JP5702524B2

JP5702524B2 - 追尾式レーザ干渉計

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Publication number: JP5702524B2
Application number: JP2009033547A
Authority: JP
Inventors: 原　慎一; 慎一原
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 2009-02-17
Filing date: 2009-02-17
Publication date: 2015-04-15
Anticipated expiration: 2029-02-17
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Description

本発明は、追尾式レーザ干渉計に関する。

従来、移動体までの距離を測定する測定装置として、例えば追尾式レーザ干渉計が利用されている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載の追尾式レーザ干渉計は、レーザ光を測定光と参照光とに分割し、測定光を移動体に取り付けられた再帰反射体（レトロリフレクタ）に向けて射出し、再帰反射体からの戻り光のずれ量が所定範囲内に収まるように再帰反射体を追尾する。また、該干渉計は、参照光を参照面にて反射させ、前記参照面にて反射された参照光と再帰反射体からの戻り光との干渉光を用いて再帰反射体（移動体）までの距離を測定する。

特開２００８−１２８８９９号公報

しかしながら、このような追尾式レーザ干渉計では、測定光が再帰反射体から外れたり、干渉計と再帰反射体との間に障害物が位置してしまうことにより、再帰反射体からの戻り光が干渉計に戻らなかった場合、再帰反射体を見失ってしまい、見失った方向に測定光を射出し続けてしまう。そのため、このような追尾式レーザ干渉計では、一度再帰反射体を見失ってしまうと移動体の測定を再開することが出来ないという問題があった。

本発明の目的は、再帰反射体を見失ってしまっても測定を再開することができる追尾式レーザ干渉計を提供することにある。

本発明の追尾式レーザ干渉計は、光源、移動体に取り付けられて前記光源からの光を反射する再帰反射体、前記光源からの光を反射する参照面、前記再帰反射体からの戻り光および前記参照面にて反射された光の干渉光を受光して受光量および前記再帰反射体の変位量に応じた受光信号を出力する第１受光手段、前記戻り光を受光して受光量および前記戻り光のずれ量に応じた受光信号を出力する第２受光手段、前記光源からの光の射出方向を変更する変更機構、前記第２受光手段からの受光信号に基づいて前記ずれ量が所定範囲内に収まるように前記変更機構に前記再帰反射体を追尾させる変更機構制御手段、および前記第１受光手段からの受光信号を用いて所定の基準点から前記再帰反射体までの距離を算出する距離算出手段を備える追尾式レーザ干渉計であって、前記変更機構制御手段は、前記第１受光手段および前記第２受光手段からの受光信号に基づいて前記各受光手段の受光量が前記各受光手段に対してそれぞれ設定された所定の第１閾値以下か否かを判定する第１判定部と、前記第１判定部により少なくとも一方の受光手段の受光量が前記第１閾値以下と判定された場合、前記光源からの光が所定のパターンに沿って射出されるように前記変更機構を制御するパターン射出制御部と、前記パターン射出制御部により前記変更機構が制御されている間、前記第１受光手段および前記第２受光手段からの受光信号に基づいて前記各受光手段の受光量が前記各受光手段に対してそれぞれ設定された所定の第２閾値以上か否かを判定する第２判定部と、前記第２判定部により前記各受光手段の前記受光量が共に前記第２閾値以上と判定された場合、その際の前記光源からの光の射出方向を記憶する記憶部と、前記変更機構を制御して、前記記憶部から前記射出方向を取得し、取得した前記射出方向に前記光源からの光を射出させる再開用制御部とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、第１判定部により、第１，第２受光手段のうち少なくとも一方の受光手段の受光量が所定の第１閾値以下と判定された場合、パターン射出制御部が、光源からの光が所定のパターンに沿って射出されるように変更機構を制御する。そして、パターン射出制御部により変更機構が制御され、光源からの光が所定のパターンに沿って射出されている間に、第２判定部により各受光手段の受光量が共に所定の第２閾値以上と判定された場合、その際の光源からの光の射出方向が記憶部に記憶され、再開用制御部が変更機構を制御して、再帰反射体までの距離の測定を再開する。この際、再開用制御部は、記憶部から射出方向を取得し、取得した射出方向に光源からの光を射出させることで、再帰反射体の検出から測定の再開までの間に、変更機構の慣性力により測定光の射出方向がずれても、再帰反射体の検出時点の射出方向を取得することができ、再帰反射体に対して光源からの光を照射することができる。従って、本発明の追尾式レーザ干渉計（以下、干渉計と記載）は、再帰反射体を見失った場合、所定のパターンに沿って光を射出して再帰反射体を探索し、再帰反射体を検出した場合には再び再帰反射体を追尾することができるので、再帰反射体を見失ってしまっても、再帰反射体までの距離の測定を再開することができる。

本発明の追尾式レーザ干渉計は、光源、移動体に取り付けられて前記光源からの光を反射する再帰反射体、前記光源からの光を反射する参照面、前記再帰反射体からの戻り光および前記参照面にて反射された光の干渉光を受光して受光量および前記再帰反射体の変位量に応じた受光信号を出力する第１受光手段、前記戻り光を受光して受光量および前記戻り光のずれ量に応じた受光信号を出力する第２受光手段、前記光源からの光の射出方向を変更する変更機構、前記第２受光手段からの受光信号に基づいて前記ずれ量が所定範囲内に収まるように前記変更機構に前記再帰反射体を追尾させる変更機構制御手段、および前記第１受光手段からの受光信号を用いて所定の基準点から前記再帰反射体までの距離を算出する距離算出手段を備える追尾式レーザ干渉計であって、前記変更機構制御手段は、前記第１受光手段および前記第２受光手段のうちいずれか一方からの受光信号に基づいて前記一方の受光手段の受光量が所定の第１閾値以下か否かを判定する第１判定部と、前記第１判定部により前記受光量が前記第１閾値以下と判定された場合、前記光源からの光が所定のパターンに沿って射出されるように前記変更機構を制御するパターン射出制御部と、前記パターン射出制御部により前記変更機構が制御されている間、前記一方の受光手段からの受光信号に基づいて前記一方の受光手段の受光量が所定の第２閾値以上か否かを判定する第２判定部と、前記第２判定部により前記受光量が前記第２閾値以上と判定された場合、その際の前記光源からの光の射出方向を記憶する記憶部と、前記変更機構を制御して、前記記憶部から前記射出方向を取得し、取得した前記射出方向に前記光源からの光を射出させる再開用制御部とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、前記干渉計と同様の構成を備えるので、同様の効果を奏することができる。加えて、第１，第２受光手段のうち一方の受光手段からの受光信号のみを基に再帰反射体を見失ったか否か、および再帰反射体を検出したか否かを判定するので、構成を簡素にできる。

本発明では、前記パターンは、前記第１判定部により前記受光量が前記第１閾値以下と判定された際の前記光源からの光の射出方向上における所定の点を通りかつ前記光の射出方向と直交する平面内において、前記所定の点を中心に旋回しながら次第に外側に向かう渦状のパターンであることが好ましい。

本発明によれば、干渉計が再帰反射体を探索する際の光の射出パターンは、再帰反射体を見失った際の光の射出方向上の所定の点を中心とする渦状のパターンであるので、検出漏れを抑えながら効率よく再帰反射体を探索することができる。

本発明では、前記所定の点は、前記第１判定部により前記受光量が前記第１閾値以下と判定された際に、前記距離算出手段により算出された前記再帰反射体までの距離だけ前記距離算出手段の距離算出の基準点から離れた点であり、前記パターンは、曲線よりなりかつ各周間の幅が一定である渦状のパターンであり、前記各周間の幅は、前記第１判定部により受光量が前記第１閾値以下と判定された受光手段の受光可能な領域の幅以下に設定されていることが好ましい。

本発明によれば、干渉計が再帰反射体を探索する際の光の射出パターンは、曲線よりなりかつ各周間の幅が一定である渦状のパターンとなっており、各周間の幅は、受光手段の受光可能な領域の幅以下となっているので、検出漏れを十分に抑えることができる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態に係る追尾式レーザ干渉計１（以下、干渉計１と記載）の構成を示す図である。
干渉計１は、移動体２を追尾し、該移動体２までの距離を測定するためのものである。なお、移動体２は、例えば移動体２を移動させることで対象物を測定または加工する産業機械に設けられ、該産業機械により駆動される。産業機械としては例えば三次元測定機が挙げられ、移動体としては、例えば対象物を測定するためのプローブが取りつけられた三次元測定機のスライダが挙げられる。

干渉計１は、図１に示すように、再帰反射体１１と、測定装置１２と、測定装置１２を制御する制御装置３とを備えている。
再帰反射体１１は、移動体２に取り付けられている。再帰反射体１１は、入射した光と反射された光とが平行となるとともに、入射した光と反射された光とが再帰反射体１１の中心に対して点対称となるように入射した光を反射する。従って、中心から離れた位置に光が入射した場合には、入射した光と反射された光とは、ずれることとなる。

測定装置１２は、光学系４と、変更機構１２１とを備える。
光学系４の構成については、例えば特開２００８−１２８８９９号公報にも詳細に記載されており、公知であるので簡略に説明する。

図２は、光学系４の構成を示す図である。図３は、光学系４から射出される測定光と、再帰反射体１１にて反射される戻り光との再帰反射体１１の移動によるずれを示す図である。なお、図３では、移動する前の再帰反射体１１および移動体２の位置を２点鎖線で示した。
光学系４は、図２に示すように、再帰反射体１１までの距離を測定するための測長光学系４１と、再帰反射体１１を追尾するための追尾用光学系４２とを備えている。

測長光学系４１は、レーザ光源４１１と、スプリッタ４１２と、参照面としての図示しない平面鏡と、ＰＤ（Photo Detector）を有する第１受光手段４１３とを備えている。
追尾用光学系４２は、スプリッタ４２１と、４分割ＰＤ（Photo Diode）または二次元ＰＳＤ（Position Sensitive Detector）を有する第２受光手段４２２とを備えている。

このような光学系４では、レーザ光源４１１から射出されたレーザ光は、スプリッタ４１２にて図示しない参照光と、測定光とに分割される。図示しない参照光は、図示しない平面鏡にて反射された後、スプリッタ４１２にて第１受光手段４１３側に反射される。
一方、測定光は、スプリッタ４２１を透過した後、再帰反射体１１に向けて射出され、再帰反射体１１にて反射されて戻り光となった後、再び光学系４に入射する。この際、再帰反射体１１が移動しているために、測定光が再帰反射体１０１の中心に対して離れた位置に入射した場合（図３）には、測定光が入射方向に対してずれて反射されることとなり、測定光と戻り光とがずれることとなる。

光学系４に入射した戻り光は、一部がスプリッタ４２１にて反射され、第２受光手段４２２に受光される。この際、戻り光は、ずれ量に応じて第２受光手段４２２（４分割ＰＤ）の受光面の中心からずれて入射することとなる。第２受光手段４２２は、受光面が上下左右に４分割されており、各分割面に入射する戻り光の受光量に応じた４つの受光信号を制御装置３に出力する。すなわち、第２受光手段４２２は、戻り光のずれ量および受光量に応じた受光信号を出力する。

一方、スプリッタ４２１を透過した残りの戻り光は、スプリッタ４１２を透過した後、平面鏡にて反射された図示しない参照光との干渉光となり、第１受光手段４１３に受光される。戻り光と参照光との干渉光を受光した第１受光手段４１３は、光学系４と再帰反射体１１との距離の変位および受光量に応じた受光信号を制御装置３に出力する。

図１に戻って変更機構１２１は、互いに直交する２軸の回転機構を備えている。具体的に、変更機構１２１は、測定光の方位角を変更する回転機構と、測定光の仰角を変更する回転機構とを備えている。変更機構１２１は、各回転機構を駆動し、測定光の射出方向（方位角および仰角）を変更する。各回転機構には、各回転機構の回転軸の回転角度、すなわち、測定光の方位角および仰角を検出し、制御装置３に出力するセンサが取り付けられている。また、各回転機構の回転軸が交わる点は基準点ｃとされる。制御装置３は、この基準点ｃから再帰反射体１１までの距離を測定する。

制御装置３は、距離算出手段３１と、変更機構制御手段５とを備えている。
距離算出手段３１は、測長光学系４１の第１受光手段４１３から出力された受光信号を用いて、基準点ｃから再帰反射体１１（移動体２）までの距離を算出する。

変更機構制御手段５は、変更機構１２１に再帰反射体１１を追尾させるためのものである。この変更機構制御手段５は、追尾制御部５１、判定部５２、パターン生成部５３、パターン射出制御部５４、再開用制御部５５、および記憶部５６を備えている。このうち記憶部５６は、変更機構制御手段５による変更機構１２１の制御に必要な各種の値を記憶する。

追尾制御部５１は、第２受光手段４２２から出力される受光信号に基づいて、戻り光のずれ量が所定範囲内に収まるように変更機構１２１を制御し、変更機構１２１に再帰反射体１１を追尾させる。具体的に、追尾制御部５１は、第２受光手段４２２（４分割ＰＤ）から出力される各分割面の受光量に応じた４つの受光信号のうち、上下の分割面に対応する受光信号のレベルが一致するように変更機構１２１を駆動して測定光の仰角を変更するとともに、左右の分割面に対応する受光信号のレベルが一致するように変更機構１２１を駆動して測定光の方位角を変更することにより、測定光が常に再帰反射体１１の中心に向けて射出されるようにする。

判定部５２は、第１判定部５２１と、後述する第２判定部５２２とを備えている。
第１判定部５２１は、各受光手段４１３，４２２から出力された受光信号に基づいて、各受光手段４１３，４２２の受光量が、各受光手段４１３，４２２に対してそれぞれ設定された所定の第１閾値以下であるか否かを判定する。すなわち、第１判定部５２１は、各受光手段４１３，４２２から出力された受光信号のレベル（受光量）が、各受光手段４１３，４２２に対してそれぞれ設定された所定のレベル（閾値）以下であるか否かを判定する。

パターン生成部５３は、第１判定部５２１により各受光手段４１３，４２２の受光量のうち少なくとも一方が第１閾値以下であると判定された場合、測定光の射出予定軌跡として渦状のパターンを生成する。干渉計１は、このパターンに従って測定光を射出しながら再帰反射体１１を探索する。

図４は、パターン生成部５３により測定光の射出方向上に設定される点Ｐ、およびこの点Ｐを通り測定光の射出方向と直交するように設定されるＸＹ平面を示す図である。
具体的に、パターン生成部５３は、第１判定部５２１により各受光手段４１３，４２２の受光量のうち少なくとも一方が第１閾値以下であると判定された場合、図４に示すように、まず、前記判定された際の測定光の射出方向（方位角φおよび仰角ψ）上において、前記判定された際（判定される直前）に距離算出手段３１により算出された再帰反射体１１までの距離Ｒだけ基準点ｃから離れた位置に点Ｐを設定する。

そして、パターン生成部５３は、変更機構１２１の互いに直交する２軸の回転機構のうち、測定光の仰角ψを変更するための回転機構の回転軸ｂと平行となるようにかつ前記点Ｐを通るようにＸ軸をとるとともに、測定光の方位角φを変更するための回転機構の回転軸ａと平行となるようにかつ前記点Ｐを通るようにＹ軸をとり、ＸＹ平面を設定する。

図５は、パターン生成部５３によりＸＹ平面上に生成される渦状のパターンを示す図である。
次に、パターン生成部５３は、図５に示すように、ＸＹ平面上において、測定光のスポット座標Ｑ(x,y)を、(x(t),y(t))=(r(t)cosθ(t), r(t)sinθ(t))と定める。すなわち、パターン生成部５３は、点Ｑの軌跡により表され、曲線よりなるとともに各周間の幅ｆが一定となるアルキメデスの渦のパターンを測定光の射出予定軌跡として生成する。なお、r(t)は、点Ｐから点Ｑまでの距離を表し、θ(t)は、線分ＰＱとＸ軸とが成す角を表す。r(t) およびθ(t)は、どちらも時間に対して単調に増加する関数である。

ここで、受光手段４１３，４２２の受光可能な領域の幅ｄは例えば２．５ｍｍ程度と小さい。そのため、再帰反射体１１を漏らすことなく検出するために、r(t)は次式（１）のように設定され、

渦の各周間の幅ｆが受光手段４１３，４２２の受光可能な領域の幅ｄ以下に設定される。なお、受光手段４１３，４２２の受光可能な領域の幅が異なる場合、渦の各周間の幅ｆは、受光手段４１３，４２２の受光可能な領域の幅のうち、幅の小さい方の幅に設定される。

図１に戻ってパターン射出制御部５４は、パターン生成部５３によって生成された渦状のパターンに沿って測定光が射出されるように変更機構１２１を制御する。
前記判定部５２の第２判定部５２２は、パターン射出制御部５４により変更機構１２１が制御され、測定光が渦状のパターンに沿って射出されている間、各受光手段４１３，４２２の受光量が、各受光手段４１３，４２２に対してそれぞれ設定された所定の第２閾値以上であるか否かを判定する。第２閾値は、本実施形態では、第１判定部５２２による判定の際に用いられる第１閾値と等しい値に設定されているものとするが、第１閾値より大きい値に設定されていてもよい。

前記記憶部５６は、第２判定部５２２により各受光手段４１３，４２２の受光量が共に第２閾値以上であると判定された際に、該判定された際の測定光の射出方向を記憶する。
再開用制御部５５は、第２判定部５２２により各受光手段４１３，４２２の受光量が共に第２閾値以上であると判定された場合、記憶部５６から該判定された際の測定光の射出方向を取得し、前記測定光の射出方向に測定光が射出されるように変更機構１２１を制御する。

以下、干渉計１による移動体２までの距離の測定方法について簡略に説明する。
図４は、前記測定方法を示すフローチャートである。
まず、干渉計１は、作業者に操作される等により、移動体２に取り付けられた再帰反射体１１に向けて測定光を射出する（射出工程Ｓ１）。
射出工程Ｓ１の後、各受光手段４１３，４２２は、干渉光および再帰反射体１１からの戻り光をそれぞれ受光する（受光工程Ｓ２）。

受光工程Ｓ２の後、第１判定部５２１は、受光手段４１３，４２２から出力される受光信号に基づいて、各受光手段４１３，４２２の受光量が、各受光手段４１３，４２２に対してそれぞれ設定された所定の第１閾値以下であるか否かを判定する（判定工程Ｓ３）。

判定工程Ｓ３において、第１判定部５２１が、各受光手段４１３，４２２の受光量が共に第１閾値以下ではないと判定した場合（Ｓ３：ＮＯ）、距離算出手段３１は、第１受光手段４１３から出力される受光信号に基づいて所定の基準点ｃから再帰反射体１１（移動体２）までの距離を算出する（距離算出工程Ｓ４）。

距離算出工程Ｓ４の後、追尾制御部５１は、第２受光手段４２２からの受光信号に基づいて、戻り光のずれ量が所定範囲内に収まるように変更機構１２１を制御し、変更機構１２１に再帰反射体１１を追尾させる（追尾制御工程Ｓ５）。追尾制御工程Ｓ５の後、前記工程Ｓ２に戻り、前記各工程Ｓ２〜Ｓ５が繰り返されて再帰反射体１１の追尾および再帰反射体１１までの距離の測定が行われる。

一方、判定工程Ｓ３において、第１判定部５２１が、各受光手段４１３，４２２の受光量のうち少なくとも一方は第１閾値以下であると判定した場合（Ｓ３：ＹＥＳ）、すなわち、干渉計１が再帰反射体１１を見失ってしまった場合、パターン生成部５３は、測定光の射出予定軌跡として渦状のパターンを生成する（パターン生成工程Ｓ６）。

パターン生成工程Ｓ６の後、パターン射出制御部５４は、パターン生成部５３により生成された渦状のパターンに沿って測定光が射出されるように変更機構１２１を制御する（パターン射出制御工程Ｓ７）。このパターン射出制御工程Ｓ７の後、以下の各工程Ｓ８〜Ｓ９が行われ、工程Ｓ９において所定の判定がなされるまでパターン射出制御工程Ｓ７が繰り返され、パターン射出制御部５４による変更機構１２１の制御が行われる。

具体的に、パターン射出制御部５４による変更機構１２１の制御の間、各受光手段４１３，４２２は、干渉光および戻り光をそれぞれ受光する（受光工程Ｓ８）。
受光工程Ｓ８の後、第２判定部５２２は、各受光手段４１３，４２２から出力される受光信号に基づいて、各受光手段４１３，４２２の受光量が、各受光手段４１３，４２２に対してそれぞれ設定された所定の第２閾値以上であるか否かを判定する（判定工程Ｓ９）。

そして、第２判定部５２２により各受光手段４１３，４２２の受光量のうち少なくとも一方が第２閾値以上ではないと判定された場合（Ｓ９：ＮＯ）、パターン射出制御工程Ｓ７に戻り、前記各工程Ｓ７〜Ｓ９が繰り替えされることにより、測定光が渦状のパターンに沿って射出されることとなる。

そして、パターン射出制御部５４により変更機構１２１が制御され、測定光が渦状のパターンに沿って射出されている間において、第２判定部５２２により各受光手段４１３，４２２の受光量が共に第２閾値以上であると判定された場合（Ｓ９：ＹＥＳ）、すなわち、再帰反射体１１が検出された場合、記憶部５６がこの際の測定光の射出方向を記憶し（記憶工程Ｓ１０）、再開用制御部５５が、記憶部５６から前記測定光の射出方向を取得し、前記測定光の射出方向に測定光が射出されるように変更機構１２１を制御する（再開用制御工程Ｓ１１）。

このように、本実施形態では、再帰反射体１１が検出された場合、再開用制御部５５が、該検出された際の測定光の射出方向に測定光が射出されるように変更機構１２１を制御する。これは、再帰反射体１１を検出した際に、すぐに再帰反射体１１までの距離の測定を再開した場合、測定の再開までの間に変更機構１２１の慣性力により測定光の射出方向が再帰反射体１１を検出した方向からずれてしまい、再帰反射体１１を検出することができなくなってしまうおそれがあるので、このような問題を防ぐためである。
再開用制御工程Ｓ１１の後、前記工程Ｓ２に戻り、再び再帰反射体１１の追尾および再帰反射体１１までの距離の測定が再開される。

以上のような本実施形態によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）干渉計１は、再帰反射体１１を見失った場合、所定のパターンに沿って測定光を射出して再帰反射体１１を探索し、再帰反射体１１を検出した場合には再び再帰反射体１１を追尾するので、再帰反射体１１を見失ってしまっても、再帰反射体１１までの距離の測定を再開することができる。

（２）干渉計１が再帰反射体１１を探索する際の測定光の射出パターンは、再帰反射体１１を見失った際の測定光の射出方向上の所定の点Ｐを中心とする渦状のパターンであるので、検出漏れを抑えながら効率よく再帰反射体１１を探索することができる。

（３）干渉計１が再帰反射体１１を探索する際の測定光の射出パターンは、曲線よりなりかつ各周間の幅ｆが一定である渦状のパターンとなっており、各周間の幅ｆは、受光手段４１３，４２２の受光可能な領域の幅ｄ以下となっているので、検出漏れを十分に抑えることができる。

（４）再帰反射体１１の探索中に再帰反射体１１を検出した際に、すぐに再帰反射体１１までの距離の測定を再開した場合、測定の再開までの間に、変更機構１２１の慣性力によって測定光の射出方向が再帰反射体１１を検出した方向からずれてしまい、再帰反射体１１を検出することができなくなってしまうおそれがある。これに対し、本実施形態では、再帰反射体１１の探索中に再帰反射体１１を検出した際には、再帰反射体１１を検出した方向に測定光の射出方向を向けた後に再帰反射体１１までの距離の測定を再開するので、再帰反射体１１を確実に検出することができ、再帰反射体１１までの距離の測定を確実に再開することができる。

〔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。
図７は、渦状のパターンの変形例を示す図である。
前記実施形態では、パターン生成部５３は、曲線よりなりかつ各周間の幅ｆが一定である渦状のパターンを生成したが、パターン生成部５３は、図７に示すように、直線よりなりかつ各周間の幅ｆが一定である渦状のパターンを生成してもよい。

前記実施形態では、パターン生成部５３は渦状のパターンを生成したが、パターン生成部５３は、例えば上方側から下方側へなど一方向側から他方向側へ、順次行毎に（または列毎に）干渉計１が走査することとなるような順次走査パターンを生成してもよい。

前記実施形態では、パターン生成部５３は、再帰反射体１１を見失った際の測定光の射出方向上において、再帰反射体１１を見失う際に距離算出手段３１により算出された再帰反射体１１までの距離だけ基準点ｃから離れた点に、渦状のパターンの中心点Ｐを設定していた。しかしながら、パターン生成部５３は、再帰反射体１１を見失った際の測定光の射出方向上の適宜の点に、渦状のパターンの中心点Ｐを設定してもよい。

前記実施形態では、変更機構制御手段５は、両受光手段４１３，４２２からの受光信号に基づいて、再帰反射体１１を見失ったか否か、再帰反射体１２１を検出したか否かを判定し、パターン射出制御工程Ｓ７や、追尾制御工程Ｓ５を行っていたが、変更機構制御手段５は、一方の受光手段からの受光信号のみに基づいて各判定を行い、パターン射出制御工程Ｓ７や、追尾制御工程Ｓ５を行ってもよい。

すなわち、第１判定部５２１は、各受光手段４１３，４２２のうち一方の受光手段から出力された受光信号に基づいて、前記一方の受光手段の受光量が第１閾値以下であるか否かを判定してもよい。そして、パターン生成部５３は、第１判定部５２１により前記一方の受光手段の受光量が所定の第１閾値以下であると判定された場合に渦状のパターンを生成してもよい。また、第２判定部５２２も、前記一方の受光手段から出力された受光信号に基づいて、前記一方の受光手段の受光量が第２閾値以上であるか否かを判定してもよい。そして、第２判定部５２２により前記一方の受光手段の受光量が所定の第２閾値以上であると判定された場合に、各工程Ｓ１０、Ｓ１１、Ｓ２〜Ｓ５が行われ、追尾制御部５１が、変更機構１２１に再帰反射体１１を追尾させてもよい。
このように、変更機構制御手段５が一方の受光手段からの受光信号のみに基づいて各判定を行い、パターン射出制御工程Ｓ７や追尾制御工程Ｓ５を行うように構成されていても、前記実施形態と同様の効果を奏することができるうえ、一方の受光手段からの受光信号のみに基づいて各判定を行うので、構成を簡素にできる。

前記実施形態では、干渉計１は、再帰反射体１１を見失った際に再帰反射体１１を探索したが、干渉計１は、起動直後に再帰反射体１１を探索してもよい。また、この場合、干渉計１は、例えば起動直後に適宜の方向に測定光を射出するとともに、該測定光の射出方向上の適宜の位置に渦状のパターンの中心点Ｐをとる。次いで、干渉計１は、この点Ｐを通りかつ測定光の射出方向と直交する平面を設定するとともに、この平面内において、前記中心点Ｐを中心とする渦状のパターンを生成する。そして、干渉計１は、このパターンに沿って測定光を射出し、再帰反射体１１を探索してもよい。

本発明は、追尾式レーザ干渉計に利用することができる。

本発明の一実施形態に係る追尾式レーザ干渉計の構成を示す図。光学系の構成を示す図。測定光と戻り光との再帰反射体の移動によるずれを示す図。パターン生成部により測定光の射出方向上に設定される所定の点等を示す図。パターン生成部により生成される渦状のパターンを示す図。干渉計による移動体までの距離の測定方法を示すフローチャート。渦状のパターンの変形例を示す図。

１追尾式レーザ干渉計
２移動体
５変更機構制御手段
１１再帰反射体
３１距離算出手段
５１追尾制御部
５４パターン射出制御部
１２１変更機構
４１１レーザ光源（光源）
４１３第１受光手段
４２２第２受光手段
５２１第１判定部
５２２第２判定部
ｆ渦の各周間の幅

Claims

光源、移動体に取り付けられて前記光源からの光を反射する再帰反射体、前記光源からの光を反射する参照面、前記再帰反射体からの戻り光および前記参照面にて反射された光の干渉光を受光して受光量および前記再帰反射体の変位量に応じた受光信号を出力する第１受光手段、前記戻り光を受光して受光量および前記戻り光のずれ量に応じた受光信号を出力する第２受光手段、前記光源からの光の射出方向を変更する変更機構、前記第２受光手段からの受光信号に基づいて前記ずれ量が所定範囲内に収まるように前記変更機構に前記再帰反射体を追尾させる変更機構制御手段、および前記第１受光手段からの受光信号を用いて所定の基準点から前記再帰反射体までの距離を算出する距離算出手段を備える追尾式レーザ干渉計であって、
前記変更機構制御手段は、
前記第１受光手段および前記第２受光手段からの受光信号に基づいて前記各受光手段の受光量が前記各受光手段に対してそれぞれ設定された所定の第１閾値以下か否かを判定する第１判定部と、
前記第１判定部により少なくとも一方の受光手段の受光量が前記第１閾値以下と判定された場合、前記光源からの光が所定のパターンに沿って射出されるように前記変更機構を制御するパターン射出制御部と、
前記パターン射出制御部により前記変更機構が制御されている間、前記第１受光手段および前記第２受光手段からの受光信号に基づいて前記各受光手段の受光量が前記各受光手段に対してそれぞれ設定された所定の第２閾値以上か否かを判定する第２判定部と、
前記第２判定部により前記各受光手段の前記受光量が共に前記第２閾値以上と判定された場合、その際の前記光源からの光の射出方向を記憶する記憶部と、
前記変更機構を制御して、前記記憶部から前記射出方向を取得し、取得した前記射出方向に前記光源からの光を射出させる再開用制御部とを備える
ことを特徴とする追尾式レーザ干渉計。
光源、移動体に取り付けられて前記光源からの光を反射する再帰反射体、前記光源からの光を反射する参照面、前記再帰反射体からの戻り光および前記参照面にて反射された光の干渉光を受光して受光量および前記再帰反射体の変位量に応じた受光信号を出力する第１受光手段、前記戻り光を受光して受光量および前記戻り光のずれ量に応じた受光信号を出力する第２受光手段、前記光源からの光の射出方向を変更する変更機構、前記第２受光手段からの受光信号に基づいて前記ずれ量が所定範囲内に収まるように前記変更機構に前記再帰反射体を追尾させる変更機構制御手段、および前記第１受光手段からの受光信号を用いて所定の基準点から前記再帰反射体までの距離を算出する距離算出手段を備える追尾式レーザ干渉計であって、
前記変更機構制御手段は、
前記第１受光手段および前記第２受光手段のうちいずれか一方からの受光信号に基づいて前記一方の受光手段の受光量が所定の第１閾値以下か否かを判定する第１判定部と、
前記第１判定部により前記受光量が前記第１閾値以下と判定された場合、前記光源からの光が所定のパターンに沿って射出されるように前記変更機構を制御するパターン射出制御部と、
前記パターン射出制御部により前記変更機構が制御されている間、前記一方の受光手段からの受光信号に基づいて前記一方の受光手段の受光量が所定の第２閾値以上か否かを判定する第２判定部と、
前記第２判定部により前記受光量が前記第２閾値以上と判定された場合、その際の前記光源からの光の射出方向を記憶する記憶部と、
前記変更機構を制御して、前記記憶部から前記射出方向を取得し、取得した前記射出方向に前記光源からの光を射出させる再開用制御部とを備える
ことを特徴とする追尾式レーザ干渉計。
請求項１または請求項２に記載の追尾式レーザ干渉計において、前記パターンは、前記第１判定部により前記受光量が前記第１閾値以下と判定された際の前記光源からの光の射出方向上における所定の点を通りかつ前記光の射出方向と直交する平面内において、前記所定の点を中心に旋回しながら次第に外側に向かう渦状のパターンである
ことを特徴とする追尾式レーザ干渉計。
請求項３に記載の追尾式レーザ干渉計において、
前記所定の点は、前記第１判定部により前記受光量が前記第１閾値以下と判定された際に、前記距離算出手段により算出された前記再帰反射体までの距離だけ前記距離算出手段の距離算出の基準点から離れた点であり、
前記パターンは、曲線よりなりかつ各周間の幅が一定である渦状のパターンであり、前記各周間の幅は、前記第１判定部により受光量が前記第１閾値以下と判定された受光手段の受光可能な領域の幅以下に設定されている
ことを特徴とする追尾式レーザ干渉計。