(57)【要約】【課題】１つの面の２軸方向の変位を測定することが可能な測距装置を提供することである。【解決手段】本発明にかかる測距装置１は、Ｐ偏光の測定光Ｍ１とＳ偏光の測定光Ｍ２とを含む測定用ビーム５６と、Ｐ偏光の参照光Ｒ１とＳ偏光の参照光Ｒ２とを含む参照用ビーム５７と、をそれぞれ生成するビーム生成部１１と、測定用ビーム５６に含まれる測定光Ｍ１、Ｍ２を分離する偏光ビームスプリッタ４１と、分離された測定光Ｍ１、Ｍ２をそれぞれ反射する反射部材４２、４３と、を有する測定部１２と、反射部材４２で反射された反射光Ｍ１’（６６）と参照光Ｒ２（５８）とを干渉させて被測定面４６の第１の方向の変位を検出する検出部３３と、反射部材４３で反射された反射光Ｍ２’（６７）と参照光Ｒ１（５９）とを干渉させて被測定面４６の第２の方向の変位を検出する検出部３４と、を備える。【選択図】図１
2016014554.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の周波数を有するＰ偏光の第１の測定光と第２の周波数を有するＳ偏光の第２の測定光とを含む測定用ビームと、前記第１の周波数を有するＰ偏光の第１の参照光と前記第２の周波数を有するＳ偏光の第２の参照光とを含む参照用ビームと、をそれぞれ生成するビーム生成部と、
前記測定用ビームに含まれる前記第１および第２の測定光を第１および第２の方向にそれぞれ分離する第１の偏光素子と、被測定面に固定され、前記分離された前記第１および第２の測定光をそれぞれ反射する第１および第２の反射部材と、を有する測定部と、
前記第１の反射部材で反射された第１の反射光と前記参照用ビームに含まれる前記第２の参照光とを干渉させて前記被測定面の前記第１の方向の変位を検出する第１の検出部と、
前記第２の反射部材で反射された第２の反射光と前記参照用ビームに含まれる前記第１の参照光とを干渉させて前記被測定面の前記第２の方向の変位を検出する第２の検出部と、を備える、
測距装置。
【請求項２】
反射ビームに含まれる前記第１および第２の反射光を分離し、前記第１の反射光を前記第１の検出部に、前記第２の反射光を前記第２の検出部に導くと共に、前記参照用ビームに含まれる前記第１および第２の参照光を分離し、前記第２の参照光を前記第１の検出部に、前記第１の参照光を前記第２の検出部に導く第２の偏光素子を更に備える、請求項１に記載の測距装置。
【請求項３】
前記ビーム生成部は、
Ｐ偏光およびＳ偏光を含むレーザ光を出射する光源と、
前記レーザ光に含まれる前記Ｐ偏光および前記Ｓ偏光を分離する第３の偏光素子と、
前記Ｐ偏光の周波数を調整する第１の周波数調整部と、
前記Ｓ偏光の周波数を調整する第２の周波数調整部と、を備える、
請求項１または２に記載の測距装置。
【請求項４】
前記被測定面は、前記測定用ビームが照射される方向である前記第１の方向と垂直な面であり、
前記第２の方向は、前記被測定面と平行な方向である、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の測距装置。
【請求項５】
前記測定部は、前記第１の偏光素子で分離された前記第２の測定光が前記被測定面と平行な任意の方向に向かうように変更可能な駆動部を備える、請求項４に記載の測距装置。
【請求項６】
前記駆動部は、前記第１の偏光素子を前記測定用ビームと平行な回転軸を中心に回転可能に構成されている、請求項５に記載の測距装置。
【請求項７】
前記被測定面は、前記測定用ビームが照射される方向である前記第１の方向と平行な面であり、
前記第２の方向は、前記被測定面と垂直な方向である、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の測距装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は測距装置に関し、特に光干渉を利用した測距装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
測定対象物の変位および測定対象物までの距離を測定する技術の１つに、光干渉を用いた技術が広く利用されている。特許文献１には、光干渉を利用して測定対象物の変位および測定対象物までの距離を測定する測距装置が開示されている。
【０００３】
特許文献１に開示されている測距装置では、光源から出射されたレーザ光をビームスプリッタを用いて２つに分離している。そして、分離した第１のレーザ光を測定対象物の第１の面に照射し、分離した第２のレーザ光を測定対象物の第２の面（第１の面と第２の面は互いに直交する）に照射している。これにより、特許文献１に開示されている測距装置では、測定対象物の２軸方向の変位を測定することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特公平０７−００９３６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
背景技術で説明したように、特許文献１に開示されている測距装置では、測定対象物の第１の面に第１のレーザ光を照射し、測定対象物の第２の面に第２のレーザ光を照射することで、測定対象物の２軸方向の変位を測定している。つまり、２つの異なる測定面にそれぞれ測定用のレーザ光を照射することで、測定対象物の２軸方向の変位を測定している。
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示されている測距装置の構成では、１つの面の２軸方向の変位を測定することができないという問題がある。すなわち、特許文献１に開示されている測距装置では、１つのレーザ光を用いて１つの面の１軸方向の変位（レーザ光の照射方向の変位）を測定することはできるが、１つの面の２軸方向の変位（例えば、レーザ光の照射方向の変位とレーザ光の照射方向と垂直な方向の変位）を同時に測定することはできない。
【０００７】
上記課題に鑑み本発明の目的は、１つの面の２軸方向の変位を測定することが可能な測距装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明にかかる測距装置は、第１の周波数を有するＰ偏光の第１の測定光と第２の周波数を有するＳ偏光の第２の測定光とを含む測定用ビームと、前記第１の周波数を有するＰ偏光の第１の参照光と前記第２の周波数を有するＳ偏光の第２の参照光とを含む参照用ビームと、をそれぞれ生成するビーム生成部と、前記測定用ビームに含まれる前記第１および第２の測定光を第１および第２の方向にそれぞれ分離する第１の偏光素子と、被測定面に固定され、前記分離された前記第１および第２の測定光をそれぞれ反射する第１および第２の反射部材と、を有する測定部と、前記第１の反射部材で反射された第１の反射光と前記参照用ビームに含まれる前記第２の参照光とを干渉させて前記被測定面の前記第１の方向の変位を検出する第１の検出部と、前記第２の反射部材で反射された第２の反射光と前記参照用ビームに含まれる前記第１の参照光とを干渉させて前記被測定面の前記第２の方向の変位を検出する第２の検出部と、を備える。
【０００９】
本発明にかかる測距装置では、Ｐ偏光の第１の測定光とＳ偏光の第２の測定光とを含む測定用ビームを生成し、当該測定用ビームを測定対象物の被測定面に照射している。そして、測定部に設けられた第１の偏光素子を用いて、測定用ビームに含まれているＰ偏光の第１の測定光とＳ偏光の第２の測定光とを分離している。よって、被測定面において２軸方向の変位を測定することができる。つまり、被測定面において、測定用ビームの照射方向の変位と測定用ビームの照射方向と垂直な方向の変位を同時に測定することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により、１つの面の２軸方向の変位を測定することが可能な測距装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態１にかかる測距装置を説明するための図である。
【図２】実施の形態１にかかる測距装置が備える測定部を示す図である。
【図３Ａ】実施の形態１にかかる測距装置で測定されるビート信号の一例を示す図である。
【図３Ｂ】実施の形態１にかかる測距装置で測定されるビート信号の一例を示す図である。
【図３Ｃ】実施の形態１にかかる測距装置で測定されるビート信号の一例を示す図である。
【図４】比較例にかかるにかかる測距装置を説明するための図である。
【図５Ａ】測定部の取り付け位置の一例を説明するための斜視図である。
【図５Ｂ】測定部の取り付け位置の一例を説明するための斜視図である。
【図５Ｃ】測定部の取り付け位置の一例を説明するための斜視図である。
【図５Ｄ】測定部の取り付け位置の一例を説明するための斜視図である。
【図６】実施の形態２にかかる測距装置が備える測定部の一例を示す断面図である。
【図７】実施の形態２にかかる測距装置が備える測定部の一例を示す正面図である。
【図８】実施の形態２にかかる測距装置が備える測定部の他の例を示す断面図である。
【図９】実施の形態２にかかる測距装置が備える測定部の他の例を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
＜実施の形態１＞
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、実施の形態１にかかる測距装置を説明するための図である。図１に示すように、本実施の形態にかかる測距装置１は、本体部１０と測定部１２とを備える。本体部１０は、光源１３、ミラー１４〜１９、偏光ビームスプリッタ２１、２２、無偏光ビームスプリッタ２３、２４、周波数調整部２５、２６、偏光板３１、３２、及び検出部３３、３４を備える。ここで、光源１３、ミラー１４〜１８、偏光ビームスプリッタ２１、無偏光ビームスプリッタ２３、及び周波数調整部２５、２６は、ビーム生成部１１を構成している。測定部１２は、偏光ビームスプリッタ４１、反射部材４２、４３、及び固定部材４４を備える。反射部材４２、４３、及び固定部材４４は、測定対象物４５の被測定面４６に固定されている。
【００１３】
ビーム生成部１１は、測定用ビーム５６および参照用ビーム５７を生成する。ビーム生成部１１が備える光源１３は、Ｐ偏光およびＳ偏光を含むレーザ光５１を出射する。光源１３には、例えばＨｅ−Ｎｅレーザ装置を用いることができる。光源１３から出射されたレーザ光５１は、ミラー１４で反射されて、偏光ビームスプリッタ２１（第３の偏光素子）に入射される。偏光ビームスプリッタ２１は、レーザ光５１に含まれるＰ偏光およびＳ偏光を分離する。
【００１４】
偏光ビームスプリッタ２１で分離されたＰ偏光５２は、ミラー１５で反射されて周波数調整部２５（第１の周波数調整部）に入射される。周波数調整部２５は、入射されたＰ偏光５２の周波数を調整（シフト）する。周波数調整されたＰ偏光５４は、ミラー１８で反射されて無偏光ビームスプリッタ２３に入射される。周波数調整部２５は、例えば音響光学変調素子（ＡＯＭ：Acousto-Optic Modulator）を用いて構成することができる。
【００１５】
偏光ビームスプリッタ２１で分離されたＳ偏光５３は、周波数調整部２６（第２の周波数調整部）に入射される。周波数調整部２６は、入射されたＳ偏光５３の周波数を調整（シフト）する。周波数調整されたＳ偏光５５は、ミラー１６、１７で反射されて無偏光ビームスプリッタ２３に入射される。周波数調整部２６は、例えば音響光学変調素子（ＡＯＭ）を用いて構成することができる。
【００１６】
なお、本実施の形態にかかる測距装置１では、周波数調整部２５および周波数調整部２６のいずれか一方のみを設けるようにしてもよい。つまり、Ｐ偏光５２が通る経路のみに周波数調整部２５を設けてもよく、またＳ偏光５３が通る経路のみに周波数調整部２６を設けてもよい。
【００１７】
無偏光ビームスプリッタ２３は、周波数調整部２５で周波数調整されたＰ偏光５４と周波数調整部２６で周波数調整されたＳ偏光５５とを合成して、測定用ビーム５６および参照用ビーム５７を生成する。つまり、無偏光ビームスプリッタ２３は、Ｐ偏光５４およびＳ偏光５５をそれぞれ２つの光路（測定用ビーム５６の光路と参照用ビーム５７の光路）に分離する。これにより、Ｐ偏光５４とＳ偏光５５とが合成された測定用ビーム５６と、Ｐ偏光５４とＳ偏光５５とが合成された参照用ビーム５７とが無偏光ビームスプリッタ２３から出射される。
【００１８】
ここで、Ｐ偏光５４の周波数をｆａ、Ｓ偏光５５の周波数をｆｂとすると、ビーム生成部１１は、周波数ｆａを有するＰ偏光の測定光Ｍ１と周波数ｆｂを有するＳ偏光の測定光Ｍ２とを含む測定用ビーム５６を生成する。また、ビーム生成部１１は、周波数ｆａを有するＰ偏光の参照光Ｒ１と周波数ｆｂを有するＳ偏光の参照光Ｒ２とを含む参照用ビーム５７を生成する。ビーム生成部１１で生成された測定用ビーム５６は、無偏光ビームスプリッタ２４を透過した後、測定部１２に入射される。
【００１９】
図２に示すように、測定部１２が備える偏光ビームスプリッタ４１（第１の偏光素子）は、測定用ビーム５６に含まれるＰ偏光（測定光Ｍ１）およびＳ偏光（測定光Ｍ２）を分離する。分離後の測定光Ｍ１（６１）は反射部材４２（第１の反射部材）に入射され、分離後の測定光Ｍ２（６２）は反射部材４３（第２の反射部材）に入射される。反射部材４２に入射された測定光Ｍ１（６１）は、反射部材４２で測定光Ｍ１（６１）の伝搬方向と逆の方向に反射される。反射部材４３に入射された測定光Ｍ２（６２）は、反射部材４３で測定光Ｍ２（６２）の伝搬方向と逆の方向に反射される。反射部材４２で反射された反射光６３（Ｍ１’）および反射部材４３で反射された反射光６４（Ｍ２’）は、偏光ビームスプリッタ４１で合成される。合成後の反射ビーム６５（反射光Ｍ１’、Ｍ２’を含む）は本体部１０に入射される。
【００２０】
ここで、反射部材４２、４３には、例えばコーナーキューブや反射板を用いることができる。反射部材４２は、測定対象物４５の被測定面４６に固定されている。反射部材４３は、固定部材４４を用いて測定対象物４５の被測定面４６に固定されている。例えば、反射部材４２、４３、及び固定部材４４は一体化されており、測定対象物４５の被測定面４６に固定されている。測定部１２が備える偏光ビームスプリッタ４１は、反射部材４２、４３と独立して設けられている。すなわち、偏光ビームスプリッタ４１は、被測定面４６（反射部材４２、４３）が変位した場合であっても、被測定面４６の変位の影響を受けないように設けられている。例えば、偏光ビームスプリッタ４１は、所定の治具を用いて測定対象物４５とは異なる物体に固定されている。また、偏光ビームスプリッタ４１は、所定の治具を用いて本体部１０に固定されていてもよい。
【００２１】
図１に示す本体部１０に入射された反射ビーム６５は、無偏光ビームスプリッタ２４で反射されて、偏光ビームスプリッタ２２（第２の偏光素子）に導かれる。その後、反射ビーム６５は、偏光ビームスプリッタ２２で反射光Ｍ１’（Ｐ偏光）および反射光Ｍ２’（Ｓ偏光）に分離される。分離後の反射光Ｍ１’（Ｐ偏光）６６は偏光板３１に入射され、分離後の反射光Ｍ２’（Ｓ偏光）６７は偏光板３２に入射される。
【００２２】
また、無偏光ビームスプリッタ２３から出射された参照ビーム５７（参照光Ｒ１、Ｒ２を含む）は、ミラー１９で反射された後、偏光ビームスプリッタ２２に導かれる。参照ビーム５７は、偏光ビームスプリッタ２２で参照光Ｒ１（Ｐ偏光）および参照光Ｒ２（Ｓ偏光）に分離される。分離後の参照光Ｒ１（Ｐ偏光）５９は偏光板３２に入射され、分離後の参照光Ｒ２（Ｓ偏光）５８は偏光板３１に入射される。
【００２３】
偏光板３１に入射された参照光Ｒ２（Ｓ偏光）５８および反射光Ｍ１’（Ｐ偏光）６６は、偏光板３１を透過することでヘテロダイン干渉する。例えば、偏光板３１には、Ｐ偏光およびＳ偏光に対して４５°方向の偏光角を有する偏光板を用いることができる。ヘテロダイン干渉光は、検出部３３（第１の検出部）で検出される。例えば、検出部３３はフォトダイオード等の光電変換素子で構成されており、検出部３３はヘテロダイン干渉光を光電変換することでビート信号を検出することができる。
【００２４】
偏光板３２に入射された参照光Ｒ１（Ｐ偏光）５９および反射光Ｍ２’（Ｓ偏光）６７は、偏光板３２を透過することでヘテロダイン干渉する。例えば、偏光板３２には、Ｐ偏光およびＳ偏光に対して４５°方向の偏光角を有する偏光板を用いることができる。ヘテロダイン干渉光は、検出部３４（第２の検出部）で検出される。例えば、検出部３４はフォトダイオード等の光電変換素子で構成されており、検出部３４はヘテロダイン干渉光を光電変換することでビート信号を検出することができる。
【００２５】
例えば、測定対象物４５の被測定面４６が変位していない場合、検出部３３は、参照光Ｒ２（５８）および反射光Ｍ１’（６６）の周波数差（ｆａ−ｆｂ）に応じたビート信号を検出する（図３Ａ参照）。同様に、測定対象物４５の被測定面４６が変位していない場合、検出部３４は、参照光Ｒ１（５９）および反射光Ｍ２’（６７）の周波数差（ｆａ−ｆｂ）に応じたビート信号を検出する（図３Ａ参照）。図３Ａでは、一例としてビート信号の周波数を２５ｋＨｚとしている。
【００２６】
測定対象物４５の被測定面４６がｘ軸方向（測定用ビーム５６が照射される方向）において本体部１０から遠ざかるように変位した場合は、反射部材４２が変位するので反射部材４２で反射された測定光Ｍ１’（６３）がドップラーシフトする（図２参照）。このため、反射光Ｍ１’（６３）の周波数は低周波側にシフトする。検出部３３は、参照光Ｒ２（５８）および反射光Ｍ１’（６６）の周波数差に応じたビート信号を検出する。この場合は、反射光Ｍ１’（６３、６６）が低周波側にシフトしているので、検出部３３で検出されるビート信号は、図３Ｂに示すように、図３Ａで示したビート信号（２５ｋＨｚ）よりも低い周波数のビート信号（２０ｋＨｚ）となる。
【００２７】
測定対象物４５の被測定面４６がｘ軸方向において本体部１０に近づくように変位した場合は、反射部材４２が変位するので反射部材４２で反射された測定光Ｍ１’（６３）がドップラーシフトする（図２参照）。このため、反射光Ｍ１’（６３）の周波数は高周波側にシフトする。検出部３３は、参照光Ｒ２（５８）および反射光Ｍ１’（６６）の周波数差に応じたビート信号を検出する。この場合は、反射光Ｍ１’（６３、６６）が高周波側にシフトしているので、検出部３３で検出されるビート信号は、図３Ｃに示すように、図３Ａで示したビート信号（２５ｋＨｚ）よりも高い周波数のビート信号（３０ｋＨｚ）となる。
【００２８】
測定対象物４５の被測定面４６がｙ軸方向（測定用ビーム５６が照射される方向と垂直な方向）において変位した場合は、反射部材４３が変位するので反射部材４３で反射された測定光Ｍ２’（６４）がドップラーシフトする（図２参照）。このため、反射光Ｍ２’（６４）の周波数が被測定面４６のｙ軸方向における変位量に応じてシフトする。検出部３４は、参照光Ｒ１（５９）および反射光Ｍ２’（６７）の周波数差に応じたビート信号を検出する。測距装置１は、この検出したビート信号に基づいて、被測定面４６のｙ軸方向における変位量を求めることができる。
【００２９】
測定対象物４５の被測定面４６がｘ軸方向の成分とｙ軸方向の成分とを含む方向（つまり、斜め方向）に変位した場合は、反射部材４２が変位するので反射部材４２で反射された測定光Ｍ１’（６３）がｘ軸方向の変位量に応じてドップラーシフトする（図２参照）。このため、反射光Ｍ１’（６３）の周波数が被測定面４６のｘ軸方向における変位量に応じてシフトする。検出部３３は、参照光Ｒ２（５８）および反射光Ｍ１’（６６）の周波数差に応じたビート信号を検出する。測距装置１は、この検出したビート信号に基づいて、被測定面４６のｘ軸方向における変位量を求めることができる。
【００３０】
また、この場合は、反射部材４３も変位するので反射部材４３で反射された測定光Ｍ２’（６４）がｙ軸方向の変位量に応じてドップラーシフトする（図２参照）。このため、反射光Ｍ２’（６４）の周波数が被測定面４６のｙ軸方向における変位量に応じてシフトする。検出部３４は、参照光Ｒ１（５９）および反射光Ｍ２’（６７）の周波数差に応じたビート信号を検出する。測距装置１は、この検出したビート信号に基づいて、被測定面４６のｙ軸方向における変位量を求めることができる。このようにして、測距装置１は、被測定面４６のｘ軸方向の成分とｙ軸方向の成分とを含む方向（つまり、斜め方向）の変位を測定することができる。
【００３１】
背景技術で説明したように、特許文献１に開示されている測距装置では、測定対象物の第１の面に第１のレーザ光を照射し、測定対象物の第２の面に第２のレーザ光を照射することで、測定対象物の２軸方向の変位を測定していた。つまり、２つの異なる測定面にそれぞれ測定用のレーザ光を照射することで、測定対象物の２軸方向の変位を測定していた。
【００３２】
しかしながら、特許文献１に開示されている測距装置の構成では、１つの面の２軸方向の変位を測定することができないという問題があった。すなわち、特許文献１に開示されている測距装置では、１つのレーザ光を用いて１つの面の１軸方向の変位（レーザ光の照射方向の変位）を測定することはできるが、１つの面の２軸方向の変位（例えば、レーザ光の照射方向の変位とレーザ光の照射方向と垂直な方向の変位）を同時に測定することはできなかった。
【００３３】
例えば、特許文献１に開示されている測距装置のように、測定対象物の２軸方向の変位を２つの測定面を用いて測定した場合、測定対象物は完全な剛体ではないので、２つの測定面の挙動には相対的な差が生じる。このため、測定対象物の特定面（１つの面）の２軸方向の変位を正確に測定することはできない。また、金属板のように測定対象物が薄い場合は、金属板の主面と垂直な面（厚さ方向の面）に測定用のレーザ光を照射することが難しいため、金属板の２軸方向の変位を測定することは難しい。このような理由から、測定対象物の特定面（１つの面）の２軸方向の変位を測定することができる測距装置が必要とされていた。
【００３４】
そこで、本実施の形態にかかる測距装置１では、Ｐ偏光の測定光Ｍ１とＳ偏光の測定光Ｍ２とを含む測定用ビーム５６を生成し、当該測定用ビーム５６を測定対象物４５の被測定面４６に照射している。そして、測定部１２に設けられた（つまり、被測定面４６の近傍に設けられた）偏光ビームスプリッタ４１を用いて、測定用ビーム５６に含まれているＰ偏光の測定光Ｍ１とＳ偏光の測定光Ｍ２とを分離している。よって、被測定面４６において２軸方向の変位を測定することができる。つまり、被測定面４６において、測定用ビーム５６の照射方向の変位と測定用ビーム５６の照射方向と垂直な方向の変位（換言すると、被測定面４６と平行な方向の変位）を同時に測定することができる。
【００３５】
また、特許文献１に開示されている測距装置では、測定対象物の２つの面にそれぞれ測定用のレーザ光を照射しているため、測定用のレーザ光を照射する照射ヘッドが２つ必要であった。ここで、照射ヘッドにはレンズ等の高価な光学部品が用いられているため、測距装置のコストが増加するという問題があった。
【００３６】
これに対して本実施の形態にかかる測距装置１では、本体部１０から出射される測定用ビーム５６（測定光Ｍ１と測定光Ｍ２とを含む）の本数を１本にすることができるので、必要な照射ヘッドの数を１つにすることができる（なお、図１では照射ヘッドの図示を省略している）。よって、測距装置のコストが増加することを抑制することができる。
【００３７】
図４は、比較例にかかる測距装置１０１を示す図である。図４に示すように、比較例にかかる測距装置１０１は、光源１１３、ミラー１１４〜１１８、偏光ビームスプリッタ１２１、１２２、周波数調整部１２３、１２４、１／２波長板１２５、１／４波長板１２６、偏光板１２７、及び検出部１２８を備える。測定対象物１３０の被測定面には反射部材１３１が固定されている。
【００３８】
光源１１３は、Ｐ偏光およびＳ偏光を含むレーザ光１４１を出射する。光源１１３から出射されたレーザ光１４１は、ミラー１１４で反射されて、偏光ビームスプリッタ１２１に入射される。偏光ビームスプリッタ１２１は、レーザ光１４１に含まれるＰ偏光およびＳ偏光を分離する。
【００３９】
偏光ビームスプリッタ１２１で分離されたＰ偏光１４２は、ミラー１１５で反射されて周波数調整部１２３に入射される。周波数調整部１２３は、入射されたＰ偏光１４２の周波数を調整（シフト）する。周波数調整されたＰ偏光は、ミラー１１８で反射され、偏光ビームスプリッタ１２２及び１／４波長板１２６を通過した後、測定光１４４として測定対象物１３０の被測定面１３２に照射される。
【００４０】
測定対象物１３０の被測定面１３２に照射された測定光１４４は、反射部材１３１で反射される。反射部材１３１で反射された反射光１４６は、１／４波長板１２６を通過した後、偏光ビームスプリッタ１２２で反射されて、偏光板１２７に入射される。
【００４１】
また、偏光ビームスプリッタ１２１で分離されたＳ偏光１４３は、周波数調整部１２４に入射される。周波数調整部１２４は、入射されたＳ偏光１４３の周波数を調整（シフト）する。周波数調整されたＳ偏光は、ミラー１１６で反射された後、１／２波長板１２５を通過し、更にミラー１１７で反射され、偏光ビームスプリッタ１２２を通過して偏光板１２７に入射される（偏光板１２７に入射されたＳ偏光を参照光１４５とする）。
【００４２】
偏光板１２７に入射された参照光（Ｓ偏光）１４５および反射光（Ｐ偏光）１４７は、偏光板１２７を透過することでヘテロダイン干渉する。検出部１２８は、ヘテロダイン干渉光を光電変換することでビート信号を検出することができる。
【００４３】
比較例にかかる測距装置１０１では、本体部１１０から１つの測定光１４４（つまり、Ｐ偏光の測定光）のみを測定対象物１３０の被測定面１３２に照射しているので、測定対象物１３０の被測定面１３２のｘ軸方向の変位しか測定することができない。つまり、測定対象物１３０の被測定面１３２のｙ軸方向の変位は測定することができないので、被測定面１３２における２軸方向の変位を測定することができない。
【００４４】
これに対して本実施の形態にかかる測距装置１では、２つの測定光Ｍ１、Ｍ２を含む測定用ビーム５６を生成し、当該測定用ビーム５６を測定対象物４５の被測定面４６に照射している。そして、測定部１２に設けられた偏光ビームスプリッタ４１を用いて、測定光Ｍ１と測定光Ｍ２とを分離している。よって、被測定面４６において２軸方向の変位を測定することができる。
【００４５】
図５Ａ〜図５Ｄは、測定部１２の取り付け位置の一例を説明するための斜視図である。図５Ａに示すように、反射部材４２、４３、及び固定部材４４は測定対象物４５の被測定面４６に取り付けることができる（図１に示した構成例に対応）。偏光ビームスプリッタ４１は、反射部材４２、４３とは独立に設けられている。例えば、偏光ビームスプリッタ４１は、所定の治具（不図示）を用いて測定対象物４５とは異なる物体に固定されている。この場合、被測定面４６は、測定用ビーム５６が照射される方向（ｘ軸方向）と垂直な面となる。図５Ａに示す構成では、偏光ビームスプリッタ４１と反射部材４２がｘ軸方向おいて並ぶように設けられているので、被測定面４６のｘ軸方向の変位を測定することができる。また、偏光ビームスプリッタ４１と反射部材４３がｙ軸方向において並ぶように設けられているので、被測定面４６のｙ軸方向の変位を測定することができる。
【００４６】
また、本実施の形態にかかる測距装置１では、図５Ｂに示すように、偏光ビームスプリッタ４１と反射部材４３がｚ軸方向において並ぶように配置してもよい。偏光ビームスプリッタ４１と反射部材４３をこのように配置することで、被測定面４６のｚ軸方向の変位を測定することができる。
【００４７】
更に本実施の形態では、図５Ｃに示すように、測定対象物４５の被測定面４７に反射部材４２、４３を取り付けてもよい。このとき、被測定面４７は、測定用ビーム５６が照射されるｘ軸方向と平行な面となる。図５Ｃに示す構成では、偏光ビームスプリッタ４１と反射部材４２がｘ軸方向おいて並ぶように設けられているので、被測定面４７のｘ軸方向の変位を測定することができる。また、偏光ビームスプリッタ４１と反射部材４３がｙ軸方向において並ぶように設けられているので、被測定面４７のｙ軸方向の変位を測定することができる。
【００４８】
また、本実施の形態にかかる測距装置１では、図５Ｄに示すように、偏光ビームスプリッタ４１と反射部材４３がｚ軸方向において並ぶように配置してもよい。偏光ビームスプリッタ４１と反射部材４３をこのように配置することで、被測定面４７のｚ軸方向の変位を測定することができる。
【００４９】
以上で説明したように、本実施の形態にかかる発明により、１つの面の２軸方向の変位を測定することが可能な測距装置を提供することができる。
【００５０】
＜実施の形態２＞
次に、本発明の実施の形態２について説明する。図６は、実施の形態２にかかる測距装置が備える測定部８０を示す断面図である。図７は、実施の形態２にかかる測距装置が備える測定部の正面図である。本実施の形態にかかる測距装置は、実施の形態１で説明した測距装置と比べて測定部８０の構成が異なる。これ以外は、実施の形態１で説明した測距装置と同一であるので重複した説明は省略する。
【００５１】
図６、図７に示すように、本実施の形態にかかる測距装置が備える測定部８０は、偏光ビームスプリッタ８１、反射部材８２〜８６、固定部材８７、８８、及び駆動部９１を備える。なお、図７では、反射部材８２および駆動部９１の図示を省略している。また、反射部材８４、８６と被測定面４６との間にもそれぞれ固定部材が設けられている。ここで、偏光ビームスプリッタ８１、反射部材８２〜８６、及び固定部材８７、８８の基本的な構成は、実施の形態１で説明した偏光ビームスプリッタ４１、反射部材４２、４３、及び固定部材４４の構成と同様であるので重複した説明は省略する。
【００５２】
駆動部９１は、偏光ビームスプリッタ８１を軸９２を中心に回動可能に構成されている。このように、偏光ビームスプリッタ８１を軸９２を中心に回動させることで、偏光ビームスプリッタ８１で分離された測定光の伝搬方向を、被測定面４６と平行な任意の方向に変更することができ、被測定面４６の変位量を測定する方向を変更することができる（図７参照）。
【００５３】
つまり、偏光ビームスプリッタ８１で分離された測定光の伝搬方向が反射部材８３の方向または反射部材８５の方向である場合（図７において、それぞれ矢印ｄ１、ｄ３で示す）、被測定面４６のｙ軸方向の変位量を測定することができる。また、偏光ビームスプリッタ８１で分離された測定光の伝搬方向が反射部材８４の方向または反射部材８６の方向である場合（図７において、それぞれ矢印ｄ２、ｄ４で示す）、被測定面４６のｚ軸方向の変位量を測定することができる。このとき、偏光ビームスプリッタ８１と反射部材８２（図６参照）との相対的な位置関係は変化しないので、偏光ビームスプリッタ８１の位置（回転角）にかかわらず、被測定面４６のｘ軸方向の変位量を測定することができる。
【００５４】
図８、図９はそれぞれ、本実施の形態にかかる測距装置が備える測定部の他の例を示す断面図、及び正面図である。図８、図９に示すように、本実施の形態では、測定部８０’の反射部材として、円筒形状の反射部材９５を用いてもよい。反射部材９５は固定部材９７を用いて被測定面４６に固定されている。図９に示すように、反射部材９５の内周面９６は、偏光ビームスプリッタ８１で分離された測定光を反射可能に構成されている。
【００５５】
図９に示すように、偏光ビームスプリッタ８１で分離された測定光の伝搬方向が矢印ｄ１、ｄ３で示す方向である場合、被測定面４６のｙ軸方向の変位量を測定することができる。また、偏光ビームスプリッタ８１で分離された測定光の伝搬方向が矢印ｄ２、ｄ４である場合、被測定面４６のｚ軸方向の変位量を測定することができる。このとき、偏光ビームスプリッタ８１と反射部材８２（図８参照）との相対的な位置関係は変化しないので、偏光ビームスプリッタ８１の位置（回転角）にかかわらず、被測定面４６のｘ軸方向の変位量を測定することができる。
【００５６】
また、本実施の形態では、駆動部９１を用いて、偏光ビームスプリッタ８１を、軸９２を中心に一定速度で連続的に回転させてもよい。つまり、偏光ビームスプリッタ８１を回転させることで、偏光ビームスプリッタ８１で分離された測定光の伝搬方向が連続的に変化する。このとき、駆動部９１は、測定光の伝搬方向（つまり、偏光ビームスプリッタ８１の回転角）を把握しているので、反射光を用いて求めた変位量が、どの方向の変位量であるかを特定することができる。この場合は、ｘ軸方向の変位量は連続的な変位量として測定することができるが、ｙ軸方向の変位量およびｚ軸方向の変位量は、離散的な変位量となる。ただし、ｙ軸方向の変位量およびｚ軸方向の変位量をベクトル解析した場合は、ｙ軸方向とｚ軸方向の連続的な変位量を求めることができる。
【００５７】
このように、本実施の形態にかかる測距装置では、偏光ビームスプリッタ８１で分離された測定光の伝搬方向を、被測定面４６と平行な面内において変更することで、被測定面４６の変位量を測定する方向を任意に変更することができる。
【００５８】
以上、本発明を上記実施形態に即して説明したが、本発明は上記実施の形態の構成にのみ限定されるものではなく、本願特許請求の範囲の請求項の発明の範囲内で当業者であればなし得る各種変形、修正、組み合わせを含むことは勿論である。
【符号の説明】
【００５９】
１  測距装置
１０  本体部
１１  ビーム生成部
１２  測定部
１３  光源
１４〜１９  ミラー
２１、２２  偏光ビームスプリッタ
２３、２４  無偏光ビームスプリッタ
２５、２６  周波数調整部
３１、３２  偏光板
３３、３４  検出部
４１  偏光ビームスプリッタ
４２、４３  反射部材
４４  固定部材
４５  測定対象物
４６  被測定面
５６  測定用ビーム
５７  参照用ビーム
５８  参照光Ｒ２（Ｓ偏光）
５９  参照光Ｒ１（Ｐ偏光）
６１  測定光Ｍ１
６２  測定光Ｍ２
６３、６６  反射光Ｍ１’
６４、６７  反射光Ｍ２’
６５  反射ビーム
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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