JP3926793B2 - 表面形状測定装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、接触式の測定プローブを有する表面形状測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
被測定物体の表面形状を測定する装置の従来例としては、例えば、特開平７−２６０４７１号公報に記載されているものがある。この装置について図１２を参照して以下に説明する。
【０００３】
この従来技術の測定装置は、装置本体３０に配置されたＹ座標系駆動部３１によりＹ方向に駆動される被測定物体３２に対して、垂直上方から接触する触針部４１ａを備えた測定プローブ４１と、この測定プローブ４１をＸ，Ｚ方向に駆動するＸ−Ｚ座標系駆動部４２及び測定プローブ４１の座標を測定する座標測定部４３と、前記触針部４１ａの被測定面３２ａに対する接触測定点の傾斜角度情報を入力する入力手段４４と、入力手段４４により入力された傾斜角度情報に基づいて、測定プロープ４１の接触による該測定プローブ４１と被測定物体３２との接触変形量の和を被測定面３２ａに対して垂直な方向で一定になるように、前記測定プローブ４１の被測定物体表面に対する測定圧を制御する制御手段４５とを有する。
【０００４】
このような従来の測定装置の構成によれば、入力手段４４から入力される被測定物体表面の測定プローブ４１による接触測定点の傾斜角度情報に基づき、制御手段４５によって測定プローブ４１の測定圧を制御しながら被測定物体３２の被測定面３２ａの表面形状を測定することができる。このように測定プローブ４１の測定圧を制御することで、被測定物体表面に対して垂直方向の接触変形量を常に一定にし、接触変形量の変動に起因する測定誤差を回避している。
【０００５】
上述した従来の装置において、前記測定圧の制御は、測定プローブ４１の測定圧が微小になるように、もしくは被測定物体３２の表面上で常に接触力が一定となるように、例えば板バネや圧縮コイルなどが用いられている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の測定装置のような構成であると、測定プローブ４１が所定の押圧力で被測定物体３２の表面に接触し、特に測定プローブ４１の押圧力を全方向にわたって一定に保つように測定プローブ４１が保持される必要がある。このような安定した押圧力を得るためには、各部における摩擦抵抗もしくはバネ等におけるヒステリシス特性が著しく減少されなければならない。
【０００７】
従って、本発明の目的は、被測定物体面上の各点における接触力を一定のものとし、また、極めて微小な接触力で表面形状の測定を可能とする表面形状測定装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の第1の態様に係われば、被測定物体の表面に接触するように位置された測定プローブと、
この測定プローブを測定プローブの軸方向に支持かつ案内するための案内手段と、
前記測定プローブが被測定物体と所定の接触角で接触するように、前記案内手段を水平方向に対して所定の傾斜角で傾斜させるための傾斜角調整手段と、
前記測定プローブが被測定物体の面を走査するように、測定プローブと被測定物体との少なくとも一方を相対的に駆動するための駆動手段とを具備し、
接触力が、測定プローブが傾斜されたときに発生される測定プローブの重力の傾斜方向成分から与えられる、被測定物体の表面形状測定装置が提供される。
【０００９】
好ましくは、前記傾斜角は、０．０００５〜５度、より好ましくは、０．０３〜０．２度であり、また、前記接触力は、５〜３００ｍｇｆ、より好ましくは３０〜９０ｍｇｆである。
【００１０】
装置がこのような構成を有することによって、被測定物体の表面に加えられる測定プローブの接触力は、測定プローブの重力の傾斜方向成分から与えられる。このため、前記ヒステリシス特性を考慮する必要がない。また、前記測定プローブは、傾斜角調整手段によって、極めて容易に、所定の傾斜角で傾斜されることが可能であるので、被測定物体面上の各点において一定の接触力を与えることができ、また、微小な接触力を得ることが可能となる。このように微小な接触力とすることで、接触式あるにも関わらず、被測定物体の表面形状が高精度で測定されることが可能であり、非接触で被測定物体の表面形状を測定する非破壊測定に類似した測定結果を得ることができる。
【００１１】
本発明の第２の態様に係われば、前記案内手段は、測定プローブを移動可能に支持しており、案内手段と測定プローブとの間の所定の摩擦力で測定プローブを案内するための案内機構を有し、前記摩擦力が前記測定プローブの重力の傾斜方向成分より小さい、被測定物体の表面形状測定装置が提供される。
【００１２】
本発明によれば、案内手段として、例えばリニアガイド、好ましくはエアスライダなど、前記測定プローブとの摩擦が極めて小さい手段をもちいることによって、接触式であるにも関わらず、被測定物体の表面形状が、高精度で測定され得る。
【００１３】
本発明の第３の態様に係われば、前記第１もしくは第２の態様に記載の表面形状測定装置において、前記傾斜角調整手段が、前記測定プローブと前記被測定物体との両方を所定の傾斜角で傾斜させ、この傾斜角を任意に調整可能である、被測定物体の表面形状測定装置が提供される。
【００１４】
本発明によれば、測定プローブと被測定物体との両方に傾斜角を与えることによって、被測定物体の表面形状が測定されるので、測定時に、測定プローブと被測定物体との間に角度差が生じない。従って、傾斜角の補正処理を行なう必要が無くなり、接触式であるにも関わらず、被測定物体の表面形状が、高精度で測定され得る。
【００１５】
本発明の他の態様に係われば、前記被測定物体は、所定の面粗さＲｙと走査長φとを有し、前記測定プローブによって、接触最大角度αｍａｘで前記所定の接触力Ｆ_θが加えられるとき、前記測定プローブが前記被測定物体の表面を走査する最大速度Ｖｍａｘは、
Ｖｍａｘ ∝ （Ｆ_θ・φ）／（Ｒｙ・αｍａｘ）
の式で表される関係を有する被測定物体の表面形状測定装置が提供される。
【００１６】
本発明によれば、前記被測定物体が、測定によって損傷され得る非常に柔軟な物質から形成されている場合、前記接触力Ｆ_θを小さくすることによって、この被測定物体が損傷しないように測定され得る。逆に、前記被測定物体が損傷する可能性がない場合、接触力Ｆ_θを大きくすることによって、前記最大速度Ｖｍａｘが大きくなるので、前記被測定物体の表面形状の測定時間が短縮され得る。
【００１７】
本発明の更なる目的と効果とは、以下の記載で説明され、部分的には記載から明らか、もしくは発明の実際により学び得るであろう。本発明の目的と効果とは、特に以下に指摘された手段並びに組合せにより実現並びに得られるであろう。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を説明する。尚、以下の実施の形態において、図１に示されたＸ−Ｙ−Ｚ軸直交座標系が、本発明の全ての実施の形態で使用され、また、Ｚ軸の負方向を先端側、正方向を基端側と定義されている。
【００１９】
（第１の実施の形態）
第１の実施の形態において、表面形状測定装置は、図１に示されているように、平坦な基台２０を有し、この基台２０上には、被測定物体支持体１と支持基台７とが固定されている。この支持基台７には、傾斜角調整手段３を介して支持板１０が設けられている。この支持板１０上に、案内手段４が取着されている。また、前記被測定物体支持体１には、被測定物体２が支持されている。前記案内手段４には、この被測定物体２に接触可能なように位置された測定プローブ６が支持されている。第１及び第２の位置検出素子５，９が、それぞれ前記支持板１０と、前記基台２０とに設けられている。
【００２０】
第１の実施の形態において、前記案内手段４は、エアスライダであり、図３に示されているように、この案内手段４は、スライダ支持部４ａと、スライダ移動部４ｂとを有する。このスライダ支持部４ａには開口部が形成されている。前記スライダ移動部４ｂは、スライダ支持部４ａの開口部を移動可能に貫通し、浮動して支持されている。また、このエアスライダ４は、前記スライダ支持部４ａとスライダ移動部４ｂとの間のスペース２１０にエアを送るエア供給セクショョン（図示せず）を有する。前記スペース２１０は非常に狭く、１００μｍ以下、好ましくは２０μｍ以下の幅を有する。前記エアスライダ４の材料は、セラミックス、鉄などの金属材料、もしくはガラス材料である。また、前記案内手段４は、リニアガイドで良い。
【００２１】
前記測定プローブ６は、円筒状、もしくは角柱状の胴体部６ｂと、この胴体部６ｂの先端に設けられ、球状、もしくはクサビ型形状の触針部６ａとから構成されている。この測定プローブ６の胴体部６ｂは、前記案内手段４のスライダ移動部４ｂに取着されており、このスライダ移動部４ｂと一体的に、図１の矢印Ａ，Ｂ方向に移動可能である。また、前記触針部６ａは、前記被測定物体２の表面に接触するように位置されている。
【００２２】
この場合、図１に示されているＡ，Ｂ方向は、図２に示されているように、Ｚ方向に対して所定の傾斜角θ（０＜θ＜９０°）で傾斜した方向（以下、傾斜方向）であり、前記測定プローブ６の軸方向に平行である。
【００２３】
第１の実施の形態において、前記第１及び第２の位置検出素子５，９は、光学スケール、もしくはレーザ測長器などである。第１の位置検出素子５は、前記測定プローブ６の傾斜方向変位量ｌを検出するように位置されている。前記第２の位置検出素子９は、前記触針部６ａのＸ軸方向位置を検出するように位置されている。
【００２４】
図４に概略的に示されているように、前記角度調整手段３は、第１及び第２の角度調整部材３ａ，３ｂを有する。これら角度調整部材３ａ，３ｂは、それぞれの下端部において、ねじなどによって前記支持基台７に結合されている。これら角度調整部材３ａ，３ｂのどちらか一方は、ジョイントもしくは枢支部材によって前記支持板１０に枢支されている。
【００２５】
これら角度調整部材３ａ、３ｂの少なくとも１つは、前記支持板１０が前記Ｘ−Ｚ平面に対して傾斜可能なように、即ち、前記測定プローブ６が前記Ｚ軸に対して所定の傾斜角で傾斜するように、前記Ｙ軸方向に平行な矢印Ｃ，Ｄに沿って、正逆方向に以下のように移動可能な構造を有する。このような移動は、前記ねじなどの機械的手段で実行されるが、モータなどの電気的な手段などによってなされてもよい。また、前記角度調整部材３ａ，３ｂは、前記支持板１０の先端部と基端部とに少なくとも１つずつ設けられ、互いに独立的に動作することが可能である。
【００２６】
具体例として、前記第１の角度調整部材３ａは、枢支ピンによって、前記支持板１０を回動可能に支持している。一方、前記第２の角度調整部材３ｂは、上部にホイールが設けられ、下部にねじが形成されている。この第２の角度調整部材３ｂは、前記ねじにより調節されて、前記支持基台７に対してＹ軸方向で変化させる。このとき、前記ホイールが前記支持板１０の下面で回転することによって、前記第２の角度調整部材３ｂは、前記支持板１０に対して自由に動くことができる。従って、これら２つの角度調整部材３ａ，３ｂは、前記支持板１０が所定の傾斜角で傾斜可能なように、互いに協働する。また、前記支持板１０は、前記ねじの調整によって、前記傾斜角で傾斜された状態に保たれている。
【００２７】
図５ないし図７には、前記角度調整手段３の変形例が示されている。図５に示された第１の変形例において、図４の先端側の前記第１の角度調整部材３ａは、Ｘ軸と平行な中心軸と円形断面とを有する枢支部材２１１により構成されている。この枢支部材２１１は、例えば、円筒状部材、もしくは球状部材などの枢支可能な部材である。また、前記第２の角度調整部材３ｂは、三角柱形状を有する傾斜付け部材２１２により構成されている。この場合、この傾斜付け部材２１２は、これの斜面が前記支持板１０に向いて挿入されている。
【００２８】
前記両部材２１１，２１２は、前記支持板１０の先端側が基端側よりも下になることができるように、互いに協働する。即ち、前記支持板１０は、前記枢支部材２１１を中心にして矢印Ｅ方向に回動可能なように、前記傾斜付け部材２１２の斜面に沿って移動可能に支持されている。
【００２９】
図５に示された第１の変形例において、前記傾斜角を変化させるために、前記傾斜付け部材２１２は、矢印Ｆ方向に移動される。そして、この傾斜付け部材２１２は、固定部材（図示せず）によって固定され、かくして、支持板１０は、前記所定の傾斜角で傾斜された状態に保たれる。
【００３０】
図６に示された第２の変形例において、図５の先端側の枢支部材２１１は、前記支持板１０と前記支持基台７とに接続された板状の弾性部材２１３により構成されている。この弾性部材２１３は、例えば板ばねなどである。また、基端側の角度調整機構２１４は、前記第２の角度調整部材３ｂと前記傾斜付け部材２１２とのどちらであってもよい。いずれの場合であっても、前記支持板１０は、前記板状の弾性部材２１３を支点にして矢印Ｇ方向に回動されるように、基端側の前記角度調整機構２１４に接続、もしくは支持されている。
【００３１】
図６に示された第２の変形例において、前記傾斜角を変化させる動作は、基本的に、図４もしくは図５に示された角度調整手段とほぼ同様である。また、引張り部材（図示せず）が、前記支持基台７と前記支持板１０との間の先端側に挿入される、並びに／もしくは突っ張り部材が、基端側に挿入されることによって、前記支持板１０は、前記傾斜角で傾斜された状態で保持される。
【００３２】
図７に示された第３の変形例において、前記角度調整手段３は、周状面もしくは球状面を有する傾斜発生部材２１５と、凹部とから構成されている。この凹部は、傾斜発生部材２１５の周状面もしくは球状面と相補的な形状を有し、また、前記支持基台７の上面に形成されている。前記傾斜角を変化させるために、前記傾斜発生部材２１５は、矢印Ｉ方向に回転される。また、傾斜固定部材２１６ａ，２１６ｂが、前記傾斜発生部材２１５の上面に当接されており、かくして、前記支持板１０は、前記傾斜角で傾斜された状態で保持されている。前記固定部材２１６ａ，２１６ｂの代わりに、ゴニオステージが使用され得る。
【００３３】
図４ないし図７に示された上記４つの形式の角度調整手段３は、適宜、組み合されてもよい。前記支持板１０は、これに取着された前記案内手段４及び位置検出素子５とが、角度調整手段３により、一体的に傾斜され得る。前記角度調整手段３は、上記記載に限定されない。
【００３４】
以上のように、前記測定プローブ６は、前記案内手段４に支持されており、前記角度調整手段３が調整されることによって、Ｚ軸方向に対して極めて微小な傾斜角で傾斜される（図２参照）。また、前記測定プローブ６は、傾斜により発生した前記触針部６ａの重力の傾斜方向成分によって、前記被測定物体２の表面に所定の接触力で接触するように位置されている。即ち、本発明に係る表面形状測定装置は、前記測定プローブ６の設定される傾斜角θに応じて接触力が比例的に変化され得るように構成されている。
【００３５】
図８は、第１の実施の形態の表面形状測定装置を制御する制御系を模式的に示しているブロック図である。この制御系は、前記表面形状測定装置全体を制御する制御手段１１を有する。この制御手段１１は、例えば、モータ、もしくは圧電アクチュエータである。この制御手段１１は、前記第１及び第２の位置検出素子５，９と、前記被測定物体２をＸ軸方向に駆動する駆動手段１２とを制御するように構成されている。また、前記制御手段１１には、後述するような演算処理を行なう演算部１３が接続されている。
【００３６】
以下に、上記構成を有する装置の動作が説明される。
【００３７】
図１及び図２から理解されるように、上記構成の装置において、前記角度調整手段３を操作することによって、前記支持板１０に取着された前記エアスライダ４に、Ｚ軸方向に対する所定の傾斜角θが与えられる。上述のように、前記エアスライダ４は、前記測定プローブ６に連動している。前記スライダ移動部４ｂは、前記触針部６ａの重力の傾斜方向成分によって、前記スライダ支持部４ａ内を矢印Ａ方向に移動する。かくして、測定プローブ６の前記触針部６ａは、前記被測定物体２の表面に接触する。被測定物体２は、限定されないが、例えば、レンズ、金型、もしくは光学素子で良い。
【００３８】
前記スライダ支持部４ａと前記スライダ移動部４ｂとの間には、エアが供給されるので、これらの間の摩擦力ｆは、供給される前記エアの粘性係数τに依存する。一般的に、前記エアの摩擦力は、通常の潤滑油の摩擦力に比べて、約１／１０００程度である。従って、前記エアスライダ４を用いる測定は、静油圧のスライダを用いる測定より微小な前記傾斜角θで実行され得る。また、エアスライダ４を用いる測定は、潤滑油に関わる構成を必要としないので、測定装置全体をコンパクトにすることができる。
【００３９】
この表面形状測定装置において、被測定物体２の表面に対する触針部６ａの接触力Ｆ_θは、この触針部６ａに働く重力の傾斜方向成分と、前記摩擦力ｆとに依存して測定される。この場合、傾斜角をθ、触針部６ａに作用する測定プローブ６の重力をＦ＝ｍｇとすると、以下の関係で示される。
【００４０】
Ｆ_θ＝Ｆ・ｓｉｎθ−ｆ＝ｍｇ・ｓｉｎθ−ｆ
第１の実施の形態においては、エアスライダが用いられ、前記摩擦力は、ｆ＝τｍｇで表される。実際には、摩擦力ｆは、非常に小さいので、無視され得る。従って、接触力は、Ｆ_θ＝ｍｇ・ｓｉｎθの式により表される。
【００４１】
実際の測定には、前記接触力Ｆ_θの他に、以下の要素が影響する。これら要素は、装置と被測定物体とのＸ軸方向の相対的な走査最大速度Ｖｍａｘと、被測定物体の面粗さＲｙと、被測定物体の走査長φと、接触最大角αｍａｘ（図９参照）とである。これら要素には、以下の関係がある。
【００４２】
Ｖｍａｘ ∝ （Ｆ_θ・φ）／（Ｒｙ・αｍａｘ）
即ち、前記接触力Ｆ_θが大きいほど、また、前記被測定物体の走査長φが大きいほど、前記走査最大速度Ｖｍａｘは大きくなる。逆に、前記面粗さＲｙが大きいほど、また、前記接触最大角αｍａｘが大きいほど、前記走査最大速度Ｖｍａｘは小さくなる。
【００４３】
また、前記走査最大速度Ｖｍａｘは、測定中に、前記支持体１並びに基台２０に与えられる振動により影響される。前記基台２０が、除振台に載置された場合、外部からの振動は、防止、もしくは軽減され得る。このために、比較的大きい走査最大速度Ｖｍａｘでの測定が可能である。
【００４４】
前記被測定物体２が、測定によって損傷され得る非常に柔軟な物質から形成されている場合、前記接触力Ｆ_θを小さくすることによって、この被測定物体が損傷しないように測定され得る。逆に、前記被測定物体２が損傷する可能性がない場合、接触力Ｆ_θを大きくすることによって、前記走査最大速度Ｖｍａｘが大きくなる。このために、前記被測定物体２の表面形状の測定時間が短縮され得る。
【００４５】
上述のように、Ｆ_θ＝ｍｇ・ｓｉｎθの関係があるので、前記走査最大速度Ｖｍａｘは、前記測定プローブ６の自重ｍに比例する。また、０＜θ＜９０°の関係があるので、前記走査最大速度Ｖｍａｘは、同様に、前記傾斜角θに比例する。即ち、前記測定プローブ６の自重ｍと前記傾斜角θとの少なくとも１つの値を大きくすることによって、大きな前記走査最大速度Ｖｍａｘの値が得られる。
【００４６】
従って、例えば、前記接触力Ｆ_θを比較的小さな値に設定するように軽い測定プローブ６が用いられている場合であっても、必要に応じて前記傾斜を大きくすることによって、瞬時に前記接触力Ｆ_θ、即ち、前記走査最大速度Ｖｍａｘを大きくすることができる。具体例として、前記測定プローブの自重ｍを３．５ｇと設定されている場合に、傾斜角θを４．９°とすることによって、３００ｍｇｆの接触力が得られる。
【００４７】
逆に、前記接触力Ｆ_θを比較的大きな値に設定するように重い測定プローブ６が用いられている場合であっても、必要に応じて前記傾斜を小さくすることによって、瞬時に前記接触力を小さくすることができ、かくして、前記被測定物体２への損傷を防止、もしくは軽減するような測定が実行され得る。具体例として、前記測定プローブの自重ｍを５００ｇと設定されている場合に、傾斜角θを０．０００５７°とすることによって、５ｍｇｆの接触力Ｆ_θが得られる。
【００４８】
前記測定プローブ６の自重ｍは、前記案内部材４と胴体部６ｂとの間におもりを装着することによって調整され得る。
【００４９】
以上のように、本発明に係る装置は、前記測定プローブ６の傾斜角θのみによって、前記接触力Ｆ_θの値が変化され得る構成を有する。このために、適当な測定が、被測定物体２の特性に瞬時に対応してなされ得る。従って、測定が効率的に行なわれ得る。
【００５０】
前記被測定物体２を支持している支持部材１は、モータや圧電アクチュエータなどの前記駆動手段１２によって、Ｘ方向に駆動される。前記測定プローブ６の触針部６ａは、前記被測定物体２の表面形状に沿ってＸ軸方向に走査する。このような動作において、触針部６ａの傾斜方向変位量ｌは、被測定物体２の表面形状深さに相当する。この前記触針部６ａの位置情報は、前記第１の位置検出素子５によって検出され得る。
【００５１】
前記触針部６ａの傾斜方向変位量ｌは、装置と前記被測定物体２との相対的変位量である。従って、これら装置と被測定物体２との少なくとも１つが相対的に移動されることによって、前記被測定物体２の表面形状データが得られる。
【００５２】
Ｘ軸方向への走査は、エアなどの気体、もしくは油などの液体を用いた精密な静圧スライドなどの案内部材（図示せず）を用いて行なわれる。この案内部材は、ＤＣモータ、サーボモータ、リニアモータ、ステッピングモータ、圧電アクチュエータ、もしくはボイスコイルモータのような駆動装置によって駆動され得る。この駆動装置により発生される振動は、以下の方法により防止される。即ち、前記駆動装置と前記第２の位置検出素子９とを分離された状態で位置されるか、電流制御による振動の少ない駆動方式が、使用される。また、外部からの振動は、以下の方法で防止される。即ち、装置全体が、除振台上に載置される。
【００５３】
上記構成において、測定値ｌは、傾斜方向での値なので、傾斜角θは、被測定物体２の実際の表面形状（表面粗さ）のデータを得るように補正されなければならない。
【００５４】
前記測定プローブ６のＺ軸方向に対する傾斜角θに関して、前記第１の位置検出素子５の測定値ｌにｃｏｓθを乗じることによって、被測定物体２の実際の表面形状の補正値Ｌが得られる。第１の実施の形態では、前記演算部１３において、Ｌ＝ｌ・ｃｏｓθの演算処理が行なわれる。前記測定値ｌは、演算により補正値Ｌに変換される。前記被測定物体２のＸ方向位置データは、前記第２の位置検出素子９によって測定される。前記補正値ＬとＸ方向位置データとは、グラフ形式でプロットされ、かくして、前記被測定物体２の表面形状が測定される。
【００５５】
上記第１の実施の形態によれば、前記角度調整手段３が調整されることによって、前記測定プローブ６の被測定物体２に対する接触力Ｆ_θは、極めて容易に調節され得る。従って、微小な接触力Ｆ_θが得られ得るので、接触式の表面形状測定装置であるにも関わらず、非接触で被測定物体２の表面形状を測定する非破壊測定に類似した効果を得ることができる。
【００５６】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態が、図１０を参照して説明される。図１０は、本発明の表面形状測定装置の第２の実施の形態を概略的に示す図である。第２の実施の形態において、第１の実施の形態と同じ部材には同じ参照符号が付されている。
【００５７】
第２の実施の形態に係る装置は、平坦な床基台２１を有し、この床基台２１上には、傾斜角度調整手段２３を介して、前記基台２０が設けられている。前記傾斜角度調整手段２３は、複数の角度調整部材２３ａ，２３ｂから構成されており、前記変形例を含む第１の実施の形態の傾斜角度調整手段３に相当する。図１０に示されている装置のその他の構成は、前記傾斜角度調整手段３が固定部材２４に代わっていることを除いて、第１の実施の形態の場合と同様である。即ち、支持基台７、支持板１０上の測定プローブ６、被測定物体２を支持する被測定物体支持体１、並びに第１及び第２の位置検出素子５，９のすべてに、水平方向に対する傾斜角θを与えることができるように構成されている。
【００５８】
第１の実施の形態の部材と同じ部材の機能は第１の実施の形態と基本的に同様である。また、測定プローブ６が被測定物体２の表面形状を測定する原理も第１の実施の形態の場合と同様である。
【００５９】
上記第２の実施の形態によれば、前記測定プローブ６と、被測定物体支持体１に支持されている前記被測定物体２とは、前記傾斜角度調整手段２３により同一の傾斜角θが与えられる。従って、本実施に形態に係る装置は、第１の実施の形態に係る装置と同様な効果が得られる。さらに、前記第１の位置検出素子５の測定値ｌに対する傾斜角θの補正が必要なくなるので、実際の表面形状データＬが、直接測定され得る。
【００６０】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態が、図１１を参照して説明される。図１１は、本発明に係る表面形状測定装置の第３の実施の形態を示す図である。この第３の実施の形態において、第１の実施の形態と同じ部材には同じ参照符号が付されている。第３の実施の形態において、この装置は、レンズ、金型、もしくは光学素子を加工する加工機上に搭載されている。
【００６１】
前記加工機は、加工機ベース２０６を有し、この加工機ベース２０６上には、Ｘ軸の移動量を検出するＸ軸位置検出素子２０４と、Ｚ軸の移動量を検出するＺ軸位置検出素子２０５とが設けられている。また、前記加工機ベース２０６上には、Ｚ軸移動部材２０３と、Ｘ軸移動部材２０２とが設けられている。このＺ軸移動部材２０３は、前記Ｚ軸位置検出素子２０５と協働するように位置されている。また、前記Ｘ軸移動部材２０２は、X軸方向に移動し、かつ、表面形状測定装置を支持している。前記Ｚ軸移動部材２０３には、被測定物体２を回転可能に支持しているワーク回転部２０１が取着されている。このワーク回転部２０１に支持された被測定物体２と、測定プローブ６とは、前記Ｘ軸移動部材２０２によって相対的にＸ軸方向に移動され、前記Ｚ軸移動部材２０３によって相対的にＺ軸方向に移動されるように位置されている。
【００６２】
上記構成を有する加工機は、前記バイト、砥石部材、もしくは研磨部材などの加工ツール(図示せず)を用いて、前記被測定物体２を所望の形状に加工する。
【００６３】
前記表面形状測定装置は、基本的な構成は、第１の実施の形態と同様である。しかし、装置は、カバー２０７によって、全体的に覆われている。このカバー２０７の先端側には、開口部(図示せず)が形成されている。装置の測定プローブ６は、この開口部を通って前記カバー２０７の外へ延出しており、この測定プローブ６の触針部６ａは、前記ワーク回転部２０１に支持された被測定物体２に接触できるように位置されている。
【００６４】
前記カバー２０７の基端側には、第１の位置検出素子５のケーブル２０８と、前記カバー２０７内を陽圧にするためのパージエア供給ホース２０９とが通っている別の開口部が形成されている。
【００６５】
第１の実施の形態と同一の部材の機能は、基本的に同様である。また、測定プローブ６が被測定物体２の表面形状を測定する原理も、第１の実施の形態の場合と同様である。
【００６６】
第３の実施の形態において、表面形状測定装置は、前記カバー２０７によって、全体的に覆われているので、前記被測定物体２の加工中に、加工液によるミスト、並びに／もしくは被加工物体の切粉などごみが附着するのを防止することができる。また、前記パージエア供給ホース２０９によって前記カバー２０７内を陽圧にすることができるので、前記ミスト、並びに／もしくはごみなどの混入が防止され得る。
【００６７】
第３の実施の形態によれば、第１の実施の形態の表面形状測定装置が、前記加工機に搭載されているので、前記加工機上での前記被測定物体２の表面形状を測定することができる。従って、表面形状の測定工程と、被測定物体２の加工工程とを交互に行なうような場合であっても、前記被測定物体２が着脱されることなく、測定・評価されることが可能である。また、前記着脱や、測定環境の変化による測定誤差を低減することを可能にしている。さらに、前記着脱にともなう表面形状測定装置の調整時間を削減することを可能にしている。
【００６８】
さらなる効果と変更とは、この分野の者にとって容易に得られるであろう。かくして、広い意味での本発明は、ここで示されかつ説明された具体的な詳細や代表的な実施の形態に規定されるものではない。従って、種々の変形が請求項並びにその均等物により規定された本発明の精神並びに範囲から逸脱しないで、可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明の表面形状測定装置の第１の実施の形態を概略的に示す図である。
【図２】 図２は、本発明の表面形状測定装置の第１の実施の形態において、測定プローブの触針部が、被測定物体の表面に所定の傾斜角で接触している状態を示す部分拡大図である。
【図３】 図３は、案内手段の構成を詳細に示す部分拡大斜視図である。
【図４】 図４は、第１の実施の形態における角度調整機構を概略的に示す図である。
【図５】 図５は、第１の実施の形態における角度調整機構の第１の変形例を概略的に示す図である。
【図６】 図６は、第１の実施の形態における角度調整機構の第２の変形例を概略的に示す図である。
【図７】 図７は、第１の実施の形態における角度調整機構の第３の変形例を概略的に示す図である。
【図８】 図８は、本発明に係る表面形状測定装置の制御系を示すブロック図である。
【図９】 図９は、被測定物体と、前記測定プローブの触針部との接触状態を示す部分拡大上面図である。
【図１０】 図１０は、本発明の表面形状測定装置の第２の実施の形態を概略的に示す図である。
【図１１】 図１１は、本発明の表面形状測定装置の第３の実施の形態を概略的に示す図である。
【図１２】 図１２は、被測定物体の表面形状を測定する装置の従来例を概略的に示す図である。

Claims (6)

1. 被測定物体（２）の表面に接触するように位置された測定プローブ（６）と、
   この測定プローブ（６）を測定プローブ（６）の軸方向に支持かつ案内するための案内手段（４）と、
   前記測定プローブ（６）が被測定物体（２）と所定の接触力で接触するように、前記案内手段（４）を水平方向に対して所定の傾斜角で傾斜させるための傾斜角調整手段（３，２３）と、
   前記測定プローブが被測定物体（２）の面を走査するように、測定プローブ（６）と被測定物体（２）との少なくとも一方を相対的に駆動するための駆動手段（１２）とを具備し、
   前記接触力が、測定プローブ（６）が傾斜されたときに発生される測定プローブ（６）の重力の傾斜方向成分から与えられ、
   前記傾斜角調整手段（３，２３）は、前記傾斜角を任意に調整可能であることを特徴とする被測定物体（２）の表面形状測定装置。
2. 前記案内手段（４）は、測定プローブ（６）を移動可能に支持しており、案内手段（４）と測定プローブ（６）との間の所定の摩擦力で測定プローブ（６）を案内するための案内機構を有し、前記摩擦力が前記測定プローブ（６）の重力の傾斜方向成分より小さい、ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記傾斜角調整手段（３，２３）は、前記測定プローブ（６）と前記被測定物体（２）との両方を、水平方向に対して所定の傾斜角で傾斜させることを特徴とする請求項１もしくは２に記載の装置。
4. 前記傾斜角は、０．０００５〜５度の範囲であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１に記載の装置。
5. 前記接触力は、５〜３００ｍｇｆの範囲であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１に記載の装置。
6. 前記被測定物体（２）は、所定の面粗さＲｙと走査長φとを有し、前記測定プローブ（６）によって、接触最大角度αｍａｘで前記所定の接触力Ｆ_θが加えられるとき、前記測定プローブ（６）が前記被測定物体（２）の表面を走査する最大速度Ｖｍａｘは、
   Ｖｍａｘ ∝ （Ｆ_θ・φ）／（Ｒｙ・αｍａｘ）
   の式で表される関係を有することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１に記載の装置。

Images