JP4972764B2

JP4972764B2 - Detector, shape measuring device, and shape measuring method

Info

Publication number: JP4972764B2
Application number: JP2006095308A
Authority: JP
Inventors: 忠晴大塚
Original assignee: Konica Minolta Advanced Layers Inc
Current assignee: Konica Minolta Advanced Layers Inc
Priority date: 2006-03-30
Filing date: 2006-03-30
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2026-03-30
Also published as: JP2007271368A

Description

本発明は、レンズその他の光学素子の表面形状等を測定するための形状測定装置用の検出器と、かかる検出器を利用した形状測定装置及び方法とに関するものである。 The present invention relates to a detector for a shape measuring device for measuring the surface shape and the like of a lens and other optical elements, and a shape measuring device and method using such a detector.

従来、ミラー面やレンズ面を有する光学素子について３次元形状(立体形状)を測定するための技術として、様々な技術が提案されてきた。例えば、被測定物の表面に対して触針を直接接触させて、その変位量を測定する接触式測定方法がある（特許文献１参照）。また、被測定物の表面にレーザ光線等を入射させて、その反射光を受光することにより表面の凹凸を測定する非接触式測定方法も提案されている（特許文献２参照）。前者の接触式測定方法は、触針を被測定物に直接接触させるので、被測定物の表面物性に依存しない。このため、接触式測定方法は、多様な被測定物に対して正確な計測が可能である。
特開平５−２０９７４１号公報特許３０４６６３５号公報 Conventionally, various techniques have been proposed as techniques for measuring a three-dimensional shape (three-dimensional shape) of an optical element having a mirror surface or a lens surface. For example, there is a contact-type measurement method in which a stylus is brought into direct contact with the surface of an object to be measured and the amount of displacement is measured (see Patent Document 1). In addition, a non-contact measurement method has been proposed in which a laser beam or the like is incident on the surface of an object to be measured and the surface irregularities are measured by receiving the reflected light (see Patent Document 2). The former contact-type measurement method does not depend on the surface physical properties of the object to be measured because the stylus is brought into direct contact with the object to be measured. For this reason, the contact-type measurement method can accurately measure various objects to be measured.
JP-A-5-209741 Japanese Patent No. 3046635

しかし、上記接触式測定方式においては、触針を被測定物に直接接触させて走査を行うので、触針を被測定物の表面形状に追従させる必要があり、形状測定の速度向上が容易でない。 However, in the contact measurement method, scanning is performed with the stylus in direct contact with the object to be measured, so the stylus needs to follow the surface shape of the object to be measured, and it is not easy to improve the shape measurement speed. .

そこで、本発明は、触針を被測定物の表面形状に追従させた高精度の測定を迅速に達成することができる形状測定装置用の検出器を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a detector for a shape measuring apparatus that can quickly achieve high-accuracy measurement in which a stylus follows the surface shape of an object to be measured.

また、本発明は、上記検出器を組み込んだ形状測定装置と、上記検出器を利用した形状測定方法とを提供することを目的とする。 Another object of the present invention is to provide a shape measuring device incorporating the detector and a shape measuring method using the detector.

上記課題を解決するため、本発明に係る形状測定装置用の検出器は、被測定物の表面に接触する接触子と、当該接触子を被測定物の表面に接触させながら相対走査させることにより前記接触子の軸方向の位置を測定して被測定物の表面形状を測定する。ここで、被測定物の表面には、表面加工に付随して周期的なうねりが形成されており、当該うねりのスカラップハイトをＡ〔ｍｍ〕として、以下の条件式
１０×１０ ^−６＜Ａ＜５０×１０ ^−６ … （２）
を満足する。うねりの周期は、前記接触子が所定の速度で移動する場合に、８０〜４００Ｈｚである。そして、本検出器は、前記接触子の被測定物に対する押圧力をＦ〔ｇｍｍ／ｓ^２〕、前記接触子の質量をｍ〔ｇ〕とした場合に、以下の条件式
１．５９＜√（Ｆ／ｍ）＜１７．８ … （１）
を満足する。 In order to solve the above-described problems, a detector for a shape measuring apparatus according to the present invention includes a contact that contacts the surface of the object to be measured and a relative scanning while the contactor is in contact with the surface of the object to be measured. The surface shape of the object to be measured is measured by measuring the position of the contact in the axial direction. Here, periodic waviness is formed on the surface of the object to be measured in association with the surface processing, and the scallop height of the waviness is A (mm), and the following conditional expression
10 × 10 ⁻⁶ <A <50 × 10 ⁻⁶ (2)
Satisfied. The waviness period is 80 to 400 Hz when the contact moves at a predetermined speed. And this detector has the following conditional expression 1.59 <√ when the pressing force of the contact against the object to be measured is F [gmm / s ² ] and the mass of the contact is m [g]. (F / m) < 17.8 (1)
Satisfied.

上記形状測定装置用の検出器では、接触子の被測定物に対する押圧力Ｆと、接触子の質量ｍとをバランスさせて、それらの比の平方根が一定範囲内に収まるようにしているので、接触子の被測定物の表面形状に対する追従性が良くなり、被測定物の表面に機械加工等に起因してうねりが形成されている場合であっても、高精度で表面形状を測定することができる。なお、値√（Ｆ／ｍ）を下限以上とすることで、接触子が相対的に重くなって応答性が悪くなることを防止でき、値√（Ｆ／ｍ）を上限以下とすることで、接触子が相対的に軽くなって安定性が低下することを防止できる。
特に測定物の表面には、表面加工に付随して周期的なうねりが形成されており、当該うねりのスカラップハイト〔ｍｍ〕を
１０×１０ ^−６＜Ａ＜５０×１０ ^−６
とすることで、スカラップハイトＡを下限程度以上に設定することができ、高精度で表面加工された被測定物を高精度で測定できる。なお、スカラップハイトＡを上記のように定めることで、１０×１０ ^−６〜５０×１０ ^−６ｍｍの凹凸に相当するうねりを対象として、被測定物の表面形状に対する接触子の追従性を良好にすることができ計測精度を高めることができる。
特にうねりの周期が、前記接触子が所定の速度で移動する場合に、８０〜４００Ｈｚである場合、８０〜４００Ｈｚの凹凸に相当するうねりを対象として、被測定物の表面形状に対する接触子の追従性を良好にすることができ計測精度を高めることができる。 In the detector for the shape measuring device, the pressing force F of the contact against the object to be measured is balanced with the mass m of the contact so that the square root of the ratio falls within a certain range. Measures the surface shape with high accuracy even when the contactor has better followability to the surface shape of the object to be measured and the surface of the object to be measured has waviness due to machining etc. Can do. In addition, by setting the value √ (F / m) to be equal to or higher than the lower limit, it is possible to prevent the contacts from becoming relatively heavy and to deteriorate the responsiveness, and by setting the value √ (F / m) to be equal to or lower than the upper limit. It is possible to prevent the contact from becoming lighter and lowering the stability.
In particular, periodic waviness is formed on the surface of the object to be measured along with the surface processing, and the scallop height (mm) of the waviness is calculated.
10 × 10 ⁻⁶ <A <50 × 10 ⁻⁶
By doing so, the scallop height A can be set to about the lower limit or more, and the object to be measured whose surface has been processed with high accuracy can be measured with high accuracy. In addition, by determining the scallop height A as described above, the followability of the contact to the surface shape of the object to be measured is good for swell corresponding to unevenness of 10 × 10 ⁻⁶ to 50 × 10 ⁻⁶ mm. Measurement accuracy can be improved.
In particular, when the swell cycle is 80 to 400 Hz when the contact moves at a predetermined speed, the contact of the contact with the surface shape of the object to be measured is targeted for the undulation corresponding to the unevenness of 80 to 400 Hz. Therefore, the measurement accuracy can be improved.

本発明の具体的な態様では、以下の条件式
１００＜Ｆ＜５００ … （３）
０．３＜ｍ＜１９８ … （４）
を満足する。ここで、接触子の押圧力Ｆを上記下限以上とすることで被測定物の表面における接触子の応答精度を高めることができ、接触子の押圧力Ｆを上記上限以下することで接触子が被測定物に作用して測定精度を劣化させることを防止できる。つまり、被測定物の表面が接触子によって変形したり傷が形成されたりする可能性を低減できる。また、接触子の質量ｍを上記下限以上とすることで被測定物の表面凹部における接触子の変位速度を高めることができ、接触子の質量ｍを上記上限以下とすることで接触子が被測定物に沿って追従しないことを防止できる。 In a specific aspect of the present invention, the following conditional expression 100 <F <500 (3)
0.3 <m <198 (4)
Satisfied. Here, by setting the pressing force F of the contactor to be equal to or higher than the lower limit, the response accuracy of the contactor on the surface of the object to be measured can be increased, and by reducing the pressing force F of the contactor to the upper limit or less, the contactor It is possible to prevent the measurement accuracy from being deteriorated by acting on the object to be measured. That is, it is possible to reduce the possibility that the surface of the object to be measured is deformed or scratched by the contact. Further, by setting the mass m of the contact to be equal to or higher than the above lower limit, the displacement speed of the contact in the surface concave portion of the object to be measured can be increased. It is possible to prevent not following the measured object.

本発明のさらに別の態様では、うねりの周期が、前記接触子が所定の速度で移動する場合に、３２０〜４００Ｈｚであり、
２０×１０ ^−６＜Ａ＜５０×１０ ^−６ … （６）
であり、
８．９９＜√（Ｆ／ｍ） … （５）
である。この場合、接触子をより高速で移動させても接触子の応答性を確保できるので、比較的大面積の被測定物を測定する際に良好な結果が得られる。
スカラップハイトＡを上記のように定めることで、２０×１０ ^−６〜５０×１０ ^−６ｍｍの凹凸に相当するうねりを対象として、被測定物の表面形状に対する接触子の追従性を良好にすることができ計測精度を高めることができる。また、３２０〜４００Ｈｚの凹凸に相当するうねりを対象として、被測定物の表面形状に対する接触子の追従性を良好にすることができ計測精度を高めることができる。
を満足する。 In still another aspect of the present invention, the period of undulation is 320 to 400 Hz when the contact moves at a predetermined speed,
20 × 10 ⁻⁶ <A <50 × 10 ⁻⁶ (6)
And
8.99 <√ (F / m) (5)
It is. In this case, even if the contact is moved at a higher speed, the responsiveness of the contact can be ensured, so that a good result can be obtained when measuring a measurement object having a relatively large area.
By determining the scallop height A as described above, the followability of the contact to the surface shape of the object to be measured is improved for swell corresponding to unevenness of 20 × 10 ⁻⁶ to 50 × 10 ⁻⁶ mm. Measurement accuracy can be increased. In addition, for the undulation corresponding to the irregularities of 320 to 400 Hz, the followability of the contact with the surface shape of the object to be measured can be improved, and the measurement accuracy can be increased.
Satisfied.

本発明のさらに別の態様では、以下の条件式
３００＜Ｆ＜５００ … （７）
０．９＜ｍ＜６．２ … （８）
を満足する。ここで、接触子の押圧力Ｆを上記下限以上とすることで被測定物の表面における接触子の応答精度を高めることができ、接触子の押圧力Ｆを上記上限以下することで接触子が被測定物に作用して測定精度を劣化させることを防止できる。また、接触子の質量ｍを上記下限以上とすることで被測定物の表面凹部における接触子の変位速度を高めることができ、接触子の質量ｍを上記上限以下とすることで接触子が被測定物に沿って追従しないことを防止できる。 In still another aspect of the present invention, the following conditional expression 300 <F <500 (7)
0.9 <m <6.2 (8)
Satisfied. Here, by setting the pressing force F of the contactor to be equal to or higher than the lower limit, the response accuracy of the contactor on the surface of the object to be measured can be increased, and by reducing the pressing force F of the contactor to the upper limit or less, the contactor It is possible to prevent the measurement accuracy from being deteriorated by acting on the object to be measured. Further, by setting the mass m of the contact to be equal to or higher than the above lower limit, the displacement speed of the contact in the surface concave portion of the object to be measured can be increased. It is possible to prevent not following the measured object.

本発明の具体的な態様では、前記接触子に設けられて検査光を反射する光検出面と、当該光検出面に検査光を照射するとともに反射光を検出する変位センサとをさらに備える。この場合、接触子の変位量を非接触でありながら高精度に計測することができ、この計測結果に基づいて、被検知体の表面の起伏等を高精度で測定することができる。 In a specific aspect of the present invention, the apparatus further includes a light detection surface that is provided on the contact and reflects the inspection light, and a displacement sensor that irradiates the light detection surface with the inspection light and detects the reflected light. In this case, the displacement amount of the contact can be measured with high accuracy while being non-contact, and the undulation of the surface of the detected object can be measured with high accuracy based on the measurement result.

本発明の形状測定装置は、上述の検出器と、被測定物を前記接触子に対し軸方向に垂直な方向に相対移動させる移動手段と、前記移動手段による被測定物の相対移動に際して被測定物の表面と前記接触子との接触によって生ずる前記接触子の軸方向の変位量を、前記変位センサの出力に基づいて算出し、被測定物の形状を測定する演算手段とを備える。 The shape measuring apparatus of the present invention includes the above-described detector, moving means for moving the object to be measured in a direction perpendicular to the axial direction with respect to the contact, and the object to be measured when the object to be measured is relatively moved by the moving means. Computation means for calculating the amount of axial displacement of the contact caused by contact between the surface of the object and the contact based on the output of the displacement sensor and measuring the shape of the object to be measured.

上記形状測定装置では、移動手段によって被測定物を接触子に対して相対移動させつつ、演算手段によって変位センサの出力から接触子の変位量を算出するので、被測定物の表面形状を一連の処理として効率的に計測することができる。 In the above shape measuring apparatus, the displacement of the contact is calculated from the output of the displacement sensor by the computing means while moving the measured object relative to the contact by the moving means. It can be efficiently measured as a process.

本発明の形状測定方法は、被測定物の表面に接触する接触子と、当該接触子を被測定物の表面に接触させながら相対走査させることにより前記接触子の軸方向の位置を測定して被測定物の表面形状を測定する。ここで、被測定物の表面には、表面加工に付随して周期的なうねりが形成されており、当該うねりのスカラップハイトをＡ〔ｍｍ〕として、以下の条件式
１０×１０ ^−６＜Ａ＜５０×１０ ^−６ … （２）
を満足する。うねりの周期は、前記接触子が所定の速度で移動する場合に、８０〜４００Ｈｚである。そして、本形状測定方法は、前記接触子の被測定物に対する押圧力をＦ〔ｇｍｍ／ｓ^２〕、前記接触子の質量をｍ〔ｇ〕とした場合に、以下の条件式
１．５９＜√（Ｆ／ｍ）＜１７．８ … （１）
を満足する。 The shape measuring method of the present invention measures the axial position of the contact by contacting the contact with the surface of the object to be measured and performing relative scanning while contacting the contact with the surface of the object to be measured. Measure the surface shape of the object to be measured. Here, periodic waviness is formed on the surface of the object to be measured in association with the surface processing, and the scallop height of the waviness is A (mm), and the following conditional expression
10 × 10 ⁻⁶ <A <50 × 10 ⁻⁶ (2)
Satisfied. The waviness period is 80 to 400 Hz when the contact moves at a predetermined speed. And this shape measuring method has the following conditional expression 1.59 <, where the pressing force of the contact against the object to be measured is F [gmm / s ² ] and the mass of the contact is m [g]. √ (F / m) < 17.8 (1)
Satisfied.

上記形状測定方法では、接触子の被測定物に対する押圧力Ｆと、接触子の質量ｍとをバランスさせて、それらの比の平方根が一定範囲内に収まるようにしているので、接触子の被測定物の表面形状に対する追従性が良くなり、被測定物の表面に機械加工等に起因してうねりが形成されている場合であっても、高精度で表面形状を測定することができる。 In the above shape measuring method, the pressing force F of the contact against the object to be measured and the mass m of the contact are balanced so that the square root of the ratio falls within a certain range. The followability to the surface shape of the object to be measured is improved, and the surface shape can be measured with high accuracy even when the surface of the object to be measured is wavy due to machining or the like.

以下、本発明の一実施形態である形状測定装置用の検出器を、図面に基づき具体的に説明する。 Hereinafter, a detector for a shape measuring apparatus according to an embodiment of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.

図１は、実施形態の検出器１０の正面図であり、図２は、図１に示す検出器１０の要部を説明する側方拡大断面図である。 FIG. 1 is a front view of a detector 10 according to the embodiment, and FIG. 2 is an enlarged side sectional view for explaining a main part of the detector 10 shown in FIG.

検出器１０は、本体側のプローブ装置１０Ａと、プローブ装置１０Ａの可動部の変位を検出するレーザ干渉計１０Ｂとを備える。ここで、プローブ装置１０Ａは、外枠体であるシリンダブロック２と、軸状部材であるロッド部材３と、支持体４とを備える。 The detector 10 includes a probe device 10A on the main body side and a laser interferometer 10B that detects displacement of a movable portion of the probe device 10A. Here, the probe apparatus 10 A includes a cylinder block 2 that is an outer frame, a rod member 3 that is an axial member, and a support 4.

プローブ装置１０Ａにおいて、シリンダブロック２は、支持体４に固定されて安定した状態で支持されている。シリンダブロック２は、ロッド部材３をその軸方向が鉛直方向すなわちＺ方向に延びるように保持する部分であり、図２に示すように中心にロッド挿通孔２１を有している。ロッド挿通孔２１は、断面略矩形状であって、シリンダブロック２が延びるべきＺ方向に沿って延びている。このロッド挿通孔２１は、Ｚ方向に貫通しており、シリンダブロック２の上下両端面の中央部にて開口している。 In the probe apparatus 10A, the cylinder block 2 is fixed to the support body 4 and supported in a stable state. The cylinder block 2 is a portion that holds the rod member 3 such that its axial direction extends in the vertical direction, that is, the Z direction, and has a rod insertion hole 21 at the center as shown in FIG. The rod insertion hole 21 has a substantially rectangular cross section and extends along the Z direction in which the cylinder block 2 should extend. The rod insertion hole 21 penetrates in the Z direction and opens at the center of the upper and lower end faces of the cylinder block 2.

ロッド部材３は、被測定物或いは被検知体であるワークＷの表面形状に追従して±Ｚ方向に昇降する部分すなわち接触子であり、シリンダブロック２に設けたロッド挿通孔２１に挿通されて、その軸方向であるＺ方向に変位可能となっている。ロッド部材３の一端部である下端部３１は、ロッド挿通孔２１の下端面側の開口から下側に突出しており、ロッド部材３の上端部３３は、ロッド挿通孔２１の上端面側の開口から上側に突出している。なお、ロッド部材３は、四角柱状の軸状部材ＢＤの上下方向に関する両端部３１，３３に、後述するプローブ本体３５とミラー部材３６とをそれぞれ設けたものである。軸状部材ＢＤは、例えば低膨張係数で軽量なセラミック材料等によって一体的に形成される。 The rod member 3 is a portion that moves up and down in the ± Z direction following the surface shape of the workpiece W that is the object to be measured or the detected object, that is, a contact, and is inserted into a rod insertion hole 21 provided in the cylinder block 2. It is possible to displace in the Z direction which is the axial direction. The lower end portion 31 which is one end portion of the rod member 3 protrudes downward from the opening on the lower end surface side of the rod insertion hole 21, and the upper end portion 33 of the rod member 3 is the opening on the upper end surface side of the rod insertion hole 21. Protrudes upward from the top. In addition, the rod member 3 is provided with a probe main body 35 and a mirror member 36, which will be described later, at both end portions 31 and 33 in the vertical direction of the quadrangular columnar shaft member BD. The shaft-shaped member BD is integrally formed of, for example, a low-expansion coefficient and a lightweight ceramic material.

ロッド部材３の下端部３１から突起するプローブ本体３５の先端には、ルビー、ダイヤモンド又は鋼材等からなる球状の接触部３５ａが固着されている。接触部３５ａは、被測定物であるワークＷに接触するための接触体となっており、軸状部材ＢＤとともにＺ方向に変位可能となっている。このような接触部３５ａを設けることにより、プローブ本体３５によってワークＷ表面が傷つけられる可能性を低減でき、かつ、プローブ本体３５をワークＷ表面に安定して接触させることができる。なお、接触部３５ａは、プローブ本体３５とともに交換可能になっている。つまり、プローブ本体３５の上部には例えば雄ネジ３５ｃが形成されており、下端部３１の下部には例えば雌ネジ３５ｄが形成されており、下端部３１に対して複数種類のプローブ本体３５を着脱可能に取り付けることができる。つまり、ワークＷの形成材料や表面形状に応じて複数種類のプローブ本体３５を使い分けることができ、接触部３５ａの材料や形状を適宜変更することができる。 A spherical contact portion 35 a made of ruby, diamond, steel, or the like is fixed to the tip of the probe main body 35 protruding from the lower end portion 31 of the rod member 3. The contact portion 35a is a contact body for making contact with the workpiece W, which is an object to be measured, and can be displaced in the Z direction together with the shaft-shaped member BD. By providing such a contact portion 35a, the possibility that the surface of the workpiece W is damaged by the probe main body 35 can be reduced, and the probe main body 35 can be stably brought into contact with the surface of the workpiece W. The contact portion 35a can be exchanged together with the probe main body 35. That is, for example, a male screw 35 c is formed on the upper portion of the probe main body 35, and a female screw 35 d is formed on the lower portion of the lower end portion 31. For example, a plurality of types of probe main bodies 35 are attached to and detached from the lower end portion 31. Can be attached as possible. That is, a plurality of types of probe main bodies 35 can be used properly according to the forming material and surface shape of the workpiece W, and the material and shape of the contact portion 35a can be appropriately changed.

ロッド部材３の上端部３３に固定された被測定部であるＺミラー部材３６の上面は、ＸＹ面内に延びる鏡面であり、ロッド部材３のＺ方向の変位を検出するための光検出面すなわちＺミラー３６ａとなっている。このＺミラー３６ａは、上方に設けた変位センサすなわち光照射手段としてのレーザ干渉計１０Ｂ（図１参照）からの検出光ＭＬを反射するので、レーザ干渉計１０Ｂでは、反射光ＲＬに基づいてロッド部材３の変位量を算出することができる。 The upper surface of the Z mirror member 36 which is a measurement target fixed to the upper end portion 33 of the rod member 3 is a mirror surface extending in the XY plane, that is, a light detection surface for detecting the displacement of the rod member 3 in the Z direction. A Z mirror 36a is provided. Since the Z mirror 36a reflects the detection light ML from the displacement sensor provided above, that is, the laser interferometer 10B (see FIG. 1) as the light irradiation means, the laser interferometer 10B uses the rod based on the reflected light RL. The displacement amount of the member 3 can be calculated.

ロッド部材３の側面３ａには、鉛直上方の＋Ｚ方向に浮上力を作用させる部分として、段差部３９が形成されている。この段差部３９は、プローブ本体３５側すなわち鉛直方向下方に面するように形成された応力発生面３９ａを有する。この応力発生面３９ａは、後に詳述するように、ロッド部材３の自重を少なくとも部分的に解消する鉛直方向上方の推力（浮上力）をロッド部材３にもたらす役割を果たす。段差部３９によってロッド部材３に対して付与される鉛直方向上方の推力により、ロッド部材３の自重を相殺した中吊り状態にでき、さらに、ロッド部材３が鉛直方向下方に降下しようとする力を調節することができる。これにより、ロッド部材３下端の接触部３５ａをワークＷ表面に対して任意の力で接触させることができる。 A stepped portion 39 is formed on the side surface 3a of the rod member 3 as a portion for applying a levitation force in the + Z direction vertically above. This stepped portion 39 has a stress generating surface 39a formed so as to face the probe main body 35 side, that is, downward in the vertical direction. As will be described later in detail, the stress generating surface 39a plays a role of causing the rod member 3 to provide a thrust (levitation force) upward in the vertical direction that at least partially eliminates the weight of the rod member 3. Due to the vertical upward thrust applied to the rod member 3 by the stepped portion 39, the rod member 3 can be placed in a suspended state in which the weight of the rod member 3 is offset, and further the force that the rod member 3 attempts to descend downward in the vertical direction. Can be adjusted. Thereby, the contact part 35a of the rod member 3 lower end can be made to contact with the workpiece | work W surface with arbitrary forces.

シリンダブロック２に形成されたロッド挿通孔２１の内壁面２１ａにおける上側部分には、この内壁面２１ａに沿って多孔質体からなる上側軸受部材２３が設けられている。また、ロッド挿通孔２１の内壁面２１ａにおける下側部分には、この内壁面２１ａに沿って多孔質体からなる下側軸受部材２４が設けられている。 An upper bearing member 23 made of a porous body is provided along the inner wall surface 21 a at the upper portion of the inner wall surface 21 a of the rod insertion hole 21 formed in the cylinder block 2. In addition, a lower bearing member 24 made of a porous body is provided along the inner wall surface 21 a at the lower portion of the inner wall surface 21 a of the rod insertion hole 21.

シリンダブロック２の外側面には給気ポート２６が形成されている。この給気ポート２６は、軸受け部である上側軸受部材２３及び下側軸受部材２４を介してロッド挿通孔２１の内壁面２１ａに連通しており、エア供給源Ｐからの加圧エアが配管Ｌ１を介して直接的に供給される。結果的に、エア供給源Ｐからの加圧エアは、上側軸受部材２３や下側軸受部材２４を通り抜けて外表面に達し、ロッド部材３の側面３ａに向けて噴出される。両軸受部材２３，２４から噴出された加圧エアの静圧により、ロッド部材３がシリンダブロック２のロッド挿通孔２１に対して上下の適所にて非接触で支持される。つまり、両軸受部材２３，２４は、静圧スラスト軸受として機能している。 An air supply port 26 is formed on the outer surface of the cylinder block 2. The air supply port 26 communicates with the inner wall surface 21a of the rod insertion hole 21 via the upper bearing member 23 and the lower bearing member 24 which are bearings, and the pressurized air from the air supply source P is connected to the pipe L1. It is supplied directly via. As a result, the pressurized air from the air supply source P passes through the upper bearing member 23 and the lower bearing member 24, reaches the outer surface, and is ejected toward the side surface 3 a of the rod member 3. The rod member 3 is supported by the static pressure of the pressurized air ejected from the bearing members 23 and 24 in a non-contact manner at appropriate positions above and below the rod insertion hole 21 of the cylinder block 2. That is, both bearing members 23 and 24 function as a static pressure thrust bearing.

上側軸受部材２３と下側軸受部材２４との間であって、ロッド部材３の段差部３９の下側には、圧力作用室２７が形成されている。この圧力作用室２７は、ロッド挿通孔２１にロッド部材３を挿通した場合に、ロッド挿通孔２１の内壁面２１ａとロッド部材３の側面３ａや応力発生面３９ａとの間に挟まれた半気密状態の空間となる。 A pressure acting chamber 27 is formed between the upper bearing member 23 and the lower bearing member 24 and below the step portion 39 of the rod member 3. When the rod member 3 is inserted into the rod insertion hole 21, the pressure acting chamber 27 is a semi-airtight structure sandwiched between the inner wall surface 21 a of the rod insertion hole 21 and the side surface 3 a of the rod member 3 or the stress generation surface 39 a. It becomes a space of state.

シリンダブロック２の外側面の中段上側には、推力ポート２８が形成されている。この推力ポート２８は、ロッド挿通孔２１内壁側の圧力作用室２７に連通しており、エア供給源Ｐからの加圧エアは、配管Ｌ２及び超精密レギュレータＲ２を介して圧力作用室２７に供給される。推力ポート２８への制御エアの供給圧力は、例えば配管Ｌ２の経路上に設けた圧力センサＰＳによって監視されており、圧力センサＰＳの検出結果は、軸方向浮上手段であり圧力制御弁を内蔵する超精密レギュレータＲ２にフィードバックされる。つまり、圧力作用室２７の気圧は、超精密レギュレータＲ２によって高精度に調整可能であり、不図示の制御装置によって遠隔的に制御される。以上説明した圧力作用室２７、推力ポート２８、圧力センサＰＳ、及び超精密レギュレータＲ２は、ロッド部材３に対して鉛直方向上方に付勢力を与える付勢手段として機能する。ここで、超精密レギュレータＲ２の圧力分解能は、例えば０．０２〜０．１０ｋＰａ程度に設定される。 A thrust port 28 is formed on the upper middle of the outer surface of the cylinder block 2. The thrust port 28 communicates with the pressure action chamber 27 on the inner wall side of the rod insertion hole 21. Pressurized air from the air supply source P is supplied to the pressure action chamber 27 via the pipe L2 and the ultraprecision regulator R2. Is done. The supply pressure of the control air to the thrust port 28 is monitored by, for example, a pressure sensor PS provided on the path of the pipe L2, and the detection result of the pressure sensor PS is an axial levitation means and incorporates a pressure control valve. It is fed back to the ultraprecision regulator R2. That is, the atmospheric pressure in the pressure working chamber 27 can be adjusted with high precision by the ultraprecision regulator R2, and is remotely controlled by a control device (not shown). The pressure action chamber 27, the thrust port 28, the pressure sensor PS, and the ultraprecision regulator R 2 described above function as a biasing unit that applies a biasing force to the rod member 3 in the vertical direction. Here, the pressure resolution of the ultraprecision regulator R2 is set to about 0.02 to 0.10 kPa, for example.

以上のような超精密レギュレータＲ２によって推力ポート２８に制御エアが供給された場合、段差部３９の応力発生面３９ａに対して制御エアが作用する。つまり、推力ポート２８からの制御エアによって、ロッド部材３に対して根元側の＋Ｚ方向に押し出す推力すなわち浮上力が与えられる。ここで、段差部３９の段差面積である応力発生面３９ａの面積は、加圧エアの圧力に対応して必要とする浮上力を生じさせることができるようになっているので、超精密レギュレータＲ２から供給される加圧エアの気圧を制御することによって、ロッド部材３の自重を解消するような鉛直方向上方の推力すなわち浮上力をロッド部材３に付与することができる。さらに、超精密レギュレータＲ２から供給される加圧エアの気圧値を調整することによって、段差部３９によってロッド部材３に与えられる浮上力が変化するので、ロッド部材３下端の接触部３５ａをワークＷ表面に対して任意の押圧力で接触させることができる。 When the control air is supplied to the thrust port 28 by the ultraprecision regulator R2 as described above, the control air acts on the stress generation surface 39a of the step portion 39. That is, the thrust that pushes in the + Z direction on the root side, that is, the floating force, is applied to the rod member 3 by the control air from the thrust port 28. Here, the area of the stress generating surface 39a, which is the step area of the stepped portion 39, can generate the necessary levitation force corresponding to the pressure of the pressurized air, so that the super-precision regulator R2 By controlling the pressure of the pressurized air supplied from above, it is possible to apply a vertical upward thrust force that lifts the weight of the rod member 3, that is, a lifting force, to the rod member 3. Further, by adjusting the pressure value of the pressurized air supplied from the ultraprecision regulator R2, the levitation force applied to the rod member 3 by the step portion 39 changes, so that the contact portion 35a at the lower end of the rod member 3 is moved to the workpiece W. The surface can be brought into contact with any pressing force.

図１に戻って、プローブ装置１０Ａの上方に配置されたレーザ干渉計１０Ｂは、図示を省略するが、レーザ光源、干渉用光学系、センサ等からなる公知の構造を有している。レーザ干渉計１０Ｂからのレーザ光すなわち検出光ＭＬは、ロッド部材３の上端部に設けられたＺミラー部材３６のＺミラー３６ａに向けて照射されるようになっており、Ｚミラー３６ａからの戻り光である反射光ＲＬは、レーザ干渉計１０Ｂの方向に反射されてレーザ干渉計１０Ｂで検出されるようになっている。レーザ干渉計１０Ｂでは、反射光ＲＬの位相変化に基づいてロッド部材３のＺ方向の変位量を算出することができる。 Returning to FIG. 1, the laser interferometer 10 B disposed above the probe device 10 A has a known structure including a laser light source, an interference optical system, a sensor, and the like, although not shown. Laser light, that is, detection light ML from the laser interferometer 10B is irradiated toward the Z mirror 36a of the Z mirror member 36 provided at the upper end of the rod member 3, and returns from the Z mirror 36a. The reflected light RL, which is light, is reflected in the direction of the laser interferometer 10B and is detected by the laser interferometer 10B. In the laser interferometer 10B, the displacement amount in the Z direction of the rod member 3 can be calculated based on the phase change of the reflected light RL.

この検出器１０では、エア供給源Ｐから供給される加圧エアによって、ロッド部材３が、ロッド挿通孔２１内の軸受部材２３，２４に対して非接触で支持される。また、エア供給源Ｐから推力ポート２８を介して圧力作用室２７に供給される制御エアによって、ロッド部材３に対して鉛直方向上方すなわち＋Ｚ方向に任意の浮上力（推力）が付与される。結果的に、ロッド部材３は、シリンダブロック２内でほとんど浮いた状態で−Ｚ方向にわずかに付勢された状態となる。この状態で、ワークＷの表面にロッド部材３の下端に設けた接触部３５ａを接触させ、プローブ装置１０ＡをワークＷに対してＸＹ面内で相対的に走査させることにより、ロッド部材３は、ワークＷの表面形状に沿って±Ｚ方向に変位する。プローブ装置１０ＡのＸＹ走査に際しては、圧力作用室２７に供給する制御エアの調整により、ワークＷの表面に対する接触部３５ａの接触圧すなわち押圧力が適正値で一定となるように制御される。そして、プローブ装置１０ＡのＸＹ走査と並行して、レーザ干渉計１０Ｂからのレーザ光がＺミラー３６ａに向けて照射され、ロッド部材３のＺ方向の変位量が算出される。このＺ変位量に基づいてワークＷの立体形状が計測される。
なお、シリンダブロック２の例えば上端部には、差動センサ（不図示）が設けられている。この差動センサは、シリンダブロック２中の基準位置からロッド部材３が変位した方向を検出するためのものである。これにより、シリンダブロック２中でロッド部材３が上昇した場合、例えばＨ信号が出力され、これに応じてシリンダブロック２全体を不図示の機構によって緩やかに上昇させることができ、ロッド部材３を基準位置に戻すことが可能になる。逆に、シリンダブロック２中でロッド部材３が降下した場合、例えばＬ信号が出力され、これに応じてシリンダブロック２を不図示の機構によって緩やかに上昇させてロッド部材３を基準位置に戻すことが可能になる。つまり、シリンダブロック２に対するロッド部材３の位置を略一定に保ちつつプローブ装置１０Ａを全体として±Ｚ方向に昇降させることができる。 In the detector 10, the rod member 3 is supported by the pressurized air supplied from the air supply source P in a non-contact manner with respect to the bearing members 23 and 24 in the rod insertion hole 21. Further, by the control air supplied from the air supply source P to the pressure acting chamber 27 via the thrust port 28, an arbitrary levitation force (thrust) is applied to the rod member 3 in the vertical direction, that is, in the + Z direction. As a result, the rod member 3 is slightly biased in the −Z direction while almost floating in the cylinder block 2. In this state, the contact member 35a provided at the lower end of the rod member 3 is brought into contact with the surface of the workpiece W, and the probe device 10A is scanned relative to the workpiece W in the XY plane. It is displaced in the ± Z direction along the surface shape of the workpiece W. When the probe apparatus 10A performs XY scanning, the control air supplied to the pressure working chamber 27 is adjusted so that the contact pressure of the contact portion 35a with respect to the surface of the workpiece W, that is, the pressing force is constant at an appropriate value. In parallel with the XY scanning of the probe device 10A, the laser beam from the laser interferometer 10B is irradiated toward the Z mirror 36a, and the displacement amount of the rod member 3 in the Z direction is calculated. Based on this Z displacement amount, the three-dimensional shape of the workpiece W is measured.
A differential sensor (not shown) is provided at the upper end of the cylinder block 2, for example. This differential sensor is for detecting the direction in which the rod member 3 is displaced from the reference position in the cylinder block 2. As a result, when the rod member 3 rises in the cylinder block 2, for example, an H signal is output, and the entire cylinder block 2 can be gently raised by a mechanism (not shown) accordingly, It becomes possible to return to the position. On the contrary, when the rod member 3 is lowered in the cylinder block 2, for example, an L signal is output, and the cylinder block 2 is gently raised by a mechanism (not shown) in accordance with this to return the rod member 3 to the reference position. Is possible. That is, the probe apparatus 10A can be moved up and down in the ± Z direction as a whole while keeping the position of the rod member 3 with respect to the cylinder block 2 substantially constant.

以下、接触部３５ａに付与する押圧力等の設定について説明する。ワークＷが高精度のレンズ等である場合、形状計測のドリフトを低減する観点や、スループット向上の観点から、計測時間を短くする必要があり、実用上は、１０〜２０分程度以内に計測を完了することが望まれる。一方で、高速処理のためＸＹ走査を速くした場合、ロッド部材３や接触部３５ａがワークＷの表面形状に十分追従しなくなり、或いはワークＷの表面にダメージを与える。このため、接触部３５ａの走査速度を例えば２〜１０ｍｍ／ｓ程度にすることで、ドリフトを低減しつつ測定の信頼性を確保できることが分かっている。 Hereinafter, the setting of the pressing force applied to the contact portion 35a will be described. When the workpiece W is a high-precision lens or the like, it is necessary to shorten the measurement time from the viewpoint of reducing the drift of shape measurement and improving the throughput. In practice, the measurement is performed within about 10 to 20 minutes. It is desirable to complete. On the other hand, when the XY scanning is accelerated due to the high-speed processing, the rod member 3 and the contact portion 35a do not sufficiently follow the surface shape of the workpiece W or damage the surface of the workpiece W. For this reason, it is known that the reliability of the measurement can be ensured while reducing the drift by setting the scanning speed of the contact portion 35a to about 2 to 10 mm / s, for example.

以上のような走査速度２〜１０ｍｍ／ｓは、ワークＷの表面形状が比較的平坦であることを前提としているが、実際のワークＷの表面には、うねりと呼ばれる周期的な微細パターンが形成されている。つまり、振動切削等の機械加工によって形成されたワークＷ、或いは振動切削等の機械加工によって形成された金型によって成形されたワークＷの表面には、一定周期のうねりが形成される。このようなうねりは、例えばスカラップハイトと呼ばれる段差や振幅として表現することができ、このようなうねりに追従可能な接触部３５ａによって計測を行う必要がある。 The above scanning speed of 2 to 10 mm / s is based on the premise that the surface shape of the workpiece W is relatively flat, but a periodic fine pattern called undulation is formed on the actual surface of the workpiece W. Has been. That is, undulations having a constant period are formed on the surface of the workpiece W formed by machining such as vibration cutting or the workpiece W formed by a mold formed by machining such as vibration cutting. Such swell can be expressed as, for example, a step or amplitude called a scallop height, and it is necessary to perform measurement by the contact portion 35a that can follow such swell.

ワークＷの表面に形成されるうねりの距離周期すなわちピッチは、２５μｍ程度であり、接触部３５ａの走査速度を２〜１０ｍｍ／ｓとした場合、接触部３５ａを走査した場合の振動数は、８０〜４００Ｈｚ程度となる。つまり、接触部３５ａとこれを支持するロッド部材３とを含めた接触子は、８０〜４００Ｈｚの追従周波数を有する必要がある。なお、ワークＷの表面に形成されるうねりのうち計測の対象となるスカラップハイトＡ〔ｍｍ〕は、通常の用途では、例えば
１０×１０^−６＜Ａ＜５０×１０^−６ … （２）
の範囲に設定される。つまり、接触部３５ａ及びロッド部材３からなる接触子は、スカラップハイトＡに対応する振幅で振動する必要がある。 The distance period of the undulations formed on the surface of the workpiece W, that is, the pitch is about 25 μm, and when the scanning speed of the contact portion 35a is 2 to 10 mm / s, the frequency when the contact portion 35a is scanned is 80 ˜400 Hz. That is, the contact including the contact portion 35a and the rod member 3 that supports the contact portion 35a needs to have a follow-up frequency of 80 to 400 Hz. Note that the scallop height A [mm] to be measured among the undulations formed on the surface of the workpiece W is, for example, 10 × 10 ⁻⁶ <A <50 × 10 ⁻⁶ (2) in a normal application.
Is set in the range. That is, the contact composed of the contact portion 35a and the rod member 3 needs to vibrate with an amplitude corresponding to the scallop height A.

以上から明らかなように、接触部３５ａ及びロッド部材３からなる接触子は、一種の振動子であり、接触子のワークＷ表面に対する押圧力をＦ〔ｇｍｍ／ｓ^２〕、接触子の質量をｍ〔ｇ〕とした場合、その追従周波数ｆは、一般に
ｆ＝（１／２π）×√〔Ｆ／（ｍ×Ａ）〕 … （１１）
で与えられる。ここで、押圧力Ｆは、ｇ値に１０×１０^３〔ｍｍ／ｓ^２〕を掛けて得られるものである。以上の式（１１）に基づいて、Ａ＝１０ｎｍ〜５０ｎｍ、ｆ＝８０〜４００Ｈｚを前提として、以下の条件式
１．５９＜√（Ｆ／ｍ）＜１７．８ … （１）
を満足するように、接触部３５ａに付与する押圧力Ｆと、接触部３５ａ及びロッド部材３の質量ｍとを設定するならば、押圧力Ｆと、質量ｍとをバランスさせているので、接触部３５ａのワークＷ表面に対する追従性が良くなり、ワークＷ表面に上記うねりが形成されている場合であっても、高精度で表面形状を測定することができる。なお、値√（Ｆ／ｍ）を下限以上とすることで、接触子が相対的に重くなって応答性が悪くなることを防止でき、値√（Ｆ／ｍ）を上限以下とすることで、接触子が相対的に軽くなって安定性が低下することを防止できる。 As apparent from the above, the contact composed of the contact portion 35a and the rod member 3 is a kind of vibrator, and the pressing force of the contact against the surface of the workpiece W is F [gmm / s ² ], and the mass of the contact is determined. When m [g] is assumed, the follow-up frequency f is generally f = (1 / 2π) × √ [F / (m × A)] (11)
Given in. Here, the pressing force F is obtained by multiplying the g value by 10 × 10 ³ [mm / s ² ]. Based on the above equation (11), assuming that A = 10 nm to 50 nm and f = 80 to 400 Hz, the following conditional expression 1.59 <√ (F / m) < 17.8 (1)
If the pressing force F applied to the contact portion 35a and the mass m of the contact portion 35a and the rod member 3 are set so as to satisfy the above, the pressing force F and the mass m are balanced. The followability of the part 35a to the surface of the work W is improved, and the surface shape can be measured with high accuracy even when the undulation is formed on the surface of the work W. In addition, by setting the value √ (F / m) to be equal to or higher than the lower limit, it is possible to prevent the contacts from becoming relatively heavy and to deteriorate the responsiveness, and by setting the value √ (F / m) to be equal to or lower than the upper limit. It is possible to prevent the contact from becoming lighter and lowering the stability.

具体的実施例において、押圧力Ｆは、以下の条件式
１００＜Ｆ＜５００ … （３）
を満足するような範囲、すなわち１０ｍｇｆ〜５０ｍｇｆの範囲とした。この際、接触部３５ａ及びロッド部材３を合わせた質量ｍは、以下の条件式
０．３＜ｍ＜１９８ … （４）
を満足するような範囲、すなわち０．３ｇ〜１９８ｇの範囲とした。 In a specific embodiment, the pressing force F is expressed by the following conditional expression 100 <F <500 (3)
In the range satisfying the above-mentioned conditions, that is, the range of 10 mgf to 50 mgf. Under the present circumstances, the mass m which put together the contact part 35a and the rod member 3 is the following conditional expression 0.3 <m <198 ... (4)
In other words, the range satisfies 0.3, that is, the range of 0.3 g to 198 g.

以上は、ワークＷの表面積があまり大きくない場合であったが、ワークＷの表面積が比較的大きくなると、多少追従性を犠牲にしても走査速度を速くする必要がある。このため、接触部３５ａの走査速度を例えば８〜１０ｍｍ／ｓ程度にすることで、ドリフトを低減しつつ測定精度を確保する。 The above is a case where the surface area of the workpiece W is not so large. However, if the surface area of the workpiece W is relatively large, it is necessary to increase the scanning speed even if the followability is somewhat sacrificed. For this reason, the measurement accuracy is ensured while reducing the drift by setting the scanning speed of the contact portion 35a to about 8 to 10 mm / s, for example.

この場合も、ワークＷの表面に形成されるうねりの距離周期すなわちピッチが２５μｍ程度であるとすると、走査速度を８〜１０ｍｍ／ｓとした場合、接触部３５ａを走査した場合の振動数は、３２０〜４００Ｈｚ程度となる。つまり、接触部３５ａとこれを支持するロッド部材３とを含めた接触子は、３２０〜４００Ｈｚの追従周波数を有する必要がある。なお、ワークＷの表面に形成されるうねりのうち計測の対象となるスカラップハイトＡ〔ｍｍ〕は、以下の条件式
２０×１０^−６＜Ａ＜５０×１０^−６ … （６）
の範囲に設定される。ここでは、走査速度を重視する観点からスカラップハイトＡの検出下限を緩くして１０ｎｍから２０ｎｍに増加させている。この場合、接触部３５ａ及びロッド部材３からなる接触子は、スカラップハイトＡ＝２０〜５０ｎｍに対応する振幅で振動する必要がある。 Also in this case, assuming that the distance period of the undulation formed on the surface of the workpiece W, that is, the pitch is about 25 μm, when the scanning speed is 8 to 10 mm / s, the frequency when the contact portion 35a is scanned is It is about 320 to 400 Hz. That is, the contact including the contact portion 35a and the rod member 3 that supports the contact portion 35a needs to have a follow-up frequency of 320 to 400 Hz. Of the swells formed on the surface of the workpiece W, the scallop height A [mm] to be measured is the following conditional expression 20 × 10 ⁻⁶ <A <50 × 10 ⁻⁶ (6)
Is set in the range. Here, from the viewpoint of emphasizing the scanning speed, the detection limit of scallop height A is relaxed and increased from 10 nm to 20 nm. In this case, the contact composed of the contact portion 35a and the rod member 3 needs to vibrate with an amplitude corresponding to scallop height A = 20 to 50 nm.

ここで、上記式（１１）に基づいて、Ａ＝２０ｎｍ〜５０ｎｍ、ｆ＝３２０〜４００Ｈｚを前提として、以下の条件式
８．９９＜√（Ｆ／ｍ）＜１７．８ … （９）
を満足するように、接触部３５ａに付与する押圧力Ｆと、接触部３５ａ及びロッド部材３の質量ｍとを設定するならば、押圧力Ｆと、質量ｍとをバランスさせているので、接触部３５ａのワークＷ表面に対する追従性が良くなり、ワークＷ表面に上記うねりが形成されている場合であっても、高精度で表面形状を測定することができる。なお、値√（Ｆ／ｍ）を下限以上とすることで、接触子が相対的に重くなって応答性が悪くなることを確実に防止でき、値√（Ｆ／ｍ）を上限以下とすることで、接触子が相対的に軽くなって安定性が低下することを防止できる。

Here, based on the above equation (11), assuming that A = 20 nm to 50 nm and f = 320 to 400 Hz, the following conditional expression 8.99 <√ (F / m) < 17.8 (9)
If the pressing force F applied to the contact portion 35a and the mass m of the contact portion 35a and the rod member 3 are set so as to satisfy the above, the pressing force F and the mass m are balanced. The followability of the part 35a to the surface of the work W is improved, and the surface shape can be measured with high accuracy even when the undulation is formed on the surface of the work W. In addition, by setting the value √ (F / m) to be equal to or higher than the lower limit, it is possible to surely prevent the contacts from becoming relatively heavy and to deteriorate the responsiveness, and to make the value √ (F / m) equal to or lower than the upper limit. Thus, it is possible to prevent the contact from becoming relatively light and deteriorating in stability.

具体的実施例において、押圧力Ｆは、以下の条件式
３００＜Ｆ＜５００ … （７）
を満足するような範囲、すなわち３０ｍｇｆ〜５０ｍｇｆの範囲とした。この際、接触部３５ａ及びロッド部材３を合わせた質量ｍは、以下の条件式
０．９＜ｍ＜６．２ … （８）
を満足するような範囲、すなわち０．９ｇ〜６．２ｇの範囲とした。 In a specific embodiment, the pressing force F is expressed by the following conditional expression 300 <F <500 (7)
In the range satisfying the above, that is, the range of 30 mgf to 50 mgf. At this time, the combined mass m of the contact portion 35a and the rod member 3 is the following conditional expression 0.9 <m <6.2 (8)
In the range satisfying the above-mentioned, that is, the range of 0.9 g to 6.2 g.

図３（ａ）及び３（ｂ）は、図１に示す検出器１０を変位両検出手段として組み込んだ形状測定装置１００の構造を説明する正面図及び側面図である。この形状測定装置１００は、定盤８１上に、ＸＹステージ装置８２と、Ｚ駆動装置８４とを固定した構造を有する。ＸＹステージ装置８２やＺ駆動装置８４等の動作は、演算手段としての制御装置９９によって制御されている。 FIGS. 3A and 3B are a front view and a side view for explaining the structure of the shape measuring apparatus 100 in which the detector 10 shown in FIG. 1 is incorporated as both displacement detecting means. This shape measuring apparatus 100 has a structure in which an XY stage device 82 and a Z driving device 84 are fixed on a surface plate 81. The operations of the XY stage device 82, the Z drive device 84, and the like are controlled by a control device 99 as a calculation means.

ＸＹステージ装置８２は、移動手段であり、制御装置９９の制御下で図示を省略する駆動制御部に駆動されて動作する。ＸＹステージ装置８２は、このＸＹステージ装置８２の上部に設けた載置台８２ａ上に着脱可能に固定された測定用治具ＨＤを、ＸＹ面内で２次元的に任意の位置に滑らかに移動させることができる。測定用治具ＨＤの位置は、載置台８２ａに設けたＸミラー部材８３ａとＹミラー部材８３ｂとを利用して検出される。すなわち、Ｘミラー部材８３ａに対向して定盤８１上に取り付けたレーザ干渉計８３ｄを利用して載置台８２ａのＸ軸方向の位置が分かる。また、Ｙミラー部材８３ｂに対向して定盤８１上に取り付けたレーザ干渉計８３ｅを利用して載置台８２ａのＹ軸方向の位置が分かる。 The XY stage device 82 is a moving unit, and is operated by being driven by a drive control unit (not shown) under the control of the control device 99. The XY stage device 82 smoothly moves the measurement jig HD, which is detachably fixed on the mounting table 82a provided on the XY stage device 82, two-dimensionally to an arbitrary position in the XY plane. be able to. The position of the measurement jig HD is detected using the X mirror member 83a and the Y mirror member 83b provided on the mounting table 82a. That is, the position of the mounting table 82a in the X-axis direction can be determined using the laser interferometer 83d attached on the surface plate 81 so as to face the X mirror member 83a. Further, the position of the mounting table 82a in the Y-axis direction can be determined by using a laser interferometer 83e mounted on the surface plate 81 so as to face the Y mirror member 83b.

Ｚ駆動装置８４は、フレーム８５上に昇降機構８６を固定したものであり、昇降機構８６は、フレーム８５上部に固定されＺ方向に延びる支持軸８６ａと、支持軸８６ａに支持されてＺ軸方向に移動する昇降部材８６ｂと、昇降部材８６ｂを昇降させる昇降駆動装置８６ｃと、昇降部材８６ｂに支持されたプローブ装置１０Ａとを備える。 The Z drive device 84 has a lifting mechanism 86 fixed on a frame 85. The lifting mechanism 86 is fixed to the upper part of the frame 85 and extends in the Z direction, and is supported by the support shaft 86a to be in the Z axis direction. And an elevating member 86b that moves up and down, an elevating drive device 86c that elevates and lowers the elevating member 86b, and a probe device 10A supported by the elevating member 86b.

昇降機構８６において、昇降部材８６ｂは、支持軸８６ａに非接触に支持されて滑らかに昇降運動する。昇降部材８６ｂは、前方下部に図１で説明したプローブ装置１０Ａを保持しており、プローブ装置１０Ａに設けたプローブ本体３５の昇降運動に伴って滑らかに昇降する。なお、プローブ装置１０Ａは、図２で説明したように、給気ポート２６にエア供給源Ｐから制御エアの供給を受けており、ロッド部材３を非接触で静圧支持しつつＺ軸に可動な状態に保つ。また、プローブ装置１０Ａは、推力ポート２８にエア供給源Ｐから制御エアの供給を受けており、超精密レギュレータＲ２によって昇降する力の調整が可能である。以上により、ロッド部材３先端に設けた接触部３５ａをワークＷの表面に一定の力で押し付けるこことができる。つまり、測定用治具ＨＤに固定された光学素子すなわちワークＷの表面が昇降・変位しても、プローブ本体３５の先端をワークＷの表面に対して低負荷で接した状態に維持できる。また、昇降駆動装置８６ｃは、プローブ装置１０Ａに内蔵した差動センサの検出結果に基づいてフィードバックをかけつつ昇降部材８６ｂとともにプローブ装置１０Ａを昇降させる。これにより、ロッド部材３の先端に一定の低負荷を掛けた状態でロッド部材３を広範囲に亘って昇降させることができる。よって、ロッド部材３すなわちプローブ本体３５を上記のように一定の負荷をかけた状態で昇降させつつ、ＸＹステージ装置８２を適宜動作させて測定用治具ＨＤに載置したワークＷをＸＹ面内で２次元的に走査するように移動させるならば、プローブ本体３５の先端を測定用治具ＨＤに載置したワークＷの光学面に沿って２次元的に移動させることができる。つまり、レーザ干渉計８３ｄ，８３ｅを利用して得た載置台８２ａのＸＹ座標と、レーザ干渉計１０Ｂを利用して得たプローブ本体３５のＺ座標とを、制御装置９９で対応付けつつ必要な演算処理を適宜行うことにより、ワークＷの光学面の３次元的な表面形状を測定することができる。 In the elevating mechanism 86, the elevating member 86b is supported in a non-contact manner by the support shaft 86a and smoothly moves up and down. The elevating member 86b holds the probe device 10A described in FIG. 1 at the front lower portion, and smoothly elevates as the probe main body 35 provided in the probe device 10A moves up and down. As described with reference to FIG. 2, the probe device 10 A is supplied with control air from the air supply source P to the air supply port 26, and can move on the Z axis while supporting the rod member 3 in a non-contact manner. Keep in good condition. Further, the probe device 10A is supplied with control air from the air supply source P to the thrust port 28, and can adjust the lifting and lowering force by the ultraprecision regulator R2. As described above, the contact portion 35a provided at the tip of the rod member 3 can be pressed against the surface of the workpiece W with a constant force. That is, even if the optical element fixed to the measurement jig HD, that is, the surface of the workpiece W is moved up and down, the tip of the probe body 35 can be maintained in contact with the surface of the workpiece W with a low load. Further, the lift drive device 86c moves the probe device 10A up and down together with the lift member 86b while applying feedback based on the detection result of the differential sensor built in the probe device 10A. Thereby, the rod member 3 can be moved up and down over a wide range in a state where a constant low load is applied to the tip of the rod member 3. Therefore, the workpiece W placed on the measuring jig HD is moved in the XY plane by appropriately operating the XY stage device 82 while raising and lowering the rod member 3, that is, the probe main body 35 with a constant load as described above. The tip of the probe body 35 can be moved two-dimensionally along the optical surface of the workpiece W placed on the measurement jig HD. That is, the control device 99 associates the XY coordinates of the mounting table 82a obtained using the laser interferometers 83d and 83e with the Z coordinate of the probe main body 35 obtained using the laser interferometer 10B. By appropriately performing arithmetic processing, the three-dimensional surface shape of the optical surface of the workpiece W can be measured.

なお、プローブ本体３５の先端位置の変位（Ｚ座標の変化）は、プローブ本体３５とともに昇降するロッド部材３の上端に設けたＺミラー部材３６を利用して検出される。すなわち、Ｚミラー部材３６に対向してフレーム８５上に取り付けたレーザ干渉計１０Ｂを利用して、検出光ＭＬをＺミラー部材３６に照射させつつ反射光ＲＬを検出させることにより、プローブ本体３５下端すなわちワークＷの表面のＺ軸方向の位置が間接的に分かる。 The displacement of the tip position of the probe body 35 (change in the Z coordinate) is detected using a Z mirror member 36 provided at the upper end of the rod member 3 that moves up and down together with the probe body 35. That is, the lower end of the probe main body 35 is detected by using the laser interferometer 10B mounted on the frame 85 so as to face the Z mirror member 36 and detecting the reflected light RL while irradiating the Z mirror member 36 with the detection light ML. That is, the position in the Z-axis direction on the surface of the workpiece W is indirectly known.

以上実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態限定されるものではない。例えば、ロッド部材３に形成する段差部３９や応力発生面３９ａの個数や形状は、適宜変更することができる。 Although the present invention has been described based on the above embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments. For example, the number and shape of the stepped portion 39 and the stress generating surface 39a formed on the rod member 3 can be changed as appropriate.

また、上側軸受部材２３や下側軸受部材２４の配置や個数も、被測定物や測定条件等に応じて適宜変更することができる。 Further, the arrangement and number of the upper bearing member 23 and the lower bearing member 24 can be appropriately changed according to the measurement object, measurement conditions, and the like.

また、ワークＷを定盤８１側に固定し、ＸＹステージ装置８２やＺ駆動装置８４によって、検出器１０を３次元的に移動させつつ、ロッド部材３を変位させることによってワークＷ表面の形状を測定することもできる。 The workpiece W is fixed to the surface plate 81 side, and the shape of the surface of the workpiece W is changed by displacing the rod member 3 while moving the detector 10 three-dimensionally by the XY stage device 82 and the Z driving device 84. It can also be measured.

本発明の一実施形態に係る変位量検出器の側面図である。It is a side view of the displacement amount detector which concerns on one Embodiment of this invention. 図１の変位量検出器に組み込まれるプローブ装置の側方断面図である。FIG. 2 is a side sectional view of a probe device incorporated in the displacement detector of FIG. 1. （ａ）及び（ｂ）は、それぞれ図１に示すプローブ装置を組み込んだ形状測定装置の構造を説明する正面図及び側面図である。(A) And (b) is the front view and side view explaining the structure of the shape measuring apparatus incorporating the probe apparatus shown in FIG. 1, respectively.

Explanation of symbols

２…シリンダブロック、３…ロッド部材、３ａ…側面、４…支持部材、１０…検出器、１０Ａ…プローブ装置、１０Ｂ…レーザ干渉計、２１…ロッド挿通孔、２３，２４…軸受部材、２６…給気ポート、２７…圧力作用室、２８…推力ポート、３１…下端部、３５…プローブ本体、３６…ミラー部材、３６ａ…ミラー、３９…段差部、３９ａ…応力発生面、８２…ＸＹステージ装置、８２ａ…載置台、８３ａ，８３ｂ…ミラー部材、８３ｄ，８３ｅ…レーザ干渉計、８４…Ｚ駆動装置、８６…昇降機構、９９…制御装置、ＢＤ…軸状部材、ＨＤ…測定用治具、Ｌ１，Ｌ２…配管、ＭＬ…検出光、ＲＬ…反射光、Ｐ…エア供給源、ＰＳ…圧力センサ、Ｒ２…超精密レギュレータ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 2 ... Cylinder block, 3 ... Rod member, 3a ... Side surface, 4 ... Supporting member, 10 ... Detector, 10A ... Probe apparatus, 10B ... Laser interferometer, 21 ... Rod insertion hole, 23, 24 ... Bearing member, 26 ... Air supply port, 27 ... Pressure working chamber, 28 ... Thrust port, 31 ... Lower end, 35 ... Probe body, 36 ... Mirror member, 36a ... Mirror, 39 ... Stepped portion, 39a ... Stress generating surface, 82 ... XY stage device 82a ... mounting table, 83a and 83b ... mirror member, 83d and 83e ... laser interferometer, 84 ... Z drive device, 86 ... elevating mechanism, 99 ... control device, BD ... shaft-like member, HD ... measuring jig, L1, L2 ... Piping, ML ... Detection light, RL ... Reflected light, P ... Air supply source, PS ... Pressure sensor, R2 ... Ultra-precision regulator

Claims

Measure the surface shape of the object to be measured by measuring the position in the axial direction of the contact by contacting the surface of the object to be measured and the relative scanning while contacting the contact with the surface of the object to be measured. A detector for a shape measuring device
Periodic waviness is formed on the surface of the object to be measured along with the surface processing, and the scallop height of the waviness is A (mm), and the following conditional expression
10 × 10 ⁻⁶ <A <50 × 10 ⁻⁶
Satisfied,
The period of the swell is 80 to 400 Hz when the contact moves at a predetermined speed,
When the pressing force of the contact against the object to be measured is F [gmm / s ² ] and the mass of the contact is m [g], the following conditional expression 1.59 <√ (F / m) < 17 .8
A detector characterized by satisfying

The following conditional expression 100 <F <500
0.3 <m <198
The detector according to claim 1, wherein:

The waviness period is 320 to 400 Hz when the contact moves at a predetermined speed;
20 × 10 ⁻⁶ <A <50 × 10 ⁻⁶
And
8.99 <√ (F / m)
The detector according to claim 1, wherein:

The following conditional expression 300 <F <500
0.9 <m <6.2
The detector according to claim 3, wherein:

2. The apparatus according to claim 1, further comprising: a light detection surface provided on the contact for reflecting the inspection light; and a displacement sensor for irradiating the light detection surface with the inspection light and detecting the reflected light. The detector according to any one of 4 .

A detector according to claim 5 ;
Moving means for moving the object to be measured relative to the contact in a direction perpendicular to the axial direction;
An axial displacement amount of the contact caused by contact between the surface of the object to be measured and the contact during relative movement of the object to be measured by the moving means is calculated based on the output of the displacement sensor, and the object to be measured A shape measuring device comprising: a calculating means for measuring the shape of the head.

Measure the surface shape of the object to be measured by measuring the position in the axial direction of the contact by contacting the surface of the object to be measured and the relative scanning while contacting the contact with the surface of the object to be measured. A shape measuring method for
Periodic waviness is formed on the surface of the object to be measured along with the surface processing, and the scallop height of the waviness is A (mm), and the following conditional expression
10 × 10 ⁻⁶ <A <50 × 10 ⁻⁶
Satisfied,
The period of the swell is 80 to 400 Hz when the contact moves at a predetermined speed,
When the pressing force of the contact against the object to be measured is F [gmm / s ² ] and the mass of the contact is m [g], the following conditional expression 1.59 <√ (F / m) < 17 .8
A shape measuring method characterized by satisfying