(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ、Ｙ、Ｚ座標系を定義した装置上に置いた被測定物体の表面に対し、Ｚ軸方向に個々に移動自在な複数のプローブを接触させながら、前記複数のプローブをＸ軸方向に共に移動させて被測定物体の表面を走査し、前記各プローブのＸ、Ｙ、Ｚ方向、又はＸ、Ｙ、Ｚ方向及びＸ軸、Ｙ軸周りの回転方向の移動量を基に、被測定物体の表面の三次元形状を測定する形状測定装置において、前記複数のプローブをプローブヘッドによりＺ軸方向には個々に移動自在とすると共にＹ軸方向に並列して配置し、Ｘ軸方向には共に移動可能とし、前記複数のプローブの周辺には、前記プローブのＺ軸方向の移動量及びＸＹ面における移動量を測定するマルチ測長ヘッドを設け、法線がＸ、Ｙ軸から略４５°Ｚ軸周りに回転した方向とした２個の固定の基準平面ミラーを設け、前記複数の各プローブには法線が前記基準平面ミラーの法線と一致する位置測定用平面ミラーをそれぞれ付設し、前記マルチ測長ヘッドと前記基準平面ミラーと前記位置測定用平面ミラーとの間に生ずる移動量により、前記複数のプローブのそれぞれのＸＹ平面における位置を前記マルチ測長ヘッドにより測定することを特徴とするマルチプローブを用いた形状測定装置。
【請求項２】
前記複数のプローブをそれぞれ保持するプローブシャフトは、非接触エアーガイドによりＺ軸方向以外の自由度を拘束し、非接触なシリンダ機構を前記プローブシャフトに接続し自重分をバランスさせて被測定物体との接触力を軽減することを特徴とする請求項１に記載のマルチプローブを用いた形状測定装置。
【請求項３】
前記各プローブは被測定物体に接触する側から接触球、位置測定ミラーブロック、中空プローブシャフトの順に構成し、前記複数のプローブのＺ方向位置の測定は前記位置測定ミラーブロックの端面ミラーを用いることを特徴とする請求項１に記載のマルチプローブを用いた形状測定装置。
【請求項４】
Ｘ、Ｙ、Ｚ座標系を定義した装置上に置いた被測定物体の表面に対し、複数のプローブをＺ軸方向には個々に移動自在とすると共にＹ軸方向に並列して配置し、前記複数のプローブの周辺には、前記プローブのＺ軸方向の移動量及びＸＹ面における移動量を測定するマルチ測長ヘッドを設け、法線がＸ、Ｙ軸から略４５°Ｚ軸周りに回転した方向とした２個の固定の基準平面ミラーを設け、前記複数の各プローブには法線が前記基準平面ミラーの法線と一致する位置測定用平面ミラーをそれぞれ付設し、前記複数のプローブをＸ軸方向に共に移動させて被測定物体の表面に接触させながら走査し、前記マルチ測長ヘッドと前記基準平面ミラーと前記位置測定用平面ミラーとの間に生ずる前記各プローブのＸ、Ｙ、Ｚ方向、又はＸ、Ｙ、Ｚ方向及びＸ軸、Ｙ軸周りの回転方向の移動量を基に、前記複数のプローブのそれぞれのＸＹ平面における位置を前記マルチ測長ヘッドにより被測定物体の表面の三次元形状を測定することを特徴とするマルチプローブを用いた形状測定方法。
【請求項５】
Ｘ、Ｙ、Ｚ座標系を定義した装置上に置いた被測定物体の表面に対し、複数のプローブをＺ軸方向には個々に移動自在とすると共にＹ軸方向に並列して配置し、前記複数のプローブの周辺には、前記プローブのＺ軸方向の移動量及びＸＹ面における移動量を測定するマルチ測長ヘッドを設け、法線がＸ、Ｙ軸から略４５°Ｚ軸周りに回転した方向とした２個の固定の基準平面ミラーを設け、前記複数の各プローブには法線が前記基準平面ミラーの法線と一致する位置測定用平面ミラーをそれぞれ付設し、前記複数のプローブをＸ軸方向に共に移動させて被測定物体の表面に接触させながら走査し、前記マルチ測長ヘッドと前記基準平面ミラーと前記位置測定用平面ミラーとの間に生ずる前記各プローブのＸ、Ｙ、Ｚ方向、又はＸ、Ｙ、Ｚ方向及びＸ軸、Ｙ軸周りの回転方向の移動量を基に、前記複数のプローブのそれぞれのＸＹ平面における位置を前記マルチ測長ヘッドにより被測定物体の表面の三次元形状を測定する場合に、前記複数のプローブを一旦被測定物体の表面から離脱させ、次の測定断面位置に移動させて再び被測定物表面に接触させてその断面形状を測定することを繰り返えすことを特徴とするマルチプローブを用いた形状測定方法。
【請求項６】
前記複数のプローブはＹ軸方向にも移動して、Ｙ軸方向の測定ピッチを更に小さくすることを特徴とする請求項４又は５に記載のマルチプローブを用いた形状測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばカメラ、ビデオ、半導体製造装置等に用いられる比較的大口径のレンズ、ミラー、金型等の滑らかに連続した面形状を計測する装置であり、特に通常の干渉計では測定困難な非球面形状や大口径の球面／平面の三次元形状を計測するために好適なマルチプローブ形状測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の三次元形状測定装置は、基本的にはＺ方向の位置が測定可能な単一のプローブを、Ｘ、Ｙ方向又はｒθ方向に走査させることにより、被測定物全体の形状を測定するものが殆どである。
【０００３】
代表的な例として、特開平３−２５５９０７号公報のような測定器が知られている。この公報には、単一のプローブ装置がＸ、Ｙ方向に被測定物を走査する機構上に載置されており、プローブが被測定物表面をトレースするときのプローブのＸ、Ｙ、Ｚ位置を測定することで被測定面形状データを取得している。
【０００４】
また、複数のプローブという点では、特開平７−２９４２４２号公報に開示されるようなＺ方向に２個のプローブを有する技術が知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの従来の三次元形状測定装置においては、単一プローブで被測定面を走査するために、全面測定に時間が掛かるという問題が存在する。
【０００６】
この問題を解決するには、複数のプローブを並べればよいと考えられるが、特開平７−２９４２４２号公報に開示される複数プローブはＺ方向に並べたものであり、測定速度を上げる効果はない。
【０００７】
また、精密な三次元形状データを得るためには、現実には精密な三次元形状データを得るためには、Ｚ方向だけでなくＸ、Ｙ方向の位置も正確に知る必要がある。
【０００８】
本発明の目的は、上述の問題点を解消し、被測定物の二次元形状データを光束に保持し得るマルチプローブを用いた形状測定装置及び測定方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明に係るマルチプローブを用いた形状測定装置は、Ｘ、Ｙ、Ｚ座標系を定義した装置上に置いた被測定物体の表面に対し、Ｚ軸方向に個々に移動自在な複数のプローブを接触させながら、前記複数のプローブをＸ軸方向に共に移動させて被測定物体の表面を走査し、前記各プローブのＸ、Ｙ、Ｚ方向、又はＸ、Ｙ、Ｚ方向及びＸ軸、Ｙ軸周りの回転方向の移動量を基に、被測定物体の表面の三次元形状を測定する形状測定装置において、前記複数のプローブをプローブヘッドによりＺ軸方向には個々に移動自在とすると共にＹ軸方向に並列して配置し、Ｘ軸方向には共に移動可能とし、前記複数のプローブの周辺には、前記プローブのＺ軸方向の移動量及びＸＹ面における移動量を測定するマルチ測長ヘッドを設け、法線がＸ、Ｙ軸から略４５°Ｚ軸周りに回転した方向とした２個の固定の基準平面ミラーを設け、前記複数の各プローブには法線が前記基準平面ミラーの法線と一致する位置測定用平面ミラーをそれぞれ付設し、前記マルチ測長ヘッドと前記基準平面ミラーと前記位置測定用平面ミラーとの間に生ずる移動量により、前記複数のプローブのそれぞれのＸＹ平面における位置を前記マルチ測長ヘッドにより測定することを特徴とする。
【００１０】
また本発明に係るマルチプローブを用いた形状測定方法は、Ｘ、Ｙ、Ｚ座標系を定義した装置上に置いた被測定物体の表面に対し、複数のプローブをＺ軸方向には個々に移動自在とすると共にＹ軸方向に並列して配置し、前記複数のプローブの周辺には、前記プローブのＺ軸方向の移動量及びＸＹ面における移動量を測定するマルチ測長ヘッドを設け、法線がＸ、Ｙ軸から略４５°Ｚ軸周りに回転した方向とした２個の固定の基準平面ミラーを設け、前記複数の各プローブには法線が前記基準平面ミラーの法線と一致する位置測定用平面ミラーをそれぞれ付設し、前記複数のプローブをＸ軸方向に共に移動させて被測定物体の表面に接触させながら走査し、前記マルチ測長ヘッドと前記基準平面ミラーと前記位置測定用平面ミラーとの間に生ずる前記各プローブのＸ、Ｙ、Ｚ方向、又はＸ、Ｙ、Ｚ方向及びＸ軸、Ｙ軸周りの回転方向の移動量を基に、前記複数のプローブのそれぞれのＸＹ平面における位置を前記マルチ測長ヘッドにより被測定物体の表面の三次元形状を測定することを特徴とする。
【００１１】
更に本発明に係るマルチプローブを用いた形状測定方法は、Ｘ、Ｙ、Ｚ座標系を定義した装置上に置いた被測定物体の表面に対し、複数のプローブをＺ軸方向には個々に移動自在とすると共にＹ軸方向に並列して配置し、前記複数のプローブの周辺には、前記プローブのＺ軸方向の移動量及びＸＹ面における移動量を測定するマルチ測長ヘッドを設け、法線がＸ、Ｙ軸から略４５°Ｚ軸周りに回転した方向とした２個の固定の基準平面ミラーを設け、前記複数の各プローブには法線が前記基準平面ミラーの法線と一致する位置測定用平面ミラーをそれぞれ付設し、前記複数のプローブをＸ軸方向に共に移動させて被測定物体の表面に接触させながら走査し、前記マルチ測長ヘッドと前記基準平面ミラーと前記位置測定用平面ミラーとの間に生ずる前記各プローブのＸ、Ｙ、Ｚ方向、又はＸ、Ｙ、Ｚ方向及びＸ軸、Ｙ軸周りの回転方向の移動量を基に、前記複数のプローブのそれぞれのＸＹ平面における位置を前記マルチ測長ヘッドにより被測定物体の表面の三次元形状を測定する場合に、前記複数のプローブを一旦被測定物体の表面から離脱させ、次の測定断面位置に移動させて再び被測定物表面に接触させてその断面形状を測定することを繰り返えすことを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明を図示の実施の形態に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の第１の実施の形態を示し、床振動の伝達を回避するための除振装置１上に装置ベース２が載置され、更に装置ベース２上には、変形力が伝わらないように３点支持ブロック３を介してプローブ走査ユニットを支持する計測ベース４、及び計測基準ユニットを支持するステージベース５が載置されている。計測ベース４上には計測フレーム６が構設され、計測フレーム６に囲まれた計測ベース４上にＸ基準平面ミラー７ｘ、Ｙ基準平面ミラー７ｙが設けられ、これらのＸ、Ｙ基準平面ミラー７ｘ、７ｙの上方にＺ基準平面ミラー７ｚが配置されている。
【００１８】
また、計測フレーム６内にはＹ方向に並んだ多数のプローブを有するマルチプローブヘッド８が、後述する手段により移動自在に支持されている。更に、Ｘ、Ｙ、Ｚ基準平面ミラー７ｘ、７ｙ、７ｚで囲まれた計測ベース４上に、雇い９に保持されて被測定物Ｗが置かれている。
【００１９】
一方、ステージベース５上には、マルチプローブヘッド８をＸ方向に移動するためのＸステージ１０ｘ、マルチプローブヘッド８をＺ方向に移動するためのＺステージ１０ｚ、マルチプローブヘッド８をＺステージ１０ｚに固定するためのプローブアーム１１が設けられている。また、プローブアーム１１の先端には各方向位置を検出するためのマルチ測長ヘッド１２も取り付けられている。
【００２０】
マルチ測長ヘッド１２は３個の測長ヘッド１２ｘ、１２ｙ、１２ｚが搭載されており、それぞれＸ基準平面ミラー７ｘ、Ｙ基準平面ミラー７ｙ、Ｚ基準平面ミラー７ｚと後述するプローブシャフトに取り付けた反射面との距離を、例えばレーザー光を用いてプローブ毎に測定する。
【００２１】
３枚の基準平面ミラー７ｘ、７ｙ、７ｚのうち、Ｚ基準平面ミラー７ｚはＺ軸と法線が平行になるように計測フレーム６に取り付けられているが、Ｚ軸と直交するＸ、Ｙ軸の基準平面ミラー７ｘ、７ｙは、Ｘ、Ｙ軸とは法線が約４５度傾いた状態で取り付けられている。この理由は、後述するようにマルチプローブヘッド８のプローブがＹ軸方向に並んでいるために、Ｘ、Ｙ軸に一致したミラー配置とすると、各プローブのＹ方向変位が測定不能となってしまうためである。
【００２２】
Ｘ、Ｙ、Ｚ基準平面ミラー７ｘ、７ｙ、７ｚ、被測定物Ｗは、この構造において測定時間内に互いの位置関係や面形状が変化しないと見倣されるようになっている必要があるため、例えば計測ベース４、計測フレーム６、Ｘ、Ｙ、Ｚ基準平面ミラー７ｘ、７ｙ、７ｚ等は、低熱膨張材料であるスーパーインバや低熱膨張鋳物や低熱膨張ガラスセラミックス等で製作されている。また、機械的な振動、変形を回避するために、計測ベース４、計測フレーム６等は十分な剛性を持った材料及び構造に設計されている。
【００２３】
図２はマルチプローブヘッド８の構成図である。マルチプローブヘッド８には、エアーベアリング２１を介して個々にＺ軸方向に移動可能な複数本のプローブシャフト２２がＹ軸方向に並べて取り付けられ、各プローブシャフト２２の下部にはＸＹ方向位置測定ミラーブロック２３が、Ｚ軸廻りに４５度回転した方位に精密に取り付けられている。各ミラーブロック２３には基準平面ミラー７ｘ、７ｙ方向に向くＸ、Ｙ測定反射面２４ｘ、２４ｙが設けられ、ミラーブロック２３の先端に接触球２５が固定されている。接触球２５は高精度に製作され、接着・真空吸着・磁石吸着等の手段でミラーブロック２３に装着されている。そして、各プローブシャフト２２の上端には、Ｚ方向の測定反射面２４ｚが取り付けられている。
【００２４】
また、プローブ自重を補佐して小さな接続圧となるように、プローブシャフト２２の上部にはコネクタ部材２６を介してミニチュアシリンダ２７が連結されており、ピストン２８がシリンダ２９に対して非接触で上下動するようにされている。なお、シリンダ２９には圧縮空気供給口３０が設けられている。
【００２５】
ミニチュアシリンダ２７においては、測定時はピストン断面積×供給ゲージ圧で計算される力が、プローブシャフト２２とピストン２８に掛かる総重量よりも稍々弱くなるように供給圧を調整して、所望の接触圧が得られるようにし、待避時にはピストン断面積×供給ゲージ圧で計算される力が、プローブシャフト２２とピストン２８に掛かる総重量よりも強くなるように、供給圧を切換えて全プローブシャフト２２を最上端まで引き上げる動作を実現している。
【００２６】
図３、図４、図５は測定動作の説明図であり、図３はＺ軸上から計測ユニットを見た正面図であり、Ｘ、Ｙ基準平面ミラー７ｘ、７ｙと被測定物Ｗ、マルチプローブヘッド８、測長ヘッド１２ｘ、１２ｙを示している。いま、マルチプローブヘッド８中のＡで示す１つのプローブシャフト２２に着目し、最初の測定値としてＹ基準平面ミラー７ｙとＡとの距離Ｖ１、Ｘ基準平面ミラー７ｘとＡとの距離Ｕ１が得られたとし、その後にＸステージ１０ｘを動作させてプローブヘッド８を点線の位置まで移動させたときの測定値として、基準平面ミラー７ｙと移動後のＡ'との距離Ｖ２、基準平面ミラー７ｘとＡ’との距離Ｕ２が得られたとする。
【００２７】
このとき、位置Ａに対するプローブヘッド８のＸ、Ｙ方向移動距離Ｘｍ、Ｙｍは、
Ｘｍ＝（Ｕ２−Ｕ１）・ｃｏｓθ＋（Ｖ２−Ｖ１）・ｓｉｎθ
Ｙｍ＝（Ｖ２−Ｖ１）・ｃｏｓθ＋（Ｕ２−Ｕ１）・ｓｉｎθ
と表される。ただし、θはＸＹ座標軸に対するＸ、Ｙ基準平面ミラー７ｘ、７ｙの配置角度であり、θ＝４５°の場合は次のようになる。
Ｘｍ＝（１／√２）／{(Ｕ２−Ｕ１）＋（Ｖ２−Ｖ１)}
Ｙｍ＝（１／√２）／{(Ｖ２−Ｖ１）＋（Ｕ２−Ｕ１)}
【００２８】
このような測定及び計算が全てのプローブシャフト２２について実施され、プローブ走査毎の移動量Ｘｍ、Ｙｍが計測される。
【００２９】
図４はＸ軸方向から計測ユニットを見た平面図であり、計測ベース４、被測定物Ｗ、マルチプローブヘッド８、測長ヘッド１２ｚ、Ｚ基準平面ミラー７ｚ、計測フレーム６等を示している。接触球２５を被測定物Ｗに接触させるときは、図５（ａ）に示すようにマルチプローブヘッド８をＺステージ１０ｚを用いてＺ方向に持ち上げた状態から、図５（ｂ）に示すように個々にＺ方向に下降させて被測定物Ｗに接触球２５を接触させることで、プローブヘッド８の降下による被測定物Ｗの損傷を回避している。このとき、各プローブシャフト２２はそれぞれがミニチュアシリンダ２７により自重が平衡されており、小さな接触圧で被測定物Ｗに接触させることが可能である。
【００３０】
被測定物Ｗ上に存在するプローブシャフト２２を全て接触させたときのＺ基準平面ミラー７ｚと各プローブシャフト２２の上端との移動距離Ｚｍを、測長ヘッド１２ｚを用いて測定することで、被測定物Ｗの１断面の測定が一度に完了する。なお、図４に示すラインＢはＸ、Ｙ方向の計測をしている光線の高さである。
【００３１】
図６は本実施の形態における測定フローチャート図を示す。最初に初期化動作として、装置固有のデータ読込、被測定物の固有のデータ読込又は入力、ステージ位置初期化、測長ヘッドのカウンタリセット、測定条件入力等を実施する。
【００３２】
測定ベース４上に被測定物Ｗを載置した後に測定開始指令を出力すると、プローブシャフト２２を被測定物Ｗとの接触がない安全位置まで上昇させてから、最初の断面測定位置までＸステージ１０ｘを移動させる。
【００３３】
被測定面の測定方法には、先述のように１ラインに接触させた後に、Ｘステージ１０ｘを用いてプローブシャフト２２を接触させたまま、Ｘ方向に走査する連続測定モード（Ａ）と、一旦図５（ａ）に示すように接触を解除してからＸ方向に移動し、再度接触させるという離散測定モード（Ｂ）がある。
【００３４】
連続測定モード（Ａ）はＸ方向に細ピッチでデータを取る場合に適しており、測定時間も短くて済むが、被測定物Ｗに傷を付けたり、被測定物Ｗ上のコンタミネーションを拾う可能性が高い。
【００３５】
これに対し、離散測定モード（Ｂ）は被測定物Ｗに傷を付ける可能性は少ないが、データ点数を細かく取るためには時間が掛かる。これらのモード（Ａ）、（Ｂ）は測定データの必要性に応じて予めユーザが選択することになる。連続測定モード（Ａ）の場合に、プローブシャフト２２を下降させて被測定物Ｗの表面に接触させた後に、Ｘ、Ｙ、Ｚデータを全プローブシャフト２２について取得する。
【００３６】
必要であれば、データ取得を繰り返して平均化を始めとするフィルタ処理を実施し、１ライン分のデータとしてメモリ保存し、プローブシャフト２２を被測定物Ｗに接触させたままＸ方向に移動させ、再びＸ、Ｙ、Ｚデータを全プローブシャフト２２について取得する。必要であれば、データ取得を繰り返して平均化を始めとするフィルタ処理を実施し、１ライン分のデータとしてメモリ保存するという動作を、Ｘステージ１０ｘが予め定めた測定範囲を走査し終わるまで繰り返し、走査完了するとプローブシャフト２２は上昇端まで移動する。
【００３７】
離散測定モード（Ｂ）の場合に、プローブシャフト２２を下降させて被測定物Ｗの表面に接触させた後に、Ｘ、Ｙ、Ｚデータを全プローブシャフト２２について取得する。必要であれば、データ取得を繰り返して平均化を始めとするフィルタ処理を実施し、１ライン分のデータとしてメモリ保存し、一旦プローブシャフト２２を上昇させて被測定物Ｗとの接触を解除した後に、Ｘステージ１０ｘを次の目標位置まで移動させる。
【００３８】
再び、プローブシャフト２２を下降させて被測定物Ｗの表面に接触させた後に、Ｘ、Ｙ、Ｚデータを全プローブシャフト２２について取得し、必要であればデータ取得を繰り返して平均化を始めとするフィルタ処理を実施し、１ライン分のデータとしてメモリ保存するという動作を、Ｘステージ１０ｘが予め定めた測定範囲を走査し終わるまで繰り返し、走査完了するとプローブシャフト２２は上昇端まで移動する。
【００３９】
何れのモードで測定したかに拘わらず、データを取り終えた後に測定データ処理を実施する。先ず、測定データ補正処理として、予め取得されているＸ、Ｙ基準平面ミラー７ｘ、７ｙの形状補正値をＸ、Ｙ位置に応じて適切な補間をして実施し、次に各プローブシャフト２２の先端に付されている接触球２５の中心位置と、各プローブシャフト２２のＸ、Ｙ測定反射面２４ｘ、２４ｙとの位置補正を実施し、次に被測定物Ｗの面傾斜角度に応じた接触位置の補正を実施し、更にＸ、Ｙ、Ｚ基準平面ミラー７ｘ、７ｙ、７ｚに対する直交度の補正を実施する。
【００４０】
補正の完了したデータは次のデータ処理として、設計形状からの誤差算出のために６自由度の空間データフィッティングを実施して、被測定物Ｗの載置位置、姿勢によらない形状誤差を算出する。更に必要に応じて、Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式等直交多項式フィッティングや、近似関数へのフィッティング等を実施して形状誤差の特徴量を算出したり、グラフィック表示のための処理を実施する。
【００４１】
これらの処理結果をモニタ画面上に表示したり、プリンタに出力したり、ストレージデバイスに保存してネット被測定物のを介して、他のコンピュータから自在にデータ利用できるようにして１回の測定が完了する。
【００４２】
図７は第２の実施の形態を示し、この第２の実施の形態は第１の実施の形態に対し、プローブシャフト２２をＹ軸方向に移動させるＹステージ１０ｙが計測基準ユニットに付加されており、その他の構成は全く第１の実施の形態と同様である。
【００４３】
第１の実施の形態では、Ｙ軸方向の測定ピッチはプローブシャフト２２の間隔で決定されてしまうが、本実施の形態のようにＹ軸方向に移動するＹステージ１０ｙを設けることにより、第１の実施の形態で示したような測定をＹ軸方向に移動させて繰り返し行えば、Ｙ軸方向にも任意の細ピッチで測定が可能となり、Ｙ方向の測定範囲も拡大される。
【００４４】
図８は第３の実施の形態を示し、第１の実施の形態のプローブ構造において、Ｚ方向の測定反射面２４ｚをプローブシャフト２２の端面ではなく、より接触球２５に近いＸ、Ｙ方向位置測定用ミラーブロック２３の上端面に設けられており、プローブシャフト２２は光透過孔３１を有する中空構造とされ、測長ヘッド１２ｚとＺ測定反射面２４ｚ間をレーザー光が通過するようにされている。
【００４５】
このように、接触球２５に近い点を測定することにより、プローブシャフト２２の熱膨張による誤差が小さくなる効果がある。更に、ミラーブロック２３の３つのＸ、Ｙ、Ｚ測定反射面２４ｘ、２４ｙ、２４ｚの直角度を部品レベルで保証することで、Ｘ、Ｙ、Ｚ基準平面ミラー７ｘ、７ｙ、７ｚとの調整が容易になるという効果がある。
【００４６】
また、プローブシャフト２２を中空とせず、屈折率ｎの透明な材料で製作することも可能であるが、この場合はこの透明シャフトの熱膨張変位をＥｚとしたときに、（ｎ−１）×Ｅｚの計測誤差が発生する。
【００４７】
図２、図８に示したプローブ構造では、自重バランスとして記述したミニチュアシリンダ２７だけでなく、ばね、浮力、電磁気力、静電気力、重力等様々な手法を利用して平衡させることができることは自明であるし、自重バランス機構そのものはプローブ自重が軽量で被測定物Ｗの剛性が高く、押し込み変形量が測定精度に対して無視できるときは不要の場合もある。また、ミニチュアシリンダ２７はプローブシャフト２２と並列に配置しているが、当然ながら同軸上に構成することも可能である。
【００４８】
図１、図７に示した構成例では、マルチプローブヘッド８をＸ、Ｚ方向、又はＸ、Ｙ、Ｚ方向に動かすステージ装置を説明したが、その一部又は全部の機能を計測基準ユニット側に持たせることも設計事項として可能である。
【００４９】
図４には、Ｘ、Ｙ方向の測定高さＢのラインを示しているが、Ｘ、Ｙ方向の測定を適切なスパンＳを持たせた異なるＺ方向高さで測定する測長ヘッドを付加することで、プローブシャフト２２のＸ、Ｙ軸周りの回転量、即ち軸倒れも測定可能であり、この倒れ量を補正することで更に正確は接触球２５の位置が計測され、測定精度が向上する。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係るマルチプローブを用いた形状測定装置及び測定方法は、Ｘ、Ｙ、Ｚ位置をマルチプローブで一度に測定することで測定精度を低下させることなく、大幅な測定時間の短縮が可能となる。
【００５１】
また更に、複数のプローブを１列に並べ、複数プローブを被測定物に接触させたときのこれらの位置を測定することで被測定物の一次元形状データを取得し、複数プローブユニットをその並びと直交方向に走査を行うようにすれば、被測定物の三次元形状データを高速に取得できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態の構成図である。
【図２】マルチプローブ部分の構成図である。
【図３】測定状態の説明図である。
【図４】測定状態の説明図である。
【図５】測定状態の説明図である。
【図６】測定フローチャート図である。
【図７】第２の実施の形態の構成図である。
【図８】第３の実施の形態のマルチプローブ部分の構成図である。
【符号の説明】
１  除振装置
２  装置ベース
４  計測ベース
７  基準平面ミラー
８  マルチプローブヘッド
１０  Ｘステージ
１２  マルチ測長ヘッド
２１  エアーベアリング
２２  プローブシャフト
２３  ＸＹ位置測定ミラーブロック
２４  反射面
２５  接触球
２５  コネクタ部材
２７  ミニチュアシリンダ
Ｗ  被測定物
【図１】
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【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】
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【図８】
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