CN112105889B - 对象物的表面测定装置及测定方法 - Google Patents

Abstract

公开对象物的表面测定装置。对象物的表面测定装置包括：支撑部，用于放置测定对象物；至少3个探针，用于测定上述测定对象物的表面；以及驱动部，使上述支撑部和上述至少3个探针中的一个相对于另一个进行相对驱动。

Description

对象物的表面测定装置及测定方法

技术领域

本发明涉及测定对象物的表面的测定装置及测定方法。

背景技术

表面测定装置为测定对象物的表面的装置。通常，在测定对象物和传感器中的一个相对于另一个进行相对驱动期间，表面测定装置获取在上述传感器中对测定对象物的表面进行测定的测定信号。

但是，在上述传感器中获取的测定信号一同流入基于上述相对驱动的驱动误差成分和测定对象物的形状误差成分并被检测。在此情况下，在未从上述测定信号精巧地分离了上述误差成分的情况下，测试不准确度将会增加。具体地，当对测定对象物的形状进行测定时，由于因上述相对驱动而发生的驱动误差，测定不准确度将会增加。相反，当测定驱动误差成分时，测定基准部的形状误差向测定信号流入并成为测定误差的原因，结果，误差运动测定结果的不准确度将会增加。

作为针对上述问题的对策，使用了精密测定装置，精密测定装置存在装置的高价化及大型化且仅可在限定的测定环境下使用的问题，而且存在很难实时测定等缺点。

发明内容

技术问题

本发明所要解决的一技术问题在于，提供如下的对象物的表面测定装置及测定方法，即，可通过直线驱动精密地测定相对直线移动的测定对象物的表面形状。

并且，本发明所要解决的其他技术问题在于，提供如下的表面测定装置及测定方法，即，可以精密地测定进行相对旋转运动的测定对象物的表面形状。

技术方案

本发明的对象物的表面测定装置包括：支撑部，用于放置测定对象物；至少3个探针，用于测定上述测定对象物的表面；以及驱动部，使上述支撑部和上述至少3个探针中的一个相对于另一个进行相对驱动。

并且，本发明还可包括探针支撑部，位于上述支撑部的一侧，用于支撑上述至少3个探针，上述驱动部使上述支撑部和上述至少3个探针中的一个相对于另一个进行相对直线驱动，上述至少3个探针可在与上述相对直线驱动方向并排的直线上隔开规定间隔来配置。

并且，本发明还可包括运算部，合算在上述至少3个探针接收的测定信号来生成合成信号，在上述合成信号中去除在上述相对直线驱动过程中发生的驱动误差信号和上述测定对象物的表面形状误差信号。

并且，上述至少3个探针可包括第一探针至第三探针，上述第一探针与上述第二探针之间的距离与上述测定对象的测量长度的比例以及上述第二探针与上述第三探针之间的距离与上述测定对象的测量长度的比例分别呈现为不可约分数。

并且，上述第一探针至第三探针可以与上述探针支撑部的多个侧面中的相同的一侧面相结合。

并且，上述第一探针至第三探针可分别位于相同高度。

并且，上述第一探针至第三探针可分别通过上述相对直线驱动来沿着相同的路径单独测定上述测定对象物的表面变化。

并且，上述运算部可对在上述合成信号中去除上述驱动误差信号的信号进行傅立叶变换来获取谐波成分线性结合的信号，在将上述第一探针与上述第二探针之间的距离与测定对象的测量长度的比例定义为不可约分数(a_L/T/b_L/T)，将上述第二探针与上述第三探针之间的距离与测定对象的测量长度的比例定义为不可约分数(a_R/T/b_R/T)的情况下，在上述谐波成分中，波长最短的谐波的波长(λ_min)与波长最长的谐波的波长(λ_max)之间的比例(λ_max/λ_min)值小于上述b_L/T与b_R/T的最小公倍数。

并且，上述探针支撑部可包括：第一支撑区域，与上述测定对象物的一侧面相向；以及第二支撑区域，与上述测定对象物的另一侧面相向，上述至少3个探针包括：第一探针至第三探针，与上述第一支撑区域相结合，在与上述相对直线驱动方向并排的直线上排列成一列；以及第四探针至第六探针，与上述第二支撑区域相结合，在与上述相对直线驱动方向并排的直线上排列成一列。

并且，上述至少3个探针还可包括第七探针至第九探针，与上述第二支撑区域相结合，与上述第四探针至第六探针平行地配置。

并且，上述驱动部使上述支撑部和上述至少3个探针中的一个能够以以上述测定对象物的中心为轴的方式相对于另一个进行相对旋转，以上述测定对象物的中心为基准，上述至少3个探针位于探针之间的角度大于0度且小于180度的位置。

并且，上述至少3个探针中的一个探针与另一个探针之间的角度与上述一个探针与其他一个探针之间的角度之比可呈现为不可约分数。

并且，以上述测定对象物的中心为基准，上述至少3个探针可分别配置于互不相向的位置。

并且，本发明还可包括运算部，合算上述至少3个探针接收的测定信号来生成合成信号，在上述合成信号中去除在上述相对旋转运动过程中发生的驱动误差信号和上述测定对象物的形状误差信号，上述运算部通过对在上述合成信号去除上述驱动误差信号的信号进行傅立叶变换来获取谐波成分线性结合的信号，上述旋转装置将使采样角度(Δ)旋转已设定的信号接收次数(N)时的总测定范围角度定义为T，将上述总测定范围角度(T)与上述一个探针和上述另一个探针之间的角度的比例定义为不可约分数(a_α/b_α)，在将上述总测定范围角度(T)与上述一个探针和上述其他探针之间的角度的比例定义为(a_β/b_β)的情况下，在上述谐波成分中，波长最短的谐波的波长(λ_min)与波长最长的谐波的波长(λ_max)的比例(λ_max/λ_min)值小于在上述b_α和b_β的最小公倍数中去除1的值{LCM(b_α，b_β)-1}与对于1旋转的总测定范围角度(T)的比例(r_T＝T°/360°)的乘积。

并且，本发明的对象物的表面测定方法可包括：使用于放置测定对象物的支撑部和位于上述支撑部的一侧的至少3个探针中的一个相对于另一个进行相对驱动的步骤；以及在上述相对驱动期间，在上述至少3个探针中测定上述测定对象物的表面来生成测定信号的步骤。

并且，本发明还可包括：合算上述测定信号来生成合成信号的步骤；在上述合成信号中去除在上述相对驱动中发生的驱动误差信号的步骤；以及在去除上述驱动误差信号的上述合成信号中去除测定对象物的表面形状误差信号的步骤，在去除上述驱动误差信号的上述合成信号中去除测定对象物的表面形状误差信号的步骤中，对去除上述驱动误差的上述合成信号进行傅立叶变换来获取谐波成分线性结合的信号。

并且，在进行上述相对驱动的步骤中，可使上述支撑部和上述至少3个探针中的一个相对于另一个进行相对直线驱动，上述至少3个探针在与上述相对直线驱动方向并排的直线上隔开规定间隔来配置，从而测定上述测定对象物的表面。

并且，上述至少3个探针可包括第一探针至第三探针，相对于上述测定对象物的测定长度的上述第一探针与上述第二探针之间距离的比例以及相对于上述测定对象物的测定长度的上述第二探针与上述第三探针之间的距离的比例分别呈现为不可约分数。

并且，在进行上述相对驱动的步骤中，可使上述支撑部和上述至少3个探针中的一个以以上述测定对象物的中心为轴的方式相对于另一个进行相对旋转，以上述测定对象物的中心为基准，上述至少3个探针位于探针之间的角度大于0度且小于180度的位置。

并且，上述至少3个探针中的一个探针与另一个探针之间的角度与上述一个探针与其他探针之间的角度之比可呈现为不可约分数。

发明的效果

根据本发明的实施例，可从在多个探针中测定的测定信号获取去除因相对移动引起的驱动误差信号和直线驱动部的驱动误差信号的表面形状信息。由此，本发明可以精密地测定上述测定对象物的表面形状。

并且，根据本发明的实施例，上述表面测定装置可从在多个探针中测定的测定信号获取去除因相对旋转运动引起的驱动误差信号和旋转驱动部的旋转误差运动的表面形状信息。由此，本发明可以精密地测定对于上述测定对象物的圆周面的形状。

附图说明

图1为示出具有本发明第一实施例的线性剖面形状的对象物的表面测定装置的图。

图2为示出具有图1的线性剖面形状的对象物的表面测定装置的俯视图。

图3为用于说明本发明一实施例的表面测定方法的流程图。

图4为用于说明图3的表面测定方法的图。

图5为示出具有本发明第二实施例的线性剖面形状的对象物的表面测定装置的图。

图6为示出具有本发明第三实施例的线性剖面形状的对象物的表面测定装置的图。

图7为用于说明向具有本发明实施例的线性剖面形状的对象物的表面测定装置追加形状测定部的方法的图。

图8为用于说明测定本发明实施例的形状信息的方法的流程图。

图9为示出本发明第四实施例的对象物的表面测定装置的图。

图10为示出图9的对象物的表面测定装置的俯视图。

图11为示出包括探针支架的表面测定装置的图。

图12为用于说明本发明另一实施例的表面测定方法的流程图。

图13为用于说明图12的表面测定方法的图。

图14为示出本发明第五实施例的对象物的表面测定装置的图。

图15为示出本发明第六实施例的对象物的表面测定装置的图。

图16为示出本发明第七实施例的对象物的表面测定装置的图。

图17为用于说明本发明实施例的对象物的表面测定装置测定形状的方法的图。

具体实施方式

本发明的对象物的表面测定装置包括：支撑部，用于放置测定对象物；至少3个探针，用于测定上述测定对象物的表面；以及驱动部，使上述支撑部和上述至少3个探针中的一个相对于另一个进行相对驱动。

以下，参照附图，详细说明本发明的优选实施例。但是，本发明的技术思想并不局限于在此说明的实施例，而是可具体化成其他形态。反而，在此介绍的实施例为了使所揭示的内容变得完整以及向本发明所属技术领域的普通技术人员充分传递本发明的思想而提供。

在本说明书中，在提及到一种结构要素位于另一结构要素上的情况下，这意味着可以直接形成于其他结构要素上，后者在它们之间可形成第三结构要素。并且，附图中，形状及区域的厚度为了记述内容的有效说明而被放大。

并且，在本说明书的多种实施例中，第一、第二、第三等的术语用于记述多种结构要素，这些结构要素并不局限于上述术语。这些术语仅用于区分两种结构要素。因此，在一个实施例中被提及为第一结构要素的部件可以在其他实施例中被提及为第二结构要素。在此说明且例示的各个实施例包括其互补性实施例。并且，在本说明书中，“和/或”包括前后罗列的结构要素中的至少一个。

在说明书中，只要在文脉上并未明确表示，则单数的表示包括复数的表示。并且，“包括”或“具有”等的术语用于指定说明书上记载的特征、数字、步骤、结构要素或它们组合的存在，而并非排除一个或一个以上的其他特征或数字、步骤、结构要素或它们组合的存在或附加可能性。并且，在本说明书中，“连接”均包括多个结构要素间接连接以及直接连接的情况。

并且，以下，在说明本发明的过程中，在判断为对于相关的公知功能或结构的具体说明使本发明的主旨不清楚的情况下，将省略对其的详细说明。

图1为示出本发明第一实施例的对象物的表面测定装置的图，图2为示出图1的对象物的表面测定装置的俯视图。

参照图1，对象物的表面测定装置1000可包括支撑部100、探针支撑部200、驱动部(未图示)、探针300及运算部(未图示)。

支撑部100可呈具有规定厚度的四边板形状。在支撑部100的上部面放置测定对象物O。测定对象物O作为具有规定形状的物体，沿着一方向具有规定长度。测定对象物O具有线性剖面形状。以下，将测定对象物O的长度方向定义为X轴方向，将与位于水平面上的上述X轴方向垂直的方向定义为Y轴方向，将与X轴方向及Y轴方向垂直的方向定义为Z轴方向。

探针支撑部200可在支撑部100一侧，例如，沿着-Y轴方向隔开规定距离来设置。探针支撑部200可呈具有规定厚度的四边板形状。

驱动部(未图示)可以使支撑部100和探针支撑部200中的一个相对于另一个进行相对移动。例如，驱动部可以使支撑部100和探针支撑部200中的一个相对于另一个沿着X轴方向进行相对直线驱动(relativelinearMotion，M)。

根据一例，上述驱动部可在探针支撑部200固定设置的状态下使支撑部100进行直线驱动(M)。根据另一实施例，上述驱动部可在支撑部100固定设置的状态下使探针支撑部200进行直线驱动(M)。在本实施例中，以驱动部使支撑部100进行直线驱动(M)为例展开说明。

探针300至少形成3个，探针支撑部200设置于规定高度。至少3个探针300沿着Z轴方向位于相同高度。

至少3个探针300向直线驱动的测定对象物O的表面输出信号，接收从上述测定对象物O的表面反射的信号来生成测定信号。至少3个探针300单独生成上述测定信号。

在测定对象物O直线驱动的期间，至少3个探针300可按已设定的次数(N)和间隔(Δ)生成上述测定信号。根据至少3个探针300生成的上述测定信号的次数(N)及间隔(Δ)来确定测定对象物O的测定长度(T)。

参照图2，至少3个探针300可在满足以下条件1和条件2的位置中设置于探针支撑部200。以下，为了说明的便利，以至少3个探针300包括第一探针300a、第二探针300b及第三探针300c为例进行说明，第一探针300a、第二探针300b及第三探针300c沿着X轴方向依次设置。

条件1

第一探针300a、第二探针300b及第三探针300c沿着X轴方向，在相同线上，在隔开已设定的间距(X_R、X_L)的位置排列成一列。

第一探针300a、第二探针300b及第三探针300c在相同高度，沿着X轴方向配置于相同直线上，以使相互之间的配置位置不重复。而且，第一探针300a、第二探针300b及第三探针300c均被探针支撑部200支撑。第一探针300a、第二探针300b及第三探针300c在探针支撑部200的多个侧面中的相同的一侧面隔开已设定的间距来设置。第一探针300a、第二探针300b及第三探针300c之间的已设定的间距基于后述条件2。由此，第一探针300a、第二探针300b及第三探针300c根据与测定对象物O的相对直线驱动，实质上沿着相同的路径横穿表面，与测定对象物O的表面变化个别发生反应来输出测定信号。

条件2

如以下数学式1，在满足上述条件1的第一探针300a、第二探针300b及第三探针300c中，对于测定对象物O的测定长度(T)的第一探针300a与第二探针300b间距(x_L)的比例(r_R)可呈现为不可约分数(irreducible fraction)。并且，如以下数学式2，对于测定对象物O的测定长度(T)的第二探针300b与第三探针300c间距(x_R)的比例(r_L)可呈现为不可约分数。

数学式1

r_L＝x_L/T＝a_L/T/b_L/T

数学式2

r_R＝x_R/T＝a_R/T/b_R/T

另一方面，在将上述测定信号合算后的合成信号中去除驱动误差信号之后进行傅立叶变换，通过傅立叶变换去除上述驱动误差信号的合成信号可由谐波成分线性结合来表示。其中，波长最短的谐波成分的波长(λ_min)与波长最长的谐波成分的波长(λ_max)的比例可如以下数学式3表示。在此情况下，如以下数学式3所示，上述波长比例(r_λ)值小于作为数学式1的分母的b_R/T和作为数学式2的分母的b_L/T的最小公倍数(LCM(b_R/T、b_L/T))。

数学式3

r_λ＝λ_max/λ_min＜LCM(b_R/T，b_L/T)

接着，参照图1，运算部(未图示)可从至少3个探针300接收上述测定信号，可生成上述测定信号合成的合成信号。在此情况下，上述合成信号包含相对直线运动(M)过程中发生的上述驱动误差信号和通过测定对象物O的表面形状发生的上述形状误差信号。因上述误差，上述测定信号的测定不准确度(measuring uncertainty)有可能增加。为了防止上述问题，上述运算部可针对上述测定信号适用基于傅立叶模型(Fourier model based)的多探针误差分离法(multi-probe error separation method)，来根据需要去除上述驱动误差信号或上述形状误差信号。通过图5至图6说明上述误差分离法的具体过程。

以上，参照图1至图2，说明了本发明一实施例的对象物的表面测定装置1000。以下，参照图3至图4，说明本发明一实施例的表面测定方法。

图3为用于说明本发明一实施例的表面测定方法的流程图，图4为用于说明图3的表面测定方法的图。

参照图3，上述对象物的表面测定方法可包括：步骤S110，使支撑部或至少3个探针中的一个相对于另一个进行相对移动；步骤S120，在至少3个探针中生成测定信号；步骤S130，合算测定信号来生成合成信号；步骤S140，在合成信号中去除驱动误差信号；以及步骤S150，在去除驱动误差信号的合成信号中形状误差信号。

使支撑部或至少3个探针中的一个相对于另一个进行相对移动的步骤S110为上述驱动部使支撑部100或探针支撑部200中的一个相对于另一个进行相对移动的步骤。根据一实施例，在上述步骤S110中，上述驱动部可在探针支撑部200固定设置的状态下，使支撑部100进行直线驱动。根据另一实施例，上述驱动部可在支撑部100固定设置的状态下，使探针支撑部200进行直线驱动。

在上述至少3个探针中生成测定信号的步骤S120为如下的步骤，即，利用至少3个探针300来测定上述测定对象物O的表面。至少3个探针300向直线驱动的测定对象物O的表面输出信号，接收从上述测定对象物O的表面反射的信号来生成测定信号。

参照图4，至少3个探针300可单独测定沿着X轴方向相对直线运动的测定对象物O的一侧面。在此情况下，至少3个探针300可按规定的间隔(Δ)测定N次来收集N个数据集{m}。

在将第一探针300a、第二探针300b、第三探针300c分别定义为P_L、P_O及P_R，将P_L、P_O及P_R测定的数据的集合分别定义为m_L、m_O及m_R的情况下，在第i个测定位置X_i中获取的上述第一探针300a、第二探针300b、第三探针300c的数据集m_L、m_O、m_R为以X_i为中心，将±Δ/2的区域作为被测定空间的数据集，在此情况下，测定长度T和测定间隔Δ的关系可如下数学式4表示。

数学式4

x_i＝i·Δ

T＝Δ·N

其中，i＝0，1，2，3，…N-1

在第一探针300a、第二探针300b、第三探针300c中，若将作为基准的第二探针300b的位置作为原点来设定测定坐标系，则X轴方向中设定的第一探针300a、第二探针300b、及第三探针300c的位置坐标X_PO、X_PL及X_PR可如下数学式5表示。

数学式5

x_PO＝x_dO+e_xO＝0

x_PL＝-x_dL+e_xL

x_PR＝x_dR+e_xR

x_d＝x_dL+x_dR

在此情况下，上述x_dO为在上述第二探针300b的测定坐标系中的设定位置(designed Position)，换句话说，即为测定坐标系的原点，e_xO为设置第二探针300b的位置中的沿着X轴方向的设置误差。上述x_dL为在第一探针300a的测定坐标系中的设定位置，e_xL为设置第一探针300a的位置中的沿着X轴方向的设置误差。上述x_dR为在第三探针300c的测定坐标系中的设定位置，e_xR为设置第三探针300c的位置中的沿着X轴方向的设置误差。X_d为从第一探针300a至第三探针300c的轴方X向上的距离。

通过相同方式，设置在Y轴方向中的第一探针300a、第二探针300b及第三探针300c的位置坐标Y_PO、Y_PL及Y_PR可如下数学式6表示。

数学式6

y_PO＝y_dO(＝0)+e_yO(＝0)＝0

y_PL＝y_dL(＝0)+e_yL＝e_yL

y_PR＝y_dR(＝0)+e_yR＝e_yR

在此情况下，上述Y_do为在上述第二探针300b的测定坐标系中的设定位置(designed Position)，换句话说，即为测定坐标系的原点，e_yO为在设置第二探针300b的位置中的沿着Y轴方向的设置误差。上述Y_dL为在第一探针300a的测定坐标系中的设定位置，e_yL为在设置第一探针300a的位置中的沿着Y轴方向的设置误差。上述Y_dR为在第三探针300c的测定坐标系中的设定位置，e_yR为在设置第三探针300c的位置中的沿着Y轴方向的设置误差。

合算上述测定信号来生成合成信号的步骤S130为如下的步骤，即，合算由在步骤S120中获取的上述第一探针300a、第二探针300b、第三探针300c测定的上述测定信号的数据集{m_Li}、{m_Oi}及{m_Ri}来生成测定位置X_i中同时获取的合成信号。

具体地，第一探针300a、第二探针300b及第三探针300c，换句话说，即上述P_L、P_O及P_R在第i个测定位置X_i中获取的数据集{m_Li}、{m_oi}及{m_Ri}可包含基于针对基准探针P_O的剩余两个探针P_L及探针P_R的设置误差的影像和测定对象物O的形状误差成分R(X_i)、旋转误差移动角度θ(X_i)及水平移动误差y(X_i)中的一个以上。上述数据集{m_Li}、{m_Oi}及{m_Ri}可如数学式7表示。

数学式7

m_Li＝R(x_i+x_PL)+(x_i+x_PL)·{θ_S+θ_z(x_i)}+(y_S+y(x_i)}+y_PL

＝R(x_i-x_dL+e_xR)+(x_i-x_dL+e_xR)·{θ_S+θ_z(x_i)}+{y_S+y(x_i)}+e_yL

m_Oi＝R(x_i+x_PO)+(x_i+x_PO)·{θ_S+θ_z(x_i)}+{y_S+y(x_i)}+y_PO

＝R(x_i)+x_i·{θ_S+θ_z(x_i)}+{y_S+y(x_i)}

m_Ri＝R(x_i+x_PR)+(x_i+x_PR)·{θ_S+θ_z(x_i)}+{y_S+y(x_i)}+y_PR

＝R(x_i+x_dR+e_xR)+(x_i+x_dR+e_xR)·{θ_S+θ_z(x_i)}+{y_s+y(x_i)}+e_yR

在此情况下，θ_s为上述相对直线驱动方向与上述探针的横轴之间的倾斜度，θ_z为基于驱动误差的微小旋转误差角度，y_s为在Y轴方向中的上述测定对象物O的误差距离。

在因上述探针的X轴方向设置误差被严格修改而可以无视的情况下，上述数学式7可以如数学式8表示。

数学式8

m_Oi＝R(x_i)+x_i·{θ_S+θ_z(x_i)}+{y_S+y(x_i)}

m_Li＝R(x_i-x_dL)+(x_i-x_dL)·{θ_S+θ_z(x_i)}+{y_s+y(x_i)}+e_yL

m_Ri＝R(x_i+x_dR)+(x_i+x_dR)·{θ_S+θ_z(x_i)}+(y_S+y(x_i)}+e_yR

并且，在上述探针的Y轴方向设置误差因被严格修改而可以无视的情况下，上述数学式8可以如数学式9表示。

数学式9

m_Oi＝R(x_i)+x_i·{θ_S+θ_z(x_i)}+(y_S+y(x_i)}

m_Li＝R(x_i-x_dL)+(x_i-x_dL)·{θ_S+θ_z(x_i)}+{y_S+y(x_i)}

m_Ri＝R(x_i+x_dR)+(x_i+x_dR)·{θ_S+θ_z(x_i)}+{y_S+y(x_i)}

在此情况下，θ_s为上述相对直线驱动方向与第二探针300b的横轴之间的倾斜度，θ_z为基于驱动误差的微小旋转误差角度，y_s为在Y轴方向中的上述测定对象物O的误差距离。

换句话说，在N个标本提取位置X_i(i＝0，1，2…N-1)中，通过上述P_L、P_o及P_R检测测定信号m_Li、m_Oi及m_Ri。在此情况下，作为基准的上述第二探针300b输出数据m_Oi可与分别乘上常数a和常数b的剩余第一探针300a和第三探针300c的数据m_Li、m_Ri相加。由此，可获取由在测定位置X_i中同时获取的检测信号的负载量M_i构成的数据集{M_i}。上述数据集{M_i}可如下数学式10定义。

数学式10

{M_i}＝{M_i|M_i＝m_Oi+a·m_Li+b·m_Ri，i＝0，1，2，...，N}.

因此，从上述数学式7至数学式9，构成数据集{M_i}的负载量M_i可如下数学式11表示。

数学式11

M_i＝m_Oi+a·m_Li+b·m_Ri

＝R(x_i)+(x_i)·{θ_S+θ_z(x_i)}+{y_S+y(x_i)}+a·[R(x_i+x_PL)+(x_i+x_PL)·{θ_S+θ_z(x_i)}+{y_S+y(x_i)}+y_PL]+b·[R(x_i+x_PR)+(x_i+x_PR)·{θ_S+θ_z(x_i)}+{y_S+y(x_i)}+y_PR]

＝R(x_i)+a·R(x_i+x_PL)+b·R(x_i+x_PR)+y_PO+a·y_PL+b·y_PR+(1+a+b)·[x_i·{θ_S+θ_z(x_i)}+{y_S+y(x_i)}+(a·x_PL+b·x_PR)·{θ_S+θ_z(x_i)}

＝R(x_i)+a·R(x_i-x_dL)+b·R(x_i+x_dR)+C_P+(1+a+b)·[x_i·{θ_S+θ_z(x_i)}+{y_s+y(x_i)}](-a·x_dL+b·x_dR)·{θ_S+θ_z(x_i)}

其中，C_P＝y_PO+a·y_PL+b·y_PR＝a·e_yL+b·e_yR

在上述合成信号中去除驱动误差信号的步骤S140为如下的步骤，即，上述运算部在上述负载量(M_i)中去除上述驱动误差。

在此情况下，上述驱动误差可包含因设置测定对象物O而发生的误差以及驱动部的旋转方向的误差移动角度及水平移动误差中的一个以上。

在此情况下，因设置上述测定对象物O而发生的误差可以包含上述相对直线驱动方向与上述探针的横轴之间的角度误差(θ_s)或在Y轴方向中的上述测定对象物O的误差距离y_s中的一个以上。

根据实施例，上述运算部可导出满足数学式12的条件的上述负载量的常数a、常数b。

数学式12

1+a+b＝0

x_PO+a·x_PL+b·x_PR＝a·x_PL+b·x_PR＝-a·x_dL+b·x_dR＝0

由此，上述运算部可将上述负载量的常数a、常数b如以下数学式13表示。

数学式13

若将通过上述数学式导出的a、b代入上述数学式11，则负载量M_i可如数学式14表示。

数学式14

由此，上述运算部向M_i可适用从至少3个探针300获取的输出值的负载之和来去除上述驱动误差信号。

与此不同，也可具有使上述输出值分别相对具有1、a、b的灵敏度比例的方法。作为参照，在实施例的情况下，上述a、b可如下数学式15表示。

数学式15

a＝-x_P/(x_R+x_P)

b＝-x_R/(x_R+x_P)

在去除上述驱动误差信号的合成信号中去除形状误差信号的步骤S150为如下的步骤，即，上述运算部针对去除上述驱动误差信号的上述合成信号，通过傅立叶变换去除形状误差信号。

具体地，上述运算部可在从上述M_i去除平均值之后，执行傅立叶变换(Fouriertransformation)。由此，可导出在通过谐波成分(harmonics)的线性结合(linearcombination)表现的频率区域(frequency domain)中的信号(M_w)。上述M_w可如数学式16表示。

数学式16

在此情况下，上述T为具有线性剖面形状的对象物的表面测定装置1000以规定的间隔(Δ)测定N次测定对象物O的总测定长度，上述k(bin number)为在通过谐波成分之和表示的信号的成分中，根据需要测定的表面轮廓(surface profile)的准确度确定的正整数，可被定义为k＝1，2，3…k_Max。上述w_k为各个频率(angular frequency)，λ_k为与第k个相对应的谐波的波长(wave length)，可通过λ_k＝T/k的关系呈现。

并且，针对旋转位置x呈现的测定剖面的形状成分R(x)也可以如以下傅里叶模型R_w表示。上述R_w可如数学式17表示。

数学式17

若将在上述数学式16中的上述M_w和在上述数学式17中的上述R_w代入从实际测定数据获取的数学式11，则可如数学式18表示。

数学式18

在此情况下，为了便利，若向A_k和B_k代入数学式19，则上述负载量M_wi可如下数学式20表示。

数学式19

α_k＝1+a cosω_kx_dL+b cosω_kx_dR

β_k＝a sinω_kx_dL-b sinω_kx_dR

数学式20

在此情况下，上述F_k及G_k为M_wi的系数。

通过上述数学式20，上述运算部可导出如数学式21的系数比较式。

数学式21

若适用上述数学式19，则上述运算部可利用从上述第一探针300a、第二探针300b、第三探针300c获取的数据和通过上述数学式14导出的上述负载量的傅里叶变换结果

来将上述测定对象物O的剖面形状成分R_wi的系数

如数学式22导出。

数学式22

以此获取的R_wi可通过傅里叶逆变换，最终，可通过在空间区域(space domain)上表现的形状成分R(x_i)的推定值计算。

与上述实施例不同，通过现有的测定方法，在使用在上述频率区域中的系数比较法的过程中，在介入上述负载常数a、b及傅立叶变换过程的上述箱号(bin number)k满足特定条件的情况下，上述数学式19的α_k和β_k均为0，从而发生计算误差。

具体地，上述负载常数a、b及上述箱号k与从实际测定数据算出的负载量M_wi的系数F_k、G_k的状态无关，通过标本间隔Δ、测定长度T(＝Δ·N)以及探针配置条件确定，因此，可发生同时满足数学式23的情况。

数学式23

α_k＝1+a cosω_kx_dL+b cosω_kx_dR＝0

β_k＝a sinω_kx_dL-b sinω_kx_dR＝0

在上述数学式23满足上述条件的情况下，上述数学式21的系数比较式的每个变数行列的行列式为0，从而不可能存在如上述数学式22的矩阵求逆。因上述现象，在对应频率成分的大小算出过程中有可能发生问题，因此上述问题可以为计算结果发生严重误差的原因。

但是，根据本发明的实施例，随着排列在上述标本间隔Δ、上述测定长度(T)及上述探针的配置条件同时满足上述条件1至条件2的位置，上述数学式19的α_k和β_k均为0，从而可以防止发生计算错误。由此，在没有计算错误的情况下，可以在测定信号中去除形状误差，可获取去除驱动误差和形状误差成分的形状信息。

图5为示出本发明第二实施例的对象物的表面测定装置的图。

参照图5，与图1的实施例不同，上述驱动部400可以使探针支撑部200沿着轴方向直线驱动(M)。在此情况下，探针支撑部200可放置于驱动部400。

探针支撑部200可包括：第一支撑区域200a，以测定对象物O为基准，沿着-Y轴方向隔开规定距离；以及第二支撑区域200b，以测定对象物O为基准，沿着+Z轴方向隔开规定距离。

根据实施例，第二支撑区域200b的一侧面可固定于第一支撑区域200a的上端。根据一例，第一支撑区域200a和第二支撑区域200b可结合成“┓”字形状。

根据实施例，至少3个探针300可包括与第一支撑区域200a相结合沿着X轴方向排列成一列的第一探针300a、第二探针300b及第三探针300c。根据实施例，第一探针300a、第二探针300b、第三探针300c排列在同时满足上述条件1至条件2的位置。

并且，至少3个探针300还可包括与第二支撑区域200b相结合，沿着X轴方向排列成一列的第四探针300d、第五探针300e及第六探针300f。根据实施例，第四探针300d、第五探针300e及第六探针300f排列在同时满足上述条件1至条件2的位置。

图6为示出具有本发明第三实施例的线性剖面形状的对象物的表面测定装置。

参照图6，与图5的实施例不同，至少3个探针还可包括第七探针300g、第八探针300h及第九探针300i。第七探针300g、第八探针300h及第九探针300i与第二支撑区域200b相结合，沿着X轴方向排列成一列。

根据实施例，第七探针300g、第八探针300h及第九探针300i可排列在同时满足上述条件1至条件2的位置。并且，第七探针300g、第八探针300h及第九探针300i可以与第四探针300d、第五探针300e及第六探针300f并排。根据一例，第七探针300g可以与第四探针300d位于沿着Y轴方向的相同直线上，第八探针300g可以与第五探针300e位于沿着Y轴方向的相同直线上，第九探针300i可以与第六探针300f位于沿着Y轴方向的相同直线上。

图7为用于说明向具有本发明实施例的线性剖面形状的对象物的表面测定装置追加形状测定部的方法的图，图8为用于说明测定本发明实施例的形状信息的方法的流程图。

参照图7，与图6的实施例不同，上述表面测定装置1000还可包括第二支撑部120。

第二支撑部120可呈具有规定厚度的四边板形状。在第二支撑部120的上部面放置第二测定对象物O2。第二测定对象物O为获取形状信息的物体，沿着X轴方向具有规定长度。

并且，探针支撑部200还可包括以第二测定对象物O2为基准，沿着+Z轴方向隔开规定距离的第三支撑区域200c。

根据实施例，第三支撑区域200c的一侧面可固定于第二支撑区域200b的上端。根据一例，第一支撑区域200a与第三支撑区域200c也结合成“┓”字形状，可沿着第一支撑区域200a与第二支撑区域200b相结合的方向相反的方向结合。在其他观点上，第三支撑区域200c、第二支撑区域200b、第一支撑区域200a及驱动部400可沿着-Z轴方向依次固定。

根据实施例，至少3个探针300还可包括与第三支撑区域200c相结合的形状测定探针310。形状测定探针310可位于在第二测定对象物O2中，沿着+Z轴方向隔开规定距离的位置，可向相对直线运动的第二测定对象物O2的表面发生信号。并且，形状测定探针310接收从第二测定对象物O2的表面反射的信号来生成形状信号。

根据实施例，上述运算部可利用从测定对象物O导出的驱动误差信号来去除第二测定对象物O2的驱动误差信号。通过图8说明去除上述第二测定对象物O2的驱动误差信号的过程。

参照图8，去除上述形状信号的驱动误差信号的方法还可包括：步骤S240，通过图3，在上述步骤S110、步骤S120及步骤S130中，在合成信号中导出驱动误差信号；以及步骤S250，去除形状信号的驱动误差。其中，在合成信号中导出驱动误差信号的步骤S240与在合成信号中去除驱动误差信号的步骤S140的方法类似，因此，将省略对其的详细说明。

去除形状信号的驱动误差的步骤S250为如下的步骤，即，将在上述步骤S240中导出的上述驱动误差信号代入上述形状信号。其中，上述形状信号为在形状测定探针310中测定上述第二测定对象物O2的表面的信号。在此情况下，上述形状信号包含驱动误差信号。具体地，驱动部400可以使探针支撑部200及形状测定探针310沿着X轴方向直线驱动，在此情况下，因上述直线运动，上述形状信号可包含驱动误差。因此，仅通过上述形状信号无法导出第二测定对象物O2的准确的形状信息。

为了防止上述情况，上述运算部可基于在步骤S240中导出的上述驱动误差信号来修改上述形状信号，并可去除上述形状信号的驱动误差。由此，线性表面测定装置1000可导出第二测定对象物O2的准确的形状信息。

图9为示出本发明第四实施例的对象物的表面测定装置的图，图10为示出图9的对象物的表面测定装置的俯视图，图11为示出包括探针支架的表面测定装置的图。

参照图9至图11，对象物的表面测定装置1000可包括支撑部100、测定部200、平板300、驱动部(未图示)及运算部(未图示)。

支撑部100可呈具有规定厚度的板形状。在支撑部100的上端放置测定对象物O。测定对象物O可具有规定形状，例如，圆桶形状。测定对象物O具有沿着一方向延伸的规定长度。以下，将测定对象物O的长度方向定义为Z轴方向，将与上述Z轴方向垂直的方向分别定义为X轴方向及Y轴方向。

测定部200可位于沿着支撑部100的一方向隔开的位置，例如，沿着+Z轴方向隔开规定距离的位置。测定部200可包括至少3个探针210。图9中，仅示出第一探针210a、第二探针210b及第三探针210c，但是，对本发明所属技术领域的普通技术人员来说还可包括三个以上的探针是显而易见的。上述至少3个探针210位于沿着Z轴方向的相同高度。

至少3个探针210或测定对象物O中的一个相对于另一个进行相对旋转运动(R)。在此情况下，至少3个探针210可以测定进行相对旋转运动的测定对象物O的表面形状。具体地，至少3个探针210向相对旋转运动的测定对象物O的表面输出信号，接收从上述测定对象物O的表面反射的信号来生成测定信号。至少3个探针210单独生成上述测定信号。

至少3个探针210可以在测定对象物O进行旋转运动的期间生成上述测定信号。具体地，至少3个探针210根据已设定的信号接收次数(N)来按采样角度(Δ)的倍数使测定对象物O进行旋转来生成上述测定信号。在此情况下，将使上述测定对象物O进行旋转的程度定义为测定范围角度(T)。

根据实施例，至少3个探针210满足以下条件3，同时，位于满足条件4或条件5中的一个以上的位置。以下，为了说明的便利，以至少3个探针210包括第一探针210a、第二探针210b及第三探针210c为例进行说明。

条件3

以测定对象物O的中心为基准，第一探针210a、第二探针210b、第三探针210c位于探针之间的角度大于0度且小于180度的位置。具体地，通过在第一探针210a、第二探针210b、第三探针210c中的一个探针中，连接测定对象物的中心的分段与在其他两个探针中，连接测定对象物的中心的分段生成的角度中的一个角度不能为0度或180度。由此，第一探针210a、第二探针210b、第三探针210c的配置位置并不重复或者并不相向。

条件4

在第一探针210a、第二探针210b、第三探针210c中的一个探针与另一个探针的角度和总测定范围角度(T)的比例可呈现为不可约分数(irreducible fraction)。例如，总测定范围角度(T)与第一探针210a和第二探针210b的角度的比例可呈现为如以下数学式24的不可约分数，总测定范围角度(T)与第一探针210a和第三探针210c的角度的比例可呈现为如以下数学式25的不可约分数(a_β/b_β)。

数学式24

r₁＝a_α/b_α

数学式25

r₂＝a_β/b_β

另一方面，在合算上述测定信号的合成信号中去除驱动误差信号之后进行傅立叶变换，通过傅立叶变换，去除上述驱动误差信号的合成信号由谐波成分线性结合来呈现。其中，波长最短的谐波成分的波长(λ_Min)和波长最长的谐波成分的波长(λ_Max)的比例(r_λ)应小于在上述r₁和r₂的分母的最小公倍数中去除1的值{LCM(b_α，b_β)-1}与对于1旋转角度的总测定范围角度(T)的比例(r_T＝T°/360°)的乘积。换句话说，上述r_λ、LCM(b_α，b_β)-1及r_T需要满足以下数学式26。

数学式26

r_λ＝λ_max/λ_min＜r_T·{LCM(b_α，b_β)-1}

条件5

波长最短的谐波成分的波长(λ_Min)与波长最长的谐波成分的波长(λ_Max)的比例(r_λ)应小于对于上述1旋转角度的总测定范围角度(T)的比例呈现为不可约分数的r_T(r_T＝T°/360°＝a_T/b_T)的分子a_T。换句话说，需要满足以下数学式27。

数学式27

r_λ＝λ_max/λ_min＜a_T

平板300具有规定厚度，在上述平板300的上端形成可放置规定物体的平面。根据实施例，在上述平板300的上端可放置支撑部100。

驱动部(未图示)可以使支撑部100和测定部200中的一个以测定对象物O的中心为基准相对于另一个进行相对旋转运动(R)。根据一例，上述驱动部可在测定部200固定设置的状态下使支撑部100进行旋转运动(R)。根据另一例，上述驱动部可在支撑部100固定设置的状态下使测定部200进行旋转运动(R)。在本实施例中，以驱动部使支撑部100进行旋转运动(R)为例进行说明。

运算部(未图示)可从至少3个探针210接收上述测定信号来生成合成上述测定信号的合成信号。在此情况下，上述合成信号包含在相对旋转运动(R)中发生的上述驱动误差信号和通过测定对象物O的表面形状发生的上述形状误差信号。因上述误差，上述测定信号的测定不准确度(measuring uncertainty)有可能增加。为了防止上述现象，上述运算部可针对上述测定信号适用基于傅里叶模型的多探针误差分离法来去除上述驱动误差信号和上述形状误差信号。通过图12后述上述误差分离法的具体过程。

根据实施例，如图11所示，表面测定装置1000的测定部200还可包括固定探针210的探针支撑部230。

探针支撑部230呈沿着+Z轴延伸的具有规定长度的柱形状。探针支撑部230固定于平板300的上端，连接上述平板300与上述探针210。由此，上述探针支撑部230可以使探针210稳定地固定于平板300，可以限制上述探针210的移动。

以上，参照图9至图11，说明了本发明一实施例的具有圆形剖面形状的对象物的表面测定装置1000。以下，参照图12，说明本发明一实施例的表面测定方法。

图12为用于说明本发明另一实施例的表面测定方法的流程图，图13为用于说明图12的表面测定方法的图。

参照图12，具有上述圆形剖面形状的对象物的表面测定方法可包括：步骤S110，使支撑部或测定部中的一个相对于另一个进行相对旋转运动；步骤S120，在至少3个探针中对测定对象物的圆周面进行测定来生成测定信号；步骤S130，合算测定信息来生成合成信号；步骤S140，在合成信号中去除驱动误差信号；以及步骤S150，在去除驱动误差信号的合成信号中去除形状误差信号。

使支撑部或测定部中的一个相对于另一个进行相对旋转运动的步骤S110为如下的步骤，即，上述驱动部使支撑部100或测定部200中的一个相对于另一个进行相对旋转运动(R)。根据一例，在上述步骤S110中，上述驱动部可在测定部200固定设置的状态下，使支撑部100以上述测定对象物O的中心为基准进行旋转运动。根据另一例，上述驱动部可在支撑部100固定设置的状态下，使测定部200以上述测定对象物O的中心为基准进行旋转运动。

在至少3个探针中对测定对象物的圆周面进行测定来生成测定信号的步骤S120为如下的步骤，即，利用至少3个探针210来测定上述测定对象物O的圆周面。至少3个探针210向进行旋转运动的测定对象物O的圆周面输出信号，接收从上述测定对象物O的圆周面反射的信号来生成测定信号。

参照图13，可将第一探针210a、第二探针210b、第三探针210c分别定义为P_O、P_Φ及P_ψ。在此情况下，上述P_O为基准探针，P_Φ及P_ψ为分别从P_O隔开角度Φ及ψ来设置的探针。上述角度Φ及ψ根据上述条件1，任何一个也不能为0度或180度。

上述P_O、P_Φ及P_ψ可测定以测定对象物O的中心为基准进行相对旋转运动(R)的测定对象物O的圆周面。具体地，上述P_O、P_Φ及P_ψ可按规定的采样角度(Δ)测定已设定的信号接收次数(N)来收集N个数据集{m}。第i个获取的测定数据通过因进行测定的瞬间的驱动及设置误差所引起的中心轴的水平移动成分X(θ_i)、Y(θ_i)和通过多个探针测定的被测定剖面部的形状成分的影响可如下数学式28表示。

数学式28

m_oi＝R(θ_i)+x(θ_i)

m_φi＝R(θ_i-φ)+x(θ_i)cosφ+y(θ_i)sinφ

m_ψi＝R(θ_i+ψ)+x(θ_i)cosψ-y(θ_i)sinψ

在此情况下，M_oi为在第i个位置中，通过P_O测定的位置坐标，M_Φi为在第i个位置中，通过P_Φ测定的位置坐标，M_ψi为在第i个位置中，通过P_ψ测定的位置坐标。

另一方面，通常使用的探针即使精密地设定，也会发生初始值设定误差等偏移误差。若考虑到上述多个探针的偏移误差，则上述数学式28可如下数学式29表示。

数学式29

m_oi＝R(θ_i)+x(θ_i)+e_o

m_φi＝R(θ_i-φ)+x(θ_i)cosφ+y(θ_i)sinφ+e_φ

m_ψi＝R(θ_i+ψ)+x(θ_i)cosψ-y(θ_i)sinψ+e_ψ

再次参照图12，合算测定信号来生成合成信号的步骤S130为如下的步骤，即，在步骤S120中获取的上述P_O、P_Φ及P_ψ合算至第i个测定数据的集合{m_oi}、{m_Φi}及{m_ψi}来生成合成信号。

根据实施例，通过用于测定驱动部剖面的频带的(谐波函数)系数比较法的被测定剖面形状成分的推定通过如下的步骤进行。

1)基于测定系统的几何学关系构建以被测定剖面形状成分和驱动误差成分之和的形态测定的测定数据的模型。

2)定义存在于被测定剖面的未知形状成分R_i和对此的傅立叶模型R_wi和合成信号M_i＝m_oi+a·m_Φi+b·m_ψi的傅立叶模型M_wi。

3)以从实际测定数据M_oi、M_Φi及m_ψi去除基于驱动误差及设计误差的项的方式选择负载常数a和b，求出适用其的合成信号M_i＝M_oi+a·M_Φi+b·m_ψi＝R(θ_i)+a·R(θ_i-Φ)+b·R(θ_i+ψ)。

4)适用傅里叶变换来从M_i求出M_wi的傅里叶系数。

5)适用系数比较法，从M_wi的系数算出形状成分R_wi的系数来求出R_wi。

6)通过R_wi的傅里叶逆变换来分离形状成分R_i。

根据上述过程，上述合成信号可通过适合于上述数学式29的负载常数a、b的乘积来求出。即，上述合成信号可如下数学式30表示。

数学式30

M_i＝m_Oi+am_φi+bm_ψi

＝R(θ_i)+aR(θ_i-φ)+bR(θ_i+ψ)+(1+a cosφ+b cosψ)·x(θ_i)+(a sinφ-b sinψ)·y(θ_i)+e_o+ae_φ+be_ψ

＝R(θ_i)+aR(θ_i-φ)+bR(θ_i+ψ)+(1+a cosφ+b cosψ)·x(θ_i)+(a sinφ-b sinψ)·y(θ_i)+C_P

其中，C_P＝e_o+ae_φ+be_ψ

在合成信号中去除驱动误差信号的步骤S140为如下的步骤，即，上述运算部在上述合成信号(M_i)中去除上述驱动误差及设置误差。

若在上述数学式30中，可通过选择适当的a、b来去除包含x_i和y_i的项，则受到驱动误差的影响的项被去除，从而，上述数学式30可如下数学式31表示。

数学式31

M_i＝m_Oi+am_φi+bm_ψi+C_P

＝R(θ_i)+aR(θ_i-φ)+bR(θ_i+ψ)+C_P

为使上述合成信号M_i不受到驱动误差及设置误差的影响，包含对应误差成分的x_i和y_i的项需要均被去除。因此，用于满足上述条件的负载常数a和b需要满足以下数学式32。

数学式32

1+a cosφ+b cosψ＝0

a sinφ-b sinψ＝0

因上述探针配置条件，sinψ无法为0，因此，上述负载常数b可以为b＝a·sinΦ/sinψ。若在上述数学式32代入上述b值来进行整理，则上述数学式32可如以下数学式33整理。

数学式33

1+a cosφ+(a sinφ/sinψ)cosψ＝0

sinψ+a cosφsinψ+a sinφcosψ＝0

sinψ+a sin(φ+ψ)＝0

因此，若考虑探针配置条件sin(Φ+ψ)≠0，则常数a和常数b可如下数学式34确定。

数学式34

a＝-sinψ/sin(φ+ψ)

b＝-sinφ/sin(φ+ψ)

可通过将在上述数学式34中导出的a、b代入上述数学式30或数学式31来去除上述驱动误差信号及设置误差。

在去除驱动误差信号的合成信号中去除形状误差信号的步骤S150为如下的步骤，即，上述运算部针对去除上述驱动误差信号的上述合成信号，通过傅立叶变换去除形状误差信号。

利用3个探针，从N个测定位置中获取的实际测定数据M_oi、M_Φi及M_ψi，使用负载常数获取的负载量数据列M_i可通过傅立叶变换以傅里叶模型M_wi表示。在此情况下，M_wi如以下数学式35表示。

数学式35

并且，若测定剖面线的形状成分R_i也通过如下的傅里叶模型R_wi表示，则也可以与上述M_wi的情况类似。上述R_wi如以下数学式36表示。

数学式36

在上述数学式35及数学式36中，在考虑混叠效应来执行数据处理的情况下，仅将有效波长成分为对象的箱号k限制在K＝1，2，3…k_Max。在此情况下，上述K_Max为不超出通过奈奎斯特定理(Nyquist Theorem)确定的标准数N/2的最大整数。

若将上述数学式35和数学式36适用于从实际测定数据获取的数学式31，则如下数学式37表示。

数学式37

在此情况下，若将上述数学式37的1+a·cosw_kΦ+b·cosw_kψ用α_k置换，将a·sinw_kΦ-b·sinw_kψ用β_k置换，则上述数学式37可以如下数学式38整理。

数学式38

因此，若比较上述数学式32与上述数学式38，则如以下数学式39表示。

数学式39

可从上述数学式39导出如以下数学式40的系数比较式。

数学式40

若适用上述式，则从通过实际测定获取的数据，从通过上述数学式40获取的负载量的傅立叶变换结果

轻松算出被测定剖面形状成分R_wi的系数

在此情况下，上述

如以下数学式41表示。

数学式41

若将通过上述数学式41算出的R_wi逆变换，则最终计算出在空间域上表示的形状成分R_i的推定值。

与上述实施例不同，在现有的测定方法中，在计算R_w的系数的过程中将发生严重的计算误差。

但是，根据本发明的实施例，至少3个探针210满足上述条件3，同时，排列在满足条件4或条件5中的一个以上的位置，上述测定范围角度(T)和探针的配置角度ψ、Φ将受限。由此，可以防止引发计算误差的情况。由此，在没有计算误差的情况下，可以在测定信号中去除形状误差，可获得去除驱动误差和形状误差成分的形状信息。

图14为示出本发明第五实施例的对象物的表面测定装置的图。

参照图14，与图11的实施例不同，在内部形成提供规定空间的管形状的测定对象物O，并放置于平板300上。在测定对象物O的内侧形成测定部200。上述测定部200包括至少3个探针210及至少3个探针支架230，上述至少3个探针支架230与至少3个探针相对应。以测定对象物O的中心为基准，第一探针210a、第二探针210b及第三探针210c隔开相同距离，分别沿着朝向测定对象物O的内部面的方向配置。

根据实施例，第一探针210a、第二探针210b及第三探针210c分贝通过第一探针支架230a、第二探针支架230b及第三探针支架230c被固定在支撑部100的上端。支撑部100通过驱动部(未图示)，以测定对象物O的中心为基准进行旋转运动(R)，在此情况下，第一探针210a、第二探针210b及第三探针210c也以测定对象物O的中心为基准进行旋转运动(R)。由此，表面测定装置1000针对具有管形状的测定对象物O内部的圆周面测定表面形状。

图15为示出本发明第六实施例的对象物的表面测定装置的图。

参照图15，与图9的实施例不同，测定部200还包括对测定对象物O的上部进行测定的第四探针210d、第五探针210e及第六探针210f。

根据实施例，第四探针210d、第五探针210e、第六探针210f排列在以上述第一探针210a、第二探针210b及第三探针210c为基准，沿着+Z轴方向隔开规定距离的位置，排列在同时满足上述条件1至条件3的位置。由此，表面测定装置1000可以同时对测定对象物O圆周面的上部和下部进行测定，由此，可提高表面测定装置的可靠性。

根据实施例，第四探针210d、第五探针210e、第六探针210f可以与第一探针210a、第二探针210b、第三探针210c并排。根据一例，第四探针210d可以与第一探针210a位于沿着Z轴方向的相同直线上，第五探针210e与第二探针210b位于沿着Z轴方向的相同直线上，第六探针210f与第三探针210c位于沿着Z轴方向的相同直线上，但并不局限于此。

图16为示出本发明第七实施例的对象物的表面测定装置的图。

参照图16，与图15的实施例不同，测定部200还包括对测定对象物O的上端进行测定的第七探针210g及第八探针210h。

根据实施例，测定部200还包括排列在测定对象物O的一上端，用于检测测定对象物O的上端的第七探针210g及第八探针210h。在此情况下，第七探针210g可位于与测定对象物O的旋转轴相同的直线上，第八探针210h与第七探针210g可位于沿着Z轴方向的相同高度。

图17为用于说明本发明实施例的具有圆形剖面形状的对象物的表面测定装置测定形状的方法的图。

参照图17，与图16的实施例不同，上述表面测定装置1000还包括第二支撑部150。

在平板300的上端可放置支撑部100，在支撑部100的上端可放置测定对象物O1。并且，在测定对象物O1的上端可依次放置第二支撑部150及第二测定对象物O2。换句话说，支撑部100、测定对象物O1、第二支撑部150及第二测定对象物O2可按上述顺序在平板300的上部面沿着+Z轴方向放置。根据实施例，第二测定对象物O2的中心和测定对象物O1的中心沿着Z轴方向位于相同直线上。根据实施例，驱动部可以使支撑部100或第二支撑部150中的至少一个旋转运动(R)。

根据实施例，测定部200还包括测定第二支撑部150的外侧周围的第四探针210d、第五探针210e及第六探针210f。根据实施例，第四探针210d、第五探针210e及第六探针210f配置于以上述第一探针210a、第二探针210b及第三探针210c为基准，沿着+Z轴方向隔开规定距离的位置，排列在同时满足上述条件1至条件3的位置。第四探针210d、第五探针210e、第六探针210f可以与第一探针210a、第二探针210b及第三探针210c并排。根据一例，第四探针210d可以与第一探针210a位于沿着Z轴方向的相同直线上，第五探针210e与第二探针210b位于沿着Z轴方向的相同直线上，第六探针210f与第三探针210c位于沿着Z轴方向的相同直线上，但并不局限于此。

测定部200还包括测定第二支撑部150的底部面的第七探针210g及第八探针210h。在此情况下，第七探针210g和第八探针210h可位于沿着Z轴方向的相同高度。

根据实施例，测定部200还可包括形状测定探针250。形状测定探针250可位于从第二测定对象物O2一侧面隔开规定距离的位置，可向进行相对旋转运动的第二测定对象物O2的表面发送信号。并且，形状测定探针250接收从第二测定对象物O2的表面反射的信号来生成形状信号。

根据实施例，上述运算部可合算从测定对象物O1导出的测定信号来生成合成信号，并可导出与测定对象物O1有关的驱动误差信号。同时，可从第二测定对象物O2的驱动误差信号减去通过上述过程导出的上述驱动误差信号。由此，表面测定装置100可导出第二测定对象物O2的准确的形状信息。

以上，通过优选实施例详细说明了本发明，本发明的范围并不局限于特定实施例，而是通过附加的发明要求保护范围解释。并且，只要是本发明所属技术领域的普通技术人员，在不超出本发明的范围的情况下可以进行多种修改和变形。

产业上的可利用性

可利用本发明实施例的对象物的表面测定装置及测定方法来精确地测定对象物的表面。

Claims (11)

1.一种对象物的表面测定装置，包括：

支撑部，用于放置测定对象物；

至少3个探针，用于测定上述测定对象物的表面；

驱动部，使上述支撑部和上述至少3个探针中的一个相对于另一个进行相对直线驱动；以及

运算部，合算上述至少3个探针接收的测定信号来生成合成信号，在上述合成信号中去除在上述相对直线驱动过程中发生的驱动误差信号和上述测定对象物的表面形状误差信号，

上述至少3个探针包括第一探针至第三探针，

上述第一探针与上述第二探针之间的距离与上述测定对象的测量长度的比例以及上述第二探针与上述第三探针之间的距离与上述测定对象的测量长度的比例分别呈现为不可约分数。

2.根据权利要求1所述的对象物的表面测定装置，其中，

还包括探针支撑部，位于上述支撑部的一侧，用于支撑上述至少3个探针，

上述至少3个探针在与上述相对直线驱动方向并排的直线上隔开规定间隔来配置。

3.根据权利要求2所述的对象物的表面测定装置，其中，

上述第一探针至第三探针与上述探针支撑部的多个侧面中的相同的一侧面相结合。

4.根据权利要求3所述的对象物的表面测定装置，其中，

上述第一探针至第三探针分别位于相同高度。

5.根据权利要求1所述的对象物的表面测定装置，其中，

上述第一探针至第三探针分别通过上述相对直线驱动来沿着相同的路径单独测定上述测定对象物的表面变化。

6.根据权利要求1所述的对象物的表面测定装置，其中，

上述运算部对在上述合成信号中去除上述驱动误差信号的信号进行傅立叶变换来获取谐波成分线性结合的信号，

在将上述第一探针与上述第二探针之间的距离与测定对象的测量长度的比例定义为不可约分数a_L/T/b_L/T，将上述第二探针与上述第三探针之间的距离与测定对象的测量长度的比例定义为不可约分数a_R/T/b_R/T的情况下，在上述谐波成分中，波长最短的谐波的波长λ_min与波长最长的谐波的波长λ_max之间的比例λ_max/λ_min值小于上述b_L/T与b_R/T的最小公倍数。

7.根据权利要求2所述的对象物的表面测定装置，其中，

上述探针支撑部包括：

第一支撑区域，与上述测定对象物的一侧面相向；以及

第二支撑区域，与上述测定对象物的另一侧面相向，

上述至少3个探针包括：

第一探针至第三探针，与上述第一支撑区域相结合，在与上述相对直线驱动方向并排的直线上排列成一列；以及

第四探针至第六探针，与上述第二支撑区域相结合，在与上述相对直线驱动方向并排的直线上排列成一列。

8.根据权利要求7所述的对象物的表面测定装置，其中，

上述至少3个探针还包括第七探针至第九探针，与上述第二支撑区域相结合，与上述第四探针至第六探针平行地配置。

9.一种对象物的表面测定方法，包括：

使得用于放置测定对象物的支撑部和位于上述支撑部的一侧的至少3个探针中的一个相对于另一个进行相对直线驱动的步骤；

在上述相对直线驱动期间，在上述至少3个探针中测定上述测定对象物的表面来生成测定信号的步骤；

合算上述测定信号来生成合成信号的步骤；

在上述合成信号中去除在上述相对直线驱动过程中发生的驱动误差信号的步骤；以及

在去除上述驱动误差信号的上述合成信号中去除测定对象物的表面形状误差信号的步骤，

上述至少3个探针包括第一探针至第三探针，

相对于上述测定对象物的测定长度的上述第一探针与上述第二探针之间的距离的比例以及相对于上述测定对象物的测定长度的上述第二探针与上述第三探针之间的距离的比例分别呈现为不可约分数。

10.根据权利要求9所述的对象物的表面测定方法，其中，

在去除上述驱动误差信号的上述合成信号中去除测定对象物的表面形状误差信号的步骤中，对去除上述驱动误差的上述合成信号进行傅立叶变换来获取谐波成分线性结合的信号。

11.根据权利要求10所述的对象物的表面测定方法，其中，

上述至少3个探针在与上述相对直线驱动方向并排的直线上隔开规定间隔来配置，从而测定上述测定对象物的表面。

Images