JPH05209741A - 表面形状測定の方法および装置 - Google Patents
表面形状測定の方法および装置Info
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- JPH05209741A JPH05209741A JP22001191A JP22001191A JPH05209741A JP H05209741 A JPH05209741 A JP H05209741A JP 22001191 A JP22001191 A JP 22001191A JP 22001191 A JP22001191 A JP 22001191A JP H05209741 A JPH05209741 A JP H05209741A
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- Japan
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- measuring
- plane
- measured
- coordinate
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- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 ３次元座標測定機を用いる形状測定におい
て、移動精度、スライドの重心の変位に伴う歪み、温度
変化に伴う伸縮による測定誤差をなくす。 【構成】 ＸＹＺ座標上での測定プローブの位置を検出
Ｘ0 ，Ｙ0 ，Ｚ0 するとともに、測定テーブル自体のＸ
ＹＺ座標上での位置についても２個所づつ検出Ｘ 1 ，Ｘ
2 ，Ｙ1 ，Ｙ2 ，Ｚ1 ，Ｚ2 し、１軸につき得られる３
つの検出値よりその検出個所の位置関係に基づいて算出
される値を、各軸の測定値とする。さらに、Ｚ軸アーム
の傾きについて、測定プローブの取付面の３個所で位置
検出を行ない、それらから算出される値をＺ0 として採
用して誤差補正を行なう。
て、移動精度、スライドの重心の変位に伴う歪み、温度
変化に伴う伸縮による測定誤差をなくす。 【構成】 ＸＹＺ座標上での測定プローブの位置を検出
Ｘ0 ，Ｙ0 ，Ｚ0 するとともに、測定テーブル自体のＸ
ＹＺ座標上での位置についても２個所づつ検出Ｘ 1 ，Ｘ
2 ，Ｙ1 ，Ｙ2 ，Ｚ1 ，Ｚ2 し、１軸につき得られる３
つの検出値よりその検出個所の位置関係に基づいて算出
される値を、各軸の測定値とする。さらに、Ｚ軸アーム
の傾きについて、測定プローブの取付面の３個所で位置
検出を行ない、それらから算出される値をＺ0 として採
用して誤差補正を行なう。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光学レンズや鏡等の表面
形状測定の方法および装置に関する。
形状測定の方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、接触式の形状測定装置は、図２に
示すように、被測定物６を載せるベース１と、Ｙ方向に
移動し位置決め可能に設けられた門型のＹスライド２
と、Ｙスライド２上にＸ方向に移動し位置決め可能に設
けられたＸスライド３と、またＸスライド上でＺ方向に
移動し位置決め可能に設けられたＺスライド４と、さら
にその先端に取付けた触針プローブ５とから構成され
る。前記触針プローブ５の先端は被測定物の一定の力で
押し当てられているので、被測定物上を移動するＸある
いはＹスライドの位置および被測定物の凹凸に応じて上
下するＺスライドの位置を検出することで被測定物の表
面形状を測定するものである。その際のフローチャート
を図３を示す。
示すように、被測定物６を載せるベース１と、Ｙ方向に
移動し位置決め可能に設けられた門型のＹスライド２
と、Ｙスライド２上にＸ方向に移動し位置決め可能に設
けられたＸスライド３と、またＸスライド上でＺ方向に
移動し位置決め可能に設けられたＺスライド４と、さら
にその先端に取付けた触針プローブ５とから構成され
る。前記触針プローブ５の先端は被測定物の一定の力で
押し当てられているので、被測定物上を移動するＸある
いはＹスライドの位置および被測定物の凹凸に応じて上
下するＺスライドの位置を検出することで被測定物の表
面形状を測定するものである。その際のフローチャート
を図３を示す。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例では形状計測精度が、Ｘ，Ｙ，Ｚスライドの移動精
度をはじめとする以下の諸影響を受ける欠点があった。 （１）移動精度の影響 一般に移動精度とは軸の移動によって定義される次の６
つの精度のことである。図４はこれを説明するための図
で、図中α軸を移動方向として説明する。
来例では形状計測精度が、Ｘ，Ｙ，Ｚスライドの移動精
度をはじめとする以下の諸影響を受ける欠点があった。 （１）移動精度の影響 一般に移動精度とは軸の移動によって定義される次の６
つの精度のことである。図４はこれを説明するための図
で、図中α軸を移動方向として説明する。
【０００４】１）位置決め精度（図中α方向） 移動軸方向の位置決め精度で、測長システムや位置制御
システムの誤差を含む ２）ローリング精度 移動軸α方向を回転軸とする姿勢精度誤差 ３）ピッチング精度 移動軸α方向と直行するβ方向を回転軸とする姿勢精度
誤差 ４）ヨーイング精度 移動軸α方向と直行し３）のピッチング回転軸とも直行
するγ方向を回転軸とする姿勢精度誤差 ５）平行移動１（β方向） 移動方向と直行する方向の移動誤差 ６）平行移動２（γ方向） 移動方向と直行し、５）の移動方向とも直行する方向の
移動誤差 以上６種類の移動誤差成分がＸ，Ｙ，Ｚ軸に関して生じ
るため、その先端に配置されているプローブの位置は大
きく影響される。従ってサブミクロンのオーダでプロー
ブの３次元位置を確定するには、各スライドの移動精度
を極めて高くしなければならないので難しい。 （２）環境温度の影響 測定装置が設置されている環境の温度変化によってＸ，
Ｙ，Ｚの各スライドおよびそれらを支えるベースが変形
し、スライド精度を狂わせるので、測定値に影響を与え
る。また、温度の変動は時間とともに変化し、予測が難
しいので測定毎に異なる再現性のない誤差となってしま
う。 （３）移動軸の移動に伴う変形 Ｘスライドの移動にともないその重量を支える門型のＹ
スライドの形状が変化し、このＹスライドの変形が形状
測定精度に影響して測定精度の悪化要因となる。同様
に、Ｙスライドの移動にともないその重量を支えるベー
ス定盤も変形し測定精度を悪くすることになる。 （４）プローブ先端に働く力の影響 プローブを被測定物に接触させて形状の測定を行なう場
合、プローブの押し付け力及びプローブと被測定物との
間に働く摩擦力によってＺアーム先端に荷重がかかる。
しかも、摩擦力はプローブの走査方向によっても被測定
物の表面状態によっても大きく影響をうけるため予測が
つかない。この荷重によってＸＹＺスライドが変形し、
形状測定精度に悪影響する。
システムの誤差を含む ２）ローリング精度 移動軸α方向を回転軸とする姿勢精度誤差 ３）ピッチング精度 移動軸α方向と直行するβ方向を回転軸とする姿勢精度
誤差 ４）ヨーイング精度 移動軸α方向と直行し３）のピッチング回転軸とも直行
するγ方向を回転軸とする姿勢精度誤差 ５）平行移動１（β方向） 移動方向と直行する方向の移動誤差 ６）平行移動２（γ方向） 移動方向と直行し、５）の移動方向とも直行する方向の
移動誤差 以上６種類の移動誤差成分がＸ，Ｙ，Ｚ軸に関して生じ
るため、その先端に配置されているプローブの位置は大
きく影響される。従ってサブミクロンのオーダでプロー
ブの３次元位置を確定するには、各スライドの移動精度
を極めて高くしなければならないので難しい。 （２）環境温度の影響 測定装置が設置されている環境の温度変化によってＸ，
Ｙ，Ｚの各スライドおよびそれらを支えるベースが変形
し、スライド精度を狂わせるので、測定値に影響を与え
る。また、温度の変動は時間とともに変化し、予測が難
しいので測定毎に異なる再現性のない誤差となってしま
う。 （３）移動軸の移動に伴う変形 Ｘスライドの移動にともないその重量を支える門型のＹ
スライドの形状が変化し、このＹスライドの変形が形状
測定精度に影響して測定精度の悪化要因となる。同様
に、Ｙスライドの移動にともないその重量を支えるベー
ス定盤も変形し測定精度を悪くすることになる。 （４）プローブ先端に働く力の影響 プローブを被測定物に接触させて形状の測定を行なう場
合、プローブの押し付け力及びプローブと被測定物との
間に働く摩擦力によってＺアーム先端に荷重がかかる。
しかも、摩擦力はプローブの走査方向によっても被測定
物の表面状態によっても大きく影響をうけるため予測が
つかない。この荷重によってＸＹＺスライドが変形し、
形状測定精度に悪影響する。
【０００５】本発明は、これら諸影響による測定精度の
悪化をなくすことを目的としている。
悪化をなくすことを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は被測定物の取り付けられるＸＹテーブルお
よび測定プローブについて、その位置測定を複数の個所
で行ない、それらの測定値と各測定点間の位置関係とに
基づいて算出される値を座標値とするものである。
に、本発明は被測定物の取り付けられるＸＹテーブルお
よび測定プローブについて、その位置測定を複数の個所
で行ない、それらの測定値と各測定点間の位置関係とに
基づいて算出される値を座標値とするものである。
【０００７】本発明の理解のため、原理的な概念図を図
５に示す。
５に示す。
【０００８】ＸＹ軸を水平面上にとり、Ｚ軸を垂直方向
にとるものとする。被測定物の取り付けられているＸＹ
テーブル９の上面−Ｙ方向と＋Ｙ方向の両端にＺ軸の基
準面７及び８を設け、ＹＺ平面内で、Ｙ軸を長手方向と
するＺ軸固定基準面１２をＸＹテーブルの上方でその移
動範囲に亘り水平にベース定盤に固定して設け、同じ
く、ＸＹテーブルのＸＹ方向の各側面にそれぞれＸ軸移
動基準面１０及びＹ軸移動基準面１１を設けると共に、
ＸＺ平面内にＺ軸を長手方向とするＸ軸固定基準面１５
及びＹＺ平面内にＺ軸を長手方向とするＹ軸固定基準面
１３をそれぞれ、ベース定盤に垂直に固定して設ける。
にとるものとする。被測定物の取り付けられているＸＹ
テーブル９の上面−Ｙ方向と＋Ｙ方向の両端にＺ軸の基
準面７及び８を設け、ＹＺ平面内で、Ｙ軸を長手方向と
するＺ軸固定基準面１２をＸＹテーブルの上方でその移
動範囲に亘り水平にベース定盤に固定して設け、同じ
く、ＸＹテーブルのＸＹ方向の各側面にそれぞれＸ軸移
動基準面１０及びＹ軸移動基準面１１を設けると共に、
ＸＺ平面内にＺ軸を長手方向とするＸ軸固定基準面１５
及びＹＺ平面内にＺ軸を長手方向とするＹ軸固定基準面
１３をそれぞれ、ベース定盤に垂直に固定して設ける。
【０００９】さらに、ＹＺ平面内において、Ｚ軸固定基
準面１２と、測定プローブとのＺ座標距離Ｚ0 、Ｚ軸の
基準面７および８とのＺ座標距離Ｚ1 およびＺ2 をそれ
ぞれ測定する手段を設け、同様にしてＸＺ平面内におい
てＸ軸固定基準面１５と、測定プローブとのＸ座標距離
Ｘ0 、Ｘ軸移動基準面１０上の２個所とのＸ座標距離Ｘ
1 およびＸ2 をそれぞれ測定する手段を設け、さらにＹ
Ｚ平面内において、Ｙ軸固定基準面１３と、測定プロー
ブとのＹ座標距離Ｙ0 、Ｙ軸移動基準面１１上の２個所
とのＹ座標距離Ｙ1 およびＹ2 をそれぞれ測定する手段
を設ける。
準面１２と、測定プローブとのＺ座標距離Ｚ0 、Ｚ軸の
基準面７および８とのＺ座標距離Ｚ1 およびＺ2 をそれ
ぞれ測定する手段を設け、同様にしてＸＺ平面内におい
てＸ軸固定基準面１５と、測定プローブとのＸ座標距離
Ｘ0 、Ｘ軸移動基準面１０上の２個所とのＸ座標距離Ｘ
1 およびＸ2 をそれぞれ測定する手段を設け、さらにＹ
Ｚ平面内において、Ｙ軸固定基準面１３と、測定プロー
ブとのＹ座標距離Ｙ0 、Ｙ軸移動基準面１１上の２個所
とのＹ座標距離Ｙ1 およびＹ2 をそれぞれ測定する手段
を設ける。
【００１０】
【作用】上記のように構成された本発明は、ＸＹＺ座標
上での測定プローブの位置を各固定基準面からの距離Ｘ
0 ，Ｙ0 ，Ｚ0 として検出するとともに、測定テーブル
自体のＸＹＺ座標上での位置についても２個所づつ各固
定基準面からの距離Ｘ1，Ｘ2 ，Ｙ1 ，Ｙ2 ，Ｚ1 ，Ｚ2
として検出することに特徴がある。
上での測定プローブの位置を各固定基準面からの距離Ｘ
0 ，Ｙ0 ，Ｚ0 として検出するとともに、測定テーブル
自体のＸＹＺ座標上での位置についても２個所づつ各固
定基準面からの距離Ｘ1，Ｘ2 ，Ｙ1 ，Ｙ2 ，Ｚ1 ，Ｚ2
として検出することに特徴がある。
【００１１】いま、プローブのＺ座標での値Ｚを求める
場合について、その作用を説明すると、ＹＺ面内での３
つの測定点の検出値Ｚ0 ，Ｚ1 ，Ｚ2 と測定点間の距離
Ｌ1，Ｌ2 （図５参照）とに関しては、比例配分の関係
にあることから、上記Ｚは、 Ｚ＝（Ｌ1 ×Ｚ2 ＋Ｌ2 ×Ｚ1 ）／（Ｌ1 ＋Ｌ2 ）−Ｚ0 （１式） の関係式で表わせる。この関係式から求まる座標値Ｚ
が、ＸＹテーブル９およびＺ軸固定基準面１２の姿勢変
動に影響されないことを次に証明する。 （１）ＸＹテーブル９の姿勢変動の影響検討 まず説明のためＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の変動誤差をΔＸ，Δ
Ｙ，ΔＺとし、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸回りの回転誤差をΔθｘ，
Δθｙ，Δθｚとする。
場合について、その作用を説明すると、ＹＺ面内での３
つの測定点の検出値Ｚ0 ，Ｚ1 ，Ｚ2 と測定点間の距離
Ｌ1，Ｌ2 （図５参照）とに関しては、比例配分の関係
にあることから、上記Ｚは、 Ｚ＝（Ｌ1 ×Ｚ2 ＋Ｌ2 ×Ｚ1 ）／（Ｌ1 ＋Ｌ2 ）−Ｚ0 （１式） の関係式で表わせる。この関係式から求まる座標値Ｚ
が、ＸＹテーブル９およびＺ軸固定基準面１２の姿勢変
動に影響されないことを次に証明する。 （１）ＸＹテーブル９の姿勢変動の影響検討 まず説明のためＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の変動誤差をΔＸ，Δ
Ｙ，ΔＺとし、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸回りの回転誤差をΔθｘ，
Δθｙ，Δθｚとする。
【００１２】この６種類の誤差成分のうち、Ｚ軸方向に
変位を生じないものΔＸ，ΔＹ，Δθｙ，Δθｚについ
ては明らかに影響を受けない。
変位を生じないものΔＸ，ΔＹ，Δθｙ，Δθｚについ
ては明らかに影響を受けない。
【００１３】残りの誤差について検討すると、 １）ΔＺについて ＸＹテーブル９がＺ軸方向にΔＺ変位した時、前記の各
測定値は次のように変化する。
測定値は次のように変化する。
【００１４】Ｚ0 →Ｚ0 −ΔＺ、Ｚ1 →Ｚ1 −ΔＺ、Ｚ
2 →Ｚ2 −ΔＺ これらを１式に代入するとΔＺの項がすべてなくなり、
ΔＺについて影響を受けないことがわかる。
2 →Ｚ2 −ΔＺ これらを１式に代入するとΔＺの項がすべてなくなり、
ΔＺについて影響を受けないことがわかる。
【００１５】２）Δθｘについて ＸＹテーブルがＸ軸回りにΔθｘ回転変位した時、前記
の各測定値は次のように変化する。
の各測定値は次のように変化する。
【００１６】Ｚ1 →Ｚ1 ＋Ｌ1 ×Δθｘ、Ｚ2 →Ｚ2 −
Ｌ2 ×Δθｘ これらを１式に代入するとΔθｘの項が消え、Δθｘに
ついて影響を受けないことがわかる。 （２）Ｚ軸固定基準面１２の姿勢変動の影響検討 （１）の場合と同様に、６種類の誤差成分のうち、Ｚ軸
方向に変位を生じないΔＸ，ΔＹ，Δθｙ，Δθｚにつ
いては影響を受けない。
Ｌ2 ×Δθｘ これらを１式に代入するとΔθｘの項が消え、Δθｘに
ついて影響を受けないことがわかる。 （２）Ｚ軸固定基準面１２の姿勢変動の影響検討 （１）の場合と同様に、６種類の誤差成分のうち、Ｚ軸
方向に変位を生じないΔＸ，ΔＹ，Δθｙ，Δθｚにつ
いては影響を受けない。
【００１７】残りの誤差について検討すると、 １）ΔＺについて 基準面１２がＺ軸方向にΔＺ変移した時、前記の各測定
値は次のように変化する。
値は次のように変化する。
【００１８】Ｚ0 →Ｚ0 ＋ΔＺ、Ｚ1 →Ｚ1 ＋ΔＺ、Ｚ
2 →Ｚ2 ＋ΔＺ これらを１式に代入するとΔＺの項がすべてなくなり、
ΔＺについて影響を受けないことがわかる。
2 →Ｚ2 ＋ΔＺ これらを１式に代入するとΔＺの項がすべてなくなり、
ΔＺについて影響を受けないことがわかる。
【００１９】２）Δθｘについて 基準面１２がＸ軸回りにΔθｘ回転変位した時、前記の
各測定値は次のように変化する。
各測定値は次のように変化する。
【００２０】Ｚ1 →Ｚ1 −Ｌ1 ×Δθｘ、Ｚ2 →Ｚ2 ＋
Ｌ2 ×Δθｘ これらを１式に代入するとΔθｘの項が消え、Δθｘに
ついて影響を受けないことがわかる。
Ｌ2 ×Δθｘ これらを１式に代入するとΔθｘの項が消え、Δθｘに
ついて影響を受けないことがわかる。
【００２１】これまでの説明で、１式の関係式より求ま
るＺ座標の値は、ＸＹテーブル９、Ｚ軸固定基準面１２
の姿勢変動に影響を受けないことが証明された。
るＺ座標の値は、ＸＹテーブル９、Ｚ軸固定基準面１２
の姿勢変動に影響を受けないことが証明された。
【００２２】Ｚ軸以外のＸ，Ｙ軸についても、同様に、
ＸＹテーブル９及び各軸固定基準面１３又は１５の姿勢
変動によって、以下の関係式より求まるＸ又はＹ座標の
値は、影響されないことが明らかである。
ＸＹテーブル９及び各軸固定基準面１３又は１５の姿勢
変動によって、以下の関係式より求まるＸ又はＹ座標の
値は、影響されないことが明らかである。
【００２３】 Ｘ＝［（Ｌ3 ＋Ｌ4 ）×Ｘ1 −Ｌ4 ×Ｘ2 ］／Ｌ3 −Ｘ0 （２式） Ｙ＝［（Ｌ3 ＋Ｌ4 ）×Ｙ1 −Ｌ4 ×Ｙ2 ］／Ｌ3 −Ｙ0 （３式） （但し、Ｌ3 ，Ｌ4 は、図５に示すように、各測定点の
間の距離を表わす）なお、上記３つの測定点の間の距離
Ｌ1 ，Ｌ2 ，Ｌ3 ，Ｌ4 の値については、Ｌ1＋Ｌ2，及
びＬ3＋Ｌ4が一定距離であることと、ＸＹテーブルの各
軸方向の上記測定値（例えばＸ1 ，Ｙ1 ，Ｚ1 ）とから
別途、計算により求めるものである。
間の距離を表わす）なお、上記３つの測定点の間の距離
Ｌ1 ，Ｌ2 ，Ｌ3 ，Ｌ4 の値については、Ｌ1＋Ｌ2，及
びＬ3＋Ｌ4が一定距離であることと、ＸＹテーブルの各
軸方向の上記測定値（例えばＸ1 ，Ｙ1 ，Ｚ1 ）とから
別途、計算により求めるものである。
【００２４】次に本発明で用いる干渉測長計の作用につ
いて説明する。
いて説明する。
【００２５】図６は２周波ヘテロダイン干渉測長計の原
理図で、このような測長計を用いて前記Ｘ0 ，Ｘ1 ，Ｘ
2 ，Ｙ0 ，Ｙ1 ，Ｙ2 を測定する。入力光５９は、紙面
に対して水平方向に偏光面をもつ周波数ｆ1 の水平偏光
成分と、紙面に対して直角方向に偏光面をもつ周波数ｆ
2 の垂直偏光成分とを有する。偏光ビームスプリッタ６
１に入射したｆ1 成分は直進し、ｆ2 成分は反射され
る。直進するｆ1 成分はコーナーキューブ６４ａによっ
て反射され、再び偏光ビームスプリッタ６１を通り出力
光６０となる。反射するｆ2 成分は４分の１波長板６２
を通り、円偏光の光となりミラー６３によって反射さ
れ、もとの光路をたどり、再び４分の１波長板６２を通
過し、直線偏光の光にもどる。この場合、偏光方向は９
０度回転し紙面に水平となっているので、偏光ビームス
プリッタ６１に入射した時にはこれを通過し、コーナー
キューブ６４ｂで反射し、再び４分の１波長板６２を通
り円偏光の光となりミラー６３によって反射される。そ
して、もとの光路にもどり、４分の１波長板６２を通過
すると再び偏光方向が９０度回転し紙面に垂直な偏光方
向をもつ直線光となるので、偏光ビームスプリッタ６１
で反射され、出力光６０となる。このように、入力光ｆ
1 ，ｆ2 を混合して得られるビート信号と出力光のｆ
1 ，ｆ2 を混合して得られるビート信号との位相を比較
することにより、ｆ 1 ，ｆ2 の光路差を知ることができ
る。
理図で、このような測長計を用いて前記Ｘ0 ，Ｘ1 ，Ｘ
2 ，Ｙ0 ，Ｙ1 ，Ｙ2 を測定する。入力光５９は、紙面
に対して水平方向に偏光面をもつ周波数ｆ1 の水平偏光
成分と、紙面に対して直角方向に偏光面をもつ周波数ｆ
2 の垂直偏光成分とを有する。偏光ビームスプリッタ６
１に入射したｆ1 成分は直進し、ｆ2 成分は反射され
る。直進するｆ1 成分はコーナーキューブ６４ａによっ
て反射され、再び偏光ビームスプリッタ６１を通り出力
光６０となる。反射するｆ2 成分は４分の１波長板６２
を通り、円偏光の光となりミラー６３によって反射さ
れ、もとの光路をたどり、再び４分の１波長板６２を通
過し、直線偏光の光にもどる。この場合、偏光方向は９
０度回転し紙面に水平となっているので、偏光ビームス
プリッタ６１に入射した時にはこれを通過し、コーナー
キューブ６４ｂで反射し、再び４分の１波長板６２を通
り円偏光の光となりミラー６３によって反射される。そ
して、もとの光路にもどり、４分の１波長板６２を通過
すると再び偏光方向が９０度回転し紙面に垂直な偏光方
向をもつ直線光となるので、偏光ビームスプリッタ６１
で反射され、出力光６０となる。このように、入力光ｆ
1 ，ｆ2 を混合して得られるビート信号と出力光のｆ
1 ，ｆ2 を混合して得られるビート信号との位相を比較
することにより、ｆ 1 ，ｆ2 の光路差を知ることができ
る。
【００２６】図７は、異なる構成をもつ２周波ヘテロダ
イン干渉測長計の原理図で、このような測長計で前記Ｚ
1 ，Ｚ2 を測定する。入力光５９は、周波数ｆ1 の水平
偏光成分と、周波数ｆ2 の垂直偏光成分をもつ。偏光ビ
ームスプリッタを直進するｆ 1 成分はコーナーキューブ
６４によって反射され、再び偏光ビームスプリッタ６１
を通り出力光６０となる。偏光ビームスプリッタで反射
されるｆ2 成分は、４分の１波長板６２ｂを通過し、円
偏光の光となりミラー６６によって反射される。そして
もとの光路にもどり再び４分の１波長板６２ｂを通過し
直線偏光にもどるが偏光方向は９０度回転し紙面に水平
となっている。したがって偏光ビームスプリッタに入射
した時にはこれを通過し、４分の１波長板６２ａを通過
し、円偏光の光となってミラー６５によって反射され
る。そして、もとの光路にもどり、再び４分の１波長板
６２ａを通過し、紙面に垂直な偏光方向をもつ直線光と
なる。したがって、偏光ビームスプリッタ６１およびコ
ーナーキューブ６４で反射されて、再び偏光ビームスプ
リッタ６１によって反射され、４分の１波長板６２ａを
通過し、円偏光の光となりミラー６５によって反射され
る。そして、もとの光路にもどり再び４分の１波長板６
２ａを通過し、紙面に水平な偏光方向をもつ直線偏光の
光となり、偏光ビームスプリッタ６１を通過し、４分の
１波長板６２ｂを通過し、円偏光の光となりミラー６６
によって反射される。そして、もとの光路をもどり、再
び４分の１波長板６２ｂを通過し、直線偏光にもどるが
偏光方向は９０度回転して紙面に垂直となっているの
で、偏光ビームスプリッタ６１で反射され出力光６０と
なる。入力光のｆ1 ，ｆ2 を混合して得られるビート信
号と出力光のｆ1 ，ｆ2 を混合して得られるビート信号
との位相を比較することにより、ｆ1 ，ｆ2 の光路差を
知ることができる。
イン干渉測長計の原理図で、このような測長計で前記Ｚ
1 ，Ｚ2 を測定する。入力光５９は、周波数ｆ1 の水平
偏光成分と、周波数ｆ2 の垂直偏光成分をもつ。偏光ビ
ームスプリッタを直進するｆ 1 成分はコーナーキューブ
６４によって反射され、再び偏光ビームスプリッタ６１
を通り出力光６０となる。偏光ビームスプリッタで反射
されるｆ2 成分は、４分の１波長板６２ｂを通過し、円
偏光の光となりミラー６６によって反射される。そして
もとの光路にもどり再び４分の１波長板６２ｂを通過し
直線偏光にもどるが偏光方向は９０度回転し紙面に水平
となっている。したがって偏光ビームスプリッタに入射
した時にはこれを通過し、４分の１波長板６２ａを通過
し、円偏光の光となってミラー６５によって反射され
る。そして、もとの光路にもどり、再び４分の１波長板
６２ａを通過し、紙面に垂直な偏光方向をもつ直線光と
なる。したがって、偏光ビームスプリッタ６１およびコ
ーナーキューブ６４で反射されて、再び偏光ビームスプ
リッタ６１によって反射され、４分の１波長板６２ａを
通過し、円偏光の光となりミラー６５によって反射され
る。そして、もとの光路にもどり再び４分の１波長板６
２ａを通過し、紙面に水平な偏光方向をもつ直線偏光の
光となり、偏光ビームスプリッタ６１を通過し、４分の
１波長板６２ｂを通過し、円偏光の光となりミラー６６
によって反射される。そして、もとの光路をもどり、再
び４分の１波長板６２ｂを通過し、直線偏光にもどるが
偏光方向は９０度回転して紙面に垂直となっているの
で、偏光ビームスプリッタ６１で反射され出力光６０と
なる。入力光のｆ1 ，ｆ2 を混合して得られるビート信
号と出力光のｆ1 ，ｆ2 を混合して得られるビート信号
との位相を比較することにより、ｆ1 ，ｆ2 の光路差を
知ることができる。
【００２７】次に、３個所のＺ座標（Ｚ01，Ｚ02，
Ｚ03）（図１０参照）を測定して補正する場合につい
て、その作用を説明する。
Ｚ03）（図１０参照）を測定して補正する場合につい
て、その作用を説明する。
【００２８】前記３個所のＺ座標の測定は、フレーム３
７に固定された干渉測長計７８ａ，ｂ，ｃ（図９参照）
で行なうがこれらの測定は、フレーム３７を基準にベー
ス板４７上の３つの測定点での距離を求めることであ
る。この３点は、上面から見れば図１０に示すように、
Ｘ，Ｙ軸の交点（Ｚ軸）を通る２等辺三角形の各頂点と
する位置関係にあることから Ｚ0 ＝（Ｚ02＋Ｚ03）／２ （４式） この式から得られるＺ0 と測定したＺ1 ，Ｚ2 を１式に
代入してＺ座標の補正された値が得られる。
７に固定された干渉測長計７８ａ，ｂ，ｃ（図９参照）
で行なうがこれらの測定は、フレーム３７を基準にベー
ス板４７上の３つの測定点での距離を求めることであ
る。この３点は、上面から見れば図１０に示すように、
Ｘ，Ｙ軸の交点（Ｚ軸）を通る２等辺三角形の各頂点と
する位置関係にあることから Ｚ0 ＝（Ｚ02＋Ｚ03）／２ （４式） この式から得られるＺ0 と測定したＺ1 ，Ｚ2 を１式に
代入してＺ座標の補正された値が得られる。
【００２９】Ｚアーム４６の移動精度のうち、ＸＹ方向
への平行移動成分については、前記Ｘ0 ，Ｙ0 の測定値
に既に含まれているがＸＹ方向の位置ずれを伴うＸ，Ｙ
軸回りの回転誤差（Ｚアームの傾き）もベース板４７の
３点を測定することにより、次の関係式から求めること
で補正できる。
への平行移動成分については、前記Ｘ0 ，Ｙ0 の測定値
に既に含まれているがＸＹ方向の位置ずれを伴うＸ，Ｙ
軸回りの回転誤差（Ｚアームの傾き）もベース板４７の
３点を測定することにより、次の関係式から求めること
で補正できる。
【００３０】Ｘ座標の値について Ｘ＝［（Ｌ3 ＋Ｌ4 ）×Ｘ1 −Ｌ4 ×Ｘ2 ］／Ｌ3 −Ｘ0 （５式） −（Ｚ02−Ｚ01）×Ｌ5 ／Ｌ6 同様にＹ座標の値は、 Ｙ＝［（Ｌ3 ＋Ｌ4 ）×Ｙ1 −Ｌ4 ×Ｙ2 ］／Ｌ3 −Ｙ0 （６式） −（Ｚ03−Ｚ01）×Ｌ5 ／Ｌ6 上式で第２項はＺ軸アームの回転誤差成分の補正項で
り、Ｌ5 は図１１に示すベース板４７と測定プローブ７
９先端までの距離、Ｌ6 は図１０に示す２等辺三角形の
一辺の長さを示す。
り、Ｌ5 は図１１に示すベース板４７と測定プローブ７
９先端までの距離、Ｌ6 は図１０に示す２等辺三角形の
一辺の長さを示す。
【００３１】
【実施例】本発明の第１実施例を図１に示す。
【００３２】図１において、１はベース定盤で除振台１
６の上に固定される。前記ベース定盤１の上面にはＹ軸
スライドのガイド１７、例えばクロスローラ等の転動式
のものが固定されそのガイドの上をＹ軸スライド２３に
固定されたスライダー１８がスライドできる。また、ベ
ース定盤１に固定されたＹスライド駆動用モータ２１に
より回転するボールネジ２０は、その他端が軸受２２で
回転自在にベース定盤１に固定されその回転をＹ軸スラ
イド２３に固定されたボールナット１９に伝えることに
よってＹ軸スライド２３を所望の場所に位置決めする構
成となる。
６の上に固定される。前記ベース定盤１の上面にはＹ軸
スライドのガイド１７、例えばクロスローラ等の転動式
のものが固定されそのガイドの上をＹ軸スライド２３に
固定されたスライダー１８がスライドできる。また、ベ
ース定盤１に固定されたＹスライド駆動用モータ２１に
より回転するボールネジ２０は、その他端が軸受２２で
回転自在にベース定盤１に固定されその回転をＹ軸スラ
イド２３に固定されたボールナット１９に伝えることに
よってＹ軸スライド２３を所望の場所に位置決めする構
成となる。
【００３３】前記Ｙ軸スライド２３の上面にはＸ軸ガイ
ド２５が取付けられ、このガイドによってＸ軸方向に移
動可能にＸ軸スライド２６を設け、Ｙ軸スライドの場合
と同様に、Ｘ軸スライド２６に固定したボールナット２
７を介してＹ軸スライドに固定されたＸスライド駆動用
モータ（図示せず）の回転角を変えることによってＸ軸
スライド２６を所望の場所に位置決めすることができ
る。
ド２５が取付けられ、このガイドによってＸ軸方向に移
動可能にＸ軸スライド２６を設け、Ｙ軸スライドの場合
と同様に、Ｘ軸スライド２６に固定したボールナット２
７を介してＹ軸スライドに固定されたＸスライド駆動用
モータ（図示せず）の回転角を変えることによってＸ軸
スライド２６を所望の場所に位置決めすることができ
る。
【００３４】Ｘ軸スライド２６の上には熱膨張係数が低
く、経時的に寸法変化の小さい材料、たとえばインバー
や石英硝子等で作られたワークテーブル２９が配置され
２８のスペーサを介してＸ軸スライド２６に３個所固定
される。３個所で固定することによってＸ軸スライド２
６上面およびワークテーブル２９の下面の面精度が悪く
ても締結によるワークテーブル２９の面精度変化を生じ
ないですむし、Ｘ軸スライド２６とワークテーブル２９
との隙間がＸ軸スライドからワークテーブルへと直接、
熱伝導するのを防ぐことができる。また、ワークテーブ
ルの上面には被測定物を取り付けるための治具３０と被
測定物を真空吸着して保持するパッド３１が設けられ、
その上に被測定物６が配置される。
く、経時的に寸法変化の小さい材料、たとえばインバー
や石英硝子等で作られたワークテーブル２９が配置され
２８のスペーサを介してＸ軸スライド２６に３個所固定
される。３個所で固定することによってＸ軸スライド２
６上面およびワークテーブル２９の下面の面精度が悪く
ても締結によるワークテーブル２９の面精度変化を生じ
ないですむし、Ｘ軸スライド２６とワークテーブル２９
との隙間がＸ軸スライドからワークテーブルへと直接、
熱伝導するのを防ぐことができる。また、ワークテーブ
ルの上面には被測定物を取り付けるための治具３０と被
測定物を真空吸着して保持するパッド３１が設けられ、
その上に被測定物６が配置される。
【００３５】また、ワークテーブルの上面にワークテー
ブルの姿勢精度を測定する基準となるＸ軸方向に長い２
本のバーミラー３３と３４を設ける。左側のバーミラー
３３は上面をＺ軸方向に精度基準面７として、また右側
のバーミラー３４は上面をＺ軸方向に精度基準面８、側
面をＹ軸方向に精度基準面１１として、それぞれ使用す
るためその面は高い精度で製作され、反射面をもつ構成
である。
ブルの姿勢精度を測定する基準となるＸ軸方向に長い２
本のバーミラー３３と３４を設ける。左側のバーミラー
３３は上面をＺ軸方向に精度基準面７として、また右側
のバーミラー３４は上面をＺ軸方向に精度基準面８、側
面をＹ軸方向に精度基準面１１として、それぞれ使用す
るためその面は高い精度で製作され、反射面をもつ構成
である。
【００３６】ベース定盤１の上方に上板３５が配置され
それはベース定盤１に対して支柱３２で固定される。支
柱３２は図１では１本しか示してないが、紙面に垂直方
向に少なくとも２本並んで設けられ、上板３５を支えて
いる。上板３５にはスペーサ３６を介してフレーム３７
が設けられ、該フレーム３７は精度基準面となるので熱
膨張係数が低く、経時的に寸法変化の小さい材料、例え
ばインバーやガラスセラミックスで作られる。また、前
記フレーム３７は、その下にＺ軸方向の精度基準面とな
る２本のバーミラー３９，４０がスペーサ４１を介して
固定され、またＺ軸スライド４６が通る穴３８があけら
れてある。
それはベース定盤１に対して支柱３２で固定される。支
柱３２は図１では１本しか示してないが、紙面に垂直方
向に少なくとも２本並んで設けられ、上板３５を支えて
いる。上板３５にはスペーサ３６を介してフレーム３７
が設けられ、該フレーム３７は精度基準面となるので熱
膨張係数が低く、経時的に寸法変化の小さい材料、例え
ばインバーやガラスセラミックスで作られる。また、前
記フレーム３７は、その下にＺ軸方向の精度基準面とな
る２本のバーミラー３９，４０がスペーサ４１を介して
固定され、またＺ軸スライド４６が通る穴３８があけら
れてある。
【００３７】また、前記上板３５には、Ｚ軸スライダ用
ガイド４２とリニアモータ固定用コラム４３が固定さ
れ、Ｚ軸スライド４６がエアーベアリングを介してＺ軸
方向に移動可能に取り付けられる。リニアモータの固定
子４４は前記コラム４３に固定され、Ｚ軸スライド４６
の両脇に固定されたリニアモータ可動子４５に流す電流
を制御することによってＺ軸スライド４６を上下でき
る。前記Ｚ軸スライド４６の先端には測定ヘッドのベー
ス４７が取り付けられ、該ベース下面には触針子４８の
被測定物への押付け力を測定する力センサ４９を介して
触針子４８を取り付ける。力センサ４９の出力が一定に
なる様に前記リニアモータ４５に流す電流を加減するこ
とで、一定の押付け力で被測定面にそってＺ軸スライド
４６が上下することになる。また、前記コラム４３の上
部にはＺ軸スライド４６の変位を測定するための干渉測
長計５４が取り付けてある。
ガイド４２とリニアモータ固定用コラム４３が固定さ
れ、Ｚ軸スライド４６がエアーベアリングを介してＺ軸
方向に移動可能に取り付けられる。リニアモータの固定
子４４は前記コラム４３に固定され、Ｚ軸スライド４６
の両脇に固定されたリニアモータ可動子４５に流す電流
を制御することによってＺ軸スライド４６を上下でき
る。前記Ｚ軸スライド４６の先端には測定ヘッドのベー
ス４７が取り付けられ、該ベース下面には触針子４８の
被測定物への押付け力を測定する力センサ４９を介して
触針子４８を取り付ける。力センサ４９の出力が一定に
なる様に前記リニアモータ４５に流す電流を加減するこ
とで、一定の押付け力で被測定面にそってＺ軸スライド
４６が上下することになる。また、前記コラム４３の上
部にはＺ軸スライド４６の変位を測定するための干渉測
長計５４が取り付けてある。
【００３８】前記支柱３２の側面には横方向のフレーム
５０が固定され、該フレーム５０にはＹ軸方向の精度基
準面であるバーミラー５１が取り付けられ、またＹ軸方
向の測長を行なうため干渉測長計５２，５３が固定され
ている。この２つの干渉計は、前記精度基準面１１と干
渉計までの距離Ｙ1 ，Ｙ2 を測定するものである。
５０が固定され、該フレーム５０にはＹ軸方向の精度基
準面であるバーミラー５１が取り付けられ、またＹ軸方
向の測長を行なうため干渉測長計５２，５３が固定され
ている。この２つの干渉計は、前記精度基準面１１と干
渉計までの距離Ｙ1 ，Ｙ2 を測定するものである。
【００３９】また、前記測定ヘッドのベース４７には干
渉測長計５５が取り付けられ、Ｙ軸方向の固定精度基準
面１３と干渉計５５までの距離Ｙ0 を測定するものであ
り、前述までのＹ軸方向と全く同様に、Ｘ軸方向につい
ても図示していないがＸ0 ，Ｘ1 ，Ｘ2 の測長系が設け
てある。
渉測長計５５が取り付けられ、Ｙ軸方向の固定精度基準
面１３と干渉計５５までの距離Ｙ0 を測定するものであ
り、前述までのＹ軸方向と全く同様に、Ｘ軸方向につい
ても図示していないがＸ0 ，Ｘ1 ，Ｘ2 の測長系が設け
てある。
【００４０】更に、前記Ｙ軸スライド２３には、２つの
測長系取付部材２４ａ，２４ｂが固定され、両部材の先
端には干渉測長計５６，５７が設置されＺ軸方向の固定
精度基準面１２ａと精度基準面７との間の距離Ｚ1 およ
び固定精度基準面１２ｂと精度基準面８との間の距離Ｚ
2 を測定する。
測長系取付部材２４ａ，２４ｂが固定され、両部材の先
端には干渉測長計５６，５７が設置されＺ軸方向の固定
精度基準面１２ａと精度基準面７との間の距離Ｚ1 およ
び固定精度基準面１２ｂと精度基準面８との間の距離Ｚ
2 を測定する。
【００４１】この測定装置の動作フローを図８に示す。
【００４２】本発明の第２実施例を図９に示す。
【００４３】この図では、干渉測長計の光源であるレー
ザヘッド６７を３つベースに固定配置し、レーザー光を
直進と直角の２手に分けるビームスプリッタ６８、レー
ザー光の向きを直角に曲げるビームベンダ６９の光学系
を配置し、干渉測長計への入力力と出力光のレイアウト
を示してある。
ザヘッド６７を３つベースに固定配置し、レーザー光を
直進と直角の２手に分けるビームスプリッタ６８、レー
ザー光の向きを直角に曲げるビームベンダ６９の光学系
を配置し、干渉測長計への入力力と出力光のレイアウト
を示してある。
【００４４】Ｙ軸スライド７１の上に配置されたＸ軸ス
ライド７４には、前記のＺ2 ，Ｙ1，Ｙ2 の測定用バー
ミラー３４と、前記Ｚ1 の測定用バーミラー３３と、Ｘ
1 ，Ｘ2 の測定用バーミラー７５が固定されており、ま
た、被測定物６がＸ軸スライド７４上面に取り付けられ
ている。
ライド７４には、前記のＺ2 ，Ｙ1，Ｙ2 の測定用バー
ミラー３４と、前記Ｚ1 の測定用バーミラー３３と、Ｘ
1 ，Ｘ2 の測定用バーミラー７５が固定されており、ま
た、被測定物６がＸ軸スライド７４上面に取り付けられ
ている。
【００４５】Ｘ軸スライド７４及びＹ軸スライド７１上
方にはＺ方向精度基準を保持するフレーム３７がベース
定盤に固定して設けられその下面には前記Ｚ1 の測定用
バーミラー３９、前記Ｚ2 の測定用バーミラー４０が取
り付けられ、またフレーム３７の中央に設けられた穴を
通してＺ軸アーム４６が図示しないガイドと駆動手段に
よってＺ方向に位置決め可能に設けられている。
方にはＺ方向精度基準を保持するフレーム３７がベース
定盤に固定して設けられその下面には前記Ｚ1 の測定用
バーミラー３９、前記Ｚ2 の測定用バーミラー４０が取
り付けられ、またフレーム３７の中央に設けられた穴を
通してＺ軸アーム４６が図示しないガイドと駆動手段に
よってＺ方向に位置決め可能に設けられている。
【００４６】Ｚ軸アーム４６の先端には精度基準面とな
るベース板４７が取り付けられ、該ベース板４７には、
前記Ｘ0 の干渉測長計７７、前記Ｙ0 の干渉測長計５５
及び前記Ｚ0 を求めるためにＺ方向を３個所（Ｚ01，Ｚ
02，Ｚ03）で測定するための参照面８０，８１，８２
（図１０参照）が設けられ、この点が第２実施例の特徴
の一つである。
るベース板４７が取り付けられ、該ベース板４７には、
前記Ｘ0 の干渉測長計７７、前記Ｙ0 の干渉測長計５５
及び前記Ｚ0 を求めるためにＺ方向を３個所（Ｚ01，Ｚ
02，Ｚ03）で測定するための参照面８０，８１，８２
（図１０参照）が設けられ、この点が第２実施例の特徴
の一つである。
【００４７】また、Ｚ軸アーム４６の先端には測定プロ
ーブ７９が配置され、その断面図を図１１に示す。プロ
ーブ７９の上端には参照ミラーが固定され、またプロー
ブ７９は２組の平行板ばね８５に支持され、プローブホ
ルダ８６を介して、前記ベース板４７に固定される。ま
たベース板４７には干渉測長計８７が固定されていて、
ベース板４７からプローブの変位を測定する。この測定
値Ｐは平行板ばねの変位を示すことになるので、Ｚ軸ア
ーム４６を移動させてＰ値を変化させることにより、被
測定面への押付け力を変化させることが出来る。
ーブ７９が配置され、その断面図を図１１に示す。プロ
ーブ７９の上端には参照ミラーが固定され、またプロー
ブ７９は２組の平行板ばね８５に支持され、プローブホ
ルダ８６を介して、前記ベース板４７に固定される。ま
たベース板４７には干渉測長計８７が固定されていて、
ベース板４７からプローブの変位を測定する。この測定
値Ｐは平行板ばねの変位を示すことになるので、Ｚ軸ア
ーム４６を移動させてＰ値を変化させることにより、被
測定面への押付け力を変化させることが出来る。
【００４８】Ｚ軸アーム４６には、干渉測長計８７のた
めの入力光と出力光を導くための穴８９があけてあり、
図９に示す用にＺ軸アーム４６の上部から入力光と出力
光とを出し入れすることができる。
めの入力光と出力光を導くための穴８９があけてあり、
図９に示す用にＺ軸アーム４６の上部から入力光と出力
光とを出し入れすることができる。
【００４９】Ｙ軸スライド７１には、前記Ｚ1 の長さを
測定する干渉測長計５６、および前記Ｚ2 の長さを測定
する干渉測長計５７が、それぞれ取付フレーム２４ａ，
２４ｂを介して固定されている。また、入力光と出力光
を導くため、Ｙ軸スライド７１にはベンダーとビームス
プリッタを固定する台８３ａ，８３ｂが取り付けてあ
る。
測定する干渉測長計５６、および前記Ｚ2 の長さを測定
する干渉測長計５７が、それぞれ取付フレーム２４ａ，
２４ｂを介して固定されている。また、入力光と出力光
を導くため、Ｙ軸スライド７１にはベンダーとビームス
プリッタを固定する台８３ａ，８３ｂが取り付けてあ
る。
【００５０】８４は、干渉測長計の出力光からビート出
力を取り出すためのレシーバーである。
力を取り出すためのレシーバーである。
【００５１】９０は、レーザ光の波長変化を測定するも
ので、計測途中での気圧変化や、温度変化によってレー
ザ光の波長が変化し、測定値に影響する量を測定するた
めの装置である。
ので、計測途中での気圧変化や、温度変化によってレー
ザ光の波長が変化し、測定値に影響する量を測定するた
めの装置である。
【００５２】Ｘ軸方向の測定は、ベース定盤に固定した
Ｘ座標測定部材取付フレーム９１にＸ方向バーミラー９
３及び２個所で位置を測定する干渉測長計９４を設け、
前記フレーム９１を基準にバーミラー７５までのＸ座標
距離Ｘ1 ，Ｘ2 を測定し、またバーミラー９３と測定プ
ローブまでのＸ座標距離Ｘ0 を干渉測長計７７で測定す
る。
Ｘ座標測定部材取付フレーム９１にＸ方向バーミラー９
３及び２個所で位置を測定する干渉測長計９４を設け、
前記フレーム９１を基準にバーミラー７５までのＸ座標
距離Ｘ1 ，Ｘ2 を測定し、またバーミラー９３と測定プ
ローブまでのＸ座標距離Ｘ0 を干渉測長計７７で測定す
る。
【００５３】Ｙ軸方向の測定は、ベース定盤に固定した
Ｙ座標測定部材取付フレーム９２にＸ方向バーミラー５
１及び２個所で位置を測定する干渉測長計９５を設け、
前記フレームを基準にバーミラー３４までのＹ座標距離
Ｙ1 ，Ｙ2 を測定し、またバーミラー５１と測定プロー
ブまでのＹ座標距離Ｙ0 を干渉測長計５５で測定する。
Ｙ座標測定部材取付フレーム９２にＸ方向バーミラー５
１及び２個所で位置を測定する干渉測長計９５を設け、
前記フレームを基準にバーミラー３４までのＹ座標距離
Ｙ1 ，Ｙ2 を測定し、またバーミラー５１と測定プロー
ブまでのＹ座標距離Ｙ0 を干渉測長計５５で測定する。
【００５４】Ｚ軸方向の測定は、Ｚ座標測定部材取付フ
レーム３７には、２つのＺ方向バーミラー３９と４０、
及び３つの干渉測長計７８ａ，７８ｂ，７８ｃが取り付
けられており（図９参照）、前記フレームを基準にベー
ス板４７上の３つの参照面８０，８１，８２までのＺ座
標距離Ｚ01，Ｚ02，Ｚ03を測定し、またＹ軸スライドに
設けた干渉測長計５６及び５７で、バーミラー３９とバ
ーミラー３３までのＺ座標距離Ｚ1 及びバーミラー４０
とバーミラー３４までのＺ座標距離Ｚ2 をそれぞれ測定
する。
レーム３７には、２つのＺ方向バーミラー３９と４０、
及び３つの干渉測長計７８ａ，７８ｂ，７８ｃが取り付
けられており（図９参照）、前記フレームを基準にベー
ス板４７上の３つの参照面８０，８１，８２までのＺ座
標距離Ｚ01，Ｚ02，Ｚ03を測定し、またＹ軸スライドに
設けた干渉測長計５６及び５７で、バーミラー３９とバ
ーミラー３３までのＺ座標距離Ｚ1 及びバーミラー４０
とバーミラー３４までのＺ座標距離Ｚ2 をそれぞれ測定
する。
【００５５】この測定装置の動作フローを図１２に示
す。
す。
【００５６】さらに、第１及び第２の実施例には、各干
渉測長計で測定されたＸＹＺ軸の各測定値にもとづい
て、［作用］項に記載された各関係式からＸＹＺ座標の
値を算出するための演算手段を設けることは、当然のこ
とである。
渉測長計で測定されたＸＹＺ軸の各測定値にもとづい
て、［作用］項に記載された各関係式からＸＹＺ座標の
値を算出するための演算手段を設けることは、当然のこ
とである。
【００５７】このような演算手段についてはコンピュー
タを用いることで実現できることがこの出願前から知ら
れている。
タを用いることで実現できることがこの出願前から知ら
れている。
【００５８】
【発明の効果】本発明による座標測定を行なう形状測定
には次のような利点がある。 （１）ＸＹＺスライドの精度に影響されない高精度測定 図５で示した原理によりＸＹスライドの６つの移動精度
誤差（図４）が生じてもそれに影響されない高精度な座
標測定が可能となる。 （２）固定側の計測基準面の姿勢精度によらない高精度
測定 ＸＹスライドの移動にともなう荷重変動によってそれら
を支えるベースが変形し、ベースに固定される精度基準
面の姿勢が変化しても測定精度に影響を及ぼさず、高精
度な座標測定が可能となる。 （３）熱変形に影響されない高精度測定 従来、測定中の微妙な温度変化によるＸＹスライドの変
形がそのまま測定精度に影響を与えてしまうため、測定
毎に異なる再現性の悪い座標測定誤差を生じていたが、
本発明によればＸＹスライドの移動精度によらない測定
ができるので、温度変化による誤差は生じない。このこ
とは、固定側の精度基準面を支えるベースや取付の部材
に対して同様である。 （４）コストダウン 従来、測定精度に影響を与えるスライドの精度を高く保
つために熱膨張係数が低く、剛性の高い材料で構成され
たエアーベアリング等を用いていたが、本発明によれば
ＸＹスライドの移動精度によらない座標測定が可能であ
るため、ＸＹスライドの精度を低くてもよく本実施例の
様に転動式のガイドを用いて構成できるため、コストダ
ウンに役立つ。 （５）耐振動性 ＸＹスライド、ベース、固定側精度基準面等は、すべて
除振台の上に乗っているが、除振台で除去できない振動
が必ず装置に伝わってくる。しかし、この様な振動も、
突き詰めれば、各構成要素の姿勢変動が時間と共に変わ
る現象と見ることができるので、姿勢変動に影響されな
い座標測定が可能となる本発明によれば、振動の影響を
受けない。
には次のような利点がある。 （１）ＸＹＺスライドの精度に影響されない高精度測定 図５で示した原理によりＸＹスライドの６つの移動精度
誤差（図４）が生じてもそれに影響されない高精度な座
標測定が可能となる。 （２）固定側の計測基準面の姿勢精度によらない高精度
測定 ＸＹスライドの移動にともなう荷重変動によってそれら
を支えるベースが変形し、ベースに固定される精度基準
面の姿勢が変化しても測定精度に影響を及ぼさず、高精
度な座標測定が可能となる。 （３）熱変形に影響されない高精度測定 従来、測定中の微妙な温度変化によるＸＹスライドの変
形がそのまま測定精度に影響を与えてしまうため、測定
毎に異なる再現性の悪い座標測定誤差を生じていたが、
本発明によればＸＹスライドの移動精度によらない測定
ができるので、温度変化による誤差は生じない。このこ
とは、固定側の精度基準面を支えるベースや取付の部材
に対して同様である。 （４）コストダウン 従来、測定精度に影響を与えるスライドの精度を高く保
つために熱膨張係数が低く、剛性の高い材料で構成され
たエアーベアリング等を用いていたが、本発明によれば
ＸＹスライドの移動精度によらない座標測定が可能であ
るため、ＸＹスライドの精度を低くてもよく本実施例の
様に転動式のガイドを用いて構成できるため、コストダ
ウンに役立つ。 （５）耐振動性 ＸＹスライド、ベース、固定側精度基準面等は、すべて
除振台の上に乗っているが、除振台で除去できない振動
が必ず装置に伝わってくる。しかし、この様な振動も、
突き詰めれば、各構成要素の姿勢変動が時間と共に変わ
る現象と見ることができるので、姿勢変動に影響されな
い座標測定が可能となる本発明によれば、振動の影響を
受けない。
【００５９】さらに、第２の実施例のとおり、本発明は
次の利点もある。 （６）ＺアームのＺ方向距離Ｚ0 の測定安定性の向上 第１の実施例では、Ｚアームの位置Ｚ0 を測定する干渉
測長計５４がコラム４３の上部に位置し、Ｚ方向の測定
基準面であるフレーム３７との間に、上板３５、コラム
４３の部材が在るため、この部材が熱などによって変形
すると測定精度に影響を与えてしまうのに対し、第２の
実施例では、Ｚアーム回りにＺ方向を測定する干渉測長
計をフレーム３７に固定して３個所に設け３点でのＺ座
標をＺ方向基準面であるフレーム３７を基準として測定
している（Ｚ01，Ｚ02，Ｚ03）ため、コラムや上板の熱
変形が生じても測定値に影響しない。 （７）Ｚアームの回転誤差成分にも影響されない高精度
測定 測定プローブのＸＹ座標Ｘ0 ，Ｙ0 を測定する光軸の高
さと測定プローブが被測定物に接触する点までの距離Ｌ
5 （図１１参照）が大きいとき、Ｚアームの回転姿勢誤
差（ピッチングとヨーイング）によってＸＹ方向の位置
ずれを生じても測定プローブのベース板の３点を測定
し、姿勢誤差を求めることによってＺアームの姿勢変動
によらない測定ができる。
次の利点もある。 （６）ＺアームのＺ方向距離Ｚ0 の測定安定性の向上 第１の実施例では、Ｚアームの位置Ｚ0 を測定する干渉
測長計５４がコラム４３の上部に位置し、Ｚ方向の測定
基準面であるフレーム３７との間に、上板３５、コラム
４３の部材が在るため、この部材が熱などによって変形
すると測定精度に影響を与えてしまうのに対し、第２の
実施例では、Ｚアーム回りにＺ方向を測定する干渉測長
計をフレーム３７に固定して３個所に設け３点でのＺ座
標をＺ方向基準面であるフレーム３７を基準として測定
している（Ｚ01，Ｚ02，Ｚ03）ため、コラムや上板の熱
変形が生じても測定値に影響しない。 （７）Ｚアームの回転誤差成分にも影響されない高精度
測定 測定プローブのＸＹ座標Ｘ0 ，Ｙ0 を測定する光軸の高
さと測定プローブが被測定物に接触する点までの距離Ｌ
5 （図１１参照）が大きいとき、Ｚアームの回転姿勢誤
差（ピッチングとヨーイング）によってＸＹ方向の位置
ずれを生じても測定プローブのベース板の３点を測定
し、姿勢誤差を求めることによってＺアームの姿勢変動
によらない測定ができる。
【図１】本発明を実施した形状測定装置の断面図。
【図２】従来例。
【図３】従来の形状測定装置の動作フロー。
【図４】誤差成分を説明する座標系の概念図。
【図５】本発明の原理を示す概念図。
【図６】干渉測長計の動作を説明する概念図。
【図７】他の干渉測長計の動作を説明する概念図。
【図８】本発明を実施した形状測定装置の動作フロー。
【図９】本発明を実施した第２の実施例。
【図１０】ベース板のＺ座標測定位置の配置を示す図。
【図１１】触針式測定ヘッドの断面図。
【図１２】本発明を実施した第２の実施例動作フロー。
１ ベース定盤 ２ Ｙスライド ３ Ｘスライド ４ Ｚスライド ５ プローブ ６ 被測定物 ７ ＸＹテーブル上のＺ軸基準面１ ８ ＸＹテーブル上のＺ軸基準面２ ９ ＸＹテーブル １０ ＸＹテーブル上のＸ軸移動基準面 １１ ＸＹテーブル上のＹ軸移動基準面 １２ 固定側のＺ軸固定基準面 １３ 固定側のＹ軸固定基準面 １４ プローブ １５ 固定側のＸ軸固定基準面 １６ 除振台 １７ ガイド １８ スライダー １９ ボールナット ２０ ボールネジ ２１ Ｙスライド駆動用モーター ２２ ベアリング ２３ Ｙスライド ２４ ワークテーブルＺ方向測定用干渉計取付部材 ２５ ガイド ２６ Ｘスライド ２７ ボールナット ２８ スペーサー ２９ ワークテーブル ３０ 被測定物取付治具 ３１ 真空吸着パッド ３２ 支柱 ３３ ワークテーブル上バーミラー１ ３４ ワークテーブル上バーミラー２ ３５ 上板 ３６ スペーサー ３７ フレーム ３８ Ｚスライド用穴 ３９ Ｚ軸測定用固定バーミラー１ ４０ Ｚ軸測定用固定バーミラー２ ４１ スペーサー ４２ Ｚスライド用ガイド部材 ４３ Ｚスライド用リニアモータ取り付け用コラム ４４ リニアモータ固定子 ４５ リニアモータ可動子 ４６ Ｚスライド ４７ ベース板 ４８ 触針子 ４９ 力センサー ５０ フレーム ５１ Ｙ軸測定用バーミラー ５２ Ｙ1 測定用干渉測長器 ５３ Ｙ2 測定用干渉測長器 ５４ Ｚ0 測定用干渉測長器 ５５ Ｙ0 測定用干渉測長器 ５６ Ｚ1 測定用干渉測長器 ５７ Ｚ2 測定用干渉測長器 ５８ 逃げ穴 ５９ 入力光 ６０ 出力光 ６１ 偏光ビームスプリッタ ６２ ４分の１波長板 ６３ 参照面（ミラー面） ６４ コーナーキューブ ６５ 上側参照面 ６６ 下側参照面 ６７ レーザーヘッド ６８ ビームスプリッタ ６９ ビームペンダー ７０ Ｙスライド用ガイド ７１ Ｙスライド ７２ Ｘスライド用ガイド ７３ Ｘスライド駆動用ボールネジ ７４ Ｘスライド ７５ Ｘ軸測定用バーミラー ７６ 被測定物取付治具 ７７ Ｘ0 測定用干渉計 ７８ Ｚ座標測定用干渉計 ７９ 触針子 ８０ Ｚ02測定用参照面（ミラー面） ８１ Ｚ01測定用参照面（ミラー面） ８２ Ｚ03測定用参照面（ミラー面） ８３ 光学部品取付部材 ８４ 出力光受光器 ８５ 板ばね ８６ プローブホルダー ８７ 板ばね変位測定用干渉計 ８８ プローブ参照ミラー ８９ 長穴 ９０ 波長測定装置 ９１ Ｘ軸測定用フレーム ９２ Ｙ軸測定用フレーム ９３ Ｘ軸測定用バーミラー ９４ Ｘ軸測定用干渉計 ９５ Ｙ軸測定用干渉計
Claims (6)
- 【請求項１】 ベース定盤面の水平面上にＸＹ軸、垂直
方向にＺ軸をとった３次元座標系において、ベース定盤
に対してＸＹ方向に位置決めが可能にＸＹテーブルを設
け、ＸＹテーブルの移動範囲の上方にベース定盤に対し
てＺ方向に位置決めが可能にＺ軸アームを設け、該Ｚ軸
アームの下端に設けた測定プローブをＸＹテーブルの上
面に固定された被測定物の表面に一定圧力で接触するよ
うに、Ｚ軸アームを上下する制御系を設け、ＸＹテーブ
ルを移動しながら被測定物のＺ座標を１点づつ測定する
表面形状測定方法において、 ＸＹテーブルの上面にＸ軸を長手方向とする基準面を被
測定物に対して−Ｙ側と＋Ｙ側とに一定距離隔てて２つ
設け、またＹＺ平面内で、Ｙ軸を長手方向とする固定基
準面をＸＹテーブルの上方でその移動範囲に亘り水平に
ベース定盤に固定して設け、また、ＹＺ軸平面内におい
て前記固定基準面を基準に、そこから前記測定プローブ
までのＺ座標距離Ｚ0 及び前記２つの基準面までのＺ座
標距離Ｚ 1 ，Ｚ2 をそれぞれ測定する各測定手段を設
け、被測定物のＺ座標値を次の関係式 Ｚ＝（Ｌ1 ×Ｚ2 ＋Ｌ2 ×Ｚ1 ）／（Ｌ1 ＋Ｌ2 ）−Ｚ
0 （但し、Ｌ1 ，Ｌ2 はＺ0 ，Ｚ1 ，Ｚ2 の各測定点の間
の距離を表わす）から求めることを特徴とする表面形状
測定方法。 - 【請求項２】 ベース定盤面の水平面上にＸＹ軸、垂直
方向にＺ軸をとった３次元座標系において、ベース定盤
に対してＸＹ方向に位置決めが可能に設けられたＸＹテ
ーブルと、ＸＹテーブルの移動範囲の上方にベース定盤
に対してＺ方向に位置決めが可能に設けられたＺ軸アー
ムと、Ｚ軸アームの下端に設けた測定プローブをＸＹテ
ーブルの上面に固定された被測定物の表面に一定圧力で
接触するようにＺ軸アームを上下させる制御系と、ＸＹ
テーブルを移動しながら被測定物の形状を測定する測定
手段とを有する表面形状測定装置において、 ＸＹテーブルの上面に、Ｘ軸を長手方向とし被測定物の
対して−Ｙ側と＋Ｙ側とに一定間隔を隔てて設けた２つ
の基準面と、ＹＺ平面内でＹ軸を長手方向とし、ＸＹテ
ーブルの上方でその移動範囲に亘り水平にベース定盤に
固定して設けた固定基準面と、ＹＺ平面内において、固
定基準面を基準に、そこから測定プローブまでのＺ座標
距離Ｚ0 及び前記２つの基準面までのＺ座標距離Ｚ1 ，
Ｚ2 をそれぞれ測定する各測定手段と、被測定物のＺ座
標値を次の関係式 Ｚ＝（Ｌ1 ×Ｚ2 ＋Ｌ2 ×Ｚ1 ）／（Ｌ1 ＋Ｌ2 ）−Ｚ
0 （但し、Ｌ1 ，Ｌ2 はＺ0 ，Ｚ1 ，Ｚ2 の各測定点の間
の距離を表わす）から求める演算手段とを具備すること
を特徴とする表面形状測定装置。 - 【請求項３】 請求項１記載の表面形状測定方法におい
て、ＸＹテーブルにＸ軸を長手方向とするＹ軸移動基準
面を被測定物に対して＋Ｙ側方に設け、またＸＹテーブ
ルにＹ軸を長手方向とするＸ軸移動基準面を被測定物に
対して＋Ｘ側方に設け、さらに前記Ｙ軸移動基準面に対
向しＹＺ平面内でＺ軸を長手方向とするＹ軸固定基準面
をベース定盤に垂直に固定して設け、前記Ｘ軸移動基準
面に対向しＸＺ平面内でＺ軸を長手方向とするＸ軸固定
基準面をベース定盤に垂直に固定して設け、ＹＺ平面内
において前記対向するＹ軸移動基準面とＹ軸固定基準面
との間のＹ座標距離Ｙ1 ，Ｙ2 を２個所で測定する各々
の測定手段を設け、また前記Ｙ軸固定基準面と測定プロ
ーブとのＹ座標距離Ｙ0 を測定する測定手段を設け、さ
らにＸＺ平面内において前記対向するＸ軸移動基準面と
Ｘ軸固定基準面との間のＸ座標距離Ｘ1 ，Ｘ2 を２個所
で測定する各々の測定手段を設け、また前記Ｘ軸固定基
準面と測定プローブとのＸ座標距離Ｘ0 を測定する測定
手段を設け、被測定物のＸ，Ｙ座標値を次の関係式 Ｘ＝［（Ｌ3 ＋Ｌ4 ）×Ｘ1 −Ｌ4 ×Ｘ2 ］／Ｌ3 −Ｘ
0 Ｙ＝［（Ｌ3 ＋Ｌ4 ）×Ｙ1 −Ｌ4 ×Ｙ2 ］／Ｌ3 −Ｙ
0 （但し、Ｌ3 ，Ｌ4 はＸ0 ，Ｘ1 ，Ｘ2 の各測定点の間
の距離及びＹ0 ，Ｙ1 ，Ｙ2 の各測定点の間の距離を表
わす）から求めることを特徴とする表面形状測定方法。 - 【請求項４】 請求項２記載の表面形状測定装置におい
て、Ｘ軸を長手方向としてＸＹテーブルの＋Ｙ側方に設
けたＹ軸移動基準面と、Ｙ軸を長手方向としてＸＹテー
ブルの＋Ｘ側方に設けたＸ軸移動基準面と、前記Ｙ軸移
動基準面に対向し、ＹＺ平面内でＺ軸を長手方向として
ベース定盤に垂直に固定されたＹ軸固定基準面と、前記
Ｘ軸移動基準面に対向し、ＸＺ平面内でＺ軸を長手方向
としてベース定盤に垂直に固定されたＸ軸固定基準面
と、ＹＺ平面内において前記対向するＹ軸移動基準面と
Ｙ軸固定基準面との間のＹ座標距離Ｙ1 ，Ｙ2 を２個所
で測定するための各々の測定手段と、前記Ｙ軸固定基準
面と測定プローブとのＹ座標距離Ｙ0 を測定する測定手
段と、さらにＸＺ平面内において前記対向するＸ軸移動
基準面とＸ軸固定基準面との間のＸ座標距離Ｘ1 ，Ｘ2
を２個所で測定するための各々の測定手段と、前記Ｘ軸
固定基準面と測定プローブとのＸ座標距離Ｘ 0 を測定す
る測定手段と、および被測定物のＸ，Ｙ座標値を次の関
係式 Ｘ＝［（Ｌ3 ＋Ｌ4 ）×Ｘ1 −Ｌ4 ×Ｘ2 ］／Ｌ3 −Ｘ
0 Ｙ＝［（Ｌ3 ＋Ｌ4 ）×Ｙ1 −Ｌ4 ×Ｙ2 ］／Ｌ3 −Ｙ
0 から求める演算手段とを具備することを特徴とする表面
形状測定装置。 - 【請求項５】 請求項３記載の表面形状測定方法におい
て、固定基準面と測定プローブまでのＺ座標距離につ
き、３個所で測定したＺ01，Ｚ02，Ｚ03をもとに、被測
定物のＸ，Ｙ，Ｚ座標値を次の関係式 Ｘ＝［（Ｌ3 ＋Ｌ4 ）×Ｘ1 −Ｌ4 ×Ｘ2 ］／Ｌ3 −Ｘ
0−（Ｚ02−Ｚ01）×Ｌ5 ／Ｌ6 Ｙ＝［（Ｌ3 ＋Ｌ4 ）×Ｙ1 −Ｌ4 ×Ｙ2 ］／Ｌ3 −Ｙ
0−（Ｚ03−Ｚ01）×Ｌ5 ／Ｌ6 Ｚ＝（Ｌ1 ×Ｚ2 ＋Ｌ2 ×Ｚ1 ）／（Ｌ1 ＋Ｌ2 ）−
（Ｚ01＋Ｚ03）／２ （但し、Ｌ6 は、斜辺の中心がＺ軸と一致し、各項点を
測定点とする２等辺三角形の１辺の長さ、Ｌ5 は、測定
面から測定プローブまでの距離、図１０，１１参照）か
ら求めることを特徴とする表面形状測定方法。 - 【請求項６】 請求項４記載の表面形状測定装置におい
て、測定プローブを保持するベース板上に配置した３つ
の基準面と、この３つの基準面と固定基準面とのＺ座標
距離Ｚ01，Ｚ02，Ｚ03をそれぞれ測定する３つの測定手
段と、被測定物のＸ，Ｙ，Ｚ座標値を求める演算手段と
を具備する表面形状測定装置。
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|---|---|---|---|
| JP22001191A JP3032334B2 (ja) | 1991-08-30 | 1991-08-30 | 表面形状測定の方法および装置 |
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|---|---|---|---|
| JP22001191A JP3032334B2 (ja) | 1991-08-30 | 1991-08-30 | 表面形状測定の方法および装置 |
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| JPH05209741A true JPH05209741A (ja) | 1993-08-20 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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-
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