(57)【要約】【課題】高精度な形状測定を高速で実行可能な手段を提供する。【解決手段】形状測定装置は、被測定物を保持するワークホルダ１５と、プローブ光ＰＬを照射して測定面Ｗsの角度を検出する角度検出器２２と、ワークホルダ及び角度検出器の位置状態を検出する位置状態検出器４５，４２，４３と、目標とする測定点にプローブ光が予め定められた入射状態で入射するようにワークホルダ及び角度検出器の位置を制御する制御部５０とを備える。制御部５０は、位置状態検出器により検出されたワークホルダ及び角度検出器の位置状態と予め設定された測定面の基準形状とを用いてプローブ光が照射された実際の測定点を特定し、特定した実際の測定点に角度検出器により検出された測定面の角度を適用して測定面の形状を導出する。【選択図】図１
2018197688.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物を保持するワークホルダと、
プローブ光を前記被測定物の測定面に照射し、前記測定面で反射された前記プローブ光に基づいて前記測定面の角度を検出する角度検出器と、
前記ワークホルダ及び前記角度検出器の位置状態を検出する位置状態検出器と、
前記測定面の目標とする測定点に対して前記プローブ光が予め定められた入射状態で入射する位置関係となるように前記ワークホルダ及び前記角度検出器の位置を制御し、前記角度検出器により検出された前記測定面の角度に基づいて前記測定面の形状を導出する制御部とを備え、
前記制御部は、前記位置状態検出器により検出された前記ワークホルダ及び前記角度検出器の位置状態と予め設定された前記測定面の基準形状とを用いて前記プローブ光が照射された前記測定面の実際の測定点を特定し、特定した前記実際の測定点に前記角度検出器により検出された前記測定面の角度を適用して、前記測定面の形状を導出する形状測定装置。
【請求項２】
前記ワークホルダと前記角度検出器とを相対移動させることにより前記測定面に照射する前記プローブ光を第１軸、第２軸及び第３軸の各軸方向に移動させる照射位置移動機構を備え、
前記位置状態検出器は、前記第１軸、前記第２軸及び前記第３軸の各軸方向の位置状態を検出し、
前記制御部は、前記位置状態検出器により検出された前記第１軸、前記第２軸及び前記第３軸の位置状態のいずれか一つを基準として前記基準形状を再設定し、さらに他の二つの軸の位置状態に基づいて前記実際の測定点を特定する請求項１に記載の形状測定装置。
【請求項３】
前記角度検出器は、前記第１軸回りに回動可能であり、
前記ワークホルダは、前記第２軸方向及び前記第３軸方向に移動可能であり、
前記位置状態検出器は、前記第１軸方向の位置状態として前記角度検出器の角度位置を検出するとともに、前記第２軸及び前記第３軸方向の位置状態として前記ワークホルダの移動位置を検出し、
前記制御部は、前記第１軸方向の位置状態を基準とする請求項２に記載の形状測定装置。
【請求項４】
前記目標とする測定点は、予め設定された測定ラインに沿って複数設けられており、
前記制御部は、前記複数の目標とする測定点を対象として前記角度検出器が連続的に検出するように、前記ワークホルダ及び前記角度検出器の位置を制御する請求項１から３のいずれか一項に記載の形状測定装置。
【請求項５】
前記複数の目標とする測定点の１点ごとに、前記角度検出器による角度の検出と、前記制御部による前記実際の測定点の特定及び特定した前記実際の測定点への前記角度検出器による検出角度の適用とを行う請求項４に記載の形状測定装置。
【請求項６】
前記複数の目標とする測定点について前記角度検出器が各測定点の角度を検出した後に、前記制御部による前記複数の目標とする測定点に対する前記実際の測定点の特定及び特定した各前記実際の測定点への前記角度検出器による検出角度の適用を行う請求項４に記載の形状測定装置。
【請求項７】
前記複数の目標とする測定点に対する前記角度検出器による角度検出と、前記制御部による前記複数の目標とする測定点に対する前記実際の測定点の特定及び特定した各前記実際の測定点への前記角度の適用とを並行して行う請求項４に記載の形状測定装置。
【請求項８】
ワークホルダに保持された被測定物の測定面における目標とする測定点に対して、角度検出器が照射するプローブ光が予め定められた入射状態で入射する位置関係となるように、前記ワークホルダと前記角度検出器の位置を制御することと、
前記プローブ光を前記測定面に照射して前記測定面の角度を検出することと、
前記ワークホルダ及び前記角度検出器の位置状態を検出することと、
検出された前記ワークホルダ及び前記角度検出器の位置状態と予め設定された前記測定面の基準形状とを用いて、前記プローブ光が照射された前記測定面の実際の測定点を特定し、特定した前記実際の測定点に前記角度検出器により検出された前記測定面の角度を適用して前記測定面の形状を導出することと
を含む形状測定方法。
【請求項９】
コンピュータに、請求項８に記載の形状測定方法を実行させるための形状測定プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、被測定物の形状を測定する形状測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
被測定物の形状を測定する形状測定装置として、測定面の傾斜角度を光学的に検出する角度検出器を用い、測定点の位置と傾斜角度とに基づいて測定面の形状を導出する装置が提案されている(例えば特許文献１を参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１６１６１５号公報
【発明の概要】
【０００４】
本技術を例示する態様は形状測定装置である。本態様の形状測定装置は、被測定物を保持するワークホルダと、プローブ光を前記被測定物の測定面に照射し、前記測定面で反射された前記プローブ光に基づいて前記測定面の角度を検出する角度検出器と、前記ワークホルダ及び前記角度検出器の位置状態を検出する位置状態検出器と、前記測定面の目標とする測定点に対して前記プローブ光が予め定められた入射状態で入射する位置関係となるように前記ワークホルダ及び前記角度検出器の位置を制御し、前記角度検出器により検出された前記測定面の角度に基づいて前記測定面の形状を導出する制御部とを備え、前記制御部は、前記位置状態検出器により検出された前記ワークホルダ及び前記角度検出器の位置状態と予め設定された前記測定面の基準形状とを用いて前記プローブ光が照射された前記測定面の実際の測定点を特定し、特定した前記実際の測定点に前記角度検出器により検出された前記測定面の角度を適用して、前記測定面の形状を導出するように構成される。
【０００５】
本技術を例示する他の態様は形状測定方法である。この形状測定方法は、ワークホルダに保持された被測定物の測定面における目標とする測定点に対して、角度検出器が照射するプローブ光が予め定められた入射状態で入射する位置関係となるように、前記ワークホルダと前記角度検出器の位置を制御することと、前記プローブ光を前記測定面に照射して前記測定面の角度を検出することと、前記ワークホルダ及び前記角度検出器の位置状態を検出することと、検出された前記ワークホルダ及び前記角度検出器の位置状態と予め設定された前記測定面の基準形状とを用いて、前記プローブ光が照射された前記測定面の実際の測定点を特定し、特定した前記実際の測定点に前記角度検出器により検出された前記測定面の角度を適用して前記測定面の形状を導出することとを含んで構成される。
【０００６】
本技術を例示するさらに他の態様は、コンピュータに上記形状測定方法を実行させるための形状測定プログラムである。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本技術の態様を例示する形状測定装置の概要構成図である。
【図２】上記形状測定装置の制御系の概要ブロック図である。
【図３】図１中のIII矢視方向に見た光学ユニットの概要図である。
【図４】角度検出器の原理を説明するための説明図である。
【図５】角度検出器の具体的な形態を例示する概要構成図であり、（ａ）はプローブ光を測定面に垂直入射させる場合の概要構成図、（ｂ）はプローブ光を測定面に小さな入射角で斜入射させる場合の概要構成図である。
【図６】プローブ光を測定ラインに沿って移動させる際における、被測定物の第１の移動パターンを例示する説明図である。
【図７】プローブ光を測定ラインに沿って移動させる際における、被測定物の第２の移動パターンを例示する説明図である。
【図８】測定面の形状測定を行う際の制御ユニットの作用を説明するための説明図である。
【図９】基準形状における測定点と実際に計測している測定点とに位置ずれがある場合の形状導出方法を説明するための説明図である。
【図１０】本技術の態様の形状導出方法により求められる測定ライン上の各測定点の位置と傾斜角度、導出される測定面の形状を模式的に示した説明図である。
【図１１】制御ユニットが実行する測定プログラムに含まれる測定ラインに沿った測定面の形状導出プロセスの概要を記載したフローチャートである。
【図１２】従来の形状測定装置における形状測定のプロセスと、本技術の態様の形状測定装置における形状測定のプロセスとを対比して示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、発明を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。まず、本開示に係る形状測定装置の全体構成について図１〜図３を参照して概要説明する。図１は形状測定装置ＬＭＳの概要構成図、図２は形状測定装置ＬＭＳにおける制御系の概略ブロック図、図３は図１中のIII矢視方向に見た光学ユニット２０の概要図である。
【０００９】
説明を明瞭化するため、相互に直交するｘ軸、ｙ軸、ｚ軸から成る座標系を規定し図１中に示す。ここで、ｘ軸は紙面に沿って左右に延びる軸、ｙ軸は紙面を表裏貫通して前後に延びる軸、ｚ軸は紙面に沿って上下に延びる軸であり、ｘ−ｙ平面が水平面、ｚ軸が鉛直軸に相当する。なお、説明の便宜上から、図１に示す姿勢をもってｘ軸に沿った方向を左右方向、ｙ軸に沿った方向を前後方向、ｚ軸に沿った方向を上下方向ということがあるが、ｘ，ｙ，ｚ各軸の取り方は任意であり、位置や姿勢を規定するものではない。
【００１０】
形状測定装置ＬＭＳは、被測定物Ｗをｘ，ｙ，ｚの各軸方向に移動させるワークステージユニット１０と、被測定物Ｗの測定面にプローブ光ＰＬを照射し、測定面で反射されたプローブ光に基づいて測定面の角度を測定する光学ユニット２０と、光学ユニット２０をθx軸回りに揺動させるヘッドステージユニット３０と、ワークステージユニット１０、光学ユニット２０及びヘッドステージユニット３０等の各部の作動を制御する制御ユニット５０とを備えて構成される。
【００１１】
ワークステージユニット１０、光学ユニット２０及びヘッドステージユニット３０は、ベースフレーム８１を基礎とし、温度及び湿度が所定値で一定となるように管理された環境チャンバ８２内に設置される。ベースフレーム８１には、精密除振装置８３を介して定盤８５が支持されており、この定盤８５にワークステージユニット１０が取り付けられている。また、定盤８５にはワークステージユニット１０を跨ぐ門型フレーム１８が取り付けられており、この門型フレーム１８の上部梁１８ｂにヘッドステージユニット３０を介して光学ユニット２０が取り付けられている。
【００１２】
ワークステージユニット１０は、被測定物Ｗを保持するワークホルダ１５と、ワークホルダ１５を各軸方向に移動させる複数のステージを主体として構成される。すなわち、ワークステージユニット１０は、ワークホルダ１５をｘ軸方向（左右方向）に移動させるｘステージ１１、ｙ軸方向（前後方向）に移動させるｙステージ１２、ｚ軸方向（上下方向）に移動させるｚステージ１３、ワークホルダ１５を上下鉛直に延びるθz軸（旋回軸）回りに回動させるθzステージ１４などから構成される。
【００１３】
門型フレーム１８には、ワークホルダ１５のｘ軸方向位置，ｙ軸方向位置，ｚ軸方向位置を各々検出するｘセンサ４１，ｙセンサ４２，ｚセンサ４３が設けられており、各センサにより検出されたワークホルダ１５の位置検出信号が制御ユニット５０に入力されている。また、θzステージ１４にはワークホルダ１５の旋回角度位置を検出するθzセンサ４４が設けられており、このセンサにより検出されたワークホルダ１５の旋回角度検出信号が制御ユニット５０に入力されている。なお、ｘセンサ４１，ｙセンサ４２，ｚセンサ４３は測長干渉計やリニアスケール等を用いることができ、θzセンサ４４はスケールが曲面形状のリニアスケールやロータリーエンコーダを用いることができる。
【００１４】
光学ユニット２０には、被測定物Ｗにプローブ光ＰＬを照射し測定面で反射されたプローブ光を受光して、測定面の角度を検出する角度検出器２２が設けられる。角度検出器２２はユニットベース２３に取り付けられ、測定ヘッド２５が形成される。
【００１５】
図４は、角度検出器の原理を説明するための説明図である。角度検出器２２は、プローブ光を発生する光源２２１、光源２２１により発生されたプローブ光ＰＬを集光して被測定物の測定面Ｗsに照射する集光レンズ２２２、測定面Ｗsで反射されたプローブ光(反射光という)ＲＬをコリメートするコリメートレンズ２２３、反射光の位置を検出する光検出器２２４などから構成される。
【００１６】
光源２２１は、発振波長や光出力、ビームポインティング等を安定化させたレーザ光源であり、例えばファイバーレーザやＤＦＢ半導体レーザなどが用いられる。光源２２１の出力部にはコリメータが設けられており、光源２２１から平行光束化されたプローブ光ＰＬが出力される。光検出器２２４は反射光ＲＬの位置を検出する検出器であり、例えば、ＱＰＤ（Quadrant  Photo  Detector：四分割光検出器）、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像素子等を用いることができる。本実施形態ではＱＰＤを用いた構成を示す。
【００１７】
角度検出器２２では、光源２２１から出射したプローブ光ＰＬが集光レンズ２２２により集光されて測定面Ｗsに入射する。測定面Ｗsで反射したプローブ光すなわち反射光ＲＬはコリメートレンズ２２３によりコリメートされて光検出器２２４に入射する。この構成により、角度検出器２２では、測定面Ｗsの位置が上下方向に変化（シフト）しても光検出器２２４に入射する反射光ＲＬの入射位置は殆ど変化しない。一方、測定面Ｗsの角度が変化(チルト)すると光検出器２２４に入射する反射光ＲＬの入射位置が大きく変化する。そのため、光検出器２２４から制御ユニット５０に出力される角度検出信号に基づいて、測定面Ｗsの傾斜角度を算出することができる。
【００１８】
図５に、角度検出器２２の具体的な構成形態を例示する。図５（ａ）はプローブ光ＰＬを測定面Ｗsに垂直入射させる場合の構成例を示す概要構成図である。なお、上述した角度検出器と同様の構成要素には同一番号を付して重複説明を省略する。本構成例の角度検出器２２は、光源２２１、偏光ビームスプリッタ２２５、１／４波長版２２６、集光レンズ２２２、光検出器２２４などから構成される。本構成形態の光源２２１は平行光束化された直線偏光のプローブ光を出力する。
【００１９】
光源２２１から出射したプローブ光ＰＬは偏光ビームスプリッタ２２５を透過し、１／４波長版２２６により円偏光に変換され、集光レンズ２２２により集光されて測定面Ｗsに入射する。測定面Ｗsで反射したプローブ光すなわち反射光ＲＬは集光レンズ２２２によりコリメートされ、１／４波長版２２６を透過することにより偏光面が９０度回転した直線偏光に変換される。そのため、反射光ＲＬは偏光ビームスプリッタ２２５で反射され、光検出器２２４に入射する。
【００２０】
この構成形態の角度検出器２２は、測定面Ｗsに入射するプローブ光の入射角が０度すなわち垂直入射であり、プローブ光ＰＬを測定面Ｗsに集光する集光レンズ２２２が反射光ＲＬをコリメートするコリメートレンズの機能を共用する構成になっている。すなわち、プローブ光ＰＬと反射光ＲＬとを集光レンズ２２２を透過させることにより、コリメートレンズ（２２３）を省略した構成になっている。そのため、図４に示した角度検出器２２と同様に、測定面Ｗsの角度を検出することができ、かつ角度検出器２２を小型化して測定ヘッド２５をコンパクトに構成することができる。
【００２１】
図５（ｂ）はプローブ光ＰＬを比較的小さな入射角γで測定面Ｗsに斜入射させる場合の構成例を示す概要構成図である。図５（ａ）の構成形態と同様に、既述した角度検出器と同様の構成要素には同一番号を付して重複説明を省略する。本構成例の角度検出器２２は、光源２２１、集光レンズ２２２、ミラー２２７、アパーチャ２２８、光検出器２２４などから構成される。光源２２１は平行光束化されたプローブ光を出力する。
【００２２】
光源２２１から出射したプローブ光ＰＬは集光レンズ２２２により集光され、小さな入射角γで測定面Ｗsに斜入射する。入射角γは３〜８度程度、例えばγ＝５度に設定される。測定面Ｗsで反射した反射光ＲＬは集光レンズ２２２によりコリメートされ、ミラー２２７により反射されて光検出器２２４に入射する。
【００２３】
この構成形態の角度検出器２２は、プローブ光を比較的小さな入射角γの斜入射としてコリメートレンズ（２２３）を省略し、光検出器２２４と集光レンズ２２２との間にアパーチャ２２８を設けた構成になっている。そのため、図５（ａ）に示した角度検出器と同様に、角度検出器２２を小型化して測定ヘッド２５をコンパクトに構成できる。さらに、被測定物Ｗの材質が透明な場合に生じ得る裏面反射光を、光検出器２２４の直前に設けたアパーチャ２２８により効果的に除去することができるため、仮に被測定物の厚さが薄かったりウェッジ角が小さかったりした場合であっても、測定面の形状を正確に測定することができる。
【００２４】
形状測定装置では、例示した角度検出器を含めて非接触の形態の角度検出器を用いることができる。以下では、説明簡明化のため、図５（ａ）に示した角度検出器２２を用いた場合を例として説明する。このとき、角度検出器２２は測定ヘッド２５の中央部に、プローブ光ＰＬの光軸がθx軸３３と垂直に交わるように取り付けられる。
【００２５】
ヘッドステージユニット３０は、測定ヘッド２５を、図１において紙面に沿って左右水平に延び、図３において紙面直行方向に延びるθx軸（測定軸）３３回りに揺動させるθxステージ３５を備えて構成される。θxステージ３５により測定ヘッド２５をθx軸３３回りに揺動させることにより、光学ユニット２０から出射されたプローブ光ＰＬを被測定物Ｗの測定面上で走査させることができる。θxステージ３５には、測定ヘッド２５の揺動角度位置を検出するθxセンサ４５が設けられ、θxセンサ４５により検出された測定ヘッド２５の揺動角度検出信号が制御ユニット５０に入力されている。θxセンサ４５は、ロータリーエンコーダやスケールが曲面形状のリニアスケールを用いることができる。
【００２６】
制御ユニット５０は、オペレータが作動操作を行う操作部５１、測定プログラムや被測定物の基準形状等が設定記憶された記憶部５２、各種の演算処理を行う演算部５３、演算部５３から出力される指令信号に基づいてｘ，ｙ，ｚ，θx，θz，の各ステージ１１，１２，１３，３５，１４の作動を制御するステージ制御部５４、演算部５３から出力される指令信号に基づいて光学ユニット２０の作動を制御する計測制御部５５、外部と信号の入出力を行うＩ／Ｏ部５６などを備えて構成される。
【００２７】
操作部５１には、測定プログラムや測定結果などの情報を表示する液晶表示パネル、数値や文字情報を入力するキーボード、選択操作を行うマウス、各種スイッチ類、ＣＤやＵＳＢメモリー等の記録媒体に記録された測定面Ｗsの基準形状のデータや測定結果等を読み書き可能なリーダーライター等が設けられており、対話形式で測定面Ｗsのタイプ（例えば、平面、球面、非球面、シリンドリカル等）や測定パターン（放射状、ライン状、格子状等）に対応した形状測定が行えるようになっている。
【００２８】
記憶部５２は、ＲＯＭやＲＡＭ等の記憶素子が複数設けられて構成される。ＲＯＭには、形状測定装置ＬＭＳの各部の作動を制御する制御プログラム、被測定物Ｗのタイプや測定パターンに対応した測定プログラムなどが予め設定記憶されている。操作部５１において被測定物Ｗのタイプや測定パターンが選択設定され、対応する測定プログラムが制御プログラムに組み込まれることにより、被測定物Ｗの形状測定に好適な形状測定装置が構成される。ＲＡＭには、操作部５１に設けられたリーダーライターまたはＩ／Ｏ部５６を介して読み込まれた被測定物の測定面Ｗsの基準形状（設計値のベクターデータ）、測定プログラムの実行中に各軸のセンサ４１〜４５から出力される位置情報や角度検出器２２から出力される各測定点の角度データなどが一時記憶される。
【００２９】
演算部５３は、ＣＰＵやシフトレジスター等により構成され、記憶部５２に予め設定記憶された制御プログラム及び測定プログラムに基づいて各種の演算処理を行い、ステージ制御部５４や計測制御部５５等に指令信号を出力して、ワークステージユニット１０、光学ユニット２０、ヘッドステージユニット３０の作動を制御する。ステージ制御部５４は、演算部５３から出力される指令信号に基づいてワークステージユニット１０のｘステージ１１、ｙステージ１２、ｚステージ１３、θzステージ１４、ヘッドステージユニット３０のθxステージ３５等に駆動信号を出力し、各ステージの作動を制御する。計測制御部５５は、演算部５３から出力される指令信号に基づいて角度検出器２２に測定制御信号を出力し測定面Ｗsの形状測定を制御する。
【００３０】
図６及び図７に、プローブ光ＰＬと被測定物Ｗとを相体移動させて、プローブ光ＰＬを測定ラインに沿って走査させる際の被測定物Ｗの移動パターンを例示する。両図はワークホルダ１５に保持された被測定物Ｗを、上方から見下ろした状況を模式的に示しており、プローブ光ＰＬが走査する測定面上の測定ラインをＬ1〜Ｌ3で示している。図６は、メニスカスレンズや非球面レンズ等のように測定面の表面形状が軸対称（回転対称）な被測定物を計測する場合に好適な移動パターンの一例である。本例においては、θxステージ３５を作動させて測定ヘッド２５を揺動させプローブ光ＰＬを移動させたときに、プローブ光ＰＬが被測定物Ｗの中心軸を通るように、ｘステージ１１及びｙステージ１２により被測定物Ｗのｘ軸方向位置及びｙ軸方向位置をアライメントしておく。
【００３１】
そして、図６（ａ）に示すように、プローブ光ＰＬが測定面のスタートポイントＳＰに照射された状態から、θxステージ３５を作動させてプローブ光ＰＬを測定ラインＬ1に沿って走査させ、測定ラインＬ1上の各測定点において測定面の角度を計測する。次に、図６（ｂ）に示すように、θzステージ１４により被測定物Ｗを所定角度（例えば２度程度）回動して当該旋回角度位置で保持し、再びθxステージ３５を作動させてプローブ光ＰＬを測定ラインＬ2に沿って走査させ、測定ラインＬ2上の各測定点において測定面の角度を計測する。以下同様にθzステージ１４及びθxステージ３５を作動させ測定ラインＬ3…に沿った各測定点において測定面の角度を計測する。そして、後に詳述する形状導出方により各測定ラインに沿った測定面の形状を導出する。これにより、被測定物Ｗについて測定面全体を放射状に形状測定した測定データを得ることができる。
【００３２】
図７は、矩形平板状の被測定物やシリンドリカルレンズ等を計測する場合に好適な移動パターンの一例である。この例では、プローブ光ＰＬが測定面のスタートポイントＳＰに照射された状態から、θxステージ３５を作動させてプローブ光ＰＬを測定ラインＬ1に沿って走査させ、測定ラインＬ1上の各測定点において測定面の角度を計測する。次に、ｘステージ１１を作動させて被測定物Ｗを図７における右方に移動させた後、θxステージ３５を作動させてプローブ光ＰＬを測定ラインＬ2に沿って走査させ、測定ラインＬ2上の各測定点について測定面の角度を計測する。
【００３３】
以下同様に、ｘステージ１１及びθxステージ３５を作動させ測定ラインＬ3…に沿った各測定点において測定面の角度を計測する。そして、後に詳述する形状導出方により各測定ラインに沿った測定面の形状を導出する。これにより、被測定物Ｗについて測定面全体を平行なライン状に形状測定した測定データを得ることができる。また、上記測定後にθzステージ１４により被測定物Ｗを所定角度（例えば９０度）旋回させて当該旋回角度位置で保持し、再びθxステージ３５及びステージ１１の交互移動により測定ラインに沿った測定面の形状測定を行うことにより、測定面全体を格子状に形状測定した測定データを得ることもできる。
【００３４】
このように、形状測定装置ＬＭＳでは、θxステージ３５を駆動して測定ヘッド２５をθx軸３３回りに揺動させることにより、プローブ光ＰＬを測定ラインに沿って走査させる。すなわち、測定ラインＬ（Ｌ1〜Ｌ3等）はｙ軸方向に形成される。
【００３５】
なお、プローブ光ＰＬを測定ラインに沿って走査させる際の被測定物Ｗの移動パターンは、図６及び図７に示すパターンに限らない。例えば、測定ラインが螺旋状となるような移動パターンであってもよい。この移動パターンも図６と同様に、測定面の表面形状が軸対称（回転対称）な被測定物を計測する場合に好適である。この場合、スタートポイントＳＰである測定面の中心にプローブ光を照射させた状態から、θxステージ３５を作動させてプローブ光を直線状に走査させるとともに、θzステージ１４により被測定物Ｗを連続的に回動させる。これにより、測定面の中央から外側へ向かう螺旋状の測定ライン上の各測定点において測定面の角度を計測できる。螺旋状の移動パターンの場合、各ステージの移動を停止させる必要がないため、測定時間をより短縮することができる。
【００３６】
プローブ光ＰＬを測定ラインＬに沿って走査させる際に、制御ユニット５０は、記憶部５２に予め設定された測定面の基準形状に基づいて、目標とする測定点に対してプローブ光ＰＬが予め定められた入射状態で測定面Ｗsに入射するように、ワークステージユニット１０及びヘッドステージユニット３０の作動を制御する。例えば、図５（ａ）に例示した角度検出器２２を用いた場合には、角度検出器２２から出射したプローブ光ＰＬが一定の距離で測定面Ｗsに垂直入射するように、θxステージ３５、ｙステージ１２及びｚステージ１３の作動を制御する。換言すれば、測定面上のプローブ光の照射位置に立てた法線がθx軸３３を通り、照射位置とθx軸３３との距離が所定の計測距離Ｄになるようにｙステージ１２及びｚステージ１３の作動を制御する。
【００３７】
このとき、θxステージ３５、ｙステージ１２及びｚステージ１３は、測定ラインＬを含む面内で、プローブ光ＰＬを第１軸、第２軸、第３軸の各軸方向に移動させる照射位置移動機構の一例である。また、θxセンサ４５、ｙセンサ４２、ｚセンサ４３は、第１軸、第２軸、第３軸の各軸方向の位置状態（ワークホルダ１５及び角度検出器２２の位置状態）を検出する位置状態検出器の一例である。なお、入射状態とは、例えば目標とする測定点における接平面に対してプローブ光ＰＬが入射する角度であり、本例では垂直入射が予め定められているが、入射角度はこれに限らない。
【００３８】
具体的には、制御ユニット５０は、以下のようにθxステージ３５、ｙステージ１２及びｚステージ１３の作動を制御する。まず、演算部５３は、記憶部５２に設定記憶された測定面Ｗsの基準形状から、測定プログラムで設定された測定ラインに沿った測定面Ｗsの基準形状（断面形状）を読み出し、測定ライン上の各部の傾斜角度を算出する。測定ライン上の各部は測定点を含み、より細かなピッチで設定することができる。次に、算出された各部の傾斜角度から、測定面Ｗsにプローブ光が垂直入射しθx軸３３と測定点との距離が計測距離Ｄになる測定ヘッド２５（θxステージ３５）の揺動角度位置、ｙステージ１２及びｚステージ１３の座標位置を算出する。演算部５３は算出された位置状態に応じた指令信号をステージ制御部５４に出力する。
【００３９】
ステージ制御部５４は、演算部５３から出力された指令信号に基づいて駆動信号を生成し、ｙ，ｚ，θxの各ステージ１２，１３，３５に駆動信号を出力して、被測定物Ｗ及び測定ヘッド２５を相対移動させる。このとき、計測制御部５５は、光学ユニット２０に計測制御信号を出力して角度検出器２２からプローブ光ＰＬを出射させ、各測定点において測定面の角度を計測させる。なお、プローブ光ＰＬが照射される範囲は、例えば直径２００μｍほどの円形のスポットである。角度検出器２２はこのスポットの平均的なx軸まわりの角度を検出する。
【００４０】
図８は上記制御の様子を模式的に例示した説明図であり、測定面Ｗsが凹の非球面形状である場合を示している。図８の測定面Ｗsは、軸心部の測定点Ｐwaの曲率半径がｒ1、周縁部の測定点Ｐwb及びＰwcの曲率半径がｒ2である場合を示す。演算部５３は、記憶部５２に予め設定記憶された測定面Ｗs全体の基準形状から測定ラインに沿った測定面の基準形状を読み出し、測定ライン上の測定点Ｐwa，Ｐwb，Ｐwc…を含む各部について、測定面の傾斜角度を算出する。次に、算出された各部の傾斜角度から、測定面にプローブ光ＰＬが垂直入射しθx軸３３と測定点との距離が計測距離Ｄになるθxステージ３５の角度位置、ｙステージ１２及びｚステージ１３の座標位置を算出する。
【００４１】
そして、算出されたステージ位置に基づいた駆動信号をθxステージ３５，ｙステージ１２，ｚステージ１３に出力して、測定ヘッド２５を揺動させるとともに被測定物Ｗを移動させる。θxステージ３５，ｙステージ１２，ｚステージ１３が上記のようにして算出された所定のステージ位置に正確に位置づけられれば、ｙ軸に沿った測定ライン上の測定点Ｐwa，Ｐwb，Ｐwc…を含む各部において、角度検出器２２から出射したプローブ光ＰＬが計測距離Ｄで測定面に垂直入射する。そして、角度検出器２２により検出された角度に基づいて各測定点Ｐwa，Ｐwb，Ｐwc…の傾斜角度を算出することができる。角度検出器２２により検出された角度は、プローブ光ＰＬが垂直入射したときに検出される角度との差分であり、このとき検出された角度にプローブ光ＰＬの揺動角度を加算した角度が各測定点Ｐwa，Ｐwb，Ｐwc…の傾斜角度として算出される。
【００４２】
角度検出器２２は光検出器２２４としてＱＰＤを用いており、測定面の傾斜角を全方位について検出可能である。本構成例では、角度検出器２２により検出された測定面の角度から、ｘ軸回りの角度（ｙ軸方向の傾斜角度）が算出される。
【００４３】
しかし、実際には、θxステージ３５，ｙステージ１２，ｚステージ１３は駆動誤差などによって位置ずれが生じる。そのため、各ステージを上記所定のステージ位置に正確に位置づけるためには、θxセンサ４５、ｙセンサ４２、ｚセンサ４３で検出されるワークホルダ１５及び角度検出器２２の位置状態を確認しながら、一つの測定点ごとに各ステージの位置を微調整して目標の座標位置で停止させる必要があり、高精度の形状測定を迅速に実施することが難しい。
【００４４】
そこで、形状測定装置ＬＭＳでは、被測定物の基準形状に基づいてプローブ光ＰＬが目標とする測定点の測定面Ｗsに垂直入射するように制御しつつ、θxセンサ４５、ｙセンサ４２、ｚセンサ４３により検出された各移動軸の位置状態と測定面の基準形状とを用いてプローブ光が照射された実際の測定点を特定し、特定した実際の測定点に角度検出器２２により検出された測定面の角度を適用して、測定面の形状を導出する。このとき、測定ライン上の各測定点について複数の移動軸のいずれか一軸の位置状態の検出値を基準として基準形状を再設定し、さらに他の二つの軸の位置状態に基づいて実際の測定点を特定する。以下、検出器により検出された一つの位置状態を基準として測定面の形状を導出する手法について、具体的な構成例を説明する。なお、本明細書において「位置状態」とは、位置及び角度（姿勢）を示す。よって、「軸方向の位置状態」には、軸方向の位置、及び、軸回りの角度が含まれる。
【００４５】
上述したように、測定面の形状測定にあたり、プローブ光をスキャンさせる際に移動させる移動軸は、θx軸、ｙ軸及びｚ軸である。そして、これらの移動軸について検出される位置状態は、θxセンサ４５により検出される角度検出器２２のθx軸回りの揺動角度位置、ｙセンサ４２により検出される被測定物Ｗのｙ軸方向位置、及びｚセンサ４３により検出される被測定物Ｗのｚ軸方向位置である。ここで、θxセンサ４５により検出される角度検出器２２のθx軸回りの揺動角度位置はプローブ光ＰＬのθx軸回りの揺動角度位置と等価である。また、ｙセンサ４２により検出される被測定物Ｗのｙ軸方向位置は測定面Ｗsのｙ軸方向位置と等価であり、ｚセンサ４３により検出される被測定物Ｗのｚ軸方向位置は測定面Ｗsのｘ軸方向位置と等価である。
【００４６】
本実施形態で例示する形状測定装置ＬＭＳでは、これら３つの位置状態、すなわち、θxセンサ４５により検出されるプローブ光ＰＬのθx軸回りの揺動角度位置、ｙセンサ４２により検出される測定面Ｗsのｙ軸方向位置、及びｚセンサ４３により検出される測定面Ｗsのｚ軸方向位置のうち、プローブ光ＰＬのθx軸回りの揺動角度位置を「基準の位置情報」とする。そして、ｙセンサ４２により検出される測定面Ｗsのｙ軸方向位置、ｚセンサ４３により検出される測定面Ｗsのｚ軸方向位置に基づいて基準形状の位置を演算上で補正し、実際の測定点を特定する。
【００４７】
以下、目標とする測定点と実際に計測している測定点とに位置ずれがある場合について、その様子を模式的に示した図９を参照して説明する。図９において、目標とする測定点が設定された基準形状Ｓaを細い実線、再設定された基準形状Ｓbを点線、実際に計測されている測定面Ｓc（Ｗs）を太い実線で示す。なお、説明を明瞭化するため、図９では各軸の位置ずれを大きく表記している。
【００４８】
まず、目標とする測定点Ｐ1にプローブ光ＰＬが垂直入射するように、プローブ光ＰＬのθx軸回りの揺動角度θx1、測定面Ｗsのｙ軸方向位置、測定面Ｗsのｘ軸方向位置が設定される。そして、各ステージの作動が制御され測定面Ｗsにプローブ光ＰＬが照射されるが、プローブ光ＰＬの実際の揺動角度には角度ずれが存在し、また測定面Ｗsの移動位置には位置ずれが存在する。図９において、目標とする測定点Ｐ1にプローブ光ＰＬが垂直入射するときのプローブ光の揺動角度はθx1であるが、θxセンサ４５により検出された実際の揺動角度はθx1′であり設定角度とは異なっている。また、測定面Ｗsのｙ軸方向位置及びｘ軸方向位置も設定位置とは異なっている。このため、これらの位置ずれがない場合にはプローブ光ＰＬは目標とする測定点Ｐ1に垂直入射するが、実際の入射位置はＰ1′であり入射角も垂直からずれている。
【００４９】
形状測定装置ＬＭＳでは、θxセンサ４５により検出されるプローブ光ＰＬのθx軸回りの揺動角度位置を「基準の位置情報」とする。そして、実際の揺動角度θx1′のプローブ光ＰＬが当初目標とした測定点（目標測定点）Ｐ1bに入射するように、点線で示す基準形状Ｓbが再設定される。換言すれば、実際の揺動角度θx1′のプローブ光ＰＬが、目標測定点Ｐ1bに入射する位置に基準形状が位置づけられ、仮想的な基準形状Ｓbが設定される。再設定された基準形状Ｓbにおける目標測定点Ｐ1bの位置をＰ1b（ｙ1b,ｚ1b）とする。
【００５０】
また、演算部５３は、ｙセンサ４２により検出される測定面Ｗsのｙ軸方向位置とｚセンサ４３により検出される測定面Ｗsのｚ軸方向位置とから実際の測定面Ｓc上の目標測定点Ｐ1cの位置を求める。このとき求められた実際の測定面Ｓcにおける目標測定点Ｐ1cの位置をＰ1c（ｙ1c,ｚ1c）とする。次いで、演算部５３は、目標測定点Ｐ1bと目標測定点Ｐ1cとのｙ軸方向の間隔Δｙ1＝ｙ1b−ｙ1c及びｚ軸方向な間隔Δｚ1＝ｚ1b−ｚ1cを算出する。そして、実際の測定面Ｓc（Ｗs）上の目標測定点Ｐ1cの位置と、算出したｙ軸方向の間隔Δｙ1及びｚ軸方向の間隔Δｚ1と、プローブ光ＰＬの実際の揺動角度θx1′とから、測定面Ｓcでプローブ光ＰＬが照射されている実際の測定点Ｐ1′（ｙ1′,ｚ1′）を特定する。
【００５１】
そして、特定された測定点Ｐ1′（ｙ1′,ｚ1′）の基準形状における傾斜角度に基づいて角度検出器２２により検出された角度α1を補正して補正後の角度α1′を求める。実際の測定点Ｐ1′の傾斜角度β1は、補正後の角度α1′にプローブ光の揺動角度θx1′を加算してβ1＝α1′＋θx1′により求められる。
【００５２】
以下同様に、各測定点Ｐn（ｙn，ｚn）、（ｎ＝１〜ｍ）について、プローブ光ＰＬの揺動角度θxn′を「基準の位置情報」として基準形状Ｓbを再設定し、さらに測定面Ｗsのｙ軸方向位置と測定面Ｗsのｚ軸方向位置とに基づいてプローブ光が照射された実際の測定点の位置Ｐn′（ｙn′，ｚn′）を求める。そして角度検出器２２により検出された角度αnを補正して補正後の角度αn′を求め、補正後の角度αn′にプローブ光の揺動角度θxn′を加算（βn＝αn′＋θxn′）して各測定点の傾斜角度が求められる。
【００５３】
求められた補正後の測定点Ｐn′のｙ軸方向の位置ｙn′及び傾斜角度βnは、測定点Ｐn′の位置状態データＰn′（ｙn′，βn）として記憶部５２のＲＡＭに記録される。記憶部５２のＲＡＭに記録された位置状態データＰn′（ｙn′βn）は、以下のようになる。
Ｐ1′（ｙ1′，β1）
Ｐ2′（ｙ2′，β2）
Ｐ3′（ｙ3′，β3）
・
・
・
Ｐm′（ｙm′，βm）
【００５４】
演算部５３は、求められた各測定点のｙ軸方向の位置ｙn′と傾斜角度βnとから、積分処理やフィッティング処理等の公知の手法を用いて演算処理を行い、図１０に点線で示す測定ラインに沿った測定面Ｗsの形状を導出する。具体的には、以下のようにして導出することができる。
【００５５】
いま、仮想的な測定点Ｐ0′に対する測定点Ｐ1′のｚ軸方向の位置をｚ01とする。このとき、測定点Ｐ1′に対する測定点Ｐ2′のｚ軸方向の位置ｚ12、測定点Ｐ2′に対する測定点Ｐ3′のｚ軸方向の位置ｚ23、測定点Ｐ3′に対する測定点Ｐ4′のｚ軸方向の位置ｚ34…は、以下のようにして算出される。
ｚ12＝ｚ01＋ｔａｎ｛（β1＋β2）／２｝×（ｙ2′−ｙ1′）
ｚ23＝ｚ12＋ｔａｎ｛（β2＋β3）／２｝×（ｙ3′−ｙ2′）
ｚ34＝ｚ23＋ｔａｎ｛（β3＋β4）／２｝×（ｙ4′−ｙ3′）
・
・
・
【００５６】
ここで、上記式において測定点Ｐ1′のｚ軸方向の位置ｚ01を所定値（例えばゼロ）とすることにより、ｚ12，ｚ23，ｚ34…が順次求められ、測定点Ｐ1′，Ｐ2′，Ｐ3′…の座標位置が求められる。そして、これらの各測定点を結び適宜なフィッティング処理を行うことによって、測定面Ｗsの形状が導出される。
【００５７】
このように、本実施形態の形状測定装置においては、各センサからデータを取得するタイミングは、プローブ光ＰＬの揺動角度が目標とする揺動角度θx1と完全に一致した状態である必要はなく、θx1を含む近傍領域にある状態であれば良い。例えば、θxセンサ４５によって検出されたプローブ光の揺動角度がθx1近傍のθx1”であっても良く、この揺動角度θx1”のときのｙ軸方向位置ｙ1”、ｚ軸方向位置ｚ1”、測定面の角度α1”がセットとして取得されれば良い。このとき、揺動角度がθx1”を「基準の位置情報」とすることにより、上述した手法を適用して測定面の形状を導出することができる。
【００５８】
このような構成により、測定面とプローブ光とを相対移動させる３つの移動軸について、いずれも停止させることなく各測定点のデータを取得することができる。なお、目標とする測定点を含む近傍領域は、例えば測定点Ｐ1にプローブ光を垂直入射させる際のプローブ光ＰＬの揺動角度位置θx1が１０度であり、θx1，θx2，θx３…の角度ピッチが１度であるような場合には、計測時のプローブ光ＰＬの揺動角度θx1′は、θx1′＝１０±０．１度程度（隣接する測定点間における角度ピッチの１／１０程度）とすることができる。
【００５９】
次に、以上で概要説明した測定面Ｗsの形状導出方法の、より具体的な流れについて、制御ユニット５０が実行する測定プログラムに含まれる測定ラインに沿った測定面の形状導出プロセスＫＰについて、その概要を記載した図１１を参照して説明する。
【００６０】
被測定物の測定ラインが指定され、測定ラインに沿った測定面Ｗsの形状導出プロセスＫＰがスタートすると、まずステップＳ１において、記憶部５２のＲＡＭから測定ラインに沿った測定面の基準形状、及び測定ライン上に設定された目標とする測定点の位置座標Ｐn（ｙn，ｚn）が読み出される。ステップＳ３では演算部５３において測定点Ｐnのｎがリセットされてｎ＝０が代入される。ステップＳ５では計測制御部５５から角度検出器２２にプローブ光をＯＮにする信号が出力され、測定面の角度計測が開始される。ステップＳ７ではｎ＝ｎ＋１が代入され目標とする測定点が設定される。最初のフローでは目標の測定点はＰ1となる（以下同様に最初のフローについて記載する）。
【００６１】
ステップＳ１０では、ステップＳ７で設定された目標とする測定点Ｐ1にプローブ光を垂直入射させる際のプローブ光ＰＬの揺動角度θx1、測定面のｙ軸方向位置ｙ1、測定面のｚ軸方向位置ｚ1などが演算部５３により算出される。
【００６２】
ステップＳ２０では、ステップＳ１０で算出された各軸の位置状態に応じた駆動信号がステージ制御部５４からθxステージ３５、ｙステージ１２、ｚステージ１３に出力され、プローブ光が測定ラインに沿って走査される。
【００６３】
ステップＳ３０では、θxセンサ４５により検出されるプローブ光ＰＬの揺動角度θxがθx1を含む近傍領域にあるときに、θxセンサ４５が検出した揺動角度θx1′、ｙセンサ４２が検出したｙ軸方向位置ｙ1′、ｚセンサ４３が検出したｚ軸方向位置ｚ1′、角度検出器２２が検出した測定面の角度α1が取得され、記憶部５２のＲＡＭに一時記録される。このとき記憶部５２のＲＡＭに一時記録された情報はＰ1′（ｙ1′，ｚ1′，θx1′，α1）となる。ステップＳ３０で各センサからデータを取得する時期は、θxセンサ４５により検出される揺動角度がθx1と完全に一致した状態である必要はなく、θx1を含む近傍領域にあれば良い。そして、θxセンサ４５により検出された揺動角度がθx1′のときのｙ軸方向位置ｙ1′、ｚ軸方向位置ｚ1′、測定面の角度α1′がデータセットとして取得されれば良い。
【００６４】
ステップＳ４０では、演算部５３は、θxセンサ４５により検出された揺動角度θx1′を基準の位置情報として基準形状Ｓbを再設定する。すなわち、揺動角度θx1′のプローブ光ＰＬが、目標とした測定点Ｐ1に入射するような位置に基準形状Ｓbが位置づけられる。そして、再設定した基準形状Ｓbにおける目標測定点Ｐ1bの位置Ｐ1b（ｙ1b,ｚ1b）を算出する。算出した位置Ｐ1b（ｙ1b,ｚ1b）は記憶部５２のＲＡＭに一時記録される。
【００６５】
ステップＳ５０では、ｙセンサ４２が検出したｙ軸方向位置とｚセンサ４３が検出したｚ軸方向位置とに基づいて、実際の測定面Ｓc上の目標測定点Ｐ1cの位置Ｐ1c（ｙ1c,ｚ1c）を算出する。算出した位置Ｐ1c（ｙ1c,ｚ1c）記憶部５２のＲＡＭに一時記録される。
【００６６】
ステップＳ６０では、ステップＳ４０で算出した目標測定点Ｐ1bの位置Ｐ1b（ｙ1b,ｚ1b）と、ステップＳ５０で算出した目標測定点Ｐ1cの位置Ｐ1c（ｙ1c,ｚ1c）とから、二つの目標測定点Ｐ1b，Ｐ1cのｙ軸方向の間隔Δｙ1及びｚ軸方向の間隔Δｚ1を算出する。そして、実際の測定面上の目標測定点Ｐ1cの位置と、ｙ軸方向間隔Δｙ1及びｚ軸方向間隔Δｚ1と、プローブ光ＰＬの実際の揺動角度θx1′とから、測定面Ｓcでプローブ光ＰＬが照射されている実際の測定点Ｐ1′（ｙ1′,ｚ1′）を特定する。
【００６７】
ステップＳ７０では、ステップＳ６０で特定した実際の測定点の位置Ｐ1′（ｙ1′，ｚ1′）の基準形状の傾斜角度に基づいて角度検出器２２により検出された角度α1を補正して補正後の角度α1′を求め、補正後の角度α1′にプローブ光の揺動角度θx1′を加算して測定点Ｐ1′の傾斜角度β1を求める。ステップＳ７２では、ステップＳ６０で特定した実際の測定点Ｐ1′のｙ軸方向の位置、及びステップＳ７０で求めた測定点Ｐ1′の傾斜角度β1を、測定点Ｐ1′の位置状態データＰ1′（ｙ1′，β1）として記憶部５２のＲＡＭに記録する。
【００６８】
ステップＳ７５では、測定点ＰnのｎがステップＳ１で設定された最後の測定点であるｎ＝ｍであるか否かが判断され、ｎ＝ｍである場合にはステップＳ８０に進み、ｎ≠ｍである場合にはステップＳ７に戻る。これにより、測定ライン上に設定された複数の測定点Ｐn＝Ｐ1〜Ｐmについて位置状態データＰm′（ｙm′，βn）が記憶部５２のＲＡＭに記録される。
【００６９】
ステップＳ８０は、ステップＳ７２によりＲＡＭに記録された複数の測定点の位置状態データＰm′（ｙm′，βn）に基づいて、演算部５３が各測定点Ｐn′の位置座標を算出し測定ラインに沿った測定面の形状を導出する。導出した測定面の形状は記憶部５２のＲＡＭに記録する。また、設定に応じて導出された測定面の形状を操作部５１の液晶表示パネルに表示し、あるいはＩ／Ｏ部５６を介してプリンタやＵＳＢメモリ、外部のコンピュータ等に出力して、指定された測定ラインに沿った測定面の形状導出プロセスＫＰを終了する。
【００７０】
演算部５３は、測定プログラムに応じて、次の測定ラインに沿った形状測定のセットアップを行い、ステップＳ１に戻って次の測定ラインに沿った測定面の形状導出を実行する。
【００７１】
以上説明した形状測定装置ＬＭＳにおいては、角度検出器２２のプローブ光を予め定められた入射状態で測定面に入射させるために、測定ラインを含む面内で測定面とプローブ光とを相対移動させるθxステージ３５、ｙステージ１２、ｚステージ１３が同期制御される。これらのステージの位置状態は、θxセンサ４５、ｙセンサ４２、ｚセンサ４３により検出される。
【００７２】
なお、上記の例では、１つの測定点に対して、各ステージの移動及び各センサによる検出と、実際の測定点の特定及び検出角度の補正を連続的に行っていたが、全ての測定点に対して各ステージの移動及び各センサによる検出を行った後に、全ての測定点について実際の測定点の特定及び検出角度の補正を行ってもよい。この場合、ステップＳ７５に該当する最後の測定点か否かの判断が、ステップＳ３０とステップＳ４０の間に設けられ、ステップＳ７５自体は省略される。また、ステップＳ２０の各ステージの移動及びステップＳ３０の各センサによる検出と、ステップＳ４０からステップＳ７２までの実際の測定点の特定及び検出角度の補正を、それぞれ並行に処理してもよい。
【００７３】
このように３つのステージを移動させて測定ライン上の測定点Ｐ1，Ｐ2，Ｐ3…について測定面の角度を計測する場合に、従来では各ステージのセンサで検出される３つの位置状態がすべて目標とする測定点の位置状態と一致する状態になった後に、角度検出器により測定面の角度が計測されていた。従来の形状測定におけるステージの移動と測定点での角度計測との関係を図１２（ａ）に示す。図における縦軸は任意のステージ（例えば、θxステージ）の移動速度であり、横軸は時間である。測定点Ｐ1，Ｐ2，Ｐ3…について測定面の角度を計測するには、測定点ごとにステージの加速、移動、減速を経て目標とする位置状態で一時停止し、他の２つのステージを含めた全ステージの位置状態がすべて目標とする位置状態になった後に測定面の角度計測が行われる。
【００７４】
図１２（ｂ）は、本開示の態様の形状測定装置ＬＭＳにおけるステージの移動と測定点での角度計測との関係を示したものである。図における縦軸及び横軸は図１２（ａ）と同様である。形状測定装置ＬＭＳでは、３つのステージを移動させて測定ライン上の測定点Ｐ1，Ｐ2，Ｐ3…について測定面の角度を計測する際に、目標とする測定点を含む近傍領域で各ステージの位置状態を検出し、検出された３つの位置状態のうち、いずれか一つの位置状態（実施形態ではθxセンサ４５で検出されるプローブ光の揺動角度θxn′）を基準として基準形状を再設定する。そして、さらに他の二つのセンサで検出された位置状態とから実際の測定点を特定し、実際の測定点に角度検出器により検出された測定面の角度を適用して、測定面の形状を導出する。
【００７５】
すなわち、形状測定装置ＬＭＳでは、測定点を特定する３つの位置状態のうち、基準とする１つが目標とする位置状態を含む近傍領域にあるときに、３つの位置状態を同時に取得し、そのうち一つを基準としさらに他の二つの位置状態と基準形状とから実際の測定点を特定して測定面の形状を導出する。このとき、目標とした位置状態と実際の位置状態とは一致している必要はない。そのため、図１２（ｂ）に示すように、測定点Ｐ1，Ｐ2，Ｐ3…の角度計測は、どのステージをも一時停止させることなく移動させたまま行うことができる。これにより、従来と同程度の測定ピッチで測定点を設定した場合はもとより、従来よりも細かいピッチで多数の測定点を設定した場合であっても、従来よりも短時間で測定面の形状を測定することができる。従って、本開示の形状測定装置ＬＭＳ及び形状測定方法によれば、高精度な形状測定を高速で行うことができる。
【００７６】
なお、以上説明した実施形態では、測定ラインを含む面内でプローブ光の照射位置を移動させる際に検出される３つの位置状態、すなわち、θxセンサ４５により検出されるプローブ光のθx軸回りの揺動角度位置、ｙセンサ４２により検出される測定面のｙ軸方向位置、及びｚセンサ４３により検出される測定面のｚ軸方向位置のうち、θxセンサ４５により検出されるプローブ光の揺動角度位置を基準の位置情報とした構成について説明した。しかし、基準の位置情報とするのは他の位置状態であっても良く、例えば、ｚセンサ４３により検出される測定面のｚ軸方向位置としても良い。
【００７７】
また、プローブ光を予め定められた入射状態で測定面に入射させて走査するために、測定ラインを含む面内でプローブ光を移動させる３の移動軸として、測定ラインを含む面内のｙ軸及びｚ軸方向への移動、測定ラインを含む面に垂直に交わるθx軸回りの揺動を規定し、測定面をｙ軸及びｚ軸方向に移動させプローブ光をθx軸回りに揺動させる構成を例示した。しかしながら、測定面及びプローブ光をどのように移動させるかは形状測定装置の構成に応じて適宜に設定することができる。例えば、プローブ光を固定して測定面を３つの軸方向（ｙ軸方向、ｚ軸方向、θx軸回り）に移動させる構成や、プローブ光をｚ軸方向に移動させ測定面をｙ軸方向及びθx軸回りに移動させる構成にすることができ、このような構成においても本技術を適用して同様の効果を得ることができる。
【００７８】
なお、本技術は以下のような構成をとることもできる。
（１）被測定物を保持するワークホルダと、
プローブ光を前記被測定物の測定面に照射し、前記測定面で反射された前記プローブ光に基づいて前記測定面の角度を検出する角度検出器と、
前記ワークホルダ及び前記角度検出器の位置状態を検出する位置状態検出器と、
前記測定面の目標とする測定点に対して前記プローブ光が予め定められた入射状態で入射する位置関係となるように前記ワークホルダ及び前記角度検出器の位置を制御し、前記角度検出器により検出された前記測定面の角度に基づいて前記測定面の形状を導出する制御部とを備え、
前記制御部は、前記位置状態検出器により検出された前記ワークホルダ及び前記角度検出器の位置状態と予め設定された前記測定面の基準形状とを用いて前記プローブ光が照射された前記測定面の実際の測定点を特定し、特定した前記実際の測定点に前記角度検出器により検出された前記測定面の角度を適用して、前記測定面の形状を導出する形状測定装置。
【００７９】
（２）前記ワークホルダと前記角度検出器とを相対移動させることにより前記測定面に照射する前記プローブ光を第１軸、第２軸及び第３軸の各軸方向に移動させる照射位置移動機構を備え、
前記位置状態検出器は、前記第１軸、前記第２軸及び前記第３軸の各軸方向の位置状態を検出し、
前記制御部は、前記位置状態検出器により検出された前記第１軸、前記第２軸及び前記第３軸の位置状態のいずれか一つを基準として前記基準形状を再設定し、さらに他の二つの軸の位置状態に基づいて前記実際の測定点を特定する前記（１）に記載の形状測定装置。
【００８０】
（３）前記角度検出器は、前記第１軸回りに回動可能であり、
前記ワークホルダは、前記第２軸方向及び前記第３軸方向に移動可能であり、
前記位置状態検出器は、前記第１軸方向の位置状態として前記角度検出器の角度位置を検出するとともに、前記第２軸及び前記第３軸方向の位置状態として前記ワークホルダの移動位置を検出し、
前記制御部は、前記第１軸方向の位置状態を基準とする前記（２）に記載の形状測定装置。
【００８１】
（４）前記目標とする測定点は、予め設定された測定ラインに沿って複数設けられており、
前記制御部は、前記複数の目標とする測定点を対象として前記角度検出器が連続的に検出するように、前記ワークホルダ及び前記角度検出器の位置を制御する前記（１）から（３）のいずれかに記載の形状測定装置。
【００８２】
（５）前記複数の目標とする測定点の１点ごとに、前記角度検出器による角度の検出と、前記制御部による前記実際の測定点の特定及び特定した前記実際の測定点への前記角度検出器による検出角度の適用とを行う前記（４）に記載の形状測定装置。
【００８３】
（６）前記複数の目標とする測定点について前記角度検出器が各測定点の角度を検出した後に、前記制御部による前記複数の目標とする測定点に対する前記実際の測定点の特定及び特定した各前記実際の測定点への前記角度検出器による検出角度の適用を行う前記（４）に記載の形状測定装置。
【００８４】
（７）前記複数の目標とする測定点に対する前記角度検出器による角度検出と、前記制御部による前記複数の目標とする測定点に対する前記実際の測定点の特定及び特定した各前記実際の測定点への前記角度の適用とを並行して行う前記（４）に記載の形状測定装置。
【００８５】
（８）ワークホルダに保持された被測定物の測定面における目標とする測定点に対して、角度検出器が照射するプローブ光が予め定められた入射状態で入射する位置関係となるように、前記ワークホルダと前記角度検出器の位置を制御することと、
前記プローブ光を前記測定面に照射して前記測定面の角度を検出することと、
前記ワークホルダ及び前記角度検出器の位置状態を検出することと、
検出された前記ワークホルダ及び前記角度検出器の位置状態と予め設定された前記測定面の基準形状とを用いて、前記プローブ光が照射された前記測定面の実際の測定点を特定し、特定した前記実際の測定点に前記角度検出器により検出された前記測定面の角度を適用して前記測定面の形状を導出することとを含む形状測定方法。
【００８６】
（９）コンピュータに、前記（８）に記載の形状測定方法を実行させるための形状測定プログラム。すなわち、ワークホルダに保持された被測定物の測定面における目標とする測定点に対して、角度検出器が照射するプローブ光が予め定められた入射状態で入射する位置関係となるように、前記ワークホルダと前記角度検出器の位置を制御するステップと、
前記プローブ光を前記測定面に照射して前記測定面の角度を検出するステップと、
前記ワークホルダ及び前記角度検出器の位置状態を検出するステップと、
検出された前記ワークホルダ及び前記角度検出器の位置状態と予め設定された前記測定面の基準形状とを用いて、前記プローブ光が照射された前記測定面の実際の測定点を特定し、特定した前記実際の測定点に前記角度検出器により検出された前記測定面の角度を適用して前記測定面の形状を導出するステップとを含む形状測定プログラム。
【００８７】
（１）に記載した形状測定装置、（８）に記載した形状測定方法、及び（９）に記載した形状測定プログラムでは、位置状態検出器により検出されたワークホルダ及び角度検出器の位置状態と予め設定された測定面の基準形状とを用いてプローブ光が照射された実際の測定点を特定し、特定した実際の測定点に角度検出器により検出された測定面の角度を適用することで、測定面の形状が導出される。そのため、各測定点で被測定物を位置決め静止させなくても（被測定物をプローブ光に対して相対移動させた状態で）測定面の形状を測定することができる。従って、本開示の形状測定装置及び形状測定方法によれば、高精度な形状測定を高速で行うことができる。
【符号の説明】
【００８８】
１０  ワークステージユニット（照射位置移動機構）
１１  ｘステージ
１２  ｙステージ
１３  ｚステージ
１５  ワークホルダ
２２  角度検出器
３０  ヘッドステージユニット（照射位置移動機構）
３３  θx軸（第１軸）
３５  θxステージ
４２  ｙセンサ（位置状態検出器）
４３  ｚセンサ（位置状態検出器）
４５  θxセンサ（位置状態検出器）
５０  制御ユニット（制御部）
Ｌ（Ｌ1〜Ｌ3）  測定ライン
ＬＭＳ  形状測定装置
Ｐ1，Ｐ2，Ｐ3…  目標とする測定点
Ｐ1′，Ｐ2′，Ｐ3′…  実際の測定点
ＰＬ  プローブ光
ＫＰ  形状導出プロセス（形状測定方法を実現する形状測定プログラム）
Ｗ  被測定物
Ｗs  測定面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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