JPH063370B2 - 反射形平面回折格子を用いた光干渉式真直度測定方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用） 本発明の反射形平面回折格子を用いた光干渉式真直度測
定方法は、工作機械のテーブルの直線運動性能を直線か
らのずれ量で評価したい場合、あるいは加工部品の真直
度を長さの変位量で、高分解能・高精度に、測定範囲の
制限なく、直接測定したい場合において利用するもので
ある。

（従来の技術） 従来の光干渉式真直度測定方法は２枚の平面鏡を凹系ま
たは凸形の「くの字」に組み合わせて一体として光干渉
系における反射体とし、光源から出た光を光干渉計に内
蔵されたウオラストンプリズムやバイプリズムの光学的
な特性で対称な一定の偏向角を持って２つに分離し、前
記反射体の２枚の平面鏡のそれぞれへ直角に入射／反射
させ、光干渉計へ戻す方法である。

即ち前記反射体を用い、これを被測定面に沿って移動さ
せるとき、前記反射体に上下の微小変位が生じ、２つに
分離された光の光路長が互いに差動的に変化し、これに
よって被測定面の真直度が長さの変位量となって光干渉
計で測れると言う方法である。

（発明が解決しようとする課題） 従来の真直度測定に用いる前記反射体を被測定面に沿っ
て移動すると、分離した２つの光が互いに対称に偏向し
ているため、やがて前記反射体からはみでてしまう。即
ち従来の光干渉式真直度測定方法は、前記反射体を被測
定面に沿って移動させる範囲が原理的に制限される、と
言う致命的な欠点を持っている方法である。

本発明は上述の欠点に鑑み、発意・工夫された。その目
的とするところは、被測定面に沿って光干渉系における
反射体を移動させても、測定範囲を原理的に制限するこ
となく長さの変位量で真直度が検出可能となる光干渉式
真直度測定方法を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 前述の目的を達成するため、光干渉系における前記反射
体の代わりに、０次回折光の強度が効果的に得られるよ
うにあらかじめ回折角だけ逆に傾けた２枚の反射形平面
回折格子を互いに「くの字」に凹または凸形に組み合わ
せて一体とし、真直度測定における光干渉系における反
射体として利用する。

即ち光源から出た光は光干渉計に内蔵されたビームスプ
リターによって２つの光（参照側と信号側の光）に分離
され、これら２つの光を共に被測定面に平行な光路とな
るよう設置し、本発明の方法に関わる反射形平面回折格
子を用いた前記反射体に入射させる。回折角だけ逆に傾
けた２枚の平面回折格子のそれぞれから被測定面に平行
にそのまま反射して戻る２つの０次回折光を光干渉計へ
戻す。この時、本発明の方法に関わる前記反射体が被測
定面に沿って移動するならば、その上下の微小変化が２
つの光路長の差動的変化となって現れ、測定範囲を制限
することなく、被測定面の真直度を光干渉計で測ること
ができる。

（作用） 上記の構成の光干渉式真直度測定方法の光干渉計におい
て、上下動を伴わずに前記反射体を被測定面に沿って移
動するならば、２つの光の光路長は等しく変化するため
光干渉計の感度はない。

一方、本発明の方法に関わる前記反射体が被測定面に沿
って移動しながら、移動方向と直角の面の真直性を表す
上下動の変位を伴うとき、２つの光路長は差動的に変化
し、前記反射体の移動範囲、即ち被測定面に沿った測定
範囲を制限することなく光干渉式真直度測定が可能とな
る。

（実施例） 以下に本発明の反射形平面回折格子を用いた光干渉式真
直度測定方法の実施例を図面によって詳しく説明する。

第１図は本発明に関わる２枚の反射形平面回折格子1及
び2をあらかじめそれぞれ回折角だけ逆に傾けて「くの
字」の凹形に組み立て一体とした反射体3と光干渉計4を
用いて光干渉系を構成し、被測定面5の真直度測定が高
分解能・高精度でできる本発明の光波干渉式真直度測定
方法の実施例を示す図である。

第１図において、光源6から出た光7は光干渉計4に内蔵
されたビームスプリッターとプリズムまたは平面鏡で二
分され、平行な２つの光8及び9となって被測定面5と平
行に設置され、それぞれ反射形平面回折格子1及び2に入
射する。反射形平面回折格子1及び2の物理的性質によっ
て、反射光の一部は０次回折光となり、そのまま前記２
つの光8及び9と同じ方向へ戻る。ほかに前記反射体3の
前記回折格子1及び2のそれぞれから反射光として１次回
折光または−１次回折光が発生するが、本発明の真直度
測定方法では関係ないので使わない。

本発明の方法に関わる前記反射体3は、従来の光干渉式
真直度測定方法に用いられている２枚の平面鏡から成る
反射体とは本質的に異なり、２枚の反射形平面回折格子
1及び2の物理的性質を利用するものであるから、前記回
折格子1及び2が回折角だけ逆に傾いて配置されていて
も、被測定面5に平行な前記２つの光8及び9は平行なま
ま入射／反射の方向を一致させて光干渉計4へ戻るとい
う特徴を示す。いわば前記反射体3は、前記回折格子1及
び2へ平行な２つの光8及び9を回折角だけ傾けて入射さ
せても、入射方向へ反射させることができる特殊な一種
の平面鏡と解釈できる。

上述のように本発明の光干渉式真直度測定方法に前記反
射体3を用いることによって、光干渉計4で平行に二分さ
れた平行な２つの光8及び9を被測定面5と平行に配置し
たまま光干渉系としての機能を発揮させることができ
る。従って前記反射体3を被測定面5に沿って移動しても
真直度の測定範囲は制限されない。第１図における本発
明の方法に関わる前記反射体3が光路と直角の上下に変
位するとき、平行な２つの光8及び9の光路長は光干渉計
4に内蔵されたビームスプリッターの位置を基点に差動
的に変化するので、被測定面5の真直度が長さの変位量
で光干渉計4に内蔵された検出器により高感度・高精度
で測れる。

第２図は、第１図と同様な機能を有する本発明の光干渉
式真直度測定方法の実施例を示す図であるが、第１図の
前記反射体3とは逆に２枚の反射形平面回折格子10及び1
1を凸形の「くの字」に組み立て一体とし、光干渉系を
構成する反射体12としている点が第１図の実施例と異な
る。

第３図は、ヘテロダインの光干渉系への適用例で、第１
図及び第２図と同様な機能を有する本発明の光干渉式真
直度測定方法の実施例を示す図である。第３図における
２枚の反射形平面回折格子13及び14から成る反射体15は
第１図の反射体3と同様な機能を有する。第３図のヘテ
ロダインの光干渉計16は偏光ビームスプリッター17と２
個の直角プリズム18及び19とλ／4波長板20とから構成
される。

第３図において、光源21から射出した差周波数を持って
互いに直交する直線偏光の光22は、偏光ビームスプリッ
ター17の偏光面23でＰ成分24及びＳ成分25の二つに分け
られ、λ／4波長板20を通過してそれぞれ円偏光の平行
な２つの光26及び27となって反射体15の前記回折格子13
及び14へ入射する。前記回折格子13及び14で反射した０
次回折光は平行な２つの光26及び27と同じ光路をたど
り、再びλ／4波長板20を通過して偏光面23で重なりあ
い、互いに直交する２つの直線偏光の光28となって直角
プリズム19で直角に反射され、信号光29となって検出器
30へ入る。円偏光で平行な２つの光26及び27は被測定面
31と平行に設定されているので、反射体15が上下に変位
すると、ヘテロダインの光干渉計16で被測定面31の真直
度が検知され、検出器30から真直度に関する情報が得ら
れる。

第４図は第３図と同様にヘテロダインの光干渉系への本
発明の光干渉式真直度測定方法の実施例を示す図であ
る。第４図における２枚の反射形平面回折格子32及び33
から成る反射体34は第２図の反射体12と同様な機能を有
する。ヘテロダインの光干渉計35は２個の偏光ビームス
プリッター36及び37と２個のキューブコーナプリズム38
及び39とλ／4波長板40とから構成される。第４図のヘ
テロダインの光干渉系は、前記反射体34と前記ヘテロダ
インの光干渉計35との間が複光路41と43及び42と44で構
成されており、第３図と比較して被測定面45の真直度測
定の感度が２倍高い。

第４図において、光源46から射出した差周波数を持ち互
いに直交する直線偏光の光47は、偏光ビームスプリッタ
ー36の偏光面48でＰ成分49とＳ成分50の二つに分けら
れ、λ／4波長板40を通過してそれぞれ円偏光の平行な
２つの光41及び42となって反射体34の２枚の反射形平面
回折格子33及び32へ入射する。前記回折格子33及び32で
反射した０次回折光は平行な２つの光41及び42と同じ光
路をたどり、λ／4波長板40を通過すると光41はＳ成分
となって偏光面48で反射され、キューブコーナプリズム
38で３回反射されると再び偏光面48で反射され、λ／4
波長板40を通過して円偏光の光43となって、反射体34の
前記回折格子33へ入射する。前記回折格子33で反射した
０次回折光は光43と同じ光路をたどり、λ／4波長板40
を通過すると光43はもとのＰ成分となって偏光面48を通
過し、光51となって検出器52へ入る。一方、前記回折格
子32で反射し、λ／4波長板40を通過した光42は、Ｐ成
分となって偏光ビームスプリッター37の偏光面53を通過
し、キューブコーナープリズム39で３回反射された後、
再び偏光面53を通過し、さらにλ／4波長板40を通過し
て光44となり、反射体34の前記回折格子32へ入射する。
前記回折格子32で反射された０次回折光は光44と同じ光
路をたどり、λ／4波長板40を通過すると光44はもとの
Ｓ成分となって偏光面53と偏光面48で２回反射され、光
51となって検出器52へ入る。検出器52では光51に含まれ
るＰ成分とＳ成分の差周波数の変化から反射体34の上下
動、すなわち被測定面45の真直度が測定される。

（発明の効果） 以上の第１図、第２図、第３図及び第４図の実施例で説
明した本発明の光干渉式真直度測定方法を用いれば、２
枚の反射形平面回折格子を「くの字」に組み合わせて一
体とした反射体と光干渉計で被測定面に平行な２つの光
をもつ光干渉系を構成することができ、被測定面に沿っ
た方向の測定範囲に制限を与えない真直度測定が実現で
きる。

また従来の光干渉式真直度測定方法のように、光干渉計
に内蔵されたウオラストンプリズムやバイプリズムの性
質を利用して光を二分し、対称に偏光させた２つの光を
「くの字」に組み合わせた２枚の平面鏡から成る反射体
に直角に入射させる方法に比べ、本発明の光干渉式真直
度測定方法に見られる反射体のように、回折角だけ逆に
凹または凸形の「くの字」に傾けた組み立てた２枚の反
射形平面回折格子の物理的性質を利用すれば、光干渉計
で二分した２つの光を、反射体の格子面に対して数十度
と大きく傾けて入射／反射させることができる。従って
本発明の方法に見られる反射体を被測定面と直角の上下
に変位させるとき、光干渉系の光路長を従来の方法に比
べ急変させることができ、より高感度に真直度測定がで
きる。また従来の光干渉式真直度測定方法で感度を高め
る目的から二分した２つの光の偏光角を大きく取れば、
必然的に測定範囲が狭くなると言う欠点も、本発明の方
法によって解決できる。

【図面の簡単な説明】

第１図，第２図，第３図及び第４図は本発明の実施例の
構成図である。 1,2,10,11,13,14,32,33：反射形平面回折格子 3,12,15,34：反射体 4,16,35：光干渉計 5,31,45：被測定面 8及び9,10及び11,26及び27,41と43及び42と44：平行な
２つの光

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】０次回折光が得られる回折角だけ逆に傾け
   た２枚の反射形平面回折格子を互いに凹または凸形の
   「くの字」に組み合わせとりつけた反射体を設け、光干
   渉計で平行に分離した２つの光を被測定面に平行に設置
   し、これら２つの光を前記反射体のそれぞれの平面回折
   格子で入射／反射させ０次回折光を得、再び被測定面に
   平行な２つの光として光干渉計へ戻し、被測定面の真直
   度を光干渉系の光路の差動的変化から測定することを特
   徴とした反射形平面回折格子を用いた光干渉式真直度測
   定方法。