JP7413646B2 - 測定装置及び測定システム - Google Patents

Description

本発明は、機械の３軸方向の位置決め精度及び真直度を測定する測定装置及び測定システムに関する。

ＮＣ（Numerically Controlled）工作機械、光学機械、及び計測機械等の各種機械は、Ｘ方向、Ｙ方向、及びＺ方向の３軸方向に移動する各種の移動機構を備える。このような各種機械においては３軸方向の精度を確保することが重要となる。

例えば特許文献１に記載の測定装置は、ＮＣ工作機械の加工ツール部に設けられた光学干渉ユニットと３軸方向に配置された測定反射ユニットとを相対移動させながら、光学干渉ユニットを用いて加工ツール部と各測定反射ユニットとの間の距離を個別に測定することで、ＮＣ工作機械の３軸方向の位置決め精度の測定を行う。

また、特許文献２に記載の測定装置は、工作機械の直線運動体と工作機械に設けられた測定装置本体とを一方向に相対移動させながら、直線運動体のコーナキューブプリズムに対するレーザ光の出射と、コーナキューブプリズムにて再帰反射されたレーザ光の検出と、を行うことで、工作機械の一方向の真直度（直線運動精度）の測定を行う。

国際公開第２００７／０２０７３８号 特開平１－５７１１０号公報

ところで、上述の各種の機械においては、３軸方向の位置決め精度の測定及び３軸方向の真直度の測定の両方を行うことが要望されている。上述の特許文献１に記載の測定装置では、３軸方向の位置決め精度の測定を行うことができるが、３軸方向の真直度の測定を行うことができない。また逆に、上述の特許文献２に記載の測定装置では、１軸方向の真直度の測定を行うことができるが、３軸方向の位置決め精度及び真直度の測定を行うことができない。

さらに、仮に特許文献１の測定装置及び特許文献２の測定装置を組み合わせて各種機械の３軸方向の位置決め精度及び真直度を測定する場合には、２種類の測定装置を付け替える付替作業を行う必要があり、この付替作業に多くの時間が必要となる。また、この場合には、３軸方向の各方向の真直度の測定を切り替える段取り替え作業を手動で行う必要があり、この段取り替え作業にも多くの時間が必要となる。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、機械の３軸方向の位置決め精度及び真直度を効率よく測定することができる測定装置及び測定システムを提供することを目的とする。

本発明の目的を達成するための測定装置は、機械の互いに直交するＸ方向、Ｙ方向、及びＺ方向の３軸方向の位置決め精度と真直度とを測定する測定装置において、互いに異なる位置からＸ方向の一方向側に沿って第１レーザビームと第２レーザビームを出射する光出射部と、光出射部から一方向側に沿って設けられた第１偏光分離素子、第２偏光分離素子、及び第３偏光分離素子と、第１偏光分離素子に対してＹ方向に対向する位置に設けられた共通再帰反射器と、互いに直交する直線偏光を第１偏光及び第２偏光とした場合に、第１偏光分離素子及び第２偏光分離素子の間において第１レーザビーム及び第２レーザビームの偏光状態を第１偏光及び第２偏光の一方から他方に変換する偏光変換状態と、偏光状態を維持する偏光維持状態とに切替可能な第１偏光変換部と、第２偏光分離素子及び第３偏光分離素子の間において偏光変換状態と偏光維持状態とに切替可能な第２偏光変換部と、を備え、第１偏光分離素子が、光出射部から入射した第１レーザビーム及び第２レーザビームの中で第１偏光を第２偏光分離素子へ出射し且つ第２偏光を共通再帰反射器へ出射し、第２偏光分離素子から入射した第１偏光をＸ方向の他方向側へ出射し、共通再帰反射器に反射されて入射する第２偏光を他方向側へ出射し、第２偏光分離素子が、第１偏光分離素子及び第３偏光分離素子の一方から入射した第１偏光を第１偏光分離素子及び第３偏光分離素子の他方へ出射し、第１偏光分離素子から入射した第２偏光を第２偏光分離素子のＹ方向側に設けられた第１外部再帰反射器へ出射し、第１外部再帰反射器に反射されて入射する第２偏光を第１偏光分離素子へ出射し、第３偏光分離素子が、第２偏光分離素子から入射した第１偏光を第３偏光分離素子のＺ方向側に設けられた第２外部再帰反射器へ出射し且つ第２偏光を第３偏光分離素子の一方向側に設けられた第３外部再帰反射器へ出射し、第２外部再帰反射器に反射されて入射する第１偏光を第２偏光分離素子へ出射し、第３外部再帰反射器に反射されて入射した第２偏光を第２偏光分離素子へ出射し、第１偏光変換部及び第２偏光変換部が、第１外部再帰反射器、第２外部再帰反射器、及び第３外部再帰反射器に対する第１レーザビーム及び第２レーザビームの出射を切り替える出射切替を行う。

この測定装置によれば、３軸方向の位置決め精度及び真直度の測定を自動で行うことができる。

本発明の他の態様に係る測定装置において、第１外部再帰反射器への第１レーザビーム及び第２レーザビームの出射を行う場合には第１偏光変換部が偏光変換状態に切り替わり且つ第２偏光変換部が偏光維持状態に切り替わり、第２外部再帰反射器への第１レーザビーム及び第２レーザビームの出射を行う場合には第１偏光変換部及び第２偏光変換部が偏光維持状態に切り替わり、第３外部再帰反射器への第１レーザビーム及び第２レーザビームの出射を行う場合には第１偏光変換部が偏光維持状態に切り替わり且つ第２偏光変換部が偏光変換状態に切り替わる。これにより、各外部再帰反射器に対して選択的に第１レーザビーム及び第２レーザビームを照射することができる。

本発明の他の態様に係る測定装置において、第１偏光変換部が、第１偏光及び第２偏光の一方を他方に変換する第１共通偏光変換素子と、偏光変換状態においては第１共通偏光変換素子を第１偏光分離素子と第２偏光分離素子との間に挿入し、且つ偏光維持状態においては第１共通偏光変換素子を第１偏光分離素子と第２偏光分離素子との間から退避させる第１挿脱部と、を備える。これにより、各外部再帰反射器に対して選択的に第１レーザビーム及び第２レーザビームを照射することができる。

本発明の他の態様に係る測定装置において、第２偏光変換部が、第１偏光及び第２偏光の一方を他方に変換する第２共通偏光変換素子と、偏光変換状態においては第２共通偏光変換素子を第２偏光分離素子と第３偏光分離素子との間に挿入し、且つ偏光維持状態においては第２共通偏光変換素子を第２偏光分離素子と第３偏光分離素子との間から退避させる第２挿脱部と、を備える。これにより、各外部再帰反射器に対して選択的に第１レーザビーム及び第２レーザビームを照射することができる。

本発明の他の態様に係る測定装置において、第２偏光分離素子と第１外部再帰反射器との間の第２レーザビームの光路上に設けられ、第１偏光及び第２偏光の一方を他方に変換する第１偏光変換素子と、Ｙ方向において第２偏光分離素子に対して第１偏光変換素子とは反対側の位置に設けられた第１再帰反射器であって、且つ第２偏光分離素子から入射した第２レーザビームを第２偏光分離素子へ反射する第１再帰反射器と、を備え、第２偏光分離素子が、第１外部再帰反射器及び第１再帰反射器の一方から入射する第２レーザビームの第１偏光を第１外部再帰反射器及び第１再帰反射器の他方へ出射する。これにより、第１外部再帰反射器のＸＺ方向の変位を拡大して検出することができる。

本発明の他の態様に係る測定装置において、第３偏光分離素子と第２外部再帰反射器との間の第２レーザビームの光路上に設けられ、第１偏光及び第２偏光の一方を他方に変換する第２偏光変換素子と、Ｚ方向において第３偏光分離素子に対して第２偏光変換素子とは反対側の位置に設けられた第２再帰反射器であって、且つ第３偏光分離素子から入射した第２レーザビームを第３偏光分離素子へ反射する第２再帰反射器と、を備え、第３偏光分離素子が、第２外部再帰反射器及び第２再帰反射器の一方から入射する第２レーザビームの第２偏光を第２外部再帰反射器及び第２再帰反射器の他方へ出射する。これにより、第２外部再帰反射器のＸＹ方向の変位を拡大して検出することができる。

本発明の他の態様に係る測定装置において、第３偏光分離素子と第３外部再帰反射器との間に設けられた第４偏光分離素子であって、且つ第３偏光分離素子及び第３外部再帰反射器の一方から入射する第２偏光を第３偏光分離素子及び第３外部再帰反射器の他方へ出射する第４偏光分離素子と、第４偏光分離素子と第３外部再帰反射器との間の第２レーザビームの光路上に設けられ、第１偏光及び第２偏光の一方を他方に変換する第３偏光変換素子と、第４偏光分離素子に対してＺ方向に対向する位置に設けられた第３再帰反射器であって、且つ第４偏光分離素子から入射した第２レーザビームを第４偏光分離素子へ反射する第３再帰反射器と、を備え、第４偏光分離素子が、第３外部再帰反射器及び第３再帰反射器の一方から入射する第２レーザビームの第１偏光を第３外部再帰反射器及び第３再帰反射器の他方へ出射する。これにより、第３外部再帰反射器のＹＺ方向の変位を拡大して検出することができる。

本発明の他の態様に係る測定装置において、第１偏光分離素子が、出射切替に応じて第１外部再帰反射器、第２外部再帰反射器、及び第３外部再帰反射器で選択的に反射された第１偏光と、共通再帰反射器に反射された第２偏光と、を第１レーザビーム及び第２レーザビームごとに互いに異なる位置から他方向側へ出射する。３軸方向ごとにそれぞれ位置決め精度及び真直度を同時測定することができる。

本発明の他の態様に係る測定装置において、第１偏光分離素子から他方向側に出射された第１レーザビームの第１偏光と第２偏光との干渉信号を検出する第１検出部と、第１偏光分離素子から他方向側に出射された第２レーザビームの第１偏光及び第２偏光を偏光分離して出射する第５偏光分離素子と、第５偏光分離素子から出射された第１偏光を検出する第２検出部と、第５偏光分離素子から出射された第２偏光を検出する第３検出部と、を備え、出射切替に応じて３軸方向ごとに第１検出部による干渉信号の検出と、第２検出部による第１偏光の検出と、第３検出部による第２偏光の検出と、が実行される。これにより、３軸方向の位置決め精度及び真直度の測定を自動で行うことができる。

本発明の目的を達成するための測定システムは、前述の測定装置と、第１検出部が３軸方向ごとの干渉信号を検出した検出結果に基づき、３軸方向ごとの位置決め精度の検出を行う位置決め精度検出部と、第２検出部による３軸方向ごとの第１偏光の検出結果と、第３検出部による第２偏光の検出結果と、に基づき３軸方向ごとの真直度の検出を行う真直度検出部と、を備える。

本発明は、機械の３軸方向の位置決め精度及び真直度を効率よく測定することができる。

測定システムの概略図である。 Ｘ外部再帰反射器、Ｙ外部再帰反射器、Ｚ外部再帰反射器、及び測定装置の斜視図である。 測定装置の構成を示す概略図である。 Ｘ方向の同時測定における第１レーザビームの光線図である。 Ｘ外部再帰反射器を＋Ｘ方向側から見た正面図である。 Ｘ方向の同時測定時における第２レーザビームの光線図である。 Ｙ方向の同時測定時における第１レーザビームの光線図である。 Ｙ方向の同時測定時における第２レーザビームの光線図である。 Ｚ方向の同時測定時における第１レーザビームの光線図である。 Ｚ方向の同時測定時における第２レーザビームの光線図である。 レシーバ部の構成を示す概略図である。 Ｘ外部再帰反射器の変位検出を説明するためのモデル図である。 測定システムによる３軸方向の位置決め精度及び真直度の同時測定の処理の流れを示すフローチャートである。

［工作機械及び測定システムの全体構成］
図１は、本発明の測定装置１４を備える測定システム１０の概略図である。図１に示すように、測定システム１０は、工作機械９１の互いに直交する３軸方向（Ｘ方向、Ｙ方向、及びＺ方向）の位置決め精度及び真直度を自動で測定する。なお、本実施形態ではＸ方向及びＹ方向が水平方向であり且つＺ方向が上下方向（高さ方向）である。

工作機械９１は、加工ツールを保持し駆動する加工ツール部９２と、被加工物を載せる載置台９３と、ＮＣコントローラ９７と、を備える。

加工ツール部９２はＺ方向に移動可能であり、載置台９３はＸ方向及びＹ方向に移動可能である。なお、加工ツール部９２及び載置台９３の一方に対して他方が３軸方向に相対移動可能であれば、加工ツール部９２及び載置台９３の移動の有無及び移動方向は特に限定はされない。また、載置台９３には、工作機械９１の３軸方向の位置決め精度及び真直度の測定に用いられるＸ外部再帰反射器１７１、Ｙ外部再帰反射器１７２（図２参照）、及びＺ外部再帰反射器１７３がセットされる。

ＮＣコントローラ９７は、コンピュータ３１の制御の下、加工ツール部９２及び載置台９３の移動を制御する。このＮＣコントローラ９７は、加工ツール部９２及び載置台９３の各々の移動機構（不図示）に対して各方向に所定の移動量だけ移動するように指示する。各移動機構は、ＮＣコントローラ９７に基づいて各移動機構を駆動することで、加工ツール部９２をＺ方向に移動し且つ載置台９３をＸＹ方向に移動する。

測定システム１０は、ＮＣコントローラ９７からの指示に応じて、加工ツール部９２及び載置台９３の一方に対して他方が３軸方向にそれぞれ実際に移動した移動量を測定する。これにより、測定システム１０は、３軸方向の各方向においてＮＣコントローラ９７からの指示と移動機構の動作との誤差を測定して、工作機械９１の３軸方向の位置決め精度の測定を行う。

また、測定システム１０は、３軸方向の位置決め精度の測定を行う際に、加工ツール部９２及び載置台９３の各々の移動方向に対する垂直方向の変位を測定することで工作機械９１の３軸方向の真直度を測定する。すなわち測定システム１０は、Ｘ方向の位置決め精度及び真直度の同時測定と、Ｙ方向の位置決め精度及び真直度の同時測定と、Ｚ方向の位置決め精度及び真直度の同時測定と、を順番に行う。

測定システム１０は、コンピュータ３１を工作機械９１と共用すると共に、レーザ光源１１、測定装置１４、真直度用信号処理ユニット１５、位置決め精度用信号処理ユニット１６、及び切替コントローラ３２を備える。

コンピュータ３１は、データ通信ケーブル３３を介して、レーザ光源１１、真直度用信号処理ユニット１５、位置決め精度用信号処理ユニット１６、切替コントローラ３２、及びＮＣコントローラ９７の各部と接続されており、各部との間で制御信号及びデータ等の送受信を行う。コンピュータ３１は、各種のプロセッサ（Processor）及びメモリ等から構成された演算回路を備える。各種のプロセッサには、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、及びプログラマブル論理デバイス［例えばＳＰＬＤ（Simple Programmable Logic Devices）、ＣＰＬＤ（Complex Programmable Logic Device）、及びＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Arrays）］等が含まれる。なお、コンピュータ３１の各種機能は、１つのプロセッサにより実現されてもよいし、同種または異種の複数のプロセッサで実現されてもよい。

コンピュータ３１のプロセッサは、不図示の記憶部に記憶された測定プログラムを実行することで、レーザ光源１１、真直度用信号処理ユニット１５、位置決め精度用信号処理ユニット１６、切替コントローラ３２、及びＮＣコントローラ９７を制御する。

レーザ光源１１は、光ファイバ１２４を介して測定装置１４に接続している。レーザ光源１１は、後述の図３に示すように、工作機械９１の位置決め精度測定用の第１レーザビームＬ１と真直度測定用の第２レーザビームＬ２とを測定装置１４へ出射する。第１レーザビームＬ１及び第２レーザビームＬ２は、例えば、Ｈｅ－Ｎｅレーザ等の可干渉距離の長いレーザ光が用いられる。なお、本実施形態では、単一のレーザ光源１１から第１レーザビームＬ１及び第２レーザビームＬ２が出射されるが、第１レーザビームＬ１を出射するレーザ光源１１と第２レーザビームＬ２を出射するレーザ光源１１とを個別に設けてもよい。

真直度用信号処理ユニット１５は、電気ケーブル３５を介して測定装置１４と接続している。この真直度用信号処理ユニット１５は、詳しくは後述するが、測定装置１４から入力される信号に基づき工作機械９１の３軸方向の真直度を検出する。

位置決め精度用信号処理ユニット１６は、光ファイバ１２２を介して測定装置１４と接続している。この位置決め精度用信号処理ユニット１６は、詳しくは後述するが、測定装置１４から入力される信号に基づき工作機械９１の３軸方向の位置決め精度を検出する。

切替コントローラ３２は、電気ケーブル３５を介して測定装置１４と接続している。切替コントローラ３２は、コンピュータ３１の制御の下、後述の図３に示す測定装置１４内の第１偏光変換部１２１及び第２偏光変換部１２３の制御を行う。

図２は、Ｘ外部再帰反射器１７１、Ｙ外部再帰反射器１７２、Ｚ外部再帰反射器１７３、及び測定装置１４の斜視図である。図２に示すように、Ｘ外部再帰反射器１７１（第３外部再帰反射器に相当）、Ｙ外部再帰反射器１７２（第１外部再帰反射器に相当）、及びＺ外部再帰反射器１７３（第２外部再帰反射器に相当）は、例えばコーナキューブプリズムのようなリトロリフレクタであり（後述の他の各種再帰反射器も同様）、載置台９３上にセットされる。

Ｘ外部再帰反射器１７１は、工作機械９１のＸ方向の位置決め精度、すなわち載置台９３のＸ方向の位置決め精度の測定に用いられる。また、Ｘ外部再帰反射器１７１は、工作機械９１のＸ方向の真直度、すなわち載置台９３をＸ方向に移動させた場合のＹ方向及びＺ方向の変位の測定に用いられる。

Ｙ外部再帰反射器１７２は、工作機械９１のＹ方向の位置決め精度、すなわち載置台９３のＹ方向の位置決め精度の測定に用いられる。また、Ｙ外部再帰反射器１７２は、工作機械９１のＹ方向の真直度、すなわち載置台９３をＹ方向に移動させた場合のＸ方向及びＺ方向の変位の測定に用いられる。

Ｚ外部再帰反射器１７３は、工作機械９１のＺ方向の位置決め精度、すなわち加工ツール部９２のＺ方向の位置決め精度の測定に用いられる。また、Ｚ外部再帰反射器１７３は、工作機械９１のＺ方向の真直度、すなわち加工ツール部９２をＺ方向に移動させた場合のＸ方向及びＹ方向の変位の測定に用いられる。

なお、Ｘ外部再帰反射器１７１及びＹ外部再帰反射器１７２の位置は、取り付け補助具１７４により、測定装置１４から出射される第１レーザビームＬ１及び第２レーザビームＬ２のＺ方向の高さに合わせて調整されている。

［測定装置の構成］
図３は、測定装置１４の構成を示す概略図である。なお、Ｘ方向の一方向側を＋Ｘ方向側としこの一方向側とは反対側の他方向側を－Ｘ方向側とする。また、Ｙ方向の一方向側を＋Ｙ方向側とし他方向側を－Ｙ方向側とし、Ｚ方向の一方向側を＋Ｚ方向側とし他方向側を－Ｚ方向側とする。

図３に示すように、測定装置１４は、第１出射口１１Ａ及び第２出射口１１Ｂと、第１偏光ビームスプリッタ１０１Ａと、第２偏光ビームスプリッタ１０３Ａと、第３偏光ビームスプリッタ１０５Ａと、第４偏光ビームスプリッタ１０７Ａと、共通再帰反射器１０１Ｂと、再帰反射器１０３Ｂ，１０５Ｂ，１０７Ｂと、１／４波長板１０３Ｃ，１０５Ｃ，１０７Ｃと、第１偏光変換部１２１及び第２偏光変換部１２３と、レシーバ部１２７と、第５偏光ビームスプリッタ１２５Ａと、補正用フォトディテクタ１２５Ｂと、測定用フォトディテクタ１２５Ｃと、を備える。

第１出射口１１Ａ及び第２出射口１１Ｂは、本発明の光出射部に相当するものであり、それぞれが光ファイバ１２４を介してレーザ光源１１に接続されている。第１出射口１１Ａ及び第２出射口１１Ｂは、図３中では簡略的に図示しているが、Ｙ方向及びＺ方向において互いに異なる位置に設けられている。例えば、第１出射口１１ＡはＸ軸（基準軸、主軸）に対してＺ方向に偏心した位置に設けられている。また、第２出射口１１ＢはＸ軸に対してＹ方向に偏心した位置に設けられている。なお、第１出射口１１Ａ及び第２出射口１１Ｂの位置については適宜変更してもよい。

第１出射口１１Ａは、＋Ｘ方向側に沿って第１レーザビームＬ１を出射する。第２出射口１１Ｂは、＋Ｘ方向側に沿って第２レーザビームＬ２を出射する。

第１出射口１１Ａ及び第２出射口１１Ｂから＋Ｘ方向側（Ｘ軸）に沿って、第１偏光ビームスプリッタ１０１Ａと、第２偏光ビームスプリッタ１０３Ａと、第３偏光ビームスプリッタ１０５Ａと、第４偏光ビームスプリッタ１０７Ａと、が設けられている。

以下、偏光方向が互いに直交する直線偏光のうちで偏光方向がＹ方向である直線偏光を第１偏光といい且つ偏光方向がＺ方向である直線偏光を第２偏光という。なお、第１偏光は、第１偏光ビームスプリッタ１０１Ａ、第２偏光ビームスプリッタ１０３Ａ、及び第５偏光ビームスプリッタ１２５Ａに対しては所謂Ｐ偏光となり、且つ第３偏光ビームスプリッタ１０５Ａ及び第４偏光ビームスプリッタ１０７Ａに対して所謂Ｓ偏光となる。また逆に、第２偏光は、第１偏光ビームスプリッタ１０１Ａ、第２偏光ビームスプリッタ１０３Ａ、及び第５偏光ビームスプリッタ１２５Ａに対しては所謂Ｓ偏光となり、且つ第３偏光ビームスプリッタ１０５Ａ及び第４偏光ビームスプリッタ１０７Ａに対して所謂Ｐ偏光となる。

第１偏光ビームスプリッタ１０１Ａ（第１偏光分離素子に相当）は、Ｘ方向及びＹ方向において各レーザビームＬ１，Ｌ２の第１偏光を透過する。また、第１偏光ビームスプリッタ１０１Ａは、－Ｘ方向側（第１出射口１１Ａ及び第２出射口１１Ｂ側）から入射した各レーザビームＬ１，Ｌ２の第２偏光を－Ｙ方向側（共通再帰反射器１０１Ｂ側）に反射（出射）する。さらに、第１偏光ビームスプリッタ１０１Ａは、－Ｙ方向側から入射した各レーザビームＬ１，Ｌ２の第２偏光を－Ｘ方向側へ反射（出射）する。

共通再帰反射器１０１Ｂは、第１偏光ビームスプリッタ１０１Ａに対して－Ｙ方向側に対向する位置に設けられている。この共通再帰反射器１０１Ｂは、＋Ｙ方向側（第１偏光ビームスプリッタ１０１Ａ）側から入射した各レーザビームＬ１，Ｌ２の第２偏光を、＋Ｙ方向側へ再帰反射（出射）する。

第２偏光ビームスプリッタ１０３Ａ（第２偏光分離素子に相当）は、Ｙ外部再帰反射器１７２に対して－Ｙ方向側に対向する位置に設けられている。この第２偏光ビームスプリッタ１０３Ａは、Ｘ方向及びＹ方向において各レーザビームＬ１，Ｌ２の第１偏光を透過する。また、第２偏光ビームスプリッタ１０３Ａは、－Ｘ方向側（第１偏光ビームスプリッタ１０１Ａ側）から入射した各レーザビームＬ１，Ｌ２の第２偏光を＋Ｙ方向側（Ｙ外部再帰反射器１７２）に向けて反射（出射）する。さらに、第２偏光ビームスプリッタ１０３Ａは、＋Ｙ方向側から入射した各レーザビームＬ１，Ｌ２の第２偏光を－Ｘ方向側へ反射（出射）する。

再帰反射器１０３Ｂ（第１再帰反射器に相当）は、第２偏光ビームスプリッタ１０３Ａに対して－Ｙ方向側に対向する位置に設けられている。この再帰反射器１０３Ｂは、詳しくは後述するが、＋Ｙ方向側（第２偏光ビームスプリッタ１０３Ａ）側から入射した第２レーザビームＬ２の第２偏光を＋Ｙ方向側へ再帰反射（出射）する（図８参照）。

１／４波長板１０３Ｃ（第１偏光変換素子に相当）は、第２偏光ビームスプリッタ１０３ＡとＹ外部再帰反射器１７２との間の第２レーザビームＬ２（第１偏光、第２偏光）の光路上の２箇所であって且つ第１レーザビームＬ１の光路上からは外れた位置に設けられている。

具体的には１／４波長板１０３Ｃは、第２偏光ビームスプリッタ１０３ＡからＹ外部再帰反射器１７２へ反射される第２レーザビームＬ２（第１偏光、第２偏光）の光路上と、Ｙ外部再帰反射器１７２から第２偏光ビームスプリッタ１０３Ａへ再帰反射される第２レーザビームＬ２（第１偏光、第２偏光）の光路上とに設けられている。これにより、１／４波長板１０３Ｃは、詳しくは後述するが、第２偏光ビームスプリッタ１０３ＡからＹ外部再帰反射器１７２を経て再び第２偏光ビームスプリッタ１０３Ａに入射する第２レーザビームＬ２のみの偏光状態を、第１偏光及び第２偏光の一方から他方に変換する（図８等参照）。なお、本明細書において「Ａ及びＢの一方から他方」には「Ａ及びＢの他方から一方」も含まれる。

第３偏光ビームスプリッタ１０５Ａ（第３偏光分離素子に相当）は、Ｚ外部再帰反射器１７３に対して－Ｚ方向側に対向する位置に設けられている。この第３偏光ビームスプリッタ１０５Ａは、Ｘ方向及びＺ方向において各レーザビームＬ１，Ｌ２の第２偏光を透過する。また、第３偏光ビームスプリッタ１０５Ａは、－Ｘ方向側（第２偏光ビームスプリッタ１０３Ａ側）から入射した各レーザビームＬ１，Ｌ２の第１偏光を＋Ｚ方向側（Ｚ外部再帰反射器１７３）に向けて反射（出射）する。さらに、第３偏光ビームスプリッタ１０５Ａは、＋Ｚ方向側から入射した各レーザビームＬ１，Ｌ２の第１偏光を－Ｘ方向側へ反射（出射）する。

再帰反射器１０５Ｂ（第２再帰反射器に相当）は、第３偏光ビームスプリッタ１０５Ａに対して－Ｚ方向側に対向する位置に設けられている。この再帰反射器１０５Ｂは、詳しくは後述するが、＋Ｚ方向側（第３偏光ビームスプリッタ１０５Ａ）側から入射した第２レーザビームＬ２の第２偏光を＋Ｚ方向側へ再帰反射（出射）する（図１０参照）。

１／４波長板１０５Ｃ（第２偏光変換素子に相当）は、第３偏光ビームスプリッタ１０５ＡとＺ外部再帰反射器１７３との間の第２レーザビームＬ２（第１偏光、第２偏光）の光路上の２箇所であって且つ第１レーザビームＬ１の光路上からは外れた位置に設けられている。

具体的には１／４波長板１０５Ｃは、第３偏光ビームスプリッタ１０５ＡからＺ外部再帰反射器１７３へ反射される第２レーザビームＬ２（第１偏光、第２偏光）の光路上と、Ｚ外部再帰反射器１７３から第３偏光ビームスプリッタ１０５Ａへ再帰反射される第２レーザビームＬ２（第１偏光、第２偏光）の光路上とに設けられている。これにより、詳しくは後述するが、１／４波長板１０５Ｃは、第３偏光ビームスプリッタ１０５ＡからＺ外部再帰反射器１７３を経て再び第３偏光ビームスプリッタ１０５Ａに入射する第２レーザビームＬ２のみの偏光状態を、第１偏光及び第２偏光の一方から他方に変換する（図１０参照）。

第４偏光ビームスプリッタ１０７Ａ（第４偏光分離素子に相当）は、Ｘ外部再帰反射器１７１に対して－Ｘ方向側に対向する位置に設けられている。この第４偏光ビームスプリッタ１０７Ａは、Ｘ方向及びＺ方向において各レーザビームＬ１，Ｌ２の第２偏光を透過する。また、第４偏光ビームスプリッタ１０７Ａは、＋Ｘ方向側（Ｘ外部再帰反射器１７１側）から入射した第２レーザビームＬ２の第１偏光を－Ｚ方向側（再帰反射器１０７Ｂ側）に向けて反射（出射）し、且つ－Ｚ方向側から入射した第２レーザビームＬ２の第１偏光を＋Ｘ方向側に向けて反射（出射）する。

再帰反射器１０７Ｂ（第３再帰反射器に相当）は、第４偏光ビームスプリッタ１０７Ａに対して－Ｚ方向側に対向する位置に設けられている。この再帰反射器１０７Ｂは、詳しくは後述するが、＋Ｚ方向側（第４偏光ビームスプリッタ１０７Ａ）側から入射した第１レーザビームＬ１の第２偏光を＋Ｚ方向側へ再帰反射（出射）する（図１０参照）。

１／４波長板１０７Ｃ（第３偏光変換素子に相当）は、第４偏光ビームスプリッタ１０７ＡとＸ外部再帰反射器１７１との間の第２レーザビームＬ２（第１偏光、第２偏光）の光路上の２箇所であって且つ第１レーザビームＬ１の光路上からは外れた位置に設けられている。

具体的には１／４波長板１０７Ｃは、第４偏光ビームスプリッタ１０７ＡからＸ外部再帰反射器１７１へ出射される第２レーザビームＬ２（第１偏光、第２偏光）の光路上と、Ｘ外部再帰反射器１７１から第４偏光ビームスプリッタ１０７Ａへ再帰反射される第２レーザビームＬ２（第１偏光、第２偏光）の光路上とに設けられている。これにより、詳しくは後述するが、１／４波長板１０７Ｃは、第４偏光ビームスプリッタ１０７ＡからＸ外部再帰反射器１７１を経て再び第４偏光ビームスプリッタ１０７Ａに入射する第２レーザビームＬ２のみの偏光状態を、第１偏光及び第２偏光の一方から他方に変換する（図６参照）。

第１偏光変換部１２１及び第２偏光変換部１２３は、Ｘ外部再帰反射器１７１、Ｙ外部再帰反射器１７２、及びＺ外部再帰反射器１７３に対する第１レーザビームＬ１及び第２レーザビームＬ２の出射切替を行う。すなわち、第１偏光変換部１２１及び第２偏光変換部１２３は、各外部再帰反射器１７１～１７３に対して選択的に第１レーザビームＬ１及び第２レーザビームＬ２を入射させる。

第１偏光変換部１２１は、第１偏光ビームスプリッタ１０１Ａと第２偏光ビームスプリッタ１０３Ａとの間において、各レーザビームＬ１，Ｌ２の偏光状態を第１偏光及び第２偏光の一方から他方に変換する偏光変換状態と、偏光状態を維持する偏光維持状態とに切替可能である。この第１偏光変換部１２１は、第１の１／２波長板１２１Ａ（第１共通偏光変換素子に相当）とアクチュエータ１２１Ｂ（第１挿脱部に相当）とを備える。

アクチュエータ１２１Ｂは、第１偏光ビームスプリッタ１０１Ａと第２偏光ビームスプリッタ１０３Ａとの間に対して第１の１／２波長板１２１Ａを挿脱自在に保持する。アクチュエータ１２１Ｂは、偏光変換状態においては、第１の１／２波長板１２１Ａを第１偏光ビームスプリッタ１０１Ａと第２偏光ビームスプリッタ１０３Ａとの間に挿入する。これにより、第１偏光ビームスプリッタ１０１Ａ及び第２偏光ビームスプリッタ１０３Ａの一方から他方に入射する各レーザビームＬ１，Ｌ２の偏光状態が第１偏光及び第２偏光の一方から他方に変換される。

また逆にアクチュエータ１２１Ｂは、偏光維持状態においては、第１の１／２波長板１２１Ａを第１偏光ビームスプリッタ１０１Ａと第２偏光ビームスプリッタ１０３Ａとの間から退避させる。これにより、第１偏光ビームスプリッタ１０１Ａ及び第２偏光ビームスプリッタ１０３Ａの一方から他方に入射する各レーザビームＬ１，Ｌ２の偏光状態が維持される。

第２偏光変換部１２３は、第２偏光ビームスプリッタ１０３Ａと第３偏光ビームスプリッタ１０５Ａとの間において、既述の偏光変換状態と偏光維持状態とに切替可能である。この第２偏光変換部１２３は、第２の１／２波長板１２３Ａ（第２共通偏光変換素子に相当）とアクチュエータ１２３Ｂ（第２挿脱部に相当）とを備える。

アクチュエータ１２３Ｂは、第２偏光ビームスプリッタ１０３Ａと第３偏光ビームスプリッタ１０５Ａとの間に対して第２の１／２波長板１２３Ａを挿脱自在に保持する。アクチュエータ１２３Ｂは、偏光変換状態においては、第２の１／２波長板１２３Ａを第２偏光ビームスプリッタ１０３Ａと第３偏光ビームスプリッタ１０５Ａとの間に挿入する。これにより、第２偏光ビームスプリッタ１０３Ａ及び第３偏光ビームスプリッタ１０５Ａの一方から他方に入射する各レーザビームＬ１，Ｌ２の偏光状態が第１偏光及び第２偏光の一方から他方に変換される。

また逆にアクチュエータ１２３Ｂは、偏光維持状態においては、第２の１／２波長板１２３Ａを第２偏光ビームスプリッタ１０３Ａと第３偏光ビームスプリッタ１０５Ａとの間から退避させる。これにより、第２偏光ビームスプリッタ１０３Ａ及び第３偏光ビームスプリッタ１０５Ａの一方から他方に入射する各レーザビームＬ１，Ｌ２の偏光状態が維持される。

アクチュエータ１２１Ｂ，１２３Ｂの駆動、すなわち第１偏光変換部１２１及び第２偏光変換部１２３の偏光変換状態と偏光維持状態との切り替えは、コンピュータ３１の制御の下で切替コントローラ３２により実行される。コンピュータ３１は、Ｘ方向の工作機械９１の位置決め精度及び真直度の同時測定（以下、単にＸ方向の同時測定と略す）を行う場合には、切替コントローラ３２により第１偏光変換部１２１を偏光維持状態に切り替えると共に第２偏光変換部１２３を偏光変換状態に切り替える。これにより、測定装置１４から各レーザビームＬ１，Ｌ２がＸ外部再帰反射器１７１に照射される（図４及び図６参照）。

また、コンピュータ３１は、Ｙ方向の工作機械９１の位置決め精度及び真直度の同時測定（以下、単にＹ方向の同時測定と略す）を行う場合には、切替コントローラ３２により第１偏光変換部１２１を偏光変換状態に切り替えると共に第２偏光変換部１２３を偏光維持状態に切り替える。これにより、測定装置１４から各レーザビームＬ１，Ｌ２がＹ外部再帰反射器１７２に照射される（図７及び図８参照）。

さらに、コンピュータ３１は、Ｚ方向の工作機械９１の位置決め精度及び真直度の同時測定（以下、単にＺ方向の同時測定と略す）を行う場合には、切替コントローラ３２により第１偏光変換部１２１及び第２偏光変換部１２３を偏光維持状態に切り替える。これにより、測定装置１４から各レーザビームＬ１，Ｌ２がＺ外部再帰反射器１７３に照射される（図９及び図１０参照）。

＜Ｘ方向の同時測定：第１レーザビーム＞
図４は、Ｘ方向の同時測定における第１レーザビームＬ１の光線図である。なお、図４では第２レーザビームＬ２の図示は省略している。また、図４の符号３００は測定装置１４を＋Ｚ方向側から見た上面図であり、符号４００は測定装置１４を－Ｙ方向側から見た側面図である（後述の図６、図７～図１０も同様）。

図４に示すように、第１出射口１１Ａから＋Ｘ方向側に出射された第１レーザビームＬ１は第１偏光ビームスプリッタ１０１Ａにより偏光分離される。以下、第１偏光ビームスプリッタ１０１Ａを透過する第１レーザビームＬ１の第１偏光を「第１測定光Ｌ１Ｍ」（図中実線で表示）といい、第１偏光ビームスプリッタ１０１Ａにて－Ｙ方向側に反射される第１レーザビームＬ１の第２偏光を「第１参照光Ｌ１Ｒ」（図中点線で表示）という。

第１参照光Ｌ１Ｒは、第１偏光ビームスプリッタ１０１Ａにより共通再帰反射器１０１Ｂに向けて反射され、共通再帰反射器１０１Ｂにより第１偏光ビームスプリッタ１０１Ａに向けて再帰反射され、さらに第１偏光ビームスプリッタ１０１Ａにより－Ｘ方向側に反射される。第１参照光Ｌ１Ｒが共通再帰反射器１０１Ｂにより再帰反射されることで、第１偏光ビームスプリッタ１０１Ａに対する第１レーザビームＬ１の入射位置と、第１偏光ビームスプリッタ１０１Ａから－Ｘ方向側に出射される第１参照光Ｌ１Ｒの出射位置とは、Ｘ軸に対して点対称の関係を満たす。

第１測定光Ｌ１Ｍ（第１偏光）は、第１偏光ビームスプリッタ１０１Ａを透過した後、第２偏光ビームスプリッタ１０３Ａを透過して第２の１／２波長板１２３Ａに入射する。これにより、第１測定光Ｌ１Ｍ（第１偏光）の偏光状態が第１偏光から第２偏光に変換される。そして、第２の１／２波長板１２３Ａを透過した第１測定光Ｌ１Ｍ（第２偏光）は、第３偏光ビームスプリッタ１０５Ａ及び第４偏光ビームスプリッタ１０７Ａを透過してＸ外部再帰反射器１７１に入射する。

図５は、Ｘ外部再帰反射器１７１を＋Ｘ方向側から見た正面図である。なお、図５中の符号Ｆ１はＸ外部再帰反射器１７１への第１測定光Ｌ１Ｍ（第２偏光）の入射位置であり、符号Ｆ２はＸ外部再帰反射器１７１から出射される第１測定光Ｌ１Ｍ（第２偏光）の出射位置を示す。また、詳しくは後述の図６で説明するが、符号Ｇ１はＸ外部再帰反射器１７１への第２測定光Ｌ２Ｍ（第２偏光）の入射位置であり、符号Ｇ２はＸ外部再帰反射器１７１から出射される第２測定光Ｌ２Ｍ（第２偏光）の出射位置を示す。また、図中の符号ＣＯは、Ｘ外部再帰反射器１７１の中心位置（Ｘ軸）を示す。

Ｘ外部再帰反射器１７１の位置Ｆ１に入射した第１測定光Ｌ１Ｍ（第２偏光）は、Ｘ外部再帰反射器１７１にて再帰反射されることで、中心位置ＣＯ（Ｘ軸）を基準として位置Ｆ１の点対称の位置Ｆ２から－Ｘ方向側に出射される。

図４に戻って、Ｘ外部再帰反射器１７１にて再帰反射された第１測定光Ｌ１Ｍ（第２偏光）は、第４偏光ビームスプリッタ１０７Ａ及び第３偏光ビームスプリッタ１０５Ａを透過して第２の１／２波長板１２３Ａに入射する。これにより、第１測定光Ｌ１Ｍ（第２偏光）の偏光状態が第２偏光から第１偏光に変換される。

第２の１／２波長板１２３Ａを透過した第１測定光Ｌ１Ｍ（第１偏光）は、第２偏光ビームスプリッタ１０３Ａ及び第１偏光ビームスプリッタ１０１Ａを透過して、第１偏光ビームスプリッタ１０１Ａから－Ｘ方向側に出射される。図５に示したように第１測定光Ｌ１ＭがＸ外部再帰反射器１７１により再帰反射されることで、第１偏光ビームスプリッタ１０１Ａに対する第１レーザビームＬ１の入射位置と、第１偏光ビームスプリッタ１０１Ａから－Ｘ方向側に出射される第１測定光Ｌ１Ｍの出射位置とは、Ｘ軸に対して点対称の関係を満たす。従って、第１測定光Ｌ１Ｍ及び第１参照光Ｌ１Ｒは、第１偏光ビームスプリッタ１０１Ａの同じ出射位置から－Ｘ方向側に出射されて、後述のレシーバ部１２７に入射する。

＜Ｘ方向の同時測定：第２レーザビーム＞
図６は、Ｘ方向の同時測定時における第２レーザビームＬ２の光線図である。なお、図６では第１レーザビームＬ１の図示は省略している。

図６及び既述の図５に示すように、第２出射口１１Ｂから＋Ｘ方向側に出射された第２レーザビームＬ２は第１偏光ビームスプリッタ１０１Ａにて偏光分離される。以下、第１偏光ビームスプリッタ１０１Ａを透過する第２レーザビームＬ２の第１偏光を「第２測定光Ｌ２Ｍ」（図中実線表示）といい、第１偏光ビームスプリッタ１０１Ａにて－Ｙ方向側に反射される第２レーザビームＬ２の第２偏光を「第２参照光Ｌ２Ｒ」（図中点線表示）という。

第２参照光Ｌ２Ｒは、第１参照光Ｌ１Ｒと同様に、第１偏光ビームスプリッタ１０１Ａから共通再帰反射器１０１Ｂを経て第１偏光ビームスプリッタ１０１Ａにより－Ｘ方向側に反射される。第２参照光Ｌ２Ｒが共通再帰反射器１０１Ｂにより再帰反射されることで、第１偏光ビームスプリッタ１０１Ａに対する第２レーザビームＬ２の入射位置と、第１偏光ビームスプリッタ１０１Ａから－Ｘ方向側に出射される第２参照光Ｌ２Ｒの出射位置とは、Ｘ軸に対して点対称の関係を満たす。

第２測定光Ｌ２Ｍ（第１偏光）は、第１偏光ビームスプリッタ１０１Ａ及び第２偏光ビームスプリッタ１０３Ａを透過した後、第２の１／２波長板１２３Ａに入射する。これにより、第２測定光Ｌ２Ｍ（第１偏光）の偏光状態が第１偏光から第２偏光に変換される。そして、第２の１／２波長板１２３Ａを透過した第２測定光Ｌ２Ｍ（第２偏光）は、第３偏光ビームスプリッタ１０５Ａ及び第４偏光ビームスプリッタ１０７Ａを透過する。

第４偏光ビームスプリッタ１０７Ａを透過した第２測定光Ｌ２Ｍ（第２偏光）は、１／４波長板１０７Ｃを透過し、Ｘ外部再帰反射器１７１の位置Ｇ１に入射し、Ｘ外部再帰反射器１７１にて再帰反射されることで中心位置ＣＯ（Ｘ軸）を基準として位置Ｇ１の点対称の位置Ｇ２から－Ｘ方向側に出射されて再び１／４波長板１０７Ｃを透過する。この際に、第２測定光Ｌ２Ｍ（第２偏光）は、第４偏光ビームスプリッタ１０７ＡとＸ外部再帰反射器１７１との間で１／４波長板１０７Ｃを２回透過することで、偏光状態が第２偏光から第１偏光に変換される。

１／４波長板１０７Ｃを透過した第２測定光Ｌ２Ｍ（第１偏光）は、第４偏光ビームスプリッタ１０７Ａにより再帰反射器１０７Ｂに向けて反射され、再帰反射器１０７Ｂにより第４偏光ビームスプリッタ１０７Ａに向けて再帰反射され、さらに第４偏光ビームスプリッタ１０７ＡによりＸ外部再帰反射器１７１に向けて反射される。これにより、第２測定光Ｌ２Ｍ（第１偏光）は、１／４波長板１０７Ｃを透過し、Ｘ外部再帰反射器１７１にて再帰反射されて再び１／４波長板１０７Ｃを透過する。これにより、第２測定光Ｌ２Ｍ（第１偏光）は、再び１／４波長板１０７Ｃを２回透過することで、偏光状態が第１偏光から第２偏光に変換される。その結果、第２測定光Ｌ２Ｍ（第２偏光）は、Ｘ外部再帰反射器１７１にて２回再帰反射された後、第４偏光ビームスプリッタ１０７Ａを透過して－Ｘ方向側に進行する。

第４偏光ビームスプリッタ１０７Ａを透過した第２測定光Ｌ２Ｍ（第２偏光）は、第３偏光ビームスプリッタ１０５Ａを透過して第２の１／２波長板１２３Ａに入射する。これにより、第２測定光Ｌ２Ｍ（第２偏光）の偏光状態が第２偏光から第１偏光に変換される。

第２の１／２波長板１２３Ａを透過した第２測定光Ｌ２Ｍ（第１偏光）は、第２偏光ビームスプリッタ１０３Ａ及び第１偏光ビームスプリッタ１０１Ａを透過して、第１偏光ビームスプリッタ１０１Ａから－Ｘ方向側に出射される。

第２測定光Ｌ２ＭがＸ外部再帰反射器１７１により再帰反射されることで、第１偏光ビームスプリッタ１０１Ａに対する第２レーザビームＬ２の入射位置と、第１偏光ビームスプリッタ１０１Ａから－Ｘ方向側に出射される第２測定光Ｌ２Ｍ（第１偏光）の出射位置とは、Ｘ軸に対して略点対称の関係を満たす。なお、略点対称とは、後述の図１２に示すようにＸ外部再帰反射器１７１がＹＺ方向に変位した場合に完全な点対称にならないことである。

従って、第２測定光Ｌ２Ｍ及び第２参照光Ｌ２Ｒは、第１偏光ビームスプリッタ１０１Ａの略同一の出射位置であって且つ既述の第１測定光Ｌ１Ｍ及び第１参照光Ｌ１Ｒの出射位置とは異なる位置から－Ｘ方向側に出射されて、後述の第５偏光ビームスプリッタ１２５Ａに入射する。

＜Ｙ方向の同時測定：第１レーザビーム＞
図７は、Ｙ方向の同時測定時における第１レーザビームＬ１の光線図である。なお、図７では第２レーザビームＬ２の図示は省略している。

図７に示すように、第１出射口１１Ａから＋Ｘ方向側に出射された第１レーザビームＬ１は第１偏光ビームスプリッタ１０１Ａにより第１測定光Ｌ１Ｍと第１参照光Ｌ１Ｒとに偏光分離される。第１参照光Ｌ１Ｒは、既述の図４に示した第１参照光Ｌ１Ｒの経路と同じ経路を辿って、第１偏光ビームスプリッタ１０１Ａから－Ｘ方向側に出射される。

第１偏光ビームスプリッタ１０１Ａを透過した第１測定光Ｌ１Ｍ（第１偏光）は、第１の１／２波長板１２１Ａに入射する。これにより、第１測定光Ｌ１Ｍ（第１偏光）の偏光状態が第１偏光から第２偏光に変換される。そして、第１の１／２波長板１２１Ａを透過した第１測定光Ｌ１Ｍ（第２偏光）は、第２偏光ビームスプリッタ１０３Ａに入射し、第２偏光ビームスプリッタ１０３ＡによりＹ外部再帰反射器１７２に向けて反射される。

Ｙ外部再帰反射器１７２に入射した第１測定光Ｌ１Ｍ（第２偏光）は、Ｙ外部再帰反射器１７２により再帰反射された後、第２偏光ビームスプリッタ１０３Ａに入射し、この第２偏光ビームスプリッタ１０３Ａにより第１の１／２波長板１２１Ａに向けて－Ｘ方向側に反射される。第１の１／２波長板１２１Ａに入射した第１測定光Ｌ１Ｍ（第２偏光）は、偏光状態が第２偏光から第１偏光に変換される。

第１の１／２波長板１２１Ａを透過した第１測定光Ｌ１Ｍ（第１偏光）は、既述の図４に示した第１測定光Ｌ１Ｍ（第１偏光）の経路と同じ経路を辿って、第１偏光ビームスプリッタ１０１Ａから－Ｘ方向側に出射される。これにより、第１測定光Ｌ１Ｍ及び第１参照光Ｌ１Ｒは、第１偏光ビームスプリッタ１０１Ａの同じ出射位置から－Ｘ方向側に出射されて、後述のレシーバ部１２７に入射する。

＜Ｙ方向の同時測定：第２レーザビーム＞
図８は、Ｙ方向の同時測定時における第２レーザビームＬ２の光線図である。なお、図８では第１レーザビームＬ１の図示は省略している。

図８に示すように、第２出射口１１Ｂから＋Ｘ方向側に出射された第２レーザビームＬ２は第１偏光ビームスプリッタ１０１Ａにて第２測定光Ｌ２Ｍと第２参照光Ｌ２Ｒとに偏光分離される。第２参照光Ｌ２Ｒは、既述の図６に示した第２参照光Ｌ２Ｒの経路と同じ経路を辿って、第１偏光ビームスプリッタ１０１Ａから－Ｘ方向側に出射される。

第１偏光ビームスプリッタ１０１Ａを透過した第２測定光Ｌ２Ｍ（第１偏光）は、第１の１／２波長板１２１Ａに入射する。これにより、第２測定光Ｌ２Ｍ（第１偏光）の偏光状態が第１偏光から第２偏光に変換される。そして、第１の１／２波長板１２１Ａを透過した第２測定光Ｌ２Ｍ（第２偏光）は、第２偏光ビームスプリッタ１０３Ａに入射し、第２偏光ビームスプリッタ１０３ＡによりＹ外部再帰反射器１７２に向けて反射される。

第２偏光ビームスプリッタ１０３Ａにより反射された第２測定光Ｌ２Ｍ（第２偏光）は、１／４波長板１０３Ｃを透過し、Ｙ外部再帰反射器１７２に入射し、このＹ外部再帰反射器１７２により再帰反射されることで－Ｙ方向側に出射されて再び１／４波長板１０３Ｃを透過する。この際に、第２測定光Ｌ２Ｍ（第２偏光）は、第２偏光ビームスプリッタ１０３ＡとＹ外部再帰反射器１７２との間で１／４波長板１０３Ｃを２回透過することで、偏光状態が第２偏光から第１偏光に変換される。

１／４波長板１０３Ｃを透過した第２測定光Ｌ２Ｍ（第１偏光）は、第２偏光ビームスプリッタ１０３Ａを透過して再帰反射器１０３Ｂに入射し、この再帰反射器１０３Ｂにより第２偏光ビームスプリッタ１０３Ａに向けて再帰反射され、第２偏光ビームスプリッタ１０３Ａを透過する。これにより、第２測定光Ｌ２Ｍ（第１偏光）は、１／４波長板１０３Ｃを透過し、Ｙ外部再帰反射器１７２にて再帰反射されて再び１／４波長板１０３Ｃを透過する。これにより、第２測定光Ｌ２Ｍ（第１偏光）は、再び１／４波長板１０３Ｃを２回透過することで、偏光状態が第１偏光から第２偏光に変換される。その結果、第２測定光Ｌ２Ｍ（第２偏光）は、Ｙ外部再帰反射器１７２にて２回再帰反射された後、第２偏光ビームスプリッタ１０３Ａに入射し、この第２偏光ビームスプリッタ１０３Ａにより第１の１／２波長板１２１Ａに向けて反射される。

第１の１／２波長板１２１Ａに入射した第２測定光Ｌ２Ｍ（第２偏光）は、偏光状態が第２偏光から第１偏光に変換される。

第２の１／２波長板１２３Ａを透過した第２測定光Ｌ２Ｍ（第１偏光）は、既述の図６に示した第２測定光Ｌ２Ｍ（第１偏光）の経路と同じ経路を辿って、第１偏光ビームスプリッタ１０１Ａから－Ｘ方向側に出射される。これにより、第２測定光Ｌ２Ｍ及び第２参照光Ｌ２Ｒは、第１偏光ビームスプリッタ１０１Ａの略同一の出射位置から－Ｘ方向側に出射されて、後述の第５偏光ビームスプリッタ１２５Ａに入射する。

＜Ｚ方向の同時測定：第１レーザビーム＞
図９は、Ｚ方向の同時測定時における第１レーザビームＬ１の光線図である。なお、図９では第２レーザビームＬ２の図示は省略している。

図９に示すように、第１出射口１１Ａから＋Ｘ方向側に出射された第１レーザビームＬ１は第１偏光ビームスプリッタ１０１Ａにて第１測定光Ｌ１Ｍと第１参照光Ｌ１Ｒとに偏光分離される。第１参照光Ｌ１Ｒは、既述の図４及び図７に示した第１参照光Ｌ１Ｒの経路と同じ経路を辿って、第１偏光ビームスプリッタ１０１Ａから－Ｘ方向側に出射される。

第１偏光ビームスプリッタ１０１Ａを透過した第１測定光Ｌ１Ｍ（第１偏光）は、第２偏光ビームスプリッタ１０３Ａを透過した後、第３偏光ビームスプリッタ１０５ＡによりＺ外部再帰反射器１７３に向けて反射される。

Ｚ外部再帰反射器１７３に入射した第１測定光Ｌ１Ｍ（第１偏光）は、Ｚ外部再帰反射器１７３により再帰反射された後、第３偏光ビームスプリッタ１０５Ａに入射し、この第３偏光ビームスプリッタ１０５Ａにより第２偏光ビームスプリッタ１０３Ａに向けて－Ｘ方向側に反射される。

第３偏光ビームスプリッタ１０５Ａにより－Ｘ方向側に反射された第１測定光Ｌ１Ｍ（第１偏光）は、既述の図４に示した第１測定光Ｌ１Ｍ（第１偏光）の経路と同じ経路を辿って、第１偏光ビームスプリッタ１０１Ａから－Ｘ方向側に出射される。これにより、第１測定光Ｌ１Ｍ及び第１参照光Ｌ１Ｒは、第１偏光ビームスプリッタ１０１Ａの同じ出射位置から－Ｘ方向側に出射されて、後述のレシーバ部１２７に入射する。

＜Ｚ方向の同時測定：第２レーザビーム＞
図１０は、Ｚ方向の同時測定時における第２レーザビームＬ２の光線図である。なお、図１０では第１レーザビームＬ１の図示は省略している。

図１０に示すように、第２出射口１１Ｂから＋Ｘ方向側に出射された第２レーザビームＬ２は第１偏光ビームスプリッタ１０１Ａにて第２測定光Ｌ２Ｍと第２参照光Ｌ２Ｒとに偏光分離される。第２参照光Ｌ２Ｒは、既述の図６及び図８に示した第２参照光Ｌ２Ｒの経路と同じ経路を辿って、第１偏光ビームスプリッタ１０１Ａから－Ｘ方向側に出射される。

第１偏光ビームスプリッタ１０１Ａを透過した第２測定光Ｌ２Ｍ（第１偏光）は、第２偏光ビームスプリッタ１０３Ａを透過した後、第３偏光ビームスプリッタ１０５ＡによりＺ外部再帰反射器１７３に向けて反射される。

第３偏光ビームスプリッタ１０５Ａにより反射された第２測定光Ｌ２Ｍ（第１偏光）は、１／４波長板１０５Ｃを透過し、Ｚ外部再帰反射器１７３に入射し、このＺ外部再帰反射器１７３により再帰反射されることで－Ｚ方向側に出射されて再び１／４波長板１０５Ｃを透過する。この際に、第２測定光Ｌ２Ｍ（第１偏光）は、第３偏光ビームスプリッタ１０５ＡとＺ外部再帰反射器１７３との間で１／４波長板１０５Ｃを２回透過することで、偏光状態が第１偏光から第２偏光に変換される。

１／４波長板１０５Ｃを透過した第２測定光Ｌ２Ｍ（第２偏光）は、第３偏光ビームスプリッタ１０５Ａを透過して再帰反射器１０５Ｂに入射し、この再帰反射器１０５Ｂにより第３偏光ビームスプリッタ１０５Ａに向けて再帰反射され、第３偏光ビームスプリッタ１０５Ａを透過する。これにより、第２測定光Ｌ２Ｍ（第２偏光）は、１／４波長板１０５Ｃを透過し、Ｚ外部再帰反射器１７３にて再帰反射されて再び１／４波長板１０５Ｃを透過する。これにより、第２測定光Ｌ２Ｍ（第２偏光）は、再び１／４波長板１０３Ｃを２回透過することで、偏光状態が第２偏光から第１偏光に変換される。その結果、第２測定光Ｌ２Ｍ（第２偏光）は、Ｚ外部再帰反射器１７３にて２回再帰反射された後、第３偏光ビームスプリッタ１０５Ａに入射し、この第３偏光ビームスプリッタ１０５Ａにより第２偏光ビームスプリッタ１０３Ａに向けて反射される。

第２偏光ビームスプリッタ１０３Ａに入射した第２測定光Ｌ２Ｍ（第１偏光）は、既述の図６に示した第２測定光Ｌ２Ｍ（第１偏光）の経路と同じ経路を辿って、第１偏光ビームスプリッタ１０１Ａから－Ｘ方向側に出射される。これにより、第２測定光Ｌ２Ｍ及び第２参照光Ｌ２Ｒは、第１偏光ビームスプリッタ１０１Ａの略同一の出射位置から－Ｘ方向側に出射されて、後述の第５偏光ビームスプリッタ１２５Ａに入射する。

以上のように、第１偏光変換部１２１及び第２偏光変換部１２３を切替制御することで、第１偏光ビームスプリッタ１０１Ａから、各外部再帰反射器１７１～１７３にて選択的に反射された第１測定光Ｌ１Ｍ（第１偏光）と共通再帰反射器１０１Ｂにて反射された第１参照光Ｌ１Ｒ（第２偏光）とが同一位置からレシーバ部１２７へ出射される。また同時に、第１偏光ビームスプリッタ１０１Ａから、各外部再帰反射器１７１～１７３にて選択的に反射された第２測定光Ｌ２Ｍ（第１偏光）と共通再帰反射器１０１Ｂにて反射された第２参照光Ｌ２Ｒ（第２偏光）とが略同一位置から第５偏光ビームスプリッタ１２５Ａへ出射される。

［位置決め精度測定］
図１１は、レシーバ部１２７の構成を示す概略図である。図１１に示すように、レシーバ部１２７（第１検出部に相当）は、３軸方向の同時測定ごとに、第１偏光ビームスプリッタ１０１Ａより入射する第１測定光Ｌ１Ｍ及び第１参照光Ｌ１Ｒから互いに位相の異なる４相の干渉信号ＳＧ１～ＳＧ４を生成し且つ干渉信号ＳＧ１～ＳＧ４を検出する。なお、第１偏光ビームスプリッタ１０１Ａから入射する第１測定光Ｌ１Ｍ及び第１参照光Ｌ１Ｒは、互いに偏光方向が直交しているので干渉はしていない。

レシーバ部１２７は、フリンジカウント方式の干渉方式で用いられるものであり、無偏光ビームスプリッタ１３０と、１／２波長板１３１と、偏光ビームスプリッタ１３２及び４５度直角プリズム１３３と、４５度直角プリズム１３５と、１／４波長板１３６と、１／２波長板１３７と、偏光ビームスプリッタ１３８及び４５度直角プリズム１３９と、４個の集光レンズ１４０と、４個のフォトディテクタ１４１と、を備える。

無偏光ビームスプリッタ１３０は、第１偏光ビームスプリッタ１０１Ａから３軸方向の同時測定ごとに選択的に出射される第１測定光Ｌ１Ｍ及び第１参照光Ｌ１Ｒを２分岐して、一方を透過して１／２波長板１３１に向けて出射すると共に他方を４５度直角プリズム１３５に向けて反射する。

１／２波長板１３１は、無偏光ビームスプリッタ１３０から入射した第１測定光Ｌ１Ｍ及び第１参照光Ｌ１Ｒの偏光方向を４５°回転させた後、偏光ビームスプリッタ１３２へ出射する。

偏光ビームスプリッタ１３２は、１／２波長板１３１から入射した第１測定光Ｌ１Ｍ及び第１参照光Ｌ１Ｒを偏光分離して、第１測定光Ｌ１Ｍ及び第１参照光Ｌ１Ｒを集光レンズ１４０に向けて出射すると共に４５度直角プリズム１３３に向けて反射する。この際に、第１測定光Ｌ１Ｍ及び第１参照光Ｌ１Ｒが干渉することで、例えば位相０°の干渉信号ＳＧ１が集光レンズ１４０に入射し且つ位相１８０°の干渉信号ＳＧ２が４５度直角プリズム１３３に入射する。なお、１／２波長板１３１を設ける代わりに偏光ビームスプリッタ１３２を４５°傾けてよい。

４５度直角プリズム１３３は、偏光ビームスプリッタ１３２から入射した干渉信号ＳＧ２を集光レンズ１４０に向けて反射する。

４５度直角プリズム１３５は、無偏光ビームスプリッタ１３０から入射した第１測定光Ｌ１Ｍ及び第１参照光Ｌ１Ｒを１／４波長板１３６に向けて反射する。

１／４波長板１３６は、４５度直角プリズム１３５から入射した第１測定光Ｌ１Ｍ及び第１参照光Ｌ１Ｒの位相を９０°ずらした後、これら第１測定光Ｌ１Ｍ及び第１参照光Ｌ１Ｒを１／２波長板１３７に向けて出射する。

１／２波長板１３７は、１／４波長板１３６から入射した第１測定光Ｌ１Ｍ及び第１参照光Ｌ１Ｒの偏光方向を４５°回転させた後、偏光ビームスプリッタ１３８へ出射する。

偏光ビームスプリッタ１３８は、１／２波長板１３７から入射した第１測定光Ｌ１Ｍ及び第１参照光Ｌ１Ｒを偏光分離して、第１測定光Ｌ１Ｍ及び第１参照光Ｌ１Ｒを集光レンズ１４０に向けて出射すると共に４５度直角プリズム１３９に向けて反射する。この際に、第１測定光Ｌ１Ｍ及び第１参照光Ｌ１Ｒが干渉することで、例えば位相９０°の干渉信号ＳＧ３が集光レンズ１４０に入射し且つ位相２７０°の干渉信号ＳＧ４が４５度直角プリズム１３９に入射する。

４５度直角プリズム１３９は、偏光ビームスプリッタ１３８から入射した干渉信号ＳＧ４を集光レンズ１４０に向けて反射する。

各集光レンズ１４０は、４相の干渉信号ＳＧ１～ＳＧ４をそれぞれ４個のフォトディテクタ１４１に集光する。４個のフォトディテクタ１４１は、干渉信号ＳＧ１～ＳＧ４をそれぞれ受光及び光電変換した後、光ファイバ１２２を介して位置決め精度用信号処理ユニット１６へ出力する。なお、干渉信号ＳＧ１～ＳＧ４は、各外部再帰反射器１７１～１７３に対する測定装置１４の相対移動に応じて第１測定光Ｌ１Ｍの光路長が変化することで、正弦波状に強弱を繰り返す。

位置決め精度用信号処理ユニット１６（位置決め精度検出部に相当）は、３軸方向の同時測定ごとにレシーバ部１２７から入力された４相の干渉信号ＳＧ１～ＳＧ４の検出結果に基づき、３軸方向ごとの位置決め精度及びその補正値を算出する。

具体的には位置決め精度用信号処理ユニット１６は、位相０°の干渉信号ＳＧ１と位相１８０°の干渉信号ＳＧ２との第１差分信号を生成し、且つ位相９０°の干渉信号ＳＧ３と位相２７０°の干渉信号ＳＧ４との第２差分信号を生成する。これにより、各干渉信号ＳＧ１～ＳＧ４に含まれるＤＣ成分を除去すると共に信号の振幅を２倍にして、光量変動による誤差などを除去することができる。また、９０°位相がずれた第１差分信号及び第２差分信号を用いることで測定装置１４の相対移動の方向判別が可能となる。位置決め精度用信号処理ユニット１６は、これら第１差分信号及び第２差分信号に基づいて、計算部（不図示）において距離に変換するためのカウント数を求める。そして、計算部は求められたカウント数に基づいて、測定装置１４から測定対象（各外部再帰反射器１７１～１７３のいずれか）までの距離を算出する。

位置決め精度用信号処理ユニット１６は、Ｘ方向の同時測定時において、測定装置１４に対してＸ外部再帰反射器１７１がＸ方向に相対移動される間、レシーバ部１２７から出力される各差分信号に基づき測定装置１４とＸ外部再帰反射器１７１との間の距離を算出する。次いで、位置決め精度用信号処理ユニット１６は、算出した距離と、ＮＣコントローラ９７の移動指令に対応する距離とを比較することで、Ｘ方向の位置決め精度を算出する。

また、位置決め精度用信号処理ユニット１６は、Ｙ方向の同時測定時において、測定装置１４に対してＹ外部再帰反射器１７２がＹ方向に相対移動される間、レシーバ部１２７から出力される各差分信号に基づき測定装置１４とＹ外部再帰反射器１７２との間の距離を算出する。次いで、位置決め精度用信号処理ユニット１６は、算出した距離と、ＮＣコントローラ９７の移動指令に対応する距離とを比較することで、Ｙ方向の位置決め精度を算出する。

さらに、位置決め精度用信号処理ユニット１６は、Ｚ方向の同時測定時において、測定装置１４に対してＺ外部再帰反射器１７３がＺ方向に相対移動される間、レシーバ部１２７から出力される各差分信号に基づき測定装置１４とＺ外部再帰反射器１７３との間の距離を算出する。次いで、位置決め精度用信号処理ユニット１６は、算出した距離と、ＮＣコントローラ９７の移動指令に対応する距離とを比較することで、Ｚ方向の位置決め精度を算出する。

さらにまた、位置決め精度用信号処理ユニット１６は、３軸方向の位置決め精度の測定結果に基づき、３軸方向の位置決め精度の補正値をそれぞれ算出する。

なお、本実施形態では、３軸方向の各方向の位置決め精度の測定にフリンジカウント方式の干渉方式を採用しているが、例えばヘテロダイン方式等の公知の各種干渉方式を採用してもよい。

［真直度測定］
図３及び図６に戻って、第５偏光ビームスプリッタ１２５Ａ（第５偏光分離素子に相当）は、第１偏光ビームスプリッタ１０１Ａより入射する第２測定光Ｌ２Ｍ（第１偏光）及び第２参照光Ｌ２Ｒ（第２偏光）を偏光分離する。そして、第５偏光ビームスプリッタ１２５Ａは、第２測定光Ｌ２Ｍを透過して測定用フォトディテクタ１２５Ｃへ出射し且つ第２参照光Ｌ２Ｒを補正用フォトディテクタ１２５Ｂへ反射（出射）する。

補正用フォトディテクタ１２５Ｂ（第３検出部に相当）は、第２参照光Ｌ２Ｒを受光して補正用フォトディテクタ１２５Ｂの受光面内での第２参照光Ｌ２Ｒ（スポット光）の位置座標を示す受光信号を、電気ケーブル３５を介して真直度用信号処理ユニット１５へ出力する。

測定用フォトディテクタ１２５Ｃ（第２検出部に相当）は、第２測定光Ｌ２Ｍを受光して測定用フォトディテクタ１２５Ｃの受光面内での第２測定光Ｌ２Ｍ（スポット光）の位置座標を示す受光信号を、電気ケーブル３５を介して真直度用信号処理ユニット１５へ出力する。

真直度用信号処理ユニット１５（真直度検出部に相当）は、３軸方向の同時測定ごとに補正用フォトディテクタ１２５Ｂから入力された第２参照光Ｌ２Ｒの受光信号と、測定用フォトディテクタ１２５Ｃから入力された第２測定光Ｌ２Ｍの受光信号とに基づき、３軸方向ごとの真直度及びその補正値を算出する。

真直度用信号処理ユニット１５は、Ｘ方向の同時測定時においては、測定装置１４に対してＸ外部再帰反射器１７１がＸ方向に相対移動される間、補正用フォトディテクタ１２５Ｂ及び測定用フォトディテクタ１２５Ｃからそれぞれ入力される受光信号に基づき、第２測定光Ｌ２Ｍ及び第２参照光Ｌ２Ｒの位置座標を比較する。そして、真直度用信号処理ユニット１５は、Ｘ外部再帰反射器１７１がＸ方向に相対移動される間のＸ外部再帰反射器１７１のＹＺ方向の変位を算出する。これにより、真直度用信号処理ユニット１５によってＸ方向の真直度が算出される。

また、真直度用信号処理ユニット１５は、Ｙ方向の同時測定時においては、測定装置１４に対してＹ外部再帰反射器１７２がＹ方向に相対移動される間、補正用フォトディテクタ１２５Ｂ及び測定用フォトディテクタ１２５Ｃからそれぞれ入力される受光信号に基づき、Ｙ外部再帰反射器１７２のＸＺ方向の変位を算出する。これにより、真直度用信号処理ユニット１５によってＹ方向の真直度が算出される。

さらに、真直度用信号処理ユニット１５は、Ｚ方向の同時測定時においては、測定装置１４に対してＺ外部再帰反射器１７３がＺ方向に相対移動される間、補正用フォトディテクタ１２５Ｂ及び測定用フォトディテクタ１２５Ｃからそれぞれ入力される受光信号に基づき、Ｚ外部再帰反射器１７３のＸＹ方向の変位を算出する。これにより、真直度用信号処理ユニット１５によってＺ方向の真直度が算出される。

さらにまた、真直度用信号処理ユニット１５は、３軸方向の真直度の測定結果に基づき、３軸方向の真直度の補正値をそれぞれ算出する。

［変位拡大］
本実施形態では、Ｘ方向の同時測定時には、第４偏光ビームスプリッタ１０７Ａ、再帰反射器１０７Ｂ、及び１／４波長板１０７Ｃを用いて第２測定光Ｌ２ＭをＸ外部再帰反射器１７１に２回反射させている。また、Ｙ方向の同時測定時には、第２偏光ビームスプリッタ１０３Ａ、再帰反射器１０３Ｂ、及び１／４波長板１０３Ｃを用いて第２測定光Ｌ２ＭをＹ外部再帰反射器１７２に２回反射させている。さらに、Ｚ方向の同時測定時には、第３偏光ビームスプリッタ１０５Ａ、再帰反射器１０５Ｂ、及び１／４波長板１０５Ｃを用いて第２測定光Ｌ２ＭをＺ外部再帰反射器１７３に２回反射させている。これにより、後述するようにＸ外部再帰反射器１７１のＹＺ方向の変位と、Ｙ外部再帰反射器１７２のＸＺ方向の変位と、Ｚ外部再帰反射器１７３のＸＹ方向の変位と、をそれぞれ４倍に拡大して検出することができる。

図１２は、Ｘ外部再帰反射器１７１の変位検出を説明するためのモデル図である。図１２に示すように、偏光ビームスプリッタ２００Ａが第４偏光ビームスプリッタ１０７Ａに対応し、再帰反射器２００Ｂが再帰反射器１０７Ｂに対応し、１／４波長板２００Ｃが１／４波長板１０７Ｃに対応し、外部再帰反射器２０２がＸ外部再帰反射器１７１に対応し、測定光ＬＰが第２測定光Ｌ２Ｍに対応している。なお、図１２では、外部再帰反射器２０２がＸ方向に相対移動をする際にＹ方向にΔｄだけ変位した場合を示す。

図１２に示すように、偏光ビームスプリッタ２００Ａに入射した測定光ＬＰは、既述の図６で説明したように、１／４波長板２００Ｃ、外部再帰反射器２０２、１／４波長板２００Ｃ、偏光ビームスプリッタ２００Ａ、再帰反射器２００Ｂ、偏光ビームスプリッタ２００Ａ、１／４波長板２００Ｃ、外部再帰反射器２０２、及び１／４波長板２００Ｃを経て偏光ビームスプリッタ２００Ａから出射される。

この際に、測定光ＬＰが外部再帰反射器２０２で２回再帰反射されることで、偏光ビームスプリッタ２００Ａからの測定光ＬＰの出射位置は、外部再帰反射器２０２がＹ方向に変位していない場合と比較してΔｄ×４だけ変位する。また、図示は省略するが、外部再帰反射器２０２がＺ方向にΔｄだけ変位した場合も同様に、偏光ビームスプリッタ２００Ａからの測定光ＬＰの出射位置がＺ方向にΔｄ×４だけ変位する。これにより、Ｘ方向の同時測定時においてＹＺ方向の変位を高い分解能で測定することができるので、Ｘ方向の真直度の測定精度を向上させることができる。

なお、Ｙ方向の同時測定時におけるＹ外部再帰反射器１７２のＸＺ方向の変位と、Ｚ方向の同時測定時におけるＺ外部再帰反射器１７３のＸＹ方向の変位とについても同様に４倍拡大することができるので、ＹＺ方向の真直度の測定精度を向上させることができる。

［測定システムの作用］
図１３は、上記構成の測定システム１０による３軸方向の位置決め精度及び真直度の同時測定の処理の流れを示すフローチャートである。

図１３に示すように、載置台９３への各外部再帰反射器１７１～１７３のセット、加工ツール部９２への測定装置１４の取り付け、及び測定装置１４と各外部再帰反射器１７１～１７３との位置調整が完了した後、オペレータの手動操作又はコンピュータ３１の制御指令によりレーザ光源１１がオンされる。これにより、第１出射口１１Ａから第１レーザビームＬ１が出射されると共に、第２出射口１１Ｂから第２レーザビームＬ２が出射される（ステップＳ１）。

コンピュータ３１は、切替コントローラ３２を介してアクチュエータ１２１Ｂ，１２３Ｂを駆動して、第１の１／２波長板１２１Ａの退避と第２の１／２波長板１２３Ａの挿入とを実行する（ステップＳ２）。これにより、第１偏光変換部１２１が偏光維持状態に切り替えられ、且つ第２偏光変換部１２３が偏光変換状態に切り替えられる。

ステップＳ２が完了すると、既述の図４及び図６に示したように、Ｘ外部再帰反射器１７１にて再帰反射された第１測定光Ｌ１Ｍと共通再帰反射器１０１Ｂにて反射された第１参照光Ｌ１Ｒとが測定装置１４からレシーバ部１２７へ出射される。これにより、レシーバ部１２７が、第１測定光Ｌ１Ｍ及び第１参照光Ｌ１Ｒから４相の干渉信号ＳＧ１～ＳＧ４を生成して各干渉信号ＳＧ１～ＳＧ４を検出する（ステップＳ３）。

また同時に、測定装置１４から第５偏光ビームスプリッタ１２５Ａを介して、共通再帰反射器１０１Ｂにて反射された第２参照光Ｌ２Ｒが補正用フォトディテクタ１２５Ｂへ出射されると共に、Ｘ外部再帰反射器１７１にて反射された第２測定光Ｌ２Ｍが測定用フォトディテクタ１２５Ｃへ出射される。これにより、補正用フォトディテクタ１２５Ｂが第２参照光Ｌ２Ｒを検出し且つ測定用フォトディテクタ１２５Ｃが第２測定光Ｌ２Ｍを検出する（ステップＳ３）。

次いで、コンピュータ３１は、載置台９３をＸ方向に移動させることで、測定装置１４に対してＸ外部再帰反射器１７１をＸ方向に相対移動させる。そして、位置決め精度用信号処理ユニット１６は、測定装置１４に対してＸ外部再帰反射器１７１がＸ方向に相対移動される間にレシーバ部１２７から出力される各差分信号に基づき、Ｘ方向の位置決め精度及びその補正値を算出する。

また同時に、真直度用信号処理ユニット１５は、測定装置１４に対してＸ外部再帰反射器１７１がＸ方向に相対移動される間に補正用フォトディテクタ１２５Ｂ及び測定用フォトディテクタ１２５Ｃから入力される受光信号に基づき、Ｘ方向の真直度及びその補正値を算出する。

以上でＸ方向の位置決め精度及び真直度の測定が完了する（ステップＳ４）。

Ｘ方向の位置決め精度及び真直度の測定が完了すると、コンピュータ３１は、切替コントローラ３２を介してアクチュエータ１２１Ｂ，１２３Ｂを駆動して、第１の１／２波長板１２１Ａの挿入と第２の１／２波長板１２３Ａの退避とを実行する（ステップＳ５）。これにより、第１偏光変換部１２１が偏光変換状態に切り替えられ、且つ第２偏光変換部１２３が偏光維持状態に切り替えられる。

ステップＳ５が完了すると、既述の図７及び図８に示したように、Ｙ外部再帰反射器１７２にて再帰反射された第１測定光Ｌ１Ｍと共通再帰反射器１０１Ｂにて反射された第１参照光Ｌ１Ｒとが測定装置１４からレシーバ部１２７へ出射される。これにより、レシーバ部１２７が各干渉信号ＳＧ１～ＳＧ４を検出する（ステップＳ６）。

また同時に、測定装置１４から第５偏光ビームスプリッタ１２５Ａを介して、共通再帰反射器１０１Ｂにて反射された第２参照光Ｌ２Ｒが補正用フォトディテクタ１２５Ｂへ出射されると共に、Ｙ外部再帰反射器１７２にて反射された第２測定光Ｌ２Ｍが測定用フォトディテクタ１２５Ｃへ出射される。これにより、補正用フォトディテクタ１２５Ｂが第２参照光Ｌ２Ｒを検出し且つ測定用フォトディテクタ１２５Ｃが第２測定光Ｌ２Ｍを検出する（ステップＳ６）。

次いで、コンピュータ３１は、載置台９３をＹ方向に移動させることで、測定装置１４に対してＹ外部再帰反射器１７２をＹ方向に相対移動させる。そして、位置決め精度用信号処理ユニット１６は、測定装置１４に対してＹ外部再帰反射器１７２がＹ方向に相対移動される間にレシーバ部１２７から出力される各差分信号に基づき、Ｙ方向の位置決め精度及びその補正値を算出する。

また同時に、真直度用信号処理ユニット１５が、測定装置１４に対してＹ外部再帰反射器１７２がＹ方向に相対移動される間、補正用フォトディテクタ１２５Ｂ及び測定用フォトディテクタ１２５Ｃから入力される受光信号に基づき、Ｙ方向の真直度及びその補正値を算出する。

以上でＹ方向の位置決め精度及び真直度の測定が完了する（ステップＳ７）。

Ｙ方向の位置決め精度及び真直度の測定が完了すると、コンピュータ３１は、切替コントローラ３２を介してアクチュエータ１２１Ｂ，１２３Ｂを駆動して、第１の１／２波長板１２１Ａの退避と第２の１／２波長板１２３Ａの退避とを実行する（ステップＳ８）。これにより、第１偏光変換部１２１及び第２偏光変換部１２３の双方が偏光維持状態に切り替えられる。

ステップＳ８が完了すると、既述の図９及び図１０に示したように、Ｚ外部再帰反射器１７３にて再帰反射された第１測定光Ｌ１Ｍと共通再帰反射器１０１Ｂにて反射された第１参照光Ｌ１Ｒとが測定装置１４からレシーバ部１２７へ出射される。これにより、レシーバ部１２７が各干渉信号ＳＧ１～ＳＧ４を検出する（ステップＳ９）。

また同時に、測定装置１４から第５偏光ビームスプリッタ１２５Ａを介して、共通再帰反射器１０１Ｂにて反射された第２参照光Ｌ２Ｒが補正用フォトディテクタ１２５Ｂへ出射されると共に、Ｚ外部再帰反射器１７３にて反射された第２測定光Ｌ２Ｍが測定用フォトディテクタ１２５Ｃに出射される。これにより、補正用フォトディテクタ１２５Ｂが第２参照光Ｌ２Ｒを検出し且つ測定用フォトディテクタ１２５Ｃが第２測定光Ｌ２Ｍを検出する（ステップＳ９）。

次いで、コンピュータ３１は、加工ツール部９２をＺ方向に移動させることで、測定装置１４に対してＺ外部再帰反射器１７３をＺ方向に相対移動させる。そして、位置決め精度用信号処理ユニット１６は、測定装置１４に対してＺ外部再帰反射器１７３がＺ方向に相対移動される間にレシーバ部１２７から出力される各差分信号に基づき、Ｚ方向の位置決め精度及びその補正値を算出する。

また同時に、真直度用信号処理ユニット１５が、測定装置１４に対してＺ外部再帰反射器１７３がＺ方向に相対移動される間、補正用フォトディテクタ１２５Ｂ及び測定用フォトディテクタ１２５Ｃから入力される受光信号に基づき、Ｚ方向の真直度及びその補正値を算出する。

以上でＺ方向の位置決め精度及び真直度の測定が完了する（ステップＳ１０）。

［本実施形態の効果］
以上のように本実施形態では、位置決め精度測定用の装置及び真直度測定用の装置の付替作業を行うことなく、工作機械９１の３軸方向の位置決め精度及び真直度を測定することができる。また、３軸方向の各方向の位置決め精度及び真直度の測定を切り替える段取り替え作業を自動で行うことができる。その結果、工作機械９１の３軸方向の位置決め精度及び真直度を効率良く測定することができる。

［その他］
上記実施形態では、第１偏光変換部１２１及び第２偏光変換部１２３の偏光状態の切り替えを自動で行っているが、手動で行ってもよい。

上記実施形態では、レーザの出射方向をＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向と順次切り替えているが、特許文献１にあるように、直行調整を容易かつ正確にするため、少なくとも１軸方向について測定ビームを常時射出してもよい。例えば、上記実施形態の各偏光ビームスプリッタ１０３Ａ，１０５Ａ，１０７Ａは理想状態ではＰ偏光の全てを透過し且つＳ偏光の全てを反射するが、実際にはＰ偏光の一部（漏れ光）を反射し且つＳ偏光の一部（漏れ光）を透過する場合がある。この場合には上記実施形態の測定装置１４は、上記特許文献１に記載の装置と同様に、少なくともＸＹＺの１軸方向について各レーザビームＬ１，Ｌ２の少なくとも一方を常時出射可能とみなすことができる。このため、上記実施形態においてＸＹＺ方向の少なくとも一方向の漏れ光を検出する検出センサを設けることで、上記特許文献１に記載の装置と同様の直交調整を容易かつ正確に実行することができる。

上記実施形態では、本発明の第１偏光分離素子～第５偏光分離素子としてプレート型の偏光ビームスプリッタを例に挙げて説明したが、公知の各種偏光分離素子を代わりに用いることができる。

上記実施形態では、第４偏光ビームスプリッタ１０７ＡとＸ外部再帰反射器１７１との間の第２測定光Ｌ２Ｍの光路（往路、復路）上に１／４波長板１０７Ｃを設けているが、第２測定光Ｌ２Ｍの光路の往路又は復路の一方のみに１／２波長板を設けてもよい。すなわち、第２測定光Ｌ２Ｍが第４偏光ビームスプリッタ１０７ＡとＸ外部再帰反射器１７１との間で１往復する間に第２測定光Ｌ２Ｍの偏光状態を切替可能であれば、光学素子の種類は特に限定はされない。同様に、１／４波長板１０３Ｃ，１０５Ｃの代わりに、第２測定光Ｌ２Ｍの光路の往路又は復路の一方のみに１／２波長板等を設けてもよい。

上記実施形態では、第１の１／２波長板１２１Ａ及び第２の１／２波長板１２３Ａにより各測定光Ｌ１Ｍ，Ｌ２Ｍの偏光状態を切り替えているが、１／２波長板以外の光学素子（例えば２枚の１／４波長板）を用いて偏光状態の切り替えてもよい。

上記実施形態では、各外部再帰反射器１７１～１７３に第２測定光Ｌ２Ｍを２回反射させているが、再帰反射器１０３Ｂ，１０５Ｂ，１０７Ｂ及び１／４波長板１０３Ｃ，１０５Ｃ，１０７Ｃを省略して、第２測定光Ｌ２Ｍを１回だけ反射させてもよい。

上実施形態では、Ｘ方向及びＹ方向が水平方向であり且つＺ方向が上下方向であるが、３軸方向のいずれが水平方向或いは上下方向でもよく、さらに３軸方向の各方向が水平方向或いは上下方向から傾斜した傾斜方向であってもよい。

上記実施形態では、測定装置１４の外部にレーザ光源１１が設けられているが、測定装置１４の内部にレーザ光源１１が設けられていてもよい。また、測定装置１４の内部に真直度用信号処理ユニット１５及び位置決め精度用信号処理ユニット１６が設けられていてもよい。

上記実施形態では、工作機械９１の３軸方向の位置決め精度及び真直度測定を例に挙げて説明を行ったが、光学機械及び計測機械等の３軸方向に移動する各種の移動機構を備える機械の３軸方向の位置決め精度及び真直度測定に本発明を適用可能である。

１０ 測定システム
１１ レーザ光源
１１Ａ 第１出射口
１１Ｂ 第２出射口
１４ 測定装置
１５ 真直度用信号処理ユニット
１６ 位置決め精度用信号処理ユニット
３１ コンピュータ
３２ 切替コントローラ
３３ データ通信ケーブル
３５ 電気ケーブル
９１ 工作機械
９２ 加工ツール部
９３ 載置台
９７ ＮＣコントローラ
１０１Ａ 第１偏光ビームスプリッタ
１０１Ｂ 共通再帰反射器
１０３Ａ 第２偏光ビームスプリッタ
１０３Ｂ 再帰反射器
１０３Ｃ １／４波長板
１０５Ａ 第３偏光ビームスプリッタ
１０５Ｂ 再帰反射器
１０５Ｃ １／４波長板
１０７Ａ 第４偏光ビームスプリッタ
１０７Ｂ 再帰反射器
１０７Ｃ １／４波長板
１２１ 第１偏光変換部
１２１Ａ １／２波長板
１２１Ｂ アクチュエータ
１２２ 光ファイバ
１２３ 第２偏光変換部
１２３Ａ １／２波長板
１２３Ｂ アクチュエータ
１２４ 光ファイバ
１２５Ａ 第５偏光ビームスプリッタ
１２５Ｂ 補正用フォトディテクタ
１２５Ｃ 測定用フォトディテクタ
１２７ レシーバ部
１３０ 無偏光ビームスプリッタ
１３１ １／２波長板
１３２ 偏光ビームスプリッタ
１３６ １／４波長板
１３７ １／２波長板
１３８ 偏光ビームスプリッタ
１４０ 集光レンズ
１４１ フォトディテクタ
１７１ Ｘ外部再帰反射器
１７２ Ｙ外部再帰反射器
１７３ Ｚ外部再帰反射器
１７４ 取り付け補助具
２００Ａ 偏光ビームスプリッタ
２００Ｂ 再帰反射器
２００Ｃ １／４波長板
２０２ 外部再帰反射器
ＣＯ 中心位置
Ｌ１ 第１レーザビーム
Ｌ１Ｍ 第１測定光
Ｌ１Ｒ 第１参照光
Ｌ２ 第２レーザビーム
Ｌ２Ｍ 第２測定光
Ｌ２Ｒ 第２参照光
ＬＰ 測定光
ＳＧ１～ＳＧ４ 干渉信号

Claims (10)

1. 機械の互いに直交するＸ方向、Ｙ方向、及びＺ方向の３軸方向の位置決め精度と真直度とを測定する測定装置において、
   互いに異なる位置から前記Ｘ方向の一方向側に沿って第１レーザビームと第２レーザビームを出射する光出射部と、
   前記光出射部から前記一方向側に沿って設けられた第１偏光分離素子、第２偏光分離素子、及び第３偏光分離素子と、
   前記第１偏光分離素子に対して前記Ｙ方向に対向する位置に設けられた共通再帰反射器と、
   互いに直交する直線偏光を第１偏光及び第２偏光とした場合に、前記第１偏光分離素子及び前記第２偏光分離素子の間において前記第１レーザビーム及び前記第２レーザビームの偏光状態を前記第１偏光及び前記第２偏光の一方から他方に変換する偏光変換状態と、前記偏光状態を維持する偏光維持状態とに切替可能な第１偏光変換部と、
   前記第２偏光分離素子及び前記第３偏光分離素子の間において前記偏光変換状態と前記偏光維持状態とに切替可能な第２偏光変換部と、
   を備え、
   前記第１偏光分離素子が、前記光出射部から入射した前記第１レーザビーム及び前記第２レーザビームの中で前記第１偏光を前記第２偏光分離素子へ出射し且つ前記第２偏光を前記共通再帰反射器へ出射し、前記第２偏光分離素子から入射した前記第１偏光を前記Ｘ方向の他方向側へ出射し、前記共通再帰反射器に反射されて入射する前記第２偏光を前記他方向側へ出射し、
   前記第２偏光分離素子が、前記第１偏光分離素子及び前記第３偏光分離素子の一方から入射した前記第１偏光を前記第１偏光分離素子及び前記第３偏光分離素子の他方へ出射し、前記第１偏光分離素子から入射した前記第２偏光を前記第２偏光分離素子の前記Ｙ方向側に設けられた第１外部再帰反射器へ出射し、前記第１外部再帰反射器に反射されて入射する前記第２偏光を前記第１偏光分離素子へ出射し、
   前記第３偏光分離素子が、前記第２偏光分離素子から入射した前記第１偏光を前記第３偏光分離素子の前記Ｚ方向側に設けられた第２外部再帰反射器へ出射し且つ前記第２偏光を前記第３偏光分離素子の前記一方向側に設けられた第３外部再帰反射器へ出射し、前記第２外部再帰反射器に反射されて入射する前記第１偏光を前記第２偏光分離素子へ出射し、前記第３外部再帰反射器に反射されて入射した前記第２偏光を前記第２偏光分離素子へ出射し、
   前記第１偏光変換部及び前記第２偏光変換部が、前記第１外部再帰反射器、前記第２外部再帰反射器、及び前記第３外部再帰反射器に対する前記第１レーザビーム及び前記第２レーザビームの出射を切り替える出射切替を行う測定装置。
2. 前記第１外部再帰反射器への前記第１レーザビーム及び前記第２レーザビームの出射を行う場合には前記第１偏光変換部が前記偏光変換状態に切り替わり且つ前記第２偏光変換部が前記偏光維持状態に切り替わり、
   前記第２外部再帰反射器への前記第１レーザビーム及び前記第２レーザビームの出射を行う場合には前記第１偏光変換部及び前記第２偏光変換部が前記偏光維持状態に切り替わり、
   前記第３外部再帰反射器への前記第１レーザビーム及び前記第２レーザビームの出射を行う場合には前記第１偏光変換部が前記偏光維持状態に切り替わり且つ前記第２偏光変換部が前記偏光変換状態に切り替わる請求項１に記載の測定装置。
3. 前記第１偏光変換部が、
   前記第１偏光及び前記第２偏光の一方を他方に変換する第１共通偏光変換素子と、
   前記偏光変換状態においては前記第１共通偏光変換素子を前記第１偏光分離素子と前記第２偏光分離素子との間に挿入し、且つ前記偏光維持状態においては前記第１共通偏光変換素子を前記第１偏光分離素子と前記第２偏光分離素子との間から退避させる第１挿脱部と、
   を備える請求項１又は２に記載の測定装置。
4. 前記第２偏光変換部が、
   前記第１偏光及び前記第２偏光の一方を他方に変換する第２共通偏光変換素子と、
   前記偏光変換状態においては前記第２共通偏光変換素子を前記第２偏光分離素子と前記第３偏光分離素子との間に挿入し、且つ前記偏光維持状態においては前記第２共通偏光変換素子を前記第２偏光分離素子と前記第３偏光分離素子との間から退避させる第２挿脱部と、
   を備える請求項１から３のいずれか１項に記載の測定装置。
5. 前記第２偏光分離素子と前記第１外部再帰反射器との間の前記第２レーザビームの光路上に設けられ、前記第１偏光及び前記第２偏光の一方を他方に変換する第１偏光変換素子と、
   前記Ｙ方向において前記第２偏光分離素子に対して前記第１偏光変換素子とは反対側の位置に設けられた第１再帰反射器であって、且つ前記第２偏光分離素子から入射した前記第２レーザビームを前記第２偏光分離素子へ反射する第１再帰反射器と、
   を備え、
   前記第２偏光分離素子が、前記第１外部再帰反射器及び第１再帰反射器の一方から入射する前記第２レーザビームの前記第１偏光を前記第１外部再帰反射器及び前記第１再帰反射器の他方へ出射する請求項１から４のいずれか１項に記載の測定装置。
6. 前記第３偏光分離素子と前記第２外部再帰反射器との間の前記第２レーザビームの光路上に設けられ、前記第１偏光及び前記第２偏光の一方を他方に変換する第２偏光変換素子と、
   前記Ｚ方向において前記第３偏光分離素子に対して前記第２偏光変換素子とは反対側の位置に設けられた第２再帰反射器であって、且つ前記第３偏光分離素子から入射した前記第２レーザビームを前記第３偏光分離素子へ反射する第２再帰反射器と、
   を備え、
   前記第３偏光分離素子が、前記第２外部再帰反射器及び前記第２再帰反射器の一方から入射する前記第２レーザビームの前記第２偏光を前記第２外部再帰反射器及び第２再帰反射器の他方へ出射する請求項１から５のいずれか１項に記載の測定装置。
7. 前記第３偏光分離素子と前記第３外部再帰反射器との間に設けられた第４偏光分離素子であって、且つ前記第３偏光分離素子及び前記第３外部再帰反射器の一方から入射する前記第２偏光を前記第３偏光分離素子及び前記第３外部再帰反射器の他方へ出射する第４偏光分離素子と、
   前記第４偏光分離素子と前記第３外部再帰反射器との間の前記第２レーザビームの光路上に設けられ、前記第１偏光及び前記第２偏光の一方を他方に変換する第３偏光変換素子と、
   前記第４偏光分離素子に対して前記Ｚ方向に対向する位置に設けられた第３再帰反射器であって、且つ前記第４偏光分離素子から入射した前記第２レーザビームを前記第４偏光分離素子へ反射する第３再帰反射器と、
   を備え、
   前記第４偏光分離素子が、前記第３外部再帰反射器及び前記第３再帰反射器の一方から入射する前記第２レーザビームの前記第１偏光を前記第３外部再帰反射器及び第３再帰反射器の他方へ出射する請求項１から６のいずれか１項に記載の測定装置。
8. 前記第１偏光分離素子が、前記出射切替に応じて前記第１外部再帰反射器、前記第２外部再帰反射器、及び前記第３外部再帰反射器で選択的に反射された前記第１偏光と、前記共通再帰反射器に反射された前記第２偏光と、を前記第１レーザビーム及び前記第２レーザビームごとに互いに異なる位置から前記他方向側へ出射する請求項１から７のいずれか１項に記載の測定装置。
9. 前記第１偏光分離素子から前記他方向側に出射された前記第１レーザビームの前記第１偏光と前記第２偏光との干渉信号を検出する第１検出部と、
   前記第１偏光分離素子から前記他方向側に出射された前記第２レーザビームの前記第１偏光及び前記第２偏光を偏光分離して出射する第５偏光分離素子と、
   前記第５偏光分離素子から出射された前記第１偏光を検出する第２検出部と、
   前記第５偏光分離素子から出射された前記第２偏光を検出する第３検出部と、
   を備え、
   前記出射切替に応じて前記３軸方向ごとに前記第１検出部による前記干渉信号の検出と、前記第２検出部による前記第１偏光の検出と、前記第３検出部による前記第２偏光の検出と、が実行される請求項１から８のいずれか１項に記載の測定装置。
10. 請求項９に記載の測定装置と、
    前記第１検出部が前記３軸方向ごとの前記干渉信号を検出した検出結果に基づき、前記３軸方向ごとの前記位置決め精度の検出を行う位置決め精度検出部と、
    前記第２検出部による前記３軸方向ごとの前記第１偏光の検出結果と、前記第３検出部による前記第２偏光の検出結果と、に基づき前記３軸方向ごとの前記真直度の検出を行う真直度検出部と、
    を備える測定システム。

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