JP6618403B2 - レーザ測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ測定装置に関する。

特許文献１には、レーザ光の干渉に基づいて測長を行うレーザ干渉測長装置が開示されている。

非特許文献１には、三台のレーザドップラ振動計を用いた３次元計測システム（レーザドップラ式非接触振動計）が開示されている。

ここで、二点の鉛直方向の相対変位量の測定を、３台のレーザドップラ振動計を用いた３次元計測システムで行う場合は、３方向から対象物を測定し、各レーザ照射方向の振動成分を照射角度に基づいて直交座標系の成分に座標変換して算出する。

しかし、対象物との距離が離れた場合、各レーザヘッド間の設置距離を長くする必要がある。その結果各レーザヘッドがばらばらの動きをするようになり、座標変換の際の誤差が大きくなるため、高精度、例えばナノメートルオーダーでの相対変位量の測定は困難となる。

したがって、二点の鉛直方向の相対変位量を高精度に測定することに関して改善の余地がある。

特開平５−２５６６１１号公報

株式会社小野測器 レーザドップラ振動計 ［平成２８年２月１０日検索］、＜https://www.onosokki.co.jp/HP-WK/whats_new/catalogs/products/lv1700_11.pdf＞

本発明は、二点の鉛直方向の相対変位量を高精度に測定することが目的である。

請求項１の発明は、第一測定位置及び第二測定位置の一方に配置され第一レーザ光を水平方向に射出する第一レーザ光射出装置と、前記第一測定位置及び前記第二測定位置の他方に配置され前記第一レーザ光の受光位置を検知する第一受光部と、を有し、前記第一測定位置と前記第二測定位置との鉛直方向の相対変位量を測定する第一測定部と、第二レーザ光を射出する第二レーザ光射出装置と、前記第二測定位置及び第三測定位置の一方に設けられた反射部材と、前記第二測定位置及び前記第三測定位置の他方に設けられ前記第二レーザ光を受けて鉛直方向に射出し前記反射部材で反射された前記第二レーザ光を受光する第二受光部と、を有し、前記第二測定位置と前記第三測定位置との鉛直方向の変位を測定する第二測定部と、を備えるレーザ測定装置である。

請求項１に記載の発明では、第一測定位置と第三測定位置との高さが異なっていたとしても、第一測定位置と第二測定位置との鉛直方向の相対変位量と第二測定位置と第三測定位置との鉛直方向の相対変位量とを足し合わせることで、第一測定位置と第三測定位置との鉛直方向の相対変位量を高精度に検出することができる。

また、複数の第一測定部と複数の第二測定部とを組み合わせることで、複数の第三測定位置間の鉛直方向の相対変位量を高精度に検出することができる。

請求項２の発明は、第三レーザ光を射出する第三レーザ光射出装置と、前記第一測定位置及び第四測定位置の一方に設けられた反射部材と、前記第一測定位置及び前記第四測定位置の他方に設けられ前記第三レーザ光を受けて鉛直方向に射出し前記反射部材で反射された前記第三レーザ光を受光する第三受光部と、を有し、前記第一測定位置と前記第四測定位置との鉛直方向の変位を測定する第三測定部を備える、請求項１に記載のレーザ測定装置である。

請求項２に記載の発明では、第三測定位置と第四測定位置とが共に高い場所であったとしても、第一測定位置と第二測定位置との鉛直方向の相対変位量と、第三測定位置と第一測定位置との鉛直方向の相対変位量と、第四測定位置と第二測定位置との鉛直方向の相対変位量と、を足し合わせることで、第三測定位置と第四測定位置との鉛直方向の相対変位量を高精度に検出することができる。

請求項３の発明は、前記第一測定部には、前記第一レーザ光射出装置と前記第一受光部との間に、前記第一レーザ光が通る筒部材が設けられている、請求項１又は請求項２に記載のレーザ測定装置である。

請求項３に記載の発明では、第一レーザ光射出装置から射出され第一受光部が受ける第一レーザ光は、筒部材の中を通ることで空気のゆらぎ等の影響が抑制され、筒部材を有しない場合と比較し、測定精度が向上する。

本発明によれば、二点の鉛直方向の相対変位量を高精度に測定することができる。

本発明の第一実施形態のレーザ測定装置を用いた除振システムを模式的に示す斜視図である。 本発明の第一実施形態のレーザ測定装置を用いた除振システムを示す概略構成図である。 本発明の第一実施形態のレーザ測定装置を用いた除振システムを示すブロック図である。 変位制御機構を示す正面図である。 制御フローを示すフロー図である。 Ａ点Ｂ点間の鉛直方向の相対変位量のスペクトル振幅値を示すグラフである。 本発明の第二実施形態のレーザ測定装置を用いた除振システムを示す概略構成図である。 本発明の第二実施形態のレーザ測定装置を用いた除振システムを示すブロック図である。 本発明の第三実施形態のレーザ測定装置を用いた除振システムを示す概略構成図である。 本発明の第三実施形態のレーザ測定装置を用いた除振システムを示すブロック図である。

＜第一実施形態＞
図１〜図６を用いて、本発明の第一実施形態に係るレーザ測定装置について説明する。なお、水平方向（水平面）における直交する二方向をＸ方向（Ｘ軸）及びＹ方向（Ｙ軸）とし、Ｘ方向及びＹ方向（水平面）に直交する鉛直方向をＺ方向（Ｚ軸）とする。

［構成］
第一実施形態のレーザ測定装置を用いた除振システムの構成について説明する。

図３に示すように、除振システム１０は、第一実施形態のレーザ測定装置５０と変位制御装置２０とで構成されている。レーザ測定装置５０は、第一測定装置１００、第二測定装置２００、及び測定制御装置３０を含んで構成されている。変位制御装置２０は、除振装置２２と、この除振装置２２を制御する除振制御装置２４と、を含んで構成されている。

図１に示すように、床部Ｔの上に設置された架台部１２の上に、変位制御装置２０（図３参照）を構成する除振装置２２が設けられている。なお、図１は模式的な斜視図であり、各装置の大きさ等が正確に図示されているものではない。

架台部１２から離れた床部Ｔ上の任意の位置がＡ点（第一測定位置の一例）であり、除振装置２２の除振部１４（図４参照）の上面１４Ｕ上がＢ点（第三測定位置の一例）である。また、床部Ｔ上におけるＢ点の直下又は略直下がＧ１点（第二測定位置の一例）である。

なお、Ａ点、Ｂ点、及びＧ１点は、その場所や位置を示す表記であり、面積や大きさを持たない数学上の点を意味するものではない。Ａ点、Ｂ点、及びＧ１点は、後述するように、各装置や機器を配置可能な面積を持ったものである。また、床部Ｔ上におけるＢ点の直下又は略直下は、「点」としては平面視において架台部１２の側壁よりも内側になることがあるが、前述のようにＧ１点は面積を有しているので側壁の外側近傍もＧ１点である。なお、このことは、以降の実施形態のＧ２点及びＧ０点も同様である。

（変位制御装置）
変位制御装置２０（図３参照）を構成する図４に示す除振装置２２は、除振部１４（Ｂ点）の鉛直方向の変位、本実施形態では微小変位（例えば、ナノオーダーの微小変位）を制御する装置である。除振装置２２は、このような制御を行うことができれば、どのような構造であってもよい。よって、つぎに、除振装置２２の一例を簡単に説明する。

図４に示すように、除振装置２２は、空気ばね５３２と変位制御機構５２０とを有している。空気ばね５３２は、空気が充填されてばね機能を有する振動吸収体である。変位制御機構５２０は、空気ばね５３２と並列に配置されている。また、変位制御機構５２０は前述した除振制御装置２４（図３に参照）によって制御されている。

変位制御機構５２０は、上下方向に間隔をあけて配置された上側固定体５１８と下側固定体５１９とを有している。上側固定体５１８と下側固定体５１９とは伸縮自在な支柱５１７によって連結されている。上側固定体５１８は接合部材５２３と接合板５２１とを介して除振部１４に固定され、下側固定体５１９は架台部１２に直接固定されている。

上側固定体５１８と下側固定体５１９との間には、変位受部材５２８が配置されている。変位受部材５２８は、三層構造の中央部材５２９の上下に上側凹状台座５５４Ｕと下側凹状台座５５４Ｄとが設けられた構造となっている。

上側凹状台座５５４Ｕは、上面に上側受面５５５Ｕが凹状（アーチ形状）に形成されている。同様に、下側凹状台座５５４Ｄは、下面に下側受面５５５Ｄが凹状（アーチ形状）に形成されている。

上側膜型圧電セラミックス５２０Ｕは、アーチ形状に曲げられ、アーチの凸側を下に向けて配置され、上側凹状台座５５４Ｕの上側受面５５５Ｕに当接している。同様に、下側膜型圧電セラミックス５２０Ｄは、アーチ形状に曲げられ、アーチの凸側を上に向けて配置され、下側凹状台座５５４Ｄの凹状の下側受面５５５Ｄに当接している。

上側膜型圧電セラミックス５２０Ｕの両端部は、一対の三角台座５２４Ｕの斜辺に、それぞれ固定されている。同様に、下側膜型圧電セラミックス５２０Ｄの両端部は、一対の三角台座５２４Ｄの斜辺に、それぞれ固定されている。そして、上側の三角台座５２４Ｕの底辺（上面）は上側固定体５１８に固定され、下側の三角台座５２４Ｄの底辺（下面）は、接合板５１３と接合部材５１１とを介して下側固定体５１９に固定されている。

上側膜型圧電セラミックス５２０Ｕ及び下側膜型圧電セラミックス５２０Ｄは、膜状とされた繊維状の圧電セラミックの両側面に、電極が印刷されたポリイミドフィルムをエポキシ樹脂で接合した膜型圧電素子が使用されている。この膜型圧電素子は、圧電セラミックの両側面に取り付けられたリード線を介して、電圧を印加すれば、印加された電圧値に応じた歪が圧電セラミックに生じ、膜型圧電素子を変形させることができる。即ち、アーチ形状に曲げられた上側膜型圧電セラミックス５２０Ｕ及び下側膜型圧電セラミックス５２０Ｄは、電圧が印加されることで伸張する。

上側膜型圧電セラミックス５２０Ｕは、両端部が固定されているので、伸長することで上側凹状台座５５４Ｕ（の上側受面５５５Ｕ）を下方へ押圧する。同様に、下側膜型圧電セラミックス５２０Ｄは、両端部が固定されているので、伸長することで下側凹状台座５５４Ｄ（の下側受面５５５Ｄ）を上方へ押圧する。これにより、上側固定体５１８と下側固定体５１９との間隔が変位する。つまり、除振部１４を鉛直方向に変位させることができる。

なお、除振制御装置２４（図３を参照）は、上側膜型圧電セラミックス５２０Ｕ及び下側膜型圧電セラミックス５２０Ｄに印加する電圧値を制御し、上側膜型圧電セラミックス５２０Ｕ及び下側膜型圧電セラミックス５２０Ｄの伸長量、すなわち除振部１４の鉛直方向の変位量を制御している。

（レーザ測定装置）
図１及び図３に示すように、レーザ測定装置５０は、第一測定装置１００、第二測定装置２００、及び測定制御装置３０（図３参照）を含んで構成されている。

図１に示すように、第一測定装置１００は、水平方向にレーザ光ＬＡを出射する半導体レーザ装置１０２と、ＰＳＤ（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｉｎｇ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）等の位置検出素子１２０と、筒部材１０４と、を含んで構成されている。

位置検出素子１２０は、Ｇ１点に後述する干渉計２２０に近接して一体となって設置されている。半導体レーザ装置１０２は、床部Ｔ上のＡ点に設置されている。筒部材１０４は、半導体レーザ装置１０２と位置検出素子１２０との間に設置され、この筒部材１０４内をレーザ光ＬＡが通るように構成されている。なお、Ｇ１点に半導体レーザ装置１０２が設置され、Ａ点に位置検出素子１２０が設置されていてもよい。

第二測定装置２００は、僅かに異なる二つの周波数成分を有するレーザ光ＬＢを出射するレーザヘッド２０２と干渉計２２０と反射鏡２１０とを含んで構成されている。

反射鏡２１０は、前述のように、除振装置２２の除振部１４の上面１４Ｕ（図４参照）上のＢ点に設けられている。なお、本実施形態では、反射鏡２１０は、棒状の取付部２１１の先端部に設けられている。

干渉計２２０は、前述のように床部Ｔ上におけるＧ１点に設置されている。なお、干渉計２２０は、取付部２１１の先端部に設けられた反射鏡２１０の直下又は略直下に位置するように設けられている。

そして、位置検出素子１２０の検出結果及び干渉計２２０の測定結果は、測定制御装置３０（図３参照）に送られる。

［作用及び効果］
次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。

具体的には、高さ（Ｚ方向）の異なる離れたＡ点とＢ点との鉛直方向の相対変位量の測定と、これを用いた除振制御装置２４による除振装置２２の制御と、を図１及び図２を用いて説明する。

なお、判り易くするため図２においては、第一測定装置１００、第二測定装置２００、Ａ点、Ｂ点、及びＧ１とレーザ光ＬＡ、ＬＢ、ＬＢ１等を図示し、第一測定装置１００及び第二測定装置２００を構成する半導体レーザ装置１０２、位置検出素子１２０、干渉計２２０及び反射鏡２１０などの図示は省略している。また、図２は概略構成図であり、各部材などの大きさや位置関係等が正確に図示されているものではない。なお、このことは、後述する図７及び図９も同様である。

第一測定装置１００では、Ａ点に設置された半導体レーザ装置１０２から水平方向に出射されたレーザ光ＬＡを位置検出素子１２０が受光する。位置検出素子１２０は、受光したレーザ光ＬＡの重心位置を二次元座標値として取得する。

測定制御装置３０（図３参照）は、この取得された検出結果からレーザ光ＬＡの光軸方向（直進方向）である水平方向に対して直交する方向、本実施形態では鉛直方向のＡ点とＧ１点との相対変位量を測定する。

このとき、レーザ光ＬＡは筒部材１０４の中を通るので、空気のゆらぎの影響を受けにくくなり、Ａ点Ｇ１点間の鉛直方向の相対変位量を高精度に測定することがきる（図１参照）。

なお、筒部材１０４内を真空又は略真空にすることで、空気のゆらぎの影響をほぼ受けなくなるので、Ａ点Ｇ１点間の鉛直方向の相対変位量を、更に高精度に測定することがきる。

第二測定装置２００では、レーザヘッド２０２から出射されたレーザ光ＬＢは干渉計２２０に入射し各周波数成分に分離される（前述したようにレーザ光ＬＢは僅かに異なる二つの周波数成分を有している）。干渉計２２０で分離された一方の周波数のレーザ光は図示していない受光器で受光され、分離された他方の周波数のレーザ光ＬＢ１は反射鏡に向けて出射されると共に、反射鏡２１０で反射されて干渉計２２０に戻り図示していない受光器で受光される。

ことのきＧ１点とＢ点とでレーザ光ＬＢ１の進行方向、すなわち鉛直方向の相対変位量が生じていると、振動数変調（位相変調）が生じ、振動数変調（位相変調）を含む測定信号が測定制御装置３０（図３参照）に送られる。

測定制御装置３０では、別途計測した振動数変調（位相変調）を含まない基準信号と振動数変調（位相変調）を含む測定信号とから位相差を検出し、位相変化量が取り出される。この位相変化量から反射鏡２１０の鉛直方向の変位、すなわちＢ点とＧ１点との鉛直方向の相対変位量を測定する。

そして、測定制御装置３０では、第一測定装置１００を用いて測定したＡ点Ｇ１点間の鉛直方向の相対変位量と、第二測定装置２００を用いて測定したＧ１点Ｂ点間の鉛直方向の相対変位量と、を足し合わせることで、Ａ点Ｂ点間の鉛直方向の相対変位量が測定される。

よって、高さが異なる離れたＡ点とＢ点との鉛直方向のナノメートルオーダーの相対変位量を、レーザ光を用いて高精度に測定することができる。

また、このＡ点Ｂ点間の鉛直方向の相対変位量に基づいて、Ａ点とＢ点との鉛直方向の相対変位量が予め定めた許容範囲内に収まるように、除振制御装置２４が除振装置２２を制御する。

具体的には、図５に示す制御フローのように、Ｇ１点Ｂ点間の鉛直方向の相対変位量の制御を行うフィードバック制御に、フィードバック制御の対象外であるＡ点Ｇ１点間の鉛直方向の相対変位量の情報を加えている。すなわち、フィードバック制御とフィードフォワード制御とを組み合わせた制御を行っている。

そして、フィードバック制御とフィードフォワード制御とを組み合わせると、Ｇ１点の入力振動にフィードバックすることで相対位置制御が可能となり、例えば、Ａ点Ｇ１点間及びＧ１点Ｂ点間をそれぞれでフィードバック制御する場合と比較し、制御が簡素化する。

次に、本実施形態の除振システム１０を用いることによるＡ点Ｂ点間の鉛直方向の相対変位量の低減についての実験及びその結果について説明する。

本実験では、Ａ点とＢ点との水平距離を約２．６ｍとし、Ａ点及びＢ点の高さを約１．７ｍとした。また、５〜６Ｈｚ程度以下の低振動数領域の振動を低減することを目的とする。そして、数分間の微動測定として、時刻歴波形をＦＦＴ分析（サンプリング１０００Ｈｚ、ウィンドウ幅４０９６点、オーバーラップ７５％、ハニングウィンドウ、加算平均）を実施し、０．４８８〜１００Ｈｚまでのフーリエ振幅スペクトルにより評価した。

図６には、本実験の結果であるＡ点Ｂ点間の鉛直方向の相対変位量のスペクトル振幅値が示されている。なお、図６における実線のグラフが除振システム１０を用いた場合であり、点線のグラフが除振システム１０を用いない場合である。

そして、本実施形態の除振システム１０を用いない場合には、点線のグラフで示すように低振動数領域において、Ａ点Ｂ点間の鉛直方向の相対変位量は、平均２〜２０ｎｍ程度であった。

これに対して、除振システム１０を用いることで、実線のグラフで示すように低振動数領域において、Ａ点Ｂ点間の鉛直方向の相対変位量は、平均的に２〜２０ｎｍから２〜３ｎｍに低減されていることが確認できる。

したがって、本実験において、除振システム１０を用いることで、Ａ点Ｂ点間の鉛直方向の相対変位量を、低振動数領域においてナノメートルオーダーで検出し、低減することが確認された。

ここで、前述のように、本実施形態では、第一測定装置１００を用いて測定したＡ点Ｇ１点間の鉛直方向の相対変位量と、第二測定装置２００を用いて測定したＧ１点Ｂ点間の鉛直方向の相対変位量と、を足し合わせることで、Ａ点Ｂ点間の鉛直方向の相対変位量を測定した。

このように二つの測定装置で測定する場合、最終的な測定精度は測定装置の分解能のうち、分解能が低い方に依存する。よって、いずれか一方の測定装置の分解能が低いと高精度で測定できない。例えば、一方の測定装置が１ｎｍの分解能であっても、他方の測定装置が１００ｍmの分解能であった場合、Ａ点Ｂ点間の相対変位量は１００ｎｍの精度でしか測定できない。

よって、本実施形態のように、第一測定装置１００及び第二測定装置２００共にレーザ光を用いた高い分解能を有することで、Ａ点Ｂ点間の相対変位量を高精度に測定することができる。

＜第二実施形態＞
図７〜図８を用いて、本発明の第二実施形態に係るレーザ測定装置について説明する。なお、第一実施形態と同一の部材には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

［構成］
第二実施形態のレーザ測定装置を用いた除振システムの構成について説明する。

図８に示すように、除振システム１１は、第二実施形態のレーザ測定装置５１と変位制御装置２１とで構成されている。レーザ測定装置５１は、第一測定装置１００、第二測定装置２００Ａ、２００Ｂ及び測定制御装置３０を含んで構成されている。変位制御装置２１は、除振装置２２Ａ、２２Ｂと除振制御装置２４とを含んで構成されている。

なお、第二測定装置２００Ａ及び第二測定装置２００Ｂは、第一実施形態の第二測定装置２００と同様の装置である。つまり、本実施形態の除振システム１１では、第一測定装置１００と二つの第二測定装置２００を用いている。また、以降、第二測定装置２００Ａに関連する部材やレーザ光などには符号の後に「Ａ」を記し、第二測定装置２００Ｂに関連する部材やレーザ光などには符号の後に「Ｂ」を記して区別する場合がある。

図７に示すように、床部Ｔの上に架台部１２Ａ、１２Ｂが設けられ、その上にそれぞれ変位制御装置２０Ａ、２０Ｂ（図３参照）を構成する除振装置２２Ａ、２２Ｂが設けられている。

なお、架台部１２Ａの除振装置２２Ａの除振部１４（図４参照）の上面１４Ｕ上がＡ点（第四測定位置の一例）であり、架台部１２Ｂの除振装置２２Ｂの除振部１４（図４参照）の上面１４Ｕ上がＢ点（第三測定位置の一例）である。そして、反射鏡２１０（図１参照）は、これらＡ点及びＢ点に設けられている。また、Ａ点の直下又は略直下がＧ１点（第一測定位置の一例）であり、Ｂ点の直下又は略直下がＧ２点（第二測定位置の一例）である。

本実施形態では、Ｇ１点には、干渉計２２０（図１参照）と半導体レーザ装置１０２（図１参照）とが近接して一体となって設置され、Ｇ２点には、干渉計２２０（図１参照）と位置検出素子１２０（図１参照）とが近接して一体となって設置されている。

［作用及び効果］
次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。

具体的には、高さ（Ｚ方向）の異なるＡ点とＢ点との鉛直方向の相対変位量の測定と、これを用いた除振制御装置２４による除振装置２２Ａ、２２Ｂの制御と、を説明する。

Ａ点とＧ１点の鉛直方向の相対変位量は、第二測定装置２００Ａで測定される。Ｇ１点とＧ２点の鉛直方向の相対変位量は、第一測定装置１００で測定される。Ｇ１点とＢ点の鉛直方向の相対変位量は、第二測定装置２００Ｂで測定される。

そして、これらを足し合わせることで、高さが異なる離れたＡ点とＢ点との鉛直方向のナノメートルオーダーの相対変位量を、レーザ光を用いて高精度に測定することができる。

また、このＡ点Ｂ点間の鉛直方向の相対変位量に基づいて、Ａ点とＢ点との鉛直方向の相対変位量が予め定めた許容範囲内に収まるように、除振制御装置２４が除振装置２２Ａと除振装置２２Ｂとを制御する。別の観点から説明すると、床部Ｔが微小振動（例えば、振幅がナノレベルの微小振動）しても、Ａ点とＢ点との鉛直方向の相対変位量が予め定めた許容範囲内に収まるように、除振制御装置２４が除振装置２２Ａと除振装置２２Ｂとを制御する。

なお、除振装置２２Ａと除振装置２２Ｂとのいずれか一方のみを設けてもよい。また、Ｇ２点に半導体レーザ装置１０２（図１参照）を設置し、Ｇ１点に位置検出素子１２０（図１参照）を設置してもよい。

＜第三実施形態＞
図９〜図１０を用いて、本発明の第三実施形態に係るレーザ測定装置について説明する。なお、第一実施形態及び第二実施形態と同一の部材には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

［構成］
第三実施形態のレーザ測定装置を用いた除振システムの構成について説明する。

図１０に示すように、除振システム１３は、レーザ測定装置５３と変位制御装置２３とで構成されている。レーザ測定装置５３は、第一測定装置１００Ａ、１００Ｂ、第二測定装置２００Ａ、２００Ｂ、及び測定制御装置３０を含んで構成されている。

なお、第一測定装置１００Ａ及び第一測定装置１００Ｂは、第一実施形態の第一測定装置１００と同様の装置である。つまり、本実施形態の除振システム１３では、二つの第一測定装置１００と二つの第二測定装置２００とを用いている。別の観点から説明すると、二つの第一実施形態の第一測定装置１００を有し、各半導体レーザ装置１０２をＧ０点に近接して一体となって配置された構成となっている。

また、以降、第一測定装置１００Ａに関連する部材やレーザ光などには符号の後に「Ａ」を記し、第一測定装置１００Ｂに関連する部材やレーザ光などには符号の後に「Ｂ」を記して区別する場合がある

変位制御装置２３は、除振装置２２Ａ、２２Ｂと除振制御装置２４とを含んで構成されている。

図９に示すように、床部Ｔの上に架台部１２Ａ、１２Ｂが設けられ、その上にそれぞれ変位制御装置２０Ａ、２０Ｂ（図３参照）を構成する除振装置２２Ａ、２２Ｂが設けられている。

なお、架台部１２Ａの除振装置２２Ａの除振部１４（図４参照）の上面１４Ｕ上がＡ点（第三測定位置の一例）であり、架台部１２Ｂの除振装置２２Ｂの除振部１４（図４参照）の上面１４Ｕ上がＢ点（第三測定位置の一例）である。そして、反射鏡２１０（図１参照）は、これらＡ点及びＢ点に設けられている。

Ａ点の直下又は略直下がＧ１点（第二測定位置の一例）であり、Ｂ点の直下又は略直下がＧ２点（第二測定位置の一例）である。また、床部Ｔ上におけるＧ１点とＧ２点から離れた任意の位置をＧ０点（第一測定位置の一例）とする。

本実施形態では、Ｇ１点には、干渉計２２０Ａ（図１参照）と位置検出素子１２０Ａ（図１参照）とが近接して一体となって配置され、Ｇ２点には、干渉計２２０Ｂ（図１参照）と位置検出素子１２０Ｂ（図１参照）とが近接して一体となって配置されている。

また、Ｇ０に半導体レーザ装置１０２Ａと半導体レーザ装置１０２Ｂとが近接して一体となって配置されている。

本実施形態では、架台部１２Ａと架台部１２Ｂとの間には、障害物１９が配置されている。そして、Ｇ０に設置された半導体レーザ装置１０２Ａから射出されＧ１に設置された位置検出素子１２０Ａが受光するレーザ光ＬＡＡと、Ｇ０に設置された半導体レーザ装置１０２Ａから射出されＧ２点に設置された位置検出素子１２０Ｂが受光するレーザ光ＬＡＢと、は障害物１９に干渉しないようになっている。

言い換えると、Ｇ１点に設置された位置検出素子１２０Ａが受光するレーザ光ＬＡＡ及びＧ２点に設置された位置検出素子１２０Ｂが受光するレーザ光ＬＡＢが、障害物１９に干渉しないようにＧ０点が設定されている。

［作用及び効果］
次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。

Ａ点とＧ１点の鉛直方向の相対変位量は、第二測定装置２００Ａで測定される。Ｂ点とＧ２点の鉛直方向の相対変位量は、第二測定装置２００Ｂで測定される。また、Ｇ１点とＧ０点の鉛直方向の相対変位量は、第一測定装置１００Ａで測定される。Ｇ２点とＧ０点の鉛直方向の相対変位量は、第一測定装置１００Ｂで測定される。

そして、これらを足し合わせることで、高さが異なる離れたＡ点とＢ点との鉛直方向のナノメートルオーダーの相対変位量を、レーザ光を用いて高精度に測定することができる。

また、Ｚ方向から見た平面視において、Ａ点とＢ点との間に障害物１９があっても、Ａ点とＢ点との鉛直方向の相対変位量を測定することができる。

また、このＡ点Ｂ点間の鉛直方向の相対変位量に基づいて、Ａ点とＢ点との鉛直方向の相対変位量が予め定めた許容範囲内に収まるように、除振制御装置２４が除振装置２２Ａと除振装置２２Ｂとを制御する。別の観点から説明すると、床部Ｔが微小振動（例えば、振幅がナノレベルの微小振動）しても、Ａ点とＢ点との鉛直方向の相対変位量が予め定めた許容範囲内に収まるように、除振制御装置２４が除振装置２２Ａと除振装置２２Ｂとを制御する。

なお、除振装置２２Ａと除振装置２２Ｂとのいずれか一方のみを設けてもよい。また、Ｇ１点及びＧ２点に半導体レーザ装置１０２Ａ，１０２Ｂを設置し、Ｇ０点に位置検出素子１２０Ａ，１２０Ｂを設置してもよい。

＜その他＞
尚、本発明は上記実施形態に限定されない。

例えば、上記実施形態では、Ａ点とＢ点とは高さが異なっているが、これに限定されない。Ａ点とＢ点との高さが同じ又は略同じであっても本発明を適用することができる。また、Ａ点とＢ点との高さが同じでも第三実施形態のように障害物１９によってＡ点からＢ点（又はＢ点からＡ点）にレーザ光が照射できないときは、本発明を適用することが特に好適とされる。

また、例えば、上記実施形態では、Ａ点及びＢ点に反射鏡２１０を設置し、Ｇ１点及びＧ２点に干渉計２２０を設置したが、これに限定されない。Ａ点及びＢ点に干渉計２２０を設置し、Ｇ１点及びＧ２点に反射鏡２１０を設置してもよい。なお、この場合、レーザヘッド２０２は、床部Ｔでなく、干渉計２２０にレーザ光ＬＢを照射できる位置（例えば、架台部１２の上等）に設置する。

また、例えば、上記実施形態では、Ａ点及びＢ点の二点の鉛直方向の相対変位量を測定し、Ａ点及びＢ点の２点の鉛直方向の相対変位量が予め定めた許容範囲内に収まるように、除振制御装置２４が除振装置２２を制御した。しかし、第一実施形態及び第二実施形態を組み合わせて、離れた三点以上の各二点間の鉛直方向の相対変位量をそれぞれ測定し、三点以上の鉛直方向の相対変位量が予め定めた許容範囲内に収まるように、除振制御装置２４が除振装置２２を制御してもよい。

別の観点から説明すると、第二実施形態のレーザ測定装置５１を二又は二以上組み合わせた構成でもよいし、第一実施形態のレーザ測定装置５０を三以上組み合わせた構成であってもよいし、第一実施形態のレーザ測定装置５０と第二実施形態のレーザ測定装置５１とを一又は複数組み合わせた構成であってもよい。

また、単に二点或いは三点以上の各二点間の鉛直方向の相対変位量を求めるだけでもよい。つまり、変位制御装置２０を有していない構成であってもよい。

更に、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得ることは勿論である。

ここで、上記実施形態では、Ａ点とＢ点との鉛直方向の相対変位量を測定したが、Ａ点とＢ点との鉛直方向以外の方向の相対変位量を測定してもよい。

別の観点から説明すると、各図における水平方向（水平面）における直交する二方向をＸ方向（Ｘ軸）及びＹ方向（Ｙ軸）とし、Ｘ方向及びＹ方向に直交する鉛直方向をＺ方向（Ｚ軸）とした座標であった。

しかし、互いに直交するＸ軸（Ｘ方向）、Ｙ軸（方向）、及びＺ軸（方向）において、Ｚ軸が鉛直でなく、水平又は鉛直に対して角度を持った座標軸であってもよい。そして、この予め定めたＺ軸方向の二点の相対変位量を測定してもよい。

すなわち、
互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸であって、
第一測定位置及び第二測定位置の一方に配置され第一レーザ光をＸ軸とＹ軸とで構成する平面に沿って射出する第一レーザ光射出装置と、前記第一測定位置及び前記第二測定位置の他方に配置され前記第一レーザ光の受光位置を検知する第一受光部と、を有し、前記第一測定位置と前記第二測定位置とのＺ方向の相対変位量を測定する第一測定部と、
第二レーザ光を射出する第二レーザ光射出装置と、前記第二測定位置及び第三測定位置の一方に設けられた反射部材と、前記第二測定位置及び前記第三測定位置の他方に設けられ前記第二レーザ光を受けてＺ軸方向に射出し前記反射部材で反射された前記第二レーザ光を受光する第二受光部と、を有し、前記第二測定位置と前記第三測定位置とのＺ軸方向の変位を測定する第二測定部と、
を備えるレーザ測定装置であってもよい。

また、上記に加え、第三レーザ光を射出する第三レーザ光射出装置と、前記第一測定位置及び第四測定位置の一方に設けられた反射部材と、前記第一測定位置及び前記第四測定位置の他方に設けられ前記第三レーザ光を受けてＺ軸方向に射出し前記反射部材で反射された前記第三レーザ光を受光する第三受光部と、を有し、前記第一測定位置と前記第四測定位置とのＺ軸方向の変位を測定する第三測定部を備えるレーザ測定装置であってもよい。

５０ レーザ測定装置
５１ レーザ測定装置
５３ レーザ測定装置
１００ 第一測定装置（第一測定部の一例）
１０２ 半導体レーザ装置（第一レーザ光射出装置の一例）
１０４ 筒部材
１２０ 位置検出素子（第一受光部の一例）
２００ 第二測定装置（第二測定部の一例）
２０２ レーザヘッド（第二レーザ光射出装置の一例）
２０２Ａ レーザヘッド（第三レーザ光射出装置の一例）
２１０ 反射鏡（反射部材の一例）
２１０Ａ 反射鏡（反射部材の一例）
２２０ 干渉計（第二受光部の一例）
２２０Ａ 干渉計（第三受光部の一例）
ＬＡ レーザ光（第一レーザ光の一例）
ＬＢ１ レーザ光（第二レーザ光の一例）
ＬＡＡ レーザ光（第一レーザ光の一例）
ＬＡＢ レーザ光（第一レーザ光の一例）
ＬＢＡ１ レーザ光（第二レーザ光の一例、第三レーザ光の一例）
ＬＢＢ１ レーザ光（第二レーザ光の一例）

Claims (3)

1. 第一測定位置及び第二測定位置の一方に配置され第一レーザ光を水平方向に射出する第一レーザ光射出装置と、前記第一測定位置及び前記第二測定位置の他方に配置され前記第一レーザ光の受光位置を検知する第一受光部と、を有し、前記第一測定位置と前記第二測定位置との鉛直方向の相対変位量を測定する第一測定部と、
   第二レーザ光を射出する第二レーザ光射出装置と、前記第二測定位置及び第三測定位置の一方に設けられた反射部材と、前記第二測定位置及び前記第三測定位置の他方に設けられ前記第二レーザ光を受けて鉛直方向に射出し前記反射部材で反射された前記第二レーザ光を受光する第二受光部と、を有し、前記第二測定位置と前記第三測定位置との鉛直方向の変位を測定する第二測定部と、
   を備えるレーザ測定装置。
2. 第三レーザ光を射出する第三レーザ光射出装置と、前記第一測定位置及び第四測定位置の一方に設けられた反射部材と、前記第一測定位置及び前記第四測定位置の他方に設けられ前記第三レーザ光を受けて鉛直方向に射出し前記反射部材で反射された前記第三レーザ光を受光する第三受光部と、を有し、前記第一測定位置と前記第四測定位置との鉛直方向の変位を測定する第三測定部を備える、
   請求項１に記載のレーザ測定装置。
3. 前記第一測定部には、前記第一レーザ光射出装置と前記第一受光部との間に、前記第一レーザ光が通る筒部材が設けられている、
   請求項１又は請求項２に記載のレーザ測定装置。

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