(57)【要約】【課題】２軸回転機構を構成する第一軸回転機構について、機構設計の複雑さを大幅に簡便化する。【解決手段】測定の基準をなす基準球３４と、測定対象１０に配設される再帰的反射手段１２と、該再帰的反射手段１２との距離の増減に応じて測定値を出力するレーザ干渉測長機２０と、該レーザ干渉測長機２０の出射ビーム（２２）を前記基準球３４を中心として回動するための２軸回動機構３０とを有し、前記基準球３４の中心座標を基準とし、前記２軸回転機構３０に載ったレーザ干渉測長機２０からの出射光（２２）と戻り光の光軸が平行となる再帰的反射手段１２との距離を測定する光軸偏向型レーザ干渉計において、装置の基部５０に設置される第一軸回転機構３１の固定部３１Ｂを内周に配置して、これに前記基準球３４を設置すると共に、前記固定部３１Ｂの外周に第一軸回転機構３１の可動部３１Ａを設置し、これに第二軸回転機構３２を搭載する。【選択図】図５
2008203015.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定の基準をなす基準球と、
測定対象に配設される再帰的反射手段と、
該再帰的反射手段との距離の増減に応じて測定値を出力するレーザ干渉測長機と、
該レーザ干渉測長機の出射ビームを前記基準球を中心として回動するための２軸回動機構とを有し、
前記基準球の中心座標を基準とし、前記２軸回転機構に載ったレーザ干渉測長機からの出射光と戻り光の光軸が平行となる再帰的反射手段との距離を測定する光軸偏向型レーザ干渉計において、
装置の基部に設置される第一軸回転機構の固定部を内周に配置して、これに前記基準球を設置すると共に、
前記固定部の外周に第一軸回転機構の可動部を設置して、これに第二軸回転機構を搭載したことを特徴とする光軸偏向型レーザ干渉計。
【請求項２】
前記第二軸回転機構が、前記基準球を挟んで、その両側に配設された軸を有することを特徴とする請求項１に記載の光軸偏向型レーザ干渉計。
【請求項３】
前記第二軸回転機構が、前記基準球の片側に配設された軸を有することを特徴とする請求項１に記載の光軸偏向型レーザ干渉計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定の基準をなす基準球と、測定対象に配設される再帰的反射手段と、該再帰的反射手段との距離の増減に応じて測定値を出力するレーザ干渉測長機と、該レーザ干渉測長機の出射ビームを前記基準球を中心として回動するための２軸回動機構とを有し、前記基準球の中心座標を基準とし、前記２軸回転機構に載ったレーザ干渉測長機からの出射光と戻り光の光軸が平行となる再帰的反射手段との距離を測定する光軸偏向型レーザ干渉計に関する。特に、２軸回転機構を構成する第一軸回転軸機構について、機構設計の複雑さを大幅に簡便化することが可能な光軸偏向型レーザ干渉計に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１に例示する如く、測定対象１０に配設される再帰的反射手段（レトロリフレクタとも称する）１２に向けてレーザ干渉測長機２０からレーザビーム（測定光ビームと称する）２２を照射し、前記再帰的反射手段１２によって戻り方向に反射されたレーザビームの干渉を利用して前記再帰的反射手段１２の変位を検出すると共に、２軸回転機構３０による前記測定光ビーム２２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光軸偏向型レーザ干渉計（追尾式レーザ干渉計とも称する）が知られている。図において、２４は光源、２６は、２軸回転機構３０の中心に設置される基準球３４の表面とレーザ干渉測長機２０との相対変位を測定するための、ターゲット（１２）に対して正反対方向に出射されたレーザビーム、３４は、測定の基準となる基準球、３６は、２軸回転機構３０上にレーザ干渉測長機２０を載せるためのキャリッジ、４０は、基準球３４を固定するための支持部である。
【０００３】
このように２軸回転機構３０を伴う光軸偏向型レーザ干渉計においては、中心に設置され、測定基準となる基準球３４の周囲に、互いに直交する２軸の回転機構３０を構築する必要があるが、該２軸回転機構３０の回転中心と基準球３４の中心を一致させ、且つ、簡便で信頼性の高い機構を実現することが容易ではない。
【０００４】
例えば、特許文献１は、図２に示す如く、ジンバル構造を基本とするものを記載している。図において、３１は第一軸回転機構、３２は第二軸回転機構、５０は、装置の基部である。
【０００５】
又、特許文献２は、図３に示す如く、基準球３４の輪郭を活用し、又、導光のための光ファイバも活用した２軸回転機構を記載している。図において、３１Ｒは、２軸回転機構３０のジンバル機構を構成する第一軸回転機構３１の円環、３１Ｍは、その駆動モータ、３２Ｒは、２軸回転機構３０のジンバル機構を構成する第二軸回転機構３２の円環、３２Ｍは、その駆動モータである。
【０００６】
又、特許文献３は、図４に示す如く、（１）基準球を支持する基準球支持部４０と、（２）第一軸回転機構３１を構成する第一軸回転機構可動部３１Ａと、（３）同じく第一軸回転機構３１を構成する第一軸回転機構固定部３１Ｂとを有し、中心から同軸配置をとって、（１）基準球支持部４０、（２）第一軸回転機構可動部３１Ａ、（３）第一軸回転機構固定部３１Ｂを有する三体構造の２軸回転機構３０を記載している。
【０００７】
【特許文献１】特許第２６０３４２９号公報
【特許文献２】ヨーロッパ特許ＥＰ０９１９８３０Ａ２号公報
【特許文献３】ドイツ特許ＤＥ２０２００４００７６４７Ｕ１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載された２軸回転機構は、レーザ干渉測長機２０の光を２軸回転機構３０に導くための手段として、ビームベンダによる導光を行っているので、光源の導光の為だけに既に相当に複雑な機構設計を実施する必要がある。
【０００９】
又、特許文献２においても、機構設計は、２軸とも基準球３４を取り囲む構成を採用しており、依然として複雑なままである。特に、レーザ干渉測長機２０の出射方向を変えるために、ジンバル機構を構成する２本の円環３１Ｒ、３２Ｒを経由し、更に、これらに対する摺動機構を経由して制御する必要がある。このような複雑な機構は、それを設計した機構として動作させるだけでも十分に高コストとなる。更に、光軸偏向型レーザ干渉計の場合、ターゲットの移動に伴って２軸回転機構３０をフィードバック制御する必要性が生じる場合も有る。この場合は、摩擦やバックラッシュなど、制御に悪影響を及ぼす恐れのある非線形現象を機構設計の段階で最少化する必要があり、更に高コストとなる。従って、特許文献２の技術による限り、工業的に極めて高コストの設計を実施することが余儀なくされる。
【００１０】
一方、特許文献３に記載された機構は、特許文献２に記載された機構と比べて、大幅に簡略化が図られており、第一軸とそれに直交する第二軸は、明瞭に機構設計の段階で分離されている。しかしながら、基準球３４を支持する基準球支持部４０は、第一軸回転機構３１のいずれの部品からも切り離されている為、第一軸回転機構３１の中心を貫通する長い基準球支持部４０を準備する必要がある。基準球３４の中心座標は、光軸偏向型レーザ干渉計の測定基準となる重要な部品であるから、それを支持する基準球支持部４０の機械的な安定度は、機構設計の際の重要な仕様項目である。例えば、固有振動数や熱膨張に起因する基準球中心座標の予期せぬ変位などを適切な範囲に管理する必要がある。この点において、特許文献３に記載された機構設計は、必ずしも最適化されているとは言えない。
【００１１】
即ち、光軸偏向型レーザ干渉計の設置環境を過剰に厳しく制限することは現実的でないため、仮に基準球支持部４０の熱膨張に起因する予期せぬ変位を低減しようとすると、熱膨張係数の低い材質の採用を検討することになる。一般に、熱膨張係数の低い材質の機械的性質、特に共振周波数に影響する比剛性は、機械構造用材料に比べて低い。特許文献３の基準球支持部４０は、縦横比の大きな細長い形状とする必要があり、この点での最適化が困難である。
【００１２】
更に、第一軸回転機構３１は、第二軸や干渉計、変位計など、それが支持する機構の重量が嵩むことから、回転精度や重量など、求められる機能を満たした上で経済的な設計を行う必要がある。
【００１３】
本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、２軸回転機構を構成する第一軸回転機構の機構設計の複雑さを大幅に簡便化することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、測定の基準をなす基準球と、測定対象に配設される再帰的反射手段と、該再帰的反射手段との距離の増減に応じて測定値を出力するレーザ干渉測長機と、該レーザ干渉測長機の出射ビームを前記基準球を中心として回動するための２軸回動機構とを有し、前記基準球の中心座標を基準とし、前記２軸回転機構に載ったレーザ干渉測長機からの出射光と戻り光の光軸が平行となる再帰的反射手段との距離を測定する光軸偏向型レーザ干渉計において、装置の基部に設置される第一軸回転機構の固定部を内周に配置して、これに前記基準球を設置すると共に、前記固定部の外周に第一軸回転機構の可動部を設置して、これに第二軸回転機構を搭載することにより、前記課題を解決したものである。
【００１５】
前記第二軸回転機構は、前記基準球を挟んで、その両側に配設された軸、又は、前記基準球の片側に配設された軸を有することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、特許文献３に記載された三体構造を合理化して、基準球支持部と第一軸回転機構の固定部を一体化し、第一軸回転機構の中心部を細長く貫通する基準球支持部を省略して、第一軸回転機構可動部との二体構造を採用することができる。結果として、機構設計、部品加工、組立調整を簡便に実施することができ、低コストの製造を実現することができる。又、よりコンパクトな機構を実現できる。
【００１７】
又、例えば図４に示した先行技術では、相対的に内側に位置する可動部を駆動する為の余分なスペースを設ける必要があったが、本発明によれば、第一軸回転機構の可動部を外側に設けたので、外部から例えばベルトにより駆動でき、この余分なスペースも必要無くなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１９】
本発明の第１実施形態は、図５に示す如く、装置の基部５０に設置される第一軸回転機構３１の固定部３１Ｂを内周に配置して、これに基準球支持部４０を介して基準球３４を設置すると共に、前記固定部３１Ｂの外周に前記第一軸回転機構３１の可動部３１Ａを設置して、これに第二軸回転機構３２を搭載したものである。
【００２０】
図において、６０は、キャリッジ３６に搭載されたレーザ干渉測長機２０の測定光ビーム２２と反対側の基準球３４表面との距離を測定する為の変位計である。
【００２１】
前記レーザ干渉測長機２０としては、例えばマイケルソン干渉計を用いることができる。
【００２２】
前記第二軸回転機構３２の軸３２Ｃは、基準球３４を挟んで２分割され、その両側に配設されている。
【００２３】
前記変位計６０としては、例えば静電容量式変位計や、渦電流式変位計を用いることができる。これらの変位計は、センサの有効面積が埃や塵の大きさと比較して大きく、センサの横分解能が比較的低いので、基準球３４表面上の埃や塵の影響を受けにくい。なお、変位計としてファイバセンサや各種接触式の変位センサを使用することもできる。
【００２４】
前記基準球３４としては、例えば市販の金属製の球を使用することができる。この球は、工業的に広く使われており、安価である。なお、基準球３４は、金属製の他、セラミックス製、半導体製、ガラス製又は金属コーティングされた球を使用することもできる。但し、変位計として渦電流センサを使用する場合には、金属製か金属コーティングされた球を使用する必要がある。
【００２５】
本実施形態においては、位置を基準点として使用する、固定された基準球３４と再帰的反射手段１２との間の長さの変化量（変位）ΔＬを、次式により算出する。
【００２６】
ΔＬ＝ΔＬ２＋ΔＬ１  ・・・（１）
【００２７】
ここで、ΔＬ１は、前記レーザ干渉測長機２０を用いて計測された、レーザ干渉測長機２０と再帰的反射手段１２との相対的な変位（距離が増える向きを＋とする）である。又、ΔＬ２は、レーザ干渉測長機２０と基準球３４との間に設置された変位計６０と基準球３４の表面との相対的な変位（距離が増える向きを＋とする）である。
【００２８】
高精度な基準球３４の表面は、基準球３４の中心からの距離が高い精度で一定であるので、第一軸回転機構３１及び第二軸回転機構３２が基準球３４の中心を中心として回動した場合でも、基準球３４の中心を基準とした再帰的反射手段１２の変位を高精度に測定することができる。
【００２９】
なお、前記ΔＬ１の測定は、再帰的反射手段１２を測定対象とした公知のマイケルソン干渉計による測定方法で測定することができ、特許文献２等に記載されているので、詳細な説明は省略する。
【００３０】
又、前記再帰的反射手段１２の自動的な追尾方法も、特許文献２等に記載されている方法と同じであるので、説明は省略する。
【００３１】
本実施形態では、第二軸回転機構３２が、基準球３４を挟んで、その両側に配設された軸３２Ｃを有するので、安定性が高い。
【００３２】
次に、図６を参照して、本発明の第２実施形態を詳細に説明する。
【００３３】
本実施形態は、第二軸回転機構３２の軸３２Ｃが、基準球３４の片側（図の左側）に設けられている点が、前記第１実施形態と異なる。他の点については第１実施形態と同様であるので、説明は省略する。
【００３４】
本実施形態では、第二軸回転機構３２が、基準球３４の片側に配設された軸を有するので、基準球３４の片側（図の右側）が開放されており、配置の自由度が高い。
【００３５】
前記実施形態においては、いずれも、変位計６０が１つであるため、構成が簡略である。なお、変位計を複数設けて、変位計出力の温度ドリフト等を補償することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】従来の光軸偏向型レーザ干渉計の光学系の一例を示す光路図
【図２】特許文献１に記載された光軸偏向型レーザ干渉計の２軸回転機構の構成を示す斜視図
【図３】特許文献２に記載された光軸偏向型レーザ干渉計の２軸回転機構を示す斜視図
【図４】特許文献３に記載された光軸偏向型レーザ干渉計の２軸回転機構を示す断面図
【図５】本発明の第１実施形態の構成を示す断面図
【図６】同じく第２実施形態の構成を示す断面図
【符号の説明】
【００３７】
１０…測定対象
１２…再帰的反射手段
２０…レーザ干渉測長機
２２…測定光ビーム
３０…２軸回転機構
３１…第一軸回転機構
３１Ａ…可動部
３１Ｂ…固定部
３２…第二軸回転機構
３２Ｃ…軸
３４…基準球
４０…基準球支持部
５０…基部
６０…変位計
【図１】
2008203015.tif 000003
【図２】
2008203015.tif 000004
【図３】
2008203015.tif 000005
【図４】
2008203015.tif 000006
【図５】
2008203015.tif 000007
【図６】
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