JP3486546B2 - ３次元形状測定装置及び方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レンズや鏡などの
曲面形状を精密に、例えば１マイクロメートル以下の誤
差で測定する３次元形状測定装置及び方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】３次元形状測定装置としては、本願出願
人が既に提案している特願平８−１７２２７６号（図１
６に構成図を示す）に示されているように、装置全体の
ベースとなるベッド１６が３つの除振台１５ａ，１５
ｂ，１５ｃにより３ヶ所で支持されて構成されているも
のがある。ベッド１６はベース定盤を支持するための支
持面４４を有し、この支持面上の３ヶ所においてベース
定盤１を支持する。その３ヶ所において、第１の支持点
は円錐状のくぼみ４５で球４７ａを挟んだ構造、第２の
支持点は稜線が第１の支持点の方向を向いている三角錐
状の窪み４６で球４７ｂを挟んだ構造、第３の支持点は
平面で球４７ｃを挟んだ構造とする。このようにする
と、ベッド１６が変形してもベース定盤１が変形するの
を防ぐことができる。

【０００３】また、ベース定盤１の上に３つの柱で基準
鏡保持フレーム３２を保持するが、これも３点で行な
う。そして、上記と同様の３点の支持を行う。

【０００４】接触式のプローブ２８がＸ，Ｙ，Ｚスライ
ド２，３，４によって３方向に移動可能に設けられてい
る。形状の測定はプローブ２８をワークに接触させ、接
触状態を保ったままワーク面上をトレースし、その時の
プローブ位置を、プローブ近傍に設けられたレーザー測
長器で測定する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
例では、ワークの片面しか測定することができない。そ
のため、レンズなど、表面と裏面をもつワークの場合、
まず、表面の形状を測定し、次にワークを裏返してセッ
トしなおし、裏面を測定するという手順が必要であっ
た。この場合、ワークを裏返す時に、必ずセット誤差、
すなわち、ワークを形状測定装置にセットするときの姿
勢誤差が生じるため、表面と裏面との相対位置は精密に
測定できない。

【０００６】さらに、ワークを裏返すと、重力の向き
が、表面の測定時と裏面の測定時で異なるため、重力に
よる変形の影響が測定結果に影響する。言い換えると、
レンズの場合に特に重要な厚みの測定に、重力による変
形が誤差として影響するということである。

【０００７】さらに、ワークを裏返して、表面と裏面と
を２回測定する必要があるため、片面の測定に対して測
定時間が２倍かかる。

【０００８】また、縦型の半導体露光装置など、鏡筒を
立てておく光学系に用いるレンズを測定する場合、ワー
クを使用するのと同じ姿勢で測定することは、重力によ
る変形を考えると重要なことである。しかし、上述した
測定装置では決められた片方向からしか形状が測定でき
ないので、それができない。場合によっては、既に言及
したように、測定する時と、レンズを使用する時で重力
の方向が反対になってしまうことがある。

【０００９】したがって、本発明は上述した課題に鑑み
てなされたものであり、その目的は、被測定物の異なる
部分の表面形状を同時に測定することができる３次元形
状測定装置及び方法を提供することである。

【００１０】また、本発明の他の目的は、重力による被
測定物の変形の影響を小さくすることができる３次元形
状測定装置及び方法を提供することである。

【００１１】また、本発明のさらに他の目的は、測定基
準の機械的強度を向上させることができる３次元形状測
定装置及び方法を提供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決し、
目的を達成するために、本発明に係わる３次元形状測定
装置は、互いに対向して配置された２組のプローブと、
該２組のプローブを、夫々独立に３次元的に移動させる
ための２組の移動手段であって、Ｘ軸方向に移動可能な
Ｘ軸スライドと、該Ｘ軸スライド上に配置され、前記Ｘ
軸と直交するＹ軸方向に移動可能なＹ軸スライドと、該
Ｙ軸スライド上に配置され、前記Ｘ軸及びＹ軸と直交す
るＺ軸方向に移動可能で前記プローブが取り付けられた
Ｚ軸スライドと、該Ｚ軸スライドに支持された前記プロ
ーブの前記Ｚ軸スライドに対する変位が一定になるよう
に前記Ｚ軸スライドを動かす制御装置とを、夫々備える
２組の移動手段と、前記２組のプローブの夫々の位置を
測定する２組の測定手段であって、箱状部材と、該箱状
部材の内側面に配置され、前記プローブの前記Ｘ軸方向
の位置を検出するためのＸ参照ミラーと、前記箱状部材
の内側面に配置され、前記プローブの前記Ｙ軸方向の位
置を検出するためのＹ参照ミラーと、前記箱状部材の内
底面に配置され、前記プローブの前記Ｚ軸方向の位置を
検出するためのＺ参照ミラーと、前記Ｘ参照ミラーで反
射された光の干渉状態を検出する２つのＸ干渉計と、前
記Ｙ参照ミラーで反射された光の干渉状態を検出する２
つのＹ干渉計と、前記Ｚ参照ミラーで反射された光の干
渉状態を検出する１つのＺ干渉計とを、夫々備える２組
の測定手段とを具備し、前記２組のプローブを、該２組
のプローブの間に配置された被測定物の互いに対向する
面に接触させ、該被測定物の互いに対向する面の表面形
状を同時に測定することを特徴としている。

【００１３】

【００１４】

【００１５】

【００１６】また、この発明に係わる３次元形状測定装
置において、前記被測定物を載置する載置台と、該載置
台を設置するベース定盤を更に具備し、前記載置台は、
前記定盤に対して前記Ｘ方向及びＹ方向に拘束された第
１の点と、該第１の点に向かう方向と直交する方向に拘
束された第２の点と、前記Ｘ方向及びＹ方向のいずれに
も拘束されていない第３の点との３点で支持されている
ことを特徴としている。

【００１７】また、この発明に係わる３次元形状測定装
置において、前記箱状部材は、前記載置台に対して、前
記第１の点において、前記Ｘ方向及びＹ方向に拘束され
た状態で支持され、前記第２の点において、前記第１の
点に向かう方向と直交する方向に拘束された状態で支持
され、前記第３の点において、前記Ｘ方向及びＹ方向の
いずれにも拘束されていない状態で支持されていること
を特徴としている。

【００１８】また、この発明に係わる３次元形状測定装
置において、前記載置台上には、３つの球体が配置され
ており、該３つの球体の表面形状を、前記２組のプロー
ブで、夫々別の方向から測定して、夫々前記３つの球体
の中心位置を求め、求められた球体の中心位置から前記
２組のプローブの相対位置を算出し、前記２組のプロー
ブで夫々測定した被測定物の表面形状の相対関係を求め
ることを特徴としている。

【００１９】また、この発明に係わる３次元形状測定装
置において、前記２組のプローブで夫々測定する被測定
物の表面とは、光学レンズの表面と裏面であることを特
徴としている。

【００２０】また、この発明に係わる３次元形状測定装
置において、前記２組のプローブで前記被測定物の表面
形状を測定した後に、再び前記２組のプローブで、前記
３つの球体の表面形状を測定し、前記２組のプローブの
相対位置を算出し、前記被測定物の表面形状を測定する
前の算出値との平均値をとり、該平均値に基づいて前記
被測定物の表面形状の相対関係を求めることを特徴とし
ている。

【００２１】また、本発明に係わる３次元形状測定方法
は、互いに対向して配置され夫々独立に移動可能に配置
された２組のプローブにより、該２組のプローブの間に
配置された被測定物の互いに対向する面の表面形状を測
定する測定工程と、該測定工程で測定された２組のプロ
ーブによる測定値を校正する校正工程とを具備し、前記
測定工程では、前記２組のプローブは、Ｘ軸方向に移動
可能なＸ軸スライドと、該Ｘ軸スライド上に配置され、
前記Ｘ軸と直交するＹ軸方向に移動可能なＹ軸スライド
と、該Ｙ軸スライド上に配置され、前記Ｘ軸及びＹ軸と
直交するＺ軸方向に移動可能なＺ軸スライドと、該Ｚ軸
スライドに支持された前記プローブの前記Ｚ軸スライド
に対する変位が一定になるように前記Ｚ軸スライドを動
かす制御装置とにより３次元的に移動され、前記２組の
プローブの位置は、箱状部材と、該箱状部材の内側面に
配置され、前記プローブの前記Ｘ軸方向の位置を検出す
るためのＸ参照ミラーと、前記箱状部材の内側面に配置
され、前記プローブの前記Ｙ軸方向の位置を検出するた
めのＹ参照ミラーと、前記箱状部材の内底面に配置さ
れ、前記プローブの前記Ｚ軸方向の位置を検出するため
のＺ参照ミラーと、前記Ｘ参照ミラーで反射された光の
干渉状態を検出する２つのＸ干渉計と、前記Ｙ参照ミラ
ーで反射された光の干渉状態を検出する２つのＹ干渉計
と、前記Ｚ参照ミラーで反射された光の干渉状態を検出
する１つのＺ干渉計とを備える測定手段により測定され
ることを特徴としている。

【００２２】

【００２３】

【００２４】

【００２５】また、この発明に係わる３次元形状測定方
法において、前記被測定物を載置する載置台は、該載置
台を支持するための定盤に対して前記Ｘ方向及びＹ方向
に拘束された第１の点と、該第１の点に向かう方向と直
交する方向に拘束された第２の点と、前記Ｘ方向及びＹ
方向のいずれにも拘束されていない第３の点との３点で
支持されることを特徴としている。

【００２６】また、この発明に係わる３次元形状測定方
法において、前記箱状部材は、前記載置台に対して、前
記第１の点において、前記Ｘ方向及びＹ方向に拘束され
た状態で支持され、前記第２の点において、前記第１の
点に向かう方向と直交する方向に拘束された状態で支持
され、前記第３の点において、前記Ｘ方向及びＹ方向の
いずれにも拘束されていない状態で支持されることを特
徴としている。

【００２７】また、この発明に係わる３次元形状測定方
法において、前記載置台上には、３つの球体が配置され
ており、該３つの球体の表面形状を、前記２組のプロー
ブで、夫々別の方向から測定して、夫々前記３つの球体
の中心位置を求め、求められた球体の中心位置から前記
２組のプローブの相対位置を算出し、前記２組のプロー
ブで夫々測定した被測定物の表面形状の相対関係を求め
ることを特徴としている。

【００２８】また、この発明に係わる３次元形状測定方
法において、前記２組のプローブで夫々測定する被測定
物の表面とは、光学レンズの表面と裏面であることを特
徴としている。

【００２９】また、この発明に係わる３次元形状測定方
法において、前記２組のプローブで前記被測定物の表面
形状を測定した後に、再び前記２組のプローブで、前記
３つの球体の表面形状を測定し、前記２組のプローブの
相対位置を算出し、前記被測定物の表面形状を測定する
前の算出値との平均値をとり、該平均値に基づいて前記
被測定物の表面形状の相対関係を求めることを特徴とし
ている。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態に
ついて詳細に説明するのであるが、その前に、本発明の
実施形態の概要について説明しておく。

【００３１】本発明の実施形態においては、レンズの表
面と裏面の表面形状を同時に測定するとともに、表面と
裏面の相対位置を測定する。これは表面と裏面とで、同
時に測定可能な３つの球の中心位置を測定することで行
なう。

【００３２】一般に３つの点があれば、一つの座標系が
決まる。例えば、第１の点を原点とし、第１、第２、第
３の点を含む面に垂直な方向をＺ軸にとり、第１から第
２の点に向かう方向をＹ軸などとすればのこるＸ軸はお
のずと決まる。ところで、表面の測定系で測定した３つ
の球の中心位置から求まる座標系と、裏面の測定系で測
定した３つの球の中心位置から求まる座標系とは、同じ
３つの球を用いているので、本来同一であるはずであ
る。言い換えると、この２つの座標系は、同じ座標系を
表面の測定系と、裏面の測定系とで表現したことにな
る。こうして、表面の測定系と裏面の測定系との関係が
わかる。

【００３３】この手順を具体的に説明する。なお、本発
明の実施形態では面の方向に関し、レンズに注目したと
き、表面、裏面と表記し、装置に注目したとき上面、下
面などと表記する。また、記号を、｛ａ｝は３行１列の
ベクトルとし、［ａ］は行列を表すこととする。

【００３４】また、第１の球の中心位置を上側測定系で
測定した位置を｛ｐ１u｝、下側測定系で測定した位置
を｛ｐ１d｝、第２の球の中心位置を上側測定系で測定
した位置を｛ｐ２u｝、下側測定系で測定した位置を
｛ｐ２d｝、第３の球の中心位置を上側測定系で測定し
た位置を｛ｐ３u｝、下側測定系で測定した位置を｛ｐ
３d｝とする。

【００３５】まず、上側測定系について、３点から座標
系を定義する方法を示す。３つの点を含む平面に垂直な
単位方向ベクトル｛ｃu｝は次のように計算できる。

【００３６】

【数１】

【００３７】ここで、演算子ｘはベクトル外積を表す。
（１）式で、分子は３つの球の中心ではられる平面に垂
直なベクトルであり、分母はその大きさなので、結局、
｛ｃu｝は３つの点を含む平面に垂直な単位ベクトルと
なる。

【００３８】次にＹ軸の方向を第１から第２の点に向か
う方向とすることとし、これを｛ｂu｝とおくと

【００３９】

【数２】

【００４０】Ｘ軸の方向｛ａu｝は、右手系を採用して
次の式から決まる。

【００４１】

【数３】

【００４２】また、原点の位置を第１の点とする。以上
のようにして定義される座標系を次のように、４×４の
行列［Ｃｐu］で表現する。

【００４３】

【数４】

【００４４】下側の測定系についても、（１）〜（４）
式のサフィックスｕをｄに変えるだけで、同じ手順で座
標系［Ｃｐd］が定義できる。

【００４５】この２つの行列、あるいは座標系、［Ｃｐ
u］、および［Ｃｐd］は、同じ３つの球から定義される
座標系を指し示しているので、同じものである。つま
り、同じ座標系を、上側測定座標系で表現したものと、
下側測定座標系で表現したものである。言い換えると、
この２つの行列、あるいは座標系は、上下の測定座標系
の関係を表している。

【００４６】なお、図１３に各ベクトルの関係を示し、
図１４に（４）式の座標変換行列を求める手順を示す。

【００４７】次に、ワークの上下面を夫々上側測定系と
下側測定系とで測定する。その上下面の測定値と、上記
の２つの行列から、ワーク上下面の位置関係と、誤差形
状（設計形状と現実の形状との差）を計算することがで
きる。この具体的な計算は第１の実施形態で示す。

【００４８】以上のように、ワークの上下の測定座標系
の関係を、３つの球を同時に測定することによって、求
めることができる。

【００４９】（第１の実施形態）図１乃至図１０に第１
の実施形態を示す。

【００５０】図１は、第１の実施形態に係わる３次元形
状測定装置の構成を示す斜視図である。

【００５１】３つの除振台５５を設け、その上にベース
４７を載置し、ワークテーブル３を設け、ベース４７上
に３点で支持する。ここで、図２に示すように、この３
点のうち第１の点は、球５０をワークテーブル３とベー
ス４７に設けられた円錐形の窪み５１ａ，５１ｂで挟
む。第２の点は、球５２をワークテーブル３とベース４
７に設けられた、稜線が第１の点の方向を向いた三角錐
形状の窪み５３ａ，５３ｂではさむ。第３の点は球５４
をワークテーブル３とベース４７に設けられた平面では
さむ。

【００５２】この様に構成すると、第１及び第２の点間
の距離が熱膨張等により変化したとき、球５２が回転す
るのでワークテーブル３とベース４７に変形は生じな
い。また第２及び第３の点間の距離、第１及び第３の点
間の距離が変化しても球５４が回転するのでやはりワー
クテーブル３とベース４７に変形は生じない。したがっ
て、たとえベース４７が変形して３点の間の距離が変化
したとしてもワークテーブル３は変形しない。

【００５３】なお、ワークテーブル３は、ワークの位置
決めの基準となる部材であるので、温度変化による熱膨
張を極力防ぐために低熱膨張鋳鉄から形成されている。
また、上記のような３点支持によりベース４７の変形が
ワークテーブル３に伝わらない様にされているので、ベ
ース４７には多少の熱膨張が許され、したがって、ベー
ス４７には通常の鋳鉄を使用することができる。このよ
うな材料の選定を行うことにより、高価な低熱膨張鋳鉄
を多用しなくてすむため、装置のコストを低減させるこ
とができる。

【００５４】１は被測定物であるワークで、ワーク受け
台２の上にセットされる。ワーク受け台２には、上下２
方向から形状が測定できる位置に３つの位置マーク球６
０，６１，６２を設ける。このマーク球６０，６１，６
２は、上下の測定系の校正に用いるので、グレード３
（真球度５０ｎｍ）という高精度なものを使用する。

【００５５】また、ワーク受け台２は、ワークテーブル
３に設けられたガイド４８の上をスライドするようにな
っており、測定領域の中心部分Ａにワークを出し入れす
ることができる。このワークテーブル３には穴４９があ
けられており、測定領域の中心部Ａにおいて下面からも
プローブが接近できるようになっている。

【００５６】ワークテーブル３に３点で支持されるよう
に測定箱１０が設けられている。この３点の構成は既に
図２で示したように、ワークテーブル３をベース４７上
に支持した方法と同様であり、第１の点は、球５６を測
定箱１０とワークテーブル３に設けられた円錐形の窪み
ではさみ、第２の点は、球５７を測定箱１０とワークテ
ーブル３に設けられた稜線が第１の点の方向をむいた三
角錐形状の窪みではさみ、第３の点は、球５８を測定箱
１０とワークテーブル３に設けられた平面ではさむ。こ
の様に構成すると、たとえワークテーブル３が変形して
３点の間の距離が変化したとしても測定箱１０は変形し
ない。また、測定箱１０がワークテーブル３に支持され
ている３つの点は、それぞれ、ワークテーブル３がベー
ス４７に支持されている３つの点の真上に位置するよう
に設定されている。このようにすると、ワークテーブル
３は、一番上に載っている測定箱１０の重量と、ベース
からの反力を受けるが、その作用線が同一直線上となる
ため、曲げモーメントが発生しない。したがって、ワー
クテーブル３が測定箱１０の重量により曲げ変形するこ
とがなく、精度の高い支持が可能となる。

【００５７】測定箱１０は、図１、図３及び図４に示す
ように、上側と下側に２組づつの参照ミラーを備えてい
る。まず、Ｘ方向の測定の基準となるＸミラー４ｕを、
測定箱１０に固定して設けた２つの上下突き当て駒２０
ｕにのせ、上下方向を固定する。Ｘミラー突き当て駒１
８ｕを測定箱１０に固定して３ヶ所設け、まっすぐその
裏側からプランジャ１９ｕでＸミラー４ｕをＸミラー突
き当て駒１８ｕに押し当てる。

【００５８】Ｙ方向の測定の基準となるＹミラー５ｕも
同じ方法で測定箱１０に取り付ける。

【００５９】Ｚ方向の測定の基準となるＺミラー５ｕ
も、図３に示すように、３つのＺミラー突き当て駒１１
ｕを測定箱１０に固定して３ヶ所設け、まっすぐその裏
側からプランジャ１２ｕでＺミラー６ｕをＺミラー突き
当て駒１１ｕに押し当てる。いくつかの接着駒１３ｕを
Ｚミラー６ｕの裏面に接着し、接着駒１３ｕとネジ１５
ｕをばね１４でつなぎ、ネジ１５ｕを測定箱１０にネジ
止めする。ネジ１５ｕを回転させることによって、ばね
１４が接着駒１３ｕを引っ張り上げる力を調節し、最も
Ｚミラー６ｕの重力による変形が小さくなるところで、
ナット１６ｕでネジ１５ｕを固定する。このばねの引っ
張り力としては、ちょうど、Ｚミラー重量を引っ張り点
の数で割った力が、最適である。

【００６０】下側Ｘ，Ｙ，Ｚのミラーも同様であるので
説明を省略する。ただし、上記のＺミラーをつり上げる
ばね１４が圧縮ばね１７となる。

【００６１】なお、測定箱１０は、測定の基準となるミ
ラーを保持するためのものであるため、熱膨張による寸
法変化を極力抑えるように、低熱膨張鋳鉄から形成され
ている。

【００６２】一端に球をもち、他端に参照ミラーをもつ
プローブシャフト２１ｕを設け、平行板ばね２２ｕでハ
ウジング２３ｕに支持し、ハウジング２３ｕに固定した
変位計２４ｕでプローブシャフト２１ｕの変位量を測定
する。

【００６３】ハウジング２３ｕをＺ軸スライド２５ｕに
固定し、Ｚ軸スライド２５ｕに固定してＸ方向の干渉計
７ｕ、８ｕを設け、２ヶ所のＸ方向の距離Ｘ１ｕ、およ
びＸ２ｕを測定する。干渉計９ｕをＺ軸スライド２５ｕ
に固定して設け、Ｚ方向の距離Ｚｍｕを測定する。図示
してないＹ方向についても同様に距離Ｙ１ｕ，Ｙ２ｕを
測定する。この時の測定軸の配置を図５に示す。Ｌ１は
ＺミラーからＸ１ｕ，Ｙ１ｕ測定軸の高さまでの距離、
Ｌ２はＸ１ｕ，Ｙ１ｕの測定軸とＸ２ｕ，Ｙ２ｕの測定
軸の高さの差、Ｌ３はＸ２ｕ，Ｙ２ｕの測定軸の高さか
らプローブシャフト２１ｕの参照ミラーまでの距離、Ｌ
４はプローブシャフト２１ｕの参照ミラーから他端の球
中心までの距離とする。

【００６４】再び図３において、Ｚ軸２５ｕはガイド２
６ｕで上下方向にガイドされ、ボールネジ２７ｕと減速
機２８ｕ、モータ２９ｕ、エンコーダ３０ｕで上下方向
に駆動される。エンコーダ３０ｕの出力はＺｕ軸位置制
御装置４１ｕに導かれる。また、プローブシャフト２１
ｕの変位を測定している変位計２４ｕの出力はＺｕ軸針
圧制御装置４２ｕ、および総合制御装置５９に導かれ、
Ｚｕ軸位置制御装置４１ｕとＺｕ軸針圧制御装置４２ｕ
の出力はスイッチ４８ｕでいずれかを選択した後モータ
２８ｕに導かれる。スイッチ４８ｕは総合制御装置５９
で制御するシーケンスに従って制御される。

【００６５】干渉計７ｕ，８ｕ，９ｕなどで測定した、
長さＸ１ｕ，Ｘ２ｕ，Ｙ１ｕ，Ｙ２ｕ，Ｚｍｕの長さデ
ータは上側測長器データ取得装置４３ｕで取り込まれ、
総合制御装置５９に導かれる。

【００６６】以上、説明してきたＺｕ軸と同様に、下側
にもＺｄ軸を設ける。下側のプローブシャフトの支持構
造及び測定系及び駆動系の構成は、上側の構成と全く同
様であり、同図ではサフィックス”ｄ”を用いて区別し
ている。

【００６７】Ｙ軸スライド３１を、Ｙ軸ガイド３２でＹ
方向に移動可能に設け、ボールネジとモータ３３で駆動
する。その位置は総合制御装置５９からの信号を、Ｙ軸
位置制御装置４４に導き、その出力でモータ３３を駆動
することによって制御する。モータ３３はエンコーダを
有しており、Ｙ軸スライド３１の位置は常時モニターさ
れている。

【００６８】Ｘ軸スライド３４をガイド３５でＸ方向に
移動可能に設け、ボールネジ３６とモータ３７で駆動す
る。その位置は総合制御装置５９からの信号を、Ｘ軸位
置制御装置４５に導き、その出力でモータ３７を駆動す
ることによって制御する。モータ３７はエンコーダを有
しており、Ｘ軸スライド３４の位置は常時モニターされ
ている。

【００６９】Ｘ軸スライド３４にはレーザー測長器に用
いるレーザー発信器６３ａ，６３ｂ（図１を参照）が設
けられており、図示しない、折り曲げミラーや、ハーフ
ミラーを用いて、既に説明した干渉計と、測定箱１０の
近傍に設けられた波長コンペンセータ３８（図１、図３
を参照）まで、レーザー光が導かれる。

【００７０】測長器のレーザーの波長変動をモニタする
ため、波長コンペンセータ３８からの出力Ｗｖを波長コ
ンペンセータデータ取得装置４６に導き、その出力を総
合制御装置５９に導く。

【００７１】また、波長コンペンセータ付近の気圧と温
度を測定する気圧計３９と温度計４０を設け、その出力
を総合制御装置５９に導く。

【００７２】以上の構成において、図６に示すフローチ
ャートに従って総合制御装置を動かし、形状を測定す
る。

【００７３】まず、測長器に用いるレーザー波長決定手
順を行なうが、一度、この手順を行なえば次回の測定か
らは必要ない。その手順は、まず、気圧計３９、温度計
４０で測定した温度と気圧を記憶し（ステップＳ９
８）、その時の波長コンペンセータデータ取得装置をリ
セットする（ステップＳ９９）。この時のレーザーの波
長を計算式（例えばB..Edlen,"The Refractive Index o
f Air",Metrologia,Vol.2,no.2,p.71(1966)やF.E.Jone
s,"The Refractivity of Air",Journal of Researchof
the National Bureau of Standards,Vol.86,no.1,p.27
(Jan-Feb.1981).）を用いて計算する。この計算は最初
に一度だけ行なえばよい。形状測定中のレーザーの波長
変動は波長コンペンセータ３８で測定しているからであ
る。

【００７４】次に、スイッチ４８ｕ、４８ｄを操作し
て、Ｚｕ，Ｚｄ軸を位置制御にし（ステップＳ１０
０）、Ｚｕ，Ｚｄ軸をワークから最も離れる方向に移動
させる（ステップＳ１０１）。

【００７５】次に、Ｘ，Ｙ軸を初期位置に移動させる
（ステップＳ１０２）。この初期位置とは例えば測定領
域の中心位置（図１に矢印Ａで示す）である。測定者が
ワーク１をワーク受け台２にセットし（ステップＳ１０
３）、ワーク受け台２を測定中心部に移動させる（ステ
ップＳ１０４）。このあと、上下軸の位置合わせ手順を
行うが、この手順は１度行なえば、次回のワークの形状
測定の時には省略できる。

【００７６】上下軸の位置合わせ手順は、まず、第１の
マーク球６０の形状をプローブシャフト２１ｕ，２１ｄ
で測定し（ステップＳ１０５）、その中心位置｛ｐ１
u｝、｛ｐ１d｝を記憶する（ステップＳ１０６）。この
手順を図７で説明する。

【００７７】まず、最初の測定位置にＸ，Ｙ軸を移動さ
せる（ステップＳ２０１）。プローブ位置を監視しなが
らＺｕ，Ｚｄ軸をマーク球６０に接触させる（ステップ
Ｓ２０２）。この時、プローブ２１ｕ，２１ｄの変位を
測定している変位センサー２４で測定するプローブ位置
をモニタしながらＺ軸をマーク球６０に接近させ、プロ
ーブがマーク球６０に接触すると変位センサー２４の信
号が大きく変化するので、それを検知してＺ軸を停止さ
せる。

【００７８】スイッチ４８を針圧制御に切り替える（ス
テップＳ２０３）。この針圧制御系は、既に説明した変
位センサー２４の出力を一定値になるようにＺ軸のモー
タに信号を伝達するものである。プローブ２１は板ばね
２２で支持されているので変位センサー２４の出力を一
定に制御することは、この板ばね２２の変形を一定に
し、プローブの接触力を一定にすることを意味する。

【００７９】測定は１ラインごとに、往復動作させて行
なう。この動作を上からみると、例えば図８のようにな
る。次に１ラインの測定手順を示す。

【００８０】測長器データ取得装置４３および波長コン
ペンセータデータ取得装置４６に対し、一定の間隔ごと
にデータを取得するよう、測定開始信号を送る（ステッ
プＳ２０４）。Ｘ軸位置制御装置４５または、Ｙ軸位置
制御装置４４に動作開始信号を送信し、Ｘ軸、またはＹ
軸を１ライン分移動させる（ステップＳ２０５）。この
時、測長器データ取得装置４３および、波長コンペンセ
ータデータ取得装置４６は、一定の間隔ごとにデータを
取得している。Ｘ軸、またはＹ軸の移動が終了すると測
長器データ取得装置４３および、波長コンペンセータデ
ータ取得装置４６から取得したデータを総合制御装置５
９に転送し（ステップＳ２０６）、記憶する（ステップ
Ｓ２０７）。以上が１ラインの測定手順である。

【００８１】すべてのラインを測定したかどうかを確認
し（ステップＳ２０８）、もし、測定すべきラインが残
っている場合には、次のラインにＸ，Ｙ軸を移動させ
（ステップＳ２０９）、再びラインの測定を行なう。

【００８２】もし、全てのラインを測定し終えたなら
ば、スイッチ４８を位置制御に切り替え（ステップＳ２
１０）、Ｚｕ軸、Ｚｄ軸をワークから退避させる（ステ
ップＳ２１１）。

【００８３】次に、記憶したレーザー測長器のデータお
よび波長コンペンセータのデータから、座標の値を計算
する（ステップＳ２１２）。次にこの手順を示す。

【００８４】まず、（ステップＳ９９）で求めたレーザ
ー波長の初期値と波長コンペンセータのデータからレー
ザーの波長を計算し、その波長と各レーザー測長器のデ
ータから長さ、Ｘ１ｕ，Ｘ２ｕ，Ｙ１ｕ，Ｙ２ｕ，Ｚｍ
ｕおよびＸ１ｄ，Ｘ２ｄ，Ｙ１ｄ，Ｙ２ｄ，Ｚｍｄを求
める。この計算方法は例えばレーザー干渉計のカタログ
に記載されており、既知である。

【００８５】これより、プローブ先端球の位置Ｘｕ，Ｙ
ｕ，Ｚｕ，Ｘｄ，Ｙｄ，Ｚｄ（ステップＳ２１３）は図
５より、次のように計算できる。

【００８６】

【数５】

【００８７】

【００８８】

【数６】

【００８９】このように計算した位置は、参照ミラーを
基準としているため、Ｚ軸２５が移動する時に発生する
姿勢誤差に影響されない。たとえば、図５において、プ
ローブ２１の先端球を中心に干渉計を固定しているＺ軸
２５が傾いたとしても、上式の計算値は変わらない。つ
まり、先端球が動かなければ、Ｚ軸の姿勢変動があって
も上式の計算値は動かない。これを図１５を参照してＸ
軸について示す。

【００９０】今、Ｚ軸２５が先端球を中心にＹ軸周りに
θｙ回転したとする。ＺとＹ方向はθｙを微少とすると
２次以上の微少量なので変化しないと考えてよい。残る
Ｘ方向は誤差を含んだ干渉計の出力をチルダをつけて表
現すると、次の様に変化する。

【００９１】

【数７】

【００９２】このＸ１u，Ｘ２uを（５）式の右辺Ｘの項
に代入するとθｙの項がすべて消える。すなわち、θｙ
に影響されないことが示された。

【００９３】次に、先端球の中心の座標位置２１３か
ら、法線方向を計算し、プローブ球の半径だけ、法線方
向に点を移動することにより、接触点２１５を推定計算
する（ステップＳ２１４）。

【００９４】この接触点２１５、および設計形状２１９
を用い、セッティング誤差補正を行なう（ステップＳ２
１６）。今の場合、マーク球の形状を測定しているの
で、設計形状は球面である。この計算操作は、例えば最
小２乗法を用い（文献：MahitoNegishi,et al.:A high-
precision coordinate measuring system for super-sm
ooth polishing,Nanotechnology 6(1995),page 13
9.）、最も形状誤差が少なくなるように、セッティング
誤差を推定計算するものである。一般にセッティング誤
差はＸ，Ｙ，Ｚ方向の平行移動成分と、その軸周りの３
つの回転成分の、合計６つあり、４×４の座標変換行列
２１７として表現できる。この座標変換行列は、上側の
測定系と、下側の測定系と２種類あり、［Ｃｕ］，［Ｃ
ｄ］としておく。そして、セッテイング誤差を除去した
座標位置から設計形状を差し引くことにより、誤差形状
２１８が計算される。誤差形状も上側の測定系と、下側
の測定系と２種類あるので、これをＥｕ、Ｅｄとおく。

【００９５】しかし、マーク球６０の形状を測定する場
合には６種類あるセッティング誤差のうち独立なのは３
つである。そこで、その独立なセッティング誤差を、プ
ローブ先端球中心のＸ，Ｙ，Ｚ位置とする。マーク球６
０の中心位置も上側の測定系と、下側の測定系と２種類
あり、これを｛ｐ１u｝，｛ｐ１d｝と表記することと
し、記憶する（ステップＳ１０６）（図６参照）。

【００９６】同様に、第２のマーク球６１の形状を測定
し（ステップＳ１０７）、その中心位置｛ｐ２u｝，
｛ｐ２d｝を記憶する（ステップＳ１０８）。

【００９７】同様に第３のマーク球６２の形状を測定し
（ステップＳ１０９）、その中心位置｛ｐ３u｝，｛ｐ
３d｝を記憶する（ステップＳ１１０）。

【００９８】以上で、３つのマーク球の中心位置が測定
できた。まとめると第１のマーク球６０の中心位置を上
側測定系で測定した位置を｛ｐ１u｝、下側測定系で測
定した位置を｛ｐ１d｝とした。第２のマーク球６１の
中心位置を上側測定系で測定した位置を｛ｐ２u｝、下
側測定系で測定した位置を｛ｐ２d｝とした。第３のマ
ーク球６２の中心位置を上側測定系で測定した位置を
｛ｐ３u｝、下側測定系で測定した位置を｛ｐ３d｝とし
た。

【００９９】次に、これら６つの点の測定結果を用い、
式（１）〜（４）に示した方法で、上側測定座標系［Ｃ
ｐu］、および下側測定座標系［Ｃｐd］を計算する。こ
れら２つの座標系は同じ３つの球から定義される座標で
あり、それぞれ、上側と下側の測定系で表現したもので
ある。つまり、上側と下側の測定系の相対関係を示して
いる。

【０１００】次に、マーク球の形状を測定したのと同様
の方法でワークの形状を測定し（ステップＳ１１３）、
測定結果を記憶する（ステップＳ１１４）。ここで、測
定結果とはセッティング誤差［Ｃu］，［Ｃd］、および
形状誤差Ｅｕ，Ｅｄのことである。この計算操作は図７
で説明した操作と同じであるので、説明を省略する。

【０１０１】ここまでで測定された座標系の位置関係を
図９に示す。

【０１０２】次の計算操作は、下面を基準にした上面の
位置を［Ｔ］とし、これを求めることである（ステップ
Ｓ１１５）。

【０１０３】記号をまとめると、被測定物の上面の位置
と下面の位置が、上記のセッティング誤差［Ｃu］，
［Ｃd］として、すでに測定できた。また、上下それぞ
れの座標系に対し、３つの球で定義される座標系の位置
が［Ｃｐu］，［Ｃｐd］として、すでに測定できた。

【０１０４】図９の関係より、

【０１０５】

【数８】

【０１０６】ここで−１の記号は逆行列を表す。

【０１０７】こうして、下面を基準に考えたときの上面
の位置［Ｔ］１１６が求まった。

【０１０８】さらに、下面を基準に考えたときの上面の
形状誤差Ｅ１１８を計算する（ステップＳ１１７）。

【０１０９】すでに測定した形状誤差Ｅｕ１１４は上面
の位置座標で表現した位置の集合なのでその要素を｛Ｅ
ｕ｝と表すことにする。下面を基準に考えたときの上面
の誤差形状はこの｛Ｅｕ｝を下面の位置座標で表現すれ
ばいいので、次の座標変換によって求まる。

【０１１０】

【数９】

【０１１１】こうして、形状誤差も求まった。

【０１１２】以上説明してきた構成は、プローブを非接
触式のものにしても同じことである。非接触式のプロー
ブは、オートフォーカスを用いたものや、干渉を利用し
たものなどが公知技術として知られている。また、モー
タ２９ｕ，２９ｄの出力が十分大きければ、減速機２８
ｕ，２８ｄが無い構成も考えられる。

【０１１３】（第２の実施形態）図１０に第２の実施形
態を示す。第１の実施形態ではワーク受け台２に３つの
基準となるマーク球が固定されているが、この場合、測
定可能領域にこの３つの球がなければならない。したが
って、装置の測定エリアがそのぶんだけ狭くなってしま
う。

【０１１４】そこで、この第２の実施形態では、図１０
に示すように、３つのマーク球６０，６１，６２を、穴
のあいた校正原器６４に固定して設け、この校正原器６
４を用いて上下の測定座標の合わせを行なう。この原器
を用いた測定手順は次の２点を除いて、第１の実施形態
で説明した図６、図７に示した方法と同じである。

【０１１５】１）上下の位置合わせ手順を行なう前に、
校正原器６４をワーク受け台２にセットする。

【０１１６】２）上下の位置合わせ手順が終了したら、
校正原器６４をワーク受け台２から取り外し、ワークを
ワーク受け台２にセットする。

【０１１７】以上説明した方法により、上下の位置合わ
せを行なえば、３つのマーク球がワーク受け台に固定さ
れていなくても、上下の位置あわせが可能である。

【０１１８】ただし、校正原器で上下の位置をあわせた
あとワーク形状を測定し終えるまで、レーザー測長器の
原点を変化させないことが重要である。もし、変化する
と上下の座標位置も変化してしまうからである。レーザ
ー測長器の原点は、例えばレーザー光路を遮るなどする
と変化する。

【０１１９】（第３の実施形態）図１１に第３の実施形
態によるフローチャートを示す。第１の実施形態に対
し、形状測定を行う前と後で２度、３つのマーク球を用
いた上下軸の位置合わせ手順を行い、下面に対する上面
の形状を計算する方法を以下のように行う。

【０１２０】まず、第１の実施形態と同じように、測長
器用レーザー波長の決定手順を行い（ステップＳ９８、
ステップＳ９９）、レーザーの波長を決定する。

【０１２１】次に測定準備手順を行う（ステップＳ１０
０〜ステップＳ１０４）。次に第１回目の上下軸の位置
合わせ手順（ステップＳ１０５ａ〜ステップＳ１１１
ａ）を行い、その結果の２つの座標変換行列［Ｃｐ１
ｕ］，［Ｃｐ１ｄ］を測定する。

【０１２２】次にワーク形状測定手順（ステップＳ１１
３）を行い、ワークの上下両面の表面形状を測定する。
ここまでは、第１の実施形態と同じである。次に第２回
目の上下軸の位置合わせ手順（ステップＳ１０５ｂ〜ス
テップＳ１１１ｂ）を行い、その結果の２つの座標変換
行列［Ｃｐ２ｕ］，［Ｃｐ２ｄ］を測定する。次に下面
に対する上面形状の計算を次のように行う。

【０１２３】

【数１０】

【０１２４】

【０１２５】

【数１１】

【０１２６】あとは、式（７），（８）を用い、第１の
実施形態で説明したのと同様の計算を行う。

【０１２７】この第３の実施形態では次の効果が期待で
きる。 （１）３つの球を用いた上下の位置合わせ手順で生じる
再現性のない誤差が平均をとることによって緩和され
る。 （２）２回の位置合わせ手順の間の時間に生じる上下測
定系の座標軸の変動が緩和される。この変動とはたとえ
ば、測定箱の温度変化による変形が考えられる。

【０１２８】（第４の実施形態）図１２に第４の実施形
態を示す。

【０１２９】この第４の実施形態は、第２の実施形態に
比較して、４つの位置マーク球（６０，６１，６２，６
５）を、穴のあいた校正原器６４に固定して設け、この
校正原器を用いて上下の測定座標の合わせを行なう。こ
の場合、第１、第２の実施形態のときと同じ手順で、４
つのマーク球のうちの３つを用いて上下面の位置関係を
表す座標変換行列が計算できる。これにサフィックスの
１をつけて［Ｔ１］などと表す。３つの球を４つから選
ぶ組み合わせで、４種類の座標変換行列が計算できるの
で、それらにも同様にサフィックス２，３，４をつける
こととする。そして、それらを平均した行列を用いて上
下測定系の位置合わせをおこなう。つまり、

【０１３０】

【数１２】

【０１３１】このように平均をとることによって、上下
測定系の位置合わせ手順に含まれる偶然誤差が軽減され
る。

【０１３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
表面と裏面を同時に測定するので、測定時間を短縮し、
重力によるワークの変形の影響を小さくすることができ
る。さらに、縦型鏡筒の場合、使用するのと同じ姿勢で
ワーク（レンズ）の形状を測定することができる。ま
た、測定時間の短縮はレンズの製造コストを下げること
にもつながる。

【０１３３】また、重さが異なるワークでも、３点で測
定箱を固定しているために、その変形が測定箱に伝わら
ず、ワークの重量変化が測定精度に影響しない。

【０１３４】また、表面と裏面とで、同時に測定可能な
３つの球の中心位置を測定することで、表面の測定系と
裏面の測定系との関係が算出でき、表面と裏面の相対位
置を測定することが可能となる。

【０１３５】また、測定時間内に生じる上下測定座標系
の位置ずれ誤差を緩和することができる。

【０１３６】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係わる３次元形状測
定装置の構成を示す斜視図である。

【図２】３次元形状測定装置の構造部材を３点で支持す
る方法を示す図である。

【図３】第１の実施形態に係わる３次元形状測定装置の
側面図である。

【図４】参照ミラーの取り付け方法を説明する図であ
る。

【図５】レーザー測長器の配置を説明する図である。

【図６】第１の実施形態におけるメイン測定手順を示す
フローチャートである。

【図７】第１の実施形態におけるサブ測定手順を示すフ
ローチャートである。

【図８】プローブの走査軌跡を説明する図である。

【図９】座標変換を説明する図である。

【図１０】第２の実施形態を説明する図である。

【図１１】第３の実施形態の測定手順を説明する図であ
る。

【図１２】第４の実施形態を説明する図である。

【図１３】座標系を定義するベクトルを示す図である。

【図１４】座標変換行列を計算する手順を示したフロー
チャートである。

【図１５】プローブの位置がプローブの姿勢変動に影響
されないことを説明するための図である。

【図１６】本願出願人が既に提案している３次元形状測
定装置の構成を示す斜視図である。

【符号の説明】

１ ワーク ２ ワーク受け台 ３ ワークテーブル ４ Ｘミラー ５ Ｙミラー ６ Ｚミラー ７ Ｘ１測定用干渉計 ８ Ｘ２測定用干渉計 ９ Ｚｍ測定用干渉計 １０ 測定箱 １１ Ｚミラー突き当て駒 １２ プランジャ １３ 接着駒 １４ 引っ張りばね １５ ネジ １６ ナット １７ 圧縮ばね １８ Ｘミラー突き当て駒 １９ プランジャ ２０ 上下突き当て駒 ２１ プローブシャフト ２２ 平行板ばね ２３ ハウジング ２４ 変位計 ２５ Ｚ軸スライド ２６ Ｚ軸用ガイド ２７ Ｚ軸用ボールネジ ２８ 減速機 ２９ Ｚ軸モータ ３０ エンコーダ ３１ Ｙ軸スライド ３２ Ｙ軸用ガイド ３３ Ｙ軸減速機、モータ、エンコーダ ３４ Ｘ軸スライド ３５ Ｘ軸用ガイド ３６ Ｘ軸用ボールネジ ３７ Ｘ軸減速機、モータ、エンコーダ ３８ 波長コンペンセータ ３９ 気圧計 ４０ 温度計 ４１ Ｚ位置制御装置 ４２ Ｚ針圧制御装置 ４３ 測長器データ取得装置 ４４ Ｙ軸位置制御装置 ４５ Ｘ軸位置制御装置 ４６ 波長コンペンセータデータ取得装置 ４７ ベース ４８ ガイド ４９ 穴部 ５０ 第１の球 ５１ 円錐のくぼみ ５２ 第２の球 ５３ 三角錐のくぼみ ５４ 第３の球 ５５ 除振台 ５６ 第１の球 ５７ 第２の球 ５８ 第３の球 ５９ 総合制御装置 ６０ 第１の位置マーク球 ６１ 第２の位置マーク球 ６２ 第３の位置マーク球 ６３ レーザー発信器 ６４ 校正原器 ６５ 第４の位置マーク球

Claims (12)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 互いに対向して配置された２組のプロー
   ブと、 該２組のプローブを、夫々独立に３次元的に移動させる
   ための２組の移動手段であって、Ｘ軸方向に移動可能な
   Ｘ軸スライドと、該Ｘ軸スライド上に配置され、前記Ｘ
   軸と直交するＹ軸方向に移動可能なＹ軸スライドと、該
   Ｙ軸スライド上に配置され、前記Ｘ軸及びＹ軸と直交す
   るＺ軸方向に移動可能で前記プローブが取り付けられた
   Ｚ軸スライドと、該Ｚ軸スライドに支持された前記プロ
   ーブの前記Ｚ軸スライドに対する変位が一定になるよう
   に前記Ｚ軸スライドを動かす制御装置とを、夫々備える
   ２組の移動手段と、 前記２組のプローブの夫々の位置を測定する２組の測定
   手段であって、箱状部材と、該箱状部材の内側面に配置
   され、前記プローブの前記Ｘ軸方向の位置を検出するた
   めのＸ参照ミラーと、前記箱状部材の内側面に配置さ
   れ、前記プローブの前記Ｙ軸方向の位置を検出するため
   のＹ参照ミラーと、前記箱状部材の内底面に配置され、
   前記プローブの前記Ｚ軸方向の位置を検出するためのＺ
   参照ミラーと、前記Ｘ参照ミラーで反射された光の干渉
   状態を検出する２つのＸ干渉計と、前記Ｙ参照ミラーで
   反射された光の干渉状態を検出する２つのＹ干渉計と、
   前記Ｚ参照ミラーで反射された光の干渉状態を検出する
   １つのＺ干渉計とを、夫々備える２組の測定手段とを具
   備し、 前記２組のプローブを、該２組のプローブの間に配置さ
   れた被測定物の互いに対向する面に接触させ、該被測定
   物の互いに対向する面の表面形状を同時に測定すること
   を特徴とする３次元形状測定装置。
2. 【請求項２】 前記被測定物を載置する載置台と、該載
   置台を設置するベース定盤を更に具備し、前記載置台
   は、前記定盤に対して前記Ｘ方向及びＹ方向に拘束され
   た第１の点と、該第１の点に向かう方向と直交する方向
   に拘束された第２の点と、前記Ｘ方向及びＹ方向のいず
   れにも拘束されていない第３の点との３点で支持されて
   いることを特徴とする請求項１に記載の３次元形状測定
   装置。
3. 【請求項３】 前記箱状部材は、前記載置台に対して、
   前記第１の点において、前記Ｘ方向及びＹ方向に拘束さ
   れた状態で支持され、前記第２の点において、前記第１
   の点に向かう方向と直交する方向に拘束された状態で支
   持され、前記第３の点において、前記Ｘ方向及びＹ方向
   のいずれにも拘束されていない状態で支持されているこ
   とを特徴とする請求項２に記載の３次元形状測定装置。
4. 【請求項４】 前記載置台上には、３つの球体が配置さ
   れており、該３つの球体の表面形状を、前記２組のプロ
   ーブで、夫々別の方向から測定して、夫々前記３つの球
   体の中心位置を求め、求められた球体の中心位置から前
   記２組のプローブの相対位置を算出し、前記２組のプロ
   ーブで夫々測定した被測定物の表面形状の相対関係を求
   めることを特徴とする請求項２に記載の３次元形状測定
   装置。
5. 【請求項５】 前記２組のプローブで夫々測定する被測
   定物の表面とは、光学レンズの表面と裏面であることを
   特徴とする請求項４に記載の３次元形状測定装置。
6. 【請求項６】 前記２組のプローブで前記被測定物の表
   面形状を測定した後に、再び前記２組のプローブで、前
   記３つの球体の表面形状を測定し、前記２組のプローブ
   の相対位置を算出し、前記被測定物の表面形状を測定す
   る前の算出値との平均値をとり、該平均値に基づいて前
   記被測定物の表面形状の相対関係を求めることを特徴と
   する請求項４に記載の３次元形状測定装置。
7. 【請求項７】 互いに対向して配置され夫々独立に移動
   可能に配置された２組のプローブにより、該２組のプロ
   ーブの間に配置された被測定物の互いに対向する面の表
   面形状を測定する測定工程と、 該測定工程で測定された２組のプローブによる測定値を
   校正する校正工程とを具備し、 前記測定工程では、前記２組のプローブは、Ｘ軸方向に
   移動可能なＸ軸スライドと、該Ｘ軸スライド上に配置さ
   れ、前記Ｘ軸と直交するＹ軸方向に移動可能なＹ軸スラ
   イドと、該Ｙ軸スライド上に配置され、前記Ｘ軸及びＹ
   軸と直交するＺ軸方向に移動可能なＺ軸スライドと、該
   Ｚ軸スライドに支持された前記プローブの前記Ｚ軸スラ
   イドに対する変位が一定になるように前記Ｚ軸スライド
   を動かす制御装置とにより３次元的に移動され、前記２
   組のプローブの位置は、箱状部材と、該箱状部材の内側
   面に配置され、前記プローブの前記Ｘ軸方向の位置を検
   出するためのＸ参照ミラーと、前記箱状部材の内側面に
   配置され、前記プローブの前記Ｙ軸方向の位置を検出す
   るためのＹ参照ミラーと、前記箱状部材の内底面に 配置
   され、前記プローブの前記Ｚ軸方向の位置を検出するた
   めのＺ参照ミラーと、前記Ｘ参照ミラーで反射された光
   の干渉状態を検出する２つのＸ干渉計と、前記Ｙ参照ミ
   ラーで反射された光の干渉状態を検出する２つのＹ干渉
   計と、前記Ｚ参照ミラーで反射された光の干渉状態を検
   出する１つのＺ干渉計とを備える測定手段により測定さ
   れる ことを特徴とする３次元形状測定方法。
8. 【請求項８】 前記被測定物を載置する載置台は、該載
   置台を支持するための定盤に対して前記Ｘ方向及びＹ方
   向に拘束された第１の点と、該第１の点に向かう方向と
   直交する方向に拘束された第２の点と、前記Ｘ方向及び
   Ｙ方向のいずれにも拘束されていない第３の点との３点
   で支持されることを特徴とする請求項７に記載の３次元
   形状測定方法。
9. 【請求項９】 前記箱状部材は、前記載置台に対して、
   前記第１の点において、前記Ｘ方向及びＹ方向に拘束さ
   れた状態で支持され、前記第２の点において、前記第１
   の点に向かう方向と直交する方向に拘束された状態で支
   持され、前記第３の点において、前記Ｘ方向及びＹ方向
   のいずれにも拘束されていない状態で支持されることを
   特徴とする請求項８に記載の３次元形状測定方法。
10. 【請求項１０】 前記載置台上には、３つの球体が配置
    されており、該３つの球体の表面形状を、前記２組のプ
    ローブで、夫々別の方向から測定して、夫々前記３つの
    球体の中心位置を求め、求められた球体の中心位置から
    前記２組のプローブの相対位置を算出し、前記２組のプ
    ローブで夫々測定した被測定物の表面形状の相対関係を
    求めることを特徴とする請求項８に記載の３次元形状測
    定方法。
11. 【請求項１１】 前記２組のプローブで夫々測定する被
    測定物の表面とは、光学レンズの表面と裏面であること
    を特徴とする請求項１０に記載の３次元形状測定方法。
12. 【請求項１２】 前記２組のプローブで前記被測定物の
    表面形状を測定した後に、再び前記２組のプローブで、
    前記３つの球体の表面形状を測定し、前記２組のプロー
    ブの相対位置を算出し、前記被測定物の表面形状を測定
    する前の算出値との平均値をとり、該平均値に基づいて
    前記被測定物の表面形状の相対関係を求めることを特徴
    とする請求項１０に記載の３次元形状測定方法。