(57)【要約】【課題】本発明の目的は、被測定物Ｗの微細穴Ｈなどの目視困難な微細形状であっても、安全にかつ高信頼度で測定できる微細形状測定プローブおよびその微細形状測定プローブを用いた微細形状測定方法を提供することにある。【解決手段】被測定物の微細形状を測定する測定子を備えたプローブであって、測定子が被測定物と関与する測定点の近傍を即時的に目視観察可能な観察手段を備え、特にこの観察手段は測定点近傍の画像を撮像する撮像手段と、撮像手段による撮像結果を離隔した位置において表示する表示器とを備えた。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物の微細形状を測定する測定子を備えたプローブであって、
前記測定子が前記被測定物と関与する測定点の近傍を観察可能な観察手段
を備えたことを特徴とする微細形状測定プローブ。
【請求項２】
前記観察手段は前記測定点近傍の画像を撮像する撮像手段と、前記撮像手段による撮像結果を出力する出力手段とを含むことを特徴とする請求項１に記載の微細形状測定プローブ。
【請求項３】
前記撮像手段はＣＣＤカメラであることを特徴とする請求項２に記載の微細形状測定プローブ。
【請求項４】
前記撮像手段はファイバスコープであることを特徴とする請求項２に記載の微細形状測定プローブ。
【請求項５】
前記撮像手段は前記測定点から離隔した位置から撮像可能な望遠鏡であることを特徴とする請求項２に記載の微細形状測定プローブ。
【請求項６】
前記プローブは前記測定子を振動させた状態で前記被測定物との接触を検出する加振型プローブであることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の微細形状測定プローブ。
【請求項７】
前記観察手段は、前記測定子が前記被測定物に近接した際に生じる音圧現象に基づいて前記測定点の近傍を観察することを特徴とする請求項６に記載の微細形状測定プローブ。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれかに記載の微細形状測定プローブを用いて前記被測定物の微細形状を測定する方法であって、
前記観察手段によって前記被測定物の表面を観察する観察ステップと、
前記観察ステップで得られた結果に基づいて前記被測定物の測定箇所を確認する確認ステップと、
前記確認ステップの後に前記測定箇所を前記微細形状測定プローブによって測定する測定ステップと、
を備えたことを特徴とする微細形状測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微細形状測定プローブおよびそのプローブを使用した微細形状測定方法に関し、特に目視が困難な微細スタイラスを備え、被測定物の微細形状の測定を行う微細形状測定プローブおよびそのプローブを使用した測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
被測定物の粗さ、うねり、形状などの表面性状や表面形状を測定する手段としては、表面粗さ測定機、輪郭形状測定機、真円度測定機、画像測定機、三次元測定機などが用いられるが、測定対象箇所の形状が例えば０．５ｍｍ以下程度の微細形状である場合には、表面粗さ測定機によって被測定物の表面を走査して測定を行う他、顕微鏡に画像測定機能を付加して拡大画像を得て測定が行われる。
【０００３】
表面粗さ測定機の検出器は先端に触針を設けたレバーを回動可能に保持し、触針を被測定物表面に当接した状態で検出器を表面方向へ走査することによって被測定物表面の凹凸に応じて触針が変位し、その変位に伴うレバーの回動を検出して測定を行うものが一般的である。しかし、このような表面粗さ測定機によって被測定物の表面を走査して測定を行う場合には、例えば触針が被測定物の形状にならって走査可能か否かが問題となる。この構造の検出器では、被測定物表面の凹凸の検出は可能であるが、例えば穴の内部の側壁など被測定物表面に直交する部位、あるいは微細穴内部の測定を行うことは困難である。
【０００４】
また、顕微鏡に画像測定機能を付加して拡大画像を得て測定を行う場合は、非接触測定であるために利点も多いが基本的にはＸＹ平面の二次元の測定しか行えない。画像測定を行う際の焦点調節機能を拡張してＺ軸方向の寸法を測定することも可能であるが、一般に測定精度精度は低い。
いずれの場合においても、被測定物表面に直交するＺ軸方向の穴の側壁を測定して、側壁の形状や穴の内径を直接的に求めることは困難であり、特に微細穴の場合はさらに困難となる。
このような微細形状の測定を可能とするセンサとして例えば加振型接触検出センサがある（例えば、特許文献１）。
【０００５】
このセンサの基本構造は、先端に接触部を有する細長のスタイラスと圧電素子およびこれらを支持する支持手段から構成される。圧電素子は、発信回路に接続されてスタイラスをその軸方向に加振する加振用圧電素子と、スタイラスの振動を検出する検出用圧電素子からなり、検出用圧電素子の出力は検出回路に入力されて振動の振幅や位相が検出される。
このスタイラスの接触部が被測定物に接触するとスタイラスの振動が拘束されて振動振幅が減少する。この振動振幅の減少を検出してその時点のセンサと被測定物との相対位置関係から接触部の座標を求めて測定データとする。
【０００６】
この構造のセンサは原理的に微細なセンサを構成することが可能で、例えば、スタイラス直径が５０μｍ、スタイラスの突出部の長さが１ｍｍ程度のものが製作可能であり、このようなセンサを用いれば、例えば、直径０．１ｍｍの微細穴の内壁面の測定が可能になる。
しかし、このようなセンサを用いる場合は、スタイラスや測定箇所が微細であるために、目視確認も難しく、相互の位置合せやセンサの座標系の設定が容易ではない。
この問題を解決するために、加振型接触検出センサに顕微鏡を併置して座標系を容易に設定可能とした微細加工形状測定装置がある（例えば、特許文献２）。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−３９７３７号公報
【特許文献２】
特開２００１−１７４２１１号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
この微細加工形状測定装置のプローブは、例えば図８に示す構成である。
プローブ７はホルダベース７０にスタイラス７３を備えた微細プローブ７２をプローブスペーサ７１を介して取り付け、隣接する位置に顕微鏡８１を併置する。顕微鏡の焦点中央位置とスタイラス７３との離隔距離Ｌは前もって正確に測定されており既知である。
【０００９】
このプローブ７の使用にあたっては、まず被測定物Ｗの測定対象箇所（例えば微細穴Ｈ）を顕微鏡８１で観察し、その焦点中央位置が測定対象箇所に一致するようにプローブ７を位置決めする。そして、例えば微細穴Ｈの中心位置が焦点中央位置に一致した位置を座標系の原点として設定する。焦点中央位置とスタイラス７３との離隔距離Ｌは既知であるから、プローブ７と被測定物Ｗを相対移動させて、図９に示すようにスタイラス７３を微細穴Ｈに正確に位置決めすることは容易に行える。従って、目視確認が難しい微細穴であっても容易に測定を行うことができる。
【００１０】
ところが、スタイラス７３は例えば直径が５０μｍ以下程度であるので、スタイラス自体の目視確認が極めて困難である。例えば、測定の過程において、被測定物Ｗにスタイラス７３が衝突して欠損したり、あるいは座屈などの事故が発生してもその確認が難しく、測定の過程においてこのような事故が発生すると測定結果に異常を生じる。このような微細なスタイラスを用いた測定においては、常にこのような不安要因があり、測定結果に対する信頼性の確保が難しく、万が一事故が生じた場合は、測定そのものを最初からやり直す必要があって、能率が低下する。例えば、測定対象となる微細穴が数百個もある場合には、測定のやり直しにかかる時間と費用は膨大なものとなり、極めて非能率であるという問題があった。
【００１１】
本願発明は、このような問題を解決するために、スタイラス７３の先端部が被測定物Ｗを測定する測定点近傍を観察可能とした微細形状測定プローブおよび測定方法を提供する。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明にかかる請求項１に記載の微細形状測定プローブは、被測定物の微細形状を測定する測定子を備えたプローブであって、前記測定子が前記被測定物と関与する測定点の近傍を観察可能な観察手段を備えたことを特徴とする。
【００１３】
ここで、微細形状とは目視確認が困難な大きさの形状であって、略０．５ｍｍ以下程度の大きさの形状をいう。また、測定子が被測定物と関与する測定点の近傍とは、例えば触針式のスタイラスの場合、被測定物と接触して測定を行うスタイラス先端部の近傍をいい、被測定物がこのスタイラス先端部に近接している場合は、その近接部の被測定物も含めていう。さらに、観察手段とは、データを収集する手段とその収集データを表示、印刷などによって出力する手段とを含むものをいい、データ収集と収集データ出力は所定時間以内に行えるものである。
【００１４】
この発明によれば、被測定物の微細形状を測定する測定子が被測定物を測定する測定点と、この測定点に近接する被測定物表面を観察可能となるので、測定の過程において、任意の時点で即時的にスタイラスの状態や被測定物表面を極めて容易に確認可能となる。例えば測定子の折損、座屈の有無が容易に確認できるほか、被測定物の微細な測定対象箇所の確認が行えるので、測定の信頼性が向上し、これに伴って測定能率が飛躍的に向上する。
【００１５】
また、本発明にかかる請求項２に記載の微細形状測定プローブは、前記観察手段は前記測定点近傍の画像を撮像する撮像手段と、前記撮像手段による撮像結果を出力する出力手段とを含むことが好ましい。
ここで、撮像手段とは測定点近傍のデータを画像データの形で収集するものをいい、出力手段とは画像データを印刷あるいは表示するものをいう。
【００１６】
この発明によれば、測定点近傍のデータが画像データとして収集され、視認可能に表示されるので、微細な形状であっても目視観察が容易になる。また、出力手段によって、測定点から離隔した位置で画像データが印刷あるいは表示されるので、測定点が狭所であっても観察が容易に行える。
【００１７】
さらに、本発明にかかる請求項３に記載の微細形状測定プローブは、前記撮像手段はＣＣＤカメラであることが好ましい。
この発明によれば、撮像手段を小型、低発熱、軽量、廉価なＣＣＤカメラで構成できるので、微細形状測定プローブを小型かつ軽量に構成できる。また、発熱が少ないので、発熱に起因する測定精度の劣化を防止できる。
【００１８】
また、本発明にかかる請求項４に記載の微細形状測定プローブは、前記撮像手段はファイバスコープであることが好ましい。
ここで、ファイバスコープとは測定点近傍のデータを画像データとして収集し、光ファイバーによってこの画像データを離隔した位置へ伝達可能なものをいう。
【００１９】
この発明によれば、測定点近傍のデータを画像データとして収集し、光ファイバーによってこの画像データを離隔した位置へ伝達し、その離隔した位置において画像データを出力するので、微細形状測定プローブを小型化できるほか、発熱が全くないので発熱に起因する測定精度の劣化を防止できる。
【００２０】
さらに、本発明にかかる請求項５に記載の微細形状測定プローブは、前記撮像手段は前記測定点から離隔した位置から撮像可能な望遠鏡であることが好ましい。
この発明によれば、測定点から離隔した位置から測定点近傍を観察できるので測定子の近傍に観察手段を配置する必要がなく、測定子回りの視認性と作業性が向上する。これによって測定子の取り付け、交換などが容易に行えるようになる。
【００２１】
また、本発明にかかる請求項６に記載の微細形状測定プローブは、前記プローブは前記測定子を振動させた状態で前記被測定物との接触を検出する加振型プローブであることが好ましい。
この発明によれば、感度の高い加振型プローブを極めて小型に構成できるので、微細形状の測定を精度良く行うことができる。
【００２２】
さらに、本発明にかかる請求項７に記載の微細形状測定プローブは、加振型プローブにおいて前記観察手段は、前記測定子が前記被測定物に近接した際に生じる音圧現象に基づいて前記測定点の近傍を観察することが好ましい。
【００２３】
ここで音圧現象とは、振動する測定子が被測定物に近接（数μｍ以上）した際に測定子と被測定物との間に介在する媒質（例えば空気）の粘性に基づいてスクイーズ効果（圧縮効果）が発生し、測定子と被測定物間の音圧が変化する現象をいう。この音圧が変化すると測定子の振動は抑制され、測定子が被測定物に接触していなくとも、その振動振幅が減少する。この振幅減少によって被測定物までの距離が推定できるので、この状態で測定子を被測定物表面に沿って走査すれば被測定物表面の形状がおおよそ推定できる。これによって測定子の測定点近傍を観察することができる。
【００２４】
この発明によれば、加振型プローブにおいては、測定子の振動振幅が所定範囲内であるか否かを判定して音圧現象領域にあることを判断し、その振動振幅の変化状態に基づいて測定点近傍を観察する観察手段を構成することができるので、プローブの構成が単純化される。また、データ収集手段として特別な付加手段を必要としないので小型、軽量化を図ることができる。
【００２５】
また、本発明にかかる請求項８に記載の微細形状測定方法は、請求項１から請求項７のいずれかに記載の微細形状測定プローブを用いて前記被測定物の微細形状を測定する方法であって、前記観察手段によって前記被測定物の表面を観察する観察ステップと、前記観察ステップで得られた結果に基づいて前記被測定物の測定箇所を確認する確認ステップと、前記確認ステップの後に前記測定箇所を前記微細形状測定プローブによって測定する測定ステップと、を備えたことを特徴とする。
【００２６】
この発明によれば、測定子が被測定物と関与する測定点の近傍を観察することによって被測定物表面の測定対象箇所を確認し、その結果に基づいて測定箇所を微細形状測定プローブによって本測定を行えるので、測定対象箇所の目視確認が困難であっても、信頼性の高い測定を行うことができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明の好適な実施形態について説明する。
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態にかかる微細形状測定プローブを装着した三次元測定機本体１００を示す。
この三次元座標測定機１００は、測定テーブル１の両端に立設されたコラム２とサポータ３との間に架け渡されたＸ軸ビーム４を備えている。このＸ軸ビーム４に対して空気軸受けによって支持されＸ軸方向に移動可能なＸ軸スライダ６（Ｘ軸移動機構）と、このＸ軸スライダ６に対して空気軸受けによって支持されＺ軸方向に移動可能なＺ軸スピンドル（Ｚ軸移動機構）とを備えている。このＺ軸スピンドルの下端にプローブ７（微細形状測定プローブ）が装着されている。
【００２８】
コラム２とサポータ３も空気軸受けによって測定テーブル１から浮上して支持されており、コラム２は測定テーブル１の一端に設けられたＹ軸ガイド機構５によってＹ軸方向に空気軸受けによりガイドされているので、コラム２とサポータ３は一体となってＹ軸方向に移動可能となっている（Ｙ軸移動機構）。
【００２９】
Ｘ軸移動機構、Ｙ軸移動機構、Ｚ軸移動機構は、各々のスライダやコラムの移動量がリニヤスケールによって検出可能となっている。ここで、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は各々直交関係にある。
プローブ７は測定テーブル１上に載置された被測定物の測定箇所へ微細プローブ７２のスタイラス７３の下側先端部（測定点）を接触させることによってタッチ信号が出力され、その瞬間の各移動機構の移動量が読取られて測定値として出力される。このスタイラス７３の下側先端部は球状に形成されており、測定対象箇所に対して各方向から接触可能である。
【００３０】
各移動機構は空気軸受けによって非接触で支持されているので接触抵抗がほとんどなく、プローブ７の移動に際しては、プローブ７の本体を手で支持して移動させるだけで良く、極めて軽快に移動可能である。しかしプローブ７の本体を手で支持して移動させた場合は１ｍｍ以下の微細な移動は必ずしも容易ではない。
そこで、コラム２に操作盤１１を設け、この操作盤１１の同一面にＸ軸微動つまみ８、Ｙ軸微動つまみ９、Ｚ軸微動つまみ１０を近接して集中配置している。
【００３１】
また、この三次元測定機本体１００は図示しない駆動手段によってＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の移動を自動制御可能となっており、図示しないジョイスティックを操作して各軸方向へ任意の速度で移動させることが出来る。さらに、図示しないコンピュータによって、測定パートプログラムを解読して、その指令に従って、自動測定を行うことも可能である。
操作盤１１に設けられた表示器９５は後に述べる撮像手段によって収集された測定点近傍の画像データを表示する液晶表示器である。
【００３２】
図２はプローブ７の概略構成を示す。このプローブ７はホルダベース７０の一端に顕微鏡８１が設置され、ホルダベース７０の他端にはプローブスペーサ７１を介してスタイラス７３を備えた微細プローブ７２が設置されている。
さらに、プローブスペーサ７１にはスタイラス７３の測定点近傍を観察可能な２台の観察顕微鏡９０が設置されている。ここで測定点とは、スタイラス７３の被測定物Ｗに接触する部位であり、より具体的にはスタイラス７３の下部球状先端部位である。この球状先端が被測定物Ｗに近接している場合は、その被測定物Ｗの近接部位も観察可能となる。
【００３３】
観察顕微鏡９０には、図示しないＣＣＤカメラが内蔵されており、撮像された画像データは図示しないケーブルを介して表示器９５（出力手段）に即時的（リアルタイム）に表示される。観察顕微鏡９０と表示器９５によって観察手段が構成される。
スタイラス７３の直径は５０μｍで下方への突出長さは１ｍｍである。
【００３４】
この微細プローブ７２は被測定物Ｗの微細穴Ｈを測定するが、その微細穴Ｈの内径は略０．１ｍｍ以上であれば測定可能である。
このプローブ７によって座標系の原点設定を行う方法は図８と図９によって説明した方法と同一であるので、説明を省略する。
【００３５】
この第１実施形態によれば次の効果がある。
（１）被測定物Ｗの微細形状を測定するスタイラス７３が被測定物を測定する測定点（スタイラス下部先端球状部位）と、この測定点に近接する被測定物表面を即時的に観察できるので、測定の過程において、任意の時点でスタイラス７３の状態や被測定物Ｗの表面を極めて容易に確認可能となる。従ってスタイラス７３の折損、座屈の有無が容易に確認できるほか、被測定物Ｗの微細な測定対象箇所（例えば微細穴Ｈ）の異常有無確認が行えるので、測定の信頼性が向上し、これに伴って測定能率が飛躍的に向上する。
【００３６】
（２）観察顕微鏡９０によって測定点近傍のデータが画像データとして収集され、その結果が液晶表示器９５に表示されるので、スタイラス７３の測定点近傍の微細領域の目視観察が容易になる。
（３）複数の観察顕微鏡９０を備えることによって、各方向から測定点近傍の観察を行えるのでスタイラス７３や測定対象箇所の異常の有無の確認が容易になる。
【００３７】
（第２実施形態）
次に図３によって、本発明の第２実施形態について説明する。この第２実施形態は、撮像手段であるＣＣＤカメラ９１を微細プローブ７２に組み込んだもので、他の構成は第１実施形態と同一である。
図３に示すように、プローブスペーサ７１の下部に微細プローブ７２の微細プローブホルダ７２１が取り付けられ、この微細プローブホルダ７２１から下部方向へ２本の微細プローブアーム７２２が突出している。そしてこの２本の微細プローブアーム７２２の下部先端にビームが架け渡され、そのビームの中央位置に圧電素子７２３が取り付けられ、圧電素子７２３の中央部には上下に細長いスタイラス７３が固定されている。
【００３８】
圧電素子７２３は、図示しない発信回路に接続されてスタイラス７３をその軸方向に加振する加振用圧電素子と、スタイラス７３の振動を検出する検出用圧電素子からなり、検出用圧電素子の出力は図示しない検出回路に入力されて振動の振幅や位相が検出される。
このスタイラス７３の下部先端球状接触部（測定点）が被測定物Ｗに接触するとスタイラス７３の振動が拘束されて振動振幅が減少する。この振動振幅の減少を検出してその時点のプローブ７と被測定物Ｗとの相対位置関係から測定点の座標を求めて測定データとする。
【００３９】
微細プローブホルダ７２１において、スタイラス７３の上部位置にはレンズ９１１とＣＣＤセンサー９１２によって構成されるＣＣＤカメラ９１が取り付けられており、このレンズ９１１とＣＣＤセンサー９１２が形成する光学軸が、スタイラス７３の軸と一致するように位置関係が調整されている。ＣＣＤセンサー９１２へは、スタイラス７３の測定点付近の画像が結像するようにレンズ９１１が構成されている。ＣＣＤセンサー９１２の出力は図示しないケーブルを介して液晶表示器９５に接続され、測定点近傍の画像データが液晶表示器で容易に目視観察できるようになっている。
【００４０】
この第２実施形態における観察装置のＣＣＤカメラ９１（撮像手段）はスタイラス７３の真上に設けられているので、スタイラス７３の測定点そのものは観察できないが、被測定物Ｗの測定箇所を含む測定点近傍は観察可能である。例えば、スタイラス７３が座屈した場合は観察可能である。
【００４１】
この第２実施形態によれば、第１実施形態における効果（１）、（２）の他に次の効果がある。
（４）撮像手段を小型、低発熱、軽量、廉価なＣＣＤカメラ９１で構成すると共に微細プローブ７２に組み込んだので、微細形状測定プローブを小型かつ軽量に構成できる。
（５）ＣＣＤカメラ９１の発熱が少ないので、発熱に起因する測定精度の劣化を防止できる。
【００４２】
（第３実施形態）
次に図４によって、本発明の第３実施形態について説明する。この第３実施形態は、撮像手段として第２実施形態におけるＣＣＤカメラ９１に代えてファイバスコープ９２を微細プローブ７２に組み込んだもので、他の構成は第２実施形態と同一である。
図４に示すように、ファイバスコープ９２はレンズ９２１と光ファイバ９２２から構成され、スタイラス７３の測定点近傍の画像が液晶表示器９５に表示されるようになっている。
【００４３】
この第３実施形態においては、光ファイバ９２２の出力を直接、液晶表示器９５に接続できないので、光ファイバ９２２の出力を一旦、図示しないＣＣＤデバイスに結像させて画像データを生成し、その画像データを液晶表示器９５に表示する構成となっている。
【００４４】
この第３実施形態によれば、第１実施形態における効果（１）、（２）の他に次の効果がある。
（６）撮像手段をファイバスコープ９２で構成すると共に微細プローブ７２に組み込んだので、微細形状測定プローブを小型かつ軽量に構成できる。
（７）ファイバスコープ９２の発熱が全くないので、発熱に起因する測定精度の劣化がない。
【００４５】
（第４実施形態）
次に図５によって、本発明の第４実施形態について説明する。この第４実施形態は、第１実施形態における撮像手段である観察顕微鏡９０に代えてリモート観察手段９３をプローブスペーサ７１に設けたもので、他の構成は第１実施形態と同一である。
【００４６】
図５に示すように、リモート観察手段９３はプローブスペーサ７１に図示しない支持手段によって支持されるミラー９３１と望遠鏡９３２から構成される。望遠鏡９３２はミラー９３１に光路を屈折されるので、スタイラス７３の測定点近傍を拡大して観察可能である。
望遠鏡９３２には、図示しないＣＣＤカメラが内蔵されており、撮像された測定点近傍の画像データは図示しないケーブルを介して表示器９５（出力手段）に即時的（リアルタイム）に表示される。
ここで、ミラー９３１は平面鏡を用いたが凹面鏡を用いて、測定点近傍をさらに拡大可能としても良い。
【００４７】
この第４実施形態によれば、第１実施形態における効果（１）、（２）の他に次の効果がある。
（８）測定点から離隔した位置から測定点近傍を望遠鏡９３２によって観察できるのでスタイラス７３の近傍に観察手段を配置する必要がなく、スタイラス回りの視認性と作業性が向上する。これによってスタイラス７３や微細プローブ７２の取り付け、交換などが容易に行える。
【００４８】
（第５実施形態）
次に図６によって第５実施形態を説明する。この第５実施形態における観察手段は、第１〜第４実施形態とは異なり、画像データを光学的に収集するものではない。
図６は加振型微細プローブ７２のスタイラス７３と圧電素子７２３を示す。スタイラス７３の下部先端球状部位は被測定物Ｗに接触して測定を行う接触部７３１（測定点）である。
【００４９】
圧電素子７２３は、加振回路ＶＣに接続されてスタイラス７３をその軸方向に振動させる加振用圧電素子７２３ｖと、スタイラス７３の振動を検出して検出回路ＤＣへ出力する検出用圧電素子７２３ｄから構成される。検出回路ＤＣはスタイラス７３の振動振幅ＯＵＴを出力する。
被測定物Ｗの測定に際して、接触部７３１の下端あるいは側端が被測定物Ｗに接触すると、スタイラス７３の振動が拘束されるので、検出回路ＤＣからの検出出力ＯＵＴは信号レベルが低下する。この検出出力ＯＵＴが所定値以下となった位置を接触部７３１と被測定物Ｗの測定位置とし、その位置における微細プローブ７２と被測定物Ｗとの相対位置関係から測定データを得る。
【００５０】
この加振型微細プローブ７２の測定原理は、第１〜第４実施形態と同一であるが、第５実施形態における観察手段は、振動するスタイラス７３と被測定物Ｗとが非接触状態において、両者間に介在する空気の粘性に基づくスクイーズ効果（圧縮効果）による音圧現象に基づいて観察を行う。
図７に示すように、振動するスタイラス７３と被測定物Ｗとの間隙Ｇが数μｍ程度になると、スタイラス７３と被測定物Ｗとの間に介在する空気が圧縮され、その結果、スタイラス７３の振動が拘束され始める。図７においては、間隙ＧがＳＱの範囲において音圧現象による検出出力ＯＵＴの低下が生じる。このように、スタイラス７３と被測定物Ｗとの間隙Ｇが変化すると検出出力ＯＵＴが変化するので、この性質を用いれば、検出出力ＯＵＴを電圧計やコンピュータのディスプレイに表示することによって測定点近傍の観察が行える。
【００５１】
例えば、図６において間隙Ｇを音圧現象を生じるＧ１の状態に保ってスタイラス７３を図中右側へ走査する。そしてスタイラス７３が微細穴Ｈの位置へ到達すると、間隙ＧがＧ１より大きくなるため、検出出力ＯＵＴが増大する。その後、スタイラス７３が微細穴Ｈを通過して間隙ＧがＧ１に戻ると、検出出力ＯＵＴも元の値まで小さくなる。このことから、微細穴Ｈのおおよその位置が観察できる。
【００５２】
この観察によってスタイラス７３の異常を検出することも可能である。例えば、スタイラス７３が折損している場合は、間隙Ｇが所定値となる位置へスタイラス７３を位置決めしても音圧現象によるスタイラス７３の振動振幅変化は生じない。また、スタイラス７３にわずかな曲がりなどが生じている場合は、微細穴Ｈの位置へスタイラス７３を位置決めしても接触部７３１と微細穴Ｈとの間にずれが生じているため、振動振幅は増大しない。これらのことからスタイラス７３の異常を検出することが出来る。
【００５３】
さらに、微細穴Ｈにゴミなどによるつまりがあった場合などにおいても音圧現象が正常値から変化するため、被測定物の異常を検出することが出来る。
なお、この第５実施形態における観察手段を、第１〜第４実施形態における観察手段と併用しても良いし、単独で観察手段として用いても良い。
【００５４】
この第５実施形態によれば、次の効果がある。
（９）加振型プローブにおいて測定子の振動振幅が所定範囲内であるか否かを判定して音圧現象領域にあることを判断し、その振動振幅の変化状態に基づいて測定点近傍を観察する観察手段を構成することができるので、プローブの構成が単純化される。また、データ収集手段として特別な付加手段を必要としないので小型、軽量化を図ることができる。
（１０）光学的観察手段と併用できるので、測定点と被測定物間の微細間隙の観察も可能となる。
【００５５】
次に、本発明の微細プローブ７２を用いて、被測定物Ｗの微細形状を確実に測定する方法を説明する。
まず測定に先立って、微細プローブ７２のスタイラス７３を被測定物Ｗの測定対象箇所に近接させ、観察手段によってスタイラス７３の測定点と被測定物Ｗの表面を観察する。
次に、この観察結果に基づいて被測定物Ｗの測定対象箇所とスタイラス７３の測定点の異常の有無を確認する。
その後、測定対象箇所を微細プローブ７２によって測定する。
【００５６】
この方法によれば、スタイラス７３が被測定物Ｗと関与する測定点の近傍を観察することによって被測定物表面の測定対象箇所を確認し、その結果に基づいて測定対象箇所を微細プローブ７２よって本測定を行うので、測定対象箇所の目視確認が困難であっても、信頼性の高い測定を行うことができる。
本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。
【００５７】
例えば、本発明による微細プローブ７２を三次元測定機１００のＺ軸スピンドルの先端に装着して被測定物Ｗの微細形状を測定する例を示したが、これに限らず、画像測定機に本発明の微細プローブ７２を用いても良い。この場合、画像測定機が本来備える撮像手段を顕微鏡８１として用いることができるので、微細プローブ７２の構成が簡略化できる。
また、その他の真円度測定機、輪郭形状測定機などの表面性状測定機にこの微細プローブ７２を用いても良い。
【００５８】
さらに、出力手段として、三次元測定機１００の操作盤１１に備えた液晶表示機９５を用いる例を示したが、コンピュータのディスプレイなどに表示しても良い。しかし、この実施形態におけるように微細プローブの近辺に表示器（出力手段）を備えた方が操作性が良い。
また、観察手段として光学的観察手段と音圧現象を用いる観察手段を例として示したが、これに限らず、静電的、電磁的などいかなる原理に基づく観察手段であっても良い。
【００５９】
さらに、微細プローブの測定原理として加振型プローブの例を示したが、微細形状を測定可能なプローブであれば、接触式、非接触式を問わずいかなるプローブであっても良い。
また、微細プローブは、タッチ信号プローブの例に限って説明したが、倣い微細プローブであっても良い。
【００６０】
さらに、微細プローブはプローブホルダに固定して用いるものを示したが、微細プローブあるいはスタイラスは交換式であっても良い。
また、撮像手段の撮像出力はケーブルを介して出力手段へ送出する例を示したが、この伝送手段に限らず無線伝送など、どのような伝送手段であっても良い。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明にかかる微細形状測定プローブおよび微細形状測定方法によれば、被測定物の微細形状の測定を高い信頼性で行うことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる微細形状測定プローブを装着した三次元測定機の外観図である。
【図２】本発明の第１実施形態にかかる微細形状測定プローブの構成を示す図である。
【図３】本発明の第２実施形態にかかる微細形状測定プローブの構成を示す図である。
【図４】本発明の第３実施形態にかかる微細形状測定プローブの構成を示す図である。
【図５】本発明の第４実施形態にかかる微細形状測定プローブの構成を示す図である。
【図６】本発明の第５実施形態にかかる微細形状測定プローブの構成を示す図である。
【図７】本発明の第５実施形態にかかる微細形状測定プローブの観察原理を示す図である。
【図８】従来技術にかかる微細形状測定プローブを示す図である。
【図９】従来技術にかかる微細形状測定プローブを示す他の図である。
【符号の説明】
７２  微細プローブ
７３  スタイラス
９０  観察顕微鏡
９１  ＣＣＤカメラ
９２  ファイバースコープ
９３  リモート観察手段
９５  液晶表示器
１００  三次元測定機本体
７３１  接触部（測定点）
Ｈ  微細穴
【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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