(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プローブを被測定物に対して倣い走査するとともに前記プローブの位置を計測することで前記被測定物の形状を測定する形状測定装置であって、
定盤に設けられた一対のフレームによって支持された第一のガイドと、
前記第一のガイドに対し、前記第一のガイドの長手方向に移動可能に設けられた第一のスライダと、
前記第一のガイドの長手方向と交差する方向が長手方向となるように、前記第一のスライダに設けられた第二のガイドと、
前記第二のガイドに対し、第二のガイドの長手方向に移動可能に設けられた第二のスライダと、
第二のスライダに設けられたプローブと、
前記第二のガイドに対する第二のスライダの位置を計測するＺ軸スケールと、
前記第一のガイドの長手方向に沿った方向に対する前記第一のスライダの位置を計測する前記定盤に設けられた第一のスケールと、
を備えることを特徴とする形状測定装置。
【請求項２】
前記第一のガイドに対して前記第一のスライダが全拘束する構成を備えたことを特徴とする請求項１に記載の形状測定装置。
【請求項３】
前記第一のスケールは、前記第一のガイドを前記定盤に対して鉛直方向に射影した領域の内側であって、前記第一のガイドの長手に沿って配置したことを特徴とする請求項１または２に記載の形状測定装置。
【請求項４】
前記第一のスケールを読み込むスケールヘッドは前記第一のスライダに対して設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の形状測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レンズに代表される光学素子等の構造物の三次元形状を測定する三次元形状測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に光学素子、特に非球面レンズの表面形状を測定するとき、接触式又は非接触式のプローブをレンズ表面に倣い走査させるとともにプローブの位置を計測することで、光学素子の表面の形状を精密に測定することができる形状測定装置が知られている。
【０００３】
形状測定装置は、以下の２つの軸持った門型のステージを持っているものが知られている。
【０００４】
具体的には、ワークの表面に対してプローブを倣い走査させるための第一の軸と、第一の軸における所望の位置でワークの表面に対してプローブの先端を位置決めさせるための第二の軸である。
【０００５】
図５に従来の一般的な門型の形状測定装置を示す。図５において、装置ベース５０１、測定対象であるワーク５１０、接触式プローブ５０９が描かれており、形状測定を行う際には接触式プローブ５０９はワーク５１０の表面に接して倣い走査させる。
【０００６】
装置ベース５０１に対して固定された二つのフレーム５０２によって支持されたＸ軸ステージガイド５０３が設けられており、Ｘ軸ステージガイド５０３の長手方向に沿ってＸ軸ステージスライダ５０６が移動可能に設けられている。
【０００７】
５０７はＺ軸ステージガイドであり、前記Ｘ軸ステージスライダ５０６に対して交差する方向に搭載されている。
【０００８】
Ｚ軸ステージスライダ５０８は接触式プローブ５０９をワーク５１０の表面に位置決めさせるためのＺ軸方向にスライドする機能を有している。図５の場合Ｚ軸方向、すなわち紙面の上下方向に移動する。
【０００９】
Ｘ軸スケール５０４がＸ軸ステージガイド５０３に設けられており、Ｘ軸ステージスライダ５０６がＸ軸ステージガイド５０３を移動した位置を計測する。
【００１０】
Ｚ軸ステージガイド５０７には、Ｚ軸ステージスライダ５０８のＺ軸方向位置を計測する図示しないＺ軸スケールを搭載している。
【００１１】
図５の装置において、接触式プローブ５０９をワーク５１０に接触させ、Ｘ軸ステージガイド５０３に搭載されたＸ軸ステージスライダ５０６をＸ軸方向に移動させることで、接触式プローブ５０９をワーク５１０に対して倣い走査させる。
【００１２】
倣い走査の際には、Ｚ軸ステージスライダ５０８を駆動して接触式プローブ５０９がワーク５１０の表面を倣う様に制御する。このときＸ軸ステージスライダ５０６の位置をＸ軸スケール５０４にて計測し、Ｚ軸ステージスライダ５０８の位置をＺ軸スケールで計測することによって、ワーク５１０の表面形状を測定することができる。
【００１３】
一方、ワークがレンズ等の光学素子の場合、例えば可視光の波長を５００ｎｍ程度とすると、形状測定の精度を１０ｎｍオーダーで達成する必要がある。
【００１４】
しかし、この方法では高精度な形状測定が難しいと言う課題があった。すなわち、Ｘ軸スケール５０４がＸ軸ステージガイド５０３に搭載されている構成をとっているため、Ｘ軸ステージガイド５０３が温度変化や重量変化などで変形すると、測定結果に悪影響を及ぼすことがあった。すなわち、ステージガイドの変形によってＸ軸スケール５０４をも変形し、正しい位置が測定できないという課題があった。
【００１５】
さらに接触プローブ５０９の先端位置とＸ軸スケール位置に距離があるためアッベ誤差によりさらに高精度な形状測定が困難であるという課題があった。
【００１６】
そこで、こうした問題を改善し、測定精度を向上させる測定装置が特許文献１に示されている。
【００１７】
図６（ａ）は特許文献１記載の三次元測定機であり、前述の一般的な形状計測装置の構成を備えている。除振台の上には、定盤がその上面をベース面として水平面と一致するように載置され、この定盤の両側端から立設されたビーム支持体の上端でＸ軸方向に延びるビーム６１４を支持している。ビーム６１４にはスケール６２１が装着されている。スケール６２１は、それが取り付けられる固定要素との間の熱膨脹差による熱応力や歪みの発生を防止するため、その一部のみを固定し、他の部分は固定要素に対してフリー状態となるように装着される。
【００１８】
具体的には図６（ｂ）に示すように、スケール６２１はビーム６１４に固定される複数の挟持部６３１によってのみ支持され、他の部分はフリー状態に構成されている。挟持部６３１には、針状又は球状のコロ軸受（ニードル・ローラー・ベアリング）６３２が配置されており、これによりスケール６２１は、挟持部６３１に対してその長手方向の移動に対する摩擦係数の低減を図った状態で支持される。そして、スケール６２１の一端は、固定部材６３３によって固定される。以上のような機構によってビーム６１４の変形によるスケール６２１の変形を低減している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】特開２００１−０２１３０４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
しかしながら特許文献１記載の技術では、スケールの固定方法が複雑であり、かつフリー状態の部分が大きいため、小さな衝撃でスケールがずれてしまうといった問題がある。また、スケールは依然としてビームに設けられているため、ビームの変形にともなってスケール自体が変形することによる誤差の低減には限界があった。そこで、本発明は簡便な構成で高い精度の形状計測が可能となる形状測定装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記目的を達成するための本発明は、
プローブを被測定物に対して倣い走査するとともに前記プローブの位置を計測することで前記被測定物の形状を測定する形状測定装置であって、
定盤に設けられた一対のフレームによって支持された第一のガイドと、
前記第一のガイドに対し、前記第一のガイドの長手方向に移動可能に設けられた第一のスライダと、
前記第一のガイドの長手方向と交差する方向が長手方向となるように、前記第一のスライダに設けられた第二のガイドと、
前記第二のガイドに対し、第二のガイドの長手方向に移動可能に設けられた第二のスライダと、
第二のスライダに設けられたプローブと、
前記第二のガイドに対する第二のスライダの位置を計測するＺ軸スケールと、
前記第一のガイドの長手方向に沿った方向に対する前記第一のスライダの位置を計測する前記定盤に設けられた第一のスケールと、
を備えることを特徴とする形状測定装置
である。
【発明の効果】
【００２２】
これらによって、第一のガイドが熱又は荷重等によって変形しても第一のスケールは変形を抑えることができ、正しい測定が可能となる。
【００２３】
以上のような効果によって、本発明を実施した三次元形状測定装置は高精度な形状測定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本実施例の三次元形状測定装置の斜視図
【図２】本実施例にかかる図１に示した三次元形状測定装置の側面図
【図３】本実施例にかかる図１に示した三次元形状測定装置の正面図
【図４】本実施例の三次元形状測定装置における形状測定プログラムのシーケンスを示す図
【図５】従来の一般的な門型の形状測定装置を示した正面図
【図６】従来技術におけるスケールの変形を抑制する手法を説明する図
【発明を実施するための形態】
【００２５】
（実施例１）
次に、本発明のひとつの三次元形状測定装置の実施形態について、図を参照して説明する。
【００２６】
図１は三次元形状測定装置の構成を示す斜視図であり、図２は三次元形状測定装置の側面図（断面図）、図３は三次元測定装置の正面図である。図２（ａ）は本実施例の三次元形状測定装置においてＸ軸スケールを２つ用いた場合の構成図を示しており、図２（ｂ）はＸ軸スケールを１つ用いた場合の構成図を示している。図２（ｂ）に示した三次元形状測定装置は図２（ａ）で示した三次元形状測定装置と異なる構成の部分の要部のみ描かれており、不図示の部分は同様の構成である。
【００２７】
図１、図２及び図３において、１００は三次元形状測定装置、１０１は定盤、１０２は装置本体に振動が伝搬することを抑制する役割を持つ除振台、１０３は装置本体全体を支える架台であり、定盤の四隅に設けられている。
【００２８】
１０４はフレーム、１０５はＸ軸ステージガイドである。フレーム１０４は一対あり、定盤１０１の上に設置されＸ軸ステージガイド１０５の両端を支持している。
【００２９】
Ｘ軸ステージガイド１０５に搭載されていてＸ軸方向に移動が可能であるＸ軸ステージスライダ１２１は、Ｚ軸ステージガイド１０６を搭載している。さらにＺ軸ステージスライダ１０７がＺ軸ステージガイド１０６に搭載されていて、Ｘ軸ステージガイドの長手方向に対して交差する方向であるＺ軸方向に移動が可能である。
【００３０】
Ｘ軸ステージガイド１０５には図示していない駆動モータ、たとえばシャフトモーターなどにてＸ軸ステージスライダ１２１をＸ軸方向に移動させる機構が搭載されている。
【００３１】
このような構成をとることにより、Ｘ軸ステージガイドの長手方向に対してＸ軸ステージスライダ１２１は移動可能に構成されている。
【００３２】
Ｚ軸ステージガイド１０６には図中の上下方向、すなわちＺ軸方向にＺ軸ステージスライダ１０７を駆動する図示していない駆動モータ、たとえばリニアモーターなどが搭載されている。更にＺ軸ステージスライダ１０７のＺ軸方向位置を計測する図示していないスケールが組み込まれている。
【００３３】
Ｘ軸スケールフレーム１１３は装置定盤１０１の上に設置されており、第一のＸ軸スケール１１４を支持している。
【００３４】
第一のＸ軸スケール１１４及びＸ軸スケールフレーム１１３が配置される位置として好ましいのは、Ｘ軸ステージガイド１０５を定盤に対して鉛直方向に射影した領域の内側であって、Ｘ軸ステージガイド１０５の長手方向に沿った位置である。
【００３５】
詳述すると、第一のＸ軸スケール１１４はＸステージガイド１０５における長手方向の中心線（Ｘステージガイドの断面における重心、あるいは中心を通る長手方向の横断線）を、定盤１０１の表面に射影したラインに沿って配置されているとよい。
【００３６】
さらには、図１および図２（ａ）に描かれているように、第一のＸ軸スケールに沿って、第二のＸ軸スケール１１６と、第二のＸ軸スケール１１６を支えるＸ軸スケールフレーム１１５を設けても良い。Ｘ軸スケールフレーム１１５は、装置定盤１０１の上に設置され第二のＸ軸スケール１１６を支持している。
【００３７】
第一のＸ軸スケールを読み込み、位置を計測するための第一のスケールヘッド１１７と、第一のＸ軸スケールヘッド１１７を支える第一のＸ軸スケールヘッドフレーム１１８がＸ軸ステージガイドに設けられている。第一のＸ軸スケールヘッドフレーム１１８は、Ｘ軸ステージスライダ１２１の下部に設置され、第一のＸ軸スケールヘッド１１７を支持している。
【００３８】
さらに第二のＸ軸スケールを三次元形状測定装置に搭載する場合は、第二のスケールヘッド１１９、第二のＸ軸スケールヘッドフレーム１２０がＸ軸ステージスライダ１２１に設けられる。
【００３９】
第二のＸ軸スケールヘッドフレーム１２０は、Ｘ軸ステージスライダ１２１の下部に設置され、第二のＸ軸スケールヘッド１１９を支持している。
【００４０】
上述の図２（ａ）の構成において、複数対のスケールおよびスケールヘッドを利用しているため、より精度の高い計測が可能となる。一方で使用者は、図２（ｂ）に示したように一対のスケールヘッドとスケールを配置した三次元形状測定装置を使ってももちろん良い。
【００４１】
図３（ａ）は三次元形状測定装置を正面（Ｙ軸の正方向を見込む方向）から見た図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）で示した三次元形状測定装置におけるスケールとスケールヘッドの配置を描いた図である。図３（ｂ）に示すようにＸ軸スケールヘッドフレーム１１８を介してＸ軸ステージスライダに対して固定されたスケールヘッドが、プローブの走査に伴って、Ｘ軸スケールフレームを介して定盤１０１に対して固定されたスケールを読みとる構成となっている。スケールヘッドの読み取り方式は、磁気式や光学式など使用者が用途に応じて任意に決めて良い。
【００４２】
Ｘ軸ステージガイド１０５、第一のＸ軸スケール１１４並びに第二のＸ軸スケール１１６及び装置定盤１０１は、図３（ａ）に示す様な位置に配置されている。
【００４３】
すなわち、Ｘ軸ステージガイド１０５、第一のＸ軸スケール１１４の中央部が、装置定盤１０１の中央部分に位置するように配置されている。
【００４４】
また、図３（ａ）に描かれているように三次元形状測定装置を正面から見たとき、第一のＸ軸スケール１１４は以下の配置が好ましい。すなわち、Ｘ軸ステージガイド１０５の重心あるいはＸ軸ステージガイド１０５の長手方向の中心を概略通過するＺ軸方向の鉛直線（図３（ａ）の紙面、縦に引かれた線）に対して、概ね線対象に配置するとよい。
【００４５】
Ｘ軸ステージガイド１０５とＸ軸ステージスライダ１２１、及びＺ軸ステージガイド１０６とＺ軸ステージスライダ１０７は、リニアタイプのエアーベアリングによってスライド可能な構成をとっている。またＸ軸ステージスライダ１２１には多孔質パットが配置され、Ｘ軸ステージガイド１０５とＸ軸ステージスライダ１２１は全拘束タイプのエアーベアリングとして構成されている。全拘束とは図２（ａ）に描かれているように、Ｘステージガイドに対して周方向を１周してＸ軸ステージスライダ１２１を拘束することを意味している。
【００４６】
このような強固な構成をとることで、Ｘ軸ステージスライダ１２１の歪（Ｚ軸ステージガイド１０６の自重等で生じる）の影響を抑制できる。
【００４７】
接触式プローブ１０８を構成する接触子が板バネで支持されており、ワーク１０９の表面に接触したときに板バネのたわみ量でワーク１０９に対する接触子の接触圧を調節することができる。
【００４８】
接触式プローブ１０８に関しては、Ｚ軸ステージスライダ１０７がストロークの中心位置と、接触式プローブ１０８の先端と第一のＸ軸スケール１１４（並びに第二のＸ軸スケール１１６）のＺ方向高さを概略同じに設置されるとなお良い。
【００４９】
すなわちこのような構成によって、計測におけるアッべ誤差が低減されるので良い。
【００５０】
なお、接触子に加わる圧力を計測するために、接触子には図示していない変位センサーが搭載されている。
【００５１】
接触式プローブ１０８の接触子をワーク１０９に接触させて変位センサーの変位量が一定値を指示するようにＺ軸ステージ１０７のＺ軸位置を制御することで板バネのたわみ量を一定にすることが可能となる。これによって、ワーク１０９に対する接触子の接触圧を一定に制御することができる。
【００５２】
ワーク１０９を傾けることができるティルトステージ１１０は、互いに概略直交方向にティルトが可能なように２軸のティルトステージとして構成されている。ＸＹステージ１１１は、ワーク１０９及びティルトステージ１１０を互いに概略直交方向に平行移動させることができる。θ回転ステージ１１２はＸＹステージ１１１及びティルトステージ１１０及びワーク１０９を、割り出し又は回転移動させることができる。
【００５３】
図１に描かれた電装ラック１２２は三次元形状測定装置の駆動系、すなわちＸ軸ステージスライダ１２１、及びＺ軸ステージスライダ１０７を駆動させるためのドライバーを搭載している。さらに電装ラック１２２には、上述の２軸のティルトステージ１１０、ＸＹステージ１１１及びθ回転ステージ１１２を駆動させるためのドライバーも搭載している。
【００５４】
さらに電装ラック１２２は第一のＸ軸スケール位置を読みとる第一のＸ軸スケールヘッド１１７からの測定データ、（及び第二のＸスケール位置を読みとる第二のスケールヘッド１１９からのデータ）を取り込むボードを搭載している。また、Ｚ軸ステージガイド１０６に組み込まれた図示していないスケールからのデータを取り込むボードも搭載している。また電装ラック１２２は接触子に搭載している図示していない変位センサーからのデータを取り込むボードも搭載している。
【００５５】
三次元形状測定装置の制御部としての制御用コンピュータ１２３はＸ軸ステージスライダ１２１及びＺ軸ステージスライダ１０７の移動位置等を電装ラック１２２に搭載の各ドライバーに指令するプログラムを搭載している。
【００５６】
また、ティルトステージ１１０、ＸＹステージ１１１及びθ回転ステージ１１２の移動位置等を電装ラック１２２に搭載の各ドライバーに指令するプログラムも搭載している。また、制御用コンピュータ１２３は電装ラック１２２のデータ取り込みボードから各スケールや変位センサーのデータを取り込むプログラムも搭載している。
【００５７】
図１では制御用コンピュータは独立して示しているが、電装ラック１２２に設けたメモリ部にプログラムを組み込むことも可能である。
【００５８】
データ処理用コンピュータ１２４ではマンマシンインターフェイスの機能も備えている。データ処理用コンピュータ１２４は測定条件パラメータなどを管理する。管理する測定条件として、測定範囲、測定回数、測定速度、測定種類、被測定物の設計値形状などがある。これらのパラメータを処理して測定手順データとし、測定パラメータと共に制御用コンピュータ１２３に送る測定プログラムを搭載している。また、データ処理用コンピュータ１２４は各スケールのデータ及び変位センサーのデータを制御用コンピュータ１２３から取り込むデータ取り込みプログラムを搭載している。
【００５９】
データ処理用コンピュータ１２４は取り込んだ各スケールデータ及び変位センサーデータからワーク１０９の表面形状を算出する形状データ算出プログラムを搭載している。また、データ処理用コンピュータ１２４は算出したワーク１０９の形状データとワーク１０９の設計値形状からワーク１０９の設計値からの誤差を算出する誤差算出プログラムを搭載している。また、データ処理用コンピュータ１２４は算出したワーク１０９の形状データから、ワーク１０９が装置の原点及び座標、或いは任意原点及び座標に対して置かれている三次元位置を算出する形状位置算出プログラムを搭載している。
【００６０】
図１ではデータ処理用コンピュータ１２４は制御コンピュータ１２３と別に図示しているがデータ処理用コンピュータ１２４と制御用コンピュータ１２３は共用することも可能である。さらに電装ラック１２２に搭載することも可能である。つまり本発明の主旨を逸脱しない限り、ユーザーは三次元形状測定装置の制御部に関して所望の構成を採用してよい。
【００６１】
図４は本発明の三次元形状測定装置を用いてワークの表面の形状測定を実現するシーケンスである。図４のシーケンスは図１に描かれているデータ処理用コンピュータ１２４において、プログラムとして組み込まれている。図４を参照して、以下三次元形状を測定する手順について説明する。
【００６２】
まず工程４０１にて、ワーク１０９の設計ファイルや装置本体のパラメータファイルなどの設定データを読み込むデータ読込処理がデータ処理用コンピュータ１２４において行われる。この時、ワーク１０９の設計データや測定範囲、プローブの移動速度などのデータを読込む。
【００６３】
続く工程４０２は移動データ出力処理である。工程４０２ではＸ軸ステージガイド１０５に搭載したＸ軸ステージスライダ１２１と、Ｚ軸ステージガイド１０６に搭載したＺ軸ステージスライダ１０７の移動データをデータ処理用コンピュータ１２４から制御コンピュータ１２３へ出力する。
【００６４】
次の工程４０３では制御コンピュータ１２３は電装ラック１２２のＺ軸ドライバーに指令し、Ｚ軸ステージスライダ１０７を原点に移動させるＺ軸原点出し駆動処理が行われる。
【００６５】
工程４０４では、制御コンピュータ１２３から電装ラック１２２のＸ軸ドライバーへと伝達される指令に基づき、Ｘ軸ステージスライダ１２１をＸ軸方向の測定開始位置に移動させる測定開始位置Ｘ軸移動処理が行われる。ここまでの準備が行われた後に実際の測定工程が開始される。
【００６６】
工程４０５では、制御用コンピュータ１２３はＺ軸ステージスライダ１０７を駆動するＺ軸ドライバーに下降を指令することでワークタッチダウンが実行される。この工程にて、Ｚ軸ステージスライダ１０７をＺ軸方向に駆動し、プローブをワーク１０９の表面に接触するまで移動させる。接触の際にはワーク１０９の表面に接触式プローブ１０８を一定の圧力となるように接触させる。
【００６７】
そして工程４０６では、制御コンピュータ１２３からの指令に基づいて、Ｘ軸ステージスライダ１２１は、指定された測定条件（圧力やプローブの移動速度など）で、測定終了位置に向けてＸ軸方向に移動する。この工程が上述した倣い走査に相当する。倣い走査が行われている最中はワーク１０９に対する接触子の圧力が略一定となるようにＺ軸ステージガイドに対するＺ軸ステージ１０７の位置が制御される。
【００６８】
同時に、Ｘ軸スケールヘッド１１７からＸ軸スケールの位置のデータを、Ｚ軸スケールヘッドからＺ軸スケールの位置のデータを、所望のサンプリングレートで取得される。
【００６９】
このとき、第二のＸ軸スケール１１６に対するＸ軸ステージスライダ１２１の位置データを第二のＸ軸スケールヘッド１１９から読み込んでもよい。
【００７０】
先に示した様に、第一のＸ軸スケール１１４並びに第二のＸ軸スケール１１６と接触式プローブ１０８とのＺ方向高さがほぼ同じ揃えてあるとよい。そのような構成をとることによって、Ｘ軸ステージガイド１０５を移動するＸ軸ステージスライダ１２１の走りに誤差が有ってもアッベ誤差の少ない位置計測が可能となる。
【００７１】
倣い走査の工程が終了すると、制御コンピュータ１２３の指令に基づき工程４０７にてＺ軸ステージスライダ１０７を上昇させるＺ軸上昇処理がおこなわれる。
【００７２】
工程４０８は取得したデータを転送するデータ転送処理である。第一のＸ軸スケール１１４に対するＸ軸ステージスライダ１２１の位置を読みとり第一のＸ軸スケールヘッド１１７からのデータを制御コンピュータ１２３を通してデータ処理用コンピュータ１２４に取り込む。またこの工程では、第二のＸ軸スケール１１６に対するＸ軸ステージスライダ１２１の位置を読みとり第二のＸ軸スケールヘッド１１９からのデータを制御コンピュータ１２３を通してデータ処理用コンピュータ１２４に取り込む。また、図示していないＺ軸スケールからのデータ、及び変位センサー等から取り込んだデータを制御コンピュータ１２３を通してデータ処理用コンピュータ１２４に取り込む処理を行う。もちろんこのデータ転送工程は、倣い走査の工程と並列に行われても良い。
【００７３】
続く工程４０９では、データ転送処理４０８の工程で取り込んだワーク１０９の表面形状測定データに対して、あらかじめ測定したシステムエラーを補正する処理である。
【００７４】
ここでシステムエラーとは測定中に生じた計測誤差ではなく、使用した三次元形状測定装置に起因する固有の誤差のことである。
【００７５】
システムエラーとして、たとえばＸ軸ステージガイド１０５に対するＸ軸ステージスライダ１２１の走りとＺ軸ステージガイド１０６に対するＺ軸ステージスライダ１０７の直交度誤差がある。また、Ｘ軸ステージガイド１０５に対するＸ軸ステージスライダ１２１のＺ方向走り誤差、同様にＺ軸ステージガイド１０６に対するＺ軸ステージスライダ１０７のＸ方向走り誤差などがある。また、接触式プローブ１０８の先端球の真円度誤差などがある。これらの誤差は工程４０１からの一連の形状測定を実施する前に、あらかじめ測定しデータ処理用コンピュータ１２４に記憶しておく。ただし、補正の必要の無いと判断されたデータはシステムエラー補正処理を行わなくても良い。
【００７６】
続く工程４１０は、取得したワーク１０９の表面形状測定データからワーク１０９の正確な形状を求めるためのフィッティング計算処理である。
【００７７】
ワーク１０９の表面形状測定データと設計形状データを比較し、その差が最小になる被測定物の表面形状データを計算する。フィッティングの際のデータの移動値（フィッティング誤差）もあわせて計算する。この方法として一般的に最小二乗法がある。これは表面形状データを並行移動及び回転移動に関する座標変換式から最小二乗法を用いて表面形状測定データと表面形状設計データとの差の二乗和が最小となる表面形状データの平行移動位置及び回転移動位置を求める方法である。
【００７８】
工程４１１はフィッティング処理されたワーク１０９の表面形状測定データＦ´とワーク１０９の設計形状データＦからワーク１０９の形状誤差を算出する形状誤差を算出する工程である。形状誤差とはΔＦ＝Ｆ−Ｆ´で表現されるΔＦのことである。ΔＦの値がゼロに近いほど、ワーク１０９の形状は設計形状と近い。
【００７９】
工程４１２では結果表示処理が行われ、形状誤差算出処理である工程４１１で求めたワーク１０９の形状Ｆ´あるいは形状誤差ΔＦをモニタ等に表示する。またワーク１０９の形状誤差ΔＦから予め設定されている誤差の規格ΔＦ０と比較して、良品か不良品かを表示してもよい。
【００８０】
図４に記載したシーケンスではワーク１０９の１方向における断面形状測定を実施した例であるが、このシーケンスをθ回転ステージ１１２を回転させて別の方位で計測を繰り返すことで複数の断面形状を測定することもできる。これによってワーク１０９の面形状を測定及び評価することも可能である。
【００８１】
以上のシーケンスによって接触式プローブ１０８をワーク１０９の表面に沿って適切に倣い走査させるとともに、接触式プローブ１０８の移動軌跡における座標データを取得することができる。この座標データはワーク１０９の表面の形状に対応するデータとなっている。
【００８２】
以上のように、第一のＸ軸スケール１１４（並びに第二のＸ軸スケール１１６）は、定盤に対して設けられているので、Ｘ軸ステージガイド１０５が熱や荷重等によって変形による悪影響を抑えた位置計測が可能となる。
【００８３】
また、Ｘ軸ステージガイド１０５の走りにピッチング等の誤差があっても第一のＸ軸スケール１１４並びに第二のＸ軸スケール１１６によって、プローブ１０８の位置をアッベ誤差を抑制して、正しく測定することが可能となる。また、第一のＸ軸スケール１１４をＸ軸ステージガイド１０５の直下に配置することができるので第一のＸ軸スケールヘッド１１７を第一のＸ軸ステージスライダ１２１のもっとも近くに配置することができる。これによって第一のＸ軸スケールヘッド１１７の取り付け剛性が高まり、正しい測定が可能となる。
【００８４】
従って、上述の形状測定装置を用いることによって、被測定物の非球面、球面等からなるレンズに代表される光学素子、またはそれに類する構造物の表面形状を１０ｎｍオーダーで正確に求めることが可能となる。
【符号の説明】
【００８５】
１００  三次元測定装置本体
１０１  定盤
１０２  除振台
１０３  架台
１０４  フレーム
１０５  Ｘ軸ステージガイド
１０６  Ｚ軸ステージガイド
１０７  Ｚ軸ステージスライダ
１０８  接触式プローブ
１０９  被測定物
１１０  ティルトステージ
１１１  ＸＹステージ
１１２  θ回転ステージ
１１３  第一のＸ軸スケールフレーム
１１４  第一のＸ軸スケール
１１５  第二のＸ軸スケールフレーム
１１６  第二のＸ軸スケール
１１７  第一のＸ軸スケールヘッド
１１８  第一のＸ軸スケールヘッドフレーム
１１９  第二のＸ軸スケールヘッド
１２０  第二のＸ軸スケールヘッドフレーム
１２１  Ｘ軸ステージスライダ
１２２  電装ラック
１２３  制御用コンピュータ
１２４  データ処理用コンピュータ
【図１】
0006482221.tif 000002
【図２】
0006482221.tif 000003
【図３】
0006482221.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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