JP5436706B2

JP5436706B2 - 計測装置

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Description

本発明は、対象物を計測する計測装置に関する。

レンズやミラーなどの光学素子の表面形状を測定（計測）する装置として、例えば非接触式の形状測定装置が存在する。光学素子の製作段階では、形状測定装置による光学素子の形状測定と、修正研磨とを繰り返し行うことで、光学素子の形状が目標形状寸法となるようにする。しかしながら、光学素子が光学装置に組み込まれて使用される際の使用環境の温度は、一般的な測定環境（例えば光学素子の製作環境）の温度（例えば２３°Ｃ前後の常温）とは大きく異なる場合がある。このように使用環境と測定環境とで温度が異なると、使用環境下での光学素子の形状は、測定時の形状から変形してしまう。したがって、例えば、光学素子の製作段階での光学素子の表面形状の測定は、光学素子が使用される環境の温度で行われることが望ましい。これに対して、形状測定装置全体を上記使用環境の温度と同様の温度下におき、表面形状を測定することも考えられる。しかしながら、形状測定装置を設計仕様（例えば常温環境下での測定を想定した設計仕様）と異なる状況下で使用すると、測定装置自体に熱変形（熱歪み）が生じて形状誤差が発生し、高精度な測定が困難となりうる。一方、特許文献１は、対象物を断熱容器内に収容して対象物の温度変化に対する寸法変化量を高精度に測定する線膨張係数測定装置を開示している。

特許第３８９７６５５号公報

しかしながら、例えば、天文分野で用いられる天体望遠鏡は、標高数千ｍの山頂などの高所で使用されることが多く、使用環境の温度が低温となる。そこで、形状測定装置全体または対象物を使用環境の低温に制御する構成が考えられるが、干渉計の測定基準となる基準ミラー等の測定装置の光学素子は、低温環境下（例えば１０°Ｃ以下）では結露しうる。この結露は、高精度な測定を妨げ得る。

本発明は、常温とは異なる温度の環境下での対象物を計測するのに有利な計測装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、光を投受光する投受光器を有し、対象物を計測する計測装置であって、対象物を収容する第１空間を含むチャンバーと、投受光器が配置された第２空間と第１空間とを分離し、かつ光を透過する隔壁部と、第１空間を通して気体を流通させて第１空間を第１温度に調整する第１調整機構と、第２空間を通して気体を流通させて第２空間を第１温度とは異なる第２温度に調整する第２調整機構と、を有し、隔壁部は、間隙をもって配置された複数の隔壁を含む、ことを特徴とする。

本発明によれば、例えば、常温とは異なる温度の環境下での対象物を計測するのに有利な計測装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る形状測定装置の構成を示す図である。形状測定装置１に採用し得る測定器を説明する図である。本発明の第２実施形態に係る形状測定装置の構成を示す図である。本発明の第３実施形態に係る形状測定装置の構成を示す図である。本発明の第４実施形態に係る形状測定装置の構成を示す図である。本発明の第４実施形態に係る温調空気の温度変化を示すグラフである。本発明の第５実施形態に係る形状測定装置の構成を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面などを参照して説明する。

（第１実施形態）
まず、本発明の第１実施形態に係る形状測定装置（計測装置）について説明する。図１は、本実施形態に係る形状測定装置１の構成を示す概略図である。この形状測定装置１は、例えば天体望遠鏡に採用されるようなレンズやミラーなどの光学素子を対象物（被測定物）とし、この対象物の表面形状を測定する非接触式の測定装置である。また、以下の図において、対象物が保持部に載置された状態での平面内に互いに直交するＸ軸およびＹ軸を取り、またこのＸＹ平面に垂直（本実施形態では鉛直方向）にＺ軸を取っている。この形状測定装置１は、まず、対象物２を載置および固定する保持部３と、この保持部３を内部に設置するチャンバー４と、対象物２の表面形状を非接触で測定するための測定器５（投受光器）と、測定器５を含む空間へ送風するダクト６と、制御部７とを備える。特に、形状測定装置１は、対象物２が実際に使用される環境での温度（以下「実環境温度」という）と等しくなるように、対象物２を設置する第１空間Ｓ１と、測定器５を含む第２空間Ｓ２とでそれぞれ独立して温度制御可能とする。以下、実環境温度は、常温に対して低い（以下の例では２（°Ｃ））と想定して説明を行う。これに対して、実環境温度が常温に対して高い場合には、供給する空気の温度や、温度が調整された空気の供給方向などは、以下の例での場合の反対となる。

保持部３は、対象物２を着脱可能とする固定機構を有する。チャンバー４は、対象物２の収容部であり、外部からの熱を遮断する断熱構造を有するとともに、その内部空間内（第１空間内）の温度を可変とする。このチャンバー４は、第１空間Ｓ１内の温度を調整する第１調整機構８と、特に、第１空間Ｓ１と、測定器５が設置されている空間（第２空間）Ｓ２とを分離する隔壁部９とを含む。第１調整機構８は、ある温度（この場合第１温度）に調整された気体（以下「温調空気」という）を第１空間Ｓ１内に供給する供給部（供給口）１０を含む。さらに、第１調整機構８は、第１空間Ｓ１内で供給部１０に対向する位置に配置され、供給部１０から供給された温調空気を回収し排気（排出）する排気部（排出口）１１を含む。すなわち、第１調整機構８は、第１空間Ｓ１内に温調空気を流通させるものである。このうち、供給部１０は、不図示の温調器に供給配管１２を介して接続され、さらに第１空間Ｓ１内での対象物２の温度分布が小さくなるように温調空気の風速を制御する不図示の風速制御器を含む。温調器は、第１温度を例えば２（°Ｃ）に調整する。また、風速制御器は、温調空気の風速を約２（ｍ／ｓ）程度に調整する。一方、排気部１１は、排気配管１３に接続されており、第１空間Ｓ１内を通過した温調空気を回収することで、第１空間Ｓ１内で効率的な気流を作り、空気の淀みの発生を抑える。ここで、排気配管１３で回収される温調空気の温度は、周辺温度の影響を受けて温められるため、第１温度よりも高くなる。そこで、排気配管１３は、チャンバー４の外部で供給配管１２と連結し、供給配管１２と排気配管１３との配管の途中に冷却部１４を設置するような、冷却空気を循環させる構造とすることが望ましい。このような冷却空気を循環させる配管構造とすることで、温調器に対し、温調空気を例えば２３（°Ｃ）の外部空気から２（°Ｃ）まで冷却するよりも冷却効率が良くなるという利点がある。なお、このような冷却空気を循環させる構造を構成することができない場合には、供給配管１２と排気配管１３とを互いに独立させることで第１空間Ｓ１を実環境温度に温度調整してもよい。また、供給配管１２と排気配管１３とは、それぞれ第１バルブ１５を備え、さらに排気配管１３は、冷却部１４の上流側と下流側とを２箇所に第２バルブ１６（図２参照）も備える。この第１バルブ１５と第２バルブ１６とは、主に、対象物２の取り替え時に使用される。このとき、各第１バルブ１５を閉とし、各第２バルブ１６を開とすることで、第１空間Ｓ１内への温調空気の供給を一旦止めて、取り替え作業を行うことができる。隔壁部９は、第１空間Ｓ１と第２空間Ｓ２とを分離するための板材であり、第２空間Ｓ２にある測定器５からのレーザー光が、第１空間Ｓ１に設置されている対象物２に対して適切に照射されるように透過可能な材質で構成される。例えば、測定器５が、測定光として測定波長が６３３（ｎｍ）のＨｅ−Ｎｅレーザーを利用するものである場合には、隔壁部９の材質をＨｅ−Ｎｅレーザーを透過する石英ガラスとし得る。特に本実施形態では、隔壁部９は、図１に示すように、第１隔壁９ａと、この第１隔壁９ａとは一定の間隙Ｇ１を持って設置される第２隔壁９ｂとを含む。なお、この隔壁部９の作用については、以下で詳説する。

測定器５は、対象物２の表面形状を非接触で測定可能とする光学式測定器（投受光器）である。図２は、図１に示す構成に対応した具体的な測定器５を含む形状測定装置１の構成を含む概略図である。図２（ａ）では、測定器５は、ＸＹ面内で可動であり、対象物２の表面に対する光（計測光）の投受光により、例えば、計測光の光路長の変化を介して対象物２の表面の位置の変化（Ｚ軸方向における位置の変化）を検出するためのプローブ５ａを採用している。このプローブ５ａを採用する場合、プローブ５ａの上部および側部の領域に位置決め用の複数の基準ミラー２０（２０ａ、２０ｂ）が設置され、またこれらの基準ミラー２０に対向するように複数のレーザー測長器２１が設置される。そして、プローブ５ａの位置決めは、レーザー測長器２１に出力に基づいて制御される。まず、Ｚ軸方向（計測光の光軸方向）の位置決めは、Ｚ軸用のレーザー測長器２１ａの出力に基づいて実施される。一方、Ｘ軸方向の位置決めは、Ｘ軸用のレーザー測長器２１ｂの出力に基づいて実施される。また、Ｙ軸方向の位置決めも、Ｘ軸方向の位置決めと同様に、不図示であるが、Ｙ軸用のレーザー測長器２１の出力に基づいて実施される。この位置決めでは、後述の制御部７は、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸用のそれぞれのレーザー測長器２１からの出力信号を取得し、それに基づき、プローブ５ａを移動させる不図示の駆動系に制御信号を送信する。駆動系は、プローブ５ａに連結している不図示のアームを介してプローブ５ａを対象物２に対して高精度に位置決めする。ここで、プローブ５ａの主たる移動（主走査）の方向は、ダクト６（後述）から供給される温調空気の供給方向と計測光の光路が延びる方向との双方に直交（交差）する方向とすることが望ましい。これは、プローブ５ａの移動方向と温調空気の供給方向とが互いに対向すると、温調空気の流れを乱す可能性があるためである。よって、例えば、図２（ａ）に示すように、温調空気の供給方向をＸ軸方向、計測光の光路の方向をＺ軸方向とするならば、プローブ５ａをより長時間に渡って連続的に動かす方向（主走査方向）をＹ軸方向とすればよい。一方、プローブ５ａをより短時間だけステップ的に動かす方向（副走査方向）をＸ軸方向とすればよい。

一方、図２（ｂ）では、測定器５として、対象物２の表面形状を測定する干渉計５ｂを採用している。この干渉計５ｂは、まず、内部に含まれる不図示の照明光学系から対象物２に向けてレーザー光２６を照射する。このとき、レーザー光２６は、その一部が対象物２（チャンバー４）との間に設置されている参照ミラー２７で反射し、この反射による第１反射光２８（参照光）は、干渉計５ｂに戻る。これに対して、照射されたレーザー光２６のうち参照ミラー２７を透過したものは、対象物２の被検面上で反射し、この反射による第２反射光２９（計測光）は、干渉計５ｂに戻る。ここで、参照ミラー２７は、対象物２の形状測定に必要とされる測定精度を得られるように形状加工されており、この参照ミラー２７からの第１反射光２８の波面が測定の基準波面となる。そして、干渉計５ｂは、第１反射光２８と第２反射光２９との干渉縞を検出することができる。対象物２の表面形状は、当該干渉縞に基づいて計測されうる。なお、参照ミラー２７は、図２（ｂ）に示す例では第２空間Ｓ２に設置されているが、第１空間Ｓ１内に設置されていてもよい。

ダクト６は、測定器５（およびレーザー測長器２１）を含む第２空間Ｓ２に、不図示の温調器によりレーザー測長器２１による位置決め精度を保証するような第２温度に調整された温調空気を流通させ、第２空間Ｓ２内の温度を調整する第２調整機構である。このダクト６から供給される温調空気は、位置決めを行うレーザー測長器２１の計測光の光路上の空気の揺らぎ(屈折率の変動)による計測誤差を与えないように、その温度と風速とが制御される。この場合、温調器は、第２温度を例えば２３（°Ｃ）に調整する。また、ダクト６は、温調空気の風速を約０．５（ｍ／ｓ）程度に調整する。なお、ダクト６から供給された温調空気は、不図示の排気口から排気される。さらに、制御部７は、測定器５の動作、および第１調整機構８やダクト６の動作および調整を制御すると共に、測定器５で得られた測定結果を処理する。

さらに、形状測定装置１は、チャンバー４を載置する定盤１７と、形状測定装置１の各構成要素を支持する架台１８とを備える。特に、測定器５が図２（ａ）に示すプローブ５ａである場合には、複数の基準ミラー２０は、それぞれ架台１８に設置される。

次に、形状測定装置１による対象物２の表面形状の測定時の作用について説明する。今回の対象物２とした光学素子は、あらゆる光学機器に採用され得るが、その光学機器の使用場所または使用用途によっては、低温状態での使用も考えられる。特に天文分野で用いられる天体望遠鏡は、標高数千ｍの山頂などの高所で使用されることが多いため、天体望遠鏡に含まれる光学素子の使用環境の温度が低温となる。すなわち、常温環境に置かれた光学素子の表面形状を測定したとしても、低温である実環境温度に置かれた光学素子は、熱変形により表面形状が変化してしまう、すなわち形状誤差が発生しているため、所望の状態での表面形状を精度良く測定することが困難である。そこで、本実施形態の形状測定装置１では、上記のとおり対象物２を設置する第１空間Ｓ１と測定器５を含む第２空間Ｓ２とに空間を分離している。そして、形状測定時には、制御部７は、第１空間Ｓ１を第１温度である実環境温度となるように、また、第２空間Ｓ２を測定精度が保証される第２温度である測定温度となるように温度制御を実行する。

ここで、チャンバー４を構成する隔壁部９は、２（°Ｃ）で温度制御されている第１空間Ｓ１と、２３（°Ｃ）で温度制御されている第２空間Ｓ２との境界面であるため、隔壁部９ではＺ軸方向の温度の開きが大きい。そこで、本実施形態では、上記のとおり隔壁部９を第１隔壁９ａと第２隔壁９ｂとの複数の隔壁で構成することで、第２空間Ｓ２から第１空間Ｓ１への伝熱を抑制させる。具体的には、伝熱量は、媒質が有する熱伝導率に依存するため、ある空間から他の空間への伝熱を抑制するには、熱伝導率の小さい媒質を空間の境界層に設けることで熱抵抗を大きくすればよい。例えば、本実施形態の隔壁部９に換えて、第１隔壁９ａと第２隔壁９ｂとの間に間隙が無い、すなわち１枚の透過板で構成された隔壁部を使用すると想定する。この場合の熱抵抗は、隔壁部の熱伝導率と厚みとに依存する。ここで、隔壁部の材質を、計測光を透過させる石英ガラスとして考えると、２０（°Ｃ）での熱伝導率は、１．３８（Ｗ／（ｍ・Ｋ））（時）である。これに対して、隔壁部９において、第１隔壁９ａと第２隔壁９ｂとの間の間隙Ｇ１を空気層とすると、２０°Ｃでの空気の熱伝導率は、０．０２６１４（Ｗ／（ｍ・Ｋ））であり、隔壁部９での熱抵抗は、２つの隔壁９ａ、９ｂと空気との熱抵抗の合成となる。このとき、１枚の隔壁部（透過板）の例での熱抵抗Ｒ１は、例えば、隔壁部のＸＹ平面の面積を１（ｍ^２）、厚み方向を４０（ｍｍ）とすると、以下の値となる。
Ｒ１＝（４０×１０^−３）／１．３８
＝０．０２９（Ｋ／Ｗ）
一方、本実施形態での空気層を含めた隔壁部９の熱抵抗Ｒ２は、それぞれの隔壁９ａ、９ｂの厚みを５（ｍｍ）、空気層の厚みを３０（ｍｍ）として、ＸＹ平面の面積は、前者と同様に１（ｍ^２）とすると、以下の値となる。
Ｒ２＝（５×１０^−３）／１．３８＋（３０×１０^−３）／０．０２６１４
＋（５×１０^−３）／１．３８
＝１．２（Ｋ／Ｗ）
すなわち、本実施形態の隔壁部９の構成によれば、１枚の透過板よりも、熱抵抗を一桁以上大きくすることができる。

このように、形状測定装置１は、対象物２が実際に使用される状態に近い状態での表面形状を測定可能とするため、熱変形による形状誤差に起因した測定誤差の発生を抑えることができる。さらに、形状測定装置１は、測定器５が設置されている空間を推奨される測定温度に維持させて、測定器５のメトロロジを保証することもできる。なお、上記説明では、一例として間隙Ｇ１に空気を封入するものとしているが、間隙Ｇ１に空気よりも熱伝達率の低い気体、例えば二酸化炭素を封入することで、さらに伝熱を抑制させることも可能である。また、減圧装置を用いて間隙Ｇ１内を減圧空間にすることで、伝熱を抑制させることも可能である。さらに、隔壁部９を構成する各隔壁９ａ、９ｂは、その表面に赤外線透過防止膜を有してもよい。この赤外線透過防止膜は、波長帯域が数μｍの光を遮蔽するが、測定レーザーの波長(例えばＨｅ−Ｎｅレーザーの場合、６３３（ｎｍ）)を透過させる。したがって、第１空間Ｓ１と第２空間Ｓ２と間での輻射による伝熱のみを効果的に抑制して、断熱性を高めることができる。ここで、赤外線透過防止膜に換えて、熱放射の波長帯域を遮蔽する不純物を隔壁部９にドープしても、同様の効果が得られる。

以上のように、本実施形態によれば、常温とは異なる温度の環境下での対象物を計測するのに有利な計測装置を提供することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る形状測定装置について説明する。図３は、本実施形態に係る形状測定装置３０の構成を示す概略図である。特に、図３（ａ）では、図１に示す第１実施形態に係る形状測定装置１と同一構成のものには同一の符号を付し、説明を省略する。本実施形態の形状測定装置３０の特徴は、対象物２を設置する第１空間Ｓ１での温調空気の流れを、第１実施形態での第１調整機構８のような１系統１方向ではなく、複数系統、複数方向とする点にある。特に、本実施形態の第１調整機構３１は、対象物２の表面を含む上部の領域に温調空気を給排気するための第１給排気部３２および第２給排気部３３と、対象物２の下部の領域に温調空気を給排気するための第３給排気部３４および第４給排気部３５とを含む。すなわち、第１給排気部３２および第２給排気部３３が、どちらか一方を供給側、他方を排気側とする第１系統（第１の組）を形成し、一方、第３給排気部３４および第４給排気部３５が、どちらか一方を供給側、他方を排気側とする第２系統（第２の組）を形成する。また、第２の組の方が、第１の組よりも隔壁部９から遠くに配置されることになる。なお、ここでも、第１調整機構３１は、第１〜第４給排気部３２〜３５でそれぞれ個別に、温調空気の温度、供給方向、および風速を調整し得る。

この場合、制御部７は、第１調整機構３１に対し、第１系統を流れる温調空気と第２系統を流れる温調空気との流れる方向（供給方向）を互いに対向するように、すなわち一方が他方に対して逆向きになるように設定する。具体的には、まず、第１調整機構３１は、第１系統の第１配管３６を介し、第１給排気部３２から温度を例えば２（°Ｃ）に調整された温調空気を第１空間Ｓ１における対象物２の上部に供給する。そして、第１調整機構３１は、第１給排気部３２と対向するように設置された第２給排気部３３に温調空気を回収させ、回収した温調空気を第２配管３７に流す。このとき、対象物２の上部の温度は、第１給排気部３２の近傍では、温度制御したい所望の温度に近いが、第２給排気部３３の近傍では、供給された２（°Ｃ）の温調空気が周囲の影響で温められるため、所望の温度よりも高くなる。そこで、第１調整機構３１は、第２系統の第４配管３９を介し、第４給排気部３５から温度を２（°Ｃ）に調整された温調空気を第１空間Ｓ１における対象物２の下部に供給する。そして、第１調整機構３１は、第４給排気部３５と対向するように設置された第３給排気部３４に温調空気を回収させ、回収した温調空気を第３配管３８に流す。これにより、第２給排気部３３の近傍の温められていた温調空気が冷やされるため、対象物２の温度分布を小さくすることができる。

ここで、本実施形態の第１調整機構３１の構成による対象物２の温度分布のシミュレーション結果について説明する。まず、第１実施形態における第１調整機構８の構成によれば、対象物２では最高温度が２．３６（°Ｃ）、最低温度が２．０６（°Ｃ）となるため、約０．３（°Ｃ）の温度分布がある。これに対して、本実施形態における第１調整機構３１の構成によれば、対象物２では最高温度が２．２７（°Ｃ）、最低温度が２．１４（°Ｃ）となるため、約０．１３（°Ｃ）の温度分布となる。なお、どちらの例においても、第１空間Ｓ１に対する温調空気の風速を５（ｍ／ｓ）（対象物２の上下部の両方）とし、第２空間Ｓ２に対する温調空気の風速を０．５（ｍ／ｓ）としている。また、間隙Ｇ１での空気層の厚みを８０（ｍｍ）とし、第２隔壁９ｂと対象物２との間の距離を５（ｍｍ）としている。さらに、異なる設定でのシミュレーション結果を以下に示す。条件としては、本実施形態の第１調整機構３１の構成において、第１系統、すなわち対象物２の上部に流す温調空気の風速を２（ｍ／ｓ）とし、第２系統、すなわち対象物２の下部を流す温調空気の風速を０．５（ｍ／ｓ）とする。また、間隙Ｇ１での空気層の厚みを５（ｍｍ）とし、第２隔壁９ｂと対象物２との間の距離を２０（ｍｍ）とする。これによれば、対象物２では、最高温度が２．２１（°Ｃ）、最低温度が２．１２（°Ｃ）となるため、約０．０９（°Ｃ）の温度分布となる。すなわち、第１系統と第２系統とで温調空気の供給方向を互いに逆向きを変えることで、対象物２の温度分布を小さくすることができることがわかる。また、対象物２の所望の温度分布に応じて上記のように構成要素の間隔や距離を変更することが有効であることもわかる。なお、上記の各種数値は一例であり、本発明を限定するものではない。このように、本実施形態は、計測環境における対象物２の温度分布の不均一性の低減、もって、対象物２に与える計測装置固有の熱変形の低減の点で有利である。

さらに、上記説明した第１調整機構３１の複数系統の構成も一例であり、チャンバー４の平面形状（外形）や、要求される対象物２の熱変形抑制量などにより、第１調整機構３１の構成を変更することも可能である。例えば、チャンバ−４の平面形状が、Ｚ軸方向から見て２組以上の対辺を有する多角形である場合には、対向する対辺間は、一方を温調空気の供給側、他方を排気側とすればよい。もし、チャンバー４の平面形状が六角形である場合には、第１調整機構３１は、図３（ｂ）に示すように、チャンバー４の各内側面に給排気部６０を備え、それぞれ供給か排気かのいずれかの動作を実施する３系統の構成としてもよい。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係る形状測定装置について説明する。図４は、本実施形態に係る形状測定装置４０の構成を示す概略図である。なお、この図４では、図１に示す第１実施形態に係る形状測定装置１と同一構成のものには同一の符号を付し、説明を省略する。本実施形態の形状測定装置４０の特徴は、第１実施形態の隔壁部９に対応する隔壁部４１が３つの隔壁（第１隔壁４１ａ〜第３隔壁４１ｃ）を含み、各隔壁間の間隙Ｇ１、Ｇ２にも温調空気が流通される点にある。まず、形状測定装置４０は、隔壁部４１内での給排気用の第３調整機構４２を備える。そして、第３調整機構４２は、第１隔壁４１ａと第２隔壁４１ｂとの間の間隙（第１間隙）Ｇ１に温調空気Ａ３を供給する第１供給部４３と、この第１供給部４３に対向する位置に配置され、温調空気Ａ３を回収し排気する第１排気部４４とを含む。さらに、第３調整機構４２は、第２隔壁４１ｂと第３隔壁４１ｃとの間の間隙（第２間隙）Ｇ２に温調空気Ａ４を供給する第２供給部４５と、この第２供給部４５に対向する位置に配置され、温調空気Ａ４を回収し排気する第２排気部４６とを含む。以下、第３調整機構４２のうち、上記温調空気Ａ３を流通させる部分を第４調整機構とし、上記温調空気Ａ４を流通させる部分を第５調整機構として説明する。

この場合、まず、ダクト６は、第２空間Ｓ２に目標温度が第２温度（２３（°Ｃ））に調整された温調空気Ａ２を供給する。これに対して、制御部７は、第４調整機構に対し、第２空間Ｓ２に直近の間隙Ｇ１を流れる温調空気Ａ３の目標温度を第１温度（２（°Ｃ））と等しくなるように設定し、かつ、供給方向を温調空気Ａ２とは対向する（逆向きになる）ように設定する。さらに、制御部７は、第５調整機構に対し、第１空間Ｓ１の直近の間隙Ｇ２を流れる温調空気Ａ４の目標温度も第１温度と等しくなるように設定し、かつ、供給方向を温調空気Ａ３とは対向するように設定する。そして、第１調整機構８は、第１実施形態と同様に目標温度を第１温度に調整された温調空気Ａ１を第１空間Ｓ１内に供給するが、温調空気Ａ１の供給方向は、本実施形態では、温調空気Ａ４とは対向するように設定される。すなわち、図４では、第１調整機構８の供給部１０は、Ｘ軸方向−側に存在し、供給部１０に対向する排気部１１は、Ｘ軸方向＋側に存在する。

ここで、本実施形態においても、第１空間Ｓ１と第２空間Ｓ２との温度差に起因して第１空間Ｓ１への伝熱により対象物２の温度上昇を抑制することが重要である。そこで、本実施形態では、制御部７は、第３調整機構４２に対し、第２空間Ｓ２から第１空間Ｓ１に向かって流入した熱を、温調空気Ａ３と温調空気Ａ４にて吸熱させ、移流により第１排気部４４および第２排気部４６に送らせるように設定する。このように隔壁部４１にて温調空気を２段に分けて流すことで、間隙が１つの場合に比べて、流れに対して垂直な方向での熱の撹拌作用が弱まる。その結果、温調空気Ａ４の温度上昇が抑制されるため、第１空間Ｓ１に伝熱し得る熱量をさらに低減させることができるため、対象物２の温度上昇を効果的に低減させることができる。

また、本実施形態では、隔壁部４１において、３箇所の温調空気Ａ１、Ａ３、Ａ４とがそれぞれ対向して流れるため、対象物２の特に面内に発生し得る温度分布を効率的に低減させることができる。一例として、上記３箇所の温調空気Ａ１、Ａ３、Ａ４がすべて同じ向きに流れる場合を想定すると、３つの温調空気Ａ１、Ａ３、Ａ４の温度は、上流から下流に向かい単調に上昇する。したがって、対象物２の面内には、上流から下流に向かって温度が上昇するような温度分布が発生することになる。これに対して、本実施形態の場合では、特に温調空気Ａ１に着目すると、温調空気Ａ１の温度は、上流側では温調空気Ａ４から熱を吸熱して上昇していき、途中で温調空気Ａ４の温度よりも高くなり温度の大小関係が逆転する。これに伴い、今度は温調空気Ａ１から温調空気Ａ４に次第に放熱されていくため、温調空気Ａ１の温度は、徐々に低下していく。したがって、温調空気Ａ１の温度変化は、この場合流路に沿って上に向かう凸形となり、最大温度が単調に増加する場合に比べて小さくなる。このように、本実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果を奏すると共に、特に対象物２の面内の温度分布を効率良く低減させることができる。

なお、本実施形態では、隔壁部４１を構成する隔壁の枚数を３つとし、温調空気を流す間隙の数を２つとしているが、本発明は、これに限定するものではなく、隔壁の枚数を２つに減らしてもよいし、４枚以上に増やしてもよい。例えば、隔壁の枚数を増やせば、それに伴って温調空気を流し得る間隙の数も多数とすることができるため、移流による隔壁部４１内での熱の撹拌作用をさらに効率良く抑制することができ、第１空間Ｓ１と第２空間Ｓ２との間の断熱性を向上させることができる。さらに、多数の間隙を流れる複数の温調空気の供給方向も、上記のようにそれぞれ対向するように設定すれば、対象物２の面内の温度分布をさらに効率良く低減することができる。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態に係る形状測定装置について説明する。図５は、本実施形態に係る形状測定装置５０の構成を示す概略図である。なお、この図５では、図４に示す第３実施形態に係る形状測定装置４０と同一構成のものには同一の符号を付し、説明を省略する。本実施形態の形状測定装置５０の特徴は、第３実施形態の形状測定装置４０と基本構成は同一であるが、測定器５として図２（ａ）に示すプローブ５ａを採用するものとし、プローブ５ａに対する温度変化の影響を抑えることに重点を置く点にある。この形状測定装置５０は、第３実施形態の形状測定装置４０と比較して、図５（ａ）に示すように以下の設定が異なる。まず、温調空気Ａ１は、第３実施形態の場合と同様に目標温度が第１温度（２（°Ｃ））に設定されているが、供給方向は、反対である。次に、温調空気Ａ３は、第３実施形態の場合と供給方向は同様であるが、目標温度は、第１温度ではなく第２温度（２３（°Ｃ））に設定されている。そして、温調空気Ａ４は、第３実施形態の場合と同様に目標温度が第１温度に設定されているが、供給方向は、反対である。なお、温調空気Ａ２は、温度および供給方向共に第３実施形態の場合と同様である。

ここで、本実施形態においても、第１空間Ｓ１と第２空間Ｓ２との温度差に起因して、第１空間Ｓ１への伝熱により対象物２の温度上昇を抑制することが重要である。これに対して、第１空間Ｓ１と第２空間Ｓ２との温度差は、第２空間Ｓ２内の温調空気Ａ２に対しても温度分布を生じさせ得る。特に、測定器５がプローブ５ａである場合には、計測光であるレーザー光の光路５１内に温度分布が発生すると測定精度が低下する可能性があるため、光路５１内での温度の揺らぎを低減させることも重要となる。そこで、本実施形態では、制御部７は、第５調整機構に対し、第１空間Ｓ１に第３隔壁４１ｃを介して隣接する温調空気Ａ４の目標温度を、第１空間Ｓ１と同様の第１温度に設定させる。一方、制御部７は、第４調整機構に対し、第２空間Ｓ２に第１隔壁４１ａを介して隣接する温調空気Ａ３の目標温度を、第２空間Ｓ２と同様の第２温度に設定させる。この設定によれば、上記温度差による熱の授受は、主に第２隔壁４１ｂを介した温調空気Ａ３と温調空気Ａ４との間にて行われることになる。このとき、温調空気Ａ３の温度は、流路に沿って徐々に低下し、一方、温調空気Ａ４の温度は、徐々に上昇する。ここで、温調空気Ａ３の温度低下量ΔＴは、温調空気Ａ３の流量を増やすことで小さくすることができるため、制御部７は、温度低下量が例えばΔＴ＝０．１（°Ｃ）程度まで十分小さくなるように、第３調整機構４２に対して流量を設定すればよい。そして、温調空気Ａ２の温度は、第１隔壁４１ａを介して間隙Ｇ１内の温調空気Ａ３への放熱により低下するが、上記のように温調空気Ａ３と温調空気Ａ４との間の温度低下量を小さくしているため、温調空気Ａ２の温度低下は、可能な限り低減される。したがって、第２空間Ｓ２の特に光路５１内に生じ得る温度分布を低減させることができるため、結果的に温度の揺らぎの発生も抑えることができる。なお、温調空気Ａ４の流量を同様に調整すれば、温調空気Ａ１の温度上昇を低減させることができるため、結果的に対象物２の温度上昇を低減させることもできる。さらに、本実施形態では、第２空間を流れる温調空気Ａ２と温調空気Ａ３との供給方向を対向させているため、第３実施形態にて説明したとおり、温調空気Ａ２の流れに沿う方向での温度変動を低減させることができる。これにより、第２空間Ｓ２内の温度分布をさらに効率良く低減させることができる。同様に、本実施形態では、第１空間を流れる温調空気Ａ１と、温調空気Ａ４との供給方向を対向させているため、対象物２の面内の温度分布を低減させることができる。このように、本実施形態によれば、第３実施形態と同様の効果を奏すると共に、特に第２空間Ｓ２に設置されているプローブ５ａに対する温度変化の影響を抑えることができる。

なお、上記説明では、温調空気Ａ３の目標温度を温調空気Ａ２の第２温度と同様とし、また、温調空気Ａ４の目標温度を温調空気Ａ１の第１温度と同様としている。これに対して、温調空気Ａ３の温度を第２温度よりも高めに設定し、一方、温調空気Ａ４の温度を第１温度よりも低めに設定することもあり得る。具体的には、温調空気Ａ２が２３（°Ｃ）に設定されている場合には、制御部７は、第４調整機構に対し、温調空気Ａ３の温度を、２４〜２７（°Ｃ）程度に調整させることもあり得る。一方、温調空気Ａ１が２（°Ｃ）に設定されている場合には、制御部７は、第５調整機構に対し、温調空気Ａ４の温度を、１〜−２（°Ｃ）程度に調整させることもあり得る。

図６は、この場合の各温調空気の流れに沿う方向（Ｘ軸方向）での温度変化を示すグラフである。特に、図６（ａ）は、温調空気Ａ２と温調空気Ａ３との温度変化を比較したグラフである。まず、温調空気Ａ３は、流れに沿って温調空気Ａ４に向けて次第に放熱していくため、温調空気Ａ３の温度は、単調に減少する。一方、温調空気Ａ２は、グラフ上の上流側（Ｘの値が大きい領域）では、温調空気Ａ３に向けて熱量Ｑ１を放出し、温度が徐々に低下していくが、途中で温調空気Ａ３と温度が逆転すると、温調空気Ａ３から熱量Ｑ２を吸収し、温度が徐々に上昇する。すなわち、このような温度設定によれば、温調空気Ａ３は、温調空気Ａ２を再加熱することができることになり、温調空気Ａ２の温度分布を効率的に低減し、温調空気Ａ２の温度を目標温度である２３（°Ｃ）に高精度に調整することができる。一方、図６（ｂ）は、温調空気Ａ１と温調空気Ａ４との温度変化を比較したグラフである。この場合、温調空気Ａ４は、温調空気Ａ１を再冷却することができることになり、温調空気Ａ１の温度分布を効率的に低減し、温調空気Ａ１の温度を目標温度である２（°Ｃ）に高精度に調整することができる。なお、温調空気Ａ３と温調空気Ａ４との上記設定温度は一例であって、温調空気Ａ３の温度は、少なくとも温調空気Ａ２の温度以上、また、温調空気Ａ４の温度は、少なくとも温調空気Ａ１の温度以下であればよい。

さらに、本実施形態においても、隔壁部４１を構成する隔壁の枚数は、３つに限定するものではない。そこで、図５（ｂ）に示すように、例えば隔壁の枚数を４つにする変形もあり得る。ここで、図５（ａ）に示す隔壁部４１に対応した隔壁部５２が、第１隔壁５２ａから第４隔壁５２ｄまでの４つの隔壁を含むものとすると、両端に存在する隔壁の中間に位置する第２隔壁５２ｂと第３隔壁５２ｃとの間の間隙Ｇ３は、例えば空気層とする。この場合、第２温度の温調空気Ａ３と第１温度の温調空気Ａ４との間の熱抵抗が大きくなるため、図５（ａ）の場合の設定と比較して、温調空気Ａ３と温調空気Ａ４との流量を減らすこともできる。なお、間隙Ｇ３の内部を空気層とするのではなく、減圧して真空状態とすることで、熱抵抗をさらに大きくしてもよい。

なお、上記各実施形態では、対象物を常温より低温な環境で使用される光学素子として説明したが、使用環境は、常温より高温な環境であってもよい。また、計測対象物は、光学素子には限定されず、常温とは異なる温度環境下で使用される他の対象物であってもよい。また、計測対象物は、例えば、光学素子などを製作（成型）するための型であってもよい。さらに、上述した実施形態では、計測光の光路長の変化の情報または計測光と参照光との干渉縞の情報に基づいて、対象物の表面の形状を計測する例を説明した。しかしながら、計測する対象物の特性は、表面形状には限定されない。当該情報のように対象物と相互作用した計測光から得られる情報に相関のある対象物の特性であればよい。例えば、対象物の表面粗さや、対象物としての光学系が形成する波面の収差であってもよい。

（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態に係る形状測定装置について説明する。図７は、本実施形態に係る形状測定装置７０の構成を示す概略図である。特に、図７では、図１に示す第１実施形態に係る形状測定装置と同一構成のものには同一の符号を付し、説明を省略する。本実施形態の形状測定装置７０の特徴は、第２空間Ｓ２の湿度を、湿度制御器（湿度調整機構）７２を用いて制御（調整）する点にある。第２空間Ｓ２に供給する気体は、ダクト６を介して不図示の温度制御器で温度制御し、第１空間Ｓ１に供給する気体は第１調整機構８で温度制御されている。従って、例えば、第２空間Ｓ２の温度を２３℃、第１空間Ｓ１の温度を２℃としても、湿度制御器７２を用いてダクト６から第２空間Ｓ２に供給する気体の湿度を制御することで、第１空間Ｓ１と第２空間Ｓ２との温度差による結露を防止または低減し得る。湿度制御は、一般的に知られている飽和水蒸気量と温度との関係に基づいて行うことができ、詳細は後述する。

本実施形態の湿度制御器７２は、第２空間Ｓ２に設置された湿度計を含みうる。または、湿度制御器７２は、対象物２を設置する第１空間Ｓ１の温度を測定する温度センサ（第１温度計測器）７１ａと、測定器５を含む第２空間Ｓ２の温度を測定する温度センサ（第２温度計測器）７１ｂとを含みうる。その場合、温度センサ７１ａ・７１ｂで温度を測定し、測定した温度に基づいて、湿度制御器７２により、ダクト６から供給する気体の湿度を制御する。湿度制御においては、飽和水蒸気量（１ｍ^３の空間に存在できる水蒸気の最大質量）に関する情報と、温度センサ７１ａ及び７１ｂで測定された温度とに基づいて、ダクト６から供給する気体の湿度を決定する。湿度を制御する目的は、例えば隔壁部９に結露を生じさせないためである。第１空間Ｓ１と第２空間Ｓ２との間に温度差がある場合、隔壁部９に結露が生じることが懸念され、当該結露により高精度な測定が困難になり得るからである。そこで、例えば、第１空間Ｓ１の温度を２℃、第２空間の温度を２３℃とする場合、湿度制御により２℃の飽和水蒸気量以下の水蒸気量を含む２３℃の気体をダクト６から供給すればよい。飽和水蒸気量は、例えばＴｅｔｅｎｓの式（数１、数２）から求めることができる。それによれば、温度ｔ（℃）での飽和水蒸気圧Ｅ（ｔ）から飽和水蒸気量ａを求めることができる。

この関係式から、２℃での飽和水蒸気量は５．５７（ｇ／ｍ^３）となり、２３℃での飽和水蒸気量は２０．５９（ｇ／ｍ^３）となる。従って、ダクト６から供給する気体の湿度は、５．５７÷２０．５９×１００≒２７．１％以下になるように湿度制御器７２で制御されれば、隔壁部９に結露が生じることはない。なお、ダクト６から供給する気体の湿度は、ダクト６からの供給前の気体を乾燥する乾燥器（乾燥器はダクト６に含まれうる）により調整されうる。なお、本実施形態では、第２空間Ｓ２に供給される気体の湿度を制御しているが、第１空間Ｓ１の温度を第２空間Ｓ２の温度より高くする場合には、供給部１０から第１空間Ｓ１に供給される気体の湿度を湿度制御器により制御すればよい。すなわち、第１空間Ｓ１および第２空間Ｓ２のうち気温をより高く維持すべき少なくとも一方の空間に供給する気体の湿度を制御すればよい。また、本実施形態では、湿度制御のために温度センサ７１ａ・７１ｂを含む構成としているが、第１空間Ｓ１および第２空間Ｓ２のうち少なくとも一方の気温を既知とみなせる場合には、温度センサ７１ａ・７１ｂの少なくとも一方を省略可能である。

以上のように、本実施形態によれば、第１空間Ｓ１と第２空間Ｓ２との間に温度差がある計測環境（計測条件）下において結露を防止または低減するのに有利な計測装置を提供することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。

１形状測定装置
２対象物
４チャンバー
５測定器
６ダクト
８第１調整機構
９隔壁部
９ａ第１隔壁
９ｂ第２隔壁
Ｇ１間隙
Ｓ１第１空間
Ｓ２第２空間

Claims

光を投受光する投受光器を有し、対象物を計測する計測装置であって、
前記対象物を収容する第１空間を含むチャンバーと、
前記投受光器が配置された第２空間と前記第１空間とを分離し、かつ前記光を透過する隔壁部と、
前記第１空間を通して気体を流通させて前記第１空間を第１温度に調整する第１調整機構と、
前記第２空間を通して気体を流通させて前記第２空間を前記第１温度とは異なる第２温度に調整する第２調整機構と、を有し、
前記隔壁部は、間隙をもって配置された複数の隔壁を含む、
ことを特徴とする計測装置。
前記第１調整機構は、前記隔壁部に沿って前記気体が流通するように、前記気体を供給する供給口と前記気体を排出する排出口とを、前記対象物を介して互いに対向させて、前記第１空間内に有する、ことを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
前記第１調整機構は、前記供給口と前記排出口との第１の組と、前記第１の組より前記隔壁部から遠くに配置された前記供給口と前記排出口との第２の組とを含み、前記第１の組による前記気体の流れと前記第２の組による前記気体の流れとが互いに対向するように前記気体を流通させる、ことを特徴とする請求項２に記載の計測装置。
前記隔壁部は、第１間隙および第２間隙をもって配置された３つの隔壁を含む、ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の計測装置。
前記間隙を通して気体を流通させて前記間隙の温度を調整する第３調整手段を有する、ことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の計測装置。
前記第１間隙を通して気体を流通させて前記第１間隙の温度を調整する第４調整機構と、
前記第２間隙を通して気体を流通させて前記第２間隙の温度を調整する第５調整機構と、
を有する、ことを特徴とする請求項４に記載の計測装置。
前記第１空間は、前記３つの隔壁のうちの１つの隔壁を介して前記第１間隙に隣接し、
前記第２空間は、前記３つの隔壁のうちの他の１つの隔壁を介して前記第２間隙に隣接し、
前記第１調整機構、前記第２調整機構、前記第４調整機構および前記第５調整機構は、前記第１空間の気体の流れと前記第１間隙の気体の流れとが互いに対向し、かつ、前記第２空間の気体の流れと前記第２間隙の気体の流れとが互いに対向するように、それぞれ気体を流通させる、ことを特徴とする請求項６に記載の計測装置。
前記第１調整機構が前記第１空間に供給する気体の目標温度と、前記第４調整機構が前記第１間隙に供給する気体の目標温度とは、互いに異なる、ことを特徴とする請求項７に記載の計測装置。
前記第２調整機構が前記第２空間に供給する気体の目標温度と、前記第５調整機構が前記第２間隙に供給する気体の目標温度とは、互いに異なる、ことを特徴とする請求項７または請求項８に記載の計測装置。
前記３つの隔壁のうちの両端の２つの隔壁の間にある隔壁は、間隙をもって配置された複数の隔壁を含む、ことを特徴とする請求項４に記載の計測装置。
前記第１空間および前記第２空間の少なくとも一方の湿度を調整する湿度調整機構を有する、ことを特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載の計測装置。
前記湿度調整機構は、前記第１空間の温度を計測する第１温度計測器および前記第２空間の温度を計測する第２温度計測器の少なくとも一方を含み、前記第１温度計測器の出力に基づく前記第２空間の湿度の調整および前記第２温度計測器の出力に基づく前記第１空間の湿度の調整の少なくとも一方を行う、ことを特徴とする請求項１１に記載の計測装置。