(57)【要約】【課題】測定対象の表面に接触することなく光を用いて高精度に測定対象の形状を測定することができる形状測定機の提供。【解決手段】形状測定機１が備えるヘッド２は、光源３と受光手段４と一体に移動し、光源３と受光手段４との間に配置される透光性を有する測定子５を備え、測定子５は、光源３からの光を測定子５の内部に入射させる入射部５１と、入射した光を全反射する反射部５２と、全反射した光を受光手段４に向かって出射する出射部５３と、を備える。反射部５２は、全反射面５２１と測定面５２２とを備える。測定面５２２には、全反射面５２１にて光が全反射することでエバネッセント光が生じる。測定子５は、測定面５２２と測定対象Ｗの表面Ｈとを対向させ、測定面５２２と測定対象Ｗの表面Ｈとを離間させるとともに、エバネッセント光が測定対象Ｗの表面Ｈに到達するように配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象の表面に向かって光を照射する光源と、前記光源と一体に移動し、前記測定対象の表面を介した光を受光する受光手段と、を備えるヘッドと、前記受光手段にて受光された光に基づき測定対象の表面の形状を検出する検出手段と、を備える形状測定機であって、
前記ヘッドは、前記光源と前記受光手段と一体に移動し、前記光源と前記受光手段との間に配置される透光性を有する測定子を備え、
前記測定子は、
前記光源からの光を前記測定子の内部に入射させる入射部と、
前記入射部から入射した光を全反射する反射部と、
前記反射部にて全反射した光を前記受光手段に向かって出射する出射部と、を備え、
前記反射部は、前記光源からの光を全反射する全反射面と、前記全反射面とは反対側の面であり前記測定対象の表面と対向して配置される測定面と、を備え、
前記測定子は、前記測定面と前記測定対象の表面とを離間させるとともに、前記全反射面と反対側の方向に向かって前記測定面に生じるエバネッセント光が前記測定対象の表面に到達するように配置され、
前記検出手段は、前記受光手段にて受光される前記測定対象の表面に到達した前記エバネッセント光による光の変化に基づき測定対象の形状を検出することを特徴とする形状測定機。
【請求項２】
請求項１に記載された形状測定機において、
前記測定対象と前記ヘッドとの相対的な移動を制御する制御手段と、
前記ヘッドを前記測定対象に対し所定の走査方向に相対的に移動させ走査させる走査手段と、を備え、
前記制御手段は、前記走査手段を制御する走査制御部を備え、
前記検出手段は、前記受光手段にて受光された光の強度に基づいて前記測定対象の表面の形状を検出することを特徴とする形状測定機。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載された形状測定機において、
前記測定対象は透光性を有し、
前記測定対象と前記ヘッドとの相対的な移動を制御する制御手段と、
前記ヘッドを前記測定対象に対し相対的に移動させることで前記測定子における前記測定面と前記測定対象の表面との離間を調節する離間調節手段と、を備え、
前記制御手段は、前記離間調節手段を制御する離間調節制御部と、
前記受光手段にて受光された光の強度を前記離間調節制御部にフィードバックするフィードバック部と、を備え、
前記離間調節制御部は、
前記受光手段にて受光された光の強度が所定の値よりも小さくなったとき、前記測定対象の表面から離れる方向に前記ヘッドを移動させ、前記受光手段にて受光された光の強度が所定の値よりも大きくなったとき、前記測定対象の表面へ近づく方向に前記ヘッドを移動させ、受光手段にて受光される光の強度が所定の値に維持されるように前記測定面と前記測定対象の表面との離間について前記離間調節手段を制御することで調節し、
前記検出手段は、前記測定対象の表面に対する前記離間調節手段の移動量に基づいて前記測定対象の表面の形状を検出することを特徴とする形状測定機。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載された形状測定機において、
前記光源は、レーザー光を照射するレーザー光源であることを特徴とする形状測定機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、形状測定機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、透光性を有する測定対象の表面に測定子である触針を接触させ、測定対象の表面と垂直な方向への触針の移動量から測定対象の表面の形状を測定する形状測定機が知られている。このような形状測定機は、測定対象の表面に触針を接触させているため、触針で測定対象の表面に傷をつけてしまうことがある。
そこで、触針を測定対象の表面に接触させずに光を用いて測定対象の表面の形状を測定する形状測定機が知られている。このような形状測定機は、測定対象の表面に向かって光を照射する光源と、光源と一体に移動し、測定対象の表面を介した光を受光する受光手段と、を備えるヘッドと、受光手段にて受光された光に基づき測定対象の表面の形状を検出する検出手段と、を備えている。
【０００３】
図９は、従来の形状測定機１００を示す図である。
ここで、測定対象Ｗがガラスなどの透光性を有する素材であり、測定台Ｄに載置されている場合、図９に示すように、形状測定機１００における光源３００が測定対象Ｗの表面Ｈに向かって光を照射すると、破線矢印で示す測定対象Ｗの表面Ｈを反射する光と、実線矢印で示す測定対象Ｗを透過する光と、が生じる。実線矢印で示す測定対象Ｗを透過した光は、測定台Ｄで反射し、再び測定対象Ｗ内を受光手段４００に向かって進行する。受光手段４００は、それぞれ光の強度が異なる、実線矢印で示す測定台Ｄを反射した光と、破線矢印で示す測定対象Ｗの表面Ｈを反射した光と、を受光することとなる。そして、図示しない検出手段は、それぞれ光の強度が異なる複数の光に基づいて測定対象Ｗの表面Ｈの形状を検出する。したがって、検出手段は、実線矢印で示す測定台Ｄで反射した光により測定対象Ｗの表面Ｈを正確に測定することができないという問題がある。
【０００４】
このような問題に対し、特許文献１に記載された表面形状測定装置（形状測定機）は、透光性を有する測定対象の表面に向かってレーザー光を照射するレーザー光源（光源）と、測定対象の表面を反射したレーザー光を受光し変位を計測するレーザー変位計（受光手段および検出手段）と、を備える。また、表面形状測定装置とともに用いられる測定台は、少なくともレーザー光が照射される測定対象物の測定位置に対応する位置の下方が、測定位置を含まない他の領域より凹んだ凹部を有している。凹部は、透光性を有する素材からなる測定対象を透過した光が測定台で反射することを抑制し、測定対象を透過した光がレーザー変位計に向かって反射することを抑制している。したがって、表面形状測定装置は、測定対象の表面を反射した光を用いて測定対象の表面の形状を検出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１７−３２２９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載された表面形状測定装置は、透光性を有する測定対象を挟んで反対側に凹部を有する測定台を備えなければならないという問題がある。また、レーザー光源から照射されたレーザー光の大部分は、透光性を有する素材からなる測定対象を透過するため、レーザー変位計は、透光性を有する測定対象の表面を反射する反射光を十分に得ることができず、十分な変位計測をすることができないという問題がある。
【０００７】
本発明の目的は、測定対象の表面に接触することなく光を用いて高精度に測定対象の形状を測定することができる形状測定機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の形状測定機は、測定対象の表面に向かって光を照射する光源と、光源と一体に移動し、測定対象の表面を介した光を受光する受光手段と、を備えるヘッドと、受光手段にて受光された光に基づき測定対象の表面の形状を検出する検出手段と、を備える形状測定機であって、ヘッドは、光源と受光手段と一体に移動し、光源と受光手段との間に配置される透光性を有する測定子を備え、測定子は、光源からの光を測定子の内部に入射させる入射部と、入射部から入射した光を全反射する反射部と、反射部にて全反射した光を受光手段に向かって出射する出射部と、を備え、反射部は、光源からの光を全反射する全反射面と、全反射面とは反対側の面であり測定対象の表面と対向して配置される測定面と、を備え、測定子は、測定面と測定対象の表面とを離間させるとともに、全反射面と反対側の方向に向かって測定面に生じるエバネッセント光が測定対象の表面に到達するように配置され、検出手段は、受光手段にて受光される測定対象の表面に到達したエバネッセント光による光の変化に基づき測定対象の表面の形状を検出することを特徴とする。
【０００９】
このような本発明によれば、ヘッドは、光源と受光手段との間に配置される透光性を有する測定子を備え、測定子が有する入射部と反射部と出射部とのうち、反射部の測定面に生じるエバネッセント光を用いて測定対象の表面の形状を測定することができる。
ここで、エバネッセント光とは、例えばガラス等の高い屈折率の媒質内で光が全反射した際に、空気等の低い屈折率の媒質側にしみ出る特殊な光である。そして、測定子の出射部から出射される光は、エバネッセント光が測定対象の表面に到達する距離に応じて変化する。すなわち、受光手段は、エバネッセント光により変化する光の状態から測定対象の表面の形状を測定することができる。したがって、形状測定機は、測定対象の表面に接触することなく、測定子における測定面に生じるエバネッセント光を用いて高精度に測定対象の形状を測定することができる。
【００１０】
この際、測定対象とヘッドとの相対的な移動を制御する制御手段と、ヘッドを測定対象に対し所定の走査方向に相対的に移動させ走査させる走査手段と、を備え、制御手段は、走査手段を制御する走査制御部を備え、検出手段は、受光手段にて受光された光の強度に基づいて測定対象の表面の形状を検出することが好ましい。
【００１１】
このような構成によれば、測定子を備えるヘッドを測定対象に対し所定の走査方向に相対的に移動させ走査させる走査手段により、形状測定機は、所定の走査方向に走査させるだけで、光の強度に基づいて測定対象の表面に接触することなく、測定対象の形状を測定することができる。
【００１２】
この際、測定対象は透光性を有し、測定対象とヘッドとの相対的な移動を制御する制御手段と、ヘッドを移動することで測定子における測定面と測定対象の表面との離間を調節する離間調節手段と、を備え、制御手段は、離間調節手段を制御する離間調節制御部と、受光手段にて受光された光の強度を離間調節制御部にフィードバックするフィードバック部と、を備え、離間調節制御部は、受光手段にて受光された光の強度が所定の値よりも小さくなったとき、測定対象の表面から離れる方向にヘッドを移動させ、受光手段にて受光された光の強度が所定の値よりも大きくなったとき、測定対象の表面へ近づく方向にヘッドを移動させ、受光手段にて受光される光の強度が所定の値に維持されるように測定面と測定対象の表面との離間について離間調節手段を制御することで調節し、検出手段は、測定対象の表面に対する離間調節手段の移動量に基づいて測定対象の表面の形状を検出することが好ましい。
【００１３】
ここで、例えば空気等の低い屈折率の媒質に生じるエバネッセント光に対して、例えばガラス等の高い屈折率の媒質を近づけていくと、測定子の入射部から入射した光の一部は、高い屈折率の媒質の表面に到達したエバネッセント光を介して、高い屈折率の媒質へ伝播し透過する。このように、一方の透光性を有する素材（本発明における測定子）から、エバネッセント光を介して、他方の透光性を有する素材（測定対象）に光が透過する特性をトンネル効果という。トンネル効果により、一方の素材から他方の素材に光が透過すると、測定子の全反射面にて全反射して受光手段に到達する光の強度は減少する。
【００１４】
この特性を生かした本発明の構成によれば、測定対象は透光性を有し、形状測定機は、離間調節制御部とフィードバック部により制御される離間調節手段を備え、離間調節制御部は、受光手段にて受光された光の強度が所定の値よりも小さくなったとき、測定対象の表面から離れる方向にヘッドを移動させ、受光手段にて受光された光の強度が所定の値よりも大きくなったとき、測定対象の表面へ近づく方向にヘッドを移動させることで、受光手段にて受光される光を一定に保つことができる。そして検出手段は、測定対象の表面に対する離間調節手段の移動量に基づいて測定対象の表面の形状を検出する。
したがって、形状測定機は、測定子の測定面と測定対象の表面との離間距離を一定に保ちつつ、測定対象の表面に接触することなく光を用いて高精度に測定対象の表面の形状を測定することができる。
また、測定対象の表面に隆起や陥没などがあったとしても、形状測定機は、フィードバック部と離間調節制御部により制御される離間調節手段にて、測定子の測定面と測定対象の表面との離間距離を一定に保ちつつ測定をするため、様々な形状の測定対象に対応し、安定して測定対象の形状を測定することができる。
【００１５】
この際、光源は、レーザー光を照射するレーザー光源であることが好ましい。
【００１６】
このような構成によれば、光源は、レーザー光を照射するレーザー光源であることで、受光手段は、他の光源を用いた場合と比較して効率よく測定対象の表面を反射した光を受光することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る形状測定機を示す図
【図２】前記形状測定機を示すブロック図
【図３】前記形状測定機における測定対象の表面の形状の測定方法を示す図
【図４】前記形状測定機における測定対象の表面の形状の測定方法を示すフローチャート
【図５】本発明の第２実施形態に係る形状測定機を示す図
【図６】前記形状測定機を示すブロック図
【図７】前記形状測定機に係る測定子および測定対象の拡大図
【図８】変形例に係る形状測定機を示す図
【図９】従来の形状測定機を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態を図１から図４に基づいて説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る形状測定機１を示す図である。
図１に示すように、形状測定機１は、測定対象Ｗの表面Ｈの形状を測定するヘッド２を備え、略板状の測定対象Ｗにおける平面状の表面Ｈの形状を測定する表面形状測定機である。測定対象Ｗは、透光性を有する例えばガラスである。測定対象Ｗは、例えば車の窓ガラスであり測定中に移動しないように固定されている。形状測定機１は、測定対象Ｗであるガラスの表面Ｈの形状について光を用いて測定する。
【００１９】
ヘッド２は、測定対象Ｗの表面Ｈに向かって光を照射する光源３と、光源３と一体に移動し、測定対象Ｗの表面Ｈを介した光を受光する受光手段４と、を備える。
光源３は、レーザー光を照射するレーザー光源である。光源３にレーザー光源を用いることで、受光手段４は、他の光源を用いた場合と比較して効率よく測定対象Ｗの表面Ｈを反射した光を受光することができる。なお、光源３はレーザー光源でなくともよく、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）など、任意の光源を用いてもよい。
受光手段４には、ＰＤＡ（Photo Diode Array)が用いられる。なお、受光手段４はＰＤＡに限らず、ＰＳＤ（Position Sensitive Detector）やＣＣＤ（Charge-Coupled Device）等、測定対象Ｗの表面Ｈを反射する光を受光することができれば任意の検出器を用いてもよい。
【００２０】
ヘッド２は、光源３と受光手段４と一体に移動し、光源３と受光手段４との間に配置される透光性を有する測定子５をさらに備える。測定子５は、例えばガラスで形成されている。
測定子５は、光源３からの光を測定子５の内部に入射させる入射部５１と、入射部５１から入射した光を全反射する反射部５２と、反射部５２にて全反射した光を受光手段４に向かって出射する出射部５３と、を備える。入射部５１と反射部５２と出射部５３とは、平面状に形成されている。なお、入射部は光源からの光を測定子の内部に入射させ、反射部は入射部からの光を全反射し、出射部は反射部で反射した光を受光手段に向かって出射することができれば曲面状や波状など、どのように形成されていてもよい。また、図１を含む各図において、説明の都合上、光源３から照射され、測定子５の入射部５１から入射し、反射部５２で反射し、出射部５３から出射され、受光手段４へ向かう光の光路を実線矢印で表すことがある。
【００２１】
反射部５２は、光源３からの光を全反射する全反射面５２１と、全反射面５２１とは反対側の面であり、測定対象Ｗの表面Ｈと対向して配置される測定面５２２と、を備える。測定面５２２と測定対象Ｗの表面Ｈとの間の媒質は、測定子５と測定対象Ｗよりも低い屈折率の媒質の空気である。
ここで、測定面５２２には、入射部５１から測定子５の内部に入射した光を反射部５２の全反射面５２１で全反射することで、全反射面５２１とは反対側の空気中にエバネッセント光Ｅが生じる。
測定子５は、測定面５２２と測定対象Ｗの表面Ｈとを対向させ、測定面５２２と測定対象Ｗの表面Ｈとを離間させるとともに、エバネッセント光Ｅが測定対象Ｗの表面Ｈに到達するように配置されている。
【００２２】
また、形状測定機１は、ヘッド２を測定対象Ｗに対し所定の走査方向に相対的に移動させ走査させる走査手段６と、ヘッド２を測定対象Ｗの表面Ｈに対して略垂直な方向であるＺ方向に相対的に移動させることで測定子５における測定面５２２と測定対象Ｗの表面Ｈとの離間を調節する離間調節手段７と、を備える。
ここで、所定の走査方向とは、測定対象において、あらかじめ定められた直線方向（一次元方向）や、あらかじめ定められた平面に平行な方向（二次元方向）、例えばガラスの棒などの円柱状に形成された測定対象の表面である側面に沿った方向、例えばガラスの筒や穴など円筒状に形成された測定対象の表面である内面に沿った方向、例えばレンズやボールなど球状に形成された測定対象の表面に沿った方向のことをいう。
【００２３】
走査手段６は、本実施形態では、測定対象Ｗの表面Ｈに対して略垂直な方向であるＺ方向と直交する方向、かつ、測定面５２２と略平行な方向であるＸＹ平面方向にヘッド２を移動させ走査させる。
走査手段６および離間調節手段７は、ヘッド２を測定対象Ｗの表面Ｈに対して移動させるモータである。走査手段６は、ＸＹ平面方向にヘッド２を移動させ、離間調節手段７は、測定面５２２と測定対象Ｗの表面Ｈとの離間距離を調節しＺ方向にヘッド２を移動させるため、形状測定機１は、図１の破線矢印に示すように、ヘッド２を測定対象Ｗの表面Ｈに沿って移動させることができる。形状測定機１は、走査手段６と離間調節手段７との可動領域内で測定をすることができる。
【００２４】
なお、各図において、測定対象Ｗの表面Ｈに対して略垂直な方向と直交する方向、かつ、測定面５２２と略平行な方向であり、本実施形態において走査手段６が移動する方向（紙面左右方向）をＸ方向とし、測定対象Ｗの表面Ｈに対して略垂直な方向であり離間調節手段７の移動軸方向（紙面上下方向）をＺ方向とし、Ｘ方向およびＺ方向と直交する方向（紙面奥行方向）をＹ方向とし、以下では単にＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向として説明することがある。
【００２５】
図２は、形状測定機１を示すブロック図である。
形状測定機１は、図２に示すように、測定対象Ｗとヘッド２との相対的な移動を制御する制御手段８と、受光手段４にて受光された光に基づき測定対象Ｗの表面Ｈの形状を検出する検出手段９と、をさらに備える。
制御手段８と検出手段９は、例えばマイコン等である。なお、制御手段と検出手段は、マイコンではなく、外部接続されたパソコン等であってもよく、測定対象とヘッドとの相対的な移動を制御することができ、測定対象の形状を受光手段が受光した光に基づき検出することができれば、どのようなもので構成されていてもよい。
【００２６】
制御手段８は、走査手段６を制御する走査制御部８１と、離間調節手段７を制御する離間調節制御部８２と、受光手段４にて受光された光の強度を離間調節制御部８２にフィードバックするフィードバック部８３と、を備える。
走査制御部８１は、走査手段６を制御し、本実施形態では、ヘッド２を測定対象Ｗに対し所定の走査方向であるＸ方向に移動させ走査させる。
離間調節制御部８２は、受光手段４にて受光された光の強度が所定の値よりも小さくなったとき、測定対象Ｗの表面Ｈから離れる方向にヘッド２を移動させ、受光手段４にて受光された光の強度が所定の値よりも大きくなったとき、測定対象Ｗの表面Ｈへ近づく方向にヘッド２を移動させ、受光手段４にて受光される光の強度が所定の値に維持されるように測定面５２２と測定対象Ｗの表面Ｈとの離間について離間調節手段７を制御することで調節する。
検出手段９は、測定対象Ｗの表面Ｈに対する離間調節手段７の移動量に基づいて測定対象Ｗの表面Ｈの形状を検出する。
【００２７】
具体的には、低い屈折率の媒質である空気中に生じるエバネッセント光Ｅに対して、ガラス等の高い屈折率の媒質である測定対象Ｗを近づけていくと、測定子５の入射部５１から入射した光の一部は、測定面５２２に生じたエバネッセント光Ｅを介して測定対象Ｗへ伝播し透過する。この特性をトンネル効果という。一方の透光性を有する素材である測定子５から、エバネッセント光Ｅを介して他方の透光性を有する素材である測定対象Ｗに光を透過すると、全反射面５２１にて全反射し、出射部５３から出射して受光手段４で受光される光の強度は減少する。この際、測定子５の測定面５２２と測定対象Ｗの表面Ｈとの離間距離が狭くなるほど、測定対象Ｗを透過する光は増加し、受光手段４で受光される光の強度は減少する。離間調節制御部８２は、受光手段４にて受光された光の強度の強弱に基づいて測定面５２２と測定対象Ｗの表面Ｈとの離間距離を算出し、測定面５２２と測定対象Ｗの表面Ｈとの離間距離が一定になるようにヘッド２を移動し離間距離を調節する。受光手段４にて受光される光の強度が一定となるように離間調節制御部８２がヘッド２の移動を制御することで、検出手段９は離間調節手段７の移動量に基づいて測定対象Ｗの表面Ｈの形状を検出する。
【００２８】
図３は、形状測定機１における測定対象Ｗの表面Ｈの形状の測定方法を示す図である。具体的には、図３（Ａ）は、測定子５の測定面５２２と測定対象Ｗの表面Ｈとが一定の離間距離に保たれ、受光手段４が所定の強度の光を受光している図であり、図３（Ｂ）は、エバネッセント光Ｅのトンネル効果により測定対象Ｗに光が伝播して透過し、受光手段４が所定の強度よりも小さい強度の光を受光している図である。図４は、形状測定機１における測定対象Ｗの表面Ｈの形状の測定方法を示すフローチャートである。
以下、図３および図４を用いて、形状測定機１における測定対象Ｗの表面Ｈの形状の測定方法を説明する。
【００２９】
先ず、図３（Ａ）に示すように、形状測定機１は、測定子５の入射部５１に向かって光を照射する。入射部５１から測定子５の内部に入射した光は、反射部５２の全反射面５２１で全反射し、出射部５３から受光手段４に向かって出射される。この際、測定面５２２から空気中にエバネッセント光Ｅが発生する。
次に、図４に示すように、受光手段４は、出射部５３から出射された光を受光する受光工程を実行する（ステップＳＴ０１）。受光工程が実行されると、フィードバック部８３は、受光手段４にて受光された光の強度を離間調節制御部８２にフィードバックするフィードバック工程を実行する（ステップＳＴ０２）。
【００３０】
離間調節制御部８２は、フィードバック工程によるフィードバックに基づき受光手段４にて受光された光の強度が所定の値よりも小さいか否かを判定する（ステップＳＴ０３）。
ここで、所定の値とは、図３（Ａ）に示すように、全反射面５２１にて全反射する光のうち、破線矢印で表す少量の光が、トンネル効果によりエバネッセント光Ｅを介して測定対象Ｗに伝播して透過しているときに受光手段４にて受光される光の強度である。そして、受光手段４にて受光された光の強度が所定の値よりも小さい場合とは、図３（Ｂ）に示すように、測定対象Ｗの表面Ｈに測定面５２２が近づき離間距離が狭くなることで、図３（Ａ）のときよりもエバネッセント光Ｅを介して測定対象Ｗ内を伝播して透過する実線矢印で表す光が増加し、受光手段４にて受光される光の強度が低下する場合のことである。
【００３１】
図４に示すように、受光手段４にて受光された光の強度が所定の値よりも小さいと判定した場合（ステップＳＴ０３でＹＥＳ）、測定対象Ｗの表面Ｈに測定面５２２が近づき離間距離が狭くなっているため、離間調節制御部８２は、受光手段４にて受光される光が所定の強度の光となるまで測定対象Ｗの表面Ｈから離れる方向である＋Ｚ方向にヘッド２を移動させる（ステップＳＴ０４）。測定子５の測定面５２２と測定対象Ｗの表面Ｈとの離間距離が調節されることで、トンネル効果による測定対象Ｗを伝播して透過する光の光量が減少し、図３（Ａ）に示すように、受光手段４は、所定の強度の光を受光することができる。
【００３２】
図４に示すように、受光手段４にて受光された光の強度が所定の値よりも小さくはないと判定した場合（ステップＳＴ０３でＮＯ）、続いて、離間調節制御部８２は、受光手段４にて受光された光の強度が所定の値よりも大きいか否かを判定する（ステップＳＴ０５）。
ここで、受光手段４にて受光された光の強度が所定の値よりも大きい場合とは、エバネッセント光Ｅが測定対象Ｗの表面Ｈに到達していない場合や、エバネッセント光Ｅを介して測定対象Ｗを伝播して透過する光の光量が非常に少なく、受光手段４にて受光される光が所定の値の強度の光よりも大きい場合のことである。
【００３３】
離間調節制御部８２は、受光手段４にて受光された光の強度が所定の値よりも大きいと判定した場合（ステップＳＴ０５でＹＥＳ）、測定対象Ｗの表面Ｈから測定面５２２が離れ離間距離が大きくなっているため、測定面５２２が測定対象Ｗの表面Ｈへ近づく方向である−Ｚ方向にヘッド２を移動させる（ステップＳＴ０６）。測定子５の測定面５２２と測定対象Ｗの表面Ｈの離間距離が調節されることで、トンネル効果による測定対象Ｗを伝播して透過する光の光量が増加し、図３（Ａ）に示すように、受光手段４は、所定の強度の光を受光することができる。
【００３４】
図４に示すように、離間調節制御部８２は、受光手段４にて受光された光の強度が所定の値よりも大きくはないと判定した場合（ステップＳＴ０５でＮＯ）、受光手段４にて受光されている光の強度は所定の値であり、測定子５の測定面５２２と測定対象Ｗの表面Ｈとの離間距離を調節する必要がないため、ヘッド２を移動させず、垂直方向であるＺ方向の位置を維持する（ステップＳＴ０７）。検出手段９は、ステップＳＴ０３からステップＳＴ０７における離間調節手段７のＺ方向への移動量に基づいて測定対象Ｗの表面Ｈの形状を検出する。
形状測定機１は、走査手段６にてヘッド２を移動させた所定のタイミングにてステップＳＴ０１からステップＳＴ０７を実行し、離間調節制御部８２による測定子５の測定面５２２と測定対象Ｗの表面Ｈとの離間距離の調節の状態から、透光性を有する測定対象Ｗの表面Ｈの形状を測定する。
【００３５】
このような第１実施形態によれば、以下の作用・効果を奏することができる。
（１）ヘッド２は、光源３と受光手段４との間に配置される透光性を有する測定子５を備え、測定子５が有する入射部５１と反射部５２と出射部５３とのうち、反射部５２の測定面５２２に生じるエバネッセント光Ｅを用いて測定対象Ｗの表面Ｈの形状を測定することができる。受光手段４は、エバネッセント光Ｅにより変化する光の状態から測定対象Ｗの表面Ｈの形状を測定することができる。したがって、形状測定機１は、測定対象Ｗの表面Ｈに接触することなく、測定子５における測定面５２２に生じるエバネッセント光Ｅを用いて高精度に測定対象Ｗの表面Ｈの形状を測定することができる。
【００３６】
（２）形状測定機１は、離間調節制御部８２とフィードバック部８３により制御される離間調節手段７を備え、離間調節制御部８２は、受光手段４にて受光された光の強度が所定の値よりも小さくなったとき、測定対象Ｗの表面Ｈから離れる方向である＋Ｚ方向にヘッド２を移動させ、受光手段４にて受光された光の強度が所定の値よりも大きくなったとき、測定対象Ｗの表面Ｈへ近づく方向である−Ｚ方向にヘッド２を移動させることで、受光手段４にて受光される光を一定に保つことができる。検出手段９は、測定対象Ｗの表面Ｈに対する離間調節手段７の移動量に基づいて測定対象の表面の形状を検出する。したがって、形状測定機１は、測定子５の測定面５２２と測定対象Ｗの表面Ｈとの離間距離を一定に保ちつつ、測定対象Ｗの表面Ｈに接触することなく光を用いて高精度に測定対象Ｗの表面Ｈの形状を測定することができる。
【００３７】
（３）測定対象Ｗの表面Ｈに隆起や陥没などがあったとしても、形状測定機１は、離間調節制御部８２とフィードバック部８３により制御される離間調節手段７にて、測定子５の測定面５２２と測定対象Ｗの表面Ｈとの離間距離を一定に保ちつつ測定をするため、様々な形状の測定対象に対応し、安定して測定対象Ｗの表面Ｈの形状を測定することができる。
（４）光源３は、レーザー光を照射するレーザー光源であることで、受光手段４は、他の光源を用いた場合と比較して効率よく測定対象Ｗの表面Ｈを反射した光を受光することができる。
【００３８】
〔第２実施形態〕
以下、本発明の第２実施形態を図５から図７に基づいて説明する。なお、以下の説明では、既に説明した部分については、同一符号を付してその説明を省略する。
図５は、本発明の第２実施形態に係る形状測定機１Ａを示す図であり、図６は、形状測定機１Ａを示すブロック図である。また、図７は、形状測定機１Ａに係る測定子５および測定対象Ｗの拡大図である。具体的には、図７（Ａ）は、測定面５２２と測定対象Ｗの表面Ｈとの離間距離が狭いときを示す図であり、図７（Ｂ）は、測定面５２２と測定対象Ｗの表面Ｈとの離間距離が所定の値であるときを示す図であり、図７（Ｃ）は、測定面５２２と測定対象Ｗの表面Ｈとの離間距離が大きいときを示す図である。
【００３９】
前記第１実施形態では、形状測定機１は、離間調節手段７と、離間調節制御部８２と、フィードバック部８３と、を備えていた。また、検出手段９は、離間調節手段７の移動量から測定対象Ｗの表面Ｈの形状を検出していた。
第２実施形態では、図５および図６に示すように、形状測定機１Ａは、離間調節手段と、離間調節制御部と、フィードバック部と、を備えず、検出手段９Ａは、走査手段６によるヘッド２の移動により変化する受光手段４にて受光された光の強度に基づいて測定対象Ｗの表面Ｈの形状を検出する点で前記第１実施形態と異なる。この際、走査手段６は、走査制御部８１により、Ｘ方向を所定の走査方向としてヘッド２を移動し走査する。
【００４０】
図５に示すように、受光手段４にて受光される測定子５を介した光は、エバネッセント光Ｅの測定対象Ｗの表面Ｈへの到達距離により光の強度が変化する。すなわち、測定子５の測定面５２２と測定対象Ｗの表面Ｈとの離間距離が狭ければ、エバネッセント光Ｅを介して測定子５から測定対象Ｗに光が伝播して透過し、受光手段４にて受光される光の強度は減少し、測定子５の測定面５２２と測定対象Ｗの表面Ｈとの離間距離が広ければ、エバネッセント光Ｅを介して測定子５から測定対象Ｗに光は伝播せず、受光手段４にて受光される光の強度は、測定対象Ｗに光が伝播し透過した場合と比較して、増加する。
【００４１】
そして、測定対象Ｗの表面Ｈの形状の変化が、エバネッセント光Ｅが測定対象Ｗの表面Ｈに到達する範囲の変化である場合、図７に示すように、所定の走査方向であるＸ方向に沿って走査手段６でヘッド２を移動させることで、受光手段４にて受光される光の強度が変化する。具体的には、測定子５の測定面５２２と測定対象Ｗの表面Ｈとの離間距離が狭ければ、図７（Ａ）の実線矢印に示すように、エバネッセント光Ｅを介して測定対象Ｗに光が透過し、受光手段４で受光される光の強度は減少する。そして、測定子５の測定面５２２と測定対象Ｗの表面Ｈとの離間距離が大きければ、図７（Ｂ）の破線矢印に示すように、若しくは、図７（Ｃ）に示すように、エバネッセント光Ｅを介して測定対象Ｗに光はあまり透過せず、受光手段４で受光される光の強度は、図７（Ａ）と比較して増加する。検出手段９Ａは、エバネッセント光Ｅが測定対象Ｗの表面Ｈに到達する範囲内で生じる受光手段４にて受光される光の強度の変化から、測定対象Ｗの表面Ｈの形状を検出する。したがって、離間調節手段を用いて測定子５の測定面５２２と測定対象Ｗの表面Ｈとの離間距離の調節をしなくとも、形状測定機１Ａは、受光手段４にて受光される光の強度の変化から測定対象Ｗの表面Ｈの形状を測定することができる。
【００４２】
このような第２実施形態においても、前記第１実施形態における（１），（４）と同様の作用、効果を奏することができる他、以下の作用、効果を奏することができる。
（５）形状測定機１Ａは、測定子５を備えるヘッド２を測定対象Ｗに対し所定の走査方向であるＸ方向に相対的に移動させ走査させる走査手段６により、ヘッド２を走査方向であるＸ方向に走査させるだけで、光の強度に基づいて測定対象Ｗの表面Ｈに接触することなく、測定対象Ｗの表面Ｈの形状を測定することができる。
（６）測定対象Ｗの表面Ｈの形状の変化がエバネッセント光Ｅが到達する範囲の変化である場合、第１実施形態における離間調節手段７などを備えなくてよいため、コスト削減を図ることができる。
【００４３】
〔実施形態の変形〕
なお、本発明は、前記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば前記各実施形態では、形状測定機１，１Ａは表面形状測定機であったが、形状測定機は、表面形状測定機でなくてもよく、三次元測定機や粗さ測定機、真円度測定機などであってもよい。形状測定機がどのような測定対象を対象とする形状測定機であるか、また、どのような測定方式であるかは特に限定されるものではない。したがって、前記各実施形態におけるヘッド２は、走査手段６によりＸＹ平面方向を移動し、離間調節手段７によりＺ方向を移動していたが、ヘッドは、例えばマニュピレータの先端に設けられ、３自由度以上の自由度を有して形状測定機に設けられていてもよい。
前記各実施形態では、測定対象Ｗは透光性を有していたが、測定対象は透光性を有していなくてもよく、ガラスではなく任意の素材であってもよい。本発明における形状測定機は、例えば光を測定対象の内部まで侵入させたくない場合等にも採用することができる。
【００４４】
また、前記各実施形態では、走査手段６でヘッド２を移動し走査させることで、単一の測定対象Ｗの表面Ｈの形状を測定していたが、形状測定機は走査手段を備えていなくてもよく、ヘッドを走査させずにＸＹ方向の移動を制限し、離間調節手段を用いて測定子と測定対象とのＺ方向の離間距離の調節だけを行い、複数の同一形状の測定対象の表面を測定してもよい。
具体的には、複数の同一形状の測定対象を交換することで所定の１点、若しくは、複数点を測定し、複数の同一形状の測定対象のＺ方向の形状がそれぞれ均一かどうかを測定することができる。複数の同一形状の測定対象は、それぞれ同一のＺ方向の形状を有していなければならないところ、形状に誤差があれば、測定子と測定対象との離間距離は調節される。したがって、形状測定機は、離間調節手段によるヘッドのＺ方向への移動量から、複数の測定対象が同一形状であるか否かについて測定することができる。
【００４５】
前記各実施形態では、形状測定機１，１Ａは、エバネッセント光Ｅによるトンネル効果を利用して測定対象Ｗの表面Ｈの形状を測定していたが、トンネル効果を利用せず、エバネッセント光を用いて測定対象の形状を測定することができれば、どのような方法で測定対象の形状を測定してもよい。
要するに、形状測定機における測定子は、測定面と測定対象の表面とを離間させるとともに、全反射面と反対側の方向に向かって測定面に生じるエバネッセント光が測定対象の表面に到達するように配置され、検出手段は、受光手段にて受光される測定対象の表面に到達したエバネッセント光による光の変化に基づき測定対象の形状を検出することができればよい。
【００４６】
前記第１実施形態では、所定の値とは、図３（Ａ）に示すように、全反射面５２１にて全反射する光のうち、破線矢印で表す少量の光が、トンネル効果によりエバネッセント光Ｅを介して測定対象Ｗに伝播して透過しているときに受光手段４にて受光される光の強度であるとしていたが、測定対象に光が伝播していない状態を所定の値としてもよく、所定の値をどのように設定するかは設計事項である。
【００４７】
図８は、変形例に係る形状測定機１Ｂを示す図である。
前記各実施形態では、測定台を用いずに測定対象Ｗの表面Ｈの形状を測定していた。変形例における形状測定機１Ｂは、図８に示すように、測定対象Ｗの表面Ｈと平行方向であるＸ，Ｙ方向に移動可能な測定台Ｄ２を備え、測定台Ｄ２を走査手段としている点で前記各実施形態と異なる。
前記各実施形態では、走査手段６は、走査制御部８１によりヘッド２を測定対象Ｗに対して移動させていたが、走査手段は、実施形態同様にヘッド側を移動させてもよいし、ヘッドに対して測定対象側を相対的に移動させてもよい。すなわち、走査手段は、所定の走査方向に測定対象とヘッドとを相対的に移動させ走査させることができれば、どのように相対的に移動させてもよい。また、前記第１実施形態における離間調節手段７は、離間調節制御部８２によりヘッド２の移動を制御することで、受光手段４にて受光された光の強度における所定の値に応じて測定対象Ｗの表面Ｈからヘッド２をＺ方向へ移動させて離間を調節していたが、離間調節手段は測定台であり、離間調節制御部は、測定台を制御することで、測定対象の表面からヘッドをＺ方向へ移動させて離間を調節してもよい。
【００４８】
したがって、ＸＹＺ方向へのヘッドの移動を制限し、走査制御部は、測定台Ｄ２を走査手段として制御することでＸ，Ｙ方向へ移動させ、ヘッドに対し測定対象を所定の走査方向に相対的に移動させ走査させてもよく、離間調節制御部は、測定台Ｄ２を離間調節手段として制御することで、ヘッドを測定対象に対しＺ方向へ相対的に移動させることで測定子における測定面と測定対象の表面との離間を調節してもよい。
また、測定対象とヘッドとの相対的な移動や離間の調節は、手動によるものでもよく、形状測定機は、走査手段および離間調整手段を備えていなくてもよい。要するに、形状測定機は、受光手段にて受光される測定対象の表面に到達したエバネッセント光による光の変化に基づき測定対象の表面の形状を検出することができればよい。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
以上のように、本発明は、形状測定機に好適に利用できる。
【符号の説明】
【００５０】
１，１Ａ〜１Ｂ              形状測定機
２                          ヘッド
３                          光源
４                          受光手段
５                          測定子
５１                        入射部
５２                        反射部
５３                        出射部
５２１                      全反射面
５２２                      測定面
９，９Ａ                    検出手段
【図１】
2020173207.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2020173207.tif 000009
【図８】
2020173207.tif 000010
【図９】
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