特許 6682097 光干渉長さ測定装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6682097

(24)【登録日】2020年3月27日

(45)【発行日】2020年4月15日

(54)【発明の名称】光干渉長さ測定装置

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/00 20060101AFI20200406BHJP

   G01B 9/02 20060101ALI20200406BHJP

【ＦＩ】

   G01B11/00 G

   G01B9/02

【請求項の数】5

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2016-58190(P2016-58190)

(22)【出願日】2016年3月23日

(65)【公開番号】特開2017-173078(P2017-173078A)

(43)【公開日】2017年9月28日

【審査請求日】2019年1月9日

(73)【特許権者】

【識別番号】503361400

【氏名又は名称】国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構

(73)【特許権者】

【識別番号】000192383

【氏名又は名称】アドバンス理工株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100108006

【弁理士】

【氏名又は名称】松下 昌弘

(72)【発明者】

【氏名】宇都宮 真

(72)【発明者】

【氏名】神谷 友裕

(72)【発明者】

【氏名】遠藤 聡

(72)【発明者】

【氏名】島田 賢次

(72)【発明者】

【氏名】槙島 利彰

【審査官】 齋藤 卓司

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭６２−１２４４０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５９−１３６６０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０９６２９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 韓国公開特許第１０−２００８−００９７６２７（ＫＲ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｂ １１／００

Ｇ０１Ｂ ９／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

参照面と被検面との間の距離あるいは、当該距離の変化量を計測する測定装置であって、
光源と、
前記光源からの第１の光の一部の第２の光を第１の方向に向けて透過し、残りの第３の光を反射する第１の光分離面を有し、前記第３の光を前記第１の光分離面と平行な第１の面で前記第１の方向に向けて反射する台形ビームスプリッタである第１の光学手段と、
前記第１の光学手段からの前記第２の光及び前記第３の光を入射し、前記第２の光及び前記第３の光のうち一方の光を前記参照面に向けて反射し、当該一方の光の前記参照面における反射光である第４の光を前記第１の光学手段に出射し、前記第２の光及び前記第３の光のうち他方の光を前記被検面に向けて反射し、当該他方の光の前記被検面における反射光である第５の光を前記第１の光学手段に出射する第２の光分離面を備えた第２の光学手段と、
受光手段と、
を有し、
前記第１の光学手段は、前記第２の光学手段と一体的に形成されており、前記第３の光の前記第１の面での反射光が前記第１の光分離面に入射せず、且つ一体化された前記第１の光学手段及び前記第２の光学手段内のみを通って前記第２の光分離面に入射するように構成されており、
前記第１の光分離面は前記第２の光学手段から前記第４の光と前記第５の光との一方を反射し、他方を透過して、前記第４の光と前記第５の光との合成光を生成し、
前記受光手段は、前記合成光を受光する
測定装置。

【請求項2】

前記第１の光学手段は、
前記第１の光分離面と前記第１の光及び前記第２の光の光線との間の角度が４５°であり、
前記第１の光の前記第１の光学手段への入射方向と前記第１の方向とは平行であり、
前記第２の光学手段から前記第１の光学手段に入射した前記第４の光は、前記第１の光分離面に入射せずに前記第１の面に入射する
請求項１に記載の測定装置。

【請求項3】

前記第２の光学手段は、
第２の光分離面と、
第２の面と、
第３の面と
を有し、
前記第２の光は前記第２の光分離面で前記被検面に向けて反射され、当該第２の光の反射光である前記第４の光を前記第２の光分離面に向けて透過し、当該第４の光の前記第２の面及び前記第３の面の反射光が前記第２の光分離面を前記被検面に向けて透過され、その前記被検面での反射光が前記第２の光分離面で前記第１の光学手段に向けて反射され、
前記第３の光は前記第２の光分離面で前記参照面に向けて反射され、当該第３の光の反射光である前記第５の光を前記第２の光分離面に向けて透過し、当該第５の光の前記第２の面及び前記第３の面の反射光が前記第２の光分離面を前記参照面に向けて透過され、その前記参照面での反射光が前記第２の光分離面で前記第１の光学手段に向けて反射される
請求項１又は請求項２に記載の測定装置。

【請求項4】

参照面と被検面とを光が入射される方向が重力方向になるように保持する保持手段
を有し、
前記光源は、水平方向に第１の光を出射し、
前記受光手段は、水平方向から前記合成光を受光する
請求項１〜３のいずれかに記載の測定装置。

【請求項5】

前記受光手段の受光結果を基に、前記距離あるいは前記変化量を計算する演算手段
をさらに有する請求項１〜４のいずれかに記載の測定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、迷光と多重光を抑制する光学系を有する光干渉長さ測定装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

被測定対象の一端と他端にそれぞれミラーを設け、これらのミラーに光源からレーザ光を照射し、その反射光の受光結果を利用して被測定対象の長さを図る測定装置がある。
このような測定装置では、被測定対象が位置する空間の温度を変化させ、変化前の長さと変化後の長さから被測定対象の膨張係数を計測する。

【0003】

このような測定装置では、光源及び受光部に対して水平方向にビームスプリッタが位置し、当該ビームスプリッタの出射側にそれぞれ被測定対象の端部と接触する２つのミラーが設置されている。
光源からの光がプレート（板状）ビームスプリッタに入射され、プレートビームスプリッタで分離されて２つのミラーに出射され、当該２つのミラーでの反射光がプレートビームスプリッタで合成されて合成光（干渉光）となり、その合成波が受光部で受光される。当該測定装置は、例えば、受光部における上記合成光の受光結果を基に、光干渉法により、温度変化に応じた被測定対象の距離の変化量を測定することで被測定対象物の熱膨張率を測定する。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、上述した従来の測定装置では、プレートビームスプリッタ内において光源からの光が内面で反射して生じた３次光以上の光や迷光等の不要光が、当該プレートビームスプリッタから出射されて、最終的に被測定対象に照射され、合成波に多重干渉が生じてしまい、高い測定精度が得られないという問題がある。

【0005】

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ビームスプリッタ内で生じる３次光や迷光等の不要光の影響を抑制し、被測定対象の長さを高精度に測定できる測定装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上述した従来技術の問題を解決し、上述した目的を達成するために、本発明の測定装置は、参照面と被検面との間の距離あるいは、当該距離の変化量を計測する測定装置であって、光源と、前記光源からの第１の光の一部の第２の光を第１の方向に向けて透過し、残りの第３の光を反射する第１の光分離面を有し、前記第３の光を前記第１の光分離面と平行な第１の面で前記第１の方向に向けて反射する台形ビームスプリッタである第１の光学手段と、前記第１の光学手段からの前記第２の光及び前記第３の光を入射し、前記第２の光及び前記第３の光のうち一方の光を前記参照面に向けて反射し、当該一方の光の前記参照面における反射光である第４の光を前記第１の光学手段に出射し、前記第２の光及び前記第３の光のうち他方の光を前記被検面に向けて反射し、当該他方の光の前記被検面における反射光である第５の光を前記第１の光学手段に出射する第２の光分離面を備えた第２の光学手段と、受光手段と、を有し、前記第１の光学手段は、前記第２の光学手段と一体的に形成されており、前記第３の光の前記第１の面での反射光が前記第１の光分離面に入射せず、且つ一体化された前記第１の光学手段及び前記第２の光学手段内のみを通って前記第２の光分離面に入射するように構成されており、前記第１の光分離面は前記第２の光学手段から前記第４の光と前記第５の光との一方を反射し、他方を透過して、前記第４の光と前記第５の光との合成光を生成し、前記受光手段は、前記合成光を受光する。

【0007】

この構成によれば、前記第１の光学手段において、前記第３の光の前記第１の面での反射光が前記第１の光分離面に入射しないように構成されているから、前記第３光が前記第１の光学手段内でさらに反射されて、ゴースト、迷光、３次光、ミスアライメントが発生することを回避できる。
これにより、参照面と被検面との間の距離あるいは、当該距離の変化量を高精度に測定できる。本発明の測定装置では、温度変化に応じた上記距離の変化を測定することで、前記参照面と前記被検面との間の設置された被測定対象物の熱膨張を測定できる。
また、この構成によれば、前記第１の光学手段と前記第２の光学手段とを一体的に形成することで部品点数を少なくできると共に、アライメント調整も容易になり、迷光及び３次光を略完全に無くすことができる。また、前記第１の光学手段と前記第２の光学手段の位置関係がずれることによる測定誤差を略完全に無くすことができる。

【0011】

好適には本発明の測定装置の前記第１の光学手段は、前記第１の光分離面と前記第１の面とは平行であり、前記第１の光分離面と前記第１の光及び前記第２の光の光線との間の角度が４５°であり、前記第１の光の前記第１の光学手段への入射方向と前記第１の方向とは平行であり、前記第２の光学手段から前記第１の光学手段に入射した前記第４の光は、前記第１の光分離面に入射せずに前記第１の面に入射する。

【0013】

好適には本発明の測定装置の前記第２の光学手段は、第２の光分離面と、第２の面と、第３の面とを有し、前記第２の光は前記第２の光分離面で前記被検面に向けて反射され、当該第２の光の反射光である前記第４の光を前記第２の光分離面に向けて透過し、当該第４の光の前記第２の面及び前記第３の面の反射光が前記第２の光分離面を前記被検面に向けて透過され、その前記被検面での反射光が前記第２の光分離面で前記第１の光学手段に向けて反射され、前記第３の光は前記第２の光分離面で前記参照面に向けて反射され、当該第３の光の反射光である前記第５の光を前記第２の光分離面に向けて透過し、当該第５の光の前記第２の面及び前記第３の面の反射光が前記第２の光分離面を前記参照面に向けて透過され、その前記参照面での反射光が前記第２の光分離面で前記第１の光学手段に向けて反射される。

【0014】

好適には本発明の測定装置では、参照面と被検面とを光が入射される方向が重力方向になるように保持する保持手段を有し、前記光源は、水平方向に第１の光を出射し、前記受光手段は、水平方向から前記合成光を受光する。

【0015】

この構成によれば、重力方向と距離の測定方向とを一致させることで、前記参照面と前記被検面とを保持する保持手段が重力により傾いたり撓むことが原因で測定誤差が生じることを回避し、高精度な測定が可能となる。

【0016】

好適には本発明の測定装置では、前記受光手段の受光結果を基に、前記距離あるいは前記変化量を計算する演算手段をさらに有する。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、ビームスプリッタ内で生じる３次光や迷光等の不要光の影響を抑制し、被測定対象の長さを高精度に測定できる測定装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】図１は、本発明の実施形態に係わる測定装置の外観斜視図である。

【図2】図２は、図１に示す測定装置を側面方向から見た図である。

【図3】図３は、図１に示す断面線Ａ−Ａの断面図である。

【図4】図４は、図１に示す上部ミラー支持部及びオイルタンク付近の拡大斜視図である。

【図5】図５は、図４に示す上部ミラー支持部の中心軸を通る断面における概略断面図である。

【図6】図６は、図４に示す部分を下方から見た斜視図である。

【図7】図７は、図１に示す測定装置の光学系を説明するための図である。

【図8】図８は、図７に示す光学系の変形例を説明するための図である。

【図9】図９は、図１に示す測定装置に振動が印加された場合のモデルを作用を説明するための図である。

【図10】図１０は、図１に示す測定装置の保温機構を説明するための断面構成図である。

【図11】図１１は、図１０に示す第１熱伝導部の上部ミラー支持部９の接触部分の拡大断面構成図である。

【図12】図１２は、図１０に示す測定装置の温度制御（保温）機構の機能ブロック図である。

【図13】図１３は、被測定対象が位置する第１の領域の温度と、測定装置の外気温度とを時間軸で示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本発明の実施形態に係わる測定装置を説明する。
本実施形態の測定装置は、参照面と被検面とにそれぞれ照射した光を干渉させて、前記参照面と前記被検面との間の長さを測定する光干渉長さ測定装置である。
図１は、本発明の実施形態に係わる測定装置１の外観斜視図である。図２は、図１に示す測定装置１を側面方向から見た図である。図３は図１に示す断面線Ａ−Ａの断面図である。

【0020】

図１に示すように測定装置１は、第１の基台１１の上に、３本の支柱によって第２の基台１３が固定されている。
第２の基台１３には、円周方向に等間隔に３つのオイルタンク３１（１），３１（２），３１（３）が固定されている。

【0021】

また、図３に示すように、オイルタンク３１（１），３１（２），３１（３）には緩衝液が収容されている。
オイルタンク３１（１），３１（２），３１（３）の緩衝液内には、浮体２１（１），２１（２），２１（３）がそれぞれ浮いている。

【0022】

浮体２１（１），２１（２），２１（３）は、円板１７（本発明の第１の部材の一例）を介して上部ミラー支持部９（本発明の第１の支持部の一例）が固定されている。
また、円板１７の外側には、板バネ２５（本発明の弾性部材の一例）を介してリング状部材２７（本発明の第２の部材の一例）が設けられている。
リング状部材２７は、その下方に位置するリング状部材２９と３本の支柱で結合されている。
リング状部材２９の内側には、板バネ２３を介して円板１５が固定されている。円板１５の中心には上部ミラー支持部９が固定されている。

【0023】

また、円板１５には、オイルタンク３１（１），３１（２），３１（３）を貫通して設置するための穴が形成されている。
リング状部材２９の外周の対向する２箇所にはスライドガイド３３（１），３３（２）が固定されている。
また、第２の基台１３には、スライドガイド３３（１），３３（２）と対向する位置にスライドガイド固定用支柱３９（１），３９（２）が設けられている。
スライドガイド３３（１），３３（２）によって、リング状部材２９の重力方向（本発明の光軸方向の一例）の移動がガイドされる。

【0024】

このようにスライドガイド３３（１），３３（２）を設けることで、上部ミラー支持部９の水平方向の移動と傾きが規制されているので、上部ミラー５１を重力方向に沿って適切に移動できる。これにより、上部ミラー５１が水平方向にぶれることがなく、高精度な測定が可能になる。
測定装置１では、上部ミラー支持部９の粗動がスライドガイド３３（１），３３（２）によって抑制され、上部ミラー支持部９の微動が板バネ２５及び板バネ２３によって抑制される。

【0025】

図３に示すように、筒体の上部ミラー支持部９（第１の支持体）内には、上部ミラー５１（本発明の被検面の一例）が固定されている。上部ミラー５１の反射面は光学部４１側に位置している。
上部ミラー支持部９内には、第２の基台１３に固定された下部ミラー支持部５３が上部ミラー支持部９とは非接触で設置されている。下部ミラー支持部５３には、下部ミラー５５（本発明の参照面の一例）が固定されている。下部ミラー支持部５３は円筒状である。下部ミラー５５の反射面は上部ミラー５１側に位置している。

【0026】

また、第２の基台１３の下部には、上部ミラー支持部９と対向する位置に光学部４１が固定されている。
また、第１の基台１１には、光源１５１と受光部１５３とが設けられている。光源１５１及び受光部１５３は、重力方向において光学部４１と同じ高さに設けられている。

【0027】

光源１５１は、直線偏光のレーザ光源であり、水平方向に光学部４１に向けて光（レーザ光）を出射する。波長の短いレーザ光を用いることで高精度な距離測定が可能になる。
受光部１５３は、複数の受光素子を備えたＣＣＤセンサであり、光学部４１からの光（合成光）を受光する。

【0028】

また、測定装置１は、演算部３５を有する。
演算部３５は、光学部４１の受光結果を基に、上部ミラー５１と下部ミラー５５との間の距離、すなわち、被測定対象７の長さを算出する。具体的には、演算部３５は、受光結果を基に、マイケルソン干渉法による演算を行い、干渉縞の移動量を算出し、それを基に被測定対象７の膨張量を算出する。

【0029】

測定装置１は、リザーブタンク６１を有する。
リザーブタンク（本発明の第２のタンクの一例）６１は、オイルタンク３１（１），３１（２），３１（３）（本発明の第１のタンクの一例）との間に緩衝液の流路を備え、当該オイルタンク３１（１），３１（２），３１（３）に比べて多くの緩衝液を収容している。緩衝液は、例えばシリコンオイルである。

【0030】

この構成によれば、オイルタンク３１（１），３１（２），３１（３）とリザーブタンク６１とで緩衝液の液面が一致する。そのため、被測定対象７の近傍にあるオイルタンク３１（１），３１（２），３１（３）に収容された緩衝液の温度が変化しても、リザーブタンク６１に収容された緩衝液の温度が変化していないとすると、オイルタンク３１（１），３１（２），３１（３）の緩衝液が膨張することにより液面が高くなることを抑制できる。これにより、オイルタンク３１（１），３１（２），３１（３）内に浮体２１（１），２１（２），２１（３）の重力方向の位置を一定にでき、温度変化の影響を受けずに安定して高精度な測定ができる。

【0031】

図７は、本発明の実施形態に係わる測定装置１の光学系を説明するための図である。
図７に示すように、測定装置１では、重力方向（図７中上下方向）の異なる位置にある上部ミラー５１と下部ミラー５５とによって被測定対象７が挟み込まれて保持されている。測定装置１は、被測定対象７の重力方向の距離、あるいはその変化を測定する。

【0032】

図７に示すように、光源１５１及び受光部１５３と、光学部４１とは重力方向において同じ高さに設けられており、光学部４１の上方に被測定対象７が保持されている。
光学部４１は、第１の光学部４１１及び第２の光学部４１３が一体的に成形されている。
第１の光学部４１１は、偏光無依存の台形ビームスプリッタである。
第１の光学部４１１は、光源１５１からの第１の光のＬ１一部の第２の光Ｌ２を第１の方向Ｘ１に向けて透過し、残りの第３の光Ｌ３１をＹ２方向に向けて反射する第１の光分離面４１１ａを有する。第１の光分離面４１１ａは、ハーフミラーである。
また、第１の光学部４１１は、第１の光分離面４１１ａで反射された第３の光Ｌ３１をＸ１方向に向けて反射する第１の面Ｓ１を有する。

【0033】

第１の光学部４１１は、第３の光Ｌ３１の第１の面Ｓ１での反射光が第１の光分離面４１１ａに入射しないように構成されている。また、第１の光分離面４１１ａは第２の光学部４１３から第５の光Ｌ５５を透過し、第４の光Ｌ４６を反射することで得た合成光Ｌ６を受光部１５３に向けて出射する。
受光部１５３は、合成光Ｌ６を受光する。

【0034】

第１の光学部４１１では、第１の光分離面４１１ａと第１の面Ｓ１とは平行である。第１の光分離面４１１ａと、第１の光Ｌ１及び第２の光Ｌ２１の光線との間の角度が４５°である。
また、光源１５１からの第１の光Ｌ１の入射面Ｓ１１への入射方向と水平方向（Ｘ１−Ｘ２：第１の方向）とは平行である。
第２の光学部４１３から第１の光学部４１１に入射した第４の光Ｌ４５は、第１の光分離面４１１ａに入射せずに第１の面Ｓ１に入射する。

【0035】

第２の光学部４１３は、第１の光学部４１１からの第２の光Ｌ２を上部ミラー５１に向けて第２の光Ｌ２１として反射する第２の光分離面４１３ａを有する。第２の光分離面４１３ａは偏光ビームスプリッタである。
第２の光学部４１３の上部に位置する１／４波長板４１５は、通過する光の直線偏光を円偏光に変換し、通過する光の円偏光を直線偏光に変換する。
第２の光Ｌ２１は、１／４波長板４１５を通過して円偏光に変換され上部ミラー５１で反射され、その反射光である第４の光Ｌ４１が、１／４波長板４１５を通過してＬ２１と偏光軸が直交する直線偏光に変換され
第２の光分離面４１３ａを透過して第２の光学部４１３の第２の面Ｓ２に入射する。
第４の光Ｌ４１は第２の面Ｓ２で第３の面Ｓ３に向けて第４の光Ｌ４２として反射され、その第３の面Ｓ３での反射光である第４の光Ｌ４３が第２の光分離面４１３ａを透過して１／４波長板４１５を通過して円偏光に変換されて上部ミラー５１に入射する。
第４の光Ｌ４３は、上部ミラー５１で反射され、その反射光である第４の光Ｌ４４が、１／４波長板４１５を通過してＬ４３と偏光軸が直交する直線偏光に変換されて第２の光分離面４１３ａで第１の光学部４１１に向けて第４の光Ｌ４５として反射される。

【0036】

第２の光分離面４１３ａは、第１の光学部４１１からの第３の光Ｌ３２を下部ミラー５５に向けて第３の光Ｌ３３として反射する。
第３の光Ｌ３３は、１／４波長板４１５を通過して円偏光に変換され下部ミラー５５で反射され、その反射光である第５の光Ｌ５１が、１／４波長板４１５を通過してＬ３３と偏光軸が直交する直線偏光に変換され第２の光分離面４１３ａを透過して第２の光学部４１３の第３の面Ｓ３に入射する。

【0037】

第５の光５１は第３の面Ｓ３で第２の面Ｓ２に向けて第５の光Ｌ５２として反射され、その第２の面Ｓ２での反射光である第５の光Ｌ５３が第２の光分離面４１３ａを透過して１／４波長板４１５を通過して円偏光に変換されて下部ミラー５５に入射する。
第５の光Ｌ５３は、下部ミラー５５で反射され、その反射光である第５の光Ｌ５４が、１／４波長板４１５を通過してＬ５３と偏光軸が直交する直線偏光に変換されて第２の光分離面４１３ａで第１の光学部４１１に向けて第５の光Ｌ５５として反射される。

【0038】

図７に示す光学部４１の構成によれば、第１の光学部４１１において、第３の光Ｌ３１の第１の面Ｓ１での反射光である第３の光Ｌ３２が第１の光分離面４１１ａに入射しないように構成されているため、第３の光Ｌ３２が第１の光学部４１１内でさらに反射されて、ゴースト、迷光、３次光、ミスアライメントが発生することを回避できる。

【0039】

これにより、上部ミラー５１と下部ミラー５５との間の距離あるいは、当該距離の変化量を高精度に測定できる。
また、測定装置１では、温度変化に応じた上記距離の変化を測定することで、上部ミラー５１と下部ミラー５５との間に設置された被測定対象７の熱膨張を測定できる。

【0040】

第１の光分離面４１１ａにおいて分離された第２の光Ｌ２による上部ミラー５１との間の光路長と、第３の光Ｌ３１による下部ミラー５５との間の光路長との間には被測定対象７の長さの4倍の光路差があり、被測定対象７が熱膨張して長さが変化すると、その光路差も変化する。
また、第４の光Ｌ４６と、第５の光Ｌ５５とを第１の光分離面４１１ａで干渉させることで第６の光Ｌ６（合成光）に生じる縞パターンは、上記光路差の変化によって移動する。演算部３５では、受光部１５３の受光結果から、当該移動量を検出することにより、被測定対象７の熱膨張率を検出する。

【0041】

図７に示す光学部４１の構成によれば、第１の光学部４１１と第２の光学部４１３とを一体的に形成することで部品点数を少なくできると共に、光路長のアライメント調整も容易になり、迷光及び３次光を略完全に無くすことができる。
これは、第１の光学部４１１として台形ビームスプリッタを用いたことで可能になった。なお、従来は、プレート状のビームスプリッタを用いていたため、一体化できなかった。

【0042】

図７に示す例では、第１の光学部４１１及び第２の光学部４１３が一体的に成形された場合を例示したが、図８に示すように分離してもよい。

【0043】

また、図７に示す光学部４１の構成によれば、重力方向と距離の測定方向とを一致させることで、上部ミラー５１と下部ミラー支持部５３との間に保持された被測定対象７が重力により傾いたり撓むことが原因で測定誤差が生じることを回避し、高精度な測定が可能となる。

【0044】

以下、測定装置１の緩衝機構について詳細に説明する。
前述したように、測定装置１では、図３に示すように、オイルタンク３１（１），３１（２），３１（３）に収容された緩衝液内に、浮体２１（１），２１（２），２１（３）がそれぞれ浮いている。
上部ミラー支持部９及び上部ミラー５１は、浮体２１（１），２１（２），２１（３）と一体となって重力方向（Ｙ１−Ｙ２方向）に移動する。

【0045】

すなわち、上部ミラー５１は、被測定対象７の上部と接した状態で、緩衝液内に浮いている。
また、単に浮いているだけだと、被測定対象７の上部を支点として傾きや平行移動が発生してしまうので、スライドガイド３３（１），３３（２）によって、リング状部材２９及びリング状部材２７（上部ミラー５１）の重力方向の移動がガイドされている。このとき、図４等に示す板バネ２５及び板バネ２３（平行移動バネ）の組み合わせにより、傾きや平行移動が発生せず、上部ミラー５１が重力方向（上下方向）にのみ動く。

【0046】

測定装置１では、設置面からの振動が第１の基台１１に印加されると、これが第２の基台１３を介して下部ミラー支持部５３、被測定対象７及び下部ミラー５５に伝わる。
ここで、上部ミラー５１は、緩衝液に浮いているだけの状態であるため、被測定対象７を介して下部ミラー５５と同一の振動状態となる。その結果、被測定対象７の距離の計算（上部ミラー光路長−下部ミラー光路長）では、振動の影響は打ち消しあって、結果に影響しない。
また、上部ミラー５１を浮かせるための緩衝液は、粘性流体であるシリコンオイルを使用しているため、オイルのダンピング効果により振動そのものも低減させる効果がある。

【0047】

図９は、図１に示す測定装置１に振動が印加された場合の作用を説明するための図である。
図９において、「Ａ０」は、第２の基台１３の表面から下部ミラー５５までの重力方向の光路長５５（Ｌ）を示す。また、「Ｂ０」は、第２の基台１３の表面から上部ミラー５１までの重力方向の光路長５１（Ｌ）を示す。

【0048】

第２の基台１３が振動して、下部ミラー５５がδＡだけ重力方向に移動すると、以下の式（１），（２）が成立する。
［数１］
光路長５５（Ｌ）＝Ａ０＋δＡ ・・・（１）

【0049】

［数２］
光路長５１（Ｌ）＝Ｂ０＋δＡ ・・・（２）

【0050】

上部ミラー５１と下部ミラー５５との間の距離（被測定対象７の測定距離）は、「光路長５１（Ｌ）−光路長５５（Ｌ）」となり、以下式（３）が成立する。

【0051】

［数３］
光路長５１（Ｌ）−光路長５５（Ｌ）＝（Ａ０＋δＡ）−（Ｂ０＋δＡ）＝Ａ０−Ｂ０ ・・・（３）

【0052】

すなわち、δＡの影響を受けない。

【0053】

なお、従来では、ミラーを横型に保持し、それぞれのミラーは、片持ち状に支持されている。振動が印加されると、片持ちの先端が振れるようにそれぞれの独立に励振される。振動の影響は、２つのミラーでそれぞれ異なる。そのため、被測定対象の測定結果には、その振動影響がそのまま残る形となる。被測定対象の長さ方向への影響だけでなく、重力方向へ傾く方向への影響も出る可能性がある。

【0054】

測定装置１では、例えば、上部ミラー５１及び下部ミラー５５に被測定対象７を取り付ける際の静的な移動量（ｍｍレベル）は、スライドガイド３３（１），３３（２）に案内されながら、上部ミラー支持部９がリング状部材２７等と一体となって全体として上下移動する。
また、被測定対象７の長さの測定時のμｍ〜ｎｍレベルの小さな動的な振動は、板バネ２３，２５のバネ性およびオイルダンパのダンピング効果で吸収・制振する。

【0055】

この構成によれば、上部ミラー支持部９の回転も平行移動も拘束され、板バネ２３，２５の弾性変形により、その内側の円板１５，１７及び上部ミラー支持部９が上下動のみ平行移動する。
被測定対象７の熱膨張による静的な伸び（測定対象）は極微小量であるため、緩衝液面に浮きつつ、板バネ２３，２５が極微小量の弾性変形をすることにより、板バネ２３，２５の内側部分の上下動は妨げられない。

【0056】

以下、測定装置１の温度制御（保温）機構について説明する。
図１０は、図１に示す測定装置１の温度制御（保温）機構を説明するための断面構成図である。
測定装置１は、上部ミラー５１と下部ミラー５５との間に保持された被測定対象７が位置する第１の領域７１を加熱する第１の温度制御部７３を有する。
第１の温度制御部７３は、内部に第１の領域７１を形成する第１熱伝導部８１（ラビリンスシールド）と、その外側に位置するペルチェ素子８３とを有する。
筒状の上部ミラー支持部９の内側に第１の領域７１が形成されている。

【0057】

第１の領域７１を囲むように第２の領域９３が形成されている。第２の領域９３の温度は、ヒートシンク（循環路）９５を流れる液体によって調整される。測定装置１は、ヒートシンク９５を制御して第２の領域９３の温度を調整する第２の温度制御部１７３を有する。

【0058】

この構成によれば、第２の温度制御部１７３は第１の領域７１を囲むように形成された第２の領域９３の温度調整を行うため、被測定対象７が位置する第１の領域７１で急激な温度変化が生じることを抑制できる。第２の領域９３は、恒温槽となる。
また、第１の温度制御部７３は、第１の領域７１をペルチェ素子８３で加熱して温度制御するため、第２の温度制御部１７３による温度制御により第２の領域９３に生じる温度のゆらぎを高い応答性で制御できる。
これにより、被測定対象７が位置する第１の領域７１の温度制御を高精度に行うことができる。

【0059】

第１の領域７１及び第２の領域９３の下方には上部ミラー支持部９及び下部ミラー支持部５３を挿通する（内側に位置する）開口部が形成されている。
当該開口部を介して、第１の領域７１及び第２の領域９３の外側に位置する光源１５１からの光が上部ミラー５１及び下部ミラー５５に照射されると共に、その反射光が受光部１５３に出射される。

【0060】

図１１は、図１０に示す第１熱伝導部８１の上部ミラー支持部９との接触部分の拡大断面構成図である。
図１１に示すように、第１の領域７１を形成する第１熱伝導部８１は、上部ミラー支持部９との接触部に、重力方向（Ｚ１−Ｚ２方向）である光の進行方向に対して所定間隔で設けられた複数の空間領域１２１ａ，１２１ｂを有している。

【0061】

空間領域１２１ａ，１２１ｂの開口部の縁は、上部ミラー支持部９の外周面に接しており、空間領域１２１ａ，１２１ｂは上部ミラー支持部９の中心軸を中心としたリング状の領域である。
ここで、空間領域１２１ｂは空間領域１２１ａに比べて体積が大きい。すなわち、リング状領域の径が長い。また、空間領域１２１ａと空間領域１２１ｂとは重力方向（Ｚ１−Ｚ２方向）に交互に位置している。

【0062】

この構成では、外部との間で空気の流出入が生じる第１熱伝導部８１と、上部ミラー支持部９の外周との接触部を空気が流れ難くなり、外部との間での熱伝導率を下げることができる。これにより、第１の領域７１の温度を安定化できる。
また、この構成によれば、空間領域１２１ａ，１２１ｂで渦流が生じ、第１熱伝導部８１と上部ミラー支持部９との接触部における空気が流れ難くなり、熱伝導性を落とすことができる。

【0063】

図１２は、図１０に示す測定装置１の保温機構の機能ブロック図である。
測定装置１は、第１の領域７１内の被測定対象７の近傍に設けられた第１の温度計１３１を有する。
また、測定装置１は、第１熱伝導部８１の上部ミラー支持部９との接触部付近に設けられた第２の温度計１３３を有する。
また、測定装置１は、ヒートシンク９５の近傍に設けられ、第２の領域９３の温度を計測する第３の温度計１３５を有する。

【0064】

第１の温度制御部７３は、第１の温度計１３１及び第２の温度計１３３の計測結果を基に第１の領域７１の温度制御を行う。第１の温度制御部７３は、個体ヒートポンプと高速チョップ制御により、１／１００℃台のフィードバック制御を行う。

【0065】

第２の温度制御部１７３は、第３の温度計１３５の計測結果を基に第２の領域９３の温度制御を行う。第２の温度制御部１７３は、熱ベース（恒温循環器）により、第２の領域９３を５／１００℃程度の揺らぎに制御する。

【0066】

この構成によれば、計測した温度を基に、第１の温度制御部７３及び第２の温度制御部１７３による温度制御を適切に行うことができる。
図１３は、被測定対象７が位置する第１の領域７１の温度と、測定装置１の外気温度とを時間軸で示す図である。
図１３から分かるように、外気温度が変化しても、第１の領域７１の温度を安定している。

【0067】

なお、測定装置１の主要構造材料及び光学材料としては低膨張材料が用いられる。例えば、測定装置１の構造部材には、ＣＦＲＰやクリアセラム等が用いられる。

【0068】

本発明は上述した実施形態には限定されない。
すなわち、当業者は、本発明の技術的範囲またはその均等の範囲内において、上述した実施形態の構成要素に関し、様々な変更、コンビネーション、サブコンビネーション、並びに代替を行ってもよい。

【0069】

例えば、上述した実施形態では、オイルタンク３１（１），３１（２），３１（３）を３つ設けたが、オイルタンクの数、並びに配置等は特に限定されない。

【0070】

また、上述した実施形態では、第１の光学部４１１として台形ビームスプリッタを例示したが、第３の光Ｌ３１の内面での反射光が第２の光学部４１３に入射しない構成であれば特に限定されない。

【産業上の利用可能性】

【0071】

本発明は、被測定対象の長さを測るシステムに適用可能である。

【符号の説明】

【0072】

１…測定装置
７…被測定対象
９…上部ミラー支持部
１１…第１の基台
１３…第２の基台
１７…円板
２３，２５…板バネ
２１（１），２１（２），２１（３）…浮体
２７，２９…リング状部材
３１（１），３１（２），３１（３）…オイルタンク
３３（１），３３（２）…スライドガイド
３９（１），３９（２）…スライドガイド
４１…光学部
５１…上部ミラー
５３…下部ミラー支持部
５５…下部ミラー
６１…リザーブタンク
７１…第１の領域
７３…第１の温度制御部
８１…第１熱伝導部
９３…第２の領域
１３１…第１の温度計
１３３…第２の温度計
１３５…第３の温度計
１５１…光源
１５３…受光部
１７３…第２の温度制御部
４１１…第１の光学部
４１１ａ…第１の光分離面
４１３…第２の光学部
４１３ａ…第２の光分離面
４１５…１／４波長板

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】