(57)【要約】【課題】非接触式および接触式の計測機構を有する計測装置の構成を簡略化するために有利な技術を提供する。【解決手段】被検物の形状を計測する計測装置は、光を射出する光源と、光を受光する受光部と、前記被検物に接触させる接触子および光を反射する反射部を有するプローブと、前記光源からの光が入射する箇所を変更する光学系と、計測モードに応じて前記光学系を制御する制御部と、を含み、前記制御部は、第１計測モードでは、前記光源からの光が前記被検物に入射するように前記光学系を制御し、前記被検物で反射された光を受光した前記受光部の出力に基づいて、前記光源からの光が入射した前記被検物の部分の位置を決定し、第２計測モードでは、前記光源からの光が前記プローブの前記反射部に入射するように前記光学系を制御し、前記反射部で反射された光を受光した前記受光部の出力に基づいて、前記接触子が接触した前記被検物の部分の位置を決定する。【選択図】図１
2017015534.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検物の形状を計測する計測装置であって、
光を射出する光源と、
光を受光する受光部と、
前記被検物に接触させる接触子および光を反射する反射部を有するプローブと、
前記光源からの光が入射する箇所を変更する光学系と、
計測モードに応じて前記光学系を制御する制御部と、
を含み、
前記制御部は、
第１計測モードでは、前記光源からの光が前記被検物に入射するように前記光学系を制御し、前記被検物で反射された光を受光した前記受光部の出力に基づいて、前記光源からの光が入射した前記被検物の部分の位置を決定し、
第２計測モードでは、前記光源からの光が前記プローブの前記反射部に入射するように前記光学系を制御し、前記反射部で反射された光を受光した前記受光部の出力に基づいて、前記接触子が接触した前記被検物の部分の位置を決定する、ことを特徴とする計測装置。
【請求項２】
前記光学系は、ミラーと当該ミラーを駆動する駆動部とを有し、
前記制御部は、前記第１計測モードでは前記光源からの光が前記ミラーで反射されて前記被検物に入射するように前記駆動部を制御し、前記第２計測モードでは前記光源からの光が前記ミラーで反射されて前記プローブの前記反射部に入射するように前記駆動部を制御する、ことを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
【請求項３】
前記駆動部は、前記ミラーの面に平行な軸を中心に前記ミラーを回転駆動する、ことを特徴とする請求項２に記載の計測装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記第１計測モードにおいて、前記光源からの光が前記被検物上で走査するように前記光学系を制御する、ことを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の計測装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記第２計測モードにおいて、前記光源と前記プローブの前記反射部との間における光路長の変化に基づいて、前記接触子と前記被検物との接触を検知する、ことを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載の計測装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記第２計測モードにおいて、前記接触子と前記被検物とを近づけている間における前記光路長の変化に基づいて、前記接触子と前記被検物との接触を検知する、ことを特徴とする請求項５に記載の計測装置。
【請求項７】
前記プローブの前記反射部は、平面プレートを含み、
前記制御部は、前記第２計測モードにおいて、前記光源からの光が前記平面プレートに入射するように前記光学系を制御する、ことを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか１項に記載の計測装置。
【請求項８】
前記制御部は、前記第２計測モードにおいて、前記光源からの光が前記平面プレート上で走査するように前記光学系を制御する、ことを特徴とする請求項７に記載の計測装置。
【請求項９】
前記制御部は、前記第２計測モードにおいて、前記光源と前記平面プレート上の複数点の各々との光路長から前記平面プレートの面に対する法線を求め、前記法線の変化に基づいて、前記接触子と前記被検物との接触を検知する、ことを特徴とする請求項８に記載の計測装置。
【請求項１０】
前記プローブの前記反射部は、球状の部材を含み、
前記制御部は、前記第２計測モードにおいて、前記光源からの光が前記球状の部材に入射するように前記光学系を制御する、ことを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか１項に記載の計測装置。
【請求項１１】
互いに異なる向きで配置された複数の前記プローブを含む、ことを特徴とする請求項１乃至１０のうちいずれか１項に記載の計測装置。
【請求項１２】
前記光学系および前記プローブが設けられたヘッドと、前記ヘッドを駆動するヘッド駆動部を更に含む、ことを特徴とする請求項１乃至１１のうちいずれか１項に記載の計測装置。
【請求項１３】
前記第２計測モードでの計測における前記光源と前記プローブの前記反射部との間の光路長が許容範囲に収まるように前記光源からの光を反射するミラーを更に含む、ことを特徴とする請求項１乃至１２のうちいずれか１項に記載の計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検物の形状を計測する計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
被検物の形状を計測する計測装置では、被検物に光を照射し、当該被検物で反射された光に基づいて非接触で被検物の形状を計測する方法がある。しかしながら、非接触での計測は、例えば被検物に形成された穴など、狭い箇所の形状を計測する場合には不適である。そのため、このような狭い箇所では、プローブの接触子を被検物に接触させて形状の計測を行うことが好ましい。特許文献１および２には、非接触で被検物の形状を計測する機構、およびプローブを被検物に接触させて被検物の形状を計測する機構の双方を有し、被検物の計測箇所に応じて計測方法を切り替える計測装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６２−２６５５２０号公報
【特許文献２】特開平５−１７２５５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１および２に記載された計測装置では、非接触で被検物の形状を計測する機構（非接触式の計測機構）と、プローブを被検物に接触させて被検物の形状を計測する機構（接触式の計測機構）とが、互いに独立した計測系として構成される。しかしながら、非接触式の計測機構と接触式の計測機構とを同時に使用することは稀であるため、双方の機構を互いに独立した計測系とした構成は煩雑であり、例えば装置コストの点で不利になりうる。
【０００５】
そこで、本発明は、非接触式の計測機構および接触式の計測機構を有する計測装置の構成を簡略化するために有利な技術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】
上記目的を達成するために、本発明の一側面としての計測装置は、被検物の形状を計測する計測装置であって、光を射出する光源と、光を受光する受光部と、前記被検物に接触させる接触子および光を反射する反射部を有するプローブと、前記光源からの光が入射する箇所を変更する光学系と、計測モードに応じて前記光学系を制御する制御部と、を含み、前記制御部は、第１計測モードでは、前記光源からの光が前記被検物に入射するように前記光学系を制御し、前記被検物で反射された光を受光した前記受光部の出力に基づいて、前記光源からの光が入射した前記被検物の部分の位置を決定し、第２計測モードでは、前記光源からの光が前記プローブの前記反射部に入射するように前記光学系を制御し、前記反射部で反射された光を受光した前記受光部の出力に基づいて、前記接触子が接触した前記被検物の部分の位置を決定する、ことを特徴とする。
【０００７】
本発明の更なる目的又はその他の側面は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施形態によって明らかにされるであろう。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、例えば、非接触式の計測機構および接触式の計測機構を有する計測装置の構成を簡略化するために有利な技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１実施形態の計測装置を示す概略図である。
【図２】制御部の構成例を示す図である。
【図３】第１実施形態における計測ヘッドの構成例を示す図である。
【図４】第１計測モードでの計測を説明するための図である。
【図５】第２計測モードでの計測を説明するための図である。
【図６】平面プレート上で光を走査させる方法を説明するための図である。
【図７】プローブの接触子２４ａが接触した被検物の部分の位置を求めるための制御部の構成例を示す図である。
【図８】プローブの構成例を示す図である。
【図９】複数のプローブが設けられた計測ヘッドを示す図である。
【図１０】第２実施形態の計測ヘッドの構成を示す図である。
【図１１】第３実施形態の計測ヘッドの構成を示す図である。
【図１２】計測ヘッドから着脱可能に構成されたプローブを示す図である。
【図１３】複数のプローブが設けられた計測ヘッドを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。なお、各図において、同一の部材ないし要素については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
【００１１】
＜第１実施形態＞
本発明に係る第１実施形態の計測装置１００について、図１を参照しながら説明する。図１は、第１実施形態の計測装置１００を示す概略図である。第１実施形態の計測装置１００は、例えば、被検物Ｗの形状を計測する計測ヘッド１と、計測ヘッド１を駆動するヘッド駆動部１０と、制御部１２とを含みうる。制御部１２は、例えばＣＰＵやメモリなどを含み、計測装置１００の各部を制御するとともに、被検物Ｗの形状を計測する処理を行う。
【００１２】
［ヘッド駆動部１０の構成］
まず、ヘッド駆動部１０の構成について説明する。ヘッド駆動部１０は、例えば、被検物Ｗが配置される定盤２と、Ｙキャリッジ３と、Ｘスライダ４と、Ｚスピンドル５と、回転ヘッド６とを含みうる。
【００１３】
Ｙキャリッジ３は、一対の脚部３ａとＸビーム３ｂとにより門型に構成され、例えばエアガイドを介して定盤２によって支持されている。Ｙキャリッジ３における一方の脚部３ａには、Ｙキャリッジ３をＹ方向に沿って駆動するＹ駆動部８が設けられている。Ｙ駆動部８は、定盤に設けられたＹシャフト８ａとＹキャリッジ３に設けられたＹ可動部８ｂとから成り、Ｙ可動部８ｂがＹシャフト８ａに沿って移動することにより、Ｙキャリッジ３をＹ方向に沿って駆動することができる。
【００１４】
Ｘスライダ４は、例えばエアガイドを介してＹキャリッジ３のＸビーム３ｂによって支持されており、Ｘスライダ４をＸ方向に沿って駆動するＸ駆動部９が設けられている。Ｘ駆動部９は、Ｙキャリッジ３に設けられたＸシャフト９ａとＸスライダ４に設けられたＸ可動部９ｂとから成り、Ｘ可動部９ｂがＸシャフト９ａに沿って移動することにより、Ｘスライダ４をＸ方向に沿って駆動することができる。
【００１５】
Ｚスピンドル５は、回転ヘッド６が設けられたＺシャフト５ａと、Ｘスライダ４によって支持され且つＺシャフト５ａをＺ方向に沿って駆動するＺ駆動部５ｂとから成る。また、回転ヘッド６は、計測ヘッド１をＺ軸周りに回転させることができ、それにより計測ヘッド１の姿勢を変更することができる。このようにヘッド駆動部１０を構成することにより、計測装置１００は、計測ヘッド１の位置や姿勢を変更しながら、被検物Ｗの形状を計測することができる。
【００１６】
ここで、ヘッド駆動部１０は、例えば、Ｙキャリッジ３のＹ方向における位置を計測するためのＹ計測部７と、Ｘスライダ４のＸ方向における位置を計測するためのＸ計測部と、Ｚシャフト５ａのＺ方向における位置を計測するためのＺ計測部とを含みうる。また、ヘッド駆動部１０は、回転ヘッド６の回転量を計測するためのωＺ計測部を含みうる。これにより、制御部１２は、Ｙ計測部７、Ｘ計測部、Ｚ計測部およびωＺ計測部による計測結果に基づいて、計測ヘッド１の位置（座標）を得ることができる。Ｙ計測部７、Ｘ計測部およびＺ計測部は、例えばエンコーダやレーザ干渉計をそれぞれ含みうる。また、ωＺ計測部は、例えばロータリエンコーダを含みうる。図１に示す例では、エンコーダを有するＹ計測部７のみが図示されている。
【００１７】
［制御部１２の構成］
次に、制御部１２の構成について、図２を参照しながら説明する。図２は、制御部１２の構成例を示す図である。制御部１２は、例えば、被検物Ｗの形状を求める処理部１２ａと、ヘッド駆動部１０および計測ヘッド１を制御する複数の制御部１２ｂ〜１２ｈとを含みうる。Ｙ軸制御部１２ｂ、Ｘ軸制御部１２ｃ、Ｚ軸制御部１２ｄおよびωＺ制御部１２ｅは、ヘッド駆動部１０を制御するための制御部である。ω１軸制御部１２ｆ、ω２軸制御部１２ｇおよび検出制御部１２ｈは、計測ヘッド１を制御するための制御部である。また、制御部１２は、被検物ＷのＣＡＤ情報や計測条件などが入力されるユーザインターフェース部１３、および計測装置１００が配置されている場所の温度や振動などの環境情報を取得するセンサ部１４に接続されている。
【００１８】
処理部１２ａは、ユーザインターフェース部１３およびセンサ部１４から得られた情報に基づいて、ヘッド駆動部１０におけるＹキャリッジ３、Ｘスライダ４、Ｚスピンドル５、回転ヘッド６の移動量（回転量）および制御タイミングを求める。Ｙ軸制御部１２ｂは、処理部１２ａから供給されたＹキャリッジ３の移動量および制御タイミングに基づいて、Ｙキャリッジを駆動するＹ駆動部８を制御する。Ｘ軸制御部１２ｃは、処理部１２ａから供給されたＸスライダ４の移動量および制御タイミングに基づいて、Ｘスライダ４を駆動するＸ駆動部９を制御する。Ｚ軸制御部１２ｄは、処理部１２ａから供給されたＺスピンドル５の移動量および制御タイミングに基づいて、Ｚシャフト５ａを駆動するＺ駆動部５ｂを制御する。ωＺ軸制御部１２ｅは、処理部１２ａから供給された回転ヘッド６の回転量および制御タイミングに基づいて、回転ヘッド６の駆動を制御する。
【００１９】
また、処理部１２ａは、ユーザインターフェース部１３およびセンサ部１４から得られた情報に基づいて、計測ヘッド１における第１光学系２２、第２光学系２３の制御量および制御タイミング、計測ヘッド１における検出部２１の制御タイミングを求める。計測ヘッド１の構成については後述する。ω１軸制御部１２ｆは、処理部１２ａから供給された第１光学系２２の制御量および制御タイミングに基づいて、第１光学系２２を制御する。ω２軸制御部１２ｇは、処理部１２ａから供給された第２光学系２３の制御量および制御タイミングに基づいて、第２光学系２３を制御する。検出制御部１２ｈは、処理部１２ａから供給された制御タイミングに基づいて、検出部２１から検出結果を取得する。これにより、処理部１２ａは、被検物Ｗにおける複数の計測箇所の各々についての位置を取得し、被検物Ｗの形状を求めることができる。
【００２０】
［計測ヘッド１の構成］
被検物Ｗの形状の計測方法には、例えば、光を用いて非接触で被検物Ｗの形状を計測する方法と、プローブを被検物Ｗに接触させて被検物の形状を計測する方法とがある。非接触式の計測では、被検物Ｗにプローブを接触させずに当該被検物Ｗの形状を計測することができるため、被検物Ｗに傷がつかないなどのメリットがある。しかしながら、非接触式の計測は、例えば被検物Ｗに形成された穴など、狭い箇所の形状を計測する場合には不適である。そのため、このような狭い箇所では、接触式の計測を用いることが好ましい。したがって、第１実施形態の計測ヘッド１は、非接触式の計測を行う第１計測モードおよび接触式の計測を行う第２計測モードを含む複数の計測モードで被検物Ｗの形状を計測することができるように構成されている。
【００２１】
また、非接触式の計測と接触式の計測とを同時に行うことは稀である。そのため、非接触式の計測機構と接触式の計測機構とをそれぞれ独立した計測系とする構成は煩雑であり、例えば装置コストの点で不利になりうる。そのため、第１実施形態の計測ヘッド１は、非接触式の計測機構および接触式の計測機構の一部を共通化し、装置構成を簡略化している。以下に、第１実施形態の計測ヘッド１の構成について説明する。
【００２２】
図３は、計測ヘッド１の構成例を示す図である。計測ヘッド１は、検出部２１と、第１光学系２２と、第２光学系２３と、プローブ２４とを含みうる。検出部２１は、例えば、光を射出する光源、光を受光する受光部（例えばイメージセンサ）、および光路長を検出する測長部を有する。測長部は、受光部の出力に基づいて、第１計測モードでは光源から被検物Ｗまでの光路長を検出し、第２計測モードでは光源からプローブ２４の反射部までの光路長を検出する。第１光学系２２および第２光学系２３はそれぞれ、光源からの光の経路（光源からの光が入射する箇所）を変更して、光源からの光を被検物Ｗまたはプローブ２４の反射部に入射させるために用いられうる。第１光学系２２は、例えばガルバノミラーによって構成され、ミラー２２ａと、ミラー２２ａの面と平行な軸（ω１軸）を中心にミラー２２ａを回転駆動する駆動部２２ｂとを有する。第２光学系２３は、第１光学系２２と同様に、例えばガルバノミラーによって構成され、ミラー２３ａと、ミラー２３ａの面と平行な軸（ω２軸）を中心にミラー２３ａを回転駆動する駆動部２３ｂとを有する。ここでは、検出部２１に光源、受光部および測長部を含む場合について説明したが、光源、受光部および測長部がそれぞれ別々に構成されていてもよい。
【００２３】
［第１計測モードでの計測について］
被検物Ｗの形状を計測する際の計測ヘッド１の制御について説明する。まず、非接触式の計測を行う第１計測モードで被検物Ｗの形状を計測する際の計測ヘッド１の制御について説明する。第１計測モードでは、光源からの光がミラー２２ａおよび２３ａで反射されて被検物上の計測箇所に入射するように、第１光学系２２（駆動部２２ｂ）および第２光学系２３（駆動部２３ｂ）が制御部１２によってそれぞれ制御される。そして、当該計測箇所で反射された光は、ミラー２３ａおよび２２ａで再び反射されて検出部２１（受光部）に入射する。これにより、光源と計測箇所との間の光路長が検出部２１によって求められ、検出部２１による検出結果に基づいて、当該計測箇所の位置が制御部１２によって決定される。このように計測箇所の位置を決定する処理を、被検物Ｗにおける複数の箇所の各々で行うことにより、被検物の形状を得ることができる。
【００２４】
ここで、第１光学系２２のミラー２２ａを回転駆動すると、１つの方向（例えばＹ方向）に被検物上で光を走査することができる。また、第２光学系２３のミラー２３ａを回転駆動すると、第１光学系のミラー２２ａを回転駆動したときの光の走査方向とは異なる方向（例えばＸ方向）に、被検物上で光を走査させることができる。例えば、ミラー２２ａおよび２３ａの角度の変化が図４（ｂ）に示す変化になるように第１光学系２２および第２光学系２３をそれぞれ制御すると、図４（ａ）に示すように、被検面上で光をジグザグ状に走査することができる。つまり、ミラー２２ａおよび２３ａの角度によって被検物上で光を走査することのできる範囲内では、ヘッド駆動部１０によって計測ヘッド１を移動させなくても、任意の箇所に光を入射させることができる。
【００２５】
［第２計測モードでの計測について］
次に、接触式の計測を行う第２計測モードで被検物Ｗの形状を計測する際の計測ヘッド１の制御について説明する。図５は、第２計測モードでの計測を説明するための図である。プローブ２４は、被検物に接触する接触子２４ａ、光を反射する反射部、スタイラス２４ｂおよび平面プレート２４ｃによって構成され、弾性部材２４ｇを介して支持部材２４ｆによって支持される。第１実施形態では、プローブの反射部として平面プレート２４ｃを用いた例について説明する。
【００２６】
第２計測モードでは、光源からの光がミラー２２ａおよび２３ａで反射されてプローブ２４の平面プレート２４ｃに入射するように、第１光学系２２（駆動部２２ｂ）および第２光学系２３（駆動部２２ｂ）が制御部１２によって制御される（図５（ａ））。平面プレート２４ｃで反射された光は、ミラー２３ａおよび２２ａで再び反射されて検出部２１（受光部）に入射する。これにより、光源と平面プレートとの間の光路長が検出部２１によって検出される。そして、第２計測モードでは、平面プレート２４ｃに光が入射している状態で、接触子２４ａと被検物Ｗとが近づくようにヘッド駆動部１０により計測ヘッド１を移動させ、図５（ｂ）に示すように、プローブ２４の接触子２４ａを被検物Ｗに接触させる。接触子２４ａと被検物Ｗとが接触すると平面プレート２４ｃが変位し、光源と平面プレート２４ｃとの間の光路長が変化する。制御部１２は、このような光路長の変化に基づいて、プローブ２４の接触子２４ａと被検物Ｗとの接触を検知することができる。
【００２７】
第１実施形態では、制御部１２は、光源からの光がプローブ２４の平面プレート上で走査するように第１光学系２２および第２光学系２３を制御する。そして、制御部１２は、平面プレート上の複数点でそれぞれ検出された光源と平面プレートとの間の光路長に基づいて、平面プレート２４ｃの面に対する法線を求め、求めた法線の方向の変化から接触子２４ａと被検物Ｗとの接触を検知する。
【００２８】
図６は、平面プレート２４ｃ上で光を走査させる方法を説明するための図である。例えば、制御部１２は、ミラー２２ａおよび２３ａの角度の変化が図６（ｃ）に示す変化になるように第１光学系２２および第２光学系２３をそれぞれ制御すると、図６（ａ）に示す走査経路で、周期Ｔで光を平面プレート２４ｃ上で走査させることができる。この場合、各周期Ｔにおける時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３では、図６（ａ）に示すように、平面プレート２４ｃ上の点Ａ、点Ｂ、点Ｃに光がそれぞれ入射する。このように第１光学系２２および第２光学系２３を制御しながらヘッド駆動部１０によってプローブ２４（接触子２４ａ）と被検物Ｗとを徐々に近づける。そして、接触子２４ａと被検物Ｗとが接触してプローブ２４が傾くと、各周期Ｔにおける時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３では、図６（ｂ）に示すように、平面プレート２４ｃ上の点Ａ’、点Ｂ’、点Ｃ’に光がそれぞれ入射する。即ち、各周期Ｔにおける時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３の各々において光が入射する平面プレート２４ｃ上の点が変位し、平面プレート２４ｃの面に対する法線の方向が変化する（法線のベクトルがＮからＮ’に変化する）。即ち、この法線の方向の変化を検出することによって、制御部１２は、接触子２４ａと被検物Ｗとの接触を検知することができる。
【００２９】
次に、プローブ２４の接触子２４ａが接触した被検物Ｗの箇所の位置を求める方法について説明する。図７は、プローブ２４の接触子２４ａが接触した被検物Ｗの部分の位置を求めるための制御部１２の構成例を示す図である。制御部１２は、接触子２４ａと被検物Ｗとの接触を検知する接触検知部４１と、接触子２４ａと被検物Ｗとの接触を検知したときの計測ヘッド１の位置に基づいて、接触子２４ａが接触した被検物Ｗの箇所の位置を決定する決定部４２とを処理部１２ａに含みうる。接触検知部４１は、例えば、座標算出部４１ａと、法線方向算出部４１ｂと、法線変化検出部４１ｃとを含みうる。
【００３０】
座標算出部４１ａは、各周期Ｔにおける時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３の各々についての第１光学系２２の制御量および第２光学系２３の制御量を示す情報を、ω１軸制御部１２ｆおよびω２軸制御部１２ｇからそれぞれ取得する。また、座標算出部４１ａは、光源と平面プレート２４ｃとの間の光路長を示す情報を、検出制御部１２ｈから取得する。そして、座標算出部４１ａは、取得した情報に基づいて、各周期Ｔにおける時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３の各々において光が入射した平面プレート２４ｃ上の点についての平面プレート２４ｃ上の座標を求める。接触子２４ａと被検物Ｗとが接触していない場合では、時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３に光がそれぞれ入射する平面プレート２４ｃ上の点Ａ、点Ｂ、点Ｃの座標が座標算出部４１ａによって求められる。以下では、点Ａの座標を（ｘａ１，ｙａ１，ｚａ１）、点Ｂの座標を（ｘｂ１，ｙｂ１，ｚｂ１）、点Ｃの座標を（ｘｃ１，ｙｃ１，ｚｃ１）とする。
【００３１】
法線方向算出部４１ｂは、座標算出部４１ａで求められた平面プレート２４ｃ上の各点の座標に基づいて、平面プレート２４ｃの面に対する法線方向を算出する。まず、法線方向算出部４１ｂは、点Ａから点ＢへのベクトルＡＢと、点Ａから点ＣへのベクトルＡＣとを式（１）および式（２）からそれぞれ求める。次に、法線方向算出部４１ｃは、ベクトルＡＢおよびベクトルＡＣに直交するベクトルＮを、ベクトルＡＢとベクトルＡＣとの外積を利用して、式（３）から求める。このベクトルＮが、平面プレート２４ｃの面に対する法線のベクトル（以下では、法線ベクトルＮと称する）となる。
【００３２】
ＡＢ＝（ｘｂ１−ｘａ１，ｙｂ１−ｙａ１，ｚｂ１−ｚａ１）
＝（ｍｘ１，ｍｙ１，ｍｚ１）                        ・・・（１）
【００３３】
ＡＣ＝（ｘｃ１−ｘａ１，ｙｃ１−ｙａ１，ｚｃ１−ｚａ１）
＝（ｎｘ１，ｎｙ１，ｎｚ１）                        ・・・（２）
【００３４】
Ｎ＝ＡＢ×ＡＣ
＝（ｍｘ１，ｍｙ１，ｍｚ１）×（ｎｘ１，ｎｙ１，ｎｚ１）
＝（ｍｙ１・ｎｚ１−ｍｚ１・ｎｙ１，ｍｚ１・ｎｘ１−ｍｘ１・ｎｚ１，
ｍｘ１・ｎｙ１−ｍｙ１・ｎｘ１）  ・・・（３）
【００３５】
法線変化検出部４１ｃは、法線方向算出部４１ｂによって求められた法線ベクトルＮの変化を検出する。例えば、法線変化検出部４１ｃは、図６（ｃ）に示す期間Ｔ０に得られた法線ベクトルＮ０と、期間Ｔ１に得られた法線ベクトルＮ１との間の角度を、法線ベクトルＮ０と法線ベクトルＮ１との内積を利用して、式（４）から求める。接触子２４ａと被検物Ｗとが接触していない場合では、法線ベクトルＮ０と法線ベクトルＮ１とに変化がなく、ｃｏｓθ＝１となる。一方で、接触子２４ａと被検物Ｗとが接触してプローブ２４が傾くと、ｃｏｓθ≠１となる。そのため、法線変化検出部４１ｃは、求めたｃｏｓθが「１」でなくなったときに、接触子２４ａと被検物Ｗとが接触したと検知して接触信号を出力する。ここで、計測ヘッド１には外乱が生じるため、その外乱を考慮した閾値α（０≦α＜１）を設定し、ｃｏｓθ＜αのときに接触信号を出力するように法線変化検出部４１ｃを構成してもよい。
【００３６】
ｃｏｓθ＝Ｎ０・Ｎ１／｜Ｎ０｜・｜Ｎ１｜      ・・・（４）
【００３７】
決定部４２は、法線変化検出部４１ａから供給された接触信号をトリガとして、Ｘ軸制御部１２ｂ、Ｙ軸制御部１２ｃ、Ｚ軸制御部１２ｄおよびωＺ制御部１２ｅから計測ヘッド１の位置情報を取得する。プローブ２４の接触子２４ａは、計測ヘッド１内の所定の位置に配置されているため、計測ヘッド１の位置が分かれば接触子２４ａの位置を求めることができ、接触子２４ａの寸法から、接触子２４ａが接触した被検物Ｗの箇所の位置も求めることができる。したがって、決定部４２は、計測ヘッド１の位置情報に基づいて、プローブ２４の接触子２４ａが接触した被検物Ｗの箇所の位置を決定することができる。
【００３８】
ここで、第１実施形態では、平面プレート２４ｃを有するプローブ２４を用い、平面プレート２４ｃの面に対する法線の変化からプローブ２４の接触子２４ａと被検物Ｗとの接触を検知する方法について説明した。しかしながら、光源からの光が入射するプローブ２４の反射部の形状は、光源とプローブ２４の反射部との間の光路長の変化を検出することができる形状であれば、どのような形状でもよく、特定の形状に限定されるものではない。例えば、図８に示すように球状の部材２４ｄを反射部として有するプローブ２４を用いて、プローブ２４の接触子２４ａと被検物Ｗとの接触を検知してもよい。この場合、制御部１２は、光源からの光がミラー２２ａおよび２３ａで反射されて球状の部材２４ｄに入射するように第１光学系２２および第２光学系２３をそれぞれ制御する。そして、制御部１２は、検出部２１による検出された光源と球状の部材２４ｄとの間の光路長の変化によって、プローブ２４の接触子２４ａと被検物Ｗとの接触を検知してもよい。
【００３９】
また、図９に示すように、計測ヘッド１に複数のプローブ２４を設けてもよい。複数のプローブ２４は、互いに異なる向きで配置されることが好ましい。これにより、被検面Ｗの計測箇所の形状に応じて、複数のプローブ２４のうち、当該計測箇所の計測に最適なプローブ２４を使用することができる。この場合、制御部１２は、複数のプローブ２４のうち、使用するプローブ２４の反射部に光源からの光が入射するように、第１光学系２２および第２光学系２３を制御する。プローブ２４（接触子２４ａ）と被検物Ｗとの接触を検知する方法は上述のとおりである。
【００４０】
上述したように、第１実施形態の計測装置１００は、プローブ２４を被検物Ｗに接触させて被検物Ｗの形状を計測する際、非接触式で被検物Ｗの形状を計測する際に被検物Ｗに入射させる光をプローブ２４の反射部に入射させる。そして、プローブ２４で反射された光に基づいて、プローブ２４と被検物Ｗとの接触を検知する。これにより、非接触式の計測機構および接触式の計測機構の一部を共通化し、装置構成を簡略化することができる。
【００４１】
＜第２実施形態＞
本発明に係る第２実施形態の計測装置について説明する。第１実施形態では、複数の光学系を用いて、光源からの光を被検物Ｗまたはプローブ２４の反射部に入射させるように構成した計測ヘッド１について説明した。しかしながら、図１０に示すように、ミラー２５ａおよび駆動部２５ｂを含む１つの光学系２５を用いて、光源からの光を被検物Ｗまたはプローブ２４の反射部（例えば平面ミラー２４ｃ）に入射させるように計測ヘッド１を構成してもよい。図１０は、第２実施形態の計測ヘッド１の構成を示す図である。このように計測ヘッド１を構成した場合、被検物上では、１つの方向（１次元）にしか光を走査することができない。この場合において、第１計測モードでは、光学系２５により光を被検物上で走査することができる方向と異なる方向に、ヘッド駆動部１０によって計測ヘッド１を駆動すれば、被検物上で２次元的に光を走査することができる。
【００４２】
＜第３実施形態＞
本発明に係る第３実施形態の計測装置について説明する。第２計測モードにおいて、光源からの光をプローブ２４の反射部（例えば平面ミラー２４ｃ）に入射させる際、光源とプローブ２４の反射部との間の光路長が計測レンジ（光路長を計測することができる許容範囲）に収まらない場合がある。そのため、第３実施形態の計測ヘッド１は、図１１に示すように、光源とプローブ２４の反射部との間の光路長が計測レンジ（許容範囲）に収めるために光源からの光を反射するミラー２６を有する。これにより、光源とプローブ２４の反射部との間の光路長を計測レンジに収めることができる。
【００４３】
＜第４実施形態＞
本発明に係る第４実施形態の計測装置について説明する。第４実施形態では、計測ヘッド１から着脱可能に構成されたプローブ２４について、図１２を参照しながら説明する。図１２は、第４実施形態におけるプローブ２４の構成を示す図である。第４実施形態のプローブ２４は、例えば、計測ヘッド１に支持された第１部分２４’と、計測ヘッド１から着脱可能に構成された第２部分２４”とに分けられている。第１部分２４’は、第１スタイラス２４ｂ１、平面プレート２４ｃ（反射部）および第１接続部２４ｅ１を含み、計測ヘッド１に固定された支持部材２４ｆにより弾性部材２４ｇを介して支持されている。また、第２部分２４”は、第２スタイラス２４ｂ２、接触子２４ａおよび第２接続部２４ｅ２を含み、支持部材２４ｈにより弾性部材２４ｉを介して支持されている。
【００４４】
第１部分２４’と第２部分２４”とを接続する場合には、第１部分２４’を支持する支持部材２４ｆの接続部材２４ｊと、第２部分２４”を支持する支持部材２４ｈの接続部材２４ｋとを接続する。これにより、第１接続部２４ｅ１と第２接続部２４ｅ２とを接続させ、１つのプローブ２４として用いることができる。接続部材２４ｊおよび接続部材２４ｋとしては、例えば磁石などがそれぞれ用いられうる。また、第１接続部２４ｅ１および第２接続部２４ｅ２としては、例えば磁石などが用いられうる。このようにプローブ２４を構成することにより、例えば、図１３に示すように、計測ヘッド１の複数箇所にプローブ２４の第１部分２４’のみを配置し、被検物Ｗの計測箇所の形状に応じて、プローブ２４の第２部分２４”を付け替えることができる。
【００４５】
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ないことはいうまでもなく、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】
【００４６】
１：計測ヘッド、１０：ヘッド駆動部、１２：制御部、２１：検出部、２２：第１光学系、２３：第２光学系、２４：プローブ、１００：計測装置
【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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