(57)【要約】【課題】回転機構の回転角度を適切に取得することができる追尾式レーザ干渉測長計の提供。【解決手段】追尾式レーザ干渉測長計１は、第１の再帰反射体としての測定基準器２と、被測定物Ｗに取り付けられる第２の再帰反射体としてのターゲット３と、測定基準器２にレーザ光源から出射される光を導くとともに、測定基準器２にて反射された光を出射する本体部４と、測定基準器２を中心として本体部４を回転させる回転機構５と、回転機構５を制御する制御装置６とを備える。本体部４は、測定基準器２にて反射された光を受光し、受光した光の位置を検出する二次元ＰＳＤを備える。制御装置６は、回転機構５の回転角度を取得する角度取得部６３と、二次元ＰＳＤにて検出される光の位置に基づいて、角度取得部６３にて取得される回転機構５の回転角度を補正する角度補正部６４とを備える。【選択図】図１
2011064610.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の位置に設けられ、入射する光と平行な光を反射する第１の再帰反射体と、被測定物に取り付けられる第２の再帰反射体と、前記第１の再帰反射体にレーザ光源から出射される光を導くとともに、前記第１の再帰反射体にて反射された光を出射する本体部と、前記第１の再帰反射体を中心として前記本体部を回転させる回転機構と、前記本体部から出射され、前記第２の再帰反射体にて反射される光に基づいて、前記回転機構を制御する制御装置とを備え、前記第２の再帰反射体を追尾しながら前記各再帰反射体間の距離を測定する追尾式レーザ干渉測長計であって、
前記本体部は、
前記第１の再帰反射体にて反射された光を受光し、受光した光の位置を検出する受光素子を備え、
前記制御装置は、
前記回転機構の回転角度を取得する角度取得部と、
前記受光素子にて検出される光の位置に基づいて、前記角度取得部にて検出される前記回転機構の回転角度を補正する角度補正部とを備えることを特徴とする追尾式レーザ干渉測長計。
【請求項２】
請求項１に記載の追尾式レーザ干渉測長計において、
前記制御装置は、
前記角度補正部にて補正された前記回転機構の回転角度と、前記各再帰反射体間の距離とに基づいて、前記第２の再帰反射体の位置を算出する位置算出部を備えることを特徴とする追尾式レーザ干渉測長計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、追尾式レーザ干渉測長計に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、所定の位置に設けられ、入射する光と平行な光を反射する第１の再帰反射体と、被測定物に取り付けられる第２の再帰反射体と、第１の再帰反射体にレーザ光源から出射される光を導くとともに、第１の再帰反射体にて反射された光を出射する本体部と、第１の再帰反射体を中心として本体部を回転させる回転機構と、本体部から出射され、第２の再帰反射体にて反射される光に基づいて、回転機構を制御する制御装置とを備え、第２の再帰反射体を追尾しながら各再帰反射体間の距離を測定する追尾式レーザ干渉測長計が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に記載の追尾式レーザ干渉計（追尾式レーザ干渉測長計）は、２つのキャッツアイ（第１の再帰反射体、及び第２の再帰反射体）と、回転部（本体部）と、回転機構としての支持枠、及び２つのモータと、制御装置とを備え、第２の再帰反射体としてのキャッツアイを追尾しながら各キャッツアイ間の距離を測定している。
また、特許文献１に記載の追尾式レーザ干渉計では、回転機構は、第１の再帰反射体としてのキャッツアイを中心とし、回転機構が回転していない状態において、このキャッツアイに対して入射する光の進行方向と直交する２軸を回転軸として回転部を回転させる。したがって、特許文献１に記載の追尾式レーザ干渉計では、回転機構の回転角度と、各キャッツアイ間の距離とに基づいて、移動体の位置を算出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−１２０２１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、回転機構には運動誤差が生じるので、特許文献１に記載の追尾式レーザ干渉計では、回転機構の回転角度を適切に取得することができず、ひいては移動体の位置を適切に算出することができないという問題がある。
【０００６】
本発明の目的は、回転機構の回転角度を適切に取得することができる追尾式レーザ干渉測長計を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の追尾式レーザ干渉測長計は、所定の位置に設けられ、入射する光と平行な光を反射する第１の再帰反射体と、被測定物に取り付けられる第２の再帰反射体と、前記第１の再帰反射体にレーザ光源から出射される光を導くとともに、前記第１の再帰反射体にて反射された光を出射する本体部と、前記第１の再帰反射体を中心として前記本体部を回転させる回転機構と、前記本体部から出射され、前記第２の再帰反射体にて反射される光に基づいて、前記回転機構を制御する制御装置とを備え、前記第２の再帰反射体を追尾しながら前記各再帰反射体間の距離を測定する追尾式レーザ干渉測長計であって、前記本体部は、前記第１の再帰反射体にて反射された光を受光し、受光した光の位置を検出する受光素子を備え、前記制御装置は、前記回転機構の回転角度を取得する角度取得部と、前記受光素子にて検出される光の位置に基づいて、前記角度取得部にて取得される前記回転機構の回転角度を補正する角度補正部とを備えることを特徴とする。
【０００８】
ここで、屈折率２の球体、レトロリフレクタ、及びキャッツアイなどの再帰反射体は、中心に向かって入射する光を入射する光と同一の光路で反射させ、中心からずれて入射する光を入射する光とは異なる経路で反射させる。なお、再帰反射体の中心は、再帰反射体の構成によって異なるものであり、例えば、屈折率２の球体では、球体の中心となる。
また、回転機構は、本体部を第１の再帰反射体を中心として回転させるので、回転機構に運動誤差が生じない場合には、第１の再帰反射体に入射する光は、本体部の回転に係わらず第１の再帰反射体の中心に向かって入射し、入射する光と同一の光路で反射される。しかしながら、回転機構に運動誤差が生じる場合には、第１の再帰反射体に入射する光は、再帰反射体の中心からずれて入射し、入射する光とは異なる光路で反射されることになる。
【０００９】
したがって、本発明によれば、本体部は、第１の再帰反射体にて反射された光を受光し、受光した光の位置を検出する受光素子を備えるので、受光素子にて検出される光の位置は、回転機構に運動誤差が生じない場合には変位せず、回転機構に運動誤差が生じる場合には変位することになる。
そして、制御装置は、回転機構の回転角度を取得する角度取得部と、受光素子にて受光される光の位置に基づいて、角度取得部にて取得される回転機構の回転角度を補正する角度補正部とを備えるので、回転機構の回転角度を適切に取得することができる。
【００１０】
本発明では、前記制御装置は、前記角度補正部にて補正された前記回転機構の回転角度と、前記各再帰反射体間の距離とに基づいて、前記第２の再帰反射体の位置を算出する位置算出部を備えることが好ましい。
【００１１】
このような構成によれば、制御装置は、角度補正部にて補正された回転機構の回転角度に基づいて、第２の再帰反射体の位置を算出する位置算出部を備えるので、被測定物の位置を適切に算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係る追尾式レーザ干渉測長計を示す模式図。
【図２】前記実施形態における測定基準器、及びターゲットに用いられる再帰反射体の一例を示す図。
【図３】前記実施形態における本体部に配設される光学系を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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、本発明の一実施形態に係る追尾式レーザ干渉測長計１を示す模式図である。
追尾式レーザ干渉測長計１は、図１に示すように、所定の位置に設けられ、入射する光と平行な光を反射する第１の再帰反射体としての測定基準器２と、被測定物Ｗに取り付けられる第２の再帰反射体としてのターゲット３と、測定基準器２にレーザ光源ＬＳ（図３参照）から出射される光を導くとともに、測定基準器２にて反射された光を出射する本体部４と、測定基準器２を中心として本体部４を回転させる回転機構５と、本体部４から出射され、ターゲット３にて反射される光に基づいて、回転機構５を制御する制御装置６とを備える。
【００１４】
この追尾式レーザ干渉測長計１は、ターゲット３を追尾しながら測定基準器２、及びターゲット３の間の距離Ｄを測定するものである。
なお、図１では、回転機構５が回転していない状態において、本体部４から出射される光の進行方向（図１中右方向）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軸とする。以下の図面においても同様である。
【００１５】
図２は、測定基準器２、及びターゲット３に用いられる再帰反射体の一例を示す図である。なお、図２では、再帰反射体に入射する光と、再帰反射体にて反射される光を矢印付きの破線で示し、この矢印は、光の進行方向を示している。
測定基準器２、及びターゲット３には、再帰反射体として、例えば、図２に示すように、屈折率２の球体が用いられる。この測定基準器２、及びターゲット３は、中心Ｏに向かって入射する光を入射する光と同一の光路（図２中二点鎖線）で反射させ、中心からずれて入射する光を入射する光とは異なる経路（図２中破線）で反射させる。
【００１６】
図３は、本体部４に配設される光学系７を示す模式図である。なお、図３では、測定基準器２、ターゲット３、及び光学系７を含む追尾式レーザ干渉測長計１の光軸を二点鎖線で示している。
本体部４は、図３に示すように、測定基準器２、及びターゲット３の間に配設される光学系７を備える。
光学系７は、測定基準器２にレーザ光源ＬＳから出射される光を導くとともに、測定基準器２、及びターゲット３の間の距離Ｄを測定するための測長光学系８と、測定基準器２にて反射された光、及び本体部４から出射され、ターゲット３にて反射される光を検出するための検出光学系９とを備える。
【００１７】
測長光学系８は、レーザ光源ＬＳの光路後段に配設され、レーザ光源ＬＳから出射される光を分離する偏光ビームスプリッタ８１と、偏光ビームスプリッタ８１、及び測定基準器２の間に配設され、入射する光の位相を９０°遅らせる１／４波長板８２と、偏光ビームスプリッタ８１、及び検出光学系９の間に配設される１／４波長板８３と、偏光ビームスプリッタ８１のレーザ光源ＬＳ側の面とは反対側の面に設けられる偏光板８４とを備える。
偏光ビームスプリッタ８１は、偏光分離膜８１Ａを有し、偏光分離膜８１Ａに対してＰ偏光の光を透過させ、Ｓ偏光の光を反射させる。
偏光板８４は、所定の偏光方向を有する光のみを透過させるものであり、偏光分離膜８１Ａに対してＰ偏光、及びＳ偏光の光を透過させるように配設されている。
【００１８】
検出光学系９は、測長光学系８、及びターゲット３の間に配設されるビームスプリッタ９１と、レーザ光源ＬＳ側とは反対側に配設される二次元ＰＳＤ（Position Sensitive Detector）９２と、レーザ光源ＬＳ側に配設される二次元ＰＳＤ９３とを備える。
ビームスプリッタ９１は、入射する光の一部を界面９１Ａにて反射させるとともに、他の一部を透過させる。
二次元ＰＳＤ９２，９３は、受光した光の位置を検出するものであり、二次元ＰＳＤ９２は、測長光学系８側からビームスプリッタ９１に入射して界面９１Ａにて反射される光を受光する位置に配設され、二次元ＰＳＤ９３は、ターゲット３側からビームスプリッタ９１に入射して界面９１Ａにて反射された光を受光する位置に配設される。
【００１９】
次に、追尾式レーザ干渉測長計１における光の光路について説明する。
レーザ光源ＬＳから出射される光は、偏光ビームスプリッタ８１に入射する。
偏光ビームスプリッタ８１に入射した光のうち、偏光分離膜８１Ａに対してＳ偏光の光は、偏光分離膜８１Ａにて反射され、測定基準器２に入射する（以下、測定光とする）。また、Ｐ偏光の光は、偏光分離膜８１Ａを透過して偏光板８４に入射する（以下、参照光とする）。
【００２０】
測定基準器２に入射した測定光は、測定基準器２にて反射され、偏光ビームスプリッタ８１に再び入射する。このとき、測定光は、１／４波長板８２を２度通過しているので、偏光方向が９０度回転し、偏光分離膜８１Ａに対してＰ偏光の光となる。したがって、偏光ビームスプリッタ８１に再び入射した測定光は、偏光分離膜８１Ａを透過してビームスプリッタ９１に入射する。
ビームスプリッタ９１に入射した測定光の一部は、界面９１Ａにて反射され、二次元ＰＳＤ９２にて受光される。また、他の一部は、界面９１Ａを透過して本体部４から出射される。すなわち、本実施形態では、受光素子は、二次元ＰＳＤ９２で構成されている。
【００２１】
本体部４から出射された測定光は、ターゲット３にて反射され、ビームスプリッタ９１に再び入射する。
ビームスプリッタ９１に再び入射した測定光の一部は、界面９１Ａにて反射され、二次元ＰＳＤ９３にて受光される。また、他の一部は、界面９１Ａを透過して偏光ビームスプリッタ８１に再び入射する。このとき、測定光は、１／４波長板８３を２度通過しているので、偏光方向が９０度回転し、偏光分離膜８１Ａに対してＳ偏光の光となる。したがって、偏光ビームスプリッタ８１に再び入射した測定光は、偏光分離膜８１Ａにて反射され、偏光板８４に入射する。
そして、偏光板８４に入射した測定光、及び参照光は、干渉光となって偏光板８４から出射される。なお、偏光板８４から出射される干渉光は、受光装置（図示略）にて受光される。
【００２２】
回転機構５は、図１に示すように、測定基準器２の中心Ｏを通り（図３参照）、Ｙ軸と平行な軸を回転軸（以下、ｙ軸とする）として本体部４を回転可能に支持する支持部材５１と、測定基準器２の中心Ｏを通り、Ｘ軸と平行な軸を回転軸（以下、ｘ軸とする）として支持部材５１を回転可能に支持するテーブル５２とを備える。
なお、図示は省略するが、回転機構５は、支持部材５１をｘ軸まわり（図３中矢印Ａ）に回転させるｘ軸駆動部と、本体部４をｙ軸まわり（図３中矢印Ｂ）に回転させるｙ軸駆動部とを備え、各駆動部は、制御装置６による制御の下で支持部材５１、及び本体部４を駆動する。また、回転機構５は、支持部材５１のｘ軸まわりの回転角度、及び本体部４のｙ軸まわりの回転角度を検出するセンサを備える。すなわち、回転機構５は、測定基準器２の中心Ｏを中心とし、回転機構５が回転していない状態において、測定基準器２に対して入射する光の進行方向（−Ｚ軸方向）と直交する２軸を回転軸として本体部４を回転させる。
【００２３】
制御装置６は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）や、メモリ等を備えて構成され、追尾式レーザ干渉測長計１を制御するものであり、図１に示すように、追尾制御部６１と、距離算出部６２と、角度取得部６３と、角度補正部６４と、位置算出部６５とを備える。
追尾制御部６１は、ターゲット３にて反射される光に基づいて、回転機構５を制御することでターゲット３を追尾する。具体的に、ターゲット３は、再帰反射体であるので、被測定物Ｗの移動に伴ってターゲット３が移動すると、ターゲット３にて反射され、二次元ＰＳＤ９３にて検出される光の位置は変位することになる。したがって、追尾制御部６１は、二次元ＰＳＤ９３にて検出される光の位置に基づいて、回転機構５を制御することで本体部４から出射される光の進行方向を制御してターゲット３を追尾することができる。
【００２４】
距離算出部６２は、偏光板８４から出射され、前述した受光装置にて受光された干渉光に基づいて、測定基準器２、及びターゲット３の間の距離Ｄを算出する。
角度取得部６３は、本体部４のｘ，ｙ軸まわりの回転角度、すなわち回転機構５の回転角度を前述した回転機構５のセンサを介して取得する。
【００２５】
角度補正部６４は、二次元ＰＳＤ９２にて検出される光の位置に基づいて、角度取得部６３にて取得される回転機構５の回転角度を補正する。具体的に、測定基準器２は、再帰反射体であるので、回転機構５に運動誤差が生じる場合には、二次元ＰＳＤ９２にて検出される光の位置は変位することになる。したがって、角度補正部６４は、二次元ＰＳＤ９２にて検出される光の位置に基づいて、角度取得部６３にて取得される回転機構５の回転角度を補正することができる。
位置算出部６５は、角度補正部６４にて補正された回転機構５の回転角度と、距離算出部６２にて算出される測定基準器２、及びターゲット３の間の距離Ｄとに基づいて、ターゲット３の位置を算出する。
【００２６】
このような本実施形態によれば以下の効果がある。
（１）制御装置６は、回転機構５の回転角度を取得する角度取得部６３と、二次元ＰＳＤ９２にて受光される光の位置に基づいて、角度取得部６３にて取得される回転機構５の回転角度を補正する角度補正部６４とを備えるので、回転機構５の回転角度を適切に取得することができる。
（２）制御装置６は、角度補正部６４にて補正された回転機構５の回転角度に基づいて、ターゲット３の位置を算出する位置算出部６５を備えるので、被測定物Ｗの位置を適切に算出することができる。
【００２７】
〔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、前記実施形態では、制御装置６は、ターゲット３の位置を算出する位置算出部６５を備えていた。これに対して、制御装置は、位置算出部を備えていなくてもよい。要するに、制御装置は、角度取得部と、角度補正部とを備えていればよい。
前記実施形態では、受光素子は、二次元ＰＳＤ９２で構成されていた。これに対して、受光素子は、４分割フォトダイオードなどで構成されていてもよい。要するに、受光素子は、受光した光の位置を検出するものであればよい。
【００２８】
前記実施形態では、第１の再帰反射体、及び第２の再帰反射体として、屈折率２の球体を用いていたが、レトロリフレクタや、キャッツアイなどを用いてもよい。
前記実施形態では、回転機構５は、ｘ，ｙ軸の２つの回転軸で本体部４を回転させていた。これに対して、回転機構は、１つの回転軸で本体部を回転させてもよく、３つ以上の回転軸で本体部を回転させてもよい。要するに、回転機構は、第１の再帰反射体を中心として本体部を回転させるものであればよい。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明は、追尾式レーザ干渉測長計に好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００３０】
１…追尾式レーザ干渉測長計
２…測定基準器（第１の再帰反射体）
３…ターゲット（第２の再帰反射体）
４…本体部
５…回転機構
６…制御装置
６３…角度取得部
６４…角度補正部
６５…位置算出部
９２…二次元ＰＳＤ（受光素子）
ＬＳ…レーザ光源
Ｗ…被測定物
【図１】
2011064610.tif 000003
【図２】
2011064610.tif 000004
【図３】
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