JP7843439B2

JP7843439B2 - 測定装置及び方法

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Publication number: JP7843439B2
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Authority: JP
Inventors: 正和高久
Original assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
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Priority date: 2022-03-30
Filing date: 2022-03-30
Publication date: 2026-04-10
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Also published as: JP2023148330A

Description

本発明は測定装置及び方法に係り、特にレーザ光の干渉現象を利用して真直度の測定を行う測定装置及び方法に関する。

レーザ光を用いて真直度を測定する方法としては、下記の（１）から（３）を挙げることができる。
（１）レーザ干渉を用いる方法
（２）レーザ光線の真直軸方向の移動を検知する方法
（３）被測定物の傾きの変化を累積して、真直軸方向の変位量を推定する方法

特開２０１９－２００１６８号公報特開２００７－３３３５５６号公報

（１）のレーザ干渉を用いる場合、電磁波には、その進行方向は常に等位相面と直交するという性質があるため、干渉計とミラーの２構成体のみでその真直度方向の変位量を干渉現象のみで検出することは原理的にできない。このため、図６に示すような構成とすることが考えられる。

図６に示すように、レーザ発振器から出射した単一偏光のレーザ光（レーザ入射光）は、偏光ビームスプリッタ１００の偏光膜１００Ａに入射すると、透過光（測定光）と反射光（参照光）に分離される。ここで、偏光膜１００Ａの光軸は、レーザ光の偏光方向に対して４５゜の傾きをもっている。

偏光膜１００Ａを透過した測定光は、１／４波長板１０２を透過後、光路Ｐ１を通って偏光プリズム１０４に入り、ここで約１．３゜の傾きが与えられる。この傾きを保つように反射プリズム１０６から反射した光は、光路Ｐ１を通って再度１／４波長板１０２を透過する。このとき、光の偏光方向は９０°変わるため、今度は偏光膜１００Ａで反射し、反射した光はコーナキューブプリズム１０８に入射する。

コーナキューブプリズム１０８から出射した光は、偏光膜１００Ａで再度反射し、光路Ｐ２を通り、光路Ｐ１の場合と同様に往復する。

このような光路を配置することによって、真直度・直角度測定の誤差成分の一つである偏光プリズム１０４のピッチング・ヨーイングの影響を低減することができる。

また、最初の偏光膜１００Ａで反射した参照光は、最初に光路Ｐ３を測定光の光路Ｌ１で説明したのと同じ原理で往復し、次に光路Ｐ４を光路Ｐ２と同様に往復する。

測定光と参照光は、偏光方向が直交した光として同一光路の干渉系に入射する。そして、干渉信号を光電変換して、測定光と参照光の光路差をカウントする。

このようにして測定光、参照光とも２本ずつ平行かつ約２．６゜に広がった測定系にな
る。

この測定系では、偏光プリズム１０４又は反射プリズム１０６（一般には偏光プリズム１０４）が、２．６°に広がった方向に移動すると、そこに光路差が生じて真直度・直角度を測定することができる。

図６に示す構成では、直線軸の距離が長くなるとそれに比例して反射プリズム１０６のサイズが大きくなり、測定精度を維持することが困難になり、かつ、反射プリズム１０６も相当高価となる。

（２）のレーザ光線の真直度方向の移動を検知する方法では、反射ミラーとしてコーナキューブプリズムを用いた場合、干渉計に戻ってくるレーザ光線の位置はそのコーナキューブプリズムの真直軸方向の移動量に比例する。このレーザ光線の移動量を撮像素子で検知する方法もあるが（例えば、特許文献１）、捉えることのできるレーザ光の真直度方向の移動量の最大値と、その検出分解能の比は撮像素子の画素数で決まってしまう。

（３）の被測定物の傾きの変化を積算して、真直軸方向の変位量を推定する方法としては、被測定物に沿うように移動する移動体の傾きを累積することにより、真直軸方向の変位量を推定する方法が考えられる（例えば、特許文献２）。ただし、上記移動体のサイズを下回るような周期で真直軸方向の移動が生じていた場合、及びサンプリングが十分でない場合には誤差が発生する。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、レーザ光の干渉現象を利用して、干渉計とミラーの２構成体のみで真直軸方向の位置のズレを検出することが可能な測定装置及び方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様に係る測定装置は、レーザ光を、第１の偏光成分の測定光と第１の偏光成分に垂直な第２の偏光成分の参照光に分岐する分岐用光学系と、測定対象物の直線軸に沿って移動可能に設置され、測定光が入射した場合に、測定光を入射方向に平行かつ逆向きに反射するレトロリフレクタと、レトロリフレクタにより反射された測定光の光軸が参照光の光軸に対して傾いた状態で出射する合成用光学系と、合成用光学系から出射された測定光及び参照光の干渉により得られる縞模様を撮像する撮像素子とを備える。

本発明の第２の態様に係る測定装置は、第２の態様において、レトロリフレクタの移動に伴う縞模様の移動量から測定対象物の真直度を演算する演算部を備える。

本発明の第３の態様に係る測定装置は、第１の態様において、合成用光学系は、レトロリフレクタにより反射された測定光の光軸が参照光の光軸に対して傾いた状態で出射する第１の合成用光学系と、レトロリフレクタにより反射された測定光の光軸が参照光の光軸に対して、第１の合成用光学系とは逆側に傾いた状態で出射する第２の合成用光学系とを備え、撮像素子は、第１の合成用光学系から出射された測定光及び参照光の干渉により得られる縞模様を撮像する第１の撮像素子と、第２の合成用光学系から出射された測定光及び参照光の干渉により得られる縞模様を撮像する第２の撮像素子とを備える。

本発明の第４の態様に係る測定装置は、第３の態様において、レトロリフレクタの直線軸及び真直軸に沿う移動に伴う縞模様の移動量から測定対象物の直線軸及び真直軸に沿う方向の変位量を演算する演算部を備える。

本発明の第５の態様に係る測定方法は、レーザ光を、第１の偏光成分の測定光と第１の偏光成分に垂直な第２の偏光成分の参照光とに分岐するステップと、測定対象物の直線軸に沿って移動可能に設置されたレトロリフレクタにより、測定光が入射した場合に、測定光を入射方向に平行かつ逆向きに反射するステップと、レトロリフレクタにより反射された測定光の光軸が参照光の光軸に対して傾いた状態で出射するステップと、測定光及び参照光の干渉により得られる縞模様を撮像するステップとを備える。

本発明によれば、互いに傾斜した測定光と干渉光の干渉現象を利用して、干渉計とミラーの２構成体のみで真直軸方向の位置のズレを検出することが可能となる。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る真直度測定装置を示す図である。図２は、図１のＩＩ部における測定光と参照光を拡大して示す図である。図３は、本発明の第２の実施形態に係る真直度測定装置を示す図である。図４は、図３のＩＶ部における測定光と参照光を拡大して示す図である。図５は、図３のＶ部における測定光と参照光を拡大して示す図である。図６は、従来の真直度測定装置による測定原理を示す図である。

以下、添付図面に従って本発明に係る測定装置及び方法の実施の形態について説明する。

［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る真直度測定装置を示す図である。

図１に示すように、本実施形態に係る真直度測定装置１０は、レーザ光源１２、干渉計１４及びコーナキューブプリズム１６を含んでいる。以下の説明では、レーザ光Ｌ０の光軸方向に平行な方向をＸ方向とし、垂直方向に平行な方向をＹ方向とする３次元直交座標系を用いる。

コーナキューブプリズム１６は、入射光を、入射方向に対して平行かつ逆向きに反射（再帰反射）するレトロリフレクター（再帰反射器）の一例である。具体的には、コーナキューブプリズム１６は、レーザ光を反射する性質を有する３枚の平面の板を互いに直角に組み合わせて、立方体の一部を形成したものである。このようなコーナキューブプリズム１６により再帰反射された反射光の像は入射光の像を反転したものとなる。なお、図１では、コーナキューブプリズム１６の反射面は２面に簡略化して示している。

コーナキューブプリズム１６は、真直度を測定する測定対象物に取り付けられて、直線軸方向（図中の白抜き矢印方向）に沿って移動可能に設置される。

ここで、直線軸とは、測定対象物である直線形体の幾何学的に正しい直線に平行な方向の軸をいう。また、真直軸とは、直線形体の幾何学的に正しい直線からの狂いの大きさを、平行２平面間の距離によって規定する場合において、その平行２平面と垂直な方向の軸をいう。そして、真直度とは、移動体を移動させる移動機構を有する工作機械において、直線軸方向に移動体を移動させた場合に、真直軸方向の幾何学的に正しい直線からの狂いの大きさをいう。

なお、本実施形態では、固定部に干渉計１４を、移動体にコーナキューブプリズム１６（反射ミラー）をそれぞれ設置して真直度を測定する例について説明するが、固定部にコ
ーナキューブプリズム１６（反射ミラー）を、移動体に干渉計１４をそれぞれ設置して真直度を測定することも可能である。

レーザ光源１２は、例えば、Ｈｅ－Ｎｅレーザーチューブを含んでおり、図１の紙面に対して垂直な方向の偏光成分を有するレーザ光Ｌ０を＋Ｘ方向に出射する。なお、以下の説明では、偏光方向が紙面に垂直な偏光を「縦偏光」、紙面に水平な偏光を「横偏光」と呼ぶ。図中では、縦偏光のレーザ光にアローヘッドを、横偏光のレーザ光に両矢印を付す場合がある。

１／４波長板１８は、複屈折性材料を含む光学素子であり、互いに直交する２つの偏光成分の間に９０°の位相差を生じさせる。１／４波長板１８は、その異方軸を紙面に対して４５°傾けた状態で配置されている。したがって、１／４波長板１８を通過した縦偏光のレーザ光Ｌ０は、円偏光、すなわち、縦偏光と横偏光の合成のレーザ光となる。

偏光ビームスプリッタ（Polarizing Beam Splitter：ＰＢＳ）２０は、互いに直交する２つの偏光成分が混合した入射光のうちの一方の偏光成分を透過し、他方の偏光成分を誘電体多層膜コートにより反射させるように製作された光学素子である。円偏光に変換されたレーザ光Ｌ０のうち、横偏光成分（第１の偏光成分）のレーザ光Ｌ１は偏光ビームスプリッタ２０を透過して直進し、縦偏光成分（第２の偏光成分）のレーザ光Ｌ２は光軸方向に対して９０°の方向にビームスプリッタの誘電体多層膜コートにより反射される（曲げられる）。その後、縦偏光成分のレーザ光Ｌ２は、異方性が紙面に対して４５°傾けられた１／２波長板２１を通過し横偏光成分のレーザ光Ｌ２となる。以下、１／２波長板２１を通過した横偏光成分のレーザ光Ｌ２を「参照光」と呼ぶ。

偏光ビームスプリッタ２０を透過して直進した横偏光成分のレーザ光Ｌ１は、干渉計１４を抜け出し、測定対象物に設置されたコーナキューブプリズム１６によって反射されて干渉計１４に戻る。以下、干渉計１４に戻ってきた横偏光成分のレーザ光Ｌ１を「測定光」と呼ぶ。

無偏光ビームスプリッタ（以下、ビームスプリッタという。）２２は、入射光のうち５０％を透過させ、５０％を反射させるように製作された光学素子である。ビームスプリッタ２２を透過した測定光Ｌ１と、ビームスプリッタ２２により反射された参照光Ｌ２は、ビームスプリッタ２２により合成される。以下、ビームスプリッタ２２を透過した測定光Ｌ１と、ビームスプリッタ２２により反射された参照光Ｌ２を合成したものを「合成光」と呼ぶ。なお、測定光Ｌ１と参照光Ｌ２は偏光方向が等しいので、ビームスプリッタ２２を透過した段階で各レーザ光の波形は足し算される。

なお、１／４波長板１８、偏光ビームスプリッタ２０及び１／２波長板２１は、分岐用光学系の一例である。また、ビームスプリッタ２２は、合成用光学系の一例である。

ここで、ビームスプリッタ２２は、図中の両矢印方向に回転可能となっている。ビームスプリッタ２２は、その反射面が参照光Ｌ２の入射方向に対して４５°よりもさらに角度θ傾けて配置されており、ビームスプリッタ２２を透過した測定光Ｌ１と、ビームスプリッタ２２により反射された参照光Ｌ２の光軸のなす角θはθ≠０°であり、非平行である。

ビームスプリッタ２２を介して合成された合成光Ｌ３は、レンズ２４及び２６によって拡大され、撮像素子２８に入射する。なお、合成光Ｌ３を拡大するためのレンズの枚数及び配置等は、図１に例示したものに限定されない。

撮像素子２８は、合成光Ｌ３を撮像するための光学素子であり、合成光Ｌ３の強度に応じた電気信号（電圧）を出力する。撮像素子２８は、例えば、フォトダイオード、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）又はＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）を含んでいる。

撮像素子２８による合成光Ｌ３の検出結果は演算部３０に出力される。演算部３０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサを含んでおり、測定対象物の真直度の演算を行う。

本実施形態では、ビームスプリッタ２２により反射された測定光Ｌ１と、ビームスプリッタ２２を透過した参照光Ｌ２（図中のバツ印に向かう成分）は使用しない。

なお、ビームスプリッタ２２を介して測定光Ｌ１と参照光Ｌ２を合成したが、本発明はこれに限定されない。任意の導光手段（例えば、１又は複数枚のミラー）を用いて、測定光Ｌ１と参照光Ｌ２を、互いに角度θ傾けた状態で撮像素子２８側に導光するように構成して、未使用となる成分が生じないようにしてもよい。

また、ビームスプリッタ２２は、測定光Ｌ１と参照光Ｌ２の重なり具合が最適となるよう、Ｚ方向に移動できるようにしてもよい。また、測定光Ｌ１と参照光Ｌ２の重なり具合を調整するための光学素子を別に設けてもよい。

図２は、図１のＩＩ部における測定光Ｌ１と参照光Ｌ２を拡大して示す図である。なお、図２では、測定光Ｌ１と参照光Ｌ２の間の傾きを誇張して示している。

図２に示すように、本実施形態では、測定光Ｌ１と参照光Ｌ２の光軸が非平行となっている。このため、レーザ光（測定光Ｌ１及び参照光Ｌ２）の波長と、測定光Ｌ１と参照光Ｌ２の傾き角度（以下、干渉角度という。）θに応じて明暗の縞模様が発生する。この縞模様は、測定対象物の真直軸方向の変位に比例して移動する。したがって、縞模様の移動量から、真直軸方向の変位量を求めることができる。

測定光Ｌ１と参照光Ｌ２の光軸を完全に平行にした場合、測定光Ｌ１と参照光Ｌ２を干渉させた干渉光は、そのビーム径全体にわたって、測定対象物の距離の変化に応じて明暗が変化する。

これに対して、本実施形態では、測定光Ｌ１と参照光Ｌ２の光軸が干渉角度θだけ傾いており、測定光Ｌ１と参照光Ｌ２の合成光Ｌ３を撮像素子２８により撮影して、明暗の縞模様のパターンから真直軸方向の変位量（真直軸方向の測定対象物の移動量）を算出する。

上記のように、測定光Ｌ１と参照光Ｌ２の光軸を傾けた状態で生成された合成光Ｌ３では、測定対象物の距離に応じた合成光Ｌ３全体にわたる明暗の変化は発生せず、代わりに干渉角度θに応じた縞模様が出現する。この縞模様は、測定対象物の真直軸方向の移動に従って真直軸方向へ移動する。この縞模様の繰り返しは、測定光Ｌ１と参照光Ｌ２の波長と干渉角度θにより決まる。

したがって、測定光Ｌ１と参照光Ｌ２の波長と干渉角度θがわかれば、コーナキューブプリズム１６の移動に伴う縞模様の移動量から真直軸方向の移動量を算出することができる。

なお、上記に述べたように、測定対象物の距離に応じた合成光Ｌ３全体にわたる明暗の
変化は発生しないので、撮像素子２８により受光する範囲は、合成光Ｌ３全体にわたる必要はない。測定光Ｌ１と参照光Ｌ２を傾けることにより得られた縞模様における、少なくとも一周期分の領域が撮像素子２８による受光範囲に含まれていればよい。

本実施形態では、測定光Ｌ１と参照光Ｌ２の光軸を完全に平行にした場合とは異なり、測定光Ｌ１と参照光Ｌ２の干渉現象は周期が繰り返されるため、原理上は測定可能な測定範囲は無限となる。ただし、測定光Ｌ１と参照光Ｌ２のスポット径を超える範囲は測定できないので、スポット径が測定範囲の限界となる。

また、真直軸方向の変位量の測定の分解能は、撮像素子２８の受光範囲との比で決まるため、撮像素子２８の受光範囲の限界の影響は受けない。例えば、撮像素子２８の受光範囲が縞模様一周期分であれば、その一周期との比で決まる。

［第２の実施形態］
図３は、本発明の第２の実施形態に係る真直度測定装置を示す図である。

上記合成光Ｌ３から得られる縞模様の移動は、真直軸方向の変位のみならず、直線軸方向の変位によっても発生する。本実施形態では、参照光Ｌ２に対する測定光Ｌ１の干渉角度がそれぞれ±θとなるように２系統の光学系（第１の合成用光学系ＯＳ１及び第２の合成用光学系ＯＳ２）を設けて、真直軸方向の変位量のみを算出可能とする。また、２系統の光学系（ＯＳ１、ＯＳ２）により、直線軸方向の変位量についても算出可能とする。

図３に示すように、本実施形態に係る真直度測定装置５０は、レーザ光源５２、干渉計５４及びコーナキューブプリズム５６を含んでいる。以下の説明では、レーザ光Ｌ０の光軸方向に平行な方向をＸ方向とし、垂直方向に平行な方向をＹ方向とする３次元直交座標系を用いる。

コーナキューブプリズム５６は、入射光を、入射方向に対して平行かつ逆向きに反射（再帰反射）するレトロリフレクター（再帰反射器）の一例である。なお、図３では、コーナキューブプリズム５６の反射面は２面に簡略化して示している。

コーナキューブプリズム５６は、真直度を測定する測定対象物に取り付けられて、直線軸方向及び真直軸方向（図中の白抜き矢印方向）に沿って移動可能に設置される。

なお、本実施形態では、固定部に干渉計５４を、移動体にコーナキューブプリズム５６（反射ミラー）をそれぞれ設置して真直度を測定する例について説明するが、固定部にコーナキューブプリズム５６（反射ミラー）を、移動体に干渉計５４をそれぞれ設置して真直度を測定することも可能である。

レーザ光源５２は、例えば、Ｈｅ－Ｎｅレーザーチューブを含んでおり、図３の紙面に対して垂直な方向の偏光成分を有するレーザ光Ｌ０を＋Ｘ方向に出射する。

１／４波長板５８は、その異方軸を紙面に対して４５°傾けた状態で配置されている。したがって、１／４波長板５８を通過した縦偏光のレーザ光Ｌ０は、円偏光、すなわち、縦偏光と横偏光の合成のレーザ光となる。

偏光ビームスプリッタ６０は、互いに直交する２つの偏光成分が混合した入射光のうちの一方の偏光成分を透過し、他方の偏光成分を誘電体多層膜コートにより反射させるように製作された光学素子である。円偏光に変換されたレーザ光Ｌ０のうち、横偏光成分のレーザ光Ｌ１は偏光ビームスプリッタ２０を透過して直進し、縦偏光成分のレーザ光Ｌ２は
光軸方向に対して９０°の方向にビームスプリッタの誘電体多層膜コートにより反射される（曲げられる）。

縦偏光成分のレーザ光Ｌ２は、異方性が紙面に対して４５°傾けられた１／２波長板６１を通過し横偏光成分のレーザ光Ｌ２となり、その後ビームスプリッタ８４に入射する。ビームスプリッタ８４は、入射光のうち５０％を透過させ、５０％を反射させるように製作された光学素子である。なお、図中のビームスプリッタ６４、６６及び７６もビームスプリッタ８４と同様の光学素子である。

横偏光成分のレーザ光Ｌ２は、ビームスプリッタ８４により反射された成分である第１参照光Ｌ２ａと、ビームスプリッタ８４を透過した成分である第２参照光Ｌ２ｂに分岐される。第１参照光Ｌ２ａは、ミラー（全反射ミラー）８６及びビームスプリッタ６６により順次反射されて撮像素子７２に向かう。一方、第２参照光Ｌ２ｂは、ビームスプリッタ７６により反射されて撮像素子７２に向かう。

偏光ビームスプリッタ６０を透過して直進した横偏光成分のレーザ光Ｌ１は、干渉計５４を抜け出し、測定対象物に設置されたコーナキューブプリズム５６によって反射されて干渉計５４に戻る。干渉計５４に戻った横偏光成分のレーザ光Ｌ１は、ミラー（全反射ミラー）６２により反射されて、ビームスプリッタ６４に入射する。

レーザ光Ｌ１は、ビームスプリッタ６４により反射された成分である第１測定光Ｌ１ａと、ビームスプリッタ６４を透過した成分である第２測定光Ｌ１ｂに分岐される。

第１測定光Ｌ１ａは、ビームスプリッタ６４により反射された後ビームスプリッタ６６に入射する。第１測定光Ｌ１ａのうちビームスプリッタ６６を透過した成分は、第１参照光Ｌ２ａのうちビームスプリッタ６６により反射された成分と合成され、レンズ６８及び７０により拡大されて撮像素子７２に入射する。

一方、第２測定光Ｌ１ｂは、ミラー（全反射ミラー）７４により反射された後ビームスプリッタ７６に入射する。第２測定光Ｌ１ｂのうちビームスプリッタ７６を透過した成分は、第２参照光Ｌ２ｂのうちビームスプリッタ７６により反射された成分と合成され、レンズ７８及び８０により拡大されて撮像素子８２に入射する。

第１測定光Ｌ１ａのうちビームスプリッタ６６を透過した成分と、第１参照光Ｌ２ａのうちビームスプリッタ６６により反射された成分を合成したものを第１合成光Ｌ３ａと呼ぶ。また、第２測定光Ｌ１ｂのうちビームスプリッタ７６を透過した成分と、第２参照光Ｌ２ｂのうちビームスプリッタ７６により反射された成分を合成したものを第２合成光Ｌ３ｂと呼ぶ。

第１の合成用光学系ＯＳ１は、第１合成光Ｌ３ａの経路にあるビームスプリッタ６６、レンズ６８及び７０を含んでいる。一方、第２の合成用光学系ＯＳ２は、第２合成光Ｌ３ｂの経路にあるビームスプリッタ７６、レンズ７８及び８０を含んでいる。

撮像素子７２及び８２は、それぞれ第１合成光Ｌ３ａ及び第２合成光Ｌ３ｂを撮像するための光学素子（第１及び第２の撮像素子）であり、第１合成光Ｌ３ａ及び第２合成光Ｌ３ｂの強度に応じた電気信号（電圧）を出力する。撮像素子７２及び８２は、例えば、フォトダイオード、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）又はＣＭＯＳ（Complementary Metal
Oxide Semiconductor）を含んでいる。

撮像素子７２及び８２による第１合成光Ｌ３ａ及び第２合成光Ｌ３ｂの検出結果は演算
部８８に出力される。演算部８８は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサを含んでおり、測定対象物の真直度等の演算を行う。

ビームスプリッタ６４は、図中の両矢印方向に回転可能となっている。レーザ光Ｌ１の光軸方向（入射方向）に対するビームスプリッタ６４の角度を調整することにより、第１測定光Ｌ１ａの第１参照光Ｌ２ａに対する傾き角度（干渉角度）θを調整することができる。

また、ミラー７４は、図中の両矢印方向に回転可能となっている。レーザ光Ｌ１の光軸方向（入射方向）に対するミラー７４の角度を調整することにより、第２測定光Ｌ１ｂの第２参照光Ｌ２ｂに対する傾き角度（干渉角度）θを調整することができる。

本実施形態では、ビームスプリッタ６６により反射された第１測定光Ｌ１ａと、ビームスプリッタ６６を透過した第１参照光Ｌ２ａ（図中のバツ印に向かう成分）は使用しない。また、ビームスプリッタ７６により反射された第２測定光Ｌ１ｂと、ビームスプリッタ７６を透過した第２参照光Ｌ２ｂ（図中のバツ印に向かう成分）も使用しない。

なお、本実施形態では、ビームスプリッタ６６を介して第１測定光Ｌ１ａと第１参照光Ｌ２ａを合成し、ビームスプリッタ７６を介して第２測定光Ｌ１ｂと第２参照光Ｌ２ｂを合成したが、本発明はこれに限定されない。任意の導光手段（例えば、１又は複数枚のミラー）を用いて、未使用となる成分が生じないようにしてもよい。

なお、ビームスプリッタ６４又は６６は、第１測定光Ｌ１ａと第１参照光Ｌ２ａの重なり具合が最適となるよう、Ｚ方向に移動できるようにしてもよい。また、ミラー７４又はビームスプリッタ７６は、第２測定光Ｌ１ｂと第２参照光Ｌ２ｂの重なり具合が最適となるよう、Ｚ方向に移動できるようにしてもよい。また、第１測定光Ｌ１ａと第１参照光Ｌ２ａ及び第２測定光Ｌ１ｂと第２参照光Ｌ２ｂの重なり具合を調整するための光学素子を別に設けてもよい。

図４及び図５は、それぞれ図３のＩＶ部及びＶ部における測定光と参照光を拡大して示す図である。なお、両図では、測定光と参照光の間の傾きを誇張して示している。

図４に示すように、第１測定光Ｌ１ａの第１参照光Ｌ２ａに対する傾き角度（干渉角度）は＋θである。これに対して、図５に示すように、第２測定光Ｌ１ｂの第２参照光Ｌ２ｂに対する傾きは図４とは逆向き（ＺＸ平面上でＹ軸回りに逆側）となっており、傾き角度（干渉角度）は－θである。

上記のように並列して設置された光学系においては、真直軸方向の変位については同じ方向に縞模様が移動するが、直線軸方向の変位に対しては逆方向に縞模様が移動する。よって、上記２系統の光学系（ＯＳ１、ＯＳ２）において、それぞれ縞模様の移動量を求め、平均（相加平均）することにより直線軸方向の変位の影響はキャンセルされ、真直軸方向の変位のみを抽出することができる。

また、上記２系統の光学系（ＯＳ１、ＯＳ２）において、それぞれ縞模様の移動量の差を求めれば、真直軸方向の変位の影響はキャンセルされ、直線軸方向の変位のみを抽出することができる。

したがって、本実施形態によれば、直線軸方向および真直軸方向の両方の移動量を同時に取得することができる。

１０、５０…真直度測定装置、１２、５２…レーザ光源、１４、５４…干渉計、１６、５６…コーナキューブプリズム、３０、８８…演算部

Claims

レーザ光を、第１の偏光成分の測定光と前記第１の偏光成分に垂直な第２の偏光成分の参照光とに分岐する分岐用光学系と、
測定対象物の直線軸に沿って移動可能に設置され、測定光が入射した場合に、前記測定光を入射方向に平行かつ逆向きに反射するレトロリフレクタと、
前記レトロリフレクタにより反射された前記測定光の光軸が前記参照光の光軸に対して傾いた状態で出射する合成用光学系と、
前記合成用光学系から出射された前記測定光及び前記参照光の干渉により得られる縞模様を撮像する撮像素子と、
を備え、
前記レトロリフレクタの移動に伴う前記縞模様の移動量から前記測定対象物の真直度を演算する演算部を備える、測定装置。
レーザ光を、第１の偏光成分の測定光と前記第１の偏光成分に垂直な第２の偏光成分の参照光とに分岐する分岐用光学系と、
測定対象物の直線軸に沿って移動可能に設置され、測定光が入射した場合に、前記測定光を入射方向に平行かつ逆向きに反射するレトロリフレクタと、
前記レトロリフレクタにより反射された前記測定光の光軸が前記参照光の光軸に対して傾いた状態で出射する合成用光学系と、
前記合成用光学系から出射された前記測定光及び前記参照光の干渉により得られる縞模様を撮像する撮像素子と、
を備え、
前記合成用光学系は、
前記レトロリフレクタにより反射された前記測定光の光軸が前記参照光の光軸に対して傾いた状態で出射する第１の合成用光学系と、
前記レトロリフレクタにより反射された前記測定光の光軸が前記参照光の光軸に対して、前記第１の合成用光学系とは逆側に傾いた状態で出射する第２の合成用光学系とを備え、
前記撮像素子は、
前記第１の合成用光学系から出射された前記測定光及び前記参照光の干渉により得られる縞模様を撮像する第１の撮像素子と、
前記第２の合成用光学系から出射された前記測定光及び前記参照光の干渉により得られる縞模様を撮像する第２の撮像素子と、を備える、測定装置。
前記レトロリフレクタの前記直線軸及び真直軸に沿う移動に伴う前記縞模様の移動量から前記測定対象物の前記直線軸及び前記真直軸に沿う方向の変位量を演算する演算部を備える、請求項２に記載の測定装置。
レーザ光を、第１の偏光成分の測定光と前記第１の偏光成分に垂直な第２の偏光成分の参照光とに分岐するステップと、
測定対象物の直線軸に沿って移動可能に設置されたレトロリフレクタにより、測定光が入射した場合に、前記測定光を入射方向に平行かつ逆向きに反射するステップと、
前記レトロリフレクタにより反射された前記測定光の光軸が前記参照光の光軸に対して傾いた状態で出射するステップと、
前記測定光及び前記参照光の干渉により得られる縞模様を撮像するステップと、
前記レトロリフレクタの移動に伴う前記縞模様の移動量から前記測定対象物の真直度を演算するステップと、
を備える測定方法。
レーザ光を、第１の偏光成分の測定光と前記第１の偏光成分に垂直な第２の偏光成分の参照光とに分岐するステップと、
測定対象物の直線軸に沿って移動可能に設置されたレトロリフレクタにより、測定光が入射した場合に、前記測定光を入射方向に平行かつ逆向きに反射するステップと、
前記レトロリフレクタにより反射された前記測定光の光軸が前記参照光の光軸に対して傾いた状態で出射する出射ステップと、
前記測定光及び前記参照光の干渉により得られる縞模様を撮像する撮像ステップと、
を備え、
前記出射ステップは、
前記レトロリフレクタにより反射された前記測定光の光軸が前記参照光の光軸に対して傾いた状態で、第１の合成用光学系から出射するステップと、
前記レトロリフレクタにより反射された前記測定光の光軸が前記参照光の光軸に対して、前記第１の合成用光学系とは逆側に傾いた状態で、第２の合成用光学系から出射するステップとを備え、
前記撮像ステップは、
前記第１の合成用光学系から出射された前記測定光及び前記参照光の干渉により得られる縞模様を、第１の撮像素子により撮像するステップと、
前記第２の合成用光学系から出射された前記測定光及び前記参照光の干渉により得られる縞模様を、第２の撮像素子により撮像する第２のステップとを備える測定方法。