JP2002250620A - ３次元表面形状測定装置および３次元表面形状測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 測定中の経時変位を検出して測定精度を向上
できる３次元表面形状測定装置および３次元表面形状測
定方法を提供する。 【解決手段】 測定対象物の表面上の測定点からの距離
を検出する測定点変位計と測定対象物とを相対的に移動
させることにより、測定対象物の表面を相対的に走査し
て、その走査軌跡上の測定点からの距離の変化を測定点
変位計により検出することによって、測定対象物の表面
形状を測定する３次元表面形状測定において、Ｍ個（Ｍ
は２以上の整数）の概略測定点を設定して概略測定とし
て行い、Ｍ個を含むＮ個（ＮはＭ＜Ｎとなる整数）の詳
細測定点を設定して詳細測定を行い、Ｍ個のうちの第ｍ
概略測定点（ｍは１≦ｍ≦Ｍとなる整数）とＮ個のうち
の第ｎ詳細測定点（ｎは１≦ｎ≦Ｎとなる整数）が同一
点のときに、それらの点での測定値の差分を、第ｎ詳細
測定点の経時変位として決定することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、３次元表面形状測
定装置および３次元表面形状測定方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば３次元表面形状測定装置におい
て、測定対象物の表面の凹凸（形状）を測定する場合、
その測定対象物を例えば水平に固定された固定テーブル
上に置いて、表面の凹凸（形状）を検出するセンサ（表
面形状検出センサ）を走査させるか、逆に、表面形状検
出センサを所定位置に固定しておいて、その検出（測
定）位置に測定対象物の測定点を臨ませるように、例え
ば水平運動可能な運動テーブル上に測定対象物を置いて
運動させる。すなわち、いずれの方法においても測定対
象物と表面形状検出センサとを相対的に移動（走査）さ
せて測定する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】一般に、この種の３次
元表面形状測定装置では、測定対象物の表面上に走査軌
跡を定め、その走査軌跡上に必要に応じた測定点（サン
プリング点）を定め、所定の走査速度を定めて、それら
に従って走査して測定する。しかし、可能な限り走査速
度を高く（早く）しても、測定時間中には熱（熱変形）
等による誤差（測定中の経時変位）が生じ、このこと
が、測定精度向上の障害となっていた。

【０００４】そこで、本発明は、測定中の経時変位を検
出して測定精度を向上できる３次元表面形状測定装置お
よび３次元表面形状測定方法を提供することを目的とす
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１の３次
元表面形状測定装置は、測定対象物の表面上の測定点か
らの距離を検出する測定点変位計と前記測定対象物とを
相対的に移動させることにより、前記測定対象物の表面
を相対的に走査して、その走査軌跡上の測定点からの距
離の変化を前記測定点変位計により検出することによっ
て、前記測定対象物の表面形状を測定する３次元表面形
状測定装置であって、Ｍ個（Ｍは２以上の整数）の測定
点を概略測定点として設定する概略測定点設定手段と、
前記Ｍ個の概略測定点における測定を概略測定として行
う概略測定手段と、前記Ｍ個を含むＮ個（ＮはＭ＜Ｎと
なる整数）の測定点を詳細測定点として設定する詳細測
定点設定手段と、前記概略測定の後、前記Ｎ個の詳細測
定点における測定を詳細測定として行う詳細測定手段
と、前記Ｍ個の概略測定点のうちのｍ番目（ｍは１≦ｍ
≦Ｍとなる整数）である第ｍ概略測定点と前記Ｎ個の詳
細測定点のうちのｎ番目（ｎは１≦ｎ≦Ｎとなる整数）
である第ｎ詳細測定点とが同一点であるときに、前記第
ｍ概略測定点における測定値と前記第ｎ詳細測定点にお
ける測定値との差分を、前記第ｎ詳細測定点の経時変位
として決定する経時変位決定手段と、を備えたことを特
徴とする。

【０００６】また、請求項１０の３次元表面形状測定方
法は、測定対象物の表面上の測定点からの距離を検出す
る測定点変位計と前記測定対象物とを相対的に移動させ
ることにより、前記測定対象物の表面を相対的に走査し
て、その走査軌跡上の測定点からの距離の変化を前記測
定点変位計により検出することによって、前記測定対象
物の表面形状を測定する３次元表面形状測定方法であっ
て、Ｍ個（Ｍは２以上の整数）の測定点を概略測定点と
して設定する概略測定点設定工程と、前記Ｍ個の概略測
定点における測定を概略測定として行う概略測定工程
と、前記Ｍ個を含むＮ個（ＮはＭ＜Ｎとなる整数）の測
定点を詳細測定点として設定する詳細測定点設定工程
と、前記概略測定の後、前記Ｎ個の詳細測定点における
測定を詳細測定として行う詳細測定工程と、前記Ｍ個の
概略測定点のうちのｍ番目（ｍは１≦ｍ≦Ｍとなる整
数）である第ｍ概略測定点と前記Ｎ個の詳細測定点のう
ちのｎ番目（ｎは１≦ｎ≦Ｎとなる整数）である第ｎ詳
細測定点とが同一点であるときに、前記第ｍ概略測定点
における測定値と前記第ｎ詳細測定点における測定値と
の差分を、前記第ｎ詳細測定点の経時変位として決定す
る経時変位決定工程と、を備えたことを特徴とする。

【０００７】これらの構成による３次元表面形状測定で
は、基本的に、測定点変位計と測定対象物とを相対的に
移動させ、測定対象物の表面を相対的に走査して、その
走査軌跡（上の測定点）からの距離の変化を測定点変位
計により検出し、これにより、測定対象物の表面形状を
測定する。具体的には、まず、Ｍ個（Ｍは２以上の整
数）の測定点を概略測定点として設定し、Ｍ個の概略測
定点における測定を概略測定として行う。ここでは、概
略測定なので、Ｍ個は、熱変形等の経時変化が少ない間
に測定が終了してしまう程度の数が好ましく、かつ、例
えば全体の四つ角と中心など、続く詳細測定において参
照しやすい点を設定することが好ましい。また、Ｍ個を
含むＮ個（ＮはＭ＜Ｎとなる整数）の測定点を詳細測定
点として設定する。この詳細測定点の設定のタイミング
は、詳細測定前であれば、概略測定の前であっても後で
あっても良い。そして、概略測定の後、Ｎ個の詳細測定
点における測定を詳細測定として行う。この場合、Ｎ個
の詳細測定点のうちのＭ個は、Ｍ個の概略測定点と同一
点となる。このため、第ｍ概略測定点（ｍは１≦ｍ≦Ｍ
となる整数）と、第ｎ詳細測定点（ｎは１≦ｎ≦Ｎとな
る整数）とが、同一点であるときに、それら測定値の差
分を、第ｎ詳細測定点の経時変位として決定する。すな
わち、Ｎ個の詳細測定点のうちのＭ個については、熱変
形等の経時変化が少ない間に終了する概略測定の測定値
に基づいて、測定値の差分を経時変位として決定（検
出）して補正ができるので、測定精度を向上できる。

【０００８】また、請求項１の３次元表面形状測定装置
において、前記Ｍ個の概略測定点と同一点であるＭ個を
除くＮ−Ｍ個の各詳細測定点は、前記Ｍ個の概略測定点
のいずれか２個の間を補完する測定点となるように設定
されることが好ましい。

【０００９】また、請求項１０の３次元表面形状測定方
法において、前記Ｍ個の概略測定点と同一点であるＭ個
を除くＮ−Ｍ個の各詳細測定点は、前記Ｍ個の概略測定
点のいずれか２個の間を補完する測定点となるように設
定されることが好ましい。

【００１０】これらの構成による３次元表面形状測定で
は、Ｍ個の概略測定点と同一点であるＭ個を除くＮ−Ｍ
個の各詳細測定点は、Ｍ個の概略測定点のいずれか２個
の間を補完する測定点となるように設定される。このた
め、詳細測定では、概略測定時に測定しなかった（測定
できなかった）中間点を測定するなど、詳細な測定がで
き（測定の補完ができ）、形状測定としての測定精度を
向上できる。また、２個の（詳細測定点も兼ねる）概略
測定点における測定値の（概略測定時と詳細測定時と
の）差分をそれらにおける経時変位とすれば、その２点
における経時変位に基づいて、２個の概略測定点の間を
補完する補完測定点の経時変位を決定（推定）できる。
このため、Ｎ−Ｍ個の各詳細測定点における測定結果に
ついても、経時変位に対する補正が可能となり、測定精
度を向上できる。

【００１１】また、請求項１または２の３次元表面形状
測定装置において、前記Ｍ個の概略測定点と同一点であ
るＭ個の詳細測定点におけるＭ個の経時変位を、前記Ｍ
個の詳細測定点に対応づけて記憶する経時変位記憶手段
と、前記Ｍ個の経時変位に基づいて、前記Ｎ個の詳細測
定点における測定値を補正する詳細測定経時変位補正手
段と、をさらに備えたことが好ましい。

【００１２】また、請求項１０または１１の３次元表面
形状測定方法において、前記Ｍ個の概略測定点と同一点
であるＭ個の詳細測定点におけるＭ個の経時変位を、前
記Ｍ個の詳細測定点に対応づけて記憶する経時変位記憶
工程と、前記Ｍ個の経時変位に基づいて、前記Ｎ個の詳
細測定点における測定値を補正する詳細測定経時変位補
正工程と、をさらに備えたことが好ましい。

【００１３】これらの構成による３次元表面形状測定で
は、Ｍ個の概略測定点と同一点であるＭ個の詳細測定点
におけるＭ個の経時変位を、Ｍ個の詳細測定点に対応づ
けて記憶し、Ｍ個の経時変位に基づいて、Ｎ個の詳細測
定点における測定値を補正する。この場合、Ｍ個の詳細
測定点に対応づけて記憶するので、経時変位を決定（検
出）して記憶後であれば、任意の時点で経時変位を利用
でき、これにより、Ｎ個の詳細測定点における測定値を
補正できるので、測定精度の向上がさらに容易になる。

【００１４】また、請求項３の３次元表面形状測定装置
において、前記詳細測定経時変位補正手段は、任意の２
個の概略測定点を結ぶ直線上に位置する詳細測定点にお
ける経時変位を、前記２個の概略測定点と同一点となる
詳細測定点に対応する経時変位に基づいて、補完経時変
位として決定する補完経時変位決定手段を有することが
好ましい。

【００１５】この３次元表面形状測定装置では、任意の
２個の概略測定点を結ぶ直線上に位置する詳細測定点に
おける経時変位を、２個の概略測定点における経時変位
に基づいて、すなわち２個の概略測定点と同一点となる
詳細測定点に対応する経時変位に基づいて、補完経時変
位として決定する。この場合の詳細測定点は、２点を結
ぶ直線上に位置するので、その経時変位を、例えば直線
近似等により求められ、これにより、その詳細測定点に
おける測定結果（測定値）を線形補正するなど、測定値
の補正が容易になり、測定精度の向上がさらに容易にな
る。

【００１６】また、請求項４の３次元表面形状測定装置
において、前記補完経時変位決定手段では、前記Ｍ個の
概略測定点と同一点であるＭ個を除くＮ−Ｍ個の各詳細
測定点に対応するＮ−Ｍ個の補完経時変位を決定するこ
とが好ましい。

【００１７】この３次元表面形状測定装置では、Ｍ個の
概略測定点と同一点であるＭ個を除くＮ−Ｍ個の各詳細
測定点に対応するＮ−Ｍ個の補完経時変位を決定する。
この場合、Ｍ個の概略測定点と同一点であるＭ個につい
ては、概略測定時との差分をそのまま経時変位として決
定でき、それらに基づいて、残りのＮ−Ｍ個について
も、補完経時変位として経時変位を決定できるので、Ｎ
個の詳細測定点に対応する経時変位を容易に決定でき、
これにより、Ｎ個の詳細測定点における測定値を容易に
補正でき、測定精度の向上がさらに容易になる。

【００１８】また、請求項５の３次元表面形状測定装置
において、前記詳細測定経時変位補正手段は、決定され
たＮ−Ｍ個の補完経時変位に基づいて、対応する前記Ｎ
−Ｍ個の各詳細測定点における測定値を補正する詳細測
定値補完補正手段をさらに有することが好ましい。

【００１９】この３次元表面形状測定装置では、決定さ
れたＮ−Ｍ個の補完経時変位に基づいて、対応するＮ−
Ｍ個の各詳細測定点における測定値を補正するので、Ｎ
−Ｍ個の測定値を容易に補正できる。

【００２０】また、請求項１ないし６のいずれかの３次
元表面形状測定装置において、前記詳細測定における走
査軌跡は、前記概略測定における走査軌跡と同一に定め
られることが好ましい。

【００２１】この３次元表面形状測定装置では、詳細測
定における走査軌跡は、概略測定における走査軌跡と同
一に定められるので、詳細測定は、概略測定の測定結果
を同一の走査軌跡に従って補完する測定となる。このた
め、測定中の経時変位を検出しやすくなり、また、それ
らの経時変位による測定値の補正がしやすくなって、測
定精度を向上しやすくなる。

【００２２】また、請求項１ないし７のいずれかの３次
元表面形状測定装置において、前記詳細測定における走
査軌跡は、前記Ｍ個の概略測定点と同一点であるＭ個を
除くＮ−Ｍ個の各詳細測定点における測定と、その周辺
に位置する前記Ｍ個に含まれる詳細測定点における測定
との、時間経過が短くなるように定められることが好ま
しい。

【００２３】この３次元表面形状測定装置では、詳細測
定における走査軌跡は、Ｍ個の概略測定点と同一点であ
るＭ個を除くＮ−Ｍ個の各詳細測定点における測定と、
その周辺に位置するＭ個に含まれる詳細測定点における
測定との、時間経過が短くなるように定められる。すな
わち、Ｎ−Ｍ個の方の測定とＭ個の方の測定とは、時間
経過が長くならないように、交互に近い態様で行われ
る。この場合、Ｍ個の方の経時変位は、概略測定時の測
定値との差分により決定されるが、その点における詳細
測定との時間経過が短ければ、Ｎ−Ｍ個の方の経時変位
も、その周辺に位置するＭ個の方の経時変位と大差ない
と推定できるので、Ｎ−Ｍ個の方の経時変位の検出（決
定）の精度を向上でき、これにより、経時変位による測
定値の補正の精度を向上させ、全体として測定精度を向
上できる。

【００２４】また、請求項１ないし８のいずれかの３次
元表面形状測定装置において、前記概略測定のときの前
記第ｍ概略測定点における前記走査による運動変位を概
略測定運動変位として検出する概略測定運動変位検出手
段と、前記詳細測定のときの前記第ｎ詳細測定点におけ
る前記走査による運動変位を詳細測定運動変位として検
出する詳細測定運動変位検出手段と、検出された前記概
略測定運動変位により、前記第ｍ概略測定点における測
定値を補正する概略測定運動変位補正手段と、検出され
た前記詳細測定運動変位により、前記第ｎ詳細測定点に
おける測定値を補正する詳細測定運動変位補正手段と、
をさらに備えたことが好ましい。

【００２５】また、請求項１０ないし１２のいずれかの
３次元表面形状測定方法において、前記概略測定のとき
の前記第ｍ概略測定点における前記走査による運動変位
を概略測定運動変位として検出する概略測定運動変位検
出工程と、前記詳細測定のときの前記第ｎ詳細測定点に
おける前記走査による運動変位を詳細測定運動変位とし
て検出する詳細測定運動変位検出工程と、検出された前
記概略測定運動変位により、前記第ｍ概略測定点におけ
る測定値を補正する概略測定運動変位補正工程と、検出
された前記詳細測定運動変位により、前記第ｎ詳細測定
点における測定値を補正する詳細測定運動変位補正工程
と、をさらに備えたことが好ましい。

【００２６】これらの構成による３次元表面形状測定で
は、概略測定のときの第ｍ概略測定点における走査によ
る運動変位を概略測定運動変位として検出し、詳細測定
のときの第ｎ詳細測定点における走査による運動変位を
詳細測定運動変位として検出し、検出された概略測定運
動変位により、第ｍ概略測定点における測定値を補正
し、検出された詳細測定運動変位により、第ｎ詳細測定
点における測定値を補正する。すなわち、概略測定にお
いても詳細測定においても、走査による運動変位を検出
し、それらによって測定値を補正するので、運動変位に
よる誤差（運動誤差）を補正でき、これにより、相対的
走査を行うための機構が比較的廉価で済み、かつ、その
比較的廉価な構成で、精度の高い測定結果を得ることが
できる。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態に係る
３次元表面形状測定方法およびその装置を適用した３次
元表面形状測定装置について、添付図面を参照しながら
詳細に説明する。この３次元表面形状測定装置は、表面
凸凹形状測定機とも呼ばれるものであり、測定対象物の
表面を走査してその表面の微細な凸凹を測定するもので
ある。

【００２８】図１は、本発明の第１の実施形態に係る３
次元表面形状測定装置の全体構成を示すブロック図であ
る。図１に示すように、３次元表面形状測定装置１は、
操作部１０、制御部２０、測定部５０を備え、外部に測
定結果等を印刷するためのプリンタやプロッタ等の印刷
装置（以下「プリンタ」で代表する）６、ハードディス
クや光磁気ディスク等の外部記憶装置（以下「ハードデ
ィスク」で代表する）７などを接続できるようになって
いる。

【００２９】操作部１０は、ユーザとのインタフェース
を行うためのブラウン管や液晶等のディスプレイ３、キ
ーボード４、および、マウスやディジタイザやタブレッ
ト等のポインティングディバイス（以下「マウス」で代
表する）５を備えている。キーボード４には、アルファ
ベットキー群、記号キー群、数字キー群、平仮名や片仮
名等の仮名キー群、および外字を呼び出して選択するた
めの外字キー群等として割り当てられた文字キー群の
他、各種の動作モードなどを指定するための機能キー群
などが配列され、機能キー群には、後述の測定開始キー
等として割り当てられた機能キーが含まれる。

【００３０】ユーザは、ディスプレイ３の操作画面上
で、キーボード４やマウス５により、測定のための各種
指示やデータを入力したり、入力結果や処理結果をディ
スプレイ４の画面に表示して編集でき、測定結果を画面
表示で確認したり、プリンタ６に出力して印刷結果によ
り確認できる。また、この測定結果は、その印刷結果の
用紙として、あるいはデータとしてハードディスク７に
記憶することにより、保存できる。

【００３１】測定部５０は、表面形状変位センサＰＳ
と、測定対象物（ターゲット）ＴＧを水平運動させる運
動テーブル部６０と、制御部２０からの指令により運動
テーブル部６０を駆動するモーションコントローラ５１
（およびドライバ５２、５３）と、表面形状変位センサ
ＰＳや運動変位センサＤＳからの（アナログ）信号をＡ
Ｄ変換して制御部２０に出力するＡＤコンバータ等を有
するＡＤ変換ボード（以下、単に「ＡＤコンバータ」）
５５と、を備えている。この構成等については、さらに
詳細に後述する。

【００３２】制御部２０は、ＣＰＵ２１０、ＲＯＭ２２
０、キャラクタジェネレータＲＯＭ（ＣＧ−ＲＯＭ）２
３０、ＲＡＭ２４０、測定部（検出系）コントローラ
（ＤＴＣ）２５０、Ｉ／Ｏコントローラ（ＩＯＣ）２６
０、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）２７０を備え、
互いに内部バス２６０により接続されている。また、こ
の制御部２０には、電源部２９０が搭載されている。

【００３３】この電源部２９０は、電源ユニット２９１
の他、外部から着脱可能なニッカド、アルカリ等の乾電
池、蓄電池などから成るバッテリ２９２と、ＡＣアダプ
タ接続口２９３とを備え、電源ユニット２９１は、これ
らに接続されて電力の供給を受け、昇圧・降圧や安定化
の処理を行った後、３次元表面形状測定装置１の各部に
電力を供給する。

【００３４】ＲＯＭ２２０は、ＣＰＵ２１０で処理する
制御プログラムを記憶する制御プログラム領域２２１の
他、後述のサンプリング点（測定点）や中継点あるいは
それらによる走査軌跡などのデータ（あるいはテーブ
ル）などを含む制御データを記憶する制御データ領域２
２２を有している。

【００３５】ＣＧ−ＲＯＭ２３０は、３次元表面形状測
定装置１の入力・編集のために用意されている文字、記
号、図形等のフォントデータを記憶していて、文字等を
特定するコードデータが与えられたときに、対応するフ
ォントデータを出力する。

【００３６】ＲＡＭ２４０は、各種レジスタ群２４１の
他、測定部５０から入力されるＸ、Ｙ、Ｚ方向の変位デ
ータを記憶する変位データ領域２４２、それらの補正に
使用する補正データを記憶する補正データ領域２４３、
補正処理その他の処理結果のデータを記憶する処理結果
データ領域２４４、各種バッファ領域２４５などの領域
を有している。このＲＡＭ２４０は、キーボード４の図
外の電源キーの操作により電源がオフにされても、記憶
したデータを保持しておくようにバックアップされてい
て、各種制御処理のための作業領域として使用される。

【００３７】ＩＯＣ２６０には、ＣＰＵ２１０の機能を
補うとともに周辺回路等とのインタフェース信号を取り
扱うための回路が、ゲートアレイやカスタムＬＳＩなど
により構成されて組み込まれている。例えば種々の計時
を行うタイマなどもＩＯＣ２６０内の機能として組み込
まれている。このため、ＩＯＣ２６０は、ディスプレイ
３、キーボード４、マウス５、プリンタ６等と接続さ
れ、キーボード４やマウス５からの各種指示や入力デー
タなどをそのままあるいは加工して内部バス２８０に取
り込むとともに、ＣＰＵ２１０と連動して、ＣＰＵ２１
０等から内部バス２８０に出力されたデータや制御信号
を、そのままあるいは加工してディスプレイ３やプリン
タ６に出力するなど、これらの周辺回路や周辺機器との
間の各種制御信号および各種データの入出力を制御す
る。

【００３８】ＨＤＤ２４は、ＣＰＵ２１０からの指令に
従い、ハードディスク７を制御・駆動して、ハードディ
スク７との間の各種制御信号および各種データの入出力
を制御する。

【００３９】ＤＴＣ２５０には、ＣＰＵ２１の機能を補
うとともに、測定部５０の各部とのインタフェース信号
を取り扱うための回路が組み込まれ、測定部５０の各部
を制御し、また、それらとの間の入出力を制御する。こ
のため、ＤＴＣ２５０は、論理回路セルの他にアナログ
回路等を混在するディジタル／アナログ混在セルアレイ
ＬＳＩや、複数のベアチップを搭載したフリップチップ
方式等によるチップサイズのマルチチップモジュールな
どにより構成され、測定部５０の各部と接続されて、Ｃ
ＰＵ２１０と連動してまたはその機能を補うことによ
り、それらを制御し、また、それらとの間の入出力を制
御する。

【００４０】そして、ＣＰＵ２１０は、上記の構成によ
り、ＲＯＭ２２０内の制御プログラムに従い、制御デー
タを参照して、ＣＧ−ＲＯＭ２３０からのフォントデー
タやＲＡＭ２４０内の各種データ等を処理し、ＩＯＣ２
６０を介して周辺回路等と各種指示や各種データの授受
を行うとともに、ＤＴＣ２５０を介して測定部５０の各
部を制御することにより、測定結果となるターゲットＴ
Ｇの表面形状を求めるなど、３次元表面形状測定装置１
全体を制御する。

【００４１】なお、制御部２０は、測定部５０とのイン
タフェース（ＤＴＣ２５０、モーションコントローラ５
１、ＡＤコンバータ５４等の構成（例えば標準仕様の拡
張ボードへ搭載するなど）を工夫することにより、その
他を、パソコンやワークステーション等と同様の構成に
することができるので、３次元表面形状測定装置１用の
専用（制御）機である必要はなく、他のシステムで利用
しているパソコン等と兼用しても良い。また、逆に３次
元表面形状測定装置１用に特化したプロセッサ（ＭＰ
Ｕ）等として用意しても良い。そこで、本実施形態で
は、図１に示す制御部２０は、他のシステムと兼用する
制御部とし、その一部の機能を３次元表面形状測定装置
１の制御部ＣＮの機能として兼用するものとする。

【００４２】このため、図２では制御部ＣＮを仮想線で
示し、全体を３次元表面形状測定装置１として、以下、
３次元表面形状測定装置１の測定部５０について、詳細
に説明する。

【００４３】図２に示すように、測定部５０は、表面形
状変位センサＰＳと、運動テーブル部６０と、制御部Ｃ
Ｎからの指令により運動テーブル部６０を駆動するモー
ションコントローラ５１と、モーションコントローラ５
１からの指令により運動テーブル部６０内のそれぞれＸ
サーボモータ６３およびＹサーボモータ６４を駆動する
ドライバ５２およびドライバ５３と、表面形状変位セン
サＰＳおよび運動変位センサＤＳからの出力信号をＡＤ
変換して制御部２０に報告するＡＤコンバータ５５とを
備えている。

【００４４】表面形状変位センサＰＳや運動変位センサ
ＤＳは、基本的にはレーザ光を光源とする差動型光ファ
イバ変位計（レーザ変位センサ）を有して構成されてい
る。表面形状変位センサＰＳと運動変位センサＤＳは、
それぞれの検出中心が基準法線Ｌに一致するように、対
向して設けられている。これらについては、さらに後述
する。

【００４５】図２ないし図４に示すように、運動テーブ
ル部６０は、運動テーブルＴＢと、サーボモータ６７
（Ｘサーボモータ６３およびＹサーボモータ６４）によ
り駆動されて運動テーブルＴＢを水平運動させるＸステ
ージ６１およびＹステージ６２と、を備えている。Ｘス
テージ６１およびＹステージ６２は、ステージサイズ１
５０ｍｍ×１５０ｍｍ程度のそれぞれ中抜きの形状に形
成されていて、それぞれレール長さ１５０ｍｍ程度のク
ロスローラガイド７０によりガイドされ、サーボモータ
６７により駆動されるボールネジ軸を介して運動（ステ
ージ移動）する。なお、この他、回転運動のためのθス
テージ６８を備えている。θステージ６８も中抜きの形
状に形成され、外輪外径２００ｍｍ程度のクロスローラ
リング７５によりガイドされ、同様にサーボモータによ
り駆動される。

【００４６】また、Ｘステージ６１の背面（下面）に
は、参照平板ＴＣが設けられている。この参照平板ＴＣ
は、５０ｍｍ×５０ｍｍ程度で厚さ１０ｍｍ程度の角形
平板であり、Ｘステージ６１の背面４カ所にバネ７１で
固定され、Ｘステージ６１の基準面（上面）との平行度
を、４カ所のネジ７２により調整されている。また、そ
の表面（下面：平滑面：後述の参照面）は、平面度１ｎ
ｍ／Ａｒｅａ程度で、反射率を高くするためにＡＩコー
ティングされている。

【００４７】運動テーブルＴＢ（およびターゲットＴ
Ｇ）の表面形状変位センサＰＳ（基準法線Ｌ）に対する
ＸＹ座標上の変位は、Ｘステージ６１およびＹステージ
６２の相対移動量を示すＸリニアスケール６５およびＹ
リニアスケール６６からの信号をモーションコントロー
ラ５１が入力して、制御部ＣＮに報告する。各リニアス
ケール６５（および６６）は、スケール長さ９０ｍｍ程
度（公称読み取り長５０ｍｍ程度）、絶対変位が測定可
能なもので、分解能０．１μｍ〜０．５μｍ程度であ
る。

【００４８】また、表面形状変位センサＰＳは、ターゲ
ットＴＧの各測定点（サンプリング点）の高さデータ
（Ｚ座標上の変位）を検出し、ファイバフォルダ６９上
に載置された運動変位センサＤＳは、運動テーブルＴＢ
（および参照平板ＴＣ）の水平運動（ＸＹ平面上の運
動）による高さデータ（垂直方向（Ｚ軸方向）の運動変
位）を検出して、ＡＤコンバータ５５を介して、制御部
ＣＮに報告する。

【００４９】次に、本実施形態の３次元表面形状測定装
置１において採用している運動テーブル制御方法につい
て説明する。

【００５０】まず、運動テーブルＴＢの水平方向運動誤
差（水平運動による垂直方向の運動変位）の検出原理に
ついて説明する。３次元表面形状測定装置１の運動テー
ブル部（運動テーブル制御装置）６０では、図５に示す
ように、原理的に、運動テーブルＴＢの検出面ＴＦが近
似的に仮想基準面（いわゆるＸＹ平面の一つ）ＶＦ内で
運動するように、運動テーブルＴＢを運動させる。この
ため、この運動による誤差が全くなければ、運動テーブ
ルＴＢの検出面ＴＦが仮想基準面ＶＦから外れることは
ないが、ここでは近似的で良い（誤差があって少々外れ
ても良い）。

【００５１】すなわち、運動テーブルＴＢを運動させる
一方で、仮想基準面ＶＦ内の所定の基準点ＶＰに立てた
法線を基準法線Ｌとし、検出面ＴＦ内の任意の１点を検
出点ＴＰ０とし、その検出点ＴＰ０が運動テーブルＴＢ
の運動により基準法線Ｌとの交点ＴＶＰになったときの
Ｚ軸方向の基準点ＶＰからの変位ｄを、その検出点ＴＰ
０の運動変位ｄとして検出する。このため、少なくとも
基準法線Ｌ上の一点となった検出点ＴＰ０のＺ軸方向の
運動変位ｄを検出でき、これにより、仮想基準面ＶＦに
対する運動誤差を補正できる。したがって、極端に高精
度の運動機構を必要としないので、運動テーブルＴＢの
運動機構が比較的廉価で済み、かつ、その構成による運
動誤差を容易に補正できる。

【００５２】また、運動テーブルＴＢの実際の構成で
は、仮想基準面ＶＦは水平面であり、このため、Ｘ軸お
よびＹ軸はその水平面に平行な（あるいは同一の）水平
面上の縦軸および横軸、Ｚ軸は垂直軸となる。また、基
準法線ＬはＺ軸方向の直線となる。運動テーブルＴＢ
は、近似的に水平面内で運動するように制御され、任意
の検出点ＴＰ０が基準法線Ｌとの交点ＴＶＰになったと
きの垂直方向の基準点ＶＰからの変位ｄを、その検出点
ＴＰ０の運動変位ｄとして検出する。このため、少なく
とも基準法線Ｌ上の一点となった検出点ＴＰ０（ＴＶ
Ｐ）の垂直方向の運動変位ｄを検出でき、これにより、
仮想基準面（水平面）ＶＦに対する運動誤差を補正でき
る。

【００５３】また、この場合、例えば図６に示すよう
に、運動テーブルＴＢ上に検出点ＴＰ１〜ＴＰ１６等を
定めて、各検出点ＴＰ１〜ＴＰ１６が基準法線Ｌとの交
点ＴＶＰになったときに検出された運動変位ｄを、検出
点ＴＰ１〜ＴＰ１６と対応づけて記憶することにより、
検出後であれば任意の時点で補正でき、運動誤差の補正
がさらに容易になる。

【００５４】なお、上記の説明では、運動テーブルＴＢ
の上面（検出面）の各検出点におけう運動変位を直接検
出するように説明したが、本実施形態における運動テー
ブルＴＢは、表裏２面が所定の厚みまたは間隔を有して
平行に構成されているため、表裏２面のうちの検出面Ｔ
Ｆでない方の面を参照面とすれば、任意の検出点ＴＰ０
の運動変位ｄは、その検出点ＴＰ０と同時に基準法線Ｌ
との交点となる参照面内の点を参照点とし、その参照点
の変位を検出することにより、間接的に検出できる。こ
の場合、表裏２面のうちの検出面ＴＦでない方の面を参
照面とするので、検出面ＴＦ側を他の検出や測定（例え
ば表面形状測定）等に使用していても、運動変位ｄが検
出できる。

【００５５】そして、上記の原理をさらに発展させて応
用したのが、本実施形態の運動テーブル部６０の構成で
あり、運動テーブルＴＢの平行な表裏２面を利用する代
わりに、図３および図４等で前述のように、運動テーブ
ルＴＢ（正確にはＸステージ６１）の背面（下面）に、
参照平板（参照板）ＴＣが取り付けられている。

【００５６】この参照平板ＴＣは、運動テーブルＴＢの
検出面ＴＦに平行な参照面（前述の平滑面：下面）を有
し、これにより、検出面ＴＦと参照面とは平行な２面と
なるので、任意の検出点ＴＰ０の運動変位ｄは、その検
出点ＴＰ０と同時に基準法線Ｌとの交点となる参照面内
の点を参照点とし、その参照点の変位を検出することに
より検出できる。また、この場合、運動テーブルＴＢの
裏面（検出面ＴＦでない方の面：下面）側に参照基板
（参照板）ＴＣが取り付けられ、参照基板（参照板）Ｔ
Ｃの下面を参照面として有するので、運動テーブルＴＢ
の検出面ＴＦ側を他の検出や測定（例えば表面形状測
定）等に使用していても、運動変位ｄが検出できる。

【００５７】また、運動テーブル部６０において、運動
テーブルＴＢの駆動機構（運動テーブル駆動手段）は、
運動テーブルＴＢをＸ軸方向に運動させるためのＸステ
ージ６１と、運動テーブルＴＢをＹ軸方向に運動させる
ためのＹステージ６２と、を有するので、仮想基準面Ｔ
Ｆで自在に運動させることができる。なお、Ｘステージ
６１やＹステージ６２の練り等により運動誤差が生じて
も、運動変位センサ（検出点運動変位検出手段）ＤＳに
よりそれを検出して補正しやすく構成されているので、
厳密な精度は必要なく、これにより、Ｘステージ６１や
Ｙステージ６２等も比較的廉価で構成できる。

【００５８】次に、運動変位センサＤＳであるが、前述
のように、この運動変位センサＤＳは、熱膨張率の小さ
い材質（ノビナイト）から成るファイバフォルダ６９上
に載置された光ファイバ変位計であり、いわゆる差動型
光ファイバ変位計である。

【００５９】言い換えれば、運動変位センサＤＳは、参
照平板ＴＣの参照面の位置を非接触で検出可能な非接触
式変位計であり、運動テーブルＴＢの検出面ＴＦ（具体
的には参照基板ＴＣの参照面）の基準法線Ｌ上における
位置を容易に検出でき、これにより、任意の検出点ＴＰ
０の運動変位ｄを容易に検出できる。さらに、非接触式
変位計のうちでも、光ファイバ変位計であり、照射光に
対する反射光の位相や光量の変化に基づいて、測定対象
面（ここでは参照平板ＴＣの参照面）との距離を得られ
るので、自己の位置との関係から測定対象面の位置を得
られ、光の照射および反射による検出なので、非接触で
検出できる。

【００６０】そして、光ファイバ変位計のうちでも、い
わゆる差動型光ファイバ変位計なので、さらに正確に検
出できる。すなわち、照射光を照射する照射ファイバと
反射光を入射する複数の受光ファイバとを有し、照射フ
ァイバの照射面および複数の受光ファイバの各受光面
を、照射面から各受光面までの各距離が相互に異なるよ
うに配設しているので、各受光面からの受光量の差に基
づいて、照射面と相手の表面との距離を求めることがで
き、いわゆる差動型光ファイバ変位計の原理により、入
射光量や曲げ等の影響による光ファイバ内での光の減衰
や相手表面の反射率に依存せずに距離を求められ、この
距離に基づいて、基準法線Ｌ上における相手の表面（こ
こでは参照平板ＴＣの参照面）の位置を、より正確にか
つ非接触で検出できる。なお、この運動変位センサＤＳ
は、ファイバフォルダ６９上に固定した状態で、変位計
としての傾きが±０．５°以下、繰り返し精度５ｎｍ以
下、程度に構成されている。

【００６１】次に、上述の運動テーブル部６０を利用し
てターゲットＴＧの表面形状を測定する測定原理、すな
わち３次元表面形状測定装置１における表面形状測定の
原理について説明する。この場合の表面形状とは、表面
の凸凹の状態であり、ターゲットＴＧを水平面においた
ときの表面の垂直方向の変位を示す。

【００６２】まず、例えば、図７（ａ）に示す走査軌跡
は、従来から使用されているラスタースキャンタイプの
走査軌跡（測定点や測定の順番を示すので、以下、この
種の概念を「測定アルゴリズム」と呼ぶ）であるが、こ
の測定アルゴリズムでは、検出点ＴＰ１→ＴＰ２→ＴＰ
３→ＴＰ４→ＴＰ３→ＴＰ２→ＴＰ１→ＴＰ５→……→
ＴＰ１６→ＴＰ１５→ＴＰ１４→ＴＰ１３となるように
走査する。

【００６３】この測定アルゴリズムに従った測定の場
合、３次元表面形状測定装置１では、例えば同図（ｂ）
に示すように、運動テーブルＴＢの検出面ＴＦにターゲ
ット（測定対象物）ＴＧの裏面を密着させて運動テーブ
ルＴＢを運動させ、ターゲットＴＧの表面と基準法線Ｌ
の交点を各測定点とする。図示の例では、検出点ＴＰ１
が基準法線Ｌとの交点ＴＶＰとなったときの、すなわち
図示の検出点ＴＰ１において検出面ＴＦに立てた法線Ｌ
１が基準法線Ｌと重なったときの、ターゲットＴＧの表
面と基準法線Ｌの交点を測定点ＳＰ１とし、同様に、検
出点ＴＰ２、ＴＰ３、ＴＰ４における法線Ｌ２、Ｌ３、
Ｌ４が基準法線Ｌと重なったときの、ターゲットＴＧの
表面と基準法線Ｌの交点を測定点ＳＰ２、ＳＰ３、ＳＰ
４とする。

【００６４】ここで、仮に水平運動変位がないものとす
れば、図示の検出面ＴＦは仮想基準面ＶＦと一致するの
で、検出点ＴＰ１〜ＴＰ４は同一の高さ（Ｚ座標）とな
り、表面形状変位センサＰＳ（図２参照）により、各測
定点ＳＰ１〜ＳＰ４の高さ（Ｚ座標）を求めるだけで、
表面形状（ＳＰ１〜ＳＰ４を結ぶ曲線）の形状情報が得
られる。

【００６５】一方、水平運動変位がある場合、図７
（ｂ）の検出点ＴＰ１〜ＴＰ４は同一の高さ（Ｚ座標）
とならない。そこで、３次元表面形状測定装置１では、
検出点ＴＰ１〜ＴＰ４の高さ（Ｚ座標）を、運動変位セ
ンサＤＳにより検出（実際には参照基板ＴＣの対応点の
Ｚ座標を検出して使用）し、表面形状変位センサＰＳに
より検出された各測定点ＳＰ１〜ＳＰ４の高さ（Ｚ座
標）との差分を求めることにより、ターゲットＴＧの表
面形状（ＳＰ１〜ＳＰ４を結ぶ曲線）の形状情報を得
る。

【００６６】例えば図８は、ターゲットＴＧの表面（微
細）形状情報として得られた（測定された）形状データ
の一部を示すものであり、水平方向の運動距離（横軸：
ｄｉｓｔａｎｃｅ：単位［μｍ］）に対するターゲット
ＴＧの表面の高さの変位（縦軸：ｈｅｉｇｈｔ：単位
［μｍ］）を示すものである。ここでは、参照基板ＴＣ
の参照面（すなわち下側の平滑面）を、光学的に平滑度
の高い平面であることからオプティカルフラット（Ｏｐ
ｔｉｃａｌ Ｆｌａｔ）と呼び、ターゲットＴＧを平板
（ディスク）状のものであることからディスク（Ｄｉｓ
ｋ）と呼び、その微細な表面形状（表面粗さ）を測定し
ている。

【００６７】また、同図（ａ）には、運動誤差補正前の
データを示し、同図（ｂ）は、運動誤差補正後を示す。
図（ａ）のデータから、オプティカルフラット（Ｏｐｔ
ｉｃａｌ Ｆｌａｔ）の分、すなわち、水平運動変位
（うねり等）による運動誤差分を差し引くことにより、
同図（ｂ）に示すように、ターゲットＴＧ（ディスク）
の表面形状（表面粗さ）の分だけを、正確に求めること
ができる。

【００６８】上述のように、３次元表面形状測定装置１
では、ターゲットＴＧの表面と基準法線Ｌの交点を測定
点（例えば測定点ＳＰ１等）とし、その測定点の基準点
ＶＰからの変位に基づいて、測定点の形状情報を検出す
るが、それとともに、検出点（例えば検出点ＴＰ１等）
の運動変位ｄを検出できるので、測定点（例えばＳＰ
１）と同時に基準法線Ｌとの交点となる検出点（例えば
ＴＰ１）の運動変位ｄを検出することにより、基準法線
Ｌ上における運動誤差を容易に補正でき、また、このた
め、運動テーブルＴＢの運動機構が比較的廉価で済む。
したがって、この３次元表面形状測定方法１では、３次
元表面形状を高精度にかつ比較的廉価な構成で測定でき
る。

【００６９】以下、より具体的に、３次元表面形状測定
装置１における表面形状測定処理、特にその制御処理フ
ローについて、説明する。

【００７０】まず、３次元表面形状測定装置１の制御全
体の処理フローについて、図９を参照して説明する。電
源オン等により処理が開始すると、同図に示すように、
まず、３次元表面形状測定装置１を、前回の電源オフ時
の状態に戻すために、退避していた各制御フラグを復旧
するなどの初期設定を行い（Ｓ１）、次に、前回の表示
画面を初期画面として表示する（Ｓ２）。図９のその後
の処理、すなわちキー入力か否かの判断分岐（Ｓ３）お
よび各種割込処理（Ｓ４）は、概念的に示した処理であ
る。

【００７１】実際には、初期画面表示（Ｓ２）が終了す
ると、キー入力割込を許可し、キー入力割込が発生する
までは、そのままの状態を維持し（Ｓ３：Ｎｏ）、何ら
かのキー入力割込が発生すると（Ｓ３：Ｙｅｓ）、それ
ぞれの割込処理に移行して（Ｓ４）、その割込処理が終
了すると、再度、キー入力割込待機状態（Ｓ３：Ｎｏ）
となる。なお、本実施形態では、キー入力等による割込
処理を基本に説明するが、各処理毎に独立したプログラ
ムをマルチタスク処理等により管理するなど、他の手法
を用いても同様にできることは言うまでもない。

【００７２】次に、例えば上述の初期画面表示後の状態
（Ｓ３）で、ユーザ（ここでは測定者）により測定開始
キー（として割り当てられた機能キー）が押されると、
測定開始キー割込が発生し、図１０に示すように、表面
形状測定処理（以下、単に「測定処理」）を起動する。

【００７３】この測定処理（Ｓ１０）では、まず、測定
準備初期設定として、原点の設定や走査速度の設定を行
い（Ｓ１１）、続いて、所定の走査をしながら、測定デ
ータを取得し（走査＋測定データ取得：Ｓ１２）、その
後、誤差を補正して（Ｓ１３）、処理（Ｓ１０）を終了
する（Ｓ１４）。

【００７４】上述の走査＋測定データ取得（Ｓ１２）で
は、まず、測定すべきサンプリング点、中継点およびそ
れらの連結関係のデータを（ＲＯＭ２２０の制御データ
領域２２２等から）読み込むことにより、走査軌跡を設
定する（Ｓ１２１）。ここでいうサンプリング点とは、
測定すべき測定点を示す指標であり、ターゲットＴＧの
表面形状の形状データ（高さデータ：Ｚ座標を示すデー
タ）を検出（測定）すべき測定点のＸＹ座標値である。

【００７５】また、中継点とは、走査方向が変わる点で
あり、運動テーブルＴＢの運動（移動）方向を変えるた
めに、サーボモータ６７を一旦停止する点のＸＹ座標値
である。また、連結関係のデータ（ルートデータ）は、
それらを連結してまさに走査軌跡を得るためのデータで
あり、これらにより、測定アルゴリズムが示される（設
定される）ことになる。なお、連結関係は、単に中継点
の出現順等で表現できるので、以下ではそれにより代用
する。

【００７６】例えば図７で前述の測定アルゴリズムの例
では、サンプリング点は、測定点ＳＰ１〜ＳＰ４等のＸ
Ｙ座標値、すなわち検出点ＴＰ１〜ＴＰ１６のＸＹ座標
値である。また、中継点は、検出点ＴＰ１、ＴＰ４、Ｔ
Ｐ１、ＴＰ５、ＴＰ８、ＴＰ５、ＴＰ９、……、ＴＰ１
６、ＴＰ１３のＸＹ座標値となる。このため、中継点の
順に検出点を結べば、前述の検出点ＴＰ１→ＴＰ２→Ｔ
Ｐ３→ＴＰ４→ＴＰ３→……→ＴＰ１６→ＴＰ１５→Ｔ
Ｐ１４→ＴＰ１３の走査軌跡（走査ルート）が得られ
る。

【００７７】走査軌跡の設定が終了すると（Ｓ１２
１）、測定データを取得する（Ｓ１２２）。より具体的
には、設定された各サンプリング点（測定時のＸＹ座標
を以下「ｘ、ｙ」とする）において、表面形状変位セン
サＰＳによりターゲットＴＧの表面の各測定点の高さデ
ータ（Ｚ座標値：これを以下「ｚ１」とする）を検出
し、運動変位センサＤＳにより参照平板ＴＣの参照面の
高さデータ（Ｚ座標値：これを以下「ｚ２」とする）を
検出する（Ｓ１２２）。すなわち、この時点で、そのサ
ンプリング点における測定結果を「ｘ、ｙ、ｚ１、ｚ
２」として記憶する。

【００７８】このため、測定データ取得（Ｓ１２２）が
終了し、走査＋測定データ取得（Ｓ１２）が終了した
後、誤差補正処理（Ｓ１３）では、各サンプリング点
（「ｘ、ｙ」）における２つの高さデータ（「ｚ１、ｚ
２」）の差分（ｚ１−ｚ２）を求めることにより、運動
誤差が補正された高さデータ、すなわちターゲットＴＧ
の表面形状の（補正後の）形状データを得ることができ
る。

【００７９】なお、上述の例では、図７の測定アルゴリ
ズムを利用したが、そもそも図７の測定アルゴリズム
は、検出点ＴＰ１から検出点ＴＰ４に向かって、一旦、
各検出点ＴＰ２、ＴＰ３等における測定を行い、同一ル
ートを逆方向に、再度、測定した後、次の、検出点ＴＰ
５に移動している。すなわち、Ｘ方向に往復して測定
後、Ｙ方向に移動しているが、これは、Ｘ方向の往復運
動における往ルートと復ルートにおける運動変位（誤
差）を相殺しやすくするためである。しかし、上述のよ
うに、３次元表面形状測定装置１では、表面形状の測定
（ｚ１の検出）とともに、上下変動量の測定（ｚ２の検
出）も行っているので、図７で上述のような測定アルゴ
リズムを採用する必要はない。

【００８０】このため、例えば図１１（ａ）に示すよう
に、波形に測定する測定アルゴリズム（走査ルート：Ｔ
Ｐ１→…→ＴＰ４→ＴＰ８→…→ＴＰ５→ＴＰ９→……
→ＴＰ１３）、同図（ｂ）に示すように、渦巻き状に測
定する測定アルゴリズム（走査ルート：ＴＰ１→…→Ｔ
Ｐ４→…→ＴＰ１６→…→ＴＰ１３→…→ＴＰ５→……
→ＴＰ７→ＴＰ１１→ＴＰ１０）、同図（ｃ）に示すよ
うに、同心四角状に測定する測定アルゴリズム（走査ル
ート：ＴＰ１→…→ＴＰ４→…→ＴＰ１６→…→ＴＰ１
３→…→ＴＰ１→ＴＰ６→ＴＰ７→ＴＰ１１→ＴＰ１０
→ＴＰ６）など、種々の測定アルゴリズムを採用でき
る。

【００８１】ところで、上述の実施形態（第１実施形
態）における測定処理（Ｓ１０）では、測定準備初期設
定として、原点の設定や走査速度の設定を行い（Ｓ１
１）、その後、走査＋測定データ取得（Ｓ１２）を行っ
たが、この場合、例えば設定された走査速度が高すぎる
と、測定対象物によっては、凸凹の変化が激しくて、測
定不能になったり、所望の精度で測定できない場合が生
じる。また、設定された走査速度が同じでも、設定され
た測定点が密過ぎると、必要な測定時間が確保できず、
同様に、測定不能や精度上の問題が生じる。かといっ
て、測定点が少ないと、凸凹の変化を正確に測定でき
ず、また、同一の密度の測定点で走査速度を低くしたの
では、測定全体に要する時間が増大してしまう。

【００８２】そこで、上述の実施形態（第１実施形態）
と同様に、走査による運動変位（運動誤差）を補正でき
るのに加えて、さらに、測定対象物の表面形状に適した
走査速度および測定精度による表面形状測定ができる３
次元表面形状測定について、第２実施形態として、以下
に説明する。

【００８３】測定開始キー割込が発生し、図１２に示す
ように、測定処理（Ｓ２０）が起動すると、この測定処
理（Ｓ２０）では、まず、測定準備初期設定（Ｓ２１）
として、原点の設定（原点準備または復帰）を行い（Ｓ
２１１）、次に、走査速度としての目標速度の設定を行
う（Ｓ２１２）。すなわち、測定の可否やその精度上の
問題がない場合に達成すべき目標速度を設定する（Ｓ２
１２）。続いて、走査＋測定データ取得を行い（Ｓ２
２）、その後、誤差を補正して（Ｓ２３：図１０のＳ１
３と同じ）、処理（Ｓ２０）を終了する（Ｓ２４）。

【００８４】上述の走査＋測定データ取得（Ｓ２２）で
は、図１０で前述したのと同様に、まず、走査軌跡を設
定し（Ｓ２２１：図１０のＳ１２１と同じ）、続いて、
測定データを取得する（Ｓ２２２）。

【００８５】ただし、この測定データ取得（Ｓ２２２）
では、まず、全ての測定データを取得した否か、すなわ
ち測定終了か否かを判別し（Ｓ２２２１）、測定終了で
あれば（Ｓ２２２１：Ｙｅｓ）、誤差補正処理（Ｓ２
３）に移行する。また、測定が終了するまでは（Ｓ２２
２１：Ｎｏ）、続いて、次の停止位置（前述の中継点で
あり、ここではサンプリング点の１つを兼ねる）を設定
する（Ｓ２２２２）。

【００８６】次の中継点の設定（Ｓ２２２２）が終了す
ると、以降、設定した中継点に至るまで（すなわちＳ２
２２８：Ｙｅｓとなるまで）、走査と並行して、その時
点の現在位置のＸＹ座標（ｘ，ｙ）および高さデータ
（ｚ１、ｚ２）を取得し（Ｓ２２２３）、現在位置がサ
ンプリング点Ｐｉ（ｉ＝１、２、……、Ｎ：ただし、Ｎ
はサンプリング点の数）のＸＹ座標（ｘ，ｙ）（以下、
「Ｐｉ（ｘ、ｙ）」）と一致するか否かを判別する（Ｓ
２２２４）。サンプリング点Ｐｉ（ｘ、ｙ）でなければ
（Ｓ２２２４：Ｎｏ）、その間にも走査により次の時点
に至っているので、その時点のＸＹ座標および高さデー
タ（ｘ、ｙ、ｚ１、ｚ２）を取得する（Ｓ２２２３）。

【００８７】一方、サンプリング点Ｐｉ（ｘ、ｙ）であ
れば（Ｓ２２２４：Ｙｅｓ）、表面形状変位センサＰＳ
からエラー信号が出力されているか否か、すなわちエラ
ー信号有りか否かを判別し（Ｓ２２２５）、エラー信号
があれば（Ｓ２２２５：Ｙｅｓ）、減速処理（Ｓ２２２
９）を行う。すなわち走査速度を減速するが、これと共
に、エラー発生前の位置に戻し（Ｓ２２２９）、その
後、再度、次の中継点の設定（Ｓ２２２２）〜エラー信
号の有無判別（Ｓ２２２５）のループ処理を行い、エラ
ー信号が無ければ（無くなれば）、そのサンプリング点
Ｐｉ（ｘ，ｙ）における測定結果を「ｘ、ｙ、ｚ１、ｚ
２」として記憶する。

【００８８】なお、ここで、サンプリング点Ｐｉ（ｘ、
ｙ）における２つの高さデータ（ｚ１、ｚ２）の差分と
して、運動誤差が補正された高さデータｚｉ＝ｚ１−ｚ
２を求めてから、測定結果を「ｘ、ｙ、ｚｉ」として記
憶しても良い。この場合、後続の誤差補正処理（Ｓ２
３）を省略できる。

【００８９】そして、次に、走査速度を目標速度に戻し
（Ｓ２２２７）、続いて、測定したサンプリング点が中
継点か否か、すなわち設定した中継点に至ったか否かを
判別し（Ｓ２２２８）、中継点に至っていないときには
（Ｓ２２２８：Ｎｏ）、再度、エラー信号の有無に応じ
て（Ｓ２２２５）、適宜、走査速度を調整しながら（Ｓ
２２２７、Ｓ２２２９）、走査と並行して、各時点のＸ
Ｙ標および高さデータ（ｘ、ｙ、ｚ１、ｚ２）を取得し
（Ｓ２２２３〜Ｓ２２２８）、中継点に至ると（Ｓ２２
２８：Ｙｅｓ）、サーボモータ６７を一旦停止させてか
ら、測定終了か否かを判別し（Ｓ２２２１）、以降、上
述と同様のループ処理（Ｓ２２２１〜Ｓ２２２９）によ
り、測定データ取得（Ｓ２２２）を行う。

【００９０】上述のように、第２実施形態における（３
次元表面形状）測定処理（Ｓ２０）では、走査速度とし
ての目標速度を設定（初期設定）し（Ｓ２１２）、測定
開始前に予め定められたＮ個（Ｎは２以上の整数）の測
定点のうちの任意のｎ番目（ｎは１≦ｎ≦Ｎとなる整
数）のサンプリング点（測定点：第ｎ測定点）Ｐｎとし
て、そのサンプリング点Ｐｎにおける測定を行い（Ｓ２
２２１〜Ｓ２２２６）、エラー信号が有るときには（Ｓ
２２２５：Ｙｅｓ）、走査速度を減速し、エラー信号が
無いときには（Ｓ２２２５：Ｎｏ）、そのままの（また
は目標速度に戻した）走査速度により、次の測定を行
う。

【００９１】すなわち、サンプリング点Ｐｎにおける測
定結果（Ｓ２２２５）に基づいて、次のサンプリング点
（測定点）における測定のために走査速度を調整する
（Ｓ２２２７、Ｓ２２２９）。したがって、サンプリン
グ点（第ｎ測定点）Ｐｎにおける測定結果に応じた走査
速度で、すなわちターゲット（測定対象物）ＴＧの表面
形状に適した走査速度で、次の測定点における測定（表
面形状測定）を行うことができる。

【００９２】また、この場合、サンプリング点（第ｎ測
定点）Ｐｎにおいて、所定の精度による測定ができなか
ったときに、その旨を報告するエラー信号（要調整信
号）を生成し、エラー信号が生成（出力）されたとき
に、次の測定点における測定のための走査速度を遅く調
整する（Ｓ２２２９）。

【００９３】例えば、設定された走査速度に対して、タ
ーゲット（測定対象物）ＴＧの凸凹が激しくて測定精度
が確保できない部分や、前のサンプリング点（測定点）
と密になっていて必要な測定時間が確保できない部分
を、サンプリング点Ｐｎとして測定したために、所定の
精度による測定ができなかったときに、走査速度を遅く
調整できるので、ターゲットＴＧの表面形状に適した走
査速度で、次の測定点における測定（表面形状測定）を
行うことができる。

【００９４】また、この場合、調整された走査速度を元
の設定に戻すことができる（Ｓ２２２７）ので、走査速
度を低く（遅く）する必要があるときのみ遅くし、それ
以外では最高速で走査するなど、ターゲットＴＧの表面
形状や測定精度上の必要に応じて走査速度を調整でき、
これにより、ターゲットＴＧの表面形状に適した走査速
度および測定精度による表面形状測定ができる。

【００９５】また、この第２実施形態においても、第１
実施形態と同様に、各サンプリング点における運動変
位、すなわち任意のｎ番目のサンプリング点（第ｎ測定
点）Ｐｎにおける走査による運動変位を検出し、検出さ
れた運動変位により、サンプリング点（第ｎ測定点）Ｐ
ｎにおける測定値を補正する（Ｓ２３）ので、走査を行
うための機構（ここでは運動テーブルＴＢの運動機構）
が比較的廉価で済み、かつ、その比較的廉価な構成で、
精度の高い測定結果を得ることができる。

【００９６】また、上述の例では、エラー信号有りか否
かを判別し（Ｓ２２２５）、エラー信号があれば（Ｓ２
２２５：Ｙｅｓ）、減速処理（Ｓ２２２９）において、
走査速度の減速とともに、エラー発生前の位置に戻した
ので、すなわち、走査速度を減速（調整）したときに、
次のサンプリング点を元のサンプリング（第ｎ測定点）
Ｐｎとしたので、サンプリングＰｎにおける測定結果
（Ｓ２２２５）に基づいて走査速度を調整後に、次の測
定点として、再度、サンプリング点Ｐｎにおける測定が
でき、データの取り直し（再測定）により測定精度を向
上できる。

【００９７】なお、エラー発生前の位置に戻すより、例
えば（エラー発生前の位置と一致する場合も含めて）前
回の中継点まで戻すようにすれば、前回の中継点からの
再測定ができる。また、サンプリング点が詳細に（細か
く、密に）設定されているような場合には、逆に、エラ
ー発生前の位置に戻さず、次の測定点を、次のサンプリ
ング点Ｐｎ＋１（第ｎ＋１測定点）としても良い。この
場合、エラー発生が無かったとき（Ｓ２２２５：Ｎｏ）
と同様に、サンプリング点Ｐｎの次にサンプリング点Ｐ
ｎ＋１における測定を行うので、Ｎ個のサンプリング点
（測定点）Ｐ１〜ＰＮについて、順次測定できる。

【００９８】また、上述の例では、サンプリング点（第
ｎ測定点）Ｐｎにおける測定結果としてのエラー信号発
生の有無（Ｓ２２２５）に基づいて、走査速度の調整を
したが、例えば、サンプリング点（第ｎ測定点）Ｐｎに
おける測定を行う前のサンプリング点（測定点）におけ
る測定値を参照して、サンプリング点Ｐｎにおける測定
値との差分である測定値差を求め、その測定値差に基づ
いて、走査速度の調整をすることもできる。

【００９９】ここで、測定値差が大きいときには、表面
形状変位センサ（測定点変位計）ＰＳの性能上の理由か
ら測定不能になったり所定の測定精度が確保できない可
能性がある。このような場合に、エラー信号を発生させ
れば、上述の例と同様になる。また、この場合、性能上
の理由なので、所定精度の確保のためには、走査速度を
遅くする必要がある。

【０１００】一方、測定すべき測定点の数の不足により
測定値差が大きくなっていて、凸凹の変化が正確に測定
できていない可能性がある。この場合、凸凹の変化をよ
り正確にするためには、測定点をさらに密にする必要が
あるが、密にすると、必要な測定時間が確保できない可
能性があり、同様に、所定精度の確保のためには、走査
速度を遅くする必要が生じる。

【０１０１】これらの場合、前のサンプリング点（測定
点）における測定値を参照して、サンプリング点Ｐｎに
おける測定値との差分である測定値差を求め、その測定
値差に基づいて、走査速度の調整をすれば、より具体的
には、測定値差が所定値以上のときに、次の測定点にお
ける測定のための走査速度を遅く調整すれば、ターゲッ
トＴＧの表面形状に適した走査速度で、次の測定点にお
ける表面形状測定を行うことができる。

【０１０２】また、上述の後者のように、測定すべきサ
ンプリング点（測定点）の数の不足により測定値差が大
きくなっている場合等では、測定値差が所定値以上のと
きに、次のサンプリング点（測定点）における測定の前
に測定すべき補完サンプリング点（補完測定点）を追加
することもできる。この場合、サンプリング点の不足を
補うことができ、凸凹の変化をさらに正確に測定可能と
なる。

【０１０３】また、上述の実施形態（第１実施形態およ
び第２実施形態）では、所定の走査軌跡上のサンプリン
グ点における測定を順次行ったが、図７や図１１で前述
のように、種々の測定アルゴリズムを採用できるので、
複数の測定アルゴリズムに従って測定し、それらの測定
結果を比較することもできる。

【０１０４】ところで、例えば運動変位センサＤＳは、
熱膨張率の小さい材質（ノビナイト）から成る構造物
（ファイバフォルダ６９）上に載置されているが、測定
が長時間にわたると、その測定中に熱変形等が生じる。
運動テーブル部６０のその他の各部についても同様であ
り、可能な限り走査速度を早くして測定時間を短縮する
にしても、測定時間中には、熱（熱変形）等を要因とす
る測定変位（測定誤差：測定中の経時変位）が生じ、こ
のことが、測定精度向上の妨げとなる。

【０１０５】そこで、上述の実施形態（第１実施形態、
第２実施形態）と同様に、走査による運動変位（運動誤
差）を補正するのに加え、測定中の経時変位を検出し
て、それ（経時誤差）を補正することにより、測定精度
をさらに向上できる３次元表面形状測定について、第３
実施形態として、以下に説明する。

【０１０６】測定開始キー割込が発生して起動される
と、図１３に示すように、この測定処理（Ｓ３０）で
は、まず、測定準備初期設定（Ｓ３１）を行う。ここで
は、図１０（のＳ１１）の例と同様に、原点の設定や走
査速度の設定を行う。なお、後述の詳細測定データ取得
（Ｓ３２２２）において、図１２（のＳ２２１）の例と
同様に測定結果に応じた走査速度の調整をすることもで
き、その場合は、ここで（Ｓ２１２と同様に）目標速度
を設定するが、以下の例では、走査速度の調整はしない
もの（図１０の例と同じ）として説明するので、ここで
は単に走査速度を設定するものとする。

【０１０７】測定準備初期設定（Ｓ３１）が終了する
と、次に、走査＋測定データ取得を行い（Ｓ３２）、そ
の後、誤差を補正して（Ｓ３３）、処理（Ｓ３０）を終
了する（Ｓ３４）。

【０１０８】上述の走査＋測定データ取得（Ｓ３２）で
は、まず、概略測定を行い（Ｓ３２１）、続いて、詳細
測定を行う（Ｓ３２２）。ここで、概略測定（Ｓ３２
１）においても詳細測定（Ｓ３２２）においても、基本
的には、測定のための走査軌跡を設定して、測定データ
を取得するので、それぞれが、図１０や図１２における
走査＋測定データ取得（Ｓ１２、Ｓ２２）に相当する。

【０１０９】そこで、以下、概略測定における測定点
（概略測定点）の指標（ＸＹ座標値）となるもの、すな
わち詳細測定におけるサンプリング点に相当する点を
「参照点」と呼び、参照点（概略測定点）における測定
のための走査軌跡を「参照軌跡」と呼ぶものとすると、
概略測定では、まず、参照点の設定を含む参照軌跡の設
定を行い（Ｓ３２１１）、参照点における測定データ
（概略測定データ）、すなわち参照点における高さデー
タ（ｚ１、ｚ２）をその参照点のＸＹ座標値（ｘ，ｙ）
とともに、測定結果「ｘ、ｙ、ｚ１、ｚ２」として取得
して記憶する（Ｓ３２１２）。

【０１１０】概略測定（Ｓ３２２）が終了すると、詳細
測定（Ｓ３２２）では、図１０や図１２における走査＋
測定データ取得（Ｓ１２、Ｓ２２）と同様に、まず、
（中継点やサンプリング点の設定を含む）走査軌跡を設
定し（Ｓ３２２１）、続いて、その詳細測定における測
定データ（詳細測定データ）を、同様に、測定結果
「ｘ、ｙ、ｚ１、ｚ２」として取得して記憶する（Ｓ３
２２２）。

【０１１１】詳細測定（Ｓ３２２）が終了し、走査＋測
定データ取得（Ｓ３２）が終了すると、誤差補正処理
（Ｓ３３）では、まず、運動変位（すなわち運動誤差
の）補正を行い（Ｓ３３１）、続いて、経時変位（すな
わち経時誤差の）補正を行い（Ｓ３３２）、誤差補正処
理（Ｓ３３）が終了すると、全処理（Ｓ３０）を終了す
るＳ３４）。

【０１１２】上述の運動変位（誤差）補正（Ｓ３３１）
では、図１０や図１２で前述の例の誤差補正処理（Ｓ１
３、Ｓ２３）と同様に、任意のｎ番目（ｎは１≦ｎ≦Ｎ
となる整数：ただし、Ｎはサンプリング点の数）のサン
プリング点（第ｎ詳細測定点）Ｐｎ（ｘ、ｙ）における
測定結果「ｘ、ｙ、ｚ１、ｚ２」のうち、上下センサの
測定値の差、すなわち表面形状変位センサＰＳによる高
さデータ（ｚ１）と運動変位センサＤＳによる高さデー
タ（ｚ２）との差に相当する高さデータ（ｚ＝ｚ１−ｚ
２）を求めることにより、詳細測定における運動誤差が
補正された測定データ（運動誤差補正後の詳細測定デー
タ）が得られる。

【０１１３】そして、同様に、任意のｍ番目（ｍは１≦
ｍ≦Ｍとなる整数：ただし、Ｍは参照点の数）のＸＹ座
標（ｘ，ｙ）の参照点（第ｍ概略測定点）Ｔｍ（以下、
「Ｔｍ（ｘ、ｙ）」）における測定結果「ｘ、ｙ、ｚ
１、ｚ２」のうち、上下センサの測定値の差に相当する
高さデータ（ｚ＝ｚ１−ｚ２）を求めることにより、概
略測定における運動誤差が補正された測定データ（運動
誤差補正後の概略測定データ）が得られる。

【０１１４】上述のように、この第３実施形態において
も、第１実施形態や第２実施形態と同様に、運動変位を
検出して補正する。具体的には、概略測定（Ｓ３２２の
Ｓ３２１２）のときの参照点（第ｍ概略測定点）Ｔｍ
（ｘ、ｙ）における走査による運動変位を概略測定運動
変位として検出し、詳細測定（Ｓ３２２のＳ３２２２）
のときのサンプリング点（第ｎ詳細測定点）Ｐｎ（ｘ、
ｙ）における走査による運動変位を詳細測定運動変位と
して検出し、検出された概略測定運動変位により参照点
（第ｍ概略測定点）Ｔｍ（ｘ、ｙ）における測定値（測
定データ：具体的には高さデータ）を補正し、検出され
た詳細測定運動変位によりサンプリング点（第ｎ詳細測
定点）Ｐｎ（ｘ、ｙ）における測定値を補正する（Ｓ３
３１）。

【０１１５】すなわち、概略測定においても詳細測定に
おいても、走査による運動変位を検出し、それらによっ
て測定値を補正するので、運動変位による誤差（運動誤
差）を補正でき、これにより、走査を行うための機構
（ここでは運動テーブルＴＢの運動機構）が比較的廉価
で済み、かつ、その比較的廉価な構成で、精度の高い測
定結果を得ることができる。

【０１１６】図１３に示すように、運動変位（誤差）補
正（Ｓ３３１）が終了すると、次の経時変位（誤差）補
正（Ｓ３３２）では、概略測定と詳細測定の誤差を補正
する。以下、この点について詳述する。

【０１１７】本実施形態における（３次元表面形状）測
定処理（Ｓ３０）では、上述のように、まず、概略測定
（Ｓ３２１）として、Ｍ個（Ｍは２以上の整数）の測定
点を参照点（概略測定点）として設定し（Ｓ３２１
１）、Ｍ個の参照点における測定を行う（Ｓ３２１
２）。ここでは、概略測定なので、Ｍ個は、熱変形等の
経時変化が少ない間に測定が終了してしまう程度の数が
好ましく、かつ、例えば全体の四つ角と中心など、続く
詳細測定において参照しやすい点を設定することが好ま
しい。

【０１１８】例えば図７や図１１で前述の測定アルゴリ
ズムに対応して、図１４（ａ）に示すように、検出点Ｔ
Ｐ１、ＴＰ４、ＴＰ１６、ＴＰ１３のＸＹ座標値を（Ｍ
＝）４個の参照点Ｔ１〜Ｔ４として設定すれば、４個の
概略測定データを得るだけで概略測定を終了できる。

【０１１９】続いて、詳細測定（Ｓ３２２）では、走査
軌跡設定（Ｓ３２２１）において、上記のＭ個（の参照
点と同一点となるサンプリング点）を含むＮ個（ＮはＭ
＜Ｎとなる整数）の測定点をサンプリング点（詳細測定
点）として設定する。例えば上記の図１４（ａ）の（Ｍ
＝）４個に対して、図７や図１１で前述のように、その
（Ｍ＝）４個を含む（Ｎ＝）１６個の測定点を、サンプ
リング点（詳細測定点）Ｐ１〜Ｐ１６として設定する。
なお、この詳細測定点の設定のタイミングは、詳細測定
（具体的には詳細測定データ取得の処理（Ｓ３２２
２））の前であれば、概略測定の前であっても後であっ
ても良い。

【０１２０】そして、概略測定（Ｓ３２１）の後、詳細
測定（Ｓ３２２）として、（Ｎ＝）１６個のサンプリン
グ点（詳細測定点）Ｐ１〜Ｐ１６における測定を行う
（Ｓ３２２２）。この場合、（Ｎ＝）１６個のサンプリ
ング点（詳細測定点）Ｐ１〜Ｐ１６のうちの（Ｍ＝）４
個は、（Ｍ＝）４個の参照点（概略測定点）Ｔ１〜Ｔ４
と同一点となる。このため、任意のｍ番目の参照点（第
ｍ概略測定点）Ｔｍ（ｘ、ｙ）と、任意のｎ番目のサン
プリング点（第ｎ詳細測定点）Ｐｎ（ｘ、ｙ）とが、同
一点であるときに、それら測定値の差分を、サンプリン
グ点（第ｎ詳細測定点）Ｐｎ（ｘ、ｙ）の経時変位とし
て決定する。

【０１２１】すなわち、経時変位（誤差）補正（Ｓ３３
２）では、まず、Ｎ個のサンプリング点（詳細測定点）
Ｐ１〜ＰＮのうちのＭ個については、熱変形等の経時変
化が少ない間に終了する概略測定の測定値に基づいて、
測定値の差分を経時変位として決定（検出）して補正が
できるので、測定精度を向上できる。

【０１２２】そして、この測定処理（Ｓ３０）では、Ｎ
個のサンプリング点（詳細測定点）のうちの残りのＮ−
Ｍ個についても、Ｍ個の経時変位に基づいて、補正す
る。以下、この点について詳述する。

【０１２３】例えば図１４（ａ）に示す４個の検出点Ｔ
Ｐ１、ＴＰ４、ＴＰ１６、ＴＰ１３に対応して（Ｍ＝）
４個の参照点Ｔ１〜Ｔ４を設定（Ｓ３２１１）し、図１
１（ａ）に示す１６個の検出点ＴＰ１〜ＴＰ１６に対応
して（Ｎ＝）１６個のサンプリング点Ｐ１〜Ｐ１６を設
定（Ｓ３２２１）した場合、（Ｎ＝）１６個のサンプリ
ング点（詳細測定点）Ｐ１〜Ｐ１６のうちの（Ｍ＝）４
個、すなわちＰ１、Ｐ４、Ｐ１６、Ｐ１３は、（Ｍ＝）
４個の参照点（概略測定点）Ｔ１〜Ｔ４と同一点とな
る。

【０１２４】この場合、概略測定（Ｓ３２１）として、
（Ｍ＝）４個の参照点（概略測定点）Ｔ１〜Ｔ４におけ
る測定データ（概略測定データ）を取得し（Ｓ３２１
２）、詳細測定（Ｓ３２２）として、（Ｎ＝）１６個の
サンプリング点（詳細測定点）Ｐ１〜Ｐ１６における測
定データ（詳細測定データ）を取得する（Ｓ３２２
２）。そして、この場合、運動変位（誤差）補正（Ｓ３
３１）において、（Ｍ＝）４個の運動誤差補正後の概略
測定データと、（Ｎ＝）１６個の運動誤差補正後の詳細
測定データを得る。

【０１２５】続いて、経時変位（誤差）補正（Ｓ３３
２）では、まず、（Ｎ＝）１６個のうちの（Ｍ＝）４個
のサンプリング点Ｐ１、Ｐ４、Ｐ１６、Ｐ１３における
測定データ（ただし、運動誤差補正後の詳細測定デー
タ）と、同一点の（Ｍ＝）４個の参照点Ｔ１〜Ｔ４にお
ける測定データ（ただし、運動誤差補正後の概略測定デ
ータ）と、の差分を求め、それらを（Ｍ＝）４個のサン
プリング点Ｐ１、Ｐ４、Ｐ１６、Ｐ１３の経時変位とし
て決定し、（Ｍ＝）４個のサンプリング点Ｐ１、Ｐ４、
Ｐ１６、Ｐ１３に対応させて記憶する。

【０１２６】次に、（Ｍ＝）４個のサンプリング点Ｐ
１、Ｐ４、Ｐ１６、Ｐ１３の運動誤差補正後の詳細測定
データを（Ｍ＝）４個の経時変位に基づいて補正する。
すなわち、熱変形等の経時変化が少ない間に終了する概
略測定の測定値に基づいて、測定値の差分を経時変位と
して決定（検出）して補正する。

【０１２７】次に、（Ｎ−Ｍ＝）１２個のサンプリング
点Ｐ２、Ｐ３、Ｐ５〜Ｐ１２、Ｐ１４、Ｐ１５について
の運動誤差補正後の詳細測定データを、（Ｍ＝）４個の
サンプリング点Ｐ１、Ｐ４、Ｐ１６、Ｐ１３の経時変位
に基づいて補正する。

【０１２８】この場合、任意の２個の参照点（概略測定
点）を結ぶ直線上に位置するサンプリング点（詳細測定
点）における経時変位を、２個の参照点（概略測定点）
における経時変位に基づいて、すなわち２個の参照点
（概略測定点）と同一点となるサンプリング点（詳細測
定点）に対応する経時変位に基づいて、補完経時変位と
して決定する。この場合のサンプリング点（詳細測定
点）は、２点を結ぶ直線上に位置するので、その経時変
位を、例えば直線近似等により求められ、これにより、
そのサンプリング点（詳細測定点）における測定結果
（測定値）を線形補正するなど、測定値の補正が容易に
なり、測定精度の向上がさらに容易になる。

【０１２９】例えば（Ｎ−Ｍ＝）１２個のサンプリング
点Ｐ２、Ｐ３、Ｐ５〜Ｐ１２、Ｐ１４、Ｐ１５のうちの
サンプリング点Ｐ２は、２個の参照点（概略測定点）Ｔ
１、Ｔ２を結ぶ直線上に位置する（図１１（ａ）および
図１４（ａ）参照）ので、２個の参照点（概略測定点）
Ｔ１、Ｔ２と同一点となるサンプリング点（詳細測定
点）Ｐ１、Ｐ４の経時変位に基づいて、その間を補完す
る補完経時変位として、サンプリング点Ｐ２における経
時変位を、例えば直線近似等により求めて線形補正でき
る。

【０１３０】同様に、サンプリング点Ｐ３の経時変位
（補完経時変位）は、例えば２個の参照点（概略測定
点）Ｔ１、Ｔ２と同一点となるサンプリング点（詳細測
定点）Ｐ１、Ｐ４の経時変位に基づいて、サンプリング
点Ｐ６およびＰ１１の補完経時変位は、２個の参照点
（概略測定点）Ｔ１、Ｔ３と同一点となるサンプリング
点（詳細測定点）Ｐ１、Ｐ１６の経時変位に基づいて、
サンプリング点Ｐ７およびＰ１０の補完経時変位は、２
個の参照点（概略測定点）Ｔ２、Ｔ４と同一点となるサ
ンプリング点（詳細測定点）Ｐ４、Ｐ１３の経時変位に
基づいて、サンプリング点Ｐ１４およびＰ１５の補完経
時変位は、２個の参照点（概略測定点）Ｔ３、Ｔ４と同
一点となるサンプリング点（詳細測定点）Ｐ１６、Ｐ１
３の経時変位に基づいて、それぞれ例えば直線近似等に
より求めて線形補正できる。

【０１３１】上述のように、本実施形態の測定処理（Ｓ
３０）では、Ｍ個の参照点（概略測定点）と同一点であ
るＭ個を除くＮ−Ｍ個の各サンプリング点（詳細測定
点）に対応するＮ−Ｍ個の補完経時変位を決定する。ま
た、決定されたＮ−Ｍ個の補完経時変位に基づいて、対
応するＮ−Ｍ個の各サンプリング点（詳細測定点）にお
ける測定値を補正するので、Ｎ−Ｍ個の測定値を容易に
補正できる。

【０１３２】この場合、Ｍ個の参照点と同一点であるＭ
個については、概略測定時との差分をそのまま経時変位
として決定でき、それらに基づいて、残りのＮ−Ｍ個に
ついても、補完経時変位として経時変位を決定できるの
で、Ｎ個のサンプリング点（詳細測定点）に対応する経
時変位を容易に決定できる。また、Ｍ個の経時変位は、
Ｍ個の詳細測定点に対応づけて記憶するので、経時変位
を決定（検出）して記憶後であれば、任意の時点で経時
変位を利用できる。これらにより、Ｎ個のサンプリング
点（詳細測定点）における測定値を容易に補正でき、測
定精度の向上がさらに容易になる。

【０１３３】なお、詳細測定（Ｓ３２２）における走査
軌跡設定（Ｓ３２２１）では、図１３に示すように、例
えば機能キー群３２のうちの所定のキーを押すことによ
り、測定順路（すなわち走査軌跡）を、２つのタイプＡ
およびＢから選択できる。

【０１３４】タイプＡを選択すると、（サンプリング点
＆中継点を含む）走査軌跡データの入力または読み込み
を行い（Ｓ３２２１２）、その走査軌跡データに基づい
て、任意の離散点で測定を行う（Ｓ３２２２）ため、比
較的まばらな平面度測定などに有利であり、特徴として
は、全てのサンプリング点を中継点としても良く、この
場合、１つ１つの点で運動テーブルＴＢを止めて測定デ
ータを取得する（Ｓ３２２２）。なお、一時停止する点
のみ中継点として、図７や図１１で前述の測定アルゴリ
ズムを採用することもできるし、ここで入力または読み
込みの対象となった走査軌跡データは、設定された点の
全てを中継点として、下記のタイプＢ用の走査軌跡デー
タとしても扱うことができる。

【０１３５】一方、タイプＢは、粗さのような表面形状
の測定に有利であり、このタイプＢを選択すると、ま
ず、（中継点を含む）走査軌跡データの入力または読み
込みを行い（Ｓ３２２１３）、続いて、中継点間を等間
隔に分割して、サンプリング点を設定する。例えば図示
のように、中継点Ｔ１〜Ｔ４等のデータに基づいて、サ
ンプリング点Ｐ１〜Ｐ８等を設定する（Ｓ３２２１
４）。

【０１３６】このタイプＢの場合、Ｍ個の参照点（概略
測定点）と同一点であるＭ個を除くＮ−Ｍ個の各サンプ
リング点（詳細測定点）は、Ｍ個の参照点のいずれか２
個の間を補完する測定点（補完測定点）となるように設
定される。例えば、途中までではあるが、図１３内に図
示の例では、（Ｍ＝）４個の参照点Ｔ１〜Ｔ４と同一点
である（Ｍ＝）４個のサンプリング点Ｐ１、Ｐ４、Ｐ
５、Ｐ８を除く（Ｎ＝８によりＮ−Ｍ＝）４個の各サン
プリング点（詳細測定点）Ｐ２、Ｐ３、Ｐ６、Ｐ７は、
（Ｍ＝）４個の参照点Ｔ１〜Ｔ４のいずれか２個の間を
補完する補完測定点となるように設定される。

【０１３７】また、図１１（ａ）の測定アルゴリズムに
よる詳細測定を行う場合、例えば図１４（ｂ）に示すよ
うに、概略測定（Ｓ３２１１）として、（Ｍ＝）８個の
参照点Ｔ１〜Ｔ８を設定して（Ｓ３２１１）、概略測定
データを取得し（Ｓ３２１２）、参照点Ｔ１〜Ｔ８をそ
のまま中継点Ｔ１〜Ｔ８とすれば、検出点ＴＰ１〜ＴＰ
１６に対応するサンプリング点Ｐ１〜Ｐ１６のうちの、
（Ｍ＝）８個の参照点Ｔ１〜Ｔ８と同一点である（Ｍ
＝）８個のサンプリング点Ｐ１、Ｐ４、Ｐ５、Ｐ８、Ｐ
９、Ｐ１２、Ｐ１３、Ｐ１６を除く（Ｎ＝１６によりＮ
−Ｍ＝）８個の各サンプリング点（詳細測定点）Ｐ２、
Ｐ３、Ｐ６、Ｐ７、Ｐ１０、Ｐ１１、Ｐ１４、Ｐ１５
は、（Ｍ＝）８個の参照点Ｔ１〜Ｔ８のいずれか２個の
間を補完する補完測定点となるように設定される。

【０１３８】このため、詳細測定（Ｓ３２２）では、概
略測定時に測定しなかった（測定できなかった）中間点
を測定するなど、詳細な測定ができ（測定の補完がで
き）、形状測定としての測定精度を向上できる。また、
２個の（詳細測定点も兼ねる）参照点（概略測定点）に
おける測定値の（概略測定時と詳細測定時との）差分を
それらにおける経時変位とすれば、その２点における経
時変位に基づいて、２個の概略測定点の間を補完する補
完測定点の経時変位を決定（推定）できる。

【０１３９】例えば上述の図１４（ｂ）および図１１
（ａ）の例では、（Ｎ−Ｍ＝）８個の各サンプリング点
（詳細測定点）Ｐ２、Ｐ３、Ｐ６、Ｐ７、Ｐ１０、Ｐ１
１、Ｐ１４、Ｐ１５のうちの例えばサンプリング点Ｐ２
（およびＰ３）は、（Ｍ＝）８個の参照点Ｔ１〜Ｔ８の
うちの２個の参照点（概略測定点）Ｔ１、Ｔ２の間を補
完する補完測定点となり、概略測定時に測定しなかった
中間点を測定することになり、詳細な測定ができ（測定
の補完ができ）、形状測定としての測定精度を向上でき
る。他のサンプリング点Ｐ６（およびＰ７）、Ｐ１０
（およびＰ１１）、Ｐ１４（およびＰ１５）についても
同様である。

【０１４０】また、例えば上述のサンプリング点Ｐ２
（およびＰ３）の経時変位（補完経時変位）は、そのサ
ンプリング点Ｐ２（およびＰ３）が位置する直線上両端
の２個の参照点（概略測定点）Ｔ１、Ｔ２の経時変位に
基づいて、補完経時変位として例えば直線近似等により
決定（推定）できる。このため、（Ｎ−Ｍ＝）８個の各
サンプリング点（詳細測定点）Ｐ２、Ｐ３、Ｐ６、Ｐ
７、Ｐ１０、Ｐ１１、Ｐ１４、Ｐ１５における測定結果
についても、経時変位に対する補正が可能となり、測定
精度を向上できる。

【０１４１】また、上述の図１４（ｂ）および図１１
（ａ）の例では、詳細測定（Ｓ３２２）における走査軌
跡は、概略測定（Ｓ３２１）における走査軌跡と同一に
定められるので、詳細測定（Ｓ３２２）は、概略測定
（Ｓ３２１）の測定結果を同一の走査軌跡に従って補完
する測定となる。このため、測定中の経時変位を検出し
やすくなり、また、それらの経時変位による測定値の補
正がしやすくなって、測定精度を向上しやすくなる。

【０１４２】また、上述の例では、詳細測定（Ｓ３２
２）における走査軌跡は、（Ｍ＝）８個の参照点（概略
測定点）Ｔ１〜Ｔ８と同一点である（Ｍ＝）８個を除く
（Ｎ−Ｍ＝）８個のサンプリング点（詳細測定点）Ｐ
２、Ｐ３、Ｐ６、Ｐ７、Ｐ１０、Ｐ１１、Ｐ１４、Ｐ１
５における測定と、その周辺に位置する（Ｍ＝）８個の
サンプリング点Ｐ１、Ｐ４、Ｐ５、Ｐ８、Ｐ９、Ｐ１
２、Ｐ１３、Ｐ１６における測定との、時間経過が短く
なるように定められる。

【０１４３】すなわち、Ｎ−Ｍ個の方の測定とＭ個の方
の測定とは、時間経過が長くならないように、交互に近
い態様で行われる。上述の例では、ほぼ２点毎に交互と
なっている。この場合、Ｍ個の方の経時変位は、概略測
定時の測定値との差分により決定されるが、Ｎ−Ｍ個の
方の経時変位も、Ｍ個の方の点における詳細測定との時
間経過が短ければ、その周辺に位置するＭ個の方の経時
変位と大差ないと推定できるので、Ｎ−Ｍ個の方の経時
変位の検出（決定）の精度を向上でき、これにより、経
時変位による測定値の補正の精度を向上させ、全体とし
て測定精度を向上できる。

【０１４４】また、上述の図１４（ａ）や同図（ｂ）
は、いわば概略測定における測定アルゴリズムである
が、これらの他、同図（ｃ）に示すように、概略測定に
おいて、周囲（四つ角）と対角線上の点（参照点）Ｔ１
〜Ｔ８について測定しておくなど、他にも種々考えられ
る。また、上述の例では、図１４（ａ）（ｂ）と図１１
（ａ）とを組合せた例としたが、概略測定の測定アルゴ
リズムと詳細測定の測定アルゴリズムとしてそれぞれ各
種考えられ、さらにそれらの組合せは任意である。そし
てさらには、概略測定と詳細測定の考え方を拡張し、例
えば図１５に示すように、階段状に概略測定しておい
て、これから測定する点と以前に測定した点とを交互に
測定して、測定データを随時補正していくなど、も考え
られる。

【０１４５】なお、上述の実施形態では、表面形状変位
検出センサ（測定点変位計）ＰＳを所定位置に固定して
おいて、その検出（測定）位置にターゲット（測定対象
物）ＴＢの測定点を臨ませるように、水平運動可能な運
動テーブルＴＢ上にターゲットＴＢを置いて運動させた
が、そのターゲットＴＢを例えば水平に固定された固定
テーブル上に置いて、表面形状変位検出センサ側を走査
させるタイプのものであっても、相対的に走査するもの
であれば、適用できる。また、表面形状検出センサ等に
ついても、上述の差動型光ファイバ変位計ばかりでな
く、他のタイプの変位計を利用しても良い。もちろん、
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が
可能である。

【０１４６】

【発明の効果】上述のように、本発明の３次元表面形状
測定方法およびその装置では、測定中の経時変位を検出
して測定精度を向上できる、などの効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る３次元表面形状測定
方法およびその装置を適用した３次元表面形状測定装置
の全体構成を示すブロック図である。

【図２】図１の３次元表面形状測定装置の主に測定部の
構成を示すブロック図である。

【図３】図２の運動テーブル部の概略構成を示す断面説
明図である。

【図４】図３のＸステージの構成を示す説明図である。

【図５】運動テーブルの運動変位の検出原理を示す原理
説明図である。

【図６】検出点の設定例を示す説明図である。

【図７】測定アルゴリズムの一例およびターゲットと測
定点や検出点との関係の一例を示す説明図である。

【図８】運動誤差補正前後の測定データの一例を示す説
明図である。

【図９】図１の３次元表面形状測定装置１の制御全体の
概念的処理を示すフローチャートである。

【図１０】第１実施形態の測定処理を示すフローチャー
トである。

【図１１】測定アルゴリズムの他の例を示す説明図であ
る。

【図１２】第２実施形態の測定処理を示すフローチャー
トである。

【図１３】第３実施形態の測定処理を示すフローチャー
トである。

【図１４】概略測定における測定アルゴリズムの例を示
す説明図である。

【図１５】詳細測定における測定アルゴリズムの図７お
よび図１１とはさらに別の例を示す説明図である。

【符号の説明】

１ ３次元表面形状測定装置 ２０ 制御部 ５０ 測定部 ６０ 運動テーブル部 ６１ Ｘステージ ６２ Ｙステージ ＣＮ 制御部 ｄ 運動変位 ＤＳ 運動変位センサ Ｌ 基準法線 Ｌ１〜Ｌ４ …… 法線 Ｐｉ、Ｐ１〜Ｐ９ …… サンプリング点 ＰＳ 表面形状変位センサ ＳＰ１〜ＳＰ４ …… 測定点 ＴＢ 運動テーブル ＴＣ 参照基板 ＴＧ ターゲット ＴＦ 検出面 ＴＰ０〜ＴＰ１６ …… 検出点 ＴＶＰ 交点 ＶＦ 仮想基準面 ＶＰ 基準点

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 測定対象物の表面上の測定点からの距離
   を検出する測定点変位計と前記測定対象物とを相対的に
   移動させることにより、前記測定対象物の表面を相対的
   に走査して、その走査軌跡上の測定点からの距離の変化
   を前記測定点変位計により検出することによって、前記
   測定対象物の表面形状を測定する３次元表面形状測定装
   置であって、 Ｍ個（Ｍは２以上の整数）の測定点を概略測定点として
   設定する概略測定点設定手段と、 前記Ｍ個の概略測定点における測定を概略測定として行
   う概略測定手段と、 前記Ｍ個を含むＮ個（ＮはＭ＜Ｎとなる整数）の測定点
   を詳細測定点として設定する詳細測定点設定手段と、 前記概略測定の後、前記Ｎ個の詳細測定点における測定
   を詳細測定として行う詳細測定手段と、 前記Ｍ個の概略測定点のうちのｍ番目（ｍは１≦ｍ≦Ｍ
   となる整数）である第ｍ概略測定点と前記Ｎ個の詳細測
   定点のうちのｎ番目（ｎは１≦ｎ≦Ｎとなる整数）であ
   る第ｎ詳細測定点とが同一点であるときに、前記第ｍ概
   略測定点における測定値と前記第ｎ詳細測定点における
   測定値との差分を、前記第ｎ詳細測定点の経時変位とし
   て決定する経時変位決定手段と、を備えたことを特徴と
   する３次元表面形状測定装置。
2. 【請求項２】 前記Ｍ個の概略測定点と同一点であるＭ
   個を除くＮ−Ｍ個の各詳細測定点は、前記Ｍ個の概略測
   定点のいずれか２個の間を補完する測定点となるように
   設定されることを特徴とする、請求項１に記載の３次元
   表面形状測定装置。
3. 【請求項３】 前記Ｍ個の概略測定点と同一点であるＭ
   個の詳細測定点におけるＭ個の経時変位を、前記Ｍ個の
   詳細測定点に対応づけて記憶する経時変位記憶手段と、 前記Ｍ個の経時変位に基づいて、前記Ｎ個の詳細測定点
   における測定値を補正する詳細測定経時変位補正手段
   と、をさらに備えたことを特徴とする、請求項１または
   ２に記載の３次元表面形状測定装置。
4. 【請求項４】 前記詳細測定経時変位補正手段は、任意
   の２個の概略測定点を結ぶ直線上に位置する詳細測定点
   における経時変位を、前記２個の概略測定点と同一点と
   なる詳細測定点に対応する経時変位に基づいて、補完経
   時変位として決定する補完経時変位決定手段を有するこ
   とを特徴とする、請求項３に記載の３次元表面形状測定
   装置。
5. 【請求項５】 前記補完経時変位決定手段では、前記Ｍ
   個の概略測定点と同一点であるＭ個を除くＮ−Ｍ個の各
   詳細測定点に対応するＮ−Ｍ個の補完経時変位を決定す
   ることを特徴とする、請求項４に記載の３次元表面形状
   測定装置。
6. 【請求項６】 前記詳細測定経時変位補正手段は、決定
   されたＮ−Ｍ個の補完経時変位に基づいて、対応する前
   記Ｎ−Ｍ個の各詳細測定点における測定値を補正する詳
   細測定値補完補正手段をさらに有することを特徴とす
   る、請求項５に記載の３次元表面形状測定装置。
7. 【請求項７】 前記詳細測定における走査軌跡は、前記
   概略測定における走査軌跡と同一に定められることを特
   徴とする、請求項１ないし６のいずれかに記載の３次元
   表面形状測定装置。
8. 【請求項８】 前記詳細測定における走査軌跡は、前記
   Ｍ個の概略測定点と同一点であるＭ個を除くＮ−Ｍ個の
   各詳細測定点における測定と、その周辺に位置する前記
   Ｍ個に含まれる詳細測定点における測定との、時間経過
   が短くなるように定められることを特徴とする、請求項
   １ないし７のいずれかに記載の３次元表面形状測定装
   置。
9. 【請求項９】 前記概略測定のときの前記第ｍ概略測定
   点における前記走査による運動変位を概略測定運動変位
   として検出する概略測定運動変位検出手段と、 前記詳細測定のときの前記第ｎ詳細測定点における前記
   走査による運動変位を詳細測定運動変位として検出する
   詳細測定運動変位検出手段と、 検出された前記概略測定運動変位により、前記第ｍ概略
   測定点における測定値を補正する概略測定運動変位補正
   手段と、 検出された前記詳細測定運動変位により、前記第ｎ詳細
   測定点における測定値を補正する詳細測定運動変位補正
   手段と、をさらに備えたことを特徴とする、請求項１な
   いし８のいずれかに記載の３次元表面形状測定装置。
10. 【請求項１０】 測定対象物の表面上の測定点からの距
    離を検出する測定点変位計と前記測定対象物とを相対的
    に移動させることにより、前記測定対象物の表面を相対
    的に走査して、その走査軌跡上の測定点からの距離の変
    化を前記測定点変位計により検出することによって、前
    記測定対象物の表面形状を測定する３次元表面形状測定
    方法であって、 Ｍ個（Ｍは２以上の整数）の測定点を概略測定点として
    設定する概略測定点設定工程と、 前記Ｍ個の概略測定点における測定を概略測定として行
    う概略測定工程と、 前記Ｍ個を含むＮ個（ＮはＭ＜Ｎとなる整数）の測定点
    を詳細測定点として設定する詳細測定点設定工程と、 前記概略測定の後、前記Ｎ個の詳細測定点における測定
    を詳細測定として行う詳細測定工程と、 前記Ｍ個の概略測定点のうちのｍ番目（ｍは１≦ｍ≦Ｍ
    となる整数）である第ｍ概略測定点と前記Ｎ個の詳細測
    定点のうちのｎ番目（ｎは１≦ｎ≦Ｎとなる整数）であ
    る第ｎ詳細測定点とが同一点であるときに、前記第ｍ概
    略測定点における測定値と前記第ｎ詳細測定点における
    測定値との差分を、前記第ｎ詳細測定点の経時変位とし
    て決定する経時変位決定工程と、を備えたことを特徴と
    する３次元表面形状測定方法。
11. 【請求項１１】 前記Ｍ個の概略測定点と同一点である
    Ｍ個を除くＮ−Ｍ個の各詳細測定点は、前記Ｍ個の概略
    測定点のいずれか２個の間を補完する測定点となるよう
    に設定されることを特徴とする、請求項１０に記載の３
    次元表面形状測定方法。
12. 【請求項１２】 前記Ｍ個の概略測定点と同一点である
    Ｍ個の詳細測定点におけるＭ個の経時変位を、前記Ｍ個
    の詳細測定点に対応づけて記憶する経時変位記憶工程
    と、 前記Ｍ個の経時変位に基づいて、前記Ｎ個の詳細測定点
    における測定値を補正する詳細測定経時変位補正工程
    と、をさらに備えたことを特徴とする、請求項１０また
    は１１に記載の３次元表面形状測定方法。
13. 【請求項１３】 前記概略測定のときの前記第ｍ概略測
    定点における前記走査による運動変位を概略測定運動変
    位として検出する概略測定運動変位検出工程と、 前記詳細測定のときの前記第ｎ詳細測定点における前記
    走査による運動変位を詳細測定運動変位として検出する
    詳細測定運動変位検出工程と、 検出された前記概略測定運動変位により、前記第ｍ概略
    測定点における測定値を補正する概略測定運動変位補正
    工程と、 検出された前記詳細測定運動変位により、前記第ｎ詳細
    測定点における測定値を補正する詳細測定運動変位補正
    工程と、をさらに備えたことを特徴とする、請求項１０
    ないし１２のいずれかに記載の３次元表面形状測定方
    法。