JP2010066090A - 光学測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】測定にかかる時間を低減させることができるとともに、鉛直方向に移動する被測定物のローリング角度の変位を測定することができる光学測定装置の提供。
【解決手段】光学測定装置１は、レーザ光源２１と、平行化レンズ２５と、第１の受光素子２３とを有する装置本体２と、反射ミラー３１を有し、被測定物に取り付けられる測定体３とを備える。測定体３は、反射ミラー３１の近傍位置に設けられ、装置本体２から射出される光を反射する一対の反射手段３２Ａ，３２Ｂを備える。装置本体２は、偏光ビームスプリッタ２４と、各反射手段３２Ａ，３２Ｂにて反射され、偏光ビームスプリッタ２４にて分離される光をそれぞれ受光する一対の第２の受光素子２６Ａ，２６Ｂと、各受光素子２３，２６Ａ，２６Ｂにて受光される光の位置変位に基づいて、被測定物の角度変位を算出する算出手段とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、光学測定装置に関し、特に被測定物の角度変位を測定する光学測定装置に関する。

従来、光を射出する光源と、光源の光軸上に配設される平行化レンズと、平行化レンズを介して入射する光を受光する受光素子とを有する装置本体と、平行化レンズを介して装置本体から射出される光を平行化レンズに向けて反射する反射ミラーを有し、被測定物に取り付けられる測定体とを備える光学測定装置が知られている。
このような光学測定装置としては、オートコリメータ（装置本体）、及び反射ミラーを有する測定体を備えたものが知られており、測定体を取り付けた被測定物の角度変位（ピッチング角度、及びヨーイング角度）を測定することができる。しかしながら、従来のオートコリメータ、及び測定体を用いた測定では、被測定物のローリング角度の変位を測定することができないという問題がある。
なお、ローリング角度とは、装置本体から射出される光の射出方向を軸方向とする軸（以下、Ｙ軸とする）回りの回転角度をいい、ピッチング角度、及びヨーイング角度とは、Ｙ軸と直交する２軸（以下、Ｘ軸、及びＺ軸とする）回りの回転角度をいう。

これに対して、被測定物のピッチング角度、ヨーイング角度、及びローリング角度の変位を測定することができる光学測定装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載のオートコリメータ用反射鏡（測定体）は、オートコリメータ（装置本体）から射出される光を反射することでオートコリメータ用反射鏡を取り付けた被測定物のピッチング角度、ヨーリング角度、及びローリング角度の変位を測定する。具体的に、特許文献１に記載のオートコリメータ用反射鏡は、柔軟で曲げ特性の良い懸垂材にて支持され、被測定物の傾斜に関わらず常に鉛直面を保つ懸垂反射鏡を備え、この懸垂反射鏡にオートコリメータから射出される光の一部を反射させることで従来の構成では測定することの出来なかったローリング角度の変位を測定することができる。

特開昭６０−２２０８０７号公報

しかしながら、特許文献１に記載のオートコリメータ用反射鏡では、懸垂反射鏡は、柔軟な懸垂材で支持されているので、被測定物の移動によって揺動する。したがって、測定をする際には、懸垂反射鏡の揺動が停止するのを待たなければならず、測定に時間がかかるという問題がある。
また、オートコリメータ、及び反射鏡を用いた測定では、Ｙ軸を被測定物の移動方向と略平行とした状態で被測定物の角度変位を測定するので、特許文献１に記載のオートコリメータ用反射鏡では、鉛直方向に移動する被測定物のローリング角度の変位を測定することができないという問題がある。これは、特許文献１に記載のオートコリメータ用反射鏡の構造上、Ｙ軸を鉛直方向と略平行とすると、懸垂反射鏡は、被測定物のローリング角度が変位した場合に鉛直面を保つことができなくなるためである。

本発明の目的は、測定にかかる時間を低減させることができるとともに、鉛直方向に移動する被測定物のローリング角度の変位を測定することができる光学測定装置を提供することにある。

本発明の光学測定装置は、光を射出する光源と、前記光源の光軸上に配設される平行化レンズと、前記平行化レンズを介して入射する光を受光する第１の受光素子とを有する装置本体と、前記平行化レンズを介して前記装置本体から射出される光を前記平行化レンズに向けて反射する反射ミラーを有し、被測定物に取り付けられる測定体とを備える光学測定装置であって、前記光源は、所定の偏光面を有する光を射出するレーザ光源とされ、前記測定体は、前記レーザ光源の光軸に対して二回対称となるように前記反射ミラーの近傍位置に設けられ、前記装置本体から射出される光を前記平行化レンズに向けて反射する一対の反射手段を備え、前記各反射手段は、前記装置本体から射出される光の光路上に配設される１／４波長板と、前記１／４波長板の光路後段に配設され、入射する光と平行な光を反射する平行反射部材とを備え、前記装置本体は、前記レーザ光源の光軸上に配設され、前記所定の偏光面を有する光を透過させるとともに、前記所定の偏光面と直交する偏光面を有する光を反射させて分離する偏光分離手段と、前記各反射手段にて反射され、前記偏光分離手段にて分離される光をそれぞれ受光する一対の第２の受光素子と、前記各受光素子にて受光される光の位置変位に基づいて、前記被測定物の角度変位を算出する算出手段とを備えることを特徴とする。

このような構成によれば、レーザ光源から射出される光は、所定の偏光面を有しているので、偏光分離手段を透過し、平行化レンズを介して装置本体から射出される。そして、被測定物に取り付けられる測定体は、反射ミラーと、レーザ光源の光軸に対して二回対称となるように反射ミラーの近傍位置に設けられる一対の反射手段とを備えているので、平行化レンズを介して装置本体から射出される光は、一部が反射ミラーにて反射され、他の一部が各反射手段にて反射される。
ここで、各反射手段は、装置本体から射出される光の光路上に配設される１／４波長板と、１／４波長板の光路後段に配設され、入射する光に平行な光を反射する平行反射部材とを備えるので、装置本体から射出される光は、１／４波長板を２度通過して偏光面が９０度回転し、所定の偏光面と直交する偏光面を有することとなる。なお、平行反射部材は、各反射手段の装置本体に対する姿勢が変化した場合であっても入射する光と平行な光を反射する。

反射ミラーにて反射され、平行化レンズを介して装置本体に入射した光は、所定の偏光面を有しているので、偏光分離手段を透過して第１の受光素子にて受光される。なお、以下では、第１の受光素子にて受光される光を第１測定光とする。
第１測定光は、被測定物のピッチング角度、またはヨーイング角度が変位すると、第１の受光素子上での位置が変位する。したがって、算出手段は、従来のオートコリメータ、及び測定体を用いた測定と同様に、第１測定光の位置変位に基づいて、被測定物のピッチング角度、及びヨーイング角度の変位を算出する。

また、各反射手段にて反射され、平行化レンズを介して装置本体に入射した光は、所定の偏光面と直交する偏光面を有しているので、偏光分離手段にて反射されて一対の第２の受光素子にて受光される。なお、以下では、各第２の受光素子にて受光される各光を第２測定光とする。
ここで、各反射手段は、レーザ光源の光軸に対して二回対称となるように反射ミラーの近傍位置に設けられているので、各第２測定光は、被測定物のローリング角度が変位すると、各第２の受光素子上での位置が逆方向に変位する。したがって、算出手段は、各第２測定光の位置変位に基づいて、被測定物のローリング角度の変位を算出する。

例えば、被測定物のローリング角度が変位した場合における各第２測定光の位置変位する方向がＹ軸方向となるように光学測定装置を構成する。このように構成した場合には、各第２測定光は、被測定物のローリング角度が変位すると、各第２の受光素子上での位置が逆方向に変位するので、算出手段は、各第２測定光のＹ軸方向における位置変位の差を取ることで被測定物のローリング角度の変位を算出することができる。

本発明によれば、被測定物に取り付けられる測定体は、反射ミラーと、レーザ光源の光軸に対して二回対称となるように反射ミラーの近傍位置に設けられる一対の反射手段とを備えているので、特許文献１に記載のオートコリメータ用反射鏡のように被測定物が移動した場合であっても揺動することがない。したがって、光学測定装置は、測定にかかる時間を低減させることができる。また、本発明の光学測定装置の構造上、Ｙ軸を鉛直方向と略平行とした場合であっても被測定物のローリング角度の変位を測定することができる。したがって、光学測定装置は、鉛直方向に移動する被測定物のローリング角度の変位を測定することができる。

本発明では、前記算出手段は、前記第２の受光素子にて受光される光の位置変位に基づいて、前記被測定物の位置変位を算出することが好ましい。
ここで、各第２測定光は、被測定物のＸ，Ｚ軸方向における位置が変位すると、第２の受光素子上での位置が同一方向に変位する。

例えば、被測定物のＺ軸方向における位置が変位した場合における各第２測定光の位置変位する方向がＹ軸方向となり、被測定物のＸ軸方向における位置が変位した場合における各第２測定光の位置変位する方向がＸ軸方向となるように光学測定装置を構成する。このように構成した場合には、各第２測定光は、被測定物のＸ，Ｚ軸方向における位置が変位すると、第２の受光素子上での位置が同一方向に変位するので、算出手段は、各第２測定光のＸ軸方向における位置変位の和を取ることで被測定物のＸ軸方向における位置変位を算出することができ、各第２測定光のＹ軸方向における位置変位の和を取ることで被測定物のＺ軸方向における位置変位を算出することができる。
したがって、光学測定装置は、被測定物の角度変位、及び従来の構成では測定することの出来なかった被測定物の位置変位を同時に測定することができる。

本発明では、前記装置本体は、前記偏光分離手段、及び前記各第２の受光素子の間に配設され、前記偏光分離手段にて分離される光を拡大して射出する拡大手段を備えることが好ましい。

ここで、高精度な工作機械などを被測定物として角度変位、及び位置変位を測定する場合には、各第２測定光の位置変位は非常に小さくなり、各第２測定光の位置変位を検出しにくくなるという問題がある。これに対して、例えば、各第２の受光素子にて検出される電気信号を電気的に増幅することで各第２測定光の位置変位を検出する方法が考えられる。しかしながら、このような検出方法によると、各第２の受光素子にて検出される電気信号はノイズの影響を受けやすくなるので、測定精度が低下するという問題がある。
本発明によれば、装置本体は、各第２測定光を拡大して射出する拡大手段を備えているので、各第２測定光の位置変位を光学的に拡大することができる。したがって、第２の受光素子にて検出される電気信号はノイズの影響を受けにくくなるので、測定精度を向上させることができる。

本発明では、前記測定体は、前記反射ミラー、及び前記各反射手段の前記装置本体に対する姿勢を調整する姿勢調整手段を備えることが好ましい。

ここで、本発明の光学測定装置では、平行化レンズを介して装置本体から射出される光は、測定体における反射ミラー、及び各反射手段にて反射され、再度、平行化レンズを介して装置本体に入射する必要がある。したがって、光学測定装置を用いて測定をする際には、測定体にて反射する光が平行化レンズを介して装置本体に入射するように装置本体、及び測定体の角度を調整することが望ましい。
本発明によれば、測定体は、姿勢調整手段を備えているので、測定体を被測定物に取り付けた状態で容易に角度を調整することができる。また、測定体は装置本体と比較して小型であるので、装置本体の姿勢を調整する場合と比較して作業者は装置本体、及び測定体の角度を容易に調整することができる。

本発明では、前記各反射手段の光路前段に配設され、前記各反射手段に入射する光の偏光面を回転させる偏光面回転手段を備えることが好ましい。

ここで、第１測定光、及び各第２測定光は、偏光分離手段にて分離されるため、光学測定装置にて高精度の測定を行うには、偏光分離手段にて高い精度で各測定光を分離することが望ましい。言い換えると、偏光分離手段の光学軸方向、及び各反射手段の１／４波長板の光学軸方向が一致していることが望ましい。
本発明によれば、光学測定装置は、各反射手段の光路前段に配設される偏光面回転手段を備えているので、偏光分離手段の光学軸方向、及び各反射手段の１／４波長板の光学軸方向を容易に調整することができる。したがって、光学測定装置は、偏光分離手段にて高い精度で各測定光を分離することができ、高精度の測定を行うことができる。

〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。
〔光学測定装置の概略構成〕
図１は、本発明の第１実施形態に係る光学測定装置１を側方側から見た概略模式図である。図２は、光学測定装置１を斜め上方側から見た概略模式図である。なお、図１では、上方向を＋Ｚ軸方向とし、このＺ軸に直交する２軸をそれぞれＸ軸、及びＹ軸として説明する。以下の図面においても同様である。
光学測定装置１は、図１、及び図２に示すように、装置本体２と、被測定物（図示略）に取り付けられる測定体３とを備える。なお、図示は省略するが、測定体３は、＋Ｙ軸方向側の面を被測定物に貼り付けて固定されている。

装置本体２は、光を射出するレーザ光源２１と、レーザ光源２１の上方側（＋Ｚ軸方向側）に配設される無偏光ビームスプリッタ２２と、無偏光ビームスプリッタ２２の後方側（−Ｙ軸方向側）に配設される第１の受光素子２３と、無偏光ビームスプリッタ２２の前方側（＋Ｙ軸方向側）に配設される偏光ビームスプリッタ２４と、偏光ビームスプリッタ２４の前方側に配設される平行化レンズ２５と、偏光ビームスプリッタ２４の下方側（−Ｚ軸方向側）に配設される一対の第２の受光素子２６Ａ，２６Ｂとを備える。なお、図１、及び図２では、レーザ光源２１から射出される光、及び各受光素子２３，２６Ａ，２６Ｂにて受光する光の光軸Ｌを一点鎖線で示している。
また、装置本体２は、各受光素子２３，２６Ａ，２６Ｂにて受光される光の位置変位に基づいて、被測定物の角度変位、及び位置変位を算出する算出手段２７（図２において図示略）を備える。なお、算出手段２７については、後に詳述する。

光源としてのレーザ光源２１は、所定の偏光面を有する光を上方側に向かって射出する。
無偏光ビームスプリッタ２２は、２つの直角プリズムを貼り合せた略直方体状に形成され、各直角プリズムの界面２２ＡがＹ軸、及びＺ軸に対して略４５度の角度となるように配設されている。そして、無偏光ビームスプリッタ２２は、界面２２Ａにて一部を透過し、他の一部を反射することで入射する光を偏光状態に依存することなく所定の割合で分割する。
第１の受光素子２３は、例えば、ＰＳＤ（Position Sensitive Detector）などで構成され、受光する光の中心位置を検出する。

偏光分離手段としての偏光ビームスプリッタ２４は、偏光分離膜２４Ａにて所定の偏光面を有する光、すなわちレーザ光源２１から射出される光を透過させるとともに、所定の偏光面と直交する偏光面を有する光を反射させて分離する。本実施形態では、偏光ビームスプリッタ２４は、偏光分離膜２４ＡがＹ軸、及びＺ軸に対して略４５度の角度となるように配設されている。
平行化レンズ２５は、レーザ光源２１の光軸Ｌ上に配設され、レーザ光源２１から射出される光を平行化して装置本体２から射出する。
各第２の受光素子２６Ａ，２６Ｂは、例えば、ＱＰＤ（Quadrant Photo Diode）などで構成され、受光する光の中心位置を検出する。なお、ＱＰＤは、４分割された受光素子を有しているので、前述したＰＳＤと比較して受光する光の中心位置を高精度に検出することができる。

測定体３は、平行化レンズ２５を介して装置本体２から射出される光を平行化レンズ２５に向けて反射する反射ミラー３１、及び一対の反射手段３２Ａ，３２Ｂを備える。
反射ミラー３１は、略円盤状に形成され、中心位置がレーザ光源２１の光軸Ｌ上となる位置に配設されている。
各反射手段３２Ａ，３２Ｂは、レーザ光源２１の光軸Ｌから＋Ｘ軸方向、及び−Ｘ軸方向にそれぞれ距離Ｒだけ離れた反射ミラー３１の近傍位置に配設されている。すなわち、各反射手段３２Ａ，３２Ｂは、レーザ光源２１の光軸Ｌに対して二回対称となるように反射ミラー３１の近傍位置に設けられている。また、各反射手段３２Ａ，３２Ｂは、装置本体２から射出される光の光路上に配設される１／４波長板３２１と、１／４波長板３２１の光路後段に配設され、入射する光と平行な光を反射する平行反射部材としてのコーナーキューブ３２２とを備える。

〔光学測定装置における光の光路〕
次に、光学測定装置１における光の光路について説明する。
レーザ光源２１から射出される光は、無偏光ビームスプリッタ２２に入射する。無偏光ビームスプリッタ２２に入射した光は、一部が界面２２Ａにて反射され、偏光ビームスプリッタ２４に向かって射出される。無偏光ビームスプリッタ２２から射出される光は、所定の偏光面を有しているので、偏光ビームスプリッタ２４を透過し、平行化レンズ２５を介して装置本体２から射出される。

平行化レンズ２５を介して装置本体２から射出される光は、一部が反射ミラー３１にて反射され、他の一部が各反射手段３２Ａ，３２Ｂにて反射される。ここで、各反射手段３２Ａ，３２Ｂは、１／４波長板３２１と、コーナーキューブ３２２とを備えるので、装置本体２から射出される光は、１／４波長板３２１を２度通過して偏光面が９０度回転し、所定の偏光面と直交する偏光面を有することとなる。そして、反射ミラー３１、及び各反射手段３２Ａ，３２Ｂにて反射された光は、平行化レンズ２５を介して装置本体２に入射して収束する。

反射ミラー３１にて反射され、平行化レンズ２５を介して装置本体２に入射した光は、所定の偏光面を有しているので、偏光ビームスプリッタ２４を透過する。そして、偏光ビームスプリッタ２４を透過した光は、一部が無偏光ビームスプリッタ２２を透過して第１の受光素子２３にて受光される（図１中細線で示される光路）。なお、以下では、第１の受光素子２３にて受光される光を第１測定光とする。
第１測定光は、被測定物のピッチング角度（Ｘ軸回りの回転角度）、またはヨーイング角度（Ｚ軸回りの回転角度）が変位すると、第１の受光素子２３上での位置が変位する。したがって、算出手段２７は、従来のオートコリメータ、及び測定体を用いた測定と同様に、第１測定光の位置変位に基づいて、被測定物のピッチング角度、及びヨーイング角度の変位を算出する。

また、各反射手段３２Ａ，３２Ｂにて反射され、平行化レンズ２５を介して装置本体２に入射した光は、所定の偏光面と直交する偏光面を有しているので、偏光ビームスプリッタ２４にて下方側に反射されて一対の第２の受光素子２６Ａ，２６Ｂにて受光される（図１中太線で示される光路）。なお、以下では、各第２の受光素子２６Ａ，２６Ｂにて受光される各光を第２測定光とする。また、各第２測定光となる光の光路は、前述したように、図１中太線で示しているが、図面の簡略化のため、図１では一部の光路のみを図示している。

ここで、各反射手段３２Ａ，３２Ｂは、レーザ光源２１の光軸Ｌに対して二回対称となるように反射ミラー３１の近傍位置に設けられているので、各第２測定光は、被測定物のローリング角度（Ｙ軸回りの回転角度）が変位すると、各第２の受光素子２６Ａ，２６Ｂ上での位置が逆方向に変位する。また、各第２測定光は、被測定物のＸ，Ｚ軸方向における位置が変位すると、各第２の受光素子２６Ａ，２６Ｂ上での位置が同一方向に変位する。したがって、算出手段２７は、各第２測定光の位置変位に基づいて、被測定物のローリング角度の変位、及び位置変位を分離して算出する。

〔ローリング角度の変位、及び位置変位の算出方法〕
図３は、各第２の受光素子２６Ａ，２６Ｂを上方側から見た図である。なお、図３（Ａ）は、各第２測定光が位置変位していない状態を示す図であり、図３（Ｂ）は、各第２測定光がＹ軸方向にのみ位置変位した状態を示す図であり、図３（Ｃ）は、各第２測定光がＹ軸方向、及びＸ軸方向に位置変位した状態を示す図である。また、図３では、＋Ｙ軸方向を一点鎖線の矢印で示している。
光学測定装置１は、装置本体２、及び測定体３の角度が予め調整され、各第２測定光が位置変位していない状態、すなわち被測定物がＹ軸回りの回転もＸ，Ｚ軸方向の位置変位もしていない状態では、図３（Ａ）に示すように、各第２測定光（図３中網掛け円）の中心位置（図３中×印）と、各第２の受光素子２６Ａ，２６Ｂの中心位置とは略一致している。

そして、各第２測定光は、被測定物のローリング角度が変位すると、各第２の受光素子２６Ａ，２６Ｂ上で位置が逆方向に変位する。例えば、被測定物のローリング角度が右ネジ回りに微小角度θだけ変位したとすると、各第２測定光は、図３（Ｂ）に示すように、第２の受光素子２６Ａ上でＹ軸方向にＡｙだけ位置変位し、第２の受光素子２６Ｂ上でＹ軸方向にＢｙだけ位置変位する。なお、以下では、被測定物のピッチング角度、ヨーイング角度、及びローリング角度は、各軸における右ネジ回りの方向を正方向とする。
具体的に、被測定物のローリング角度の角度変位θと、各第２測定光の位置変位Ａｙ，Ｂｙとの関係式は、以下の式（１），（２）で表される。

Ａｙ＝−Ｒθ・Ｃ ・・・（１）
Ｂｙ＝Ｒθ・Ｃ ・・・（２）

ここで、Ｃは、光学測定装置１における光学系の特性から決定される定数であり、具体的に、平行化レンズ２５から第２の受光素子２６Ａ，２６Ｂに至る光学的な距離と、平行化レンズ２５の焦点距離との比で定められる。例えば、平行化レンズ２５から各第２の受光素子２６Ａ，２６Ｂに至る光学的な距離が平行化レンズ２５の焦点距離の１／２である場合には、Ｃは１／２となる。すなわち、この場合には、各第２の受光素子２６Ａ，２６Ｂは、平行化レンズ２５を介して装置本体２に入射して収束する光の光路上にあるので、各第２測定光の各第２の受光素子２６Ａ，２６Ｂ上での位置変位Ａｙ，Ｂｙは、各反射手段３２Ａ，３２Ｂの移動距離であるＲθよりも小さくなる。

また、各第２測定光は、被測定物のＸ，Ｚ軸方向における位置が変位すると、各第２の受光素子２６Ａ，２６Ｂ上での位置が同一方向に変位する。
具体的に、被測定物のＸ，Ｚ軸方向における位置変位Ｔｘ，Ｔｚと、第２測定光の第２の受光素子２６Ａ上でのＸ，Ｙ軸方向における位置変位Ａｘ、Ａｙと、第２測定光の第２の受光素子２６Ｂ上でのＸ，Ｙ軸方向における位置変位Ｂｘ、Ｂｙとの関係式は、以下の式（３）〜（６）で表される。

Ａｘ＝Ｔｘ・Ｃ ・・・（３）
Ａｙ＝Ｔｚ・Ｃ ・・・（４）
Ｂｘ＝Ｔｘ・Ｃ ・・・（５）
Ｂｙ＝Ｔｚ・Ｃ ・・・（６）

また、例えば、被測定物のローリング角度が右ネジ回りに微小角度θだけ変位するとともに、Ｘ，Ｚ軸方向における位置がＴｘ，Ｔｚだけ変位したとすると、各第２測定光は、図３（Ｃ）に示すように、第２の受光素子２６Ａ上でＸ，Ｙ軸方向にＡｘ，Ａｙだけ位置変位し、第２の受光素子２６Ｂ上でＸ，Ｙ軸方向にＢｘ，Ｂｙだけ位置変位する。

図４は、各第２の受光素子２６Ａ，２６Ｂ上の各第２測定光を上方側から見た拡大図である。なお、図４は、図３（Ｃ）を拡大した図である。
具体的に、被測定物のローリング角度の角度変位θと、被測定物のＸ，Ｚ軸方向における位置変位Ｔｘ，Ｔｚと、第２測定光の第２の受光素子２６Ａ上でのＸ，Ｙ軸方向における位置変位Ａｘ、Ａｙと、第２測定光の第２の受光素子２６Ｂ上でのＸ，Ｙ軸方向における位置変位Ｂｘ、Ｂｙとの関係式は、式（１），（２）と、式（３）〜（６）の合成であり、以下の式（７）〜（１０）で表される。

Ａｘ＝Ｔｘ・Ｃ ・・・（７）
Ａｙ＝−Ｒθ・Ｃ＋Ｔｚ・Ｃ ・・・（８）
Ｂｘ＝Ｔｘ・Ｃ ・・・（９）
Ｂｙ＝Ｒθ・Ｃ＋Ｔｚ・Ｃ ・・・（１０）

したがって、図４に示すように、被測定物のローリング角度の変位に基づく各第２測定光の各第２の受光素子２６Ａ，２６Ｂ上での位置変位をＰｒとし、被測定物のＸ軸方向における位置変位に基づく各第２測定光の各第２の受光素子２６Ａ，２６Ｂ上での位置変位をＰｘとし、被測定物のＺ軸方向における位置変位に基づく各第２測定光の各第２の受光素子２６Ａ，２６Ｂ上での位置変位をＰｙとすれば、Ｐｒ，Ｐｘ，Ｐｙは、以下の式（１１）〜（１３）で表される。

Ｐｒ＝（Ｂｙ−Ａｙ）／２＝Ｒθ・Ｃ ・・・（１１）
Ｐｘ＝（Ａｘ＋Ｂｘ）／２＝Ｔｘ・Ｃ ・・・（１２）
Ｐｙ＝（Ａｙ＋Ｂｙ）／２＝Ｔｚ・Ｃ ・・・（１３）

すなわち、算出手段２７は、各第２測定光のＹ軸方向における位置変位Ａｙ，Ｂｙの差を取ることで被測定物のローリング角度の変位を算出することができる。また、算出手段２７は、各第２測定光のＸ軸方向における位置変位Ａｘ，Ｂｘの和を取ることで被測定物のＸ軸方向における位置変位を算出することができ、各第２測定光のＹ軸方向における位置変位Ａｙ，Ｂｙの和を取ることで被測定物のＺ軸方向における位置変位を算出することができる。

具体的に、算出手段２７は、以下の式（１４）〜（１６）によって、被測定物のローリング角度の角度変位θ、及びＸ，Ｚ軸方向における位置の位置変位Ｔｘ，Ｔｚを算出する。

θ＝（Ｂｙ−Ａｙ）／２ＲＣ ・・・（１４）
Ｔｘ＝（Ａｘ＋Ｂｘ）／２Ｃ ・・・（１５）
Ｔｚ＝（Ａｙ＋Ｂｙ）／２Ｃ ・・・（１６）

したがって、算出手段２７は、各受光素子２３，２６Ａ，２６Ｂにて受光される光の位置変位に基づいて、被測定物のピッチング角度、ヨーイング角度、及びローリング角度の変位と、被測定物の位置変位とを同時に算出する。

このような本実施形態によれば以下の効果がある。
（１）被測定物に取り付けられる測定体３は、反射ミラー３１と、レーザ光源２１の光軸Ｌに対して二回対称となるように反射ミラー３１の近傍位置に設けられる一対の反射手段３２とを備えているので、被測定物が移動した場合であっても揺動することがない。したがって、光学測定装置１は、測定にかかる時間を低減させることができる。
（２）光学測定装置１の構造上、Ｙ軸を鉛直方向と略平行とした場合であっても被測定物のローリング角度の変位を測定することができる。したがって、光学測定装置１は、鉛直方向に移動する被測定物のローリング角度の変位を測定することができる。
（３）光学測定装置１は、被測定物の角度変位、及び従来の構成では測定することの出来なかった被測定物の位置変位を同時に測定することができる。

〔第２実施形態〕
以下、本発明の第２実施形態を図面に基づいて説明する。
図５は、本発明の第２実施形態に係る光学測定装置１Ａを側方側から見た概略模式図である。
なお、以下の説明では、既に説明した部分については、同一符号を付してその説明を省略する。

前記第１実施形態では、各反射手段３２Ａ，３２Ｂにて反射され、平行化レンズ２５を介して装置本体２に入射した光は、偏光ビームスプリッタ２４にて下方側に反射されて各第２の受光素子２６Ａ，２６Ｂにて受光されていた。
これに対して、本実施形態では、各反射手段３２Ａ，３２Ｂにて反射され、平行化レンズ２５を介して装置本体２Ａに入射した光は、図５に示すように、偏光ビームスプリッタ２４にて下方側に反射され、拡大手段２８を介して各第２の受光素子２６Ａ，２６Ｂにて受光されている点で異なる。
拡大手段２８は、偏光ビームスプリッタ２４、及び各第２の受光素子２６Ａ，２６Ｂの間に配設され、偏光ビームスプリッタ２４にて反射して分離される光を拡大して射出する。

このような本実施形態においても、前記第１実施形態と同様の作用、効果を奏することができる他、以下の作用、効果を奏することができる。
（４）装置本体２Ａは、第２測定光を拡大して射出する拡大手段２８を備えているので、第２測定光の位置変位を光学的に拡大することができる。したがって、第２の受光素子２６Ａ，２６Ｂにて検出される電気信号はノイズの影響を受けにくくなるので、測定精度を向上させることができる。

〔第３実施形態〕
以下、本発明の第３実施形態を図面に基づいて説明する。
図６は、本発明の第３実施形態に係る光学測定装置１Ｂを側方側から見た概略模式図である。
前記第１実施形態では、測定体３は、＋Ｙ軸方向側の面を被測定物に貼り付けて固定されていた。
これに対して、本実施形態では、測定体３Ｂは、図６に示すように、反射ミラー３１、及び各反射手段３２Ａ，３２Ｂの装置本体２に対する姿勢を調整する姿勢調整手段３４を備え、姿勢調整手段３４を介して被測定物Ｗに貼り付けて固定されている点で異なる。

測定体３Ｂは、＋Ｙ軸方向に向かって突出する断面略矩形状の凸部３３Ａを中央位置に有し、反射ミラー３１、及び各反射手段３２Ａ，３２Ｂを所定位置に収納する筐体３３と、筐体３３の装置本体２に対する姿勢を調整する姿勢調整手段３４とを備える。
姿勢調整手段３４は、筐体３３の凸部３３Ａに固定される略矩形板状の固定板３４１と、固定板３４１と略同一の形状を有し、固定板３４１と対向して配設される対向板３４２と、固定板３４１の四隅位置に形成されるネジ孔（図示略）に螺合される４つのボルト３４３と、固定板３４１、及び対向板３４２の間に設けられ、固定板３４１、及び対向板３４２を近接させる方向に付勢するバネ部材３４４とを備える。

そして、対向板３４２は、＋Ｙ軸方向側の面を被測定物Ｗに貼り付けて固定される。すなわち、測定体３Ｂは、姿勢調整手段３４を介して被測定物Ｗに貼り付けて固定されている。
したがって、各ボルト３４３を回転させると、各ボルト３４３の固定板３４１からの突出量を調整することができるので、姿勢調整手段３４は、測定体３ＢをＸ，Ｚ軸回りに回転させて筐体３３の装置本体２に対する姿勢を調整することができ、ひいては反射ミラー３１、及び各反射手段３２Ａ，３２Ｂの装置本体２に対する姿勢を調整することができる。

このような本実施形態においても、前記第１実施形態と同様の作用、効果を奏することができる他、以下の作用、効果を奏することができる。
（５）測定体３Ｂは、姿勢調整手段３４を備えているので、測定体３Ｂを被測定物Ｗに取り付けた状態で容易に角度を調整することができる。また、測定体３Ｂは装置本体２と比較して小型であるので、装置本体２の姿勢を調整する場合と比較して作業者は装置本体２、及び測定体３Ｂの角度を容易に調整することができる。

〔第４実施形態〕
以下、本発明の第４実施形態を図面に基づいて説明する。
図７は、本発明の第４実施形態に係る光学測定装置１Ｃを側方側から見た概略模式図である。
前記第１実施形態では、平行化レンズ２５を介して装置本体２から射出される光は、一部が反射ミラー３１にて反射され、他の一部が各反射手段３２Ａ，３２Ｂにて反射されていた。
これに対して、本実施形態では、平行化レンズ２５を介して装置本体２から射出される光は、図７に示すように、偏光面回転手段２９を介して一部が反射ミラー３１にて反射され、他の一部が各反射手段３２Ａ，３２Ｂにて反射されている点で異なる。

偏光面回転手段２９は、装置本体２Ｃにおける平行化レンズ２５の光路後段、すなわち各反射手段３２Ａ，３２Ｂの光路前段に配設され、各反射手段３２Ａ，３２Ｂに入射する光の偏光面を回転させる。この偏光面回転手段２９は、装置本体２に固定される略円環状のフレーム２９１と、フレーム２９１に回転自在に収納される略円盤状の１／２波長板２９２と、１／２波長板に接続されるレバー２９３とを備える。
そして、レバー２９３を回転させると、１／２波長板２９２は、光軸Ｌを中心として回転する。

ここで、１／２波長板２９２は、入射する光の偏光面に対する光学軸の角度をφとすると、一方の側から他方の側に透過する光の偏光面を２φ回転させる。また、他方の側から一方の側に透過する光の偏光面を−２φ回転させる。
具体的に、１／２波長板２９２は、平行化レンズ２５を介して装置本体２Ｃから射出される光の偏光面を２φ回転させ、反射ミラー３１、及び各反射手段３２Ａ，３２Ｂにて反射され、平行化レンズ２５を介して装置本体２Ｃに入射する光の偏光面を−２φ回転させて回転前の偏光面に戻す。
したがって、レバー２９３を回転させて１／２波長板２９２を回転させることで、偏光面回転手段２９は、各反射手段３２Ａ，３２Ｂに入射する光の偏光面を回転させて調整することができる。

このような本実施形態においても、前記第１実施形態と同様の作用、効果を奏することができる他、以下の作用、効果を奏することができる。
（６）光学測定装置１は、各反射手段３２Ａ，３２Ｂの光路前段に配設される偏光面回転手段２９を備えているので、偏光ビームスプリッタ２４の光学軸方向、及び各反射手段３２Ａ，３２Ｂの１／４波長板３２１の光学軸方向を容易に調整することができる。したがって、光学測定装置１は、偏光ビームスプリッタ２４にて高い精度で各測定光を分離することができ、高精度の測定を行うことができる。

〔実施形態の変形〕
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記各実施形態では、算出手段２７は、各受光素子２３，２６Ａ，２６Ｂにて受光される光の位置変位に基づいて、被測定物のピッチング角度、ヨーイング角度、及びローリング角度の変位と、被測定物の位置変位とを同時に算出していた。これに対して、例えば、算出手段を、被測定物のピッチング角度、ヨーイング角度、及びローリング角度の変位のみを算出するように構成してもよい。要するに、算出手段は、各受光素子にて受光される光の位置変位に基づいて、被測定物の角度変位を算出することができればよい。

前記各実施形態では、平行反射部材としてコーナーキューブ３２２を用いていたが、各反射手段の装置本体に対する姿勢が変化した場合であっても入射する光に平行な光を反射する部材であれば、他の部材を用いてもよい。
前記各実施形態では、第１の受光素子２３、及び第２の受光素子２６Ａ，２６ＢとしてＰＳＤ、及びＱＰＤを例示したが、各測定光の位置変位を検出することができる受光素子であれば、他の受光素子を採用してもよい。
前記各実施形態では、各反射手段３２Ａ，３２Ｂは、レーザ光源２１の光軸Ｌから＋Ｘ軸方向、及び−Ｘ軸方向にそれぞれ距離Ｒだけ離れた反射ミラー３１の近傍位置に配設されていたが、各反射手段は、レーザ光源の光軸に対して二回対称となるように反射ミラーの近傍位置に設けられていれば、どのような位置に設けられていてもよい。

前記第３実施形態では、姿勢調整手段３４は、固定板３４１、対向板３４２、各ボルト３４３、及びバネ部材３４４を備えていたが、他の構成であってもよい。要するに、姿勢調整手段は、反射ミラー、及び各反射手段の装置本体に対する姿勢を調整することができればよい。
前記第４実施形態では、偏光面回転手段２９は、フレーム２９１、１／２波長板２９２、及びレバー２９３を備えていたが、他の構成であってもよい。要するに、偏光面回転手段は、各反射手段の光路前段に配設され、各反射手段に入射する光の偏光面を回転させて調整することができればよい。また、前記第４実施形態では、偏光面回転手段２９は、装置本体２Ｃに設けられていたが、例えば、測定体３に設けられていてもよい。要するに、偏光面回転手段は、各反射手段の光路前段に配設されていればよい。

本発明は、光学測定装置に利用でき、特に装置本体と、被測定物に取り付けられる測定体とを備える光学測定装置に好適に利用することができる。

本発明の第１実施形態に係る光学測定装置を側方側から見た概略模式図。 前記実施形態における光学測定装置を斜め上方側から見た概略模式図。 前記実施形態における各第２の受光素子を上方側から見た図。 前記実施形態における各第２の受光素子２６Ａ，２６Ｂ上の各第２測定光を上方側から見た拡大図。 本発明の第２実施形態に係る光学測定装置を側方側から見た概略模式図。 本発明の第３実施形態に係る光学測定装置を側方側から見た概略模式図。 本発明の第４実施形態に係る光学測定装置を側方側から見た概略模式図。

符号の説明

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…光学測定装置
２…装置本体
３，３Ｂ…測定体
２１…レーザ光源（光源）
２３…第１の受光素子
２４…偏光ビームスプリッタ（偏光分離手段）
２５…平行化レンズ
２６Ａ，２６Ｂ…第２の受光素子
２７…算出手段
２８…拡大手段
２９…偏光面回転手段
３１…反射ミラー
３２Ａ，３２Ｂ…反射手段
３４…姿勢調整手段
３２１…１／４波長板
３２２…コーナーキューブ（平行反射部材）。

Claims (5)

1. 光を射出する光源と、前記光源の光軸上に配設される平行化レンズと、前記平行化レンズを介して入射する光を受光する第１の受光素子とを有する装置本体と、前記平行化レンズを介して前記装置本体から射出される光を前記平行化レンズに向けて反射する反射ミラーを有し、被測定物に取り付けられる測定体とを備える光学測定装置であって、
   前記光源は、所定の偏光面を有する光を射出するレーザ光源とされ、
   前記測定体は、
   前記レーザ光源の光軸に対して二回対称となるように前記反射ミラーの近傍位置に設けられ、前記装置本体から射出される光を前記平行化レンズに向けて反射する一対の反射手段を備え、
   前記各反射手段は、
   前記装置本体から射出される光の光路上に配設される１／４波長板と、
   前記１／４波長板の光路後段に配設され、入射する光と平行な光を反射する平行反射部材とを備え、
   前記装置本体は、
   前記レーザ光源の光軸上に配設され、前記所定の偏光面を有する光を透過させるとともに、前記所定の偏光面と直交する偏光面を有する光を反射させて分離する偏光分離手段と、
   前記各反射手段にて反射され、前記偏光分離手段にて分離される光をそれぞれ受光する一対の第２の受光素子と、
   前記各受光素子にて受光される光の位置変位に基づいて、前記被測定物の角度変位を算出する算出手段とを備えることを特徴とする光学測定装置。
2. 請求項１に記載の光学測定装置において、
   前記算出手段は、前記第２の受光素子にて受光される光の位置変位に基づいて、前記被測定物の位置変位を算出することを特徴とする光学測定装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の光学測定装置において、
   前記装置本体は、
   前記偏光分離手段、及び前記各第２の受光素子の間に配設され、前記偏光分離手段にて分離される光を拡大して射出する拡大手段を備えることを特徴とする光学測定装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の光学測定装置において、
   前記測定体は、
   前記反射ミラー、及び前記各反射手段の前記装置本体に対する姿勢を調整する姿勢調整手段を備えることを特徴とする光学測定装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の光学測定装置において、
   前記各反射手段の光路前段に配設され、前記各反射手段に入射する光の偏光面を回転させる偏光面回転手段を備えることを特徴とする光学測定装置。

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