JP2011085401A - 表面性状測定機および表面性状測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】スタイラスのセッティング時間を短縮できる表面性状測定機および表面性状測定方法を提供。
【解決手段】ステージ、スタイラスを有する接触式検出器２０、画像プローブ３０と、相対移動機構４０、制御装置５０とを備える表面性状測定機。制御装置５０は、画像プローブによって被測定物の円形凹状部または円形凸状部の円形輪郭線のうち少なくとも３点以上の位置データが入力されると、入力された位置データに円を当てはめて円の中心位置を求める中心位置算出手段と、中心位置が求められると、相対移動機構を動作させて接触式検出器のスタイラスを、中心位置に位置させるスタイラスセット手段とを含む。
【選択図】図５

Description

本発明は、被測定物の表面形状や表面粗さ等を測定する表面性状測定機および表面性状測定方法に関する。詳しくは、スタイラスを有する接触式検出器と画像プローブとを備えた表面性状測定機および表面性状測定方法に関する。

被測定物の表面にスタイラスを接触させた状態において、スタイラスを被測定物の表面に沿って移動させ、このとき、被測定物の表面形状や表面粗さによって生じるスタイラスの変位を検出し、このスタイラスの変位から被測定物の表面形状や表面粗さ等の表面性状を測定する表面性状測定機が知られている（例えば、特許文献１参照）。

従来、表面性状測定機において、被測定物の表面形状や表面粗さ等を測定する場合、測定者は、目視で、スタイラスの先端と被測定物の測定箇所の相対位置を調整しながら、スタイラスの先端を被測定物の測定開始位置にセットし、この後、スタイラスを被測定物の表面に沿って相対移動させる。すると、被測定物の表面形状や表面粗さ等によってスタイラスが上下に変位するから、そのスタイラスの上下変位から被測定物の表面形状や表面粗さ等の表面性状が測定される。

特開平５−８７５６２号公報

近年、被測定物の微細化、細線化の流れのなかで、被測定物や測定箇所が微細化している今日、上述したスタイラスのセッティング作業は、非常に困難で、かつ、時間が掛かることから、測定者への負担も大きい。
また、被測定物によっては、スタイラスと被測定物とが干渉（衝突）し、スタイラスや被測定物の破損を招く場合も想定される。

特に、図１８に示すように、マイクロレンズアレイ金型７１に複数形成された直径が１ｍｍ以下の凸状（あるいは凹状）のマイクロレンズ成形面７２の半径値や直径値等を求める場合、マイクロレンズ成形面７２の頂点（ピークあるいはボトム点）がある中心線上をスタイラスが正しくトレースしないと、正確な測定結果が得られない。
このような測定物に対して、従来では、図１９に示すように、測定者が、目視でスタイラス２４の先端とマイクロレンズ成形面７２との相対位置を確認しながら（同図（Ａ）参照）、スタイラス２４の先端をマイクロレンズ成形面７２に位置させ、次に、被測定物であるマイクロレンズアレイ金型７１を載置したステージを動かして（同図（Ｂ）参照）、マイクロレンズ成形面７２の頂点を検出し（同図（Ｃ）参照）、この状態において、スタイラス２４をマイクロレンズ成形面７２の中心線上をトレースするように相対移動させて、測定を行う必要があった。
そのため、従来の作業では、測定時間に比べ、スタイラスのセッティング時間が極端に長い（例えば、測定時間が約１０秒、セッティング時間が約１２０秒）。

本発明の目的は、スタイラスのセッティング時間を短縮できる表面性状測定機および表面性状測定方法を提供することにある。

本発明の表面性状測定機は、円形凹状部または円形凸状部を有する被測定物の表面性状を測定する表面性状測定機において、前記被測定物を載置するステージと、前記被測定物の表面に接触されるスタイラスを有する接触式検出器と、前記被測定物の表面画像を撮像する画像プローブと、前記接触式検出器および前記画像プローブと前記ステージとを相対移動させる相対移動機構と、前記相対移動機構の駆動を制御するとともに、前記接触式検出器から得られる測定データおよび前記画像プローブで取得された画像データを処理する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記画像プローブによって前記被測定物の円形凹状部または円形凸状部の円形輪郭線のうち少なくとも３点以上の位置データが入力されると、入力された位置データに円を当てはめて円の中心位置を求める中心位置算出手段と、前記中心位置算出手段によって中心位置が求められると、前記相対移動機構を動作させて前記接触式検出器のスタイラスを、前記中心位置に位置させるスタイラスセット手段とを含んで構成されている、ことを特徴とする。

このような構成によれば、まず、測定者が、相対移動機構を動作させて画像プローブによって被測定物の円形凹状部または円形凸状部の円形輪郭線のうち少なくとも３点以上の位置データを取り込む。
すると、制御装置は、入力された位置データに円を当てはめて円の中心位置を求めたのち（中心位置算出手段）、相対移動機構を動作させて接触式検出器のスタイラスを中心位置に位置させる（スタイラスセット手段）。
従って、接触式検出器のスタイラスを被測定物の円形凹状部または円形凸状部の中心位置に自動的にセッティングできるから、つまり、従来のように、測定者が、目視で、スタイラスの先端とマイクロレンズ成形面との相対位置を調整しながら、スタイラスの先端をマイクロレンズ成形面に位置させなくてもよいから、スタイラスのセッティング時間を短縮できる。

本発明の表面性状測定機において、前記接触式検出器のスタイラスと前記画像プローブとは、これらいずれか一方の測定時に他方が邪魔にならない位置にオフセットされて配置され、前記接触式検出器のスタイラス先端と前記画像プローブとのオフセット量を記憶したオフセット量記憶手段を備え、前記スタイラスセット手段は、前記中心位置算出手段によって中心位置が求められると、前記相対移動機構を動作させて前記画像プローブを前記中心位置に位置させたのち、前記オフセット量記憶手段に記憶されたオフセット量だけ前記相対移動機構を動作させて前記接触式検出器のスタイラスを前記中心位置に位置させる、 ことが好ましい。

このような構成によれば、接触式検出器のスタイラスと画像プローブとは、これらいずれか一方の測定時に他方が邪魔にならない位置にオフセットされて配置されているから、それぞれの測定時に他を退避させる機構を付けなくても、測定に支障を与えることがない。
しかも、接触式検出器のスタイラス先端と画像プローブとのオフセット量はオフセット量記憶手段に記憶されているから、円形凹状部または円形凸状部の中心位置が算出された後、相対移動機構を動作させて画像プローブを中心位置に位置させ、この後、オフセット量記憶手段に記憶されたオフセット量だけ相対移動機構を動作させれば、接触式検出器のスタイラスを中心位置に自動的に位置させることができる。
従って、接触式検出器のスタイラスと画像プローブとのオフセット量を予め正確に求めて記憶させておけば、簡単な操作・処理で、接触式検出器のスタイラスを円形凹状部または円形凸状部の中心位置に自動的に位置させることができる。

本発明の表面性状測定方法は、被測定物を載置するステージと、前記被測定物の表面に接触されるスタイラスを有する接触式検出器と、前記被測定物の表面画像を撮像する画像プローブと、前記接触式検出器および前記画像プローブと前記ステージとを相対移動させる相対移動機構と、前記相対移動機構の駆動を制御するとともに、前記接触式検出器から得られる測定データおよび前記画像プローブで取得された画像データを処理する制御装置とを備えた表面性状測定機を用いて、円形凹状部または円形凸状部を有する被測定物の表面性状を測定する表面性状測定方法において、前記相対移動機構を動作させて前記画像プローブによって前記被測定物の円形凹状部または円形凸状部の円形輪郭線のうち少なくとも３点以上の位置データを取得する輪郭データ取得工程と、前記輪郭データ取得工程で取得された位置データに円を当てはめて円の中心位置を求める円当てはめ工程と、前記相対移動機構を動作させて前記接触式検出器のスタイラスを、前記円当てはめ工程で求められた中心位置に位置させるスタイラスセット工程と、前記接触式検出器のスタイラスが前記被測定物の円形凹状部または円形凸状部の中心位置に位置された状態において、前記相対移動機構を動作させて前記接触式検出器のスタイラスと被測定物とを相対移動させながら円形凹状部または円形凸状部の表面性状を測定する測定工程と、を備えたことを特徴とする。

このような構成によれば、まず、輪郭データ取得工程において、相対移動機構を動作させて画像プローブによって被測定物の円形凹状部または円形凸状部の円形輪郭線のうち少なくとも３点以上の位置データを取得したのち、円当てはめ工程において、輪郭データ取得工程で取得された位置データに円を当てはめて円の中心位置を求める。
次に、スタイラスセット工程において、相対移動機構を動作させて接触式検出器のスタイラスを、円当てはめ工程で求められた中心位置に位置させたのち、測定工程において、相対移動機構を動作させて接触式検出器のスタイラスと被測定物とを相対移動させながら円形凹状部または円形凸状部の表面性状を測定する。
従って、被測定物の円形凹状部または円形凸状部の中心位置が予め分かっているから、接触式検出器のスタイラスを被測定物の円形凹状部または円形凸状部の中心位置にセッティングできる。つまり、従来のように、測定者が、目視で、スタイラスの先端と被測定物の測定箇所との相対位置を調整しながら、スタイラスの先端を被測定物の測定開始位置に位置させなくてもよいから、スタイラスのセッティング時間を短縮できる。

本発明の一実施形態に係る表面性状測定機を示す斜視図。 同上実施形態の接触式検出器および画像プローブ部分を示す拡大斜視図。 同上実施形態の接触式検出器および画像プローブ部分を示す正面図。 同上実施形態の画像プローブを示す図。 同上実施形態の制御システムを示すブロック図。 同上実施形態で測定する被測定物を示す図。 同上実施形態において、画像プローブが被測定物近傍に移動した状態の図。 同上実施形態において、円形輪郭線の位置データを取得する図。 同上実施形態において、円の当てはめ工程を示す図。 同上実施形態において、画像プローブが中心位置に移動した状態の図。 同上実施形態において、スタイラスが中心位置に移動した状態の図。 同上実施形態で測定する被測定物の他の例を示す図。 図１２に示す被測定物の測定において、画像プローブが被測定物近傍に移動した状態の図。 図１２に示す被測定物の測定において、円形輪郭線の位置データを取得する図。 図１２に示す被測定物の測定において、画像プローブが他の位置へ移動した状態の図。 図１２に示す被測定物の測定において、円の当てはめ工程を示す図。 同上実施形態において、スタイラスが中心位置に移動した状態の図。 マイクロレンズ金型を測定する際の図。 従来の測定方法によってマイクロレンズ金型を測定する例を示す図。

＜表面性状測定機の説明（図１〜図５参照）＞
本実施形態に係る表面性状測定機は、図１および図２に示すように、設置台１と、この設置台１の上面に固定されたベース２と、このベース２上に載置され上面に被測定物を載置するステージ１０と、被測定物の表面に接触されるスタイラス２４を有する接触式検出器２０と、被測定物の表面画像を撮像する画像プローブ３０と、接触式検出器２０および画像プローブ３０とステージ１０とを相対移動させる相対移動機構４０と、制御装置５０とを備える。

相対移動機構４０は、ベース２とステージ１０との間に設けられステージ１０を水平方向の一方向（Ｙ軸方向）へ移動させる第１移動機構としてのＹ軸駆動機構４１と、ベース２の上面に立設されたコラム４２と、このコラム４２に上下方向（Ｚ軸方向）へ移動可能に設けられた昇降部材としてのＺスライダ４３と、このＺスライダ４３を上下方向へ昇降させる第２移動機構としてのＺ軸駆動機構４４と、Ｚスライダ４３に旋回機構４５（図５参照）を介してＹ軸を中心として旋回可能に設けられた旋回プレート４６と、この旋回プレート４６に設けられステージ１０の移動方向（Ｙ軸方向）およびＺスライダ４３の昇降方向（Ｚ軸方向）に対して直交する方向（Ｘ軸方向）へ移動可能に設けられたスライド部材としてのＸスライダ４７と、このＸスライダ４７をＸ軸方向へ移動させる第３移動機構としてのＸ軸駆動機構４８とを備える。

本実施形態では、接触式検出器２０および画像プローブ３０が、Ｘスライダ４７に取り付けられている。従って、相対移動機構４０は、ステージ１０をＹ軸方向へ移動させるＹ軸駆動機構４１と、接触式検出器２０および画像プローブ３０をＺ軸方向へ移動させるＺ軸駆動機構４４と、接触式検出器２０および画像プローブ３０をＸ軸方向へ移動させるＸ軸駆動機構４８とを含む三次元移動機構によって構成されている。

Ｙ軸駆動機構４１およびＺ軸駆動機構４４は、図示省略されているが、例えば、ボールねじ軸と、このボールねじ軸に螺合されたナット部材とを有する送りねじ機構によって構成されている。
Ｘ軸駆動機構４８は、旋回プレート４６に固定された駆動機構本体４８Ａと、この駆動機構本体４８ＡにＸ軸方向と平行に設けられＸスライダ４７を移動可能に支持したガイドレール４８Ｂと、このガイドレール４８Ｂに沿ってＸスライダ４７を往復移動させる駆動源（図示省略）等を含んで構成されている。

接触式検出器２０は、図３に示すように、Ｘスライダ４７に吊り下げ支持された検出器本体２１と、この検出器本体２１にＸ軸方向と平行に支持された接触式プローブ２２とを備える。接触式プローブ２２は、プローブ本体２３と、このプローブ本体２３に揺動可能に支持され先端にスタイラス２４を有するアーム２５と、このアーム２５の揺動量を検出する検出部２６とから構成されている。

画像プローブ３０は、連結部材３１を介して、Ｘスライダ４７に接触式検出器２０とともに一体的に連結された筒状のプローブ本体３２と、このプローブ本体３２の先端に下向きに支持されたプローブヘッド３３とを備える。
プローブヘッド３３は、図４に示すように、対物レンズ３５と、この対物レンズ３５の外周に配置された光源としてのＬＥＤ３６と、対物レンズ３５を透過した被測定物からの反射光を受光し被測定物の画像を撮像するＣＣＤセンサ３７と、ＬＥＤ３６の周囲を覆うカバー３８とを含んで構成されている、

画像プローブ３０は、接触式検出器２０に対してオフセットされた位置に配置されている。具体的には、図２に示すように、画像プローブ３０の対物レンズ３５の焦点位置が、Ｚ軸方向において、接触式検出器２０のスタイラス２４の先端よりもオフセット量ＯＦｚだけ下方位置に、また、Ｙ軸方向において、スタイラス２４の軸線よりもオフセット量ＯＦｙだけ後方へずれた位置に配置されている。なお、Ｘ軸方向においては、スタイラス２４の軸線と同じ位置、つまり、オフセット量ＯＦｘ＝０の位置に配置されている。

制御装置５０には、図５に示すように、相対移動機構４０、接触式検出器２０、画像プローブ３０のほかに、入力装置５１、表示装置５２、記憶装置５３が接続されている。
入力装置５１は、例えば、携帯型のキーボードやジョイスティックなどによって構成され、各種動作指令やデータの入力のほか、画像プローブ３０で取得した画像から、スタイラス２４をセットする位置（測定開始位置）を指定できるようになっている。
表示装置５２には、画像プローブ３０で取得した画像が表示されるとともに、接触式検出器２０によって得られた形状や粗さデータが表示される。
記憶装置５３には、測定プログラム等を記憶したプログラム記憶部５４、接触式検出器２０のスタイラス２４と画像プローブ３０のオフセット量ＯＦｘ，ＯＦｙ，ＯＦｚを記憶したオフセット量記憶手段としてのオフセット量記憶部５５、および、測定時に取り込んだ画像データや測定データなどを記憶するデータ記憶部５６などが設けられている。

制御装置５０は、プログラム記憶部５４に記憶された測定プログラムに従って、画像プローブによって被測定物の円形凹状部または円形凸状部の円形輪郭線のうち少なくとも３点以上の位置データが入力されると、入力された位置データに円を当てはめて円の中心位置を求める中心位置算出手段と、この中心位置算出手段によって中心位置が求められると、相対移動機構４０を動作させて接触式検出器２０のスタイラス２４を、前記中心位置に位置させるスタイラスセット手段と、接触式検出器２０のスタイラス２４と被測定物とが接触された状態において、相対移動機構４０を動作させて接触式検出器２０と被測定物とを相対移動させながら被測定物の表面性状を測定する測定実行手段とを含んで構成されている。
スタイラスセット手段は、中心位置算出手段によって中心位置が求められると、相対移動機構４０を動作させて画像プローブ３０を前記中心位置に位置させたのち、オフセット量記憶部５５に記憶されたオフセット量ＯＦｘ，ＯＦｙ，ＯＦｚだけ相対移動機構４０を動作させて接触式検出器２０のスタイラス２４を前記中心位置に位置させる。

更に、制御装置５０は、画像プローブ３０によって取り込まれた被測定物の画像から被測定物のエッジを検出するエッジ検出機能や、被測定物の高さ方向（Ｚ軸方向）の面に対物レンズ３５の焦点位置が一致するように、対物レンズ３５を高さ方向へ変位させて、この変位量から被測定物の高さ方向の位置を検出するオートフォーカス機能を備える。エッジ検出機能としては、公知の検出原理を用いることができるが、例えば、画像プローブ３０の検出方向に対して直交する方向の平均濃度（明るさの濃度）を求め、この平均濃度が予め設定された閾値を以下の位置をエッジとして検出する方法でもよい。

＜被測定物の説明（図６参照）＞
被測定物６０Ａは、中央に円形の輪郭線を有し内部が球面状でかつ凹状にくぼんだ円形凹状部６１を有する。円形凹状部６１は、例えば、マイクロレンズアレイ金型に形成された凹状のマイクロレンズ成形面などであるが、これに限られない。

＜測定方法の説明（図７〜図１１参照）
（１）図７に示すように、相対移動機構４０を動作させて、画像プローブ３０の視野６４内に被測定物６０Ａの円形凹状部６１が入る位置に移動させる。
（２）図８に示すように、被測定物６０Ａの円形凹状部６１の近傍において、画像プローブ３０の対物レンズ３５の焦点位置が被測定物６０Ａの円形凹状部６１の近傍に一致するように、オートフォーカスさせたのち、エッジ検出機能を利用して、円形凹状部６１の円形輪郭線のうち少なくとも３点以上の位置データＤ１，Ｄ２，Ｄ３…を取得する（輪郭データ取得工程）。

（３）すると、制御装置５０は、図９に示すように、輪郭データ取得工程で取得された位置データに円６３を当てはめて円の中心位置Ｃを求める（円当てはめ工程）。
（４）続いて、図１０に示すように、相対移動機構４０を動作させて、画像プローブ３０を中心位置Ｃに位置させる。
（５）この後、図１１に示すように、オフセット量記憶部５５に記憶されたオフセット量ＯＦｘ，ＯＦｙ，ＯＦｚだけ相対移動機構４０を動作させて、接触式検出器２０のスタイラス２４を中心位置Ｃに位置させる（スタイラスセット工程）。
（６）この状態、つまり、接触式検出器２０のスタイラス２４が被測定物６０Ａの円形凹状部６１の中心位置Ｃに位置された状態において、相対移動機構４０を動作させて、接触式検出器２０のスタイラス２４と被測定物６０Ａとを相対移動させる（測定工程）。これにより、円形凹状部６１の表面性状が測定される。

＜実施形態の効果＞
本実施形態によれば、スタイラス２４を有する接触式検出器２０と、画像プローブ３０とを備えた表面性状測定機において、まず、測定者が、相対移動機構４０を動作させて画像プローブ３０によって被測定物６０Ａの円形凹状部６１の円形輪郭線のうち少なくとも３点以上の位置データを取り込むと、制御装置５０は、入力された位置データに円６３を当てはめて円６３の中心位置Ｃを求めたのち、相対移動機構４０を動作させて接触式検出器２０のスタイラス２４を中心位置Ｃに位置させる。
従って、接触式検出器２０のスタイラス２４を被測定物６０Ａの円形凹状部６１の中心位置Ｃに自動的にセッティングできるから、つまり、従来のように、測定者が、目視で、スタイラスの先端と円形凹状部との相対位置を調整しながら、スタイラスの先端を円形凹状部に位置させなくてもよいから、スタイラスのセッティング時間を短縮できる。

また、接触式検出器２０のスタイラス２４と画像プローブ３０とは、Ｚ軸方向およびＹ軸方向にオフセット量ＯＦｚ、ＯＦｙだけずれて配置されているから、それぞれの測定時に他を退避させる機構を付けなくても、測定に支障を与えることがない。
しかも、接触式検出器２０のスタイラス２４の先端と画像プローブ３０とのオフセット量ＯＦｘ，ＯＦｙ，ＯＦｚはオフセット量記憶部５５に記憶されているから、円形凹状部６１の中心位置Ｃが算出された後、相対移動機構４０を動作させて画像プローブ３０を中心位置Ｃに位置させ、この後、オフセット量記憶部５５に記憶されたオフセット量ＯＦｘ，ＯＦｙ，ＯＦｚだけ相対移動機構４０を動作させれば、接触式検出器２０のスタイラス２４を中心位置Ｃに自動的に位置させることができる。
従って、接触式検出器２０のスタイラス２４と画像プローブ３０とのオフセット量ＯＦｘ，ＯＦｙ，ＯＦｚを予め正確に求めてオフセット量記憶部５５に記憶させておけば、簡単な操作・処理で、接触式検出器２０のスタイラス２４を円形凹状部６１の中心位置Ｃに自動的に位置させることができる。

また、画像プローブ３０を備えているので、画像プローブ３０の単独使用による測定も可能である。
例えば、画像プローブ３０によって取得した画像から、線幅や孔径などを測定することができるほか、画像プローブ３０のオートフォーカス機能を用いて、対物レンズ３５の光軸方向の寸法（段差寸法）なども測定できる。

また、相対移動機構４０は、被測定物を載置するステージ１０をＹ軸方向へ移動させるＹ軸駆動機構４１と、接触式検出器２０および画像プローブ３０をＸ軸方向およびＺ軸方向へ移動させるＸ軸駆動機構４８およびＺ軸駆動機構４４とを含んで構成されているから、被測定物と接触式検出器２０および画像プローブ３０とを三次元方向、つまり、互いに直交するＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向へ移動させることができる。従って、被測定物の測定部位がどのような向きや姿勢であっても形状や表面粗さを測定できる。
しかも、接触式検出器２０および画像プローブ３０は、共に、Ｘスライダ４７にオフセットして取り付けられているから、接触式検出器２０および画像プローブ３０を別々に移動させる機構を設ける場合に比べ、構造を簡素化でき、安価に構成できる。

また、画像プローブ３０は、対物レンズ３５と、この対物レンズ３５の外周に配置された光源としてのＬＥＤ３６と、対物レンズ３５を透過した被測定物からの反射光を受光し被測定物の画像を撮像するＣＣＤセンサ３７とを含んで構成されているから、被測定物の表面画像を対物レンズ３５を通じてＣＣＤセンサ３７で高精度に取得できる。しかも、対物レンズ３５の周囲にＬＥＤ３６が配置されているから、照明装置を別途設ける場合に比べ、コンパクト化できる。

＜変形例（図１２〜図１７参照）＞
本発明は、前述の実施形態に限定されるものでなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良などは本発明に含まれる。

被測定物としては、図６に示したものに限られない。例えば、図１２に示すように、中央に円形の輪郭線を有し内部が球面状でかつ凸状に膨らんだ円形凸状部６２を有する被測定物６０Ｂであってもよい。
このような被測定物６０Ｂの円形凸状部６２の表面性状を測定するには、図１３〜図１７に示すようにして行う。

（１１）図１３に示すように、相対移動機構４０を動作させて、画像プローブ３０の視野内に被測定物６０Ｂの円形凸状部６２が入る位置に移動させる。
（１２）図１４に示すように、被測定物６０Ｂの円形凸状部６２の近傍において、画像プローブ３０の対物レンズ３５の焦点位置が被測定物６０Ｂの円形凸状部６２の近傍に一致するように、オートフォーカスさせたのち、エッジ検出機能を利用して、円形凸状部６２の円形輪郭線の位置データＤ１，Ｄ２，Ｄ３…を取得する。これを、画像プローブ３０の視野内に被測定物６０Ｂの円形凸状部６２が入る他の位置に移動させて（図１５参照）、計３回以上行う（輪郭データ取得工程）。

（１３）すると、制御装置５０は、図１６に示すように、輪郭データ取得工程で取得された位置データに円６３を当てはめて円６３の中心位置Ｃを求める（円当てはめ工程）。
（１４）続いて、相対移動機構４０を動作させて、画像プローブ３０を中心位置Ｃに位置させる。
（１５）この後、図１７に示すように、オフセット量記憶部５５に記憶されたオフセット量ＯＦｘ，ＯＦｙ，ＯＦｚだけ相対移動機構４０を動作させて、接触式検出器２０のスタイラス２４を中心位置Ｃに位置させる（スタイラスセット工程）。
（１６）この状態、つまり、接触式検出器２０のスタイラス２４が被測定物６０Ｂの円形凸状部６２の中心位置Ｃに位置された状態において、相対移動機構４０を動作させて、接触式検出器２０のスタイラス２４と被測定物６０Ｂとを相対移動させる（測定工程）。これにより、円形凸状部６２の表面性状が測定される。

なお、この測定の際に、画像プローブ３０の視野内に被測定物６０Ｂの円形凸状部６２が入る他の３箇所の位置において、オートフォーカスおよびエッジ検出を行った際、オートフォーカスされた高さ方向（Ｚ軸方向）のデータから、被測定物６０Ｂの傾き（水平に対する傾き）を演算し、この傾きがなくなるように（水平になるように）、被測定物６０Ｂの姿勢を変更すれば、より高精度な測定が期待できる。ちなみに、被測定物６０Ｂの姿勢を変更するには、ステージ１０と被測定物６０Ｂとの間に傾斜テーブルを挿入し、この傾斜テーブルを動作させれば実現できる。

接触式検出器２０は、先端にスタイラス２４を有するアーム２５と、このアーム２５の揺動量を検出する検出部２６とを有する接触式プローブ２２を含んで構成されていたが、スタイラス２４が被測定物の表面に接触しながら、被測定物の表面形状や粗さなどを測定できる機構であれば、他の構造であってもよい。

画像プローブ３０は、対物レンズ３５と、この対物レンズ３５の外周に配置された光源としてのＬＥＤ３６と、対物レンズ３５を透過した被測定物からの反射光を受光し被測定物の画像を撮像するＣＣＤセンサ３７とを有するプローブヘッド３３を含んで構成されていたが、これに限られない。
例えば、光源としてのＬＥＤ３６は、画像プローブとは別に設けてもよい。また、対物レンズ３５を交換可能にして、倍率の異なる対物レンズ３５に交換できるようにすれば、被測定物の測定箇所の大きさに応じて最適な作業が実施できる。

相対移動機構４０は、ステージ１０をＹ軸方向へ、接触式検出器２０および画像プローブ３０をＸ軸方向およびＺ軸方向へ移動可能に構成したが、これに限られない。要するに、ステージ１０と接触式検出器２０および画像プローブ３０とが三次元方向へ移動可能であれば、どちらが移動する構造であっても構わない。
また、接触式検出器２０と画像プローブ３０とを別々の相対移動機構によって独立的に移動させるようにしてもよい。

本発明は、例えば、機械加工された複雑形状の被測定物の形状や表面粗さを自動測定する場合などに利用できる。

１０…ステージ、
２０…接触式検出器、
２４…スタイラス、
３０…画像プローブ、
３５…対物レンズ、
３６…ＬＥＤ（光源）
３７…ＣＣＤセンサ
４０…相対移動機構、
４１…Ｙ軸駆動機構（第１移動機構）、
４２…コラム、
４３…Ｚスライダ、
４４…Ｚ軸駆動機構（第２移動機構）、
４７…Ｘスライダ（スライド部材）、
４８…Ｘ軸駆動機構（第３移動機構）
５５…オフセット量記憶部（オフセット量記憶手段）
６０Ａ，６０Ｂ…被測定物
６１…円形凹状部、
６２…円形凸状部、
６３…円
Ｃ…中心位置、
ＯＦｘ，ＯＦｙ，ＯＦｚ…オフセット量。

Claims (3)

1. 円形凹状部または円形凸状部を有する被測定物の表面性状を測定する表面性状測定機において、
   前記被測定物を載置するステージと、
   前記被測定物の表面に接触されるスタイラスを有する接触式検出器と、
   前記被測定物の表面画像を撮像する画像プローブと、
   前記接触式検出器および前記画像プローブと前記ステージとを相対移動させる相対移動機構と、
   前記相対移動機構の駆動を制御するとともに、前記接触式検出器から得られる測定データおよび前記画像プローブで取得された画像データを処理する制御装置とを備え、
   前記制御装置は、
   前記画像プローブによって前記被測定物の円形凹状部または円形凸状部の円形輪郭線のうち少なくとも３点以上の位置データが入力されると、入力された位置データに円を当てはめて円の中心位置を求める中心位置算出手段と、
   前記中心位置算出手段によって中心位置が求められると、前記相対移動機構を動作させて前記接触式検出器のスタイラスを、前記中心位置に位置させるスタイラスセット手段とを含んで構成されている、
   ことを特徴とする表面性状測定機。
2. 請求項１に記載の表面性状測定機において、
   前記接触式検出器のスタイラスと前記画像プローブとは、これらいずれか一方の測定時に他方が邪魔にならない位置にオフセットされて配置され、
   前記接触式検出器のスタイラス先端と前記画像プローブとのオフセット量を記憶したオフセット量記憶手段を備え、
   前記スタイラスセット手段は、前記中心位置算出手段によって中心位置が求められると、前記相対移動機構を動作させて前記画像プローブを前記中心位置に位置させたのち、前記オフセット量記憶手段に記憶されたオフセット量だけ前記相対移動機構を動作させて前記接触式検出器のスタイラスを前記中心位置に位置させる、
   ことを特徴とする表面性状測定機。
3. 被測定物を載置するステージと、前記被測定物の表面に接触されるスタイラスを有する接触式検出器と、前記被測定物の表面画像を撮像する画像プローブと、前記接触式検出器および前記画像プローブと前記ステージとを相対移動させる相対移動機構と、前記相対移動機構の駆動を制御するとともに、前記接触式検出器から得られる測定データおよび前記画像プローブで取得された画像データを処理する制御装置とを備えた表面性状測定機を用いて、円形凹状部または円形凸状部を有する被測定物の表面性状を測定する表面性状測定方法において、
   前記相対移動機構を動作させて前記画像プローブによって前記被測定物の円形凹状部または円形凸状部の円形輪郭線のうち少なくとも３点以上の位置データを取得する輪郭データ取得工程と、
   前記輪郭データ取得工程で取得された位置データに円を当てはめて円の中心位置を求める円当てはめ工程と、
   前記相対移動機構を動作させて前記接触式検出器のスタイラスを、前記円当てはめ工程で求められた中心位置に位置させるスタイラスセット工程と、
   前記接触式検出器のスタイラスが前記被測定物の円形凹状部または円形凸状部の中心位置に位置された状態において、前記相対移動機構を動作させて前記接触式検出器のスタイラスと被測定物とを相対移動させながら円形凹状部または円形凸状部の表面性状を測定する測定工程と、
   を備えたことを特徴とする表面性状測定方法。

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