JP4646520B2 - ３次元形状測定方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、光学部品や金型等の被測定物の形状を高精度に測定する３次元形状測定方法に関する。

光学部品や金型等の被測定物の形状を高精度に測定する３次元形状測定方法として、一般に、非接触式もしくは接触式のプローブを被測定物の形状に沿って走査して、被測定物の形状を測定する方法が知られている。プローブの走査方式の一例としては、被測定物をθ方向に回転させながら、プローブをＸ方向に走査する方式（以下「Ｒθ走査方式」）がある。

このＲθ走査方式の３次元形状測定方法は、例えば、特許文献１に開示されている。即ち、図９に示すように、このＲθ走査方式の３次元形状測定方法を適用した３次元形状測定機１０１は、光プローブ１０２と、Ｚステージ１０３と、Ｘステージ１０４と、θステージ１０５と、Ｚレーザ測長器１０６と、Ｚ基準ミラー１０７と、Ｘレーザ測長器１０８と、Ｘ基準ミラー１０９と、θロータリエンコーダ１１０から構成される。

ここで、被測定物１１１は、非球面レンズである。このような被測定物１１１は、当該被測定物１１１の光軸とθステージ１０５の回転軸とを略一致させて、θステージ１０５上に配置される。

光プローブ１０２は、この被測定物１１１に沿って非接触で走査されるものである。即ち、Ｚステージ１０３は、この光プローブ１０２をＺ軸方向に移動させる。また、Ｘステージ１０４は、この光プローブ１０２とＺステージ１０３とをＸ軸方向に移動させる。一方、θステージ１０５は、被測定物１１１をθ方向に回転させる。

Ｚレーザ測長器１０６は、Ｚ基準ミラー１０７に対する光プローブ１０２のＺ軸方向の位置を測長する。また、Ｘレーザ測長器１０８は、Ｘ基準ミラー１０９に対する光プローブ１０２のＸ軸方向の位置を測長する。θロータリエンコーダ１１０は、θステージ１０５の回転角を測定する。そして、パーソナルコンピュータ（図示せず）は、これらＺレーザ測長器１０６とＸレーザ測長器１０８とθロータリエンコーダ１１０の測定値を測定データとして取り込む。

次に、このような構成の３次元形状測定機１０１の動作を説明する。

即ち、Ｘステージ１０４を所定量移動させて停止させ、θステージ１０５により被測定物１１１をθ方向に一定速度で回転させて、パーソナルコンピュータ（図示せず）が測定データの取り込みを開始する。そして、パーソナルコンピュータ（図示せず）が一定のサンプリング時間で測定データを取り込んでいき、被測定物１１１がθ方向に１回転したならば、測定データの取り込みを停止する。その後、再度、Ｘステージ１０４を上記所定量移動させる。このような動作を繰り返して、被測定物１１１の表面の３次元形状測定を行う。

すると、図１０に示すような同心円状の測定データが取得される。ただし、この図は、取得した測定データをＺ軸方向から見た様子を示している。同図において、ポイントは測定データを取り込んだ位置を示し、２点鎖線はプローブ１０２が被測定物１１１の表面を走査した軌跡を示す（以降の測定データの図についても同様とする）。

また、上記構成の３次元形状測定機１０１による測定データの取得方法の別のやり方について説明する。

即ち、θステージ１０５により、被測定物１１１がθ方向に一定速度で回転される。そして、Ｘステージ１０４を移動させながら、パーソナルコンピュータが一定のサンプリング時間で測定データを取り込む。

このような取得の仕方を行った場合には、図１１に示すような渦巻状の測定データが取得されることになる。

このようにして、被測定物１１１の３次元形状を測定することができる。
特開２０００−２６６５２４号公報

ところで、光プローブ１０２の線速度（光プローブ１０２が被測定物１１１に対して相対的に移動する速度）は、被測定物１１１の中心部（被測定物１１１の光軸に近い部分）で遅く、周辺部（被測定物１１１の外周に近い部分）で速くなる。このため、周辺部において光プローブ１０２の線速度が速くなると、光プローブ１０２が被測定物１１１の面形状の微小な凹凸に追従できなくなって、測定誤差が生じる場合がある。

これを回避するためには、θステージ１０５の回転数を下げればよい。回転数を下げれば、周辺部においても、光プローブ１０２の線速度が遅くなり、測定誤差が生じにくくなる。

しかしながら、同心円状の測定データを取得する場合、そのようにθステージ１０５の回転数を下げると、その下げた分だけ、測定時間が長くなる。

また、渦巻状の測定データを取得する場合には、図１２に示すように、被測定物１１１の半径方向の測定データの間隔Ｐｘが長くなる（なお、図１２は、図１１の測定データ取得時よりもθステージ１０５の回転数を下げた場合の測定データを示している）。ここで、一般的に、測定データの間隔があまり大きくなると、面の形状を正確に表すことができなくなり、測定精度が低下する。よって、θステージの回転数を下げたことにより、円周方向の測定精度は高くなるが、半径方向の測定精度が低下し、実質的に測定精度が低下する場合がある。

また、３次元形状測定機によるレンズの表面形状の測定時間は、レンズ表面全面の形状を一度に測定可能な干渉計の測定時間と比較して、極めて長い。そのため、３次元形状測定機は測定時間の短縮が強く求められている。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、測定誤差を低減し、かつ極力測定時間が短い、３次元形状測定方法及び装置を提供することを目的とする。

本発明の３次元形状測定方法の一態様は、回転機構により被測定物をθ方向に回転させ、回転角度θを測定する工程と、前記回転機構により回転する前記被測定物の形状に沿って移動するプローブを、前記回転機構の回転軸と略直交するＸ方向に移動し、前記プローブの位置座標を測定する工程と、前記回転機構の回転軸と前記プローブとの間のＸ方向の距離が長いほど、前記回転機構の回転数を下げると共に、前記プローブのＸ方向の移動速度を遅くすることにより、前記回転機構の回転数及び前記プローブのＸ方向の移動速度を変更する工程と、前記プローブの位置座標から得られる前記被測定物の測定データと、前記回転機構の回転数及び前記プローブのＸ方向の移動速度の少なくとも一方を変更する指示信号と、を取得する工程と、取得した前記指示信号に基づいて、前記回転数及び前記移動速度の少なくとも一方を変更したタイミングの前後の前記被測定物の測定データを規定した範囲で削除する工程と、を備えることを特徴とする。

本発明の３次元形状測定装置の一態様は、被測定物の形状に沿って移動するプローブと、前記被測定物をθ方向に回転させる回転機構と、前記被測定物の回転角度θを測定する回転角度測定手段と、前記プローブを、前記回転機構の回転軸と略直交するＸ方向に移動し、前記プローブの位置座標を測定するプローブ位置座標測定手段と、前記回転機構の回転軸と前記プローブとの間のＸ方向の距離が長いほど、前記回転機構の回転数を下げると共に、前記プローブのＸ方向の移動速度を遅くすることにより、前記回転機構の回転数及び前記プローブのＸ方向の移動速度を変更する変更手段と、前記プローブの位置座標から得られる前記被測定物の測定データと、前記回転機構の回転数及び前記プローブのＸ方向の移動速度を変更する指示信号と、を取得し、前記指示信号に基づいて、前記回転数及び前記移動速度を変更したタイミングの前後の前記被測定物の測定データを規定した範囲で削除するコンピュータと、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、測定誤差を低減し、かつ極力測定時間が短い、３次元形状測定方法及び装置を提供することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。

［第１実施形態］
まず、本発明の第１実施形態を説明する。

［構成］
図１（Ａ）は、本発明の第１実施形態に係る３次元形状測定方法の適用された３次元形状測定機１の構成を示す図である。

この３次元形状測定機１は、プローブ２と、先端球３と、静圧空気軸受４と、板ばね５と、板ばね保持部６と、マイクロリニアスケール７と、Ｚステージ８と、Ｘステージ９と、Ｚレーザ測長器１０と、Ｘレーザ測長器１１と、Ｚ基準ミラー１２と、Ｘ基準ミラー１３と、θステージ１４と、θロータリエンコーダ１５と、測定機のフレーム１６と、ステージ制御部１７と、パーソナルコンピュータ１８と、３つの直角反射プリズム１９，２０，２１とから構成される。

ここで、プローブ２は、被測定物２２の形状に沿って走査される。先端球３は、プローブ２と一体に構成され、プローブ２の走査時に被測定物２２の表面に接触する。静圧空気軸受４は、プローブ２をＺ軸方向に移動可能に保持する。板ばね５は、プローブ２をＺ軸方向に弾性支持する。板ばね保持部６は、板ばね５を静圧空気軸受４に固定する。Ｚステージ８は、静圧空気軸受４をＺ軸方向に駆動する。Ｘステージ９は、Ｚステージ８をＺ軸に略直交するＸ軸方向に駆動する。マイクロリニアスケール７は、プローブ２に固定されたスケール部７ａと、Ｚステージ８に固定された読み取り部７ｂからなる。このマイクロリニアスケール７は、プローブ２の静圧空気軸受４に対するＺ軸方向の変位を測長する。Ｚ基準ミラー１２及びＸ基準ミラー１３は、フレーム１６に固定されている。Ｚレーザ測長器１０は、フレーム１６に固定された測長部１０ａとプローブ２に固定されたプリズム部１０ｂからなる。このＺレーザ測長器１０は、プローブ２のＺ軸方向の位置を測長する。なおここで、測長部１０ａとプリズム部１０ｂとの間には、直角反射プリズム１９及び２０が配されている。このようにすることで、プローブ２がＺ軸方向に変位しても、測長部１０ａとプリズム部１０ｂとの間に、測長のための光路が常に形成されるようになっている。また、Ｘレーザ測長器１１は、フレーム１６に固定された測長部１１ａと、Ｚステージ８に固定されたプリズム部１１ｂからなる。このＸレーザ測長器１１は、プローブ２のＸ軸方向の位置を測長する。ここで、測長部１１ａとプリズム部１１ｂとの間には、直角反射プリズム２１が配されている。このようにすることで、プローブ２がＸ軸方向に変位しても、測長部１１ａとプリズム部１１ｂとの間に、測長のための光路が、常に形成されるようになっている。

上記Ｚレーザ測長器１０及びＸレーザ測長器１１はそれぞれ、例えば、図２に示すようなシングルパスの干渉計の構成を有したレーザ測長器である。

即ち、レーザ測長器５０は、平面ミラー５１の測長軸５０ｃ上の移動量を測長するものである。このレーザ測長器５０は、測長部５０ａとプリズム部５０ｂとからなる。

測長部５０ａは、レーザ光源５２と、レシーバ５３と、偏光板５４とからなる。ここで、レーザ光源５２は、偏光方向が互いに直交するＰ偏光とＳ偏光からなる光束を射出する。レシーバ５３は、平面ミラー５１とプリズム部５０ｂからの戻り光束を受光する。偏光板５４は、１方向の直線偏光のみを透過する。

また、プリズム部５０ｂは、Ｐ偏光を透過しＳ偏光を反射する偏光ビームスプリッタ５５と、λ／４板５６，５７と、平面ミラー５８と、直角反射プリズム５９からなる。

このような構成において、レーザ光源５２からの光束は、偏光ビームスプリッタ５５でＰ偏光が透過し、Ｓ偏光が反射する。偏光ビームスプリッタ５５で反射した光束は測定光束となり、透過した光束は参照光束となる。

偏光ビームスプリッタ５５で反射した測定光束は、λ／４板５６を透過して円偏光となり、平面ミラー５１で反射する。平面ミラー５１で反射した円偏光は、再度λ／４板５６を透過してＰ偏光となり、今度は偏光ビームスプリッタ５５を透過する。

一方、偏光ビームスプリッタ５５を透過した参照光束は、λ／４板５７を透過して円偏光となり、平面ミラー５８で反射する。平面ミラー５８で反射した円偏光は、再度λ／４板５７を透過してＳ偏光となり、今度は偏光ビームスプリッタ５５で反射し、上記偏光ビームスプリッタ５５を透過した測定光束と重なり合う。

こうして重なりあった測定光束と参照光束は、直角反射プリズム５９で反射し、１方向の直線偏光成分だけが偏光板５４を透過して、干渉が生じる。干渉した測定光束と参照光束は、レシーバ５３で受光される。レシーバ５３では、測定光束と参照光束の位相差の変動が、干渉信号により検出される。レシーバ５３で受光された干渉信号は、図示しない演算部に入力されて測長値に換算され、測長値を出力する。

ここで、参照光束の光路長は常に一定である。これに対して、測定光束の光路長は、平面ミラー５１の変位に伴って変化する。よって、レーザ測長器５０は、測長軸５０ｃ上の平面ミラー５１の移動量を測長する。

なお、Ｚレーザ測長器１０及びＸレーザ測長器１１は、図２に示すシングルパスの干渉計の構成に限定されるものではない。基準ミラー１２，１３に対する移動量を測長できればよく、例えばダブルパスの干渉計でもよい。

また、Ｚステージ８とＸステージ９は、例えば、静圧空気軸受やリニアガイドなどからなるガイドと、ボールねじとステッピングモータの組み合わせやリニアモータなどからなる駆動手段から構成されている。

θステージ１４は、例えば、静圧空気軸受とモータから構成されている。

また、被測定物２２は、非球面レンズである。しかし、被測定物２２は非球面レンズに限定されるものではない。例えば、被測定物２２が、球面レンズやレンズ金型などの回転軸対称形状ならば全く同様の効果が生じるし、自由曲面やその金型等でも３次元形状測定は可能である。

［作用］
次に、この３次元形状測定機１の作用について説明する。

まず、被測定物２２は、当該被測定物２２の光軸とθステージ１４の回転軸とを略一致させて、θステージ１４に固定される。次に、Ｘステージ９を駆動して、プローブ２の中心軸とθステージ１４の回転軸とを略一致させる。そして、Ｚステージ８を駆動して、先端球３を被測定物２２に接触させる。なお、これらの設定動作は、ステージ制御部１７が行っても良いし、操作者が手作業で行っても良い。

ここで、ステージ制御部１７がθステージ１４を回転させると、被測定物２２が回転する。そして、ステージ制御部１７が更に所定量Ｘステージ９を駆動すると、Ｚステージ８と静圧空気軸受４とプローブ２とが一体にＸ軸方向に移動する。このとき、被測定物２２の回転もしくはプローブ２のＸ軸方向の移動により、プローブ２の位置における被測定物２２の形状（Ｚ軸方向の高さ）が変化する。そして、被測定物２２の形状に応じて板ばね５がたわんで、プローブ２が静圧空気軸受４に対してＺ軸方向に移動する。これと同時に、マイクロリニアスケール７のスケール部７ａが読み取り部７ｂに対して変位し、読み取り部７ｂが変位を測長する。而して、ステージ制御部１７が、このマイクロリニアスケール７の測長値に応じて、プローブ２の静圧空気軸受４に対する位置が常に一定（即ち、板ばね５のたわみが一定）になるように、Ｚステージ８を駆動する。このようにして、被測定物２２の形状に沿ってプローブ２を走査する。

このとき、Ｚレーザ測長器１０の測長部１０ａから射出した光束は、Ｘステージ９に固定された直角反射プリズム１９で反射し、更に、プローブ２に固定された直角反射プリズム２０で反射して、プリズム部１０ｂに入射する。プリズム部１０ｂに入射した光束は、当該プリズム部１０ｂの内部で、上述したように参照光束と測定光束とに分かれる。プリズム部１０ｂから射出した測定光束は、Ｚ基準ミラー１２で反射し、再度、プリズム部１０ｂに入射する。そして、プリズム部１０ｂの内部で参照光束と測定光束とが重ね合わされて、当該プリズム部１０ｂから射出する。プリズム部１０ｂから射出した光束は、直角反射プリズム２０で反射し、更に、直角反射プリズム１９で反射して、測長部１０ａに入射する。

測長部１０ａと直角反射プリズム１９との間の光路長は、Ｘステージ９の移動に伴って変化する。しかしながら、測定光束と参照光束の共通の光路であるので、この光路長の変化は、Ｚレーザ測長器１０では検出されない。また、直角反射プリズム１９と直角反射プリズム２０との間の光路長は、Ｚステージ８の移動とプローブ２の静圧空気軸受４に対する変位に伴って変化する。しかしながら、測定光束と参照光束の共通の光路であるので、この光路長の変化は、Ｚレーザ測長器１０では検出されない。更に、直角反射プリズム２０とプリズム部１０ｂとの間の光路長は、常に一定である。これに対して、プリズム部１０ｂとＺ基準ミラー１２との間は、測定光束だけの光路である。この光路長は、Ｚステージ８の移動とプローブ２の静圧空気軸受４に対する変位とに伴って変化する。この光路長の変化が、Ｚレーザ測長器１０で検出される。このように、Ｚレーザ測長器１０は、基準ミラー１２に対するプローブ２のＺ軸方向の移動量を測長する。

一方、Ｘレーザ測長器１１の測長部１１ａから射出した光束は、Ｘステージ９に固定された直角反射プリズム２１で反射し、プリズム部１１ｂに入射する。プリズム部１１ｂに入射した光束は、当該プリズム部１１ｂの内部で参照光束と測定光束とに分かれる。プリズム部１１ｂから射出した測定光束は、Ｘ基準ミラー１３で反射し、再度、プリズム部１１ｂに入射する。そして、プリズム部１１ｂの内部で参照光束と測定光束とが重ね合わされて、当該プリズム部１１ｂから射出する。プリズム部１１ｂから射出した光束は、直角反射プリズム２１で反射して、測長部１１ａに入射する。

測長部１１ａと直角反射プリズム２１との間の光路長は、Ｘステージ９の移動に伴って変化する。しかしながら、測定光束と参照光束の共通の光路であるので、この光路長の変化は、Ｘレーザ測長器１１では検出されない。また、直角反射プリズム２１とプリズム部１１ｂとの間の光路長は、Ｚステージ８の移動に伴って変化する。しかしながら、測定光束と参照光束の共通の光路であるので、この光路長の変化は、Ｘレーザ測長器１１では検出されない。これに対して、プリズム部１１ｂとＸ基準ミラー１３との間は、測定光束だけの光路である。この光路長は、Ｘステージ９の移動に伴って変化し、光路長の変化がＸレーザ測長器１１で検出される。このように、Ｘレーザ測長器１１は、Ｘ基準ミラー１３に対するプローブ２のＸ軸方向の移動量を測長する。

また、θロータリエンコーダ１５が、被測定物２２の回転角を測定する。

そして、パーソナルコンピュータ１８は、それらＺレーザ測長器１０とＸレーザ測長器１１とθロータリエンコーダ１５の測長値を、測定データとして、一定のサンプリング時間で取り込む。

ここで、Ｘレーザ測長器１１の測長値に基づく測定データであるプローブ２とθステージ１４の回転軸間のＸ軸方向の距離がＬ［ｍｍ］、θロータリエンコーダ１５の測長値に基づく測定データであるθステージ１４の回転数がＲ［ｒｏｕｎｄ／ｓｅｃ］のとき、線速度Ｖｍは、
Ｖｍ＝２Ｌ×π×Ｒ［ｍｍ／ｓｅｃ］ …（１）
となる。本実施形態においては、ステージ制御部１７は、線速度の目標値がＳｍ、線速度の許容範囲がＤｍのとき、
Ｓｍ−Ｄｍ＜Ｖｍ＜Ｓｍ＋Ｄｍ …（２）
を満たすように、θステージ１４の回転数Ｒを変更するようにしている。

即ち、プローブ２を被測定物２２の形状に沿って走査しながら、ステージ制御部１７がθステージ１４を回転させる。次に、ステージ制御部１７がＸステージ９を駆動しプローブ２を移動させて、Ｘステージ９を停止する。そして、パーソナルコンピュータ１８が測定データの取り込みを開始し、θステージ１４が１回転したら、測定データの取り込みを停止する。再度、ステージ制御部１７がＸステージ９を駆動してプローブ２を移動させて、Ｘステージ９を停止する。この動作を繰り返し行う。

ステージ制御部１７は、プローブ２を移動させる前に、プローブ２の移動後の位置とθステージ１４の回転数とから、移動後の線速度Ｖｍを上記（１）式により演算する。そして、ステージ制御部１７は、演算した移動後の線速度Ｖｍが、規定された値よりも速く（つまり、Ｖｍ＞Ｓｍ＋Ｄｍ）なるときには、θステージ１４の回転数を、Ｖｍ＞Ｓｍ−Ｄｍとなる最小の回転数Ｒへ変更し、回転速度を遅くする。

この制御を繰り返し行うことにより、図１（Ｂ）に示すような、同心円状の測定データが得られる。

なお、線速度Ｖｍの目標値Ｓｍと許容範囲Ｄｍとは、例えば、以下の方法で決定する。

まず、被測定物２２を十分に遅い線速度で走査し、３次元形状の測定をする。次に、適当に速い線速度の目標値Ｓｍと許容範囲Ｄｍとを設定し、３次元形状の測定を行う。こうして得られた２つの測定値に差が無ければ、より速い線速度の目標値Ｓｍと許容範囲Ｄｍとを設定して、再度、３次元形状の測定を行う。逆に、２つの測定値に差がある場合は、測定誤差が生じているので、より遅い線速度の目標値Ｓｍと許容範囲Ｄｍとを設定して、再度３次元形状の測定を行う。この方法により、被測定物２２に関する最適な線速度の目標値Ｓｍと許容範囲Ｄｍとを決定できる。

最適な線速度は、主には、プローブ２の追従性能によって決まる。プローブ２の追従性能としては、測定機の構成や制御方法で決定する上記の実験的な手法により、プローブ２の概略の追従性能、即ち、測定誤差が生じない線速度の目標値と許容範囲を求めることができる。よって、通常の測定時は、予め求めた値を用いて、測定を行えばよい。

しかしながら、最適な線速度は、厳密には、被測定物の形状や面粗さ等の影響も受ける。一方、例えば、同じ仕様（形状や製法等）の被測定物を大量に測定するなどの理由により、より最適な測定条件を決めたい場合がある。そこで、そのような場合には、上記の実験的な手法で、その仕様の被測定物を測定して、当該仕様の被測定物に対する線速度の目標値と許容範囲とを求めることにより、よりその被測定物に最適な測定を行える。

また、過去に測定した被測定物の仕様と、その被測定物の仕様に対する線速度の目標値と許容範囲とをデータベース化しておいてもよい。その場合、新しい仕様の被測定物を測定する際には、過去の被測定物のデータベースから、製法が同じで形状が近いものの線速度の目標値と許容範囲とを、自動的に選択するようにしてもよい。

このようにして、被測定物２２の３次元形状が測定できる。

［効果］
本実施形態の効果を説明するために、図１（Ｂ）とはθステージ１４の制御が異なる場合の測定データを図３及び図４に示す。なお、各図中のＰｍは、被測定物２２の円周方向の測定データの間隔である。測定データのサンプリング時間が一定であるので、Ｐｍは線速度の大きさに相当する。

図３は、本実施形態の測定データである図１（Ｂ）における、被測定物２２の中心部を測定している際のθステージ１４の回転数と同じで、かつθステージ１４の回転数が常に一定の場合の測定データを示している。

また、図４は、本実施形態の測定データである図１（Ｂ）における、被測定物２２の周辺部を測定している際のθステージ１４の回転数と同じで、かつθステージ１４の回転数が常に一定の場合の測定データを示している。

なお、被測定物２２の中心部とは、被測定物２２の光軸に近い部分を示し、周辺部とは、被測定物２２の外周に近い部分を示す。

まず、図１（Ｂ）に示す本実施形態の測定データと図３の測定データとを比較する。図３の場合は、本実施形態に対して、中心部においては、線速度が同等（Ｐｍ３ａ＝Ｐｍ１ａ）であるので、測定精度も同等である。一方、周辺部においては、線速度が本実施形態よりも速い（Ｐｍ３ｂ＞Ｐｍ１ｂ）。ここで、図３の場合は、周辺部における線速度が速すぎるため、プローブ２が被測定物２２の面形状に追従できなくなり、測定精度が低下する。よって、図３の場合は本実施の形態に対して、θステージ１４の回転数が高い分だけ測定時間は短いが、周辺部の測定精度が低下してしまう。従って、本実施形態は、図３の場合と比較すると、周辺部での測定精度の低下を低減でき、高精度な３次元形状測定が実現できる。

ここで、図３において、周辺部でプローブ２が追従できない問題を回避するには、θステージ１４の回転数を下げればよい。図４は、θステージ１４の回転数を下げた場合の測定データである。

次に、図１（Ｂ）に示す本実施形態の測定データと図４の測定データを比較する。図４の場合は、本実施形態に対して、周辺部においては、線速度が同等（Ｐｍ４ｂ＝Ｐｍ１ｂ）であるので、測定精度も同等である。一方、中心部においては、線速度が本実施形態よりも遅い（Ｐｍ４ａ＜Ｐｍ１ａ）。しかし、本実施形態の中心部の線速度（Ｐｍ１ａ）は、前述の許容範囲内である。従って、本実施形態の中心部における線速度は十分に遅いので、プローブ２が追従できずに測定精度が低下する問題は生じない。よって、実質的に、中心部においても、測定精度は同等である。また、図４の場合は、本実施の形態に対して、θステージ１４の回転数が低い分だけ測定時間が長くなってしまう。従って、本実施形態は、図４の場合と比較すると、測定精度が同等のままで、測定時間を短縮する３次元形状測定を実現できる。

以上のように、本実施形態では、線速度を一定範囲とする制御を行うことにより、被測定物２２の中心部と周辺部の両方で、プローブ２が被測定物２２に追従できる限界に近い線速度で、走査することができる。

ゆえに、この実施形態によれば、周辺部における測定誤差を低減し、かつ極力測定時間を短縮する３次元形状の測定が実現できる。

［変形例］
なお、本第１実施形態の各構成は、当然、各種の変形、変更が可能である。

例えば、本実施形態では、プローブ２と被測定物２２の光軸とを略一致させてから測定を行ったが、被測定物２２全体の測定データが取得できればよいので、被測定物２２の周辺部から測定を開始してもよいし、被測定物２２の任意の部分から測定を行ってもよい。

また、本実施形態では、ステージ制御部１７は、１回だけθステージ１４の回転数を変更した例を示したが、回転数の変更は何回行ってもよい。また、例えばＤｍ＝０として、常に線速度を一定とするように、制御を行ってもよい。

なお、本実施形態では、θステージ１４の回転数を下げたが、必ずしも回転数を下げる必要はなく、プローブ２とθステージ１４の回転軸間のＸ軸方向の距離に応じて、回転数を変更すればよい。例えば、被測定物２２の周辺部から中心部に向けてプローブ２を移動させた場合は、プローブ２とθステージ１４の回転軸間のＸ軸方向の距離が短くなるので、回転数を上げる。

また、静圧空気軸受４は、プローブ２をＺ軸方向に移動可能に保持できればよいので、例えば、磁気軸受、すべり軸受、等の各種ガイドに置き換えが可能である。

同様に、マイクロリニアスケール７は、プローブ２の静圧空気軸受に対する変位を検出できればよいので、レーザ測長器等の光学式変位センサや静電容量センサ、等の各種変位計に置き換えが可能である。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施の形態について説明する。

［構成］
本第２実施形態の構成も、図１（Ａ）に示した、第１実施形態に係る３次元形状測定方法の適用された３次元形状測定機１と同じ構成である。

［作用］
次に、本第２実施形態における３次元形状測定機１の作用について説明する。

本実施形態は、上記第１実施形態とは、測定データを取り込む際の、θステージ１４とＸステージ９の制御が異なるのみで、他の作用は同じである。

即ち、プローブ２とθステージ１４の回転軸との間のＸ軸方向の距離がＬ［ｍｍ］、θステージ１４の回転数がＲ［ｒｏｕｎｄ／ｓｅｃ］のとき、線速度Ｖｍは、上記（１）式のようにＶｍ＝２Ｌ×π×Ｒ［ｍｍ／ｓｅｃ］となる。ステージ制御部１７は、線速度の目標値がＳｍ、線速度の許容範囲がＤｍのとき、上記（２）式の条件、つまりＳｍ−Ｄｍ＜Ｖｍ＜Ｓｍ＋Ｄｍを満たすように、Ｒを変更するのは、上記第１実施形態と同様である。

Ｘステージ９の移動速度がＶｘのとき、半径方向（Ｘ軸方向）の測定データの間隔Ｐｘは、
Ｐｘ＝Ｖｘ／Ｒ［ｍｍ］ …（３）
である。本第２実施形態では、ステージ制御部１７は、さらに、半径方向の測定データの間隔の目標値がＳｘ、半径方向の測定データの間隔の許容範囲がＤｘのとき、
Ｓｘ−Ｄｘ＜Ｐｘ＜Ｓｘ＋Ｄｘ …（４）
を満たすように、Ｘステージ９の移動速度Ｖｘを変更する。

即ち、プローブ２を被測定物２２の形状に沿って走査しながら、ステージ制御部１７がθステージ１４を回転させる。同時に、ステージ制御部１７がＸステージ９を駆動しながら、測定データをパーソナルコンピュータ１８に取り込む。

ステージ制御部１７は、プローブ２を移動させながら、プローブ２の位置とθステージ１４の回転数とから、線速度Ｖｍと、半径方向の測定データの間隔Ｐｘとを演算する。そして、ステージ制御部１７は、演算した線速度Ｖｍが、規定された値よりも速く（つまり、Ｖｍ＞Ｓｍ＋Ｄｍ）なるときには、θステージ１４の回転数を、Ｖｍ＞Ｓｍ−Ｄｍとなる回転数Ｒへと変更し、回転速度を遅くする。このような動作は、上記第１実施形態と同様である。

それと同様に、ステージ制御部１７は、演算した上記半径方向の測定データの間隔Ｐｘが、規定された値よりも大きく（つまり、Ｐｘ＞Ｓｘ＋Ｄｘ）なるときには、Ｘステージ９の移動速度を、Ｐｘ＞Ｓｘ−Ｄｘとなる移動速度Ｖｘへと変更し、移動速度を遅くする。

以上の動作により、図５に示すような渦巻状の測定データが得られる。

なお、半径方向の測定データの間隔Ｐｘと許容範囲Ｄｘとは、例えば、以下の方法で決定する。まず、被測定物２２を十分に小さい半径方向の測定データの間隔Ｐｘで走査し、３次元形状の測定を行う。次に、適当に大きい半径方向の測定データの間隔Ｐｘと許容範囲Ｄｘとを設定し、３次元形状の測定を行う。こうして得られた２つの測定値に差が無ければ、より大きい半径方向の測定データの間隔Ｐｘと許容範囲Ｄｘとを設定して、再度、３次元形状の測定を行う。逆に、２つの測定値に差がある（即ち、大きい半径方向の測定データの間隔Ｐｘでは、測定されていない形状が存在する）場合は、測定誤差が生じている。従って、このような場合には、より小さい半径方向の測定データの間隔Ｐｘと許容範囲Ｄｘとを設定して、再度、３次元形状の測定をする。このような方法により、被測定物２２に関する最適な半径方向の測定データの間隔Ｐｘと許容範囲Ｄｘとを決定できる。

また、被測定物２２とあまり設計形状や加工条件が変わらない被測定物を測定する際には、最適な半径方向の測定データの間隔Ｐｘと許容範囲Ｄｘも大きくは変わらないと考えられる。よって、そのような被測定物を策定する際には、被測定物２２と同じ最適な半径方向の測定データの間隔Ｐｘと許容範囲Ｄｘとを用いることもできる。

このようにして、被測定物２２の３次元形状が測定できる。

［効果］
上記のような本第２実施形態によれば、以下の効果がある。

上記第１実施形態における効果の説明と同様に、本第２実施形態の効果を説明するために、図６乃至図８に、図５とはθステージ１４とＸステージ９の制御が異なる場合の測定データを示す。なお、各図中のＰｘは被測定物２２の周辺部の半径方向（Ｘ軸方向）の測定データの間隔である。

即ち、図６は、本実施形態の測定データである図５における、被測定物２２の中心部を測定している際のθステージ１４の回転数及びＸステージ９の移動速度と同じで、かつθステージ１４の回転数とＸステージ９の移動速度が常に一定の場合の測定データを示している。

また、図７は、本実施形態の測定データである図５における、被測定物２２の周辺部を測定している際のθステージ１４の回転数及びＸステージ９の移動速度と同じで、かつθステージ１４の回転数とＸステージ９の移動速度が常に一定の場合の測定データを示している。

そして、図８は、本実施形態の測定データである図５における、被測定物２２の中心部を測定している際のＸステージ９の移動速度と同じで、かつＸステージ９の移動速度が常に一定であり、θステージ１４の回転数を本実施形態と同じように制御した場合の測定データを示している。

まず、図５に示す本実施形態の測定データと図６の測定データとを比較する。図６の場合は、本実施形態に対して、中心部においては、線速度が同等（Ｐｍ６ａ＝Ｐｍ５ａ）である。また、被測定物２２の半径方向の測定データの間隔も同等（Ｐｘ６ａ＝Ｐｘ５ａ）である。従って、測定精度も同等である。一方、周辺部においては、線速度が本実施形態よりも速い（Ｐｍ６ｂ＞Ｐｍ５ｂ）。また、周辺部においては、被測定物２２の半径方向の測定データの間隔は同等（Ｐｘ６ｂ＝Ｐｘ５ｂ）である。ここで、図６の場合は、周辺部において、線速度が速すぎるため、プローブ２が被測定物２２の面形状に追従できなくなり、測定精度が低下する。よって、図６の場合は、本実施形態に対して、周辺部におけるＸステージ９の移動速度が速い分だけ測定時間は短いが、周辺部において測定精度が低下してしまう。従って、本実施形態は、図６の場合と比較すると、周辺部での測定精度の低下を低減でき、高精度な３次元形状測定が実現できる。

次に、図５に示す本実施形態の測定データと図７の測定データとを比較する。図７の 場合は、本実施形態に対して、周辺部においては、線速度が同等（Ｐｍ７ｂ＝Ｐｍ５ ｂ）である。また、被測定物２２の半径方向の測定データの間隔も同等（Ｐｘ７ｂ＝ Ｐｘ５ｂ）である。従って、周辺部の測定精度は同等である。一方、中心部において は、線速度が本実施形態よりも遅い（Ｐｍ７ａ＜Ｐｍ５ａ）。また、半径方向の測定 データの間隔は同等（Ｐｘ７ａ＝Ｐｘ５ａ）である。しかし、本実施形態の中心部の 線速度（Ｐｍ５ａ）は前述の許容範囲内である。従って、本実施形態の中心部におけ る線速度は十分に遅いので、プローブ２が追従できずに測定精度が低下する問題は生 じない。よって、実質的に、中心部において、測定精度は同等である。また、図７の 場合は、本実施形態に対して、中心部におけるＸステージ９の移動速度が遅いので、 測定時間は長くなってしまう。従って、本実施形態は、図７の場合と比較すると、測 定精度が同等で、測定時間を短縮する３次元形状測定を実現できる。

次に、図５に示す本実施形態の測定データと図８の測定データとを比較する。図８の場合は、本実施の形態に対して、中心部においては、線速度が同等（Ｐｍ８ａ＝Ｐｍ５ａ）であり、半径方向の測定データの間隔も同等（Ｐｘ８ａ＝Ｐｘ５ａ）である。よって、中心部の測定精度も同等である。一方、周辺部においては、線速度は同等（Ｐｍ８ｂ＝Ｐｍ５ｂ）であるが、半径方向の測定データの間隔は大きい（Ｐｘ８ｂ＞Ｐｘ５ｂ）。ここで、一般的に、測定データの間隔がある程度大きくなると、面の形状を表すことができなくなり、測定精度が低下する。従って、図８の場合、周辺部におけるＸステージ９の移動速度が速い分だけ測定時間は短いが、半径方向の測定データの間隔が大きすぎるため、測定精度が低下してしまう。従って、本実施形態は、図８の場合と比較すると、周辺部の測定精度の低下を低減でき、高精度な３次元形状測定が実現できる。

以上のように、本実施形態では、線速度を一定範囲とする制御を行うことにより、被測定物２２の中心部と周辺部の両方で、プローブ２が被測定物２２に追従できる限界に近い線速度で、走査することができる。さらに、半径方向の測定データの間隔を一定範囲とする制御を行うことにより、測定データの間隔が粗くなることで生じる測定誤差を低減できる。

ゆえに、この実施形態によれば、周辺部における測定誤差を低減し、かつ極力測定時間を短縮する３次元形状の測定が実現できる。

［変形例］
なお、本第２実施形態の各構成は、当然、各種の変形、変更が可能である。

例えば、本実施形態では、プローブ２と被測定物２２の光軸を略一致させてから測定を行ったが、被測定物２２全体の測定データが取得できればよいので、被測定物２２のどの部分から測定を行ってもよい。

また、本実施形態では、θステージ１４の回転数とＸステージ９の移動速度を１回だけ変更した例を示したが、変更は何回行ってもよい。また、θステージ１４の回転数とＸステージ９の移動速度の変更は必ずしも間欠的に行う必要は無い。例えば、Ｄｍ＝Ｄｓ＝０として、常に線速度と半径方向の測定データの間隔が一定となるように、実質的に無段階で回転数と移動速度の変更をする制御を行ってもよい。

なお、本実施形態では、ステージ制御部１７は、θステージ１４の回転数を下げ、Ｘステージ９の移動速度を遅く変更した。しかしながら、プローブ２とθステージ１４の回転軸間のＸ方向の距離に応じて、θステージ１４の回転数を変更すればよいのは、第１実施の形態と同様である。また、θステージ１４の回転数に応じて、Ｘステージ９の移動速度を変更すればよい。例えば、被測定物２２の周辺部から中心部に向けてプローブ２を移動する場合は、プローブ２とθステージ１４の回転軸問のＸ方向の距離が短くなるので、θステージ１４の回転数を高くする。θステージ１４の回転数を高くする場合は、Ｘステージ９の移動速度を速くする。

また、本実施形態では、θステージ１４の回転数とＸステージ９の移動速度とを同時に変更したが、必ずしも同時に変更する必要はなく、θステージ１４の回転数の変更とは別のタイミングでＸステージ９の移動速度を変化させてもよい。

θステージ１４の回転数やＸステージ９の移動速度を変更する際には、速度変化により微小な振動が生じ、測定値に測定誤差が生じる場合がある。この測定誤差が極端に大きい場合は、作業者が速度変化時の振動による測定誤差と判断できるので、測定完了後にパーソナルコンピュータ１８のソフトウエア上でデータを削除することができる。しかし、速度変化による振動が極めて微小な場合、測定誤差も微小になる。そのため、作業者が、それが実際の被測定物２２の形状なのか、速度変化時の振動による測定誤差なのかを判別できない場合がある。この課題を解決するため、θステージ１４の回転数やＸステージ９の移動速度を変更する指令信号を測長値とともにパーソナルコンピュータ１８に取り込む。そして、測定完了後に、速度変化のタイミングの前後の一定範囲の測定データをソフトウエアで削除する。これにより、速度変化時の振動による測定誤差を低減できるので、より高精度な３次元形状測定ができる。

なお、測定データを削除する範囲は、例えば以下の手順で決定する。まず、高精度に加工され、ほぼ設計形状どおりの球面とみなせる基準球を被測定物とする。形状測定時に速度変化が有る条件で、この基準球の３次元形状の測定を行う。そして、速度変化を行った部分の測定データと、基準球の設計形状との偏差を算出する。ここで、速度変化の前後における設計形状との偏差が、振動により生じた測定誤差である。よって、速度変化のタイミングの前後で、設計形状との差が生じている範囲を記録し、これを測定データを削除する範囲とし、パーソナルコンピュータ１８に記憶すればよい。

以上、実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能なことは勿論である。

（付記）
前記の具体的実施形態から、以下のような構成の発明を抽出することができる。

（１） 回転機構により被測定物をθ方向に回転させ、回転角度θを測定する工程と、
上記被測定物の形状に沿って移動するプローブを、上記回転機構の回転軸と略直交するＸ方向に移動し、所定のＸ方向の位置で保持しながら上記プローブの位置座標を測定する工程と、
上記回転機構の回転数を変更する工程と、
を有し、
該回転機構の回転数を変更する工程は、上記回転機構の回転軸と上記プローブとの間のＸ方向の距離が長いほど上記回転機構の回転数を下げる、
ことを特徴とする３次元形状測定方法。

（対応する実施形態）
この（１）に記載の３次元形状測定方法は、第１実施形態が対応する。

（作用効果）
この（１）に記載の３次元形状測定方法によれば、回転機構の回転軸とプローブとの間のＸ方向の距離が長いほど回転機構の回転数を下げるように制御することによって、被測定物の中心部と周辺部のプローブの線速度の差が小さくなる。これにより、周辺部で線速度が速くなることにより、プローブが被測定物の微小な凹凸に追従できなくなることによる測定誤差が低減できる。また、中心部と周辺部の両方で、プローブが被測定物に追従できる限界に近い線速度で、走査することができるので、測定精度を下げずに、極力、測定時間を短縮できる。

従って、この（１）に記載の３次元形状測定方法によれば、測定誤差を低減し、かつ極力測定時間が短い、３次元形状測定が実現できる。

（２） 回転機構により被測定物をθ方向に回転させ、回転角度θを測定する工程と、
上記回転機構により回転する上記被測定物の形状に沿って移動するプローブを、上記回転機構の回転軸と略直交するＸ方向に移動し、上記プローブの位置座標を測定する工程と、
上記回転機構の回転数及び上記プローブのＸ方向の移動速度を変更する工程と、
を有し、
該回転数及び移動速度を変更する工程は、上記回転機構の回転軸と上記プローブとの間のＸ方向の距離が長いほど、上記回転機構の回転数を下げると共に、上記プローブのＸ方向の移動速度を遅くする、
ことを特徴とする３次元形状測定方法。

（対応する実施形態）
この（２）に記載の３次元形状測定方法に関する実施形態は、第２実施形態が対応する。

（作用効果）
この（２）に記載の３次元形状測定方法は、回転機構の回転軸とプローブとの間のＸ方向の距離が長いほど回転機構の回転数を下げるように制御することによって、被測定物の中心部と周辺部のプローブの線速度の差が小さくなる。これにより、周辺部で線速度が速くなることにより、プローブが被測定物の微小な凹凸に追従できなくなることによる測定誤差が低減できる。また、中心部と周辺部の両方で、プローブが被測定物に追従できる限界に近い線速度で、走査することができるので、測定精度を下げずに、極力、測定時間を短縮できる。

また、回転機構の回転軸とプローブとの間のＸ方向の距離が長いほど、つまり回転機構の回転数が低いほど、プローブのＸ方向の移動速度が遅くなるように制御することによって、被測定物の中心部と周辺部の半径方向の測定データの間隔の差が小さくなる。これにより、測定データの間隔が粗くなることで生じる測定誤差を低減できる。

従って、この（２）に記載の３次元形状測定方法によれば、測定誤差を低減し、かつ極力測定時間が短い、３次元形状測定が実現できる。

（３） 上記回転機構の回転角度θ及び上記プローブの位置座標からなる上記被測定物の測定データを処理する工程を更に有し、
該測定データを処理する工程は、上記回転機構の回転数もしくは上記プローブのＸ方向の移動速度を変更したタイミングの前後の測定データを規定した範囲で削除する、
ことを特徴とする（２）に記載の３次元形状測定方法。

（対応する実施形態）
この（３）に記載の３次元形状測定方法に関する実施形態は、第２実施形態が対応する。

（作用効果）
この（３）に記載の３次元形状測定方法は、回転機構の回転数もしくはプローブのＸ方向の移動速度を変えたタイミングの前後の測定データを規定した範囲で削除することにより、速度変化により生じる微小振動による測定誤差を低減できる。

従って、この（３）に記載の３次元形状測定方法によれば、上記（２）の効果に加えて、さらに測定誤差を低減する３次元形状の測定が実現できる。

（４） 回転機構により被測定物をθ方向に回転させ、回転角度θを測定する回転角度測定手段と、
上記被測定物の形状に沿って移動するプローブを、上記回転機構の回転軸と略直交するＸ方向に移動し、所定のＸ方向の位置で保持しながら上記プローブの位置座標を測定するプローブ位置座標測定手段と、
上記回転機構の回転数を変更する回転数変更手段と、
を有し、
上記回転数変更手段は、上記回転機構の回転軸と上記プローブとの間のＸ方向の距離が長いほど上記回転機構の回転数を下げる、
ことを特徴とする３次元形状測定装置。

（対応する実施形態）
この（４）に記載の３次元形状測定装置は、第１実施形態が対応する。

（作用効果）
この（４）に記載の３次元形状測定装置によれば、回転機構の回転軸とプローブとの間のＸ方向の距離が長いほど回転機構の回転数を下げるように制御することによって、被測定物の中心部と周辺部のプローブの線速度の差が小さくなる。これにより、周辺部で線速度が速くなることにより、プローブが被測定物の微小な凹凸に追従できなくなることによる測定誤差が低減できる。また、中心部と周辺部の両方で、プローブが被測定物に追従できる限界に近い線速度で、走査することができるので、測定精度を下げずに、極力、測定時間を短縮できる。

従って、この（４）に記載の３次元形状測定装置によれば、測定誤差を低減し、かつ極力測定時間が短い、３次元形状測定が実現できる。

（５） 回転機構により被測定物をθ方向に回転させ、回転角度θを測定する回転角度測定手段と、
上記回転機構により回転する上記被測定物の形状に沿って移動するプローブを、上記回転機構の回転軸と略直交するＸ方向に移動し、上記プローブの位置座標を測定するプローブ位置座標測定手段と、
上記回転機構の回転数及び上記プローブのＸ方向の移動速度を変更する変更手段と、
を有し、
上記変更手段は、上記回転機構の回転軸と上記プローブとの間のＸ方向の距離が長いほど、上記回転機構の回転数を下げると共に、上記プローブのＸ方向の移動速度を遅くする、
ことを特徴とする３次元形状測定装置。

（対応する実施形態）
この（５）に記載の３次元形状測定装置に関する実施形態は、第２実施形態が対応する。

（作用効果）
この（５）に記載の３次元形状測定装置は、回転機構の回転軸とプローブとの間のＸ方向の距離が長いほど回転機構の回転数を下げるように制御することによって、被測定物の中心部と周辺部のプローブの線速度の差が小さくなる。これにより、周辺部で線速度が速くなることにより、プローブが被測定物の微小な凹凸に追従できなくなることによる測定誤差が低減できる。また、中心部と周辺部の両方で、プローブが被測定物に追従できる限界に近い線速度で、走査することができるので、測定精度を下げずに、極力、測定時間を短縮できる。

また、回転機構の回転軸とプローブとの間のＸ方向の距離が長いほど、つまり回転機構の回転数が低いほど、プローブのＸ方向の移動速度が遅くなるように制御することによって、被測定物の中心部と周辺部の半径方向の測定データの間隔の差が小さくなる。これにより、測定データの間隔が粗くなることで生じる測定誤差を低減できる。

従って、この（５）に記載の３次元形状測定装置によれば、測定誤差を低減し、かつ極力測定時間が短い、３次元形状測定が実現できる。

（Ａ）は本発明の第１実施形態に係る３次元形状測定方法の適用された３次元形状測定機の構成を示す図であり、（Ｂ）は（Ａ）の３次元形状測定機によって取得された測定データを示す図である。 Ｚレーザ測長器及びＸレーザ測長器としてのレーザ測長器の構成を示す図である。 図１（Ｂ）における被測定物の中心部を測定している際のθステージの回転数と同じで且つθステージの回転数が常に一定の場合の測定データを示す図である。 図１（Ｂ）における被測定物の周辺部を測定している際のθステージの回転数と同じで且つθステージの回転数が常に一定の場合の測定データを示す図である。 本発明の第２実施形態に係る３次元形状測定方法の適用された３次元形状測定機によって取得された測定データを示す図である。 図５における被測定物の中心部を測定している際のθステージの回転数及びＸステージの移動速度と同じで且つθステージの回転数とＸステージの移動速度が常に一定の場合の測定データを示す図である。 図５における被測定物の周辺部を測定している際のθステージの回転数及びＸステージの移動速度と同じで且つθステージの回転数とＸステージの移動速度が常に一定の場合の測定データを示す図である。 図５における被測定物の中心部を測定している際のＸステージの移動速度と同じで且つＸステージの移動速度が常に一定であり、θステージの回転数を図５の場合と同様に制御した場合の測定データを示す図である。 Ｒθ走査方式の３次元形状測定機の基本構成を概略的に示す図である。 図９の３次元形状測定機によって取得された測定データを示す図である。 別の測定データを取得方法により図９の３次元形状測定機によって取得された測定データを示す図である。 θステージの回転数を下げた場合の測定データを示す図である。

符号の説明

１…３次元形状測定機、 ２…プローブ、 ３…先端球、 ４…静圧空気軸受、 ５…板ばね、 ６…板ばね保持部、 ７…マイクロリニアスケール、 ７ａ…スケール部、 ７ｂ…読み取り部、 ８…Ｚステージ、 ９…Ｘステージ、 １０…Ｚレーザ測長器、 １０ａ，１１ａ，５０ａ…測長部、 １０ｂ，１１ｂ，５０ｂ…プリズム部、 １１…Ｘレーザ測長器、 １２…Ｚ基準ミラー、 １３…Ｘ基準ミラー、 １４…θステージ、 １５…θロータリエンコーダ、 １６…フレーム、 １７…ステージ制御部、 １８…パーソナルコンピュータ、 １９，２０，２１，５９…直角反射プリズム、 ２２…被測定物、 ５０…レーザ測長器、 ５０ｃ…測長軸、 ５１，５８…平面ミラー、 ５２…レーザ光源、 ５３…レシーバ、 ５４…偏光板、 ５５…偏光ビームスプリッタ、 ５６，５７…λ／４板。

Claims (4)

1. 回転機構により被測定物をθ方向に回転させ、回転角度θを測定する工程と、
   前記回転機構により回転する前記被測定物の形状に沿って移動するプローブを、前記回転機構の回転軸と略直交するＸ方向に移動し、前記プローブの位置座標を測定する工程と、
   前記回転機構の回転軸と前記プローブとの間のＸ方向の距離が長いほど、前記回転機構の回転数を下げると共に、前記プローブのＸ方向の移動速度を遅くすることにより、前記回転機構の回転数及び前記プローブのＸ方向の移動速度を変更する工程と、
   前記プローブの位置座標から得られる前記被測定物の測定データと、前記回転機構の回転数及び前記プローブのＸ方向の移動速度の少なくとも一方を変更する指示信号と、を取得する工程と、
   取得した前記指示信号に基づいて、前記回転数及び前記移動速度の少なくとも一方を変更したタイミングの前後の前記被測定物の測定データを規定した範囲で削除する工程と、
   を備えることを特徴とする３次元形状測定方法。
2. 前記削除する工程は、
   設計形状どおりの球面とみなせる基準球の３次元形状を測定する工程と、
   前記指示信号に基づいて、前記回転数及び前記移動速度の少なくとも一方を変更したタイミングの前後における前記基準球の測定データと前記基準球の設計形状との偏差を算出する工程と、
   前記偏差が生じている範囲を前記被測定物の測定データを削除する範囲として記憶する工程と、
   記憶した前記範囲で前記被測定物の測定データを削除する工程と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の３次元形状測定方法。
3. 被測定物の形状に沿って移動するプローブと、
   前記被測定物をθ方向に回転させる回転機構と、
   前記被測定物の回転角度θを測定する回転角度測定手段と、
   前記プローブを、前記回転機構の回転軸と略直交するＸ方向に移動し、前記プローブの位置座標を測定するプローブ位置座標測定手段と、
   前記回転機構の回転軸と前記プローブとの間のＸ方向の距離が長いほど、前記回転機構の回転数を下げると共に、前記プローブのＸ方向の移動速度を遅くすることにより、前記回転機構の回転数及び前記プローブのＸ方向の移動速度を変更する変更手段と、
   前記プローブの位置座標から得られる前記被測定物の測定データと、前記回転機構の回転数及び前記プローブのＸ方向の移動速度を変更する指示信号と、を取得し、前記指示信号に基づいて、前記回転数及び前記移動速度を変更したタイミングの前後の前記被測定物の測定データを規定した範囲で削除するコンピュータと、
   を備えることを特徴とする３次元形状測定装置。
4. 前記被測定物が、設計形状どおりの球面とみなせる基準球を含み、
   前記コンピュータは、前記指示信号に基づいて、前記回転機構の回転数及び前記プローブの移動速度の少なくとも一方を変更したタイミングの前後における前記基準球の測定データと前記基準球の設計形状との偏差を算出し、前記偏差が生じている範囲を前記被測定物の測定データを削除する範囲として記憶し、記憶した前記範囲で前記被測定物の測定データを削除する、
   ことを特徴とする請求項３に記載の３次元形状測定装置。

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