TWI451062B

TWI451062B - 三次元形狀測量裝置

Info

Publication number: TWI451062B
Application number: TW100129580A
Authority: TW
Inventors: Keiichi Yoshizumi; Keishi Kubo; Takanori Funabashi; Masateru Doi
Original assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2010-09-09
Filing date: 2011-08-18
Publication date: 2014-09-01
Also published as: JP2012078344A; JP5143931B2; TW201221899A

Description

三次元形狀測量裝置

技術領域

本發明係有關於一種精度10~100奈米等級之超高精度之三次元形狀測量裝置。本發明特別是有關於一種三次元形狀測量裝置，該三次元形狀測量裝置係以10~100奈米等級之超高精度掃描測量相機或光碟等所使用之非球面透鏡之鏡面與非球面透鏡之外徑之測量所進行之鏡面相對於外徑之中心偏離的測量、下料衝模之公模與母模間之間隙、微細孔或齒輪等之形狀與基準面等具有三次元形狀之測量物。

背景技術

非球面透鏡不做到形狀精度一萬分之一釐米，即100奈米以下時，就不能得到所需之功能，因此迄至1980年左右，都不能測量像那般之形狀精度，所以不能作出非球面透鏡。在此，發明了一種三次元測量機，該三次元測量機可以對於非球狀鏡面的形狀以10~100奈米之超高精度且不傷表面般之0.15~0.3mN之低量測力掃描測量透鏡部者。該三次元測量機之構造係記載於例如專利文獻1，並且探針係記載於專利文獻2、3。

在專利文獻1中記載一種構成，即，藉著遠超過XY平台之準直度精度1微米之10奈米等級之高平面度之三枚基準鏡當作為XYZ座標軸之基準，以穩頻雷射在測量點之軸上測量XYZ座標，使阿貝的誤差為最小，達成10奈米等級之座標軸精度者。

在專利文獻2中記載著一種探針，即，該探針可在以量測力0.15~0.3mN之低量測力且良好響應性而於Z方向移動但不會向XY方向傾斜之高剛性之微氣滑式滑件安裝有尖筆(stylus)者。該探針可以良好響應性沿著非球面鏡面移動，可以追蹤鏡面的傾斜角度從零度迄至75度進行測量。將前述穩頻雷射直接照向安裝在尖筆上方之反射鏡，由反射光線測量Z座標，因此可以做到非球面鏡面之10奈米等級之超高精度測量。這是一種藉很薄的板彈簧垂吊微氣滑式滑件之構造。

在專利文獻3則是藉磁力之非接觸式上浮而非藉板彈簧支撐微氣滑式滑件者。該等專利文獻2、3可以10奈米等級之超高精度測量非球面鏡面，但不能測量非球面透鏡外徑之側面。

另一方面，可測量上面也可測量側面之三次元測量機係記載於例如專利文獻4、5，但並不是可以測量需要精度100奈米之非球面透鏡般之超高精度測量機。

記載於專利文獻6、7的是可測量側面之探針，在探針部設置支點，前端附有尖筆之尖筆軸藉尖筆之由橫向進行的量測力，能作出以前述支點為中心之XY軸周圍傾斜，在前述尖筆軸上方安裝有反射鏡，該反射鏡之傾斜角度藉雷射測出者。前述支點不會做Z方向移動，因此只有尖筆軸之傾斜角度，可以毫無誤差地決定尖筆相對於探針部之朝XY 方向移動之變化位置，因此可以150奈米精度測量側面形狀。

專利文獻8所記載的是，如果是安裝鏡面測量用探針時，就可以10~100奈米之超高精度測量非球面鏡面之形狀，如果是安裝側面測量用探針時，亦可以150奈米的精度測量透鏡外徑側面，且亦可安裝測量精度雖低但可測量上面與側面兩者之探針。

專利文獻9所記載的是一種能以10~100奈米之超高精度同時測量非球面鏡面之上下面形狀之測量機，揭示有相對位置測量部，該相對位置測量部可將用以將上下所具有之探針縮小而簡單地構成之半導體雷射、光檢測器與繞射柵一體構成，測出對焦誤差訊號者。

專利文獻10所記載的是一種也可測量側面之探針所實施之掃描測量的方法。

先行技術文獻 [專利文獻]

[專利文獻1]日本發明專利公報第3046635號

[專利文獻2]日本發明專利公報第3000819號

[專利文獻3]日本發明專利公報第4291849號

[專利文獻4]日本發明專利公報第1792338號

[專利文獻5]日本發明專利申請案公開公報第2007-218734號

[專利文獻6]日本發明專利申請案公開公報第2006-284410號

[專利文獻7]國際公開公報WO 07/135857號

[專利文獻8]日本發明專利申請案公開公報第2008-292236號

[專利文獻9]日本發明專利公報第4260180號

[專利文獻10]日本發明專利申請案公開公報第2009-293992號

發明概要

最近，因為數位相機或行動電話機所搭載之相機等之很多光學製品，由於小型化、低成本化，是與高影像解析度或高變焦比等顯著的功能提昇之相反的期望，所以所使用之非球面透鏡不只要達成鏡面之形狀精度，連外徑亦包括在內之整體上的精度提昇亦成為課題所在。

惟，在前述習知之各文獻的構成中，不能以必要的精度測量例如非球面透鏡之鏡面及側面，即，不能以10~100奈米之精度測量鏡面，且不能以100奈米之精度測量側面。

本發明係用以解決前述習知課題而所創建成者，其目的係於提供一種可以10~100奈米之超高精度掃描測量測量物之上面及側面兩者之三次元形狀測量裝置。

發明之摘要

為達成前述目的，本發明係構成如下者。

依本發明之第1態樣，提供一種三次元形狀測量裝置，包含有：第1活動部，係具有：沿Z方向配置之氣滑式滑件；配置於前述氣滑式滑件之一端之上面尖筆；及分別配置於前述氣滑式滑件之另一端之第1反射鏡及彈簧力產生部；第2活動部，係至少具有：將該第1活動部朝前述Z方向移動之前述氣滑式滑件之導引部；及藉支撐前述彈簧力產生部而懸吊支撐第1活動部之彈簧力支撐部；支撐部，係使前述第2活動部可朝前述Z方向移動之狀態下連結支撐前述第2活動部者；Z驅動部，係將前述第2活動部相對於前述支撐部朝前述Z方向驅動者；相對位置測量部，係測量前述第1活動部與前述第2活動部之相對位置者；Z2座標檢測部，係將來自穩頻雷射光源之穩頻雷射光線照向前述第1反射鏡，經由前述第1反射鏡之反射光線，測量前述上面尖筆之Z方向移動量者；XY驅動部，係將前述支撐部或測量部朝與前述Z方向垂直之X方向及Y方向驅動者；XY座標檢測部，係測量藉前述XY驅動部驅動之前述支撐部或前述測量物之XY方向移動量，檢測X座標及Y座標者；活動傾斜部，係由前述上面尖筆配置於前述第2活動部之位置而朝前述X方向或前述Y方向離開之位置上配置於前述第2活動部，一端具有側面尖筆，且藉連結機構而連結於前述第2活動部，可使前述側面尖筆相對於前述Z方向傾斜者；傾斜角度測量部，係測量前述活動傾斜部之傾斜角度者；側面尖筆位置變化檢測部，係經由前述傾斜角度測量部所得到之前述傾斜角度，算出前述側面尖筆相對於前述第2活動部之X位置變化及Y位置變化者；及測量點位置運算機構，係將以前述側面尖筆位置變化檢測部所算出之前述側面尖筆之X位置變化及Y位置變化，加在以前述XY座標檢測部所測出之前述X座標及前述Y座標，算出依前述側面尖筆所得到之前述測量物之測量點之X座標及Y座標者。

依本發明之第2態樣，提供一種如第1態樣之三次元形狀測量裝置，更具有：第1活動部動作停止裝置，係於前述側面尖筆所進行之測量時，將相對於前述第2活動部之前述第1活動部之前述Z方向之動作停止者；及相對位置測量部，係於藉前述第1活動部動作停止裝置將前述第1活動部相對於前述第2活動部之前述Z方向之動作停止之狀態下，檢測前述第1活動部之相對於前述第2活動部之Z方向位置者。

依本發明之第3態樣，提供一種如第2態樣之三次元形狀測量裝置，其中前述第1活動部動作停止裝置為切換閥，將供應至使前述第1活動部朝前述Z方向移動之前述氣滑式滑件之壓縮空氣切換成抽真空。

依本發明之第4態樣，提供一種如第1態樣之三次元形狀測量裝置，具有：對焦控制部，係產生將前述第2活動部朝前述Z方向驅動之訊號，俾於前述上面尖筆於前述XY方向掃描前述測量物之表面時，前述第1活動部沿著前述測量物之表面的高度變化而朝前述Z方向移動時，將由前述相對位置測量部所得到之前述第1活動部與前述第2活動部之相對位置成為一定者；Z軸移動指示部，係產生用以將前述第2活動部朝前述Z方向驅動之訊號，以使前述側面尖筆掃描前述測量物表面之前述Z方向者；及Z軸訊號切換部，係切換來自前述對焦控制部之訊號及來自前述Z軸移動指示部之訊號中之一者，且傳遞至前述Z驅動部者。

依本發明之第5態樣，提供一種如第4態樣之三次元形狀測量裝置，更具有：第1活動部動作停止裝置，係於前述側面尖筆所進行之測量時，將相對於前述第2活動部之前述第1活動部之前述Z方向之動作停止者；及相對位置測量部，係於藉前述第1活動部動作停止裝置將相對於前述第2活動部之前述第1活動部之前述Z方向之動作停止之狀態下，檢測前述第1活動部之相對於前述第2活動部之Z方向位置者。

依本發明之第6態樣，提供一種如第5態樣之三次元形狀測量裝置，其中前述第1活動部動作停止裝置為切換閥，將供應至將前述第1活動部朝前述Z方向移動之前述氣滑式滑件之壓縮空氣切換成抽真空者。

依本發明之第7態樣，提供一種如第5態樣之三次元形狀測量裝置，其中前述第1活動部動作停止裝置係於前述上面尖筆接觸於前述測量物之狀態下，藉前述對焦控制部，以使相對於前述第2活動部之前述第1活動部之位置被控制成一定位置之狀態之時序，將相對於前述第2活動部之前述第1活動部之前述Z方向的動作停止。

依本發明之第8態樣，提供一種如第6態樣之三次元形狀測量裝置，其中前述第1活動部動作停止裝置係於前述上面尖筆接觸於前述測量物之狀態下，藉前述對焦控制部，以使相對於前述第2活動部之前述第1活動部之位置被控制成一定位置之狀態之時序，將相對於前述第2活動部之前述第1活動部之前述Z方向之動作停止。

依本發明之第9態樣，提供一種如第1至8態樣中任一態樣之三次元形狀測量裝置，具有：XY軸移動指示部，係產生用以使前述上面尖筆於前述XY方向掃描前述測量物之表面之訊號者；XY控制部，係驅動控制前述XY驅動部，以使前述側面尖筆沿著前述測量物之表面而朝前述XY方向移動者，並驅動控制前述XY驅動部，以於前述活動傾斜部隨著前述測量物之表面之前述XY方向的變化傾斜時，將前述傾斜角度測量部所得到之傾斜角度之絕對值大致一定者；及XY軸訊號切換部，係切換來自前述XY軸移動指示部之訊號與來自前述XY控制部之訊號中之一者，且傳遞至前述XY驅動部者。

依本發明之第10態樣，提供一種如第1至8態樣中任一態樣之三次元形狀測量裝置，其中前述傾斜角度測量部係具有：第2反射鏡，係安裝於前述活動傾斜部者；及光位置檢測器，係將來自光源之光線照向前述第2反射鏡，檢測來自前述第2反射鏡之反射光線之方向，而測量前述傾斜角度者。

依本發明之第11態樣，提供一種如第1至8態樣中任一態樣之三次元形狀測量裝置，具有：測量物設置部，係設置前述測量物者；X基準鏡、Y基準鏡及Z基準鏡，係與該測量物設定部，且於測量中相對位置各自不變並使各鏡面相互垂直設置者；X座標檢測部及Y座標檢測部，係構成前述XY座標檢測部，且將來自將振盪頻率之偏移被控制成為一定值以下之前述穩頻雷射光源之前述穩頻雷射光線照射在前述X基準鏡及前述Y基準鏡，經由該等前述X基準鏡及前述Y基準鏡之反射光線，分別檢測相對於前述支撐部之前述測量物之移動量之X座標及Y座標者；Z1座標檢測部，係將來自將前述振盪頻率之偏移被控制成為一定值以下之前述穩頻雷射光源之前述穩頻雷射光線照射在前述Z基準鏡，經由前述Z基準鏡之反射光線，檢測相對於前述支撐部之前述測量物之移動量之Z1座標者；及 Z座標算出部，係藉由前述Z2座標檢測部所測出之Z2座標及前述Z1座標檢測部所測出之前述Z1座標相加，算出前述測量物表面上之測量點之Z座標者。

依本發明之第12態樣，提供一種如第1至8態樣中任一態樣之三次元形狀測量裝置，其中前述第2活動部朝前述Z方向移動之導引部係以氣滑式滑件構成，且前述第2活動部係構成為相對於前述支撐部而以第2活動部驅動裝置驅動者。

依本發明之第13態樣，提供一種如第1至8態樣中任一態樣之三次元形狀測量裝置，其中前述XY驅動部係藉X軸線性馬達及Y軸線性馬達，而構成為將前述第2活動部或前述測量物朝前述XY方向驅動者。

依本發明之第14態樣，提供一種如第11態樣之三次元形狀測量裝置，其中前述Z1座標檢測部係於由前述上面尖筆之中心而朝Z方向延伸之直線上，檢測前述測量物之移動量之Z1座標，前述XY座標檢測部係於由前述上面尖筆之中心的前述Z方向活動範圍的中心附近而朝前述X方向延伸之直線上檢測前述X座標，且於由前述上面尖筆之中心的前述Z方向活動範圍之中心附近而朝前述Y方向延伸之直線上檢測前述Y座標。

依本發明之第15態樣，提供一種如第1至8態樣中任一態樣之三次元形狀測量裝置，更具有：Z2座標檢測部，檢測相對於前述支撐部之前述第2活動部之移動量，作為Z2 座標者。

依本發明之第16態樣，提供一種如第1至8態樣中任一態樣之三次元形狀測量裝置，具有：側面Y座標檢測部，係於前述側面尖筆之位置沿X方向離開前述上面尖筆之位置時，在由前述側面尖筆之Z方向活動範圍之中心附近而朝Y軸方向延伸之直線上測量Y座標者，且具有：側面X座標檢測部，係於前述側面尖筆之位置沿Y方向離開前述上面尖筆之位置時，在由前述側面尖筆之Z方向活動範圍之中心附近而朝X軸方向延伸之直線上測量X座標者。

依本發明之第17態樣，提供一種如第1至8態樣中任一態樣之三次元形狀測量裝置，具有：第1運算部，係於放置作為前述測量物之球時，以前述上面尖筆測量該球的表面多點後，由該測量點之點列算出該球之第1中心座標(xc,yc,zc)者；第2運算部，係以前述側面尖筆測量該球的表面多點，算出由該球之測量資料所求得之該球的第2中心座標(xd,yd,zd)者；及第3運算部部，係求出前述第1中心座標與前述第2中心座標間之差值，並加上任一前述尖筆之測量資料者，藉以前述第3運算部，將前述第1中心座標與前述第2中心座標間之差值加上任一前述尖筆之測量資料，而將前述2 個尖筆所得到之測量資料當作為相對於被測量面之同一座標系之測量資料。

依本發明之三次元形狀測量裝置，具有上面尖筆及側面尖筆，因此可以測量精度10~100奈米掃描測量測量物之上面及側面兩者。更具體地說能構成為可以10~100奈米之精度，測量作為測量物之一例之非球面透鏡之鏡面及非球面透鏡之外形側面。藉此，能構成為可以100奈米程度之超高精度，測量迄今未能做到之相對於非球面透鏡之外徑之鏡面之光軸偏移或偏心者。

又，可以正確地測量相對於作為測量物之另一例之相機或光碟等所使用之非球面透鏡之外徑之光軸偏移，因此可製作沒有光軸偏移之透鏡，可以良好的生產率製作更高畫質、大容量且重量輕之非球面透鏡使用產品。又，亦可以短時間掃描測量測量物之又一例之下料衝模之上面及側面之間隙、微細孔或齒輪等之形狀與基準面等。

圖式簡單說明

第1圖係本發明第1實施形態之三次元形狀測量裝置的第2活動部之放大圖。

第2圖係本發明第1實施形態之機械構成之前視圖。

第3圖係本發明第1實施形態之機械構成之右側視圖。

第4圖係本發明第1實施形態之控制構成圖。

第5圖係本發明第1實施形態之控制構成圖。

第6A圖係用以說明本發明第1實施形態之動作之圖。

第6B圖係用以說明本發明第1實施形態之動作之流程圖。

第7A圖係顯示本發明第1實施形態之光路構成之俯視圖。

第7B圖係顯示本發明第1實施形態之光路構成之前視圖。

第7C圖係顯示本發明第1實施形態的測量點位置運算部之構成之圖。

第8A圖係顯示本發明第2實施形態之光路構成之俯視圖。

第8B圖係顯示本發明第2實施形態之光路構成之前視圖。

第9A圖係前視圖，顯示本發明第3實施形態之上面探針朝氣滑式滑件供給壓縮空氣之狀態。

第9B圖係前視圖，顯示本發明第3實施形態之上面探針之氣滑式滑件之配管切換成真空配管之狀態。

第10圖係顯示將本發明第3實施形態之第1活動部之Z方向的動作停止，算出上面探針與側面探針之相對位置之順序之圖。

第11圖係顯示將本發明第3實施形態之第1活動部之Z方向之動作停止之時序圖。

第12圖係顯示本發明第3實施形態之相對位置測量部之訊號之圖。

第13圖係顯示將本發明第3實施形態之第1活動部之Z方向動作停止，算出上面探針與側面探針之相對位置後，藉上面尖筆及側面尖筆測量測量物之順序之圖。

第14圖係顯示本發明第1實施形態之Y座標檢測部之內部構造之方塊圖。

第15圖係顯示本發明第1實施形態之X座標檢測部之內部構造之方塊圖。

用以實施發明之形態

本發明之其等及其他目的及特徵係可由與所附圖式之較佳實施形態有關聯之下列敘述明白吧。

在繼續本發明之敘述之前，於附圖中針對相同元件附有相同的參考符號。

以下一面參考附圖一面說明本發明之實施形態。

(第1實施形態)

第1圖係一前視圖，將本發明第1實施形態之三次元形狀測量裝置中之第1活動部1及具有活動傾斜部2i之第2活動部2放大顯示者。第2圖係本發明第1實施形態之形狀測量裝置之前視圖；第3圖係本發明第1實施形態之形狀測量裝置之右側視圖。第4圖係一說明圖，顯示以本發明第1實施形態之形狀測量裝置之上面尖筆1a測量測量物7之上面(被測量面)7a時之控制構成之一例。第5圖係一說明圖，顯示以本發明第1實施形態之形狀測量裝置之側面尖筆2ia測量測量物7之側面(被測量面)7b時之控制構成之一例。

在第1圖中，第1活動部1係以上面尖筆1a、第1反射鏡1b、沿Z方向配置且具有不朝XY方向搖擺之程度之剛性之氣滑式滑件1c、及作為彈簧力產生部之一例發揮功能之活動軛1d所構成者。在氣滑式滑件1c之一端(第1圖中為下端)具有上面尖筆1a，並於氣滑式滑件1c之另一端(第1圖中為上端)以活動軛1d為中介而具有第1反射鏡1b。氣滑式滑件1c 係沿著作為導引部之一例而發揮功能之空氣軸承2a而朝Z方向活動者。

活動軛1d係呈銷(pin)狀，安裝在第1活動部1之氣滑式滑件1c另一端之上部。藉磁路2h所產生之吸力，在第1圖中，活動軛1d以非接觸之狀態而使其左右被吸住，而防止第1活動部1之旋轉及因第1活動部之重力所造成之下墜者，磁路2h係作為支撐活動軛1d之彈簧力支撐部之一例而發揮功能且以安裝在第2活動部2之磁鐵2b與固定軛2c所形成者，活動軛1d係作為彈簧力產生部之一例而發揮功能者。對此，藉該活動軛1d及磁路2h而使第1活動部1相對於第2活動部2在平衡位置浮起。活動軛1d係於上面尖筆1a之下端朝Z方向有量測力作用時，則與該量測力成正比地從平衡位置偏移者。

此外，以彈簧力產生部之一例而言，亦可為板彈簧，而非前述磁路者。

從該第1活動部1之平衡位置偏離之偏移量係藉相對位置測量部2d而檢測貼設在第1活動部1上端之第1反射鏡1b之位置變化。同時，將來自固定於支撐部4之穩頻雷射光源之輸出光線以2枚半鏡(非示於圖中)分離之Z2座標測量用穩頻雷射光線6全穿透分光鏡(dichroic mirror)2dc，藉透鏡2de聚光在第1反射鏡1b後，來自該第1反射鏡1b之反射光線可以奈米等級之超高精度測量第1活動部1之Z座標。

支撐部4係固定於石定盤10上所固定之石門柱11。

第2活動部2大致支撐上面探針102及側面探針101使其等在下端部各能於Z方向升降，且被支撐成可相對於支撐部4而於Z方向升降者。第2活動部2具有：空氣軸承2a，係沿Z方向配置者；環(ring)狀磁鐵2b；環狀固定軛2c；相對位置測量部2d；上面探針架2e，係沿Z方向固定於第2活動部2之本體2z之下端之一端部；側面探針架2f，係與上面探針架2e並列且沿Z方向固定於第2活動部2之本體2z下端之另一端部；橫柱2g；活動傾斜部2i；傾斜角度測量部2j；固定側磁鐵2k；Z驅動部2m；及大氣滑式滑件2n，又，沿固定於支撐部4之大空氣軸承4a而使大氣滑式滑件2n可朝Z方向滑動。

第2活動部2之Z方向之活動範圍係涵蓋本三次元形狀測量裝置之Z方向測量範圍，XY驅動裝置8之XY方向之活動範圍係涵蓋本三次元形狀測量裝置之XY方向測量範圍。

第2活動部2之重量係使上端被支撐在支撐部4之定載重彈簧3而由支撐部4垂吊支撐者。

第2活動部2係藉配置於兩側部合計2個線圈所構成之Z驅動部2m而相對於支撐部4朝Z方向驅動。

相對位置測量部2d係固定於第2活動部2，測量相對於第2活動部2之第1活動部1之相對位置且予以輸出者，以半導體雷射對焦檢測器2da、繞射光柵2db、分光鏡2dc及透鏡2dd、透鏡2de所構成者。半導體雷射對焦檢測器2da係具有配置成陣列狀之發射半導體雷射光線之半導體雷射及接收半導體雷射光線而進行檢測之光檢測器。來自半導體雷射對焦檢測器2da之半導體雷射光線係穿射過繞射光柵2db及透鏡2dd，在分光鏡2dc予以反射，以透鏡2de聚光在第1活動部1所具有之第1反射鏡1b上。來自第1反射鏡1b之反射光線再透射透鏡2de，而在分光鏡2dc反射，再穿射透鏡2dd，以繞射光柵2db分離，藉半導體雷射，對焦檢測器2da檢測第1反射鏡1b之Z方向的焦點偏移。又，該相對位置測量部2d亦可以靜電容感測器替代使用。

活動傾斜部2i係由側面尖筆2ia、連結機構104之支點構件2ib、第2反射鏡2ic及活動側磁鐵2id所構成者。活動傾斜部2i係以連結機構104之支點構件2ib的尖銳下端為中心，能在連結固定於側面探針架2f之四角形截面形狀之橫柱2g之上面往任意方向傾斜，且活動側磁鐵2id對於固定側磁鐵2k有吸力作用，產生妨礙側面尖筆(第2尖筆)2ia傾斜之彈簧力。

側面探針101具有使側面尖筆2ia可朝X、Y方向傾斜之構成。如此側面探針101具有側面探針架2f、在下端具有側面尖筆2ia之活動傾斜部2i及連結機構104。

側面探針架2f係一固定或裝卸自如地安裝在第2活動部2之塊構件。側面探針架2f係相對於活動傾斜部2i是搖動的構件而為固定之構件，為了能讓來自固定於第2活動部2之光源2ja之光線穿過，在中央部具有一貫穿該側面探針架2f之雷射光線用開口2fp。

側面探針架2f係形成圓筒形狀，具有在該內部能收納活動傾斜部2i之位置關係。活動傾斜部2i與側面探針架2f係藉連結機構104而連結者。連結機構104係一機構，能讓活動傾斜部2i相對於來自照射在反射鏡2ic之光源2ja之光線的光軸交叉之任一方向傾斜搖動，將活動傾斜部2i支撐在側面探針架2f者。

在第1實施形態中，連結機構104係藉固定於側面探針架2f之角柱之橫柱(載置台)2g及安裝在活動傾斜部2i之支點構件2ib所構成者。橫柱2g係於該上面形成有圓錐形之凹槽，支點構件2ib之尖端嵌入於該圓錐形凹槽。兩者嵌合時，構成為支點構件2ib之尖端位置接觸於橫柱2g之圓錐凹槽最下處者。藉如此構成，活動傾斜部2i及側面探針架2f係連結成可將該支點構件2ib與橫柱2g之圓錐凹槽之接觸部分作為搖動中心而搖動者。此外，活動傾斜部2i係將支點構件2ib嵌入於橫柱2g之凹槽而連結時，宜構成為重心位於支點構件2ib之前端的垂直方向下側，使側面尖筆2ia朝向垂直方向者。

活動傾斜部2i具有：側面尖筆2ia，係接觸於測量物7側面之被測量面7b者；及反射鏡2ic，係將來自穿過側面探針架2f之光源之光線反射者，該活動傾斜部2i是對應因應被測量面7b之形狀之側面尖筆2ia之位置變化而相對於側面探針架2f搖動之構件。反射鏡2ic係固定於活動傾斜部2i之中心部，接收來自光源2ja之光線。

活動傾斜部2i係於第1實施形態中具有本體部2it，該本體部2it具有於中央貫穿紙面貫穿方向設置之貫通孔2ip，在本體部2it之外側下壁，即從四角筒形狀之本體部2it的下面垂下有側面尖筆2ia設於前端之臂桿(arm)2if。又，在本體部 2it之上面安裝有前述反射鏡2ic。

又，在本體部2it之內側上壁，即，在貫通孔2ip之上面設有針狀之支點構件2ib。連結機構104之橫柱2g係貫穿本體部2it之貫通孔2ip而配置者。因此，能確實防止活動傾斜部2i及側面探針架2f脫落者。

此外，在第1實施形態中，側面尖筆2ia例如是一個具有約0.3mm~約2mm之直徑之球狀體，臂桿2if，以一例而言，粗細為約0.7mm，由固定有臂桿2if之本體部2it下面至側面尖筆2ia之中心長度L約10mm之棒狀構件。該等之數字可依測量物7之形狀而做適當變更。又，活動傾斜部2i之構成亦為只要是配置成藉支點而可於橫柱2g搖動之構成時即可，非為限定於上述構成者。

在側面尖筆2ia由XY方向有量測力作用時，活動傾斜部2i可與該量測力成正比而傾斜。配置於第2活動部2之傾斜角度測量部2j係將來自固定在第2活動部2之光源2ja之光線，以固定在第2活動部2之透鏡2jb聚光，照射在貼設在第2活動部2之活動傾斜部2i之本體部2it之上面之第2反射鏡2ic。將來自第2反射鏡2ic之反射光線照射在固定在第2活動部2之作為光位檢測器之2次元PSD 2jc，測量光線位置(來自第2反射鏡2ic之反射光線之方向)，可檢測活動傾斜部2i之傾斜角度。

如第2圖及第3圖所示，測量物7係設置於支撐在石定盤10上之測量物設置部18之上。又，X基準鏡12、Y基準鏡13與Z基準鏡19相同地各相互正交地配置固定於測量物設置部18，藉XY驅動部8而於與Z方向正交之XY方向移動。

XY驅動部8係具有X軸導引件8a及Y軸導引件8b，藉以X軸導引件8a之導引，以作為X軸驅動部之一例之X軸線性馬達8c，於X方向將測量物設置部18相對於石定盤10移動，並藉Y軸導引件8b之導引，以作為Y軸驅動部之一例之Y軸線性馬達8d，於Y方向將測量物設置部18相對於石定盤10移動。

穩頻雷射光源5係發出可追溯到世界長度標準之高精度波長之穩頻雷射光線，即，射出控制振盪頻率之偏移成為一定值之穩頻雷射光線，照射在X基準鏡12、Y基準鏡13及Z基準鏡19者。該雷射光線係藉多數半鏡(未示於圖中)而分離成Z2座標測量用穩頻雷射光線6、Z1座標測量用穩頻雷射光線16、X座標測量用穩頻雷射光線14及Y座標測量用穩頻雷射光線15等四者。

上面尖筆1a及側面尖筆2ia之高度，即，Z方向之位置係與第2活動部2之Z方向移動範圍相比，幾乎沒有高低差，在略為相同之高度。在該等上面尖筆1a及側面尖筆2ia之Z移動範圍之中央附近的高度設定前述X座標測量用穩頻雷射光線14及Y座標測量用穩頻雷射光線15。這是因為XY驅動部8即使因俯仰(pitching)傾斜，只要在測量點之高度附近測量XY座標時就很難產生測量誤差的緣故。

Z2座標測量用穩頻雷射光線6係聚集在第1圖之第1活動部1之第1反射鏡1b，以第1反射鏡1b反射，來自第1反射鏡1b之反射光線進入座標檢測部17之Z2座標檢測部17d，以 Z2座標檢測部17d檢測第1反射鏡1b之Z座標之位置變化之Z2。第1反射鏡1b係與上面尖筆1a一體之第1活動部1之一部分，上面尖筆1a係接觸於測量物7之被測量面7a，因此以Z2座標檢測部17d測量測量物7之測量點之Z座標之位置變化Z2。

XY驅動部8係不管機械性地製作得非常高精度，對於移動精度有界限存在，都不能以10奈米之真直精度移動於X軸及Y軸。理由是單純只對X軸等之單軸驅動時雖然不會不能得到10奈米等級之真直精度，但變成XY雙軸時，重量分布有變化，且測量物7之重量有變化而有更進一步的移動，因此真直度改變者。為此，將能得到10奈米之平面度之反射鏡作為XYZ基準鏡予以配置，構造成該等XYZ基準鏡之鏡面成為XYZ座標軸之構成，就能達成超越XY驅動部8之移動精度之測量精度。

例如將測量物7不只XY方向亦於Z方向移動時，由於測量物設置部18附有XY基準鏡，因此亦能補正Z移動真直度，但在連同測量物在內一同進行上下驅動時，由於變重，因此伺服器響應性變差，因此不採用該方法。又，如前述，只是Z方向單軸，第2活動部2之重量亦略為一定，因此針對Z方向，可以提高第2活動部2之移動真直精度。

第2活動部2之移動真直度必須要好，並且響應速度亦須要很好。在此，具有以2個線圈構成之Z驅動部2m，並對於支撐部4配置2個磁路4b配置Z驅動部2m，構造成以重心驅動第2活動部2，使大氣滑式滑件2n沿著大空氣軸承4a移動之構造。

大氣滑式滑件2n及大空氣軸承4a之剛性很高，因此即使有旋轉扭矩作用，使其很難傾斜，但微細的傾斜亦成為測量誤差之主因，因此需要進行重心驅動。重心驅動之意係指：將Z驅動部2m各安裝在距離第2活動部2之重心略等間隔之左右位置，使驅動力作用在第2活動部2之重心附近者，使旋轉扭矩不會作用在第2活動部2，可使第2活動部2不傾斜地上下移動。

藉以一對線圈所構成之Z驅動部2m及安裝在支撐部4與前述線圈之Z驅動部2m相對應之位置之一對磁路4b，在其左右構成有一對線性馬達。這一對線性馬達係於第2活動部2之重心附近產生驅動力，因此在第2活動部2不產生旋轉力。該一對線性馬達係作為用以將第2活動部2相對於支撐部4而朝Z方向移動之第2活動部驅動裝置之一例而發揮功能。在此，附上「大」是為了驅動氣滑式滑件1c、空氣軸承2a，如將之前的氣滑式滑件1c及空氣軸承2a各當做為「第1」氣滑式滑件1c及「第1」空氣軸承2a時，亦可將該等大氣滑式滑件2n及大空氣軸承4a各當作為「第2」氣滑式滑件2n及「第2」空氣軸承4a。

定載重彈簧3係以由第2活動部2略重心開始，以與第2活動部2重量取得平衡之張力，相對於支撐部4而懸吊第2活動部2。

Z基準鏡19係配置於XY驅動部8之測量物設置部18的正下方，藉Z1座標測量用穩頻雷射光線16，以Z1座標檢測部17c測量測量物設置部18之朝Z方向偏移之偏移量Z1。此時，Z1座標檢測部17c係於由上面尖筆1a之中心延伸至Z方向之直線上，檢測測量物7之移動量之Z1座標。此外，各軸之座標係以相同原理測量。以一例而言，該測量原理係公知之雷射測長，例如針對Z1座標，將Z1座標測量用穩頻雷射光線16分離成參考光線及測量光線，參考光線係照射在固定鏡(未示於圖中)而反射，測量光線係照射在Z基準鏡19而反射，將該等光線在Z1座標檢測部17c以2個光檢測器(未示於圖中)上予以干擾，由光線干擾所造成之明暗的變化，測量Z基準鏡19相對於石定盤10之稍微的上下移動之Z1座標。其他軸的座標亦進行同樣的測量。

靜止座標系中之上面尖筆1a之位置之Z座標為Z2，但測量物7亦朝Z方向偏移Z1，因此以測量物7為基準之座標系上上面尖筆1a之位置之Z座標的測量值Sz成為Z1+Z2。藉此，根據以Z1座標檢測部17c所測出之Z1的資訊及以Z2座標檢測部17d所測出之Z2之資訊，藉座標檢測部17內之Z座標算出部17e算出該Z座標之測量值SZ。具體第說，藉以Z1座標檢測部17c所測出之Z1座標及以Z2座標檢測部17d所測出之Z2座標之相加，以Z座標算出部17e算出測量物7之表面上之測量點之Z座標。

同樣，為了亦補正XY驅動部8之X方向及Y方向之移動真直度之偏移，測量以測量物7為基準之座標系之上面尖筆1a所得到之測量點之XY座標(Px，Py)，在測量物設置部18設置X基準鏡12及Y基準鏡13，將X座標測量用穩頻雷射光線14照射在X基準鏡12，將來自X基準鏡12之反射光線射入座標檢測部17之X座標檢測部17a，以X座標檢測部17a測量X座標Px。又，將Y座標測量用穩頻雷射光線15照射在Y基準鏡13，將來自Y基準鏡13之反射光線射入座標檢測部17之Y座標檢測部17b，以Y座標檢測部17b測量Y座標Py。

如此，座標檢測部17係具有X座標檢測部17a、Y座標檢測部17b、Z1座標檢測部17c及Z2座標檢測部17d而所構成者。X座標檢測部17a及Y座標檢測部17b係測量依XY驅動部8所造成之支撐部4或測量物7之XY方向移動量，檢測X座標及Y座標(換言之，由來自X基準鏡12及Y基準鏡13之反射光線，檢測相對於支撐部4之測量物7之移動量之X座標及Y座標)。X座標檢測部17a係於由上面尖筆1a之中心之Z方向之活動範圍之中心附近朝X方向延伸之直線上，檢測X座標。Y座標檢測部17b係於由上面尖筆1a之中心之Z方向之活動範圍之中心附近朝Y方向延伸之直線上，檢測Y座標。X座標檢測部17a及Y座標檢測部17b係於一例是個別構成，但亦可作為以一個XY座標檢測部構成者。Z1座標檢測部17c係由來自Z基準鏡19之反射光線，檢測相對於支撐部4之測量物7之移動量之Z1座標。Z2座標檢測部17d係由來自第1反射鏡1b之反射光線，檢測作為Z座標之位置變化之Z2座標。

此外，除了將測量物7與3枚XYZ基準鏡12、13、19在測量物設置部18而朝XY方向移動，亦可將測量物7與3枚XYZ基準鏡12、13、19固定，連包含探針部(第2活動部2)在內之支撐部4朝XY方向移動者。

在以上面尖筆1a測量測量物7上面之被測量面7a時，如第4圖所示，藉顯示來自伺服器資訊記憶部38之上面測量之訊號，使XY軸訊號切換部27連結XY軸移動指示部35、X軸驅動控制部40及Y軸驅動控制部41，因此藉顯示由掃描資訊記憶部39透過XY軸移動指示部35而各輸入X軸驅動控制部40及Y軸驅動控制部41之XY軸的移動量及移動速度之訊號，分別驅動控制XY驅動部8之X軸線性馬達8c及Y軸線性馬達8d，一邊在XY方向相對地移動，一邊以上面尖筆1a測量測量物7上面之被測量面7a。在以上面尖筆1a測量測量物7上面之被測量面7a時，例如藉由未示於圖中之輸入裝置，將旨趣為測量測量物7上面之被測量面7a之指令輸入控制部28，控制部28判別測量測量物7上面之被測量面7a者，輸出顯示來自伺服器資訊記憶部38之上面測量之訊號。XY軸移動指示部35係產生用以使上面尖筆1a於XY方向掃描測量物7之表面(上面)之訊號者。又，XY軸訊號切換部27係將該訊號切換成來自XY軸移動指示部35之訊號及來自後述之XY控制部34之訊號之任一者，並傳遞至XY驅動部8者。

又，藉顯示來自伺服器資訊記憶部38之上面測量之訊號，使Z軸訊號切換部32連結對焦控制部29及Z軸驅動控制部42，因此根據由相對位置測量部2d所輸出之第1活動部1相對於第2活動部2之相對位置之資訊，藉Z軸驅動控制部42驅動控制Z驅動部2m，使第1活動部1相對於第2活動部2之相對位置成為一定者。

對焦控制部29係於上面尖筆1a在XY方向掃描測量物7 之表面(上面)時，沿著測量物7之表面高度之變化，第1活動部1朝Z方向移動時，產生使第2活動部2朝Z方向驅動之訊號，使由相對位置測量部2d所得到之第1活動部1與第2活動部2之絕對位置成為一定者。又，Z軸訊號切換部32係將訊號切換成來自對焦控制部29之訊號及來自Z軸移動指示部36之訊號之任一訊號，且將該訊號傳遞至Z驅動部2m者。

又，以測量點位置運算部30所得到之與測量點所接觸之上面尖筆1a之曲率中心XYZ座標成為X座標檢測部17a所得到之X座標Px、Y座標檢測部17b所得到之Y座標Py及Z座標算出部17e所得到之Z座標Sz。由側面尖筆位置變化檢測部33所得到之側面尖筆2ia之X位置變化(X方向的位置變化)及Y位置變化(Y方向之位置變化)Dx、Dy係藉顯示由伺服器資訊記憶部38輸入至測量點位置運算部30之上面測量之訊號而不相加。該測量點位置運算部30係於XY座標檢測部17a、17b所測出之X座標及Y座標，加上以側面尖筆位置變化檢測部33所算出之側面尖筆2ia之X位置變化及Y位置變化，算出側面尖筆2ia所得到之測量點之X座標及Y座標者。

另一方面，以側面尖筆2ia測量測量物7之被測量面7b時，如第5圖所示，藉顯示來自伺服器資訊記憶部38之側面測量之訊號，XY軸訊號切換部27連接於XY控制部34、X軸驅動控制部40及Y軸驅動控制部41。在以側面尖筆2ia測量測量物7之被測量面7b時，例如，由未示於圖中之輸入裝置，將旨趣為測量測量物7之被測量面7b之指令輸入於控制部28，判斷是控制部28測量測量物7之被測量面7b，輸出顯示來自伺服器資訊記憶部38之側面測量之訊號。藉此，根據來自XY控制部34之指示，經由X軸驅動控制部40及Y軸驅動控制部41，驅動控制XY驅動部8。XY控制部34係驅動控制XY驅動部8，使側面尖筆2ia沿著測量物7之表面而朝XY方向移動，並於活動傾斜部2i隨著測量物7之表面的XY方向的變化而傾斜時，驅動控制XY驅動部8，使由傾斜角度測量部2j所得到之傾斜角度之絕對值成為概略一定者。

又，藉顯示來自伺服器資訊記憶部38之側面測量之訊號，Z軸訊號切換部32連接於Z軸移動指示部36及Z軸驅動控制部42。Z軸移動指示部36為了使側面尖筆2ia掃描測量物7之表面(上面)之Z方向，產生用以驅動第2活動部2朝Z方向移動之訊號。藉此，根據來自Z軸移動指示部36之指示，Z軸驅動控制部42係驅動控制Z驅動部2m。

XY控制部34係於沿著測量物7之被測量面7b，側面尖筆位置變化之絕對值成為一定值C之狀態下，經由X軸驅動控制部40及Y軸驅動控制部41，驅動控制XY驅動部8，一邊於XY方向相對地移動，一邊以側面尖筆2ia測量測量物7之被測量面7b。

第6A圖係於測量物7之基準之座標系由Z方向觀察之圖。因此，成為測量物7不動，探針部(第2活動部2)係於XY方向移動之圖。從側面尖筆2ia之測量開始前之位置S0，將測量中的位置記為S1、S2、‧‧、S、‧‧。又，將側面尖筆2ia相對於第2活動部2不改變位置時之第2活動部2之位置當做為側面探針位置P，從測量開始前之位置P0，將測量中之位置記為P1、‧‧、P、‧‧。

側面尖筆2ia之位置變化成由位置P連到位置S之向量D，由其X成分(x方向之位置變化)及Y成分(y方向之位置變化(Dx，Dy)，在(1)式，以XY控制部34分別算出XY驅動部8之移動速度之移動向量M之X成分Mx及Y成分My，根據以XY控制部所算出之移動向量M之X成分Mx及Y成分My，一邊控制X軸驅動控制部40及Y軸驅動控制部41，一面以XY驅動部8同時驅動XY軸。

在此，V表示為決定速度之係數，a為決定伺服器增益之係數，θ為側面尖筆2ia掃描測量物7表面時之摩擦力所造成之側面尖筆2ia之傾斜角度之變化角度。θ係由側面尖筆2ia與測量物7表面之動摩擦係數μ，而由以下的(2)式表示。

即，由μ=「摩擦力」÷「朝與面垂直之方向之按壓力」=∣F∣÷∣N∣=tan θ

[數2]θ=atn μ...(2)

動摩擦係數μ係於XY控制部34中由動摩擦係數記憶部37所指定。此外，F係作用在側面尖筆2ia之摩擦力，N為朝與面垂直之方向之側面尖筆2ia之按壓力。

以第6B圖說明側面尖筆2ia所進行之量測動作。

首先，在步驟S601中，將側面尖筆2ia拿到稍微離開測量物7之位置S0，朝測量物7接近(參考第6A圖之箭號(i))。即，具體地說，測量者將側面尖筆2ia拿到稍微離開測量物7之位置S0，並且測量者根據測量物7之圖面或測量物7之安裝夾具而將測量物7放置在測量物設置部18。其後，測量者將XYZ方向之各移動距離分別輸入於XY軸移動指示部35及Z軸移動指示部36並移動，或，測量者操作方向鍵(例如左右方向鍵的操作意指X方向之一定速度移動資訊，上下方向鍵之操作意指Y方向之一定速度移動資訊)，並且轉動操作轉盤(dial)，輸入Z方向移動資訊，於XY軸移動指示部35及Z軸移動指示部36中迄至概略位置，將測量物7與側面尖筆2ia相互靠近，而在相互接近之位置停止。

其次，在步驟S602中，側面尖筆2ia在測量物7之表面位置S1接觸於測量物7而停止，側面探針101之側面尖筆2ia藉以前述之XY控制部34之控制，而停止在尖筆位置變化向量之絕對值成為一定值C之位置P1(參考第6A圖之箭號(i))。具體地說，測量物7接近於側面尖筆2ia將來自控制部28之輸入訊號當作為觸發器，在於測量面概略垂直之方向，以一定速度將測量物7朝側面尖筆2ia移動，監視側面尖筆位置變化檢測部33所檢測之尖筆位置變化向量之大小，只要在尖筆位置變化向量(之絕對值)之大小成為一定值C時即停止，由控制部28指示於XY軸移動指示部35，並藉XY軸訊號切換部27切換成來自XY控制部34之訊號者。

其次，在步驟S603中，藉XY控制部34，經由X軸驅動控制部40及Y軸驅動控制部41而驅動控制XY驅動部8，將側面尖筆2ia在XY面內朝與向量D1垂直之方向(M1方向)從位置P1離開距離C，移動到最初之位置P(參考第6A圖之箭號(ii))。

接下來，藉XY控制部34，經由X軸驅動控制部40及Y軸驅動控制部41而驅動控制XY驅動部8，如(1)式所示，將側面尖筆2ia移動。(1)式之第1項係於將尖筆位置變化向量D旋轉θ+90度之方向成為與測量面平行之方向。(1)式之第2項係指在尖筆位置變化向量之絕對值由一定值增減時，移動控制側面尖筆2ia，使回復其運動，能以一定量測力測量者。即，在步驟S604中，藉XY控制部34，且經由X軸驅動控制部40及Y軸驅動控制部41而驅動控制XY驅動部8，將側面尖筆2ia朝向在由尖筆位置變化向量D旋轉(2)式之方向加90度之方向加上a(∣D∣-C)N之M方向移動(參考第6A圖之箭頭符號(v))。

重複該移動動作迄至側面尖筆2ia移動至指定位置為止。即，在步驟S605中，藉XY控制部34，如果側面尖筆2ia之P位置來到指定位置時，就將側面尖筆2ia之移動動作停止。

其次，在步驟S606中，經由XY軸移動指示部35，以X軸驅動控制部40及Y軸驅動控制部41而於停止移動動作時之側面尖筆2ia之尖筆位置變化向量D之方向，移動比D大之距離，當作為伺服器關閉。即，將來自控制部28之輸入訊號作為觸發器，切換成以XY軸移動指示部35移動者，於尖筆位置變化向量D之方向將測量物7移動比D大之距離。

以上，結束依側面尖筆2ia所進行之測量動作。

如第5圖所示，來自側面尖筆位置變化檢測部33所得到之尖筆位置變化向量之XY成分(Dx,Dy)，藉XY控制部34進行(1)式之運算，藉移動向量Mx、My，透過X軸驅動控制部40及Y軸驅動控制部41移動XY驅動部8，能以即使測量物7之被測量面7b之傾斜角度有變化，也不會在尖筆位置變化向量的大小產生變化之狀態下掃描，可更正確地在與被測量面7b平行之方向移動側面尖筆2ia。

在按側面尖筆2ia進行之測量時，Z軸方向係藉由掃描資訊記憶部39之訊號，亦可將欲測量之路徑往Z軸方向移動而測量者。藉伺服器資訊記憶部38連接Z軸移動指示部36與Z軸驅動控制部42，依照來自掃描資訊記憶部39之Z軸的移動速度及距離等之掃描資訊，可將欲測量之路徑亦往Z軸方向移動而測量。亦可以側面探針2ia沿Z方向掃描測量測量物7之側面，諸如圓柱或角柱的側面、孔穴的側面、靠近球的赤道之位置。

具體而言，首先，如前述，靠近測量物7之側面，停止在尖筆位置變化向量之絕對值成為一定值C之位置。

其次，以第5圖之構成，將掃描資訊記憶部39所記憶之Z軸方向之移動距離與移動速度指示Z軸移動指示部36。依照該指示，將第2活動部2朝Z軸方向移動時，側面尖筆2ia就沿測量物7之側面而朝Z軸方向移動。此時，沿著測量物7之側面形狀，側面尖筆2ia往XY方向偏移，因此藉以側面尖筆位置變化檢測部33檢測該偏移，所以可測量測量物7之側面沿Z方向掃描時之側面形狀。

此時，在使側面尖筆位置變化向量的大小成為一定值C之狀態下，使測量物7亦可朝XY方向移動，亦可驅動伺服器進行測量，亦可不驅動伺服器予以測量者。

又，測量點位置運算部30所得到之測量點之XYZ座標係藉顯示來自伺服器資訊記憶部38之側面測量，以測量點位置運算部30，而將由側面尖筆位置變化檢測部33所得到之側面尖筆2ia之位置變化Dx、Dy加在X座標檢測部17a所得到之X座標Px、Y座標檢測部17b所得到之Y座標Py、Z座標算出部17e所得到之Z座標Sz。

因此，以測量點位置運算部30所得到之與測量點相接之側面尖筆2ia的曲率半徑之中心的XYZ座標(x,y,z)成為(3)式。

[數3](x,y,z)=(Px+Dx,Py+Dy,Sz)...(3)

如此可將上面尖筆1a之Z座標所在之Sz當作為側面測量之Z座標，所以沒有必要測量側面尖筆2ia之Z座標，因此毫無誤差地測量側面尖筆2ia之位置變化Dx、Dy，可提昇側面測量中之xy座標之測量精度。

進而，在測量物設置部18上放置作為前述測量物7之真球度佳之球，或如第7A及7B圖所示，在離開測量物設置部18上之測量物7之位置設置基準球21。

其次，以上面尖筆1a測量該真球度很好之球或基準球 21(以下只單純地稱為「測量球」)表面之多點。

其次，由該等之多數測量點之點列，以測量點位置運算部30(更詳細地說是第7C圖之測量點位置運算部30之第1運算部30a)算出該測量球之第1中心座標(xc,yc,zc)。

接著以側面尖筆2ia測量該測量球之表面之多點。

其次，由以側面尖筆2ia所測量之該等多數之測量球之測量資料，以測量點位置運算部30(更詳細地說，第7C圖之測量點位置運算部30之第2運算部30b)算出該測量球之第2中心座標(xd，yd，zd)。

接著，以測量點位置運算部30(更詳細地說，第7C圖之測量點位置運算部30之第3運算部30c)求出該等2個第1及第2中心座標(xc，yc，zc)與(xd，yd，zd)之差值，並將所求出之2個中心座標的差值，以測量點位置運算部30(更詳細地說，第7C圖之測量點位置運算部30之第3運算部30c)加在依上面尖筆1a所得到之測量資料或依側面尖筆2ia所得到之測量資料之任一者(以一例而言，在此在依側面尖筆2ia所得到之測量資料)。

按如此構成，可將藉前述2個尖筆1a、2ia所得到之測量資料作為相對於前述被測量面7a之同一座標系中之測量資料。即，以測量點位置運算部30而將與測量點相接之側面尖筆2ia之曲率半徑的中心之XYZ座標之(3)式替換成(4)式者。

[數4] (x+(xc-xd),y+(yc-yd),z+(zc-zd))...(4)

又，第7A圖及第7B圖係顯示本發明之前述實施形態之XYZ座標之測量所使用之雷設之光路。連XYZ座標亦於上面尖筆1a之軸上進行座標測量。即，藉X座標檢測部17a在由上面尖筆1a之中心之Z方向活動範圍之中心附近延伸至X方向之直線上，檢測X座標。藉Y座標檢測部17b在由上面尖筆1a之中心之Z方向活動範圍之中心附近延伸至Y方向之直線上，檢測Y座標。藉Z1座標檢測部17c而在由上面尖筆1a之中心延伸至Z方向之直線上，檢測測量物7之移動量之Z1座標。

此外，亦可以第3圖所示之作為Z2座標檢測部之一例發揮功能之線性比例尺20檢測相對於支撐部4之第2活動部2之移動量，作為Z2座標。線性比例尺20係設置成用以依照來自Z軸移動指示部36之指示驅動Z驅動部2m者，可以良好的精度檢測依Z驅動部2m所進行之第2活動部2之Z方向移動量。

依前述第1實施形態，亦可在可於Z方向移動之第2活動部2配置第1活動部1，該第1活動部1具有：相對於第2活動部2而可於Z方向移動之氣滑式滑件1c、上面尖筆1a、及用以由反射光線測量Z座標及相對於第2活動部2之位置變化之第1反射鏡1b，並且更於第2活動部2，將安裝有只在XY方向位置變化之側面尖筆2ia之活動傾斜部2i及傾斜角度測量部2j排列配置於第1活動部1。按如此構成時，以上面尖筆1a掃描測量測量物7之上面，且以側面尖筆2ia掃描測量測量物7之被測量面7b，就可以10~100奈米精度之超高精度掃描測量上面連同側面兩者。

即，上面尖筆1a係藉不朝XY方向搖動之程度之高剛性之氣滑式滑件1c而不朝XY方向搖動，因此能毫無振動及誤差掃描測量測量物7之上面，藉第1反射鏡1b及透鏡2de亦可以良好精度測量Z座標。又，側面尖筆2ia係只能朝XY方向位置變化而不朝Z方向搖動，因此可毫無振動及誤差地掃描測量測量物7之被測量面7b。依側面尖筆2ia所進行之Z座標測量係可測量前述第1反射鏡1b之Z座標量測值，因此不需要成為誤差主因所在之Z座標測量，且能具備可以更高精度測量側面尖筆之XY位置變化之傾斜角度測量部2j。

即，上面尖筆1a亦於位置變化，連位置變化測量亦只限定於Z軸，並且側面尖筆2ia亦於位置變化，連位置變化測量亦只限定於XY軸，因此不只測量物7之上面連側面亦能毫無振動及誤差地以10~100奈米之超高精度連續進行掃描測量，且兩探針102、101之相對位置不變，因此可將測量資料作為一個資料來處理。

(第2實施形態)

第8A圖及第8B圖係顯示本發明第2實施形態之XYZ座標之測量所使用之雷射之光路。

在第8A圖及第8B圖中，如與第7A圖及第7B圖比較後可知，安裝比Y基準鏡13長之長Y基準鏡22，取代Y基準鏡13，且追加側面Y座標測量用穩頻雷射光線23。這是因為，在第7A圖及第7B圖之構造中，只要使XY驅動部8完全不傾斜地移動即可，但因搖動而傾斜時會在Y座標測量資料產生誤差，因此構造成在側面尖筆2ia之軸上測量Y座標者。尚且，相對於Y基準鏡13，長Y基準鏡22只需要長上面尖筆1a與側面尖筆2ia之距離。又，在X、Y、Z1、Z2之四者將穩頻雷射光線以多數半鏡分離之狀態既已於前面說明了，但亦可進一步以半鏡分離前述任一穩頻雷射光線時，可追加形成側面Y座標測量用穩頻雷射光線23。與如此構成不同，為了側面Y座標測量用穩頻雷射光線23之用，亦可另外組裝第2根穩頻雷射。

如此追加側面Y座標測量用穩頻雷射光線23係因為要將上面尖筆1a與側面尖筆2ia排列在相同X軸線上者。對此，在將上面尖筆1a及側面尖筆2ia排列在相同Y軸線上時，只要在通過側面尖筆2ia之X軸線上追加X座標測量用穩頻雷射光線即可。即，如第14圖所示，在前述側面尖筆2ia之位置只在X方向離開前述上面尖筆1a之位置時，作成於由前述側面尖筆2ia之Z方向活動範圍之中心附近延伸至Y軸方向之直線上，在Y座標檢測部17b具備測量Y座標之上面Y座標檢測部17b-1、側面Y座標檢測部17b-2、及切換上面Y座標檢測部17b-1與側面Y座標檢測部17b-2之切換部17b-3。接著，以切換部17b-3選擇地切換使用上面Y座標檢測部17b-1與側面Y座標檢測部17b-2。又，如第15圖所示，在前述側面尖筆2ia之位置只在Y方向離開前述上面尖筆1a之位置時，在由前述側面尖筆2ia之Z方向活動範圍之中心附近延伸至X軸方向之直線上，在X座標檢測部17a具備測量X座標之上面X座標檢測部17a-1、側面X座標檢測部17a-2、及切換上面X座標檢測部17a-1與側面X座標檢測部17a-2之切換部17a-3。接著，以切換部17a-3選擇地切換使用上面X座標檢測部17a-1與側面X座標檢測部17a-2。惟，Y座標檢測部17b及X座標檢測部17a中之只有一者亦可作成為第14圖之Y座標檢測部17b或第15圖之X座標檢測部17a之構成，亦可不同時採用第14圖之Y座標檢測部17b之構成及第15圖之X座標檢測部17a之構成。

如果上面尖筆1a及側面尖筆2ia在XY方向上都排列在不同之位置時，只要在側面尖筆2ia通過之X軸上追加X座標測量用頻雷射光線，在側面尖筆2ia通過之Y軸上追加Y座標測量用穩頻雷射光線時即可。惟，只要在Y座標測量用穩頻雷射光線15及23之2處測量Y座標，能測量因測量物設置部18之搖動所造成之稍微傾斜γ(伽瑪；Z軸周圍的旋轉角)。因此，在將上面尖筆1a與側面尖筆2ia排列XY方向上皆異之位置時，如果只於2處只有測量Y座標時，於通過上面尖筆1a之X座標方向，以X座標測量用穩頻雷射光線14測量X座標，令側面尖筆2ia之與上面尖筆1a之Y方向距離為L，可以γ×L補正X座標測量資料，因此沒有一定需要在通過上述之側面尖筆2ia之X軸上追加X座標測量用穩頻雷射光線。

前述實施形態之三次元形狀測量裝置，如前述，是可以10~100奈米之超高精度掃描測量測量物7之上面及側面兩者。

(第3實施形態)

在第1實施形態，如所說明者，在藉側面尖筆2ia之測量時，對於Z2位置是利用了上面尖筆1a之Z座標，但上面尖筆1a及氣滑式滑件1c係於Z軸方向剛性很弱，藉第2活動部2動作時之加速度等，例如有發生200奈米程度之振動(第9A圖)。

在如此狀況下，在如下之控制部28之控制下，重新設置當做為將氣滑式滑件1c之Z軸方向之動作停止之第1活動部動作停止裝置之一例而發揮功能之氣滑式滑件振動停止裝置82，能防止氣滑式滑件1c之振動。例如，對於氣滑式滑件振動停止裝置82，如第4圖、第5圖及第9A圖所示，在朝空氣軸承2a供應壓縮空氣之配管83設置切換閥43，在切換閥43連接著與壓縮空氣供給裝置80連接之壓縮空氣供給管44及與真空裝置81連接之真空配管45。藉此構造成能以切換閥43，而將連通於空氣軸承2a之配管83，切換成壓縮空氣供給管44與真空配管45中任一者。

在此，在於控制部28之控制下，將氣滑式滑件1c之Z軸方向之動作停止時，藉壓縮空氣供給裝置80之供給停止動作，藉由壓縮空氣供給裝置80停止供應到空氣軸承2a之壓縮空氣，或藉切換閥43之切換動作，將與空氣軸承2a連通之配管，由壓縮空氣供給管44切換成真空配管45，以空氣軸承2a吸引氣滑式滑件1c之側面之一部分，如第9B圖所示，將氣滑式滑件1c之側面之一部分接觸於空氣軸承2a，可將氣滑式滑件1c之振動停止。如此在停止振動之狀態，藉側面尖筆2ia進行測量時即可。之後，在使用上面尖筆1a 時，藉切換閥43之切換動作，將與空氣軸承2a連通之配管，由真空配管45切換成壓縮空氣供給管44，再朝空氣軸承2a供應壓縮空氣時即可。以另一將氣滑式滑件1c之Z軸方向之動作停止之機構而言，未示於圖中，亦可想到設置另一驅動機構，藉摩擦力固定氣滑式滑件1c者。此外，不是切換閥43，而在將壓縮空氣供給裝置80停止而將氣滑式滑件1c之Z軸方向之動作停止時，可使壓縮空氣供給裝置80作為第1活動部動作停止裝置之一例發揮功能者。

在控制部28之控制下，在藉前述之停止氣滑式滑件1c之動作之氣滑式滑件振動停止裝置82停止氣滑式滑件1c之振動之狀態，藉側面尖筆2ia進行測量時，以無振動之狀態正確地檢測Z座標。只使用側面尖筆2ia之測量，例如圓柱或圓柱孔之測量上，氣滑式滑件1c接觸於空氣軸承2a或固定於空氣軸承2a之相對的Z高度在任意位置就可以。因此只要固定在相對的Z高度時，就可將該位置作為原點進行測量時即可。

另一方面，對於圓錐形狀或透鏡形狀等之以上面尖筆1a與側面尖筆2ia兩者須要測量之測量物7，各自須要正確地掌握尖筆1a、2ia間之相對位置。為此，須要正確地檢測氣滑式滑件1c對於空氣軸承2a接觸或固定之相對高度(Z位置)，掌握上面尖筆1a與側面尖筆2ia之相對位置。

以下說明運算該相對位置而使兩尖筆1a、2ia之測量座標系一致之順序。

第10及13圖係顯示順序的概略圖。

首先，如第1實施形態所述者，在測量物設置部18上放置真球度佳之球，作為前述測量物7，或者是代替測量物7，或，如第7A及7B圖所示，在離開測量物設置部18上之測量物7之位置設置基準球21。

藉第10圖，敘述求出上面尖筆1a與側面尖筆2ia之中心位置差之方法。

首先，以上面尖筆1a測量該真球度佳之球或基準球21(以下簡稱為「測量球」)之表面的多點(步驟S1001)。

接著，由該等多數測量點的點列，以測量點位置運算部30(更詳細地說是第7C圖之測量點位置運算部30之第1運算部30a)算出該測量球21之第1中心座標(xc,yc,zc)(步驟S1002)。

其次，在於上面尖筆1a之測量結束後，如第11圖所示，上面尖筆1a接觸於測量球21，在控制第1活動部1相對於第2活動部2之相對位置成為一定之狀態下，在控制部28之控制下，藉氣滑式滑件振動停止裝置82之切換閥43之切換動作，將與空氣軸承2a連通之配管83由壓縮空氣供給管44切換成真空配管45，以空氣軸承2a吸引氣滑式滑件1c之側面的一部分(步驟S1003)。藉真空配管45之吸力，將氣滑式滑件1c之側面之一部分接觸於空氣軸承2a而固定。即，在控制部28之控制下，藉氣滑式滑件振動停止裝置82之切換閥43之切換動作，在上面尖筆1a接觸於測量物7之狀態下，藉對焦控制部29，以控制相對於第2活動部2之第1活動部1之位置成為一定位置之狀態的時序，停止相對於第2活動部2 之第1活動部1之Z方向的動作。

接著，在該狀態下，將第2活動部2之Z軸驅動控制部42之控制，由對焦控制部29切換成Z軸移動指示部36，在於Z軸移動指示部36之控制下將第2活動部2上昇(步驟S1004)。

其次，藉相對位置測量部2d測量相對於第2活動部2之第1活動部1之相對位置，將該相對位置之值Zf記憶在相對位置測量部2d之內部記憶部2ds(步驟S1005)。將在該位置記憶相對位置Zf之理由說明如下。

在步驟S1003中，藉吸真空而將氣滑式滑件1c固定於空氣軸承2a時，未必每次都固定在相同的位置，而是以稍微偏移之狀態下予以固定。該偏移係成為以上面尖筆1a與側面尖筆2ia之測量時之座標系誤差，因此有必要正確地測出該偏移。為此，利用測量相對於第2活動部2之第1活動部1之相對位置之相對位置測量部2d，檢測該偏移。又，對於進行該檢測之時序，係成為在進行對焦之狀態下予以固定而上升後者是依照以下的理由。

相對位置測量部2d係使用半導體雷射對焦檢測器2da，而該檢測訊號之例顯示在第12圖。在第12圖中，橫軸係顯示第1活動部1相對於第2活動部2之位置變化，縱軸係顯示對焦檢測器之電壓。在上面尖筆1a不接觸於測量物7時，處於第12圖中之對焦OFF時之高度的位置，上面尖筆1a接觸於測量物7，第1活動部1相對於第2活動部2之相對位置成為一定之狀態係指將檢測訊號之電壓為0V之狀態，即位於對焦高度之位置。半導體雷射對焦檢測器2da之電壓係以該高度為中心，隨著高度的變化愈大，非直線性愈大，使依半導體雷射對焦檢測器2da所進行之相對位置變化檢測精度變差。為此，在對焦高度之位置，希望能測出相對於第2活動部2之第1活動部1(上面尖筆1a)之相對位置者。為此，如步驟S1005所示，在於控制第1活動部1相對於第2活動部2之相對位置成為一定之狀態之位置，即，在對焦高度之位置的附近，測量半導體雷射對焦檢測器2da之電壓，求出上面尖筆1a被固定之位置(相對位置)Zf，就可以良好的精度求得相對於第2活動部2之第1活動部1(上面尖筆1a)之相對位置。

其次，以側面尖筆2ia測量該測量球21之表面的多數點(步驟S1006)。

接著，從側面尖筆2ia所測量之該等多數測量點之測量資料，以測量點位置運算部30(更詳細地說，第7C圖之測量點位置運算部30之第2運算部30b)算出該測量球21之第2中心座標(xd，yd，zd)(步驟S1007)。

最後以測量點位置運算部30(更詳細地說，第7C圖之測量點位置運算部30之第3運算部30c)求出該等2個第1及第2中心座標(xc，yc，zc)與(xd，yd，zd)之差值，即，上面尖筆1a與側面尖筆2ia間之中心位置差(xr，yr，zr)(步驟S1008)

其次，在算出兩尖筆1a、2ia間之中心位置差(xr，yr，zr)後，藉第13圖說明實際測量測量物7時之順序。

首先，藉上面尖筆1a進行測量物7之測量(步驟S1301)。

其次，在移到依側面尖筆2ia之測量物7測量之前，在於上面尖筆1a測量結束後，上面尖筆1a與測量物7接觸，控制第1活動部1相對於第2活動部2之相對位置成一定之狀態(對焦狀態)下將連通於空氣軸承2a之配管83，由壓縮空氣供給管44切換成真空配管45(步驟S1302)。

藉真空配管45之吸力，使氣滑式滑件1c之側面的一部分接觸於空氣軸承2a而予以固定。在該狀態下，將第2活動部2之Z軸驅動控制部42之控制由對焦控制部29切換成Z軸移動指示部36，將第2活動部2上升(步驟S1303)

其次，藉相對位置測量部2d，測量相對於第2活動部2之第1活動部1之相對位置，將該相對位置之值Zm記憶在相對位置測量部2d之內部記憶部2ds(步驟S1304)。要以該時序記憶相對位置之理由係與說明在步驟S1005記憶相對位置Zf之理由是同樣的。

其次，以側面尖筆2ia測量測量物7之表面(步驟S1305)。

在前述測量結果評價時，以測量點位置運算部30(更詳細地說，第7C圖之測量點位置運算部30之第3運算部30c)，將上面尖筆1a與側面尖筆2ia之相對位置(xr,yr,zr)[即，在步驟S1008所算出之上面尖筆1a與側面尖筆2ia之中心位置差(xr,yr,zr)]加在依上面尖筆1a進行之測量資料，或，依側面尖筆2ia進行之測量資料中之任一測量資料(以一例來說，在此依側面尖筆2ia進行之測量資料(x,y,z))(步驟S1306)。

其次，在以側面尖筆2ia所測量之資料的Z座標，在加上中心位置差Zr之值加上Zm-Zf，作為上面尖筆1a固定時之偏移值(步驟S1307)。惟，亦可在Z座標，將中心位置差Zr加在加有Zm-Zf之值者。

如此進行時，能將經由前述2個尖筆1a、2ia之測量資料作為前述測量物7對於被測量面7a之同一座標系之測量資料。即，以測量點位置運算部30，將與測量點相接觸之側面尖筆2ia之曲率半徑之中心的XYZ座標之(3)式換成如(5)式所示者。

[數5](x+xr,y+yr,z+zr+(Zm-Zf))...(5)

此外，中心位置差(xr,yr,zr)之算出除了第10圖之方法外亦可考慮其他方法，例如除了球以外只要是角錐或圓錐形狀等可以上面尖筆1a及側面尖筆2ia兩者測量之面即可。又，不測量當作為基準之物體，使用別的中心位置差亦可進行中心位置差之測量者。

又，在第13圖中，足夠有相對位置測量部2d之檢測直線性時，步驟S1302亦可在上面探針102(第2活動部2)上升之狀態下進行，而非上面對焦狀態，此時，藉上面尖筆1a所進行之測量物測量(步驟S1301)亦可在於側面尖筆2ia之測量(步驟S1305)之後進行。又，在本實施形態中，將側面尖筆2ia之測量資料變換成上面尖筆1a之座標，但亦可改變(5)式之符號，將上面尖筆1a之測量資料變換成側面尖筆2ia之座標。

依前述第3實施形態，按第10及13圖所示之順序，藉進行2個探針102、101間之相對位置之算出及測量，在側面測量時之上面尖筆1a有振動產生時，亦能以高精度地進行Z2座標測量，可使上面尖筆1a及側面尖筆2ia之測量座標系高精度地一致者。

對此，在前述背景技術所記載之文獻中，具體上有如下之課題存在。

專利文獻1~3所揭示之測量機不能測量側面。即，有如後述之課題，也就是說鏡面即使可以測量，但不能測量包括側面在內之透鏡整體之形狀。

在專利文獻4、5所揭示之測量機係測量精度為微米等級，且量測力亦很大，對一般機械元件的形狀測量是足夠的，但要以10~100奈米之超高精度測量諸如非球面透鏡是很困難者。將理由敘述如下。

在專利文獻4中，藉XYZ之三個移動台而相對於沿著測量面而朝XYZ驅動之探針部，進而以XYZ之三個氣滑式滑件為中介安裝有與測量面相接觸之尖筆，藉由尖筆所承受之測量面之量測力移動該三個氣滑式滑件，在藉各安裝在前述三個移動台之測量刻度所測出之XYZ座標加上藉各附在前述三個氣滑式滑件之測量格所測出之XYZ座標，算出測量面之XYZ座標者。

這是因為量測力而必須移動三個氣滑式滑件，量測力也必然變大，而使測量面變形，因此奈米等級之超高精度測量很難。對於X方向位置變化要移動X及Z之氣滑式滑件之質量，對於Y方向之位置變化則要移動XYZ全氣滑式滑件之質量，使得量測力具有方向性，而成為誤差的原因所在。

在專利文獻5中因為量測力減輕的緣故，移除前述三個氣滑式滑件，且為使尖筆相對於探針部可做朝Z方向之平行移動，並亦做朝XY方向之傾斜，而安裝在一枚附有缺口之板彈簧者。在尖筆上方形成反射鏡，以光線測知尖筆朝Z方向之位置變化及朝XY方向之傾斜者。惟，可以做到朝Z方向之移動及傾斜之彈簧不能設計成該傾斜中心之位置不動者。即，傾斜中心亦會稍微往XY方向移動，但因為不能檢測該移動，因此會產生測量誤差。

專利文獻6、7所揭示之探針只能測量側面。成為將設在探針部之支點為中心而使尖筆朝XY方向傾斜之構造。藉透鏡聚集He-Ne穩頻雷射光線而照射在黏設在尖筆上面之反射鏡。由該反射光線藉雷射測長而測量Z座標。同時，半導體雷射光線亦同樣地藉透鏡而照射在前述反射鏡，由反射光的光束徑的變化檢測尖筆的Z位置變化，經由前述反射鏡傾斜所造成之反射光線的方向偏移，檢測尖筆朝XY方向之傾斜者。

即，這就是因為在專利文獻6、7中，前述透鏡係聚集He-Ne穩頻雷射光線，而經由前述反射鏡之反射光線測量Z座標，因此如果沒有成為無此物不行的該透鏡時，就算反射鏡有一點點偏移，就不能測量Z座標的緣故了。

惟，由於有該透鏡，所以即使反射光線的方向有偏移，反射光線之位置偏移只偏移該透鏡之焦點距離，因此有不能提昇斜率檢測靈敏度，不能以良好的靈敏度檢測尖筆之斜率之課題。

又，只要拉長該透鏡的焦距，偏離的檢測靈敏度就會提高，但Z座標測量用He-Ne穩頻雷射光線之反射光線之位置偏離也會變大，且也有很難進行Z座標量測之進退兩難之困境。

專利文獻8所記載之可測量上面與側面兩者之探針係與專利文獻5同樣，成為利用彈簧將尖筆朝XYZ方向移動之構造，由於尖筆軸傾斜時之支點不固定，所以就算只檢測傾斜角度，也不能完全算出尖筆位置，因此就產生測量誤差。

又，在專利文獻8中，藉透鏡聚集光線而照射於貼在尖筆上面之反射鏡，由反射光的光束徑的變化測出尖筆之Z位置變化，且由反射鏡的傾斜所造成之反射光的方向偏離測出尖筆朝XY方向之傾斜程度，但由於有該透鏡在裡頭，因此即使反射光線的方向偏了，但該反射光線之偏離只偏移了該透鏡之焦點距離量，因此不能提高偏離檢測靈敏度。又，沒有該透鏡，就不能進行半導體雷射所造成之Z位置變化檢測，也不能進行He-Ne穩頻雷射光線所造成之Z座標測量。如果拉長該透鏡之焦距，又會有降低Z位置變化之檢測靈敏度，也會有He-Ne安定雷射光線所進行之Z座標量測也會變成進退兩難之困境。

進而，在專利文獻8中記載有可以專利文獻2所記載之探針測量鏡面後再換成專利文獻7所記載之探針測量側面者，但也有探針交換時很麻煩，又會衍生因交換所引起之位置偏離之課題。

不管鏡面或側面都可以利用一個探針以10~100奈米之測量精度進行乃為理想，但如前述，有很難在毫無誤差之情形下測出尖筆位置之課題外，另有在掃描測量測量面時容易發生振動之課題。

會發生一種被稱為滯著滑動(stick slip)之現象，該現象即為：就照以一定量測力沿著測量面按壓尖筆之狀態下，與測量面平行地移動探針部，使尖筆與測量面間所產生之動摩擦力和尖筆相對於探針部朝中央位置回復之復原力取得平衡而可平順地滑動時即可，但一開始因為靜摩擦，所以就算探針部移動，尖筆也會在某一測量點不能動，要在靜摩擦力超過尖筆之復原力之位置上將尖筆滑在測量面上且回過頭，又使尖筆在下一測量點靜止者。該現象係於測量面粗糙度大且尖筆很尖銳時，尖筆會進入測量面的凹處，所以很容易發生之。

此外，觸控測量係指將尖筆一點一點地接觸、離開測量部，而逐次去測量之方法，該方法雖然沒有前述之滯著滑動(stick slip)，但卻有比起掃描測量，花費大量的測量時間，且只能取得少許測量點數之課題存在。

專利文獻9所記載之測量機係可同時測量非球面透鏡之上下面，可以測量上下鏡面之相對的偏離、偏心。但仍有不能測量相對於透鏡外徑之偏離、偏心之課題存在。

專利文獻10所揭示的是有關於掃描測量側面用之控制方法，卻不是可解決對鏡面也對側面欲以所謂測量精度 10~100奈米測量之課題者。

對此，前述實施形態之三次元形狀測量裝置係大致解決前述習知課題者，可以10~100奈米之超高精度掃描測量測量物之上面及側面兩者。

此外，經由適當地組合前述各種實施形態中任一實施形態，可展現各所具有之效果。

本發明之三次元形狀測量裝置係藉以新的方法組合上面尖筆及側面尖筆，對上面也可以，對側面也可以習知不能做到之所謂10~100奈米之超高精度進行掃描測量，因此除了非球面透鏡之形狀測量，對於鏡面之外形之偏離或偏心、下料衝模之側面之間隙及對於上面之直角角度、微細孔或齒輪等之基準面為基準之形狀等，也可以短時間且細微地取得大量的測量資料，因此也可以期待相機或精密元件之更小型高性能化或良率之提昇。

本發明係參考附圖而對於較佳之實施形態已有足夠的關連記載，但對於熟悉此項技藝之人士而言能清楚各種變形或修正。如此變形或修正只要不超出所附之申請專利範圍之本發明範疇，就應理解都涵蓋在其中吧。

1‧‧‧第1活動部

1a‧‧‧上面尖筆

1b‧‧‧第1反射鏡

1c‧‧‧氣滑式滑件

1d‧‧‧活動軛

10‧‧‧石定盤

101‧‧‧側面探針

102‧‧‧上面探針

104‧‧‧連結機構

11‧‧‧石門柱

12‧‧‧X基準鏡

13‧‧‧Y基準鏡

16‧‧‧穩頻雷射光線

17‧‧‧座標檢測部

17a‧‧‧X座標檢測部

17a-1‧‧‧上面X座標檢測部

17a-2‧‧‧側面X座標檢測部

17b‧‧‧Y座標檢測部

17b-1‧‧‧上面Y座標檢測部

17b-2‧‧‧側面Y座標檢測部

17c‧‧‧Z1座標檢測部

17d‧‧‧Z2座標檢測部

17e‧‧‧Z座標算出部

18‧‧‧測量物設置部

19‧‧‧Z基準鏡

2‧‧‧第2活動部

2a‧‧‧空氣軸承

2b‧‧‧磁鐵

2c‧‧‧固定軛

2d‧‧‧相對位置測量部

2da‧‧‧半導體雷射對焦檢測器

2db‧‧‧繞射光柵

2dc‧‧‧分光鏡

2dd,2de‧‧‧透鏡

2e‧‧‧上面探針架

2f‧‧‧側面探針架

2g‧‧‧橫柱

2h‧‧‧磁路

2i‧‧‧活動傾斜部

2ia‧‧‧側面尖筆

2ib‧‧‧支點構件

2ic‧‧‧反射鏡

2id‧‧‧活動側磁鐵

2if‧‧‧臂桿

2ip‧‧‧貫通孔

2it‧‧‧本體部

2j‧‧‧傾斜角度測量部

2k‧‧‧固定側磁鐵

2m‧‧‧Z驅動部

2n‧‧‧大氣滑式滑件

2z‧‧‧本體

20‧‧‧線性比例尺

21‧‧‧基準球(測量球)

22‧‧‧長Y基準鏡

23‧‧‧穩頻雷射光線

27‧‧‧XY軸訊號切換部

28‧‧‧控制部

29‧‧‧對焦控制部

3‧‧‧定載重彈簧

30‧‧‧測量點位置運算部

31‧‧‧誤差運算輸出部

32‧‧‧Z軸訊號切換部

33‧‧‧側面尖筆位置變化檢測部

33a‧‧‧X成分檢測部

33b‧‧‧Y成分檢測部

34‧‧‧XY控制部

35‧‧‧XY軸移動指示部

36‧‧‧Z軸移動指示部

37‧‧‧動摩擦係數記憶部

38‧‧‧伺服器資訊記憶部

39‧‧‧掃描資訊記憶部

4‧‧‧支撐部

40‧‧‧X軸驅動控制部

41‧‧‧Y軸驅動控制部

42‧‧‧Z軸驅動控制部

4a‧‧‧大空氣軸承

5‧‧‧穩頻雷射光源

6‧‧‧雷射光線

7‧‧‧測量物

7a‧‧‧上面(被測量面)

7b‧‧‧側面(被測量面)

8‧‧‧XY驅動部(XY驅動裝置)

8a‧‧‧X軸導引件

8b‧‧‧Y軸導引件

8c‧‧‧X軸線性馬達

8d‧‧‧Y軸線性馬達

82‧‧‧氣滑式滑件振動停止裝置