三维形状测量方法及装置的制作方法-山东科威数控机床有限公司

专利名称：三维形状测量方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及测量非球面透镜等被测体的形状的三维形状测量方法及装置，尤其涉及适合于得到除被测体表面及背面的各形状外、表背面彼此的中心轴的位置偏差或被测体侧面的圆度等的与被测体相关的各种形状信息的三维形状测量方法及装置。
背景技术：
以往公知有通过在非球面透镜等的被测体的表面或背面(以下有时称为“被测面”)照射球面波并根据由来自被测面的返回光和参照光的干涉所形成的干涉条纹来特定 (也称确定)被测面的形状的手法，但通过这种手法难以得到与被测面的整个区域对应的干涉条纹。而且，公知有通过使干涉仪对被测面的相对位置沿测量光轴方向依次移动，使得依次产生与被测面的径向的部分区域每个对应的干涉条纹，分析其各干涉条纹而求出被测面的径向的各部分区域的形状，通过这些的结合而特定被测面整个区域的形状的手法(参见下述专利文献1)。而且，也公知有使干涉仪或被测面在与测量光轴垂直的面内依次移动，将在每次移动时与被测面的各部分区域对应的干涉条纹放大到能够条纹分析的程度而拍摄，分析其各干涉条纹而求出被测面的各部分区域的形状，通过这些的结合来特定被测面的整个区域的形状的手法(参见下述专利文献2)。另外，也公知有通过利用光触针式的测量探测器的三维形状测量来特定被测面整个区域的形状的手法(参见下述专利文献3)。而且，本发明申请人通过组合显微干涉光学系统和1维图像传感器(线传感器) 而构思可高精度且以短时间测量非球面透镜等的形状的测量装置，并且向专利局公开有此装置(参见下述专利文献4)。专利文献1 日本专利公开昭62-126305号公报专利文献2 :USP6, 956，657专利文献3 日本专利公开平5-87540号公报专利文献4 日本专利申请2008-266662号说明书近几年，为了发挥优异的光学性能而非球面透镜的形状复杂化，而且，基于制造成本或生产性方面的优异性，通用性高的非球面透镜的大部分被模压成型(以下，将模压成型的非球面透镜称为“模制非球面透镜”)。这种模制非球面透镜，由于成型用的模具之间的相对的位置偏差，有时发生所成形的构成非球面透镜的2个透镜面各自中心轴彼此的相对的位置偏差(以下，有时称为“面偏差”)、或2个透镜面各自中心轴彼此的相对的倾斜偏差(以下，有时称为“面倾斜”)。这种面偏差或面倾斜在模具的机构上完全消除是极其困难的，就成为所成形的非球面透镜的像差增大的主要原因，所以优选在减少的方向谋求模具的修正，因此掌握面倾斜或面偏差产生为何程度就极为重要。
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尤其，在数值孔径(NA)大的非球面透镜中，以前未成问题的在几Pm数量级的面偏差或在几十秒数量级的面倾斜的发生视为问题，要求可高精度地测量这些面偏差或面倾斜的手法。另外，这种面偏差或面倾斜不限于模制非球面透镜，在经过研磨工序创作出高精度的面形状的非球面透镜(以下称为“研磨非球面透镜”)中也当然成问题。要求极其高的形状精度的高价的研磨非球面透镜时，通过在研磨过程中进行数次形状测量，将其测量结果反馈到研磨工序，形状精度渐渐提高，但若不仅是面形状、而面偏差或面倾斜也能够容易合并测量，则通过反馈这些的测量结果就能够以更短期间制作高性能的研磨非球面透镜。就这种面偏差或面倾斜而言，若可高精度地测量非球面的2个透镜面的各形状、并且可正确地掌握这些相对的位置关系，则认为能够高精度地求得面偏差或面倾斜。然而，在如上述的以往的形状测量手法中，虽然可高精度地测量2个透镜面的各形状，但存在难以正确地掌握这些相对位置关系的问题。这个需要在测量一方的透镜面后，使装载于样品载物台上的非球面透镜反转而使其另一方的透镜面朝向测量系统侧，由此，2 个透镜面的相对的位置关系变得不明确。因此，对面偏差或面倾斜的测量提出有与透镜面的形状测量不同的手法，例如通过非球面透镜的透过波面(也称波阵面)测量求出波面像差而根据该波面像差来计算面偏差或面倾斜的手法等，但进行与透镜面的形状测量不同的其他的测量是繁杂的，从而在测量上需要很多的时间。

发明内容
本发明是鉴于上述情况提出的，其目的在于，提供一种被测体的表面及背面的各形状在正确地掌握互相的相对的位置关系的状态下可高精度地得以测量的三维形状测量方法及装置。为了实现上述目的，如以下构成本发明的三维形状测量方法及装置。另外，以下说明的本发明所涉及的第1三维形状测量方法(以下称为“第1方法”) 和第2三维形状测量方法(以下称为“第2方法”)均用于解决被测体的表面及背面的各形状在正确地掌握互相的相对位置关系的状态下高精度地得以测量的共同的课题。第1方法和第2方法的实际不同点在于为了求出被测体的表面形状和背面形状的空间的相对位置关系，在第1方法中利用通过从被测体表面侧及背面侧重复测量被测体的侧面形状而得到的2个测量数据，相对于此，在第2方法中利用通过从被测体表面侧及背面侧重复测量固定在被测体的保持夹具的外周面形状而得到的2个测量数据。被测体的侧面形状和保持夹具的外周面形状在确定被测体的表面形状及背面形状的相对位置关系的方面均属于互相相同的技术概念。从而，第1方法和第2方法具有互相相同或相应的技术特点。这个对于以下说明的本发明所涉及的第1三维形状测量装置和第2三维形状测量装置也相同。本发明所涉及的第1三维形状测量方法，利用测量探测器测量具有通过包括形成有以第1轴线为中心的旋转面状的第1曲面部而成的被测体表面、通过包括形成有以第2 轴线为中心的旋转面状的第2曲面部而成的被测体背面、形成有圆柱面状的被测体侧面而构成的被测体的形状，其特征在于，
作为测量工序包括被测体背面支承步骤，从上述被测体背面侧支承上述被测体；被测体表面旋转步骤，使从上述被测体背面侧被支承的上述被测体，在当上述第1 曲面部为非球面时使上述第1轴线与预定的旋转轴一致的状态下，在当上述第1曲面部为球面时使从上述被测体背面侧被支承的状况的上述第1曲面部的顶点的垂线与上述旋转轴一致的状态下，围着该旋转轴旋转；被测体表面侧面形状信息取得步骤，对于旋转的上述被测体，一边变更上述测量探测器和上述被测体的相对位置，一边通过该测量探测器扫描上述被测体表面及上述被测体侧面，而取得包括该被测体表面的形状信息和该被测体侧面的第1形状信息和该被测体表面及该被测体侧面的对位置信息而构成的被测体表面·侧面形状信息；被测体表面支承步骤，从上述被测体表面侧支承上述被测体；被测体背面旋转步骤，从上述被测体表面侧被支承的上述被测体，在当上述第2 曲面部为非球面时使上述第2轴线与上述旋转轴一致的状态下，在当上述第2曲面部为球面时使从上述被测体表面侧被支承的状况的上述第2曲面部的顶点的垂线与上述旋转轴一致的状态下，围着该旋转轴旋转；被测体背面侧面形状信息取得步骤，对于旋转的上述被测体，一边变更上述测量探测器和上述被测体的相对位置，一边通过该测量探测器扫描上述被测体背面及上述被测体侧面，而取得包括该被测体背面的形状信息和该被测体侧面的第2形状信息和该被测体背面及该被测体侧面的相对位置信息而构成的被测体背面·侧面形状信息；被测体整体形状信息取得步骤，通过互相比较对照在上述被测体表面·侧面形状信息取得步骤中得到的上述被测体侧面的第1形状信息、与在上述被测体背面·侧面形状信息取得步骤中得到的上述被测体侧面的第2形状信息，求出包括上述被测体表面和上述被测体背面的相对位置信息的被测体整体形状信息而构成。而且，本发明所涉及的三维形状测量方法，利用测量探测器测量具有通过包括形成有以第1轴线为中心的旋转面状的第1曲面部而成的被测体表面、形成有以第2轴线为中心的旋转面状的第2曲面部而成的被测体背面而构成的被测体的形状，其特征在于，作为测量工序包括保持夹具固定步骤，在从该被测体的径向外方包围上述被测体的环状的保持夹具上固定该被测体，以使该保持夹具与该被测体的相对位置不变；被测体背面支承步骤，从上述被测体背面侧支承固定有上述保持夹具的上述被测体；被测体表面旋转步骤，使从上述被测体背面侧被支承的上述被测体，在当上述第1 曲面部为非球面时使上述第1轴线与规定的旋转轴一致的状态下，在当该第1曲面部为球面时使以从该被测体背面侧被支承的状况的该第1曲面部的顶点的垂线与该旋转轴一致的状态下，围着该旋转轴旋转；被测体表面保持夹具外周面形状信息取得步骤，对于旋转的上述被测体，一边变更上述被测体和上述测量探测器的相对位置，一边通过该测量探测器扫描上述被测体表面及上述保持夹具的外周面，而取得包括该被测体表面的形状信息和该外周面的第1形状信息和该被测体表面及该外周面的相对位置信息而构成的被测体表面·保持夹具外周面形状 fn息；
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被测体表面支承步骤，从上述被测体表面侧支承固定有上述保持夹具的上述被测体；被测体背面旋转步骤，使从上述被测体表面侧被支承的上述被测体，在当上述第2 曲面部为非球面时使上述第2轴线与上述旋转轴一致的状态下，在当上述第2曲面部为球面时使以从上述被测体表面侧被支承的状况的该上述第2曲面部的顶点的垂线与上述旋转轴一致的状态下，围着该旋转轴旋转；被测体背面保持夹具外周面形状信息取得步骤，对于旋转的上述被测体，一边变更上述测量探测器和该被测体的相对位置，一边通过该测量探测器扫描上述被测体背面及上述保持夹具的上述外周面，而取得包括该被测体背面的形状信息和该外周面的第2形状信息和该被测体背面及该外周面的对位置信息而构成的被测体背面·保持夹具外周面形状 fn息；被测体表背面形状信息取得步骤，通过互相对比对上述第1形状信息和上述第2 形状信息求出上述被测体表面和上述被测体背面的相对位置信息，取得包括该相对位置信息而构成的被测体表背面形状信息而构成。而且，本发明所涉及的第1三维形状测量装置，利用测量探测器测量具有通过通过包括形成有以第1轴线为中心的旋转面状的第1曲面部而成的被测体表面、形成有以第2 轴线为中心的旋转面状的第2曲面部而成的被测体背面、形成有圆柱面状的被测体侧面而构成的被测体的形状，其特征在于，具备被测体支承机构，从上述被测体背面侧或上述被测体表面侧支承上述被测体；被测体旋转机构，使由上述被测体支承机构所支承的上述被测体围着预定的旋转轴旋转；被测体表面旋转指令机构，使由上述被测体支承机构从上述被测体背面侧支承的上述被测体，在当上述第1曲面部为非球面时使上述第1轴线与上述旋转轴一致的状态下，在当上述第1曲面部为球面时使以从上述被测体背面侧被支承的状况的上述第1曲面部的顶点的垂线与上述旋转轴一致的状态下，通过上述被测体旋转机构而被旋转；被测体表面·侧面形状信息取得机构，对于通过上述被测体表面旋转指令机构而被旋转的上述被测体，一边变更上述测量探测器和上述被测体的相对位置，一边通过该测量探测器扫描上述被测体表面及上述被测体侧面，取得包括该被测体表面的形状信息和该被测体侧面的第1形状信息和该被测体表面及该被测体侧面的相对位置信息的被测体表面·侧面形状信息；被测体背面旋转指令机构，使由上述被测体支承机构从上述被测体表面侧支承的上述被测体，在当上述第2曲面部为非球面时使上述第2轴线与上述旋转轴一致的状态下，在当上述第2曲面部为球面时使以从上述被测体表面侧支承的状况的上述第2曲面部的顶点的垂线与上述旋转轴一致的状态下，通过上述被测体旋转机构而被旋转；被测体背面·侧面形状信息取得机构，对于通过上述被测体背面旋转指令机构旋转的上述被测体，一边变更上述测量探测器和上述被测体的相对位置，一边通过该测量探测器扫描上述被测体背面及上述被测体侧面，取得包括该被测体背面的形状信息和该被测体侧面的第2形状信息和该被测体背面及该被测体侧面的相对位置信息的被测体背面侧面形状信息；
被测体整体形状信息取得机构，通过互相比对由上述被测体表面·侧面形状信息取得机构得到的上述被测体侧面的第1形状信息、和由上述被测体背面·侧面形状信息取得机构得到的上述被测体侧面的第2形状信息，求出包括上述被测体表面和上述被测体背面的相对位置信息的被测体整体形状信息而构成。在本发明的第1三维形状测量装置中，上述测量探测器由显微干涉光学系统构成，该显微干涉光学系统将低相干性的测量光按照沿着测量光轴收敛到上述被测体的方式进行照射、且将该测量光的返回光与参照光进行合波而得到干涉光，其可具备摄像机构，拍摄由上述干涉光形成的干涉条纹；相对位置变更机构，变更上述显微干涉光学系统对上述被测体的相对位置；旋转位置检测机构，对通过上述被测体旋转机构而被旋转的上述被测体的围着上述旋转轴的旋转位置进行检测。而且，上述被测体表面·侧面形状信息取得机构可具备显微干涉光学系统/被测体表面·侧面姿势调整机构，通过上述相对位置变更机构依次变更上述显微干涉光学系统和上述被测体的相对姿势，使得对于通过上述被测体表面旋转指令机构而被旋转的上述被测体，上述测量光轴的与上述被测体表面的交点位置沿该被测体表面的径向移动，并且按每次该移动使上述测量光轴与上述交点位置的上述被测体表面的切平面垂直相交；及上述测量光轴在上述被测体侧面上移动，并且该测量光轴与上述被测体侧面的交点位置的该被测体侧面的切平面垂直相交；被测体表面·侧面干涉条纹取得机构，从通过上述显微干涉光学系统/被测体表面侧面姿势调整机构依次变更上述相对姿势的上述显微干涉光学系统将上述测量光照射到上述被测体，按上述被测体的多个表面·侧面旋转位置通过上述摄像机构拍摄由该测量光的来自上述被测体表面或上述被测体侧面的返回光和上述参照光的干涉所形成的、与上述测量光轴和上述被测体表面或上述被测体侧面的各交叉部分的区域对应的按各表面侧面旋转位置的干涉条纹，并且取得上述按各表面·侧面旋转位置的干涉条纹的图像数据；被测体表面·侧面形状分析机构，根据上述按各表面·侧面旋转位置的干涉条纹、根据在拍摄该按各表面侧面旋转位置的干涉条纹的各时点上的基于上述旋转位置检测机构的上述旋转位置的检测数据、根据基于上述显微干涉光学系统/被测体表面·侧面姿势调整机构的上述相对姿势的调整数据，求出上述被测体表面·侧面形状信息而构成。而且，上述被测体背面·侧面形状信息取得机构具备显微干涉光学系统/被测体背面·侧面姿势调整机构，通过上述相对位置变更机构依次变更上述显微干涉光学系统和上述被测体的相对姿势，使得对于通过上述被测体背面旋转指令机构而被旋转的上述被测体，上述测量光轴的与上述被测体背面的交点位置沿该被测体背面的径向移动，并且按每次该移动时使上述测量光轴与上述交点位置的上述被测体背面的切平面垂直相交；及上述测量光轴在上述被测体侧面上移动，并且该测量光轴与上述被测体侧面的交点位置的该被测体侧面的切平面垂直相交；被测体背面·侧面干涉条纹取得机构，从通过上述显微干涉光学系统/被测体背面侧面姿势调整机构依次变更上述相对姿势的上述显微干涉光学系统将上述测量光照射到上述被测体，按上述被测体的多个背面·侧面旋转位置通过上述摄像机构拍摄由该测量光的来自上述被测体背面或上述被测体侧面的返回光和上述参照光的干涉所形成的、与上述测量光轴和上述被测体背面或上述被测体侧面的各交叉部分的区域对应的按各表面侧面旋转位置的干涉条纹，并且取得上述按各表面·侧面旋转位置的干涉条纹的图像数据；被测体背面·侧面形状分析机构，根据上述按各表面·侧面旋转位置的干涉条纹、根据在拍摄该按各表面侧面旋转位置的干涉条纹的各时点上的基于上述旋转位置检测机构的上述旋转位置的检测数据、根据上述显微干涉光学系统/被测体背面·侧面姿势调整机构的上述相对姿势的调整数据，求出上述被测体背面·侧面形状信息而构成。此外，优选具备根据上述被测体整体形状信息求出上述第1轴线和上述第2轴线的相对的位置偏差量及相对的倾斜偏差量的轴向偏斜分析机构而构成。而且，优选具备根据上述被测体整体形状信息求出上述被测体侧面的预定剖面的圆度的被测体侧面分析机构而构成。此时，该被测体侧面分析机构可根据上述被测体整体形状信息求出上述被测体侧面的圆柱度。而且，本发明所涉及的第2三维形状测量装置，利用测量探测器测量具有通过包括形成有以第1轴线为中心的旋转面状的第1曲面部而成的被测体表面、形成有以第2轴线为中心的旋转面状的第2曲面部而成的被测体背面而构成的被测体的形状，其特征在于，具备保持夹具，形成为从该被测体的径向外方包围上述被测体的环状，并按照与该被测体的相对位置不变的方式固定在该被测体；被测体支承机构，从上述被测体背面侧或上述被测体表面侧支承固定有上述保持夹具的上述被测体；被测体旋转机构，使由上述被测体支承机构支承的上述被测体围着预定的旋转轴旋转；被测体表面旋转指令机构，使由上述被测体支承机构从上述被测体背面侧支承的上述被测体，在当上述第1曲面部为非球面时使上述第1轴线与上述旋转轴一致的状态下，在当该第1曲面部为球面时使从该被测体背面侧被保持的状况的该第1曲面部的顶点的垂线与该旋转轴一致的状态下，通过上述被测体旋转机构而被旋转；被测体表面·保持夹具外周面形状信息取得机构，对于通过上述被测体表面旋转指令机构而被旋转的该上述被测体，一边变更该被测体和上述测量探测器的相对位置，一边通过该测量探测器扫描上述被测体表面及上述保持夹具的外周面，取得包括该被测体表面的形状信息和该外周面的第1形状信息和该被测体表面及该外周面的相对位置信息而构成的被测体表面·保持夹具外周面形状信息；被测体背面旋转指令机构，使由上述被测体支承机构从上述被测体表面侧支承的上述被测体，在当上述第2曲面部为非球面时使上述第2轴线与上述旋转轴一致的状态下，在当该第2曲面部为球面时使以从该被测体表面侧被保持的状况的该第2曲面部的顶点的第2垂线与该旋转轴一致的状态下，通过上述被测体旋转机构而被旋转；被测体背面·保持夹具外周面形状信息取得机构，对于通过上述被测体背面旋转指令机构而被旋转的上述被测体，一边变更该被测体和上述测量探测器的相对位置，一边通过该测量探测器扫描上述被测体背面及上述保持夹具的外周面，取得包括该被测体背面的形状信息和该外周面的第2形状信息和该被测体背面及该外周面的相对位置信息而构成的被测体背面·保持夹具外周面形状信息；
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被测体表背面形状信息取得机构，通过互相比对上述第1形状信息和上述第2形状信息，求出上述被测体表面和上述被测体背面的相对位置信息，取得包括该相对位置信息而构成的被测体表背面形状信息而构成。在本发明的第2三维形状测量装置中，上述测量探测器由显微干涉光学系统构成，该显微干涉光学系统将低相干性的测量光按照沿着测量光轴而收敛到上述被测体的方式进行照射、且将该测量光的返回光与参照光进行合波而得到干涉光，并具备摄像机构，拍摄由上述干涉光形成的干涉条纹；相对位置变更机构，变更上述显微干涉光学系统对上述被测体的相对位置；旋转位置检测机构，对通过上述被测体旋转机构而被旋转的上述被测体的围着上述旋转轴的旋转位置进行检测。而且，上述被测体表面·保持夹具外周面形状信息取得机构可具备显微干涉光学系统/被测体表面·保持夹具外周面姿势调整机构，通过上述相对位置变更机构依次变更上述显微干涉光学系统和该被测体的相对姿势，使得对于通过上述被测体表面旋转指令机构而被旋转的上述被测体，上述测量光轴的与上述被测体表面的交点位置沿该被测体表面的径向移动，并且每次该移动时使上述测量光轴与该交点位置的该被测体表面的切平面垂直相交；及该测量光轴在上述保持夹具的上述外周面上移动，并且该测量光轴与该外周面的交点位置的该外周面的切平面垂直相交；被测体表面·保持夹具外周面干涉条纹取得机构，从通过上述显微干涉光学系统 /被测体表面·保持夹具外周面姿势调整机构依次变更上述相对姿势的上述显微干涉光学系统将上述测量光照射到上述被测体，按上述被测体的多个表面·外周面旋转位置通过上述摄像机构拍摄由该测量光的来自上述被测体表面或上述外周面的返回光和上述参照光的干涉所形成的、与上述测量光轴和上述被测体表面或该外周面的各交叉部分的区域对应的的按各表面·外周面旋转位置的干涉条纹；被测体表面·保持夹具外周面形状分析机构，根据上述按各表面·外周面旋转位置的干涉条纹、根据在拍摄该按各表面·外周面旋转位置的干涉条纹的各时点上的基于上述旋转位置检测机构的上述旋转位置的检测数据、根据上述显微干涉光学系统/被测体表面·保持夹具外周面姿势调整机构的上述相对姿势的调整数据，求出上述被测体表面·保持夹具外周面形状信息而构成。而且，上述被测体背面·保持夹具外周面形状信息取得机构可具备显微干涉光学系统/被测体背面·保持夹具外周面姿势调整机构，通过上述相对位置变更机构依次变更上述显微干涉光学系统和该被测体的相对姿势，使得对于通过上述被测体背面旋转指令机构而被旋转的上述被测体，上述测量光轴的与上述被测体背面的交点位置沿该被测体背面的径向移动，并且每次该移动时使上述测量光轴与该交点位置的该被测体背面的切平面垂直相交；及该测量光轴在上述保持夹具的上述外周面上移动，并且该测量光轴与该外周面的交点位置的该外周面的切平面垂直相交；被测体背面·保持夹具外周面干涉条纹取得机构，从通过上述显微干涉光学系统 /被测体背面·保持夹具外周面姿势调整机构依次变更上述相对姿势的上述显微干涉光学系统将上述测量光照射到上述被测体，按上述被测体的多个背面·外周面旋转位置通过上述摄像机构拍摄由该测量光的来自上述被测体背面或上述外周面的返回光和上述参照光
14的干涉所形成的、与上述测量光轴和上述被测体背面或该外周面的各交叉部分的区域对应的按各背面·外周面旋转位置的干涉条纹；被测体背面·保持夹具外周面形状分析机构，根据上述按各背面·外周面旋转位置的干涉条纹、根据在拍摄该按各背面·外周面旋转位置的干涉条纹的各时点上的基于上述旋转位置检测机构的上述旋转位置的检测数据、根据上述显微干涉光学系统/被测体背面·保持夹具外周面姿势调整机构的上述相对姿势的调整数据，求出上述被测体背面·保持夹具外周面形状信息而构成。而且，优选具备根据上述被测体表背面形状信息求出上述第1轴线及上述第2轴线的相对的位置偏差量及相对的倾斜偏差量的轴向偏斜分析机构而构成。而且，优选在本发明的第1及第2的三维形状测量装置中，上述摄像机构具备1维图像传感器作为摄像元件而构成。另外，上述相对位置变更机构包括相对于空间使上述显微干涉光学系统偏斜的偏斜机构而构成。此外，上述“环状”是指也包括在边上的一部分具有缝隙的C字型的形状。本发明所涉及的三维形状测量方法及装置通过具备上述特点而发挥如以下的作用效果。S卩，在本发明的第1三维形状测量方法及装置中，对于从被测体背面侧被支承且围着旋转轴旋转的被测体，使测量探测器和被测体的相对位置变化并进行测量，不仅是被测体表面的形状信息也同时求出被测体侧面的形状信息(第1形状信息)和被测体表面及被测体侧面的相对位置信息。同样地，对于从被测体背面侧被支承且围着旋转轴旋转的被测体，使测量探测器和被测体的相对位置变化并进行测量，不仅是被测体背面的形状信息也再次同时求出被测体侧面的形状信息(第2形状信息)和被测体背面及被测体侧面的相对位置信息。而且，通过互相比对被测体侧面的第1形状信息和第2形状信息求出包括被测体表面和被测体背面的相对位置信息的被测体整体形状信息。在测量被测体表面及被测体侧面期间，旋转轴始终与被测体表面的第1轴线或第 1曲面部的顶点的垂线一致(被测体和旋转轴的相对位置不变)，所以以该旋转轴的位置为基准，可正确地求出被测体表面及被测体侧面的相对位置。同样地，在测量被测体背面及被测体侧面期间，旋转轴始终与被测体表面的第2轴线或第2曲面部的顶点的垂线一致，所以以该旋转轴的位置为基准，可正确地求出被测体表面及被测体侧面的相对位置关系。而且，被测体侧面的形状在与被测体表面一起测量时和在与被测体背面一起测量时是不变的，所以被测体侧面的第1形状信息和第2形状信息在共同的坐标系统中本来应该互相一致。从而，通过互相比对第1形状信息和第2形状信息能够正确地求出被测体表面及被测体背面的相对位置关系。这样，根据本发明所涉及的第1三维形状测量方法及装置，能够正确地掌握互相相对的位置关系并高精度地测量被测体的表面及背面的各形状。而且，在本发明的第2三维形状测量方法及装置中，对于从被测体背面侧被支承且围着旋转轴旋转的、固定有保持夹具的被测体，使测量探测器和被测体的相对位置变化并进行测量，不仅是被测体表面的形状信息也同时求出保持夹具的外周面的形状信息(第1形状信息)和被测体表面及保持夹具外周面的相对位置信息。同样地，对于从被测体背面侧被支承且围着旋转轴旋转的被测体，使测量探测器和被测体的相对位置变化并进行测量，不仅是被测体背面的形状信息也再次同时求出保持夹具的外周面的形状信息(第2形状信息)和被测体背面及保持夹具外周面的相对位置信息。而且，通过互相比对保持夹具外周面的第1形状信息和第2形状信息求出包括被测体表面和上述被测体背面的相对位置信息的被测体表背面形状信息。在测量被测体表面及保持夹具外周面期间，旋转轴始终与被测体表面的第1轴线或第1曲面部的顶点的垂线一致(被测体和旋转轴的相对位置不变)，所以以该旋转轴的位置为基准，可正确地求出被测体表面及保持夹具外周面的相对位置。同样地，在测量被测体背面及保持夹具外周面期间，旋转轴始终与被测体表面的第2轴线或第2曲面部的顶点的垂线一致，所以以该旋转轴的位置为基准，可正确地求出被测体表面及保持夹具外周面的相对位置关系。而且，保持夹具外周面的形状在与被测体表面一起测量时和在与被测体背面一起测量时是不变的，所以保持夹具外周面的第1形状信息和第2形状信息在共同的坐标系统中本来应该互相一致。从而，通过互相比对第1形状信息和第2形状信息能够正确地求出被测体表面及被测体背面的相对位置关系。这样，根据本发明所涉及的第2三维形状测量方法及装置，能够正确地掌握互相相对的位置关系并高精度地测量被测体的表面及背面的各形状。

图1是本发明的第1实施方式所涉及的三维形状测量装置的简要结构图。图2是图1所示的显微干涉仪的光学系统的简要结构图。图3是表示图1所示的分析控制装置的结构的方块图。图4是表示图3所示的被测体表面旋转指令部的结构的方块图。图5是表示图3所示的被测体背面旋转指令部的结构的方块图。图6是第1实施方式的被测透镜的结构图((A)是剖面图，(B)是正视图)。图7是用于说明被测体侧面的圆度的简要图。图8是用于说明被测体侧面的圆柱度的简要图。图9是调整用夹具的简要图。图10是表示第1实施方式的被测透镜从背面侧支承的状态的图。图11是表示第1实施方式的被测透镜的表面部的测量工序的简要的图。图12是表示第1实施方式的被测透镜从表面侧支承的状态的图。图13是表示第1实施方式的被测透镜的背面部的测量工序的简要的图。图14是本发明的第2实施方式所涉及的三维形状测量装置的简要结构图。图15是图14所示的显微干涉仪的光学系统的简要结构图。图16是表示图14所示的分析控制装置的结构的方块图。图17是表示图16所示的被测体表面旋转指令部的结构的方块图。图18是表示图16所示的被测体背面旋转指令部的结构的方块图。图19是第2实施方式的被测透镜的结构图(㈧是剖面图，⑶是正视图)。
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图20是保持夹具的简要图。图21是将保持夹具固定在被测透镜的状态的简要图。图22是表示第2实施方式的被测透镜从背面侧保持的状态的图。图23是表示第2实施方式的被测透镜的表面部的测量工序的简要的图。图24是表示第2实施方式的被测透镜从表面侧保持的状态的图。图25是表示第2实施方式的被测透镜的背面部的测量工序的简要的图。图中1、101-显微干涉仪，3、103-测量系统定位部，4-调整用夹具，5、105-被测体定位部，7、107_分析控制装置，9、109_被测透镜，10、110-测量光照射系统，11、111-光源部，12、112-准直透镜，13、21、113、121-光束分歧光学元件，14、114-显微干涉光学系统， 15、115-会聚透镜，16、116-透明平板，17、117-反射元件，18、118-半透过反射元件，19、 119-镜筒，20、120-摄像系统，20A、120A-第1摄像系统，20B、120B-第2摄像系统，22、25、 122、125-摄像透镜，23、123-1维图像传感器，24、124-第1成像摄像机，26、126-2维图像传感器，27、127-第2成像摄像机，28、128-条纹扫描适配器，29、129-压电元件，31、131-支架，32、132-干涉仪倾斜载物台，33、133-干涉仪Z移动载物台，34、134-干涉仪Y移动载物台，35、135-干涉仪X移动载物台，41 43-反射平面，51、151-样品载物台，52、152-被测体 XY倾斜载物台，53、153-被测体XY移动载物台，54、154-被测体旋转载物台，54a、154a-旋转圆盘面，55、155-旋转编码器，56、156-被测体Y移动载物台，71、171-被测体表面旋转指令部，72、171-被测体背面旋转指令部，73-被测体表面·侧面形状信息取得部，74-被测体背面·侧面形状信息取得部，75-被测体整体形状信息取得部，76、176-轴向偏斜分析部， 77-被测体侧面分析部，78-显微干涉光学系统/被测体表面侧面姿势调整部，79-被测体表面·侧面干涉条纹取得部，80-被测体表面·侧面形状分析部，81-表面·侧面测量距离调整部，82-显微干涉光学系统/被测体背面·侧面姿势调整部，83-被测体背面·侧面干涉条纹取得部，84-被测体背面·侧面形状分析部，85-背面·侧面测量距离调整部，91-透镜部，92-边缘部，93、191-第1曲面部，94、192-第2曲面部，95-边缘部表面，96-边缘部背面，97-边缘部侧面，106-保持夹具，161-内周面，162-外周面，163 165-位置检测用标记，173-被测体表面·保持夹具外周面形状信息取得部，174-被测体背面·保持夹具外周面形状信息取得部，175-被测体整体表背面形状信息取得部，178-显微干涉光学系统/ 被测体表面·保持夹具外周面姿势调整部，179-被测体表面·保持夹具外周面干涉条纹取得部，180-被测体表面·保持夹具外周面形状分析部，181-表面·外周面测量距离调整部， 182-显微干涉光学体统/被测体背面·保持夹具外周面姿势调整部，183-被测体背面·保持夹具外周面干涉条纹取得部，184-被测体背面·保持夹具外周面形状分析部，185-背面外周面测量距离调整部，L、L’ -测量光轴，A1、A11-第1轴线，A2、A12-第2轴线，A3、 A13-第3轴线，Rl、R2、Rll、R12-旋转轴，S1、S2_测量形状，C-(保持夹具的)轴线，Cl、 C2-假想圆，C3、C4-假想圆筒面，dl、d2-半径之差，P、P，-顶点，N、N，_垂线，M-交点。
具体实施例方式以下，参照上述附图对本发明的实施方式详细地进行说明。另外，实施方式的说明所使用的各图是简要的说明图，不是表示详细的形状或结构的图，通过适当变更各部件的大小或部件之间的距离等而加以表示。
[第1实施方式]首先，基于图6至图8，对于作为第1实施方式的被测体的被测透镜9的结构及成为测量对象的项目进行说明。如图6所示的被测透镜9具备透镜部91和形成在该透镜部91的外周部的凸缘状边缘部92而构成。透镜部91在设计上具有形成为以第1轴线A1为中心的旋转面状的第1 曲面部93 (由非球面构成)、和形成为以第2轴线A2为中心的旋转面状的第2曲面部94 (由球面构成)而构成，边缘部93具有分别形成为圆环状的边缘部表面95及边缘部背面96、形成为圆柱面状的边缘部侧面97而构成。另外，第1轴线A1在设计上成为第1曲面部93的外径中心轴，第2轴线A2成为第2曲面部94的外径中心轴。在第1实施方式的被测透镜9中，由第1曲面部93和边缘部表面95构成被测体表面，由第2曲面部94和边缘部背面96构成被测体背面，进一步由边缘部侧面97构成被测体侧面。另外，在第1实施方式中，如上定义被测体表面及被测体背面，但也可将图6(A) 所示的被测透镜9的上侧的面设为被测体背面(此时，将号码93指示的曲面部称为第2曲面部，将号码95指示的部分称为边缘部背面，将符号A1指示的轴线称为第2轴线)，将下侧的面设为被测体表面(此时，将号码94指示的面称为第1曲面部，将号码96指示的部分称为边缘部表面，将符号A2指示的轴线称为第1轴线)。而且，上述被测透镜9在设计上构成为上述第1轴线A1及第2轴线A2与图中的第 3轴线A3 (成为边缘部93的外径中心轴及边缘部侧面97的旋转中心轴)互相一致，但由于制造误差而它们互不一致的情况存在。图中为了易于理解，将轴向偏斜的误差表现得大，但通常成为光的波长等级以下的微小的误差量。在第1实施方式中，对由这样的制造误差产生的面倾斜或面偏差等的成为测量对象的各种项目如下定义。另外，在此所示的定义是为了明确以下的说明从方便的角度所导入的定义，也可考虑其他定义的方法。就面倾斜而言将第1轴线A1和第2轴线A2的相对的倾斜角(第1轴线A1和第 2轴线A2形成的角；当第1轴线A1和第2轴线A2互不相交时，是各自的方向矢量所形成的角)定义为被测透镜9的面倾斜(将上述倾斜角的大小设为面倾斜量，将第1轴线A1对第 2轴线A2的倾斜方向设为面倾斜方向)。就面偏差而言将第1轴线A1和第2轴线A2的相对的位置偏差定义为被测透镜9 的面偏差(将第1轴线A1和第2轴线A2的最短的共同垂线的长度设为面偏差量，该共同垂线的延伸方向设为面偏差方向)。就面偏心而言将第1轴线A1和第3轴线A3的相对的位置偏差定义为第1曲面部 93的面偏心(将第1轴线A1和第3轴线A3的最短的共同垂线的长度设为第1曲面部93的面偏心量，将该共同垂线的延伸方向设为第1曲面部93的面偏心方向)。同样地，将第2轴线A2和第3轴线A3的相对的位置偏差定义为第2曲面部94的面偏心(将第2轴线A2和第3轴线A3的最短的共同垂线的长度设为第2曲面部94的面偏心量，将该共同垂线的延伸方向设为第2曲面部94的面偏心方向)。就被测体侧面的圆度而言设定与第3轴线A3垂直并与边缘部侧面97相交的任意平面，当由该平面将边缘部侧面97在全周范围切断时，该切断位置的边缘部侧面97的测量形状S1 (上述平面和边缘部侧面97的交线的形状。参见图7)由同心的2个假想圆CpC2夹持着时，将在该2个假想圆C1X2的间隔成为最小的情况下的该2个假想图C1X2的半径之差Cl1定义为被测体侧面的在预定剖面(基于上述平面的剖面)的圆度。就被测体侧面的圆柱度而言当边缘部侧面97的整个区域的测量形状S2 (参见图 8)由以第3轴线A3为共同的中心轴的2个假想圆筒面C3、C4夹持着时，将在该2个假想圆筒面C3、C4的间隔成为最小的情况下的该2个假想圆筒面C3、C4的半径之差d2定义为被测体侧面的圆柱度。接着，基于图1至图5对第1实施方式的三维形状测量装置进行说明。如图1所示，第1实施方式的三维形状测量装置具备显微干涉仪1、调整该显微干涉仪1的姿势或位置的测量系统定位部3、调整被测透镜9的姿势或位置的被测体定位部 5、及分析控制装置7而构成。如图2所示，上述显微干涉仪1具备测量光照射系统10及摄像系统20，该测量光照射系统10具备输出低相干性的光束作为测量光的、由LED或SLD等构成的光源部11 ；准直从该光源部11输出的测量光的准直透镜12 ；朝向图中下方反射来自该准直透镜12的测量光的光束分歧光学元件13 ；将来自该光束分歧光学元件13的测量光沿着测量光轴L 以收敛在被测透镜9的方式进行照射，并将该测量光的返回光与参照光进行合波而得到干涉光的、作为测量探测器的显微干涉光学系统14而构成。该显微干涉光学系统14构成参考反射镜型的物镜系统，在镜筒19内配设有将自光束分歧光学元件13的测量光从平行光变换成会聚光的会聚透镜15、配设在该会聚透镜 15的图中下侧的透明平板16、配设于该透明平板16的图中上侧的面的反射元件17、配设于来自会聚透镜15的测量光的光路上的半透过反射元件18而构成。半透过反射元件18构成为对来自会聚透镜15的测量光的一部分进行反射、且让其余透过而朝向被测透镜9输出。由该半透过反射元件18反射的光聚光在反射元件17，并被该反射元件17反射而再次入射到半透过反射元件18。该入射光的一部分在半透过反射元件18中被反射而作为参照光，通过其与来自照射在被测透镜9的测量光的聚光区域的返回光进行合波而得到干涉光。而且，该显微干涉光学系统14构成为由具备压电元件29的条纹扫描适配器28 支承，可进行在测量时与被测透镜9的微小的距离调整，并且在实施条纹扫描测量等时沿测量光轴L方向微动。另一方面，上述摄像系统20具备有对从显微干涉光学系统14透过光束分歧光学元件13而沿图中上方行进的干涉光进行分歧的光束分歧光学元件21 ；主要在被测透镜9 旋转时进行拍摄的第1摄像系统20A ；主要在被测透镜9停止时进行拍摄的第2摄像系统 20B而构成。第1摄像系统20A具备对透过光束分歧光学元件21沿图中上方行进的干涉光进行聚光的成像透镜22 ；通过具有由CXD或CMOS等构成的1维图像传感器23而成的第1成像摄像机24而构成，并且构成为取得由第1成像透镜22形成于1维图像传感器23上的干涉条纹的图像数据。相对于此，第2摄像系统20B具备对由光束分歧光学元件21沿图中右方反射的干涉光进行聚光的成像透镜25 ；通过具有由CCD或CMOS等构成的2维图像传感器26而成的第2成像摄像机27而构成，并且构成为取得由第2成像透镜25形成于2维图像传感器26上的干涉条纹的图像数据。而且，如图1所示，上述测量系统定位部3具备固定在上述显微干涉仪1的支架
1931 ；经由该支架31将显微干涉仪1按以沿图中的X轴方向延伸的旋转轴R1为中心能够偏斜的方式进行支承的干涉仪偏斜载物台32(在第1实施方式中的倾斜机构)；与该干涉仪倾斜载物台32等一起使显微干涉仪1沿图中的Z轴方向移动的干涉仪Z移动载物台33 ；与该干涉仪Z移动载物台33等一起使显微干涉仪1围着图中的Y轴偏斜的干涉仪Y倾斜载物台34 ；与该干涉仪Y倾斜载物台34等一起使显微干涉仪1沿图中的X轴方向移动的干涉仪X移动载物台35而构成。而且，如图1所示，上述被测体定位部5具备通过抽真空等将被测透镜9从表面侧或背面侧进行支承的样品载物台51 (在第1实施方式中的被测体支承机构)；经由该样品载物台51使被测透镜9围着图中的X轴及Y轴偏斜的被测体XY倾斜载物台52 ；与该被测体XY倾斜载物台52等一起使被测透镜9沿图中的X轴方向及Y轴方向移动的被测体XY 移动载物台53 ；与该被测体XY移动载物台53等一起使被测透镜9围着沿图中的Z轴方向延伸的旋转轴R2旋转的被测体旋转载物台54(在第1实施方式中的被测体旋转机构)；搭载于该被测体旋转载物台54内，并检测该被测体旋转载物台54的旋转角度(通过被测体旋转载物台54被旋转的被测透镜9的围着旋转轴R2的旋转位置)的旋转编码器55 ；与上述被测体旋转载物台54等一起使被测透镜9沿图中的Y轴方向移动的被测体Y移动载物台56而构成。另外，在第1实施方式中，由上述干涉仪偏斜载物台32、干涉仪Z移动载物台33、干涉仪Y偏斜载物台34、干涉仪X移动载物台35及被测体Y移动载物台56构成相对位置变更机构，由旋转编码器55构成旋转位置检测机构。而且，上述分析控制装置7基于由上述摄像系统20取得的干涉条纹的图像数据求出被测透镜9的形状数据或者控制上述测量系统定位部3及上述被测体定位部5的各载物台等的驱动，如图3所示，其具备通过搭载于该分析控制装置7内的CPU或硬盘等的储存部及储存于该储存部的程序等所构成的被测体表面旋转指令部71、被测体背面旋转指令部 72、被测体表面·侧面形状信息取得部73、被测体背面·侧面形状信息取得部74、被测体整体形状信息取得部75、轴向偏斜分析部76及被测体侧面分析部77而构成。上述被测体表面旋转指令部71使由样品载物台51从背面侧支承的被测透镜9在上述第1轴线A1与上述被测体旋转载物台54的旋转轴R2 —致的状态下通过该被测体旋转载物台54得以旋转。上述被测体背面旋转指令部72使由样品载物台51从表面侧支承的被测透镜9、在从表面侧支承的状态下的上述第2曲面部94的顶点P的垂线N(参见图12)与上述被测体旋转载物台54的旋转轴R2 —致的状态下、通过该被测体旋转载物台54得以旋转。上述被测体表面侧面形状信息取得部73相对于由被测体表面旋转指令部71得以旋转的被测透镜9将显微干涉光学系统14和被测透镜9的相对位置进行变更，并且通过显微干涉光学系统14扫描被测体表面(第1曲面部93及边缘部表面95)及被测体侧面 (边缘部侧面97)，取得包括该被测体表面的形状信息和该被测体侧面的第1形状信息和该被测体表面及该被测体侧面的相对位置信息的被测体表面·侧面形状信息。上述被测体背面·侧面形状信息取得部74相对于通过被测体背面旋转指令部72 旋转的被测透镜9，将显微干涉光学系统14和被测透镜9的相对位置变更，并且通过显微干涉光学系统14扫描被测体背面(第2曲面部94及边缘部背面96)及被测体侧面(边缘部侧面97)，取得包括该被测体背面的形状信息和该被测体侧面的第2形状信息和该被测体背面及该被测体侧面的相对位置信息的被测体背面·侧面形状信息。上述被测体整体形状信息取得部75通过互相比对(也称比较对照)由被测体表面·侧面形状信息取得部73得到的上述被测体侧面的第1形状信息和由被测体背面·侧面形状信息取得部74得到的上述被测体侧面的第2形状信息，求出包括被测体表面和被测体背面的相对位置信息的被测体整体形状信息。上述轴向偏斜(軸f Λ )分析部76基于上述被测体整体形状信息求出上述第1 轴线A1和上述第2轴线A2的相对位置偏差(面偏差)及相对的倾斜偏差(面倾斜)。上述被测体侧面分析部77基于上述被测体整体形状信息求出上述被测体侧面的在预定剖面的圆度和该被测体侧面的圆柱度。而且，如图4所示，上述被测体表面侧面形状信息取得部73具备由搭载于上述分析控制装置7内的CPU或硬盘等的储存部及储存于该储存部的程序等所构成的显微干涉光学系统/被测体表面·侧面姿势调整部78、被测体表面·侧面干涉条纹取得部79、被测体表面·侧面形状分析部80及表面·侧面测量距离调整部81而构成。上述显微干涉光学系统/被测体表面·侧面姿势调整部78通过上述相对位置变更机构(干涉仪偏斜载物台32、干涉仪Z移动载物台33、干涉仪Y偏斜载物台34、干涉仪X 移动载物台35及被测体Y移动载物台56)依次变更显微干涉光学系统14和被测透镜9的相对姿势，使得相对于通过上述被测体表面旋转指令部71旋转的被测透镜9，基于该被测透镜9的被测体表面(第1曲面部93及边缘部表面95)的设计数据，上述测量光轴L的与被测体表面的交点位置沿该被测体表面的径向移动，并且按每次该移动使测量光轴L与上述交点位置的被测体表面的切平面垂直相交、以及上述测量光轴L在被测体侧面上移动并且该测量光轴L与被测体侧面的交点位置的该被测体侧面的切平面垂直相交。上述被测体表面·侧面干涉条纹取得部79从通过上述显微干涉光学系统/被测体表面侧面姿势调整部78依次变更了上述相对姿势的显微干涉光学系统14将测量光照射到被测透镜9，按被测透镜9的多个表面·侧面旋转位置通过上述第1成像摄像机24的 1维图像传感器23拍摄由该测量光的来自被测体表面或上述被测体侧面的返回光和参照光的干涉所形成的、与测量光轴L和被测体表面或上述被测体侧面的各交叉部分的区域对应的按各表面·侧面旋转位置的干涉条纹，取得上述按各表面·侧面旋转位置的干涉条纹的图像数据。上述表面·侧面测量距离调整部81在每次通过上述显微干涉光学系统/被测体表面·侧面姿势调整部78变更上述相对姿势时，根据上述第2成像摄像机27的2维图像传感器26所摄入的干涉光(姿势变更时的干涉光)的光强度，将显微干涉光学系统14和被测透镜9的测量距离进行微调整以使测量光的聚光点位于被测体表面或被测体侧面上。上述被测体表面·侧面形状分析部80根据上述按各表面·侧面旋转位置的干涉条纹、根据在拍摄该按各表面·侧面旋转位置的干涉条纹的各时点的由上述旋转编码器55 获得的上述旋转位置的检测数据、根据上述显微干涉光学系统/被测体表面·侧面姿势调整部78的上述相对姿势的调整数据、根据上述表面·侧面测量距离调整部81的上述测量距离的调整数据，求出上述被测体表面·侧面形状信息。而且，如图5所示，上述被测体表面侧面形状信息取得部74具备由搭载于上述分析控制装置7内的CPU或硬盘等的储存部及储存于该储存部的程序等所构成的显微干涉光学体统/被测体背面·侧面姿势调整部82、被测体背面·侧面干涉条纹取得部83、被测体背面·侧面形状分析部84及背面·侧面测量距离调整部85而构成。上述显微干涉光学系统/被测体背面·侧面姿势调整部82通过上述相对位置变更机构(干涉仪偏斜载物台32、干涉仪Z移动载物台33、干涉仪Y偏斜载物台34、干涉仪X 移动载物台35及被测体Y移动载物台56)依次变更显微干涉光学系统14和被测透镜9的相对姿势，使得相对于通过上述被测体背面旋转指令部72旋转的被测透镜9，基于该被测透镜9的被测体背面(第2曲面部94及边缘部表面95)的设计数据，将上述测量光轴L的与被测体背面的交点位置沿该被测体背面的径向移动，并且按每次该移动将测量光轴L与上述交点位置的被测体背面的切平面垂直相交、以及上述测量光轴L在被测体侧面上移动并且该测量光轴L与被测体侧面的交点位置的该被测体侧面的切平面垂直相交。上述被测体背面·侧面干涉条纹取得部83从通过上述显微干涉光学系统/被测体背面侧面姿势调整部82依次变更了上述相对姿势的显微干涉光学系统14将测量光照射到被测透镜9，按被测透镜9的多个背面侧面旋转位置，通过上述第1成像摄像机24的 1维图像传感器23拍摄由该测量光的来自被测体背面或上述被测体侧面的返回光和参照光的干涉所形成的、与测量光轴L和被测体背面或上述被测体侧面的各交叉部分的区域对应的按各背面·侧面旋转位置的干涉条纹，取得上述按各背面·侧面旋转位置的干涉条纹的图像数据。上述背面·侧面测量距离调整部85每次通过上述显微干涉光学系统/被测体背面·侧面姿势调整部82变更上述相对姿势时，基于上述第2成像摄像机27的2维图像传感器26所摄入的干涉光(姿势变更时的干涉光)的光强度，将显微干涉光学系统14和被测透镜9的测量距离进行微调整，以使测量光的聚光点位于被测体背面或被测体侧面上。上述被测体背面·侧面形状分析部84根据上述按各背面·侧面旋转位置的干涉条纹、根据拍摄该按各背面侧面旋转位置的干涉条纹的各时点的上述旋转编码器55的上述旋转位置的检测数据、根据上述显微干涉光学系统/被测体背面侧面姿势调整部82的上述相对姿势的调整数据、根据上述背面侧面测量距离调整部85的上述测量距离的调整数据，求出上述被测体背面·侧面形状信息。以下，对本发明的第1实施方式所涉及的三维形状测量方法进行说明。第1实施方式的三维形状测量方法利用上述的第1实施方式的三维形状测量装置进行。[定位部的初始调整]首先，对在进行测定之前的上述测量系统定位部3和被测体定位部5的初始调整进行说明。就初始调整而言，在将被测透镜9装载于样品载物台51上之前，为了使显微干涉仪1的测量光轴L和被测体旋转载物台54的旋转轴R2高精度地一致而进行该初始调整，由以下的顺序进行(Ul)首先，在被测体旋转载物台54停止的状态下，按照来自显微干涉仪1的测量光聚光照射在图1所示的参照被测体旋转载物台54的旋转圆盘面54a(假设为高精度地光滑)上的方式，利用干涉仪Z移动载物台33、干涉仪X移动载物台35及被测体Y移动载物台56，调整显微干涉仪1和被测体旋转载物台54的相对位置。另外，就该相对位置的调整而言，操作员一边确认显微干涉仪1和旋转圆盘面54a的相对位置一边通过手动操作进行该相对位置的调整，但也可构成为装置能够识别显微干涉仪1和旋转圆盘面54a的相对位置而自动进行。(U2)其次，从调整了相对位置的显微干涉仪1将测量光照射在旋转圆盘面54a上，其返回光和参照光的干涉所形成的干涉条纹通过图2所示的第2成像摄像机27的2维图像传感器26拍摄，并且，利用图1所示的干涉仪偏斜载物台32及干涉仪Y倾斜载物台34 调整显微干涉仪1的倾斜，使得该被拍摄的干涉条纹成为空条纹(也称零条纹)状态。由此，测量光轴L和旋转轴R2互相平行。(U3)接着，在样品载物台51上装载表背面被高精度地光滑化的平行平板(省略图示)，利用干涉仪Z移动载物台33、干涉仪X移动载物台35及被测体Y移动载物台56，调整显微干涉仪1和样品载物台51的相对位置，使得来自显微干涉仪1的测量光聚光照射在该平行平板表面(显微干涉仪1侧的面)。(U4)其次，从调整了相对位置的显微干涉仪1将测量光照射在平行平板表面，其返回光和参照光的干涉所形成的干涉条纹通过第2成像摄像机27的2维图像传感器26拍摄，利用图1所示的被测体XY倾斜载物台52调整样品载物台51上的平行平板的倾斜，使得该被拍摄的干涉条纹成为空条纹状态。由此，平行平板表面与旋转轴R2及测量光轴L成为互相垂直的状态。(U5)接着，在平行平板表面上装载固定如图9所示的调整用夹具4。该调整用夹具4具有倾斜互不相同的3个反射平面41 43而构成，并且根据测量光照射到该3个反射平面41 43时所观察的、分别与该3个反射平面41 43对应的3个干涉条纹图像，高精度地求出该3个反射平面41 43的交点M的位置(参见日本专利申请2007-315282号说明书)。(U6)其次，利用上述被测体旋转载物台54使调整用夹具4围着旋转轴R2旋转，并且从显微干涉仪1对旋转的调整用夹具4照射测量光，来自上述3个反射平面41 43的各返回光和参照光进行干涉时所形成的、与该3个反射平面41 43对应的3个干涉条纹图像通过第2摄像摄像机27的2维图像传感器26按调整用夹具4的多个旋转位置进行拍摄。(U7)接着，根据按多个旋转位置所拍摄的各3个干涉条纹图像求出上述交点M的旋转轨迹，作为该旋转轨迹的中心特定上述旋转轴R2的位置。而且，利用图1所示的干涉仪 X移动载物台35及被测体Y移动载物台56调整显微干涉仪1和被测体旋转载物台54的相对位置，使得测量光轴L与位置得以特定的旋转轴R2 —致。由此，测量系统定位部3和被测体定位部5的初始调整结束。<被测体表面·侧面形状测量>接着，用以下的顺序进行被测透镜9的表面部(包括第1曲面部93、边缘部表面 95、边缘部侧面97的区域)的测量。0094(Vl)首先，利用样品载物台51从背面侧支承被测透镜9，使得第1曲面部93与显微干涉仪1相对(被测体背面支承步骤，参见图10)。另外，在将被测透镜9装置支承在样品载物台51上的过程中，第1曲面部93的第1轴线A1位于上述旋转轴R2 (及与此一致的测量光轴L)的附近，但不限于正确地与旋转轴R2—致。因此，例如用以下的顺序进行使第 1轴线A1正确地与旋转轴R2 —致的调整。
23
<a>利用条纹扫描适配器28使显微干涉光学系统14沿测量光轴L方向依次移动，在每次移动时，对第1曲面部93照射测量光，从第1曲面部93反射的返回光与参照光所形成的干涉光通过利用上述第2成像摄像机27的2维图像传感器26而摄入。另外，显微干涉光学系统14的移动量由上述表面·侧面测量距离调整部81自动控制。在上述表面侧面测量距离调整部81中测量上述在每次移动时所摄入的干涉光的各光强度，在干涉光的光强度成为最大的适当位置(测量光在第1曲面部93上聚光的位置)配置显微干涉光学系统14。<c>从配置于上述的适当位置的显微干涉光学系统14对第1曲面部93照射测量光，在其返回光和参照光进行干涉时所形成的干涉条纹图像通过利用第2成像摄像机27的 2维图像传感器26进行拍摄。<d>根据被拍摄的干涉条纹图像，求出第1曲面部93的一部分区域(与干涉条纹图像对应的区域)的形状信息。<e>将求出的形状信息与被测透镜9的第1曲面部93的设计数据比对，根据其比对结果求出第1轴线A1和旋转轴R2 (测量光轴L)的相对的倾斜偏差，利用被测体XY倾斜载物台52调整样品载物台51上的被测透镜9的倾斜，使得第1轴线A1和旋转轴R2互相平行。<f>进行该倾斜的调整以后，对被测透镜9的第1曲面部93再次从显微干涉光学系统14照射测量光，在其返回光和参照光进行干涉时所形成的干涉条纹图像通过利用第2 成像摄像机27的2维图像传感器26进行拍摄。<g>根据被拍摄的干涉条纹图像(以第1轴线A1和第1曲面部93的交点位置为中心的同心的环状干涉条纹图像)，求出第1轴线A1和旋转轴R2(测量光轴L)的相对的位置偏差，按照第1轴线A1和旋转轴R2互相一致的方式，利用被测体XY移动载物台53调整样品载物台51上的被测透镜9的位置。由此，第1轴线A1和旋转轴R2互相一致。另外，与在第1轴线A1和旋转轴R2互相一致的状态下的该被测透镜9对应的显微干涉光学系统14的相对姿势，作为测量被测体表面部时的基准姿势，在上述显微干涉光学系统/被测体表面·侧面姿势调整部78被储存，在变更显微干涉光学系统14对被测透镜 9的相对姿势时被利用。(V2)上述(Vl)的顺序之后，在第1曲面部93的上述第1轴线A1与上述被测体旋转载物台54的旋转轴R2 —致的状态下，利用该被测体旋转载物台54使被测透镜9围着上述旋转轴R2旋转(被测体表面旋转步骤)。另外，被测体旋转载物台54通过上述被测体表面旋转指令部71被驱动控制。此时的转速虽然能够任意设定，但在第1实施方式中例如设定成以0. 1秒进行1次旋转。(V3)接着，对于旋转的被测透镜9，利用图1所示的干涉仪倾斜载物台32、干涉仪 Z移动载物台33及被测体Y移动载物台56变更显微干涉光学系统14对被测透镜9的相对位置，并且通过该显微干涉光学系统14依次扫描被测透镜9的第1曲面部93、边缘部表面 95及边缘部侧面97，在预定的坐标系统(以下称为“第1坐标系统”)中取得包括被测体表面(第1曲面部93及边缘部表面95)的形状信息、被测体侧面(边缘部侧面97)的形状信息(第1形状信息)、该被测体表面及该被测体侧面的相对位置信息的被测体表面侧面形状信息(被测体表面侧面形状信息取得步骤)。另外，具体地用以下顺序进行该被测体表
24面·侧面形状信息取得步骤。[a]通过干涉倾斜载物台32、干涉仪Z移动载物台33及被测体Y移动载物台56，使显微干涉光学系统14对被测透镜9的相对姿势依次变化(参见图11)，使得对于旋转的被测透镜9，显微干涉光学系统14的测量光轴L的与被测体表面(第1曲面部93及边缘部表面95)的交点位置沿该第1曲面部93及边缘部表面95的径向移动，并且在每次该移动时测量光轴L与其交点位置的第1曲面部93及边缘部表面95的切平面垂直相交；另外，使得测量光轴L在被测体侧面(边缘部侧面97)上移动，并且该测量光轴L与其交点位置的边缘部侧面97的切平面垂直相交。另外，在第1实施方式中，测量第1曲面部93、边缘部表面95及边缘部侧面97的整个区域。而且，基于被测透镜9的表面部的设计数据，通过上述显微干涉光学系统/被测体表面侧面姿势调整部78驱动干涉仪偏斜载物台32、干涉仪Z 移动载物台33及被测体Y移动载物台56。进一步，在每次使相对姿势变化时，与上述顺序 (Vl)的<a>、同样地通过上述表面侧面测量距离调整部81进行显微干涉光学系统14 的测量距离的调整，其测量距离的调整数据与基于显微干涉光学系统/被测体表面·侧面姿势调整部78的相对姿势的调整数据一起依次被输入到上述被测体表面·侧面形状分析部80。[b]从依次变更相对姿势的显微干涉光学系统14将测量光照射到被测透镜9，按上述被测体表面·侧面的多个旋转位置通过上述第1成像摄像机24的1维图像传感器23 拍摄由该测量光的来自第1曲面部93、边缘部表面95及边缘部侧面97的返回光和参照光的干涉所形成的按各表面侧面旋转位置的干涉条纹(与测量光轴L和被测体表面部的各交叉部分的区域的干涉条纹)，并取得其图像数据。另外，按各表面·侧面旋转位置的干涉条纹会基于上述被测体表面侧面干涉条纹取得部79的指令而被拍摄，其各图像数据依次输入到上述被测体表面·侧面形状分析部80。虽然被拍摄次数能够任意设定，但在第1实施方式中例如可为在被测透镜9进行1次旋转的0. 1秒期间拍摄3600次(被测透镜9在每1旋转0. 1度时为1次)。而且，在每次拍摄按各表面侧面旋转位置的干涉条纹时在其拍摄的时点的被测透镜9的旋转角度由旋转编码器55检测，其旋转位置的检测出数据依次被输入到被测体表面·侧面形状分析部80。[c]根据取得的按表面侧面旋转位置的干涉条纹、根据在拍摄该按各表面侦愐旋转位置的干涉条纹的各时点的上述旋转位置的检测数据、根据显微干涉光学系统/被测体表面·侧面姿势调整部78的上述相对姿势的调整数据、根据上述背面·侧面测量距离调整部81的上述测量距离的调整数据，在被测体表面·侧面形状分析部80求出上述的被测体表面·侧面形状信息。[被测体背面·侧面形状测量]接着，用以下的顺序进行被测透镜9的背面部(包括第2曲面部94、边缘部背面 96、边缘部侧面97的区域)的测量。(Wl)首先，将显微干涉仪1和被测体旋转载物台54的相对位置返回到上述的测量系统定位部3和被测体定位部5的初始调整结束时的状态。(W2)接着，利用样品载物台51从表面侧支承被测透镜9，使得第2曲面部94与显微干涉仪1相对(被测体表面支承步骤，参见图12)。另外，第2曲面部94由球面构成，所以在将被测透镜9装载且支承在样品载物台51上的过程中，在第2曲面部94存在在从表面侧被支承的状态下的顶点P，在该顶点P中可设定与第2曲面部94的切平面垂直相交的垂线N(与测量光轴L平行)。在按设计数据形成被测透镜9时，该垂线N虽然与第2曲面部94的第2轴线A2 —致，但若在第2曲面部94存在面偏心等，则这些互不一致。而且，第 2轴线A2的位置与由非球面构成的第1曲面部93的第1轴线A1不同，并且只能在测量被测透镜9的整体的形状之后才能特定。另外，在将被测透镜9装载支承在样品载物台51上的过程中，第2曲面部94的上述垂线N虽然位于上述旋转轴R2 (及与此一致的测量光轴L) 的附近，但不限于正确地与旋转轴R2 —致。因此，例如用以下的顺序进行使垂线N正确地与旋转轴R2 —致的调整。<a>利用条纹扫描适配器28沿测量光轴L方向依次移动显微干涉光学系统14，在每次移动时，对第2曲面部94照射测量光，利用上述第2成像摄像机27的2维图像传感器 26摄入从第2曲面部94反射的返回光和参照光的干涉光。另外，显微干涉光学系统14的移动量通过上述表面·侧面测量距离调整部81被自动控制。上述的在每次移动时所摄入的干涉光的各光强度在上述背面·侧面测量距离调整部85中得以测量，在干涉光的光强度成为最大的适当位置(测量光在第2曲面部94 上聚光的位置)配置显微干涉光学系统14。<c>从配置在上述的适当位置的显微干涉光学系统14对第2曲面部94照射测量光，在其返回光和参照光进行干涉时所形成的干涉条纹图像通过利用第2摄像摄像机27的 2维图像传感器26拍摄。<d>根据被拍摄的干涉条纹图像(以垂线N为中心的同心的环状干涉条纹图像) 求出垂线N和旋转轴R2 (测量光轴L)的相对的位置偏差，按照垂线N和旋转轴R2互相一致的方式，利用被测体XY移动载物台53调整样品载物台51上的被测透镜9的位置。由此，垂线N和旋转轴R2互相一致。另外，相对于在垂线N和旋转轴R2互相一致的状态下的被测透镜9的显微干涉光学系统14的相对姿势，作为测量被测体背面部时的基准姿势，被储存在上述显微干涉光学系统/被测体背面·侧面姿势调整部82中，在变更显微干涉光学系统14对被测透镜9的相对姿势时会被利用。(W3)上述(W2)的顺序之后，在将第2曲面部94的上述垂线N与上述被测体旋转载物台54的旋转轴R2 —致的状态下，利用该被测体旋转载物台54使被测透镜9围着上述旋转轴R2旋转(被测体背面旋转步骤)。另外，被测体旋转载物台54通过上述被测体背面旋转指令部72被驱动控制。此时的转速虽然能够任意设定，但在第1实施方式中例如设定成以0. 1秒进行1次旋转。(W4)接着，对于旋转的被测透镜9，利用图1所示的干涉仪偏斜载物台32、干涉仪 Z移动载物台33及被测体Y移动载物台56，变更显微干涉光学系统14对被测透镜9的相对位置，并且通过该显微干涉光学系统14依次扫描被测透镜9的第2曲面部94、边缘部背面96及边缘部侧面97，在与上述第1坐标系统不同的其他坐标系统(以下称为“第2坐标系统”)中取得被测体表面侧面形状信息，该被测体表面侧面形状信息包括被测体背面 (第2曲面部94及边缘部背面96)的形状信息、被测体侧面(边缘部侧面97)的形状信息 (第2形状信息)、该被测体表面及该被测体侧面的相对位置信息(被测体背面侧面形状信息取得步骤)。另外，具体地用以下顺序进行该被测体背面·侧面形状信息取得步骤。
{a}通过干涉偏斜载物台32、干涉仪Z移动载物台33及被测体Y移动载物台56，使显微干涉光学系统14对被测透镜9的相对姿势依次变化(参见图13)，使得对于旋转的被测透镜9，显微干涉光学系统14的测量光轴L的与被测体背面(第2曲面部94及边缘部背面96)的交点位置沿该第2曲面部94及边缘部背面96的径向移动，并且在每次该移动时测量光轴L与其交点位置的第2曲面部94及边缘部表面96的切平面垂直相交；另外，使得测量光轴L在被测体侧面(边缘部侧面97)上移动，并且该测量光轴L与其交点位置的边缘部侧面97的切平面垂直相交。另外，在第1实施方式中，测量第2曲面部94、边缘部背面96及边缘部侧面97的整个区域。而且，基于被测透镜9的背面部的设计数据，通过上述显微干涉光学系统/被测体背面·侧面姿势调整部82驱动干涉仪偏斜载物台32、干涉仪Z移动载物台33及被测体Y移动载物台56。另外，在每次使相对姿势变化时，与上述顺序(W2)的[a]、[b]同样地通过上述背面侧面测量距离调整部85进行显微干涉光学系统 14的测量距离的调整，其测量距离的调整数据与显微干涉光学系统/被测体背面·侧面姿势调整部82的相对姿势的调整数据一起依次被输入到上述被测体背面·侧面形状分析部 84。{b从依次变更相对姿势的显微干涉光学系统14}将测量光照射到被测透镜9，按上述被测体背面·侧面的多个旋转位置通过上述第1成像摄像机24的1维图像传感器23 拍摄由该测量光的来自第2曲面部94、边缘部背面96及边缘部侧面97的返回光和参照光的干涉所形成的按各背面侧面旋转位置的干涉条纹(与测量光轴L和被测体背面部的各交叉部分的区域对应的干涉条纹)，取得其图像数据。另外，基于上述被测体背面·侧面干涉条纹取得部83的指令拍摄按各背面侧面旋转位置的干涉条纹，其各图像数据依次被输入到上述被测体背面·侧面形状分析部84。虽然能够任意设定拍摄次数，但在第1实施方式中例如设成在被测透镜9进行1次旋转的0. 1秒期间拍摄3600次(被测透镜9在每1 次旋转0. 1度时为1次)。而且，在每次拍摄按各背面·侧面旋转位置的干涉条纹时，在其拍摄的时点的被测透镜9的旋转角度通过旋转编码器55而被检测出，其旋转位置的检测数据依次被输入到被测体背面·侧面形状分析部84。{c}根据取得的按背面侧面旋转位置的干涉条纹、根据在拍摄该按各背面侧面旋转位置的干涉条纹的各时点的上述旋转位置的检测数据、根据显微干涉光学系统/被测体背面·侧面姿势调整部82的上述相对姿势的调整数据、根据上述背面·侧面测量距离调整部85的上述测量距离的调整数据，在被测体背面·侧面形状分析部84中求出上述的被测体背面·侧面形状信息。<被测体整体形状分析>接着，通过互相比对在上述被测体表面·侧面形状信息取得步骤中得到的被测体侧面(边缘部侧面97)的第1形状信息、在上述被测体背面·侧面形状信息取得步骤中得到的被测体侧面(边缘部侧面97)的第2形状信息，在上述被测体整体信息取得部75中求出包括被测体表面(第1曲面部93及边缘部表面95)和被测体背面(第2曲面部94及边缘部背面96)的相对位置信息的被测体整体形状信息(被测体整体形状信息取得步骤)。S卩，被测体侧面的第1形状信息和第2形状信息是测量了相同的边缘部侧面97的信息，所以在共同的坐标系统中本来应该互相一致。从而，通过比对以使这些在共同的坐标系统中互相一致，可让得到第1形状信息的上述第1坐标系统和得到第2形状信息的上述
27第2坐标系统的对应关系明确。在上述第1坐标系统中特定了基于第1形状信息的边缘部侧面97和被测体表面 (第1曲面部93及边缘部表面95)的相对位置关系，在上述第2坐标系统中特定了基于第 2形状信息的边缘部侧面97和被测体背面(第2曲面部94及边缘部背面96)的相对位置关系。从而，若第1坐标系统和第2坐标系统的对应关系变得明确，则也能够特定被测体表面(第1曲面部93及边缘部表面95)和被测体背面(第2曲面部94及边缘部背面96)的相对位置关系，由此可求出上述的被测体整体形状信息。而且，基于该被测体整体形状信息，通过上述轴向偏斜分析部76求出第1轴线A1 和第2轴线A2的相对的位置偏差(面偏差)及相对的倾斜偏差(面倾斜)、第1轴线A1和第3轴线A3的相对的位置偏差(第1曲面部93的面偏心)及第2轴线A2和第3轴线A3的相对的位置偏差(第2曲面部94的面偏心)。另外，基于上述被测体整体形状信息，通过上述被测体侧面分析部77求出上述被测体侧面的圆度及被测体侧面的圆柱度。<第2实施方式>接着，基于图19、图20对作为第2实施方式的被测体的被测透镜109的结构及成为测量对象的项目进行说明。如图19所示，被测透镜109在设计上具有通过形成有以第1轴线A11为中心的旋转面状的第1曲面部191 (由非球面构成)而成的被测体表面、通过形成有以第2轴线A12 为中心的旋转面状的第2曲面部192 (由球面构成)而成的被测体背面、形成有圆柱面状的边缘面193 (被测透镜109的端面部)而构成。另外，在第2实施方式中，如上述定义被测体表面及被测体背面，但也可将图 19(A)所示的被测透镜109的上侧的面设为被测体背面(此时，将号码191指示的曲面部称为第2曲面部，将符号A11指示的轴线称为第2轴线)，并且能够将下侧的面设为被测体表面(此时，将号码192指示的面称为第1曲面部，将符号A12指示的轴线称为第1轴线)。而且，上述被测透镜109在设计上虽然构成为上述第1轴线A11及第2轴线A12与图中的第3轴线A13(成为边缘面193的旋转中心轴)互相一致，但有时由于制造误差这些互不一致。因为在图中为了易于理解，所以将轴向偏斜的误差表现得大，但通常其为光的波长等级以下的微小的误差量。在第2实施方式中，将由这种制造误差产生的面倾斜或面偏差等的成为测量对象的各种项目定义成如以下。另外，在此所示的定义是用于明确以下的说明而为了方便所导入的定义，也可考虑其他的定义的方法。就面倾斜而言将第1轴线A11和第2轴线A12的相对的倾斜角(第1轴线A11和第2轴线A12形成的角；当第1轴线A11和第2轴线A12互不相交时，是各自的方向矢量所形成的角)定义为被测透镜109的面倾斜(将上述倾斜角的大小设为面倾斜量，将第1轴线 A11对第2轴线A12的倾斜方向设为面倾斜方向)。就面偏差而言将第1轴线A11和第2轴线A12的相对的位置偏差定义为被测透镜 109的面偏差(将第1轴线A11和第2轴线A12的最短的共同垂线的长度设为面偏差量，该共同垂线的延伸方向为面偏差方向)。就面偏心而言将第1轴线A11和第3轴线A13的相对的位置偏差定义为第1曲面部191的面偏心(将第1轴线A11和第3轴线A13的最短的共同垂线的长度设为第1曲面部 191的面偏心量，将该共同垂线的延伸方向设为第1曲面部191的面偏心方向)。同样地，将第2轴线A12和第3轴线A13的相对的位置偏差定义为第2曲面部192的面偏心(将第2 轴线A12和第3轴线A13的最短的共同垂线的长度设为第2曲面部192的面偏心量，将该共同垂线的延伸方向设为第2曲面部192的面偏心方向)。接着，对第2实施方式的三维形状测量装置进行说明。如图14所示，第2实施方式的三维形状测量装置具备显微干涉仪101、调整该显微干涉仪101的姿势或位置的测量系统定位部103、调整被测透镜109的姿势或位置的被测体定位部105、保持被测透镜109的保持夹具106及分析控制装置107而构成。如图20所示，上述保持夹具106是其内周面161及外周面162—起形成为以轴线 C'为中心的圆柱面状的环状部件，在其外周面162上，从该保持夹具106的图中上侧的面的外边部起纵剖外周面162后至图中下侧的面的外边部为止延伸的直线状的位置检测用标记163、164、165被分别形成在相对于轴线C'互相非旋转对称的3个位置。另外，这些位置检测用标记163、164、165例如通过微小的槽或凸条形成，使得由上述显微干涉仪101可检测出形状。而且，该保持夹具106形成为内周面61的直径稍大于被测透镜109的边缘面193 的直径，如图21所示，配置成从边缘面193的径向外方包围被测透镜109，并且经由涂布与内周面161和边缘面193的间隙的粘着剂按照被测透镜109的相对位置不变的方式加以固定。另外，取代用粘着剂加以固定，在保持夹具106的内周面161可以按沿径向移动的方式设置多个(例如3个)突起部，并且通过借助弹簧或螺栓的力将该突起部按压在被测透镜 109，也可以构成为相对于被测透镜109而言固定保持夹具106，但设为这种方式时需要留意，不要通过按压的力在被测透镜109产生强的内部应力。如图15所示，上述显微干涉仪101具备有测量光照射系统110及摄像系统120，该测量光照射系统110具备输出低相干性的光束作为测量光的由LED或SLD等构成的光源部111、准直从该光源部111输出的测量光的准直透镜112、朝向图中下方反射来自该准直透镜112的测量光的光束分歧光学元件113、将来自该光束分歧光学元件113的测量光按沿着测量光轴L'会聚在被测透镜109的方式进行照射且将该测量光的返回光与参照光进行合波而得到干涉光的作为测量探测器的显微干涉光学系统114而构成。该显微干涉光学系统114构成参考反射镜形物镜系统，在镜筒119内配设有将自光束分歧光学元件113的测量光从平行光变换成会聚光的会聚透镜115、配设在该会聚透镜115的图中下侧的透明平板116、配设于该透明平板116的图中上侧的面的反射元件 117、配设于来自会聚透镜115的测量光的光路上的半透过反射元件118而构成。半透过反射元件118构成为对来自会聚透镜115的测量光的一部分进行反射、且让其余透过而朝向被测透镜109输出。由该半透过反射元件118反射的光聚光在反射元件117，并被该反射元件117反射而再次入射到半透过反射元件118。该入射光的一部分在半透过反射元件118 被反射而设为参照光，通过其与来自照射在被测透镜109的测量光的聚光区域的返回光进行合波而得到干涉光。而且，该显微干涉光学系统114构成为由具备压电元件129的条纹扫描适配器 128保持，并进行在测量时与被测透镜109的微小的距离调整，并且在实施条纹扫描测量等
29时沿测量光轴L方向微动。另一方面，上述摄像系统120具备对从显微干涉光学系统114透过光束分歧光学元件113而沿图中上方行进的干涉光进行分歧的光束分歧光学元件121、主要在被测透镜 109旋转时进行拍摄的第1摄像系统120A、主要在被测透镜109停止时进行拍摄的第2摄像系统120B。第1摄像系统120A具备对透过光束分歧光学元件121沿图中上方行进的干涉光进行聚光的成像透镜122 ；通过具有由CXD或CMOS等构成的1维图像传感器123而成的第 1成像摄像机124而构成，且构成为取得由第1成像透镜122形成于1维图像传感器123上的干涉条纹的图像数据。相对于此，第2摄像系统120B具备对由光束分歧光学元件121 沿图中右方反射的干涉光进行聚光的成像透镜125 ；通过具有由CXD或CMOS等构成的2维图像传感器126而成的第2成像摄像机127而构成，并且构成为取得由第2成像透镜125 形成于2维图像传感器126上的干涉条纹的图像数据。而且，如图14所示，上述测量系统定位部103具备固定在上述显微干涉仪101的支架131 ；经由该支架131将显微干涉仪101按以沿图中的X轴方向延伸的旋转轴R11为中心能够偏斜的方式进行保持的干涉仪倾斜载物台132 (在第2实施方式中的偏斜机构)；与该干涉仪倾斜载物台132等一起使显微干涉仪101沿图中的Z轴方向移动的干涉仪Z移动载物台133 ；与该干涉仪Z移动载物台133等一起使显微干涉仪101围着图中的Y轴偏斜的干涉仪Y偏斜载物台134;与该干涉仪Y偏斜载物台134等一起使显微干涉仪101沿图中的X轴方向移动的干涉仪X移动载物台135而构成。而且，如图14所示，上述被测体定位部105具备通过抽真空等将被测透镜109从表面侧或背面侧进行保持的样品载物台151 (第2实施方式中的被测体保持机构)；经由该样品载物台151使被测透镜109围着图中的X轴方向及Y轴方向偏斜的被测体XY偏斜载物台152 ；与该被测体XY偏斜载物台152等一起使被测透镜109沿图中的X轴方向及Y轴方向移动的被测体XY移动载物台153 ；与被测体XY移动载物台153等一起使被测透镜109 围着沿图中的Z轴方向延伸的旋转轴R12旋转的被测体旋转载物台154(在第2实施方式中的被测体旋转机构)；搭载于该被测体旋转载物台154内，并检测该被测体旋转载物台154 的旋转角度(通过被测体旋转载物台154被旋转的被测透镜109的围着旋转轴R12的旋转位置)的旋转编码器155 ；与上述被测体旋转载物台155等一起使被测透镜109沿图中的Y 轴方向移动的被测体Y移动载物台156而构成。另外，在第2实施方式中，由上述干涉仪偏斜载物台132、干涉仪Z移动载物台 133、干涉仪Y偏斜载物台134、干涉仪X移动载物台135及被测体Y移动载物台156构成有相对位置变更机构，并且由旋转编码器155构成有旋转位置检测机构。而且，上述分析控制装置107基于由上述摄像系统120取得的干涉条纹的图像数据求出被测透镜109的形状数据或者控制在上述测量系统定位部103及上述被测体定位部 105中的各载物台等的驱动，如图16所示，其具备通过搭载于该分析控制装置7内的CPU 或硬盘等的储存部及储存在该储存部的程序等所构成的被测体表面旋转指令部171、被测体背面旋转指令部172、被测体表面保持夹具外周面形状信息取得部173、被测体背面保持夹具外周面形状信息取得部174、被测体整体表背面形状信息取得部175及轴向偏斜分析部176而构成。
30
上述被测体表面旋转指令部171使由样品载物台151从背面侧支承的被测透镜 109在上述第1轴线A11与上述被测体旋转载物台154的旋转轴R12 —致的状态下通过该被测体旋转载物台154得以旋转。上述被测体背面旋转指令部172使由样品载物台151从表面侧保持的被测透镜 109、在从表面侧支承的状态下的上述第2曲面部192的顶点P'的垂线N'(参见图24) 与上述被测体旋转载物台154的旋转轴R12 —致的状态下、通过该被测体旋转载物台154得以旋转。上述被测体表面保持夹具外周面形状信息取得部173相对于由被测体表面旋转指令部171得以旋转的被测透镜109将显微干涉光学系统114和被测透镜109的相对位置进行变更，并且通过显微干涉光学系统114扫描被测体表面(第1曲面部191)及保持夹具 106的外周面162，取得包括该第1曲面部191的形状信息和该外周面162的第1形状信息和该第1曲面部191及该外周面162的相对位置信息的被测体表面保持夹具外周面形状 fn息ο上述被测体背面保持夹具外周面形状信息取得部174相对于通过被测体背面旋转指令部172而被旋转的被测透镜109，将显微干涉光学系统114和被测透镜109的相对位置变更，并且通过显微干涉光学系统114扫描被测体背面(第2曲面部192)及保持夹具 106的外周面162，取得包括该第2曲面部192的形状信息和该外周面162的第2形状信息和该第2曲面部192及该外周面162的相对位置信息的被测体背面保持夹具外周面形状 fn息ο上述被测体表背面形状信息取得部175通过互相比对由被测体表面保持夹具外周面形状信息取得部173得到的上述外周面162的第1形状信息和由被测体背面保持夹具外周面形状信息取得部174得到的上述外周面162的第2形状信息，求出包括被测体表面(第1曲面部191)和被测体背面(第2曲面部192)的相对位置信息的被测体表背面形状信息。上述轴向偏斜分析部176基于上述被测体表背面形状信息求出上述第1轴线A11 和上述第2轴线A12的相对的位置偏差(面偏差)及相对的倾斜偏差(面倾斜)。而且，如图17所示，上述被测体表面·保持夹具外周面形状信息取得部173具备由搭载于上述分析控制装置107内的CPU或硬盘等的储存部及储存在该储存部的程序等所构成的显微干涉光学系统/被测体表面·保持夹具外周面姿势调整部178、被测体表面保持夹具外周面干涉条纹取得部179、被测体表面保持夹具外周面形状分析部180及表面·外周面测量距离调整部181而构成。上述显微干涉光学系统/被测体表面保持夹具外周面姿势调整部178通过上述相对位置变更机构(干涉仪偏斜载物台132、干涉仪Z移动载物台133、干涉仪Y偏斜载物台134、干涉仪X移动载物台135及被测体Y移动载物台156)依次变更显微干涉光学系统 114和被测透镜109的相对姿势，使得相对于通过上述被测体表面旋转指令部171旋转的被测透镜109，基于该被测透镜109的被测体表面(第1曲面部191)的设计数据，上述测量光轴L'的与第1曲面部191的交点位置沿该第1曲面部191的径向移动，并且在每次该移动时使测量光轴L'与上述交点位置的第1曲面部191的切平面垂直相交、以及上述测量光轴L'在保持夹具106的外周面162上移动并且该测量光轴L'与外周面162的交点位置的该外周面162的切平面垂直相交。上述被测体表面保持夹具外周面干涉条纹取得部179从通过上述显微干涉光学系统/被测体表面保持夹具外周面姿势调整部178依次变更上述相对姿势的显微干涉光学系统114将测量光照射到被测透镜109，按被测透镜109的多个表面·外周面旋转位置，通过上述第1成像摄像机124的1维图像传感器123拍摄由该测量光的来自第1曲面部 191或保持夹具106的外周面162的返回光和参照光的干涉所形成的、与测量光轴L'和第 1曲面部191或外周面162的各交叉部分的区域对应的按各表面·外周面旋转位置的干涉条纹，取得上述按各表面·外周面旋转位置的干涉条纹的图像数据。上述表面外周面测量距离调整部181在每次通过上述显微干涉光学系统/被测体表面·保持夹具外周面姿势调整部178变更上述相对姿势时，根据上述第2摄像摄像机 127的2维图像传感器126所摄入的干涉光(姿势变更时的干涉光)的光强度，将显微干涉光学系统114和被测透镜109的测量距离进行微调整以使测量光的聚光点位于第1曲面部 191或保持夹具106的外周面162上。上述被测体表面·保持夹具外周面形状分析部180根据上述按各表面·外周面旋转位置的干涉条纹、根据在拍摄该按各表面·外面旋转位置的干涉条纹的各时点的由上述旋转编码器155获得的上述旋转位置的检测数据、根据上述显微干涉光学系统/被测体表面·保持夹具外周面姿势调整部178的上述相对姿势的调整数据、根据上述表面·外周面测量距离调整部181的上述测量距离的调整数据，求出上述被测体表面·保持夹具外周面形状信息。而且，如图18所示，上述被测体表面·保持夹具外周面形状信息取得部174具备由搭载于上述分析控制装置107内的CPU或硬盘等的储存部及储存在该储存部的程序等所构成的显微干涉光学体统/被测体背面·保持夹具外周面姿势调整部182、被测体背面保持夹具外周面干涉条纹取得部183、被测体背面保持夹具外周面形状分析部184及背面·外周面测量距离调整部185而构成。上述显微干涉光学系统/被测体背面保持夹具外周面姿势调整部182通过上述相对位置变更机构(干涉仪偏斜载物台132、干涉仪Z移动载物台133、干涉仪Y偏斜载物台134、干涉仪X移动载物台135及被测体Y移动载物台156)依次变更显微干涉光学系统 114和被测透镜109的相对姿势，使得相对于通过上述被测体背面旋转指令部172旋转的被测透镜109，基于该被测透镜109的被测体背面(第2曲面部192)的设计数据，将上述测量光轴L的与第2曲面部192的交点位置沿该第2曲面部192的径向移动，并且按每次该移动将测量光轴L与上述交点位置的第2曲面部192的切平面垂直相交、以及上述测量光轴 L在保持夹具106的外周面162上移动并且该测量光轴L与外周面162的交点位置的该外周面162的切平面垂直相交。上述被测体背面保持夹具外周面干涉条纹取得部183从通过上述显微干涉光学系统/被测体背面保持夹具外周面姿势调整部182依次变更上述相对姿势的显微干涉光学系统114将测量光照射到被测透镜109，按上述被测透镜109的多个背面外周面旋转位置，通过上述第1成像摄像机124的1维图像传感器123拍摄由该测量光的来自第2曲面部192或保持夹具106的外周面162的返回光和参照光的干涉所形成的、与测量光轴L'和第2曲面部192或外周面162的各交叉部分的区域对应的按各背面保持夹具外周面旋转位置的干涉条纹，取得上述按各背面·外周面旋转位置的干涉条纹的图像数据。上述背面外周面测量距离调整部185每次通过上述显微干涉光学系统/被测体背面保持夹具外周面姿势调整部182变更上述相对姿势时，基于上述第2成像摄像机127 的2维图像传感器126所摄入的干涉光(姿势变更时的干涉光)的光强度，将显微干涉光学系统114和被测透镜109的测量距离进行微调整，以使测量光的聚光点位于第2曲面部 192或保持夹具106的外周面162上。上述被测体背面·保持夹具外周面形状分析部184根据上述按各背面·外周面旋转位置的干涉条纹、根据在拍摄该按各背面·外周面面旋转位置的干涉条纹的各时点的由上述旋转编码器155获得的上述旋转位置的检测数据、根据上述显微干涉光学系统/被测体背面·保持夹具外周面姿势调整部182的上述相对姿势的调整数据、根据上述背面·外周面测量距离调整部185的上述测量距离的调整数据，求出上述被测体背面·外周面形状 fn息ο以下，对本发明的第2实施方式所涉及的三维形状测量方法进行说明。第2实施方式的三维形状测量方法利用上述的第2实施方式的三维形状测量装置而进行。<定位部的初始调整>首先，对在进行测定之前的上述测量系统定位部103和被测体定位部105的初始调整进行说明。就初始调整而言，在将被测透镜109装载于样品载物台151上之前，为了使显微干涉仪101的测量光轴L'和被测体旋转载物台154的旋转轴R12高精度地一致而进行该初始调整，用以下顺序进行。(Jl)首先，在被测体旋转载物台154停止的状态下，按照来自显微干涉仪101的测量光聚光照射在图14所示的被测体旋转载物台154的旋转圆盘面154a(假设为高精度地光滑)上的方式，利用干涉仪Z移动载物台133、干涉仪X移动载物台135及被测体Y移动载物台156，调整显微干涉仪101和被测体旋转载物台154的相对位置。另外，就该相对位置的调整而言，操作员一边确认显微干涉仪101和旋转圆盘面154a的相对位置一边通过手动操作进行该相对位置的调整，但也可构成为装置能够识别显微干涉仪101和旋转圆盘面 154a的相对位置而自动进行。(J2)其次，从调整了相对位置的显微干涉仪101将测量光照射在旋转圆盘面154a 上，其返回光和参照光的干涉所形成的干涉条纹通过图15所示的第2摄像摄像机127的2 维图像传感器126拍摄，并且，利用图14所示的干涉仪偏斜载物台132及干涉仪Y偏斜载物台134调整显微干涉仪101的倾斜，使得该被拍摄的干涉条纹成为空条纹状态。由此，测量光轴L'和旋转轴R12互相平行。(J3)接着，在样品载物台151上装载表背面高精度地光滑化的平行平板(省略图示)，利用干涉仪Z移动载物台133、干涉仪X移动载物台135及被测体Y移动载物台156，调整显微干涉仪101和样品载物台151的相对位置，使得来自显微干涉仪101的测量光聚光照射在该平行平板表面(显微干涉仪101侧的面)。(J4)其次，从调整了相对位置的显微干涉仪101将测量光照射在平行平板表面，其返回光和参照光的干涉所形成的干涉条纹通过第2成像摄像机127的2维图像传感器 126拍摄，利用图14所示的被测体XY偏斜载物台152调整样品载物台151上的平行平板的偏斜，使得该被拍摄的干涉条纹成为空条纹状态。由此，平行平板表面与旋转轴R12及测量
33光轴L'成为互相垂直的状态。(J5)接着，在平行平板表面上装载固定如图9所示的调整用夹具4。(J6)其次，利用上述被测体旋转载物台154使调整用夹具4围着旋转轴R12旋转，并且从显微干涉仪101对旋转的调整用夹具4照射测量光，按调整用夹具4的多个旋转位置通过第2成像摄像机127的2维图像传感器126拍摄在来自上述3个反射平面41 43 的各返回光和参照光进行干涉时所形成的与该3个反射平面41 43对应的3个干涉条纹图像。(J7)接着，根据按多个旋转位置所拍摄的各3个干涉条纹图像求出上述调整用夹具4的交点M的旋转轨迹，作为该旋转轨迹的中心特定上述旋转轴R12的位置。而且，利用图14所示的干涉仪X移动载物台135及被测体Y移动载物台156调整显微干涉仪101和被测体旋转载物台154的相对位置，使得测量光轴L'与特定位置的旋转轴R12—致。由此，测量系统定位部103和被测体定位部105的初始调整结束。<被测体表面·保持夹具外周面形状测量>接着，用以下的顺序进行被测透镜109的表面部(包括第1曲面部191和保持夹具106的外周面162的区域)的测量。(Kl)首先，利用样品载物台151使被测透镜109经由保持夹具6从背面侧保持，使得第1曲面部191与显微干涉仪101相对(被测体背面保持步骤，参见图22)。另外，在将被测透镜109装载保持在样品载物台51上的过程中，第1曲面部191的第1轴线A11位于上述旋转轴R12 (及与此一致的测量光轴L')的附近，但不限于正确地与旋转轴R12—致。因此，例如用以下顺序进行使第1轴线A11正确地与旋转轴R12 —致的调整。<a>利用条纹扫描适配器128使显微干涉光学系统114沿测量光轴L方向依次移动，在每次移动时，对第1曲面部191照射测量光，从第1曲面部191反射的返回光和参照光所形成的干涉光通过利用上述第2摄像摄像机127的2维图像传感器126而摄入。另外，显微干涉光学系统114的移动量由上述表面·外周面测量距离调整部181自动控制。在上述表面·外周面测量距离调整部181中测量上述的在每次移动时所摄入的干涉光的各光强度，在干涉光的光强度成为最大的适当位置(测量光在第1曲面部191 上聚光的位置)配置显微干涉光学系统114。<c>从配置在上述的适当位置的显微干涉光学系统114对第1曲面部191照射测量光，在其返回光和参照光进行干涉时所形成的干涉条纹图像通过利用第2成像摄像机 127的2维图像传感器126进行拍摄。<d>根据被拍摄的干涉条纹图像，求出第1曲面部191的一部分区域(与干涉条纹图像对应的区域)的形状信息。<e>将求出的形状信息与被测透镜109的第1曲面部191的设计数据比对，根据其比对结果求出第1轴线A11和旋转轴R12 (测量光轴L')的相对倾斜偏差，利用被测体XY 偏斜载物台152调整样品载物台151上的被测透镜109的倾斜，使得第1轴线A11和旋转轴 R12互相平行。<f>进行该倾斜的调整以后，对被测透镜109的第1曲面部191再次从显微干涉光学系统114照射测量光，在其返回光和参照光进行干涉时所形成的干涉条纹图像通过利用第2成像摄像机127的2维图像传感器126进行拍摄。
<g>根据被拍摄的干涉条纹图像(以第1轴线A11和第1曲面部191的交点位置为中心的同心的环状干涉条纹图像)，求出第1轴线A11和旋转轴R12 (测量光轴L)的相对位置偏差，按照第1轴线A11和旋转轴R12互相一致的方式，利用被测体XY移动载物台153调整样品载物台151上的被测透镜109的位置。由此，第1轴线A11和旋转轴R12互相一致。另外，与在该第1轴线A11和旋转轴R12互相一致的状态下的该被测透镜109对应的显微干涉光学系统114的相对姿势，作为测量被测体表面部时的基准姿势，在上述显微干涉光学系统/被测体表面·保持夹具外周面姿势调整部178中被储存，并在变更显微干涉光学系统114对被测透镜109的相对姿势时被利用。(K2)上述(Kl)的顺序之后，在第1曲面部191的上述第1轴线A11与上述被测体旋转载物台154的旋转轴R12 —致的状态下，利用该被测体旋转载物台154使被测透镜109 围着上述旋转轴R12旋转(被测体表面旋转步骤)。另外，通过上述被测体表面旋转指令部 171驱动控制被测体旋转载物台154。此时的旋转速虽然能够任意设定，但在第2实施方式中例如设定成以0. 1秒进行1次旋转。(K3)接着，对于旋转的被测透镜109，利用图14所示的干涉仪倾斜载物台132、干涉仪Z移动载物台133及被测体Y移动载物台156变更对被测透镜109的显微干涉光学系统114的相对位置，并且通过该显微干涉光学系统114依次扫描被测透镜109的第1曲面部191及保持夹具106的外周面162，在预定的坐标系统(以下称为“第3坐标系统”)中取得包括第1曲面部191的形状信息和保持夹具106的外周面162的形状信息(第1形状信息)和该第1曲面部191及该外周面162的相对位置信息的被测体表面保持夹具外周面形状信息(被测体表面保持夹具外周面形状信息取得步骤)。另外，具体地用以下顺序进行该被测体表面·保持夹具外周面形状信息取得步骤。[a]通过干涉倾斜载物台132、干涉仪Z移动载物台133及被测体Y移动载物台 156，使显微干涉光学系统114对被测透镜109的相对姿势依次变化(参见图11)，使得对于旋转的被测透镜109，显微干涉光学系统114的测量光轴L'的与第1曲面部191的交点位置沿该第1曲面部191的径向移动，并且在每次该移动时测量光轴L'与其交点位置的第1曲面部191的切平面垂直相交；另外，使得测量光轴L'在保持夹具106的外周面162 上移动，并且该测量光轴L'与其交点位置的外周面162的切平面垂直相交。另外，在第2 实施方式中，测量第1曲面部191及外周面162的整个区域。而且，基于被测透镜109的表面部的设计数据，通过上述显微干涉光学系统/被测体表面·保持夹具外周面姿势调整部 178驱动干涉仪倾斜载物台132、干涉仪Z移动载物台133及被测体Y移动载物台156。另外，在每次使相对姿势变化时，与上述顺序(Kl)的<a>、同样地通过上述表面·外周面测量距离调整部181进行显微干涉光学系统114的测量距离的调整，其测量距离的调整数据与基于显微干涉光学系统/被测体表面保持夹具外周面姿势调整部178的相对姿势的调整数据一起依次被输入到上述被测体表面·保持夹具外周面形状分析部180。[b]从依次变更相对姿势的显微干涉光学系统114将测量光照射在被测体109，按被测体表面保持夹具外周面的多个旋转位置通过上述第1成像摄像机124的1维图像传感器123拍摄由该测量光的来自第1曲面部191及外周面162的返回光和参照光的干涉所形成的、按各表面外周面旋转位置的干涉条纹(与测量光轴L'和第1曲面部191或外周面162的各交叉部分的区域对应的干涉条纹)，取得其图像数据。另外，基于上述被测体表面保持夹具外周面干涉条纹取得部179的指令拍摄按各表面外周面旋转位置的干涉条纹，其各图像数据依次输入到上述被测体表面保持夹具外周面形状分析部180。虽然拍摄次数能够任意设定，但在第2实施方式中例如在被测透镜109进行1次旋转的0. 1秒期间拍摄3600次(被测透镜109在每旋转0. 1度时为1次)。而且，在每次拍摄按各表面·外周面旋转位置的干涉条纹时在其拍摄的时点的被测透镜109的旋转角度由旋转编码器155检测出，其旋转位置的检测数据依次被输入到被测体表面·保持夹具外周面形状分析部180。[c]根据取得的表面·每个外周面旋转位置的干涉条纹、根据在拍摄该按各表面·外周面旋转位置的干涉条纹的各时点的上述旋转位置的检测数据、根据显微干涉光学系统/被测体表面·保持夹具外周面姿势调整部178的上述相对姿势的调整数据、根据上述表面·外周面测量距离调整部181的上述测量距离的调整数据，在被测体表面·保持夹具外周面形状分析部180求出上述的被测体表面·保持夹具外周面形状信息。[被测体背面·保持夹具外周面形状测量]接着，用以下顺序进行被测透镜109的背面部(包括第2曲面部192和保持夹具 106的外周面162的区域)的测量。(Li)首先，将显微干涉仪101和被测体旋转载物台154的相对位置返回到上述的测量系统定位部103和被测体定位部105的初始调整结束时的状态。(L2)接着，利用样品载物台151使被测透镜109经由保持夹具106从表面侧得以保持，使得第2曲面部192与显微干涉仪101相对(被测体表面支承步骤，参见图24)。另外，第2曲面部192由球面构成，所以在将被测透镜109装载保持在样品载物台151上的过程中，在第2曲面部192存在在从表面侧被保持的状态下的顶点P'，在该顶点P'中可设定与第2曲面部192的切平面垂直相交的垂线N'(与测量光轴L'平行)。在按设计数据形成被测透镜109时，该垂线N'与第2曲面部192的第2轴线A2 —致，但若在第2曲面部 192存在面倾斜等，则这些互不一致。而且，第2轴线A2的位置与由非球面构成的第1曲面部191的第1轴线A11不同，并且只能在测量被测透镜109的整体的形状之后才能特定。另外，在将被测透镜109装载保持在样品载物台151上的过程中，第2曲面部192的上述垂线 N'位于上述旋转轴R12 (及与此一致的测量光轴L')的附近，但不限于正确地与旋转轴R12 一致。因此，例如用以下顺序进行使垂线N'正确地与旋转轴R12—致的调整。[a]利用条纹扫描适配器128沿测量光轴L'方向依次移动显微干涉光学系统 114，在每次移动时，对第2曲面部192照射测量光，利用上述第2成像摄像机127的2维图像传感器126摄入从第2曲面部192反射的返回光和参照光的干涉光。另外，显微干涉光学系统114的移动量通过上述背面·外周面测量距离调整部185被自动控制。[b]上述的在每次移动时所摄入的干涉光的各光强度在背面·外周面测量距离调整部185中得以测量，在干涉光的光强度成为最大的适当位置(测量光在第2曲面部192 上聚光的位置)配置显微干涉光学系统114。[c]从配置于上述的适当位置的显微干涉光学系统114对第2曲面部192照射测量光，在其返回光和参照光进行干涉时所形成的干涉条纹图像通过利用第2成像摄像机 127的2维图像传感器126拍摄。<d>根据被拍摄的干涉条纹图像(以垂线N'为中心的同心的环状干涉条纹图像) 求出垂线N'和旋转轴R12 (测量光轴L')的相对位置偏差，按照垂线N'和旋转轴R12互相一致的方式，利用被测体XY移动载物台153调整样品载物台151上的被测透镜109的位
置。由此，垂线N'和旋转轴R12互相一致。另外，相对于在该垂线N'和旋转轴R12互相一致的状态下的被测透镜109的显微干涉光学系统114的相对姿势，作为测量被测体背面部时的基准姿势，被储存在上述显微干涉光学系统/被测体背面保持夹具外周面姿势调整部182，在变更对被测体109的显微干涉光学系统114的相对姿势时会被利用。(L3)上述(L2)的顺序之后，在使第2曲面部192的上述垂线N'与上述被测体旋转载物台154的旋转轴R12 —致的状态下，利用该被测体旋转载物台154使被测透镜109 围着上述旋转轴R12旋转(被测体背面旋转步骤)。另外，通过上述被测体背面旋转指令部 172驱动控制被测体旋转载物台154。此时的转速虽然能够任意设定，但在第2实施方式中例如设定成以0. 1秒进行1次旋转。(L4)接着，对于旋转的被测透镜109，利用图14所示的干涉仪倾斜载物台132、干涉仪Z移动载物台133及被测体Y移动载物台156，变更显微干涉光学系统114对被测透镜 109的相对位置，并且通过该显微干涉光学系统114依次扫描被测透镜109的第2曲面部 192及保持夹具106的外周面162，在与上述第3坐标系统不同的其他坐标系统(以下称为 “第4坐标系统”)中取得包括第2曲面部192的形状信息和保持夹具106的外周面162的形状信息(第2形状信息)和该第2曲面部192和该外周面162的相对位置信息的被测体背面·保持夹具外周面形状信息(被测体背面·保持夹具外周面形状信息取得步骤)。另外，具体地用以下顺序进行该被测体背面·保持夹具外周面形状信息取得步骤。{a}通过干涉偏斜载物台132、干涉仪Z移动载物台133及被测体Y移动载物台 156，使显微干涉光学系统114对被测透镜109的相对姿势依次变化(参见图25)，使得对于旋转的被测透镜109，显微干涉光学系统114的测量光轴L'的与第2曲面部192的交点位置沿该第2曲面部192的径向移动，并且在每次该移动时测量光轴L'与其交点位置的第2曲面部192的切平面垂直相交；另外，使得测量光轴L'在保持夹具106的外周面162 上移动，并且该测量光轴L'与其交点位置的外周面162的切平面垂直相交。另外，在第2 实施方式中，测量第2曲面部192及外周面162的整个区域。而且，基于被测透镜109的背面部的设计数据，通过上述显微干涉光学系统/被测体背面·保持夹具外周面姿势调整部 182驱动干涉仪偏斜载物台132、干涉仪Z移动载物台133及被测体Y移动载物台156。另外，在每次使相对姿势变化时，与上述顺序(L2)的[a]、[b]同样地通过上述背面·外周面测量距离调整部185进行显微干涉光学系统114的测量距离的调整，其测量距离的调整数据与基于显微干涉光学系统/被测体背面保持夹具外周面姿势调整部182的相对姿势的调整数据一起被依次输入到上述被测体背面·保持夹具外周面形状分析部184。{b}从依次变更相对姿势的显微干涉光学系统114将测量光照射在被测透镜109，按被测体背面保持夹具外周面的多个旋转位置，通过上述第1成像摄像机124的1维图像传感器123拍摄由该测量光的来自第2曲面部192及外周面162的返回光和参照光的干涉所形成的按各背面·外周面旋转位置的干涉条纹(与测量光轴L'和第2曲面部192或外周面162的各交叉部分的区域对应的干涉条纹)，取得其图像数据。另外，基于上述被测体背面保持夹具外周面干涉条纹取得部183的指令拍摄按各背面外周面旋转位置的干涉条纹，其各图像数据被依次输入到上述被测体背面保持夹具外周面形状分析部184。拍摄
37次数能够任意设定，但在第2实施方式中例如在被测透镜109进行1次旋转的0. 1秒期间拍摄3600次(被测透镜109在每旋转0. 1度时为1次)。而且，在每次拍摄按各背面·外周面旋转位置的干涉条纹时，在其拍摄的时点的被测透镜109的旋转角度通过旋转编码器 155被检测出，其旋转位置的检测数据依次被输入到被测体背面·保持夹具外周面形状分析部184。[c]根据取得的按背面外周面旋转位置的干涉条纹、根据在拍摄该按各背面外周面旋转位置的干涉条纹的各时点的上述旋转位置的检测数据、根据显微干涉光学系统/ 被测体背面·保持夹具外周面姿势调整部182的上述相对姿势的调整数据、根据上述背面·外周面测量距离调整部185的上述测量距离的调整数据，在被测体背面·保持夹具外周面形状分析部184求出上述的被测体背面·侧面形状信息。<被测体表背面形状分析>接着，通过互相比对在上述被测体表面·保持夹具外周面形状信息取得步骤中得到的保持夹具106的外周面162的第1形状信息、和在上述被测体背面·保持夹具外周面形状信息取得步骤中得到的保持夹具106的外周面162的第2形状信息，在上述被测体表背面信息取得部175中求出包括被测体表面(第1曲面部191)和被测体背面(第2曲面部192)的相对位置信息的被测体表背面形状信息(被测体表背面形状信息取得步骤)。另外，在保持夹具106的外周面162所形成的上述位置检测用标记163、164、165，作为在互相比对第1形状信息和第2形状信息时的对位的指标而被利用。与保持夹具106的外周面162有关的第1形状信息和第2形状信息是测量了相同保持夹具106的外周面162的信息，所以在共同的坐标系统中包括上述位置检测符号163、 164,165的形成位置，本来是应该互相一致。从而，通过比对以使这些在共同的坐标系统中互相一致，可让得到第1形状信息的上述第3坐标系统和得到第2形状信息的上述第4坐标系统的对应关系明确。在上述第3坐标系统中特定了基于第1形状信息的外周面162和第1曲面部191 的相对位置关系，在上述第4坐标系统中特定了基于第2形状信息的外周面162和第2曲面部192的相对位置关系。从而，若第3坐标系统和第4坐标系统的对应关系明确，则也能够特定被测体表面(第1曲面部191)和被测体背面(第2曲面部192)的相对位置关系，由此可求出上述的被测体表背面形状信息。而且，基于该被测表背面体形状信息，通过上述轴向偏斜分析部176求出第1轴线 A11和第2轴线A12的相对的位置偏差(面偏差)及相对的倾斜偏差(面倾斜)、第1轴线A11 和第3轴线A13的相对的位置偏差(第1曲面部191的面偏心)及第2轴线A1和第3轴线 A13的相对的位置偏差(第2曲面部192的面偏心)。以上，对本发明的实施方式进行了详细的说明，但本发明不限于上述实施方式，可以进行各种变更方式。例如，在上述第1实施方式中，被测透镜9的第1曲面部93由非球面构成，第2曲面部94由球面构成，但第1曲面部93由球面构成也可，第2曲面部94由非球面构成也可。在第1曲面部93由球面构成时，其测量工序按照上述的第2曲面部94的测量工序进行即可。即，此时使上述旋转轴R2与在从背面侧支承被测透镜9的状态下的第1曲面部93的垂线(省略图示)一致而进行测量即可。另一方面，第2曲面部94由非球面构成时，其测量
38工序按照上述的第1曲面部93的测量工序进行即可。即，此时使上述旋转轴R2与第2曲面部94的第2轴线A2 —致而进行测量即可。同样地，在上述第2实施方式中，被测透镜109的第1曲面部191由非球面构成，第2曲面部192由球面构成，但第1曲面部191由球面构成也可，第2曲面部192由非球面构成也可。第1曲面部191由球面构成时，其测量工序按照上述的第2曲面部192的测量工序进行即可。即，此时使上述旋转轴R12与在从背面侧支承被测透镜109的状态下的第1 曲面部191的垂线(省略图示)一致而进行测量即可。另一方面，第2曲面部192由非球面构成时，其测量工序按照上述的第1曲面部191的测量工序进行即可。即，此时使上述旋转轴R12与第2曲面部192的第2轴线A12 —致而进行测量即可。而且，在上述第1实施方式中，测量被测体侧面(边缘部侧面97)的整个区域，但在被测体侧面的圆度或圆柱度(尤其圆柱度)不要求出时，仅测量被测体侧面的一部分区域也可。但是，为了求出被测体表面和被测体背面的相对位置关系，需要以下设定进行被测体的表面部的测量时的被测体侧面的被测量区域与进行背面部的测量时的被测体侧面的被测量区域，至少一部分互相重复。同样地，在上述第2实施方式中，测量保持夹具106的外周面162的整个区域，但仅测量其一部分区域也可。但是，为了求出被测体表面和被测体背面的相对位置关系，需要以下设定进行被测体的表面部的测量时的保持夹具106的外周面162的被测量区域与进行背面部的测量的时的保持夹具106的外周面162的被测量区域，至少一部分互相重复。而且，在上述第2实施方式中，对具有边缘面93的被测透镜109应用了本发明的第2三维形状测量方法及装置，但对不具有这种边缘面的被测体(不限于透镜)也能够应用本发明的第2三维形状测量方法及装置。另外，在透镜中，在透镜的外周面部分具有凸缘状伸出的部分(称为“边缘部”、“伸出部”等)的透镜(参见被测透镜9)，但对这种透镜也能够应用本发明的第2三维形状测量方法及装置。此外，在上述第2实施方式中，保持夹具106形成为没有缺口的完整的环状，但也可以利用在圆周上的一部分具有缝隙的C字型的保持夹具(省略图示)。而且，上述位置检测标记163、164、165在使保持夹具106的外周面162的第1形状信息和第2形状信息的比对容易进行上是有效的，但即使没有这些，只要能够进行互相的比对，就不必特别设置。另外，在上述实施方式中，作为测量探测器利用了参考反射镜式显微干涉光学系统14、114，但也能够利用迈克耳逊显微干涉光学系统(省略图示)。而且，取代显微干涉仪1、101也能可以用接触式或非接触式的其他测量探测器 (例如，扫描隧行显微镜(STM)、原子力显微镜(AFM)等扫描探针显微镜(SPM)或光触针)。
权利要求
一种三维形状测量方法，利用测量探测器测量被测体的形状，该被测体具有通过包括形成有以第1轴线为中心的旋转面状的第1曲面部而成的被测体表面、通过包括形成有以第2轴线为中心的旋转面状的第2曲面部而成的被测体背面、形成有圆柱面状的被测体侧面而构成，其特征在于，该三维形状测量方法包括以下步骤作为测量工序而构成被测体背面支承步骤，从上述被测体背面侧支承上述被测体；被测体表面旋转步骤，使从上述被测体背面侧支承的上述被测体，在当上述第1曲面部为非球面时使上述第1轴线与预定的旋转轴一致的状态下，在当上述第1曲面部为球面时使以从上述被测体背面侧支承的状况的上述第1曲面部的顶点的垂线与上述旋转轴一致的状态下，围着该旋转轴旋转；被测体表面·侧面形状信息取得步骤，对于所旋转的上述被测体，一边变更上述测量探测器和上述被测体的相对位置，一边通过该测量探测器扫描上述被测体表面及上述被测体侧面，而取得被测体表面·侧面形状信息，该被测体表面·侧面形状信息包括该被测体表面的形状信息和该被测体侧面的第1形状信息和该被测体表面及该被测体侧面的相对位置信息；被测体表面支承步骤，从上述被测体表面侧支承上述被测体；被测体背面旋转步骤，使从上述被测体表面侧支承的上述被测体，在当上述第2曲面部为非球面时使上述第2轴线与上述旋转轴一致的状态下，在当上述第2曲面部为球面时使以从上述被测体表面侧支承的状况的上述第2曲面部的顶点的垂线与上述旋转轴一致的状态下，围着该旋转轴旋转；被测体背面·侧面形状信息取得步骤，对于所旋转的上述被测体，一边变更上述测量探测器和上述被测体的相对位置，一边通过该测量探测器扫描上述被测体背面及上述被测体侧面，而取得被测体背面·侧面形状信息，该被测体背面·侧面形状信息包括该被测体背面的形状信息和该被测体侧面的第2形状信息和该被测体背面及该被测体侧面的相对位置信息；被测体整体形状信息取得步骤，通过在上述被测体表面·侧面形状信息取得步骤中得到的上述被测体侧面的第1形状信息、和在上述被测体背面·侧面形状信息取得步骤中得到的上述被测体侧面的第2形状信息互相比较对照，求出包括上述被测体表面和上述被测体背面的相对位置信息的被测体整体形状信息。
2.—种三维形状测量方法，利用测量探测器测量被测体的形状，该被测体具有通过包括形成有以第1轴线为中心的旋转面状的第1曲面部而成的被测体表面、通过包括形成有以第2轴线为中心的旋转面状的第2曲面部而成的被测体背面而构成，其特征在于，该三维形状测量方法包括以下步骤作为测量工序而构成保持夹具固定步骤，在上述被测体从该被测体的径向外方得以包围的环状的保持夹具上固定该被测体，以使该保持夹具与该被测体的相对位置不变；被测体背面支承步骤，从上述被测体背面侧支承固定有上述保持夹具的上述被测体；被测体表面旋转步骤，使从上述被测体背面侧支承的上述被测体，在当上述第1曲面部为非球面时使上述第1轴线与预定的旋转轴一致的状态下，在当上述第1曲面部为球面时使以从上述被测体背面侧支承的状况的上述第1曲面部的顶点的垂线与该旋转轴一致的状态下，围着该旋转轴旋转；被测体表面保持夹具外周面形状信息取得步骤，对于所旋转的上述被测体，一边变更该被测体和上述测量探测器的相对位置，一边通过该测量探测器扫描上述被测体表面及上述保持夹具的外周面，而取得被测体表面保持夹具外周面形状信息，该被测体表面保持夹具外周面形状信息包括该被测体表面的形状信息和该外周面的第1形状信息和该被测体表面及该外周面的相对位置信息而构成；被测体表面支承步骤，从上述被测体表面侧支承固定有上述保持夹具的上述被测体；被测体背面旋转步骤，使从上述被测体表面侧支承的上述被测体，在当上述第2曲面部为非球面时使上述第2轴线与上述旋转轴一致的状态下，在当上述第2曲面部为球面时使以从上述被测体表面侧支承的状况的上述第2曲面部的顶点的垂线与该旋转轴一致的状态下，围着该旋转轴旋转；被测体背面·保持夹具外周面形状信息取得步骤，对于所旋转的上述被测体，一边变更上述测量探测器和该被测体的相对位置，一边通过该测量探测器扫描上述被测体背面及上述保持夹具的上述外周面，并取得被测体背面·保持夹具外周面形状信息，该被测体背面保持夹具外周面形状信息包括该被测体背面的形状信息和该外周面的第2形状信息和该被测体背面及该外周面的相对位置信息而构成；被测体表背面形状信息取得步骤，通过上述第1形状信息和上述第2形状信息互相比较对照而求出上述被测体表面和上述被测体背面的相对位置信息，取得包括该相对位置信息的被测体表背面形状信息。
3. —种三维形状测量装置，利用测量探测器测量被测体的形状，该被测体具有通过包括形成有以第1轴线为中心的旋转面状的第1曲面部而成的被测体表面、通过包括形成有以第2轴线为中心的旋转面状的第2曲面部而成的被测体背面、形成有圆柱面状的被测体侧面而构成，其特征在于，该三维形状测量装置具备被测体支承机构，从上述被测体背面侧或上述被测体表面侧支承上述被测体；被测体旋转机构，使由上述被测体支承机构所支承的上述被测体围着预定的旋转轴旋转；被测体表面旋转指令机构，使由上述被测体支承机构从上述被测体背面侧支承的上述被测体，在当上述第1曲面部为非球面时使上述第1轴线与上述旋转轴一致的状态下，在当上述第1曲面部为球面时使以从上述被测体背面侧支承的状况的上述第1曲面部的顶点的垂线与上述旋转轴一致的状态下，通过上述被测体旋转机构而被旋转；被测体表面·侧面形状信息取得机构，对于通过上述被测体表面旋转指令机构而被旋转的上述被测体，一边变更上述测量探测器和上述被测体的相对位置，一边通过该测量探测器扫描上述被测体表面及上述被测体侧面，取得被测体表面侧面形状信息，该被测体表面侧面形状信息包括该被测体表面的形状信息和该被测体侧面的第1形状信息和该被测体表面及该被测体侧面的相对位置信息；被测体背面旋转指令机构，使由上述被测体支承机构从上述被测体表面侧支承的上述被测体，在当上述第2曲面部为非球面时使上述第2轴线与上述旋转轴一致的状态下，在当上述第2曲面部为球面时使以从上述被测体表面侧支承的状况的上述第2曲面部的顶点的垂线与上述旋转轴一致的状态下，通过上述被测体旋转机构而被旋转；被测体背面·侧面形状信息取得机构，对于通过上述被测体背面旋转指令机构而被旋转的上述被测体，一边变更上述测量探测器和上述被测体的相对位置，一边通过该测量探测器扫描上述被测体背面及上述被测体侧面，取得被测体背面侧面形状信息，该被测体背面侧面形状信息包括该被测体背面的形状信息和该被测体侧面的第2形状信息和该被测体背面及该被测体侧面的相对位置信息；被测体整体形状信息取得机构，通过由上述被测体表面·侧面形状信息取得机构得到的上述被测体侧面的第1形状信息和由上述被测体背面侧面形状信息取得机构得到的上述被测体侧面的第2形状信息互相比较对照，求出被测体整体形状信息，该被测体整体形状信息包括上述被测体表面和上述被测体背面的相对位置信息。
4.根据权利要求3所述的三维形状测量装置，其特征在于，上述测量探测器由显微干涉光学系统构成，该显微干涉光学系统将低相干性的测量光按照沿着测量光轴而收敛到上述被测体的方式进行照射、且将该测量光的返回光与参照光进行合波而得到干涉光，该测量探测器具备摄像机构，拍摄由上述干涉光形成的干涉条纹；相对位置变更机构，变更上述显微干涉光学系统对上述被测体的相对位置；旋转位置检测机构，对通过上述被测体旋转机构而被旋转的上述被测体的围着上述旋转轴的旋转位置进行检测。
5.如权利要求4所述的三维形状测量装置，其特征在于，上述被测体表面·侧面形状信息取得机构具备显微干涉光学系统/被测体表面·侧面姿势调整机构，通过上述相对位置变更机构依次变更上述显微干涉光学系统和上述被测体的相对姿势，使得对于通过上述被测体表面旋转指令机构而被旋转的上述被测体，上述测量光轴的与上述被测体表面的交点位置沿该被测体表面的径向移动，并且按每次该移动使上述测量光轴与上述交点位置的上述被测体表面的切平面垂直相交；及上述测量光轴在上述被测体侧面上移动，并且该测量光轴与上述被测体侧面的交点位置的该被测体侧面的切平面垂直相交；被测体表面侧面干涉条纹取得机构，从通过上述显微干涉光学系统/被测体表面侧面姿势调整机构依次变更了上述相对姿势的上述显微干涉光学系统将上述测量光照射到上述被测体，按上述被测体的多个表面·侧面旋转位置通过上述摄像机构拍摄由该测量光的来自上述被测体表面或上述被测体侧面的返回光和上述参照光的干涉所形成的、与上述测量光轴和上述被测体表面或上述被测体侧面的各交叉部分的区域对应的按各表面侧面旋转位置的干涉条纹，并且取得上述按各表面·侧面旋转位置的干涉条纹的图像数据；被测体表面侧面形状分析机构，根据上述按各表面侧面旋转位置的干涉条纹、根据在拍摄该按各表面·侧面旋转位置的干涉条纹的各时点上的由上述旋转位置检测机构所获得的上述旋转位置的检测数据、根据上述显微干涉光学系统/被测体表面·侧面姿势调整机构的上述相对姿势的调整数据，求出上述被测体表面·侧面形状信息。
6.如权利要求4或5所述的三维形状测量装置，其特征在于，上述被测体背面·侧面形状信息取得机构具备显微干涉光学系统/被测体背面·侧面姿势调整机构，通过上述相对位置变更机构依次变更上述显微干涉光学系统和上述被测体的相对姿势，使得对于通过上述被测体背面旋转指令机构而被旋转的上述被测体，上述测量光轴的与上述被测体背面的交点位置沿该被测体背面的径向移动，并且按每次该移动使上述测量光轴与上述交点位置的上述被测体背面的切平面垂直相交；及上述测量光轴在上述被测体侧面上移动，并且该测量光轴与上述被测体侧面的交点位置的该被测体侧面的切平面垂直相交；被测体背面侧面干涉条纹取得机构，从通过上述显微干涉光学系统/被测体背面侧面姿势调整机构依次变更了上述相对姿势的上述显微干涉光学系统将上述测量光照射到上述被测体，按上述被测体的多个背面·侧面旋转位置通过上述摄像机构拍摄由该测量光的来自上述被测体背面或上述被测体侧面的返回光和上述参照光的干涉所形成的、与上述测量光轴和上述被测体背面或上述被测体侧面的各交叉部分的区域对应的的按各背面侧面旋转位置的干涉条纹，并且取得上述按各背面·侧面旋转位置的干涉条纹的图像数据；被测体背面侧面形状分析机构，根据上述按各背面侧面旋转位置的干涉条纹、根据在拍摄该按各背面·侧面旋转位置的干涉条纹的各时点上的由上述旋转位置检测机构所获得的上述旋转位置的检测数据、根据上述显微干涉光学系统/被测体背面·侧面姿势调整机构的上述相对姿势的调整数据，求出上述被测体背面·侧面形状信息。
7.如权利要求3至6中的任一项所述的三维形状测量装置，其特征在于，具备根据上述被测体整体形状信息求出上述第1轴线和上述第2轴线的相对的位置偏差及相对的倾斜偏差的轴向偏斜分析机构而构成。
8.如权利要求3至7中的任一项所述的三维形状测量装置，其特征在于，具备根据上述被测体整体形状信息求出上述被测体侧面的预定剖面的圆度的被测体侧面分析机构而构成。
9.如权利要求8所述的三维形状测量装置，其特征在于，上述被测体侧面分析机构根据上述被测体整体形状信息求出上述被测体侧面的圆柱度。
10.一种三维形状测量装置，利用测量探测器测量被测体的形状，该被测体具有通过包括形成有以第1轴线为中心的旋转面状的第1曲面部而成的被测体表面、通过包括形成有以第2轴线为中心的旋转面状的第2曲面部而成的被测体背面，其特征在于，该三维形状测量装置具备保持夹具，形成为从该被测体的径向外方包围上述被测体的环状，并按照与该被测体的相对位置不变的方式固定在该被测体；被测体支承机构，从上述被测体背面侧或上述被测体表面侧支承固定有上述保持夹具的上述被测体；被测体旋转机构，使由上述被测体支承机构支承的上述被测体围着预定的旋转轴旋转；被测体表面旋转指令机构，使由上述被测体支承机构从上述被测体背面侧支承的上述被测体，在当上述第1曲面部为非球面时使上述第1轴线与上述旋转轴一致的状态下，在当该第1曲面部为球面时使以从该被测体背面侧保持的状况的该第1曲面部的顶点的垂线与该旋转轴一致的状态下，通过上述被测体旋转机构而被旋转；被测体表面·保持夹具外周面形状信息取得机构，对于通过上述被测体表面旋转指令机构而被旋转的该上述被测体，一边变更该被测体和上述测量探测器的相对位置，一边通过该测量探测器扫描上述被测体表面及上述保持夹具的外周面，取得被测体表面·保持夹具外周面形状信息，该被测体表面·保持夹具外周面形状信息包括该被测体表面的形状信息和该外周面的第1形状信息和该被测体表面及该外周面的相对位置信息而构成；被测体背面旋转指令机构，使由上述被测体支承机构从上述被测体表面侧支承的上述被测体，在当上述第2曲面部为非球面时使上述第2轴线与上述旋转轴一致的状态下，在当该第2曲面部为球面时使以从该被测体表面侧被保持的状况的该第2曲面部的顶点的第2 垂线与该旋转轴一致的状态下，通过上述被测体旋转机构而被旋转；被测体背面·保持夹具外周面形状信息取得机构，对于通过上述被测体背面旋转指令机构而被旋转的上述被测体，一边变更该被测体和上述测量探测器的相对位置，一边通过该测量探测器扫描上述被测体背面及上述保持夹具的外周面，取得被测体背面·保持夹具外周面形状信息，该被测体背面·保持夹具外周面形状信息包括该被测体背面的形状信息和该外周面的第2形状信息和该被测体背面及该外周面的相对位置信息而构成；被测体表背面形状信息取得机构，通过互相比较对照上述第1形状信息和上述第2形状信息，求出上述被测体表面和上述被测体背面的相对位置信息，取得包括该相对位置信息的被测体表背面形状信息。
11.如权利要求10所述的三维形状测量装置，其特征在于，上述测量探测器由显微干涉光学系统构成，该显微干涉光学系统将低相干性的测量光按照沿着测量光轴而收敛到上述被测体的方式进行照射、且将该测量光的返回光与参照光进行合波而得到干涉光，该测量探测器具备摄像机构，拍摄由上述干涉光形成的干涉条纹；相对位置变更机构，变更上述显微干涉光学系统对上述被测体的相对位置；旋转位置检测机构，对通过上述被测体旋转机构而被旋转的上述被测体的围着上述旋转轴的旋转位置进行检测。
12.如权利要求11所述的三维形状测量装置，其特征在于，上述被测体表面·保持夹具外周面形状信息取得机构具备显微干涉光学系统/被测体表面·保持夹具外周面姿势调整机构，通过上述相对位置变更机构依次变更上述显微干涉光学系统和该被测体的相对姿势，使得对于通过上述被测体表面旋转指令机构而被旋转的上述被测体，上述测量光轴的与上述被测体表面的交点位置沿该被测体表面的径向移动，并且按每次该移动使上述测量光轴与该交点位置的该被测体表面的切平面垂直相交；及该测量光轴在上述保持夹具的上述外周面上移动，并且该测量光轴与该外周面的交点位置的该外周面的切平面垂直相交；被测体表面·保持夹具外周面干涉条纹取得机构，从通过上述显微干涉光学系统/被测体表面保持夹具外周面姿势调整机构依次变更了上述相对姿势的上述显微干涉光学系统将上述测量光照射到上述被测体，按上述被测体的多个表面·外周面旋转位置通过上述摄像机构拍摄由该测量光的来自上述被测体表面或上述外周面的返回光和上述参照光的干涉所形成的、与上述测量光轴和上述被测体表面或该外周面的各交叉部分的区域对应的的按各表面·外周面旋转位置的干涉条纹；被测体表面·保持夹具外周面形状分析机构，根据上述按各表面·外周面旋转位置的干涉条纹、根据在拍摄该按各表面·外周面旋转位置的干涉条纹的各时点上的由上述旋转位置检测机构所获得的上述旋转位置的检测数据、根据上述显微干涉光学系统/被测体表面·保持夹具外周面姿势调整机构的上述相对姿势的调整数据，求出上述被测体表面·保持夹具外周面形状信息而构成。
13.如权利要求11或12所述的三维形状测量装置，其特征在于，上述被测体背面·保持夹具外周面形状信息取得机构具备显微干涉光学系统/被测体背面·保持夹具外周面姿势调整机构，通过上述相对位置变更机构依次变更上述显微干涉光学系统和该被测体的相对姿势，使得对于通过上述被测体背面旋转指令机构而被旋转的上述被测体，上述测量光轴的与上述被测体背面的交点位置沿该被测体背面的径向移动，并且按每次该移动使上述测量光轴与该交点位置的该被测体背面的切平面垂直相交；及该测量光轴在上述保持夹具的上述外周面上移动，并且该测量光轴与该外周面的交点位置的该外周面的切平面垂直相交；被测体背面·保持夹具外周面干涉条纹取得机构，从通过上述显微干涉光学系统/被测体背面保持夹具外周面姿势调整机构依次变更了上述相对姿势的上述显微干涉光学系统将上述测量光照射到上述被测体，按上述被测体的多个背面·外周面旋转位置通过上述摄像机构拍摄由该测量光的来自上述被测体背面或上述外周面的返回光和上述参照光的干涉所形成的、与上述测量光轴和上述被测体背面或该外周面的各交叉部分的区域对应的的按各背面·外周面旋转位置的干涉条纹；被测体背面·保持夹具外周面形状分析机构，根据上述按各背面·外周面旋转位置的干涉条纹、根据在拍摄该按各背面·外周面旋转位置的干涉条纹的各时点上由上述旋转位置检测机构所获得的上述旋转位置的检测数据、根据上述显微干涉光学系统/被测体背面·保持夹具外周面姿势调整机构的上述相对姿势的调整数据，求出上述被测体背面·保持夹具外周面形状信息而构成。
14.如权利要求10至13中的任一项所述的三维形状测量装置，其特征在于，具备根据上述被测体表背面形状信息求出上述第1轴线和上述第2轴线的相对的位置偏差量及相对的倾斜偏差量的轴向偏斜分析机构而构成。
15.如权利要求4至9、11至13中的任一项所述的三维形状测量装置，其特征在于，上述摄像机构具备1维图像传感器作为摄像元件。
16.如权利要求4至9、11至15中的任一项所述的三维形状测量装置，其特征在于，上述相对位置变更机构包括相对于空间使上述显微干涉光学系统偏斜的偏斜机构而构成。
全文摘要
本发明提供一种三维形状测量方法及装置，其对被测体的表面及背面的各形状在正确地掌握相互相对的位置关系的状态下进行高精度地测量。对于围着旋转轴(R2)旋转的被测透镜(9)，在变更显微干涉仪(1)的相对姿势的同时所进行的形状测量分成以下进行在从背面侧支承被测透镜(9)的状态下进行的表面部的测量、在从表面侧支承被测透镜(9)的状态下进行的背面部的测量。通过对由表面部的测量求出的边缘部侧面(97)的第1形状信息和由背面部的测量求出的边缘部侧面(97)的第2形状信息进行互相比较对照，求出被测体表面和被测体背面的相对位置关系。
文档编号G01B11/24GK101915554SQ20101012766
公开日2010年12月15日申请日期2010年3月9日优先权日2009年3月11日
发明者富水政昭, 小泉升, 岩崎裕行, 持立诚仁, 斋藤隆行, 神田秀雄, 葛宗涛, 鹰野滋之申请人:富士能株式会社