(57)【要約】【課題】光切断方式の計測プローブを簡易的に校正するのに有利な計測装置を提供する。【解決手段】この計測装置は、投影部と、光切断光の投影により被検面上に生成される光切断線の像を画素面で検出する検出部とを含む計測プローブと、原器面の形状が既知である原器と、画素面における光切断線の像の位置に基づいて、光切断線における被検面の位置を求める演算部とを有する。計測装置は、計測プローブと原器とを１つの相対位置に配置させた状態で投影部により原器面に光切断光を投影して、検出部で原器面上の光切断線の像を検出することを、相対位置を変えて少なくとも３回繰り返す。演算部は、相対位置と、検出部で検出された原器面上の光切断線の像とに基づいて、画素面において少なくとも３つの異なる原器面上の光切断線の像が交差する点に対応する原器面上の点の位置を求めることにより、画素面における位置と光切断線における位置との対応データを求める。【選択図】図８
2016048206.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検面の位置を計測する計測装置であって、
前記被検面に向けて光切断光を投影する投影部と、前記光切断光の投影により前記被検面上に生成される光切断線の像を、複数の画素を含む画素面で検出する検出部とを含み、移動可能な計測プローブと、
原器面の形状が既知であり、移動可能な原器と、
前記検出部で検出された前記画素面における光切断線の像の位置に基づいて、前記光切断線における前記被検面の位置を求める演算部と、
を有し、
前記計測プローブと前記原器とを１つの相対位置に配置させた状態で前記投影部により前記原器面に光切断光を投影して、前記検出部で前記原器面上の光切断線の像を検出することを、前記相対位置を変えて少なくとも３回繰り返し、
前記演算部は、
前記相対位置と、前記検出部で検出された前記原器面上の光切断線の像とに基づいて、前記画素面において少なくとも３つの異なる前記原器面上の光切断線の像が交差する点に対応する前記原器面上の点の位置を求めることにより、前記画素面における位置と前記光切断線における位置との対応データを求める、
ことを特徴とする計測装置。
【請求項２】
前記演算部は、前記計測プローブまたは前記原器を１つの軸方向に沿って移動させることにより、前記相対位置を変えることを特徴とする請求項１記載の計測装置。
【請求項３】
前記原器面は、球面、または、互いに傾きの異なる少なくとも３つの平面であることを特徴とする請求項２に記載の計測装置。
【請求項４】
光切断光の投影により被検面上に生成される光切断線の像を、複数の画素を含む画素面で検出する検出部を含む計測プローブを有する計測装置の校正方法であって、
前記計測プローブと、原器面の形状が既知である原器とを１つの相対位置に配置させた状態で前記原器面に光切断光を投影して、前記検出部で前記原器面上の光切断線の像を検出することを、前記相対位置を変えて少なくとも３回繰り返す第１工程と、
前記相対位置と、前記第１工程で検出された前記原器面上の光切断線の像とに基づいて、前記画素面において少なくとも３つの異なる前記原器面上の光切断線の像が交差する点に対応する前記原器面上の点の位置を求める第２工程と、
前記第２工程で求められた位置に基づいて、前記画素面における位置と前記光切断線における位置との対応データを求める第３工程と、
を含むことを特徴とする計測装置の校正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、計測装置、および計測装置の校正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光切断方式による計測プローブ（以下「光切断プローブ」という。）を用いて、被検物の３次元形状データを取得する計測装置が存在する。ここで、光切断プローブは、被検物に向けて光切断光束を投影する投影系と、被検物（被検面）上の光切断線を検出する検出系とを含む。光切断プローブを用いた計測に際しては、予め計測装置の校正が行われるが、この校正の方法としては、投影系と検出系とを個別に校正する方法と、投影系と検出系とを一括して校正する方法とがある。このうち、特許文献１は、検出系が予め校正されていることを前提として、その結果を用いて投影系を校正する方法を開示している。一方、特許文献２は、精密ステージで被検物の尖点を精密に位置決めした後、尖点の位置に対する光切断プローブの計測値を対応付けることにより、投影系と検出系とを一括して校正する方法を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１３５９３号公報
【特許文献２】特許第３８２４５９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示されている方法のように投影系と検出系とを個別に校正する方法は、工程が多く、煩雑になりやすい。このようなことから、特に、光切断プローブを計測装置に設置した状態で校正を行う場合には、この方法は不向きである。一方、特許文献２に開示されている方法では、尖点を２次元的に走査し、光切断光束が平面を形成しているとみなせる場合を想定している。しかしながら、投影系に誤差があり、光切断光束が平面状とみなせない場合には、尖点を３次元的に走査する必要性が生じる。走査領域が３次元になると、計測データおよび計測時間が膨大になるため、この方法の使用は、現実的ではない。
【０００５】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、例えば、光切断方式の計測プローブを簡易的に校正するのに有利な計測装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明は、被検面の位置を計測する計測装置であって、被検面に向けて光切断光を投影する投影部と、光切断光の投影により被検面上に生成される光切断線の像を、複数の画素を含む画素面で検出する検出部とを含み、移動可能な計測プローブと、原器面の形状が既知であり、移動可能な原器と、検出部で検出された画素面における光切断線の像の位置に基づいて、光切断線における被検面の位置を求める演算部と、を有し、計測プローブと原器とを１つの相対位置に配置させた状態で投影部により原器面に光切断光を投影して、検出部で原器面上の光切断線の像を検出することを、相対位置を変えて少なくとも３回繰り返し、演算部は、相対位置と、検出部で検出された原器面上の光切断線の像とに基づいて、画素面において少なくとも３つの異なる原器面上の光切断線の像が交差する点に対応する原器面上の点の位置を求めることにより、画素面における位置と光切断線における位置との対応データを求めることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、例えば、光切断方式の計測プローブを簡易的に校正するのに有利な計測装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態に係る計測装置の構成を示す図である。
【図２】プローブの構成を示す図である。
【図３】プローブが原器を計測しているときの状態を示す図である。
【図４】光切断線の像が検出面上に結像している状態を示す図である。
【図５】３本の光切断線が原器面上の点Ｐで交差する状態を示す図である。
【図６】各光切断線の像が検出面上に結像している状態を示す図である。
【図７】球面原器を用いてプローブ校正を行うときの構成要素等を示す図である。
【図８】第１実施形態に係るプローブ校正工程の流れを示すフローチャートである。
【図９】原器面上の基準点の位置に対する画素の検出光量を示すグラフである。
【図１０】平面原器を用いてプローブ校正を行うときの構成要素等を示す図である。
【図１１】互いに傾きの異なる３つの粗面平面を有する原器の形状を示す図である。
【図１２】各粗面平面にそれぞれ光切断線が生成されている状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明を実施するための形態について図面などを参照して説明する。
【００１０】
（第１実施形態）
まず、本発明の第１実施形態に係る計測装置について説明する。本実施形態に係る計測装置は、特に光切断方式の計測プローブ（以下、単に「プローブ」という。）を備える。そして、この計測装置は、実計測前に、以下のような方法で計測プローブの校正（計測プローブが計測したデータを処理する演算側の校正）を行う。
【００１１】
図１は、本実施形態に係る計測装置１００の構成を示す概略図である。このうち、図１（ａ）は正面図であり、図１（ｂ）は側面図である。なお、以下の各図では、被検物１０が載置された状態での平面内に互いに直交するＸ軸およびＹ軸を取り、ＸＹ平面に垂直（本実施形態では鉛直方向）にＺ軸を取っている。計測装置１００は、部品、または部品を製造するための金型などを被検物１０とし、プローブ１１０を被検物１０に対して移動させながら、被検面１０ａの位置（形状）を非接触で計測し、最終的には被検物１０の３次元形状データを取得し得る。
【００１２】
計測装置１００は、まず、定盤１０１と、定盤１０１上に設置されたワークホルダー１０６と、プローブ１１０と、プローブ１１０を３次元方向に移動（走査）させる移動機構と、制御部９とを備える。ワークホルダー（保持部）１０６は、被検面１０ａを有する被検物１０を保持（載置）する。プローブ１１０は、被検面１０ａに対して投受光することで、非接触で被検面１０ａの位置の計測を行うものであり、構成については後述する。プローブ１１０の移動機構は、Ｘスライド１０７と、Ｙスライド１０８と、Ｚスライド１０９とを含む。Ｘスライド１０７は、Ｙスライド１０８に搭載され、不図示の駆動機構によりＸ軸方向に移動可能とする。Ｙスライド１０８は、定盤１０１に搭載され、不図示の駆動機構によりＹ軸方向に移動可能とする。Ｚスライド（第１の移動手段）１０９は、プローブ１１０を搭載し、かつＸスライド１０７に搭載され、不図示の駆動機構によりＺ軸方向に移動可能とする。結果的に、移動機構は、プローブ１１０と被検面１０ａとの相対位置を３次元的に変更可能とする。また、Ｘスライド１０７、Ｙスライド１０８、およびＺスライド１０９は、移動機構制御部８により制御される。
【００１３】
また、計測装置１００は、ヘテロダイン干渉測長により、プローブ１１０の各方向の位置を計測するための機構を備える。まず、定盤１０１上に支持された基準フレーム１０２は、複数の基準平面ミラーを設置する。複数の基準平面ミラーには、Ｘ位置計測用の第１ミラー１０３と、Ｙ位置計測用の第２ミラー１０４と、Ｚ位置計測用の第３ミラー１０５とを含む。また、Ｚスライド１０９は、プローブ１１０の近傍に複数のレーザー干渉計を備える。複数のレーザー干渉計には、Ｘ位置計測用の第１干渉計１１５と、Ｙ位置計測用の第２干渉計１１６と、Ｚ位置計測用の第３干渉計１１７とを含む。この場合、２周波数発振レーザー１から出射されたレーザー光束は、偏波面保存ファイバー２を介してファイバー入力コリメーター３に導光される。ファイバー入力コリメーター３より出射されたレーザー光束は、Ｙスライド１０８に設置されているミラー１１１で反射される。その後、レーザー光束は、Ｘスライド１０７に設置されている無偏光ビームスプリッター１１２および反射プリズム１１３と、Ｚスライド１０９に設置されている無偏光ビームスプリッター１１４とを介して、各干渉計１１５、１１６、１１７へ導光される。そして、各干渉計１１５、１１６、１１７で得られた各干渉信号は、不図示の光ファイバーを介して信号処理部７に送信される。
【００１４】
制御部９は、例えば、記憶装置を含む情報処理装置（コンピューター）で構成され、計測装置１００の各構成要素の動作制御、およびそれらの動作に係る各種の演算処理などを実行する。特に本実施形態における制御部９は、少なくとも演算部として、実計測前のプローブ１１０の校正、具体的には、以下で説明するような、より正確な計測データを得るための演算処理を実行し得る。なお、本実施形態では、このようなプローブ校正に係る演算を制御部９が実行するものとするが、制御部９とは別に（別体で）プローブ校正に係る演算部を設置してもよい。実計測時には、制御部９は、プローブ１１０の位置を表す座標を生成し、移動機構制御部８に対し、生成された座標群に基づいてプローブ１１０を設定位置へ移動させるよう指示する。さらに、制御部９は、後述する検出部３１１から、信号処理部７を介して、プローブ１１０から投影される光切断線の計測情報を得る。
【００１５】
図２は、プローブ１１０の構成を示す概略斜視図である。プローブ１１０は、光切断方式を採用し、光切断光束（光切断光）２０２を生成する投影系（投影部）２０１と、光切断光束２０２が被検面１０ａを照射することで、被検面１０ａ上（被検面上）に生成される光切断線２０３の像を結像する検出系２０４とを含む。投影系２０１は、不図示であるが、レーザーダイオード等の光源と、シリンドリカルレンズ等のトーリックレンズ光学系とを含み、光源から放射された光をトーリックレンズ光学系で成形して光切断光束２０２を放射する。検出系２０４は、検出部３１１と、結像系３１０（図３等参照）とを含み、光切断線２０３の像を結像系３１０を介して検出部３１１の検出面上に結像する。検出部３１１は、ＣＣＤ等の撮像素子であり、複数の画素を含む画素面を検出面とする。制御部９は、検出部３１１から出力された計測情報（光切断線２０３の像）を処理することにより、光切断線２０３が投影されている被検面１０の形状を求めることができる。
【００１６】
さらに、計測装置１００は、ワークホルダー１０６上に計測基準となる原器１２１を備える。原器１２１の形状（計測対象とされる面である原器面の形状）は、既知である。特に本実施形態で採用する原器１２１は、一例として、原器面が球面（粗面球面）である球面原器（原器１２１ａ）とする。なお、以下の実施形態においても説明するが、原器１２１の形状は、球面に限定されない。また、原器１２１は、各種形状または寸法の異なる他の原器と交換自在である。
【００１７】
次に、プローブ１１０の校正方法（計測装置１００の校正方法）について説明する。光切断方式のプローブ１１０においては、三角測量の原理に基づいて、検出部３１１の検出面上の座標は、光切断光束２０２上の座標と一対一で対応する。そこで、本実施形態における校正方法は、この対応関係を応用する。
【００１８】
図３は、プローブ１１０が原器１２１を計測しているときの状態を示す概略斜視図である。光切断線３０１は、光切断光束２０２が原器１２１を照射することで生成される線であり、結像系３１０を介して、像３０２として検出面ｕｖ上に結像している。
【００１９】
図４は、光切断線３０１の像３０２が検出面ｕｖ上の点Ｄ（ｕ，ｖ）を通るように結像している状態を示す概略平面図である。この状態は、光切断線３０１が、検出面ｕｖ上の点Ｄ（ｕ，ｖ）に結像共役な点Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）を通るように生成されているといえる。さらに、この状態は、点Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）が、原器面上の任意の１点に位置した状態とも解することができる。したがって、原器１２１を移動させて、点Ｐが原器面上に位置するように配置すれば、点Ｐを通る光切断線を無数に生成することができる。
【００２０】
図５は、原器１２１を移動させて、３箇所の異なる原器の位置で点Ｐが原器面上に位置し、３本の光切断線５０１、５０２、５０３が点Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）で交差する関係にある状態を示す概略斜視図である。また、図６は、各光切断線５０１、５０２、５０３のそれぞれの像６０１、６０２、６０３が、検出面ｕｖ上の点Ｄ（ｕ，ｖ）で交差するように結像している状態を示す概略平面図である。このように、点Ｄ（ｕ，ｖ）に対応する点Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）は、点Ｐで各光切断線が交差するように複数の位置に配置された原器面の交点として、点Ｐを特定することができる。一般的な３次元の面形状においては、少なくとも３つの異なる位置の面があれば、その交点が一意的に決定する。
【００２１】
まず、検出面ｕｖ上の点Ｄ（ｕ，ｖ）に光切断線が結像される場合の原器１２１の中心の位置を（ａｋ，ｂｋ，ｃｋ）とする。ただし、ｋ＝１、２、３、・・・、Ｋである。このとき、点Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）は、原器面上にあるから、式（１）で表される球面の連立方程式が得られる。
【００２２】
【数１】
2016048206.tif 000003
【００２３】
ただし、Ｒは、原器面の曲率半径であり、既知である。このとき、式（１）における未知数は、ｘ、ｙ、ｚの３つであるから、少なくとも３つの式があれば、各未知数を求めることができる。すなわち、原器１２１の少なくとも３つの異なる位置における光切断線の像が点Ｄ（ｕ，ｖ）で交差していれば、点Ｄ（ｕ，ｖ）に対応する点Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）を特定することができる。なお、実用的には、４つ、または、それ以上の連立方程式を用いて減衰最少二乗法などの最適化により解を求めるのが、精度上有用である。
【００２４】
図７は、球面原器である原器１２１ａを用いてプローブ１１０の校正を行うときの各構成要素の配置関係を示す概略斜視図である。まず、後述する工程において、プローブ１１０と原器１２１ａとの相対位置を設定するが、そのとき、並進方向については、プローブ１１０を並進させることにより設定し、姿勢（傾き）については、原器１２１ａの傾きを変化させることにより設定する。また、計測装置１００全体の座標系（装置座標系）をＸＹＺで表し、プローブ１１０の座標系（プローブ座標系）をｘｙｚで表し、両座標系は、互いに並進の関係にあるものとする。原器面には、装置座標系の原点（基準点）が存在するものとする。また、計測装置１００は、原器面を、原点を中心としてＺ軸に対して傾けることが可能な第１駆動部と、原器面を、第１駆動部ごとにＺ軸回りに回転可能とする第２駆動部とを有する。なお、図１では、原器１２１の移動に関わる第１駆動部と第２駆動部とを第２の移動手段１２２で表している。点Ｄｉｊは、検出面ｕｖ上の画素である。点Ｐｉｊは、結像系３１０による点Ｄｉｊの結像共役な点である。また、点Ｄｉｊにおける検出光量をIｉｊとする。（α  β  γ）は、原器面上の基準点から球中心の方向を示す方向余弦ベクトルである。この方向余弦ベクトルと原器面との傾き角（原器面のＺ軸に対する傾き角）θ、および、Ｚ軸回りの回転角φは、次の式（２）で表される関係を満たす。
【００２５】
【数２】
2016048206.tif 000004
【００２６】
また、原器面は、曲率中心座標を（ａ，ｂ，ｃ）としてプローブ座標系で表示すると、式（３）で表される。
【００２７】
【数３】
2016048206.tif 000005
【００２８】
ただし、（ｘｐ，ｙｐ，ｚｐ）は、プローブ座標系で表示された原器面上の基準点の座標である。また、プローブ１１０は、Ｚ軸方向に沿って移動するものとする。これは、原器面上の基準点をプローブ座標系のｚ軸方向に沿って移動することと等価である。そこで、以下の説明では、便宜上、プローブ校正の際には、原器面を移動させると表現する。なお、ここでは原器面をＺ軸方向に沿って移動させるものとするが、異なる方位の直線に沿って移動させてもよい。
【００２９】
次に、本実施形態に係るプローブの校正工程について、具体的に説明する。図８は、本実施形態に係るプローブの校正工程の流れを示すフローチャートである。まず、制御部９は、第２の移動手段１２２を駆動させて、原器１２１ａとプローブ１１０とを第１の相対位置に配置する（ステップＳ１０１）。このとき、原器面の傾きはθ１、方位はφ１、基準点は（ｘ１，ｙ１，ｚ１）である。次に、制御部９は、第１の移動手段を駆動させて、原器面をｚ軸方向に沿ってステップ移動させながら、段階的に光切断線３０１の画像データＩｉｊ（ｘ１，ｙ１，ｚ１ｋ）を取得する（ステップＳ１０２）。ただし、ｉ、ｊ＝１、２、３、・・・、Ｌであり、Ｌは、検出面における画素の配列のサイズである。また、ｋは、上記と同様の自然数であり、ここではステップ番号を示す。
【００３０】
次に、制御部９は、ステップＳ１０１と同様に、原器１２１ａとプローブ１１０とを第１の相対位置とは異なる第２の相対位置に配置する（ステップＳ１０３）。このとき、原器面の傾きはθ２、方位はφ２、基準点は（ｘ２，ｙ２，ｚ２）である。次に、制御部９は、ステップＳ１０２と同様に、原器面をｚ軸方向に沿ってステップ移動させながら、段階的に光切断線３０１の画像データＩｉｊ（ｘ２，ｙ２，ｚ２ｋ）を取得する（ステップＳ１０４）。
【００３１】
すなわち、制御部９は、ステップＳ１０１およびＳ１０２に示すような各工程を、第Ｋの相対位置まで少なくとも３回繰り返し、Ｋ×Ｍ＝Ｎ本の光切断線３０１の画像データＩｉｊ（ｘｍ，ｙｍ，ｚｍｋ）を取得する（ステップＳ１０５）。ただし、ｍは、原器１２１ａとプローブ１１０との配置の識別番号であり、ｍ＝１、２、３、・・・、Ｍ、かつ、Ｍ≧３である。これにより、制御部９は、Ｎ本の光切断線３０１のうち、Ｍ本が各点Ｄｉｊにおいて交差する画像データを得る。言い換えれば、制御部９は、１本の光切断線３０１の像が各点Ｄｉｊを横切っていく画像データをＭ組得ることになる。
【００３２】
次に、制御部９は、１本の光切断線３０１の像が点Ｄｉｊに到達したときの原器面の位置を求める（ステップＳ１０６）。このときの原器面の位置は、検出光量Ｉｉｊが最大となる位置として求めることができる。図９は、原器面上の基準点の位置Ｚｍｋ（横軸）に対する点Ｄｉｊの検出光量Ｉｉｊ（縦軸）を示すグラフである。このグラフによると、検出光量Ｉｉｊは、光切断線３０１の像が点Ｄｉｊに近づくに従って増加し、点Ｄｉｊに到達したときに最大となり、さらにそこから離れるに従って減少する。したがって、制御部９は、ピーク検出アルゴリズムにより、検出光量Ｉｉｊが最大となるときの原器面上の基準点Ｚｍｉｊを求めることができる。
【００３３】
そして、制御部９は、ステップＳ１０６にて得られた原器面の位置に基づいて対応テーブルを取得する（ステップＳ１０７）。まず、制御部９は、ステップＳ１０６にて得られた原器面の位置から、各点Ｄｉｊで交差するＭ本の光切断線３０１の像と、そのときの原器面上の基準点Ｚｍｉｊとを得る。これにより、制御部９は、式（４）で表される、各点ＤｉｊについてのＭ本の球面方程式を得る。
【００３４】
【数４】
2016048206.tif 000006
【００３５】
ただし、（ａｍｉｊ，ｂｍｉｊ，ｃｍｉｊ）は、配置識別番号がｍにおいて、点Ｄｉｊに光切断線３０１が結像されるときの原器面の中心位置であり、式（２）、（３）により、式（５）、（６）が成り立つ。
【００３６】
【数５】
2016048206.tif 000007
【００３７】
【数６】
2016048206.tif 000008
【００３８】
そして、制御部９は、式（４）を用いて、点Ｄｉｊに対応する光切断光束２０２上の点Ｐの座標（ｘｉｊ，ｙｉｊ，ｚｉｊ）を算出する。これにより、制御部９は、式（７）で表される点Ｄｉｊと点Ｐの対応テーブル（対応データ）を得る。
【００３９】
【数７】
2016048206.tif 000009
【００４０】
したがって、制御部９は、点Ｄｉｊ上で光切断線３０１が検出されたとき、式（７）の対応テーブルを参照し、対応する点Ｐｉｊの校正された座標（ｘｉｊ，ｙｉｊ，ｚｉｊ）（校正データ）を得ることができる。なお、点Ｄｉｊ間の中間で光切断線３０１が検出された場合、制御部９は、内挿により被検点の校正された座標を算出すればよい。
【００４１】
このように、計測装置１００は、光切断方式のプローブ１１０を採用している場合に、プローブ１１０を装置内に設置している状態のままで、投影系２０１または検出系２０４を問わずに一括して校正を行うことができる。また、計測装置１００における校正方法によれば、光切断光束２０２の形状等の制限がなく、かつ、対応テーブルを得るまでに必要とされる画像データの取得数が限られているため、計測データおよび計測時間が膨大になることはない。さらに、校正に用いられる原器の形状と観点から、本実施形態のように球面原器を用いることで、上記のステップＳ１０２やＳ１０４におけるステップ移動の際には、原器面を１軸方向（本実施形態ではｚ軸方向）のみに沿って直線的に移動させればよい。これは、球面の性質上、１軸方向に移動させるだけで、原器面上に生成される光切断線の形状に３次元的な変化が表れるためである。すなわち、球面原器を用いることで、ステップ移動の際に、原器を複雑に移動させる必要がなく、例えば、計測時間の短縮化などに有利となり得る。
【００４２】
以上のように、本実施形態によれば、光切断方式の計測プローブを簡易的に校正するのに有利な計測装置を提供することができる。
【００４３】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る計測装置について説明する。上記の第１実施形態では、球面原器である原器１２１ａを用いてプローブ校正を行う場合を例示した。これに対して、本実施形態では、粗面平面を有する平面原器である原器１２１ｂを用いてプローブ校正を行う場合を例示する。
【００４４】
図１０は、平面原器である原器１２１ｂを用いてプローブ１１０の校正を行うときの各構成要素の配置関係を示す概略斜視図である。なお、図１０において、各構成要素の位置関係や座標等の各種の定義については、第１実施形態の説明で用いた図７と同様とする。ただし、原器１２１ｂは、平面原器であるから、ここでは、（α  β  γ）は、原器面（粗面平面）の法線の方向余弦ベクトルを示す。なお、この方向余弦ベクトルと原器面との傾きθおよび回転角φも、上記の式（２）で表される関係を満たす。また、原器面は、プローブ座標系で表示すると、平面の方程式である式（８）で表される。
【００４５】
【数８】
2016048206.tif 000010
【００４６】
次に、本実施形態に係るプローブの校正工程について、具体的に説明する。まず、第１実施形態において図８に示したフローチャートを参照すると、本実施形態に係る校正方法では、ステップＳ１０１からステップＳ１０６までの工程は同様である。そして、本実施形態におけるステップＳ１０７では、制御部９は、ステップＳ１０６にて得られた原器面の位置に基づいて、以下の方法で対応テーブルを取得する。
【００４７】
まず、制御部９は、ステップＳ１０６にて得られた原器面の位置から、各点Ｄｉｊで交差するＭ本の光切断線３０１の像と、そのときの原器面上の基準点Ｚｍｉｊとを得る。これにより、制御部９は、式（９）で表される、各点ＤｉｊについてのＭ本の平面方程式を得る。
【００４８】
【数９】
2016048206.tif 000011
【００４９】
ただし、（ａｍ，ｂｍ，ｃｍ）は、配置識別番号がｍである場合における原器面の法線の方向余弦ベクトルであり、上記の式（６）と同様に表される。そして、制御部９は、式（９）を用いて、点Ｄｉｊに対応する光切断光束２０２上の点Ｐの座標（ｘｉｊ，ｙｉｊ，ｚｉｊ）を算出する。これにより、制御部９は、第１実施形態と同様に、上記の式（７）で表される画素Ｄｉｊと点Ｐの対応テーブル（対応データ）を得ることができる。
【００５０】
このように、本実施形態によれば、球面原器である原器１２１ａに換えて、平面原器である原器１２１ｂを用いても、第１実施形態と同様の効果を奏する。
【００５１】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係る計測装置について説明する。上記の第２実施形態では、１つの粗面平面を有する平面原器である原器１２１ａを用いてプローブ校正を行う場合を例示した。これに対して、本実施形態では、複数の粗面平面を有する平面原器である原器１２１ｃを用いてプローブ校正を行う場合を例示する。
【００５２】
図１１は、互いに傾きの異なる３つの粗面平面（第１平面７０１、第２平面７０２、第３平面７０３）を有する原器１２１ｃの形状を示す概略斜視図である。図１２は、各粗面平面にそれぞれ光切断線が生成されている状態を示す概略斜視図である。このうち、図１２（ａ）は、第１平面７０１に光切断線８０１が生成されている状態を示す。図１２（ｂ）は、第２平面７０２に光切断線８０２が生成されている状態を示す。図１２（ｃ）は、第３平面７０３に光切断線８０３が生成されている状態を示す。このような形状の原器１２１ｃを用いる場合、制御部９は、それぞれの粗面平面に光切断線を生成する。次に、制御部９は、プローブ１１０と原器１２１ｃとを各相対位置に配置し、上記の第２実施形態と同様に、それぞれの配置において原器面をｚ軸方向にステップ移動させながら、ステップごとに光切断線の画像データ取得する。これにより、制御部９は、第２実施形態で説明した配置識別数Ｍが３の場合の画像データを得ることができるので、最終的には、第２実施形態と同様に、上記の式（７）で表される画素Ｄｉｊと点Ｐの対応テーブル（対応データ）を得る。
【００５３】
このように、本実施形態によれば、複数の粗面平面を有する平面原器である原器１２１ｃを用いても、第１および第２実施形態と同様の効果を奏する。特に、第１実施形態において説明した、原器面を１軸方向のみに沿って直線的に移動させればよいという利点は、ここでの原器が複数の粗面平面を有する平面原器である場合にも、同様に当てはまる。
【００５４】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。
【符号の説明】
【００５５】
９  制御部
１００  計測装置
１０９  Ｚスライド
１１０  計測プローブ
１２１  原器
１２２  第２の移動手段
２０１  投影部
３１１  検出部
【図１】
2016048206.tif 000012
【図２】
2016048206.tif 000013
【図３】
2016048206.tif 000014
【図４】
2016048206.tif 000015
【図５】
2016048206.tif 000016
【図６】
2016048206.tif 000017
【図７】
2016048206.tif 000018
【図８】
2016048206.tif 000019
【図９】
2016048206.tif 000020
【図１０】
2016048206.tif 000021
【図１１】
2016048206.tif 000022
【図１２】
2016048206.tif 000023