JP2004138433A - レーザ干渉計、及びそれを用いた測定装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】レーザ光を軸方向に入出力自在な入出力部を有するレーザ干渉計を提供する。
【解決手段】レーザ干渉計１のレーザ干渉部３は、Ｐ波を直進方向に、Ｓ波を直角方向に分光して出力する偏光ビームスプリッタ８と、該偏光ビームスプリッタ８の直角方向に配置されたターニングミラー９と、ターニングミラー９に対して偏光ビームスプリッタ８の反対側に配置されたキューブコーナプリズム１１と、偏光ビームスプリッタ８とキューブコーナプリズム１１との間に配置された１／４波長板と、偏光ビームスプリッタ８及びターニングミラー９と反射鏡２との間に配置されたバイプリズム６と、偏光ビームスプリッタ８及びターニングミラー９と反射鏡２との間に配置された１／４波長板とを有している。レーザ光を入出力自在な偏光ビームスプリッタ８の入出力部８ａは反射鏡２に対してレーザ干渉部３のＺ軸方向反対側に位置している。
【選択図】 図３
【解決手段】レーザ干渉計１のレーザ干渉部３は、Ｐ波を直進方向に、Ｓ波を直角方向に分光して出力する偏光ビームスプリッタ８と、該偏光ビームスプリッタ８の直角方向に配置されたターニングミラー９と、ターニングミラー９に対して偏光ビームスプリッタ８の反対側に配置されたキューブコーナプリズム１１と、偏光ビームスプリッタ８とキューブコーナプリズム１１との間に配置された１／４波長板と、偏光ビームスプリッタ８及びターニングミラー９と反射鏡２との間に配置されたバイプリズム６と、偏光ビームスプリッタ８及びターニングミラー９と反射鏡２との間に配置された１／４波長板とを有している。レーザ光を入出力自在な偏光ビームスプリッタ８の入出力部８ａは反射鏡２に対してレーザ干渉部３のＺ軸方向反対側に位置している。
【選択図】 図３
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば工作機械のテーブル等の移動部材が支持部材に対して軸方向に移動する際に生じる位置偏差を測定するためのレーザ干渉計に係り、詳しくはレーザ光を入出力し得る入力部を、反射手段に対してレーザ光路生成手段の軸方向反対側に位置させたレーザ干渉計、及びそれを用いた測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば高精度な工作が要求される旋盤、フライス盤、研削盤などの工作機械などにおいては、工場などの床に対して固定されるベッドと、該ベッド上を移動するテーブルとが備えられており、工作の際には、このテーブルに被加工物などを設置して、該テーブルを所定の軸方向に移動させつつ工作を行う。このテーブルの移動においては、軸方向、横方向、縦方向、ピッチ方向、ヨー方向、ロール方向の６つの（つまり６自由度方向の）位置偏差（誤差）が生じる虞があり、機械精度の比較、受渡し、保守などの目的から、これらの位置偏差を測定する必要がある。
【０００３】
従来、上記６つの位置偏差を測定するため、レーザ測長機などによって測定を行うものが種々提案されており、軸方向、横方向、縦方向、ピッチ方向、ヨー方向の位置偏差を測定するものは実用化されているものもある。ところが、ロール方向の測定は、精密水準器やダイヤルゲージによって測定するように規定されている（例えば、ＪＩＳＢ６３３６−１、ＩＳＯ１０７９１−１）。しかしながら、上記工作機械のテーブルを移動させると、該工作機械自体の重心が移動するため、該工作機械全体が傾斜してしまう。そのため、上記水準器などによってロール方向の測定を行うと、該工作機械の傾斜も含めて測定することとなり、正確なロール方向の測定ができなかった。また、鉛直方向に移動するテーブルにおいては、ロール方向が水平方向であるため、上述の水準器ではロール方向の測定が不可能であった。そこで、特にロール方向に対する位置偏差をレーザ干渉計を用いて測定するもの（例えば、特許文献１、非特許文献１参照）も提案されている。
【０００４】
図７は従来のレーザ干渉計を示す斜視模式図である。図７に示すように、レーザ干渉計１０１は、反射鏡１０２と、レーザ干渉部１０３とを備えており、該反射鏡１０２は、平面鏡１０４，１０５を所定角度で略々Ｖ字状となるように有している。また、レーザ干渉部１０３は、偏光ビームスプリッタ１０８，１０９と、楔プリズム１０６ａ，１０６ｂからなるバイプリズム１０６と、１／４波長板１０７ａ，１０７ｂと、１／２波長板１１０と、キューブコーナプリズム１１１とを有して構成されている。
【０００５】
図示を省略したレーザヘッドから光路ｃ１、ｄ１にＰ波とＳ波とからなるレーザ光を偏光ビームスプリッタ１０８に照射すると、Ｐ波は直進して光路ｃ２に、Ｓ波は直角に反射して光路ｄ２に、それぞれ分光される。
【０００６】
光路ｃ２のＰ波は１／２波長板１１０によりＳ波となって光路ｃ３を通過し、該光路ｃ３のＳ波は偏光ビームスプリッタ１０９により直角に反射されて光路ｃ４を通過する。該光路ｃ４のＳ波は１／４波長板１０７ｂにより円偏光となり、かつ楔プリズム１０６ａにより角度φに屈折して平面鏡１０４の点１０４ｂに垂直に反射し、光路ｃ５を往復する。該光路ｃ５を往復した円偏光は１／４波長板１０７ｂによりＰ波となって光路ｃ４を通過し、偏光ビームスプリッタ１０９を直進して光路ｃ６を通過する。該光路ｃ６のＰ波はキューブコーナプリズム１１１により光路ｃ７に反射され、偏光ビームスプリッタ１０８を直進して光路ｃ８を通過する。該光路ｃ８のＰ波は１／４波長板１０７ａにより円偏光となり、かつ楔プリズム１０６ｂにより角度φに屈折して平面鏡１０５の点１０５ａに垂直に反射し、光路ｃ９を往復する。該光路ｃ９を往復した円偏光は１／４波長板１０７ａによりＳ波となって光路ｃ８を通過し、偏光ビームスプリッタ１０８により直角に反射され、光路ｃ１０に出力される。
【０００７】
一方、光路ｄ２のＳ波は１／４波長板１０７ａにより円偏光となり、かつ楔プリズム１０６ａにより角度φに屈折して平面鏡１０４の点１０４ａに垂直に反射し、光路ｄ３を往復する。該光路ｄ３を往復した円偏光は１／４波長板１０７ａによりＰ波となって光路ｄ２を通過し、偏光ビームスプリッタ１０８を直進して光路ｄ４を通過する。該光路ｄ４のＰ波はキューブコーナプリズム１１１により光路ｄ５に反射され、偏光ビームスプリッタ１０９を直進して光路ｄ６を通過する。該光路ｄ６のＰ波は１／４波長板１０７ｂにより円偏光となり、かつ楔プリズム１０６ｂにより角度φに屈折して平面鏡１０５の点１０５ｂに垂直に反射し、光路ｄ７を往復する。該光路ｄ７を往復した円偏光は１／４波長板１０７ｂによりＳ波となって光路ｄ６を通過し、偏光ビームスプリッタ１０９により直角に反射されて光路ｄ８を通過する。該光路ｄ８のＳ波は１／２波長板１１０によりＰ波となって光路ｄ９を通過し、該光路ｄ９のＰ波は偏光ビームスプリッタ１０８を直進して、光路ｄ１０に出力される。
【０００８】
例えば反射鏡１０２がＺ軸周りのロール方向（γ方向）に変位すると、点１０４ａ及び点１０５ｂが平面鏡１０４，１０５の傾斜に対して、谷側（つまり内側）又は山側（つまり外側）に、点１０４ｂ及び点１０５ａが平面鏡１０４，１０５の傾斜に対して、山側（つまり外側）又は谷側（つまり内側）に移動する形となり、即ち、光路ｃ５及び光路ｃ９の光路長に対して光路ｄ３及び光路ｄ７の光路長が縮まる、又は伸びることになり、２つの光路長に変化が生じる。また、横方向（Ｘ方向）、縦方向（Ｙ方向）、軸方向（Ｚ方向）、ピッチ方向（α方向）、ヨー方向（β方向）に対して変位があった場合は、光路ｃ５及び光路ｃ９の光路長と、光路ｄ３及び光路ｄ７の光路長とが共に伸縮、或いは変化せずに、その２つの光路長に変化が生じない。
【０００９】
なお、点１０４ａと点１０４ｂ（点１０５ａと点１０５ｂ）の距離を２ｖとし、上記ロール方向の角度θと光路長の変化量Δとを式で示すと、θ＝ｔａｎ−１（Δ／（８ｖ・ｓｉｎφ））となる。また、それらロール方向の角度θと光路長の変化量Δとの関係は、点１０４ａと点１０５ａ（点１０４ｂと点１０５ｂ）の距離２ｕに依存せず、つまり反射鏡１０２とレーザ干渉部１０３との距離はなんら影響がない。
【００１０】
そして、光路ｃ１０及び光路ｄ１０より出力されたＰ波とＳ波のレーザ光をレーザヘッドの光電変換器により、該Ｐ波とＳ波の波長の位相差に基づく、それら２つの光路長の相対変化を測定することによってロール方向の位置偏差を算出することが可能である。
【００１１】
【特許文献１】
特開昭６２−２２３６０４号公報 （第７−８項、第１図、第３図、第４図、第５図）
【非特許文献１】
精密工学会誌 Ｖｏｌ．６１，Ｎｏ．２，１９９５（第２５３−２５７項）
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したようにレーザ干渉計１０１は、レーザヘッドを移動軸方向に対して横方向に配置してレーザ光を照射しているため、レーザ干渉部１０３をテーブルに設置して該テーブルを移動させながら測定することが不可能であり、種々の工作機械の測定に対応することができず、実用性に欠けていた。
【００１３】
また、図７に示すようにキューブコーナプリズム１１１は大型であり、レーザ干渉部１０３が比較的大きなものであるため、特に工作機械の大きさが小さいものでは、レーザ干渉部１０３をベッドに設置することも不可能であって、例えば工場の床に三脚などによって設置していた。そのため、テーブルとベッドとのロール方向の位置偏差ではなく、テーブルと床とのロール方向の位置偏差を測定することになり、上記水準器による測定と同様に、テーブルの移動によって生じる工作機械の重心移動による該工作機械の傾斜、即ちベッドの傾斜も含んで測定してしまう。そのため、レーザ干渉計、特にレーザ干渉部をコンパクト化したものの開発が望まれていた。
【００１４】
そこで本発明は、レーザ光を軸方向に入出力自在な入出力部を有するレーザ光路生成手段を備え、かつコンパクト化が可能なレーザ干渉計、及びそれを用いた測定装置を提供することを目的とするものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る本発明は（例えば図３、図６参照）、所定角度で傾斜した２つの平面鏡（４，５）を有する反射手段（２）と、Ｐ波と該Ｐ波に対して偏光面が直交する平面のＳ波とを有するレーザ光を入力して第１光路（例えばｂ２〜ｂ１１）と第２光路（例えばａ２〜ａ１１）に分光し、該第１光路（例えばｂ２〜ｂ１１）と該第２光路（例えばａ２〜ａ１１）とに分光されたレーザ光を前記反射手段（２）に２往復させてから出力するレーザ光路生成手段（３）と、を備え、前記反射手段（２）と前記レーザ光路生成手段（３）とを軸方向（Ｚ軸方向）に相対移動させた際に、前記反射手段（２）と前記レーザ光路生成手段（３）との相対位置関係によって前記第１光路（例えばｂ２〜ｂ１１）と前記第２光路（例えばａ２〜ａ１１）との距離が相対変化するレーザ干渉計（１）において、
前記レーザ光路生成手段（３）は、
一側面に、前記反射手段（２）に対して前記レーザ光路生成手段（３）の軸方向（Ｚ軸方向）反対側に位置して、前記レーザ光を前記軸方向（Ｚ軸方向）より入力自在で、かつ前記第１光路（例えばｂ２〜ｂ１１）及び前記第２光路（例えばａ２〜ａ１１）を通過したレーザ光を前記軸方向（Ｚ軸方向）に出力自在な入出力部（８ａ）を有し、入力されるレーザ光に対して前記Ｐ波を直進方向に、かつ前記Ｓ波を直角方向に分光して出力する分光部（８）と、
前記分光部（８）の前記軸方向に対して直角方向（例えばＹ軸方向）に配置され、入力されるレーザ光を直角に反射する反射部（９又は１４）と、
前記反射部（９又は１４）に対して前記分光部（８）の反対側に配置され、前記分光部（８）から出力されたレーザ光を異なる平行な軸上に折り返し出力する光路軸変更部（１１）と、
前記分光部（８）と前記光路軸変更部（１１）との間に配置され、前記分光部（８）から出力されて前記光路軸変更部（１１）を介して該分光部（８）に入力されるレーザ光が通過する際に、前記Ｐ波を前記Ｓ波に、前記Ｓ波を前記Ｐ波に、それぞれ変換する第１の波長板（１０）と、
前記分光部（８）及び前記反射部（９又は１４）と前記反射手段（２）との間に配置され、前記分光部（８）及び前記反射部（９又は１４）からの前記軸方向（Ｚ軸方向）のレーザ光を、前記反射手段（２）の平面鏡（４，５）に対して垂直になるように前記所定角度（例えばφ）に屈折させる屈折部（６）と、
前記分光部（８）及び前記反射部（９又は１４）と前記反射手段（２）との間に配置され、前記分光部（８）又は前記反射部（９又は１４）から出力されて前記反射手段（２）を介して該分光部（８）又は該反射部（９又は１４）に入力されるレーザ光が通過する際に、前記Ｐ波を前記Ｓ波に、前記Ｓ波を前記Ｐ波に、それぞれ変換する第２の波長板（７ａ，７ｂ）と、を有する、
ことを特徴とするレーザ干渉計（１）にある。
【００１６】
請求項２に係る本発明は（例えば図３参照）、前記反射部は、入力されるレーザ光を同一平面上に直角に反射する平面型反射鏡（９）であり、
前記反射手段（２）と前記レーザ光路生成手段（３）とが前記軸方向（Ｚ軸方向）に対するロール方向（γ方向）に相対移動した場合に、前記第１光路（例えばｂ２〜ｂ１１のうちのｂ３及びｂ１０）と前記第２光路（例えばａ２〜ａ１１のうちのａ４及びａ１０）との距離が相対変化する、
ことを特徴とする請求項１記載のレーザ干渉計（１）にある。
【００１７】
請求項３に係る本発明は（例えば図６参照）、前記反射部は、入力されるレーザ光を異なる平行な平面上に直角に反射する屋根型反射鏡（１４）であり、
前記反射手段（２）と前記レーザ光路生成手段（３’）とが前記軸方向（Ｚ方向）に対する横方向（Ｘ軸方向）に相対移動した場合に、前記第１光路（例えばｂ２〜ｂ１１のうちのｂ３及びｂ１０’）と前記第２光路（例えばａ２〜ａ１１のうちのａ４’及びａ１０）との距離が相対変化する、
ことを特徴とする請求項１記載のレーザ干渉計（１’）にある。
【００１８】
請求項４に係る本発明は（例えば図１、図２参照）、前記請求項１ないし３のいずれか記載のレーザ干渉計（１）と、
前記レーザ光を照射自在で、かつ前記レーザ光路生成手段（３）より出力された前記第１光路（例えばｂ２〜ｂ１１）と前記第２光路（例えばａ２〜ａ１１）とのレーザ光の波長の位相差に基づき、前記第１光路（例えばｂ２〜ｂ１１）と前記第２光路（例えばａ２〜ａ１１）との距離の相対変化を測定し得るレーザ測長手段（１２）と、を備え、
前記レーザ測長手段（１２）を、基準床（３０）に、該レーザ測長手段（１２）により照射される前記レーザ光が前記レーザ光路生成手段（３）の前記入出力部（８ａ）に入力されるように前記軸方向（Ｚ軸方向）に配置し、
前記反射手段（２）及び前記レーザ光路生成手段（３）のいずれか一方を、前記基準床（３０）に対して支持される支持部材（２１）に固定し、
前記反射手段（２）及び前記レーザ光路生成手段（３）の他方を、前記支持部材（２１）に対して軸方向（Ｚ軸方向）に移動自在に支持される移動部材（２２）に固定し、
前記移動部材（２２）を前記支持部材（２１）に対して前記軸方向（Ｚ軸方向）に移動させた際に、前記支持部材（２１）に対する前記移動部材（２２）の位置偏差を測定する、
ことを特徴とする測定装置（５０）にある。
【００１９】
なお、上記カッコ内の符号は、図面と対照するためのものであるが、これは、発明の理解を容易にするための便宜的なものであり、特許請求の範囲の構成に何等影響を及ぼすものではない。
【００２０】
【発明の効果】
請求項１に係る本発明によると、入出力部が反射手段に対してレーザ光路生成手段の軸方向反対側に位置しているので、レーザ光を軸方向より入力することができ、かつ第１光路及び第２光路を通過したレーザ光を軸方向に出力することができる。それにより、例えば反射手段に対してレーザ光路生成手段を軸方向に移動させることができ、例えば工作機械の移動部材などにレーザ光路生成手段を設置することも可能にすることができるものでありながら、反射手段とレーザ光路生成手段との相対位置関係の測定を可能にすることができる。また、光路軸変更部には、分光部からのレーザ光が１箇所に入力され、かつ他の１箇所から分光部にレーザ光を折り返し出力するので、該光路軸変更部をコンパクト化することができ、レーザ光路生成手段をコンパクト化することができる。更に、分光部が１つであるので、光路軸変更部のコンパクト化と相俟って、レーザ光路生成手段をコンパクト化することができる。それにより、例えば工作機械の移動部材や支持部材などにレーザ光路生成手段を設置することが可能となり、例えば移動部材の移動による工作機械の傾斜を含むことなく、移動部材と支持部材との相対位置関係の測定を可能にすることができる。
【００２１】
請求項２に係る本発明によると、反射部が入力されるレーザ光を同一平面上に直角に反射する平面型反射鏡であり、反射手段とレーザ光路生成手段とが軸方向に対するロール方向に相対移動した場合に、第１光路と第２光路との距離が相対変化するので、反射手段とレーザ光路生成手段とのロール方向の位置偏差の測定を可能にすることができる。
【００２２】
請求項３に係る本発明によると、反射部が入力されるレーザ光を異なる平行な平面上に直角に反射する屋根型反射鏡であり、反射手段とレーザ光路生成手段とが軸方向に対する横方向に相対移動した場合に、第１光路と第２光路との距離が相対変化するので、反射手段とレーザ光路生成手段との横方向の位置偏差の測定、特に反射手段とレーザ光路生成手段とを軸方向に相対移動させた際の真直度の測定を可能にすることができる。
【００２３】
請求項４に係る本発明によると、レーザ測長手段を、該レーザ測長手段により照射されるレーザ光がレーザ光路生成手段の入出力部に入力されるように軸方向に基準床に配置し、反射手段及び前記レーザ光路生成手段のいずれか一方を、基準床に対して支持される支持部材に固定し、反射手段及びレーザ光路生成手段の他方を、支持部材に対して軸方向に移動自在に支持される移動部材に固定するので、移動部材の移動による支持部材の傾斜を含むことなく、移動部材と支持部材との相対位置関係の測定を可能にすることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
＜第１の実施の形態＞
以下、本発明に係る第１の実施の形態を図に沿って説明する。図１はレーザ干渉部をテーブルに固定した際の測定装置及び工作機械を示す斜視図、図２は反射鏡をテーブルに固定した際の測定装置及び工作機械を示す斜視図、図３は第１の実施の形態に係るレーザ干渉計を示す斜視模式図、図４は本発明のレーザ干渉計を用いた際のローリング感度校正の一例を示す図、図５は工作機械の測定結果の一例を示す図である。
【００２５】
図１に示すように、工作機械２０の位置偏差を測定し得る測定装置５０は、レーザ干渉計１とレーザヘッド（レーザ測長手段）１２とを備えている。該工作機械２０は、例えば工場の床３０に載置されて支持されているベッド（支持部材）２１を有しており、該ベッド２１にはガイド部材２１ａが支持されている。該ガイド部材２１ａにはテーブル（移動部材）２２がＺ方向に移動自在に支持されており、該テーブル２２は、例えば不図示のモータの駆動などによりＺ方向に移動する。
【００２６】
また、工作機械２０のベッド２１には、刃物台２３が設けられており、該刃物台２３に設けられたアーム２４にチャック２５を有している。工作機械２０により工作を行う際は、該チャック２５にバイトなどの工具を取付けると共にテーブル２２に被工作物を設置・固定し、該テーブル２２を移動させて被工作物と工具とを接触させつつ工作を行う。なお、図１に示す工作機械２０は、説明の便宜上、簡単に示した模式的なものであり、Ｚ方向に移動するものを一例として説明しているが、実際には更に複雑な形状、動作を行うものである。
【００２７】
レーザヘッド１２は、例えば三脚１２ｂなどで床３０に配置されており、該レーザヘッド１２内には、Ｐ波とＳ波とを有するレーザ光を照射自在なレーザ発振器と、入力されるレーザ光のＰ波とＳ波との波長に基づき詳しくは後述する光路長の変化量を測定し得る光電変換器とが備えられている。また、レーザヘッド１２には、レーザ発振器のレーザ光の照射と光電変換器へのレーザ光の入力とを同軸方向に行う入出力ヘッド１２ａが備えられており、該レーザヘッド１２は、該入出力ヘッド１２ａが後述するレーザ干渉計１のレーザ干渉部３の入出力部８ａに対して向けられ、かつレーザ光の入出力をＺ軸方向に行うように配置される。
【００２８】
なお、上記工作機械２０のベッドやテーブルには、その形状や役割によって種々の名称があり、例えば主軸頭、刃物台、コラム、ステージなどの名称があるが、説明の便宜上、本明細書中においては、床３０に対して支持されている支持部材をベッド２１、該ベッド２１に対して移動する移動部材をテーブル２２とする。
【００２９】
本発明の要部となるレーザ干渉計１は、反射鏡（反射手段）２とレーザ干渉部（レーザ光路生成手段）３とを備えて構成されており、該反射鏡２は、図３に示すように、レーザ干渉部３に対して略々対象な所定角度に傾斜した２つの平面鏡４、５を有している。該反射鏡２は、図１に示すように、略々直方体形状の反射鏡ケース２ａを有しており、それら平面鏡４，５は、該本体ケース２ａ内に格納されている。また、本体ケース２ａのレーザ干渉部３と対向する面には、レーザ光が通過するためのスリット状の孔２ｂが形成されている。
【００３０】
一方、レーザ干渉部３は、図３に示すように、２つの楔プリズム６ａ，６ｂを有するバイプリズム（屈折部）６、１／４波長板（第２の波長板）７ａ，７ｂ、偏光ビームスプリッタ（分光部）８、平面型反射鏡であるターニングミラー（反射部）９、１／４波長板（第１の波長板）１０、キューブコーナプリズム（光路軸変更部）１１を有して構成されており、図１に示すように、略々直方体形状の干渉部ケース３ａに格納されている。また、該干渉部ケース３ａには、上記レーザヘッド１２に対するレーザ光が通過する孔３ｂと、上記反射鏡２に対するレーザ光が通過する孔３ｃ、３ｄとが、それぞれ形成されている。
【００３１】
図３に示すように、偏光ビームスプリッタ８は、Ｚ軸方向に対して略４５°の角度である偏光面８ｂと、レーザ光を入出力する入出力面８ａと、を有しており、該入出力面８ａは、反射鏡２に対して該偏光ビームスプリッタ８におけるＺ軸方向の反対側に位置し、即ち上記レーザヘッド１２の入出力ヘッド１２ａにＺ軸方向において対向するように位置している。また、ターニングミラー９は、該偏光ビームスプリッタ８のＺ軸方向に対して直角方向に配置されており、上記偏光ビームスプリッタ８及びターニングミラー９と反射鏡２との間のＺ軸方向上には、上記バイプリズム６と１／４波長板７ａ，７ｂとがそれぞれ配置されている。更に、キューブコーナプリズム１１は、上記ターニングミラー９に対して偏光ビームスプリッタ８の反対側に配置されており、該キューブコーナプリズム１１と偏光ビームスプリッタ８との間には、１／４波長板１０が配置されている。
【００３２】
なお、バイプリズム６と１／４波長板７ａ，７ｂとのＺ軸方向における位置は、図３に示すように、反射鏡２、バイプリズム６、１／４波長板７ａ，７ｂ、偏光ビームスプリッタ８及びターニングミラー９の順が好ましいが、反射鏡２、１／４波長板７ａ，７ｂ、バイプリズム６、偏光ビームスプリッタ８及びターニングミラー９の順に配置されていてもよい。また、１／４波長板７ａ，７ｂは別体であるが、一体的なものであってもよい。
【００３３】
また、１／４波長板とは、結晶軸に対して正確にスライスした結晶片を用いたものであり、１／４波長板７ａ，７ｂはＸ−Ｙ軸平面において結晶軸を４５°に傾斜させ、１／４波長板１０はＸ−Ｚ軸平面において結晶軸を４５°に傾斜させて用いている。
【００３４】
ついで、上記レーザ干渉計１による測定について説明する。まず、上記レーザヘッド１２のレーザ発振器よりＰ波（例えば縦波）とＳ波（例えば横波）とを有するレーザ光が出力され、図３に示す光路ａ１，ｂ１を介して偏光ビームスプリッタ８の入出力面８ａに入力される。すると、Ｐ波は該偏光ビームスプリッタ８の偏光面８ｂをそのまま通過して直進方向、即ちＺ軸方向の光路ｂ２に出力されると共に、Ｓ波は該偏光面８ｂにより直角方向、即ちＹ軸方向に反射されて光路ａ２に出力され、つまりレーザ光がＰ波とＳ波とに分光され、該Ｐ波が通過する第１光路（ｂ２〜ｂ１１）と該Ｓ波が通過する第２光路（ａ２〜ａ１１）に分光される。
【００３５】
第２光路として、該光路ａ２に出力されたＳ波のレーザ光は、ターニングミラー９により直角方向に反射され、即ちＺ軸方向の光路ａ３に出力される。該光路ａ３のＳ波レーザ光は、１／４波長板７ａを通過して円偏光のレーザ光になると共に、バイプリズム６の楔プリズム６ｂによってＺ軸方向に対して角度φに屈折され、光路ａ４に出力される。該光路ａ４の円偏光のレーザ光は、反射鏡２の平面鏡４の点４ａにおいて該平面鏡４に垂直に入力され、該光路ａ４に反射される。反射された光路ａ４の円偏光のレーザ光は、再び楔プリズム６ｂによりＺ軸方向に屈折されると共に、１／４波長板７ａを通過してＰ波のレーザ光になり、光路ａ３に出力される。そして、光路ａ３のＰ波のレーザ光はターニングミラー９により直角方向、即ちＹ軸方向に反射されて、光路ａ２に出力される。
【００３６】
光路ａ２に戻ってきた形のレーザ光は、Ｐ波になっているため、偏光ビームスプリッタ８の偏光面８ｂを直進方向、即ちＹ軸方向にそのまま通過し、光路ａ５に出力される。該光路ａ５のＰ波のレーザ光は１／４波長板１０を通過して円偏光のレーザ光になって光路ａ６に出力され、該光路ａ６の円偏光のレーザ光は、キューブコーナプリズム１１により、該光路ａ６の軸方向に対して平行でＸ軸方向に異なる軸上である光路ａ７に折り返して出力される。該光路ａ７の円偏光のレーザ光は、再び１／４波長板１０を通過してＳ波のレーザ光となり、光路ａ８に出力される。
【００３７】
該光路ａ８のレーザ光は、Ｓ波になっているため、偏光ビームスプリッタ８の偏光面８ｂにより直角方向、即ちＺ軸方向の光路ａ９に反射される。該光路ａ９のＳ波のレーザ光は、１／４波長板７ｂを通過して円偏光のレーザ光になると共に、バイプリズム６の楔プリズム６ａによってＺ軸方向に対して角度φに屈折され、光路ａ１０に出力される。該光路ａ１０の円偏光のレーザ光は、反射鏡２の平面鏡５の点５ｂにおいて該平面鏡５に垂直に入力され、該光路ａ１０に反射される。反射された光路ａ１０の円偏光のレーザ光は、再び楔プリズム６ａによりＺ軸方向に屈折されると共に、１／４波長板７ｂを通過してＰ波のレーザ光になり、光路ａ９に出力される。
【００３８】
そして、光路ａ９のレーザ光は、Ｐ波になっているため、偏光ビームスプリッタ８の偏光面８ｂをそのまま直進方向に通過し、入出力面８ａより光路ａ１１に出力されて、上記レーザヘッド１２の光電変換器に入力される。つまり第２光路ａ２〜ａ１１を通過するレーザ光は、反射鏡２の平面鏡４，５に対して２往復した後、レーザヘッド１２に出力される。
【００３９】
一方、第１光路として、該光路ｂ２に出力されたＰ波のレーザ光は、１／４波長板７ｂを通過して円偏光のレーザ光になると共に、バイプリズム６の楔プリズム６ｂによってＺ軸方向に対して角度φに屈折され、光路ｂ３に出力される。該光路ｂ３の円偏光のレーザ光は、反射鏡２の平面鏡４の点４ｂにおいて該平面鏡４に垂直に入力され、該光路ｂ３に反射される。反射された光路ｂ３の円偏光のレーザ光は、再び楔プリズム６ｂによりＺ軸方向に屈折されると共に、１／４波長板７ｂを通過してＳ波のレーザ光になり、光路ｂ２に出力される。
【００４０】
光路ｂ２に戻ってきた形のレーザ光は、Ｓ波になっているため、偏光ビームスプリッタ８の偏光面８ｂにより直角方向、即ちＹ軸方向の光路ｂ４に反射される。該光路ｂ４のＳ波のレーザ光は１／４波長板１０を通過して円偏光のレーザ光になって光路ｂ５に出力され、該光路ｂ５の円偏光のレーザ光は、キューブコーナプリズム１１により、該光路ｂ５の軸方向に対して平行でＸ軸方向に異なる軸上である光路ｂ６に折り返して出力される。該光路ｂ６の円偏光のレーザ光は、再び１／４波長板１０を通過してＰ波のレーザ光となり、光路ｂ７に出力される。
【００４１】
光路ｂ７のレーザ光は、Ｐ波になっているため、偏光ビームスプリッタ８の偏光面８ｂを直進方向、即ちＹ軸方向にそのまま通過し、光路ｂ８に出力される。該光路ｂ８のＰ波のレーザ光は、ターニングミラー９により直角方向に反射され、即ちＺ軸方向の光路ｂ９に出力される。該光路ｂ９のＰ波レーザ光は、１／４波長板７ａを通過して円偏光のレーザ光になると共に、バイプリズム６の楔プリズム６ａによってＺ軸方向に対して角度φに屈折され、光路ｂ１０に出力される。該光路ｂ１０の円偏光のレーザ光は、反射鏡２の平面鏡５の点５ａにおいて該平面鏡５に垂直に入力され、該光路ｂ１０に反射される。反射された光路ｂ１０の円偏光のレーザ光は、再び楔プリズム６ａによりＺ軸方向に屈折されると共に、１／４波長板７ａを通過してＳ波のレーザ光になり、光路ｂ９に出力される。
【００４２】
そして、光路ｂ９のＳ波のレーザ光はターニングミラー９により直角方向、即ちＹ軸方向に反射されて、光路ｂ８に出力される。そして、光路ｂ８に戻ってきた形のレーザ光は、Ｓ波になっているため、偏光ビームスプリッタ８の偏光面８ｂにより直角方向、即ちＺ軸方向の光路ｂ１１に出力されて、上記レーザヘッド１２の光電変換器に入力される。つまり第１光路ｂ２〜ｂ１１を通過するレーザ光も同様に、反射鏡２の平面鏡４，５に対して２往復した後、レーザヘッド１２に出力される。
【００４３】
なお、図３に示した光路ａ１，ｂ１、光路ａ５，ｂ４、光路ａ６，ｂ５、光路ａ７，ｂ６、光路ａ８，ｂ７、及び光路ａ１１，ｂ１１は、説明の便宜上、平行な軸線として示しているが、これらの光路は、それぞれ同一軸上の光路である。
【００４４】
ここで、例えば反射鏡２がレーザ干渉部３に対してＺ軸周りのγ方向であるロール方向に相対移動したとする。すると、第１光路と第２光路とをそれぞれ通過するレーザ光が反射する点４ａ，５ｂ及び点４ｂ，５ａは、点４ａ及び点５ｂが平面鏡４，５の傾斜に対して谷側（つまり内側）又は山側（つまり外側）に、点４ｂ及び点５ａが平面鏡４，５の傾斜に対して山側（つまり外側）又は谷側（つまり内側）に移動する形となる。即ち、光路ａ４及び光路ａ１０の光路長に対して光路ｂ３及び光路ｂ１０の光路長が縮まる、又は伸びることになり、第１光路と第２光路との光路長に相対的な変化が生じる。第１光路と第２光路との光路長に相対的な変化が生じると、入出力面８ａから出力される光路ａ１１，ｂ１１のＰ波とＳ波とのレーザ光にドップラー周波数偏移が生じ、レーザヘッド１２の光電変換器により光路長の変化（以下、「検出光長」とする。）を検出することが可能となる。なお、この光電変換器によるドップラー周波数偏移の検出は、公知の技術であるので、その説明を省略する。
【００４５】
また、点４ａと点４ｂ（点５ａと点５ｂ）の距離を２ｖとし、上記ロール方向の角度θと光路長の変化量Δとを式で示すと、
θ＝ｔａｎ−１（Δ／（８ｖ・ｓｉｎφ））・・・・・・式１
となる。それらロール方向の角度θと光路長の変化量Δとの関係は、点４ａと点５ａ（点４ｂと点５ｂ）の距離２ｕに依存せず、つまり反射鏡２とレーザ干渉部３との距離はなんら影響がない。
【００４６】
上記式１の関係は、点４ａと点４ｂ（点５ａと点５ｂ）の距離２ｖが一定で、かつ角度φも一定であるため、図４に示すような検出光長（ｍｍ）と発生ローリング（角秒）との関係として得られる。この発生ローリングを累積演算することで、反射鏡２とレーザ干渉部３とのロール方向の位置偏差を算出することが可能であり、つまり検出光長に基づいてロール方向の位置偏差を算出することが可能である。
【００４７】
なお、この図４に示す関係は、ピッチ方向の位置偏差を測定し得るレーザ測定器によりＸ軸方向から測定したものによって正確性が確認されている。また、反射鏡２とレーザ干渉部３との距離を変化させて（例えば２００ｍｍ、８００ｍｍ、１４００ｍｍ）測定した実験結果からも、その反射鏡２とレーザ干渉部３との距離に依存することなく、この関係の正確性が確認されている。
【００４８】
また、従来の技術と同様に、横方向（Ｘ方向）、縦方向（Ｙ方向）、軸方向（Ｚ方向）、ピッチ方向（α方向）、ヨー方向（β方向）に対して変位があった場合は、光路ａ４及び光路ａ１０の光路長と、光路ｂ３及び光路ｂ１０の光路長とが共に伸縮、或いは変化せずに、その２つの光路長に相対的な変化が生じない。
【００４９】
以上に説明したレーザ干渉計１を用いて工作機械２０を測定する際は、図１に示すように、該工作機械２０に、レーザ干渉計１を備えた測定装置５０を設置する。まず、レーザ干渉計１の反射鏡２を工作機械２０のベッド２１上に固定し、レーザ干渉部３をテーブル２２上に固定する。この固定の際は、反射鏡２とレーザ干渉部３とがＺ軸方向において正確に一直線上になるように、かつ平面鏡４，５の角度とレーザ干渉部３の角度がＺ軸方向に対する正確な位置になるように固定することが好ましいが、僅かなずれがあっても第１光路（特に光路ｂ３及び光路ｂ１０）と第２光路（特に光路ａ４及び光路ａ１０）との光路長に差が生じないので、特に問題はない。また、レーザヘッド１２を、レーザ干渉部３の入出力面８ａに対して入出力ヘッド１２ａがＺ軸方向において一直線上になるように床３０上に設置する。
【００５０】
その後、レーザヘッド１２のレーザ発振器よりレーザ光を照射すると共に、光電変換器により第１光路と第２光路との光路長の相対変化の測定を開始する。そして、工作機械２０のテーブル２２をベッド２１に対してＺ軸方向に移動させ、測定装置５０によって、テーブル２２の移動に伴うロール方向（γ方向）の位置偏差を測定する。この際、レーザ干渉部３の入出力面８ａはＺ軸方向に移動し、またレーザヘッド１２の入出力ヘッド１２ａもＺ軸方向に向けられているので、レーザ干渉部３をテーブル２２によりＺ軸方向に移動しても、入出力面８ａに対するレーザ光の入出力がずれることはない。また、レーザ干渉部３がＺ軸方向に移動するだけであれば、第１光路と第２光路との光路長が共に伸縮するだけであって、相対的な光路長の差は生じない。
【００５１】
また、レーザ干渉計１を用いて工作機械２０を測定する際は、図２に示すように、レーザ干渉計１の反射鏡２を工作機械２０のテーブル２２上に固定し、レーザ干渉部３をベッド２１上に固定してもよい。この際も同様に、レーザヘッド１２を、レーザ干渉部３の入出力面８ａに対して入出力ヘッド１２ａがＺ軸方向において一直線上になるように床３０上に設置する。
【００５２】
その後、レーザヘッド１２のレーザ発振器よりレーザ光を照射すると共に、光電変換器により第１光路と第２光路との光路長の相対変化の測定を開始し、工作機械２０のテーブル２２をベッド２１に対してＺ軸方向に移動させ、測定装置５０によって、テーブル２２の移動に伴うロール方向（γ方向）の位置偏差を測定する。この際、入出力面８ａに対するレーザヘッド１２からのレーザ光の入出力がずれることなく、また、反射鏡２がＺ軸方向に移動するだけであれば、第１光路と第２光路との光路長が共に伸縮するだけであって、相対的な光路長の差は生じない。
【００５３】
例えば上記測定装置５０を用いて工作機械２０を測定した実験結果の一例を説明する。図５に示すように、ベッド２１の所定位置からＺ軸方向に約１３００ｍｍまでの部分においてテーブル２２を７回移動させ、その際のロール方向の位置偏差を測定すると、実験結果Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇが得られた。この７回の実験結果Ａ〜Ｇによると、移動開始後３００ｍｍ付近までに約＋７０角秒のローリングが生じ、５００ｍｍ付近で約＋３０角秒のローリングに下がり、再び６００ｍｍ付近で約＋５０角秒のローリングが生じた後、９００ｍｍ付近で一旦ローリングが収まり、その９００ｍｍ付近から１３００ｍｍまでに反対方向である約−１４０角秒のローリングが生じていることが検出された。これら７回の実験結果Ａ〜Ｇは、僅かな誤差があるものの、略々同じ位置で同じローリングが生じていることを証明しており、測定装置５０の正確性を証明している。
【００５４】
以上のように、本発明に係るレーザ干渉計１によると、レーザ干渉部３の入出力面８ａが反射鏡２に対してレーザ干渉部３のＺ軸方向における反対側に位置しているので、レーザ光をＺ軸方向より入力することができ、かつ第１光路ｂ２〜ｂ１１及び第２光路ａ２〜ａ１１を通過したレーザ光をＺ軸方向に出力することができる。それにより、例えば反射鏡２に対してレーザ干渉部３をＺ軸方向に移動させることができ、Ｚ軸方向に移動する工作機械２０のテーブル２２などにレーザ干渉部３を設置することも可能にすることができるものでありながら、反射鏡２とレーザ干渉部３とのロール方向の位置偏差の測定を可能にすることができる。
【００５５】
また、キューブコーナプリズム１１は、従来のように２箇所から入力されて他の２箇所に折り返し出力するのではなく（図７の光路ｃ６，ｃ７及び光路ｄ４，ｄ５参照）、偏光ビームスプリッタ８からのレーザ光が光路ａ５，ａ６及び光路ｂ４，ｂ５からの１箇所に入力され、かつ光路ａ７，ａ８及び光路ｂ６，ｂ７に対する１箇所から該偏光ビームスプリッタ８にレーザ光を折り返し出力するので、該キューブコーナプリズム１１をコンパクト化することができ、レーザ干渉部３をコンパクト化することができる。
【００５６】
更に、従来のように偏光ビームスプリッタが２つではなく（図７の１０８，１０９参照）、偏光ビームスプリッタが１つであるので、上記キューブコーナプリズム１１のコンパクト化と相俟って、レーザ干渉部３をコンパクト化することができる。
【００５７】
また、レーザ干渉部３をコンパクト化することができるため、例えば工作機械２０のテーブル２２やベッド２１などにレーザ干渉部３を設置（固定）することが可能となり、例えばテーブル２２の移動による工作機械２０の重心移動に起因するベッド２１の傾斜を含むことなく、テーブル２２とベッド２１とのロール方向の位置偏差の測定を可能にすることができる。
【００５８】
＜第２の実施の形態＞
ついで、以下に本発明に係る第２の実施の形態を図に沿って説明する。図６は第２の実施の形態に係るレーザ干渉計を示す斜視模式図である。なお、第２の実施の形態においては、一部の変更部分を除き、第１の実施の形態と同様な部分に同符号を付して、その説明を省略する。
【００５９】
図６に示すように、レーザ干渉計１’のレーザ干渉部３’は、上記ターニングミラー９の代わりに屋根型反射鏡であるアミチプリズム（反射部）１４を有しており、該アミチプリズム１４は、直角二面鏡である反射面１４ａと反射面１４ｂとを有している。
【００６０】
レーザ干渉計１’において、偏光ビームスプリッタ８により分光されたＳ波のレーザ光が光路ａ２に出力されると、上記アミチプリズム１４の反射面１４ａ及び反射面１４ｂにより異なる平行な平面上に直角に反射、即ちＹ−Ｚ軸方向の光路ａ２を含む平面上から光路ａ３’を含む平面上に平行移動する形でＹ軸方向からＺ軸方向に直角に反射されて、光路ａ３’に出力される。また、光路ａ４’、反射鏡５を介して往復したレーザ光は、光路ａ３’において１／４波長板７ａによりＰ波のレーザ光になっており、該光路ａ３’のＰ波のレーザ光は、同様にアミチプリズム１４の反射面１４ｂ及び反射面１４ａを介して光路ａ２に出力される。
【００６１】
また、光路ｂ７から偏光ビームスプリッタ８に入力され、偏光面８ｂを直進して光路ｂ８に出力されたＰ波のレーザ光は、同様にアミチプリズム１４の反射面１４ｂ及び反射面１４ａを介して光路ｂ９’に出力される。更に、光路ｂ１０’、反射鏡４を介して往復したレーザ光は、光路ｂ９’において１／４波長板７ａによりＳ波のレーザ光になっており、該光路ｂ９’のＳ波のレーザ光は、同様にアミチプリズム１４の反射面１４ａ及び反射面１４ｂを介して光路ｂ８に出力される。
【００６２】
即ち、第１光路ｂ２〜ｂ１１を通過するレーザ光は、光路ｂ３及び光路ｂ１０’により反射鏡４に対して２往復し、また、第２光路ａ２〜ａ１１を通過するレーザ光は、光路ａ４’及び光路ａ１０により反射鏡５に対して２往復する。例えばレーザ干渉部３’に対して反射鏡２がＸ軸方向に移動したとすると、第１光路と第２光路とをそれぞれ通過するレーザ光が反射する点４ａ，４ｂ及び点５ａ，５ｂは、点４ａ及び点４ｂが平面鏡４の傾斜に対して谷側（つまり内側）又は山側（つまり外側）に、点５ａ及び点５ｂが平面鏡５の傾斜に対して山側（つまり外側）又は谷側（つまり内側）に移動する形となる。このため、光路ａ４’及び光路ａ１０の光路長に対して光路ｂ３及び光路ｂ１０’の光路長が縮まる、又は伸びることになり、第１光路と第２光路との光路長に相対的な変化が生じる。
【００６３】
なお、例えばレーザ干渉部３’に対して反射鏡２がヨー方向（β軸方向）に移動したとすると、第１光路と第２光路とをそれぞれ通過するレーザ光が反射する点４ａ，４ｂ及び点５ａ，５ｂは、点４ａ及び点４ｂが平面鏡４の傾斜に対して谷側（つまり内側）又は山側（つまり外側）に、点５ａ及び点５ｂが平面鏡５の傾斜に対して山側（つまり外側）又は谷側（つまり内側）に移動する形となるが、平面鏡４，５の角度がヨー方向（β軸方向）変化しているため、反射されたレーザ光の光路に該ヨー方向（β軸方向）の移動に対する角度が発生する。即ち、上記バイプリズム６ａ，６ｂによって角度２φで広がりつつ反射鏡４，５に入力されたレーザ光（光路ａ４’及び光路ｂ１０’、光路ａ１０及び光路ｂ３のレーザ光）は、ヨー方向（β軸方向）の移動に対する角度に方向転換して反射され、同じ角度２φで収束しつつバイプリズム６ａ，６ｂに出力される。これにより、一方の往路の光路が縮まった場合はその復路の光路が伸び、他方の往路の光路が伸びた場合はその復路の光路が縮まるので、第１光路と第２光路との光路長に相対的な変化が生じることはない。
【００６４】
つまり、縦方向（Ｙ方向）、軸方向（Ｚ方向）、ピッチ方向（α方向）、ヨー方向（β方向）、ロール方向（γ方向）に対して変位があった場合は、光路ａ４’及び光路ａ１０の光路長と、光路ｂ３及び光路ｂ１０’の光路長に相対的な変化が生じない。
【００６５】
そして、第１の実施の形態と同様に、このように第１光路と第２光路との光路長に相対的な変化が生じると、入出力面８ａから出力される光路ａ１１，ｂ１１のＰ波とＳ波とのレーザ光にドップラー周波数偏移が生じ、レーザヘッド１２の光電変換器により光路長の変化（以下、「検出光長」とする。）を検出することが可能となる。
【００６６】
以上に説明したレーザ干渉計１’を用いて工作機械２０を測定する際は、第１の実施の形態と同様に、反射鏡２をベッド２１上に固定すると共に、レーザ干渉部３’をテーブル２２上に固定、又は反射鏡２をテーブル２２上に固定すると共にレーザ干渉部３’をベッド２１上に固定し、レーザヘッド１２を、レーザ干渉部３’の入出力面８ａに対して入出力ヘッド１２ａがＺ軸方向において一直線上になるように床３０上に設置する（図１及び図２参照）。
【００６７】
その後、レーザヘッド１２のレーザ発振器よりレーザ光を照射すると共に、光電変換器により第１光路と第２光路との光路長の相対変化の測定を開始し、工作機械２０のテーブル２２をベッド２１に対してＺ軸方向に移動させ、測定装置５０によって、テーブル２２の移動に伴う横方向（Ｘ軸方向）の位置偏差、いわゆる真直度を測定する。
【００６８】
以上のように、本発明に係るレーザ干渉計１’によると、レーザ干渉部３’の入出力面８ａが反射鏡２に対してレーザ干渉部３のＺ軸方向における反対側に位置しているので、レーザ光をＺ軸方向より入力することができ、かつ第１光路ｂ２〜ｂ１１及び第２光路ａ２〜ａ１１を通過したレーザ光をＺ軸方向に出力することができる。それにより、例えば反射鏡２に対してレーザ干渉部３’をＺ軸方向に移動させることができ、Ｚ軸方向に移動する工作機械２０のテーブル２２などにレーザ干渉部３を設置して、反射鏡２とレーザ干渉部３との横方向の位置偏差の測定を可能にすることができる。
【００６９】
なお、第１及び第２の実施の形態において説明したレーザ干渉計１，１’は、ロール方向（γ方向）の位置偏差、或いは横方向（Ｘ軸方向）の位置偏差を測定するものを説明したが、該レーザ干渉計１，１’全体を９０度回転させた形、つまり横向きで用いることも可能であり、この際、レーザ干渉計１は同様にロール方向（γ方向）の位置偏差、レーザ干渉計１’はＹ軸方向である縦方向の位置偏差、をそれぞれ測定することが可能である。
【００７０】
また、第１及び第２の実施の形態において、工作機械２０を測定する測定装置５０について説明したが、該測定装置５０は、特に工作機械に限らず、支持部材と該支持部材に対して軸方向に移動する移動部材とであり、反射鏡２とレーザ干渉部３，３’とが設置（固定）可能なものであれば、どのようなものであってもそれらの位置偏差を測定することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】レーザ干渉部をテーブルに固定した際の測定装置及び工作機械を示す斜視図。
【図２】反射鏡をテーブルに固定した際の測定装置及び工作機械を示す斜視図。
【図３】第１の実施の形態に係るレーザ干渉計を示す斜視模式図。
【図４】本発明のレーザ干渉計を用いた際のローリング感度校正の一例を示す図。
【図５】工作機械の測定結果の一例を示す図。
【図６】第２の実施の形態に係るレーザ干渉計を示す斜視模式図。
【図７】従来のレーザ干渉計を示す斜視模式図。
【符号の説明】
１ レーザ干渉計
２ 反射手段（反射鏡）
３ レーザ光路生成手段（レーザ干渉部）
４ 平面鏡
５ 平面鏡
６ 屈折部（バイプリズム）
７ａ 第２の波長板（１／４波長板）
７ｂ 第２の波長板（１／４波長板）
８ 分光部（偏光ビームスプリッタ）
８ａ 入出力部
９ 反射部、平面型反射鏡（ターニングミラー）
１０ 第１の波長板（１／４波長板）
１１ 光路軸変更部（キューブコーナプリズム）
１２ レーザ測長手段（レーザヘッド）
１４ 反射部、屋根型反射鏡（アミチプリズム）
２１ 支持部材（ベッド）
２２ 移動部材（テーブル）
３０ 基準床（床）
５０ 測定装置
ａ２〜ａ１１ 第２光路
ｂ２〜ｂ１１ 第１光路
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば工作機械のテーブル等の移動部材が支持部材に対して軸方向に移動する際に生じる位置偏差を測定するためのレーザ干渉計に係り、詳しくはレーザ光を入出力し得る入力部を、反射手段に対してレーザ光路生成手段の軸方向反対側に位置させたレーザ干渉計、及びそれを用いた測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば高精度な工作が要求される旋盤、フライス盤、研削盤などの工作機械などにおいては、工場などの床に対して固定されるベッドと、該ベッド上を移動するテーブルとが備えられており、工作の際には、このテーブルに被加工物などを設置して、該テーブルを所定の軸方向に移動させつつ工作を行う。このテーブルの移動においては、軸方向、横方向、縦方向、ピッチ方向、ヨー方向、ロール方向の６つの（つまり６自由度方向の）位置偏差（誤差）が生じる虞があり、機械精度の比較、受渡し、保守などの目的から、これらの位置偏差を測定する必要がある。
【０００３】
従来、上記６つの位置偏差を測定するため、レーザ測長機などによって測定を行うものが種々提案されており、軸方向、横方向、縦方向、ピッチ方向、ヨー方向の位置偏差を測定するものは実用化されているものもある。ところが、ロール方向の測定は、精密水準器やダイヤルゲージによって測定するように規定されている（例えば、ＪＩＳＢ６３３６−１、ＩＳＯ１０７９１−１）。しかしながら、上記工作機械のテーブルを移動させると、該工作機械自体の重心が移動するため、該工作機械全体が傾斜してしまう。そのため、上記水準器などによってロール方向の測定を行うと、該工作機械の傾斜も含めて測定することとなり、正確なロール方向の測定ができなかった。また、鉛直方向に移動するテーブルにおいては、ロール方向が水平方向であるため、上述の水準器ではロール方向の測定が不可能であった。そこで、特にロール方向に対する位置偏差をレーザ干渉計を用いて測定するもの（例えば、特許文献１、非特許文献１参照）も提案されている。
【０００４】
図７は従来のレーザ干渉計を示す斜視模式図である。図７に示すように、レーザ干渉計１０１は、反射鏡１０２と、レーザ干渉部１０３とを備えており、該反射鏡１０２は、平面鏡１０４，１０５を所定角度で略々Ｖ字状となるように有している。また、レーザ干渉部１０３は、偏光ビームスプリッタ１０８，１０９と、楔プリズム１０６ａ，１０６ｂからなるバイプリズム１０６と、１／４波長板１０７ａ，１０７ｂと、１／２波長板１１０と、キューブコーナプリズム１１１とを有して構成されている。
【０００５】
図示を省略したレーザヘッドから光路ｃ１、ｄ１にＰ波とＳ波とからなるレーザ光を偏光ビームスプリッタ１０８に照射すると、Ｐ波は直進して光路ｃ２に、Ｓ波は直角に反射して光路ｄ２に、それぞれ分光される。
【０００６】
光路ｃ２のＰ波は１／２波長板１１０によりＳ波となって光路ｃ３を通過し、該光路ｃ３のＳ波は偏光ビームスプリッタ１０９により直角に反射されて光路ｃ４を通過する。該光路ｃ４のＳ波は１／４波長板１０７ｂにより円偏光となり、かつ楔プリズム１０６ａにより角度φに屈折して平面鏡１０４の点１０４ｂに垂直に反射し、光路ｃ５を往復する。該光路ｃ５を往復した円偏光は１／４波長板１０７ｂによりＰ波となって光路ｃ４を通過し、偏光ビームスプリッタ１０９を直進して光路ｃ６を通過する。該光路ｃ６のＰ波はキューブコーナプリズム１１１により光路ｃ７に反射され、偏光ビームスプリッタ１０８を直進して光路ｃ８を通過する。該光路ｃ８のＰ波は１／４波長板１０７ａにより円偏光となり、かつ楔プリズム１０６ｂにより角度φに屈折して平面鏡１０５の点１０５ａに垂直に反射し、光路ｃ９を往復する。該光路ｃ９を往復した円偏光は１／４波長板１０７ａによりＳ波となって光路ｃ８を通過し、偏光ビームスプリッタ１０８により直角に反射され、光路ｃ１０に出力される。
【０００７】
一方、光路ｄ２のＳ波は１／４波長板１０７ａにより円偏光となり、かつ楔プリズム１０６ａにより角度φに屈折して平面鏡１０４の点１０４ａに垂直に反射し、光路ｄ３を往復する。該光路ｄ３を往復した円偏光は１／４波長板１０７ａによりＰ波となって光路ｄ２を通過し、偏光ビームスプリッタ１０８を直進して光路ｄ４を通過する。該光路ｄ４のＰ波はキューブコーナプリズム１１１により光路ｄ５に反射され、偏光ビームスプリッタ１０９を直進して光路ｄ６を通過する。該光路ｄ６のＰ波は１／４波長板１０７ｂにより円偏光となり、かつ楔プリズム１０６ｂにより角度φに屈折して平面鏡１０５の点１０５ｂに垂直に反射し、光路ｄ７を往復する。該光路ｄ７を往復した円偏光は１／４波長板１０７ｂによりＳ波となって光路ｄ６を通過し、偏光ビームスプリッタ１０９により直角に反射されて光路ｄ８を通過する。該光路ｄ８のＳ波は１／２波長板１１０によりＰ波となって光路ｄ９を通過し、該光路ｄ９のＰ波は偏光ビームスプリッタ１０８を直進して、光路ｄ１０に出力される。
【０００８】
例えば反射鏡１０２がＺ軸周りのロール方向（γ方向）に変位すると、点１０４ａ及び点１０５ｂが平面鏡１０４，１０５の傾斜に対して、谷側（つまり内側）又は山側（つまり外側）に、点１０４ｂ及び点１０５ａが平面鏡１０４，１０５の傾斜に対して、山側（つまり外側）又は谷側（つまり内側）に移動する形となり、即ち、光路ｃ５及び光路ｃ９の光路長に対して光路ｄ３及び光路ｄ７の光路長が縮まる、又は伸びることになり、２つの光路長に変化が生じる。また、横方向（Ｘ方向）、縦方向（Ｙ方向）、軸方向（Ｚ方向）、ピッチ方向（α方向）、ヨー方向（β方向）に対して変位があった場合は、光路ｃ５及び光路ｃ９の光路長と、光路ｄ３及び光路ｄ７の光路長とが共に伸縮、或いは変化せずに、その２つの光路長に変化が生じない。
【０００９】
なお、点１０４ａと点１０４ｂ（点１０５ａと点１０５ｂ）の距離を２ｖとし、上記ロール方向の角度θと光路長の変化量Δとを式で示すと、θ＝ｔａｎ−１（Δ／（８ｖ・ｓｉｎφ））となる。また、それらロール方向の角度θと光路長の変化量Δとの関係は、点１０４ａと点１０５ａ（点１０４ｂと点１０５ｂ）の距離２ｕに依存せず、つまり反射鏡１０２とレーザ干渉部１０３との距離はなんら影響がない。
【００１０】
そして、光路ｃ１０及び光路ｄ１０より出力されたＰ波とＳ波のレーザ光をレーザヘッドの光電変換器により、該Ｐ波とＳ波の波長の位相差に基づく、それら２つの光路長の相対変化を測定することによってロール方向の位置偏差を算出することが可能である。
【００１１】
【特許文献１】
特開昭６２−２２３６０４号公報 （第７−８項、第１図、第３図、第４図、第５図）
【非特許文献１】
精密工学会誌 Ｖｏｌ．６１，Ｎｏ．２，１９９５（第２５３−２５７項）
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したようにレーザ干渉計１０１は、レーザヘッドを移動軸方向に対して横方向に配置してレーザ光を照射しているため、レーザ干渉部１０３をテーブルに設置して該テーブルを移動させながら測定することが不可能であり、種々の工作機械の測定に対応することができず、実用性に欠けていた。
【００１３】
また、図７に示すようにキューブコーナプリズム１１１は大型であり、レーザ干渉部１０３が比較的大きなものであるため、特に工作機械の大きさが小さいものでは、レーザ干渉部１０３をベッドに設置することも不可能であって、例えば工場の床に三脚などによって設置していた。そのため、テーブルとベッドとのロール方向の位置偏差ではなく、テーブルと床とのロール方向の位置偏差を測定することになり、上記水準器による測定と同様に、テーブルの移動によって生じる工作機械の重心移動による該工作機械の傾斜、即ちベッドの傾斜も含んで測定してしまう。そのため、レーザ干渉計、特にレーザ干渉部をコンパクト化したものの開発が望まれていた。
【００１４】
そこで本発明は、レーザ光を軸方向に入出力自在な入出力部を有するレーザ光路生成手段を備え、かつコンパクト化が可能なレーザ干渉計、及びそれを用いた測定装置を提供することを目的とするものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る本発明は（例えば図３、図６参照）、所定角度で傾斜した２つの平面鏡（４，５）を有する反射手段（２）と、Ｐ波と該Ｐ波に対して偏光面が直交する平面のＳ波とを有するレーザ光を入力して第１光路（例えばｂ２〜ｂ１１）と第２光路（例えばａ２〜ａ１１）に分光し、該第１光路（例えばｂ２〜ｂ１１）と該第２光路（例えばａ２〜ａ１１）とに分光されたレーザ光を前記反射手段（２）に２往復させてから出力するレーザ光路生成手段（３）と、を備え、前記反射手段（２）と前記レーザ光路生成手段（３）とを軸方向（Ｚ軸方向）に相対移動させた際に、前記反射手段（２）と前記レーザ光路生成手段（３）との相対位置関係によって前記第１光路（例えばｂ２〜ｂ１１）と前記第２光路（例えばａ２〜ａ１１）との距離が相対変化するレーザ干渉計（１）において、
前記レーザ光路生成手段（３）は、
一側面に、前記反射手段（２）に対して前記レーザ光路生成手段（３）の軸方向（Ｚ軸方向）反対側に位置して、前記レーザ光を前記軸方向（Ｚ軸方向）より入力自在で、かつ前記第１光路（例えばｂ２〜ｂ１１）及び前記第２光路（例えばａ２〜ａ１１）を通過したレーザ光を前記軸方向（Ｚ軸方向）に出力自在な入出力部（８ａ）を有し、入力されるレーザ光に対して前記Ｐ波を直進方向に、かつ前記Ｓ波を直角方向に分光して出力する分光部（８）と、
前記分光部（８）の前記軸方向に対して直角方向（例えばＹ軸方向）に配置され、入力されるレーザ光を直角に反射する反射部（９又は１４）と、
前記反射部（９又は１４）に対して前記分光部（８）の反対側に配置され、前記分光部（８）から出力されたレーザ光を異なる平行な軸上に折り返し出力する光路軸変更部（１１）と、
前記分光部（８）と前記光路軸変更部（１１）との間に配置され、前記分光部（８）から出力されて前記光路軸変更部（１１）を介して該分光部（８）に入力されるレーザ光が通過する際に、前記Ｐ波を前記Ｓ波に、前記Ｓ波を前記Ｐ波に、それぞれ変換する第１の波長板（１０）と、
前記分光部（８）及び前記反射部（９又は１４）と前記反射手段（２）との間に配置され、前記分光部（８）及び前記反射部（９又は１４）からの前記軸方向（Ｚ軸方向）のレーザ光を、前記反射手段（２）の平面鏡（４，５）に対して垂直になるように前記所定角度（例えばφ）に屈折させる屈折部（６）と、
前記分光部（８）及び前記反射部（９又は１４）と前記反射手段（２）との間に配置され、前記分光部（８）又は前記反射部（９又は１４）から出力されて前記反射手段（２）を介して該分光部（８）又は該反射部（９又は１４）に入力されるレーザ光が通過する際に、前記Ｐ波を前記Ｓ波に、前記Ｓ波を前記Ｐ波に、それぞれ変換する第２の波長板（７ａ，７ｂ）と、を有する、
ことを特徴とするレーザ干渉計（１）にある。
【００１６】
請求項２に係る本発明は（例えば図３参照）、前記反射部は、入力されるレーザ光を同一平面上に直角に反射する平面型反射鏡（９）であり、
前記反射手段（２）と前記レーザ光路生成手段（３）とが前記軸方向（Ｚ軸方向）に対するロール方向（γ方向）に相対移動した場合に、前記第１光路（例えばｂ２〜ｂ１１のうちのｂ３及びｂ１０）と前記第２光路（例えばａ２〜ａ１１のうちのａ４及びａ１０）との距離が相対変化する、
ことを特徴とする請求項１記載のレーザ干渉計（１）にある。
【００１７】
請求項３に係る本発明は（例えば図６参照）、前記反射部は、入力されるレーザ光を異なる平行な平面上に直角に反射する屋根型反射鏡（１４）であり、
前記反射手段（２）と前記レーザ光路生成手段（３’）とが前記軸方向（Ｚ方向）に対する横方向（Ｘ軸方向）に相対移動した場合に、前記第１光路（例えばｂ２〜ｂ１１のうちのｂ３及びｂ１０’）と前記第２光路（例えばａ２〜ａ１１のうちのａ４’及びａ１０）との距離が相対変化する、
ことを特徴とする請求項１記載のレーザ干渉計（１’）にある。
【００１８】
請求項４に係る本発明は（例えば図１、図２参照）、前記請求項１ないし３のいずれか記載のレーザ干渉計（１）と、
前記レーザ光を照射自在で、かつ前記レーザ光路生成手段（３）より出力された前記第１光路（例えばｂ２〜ｂ１１）と前記第２光路（例えばａ２〜ａ１１）とのレーザ光の波長の位相差に基づき、前記第１光路（例えばｂ２〜ｂ１１）と前記第２光路（例えばａ２〜ａ１１）との距離の相対変化を測定し得るレーザ測長手段（１２）と、を備え、
前記レーザ測長手段（１２）を、基準床（３０）に、該レーザ測長手段（１２）により照射される前記レーザ光が前記レーザ光路生成手段（３）の前記入出力部（８ａ）に入力されるように前記軸方向（Ｚ軸方向）に配置し、
前記反射手段（２）及び前記レーザ光路生成手段（３）のいずれか一方を、前記基準床（３０）に対して支持される支持部材（２１）に固定し、
前記反射手段（２）及び前記レーザ光路生成手段（３）の他方を、前記支持部材（２１）に対して軸方向（Ｚ軸方向）に移動自在に支持される移動部材（２２）に固定し、
前記移動部材（２２）を前記支持部材（２１）に対して前記軸方向（Ｚ軸方向）に移動させた際に、前記支持部材（２１）に対する前記移動部材（２２）の位置偏差を測定する、
ことを特徴とする測定装置（５０）にある。
【００１９】
なお、上記カッコ内の符号は、図面と対照するためのものであるが、これは、発明の理解を容易にするための便宜的なものであり、特許請求の範囲の構成に何等影響を及ぼすものではない。
【００２０】
【発明の効果】
請求項１に係る本発明によると、入出力部が反射手段に対してレーザ光路生成手段の軸方向反対側に位置しているので、レーザ光を軸方向より入力することができ、かつ第１光路及び第２光路を通過したレーザ光を軸方向に出力することができる。それにより、例えば反射手段に対してレーザ光路生成手段を軸方向に移動させることができ、例えば工作機械の移動部材などにレーザ光路生成手段を設置することも可能にすることができるものでありながら、反射手段とレーザ光路生成手段との相対位置関係の測定を可能にすることができる。また、光路軸変更部には、分光部からのレーザ光が１箇所に入力され、かつ他の１箇所から分光部にレーザ光を折り返し出力するので、該光路軸変更部をコンパクト化することができ、レーザ光路生成手段をコンパクト化することができる。更に、分光部が１つであるので、光路軸変更部のコンパクト化と相俟って、レーザ光路生成手段をコンパクト化することができる。それにより、例えば工作機械の移動部材や支持部材などにレーザ光路生成手段を設置することが可能となり、例えば移動部材の移動による工作機械の傾斜を含むことなく、移動部材と支持部材との相対位置関係の測定を可能にすることができる。
【００２１】
請求項２に係る本発明によると、反射部が入力されるレーザ光を同一平面上に直角に反射する平面型反射鏡であり、反射手段とレーザ光路生成手段とが軸方向に対するロール方向に相対移動した場合に、第１光路と第２光路との距離が相対変化するので、反射手段とレーザ光路生成手段とのロール方向の位置偏差の測定を可能にすることができる。
【００２２】
請求項３に係る本発明によると、反射部が入力されるレーザ光を異なる平行な平面上に直角に反射する屋根型反射鏡であり、反射手段とレーザ光路生成手段とが軸方向に対する横方向に相対移動した場合に、第１光路と第２光路との距離が相対変化するので、反射手段とレーザ光路生成手段との横方向の位置偏差の測定、特に反射手段とレーザ光路生成手段とを軸方向に相対移動させた際の真直度の測定を可能にすることができる。
【００２３】
請求項４に係る本発明によると、レーザ測長手段を、該レーザ測長手段により照射されるレーザ光がレーザ光路生成手段の入出力部に入力されるように軸方向に基準床に配置し、反射手段及び前記レーザ光路生成手段のいずれか一方を、基準床に対して支持される支持部材に固定し、反射手段及びレーザ光路生成手段の他方を、支持部材に対して軸方向に移動自在に支持される移動部材に固定するので、移動部材の移動による支持部材の傾斜を含むことなく、移動部材と支持部材との相対位置関係の測定を可能にすることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
＜第１の実施の形態＞
以下、本発明に係る第１の実施の形態を図に沿って説明する。図１はレーザ干渉部をテーブルに固定した際の測定装置及び工作機械を示す斜視図、図２は反射鏡をテーブルに固定した際の測定装置及び工作機械を示す斜視図、図３は第１の実施の形態に係るレーザ干渉計を示す斜視模式図、図４は本発明のレーザ干渉計を用いた際のローリング感度校正の一例を示す図、図５は工作機械の測定結果の一例を示す図である。
【００２５】
図１に示すように、工作機械２０の位置偏差を測定し得る測定装置５０は、レーザ干渉計１とレーザヘッド（レーザ測長手段）１２とを備えている。該工作機械２０は、例えば工場の床３０に載置されて支持されているベッド（支持部材）２１を有しており、該ベッド２１にはガイド部材２１ａが支持されている。該ガイド部材２１ａにはテーブル（移動部材）２２がＺ方向に移動自在に支持されており、該テーブル２２は、例えば不図示のモータの駆動などによりＺ方向に移動する。
【００２６】
また、工作機械２０のベッド２１には、刃物台２３が設けられており、該刃物台２３に設けられたアーム２４にチャック２５を有している。工作機械２０により工作を行う際は、該チャック２５にバイトなどの工具を取付けると共にテーブル２２に被工作物を設置・固定し、該テーブル２２を移動させて被工作物と工具とを接触させつつ工作を行う。なお、図１に示す工作機械２０は、説明の便宜上、簡単に示した模式的なものであり、Ｚ方向に移動するものを一例として説明しているが、実際には更に複雑な形状、動作を行うものである。
【００２７】
レーザヘッド１２は、例えば三脚１２ｂなどで床３０に配置されており、該レーザヘッド１２内には、Ｐ波とＳ波とを有するレーザ光を照射自在なレーザ発振器と、入力されるレーザ光のＰ波とＳ波との波長に基づき詳しくは後述する光路長の変化量を測定し得る光電変換器とが備えられている。また、レーザヘッド１２には、レーザ発振器のレーザ光の照射と光電変換器へのレーザ光の入力とを同軸方向に行う入出力ヘッド１２ａが備えられており、該レーザヘッド１２は、該入出力ヘッド１２ａが後述するレーザ干渉計１のレーザ干渉部３の入出力部８ａに対して向けられ、かつレーザ光の入出力をＺ軸方向に行うように配置される。
【００２８】
なお、上記工作機械２０のベッドやテーブルには、その形状や役割によって種々の名称があり、例えば主軸頭、刃物台、コラム、ステージなどの名称があるが、説明の便宜上、本明細書中においては、床３０に対して支持されている支持部材をベッド２１、該ベッド２１に対して移動する移動部材をテーブル２２とする。
【００２９】
本発明の要部となるレーザ干渉計１は、反射鏡（反射手段）２とレーザ干渉部（レーザ光路生成手段）３とを備えて構成されており、該反射鏡２は、図３に示すように、レーザ干渉部３に対して略々対象な所定角度に傾斜した２つの平面鏡４、５を有している。該反射鏡２は、図１に示すように、略々直方体形状の反射鏡ケース２ａを有しており、それら平面鏡４，５は、該本体ケース２ａ内に格納されている。また、本体ケース２ａのレーザ干渉部３と対向する面には、レーザ光が通過するためのスリット状の孔２ｂが形成されている。
【００３０】
一方、レーザ干渉部３は、図３に示すように、２つの楔プリズム６ａ，６ｂを有するバイプリズム（屈折部）６、１／４波長板（第２の波長板）７ａ，７ｂ、偏光ビームスプリッタ（分光部）８、平面型反射鏡であるターニングミラー（反射部）９、１／４波長板（第１の波長板）１０、キューブコーナプリズム（光路軸変更部）１１を有して構成されており、図１に示すように、略々直方体形状の干渉部ケース３ａに格納されている。また、該干渉部ケース３ａには、上記レーザヘッド１２に対するレーザ光が通過する孔３ｂと、上記反射鏡２に対するレーザ光が通過する孔３ｃ、３ｄとが、それぞれ形成されている。
【００３１】
図３に示すように、偏光ビームスプリッタ８は、Ｚ軸方向に対して略４５°の角度である偏光面８ｂと、レーザ光を入出力する入出力面８ａと、を有しており、該入出力面８ａは、反射鏡２に対して該偏光ビームスプリッタ８におけるＺ軸方向の反対側に位置し、即ち上記レーザヘッド１２の入出力ヘッド１２ａにＺ軸方向において対向するように位置している。また、ターニングミラー９は、該偏光ビームスプリッタ８のＺ軸方向に対して直角方向に配置されており、上記偏光ビームスプリッタ８及びターニングミラー９と反射鏡２との間のＺ軸方向上には、上記バイプリズム６と１／４波長板７ａ，７ｂとがそれぞれ配置されている。更に、キューブコーナプリズム１１は、上記ターニングミラー９に対して偏光ビームスプリッタ８の反対側に配置されており、該キューブコーナプリズム１１と偏光ビームスプリッタ８との間には、１／４波長板１０が配置されている。
【００３２】
なお、バイプリズム６と１／４波長板７ａ，７ｂとのＺ軸方向における位置は、図３に示すように、反射鏡２、バイプリズム６、１／４波長板７ａ，７ｂ、偏光ビームスプリッタ８及びターニングミラー９の順が好ましいが、反射鏡２、１／４波長板７ａ，７ｂ、バイプリズム６、偏光ビームスプリッタ８及びターニングミラー９の順に配置されていてもよい。また、１／４波長板７ａ，７ｂは別体であるが、一体的なものであってもよい。
【００３３】
また、１／４波長板とは、結晶軸に対して正確にスライスした結晶片を用いたものであり、１／４波長板７ａ，７ｂはＸ−Ｙ軸平面において結晶軸を４５°に傾斜させ、１／４波長板１０はＸ−Ｚ軸平面において結晶軸を４５°に傾斜させて用いている。
【００３４】
ついで、上記レーザ干渉計１による測定について説明する。まず、上記レーザヘッド１２のレーザ発振器よりＰ波（例えば縦波）とＳ波（例えば横波）とを有するレーザ光が出力され、図３に示す光路ａ１，ｂ１を介して偏光ビームスプリッタ８の入出力面８ａに入力される。すると、Ｐ波は該偏光ビームスプリッタ８の偏光面８ｂをそのまま通過して直進方向、即ちＺ軸方向の光路ｂ２に出力されると共に、Ｓ波は該偏光面８ｂにより直角方向、即ちＹ軸方向に反射されて光路ａ２に出力され、つまりレーザ光がＰ波とＳ波とに分光され、該Ｐ波が通過する第１光路（ｂ２〜ｂ１１）と該Ｓ波が通過する第２光路（ａ２〜ａ１１）に分光される。
【００３５】
第２光路として、該光路ａ２に出力されたＳ波のレーザ光は、ターニングミラー９により直角方向に反射され、即ちＺ軸方向の光路ａ３に出力される。該光路ａ３のＳ波レーザ光は、１／４波長板７ａを通過して円偏光のレーザ光になると共に、バイプリズム６の楔プリズム６ｂによってＺ軸方向に対して角度φに屈折され、光路ａ４に出力される。該光路ａ４の円偏光のレーザ光は、反射鏡２の平面鏡４の点４ａにおいて該平面鏡４に垂直に入力され、該光路ａ４に反射される。反射された光路ａ４の円偏光のレーザ光は、再び楔プリズム６ｂによりＺ軸方向に屈折されると共に、１／４波長板７ａを通過してＰ波のレーザ光になり、光路ａ３に出力される。そして、光路ａ３のＰ波のレーザ光はターニングミラー９により直角方向、即ちＹ軸方向に反射されて、光路ａ２に出力される。
【００３６】
光路ａ２に戻ってきた形のレーザ光は、Ｐ波になっているため、偏光ビームスプリッタ８の偏光面８ｂを直進方向、即ちＹ軸方向にそのまま通過し、光路ａ５に出力される。該光路ａ５のＰ波のレーザ光は１／４波長板１０を通過して円偏光のレーザ光になって光路ａ６に出力され、該光路ａ６の円偏光のレーザ光は、キューブコーナプリズム１１により、該光路ａ６の軸方向に対して平行でＸ軸方向に異なる軸上である光路ａ７に折り返して出力される。該光路ａ７の円偏光のレーザ光は、再び１／４波長板１０を通過してＳ波のレーザ光となり、光路ａ８に出力される。
【００３７】
該光路ａ８のレーザ光は、Ｓ波になっているため、偏光ビームスプリッタ８の偏光面８ｂにより直角方向、即ちＺ軸方向の光路ａ９に反射される。該光路ａ９のＳ波のレーザ光は、１／４波長板７ｂを通過して円偏光のレーザ光になると共に、バイプリズム６の楔プリズム６ａによってＺ軸方向に対して角度φに屈折され、光路ａ１０に出力される。該光路ａ１０の円偏光のレーザ光は、反射鏡２の平面鏡５の点５ｂにおいて該平面鏡５に垂直に入力され、該光路ａ１０に反射される。反射された光路ａ１０の円偏光のレーザ光は、再び楔プリズム６ａによりＺ軸方向に屈折されると共に、１／４波長板７ｂを通過してＰ波のレーザ光になり、光路ａ９に出力される。
【００３８】
そして、光路ａ９のレーザ光は、Ｐ波になっているため、偏光ビームスプリッタ８の偏光面８ｂをそのまま直進方向に通過し、入出力面８ａより光路ａ１１に出力されて、上記レーザヘッド１２の光電変換器に入力される。つまり第２光路ａ２〜ａ１１を通過するレーザ光は、反射鏡２の平面鏡４，５に対して２往復した後、レーザヘッド１２に出力される。
【００３９】
一方、第１光路として、該光路ｂ２に出力されたＰ波のレーザ光は、１／４波長板７ｂを通過して円偏光のレーザ光になると共に、バイプリズム６の楔プリズム６ｂによってＺ軸方向に対して角度φに屈折され、光路ｂ３に出力される。該光路ｂ３の円偏光のレーザ光は、反射鏡２の平面鏡４の点４ｂにおいて該平面鏡４に垂直に入力され、該光路ｂ３に反射される。反射された光路ｂ３の円偏光のレーザ光は、再び楔プリズム６ｂによりＺ軸方向に屈折されると共に、１／４波長板７ｂを通過してＳ波のレーザ光になり、光路ｂ２に出力される。
【００４０】
光路ｂ２に戻ってきた形のレーザ光は、Ｓ波になっているため、偏光ビームスプリッタ８の偏光面８ｂにより直角方向、即ちＹ軸方向の光路ｂ４に反射される。該光路ｂ４のＳ波のレーザ光は１／４波長板１０を通過して円偏光のレーザ光になって光路ｂ５に出力され、該光路ｂ５の円偏光のレーザ光は、キューブコーナプリズム１１により、該光路ｂ５の軸方向に対して平行でＸ軸方向に異なる軸上である光路ｂ６に折り返して出力される。該光路ｂ６の円偏光のレーザ光は、再び１／４波長板１０を通過してＰ波のレーザ光となり、光路ｂ７に出力される。
【００４１】
光路ｂ７のレーザ光は、Ｐ波になっているため、偏光ビームスプリッタ８の偏光面８ｂを直進方向、即ちＹ軸方向にそのまま通過し、光路ｂ８に出力される。該光路ｂ８のＰ波のレーザ光は、ターニングミラー９により直角方向に反射され、即ちＺ軸方向の光路ｂ９に出力される。該光路ｂ９のＰ波レーザ光は、１／４波長板７ａを通過して円偏光のレーザ光になると共に、バイプリズム６の楔プリズム６ａによってＺ軸方向に対して角度φに屈折され、光路ｂ１０に出力される。該光路ｂ１０の円偏光のレーザ光は、反射鏡２の平面鏡５の点５ａにおいて該平面鏡５に垂直に入力され、該光路ｂ１０に反射される。反射された光路ｂ１０の円偏光のレーザ光は、再び楔プリズム６ａによりＺ軸方向に屈折されると共に、１／４波長板７ａを通過してＳ波のレーザ光になり、光路ｂ９に出力される。
【００４２】
そして、光路ｂ９のＳ波のレーザ光はターニングミラー９により直角方向、即ちＹ軸方向に反射されて、光路ｂ８に出力される。そして、光路ｂ８に戻ってきた形のレーザ光は、Ｓ波になっているため、偏光ビームスプリッタ８の偏光面８ｂにより直角方向、即ちＺ軸方向の光路ｂ１１に出力されて、上記レーザヘッド１２の光電変換器に入力される。つまり第１光路ｂ２〜ｂ１１を通過するレーザ光も同様に、反射鏡２の平面鏡４，５に対して２往復した後、レーザヘッド１２に出力される。
【００４３】
なお、図３に示した光路ａ１，ｂ１、光路ａ５，ｂ４、光路ａ６，ｂ５、光路ａ７，ｂ６、光路ａ８，ｂ７、及び光路ａ１１，ｂ１１は、説明の便宜上、平行な軸線として示しているが、これらの光路は、それぞれ同一軸上の光路である。
【００４４】
ここで、例えば反射鏡２がレーザ干渉部３に対してＺ軸周りのγ方向であるロール方向に相対移動したとする。すると、第１光路と第２光路とをそれぞれ通過するレーザ光が反射する点４ａ，５ｂ及び点４ｂ，５ａは、点４ａ及び点５ｂが平面鏡４，５の傾斜に対して谷側（つまり内側）又は山側（つまり外側）に、点４ｂ及び点５ａが平面鏡４，５の傾斜に対して山側（つまり外側）又は谷側（つまり内側）に移動する形となる。即ち、光路ａ４及び光路ａ１０の光路長に対して光路ｂ３及び光路ｂ１０の光路長が縮まる、又は伸びることになり、第１光路と第２光路との光路長に相対的な変化が生じる。第１光路と第２光路との光路長に相対的な変化が生じると、入出力面８ａから出力される光路ａ１１，ｂ１１のＰ波とＳ波とのレーザ光にドップラー周波数偏移が生じ、レーザヘッド１２の光電変換器により光路長の変化（以下、「検出光長」とする。）を検出することが可能となる。なお、この光電変換器によるドップラー周波数偏移の検出は、公知の技術であるので、その説明を省略する。
【００４５】
また、点４ａと点４ｂ（点５ａと点５ｂ）の距離を２ｖとし、上記ロール方向の角度θと光路長の変化量Δとを式で示すと、
θ＝ｔａｎ−１（Δ／（８ｖ・ｓｉｎφ））・・・・・・式１
となる。それらロール方向の角度θと光路長の変化量Δとの関係は、点４ａと点５ａ（点４ｂと点５ｂ）の距離２ｕに依存せず、つまり反射鏡２とレーザ干渉部３との距離はなんら影響がない。
【００４６】
上記式１の関係は、点４ａと点４ｂ（点５ａと点５ｂ）の距離２ｖが一定で、かつ角度φも一定であるため、図４に示すような検出光長（ｍｍ）と発生ローリング（角秒）との関係として得られる。この発生ローリングを累積演算することで、反射鏡２とレーザ干渉部３とのロール方向の位置偏差を算出することが可能であり、つまり検出光長に基づいてロール方向の位置偏差を算出することが可能である。
【００４７】
なお、この図４に示す関係は、ピッチ方向の位置偏差を測定し得るレーザ測定器によりＸ軸方向から測定したものによって正確性が確認されている。また、反射鏡２とレーザ干渉部３との距離を変化させて（例えば２００ｍｍ、８００ｍｍ、１４００ｍｍ）測定した実験結果からも、その反射鏡２とレーザ干渉部３との距離に依存することなく、この関係の正確性が確認されている。
【００４８】
また、従来の技術と同様に、横方向（Ｘ方向）、縦方向（Ｙ方向）、軸方向（Ｚ方向）、ピッチ方向（α方向）、ヨー方向（β方向）に対して変位があった場合は、光路ａ４及び光路ａ１０の光路長と、光路ｂ３及び光路ｂ１０の光路長とが共に伸縮、或いは変化せずに、その２つの光路長に相対的な変化が生じない。
【００４９】
以上に説明したレーザ干渉計１を用いて工作機械２０を測定する際は、図１に示すように、該工作機械２０に、レーザ干渉計１を備えた測定装置５０を設置する。まず、レーザ干渉計１の反射鏡２を工作機械２０のベッド２１上に固定し、レーザ干渉部３をテーブル２２上に固定する。この固定の際は、反射鏡２とレーザ干渉部３とがＺ軸方向において正確に一直線上になるように、かつ平面鏡４，５の角度とレーザ干渉部３の角度がＺ軸方向に対する正確な位置になるように固定することが好ましいが、僅かなずれがあっても第１光路（特に光路ｂ３及び光路ｂ１０）と第２光路（特に光路ａ４及び光路ａ１０）との光路長に差が生じないので、特に問題はない。また、レーザヘッド１２を、レーザ干渉部３の入出力面８ａに対して入出力ヘッド１２ａがＺ軸方向において一直線上になるように床３０上に設置する。
【００５０】
その後、レーザヘッド１２のレーザ発振器よりレーザ光を照射すると共に、光電変換器により第１光路と第２光路との光路長の相対変化の測定を開始する。そして、工作機械２０のテーブル２２をベッド２１に対してＺ軸方向に移動させ、測定装置５０によって、テーブル２２の移動に伴うロール方向（γ方向）の位置偏差を測定する。この際、レーザ干渉部３の入出力面８ａはＺ軸方向に移動し、またレーザヘッド１２の入出力ヘッド１２ａもＺ軸方向に向けられているので、レーザ干渉部３をテーブル２２によりＺ軸方向に移動しても、入出力面８ａに対するレーザ光の入出力がずれることはない。また、レーザ干渉部３がＺ軸方向に移動するだけであれば、第１光路と第２光路との光路長が共に伸縮するだけであって、相対的な光路長の差は生じない。
【００５１】
また、レーザ干渉計１を用いて工作機械２０を測定する際は、図２に示すように、レーザ干渉計１の反射鏡２を工作機械２０のテーブル２２上に固定し、レーザ干渉部３をベッド２１上に固定してもよい。この際も同様に、レーザヘッド１２を、レーザ干渉部３の入出力面８ａに対して入出力ヘッド１２ａがＺ軸方向において一直線上になるように床３０上に設置する。
【００５２】
その後、レーザヘッド１２のレーザ発振器よりレーザ光を照射すると共に、光電変換器により第１光路と第２光路との光路長の相対変化の測定を開始し、工作機械２０のテーブル２２をベッド２１に対してＺ軸方向に移動させ、測定装置５０によって、テーブル２２の移動に伴うロール方向（γ方向）の位置偏差を測定する。この際、入出力面８ａに対するレーザヘッド１２からのレーザ光の入出力がずれることなく、また、反射鏡２がＺ軸方向に移動するだけであれば、第１光路と第２光路との光路長が共に伸縮するだけであって、相対的な光路長の差は生じない。
【００５３】
例えば上記測定装置５０を用いて工作機械２０を測定した実験結果の一例を説明する。図５に示すように、ベッド２１の所定位置からＺ軸方向に約１３００ｍｍまでの部分においてテーブル２２を７回移動させ、その際のロール方向の位置偏差を測定すると、実験結果Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇが得られた。この７回の実験結果Ａ〜Ｇによると、移動開始後３００ｍｍ付近までに約＋７０角秒のローリングが生じ、５００ｍｍ付近で約＋３０角秒のローリングに下がり、再び６００ｍｍ付近で約＋５０角秒のローリングが生じた後、９００ｍｍ付近で一旦ローリングが収まり、その９００ｍｍ付近から１３００ｍｍまでに反対方向である約−１４０角秒のローリングが生じていることが検出された。これら７回の実験結果Ａ〜Ｇは、僅かな誤差があるものの、略々同じ位置で同じローリングが生じていることを証明しており、測定装置５０の正確性を証明している。
【００５４】
以上のように、本発明に係るレーザ干渉計１によると、レーザ干渉部３の入出力面８ａが反射鏡２に対してレーザ干渉部３のＺ軸方向における反対側に位置しているので、レーザ光をＺ軸方向より入力することができ、かつ第１光路ｂ２〜ｂ１１及び第２光路ａ２〜ａ１１を通過したレーザ光をＺ軸方向に出力することができる。それにより、例えば反射鏡２に対してレーザ干渉部３をＺ軸方向に移動させることができ、Ｚ軸方向に移動する工作機械２０のテーブル２２などにレーザ干渉部３を設置することも可能にすることができるものでありながら、反射鏡２とレーザ干渉部３とのロール方向の位置偏差の測定を可能にすることができる。
【００５５】
また、キューブコーナプリズム１１は、従来のように２箇所から入力されて他の２箇所に折り返し出力するのではなく（図７の光路ｃ６，ｃ７及び光路ｄ４，ｄ５参照）、偏光ビームスプリッタ８からのレーザ光が光路ａ５，ａ６及び光路ｂ４，ｂ５からの１箇所に入力され、かつ光路ａ７，ａ８及び光路ｂ６，ｂ７に対する１箇所から該偏光ビームスプリッタ８にレーザ光を折り返し出力するので、該キューブコーナプリズム１１をコンパクト化することができ、レーザ干渉部３をコンパクト化することができる。
【００５６】
更に、従来のように偏光ビームスプリッタが２つではなく（図７の１０８，１０９参照）、偏光ビームスプリッタが１つであるので、上記キューブコーナプリズム１１のコンパクト化と相俟って、レーザ干渉部３をコンパクト化することができる。
【００５７】
また、レーザ干渉部３をコンパクト化することができるため、例えば工作機械２０のテーブル２２やベッド２１などにレーザ干渉部３を設置（固定）することが可能となり、例えばテーブル２２の移動による工作機械２０の重心移動に起因するベッド２１の傾斜を含むことなく、テーブル２２とベッド２１とのロール方向の位置偏差の測定を可能にすることができる。
【００５８】
＜第２の実施の形態＞
ついで、以下に本発明に係る第２の実施の形態を図に沿って説明する。図６は第２の実施の形態に係るレーザ干渉計を示す斜視模式図である。なお、第２の実施の形態においては、一部の変更部分を除き、第１の実施の形態と同様な部分に同符号を付して、その説明を省略する。
【００５９】
図６に示すように、レーザ干渉計１’のレーザ干渉部３’は、上記ターニングミラー９の代わりに屋根型反射鏡であるアミチプリズム（反射部）１４を有しており、該アミチプリズム１４は、直角二面鏡である反射面１４ａと反射面１４ｂとを有している。
【００６０】
レーザ干渉計１’において、偏光ビームスプリッタ８により分光されたＳ波のレーザ光が光路ａ２に出力されると、上記アミチプリズム１４の反射面１４ａ及び反射面１４ｂにより異なる平行な平面上に直角に反射、即ちＹ−Ｚ軸方向の光路ａ２を含む平面上から光路ａ３’を含む平面上に平行移動する形でＹ軸方向からＺ軸方向に直角に反射されて、光路ａ３’に出力される。また、光路ａ４’、反射鏡５を介して往復したレーザ光は、光路ａ３’において１／４波長板７ａによりＰ波のレーザ光になっており、該光路ａ３’のＰ波のレーザ光は、同様にアミチプリズム１４の反射面１４ｂ及び反射面１４ａを介して光路ａ２に出力される。
【００６１】
また、光路ｂ７から偏光ビームスプリッタ８に入力され、偏光面８ｂを直進して光路ｂ８に出力されたＰ波のレーザ光は、同様にアミチプリズム１４の反射面１４ｂ及び反射面１４ａを介して光路ｂ９’に出力される。更に、光路ｂ１０’、反射鏡４を介して往復したレーザ光は、光路ｂ９’において１／４波長板７ａによりＳ波のレーザ光になっており、該光路ｂ９’のＳ波のレーザ光は、同様にアミチプリズム１４の反射面１４ａ及び反射面１４ｂを介して光路ｂ８に出力される。
【００６２】
即ち、第１光路ｂ２〜ｂ１１を通過するレーザ光は、光路ｂ３及び光路ｂ１０’により反射鏡４に対して２往復し、また、第２光路ａ２〜ａ１１を通過するレーザ光は、光路ａ４’及び光路ａ１０により反射鏡５に対して２往復する。例えばレーザ干渉部３’に対して反射鏡２がＸ軸方向に移動したとすると、第１光路と第２光路とをそれぞれ通過するレーザ光が反射する点４ａ，４ｂ及び点５ａ，５ｂは、点４ａ及び点４ｂが平面鏡４の傾斜に対して谷側（つまり内側）又は山側（つまり外側）に、点５ａ及び点５ｂが平面鏡５の傾斜に対して山側（つまり外側）又は谷側（つまり内側）に移動する形となる。このため、光路ａ４’及び光路ａ１０の光路長に対して光路ｂ３及び光路ｂ１０’の光路長が縮まる、又は伸びることになり、第１光路と第２光路との光路長に相対的な変化が生じる。
【００６３】
なお、例えばレーザ干渉部３’に対して反射鏡２がヨー方向（β軸方向）に移動したとすると、第１光路と第２光路とをそれぞれ通過するレーザ光が反射する点４ａ，４ｂ及び点５ａ，５ｂは、点４ａ及び点４ｂが平面鏡４の傾斜に対して谷側（つまり内側）又は山側（つまり外側）に、点５ａ及び点５ｂが平面鏡５の傾斜に対して山側（つまり外側）又は谷側（つまり内側）に移動する形となるが、平面鏡４，５の角度がヨー方向（β軸方向）変化しているため、反射されたレーザ光の光路に該ヨー方向（β軸方向）の移動に対する角度が発生する。即ち、上記バイプリズム６ａ，６ｂによって角度２φで広がりつつ反射鏡４，５に入力されたレーザ光（光路ａ４’及び光路ｂ１０’、光路ａ１０及び光路ｂ３のレーザ光）は、ヨー方向（β軸方向）の移動に対する角度に方向転換して反射され、同じ角度２φで収束しつつバイプリズム６ａ，６ｂに出力される。これにより、一方の往路の光路が縮まった場合はその復路の光路が伸び、他方の往路の光路が伸びた場合はその復路の光路が縮まるので、第１光路と第２光路との光路長に相対的な変化が生じることはない。
【００６４】
つまり、縦方向（Ｙ方向）、軸方向（Ｚ方向）、ピッチ方向（α方向）、ヨー方向（β方向）、ロール方向（γ方向）に対して変位があった場合は、光路ａ４’及び光路ａ１０の光路長と、光路ｂ３及び光路ｂ１０’の光路長に相対的な変化が生じない。
【００６５】
そして、第１の実施の形態と同様に、このように第１光路と第２光路との光路長に相対的な変化が生じると、入出力面８ａから出力される光路ａ１１，ｂ１１のＰ波とＳ波とのレーザ光にドップラー周波数偏移が生じ、レーザヘッド１２の光電変換器により光路長の変化（以下、「検出光長」とする。）を検出することが可能となる。
【００６６】
以上に説明したレーザ干渉計１’を用いて工作機械２０を測定する際は、第１の実施の形態と同様に、反射鏡２をベッド２１上に固定すると共に、レーザ干渉部３’をテーブル２２上に固定、又は反射鏡２をテーブル２２上に固定すると共にレーザ干渉部３’をベッド２１上に固定し、レーザヘッド１２を、レーザ干渉部３’の入出力面８ａに対して入出力ヘッド１２ａがＺ軸方向において一直線上になるように床３０上に設置する（図１及び図２参照）。
【００６７】
その後、レーザヘッド１２のレーザ発振器よりレーザ光を照射すると共に、光電変換器により第１光路と第２光路との光路長の相対変化の測定を開始し、工作機械２０のテーブル２２をベッド２１に対してＺ軸方向に移動させ、測定装置５０によって、テーブル２２の移動に伴う横方向（Ｘ軸方向）の位置偏差、いわゆる真直度を測定する。
【００６８】
以上のように、本発明に係るレーザ干渉計１’によると、レーザ干渉部３’の入出力面８ａが反射鏡２に対してレーザ干渉部３のＺ軸方向における反対側に位置しているので、レーザ光をＺ軸方向より入力することができ、かつ第１光路ｂ２〜ｂ１１及び第２光路ａ２〜ａ１１を通過したレーザ光をＺ軸方向に出力することができる。それにより、例えば反射鏡２に対してレーザ干渉部３’をＺ軸方向に移動させることができ、Ｚ軸方向に移動する工作機械２０のテーブル２２などにレーザ干渉部３を設置して、反射鏡２とレーザ干渉部３との横方向の位置偏差の測定を可能にすることができる。
【００６９】
なお、第１及び第２の実施の形態において説明したレーザ干渉計１，１’は、ロール方向（γ方向）の位置偏差、或いは横方向（Ｘ軸方向）の位置偏差を測定するものを説明したが、該レーザ干渉計１，１’全体を９０度回転させた形、つまり横向きで用いることも可能であり、この際、レーザ干渉計１は同様にロール方向（γ方向）の位置偏差、レーザ干渉計１’はＹ軸方向である縦方向の位置偏差、をそれぞれ測定することが可能である。
【００７０】
また、第１及び第２の実施の形態において、工作機械２０を測定する測定装置５０について説明したが、該測定装置５０は、特に工作機械に限らず、支持部材と該支持部材に対して軸方向に移動する移動部材とであり、反射鏡２とレーザ干渉部３，３’とが設置（固定）可能なものであれば、どのようなものであってもそれらの位置偏差を測定することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】レーザ干渉部をテーブルに固定した際の測定装置及び工作機械を示す斜視図。
【図２】反射鏡をテーブルに固定した際の測定装置及び工作機械を示す斜視図。
【図３】第１の実施の形態に係るレーザ干渉計を示す斜視模式図。
【図４】本発明のレーザ干渉計を用いた際のローリング感度校正の一例を示す図。
【図５】工作機械の測定結果の一例を示す図。
【図６】第２の実施の形態に係るレーザ干渉計を示す斜視模式図。
【図７】従来のレーザ干渉計を示す斜視模式図。
【符号の説明】
１ レーザ干渉計
２ 反射手段（反射鏡）
３ レーザ光路生成手段（レーザ干渉部）
４ 平面鏡
５ 平面鏡
６ 屈折部（バイプリズム）
７ａ 第２の波長板（１／４波長板）
７ｂ 第２の波長板（１／４波長板）
８ 分光部（偏光ビームスプリッタ）
８ａ 入出力部
９ 反射部、平面型反射鏡（ターニングミラー）
１０ 第１の波長板（１／４波長板）
１１ 光路軸変更部（キューブコーナプリズム）
１２ レーザ測長手段（レーザヘッド）
１４ 反射部、屋根型反射鏡（アミチプリズム）
２１ 支持部材（ベッド）
２２ 移動部材（テーブル）
３０ 基準床（床）
５０ 測定装置
ａ２〜ａ１１ 第２光路
ｂ２〜ｂ１１ 第１光路
Claims (4)
- 所定角度で傾斜した２つの平面鏡を有する反射手段と、Ｐ波と該Ｐ波に対して偏光面が直交する平面のＳ波とを有するレーザ光を入力して第１光路と第２光路に分光し、該第１光路と該第２光路とに分光されたレーザ光を前記反射手段に２往復させてから出力するレーザ光路生成手段と、を備え、前記反射手段と前記レーザ光路生成手段とを軸方向に相対移動させた際に、前記反射手段と前記レーザ光路生成手段との相対位置関係によって前記第１光路と前記第２光路との距離が相対変化するレーザ干渉計において、
前記レーザ光路生成手段は、
一側面に、前記反射手段に対して前記レーザ光路生成手段の軸方向反対側に位置して、前記レーザ光を前記軸方向より入力自在で、かつ前記第１光路及び前記第２光路を通過したレーザ光を前記軸方向に出力自在な入出力部を有し、入力されるレーザ光に対して前記Ｐ波を直進方向に、かつ前記Ｓ波を直角方向に分光して出力する分光部と、
前記分光部の前記軸方向に対して直角方向に配置され、入力されるレーザ光を直角に反射する反射部と、
前記反射部に対して前記分光部の反対側に配置され、前記分光部から出力されたレーザ光を異なる平行な軸上に折り返し出力する光路軸変更部と、
前記分光部と前記光路軸変更部との間に配置され、前記分光部から出力されて前記光路軸変更部を介して該分光部に入力されるレーザ光が通過する際に、前記Ｐ波を前記Ｓ波に、前記Ｓ波を前記Ｐ波に、それぞれ変換する第１の波長板と、
前記分光部及び前記反射部と前記反射手段との間に配置され、前記分光部及び前記反射部からの前記軸方向のレーザ光を、前記反射手段の平面鏡に対して垂直になるように前記所定角度に屈折させる屈折部と、
前記分光部及び前記反射部と前記反射手段との間に配置され、前記分光部又は前記反射部から出力されて前記反射手段を介して該分光部又は該反射部に入力されるレーザ光が通過する際に、前記Ｐ波を前記Ｓ波に、前記Ｓ波を前記Ｐ波に、それぞれ変換する第２の波長板と、を有する、
ことを特徴とするレーザ干渉計。 - 前記反射部は、入力されるレーザ光を同一平面上に直角に反射する平面型反射鏡であり、
前記反射手段と前記レーザ光路生成手段とが前記軸方向に対するロール方向に相対移動した場合に、前記第１光路と前記第２光路との距離が相対変化する、
ことを特徴とする請求項１記載のレーザ干渉計。 - 前記反射部は、入力されるレーザ光を異なる平行な平面上に直角に反射する屋根型反射鏡であり、
前記反射手段と前記レーザ光路生成手段とが前記軸方向に対する横方向に相対移動した場合に、前記第１光路と前記第２光路との距離が相対変化する、
ことを特徴とする請求項１記載のレーザ干渉計。 - 前記請求項１ないし３のいずれか記載のレーザ干渉計と、
前記レーザ光を照射自在で、かつ前記レーザ光路生成手段より出力された前記第１光路と前記第２光路とのレーザ光の波長の位相差に基づき、前記第１光路と前記第２光路との距離の相対変化を測定し得るレーザ測長手段と、を備え、
前記レーザ測長手段を、基準床に、該レーザ測長手段により照射される前記レーザ光が前記レーザ光路生成手段の前記入出力部に入力されるように前記軸方向に配置し、
前記反射手段及び前記レーザ光路生成手段のいずれか一方を、前記基準床に対して支持される支持部材に固定し、
前記反射手段及び前記レーザ光路生成手段の他方を、前記支持部材に対して軸方向に移動自在に支持される移動部材に固定し、
前記移動部材を前記支持部材に対して前記軸方向に移動させた際に、前記支持部材に対する前記移動部材の位置偏差を測定する、
ことを特徴とする測定装置。
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