(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
倣い走査機構によって被測定物の表面を倣い走査する接触式プローブと、前記接触式プローブの位置座標を前記接触式プローブのプローブ軸に搭載されたプローブ軸ターゲットミラーと基準ミラーとの間の距離として読みとるためのレーザ測長器と、を有し、前記レーザ測長器から読みとったデータから前記被測定物の表面形状を算出する三次元形状測定装置において、
前記接触式プローブは、前記プローブ軸ターゲットミラーとともに、前記倣い走査機構に対して着脱可能であり、前記接触式プローブを取り外したときには、前記レーザ測長器のレーザ光を前記被測定物の表面に導くように構成したことを特徴とする三次元形状測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造装置に用いる結像レンズ等の非球面、球面、あるいは自由曲面からなるレンズ、金型、成型品等の三次元形状を高精度に測定するための三次元形状測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、三次元形状測定装置のトレース方式として、接触式プローブを用いるものと、光学的なセンサーを利用した非接触式のプローブを用いるものとがあった。
【０００３】
接触式プローブ方式では被測定物にプローブが触れるため、傷や摩耗等の問題があり、また非接触プローブ方式では傷、摩耗の問題は無いが、被測定物の傾斜が大きくなると光がけられて測定できないという問題があった。
【０００４】
こうした問題を解決するには接触式プローブ方式と非接触式プローブ方式の両方に対応し、被測定物によって切り替える構成が考えられている。例えば、特許文献１に開示されているように、接触式プローブを搭載した接触式プローブユニットと非接触式センサーを搭載した非接触プローブユニットを交換する構成が知られている。
【０００５】
この構成は、図３（ａ）に示すように、接触式プローブユニット３０１、取り付けアダプタ３０２、取り付け軸３０３、本体Ｚ軸３０４等を備える。接触式プローブユニット３０１はアダプタ３０２と専用の取り付け軸３０３を介して本体Ｚ軸３０４に取り付けられている。
【０００６】
そして、接触式プローブユニット３０１を取り外して、図３（ｂ）に示すように、非接触プローブユニット４０１を、専用の取り付け軸４０２によって、アダプタ３０２を介して本体Ｚ軸３０４に取り付けることが可能となっている。
【０００７】
また、特許文献２に開示されたように、Ｚ方向の形状測定用にはレーザ測長器を用いて、プローブを形状にトレースさせるための制御にはオートフォーカス機構を利用するものが知られている。この装置においては、図４に示すように、半導体レーザ５０１から発したレーザ光はコリメーターレンズ５０２、偏光ビームスプリッタ５０３、λ／４波長板５０４を透過する。その後、ダイクロイックミラー５０５を反射して、対物レンズ５０６によってプローブ５０７の上面に取り付けられたミラー５２３に焦点を結ぶ。ミラー５２３で反射して対物レンズ５０６に戻ったレーザ光の反射光はダイクロイックミラー５０５及び偏光ビームスプリッタ５０３で今度は反射する。そして、レンズ５０８で集光されてハーフミラー５０９で２つに分離され、ピンホール５１０を通過し、２つの光検出器５１１で受光される。２つの光検出器５１１の出力は誤差信号発生部５１２によってフォーカス誤差を表す信号となり、サーボ回路５１３によってこのフォーカス誤差信号がゼロとなるようにリニアモータ５１４を制御する。こうしてプローブ筐体５１５に対するプローブ５０７の位置を一定位置に保持することができる。さらにこの状態でワーク５２１の表面上をプローブ５０７が倣い走査し、プローブ５０７の上面に取り付けられたミラー５２３の位置を計測することでワーク５２１の形状を測定することができる。
【０００８】
【特許文献１】特開昭６４−７４４０８号公報
【特許文献２】特開平０６−２６５３４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１の接触式、非接触プローブの切り替え方法では、非接触トレースを実現するために接触式プローブユニットとは別に非接触式プローブユニットを用意し、取り替えている。そのため、非接触式プローブのコストが必要となる。また、接触式プローブユニットと非接触プローブユニットの測定原理及び構造が全く違うため、計測ポイントをそろえるためのアライメント行為が必要となり煩雑であった。
【００１０】
また、特許文献２に開示された構成では、非接触対応は全く考慮されておらず、非接触プローブ方式によって測定することは不可能であった。
【００１１】
本発明は、接触式プローブ方式と非接触式プローブ方式を簡単な操作で切り替えることを可能にする三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。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明の三次元形状測定装置は、倣い走査機構によって被測定物の表面を倣い走査する接触式プローブと、前記接触式プローブの位置座標を前記接触式プローブのプローブ軸に搭載されたプローブ軸ターゲットミラーと基準ミラーとの間の距離として読みとるためのレーザ測長器と、を有し、前記レーザ測長器から読みとったデータから前記被測定物の表面形状を算出する三次元形状測定装置において、前記接触式プローブは、前記プローブ軸ターゲットミラーとともに、前記倣い走査機構に対して着脱可能であり、前記接触式プローブを取り外したときには、前記レーザ測長器のレーザ光を前記被測定物の表面に導くように構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の三次元形状測定装置によれば、接触式プローブとプローブ軸ターゲットミラーをユニットとして着脱するだけで、接触式及び非接触式の測定方式を任意に切り替えることが可能となり、被測定物に合わせて最適な測定方法を選択することができる。また、非接触式プローブ方式の光学センサーであるレーザ測長器を、接触式プローブの位置を計測するレーザ測長器と兼用しているため、非接触式プローブを別に用意するコストを削減することができる。
【００１４】
さらに、接触式プローブ方式から非接触式プローブ方式に切り替えるための操作は、接触式プローブを取り外して、トレース制御を切り替えるだけなので、簡単に非接触式と非接触式の切り替えを行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１は一実施形態による三次元形状測定装置の主要部を示すもので、１０１は本体架台、１０２はＺ方向の基準となる第１の基準ミラーで、本体架台１０１に取り付けられている。１０３はＺ軸アーム、１０４はＺ軸アーム１０３をＺ方向に移動させるＺ軸ステージで、例えばガイド構造としてエアーベアリングを採用し、Ｚ軸方向に移動させる移動機構として図示していないリニアモータを搭載している。
【００１７】
図１（ａ）に示すように、接触式プローブ方式に用いるプローブハウジング１０５は、プローブ軸１０６と、プローブ軸１０６をＺ方向に移動可能に支持する複数の板バネ１０７及び１０８を有する。１０９は、プローブ軸１０６とともに接触式プローブを構成するプローブ先端球であり、プローブ先端球１０９はプローブ軸１０６に接着あるいは図示していない真空バキューム機構によって固定されている。プローブ軸１０６は、板バネ１０７及び１０８を介してプローブハウジング１０５に支持され、プローブハウジング１０５は、後述するように、Ｚ軸アーム１０３に対して着脱可能である。
【００１８】
１１０は被測定物で、プローブ先端球１０９が被測定物１１０の表面を倣い走査することで、被測定物１１０の三次元形状を計測する。１１１はＺ軸制御用の第２の基準ミラー、１１２は干渉計で、図示していないλ／４板が取り付けられている。１１３はコーナーキューブ、１１４はプローブ軸１０６に固定（搭載）されたプローブ軸ターゲットミラーである。Ｚ軸制御用の第２の基準ミラー１１１は干渉計１１２及びコーナーキューブ１１３とともにＺ軸アーム１０３に固定されている。また、Ｚ軸制御用の第２の基準ミラー１１１には、レーザ光が通過できるように貫通穴（穴）が１箇所以上設けられており、本実施形態では２箇所に貫通穴が設けられている。
【００１９】
１１５はレーザ測長器のレーザ投光部、１１６はレーザ測長器の測長を行うための受光部で、図示していないレーザ測長アンプとつながっている。１１７も同様に図１に向かって手前にあるレーザ投光部、１１８は図１に向かって奥にあるレーザ受光部である。レーザ投光部１１５からのレーザ光は互いに直交する偏向をもった２種類の光、すなわちＰ偏光とＳ偏光と呼ばれる光を持っている。
【００２０】
今、Ｓ偏光が干渉計１１２で反射する方向の光とする。Ｓ偏光は干渉計１１２に入り、図に向かって下に反射し、プローブ軸ターゲットミラー１１４で図上に反射する。次に干渉計１１２に入った時はλ／４板を２回通るので今度は透過し、Ｚ軸制御用の第２の基準ミラー１１１に設けられた穴を抜けて第１の基準ミラー１０２に達する。次に第１の基準ミラー１０２で反射した光は再びＺ軸制御用の第２の基準ミラー１１１の穴を抜けて干渉計１１２に入る。このときλ／４板を２回通るので今度は干渉計１１２で反射し図に向かって左側に光が進みコーナーキューブ１１３に入る。コーナーキューブ１１３では光は図に向かって下側に移動し、今度は右側へ入ってきた時と平行に射出し、再び干渉計１１２に入る。干渉計１１２では今度は図に対して上側に反射し、Ｚ軸制御用の第２の基準ミラー１１１の前回とは異なる穴を抜けて第１の基準ミラー１０２に達する。第１の基準ミラー１０２で反射した光は再びＺ軸制御用の第２の基準ミラー１１１に設けられた穴を通って干渉計１１２に入る。λ／４板を２回通っているので今度は干渉計１１２を透過し、プローブ軸ターゲットミラー１１４で反射して再び干渉計１１２に入り、再びλ／４板を２回通っているので今度は干渉計１１２で反射してレーザ受光部１１６に入る。
【００２１】
次にＰ偏光はレーザ投光部１１５から干渉計１１２に入ると干渉計１１２を透過し、そのままコーナーキューブ１１３に入る。コーナーキューブ１１３では前回の光のときと同様に光は図に向かって下側に移動し今度は右側へ入ってきたときと平行に射出する。光はλ／４板を通っていないので干渉計１１２でそのまま透過し、レーザ受光部１１６へ入る。このとき先ほどのＳ偏光とＰ偏光が干渉する。Ｐ偏光は固定されたコーナーキューブを通るだけなので一定であるが、Ｓ偏光は基準ミラー１０２とプローブ軸ターゲットミラー１１４の間を２往復している。従って前記のＳ偏光とＰ偏光の干渉縞を計測することで第１の基準ミラー１０２とプローブ軸ターゲットミラー１１４の距離の変化を計測することができる。すなわち、レーザ投光部１１５で入射したレーザ光をレーザ受光部１１６で受けて距離を測長することで、第１の基準ミラー１０２とプローブ軸ターゲットミラー１１４間の距離を測定することができる。
【００２２】
次にレーザ投光部１１７から射出したレーザ光も同様に互いに直交する偏向をもったＳ偏光とＰ偏光を持っている。レーザ投光部１１７からのＳ偏光はＺ軸制御用の第２の基準ミラー１１１とプローブ軸ターゲットミラー１１４の間で２往復してレーザ受光部１１８に入る。対してレーザ投光部１１７からのＰ偏光はコーナーキューブ１１３を回ってレーザ受光部１１８に入る。ここで、Ｓ偏光とＰ偏光が干渉するので、レーザ受光部１１８に入ったＳ偏光とＰ偏光の干渉縞を計測することで今度はＺ軸制御用の第２の基準ミラー１１１とプローブ軸ターゲットミラー１１４の距離の変化を計測することができる。すなわち、レーザ投光部１１７で射出したレーザ光をレーザ受光部１１８で受けて距離を測長することで、第２の基準ミラー１１１とプローブ軸ターゲットミラー１１４間の距離を測定することができる。
【００２３】
図１（ｂ）は、（ａ）の接触式プローブ方式から非接触式プローブ方式に切り替えるために、プローブハウジング１０５をＺ軸アーム１０３から取り外した状態を示す。プローブハウジング１０５は、プローブ軸ターゲットミラー１１４を搭載するプローブ軸１０６を支持し、接触式プローブの構成要素を全て搭載している。このため、プローブハウジング１０５をＺ軸アーム１０３から取り外すだけで非接触プローブ方式に切り替えることが可能である。また、プローブハウジング１０５とＺ軸アーム１０３は、図示しない突き当てピンや位置決めピン等を用いた嵌合によって着脱可能に取り付けられている。このような突き当てピンや位置決めピンを用いることで、再びプローブハウジング１０５をＺ軸アーム１０３に取り付ける際の位置決めも簡単に行うことができる。
【００２４】
図１（ｂ）において、レーザ測長器用のレーザ投光部１１５をでたレーザ光は互いに直交する偏向をもった２種類の光、すなわちＰ偏光とＳ偏光と呼ばれる光を持っている。今、Ｓ偏光が干渉計１１２で反射する方向の光とする。Ｓ偏光は干渉計１１２に入り、図に向かって下に反射し、被測定物１１０の表面に到達する。被測定物１１０の表面で反射したレーザ光は干渉計１１２に入る。次に干渉計１１２に入った時はλ／４板を２回通るので今度は透過し、Ｚ軸制御用の第２の基準ミラー１１１に設けられた穴を抜けて第１の基準ミラー１０２に達する。次に第１の基準ミラー１０２で反射した光は再びＺ軸制御用の第２の基準ミラー１１１の穴を抜けて干渉計１１２に入る。このときλ／４板を２回通るので今度は干渉計１１２で反射し図に向かって左側に光が進みコーナーキューブ１１３に入る。コーナーキューブ１１３では光は図に向かって下側に移動し、今度は右側へ入ってきた時と平行に射出し、再び干渉計１１２に入る。干渉計１１２では今度は図に対して上側に反射し、Ｚ軸制御用の第２の基準ミラー１１１の前回とは異なる穴を抜けて第１の基準ミラー１０２に達する。第１の基準ミラー１０２で反射した光は再びＺ軸制御用の第２の基準ミラー１１２に設けられた穴を通って干渉計１１２に入る。λ／４板を２回通っているので今度は干渉計１１２を透過し、被測定物１１０の表面に到達する。被測定物１１０の表面で反射して再び干渉計１１２に入り、再びλ／４板を２回通っているので今度は干渉計１１２で反射してレーザ受光部１１６に入る。
【００２５】
Ｐ偏光はレーザ投光部１１５から干渉計１１２に入ると干渉計１１２を透過し、そのままコーナーキューブ１１３に入る。コーナーキューブ１１３では前回の光のときと同様に光は図に向かって下側に移動し今度は右側へ入ってきたときと平行に射出する。光はλ／４板を通っていないので干渉計１１２でそのまま透過し、レーザ受光部１１６へ入る。このとき先ほどのＳ偏光とＰ偏光が干渉する。Ｐ偏光は固定されたコーナーキューブを通るだけなので一定であるが、Ｓ偏光は基準ミラー１０２と被測定物１１０の表面の間を２往復している。従って前記のＳ偏光とＰ偏光の干渉縞を計測することで第１の基準ミラー１０２と被測定物１１０の距離の変化を計測することができる。すなわち、レーザ投光部１１５で入射したレーザ光をレーザ受光部１１６で受けて距離を測長することで、第１の基準ミラー１０２と被測定物表面間の距離を測定することができる。
【００２６】
次にレーザ投光部１１７から射出したレーザ光も同様に互いに直交する偏向をもったＳ偏光とＰ偏光を持っている。レーザ投光部１１７からのＳ偏光はＺ軸制御用の第２の基準ミラー１１１と被測定物１１０の表面の間で２往復してレーザ受光部１１８に入る。対してレーザ投光部１１７からのＰ偏光はコーナーキューブ１１３を回ってレーザ受光部１１８に入る。ここで、Ｓ偏光とＰ偏光が干渉するので、レーザ受光部１１８に入ったＳ偏光とＰ偏光の干渉縞を計測することで今度はＺ軸制御用の第２の基準ミラー１１１と被測定物１１０の表面間の距離変化を計測することができる。すなわち、レーザ投光部１１７で射出したレーザ光をレーザ受光部１１８で受けて距離を測長することで、Ｚ軸制御用の第２の基準ミラー１１１と被測定物１１０の表面間の距離を測定することになる。
【００２７】
図２は、本実施形態による三次元形状測定装置の概略全体図と三次元形状測定装置を制御する電装系とコントローラ及びデータ処理系を示す図である。２０１は図１（ａ）のプローブハウジング１０５に搭載された接触式のプローブユニット一式である。２０２はプローブユニット２０１の向かって左右方向の位置座標を計測するレーザ測長器用Ｘ軸基準ミラーである。２０４は図に向かって前後に移動させるＹ軸ステージで、プローブユニット２０１及びＺ軸アーム１０３及びＺ軸ステージ１０４を搭載している。２０５は図に向かって左右方向に移動させるＸ軸ステージで、Ｙ軸ステージ２０４を搭載している。２１２は電装ユニットで、接触式プローブを倣い走査させるための倣い走査機構を構成するＺ軸ステージ１０４、Ｙ軸ステージ２０４及びＸ軸ステージ２０５を駆動するドライバーを搭載している。またレーザ受光部１１６及び１１８からの信号を取り込むレーザ測長器データ処理ボードも搭載している。２１３は装置本体をコントロールするコントロールコンピュータで、電装ユニット２１２に信号を送り、Ｚ軸ステージ１０４、Ｙ軸ステージ２０４及びＸ軸ステージ２０５を駆動するドライバーを制御するプログラムを搭載している。２１４はデータ処理用コンピュータ（データ処理手段）であり、前記レーザ測長器の信号を電装ユニット２１２及びコントロールコンピュータ２１３を介して取り込み、レーザ測長器のデータから被測定物１１０の形状を算出するデータ処理プログラムを搭載する。本実施形態ではコントロールコンピュータ２１３とデータ処理用コンピュータ２１４を分けているが同じコンピュータで処理を賄うことは可能である。
【００２８】
次に、プローブ先端球１０９を被測定物１１０に倣い走査しながら表面形状を計測する接触式プローブ方式による測定方法を説明する。
【００２９】
まず、三次元形状測定装置を制御するコントロールコンピュータ２１３の信号によってＺ軸ステージ１０４を所定の原点位置に移動させる。このとき、レーザ測長器のレーザ受光部１１６及び１１８を所定の数値にリセットする。コントロールコンピュータ２１３には被測定物１１０を初めとする各種のデータが記憶されている。前記コントローラーは、次に被測定物１１０の情報からプローブ先端球１０９を被測定物１１０に接触させる初期位置へ、Ｘ軸ステージ２０５及びＹ軸ステージ２０４を駆動して移動させる。
【００３０】
次にコントロールコンピュータ２１３はＺ軸ステージ１０４を駆動してプローブ先端球１０９を被測定物１１０へ近づける。このとき、コントロールコンピュータ２１３はレーザ測長器用のレーザ受光部１１８からの信号を同時に読みとり続ける。プローブ先端球１０９が被測定物１１０に接触し、プローブ軸１０６を支持している板バネ１０７及び１０８が所定の量撓んだ時の第２の基準ミラー１１１とプローブ軸ターゲットミラー１１４の距離を予めコントロールコンピュータ２１３に記憶しておく。そのコントロールコンピュータ２１３に記憶してある距離になったときにＺ軸の降下を停止する。
【００３１】
その後はコントロールコンピュータ２１３によってＺ軸制御用の第２の基準ミラー１１１とプローブ軸ターゲットミラー１１４の距離をレーザ受光部１１８の信号から常に読みとる。同時に、常にＺ軸制御用の第２の基準ミラー１１１とプローブ軸ターゲットミラー１１４の距離が予め設定された値になるようにＺ軸ステージ１０４を駆動する。すなわち、レーザ受光部１１８からの信号によってＺ軸ステージ１０４はサーボ状態となる。このＺ軸ステージ１０４のサーボ状態をコントロールするのはコントロールコンピュータ２１３以外のサーボ専用のコントローラーを用意してもよい。
【００３２】
Ｚ軸制御用の第２の基準ミラー１１１とプローブ軸ターゲットミラー１１４の距離を測定する手段が上記のようにレーザ測長器であって測定範囲にほぼ制限が無いので距離信号が途切れたり、リニアリティが悪化することがない。よって、何らかの原因でＺ軸制御用の第２の基準ミラー１１１とプローブ軸ターゲットミラー１１４の距離が設定値より大きく変化してしまっても、プローブ軸１０６のＺ方向位置を正確に知ることができる。従って、コントロールコンピュータ２１３あるいはサーボ専用のコントローラーからの指令でＺ軸制御用の第２の基準ミラー１１１とプローブ軸ターゲットミラー１１４の距離を予め設定された値に戻すことが可能となる。
【００３３】
このように、Ｚ軸ステージ１０４がサーボ状態になったら、次にコントロールコンピュータ２１３は予め設定しておいた通りプローブ先端球１０９が被測定物１１０の表面を走査するようにＸ軸ステージ２０５及びＹ軸ステージ２０４に移動指令を与える。プローブ先端球１０９は被測定物１１０の表面上を移動するが、被測定物１１０の表面形状によってプローブ先端球１０９を接着したプローブ軸１０６は図に向かって上下に動く。このとき、Ｚ軸制御用の第２の基準ミラー１１１とプローブ軸ターゲットミラー１１４の距離が変化するが、Ｚステージ１０４が常にＺ軸制御用の第２の基準ミラー１１１とプローブ軸ターゲットミラー１１４の距離が予め設定された値になるように駆動している。
【００３４】
Ｚ軸制御用の第２の基準ミラー１１１とプローブ軸ターゲットミラー１１４の距離が予め設定された値になっているので、プローブ軸１０６を支持する板バネ１０７及び１０８の撓み量を一定にしたままプローブ先端球１０９は被測定物１１０の表面を走査する。すなわち、プローブ先端球１０９が被測定物１１０に対して一定の圧力を保ったまま接触し、表面形状を倣い走査することになる。
【００３５】
プローブ先端球１０９が被測定物１１０の表面を倣い走査するのと同時に、電装ユニット２１２に搭載のレーザ計測装置によって第１の基準ミラー１０２とプローブ軸ターゲットミラー１１４の間の距離変化をレーザ受光部１１６の信号として受け取る。すなわち、第１の基準ミラー１０２とプローブ軸ターゲットミラー１１４の間の距離変化データが被測定物１１０の表面形状を表す位置座標のデータとなる。このとき、Ｘ軸ステージ及びＹ軸ステージの座標はＸＹ軸に設けられた図示しないエンコーダーで読みとることが可能である。あるいはレーザ測長器を２軸増やし、図に対して水平方向にＸ軸基準ミラー２０２及び図示していないＹ軸基準ミラーを配置し、干渉計をＺ軸アーム１０３に２軸分用意することによって、ＸＹ軸座標をレーザ測長器によって知ることも可能である。
【００３６】
Ｚステージ１０４は、常にＺ軸制御用の第２の基準ミラー１１１とプローブ軸ターゲットミラー１１４の距離が予め設定された値になるように駆動しながらＸＹ軸を移動している。その間、コントロールコンピュータ２１３は、第１の基準ミラー１０２とプローブ軸ターゲットミラー１１４の間の距離変化をレーザ受光部１１６の信号として受け取る。この信号データをＺ方向データとし、そのときのＸＹ軸座標をＸ軸基準ミラー及びＹ軸基準ミラーからの距離として受け取りＸＹ座標データとすることで、ＸＹ座標に対するＺ方向データとして取り込むことができる。このＸＹ座標に対するＺ方向データをコントロールコンピュータ２１３を介してデータ処理用コンピュータ２１４に送り、各種のデータ処理を行うことによって被測定物１１０の表面形状を得ることができる。
【００３７】
次に非接触式プローブ方式に切り替えた時の測定方法について図１（ｂ）及び図２を用いて説明する。
【００３８】
非接触式プローブ方式に切り替えるために、はじめに接触式プローブを図１（ａ）のプローブハウジング１０５から取り外す。機械的な操作はこれだけで終了する。
【００３９】
続いて、非接触式プローブ方式による測定方法を説明する。
【００４０】
まず、三次元形状測定装置を制御するコントロールコンピュータ２１３の信号によってＺ軸ステージ１０４を所定の原点位置に移動させる。このとき、レーザ測長器のレーザ受光部１１６を所定の数値にリセットする。コントロールコンピュータ２１３には被測定物１１０を初めとする各種のデータが記憶されている。前記コントローラーは、次に被測定物１１０の情報からＺ軸アーム１０３を被測定物１１０の初期位置へＸ軸ステージ２０５及びＹ軸ステージ２０４を駆動して移動させる。次にコントロールコンピュータ２１３はＺ軸ステージ１０４を一定位置に固定する指令を出す。これにより、接触式プローブの時はレーザ受光部１１８からの信号によってＺ軸ステージ１０４を倣い制御のサーボ状態としてコントロールしていたが、非接触プローブ測定の場合はこのＺ軸ステージ１０４のサーボを停止させる。コントロールコンピュータ２１３に対して手動でサーボ停止を切り替えてもよいし、プローブハウジング１０５の有る無しを図示していないセンサーによって取り込み自動でサーボ停止を切り替えてもよい。
【００４１】
次にコントロールコンピュータ２１３は予め設定しておいた通りＺ軸アーム１０３が被測定物１１０の表面を走査するようにＸ軸ステージ２０５及びＹ軸ステージ２０４に移動指令を与える。コントロールコンピュータ２１３の指令によってＸ軸ステージ及びＹ軸ステージを駆動するのと同時に、電装ユニット２１２に搭載のレーザ計測装置によって第１の基準ミラー１０２と被測定物１１０の間の距離変化をレーザ受光部１１６の信号として受け取る。すなわち、第１の基準ミラー１０２と被測定物１１０の間の距離変化データが被測定物１１０の表面形状を表すデータとなる。このとき、Ｘ軸ステージ及びＹ軸ステージの座標はＸＹ軸に設けられた図示しないエンコーダーで読みとることが可能である。あるいはレーザ測長器を２軸増やし、図に対して水平方向にＸ軸基準ミラー２０２及び図示していないＹ軸基準ミラーを配置し、干渉計をＺ軸アーム１０３に２軸分用意することによって、ＸＹ軸座標をレーザ測長器によって知ることも可能である。
【００４２】
このようにして、コントロールコンピュータ２１３の指令によってＺ軸アーム１０３を搭載したＺ軸ステージ１０４はＸＹ軸を移動する。この間、コントロールコンピュータ２１３は、第１の基準ミラー１０２と被測定物１１０表面の間の距離変化をレーザ受光部１１６の信号として受け取る。この信号データをＺ方向データとし、そのときのＸＹ軸座標をＸ軸基準ミラー及びＹ軸基準ミラーからの距離として受け取りＸＹ座標データとすることで、ＸＹ座標に対するＺ方向データとして取り込むことができる。このＸＹ座標に対するＺ方向データをコントロールコンピュータ２１３を介してデータ処理手段であるデータ処理用コンピュータ２１４に送り各種のデータ処理を行うことによって被測定物１１０の表面形状を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】一実施形態による三次元形状測定装置の主要部を示すもので、（ａ）は接触式プローブ方式による測定時の状態、（ｂ）は非接触式プローブ方式による測定時の状態をそれぞれ示す模式図である。
【図２】三次元形状測定装置の全体を示す図である。
【図３】一従来例を説明する図である。
【図４】別の従来例を示す図である。
【符号の説明】
【００４４】
１０１    本体架台
１０２    第１の基準ミラー
１０３    Ｚ軸アーム
１０４    Ｚ軸ステージ
１０５    プローブハウジング
１０６    プローブ軸
１０７、１０８    板バネ
１０９    プローブ先端球
１１１    第２の基準ミラー
１１２    干渉計
１１３    コーナーキューブ
１１４    プローブ軸ターゲットミラー
１１５、１１７    レーザ投光部
１１６、１１８    レーザ受光部
【図１】
0005025444.tif 000002
【図２】
0005025444.tif 000003
【図３】
0005025444.tif 000004
【図４】
0005025444.tif 000005