JP6104708B2

JP6104708B2 - 追尾式レーザ干渉計

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Description

本発明は、追尾式レーザ干渉計に関する。

被測定体である第１のレトロリフレクタが３次元測定機のＺ軸先端などに取り付けられ、該第１のレトロリフレクタに向けてレーザビームを出射し、該第１のレトロリフレクタによって戻り方向（出射と反対方向）に反射されたレーザビームの干渉を利用して、測定の基準点となる基準球の中心から、該第１のレトロリフレクタまでの距離の変化を測定するとともに、前記レーザビームの光軸の位置の変化を用いてトラッキングを行うようにした、固定データム型の追尾式レーザ干渉計が知られている（例えば特許文献１〜３を参照。）。

また、レーザ干渉計を間に挟んで対向する２点間の距離について、該距離の変化を測定する干渉計が知られている（例えば特許文献４を参照。）。

図１は、特許文献３に記載された追尾式レーザ干渉計の主要部分に係る模式構成図である。
図１に示す装置は、被測定体である第１のレトロリフレクタ１０５が３次元測定機のＺ軸先端などに取り付けられ、空間中を移動する第１のレトロリフレクタ１０５を追尾しつつ、空間中に固定された真球度の良好な基準球１０１に関して、基準球１０１の中心点Ｃから第１のレトロリフレクタ１０５までの距離Ｌの変化量ΔＬを、高精度に測定する装置である。

基準球１０１の半径は球の全表面にわたって高精度に同一になるように製造されている。このため、点Ｃを中心として回動するキャリッジ１０２上に固定された変位計１０３を用いて測定した変化量ΔＬ_２と、同じくキャリッジ１０２上に固定されたレーザ干渉計１０４を用いて測定した変化量ΔＬ_１との和から、以下に示すように距離Ｌの変化量ΔＬを求めることができる。
ΔＬ＝ΔＬ_１＋ΔＬ_２

なお、ΔL_２は基準球１０１の表面から変位計１０３の変位測定の基準点Ｐ_２までの距離L_２の変化量であり、またΔＬ_１はレーザ干渉計１０４の変位測定の基準点Ｐ_１から第１のレトロリフレクタ１０５までの距離Ｌ_１の変化量である。

米国特許第６１４７７４８号公報特許第２６０３４２９号公報特許第４７７６４５４号公報特開平７−１９０７１４号公報

ここで、例えば一般的なマイケルソン型の干渉計をレーザ干渉計１０４として用いて、キャリッジ１０２上の接続点Ｐにおいて、レーザ干渉計１０４がキャリッジ１０２に固定されている状況を想定する。

第１のレトロリフレクタ１０５が空間中を移動せずに静止している状態において、周囲温度の変化等によりレーザ干渉計１０４の筺体に熱膨張が発生した場合、接続点Ｐから基準点Ｐ_１までの距離Ｌ_４の変化量ΔＬ_４が発生し、接続点Ｐから基準点Ｐ_１までの距離Ｌ_４がΔＬ_４だけ大きくなってしまう。この結果、第１のレトロリフレクタ１０５は静止しており基準点Ｐ_１から第１のレトロリフレクタ１０５までの距離Ｌ_１は変化しないはずであるにも関わらず、レーザ干渉計１０４の基準点Ｐ_１の位置が押し出されて変化することで、変化量ΔＬ_４だけ距離Ｌ_１が小さく測定されてしまう。即ち、周囲温度の変化等によりレーザ干渉計１０４の筺体に熱膨張が発生した場合、変化量ΔＬの測定値に誤差が生じてしまうという問題点がある。

また同様に、周囲温度の変化等によりキャリッジ１０２に熱膨張が発生した結果、接続点Ｐから変位計１０３の変位測定の基準点Ｐ_２までの距離Ｌ_３の変化量ΔＬ_３が発生し、接続点Ｐから基準点Ｐ_２までの距離Ｌ_３がΔＬ_３だけ大きくなってしまう。この結果、第１のレトロリフレクタ１０５は静止しており基準点Ｐ_２から基準球１０１までの距離Ｌ_２は変化しないはずであるにも関わらず、変位計１０３の基準点Ｐ_２の位置が押し出されて変化することで、変化量ΔＬ_３だけ距離Ｌ_２が小さく測定されてしまう。即ち、周囲温度の変化等によりキャリッジ１０２の筺体に熱膨張が発生した場合、変化量ΔＬの測定値に誤差が生じてしまうという問題点がある。

本発明の第１の目的は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、追尾式レーザ干渉計において、レーザ干渉計の筐体に熱膨張が生じた場合においても、距離の変化量を高精度に測定可能な追尾式レーザ干渉計を提供することを課題とする。
また、本発明の第２の目的は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、追尾式レーザ干渉計において、キャリッジに熱膨張が生じた場合においても、距離の変化量を高精度に測定可能な追尾式レーザ干渉計を提供することを課題とする。

本発明の一形態に係る追尾式レーザ干渉計は、被測定体である第１のレトロリフレクタに向けて出射され、当該第１のレトロリフレクタによって戻り方向に反射されるレーザビームの干渉を利用して前記第１のレトロリフレクタの変位を検出すると共に、前記レーザビームの光軸の位置の変化を用いてトラッキングを行うようにした追尾式レーザ干渉計であって、固定配設された基準球と、前記基準球との間の相対的な変位に応じた変位信号を出力する第１の変位計を備えたキャリッジと、前記キャリッジに設けられた第２のレトロリフクレクタと、前記第１のレトロリフレクタと前記第２のレトロリフクレタとの相対的な変位に応じた変位信号を出力するレーザ干渉計と、前記第１の変位計が出力する変位信号と、前記レーザ干渉計が出力する変位信号とから、前記基準球を基準とした前記第１のレトロリフレクタの変位を算出するデータ処理装置と、を備えたことを特徴とする。

また、前記キャリッジに設けられ、前記第１の変位計と前記第２のレトロリフレクタの間の距離の変化量を測定する変位計測手段を更に備え、前記データ処理装置は、前記第１の変位計が出力する変位信号と、前記レーザ干渉計が出力する変位信号と、前記変位計測手段が測定する前記変化量とから、前記基準球を基準とした前記第１のレトロリフレクタの変位を算出する、ようにしてもよい。

さらにまた、前記変位計測手段は、ターゲットと、前記ターゲットの位置から、前記第１の変位計と前記第２のレトロリフレクタの間の距離離して配置され、前記ターゲットとの間の相対的な変位に応じた変位信号を出力する第２の変位計と、を備える、ようにしてもよい。

また、前記変位計測手段は、前記第１の変位計と前記第２のレトロリフクレタの間に配置され、前記第２のレトロリフレクタとの間の相対的な変位に応じた変位信号を出力する第３の変位計を備える、ようにしてもよい。

さらにまた、前記変位計測手段は、前記第２のレトロリフレクタの表面を覆うように配置されたホルダを更に備える、ようにしてもよい。

また、前記キャリッジに設けられ、且つ、前記基準球を挟んで前記第１の変位計に対向するように配置され、前記基準球との間の相対的な変位に応じた変位信号を出力する第４の変位計を更に備え、前記データ処理装置は、前記第１の変位計が出力する変位信号と、前記レーザ干渉計が出力する変位信号と、前記第４の変位計が出力する変位信号とから、前記基準球を基準とした前記第１のレトロリフレクタの変位を算出する、ようにしてもよい。

さらにまた、前記第１のレトロリフレクタから反射されて前記レーザ干渉計に戻ってくるレーザビームが、その光軸と直交する方向にずれたとき、そのずれ量に応じた位置信号を出力する位置検出手段と、前記位置検出手段からの位置信号に基づいて、前記ずれ量がゼロになるように前記キャリッジの回動を制御する制御手段と、を更に備える、ようにしてもよい。

本発明によれば、レーザ干渉計の筐体に熱膨張が生じた場合においても、距離の変化量を高精度に測定可能である。また、キャリッジに熱膨張が生じた場合においても、距離の変化量を高精度に測定可能である。

従来の追尾式レーザ干渉計の主要部分に係る模式構成図である。本発明の第１実施形態に係る追尾式レーザ干渉計の主要部分構成を示す模式図である。本発明の第１実施形態に係る追尾式レーザ干渉計の内部構成の模式図である。本発明の第１実施形態に係る追尾式レーザ干渉計の全体構成斜視図である。本発明の第２実施形態に係る追尾式レーザ干渉計の主要部分構成を示す模式図である。本発明の第３実施形態に係る追尾式レーザ干渉計の主要部分構成を示す模式図である。本発明の第４実施形態に係る追尾式レーザ干渉計の主要部分構成を示す模式図である。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら説明する。但し、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載および図面は、適宜、簡略化されている。

＜実施の形態１＞
図２、図３、及び図４を参照して、本発明の第１実施形態について説明する。図２は本実施形態に係る追尾式レーザ干渉計の主要部分構成を示す模式図である。図３は本実施形態に係る追尾式レーザ干渉計の内部構成の模式図である。図４は本実施形態に係る追尾式レーザ干渉計の全体構成斜視図である。

図２から図４に示す本実施の形態は、被測定体である第１のレトロリフレクタ２０６が３次元測定機のＺコラムの先端部などに取り付けられ、追尾式レーザ干渉計２０３を用いて、移動する第１のレトロリフレクタ２０６を追尾しつつ、空間中に固定配設された真球度の良い基準球２０１に関して、基準球２０１の中心Ｃから第１のレトロリフレクタ２０６までの距離Ｌの変化量ΔＬを測定する。以下、従来の構成要素については、例えば特許文献１や特許文献４に詳細に説明されており、ここではその詳細な説明を省略する。以下では上記要素の機能と従来の構成要素の変更について説明する。

図２及び図４に示すように、本実施の形態の追尾式レーザ干渉計は、基準球２０１を有している。基準球２０１は、ホルダ４１０を介してベース板４０９に取り付けられている。ベース板４０９上には、支持枠４０６が設置されており、この支持枠４０６にはキャリッジ２０２が回動可能に取り付けられている。
支持枠４０６は、ベース板４０９上に設けられた方位角回転用モータ４０８によって、基準球２０１の中心Ｃを中心として方位角方向（図４のＹ軸まわりの回転方向）に回動するように構成されている。また、支持枠４０６には仰角回転用モータ４０７が設けられており、仰角回転用モータ４０７の回転駆動によって、キャリッジ２０２が仰角方向(図２及び図４のＸ軸まわりの回転方向)に回転されるように構成されている。
仰角回転用モータ４０７、及び方位角回転用モータ４０８は、データ処理装置４１１に接続されている。このデータ処理装置４１１によってキャリッジ２０２の回動が制御されるように構成されている。
キャリッジ２０２には、測定光（レーザビーム）を出射するレーザ干渉計２０３が取り付けられている。レーザビームは、Ｘ軸及びＹ軸に共に直交するＺ軸を光軸方向として出射される。
また、キャリッジ２０２には、基準球２０１とレーザ干渉計２０３の間で、且つ、レーザビームと同軸上に第１の変位計２０４が設けられている。この第１の変位計２０４とレーザ干渉計２０３の間には、レーザビームと同軸上で、且つ、キャリッジ２０２上に、第２のレトロリフレクタ２０５が設けられている。
なお、第１の変位計２０４及びレーザ干渉計２０３は、データ処理装置４１１に接続されている。

レーザ干渉計２０３から第１のレトロリフレクタ２０６に向かう光軸Ｚは、キャリッジ２０２の回動に連動して、第１のレトロリフレクタ２０６を追尾しながら回動する。基準球２０１の中心点Ｃ、第１の変位計２０４、第２のレトロリフレクタ２０５、及びレーザ干渉計２０３は、いずれも光軸Ｚ上に位置する。

第１の変位計２０４は、基準球２０１と第１の変位計２０４との相対的な変位に応じた変位信号を出力する。具体的には、第１の変位計２０４は、キャリッジ２０２の回動に伴う、基準球２０１の表面から第１の変位計２０４までの距離Ｌ_２の変化量ΔＬ_２を測定するために使用される。

レーザ干渉計２０３は、後述する変位検出手段を有しており、第１の変位計２０４により距離Ｌ_２の変化量ΔＬ_２が測定されるのと同時に、第２のレトロリフレクタ２０５と第１のレトロリフレクタ２０６との相対的な変位に応じた変位信号を出力する。具体的には、レーザ干渉計２０３は、第２のレトロリフレクタ２０５から第１のレトロリフレクタ２０６までの距離Ｌ_１の変化量ΔＬ_１を測定するために使用される。

データ処理装置４１１は、第１の変位計２０４が出力する変位信号と、レーザ干渉計２０３が出力する変位信号とから、基準球２０１を基準とした第１のレトロリフレクタ２０６の変位を算出する。

また、レーザ干渉計２０３は、後述する位置検出手段を有しており、第１のレトロリフレクタ２０６から反射されてレーザ干渉計２０３に戻ってくるレーザビームが、その光軸と直交する方向に移動したとき、そのずれ量に応じた位置信号を出力する。データ処理装置４１１は、制御手段を有しており、２次元ＰＳＤ３０８からの位置信号に基づいて、前記ずれ量がゼロになるようにキャリッジ２０２の回動を制御する。

以下、図２に示した各構成要素についてより詳細に説明する。
基準球２０１は、例えば、等級がＧ３、直径が５〜２５．４ｍｍの大きさとすることができる。また、基準球２０１は、例えば、高炭素クロム軸受鋼や、スーパーインバ、貴金属などを用いてコーティングすることで導電性を付与した合成石英、導電性を付与したコーディライト系セラミクス、及び導電性を付与したＢＫ７を素材として使用した球などを用いることができる。また、基準球２０１は、スーパーインバやコーディライト系セラミクスなどの線膨張係数が小さな素材を用いて製作された棒状或いは円錐状のホルダ４１０を介して、スーパーインバ、コーディライト系セラミクス、又はアルミニウム合金を用いて製作されたベース板４０９に固定することにより、空間中に固定することができる。

キャリッジ２０２は、熱膨張の影響による、第２のレトロリフレクタ２０５と第１の変位計２０４との距離Ｌ_３の変化ΔＬ_３を抑制するために、スーパーインバやコーディエライト系セラミクスなどの線膨張係数が小さな材料を用いて製作するとよい。なお、キャリッジ２０２の材料はこれに限定されず、キャリッジ２０２の材料をアルミニウム合金や炭素鋼などの材料を用いて製作し、第２のレトロリフレクタ２０５及び第１の変位計２０４を、線膨張係数が小さな材料を使用した同一のホルダ内に配置し、且つ、このホルダの一端をキャリッジ２０２に固定するように設計するようにしてもよい。この場合、スーパーインバなどに比べて線膨張係数が大きいものの、より低価格な材料により実現することができる。

レーザ干渉計２０３は、スーパーインバやコーディエライト系セラミクスなどの線膨張係数が小さな材料を使用して、筐体を製作してもよい。なお、本実施の形態では、後述するように、レーザ干渉計２０３の筐体の熱膨張の影響を受けずにΔＬの測定を行うことができる。このため、レーザ干渉計２０３の筐体の材料はこれに限定されず、スーパーインバなどに比べて線膨張係数が大きいものの、レーザ干渉計２０３の筐体の材質として、より低価格な炭素鋼やアルミニウム合金を使用してもよい。

第１の変位計２０４は、静電容量式変位計又は渦電流式変位計を用いることができる。

第２のレトロリフレクタ２０５は、例えば、合成石英製のコーナーキューブプリズム、中空レトロリフレクタ、及び屈折率２．０のガラス球表面の一部にレーザを反射する金属のコーティングを施した球形のレトロリフレクタなどを使用することができる。第２のレトロリフレクタ２０５は、スーパーインバなどの線膨張係数が小さな材料で製作したホルダを介してキャリッジ２０２に固定するように設計してもよい。第２のレトロリフレクタ２０５は、第１のレトロリフレクタ２０６に比べてより安価な材料を用いて製作することができる。

第１のレトロリフレクタ２０６は、例えば、中空レトロリフレクタ、半球張り合わせ型のレトロリフレクタ、及び屈折率２．０のガラス球表面の一部にレーザを反射する金属のコーティングを施した球形のレトロリフレクタなどを使用することができる。第１のレトロリフレクタ２０６は、スーパーインバやコーディライト系セラミクスなどの線膨張係数が小さな材料を用いたホルダを介して、被測定体である３次元測定機のＺ軸の先端部などに取り付けるようにしてもよい。

図３に示すように、レーザ干渉計２０３は、光源からのレーザビームを伝送する光ファイバ３０１と、コリメートレンズ３０２と、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）３０３と、
無偏光ビームスプリッタ（ＮＰＢＳ）３０４と、λ／４板３０５と、λ／４板３０６と、
変位検出手段である位相計３０７と、位置検出手段である２次元位置検出器（２次元ＰＳＤ）３０８と、を備えている。

図３に示すレーザ干渉計２０３の構成を用いることにより、第２のレトロリフレクタ２０５から第１のレトロリフレクタ２０６までの距離Ｌ_１の変化量ΔＬ_１を測定することが可能となり、また、追尾のために必要となる、光軸Ｚに直交する方向への第１のレトロリフレクタ２０６の移動量及び移動方向を検出することが可能である。

以下、図３に示した各構成要素に関して、光ファイバ３０１は、例えば、偏波面保存ファイバ又はシングルモードファイバを使用することができる。また、コリメートレンズ３０２とＰＢＳ３０３の間に、光ファイバ３０１から出力されたレーザの消光比を高めるためのＰＢＳと、Ｐ偏光の光量及びＳ偏光の光量の比を設定するためのλ／２板と、を配置するものとしてもよい。２次元ＰＳＤ３０８は、２次元位置検出器に代えて４分割フォトダイオードを使用するものとしてもよい。また、２次元ＰＳＤ３０８及び無偏光ビームスプリッタ３０４の間に、ビーム径を縮小するためのレンズを配置するものとしてもよい。位相計３０７は、例えば、Ｓｉｎθ、−Ｓｉｎθ、Ｃｏｓθ、−Ｃｏｓθの４相を検出可能な４相の位相計を使用することができる。また、４相の位相計に代えて、Ｓｉｎθ及びＣｏｓθの２相を検出可能な２相の位相計を使用するものとしてもよい。また、ＰＢＳ３０３及び位相計３０７の間に、ビームの直径を縮小するための光学系を配置するものとしてもよい。

次に、図３及び図４を参照して、本実施の形態に係る、基準球２０１の中心Ｃから第１のレトロリフレクタ２０６までの距離Ｌの変化量ΔＬの測定原理を説明する。

レーザ光源（不図示）からのレーザビームが、光ファイバ３０１を介してレーザ干渉計２０３に導波される。レーザ光源（不図示）は、例えば６３３ｎｍの単一波長レーザ光源を使用することができる。導波されたレーザビームは、コリメートレンズ３０２により平行光にされる。平行光とされたレーザビームは、Ｐ偏光の光及びＳ偏光の光を有しており、ＰＢＳ３０３により測定光と参照光に分割される。

Ｐ偏光の光は、参照光としてそのまま位相計３０７に入射する。一方、Ｓ偏光の光は、ＰＢＳ３０３により反射されて、ＮＰＢＳ３０４及びλ／４板３０５を介して、第１のレトロリフレクタ２０６の方向に測定光として出射される。

第１のレトロリフレクタ２０６により再帰反射された測定光は、λ／４板３０５を再び透過した後、ＮＰＢＳ３０４によりその一部が反射されて、２次元ＰＳＤ３０８により検出される。

２次元ＰＳＤ３０８により検出される測定光の２次元ＰＳＤ３０８上での位置は、第１のレトロリフレクタ２０６が、光軸Ｚと直交する方向に移動した時に、その移動量及び移動の方向に応じて変化する。従って、２次元ＰＳＤ３０８により検出される測定光の位置をデータ処理装置４１１が取得し、データ処理装置４１１の制御手段が、２次元ＰＳＤ３０８で検出される測定光の位置が常に一定になるように仰角回転用モータ４０７及び方位角回転用モータ４０８を駆動してキャリッジ２０２を回動させる。これにより、レーザ干渉計２０３から出射される測定光の光軸Ｚは、常に第１のレトロリフレクタ２０６を再び追尾することができる。

一方、第１のレトロリフレクタ２０６により再帰反射された測定光は、λ／４板３０５を再び透過した後、ＮＰＢＳ３０４によりその一部は反射されずに透過し、ＰＢＳ３０３及びλ／４板３０６を透過し、第２のレトロリフレクタ２０５に向けて出射される。第２のレトロリフレクタ２０５により再帰反射された測定光は、λ／４板３０６を再び透過した後、ＰＢＳ３０３により位相計３０７の方向に反射される。この第２のレトロリフレクタ２０５により再帰反射された測定光が、ＰＢＳ３０３を透過してきた参照光と重ね合わされる。この測定光と参照光の位相差を位相計３０７により検出し、データ処理装置４１１がこの位相差の値を取得し、この位相差の値を用いて変化量ΔＬ_１を算出する。

データ処理装置４１１は、第１の変位計２０４を用いて測定した変化量ΔＬ_２と、レーザ干渉計２０３を用いて測定した変化量ΔＬ_１とを加算することにより、以下に示すようにして距離Ｌの変化量ΔＬを求めることができる。
ΔＬ＝ΔＬ_１+ΔＬ_２

本実施の形態に係る構成によれば、レーザビームと同軸上に位置する第２のレトロリフクレクタ２０５を、キャリッジ２０２上に新たに設け、第２のレトロリフクレクタ２０５と第１のレトロリフクレクタ２０６との相対的な変位を測定する構成としたため、レーザ干渉計２０３の筺体が熱膨張した場合においても、第２のレトロリフレクタ２０５から第１のレトロリフレクタ２０６までの距離Ｌ_１は影響を受けずに変化しない。このため、従来方式において生じる可能性があった、レーザ干渉計の筐体の熱膨張による誤差は発生しない。従って、レーザ干渉計２０３の筐体に熱膨張が生じた場合においても、距離の変化量ΔＬを高精度に測定することが可能である。

また、従来方式において、レーザ干渉計の筺体の熱膨張による誤差の発生を抑制するために、レーザ干渉計２０３の筐体の素材として、スーパーインバやコーディエライト系セラミクスなどの線膨張係数が小さな材料を使用することが考えられる。これに対して本実施の形態に係る構成によれば、レーザ干渉計２０３の筺体の材料として、スーパーインバなどに比べると線膨張係数が大きな材料であるが、アルミニウム合金や炭素鋼などの材料を使用することができるため、より低価格な材料を用いて製作することができる。このため、より低価格な追尾式レーザ干渉計を提供することができる。

＜実施の形態２＞
図５は、本実施形態に係る追尾式レーザ干渉計の主要部分構成を示す模式図である。なお、以降の実施形態の説明に当たり、既に説明した構成については同符号を付し、その説明を省略、又は簡略化する。図５に示すように、本実施の形態に係る追尾式レーザ干渉計は、さらに、変位計測手段の一例としての、第２の変位計５０１及び第２の変位計のターゲット５０２を備える。

第２の変位計５０１及び第２の変位計のターゲット５０２は、所定の距離Ｌ_３離してキャリッジ２０２に固定配設される。図５に示すように、距離Ｌ_３は、第１の変位計２０４の変位測定の基準点と第２のレトロリフレクタ２０５の距離に等しい。

第２の変位計５０１は、第２の変位計のターゲット５０２との間の相対的な変位に応じた変位信号を出力し、第１の変位計２０４の変位測定の基準点と第２のレトロリフレクタ２０５との間の距離の変化量を測定するために用いられる。

第２の変位計５０１は、レーザ干渉式の変位計又は静電容量式変位計を用いることができる。第２の変位計５０１として例えばレーザ干渉式の変位計を使用した場合には、第２の変位計のターゲット５０２として、例えば平面鏡又はレトロリフレクタを用いることができる。第２の変位計５０１として例えば静電容量式変位計を使用した場合には、第２の変位計のターゲット５０２としてスーパーインバなどの線膨張係数が小さな材料により製作されたブロックを使用することができる。

次に、図５を参照して、本実施の形態に係る、基準球２０１の中心Ｃから第１のレトロリフレクタ２０６までの距離Ｌの変化量ΔＬの測定原理を説明する。
レーザ干渉計２０３により変化量ΔＬ_１が測定され、また、第１の変位計２０４により変化量ΔＬ_２が測定されるのと同時に、第２の変位計５０１により距離Ｌ_３の変化量ΔＬ_３が測定される。データ処理装置４１１は、第１の変位計２０４を用いて測定した変化量ΔＬ_２と、レーザ干渉計２０３を用いて測定した変化量ΔＬ_１とに加えて、さらに、第２の変位計５０１を用いて測定した変化量ΔＬ_３を加算することにより、以下に示すようにして、キャリッジ２０２の熱膨張による変化量ΔＬ_３を補正して、距離Ｌの変化量ΔＬを求めることができる。
ΔＬ＝ΔＬ_１＋ΔＬ_２＋ΔＬ_３

本実施の形態に係る構成によれば、上述した実施の形態１と同様に、レーザ干渉計２０３の筺体が熱膨張した場合においても距離の変化量ΔＬ_１が変化しないため、従来方式において生じていた、レーザ干渉計の筐体の熱膨張による誤差が発生しない。従って、レーザ干渉計２０３の筐体の熱膨張が生じた場合においても、距離の変化量ΔＬを高精度に測定することが可能である。

さらに、本実施の形態に係る構成によれば、第２の変位計５０１をキャリッジ２０２上に新たに設け、第１の変位計２０４の変位測定の基準点と第２のレトロリフレクタ２０５の間の距離の変化量を測定する構成としたため、従来方式において生じる可能性があった、キャリッジ２０２の熱膨張による誤差ΔＬ_３を補正することができる。このため、キャリッジ２０２の熱膨張が生じた場合においても、距離の変化量ΔＬを高精度に測定することが可能である。

＜実施の形態３＞
図６は、本実施形態に係る追尾式レーザ干渉計の主要部分構成を示す模式図である。なお、以降の実施形態の説明に当たり、既に説明した構成については同符号を付し、その説明を省略、又は簡略化する。図６に示すように、本実施の形態に係る追尾式レーザ干渉計は、上述した実施の形態１と比較して、さらに、変位計測手段の他の一例としての、第３の変位計６０１及びホルダ６０２を備える。

第３の変位計６０１は、キャリッジ２０２上において、第１の変位計２０４と第２のレトロリフクレタ２０５の間に配置され、第１の変位計２０４の背面に固定配設されている。ホルダ６０２は、キャリッジ２０２上において、第３の変位計６０１に対向する第２のレトロリフレクタ２０５の表面を覆うように、固定配設されている。ホルダ６０２の背面は、平面に設計されている。第２のレトロリフレクタ２０５は、ホルダ６０２を介して、キャリッジ２０２に固定配設されている。なお、第２のレトロリフレクタ２０５が球面構造を有している場合には、ホルダ６０２を用いずに本実施の形態を実現することもできる。

第３の変位計６０１及びホルダ６０２は、所定の距離Ｌ_３Ａ離してキャリッジ２０２上に固定配設される。図６に示すように、距離Ｌ_３Ａは、第３の変位計６０１の変位測定の基準点とホルダ６０２の表面の距離である。

第３の変位計６０１は、第２のレトロリフレクタ２０５（ホルダ６０２）との間の相対的な変位に応じた変位信号を出力し、第１の変位計２０４の変位測定の基準点と第２のレトロリフレクタ２０５の間の距離の変化量の一部分である変化量ΔＬ_３Ａを測定するために使用される。

第３の変位計６０１は、レーザ干渉式の変位計又は静電容量式変位計を用いることができる。ホルダ６０２は、線膨張係数が小さなスーパーインバにより製作することができる。

次に、図６を参照して、本実施の形態に係る、基準球２０１の中心Ｃから第１のレトロリフレクタ２０６までの距離Ｌの変化量ΔＬの測定原理を説明する。
レーザ干渉計２０３により変化量ΔＬ_１が測定され、また、第１の変位計２０４により変化量ΔＬ_２が測定されるのと同時に、第３の変位計６０１により距離Ｌ_３の変化量ΔＬ_３の一部分であるΔＬ_３Ａが測定される。データ処理装置４１１は、第１の変位計２０４を用いて測定した変化量ΔＬ_２と、レーザ干渉計２０３を用いて測定した変化量ΔＬ_１とに加えて、さらに、第３の変位計６０１を用いて測定した変化量ΔＬ_３Ａを加算することにより、以下に示すようにして、キャリッジ２０２の熱膨張による変化量ΔＬ_３の一部分の変化量ΔＬ_３Ａを補正して、距離Ｌの変化量ΔＬを求めることができる。
ΔＬ＝ΔＬ_１＋ΔＬ_２＋ΔＬ_３

さらに、本実施の形態に係る構成によれば、第３の変位計６０１をキャリッジ２０２上に新たに設け、第１の変位計２０４の変位測定の基準点と第２のレトロリフレクタ２０５の間の距離の変化量の一部分を測定する構成としたため、従来方式において生じる可能性があった、キャリッジ２０２の熱膨張による誤差ΔＬ_３の一部分の変化量ΔＬ_３Ａを補正することができる。このため、キャリッジ２０２の熱膨張が生じた場合においても、距離の変化量ΔＬを高精度に測定することが可能である。

なお、変化量ΔＬ_１、ΔＬ_２、ΔＬ_３Ａの各測定値と、予め測定した距離Ｌ_３の値及び距離Ｌ_３Ａの値とを併用し、以下に示すようにして変化量ΔＬを求めて、キャリッジ２０２の熱膨張を補正することもできる。

＜実施の形態４＞
図７は、本実施形態に係る追尾式レーザ干渉計の主要部分構成を示す模式図である。なお、以降の実施形態の説明に当たり、既に説明した構成については同符号を付し、その説明を省略、又は簡略化する。図７に示すように、本実施の形態に係る追尾式レーザ干渉計は、上述した実施の形態１と比較して、さらに、第４の変位計７０１を備える。

第４の変位計７０１は、キャリッジ２０２上に設けられ、レーザビームと同軸上に、且つ、基準球２０１を挟んで第１の変位計２０４に対向するように固定配設される。

第４の変位計７０１は、基準球２０１と第４の変位計７０１との相対的な変位に応じた変位信号を出力する。具体的には、第４の変位計７０１は、キャリッジ２０２の回動に伴う、基準球２０１の表面から第４の変位計７０１までの距離Ｌ_５の変化量ΔＬ_５を測定するために使用される。この変化量ΔＬ_５を測定することにより、基準球２０１の熱膨張を補正することができる。第４の変位計７０１は、静電容量式変位計又は渦電流式変位計を用いることができる。

次に、図７を参照して、本実施の形態に係る、基準球２０１の中心Ｃから第１のレトロリフレクタ２０６までの距離Ｌの変化量ΔＬの測定原理を説明する。
レーザ干渉計２０３により変化量ΔＬ_１が測定され、また、第１の変位計２０４により変化量ΔＬ_２が測定されるのと同時に、第４の変位計７０１により距離Ｌ_５の変化量ΔＬ_５が測定される。データ処理装置４１１は、第１の変位計２０４を用いて測定した変化量ΔＬ_２と、レーザ干渉計２０３を用いて測定した変化量ΔＬ_１とに加えて、さらに、第４の変位計７０１を用いて測定した変化量ΔＬ_５を加算することにより、以下に示すようにして、基準球２０１の熱膨張による変化量ΔＬ_５を補正して、距離Ｌの変化量ΔＬを求めることができる。

また、本実施の形態に係る構成によれば、レーザ干渉計２０３の筺体の材料として、スーパーインバなどに比べると線膨張係数が大きな材料であるが、アルミニウム合金や炭素鋼などの材料を使用することができるため、より低価格な材料を用いて製作することができる。このため、より低価格な追尾式レーザ干渉計を提供することができる。

さらに、本実施の形態によれば、第４の変位計７０１をキャリッジ２０２上に新たに設け、基準球２０１と第４の変位計７０１との相対的な変位を測定する構成としたため、基準球２０１が点Ｃを中心に均等に熱膨張した場合には、基準球２０１の熱膨張を補償することができる。従って、距離の変化量を高精度に測定することが可能である。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

１０１基準球、
１０２キャリッジ、
１０３変位計、
１０４レーザ干渉計、
１０５第１のレトロリフレクタ、
２０１基準球、
２０２キャリッジ、
２０３レーザ干渉計、
２０４第１の変位計、
２０５第２のレトロリフレクタ、
２０６第１のレトロリフレクタ、
３０１光ファイバ、
３０２コリメートレンズ、
３０３偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）、
３０４無偏光ビームスプリッタ（ＮＰＢＳ）、
３０５ λ／４板、
３０６ λ／４板、
３０７位相計、
３０８２次元位置検出器（２次元ＰＳＤ）、
４０６支持枠、
４０７仰角回転用モータ、
４０８方位角回転用モータ、
４０９ベース板、
４１０ホルダ、
４１１データ処理装置、
５０１第２の変位計、
５０２第２の変位計のターゲット、
６０１第３の変位計、
６０２ホルダ、
７０１第４の変位計

Claims

被測定体である第１のレトロリフレクタに向けて出射され、当該第１のレトロリフレクタによって戻り方向に反射されるレーザビームの干渉を利用して前記第１のレトロリフレクタの変位を検出すると共に、前記レーザビームの光軸の位置の変化を用いてトラッキングを行うようにした追尾式レーザ干渉計であって、
固定配設された基準球と、
前記基準球との間の相対的な変位に応じた変位信号を出力する第１の変位計を備えたキャリッジと、
前記キャリッジに設けられた第２のレトロリフクレクタと、
前記第１のレトロリフレクタと前記第２のレトロリフクレタとの相対的な変位に応じた変位信号を出力するレーザ干渉計と、
前記第１の変位計が出力する変位信号と、前記レーザ干渉計が出力する変位信号とから、前記基準球を基準とした前記第１のレトロリフレクタの変位を算出するデータ処理装置と、
を備えたことを特徴とする追尾式レーザ干渉計。
前記キャリッジに設けられ、前記第１の変位計と前記第２のレトロリフレクタの間の距離の変化量を測定する変位計測手段を更に備え、
前記データ処理装置は、
前記第１の変位計が出力する変位信号と、前記レーザ干渉計が出力する変位信号と、前記変位計測手段が測定する前記変化量とから、前記基準球を基準とした前記第１のレトロリフレクタの変位を算出する、
ことを特徴とする請求項１に記載の追尾式レーザ干渉計。
前記変位計測手段は、
ターゲットと、
前記ターゲットの位置から、前記第１の変位計と前記第２のレトロリフレクタの間の距離離して配置され、前記ターゲットとの間の相対的な変位に応じた変位信号を出力する第２の変位計と、を備える、
ことを特徴とする請求項２に記載の追尾式レーザ干渉計。
前記変位計測手段は、
前記第１の変位計と前記第２のレトロリフクレタの間に配置され、前記第２のレトロリフレクタとの間の相対的な変位に応じた変位信号を出力する第３の変位計を備える、
ことを特徴とする請求項２に記載の追尾式レーザ干渉計。
前記変位計測手段は、
前記第２のレトロリフレクタの表面を覆うように配置されたホルダを更に備える、
ことを特徴とする請求項４に記載の追尾式レーザ干渉計。
前記キャリッジに設けられ、且つ、前記基準球を挟んで前記第１の変位計に対向するように配置され、前記基準球との間の相対的な変位に応じた変位信号を出力する第４の変位計を更に備え、
前記データ処理装置は、
前記第１の変位計が出力する変位信号と、前記レーザ干渉計が出力する変位信号と、前記第４の変位計が出力する変位信号とから、前記基準球を基準とした前記第１のレトロリフレクタの変位を算出する、
ことを特徴とする請求項１乃至５いずれか１項に記載の追尾式レーザ干渉計。
前記第１のレトロリフレクタから反射されて前記レーザ干渉計に戻ってくるレーザビームが、その光軸と直交する方向にずれたとき、そのずれ量に応じた位置信号を出力する位置検出手段と、
前記位置検出手段からの位置信号に基づいて、前記ずれ量がゼロになるように前記キャリッジの回動を制御する制御手段と、を更に備える、
ことを特徴とする請求項１乃至６いずれか１項に記載の追尾式レーザ干渉計。