(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
形状測定の対象物、および接触式のプローブを第１の方向に相対移動させる第１のステージと、前記第１のステージによって支持され、前記第１のステージと直交する第２の方向に前記プローブを移動可能に支持する第２のステージと、前記第１の方向に関する前記対象物および前記プローブの相対的な位置情報を検出する第１のスケールと、前記第２の方向に関する前記プローブの位置情報を検出する第２のスケールと、を備え、前記プローブを前記対象物の表面に接触させた状態で、前記第１のステージによって前記対象物および前記プローブを相対移動させ、その際、前記第１のスケールを介して検出した前記対象物の第１の方向に関する位置情報と、前記第２のスケールを介して検出した前記対象物の表面形状に倣って前記第２の方向に沿って移動する前記プローブの第２の方向に関する位置情報と、に基づき、前記対象物の形状データを測定する形状測定装置の形状測定方法において、
制御装置が、前記対象物として、既知の曲面形状を有するプローブ校正用の第１の原器を用い、前記第１のステージによって前記対象物および前記プローブを相対移動させて得た前記プローブの位置情報を介して前記第１の原器の形状データを取得する第１の測定ステップと、
前記制御装置が、前記第１の測定ステップで得た前記第１の原器の前記形状データから、前記第１および第２のステージの直交度誤差の理論値に相当する誤差成分として、前記第１の測定ステップで得た前記第１の原器の前記形状データの３次成分を除去した形状データと、前記第１の原器の既知の形状データと、に基づき、前記プローブの形状補正データを取得するプローブ形状補正データ取得ステップと、
を備えた形状測定装置の形状測定方法。
【請求項２】
請求項１に記載の形状測定装置の形状測定方法において、前記第１の原器が２次曲面形状を有する形状測定装置の形状測定方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の形状測定装置の形状測定方法において、前記プローブ形状補正データ取得ステップの後、
前記制御装置が、前記対象物として、前記第１の原器とは異なる既知の曲面形状を有するステージ直交度校正用の第２の原器を用い、前記第１のステージによって前記対象物および前記プローブを相対移動させて得た前記プローブの位置情報を介して前記第２の原器の形状データを取得する第２の測定ステップと、
前記制御装置が、前記プローブ形状補正データ取得ステップで得た前記プローブの形状補正データと、前記第２の原器の既知の形状データと、前記第２の測定ステップで得た前記第２の原器の形状データと、に基づき、前記第１および第２のステージの直交度補正データを取得する直交度補正データ取得ステップと、
を備えた形状測定装置の形状測定方法。
【請求項４】
請求項３に記載の形状測定装置の形状測定方法において、前記第２の原器が２次曲面形状を有する形状測定装置の形状測定方法。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の形状測定装置の形状測定方法において、前記第１の測定ステップおよび前記プローブ形状補正データ取得ステップに先立ち、前記制御装置が、前記第１または第２のスケールの走り補正データを取得するステージ走り補正データ取得ステップを備えた形状測定装置の形状測定方法。
【請求項６】
請求項５に記載の形状測定装置の形状測定方法において、前記ステージ走り補正データ取得ステップに先立ち、前記制御装置が、前記第１または第２のスケールの直線性補正データを取得するスケール直線性補正データ取得ステップを備えた形状測定装置の形状測定方法。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載の形状測定装置の形状測定方法において、前記制御装置が、前記プローブを対象物の表面に接触させた状態で、前記第１のステージによって前記対象物および前記プローブを相対移動させ、その際、前記第１のスケールを介して検出した前記対象物の第１の方向に関する位置情報と、前記第２のスケールを介して検出した前記対象物の表面形状に倣って前記第２の方向に沿って移動する前記プローブの第２の方向に関する位置情報と、前記プローブ形状補正データ取得ステップで取得した前記プローブの形状補正データと、に基づき、前記対象物の形状データを演算する形状演算ステップを備えた形状測定装置の形状測定方法。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項に記載の形状測定装置の形状測定方法において、前記第１の原器の前記形状データの３次成分が、前記第１の原器の前記形状データの曲線補完された波形を表す関数の３次成分である形状測定装置の形状測定方法。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項に記載の前記制御装置に前記各ステップを実行させるための形状測定装置の制御プログラム。
【請求項１０】
請求項９に記載の形状測定装置の制御プログラムを格納したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【請求項１１】
形状測定の対象物、および接触式のプローブを第１の方向に相対移動させる第１のステージと、前記第１のステージによって支持され、前記第１のステージと直交する第２の方向に前記プローブを移動可能に支持する第２のステージと、前記第１の方向に関する前記対象物および前記プローブの相対的な位置情報を検出する第１のスケールと、前記第２の方向に関する前記プローブの位置情報を検出する第２のスケールと、を備え、前記プローブを前記対象物の表面に接触させた状態で、前記第１のステージによって前記対象物および前記プローブを相対移動させ、その際、前記第１のスケールを介して検出した前記対象物の第１の方向に関する位置情報と、前記第２のスケールを介して検出した前記対象物の表面形状に倣って前記第２の方向に沿って移動する前記プローブの第２の方向に関する位置情報と、に基づき、前記対象物の形状データを測定する形状測定装置において、
前記対象物として、既知の曲面形状を有するプローブ校正用の原器を用い、前記第１のステージによって前記対象物および前記プローブを相対移動させて得た前記プローブの位置情報を介して取得した前記原器の形状データから、前記第１および第２のステージの直交度誤差の理論値に相当する誤差成分として、取得した前記原器の前記形状データの３次成分を除去した形状データと、前記原器の既知の形状データと、に基づき、前記プローブの形状補正データを取得する制御装置を備えた形状測定装置。
【請求項１２】
対象物の表面にプローブを接触させて走査させることにより測定した前記対象物の形状データから、前記対象物の形状を取得する形状測定方法であって、
前記プローブで表面形状が既知である第１の原器の表面を走査し、前記第１の原器の形状データを測定するステップと、
前記第１の原器の形状データから前記第１の原器の形状データの３次成分を除去した形状データと、前記第１の原器の既知の形状データと、から、第１の補正データを取得するステップと、
を含む形状測定方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の形状測定方法において、前記プローブで表面形状が既知である第２の原器の表面を走査し、前記第２の原器の形状データを測定するステップと、前記第１の補正データと、前記第２の原器の既知の形状データと、測定した前記第２の原器の形状データと、から、第２の補正データを取得するステップと、をさらに含む形状測定方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の形状測定方法において、対象物の表面にプローブを接触させて走査し、前記対象物の形状データを取得するステップと、前記対象物の形状データと、前記第１の補正データと、前記第２の補正データと、から前記対象物の形状測定結果を算出するステップを含む形状測定方法。
【請求項１５】
請求項１２から１４のいずれか一項に記載の形状測定方法において、前記第１の原器の前記形状データの３次成分が、前記第１の原器の前記形状データの曲線補完された波形を表す関数の３次成分である形状測定方法。
【請求項１６】
対象物の表面にプローブを接触させて走査させることにより測定した前記対象物の形状データから、前記対象物の形状を取得するデータ処理方法であって、
前記プローブで表面形状が既知である第１の原器の表面を走査して取得した前記第１の原器の形状データから前記第１の原器の形状データの３次成分を除去した形状データと、記第１の原器の既知の形状データと、から算出した第１の補正データを用いて、前記対象物の形状データを補正するステップを含むデータ処理方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載のデータ処理方法において、前記プローブで表面形状が既知である第２の原器の表面を走査して取得した前記第２の原器の形状データと、前記第１の補正データと、前記第２の原器の既知の形状データと、から算出した第２の補正データを用いて、前記対象物の形状データを補正するステップを含むデータ処理方法。
【請求項１８】
請求項１６または１７に記載のデータ処理方法において、前記第１の原器の前記形状データの３次成分が、前記第１の原器の前記形状データの曲線補完された波形を表す関数の３次成分であるデータ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は接触式のプローブにより対象物を走査し、対象物の形状データを測定する形状測定装置の形状測定方法、形状測定装置、およびデータ処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、球面ないし非球面レンズのような光学素子の表面形状を測定する場合、接触（または非接触式）のプローブをレンズ表面に倣い移動させ、その移動軌跡から表面形状を測定する形状測定装置が知られている。
【０００３】
一般に、回転対称形が多いレンズのような光学素子の表面形状をプローブ走査により測定する場合、形状測定装置には、プローブを形状に沿って動作させる軸（例えばＺ軸）の他にプローブの走査軸（例えばＸ軸）をもう１軸のみ配置すれば足りる場合がある。即ち、この種の形状測定装置には少なくとも２軸の相対移動軸が配置される。これら２軸は、例えば、対象物、およびプローブを第１の方向に相対移動させる軸（例えばＸ軸）と、対象物の表面形状に倣って第２の方向にプローブを移動（例えば上下動）可能に支持するする軸（例えばＺ軸）の２（Ｘ、Ｚ）軸である。
【０００４】
装置の形態としては、例えば、ワークを走査するプローブをＸ軸方向に移動させるＸステージを門型の支持構造の上部に水平に配置する構成がある。この場合、Ｘステージを支持する両側の支柱の間（「門」型の内部）にワークを位置決めする。そして、ワークを走査している間、ワークの表面形状に倣ってプローブがＸ軸と直交するＺ軸（上下）方向に移動し、このプローブのＺ軸方向の位置（Ｚ座標）を走査位置（Ｘ座標）に関連づけて記録する。このようにして得た（Ｚ、Ｘ）座標の列として、ワークの形状測定データを取得することができる。
【０００５】
このような測定手法では、形状測定精度は、ＸＺ２軸の直交度（直交性）からの誤差に影響される。また、接触式のプローブでは、ワークと接触する先端部は、球面などの仕様上、定められた所定形状に形成されるが、このプローブの先端部（チップ）の上記所定形状に対する形状誤差が影響する。
【０００６】
従来、接触式のプローブの先端チップの形状誤差の補正に関しては、例えば、ナイフエッジ形態の基準ゲージをプローブで走査して、先端チップの形状誤差を測定しておき、ワーク測定軌跡を修正する手法が提案されている（例えば下記の特許文献１）。この特許文献１では、ＸＺ軸の直交度に関する誤差は殆んど考慮されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３０２５４１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、形状測定装置の校正のために、プローブの先端の形状誤差の測定とは別に、ＸＺ直交度誤差を測定することが考えられる。例えば、何らかの原器をプローブ走査してＸＺ直交度誤差を測定し、直交度補正データを生成する。しかしながら、未校正の初期状態では、プローブ形状誤差とＸＺ直交度誤差が混在しており、いずれの測定を先に実行するにしても、これらのうち一方の影響を受けずに他方を測定することは難しい。
【０００９】
本発明の課題は、上記の問題点に鑑み、形状測定装置の可動軸の直交度誤差に影響されずに形状測定装置のプローブの先端の形状誤差を正確に補正できる補正データを取得できるようにすることにある。即ち、プローブの先端の形状誤差、および可動軸の直交度誤差を、これらの一方が他方の影響を受けずに測定し、上記各誤差を良好な補正精度で補正し、高精度な形状測定を行えるようにする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明においては、形状測定の対象物、および接触式のプローブを第１の方向に相対移動させる第１のステージと、前記第１のステージによって支持され、前記第１のステージと直交する第２の方向に前記プローブを移動可能に支持する第２のステージと、前記第１の方向に関する前記対象物および前記プローブの相対的な位置情報を検出する第１のスケールと、前記第２の方向に関する前記プローブの位置情報を検出する第２のスケールと、を備え、前記プローブを前記対象物の表面に接触させた状態で、前記第１のステージによって前記対象物および前記プローブを相対移動させ、その際、前記第１のスケールを介して検出した前記対象物の第１の方向に関する位置情報と、前記第２のスケールを介して検出した前記対象物の表面形状に倣って前記第２の方向に沿って移動する前記プローブの第２の方向に関する位置情報と、に基づき、前記対象物の形状データを測定する形状測定装置の形状測定方法において、制御装置が、前記対象物として、既知の曲面形状を有するプローブ校正用の第１の原器を用い、前記第１のステージによって前記対象物および前記プローブを相対移動させて得た前記プローブの位置情報を介して前記第１の原器の形状データを取得する第１の測定ステップと、前記制御装置が、前記第１の測定ステップで得た前記第１の原器の前記形状データから、前記第１および第２のステージの直交度誤差の理論値に相当する誤差成分として、前記第１の測定ステップで得た前記第１の原器の前記形状データの３次成分を除去した形状データと、前記第１の原器の既知の形状データと、に基づき、前記プローブの形状補正データを取得するプローブ形状補正データ取得ステップと、を備えた構成を採用した。
【発明の効果】
【００１１】
上記構成によれば、取得した前記第１の原器の前記形状データから前記第１および第２のステージの直交度誤差の理論値に相当する誤差成分を除去した形状データと、前記第１の原器の既知の形状データと、に基づき、前記プローブの形状補正データを取得する。このため、形状測定装置の前記第１および第２のステージの直交度誤差に影響されずにプローブの先端の形状誤差を正確に補正できるプローブ形状補正データを取得することができる。その後、取得したプローブ形状補正データは、例えば、第１および第２のステージの直交度誤差の補正データを取得する際に利用できる。これにより、プローブの先端の形状誤差、および可動軸の直交度誤差を、これらの一方が他方の影響を受けずに測定し、上記各誤差を良好な補正精度で補正し、かくして高精度な形状測定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明を実施した形状測定装置の対象物の形状測定時の構成を示した斜視図である。
【図２】図１の形状測定装置の測定制御部の構成を示したブロック図である。
【図３】図１の形状測定装置の校正処理手順の全体を示したフローチャート図である。
【図４】図１の形状測定装置の校正処理におけるプローブ形状補正手順を示したフローチャート図である。
【図５】図１の形状測定装置の校正処理におけるＸＺ直交度補正手順を示したフローチャート図である。
【図６】図１の形状測定装置の対象物の形状測定時の測定制御手順を示したフローチャート図である。
【図７】図１の形状測定装置の校正処理において、プローブ形状補正で測定されたＸＺ軸直交度誤差が含まれたプローブ形状補正データの線図である。
【図８】図７のプローブ形状補正データの波形に３次ないし非対称成分として含まれているＸＺ軸直交度誤差を示した線図である。
【図９】図７のプローブ形状補正用データから図８の３次ないし非対称成分を除去した、ＸＺ軸直交度誤差を含まないプローブ形状補正用データを示した線図である。
【図１０】図１の形状測定装置において、Ｘ軸およびＺ軸のスケール補正を実行する時の構成を示した正面図である。
【図１１】図１の形状測定装置において、Ｘ軸のスケール補正を実行する時のデータフローを示した説明図である。
【図１２】図１の形状測定装置において、Ｚ軸のスケール補正を実行する時のデータフローを示した説明図である。
【図１３】図１の形状測定装置において、Ｘ軸ステージの走り補正を実行する時の構成を示した正面図である。
【図１４】図１の形状測定装置において、Ｘ軸ステージの走り補正を実行する時のデータフローを示した説明図である。
【図１５】図１の形状測定装置において、Ｚ軸ステージの走り補正を実行する時の構成を示した正面図である。
【図１６】図１の形状測定装置において、Ｚ軸ステージの走り補正を実行する時のデータフローを示した説明図である。
【図１７】図１の形状測定装置において、プローブ形状補正、またはＸＺ軸直交度補正を実行する時の構成を示した正面図である。
【図１８】図１の形状測定装置において、プローブ形状補正を実行する時のデータフローを示した説明図である。
【図１９】図１の形状測定装置において、ＸＺ軸直交度補正を実行する時のデータフローを示した説明図である。
【図２０】図１の形状測定装置の対象物の形状測定時のデータフローを示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面に示す実施例を参照して本発明を実施するための形態につき説明する。なお、以下に示す実施例はあくまでも一例であり、例えば細部の構成については本発明の趣旨を逸脱しない範囲において当業者が適宜変更することができる。また、本実施形態で取り上げる数値は、参考数値であって、本発明を限定するものではない。
【００１４】
＜実施例＞
図１は本発明を実施可能な形状測定装置の構成を斜視図の形式で示している。図１において、形状測定装置１００の本体定盤１０１は、装置本体に外部振動を伝達しないよう、架台１０３により支持された除振台１０２の上に配置されている。装置の制御に用いられる３次元（ＸＹＺ）座標系の各座標軸の方向は任意に取って良いが、本実施例ではＸ、Ｙ、Ｚの各座標軸は図１の左上に示すように取られている。
【００１５】
本体定盤１０１上には、Ｘ軸ステージガイド１０５がフレーム１０４によって例えば全体が門型の形態となるように配置されている。
【００１６】
被測定物（測定対象）である対象物１０９（例えばワークなど）は、フレーム１０４およびＸ軸ステージガイド１０５の門型の下部に配置され、接触式のプローブ１０８によって走査される。
【００１７】
プローブ１０８は、Ｘ軸ステージガイド１０５によってＸ軸方向（第１の方向）に移動されるＺ軸ステージガイド１０６のＺ軸ステージスライダ１０７に装着され、対象物１０９の形状に倣って上下動させる。Ｚ軸ステージガイド１０６は、Ｘ軸ステージスライダ１２１を介してＸ軸ステージガイド１０５に装着され、Ｘ軸ステージガイド１０５によりＸ軸方向（第１の方向）に駆動される。
【００１８】
プローブ１０８は、Ｚ軸ステージスライダ１０７に装着され、Ｚ軸ステージガイド１０６に沿ってＺ軸方向（第２の方向）に移動可能である。
【００１９】
便宜上、本実施例では、上記のＸ、Ｚ軸の各ステージの各移動方向に相当する２軸のうち、Ｘ軸を第１のステージ軸、Ｚ軸が第２のステージ軸という。
【００２０】
Ｘ軸ステージガイド１０５には、不図示の駆動モータ、例えばシャフトモータなどが搭載され、この駆動源によりＸ軸ステージスライダ１２１をＸ軸方向に移動させる。Ｚ軸ステージガイド１０６には、不図示の駆動モータ、例えばリニアモータなどが搭載され、この駆動源により、Ｚ軸（上下）方向にＺ軸ステージスライダ１０７を駆動する。
【００２１】
Ｘ軸ステージガイド１０５およびＸ軸ステージスライダ１２１は、形状測定の対象物、および接触式のプローブ１０８を第１の方向に相対移動させる第１のステージを構成する。また、Ｚ軸ステージガイド１０６およびＺ軸ステージスライダ１０７は、第１のステージによって支持され、第１のステージと直交する第２の方向にプローブ１０８を移動可能に支持する第２のステージを構成する。
【００２２】
Ｘ軸ステージガイド１０５上のＸ軸ステージスライダ１２１のＸ軸方向に関する現在の位置情報を測定するため、本実施例では、Ｘ軸スケールは例えば２本１組のダブルスケール構成を採用している。即ち、Ｘ軸スケール１１４はＸ軸スケールフレーム１１３を介して、Ｘ軸ステージガイド１０５の下方の本体定盤１０１上に支持されている。
【００２３】
２つめのＸ軸スケール１１６はＸ軸スケールフレーム１１５を介して、Ｘ軸ステージガイド１０５の下方の本体定盤１０１上に支持されている。この例では、Ｘ軸スケール１１６の位置はＸ軸スケール１１４よりも奥（Ｙ＋）側になっている。
【００２４】
また、Ｘ軸スケール１１４、１１６によって、Ｘ軸ステージスライダ１２１のＸ座標を測定するためのスケールヘッドがＸ軸ステージスライダ１２１の下部に配置される。Ｘ軸スケール１１４を用いてＸ座標を計測するスケールヘッド１１７は、Ｘ軸スケールヘッドフレーム１１８を介して、Ｘ軸スケール１１４に正対するよう、Ｘ軸ステージスライダ１２１の下面に支持される。一方、Ｘ軸スケール１１６を用いてＸ座標を計測するスケールヘッド（図１では詳細不図示）は、は、Ｘ軸スケールヘッドフレーム１２０を介して、Ｘ軸スケール１１６に正対するよう、Ｘ軸ステージスライダ１２１の下面に支持される。
【００２５】
なお、Ｘ軸スケール１１４、１１６のように複数のスケールを配置する場合、Ｘ軸ステージスライダ１２１のＸ座標は、複数のＸ軸スケール（１１４、１１６）の測定値を組合せる演算（例えば測定値の平均を取る演算など）によって求めることができる。
【００２６】
また、Ｚ軸ステージガイド１０６には、Ｚ軸ステージスライダ１０７のＺ軸方向に関する現在の位置情報を測定するＺ軸スケール１０７１（詳細不図示）が組み込まれている。
【００２７】
上記のＸ軸スケール１１４、１１６は、Ｘ軸方向（第１の方向）に関するプローブ１０８と対象物１０９の相対的な位置情報を検出する第１のスケールを構成する。また、Ｚ軸スケール１０７１は、Ｚ軸方向（第２の方向）に関するプローブの位置情報を検出する第２のスケールを構成する。
【００２８】
プローブ１０８は、板バネを介して支持された接触子を備える。例えば、この板バネのたわみ量によって、被測定物（測定対象）である対象物１０９の表面に接触した時の対象物１０９に対する接触子の接触圧が調節される。なお、Ｚ軸ステージスライダ１０７がストロークの中心に位置する時、プローブ１０８の接触子の先端と、２つのＸ軸スケール１１４、１１６のＺ方向高さが概略同じになるように各部が配置される。
【００２９】
プローブ１０８には、プローブ部の筐体に対する接触子の位置を測定する変位センサ７０１を設けることができる。このプローブ１０８の変位センサは、上記の変位センサ７０１と同様に、例えばレーザ測長器や反射型光センサなどから構成することができる。例えば、プローブ１０８の接触子を対象物１０９に接触させて、上記の変位センサの変位量が一定値を示すよう、Ｚ軸ステージスライダ１０７のＺ軸位置を制御することにより、プローブ１０８の板バネのたわみ量を一定に調節することができる。このような調整を行うことにより、対象物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。
【００３０】
また、対象物１０９の傾斜姿勢を制御するため、ティルトステージ１１０が設けられている。ティルトステージ１１０は、例えば対象物１０９を互いに概略直交する方向（例えばＸ、Ｙ軸に平行な軸廻り）に傾斜させることができるような２軸分の回転駆動部を用いて構成される。ティルトステージ１１０の下方には、対象物１０９およびティルトステージ１１０を互いに概略直交方向に（例えばＸＹ平面内で）平行（並進）移動させるＸＹステージ１１１が配置されている。さらに、その下方には、ＸＹステージ１１１〜ティルトステージ１１０〜対象物１０９をＺ軸に平行な回転軸廻りに回転変位させるθ回転ステージ１１２が配置されている。
【００３１】
電装ラック１２２は、本体の駆動系、例えばＸ軸ステージガイド１０５に搭載されたＸ軸ステージスライダ１２１、およびＺ軸ステージガイド１０６に搭載されたＺ軸ステージスライダ１０７を駆動するためのドライバ（駆動回路）を備える。また、電装ラック１２２は、２軸のティルトステージ１１０、ＸＹステージ１１１およびθ回転ステージ１１２を駆動させるためのドライバを備える。
【００３２】
また、電装ラック１２２は、第１、第２のＸ軸スケールヘッド１１７、１１９がそれぞれ出力する第１、および第２のＸ軸スケール位置に相当するデータを入力するためのインターフェース（回路）を備える。また、電装ラック１２２は、Ｚ軸ステージガイド１０６に組み込まれたスケール（不図示）からのデータを入力するインターフェースも備えている。さらに、電装ラック１２２には、接触子に配置された変位センサ（不図示）が出力する接触子の位置データを入力するためのインターフェースも配置されている。
【００３３】
測定制御装置１２３は、後述の補正処理、および形状測定処理全体を制御する。例えば、測定制御装置１２３は、Ｘ軸ステージガイド１０５に搭載されたＸ軸ステージスライダ１２１、Ｚ軸ステージスライダ１０７の移動位置などに関する情報を電装ラック１２２の各ドライバに指令する。また、ティルトステージ１１０、ＸＹステージ１１１およびθ回転ステージ１１２の移動位置などを電装ラック１２２に搭載の各ドライバに指令する。また、電装ラック１２２の各インターフェースから入力される各部の位置検出データを入力することができる。
【００３４】
後述の補正および測定制御手順において、測定制御装置１２３は、上記の入出力処理を介して測定制御装置１２３は、後述の補正処理、および形状測定処理の全体を制御する。上記各部に対する入出力処理を介して後述の補正処理、および形状測定処理の全体を制御するための制御プログラムは、例えばＲＯＭなどの記憶装置に格納しておくことができる。このようなプログラム格納用の記憶装置は、本発明の補正ないし形状測定制御手順を実行するための制御プログラムを格納するコンピュータ読み取り可能な記録媒体に相当する。なお、図１では測定制御装置１２３は独立して図示してあるが、電装ラック１２２に組み込むような構成であっても構わない。
【００３５】
また、測定データ処理装置１２４（データ処理用コンピュータ）は、測定条件パラメータなどを管理するとともに、例えば測定処理に係る管理者や作業者（ユーザ）に対するユーザーインターフェース手段を構成する。測定データ処理装置１２４が管理する測定条件として、上記各スケールや変位センサに係る測定範囲、測定回数、測定速度、測定種類、対象物の設計値形状などが含まれる。測定データ処理装置１２４は、例えばユーザが指定したこれらのパラメータを測定パラメータとし、測定手順データとともに測定制御装置１２３に送る。これにより、例えばユーザが指定した測定制御条件で、校正用の原器などを含む対象物１０９の形状測定を実行することができる。また、測定データ処理装置１２４は各スケールのデータおよび変位センサのデータを測定制御装置１２３から取り込むデータ取り込みプログラムを搭載する。
【００３６】
また、測定データ処理装置１２４は取り込んだ各スケールデータおよび変位センサデータから、対象物１０９の表面形状を算出する形状データ算出プログラムを備える。また、測定データ処理装置１２４は、算出した対象物１０９の形状データと、対象物１０９の設計値形状から対象物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備える。
【００３７】
また、測定データ処理装置１２４は算出した対象物１０９の形状データから、対象物１０９が装置の原点および座標、或いは任意原点およ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備える。
【００３８】
また、本実施例の測定データ処理装置１２４は、プローブ１０８の先端形状の補正データ算出プログラム、すなわちプローブ形状補正プログラムを備える。このプローブ形状補正プログラムを実行する場合は、後述のように、対象物１０９として形状（例えば２次曲面形状）が既知の原器を用いる。
【００３９】
また、測定データ処理装置１２４は測定した形状データから、Ｘ軸ステージガイド１０５とＺ軸ステージガイド１０６との直交度誤差を算出するプログラムすなわちＸＺ直交度補正プログラムを備える。このＸＺ直交度補正プログラムを実行する場合は、対象物１０９として形状が既知の原器を用いる。
【００４０】
なお、図１では、測定データ処理装置１２４と、測定制御装置１２３が別体であるかの如く図示している。また、以上では、測定制御装置１２３と測定データ処理装置１２４に適宜、制御機能が割り当てられている旨、説明している。しかしながら、上記のような構成は理解を容易にするための便宜上のものに過ぎない。例えば、実装上は、測定データ処理装置１２４および測定制御装置１２３を、同一（共通）のＣＰＵ廻りに構成したアーキテクチャにより構成することができる。また、測定データ処理装置１２４と、測定制御装置１２３が別体であるか、同一（共通）ないし一体であるかを問わず、これらは電装ラック１２２内などの適当な位置に搭載することができる。
【００４１】
図２は、測定制御装置１２３（ないし測定データ処理装置１２４）を構成する制御系の構成例を示している。ここでは、これらの制御ないし処理装置を代表する構成として測定制御装置１２３の構成を示している。しかしながら、例えば、図２の構成を測定データ処理装置１２４に転用することもできる。その場合、例えば、インターフェース１６０７に接続された電装ラック１２２を測定制御装置１２３に読み換え、インターフェース１６０８に接続された図中の測定データ処理装置１２４のブロックを省略した構成を考えればよい。また、測定制御装置１２３、測定データ処理装置１２４を一体化した制御系の構成であれば、同様にインターフェース１６０８に接続された図中の測定データ処理装置１２４のブロックを省略した構成を考えればよい。例えば、図２のように、ＣＰＵ１６０１を中心に、そのシステムバス（不図示）に各周辺機器部を接続した構成は、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）のようなハードウェアを利用して構成することができる。
【００４２】
ＣＰＵ１６０１は、例えば各種の汎用マイクロプロセッサなどを用いて構成される。後述する各種の補正データ記憶部として用いられるＣＰＵ１６０１の記憶空間は、例えば、ＲＯＭ１６０２、ＲＡＭ１６０３、などのアドレス空間、あるいはさらにＨＤＤ１６０４などの外部記憶装置に割り当てられた仮想記憶領域によって構成される。
【００４３】
図２の構成では、ユーザーインターフェース手段として、ＬＣＤパネルなどを用いて構成されたディスプレイ１６０５と、キーボード１６０６（およびマウスやトラックパッドのようなポインティングデバイス）を示してある。なお、このようなユーザーインターフェースの構成は一例であって、例えば表示面と入力操作面が一体化されたタッチパネルのような構成を用いてもよい。また、ユーザーインターフェースには、必要に音声入出力手段を用いてもよい。
【００４４】
図１の形状測定装置１００におけるシステムエラー（システム誤差）校正（補正）処理と、対象物（各種工業製品のワーク）の形状測定処理の手順を図３〜図６に示す。これらの制御手順は、例えば、制御装置としての図２のＣＰＵ１６０１によって実行される。その場合、図２の制御（処理）系が、測定制御装置１２３として実装されているか、測定データ処理装置１２４として実装されているかは問わない。これら各図の制御（処理）手順をＣＰＵ１６０１に実行させるための制御プログラムは、ＲＯＭ１６０２やＨＤＤ１６０４に格納しておくことができる。
【００４５】
図３は、形状測定装置１００におけるシステムエラー（システム誤差）校正（補正）処理の制御手順を示している。システムエラー（システム誤差）とは、形状測定装置１００の主にハードウェアが有する誤差で、これらに関する補正を行わない限り、対象物の形状測定を正確に行うことができない。
【００４６】
このシステムエラー（システム誤差）には、例えば本実施例の形状測定装置１００の場合、Ｘ軸およびＺ軸スケールの測定値の直線性に係る誤差が含まれる。このＸ、Ｚ軸スケールの直線性に係る誤差の補正データ（スケールの直線性補正データ）は、図３のステップＳ１３０１、Ｓ１３０２のＸ軸／Ｚ軸スケール補正処理（スケール直線性補正データ取得ステップ）で取得する。また、図１０は、図３のステップＳ１３０１、Ｓ１３０２のＸ軸／Ｚ軸スケール補正処理を実施する時の形状測定装置１００のハードウェア構成の一例を示している。また、図１１は、図３のステップＳ１３０１のＸ軸スケール補正処理を実施する時の制御系（図２）のデータフローを示している。図１２は、図３のステップＳ１３０２のＺ軸スケール補正処理を実施する時の制御系（図２）のデータフローを示している。
【００４７】
また、システムエラー（システム誤差）には、Ｘ軸ステージ、およびＺ軸ステージの走り誤差、即ち、これらのステージが各軸方向に動作する場合、これらの可動軸と直交（ないしは交差）する方向のぶれが含まれる。Ｘ軸、Ｚ軸ステージの走りの誤差の補正データは、図３のステップＳ１３０３、Ｓ１３０４のＸ軸／Ｚ軸のステージ走り補正処理で取得する。図１３は、図３のステップＳ１３０３のＸ軸ステージ走り補正処理を実施する時の形状測定装置１００のハードウェア構成の一例を示し、図１４は、その際の制御系（図２）のデータフローを示している。また、図１５は、ステップＳ１３０４のＺ軸ステージ走り補正処理を実施する時の形状測定装置１００のハードウェア構成の一例を示し、図１６は、その際の制御系（図２）のデータフローを示している。
【００４８】
そして、このシステムエラー（システム誤差）には、前述のプローブ形状誤差と、Ｘ軸ステージ、およびＺ軸スケールの各（ＸＺ）軸のＸＺ直交度誤差が含まれる。前述のように、これらプローブ形状誤差、およびＸＺ直交度誤差は、未校正の段階では両者が混在した状態で発生する。このため、これら両者の誤差のための補正データを得る場合には、何らかの手法により両者の誤差に相当する成分を分離して測定しなければならない。プローブ形状誤差、およびＸＺ直交度誤差の補正データは、図３のステップＳ１３０５、Ｓ１３０６で取得する。図１７は、図３のステップＳ１３０５およびＳ１３０６において、プローブ形状補正処理、およびＸＺ直交度補正処理を実施する時の形状測定装置１００のハードウェア構成の一例を示している。また、図１８は、図３のステップＳ１３０５のプローブ形状補正処理における制御系（図２）のデータフローを示し、図１９は、図３のステップＳ１３０６のＸＺ直交度補正処理における制御系（図２）のデータフローを示している。
【００４９】
これら、相互に関連のある、プローブ形状誤差補正処理（図３のステップＳ１３０５）、およびＸＺ直交度誤差補正処理（同Ｓ１３０６）の詳細は、図４および図５のフローチャートにそれぞれ示してある。
【００５０】
対象物（各種工業製品のワーク）の形状測定処理は、例えば図６に示す手順により実行することができる。この時の形状測定装置１００のハードウェア構成は例えば図１に示す通りである。また、対象物（各種工業製品のワーク）の形状測定処理における制御系（図２）のデータフローは、図２０に示す通りである。この図６（図１、図２０）の「本番」の測定に先立って、図３〜図５に示したシステムエラー（システム誤差）の校正（補正データ取得）処理を実施しておく。
【００５１】
図１０は、Ｘ軸スケール１１４ないし１１６、およびＺ軸方向位置を計測するＺ軸スケール１０７１のスケール誤差を補正するスケール補正データを取得する際の形状測定装置１００の状態を示している。図１０の図示は、図１の正面方向からの図示に相当する。
【００５２】
図１０の構成では、プローブ１０８は、レーザ測長器２０３、２０４のターゲット２０１に換装されている。ターゲット２０１は、底面および側面にレーザ光を反射可能な反射（ミラー）面を有する立方体（ないし直方体）形状に構成されている。このようなレーザ測定用のターゲット２０１は、ミラーキューブなどと呼ばれることがある。
【００５３】
ターゲット２０１は、プローブ１０８の代りにＺ軸ステージスライダ１０７に装着され、Ｘ軸ステージスライダ１２１およびＺ軸ステージスライダ１０７によってＸ、Ｚ軸方向に適当な制御軌道で移動制御させる。その際、レーザ測長器２０３、２０４で測定したターゲット２０１のＸ、Ｚ軸方向の実座標と、Ｘ軸スケール（１１４、１１６）およびＺ軸スケール１０７１を介して測定されるＸ、Ｚ軸方向の座標からスケール誤差に相当する補正データを取得する。
【００５４】
レーザ測長器２０３、２０４は、それぞれレーザ光源および受光器を備え、出射光と、ターゲット２０１からの反射光の干渉状態などを介してターゲット２０１のＸおよびＺ軸方向に係る距離を測定できるよう構成される。
【００５５】
レーザ測長器２０３を用いてＸ軸方向の測定を行う場合、ＣＰＵ１６０１は、Ｚ軸ステージスライダ１０７によってターゲット２０１の高さをターゲット２０１の側面の反射面がレーザ測長器２０３のレーザ光を反射できるよう制御する。このＺ軸位置を維持した状態でＸ軸ステージスライダ１２１によってターゲット２０１をＸ軸方向に移動させ、レーザ測長器２０３からＸ軸方向の距離の実測値を取得するとともに、Ｘ軸スケール（１１４、１１６）の出力値を取得する。
【００５６】
一方、レーザ測長器２０４を用いて、Ｚ軸方向の測定を行う場合には、レーザ測長器２０４のレーザ光を反射させるため、本体定盤１０１の上面に例えば４５°で傾斜した反射面を有するベンダーミラー２０２を配置する。この時、ベンダーミラー２０２は、例えばターゲット２０１（ないしプローブ１０８）の装着中心を通る垂線を通るレーザ光を反射できるよう配置する。Ｚ軸方向の測定を行う場合は、ＣＰＵ１６０１は当然ながら、Ｘ軸ステージスライダ１２１によってこのＸ軸位置を維持した状態で、Ｚ軸ステージスライダ１０７を動作させる。そして、レーザ測長器２０４からＺ軸方向の距離の実測値を取得するとともに、Ｚ軸スケール１０７１の出力値を取得する。
【００５７】
Ｘ、Ｚ軸いずれのスケール補正データを取得する場合も、レーザ測長器２０３、２０４の出力と、Ｘ軸スケール（１１４、１１６）およびＺ軸スケール１０７１の出力は同期的に取り込む。
【００５８】
図１１、図１２は、それぞれＸ軸スケール（１１４、１１６）およびＺ軸スケール１０７１のＸ軸、Ｚ軸スケール補正データを取得する際のデータフローを示している。図１１、図１２において、３０１、４０１は、それぞれレーザ測長器２０３、２０４からの測長データの入力処理を示している。また、３０２、４０２は、それぞれＸ軸スケール（１１４、１１６）およびＺ軸スケール（１０７１）からのスケール測定データの入力処理を示している。これらの測長、測定データは、図１、図２のインターフェース１６０７を介して電装ラック１２２からクロック同期制御などを介して同期的に読み込まれる。
【００５９】
図１１、図１２において、レーザ測長器２０３、２０４により実測したＸ軸、Ｚ軸方向の測長データ（３０１、４０１）と、Ｘ軸、Ｚ軸スケールの測定データ（３０２、４０２）は同期的にＸ軸、Ｚ軸スケール補正値演算（３０３、４０３）で処理される。
【００６０】
Ｘ軸、Ｚ軸スケール補正値演算（３０３、４０３）では、例えば、実際に対象物の測定でＸ軸、Ｚ軸スケールから読み取った測定値を、同時にレーザ測長器２０３、２０４で読み取っている実測値に変換できるような補正データを生成する。このようなＸ軸、Ｚ軸スケールの補正データは、例えば、実測したＸ軸、Ｚ軸方向の測長データ（３０１、４０１）と、Ｘ軸、Ｚ軸スケールの測定データ（３０２、４０２）の差分を取ることにより生成できる。
【００６１】
そして、ＣＰＵ１６０１は、Ｘ軸、Ｚ軸スケール補正値演算（３０３、４０３）により生成したＸ軸、Ｚ軸スケール測定データは、Ｘ軸、Ｚ軸スケール補正データ記憶部（３０４、４０４）に記憶させる。このＸ軸、Ｚ軸スケール補正データ記憶部（３０４、４０４）は、上記のＲＡＭ１６０３、ＨＤＤ１６０４ないしこれらにより構成される仮想記憶領域の所定記憶位置に割り当てられる。
【００６２】
なお、図１１は、２つのＸ軸スケール（１１４、１１６）を区別せずに１つのＸ軸スケールのデータ処理として図示している。実際に２つのＸ軸スケール（１１４、１１６）を配置する場合、Ｘ軸、Ｚ軸スケール補正値演算３０３では、それぞれのＸ軸スケールの測定データと、レーザ測長器２０３から同期的に読み込んだ測長データとの差分などを生成すればよい。これにより、各Ｘ軸スケール（１１４、１１６）の測定値をレーザ測長器２０３で実測した測長データに一致するようにそれぞれ変換可能なＸ軸スケール補正データを生成し、Ｘ軸スケール補正データ記憶部（３０４）に格納できる。
【００６３】
図１３はＸ軸ステージの走り補正（Ｘ軸走り誤差の補正データ取得）を行う際の形状測定装置１００の設定状態の一例を示している。同図の構成はＸ軸ステージガイド１０５のＸ軸ステージスライダ１２１の移動誤差補正値を測定するためのものである。
【００６４】
図１３の構成では、プローブ１０８がＺ軸ステージスライダ１０７に装着されており、このプローブ１０８により平面原器５０１を形状測定する。例えば、平面原器５０１の上面は、形状が既知の平面により構成されている。この平面原器５０１の上面の平面精度が良ければより望ましいが、形状が既知ならば平面に近い形状であれはＸ軸走り誤差の補正データ取得は不可能ではない。平面原器５０１の形状は予め反転法などで求めておき、その形状データはＲＯＭ１６０２やＨＤＤ１６０４などに格納しておく。
【００６５】
図１４はＸ軸ステージ走り補正を行う際のデータフローを示している。この「Ｘ軸ステージ走り」とは、Ｘ軸ステージガイド１０５上でＸ軸ステージスライダ１２１をＸ軸方向に走査させる際のＺ軸方向の上下動のぶれに相当する。このＸ軸ステージ走り補正では、Ｘ軸ステージガイド１０５上でＸ軸ステージスライダ１２１をＸ軸方向に移動させ、平面原器５０１の上面形状に倣って上下動するプローブ１０８のＺ軸座標を取り込む。
【００６６】
図１４において６０１は、Ｚ軸スケール（不図示）を介して測定される原器測定データ（Ｚ軸座標）を示す。Ｘ軸ステージ走り補正では、測定データ処理装置１２４より平面原器５０１の形状を測定するシーケンスが電装ラック１２２を介して本体定盤１０１の各ステージのドライバに送られ、測定が開始される。測定結果は、Ｚ軸スケール１０７１から電装ラック１２２を介して入力（６０１）される。
【００６７】
ＣＰＵ１６０１は、原器測定データ（６０１）と、予めＲＯＭ１６０２などに記憶させた平面原器５０１の形状データに基づき、Ｘ軸ステージの走り補正データを演算するＸ軸ステージ走り補正値演算（６０２）を行う。この時、プローブ１０８のＺ軸座標は、Ｘ軸ステージスライダ１２１のＸ軸座標と関連づけて処理される。その際、これらＸ軸およびＺ軸座標はＸ軸スケール（１１４、１１６）およびＺ軸スケール（１０７１）からそれぞれ読み取られる。これらＸ軸、Ｚ軸スケールから読み取られる出力値は、Ｘ軸、Ｚ軸スケール補正データ記憶部（３０４、４０４：図１１、図１２）に記憶させたＸ軸、Ｚ軸スケール補正データによって補正した上で用いられる。
【００６８】
Ｘ軸ステージ走り補正値演算（６０２）で取得したＸ軸ステージの走り補正データは、Ｘ軸ステージ走り補正データ記憶部（６０３）に格納する。このＸ軸ステージ走り補正データは、例えば、Ｘ軸走査位置（Ｘ軸座標）ごとにＺスケールから読み取ったＺ軸座標と、記憶させた平面原器５０１の形状データとのＺ軸方向の偏差を格納するような形式で表現することができる。このＸ軸ステージ走り補正データ記憶部（６０３）は、上記のＲＡＭ１６０３、ＨＤＤ１６０４ないしこれらにより構成される仮想記憶領域の所定記憶位置に割り当てられる。
【００６９】
図１５はＺ軸ステージ走り補正を行う本体定盤１０１の設定状態を示している。この「Ｚ軸ステージ走り」とは、Ｚ軸ステージガイド１０６がＺ軸ステージスライダ１０７をＺ軸方向に走査させる際のＸ軸（水平）方向のぶれに相当する。このＺ軸ステージ走り補正では、Ｚ軸ステージガイド１０６上でＺ軸ステージスライダ１０７をＺ軸方向に移動させる。その際、Ｚ軸ステージスライダ１０７にプローブ１０８のかわりに装着した変位センサ７０１によって、Ｚ軸ステージスライダ１０７のＸ軸（水平）方向のぶれを測定する。
【００７０】
変位センサ７０１は、例えばレーザ測長器や反射型光センサなどであり、図示のようにＸ軸方向に互いに向かい合う２つのセンサ部によって構成される。本体定盤１０１上には、原器７０２が配置される。この原器７０２は、Ｚ軸ステージ走り補正を行うＸ座標において、変位センサ７０１の２つのセンサ部のほぼ中央の位置で走査されるよう、本体定盤１０１上に配置される。
【００７１】
原器７０２のＺ軸ステージ走り補正を行う角柱の少なくとも１面は走りの基準となる面として形成しておく。望ましくはさらに対向する１面も基準面として形成されていると良い。さらに望ましくは残りの対向する２面も基準面として形成されていると良い。Ｘ軸ステージスライダ１２１のＸ軸座標は、変位センサ７０１上記のように（角柱）原器７０２を挟むように制御し、この位置で、Ｚ軸ステージスライダ１０７をＺ軸方向に走査させ、変位センサ７０１により原器７０２との間隔（Ｘ軸方向の距離）を計測する。
【００７２】
図１６はＺ軸ステージ走り補正を行う際のデータフローを示している。同図において、８０１は、Ｚ軸ステージスライダ１０７の移動に応じてＺ軸スケール１０７１を介して測定される測定データ（Ｚ軸座標）を示す。また、８０２は、変位センサ７０１から入力される変位センサデータ（Ｘ軸方向の変位）を示す。
【００７３】
ＣＰＵ１６０１は、Ｚ軸ステージスライダ１０７のＺ軸走査座標（８０１）に同期して変位センサ７０１から入力される変位センサデータ（Ｘ軸方向の変位）、既知の原器７０２の形状データに基づき、Ｚ軸ステージ走り補正演算（８０３）を行う。この時、変位センサ７０１から入力される変位センサデータ（Ｘ軸方向の変位）は、Ｚ軸ステージスライダ１０７のＺ軸座標と関連づけて処理される。その際、Ｚ軸座標はＺ軸スケール１０７１から読み取られるが、このＺ軸スケール１０７１の出力値は、Ｚ軸スケール補正データ記憶部（４０４：図１２）に記憶させたＺ軸スケール補正データによって補正した上で用いられる。
【００７４】
また、Ｚ軸ステージ走り補正を行う時のＸ軸ステージスライダ１２１のＸ軸座標の制御値は例えば一定であり、変化させない。一方、変位センサ７０１の出力する変位センサデータ（Ｘ軸方向の変位）から変位センサ７０１と原器７０２の間隔（Ｘ軸方向の距離）の実測値を正確に測定すべく、Ｘ軸ステージスライダ１２１のＸ軸座標はＸ軸スケール（１１４、１１６）で測定する。さらにＸ軸スケール（１１４、１１６）の出力値は、Ｘ軸スケール補正データ記憶部（３０４：図１１）に記憶させたＸ軸スケール補正データによって補正した上で用いられる。
【００７５】
Ｚ軸ステージ走り補正値演算（８０３）で取得したＺ軸ステージの走り補正データは、Ｚ軸ステージ走り補正データ記憶部（８０４）に格納する。このＺ軸ステージ走り補正データは、例えば、Ｚ軸走査位置（Ｚ軸座標）ごとに変位センサ７０１の出力する変位センサデータ（Ｘ軸方向の変位）から取得したＸ軸座標の偏差（ぶれ）を格納するような形式で表現することができる。当然ながら、Ｘ軸座標の偏差（ぶれ）は、ＲＯＭ１６０２などに記憶させた平面原器５０１の形状データに基づき演算することができる。Ｚ軸ステージ走り補正データ記憶部（８０４）は、上記のＲＡＭ１６０３、ＨＤＤ１６０４ないしこれらにより構成される仮想記憶領域の所定記憶位置に割り当てられる。
【００７６】
図１７はプローブ形状補正データ、またはＸ軸とＺ軸の直交度補正データを生成する際の形状測定装置１００の設定状態の一例を示している。これら２つの補正データの測定（プローブ形状補正およびＸＺ直交度補正）は、本実施例における形状測定装置１００の校正処理の中核をなすもので、例えば球面のような原器９０１の形状測定を介して行う。
【００７７】
ただし、これらプローブ形状補正データ測定、およびＸＺ直交度補正データ測定では、校正対象のサイズのオーダ（スケール、縮尺）に応じて、好ましくは原器９０１には異なる形状のものを用いる。
【００７８】
例えば、プローブ形状補正では、比較的小直径の球の形状誤差を精度よく取得する必要があるため、原器９０１にはプローブ校正用の第１の原器として比較的小直径の球面原器を用いる。
【００７９】
また、ＸＺ直交度補正では、比較的大きなＸＺ軸に関する走査範囲全体の形状誤差を精度よく取得する必要があるため、原器９０１には、ステージ直交度校正用の第２の原器として比較的大直径の球面原器を用いる。
【００８０】
なお、図１７では、凸面の原器９０１を図示しているが、その測定面は既知の曲面形状）であれば、凹面で構成されていてもよい。また、この原器９０１の形状は後述のＸＺ軸ステージ直行度に対応する３次（非対称）成分を特定し、演算し、除去するに適した既知の曲面形状であればどのような形状でもよい。このような曲面形状としては、例えば球面、楕円断面などの各種の円錐曲面（２次曲面）が考えられる。原器９０１の形状は予め反転法などで求めておき、その形状データはＲＯＭ１６０２やＨＤＤ１６０４などに格納しておく。原器９０１は、適当な治具などを介して本体定盤１０１に配置される。
【００８１】
プローブ形状補正、およびＸＺ直交度補正では、上記のようなサイズの異なるそれぞれ専用の原器９０１の全体を、Ｚ軸ステージスライダ１０７に装着したワーク測定用のものと同じプローブ１０８によって測定する。
【００８２】
図１８、図１９は、それぞれプローブ形状補正の補正データ取得、およびＸＺ直交度の補正データ取得を行う際のデータフローを示している。
【００８３】
図１８のプローブ形状補正において、Ｚ軸ステージスライダ１０７に装着されたプローブ１０８を、Ｘ軸ステージガイド１０５によってＸ軸方向に移動走査させる。例えば、原器９０１の形状を測定するシーケンスデータを電装ラック１２２を介して形状測定装置１００の各ステージのドライバに送信することにより、測定が開始される。この時、電装ラック１２２を介して、原器９０１の表面形状に倣って上下動する原器９０１の形状データを入力する（６０１）。この形状データは、例えばＸ軸スケール（１１４、１１６）から入力されるＸ軸座標のスケール出力値と、これと同期的にＺ軸スケール１０７１から入力されるＺ軸座標のスケール出力値の組合せから成る。ただし、この段階では、入力された原器９０１の形状データ（６０１）は、を表現する各座標値（スケール出力値）は未補正である。図７は、このＸＹ各軸のスケールから入力された未補正状態の原器９０１の形状データ（６０１）の波形（２１０１）を示している。
【００８４】
この形状測定が完了すると、ＣＰＵ１６０１がプローブ形状補正値を演算するプローブ形状補正値演算（１００１）を実行する。このプローブ形状補正値演算（１００１）の基本は、例えば、予め記憶した原器９０１の形状データと、ＸＹ各軸のスケールから入力された形状データ（６０１）の差分としてプローブ形状補正データを算出する演算である。この時、当然ながら、上述のようにして記憶部（３０４、４０４）に予め記憶させたＸ軸スケール補正値、およびＺ軸スケール補正値によって、形状データ（６０１）を表現するＸＹ座標値（スケール出力値）を補正する。また、記憶部（６０３、８０４）に予め記憶させたＸ軸ステージ走り補正データ、およびＺ軸ステージ走り補正データによって、形状データ（６０１）を表現するＸＺ座標値（スケール出力値）を補正する。これらのＸＺスケール出力値の補正は、各補正データによる２次元座標値の座標変換であって、これらの補正処理の順序は任意である。
【００８５】
上記のＸＺ軸スケールおよびＸＺ軸ステージ走り補正を経て、原器９０１の形状データを用いてプローブ形状補正データを算出することができる。この時、上述のように、予め記憶した原器９０１の形状データと、原器９０１の形状データ（６０１）の差分としてプローブ形状補正データを算出するに際して、曲線補完（最小二乗法など）処理を行う。その際、上述のように、曲線補完された波形を表現する関数から、形状データ（ないしはプローブ形状補正データ）に作用しているＸＺ軸ステージ（走査系）のＸＺ軸直交誤差成分に相当する３次成分を除去する。
【００８６】
上記の、曲線補完された波形を表現する関数から除去する３次成分（あるいは波形の中央を基準とする対象成分、ないしは奇関数の成分）は、ＸＺ軸ステージ（第１および第２のステージ）の直交度誤差の理論値に相当する誤差成分、と考えてもよい。
【００８７】
例えば、図７の未補正状態の原器９０１の形状データ（６０１）の波形（２１０１）には、図８の波形（２２０１）のような３次成分（３次波形）のＸＺ軸ステージのＸＺ軸直交誤差成分が重畳されている。そこで、図７の原器９０１の形状データ（６０１）の波形（２１０１）から、図８の波形（２２０１）のような３次成分（３次波形）のＸＺ軸直交誤差成分を除去する。これにより、図９の波形（２２０３）のように、ＸＺ軸直交誤差成分の影響を抑圧したプローブ形状補正データを取得することができる。
【００８８】
以上のようにして、数学的な過程（ないしコンピュータによる演算処理）のみを利用して、プローブ形状補正データ測定に作用している未補正のＸＺ軸直交誤差成分に相当する３次成分を除去した、高精度なプローブ形状補正データを取得できる。上記のプローブ形状補正演算（１００１）で演算、取得したプローブ形補正データは、プローブ形状補正データ記憶部１００２に格納される。
【００８９】
図１９は、Ｘ軸とＺ軸の直交度補正データ測定を行う際のデータフローを示している。図１９において、ブロックで示したデータフローの並びは、図１８のものに近い。図１８と図１９の差異は、ＸＺ直交度補正値演算(１１０１)において、図１８のようにして生成され、プローブ形状補正データ記憶部１００２に格納されたプローブ形補正データを用いて、ＸＺ直交度補正データを算出する点にある。
【００９０】
図１９のＸ、Ｚ軸の直交度補正においては、上記のように、好ましくは原器９０１のサイズや形状はプローブ形補正の時とは異なる、ＸＺ軸直交度補正に適したものとする。ＸＺ軸直交度補正に用いる原器９０１の形状データも、予め上記のＲＡＭ１６０３、ＨＤＤ１６０４ないしこれらにより構成される仮想記憶領域の所定アドレスに記憶させておくものとする。
【００９１】
原器９０１の測定手順は図１８の場合と同様であり、原器９０１の形状を測定するシーケンスデータが、電装ラック１２２を介して形状測定装置１００の各ステージのドライバに送信される。これにより、Ｘ軸とＺ軸の直交度補正測定処理が開始される。測定が完了すると、電装ラック１２２を介して原器測定データが入力（６０１）される。
【００９２】
このＸＺ直交度補正値演算(１１０１)の基本は、例えば、予め記憶した（ＸＺ直交度補正用の）原器９０１の形状データと、ＸＹ各軸のスケールから入力された形状データ（６０１）の差分としてＸＺ直交度補正データを算出する演算である。
【００９３】
このＸＺ直交度補正値演算(１１０１)では、図１８の補正データ取得処理と同様に、各記憶部に記憶させてあるＸ、Ｚ軸スケール補正値（３０４、４０４）、Ｘ、Ｚ軸ステージ走り補正データ（６０３、８０４）を用いる。
【００９４】
さらに、このＸＺ直交度補正値演算(１１０１)では、上記のようにしてプローブ形状補正データ記憶部１００２に格納したプローブ形補正データを用いて、ＸＺ直交度補正データを補正する。即ち、上記のようにして、数学的な過程によって未補正のＸＺ軸直交誤差成分に相当する３次成分を除去した、高精度なプローブ形状補正データ用いてＸＺ直交度補正値演算(１１０１)を補正する。これにより、プローブ形状誤差に影響されていないＸＺ直交度補正データを取得することができる。上記のＸＺ直交度補正値演算(１１０１)で演算、取得したＸＺ直交度補正データは、ＸＺ直交度補正値データ記憶部１１０２に格納する。
【００９５】
図２０は、図１０〜図１９で示した各補正処理から成る形状測定装置１００の校正処理の後、各記憶部（３０４、４０４、６０３、８０４、１００２、１１０２）に格納した各補正データを利用してワークの形状測定を行う際のデータフローを示している。
【００９６】
図２０において、６０１は、対象物１０９の形状データを入力するワーク測定データ入力処理を示している。この対象物１０９の形状測定時の形状測定装置１００の状態は、図１の状態に相当する。
【００９７】
対象物１０９の測定では、上述の各原器の測定時と同様に、Ｚ軸ステージスライダ１０７に装着されたプローブ１０８を、Ｘ軸ステージガイド１０５によってＸ軸方向に移動走査させる。この時、対象物１０９の形状を測定するシーケンスデータを電装ラック１２２を介して形状測定装置１００の各ステージのドライバに送信することにより、ワーク形状の測定が開始される。この時、対象物１０９の形状に応じてＸ軸スケール（１１４、１１６）、およびＺ軸スケール１０７１から入力されるＸ、Ｚ軸座標のスケール出力値は未補正である。
【００９８】
入力（６０１）された（未補正の）形状データに基づき、ＣＰＵ１６０１はワーク形状演算（１２０１）を実行する。ワーク形状演算（１２０１）で取得すべき形状データは、例えば、Ｘ軸スケール（１１４、１１６）、およびＺ軸スケール１０７１からそれぞれ同期的に入力される入力されるＸ、Ｚ軸座標のスケール出力値を補正して得られる（Ｘ，Ｚ）座標の列である。
【００９９】
ワーク形状演算（１２０１）において、ＣＰＵ１６０１は、上記の各記憶部（３０４、４０４、６０３、８０４、１００２、１１０２）に格納した各補正データを参照する。例えば、この時、まずＸ、Ｚ軸スケール補正値（３０４、４０４）、Ｘ、Ｚ軸ステージ走り補正データ（６０３、８０４）を用いて、Ｘ、Ｚ軸スケールの出力するＸ、Ｚ軸スケール値を補正する。そして、図１８、図１９の補正処理でプローブ形状補正データ記憶部１００２に格納したプローブ形補正データと、ＸＺ直交度補正値データ記憶部１１０２に格納したＸＺ直交度補正データを作用させて、最終的な対象物１０９の形状データを取得する。
【０１００】
以上のようにして、ＣＰＵ１６０１がワーク形状演算（１２０１）を実行することにより、ワーク形状測定結果出力（１２０２）を得ることができる。ワーク形状測定結果（１２０２）は、測定制御装置１２３や測定データ処理装置１２４に接続されたディスプレイやプリンタを用いて表示、印刷したりする出力処理に供することができる。また、ワーク形状測定結果（１２０２）は、ネットワーク（不図示）などを介して、加工ないし組立装置や管理サーバに送信（出力）することができる。このワーク形状測定結果（１２０２）においては、例えば、ワーク形状演算部１２０１で演算したワークの形状測定結果を数値リストの形式や、あるいはそれに相当するグラフィック表示形式などにより表示（印刷）出力することができる。また、必要であればワーク形状測定結果（１２０２）の出力には、音声合成手段やその合成音声の再生手段などを用いてもよい。
【０１０１】
図３は、形状測定装置１００の校正処理全体の流れを示している。図４、図５は、図３の校正処理における要部、即ち、プローブ形状補正処理、およびＸＺ軸直交度補正処理の流れをそれぞれ示している。また、図６は、形状測定装置１００の校正処理を終了した後に行う対象物１０９の形状測定処理の流れを示している。図４、図５のプローブ形状補正処理、およびＸＺ軸直交度補正処理の際の形状測定装置１００の設定状態は、図１７の通りである。図４、図５のプローブ形状補正処理、およびＸＺ軸直交度補正処理におけるデータフローは図１８および図１９にそれぞれ相当する。図６の対象物１０９の形状測定処理時の形状測定装置１００の状態は、図１に相当し、その際のデータフローは図２０に相当する。図３〜図６の制御手順は、図２に示した制御系、特にＣＰＵ１６０１によって実行される。図３〜図６の制御手順は、例えば、ＲＯＭ１６０２やＨＤＤ１６０４などに格納しておくことができる。
【０１０２】
図３の形状測定装置１００の校正処理において、制御の主体、例えばＣＰＵ１６０１は、まずＸ軸スケール補正処理（Ｓ１３０１）、およびＺ軸スケール補正処理（Ｓ１３０２）を実行する。この時、形状測定装置１００の設定状態は、例えば図１０に示すような状態とし、Ｘ軸スケール補正処理（Ｓ１３０１）、およびＺ軸スケール補正処理（Ｓ１３０２）の際のデータフローは、それぞれ図１１、図１２の通りである。なお、Ｘ軸スケール補正処理（Ｓ１３０１）、およびＺ軸スケール補正処理（Ｓ１３０２）の順序は、図３の順序である必要はなく、両者の順番は逆でも構わない。
【０１０３】
次に、ＣＰＵ１６０１は、Ｘ軸ステージ走り補正処理（Ｓ１３０３）と、Ｚ軸ステージ走り補正処理（Ｓ１３０４）を実行する。この時、形状測定装置１００の設定状態は、それぞれ図１３、図１５に示すような状態とし、Ｘ軸ステージ走り補正処理（Ｓ１３０３）、およびＺ軸ステージ走り補正処理（Ｓ１３０４）の際のデータフローは、それぞれ図１４、図１６の通りである。なお、Ｘ軸ステージ走り補正処理（Ｓ１３０３）、およびＺ軸ステージ走り補正処理（Ｓ１３０４）の順序は、図３の順序である必要はなく、両者の順番は逆でも構わない。
【０１０４】
次に、ＣＰＵ１６０１は、プローブ形状補正処理（Ｓ１３０５）を実行する。この時、形状測定装置１００の設定状態は、それぞれ図１７に示すような状態とし、その際のデータフローは、図１８の通りである。なお、プローブ形状補正処理（Ｓ１３０５）と、下記のＸＺ直交度補正処理（Ｓ１３０６）で用いる原器９０１は共通のものでも良いが、それぞれの測定・補正に適した形状、サイズのものを用いるとよい。例えば、上記のようにプローブ形状補正処理（Ｓ１３０５）では球面（２次曲面）の直径が比較的小さいものを、また、ＸＺ直交度補正処理（Ｓ１３０６）では、球面（２次曲面）の直径、全体のサイズが比較的大きいものを用いる。
【０１０５】
ここで、図４を参照して、プローブ形状補正処理（図３のＳ１３０５）の詳細につき説明する。この時、形状測定装置１００の状態は、図１７の通りで、プローブ形状測定用の原器９０１を測定する。
【０１０６】
図４のプローブ形状補正処理では、まず設定データ読み込み処理（Ｓ１８０１）において、測定のための各種設定データを読み込む。これらは、図１８の各記憶部（３０４、４０４、６０３、８０４）に格納したＸ、Ｚ軸スケール補正値（３０４、４０４）、Ｘ、Ｚ軸ステージ走り補正データ（６０３、８０４）である。
【０１０７】
次に、ＣＰＵ１６０１は、Ｘ軸ステージスライダ１２１を測定開始位置まで移動させる（測定開始位置Ｘ軸移動処理：Ｓ１８０２）。続いてＺ軸下降タッチダウン処理（Ｓ１８０３）において、Ｚ軸ステージスライダ１０７を下降させプローブ１０８を原器９０１に接触させる。プローブ１０８が原器９０１に接触したか否かは、不図示の変位センサによって検出する。ＣＰＵ１６０１は、この変位センサの出力が一定になるようにＺ軸ステージスライダ１０７を制御する。
【０１０８】
次にＣＰＵ１６０１は、Ｘ軸移動処理（Ｓ１８０４）を実行する。ＣＰＵ１６０１は、電装ラック１２２を介して各部にシーケンスデータを送信し、Ｘ軸ステージスライダ１２１をＸ軸方向に測定終了位置まで移動するよう、Ｘ軸ドライバに指令し、Ｘ軸ステージスライダ１２１をＸ軸方向に移動させる。これにより、プローブ１０８の先端（チップ）と原器９０１の表面の接触が保たれた状態でＸ軸ステージスライダ１２１をＸ軸方向に移動させる。
【０１０９】
このＸ軸走査と同時に、形状データ読み込み処理（Ｓ１８０５）を実行し、電装ラック１２２を介してＸ軸スケール（１１４、１１６）、Ｚ軸スケール（１０７１）、およびプローブ１０８の変位を測定する変位センサ（不図示）の出力データを読み込む。Ｘ軸移動完了ＸＺ原点復帰処理（Ｓ１８０６）では、Ｘ軸ステージスライダ１２１の移動を完了し、Ｘ、Ｚ軸のステージスライダを走査開始時と同じ原点に戻す。
【０１１０】
なお、図４のステップＳ１８０１〜Ｓ１８０６（狭義にはＳ１８０５）は、プローブ１０８の位置情報を介して原器９０１の形状データを取得する第１の測定ステップを構成する。この第１の測定ステップでは、対象物として、プローブ校正用の第１の原器９０１を用い、Ｘ軸ステージ（第１のステージ）によって原器９０１およびプローブ１０８を相対移動させる。そして、プローブ１０８の位置情報を介して原器９０１の形状データを取得する。
【０１１１】
続いて、ＣＰＵ１６０１は、プローブ形状演算処理（Ｓ１８０７）でプローブ形状補正値を演算する。このプローブ形状演算処理（Ｓ１８０７）のデータフローは図１８に示した通りで、ここでは、Ｘ、Ｚ軸のスケール補正データ（３０４、４０４）、Ｘ、Ｚ軸のステージ走り補正データ（６０３、８０４）を用いてプローブ形状補正データを演算する。
【０１１２】
この時点ではまだＸＺ直交度補正処理を行っていないため、上述のように測定データ中にはＸＺ軸ステージの直交度誤差が含まれている。即ち、図７に示すように未補正状態の原器９０１の形状データ（６０１）の波形（２１０１）には、図８の波形（２２０１）のような３次成分（３次波形）のＸＺ軸ステージのＸＺ軸直交誤差成分が重畳されている。図８のようなＸＺ直交度誤差は、コマなどと呼ばれる３次波形の特性を有することが知られている。このＸＺ軸直交度誤差の成分を補正（除去）できなければ正確なプローブ形状補正データを取得することができない。
【０１１３】
そこで、前述のようにプローブ形状演算処理の測定データの中からＸＺ直交度誤差分を除去する（差し引く）処理を行う。
【０１１４】
ここで、プローブ形状補正データとＸＺ直交度誤差の関係は、例えば以下の式（１）のように表現できる。
【０１１５】
【数１】
0006786255.tif 000002
ここで、Ｚ（ｘ）は測定データ、Ｙ（ｘ）はプローブ形状補正用データを示す。また、ｅ（ｘ）は上記のＸＺ直交度誤差に相当する。ここで、接触式のプローブと、形状測定装置１００のようなＸＺ直交走査系を用いて球面（２次曲面）のような形状測定を行うことを考える。この場合、ＸＺ直交度誤差は、対象物の中心の左右に相当する象限において右上りまたは右下りに相当する奇数次（特に３次以下）例えば、このＸＺ直交度誤差は、以下の式（２）のように表現できる。
【０１１６】
【数２】
0006786255.tif 000003
ここで上式（２）中のａ３、ａは、ＸＺ直交度誤差に相当する３次以下の奇数次項の係数で、対象のハードウェアに特有のＸＺ直交度誤差に見合った大きさを有する。式（２）のような関数で表現される誤差波形は、図８のようなＸＺ直交度誤差波形に相当する。
【０１１７】
上式（２）中のａ３、ａの大きさは、例えば、図７のように波形でＸ、Ｚスケールにより測定された形状波形（Ｚ（ｘ））を多項式に分解し各係数を最小二乗法などで求めることにより同定可能である。例えば、形状波形（Ｚ（ｘ））を多項式に分解すると、
【０１１８】
【数３】
0006786255.tif 000004
のように表現することができる。
【０１１９】
なお、ここでは、ＸＺ直交度誤差（ｅ（ｘ）：式（２）、図８）は、３次以下の奇数次項、即ちグラフで表示すると３次以下の非対称成分をＸＺ直交度誤差として考えている。しかしながら、上式（３）のより高次の非対称成分の部分もＸＺ直交度誤差（ｅ（ｘ））に含むものとして同定することができる。あるいは、より簡便に、最も有力に作用する３次項のみをＸＺ直交度誤差ｅ（ｘ）として抽出しても良い。また、形状波形（Ｚ（Ｘ））を同定するための多項式としては、Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式などを利用してもよい。
【０１２０】
このように式（１）のＺ（ｘ）（＝測定データ）からＸＺ直交度誤差ｅ（ｘ）成分を除去することにより、実際の測定処理を行うことなく、プローブ形状補正用の対象物１０９の走査のみで、数学的な過程を利用して正確なプローブ形状補正データを取得できる。かくして、図７のように波形でＸ，Ｚスケールにより測定された形状波形（ないしはその誤差波形）を図９のようにプローブ形状波形（またはその誤差補正データ波形）に補正することができる。
【０１２１】
図４のプローブ形状処理（Ｓ１８０７）が完了すると、ＣＰＵ１６０１は、プローブ形状補正値記憶処理（Ｓ１８０８）でプローブ形状補正値をプローブ形状補正データ記憶部（図１８：１００２）に記憶する。以上により、プローブ形状補正（プローブ形状補正データの取得）処理が完了する。図４のステップＳ１８０７〜Ｓ１８０８（狭義にはＳ１８０７）は、第１の測定ステップ（例えばＳ１８０５）の測定に基づきプローブの１０８形状補正データを取得するプローブ形状補正データ取得ステップを構成する。このプローブ形状補正データ取得ステップでは、第１の原器９０１の形状データから（第１および第２の）Ｘ、Ｚ軸ステージの直交度誤差の理論値に相当する誤差成分を除去する。そして、この直交度誤差の理論値を除去したデータと、前記第１の原器の既知の形状データと、に基づき、プローブ１０８の形状補正データを取得する。
【０１２２】
再び、図３において、上記のようにしてプローブ形状補正処理（Ｓ１３０５）が終了すると、ＣＰＵ１６０１はＸＺ直交度補正処理（Ｓ１３０６）を実行する。この時の形状測定装置１００の状態は、上述の図１７と同様であるが、好ましくは、原器９０１には、プローブ形状補正用のものと異なり、ＸＺ直交度補正用としては、なるべく曲率が大きく且つサグが大きい原器を用いる。即ち、ＸＺ直交度補正用としては、プローブ１０８で形状をトレースした時にＸ軸の移動量とＺ軸の移動量が大きい原器が適している。
【０１２３】
ここで、図５を参照して、ＸＺ直交度補正処理（図３のＳ１３０６）の詳細につき説明する。
【０１２４】
図５において、ＣＰＵ１６０１は、まず設定データ読み込み処理（Ｓ１９０１）を行い、測定のための各種設定データを読み込む。これらは、図１８の各記憶部（３０４、４０４、６０３、８０４、１００２）に格納したＸ、Ｚ軸スケール補正値（３０４、４０４）、Ｘ、Ｚ軸ステージ走り補正データ（６０３、８０４）、およびプローブ形状補正データ（１００２）である。
【０１２５】
次に、ＣＰＵ１６０１は、Ｘ軸ステージスライダ１２１を測定開始位置まで移動させる（測定開始位置Ｘ軸移動処理：Ｓ１９０２）。続いてＺ軸下降タッチダウン処理（Ｓ１９０３）において、Ｚ軸ステージスライダ１０７を下降させプローブ１０８を原器９０１に接触させる。図４の場合と同様に、これ以後、プローブ１０８の変位を検出する変位センサ（不図示）を用いて、Ｚ軸ステージスライダ１０７を制御する。例えば、ＣＰＵ１６０１は、この変位センサの出力が一定になるようにＺ軸ステージスライダ１０７を制御する。
【０１２６】
次にＣＰＵ１６０１は、Ｘ軸移動処理（Ｓ１９０４）を実行する。ＣＰＵ１６０１は、電装ラック１２２を介して各部にシーケンスデータを送信し、Ｘ軸ステージスライダ１２１をＸ軸方向に測定終了位置まで移動するよう、Ｘ軸ドライバに指令し、Ｘ軸ステージスライダ１２１をＸ軸方向に移動させる。これにより、プローブ１０８の先端（チップ）と原器９０１の表面の接触が保たれた状態でＸ軸ステージスライダ１２１をＸ軸方向に移動させる。
【０１２７】
このＸ軸走査と同時に、ＣＰＵ１６０１は、形状データ読み込み処理（Ｓ１９０５）で、電装ラック１２２を介して各部の測定手段から出力データを読み込む。ここでは、例えば、Ｘ軸スケール（１１４、１１６）、Ｚ軸スケール１０７１、およびプローブ１０８の変位を測定する変位センサ（不図示）の出力データを読み込む。所期のＸ軸走査を終了すると、Ｘ軸移動完了ＸＺ原点復帰処理（Ｓ１９０６）において、Ｘ軸ステージスライダ１２１の移動を完了し、Ｘ、Ｚ各軸のステージスライダを走査開始時と同じ原点に戻す。
【０１２８】
なお、図５のステップＳ１９０１〜Ｓ１９０６（狭義にはＳ１９０５）は、プローブ１０８の位置情報を介して第２の原器９０１の形状データを取得する第２の測定ステップを構成する。この第２の測定ステップでは、対象物として、ステージ直交度校正用の第２の原器９０１を用い、Ｘ軸ステージ（第１のステージ）によって原器９０１およびプローブ１０８を相対移動させる。そして、プローブ１０８の位置情報を介して原器９０１の形状データを取得する。
【０１２９】
続いて、ＣＰＵ１６０１は、ＸＺ直交度補正演算処理（Ｓ１９０７）でＸＺ直交度補正値を演算する。このＸＺ直交度補正演算処理（Ｓ１９０７）のデータフローは図１９の通りで、ここでは、Ｘ、Ｚ軸のスケール補正データ（３０４、４０４）、Ｘ、Ｚ軸のステージ走り補正データ（６０３、８０４）ＸＺ直交度補正データを演算する。また、このＸＺ直交度補正演算処理（Ｓ１９０７）では、プローブ形状補正データ（１００２）プローブの形状補正も行う。この段階では、既にプローブ形状補正が完了しており、プローブ形状誤差を除去し、精度の良いＸＺ直交度補正データを得ることができる。このＸＺ直交度補正演算処理（Ｓ１９０７）が完了すると、ＸＺ直交度補正値記憶処理（Ｓ１９０８）において、算出したＸＺ直交度補正データをＸＺ直交度補正値データ記憶部（図１９：１１０２）に記憶する。
【０１３０】
図５のステップＳ１９０７〜Ｓ１９０８（狭義にはＳ１９０７）は、Ｘ、Ｚ軸（第１および第２）ステージの直交度補正データを取得する直交度補正データ取得ステップを構成する。この直交度補正データ取得ステップでは、前記のプローブ形状補正データ取得ステップで得たプローブ１０８の形状補正データと、第２の原器９０１の既知の形状データと、前記第２の測定ステップで得た前記第２の原器の形状データを用いる。
【０１３１】
以上により、ＸＺ軸の直交度補正が終了し、図３の形状測定装置１００の校正処理が全て終了する。なお、図３の形状測定装置１００の校正処理では、さらに追加的にプローブの曲率誤差を補正する補正処理を実行するようにしてもよい。また、本体定盤１０１上に原器やワークを回転させるターンテーブルなどを配置している場合には、このような回転手段の回転精度を補正する補正処理を実施するようにしても良い。
【０１３２】
次に、図６を参照して、図３の校正処理を終了した後、対象物１０９の形状測定を行う際の制御手順につき説明する。この「本番」の形状測定においても、制御の主体は、例えば図２に示した制御系、測定制御装置１２３や測定データ処理装置１２４のＣＰＵ１６０１である。なお、以上では、例えば仮想的に測定制御装置１２３や測定データ処理装置１２４が一体化したような制御系を想定して校正処理の制御を説明してきた。しかしながら、図６の処理では、測定制御装置１２３と測定データ処理装置１２４が別体で設けられており、これらの連携によって形状測定制御を実行できることを示す。ただし、図６の処理が測定制御装置１２３と測定データ処理装置１２４の機能を一体化させた制御系が１台設けられているシステムにおいても実施可能であることはいうまでもない。
【０１３３】
図６の形状測定制御は、操作者が対象物である対象物１０９をティルトステージ１１０上にセットし、例えば測定データ処理装置１２４で測定開始を指示する特定の操作を行うと開始される。
【０１３４】
図６の設定データ読込処理（Ｓ２００１）において、対象物１０９の各種設定データおよびパラメータを読み込む。ここでは、例えば、測定データ処理装置１２４を介して、対象物１０９の設計データや測定範囲、移動速度などの各種設定データおよびパラメータのデータを取得する。
【０１３５】
移動データ出力処理（Ｓ２００２）では、例えば測定データ処理装置１２４が設定データ読込処理（Ｓ２００１）で読み込んだ各種設定データ、およびパラメータに基づき形状測定装置１００の各部のシーケンスデータを生成する。例えば、対象物１０９の形状測定制御に必要なＸ軸ステージスライダ１２１やＺ軸ステージスライダ１０７の制御データを生成する。生成したシーケンスデータは測定制御装置１２３へ送信する。
【０１３６】
Ｚ軸原点出し駆動処理（Ｓ２００３）では、測定制御装置１２３が電装ラック１２２のＺ軸ドライバに指令し、Ｚ軸ステージスライダ１０７を原点に移動させる。
【０１３７】
測定開始位置Ｘ軸移動処理（Ｓ２００４）では、測定制御装置１２３がＸ軸ステージガイド１０５に支持されたＸ軸ステージスライダ１２１をＸ軸開始位置へ移動するように電装ラック１２２のＸ軸ドライバに指令する。これにより、Ｘ軸ステージスライダ１２１を対象物１０９の測定開始のためのＸ座標へ移動させる。Ｘ軸移動が完了したら次にＺ軸下降、ワークタッチダウン処理（Ｓ２００５）を実行する。
【０１３８】
測定制御装置１２３は、Ｚ軸ステージスライダ１０７の駆動用Ｚ軸ドライバに下降を指令し、プローブ１０８を対象物１０９の表面に接触させる。測定制御装置１２３は、Ｚ軸ステージスライダ１０７の下降によってプローブ１０８の先端の接触子が対象物１０９の表面に接触したことをプローブ１０８に配置した変位センサ（不図示）などを介して検出する。これ以降、この変位センサ（不図示）からの出力が一定になるようにＺ軸ステージスライダ１０７を制御する。
【０１３９】
Ｚ軸下降、ワークタッチダウン処理（Ｓ２００５）が完了すると、測定終了位置Ｘ軸移動処理（Ｓ２００６）に進む。この測定終了位置Ｘ軸移動処理（Ｓ２００６）では、測定制御装置１２３からＸ軸ステージスライダ１２１をＸ軸方向に測定終了位置まで移動するように電装ラック１２２のＸ軸ドライバに指令し、Ｘ軸ステージスライダ１２１をＸ軸方向に移動させる。このとき、プローブ１０８により対象物１０９の表面をトレースさせながらＸ軸ステージスライダ１２１をＸ軸方向に移動させる。この間、図示しない変位センサからの出力がほぼ一定になるようにＺ軸ステージスライダ１０７を制御する。また、第１のＸ軸スケール１１４に対するＸ軸ステージスライダ１２１の位置データは、第１のＸ軸スケールヘッド１１７から読み込む。同時に第２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２のＸ軸スケールヘッド１１９から読み込む。また、同時にＺ軸スケール１０７１からＺ軸ステージスライダ１０７のＺ軸位置データを、また、プローブ１０８の変位センサ（不図示）からプローブ１０８のＺ軸位置データを読み込む。上記各スケールおよび変位センサのデータは、電装ラック１２２を介して測定制御装置１２３に転送される。
【０１４０】
測定終了位置Ｘ軸移動処理（Ｓ２００６）が完了すると、Ｚ軸上昇処理（Ｓ２００７）において、測定制御装置１２３は電装ラック１２２を介してＺ軸ステージスライダ１０７を上昇させるシーケンスデータを送信する。これにより、プローブ１０８を対象物１０９から離間させる。
【０１４１】
データ転送処理（Ｓ２００８）では、測定制御装置１２３から測定データ処理装置１２４へ、測定終了位置Ｘ軸移動処理（Ｓ２００６）を処理する間に取り込んだ各スケールおよび変位センサのデータを転送する。
【０１４２】
以上のようにして、プローブ１０８を対象物１０９の表面に倣い、移動させながらプローブ１０８の移動軌跡座標を取り込むことが出来る。
【０１４３】
データ転送処理（Ｓ２００８）が完了すると、上述の校正処理で生成した各種の補正データを用いてシステムエラーを補正するシステムエラー補正処理（Ｓ２００９）に進む。このシステムエラー処理（Ｓ２００９）では、上述の校正処理で生成したシステムエラー補正データを用い、データ転送（Ｓ２００８）で取り込んだＸＺの各軸のスケールデータと変位センサに対して補正処理を行う。
【０１４４】
このシステムエラー補正処理（Ｓ２００９）は、図２０のデータフローにおいて、ワーク形状演算（Ｓ１２０１）に相当する。このシステムエラー補正処理（Ｓ２００９）では、Ｘ軸スケール補正データ記憶部３０４およびＺ軸スケール補正データ記憶部４０４のデータを用いてＸ軸およびＺ軸のスケール補正を行う。また、Ｘ軸ステージ走り補正データ記憶部６０３、およびＺ軸ステージ走り補正データ記憶部８０２のデータを用いてＸ軸とＺ軸のステージ走り補正を行う。また、プローブ形状補正データ記憶部１００２のデータによりプローブ形状補正を行い、さらに、ＸＺ直交度補正値データ記憶部１１０２のデータによりＸＺ軸の直交度の補正を行う。ただし、これらの補正処理のうち、装置の設計仕様、制御仕様、あるいは対象物１０９の仕様などに応じて補正の必要のない処理は実行しなくてもよい。
【０１４５】
続いて、フィッティング計算処理（Ｓ２０１０）では、システムエラー補正処理（Ｓ２００９）にて補正した各データ（または補正をしない各データ）から対象物１０９の表面形状データを生成する。また、フィッティング計算処理（Ｓ２０１０）では、対象物１０９の設計形状データから対象物１０９の正確な位置を計算する。この段階では、例えば、対象物１０９をティルトステージ１１０上に搭載しただけでは対象物１０９の位置を特定することはできない。そこで、予め想定している位置に対象物が存在していると仮定してその位置に設計形状データを配置する。そして、対象物１０９の表面形状測定データとティルトステージ１１０上に配置した設計形状データを比較し、その差が最小になる対象物の表面形状データ移動位置を最小二乗法などを用いて計算する。最小二乗法の場合、例えば、表面形状測定データを平行移動および回転移動させ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および回転移動位置を求める。
【０１４６】
続いて、図６の形状測定では、対象物１０９の形状誤差を求める。即ち、形状誤差算出処理（Ｓ２０１１）で設計形状データと、フィッティング誤差を補正した対象物１０９の測定形状データの差分として、対象物１０９の形状誤差を求めることができる。
【０１４７】
最後に、測定結果表示（Ｓ２０１２）において、形状誤差算出処理（Ｓ２０１１）で計算した対象物１０９の設計値からの誤差形状を数値或いはグラフ等で出力する。また、対象物１０９の誤差形状を対象物１０９の規格値としてあらかじめ記憶されている数値と比較し、対象物１０９の良否判定結果を表示することも出来る。この測定結果表示（Ｓ２０１２）には、測定データ処理装置１２４に設けたディスプレイなどを利用することができる。ただし、この測定結果表示（Ｓ２０１２）には、表示出力のみならず、プリンタなどを用いた印刷出力や、必要であれば音声出力などの出力方式を用いてもよい。
【０１４８】
以上のように、本実施例によれば、ＸＺ直交度誤差補正に先立ち、プローブ形状補正演算時に実際の測定処理を行うことなく、プローブ形状補正用の対象物１０９の走査のみで、数学的な過程を利用して正確なプローブ形状補正データを取得できる。このため、続いて行うＸＺ直交度誤差補正において、プローブ形状補正を作用させ、正確なＸＺ直交度誤差補正データを取得することができる。このようにして、形状測定装置１００のシステムエラー校正処理において、プローブ形状補正、続いてＸＺ直交度誤差補正を精度よく実現できる。従って、本実施例によれば、最終的に全ての補正を正確に求めることが可能となるので、対象物１０９の形状測定を高精度に行うことができる。例えば、本実施例の形状測定装置（図１）により、システムエラー校正処理（図３）を行った上、形状測定処理（図６）を行うことにより、対象物１０９の表面形状を正確に測定することができる。形状測定対象の対象物１０９としては、例えば加工、組立過程にある、あるいはそれらが終了したワークなど、特に非球面、球面等からなるレンズに代表される光学素子のような対象物、あるいはこれに類する構造物が考えられる。
【０１４９】
本発明は、上述の実施例の１以上の機能を実現するプログラムをネットワーク又は記憶媒体を介してシステムまたは装置に供給しそのシステムまたは装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。
【符号の説明】
【０１５０】
１００…形状測定装置、１０１…本体定盤、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…プローブ、１０９…対象物、１１０…ティルトステージ、１１１…ＸＹステージ、１１２…θ回転ステージ、１１４、１１６…Ｘ軸スケール、１１７、１１９…スケールヘッド、１１８…Ｘ軸スケールヘッドフレーム、１２０…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…測定制御装置、１２４…測定データ処理装置、２０１…ターゲット、２０２…ベンダーミラー、２０３、２０４…レーザ測長器、５０１…平面原器、７０１…変位センサ、９０１、７０２…原器、１６０１…ＣＰＵ、１６０２…ＲＯＭ、１６０３…ＲＡＭ、１６０４…ＨＤＤ、１６０５…ディスプレイ、１６０６…キーボード、１６０７、１６０８…インターフェース。
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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