(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも３つ以上の球面を有するワークホルダをセットするステージと、前記ワークホルダに搭載された被測定物の複数の被測定面の形状と、前記ワークホルダに設けられた球面の曲率中心位置とを光学的干渉計によって測定する被測定面測定手段と、を備え、前記ステージ上の被測定物のセット状態を変更することで、前記被測定物の複数の被測定面の相対形状を測定する三次元形状測定装置であって、前記被測定面測定手段は、光学的干渉計を共有し、測定光の焦点位置を前記球面の曲率中心位置とすることにより、正反射波面測定で前記球面の曲率中心位置を測定するために干渉縞を計測する撮像手段と、前記測定光を被測定物表面が焦点位置となるように照射して、被測定物表面から反射した光を計測する光検出器と、をそれぞれ有することを特徴とする三次元形状測定装置。
【請求項２】
前記被測定面測定手段が、光学的手段により表面非接触トレースで行うように構成したことを特徴とする請求項１に記載の三次元形状測定装置。
【請求項３】
基準となる球面の曲率中心位置及び、ステージ上に配置された、複数の被測定面を有する被測定物の相対形状を、光学的干渉計による被測定面測定手段により測定する三次元形状測定方法において、前記被測定物を搭載し、少なくとも３つ以上の球面を有するワークホルダを、前記ステージにセットし、同一の前記被測定面測定手段により、前記被測定物の複数の被測定面の1つの面の形状測定と、ワークホルダに設けられた球面の曲率中心位置を正反射波面測定とを行った後に、前記ステージ上の被測定物のセット状態を変更し、前記被測定面測定手段により前記被測定物の複数の被測定面の他の面の形状を測定し、ワークホルダに設けられた球面の曲率中心位置を正反射波面測定で行なうことで、前記被測定物の複数の被測定面の相対形状を測定することを特徴とする三次元形状測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えばレンズ、ミラー、或いは金型などの連続した曲面形状を有する被測定物の被測定面の表面を、三次元座標を基準として測定する三次元形状測定装置に係り、特に２つ以上の被測定面を相対的に高精度に測定することができる三次元形状側定装置にに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、カメラ、ビデオカメラ、半導体製造装置などに用いられるレンズ、ミラーなどの光学素子の表面形状を精度良く測定する形状測定装置が各種提案され開発されている。この形状測定装置としては、例えば、被測定物をセットしたベースと、このベースに設けたコラムに取付けたプローブと、ベース上の被測定物に対してプローブを３次元的に移動させる３次元スライド手段とを備えたものが知られている。
【０００３】
ところで、このような形状測定装置で被測定物を正確に測定するためには、その被測定物をベース上で正確な位置にセットすることが重要となっている。ところが、通常、その被測定物を正確に位置決めしてセットさせることは難しく、予め設定されたセット位置との間に、ある程度のずれ（以下、これを「セット誤差」とよぶ）を生じている場合が多い。
【０００４】
その結果、例えば、形状測定装置を基準として設定したときの座標系（以下、「測定器座標系」とよぶ）と、被測定物の被測定面を基準として設定したときの座標系（以下、「被測定物座標系」とよぶ）とがうまく一致せず、譬え、「測定器座標系」で精度良く測定できたとしても、その測定値には、次式
「測定値」＝「真の形状値」＋「セット誤差」
のように、「セット誤差」を含む虞れがある。
【０００５】
また、この被測定物の被測定面には、製造に伴なう固有の誤差も生じる虞れがある。従って、かりにその「測定値」から「設計値」を差し引いたとしても、
0004434431.tif 000002
という、２種類の誤差が含まれることとなり、「形状誤差」のみを単独に測定することができない。
【０００６】
そこで、このような「形状誤差」を測定する形状測定装置及びその方法として、特開平１１−１７３８３５号公報に記載のものが知られている。
【０００７】
この形状測定装置では、図５に示すように、１つの被測定面と３つの球面９´とを有する被測定物１´の形状測定を行うようになっている。具体的には、被測定物１´の取付け位置を示す球面９´を３個所設け、その球面９´の中心点を接触式のプローブ５Ａで測定することにより、「測定器座標系」で測定した測定点群の位置を求める。そして、この「測定器座標系」での位置を「被測定物座標系」での座標位置に変換するため、所謂、座標変換行列を求め、この座標変換行列を用いて測定点群の位置座標を変換するようになっている。この座標変換により、被測定物１´の「セット誤差」が除去され、「形状誤差」の測定が行えるようになっている。
【０００８】
しかも、この公報に記載の形状測定装置では、例えば被測定物１´に２つ以上の被測定面を有し、それらの相対位置を高精度に測定する必要がある場合であって、それらの被測定面を反転させるなど（以下、段取り替えとよぶ）の再セットを行わなければ、測定不可能であるようなものでも、２つ以上の被測定面に対して、高精度な形状測定が行える。即ち、これは、それぞれの被測定面での形状測定に加えて、３つの球面９´を測定し、これらの球面９´の中心座標位置を基準とするあらたな座標系を用いて、被測定面どうしの相対位置を、段取り替えに伴なう「セット誤差」の影響を受けることなく、高精度に測定するものである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような構成の形状測定装置にあっては、被測定物１´のセッティングを変えて被測定面をそれぞれ測定するたびに、毎回３つの球面９´を測定する必要があるが、この測定には、球面９´にもプローブ５Ａを実際に接触しながらトレースして形状測定を行う訳であるから、測定にある程度長い時間を要する、といった不都合を生じている。
【００１０】
そこで、この発明は、上記した欠点に鑑み、段取り替えに伴なう「セット誤差」を発生させることなく、２つ以上の被測定面を短時間で高精度に測定することができる３次元形状測定装置を提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項の発明の三次元形状測定装置は、少なくとも３つ以上の球面を有するワークホルダをセットするステージと、前記ワークホルダに搭載された被測定物の複数の被測定面と、前記ワークホルダに設けられた球面の曲率中心位置とを光学的干渉計によって測定する被測定面測定手段と、
を備え、前記ステージ上の被測定物のセット状態を変更することで、前記被測定物の複数の被測定面の相対形状を測定する三次元形状測定装置であって、
前記被測定面測定手段は、光学的干渉計を共有し、
測定光の焦点位置を前記球面の曲率中心位置とすることにより、正反射波面測定で前記球面の曲率中心位置を測定するために干渉縞を計測する撮像手段と、
前記測定光を被測定物表面に焦点位置となるように照射して、被測定物表面から反射した光を計測する光検出器と、
を有し、するように構成したことを特徴としている。
請求項２の発明は請求項１の発明において、前記被測定面測定手段が、光学的手段により表面非接触トレースで行うように構成したことを特徴としている。
【００１２】
請求項３の発明の三次元形状測定方法は、基準となる球面の曲率中心位置及び、ステージ上に配置された、複数の被測定面を有する被測定物の相対形状を、光学的干渉計による被測定面測定手段により測定する三次元形状測定方法において、前記被測定物を搭載し、少なくとも３つ以上の球面を有するワークホルダを、前記ステージにセットし、同一の前記被測定面測定手段により、前記被測定物の複数の被測定面の1つの面の形状測定と、ワークホルダに設けられた球面の曲率中心位置を正反射波面測定とを行った後に、前記ステージ上の被測定物のセット状態を変更し、前記被測定面測定手段により前記被測定物の複数の被測定面の他の面の形状を測定し、ワークホルダに設けられた球面の曲率中心位置を正反射波面測定で行なうことで、前記被測定物の複数の被測定面の相対形状を測定することを特徴としている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施例について添付図面を参照しながら説明する。
【００１７】
図１は、この発明に係る三次元形状測定装置を示すものであり、この三次元形状測定装置では、ベース定盤Ｂ上のステージに、ワークホルダＷＨを介して非球面レンズである被測定物１がセットされており、この非球面レンズの球面Ｒ１の形状と、ワークホルダＷＨごと被測定物１を裏返して球面Ｒ２の形状と、これら２面Ｒ１、Ｒ２間の偏心状態とを測定するようになっている。
【００１８】
このため、この三次元形状測定装置には、ベース定盤Ｂと、これに設けたコラムＣと、光源２と、ＡＯＭ周波数シフタ３と、偏波面保存光ファイバ４と、測定光学ヘッド５と、信号処理系６と、三次元スライド手段７と、干渉計８とを備えている。
【００１９】
ベース定盤Ｂには、後述する三次元スライド手段７の一部であり、ステージでもあるＹテーブル７ＢがＹ軸方向にスライド可能に設けられている。このＹテーブル７Ｂは、モータ７１Ｂによって回転駆動される図示外のボールネジにより、Ｙ軸方向に平行に設けた図示外のガイド軸に沿ってスライドするようになっている。このＹテーブル７Ｂ上には、被測定物１の搭載部であるワークホルダＷＨがセットされており、このワークホルダＷＨの３個所に基準球９が設けられている。
【００２０】
なお、この基準球９は、特に、複数の被測定面間の相対位置関係を測定する場合に誤差を生じ易いという事情を配慮して設けてあるものである。即ち、具体的には、例えば非球面レンズの両球面Ｒ１，Ｒ２の形状を測定する場合には、球面Ｒ１の形状測定が終了したら、通常、ベース定盤ＢのステージであるＹテーブル７Ｂから非球面レンズを取り外し、被測定面となる面を球面Ｒ１から球面Ｒ２へと反転させてからでないと、球面Ｒ２の形状を測定できない。このため、反転後に、この非球面レンズを再度ステージへセットする際に、球面Ｒ１測定時のセット状態との間で、セット位置に相対的な位置ずれ、つまり「セット誤差」を生じる虞れがある。そこで、この基準球９の位置を反転前後に測定することにより、この前後で測定した基準球９の位置データのずれの値から、被測定物１の反転前後での「セット誤差」を間接的に測定しようとするものである。
【００２１】
光源２には、コヒーレントな光を出射するレーザが使用されており、コラムＣに固定されている。入射した光をわずかに周波数（Ｆ１，Ｆ２）の異なる２周波光に変換するＡＯＭ周波数シフタ３も、この光源２の近傍のコラムＣに固定されており、ＡＯＭドライバ３Ａ（図２参照）によって駆動制御されている。
【００２２】
測定光学ヘッド５は、被測定面を測定する被測定面測定手段及び球面の位置を測定する位置測定手段となるものであり、左右両側のコラムＣ間に設けたＸテーブル７Ａ上のＺテーブル７Ｃに固設されており、被測定物１の被測定面に向けて出射するレーザ光の測定光軸がＺ軸に平行となるように設定されている。そして、この測定光学ヘッド５には、図２に示すように、コリメータレンズ５１と、偏光ビームスプリッタ５２と、第１，第２の四分の一波長板５３Ａ，５３Ｂと、参照平面５４と、対物レンズ５５と、偏光板５６と、集光レンズ５７と、ハーフミラー５８と、ＣＣＤカメラ５９と、光検出器６０とを備えている。
【００２３】
光検出器６０の出力は、信号処理系６に入力するようになっており、この信号処理系６には、位相計６１と、コンピュータ６２と、サーボドライバ６３とを備えている。そして、この光検出器６０の出力は、位相計６１の入力に接続されている。一方、この位相計６１の入力は、先述したＡＯＭドライバ３Ａの出力に接続されているとともに、この位相計６１の出力は、コンピュータ６２と接続されている。さらに、このコンピュータ６２の出力には、サーボドライバ６３が接続されており、後述する三次元スライド手段７の一部でありＺ軸方向にスライドするＺテーブル７Ｃの駆動用のモータ７１Ｃに対してサーボをかけるようになっている。
【００２４】
三次元スライド手段７には、Ｘテーブル７Ａと、Ｙテーブル７Ｂと、Ｚテーブル７Ｃとを備えているとともに、これらのテーブルを独立別個に精密に位置移動させるための駆動手段として、それぞれボールねじを備えたモータを設けている。
このうち、Ｘテーブル７Ａは、コラムＣに取付けたモータ７１Ａによって回転駆動されるボールネジ７２Ａにより、コラムＣ間をＸ軸方向に沿ってスライドするようになっている。また、Ｙテーブル７Ｂは、モータ７１Ｂによって回転駆動される図示外のボールネジにより、Ｙ軸方向に沿ってスライドするようになっている。さらに、Ｚテーブル７Ｃは、Ｘテーブル７Ａに取付けたモータ７１Ｃによって回転駆動されるボールネジ７２Ｃにより、Ｘテーブル７Ａ上でＺ軸方向に沿ってスライドするようになっている。
【００２５】
干渉計８は、ベース定盤Ｂと、被測定物１と、測定光学ヘッド５との３体についての相対位置関係や、被測定物１と測定光学ヘッド５と２体についての相対位置関係を、それぞれ３次元座標系上で精密に測定するためのものである。そのため、この実施例の干渉計８では、Ｘ干渉計８Ａと、図示外のＹ干渉計と、Ｚ干渉計８Ｃとを備えており、いずれもレーザ測長器ヘッド８１から出射するレーザ光を利用して後述する基準平面ミラーとの間の距離を精密に測定するようになっている。即ち、これらの干渉計８Ａ〜８Ｃでは、レーザ測長器ヘッド８１から出射された１本のレーザ光を、光ファイバ８２を介して３つに分波し、この分波した各レーザ光をそれぞれの干渉計８Ａ〜８Ｃに導光させて使用するようになっている。なお、Ｘ干渉計８ＡとＺ干渉計８Ｃとは、ともに、Ｘテーブル７Ａ上に設けたＺテーブル７Ｃ上に搭載されている一方、図示外のＹ干渉計は、Ｙテーブル７Ｂ上に搭載されている。
【００２６】
これらの干渉計のうち、Ｘ干渉計８Ａは、Ｘ軸方向に対して平行にレーザ光を出射するようになっており、この出射するレーザ光の進行するコラムＣ上には、基準平面ミラー８３Ａが固設されている。一方、Ｙ干渉計８Ｂも、Ｘ干渉計８Ａと同様に、図示外のコラムに設けた基準平面ミラーに向けて、Ｙ軸方向に平行なレーザ光を出射するようになっている。同様に、Ｚ干渉計８Ｃは、Ｚ軸方向に平行なレーザ光を出射するようになっており、この出射するレーザ光の進行するコラムＣ間に固設した図示外の適宜の部材上には、基準平面ミラー８３Ｃが固設されている。
【００２７】
従って、測定光学ヘッド５については、ベース定盤Ｂに対する（被測定物１に対しても同様）Ｘ軸方向での相対位置関係がＸ干渉計８Ａから、またＺ軸方向での相対位置関係がＺ干渉計８Ｃから、計測できるようになる。一方、被測定物１については、ベース定盤Ｂに対する（測定光学ヘッド５に対しても同様）Ｙ軸方向での相対位置関係がＹ干渉計８Ａから計測できるようになる。
【００２８】
ところで、この三次元形状測定装置では、基準平面ミラー８３Ａ，８３Ｃを取付けたベース定盤Ｂにおいて、Ｙテーブル７Ｂ上に設けた被測定物１とＺテーブル７Ｃ上に設けた測定光学ヘッド５とは、その位置が自由に移動可能である。即ち、被測定物１はＸＹ平面上を、また測定光学ヘッド５はＸＺ平面上を自由に移動可能である。従って、これらの移動関係にあるベース定盤Ｂと被測定物１と測定光学ヘッド５との３体間について、ＸＹＺ直交座標系での相対位置関係が、干渉計８と基準平面ミラー８３とを利用することにより高精度に測定できるようになっている。
【００２９】
次に、被測定物１である非球面レンズの複数の被測定面であるＲ１，Ｒ２を測定する測定光学ヘッド５の作用原理について説明する。
【００３０】
さて、光源２から出射したレーザ光は、ＡＯＭ周波数シフタ３の作用で偏光方向が直交する２つの僅かに周波数が異なる光に変換され、偏波面保存光ファイバ４へ入射する。そして、この偏波面保存光ファイバ４へ入射したレーザ光は、その光ファイバ４内を伝播して測定光学ヘッド５へ導かれる。即ち、この光ファイバ４内を進行したレーザ光は、出射端４Ａから偏光方向を維持した状態で２周波光を射出する。
【００３１】
この測定光学ヘッド５において、光ファイバ４から射出されたレーザ光は、発散光であり、コリメータレンズ５１で平行光となって偏光ビームスプリッタ５２へ入射する。この偏光ビームスプリッタ５２へ入射した２周波光のうち、一方の光は、反射されて参照平面５４側へ、もう一方の光は、透過して被測定物１側へ進行する。このうち、参照平面５４側へ進行するレーザ光は、四分の一波長板５３Ａで円偏光に変換され、参照平面５４で正反射されたのちに、再び四分の一波長板５３Ａを透過するときに直線偏向に変換される。その後、偏光ビームスプリッタ５２に戻るが、四分の一波長板５３Ａを透過の際に偏光方位が９０度回転しているために、今度はこの偏光ビームスプリッタ５２を透過して光検出器６０の方へ向かうこととなる。
【００３２】
一方、被測定物１側へ進行するレーザ光は、同様に、四分の一波長板５３Ｂで円偏光に変換され、図３（Ａ）に示すように、対物レンズ５５で収斂光となって被測定物１表面で焦点を結び、所謂キャッツアイ反射される。そして、この被測定物１表面でキャッツアイ反射されたレーザ光は、対物レンズ５５、四分の一波長板５３Ｂへと戻る。そして、この四分の一波長板５３Ｂで円偏光から直線偏光に変換されたレーザ光は、偏光ビームスプリッタ５２に戻るが、四分の一波長板５３Ｂで偏光方向が９０度回転しているために、今度はこの偏光ビームスプリッタ５２で反射して、光検出器６０の方へ向かうこととなる。なお、ここで、対物レンズ５５は、被測定物１の最大面傾斜角度よりも大きな開口角となるような開口数（ＮＡ）を有しており、また対物レンズ５５に入射する光も、この開口いっぱいに入れておくようになっている。
【００３３】
このようにして、参照平面５４及び被測定物１（被測定面）でそれぞれ反射して光検出器６０へ向かうレーザ光は、偏光板５６の作用で干渉され、集光レンズ５７を透過して光検出器６０へ入射する。この光検出器６０へ入射した干渉光は、２つの周波数の差（Ｆ１−Ｆ２）に相当する周波数を有するものであり、この光検出器６０からは所謂ビート信号が信号処理系６へ出力される。
【００３４】
この信号処理系６において、このビート信号を入力する位相計６１では、この測定されたビート信号（以下、測定信号）と基準となるビート信号（以下、参照ビート信号）との位相差を測定すれば、参照平面５４側に向かった方の光と、被測定物１側に向かった光との光路長差の変化がわかる。
【００３５】
従って、逆に、その位相（差）が一定になるように、Ｚ軸方向に沿い測定光学ヘッド５を移動調整するようにサーボをかけるとともに、被測定物１と測定光学ヘッド５との相対位置をＺ軸に直交するＸＹ面内で変化させながら、その移動量を別の直交座標系で読取れば、被測定物１表面の三次元形状を原理的に測定することができる。なお、この実施例では、参照ビート信号は、ＡＯＭドライバ３Ａから図示外のミキサ回路を通して２つのドライブ周波数の差（Ｆ１−Ｆ２）が得られる。
【００３６】
このように、被測定物１と測定光学ヘッド５とは、三次元測定装置上の直交座標系内で任意に移動可能であるとともに測定可能である。従って、測定光学ヘッド５からの信号でＺテーブル７Ｃ移動用のモータ７１Ｃにサーボをかけながら、Ｘテーブル７Ａ及びＹテーブル７Ｂを予め定めたパターンに沿って移動して行くようにして、予め定められた各（Ｘ，Ｙ）位置でＺ位置を読取っていけば、原理通りに、被測定面の３次元形状を測定することができる訳である。
【００３７】
さらに、また、このような被測定面の測定の前又は後に、ワークホルダＷＨに取付けられた基準球９の空間位置を最低３個所測定することで、これらの（３個）の基準球９で作られる平面を基準とした被測定面Ｒ１、Ｒ２の空間位置を確定することができるようになる。
【００３８】
なお、ここで、この基準球９の位置の測定については、次のように行う。
【００３９】
（１）即ち、図３（Ｂ）に示すように、基準球９の中心（ここでは球面の曲率中心に相当）と対物レンズ５５の焦点とが一致するようにアライメントを行うと、図示するように基準球９に入射した光束は、反射し元の光路を戻る。そうすると図２において、参照平面５４で反射した光と偏光ビームスプリッタ５２で反射された光とは、互いに干渉してＣＣＤカメラ（撮像手段）５９上で干渉縞を形成し、「セット誤差」に応じて縞パターンを発生する。ただし、この干渉縞を見るためには、ＡＯＭ周波数シフタ３において、ビート（うなり）を発生させないように、ドライブ周波数を調整する必要がある。
【００４０】
（２）次に、この干渉縞パターンがワンカラーとなるようにアライメントすれば、その位置は対物レンズ５５の焦点位置と基準球９の中心位置（球面の曲率中心位置に相当）が一致しているものであるから、その基準球９の中心位置を非接触で測定できたことに相当する。同様にして、この操作を他の基準球９にも行い、３個所以上の基準球９の中心位置が分かれば、これらの中心位置を通るただ一つの平面が一義的に決定される訳である。その結果、この平面に対する被測定面Ｒ１の相対位置も確定することができる。
【００４１】
▲３▼そして、被測定物１をワークホルダＷＨごと裏返しにセットする段取り替えを行い、今度は裏側の被測定面Ｒ２を測定するとともに、先述した方法で、同じ基準球９の位置を再度測定する。
【００４２】
▲４▼そして、この測定により得られたデータに基づき、３個以上で決定される基準球９が規定する平面とそれに対する被測定面Ｒ２の空間位置とを確定することができる。ここで、この基準球９が規定する平面は、被測定面Ｒ１、Ｒ２を測定したときでも変化しないから、これらの測定結果から、被測定面Ｒ１、被測定面Ｒ２の相対位置の測定結果が精密に確定できる。通常、非球面レンズでは、単レンズで偏心が規定されるから、この実施例により面形状と偏心が測定できたことになるものである。
▲５▼なお、この干渉縞パターンをアライメントする替わりに、例えば、公知の干渉縞解析手法で解析することで算出されたチルト、デフォーカスの成分から、ミスアライメント量が演算されるので、このような演算を行うことができる図示外の解析装置を付加すれば、自動測定も可能となる。
【００４３】
次に、以下、この発明の第２実施例について図４を参照しながら説明する。なお、この実施例において、第１実施例と同一部分には、同一符号を付して重複説明を避ける。
【００４４】
この第２実施例の三次元形状測定装置では、第１実施例のものと、ほぼ同様の構成であるが、測定光学ヘッド５の替わりに、基準球９測定用の非接触式の第１プローブ５Ａと、第２プローブ５Ｂとを独立別個に備えている点が異なっている。
【００４５】
第１プローブ５Ａについては特に、段取り替えを伴なう複数の被測定面の形状測定を行う場合にその段取り替えの前後で生じる虞れのある被測定面間の「セット誤差」を、短時間で、しかも高精度に測定するため、基準球９を測定するものであり、非接触式のものを使用している。即ち、この第１プローブ５Ａは、基準球９の位置を、光学的干渉計により正反射波面測定で行うように構成されている。なお、この第１プローブ５Ａでは、この基準球９の測定の他に、次に説明する第２プローブ５Ｂで測定対象としている被測定物１の被測定面の形状も、必要に応じて測定するようにしてもよい。
【００４６】
一方、第２プローブ５Ｂは、被測定物１の被測定面の形状を測定するためだけのものであって、被測定面に直接接触しながら形状を測定する接触式のものが使用されている。この接触式の第２プローブ５Ｂでは、特に、被測定面が光学鏡面でない場合や、反射率が非常に低い面を測定するのに欠かせないものとなっており、測定しようとする測定対象物が、先の第１実施例のものに比べて適用範囲を大幅に拡大できるようになっている。
【００４７】
従って、この実施例によれば、非接触式の第１プローブ５Ａとともに、接触式の第２プローブ５Ｂを併せ持っているから、被測定面の形状は非接触式の第１プローブ５Ａか接触式の第２プローブ５Ｂを、被測定面の性状に応じて選択し、使い分けることができる。これにより、先述したように、被測定面が光学鏡面でない場合や、反射率が非常に低い面の場合であっても、被測定面を測定することが可能となる。しかも、同時に、基準球９の測定には、高速測定可能な非接触式の第１プローブ５Ａを使用することで、効率のよい被測定物の測定が可能となる。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明してきたように、この発明によれば、位置測定手段が、球面位置を非接触で測定するように構成しており、非接触での位置測定のために高速測定が可能となっている。このため、この発明によれば、段取り替えに伴なう「セット誤差」が発生するのを、この球面位置の測定によって防止できるようになるばかりか、２つ以上の被測定面を、短時間で、しかも、高精度に測定することができるようになり、被測定物の複数の被測定面に対する測定作業が高精度に行えるとともに、測定作業効率の大幅アップが図れるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１実施例に係る三次元形状測定装置を示す概略構成図である。
【図２】この第１実施例の測定光ヘッド及び信号処理系を示す概略構成図である。
【図３】（Ａ）は測定光ヘッドによる被測定物の測定時の要部光路図、（Ｂ）は測定光ヘッドによる基準球の測定時の要部光路図を示す。
【図４】この発明の第１実施例に係る三次元形状測定装置を示す概略構成図である。
【図５】従来の三次元形状測定装置を示す斜視図。
【符号の説明】
１      被測定物（ワーク）
２      光源（レーザ）
３      ＡＯＭ周波数シフタ
３Ａ    ＡＯＭドライバ
４      偏波面保存光ファイバ
５      測定光ヘッド（被測定面測定手段、位置測定手段）
５Ａ    第１プローブ（非接触式の被測定面測定手段）
５Ｂ    第２プローブ（接触式の位置測定手段）
５１    コリメータレンズ
５２    偏光ビームスプリッタ
５３Ａ  四分の一波長板
５３Ｂ  四分の一波長板
５４    参照平面
５５    対物レンズ
５６    偏光板
５７    集光レンズ
５９    ＣＣＤカメラ
６      信号処理系
６０    光検出器
６１    位相計
６２    コンピュータ
６３    サーボドライバ
７      三次元スライド手段
７Ａ    Ｘテーブル
７１Ａ  モータ
７２Ａ  ボールネジ
７Ｂ    Ｙテーブル（ステージ）
７１Ｂ  モータ
７Ｃ    Ｚテーブル
７１Ｃ  モータ
７２Ｃ  ボールネジ
８      干渉計
８Ａ    Ｘ干渉計
８Ｃ    Ｚ干渉計
８３Ａ  基準平面ミラー
８３Ｃ  基準平面ミラー
９      基準球（球面）
Ｂ      ベース定盤
Ｃ      コラム
ＷＨ    ワークホルダ（搭載部）
【図１】
0004434431.tif 000003
【図２】
0004434431.tif 000004
【図４】
0004434431.tif 000005
【図５】
0004434431.tif 000006
【図３】
0004434431.tif 000007