(57)【要約】【課題】単一の光束を用いても複数方向の変位を測定可能な測定装置の提供。【解決手段】光束を照射される基準点Ｏを中心として当該基準点Ｏを囲繞するように並べられた少なくとも４つの受光面２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄと、基準点Ｏに向かって、測定されるべき被対象物Ｐを含むように光束Ｌを照射する光源１と、それぞれの受光面２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄに入射した光束の強度の差を用いて被対象物Ｐの光束に垂直なＸＹ平面上の位置を算出するための算出部３と、を有する測定装置１００。【選択図】図２
2016070830.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光束を照射される基準点を中心として当該基準点を囲繞するように並べられた少なくとも４つの受光面と、
前記基準点に向かって、測定されるべき被対象物を含むように前記光束を照射する光源と、
それぞれの前記受光面に入射した前記光束の強度の差を用いて前記被対象物の前記光束に垂直な平面上の位置を算出するための算出部と、を有する測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の測定装置において、
前記受光面は、前記受光面に平行で前記基準点で互いに直交する２軸に対して、互いに対となるように線対称に配置されることを特徴とする測定装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の測定装置において、
前記算出部は、前記それぞれの受光面に入射した前記光束の強度の差を用いて前記光束の強度分布を測定する測定部を有する測定装置。
【請求項４】
光束を照射される基準点を中心として当該基準点を囲繞するように並べられた少なくとも４つの受光面と、
前記基準点に向かって、測定されるべき被対象物を含むように前記光束を射出する光源と、
前記受光面に入射した前記光束の強度の差を用いて前記被対象物の前記光束に垂直な平面上の位置を算出するための算出部と、
前記受光面に入射した前記光束の強度の差を用いて前記光束の強度分布を測定する測定部と、を用いて、
前記被対象物が前記光束の光路外にある状態で、前記強度分布が前記基準点に対して対称になるように前記光束の位置を調整する初期化ステップと、
前記被対象物が前記光束の光路内にある状態で、前記受光面に入射した前記光束の強度の差を用いて前記算出部が前記被対象物の前記光束に垂直な平面上の位置を測定する位置測定ステップと、を有し、
前記初期化ステップで前記光束の位置を調整した上で位置測定ステップで前記被対象物の前記平面上の位置を測定する測定方法。
【請求項５】
光束を照射される基準点を中心として当該基準点を囲繞するように並べられた少なくとも４つの受光面と、
前記基準点に向かって、測定されるべき被対象物を含むように前記光束を射出する光源と、
前記受光面に入射した前記光束の強度の差を用いて前記被対象物の前記光束に垂直な平面上の位置を算出するための算出部と、
前記受光面に入射した前記光束の強度の差を用いて前記光束の強度分布を測定する測定部と、を用いて、
前記測定部が前記光束の強度の差を用いて前記光束の強度分布を測定する分布測定ステップと、
前記被対象物が前記光束の光路内にある状態で、前記強度分布と、前記４つの受光面に入射した前記光束の強度の差とを用いて前記算出部が前記被対象物の前記光束に垂直な平面上の位置を測定する位置測定ステップと、を有し、
前記分布測定ステップで前記強度分布を測定した上で位置測定ステップで前記被対象物の前記平面上の位置を測定する測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定装置及び測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
測定対象の振動等の微小な移動を測定する方法として、加速度や速度を測定し、変位に変換する測定方法あるいはこのような測定方法を用いた測定装置が広く知られている。
【０００３】
このような測定装置では、加速度や速度が極端に変動するような、例えばパルスでの駆動を行うＭＥＭＳや圧電素子を応用したアクチュエータなどを駆動源とした微小振動を、精度良く測定することは困難である。
一方、対象物の微小振動を直接測定する測定装置としては、レーザー等の光束を用いて、測定対象物の微小な移動量を測定する装置が知られている（例えば特許文献１、２、非特許文献１参照）。
【０００４】
従来のレーザー等の光束を用いて対象物の微小振動を直接測定する装置においては、対象物の振動方向が、設置された受光面に対して垂直な方向を含むため、変位を測定したい方向が複数あった場合に、複数の光束が必要になるという問題があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、以上のような課題に鑑みてなされたものであり、単一の光束を用いても測定対象の複数方向の変位を測定可能な測定装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決するため、本発明にかかる測定装置は、光束を照射される基準点を中心として当該基準点を囲繞するように並べられた少なくとも４つの受光面と、前記基準点に向かって、測定されるべき被対象物を含むように前記光束を照射する光源と、それぞれの前記受光面に入射した前記光束の強度の差を用いて前記被対象物の前記光束に垂直な平面上の位置を算出するための算出部と、を有する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、単一の光束を用いても測定対象の複数方向の変位を測定可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態における測定装置の構成の一例を示す図である。
【図２】図１に示した測定装置の構成の一例を示す斜視図である。
【図３】図１に示した受光素子とレーザーとの位置関係の一例を示す図である。
【図４】本発明の実施形態における測定方法の一例を示すブロック図である。
【図５】図３に示した受光素子において、被測定物が移動したときの位置関係の一例を示す模式図である。
【図６】図４に示した測定方法によって測定された被測定物の位置の測定結果の一例を表す図である。
【図７】図１に示した受光素子の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の実施形態として、測定装置の構成の一例を図１に示す。
なお、光源から射出された光束の光軸方向たる光軸の進行方向である鉛直方向をＺ軸、光軸方向に垂直な方向のうち、図１の紙面に垂直な方向をＸ軸と定め、Ｚ軸およびＸ軸にそれぞれ垂直な方向をＹ軸と定める。なお、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸それぞれの方向について、図１に示す矢印の方向をそれぞれ正方向と定める。
【００１０】
測定装置１００は、Ｚ方向に平行な光束Ｌとして探査光たるレーザーを射出する光源１と、光束Ｌを受光する受光部２と、受光部２に入射した光束Ｌの強度を用いて後述する鋼球ＰのＸＹ平面上の位置を算出するための算出部３と、を有している。
測定装置１００は、光源１と受光部２との間の光束Ｌの光路上に、測定の対象となる測定基準体たる被対象物としての鋼球Ｐを載置する透明な支持台４を有している。
測定装置１００は、光源１と受光部２と算出部３と支持台４とを支持する支持構造５を有している。
支持構造５は、測定装置１００全体の基盤となる基台５Ａと、光源１を基台５Ａに対して支持する光源支持部５Ｂと、受光部２と算出部３とを基台５Ａに対して支持する受光支持部５Ｃと、支持台４をＸＹ平面に可動に基台５Ａに対して支持する可動支持部５Ｄと、を有している。
【００１１】
光源１は、本形態では半導体レーザー光源であり、出射した光束の光軸がＺ方向と平行となるように設置されている。光源１は、図１においては、光軸中心が後述する基準点Ｏと一致するように配置されている。
光源１は、Ｚ方向に平行な光束Ｌを射出する光源であれば、半導体レーザー光源の他、ＬＥＤやハロゲンランプなどを用いても良いが、受光部２が十分な出力を得られるよう、レーザー光源を用いることが望ましい。また、Ｈｅ−Ｎｅレーザーなどのその他レーザー光源でも良いことは言うまでもない。
光束Ｌの光路は、光束Ｌが照射される三次元的な範囲としての空間照射領域であり、図１においては光源１と受光部２との間の円柱状の空間を示している。
また、特に光束Ｌの光路上において、光束が照射される面としての面積照射領域を表すときには、照射面という用語を用いる。
【００１２】
算出部３は、受光部２からの出力を用いて鋼球ＰのＸＹ平面上の位置を算出するための位置算出部３１と、受光部２からの出力を用いて光束の強度分布を測定する測定部たる分布測定部３２と、を有している。
算出部３は、測定装置１００内に設けられた演算手段としてのＣＰＵと、記憶手段としてのメインメモリとを用いて鋼球ＰのＸＹ平面上の位置を算出する算出手段である。
位置算出部３１は、ＣＰＵ上あるいはメインメモリ上で動作するプログラムの実行によって実現され、位置算出手段としての機能を有している。
分布測定部３２は、ＣＰＵ上あるいはメインメモリ上で動作するプログラムの実行によって実現され、分布測定手段としての機能を有している。
なお、算出部３は、測定装置１００とは別体で設けられた、例えばパーソナルコンピュータ等の端末でも良い。
【００１３】
受光部２は、図２及び図３に示すように、光源１から照射される光束Ｌの中心を合わせるための目標とされる中心点である基準点Ｏと、基準点Ｏと同一平面上にＸＹ平面と平行に配置された受光手段としての受光素子２１と、を有している。
受光素子２１は、４分割受光素子であり、受光素子２１の光源１に対向する側の面に形成された４つの受光面２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄを有している。
なお、受光面２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄは、各受光面において独立して出力を得られるように、それぞれ独立した受光素子であっても良い。
受光素子２１は、４つの受光面２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄを含む受光部分の大きさが５ｍｍ×５ｍｍであり、各受光面２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ同士の間隔が３０μｍである。
受光面２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄの相互間の間隔３０μｍは、光束Ｌの照射面の面積に対して十分小さくなるように設定されている。すなわち光束Ｌの光軸中心が基準点Ｏと一致した状態では、受光面２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄは、何れも光束Ｌの照射面に少なくとも一部が含まれるように配置されている。
受光面２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄは、基準点Ｏを中心として、基準点Ｏを取り囲むように、言い換えると囲繞するように放射状に配置されている。
【００１４】
鋼球Ｐは、受光面２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ上に射影を作るように、支持台４上に配置された、測定対象となる直径３００μｍの球体である。鋼球Ｐが、光路中に配置されたとき、受光面２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ上に作る射影の幾何学的中心点を幾何中心Ｐ０とする。
なお、鋼球Ｐの大きさ並びに形状は、照射面の範囲内に収まる大きさで適宜設定して良い。
【００１５】
以上のような構成の測定装置１００を用いて、鋼球Ｐの位置を測定する測定方法について述べる。以降の説明においては、光束ＬはＺ軸と平行なので、鋼球Ｐの射影はＺ軸方向から見たときの鋼球Ｐと一致する。
【００１６】
まず、鋼球Ｐの位置を測定する前に、測定装置１００の較正を行う。
初期状態（図４に示すステップＳ１０）において、鋼球Ｐは光束Ｌの光路の外に配置されている。
また、初期状態で光軸中心と基準点Ｏとは必ずしも一致しない。光軸中心と基準点Ｏとの位置がずれている場合においては、受光面２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄのそれぞれの出力Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃ、ＶｄはＶａ≠Ｖｂ≠Ｖｃ≠Ｖｄである。
【００１７】
使用者は、初期状態から、図３に示すように光軸中心が基準点Ｏと一致するように光源１と受光部２との位置を調整する初期化ステップを行う（図４に示すステップＳ１１）。
初期化ステップでは、光束の強度分布が、光軸を中心に対称となるように、ここではＶｂ−Ｖａ＝Ｖｄ−Ｖｃ＝０及びＶａ−Ｖｃ＝Ｖｂ−Ｖｄ＝０となる初期化条件を満たすように、受光部２に対する光源１の位置を調整することで光軸中心を基準点Ｏと一致させる。
初期化ステップでは、鋼球Ｐが光束Ｌの光路の外にある状態で、光束の強度分布が基準点Ｏに対して対称になるように光束の位置が調整される。
【００１８】
初期化ステップにより、光軸中心と基準点Ｏとが一致した状態としてから、光束Ｌの光路の中に収まるように鋼球Ｐを設置する設置ステップを行う（図４に示すステップＳ１２）。
【００１９】
受光面２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄへ投影される鋼球Ｐのそれぞれの射影の大きさが異なる場合には、初期化ステップによって初期化条件を満たすように調整されたにもかかわらず、出力Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃ、Ｖｄが初期化条件を満たさなくなる。
そこで支持台４上の鋼球Ｐの位置を動かし、ふたたび初期化条件を満たすように調整する調整ステップを行う（図４に示すステップＳ１３）。
調整ステップにおいて、幾何中心Ｐ０のＸ軸方向への偏りによって変化する出力Ｖｘは、Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃ、Ｖｄを用いて次のように表すことができる。
【００２０】
【数１】
2016070830.tif 000003
【００２１】
また、幾何中心Ｐ０のＹ軸方向への偏りによって変化する出力Ｖｙについても同様にして表すことができる。
【００２２】
【数２】
2016070830.tif 000004
【００２３】
なお、調整ステップにおいては、例えば可動支持部５Ｄを基台５Ａに対して動かして鋼球Ｐの位置を動かしても良いし、光源支持部５Ｂと受光支持部５Ｃとを一体に基台５Ａに対して動かして鋼球Ｐの位置を動かしても良い。
調整ステップにより、Ｖｘ＝０及びＶｙ＝０となったとき、幾何中心Ｐ０が基準点Ｏと一致する。
【００２４】
調整ステップを行い、鋼球Ｐの射影の幾何中心Ｐ０が基準点Ｏと一致した状態を基準状態とする。
基準状態から、図５に示すように、幾何中心Ｐ０がＸ軸方向にＰｘ、Ｙ軸方向にＰｙだけ移動した状態を考える。
このとき、基準状態において初期化条件を満たしていた出力Ｖｘ、Ｖｙが、Ｐｘ、Ｐｙの変位によって変動する。
【００２５】
このときの出力Ｖｘ及びＶｙの変化量は、例えば光束の強度分布と受光素子２１の感度が照射面内において完全に一様であれば、数式１、数式２に示すように、幾何中心Ｐ０が移動したことによって覆い隠される面積の比のみによって表すことができる。
実際の測定においては、単位出力あたりの鋼球Ｐの変位量は、光束の強度分布や受光面２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄの感度の違いなどによって変動する。従って、更に精度よく位置を測定するためには、単位出力当たりのＶｘ、Ｖｙを変位量Ｐｘ、Ｐｙと関連付けるための較正操作を行うことが望ましい。
【００２６】
そこで、支持台４上に鋼球Ｐが固定された状態で、可動支持部５Ｄをマイクロメーター付きのアクチュエータなどの駆動源により例えば一定の変位量１μｍ毎に動かし、その時の出力Ｖｘ、Ｖｙの差分を求める較正操作ステップを行う（図４に示すステップＳ１４）。
較正操作ステップにおいて求められた、出力Ｖｘ、Ｖｙの単位変化量から、変位量Ｐｘ、Ｐｙを導くための関数を較正関数Ｃｘ（Ｖｘ，Ｖｙ）、Ｃｙ（Ｖｘ，Ｖｙ）と呼ぶ。
分布測定部３２は、出力Ｖｘ、Ｖｙの単位変化量と変位量Ｐｘ、Ｐｙとの組み合わせをメインメモリ上に記憶して、出力Ｖｘ、Ｖｙの単位変化量から、変位量Ｐｘ、Ｐｙを導くための較正関数Ｃｘ（Ｖｘ，Ｖｙ）、Ｃｙ（Ｖｘ，Ｖｙ）を導出する。
かかる較正関数Ｃｘ（Ｖｘ，Ｖｙ）、Ｃｙ（Ｖｘ，Ｖｙ）によって、光束の強度分布や受光面２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄの感度の違いが生じたときにも、さらに精度よく鋼球Ｐの位置が測定される。
【００２７】
例えば較正関数Ｃｘ（Ｖｘ，Ｖｙ）、Ｃｙ（Ｖｘ，Ｖｙ）は、基準状態から幾何中心Ｐ０を変位量Ｐｘ、Ｐｙだけ移動させた状態において、鋼球Ｐが遮った光束Ｌの光量の差、あるいは各受光面２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄの感度の差などによる関数であって良い。
このようなＣｘ（Ｖｘ，Ｖｙ）、Ｃｙ（Ｖｘ，Ｖｙ）は、変位量Ｐｘ、Ｐｙが既知のとき、光束Ｌの光路内の強度分布にも関係している。このように較正関数Ｃｘ（Ｖｘ，Ｖｙ）、Ｃｙ（Ｖｘ，Ｖｙ）が強度分布に関係する場合には、較正操作ステップは、分布測定部３２によって光束Ｌの照射面内の強度分布を測定する分布測定ステップである。
【００２８】
較正操作ステップが終わった後、鋼球Ｐを光束Ｌの光路内の任意の位置に配置する。
位置算出部３１は、受光部２からの出力Ｖｘ、Ｖｙを、基準状態における受光部２からの出力と比較することによって、鋼球ＰのＸＹ平面上の位置を算出する位置を測定する位置測定ステップを行う。このとき、出力Ｖｘ、Ｖｙの差分あたりの鋼球Ｐの変位量Ｐｘ、Ｐｙは、較正関数Ｃｘ（Ｖｘ，Ｖｙ）、Ｃｙ（Ｖｘ，Ｖｙ）に出力Ｖｘ、Ｖｙを代入することによって与えられる。
すなわち、基準状態から鋼球Ｐが移動することによって生じた、基準状態からの出力Ｖｘ、Ｖｙの差分を測定することで、幾何中心Ｐ０の変位が測定される（図４に示すステップＳ１５）。
言い換えると位置測定ステップは、受光手段に入射した光束の強度の差を用いて鋼球Ｐの光束に垂直なＸＹ平面上の位置を測定する。
【００２９】
位置測定ステップにおいては、鋼球Ｐの射影が光束Ｌの光路の一部を遮ることによって、幾何中心Ｐ０の位置を測定する。鋼球Ｐの射影が光束Ｌの照射面の外側へ出た場合には、測定精度が著しく低下する恐れがあるため、鋼球Ｐの移動範囲は、光束Ｌの光路上に制限することが望ましい。
【００３０】
位置測定ステップにおいて、鋼球Ｐの位置が測定されると、測定を終了する（ステップＳ１６）。
【００３１】
このような測定方法においては、較正操作ステップを一度行い、光路内の強度分布が測定されたことを条件として、光束Ｌの光路内の任意の位置に置かれた鋼球Ｐに対して位置測定ステップを行うことができる。
調整ステップと較正操作ステップとを省略した場合には、設置ステップに次いで、位置測定ステップを実行して鋼球Ｐの位置を測定する。
また、光源１と受光部２との位置関係が維持されていることを条件とすれば、初期化条件が既に満たされているので、初期化ステップを省略しても良い。
初期化ステップを省略した場合には、設置ステップに次いで位置測定ステップを実行して鋼球Ｐの位置を測定する。
【００３２】
鋼球ＰがＸＹ平面上で半径１０μｍの円運動をしたときの、ステップＳ１１〜ステップＳ１５に示した測定方法によって測定された鋼球Ｐの変位を図６に実線で示す。
なお、図６には、測定装置１００による測定結果と併せて、測定分解能０．６μｍの渦電流式変位計を複数用いて測定した鋼球Ｐの変位も、その測定結果の下限値が一点鎖線で、上限値が破線でそれぞれ示されている。
【００３３】
実線で示された測定装置１００による測定結果は、一点鎖線と破線とで表された渦電流式変位計の下限値と上限値とに挟まれた領域内において下限値と上限値とのほぼ中心位置を通る滑らかな円形を示している。従って測定装置１００による測定結果は、渦電流式変位計を用いた測定結果よりもばらつきが小さく、高精度であるといえる。
すなわち、測定装置１００は、図６から明らかなように、渦電流式変位計による測定よりもばらつきが小さく、およそ０．１μｍほどの測定分解能で鋼球Ｐの変位を高精度に測定している。
【００３４】
本実施形態では、基準点Ｏを中心として囲繞するように並べられた４つの受光面２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄと、基準点Ｏに向かって、測定されるべき鋼球Ｐを含むように光束を照射する光源１と、それぞれの受光面２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄに入射した光束の強度の差を用いて鋼球ＰのＸＹ平面上の位置を算出する算出部３と、を有している。
かかる構成により、単一の光束を用いてもＸ方向とＹ方向との複数方向の鋼球Ｐの変位を測定可能である。
【００３５】
また、測定装置１００は、かかる構成により、鋼球Ｐの射影の基準状態からのずれを測定するから、測定対象に受光部２を取り付ける必要がない。従って、受光部２からの出力信号を伝送するケーブルや、受光部２そのものの影響を受けることなく、鋼球Ｐの変位を測定する。言い換えると、鋼球Ｐに受光部２を固定する必要がなく、鋼球Ｐのみの運動に由来する変位を測定することができる。
【００３６】
本実施形態では、受光素子２１は、受光面２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄに平行で基準点Ｏで互いに直交する２軸に対して、互いに対となるように線対称に配置される。
すなわち、受光面２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄは、Ｘ軸、Ｙ軸それぞれに対して線対称となるように配置されている。
かかる構成により、Ｖｘ＝０及びＶｙ＝０となったとき、鋼球Ｐの射影の幾何学的な中心点たる幾何中心Ｐ０が基準点Ｏと一致するから、基準点Ｏと幾何中心Ｐ０との位置あわせを簡潔に行うことができる。
【００３７】
本実施形態では、算出部３は、受光面２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄに入射した光束Ｌの強度の差を用いて光束Ｌの強度分布を測定する分布測定部３２を有している。
分布測定部３２を用いた較正操作を行うことで、光束Ｌの強度分布や受光面２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄの感度の違いが生じたときにも、さらに精度よく鋼球Ｐの位置を測定することが可能である。
ただし、分布測定部３２を用いた較正操作は必須ではなく、較正操作を行わない場合には分布測定部３２を省略しても良い。
【００３８】
本実施形態で示した測定方法は、鋼球Ｐが光束Ｌの光路の外にある状態で、強度分布が基準点Ｏに対して対称になるように光束Ｌの位置を調整する初期化ステップを有している。
本実施形態で示した測定方法はまた、鋼球Ｐが光束Ｌの光路の内側にある状態で、受光手段２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄに入射した光束Ｌの強度の差を用いて鋼球ＰのＸＹ平面上の位置を測定する位置測定ステップを有している。
本実施形態で示した測定方法では、初期化ステップＳ１１と位置測定ステップＳ１５とを共に有していることで、初期化ステップで光束Ｌの光軸中心の位置を基準点Ｏに一致するように調整した上で位置測定ステップで鋼球ＰのＸＹ平面上の位置を測定する。
従って、本実施形態で示した測定方法では、単一の光束Ｌを用いてもＸ方向とＹ方向との複数方向の鋼球Ｐの変位を測定可能である。
【００３９】
本実施形態で示した測定方法は、受光手段２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄに入射した光束Ｌの強度の差を用いて光束Ｌの強度分布を測定する較正操作ステップを有している。
本実施形態で示した測定方法は、鋼球Ｐが光束Ｌの光路の内側にある状態で、強度分布と、４つの受光手段２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄに入射した光束Ｌの強度の差とを用いて鋼球ＰのＸＹ平面上の位置を測定する位置測定ステップを有している。
本実施形態で示した測定方法では、較正操作ステップと位置測定ステップとを共に有していることで、光束Ｌの強度分布を測定した上で鋼球ＰのＸＹ平面上の位置を測定する。従って光束Ｌの強度分布や受光面２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄの感度の違いが生じたときにも、さらに精度よく鋼球Ｐの位置を測定可能である。
【００４０】
次に、本実施形態の変形例として、受光素子２１の形状を変更した場合について述べる。
図７（ａ）〜（ｅ）は、いずれも受光素子２１の受光面２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄの形状を変形させたものであり、受光素子２１以外の構成については、同じ符号を付すなどして説明を適宜省略する。
【００４１】
第１の変形例を図７（ａ）に示す。図７（ａ）において、受光面２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃ、２１１ｄは、Ｘ軸及びＹ軸に対称に配置され、一体的に成型された受光素子２１１を形成している。受光面２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃ、２１１ｄは、互いに独立に出力信号を算出部３へと出力する。
【００４２】
第２の変形例を図７（ｂ）に示す。図７（ｂ）において、受光面２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃ、２１２ｄは、Ｘ軸、Ｙ軸に線対称に並べられているが、受光面２１２ａと受光面２１２ｂ、受光面２１２ｃと受光面２１２ｄのそれぞれの形状が互いに異なる。かかる構成においても、較正操作ステップによって較正関数Ｃｘ（Ｖｘ，Ｖｙ）、Ｃｙ（Ｖｘ，Ｖｙ）を導出することで、鋼球ＰのＸＹ平面上の位置を測定することができる。
【００４３】
第３の変形例を図７（ｃ）に示す。図７（ｃ）において、受光面２１３ａ、２１３ｂ、２１３ｃ、２１３ｄの形状は矩形であり、Ｘ軸、Ｙ軸に線対称に並べられている。
このような構成においても、測定装置１００は、鋼球ＰのＸＹ平面上の位置を精度よく測定する。
【００４４】
第４の変形例を図７（ｄ）に示す。図７（ｄ）において、受光面２１４ａ、２１４ｂ、２１４ｃ、２１４ｄが円形であり、Ｘ軸、Ｙ軸に線対称に並べられている。かかる受光面２１４ａ、２１４ｂ、２１４ｃ、２１４ｄにおいて、基準点Ｏの周囲にある空隙は、光束Ｌの照射面より十分小さい。
かかる構成により、受光面２１４ａ、２１４ｂ、２１４ｃ、２１４ｄの出力Ｖｘ、Ｖｙの差から、鋼球ＰのＸＹ平面上の位置を測定する。
【００４５】
図７（ｅ）は、受光面２１５ａと受光面２１５ｂ、受光面２１５ｃと受光面２１５ｄのそれぞれの形状が互いに異なっている。また、受光面２１５ａ、２１５ｄは矩形であるが受光面２１５ｂ、２１５ｃは円形であり、基準点Ｏの周囲にある空隙が、光束Ｌの照射面より十分小さい。
かかる構成においても、較正操作によって較正関数Ｃｘ（Ｖｘ，Ｖｙ）、Ｃｙ（Ｖｘ，Ｖｙ）を導出することで、受光面２１５ａ、２１５ｂ、２１５ｃ、２１５ｄの出力Ｖｘ、Ｖｙの差から、鋼球ＰのＸＹ平面上の位置を測定することができる。
【００４６】
以上本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、上述の説明で特に限定していない限り、特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【００４７】
例えば、被対象物の形状は、球形以外の、例えば直方体や立方体、楕円球などの形状であってもよい。より良くは、厚みの小さな円形平板状であることが望ましい。
被対象物の形状を円形平板状にした場合には、被対象物からの反射光が受光面に入射されることを抑制することができる。
【００４８】
光源は、ハロゲンランプなどの放射光源をコリメーターなどを用いてＺ軸に平行な光束を射出可能にしたものでもよい。
また、実施形態では簡単のため、光束Ｌの照射面すなわち光束Ｌの断面形状を円形としたが、楕円形であっても、その他の形状であっても良い。照射面が非円形の場合にも、上述した較正操作によって、精度よく被対象物の位置を測定することができる。
【００４９】
また、受光部２が４つの受光面２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄを有する場合についてのみ述べたが、８つの受光面が放射状に配置されているような受光素子を用いてもよい。
また、各受光面が基準点Ｏを共通の頂点とする多角錐の斜面上に形成されているような受光素子を用いても良い。
上述のように、受光部２は単一の光束を用いて測定対象の複数方向の変位を測定可能なものであればよく、受光素子２１の個数によって限定されるものではない。
【００５０】
本発明の実施の形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。
【符号の説明】
【００５１】
１      光源
２      受光部
３      算出部
４      支持台
５      支持機構
２１    ４分割受光素子（受光素子）
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ  受光面
３１    位置算出部
３２    測定部（分布測定部）
１００  測定装置
２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃ、２１１ｄ  受光面
２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃ、２１２ｄ  受光面
２１３ａ、２１３ｂ、２１３ｃ、２１３ｄ  受光面
２１４ａ、２１４ｂ、２１４ｃ、２１４ｄ  受光面
２１５ａ、２１５ｂ、２１５ｃ、２１５ｄ  受光面
Ｌ      光束
Ｏ      基準点
Ｐ      被対象物（鋼球）
Ｐ０    幾何中心
Ｓ１１  初期化ステップ
Ｓ１２  設置ステップ
Ｓ１３  調整ステップ
Ｓ１４  分布測定ステップ（較正操作ステップ）
Ｓ１５  位置測定ステップ
Ｘ      光束に垂直な方向
Ｙ      光束に垂直な方向
Ｚ      光軸方向
【先行技術文献】
【特許文献】
【００５２】
【特許文献１】特開平７−７１９１３号公報
【特許文献２】特開平７−３１１０２９号公報
【非特許文献】
【００５３】
【非特許文献１】水野雅裕（Ｍａｓａｈｉｒｏ  Ｍｉｚｕｎｏ）著、「ジャーナルオブマニュファクチュアリングサイエンスアンドエンジニアリング（Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  ＶｏＬ．１２８，ＡＵＧＵＳＴ，２００６）」（米国）、２００６年、ｐ．８２６−８３４
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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