(57)【要約】  【課題】従来の表面形状測定装置を用いた測定中に駆動部内部の動力源であるモータにより生じていた振動のノイズを低減し、被測定物の表面の形状を高精度に測定できる表面形状測定装置、及び表面形状測定方法を提供する。  【解決手段】被測定物２に対向配置されたプローブ４と、プローブ移動機構と、プローブ４の位置を測定する測長器５，６と、測長器５，６からの信号を処理する処理部を備えた表面形状測定装置２０である。前記プローブ移動機構が、鉛直方向の座標軸であるＺ1軸及び水平方向の座標軸であるＸ1軸を含むＸＺ平面内でプローブ４を第１の方向（Ｚ2軸方向）に直線移動させる第１の副移動機構３と、プローブ４を前記ＸＺ平面内で第２の方向（Ｘ2軸方向）に直線移動させるための第２の副移動機構１を備え、第２の副移動機構１が、前記Ｘ1軸と前記Ｘ2軸とのなす角αが鋭角となるように設けられている。【選択図】  図２
2005214880.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物に対向配置されたプローブと、
該プローブを移動させるプローブ移動機構と、
前記プローブの位置を測定する測長器と、
該測長器からの信号を処理する処理部を備えた表面形状測定装置であって、
前記プローブ移動機構が、鉛直方向の座標軸であるＺ1軸及び水平方向の座標軸であるＸ1軸を含むＸＺ平面内で前記プローブを第１の方向（Ｚ2軸方向）に直線移動させる第１の副移動機構と、前記プローブを前記ＸＺ平面内で第２の方向（Ｘ2軸方向）に直線移動させるための第２の副移動機構を備え、
前記第２の副移動機構が、前記Ｘ1軸と前記Ｘ2軸とのなす角αが鋭角となるように設けられていることを特徴とする表面形状測定装置。
【請求項２】
プローブを被測定物に対向配置する工程と、
前記プローブを移動する工程と、
測長器で前記プローブの位置を測定する工程と、
前記測長器からの信号を処理する工程を具備し、
前記プローブを移動する工程が、前記プローブを、第１の副移動機構を介して、鉛直方向の座標軸であるＺ1軸及び水平方向の座標軸であるＸ1軸を含むＸＺ平面内で第１の方向（Ｚ2軸方向）に直線移動させる第１の移動工程と、前記プローブを、第２の副移動機構を介して、前記ＸＺ平面内で第２の方向（Ｘ2軸方向）に直線移動させる第２の移動工程とを有し、
該第２の移動工程において、前記Ｘ1軸と前記Ｘ2軸とのなす角αが鋭角となるように、前記Ｘ1軸と前記Ｘ2軸とを位置決めすることを特徴とする表面形状測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定面上でプローブを走査させて、被測定物の表面形状を測定する表面形状測定装置、及び表面形状測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、被測定物の表面形状を測定する装置として表面形状測定装置がある。この表面形状測定装置は、被測定面上をプローブ又はカンチレバーを走査させて、例えば、光学部品や金型などの表面形状を測定する。このような表面形状測定装置としては、例えば、次の特許文献１に記載の表面形状測定装置がある。
【特許文献１】特開平１１−１１８４７３号公報
【０００３】
特許文献１に記載の表面形状測定装置は、図１１に示すように、プローブ（触針）１０１と、ピックアップ１０２と、ステージ（シャフト）１０３と、プローブ１０１を測定方向（Ｘ方向）に移動させる駆動部１０４と、処理部１０５を有している。
ここで、プローブ１０１はＺ方向に移動し、被測定物１０６の被測定面の凹凸を検出する。ピックアップ１０２はプローブ１０１を揺動自在に支持し、プローブ１０１のＺ方向の変位信号を処理部１０５に出力する。ステージ１０３は、ピックアップ１０２をステージ１０３の軸方向（Ｘ方向）に移動させるように構成されている。これにより、ピックアップ１０２のプローブ１０１が、被測定物１０６の表面上を直線移動する。駆動部１０４は、例えば回転モータとボールネジの組み合わせ、あるいはリニアモータなどの直動モータから構成される駆動系を有している。この駆動系を制御することにより、ステージ１０３をＸ方向に移動させる。
このように構成された表面形状測定装置では、プローブ１０１を被測定物１０６の表面上で移動させ、そのときのプローブ１０１の変位により表面形状を測定する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、この表面形状測定装置では、駆動部１０４内部の回転モータあるいは直動モータを駆動することにより、ステージ１０３をＸ方向に移動させている。これらモータは、それ自身が振動の発生源となる。このため、被測定物１０６の表面形状を測定中に、駆動部１０４内部のモータの振動が、測定データにノイズとして加わってしまう。このノイズは、被測定物の表面形状のみのデータと分離することが難しいため、正確な表面形状の測定ができない。
【０００５】
本発明は、上記のような従来の問題点に鑑みてなされたものであり、振動のノイズを低減し、被測定物の表面の形状を高精度に測定できる表面形状測定装置、及び表面形状測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明による表面形状測定装置は、被測定物に対向配置されたプローブと、該プローブを移動させるプローブ移動機構と、前記プローブの位置を測定する測長器と、該測長器からの信号を処理する処理部を備えた表面形状測定装置であって、前記プローブ移動機構が、鉛直方向の座標軸であるＺ1軸及び水平方向の座標軸であるＸ1軸を含むＸＺ平面内で前記プローブを第１の方向（Ｚ2軸方向）に直線移動させる第１の副移動機構と、前記プローブを前記ＸＺ平面内で第２の方向（Ｘ2軸方向）に直線移動させるための第２の副移動機構を備え、前記第２の副移動機構が、前記Ｘ1軸と前記Ｘ2軸とのなす角αが鋭角となるように設けられていることを特徴としている。
【０００７】
また、本発明による表面形状測定方法は、プローブを被測定物に対向配置する工程と、前記プローブを移動する工程と、測長器で前記プローブの位置を測定する工程と、前記測長器からの信号を処理する工程を具備し、前記プローブを移動する工程が、前記プローブを、第１の副移動機構を介して、鉛直方向の座標軸であるＺ1軸及び水平方向の座標軸であるＸ1軸を含むＸＺ平面内で第１の方向（Ｚ2軸方向）に直線移動させる第１の移動工程と、前記プローブを、第２の副移動機構を介して、前記ＸＺ平面内で第２の方向（Ｘ2軸方向）に直線移動させる第２の移動工程とを有し、該第２の移動工程において、前記Ｘ1軸と前記Ｘ2軸とのなす角αが鋭角となるように、前記Ｘ1軸と前記Ｘ2軸とを位置決めすることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の表面形状測定装置、及び表面形状測定方法によれば、測定中に駆動部内部の動力源であるモータにより生じる振動のノイズを低減し、被測定物の表面の形状を高精度に測定できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
実施例の説明に先立ち、本発明の作用効果について説明する。
図１は本発明の一実施形態にかかる表面形状測定装置の基本原理を示す説明図である。ここで、Ｚ1軸は鉛直方向の座標軸で、Ｘ1軸は水平方向の座標軸である。また、Ｚ1軸及びＸ1軸は、ＸＺ平面内に含まれている。
本実施形態の表面形状測定装置は、被測定物２に対向配置されたプローブ４と、プローブ４を移動させるプローブ移動機構と、プローブ４の位置を測定する測長器（図示省略）と、該測長器からの信号を処理する処理部（図示省略）を備えている。
プローブ移動機構は、Ｚステージ３とエアースライド１を備えている。ここで、Ｚステージ３は第１の副移動機構であって、ＸＺ平面内で、プローブ４を第１の方向（Ｚ2軸方向）に直線移動させる。このＺステージ３は、エアースライド１のステージ１Ａに設置されている。また、エアースライド１は第２の副移動機構であって、ＸＺ平面内で、プローブ４を第２の方向（Ｘ2軸方向）に直線移動させる。また、エアースライド１は、Ｘ1軸とＸ2軸とのなす角αが鋭角となるように設けられている。
即ち、本実施形態の表面形状測定装置では、Ｚ1Ｘ1座標系において、プローブ４は、被測定物２の被測定面の形状に追従して動くようになっている。この構成では、エアースライド１のステージ１Ａの移動方向であるＸ2軸方向が、Ｘ1軸方向より角度αだけ傾斜している。そのため、ステージ１ＡとＺステージ３とプローブ４の自重により、傾斜方向（Ｘ2軸方向）に、ステージ１Ａが移動する力が発生する。そこで、本実施形態では、自重でこのＸ2軸方向に移動する力を、ステージ１Ａの動力としている。これにより、測定中のステージ１Ａを移動させるための動力源（モータのように自身が振動発生源となるもの）が不要となるので、振動によるノイズを無くすことができる。このため、被測定物２の表面形状を精度良く測定することができる。
このように、本発明の表面形状測定装置によれば、プローブをＸ2軸方向に移動するための動力源を必要としない。このため、動力源による振動が低減され、被測定物の表面形状を高精度に測定できる。
【００１０】
また、本発明の表面形状測定装置においては、Ｚ2軸が、Ｚ1軸に対して平行であるのが好ましい。
このようにすれば、被測定物に対しＺ2軸は傾けていないので、測定データに対するＺ1方向への座標変換は不要となり、その分、処理が簡略化できる。
また、Ｚ2軸方向は、鉛直方向であり重力方向と同じである。そのため、被測定物の表面形状を測定時にプローブを移動させても、プローブのＸ2軸方向にかかるモーメント力は一定となる。よって、測定誤差や、装置剛性の影響を受けにくい構成になり、被測定物の表面形状を精度よく測定できる。
【００１１】
また、本発明の表面形状測定装置においては、Ｚ2軸が、Ｘ2軸に対して垂直であるようにしてもよい。
このようにすれば、第１の副移動機構の移動方向と第２の副移動機構の移動方向とを直角に保ったまま、Ｘ1軸とＸ2軸とのなす角αを位置決めできる。よって、第１の副移動機構の移動方向を、Ｘ1軸とＸ2軸とのなす角αに合わせて調整する必要がない。
【００１２】
また、本発明の表面形状測定装置においては、第２副移動機構を、支持機構により支持する。そして、この支持機構をＸ1軸方向に移動させることにより、Ｘ1軸とＸ2軸とのなす角αを調整可能となるようにするのが好ましい。
このようにすれば、第２副移動機構を支持する支持機構が移動することで、第２副移動機構のなす角αを任意の角度に調整することができる。また、なす角αが任意に調整可能になるので、プローブ走査速度をコントロールすることができる。このため、被測定物の形状に応じてプローブ走査速度をコントロールすることにより、高速高精度な測定が可能となる。
【００１３】
また、本発明の表面形状測定装置においては、Ｘ1軸とＸ2軸とのなす角αを調整可能な角度調整機構を備えるのが好ましい。
このようにすれば、プローブ走査速度をコントロールすることができる。このため、被測定物の形状に応じてプローブ走査速度をコントロールすることにより、高速高精度な測定が可能となる。
【００１４】
また、本発明の表面形状測定装置においては、角度調整機構を、回転部材で構成するのが好ましい。
このようにすれば、回転部材の回転により、Ｘ1軸とＸ2軸とのなす角αを変化させることができる。すなわち、（回転部材の回転角度）＝（なす角）の関係が成り立つことになる。このため、Ｘ1軸とＸ2軸とのなす角αの角度制御処理を簡単に行うことができる。
【００１５】
また、本発明の表面形状測定装置においては、角度調整機構を、Ｚ1軸方向の高さ調整が可能な複数個の調整機構で構成するのが好ましい。
このようにすれば、Ｚ1方向の高さ調整機構を複数個利用することで、装置の重心を低くしたままで、Ｘ1軸とＸ2軸とのなす角の角度調整が可能となる。また、角度調整機構において支持部位が多くなるので、装置が安定する。さらに、この機構は汎用の表面形状測定装置に導入することが容易である。
【００１６】
また、本発明の表面形状測定装置においては、角度調整機構は、除振機構を備えるのが好ましい。
角度調整機構に除振機能を取り付けることで、測定中のノイズ原因となる外部からの振動を低減することができる。このため、被測定物の表面形状を精度良く測定することができる。
【００１７】
また、本発明の表面形状測定装置においては、角度調整機構は、測定中にＸ1軸とＸ2軸とのなす角αの調整が可能となるように構成するのが好ましい。
このようにすれば、測定中に角度調整機構を駆動し、プローブの走査速度を変化させることができる。このようにすれば、接触角度が急なところだけ、プローブ走査速度を遅くするなどの調整を行うことが可能になる。その結果、被測定物の表面形状を高速高精度に測定できる。
【００１８】
また、本発明の表面形状測定方法では、プローブを被測定物に対向配置する工程と、前記プローブを移動する工程と、測長器で前記プローブの位置を測定する工程と、前記測長器からの信号を処理する工程を具備し、プローブを移動する工程が、プローブを、第１の副移動機構を介して、鉛直方向の座標軸であるＺ1軸及び水平方向の座標軸であるＸ1軸を含むＸＺ平面内で第１の方向（Ｚ2軸方向）に直線移動させる第１の移動工程と、プローブを、第２の副移動機構を介して、前記ＸＺ平面内で第２の方向（Ｘ2軸方向）に直線移動させる第２の移動工程とを有し、第２の移動工程において、Ｘ1軸とＸ2軸とのなす角αが鋭角となるように、Ｘ1軸とＸ2軸とを位置決めする。このようにすれば、プローブをＸ2軸方向に移動するための動力源（モータのように自身が振動発生源となるもの）を必要としない。このため、振動によるノイズが低減され、被測定物の表面形状を高精度に測定できる。
【００１９】
また、本発明の表面形状測定方法においては、Ｚ2軸が、Ｚ1軸に対して平行であるのが好ましい。
このようにすれば、被測定物に対しＺ2軸は傾けていないので、測定データに対するＺ1軸方向への座標変換は不要で、処理が簡略化できる。
また、Ｚ2軸方向は、重力方向と同じである。そのため、プローブを移動させても、プローブのＸ2軸方向にかかるモーメント力は一定となる。よって、測定誤差や、装置剛性の影響を受けにくい構成になり、被測定物の表面形状を精度よく測定できる。
【００２０】
また、本発明の表面形状測定方法においては、Ｚ2軸が、Ｘ2軸に対して垂直であるようにしてもよい。
このようにすれば、第１の副移動機構の移動方向と第２の福移動機構の移動方向とを直角に保ったまま、Ｘ1軸とＸ2軸とのなす角αを位置決めできる。よって、第１の副移動機構の移動方向を、Ｘ1軸とＸ2軸とのなす角αに合わせて調整する必要がない。
【００２１】
また、本発明の表面形状測定方法においては、Ｘ1軸とＸ2軸とのなす角αを調整する角度調整工程を備えるのが好ましい。
このようにすれば、プローブ走査速度をコントロールすることができる。そのため、被測定物の形状に応じてプローブ走査速度をコントロールすることにより、高速高精度な測定が可能となる。
【００２２】
また、本発明の表面形状測定方法においては、角度調整工程では、測定中にＸ1軸とＸ2軸とのなす角αを調整するのが好ましい。
測定中に角度調整工程を実施すれば、プローブの走査速度を変化させることができる。このようにすれば、接触角度が急なところだけ、プローブ走査速度を遅くするなどの調整を行うことが可能になる。その結果、被測定物の表面形状を高速高精度に測定できる。なお、角度調整工程は、角度調整機構を駆動することによって実施できる。
【実施例１】
【００２３】
図２〜５に本発明の実施例１を示す。図２は本発明の実施例１にかかる表面形状測定装置の主要部を示す概略構成図、図３は実施例１にかかる表面形状測定装置の制御部を表すブロック図、図４は実施例１にかかる表面形状測定装置による測定手順を示すフローチャート、図５は実施例１の表面形状測定装置の一変形例を示す概略構成図である。
実施例１の表面形状測定装置２０では、図２に示すように、鉛直方向をＺ1軸方向、水平方向をＸ1軸方向とした座標系とする。
【００２４】
被測定物２は、定盤８の上に設置されている。プローブ４は、Ｚ1軸方向に可動するＺステージ３に設置されている。そして、プローブ４は、被測定物２の被測定面の形状に追従して動くようになっている。なお、プローブ４は、接触式プローブに限定されるものではなく、被測定物２に傷をつけないために非接触式の光プローブを用いてもよい。
【００２５】
Ｚステージ３は、エアースライド１のステージ１Ａに設置されている。また、エアースライド１のステージ１Ａは、それぞれ長さの違う支持部材７Ａ及び７Ｂにより支持されている。また、ステージ１Ａは、Ｘ1軸に対して相対角度がαだけ傾斜したＸ2軸方向に支持されている。このステージ１Ａは、不図示のリニアモータにより、Ｘ2軸方向に沿って移動するようになっている。また、Ｚステージ３は、Ｚ1軸に対して平行に配置されている。そして、Ｚステージ３は、Ｚ2軸（Ｚ1＝Ｚ2）方向に移動するようになっている。
したがって、プローブ４とステージ１Ａは、Ｘ2軸方向及びＺ2軸方向に移動可能である。また、エアースライド１にはリニアスケール５が設けられ、Ｚステージ３にはリニアスケール６が設けられている。よって、プローブ４のＸ2軸方向及びＺ2軸方向の位置は、それぞれリニアスケール５及びリニアスケール６により測定されるようになっている。
【００２６】
図３は、実施例１の表面形状測定装置２０に用いられる処理部を表すブロック図である。この処理部は、表面形状測定装置２０と一体に設けても、別体に設けても構わない。
図３に示すように、処理部は、制御手段２１と、傾斜角制御手段２２と、記憶手段２３と、座標変換手段２４を備えている。
制御手段２１は、表面形状測定装置全体の制御を行うように構成されている。傾斜角制御手段２２は、エアースライド１の傾斜角αを制御して、プローブ走査速度の調整を行うように構成されている。記憶手段２３は、形状測定データ等の各種デ一タを記憶するように構成されている。座標変換手段２４は、形状測定データ等の座標変換を行うように構成されている。
【００２７】
次に、実施例１の表面形状測定装置を用いた表面形状測定方法について、図４を用いて具体的に説明する。
実施例１の表面形状測定装置を用いた表面形状の測定では、まず、被測定物２を定盤８に設置し、位置決め固定する（ステップＳ１）。
ここで、エアースライド１は、上述のように、それぞれ長さの違う支持部材７Ａ及び７Ｂにより、傾斜角αで支持されている。そこで、支持部材７Ａ、７ＢのＸ1軸方向の位置を変化させることで、エアースライド１の傾斜角αを調整する（ステップＳ２）。ただし、傾斜角αを変化させると、プローブ４の被測定物２の表面形状を走査する速度が変化する。このため、傾斜角αは、プローブ４が被測定物２の表面形状に追従できる走査速度を考慮して決定する。
【００２８】
ここで、エアースライド１の傾斜角αとプローブ４の走査速度との関係、および傾斜角αの決め方について具体的に説明する。
傾斜角αを増加させると、その分、傾斜方向が重力方向に近づき、自重の傾斜方向成分が大きくなる。このため、プローブ走査速度が上がる。そこで、プローブ４と被測定面との接触角を設計式から算出し、最大接触角に対して、プローブ４が被測定物２の表面形状に追従できる最適なプローブ走査速度になるように傾斜角αを設定する。傾斜角αの設定は、始めに水平方向に対して角度の違う幾つかの平面を用意し、エアースライド１の傾斜角αを変化させてそれぞれ測定する。平面の角度の違いは、プローブ４の接触角度の違いに相当する。よって、各平面の角度に対する最適なエアースライド１の傾斜角αを調べておき、それを基準にして傾斜角αの設定を行う。
同時に、Ｚステージ３の移動方向が鉛直方向（Ｚ1軸方向）になるようＺステージ３を調整する（ステップＳ３）。
【００２９】
さらに、不図示のリニアモータを介してステージ１Ａを駆動し、プローブ４を被測定物２の測定開始位置まで移動させる（ステップＳ４）。
そして、プローブ４を被測定物２の表面に接触させた状態で、ステージ１Ａを駆動するリニアモータの保持力を解除（電源ＯＦＦの状態に）する。すると、ステージ１ＡとＺステージ３とプローブ４の自重の傾斜方向（Ｘ2軸方向）成分を動力として、ステージ１Ａが移動する。この状態で、プローブ４のＸ2軸方向およびＺ2軸方向の位置を、リニアスケール５，６を介して測定する。このようにして、被測定物２の面形状データを、点列データ（ｘ2，ｚ2）として取得し、記憶手段２３に記憶する（ステップＳ５）。
【００３０】
本実施例では、ステージ１Ａは、不図示のリニアモータを介して測定開始位置まで移動（位置制御）させている。しかしながら、形状測定時には、リニアモータ駆動を停止（電源ＯＦＦ）して、リニアモータの保持力を開放している。すなわち、形状測定時には、リニアモータは駆動されていないので、振動を発生しない。
【００３１】
次に、座標変換手段２４を介して、ステップＳ５において取得した形状測定データ（ｘ2，ｚ2）を、エアースライド１の傾斜角αを用いて補正し、Ｘ1Ｚ1直交座標系の形状測定データ（ｘ2ｃｏｓα，ｚ2）に変換し、被測定物２の表面形状を評価する（ステップＳ６）。
【００３２】
実施例１の表面形状測定装置によれば、図２に示すように、エアースライド１を水平方向より角度αだけ傾斜させている。そして、このようにすることで発生するステージ１ＡとＺステージ３とプローブ４の自重の傾斜方向（Ｘ2軸方向）成分を、ステージ１Ａの動力として利用している。しかも、リニアモータは測定中は駆動されていない。そのため、本実施例の表面形状測定装置によれば、測定中、ステージ１Ａの駆動源であるリニアモータの振動を無くすことができる。そのため、被測定物２の面形状を精度良く測定することができる。
【００３３】
なお、実施例１の表面形状測定装置では、エアースライド１の傾斜角αを与えるのに、それぞれ長さの違う支持部材７Ａ，７Ｂを用いた。しかしながら、支持部材７Ａ及び７Ｂの代わりに、図５に示すように傾斜角度調整機構７Ａ’，７Ｂ’を取り付けてもよい。
傾斜角度調整機構７Ａ’，７Ｂ’は、Ｚ1軸方向に伸縮を調整できる部材である。傾斜角度調整機構７Ａ’，７Ｂ’の高さを調整することで、傾斜角αを任意の角度に設定することができる。
【００３４】
また、傾斜角度調整機構の代わりに、エアースライド１に、Ｙ軸方向を回転中心として回転する回転機構を取り付けても良い。この回転機構は、Ｙ軸方向（Ｘ1軸及びＺ1軸に直交する方向）を回転中心として回転する。この回転機構としては、例えば、エアースピンドルがある。このような回転機構を取り付けて、傾斜角αを任意の角度に設定するように構成してもよい。
【実施例２】
【００３５】
図６〜１０に本発明の実施例２を示す。図６は本発明の実施例２にかかる表面形状測定装置の主要部を示す概略構成図、図７は実施例２にかかる表面形状測定装置による測定手順を示すフローチャート、図８は実施例２の表面形状測定装置の一変形例を示す概略構成図、図９は実施例２の表面形状測定装置の他の変形例を示す概略構成図、図１０は実施例２の表面形状測定装置のさらに他の変形例を示す概略構成図である。
実施例２の表面形状測定装置３０においても、実施例１の表面形状測定装置と同様に、鉛直方向をＺ1軸方向、水平方向をＸ1軸方向とする。
実施例２の表面形状測定装置３０は、実施例１の表面形状測定装置と比べて、Ｚステージ３’の移動軸（Ｚ2軸）がＸ2軸に対して直交している点が異なる。つまり、Ｚ2軸もＺ1軸に対して角度αだけ傾斜している。その他の構成は、実施例１の表面形状測定装置とほぼ同様である。なお、本実施例においても、プローブ４は、接触式プローブに限定されるものではなく、被測定物に傷をつけないために非接触式の光プローブを用いてもよい。
【００３６】
また、実施例２の表面形状測定装置３０に用いられる処理部を表すブロック図は、図３で示した実施例１の表面形状測定装置に用いられる処理部と同様であるので説明は省略する。
次に、実施例２の表面形状測定装置を用いた表面形状測定方法について、図７を用いて具体的に説明する。
ステップＳ１１は、実施例１のステップＳ１における被測定物２の定盤８への設置と同様である。また、ステップＳ１２は、実施例１のステップＳ２におけるエアースライド１の傾斜角αの調整と同様である。よって、これらのステップについては説明を省略する。
【００３７】
次に、不図示のリニアモータを介して、エアースライド１のステージ１Ａを駆動し、プローブ４を被測定物２の測定開始位置まで移動させる（ステップＳ１３）。
次に、プローブ４を被測定物２の表面に追従させた状態で、ステージ１Ａを駆動するリニアモータの保持力を解除（電源ＯＦＦの状態に）する。すると、ステージ１ＡとＺステージ３’とプローブ４の自重の傾斜方向（Ｘ2軸方向）成分を動力として、ステージ１Ａが移動する。この状態で、プローブ４のＸ2軸方向およびＺ2軸方向の位置を、リニアスケール５，６を介して測定する。このようにして、被測定物２の面形状データを点列データ（ｘ2，ｚ2）として取得し、記憶手段２３に記憶する（ステップＳ１４）。
【００３８】
次に、測定データ（ｘ2，ｚ2）をＸ1Ｚ1直交座標系の測定データ（ｘ2ｃｏｓα，ｚ2ｃｏｓα）に変換し、被測定物の表面形状を評価する（ステップＳ１５）。
【００３９】
実施例２の表面形状測定装置によれば、エアースライド１と共にＺステージ３’も傾斜させて測定を行う。従って、実施例１の表面形状測定装置のようにエアースライド１の傾斜に伴い、Ｚステージ３’の移動方向を鉛直方向に調整する必要がない。
【００４０】
なお、実施例２の表面形状測定装置では、エアースライド１の傾斜角αを与えるのに、それぞれ長さの違う支持部材７Ａ，７Ｂを用いた。しかしながら、支持部材７Ａ及び７Ｂの代わりに、図８に示すように傾斜角度調整機構７Ａ’，７Ｂ’を取り付けてもよい。
傾斜角度調整機構７Ａ’，７Ｂ’は、Ｚ1軸方向に伸縮を調整できる部材である。傾斜角度調整機構７Ａ’，７Ｂ’の高さを調整することで、傾斜角αを任意の角度に設定する構成とする。
【００４１】
また、傾斜角度調整機構の代わりに、エアースライド１に、Ｙ軸方向を回転中心として回転する回転機構を取り付けても良い。この回転機構は、Ｙ軸方向（Ｘ1軸及びＺ1軸に直交する方向）を回転中心として回転する。この回転機構としては、例えば、エアースピンドルがある。このような回転機構を取り付けて、傾斜角αを任意の角度に設定するように構成してもよい。
【００４２】
図６、図８の構成例では、被測定物２とエアースライド１が相対的に角度αだけ傾いている構成とした。しかしながら、異なる構成としても良い。例えば、実施例２の表面形状測定装置の他の変形例を図９に示す。図９に示すように、測定装置４０全体を角度αだけ傾斜できるように構成してもよい。測定装置４０自体を傾斜させる構成とすると、被測定物２を測定座標系にあわせる必要がなくなる。よって、ステップＳ１５での点列データの座標変換が不要となる。
図９に示す表面形状測定装置４０は、Ｚステージ３’の移動軸（Ｚ2軸）がエアースライド１の移動軸（Ｘ2軸）に直交している。また、エアースライド１が被測定物２に対して平行に設置されている。
また、この変形例では、図９に示すように、傾斜角調整機構７Ａ’，７Ｂ’を測定装置４０のベース１０に取り付ける構成とする。
【００４３】
また、傾斜角の調整機構としては、図９に示す構成の他に、図１０に示すように回転機構１２を用いて、傾斜角度を調整する構成としてもよい。回転機構１２を介して傾斜角αを変化させる構成の場合は、（回転機構１２の回転角度）＝（エアースライド１の傾斜角α）になる。よって、傾斜角度制御処理を簡略化することができる。
【００４４】
さらに、図９、図１０に示すように、角度調整機構７Ａ’，７Ｂ’、または回転機構１２には、ベース１０との間に除振機構１１を取り付けることも可能である。そのようにすれば、測定中のノイズ原因となる外部からの振動を低減することができる。また、測定中に角度調整機構７Ａ’，７Ｂ’、または回転機構１２を駆動しても、除振機構１１により測定装置４０への影響を低減することができる。
また、測定中にプローブ４の走査速度を変化させたい場合がある。この場合、傾斜角αを変化させなくてはならない。そこで、測定中に、角度調整機構７Ａ’及び７Ｂ’、または回転機構１２を駆動する。このようにすれば、被測定物２にプローブ４が追従する速度を、被測定物２の測定範囲中で変化させることが可能となる。よって、被測定物２の設計形状に応じてプローブ４の接触角度が急なところだけプローブ走査速度を遅くするなどの調整を行うことが可能となり、高速高精度な形状測定ができる。
また、除振機構１１を設けておけば、角度調整機構７Ａ’及び７Ｂ’、または回転機構１２の駆動に伴って生じる振動を低減できる。よって、測定中にプローブ４の走査速度を変化させた場合でも、高速高精度な形状測定ができる。
【００４５】
以上説明したように、本発明の表面形状測定装置及び表面形状測定方法は、特許請求の範囲に記載された発明の他に以下のような特徴を備えている。
【００４６】
（１）前記Ｚ2軸が、前記Ｚ1軸に対して平行であることを特徴とする請求項１に記載の表面形状測定装置。
【００４７】
（２）前記Ｚ2軸が、前記Ｘ2軸に対して垂直であることを特徴とする請求項１に記載の表面形状測定装置。
【００４８】
（３）前記第２副移動機構が、支持機構により支持され、該支持機構が、前記Ｘ1軸方向に移動することにより前記Ｘ1軸と前記Ｘ2軸とのなす角αを調整可能に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の表面形状測定装置。
【００４９】
（４）前記Ｘ1軸と前記Ｘ2軸とのなす角αを調整可能な角度調整機構を備えていることを特徴とする請求項１に記載の表面形状測定装置。
【００５０】
（５）前記角度調整機構が、回転部材で構成されていることを特徴とする上記（４）に記載の表面形状測定装置。
【００５１】
（６）前記角度調整機構が、前記Ｚ1軸方向の高さ調整が可能な複数個の調整機構からなることを特徴とする上記（４）に記載の表面形状測定装置。
【００５２】
（７）前記角度調整機構が、除振機構を備えていることを特徴とする上記（４）に記載の表面形状測定装置。
【００５３】
（８）前記角度調整機構が、被測定物の表面形状を測定中に前記Ｘ1軸と前記Ｘ2軸とのなす角αの調整が可能に構成されていることを特徴とする上記（４）〜（６）に記載の表面形状測定装置。
【００５４】
（９）前記Ｚ2軸が、前記Ｚ1軸に対して平行であることを特徴とする請求項２に記載の表面形状測定方法。
【００５５】
（１０）前記Ｚ2軸が、前記Ｘ2軸に対して垂直であることを特徴とする請求項２に記載の表面形状測定方法。
【００５６】
（１１）前記Ｘ1軸と前記Ｘ2軸のなす角αを調整する角度調整工程を備えていることを特徴とする請求項２に記載の表面形状測定方法。
【００５７】
（１２）前記角度調整工程において、被測定物の表面形状を測定中に前記Ｘ1軸と前記Ｘ2軸とのなす角αを調整することを特徴とする上記（１１）に記載の表面形状測定方法。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の一実施形態にかかる表面形状測定装置の基本原理を示す説明図である。
【図２】本発明の実施例１にかかる表面形状測定装置の主要部を示す概略構成図である。
【図３】実施例１にかかる表面形状測定装置の制御部を表すブロック図である。
【図４】実施例１にかかる表面形状測定装置による測定手順を示すフローチャートである。
【図５】実施例１の表面形状測定装置の一変形例を示す概略構成図である。
【図６】本発明の実施例２にかかる表面形状測定装置の主要部を示す概略構成図である。
【図７】実施例２にかかる表面形状測定装置による測定手順を示すフローチャートである。
【図８】実施例２の表面形状測定装置の一変形例を示す概略構成図である。
【図９】実施例２の表面形状測定装置の他の変形例を示す概略構成図である。
【図１０】実施例２の表面形状測定装置のさらに他の変形例を示す概略構成図である。
【図１１】従来の表面形状測定装置の全体構成図である。
【符号の説明】
【００５９】
１          エアースライド
１Ａ        ステージ
２          被測定物
３，３’    Ｚステージ
４          プローブ
５，６      リニアスケール
７Ａ，７Ｂ  支持部材
７Ａ’，７Ｂ’        傾斜角度調整機構
８          定盤
１０        ベース
１１        除振機構
１２        回転機構
２０，３０，４０        表面形状測定装置
２１        制御手段
２２        傾斜角制御手段
２３        記憶手段
２４        座標変換手段
【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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