JP5350170B2 - 表面性状測定機 - Google Patents

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。

本発明の目的は、測定者への負担を軽減できるとともに、スタイラスと被測定物との干渉を防止でき、しかも、垂直面に形成された孔の内面の表面性状も測定可能な表面性状測定機を提供することにある。

本発明の表面性状測定機は、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、前記画像プローブは、プローブ本体と、このプローブ本体の先端に支持され前記被測定物の画像を撮像可能なプローブヘッドとを含んで構成され、前記プローブヘッドは、前記スタイラスが前記被測定物に接触した状態において前記接触式検出器と前記ステージとが相対移動する方向および前記スタイラスの変位方向に対して直交する軸を中心として旋回可能に前記プローブ本体に取り付けられ、前記相対移動機構は、前記接触式検出器を前記軸と平行な軸を中心として旋回させる旋回機構を有し、前記制御装置は、前記画像プローブによって取り込まれた前記被測定物の画像を基に測定開始位置が指定されると、前記接触式検出器のスタイラスが前記被測定物の測定開始位置に接するように、前記相対移動機構の移動軌跡を算出して記憶する移動軌跡算出手段と、この移動軌跡算出手段で求められた移動軌跡に従って前記旋回機構を含む前記相対移動機構を動作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、画像プローブによって被測定物の画像を取り込んだ後、この取り込まれた被測定物の画像を基に測定開始位置を指定すると、移動軌跡算出手段によって、接触式検出器のスタイラスが被測定物の測定開始位置に接するように、相対移動機構の移動軌跡が算出されて記憶される。こののち、測定を実行すると、移動軌跡算出手段で求められた移動軌跡に従って相対移動機構が動作される。つまり、相対移動機構が記憶された移動軌跡に従って動作され、接触式検出器のスタイラスが被測定物の測定開始位置に接触される。
従って、接触式検出器のスタイラスを被測定物の測定開始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被測定物の測定開始位置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ティングしなくてもよいから、測定者への負担を軽減できるとともに、スタイラスと被測定物との干渉を防止できる。

特に、画像プローブは、プローブ本体と、このプローブ本体の先端に支持され被測定物の画像を撮像可能なプローブヘッドとを含んで構成され、プローブヘッドは、スタイラスが被測定物に接触した状態において接触式検出器とステージとが相対移動する方向（つまり、トレース方向）およびスタイラスの変位方向に対して直交する軸を中心として旋回可能に、プローブ本体に取り付けられているから、プローブヘッドを軸を中心として旋回させて、プローブヘッドの向きをスタイラスの変位方向およびこれに対して直交する方向へ姿勢変更させることができる。
従って、プローブヘッドの向きをスタイラスの変位方向へ姿勢変更すれば、例えば、被測定物の水平面の画像を取得でき、また、プローブヘッドの向きをスタイラスの変位方向に対して直交する方向へ姿勢変更すれば、被測定物の垂直面の画像を取得できる。そのため、被測定物の垂直面に形成された孔の内面性状を測定するにも、被測定物の垂直面の画像を画像プローブで取得することにより、垂直面に形成された孔の内面にスタイラスを正確に位置させることができるから、測定者への負担を軽減できるとともに、スタイラスと被測定物との干渉を防止できる。

本発明の表面性状測定機において、前記相対移動機構は、前記ステージを水平面内の一方向へ移動させる第１移動機構と、コラムと、このコラムに上下方向へ移動可能に設けられた昇降部材と、この昇降部材を上下方向へ移動させる第２移動機構と、前記昇降部材に前記旋回機構を介して前記ステージの移動方向と平行な軸を中心として旋回可能に設けられた旋回プレートと、この旋回プレートに前記ステージの移動方向および前記昇降部材の昇降方向に対して直交する方向へ移動可能に設けられたスライド部材と、このスライド部材を移動させる第３移動機構とを備え、前記スライド部材には、前記接触式検出器および前記画像プローブが取り付けられ、前記プローブヘッドは、前記ステージの移動方向と平行な軸を中心として旋回可能に設けられている、ことが好ましい。

このような構成によれば、第１〜第３移動機構を動作させると、接触式検出器および画像プローブとステージとを三次元方向へ相対移動させることができる。しかも、接触式検出器および画像プローブは、共に、スライド部材にオフセットして取り付けられているから、接触式検出器および画像プローブ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。
特に、旋回プレートが旋回機構を介してステージの移動方向と平行な軸を中心として旋回可能に設けられているから、旋回プレートを旋回動作させることにより、接触式検出器の姿勢や画像プローブの向きを変更することができる。
従って、被測定物の傾斜面に形成された孔の内面性状を測定する場合、画像プローブの向きを被測定物の傾斜面に正対した向きに変更して、被測定物の傾斜面の画像を取得することができる。これにより取得された画像からスタイラスを接触させる位置を指定するとともに、旋回プレートを旋回動作させることにより、接触式検出器の姿勢を被測定物の傾斜面に形成された孔の傾斜と一致させると、傾斜面に形成された孔の内面にスタイラスを正確に位置させることができる。よって、傾斜面に形成された孔の内面の表面性状の測定にあたっても、測定者への負担を軽減できるとともに、スタイラスと被測定物との干渉を防止できる。

本発明の表面性状測定機において、前記画像プローブは、対物レンズと、この対物レンズの外周に配置された光源と、前記対物レンズ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センサとを含んで構成されている、ことが好ましい。
このような構成によれば、被測定物の表面画像を対物レンズを通じてＣＣＤセンサで高精度に取得できる。しかも、対物レンズの周囲に光源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。

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、前記移動軌跡算出手段は、前記オフセット量記憶手段に記憶されたオフセット量を考慮して前記接触式検出器のスタイラスが前記被測定物の測定開始位置に接するように、前記相対移動機構の移動軌跡を算出する、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、このオフセット量記憶手段に記憶されたオフセット量を考慮して、接触式検出器のスタイラスが被測定物の測定開始位置に接触されるから、画像プローブで取得した画像を基に、接触式検出器のスタイラスを被測定物の測定開始位置に正確に接触させることができる。

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。 被測定物の例を示す斜視図。 同上表面性状測定機を用いて、垂直壁の孔を測定する様子を示す図。 同上表面性状測定機を用いて、傾斜壁の孔を測定する様子を示す図。 同上表面性状測定機を用いて、水平壁の孔を測定する様子を示す図。

＜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、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の先端にスタイラス２４が被測定物に接触した状態において接触式検出器２０とステージ１０とが相対移動する方向（Ｘ軸方向）およびスタイラス２４の変位方向（Ｚ軸方向：上下方向）に対して直交する軸（Ｙ軸）を中心として旋回可能に支持されたプローブヘッド３３と、このプローブヘッド３３を旋回動作させるモータなどのヘッド首振機構３４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ＯＦｚ、ＯＦｙを記憶したオフセット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３０によって取り込まれた被測定物の画像を基に測定開始位置が指定されると、接触式検出器２０のスタイラス２４が被測定物の測定開始位置に接するように、相対移動機構４０の移動軌跡を算出して記憶する移動軌跡算出手段と、この移動軌跡算出手段で求められた移動軌跡に従って相対移動機構４０を動作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備える。

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以下の位置をエッジとして検出する方法でもよい。

＜測定方法の説明（図６〜図９参照）＞
例えば、図６に示す被測定物６０を測定する例について説明する。
被測定物６０は、水平壁６１と、この水平壁６１の一端に直角に立設された垂直壁６２と、これらの水平壁６１と垂直壁６２との間に傾斜状に形成された傾斜壁６３とを有する形状である。傾斜壁６３を挟んだ垂直壁６２の両側には４つの孔６２Ａ〜６２Ｄが形成され、水平壁６１の両側には２つの孔６１Ａ，６１Ｂが形成されている。傾斜壁６３の中央位置には、１つの孔６３Ａが傾斜壁６３に対して直角に形成されている。

（垂直壁６２の孔６２Ａ〜６２Ｄを形状測定する例）
まず、図７（Ａ）に示すように、入力装置５１からの指令で、画像プローブ３０のプローブヘッド３３を水平な姿勢に保持し、この状態において、画像プローブ３０によって被測定物６０の垂直壁６２の画像を取得する。すると、被測定物６０の垂直壁６２の画像データがデータ記憶部５６に格納されたのち、表示装置５２に表示される。

ここで、表示装置５２に表示された垂直壁６２の画像を基に、入力装置５１から測定開始位置（接触式検出器２０のスタイラス２４を最初に接触させる位置）を指定すると、例えば、孔６２Ａの下側内周面を指定すると、制御装置５０は、オフセット量記憶部５５に記憶されたオフセット量ＯＦｚ、ＯＦｙを考慮して、接触式検出器２０のスタイラス２４が被測定物６０の孔６２Ａの下側内周面に接するように、相対移動機構４０の移動軌跡を算出してプログラム記憶部５４に記憶する。
その後、測定開始指令が出されると、プログラム記憶部５４に記憶された移動軌跡に従って相対移動機構４０を動作させる。つまり、図７（Ｂ）に示すように、指定した位置（孔６２Ａの下側内周面）に接触式検出器２０のスタイラス２４が接触するように、相対移動機構４０を動作させる。

接触式検出器２０のスタイラス２４が孔６２Ａの下側内周面位置にセットされると、制御装置５０は、Ｘ軸駆動機構４８を動作させる。すると、接触式検出器２０のスタイラス２４が指定された位置からＸ軸方向へ移動される。これにより、スタイラス２４が接触している被測定物６０の表面粗さに応じてスタイラス２４が上下に変位され、その変位量が検出部２６で検出される結果、この変位量とＸ軸方向への移動量とから、被測定物６０の孔６２Ａの表面粗さが測定される。

（傾斜壁６３の孔６３Ａを形状測定する例）
まず、図８（Ａ）に示すように、入力装置５１からの指令で、画像プローブ３０のプローブヘッド３３を回転させ、プローブヘッド３３が傾斜壁６３に対して対向する姿勢に保持した状態において、画像プローブ３０によって被測定物６０の傾斜壁６３の画像を取得する。すると、被測定物６０の傾斜壁６３の画像データがデータ記憶部５６に格納されたのち、表示装置５２に表示される。

ここで、表示装置５２に表示された傾斜壁６３の画像を基に、入力装置５１から測定開始位置を指定すると、例えば、孔６３Ａの下側内周面位置を指定すると、制御装置５０は、オフセット量記憶部５５に記憶されたオフセット量ＯＦｚ、ＯＦｙを考慮して、接触式検出器２０のスタイラス２４が被測定物６０の孔６３Ａの下側内周面に接するように、相対移動機構４０の移動軌跡を算出してプログラム記憶部５４に記憶する。
その後、測定開始指令が出されると、プログラム記憶部５４に記憶された移動軌跡に従って相対移動機構４０を動作させる。つまり、図８（Ｂ）に示すように、旋回機構４５を回転させてＸ軸駆動機構４８を傾斜させ、孔６３Ａの傾斜とＸ軸駆動機構４８の移動方向とを一致させる。この後、相対移動機構４０を動作させ、指定した孔６３Ａの下側内周面に接触式検出器２０のスタイラス２４を接触させる。

接触式検出器２０のスタイラス２４が指定された位置にセットされると、制御装置５０は、Ｘ軸駆動機構４８を動作させる。すると、接触式検出器２０のスタイラス２４が指定された位置から孔６３Ａの軸方向へ移動される。これにより、スタイラス２４が接触している被測定物６０の表面粗さに応じてスタイラス２４が上下に変位され、その変位量が検出部２６で検出される結果、この変位量と軸方向への移動量とから、被測定物６０の孔６３Ａの表面粗さが測定される。

（水平壁６１の孔６１Ａ，６１Ｂを画像測定する例）
まず、図９に示すように、入力装置５１からの指令で、画像プローブ３０のプローブヘッド３３を回転させ、プローブヘッド３３が下向きの姿勢に保持した状態において、画像プローブ３０によって被測定物６０の水平壁６１の画像を取得すると、被測定物６０の水平壁６１の画像データがデータ記憶部５６に格納されたのち、表示装置５２に表示される。
ここで、制御装置５０は、データ記憶部５６に格納された被測定物６０の水平壁６１の画像を、画像処理して、孔６１Ａ，６１Ｂの形状や大きさなどを測定する。

＜実施形態の効果＞
本実施形態によれば、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とを備えたので、画像プローブ３０によって被測定物の画像を取り込んだのち、この取り込んだ画像を基に、接触式検出器２０のスタイラス２４を被測定物の測定箇所に自動的に接触させるようにしたので、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ティングしなくてもよいから、測定者への負担を軽減できるとともに、スタイラス２４と被測定物との干渉を防止できる。

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ＯＦｚ、ＯＦｙはオフセット量記憶部５５に記憶され、このオフセット量記憶部５５に記憶されたオフセット量を考慮して、接触式検出器２０のスタイラス２４が被測定物の測定開始位置に接触するように、相対移動機構４０の移動軌跡が算出され、この移動軌跡に従って相対移動機構４０が動作されるから、接触式検出器２０のスタイラス２４を被測定物の測定開始位置に正確に接触させることができる。

また、画像プローブ３０を備えたので、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、画像プローブ３０は、Ｘスライダ４７に接触式検出器２０とともに一体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Ｙ軸と平行な軸を中心として旋回可能に支持されたプローブヘッド３３と、このプローブヘッド３３を旋回動作させるモータなどのヘッド首振機構３４とを有する構成であるから、ヘッド首振機構３４によってプローブヘッド３３の向きを下向きから水平向きへ変更できる。
そのため、被測定物の水平面に限らず、垂直面や任意の傾斜面の画像を取得することができ、これらの面に設けられた孔や突起などの形状を接触式検出器２０によって測定することができる。

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＞
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。
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が被測定物に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、
３２…プローブ本体、
３３…プローブヘッド、
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）
６０…被測定物。

Claims (4)

1. 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、
   前記画像プローブは、プローブ本体と、このプローブ本体の先端に支持され前記被測定物の画像を撮像可能なプローブヘッドとを含んで構成され、
   前記プローブヘッドは、前記スタイラスが前記被測定物に接触した状態において前記接触式検出器と前記ステージとが相対移動する方向および前記スタイラスの変位方向に対して直交する軸を中心として旋回可能に前記プローブ本体に取り付けられ、
   前記相対移動機構は、前記接触式検出器を前記軸と平行な軸を中心として旋回させる旋回機構を有し、
   前記制御装置は、前記画像プローブによって取り込まれた前記被測定物の画像を基に測定開始位置が指定されると、前記接触式検出器のスタイラスが前記被測定物の測定開始位置に接するように、前記相対移動機構の移動軌跡を算出して記憶する移動軌跡算出手段と、この移動軌跡算出手段で求められた移動軌跡に従って前記旋回機構を含む前記相対移動機構を動作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、
   前記相対移動機構は、前記ステージを水平面内の一方向へ移動させる第１移動機構と、コラムと、このコラムに上下方向へ移動可能に設けられた昇降部材と、この昇降部材を上下方向へ移動させる第２移動機構と、前記昇降部材に前記旋回機構を介して前記ステージの移動方向と平行な軸を中心として旋回可能に設けられた旋回プレートと、この旋回プレートに前記ステージの移動方向および前記昇降部材の昇降方向に対して直交する方向へ移動可能に設けられたスライド部材と、このスライド部材を移動させる第３移動機構とを備え、
   前記スライド部材には、前記接触式検出器および前記画像プローブが取り付けられ、
   前記プローブヘッドは、前記ステージの移動方向と平行な軸を中心として旋回可能に設けられている、
   ことを特徴とする表面性状測定機。
3. 請求項１または請求項２に記載の表面性状測定機において、
   前記画像プローブは、対物レンズと、この対物レンズの外周に配置された光源と、前記対物レンズを透過した前記被測定物からの反射光を受光し前記被測定物の画像を撮像するＣＣＤセンサ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。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか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、
   前記移動軌跡算出手段は、前記オフセット量記憶手段に記憶されたオフセット量を考慮して前記接触式検出器のスタイラスが前記被測定物の測定開始位置に接するように、前記相対移動機構の移動軌跡を求める、ことを特徴とする表面性状測定機。

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