JP6467187B2

JP6467187B2 - 支持装置および方法、計測装置、並びに物品の製造方法

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Inventors: 哲二太田
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Description

本発明は、対象物を支持する支持装置および方法、計測装置、並びに物品の製造方法に関する。

天文・宇宙観測や、半導体産業などにおいて、使用する光学素子を１〜数メートル級に大型化する要求が高まっている。大型化された光学素子は、軽量化のため薄肉化されることが一般的であるが、薄肉化により、装置に支持される際に自重などの外力による変形や複屈折が発生し、その光学特性（例えば透過波面など）が大きく変化する。このため、光学素子を支持する支持装置には、その支持点を増やし、変形量を低減させる手法が多く用いられている。

光学素子の形状は、計測装置によって計測され、加工装置によって得られる。計測結果に基づいて、その形状を修正する場合、その工程は修正加工工程と呼ばれる。修正加工においては、設計形状と計測結果との差分に係る領域を選択的に加工する。

上記の例では、光学素子は計測時と加工時とで異なる装置上に搭載される。計測時の支持と加工時の支持に求められる特性は異なるため、これらの支持状態を実現する支持装置は各々異なっている。具体的には、計測時には、振動の影響を受けないように適当な剛性を有しており、かつ光学素子の自重や、支持点の摩擦力などの外部からの力による変形を低減できる支持装置が望ましい。一方で、加工時には加工装置により加えられる荷重に対して十分な剛性をもった支持装置が望ましい。

また光学素子は、計測された光学特性が、製品等での使用時に再現されることが要求される。このため、計測時及び使用時の支持状態は十分に再現されることが必要となる。

例えば非特許文献１は、超大型天体望遠鏡において、１．５ｍ程度の大型光学素子を支持する支持装置を開示する。ここでは、光学素子の裏面を２７点で支持し、自重変形を低減している。このとき、支持点は保持基板上に、変形可能なフレクシャを介して配置される。また、保持基板は基準部材に対して傾斜自由度を有し、支持変形が高い精度で再現されている。

しかしながら、非特許文献１に開示される支持装置では、支持点が光学素子の裏面に接着されているため、光学素子を支持装置から着脱することに困難が伴う。支持装置を着けたまま光学素子の加工や計測を行う場合、剛性の低いフレクシャを介して光学素子が支持されることになる。このため、荷重を加えた加工が困難であったり、振動により計測誤差が大きくなったりする。

特許文献１の支持装置は、対象物を支持する傾動可能な支持体を（光学素子が搭載された状態に対してわずかに傾斜させるように）初期化を行う手段を設けている。これにより、支持点における摩擦力による（わずかな）変形の再現性の点で有利である。

Williams E. C. et al., "Advancement of the Segment Support System for the Thirty Meter Telescope Primary Mirror", Proceeding of SPIE, 7018, 2008

特開２０１４−１８１９８６号公報

しかしながら、特許文献１の支持装置は、支持点の変位により支持点と対象物との間で生ずる摩擦力によって対象物の変形が生じうる。

本発明は、対象物の支持状態の再現性および摩擦力による変形の小ささの点で有利な支持装置を提供することを例示的目的とする。

本発明の一側面によれば、対象物を支持するための複数の支持部を有する第１部材と、前記第１部材を少なくとも１自由度において軸のまわりに傾斜可能に支持する第２部材とをそれぞれが含む複数の支持機構が、前記対象物の支持により、該複数の支持機構における前記複数の支持部での複数の力がつり合うように、それぞれ、前記第２部材の前記軸のまわりに前記第１部材を傾斜させて前記対象物を支持する支持装置であって、前記第１部材は、前記複数の支持部にそれぞれ作用する前記対象物の荷重の少なくとも一部を前記複数の支持部それぞれの替わりに受ける複数のアクチュエータを有し、前記複数のアクチュエータのぞれぞれは、それに対応する支持部が接する前記対象物の部位とは同心状の前記対象物の部位を介して前記荷重の少なくとも一部を受けることを特徴とする支持装置が提供される。

本発明によれば、例えば、対象物の支持状態の再現性および摩擦力による変形の小ささの点で有利な支持装置を提供することができる。

第１実施形態における支持装置の構成を示す図。第１実施形態における支持対象物の支持装置への搭載工程を説明する図。第１実施形態における傾斜部の構成を示す図。第１実施形態におけるアクチュエータの構成例を示す図。第１実施形態における支持対象物の搭載工程のフローチャート。第２実施形態における支持装置の構成を示す図。第２実施形態における傾斜部の構成を示す図。第３実施形態における支持装置の構成を示す図。第４実施形態における支持装置の構成を示す図。第４実施形態における支持装置の構成の変形例を示す図。第５実施形態における支持装置の構成を示す図。第６実施形態における計測装置の構成を示す図。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の実施に有利な具体例を示すにすぎない。また、以下の実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが本発明の課題解決のために必須のものであるとは限らない。

＜第１実施形態＞
以下、本実施形態における支持装置及び支持装置を用いた計測方法について説明する。

図１は、第１実施形態における支持装置の構成を示す図である。図１（ａ）は支持装置１の上面図、図１（ｂ）は支持装置１の側面図である。ＤＧは重力方向を示す。図２は、支持対象物Ｗが支持装置１に搭載される工程での支持装置１の側面図である。支持装置１は、搭載基板１０１を介して搭載されるべき装置（例えば後述の計測装置）内に搭載される。支持装置１は、搭載基板１０１上に、複数の支持機構を有する。複数の支持機構のそれぞれは、対象物を支持するための複数の支持部１０４ａ，１０４ｂを有する第１部材としての保持基板１０３を有する。また、複数の支持機構のそれぞれは、第１部材である保持基板１０３を少なくとも１自由度において軸のまわりに傾斜可能に支持する第２部材としての傾斜部１０２を有する。２つの支持部１０４ａ，１０４ｂと、傾斜部１０２はそれぞれ、保持基板１０３に結合されている。傾斜部１０２は、搭載基板１０１に対して保持基板１０３を１自由度で傾斜可能に結合している。すなわち、保持基板１０３は、傾斜部１０２の傾斜中心軸ＡＸ１まわりに傾斜可能である。

なお、図１（ａ）及び図２（ｄ）を参照すると、対象物Ｗが支持装置１に搭載される場合に、対象物Ｗの剛体３自由度を過不足なく拘束することがわかる。これは、３つの傾斜部１０２を介して、各支持点における反力がバランスするように、保持基板１０３の姿勢が傾斜自由であることによる。

図３は、傾斜部１０２の構成例を示す図である。傾斜部は、側面図である図３（ａ）及び上面からの断面図である図３（ｂ）に示すように、シャフト１０２１又はベアリング１０２２の転動にてその傾斜性能を実現してもよい。このとき、ベアリング１０２２は、ベアリングケース１０２３を介して、搭載基板１０１に結合される。一方、シャフト１０２１は、傾斜アーム１０２４を介して、保持基板１０３に結合される。これにより、ベアリングの転がり摩擦程度のきわめて低い摩擦状態で、搭載基板１０１に対する保持基板１０３の傾斜を実現できる。

あるいは、傾斜部は、図３（ｃ）に示すように、搭載基板１０１及び保持基板１０３が、上記一自由度で傾斜可能な一軸ヒンジ１０２５によって結合されることで、その傾斜性能を実現してもよい。

支持部１０４ａ，１０４ｂは、重力方向ＤＧから見た場合、傾斜部１０２の傾斜中心軸ＡＸ１で区切られる２つの領域のそれぞれに１つずつ配置されている。支持部１０４ａ，１０４ｂは、対象物Ｗに接触する接触領域を有しており、接触領域は、好ましくは、対象物Ｗを損傷しないように樹脂などで構成される。

これにより支持装置１は、２つの支持部１０４ａ，１０４ｂに作用する力が釣り合うように傾斜部１０２の軸のまわりに保持基板１０３を傾斜させて２つの支持部１０４ａ，１０４ｂによって対象物Ｗを支持することができる。本実施形態では、対象物Ｗに対する支持部数を６個としているが、これは主に、対象物Ｗの自重変形による光学特性の劣化を防止するための点数として決定されており、自重変形を低減するためには、より多点での支持が必要となりうる。よって、対象物Ｗの大きさ、重さなどの物性に応じてその総支持部数が増減し、かつそれに適した実施形態が想到可能であることは容易に理解されるであろう。また、そのための支持装置が、第２実施形態以降で例示される。

本実施形態では、複数の支持部１０４ａ，１０４ｂの各々に対応して複数のアクチュエータ１０５ａ，１０５ｂが設けられる。アクチュエータ１０５ａ，１０５ｂはそれぞれ、対象物Ｗにより対応する支持部１０４ａ，１０４ｂに作用した荷重の少なくとも一部を該支持部の代わりに受けるように構成される。アクチュエータ１０５ａ，１０５ｂの各々は、対応する支持部１０４ａ，１０４ｂの近傍に設けられる。例えば、アクチュエータ１０５ａ、１０５ｂはそれぞれ、それに対応する支持部が接する対象物Ｗの部位とは同心状の対象物の部位を介して荷重の少なくとも一部を受けるように構成される。例えば図１では、アクチュエータ１０５ａ、１０５ｂはそれぞれ、支持部１０４ａ，１０４ｂを囲むその同心状の領域に設けられ、支持部の延在方向に沿って、すなわち重力方向に、対象物を駆動する。アクチュエータ１０５は、対象物Ｗへの接触領域として、球面を有していてもよい。また、アクチュエータ１０５の接触領域は、対象物Ｗを損傷しないように樹脂で構成されていてもよい。アクチュエータ１０５は、制御部１１０によってその駆動が制御される。

アクチュエータ１０５は、対象物に対し、あらかじめ定められた駆動方向（重力とは反対の方向）に荷重を加える。さらに、この方向以外の方向については、アクチュエータの剛性は小さい。すなわち、アクチュエータは、重力方向とは反対の方向に対象物に荷重を加えて対象物を支持部から持ち上げつつ、当該反対の方向以外の方向については、対象物に対する拘束を行わない。これにより、対象物と支持部との間に働いていた駆動方向以外の荷重を解放することができる。

図４は、アクチュエータの構成及び動作の例を示す図である。アクチュエータは、図４（ａ）に示すように、モータ１０５１と、接触部１０５２から構成されており、不図示の制御装置によりモータを上下動させ、対象物への接触・非接触を達成してもよい。また、アクチュエータは、図４（ｂ）に示すように、エアシリンダ１０５３と、接触部１０５２から構成されており、不図示の空圧制御装置によりエアシリンダを上下動させてもよい。あるいは、アクチュエータは気体ベアリングを含み、図４（ｃ）に示すように、対象物に対して非接触のエアパッド１０５４で構成されてもよい。この場合、不図示の空圧制御装置により、対象物とエアパッドとの間隔を広げるように対象物が浮上される。

また、アクチュエータ１０５は、上記駆動方向以外の荷重の解放を促進するように構成されうる。例えば、図４（ｄ）に示すように、接触部にボールベアリング１０５５が設けられていてもよい。この場合、対象物に生じている駆動方向以外の応力は、ボールベアリングの転動を介して解放される。あるいは、図４（ｅ）に示すように、接触部１０５２が板ばね機構１０５６を介して支持されていてもよい。板ばね機構１０５６は、駆動方向以外の応力を解放するために変形しうる。

上記の構成は、単独で実装されてもよいし、組み合わせて実装されてもよい。なお、図４（ｃ）のようにアクチュエータがエアパッド１０５４で構成されている場合は、対象物を浮上させることができるため、別段の構成を設けることなく駆動方向以外の応力が解放される。また、例えば図４（ｃ）や図４（ｄ）のような構成をとる場合には、アクチュエータとそれに対応する支持部とはその構造体を共有することができる。

制御部１１０は、支持部１０４ａ，１０４ｂによって対象物Ｗが支持された後、支持部１０４ａ，１０４ｂに代わってアクチュエータ１０５ａ，１０５ｂが一時的に対象物Ｗを支持するようにアクチュエータ１０５ａ，１０５ｂを制御する。以下、その具体例として、支持装置１に対象物Ｗを搭載するシーケンスを、図２及び図５を参照しながら説明する。図２は、支持対象物Ｗが支持装置１に搭載される工程の側面図であり、図５は、支持対象物Ｗを支持装置１に搭載する工程のフローチャートである。

図２（ａ）及び図５のＳ１に示すように、支持装置１に対して、対象物Ｗを重力方向ＤＧに沿って接近させていく。ここで、傾斜部１０２は、その初期の傾斜を任意の量としてよく、その傾斜状態を特定の状態にする必要はない。対象物Ｗを移動させた結果、図２（ｂ）及び図５のＳ２に示すように、対象物Ｗは支持部１０４ａ，１０４ｂに支持される。このとき、支持部１０４ａ，１０４ｂにはそれぞれ、対象物Ｗの自重が支持荷重Ｆａ，Ｆｂとして付加される。

支持荷重については、支持部１０４と傾斜軸ＡＸ１との距離を設計上変化することによって、各支持部における対象物Ｗの支持荷重比を任意に変化させることができる。図１（ａ）においては、支持部１０４ａとＡＸ１との距離（水平距離）と支持部１０４ｂとＡＸ１との距離（水平距離）との比が１対１であるため、支持荷重比は１対１、すなわちＦａ＝Ｆｂとなる。この距離の比が例えば２対１であった場合、対象物が回転しないためのモーメントの釣り合いから、支持荷重比は１対２となる。

さらには、支持装置１に例示されている６点の支持部１０４について、対象物Ｗによる荷重は、各支持部とその傾斜中心軸ＡＸ１との距離と、傾斜部１０２の位置とをパラメータとして、任意に設定することができる。本実施形態では、各保持基板及び支持点は同一円状に等分配置されているため、６点の支持荷重はすべて等しくなる。しかし、それに限らず種々の配置を採用しうる。当該配置は、搭載される対象物に応じ、設計方針に基づいて任意に変更しうる。

一方で、対象物Ｗには、支持部１０４での荷重に等しい反力Ｆａ及びＦｂが加えられる。また、対象物と支持部との接触領域において、摩擦力Ｆｆａ及びＦｆｂが発生する。これらの摩擦力は、対象物Ｗが搭載される際の接触領域のずれにより発生し、静止摩擦係数をμ０とした場合、式（１）及び（２）の範囲にある。

0 ＜ Ffa ＜ μ0・Fa （１）
0 ＜ ffb ＜ μ0・Fb （２）

式（１）及び（２）において、摩擦力が範囲を持つとしたのは、接触領域のずれ量が、初期状態によって変化するためである。すなわち、保持基板１０３が特定の方向に大きく傾斜した状態で対象物が搭載される場合、保持基板１０３が傾斜部１０２によってバランスするための回転量が大きく、結果として最大静止摩擦力に近い摩擦力が発生する。一方で、保持基板が小さく傾斜した状態で対象物が搭載される場合、より小さい摩擦力が発生する。また、接触領域でいわゆるスティックスリップ現象が発生した場合、摩擦力は式（１）及び（２）の範囲でしか予測できず、またその方向も一意に予測できない。また、対象物Ｗ及び保持基板１０３が荷重により変形するため、接触領域での摩擦力発生の要因となる。

対象物Ｗ及び保持基板１０３の形状を、それぞれＤｗ及びＤｂとすると、これらは式（３）及び（４）のような関数で表現することができる。

Dw (F, Ff) （３）
Db (F, Ff) （４）

式（３）及び（４）に示す変数のうち、支持荷重Ｆは、支持部の配置から一意に決定される。一方、摩擦力Ｆｆは、式（１）及び（２）に示した通り、一意には決定されない。よって、これらの形状は、対象物の搭載ごとに変化し、当該変化に対応した再現性を示すことになる。

次に、図２（ｃ）及び図５のＳ３に示すように、アクチュエータ１０５ａ，１０５ｂにより、対象物Ｗを持ち上げる。このとき、上述したように、アクチュエータは対象物の位置を重力方向以外には拘束せず、したがって対象物に発生していた摩擦応力を解放することができる。これにより、それぞれの形状は、式（５）及び（６）のように表現することができる。

Dw (F, 0) （５）
Db (F, 0) （６）

すなわち、対象物Ｗ及び保持基板１０３は、接触領域における摩擦力が解放されることで、支持荷重Ｆのみによって一意にその形状が決定される。なお、この条件は、アクチュエータによる支持荷重が支持部の近傍で加えられることにより、その前後で対象物の形状がほとんど変化しないことにより達成されうる。

このときのアクチュエータと支持部との距離は、対象物Ｗの変形の許容量によって決定される。というのは、支持部とアクチュエータとで位置が異なると、荷重による対象物及び保持基板の形状が変化するためである。よって、対象物Ｗの要求形状精度に対して、十分小さな形状変化であることが保証されればよい。このためには、対象物Ｗの形状をＦＥＭ解析などで推定し、推定された形状の誤差が十分小さいこと（例えば許容量以下であること）を確認して、その距離を決定してもよい。言い換えると、アクチュエータが接する対象物の部位と、そのアクチュエータに対応する支持部が接する対象物の部位との間の距離は、アクチュエータの動作による対象物及び保持基板の変形量が許容量以下となる値にする。また、対象物Ｗの厚さ・物性値から求められる曲げ剛性に応じて、その距離を決定してもよい。

さらに、図２（ｄ）及び図５のＳ４に示すように、アクチュエータ１０５ａ，１０５ｂを逆方向に駆動することで、対象物Ｗが支持部１０４に再び搭載される。このとき、対象物Ｗは、支持部１０４に対して（相対的に）駆動方向以外のずれをほとんど生じることなく搭載される。というのは、アクチュエータと支持部との距離（位置関係）が上記のように設定されているため、形状Ｄｗ及びＤｂがほとんど変化しないからである。この結果、対象物の形状の再現性および摩擦力による変形の小ささの点で有利な対象物の支持が可能となる。その後、例えばＳ５に示すように、対象物Ｗの（例えば光学特性等の）計測が行われる。

以上のように、制御部１１０は、対象物Ｗと複数の支持部との間に作用した摩擦力により対象物Ｗに残留する応力を低減させるように複数のアクチュエータを駆動する。よって、以上に述べた支持装置によれば、支持部の摩擦の影響を軽減することができる。また、応力を低減させた後に、対象物を適当な剛性で支持することができるため、その後の処理（計測等）における振動等の影響を軽減することができる。

＜第２実施形態＞
図６は、第２実施形態における支持装置の構成を示す図である。図６（ａ）は支持装置２の上面図、図６（ｂ）は支持装置２の側面図である。ＤＧは重力方向を示す。支持装置２は、搭載基板２０１を介して、搭載されるべき装置内に搭載される。搭載基板２０１は３つの傾斜部２０２を有し、３つの傾斜部２０２が３つの保持基板２０３にそれぞれ結合されている。傾斜部２０２は、搭載基板２０１に対して保持基板２０３を二自由度で傾斜可能に結合している。ここでいう二自由度とは、保持基板２０３の傾斜中心ＣＲ２を通る傾斜中心軸ＡＸ２１及びＡＸ２２まわりの回転自由度であり、すなわち、重力方向ＤＧに垂直な面に対して保持基板２０３は傾斜可能である。

図７は、傾斜部２０２の構成例を示す図である。傾斜部２０２は、側面図である図７（ａ）及び異なる側面図である図７（ｂ）に示すように、シャフト２０２１又はベアリング２０２２の転動にて、その傾斜性能を実現してもよい。このとき、ベアリング２０２２ａ及び（不図示の）２０２２ｂは、それぞれ、ベアリングケース２０２３ａ及び（不図示の）２０２３ｂを介して搭載基板２０１に結合される。一方、ベアリング２０２２ｃ及び（不図示の）２０２２ｄは、それぞれ、ベアリングケース２０２３ｃ及び（不図示の）２０２３ｄを介して保持基板２０３に結合される。さらに、ベアリング２０２２ａ及び（不図示の）２０２２ｂにはシャフト２０２１ａが、ベアリング２０２２ｃ及び（不図示の）２０２２ｄにはシャフト２０２１ｂがそれぞれ係合される。これにより、ベアリングの転がり摩擦程度のきわめて低い摩擦状態で、保持基板２０３の傾斜を実現できる。シャフト２０２１ａ及びシャフト２０２１ｂは、図７（ｃ）に示すように、一体として構成されていてもよいし、図７（ｄ）に示すように、中心部材２０２６により結合され、それらの傾斜軸を一致させるように構成されてもよい。

あるいは、傾斜部２０２は、側面図である図７（ｅ）及び異なる側面図である図７（ｆ）に示すように、搭載基板２０１及び保持基板２０３が、二自由度に傾斜可能な二軸ヒンジ２０２５によって結合されることで、その傾斜を実現してもよい。あるいは、図７（ｇ）に示すように、ユニバーサルジョイント２０２７によって結合されることで、その傾斜を実現してもよい。ここで、本実施形態では簡明さのため、傾斜中心軸を明示しているが、これは、傾斜中心と、その傾斜中心周りに二自由度の傾斜が可能な保持基板の一例であり、重力方向ＤＧに垂直な面に対して傾斜部２０２が傾斜可能であることを示している。すなわち本発明は、実際の保持基板における傾斜軸の配置及び構成を図示の態様に限定されない。

３つの保持基板２０３はそれぞれ、３つの支持部２０４ａ，２０４ｂ及び２０４ｃを有する。これらの支持部は、重力方向から見た場合、傾斜部２０２のそれぞれの傾斜中心軸で区切られる領域のそれぞれに少なくとも１つ配置される。支持部２０４は、対象物Ｗに接触する接触領域を有しており、接触領域は、例えば、対象物Ｗを損傷しないように樹脂などで構成される。

３つの支持部２０４ａ，２０４ｂ及び２０４ｃはそれぞれ、アクチュエータ２０５ａ，２０５ｂ及び２０５ｃを有する。アクチュエータ２０５ａ，２０５ｂ及び２０５ｃは、３つの支持部２０４ａ，２０４ｂ及び２０４ｃのそれぞれ近傍に設けられる。図６では、アクチュエータ２０５ａ，２０５ｂ及び２０５ｃは、支持部２０４に近接してその同心円状の領域に設けられている。アクチュエータ２０５は、対象物Ｗへの接触領域として、球面を有していてもよい。また、アクチュエータ２０５の接触領域は、対象物Ｗを損傷しないように樹脂で構成されていてもよい。

アクチュエータ２０５は、第１実施形態で示した構成を採用することができる。

以下、支持装置２に対象物Ｗを搭載するシーケンスについて説明する。ここでは、図５で示したシーケンスを適用することができる。すなわち、図５のＳ１に示すように、支持装置２に対して、対象物Ｗを重力方向ＤＧに沿って接近させていく。ここで、傾斜部２０２は、その初期の傾斜を任意の量としてよく、その傾斜状態を特定の状態にする必要はない。対象物Ｗを移動させた結果、図５のＳ２に示すように、対象物Ｗは支持部２０４ａ，２０４ｂ及び２０４ｃに支持される。このとき、支持部２０４には、対象物Ｗの自重が支持荷重Ｆａ、Ｆｂ及びＦｃとして加えられる。

次に、図５のＳ３に示すように、アクチュエータ２０５ａ，２０５ｂ及び２０５ｃにより、対象物Ｗを重力方向に駆動して持ち上げる。このとき、上述したように、アクチュエータは重力方向以外の剛性は小さく、したがって対象物に発生していた摩擦応力を解放することができる。

さらに、図５のＳ４に示すように、アクチュエータ２０５ａ、２０５ｂ及び２０５ｃを逆方向に駆動することで、対象物Ｗが支持部２０４に再び搭載される。このとき、対象物Ｗは、支持部２０４に対して（相対的に）、駆動方向以外のずれほとんどを生じることなく搭載される。なぜなら、対象物Ｗ及び保持基板２０３は、荷重分布がほとんど変化しないため、それぞれの形状がほぼ一定であるからである。

以上述べた支持装置によれば、対象物の形状の再現性および摩擦力による変形の小ささの点で有利な対象物の支持が可能となる。

＜第３実施形態＞
図８は、第３実施形態における支持装置の構成を示す図である。図８（ａ）は支持装置３の上面図、図８（ｂ）は支持装置３の側面図である。ＤＧは重力方向示す。支持装置３は、搭載基板３０１を介して、搭載されるべき装置内に搭載される。搭載基板３０１は３つの傾斜部３０２を有し、３つの傾斜部３０２が３つの保持基板３０３にそれぞれ結合されている。傾斜部３０２は、搭載基板３０１に対して保持基板３０３を一自由度で傾斜可能に結合している。すなわち、保持基板３０３は、傾斜部３０２の傾斜中心軸ＡＸ３まわりに傾斜可能である。傾斜部３０２は、第１実施形態で示したように、ベアリングで構成されてもよいし、ヒンジ機構で構成されてもよい。

保持基板３０３は、更に２つの第２の傾斜部３１２ａ，３１２ｂを有する。２つの第２の傾斜部３１２ａ，３１２ｂはそれぞれ、第２の保持基板３１３ａ，３１３ｂに結合されている。第２の傾斜部３１２ａ，３１２ｂは、保持基板３０３に対して第２の保持基板３１３ａ，３１３ｂをそれぞれ一自由度で傾斜可能に結合している。すなわち、第２の保持基板３１３ａ，３１３ｂは、それぞれ、第２の傾斜部３１２ａ，３１２ｂの傾斜中心軸ＡＸ３ａ，ＡＸ３ｂまわりに傾斜可能である。

３つの保持基板３１３は、それぞれ、２つの支持部３１４ａ及び３１４ｂを有している。支持部３１４は、対象物Ｗに接触する接触領域を有しており、接触領域は、例えば、対象物Ｗを損傷しないように樹脂などで構成される。

２つの支持部３１４ａ，３１４ｂは、それぞれ、アクチュエータ３１５ａ，３１５ｂを有している。アクチュエータ３１５ａ，３１５ｂは、それぞれ、２つの支持部３１４ａ，３１４ｂの近傍に設けられている。図８では、アクチュエータ３１５ａ，３１５ｂは、それぞれ、支持部３１４ａ，３１４ｂに近接してその同心円状の領域に設けられている。アクチュエータ３１５は、対象物Ｗへの接触領域として、球面を有していてもよい。また、アクチュエータ３１５の接触領域は、対象物Ｗを損傷しないように樹脂で構成されていてもよい。

アクチュエータ３１５は、第１実施形態で示した構成を採用することができる。

以下、支持装置３に対象物Ｗを搭載するシーケンスについて説明する。ここでは、図５で示したシーケンスを適用することができる。すなわち、支持装置３に対して、対象物Ｗを重力方向ＤＧに沿って接近させていき、対象物Ｗを支持部３１４ａ，３１４ｂに支持させる。このとき、支持部３１４には、対象物Ｗの自重が支持荷重Ｆａ，Ｆｂとして付加される。

次に、アクチュエータ３１５ａ，３１５ｂにより、対象物Ｗを重力方向に駆動して持ち上げる。このとき、上述したように、対象物に発生していた摩擦応力を解放することができる。

さらに、アクチュエータ３１５ａ，３１５ｂを逆方向に駆動することで、対象物Ｗが支持部３１４に再び搭載される。このとき、対象物Ｗは、支持部３１４に対して（相対的に）、駆動方向以外のずれをほとんど生じることなく搭載される。なぜなら、対象物Ｗ及び保持基板３０３は、荷重分布がほとんど変化しないため、それぞれの形状がほぼ一定であるからである。

＜第４実施形態＞
図９は、第４実施形態における支持装置の構成を示す図である。図９（ａ）は支持装置４の上面図、図９（ｂ）は支持装置４の側面図である。ＤＧは重力方向を示す。支持装置４は、搭載基板４０１を介して、搭載されるべき装置内に搭載される。搭載基板４０１は３つの傾斜部４０２を有し、３つの傾斜部４０２が３つの保持基板４０３にそれぞれ結合されている。傾斜部４０２は、搭載基板４０１に対して保持基板４０３を二自由度で傾斜可能に結合している。ここでいう二自由度とは、保持基板の傾斜中心ＣＲ４を通る傾斜中心軸ＡＸ４１及びＡＸ４２まわりの回転自由度であり、すなわち、重力方向ＤＧに垂直な面に対して保持基板４０３は傾斜可能である。傾斜部４０２は、第２実施形態で示したように、ベアリング、ヒンジ機構、あるいはユニバーサルジョイントで構成されうる。

３つの保持基板４０３は、更に３つの第２の傾斜部４１２ａ，４１２ｂ及び４１２ｃを有する。３つの第２の傾斜部は、それぞれ、第２の保持基板４１３ａ，４１３ｂ及び４１３ｃに結合されている。第２の傾斜部４１２ａ，４１２ｂ及び４１２ｃは、保持基板４０３に対して第２の保持基板４１３ａ，４１３ｂ及び４１３ｃをそれぞれ二自由度で傾斜可能に結合している。すなわち、第２の保持基板４１３ａを例にとると、その傾斜中心ＣＲ４ａを通る傾斜中心軸ＡＸ４１ａ，ＡＸ４２ａまわりに第２の保持基板４１３ａは傾斜可能である。これ以外の保持基板についても同様に傾斜することが可能である。

３つの保持基板４１３はそれぞれ、３つの支持部４１４ａ，４１４ｂ及び４１４ｃを有する。支持部４１４は、対象物Ｗに接触する接触領域を有し、接触領域は、例えば、対象物Ｗを損傷しないように樹脂などで構成される。

３つの支持部４１４ａ，４１４ｂ及び４１４ｃは、それぞれ、アクチュエータ４１５ａ，４１５ｂ及び４１５ｃを有する。アクチュエータ４１５ａ，４１５ｂ及び４１５ｃは、それぞれ、３つの支持部４１４ａ，４１４ｂ及び４１４ｃの近傍に設けられている。図９ａ及び図９ｂでは、支持部４１４に近接してその同心円状の領域に設けられている。アクチュエータ４１５は、対象物Ｗへの接触領域として、球面を有していてもよい。また、アクチュエータ４１５の接触領域は、対象物Ｗを損傷しないように樹脂で構成されていてもよい。

アクチュエータ４１５は、第１実施形態で示した構成を採用することができる。

以下、支持装置４に対象物Ｗを搭載するシーケンスについて説明する。ここでは、図５で示したシーケンスを適用することができる。すなわち、支持装置４に対して、対象物Ｗを重力方向ＤＧに沿って接近させていき、対象物Ｗを支持部４１４ａ，４１４ｂ及び４１４ｃに支持させる。このとき、支持部４１４には、対象物Ｗの自重が支持荷重Ｆａ，Ｆｂ及びＦｃとして付加される。

次に、アクチュエータ４１５ａ，４１５ｂ及び４１５ｃにより、対象物Ｗを重力方向に駆動して持ち上げる。このとき、上述したように、対象物に発生していた摩擦応力を解放することができる。

さらに、アクチュエータ４１５ａ，４１５ｂ及び４１５ｃを逆方向に駆動することで、対象物Ｗが支持部４１４に再び搭載される。このとき、対象物Ｗは、支持部４１４に対して（相対的に）、駆動方向以外のずれをほとんど生じることなく搭載される。なぜなら、対象物Ｗ及び保持基板４０３は、荷重分布がほとんど変化しないため、それぞれの形状がほぼ一定であるからである。

なお、本実施形態に係る支持装置は、図１０に示すような支持装置４’として構成されていてもよい。支持装置４’は、保持基板４０３に対して、第２の傾斜部４１２ａ’、４１２ｂ’及び４１２ｃ’を（重力方向ＤＧに関して）それぞれ下方になるように有している。３つの第２の傾斜部は、第２の保持基板４１３ａ’，４１３ｂ’及び４１３ｃ’にそれぞれ結合されている。支持装置４’では、傾斜部４０２の回転中心ＣＲ４に対して、保持基板４０３より上の可動部全体の重心ＣＧが（重力方向に関して）下方になるよう構成されている。これにより、対象物Ｗを搭載していない状態で、保持基板の姿勢が重力により安定するため、対象物Ｗの搭載が容易となり、また接触点のずれ（変位）も小さく、よって、対象物Ｗの初期の摩擦応力を小さくする効果がある。そのため、摩擦応力の解放も容易となる。

＜第５実施形態＞
図１１は、第５実施形態における支持装置の構成を示す図である。図１１（ａ）は支持装置５の上面図、図１１（ｂ）は、支持装置５の側面図である。ＤＧは重力方向を示す。また、図１１（ｃ）は、支持装置に支持される支持対象物Ｗの上面図である。本実施形態では、支持対象物は回転対称形状でなく、面対称形状を有している。これにより、以降に述べる支持装置５も、面対称に構成されるものとなる。なお、本実施形態は光学素子の形状に応じた支持装置の構成例を示すものであり、光学素子の形状に従って支持装置の構成を変更できることは容易に理解されるであろう。

支持装置５は、搭載基板５０１を介して、搭載されるべき装置内に搭載される。搭載基板５０１は、１つの傾斜部５０２及び２つの傾斜部５１２を有し、傾斜部５０２が保持基板５０３に結合され、２つの傾斜部５１２が２つの保持基板５１３のそれぞれに結合されている。傾斜部５０２は、搭載基板５０１に対して保持基板５０３を一自由度で傾斜可能に結合している。他方、２つの傾斜部５１２は、搭載基板５０１に対して２つの保持基板５１３のそれぞれを二自由度で傾斜可能に結合している。すなわち、重力方向ＤＧに垂直な面に対して保持基板５０３及び２つの保持基板５１３はそれぞれ傾斜可能である。傾斜部５０２及び５１２は、第１実施形態および２でそれぞれ示したような構成をとることができる。

保持基板５０３及び２つの保持基板５１３は、それぞれ２つおよび３つの支持部５０４を有している。支持部５０４は、対象物Ｗに接触する接触領域を有しており、接触領域は、例えば、対象物Ｗを損傷しないように樹脂などで構成される。

支持部５０４は、それぞれアクチュエータ５０５を有している。アクチュエータ５０５は、支持部５０４の近傍に設けられる。図１１では、アクチュエータ５０５は、支持部５０４に近接してその同心円状の領域に設けられている。

アクチュエータ５０５は、第１実施形態で示した構成を採用することができる。

以下、支持装置５に対象物Ｗを搭載するシーケンスについて説明する。ここでは、図５で示したシーケンスを適用することができる。すなわち、支持装置５に対して、対象物Ｗを重力方向ＤＧに沿って接近させていき、対象物Ｗを支持部５０４に支持させる。

次に、アクチュエータ５０５により、対象物Ｗを重力方向に駆動して持ち上げる。このとき、上述したように、対象物に発生していた摩擦応力を解放することができる。

さらに、アクチュエータ５０５を逆方向に駆動することで、対象物Ｗが支持部５０４に再び搭載される。このとき、対象物Ｗは、支持部５０４に対して（相対的に）、駆動方向以外のずれをほとんど生じることなく搭載される。なぜなら、対象物Ｗ及び保持基板２０３は、荷重分布がほとんど変化しないため、それぞれの形状がほぼ一定であるからである。

＜第６実施形態＞
図１２は、上述の支持装置を含む（搭載した）計測装置の構成を示す図である。計測装置Ｍは、例えば実施形態１に係る支持装置１を計測ステージＭＳ上に保持しており、支持対象物Ｗを支持装置１上に支持（搭載）することができる。あるいは、計測ステージＭＳ上には実施形態２〜５で説明した支持装置２〜５のいずれかが保持されていてもよい。この計測装置Ｍにおいて、支持装置によって図５に示すシーケンスを実施する。その後、支持対象物Ｗを計測ヘッドＭＨによって計測することにより、対象物Ｗの形状の再現性や摩擦応力の小ささに関連して有利な計測結果を得ることができる。なお、計測ヘッドＭＨには、干渉計の方式やプローブの接触式・非接触式の別等を問わず、種々の計測器を用いうる。

＜物品の製造方法の実施形態＞
本実施形態における物品の製造方法は、例えば、金属部品や光学素子等の物品を製造する際に用いられる。本実施形態の物品の製造方法は、上記の計測装置を用いて被検物（支持対象物Ｗ）の形状あるいは光学特性を計測する工程と、かかる工程における計測結果に基づいて被検物を加工する工程とを含む。例えば、被検物の形状を計測装置を用いて計測し、その計測結果に基づいて、被検物の形状が設計値（許容範囲内）になるように当該被検物を加工（製造）する。本実施形態の物品の製造方法は、計測装置により高精度に被検物の形状を計測できるため、従来の方法に比べて、物品の性能・品質・生産性・生産コストの少なくとも１つにおいて有利である。

１：支持装置、１０１：搭載基板、１０２：傾斜部、１０３：保持部材、１０４：支持部、１０５：アクチュエータ

Claims

対象物を支持するための複数の支持部を有する第１部材と、
前記第１部材を少なくとも１自由度において軸のまわりに傾斜可能に支持する第２部材と、
をそれぞれが含む複数の支持機構が、前記対象物の支持により、該複数の支持機構における前記複数の支持部での複数の力がつり合うように、それぞれ、前記第２部材の前記軸のまわりに前記第１部材を傾斜させて前記対象物を支持する支持装置であって、
前記第１部材は、前記複数の支持部にそれぞれ作用する前記対象物の荷重の少なくとも一部を前記複数の支持部それぞれの替わりに受ける複数のアクチュエータを有し、
前記複数のアクチュエータのぞれぞれは、それに対応する支持部が接する前記対象物の部位とは同心状の前記対象物の部位を介して前記荷重の少なくとも一部を受けることを特徴とする支持装置。
前記複数のアクチュエータはそれぞれ、気体ベアリングを含み、該気体ベアリングを介して前記荷重の少なくとも一部を受けることを特徴とする請求項１に記載の支持装置。
前記複数のアクチュエータはそれぞれ、ボールベアリングを含み、該ボールベアリングを介して前記荷重の少なくとも一部を受けることを特徴とする請求項１に記載の支持装置。
前記複数のアクチュエータはそれぞれ、前記荷重の方向とは異なる方向における剛性が前記荷重の方向における剛性より低い部材を含み、該部材を介して前記荷重の少なくとも一部を受けることを特徴とする請求項１に記載の支持装置。
前記複数のアクチュエータはそれぞれ、それに対応する前記支持部とはその構造体を共有することを特徴とする請求項１ないし請求項４のうちいずれか１項に記載の支持装置。
前記複数のアクチュエータのそれぞれが接する前記対象物の部位と、当該アクチュエータに対応する前記支持部が接する前記対象物の部位との間の距離は、該アクチュエータの動作による前記対象物および前記第１部材の変形量が許容量以下となる値であることを特徴とする請求項１ないし請求項５のうちいずれか１項に記載の支持装置。
前記複数の支持機構により前記対象物が支持された後に前記荷重の少なくとも一部を前記複数のアクチュエータに一時的に受けさせるように前記複数のアクチュエータを制御する制御部を有することを特徴とする請求項１ないし請求項６のうちいずれか１項に記載の支持装置。
前記制御部は、前記対象物と前記複数の支持部のそれぞれとの間に作用した摩擦力により前記対象物に残留する応力を低減させるように前記複数のアクチュエータに力を生じさせることを特徴とする請求項７に記載の支持装置。
対象物を計測する計測装置であって、
前記対象物を支持する請求項１ないし請求項８のうちいずれか１項に記載の支持装置を有することを特徴とする計測装置。
対象物を支持するための複数の支持部を有する第１部材と、
前記第１部材を少なくとも１自由度において軸のまわりに傾斜可能に支持する第２部材と、
をそれぞれが含む複数の支持機構が、前記対象物の支持により、該複数の支持機構における前記複数の支持部での複数の力がつり合うように、それぞれ、前記第２部材の前記軸のまわりに前記第１部材を傾斜させて前記対象物を支持する支持方法であって、
前記複数の支持機構により前記対象物が支持された後に、前記複数の支持部のそれぞれに対して設けられた複数のアクチュエータであって、前記第１部材における、各支持部を囲む同心状の領域に設けられた複数のアクチュエータに、前記複数の支持部にそれぞれ作用する前記対象物の荷重の少なくとも一部を前記複数の支持部の替わりに一時的に受けさせることを特徴とする支持方法。
請求項９に記載の計測装置を用いて対象物の計測を行う工程と、
前記工程で行われた前記計測に基づいて前記対象物を加工する工程と、
を含み、前記加工された前記対象物から物品を製造することを特徴とする物品の製造方法。