JPH08285512A

JPH08285512A - 微細表面形状測定装置

Info

Publication number: JPH08285512A
Application number: JP8684795A
Authority: JP
Inventors: Masaki Yamamoto; 正樹山本
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1995-04-12
Filing date: 1995-04-12
Publication date: 1996-11-01

Abstract

(57)【要約】【目的】サブミリオーダの微細加工物の３次元形状を
測定することができる微細表面形状測定装置に関し、任
意の微細穴側面等を回転ステージ等の複雑な構成を用い
ずに、自由度高く正確に形状測定することを目的とす
る。【構成】被測定物２の形状計測用触針１と、触針１と
被測定物２の相対移動手段４と、触針１を複数の方向に
直線的に微小振動させる振動手段５と、相対移動手段４
で被測定物２に対し相対移動された触針１の振動方向の
制御手段１０と、制御手段１０で制御された触針１の振
動方向において、触針１と被測定物２との電気的導通の
状態を検出する検出手段１３とを有し、検出手段１３で
検出された電気的導通状態により触針１と被測定物２と
の接触点の位置を検出し被測定物２の表面形状を測定す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、微細表面形状測定装置
に関し、特にマイクロマシンや微小ノズルなどのサブミ
リオーダの微細加工物において、微細な３次元形状を測
定することができる微細表面形状測定装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】近年、製品の小型化、高密度化、高精度
化にともない微細加工のニーズはますます高まってい
る。

【０００３】そして、各種の微細加工技術が開発されて
いる中で、加工結果を評価するための３次元微細表面形
状計測手段への必要性が高まっている。

【０００４】しかしながら、従来よりよく用いられてき
た、光学顕微鏡はその焦点深度の低さから微細３次元形
状計測には限界がある。

【０００５】また、走査型電子顕微鏡は、その焦点深度
の深さから微細３次元形状測定には好ましいが、真空雰
囲気を必要とする点や、奥まった細穴の内面まで電子線
を送り込むことができないという課題があった。

【０００６】また、従来より表面形状を測定するために
使用される触針式の形状測定装置は、測定精度がきわめ
て高いにもかかわらず、触針の物理的大きさから、入り
くんだ形状や微細穴形状は測定することができなかっ
た。

【０００７】このような課題に対し、特公昭６４−３６
０５号公報は、導体の加工物表面形状を振動する工具電
極により計測する技術を開示している。

【０００８】この開示内容における特徴は、電気的接触
の検出というきわめて単純かつ局所的な検出原理を用い
ることにより、触針の微小化を達成し得たことである。

【０００９】以下、図７を用いて説明をする。図７にお
いて、３１は電極、３２は被加工物、３３は振動子、３
４はホーン、３５はスピンドル、３６はＺ軸送り用相互
駆動モータ、３７はステージ、３８、３９は各々Ｘ軸、
Ｙ軸駆動用相互駆動モータ、４０はＮＣ装置、４１は加
工電源、４２は振動子３３の振動用の電源、４３は抵
抗、４４は電位差、４５は判別回路、４６は記録表示装
置である。

【００１０】このような構成において、電極３１が振動
子３３の先のホーン３４の先端に固定され、電極３１と
被測定物３２の間には電位差４４が与えられ、両者が接
触したときには電流が流れ、抵抗４３に電圧が発生し、
この電圧変化が検出信号となって判別回路４５で電圧変
化の平均値を判別する。

【００１１】このとき、電極３１と被測定物３２との間
の距離が近づくにつれて、電極３１の振動により抵抗４
３に発生する電圧の平均値はゼロから次第に大きくな
り、両者が完全に接触したときにその電圧は最大とな
る。

【００１２】この電圧を記録表示部４６で記録しながら
ステージ３７を相互駆動モータ３８、３９で動かすこと
により測定物３２の表面形状を記録できる。

【００１３】そして、このような構成であると、この公
報開示の以前より、電気接触を検出方法とした位置検出
方式は存在したが、一回の接触をもとに被検出物位置を
求めるため精度が十分高くない点、オン・オフのデジタ
ル情報しか得られないため位置決め制御に使用しにくい
という課題があったのに比し、連続的に接触を検出して
平均化することにより、アナログ量で被測定物の位置情
報を得られる。

【００１４】また、同様な構成を応用して、図８に示す
ように深穴の形状も計測することができる。

【００１５】図８において、４７は電極であり、形状を
測定したい被測定物４８に対して、わずかなクリアラン
スを持って形状反転したものであり、通常電極４７は型
彫り放電加工機で使われる工具電極などである。

【００１６】そして、この電極４７に対して振動子等に
より振動を印加し、同時に被測定物４８との間に４９で
示されるような相対円運動を与える。

【００１７】この相対円運動にしたがって、電極４７と
被測定物４８はその内周・外周にそって順繰りに接触
し、この時の図７における抵抗４３の平均電圧を記録す
ることで、被測定物４８の穴形状が、電極４７の外周形
状を基準にしてどのくらいずれているかがわかることに
なる。

【００１８】ここで、このような穴形状の測定技術は、
穴を計測しようとした時、穴に対応する形を持った電極
４７を用意しなければならないが、特開平５−２６４２
１４号公報で開示されるように、アクチュエータにより
穴内面に対し垂直な方向に振動を印加することで、この
課題を解決している。

【００１９】以下、図９を用いて説明をする。図９にお
いて、５１は触針、５２はアクチュエータ、５３は被測
定物、５４は被測定物５３を載置したテーブル、５５は
送り機構、５６はコンピュータ、５７は導通時間検出回
路、５８はプリンタ、５９はＣＲＴディスプレィであ
る。

【００２０】このような構成において、触針５１は被測
定物５３に対してアクチュエータ５２により振動を与え
られている。

【００２１】そして、触針５１と被測定物５３の接触
は、導通時間検出回路５７によりモニタされており、触
針５１と被測定物５３の測定対象面５３ａが接近するに
したがい、振動の周期にしめる導通時間の割合（デュー
ティ比とよぶ。）が、長くなってくる。

【００２２】この関係を利用し、Ｚ軸送り機構５５によ
り被測定物５３を移動することで、測定対象面５３ａの
表面形状を測定することが可能である。

【００２３】さらに、穴の３次元形状を測定したい場合
には、図１０に示すようにテーブル６４をＺ軸回りに回
転可能として被測定物６３を回転することで、穴の３次
元形状測定を行うことができる。

【００２４】図１０において、６１は触針、６２はアク
チュエータ、６３は被測定物、６４は被測定物６３を載
置したテーブル、６５は送り機構、６６はコンピュー
タ、６７は検出回路、６８はプリンタ、６９はＣＲＴデ
ィスプレィ、７１はＺ軸回りの回転機構、７２はＸ軸方
向の駆動機構である。

【００２５】この構成の動作は、Ｚ軸回りに回転できる
こと以外は、基本的に図９の構成と同様のものである。

【００２６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の従
来の構成では、３次元の任意形状を自由に測定する技術
内容であるとはいえない。

【００２７】たとえば、図７の構成においては、振動方
向が垂直方向に限られるため鉛直方向の壁を測定するこ
とはむずかしく、微細穴などの内面形状測定には適さな
い。

【００２８】次に、図８の構成においても、微細穴に対
応する総型の電極が必要であり、汎用性に欠ける。

【００２９】また、図９の構成においては、図７と同
様、特定の方向のみの測定に限られ、穴の全周にわたる
３次元形状を得ることはできない。

【００３０】そして、図１０の構成では、内面形状を測
定する際に回転テーブルを使っているため穴の３次元形
状を得ることができるが、穴中心と回転テーブル回転軸
を一致させる（芯だしとう。）する必要があり、手間が
かかるだけでなく、非回転対称の形状を測定することは
本質的に難しいという課題を有していた。

【００３１】本発明は、上記従来技術の課題を解決する
もので、任意の微細３次元形状、特に任意断面形状の微
細穴を測定するための手段を提供することを目的とす
る。

【００３２】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明は、被測定物の形状を計測するための触針と、
前記触針と前記被測定物を相対移動させる相対移動手段
と、前記触針を複数の任意の方向に直線的に微小振動さ
せる振動手段と、前記相対移動手段で前記被測定物に対
し相対移動された前記触針の振動方向を制御するための
制御手段と、前記制御手段で制御された前記触針の振動
方向において、前記触針と前記被測定物との電気的導通
の状態を検出するための検出手段とを有し、前記検出手
段で検出された電気的導通状態により前記触針と前記被
測定物との接触点の位置を検出して前記被測定物の表面
形状を測定する微細表面形状測定装置である。

【００３３】ここで、被測定物の予想形状情報を用いて
触針の振動方向を制御することが好適である。

【００３４】そして、被測定物の予想形状情報は、被測
定物の加工時の加工パスから求めることもできる。

【００３５】そして、触針と被測定物との接触点の位置
を、相対位相手段で移動される触針に関する包絡線を利
用して求めてもよい。

【００３６】さらに、振動手段が、直交する２つのアク
チュエータを有し、制御手段が、前記２つのアクチュエ
ータに共通の振動波を発生する振動波発生手段と前記２
つの圧電アクチュエータに各々対応して前記振動波を振
幅変調する振幅変調手段とを有することが好適な構成で
ある。

【００３７】一方、本発明の他の構成は、被測定物の形
状を計測するための触針と、前記触針と前記被測定物を
相対位置に相対移動させる相対移動手段と、前記触針を
微小円運動させる振動手段と、前記振動手段で振動され
た前記触針の微小円運動において、前記触針と前記被測
定物との電気的導通の状態を検出するための検出手段と
を有し、前記検出手段で検出された電気的導通状態から
得られる前記相対移動手段で設定された相対位置に対応
した触針の円運動中での導通タイミングから前記触針と
前記被測定物との接触点の位置を検出して前記被測定物
の表面形状を測定する微細表面形状測定装置である。

【００３８】このとき、検出手段は、触針と被測定物の
接触状態にある範囲における触針の振動の位相角の中心
角を求め接触点の位置を検出することが好適である。

【００３９】さらに、振動手段が、直交する２つのアク
チュエータを有し、前記２つのアクチュエータに位相差
９０度の振動波形を各々供給する請求項６から８のいず
れか記載の微細表面形状測定装置。

【００４０】以上のアクチュエータは、圧電アクチュエ
ータであってもよい。また、触針が微細円柱軸を加工し
たものよりなり、先端の検出部が円盤状の突起をなすよ
うな形状を持つことが好適である。

【００４１】また、触針を製作する際の形状誤差を補正
するために、既知の形状を持つ触針校正用被測定物を有
し、この校正用被測定物を用いて触針毎に形状誤差校正
用データを作成してもよい。

【００４２】

【作用】本発明は、上記構成によって、任意の方向を向
いた微細形状表面に対して触針を制御された方向に直線
振動させる、あるいは微小振幅で円運動させ、同時に被
測定物を移動し、触針と被測定物の接触状態を検出し、
接触状態と触針の振動状態の相対関係より、被測定物の
表面形状を計測する。

【００４３】

【実施例】以下、本発明の各実施例について、図面を参
照しながら説明をする。

【００４４】（実施例１）まず、本発明の第１の実施例
について、図面を参照しながら詳細に説明をする。

【００４５】図１は、本実施例における微細形状測定装
置の全体構成図である。図１において１は触針、２は被
測定物、３は被測定物の被測定面、４は駆動モータによ
って駆動される被測定物の移動手段であるＸＹステー
ジ、５は直交して取り付けられたピエゾアクチュエー
タ、６はピエゾアクチュエータドライブ用の高電圧アン
プ、７はオフセット電圧Ｖoを与えるための電圧加算
器、８は乗算器、９はＤ／Ａ変換器、１０はＸＹステー
ジ４をはじめ全体を制御するコンピュータ、１１は振動
の波形を発生するファンクションジェネレータ、１２は
オフセット電圧Ｖo用電源、１３は導通状態検出回路、
１４は導通状態検出回路からの出力を元に接触時間のデ
ューティ比を計測するデューティ比検出回路である。

【００４６】以上のように構成された微細形状測定装置
について、まず、触針振動方向制御動作を説明する。

【００４７】図１において、ファンクションジェネレー
タ１１からの振動波形sinωtを、コンピュータ１０がＤ
／Ａ変換器９を介して出力する電圧ＶaとＶbに従って、
乗算器８で振幅変調した後、オフセット電圧Ｖoと加算
する。

【００４８】この結果得られる振動波形を、ゲインＫ_h
の高電圧アンプ６を介して、ピエゾアクチュエータ５に
印加する。

【００４９】この時のピエソアクチュエータ５のＸ軸、
Ｙ軸方向の変位量ΔＸ、ΔＹは、アクチュエータの変位
係数（単位電圧あたりの変位量に相当する。）をＫ_pと
した時、次の（数１）ように与えられる。

【００５０】

【数１】さらに、これよりピエゾアクチュエータ５の振動軌跡
は、以下の（数２）で表わされる。

【００５１】

【数２】これより振動方向はＸＹ平面上のベクトル（Ｖa,Ｖb）
の方向に、ある一点を中心として発生することがわか
る。

【００５２】また、振動の半振幅Ａは次式（数３）で表
される。

【００５３】

【数３】以上より、コンピュータ１０がＶaとＶbを制御すること
により、触針１の振動振幅と振動方向を制御することが
可能である。

【００５４】なお、以上の説明では、便宜上サイン波を
振動波形として使用したが、三角波を代用することも同
様に可能で、検出のリニアリティの面からは好適であ
る。

【００５５】さて、本実施例では触針１はＺ軸方向にの
み移動可能で、ＸＹステージ４に搭載された被測定物２
がＸ，Ｙ軸方向に移動する構成を有する。

【００５６】しかし、触針１がＸ，Ｙ平面内で振動しな
がらＸ，Ｙ，Ｚ軸方向に移動し、被測定物２は固定され
ているものとしても全く同じ効果が得られるため、以下
においては、説明を簡略化するために触針１が振動しな
がら同時に移動するものとする。

【００５７】図２（ａ）は、Ｚ軸方向からみた振動する
触針１と被測定物２との関係をしめし、図２（ｂ）は、
Ｚ軸と直交する方向からみた振動する触針１と被測定物
２との関係をしめしている。

【００５８】また、図２においてしめされているよう
に、触針１の形状は、端面に円盤状突起（半径ｒ）をも
った円柱と近似し、被測定物２の被測定面３の形状は、
局所的に平面と近似している。

【００５９】ここで、触針１の振動中心と被測定面３の
距離δとデューティ比Ｄとの関係は幾何学的考察より次
式（数４）のように近似できる（参考文献：生産研究４
６巻７号１９９４年７月３８０〜３８３ページ）。

【００６０】

【数４】つまり、三角波で駆動される時、触針１は常に等速で振
動するため、振幅がゼロとみなしたときの触針１と被測
定面３とが接触点２２で接触する場合の触針１の中心２
１（接触中心位置という。）に対応したデューティは
０．５であり、さらに相対位置の変化量に比例してデュ
ーティ比は変化する。

【００６１】よって、被測定面３の形状測定をする際に
は、デューティ比が０．５になるように距離δを変化さ
せ、この時の触針１の接触中心位置２１から触針１の半
径ｒだけ離れた位置を被測定面３の位置とする。

【００６２】また、触針１を正確にデューティ０．５に
位置決めする時間的余裕がないときは、検出されたデュ
ーティ比を用いて接触点２１を計算することも可能であ
り、以下の式（数５）によって与えられる接触中心位置
から被測定面の位置を求めてもよい。

【００６３】

【数５】さて、本発明による触針１は任意の方向に振動すること
が可能であることを特徴とするため、任意の角度をなす
被測定面３を計測することが可能となる。

【００６４】具体的には、図３に示すように、被測定面
３の法線とＸ軸のなす角θがあらかじめわかっていれ
ば、角度θの方向に触針１を振動させ、また、触針１を
振動方向に移動させることにより触針１の接触中心位置
２１から測定面３上の接触点２２を求めることが可能で
ある。

【００６５】このように、接触中心位置２１が求まれ
ば、この点より振動方向に触針１の半径ｒ分移動した接
触点２２が、被測定面の位置となる。

【００６６】また、実際に任意形状の被測定物を測定す
る際には、被測定物面の形状の概略の形状モデルを使用
することが好適である。

【００６７】たとえば、形状データとしては、加工時の
工具パスなどが使用できたり、ユーザがあらかじめ円
柱、角柱などと入力することにより設定できる。

【００６８】そして、この形状モデルから、各点におけ
る法線方向を予想し、図３に示されるように被測定面３
上の接触点２２の座標を求め、これを被測定面３に沿っ
て必要回数繰り返すことで任意形状の測定面の形状測定
を行うことができる。

【００６９】つぎに、触針端部は現実には真円ではな
く、ある形状誤差を持っていることが通常であるので、
この誤差を持っている場合の被測定物の形状測定につい
て説明をする。

【００７０】仮に触針１の端面形状が、Ｘ軸方向を起点
とした回転角θの関数としてｒ(θ)として表されている
場合を考える。

【００７１】この場合においては、図３において接触点
２２を求めるときに使用された半径ｒをｒ(θ)に置き換
えることで同様に対応できる。

【００７２】ここで、触針形状ｒ(θ)の求め方である
が、真円からのずれが無視できるほど小さい、あらかじ
め半径が既知のテスト円柱を用意し、これを所定の触針
にて測定し、計測誤差を触針の形状誤差として登録する
ことで得ることができる。

【００７３】また、一方で、図４に示すような接触中心
位置２１に触針１を仮定し、それらの連続的な包絡線を
求めることでも被測定物の表面形状を得ることが可能で
ある。

【００７４】この場合は算出に手間がかかるが、前述の
接触点２２の位置を正確に知る必要がないというメリッ
トもある。

【００７５】また、本実施例の触針を三次元空間の任意
の方向に直線振動させるようにしても、同様な構成やア
ルゴリズムの適用が可能である。

【００７６】その場合のアクチュエータとしては、ＳＴ
Ｍ（走査型トンネル顕微鏡）やその他ＳＸＭ（任意のプ
ローブを用いた走査型顕微鏡）に用いられるようなトラ
イポッド型や円筒型のピエゾ素子が好適に使用できる。

【００７７】以上のように本実施例によれば、任意形状
の微細穴側面を、回転ステージ等を用いずに、触針の振
動方向を適切に制御してやることで、自由度の高い正確
な形状測定をすることができる。

【００７８】（実施例２）以下、本発明の第２の実施例
について、図面を参照しながら説明をする。

【００７９】図５は、本実施例における微細形状測定装
置の全体構成図である。図５において、符号１から１３
までは、図１と同様な構成を示し、さらに、１５は計測
のためのクロックを発生する基準クロック、１６は接触
状態に応じて基準クロック２６からのクロックをオン・
オフするゲート、１７はゲート１６からの信号にしたが
ってアナログ信号をデジタル化するＡ／Ｄ変換器、１８
はＡ／Ｄ変換器１７からのｓｉｎ／ｃｏｓ信号をもとに
位相角θを計算する逆ｔａｎ算出器、１９は逆ｔａｎ算
出器１８からの結果を順次足し込んでいくためのレジス
タ、２０はゲート１６からのクロックをカウントするた
めのカウンタである。

【００８０】本実施例が、第１の実施例と異なる点は、
触針１を微小円運動させることである。

【００８１】このため、ファンクションジェネレータ１
１は位相の９０度異なった２つの三角波出力ｓｉｎω
ｔ，ｃｏｓωｔを出力し、高電圧アンプ６を経てそれぞ
れピエゾアクチュエータ５へと出力される。

【００８２】振動する触針１と被測定物２との接触状態
は、接触検出回路１３により検出され、この出力は基準
クロック１５に接続されたゲート１６を操作する。

【００８３】以下、円運動する触針１と被測定物２の接
触状態を計測する原理について説明する。

【００８４】まず基準クロック周波数をｆcとし、接触
状態が微小時間Ｔ0からＴ1の間継続したとすると、カウ
ンタ増加分ΔＮｃおよびレジスタ増加分ΔＮｒは以下の
（数６）のように示される。

【００８５】

【数６】ここで、カウンタ２０とレジスタ１９の内容を、触針１
の振動の１周期毎に読みとり、読みとった直後にリセッ
トすることとし、カウンタ読みをＮｃ、レジスタ読みを
Ｎｒとする。

【００８６】ついで、図６において、触針１が触針位置
が軌跡２５に沿うように、振動中心２６について円運動
しながら被測定面３と接触する様子を示す。

【００８７】接触開始点２３と接触終了点２４の接触領
域の角度をθａ、接触領域の中心点の方向角をθｍとす
ると、θａ，θｍ，Ｎｒ，Ｎｃの関係は以下の（数７）
のように近似できる。

【００８８】なお、θａは振動中心２６から方向角θｍ
の方向に延びる線分について対称であり、θａを変化さ
せることにより、振動中心２６と被測定面３の距離は変
化する。

【００８９】

【数７】ここで、例えばθａがπラジアン（１８０度）と設定す
ると、振動中心２６か触針半径ｒだけθｍ方向に移動し
た点が被測定面３上の接触領域の中心点２７であること
がわかる。

【００９０】このように触針を移動させてθａがπラジ
アン等の所定角度になるように位置決めし、カウンタ、
レジスタの値を処理することにより、被測定面３の位置
を測定でき、このような動作を所望の回数行えば、被測
定面３の形状が測定できることになる。

【００９１】つぎに、触針端部は現実には真円ではな
く、ある形状誤差を持っていることが通常であるので、
この誤差を持っている場合の被測定物の形状測定につい
て説明をする。

【００９２】仮に触針１の端面形状が、Ｘ軸方向を起点
とした回転角θ_mの関数としてｒ(θ _m)として表されてい
る場合を考える。

【００９３】この場合においては、図６において接触点
２２を求めるときに使用された半径ｒをｒ(θ_m)に置き
換えることで同様に対応できる。

【００９４】ここで、触針形状ｒ(θ_m)の求め方である
が、実施例１と同様に、真円からのずれが無視できるほ
ど小さい、あらかじめ半径が既知のテスト円柱を用意
し、これを所定の触針にて測定し、計測誤差を触針の形
状誤差として登録することで得ることができる。

【００９５】以上のように、本実施例においては、触針
１に対する被測定面３の方向角θｍが実測できるため、
触針１と被測定面３の接触領域の中心点２７を正確に求
めることができ、あらかじめ計算機内部に被測定物の形
状モデルを持つ必要がないというメリットを有する構成
で、任意形状の微細穴側面を、回転ステージ等を用いず
に、自由度の高い正確な形状測定をすることができる。

【００９６】なお、以上の各実施例で、測定動作を連続
的に行えば、より精度の高い形状測定ができることはも
ちろんである。

【００９７】

【発明の効果】以上のように本発明は触針、被加工物の
移動手段、触針を任意方向に直線振動させる、あるいは
円運動させる加振装置、触針と被加工物の接触を電気的
導通により検出するための接触検出装置、触針の振動状
態と導通状態から被測定物状の点の位置を計測する回
路、を設けることにより、任意形状の三次元微細穴形状
測定装置を実現できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例における微細表面形状測
定装置の全体構成図

【図２】同振動する触針と被測定物の関係を示す図

【図３】同触針の振動方向と被測定面の傾きの関係を示
す図

【図４】同形状誤差を持つ触針により計測した場合の被
測定面の再現手法を示す図

【図５】本発明の第２の実施例における微細表面形状測
定装置の全体構成図

【図６】同円運動する触針と被測定面の関係を示す図

【図７】従来の微細形状測定装置の構成図

【図８】同微細形状測定装置の要部構成図

【図９】同微細形状測定装置の構成図

【図１０】同微細形状測定装置の構成図

【符号の説明】

１触針２被測定物３被測定面４ＸＹステージ５ピエゾアクチュエータ６アンプ７加算器８乗算器９Ｄ／Ａ変換器１０コンピュータ１１ファンクションジェネレータ１２電源１３接触検出回路１４デューティ比検出回路１５基準クロック発生器１６ゲート回路１７Ａ／Ｄ変換器１８乗算器１９レジスタ２０カウンタ２１接触中心位置２２接触点２３接触開始点２４接触終了点２５触針位置の軌跡２６振動中心２７接触領域の中心点３１電極３２被測定物３３振動子３４ホーン３５スピンドル３６モータ３７ステージ３８モータ３９モータ４０ＮＣ装置４１加工電源４２電源４３抵抗４４電位差４５判別回路４６記録表示装置４７電極４８被測定物４９円運動５０カウンタ５１電極５２アクチュエータ５３被測定物５４テーブル５５送り機構５６コンピュータ５７検出回路５８プリンタ５９ディスプレイ６０ＮＣ装置６１触針６２アクチュエータ６３被測定物６４テーブル６５送り機構６６コンピュータ６７検出回路６８プリンタ６９ディスプレイ７１回転機構７２駆動機構

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被測定物の形状を計測するための触針
と、前記触針と前記被測定物を相対移動させる相対移動
手段と、前記触針を複数の任意の方向に直線的に微小振
動させる振動手段と、前記相対移動手段で前記被測定物
に対し相対移動された前記触針の振動方向を制御するた
めの制御手段と、前記制御手段で制御された前記触針の
振動方向において、前記触針と前記被測定物との電気的
導通の状態を検出するための検出手段とを有し、前記検
出手段で検出された電気的導通状態により前記触針と前
記被測定物との接触点の位置を検出して前記被測定物の
表面形状を測定する微細表面形状測定装置。
【請求項２】被測定物の予想形状情報を用いて触針の
振動方向を制御する請求項１記載の微細表面形状測定装
置。
【請求項３】被測定物の予想形状情報は、被測定物の
加工時の加工パスから求める請求項１または２記載の微
細表面形状測定装置。
【請求項４】触針と被測定物との接触点の位置を、相
対位相手段で移動される触針に関する包絡線を利用して
求める請求項１から３のいずれか記載の微細表面形状測
定装置。
【請求項５】振動手段が、直交する２つのアクチュエ
ータを有し、制御手段が、前記２つのアクチュエータに
共通の振動波を発生する振動波発生手段と前記２つの圧
電アクチュエータに各々対応して前記振動波を振幅変調
する振幅変調手段とを有する請求項１から４のいずれか
記載の微細表面形状測定装置。
【請求項６】被測定物の形状を計測するための触針
と、前記触針と前記被測定物を相対位置に相対移動させ
る相対移動手段と、前記触針を微小円運動させる振動手
段と、前記振動手段で振動された前記触針の微小円運動
において、前記触針と前記被測定物との電気的導通の状
態を検出するための検出手段とを有し、前記検出手段で
検出された電気的導通状態から得られる前記相対移動手
段で設定された相対位置に対応した触針の円運動中での
導通タイミングから前記触針と前記被測定物との接触点
の位置を検出して前記被測定物の表面形状を測定する微
細表面形状測定装置。
【請求項７】検出手段は、触針と被測定物の接触状態
にある範囲における触針の振動の位相角の中心角を求め
接触点の位置を検出する請求項６記載の微細表面形状測
定装置。
【請求項８】振動手段が、直交する２つのアクチュエ
ータを有し、前記２つのアクチュエータに位相差９０度
の振動波形を各々供給する請求項６または７記載の微細
表面形状測定装置。
【請求項９】アクチュエータが圧電アクチュエータで
ある請求項５または８記載の微細表面形状測定装置。
【請求項１０】触針が微細円柱軸を加工したものより
なり、先端の検出部が円盤状の突起をなすような形状を
持つ請求項１から９のいずれか記載の微細表面形状測定
装置。
【請求項１１】触針を製作する際の形状誤差を補正す
るために、既知の形状を持つ触針校正用被測定物を有
し、この校正用被測定物を用いて触針毎に形状誤差校正
用データを作成する請求項１から１０のいずれか記載の
微細表面形状測定装置。