(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物として最大寸法が５０ｍｍ以下の光学素子を上面側に載置可能であって、水平方向に互いに直交して延びるＸ方向及びＹ方向に移動可能な載置台と、
前記Ｘ方向及びＹ方向に関して固定的に配置され、被測定物の表面に当接可能であり、前記Ｘ方向及びＹ方向に垂直なＺ方向に移動可能な触針と、
前記載置台に載置した被測定物を前記水平方向に２次元的に移動させることにより、前記被測定物と当接する前記触針が前記Ｚ方向に移動する量を測定することにより単一のＺ計測値から対応するＺ位置を得る移動量計測手段と、
を有する形状測定装置において、
前記載置台を前記水平方向に２次元的に移動させる駆動手段は、前記載置台を非接触で支持しつつ前記水平方向に案内する案内部を有しており、該案内部は、前記水平方向に直交して延びるＸ方向及びＹ方向に前記載置台を案内する２つの案内機構を備えており、該２つの案内機構がそれぞれ、非接触状態で前記各方向への駆動力を付与するリニアモータと、エアスライドとを有し、
前記案内部は、前記２つの案内機構を上下２段に有し、該２つの案内機構のうち上側の案内機構は、前記被測定物のサイズ以上のストローク量であって、下側の案内機構に比較して同等以下のストローク量を実現することを特徴とする形状測定装置。
【請求項２】
前記載置台上に、被測定物を保持するための保持具が設けられることを特徴とする請求項１記載の形状測定装置。
【請求項３】
前記案内部をロックして前記載置台を固定するロック手段を有する請求項１及び請求項２のいずれか一項記載の形状測定装置。
【請求項４】
前記ロック手段は、計測の非常停止時及び被測定物の脱着時に動作する請求項３記載の形状測定装置。
【請求項５】
前記案内部に設けた相対的に変位する可動部分は、セラミック材料で形成されている請求項１から請求項４のいずれか一項記載の形状測定装置。
【請求項６】
前記載置台に設けられたミラーと当該ミラーに対して測長用のレーザ光を射出するレーザ光源とを有するとともに、前記ミラーからの戻り光に基づいて前記所定方向である水平方向に関する前記載置台の変位を検出する補助計測手段をさらに備え、前記レーザ光源及び前記ミラーは、前記触針に対応する高さ位置に配置される請求項１から請求項５のいずれか一項記載の形状測定装置。
【請求項７】
前記レーザ光源から前記ミラーにかけての光路をカバーするとともに軸方向の伸縮を可能にする２重の筒部を有する遮蔽手段をさらに備え、各筒部の長さは、前記駆動手段による前記載置台のストローク量以上である請求項６記載の形状測定装置。
【請求項８】
前記リニアモータは、マグネット部を有し、当該マグネット部は、前記案内部の可動部側に固定される請求項１から請求項７のいずれか一項記載の形状測定装置。
【請求項９】
被測定物として最大寸法が５０ｍｍ以下の光学素子を上面側に載置可能で、水平方向に互いに直交して延びるＸ方向及びＹ方向に移動可能な載置台と、前記Ｘ方向及びＹ方向に関して固定的に配置され、被測定物の表面に当接可能であり、前記Ｘ方向及びＹ方向に垂直なＺ方向に移動可能な触針と、を備えた形状測定装置を用いる光学素子の形状測定方法であって、
前記載置台を前記水平方向に２次元的に移動させる駆動手段は、前記載置台を非接触で支持しつつ前記水平方向に案内する案内部を有しており、該案内部は、前記水平方向に直交して延びるＸ方向及びＹ方向に前記載置台を案内する２つの案内機構を備えており、該２つの案内機構がそれぞれ、非接触状態で前記各方向への駆動力を付与するリニアモータと、エアスライドとを有しており、
前記案内部は、前記２つの案内機構を上下２段に有し、該２つの案内機構のうち上側の案内機構は、前記被測定物のサイズ以上のストローク量であって、下側の案内機構に比較して同等以下のストローク量を実現するものであり、
前記載置台に被測定物として最大寸法が５０ｍｍ以下の光学素子を載置し、前記載置台を前記駆動手段によって駆動することで、前記光学素子を前記水平方向に２次元的に移動させ、前記光学素子と当接する前記触針が前記Ｚ方向に移動する量を測定することにより単一のＺ計測値から対応するＺ位置を得ることを特徴とする形状測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レンズその他の光学素子の表面形状等を測定するための形状測定装置及び形状測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、被測定物として５０ｍｍ以下のサイズの光学素子、いわゆるマイクロレンズについて３次元形状(立体形状)を測定するための技術として、様々な技術が提案されてきた。例えば、被測定物の表面に対して触針を直接接触させて、その変位量を測定する接触式測定方法がある（特許文献１参照）。また、被測定物の表面にレーザ光線等を入射させて、その反射光を受光することにより表面の凹凸を測定する非接触式測定方法も提案されている（特許文献２参照）。前者の接触式測定方法は、触針を被測定物に直接接触させるので、被測定物の表面物性に依存しない。このため、接触式測定方法は、多様な被測定物に対して正確な計測が可能である。
【特許文献１】特開平５−２０９７４１号公報
【特許文献２】特許３０４６６３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記接触式測定方法において、（１）被測定物を載置する載置台側をボールネジ、モータ等からなるＸＹ駆動装置を利用して水平面内で移動させつつ触針の変位量を計測する方法と、（２）被測定物に接触する触針側をＸＹ駆動装置を利用して水平面内で移動させつつ触針の変位量を計測する方法とが考えられる。
【０００４】
載置台側をＸＹ駆動装置で変位させた場合、ＸＹ駆動装置によって被測定物を変位させる際にＸＹ駆動装置が微細な上下動（具体的には１００ｎｍ程度の上下振動）を発生させ、このような上下動が触針の変位量計測に影響して、表面形状の計測精度や再現性を低下させる。
【０００５】
一方、触針側をＸＹ駆動装置で変位させた場合、ＸＹ駆動装置が触針の変位量計測自体に悪影響を及ぼすことはないが、ＸＹ駆動装置が触針側すなわち上側に位置することになるので、ＸＹ駆動装置を支持する構造体等を含めて形状測定装置の大型化を招くとともに精度確保が困難になる。
【０００６】
そこで、本発明は、表面形状の計測を高精度化することができ、触針を簡易に支持することによって小型の形状測定装置及び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】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明に係る形状測定装置は、被測定物として最大寸法が５０ｍｍ以下の光学素子を上面側に載置可能であって、水平方向に互いに直交して延びるＸ方向及びＹ方向に移動可能な載置台と、Ｘ方向及びＹ方向に関して固定的に配置され、被測定物の表面に当接可能であり、Ｘ方向及びＹ方向に垂直なＺ方向に移動可能な触針と、載置台に載置した被測定物を水平方向に２次元的に移動させることにより、被測定物と当接する触針がＺ方向に移動する量を測定することにより単一のＺ計測値から対応するＺ位置を得る移動量計測手段と、を有する形状測定装置であって、載置台を水平方向に２次元的に移動させる駆動手段が、載置台を非接触で支持しつつ水平方向に案内する案内部を有しており、案内部は、水平方向に直交して延びるＸ方向及びＹ方向に載置台を案内する２つの案内機構を備えており、２つの案内機構がそれぞれ、非接触状態で各方向への駆動力を付与するリニアモータと、エアスライドとを有し、案内部は、２つの案内機構を上下２段に有し、該２つの案内機構のうち上側の案内機構は、被測定物のサイズ以上のストローク量であって、下側の案内機構に比較して同等以下のストローク量を実現することを特徴とする。
【０００８】
上記形状測定装置では、駆動手段が、載置台に対して非接触状態でＸ方向及びＹ方向への駆動力を付与するリニアモータ及びエアスライドを有するので、載置台のＸ方向及びＹ方向に関する運動が滑らかで高精度になる。よって、被測定物をＸ方向及びＹ方向に移動させる際に、これらに垂直な上下方向であるＺ方向の微小変位が生じにくいので、触針の移動量すなわち変位量の計測を正確にすることができ、表面形状の計測精度や再現性を向上させることができる。
また、上記形状測定装置において、載置台が、被測定物として最大寸法が５０ｍｍ以下の光学素子を載置可能である。この場合、被測定物を触針に対してＸＹ方向に移動させると、Ｚ方向に関する微小変位が計測に影響を与える可能性が大きくなるが、上記のような案内部を用いて被測定物を移動させることにより、計測精度を効果的に向上させることができる。
また、上記形状測定装置において、案内部が、所定方向として水平方向に直交して延びる２軸方向に載置台を案内する２つの案内機構を上下２段に有し、当該２つの案内機構のうち上側の案内機構が、被測定物のサイズ以上のストローク量であって、下側の案内機構に比較して同等以下のストローク量を実現する。この場合、上側の案内機構が大型化して形状測定装置の安定した設置が妨げられることを防止できる。
【０００９】
本発明の具体的な態様又は観点では、載置台上に、被測定物を保持するための保持具が設けられる。
【００１１】
本発明の別の態様では、案内部をロックして載置台を固定するロック手段を有する。この場合、必要なタイミング、具体的には計測の非常停止時や被測定物の脱着時に、ロック手段によって載置台を固定して案内部、触針、被測定物等の損傷を防止できる。
【００１２】
本発明の別の態様では、案内部に設けた相対的に変位する可動部分が、セラミック材料で形成されている。この場合、リニアモータ等の発熱に起因して温度変化が生じてもサイズが変化することを防止できるので、案内部を高精度で動作させることができ、表面形状の計測精度を高めることができる。
【００１３】
本発明のさらに別の態様では、載置台上に設けられたミラーと当該ミラーに対して測長用のレーザ光を射出するレーザ光源とを有するともに、ミラーからの戻り光に基づいて所定方向である水平方向に関する載置台の変位を検出する補助計測手段をさらに備え、レーザ光源及びミラーが、触針に対応する高さ位置に配置される。この場合、触針の高さ位置で載置台の水平変位を検出することができ、触針に対する被測定物の水平位置をより正確に検出することができる。なお、レーザ光源等は、触針の先端に対応する高さ位置に配置されることがより望ましい。
【００１４】
本発明のさらに別の態様では、レーザ光源からミラーにかけての光路をカバーするとともに軸方向の伸縮を可能にする２重の筒部を有する遮蔽手段をさらに備え、各筒部の長さが、駆動手段による載置台のストローク量以上である。この場合、遮蔽手段によって計測ノイズの発生を防止して安定した動作を確保でき、各筒部の長さ設定によって載置台の移動を確保することができる。
【００１５】
本発明のさらに別の態様では、リニアモータが、マグネット部を有し、当該マグネット部が、案内部の可動部側に固定される。この場合、案内部の固定部側にリニアモータのコイル部が設けられるので、可動部側の移動の自由度を高めることができ、コイル部への配線の取り回しが容易になる。
【００１６】
上記課題を解決するため、本発明に係る形状測定装置は、被測定物として最大寸法が５０ｍｍ以下の光学素子を上面側に載置可能で、水平方向に互いに直交して延びるＸ方向及びＹ方向に移動可能な載置台と、Ｘ方向及びＹ方向に関して固定的に配置され、被測定物の表面に当接可能であり、Ｘ方向及びＹ方向に垂直なＺ方向に移動可能な触針と、を備えた形状測定装置を用いる光学素子の形状測定方法であって、載置台を水平方向に２次元的に移動させる駆動手段は、載置台を非接触で支持しつつ水平方向に案内する案内部を有しており、該案内部は、水平方向に直交して延びるＸ方向及びＹ方向に載置台を案内する２つの案内機構を備えており、該２つの案内機構がそれぞれ、非接触状態で各方向への駆動力を付与するリニアモータと、エアスライドとを有しており、案内部は、２つの案内機構を上下２段に有し、該２つの案内機構のうち上側の案内機構は、被測定物のサイズ以上のストローク量であって、下側の案内機構に比較して同等以下のストローク量を実現するものであり、載置台に被測定物として最大寸法が５０ｍｍ以下の光学素子を載置し、載置台を駆動手段によって駆動することで、光学素子を水平方向に２次元的に移動させ、光学素子と当接する触針がＺ方向に移動する量を測定することにより単一のＺ計測値から対応するＺ位置を得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施形態に係る形状測定装置を図面を用いて説明する。図１（ａ）及び１（ｂ）は、形状測定装置の構造を説明する正面図及び側面図である。
【００１８】
この形状測定装置１００は、定盤８１上に、ＸＹステージ装置８２と、Ｚ駆動装置８４とを固定した構造を有する。ここで、ＸＹステージ装置８２やＺ駆動装置８４等の動作は、駆動制御部９８及び制御装置９９によって制御されている。
【００１９】
ＸＹステージ装置８２は、制御装置９９の制御下で駆動制御部９８に駆動されて動作する。ＸＹステージ装置８２は、ＸＹステージ装置８２の上部に設けた載置台８２ａ上に着脱可能に固定された測定用治具ＨＤを、ＸＹ面内で２次元的に任意の位置に滑らかに移動させることができる。測定用治具ＨＤには、被測定対象である光学素子ＯＥが保持されている。なお、測定用治具ＨＤに保持される光学素子ＯＥは、最大寸法が５０ｍｍ以下のいわゆるマイクロレンズと呼ばれるものである。ここで、最大寸法とは、光学素子ＯＥが円形の輪郭を有する場合その直径を意味し、光学素子ＯＥが矩形の輪郭を有する場合その長辺を意味する。
【００２０】
ＸＹステージ装置８２は、下側の駆動手段であるＸ駆動装置５０と、上側の駆動手段であるＹ駆動装置６０とを上下２段に備えてなる。前者のＸ駆動装置５０は、定盤８１側に固定された固定側支持部５１と、固定側支持部５１の上方に配置されて固定側支持部５１に対して所定方向に相当するＸ軸方向にスライド移動する可動部５２とを備える。また、後者のＹ駆動装置６０は、Ｘ駆動装置５０の可動部５２上に固定された固定側支持部６１と、固定側支持部６１の上方に配置されて固定側支持部６１に対して所定方向に相当するＹ軸方向にスライド移動する可動部６２とを備える。
【００２１】
Ｘ駆動装置５０において、固定側支持部５１の中央に設けた溝底部には、リニアモータの固定子であるコイル部５１ａが固設されている。一方、可動部５２の底面の適所には、上記コイル部５１ａに対向して、リニアモータの可動子であるマグネット部５１ｂが固設されている。固定側支持部５１に設けたコイル部５１ａに駆動制御部９８からの電力を供給することにより、マグネット部５１ｂに推力を与えることができ、可動部５２をＸ軸方向の任意の位置に自在かつ精密に移動させることができる。なお、可動部５２の一端には、可動部５２を固定側支持部５１に対して必要なタイミングで固定するためのロック部材ＬＭ１がロック手段として設けられている。ロック部材ＬＭ１は、計測の非常停止時や被測定物である測定用治具ＨＤの脱着時にオペレータが動作させる。具体的には、オペレータが不図示のロックボタンを押すと、制御装置９９から駆動制御部９８に制御信号が出力されてリニアモータのコイル部５１ａへの給電を停止させるとともに、制御装置９９からロック部材ＬＭ１を駆動する信号が出力されてロック部材ＬＭ１が動作し、Ｘ駆動装置５０のスライド移動を停止させる。ロック部材ＬＭ１を動作させることにより、可動部分５１，５２、触針１１、被測定物である光学素子ＯＥ等に損傷が発生することを確実に防止できる。また、図示を省略しているが、Ｘ駆動装置５０には、フィードバック用のリニアスケールを設けてあり、可動部５２の精密な位置制御が可能になっている。
【００２２】
固定側支持部５１上面の適所には、エアスライド吐出口５１ｇが設けられている。エアスライド吐出口５１ｇには、駆動制御部９８からの制御された圧縮空気が供給されており、固定側支持部５１上面と、可動部５２下面との間に制御された薄い空気層が形成される。これにより、固定側支持部５１上に可動部５２を非接触で支持することができ、リニアモータ５１ａ，５１ｂとの協働によって、可動部５２ひいては載置台８２ａのＸ軸方向に関する運動が滑らかで高精度になる。なお、リニアモータ５１ａ，５１ｂに非接触で支持する機能を持たせることもでき、この場合、リニアモータ５１ａ，５１ｂが案内部の機能を一部兼ねることになる。
【００２３】
Ｙ駆動装置６０において、固定側支持部６１の中央に設けた溝底部には、リニアモータの固定子であるコイル部６１ａが固設されている。一方、可動部６２の底面の適所には、上記コイル部６１ａに対向して、リニアモータの可動子であるマグネット部６１ｂが固設されている。固定側支持部６１に設けたコイル部６１ａに駆動制御部９８からの電力を供給することにより、マグネット部６１ｂに推力を与えることができ、可動部６２をＹ軸方向の任意の位置に自在かつ精密に移動させることができる。なお、可動部６２の一端には、可動部６２を固定側支持部６１に対して必要なタイミングで固定するためのロック部材ＬＭ２がロック手段として設けられている。ロック部材ＬＭ２は、上記ロック部材ＬＭ１と同様のものであり、計測の非常停止時や被測定物の脱着時にオペレータが動作させる。ロック部材ＬＭ２を動作させることにより、可動部分６１，６２、触針１１、被測定物である光学素子ＯＥ等に損傷が発生することを確実に防止できる。また、図示を省略しているが、Ｙ駆動装置６０には、フィードバック用のリニアスケールを設けてあり、可動部６２の精密な位置制御が可能になっている。
【００２４】
固定側支持部６１上面の適所には、エアスライド吐出口６１ｇが設けられている。エアスライド吐出口６１ｇには、駆動制御部９８からの制御された圧縮空気が供給されており、固定側支持部６１上面と、可動部６２下面との間に制御された薄い空気層が形成される。これにより、固定側支持部６１上に可動部６２を非接触で支持することができ、リニアモータ６１ａ，６１ｂとの協働によって、可動部６２ひいては載置台８２ａのＹ軸方向に関する運動が滑らかで高精度になる。なお、リニアモータ６１ａ，６１ｂに非接触で支持する機能を持たせることもでき、この場合、リニアモータ６１ａ，６１ｂが案内部の機能を一部兼ねることになる。
【００２５】
以上において、固定側支持部５１，６１及び可動部５２，６２は、相対的に変位する案内部の可動部分であり、その本体部分は、窒化珪素等のセラミック材料で形成されている。このように可動部分を窒化珪素等で形成することにより、可動部分を軽量化しつつその剛性を高めることができる。結果的に、リニアモータ５１ａ，５１ｂ，６１ａ，６１ｂ等の発熱に起因して温度変化が生じても可動部分５１，５２，６１，６２のサイズが変化することを防止できるので、Ｘ駆動装置５０やＹ駆動装置６０を高精度で動作させることができ、測定用治具ＨＤに保持された光学素子ＯＥの表面形状の計測精度を高めることができる。なお、固定側支持部５１，６１や可動部５２，６２は、窒化珪素等に限らず、様々な材料で形成することができる。ただし、これらの可動部分５１，５２，６１，６２の剛性は、上下振動防止の観点から、１８０Ｎ／μｍ以上であることが望ましい。また、リニアモータ５１ａ，５１ｂ，６１ａ，６１ｂへの配線や、エアスライド吐出口５１ｇ，６１ｇへの配管は、Ｘ駆動装置５０やＹ駆動装置６０の動作を妨げないようになされており、載置台８２ａの移動に際して負荷を無くすようにしている。
【００２６】
なお、Ｘ駆動装置５０のＸ方向のストローク量と、Ｙ駆動装置６０のＹ方向のストローク量とを比較すると、両者のストローク量は、ともに１５０ｍｍ以内に設定したが、Ｘ駆動装置５０のストローク量の方がＹ駆動装置６０のストローク量よりも大きくなっている。つまり、下側の案内機構５１，５２の方が上側の案内機構６１，６２よりも大きくなっており、ＸＹステージ装置８２の構造を安定したものとできる。つまり、上側の案内機構６１，６２案内機構が大型化して形状測定装置１００の安定した設置が妨げられることを防止できる。
【００２７】
ＸＹステージ装置８２上の測定用治具ＨＤ、すなわち光学素子ＯＥの位置は、載置台８２ａに設けたＸミラー部材８３ａと、Ｙミラー部材８３ｂとを利用して検出される。すなわち、Ｘミラー部材８３ａに対向して定盤８１上に取り付けたレーザ干渉計８３ｄを利用して載置台８２ａのＸ軸方向の位置が分かる。また、Ｙミラー部材８３ｂに対向して定盤８１側に取り付けたレーザ干渉計８３ｅを利用して載置台８２ａのＹ軸方向の位置が分かる。
【００２８】
Ｘ軸用のレーザ干渉計８３ｄは、レーザ光ＬＬを発生するレーザ光源８３ｆと、図示を省略する干渉用光学系及びセンサを備え、Ｘミラー部材８３ａのミラー面で反射されたレーザ光ＬＬの位相変化に基づいてＸミラー部材８３ａのＸ軸方向の変位量を算出することができるようなっている。つまり、レーザ干渉計８３ｄとＸミラー部材８３ａとは、測定用治具ＨＤのＸ変位を検出するための補助計測手段となっている。レーザ干渉計８３ｄは、制御装置９９の制御下で動作しており、レーザ干渉計８３ｄの計測信号は、リアルタイムで制御装置９９に出力され、Ｘ駆動装置５０の動作が監視される。ここで、レーザ干渉計８３ｄ側には、第１の筒部Ｓ１１が固定されており、Ｘミラー部材８３ａ側には、第２の筒部Ｓ１２が固定されている。両筒部Ｓ１１，Ｓ１２は、同軸で２重に配置されており、互いに干渉することなくＸ軸方向すなわち軸方向に伸縮可能となっている。つまり、両筒部Ｓ１１，Ｓ１２は、レーザ干渉計８３ｄからＸミラー部材８３ａにかけての光路をカバーする遮蔽手段となっている。このような筒部Ｓ１１，Ｓ１２を設けることで、レーザ光ＬＬの検出に際して計測ノイズの発生を防止することができ、レーザ干渉計８３ｄによる検出精度を高めることができる。なお、両筒部Ｓ１１，Ｓ１２の長さは、互いに略等しく、Ｘ駆動装置５０のストローク量、すなわち可動部５２や載置台８２ａの最大移動量以上となっている。これにより、載置台８２ａのＸ方向の移動を確保しつつ両筒部Ｓ１１，Ｓ１２によって常時レーザ光ＬＬの光路をカバーすることができる。
【００２９】
Ｙ軸用のレーザ干渉計８３ｅは、レーザ光ＬＬを発生するレーザ光源８３ｇと、図示を省略する干渉用光学系及びセンサを備え、Ｙミラー部材８３ｂのミラー面で反射されたレーザ光ＬＬの位相変化に基づいてＸミラー部材８３ｂのＹ軸方向の変位量を算出することができるようなっている。つまり、レーザ干渉計８３ｅとＹミラー部材８３ｂとは、測定用治具ＨＤのＹ変位を検出するための補助計測手段となっている。レーザ干渉計８３ｅは、制御装置９９の制御下で動作しており、レーザ干渉計８３ｅの計測信号は、リアルタイムで制御装置９９に出力され、Ｙ駆動装置６０の動作が監視される。ここで、レーザ干渉計８３ｅ側には、第１の筒部Ｓ２１が固定されており、Ｙミラー部材８３ｂ側には、第２の筒部Ｓ２２が固定されている。両筒部Ｓ２１，Ｓ２２は、遮蔽手段として、同軸で２重に配置されており、互いに干渉することなくＸ軸方向すなわち軸方向に伸縮可能となっている。このような筒部Ｓ２１，Ｓ２２を設けることで、レーザ光ＬＬの検出に際して計測ノイズの発生を防止することができ、レーザ干渉計８３ｅによる検出精度を高めることができる。なお、両筒部Ｓ２１，Ｓ２２の長さは、互いに略等しく、Ｙ駆動装置６０のストローク量、すなわち可動部６２や載置台８２ａの最大移動量以上となっている。これにより、載置台８２ａのＹ方向の移動を確保しつつ、両筒部Ｓ２１，Ｓ２２によって常時レーザ光ＬＬの光路をカバーすることができる。
【００３０】
Ｚ駆動装置８４は、フレーム８５上に昇降機構８６を固定したものであり、昇降機構８６は、フレーム８５上部に固定されＺ方向に伸びる支持軸８６ａと、支持軸８６ａに支持されてＺ軸方向に移動する昇降部材８６ｂと、昇降部材８６ｂを昇降させる昇降駆動装置８６ｃと、昇降部材８６ｂに支持されたプローブ装置１０とを備える。ここで、支持軸８６ａと昇降部材８６ｂとは、プローブ装置１０をＺ軸方向に変位可能に支持する支持装置として機能する。
【００３１】
昇降機構８６において、昇降駆動装置８６ｃは、支持軸８６ａ側に固定されたコイル固定子ＣＳと、昇降部材８６ｂ側に固定されたマグネット可動子ＭＭとを備えるリニアモータである。これにより、昇降部材８６ｂが支持軸８６ａに支持されて滑らかに昇降運動する。プローブ装置１０は、支持装置であり、触針１１を重力と略バランスした状態に保持しつつ所定の力で昇降運動を許容する軸受部８９ａを備える。軸受部８９ａは、空気を利用した静圧軸受けになっており、触針１１は、昇降部材８６ｂに非接触で支持されて滑らかに昇降運動する。また、昇降駆動装置８６ｃは、プローブ装置１０に内蔵した差動センサ（不図示）の検出結果に基づいてフィードバックをかけつつ昇降部材８６ｂとともにプローブ装置１０を昇降させる。これにより、触針１１の先端に一定の低負荷を掛けた状態で触針１１を広範囲に亘って昇降させることができる。
【００３２】
プローブ装置１０に設けた触針１１の上下位置は、触針１１の上端に設けられて触針１１とともに昇降するＺミラー部材９１ａと、フレーム８５側に固定されたレーザ干渉計９１ｂとを利用して検出される。ここで、Ｚミラー部材９１ａとレーザ干渉計９１ｂとは、触針１１のＺ軸方向の変位量を測定するための変位計測手段すなわち移動量計測手段として機能する。
【００３３】
Ｚ軸用のレーザ干渉計９１ｂは、詳細を省略するが、レーザ光ＬＬ’を発生するレーザ光源のほか、干渉用光学系やセンサを備え、Ｚミラー部材９１ａのミラー面で反射されたレーザ光ＬＬ’の位相変化に基づいてＺミラー部材９１ａのＺ軸方向の変位量すなわち触針１１の下端の変位を算出することができるようなっている。レーザ干渉計９１ｂは、制御装置９９の制御下で動作しており、レーザ干渉計９１ｂの計測信号は、リアルタイムで制御装置９９に出力され、昇降機構８６の動作が監視される。
【００３４】
以上説明した形状測定装置１００では、触針１１下部の尖端が光学素子ＯＥの表面に対して一定の負荷がかかるようにした状態で触針１１を昇降させつつ、ＸＹステージ装置８２を適宜動作させて測定用治具ＨＤを載置した光学素子ＯＥをＸＹ面内で２次元的に走査するように移動させる。これにより、触針１１の尖端を測定用治具ＨＤに載置した光学素子ＯＥの光学面に沿って２次元的に移動させることができる。つまり、レーザ干渉計８３ｄ，８３ｅを利用して得た載置台８２ａのＸＹ座標と、レーザ干渉計９１ｂを利用して得た触針１１のＺ座標とを、制御装置９９で対応付けつつ必要な演算処理を行うことにより、光学素子ＯＥの光学面の３次元的な表面形状を測定することができる。
【００３５】
この際、上記形状測定装置１００では、ＸＹステージ装置８２に設けたＸ駆動装置５０がエアスライドによって可動部５２を非接触で支持しリニアモータ５１ａ，５１ｂによって可動部５２を駆動するので、載置台８２ａのＸＹ軸方向に関する運動が滑らかで高精度になる。よって、光学素子ＯＥをＸＹ面内で移動させる際にＺ軸方向の微小変位が生じにくくなり、触針１１の変位量計測を正確にすることができ、光学素子ＯＥの表面形状の計測精度を向上させることができる。具体的には、ボールネジやＬＭガイドを用いた従来型のＸＹステージで計測を行った場合のＺ方向振動成分が１００ｎｍであったのに対し、本実施形態のＸＹステージ装置８２で同様の計測を行った場合のＺ方向振動成分は、５０ｎｍに向上するという結果を得た。
【００３６】
以上、実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、形状測定装置１００によって光学素子ＯＥの光学面を計測したが、光学素子ＯＥに限らず多様な被測定物について表面形状を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】（ａ）、（ｂ）は、本発明に係る形状測定装置の構造を説明する正面図及び側面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１０…プローブ装置、  １１…触針、  ５０…駆動装置、  ５１…固定側支持部、  ５１ａ，５１ｂ…リニアモータ、  ５１ｂ…マグネット部、  ５１ｇ…エアスライド吐出口、  ５１ｇ，６１ｇ…エアスライド吐出口、  ５２…可動部、  ５２，６２…可動部、  ６０…駆動装置、  ６１…固定側支持部、  ６１ａ…コイル部、  ６１ｂ…マグネット部、  ８１…定盤、  ８２…ステージ装置、  ８２ａ…載置台、  ８３ａ，８３ｂ…ミラー部材、  ８３ｄ，８３ｅ…レーザ干渉計、  ８４…駆動装置、  ８６…昇降機構、  ８６ｂ…昇降部材、  ８６ｃ…昇降駆動装置、  ９１ａ…ミラー部材、  ９１ｂ…レーザ干渉計、  ９８…駆動制御部、  ９９…制御装置、  １００…形状測定装置、  ＨＤ…測定用治具、  ＬＬ…レーザ光、  ＬＭ１，ＬＭ２…ロック部材、  ＯＥ…光学素子、  Ｓ１１，Ｓ１２…筒部
【図１】
0005292668.tif 000002