特許 7441992 真直度測定用基準光発生器、真直度測定用基準提供方法及び真直度測定装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-02-21

(45)【発行日】2024-03-01

(54)【発明の名称】真直度測定用基準光発生器、真直度測定用基準提供方法及び真直度測定装置

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/30 20060101AFI20240222BHJP

【ＦＩ】

G01B11/30 101

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2023063304

(22)【出願日】2023-04-10

【審査請求日】2024-01-15

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】300091670

【氏名又は名称】株式会社アドテックエンジニアリング

(74)【代理人】

【識別番号】100097548

【弁理士】

【氏名又は名称】保立 浩一

(72)【発明者】

【氏名】田中 米太

(72)【発明者】

【氏名】後藤 学

【審査官】眞岩 久恵

(56)【参考文献】

【文献】実開昭６３－１０５８０６（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２０１３－２１０２９４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｂ １１／００－１１／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

一個の光源と、
一個の光源からの光の照射を受ける位置に配置された遮光板と
を備えており、
遮光板は、円環状の光透過スリットを有しており、
一個の光源は、光透過スリットの円環の中心を通り遮光板に垂直なスリット軸上に配置されているとともに、遮光板に照射される光芒が光透過スリットの全域を含む姿勢で配置されていることを特徴とする真直度測定用基準光発生器。

【請求項2】

円環状の光透過スリットを有した遮光板に対し、光透過スリットの円環の中心を通り遮光板に垂直なスリット軸上に一個の光源を配置し、当該光源からの光を光透過スリットの全域を含んで遮光板に照射する照射ステップを含む真直度測定用基準提供方法であって、
照射ステップを行いながら、遮光板の出射側の第一の観察面において、光透過スリットを出射した回折光の干渉により照度がピークとなる位置を特定する第一の観察ステップと、
照射ステップを行いながら、第一の観察面に対して平行で遮光板との距離が第一の観察面とは異なる第二の観察面において、光透過スリットを出射した回折光の干渉により照度がピークとなる位置を特定する第二の観察ステップと、
照射ステップを行いながら、第一第二の観察面に対して平行で遮光板との距離が第一第二の観察面とは異なる第三の観察面において、光透過スリットを出射した回折光の干渉により照度がピークとなる位置を特定する第三の観察ステップと
を含むことを特徴とする真直度測定用基準提供方法。

【請求項3】

前記光源は、実質的に単一波長の光を発する光源であることを特徴とする請求項１記載の真直度測定用基準光発生器。

【請求項4】

前記光源は、コヒーレント光源であることを特徴とする請求項１記載の真直度測定用基準光発生器。

【請求項5】

前記光源は、レーザー光源であることを特徴とする請求項１記載の真直度測定用基準光発生器。

【請求項6】

前記遮光板は、前記光透過スリット以外の部分では光を拡散させて遮光する板であることを特徴とする請求項１、３乃至５いずれかに記載の真直度測定用基準光発生器。

【請求項7】

前記遮光板は、前記光源からの光の波長に対して透明な基板と、基板上に形成された遮光膜とより成るものであって、遮光膜が前記円環状の光透過スリットを有しており、
遮光膜は、基板の出射側の面に形成されていることを特徴とする請求項１、３乃至５いずれかに記載の真直度測定用基準光発生器。

【請求項8】

前記遮光板において、前記遮光膜と前記基板との界面は拡散面になっていることを特徴とする請求項７記載の真直度測定用基準光発生器。

【請求項9】

前記遮光板の入射側には、前記一個の光源からの光の発散角を小さくする光学素子が配置されていることを特徴とする請求項１、３乃至５いずれかに記載の真直度測定用基準光発生器。

【請求項10】

前記光学素子は集光レンズであることを特徴とする請求項９記載の真直度測定用基準光発生器。

【請求項11】

請求項１、３乃至５いずれかに記載の真直度測定用基準光発生器と、
真直度測定用基準光発生器の出射側に配置された受光器と、
真直度の測定のための演算処理を行う演算処理部と
を備えており、
受光器は、少なくとも一次元の方向において入射する光のエネルギー分布を出力することが可能なものであり、
演算処理部は、受光器からの出力において光のエネルギーがピークとなっている位置を特定する処理を行って真直度を測定するものであることを特徴とする真直度測定装置。

【請求項12】

静止した状態の前記真直度測定用基準光発生器に対して、真直度を測定すべき長尺物の表面に沿って当該長尺物の長手方向に前記受光器を移動させて長手方向の位置を変更する変位機構を備えていることを特徴とする請求項１１記載の真直度測定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この出願の発明は、対象物の真直度を測定する技術に関する。

【背景技術】

【0002】

対象物の真直度を測定することは、産業の各分野でしばしば必要とされる。例えば、各種製品を製造する際に使用される各種加工装置では、製品の寸法精度を高めるために装置内の部材について真直度を測定し、真直度が十分に確保されているかの検査を行う場合がある。
真直度の測定には、基準が必要である。直線性が確保された基準に対して対象物の表面を比較し、そのずれ量を持って真直度とされる。この基準を提供するものとしては、直定規が知られている。例えば、ＪＩＳ Ｂ ７５１４に規定された直定規では、Ａ級は（２＋Ｌ／２５０）μｍの真直度、特級は（１＋Ｌ／５００）μｍの真直度とされている（Ｌは有効長さで単位はｍｍ）。例えば、３００ｍｍの有効長さの場合、Ａ級の直定規は３．２μｍ以下の真直度を有し、特級の直定規は１．６μｍ以下の真直度を有する。尚、真直度は、まっすぐであるべき方向に延びる直線に対する凹凸の大きさであり、当該直線に対する凹部の最大深さと凸部の最大高さとを加えた量である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１９－２００１６８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

１メートル角程度の大型の平面基盤や定盤などは、通常、平面研削盤などを使って加工される。そのような平面基盤や定盤の平面精度は、従来、加工に使用する平面研削盤の走り真直を基準とした再現性に基づいて保たれるという考え方で対応していた。しかし、このような平面基盤や定盤といった被加工物が大型化し、かつ要求される平面精度が高くなってくると、平面研削盤の走り真直では平面精度の確保が難しくなってきている。平面精度は、二次元方向での真直度の精度ということができるが、例えば０．１μｍといった非常に高い精度の真直度が要求される場合もある。
加工装置メーカーに部品を納入する部品メーカーは、装置メーカーの要求に応えるべく精密加工の技術力を高めて装置メーカーの要求に応えようとしているが、出来上がった製品（部品）が、そのように高い真直度を達成しているかどうか、十分に検証できない場合も多い。例えば、従来の直定規では、特級のものでも真直度は１～数μｍ程度であり、満足できるものではない。

【0005】

直定規は、基準となる「直線性」を機械加工によって実現したものということができるが、「直線性」を保証している物理現象として、光（電磁波）が挙げられる。重力レンズのような特殊な現象を除外すれば（少なくとも地球上においては）、光はまっすぐ進む。特に、レーザー光源はまっすぐ進む細いビームを出射する光源である。このようなことから、特許文献１は、レーザー光源を使用して真直度を測定する装置を提案している。

【0006】

しかしながら、レーザーには小さいながらも発散角が存在しており、ビーム径はそれほど小さくはない。例えば、比較的安価で取り扱いが容易な半導体レーザーでは、ビーム径は１～数ｍｍ程度が一般的である。尚、「ビーム径」とは、レーザービームの断面形状が円形であることを想定しているが、楕円形の場合には長軸方向の長さである。また、円形や楕円形以外の断面形状の場合、最も長くなる方向で見た長さである。

【0007】

特許文献１に開示された測定装置は、レーザー光源からの光をコーナーキューブプリズムで折り返して光位置センサーに入射させるとともにコーナーキューブプリズムをレーザー光源のビームの方向に移動可能とする装置となっている。真直度を測定する対象物（長尺物）の長手方向をビームの方向（プリズムの移動方向）とし、コーナーキューブプリズムの移動に伴ってビームの光位置センサーへの入射位置がどう変化するかにより真直度を測定するとしている。

【0008】

しかしながら、レーザーのビーム径は１～数ｍｍ程度であることを考えれば、特許文献１に開示された装置は、極めてラフな真直度しか測定できないことは明らかである。レーザービームの断面方向のエネルギー分布は、ガウス分布のようにほぼ中央においてピークとなる分布となる場合が多い。このようなレーザービームが光位置センサーに入射した状態において、レーザービームの入射位置を特定する構成は、非実用的なものにならざるを得ない。例えばビームのピークの位置を入射位置とする場合、ピーク前後での強度の変化が緩慢であるため、半値幅の位置を特定してその中心位置をビームの入射位置とすることが考えられる。しかしながら、レーザービームの分布が僅かに中心対称性を欠いただけで中心位置は変化してしまう。サブミクロンオーダーの真直度を測定するには、ビームの入射位置の変化をサブミクロンオーダーで特定する必要があるが、半値幅は前述した通り１～数ｍｍ程度である。１～数ｍｍ程度のビームについてその入射位置の変化をサブミクロンオーダーで検出することは、凡そ現実的でないことは明らかである。

【0009】

この出願の発明は、真直度測定における上記のような課題を解決するために為されたものであり、従来の直定規では実現できないサブミクロンオーダーの真直度測定を可能にする技術を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記課題を解決するため、この明細書において、真直度測定用基準光発生器の発明が開示される。開示された発明に係る真直度測定用基準光発生器は、一個の光源と、一個の光源からの光の照射を受ける位置に配置された遮光板とを備えている。この真直度測定用基準光発生器において、遮光板は、円環状の光透過スリットを有しており、一個の光源は、光透過スリットの円環の中心を通り遮光板に垂直なスリット軸上に配置されているとともに、遮光板に照射される光芒が光透過スリットの全域を含む姿勢で配置されている。
また、上記課題を解決するため、この明細書において、真直度測定用基準提供方法の発明が開示される。開示された発明に係る真直度測定用基準提供方法は、円環状の光透過スリットを有した遮光板に対し、光透過スリットの円環の中心を通り遮光板に垂直なスリット軸上に一個の光源を配置し、当該光源からの光を光透過スリットの全域を含んで遮光板に照射する照射ステップを含む方法である。
そして、この真直度測定用基準提供方法は、
照射ステップを行いながら、遮光板の出射側の第一の観察面において、光透過スリットを出射した回折光の干渉により照度がピークとなる位置を特定する第一の観察ステップと、
照射ステップを行いながら、第一の観察面に対して平行で遮光板との距離が第一の観察面とは異なる第二の観察面において、光透過スリットを出射した回折光の干渉により照度がピークとなる位置を特定する第二の観察ステップと、
照射ステップを行いながら、第一第二の観察面に対して平行で遮光板との距離が第一第二の観察面とは異なる第三の観察面において、光透過スリットを出射した回折光の干渉により照度がピークとなる位置を特定する第三の観察ステップと
を含む。
また、上記課題を解決するため、開示された発明に係る真直度測定用基準光発生器において、一個の光源は、実質的に単一波長の光を発する光源であり得る。
また、上記課題を解決するため、開示された発明に係る真直度測定用基準光発生器において、一個の光源は、コヒーレント光源であり得る。
また、上記課題を解決するため、開示された発明に係る真直度測定用基準光発生器において、一個の光源は、レーザー光源であり得る。
また、上記課題を解決するため、開示された発明に係る真直度測定用基準光発生器において、遮光板は、光透過スリット以外の部分では光を拡散させて遮光する板であり得る。
また、上記課題を解決するため、開示された発明に係る真直度測定用基準光発生器は、
遮光板は、前記光源からの光の波長に対して透明な基板と、基板上に形成された遮光膜とより成るものであって、遮光膜が前記円環状の光透過スリットを有しており、
遮光膜は、基板の出射側の面に形成されている
という構成を持ち得る。
上記構成を持つ真直度測定用基準光発生器は、遮光板において、遮光膜と基板との界面は拡散面になっているという構成を持ち得る。
また、上記課題を解決するため、開示された発明に係る真直度測定用基準光発生器において、遮光板の入射側には、一個の光源からの光の発散角を小さくする光学素子が配置され得る。
また、上記構成を持つ真直度測定用基準光発生器において、光学素子は集光レンズであり得る。
また、上記課題を解決するため、この明細書において、真直度測定装置の発明が開示される。開示された発明に係る真直度測定装置は、上記いずれかの真直度測定用基準光発生器と、真直度測定用基準光発生器の出射側に配置された受光器と、真直度の測定のための演算処理を行う演算処理部とを備えている。
受光器は、少なくとも一次元の方向において入射する光のエネルギー分布を出力することが可能なものである。
演算処理部は、受光器からの出力において光のエネルギーがピークとなっている位置を特定する処理を行って真直度を測定するものである。
上記構成を持つ真直度測定装置は、静止した状態の真直度測定用基準光発生器に対して、真直度を測定すべき長尺物の表面に沿って当該長尺物の長手方向に前記受光器を移動させて長手方向の位置を変更する変位機構を備え得る。

【発明の効果】

【0011】

以下に説明する通り、開示された発明に係る真直度測定用基準光発生器、真直度測定用基準提供方法及び真直度測定装置によれば、直定規のような機械加工によって達成された基準ではなく光学的に達成された基準が提供される。そして、レーザービームを単に照射してビーム断面の中心位置を特定するのではなく、回折光を干渉させ、その作用により必然的に生じる回折光干渉光芒の中心位置を特定するので、遙かに小さい光芒についてその中心位置を特定して基準として利用する。このため、基準として高い信頼性が得られる。真直度を測定する長さが長くなっても測定精度が低下することはなく、より長い長さに亘って真直度を高い精度で測定できる。
また、遮光板が、光透過スリット以外の部分では光を拡散させて遮光する板である構成によれば、光源側に反射光が戻って光源が損傷してしまう問題や、反射光が迷光となって測定のＳＮ比を低下させてしまう問題が防止される。それとともに、光吸収により遮光板が温度上昇し、屈折率の熱揺らぎが生じて回折光の干渉する位置がずれてしまう問題が防止される。このため、基準としての信頼性がより高められる。
また、光透過スリットは、基板の出射側の面に遮光膜が形成され、この遮光膜が光透過スリットを有する構成によれば、スリットからの回折光は基板中を透過することはないので、基板の温度分布が不均一になってもその影響を直接受けることはない。このため、基準としての信頼性がより高められる。
またこの際、遮光膜が反射膜であり、基板と遮光膜との界面が拡散面である構成によれば、遮光膜の温度上昇により輻射熱が生じて前方の空間の温度上昇を招くことがない。このため、その空間の熱揺らぎにより基準としての信頼性が低下してしまう問題を招くことがない。
また、遮光板の入射側には、一個の光源からの光の発散角を小さくする光学素子が配置された構成によれば、照射された光芒における回折光干渉による照度ピークがより高くなるため、ピークの位置が特定し易くなり、測定精度の低下が避けられる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】第一の実施形態に係る真直度測定用基準光発生器の概略構成を示した図である。

【図2】遮光板の概略図であり、（１）は断面概略図、（２）は正面概略図である。

【図3】実施形態の基準光発生器の作用（動作原理）について示した概略図である。

【図4】第一の実施形態に係る真直度測定装置の正面概略図である

【図5】第一の実施形態の真直度測定装置における真直度の測定動作について示した概略図である。

【図6】真直度の測定動作におけるピーク位置について示した概略図である。

【図7】真直度測定プログラムの概略を示したフローチャートである。

【図8】第二の実施形態の基準光発生器の主要部の概略図である。

【図9】第二の実施形態の真直度測定装置の正面概略図である。

【図10】第一の実施形態の真直度測定装置における真直度の測定動作について示した概略図である。

【図11】受光器の受光面が遮光板に対して斜めの姿勢になった場合の測定について示した概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

次に、この出願の発明を実施するための形態（実施形態）について説明する。
まず、真直度測定用基準光発生器（以下、基準光発生器と略称する。）の発明の実施形態について説明する。以下の説明は、真直度測定用基準提供方法の発明の実施形態の説明を含む。図１は、第一の実施形態に係る基準光発生器の概略構成を示した図である。

【0014】

図１に示す基準光発生器は、真直度の測定において基準として採用され得る光を発生させる機器である。この基準光発生器は、一個の光源１と、光源１の出射側の光源１からの光を受ける位置に配置された遮光板２とを備えて構成されている。
光源１としては、特に制限がなく種々のものを使用し得るが、この実施形態では、小型で取り扱いがし易く高輝度であるため、半導体レーザー光源が使用されている。例えば、波長４００～４２０ｎｍ程度の半導体レーザー光源（ＧａＮ系等）が使用できる。半導体レーザー光源である光源１はある発散角で光を出射させるが、この例では、発散軸（発散角０度の方向）は水平方向となっている。

【0015】

図２は遮光板２の概略図であり、（１）は断面概略図、（２）は正面概略図である。図２に示すように、遮光板２は、円環状の光透過スリット２０を有している。より具体的には、遮光板２は、光源１からの光の波長に対して透明な基板２１と、基板２１上に形成された遮光膜２２とを備えており、遮光膜２２が円環状の光透過スリット２０を形成している。

【0016】

基板２１は、光源１の波長に対して十分な透過性を有する材料で形成されていれば特に制限なく使用できるが、この実施形態では石英ガラス製のものが使用されている。石英ガラスは、紫外、可視、赤外の広い波長域に亘って高い透過率を持つ材料であり、吸収による温度上昇が小さいので好適に採用される。この他、硼珪酸ガラス製の基板も使用することができる。

【0017】

遮光膜２２についても、光源１の波長に対して十分な遮光性を有すれば特に制限なく材料を選定できるが、この実施形態ではクロム膜が採用されている。遮光膜２２は、蒸着やスパッタリング等の適宜の方法により基板２１に作成される。

【0018】

図１に示すように、光源１は支柱１１によって保持され、遮光板２はマウント２３によって保持されている。支柱１１やマウント２３は、ベース３に固定されている。光源１は、光透過スリット２０の円環の中心を通り遮光板２に垂直な軸上に配置されている。以下、この軸をスリット軸と呼び、図１等においてＡｘで示す。前述したように、半導体レーザー光源である光源１は発散軸が水平方向に向く姿勢で取り付けられているが、光源１からの光が光透過スリット２０の全域に照射される限り、光源１の姿勢は任意である。また、図１では、遮光板２が垂直に立てて配置されているが、これも必須ではない。遮光板２が傾いて配置される場合、スリット軸Ａｘは水平でないことになるが、スリット軸Ａｘ上に光源１が配置されて光透過スリット２０の全域に光照射されるようになっていればよい。

【0019】

このような実施形態の基準光発生器の作用（動作原理）について、図３を参照して説明する。図３は、実施形態の基準光発生器の作用（動作原理）について示した概略図である。遮光板２における光透過スリット２０の径は、光源１からのビームの断面積によりも小さい。レーザー光源である光源１は、発散角θでビームを出射する。そのため、遮光板２に達した際の光芒は、図３に示すように、光透過スリット２０の全域を含んで遮光板２に照射される。尚、図３は、実際の寸法比とは異なる場合もあり、遮光板２の入射側と出射側では縮尺が異なっている場合もある。

【0020】

遮光板２に達した光の一部は、光透過スリット２０を透過して出射する。残りは遮光板２によって遮光され、遮光膜２２と基板２１との界面で拡散する。
光透過スリット２０の幅（径方向の幅、図２にｗで示す）は、例えば４０μｍ程度の非常に狭い幅となっている。このため、光透過スリット２０を出射する光には、回折の影響が強く現れる。図３において、回折光を含む出射光のエネルギー分布を概念的にＩ_ｄｉｆで示す。図３にＩ_ｄｉｆで示すように、主光線Ｌｍの両側に各回折角で進む回折光が分布する。

【0021】

図３において遮光板２は断面図で描かれているが、この断面図は、円環状の光透過スリット２０の当該円環の中心を通り、径方向に延びる断面で見た図となっている。円環の中心を、図３においてＯで示す。この例では遮光板２は垂直に立てて配置されている（断面は垂直面である）ので、上下に二つのスリットがあるような断面形状となっている。尚、光透過スリット２０は、周方向において同じ幅である。したがって、スリット断面における幅方向中央の位置から中心点Ｏまでの距離は、上下のスリットにおいて等しい。

【0022】

説明の都合上、上側のスリット断面の幅方向中央の点をＡ点とし、下側のスリット断面の幅方向中央の点をＢ点とする。光透過スリット２０からの回折光が照射される面として、遮光板２と平行な面（観察面）Ｓを仮想する。また、光源１の発光点をＥとする。発光点Ｅはスリット軸Ａｘ上にあり、スリット軸Ａｘは遮光板２に対して垂直で光透過スリット２０の円環の中心点Ｏを通る。
観察面Ｓにおいて、スリット軸Ａｘが交差する点をＰ_０とする。発光点Ｅから出射される光のうち、点Ａに達して点Ａからの回折光として点Ｐ_０に達する光Ｌ_１と、点Ｂに達して点Ｂからの回折光として点Ｐ_０に達する光Ｌ_２とを考慮する。ＥＡ＝ＥＢであり、ＡＰ_０＝ＢＰ_０であるため、Ｌ_１とＬ_２の光路長は等しい。そして、Ｌ_１とＬ_２は、同じ点Ｅから出た光であり、同じ波長で同位相の光を含んでいる。このため、Ｌ_１とＬ_２は、点Ｐ_０において強く干渉し、点Ｐ_０における照度が特に高くなる。
点Ｐ_０を外れた位置では、光路長が異なるために同波長であったとしても位相がずれ、干渉は弱くなる。位相がちょうど１／２波長ずれる位置をＰ_１，Ｐ_２とすると、半波長分の位相のずれのため、同波長の回折光は干渉によって互いに打ち消し合い、強度は最低となる。即ち、Ｐ_１ＡとＰ_１Ｂの光路差が半波長分の長さになっているＰ_１では干渉のために回折光の強度は最低となり、Ｐ_２ＡとＰ_２Ｂの光路差が半波長分の長さになっているＰ_２では干渉のために回折光の強度は最低となる。

【0023】

Ｐ_０に対するＰ_１，Ｐ_２の距離をｄとすると、Ｐ_１，Ｐ_２からさらにｄだけ（半波長だけ）離れた距離にある点では、一波長分の位相の違いとなり、位相がそろっていることになるが、この位置では、Ｐ_０のようには干渉光は強くならない。これは、光透過スリット２０が円環状であるためである。当該径方向の２点（Ａ，Ｂ）からの回折光は同位相であるが、他の多くの点からの回折光は同位相にはならないからである。点Ｐ_０のみ、光透過スリット２０の周方向のどの位置から出た回折光も同位相で到達し、干渉する。

【0024】

このように、幅の狭い円環状の光透過スリット２０からは、光源１からの光路長が互いに等しくなる同軸上のＰ_０においてのみ回折光の強い干渉光が生じ、観察面Ｓにおいて観察される光エネルギーはピークを持つ。尚、Ｐ_０においてのみ強い干渉が生じ、他の箇所では干渉が生じなかったり生じても弱い干渉にとどまったりすることから、点Ｐ_０において最も高い照度の光芒が生じる。この光芒の大きさは、光透過スリット２０の幅等により若干変わるが、半導体レーザーのようなレーザー光源のビームに比べ遙かに小さくなる。以下、この光芒をこの明細書において回折光干渉光芒という。

【0025】

光透過スリット２０のようなスリットからの回折光の分布は、キルヒホッフの積分定理に従って求めることができ、スリットの幅や波長等の条件を与えれば、近似計算により求めることができる。そのような解析が行えるソフトウェアも市販されている。したがって、実施形態の基準光発生器についても、回折光干渉光芒がどの程度の大きさになるか、シミュレーションによって知ることができる。

【0026】

例えば、光源１からの光の波長を４０５ｎｍ、光透過スリット２０の幅を４０μｍ、光透過スリット２０の大きさ（幅の中央で見た直径）を１０ｍｍ、光源１から遮光板２までの距離を１００ｍｍとした条件でシミュレーションをしてみると、遮光板２からの距離が２ｍの位置での回折光干渉光芒の直径は約５０μｍであった。したがって、レーザー光をそのまま使用した場合の光芒の大きさ（１～数ｍｍ）と比べると、１／２０以下の小さい光芒にできたことになる。したがって、その中心位置についても高い精度で特定することができることになる。

【0027】

回折光干渉光芒の中心位置は、円環状の光透過スリット２０との幾何学的な配置に基づくものであるため、光源１がスリット軸Ａｘ上にあり光透過スリット２０の姿勢が変わらない限り、遮光板２から観察面Ｓまでの距離が変化しても同軸上の位置となってその関係は変わらない。即ち、観察面Ｓを遮光板２からＳ’，Ｓ”と変化させても、回折光干渉光芒の中心は同軸上の点Ｐ_０’，Ｐ_０”となる。言い換えると、観察面Ｓの位置を変化させながら回折光干渉光芒の中心位置をつなげていくと、それは明らかに直線となる。つまり、観察面Ｓの位置を変化させた際の回折光干渉光芒の中心位置の座標は、真直度の基準として採用できる。

【0028】

このような原理である実施形態の基準光発生器を使用した真直度測定について、以下に説明する。以下の説明は、真直度測定装置や真直度測定方法の発明の実施形態の説明でもある。
図４は、第一の実施形態に係る真直度測定装置の正面概略図である。図４に示すように、この真直度測定装置は、基準光発生器１０と、基準光発生器１０の出射側に配置された受光器４と、真直度の測定のための演算処理を行う演算処理部５とを備えている。
受光器４としては、少なくとも一次元の方向において入射する光のエネルギー分布を出力することが可能なもので足りるが、この実施形態では、ＣＭＯＳやＣＣＤ等のエリアイメージセンサを受光器４として使用している。

【0029】

受光器４は、受光面４１が遮光板２と平行になるように配置される。この例では、遮光板２は垂直なので、受光面４１が垂直になるように配置される。受光器４は、台座４２によって保持されており、この姿勢を保つようになっている。以下、説明の都合上、スリット軸Ａｘの方向をｘ方向とし、垂直方向（上下方向）をｙ方向とする。また、ｘ方向に垂直な水平方向をｚ方向とする。尚、受光面４１において各画素は直角格子状に配列されており、必ずしも必須ではないが、配列方向はｙｚ方向に一致している。

【0030】

受光器４には、変位機構６が設けられている。変位機構６は、真直度を測定すべき長尺物９の表面に沿って移動させて長手方向での受光器４の位置を変更する機構である。この実施形態では、変位機構６は、例えば、水平方向に向けて押し出す向きに弾性を作用させるよう台座４２に取り付けられたバネ部材６１と、バネ部材６１の弾性に抗してバネ部材６１とは反対側の台座４２の側面を押圧して受光器４を移動させる押圧源（例えばモータ等を含む直線駆動源）６３等を備えて構成される。そして、台座４２が対象物９の表面をなぞって（接触した状態を維持して）移動するよう、台座４２を対象物９の表面に圧接する圧接部材４３が設けられている。例えば、図４に示すように、対象物９の表面に向けて受光器４を軽く押圧するバネ部材が圧接部材４３として設けられる。尚、台座４２の裏面（対象物９の表面に接する面）は、円滑に滑動するよう表面処理がされたり、滑動が円滑にする部材が貼り付けられたりする場合もある。尚、対象物９は、ストッパ（符号省略）により動かないように固定されている。

【0031】

演算処理部５は、例えばＰＣのような汎用コンピュータで構成され、プロセッサ５１と、プロセッサ５１によって実行される各種プログラムが記憶された記憶部（メモリ等）５２とを備えている。
記憶部５２に記憶されたプログラムのうちの一つは、真直度の測定のための演算処理を行う真直度測定プログラム５３となっている。その他、変位機構６を含めて装置全体を制御するシーケンス制御プログラム５４も記憶部５２に記憶されている。

【0032】

真直度測定プログラム５３の構成及び真直度測定装置の動作について図５～図７を参照して説明する。図５は、第一の実施形態の真直度測定装置における真直度の測定動作について示した概略図、図６は真直度の測定動作におけるピーク位置について示した概略図、図７は、真直度測定プログラム５３の概略を示したフローチャートである。
シーケンス制御プログラム５４は、光源１を点灯させた状態で変位機構６を動作させ、水平方向に受光器４を移動させて対象物の長手方向における位置を変更するシーケンスを行うプログラムとなっている。光源１から出射された光のうち、遮光板２の光透過スリット２０を透過して出射した回折光は、受光器４の受光面４１に達する。そして、上述したように、受光面４１のうち、スリット軸Ａｘ上の点がピーク位置となり、ピーク値の光エネルギー値（ここでは放射照度）が計測される。図５において、受光器４の受光面４１上の点としてピーク位置をｍで示す。

【0033】

シーケンス制御プログラム５４は、変位機構６を動作させ、対象物９の長手方向の少なくとも３カ所以上の位置に受光器４を位置させ、測定データを受光器４から出力させる。実際には、設定された計測ピッチ毎の位置での測定となり、数十箇所以上において測定がされる。以下、測定を行う各位置を測定位置という。測定データは、各測定位置での二次元の照度分布を示すデータである。各測定位置でのこの二次元の照度分布データを測定データセットと呼ぶ。

【0034】

シーケンス制御プログラム５４は、設定された測定ピッチ毎の全ての測定位置に変位機構６により受光器４を位置させて受光器４に各測定データセットを出力させた後、真直度測定プログラム５３を実行する。各測定位置での各測定データセットはメモリに記憶されており、真直度測定プログラム５３は、最初の測定データセットを読み込み、回折光干渉光芒の中心を特定する。
回折光干渉光芒は、通常、画素サイズよりも大きいので、回折光干渉光芒を捉えていると判断される画素を特定し、その中心を求める演算を行う。より具体的には、回折光干渉光芒を捉えている画素群における最も高い強度（照度）を特定し、その照度の半分以上の強度となっている画素群を特定する。そして、その画素群における中心位置の座標を特定する。

【0035】

この実施形態では、受光器４は二次元のイメージセンサであるので、求められた座標はｙｚ座標であるが、ｙ方向が真直度を表しているので、ｙ方向の座標を抽出する。以下、この座標位置を、光芒中心位置という。光芒中心位置のｙ座標は、画素のサイズや画素ピッチに従って特定される。真直度測定プログラム５３は、抽出した光芒中心位置を変数（配列変数）に格納する。真直度測定プログラム５３は、この処理を全ての測定データセットに対して行い、光芒中心位置をそれぞれ特定して配列変数に格納する。尚、画素の配列がｙｚ方向ではない場合、ｙｚ方向に対する画素の配列方向の角度差（ｙｚ方向に対する受光器４の姿勢のずれ）を予め定数として与えておき、それに従って座標系の変換を行って光芒中心位置のｙ座標位置を特定する。

【0036】

前述したように、受光器４の受光面４１は遮光板２に対して平行であるので、仮に対象物９の表面が完全にまっすぐであれば、変位機構６で変位させた際に受光器４はまっすぐな直線に沿って変位し、光芒中心位置は変化しない。しかしながら、対象物９の表面は完全な真直度を達成することはなく、凹凸がある。したがって、光芒中心位置は、各測定位置で異なってくる。この様子が、図５に示されている。

【0037】

図５において、横軸は、対象物９の長手方向の位置（変位機構６により変位させた際の受光器４の位置）を示している。また、縦軸は、受光面４１におけるｙ方向の位置を示している。図５においてプロットされた点ｍは、各測定位置における光芒中心位置のｙ座標を示す。
真直度測定プログラム５３は、特定された光芒中心位置のｙ座標ｍの変化に対して線形回帰処理（例えば最小二乗法）を適用し、対象物９の全体の傾きを算出する。算出された傾きを、図５において線ｔで示す（以下、傾き線という）。そして、図５に示すように、各光芒中心位置のｙ座標ｍから傾き線ｔに対して垂線を引き、その長さを求める処理を行う。そして、傾き線ｔに対する光芒中心位置のｙ座標ｍの振れ幅の最大値δを求める。このδが、真直度に相当している。
真直度測定プログラム５３は、このようにして算出した真直度δを測定結果として出力して終了する。測定結果は、ディスプレイ等に出力される。

【0038】

このような実施形態の基準光発生器、真直度測定用基準提供方法及び真直度測定装置によれば、直定規のような機械加工によって達成された基準ではなく光学的に達成された基準が提供され、その基準に従って真直度を措定するので、従来の測定限界を超えた高精度の真直度の測定が可能となる。そして、レーザービームを単に照射してビーム断面の中心位置を特定するのではなく、回折光を干渉させ、その作用により必然的に生じる回折光干渉光芒の中心位置を特定するので、遙かに小さい光芒についてその中心位置を特定することになる。したがって、基準として高い信頼性が得られる。上記説明から解る通り、真直度の測定解像度は画素サイズに依存するが、最近では１μｍ以下の画素サイズの超高解像度のイメージセンサも開発されており（例えばサムスン電子のアイソセルＨＰ３）、サブミクロンオーダーの真直度の測定が実現できる。

【0039】

また、直定規の場合、長さが長くなると真直度が悪くなる。このため、より長い対象物について真直度を測定する場合、測定できる真直度の限界が低下してしまう。さらに、直定規の場合、自重による撓みの問題もあり、この問題も長さが長くなるとより顕著となる。一方、実施形態の基準光発生器によれば、光により基準を提供するので、このような問題はなく、長さに依存せずに真直度をより高い精度で測定できる。より長い距離に亘っての真直度の測定の場合には、遮光板２から受光器４までの距離が長くなるので、異なる回折角の回折光が強く干渉して受光器４に入射することになる。このため、回折光干渉光芒の強度（照度）は変わってくるが、光芒の中心位置は光透過スリット２０の円環と同軸の直線（スリット軸Ａｘ）上の位置であり、それは変わらない。尚、レーザー光をレンズで小さなビーム径に絞ることで小さな光芒を実現することはできるが、ある距離の位置で小さなビーム径になるのみであり、その位置よりも距離が遠くなると、ビーム径はどんどん大きくなってしまう。つまり、距離にかかわらず常に小さな光芒とすることはできない。一方、実施形態の基準光発生器ではこれが可能である。

【0040】

上記基準光発生器の構成において、光源１は単一波長の光を出射するものであることが望ましいが、複数波長の光を出射するものであっても実施は可能である。例えば、４０５ｎｍの光を出射する半導体レーザーの場合、４０５ｎｍ以外に４０４ｎｍの光と４０６ｎｍの光を同時に出射するものが知られている。このような光源であっても、同様に実施可能である。波長４０４ｎｍの光も光透過スリット２０の各位置を経由して光路長が等しくなるスリット軸Ａｘ上の４０５ｎｍの場合と同じ点において干渉するし、波長４０６ｎｍの光も光透過スリット２０の各位置を経由して光路長が等しくなるスリット軸Ａｘ上の同じ点において干渉するからである。多波長になると、回折光干渉光芒の輪郭が若干ぼやける傾向があるが、真直度測定の精度に与えるほどではないことが、発明者によるシミュレーションにおいて確認されている。したがって、このような光源も実質的に単一波長の光を出射する光源と言い得る。

【0041】

また、光源１が単一波長でなかったり数個程度の複数波長でなかったりしても、本願発明は実施可能である。例えば、ある程度広い帯域で連続スペクトルの光源であったとしても本願発明は実施可能である。そのような光源からの出射光であっても、ある発光点から出射された光は光透過スリットを経て同一の光路長にてスリット軸Ａｘ上の点に達する。それらは同一波長の光を含んでいて同位相であるから必ず干渉し、スリット軸Ａｘ上にて照度のピークを形成する。但し、単一波長の方が照度のピークがより鮮明になるため、真直度の測定がより容易になったりより測定精度を高くできたりすることができるため、好適である。「単一波長」とは、実質的に単一という意味であり、このような効果が得られる範囲で単一の波長という意味である。一例を示すと、光源１として主波長０．４０５μｍの半導体レーザーは±０．０１μｍ以内に多数の波長が存在する（０．４０４μｍ、０．４０５μｍ、０．４０５μｍ等）。このようなケースでも観察結果が大きく変わることはなく、これらの場合、実質的に単一波長といい得る。

【0042】

上記基準光発生器の構成において、遮光板２が、基板２１の出射側の面に遮光膜２２を形成した構造とされていることは、基準光としての信頼性を高める上で特に意義を有する。以下、この点について説明する。
例えば１μｍ以下というように微小な凹凸を検出する真直度測定においては、光路における光学的条件の僅かな不均一性も問題となり得る。この代表的な要因は、熱による屈折率の変化（屈折率の熱揺らぎ）である。遮光膜２２が基板２１の入射側に形成されている場合、光透過スリット２０は基板２１の入射側に形成されていることになり、回折光は基板２１中を透過して出射する。この場合、基板２１において何らかの原因で温度差が生じ、温度が均一でないと、光透過スリット２０を出射した回折光が基板２１中を透過する際の実質的な光路長にばらつきが生じることになる。そうなると、回折光はスリット軸Ａｘで干渉しないことになり、スリット軸Ａｘから外れた位置で干渉することになってしまう。
一方、遮光膜２２が基板２１の出射側の面に形成されている構成では、このような問題はない。出射側の媒質は雰囲気（空気）であるが、基板２１内に比べ温度差が生じることはなく、生じたとしても非常に小さい。したがって、基板２２内における温度不均一化が問題になることはない。

【0043】

また、上記基準光発生器の構成において、遮光板２が、光透過スリット２０を透過する光以外の光を拡散させる構成であることも、同様に熱揺らぎの問題を回避しつつ基準としての信頼性を高める意義を有する。
遮光板２は、光透過スリット２０に到達した光のみを透過させ、他の箇所に到達した光を遮断するものであるが、遮断の構成としては、反射や吸収もある。この場合、光を反射させてしまうと、光が光源１に戻ってしまい光源１を損傷させる問題がある。また、周囲の部材に反射して迷光が生じ、迷光が受光器４に入射してノイズとなってしまう問題もある。

【0044】

光を吸収させる構成の場合、光吸収による温度上昇の問題がある。例えば、遮光膜２２を光吸収性の材料とした場合、光吸収により温度上昇した遮光膜２２が輻射熱を生じる。輻射熱は、前方の空間の空気を暖めるため、空気の熱揺らぎの問題が生じ易い。即ち、熱によって屈折率が空間において不均一となる。図３に示す基準光発生器の作用において、遮光板２の出射側において上側と下側で温度差があった場合、屈折率が異なる結果、光路長も実質的に異なることになり、スリット軸Ａｘ上以外の位置において強い干渉が生じることになる。そのような温度条件の空間的違いが時間的に安定していて、受光器４を変位させながら行う測定の最中において一定であれば、受光面４１内の一定の座標で捉えられるので、大きな問題はない。しかし、熱揺らぎは不安定に生じ易く、測定精度低下の要因になり易い。

【0045】

このような点を考慮し、実施形態の基準光発生器は、光透過スリット２０を透過させる光以外の光を拡散させて遮断する構成を採用している。そして、この実施形態では、基板２１と遮光膜２２との界面を拡散面２４として光を拡散させている。即ち、遮光膜２２には反射膜であるが、反射した光は拡散面２４で拡散されて基板１の反対側の面から出射する。拡散させて遮断するので、戻り光が光源１を損傷したり、迷光を生じてＳＮ比を低下させたり、熱揺らぎを発生させて測定精度を低下させたりする問題はない。尚、光源１の点灯を開始した直後は、少なからず温度上昇があるので、測定環境の温度条件が安定するのを待ってから測定を開始することが好ましい。

【0046】

光を拡散させる構成も幾つか考えられるが、実施形態の基準光発生器は、迷光の発生を防止する点で好適な構成を採用している。光を拡散させる構成として、例えば拡散材を分散させた材料で基板２１を形成することも考えられるが、基板２１内で拡散する光が光透過スリット２０から迷光として出射し易く、測定精度が低下し易い。また、基板２１の入射側の面のうち、光透過スリット２０を臨む環状の領域以外の領域を拡散面とすることも考えられる。この場合、拡散面は反射面ではないので、一部の光が透過して同様に光透過スリット２０から迷光として出射し易い。実施形態のように基板２１の出射側の面を拡散面２４としそこに反射膜（遮光膜２２）を形成した構造とすれば、拡散面で拡散した光は光透過スリット２０を透過して出射することはなく、迷光の発生は防止される。

【0047】

尚、拡散面２４の凹凸については、光の波長を考慮した細かさ（粗さ）とすることが好ましい。凹凸の大きさが光の波長程度まで細かくなってくると、拡散面として機能せずに光が透過し易くなる。このため、光の波長に対して十分に粗い凹凸で形成された拡散面とすることが好ましい。このような拡散面２４は、基板２１の出射側の面のうち、光透過スリット２０を形成する領域以外の領域について粗面化処理をし、その上で遮光膜２２を形成することで得られる。

【0048】

次に、第二の実施形態の基準光発生器について説明する。図８は、第二の実施形態の基準光発生器の主要部の概略図である。
第二の実施形態の基準光発生器は、遮光板２の入射側に配置された集光レンズ７を備えており、この点が第一の実施形態と異なっている。集光レンズ７は、回折光干渉光芒の照度を高め、その中心位置をより高い精度で特定できるようにする意義を有している。

【0049】

前述したように、光透過スリット２０を出射する回折光は、主光線が進む方向の両側に分布する。この際の分布形状は、光透過スリット２０の幅や波長に応じて異なるが、いずれにしても主光線の位置から遠ざかるに従って（回折角が大きくなるに従って）弱くなる。光源１からの光の発散角θが大きく、スリット軸Ａｘに対して主光線が成す角が大きいと、受光面４１に向かう回折光の強度が弱くなり、受光面４１においてスリット軸Ａｘが交差する位置に形成される回折光干渉光芒の照度が低下してしまう。この位置には、迷光や測定環境の光も照射されるため、回折光干渉光芒の照度が低下すると、ＳＮ比が悪化し、回折光干渉光芒の輪郭を捉えづらくなってしまう。この結果、測定精度が低下してしまう。

【0050】

この点を考慮し、第二の実施形態では、遮光板２の入射側に集光レンズ７を配置している。図８に示すように、集光レンズ７は、光透過スリット２０に入射する主光線をスリット軸Ａｘ側に折り曲げる。このため、光透過スリット２０を透過する際、主光線が進む方向がスリット軸Ａｘに対して成す角は小さくなる。この結果、受光面４１には、比較的強度の高い回折光が多く達するようになり、回折光干渉光芒の照度が高くなる。このため、回折光干渉光芒の輪郭は十分に明確になり、測定精度の低下が避けられる。

【0051】

図８から解るように、集光レンズ７は、光源１からの光の発散角が大きい場合に特に有効である。したがって、発散角の大きなレーザー光源を光源１として使用する場合には集光レンズ７を配置することが好ましい。また、回折光干渉光芒の照度をより高くするという観点から、集光レンズ２は、光透過スリット２０から出射する主光線がスリット軸Ａｘに向かう状態とするものであると、より好ましい。即ち、集光レンズ２は、光源１からの光をスリット軸Ａｘ上に集光するレンズであるより好ましい。この場合、集光レンズ２による集光点は、真直度を測定する範囲に応じて適宜決定される。例えば、真直度を測定する範囲の中央（長手方向の中央）の位置に集光点がくるように集光レンズ２は選定される。
尚、受光器２には回折光以外に集光レンズ２による集光光（幾何光学的集光光）が入射するため、集光光の照度に回折光干渉光芒の照度が重畳された状態となる。この場合でも、回折光干渉による照度のピークは十分に観察でき、真直度の測定には支障がない。光透過スリット２０の幅は狭いので、幾何光学的集光光による照度はそれほど高いものではないからである。

【0052】

上記各実施形態において、光源１はスリット軸Ａｘ上に配置されているとしたが、この配置も、実質的にスリットＡｘ上であれば良いという意味である。光源１がスリットＡｘ上にない場合、図３においてＥＡ≠ＥＢとなる。この場合、ＥＡの方が長いとしてＥＡ－ＥＢ＝ｋとすると、遮光板２の出射側では、光路長が等しくなるのは、ＢＰ－ＡＰ＝ｋとなる点Ｐであり、この点において回折光干渉光芒の照度はピークとなる。観察面Ｓを遮光板２からＳ’，Ｓ”と変化させた場合も、光路長が等しくなるのは、点Ｂからの距離に対して点Ａからの距離がｋだけ短くなる点であり、この点において照度はピークとなる。ピークとなる点の軌跡は、二点Ａ，Ｂからの距離が等しい点の軌跡であり、これは双曲線となる。
但し、上記は理論上の説明であり、実際にはｋが小さい場合には直線と見なして良い場合が殆どである。したがって、必要な真直度の測定精度や真直度を測定する距離との関係で、許容されるｋの上限が決められる。

【0053】

また、光源１は、ある有限な発光領域を有する。したがって、その発光領域のうちの一点がスリット軸Ａｘ上にあれば良いということもできる。発光領域が大きくなると、スリット軸Ａｘ上にはない発光点の割合は多くなり、それらからの光による回折光干渉光芒の照度ピークの軌跡は厳密には双曲線を描くが、発光領域が十分に小さければ、問題になることはない。発光領域の小ささも、必要な真直度の測定精度や測定距離範囲によるが、発光領域の形状が円形である場合、直径１ｍｍ以下であることが好ましく、直径０．１ｍｍ以下であるとより好ましい。発光領域の形状が円形でない場合、最も長くなる方向で見た幅がこれらの値以下ということである。

【0054】

上記のように発光領域の小さい光源は、しばしば点光源と呼ばれる。したがって、光源１としては点光源を採用することが好ましいという言い方もできる。但し、本願発明の実施に際しては、点光源ではなく面光源と呼ばれるものや長尺な光源（線状光源や棒状光源）を採用することもできる。この場合、光源の出射側にピンホール板を配置し、擬似的に小さな発光領域の光源とすることができる。

【0055】

次に、第二の実施形態の真直度測定装置について説明する。図９は、第二の実施形態の真直度測定装置の正面概略図である。
図９に示す真直度測定装置も、基準光発生器１０と、基準光発生器１０の出射側に配置された受光器４と、真直度の測定のための演算処理を行う演算処理部５とを備えている。

【0056】

第一の実施形態の真直度測定装置は、ある対象物の長手方向の表面の真直度を測定するものであったが、第二の実施形態の装置は、ある動きの真直度を測定するもの（機構的な真直度を測定するもの）となっている。即ち、測定対象の直線移動機構９０によって移動する部材（この例ではステージ９１）の上に受光器４を載せて測定することで、真直度を測定するものとなっている。この実施形態では、測定対象の直線移動機構９０が第一の実施形態における変位機構６の役割を果たすので、変位機構は設けられていない。その代わり、受光器４に対して光透過スリット２０からの回折光が照射されるようにする光学系が設けられている。

【0057】

この例では、光学系はミラー８で構成されている。この実施形態においても、遮光板２は垂直な姿勢であり、スリット軸Ａｘは水平である。ミラー８は、水平に対して４５度の角度で配置されており、スリット軸Ａｘを垂直下方に曲げるものとなっている。ミラー８と受光器４とは、フレーム８１によって一体に保持されている。フレーム８１は、ミラー８の直下の位置で受光器４を水平に保持しており、折り返されたスリット軸Ａｘが受光面４１のほぼ中央に交差するようになっている。ミラー８はフレーム８１によって受光器４と一体に保持されているので、フレーム８１、ミラー８及び受光器４から成るユニットをステージ９１に載置する形になる。以下、このユニット８０を検出ユニットと呼ぶ。

【0058】

この実施形態においても、受光器４は、演算処理部５に接続されている。演算処理部５における演算処理は、基本的に第一の実施形態と同様である。但し、第二の実施形態では、スリット軸Ａｘがミラー８によって垂直に曲げられているので、真直度測定プログラム５３が抽出する回折光干渉光芒の中心座標は、ｘ軸座標となる。この点について、図１０を参照して補足的に説明する。図１０は、第二の実施形態の真直度測定装置における真直度の測定動作について示した概略図である。

【0059】

検出ユニット８０がステージ９１に載置された状態で直線移動機構９０がステージ９１を直線移動させた際、光源１からの光が遮光板２に照射されると、光透過スリット２０からの回折光はミラー８に反射して受光器４に達する。この際、同様に、光透過スリット２０の周方向の各位置について光路長が等しくなるスリット軸Ａｘ上の点において強い干渉が生じ、回折光干渉光芒が受光面４１で受光される。

【0060】

ステージ９１が直線移動機構９０によって水平方向に移動した際、ステージ９１は僅かに上下動し得る。これは、直線移動機構９０を構成するリニアガイド等の精度による。ステージ９１の上下動により、検出ユニット８０も全体に上下動する。図１０（１）に一点鎖線で示すように、例えば上側に移動した場合、スリット軸Ａｘがミラー８に交差する点はミラー８の面内では下側に移動する。そして、折り曲げられたスリット軸Ａｘが受光面４１に交差する位置は、ｘ軸方向前側（移動の向き）に移動する。図１０（２）に二点鎖線で示すように下側に移動した場合にはこれとは逆であり、スリット軸Ａｘが受光面４１に交差する位置は、ｘ方向後ろ側に移動する。回折光干渉光芒の中心位置は、常にスリット軸Ａｘ上にあるので、回折光干渉光芒のｘ方向での変位（振れ幅）を計測することで、第一の実施形態と同様、真直度が求められる。この場合の真直度も、線形回帰処理を行って傾き線を求めた上で、その傾き線に対する振れ幅とされる。

【0061】

尚、この場合、傾き線の傾きは、遮光板２とミラー８との間のスリット軸Ａｘに対する傾きである。仮に、遮光板２が厳密に垂直に配置されてこの部分のスリット軸Ａｘが厳密に水平であれば、傾き線の傾きは水平に対する角度となる。ある角度の傾き角は、ステージ９１が全体に斜め上又は斜め下に移動していることを意味する。したがって、真直度の測定の際に算出される傾き角は、直線移動機構９０の移動方向の精度を示すことになる。この点は、前述した第一の実施形態の場合も同様である。傾き角は、対象物が保持された姿勢が水平であるかどうか（真直度を測定する表面が水平に保持されているか）を示すものとなっている。
直線移動機構９０の方向が水平方向であるかを調べたいとか、対象物９の姿勢が水平であるかを調べたいとかいった事情がないのであれば、スリット軸Ａｘは厳密な意味で水平である必要はなく、したがって遮光板２も厳密な意味で垂直な姿勢である必要はない。

【0062】

このような測定対象物が直線移動機構９０である例としては、ステージ９１に板状のワークを載置して処理する各種処理装置が挙げられる。例えば、露光装置の一種であるダイレクトイメージング露光装置では、ＤＭＤ(Digital Mirror Device)のような空間光変調器を使用して露光パターンを形成し、ワークが載置されたステージを露光パターンの光が照射されているエリアを通して移動させることでワークを露光する。したがって、ステージの移動の直線性は露光品質に大きく影響し、高い精度で真直度を測定することが要請される。このような用途に、上記真直度測定装置が使用できる。

【0063】

上記各実施形態の真直度測定装置において、受光器４は、受光面４１が遮光板２に対して光学的に平行に配置されることが望ましいが、平行でなくとも実施は可能である。「光学系に平行」とは、スリット軸Ａｘが受光面４１に垂直に交差する姿勢となることである。以下、この点について説明する。図１１は、受光器４の受光面４１が遮光板２に対して斜めの姿勢になった場合の測定について示した概略図である。
受光器４の受光面４１が遮光板２に対して斜めの姿勢となった場合でも、受光面４１のうちスリット軸Ａｘに交差する点において回折光は強く干渉して照射され、回折光干渉光芒を生じる。この場合、真直度測定において対象物の表面の凹凸により受光器４が移動した状態が、図１１に示されている。

【0064】

例えば、一点鎖線で示すように、表面の凸部により受光器４が上側に移動した場合、回折光干渉光芒の中心はＰ点からＱ点に移動する。この場合、受光面４１に設定された座標系では、ＰからＱまでの距離Ｄだけ回折光干渉光芒の中心が移動したと扱われ、その上で真直度が測定される。しかしながら、実際には、Ｐから受光器４の移動距離（凸部の高さ）はＤ’であり、受光面４１が遮光板２に対して平行であれば、Ｑ’が回折光干渉光芒の中心となる。つまり、受光面４１の遮光板２に対する傾斜角をαとすると、測定されたＤの移動についてＤｃｏｓαが実際の移動距離Ｄ’となる。下側に移動した場合も、同様である。

【0065】

このように、受光器４の受光面４１が遮光板２に対して平行ではない場合、その傾斜角αで計測値を補正しておけば、真直度を正しく測定できる。αの大きさが十分に小さい場合には補正が不要な場合があるし、何らかの事情でαが大きいのであれば、αを予め測定しておき、定数として組み込んで演算処理すれば良い。

【0066】

尚、高輝度であることや取り扱いの容易さ等を考慮してレーザー光源を光源１として使用したが、他の種々の光源を使用することができ、誘導放出を行う光源でなくとも良い。例えば、光源１は超高圧水銀ランプのような放電ランプでもよい。超高圧水銀ランプは、３６５ｎｍ、４０５ｎｍ、４３６ｎｍの各波長の光の他、種々の波長の光を放射するが、波長選択フィルタにより所望する波長の光を取り出すようにすれば、光源１として使用することができる。この他、発光ダイオード（ＬＥＤ）、ＳＬＤ(Super Luminescent Diode)光源、ＡＳＥ(Amplified Spontaneous Emission)光源等の固体発光素子を光源１として使用することができる。

【0067】

真直度測定装置の構成としては、直線移動機構９０のように測定対象において受光器４を変位させる機構を備えている場合以外であっても、受光器４を変位させる機構は特に設けられない場合があり得る。即ち、対象物の表面に沿って作業者が手で受光器４を移動させる構成であっても、本願発明は実施可能である。この場合も、回折光干渉光芒の中心位置を求める演算処理は同様に行われる。

【0068】

尚、回折光干渉光芒の中心位置を求める演算処理は、受光器４の受光面４１においてどの位置において光の入射エネルギーが最も高くなるかを求める演算処理である。これは、回折光干渉光芒の中心においてエネルギーが最も高くなることを前提としているが、このことは、光透過スリット２０の周方向のどの位置に対しても光路長が等しくなる点において最も干渉が強くなり、したがって最も高いエネルギーとなることからして当然である。この他、演算処理としては、最も高いエネルギーを計測した画素を特定する処理であっても良い。この画素のｙ座標又はｘ座標をスリット軸Ａｘ上の座標であるとし、これに基づいて真直度を算出しても良い。

【0069】

また、上記各実施形態では、受光器４はエリアイメージセンサであり、受光面に入射する光のエネルギー分布を二次元で計測するものであったが、本願発明の実施に際しては、少なくとも一次元でエネルギー分布を測定できるものであれば足りる。したがって、画素が一列のみに配列されたラインイメージセンサを受光器として使用することもできる。この場合は、画素の配列方向が真直度測定における深さ高さ方向（凹凸の方向）になるように受光器は配置される。図４の例の場合、画素の配列方向が上下方向（ｙ方向）となるように配置される。図９の例の場合、画素の配列方向がｘ方向になるように配置される。真直度測定プログラム５３が行う演算処理では、回折光干渉光芒を捉えている画素群における中央の位置を特定する処理が行われる。

【0070】

尚、上記各実施形態において、光透過スリット２０の幅ｗは、あまり広くしないことが望ましい。光透過スリット２０の幅ｗが広くなると、スリット２０を透過してそのまま直進する光の量が多くなる。この光は周囲に部材に反射して受光器４に到達してノイズとなり、回折光干渉光芒はこのノイズ成分に埋没してしまうことになるからである。
具体的な数値の一例を示すと、光透過スリット２０の幅ｗは、光透過スリット２０の直径（幅中央で見た径）の１／１０００～１／１０程度としておくと、ＳＮ比が十分に確保された測定が行える。

【0071】

また、光透過スリット２０の直径は、測定距離（遮光板１から受光面４１までの距離）に応じて選定されることが好ましい。測定距離が長くなると、回折光干渉光芒の照度が全体として低下し易い。したがって、測定距離に応じて光透過スリット２０を大きくして回折光の量を全体として多くし、回折光干渉光芒の照度低下を防止することが好ましい。一例を示すと、光透過スリット２０の直径は、測定距離の１／１０００～１／１０とすることが好ましい。

【符号の説明】

【0072】

１ 光源
１０ 基準光発生器
２ 遮光板
２０ 光透過スリット
２１ 基板
２２ 遮光膜
２４ 拡散面
４ 受光器
４１ 受光面
５ 演算処理部
６ 変位機構
７ 集光レンズ
８ ミラー
８０ 検出ユニット
９ 対象物
９０ 直線移動機構
９１ ステージ

【要約】      （修正有）

【課題】従来の直定規では実現できないサブミクロンオーダーの真直度測定を可能にする技術を提供する。
【解決手段】円環状の光透過スリットを有する遮光板２にレーザー光源である光源１からの光が照射され、光透過スリットから出射する回折光は、光透過スリットと同軸の基準軸Ａｘ上の点Ｐ_０において強く干渉して照度がピークとなる。受光器は、対象物の表面の凹凸又は直線移動機構の精度に従って上下動し、ピーク位置は変化する。受光器からの測定データセットが入力される演算処理部は、各ピーク位置に対して線形回帰処理を行って傾き線を求め、傾き線に対するピーク位置の振れ幅の最大値を算出して真直度の測定結果とする。
【選択図】図３

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】