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JP6986219B2 - Shape measuring device, shape measuring program and shape measuring method - Google Patents

Shape measuring device, shape measuring program and shape measuring method Download PDF

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JP6986219B2 JP2017102087A JP2017102087A JP6986219B2 JP 6986219 B2 JP6986219 B2 JP 6986219B2 JP 2017102087 A JP2017102087 A JP 2017102087A JP 2017102087 A JP2017102087 A JP 2017102087A JP 6986219 B2 JP6986219 B2 JP 6986219B2
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Description

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。 The present technology relates to a shape measuring device for measuring the shape of an object to be measured.

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)。 As a shape measuring device that measures the shape of the object to be measured, an angle detector that optically detects the tilt angle of the measurement surface is used, and a device that derives the shape of the measurement surface based on the position and tilt angle of the measurement point. It has been proposed (see, for example, Patent Document 1).

特開2003−161615号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2003-161615

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と、前記ワークホルダ及び前記角度検出器の前記第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、予め設定された前記測定面の基準形状を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の前記基準形状における傾斜角度に基づいて前記角度検出器により検出された前記測定面の角度を補正して前記実際の測定点の傾斜角度を求め、前記測定面の形状を導出するように構成される。 An embodiment of the present technology is a shape measuring device. In the shape measuring device of this embodiment, the work holder holding the object to be measured and the probe light irradiate the measurement surface of the object to be measured, and the angle of the measurement surface is based on the probe light reflected by the measurement surface. By moving the work holder and the angle detector relative to each other, the probe light irradiating the measurement surface is moved in the axial directions of the first axis, the second axis, and the third axis. An irradiation position moving mechanism to be moved, a position state detector that detects the position state of the work holder and the angle detector in each axis direction of the first axis, the second axis, and the third axis, and the measurement surface. The positions of the work holder and the angle detector are controlled so that the probe light is incident on the target measurement point in a predetermined incident state, and the angle detector detects the detection. The first axis includes a control unit that derives the shape of the measurement surface based on the angle of the measurement surface, and the control unit detects a preset reference shape of the measurement surface by the position state detector. , The actual measurement surface to which the probe light is irradiated based on the position state of the second axis and the position state of the third axis is reset based on the position state of the other two axes. The measurement point is specified, and the angle of the measurement surface detected by the angle detector is corrected based on the inclination angle of the specified actual measurement point in the reference shape to obtain the inclination angle of the actual measurement point. , It is configured to derive the shape of the measurement surface.

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とを相対移動させて前記測定面に照射する前記プローブ光の第1軸、第2軸及び第3軸の各軸方向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、位置状態検出器により前記ワークホルダ及び前記角度検出器の前記第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することと、予め設定された前記測定面の基準形状を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の前記基準形状における傾斜角度に基づいて前記角度検出器により検出された前記測定面の角度を補正して前記実際の測定点の傾斜角度を求め、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。 Another aspect illustrating this technique is a shape measuring method. In this shape measurement method, the probe light emitted by the angle detector is incidentally incident on the target measurement point on the measurement surface of the object to be measured held by the work holder in a predetermined incident state. As described above, the work holder and the angle detector are moved relative to each other to control the positions of the probe light irradiating the measurement surface in the axial directions of the first axis, the second axis, and the third axis. The measurement surface is irradiated with the probe light to detect the angle of the measurement surface, and the work holder and the angle detector have the first axis, the second axis, and the third axis by the position state detector. The position state of each axis direction is detected, and the position state of the first axis, the second axis, and the third axis detected by the position state detector in the preset reference shape of the measurement surface. The actual measurement point of the measurement surface irradiated with the probe light is specified based on the position and state of the other two axes, and the actual measurement point is specified. Includes correcting the angle of the measurement surface detected by the angle detector based on the inclination angle in the reference shape of the above to obtain the inclination angle of the actual measurement point, and deriving the shape of the measurement surface. Consists of.

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。 Yet another embodiment illustrating this technique is a shape measuring program for causing a computer to perform the shape measuring method.

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。It is a schematic block diagram of the shape measuring apparatus which illustrates the aspect of this technique. 上記形状測定装置の制御系の概要ブロック図である。It is a schematic block diagram of the control system of the said shape measuring apparatus. 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。It is a schematic diagram of the optical unit seen in the direction of arrow III in FIG. 1. 角度検出器の原理を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the principle of an angle detector. 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。It is a schematic block diagram which exemplifies a specific form of an angle detector, (a) is a schematic block diagram in the case where a probe light is perpendicularly incident on a measurement surface, and (b) is a schematic block diagram in which a probe light is incident on a measurement surface at a small angle of incidence. It is a schematic block diagram in the case of obliquely incident. 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。It is explanatory drawing which illustrates the 1st movement pattern of the object to be measured when moving a probe light along a measurement line. 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。It is explanatory drawing which illustrates the 2nd movement pattern of the object to be measured when moving a probe light along a measurement line. 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。It is explanatory drawing for demonstrating the operation of the control unit at the time of performing the shape measurement of a measurement surface. 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。It is explanatory drawing for demonstrating the shape derivation method in the case where there is a positional deviation between a measurement point in a reference shape and a measurement point actually measured. 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。It is explanatory drawing which schematically showed the position and inclination angle of each measurement point on the measurement line, and the shape of the measurement surface to be derived, which are obtained by the shape derivation method of the aspect of this technique. 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。It is a flowchart which described the outline of the shape derivation process of the measurement surface along the measurement line included in the measurement program executed by the control unit. 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。It is explanatory drawing which contrasts and shows the process of shape measurement in the conventional shape measuring apparatus, and the process of shape measurement in the shape measuring apparatus of the aspect of this technique.

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。 Hereinafter, embodiments for carrying out the invention will be described with reference to the drawings. First, the overall configuration of the shape measuring device according to the present disclosure will be outlined with reference to FIGS. 1 to 3. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of the shape measuring device LMS, FIG. 2 is a schematic block diagram of a control system in the shape measuring device LMS, and FIG. 3 is a schematic diagram of an optical unit 20 seen in the direction of arrow III in FIG.

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。 In order to clarify the explanation, a coordinate system including x-axis, y-axis, and z-axis that are orthogonal to each other is defined and shown in FIG. Here, the x-axis is an axis extending left and right along the paper surface, the y-axis is an axis extending back and forth through the paper surface, the z-axis is an axis extending up and down along the paper surface, and the xy plane is a horizontal plane. The z-axis corresponds to the vertical axis. For convenience of explanation, the direction shown in FIG. 1 may be referred to as the left-right direction along the x-axis, the front-back direction along the y-axis, and the up-down direction along the z-axis. The method of taking each of the y and z axes is arbitrary and does not specify the position or posture.

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。 The shape measuring device LMS irradiates the measurement surface of the work stage unit 10 for moving the object W to be measured in each of the x, y, and z axis directions with the probe light PL, and is reflected by the measurement surface. Each part such as an optical unit 20 that measures the angle of the measurement surface based on the probe light, a head stage unit 30 that swings the optical unit 20 around the θx axis, a work stage unit 10, an optical unit 20, and a head stage unit 30. It is configured to include a control unit 50 that controls the operation of the above.

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。 The work stage unit 10, the optical unit 20, and the head stage unit 30 are installed in an environment chamber 82 based on the base frame 81 and controlled so that the temperature and humidity are constant at predetermined values. A surface plate 85 is supported on the base frame 81 via a precision vibration isolator 83, and a work stage unit 10 is attached to the surface plate 85. Further, a gate type frame 18 straddling the work stage unit 10 is attached to the surface plate 85, and an optical unit 20 is attached to the upper beam 18b of the gate type frame 18 via the head stage unit 30.

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。 The work stage unit 10 is mainly composed of a work holder 15 for holding the object W to be measured and a plurality of stages for moving the work holder 15 in each axial direction. That is, the work stage unit 10 moves the work holder 15 in the x-axis direction (horizontal direction), the x-stage 11, the y-axis direction (front-back direction), and the z-axis direction (vertical direction). It is composed of a z-stage 13, a θz stage 14 that rotates the work holder 15 around a θz axis (swivel axis) extending vertically, and the like.

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。 The portal frame 18 is provided with an x sensor 41, a y sensor 42, and a z sensor 43 for detecting the x-axis direction position, the y-axis direction position, and the z-axis direction position of the work holder 15, respectively, and the detection is performed by each sensor. The position detection signal of the work holder 15 is input to the control unit 50. Further, the θz stage 14 is provided with a θz sensor 44 that detects the turning angle position of the work holder 15, and the turning angle detection signal of the work holder 15 detected by this sensor is input to the control unit 50. The x sensor 41, the y sensor 42, and the z sensor 43 can use a length measuring interferometer, a linear scale, or the like, and the θz sensor 44 can use a linear scale or a rotary encoder having a curved scale.

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。 The optical unit 20 is provided with an angle detector 22 that irradiates the object W to be measured with the probe light PL, receives the probe light reflected by the measurement surface, and detects the angle of the measurement surface. The angle detector 22 is attached to the unit base 23 to form a measuring head 25.

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。 FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining the principle of the angle detector. The angle detector 22 is reflected by the light source 221 that generates the probe light, the condenser lens 222 that collects the probe light PL generated by the light source 221 and irradiates the measurement surface Ws of the object to be measured, and the measurement surface Ws. It is composed of a collimating lens 223 that collimates the probe light (referred to as reflected light) RL, a light detector 224 that detects the position of the reflected light, and the like.

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。 The light source 221 is a laser light source that stabilizes the oscillation wavelength, light output, beam pointing, and the like, and for example, a fiber laser, a DFB semiconductor laser, or the like is used. A collimator is provided in the output unit of the light source 221, and the probe light PL converted into a parallel luminous flux is output from the light source 221. The photodetector 224 is a detector that detects the position of the reflected light RL, and for example, a QPD (Quadrant Photo Detector), a solid-state image sensor such as a CCD or CMOS can be used. In this embodiment, a configuration using QPD is shown.

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。 In the angle detector 22, the probe light PL emitted from the light source 221 is condensed by the condenser lens 222 and incident on the measurement surface Ws. The probe light reflected by the measurement surface Ws, that is, the reflected light RL, is collimated by the collimating lens 223 and incident on the photodetector 224. With this configuration, in the angle detector 22, even if the position of the measurement surface Ws changes (shifts) in the vertical direction, the incident position of the reflected light RL incident on the photodetector 224 hardly changes. On the other hand, when the angle of the measurement surface Ws changes (tilts), the incident position of the reflected light RL incident on the photodetector 224 changes significantly. Therefore, the inclination angle of the measurement surface Ws can be calculated based on the angle detection signal output from the photodetector 224 to the control unit 50.

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。 FIG. 5 illustrates a specific configuration of the angle detector 22. FIG. 5A is a schematic configuration diagram showing a configuration example in which the probe light PL is vertically incident on the measurement surface Ws. The same components as those of the angle detector described above are assigned the same number, and duplicate description is omitted. The angle detector 22 of this configuration example is composed of a light source 221, a polarization beam splitter 225, a quarter wavelength version 226, a condenser lens 222, a photodetector 224, and the like. The light source 221 of this configuration outputs linearly polarized probe light converted into a parallel luminous flux.

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。 The probe light PL emitted from the light source 221 passes through the polarization beam splitter 225, is converted into circularly polarized light by the 1/4 wavelength plate 226, is condensed by the condenser lens 222, and is incident on the measurement surface Ws. The probe light reflected by the measurement surface Ws, that is, the reflected light RL, is collimated by the condenser lens 222, and is converted into linearly polarized light whose polarization surface is rotated by 90 degrees by passing through the 1/4 wavelength plate 226. Therefore, the reflected light RL is reflected by the polarizing beam splitter 225 and incident on the photodetector 224.

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。 In the angle detector 22 of this configuration, the incident angle of the probe light incident on the measurement surface Ws is 0 degrees, that is, vertical incident, and the condenser lens 222 that concentrates the probe light PL on the measurement surface Ws collects the reflected light RL. It is configured to share the function of the collimating lens that collimates. That is, the probe light PL and the reflected light RL are transmitted through the condenser lens 222, so that the collimating lens (223) is omitted. Therefore, similarly to the angle detector 22 shown in FIG. 4, the angle of the measurement surface Ws can be detected, and the angle detector 22 can be miniaturized to make the measurement head 25 compact.

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。 FIG. 5B is a schematic configuration diagram showing a configuration example in which the probe light PL is obliquely incident on the measurement surface Ws at a relatively small incident angle γ. Similar to the configuration form of FIG. 5A, the same components as those of the angle detector described above are assigned the same number, and duplicate description will be omitted. The angle detector 22 of this configuration example is composed of a light source 221, a condenser lens 222, a mirror 227, an aperture 228, a photodetector 224, and the like. The light source 221 outputs the probe light converted into a parallel luminous flux.

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。 The probe light PL emitted from the light source 221 is condensed by the condenser lens 222 and obliquely incident on the measurement surface Ws at a small incident angle γ. The incident angle γ is set to about 3 to 8 degrees, for example, γ = 5 degrees. The reflected light RL reflected by the measurement surface Ws is collimated by the condenser lens 222, reflected by the mirror 227, and incident on the photodetector 224.

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。 In the angle detector 22 of this configuration, the collimating lens (223) is omitted because the probe light is obliquely incident with a relatively small incident angle γ, and an aperture 228 is provided between the photodetector 224 and the condenser lens 222. It is configured. Therefore, similarly to the angle detector shown in FIG. 5A, the angle detector 22 can be miniaturized and the measurement head 25 can be compactly configured. Further, since the backside reflected light that may occur when the material of the object to be measured W is transparent can be effectively removed by the aperture 228 provided immediately before the light detector 224, the thickness of the object to be measured is tentatively increased. Even when it is thin or the wedge angle is small, the shape of the measurement surface can be accurately measured.

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。 In the shape measuring device, a non-contact form of the angle detector can be used including the illustrated angle detector. In the following, for the sake of simplicity, the case where the angle detector 22 shown in FIG. 5A is used will be described as an example. At this time, the angle detector 22 is attached to the central portion of the measurement head 25 so that the optical axis of the probe optical PL intersects the θx axis 33 perpendicularly.

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。 The head stage unit 30 includes a θx stage 35 that extends the measurement head 25 horizontally along the paper surface in FIG. 1 and swings around the θx axis (measurement axis) 33 extending in the direction perpendicular to the paper surface in FIG. Will be done. By swinging the measurement head 25 around the θx axis 33 by the θx stage 35, the probe light PL emitted from the optical unit 20 can be scanned on the measurement surface of the object W to be measured. The θx stage 35 is provided with a θx sensor 45 that detects the swing angle position of the measurement head 25, and the swing angle detection signal of the measurement head 25 detected by the θx sensor 45 is input to the control unit 50. As the θx sensor 45, a rotary encoder or a linear scale having a curved scale can be used.

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。 The control unit 50 is output from the operation unit 51 in which the operator operates, the storage unit 52 in which the measurement program and the reference shape of the object to be measured are set and stored, the calculation unit 53 in which various calculation processes are performed, and the calculation unit 53. Based on the command signal output from the stage control unit 54 and the calculation unit 53 that control the operation of each stage 11, 12, 13, 35, 14 of x, y, z, θx, θz. It includes a measurement control unit 55 that controls the operation of the optical unit 20, an I / O unit 56 that inputs and outputs signals to and from the outside, and the like.

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。 The operation unit 51 records on a liquid crystal display panel that displays information such as measurement programs and measurement results, a keyboard for inputting numerical values and character information, a mouse for performing selection operations, various switches, and a recording medium such as a CD or USB memory. A reader / writer that can read and write the reference shape data and measurement results of the measured surface Ws is provided, and the type of measurement surface Ws (for example, flat surface, spherical surface, aspherical surface, cylindrical, etc.) and measurement can be performed interactively. Shape measurement corresponding to patterns (radial, line, grid, etc.) can be performed.

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。 The storage unit 52 is configured to be provided with a plurality of storage elements such as ROM and RAM. In the ROM, a control program for controlling the operation of each part of the shape measuring device LMS, a measurement program corresponding to the type of the object to be measured W and the measurement pattern, and the like are set and stored in advance. By selecting and setting the type and measurement pattern of the object to be measured W in the operation unit 51 and incorporating the corresponding measurement program into the control program, a shape measuring device suitable for measuring the shape of the object to be measured W is configured. The RAM has a reference shape (vector data of design values) of the measurement surface Ws of the object to be measured read via the reader / writer provided in the operation unit 51 or the I / O unit 56, and each of them during execution of the measurement program. Position information output from the shaft sensors 41 to 45, angle data of each measurement point output from the angle detector 22, and the like are temporarily stored.

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。 The calculation unit 53 is composed of a CPU, a shift register, and the like, performs various calculation processes based on a control program and a measurement program preset and stored in the storage unit 52, and commands the stage control unit 54, the measurement control unit 55, and the like. A signal is output to control the operation of the work stage unit 10, the optical unit 20, and the head stage unit 30. The stage control unit 54 is driven by the x stage 11, y stage 12, z stage 13, θz stage 14, head stage unit 30, θx stage 35, etc. of the work stage unit 10 based on the command signal output from the calculation unit 53. It outputs a signal and controls the operation of each stage. The measurement control unit 55 outputs a measurement control signal to the angle detector 22 based on the command signal output from the calculation unit 53, and controls the shape measurement of the measurement surface Ws.

図6及び図7に、プローブ光PLと被測定物Wとを相対移動させて、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。


6 and 7 illustrate the movement pattern of the object W to be measured when the probe light PL and the object W to be measured are relatively moved to scan the probe light PL along the measurement line. Both figures schematically show the situation where the object W held in the work holder 15 is looked down from above, and the measurement lines on the measurement surface scanned by the probe optical PL are indicated by L 1 to L 3. There is. FIG. 6 is an example of a movement pattern suitable for measuring an object to be measured whose surface shape of the measurement surface is axisymmetric (rotational symmetry) such as a meniscus lens and an aspherical lens. In this example, when the θx stage 35 is operated to swing the measurement head 25 and the probe light PL is moved, the x stage 11 and y are made so that the probe light PL passes through the central axis of the object W to be measured. The x-axis direction position and the y-axis direction position of the object to be measured W are aligned by the stage 12.


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。 Then, as shown in FIG. 6 (a), from a state in which the probe light PL is irradiated to the start point SP of the measurement surface, it is scanned along the probe light PL on the measurement line L 1 by operating the θx stage 35, measuring the angle of the measuring surface at each measurement point on the measurement line L 1. Next, as shown in FIG. 6B, the object W to be measured is rotated by a predetermined angle (for example, about 2 degrees) by the θz stage 14 to be held at the turning angle position, and the θx stage 35 is operated again. It is scanned along the probe light PL to the measurement line L 2, to measure the angle of the measuring surface at each measurement point on the measurement line L 2. Similarly, the θz stage 14 and the θx stage 35 are operated to measure the angle of the measurement surface at each measurement point along the measurement line L 3 .... Then, the shape of the measurement surface along each measurement line is derived by the shape derivation method described in detail later. As a result, it is possible to obtain measurement data in which the entire measurement surface of the object W to be measured is measured in a radial shape.

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。 FIG. 7 is an example of a movement pattern suitable for measuring a rectangular flat plate-shaped object to be measured, a cylindrical lens, or the like. In this example, the state in which the probe light PL is irradiated to the start point SP of the measurement surface, to actuate the θx stage 35 is scanned along the probe light PL on the measurement line L 1, each measured on the measurement line L 1 Measure the angle of the measurement surface at the point. Next, the x stage 11 is operated to move the object W to be measured to the right in FIG. 7, and then the θx stage 35 is operated to scan the probe optical PL along the measurement line L 2 to scan the measurement line L. 2 Measure the angle of the measurement surface for each measurement point on the top.

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。 Similarly, the x stage 11 and the θx stage 35 are operated to measure the angle of the measurement surface at each measurement point along the measurement line L 3 .... Then, the shape of the measurement surface along each measurement line is derived by the shape derivation method described in detail later. As a result, it is possible to obtain measurement data obtained by measuring the shape of the entire measurement surface of the object W to be measured in a parallel line shape. Further, after the above measurement, the object W to be measured is swiveled by a predetermined angle (for example, 90 degrees) by the θz stage 14 to be held at the swivel angle position, and the measurement surface along the measurement line is again moved by alternating the θx stage 35 and the stage 11. By performing the shape measurement of the above, it is possible to obtain the measurement data obtained by measuring the shape of the entire measurement surface in a grid pattern.

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。 In this way, the shape measuring device LMS drives the θx stage 35 to swing the measuring head 25 around the θx axis 33, thereby scanning the probe optical PL along the measuring line. That is, the measurement lines L (L 1 to L 3, etc.) are formed in the y-axis direction.

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。 The movement pattern of the object to be measured W when the probe light PL is scanned along the measurement line is not limited to the patterns shown in FIGS. 6 and 7. For example, the movement pattern may be such that the measurement line is spiral. Similar to FIG. 6, this movement pattern is also suitable for measuring an object to be measured whose surface shape of the measurement surface is axisymmetric (rotational symmetry). In this case, the θx stage 35 is operated to scan the probe light linearly from the state where the probe light is irradiated to the center of the measurement surface which is the start point SP, and the object W to be measured is continuously scanned by the θz stage 14. Rotate to. As a result, the angle of the measurement surface can be measured at each measurement point on the spiral measurement line extending from the center to the outside of the measurement surface. In the case of the spiral movement pattern, it is not necessary to stop the movement of each stage, so that the measurement time can be further shortened.

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。 When scanning the probe light PL along the measurement line L, the control unit 50 previously sets the probe light PL to the target measurement point based on the reference shape of the measurement surface preset in the storage unit 52. The operation of the work stage unit 10 and the head stage unit 30 is controlled so as to be incident on the measurement surface Ws in a predetermined incident state. For example, when the angle detector 22 illustrated in FIG. 5A is used, the θx stage 35, so that the probe light PL emitted from the angle detector 22 is perpendicularly incident on the measurement surface Ws at a constant distance. It controls the operation of the y stage 12 and the z stage 13. In other words, the y stage 12 and the z stage so that the normal line set at the irradiation position of the probe light on the measurement surface passes through the θx axis 33 and the distance between the irradiation position and the θx axis 33 becomes the predetermined measurement distance D. 13 controls the operation.

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。 At this time, the θx stage 35, the y stage 12, and the z stage 13 move the irradiation position in the plane including the measurement line L in the respective axial directions of the first axis, the second axis, and the third axis. This is an example of the mechanism. Further, the θx sensor 45, the y sensor 42, and the z sensor 43 are positioned to detect the position state (positional state of the work holder 15 and the angle detector 22) in the respective axial directions of the first axis, the second axis, and the third axis. This is an example of a state detector. The incident state is, for example, the angle at which the probe light PL is incident on the tangent plane at the target measurement point. In this example, the vertical incident is predetermined, but the incident angle is not limited to this.

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。 Specifically, the control unit 50 controls the operation of the θx stage 35, the y stage 12, and the z stage 13 as follows. First, the calculation unit 53 reads out the reference shape (cross-sectional shape) of the measurement surface Ws along the measurement line set by the measurement program from the reference shape of the measurement surface Ws set and stored in the storage unit 52, and is on the measurement line. Calculate the tilt angle of each part of. Each part on the measurement line includes a measurement point and can be set at a finer pitch. Next, from the calculated tilt angle of each part, the probe light is vertically incident on the measurement surface Ws, and the swing angle position of the measurement head 25 (θx stage 35) where the distance between the θx axis 33 and the measurement point becomes the measurement distance D. , Y stage 12 and z stage 13 coordinate positions are calculated. The calculation unit 53 outputs a command signal corresponding to the calculated position state to the stage control unit 54.

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。 The stage control unit 54 generates a drive signal based on the command signal output from the calculation unit 53, outputs the drive signal to the stages 12, 13, 35 of y, z, and θx, and outputs the drive signal to the measured object W and The measurement head 25 is relatively moved. At this time, the measurement control unit 55 outputs a measurement control signal to the optical unit 20 to emit the probe optical PL from the angle detector 22 to measure the angle of the measurement surface at each measurement point. The range irradiated with the probe light PL is, for example, a circular spot having a diameter of about 200 μm. The angle detector 22 detects the average angle around the x-axis of this spot.

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。 FIG. 8 is an explanatory diagram schematically illustrating the state of the control, and shows a case where the measurement surface Ws has a concave aspherical shape. The measurement surface Ws in FIG. 8 shows a case where the radius of curvature of the measurement point Pwa at the axial center portion is r 1 and the radius of curvature of the measurement points Pwb and Pwc at the peripheral portion is r 2. The calculation unit 53 reads out the reference shape of the measurement surface along the measurement line from the reference shape of the entire measurement surface Ws preset and stored in the storage unit 52, and each unit including the measurement points Pwa, Pwb, Pwc ... On the measurement line. The inclination angle of the measurement surface is calculated. Next, from the calculated tilt angle of each part, the probe light PL is vertically incident on the measurement surface, and the angle position of the θx stage 35 where the distance between the θx axis 33 and the measurement point becomes the measurement distance D, the y stage 12 and the z stage. 13 coordinate positions are calculated.

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。 Then, the drive signal based on the calculated stage position is output to the θx stage 35, the y stage 12, and the z stage 13, and the measurement head 25 is swung and the object W to be measured is moved. If the θx stage 35, y stage 12, and z stage 13 are accurately positioned at the predetermined stage positions calculated as described above, the measurement points Pwa, Pwb, Pwc ... On the measurement line along the y-axis are included. In each part, the probe light PL emitted from the angle detector 22 vertically incidents on the measurement surface at the measurement distance D. Then, the inclination angle of each measurement point Pwa, Pwb, Pwc ... Can be calculated based on the angle detected by the angle detector 22. The angle detected by the angle detector 22 is the difference from the angle detected when the probe light PL is vertically incident, and the angle obtained by adding the swing angle of the probe light PL to the angle detected at this time is each. It is calculated as the tilt angle of the measurement points Pwa, Pwb, Pwc ...

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。 The angle detector 22 uses a QPD as a photodetector 224, and can detect the tilt angle of the measurement surface in all directions. In this configuration example, the angle around the x-axis (inclination angle in the y-axis direction) is calculated from the angle of the measurement surface detected by the angle detector 22.

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。 However, in reality, the θx stage 35, the y stage 12, and the z stage 13 are displaced due to a drive error or the like. Therefore, in order to accurately position each stage at the predetermined stage position, one is performed while checking the position states of the work holder 15 and the angle detector 22 detected by the θx sensor 45, the y sensor 42, and the z sensor 43. It is necessary to fine-tune the position of each stage for each measurement point and stop at the target coordinate position, which makes it difficult to quickly perform high-precision shape measurement.

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。 Therefore, in the shape measuring device LMS, the θx sensor 45, the y sensor 42, and the z sensor are controlled so that the probe optical PL is perpendicularly incident on the measurement surface Ws at the target measurement point based on the reference shape of the object to be measured. The actual measurement point irradiated with the probe light was specified using the position and state of each moving axis detected by 43 and the reference shape of the measurement surface, and the specified actual measurement point was detected by the angle detector 22. The shape of the measurement surface is derived by applying the angle of the measurement surface. At this time, for each measurement point on the measurement line, the reference shape is reset based on the detected value of the position state of any one of the plurality of moving axes, and the actual measurement is performed based on the position state of the other two axes. Identify the point. Hereinafter, a specific configuration example will be described with respect to a method of deriving the shape of the measurement surface based on one position state detected by the detector. In addition, in this specification, a "position state" indicates a position and an angle (posture). Therefore, the "positional state in the axial direction" includes the position in the axial direction and the angle around the axis.

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。 As described above, in measuring the shape of the measurement surface, the moving axes to be moved when scanning the probe light are the θx axis, the y-axis, and the z-axis. The position states detected for these moving axes are the swing angle position around the θx axis of the angle detector 22 detected by the θx sensor 45, and the y-axis direction of the object W to be measured detected by the y sensor 42. The position and the position in the z-axis direction of the object W to be measured detected by the z sensor 43. Here, the swing angle position around the θx axis of the angle detector 22 detected by the θx sensor 45 is equivalent to the swing angle position around the θx axis of the probe light PL. Further, the y-axis direction position of the measured object W detected by the y sensor 42 is equivalent to the y-axis direction position of the measurement surface Ws, and the z-axis direction position of the measured object W detected by the z sensor 43 is measured. It is equivalent to the position of the surface Ws in the x-axis direction.

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。 In the shape measuring device LMS exemplified in the present embodiment, these three position states, that is, the swing angle position of the probe light PL detected by the θx sensor 45 around the θx axis, and the measurement surface Ws detected by the y sensor 42. Of the y-axis direction position and the z-axis direction position of the measurement surface Ws detected by the z sensor 43, the swing angle position around the θx axis of the probe light PL is referred to as “reference position information”. Then, the position of the reference shape is corrected in calculation based on the y-axis direction position of the measurement surface Ws detected by the y sensor 42 and the z-axis direction position of the measurement surface Ws detected by the z sensor 43, and the actual measurement is performed. Identify the point.

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。 Hereinafter, the case where there is a positional deviation between the target measurement point and the actually measured measurement point will be described with reference to FIG. 9, which schematically shows the state. In FIG. 9, the reference shape Sa in which the target measurement point is set is shown by a thin solid line, the reset reference shape Sb is shown by a dotted line, and the actually measured measurement surface Sc (Ws) is shown by a thick solid line. In addition, in order to clarify the explanation, the positional deviation of each axis is largely shown in FIG.

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。 First, the swing angle θ x 1 around the θx axis of the probe light PL, the y-axis direction position of the measurement surface Ws, and the x-axis direction of the measurement surface Ws so that the probe light PL is vertically incident on the target measurement point P 1. The position is set. Then, the operation of each stage is controlled and the measurement surface Ws is irradiated with the probe light PL, but there is an angle shift in the actual swing angle of the probe light PL, and the position shift is in the moving position of the measurement surface Ws. Exists. In FIG. 9, the swing angle of the probe light when the probe light PL is vertically incident on the target measurement point P 1 is θ x 1 , but the actual swing angle detected by the θx sensor 45 is θ x 1 ′. It is different from the set angle. Further, the y-axis direction position and the x-axis direction position of the measurement surface Ws are also different from the set positions. Therefore, if there is no such positional deviation, the probe light PL vertically incidents on the target measurement point P 1 , but the actual incident position is P 1 ′ and the incident angle also deviates from the vertical.

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。 In the shape measuring device LMS, the swing angle position around the θx axis of the probe light PL detected by the θx sensor 45 is referred to as “reference position information”. Then, the reference shape Sb shown by the dotted line is reset so that the probe light PL having the actual swing angle θ x 1 ′ is incident on the initially targeted measurement point (target measurement point) P 1b. In other words, the reference shape is positioned at the position where the probe light PL having the actual swing angle θ x 1 ′ is incident on the target measurement point P 1b , and the virtual reference shape Sb is set. Let P 1b (y 1b , z 1b ) be the position of the target measurement point P 1b in the reset reference shape Sb.

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。 Further, the calculation unit 53 has a target measurement point on the actual measurement surface Sc from the y-axis direction position of the measurement surface Ws detected by the y sensor 42 and the z-axis direction position of the measurement surface Ws detected by the z sensor 43. Find the position of P 1c. Let P 1c (y 1c , z 1c ) be the position of the target measurement point P 1c on the actual measurement surface Sc obtained at this time. Next, the calculation unit 53 calculates the distance between the target measurement point P 1b and the target measurement point P 1c in the y-axis direction Δy 1 = y 1b −y 1c and the distance Δz 1 = z 1b −z 1c in the z-axis direction. .. Then, the position of the target measurement point P 1c on the actual measurement surface Sc (Ws) , the calculated interval Δy 1 in the y-axis direction and the interval Δz 1 in the z-axis direction, and the actual swing angle θx of the probe light PL. From 1 ′, the actual measurement point P 1 ′ (y 1 ′, z 1 ′) to which the probe light PL is irradiated on the measurement surface Sc is specified.

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。 Then, the angle α 1 detected by the angle detector 22 is corrected based on the inclination angle in the reference shape of the specified measurement point P 1 ′ (y 1 ′, z 1 ′), and the corrected angle α 1 ′ is corrected. Ask for. Actual measurement points P 1 'inclination angle beta 1 of the angle alpha 1' after the correction is' by adding the β 1 = α 1 'swing angle [theta] x 1 probe light calculated by + [theta] x 1'.

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。 Similarly, for each measurement point P n (y n , z n), (n = 1 to m ), the reference shape Sb is reset with the swing angle θ x n ′ of the probe light PL as the “reference position information”. Further, the position P n ′ (y n ′, z n ′) of the actual measurement point irradiated with the probe light is obtained based on the y-axis direction position of the measurement surface Ws and the z-axis direction position of the measurement surface Ws. .. And by correcting the detected angle alpha n 'seek, angle alpha n' after the correction angle alpha n corrected by the angle detector 22 adds the swing angle [theta] x n 'of the probe light (β n = α n ′ + θ x n ′) to obtain the tilt angle of each measurement point.

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。
1′(y1′,β1
2′(y2′,β2
3′(y3′,β3



m′(ym′,βm
And the inclination angle beta n 'position y n in the y-axis direction' the obtained corrected measurement point P n is' position status data P n 'of the measuring point P n (y n', beta n) as the storage unit It is recorded in the RAM of 52. The position state data P n ′ (y n ′ β n ) recorded in the RAM of the storage unit 52 is as follows.
P 1 ′ (y 1 ′, β 1 )
P 2 ′ (y 2 ′, β 2 )
P 3 ′ (y 3 ′, β 3 )



P m ′ (y m ′, β m )

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。 The calculation unit 53 performs calculation processing from the obtained position y n ′ of each measurement point in the y-axis direction and the inclination angle β n by using a known method such as integration processing or fitting processing, and the dotted line is shown in FIG. The shape of the measurement surface Ws along the measurement line shown by is derived. Specifically, it can be derived as follows.

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。
12=z01+tan{(β1+β2)/2}×(y2′−y1′)
23=z12+tan{(β2+β3)/2}×(y3′−y2′)
34=z23+tan{(β3+β4)/2}×(y4′−y3′)


Now, let z 01 be the position of the measurement point P 1 ′ with respect to the virtual measurement point P 0 ′ in the z-axis direction. At this time, measurement for the position of the z-axis direction z 12, z-axis position z 23 'of the measuring point P 3' with respect to the measurement point P 2, the measurement point P 3 'of the' measurement point P 2 'with respect to the measurement point P 1 The position z 34 ... Of the point P 4 ′ in the z-axis direction is calculated as follows.
z 12 = z 01 + tan {(β 1 + β 2 ) / 2} × (y 2 ′ − y 1 ′)
z 23 = z 12 + tan {(β 2 + β 3 ) / 2} × (y 3 ′ − y 2 ′)
z 34 = z 23 + tan {(β 3 + β 4 ) / 2} × (y 4 ′ − y 3 ′)


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。 Here, by setting the position z 01 of the measurement point P 1 ′ in the z-axis direction to a predetermined value (for example, zero) in the above equation, z 12 , z 23 , z 34 ... Are sequentially obtained, and the measurement point P 1 ′ is sequentially obtained. , P 2 ′, P 3 ′… The coordinate positions are obtained. Then, the shape of the measurement surface Ws is derived by connecting each of these measurement points and performing an appropriate fitting process.

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。 As described above, in the shape measuring device of the present embodiment, the timing of acquiring data from each sensor needs to be in a state where the swing angle of the probe optical PL completely matches the target swing angle θ x 1. It suffices if it is in the vicinity region including θ x 1. For example, "can be a, the swing angle [theta] x 1" has been [theta] x 1 of the swing angle [theta] x 1 near the probe light detected by the [theta] x sensor 45 y-axis direction position y 1 ", z-axis direction when the position z 1 only to be obtained as a set ", the angle alpha 1 of the measurement surface". At this time, by the swing angle is the [theta] x 1 "and" reference position information ", by applying the above-described method The shape of the measurement surface can be derived.

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,θx…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。 With such a configuration, it is possible to acquire data at each measurement point without stopping any of the three moving axes that relatively move the measurement surface and the probe light. Incidentally, the vicinity area including the measurement point of the target is a swing angular position [theta] x 1 is 10 degrees of the probe light PL at the time of vertically incident probe light, for example, in the measurement points P 1, θx 1, θx 2 , θx When the angle pitch of 3 ... is 1 degree, the swing angle θ x 1 ′ of the probe light PL at the time of measurement is about θ x 1 ′ = 10 ± 0.1 degrees (angle between adjacent measurement points). It can be about 1/10 of the pitch).

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。 Next, regarding the more specific flow of the measurement surface Ws shape derivation method outlined above, the measurement surface shape derivation process KP along the measurement line included in the measurement program executed by the control unit 50 is described. This will be described with reference to FIG. 11 which describes the outline.

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)。 When the measurement line of the object to be measured is specified and the shape derivation process KP of the measurement surface Ws along the measurement line is started, first, in step S1, the reference shape of the measurement surface along the measurement line from the RAM of the storage unit 52 and the reference shape of the measurement surface along the measurement line. The position coordinates P n (y n , z n ) of the target measurement point set on the measurement line are read out. In step S3, n at the measurement point Pn is reset and n = 0 is substituted in the calculation unit 53. In step S5, the measurement control unit 55 outputs a signal to turn on the probe light to the angle detector 22, and the angle measurement of the measurement surface is started. In step S7, n = n + 1 is substituted and a target measurement point is set. In the first flow, the target measurement point is P 1 (the first flow will be described in the same manner below).

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。 In step S10, the swing angle θ x 1 of the probe light PL when the probe light is vertically incident on the target measurement point P 1 set in step S7, the y-axis direction position y 1 of the measurement surface, and z of the measurement surface. The axial position z 1 and the like are calculated by the calculation unit 53.

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。 In step S20, the drive signal corresponding to the position state of each axis calculated in step S10 is output from the stage control unit 54 to the θx stage 35, the y stage 12, and the z stage 13, and the probe light is scanned along the measurement line. Will be done.

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。 In step S30, when the swing angle [theta] x of the probe light PL is detected by the [theta] x sensor 45 is in the vicinity area including the [theta] x 1, swing angle [theta] x 1 to [theta] x sensor 45 has detected ', y sensor 42 detects The y-axis direction position y 1 ′, the z-axis direction position z 1 ′ detected by the z sensor 43, and the angle α 1 of the measurement surface detected by the angle detector 22 are acquired and temporarily recorded in the RAM of the storage unit 52. At this time, the information temporarily recorded in the RAM of the storage unit 52 is P 1 ′ (y 1 ′, z 1 ′, θx 1 ′, α 1 ). The timing of acquiring data from each sensor in step S30 does not have to be a state in which the swing angle detected by the θx sensor 45 completely matches θx 1, and it may be in the vicinity region including θx 1. Then, 'y-axis direction position y 1 when the' swinging angle detected by the [theta] x sensor 45 is [theta] x 1, z-axis direction position z 1 if ', the angle alpha 1 of the measuring surface' is acquired as the data set good.

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。 In step S40, the calculation unit 53 resets the reference shape Sb using the swing angle θ x 1 ′ detected by the θx sensor 45 as the reference position information. That is, the reference shape Sb is positioned at a position where the probe light PL having a swing angle θ x 1 ′ is incident on the target measurement point P 1. Then, the position P 1b (y 1b , z 1b ) of the target measurement point P 1b in the reset reference shape Sb is calculated. The calculated position P 1b (y 1b , z 1b ) is temporarily recorded in the RAM of the storage unit 52.

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。 In step S50, the position P 1c (y 1c , ) of the target measurement point P 1c on the actual measurement surface Sc is based on the y-axis direction position detected by the y sensor 42 and the z-axis direction position detected by the z sensor 43. z 1c ) is calculated. The calculated position P 1c (y 1c , z 1c ) is temporarily recorded in the RAM of the storage unit 52.

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。 In step S60, from the position P 1b (y 1b , z 1b ) of the target measurement point P 1b calculated in step S40 and the position P 1c (y 1c , z 1c ) of the target measurement point P 1c calculated in step S50. , The distance Δy 1 in the y-axis direction and the distance Δz 1 in the z-axis direction of the two target measurement points P 1b and P 1c are calculated. Then, from the position of the target measurement point P 1c on the actual measurement surface, the y-axis direction interval Δy 1 and the z-axis direction interval Δz 1, and the actual swing angle θ x 1 ′ of the probe optical PL, the measurement surface Sc. The actual measurement point P 1 ′ (y 1 ′, z 1 ′) to which the probe light PL is irradiated is specified.

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。 In step S70, the angle α 1 detected by the angle detector 22 is corrected based on the inclination angle of the reference shape of the actual measurement point position P 1 ′ (y 1 ′, z 1 ′) specified in step S60. Te 'seek, the angle alpha 1' after the correction angle alpha 1 of the corrected finding the inclination angle beta 1 of 'measurement point P 1 by adding the' swing angle [theta] x 1 probe light. In step S72, 'y-axis direction position, and the measurement point P 1 obtained in step S70' actual measurement point P 1 specified in step S60 the inclination angle beta 1 of the position status data of the measuring points P 1 ' It is recorded in the RAM of the storage unit 52 as P 1 ′ (y 1 ′, β 1).

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。 In step S75, it is determined whether or not n of the measurement point Pn is n = m, which is the last measurement point set in step S1, and if n = m, the process proceeds to step S80 and n ≠ m. If is, the process returns to step S7. As a result, the position state data P m ′ (y m ′, β n ) is recorded in the RAM of the storage unit 52 for a plurality of measurement points P n = P 1 to P m set on the measurement line.

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。 In step S80, the calculation unit 53 calculates the position coordinates of each measurement point P n ′ based on the position state data P m ′ (y m ′, β n ) of the plurality of measurement points recorded in the RAM in step S72. The shape of the measurement surface along the measurement line is derived. The shape of the derived measurement surface is recorded in the RAM of the storage unit 52. Further, the shape of the measurement surface derived according to the setting is displayed on the liquid crystal display panel of the operation unit 51, or is output to a printer, a USB memory, an external computer, etc. via the I / O unit 56, and is designated. The process of deriving the shape of the measurement surface along the measurement line KP is completed.

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。 The calculation unit 53 sets up the shape measurement along the next measurement line according to the measurement program, returns to step S1, and executes the shape derivation of the measurement surface along the next measurement line.

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。 In the shape measuring device LMS described above, in order to make the probe light of the angle detector 22 incident on the measurement surface in a predetermined incident state, the measurement surface and the probe light are relatively moved in the surface including the measurement line. The θx stage 35, y stage 12, and z stage 13 are synchronously controlled. The positional state of these stages is detected by the θx sensor 45, the y sensor 42, and the z sensor 43.

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。 In the above example, the movement of each stage, the detection by each sensor, the identification of the actual measurement point, and the correction of the detection angle were continuously performed for one measurement point, but all the measurement points. After moving each stage and detecting with each sensor, the actual measurement points may be specified and the detection angles may be corrected for all the measurement points. In this case, a determination as to whether or not it is the last measurement point corresponding to step S75 is provided between steps S30 and S40, and step S75 itself is omitted. Further, the movement of each stage in step S20, the detection by each sensor in step S30, the identification of the actual measurement point from step S40 to step S72, and the correction of the detection angle may be processed in parallel.

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。 When measuring the angle of the measurement surface at the measurement points P 1 , P 2 , P 3 ... On the measurement line by moving the three stages in this way, the three positional states conventionally detected by the sensors of each stage. The angle of the measurement surface was measured by the angle detector after all of the above were in a state that matched the position and state of the target measurement point. FIG. 12A shows the relationship between the movement of the stage and the angle measurement at the measurement point in the conventional shape measurement. The vertical axis in the figure is the moving speed of an arbitrary stage (for example, θx stage), and the horizontal axis is time. To measure the angle of the measurement surface for measurement points P 1 , P 2 , P 3 , etc., each measurement point is accelerated, moved, and decelerated, paused at the target position, and then the other two stages. The angle of the measurement surface is measured after the position states of all the stages including the above have reached the target position states.

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。 FIG. 12B shows the relationship between the movement of the stage and the angle measurement at the measurement point in the shape measuring device LMS according to the present disclosure. The vertical axis and the horizontal axis in the figure are the same as those in FIG. 12 (a). In the shape measuring device LMS, when measuring the angle of the measuring surface for the measuring points P 1 , P 2 , P 3 ... On the measuring line by moving three stages, each is in the vicinity region including the target measuring point. The position state of the stage is detected, and the reference shape is determined based on the position state of any one of the three detected position states (in the embodiment, the swing angle θxn'of the probe light detected by the θx sensor 45). Reset. Then, the actual measurement point is specified from the position state detected by the other two sensors, and the angle of the measurement surface detected by the angle detector is applied to the actual measurement point to obtain the shape of the measurement surface. Derived.

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。 That is, the shape measuring device LMS simultaneously acquires three position states when one of the three position states that specify the measurement point is in the vicinity region including the target position state, and one of them. Based on one, the actual measurement point is specified from the other two positional states and the reference shape, and the shape of the measurement surface is derived. At this time, it is not necessary that the target position state and the actual position state match. Therefore, as shown in FIG. 12 (b), the angle measurement of the measurement points P 1 , P 2 , P 3 ... Can be performed while moving any stage without pausing. As a result, the shape of the measurement surface can be obtained in a shorter time than before, not only when the measurement points are set at the same measurement pitch as before, but also when a large number of measurement points are set at a finer pitch than before. Can be measured. Therefore, according to the shape measuring device LMS and the shape measuring method of the present disclosure, highly accurate shape measurement can be performed at high speed.

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。 In the embodiment described above, the three position states detected when the irradiation position of the probe light is moved in the plane including the measurement line, that is, the θx axis of the probe light detected by the θx sensor 45. Of the swing angle position, the y-axis direction position of the measurement surface detected by the y sensor 42, and the z-axis direction position of the measurement surface detected by the z sensor 43, the swing of the probe light detected by the θx sensor 45. The configuration using the angular position as the reference position information was explained. However, the reference position information may be in another position state, and may be, for example, the position in the z-axis direction of the measurement surface detected by the z sensor 43.

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。 Further, in order to scan the probe light by incidenting it on the measurement surface in a predetermined incident state, the y-axis in the plane including the measurement line is set as the moving axis 3 for moving the probe light in the plane including the measurement line. And, movement in the z-axis direction and swing around the θx axis perpendicular to the surface including the measurement line are specified, and the measurement surface is moved in the y-axis and z-axis directions to swing the probe light around the θx axis. Was exemplified. However, how to move the measurement surface and the probe light can be appropriately set according to the configuration of the shape measuring device. For example, a configuration in which the probe light is fixed and the measurement surface is moved in three axial directions (y-axis direction, z-axis direction, and around the θx axis), or the probe light is moved in the z-axis direction to move the measurement surface in the y-axis direction and It can be configured to move around the θx axis, and the same effect can be obtained by applying the present technology even in such a configuration.

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。
The present technology can also have the following configurations.
(1) A work holder that holds the object to be measured and
An angle detector that irradiates the measurement surface of the object to be measured with probe light and detects the angle of the measurement surface based on the probe light reflected by the measurement surface.
A position state detector that detects the position state of the work holder and the angle detector,
The positions of the work holder and the angle detector are controlled by the angle detector so that the probe light is incident on the target measurement point on the measurement surface in a predetermined incident state. A control unit for deriving the shape of the measurement surface based on the detected angle of the measurement surface is provided.
The control unit uses the position state of the workholder and the angle detector detected by the position state detector and a preset reference shape of the measurement surface to irradiate the measurement surface with the probe light. A shape measuring device for deriving the shape of the measuring surface by specifying the actual measuring point of the above and applying the angle of the measuring surface detected by the angle detector to the identified actual measuring point.

(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。
(2) Irradiation position moving mechanism that moves the probe light to irradiate the measurement surface in the respective axial directions of the first axis, the second axis, and the third axis by relatively moving the work holder and the angle detector. Equipped with
The position state detector detects the position state of the first axis, the second axis, and the third axis in each axial direction.
The control unit resets the reference shape based on any one of the position states of the first axis, the second axis, and the third axis detected by the position state detector, and further sets the other. The shape measuring device according to (1) above, which identifies the actual measurement point based on the positional state of the two axes.

(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。
(3) The angle detector can rotate around the first axis and can rotate around the first axis.
The work holder is movable in the second axis direction and the third axis direction, and is movable.
The position state detector detects the angular position of the angle detector as the position state in the first axis direction, and detects the moving position of the work holder as the position state in the second axis and the third axis direction. death,
The shape measuring device according to (2) above, wherein the control unit is based on the position state in the first axial direction.

(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。
(4) A plurality of target measurement points are provided along a preset measurement line.
The control unit controls the positions of the workholder and the angle detector so that the angle detector continuously detects the plurality of target measurement points (1) to (3). The shape measuring device according to any one of.

(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。 (5) For each of the plurality of target measurement points, the angle detector detects the angle, the control unit identifies the actual measurement point, and the angle to the specified actual measurement point. The shape measuring device according to (4) above, which applies a detection angle by a detector.

(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。 (6) With respect to the plurality of target measurement points After the angle detector detects the angle of each measurement point, the control unit identifies and specifies the actual measurement point with respect to the plurality of target measurement points. The shape measuring device according to (4) above, wherein the detection angle by the angle detector is applied to each actual measurement point.

(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。 (7) The angle detection by the angle detector for the plurality of target measurement points, the identification of the actual measurement points for the plurality of target measurement points by the control unit, and the specified actual measurement points. The shape measuring apparatus according to (4) above, wherein the application of the angle to the above is performed in parallel.

(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。
(8) The probe light emitted by the angle detector is in a predetermined incident state with respect to the target measurement point on the measurement surface of the object to be measured held by the work holder. To control the position of the work holder and the angle detector,
Irradiating the measurement surface with the probe light to detect the angle of the measurement surface, and
To detect the positional state of the work holder and the angle detector,
Using the detected position and state of the workholder and the angle detector and the preset reference shape of the measurement surface, the actual measurement point of the measurement surface irradiated with the probe light is specified and specified. A shape measuring method including deriving the shape of the measuring surface by applying the angle of the measuring surface detected by the angle detector to the actual measuring point.

(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。
(9) A shape measurement program for causing a computer to execute the shape measurement method according to (8) above. That is, the probe light emitted by the angle detector is in a predetermined incident state with respect to the target measurement point on the measurement surface of the object to be measured held by the work holder. Steps to control the position of the work holder and the angle detector,
The step of irradiating the measurement surface with the probe light to detect the angle of the measurement surface, and
The step of detecting the positional state of the work holder and the angle detector, and
Using the detected position and state of the workholder and the angle detector and the preset reference shape of the measurement surface, the actual measurement point of the measurement surface irradiated with the probe light is specified and specified. A shape measurement program including a step of applying the angle of the measurement surface detected by the angle detector to the actual measurement point and deriving the shape of the measurement surface.

(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。 In the shape measuring device described in (1), the shape measuring method described in (8), and the shape measuring program described in (9), the position states of the work holder and the angle detector detected by the position state detector are used. By identifying the actual measurement point irradiated with the probe light using the preset reference shape of the measurement surface, and applying the angle of the measurement surface detected by the angle detector to the specified actual measurement point. , The shape of the measurement surface is derived. Therefore, the shape of the measurement surface can be measured without positioning and stationary the object to be measured at each measurement point (in a state where the object to be measured is relatively moved with respect to the probe light). Therefore, according to the shape measuring device and the shape measuring method of the present disclosure, highly accurate shape measurement can be performed at high speed.

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
1,P2,P3… 目標とする測定点
1′,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
10 Work stage unit (irradiation position movement mechanism)
11 x stage 12 y stage 13 z stage 15 work holder 22 angle detector 30 head stage unit (irradiation position movement mechanism)
33 θx axis (1st axis)
35 θx stage 42 y sensor (position state detector)
43 z sensor (position state detector)
45 θx sensor (position state detector)
50 Control unit (control unit)
L (L 1 to L 3 ) Measurement line LMS shape measuring device P 1 , P 2 , P 3 … Target measurement point P 1 ′, P 2 ′, P 3 ′… Actual measurement point PL probe optical KP shape derivation Process (shape measurement program that realizes shape measurement method)
W Measured object Ws Measurement surface

Claims (8)

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と、
前記ワークホルダ及び前記角度検出器の前記第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、予め設定された前記測定面の基準形状を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の前記基準形状における傾斜角度に基づいて前記角度検出器により検出された前記測定面の角度を補正して前記実際の測定点の傾斜角度を求め、前記測定面の形状を導出する形状測定装置。
A work holder that holds the object to be measured and
An angle detector that irradiates the measurement surface of the object to be measured with probe light and detects the angle of the measurement surface based on the probe light reflected by the measurement surface.
An irradiation position moving mechanism that moves the probe light to irradiate the measurement surface in the respective axial directions of the first axis, the second axis, and the third axis by relatively moving the work holder and the angle detector.
A position state detector that detects the position state of the work holder and the angle detector in each axis direction of the first axis, the second axis, and the third axis.

The positions of the work holder and the angle detector are controlled by the angle detector so that the probe light is incident on the target measurement point on the measurement surface in a predetermined incident state. A control unit for deriving the shape of the measurement surface based on the detected angle of the measurement surface is provided.
The control unit uses any one of the position states of the first axis, the second axis, and the third axis detected by the position state detector as a reference for the reference shape of the measurement surface set in advance. It is reset, and the actual measurement point of the measurement surface irradiated with the probe light is specified based on the positional state of the other two axes, and the inclination angle of the specified actual measurement point in the reference shape is set. based on the angle detector to correct the angle of said detected measuring surface by seeking an inclination angle of the actual measurement points, the shape measuring apparatus for deriving a shape of the measurement surface.
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1に記載の形状測定装置。
The angle detector is rotatable around the first axis and is rotatable around the first axis.
The work holder is movable in the second axis direction and the third axis direction, and is movable.
The position state detector detects the angular position of the angle detector as the position state in the first axis direction, and detects the moving position of the work holder as the position state in the second axis and the third axis direction. death,
The shape measuring device according to claim 1, wherein the control unit is based on the position state in the first axial direction.
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または2に記載の形状測定装置。
A plurality of target measurement points are provided along a preset measurement line.
The first or second aspect of the present invention, wherein the control unit controls the positions of the work holder and the angle detector so that the angle detector continuously detects the plurality of target measurement points. Shape measuring device.
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3に記載の形状測定装置。 For each of the plurality of target measurement points, the angle is detected by the angle detector, the actual measurement point is specified by the control unit, and the angle detector to the specified actual measurement point is used. The shape measuring device according to claim 3 , wherein the detection angle is applied. 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3に記載の形状測定装置。 After the angle detector detects the angle of each measurement point with respect to the plurality of target measurement points, the control unit identifies the actual measurement point with respect to the plurality of target measurement points and each of the specified actual measurement points. The shape measuring apparatus according to claim 3 , wherein the detection angle by the angle detector is applied to the measurement point of the above. 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3に記載の形状測定装置。 The angle detection by the angle detector for the plurality of target measurement points, the identification of the actual measurement points for the plurality of target measurement points by the control unit, and the identification of each of the specified actual measurement points. The shape measuring device according to claim 3 , wherein the angle is applied in parallel. 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とを相対移動させて前記測定面に照射する前記プローブ光の第1軸、第2軸及び第3軸の各軸方向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、
位置状態検出器により前記ワークホルダ及び前記角度検出器の前記第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することと、
予め設定された前記測定面の基準形状を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の前記基準形状における傾斜角度に基づいて前記角度検出器により検出された前記測定面の角度を補正して前記実際の測定点の傾斜角度を求め、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。
The workholder is held so that the probe light emitted by the angle detector is incident on the target measurement point on the measurement surface of the object to be measured held in the workholder in a predetermined incident state. And the angle detector are relatively moved to control the positions of the probe light irradiating the measurement surface in the axial directions of the first axis, the second axis, and the third axis.
Irradiating the measurement surface with the probe light to detect the angle of the measurement surface, and
The position state detector detects the position state of the work holder and the angle detector in each axis direction of the first axis, the second axis, and the third axis .
The preset reference shape of the measurement surface is reset based on any one of the position states of the first axis, the second axis, and the third axis detected by the position state detector, and further. The actual measurement point of the measurement surface irradiated with the probe light is specified based on the positional state of the other two axes, and the angle detection is performed based on the inclination angle of the specified actual measurement point in the reference shape. A shape measuring method including correcting the angle of the measuring surface detected by the instrument to obtain the inclination angle of the actual measuring point and deriving the shape of the measuring surface.
コンピュータに、請求項7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。 A shape measurement program for causing a computer to execute the shape measurement method according to claim 7.
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