JP6355027B2 - 形状測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、形状測定装置に係り、特に測定対象物の表面の形状を非接触で測定する形状測定装置に関する。

測定対象物の表面の形状を非接触で測定する装置として、低コヒーレンス干渉計を用いた形状測定装置や、共焦点光学系を用いた形状測定装置が知られている。

低コヒーレンス干渉計を用いた形状測定装置では、白色光源のような低コヒーレンス光源を使用して干渉計を構成し、参照光の光路長又は測定光の光路長を変化させることにより、干渉信号の振幅が最大となる点を検出して、測定対象物の位置を検出する（たとえば、特許文献１など）。

共焦点光学系を用いた形状測定装置では、対物レンズと測定対象物との間の距離を変えながら光ビームにより測定対象物の表面を走査し、測定対象物からの反射光の輝度が最大となる点を検出して、測定対象物の位置を検出する（たとえば、特許文献２など）。

これらの形状測定装置では、測定に際して、測定対象物と対物レンズとの間の距離が、対物レンズの作動距離となるように調整する必要がある。従来、この作業は、オペレータが目視で行っていた。

また、測定には、チルト角の調整も必要であるが、この作業も従来はオペレータが目視で行っていた。

特開2008-224568号公報 特開2008-26065号公報

しかしながら、オペレータによる目視での調整では、測定結果にバラツキが生じるという欠点がある。すなわち、オペレータの習熟度によって、同一部位を測定しても、必ずしも再現性のあるデータにならないという欠点がある。また、手作業による調整のため、測定に多大な時間を要するという欠点もある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、短時間で再現性のある高精度な測定を実施できる形状測定装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段は、次のとおりである。

［１］測定対象物を支持するテーブルと、低コヒーレンス光を出射する光源と、光源からの光を測定光と参照光とに分割する光分割手段と、参照光を反射する参照光反射手段と、測定光を出射する対物レンズと、参照光反射手段で反射した参照光と測定対象物で反射した測定光とを合成して干渉光を生成する光合成手段と、干渉光の強度を検出する光検出手段と、を備えた測定部と、対物レンズから出射する光の光軸と平行な軸をＺ軸とした場合に、測定部又はテーブルをＺ軸に沿って移動させるＺ軸移動部と、Ｚ軸に直交する一つの軸をＸ軸とした場合に、測定部又はテーブルをＸ軸まわりにチルトさせるＸ軸まわりチルト部と、Ｚ軸及びＸ軸に直交する軸をＹ軸とした場合に、測定部又はテーブルをＹ軸まわりにチルトさせるＹ軸まわりチルト部と、テーブルに支持された測定対象物をＸ軸方向から撮像するＸ軸撮像部と、テーブルに支持された測定対象物をＹ軸方向から撮像するＹ軸撮像部と、Ｘ軸撮像部で撮像された画像に基づいて、Ｘ軸まわりチルト部を制御し、テーブルに支持された測定対象物のＸ軸まわりの傾きを補正するＸ軸まわり傾き補正部と、Ｙ軸撮像部で撮像された画像に基づいて、Ｙ軸まわりチルト部を制御し、テーブルに支持された測定対象物のＹ軸まわりの傾きを補正するＹ軸まわり傾き補正部と、Ｘ軸撮像部、及び／又は、Ｙ軸撮像部で撮像された画像に基づいて、Ｚ軸移動部を制御し、測定部又はテーブルを対物レンズの作動距離まで移動させる作動距離調整部と、Ｚ軸移動部を制御し、あらかじめ設定された走査範囲で測定部又はテーブルを走査させる走査制御部と、移動する測定部又はテーブルのＺ軸方向の位置を検出するＺ軸方向位置検出部と、光検出手段で検出される干渉光の強度及びＺ軸方向位置検出部で検出される測定部又はテーブルのＺ軸方向の位置に基づいて、対物レンズから出射する光が照射された地点における測定対象物の表面のＺ軸方向の位置を検出する表面位置検出部と、を備えた形状測定装置。

本態様によれば、対物レンズから出射する光の光軸と平行な軸をＺ軸、Ｚ軸に直交する一つの軸をＸ軸、Ｚ軸及びＸ軸に直交する軸をＹ軸とし、測定部又はテーブルをＺ軸に沿って移動させるＺ軸移動部、測定部又はテーブルをＸ軸まわりにチルトさせるＸ軸まわりチルト部、測定部又はテーブルをＹ軸まわりにチルトさせるＹ軸まわりチルト部、テーブルに支持された測定対象物をＸ軸方向から撮像するＸ軸撮像部、及び、テーブルに支持された測定対象物をＹ軸方向から撮像するＹ軸撮像部が備えられる。

更に、テーブルに支持された測定対象物のＸ軸まわりの傾きを補正するＸ軸まわり傾き補正部、及び、テーブルに支持された測定対象物のＹ軸まわりの傾きを補正するＹ軸まわり傾き補正部が備えられる。Ｘ軸まわり傾き補正部は、Ｘ軸撮像部で撮像された画像に基づいて、Ｘ軸まわりチルト部を制御し、テーブルに支持された測定対象物のＸ軸まわりの傾きを補正する。すなわち、測定箇所において、測定光の傾斜が小さくなるように補正する。これにより、検出感度を高めることができる。同様に、Ｙ軸まわり傾き補正部は、Ｙ軸撮像部で撮像された画像に基づいて、Ｙ軸まわりチルト部を制御し、テーブルに支持された測定対象物のＹ軸まわりの傾きを補正する。すなわち、測定箇所において、測定光の傾斜が小さくなるように補正する。これにより、検出感度を高めることができる。

更に、測定部又はテーブルを対物レンズの作動距離まで移動させる作動距離調整部、及び、あらかじめ設定された走査範囲で測定部又はテーブルを走査させる走査制御部が備えられる。作動距離調整部は、Ｘ軸撮像部、及び／又は、Ｙ軸撮像部で撮像された画像に基づいて、Ｚ軸移動部を制御し、測定部又はテーブルを対物レンズの作動距離まで移動させる。走査制御部は、Ｚ軸移動部を制御し、あらかじめ設定された走査範囲で測定部又はテーブルを走査させる。

これにより、チルト角の調整から対物レンズを作動距離に位置させるための位置調整までの作業を自動で実施でき、更に測定も自動で実施できる。そして、これにより、短時間で高精度な測定を実施できる。

［２］Ｘ軸撮像部、及び／又は、Ｙ軸撮像部で撮像された画像に基づいて、対物レンズと測定対象物との間の距離を監視し、対物レンズと測定対象物との間の距離が、あらかじめ設定された衝突回避可能距離まで近づくと、測定部又はテーブルの移動を停止させる接触回避部を更に備えた上記［１］の形状測定装置。

本態様によれば、対物レンズと測定対象物との間の距離が、あらかじめ設定された衝突回避可能距離まで近づくと、測定部又はテーブルの移動を停止させる接触回避部が更に備えられる。接触回避部は、Ｘ軸撮像部、及び／又は、Ｙ軸撮像部で撮像された画像に基づいて、対物レンズと測定対象物との間の距離を監視し、対物レンズと測定対象物との間の距離が、あらかじめ設定された衝突回避可能距離まで近づくと、測定部又はテーブルの移動を停止させる。これにより、対物レンズが測定対象物に接触するのを防止できる。

［３］測定部又はテーブルをＸ軸に沿って移動させるＸ軸移動部と、測定部又はテーブルをＹ軸に沿って移動させるＹ軸移動部と、測定対象物に対する測定点を指定する測定点指定部と、Ｘ軸移動部及びＹ軸移動部を制御して、測定点指定部で指定された測定点が測定される位置に測定部又は測定対象物を位置させる測定位置調整部と、を更に備えた上記［１］又は［２］の形状測定装置。

本態様によれば、測定部又はテーブルをＸ軸に沿って移動させるＸ軸移動部、及び、測定部又はテーブルをＹ軸に沿って移動させるＹ軸移動部が、更に備えられる。更に、測定点を指定する測定点指定部、及び、その測定点指定部で指定された測定点が測定される位置に測定部又は測定対象物を位置するように、Ｘ軸移動部及びＹ軸移動部を制御する測定位置調整部が備えられる。これにより、指摘した測定点を自動で測定できる。

［４］テーブルに支持された測定対象物をＺ軸方向から撮像するＺ軸撮像部と、Ｚ軸撮像部で撮像された画像を表示する表示部と、を更に備え、測定点指定部は、表示部に表示された画像上で測定点の指定を受け付ける、上記［３］の形状測定装置。

本態様によれば、テーブルに支持された測定対象物をＺ軸方向から撮像するＺ軸撮像部、及び、Ｚ軸撮像部で撮像された画像を表示する表示部が更に備えられる。そして、表示部に表示された画像上で指定した点を測定点とする構成とされる。これにより、測定点を簡単に指定できる。

［５］円筒状の測定対象物を支持するテーブルと、低コヒーレンス光を出射する光源と、光源からの光を測定光と参照光とに分割する光分割手段と、参照光を反射する参照光反射手段と、測定光を出射する対物レンズと、参照光反射手段で反射した参照光と測定対象物で反射した測定光とを合成して干渉光を生成する光合成手段と、干渉光の強度を検出する光検出手段と、を備え、テーブルに支持された測定対象物の内部に挿入されて、対物レンズから測定対象物の内部の径方向に測定光を出射する測定部と、対物レンズから出射する光の光軸と平行な軸をＸ軸とした場合に、測定部又はテーブルをＸ軸に沿って移動させるＸ軸移動部と、Ｘ軸と直交し、かつ円筒状の測定対象物の円筒軸方向の一つの軸をＺ軸とした場合に、測定部又はテーブルをＺ軸に沿って移動させるＺ軸移動部と、測定部又はテーブルをＸ軸まわりにチルトさせるＸ軸まわりチルト部と、Ｚ軸及びＸ軸に直交する軸をＹ軸とした場合に、測定部又はテーブルをＹ軸まわりにチルトさせるＹ軸まわりチルト部と、テーブルに支持された測定対象物の内部をＺ軸方向から撮像する第１撮像部と、第１撮像部で撮像された画像に基づいて、Ｘ軸まわりチルト部及びＹ軸まわりチルト部を制御し、テーブルに支持された測定対象物の傾きを補正する傾き補正部と、対物レンズの先端を含む領域をＺ軸方向から撮像する第２撮像部と、第２撮像部で撮像された画像に基づいて、Ｚ軸移動部を制御し、測定部を対物レンズの作動距離まで移動させる作動距離調整部と、Ｘ軸移動部を制御し、あらかじめ設定された走査範囲で測定部又はテーブルを走査させる走査制御部と、移動する測定部又はテーブルのＸ軸方向の位置を検出するＸ軸方向位置検出部と、光検出手段で検出される干渉光の強度及びＸ軸方向位置検出部で検出される測定部のＸ軸方向の位置に基づいて、対物レンズから出射する光が照射された地点における測定対象物の内周面のＸ軸方向の位置を検出する表面位置検出部と、を備えた形状測定装置。

本態様によれば、対物レンズから出射する光の光軸と平行な軸をＸ軸、Ｘ軸と直交し、かつ円筒状の測定対象物の円筒軸方向の一つの軸をＺ軸、Ｚ軸及びＸ軸に直交する軸をＹ軸とし、測定部又はテーブルをＸ軸に沿って移動させるＸ軸移動部、測定部又はテーブルをＺ軸に沿って移動させるＺ軸移動部、測定部又はテーブルをＸ軸まわりにチルトさせるＸ軸まわりチルト部、測定部又はテーブルをＹ軸まわりにチルトさせるＹ軸まわりチルト部、テーブルに支持された測定対象物の内部をＺ軸方向から撮像する第１撮像部、及び、対物レンズの先端を含む領域をＺ軸方向から撮像する第２撮像部が備えられる。

更に、テーブルに支持された測定対象物の傾きを補正する傾き補正部が備えられる。傾き補正部は、第１撮像部で撮像された画像に基づいて、Ｘ軸まわりチルト部及びＹ軸まわりチルト部を制御し、テーブルに支持された測定対象物の傾きを補正する。すなわち、測定箇所において、測定光の傾斜が小さくなるように補正する。これにより、検出感度を高めることができる。

更に、測定部を対物レンズの作動距離まで移動させる作動距離調整部、及び、あらかじめ設定された走査範囲で測定部又はテーブルを走査させる走査制御部が備えられる。作動距離調整部は、第２撮像部で撮像された画像に基づいて、Ｚ軸移動部を制御し、測定部を対物レンズの作動距離まで移動させる。走査制御部は、Ｘ軸移動部を制御し、あらかじめ設定された走査範囲で測定部又はテーブルを走査させる。

これにより、チルト角の調整から対物レンズを作動距離に位置させるための位置調整までの作業を自動で実施でき、更に測定も自動で実施できる。そして、これにより、短時間で高精度な測定を実施できる。

［６］第２撮像部で撮像された画像に基づいて、対物レンズと測定対象物との間の距離を監視し、対物レンズと測定対象物との間の距離が、あらかじめ設定された衝突回避可能距離まで近づくと、測定部又はテーブルの移動を停止させる接触回避部を更に備えた上記［５］の形状測定装置。

本態様によれば、対物レンズと測定対象物との間の距離が、あらかじめ設定された衝突回避可能距離まで近づくと、測定部又はテーブルの移動を停止させる接触回避部が更に備えられる。接触回避部は、第２撮像部で撮像された画像に基づいて、対物レンズと測定対象物との間の距離を監視し、対物レンズと測定対象物との間の距離が、あらかじめ設定された衝突回避可能距離まで近づくと、測定部又はテーブルの移動を停止させる。これにより、対物レンズが測定対象物に接触するのを防止できる。

［７］測定部又はテーブルをＹ軸に沿って移動させるＹ軸移動部と、測定対象物に対する測定点を指定する測定点指定部と、Ｘ軸移動部及びＹ軸移動部を制御して、測定点指定部で指定された測定点が測定される位置に測定部又は測定対象物を位置させる測定位置調整部と、を更に備えた上記［５］又は［６］の形状測定装置。

本態様によれば、測定部又はテーブルをＹ軸に沿って移動させるＹ軸移動部が、更に備えられる。更に、測定点を指定する測定点指定部、及び、その測定点指定部で指定された測定点が測定される位置に測定部又は測定対象物を位置するように、Ｘ軸移動部及びＹ軸移動部を制御する測定位置調整部が備えられる。これにより、指摘した測定点を自動で測定できる。

［８］テーブルに支持された測定対象物の内部を対物レンズから出射する光の光軸と平行な方向から撮像する第３撮像部と、第３撮像部で撮像された画像を表示する表示部と、を更に備え、測定点指定部は、表示部に表示された画像上で測定点の指定を受け付ける、上記［７］の形状測定装置。

本態様によれば、テーブルに支持された測定対象物の内部を対物レンズから出射する光の光軸と平行な方向から撮像する第３撮像部、及び、第３撮像部で撮像された画像を表示する表示部が、更に備えられる。そして、表示部に表示された画像上で指定した点を測定点とする構成とされる。これにより、測定点を簡単に指定できる。

［９］Ｚ軸を中心に測定部又はテーブルを回転させる回転部を更に備えた上記［５］から［８］の形状測定装置。

本態様によれば、Ｚ軸を中心に測定部又はテーブルを回転させる回転部が更に備えられる。これにより、測定点を周方向に変更できる。

［１０］測定対象物を支持するテーブルと、光源と、光源からの光を出射する対物レンズと、測定対象物の表面で反射した光の強度を検出する光検出手段と、対物レンズから出射する光の光軸と平行な軸をＺ軸とした場合に、対物レンズ又はテーブルをＺ軸に沿って移動させるＺ軸移動部と、Ｚ軸に直交する一つの軸をＸ軸とした場合に、対物レンズ又はテーブルをＸ軸まわりにチルトさせるＸ軸まわりチルト部と、Ｚ軸及びＸ軸に直交する軸をＹ軸とした場合に、対物レンズ又はテーブルをＹ軸まわりにチルトさせるＹ軸まわりチルト部と、テーブルに支持された測定対象物をＸ軸方向から撮像するＸ軸撮像部と、テーブルに支持された測定対象物をＹ軸方向から撮像するＹ軸撮像部と、Ｘ軸撮像部で撮像された画像に基づいて、Ｘ軸まわりチルト部を制御し、テーブルに支持された測定対象物のＸ軸まわりの傾きを補正するＸ軸まわり傾き補正部と、Ｙ軸撮像部で撮像された画像に基づいて、Ｙ軸まわりチルト部を制御し、テーブルに支持された測定対象物のＹ軸まわりの傾きを補正するＹ軸まわり傾き補正部と、Ｘ軸撮像部、及び／又は、Ｙ軸撮像部で撮像された画像に基づいて、Ｚ軸移動部を制御し、対物レンズ又はテーブルを対物レンズの作動距離まで移動させる作動距離調整部と、Ｚ軸移動部を制御し、あらかじめ設定された走査範囲で対物レンズ又はテーブルを走査させる走査制御部と、移動する対物レンズ又はテーブルのＺ軸方向の位置を検出するＺ軸方向位置検出部と、光検出手段で検出される光の強度及びＺ軸方向位置検出部で検出される対物レンズ又はテーブルのＺ軸方向の位置に基づいて、対物レンズから出射する光が照射された地点における測定対象物の表面のＺ軸方向の位置を検出する表面位置検出部と、を備えた形状測定装置。

本態様によれば、対物レンズから出射する光の光軸と平行な軸をＺ軸、Ｚ軸に直交する一つの軸をＸ軸、Ｚ軸及びＸ軸に直交する軸をＹ軸とし、測定部又はテーブルをＺ軸に沿って移動させるＺ軸移動部、測定部又はテーブルをＸ軸まわりにチルトさせるＸ軸まわりチルト部、測定部又はテーブルをＹ軸まわりにチルトさせるＹ軸まわりチルト部、テーブルに支持された測定対象物をＸ軸方向から撮像するＸ軸撮像部、及び、テーブルに支持された測定対象物をＹ軸方向から撮像するＹ軸撮像部が備えられる。

更に、テーブルに支持された測定対象物のＸ軸まわりの傾きを補正するＸ軸まわり傾き補正部、及び、テーブルに支持された測定対象物のＹ軸まわりの傾きを補正するＹ軸まわり傾き補正部が備えられる。Ｘ軸まわり傾き補正部は、Ｘ軸撮像部で撮像された画像に基づいて、Ｘ軸まわりチルト部を制御し、テーブルに支持された測定対象物のＸ軸まわりの傾きを補正する。すなわち、測定箇所において、照射される光の傾斜が小さくなるように補正する。これにより、検出感度を高めることができる。Ｙ軸まわり傾き補正部は、Ｙ軸撮像部で撮像された画像に基づいて、Ｙ軸まわりチルト部を制御し、テーブルに支持された測定対象物のＹ軸まわりの傾きを補正する。すなわち、測定箇所において、照射される光の傾斜が小さくなるように補正する。これにより、検出感度を高めることができる。

更に、測定部又はテーブルを対物レンズの作動距離まで移動させる作動距離調整部、及び、あらかじめ設定された走査範囲で測定部又はテーブルを走査させる走査制御部が備えられる。作動距離調整部は、Ｘ軸撮像部、及び／又は、Ｙ軸撮像部で撮像された画像に基づいて、Ｚ軸移動部を制御し、測定部又はテーブルを対物レンズの作動距離まで移動させる。走査制御部は、Ｚ軸移動部を制御し、あらかじめ設定された走査範囲で測定部又はテーブルを走査させる。

これにより、チルト角の調整から対物レンズを作動距離に位置させるための位置調整までの作業を自動で実施でき、更に測定も自動で実施できる。そして、これにより、短時間で高精度な測定を実施できる。

［１１］Ｘ軸撮像部、及び／又は、Ｙ軸撮像部で撮像された画像に基づいて、対物レンズと測定対象物との間の距離を監視し、対物レンズと測定対象物との間の距離が、あらかじめ設定された衝突回避可能距離まで近づくと、対物レンズ又はテーブルの移動を停止させる接触回避部を更に備えた上記［１０］の形状測定装置。

本態様によれば、対物レンズと測定対象物との間の距離が、あらかじめ設定された衝突回避可能距離まで近づくと、測定部又はテーブルの移動を停止させる接触回避部が更に備えられる。接触回避部は、Ｘ軸撮像部、及び／又は、Ｙ軸撮像部で撮像された画像に基づいて、対物レンズと測定対象物との間の距離を監視し、対物レンズと測定対象物との間の距離が、あらかじめ設定された衝突回避可能距離まで近づくと、測定部又はテーブルの移動を停止させる。これにより、対物レンズが測定対象物に接触するのを防止できる。

［１２］対物レンズ又はテーブルをＸ軸に沿って移動させるＸ軸移動部と、対物レンズ又はテーブルをＹ軸に沿って移動させるＹ軸移動部と、測定対象物に対する測定点を指定する測定点指定部と、Ｘ軸移動部及びＹ軸移動部を制御して、測定点指定部で指定された測定点が測定される位置に対物レンズ又は測定対象物を位置させる測定位置調整部と、を更に備えた上記［１０］又は［１１］の形状測定装置。

本態様によれば、測定部又はテーブルをＸ軸に沿って移動させるＸ軸移動部、及び、測定部又はテーブルをＹ軸に沿って移動させるＹ軸移動部が、更に備えられる。更に、測定点を指定する測定点指定部、及び、その測定点指定部で指定された測定点が測定される位置に測定部又は測定対象物を位置するように、Ｘ軸移動部及びＹ軸移動部を制御する測定位置調整部が備えられる。これにより、指摘した測定点を自動で測定できる。

［１３］テーブルに支持された測定対象物をＺ軸方向から撮像するＺ軸撮像部と、Ｚ軸撮像部で撮像された画像を表示する表示部と、を更に備え、測定点指定部は、表示部に表示された画像上で測定点の指定を受け付ける、上記［１２］の形状測定装置。

本態様によれば、テーブルに支持された測定対象物をＺ軸方向から撮像するＺ軸撮像部、及び、Ｚ軸撮像部で撮像された画像を表示する表示部が更に備えられる。そして、表示部に表示された画像上で指定した点を測定点とする構成とされる。これにより、測定点を簡単に指定できる。

［１４］円筒状の測定対象物を支持するテーブルと、光源と、テーブルに支持された測定対象物の内部に挿入され、測定対象物の内部の径方向に光源からの光を出射する対物レンズと、測定対象物の内周面で反射した光の強度を検出する光検出手段と、対物レンズから出射する光の光軸と平行な軸をＸ軸とした場合に、対物レンズ又はテーブルをＸ軸に沿って移動させるＸ軸移動部と、Ｘ軸と直交し、かつ円筒状の測定対象物の円筒軸方向の一つの軸をＺ軸とした場合に、対物レンズ又はテーブルをＺ軸に沿って移動させるＺ軸移動部と、対物レンズ又はテーブルをＸ軸まわりにチルトさせるＸ軸まわりチルト部と、Ｚ軸及びＸ軸に直交する軸をＹ軸とした場合に、対物レンズ又はテーブルをＹ軸まわりにチルトさせるＹ軸まわりチルト部と、テーブルに支持された測定対象物の内部をＺ軸方向から撮像する第１撮像部と、第１撮像部で撮像された画像に基づいて、Ｘ軸まわりチルト部及びＹ軸まわりチルト部を制御し、テーブルに支持された測定対象物の傾きを補正する傾き補正部と、対物レンズの先端を含む領域をＺ軸方向から撮像する第２撮像部と、第２撮像部で撮像された画像に基づいて、Ｚ軸移動部を制御し、対物レンズを対物レンズの作動距離まで移動させる作動距離調整部と、Ｘ軸移動部を制御し、あらかじめ設定された走査範囲で対物レンズ又はテーブルを走査させる走査制御部と、移動する対物レンズ又はテーブルのＸ軸方向の位置を検出するＸ軸方向位置検出部と、光検出手段で検出される光の強度及びＸ軸方向位置検出部で検出される対物レンズのＸ軸方向の位置に基づいて、対物レンズから出射する光が照射された地点における測定対象物の内周面のＸ軸方向の位置を検出する表面位置検出部と、を備えた形状測定装置。

本態様によれば、対物レンズから出射する光の光軸と平行な軸をＸ軸、Ｘ軸と直交し、かつ円筒状の測定対象物の円筒軸方向の一つの軸をＺ軸、Ｚ軸及びＸ軸に直交する軸をＹ軸とし、測定部又はテーブルをＸ軸に沿って移動させるＸ軸移動部、測定部又はテーブルをＺ軸に沿って移動させるＺ軸移動部、測定部又はテーブルをＸ軸まわりにチルトさせるＸ軸まわりチルト部、測定部又はテーブルをＹ軸まわりにチルトさせるＹ軸まわりチルト部、テーブルに支持された測定対象物の内部をＺ軸方向から撮像する第１撮像部、及び、対物レンズの先端を含む領域をＺ軸方向から撮像する第２撮像部が備えられる。

更に、テーブルに支持された測定対象物の傾きを補正する傾き補正部が備えられる。傾き補正部は、第１撮像部で撮像された画像に基づいて、Ｘ軸まわりチルト部及びＹ軸まわりチルト部を制御し、テーブルに支持された測定対象物の傾きを補正する。すなわち、測定箇所において、照射される光の傾斜が小さくなるように補正する。これにより、検出感度を高めることができる。

更に、測定部を対物レンズの作動距離まで移動させる作動距離調整部、及び、あらかじめ設定された走査範囲で測定部又はテーブルを走査させる走査制御部が備えられる。作動距離調整部は、第２撮像部で撮像された画像に基づいて、Ｚ軸移動部を制御し、測定部を対物レンズの作動距離まで移動させる。走査制御部は、Ｘ軸移動部を制御し、あらかじめ設定された走査範囲で測定部又はテーブルを走査させる。

これにより、チルト角の調整から対物レンズを作動距離に位置させるための位置調整までの作業を自動で実施でき、更に測定も自動で実施できる。そして、これにより、短時間で高精度な測定を実施できる。

［１５］第２撮像部で撮像された画像に基づいて、対物レンズと測定対象物との間の距離を監視し、対物レンズと測定対象物との間の距離が、あらかじめ設定された衝突回避可能距離まで近づくと、対物レンズ又はテーブルの移動を停止させる接触回避部を更に備えた上記［１４］の形状測定装置。

本態様によれば、対物レンズと測定対象物との間の距離が、あらかじめ設定された衝突回避可能距離まで近づくと、測定部又はテーブルの移動を停止させる接触回避部が更に備えられる。接触回避部は、第２撮像部で撮像された画像に基づいて、対物レンズと測定対象物との間の距離を監視し、対物レンズと測定対象物との間の距離が、あらかじめ設定された衝突回避可能距離まで近づくと、測定部又はテーブルの移動を停止させる。これにより、対物レンズが測定対象物に接触するのを防止できる。

［１６］対物レンズ又はテーブルをＹ軸に沿って移動させるＹ軸移動部と、測定対象物に対する測定点を指定する測定点指定部と、Ｘ軸移動部及びＹ軸移動部を制御して、測定点指定部で指定された測定点が測定される位置に対物レンズ又は測定対象物を位置させる測定位置調整部と、を更に備えた上記［１４］又は［１５］の形状測定装置。

本態様によれば、測定部又はテーブルをＹ軸に沿って移動させるＹ軸移動部が、更に備えられる。更に、測定点を指定する測定点指定部、及び、その測定点指定部で指定された測定点が測定される位置に測定部又は測定対象物を位置するように、Ｘ軸移動部及びＹ軸移動部を制御する測定位置調整部が備えられる。これにより、指摘した測定点を自動で測定できる。

［１７］テーブルに支持された測定対象物の内部を対物レンズから出射する光の光軸と平行な方向から撮像する第３撮像部と、第３撮像部で撮像された画像を表示する表示部と、を更に備え、測定点指定部は、表示部に表示された画像上で測定点の指定を受け付ける、上記［１６］の形状測定装置。

本態様によれば、テーブルに支持された測定対象物の内部を対物レンズから出射する光の光軸と平行な方向から撮像する第３撮像部、及び、第３撮像部で撮像された画像を表示する表示部が、更に備えられる。そして、表示部に表示された画像上で指定した点を測定点とする構成とされる。これにより、測定点を簡単に指定できる。

［１８］Ｚ軸を中心に対物レンズ又はテーブルを回転させる回転部を更に備えた上記［１４］から［１７］のいずれかの形状測定装置。

本態様によれば、Ｚ軸を中心に測定部又はテーブルを回転させる回転部が更に備えられる。これにより、測定点を周方向に変更できる。

本発明によれば、短時間で再現性のある高精度な測定を実施できる。

形状測定装置の第１の実施形態を示す正面図 形状測定装置の第１の実施形態を示す側面図 図１の３−３断面図 第１の実施の形態の形状測定装置の測定部の概略構成図 第１の実施の形態の形状測定装置の制御系のブロック図 第１の実施の形態の形状測定装置のコンピュータが実現する機能のブロック図 測定点の指定画面の一例を示す図 第１の実施の形態の形状測定装置による形状の測定手順を示すフローチャート 形状測定装置の第２の実施形態を示す正面図 形状測定装置の第２の実施形態を示す側面図 第２の実施の形態の形状測定装置の測定部の概略構成図 第２の実施の形態の形状測定装置の制御系のブロック図 第２の実施の形態の形状測定装置のコンピュータが実現する機能のブロック図 第２の実施の形態の形状測定装置の傾き補正部による傾き補正の概念図 第２の実施の形態の形状測定装置による形状の測定手順を示すフローチャート 形状測定装置の第３の実施形態を示す正面図 第３の実施の形態の形状測定装置の測定部の概略構成図 形状測定装置の第４の実施形態を示す正面図 第４の形状測定装置の測定部の概略構成図

以下、添付図面に従って本発明の好ましい実施の形態について説明する。

《第１の実施の形態》
〈装置構成〉
図１、図２は、それぞれ本発明に係る形状測定装置の第１の実施形態を示す正面図、側面図である。また、図３は、図１の３−３断面図である。

本実施の形態の形状測定装置１０は、低コヒーレンス干渉を利用して、測定対象物の表面形状を非接触測定する装置であり、主として、基台１２と、測定対象物Ｏを支持するテーブル１４と、テーブル１４をＸ軸及びＹ軸に沿って移動させるテーブル移動部１６と、テーブル１４をＸ軸まわり及びＹ軸まわりにチルトさせるテーブルチルト部１８と、低コヒーレンス光を出射する光源２０と、測定部２２と、測定部２２をＺ軸に沿って移動させるＺ軸移動部２４と、テーブル１４に支持された測定対象物ＯをＸ軸方向から撮像するＸ軸撮像部２６Ｘと、テーブル１４に支持された測定対象物ＯをＹ軸方向から撮像するＹ軸撮像部２６Ｙと、テーブル１４に支持された測定対象物ＯをＺ軸方向から撮像するＺ軸撮像部２６Ｚと、全体の動作を制御し、かつ、各種演算処理を行うコンピュータ３２と、を備えて構成される。

基台１２は、平坦な基台基準面１２Ａを有する。Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸は、互いに直交する３つの軸として、基台基準面１２Ａの中心を基準に設定される。Ｘ軸及びＹ軸は、基台基準面１２Ａと平行に設定され、Ｚ軸は、基台基準面１２Ａと垂直に設定される。

基台１２には、コラム１２Ｂが備えられる。コラム１２Ｂは、基台基準面１２Ａに対して垂直に設置される。

テーブル１４は、テーブル移動部１６及びテーブルチルト部１８を介して基台１２に設置される。テーブル１４は、平坦な測定対象物支持面１４Ａを有し、測定対象物支持面１４Ａの上に測定対象物Ｏが載置されて支持される。

テーブル移動部１６は、テーブル１４をＸ軸に沿って移動させるＸ軸移動部１６Ｘ、及び、テーブル１４をＹ軸に沿って移動させるＹ軸移動部１６Ｙを備えて構成される。

Ｘ軸移動部１６Ｘは、Ｘ軸に沿って配設される図示しないレールと、そのレールに沿ってスライドする図示しない直動ステージと、直動ステージをレールに沿って移動させる図示しない駆動機構と、を備えて構成される。テーブル１４は、Ｘ軸移動部１６Ｘの駆動機構を駆動することにより、Ｘ軸に沿って移動する。

Ｙ軸移動部１６Ｙは、Ｙ軸に沿って配設される図示しないレールと、そのレールに沿ってスライドする図示しない直動ステージと、直動ステージをレールに沿って移動させる図示しない駆動機構と、を備えて構成される。テーブル１４は、Ｙ軸移動部１６Ｙの駆動機構を駆動することにより、Ｙ軸に沿って移動する。

テーブルチルト部１８は、テーブル１４をＸ軸まわりにチルトさせるＸ軸まわりチルト部１８Ｘ、及び、テーブル１４をＹ軸まわりにチルトさせるＹ軸まわりチルト部１８Ｙを備えて構成される。

Ｘ軸まわりチルト部１８Ｘは、Ｘ軸まわりに揺動自在に支持された図示しない揺動ステージと、揺動ステージを揺動させる図示しない駆動機構と、を備えて構成される。テーブル１４は、Ｘ軸まわりチルト部１８Ｘの駆動機構を駆動することにより、Ｘ軸まわりにチルトする。

Ｙ軸まわりチルト部１８Ｙは、Ｙ軸まわりに揺動自在に支持された図示しない揺動ステージと、揺動ステージを揺動させる図示しない駆動機構と、を備えて構成される。テーブル１４は、Ｙ軸まわりチルト部１８Ｙの駆動機構を駆動することにより、Ｙ軸まわりにチルトする。

テーブル１４は、Ｙ軸まわりチルト部１８Ｙの揺動ステージの上に設置される。Ｙ軸まわりチルト部１８Ｙは、Ｘ軸まわりチルト部１８Ｘの揺動ステージの上に設置される。Ｘ軸まわりチルト部１８Ｘは、Ｙ軸移動部１６Ｙの直動ステージの上に設置される。Ｙ軸移動部１６Ｙは、Ｘ軸移動部１６Ｘの直動ステージの上に設置される。Ｘ軸移動部１６Ｘは、基台基準面１２Ａに設置される。これにより、Ｘ軸移動部１６Ｘを駆動すると、テーブル１４がＸ軸に沿って移動する。また、Ｙ軸移動部１６Ｙを駆動すると、テーブル１４がＹ軸に沿って移動する。また、Ｘ軸まわりチルト部１８Ｘを駆動すると、テーブル１４がＸ軸まわりにチルトする。また、Ｙ軸まわりチルト部１８Ｙを駆動すると、テーブル１４がＹ軸まわりにチルトする。

テーブル１４は、Ｘ軸方向の位置がＸ軸方向位置検出部３４Ｘによって検出され、Ｙ軸方向の位置がＹ軸方向位置検出部３４Ｙによって検出される。Ｘ軸方向位置検出部３４Ｘは、Ｘ軸移動部１６Ｘの直動ステージの移動量を検出して、あらかじめ設定された原点に対するテーブル１４のＸ軸方向の位置を検出する。Ｙ軸方向位置検出部３４Ｙは、Ｙ軸移動部１６Ｙの直動ステージの移動量を検出して、原点に対するテーブル１４のＹ軸方向の位置を検出する。

また、テーブル１４は、Ｘ軸まわりのチルト角がＸ軸まわりチルト角検出部３６Ｘによって検出され、Ｙ軸まわりのチルト角がＹ軸まわりチルト角検出部３６Ｙによって検出される。Ｘ軸まわりチルト角検出部３６Ｘは、Ｘ軸まわりチルト部１８Ｘの揺動ステージの傾斜角度を検出して、テーブル１４のＸ軸まわりのチルト角を検出する。Ｙ軸まわりチルト角検出部３６Ｙは、Ｙ軸まわりチルト部１８Ｙの揺動ステージの傾斜角度を検出して、テーブル１４のＹ軸まわりのチルト角を検出する。

光源２０は、白色光源のような低コヒーレンス光源で構成され、低コヒーレンス光（たとえば、白色光）を出射する。光源２０から出射された光は、ライトガイド４０を介して、測定部２２に伝播される。

図４は、測定部の概略構成図である。

測定部２２は、コリメーター４２と、ビームスプリッター４４と、コーナーキューブプリズム４６と、対物レンズ４８と、光検出器５０と、を備えて構成される。測定部２２の各構成要素は、測定部本体フレーム５２に一体的に備えられる。

コリメーター４２は、ライトガイド４０を介して光源２０から伝播される光を平行光に変換し、ビームスプリッター４４に入射する。

ビームスプリッター４４は、光分割手段の一例であり、コリメーター４２を介して入射される光を測定光と参照光とに分割する。また、ビームスプリッター４４は、光合成手段の一例であり、測定対象物Ｏで反射した測定光と、コーナーキューブプリズム４６で反射した参照光とを合成して干渉光を生成する。

コーナーキューブプリズム４６は、参照光反射手段の一例であり、ビームスプリッター４４から出射する参照光を一定位置で元来た方向に反射する。コーナーキューブプリズム４６で反射した参照光は、再びビームスプリッター４４に入射する。

対物レンズ４８は、ビームスプリッター４４から出射する測定光を集光して、測定対象面である測定対象物Ｏの表面に照射する。測定対象物Ｏの表面で反射した測定光は、対物レンズ４８を介して再びビームスプリッター４４に入射する。対物レンズ４８の光軸は、Ｚ軸と平行に設定される。したがって、測定光は、Ｚ軸に沿って対物レンズ４８から出射する。

ビームスプリッター４４に入射した測定光及び参照光は、ビームスプリッター４４によって一つに合わされて光学的に干渉し、光検出器５０に入射する。

光検出器５０は、光検出手段の一例であり、ビームスプリッター４４から出射される干渉光の光強度を検出する。光検出器５０は、あらかじめ設定された周期でサンプリングし、電気信号（干渉信号）として出力する。このような機能を有する光検出器５０としては、たとえば、ＣＣＤイメージセンサ（Charge Coupled Device Image Sensor）やＣＭＯＳイメージセンサ（Complementary Metal Oxide Semiconductor Image Sensor）などの固体撮像素子が好適に用いられる。光検出器５０から出力される干渉信号は、コンピュータ３２に取り込まれる。

Ｚ軸移動部２４は、測定部２２をＺ軸に沿って移動させる。Ｚ軸移動部２４は、Ｚ軸に沿って配設される図示しないレールと、そのレールに沿ってスライドする図示しない直動ステージと、直動ステージをレールに沿って移動させる図示しない駆動機構と、を備えて構成される。レールは、コラム１２Ｂに配設される。測定部２２は、その測定部本体フレーム５２が、Ｚ軸移動部２４の直動ステージに取り付けられて、Ｚ軸方向に移動可能に設けられる。そして、Ｚ軸移動部２４の駆動機構を駆動することにより、Ｚ軸方向に沿って移動する。

測定部２２の測定部２２は、Ｚ軸移動部２４の直動ステージに設置される。これにより、Ｚ軸移動部２４の駆動機構を駆動すると、測定部２２がＺ軸に沿って移動する。

測定部２２は、Ｚ軸方向の位置がＺ軸方向位置検出部３４Ｚによって検出される。Ｚ軸方向位置検出部３４Ｚは、Ｚ軸移動部２４の直動ステージの移動量を検出して、あらかじめ設定された原点に対する測定部２２のＺ軸方向の位置を検出する。

Ｘ軸撮像部２６Ｘは、Ｘ軸電子カメラ２６ＸＣを備え、Ｘ軸電子カメラ２６ＸＣで測定対象物ＯをＸ軸方向から撮像する。Ｘ軸電子カメラ２６ＸＣは、ブラケット５６Ｘを介して基台１２に設置される。Ｘ軸電子カメラ２６ＸＣの撮影レンズは、テーブル１４に支持された測定対象物Ｏの全体を撮像可能に構成され、その光軸はＸ軸と平行に設定される。これにより、測定対象物Ｏの側面をＸ軸方向から撮像できる。また、Ｘ軸電子カメラ２６ＸＣには、ＡＥ（automatic exposure：自動露出）、ＡＦ（auto focus：自動焦点調節）、ＡＷＢ（auto white balance：自動ホワイトバランス）等の機能が備えられる。

Ｙ軸撮像部２６Ｙは、Ｙ軸電子カメラ２６ＹＣを備え、Ｙ軸電子カメラ２６ＹＣで測定対象物ＯをＹ軸方向から撮像する。Ｙ軸電子カメラ２６ＹＣは、ブラケット５６Ｙを介してコラム１２Ｂに設置される。Ｙ軸電子カメラ２６ＹＣの撮影レンズは、Ｙ軸電子カメラ２６ＹＣの設置位置においてテーブル１４に支持された測定対象物Ｏの全体を撮像可能に構成され、その光軸はＹ軸と平行に設定される。これにより、測定対象物Ｏの側面をＹ軸方向から撮像できる。また、Ｙ軸電子カメラ２６ＹＣには、ＡＥ、ＡＦ、ＡＷＢ等の機能が備えられる。

Ｚ軸撮像部２６Ｚは、Ｚ軸電子カメラ２６ＺＣを備え、Ｚ軸電子カメラ２６ＺＣで測定対象物ＯをＺ軸方向から撮像する。Ｚ軸電子カメラ２６ＺＣは、ブラケット５６Ｚを介して測定部２２の測定部本体フレーム５２に設置される。Ｚ軸電子カメラ２６ＺＣの撮影レンズは、所定位置においてテーブル１４に支持された測定対象物Ｏの全体を撮像可能に構成され、その光軸はＺ軸と平行に設定される。これにより、測定対象物Ｏの上面（測定対象面）をＺ軸方向から撮像できる。また、Ｚ軸電子カメラ２６ＺＣには、ＡＥ、ＡＦ、ＡＷＢ等の機能が備えられる。

コンピュータ３２は、形状測定装置１０の全体の動作を制御し、かつ、各種演算処理を行う。コンピュータ３２は、ＣＰＵ（central processing unit：中央演算処理装置）、ＲＡＭ（random access memory：ランダムアクセスが可能な読み出しと書き込みができる記憶装置）、ＲＯＭ（read only memory：読み出し専用の記憶装置）を備えて構成される。

図５は、形状測定装置の制御系のブロック図である。

コンピュータ３２には、表示部６０としてのディスプレイ、操作部６２としてのキーボード、及び、マウス、並びに、記憶部６４としてのＨＤＤ（hard disc drive：固定ディスク装置）が接続される。

また、コンピュータ３２には、テーブル移動部１６、テーブルチルト部１８、光源２０、測定部２２、Ｚ軸移動部２４、Ｘ軸撮像部２６Ｘ、Ｙ軸撮像部２６Ｙ、Ｚ軸撮像部２６Ｚ、Ｘ軸方向位置検出部３４Ｘ、Ｙ軸方向位置検出部３４Ｙ、Ｘ軸まわりチルト角検出部３６Ｘ、Ｙ軸まわりチルト角検出部３６Ｙ、Ｚ軸方向位置検出部３４Ｚが接続される。

コンピュータは、所定のプログラムを実行することにより、コンピュータ３２に接続された各部の制御部として機能する。また、コンピュータ３２は、所定のプログラムを実行することにより、演算処理部として機能する。ＲＯＭ又は記憶部６４には、コンピュータ３２が実行するプログラム、及び、制御等に必要な各種データが記憶される。

図６は、コンピュータが実現する機能のブロック図である。

コンピュータ３２は、所定のプログラムを実行することにより、Ｘ軸撮像制御部１１０Ｘ、Ｙ軸撮像制御部１１０Ｙ、Ｚ軸撮像制御部１１０Ｚ、Ｘ軸まわり傾き補正部１１２、Ｙ軸まわり傾き補正部１１４、作動距離調整部１１６、接触回避部１１８、走査制御部１２０、表面位置検出部１２２、測定点指定部１２４、測定位置調整部１２６、表示制御部１２８として機能する。

Ｘ軸撮像制御部１１０Ｘは、Ｘ軸撮像部２６Ｘに備えられたＸ軸電子カメラ２６ＸＣの駆動を制御して、Ｘ軸方向からの撮像を制御する。Ｘ軸電子カメラ２６ＸＣからの映像信号は、コンピュータ３２に取り込まれる。

Ｙ軸撮像制御部１１０Ｙは、Ｙ軸撮像部２６Ｙに備えられたＹ軸電子カメラ２６ＹＣの駆動を制御して、Ｙ軸方向からの撮像を制御する。Ｙ軸電子カメラ２６ＹＣからの映像信号は、コンピュータ３２に取り込まれる。

Ｚ軸撮像制御部１１０Ｚは、Ｚ軸撮像部２６Ｚに備えられたＺ軸電子カメラ２６ＺＣの駆動を制御して、Ｚ軸方向からの撮像を制御する。Ｚ軸電子カメラ２６ＺＣからの映像信号は、コンピュータ３２に取り込まれる。

Ｘ軸まわり傾き補正部１１２は、Ｘ軸撮像部２６Ｘで撮像された画像に基づいて、Ｘ軸まわりチルト部１８Ｘを制御し、テーブル１４に支持された測定対象物ＯのＸ軸まわりの傾きを補正する。Ｘ軸まわり傾き補正部１１２は、測定対象物ＯのＸ軸まわりの傾き量を検出する検出部と、Ｘ軸まわりの傾きの補正量を算出する算出部と、算出した補正量に基づいてＸ軸まわりチルト部１８Ｘを駆動する駆動制御部と、を備えて構成される。検出部は、Ｘ軸撮像部２６Ｘから得られる画像を解析して、測定対象物ＯのＸ軸まわりの傾き量を検出する。Ｘ軸まわりの傾き量は、基台基準面１２Ａと平行な面に対する測定対象面のＸ軸まわりの傾き量を画像から求めて検出する。算出部は、検出部で検出されたＸ軸まわりの傾き量から、傾きを是正するための補正量を算出する。補正量は、測定対象面のＸ軸まわりの傾きを補正するために必要なＸ軸まわりのチルト角として算出される。駆動制御部は、算出されたチルト角に基づいて、Ｘ軸まわりチルト部１８Ｘを駆動し、テーブル１４をＸ軸まわりにチルトさせて、テーブル１４のＸ軸まわりの傾きを補正する。

Ｙ軸まわり傾き補正部１１４は、Ｙ軸撮像部２６Ｙで撮像された画像に基づいて、Ｙ軸まわりチルト部１８Ｙを制御し、テーブル１４に支持された測定対象物ＯのＹ軸まわりの傾きを補正する。Ｙ軸まわり傾き補正部１１４は、測定対象物ＯのＹ軸まわりの傾き量を検出する検出部と、Ｙ軸まわりの傾きの補正量を算出する算出部と、算出した補正量に基づいてＹ軸まわりチルト部１８Ｙを駆動する駆動制御部と、を備えて構成される。検出部は、Ｙ軸撮像部２６Ｙから得られる画像を解析して、測定対象物ＯのＹ軸まわりの傾き量を検出する。Ｙ軸まわりの傾き量は、基台基準面１２Ａと平行な面に対する測定対象面のＹ軸まわりの傾き量を画像から求めて検出する。算出部は、検出部で検出されたＹ軸まわりの傾き量から、傾きを是正するための補正量を算出する。補正量は、測定対象面のＹ軸まわりの傾きを補正するために必要なＹ軸まわりのチルト角として算出される。駆動制御部は、算出されたチルト角に基づいて、Ｙ軸まわりチルト部１８Ｙを駆動し、テーブル１４をＹ軸まわりにチルトさせて、テーブル１４のＹ軸まわりの傾きを補正する。

このように、Ｘ軸まわり傾き補正部１１２及びＹ軸まわり傾き補正部１１４によって傾き補正することにより、測定光の光軸に対して測定対象物Ｏの表面を垂直にできる。これにより、検出感度を高めることができ、最も干渉縞のコントラストが高い最適条件で測定することが可能になる。

作動距離調整部１１６は、Ｘ軸撮像部２６Ｘ及びＹ軸撮像部２６Ｙで撮像された画像に基づいて、Ｚ軸移動部２４を制御し、測定部２２を対物レンズ４８の作動距離まで移動させる。作動距離調整部１１６は、Ｘ軸撮像部２６Ｘ及びＹ軸撮像部２６Ｙで撮像された画像に基づいて、対物レンズ４８の先端と測定対象物Ｏの測定対象面との間の距離を検出する検出部と、その検出部の検出結果に基づいて、Ｚ軸移動部２４の駆動を制御する駆動制御部と、を備えて構成される。検出部は、Ｘ軸撮像部２６Ｘ及びＹ軸撮像部２６Ｙで撮像された画像を解析し、対物レンズ４８の先端と測定対象物Ｏの測定対象面との間の距離を検出する。駆動制御部は、検出部の検出結果に基づいて、Ｚ軸移動部２４を制御し、測定部２２を対物レンズ４８の作動距離まで移動させる。すなわち、距離をフィードバックしつつ測定部２２を動かして、測定部２２を対物レンズ４８の作動距離まで移動させる。

具体的には、あらかじめ設定された原点位置から測定対象物Ｏに向けて測定部２２を移動させ、対物レンズ４８の作動距離に達したところで測定部２２の移動を停止させる。

接触回避部１１８は、Ｘ軸撮像部２６Ｘ及びＹ軸撮像部２６Ｙで撮像された画像に基づいて、対物レンズ４８と測定対象物Ｏとの間の距離を監視し、対物レンズ４８と測定対象物Ｏとの間の距離が、あらかじめ設定された衝突回避可能距離まで近づくと、測定部２２の移動を停止させる。接触回避部１１８は、Ｘ軸撮像部２６Ｘ及びＹ軸撮像部２６Ｙで撮像された画像に基づいて、対物レンズ４８の先端と測定対象物Ｏの測定対象面との間の距離を検出する検出部と、その検出部の検出結果に基づいて、対物レンズ４８の先端と測定対象物Ｏの測定対象面との間の距離が衝突回避可能距離に達したか否かを判定する判定部と、その判定部の判定結果に基づいて、Ｚ軸移動部２４の駆動を制御する駆動制御部と、を備えて構成される。検出部は、Ｘ軸撮像部２６Ｘ及びＹ軸撮像部２６Ｙで撮像された画像を解析し、対物レンズ４８の先端と測定対象物Ｏの測定対象面との間の距離を検出する。判定部は、検出部の検出結果と衝突回避可能距離とを比較して、対物レンズ４８の先端と測定対象物Ｏの測定対象面との間の距離が衝突回避可能距離に達したか否かを判定する。すなわち、対物レンズ４８の先端と測定対象物Ｏの測定対象面との間の距離が、衝突回避可能距離以下か否かを判定する。駆動制御部は、判定部で、対物レンズ４８の先端と測定対象物Ｏの測定対象面との間の距離が衝突回避可能距離に達したと判定されると、Ｚ軸移動部２４の駆動を制御して、測定部２２の移動を強制的に停止させる。

走査制御部１２０は、Ｚ軸移動部２４を制御し、あらかじめ設定された走査範囲で測定部２２を走査させる。走査範囲は、対物レンズ４８の作動距離となる位置を中心として設定される。

表面位置検出部１２２は、光検出器５０で検出される干渉光の強度及びＺ軸方向位置検出部３４Ｚで検出される測定部２２のＺ軸方向の位置に基づいて、測定点のＺ軸方向の位置を検出する。この検出は、次のように行われる。

本実施の形態の形状測定装置１０のように、低コヒーレンス光源を使用した低コヒーレンス干渉では、測定光の光路長と参照光の光路長と一致する場合、及び、その近傍でのみ干渉縞が検出される。そして、その干渉縞のコントラストは、測定光の光路長と参照光の光路長とが一致した場合に最大となる。干渉縞のコントラストは、光検出器５０で検出される干渉光の強度として表わされ、干渉縞のコントラストが高くなると、光検出器５０で検出される干渉光の強度が大きくなる。

本実施の形態の形状測定装置１０では、参照光の光路長は不変とされ、測定部２２をＺ軸方向に移動させることにより、測定光の光路長が変化する。したがって、測定部２２をＺ軸に沿って走査させ、光検出器５０で検出される干渉光の強度が最大となる位置を検出することにより、参照光の光路長と測定光の光路長とが一致する測定部２２の位置を検出できる。

表面位置検出部１２２は、干渉光の強度が最大となる測定部２２のＺ軸方向の位置を検出し、その位置を測定点のＺ軸方向の位置として検出する。より具体的には、干渉信号の振幅が最大となる測定部２２のＺ軸方向の位置を検出して、測定点のＺ軸方向の位置を検出する。

また、表面位置検出部１２２は、検出された測定点のＺ軸方向の位置の情報を、その測定点の位置情報とともに記憶部６４に格納する。測定点の位置情報は、たとえば、測定点の座標（ｘ、ｙ）の情報として記録される。

測定点指定部１２４は、測定対象物Ｏに対する測定点の指定を受け付ける。測定点の指定は、点、線、又は、領域を指定して行われる。測定点の指定の受け付けは、表示部６０及び操作部６２を利用して、次のように行われる。

図７は、測定点の指定画面の一例を示す図である。なお、図７（Ａ）は、点を指定して測定する場合の例を示す図、図７（Ｂ）は、線を指定して測定する場合の例を示す図、図７（Ｃ）は、領域を指定して測定する場合の例を示す図である。

図７（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、表示部６０の画面６０Ａには、Ｚ軸撮像部２６Ｚで撮像された測定対象物Ｏの画像６０Ｉが表示される。

点を指定して測定する場合は、図７（Ａ）に示すように、測定対象とする点を画面上に表示されたカーソル６０Ｃで指定する。たとえば、測定対象とする地点をカーソル６０Ｃでクリックし、測定対象とする地点を画像上で指示する。カーソル６０Ｃの操作は、操作部６２を介して行われる。測定点指定部１２４は、指定された点を測定点に設定する。なお、測定点は、１以上の点が指定され、複数の点が指定された場合は、測定する順番も指定される。

線を指定して測定する場合は、図７（Ｂ）に示すように、測定対象とする線を画面上に表示されたカーソル６０Ｃで指定する。線の指定は、たとえば、線の始点及び終点を指定して行う。カーソル６０Ｃの操作は、操作部６２を介して行われる。測定点指定部１２４は、指定された線に沿って一定の間隔で測定点を設定する。

領域を指定して測定する場合は、図７（Ｃ）に示すように、測定対象とする領域を画面上に表示されたカーソル６０Ｃで指定する。領域の指定は、たとえば、画面上に矩形の枠を表示し、その枠の対角線上の２点をカーソル６０Ｃで指定して行う。カーソル６０Ｃの操作は、操作部６２を介して行われる。測定点指定部１２４は、領域にグリッドを設定し、グリッドの交点を測定点に指定する。

このように、測定点の指定は、Ｚ軸撮像部２６Ｚで撮像された測定対象物Ｏの画像６０Ｉを利用して行われる。このほか、座標を指定して、測定点を指定する方法を採用することもできる。

測定位置調整部１２６は、測定点指定部１２４で指定された測定点で測定が実施されるように、Ｘ軸移動部１６Ｘ及びＹ軸移動部１６Ｙの駆動を制御して、テーブル１４の移動を制御する。すなわち、測定点として指定された点に測定光が照射されるように、Ｘ軸移動部１６Ｘ及びＹ軸移動部１６Ｙの駆動を制御して、テーブル１４の移動を制御する。

表示制御部１２８は、表示部６０への表示を制御する。たとえば、測定時には、測定された測定点のＺ軸方向の位置の情報を表示する。また、測定点の指定時には、上記のように、Ｚ軸撮像部２６Ｚで撮像された画像を表示する。また、測定中にも、必要に応じて、Ｘ軸撮像部２６Ｘ、Ｙ軸撮像部２６Ｙ、及び、Ｚ軸撮像部２６Ｚで撮像された画像を表示する。

〈作用〉
図８は、本実施の形態の形状測定装置を用いた形状測定の手順を示すフローチャートである。

初期状態において、テーブル１４は、原点位置に位置し、測定部２２は、待機位置に位置している。

測定の開始が指示されると、まず、Ｘ軸撮像部２６Ｘ、Ｙ軸撮像部２６Ｙ及びＺ軸撮像部２６Ｚの画像のキャリブレーション、すなわち、画像の大きさと距離の関係付けが行われ、距離の測定が可能な状態に設定される（ステップＳ１）。

キャリブレーションの完了後、測定点の指定が行われる（ステップＳ２）。上記のように、測定点の指定は、Ｚ軸撮像部２６Ｚで撮像された測定対象物Ｏの画像に基づいて行われる。このため、測定点の指定時には、Ｚ軸撮像部２６Ｚで測定対象物Ｏが撮像される。

測定点が指定されると、最初の測定点の位置に測定対象物Ｏが移動する（ステップＳ３）。すなわち、対物レンズ４８から出射される測定光の光軸上に最初の測定点が位置するように、測定対象物Ｏが移動する。

次に、Ｘ軸まわり及びＹ軸まわりの傾き補正が行われる（ステップＳ４）。上記のように、Ｘ軸まわりの傾き補正は、Ｘ軸撮像部２６Ｘで撮像される画像に基づいて行われ、Ｙ軸まわりの傾き補正は、Ｙ軸撮像部２６Ｙで撮像される画像に基づいて行われる。したがって、Ｘ軸まわり及びＹ軸まわりの傾き補正時には、Ｘ軸撮像部２６Ｘ及びＹ軸撮像部２６Ｙで測定対象物Ｏが撮像される。この傾き補正により、測定箇所に対して測定光が垂直に入射するようになり、最も干渉縞のコントラストが高い最適条件で測定することが可能になる。

傾き補正が行われると、次に、測定部２２が、対物レンズ４８の作動距離まで移動する（ステップＳ５）。この際、上記のように、Ｘ軸撮像部２６Ｘ及びＹ軸撮像部２６Ｙで撮像された画像に基づいて、Ｚ軸移動部２４を制御し、測定部２２を対物レンズ４８の作動距離まで移動させる。すなわち、Ｘ軸撮像部２６Ｘ及びＹ軸撮像部２６Ｙで撮像された画像に基づいて、対物レンズ４８の先端と測定対象物Ｏの測定対象面との間の距離を検出し、対物レンズ４８の作動距離に達したところで測定部２２の移動を停止させる。

この際、対物レンズ４８と測定対象物Ｏとの間の距離が監視され、衝突回避可能距離まで対物レンズ４８が測定対象物Ｏに近づくと、測定部２２の移動が停止される。これにより、対物レンズ４８が測定対象物Ｏに衝突するのを防止できる。

測定部２２が、対物レンズ４８の作動距離に移動すると、次に、測定が行われる（ステップＳ６）。すなわち、あらかじめ設定された走査範囲で測定部２２を走査させ、干渉光の強度が検出される。

この際、対物レンズ４８と測定対象物Ｏとの間の距離が監視され、衝突回避可能距離まで対物レンズ４８が測定対象物Ｏに近づくと、測定部２２の移動が停止される。これにより、対物レンズ４８が測定対象物Ｏに衝突するのを防止できる。

走査が完了すると、測定部２２が待機位置に復帰する。そして、干渉光の強度の検出結果に基づいて、干渉光の強度が最大となる測定部２２の位置が検出される（ステップＳ７）。

検出後、検出された測定部２２の位置の情報が、測定点の位置の情報とともに記憶部６４に記録される（ステップＳ８）。

以上の工程で最初の測定点の測定が完了する。この後、次の測定点の有無が判定される（ステップＳ９）。

次の測定点がない場合は、測定結果を表示部６０に表示し（ステップＳ１１）、処理を終了する。

次の測定点がある場合は、次の測定点の位置に測定対象物Ｏが移動する（ステップＳ１０）。すなわち、対物レンズ４８から出射される測定光の光軸上に次の測定点が位置するように、測定対象物Ｏが移動する。移動後、上記ステップＳ４〜ステップＳ９の処理を実施する。

このように、本実施の形態の形状測定装置１０によれば、測定点を指定するだけで測定対象物Ｏの形状を自動で測定できる。これにより、各種調整や設定の手間を省け、短時間で高精度な測定ができる。また、ユーザの調整技能によらずに測定ができるので、再現性のあるデータの取得が可能になる。

また、測定部２２を移動させる場合には、対物レンズ４８が測定対象物Ｏに接触しないように、常に監視しながら測定部２２を移動させるので、安全に測定を実施できる。特に、工業用部品など複雑な表面形状を有する測定対象物は、測定点以外の点で対物レンズが測定対象物に衝突するおそれがあるが、本実施の形態の形状測定装置によれば、そのような問題も回避できる。

〈変形例〉
上記実施の形態では、対物レンズ４８の先端と測定対象物Ｏの測定対象面との間の距離を検出する際、Ｘ軸撮像部２６Ｘで撮像された画像及びＹ軸撮像部２６Ｙで撮像された画像を利用しているが、いずれか一方の画像を利用して、検出する構成とすることもできる。たとえば、Ｘ軸撮像部２６Ｘで撮像された画像に基づいて、対物レンズ４８の先端と測定対象物Ｏの測定対象面との間の距離を検出する構成としてもよいし、また、Ｙ軸撮像部２６Ｙで撮像された画像に基づいて、対物レンズ４８の先端と測定対象物Ｏの測定対象面との間の距離を検出する構成としてもよい。

上記実施の形態では、Ｘ軸撮像部２６ＸのＸ軸電子カメラ２６ＸＣ、及び、Ｙ軸撮像部２６ＹのＹ軸電子カメラ２６ＹＣが一定位置に固定されているが、移動できるように構成してもよい。この場合、Ｘ軸撮像部２６Ｘについては、Ｙ軸方向及び／又はＺ軸方向にＸ軸電子カメラ２６ＸＣを移動可能に設置する。また、Ｙ軸撮像部２６Ｙについては、Ｘ軸方向及び／又はＺ軸方向にＹ軸電子カメラ２６ＹＣを移動可能に設置する。

また、上記実施の形態では、Ｘ軸撮像部２６ＸのＸ軸電子カメラ２６ＸＣ、及び、Ｙ軸撮像部２６ＹのＹ軸電子カメラ２６ＹＣが、基台１２に設置されているが、測定部２２の測定部本体フレーム５２に設置する構成とすることもできる。

また、Ｘ軸撮像部２６ＸのＸ軸電子カメラ２６ＸＣ、Ｙ軸撮像部２６ＹのＹ軸電子カメラ２６ＹＣ、及び、Ｚ軸撮像部２６ＺのＺ軸電子カメラ２６ＺＣは、ズーム機能を備えてもよい。これにより、必要に応じて、測定対象物Ｏを拡大して撮像できる。

上記実施の形態では、測定部２２をＺ軸方向に移動させて、走査する構成としているが、テーブル１４をＺ軸方向に移動可能に支持し、テーブル１４をＺ軸方向に移動させて、走査する構成とすることもできる。

また、上記実施の形態では、テーブル１４をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動可能に支持し、テーブル１４をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動させて測定点の位置を変える構成としているが、測定部２２をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動可能に支持し、測定部２２をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動させて測定点の位置を変える構成することもできる。

更に、テーブル１４又は測定部２２は、Ｘ軸方向又はＹ軸方向のいずれか一方にのみ移動可能に支持する構成とすることもできる。

また、走査時における走査範囲は、ユーザが任意に設定できる構成とすることもできる。この場合、走査範囲の指定は、操作部６２を介して事前に行われる。

また、上記実施の形態では、Ｚ軸撮像部２６Ｚで撮像した画像を利用して測定点を指定する構成としているが、たとえば、座標を入力して、測定点を指定する構造とすることもできる。あるいは、手動で測定点の設定を行う構成とすることもできる。この場合、たとえば、最初の測定点を手動で設定し、その後の測定を自動で実施する構成とすることもできる。なお、このように手動で測定点を設定する場合、Ｚ軸撮像部２６Ｚを省略できる。

《第２の実施の形態》
〈装置構成〉
図９、図１０は、それぞれ本発明に係る形状測定装置の第２の実施形態を示す正面図、側面図である。

本実施の形態の形状測定装置２００は、低コヒーレンス干渉を利用して、円筒状の測定対象物Ｃの内周面の表面形状及び内径を非接触測定する装置であり、主として、基台２１２と、測定対象物Ｃを支持するテーブル２１４と、テーブル２１４をＸ軸及びＹ軸に沿って移動させるテーブル移動部２１６と、テーブル２１４をＸ軸まわり及びＹ軸まわりにチルトさせるテーブルチルト部２１８と、テーブル２１４をΘ軸まわりに回転させるテーブル回転部２１９と、低コヒーレンス光を出射する光源２２０と、測定部２２２と、測定部２２２をＺ軸に沿って移動させるＺ軸移動部２２４と、テーブル２１４に支持された測定対象物Ｃの内部をＺ軸方向から撮像する第１撮像部２２６Ａと、測定部２２２に備えられた対物レンズ２４８の先端を含む領域をＺ軸方向から撮像する第２撮像部２２６Ｂと、テーブル２１４に支持された測定対象物Ｃの内部を対物レンズ２４８から出射する測定光の光軸と平行な方向から撮像する第３撮像部２２６Ｃと、全体の動作を制御し、かつ、各種演算処理を行うコンピュータ２３２と、を備えて構成される。

基台２１２は、平坦な基台基準面２１２Ａを有する。Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸は、互いに直交する３つの軸として、基台基準面２１２Ａの中心を基準に設定される。Ｘ軸及びＹ軸は、基台基準面２１２Ａと平行に設定され、Ｚ軸は、基台基準面２１２Ａと垂直に設定される。

基台２１２には、コラム２１２Ｂが備えられる。コラム２１２Ｂは、基台基準面２１２Ａに対して垂直に設置される。

テーブル２１４は、テーブル移動部２１６、テーブルチルト部２１８、及び、テーブル回転部２１９を介して基台２１２に設置される。テーブル２１４は、平坦な測定対象物支持面２１４Ａを有し、測定対象物支持面２１４Ａの上に測定対象物Ｃが載置されて支持される。

テーブル移動部２１６は、テーブル２１４をＸ軸に沿って移動させるＸ軸移動部２１６Ｘ、及び、テーブル２１４をＹ軸に沿って移動させるＹ軸移動部２１６Ｙを備えて構成される。Ｘ軸移動部２１６Ｘ及びＹ軸移動部２１６Ｙの構成は、上記第１の実施の形態のＸ軸移動部１６Ｘ及びＹ軸移動部１６Ｙの構成と同じである。

テーブルチルト部２１８は、テーブル２１４をＸ軸まわりにチルトさせるＸ軸まわりチルト部２１８Ｘ、及び、テーブル２１４をＹ軸まわりにチルトさせるＹ軸まわりチルト部２１８Ｙを備えて構成される。Ｘ軸まわりチルト部２１８Ｘ及びＹ軸まわりチルト部２１８Ｙの構成は、上記第１の実施の形態のＸ軸まわりチルト部１８Ｘ及びＹ軸まわりチルト部１８Ｙの構成と同じである。

テーブル回転部２１９は、テーブル２１４をΘ軸まわりに回転させる。Θ軸は、テーブル２１４の測定対象物支持面２１４Ａに垂直に設定され、かつ、テーブル２１４の測定対象物支持面２１４Ａの中心に設定される。テーブル回転部２１９は、テーブル２１４をΘ軸まわりに回転自在に支持する図示しない支持部と、テーブル２１４をΘ軸まわりに回転駆動する図示しない回転駆動部と、を備えて構成される。回転駆動部を駆動することにより、テーブル２１４がΘ軸まわりに回転する。

テーブル２１４は、テーブル回転部２１９の支持部に回転自在に支持される。テーブル回転部２１９の支持部は、Ｙ軸まわりチルト部２１８Ｙの揺動ステージに設置される。Ｙ軸まわりチルト部２１８Ｙは、Ｘ軸まわりチルト部２１８Ｘの揺動ステージに設置される。Ｘ軸まわりチルト部２１８Ｘは、Ｙ軸移動部２１６Ｙの直動ステージに設置される。Ｙ軸移動部２１６Ｙは、Ｘ軸移動部２１６Ｘの直動ステージに設置される。Ｘ軸移動部２１６Ｘは、基台基準面２１２Ａに設置される。これにより、Ｘ軸移動部２１６Ｘを駆動すると、テーブル２１４がＸ軸に沿って移動する。また、Ｙ軸移動部２１６Ｙを駆動すると、テーブル２１４がＹ軸に沿って移動する。また、Ｘ軸まわりチルト部２１８Ｘを駆動すると、テーブル２１４がＸ軸まわりにチルトする。また、Ｙ軸まわりチルト部２１８Ｙを駆動すると、テーブル２１４がＹ軸まわりにチルトする。さらに、テーブル回転部２１９を駆動すると、テーブル２１４がΘ軸まわりに回転する。

テーブル２１４は、Ｘ軸方向の位置がＸ軸方向位置検出部２３４Ｘによって検出され、Ｙ軸方向の位置がＹ軸方向位置検出部２３４Ｙによって検出される。また、テーブル２１４は、Ｘ軸まわりのチルト角がＸ軸まわりチルト角検出部２３６Ｘによって検出され、Ｙ軸まわりのチルト角がＹ軸まわりチルト角検出部２３６Ｙによって検出される。更に、テーブル２１４は、Θ軸まわり回転角度が回転角検出部２３８によって検出される。

光源２２０は、白色光源のような低コヒーレンス光源で構成され、低コヒーレンス光（たとえば、白色光）を出射する。光源２２０から出射された光は、ライトガイド２４０を介して、測定部２２２に伝播される。

図１１は、測定部の概略構成図である。

本実施の形態の測定部２２２は、対物レンズ２４８から出射する測定光の出射方向が、上記第１の実施の形態の測定部２２と相違する。

図１１に示すように、本実施の形態の測定部２２２は、コリメーター２４２と、ビームスプリッター２４４と、コーナーキューブプリズム２４６と、対物レンズ２４８と、光検出器２５０と、反射ミラー２５４と、を備えて構成される。測定部２２２の各構成要素は、測定部本体フレーム２５２に一体的に備えられる。

ビームスプリッター２４４から出射した測定光は、反射ミラー２５４に入射し、反射ミラー２５４で進行方向が９０度折り曲げられて、対物レンズ２４８に入射する。これにより、Ｚ軸と直交する方向に沿って対物レンズ２４８から測定光が出射する。本実施の形態では、対物レンズ２４８の光軸がＸ軸と平行に設定される。したがって、測定光は、Ｘ軸に沿って対物レンズ２４８から出射する。

Ｚ軸移動部２２４は、測定部２２２をＺ軸に沿って移動させる。Ｚ軸移動部２２４の構成は、上記第１の実施の形態のＺ軸移動部２４の構成と同じである。

測定部２２２は、Ｚ軸移動部２２４の直動ステージに設置される。これにより、Ｚ軸移動部２２４の駆動機構を駆動すると、測定部２２２がＺ軸に沿って移動する。測定部２２２のＺ軸方向の位置が、Ｚ軸方向位置検出部２３４Ｚによって検出される。

第１撮像部２２６Ａは、第１電子カメラ２２６ＡＣを備え、第１電子カメラ２２６ＡＣでテーブル２１４に支持された測定対象物Ｃの内部をＺ軸方向から撮像する。第１電子カメラ２２６ＡＣは、測定部２２２の測定部本体フレーム２５２の先端に取り付けられる。第１電子カメラ２２６ＡＣの撮影レンズは、テーブル２１４に支持された測定対象物Ｃの内周部の全体を撮像可能に構成され、その光軸はＺ軸と平行に設定される。これにより、テーブル２１４に支持された測定対象物Ｃの内部をＺ軸方向から撮像できる。また、第１電子カメラ２２６ＡＣには、ＡＥ、ＡＦ、ＡＷＢ等の機能が備えられる。

第２撮像部２２６Ｂは、第２電子カメラ２２６ＢＣを備え、第２電子カメラ２２６ＢＣで測定部２２２に備えられた対物レンズ２４８の先端を含む領域をＺ軸方向から撮像する。第２電子カメラ２２６ＢＣは、測定部２２２の測定部本体フレーム２５２にブラケット２５６を介して設置される。第２電子カメラ２２６ＢＣの撮影レンズは、対物レンズ２４８の先端を含む領域を撮像可能に構成され、その光軸はＺ軸と平行に設定される。これにより、対物レンズ２４８の先端を含む領域をＺ軸方向から撮像できる。また、第２電子カメラ２２６ＢＣには、ＡＥ、ＡＦ、ＡＷＢ等の機能が備えられる。

第３撮像部２２６Ｃは、第３電子カメラ２２６ＣＣを備え、第３電子カメラ２２６ＣＣでテーブル２１４に支持された測定対象物Ｃの内部を対物レンズ２４８から出射する測定光の光軸と平行な方向から撮像する。第３電子カメラ２２６ＣＣは、測定部２２２の測定部本体フレーム２５２の先端に取り付けられる。第３電子カメラ２２６ＣＣの撮影レンズの光軸は、対物レンズ２４８の光軸と平行に設定される。これにより、テーブル２１４に支持された測定対象物Ｃの内部を対物レンズ２４８から出射する測定光の光軸と平行な方向から撮像できる。なお、本実施の形態では、Ｘ軸に沿って測定光が出射されるので、第３撮像部２２６Ｃは、測定対象物Ｃの内部をＸ軸と平行な方向から撮像する。第３電子カメラ２２６ＣＣには、ＡＥ、ＡＦ、ＡＷＢ等の機能が備えられる。

コンピュータ２３２は、形状測定装置２００の全体の動作を制御し、かつ、各種演算処理を行う。

図１２は、形状測定装置の制御系のブロック図である。

コンピュータ２３２には、表示部２６０としてのディスプレイ、操作部２６２としてのキーボード、及び、マウス、並びに、記憶部２６４としてのＨＤＤが接続される。

また、コンピュータ２３２には、テーブル移動部２１６、テーブルチルト部２１８、テーブル回転部２１９、光源２２０、測定部２２２、Ｚ軸移動部２２４、第１撮像部２２６Ａ、第２撮像部２２６Ｂ、第３撮像部２２６Ｃ、Ｘ軸方向位置検出部２３４Ｘ、Ｙ軸方向位置検出部２３４Ｙ、Ｘ軸まわりチルト角検出部２３６Ｘ、Ｙ軸まわりチルト角検出部２３６Ｙ、Ｚ軸方向位置検出部２３４Ｚ、回転角検出部２３８が接続される。

コンピュータは、所定のプログラムを実行することにより、コンピュータ３２に接続された各部の制御部として機能する。また、コンピュータ３２は、所定のプログラムを実行することにより、演算処理部として機能する。ＲＯＭ又は記憶部６４には、コンピュータ３２が実行するプログラム、及び、制御等に必要な各種データが記憶される。

図１３は、コンピュータが実現する機能のブロック図である。

コンピュータ２３２は、所定のプログラムを実行することにより、第１撮像制御部３１０Ａ、第２撮像制御部３１０Ｂ、第３撮像制御部３１０Ｃ、傾き補正部３１２、作動距離調整部３１６、接触回避部３１８、走査制御部３２０、表面位置検出部３２２、測定点指定部３２４、測定位置調整部３２６、表示制御部３２８として機能する。

第１撮像制御部３１０Ａは、第１撮像部２２６Ａに備えられた第１電子カメラ２２６ＡＣの駆動を制御する。第１電子カメラ２２６ＡＣからの映像信号は、コンピュータ２３２に取り込まれる。

第２撮像制御部３１０Ｂは、第２撮像部２２６Ｂに備えられた第２電子カメラ２２６ＢＣの駆動を制御する。第２電子カメラ２２６ＢＣからの映像信号は、コンピュータ２３２に取り込まれる。

第３撮像制御部３１０Ｃは、第３撮像部２２６Ｃに備えられた第３電子カメラ２２６ＣＣの駆動を制御する。第３電子カメラ２２６ＣＣからの映像信号は、コンピュータ２３２に取り込まれる。

傾き補正部３１２は、第１撮像部２２６Ａで撮像された画像に基づいて、Ｘ軸まわりチルト部２１８Ｘ及びＹ軸まわりチルト部２１８Ｙを制御し、テーブル２１４に支持された測定対象物Ｃの傾きを補正する。

図１４は、傾き補正部による傾き補正の概念図である。

上記のように、第１撮像部２２６Ａは、測定対象物Ｃの内部をＺ軸方向から撮像する。したがって、第１撮像部２２６Ａでは、測定対象物Ｃの内周部の底面の画像が撮像される。この底面の画像は、測定対象物Ｃに傾きがなければ、実際の測定対象物Ｃの内周部の底面の形状と相似形状となる。たとえば、測定対象物Ｃの内周部が真円の場合、測定対象物Ｃに傾きがなければ、第１撮像部２２６Ａで撮像される底面の画像の形状も真円となる。

そこで、傾き補正部３１２は、第１撮像部２２６Ａで撮像された測定対象物Ｃの内周部の底面の画像に基づいて、測定対象物Ｃの傾きの有無を判定し、傾きがあれば、その傾きを是正するように、Ｘ軸まわりチルト部２１８Ｘ及びＹ軸まわりチルト部２１８Ｙを駆動して、傾きを補正する。

一例として、測定対象物Ｃの内周部が真円である場合を考える。この場合、テーブル２１４に支持された測定対象物Ｃに傾きがあると、図１４（Ａ）に示すように、第１撮像部２２６Ａで撮像される底面の画像の形状は楕円形状となる。傾き補正部３１２は、第１撮像部２２６Ａで撮像された測定対象物Ｃの内周部の底面の画像に基づいて、測定対象物Ｃの傾きの有無を判定する。

傾き補正部３１２は、第１撮像部２２６Ａで撮像された測定対象物Ｃの内周部の底面の画像が真円の場合、傾きなしと判定し、楕円の場合、傾きありと判定する。

傾きありの場合は、第１撮像部２２６Ａで撮像される底面の画像に基づいて、傾きが是正されるように、Ｘ軸まわりチルト部２１８Ｘ及びＹ軸まわりチルト部２１８Ｙを駆動する。本例の場合、図１４（Ｂ）に示すように、第１撮像部２２６Ａで撮像される底面の画像が真円となるように、Ｘ軸まわりチルト部２１８Ｘ及びＹ軸まわりチルト部２１８Ｙを駆動する。これにより、テーブル２１４に支持された測定対象物Ｃの傾きを補正できる。

なお、本例のように、第１撮像部２２６Ａで撮像された測定対象物Ｃの内周部の底面の画像に基づいて、測定対象物Ｃの傾きを補正する場合、実際の測定対象物Ｃの内周部の形状の情報が必要になる。この情報は、操作部２６２を介して事前に入力される。

作動距離調整部３１６は、第２撮像部２２６Ｂで撮像された画像に基づいて、Ｘ軸移動部２１６Ｘを制御し、測定対象物Ｃを対物レンズ２４８の作動距離まで移動させる。作動距離調整部３１６は、第２撮像部２２６Ｂで撮像された画像に基づいて、対物レンズ２４８の先端と測定対象物Ｃの測定対象面との間の距離を検出する検出部と、その検出部の検出結果に基づいて、Ｘ軸移動部２１６Ｘの駆動を制御する駆動制御部と、を備えて構成される。検出部は、第２撮像部２２６Ｂで撮像された画像を解析し、対物レンズ２４８の先端と測定対象物Ｃの測定対象面との間の距離を検出する。駆動制御部は、検出部の検出結果に基づいて、Ｘ軸移動部２１６Ｘを制御し、測定対象物Ｃを対物レンズ２４８の作動距離まで移動させる。

接触回避部３１８は、第２撮像部２２６Ｂで撮像された画像に基づいて、対物レンズ２４８と測定対象物Ｃとの間の距離を監視し、対物レンズ２４８と測定対象物Ｃとの間の距離が、あらかじめ設定された衝突回避可能距離まで近づくと、テーブル２１４の移動を停止させて測定対象物Ｃの移動を停止させる。接触回避部３１８は、第２撮像部２２６Ｂで撮像された画像に基づいて、対物レンズ２４８の先端と測定対象物Ｃの測定対象面との間の距離を検出する検出部と、その検出部の検出結果に基づいて、対物レンズ２４８の先端と測定対象物Ｃの測定対象面との間の距離が衝突回避可能距離に達したか否かを判定する判定部と、その判定部の判定結果に基づいて、Ｘ軸移動部２１６Ｘの駆動を制御する駆動制御部と、を備えて構成される。検出部は、第２撮像部２２６Ｂで撮像された画像を解析し、対物レンズ２４８の先端と測定対象物Ｃの測定対象面との間の距離を検出する。判定部は、検出部の検出結果と衝突回避可能距離とを比較して、対物レンズ２４８の先端と測定対象物Ｃの測定対象面との間の距離が衝突回避可能距離に達したか否かを判定する。すなわち、対物レンズ２４８の先端と測定対象物Ｃの測定対象面との間の距離が、衝突回避可能距離以下か否かを判定する。駆動制御部は、判定部で、対物レンズ２４８の先端と測定対象物Ｃの測定対象面との間の距離が衝突回避可能距離に達したと判定されると、Ｘ軸移動部２１６Ｘの駆動を制御して、測定対象物Ｃの移動を強制的に停止させる。

走査制御部３２０は、Ｘ軸移動部２１６Ｘを制御し、あらかじめ設定された走査範囲で測定対象物ＣをＸ軸方向に移動させて、測定部２２２に走査させる。走査範囲は、対物レンズ２４８の作動距離となる位置を中心として設定される。

表面位置検出部３２２は、光検出器２５０で検出される干渉光の強度及びＸ軸方向位置検出部２３４Ｘで検出される測定対象物ＣのＸ軸方向の位置に基づいて、測定点のＸ軸方向の位置を検出する。すなわち、走査したときに、光検出器２５０で検出される干渉光の強度が最大となる位置を検出して、測定対象物Ｃの位置を検出する。

表面位置検出部３２２は、検出された測定点のＸ軸方向の位置の情報を、その測定点の位置情報とともに記憶部２６４に格納する。

測定点指定部３２４は、測定対象物Ｃに対する測定点の指定を受け付ける。測定点の指定の受け付けは、上記第１の実施の形態の形状測定装置１０と同様に、表示部２６０及び操作部２６２を利用して行われる。具体的には、第３撮像部２２６Ｃで撮像した測定対象物Ｃの内周面の画像を表示部２６０の画面２６０Ａに表示し、操作部２６２を使用して、測定対象とする点（測定点）を指定する。

測定位置調整部３２６は、測定点指定部３２４で指定された測定点で測定が実施されるように、Ｘ軸移動部２１６Ｘ、Ｙ軸移動部２１６Ｙ、Ｚ軸移動部２２４、テーブル回転部２１９の駆動を制御して、テーブル２１４の移動及び回転、測定部２２２のＺ軸方向の移動を制御する。すなわち、測定点として指定された点に測定光が照射されるように、テーブル２１４の移動及び回転、並びに、測定部２２２のＺ軸方向の移動を制御する。

表示制御部３２８は、表示部２６０への表示を制御する。

〈作用〉
図１５は、本実施の形態の形状測定装置を用いた形状測定の手順を示すフローチャートである。

初期状態において、テーブル２１４は、原点位置に位置し、測定部２２２は、待機位置に位置している。また、測定対象物Ｃは、その内径部の軸がＺ軸と平行になるように、テーブル２１４に載置される。これにより、測定部２２２が、測定対象物Ｃの内部に挿入されると、径方向に測定光が照射される。

測定の開始が指示されると、まず、第１撮像部２２６Ａ、第２撮像部２２６Ｂ及び第３撮像部２２６Ｃの画像のキャリブレーション、すなわち、画像の大きさと距離の関係付けが行われ、距離の測定が可能な状態に設定される（ステップＳ２１）。

キャリブレーションの完了後、測定点の指定が行われる（ステップＳ２２）。上記のように、測定点の指定は、第３撮像部２２６Ｃで撮像された測定対象物Ｃの内周面の画像に基づいて行われる。このため、測定点の指定時には、第３撮像部２２６Ｃを含む測定部２２２の先端部分が、測定対象物Ｃに挿入され、測定対象物Ｃの内周面が撮像される。

測定点が指定されると、最初の測定点の位置に測定対象物Ｃが移動する（ステップＳ２３）。すなわち、対物レンズ２４８から出射される測定光の光軸上に最初の測定点が位置するように、測定対象物Ｃが移動する。この場合、必要に応じてテーブル２１４が回転する。また、測定部２２２がＺ軸方向に移動可能する。

次に、傾き補正が行われる（ステップＳ２４）。上記のように、傾き補正は、第１撮像部２２６Ａで撮像される画像に基づいて行われる。したがって、傾き補正時には、第１撮像部２２６Ａで測定対象物Ｃの内周部の底面が撮像される。この傾き補正により、測定箇所に対して測定光が垂直に入射するように補正され、最も干渉縞のコントラストが高い最適条件で測定することが可能になる。

傾き補正が行われると、次に、測定対象物Ｃが、対物レンズ２４８の作動距離まで移動する（ステップＳ２５）。この際、上記のように、第２撮像部２２６Ｂで撮像された画像に基づいて、Ｘ軸移動部２１６Ｘを制御し、測定対象物Ｃの測定対象面を対物レンズ２４８の作動距離まで移動させる。この際、対物レンズ２４８が、測定対象物Ｃに衝突しないように、対物レンズ２４８と測定対象物Ｃとの間の距離が監視される。

測定対象物Ｃが、対物レンズ２４８の作動距離に移動すると、次に、測定が行われる（ステップＳ２６）。すなわち、あらかじめ設定された走査範囲で測定対象物Ｃを移動させ、干渉光の強度が検出される。走査中も対物レンズ２４８が測定対象物Ｃに衝突しないように、対物レンズ２４８と測定対象物Ｃとの間の距離が監視される。

走査が完了すると、測定部２２２が待機位置に復帰する。そして、干渉光の強度の検出結果に基づいて、干渉光の強度が最大となる測定対象物Ｃの位置が検出される（ステップＳ２７）。

検出後、検出された測定対象物Ｃの位置の情報が、測定点の位置の情報とともに記憶部２６４に記録される（ステップＳ２８）。

以上の工程で最初の測定点の測定が完了する。この後、次の測定点の有無が判定される（ステップＳ２９）。

次の測定点がない場合は、測定結果を表示部２６０に表示し（ステップＳ３１）、処理を終了する。

次の測定点がある場合は、次の測定点の位置に測定対象物Ｃが移動する（ステップＳ３０）。すなわち、対物レンズ４８から出射される測定光の光軸上に次の測定点が位置するように、測定対象物Ｃが移動する。移動後、上記ステップＳ２４〜ステップＳ２９の処理を実施する。

このように、本実施の形態の形状測定装置２００によれば、測定点を指定するだけで測定対象物Ｃの内周面の形状を自動で測定できる。これにより、各種調整や設定の手間を省け、短時間で高精度な測定ができる。また、ユーザの調整技能によらずに測定ができるので、再現性のあるデータの取得が可能になる。

また、測定対象物Ｃを移動させる場合には、対物レンズ２４８が測定対象物Ｃに接触しないように、常に監視しながら測定対象物Ｃを移動させるので、安全に測定を実施できる。特に、工業用部品など複雑な表面形状を有する測定対象物は、測定点以外の点で対物レンズが測定対象物に衝突するおそれがあるが、本実施の形態の形状測定装置によれば、そのような問題も回避できる。

なお、上記の測定例では、測定対象物Ｃの内周面の形状を測定する場合を例に説明したが、本実施の形態の形状測定装置２００では、内径の測定を行うこともできる。すなわち、特定の測定点を指定し、その測定点に測定光を照射させた状態でテーブル２１４を回転させることにより、測定対象物Ｃの内径を測定できる。

〈変形例〉
上記実施の形態では、測定対象物ＣをＸ軸方向に移動させて、走査する構成としているが、測定部２２２をＸ軸方向に移動可能に支持し、測定部２２２をＸ軸方向に移動させて、走査する構成とすることもできる。

また、上記実施の形態では、テーブル２１４をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動可能に支持し、テーブル２１４をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動させて測定点の位置を変える構成としているが、測定部２２２をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動可能に支持し、測定部２２２をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動させて測定点の位置を変える構成することもできる。

また、上記実施の形態では、テーブル２１４をΘ軸まわりに回転可能に支持し、テーブル２１４を回転させて、測定点の周方向の位置を変える構成としているが、測定部２２２をＺ軸と平行な軸まわり回転可能に支持し、測定部２２２を回転させて測定点の周方向の位置を変える構成することもできる。

更に、テーブル２１４又は測定部２２２は、Ｘ軸方向又はＹ軸方向のいずれか一方にのみ移動可能に支持する構成とすることもできる。

また、走査時における走査範囲は、ユーザが任意に設定できる構成とすることもできる。この場合、走査範囲の指定は、操作部２６２を介して事前に行われる。

また、上記実施の形態では、第３撮像部２２６Ｃで撮像した画像を利用して測定点を指定する構成としているが、たとえば、座標を入力して、測定点を指定する構造とすることもできる。あるいは、手動で測定点の設定を行う構成とすることもできる。この場合、たとえば、最初の測定点を手動で設定し、その後の測定を自動で実施する構成とすることもできる。なお、このように手動で測定点を設定する場合、第３撮像部２２６Ｃを省略できる。

《第３の実施の形態》
図１６は、本発明に係る形状測定装置の第３の実施形態を示す正面図である。

本実施の形態の形状測定装置４００は、共焦点光学系を用いて、測定対象物の表面形状を非接触測定する装置であり、主として、基台４１２と、測定対象物Ｏを支持するテーブル４１４と、テーブル４１４をＸ軸及びＹ軸に沿って移動させるテーブル移動部４１６と、テーブル４１４のＸ軸方向の位置を検出するＸ軸方向位置検出部（不図示）と、テーブル４１４のＹ軸方向の位置を検出するＹ軸方向位置検出部（不図示）と、テーブル４１４をＸ軸まわり及びＹ軸まわりにチルトさせるテーブルチルト部４１８と、テーブル４１４のＸ軸まわりのチルト角を検出するＸ軸まわりチルト角検出部（不図示）と、テーブル４１４のＹ軸まわりのチルト角を検出するＹ軸まわりチルト角検出部（不図示）と、レーザー光を出射する光源４２０と、測定部４２２と、測定部４２２をＺ軸に沿って移動させるＺ軸移動部４２４と、測定部４２２のＺ軸方向の位置を検出するＺ軸方向位置検出部４３４Ｚ（図１７参照）と、テーブル４１４に支持された測定対象物ＯをＸ軸方向から撮像するＸ軸撮像部４２６Ｘと、テーブル４１４に支持された測定対象物ＯをＹ軸方向から撮像するＹ軸撮像部４２６Ｙと、テーブル４１４に支持された測定対象物ＯをＺ軸方向から撮像するＺ軸撮像部４２６Ｚと、全体の動作を制御し、かつ、各種演算処理を行うコンピュータ４３２（図１７参照）と、を備えて構成される。コンピュータ４３２には、表示部としてのディスプレイ、操作部としてのキーボード、及び、マウス、並びに、記憶部としてのＨＤＤが接続される。

なお、光源４２０及び測定部４２２以外の構成は、上述した第1の実施の形態の形状測定装置１０の構成と同じである。したがって、ここでは、測定部４２２の構成についてのみ説明する。

図１７は、光源を含む測定部の概略構成図である。

測定部４２２は、コリメーター４４２と、ビームスプリッター４４４と、結像レンズ４４６と、ピンホール板４４７と、対物レンズ４４８と、光検出器４５０と、を備えて構成される。測定部４２２の各構成要素は、測定部本体フレーム４５２に一体的に備えられる。

光源４２０は、単色光を出射する光源で構成され、たとえば、単色のレーザー光源で構成される。光源４２０から出射された光は、ライトガイド４４０を介して、測定部４２２に伝播される。

コリメーター４４２は、ライトガイド４４０を介して光源４２０から伝播される光を平行光に変換し、ビームスプリッター４４４に入射する。

ビームスプリッター４４４は、コリメーター４４２から出射された光を反射して、対物レンズ４４８に入射する。

対物レンズ４４８は、ビームスプリッター４４から出射する光を集光して、測定対象面である測定対象物Ｏの表面に照射する。

測定対象物Ｏの表面で反射した光は、対物レンズ４４８を介して再びビームスプリッター４４４に入射する。そして、ビームスプリッター４４４を透過して、結像レンズ４４６に入射する。

結像レンズ４４６は、ビームスプリッター４４４を透過した光を集光して光検出器４５０に入射する。

ピンホール板４４７は、ピンホールを有し、結像レンズ４４６の焦点位置に配置される。結像レンズ４４６で集光されたピンホール板４４７のピンホールを通過して光検出器４５０に入射する。

光検出器４５０は、受光した光の強度を電気信号に変換して、コンピュータ４３２に出力する。

上記のような構成の共焦点光学系により、測定対象物Ｏの表面形状の情報を得ることができる。以下に、その原理を簡単に説明する。

Ｚ軸移動部４２４によって測定部４２２をＺ軸方向に移動させると、対物レンズ４４８の焦点の位置が変化する。

対物レンズ４４８の焦点が、測定対象物Ｏの表面に結ばれると、結像レンズ４４６によって集光された光は、ピンホール板４４７のピンホールの位置に焦点を結ぶ。このため、測定対象物Ｏの表面で反射した光のほぼすべてが、ピンホール板４４７のピンホールを通過する。したがって、対物レンズ４４８の焦点が、測定対象物Ｏの表面に結ばれると、光検出器４５０で受光される光の強度は最大になる。

一方、対物レンズ４４８の焦点が、測定対象物Ｏの表面からずれている状態では、結像レンズ４４６によって集光された光は、ピンホール板４４７からずれた位置に焦点を結ぶ。このため、測定対象物Ｏの表面で反射した光は、一部しかピンホールを通過することができない。したがって、対物レンズ４４８の焦点が測定対象物Ｏの表面からずれていると、光検出器４５０で受光される光の強度は著しく低下する。

このように、光検出器４５０で検出される光の強度は、対物レンズ４４８の焦点が測定対象物Ｏの表面に結ばれたときに最大になる。したがって、光検出器４５０で検出される光の強度が最大になるときの測定部４２２のＺ軸方向位置を検出すれば、測定対象物Ｏの測定点のＺ軸方向の位置を一義的に求めることができる。

コンピュータ４３２は、所定のプログラムを実行することにより、表面位置検出部５２２として機能し、光検出器４５０で検出される光の強度、及び、Ｚ軸方向位置検出部４３４Ｚで検出される測定部４２２のＺ軸方向の位置に基づいて、測定点のＺ軸方向の位置を検出する。

このほか、コンピュータ４３２は、所定のプログラムを実行することにより、Ｘ軸撮像制御部、Ｙ軸撮像制御部、Ｚ軸撮像制御部、Ｘ軸まわり傾き補正部、Ｙ軸まわり傾き補正部、作動距離調整部、接触回避部、走査制御部、測定点指定部、測定位置調整部、表示制御部として機能する。各部の機能は、上記第１の実施の形態の形状測定装置１０におけるＸ軸撮像制御部１１０Ｘ、Ｙ軸撮像制御部１１０Ｙ、Ｚ軸撮像制御部１１０Ｚ、Ｘ軸まわり傾き補正部１１２、Ｙ軸まわり傾き補正部１１４、作動距離調整部１１６、接触回避部１１８、走査制御部１２０、測定点指定部１２４、測定位置調整部１２６、表示制御部１２８の機能と同じである。したがって、その説明は省略する。

〈作用〉
初期状態において、テーブル４１４は、原点位置に位置し、測定部４２２は、待機位置に位置している。

測定の開始が指示されると、まず、Ｘ軸撮像部４２６Ｘ、Ｙ軸撮像部４２６Ｙ及びＺ軸撮像部４２６Ｚの画像のキャリブレーション、すなわち、画像の大きさと距離の関係付けが行われ、距離の測定が可能な状態に設定される。

キャリブレーションの完了後、測定点の指定が行われる。第１の実施の形態の形状測定装置１０と同様に、測定点の指定は、Ｚ軸撮像部４２６Ｚで撮像された測定対象物Ｏの画像に基づいて行われる。

測定点が指定されると、最初の測定点の位置に測定対象物Ｏが移動する。すなわち、対物レンズ４４８の光軸上に最初の測定点が位置するように、測定対象物Ｏが移動する。

次に、Ｘ軸まわり及びＹ軸まわりの傾き補正が行われる。第１の実施の形態の形状測定装置１０と同様に、Ｘ軸まわりの傾き補正は、Ｘ軸撮像部４２６Ｘで撮像される画像に基づいて行われ、Ｙ軸まわりの傾き補正は、Ｙ軸撮像部４２６Ｙで撮像される画像に基づいて行われる。この傾き補正により、最も反射光強度が高い最適条件で測定が可能になる。

傾き補正が行われると、次に、測定部４２２が、対物レンズ４４８の作動距離まで移動する。第１の実施の形態の形状測定装置１０と同様に、Ｘ軸撮像部４２６Ｘ及びＹ軸撮像部４２６Ｙで撮像された画像に基づいて、Ｚ軸移動部４２４を制御し、測定部４２２を対物レンズ４４８の作動距離まで移動させる。また、第１の実施の形態の形状測定装置１０と同様に、対物レンズ４４８が測定対象物Ｏに接触しないように、対物レンズ４４８と測定対象物Ｏとの間の距離が監視される。

測定部４２２が、対物レンズ４４８の作動距離に移動すると、次に、測定が行われる。すなわち、あらかじめ設定された走査範囲で測定部４２２を走査させ、光検出器４５０で受光される光の強度が検出される。走査中も対物レンズ４４８が測定対象物Ｏに衝突しないように、対物レンズ４４８と測定対象物Ｏとの間の距離が監視される。

走査が完了すると、測定部４２２が待機位置に復帰する。そして、光検出器４５０の検出結果に基づいて、受光される光の強度が最大となる測定部４２２の位置が検出される。検出後、検出された測定部４２２の位置の情報が、測定点の位置の情報とともに記憶部に記録される。

以上の工程で最初の測定点の測定が完了する。この後、次の測定点の有無が判定される。

次の測定点がない場合は、測定結果を表示部に表示し、処理を終了する。

次の測定点がある場合は、次の測定点の位置に測定対象物Ｏが移動する。すなわち、対物レンズ４４８の光軸上に次の測定点が位置するように、測定対象物Ｏが移動する。移動後、上記傾き補正以降の処理を繰り返し実施する。

このように、本実施の形態の形状測定装置４００においても、測定点を指定するだけで測定対象物Ｏの形状を自動で測定できる。これにより、各種調整や設定の手間を省け、短時間で高精度な測定ができる。また、ユーザの調整技能によらずに測定ができるので、再現性のあるデータの取得が可能になる。

また、測定部４２２を移動させる場合には、対物レンズ４４８が測定対象物Ｏに接触しないように、常に監視しながら測定部４２２を移動させるので、安全に測定を実施できる。特に、工業用部品など複雑な表面形状を有する測定対象物は、測定点以外の点で対物レンズが測定対象物に衝突するおそれがあるが、本実施の形態の形状測定装置によれば、そのような問題も回避できる。

なお、変形例として、上記第１の実施の形態の形状測定装置１０と同様の対応が可能である。

《第４の実施の形態》
〈装置構成〉
図１８は、本発明に係る形状測定装置の第４の実施形態を示す正面図である。

本実施の形態の形状測定装置６００は、共焦点光学系を用いて、円筒状の測定対象物Ｃの内周面の表面形状及び内径を非接触測定する装置であり、主として、基台６１２と、測定対象物Ｃを支持するテーブル６１４と、テーブル６１４をＸ軸及びＹ軸に沿って移動させるテーブル移動部６１６と、テーブル６１４のＸ軸方向の位置を検出するＸ軸方向位置検出部６３４Ｘ（図１９参照）と、テーブル６１４のＹ軸方向の位置を検出するＹ軸方向位置検出部（不図示）と、テーブル６１４をＸ軸まわり及びＹ軸まわりにチルトさせるテーブルチルト部６１８と、テーブル６１４のＸ軸まわりのチルト角を検出するＸ軸まわりチルト角検出部（不図示）と、テーブル６１４のＹ軸まわりのチルト角を検出するＹ軸まわりチルト角検出部（不図示）と、テーブル６１４をΘ軸まわりに回転させるテーブル回転部６１９と、テーブル６１４の回転角を検出する回転角検出部（不図示）と、レーザー光を出射する光源６２０と、測定部６２２と、測定部６２２をＺ軸に沿って移動させるＺ軸移動部６２４と、測定部６２２のＺ軸方向の位置を検出するＺ軸方向位置検出部（不図示）と、テーブル６１４に支持された測定対象物Ｃの内部をＺ軸方向から撮像する第１撮像部６２６Ａと、測定部６２２に備えられた対物レンズ６４８の先端を含む領域をＺ軸方向から撮像する第２撮像部６２６Ｂと、テーブル６１４に支持された測定対象物Ｃの内部を対物レンズ６４８から出射する測定光の光軸と平行な方向から撮像する第３撮像部６２６Ｃと、全体の動作を制御し、かつ、各種演算処理を行うコンピュータ６３２と、を備えて構成される。コンピュータ６３２には、表示部としてのディスプレイ、操作部としてのキーボード、及び、マウス、並びに、記憶部としてのＨＤＤが接続される。

なお、光源６２０及び測定部６２２以外の構成は、上述した第２の実施の形態の形状測定装置２００の構成と同じである。したがって、ここでは、測定部６２２の構成についてのみ説明する。

図１９は、光源を含む測定部の概略構成図である。

測定部６２２は、コリメーター６４２と、ビームスプリッター６４４と、反射ミラー６４５と、結像レンズ６４６と、ピンホール板６４７と、対物レンズ６４８と、光検出器６５０と、を備えて構成される。測定部６２２の各構成要素は、測定部本体フレーム６５２に一体的に備えられる。

光源６２０は、単色光を出射する光源で構成され、たとえば、単色のレーザー光源で構成される。光源６２０から出射された光は、ライトガイド６４０を介して、測定部６２２に伝播される。

コリメーター６４２は、ライトガイド６４０を介して光源６２０から伝播される光を平行光に変換し、ビームスプリッター６４４に入射する。

ビームスプリッター６４４は、コリメーター６４２から出射された光を反射して、反射ミラー６４５に入射する。ビームスプリッター６４４から反射ミラー６４５に入射する光の光軸は、Ｚ軸に平行に設定される。

反射ミラー６４５は、ビームスプリッター６４４から出射された光を９０度折り曲げて、対物レンズ６４８に入射する。

対物レンズ６４８は、反射ミラー６４５で反射された光を集光して、測定対象面である測定対象物Ｃの内周面に照射する。対物レンズ６４８の光軸は、Ｘ軸と平行に設定される。したがって、測定用の光は、Ｘ軸に沿って対物レンズ６４８から出射する。

測定対象物Ｃの内面で反射した光は、対物レンズ６４８を介して再びビームスプリッター６４４に入射する。そして、ビームスプリッター６４４を透過して、結像レンズ６４６に入射する。

結像レンズ６４６は、ビームスプリッター６４４を透過した光を集光して光検出器６５０に入射する。

ピンホール板６４７は、ピンホールを有し、結像レンズ６４６の焦点位置に配置される。結像レンズ６４６で集光されたピンホール板６４７のピンホールを通過して光検出器６５０に入射する。

光検出器６５０は、受光した光の強度を電気信号に変換して、コンピュータ６３２に出力する。

以上の構成の測定部６２２によれば、テーブル６１４をＸ軸方向に移動させて、測定対象物ＣをＸ軸方向に移動させることにより、対物レンズ６４８の焦点位置が変化する。したがって、測定対象物ＣをＸ軸方向に移動させ、光検出器６５０で検出される光の強度が最大になるときの測定対象物Ｃの位置を検出すれば、測定対象物Ｏの測定点のＸ軸方向の位置を一義的に求めることができる。

コンピュータ６３２は、所定のプログラムを実行することにより、表面位置検出部７２２として機能し、光検出器６５０で検出される光の強度、及び、Ｘ軸方向位置検出部６３４Ｘで検出される測定対象物ＣのＸ軸方向の位置に基づいて、測定点のＸ軸方向の位置を検出する。

このほか、コンピュータ６３２は、所定のプログラムを実行することにより、第１撮像制御部、第２撮像制御部、第３撮像制御部、傾き補正部、作動距離調整部、接触回避部、走査制御部、表面位置検出部、測定点指定部、測定位置調整部、表示制御部として機能する。各部の機能は、上記第２の実施の形態の形状測定装置２００における第１撮像制御部３１０Ａ、第２撮像制御部３１０Ｂ、第３撮像制御部３１０Ｃ、傾き補正部３１２、作動距離調整部３１６、接触回避部３１８、走査制御部３２０、表面位置検出部３２２、測定点指定部３２４、測定位置調整部３２６、表示制御部３２８の機能と同じである。したがって、その説明は省略する。

〈作用〉
初期状態において、テーブル６１４は、原点位置に位置し、測定部６２２は、待機位置に位置している。また、測定対象物Ｃは、その内径部の軸がＺ軸と平行になるように、テーブル６１４に載置される。これにより、測定部６２２が、測定対象物Ｃの内部に挿入されると、径方向に測定用の光が照射される。

測定の開始が指示されると、まず、第１撮像部６２６Ａ、第２撮像部６２６Ｂ及び第３撮像部６２６Ｃの画像のキャリブレーション、すなわち、画像の大きさと距離の関係付けが行われ、距離の測定が可能な状態に設定される。

キャリブレーションの完了後、測定点の指定が行われる。測定点が指定されると、最初の測定点の位置に測定対象物Ｃが移動する。そして、傾き補正が行われる。この傾き補正により、最も反射光強度が高い最適条件で測定が可能になる。

傾き補正が行われると、次に、測定対象物Ｃが、対物レンズ６４８の作動距離まで移動する。この際、対物レンズ６４８が、測定対象物Ｃに衝突しないように、対物レンズ６４８と測定対象物Ｃとの間の距離が監視される。

測定対象物Ｃが、対物レンズ６４８の作動距離に移動すると、次に、測定が行われる。すなわち、あらかじめ設定された走査範囲で測定対象物Ｃを移動させ、光検出器６５０で光の強度が検出される。走査中、対物レンズ６４８が、測定対象物Ｃに衝突しないように、対物レンズ６４８と測定対象物Ｃとの間の距離が監視される。

走査が完了すると、測定部６２２が待機位置に復帰する。そして、光検出器６５０の検出結果に基づいて、光の強度が最大となる測定対象物Ｃの位置が検出される。検出後、検出された測定対象物Ｃの位置の情報が、測定点の位置の情報とともに記憶部に記録される。

以上の工程で最初の測定点の測定が完了する。この後、次の測定点の有無が判定される。次の測定点がない場合は、測定結果を表示部に表示し、処理を終了する。次の測定点がある場合は、次の測定点の位置に測定対象物Ｃが移動する。移動後、上記傾き補正以降の処理を繰り返し実施する。

このように、本実施の形態の形状測定装置６００によれば、測定点を指定するだけで測定対象物Ｃの内周面の形状を自動で測定できる。これにより、各種調整や設定の手間を省け、短時間で高精度な測定ができる。また、ユーザの調整技能によらずに測定ができるので、再現性のあるデータの取得が可能になる。

また、測定対象物Ｃを移動させる場合には、対物レンズ６４８が測定対象物Ｃに接触しないように、常に監視しながら測定対象物Ｃを移動させるので、安全に測定を実施できる。特に、工業用部品など複雑な表面形状を有する測定対象物は、測定点以外の点で対物レンズが測定対象物に衝突するおそれがあるが、本実施の形態の形状測定装置によれば、そのような問題も回避できる。

なお、上記の測定例では、測定対象物Ｃの内周面の形状を測定する場合を例に説明したが、本実施の形態の形状測定装置６００においても、内径の測定を実施できる。

また、変形例として、上記第２の実施の形態の形状測定装置２００と同様の対応が可能である。

１０…形状測定装置、１２…基台、１２Ａ…基台基準面、１２Ｂ…コラム、１４…テーブル、１４Ａ…測定対象物支持面、１６…テーブル移動部、１６Ｘ…Ｘ軸移動部、１６Ｙ…Ｙ軸移動部、１８…テーブルチルト部、１８Ｘ…Ｘ軸まわりチルト部、１８Ｙ…Ｙ軸まわりチルト部、２０…光源、２２…測定部、２４…Ｚ軸移動部、２６Ｘ…Ｘ軸撮像部、２６ＸＣ…Ｘ軸電子カメラ、２６Ｙ…Ｙ軸撮像部、２６ＹＣ…Ｙ軸電子カメラ、２６Ｚ…Ｚ軸撮像部、２６ＺＣ…Ｚ軸電子カメラ、３２…コンピュータ、３４Ｘ…Ｘ軸方向位置検出部、３４Ｙ…Ｙ軸方向位置検出部、３４Ｚ…Ｚ軸方向位置検出部、３６Ｘ…Ｘ軸まわりチルト角検出部、３６Ｙ…Ｙ軸まわりチルト角検出部、４０…ライトガイド、４２…コリメーター、４４…ビームスプリッター、４６…コーナーキューブプリズム、４８…対物レンズ、５０…光検出器、５２…測定部本体フレーム、５６Ｘ…ブラケット、５６Ｙ…ブラケット、５６Ｚ…ブラケット、６０…表示部、６０Ａ…表示部の画面、６０Ｃ…カーソル、６０Ｉ…測定対象物の画像、６２…操作部、６４…記憶部、１１０Ｘ…Ｘ軸撮像制御部、１１０Ｙ…Ｙ軸撮像制御部、１１０Ｚ…Ｚ軸撮像制御部、１１２…Ｘ軸まわり傾き補正部、１１４…Ｙ軸まわり傾き補正部、１１６…作動距離調整部、１１８…接触回避部、１２０…走査制御部、１２２…表面位置検出部、１２４…測定点指定部、１２６…測定位置調整部、１２８…表示制御部、２００…形状測定装置、２１２…基台、２１２Ａ…基台基準面、２１２Ｂ…コラム、２１４…テーブル、２１４Ａ…測定対象物支持面、２１６…テーブル移動部、２１６Ｘ…Ｘ軸移動部、２１６Ｙ…Ｙ軸移動部、２１８…テーブルチルト部、２１８Ｘ…Ｘ軸まわりチルト部、２１８Ｙ…Ｙ軸まわりチルト部、２１９…テーブル回転部、２２０…光源、２２２…測定部、２２４…Ｚ軸移動部、２２６Ａ…第１撮像部、２２６ＡＣ…第１電子カメラ、２２６Ｂ…第２撮像部、２２６ＢＣ…第２電子カメラ、２２６Ｃ…第３撮像部、２２６ＣＣ…第３電子カメラ、２３２…コンピュータ、２３４Ｘ…Ｘ軸方向位置検出部、２３４Ｙ…Ｙ軸方向位置検出部、２３４Ｚ…Ｚ軸方向位置検出部、２３６Ｘ…Ｘ軸まわりチルト角検出部、２３６Ｙ…Ｙ軸まわりチルト角検出部、２３８…回転角検出部、２４０…ライトガイド、２４２…コリメーター、２４４…ビームスプリッター、２４６…コーナーキューブプリズム、２４８…対物レンズ、２５０…光検出器、２５２…測定部本体フレーム、２５４…反射ミラー、２５６…ブラケット、２６０…表示部、２６０Ａ…表示部の画面、２６２…操作部、２６４…記憶部、３１０Ａ…第１撮像制御部、３１０Ｂ…第２撮像制御部、３１０Ｃ…第３撮像制御部、３１２…傾き補正部、３１６…作動距離調整部、３１８…接触回避部、３２０…走査制御部、３２２…表面位置検出部、３２４…測定点指定部、３２６…測定位置調整部、３２８…表示制御部、４００…形状測定装置、４１２…基台、４１４…テーブル、４１６…テーブル移動部、４１８…テーブルチルト部、４２０…光源、４２２…測定部、４２４…Ｚ軸移動部、４２６Ｘ…Ｘ軸撮像部、４２６Ｙ…Ｙ軸撮像部、４２６Ｚ…Ｚ軸撮像部、４３２…コンピュータ、４３４Ｚ…Ｚ軸方向位置検出部、４４０…ライトガイド、４４２…コリメーター４、４４４…ビームスプリッター、４４６…結像レンズ、４４７…ピンホール板、４４８…対物レンズ、４５０…光検出器、４５２…測定部本体フレーム、５２２…表面位置検出部、６００…形状測定装置、６１２…基台、６１４…テーブル、６１６…テーブル移動部、６１８…テーブルチルト部、６１９…テーブル回転部、６２０…光源、６２２…測定部、６２４…Ｚ軸移動部、６２６Ａ…第１撮像部、６２６Ｂ…第２撮像部、６２６Ｃ…第３撮像部、６３２…コンピュータ、６３４Ｘ…Ｘ軸方向位置検出部、６４０…ライトガイド、６４２…コリメーター、６４４…ビームスプリッター、６４５…反射ミラー、６４６…結像レンズ、６４７…ピンホール板、６４８…対物レンズ、６５０…光検出器、６５２…測定部本体フレーム、７２２…面位置検出部、Ｃ…円筒状の測定対象物、Ｏ…測定対象物

Claims (18)

1. 測定対象物を支持するテーブルと、
   低コヒーレンス光を出射する光源と、
   前記光源からの光を測定光と参照光とに分割する光分割手段と、前記参照光を反射する参照光反射手段と、前記測定光を出射する対物レンズと、前記参照光反射手段で反射した前記参照光と前記測定対象物で反射した前記測定光とを合成して干渉光を生成する光合成手段と、前記干渉光の強度を検出する光検出手段と、を備えた測定部と、
   前記対物レンズから出射する光の光軸と平行な軸をＺ軸とした場合に、前記測定部又は前記テーブルを前記Ｚ軸に沿って移動させるＺ軸移動部と、
   前記Ｚ軸に直交する一つの軸をＸ軸とした場合に、前記測定部又は前記テーブルを前記Ｘ軸まわりにチルトさせるＸ軸まわりチルト部と、
   前記Ｚ軸及び前記Ｘ軸に直交する軸をＹ軸とした場合に、前記測定部又は前記テーブルを前記Ｙ軸まわりにチルトさせるＹ軸まわりチルト部と、
   前記テーブルに支持された前記測定対象物を前記Ｘ軸方向から撮像するＸ軸撮像部と、
   前記テーブルに支持された前記測定対象物を前記Ｙ軸方向から撮像するＹ軸撮像部と、
   前記Ｘ軸撮像部で撮像された画像に基づいて、前記Ｘ軸まわりチルト部を制御し、前記テーブルに支持された前記測定対象物の前記Ｘ軸まわりの傾きを補正するＸ軸まわり傾き補正部と、
   前記Ｙ軸撮像部で撮像された画像に基づいて、前記Ｙ軸まわりチルト部を制御し、前記テーブルに支持された前記測定対象物の前記Ｙ軸まわりの傾きを補正するＹ軸まわり傾き補正部と、
   前記Ｘ軸撮像部、及び／又は、前記Ｙ軸撮像部で撮像された画像に基づいて、前記Ｚ軸移動部を制御し、前記測定部又は前記テーブルを前記対物レンズの作動距離まで移動させる作動距離調整部と、
   前記Ｚ軸移動部を制御し、あらかじめ設定された走査範囲で前記測定部又は前記テーブルを走査させる走査制御部と、
   移動する前記測定部又は前記テーブルの前記Ｚ軸方向の位置を検出するＺ軸方向位置検出部と、
   前記光検出手段で検出される前記干渉光の強度及び前記Ｚ軸方向位置検出部で検出される前記測定部又は前記テーブルの前記Ｚ軸方向の位置に基づいて、前記対物レンズから出射する光が照射された地点における前記測定対象物の表面の前記Ｚ軸方向の位置を検出する表面位置検出部と、
   を備えた形状測定装置。
2. 前記Ｘ軸撮像部、及び／又は、前記Ｙ軸撮像部で撮像された画像に基づいて、前記対物レンズと前記測定対象物との間の距離を監視し、前記対物レンズと前記測定対象物との間の距離が、あらかじめ設定された衝突回避可能距離まで近づくと、前記測定部又は前記テーブルの移動を停止させる接触回避部を更に備えた請求項１に記載の形状測定装置。
3. 前記測定部又は前記テーブルを前記Ｘ軸に沿って移動させるＸ軸移動部と、
   前記測定部又は前記テーブルを前記Ｙ軸に沿って移動させるＹ軸移動部と、
   前記測定対象物に対する測定点を指定する測定点指定部と、
   前記Ｘ軸移動部及び前記Ｙ軸移動部を制御して、前記測定点指定部で指定された測定点が測定される位置に前記測定部又は前記測定対象物を位置させる測定位置調整部と、
   を更に備えた請求項１又は２に記載の形状測定装置。
4. 前記テーブルに支持された前記測定対象物を前記Ｚ軸方向から撮像するＺ軸撮像部と、
   前記Ｚ軸撮像部で撮像された画像を表示する表示部と、
   を更に備え、
   前記測定点指定部は、前記表示部に表示された画像上で前記測定点の指定を受け付ける、
   請求項３に記載の形状測定装置。
5. 円筒状の測定対象物を支持するテーブルと、
   低コヒーレンス光を出射する光源と、
   前記光源からの光を測定光と参照光とに分割する光分割手段と、前記参照光を反射する参照光反射手段と、前記測定光を出射する対物レンズと、前記参照光反射手段で反射した前記参照光と前記測定対象物で反射した前記測定光とを合成して干渉光を生成する光合成手段と、前記干渉光の強度を検出する光検出手段と、を備え、前記テーブルに支持された前記測定対象物の内部に挿入されて、前記対物レンズから前記測定対象物の内部の径方向に前記測定光を出射する測定部と、
   前記対物レンズから出射する光の光軸と平行な軸をＸ軸とした場合に、前記測定部又は前記テーブルを前記Ｘ軸に沿って移動させるＸ軸移動部と、
   前記Ｘ軸と直交し、かつ、円筒状の前記測定対象物の円筒軸方向の一つの軸をＺ軸とした場合に、前記測定部又は前記テーブルを前記Ｚ軸に沿って移動させるＺ軸移動部と、
   前記測定部又は前記テーブルを前記Ｘ軸まわりにチルトさせるＸ軸まわりチルト部と、
   前記Ｚ軸及び前記Ｘ軸に直交する軸をＹ軸とした場合に、前記測定部又は前記テーブルを前記Ｙ軸まわりにチルトさせるＹ軸まわりチルト部と、
   前記テーブルに支持された前記測定対象物の内部を前記Ｚ軸方向から撮像する第１撮像部と、
   前記第１撮像部で撮像された画像に基づいて、前記Ｘ軸まわりチルト部及び前記Ｙ軸まわりチルト部を制御し、前記テーブルに支持された前記測定対象物の傾きを補正する傾き補正部と、
   前記対物レンズの先端を含む領域を前記Ｚ軸方向から撮像する第２撮像部と、
   前記第２撮像部で撮像された画像に基づいて、前記Ｚ軸移動部を制御し、前記測定部を前記対物レンズの作動距離まで移動させる作動距離調整部と、
   前記Ｘ軸移動部を制御し、あらかじめ設定された走査範囲で前記測定部又は前記テーブルを走査させる走査制御部と、
   移動する前記測定部又は前記テーブルの前記Ｘ軸方向の位置を検出するＸ軸方向位置検出部と、
   前記光検出手段で検出される前記干渉光の強度及び前記Ｘ軸方向位置検出部で検出される前記測定部の前記Ｘ軸方向の位置に基づいて、前記対物レンズから出射する光が照射された地点における前記測定対象物の内周面の前記Ｘ軸方向の位置を検出する表面位置検出部と、
   を備えた形状測定装置。
6. 前記第２撮像部で撮像された画像に基づいて、前記対物レンズと前記測定対象物との間の距離を監視し、前記対物レンズと前記測定対象物との間の距離が、あらかじめ設定された衝突回避可能距離まで近づくと、前記測定部又は前記テーブルの移動を停止させる接触回避部を更に備えた請求項５に記載の形状測定装置。
7. 前記測定部又は前記テーブルを前記Ｙ軸に沿って移動させるＹ軸移動部と、
   前記測定対象物に対する測定点を指定する測定点指定部と、
   前記Ｘ軸移動部及び前記Ｙ軸移動部を制御して、前記測定点指定部で指定された測定点が測定される位置に前記測定部又は前記測定対象物を位置させる測定位置調整部と、
   を更に備えた請求項５又は６に記載の形状測定装置。
8. 前記テーブルに支持された前記測定対象物の内部を前記対物レンズから出射する光の光軸と平行な方向から撮像する第３撮像部と、
   前記第３撮像部で撮像された画像を表示する表示部と、
   を更に備え、
   前記測定点指定部は、前記表示部に表示された画像上で前記測定点の指定を受け付ける、
   請求項７に記載の形状測定装置。
9. 前記Ｚ軸を中心に前記測定部又は前記テーブルを回転させる回転部を更に備えた請求項５から８のいずれか１項に記載の形状測定装置。
10. 測定対象物を支持するテーブルと、
    光源と、
    前記光源からの光を出射する対物レンズと、
    前記測定対象物の表面で反射した光の強度を検出する光検出手段と、
    前記対物レンズから出射する光の光軸と平行な軸をＺ軸とした場合に、前記対物レンズ又は前記テーブルを前記Ｚ軸に沿って移動させるＺ軸移動部と、
    前記Ｚ軸に直交する一つの軸をＸ軸とした場合に、前記対物レンズ又は前記テーブルを前記Ｘ軸まわりにチルトさせるＸ軸まわりチルト部と、
    前記Ｚ軸及び前記Ｘ軸に直交する軸をＹ軸とした場合に、前記対物レンズ又は前記テーブルを前記Ｙ軸まわりにチルトさせるＹ軸まわりチルト部と、
    前記テーブルに支持された前記測定対象物を前記Ｘ軸方向から撮像するＸ軸撮像部と、
    前記テーブルに支持された前記測定対象物を前記Ｙ軸方向から撮像するＹ軸撮像部と、
    前記Ｘ軸撮像部で撮像された画像に基づいて、前記Ｘ軸まわりチルト部を制御し、前記テーブルに支持された前記測定対象物の前記Ｘ軸まわりの傾きを補正するＸ軸まわり傾き補正部と、
    前記Ｙ軸撮像部で撮像された画像に基づいて、前記Ｙ軸まわりチルト部を制御し、前記テーブルに支持された前記測定対象物の前記Ｙ軸まわりの傾きを補正するＹ軸まわり傾き補正部と、
    前記Ｘ軸撮像部、及び／又は、前記Ｙ軸撮像部で撮像された画像に基づいて、前記Ｚ軸移動部を制御し、前記対物レンズ又は前記テーブルを前記対物レンズの作動距離まで移動させる作動距離調整部と、
    前記Ｚ軸移動部を制御し、あらかじめ設定された走査範囲で前記対物レンズ又は前記テーブルを走査させる走査制御部と、
    移動する前記対物レンズ又は前記テーブルの前記Ｚ軸方向の位置を検出するＺ軸方向位置検出部と、
    前記光検出手段で検出される光の強度及び前記Ｚ軸方向位置検出部で検出される前記対物レンズ又は前記テーブルの前記Ｚ軸方向の位置に基づいて、前記対物レンズから出射する光が照射された地点における前記測定対象物の表面の前記Ｚ軸方向の位置を検出する表面位置検出部と、
    を備えた形状測定装置。
11. 前記Ｘ軸撮像部、及び／又は、前記Ｙ軸撮像部で撮像された画像に基づいて、前記対物レンズと前記測定対象物との間の距離を監視し、前記対物レンズと前記測定対象物との間の距離が、あらかじめ設定された衝突回避可能距離まで近づくと、前記対物レンズ又は前記テーブルの移動を停止させる接触回避部を更に備えた請求項１０に記載の形状測定装置。
12. 前記対物レンズ又は前記テーブルを前記Ｘ軸に沿って移動させるＸ軸移動部と、
    前記対物レンズ又は前記テーブルを前記Ｙ軸に沿って移動させるＹ軸移動部と、
    前記測定対象物に対する測定点を指定する測定点指定部と、
    前記Ｘ軸移動部及び前記Ｙ軸移動部を制御して、前記測定点指定部で指定された測定点が測定される位置に前記対物レンズ又は前記測定対象物を位置させる測定位置調整部と、
    を更に備えた請求項１０又は１１に記載の形状測定装置。
13. 前記テーブルに支持された前記測定対象物を前記Ｚ軸方向から撮像するＺ軸撮像部と、
    前記Ｚ軸撮像部で撮像された画像を表示する表示部と、
    を更に備え、
    前記測定点指定部は、前記表示部に表示された画像上で前記測定点の指定を受け付ける、
    請求項１２に記載の形状測定装置。
14. 円筒状の測定対象物を支持するテーブルと、
    光源と、
    前記テーブルに支持された前記測定対象物の内部に挿入され、前記測定対象物の内部の径方向に前記光源からの光を出射する対物レンズと、
    前記測定対象物の内周面で反射した光の強度を検出する光検出手段と、
    前記対物レンズから出射する光の光軸と平行な軸をＸ軸とした場合に、前記対物レンズ又は前記テーブルを前記Ｘ軸に沿って移動させるＸ軸移動部と、
    前記Ｘ軸と直交し、かつ、円筒状の前記測定対象物の円筒軸方向の一つの軸をＺ軸とした場合に、前記対物レンズ又は前記テーブルを前記Ｚ軸に沿って移動させるＺ軸移動部と、
    前記対物レンズ又は前記テーブルを前記Ｘ軸まわりにチルトさせるＸ軸まわりチルト部と、
    前記Ｚ軸及び前記Ｘ軸に直交する軸をＹ軸とした場合に、前記対物レンズ又は前記テーブルを前記Ｙ軸まわりにチルトさせるＹ軸まわりチルト部と、
    前記テーブルに支持された前記測定対象物の内部を前記Ｚ軸方向から撮像する第１撮像部と、
    前記第１撮像部で撮像された画像に基づいて、前記Ｘ軸まわりチルト部及び前記Ｙ軸まわりチルト部を制御し、前記テーブルに支持された前記測定対象物の傾きを補正する傾き補正部と、
    前記対物レンズの先端を含む領域を前記Ｚ軸方向から撮像する第２撮像部と、
    前記第２撮像部で撮像された画像に基づいて、前記Ｚ軸移動部を制御し、前記対物レンズを前記対物レンズの作動距離まで移動させる作動距離調整部と、
    前記Ｘ軸移動部を制御し、あらかじめ設定された走査範囲で前記対物レンズ又は前記テーブルを走査させる走査制御部と、
    移動する前記対物レンズ又は前記テーブルの前記Ｘ軸方向の位置を検出するＸ軸方向位置検出部と、
    前記光検出手段で検出される光の強度及び前記Ｘ軸方向位置検出部で検出される前記対物レンズの前記Ｘ軸方向の位置に基づいて、前記対物レンズから出射する光が照射された地点における前記測定対象物の前記内周面の前記Ｘ軸方向の位置を検出する表面位置検出部と、
    を備えた形状測定装置。
15. 前記第２撮像部で撮像された画像に基づいて、前記対物レンズと前記測定対象物との間の距離を監視し、前記対物レンズと前記測定対象物との間の距離が、あらかじめ設定された衝突回避可能距離まで近づくと、前記対物レンズ又は前記テーブルの移動を停止させる接触回避部を更に備えた請求項１４に記載の形状測定装置。
16. 前記対物レンズ又は前記テーブルを前記Ｙ軸に沿って移動させるＹ軸移動部と、
    前記測定対象物に対する測定点を指定する測定点指定部と、
    前記Ｘ軸移動部及び前記Ｙ軸移動部を制御して、前記測定点指定部で指定された測定点が測定される位置に前記対物レンズ又は前記測定対象物を位置させる測定位置調整部と、
    を更に備えた請求項１４又は１５に記載の形状測定装置。
17. 前記テーブルに支持された前記測定対象物の内部を前記対物レンズから出射する光の光軸と平行な方向から撮像する第３撮像部と、
    前記第３撮像部で撮像された画像を表示する表示部と、
    を更に備え、
    前記測定点指定部は、前記表示部に表示された画像上で前記測定点の指定を受け付ける、
    請求項１６に記載の形状測定装置。
18. 前記Ｚ軸を中心に前記対物レンズ又は前記テーブルを回転させる回転部を更に備えた請求項１４から１７のいずれか１項に記載の形状測定装置。

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