係わる直線計
1aを示している。この直線計1aではグレーティング
Gに替えてウェッジガラス17を使用する。ウエッジガ
ラス17は角度の等しい対称的な斜面15,16で構成
されており、ハーフミラー5の表面及び裏面から反射さ
れた光束6及び光束6′がウェッジガラス17を照明す
ると、光軸3に対称な2光束13,14が生成される。
[Other Embodiments] The hologram H may be arranged in place of the observation surface 11 located at the 0 point. In this case the hologram is
At the reference position between the fixed body 23 and the moving body 24, a photographic plate was placed at the position of 0, and the object light 5 was recorded by using the light of the interference fringes of the light fluxes 13 and 14 as the reference light, and the photographic processing was completed. It is a thing. In such a configuration, when the hologram H is illuminated with the object light 25 and the light of the interference fringes, the object light 25 and the reproduction light of the hologram H form an interference fringe, and thus the interference fringe is observed to detect the lateral shift. Will be done.
When the adjustment of the angles of the mirrors 21 and 22 is incomplete, the accuracy is lowered. However, by using the hologram H, even if the adjustment of the mirrors 21 and 22 is incomplete, the hologram H is used for correction and complete adjustment is made. Is detected with the same intensity photodetector as (This is the same idea as the correction of the aberration of the hologram.) FIG. 4 shows a linear meter 1a according to another embodiment of the present invention. In this linear meter 1a, a wedge glass 17 is used instead of the grating G. The wedge glass 17 is composed of symmetrical inclined surfaces 15 and 16 having the same angle, and when the light beam 6 and the light beam 6'reflected from the front and back surfaces of the half mirror 5 illuminate the wedge glass 17, the wedge glass 17 is symmetrical with respect to the optical axis 3. 2 light fluxes 13 and 14 are generated.

(ハ)発明の効果 以上の説明から明らかな通り、この発明によれば、特に
高精度の変位測定を可能にする直線計を得ることができ
る。
(C) Effects of the Invention As is clear from the above description, according to the present invention, it is possible to obtain a linear meter that enables displacement measurement with particularly high accuracy.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図はこの発明の一実施例に係わる干渉コントラスト
法直線計を示す構成説明図、第2図は横ずれ量と干渉縞
の位相変化の関係を示す説明図、第3図は光の強度と位
相の関係を示す図、及び第4図はこの発明の他の実施例
に係わる干渉法直線計を示す構成説明図である。 1……直線計、2……光源装置、3……光軸、4……ミ
ラー、5……ハーフミラー、6……光束、7……干渉縞
観測装置、8……ミラー、11……観測面、12……2
光束生成装置、13……光束、14……光束、15……
斜面、16……斜面、17……ウェッジガラス、21…
…ミラー、22……ミラー、23……固定体、24……
移動体、25……物体光、H……ホログラム、G……グ
レーティング
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a configuration of an interference contrast method linear meter according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an explanatory diagram showing a relationship between a lateral shift amount and a phase change of interference fringes, and FIG. FIG. 4 is a diagram showing a phase relationship, and FIG. 4 is a structural explanatory diagram showing an interferometric linemeter according to another embodiment of the present invention. 1 ... Linear meter, 2 ... Light source device, 3 ... Optical axis, 4 ... Mirror, 5 ... Half mirror, 6 ... Luminous flux, 7 ... Interference fringe observation device, 8 ... Mirror, 11 ... Observation plane, 12 …… 2
Luminous flux generator, 13 ... Luminous flux, 14 ... Luminous flux, 15 ...
Slope, 16 ... Slope, 17 ... Wedge glass, 21 ...
… Mirror, 22 …… Mirror, 23 …… Fixed body, 24 ……
Moving object, 25 ... Object light, H ... Hologram, G ... Grating

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】光軸の一端側にあって前記光軸上に光束を
形成する光源装置と、前記光軸の一端側にある干渉縞観
測装置と、前記光軸の途中に位置していて前記光束から
前記光軸に対称な他の2光束を生成しかつ横ずれが生じ
たときに前記他の2光束に位相のずれが生ずる2光束生
成装置と、前記光軸の他端側に前記光軸に対称に位置し
ていて前記他の2光束を入射方向と同方向に反射させる
一対のミラーとを有し、前記光源装置と前記干渉縞観測
装置と前記一対のミラーとを固定体と被検移動体のうち
の一方にとりつけ、前記2光束生成装置を前記固定体と
前記被検移動体のうちの他方にとりつけてなることを特
徴とする干渉コントラスト法直線計
1. A light source device which forms a light beam on the optical axis at one end side of the optical axis, an interference fringe observation device at one end side of the optical axis, and an intermediate position of the optical axis. A two-beam generation device that generates another two light beams symmetrical to the optical axis from the light beam and causes a phase shift in the other two light beams when a lateral shift occurs, and the light beam on the other end side of the optical axis. And a pair of mirrors that are symmetrical with respect to the axis and that reflect the other two light beams in the same direction as the incident direction. The light source device, the interference fringe observation device, and the pair of mirrors are fixed to the fixed body and the mirror. An interference contrast method linear meter, characterized in that it is attached to one of the moving bodies to be detected, and the two-beam generation device is attached to the other of the fixed body and the moving body to be inspected.
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