(57)【要約】【課題】所定の基準面と直角の方向における位置を測定する形状測定において、従来よりも簡易な構成によって、基準面に対して大きな傾斜角をなしかつ任意の方向を向いた測定面における測定を可能とする。【解決手段】形状測定装置１を、少なくとも２軸方向（Ｘ、Ｙ）に試料Ｗとプローブ２０とを相対運動させて試料Ｗの表面をプローブ２０で走査させる多次元移動手段（１１、３０）と、試料Ｗを置くための、２軸方向（Ｘ、Ｙ）に対して直角な軸Ｚに対して傾斜した傾斜面を有する試料台１２と、傾斜面の垂直軸Ａを回転軸として試料台１２を回転させる回転手段とを備えて構成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２軸方向に試料とプローブとを相対運動させて前記試料の表面を前記プローブで走査させる多次元移動手段と、
前記試料を置くための、前記２軸方向に対して直角な軸に対して傾斜した傾斜面を有する試料台と、
前記傾斜面の垂直軸を回転軸として前記試料台を回転させる回転手段と、
を備えることを特徴とする形状測定装置。
【請求項２】
前記試料台の回転角度と前記傾斜面の傾斜角と前記試料の形状とに応じて、前記回転手段により回転する前記試料上の回転座標系における前記試料表面の測定点の座標を、前記回転軸の位置に対して相対的に静止している静止座標系上の座標へ変換する座標変換手段を備える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】
前記回転軸に対する前記試料の位置決めを行うための位置決め手段を備えることを特徴とする請求項２に記載の形状測定装置。
【請求項４】
少なくとも２軸方向に試料とプローブとを相対運動させて前記試料の表面を前記プローブで走査させる形状測定方法であって、
前記２軸方向に対して直角な軸に対して傾斜した傾斜面に前記試料を置き、
前記傾斜面の垂直軸を回転軸として前記傾斜面を回転させる、
ことを特徴とする形状測定方法。
【請求項５】
前記傾斜面の回転角度と傾斜角と前記試料の形状とに応じて、回転する前記試料上の回転座標系における前記試料表面の測定点の座標を、前記回転軸の位置に対して相対的に静止している静止座標系上の座標へ変換する座標変換を行い、
前記試料と前記プローブとを相対移動させて、前記試料の回転後における前記静止座標系上の座標が得られた前記測定点を前記プローブによる測定が行われる測定位置へ位置付ける、
ことを特徴とする請求項４に記載の形状測定方法。
【請求項６】
前記傾斜面の回転軸に対して前記試料の位置決めを行うことを特徴とする請求項５に記載の形状測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は三次元形状測定装置に関する。特に本発明は、回転対称性のある曲面の形状を測定する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は、一般的な三次元形状測定方法の概略説明図である。三次元形状測定においては、試料Ｗとプローブ２０とがＸＹ平面に沿って相対移動させることによって、プローブ２０によって試料Ｗの表面が走査される。図示の例では、試料Ｗを置いた試料台９０をＸ方向及びＹ方向に移動させる。そして、プローブ２０に設けられた触針やプローブ２０から生じさせた測定光をＺ方向に沿って試料Ｗに当てて、試料Ｗの各位置におけるＺ方向の位置を測定する。
【０００３】
【非特許文献１】”NH-3SE 高NA非球面形状測定装置”，[online]，三鷹光器株式会社，[平成19年5月7日検索]，インターネット〈URL: http://www.mitakakohki.co.jp/industry/nh_html/NH-3SE.pdf〉
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このように、Ｚ方向に沿って触針又は測定光を試料Ｗに当てて試料ＷのＺ方向位置を測定する場合には、特殊な機構を用いない限り、測定面に許される傾斜角度には限界があった。すなわち触針又は測定光は基準面（ＸＹ平面）に対して直角方向から試料面に当たるので、測定面が基準面と９０°の角度を成す場合には触針又は測定光の方向と測定面とが平行になり理論的には測定できない。測定面に許される傾斜角度の上限は、大きくても８０°程度であり小さい場合には６０°程度であった。
【０００５】
基準面に対して大きな傾斜角を有する測定面の形状を測定するために、例えば次の２通りの機構が従来用いられていた。
第１の機構は、試料を載置する試料台を傾斜させて基準面に対する測定面の傾きを変える機構である。第２の機構は、触針又は測定光を試料に当てる方向を傾ける機構である。
【０００６】
第１の機構を採用すると、試料台の傾斜量と傾斜方向とを変更する必要があるため少なくとも２つの駆動手段を設ける必要がある。また第２の機構を採用しても触針等の傾斜量及び傾斜方向を変更する必要がある。このためいずれの機構を採用しても最低２つ以上の駆動手段を追加する必要があったため、装置構成が複雑になるという問題があった。
上記問題点に鑑み、本発明は、所定の基準面と直角の方向における位置を測定する形状測定装置及び形状測定方法において、従来よりも簡易な構成によって、基準面に対して大きな傾斜角をなしかつ任意の方向を向いた測定面における測定を可能とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明では、少なくとも２軸方向に試料とプローブとを相対運動させて試料の表面をプローブで走査させて試料の形状を測定する際に、この２軸方向に対して直角な軸に対して傾斜した傾斜面に試料を置き、傾斜面の垂直軸を回転軸として傾斜面を回転させる。
【０００８】
本発明によれば、上記２軸方向を含んだ基準面に直角な方向から触針又は測定光を試料に当てて試料の形状を測定するとき、この基準面に対する測定面の傾きを、最大で傾斜面の傾斜角度だけ減らすことが可能となる。また傾斜面の垂直軸を中心に傾斜面を回転させることによって測定面の傾きを低減する方向を変えることができるため、試料の測定面がいずれの方向に向いていても傾きを低減することができる。
【０００９】
また本発明では、傾斜面の回転角度と傾斜角と試料の形状とに応じて、回転する試料上の回転座標系における試料表面の測定点の座標を、回転軸の位置に対して相対的に静止している静止座標系上の座標へ変換する座標変換を行い、試料と前記プローブとを相対移動させて、試料の回転後における静止座標系上の座標が得られた測定点をプローブによる測定が行われる測定位置へ位置付ける。
このような座標変換処理を行うことで、測定面の傾きを低減する方向を変えるために試料を回転させた後の試料上の測定箇所とプローブとの間の相対位置を決定することができるので、試料を回転させても測定面上に定義された任意の測定経路に沿って試料上をプローブで走査することが可能となる。
【００１０】
また本発明では、傾斜面の回転軸に対して試料の位置決めを行う。特に試料表面が回転対称形状を有するとき、この対称軸を傾斜面の回転軸に一致させることで、上記の座標変換処理を容易にすることが可能となる。
【００１１】
本発明の第１形態によれば、少なくとも２軸方向に試料とプローブとを相対運動させて試料の表面をプローブで走査させる多次元移動手段と、試料を置くための、２軸方向に対して直角な軸に対して傾斜した傾斜面を有する試料台と、傾斜面の垂直軸を回転軸として試料台を回転させる回転手段と、を備える形状測定装置が提供される。
【００１２】
本発明の第２形態によれば、少なくとも２軸方向に試料とプローブとを相対運動させて試料の表面をプローブで走査させる形状測定方法が提供される。本方法では、２軸方向に対して直角な軸に対して傾斜した傾斜面に試料を置き、傾斜面の垂直軸を回転軸として傾斜面を回転させる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ある基準面と直角の方向における位置を測定する形状測定装置及び形状測定方法において、１つの駆動装置を追加するだけで、基準面に対して大きな傾斜角をなしかつ任意の方向を向く測定面における測定が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、添付する図面を参照して本発明の実施例を説明する。図２は、本発明の実施例による三次元形状測定装置の概略構成図である。三次元形状測定装置１は、試料Ｗを載置するための試料支持台１０と、試料Ｗ表面の各位置のＺ方向高さを検出するためのプローブ２０と、ＸＹ平面内における試料支持台１０とプローブ２０との間の相対位置を制御し、またプローブ２０による検出信号を処理するコンピュータ３０を備えている。
【００１５】
本実施例における以下の説明では、ＸＹ平面内において試料支持台１０とプローブ２０とを相対運動させるために、試料支持台１０を駆動する駆動機構を備える例について説明を行うが、これに代えてプローブ２０をＸＹ平面内において移動させてもよく、あるいは試料支持台１０及びプローブ２０の双方を移動させてもよい。
試料支持台１０は、コンピュータ３０により制御される図示しない駆動機構によって、Ｘ方向及びＹ方向に移動可能な傾斜台１１を備え、傾斜台１１の上面はＸＹ平面に対して傾斜している。
【００１６】
傾斜台１１の上面には、この上面に直角な方向を向いた１つの軸Ａを回転軸にして回転する回転テーブル１２が設けられ、その上に試料台８０が設けられる。回転テーブル１２の回転運動はコンピュータ３０により制御される図示しない駆動機構によって与えられ、回転テーブル１２が回転することによって、試料台８０の上に置かれた試料が傾斜台１１の上面の垂直軸Ａを回転軸として回転させられる。
回転テーブル１２の回転軸Ａに対する試料Ｗの位置を調整するための位置調整治具を設けてもよい。例えば位置調整治具は、マイクロメータのような精密なネジ機構によって回転テーブル１２の上面において試料台８０をスライドさせ、回転軸Ａに対する試料Ｗの位置を微調整する機構であってよい。
【００１７】
プローブ２０は、試料Ｗ表面の測定位置におけるＺ方向高さを検出するため変位センサである。本実施例における以下の説明では、試料Ｗ表面に触針２１を接触させる接触式の変位センサを例にして説明を行うが、本発明はこれに限定されず、様々なタイプの変位センサ、例えばレーザプローブなどを使用した場合にも適用可能である。
プローブ２０には、試料Ｗ表面の高低に触針２１を追従させるためのＺ方向駆動機構２２を設けてもよい。
【００１８】
図３は、図２に示すコンピュータ３０により実現される機能ブロック図である。
測定命令生成部５０は、試料Ｗの測定面の形状の設計データ、形状測定を実施すべき測定面上の測定経路、測定速度及び測定経路分割ピッチを少なくとも含む測定条件をオペレータから受付けるインタフェースを与える。
ここで測定経路とは、試料Ｗの測定面をプローブ２０で走査させて試料Ｗの表面高さ（Ｚ方向位置）に関するプロファイルを採取する経路のことを意味し、また測定経路分割ピッチとは、かかる測定経路上において測定を行う測定箇所のピッチの指定をいう。
【００１９】
これら測定条件を受け付けた測定命令生成部５０は、試料Ｗの測定面の形状情報、試料Ｗの測定面上における測定経路情報及び測定速度情報（図示(a)）を生成してコマンド解釈部５１へ出力し、測定経路分割ピッチ情報（図示(d)）を生成して測定経路分割部５２へ出力する。また試料Ｗの測定面の形状情報（図示(i))を生成して第２座標変換部５８へ出力する。
【００２０】
コマンド解釈部５１は、測定命令生成部５０から入力した測定経路情報及び測定速度情報を解釈して測定経路データ及び測定速度データへ変換し（図示(b))、測定経路分割部５２及び測定経路計算部５４へ出力する。測定命令生成部５０がコマンド解釈部５１へ与える測定経路情報及び測定速度情報は、試料Ｗ上における測定経路及び測定速度を定めた情報、すなわち試料Ｗが静止した状態で定めた測定経路情報及び測定速度情報であるため、コマンド解釈部５１により生成された測定経路データ及び測定速度データは、傾斜台１１にて試料Ｗを傾斜させた傾斜角、及び回転テーブル１２にて試料Ｗを回転させた回転をまだ考慮していないデータである。
したがって、後述するとおり回転テーブル１２によって試料Ｗを回転させながら測定を行うと、これらの測定経路及び測定速度のデータは、回転する試料Ｗの測定面の上の座標系である回転座標系における測定経路及び測定速度を定めるデータとなる。
【００２１】
またコマンド解釈部５１は、試料Ｗの測定面の形状情報の解釈も行う。そして試料Ｗの測定面の形状、測定経路データ及び測定速度データに応じて、指定された測定経路上において測定を行う間に回転させる回転テーブル１２の回転速度（図示(c)）を決定し、回転運動計算部５３に出力する。
試料の表面形状によってはこの回転速度の決定は困難ではない。特にレンズ表面のような滑らかな曲面を測定面にする場合には、例えば、回転テーブル１２上に置かれた試料Ｗの測定経路の始点におけるＸＹ平面に対する傾斜角が最小となる回転テーブル１２の回転位置Ｒ1と、測定経路の終点におけるＸＹ平面に対する傾斜角が最小となる回転テーブル１２の回転位置Ｒ2と、を決定し、測定箇所がこれら始点から終点まで移動する間に、回転テーブル１２が回転位置Ｒ1からＲ2まで回転するように回転速度を定めれば足りる。
またこのような回転速度は、コマンド解釈部５１において決定せずに、測定命令生成部５０において直接オペレータから入力して、回転運動計算部５３に出力してもよい。
【００２２】
測定経路分割部５２は、測定経路データ及び測定速度データから測定に要する全測定時間を算出し、これを測定経路分割ピッチにより指定される分割数で割ることによって、各測定箇所で測定が行われる各測定時刻の測定開始時刻からの経過時間を算出する（図示(e)）。この経過時間データは測定経路計算部５４と回転運動計算部５３へ出力される。
回転運動計算部５３は、各測定を行うそれぞれの時刻における回転テーブル１２の回転角度（図示(g)）を、上述の通り決定された回転速度と経過時間データとに基づいて決定する。ここで決定された回転角度データは、回転テーブル１２を回転させるモータ等である回転テーブル回転部５６を駆動する第１サーボコントローラ５５に与えられ、第１サーボコントローラ５５は、回転運動計算部５３が決定した回転角度まで回転テーブル１２を回転させる。回転運動計算部５３が計算した回転角度データは第１座標変換部５７にも供給される。
【００２３】
測定経路計算部５４は、コマンド解釈部５１から出力される測定経路データ及び測定速度データと測定経路分割部５２から出力される経過時間データと、に基づいて、各測定時刻に測定を行うべき試料Ｗ表面上の測定箇所の座標を決定する（図示(f)）。ここで測定経路計算部５４は、回転テーブル１２による回転と傾斜台１１の傾斜とを考慮せずに測定箇所の座標を計算する。すなわち測定経路計算部５４が決定する座標値は、試料Ｗがまだ静止した状態における測定箇所の座標であり、この座標は、試料Ｗが回転テーブル１２によって回転する状態の下では回転する試料Ｗの測定面の上の座標系である回転座標系上の座標を与える。この測定箇所の座標データは、第１座標変換部５７及び第２座標変換部５８へ与えられる。
【００２４】
第１座標変換部５７は、回転テーブル１２による回転と傾斜台１１の傾斜とが考慮されていない測定箇所の座標データと（図示(f)）、回転テーブル１２の回転角度（図示(g)）を用いて、入力した回転座標系上の測定箇所の座標データに、回転テーブル１２による試料Ｗの回転による変位を加えることにより、試料Ｗの回転による影響を考慮した座標データへ変換する。この座標データは第２座標変換部５８へ出力される（図示(h)）。
【００２５】
第２座標変換部５８は、試料Ｗの測定面の形状情報（図示(i)）、回転テーブル１２による回転と傾斜台１１の傾斜とが考慮されていない測定箇所の座標データ（図示(f)）に基づいて傾斜台１１の傾斜による変位を加えることにより、試料Ｗの回転による変位を加えた座標（図示(h)）を更に傾斜台１１の傾斜による影響を考慮した座標データへ変換する。
第２座標変換部５８により変換された後の座標は、回転する試料Ｗの上の測定箇所の座標を、試料Ｗの回転軸Ａの位置に対して相対的に静止しているＸＹ座標系上の座標へ変換した座標である。
第２座標変換部５８は、コンピュータ３０により制御される傾斜台１１とプローブ２０との間の相対位置関係を既存のサーボ技術を用いて求め、変換後の測定箇所の座標とプローブ２０との間の相対位置関係を計算する。そして試料Ｗの上の測定箇所をプローブ２０による測定が行われる測定位置まで移動させるために必要なサーボ指令を、傾斜台１１をＸ方向及びＹ方向に移動させる傾斜台駆動部６０を駆動する第２サーボコントローラ５９へ出力する（図示(j)）。
【００２６】
また第２座標変換部５８は、触針２１を試料Ｗの表面へ追従させるために、試料Ｗの上の測定箇所のＺ方向位置を算出し、触針２０をＺ方向に移動させるＺ方向駆動機構２２を駆動する第３サーボコントローラ６１へ、触針２０を試料Ｗの表面へ追従させるサーボ指令を出力する（図示(k)）。
【００２７】
以下、三次元形状測定装置１の動作について説明する。図４は、本発明の実施例による三次元形状測定方法のフローチャートである。ステップＳ１では試料Ｗを回転テーブル１２の上に載置する。
試料Ｗの一例である非球面レンズの測定面の形状を図５に示す。図５に示すプロットを結ぶ曲線は、非球面レンズＷを光軸（Ｙ＝０．０の直線）を通る面で切断した断面と、測定面である非球面レンズＷの表面の曲面が交差する曲線を示しており、非球面レンズＷの表面は光軸を中心軸とする回転対称形状を有している。非球面レンズＷの表面（測定面）の各位置の高さ（Ｚ）の値は以下の式（１）にて与えられる。
【００２８】
【数１】
2008286734.tif 000003
【００２９】
また式（１）に記載する各パラメータ、Ｒ、Ｋ、Ａｉ（ｉ＝１〜２０）の値を以下に示す。
【００３０】
【表１】
2008286734.tif 000004
【００３１】
図４に示すステップＳ２では、非球面レンズＷの光軸が回転テーブル１２の回転軸Ａと一致するように、上述の位置調整治具により試料台８０を回転テーブル１２の上面の上でスライドさせて、回転テーブル１２の上面における非球面レンズＷの位置を調整する。このように非球面レンズＷの位置を調整することによって、後述するステップＳ７における座標変換処理が容易になる。
ステップＳ３では、測定命令生成部５０へ、測定面の形状の設計データ、測定経路、測定速度及び測定経路分割ピッチを含む測定条件を入力する。
図６は、試料Ｗの表面上における測定経路を示す図である。非球面レンズＷの中心Ｏの座標を（ＯX，ＯY）としたとき、測定経路として、始点ＰS（ＯX，ＯY−２）及び終点ＰE（ＯX，ＯY＋２）を結ぶ直線を指定する。なおここで及び以下に用いる座標系の単位長は１ｍｍである。また測定速度ＶLとして１ｍｍ／秒を指定する。したがって始点ＰSから終点ＰEまで触針２１を移動させて測定する測定時間は４秒間である。
【００３２】
これら測定条件を受け付けた測定命令生成部５０は、試料Ｗの測定面の形状情報、試料Ｗの測定面上における測定経路情報及び測定速度情報をコマンド解釈部５１へ出力する。また、測定経路分割ピッチ情報を測定経路分割部５２へ出力し、試料Ｗの測定面の形状情報を第２座標変換部５８へ出力する。
コマンド解釈部５１は、測定命令生成部５０から入力した測定経路情報及び測定速度情報の解釈を行い測定経路データ及び測定速度データを生成する。またコマンド解釈部５１は測定面の形状情報の解釈も行う。
【００３３】
コマンド解釈部５１は、試料Ｗの測定面の形状、測定経路及び測定速度に応じて、指定された測定経路上において測定を行う間に回転させる回転テーブル１２の回転速度ＶCを決定する。
本例の場合、測定経路の始点ＰSにおけるＸＹ平面に対する傾斜角を最小にするために、測定開始時には、始点ＰSが最も高い位置になるように回転テーブル１２の回転位置を定める。そして４秒経過後の測定終了時には、終点ＰSが最も高い位置になるように回転テーブル１２を１８０°回転させる。したがって回転速度ＶCは７．５ｒｐｍとなる。
コマンド解釈部５１により生成された測定経路データ及び測定速度データは測定経路分割部５２及び測定経路計算部５４へ出力される。
【００３４】
測定経路分割部５２は、測定経路データ及び測定速度データから測定に要する全測定時間（４秒間）を算出し、これを測定経路分割ピッチにより指定される分割数で割ることによって、各測定箇所で測定が行われる各時刻の測定開始時刻からの経過時間ｔを算出する。この経過時間データｔは測定経路計算部５４と回転運動計算部５３へ出力される。
【００３５】
ステップＳ４において、回転運動計算部５３は、各測定を行うそれぞれの時刻における回転テーブル１２の回転角度θｔを、上述の通り決定された回転速度ＶCと経過時間データｔとに基づいて次式のとおり決定する。図７は回転テーブル１２による非球面レンズＷの回転の態様を説明する図である。
【００３６】
θｔ＝θ0＋Δθ
Δθ＝ｔ×２π×（Ｖｃ／６０）
但しθ0は、始点ＰSの位置に応じて上述の通り定めた回転テーブル１２の測定開始時における回転角度とする。
【００３７】
ステップＳ５では、測定経路計算部５４は、コマンド解釈部５１から出力される測定経路データ及び測定速度データＶLと、測定経路分割部５２から出力される経過時間データｔと、に基づいて、各測定時刻に測定を行うべき試料Ｗ表面上の測定箇所の以下の座標Ｐｔ（Ｘｔ，Ｙｔ）を決定する（図６参照）。
Ｘｔ＝Ｘ0
Ｙｔ＝ＶL×ｔ−２
【００３８】
この座標Ｐｔは、回転テーブル１２による回転と傾斜台１１の傾斜とをまだ考慮していない測定箇所の座標であり、回転テーブル１２によって回転する非球面レンズＷの測定面の上の座標系である回転座標系における座標である。この測定箇所の座標データは、第１座標変換部５７及び第２座標変換部５８へ与えられる。
【００３９】
ステップＳ６では、第１座標変換部５７は、ステップＳ５で決定した座標データＰｔと回転テーブル１２の回転角度θｔを用いて、入力した回転座標系上の測定箇所の座標Ｐｔに、以下の計算式によって非球面レンズＷの回転による変位を加えることにより、試料Ｗの回転による影響を考慮した座標データＰｓ（Ｘｓ,Ｙｓ）へ変換する。
Ｘｓ＝ＯX＋Ｒｔ×ｓｉｎ（θｔ）
Ｙｓ＝ＯY−Ｒｔ×ｃｏｓ（θｔ）
ここでＲｔは、座標Ｐｔと中心点Ｏとの間の距離であり｜２−ｔ×ＶL｜により与えられる。
図８は、図５に示す測定経路に沿って回転する試料Ｗの表面上に定めた各測定位置の座標Ｐｔを、静止座標系上の座標Ｐｓに変換する座標変換を説明する図である。図９は、第１座標変換部５７による座標変換により得られた座標Ｐｓの軌跡を示す図である。ここで算出された座標データＰｓは第２座標変換部５８へ出力される。
【００４０】
ステップＳ７において第２座標変換部５８は、非球面レンズＷの測定面の形状情報及び座標データＰｔに基づいて、傾斜台１１の傾斜による変位を加えることにより、座標データＰｓを傾斜台１１の傾斜による影響を考慮した座標データＰｕ（Ｘｕ，Ｙｕ）へ変換する。
図１０は、非球面レンズＷの傾斜により生じる測定箇所の移動を説明する図である。
【００４１】
図１０において、座標Ｐｓ（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）は、非球面レンズＷの回転による影響を考慮した座標データＰｓであり、ステップＳ６にて第１座標変換部５７により算出されたＸ座標Ｘｓ及びＹ座標ＹｓにＺ座標Ｚｓを加えることにより定められる。
第２座標変換部５８は、回転テーブル１２による回転及び傾斜台１１の傾斜を考慮していない測定箇所の座標データＰｔと、非球面レンズＷの測定面の形状情報とに基づいて、座標Ｚｓを計算する。
例えば、非球面レンズＷの測定面の形状情報として非球面レンズＷの測定面の形状を定める計算式（２）を与えられた場合、第２座標変換部５８は、座標Ｐｔと中心Ｏとの距離Ｒｔを算出した後、これを計算式（２）に代入して座標Ｚｓを計算する。
【００４２】
【数２】
2008286734.tif 000005
【００４３】
また図１０において、座標Ｐｕ（Ｘｕ，Ｙｕ，Ｚｕ）は、座標データＰｓを傾斜台１１の傾斜による影響を考慮して変換した座標を示し、中心Ｏ（ＯX，ＯY，ＯZ）は非球面レンズＷの底面と回転軸Ａとの交点を示し、γは傾斜台１１による傾斜角度を示す。
非球面レンズＷが水平面に載置されたときの座標Ｐｓ（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）を中心Ｏから見た仰角αは、
α＝ｓｉｎ-1（（Ｚｓ−ＯZ）／Ｄ）
【００４４】
【数３】
2008286734.tif 000006
【００４５】
によって算出され、非球面レンズＷを傾斜台１１により傾斜する回転テーブル１２上に置いた場合の、座標Ｐｕ（Ｘｕ，Ｙｕ，Ｚｕ）を中心Ｏから見た仰角βは、
β＝α＋γ
によって算出される。
【００４６】
したがって、傾斜台１１の傾斜による影響を考慮して座標データＰｓ（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）を変換した座標データＰｕ（Ｘｕ，Ｙｕ，Ｚｕ）は、
Ｘｕ＝Ｘｓ
Ｙｕ＝ＯY＋Ｄ×ｃｏｓ（β）
Ｚｕ＝ＯZ＋Ｄ×ｓｉｎ（β）
によって算出される。
図１１は、図９で示した各測定箇所の座標を、第２座標変換部５８による座標変換の結果得られた座標Ｐｕ（Ｘｕ，Ｙｕ）の軌跡を示す図である。
ここで第２座標変換部５８により変換された後の座標Ｐｕは、回転する非球面レンズＷの上の測定箇所の座標を、非球面レンズＷの回転軸Ａの位置に対して相対的に静止しているＸＹ座標系上の座標へ変換した座標である。
【００４７】
そしてステップＳ８において、ステップＳ４にて決定した回転角度データθｔを第１サーボコントローラ５５に与えて回転テーブル１２を回転させる。
このとき、ステップＳ９において第２座標変換部５８は、傾斜台１１とプローブ２０との間の相対位置関係を計算し、変換後の測定箇所の座標Ｐｕとプローブ２０との間の相対位置関係を計算する。そしてステップＳ８による回転テーブル１２の回転と同期しながら、この座標Ｐｕをプローブ２０による測定が行われる測定位置まで移動させるために必要なサーボ指令を、第２サーボコントローラ５９へ出力することにより傾斜台１１を駆動する。
また触針２１を試料Ｗの表面へ追従させるために、試料Ｗの上の測定箇所の高さＺｕを算出し、触針２１を試料Ｗの表面へ追従させるサーボ指令を第３サーボコントローラ６１へ出力する。
【００４８】
ステップＳ１０では、終点ＰE（ＯX，ＯY＋２）まで測定が行われたか否かを判定し、まだ測定が終点まで至っていない場合には処理をステップＳ４に戻し、終点まで至っている場合には処理を終了する。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明は三次元形状測定装置に利用可能である。特に本発明は、例えばレンズのような回転対称性のある曲面の形状を測定する技術に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】一般的な三次元形状測定方法の概略説明図である。
【図２】本発明の実施例による三次元形状測定装置の概略構成図である。
【図３】図２に示すコンピュータにより実現される機能ブロック図である。
【図４】本発明の実施例による三次元形状測定方法のフローチャートである。
【図５】試料の一例の測定面の形状を示す図である。
【図６】試料面上における測定経路を示す図である。
【図７】試料の回転の態様を説明する図である。
【図８】図６に示す測定経路に沿って回転する試料表面上に定めた各測定位置の座標を、静止座標系上の座標に変換する座標変換を説明する図である。
【図９】図８にて説明された座標変換により算出される各測定箇所の座標を示す図である。
【図１０】試料の傾斜により生じる測定箇所の移動を説明する図である。
【図１１】図９で示した各測定箇所の座標を、図１０にて説明された座標変換によって変換した結果の座標を示す図である。
【符号の説明】
【００５１】
１    三次元形状測定装置
１０    試料支持台
１１    傾斜台
１２    回転テーブル
２０    プローブ
２１    触針
３０    コンピュータ
８０，９０    試料台
Ｗ    試料
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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