本發(fā)明涉及光學(xué)測(cè)定被測(cè)定物的表面形狀的表面形狀測(cè)定裝置。能夠精密地測(cè)定例如用于照相機(jī)或半導(dǎo)體制造裝置、望遠(yuǎn)鏡等的透鏡、反射鏡等光學(xué)元件的表面形狀，特別是適于由光能透射的材質(zhì)制成的被測(cè)定物的表面形狀的測(cè)定。

背景技術(shù)：

作為以非接觸的方式測(cè)定被測(cè)定物的形狀的形狀測(cè)定裝置，已知有利用激光測(cè)長(zhǎng)儀的形狀測(cè)定裝置(例如參照專利文獻(xiàn)1)。另外，提案有根據(jù)測(cè)定面的位置和傾斜角度來測(cè)定被測(cè)定物的形狀的形狀測(cè)定裝置(例如參照專利文獻(xiàn)2)。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本特開平11-51624號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)2：日本特開2003-161615號(hào)公報(bào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

然而，在上述那種現(xiàn)有的形狀測(cè)定裝置中存在如下的課題。首先，在現(xiàn)有的形狀測(cè)定裝置中，能夠較穩(wěn)定地測(cè)定反射鏡等反射光的被測(cè)定物的形狀，但有時(shí)如透鏡那樣由光能透射的材質(zhì)形成的被測(cè)定物會(huì)受到背面反射的影響。

本發(fā)明是鑒于上述的課題而提出的，其目的在于，提供一種對(duì)于由透明的材質(zhì)形成的被測(cè)定物也能夠穩(wěn)定地測(cè)定表面形狀的表面形狀測(cè)定裝置。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，例示本發(fā)明的方式的表面形狀測(cè)定裝置具備測(cè)定頭、照射位置移動(dòng)機(jī)構(gòu)(例如實(shí)施方式中的工件載臺(tái)單元10、頭載臺(tái)單元30)、和控制部。在測(cè)定頭上設(shè)置有使用第一探測(cè)光對(duì)到被測(cè)定物的測(cè)定面的距離進(jìn)行檢測(cè)的距離檢測(cè)器、和使用第二探測(cè)光對(duì)測(cè)定面的角度進(jìn)行檢測(cè)的角度檢測(cè)器。照射位置移動(dòng)機(jī)構(gòu)使測(cè)定面上的第一探測(cè)光及第二探測(cè)光的照射位置移動(dòng)?？刂撇炕诘谝?、第二探測(cè)光的照射位置、通過距離檢測(cè)器檢測(cè)到的測(cè)定面的距離及通過角度檢測(cè)器檢測(cè)到的測(cè)定面的角度導(dǎo)出測(cè)定面的形狀。第一探測(cè)光及第二探測(cè)光構(gòu)成為相對(duì)于所述測(cè)定面具有規(guī)定的入射角地向測(cè)定面傾斜入射。

此外，能夠構(gòu)成為，所述距離檢測(cè)器及所述角度檢測(cè)器以使朝向所述測(cè)定面射出的第一探測(cè)光與第二探測(cè)光交叉的方式配設(shè)于測(cè)定頭，所述控制裝置以使第一探測(cè)光與第二探測(cè)光交叉的位置成為測(cè)定位置的方式控制照射位置移動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)作。

另外，所述照射位置移動(dòng)機(jī)構(gòu)能夠以使所述第一探測(cè)光及所述第二探測(cè)光的照射位置沿著預(yù)先設(shè)定的測(cè)定線移動(dòng)的方式進(jìn)行控制，第二探測(cè)光相對(duì)于所述測(cè)定面的入射面設(shè)定為與測(cè)定線正交。另外，所述距離檢測(cè)器及所述角度檢測(cè)器能夠以使第一探測(cè)光相對(duì)于所述測(cè)定面的入射面與第二探測(cè)光相對(duì)于所述測(cè)定面的入射面正交的方式配設(shè)于測(cè)定頭。

另外，能夠構(gòu)成為，所述控制裝置以在所述測(cè)定位置在測(cè)定面立起的法線、和第一探測(cè)光的入射面與第二探測(cè)光的入射面之間的交線一致的方式控制所述照射位置移動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)作。

發(fā)明效果

在本發(fā)明的方式的表面形狀測(cè)定裝置中，構(gòu)成為為了檢測(cè)測(cè)定面的距離而照射的第一探測(cè)光、及用于檢測(cè)測(cè)定面的角度的第二探測(cè)光均相對(duì)于測(cè)定面傾斜入射。因此，假如即使在被測(cè)定物由透明的材質(zhì)形成的情況下，也能夠?qū)⒂杀粶y(cè)定物的測(cè)定面(表面)反射的反射光和從被測(cè)定物透射并由背面?zhèn)确瓷涞姆瓷涔夥蛛x。

附圖說明

圖1是例示本發(fā)明的方式的表面形狀測(cè)定裝置的概要結(jié)構(gòu)圖。

圖2是上述表面形狀測(cè)定裝置的控制系統(tǒng)的概要框圖。

圖3是從圖1中的iii向視方向觀察的光學(xué)單元的概要圖。

圖4是例示使探測(cè)光沿著測(cè)定線移動(dòng)時(shí)的、被測(cè)定物的第一移動(dòng)模式的說明圖。

圖5是表示使探測(cè)光沿著測(cè)定線移動(dòng)時(shí)的、被測(cè)定物的第二移動(dòng)模式的說明圖。

圖6是用于說明距離檢測(cè)器及角度檢測(cè)器的原理的說明圖，圖6的(a)是距離檢測(cè)器的原理說明圖，圖6的(b)是角度檢測(cè)器的原理說明圖。

圖7的(a)是表示距離檢測(cè)器中的第一探測(cè)光的入射面的設(shè)定狀況的說明圖，圖7的(b)是表示角度檢測(cè)器中的第二探測(cè)光的入射面的設(shè)定狀況的說明圖。

圖8是例示用于本發(fā)明的方式的表面形狀測(cè)定裝置的角度檢測(cè)器的具體結(jié)構(gòu)的框圖。

圖9是用于說明通過本發(fā)明的方式的表面形狀測(cè)定裝置測(cè)定被測(cè)定物的表面形狀時(shí)的控制單元的作用的說明圖，是對(duì)測(cè)定面的曲率半徑與測(cè)定裝置的測(cè)量距離一致的球面鏡進(jìn)行測(cè)定的情況下的說明圖。

圖10是用于說明通過本發(fā)明的方式的表面形狀測(cè)定裝置測(cè)定被測(cè)定物的表面形狀時(shí)的控制單元的作用的說明圖，是測(cè)定面的曲率半徑與測(cè)定裝置的測(cè)量距離不一致的情況下的說明圖。

圖11是用于說明根據(jù)通過距離檢測(cè)器檢測(cè)到的距離計(jì)算繞x軸的角度的修正值的方法的說明圖。

圖12是用于說明根據(jù)測(cè)定點(diǎn)的位置數(shù)據(jù)和所修正的角度數(shù)據(jù)導(dǎo)出測(cè)定面的形狀的方法的說明圖。

具體實(shí)施方式

以下，參照附圖說明用于實(shí)施本發(fā)明的方式。本實(shí)施方式中，基于被測(cè)定物的基準(zhǔn)形狀概略掃描探測(cè)光，通過針對(duì)被測(cè)定物的表面的照射了探測(cè)光的點(diǎn)測(cè)定其與基準(zhǔn)形狀的偏差，來測(cè)定被測(cè)定物的表面形狀。與基準(zhǔn)形狀的偏差通過使用兩個(gè)探測(cè)光分別測(cè)量位置偏差和角度偏差而得到。首先，參照?qǐng)D1～圖3概略說明本發(fā)明的表面形狀測(cè)定裝置的整體結(jié)構(gòu)。圖1是例示本發(fā)明的方式的表面形狀測(cè)定裝置lms的概要結(jié)構(gòu)圖，圖2是表面形狀測(cè)定裝置lms的控制系統(tǒng)的概要框圖，圖3是從圖1中的iii向視方向觀察的光學(xué)單元20(測(cè)定頭25)的概要圖。

為使說明清晰化，規(guī)定由相互正交的x軸、y軸、z軸構(gòu)成的坐標(biāo)系并示于圖1中。在此，x軸是沿著紙面向左右延伸的軸，y軸是將紙面表背貫穿并向前后延伸的軸，z軸是沿著紙面向上下延伸的軸，x-y平面相當(dāng)于水平面，z軸相當(dāng)于垂直軸。此外，從說明的方便上出發(fā)，有時(shí)以圖1所示的姿勢(shì)，將沿著x軸的方向表示為左右方向，將沿著y軸的方向表示為前后方向，將沿著z軸的方向表示為上下方向，但x、y、z各軸的設(shè)定方法是任意的，并未規(guī)定位置或姿勢(shì)。

表面形狀測(cè)定裝置lms概略上由使被測(cè)定物w向各軸方向移動(dòng)的工件載臺(tái)單元10、向被測(cè)定物w的測(cè)定面射出第一探測(cè)光pl1及第二探測(cè)光pl2且接收反射光而測(cè)定測(cè)定面的距離及角度的光學(xué)單元20、以第一、第二探測(cè)光沿著規(guī)定的測(cè)定線移動(dòng)的方式使安裝有光學(xué)單元20的測(cè)定頭25繞θx軸擺動(dòng)的頭載臺(tái)單元30、基于操作人員的操作控制工件載臺(tái)單元10、光學(xué)單元20、頭載臺(tái)單元30等各部的動(dòng)作的控制單元50等構(gòu)成。

工件載臺(tái)單元10、光學(xué)單元20、及頭載臺(tái)單元30以底座81為基礎(chǔ)，設(shè)置在溫度及濕度被管理為在規(guī)定值恒定的環(huán)境室82內(nèi)。

在底座81上，經(jīng)由精密除振裝置83支承有平臺(tái)85，在該平臺(tái)85上安裝有工件載臺(tái)單元10。另外，在平臺(tái)85上安裝有橫跨工件載臺(tái)單元10的門型框架18，在該門型框架18的上部梁18b上安裝有光學(xué)單元20及頭載臺(tái)單元30。

工件載臺(tái)單元10以保持被測(cè)定物w的工件保持架15、和使工件保持架15沿各軸方向移動(dòng)的多個(gè)載臺(tái)作為主體構(gòu)成。即，工件載臺(tái)單元10具備使工件保持架15沿x軸方向(左右方向)移動(dòng)的x載臺(tái)11、使工件保持架15沿y軸方向(前后方向)移動(dòng)的y載臺(tái)12、使工件保持架15沿z軸方向(上下方向)移動(dòng)的z載臺(tái)13、使工件保持架15繞上下垂直地延伸的θz軸(旋轉(zhuǎn)軸)轉(zhuǎn)動(dòng)的θz載臺(tái)14等而構(gòu)成。

在門型框架18上設(shè)置有分別檢測(cè)工件保持架15的x軸方向位置、y軸方向位置、z軸方向位置的x傳感器41、y傳感器42、z傳感器43，將通過各傳感器檢測(cè)到的工件保持架15的x軸方向、y軸方向、z軸方向的位置檢測(cè)信號(hào)輸入至控制單元50。另外，在θz載臺(tái)14上設(shè)置有檢測(cè)工件保持架15的旋轉(zhuǎn)角度位置的θz傳感器44，將通過該傳感器檢測(cè)到的工件保持架15的旋轉(zhuǎn)角度的位置檢測(cè)信號(hào)輸入至控制單元50。此外，x傳感器41、y傳感器42、z傳感器43能夠使用測(cè)長(zhǎng)干涉儀及線性標(biāo)尺等，θz傳感器44能夠使用標(biāo)尺為曲面形狀的線性標(biāo)尺或旋轉(zhuǎn)編碼器。

光學(xué)單元20包含：距離檢測(cè)器21，其向被測(cè)定物w照射第一探測(cè)光pl1且接收由測(cè)定面反射的第一探測(cè)光而檢測(cè)至測(cè)定面為止的距離；以及角度檢測(cè)器22，其向被測(cè)定物w照射第二探測(cè)光pl2且接收由測(cè)定面反射的第二探測(cè)光而檢測(cè)測(cè)定面的角度。距離檢測(cè)器21及角度檢測(cè)器22被安裝于共用的單元基部23，且一體形成有測(cè)定至測(cè)定面的距離及角度的測(cè)定頭25。

頭載臺(tái)單元30以使設(shè)置有光學(xué)單元20的測(cè)定頭25繞在圖1中沿著紙面左右水平地延伸且在圖3中沿紙面正交方向延伸的θx軸(測(cè)定軸)33擺動(dòng)的θx載臺(tái)35為主體構(gòu)成。在θx載臺(tái)35上設(shè)置有檢測(cè)測(cè)定頭25的擺動(dòng)角度位置的θx傳感器45，將通過θx傳感器45檢測(cè)到的測(cè)定頭25的擺動(dòng)角度的位置檢測(cè)信號(hào)輸入至控制單元50。θx傳感器45能夠使用旋轉(zhuǎn)編碼器或標(biāo)尺為曲面形狀的線性標(biāo)尺。

在此，光學(xué)單元20以距離檢測(cè)器21的第一探測(cè)光pl1的光軸和角度檢測(cè)器22的第二探測(cè)光pl2的光軸在僅與θx軸33分離規(guī)定距離(測(cè)量距離)d的位置交叉的方式被調(diào)整設(shè)定。即，距離檢測(cè)器21的第一探測(cè)光pl1和角度檢測(cè)器22的第二探測(cè)光pl2在與θx軸33相距測(cè)量距離d的位置(測(cè)定位置)重復(fù)(重疊)，成為照射有將它們合成而成的探測(cè)光pl的狀態(tài)?？刂茊卧?0控制各載臺(tái)的動(dòng)作，以使從光學(xué)單元20輸出的第一、第二探測(cè)光pl1、pl2在上述測(cè)定位置照射到測(cè)定面上。因此，通過利用θx載臺(tái)35使測(cè)定頭25繞θx軸33擺動(dòng)，能夠使從光學(xué)單元20射出的探測(cè)光pl在被測(cè)定物w的測(cè)定面上進(jìn)行掃描。此外，之后詳述光學(xué)單元20。

控制單元50具備供操作人員進(jìn)行動(dòng)作操作的操作部51、設(shè)定存儲(chǔ)有測(cè)定程序和被測(cè)定物的基準(zhǔn)形狀等的存儲(chǔ)部52、進(jìn)行各種運(yùn)算處理的運(yùn)算部53、基于從運(yùn)算部53輸出的指令信號(hào)來控制x、y、z、θx、θz的各載臺(tái)11、12、13、35、14的動(dòng)作的載臺(tái)控制部54、基于從運(yùn)算部53輸出的指令信號(hào)來控制光學(xué)單元20的動(dòng)作的測(cè)量控制部55、以及與外部進(jìn)行信號(hào)的輸入輸出的i/o部56等而構(gòu)成。

圖4及圖5是例示使探測(cè)光pl和被測(cè)定物w相對(duì)移動(dòng)，使探測(cè)光pl沿著測(cè)定線移動(dòng)時(shí)的被測(cè)定物的移動(dòng)模式的概要的說明圖。兩圖示意性表示從上方觀察保持于工件保持架15的被測(cè)定物w時(shí)的情況，利用l1～l3表示探測(cè)光pl(測(cè)定位置上的第一、第二探測(cè)光pl1、pl2)移動(dòng)的測(cè)定面上的測(cè)定線。

圖4是適于對(duì)于如凹凸透鏡或非球面透鏡等那樣測(cè)定面的表面形狀為軸對(duì)稱的被測(cè)定物進(jìn)行測(cè)量的情況的移動(dòng)模式的一例。本例中，在使θx載臺(tái)35動(dòng)作而使測(cè)定頭25擺動(dòng)，從而使探測(cè)光pl移動(dòng)時(shí)，以使探測(cè)光pl從被測(cè)定物w的中心軸穿過的方式，通過x載臺(tái)11及y載臺(tái)12對(duì)被測(cè)定物w的x軸方向位置及y軸方向位置進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)。

而且，如圖4的(a)所示，從探測(cè)光pl照射到測(cè)定面的起始點(diǎn)sp的狀態(tài)起使θx載臺(tái)35動(dòng)作，使探測(cè)光pl沿著測(cè)定線l1移動(dòng)，根據(jù)在測(cè)定線l1上的各測(cè)定點(diǎn)檢測(cè)到的距離及角度來測(cè)量沿著測(cè)定線l1的測(cè)定面的形狀。接著，如圖4的(b)所示，通過θz載臺(tái)14將被測(cè)定物w轉(zhuǎn)動(dòng)規(guī)定角度(例如2度左右)并將其保持在該旋轉(zhuǎn)角度位置，再次使θx載臺(tái)35動(dòng)作，使探測(cè)光pl沿著測(cè)定線l2移動(dòng)，根據(jù)在測(cè)定線l2上的各測(cè)定點(diǎn)檢測(cè)到的距離及角度來測(cè)量沿著測(cè)定線l2的測(cè)定面的形狀。以下同樣地，使θz載臺(tái)14及θx載臺(tái)35動(dòng)作，測(cè)量沿著測(cè)定線l3……的測(cè)定面的形狀。由此，關(guān)于被測(cè)定物w，能夠得到對(duì)測(cè)定面整體放射狀地進(jìn)行測(cè)定而得到的表面形狀的測(cè)定數(shù)據(jù)。

圖5是適于測(cè)量矩形平板狀的被測(cè)定物或柱面透鏡等的情況的移動(dòng)模式的一例。該例中，從探測(cè)光pl照射到測(cè)定面的起始點(diǎn)sp的狀態(tài)起，使θx載臺(tái)35動(dòng)作，使探測(cè)光pl沿著測(cè)定線l1移動(dòng)，根據(jù)在測(cè)定線l1上的各測(cè)定點(diǎn)檢測(cè)到的距離及角度對(duì)沿著測(cè)定線l1的測(cè)定面的形狀進(jìn)行測(cè)量。接著，使x載臺(tái)11動(dòng)作而使被測(cè)定物w向圖5中的右方移動(dòng)后，使θx載臺(tái)35動(dòng)作，使探測(cè)光pl沿著測(cè)定線l2移動(dòng)，根據(jù)在測(cè)定線l2上的各測(cè)定點(diǎn)檢測(cè)到的距離及角度對(duì)沿著測(cè)定線l2的測(cè)定面的形狀進(jìn)行測(cè)量。以下同樣地，使x載臺(tái)11及θx載臺(tái)35動(dòng)作，測(cè)量沿著測(cè)定線l3……的測(cè)定面的形狀。

由此，能夠得到針對(duì)被測(cè)定物w呈平行的線狀對(duì)測(cè)定面整體進(jìn)行形狀測(cè)定而得到的測(cè)定數(shù)據(jù)。另外，在上述測(cè)定后通過θz載臺(tái)14使被測(cè)定物w旋轉(zhuǎn)規(guī)定角度(例如90度)并保持在該旋轉(zhuǎn)角度位置，再次通過θx載臺(tái)35x及載臺(tái)11的交互移動(dòng)進(jìn)行沿著測(cè)定線的測(cè)定面的形狀測(cè)定，由此，也能夠得到呈格子狀對(duì)測(cè)定面整體進(jìn)行了形狀測(cè)定的測(cè)定數(shù)據(jù)。

在像這樣概略構(gòu)成的表面形狀測(cè)定裝置lms中，將從光學(xué)單元20射出的第一探測(cè)光pl1及第二探測(cè)光pl2在測(cè)定位置照射到被測(cè)定物w的測(cè)定面上，通過由光學(xué)單元20的光檢測(cè)器接收由測(cè)定面反射的第一、第二探測(cè)光，求出照射了探測(cè)光pl的測(cè)定面的距離和角度?？刂茊卧?0控制各載臺(tái)的動(dòng)作，使探測(cè)光和被測(cè)定物w相對(duì)移動(dòng)，使探測(cè)光的照射位置移動(dòng)，由此，依次測(cè)量沿著測(cè)定線l的測(cè)定面上的各部的距離及角度。而且，基于檢測(cè)距離對(duì)多點(diǎn)測(cè)量出的各測(cè)定點(diǎn)修正檢測(cè)角度，使用積分處理或擬合(fitting)處理等公知的方法對(duì)測(cè)定點(diǎn)的位置數(shù)據(jù)及修正的角度數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理，由此導(dǎo)出測(cè)定面的形狀、

即，表面形狀測(cè)定裝置lms以根據(jù)測(cè)定面的位置和傾斜角度對(duì)被測(cè)定物的形狀進(jìn)行測(cè)定的形狀測(cè)定裝置為基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上，在表面形狀測(cè)定裝置lms中，使用通過距離檢測(cè)器21檢測(cè)到的測(cè)定點(diǎn)的距離對(duì)通過角度檢測(cè)器22檢測(cè)到的測(cè)定點(diǎn)的角度進(jìn)行修正，使用測(cè)定點(diǎn)的位置數(shù)據(jù)及修正了的角度數(shù)據(jù)導(dǎo)出測(cè)定面的形狀。之后對(duì)利用由位置檢測(cè)器21檢測(cè)到的距離對(duì)角度進(jìn)行修正的方法、及使用修正了的角度數(shù)據(jù)導(dǎo)出測(cè)定面的形狀的方法進(jìn)行詳述。

以下，一并參照?qǐng)D6及圖7詳細(xì)說明光學(xué)單元20。光學(xué)單元20構(gòu)成為以距離檢測(cè)器21和角度檢測(cè)器22為主體，該距離檢測(cè)器21對(duì)被測(cè)定物w照射第一探測(cè)光pl1且接收由測(cè)定面反射的第一探測(cè)光而檢測(cè)其至測(cè)定面的距離，該角度檢測(cè)器22對(duì)被測(cè)定物w照射第二探測(cè)光pl2且接收由測(cè)定面反射的第二探測(cè)光而檢測(cè)測(cè)定面的角度。

圖6是用于說明距離檢測(cè)器21及角度檢測(cè)器22的原理的說明圖，圖6的(a)是距離檢測(cè)器21的原理說明圖，圖6的(b)是角度檢測(cè)器22的原理說明圖。圖6中示出使距離檢測(cè)器21的第一探測(cè)光pl1、及角度檢測(cè)器22的第二探測(cè)光pl2向沿x-y方向水平延伸的測(cè)定面ws入射的狀態(tài)。

距離檢測(cè)器21由產(chǎn)生第一探測(cè)光的第一光源211、將由第一光源211產(chǎn)生的第一探測(cè)光pl1聚光并向被測(cè)定物的測(cè)定面ws照射的聚光透鏡212、將由測(cè)定面ws反射的第一探測(cè)光(稱作第一反射光)rl1聚光的聚光透鏡213、以及檢測(cè)第一反射光的位置的光檢測(cè)器214等構(gòu)成。

角度檢測(cè)器22由產(chǎn)生第二探測(cè)光的第二光源221、將由第二光源221產(chǎn)生的第二探測(cè)光pl2聚光并向被測(cè)定物的測(cè)定面ws照射的聚光透鏡222、將由測(cè)定面ws反射的第二探測(cè)光(稱作第二反射光)rl2進(jìn)行準(zhǔn)直的準(zhǔn)直透鏡223、以及檢測(cè)第二反射光的位置的光檢測(cè)器224等構(gòu)成。

第一光源211及第二光源221是使振蕩波長(zhǎng)或光輸出、光束指向等穩(wěn)定化的激光光源，例如使用光纖激光器或dfb半導(dǎo)體激光器等。在第一光源211及第二光源221的輸出部設(shè)置有準(zhǔn)直器，從各光源輸出被進(jìn)行了平行光束處理的第一探測(cè)光pl1、第二探測(cè)光pl2。光檢測(cè)器214、224分別是檢測(cè)第一反射光rl1、第二反射光rl2的位置的檢測(cè)器，例如，能夠使用qpd(quadrantphotodetector：四象限光探測(cè)器)、ccd或cmos等固體拍攝元件等，但在本實(shí)施方式中示出使用了qpd的結(jié)構(gòu)。

在距離檢測(cè)器21中，將從第一光源211射出的第一探測(cè)光pl1用聚光透鏡212聚光并向測(cè)定面ws入射。由測(cè)定面ws反射的第一探測(cè)光即第一反射光rl1由聚光透鏡213聚光并向光檢測(cè)器214入射。在該距離檢測(cè)器21中，即使測(cè)定面ws的角度變化(傾斜)，向光檢測(cè)器214聚光入射的第一反射光rl1的入射位置也不發(fā)生變化。另一方面，當(dāng)測(cè)定面ws的位置在上下方向(z軸方向)上變化(位移)時(shí)，向光檢測(cè)器214聚光入射的第一反射光rl1的入射位置發(fā)生變化。因此，能夠基于從光檢測(cè)器214向控制單元50輸出的位置檢測(cè)信號(hào)來計(jì)算從測(cè)定頭25的基準(zhǔn)位置的θx軸33至測(cè)定面ws為止的距離。

在角度檢測(cè)器22中，從第二光源221射出的第二探測(cè)光pl2由聚光透鏡222聚光并向測(cè)定面ws入射。由測(cè)定面ws反射的第二探測(cè)光即第二反射光rl2被準(zhǔn)直透鏡223準(zhǔn)直化并向光檢測(cè)器224入射。在該角度檢測(cè)器22中，即使測(cè)定面ws的位置在上下方向上變化(位移)，向光檢測(cè)器224入射的第二反射光rl2的入射位置也幾乎沒有變化。另一方面，當(dāng)測(cè)定面ws的角度發(fā)生變化(傾斜)時(shí)，向光檢測(cè)器224入射的第二反射光rl2的入射位置發(fā)生變化。因此，能夠基于從光檢測(cè)器224向控制單元50輸出的角度檢測(cè)信號(hào)來計(jì)算測(cè)定面ws的傾斜角度。

在此，在表面形狀測(cè)定裝置lms中，距離檢測(cè)器21上的第一探測(cè)光pl1的入射面與角度檢測(cè)器22上的第二探測(cè)光pl2的入射面被設(shè)定為交叉。具體來說，距離檢測(cè)器21的第一探測(cè)光pl1的入射面被設(shè)定為沿著y-z平面，角度檢測(cè)器22的第二探測(cè)光pl2的入射面被設(shè)定為沿著與y-z平面正交的x-z平面。圖7是用于說明上述狀況的說明圖，圖7的(a)表示距離檢測(cè)器21的第一探測(cè)光pl1的入射面的設(shè)定狀況，圖7的(b)表示角度檢測(cè)器22的第二探測(cè)光pl2的入射面的設(shè)定狀況。

如圖7的(a)所示，距離檢測(cè)器21被設(shè)定為第一探測(cè)光pl1的入射面沿著y-z平面。y-z平面為與和x軸平行地延伸的θx軸33正交的面。即，距離檢測(cè)器21形成于測(cè)定頭25的基座即單元基部23的平面上，隔著θx軸33配設(shè)第一光源211及聚光透鏡212和聚光透鏡213及光檢測(cè)器214(參照?qǐng)D3)。

如圖7的(b)所示，角度檢測(cè)器22被設(shè)定為第二探測(cè)光pl2的入射面沿著x-z平面。x-z平面為與x軸及θx軸33平行的面。即，角度檢測(cè)器22沿測(cè)定頭25的基座即單元基部23的厚度方向形成，第二光源221、聚光透鏡222、準(zhǔn)直透鏡223、及光檢測(cè)器224配設(shè)于包含θx軸33的面內(nèi)。

進(jìn)而，如概要性說明所述，光學(xué)單元20以第一探測(cè)光pl1的光軸和第二探測(cè)光pl2的光軸交叉的方式構(gòu)成，對(duì)其進(jìn)行調(diào)整，使其交點(diǎn)位于與θx軸33分離圖7中d所示的距離的位置(使圖7的(a)和圖7的(b)重合了的狀態(tài))。

即，光學(xué)單元20由沿著y-z平面形成的距離檢測(cè)器21和沿著x-z平面形成的角度檢測(cè)器22構(gòu)成，且以y-z平面上的第一探測(cè)光pl1和x-z平面第二探測(cè)光pl2在與θx軸33分離規(guī)定距離d的測(cè)定位置交叉的方式進(jìn)行調(diào)整、測(cè)定。因此，在測(cè)定位置，第一探測(cè)光pl1和第二探測(cè)光pl2重復(fù)，成為照射了將它們合成后的探測(cè)光pl的狀態(tài)。然后，像這樣進(jìn)行了調(diào)整、設(shè)定的光學(xué)單元20一體化而形成的測(cè)定頭25被安裝成通過θx載臺(tái)35能夠繞θx軸33擺動(dòng)(參照?qǐng)D3)。

如上所述，角度檢測(cè)器22沿著x-z平面形成。即，在測(cè)定頭25上的與單元基部23的板面正交的方向上配設(shè)了第二光源221、聚光透鏡222、光檢測(cè)器224等構(gòu)成要素。圖8表示用于表面形狀測(cè)定裝置lms的角度檢測(cè)器22的具體的結(jié)構(gòu)例。如圖所示，角度檢測(cè)器22由產(chǎn)生第二探測(cè)光的第二光源221、對(duì)由第二光源221產(chǎn)生的第二探測(cè)光進(jìn)行導(dǎo)光的光纖225、設(shè)置于光纖225的射出端部并將射出的第二探測(cè)光準(zhǔn)直化而成平行光束的準(zhǔn)直器226、將通過準(zhǔn)直器226而平行光束化的第二探測(cè)光pl2聚光并向測(cè)定面ws照射的聚光透鏡222、對(duì)由測(cè)定面ws反射并通過再次從聚光透鏡222透射而被平行光束化了的第二探測(cè)光(第二反射光)rl2進(jìn)行反射的反射鏡227、除去由被測(cè)定物的背面反射來的第二探測(cè)光(第二背面反射光)的光圈228、以及檢測(cè)第二反射光rl2的位置的光檢測(cè)器224等構(gòu)成。

將圖8所示的角度檢測(cè)器22的具體的結(jié)構(gòu)和圖6的(b)及圖7的(b)所示的角度檢測(cè)器的原理的結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)比可理解到：表面形狀測(cè)定裝置lms中使用的角度檢測(cè)器22為通過使向測(cè)定面ws照射的第二探測(cè)光pl2和由測(cè)定面ws反射的第二探測(cè)光rl2從同一聚光透鏡222透射而省略了準(zhǔn)直透鏡223的結(jié)構(gòu)。由此，能夠?qū)⒀刂鴛-z平面形成的角度檢測(cè)器22小型化，能夠緊湊地構(gòu)成測(cè)定頭25。另外，通過將除去由被測(cè)定物的背面反射的第二背面反射光的光圈228設(shè)置于光檢測(cè)器224的正前方，假如即使被測(cè)定物的厚度薄的情況或楔角小的情況下，也能夠有效地除去第二背面反射光。

此外，將第二探測(cè)光pl2向測(cè)定面聚光的聚光透鏡222的焦點(diǎn)距離f2優(yōu)選為80～160mm左右，例如優(yōu)選使用f2＝120mm的消色差透鏡。另外，第二探測(cè)光向測(cè)定面ws的入射角θ2優(yōu)選為3～8度左右，例如設(shè)定為θ2＝5度。

另一方面，距離檢測(cè)器21沿著y-z平面形成。即，沿著測(cè)定頭25上的單元基部23的板面配設(shè)第一光源211、聚光透鏡212、聚光透鏡213、光檢測(cè)器214等。因此，在用于表面形狀測(cè)定裝置lms的距離檢測(cè)器21的具體的結(jié)構(gòu)中，在單元基部23的中心部設(shè)置角度檢測(cè)器22，且隔著該角度檢測(cè)器22配設(shè)距離檢測(cè)器21的投光部和受光部。即，圖3中，在角度檢測(cè)器22的左側(cè)設(shè)置有具有第一光源211及聚光透鏡212的投光部21a，在右側(cè)設(shè)置有具有聚光透鏡213及光檢測(cè)器214的受光部21b。由此，能夠有效利用單元基部23的板面而緊湊地構(gòu)成測(cè)定頭25。

在此，將第一探測(cè)光pl1聚光于測(cè)定面的聚光透鏡212的焦點(diǎn)距離f1能夠在與聚光透鏡222同樣的范圍內(nèi)適宜設(shè)定，但在表面形狀測(cè)定裝置lms中，將聚光透鏡212的焦點(diǎn)距離f1設(shè)為與聚光透鏡222的焦點(diǎn)距離f2相同，使用f1＝120mm的消色差透鏡。由此，除了能夠共同進(jìn)行距離檢測(cè)器21及角度檢測(cè)器22的焦點(diǎn)調(diào)整作業(yè)之外，向測(cè)定點(diǎn)聚光照射的第一探測(cè)光和第二探測(cè)光的焦點(diǎn)深度也大致相同，因此，能夠排除基于焦點(diǎn)深度的差異而產(chǎn)生的誤差成分等的影響。此外，第一探測(cè)光向測(cè)定面ws的入射角θ1優(yōu)選為5～30度左右，例如設(shè)定為θ1＝25度。

照射了探測(cè)光的范圍例如為直徑為200μm左右的圓形的光點(diǎn)。距離檢測(cè)器21測(cè)定該光點(diǎn)的平均的位置變化，角度檢測(cè)器22檢測(cè)該點(diǎn)的平均的繞x軸的角度。

在像這樣構(gòu)成了光學(xué)單元20的表面形狀測(cè)定裝置lms中，驅(qū)動(dòng)θx載臺(tái)35使測(cè)定頭25繞θx軸33擺動(dòng)，由此，使第一、第二探測(cè)光pl1、pl2沿著測(cè)定線移動(dòng)。即，表面形狀測(cè)定裝置的測(cè)定線l(l1～l3等)沿y軸方向形成。

控制單元50沿著測(cè)定線l照射第一、第二探測(cè)光pl1、pl2，通過距離檢測(cè)器21及角度檢測(cè)器22對(duì)測(cè)定線l上的各測(cè)定點(diǎn)的距離及角度進(jìn)行測(cè)定。

如參照?qǐng)D2概要說明的那樣，控制單元50具備供操作人員進(jìn)行動(dòng)作操作的操作部51、設(shè)定存儲(chǔ)有測(cè)定程序及被測(cè)定物的基準(zhǔn)形狀等的存儲(chǔ)部52、進(jìn)行各種運(yùn)算處理的運(yùn)算部53、基于從運(yùn)算部53輸出的指令信號(hào)來控制x、y、z、θx、θz、的各載臺(tái)11、12、13、35、14的動(dòng)作的載臺(tái)控制部54、基于從運(yùn)算部53輸出的指令信號(hào)來控制光學(xué)單元20的動(dòng)作的測(cè)量控制部55、以及與外部進(jìn)行信號(hào)的輸入輸出的i/o部56等而構(gòu)成。

在操作部51設(shè)置有顯示測(cè)定程序或測(cè)定結(jié)果等信息的液晶顯示面板、輸入數(shù)值或文字信息的鍵盤、進(jìn)行選擇操作的鼠標(biāo)、各種開關(guān)類、可讀寫記錄于cd或usb存儲(chǔ)器等記錄介質(zhì)的測(cè)定面ws的基準(zhǔn)形狀的數(shù)據(jù)或測(cè)定結(jié)果等的讀寫器等，以對(duì)話形式進(jìn)行與測(cè)定面ws的類型(例如平面、球面、非球面、圓柱等)或測(cè)定模式(放射狀、線狀、格子狀等)對(duì)應(yīng)的形狀測(cè)定。

存儲(chǔ)部52設(shè)置多個(gè)rom或ram等的存儲(chǔ)元件而構(gòu)成。rom中預(yù)先設(shè)定存儲(chǔ)有控制表面形狀測(cè)定裝置lms的各部的動(dòng)作的控制程序、與被測(cè)定物w的類型或測(cè)定模式對(duì)應(yīng)的測(cè)定程序等。在操作部51，選擇設(shè)定被測(cè)定物w的類型或測(cè)定模式，并將對(duì)應(yīng)的測(cè)定程序嵌入控制程序，由此構(gòu)成適于被測(cè)定物w的表面形狀測(cè)定裝置。在ram中臨時(shí)存儲(chǔ)有經(jīng)由設(shè)置于操作部51的讀寫器或i/o部56讀入的被測(cè)定物的測(cè)定面ws的基準(zhǔn)形狀(設(shè)計(jì)值的矢量數(shù)據(jù))、對(duì)測(cè)定程序設(shè)定的測(cè)定線上的測(cè)定點(diǎn)的基準(zhǔn)傾斜角度、以及在測(cè)定程序的執(zhí)行中從距離檢測(cè)器21及角度檢測(cè)器22輸出的各測(cè)定點(diǎn)的距離數(shù)據(jù)及角度數(shù)據(jù)等。

運(yùn)算部53由cpu或移位寄存器等構(gòu)成，基于預(yù)先設(shè)定存儲(chǔ)于存儲(chǔ)部52的控制程序及測(cè)定程序進(jìn)行各種運(yùn)算處理，向載臺(tái)控制部54或測(cè)量控制部55等輸出指令信號(hào)，控制工件載臺(tái)單元10、光學(xué)單元20、頭載臺(tái)單元30的動(dòng)作。

載臺(tái)控制部54基于從運(yùn)算部53輸出的指令信號(hào)向工件載臺(tái)單元10的x載臺(tái)11、y載臺(tái)12、z載臺(tái)13、θz載臺(tái)14、頭載臺(tái)單元30的θx載臺(tái)35等輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，控制各載臺(tái)的動(dòng)作。測(cè)量控制部55基于從運(yùn)算部53輸出的指令信號(hào)，向光學(xué)單元20的距離檢測(cè)器21及角度檢測(cè)器22輸出測(cè)定控制信號(hào)，控制測(cè)定面ws的形狀測(cè)定。

控制單元50在通過距離檢測(cè)器21及角度檢測(cè)器22測(cè)定測(cè)定線上的測(cè)定點(diǎn)的距離及角度時(shí)，以使在測(cè)定點(diǎn)立起的法線穿過θx軸33且第一探測(cè)光pl1及第二探測(cè)光pl2向同一測(cè)定點(diǎn)照射的方式控制y載臺(tái)12及z載臺(tái)13的動(dòng)作。換言之，以使距離檢測(cè)器21的y-z平面和角度檢測(cè)器22的x-z平面相交的交線(以下，為便于說明而稱作“假想光軸”)s與測(cè)定面垂直相交且假想光軸上的θx軸33和測(cè)定點(diǎn)之間的距離成為上述的測(cè)量距離d的方式控制y載臺(tái)12及z載臺(tái)13的動(dòng)作。

為了使假想光軸s向測(cè)定面垂直入射，且假想光軸上的θx軸33和測(cè)定點(diǎn)的距離成為測(cè)量距離d，控制單元50以下述方式控制y載臺(tái)12及z載臺(tái)13。首先，運(yùn)算部53根據(jù)設(shè)定存儲(chǔ)于存儲(chǔ)部52的測(cè)定面ws的基準(zhǔn)形狀來計(jì)算沿著通過測(cè)定程序設(shè)定的測(cè)定線的測(cè)定面ws的基準(zhǔn)形狀(截面形狀)。接著，對(duì)設(shè)定于測(cè)定線上的測(cè)定點(diǎn)計(jì)算各測(cè)定點(diǎn)的傾斜角度。接著，根據(jù)算出的各測(cè)定點(diǎn)的傾斜角度算出假想光軸向該測(cè)定點(diǎn)垂直入射且θx軸33和測(cè)定點(diǎn)的距離成為測(cè)量距離d的測(cè)定頭25(θx載臺(tái)35)的角度位置、y載臺(tái)12及z載臺(tái)13的坐標(biāo)位置。接著，生成基于算出的各載臺(tái)的位置的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并向y、z、θx的各載臺(tái)12、13、35輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，使被測(cè)定物w及測(cè)定頭25相對(duì)移動(dòng)。

而且，相對(duì)于被定位的被測(cè)定物w，從測(cè)量控制部55向光學(xué)單元20的距離檢測(cè)器21及角度檢測(cè)器22輸出測(cè)量控制信號(hào)，使第一、二探測(cè)光pl1、pl2從光學(xué)單元20射出。由此，假想光軸向測(cè)定面垂直入射，將從光學(xué)單元20射出的第一探測(cè)光pl1及第二探測(cè)光pl2向同一測(cè)定點(diǎn)(測(cè)定位置)照射。

圖9是示意性例示該情況的說明圖，表示測(cè)定面ws為凹的球面形狀的情況。該情況下，在測(cè)定面的曲率半徑與測(cè)量距離d一致的情況下，若以在測(cè)定線上的某一點(diǎn)使假想光軸s向測(cè)定面ws垂直入射且θx軸33和測(cè)定點(diǎn)的距離成為測(cè)量距離d的方式調(diào)整(定心)y載臺(tái)12及z載臺(tái)13的位置，則在之后的測(cè)定中，僅使θx載臺(tái)35動(dòng)作，使測(cè)定頭25擺動(dòng)，由此，能夠在沿著y軸的測(cè)定線上使第一、第二探測(cè)光pl1、pl2向同一測(cè)定點(diǎn)入射。

另一方面，在測(cè)定面ws的曲率半徑與測(cè)量距離d不一致的情況、為凸面的情況、或?yàn)榉乔蛎娴那闆r下，若并非在測(cè)定線上使第一、第二探測(cè)光掃描的θx載臺(tái)35的基礎(chǔ)上使y載臺(tái)12及z載臺(tái)13動(dòng)作，則無法使假想光軸向測(cè)定面ws垂直入射且使θx軸33和測(cè)定點(diǎn)的距離成為測(cè)量距離d。

例如，有時(shí)被測(cè)定物的測(cè)定面ws為非球面形狀，如圖10所示，軸心部的測(cè)定點(diǎn)pwa的曲率半徑為r1，周緣部的測(cè)定點(diǎn)pwb及pwc的曲率半徑為r2。在這種情況下，運(yùn)算部53讀出預(yù)先設(shè)定存儲(chǔ)于存儲(chǔ)部52的測(cè)定面ws整體的基準(zhǔn)形狀，計(jì)算沿著測(cè)定線的測(cè)定面的基準(zhǔn)形狀，并對(duì)設(shè)定于測(cè)定線上的測(cè)定點(diǎn)pwa、pwb、pwc……計(jì)算各測(cè)定點(diǎn)的傾斜角度。接著，基于算出的測(cè)定點(diǎn)的傾斜角度計(jì)算成為使假想光軸s向各測(cè)定點(diǎn)pwa、pwb、pwc……垂直入射的狀態(tài)的θx載臺(tái)35的角度位置。另外，計(jì)算在θx載臺(tái)35位于該角度位置的狀態(tài)下，θx軸33和測(cè)定點(diǎn)的距離成為測(cè)量距離d的y載臺(tái)12及z載臺(tái)13的坐標(biāo)位置。

而且，將基于針對(duì)各測(cè)定點(diǎn)算出的載臺(tái)位置的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出到y(tǒng)、z、θx載臺(tái)11、13、35，將被測(cè)定物w及測(cè)定頭25移動(dòng)定位，由此，在沿著y軸的測(cè)定線上的各測(cè)定點(diǎn)pwa、pwb、pwc……，假想光軸s向測(cè)定面垂直入射，從光學(xué)單元20射出的第一探測(cè)光pl1及第二探測(cè)光pl2向同一測(cè)定點(diǎn)照射。而且，基于測(cè)定點(diǎn)pwa、pwb、pwc……的位置、在各測(cè)定點(diǎn)pwa、pwb、pwc……由距離檢測(cè)器21檢測(cè)到的從θx軸至測(cè)定點(diǎn)的距離、及通過角度檢測(cè)器22檢測(cè)到的測(cè)定點(diǎn)的角度，導(dǎo)出沿著測(cè)定線的測(cè)定面ws的形狀。

如上所述，在表面形狀測(cè)定裝置lms中，使用通過距離檢測(cè)器21檢測(cè)到的測(cè)定點(diǎn)的距離，對(duì)通過角度檢測(cè)器22檢測(cè)到的測(cè)定點(diǎn)的角度進(jìn)行修正，且使用測(cè)定點(diǎn)的位置數(shù)據(jù)及修正了的角度數(shù)據(jù)來導(dǎo)出測(cè)定面的形狀。以下，針對(duì)使用通過距離檢測(cè)器21檢測(cè)到的測(cè)定點(diǎn)的距離的角度修正、及使用測(cè)定點(diǎn)的位置數(shù)據(jù)和修正后的角度數(shù)據(jù)的測(cè)定面的形狀導(dǎo)出，說明具體的結(jié)構(gòu)例。

角度檢測(cè)器22的光檢測(cè)器224使用qpd，能夠全方位檢測(cè)測(cè)定面的傾斜角。本結(jié)構(gòu)例中，根據(jù)在各測(cè)定點(diǎn)通過角度檢測(cè)器22檢測(cè)到的測(cè)定面的角度來計(jì)算繞x軸的角度(y軸方向的傾斜角度)。另外，根據(jù)通過距離檢測(cè)器21檢測(cè)到的θx軸33和測(cè)定點(diǎn)的距離來計(jì)算繞x軸的角度的修正值。然后，利用基于通過距離檢測(cè)器21檢測(cè)到的距離的、繞x軸的角度的修正值，來修正通過角度檢測(cè)器22檢測(cè)到的繞x軸的角度，計(jì)算該測(cè)定位置的繞x軸的角度、即沿著測(cè)定線的y軸方向的傾斜角度。

圖11是用于說明根據(jù)通過距離檢測(cè)器21檢測(cè)到的距離來計(jì)算繞x軸的角度的修正值的方法的說明圖。該圖表示從距離檢測(cè)器21射出的第一探測(cè)光由測(cè)定面ws反射的狀態(tài)，圖中虛線表示被測(cè)定物位于本來的測(cè)定位置的情況的測(cè)定面，實(shí)線表示被測(cè)定物的位置錯(cuò)開微小距離的狀態(tài)(實(shí)際的測(cè)定狀態(tài))下的測(cè)定面。圖中的放大圖示出兩個(gè)測(cè)定點(diǎn)的位置關(guān)系。

此時(shí)，通過距離檢測(cè)器21檢測(cè)到的θx軸33和測(cè)定點(diǎn)的距離在被測(cè)定物位于本來的測(cè)定位置時(shí)和位于現(xiàn)實(shí)的測(cè)定位置時(shí)相差δl。另外，通過角度檢測(cè)器22檢測(cè)到的角度在被測(cè)定物位于本來的測(cè)定位置時(shí)為α’，但在現(xiàn)實(shí)的測(cè)定位置為α。在此，兩個(gè)測(cè)定點(diǎn)的距離的差δl根據(jù)設(shè)定存儲(chǔ)于存儲(chǔ)部52的測(cè)定面ws的基準(zhǔn)形狀和通過位置檢測(cè)器21檢測(cè)到的測(cè)定點(diǎn)的距離而求出。另外，兩個(gè)測(cè)定點(diǎn)的y軸方向的偏差在將測(cè)定頭25的傾斜角度設(shè)為θ時(shí)作為δlsinθ而求出。若將測(cè)定面ws的基準(zhǔn)形狀的曲率半徑設(shè)為r，則兩個(gè)測(cè)定點(diǎn)的角度的差α’-α通過下式示出。

α’-α＝δlsinθ/r

像這樣，基于通過距離檢測(cè)器21檢測(cè)到的距離，來計(jì)算因測(cè)定點(diǎn)的位置偏差而產(chǎn)生的角度的修正值即δlsinθ/r，將該修正值與通過角度檢測(cè)器22檢測(cè)到的繞x軸的角度α相加，由此，能夠更高精度地求出測(cè)定面的角度。通過使用修正后的角度數(shù)據(jù)，能夠進(jìn)行更高精度的面形狀計(jì)算。另外，也能夠預(yù)先求出通過距離檢測(cè)器21檢測(cè)到的位移(單位：μm)和角度位移的相關(guān)關(guān)系，基于該相關(guān)關(guān)系來修正通過角度檢測(cè)器22檢測(cè)到的傾斜角度的值。

接著，使用像這樣求出的傾斜角度的值來求出面形狀。圖12是用于說明根據(jù)測(cè)定點(diǎn)的位置數(shù)據(jù)和所修正的角度數(shù)據(jù)導(dǎo)出測(cè)定面的形狀的方法的說明圖。圖12中，p1、p2、p3表示沿著測(cè)定線的各測(cè)定點(diǎn)，p1y、p2y、p3y表示各測(cè)定點(diǎn)p1、p2、p3的y軸方向上的位置數(shù)據(jù)(上述本來的測(cè)定位置)，p1a、p2a、p3a按各測(cè)定點(diǎn)p1、p2、p3的上述順序表示修正后的角度數(shù)據(jù)。

若將測(cè)定點(diǎn)p2、p3、p4……的z軸方向上的位置設(shè)為p2z、p3z、p4z，則它們通過下式求出。

p2z＝(p2y-p1y)×(p1a+p2a)/2+p1z

p3z＝(p3y-p2y)×(p2a+p3a)/2+p2z

p4z＝(p4y-p3y)×(p3a+p4a)/2+p3z

·

·

·

目前，若作為測(cè)定點(diǎn)p1的z軸方向的位置p1z而設(shè)定0(零)，則測(cè)定點(diǎn)p2的z軸方向上的位置p2z通過下式表示。

p2z＝(p2y-p1y)×(p1a+p2a)/2

在此，p2y、p3y是測(cè)定點(diǎn)p2、p3的y軸方向上的位置數(shù)據(jù)，是已知的。另外，p1a、p2a是進(jìn)行了基于通過距離檢測(cè)器21檢測(cè)到的距離的角度修正的修正后的測(cè)定點(diǎn)p1、p2的角度數(shù)據(jù)。因此，求出測(cè)定點(diǎn)p2的z軸方向上的位置p2z，以下同樣地依次求出p3z.、p4z……。由此，求沿著在y軸方向上延伸的測(cè)定線的測(cè)定點(diǎn)p1、p2、p3……的z方向位置及y軸方向的傾斜角度。

然后，根據(jù)如上求出的各測(cè)定點(diǎn)的z方向位置及y軸方向的傾斜角度，使用積分處理或擬合處理等公知的方法進(jìn)行運(yùn)算處理，由此導(dǎo)出沿著測(cè)定線的測(cè)定面ws的形狀。

如以上所說明的那樣，在表面形狀測(cè)定裝置lms中，構(gòu)成為距離檢測(cè)器21的第一探測(cè)光pl1、及角度檢測(cè)器22的第二探測(cè)光pl2均以規(guī)定的入射角θ1、θ2(θ1≠0、θ2≠0)傾斜地入射至測(cè)定面ws。因此，即使被測(cè)定物w由相對(duì)于第一、第二探測(cè)光為透明的材質(zhì)形成，也能夠清晰地分離由測(cè)定面ws反射的反射光和由被測(cè)定物的背面?zhèn)确瓷涞谋趁娣瓷涔?。另外，為了分離背面反射光，也可以在適宜的位置設(shè)置光圈等。

另外，在表面形狀測(cè)定裝置lms中，以角度檢測(cè)器22的第二探測(cè)光的入射面與測(cè)定線l正交的方式構(gòu)成(參照?qǐng)D7的(b))。這是基于特別是在測(cè)定軸對(duì)稱的測(cè)定面的情況下，沿著測(cè)定線l的方向的角度變化大、與測(cè)定線l正交的方向上的角度變化小這一情況而設(shè)定的。由此，能夠抑制基于照射第二探測(cè)光的測(cè)定點(diǎn)的位置誤差的、檢測(cè)角度的誤差。

另外，距離檢測(cè)器21將第一探測(cè)光pl1的入射面設(shè)為y-z平面，角度檢測(cè)器22將第二探測(cè)光pl2的入射面設(shè)為x-z平面。即，以第一探測(cè)光的入射面和第二探測(cè)光的入射面正交的方式進(jìn)行設(shè)定，來構(gòu)成測(cè)定頭25。由此，能夠在較小徑的單元基部23上有效地配置距離檢測(cè)器21和角度檢測(cè)器22，能夠緊湊地構(gòu)成測(cè)定頭25。

在本實(shí)施方式中，在距離檢測(cè)器21中為由光檢測(cè)器214接收由聚光透鏡213聚光的光的光學(xué)系統(tǒng)，因此，能夠高靈敏度地檢測(cè)測(cè)定點(diǎn)的高度的位移。進(jìn)而，角度檢測(cè)器22為接收通過準(zhǔn)直透鏡223準(zhǔn)直化后的光的光學(xué)系統(tǒng)，因此，能夠高靈敏度地檢測(cè)測(cè)定點(diǎn)的面的傾斜。

另外，在表面形狀測(cè)定裝置lms中，以距離檢測(cè)器21的第一探測(cè)光pl1和角度檢測(cè)器22的第二探測(cè)光pl2交叉的方式進(jìn)行設(shè)定，且以這兩個(gè)探測(cè)光交叉的位置(測(cè)定位置)成為測(cè)定點(diǎn)的方式進(jìn)行控制。因此，向測(cè)定點(diǎn)照射的第一探測(cè)光pl1及第二探測(cè)光pl2不會(huì)因測(cè)定線上的位置而發(fā)生變化，由此，能夠不取決于測(cè)定線上的位置而以一定的精度測(cè)定表面形狀。進(jìn)而，使距離檢測(cè)器21的第一探測(cè)光pl1聚光的聚光透鏡212和將角度檢測(cè)器22的第二探測(cè)光pl2聚光的聚光透鏡222使用焦點(diǎn)距離相同的聚光透鏡。通過該結(jié)構(gòu)，使向測(cè)定點(diǎn)聚光照射的第一探測(cè)光和第二探測(cè)光的焦點(diǎn)深度大致相同，能夠排除基于焦點(diǎn)深度的差異而產(chǎn)生的誤差成分等的影響。

此外，本實(shí)施方式中，示出距離檢測(cè)器21和角度檢測(cè)器22的具體例來說明了實(shí)施方式，但只要是將探測(cè)光向測(cè)定點(diǎn)傾斜入射而能夠分別測(cè)定數(shù)百微米程度的區(qū)域的距離的位移和角度的位移的光學(xué)系統(tǒng)，就能夠使用。

附圖標(biāo)記說明

lms表面形狀測(cè)定裝置

10工件載臺(tái)單元(照射位置移動(dòng)機(jī)構(gòu))

11x載臺(tái)、12y載臺(tái)、13z載臺(tái)、14θz載臺(tái)

15工件保持架

20光學(xué)單元

21距離檢測(cè)器(21a投光部、21b受光部)、22角度檢測(cè)器

25測(cè)定頭

30頭載臺(tái)單元(照射位置移動(dòng)機(jī)構(gòu))

33θx軸

35θx載臺(tái)

50控制單元(控制部)

l(l1～l3)測(cè)定線

pl1第一探測(cè)光

pl2第二探測(cè)光

w(w1、w2)被測(cè)定物

ws測(cè)定面

θ1第一探測(cè)光向測(cè)定面的入射角

θ2第二探測(cè)光向測(cè)定面的入射角