JP2011085405A - 表面性状測定機 - Google Patents

Abstract

【課題】接触測定結果と非接触測定結果との評価を迅速に行うことが可能な表面性状測定機を提供する。
【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、表示装置５２と、接触式検出器および画像プローブから得られる測定データおよび画像プローブで取得された画像データを記憶する記憶装置５３と、制御装置５０とを備える。制御装置は、記憶装置に記憶された接触式検出器から得られる測定データおよび画像プローブから得られる測定データを表示装置５２にて出力させるとともに、プリンタ５８にて同一用紙に出力させる。
【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。

更に、被測定物の測定箇所によっては、スタイラスによる測定では傷やコンタミ等の影響があるため、非接触による測定が望まれる場合がある。
このような場合、スタイラスによって測定可能な測定箇所（接触測定箇所）については、スタイラスを備えた表面性状測定機で測定を行い、この後、スタイラスによって測定不可能な測定箇所（非接触測定箇所）については、画像プローブを備えた表面性状測定機で測定を行う必要があった。
そのため、スタイラスによる測定結果と、画像プローブによる測定結果とを同じ画面や用紙に出力することができなかったため、測定結果の評価を迅速に行えない。

本発明の目的は、接触測定結果と非接触測定結果との評価を迅速に行うことが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、前記接触式検出器および前記画像プローブ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記憶する記憶装置と、出力装置と、制御装置とを備え、前記制御装置は、前記相対移動機構の駆動を制御する移動機構制御手段と、前記記憶装置に記憶された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から得られる測定データを前記出力装置にて出力させるデータ出力処理手段とを有する、ことを特徴とする。
ここで、出力装置とは、表示装置やプリンタなどを含む概念である。

このような構成によれば、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、被測定物の表面画像を撮像する画像プローブとを備えているので、スタイラスによって測定可能な測定箇所（接触測定箇所）については、スタイラスによって測定を行うことができ、また、スタイラスによって測定不可能な測定箇所（非接触測定箇所）については、画像プローブによって測定することができる。
この際、スタイラスを有する接触式検出器や、画像プローブから得られる測定データは記憶装置に記憶されたのち、制御装置によって、出力装置から出力させることができる。従って、スタイラスによる測定結果（接触測定結果）と画像プローブによる測定結果（非接触測定結果）とを利用した複合評価を迅速に行うことができる。
また、画像プローブによって被測定物の画像を取得し、この取得した被測定物の画像を基に測定開始位置を指定すると、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、相対移動機構を動作させることができる。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。

本発明の表面性状測定機において、前記制御装置は、画像データ貼り付け指令が与えられると、前記出力装置にて出力される前記測定データの表示領域の指定位置に、前記記憶手段に記憶された画像データを貼り付けて出力させる、ことが好ましい。
このような構成によれば、出力装置から出力される測定データの表示領域の指定位置に画像プローブで取得された被測定物（測定部位）の画像データが貼り付けられているから、測定データなどの解析にあたって、その測定データの測定部位を画像データから一目瞭然に把握でき、測定データの解析に寄与できる。

本発明の表面性状測定機において、前記出力装置は、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から得られる測定データが表示される複数の画面を選択的に表示可能な表示装置で構成され、前記制御装置は、いずれかの画面が選択されると、選択された画面を前記表示装置に表示させる表示切替手段を備える、ことが好ましい。
このような構成によれば、接触式検出器から得られる測定データおよび画像プローブから得られる測定データが表示される複数の画面を選択的に表示可能な表示装置で構成されているから、いずれかの画面を選択すると、選択された画面が表示装置に表示される。つまり、スタイラスによる測定データと画像プローブによる測定データとを、表示装置に切替表示できるから、これらの測定データが見やすい。

本発明の表面性状測定機において、前記出力装置は、プリンタを含んで構成され、前記制御装置は、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から得られる測定データを前記プリンタにて同一の用紙に印刷する、ことが好ましい。
このような構成によれば、出力装置はプリンタを含んで構成され、このプリンタから、接触式検出器から得られる測定データおよび画像プローブから得られる測定データが同一の用紙に印刷されて出力されるから、スタイラスによる測定結果（接触測定結果）と画像プローブによる測定結果（非接触測定結果）とを利用した複合評価に便利である。

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。 同上実施形態の表示装置の画面を示す図。 同上実施形態の表示装置において、スタイラス測定データ（粗さ）を表示した図。 同上実施形態の表示装置において、画像プローブ測定データ（ＸＹ断面）を表示した図。 同上実施形態の表示装置において、画像データ貼り付け例を示す図。 同上実施形態において、測定例１の被測定物を示す図。 測定例１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。 測定例１において、円形輪郭線の位置データを取得する図。 測定例１において、円の当てはめ工程を示す図。 測定例１において、画像プローブが中心位置に移動した状態の図。 測定例１において、スタイラスが中心位置に移動した状態の図。 測定例１において、プリントアウトされた測定データ等を示す図。 同上実施形態において、測定例２の被測定物を示す図。 測定例２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。 測定例２において、円形輪郭線の位置データを取得する図。 測定例２において、画像プローブが他の位置へ移動した状態の図。 測定例２において、円の当てはめ工程を示す図。 測定例２において、スタイラスが中心位置に移動した状態の図。 測定例２において、プリントアウトされた測定データ等を示す図。 同上実施形態において、測定例３の被測定物を示す図。 測定例３において、スタイラスが測定開始位置に位置する際の図。 本発明の他の実施形態に係る表面性状測定機の一部を示す斜視図。 本発明の更に他の実施形態に係る表面性状測定機の要部を示す図。

＜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、印字装置としてのプリンタ５８、記憶装置５３が接続されている。ここで、表示装置５２およびプリンタ５８は、出力装置を構成している。
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、接触式検出器２０によって得られた形状や粗さ等の測定データ、画像プローブ３０によって得られた測定データ、および、画像プローブ３０で取得した画像データのほか、測定データの解析結果が表示される。具体的には、表示装置５２は、図６に示すように、パートプログラム表示部５２Ａと、測定データ及び解析結果表示部５２Ｂとを備える。
パートプログラム表示部５２Ａには、予め登録されたパートプログラム、例えば、接触式検出器移動、スタイラス測定、画像プローブ測定、測定データ編集コマンド、解析コマンド等のパートプログラムが表示される。
測定データ及び解析結果表示部５２Ｂは、タブ５２Ｂ１，５２Ｂ２，５２Ｂ３の選択操作によって、複数の画面が選択的に表示されるように構成されている。例えば、タブ５２Ｂ２が選択されると、制御装置５０によって、スタイラス測定で得られたＸＺ断面測定データが表示される。タブ５２Ｂ３が選択されると、図７に示すように、制御装置５０によって、スタイラス測定で得られた粗さ測定データが表示される。タブ５２Ｂ１が選択されると、図８に示すように、制御装置５０によって、画像プローブ測定で得られたＸＹ断面測定データが表示される。
更に、測定データ及び解析結果表示部５２Ｂの表示領域内において、画像データ貼り付け位置が指定されると、図９に示すように、制御装置５０によって、測定データ及び解析結果表示部５２Ｂの指定位置に、画像プローブ３０で取得された画像データが貼り付けられる。

記憶装置５３には、測定プログラム（パートプログラム）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測定データ、画像データおよび解析結果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に記憶されたプログラムに従って、相対移動機構４０を動作させるとともに、接触式検出器２０や画像プローブから得られる測定データや画像データを取り込み処理する。
例えば、画像プローブ３０によって被測定物の画像が取り込まれ、この画像データの中から測定開始位置が指定されると、制御装置５０は、接触式検出器２０のスタイラス２４が測定開始位置に位置するように、相対移動機構４０を動作させる。こののち、測定開始指令が与えられると、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による測定を行わせる。
つまり、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の中から測定開始位置が指定されると、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を考慮して、接触式検出器２０のスタイラス２４が測定開始位置に位置するように、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含んで構成されている。

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。オートフォーカス機能としては、公知の検出原理を用いることができるが、例えば、ダブルピンホール法などを用いることができる。
また、画像プローブ３０による測定が指令されると、これらの機能、つまり、エッジ検出機能およびオートフォーカス機能を用いて、画像プローブ３０の被測定物の位置や形状などを測定する画像プローブ測定実行手段を備えている。

＜測定例１＞
（被測定物の説明：図１０参照）
被測定物６０Ａは、図１０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１１〜図１６参照）
（１）図１１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１２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１３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１４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１５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、円形凹状部の表面性状が測定される。
（７）最後に、スタイラスによる測定形状（ＸＺ断面形状）、被測定物の画像データ、識別情報、測定結果リスト（スタイラス測定結果および画像プローブ測定結果）をファイル出力するとともに、これらの情報を、図１６に示すようにプリントアウトする。

＜測定例２＞
（被測定物の説明：図１７参照）
被測定物は、図１７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である。
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１８〜図２３に示すようにして行う。

（測定方法の説明：図１８〜図２３参照）
（１１）図１８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１９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２０参照）、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２１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２２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。
（１７）最後に、スタイラスによる測定形状（ＸＺ断面形状）、被測定物の画像データ、識別情報、測定結果リスト（スタイラス測定結果および画像プローブ測定結果）をファイル出力するとともに、これらの情報を、図２３に示すようにプリントアウトする。

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。

＜測定例３＞
（被測定物の説明：図２４参照）
被測定物は、図２４に示すように、上面に凹凸を有する被測定物６０Ｃである。
この測定例３では、被測定物６０Ｃの上面形状の測定開始位置を画像プローブ３０で同定し、この位置にスタイラス２４を設定して測定する例である。

（測定方法の説明：図２４〜図２５参照）
（３１）図２４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６０Ｃの測定開始位置（Ｘ、Ｙ）が入る位置に移動させる。
（３２）移動後、被測定物６０Ｃの測定開始位置（Ｘ，Ｙ）に画像プローブ３０をオートフォーカス（オートフォーカス位置Ｚ）させる。
（３３）図２５に示すように、アーム２５の円弧ずれ量ΔＸおよびオートフォーカス位置ＺからのＺ方向ずれ量ΔＺを自動計算するとともに、画像プローブ３０とスタイラス２４とのオフセット量ＯＦｘ、ＯＦｙ、ＯＦｚを考慮して相対移動させ、スタイラス２４を測定開始位置（ＸＹＺ）に位置させる。
（３４）最後に、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、被測定物６０Ｃの上面形状が測定される。

＜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とを備えているので、スタイラス２４によって測定可能な測定箇所（接触測定箇所）については、スタイラス２４によって測定を行うことができ、また、スタイラス２４によって測定不可能な測定箇所（非接触測定箇所）については、画像プローブ３０によって測定することができる。

この際、スタイラス２４を有する接触式検出器２０や、画像プローブ３０から得られる測定データは記憶装置５３に記憶されたのち、制御装置５０によって、表示装置５２やプリンタ５８から出力させることができる。従って、スタイラス２４による測定結果（接触測定結果）と画像プローブ３０による測定結果（非接触測定結果）とを利用した複合評価を迅速に行うことができる。

また、画像プローブ３０によって被測定物の画像を取得し、この取得した被測定物の画像を基に測定開始位置を指定すると、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を動作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。

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、測定開始位置が指定されると、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を測定開始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を測定開始位置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２６〜図２７参照）＞
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。
画像プローブ３０の向きについては、下向きに限られない。例えば、図２６に示すように、画像プローブ３０を水平な向き（例えば、Ｘ軸方向向き）に取り付ければ、エンジンボアなどの被測定物６０Ｄの孔径測定を画像プローブ３０を用いて行うことができる。また、被測定物６０Ｄの孔側面にスタイラス２４を挿入する際に、スタイラス２４が孔の周囲に衝突するのを防止できる。

また、画像プローブ３０の向きを可変できるように構成してもよい。例えば、図２７に示すように、画像プローブ３０の向きをＸ軸を中心に回転可能に構成すれば、スタイラス２４の先端の画像を取得できる。また、測定中において、スタイラス２４の先端の動画を取得して表示装置５２に表示するようにすれば、スタイラス２４の先端を観察しながら測定できる。

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、
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，６０Ｃ，６０Ｄ…被測定物
ＯＦｘ，ＯＦｙ，ＯＦｚ…オフセット量。

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、
   前記接触式検出器および前記画像プローブ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記憶する記憶装置と、
   出力装置と、
   制御装置とを備え、
   前記制御装置は、前記相対移動機構の駆動を制御する移動機構制御手段と、前記記憶装置に記憶された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から得られる測定データを前記出力装置にて出力させるデータ出力処理手段とを有する、
   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、
   前記制御装置は、画像データ貼り付け指令が与えられると、前記出力装置にて出力される前記測定データの表示領域の指定位置に、前記記憶手段に記憶された画像データを貼り付けて出力させる、
   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、
   前記出力装置は、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から得られる測定データが表示される複数の画面を選択的に表示可能な表示装置で構成され、
   前記制御装置は、いずれかの画面が選択されると、選択された画面を前記表示装置に表示させる表示切替手段を備える、
   ことを特徴とする表面性状測定機。
4. 請求項３に記載の表面性状測定機において、
   前記出力装置は、プリンタを含んで構成され、
   前記制御装置は、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から得られる測定データを前記プリンタにて同一の用紙に印刷する、
   ことを特徴とする表面性状測定機。

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