アライメント調整機構、および測定装置
【課題】測定子の位置を一定に維持しつつ、プローブのアライメント調整が可能なアライメント調整機構、および測定装置を提供する。
【解決手段】アライメント調整機構１０は、Ｘ軸方向に沿って平行な第一、第二調整端辺を有する調整板４０と、調整板４０に設けられるプローブ固定部６０と、プローブ固定部６０に固定されるプローブ８と、Ｙ軸方向の移動が規制されるとともに、Ｘ軸方向に沿って平行な第一、第二基部端辺を有する補強板３０と、調整板４０をＹ軸方向に押圧するＹ方向調整ネジ７０と、第一調整端辺および第一基部端辺、第二調整端辺および第二基部端辺を連結する調整連結部５２１と、を具備し、プローブ８の測定子８Ｃは、初期状態で、第一調整端辺および第一基部端辺を含む第一傾斜面、および第二調整端辺および第二基部端辺を含む第二傾斜面の交線上に配置される。
【解決手段】アライメント調整機構１０は、Ｘ軸方向に沿って平行な第一、第二調整端辺を有する調整板４０と、調整板４０に設けられるプローブ固定部６０と、プローブ固定部６０に固定されるプローブ８と、Ｙ軸方向の移動が規制されるとともに、Ｘ軸方向に沿って平行な第一、第二基部端辺を有する補強板３０と、調整板４０をＹ軸方向に押圧するＹ方向調整ネジ７０と、第一調整端辺および第一基部端辺、第二調整端辺および第二基部端辺を連結する調整連結部５２１と、を具備し、プローブ８の測定子８Ｃは、初期状態で、第一調整端辺および第一基部端辺を含む第一傾斜面、および第二調整端辺および第二基部端辺を含む第二傾斜面の交線上に配置される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
プローブのアライメントを調整するアライメント調整機構、および測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、軸部の先端に測定子が設けられたプローブと、測定対象とを相対移動させながら、測定子を測定対象の測定部位に接触させて、測定子が測定対象に接触したときの座標位置から測定対象の形状を測定する測定装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
この特許文献１に記載の装置は、測定物の表面粗さを測定する非接触粗さプローブと、スタイラスを有するタッチ信号プローブと備えている。そして、スタイラスが変位するとタッチ信号発生手段によりタッチ信号が出力される構成が採られている。
【０００３】
ところで、上記のようなプローブを用いて、例えばネジ穴や深穴などの穴の周面形状や円筒度、穴深さなどを測定する場合、図１６に示すように、穴９０１の軸心に対してプローブ８の軸部８Ｂが傾斜していると、軸部８Ｂが穴９０１の周壁に接触し、検査対象物またはプローブ８が損傷するおそれがある。このような問題を解決するために、スタイラスの姿勢調整（アライメント調整）を実施する構成が考案されている。
【０００４】
図１７は、従来のプローブのアライメント調整機構を示す図である。図１８は、従来の他のプローブのアライメント調整機構を示す図である。
【０００５】
図１７に示すように、従来のアライメント調整機構は、プローブ８を保持するプローブホルダ９０２の一端部においてピン９０３が形成され、測定装置本体９０４に固定された台座部９０５の軸受け９０６により回動自在に保持されている。一方、プローブホルダ９０２の他端側には、当該プローブホルダ９０２を台座部９０５側に付勢する引張バネ９０７が設けられるとともに、押込みねじ９０８が挿通されている。そして、この押込みねじ９０８の押込み寸法に応じて、プローブホルダ９０２がピン９０３を中心として回動され、プローブ８のアライメント調整が実施される。
また、図１８に示す例は、測定装置本体９０４に固定されるゴニオステージ９０９にプローブ８を固定する構成である。具体的には、ゴニオステージ９０９は、円弧状の第一摺動面９１０Ａを有する第一ステージ９１０と、この第一ステージ９１０の第一摺動面９１０Ａに摺接可能な円弧状の第二摺動面９１１Ａを有する第二ステージ９１１とを備え、第二ステージ９１１にプローブ８が固定される。そして、第二ステージ９１１の第二摺動面９１１Ａを第一ステージ９１０の第一摺動面９１０Ａに対して摺動させることで、プローブ８のアライメント調整を実施する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−１４２１４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、プローブ８のアライメント調整を実施する際、上記図１７や図１８に示す従来の構成では、アライメント調整により測定子８Ｃの位置が大きく変位してしまう。特に、微細形状測定においては、顕微鏡によりプローブ８の測定子８Ｃの位置状態を確認しながらアライメント調整を実施する必要があるが、上記のように測定子８Ｃの位置が大きく変位すると、測定子が顕微鏡の視認可能範囲から外れてしまい、顕微鏡の位置調整をも再度行う必要があるなど、煩雑な作業が発生するという問題がある。また、図１８に示すようなゴニオステージを用いた構成では、特に数ｍｍ単位の微小形状を測定する測定装置に取り付ける場合、第二ステージ９１１の回動角度の制御や、第一および第二ステージ９１０，９１１各摺接面９１０Ａ，９１１Ａの製造が困難であるという問題がある。
【０００８】
本発明は、上記のような問題に鑑みて、測定子の位置を一定に維持しつつ、プローブのアライメント調整が可能なアライメント調整機構、および測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のアライメント調整機構は、第一方向に沿って互いに平行となる第一調整端辺および第二調整端辺を有する調整板と、前記調整板に一体に設けられるプローブ固定部と、プローブ固定部に固定され、軸部、および軸部の先端に形成される測定子を有するプローブと、測定装置本体に連結されるとともに、前記第一方向に沿って互いに平行となる第一基部端辺および第二基部端辺を有する基部と、前記調整板を、当該調整板の面方向に平行で、かつ前記第一方向に直交する第二方向に略沿って押圧する傾斜調整手段と、前記第一調整端辺および前記第一基部端辺、前記第二調整端辺および前記第二基部端辺をそれぞれ連結する調整連結部と、を具備し、前記基部は、前記第二方向に対して移動が規制された状態で前記測定装置本体に連結されており、前記測定子は、前記傾斜調整手段により前記調整板が押圧されていない状態において、前記調整板の前記第一調整端辺および前記基部の前記第一基部端辺を含む第一傾斜面、および前記調整板の前記第二調整端辺および前記基部の前記第二基部端辺を含む第二傾斜面の交線上に配置されることを特徴とする。
【００１０】
この発明では、プローブ固定部が一体的に設けられる調整板と、第二方向に沿う移動が規制された基部とを調整連結部により連結する。このようなアライメント調整機構では、基部が第二方向に対してその移動が規制されているため、傾斜調整手段により傾斜板が第二方向に沿って押圧されると、調整板の第一調整端辺および第二調整端辺は、それぞれ第一基部端辺および第二基部端辺を中心として揺動し、調整板が傾斜する。これにより、調整板に一体に設けられるプローブ固定部、およびプローブ固定部に固定されるプローブも傾斜し、アライメント調整が実施される。
この時、測定子が、第一調整端辺および第一基部端辺により形成される第一傾斜面と、第二調整端辺および第二基部端辺により形成される第二傾斜面との交線上に配置されるように、基部および調整板の位置、寸法が設定されている。このような構成では、調整板の変位による測定子の変位量を小さくすることができる。
すなわち、例えば図１７に示すような従来の構成では、測定子８Ｃはピン９０３を中心とした円弧上を移動し、図１８に示す従来の構成では、測定子８Ｃは、各摺接面９１０Ａ，９１１Ａの中心点を回転中心とした円弧上を移動するが、これらの円弧中心は測定子８Ｃから離れて位置するため、アライメント調整時の測定子８Ｃの変位量が大きくなる。これに対して、本発明では、調整板を押圧すると、第一調整端辺は第一基部端辺を中心軸として揺動し、第二調整端辺は第二基部端辺を中心軸として揺動し、調整板全体では、第一傾斜面および第二傾斜面の交線を略中心軸として揺動する。したがって、上記のように、初期状態において測定子が第一傾斜面および第二傾斜面の交線上に配置されていれば、傾斜板が揺動により傾斜した場合でも、測定子は第一傾斜面および第二傾斜面の交線近傍で僅かに移動するのみであり、従来のように大きく変位することがない。したがって、顕微鏡で測定子の位置を確認しながらプローブのアライメント調整を実施する場合でも、顕微鏡の視認可能範囲から測定子が外れるなどの不都合を防止でき、より容易にプローブのアライメント調整を実施することができる。また、調整板を第二方向に沿って押圧するだけの簡単な構成となるため、例えば図１８に示すゴニオステージのような複雑な構成や制御が不要となり、より小型のアライメント調整機構を提供することができる。
【００１１】
本発明のアライメント調整機構では、前記調整連結部は、前記第一傾斜面および前記第二傾斜面に沿って配置されることが好ましい。
本発明において、調整連結部は、第一傾斜端辺および第一基部端辺、第二傾斜端辺および第二基部端辺をそれぞれ連結するものであれば、いかなる形状に形成されていてもよいが、第一傾斜面および第二傾斜面に沿って配置されることで、より簡単な構成にでき、装置の小型化も容易となる。
【００１２】
ここで、本発明のアライメント調整機構では、前記調整連結部は、板ばねであり、前記傾斜調整手段により前記調整板が押圧されていない位置状態に前記調整板を付勢することが好ましい。
この発明では、第一傾斜面および第二傾斜面に沿って、基部および調整板を連結する板ばねが配置される。調整連結部としては、第一調整端辺および第一基部端辺間、第二調整端辺および第二基部端辺間にそれぞれ複数の線状の弾性部材で連結してもよいが、この場合、傾斜調整手段による押圧で、各弾性部材に係る応力がそれぞれ異なる場合がある。このような場合、各弾性部材での撓み寸法が異なり、傾斜調整手段により調整板を第二方向に押圧した場合でも、調整板が第一方向に対して傾斜する場合があり、アライメント調整が困難となることがある。一方、第一傾斜面および第二傾斜面に沿う板状部材により、第一調整端辺および第一基部端辺間、第二調整端辺および第二基部端辺間をそれぞれ連結した場合、傾斜調整手段による押圧力が板状の調整連結部に一様に分散され、第一方向に対して調整板が傾斜することがない。
また、調整連結部を板状部材とする構成において、第一傾斜面および第二傾斜面に硬板を配置し、この硬板と、基部および調整板の各端辺を板ばねにより連結する構成としてよいが、さらに、調整連結部を板ばねで構成することで、部品点数を削減でき、より簡単な構成にすることができる。
【００１３】
本発明のアライメント調整機構では、前記調整板を、当該調整板の面方向に平行で、かつ前記第二方向に略沿って押圧する第二傾斜調整手段を備え、前記基部は、装置本体に固定されるとともに、前記第二方向に平行となる第三基部端辺および第四基部端辺を有する基部固定部と、前記第二方向に平行となる第五基部端辺および第六基部端辺を有するとともに、前記第一基部端辺および前記第二基部端辺を有する基部揺動部と、前記第三基部端辺および前記第五基部端辺、前記第四基部端辺および前記第六基部端辺を連結する基部連結部と、を備え、前記測定子は、前記傾斜調整手段および前記第二傾斜調整手段により前記調整板が押圧されていない状態において、前記第一傾斜面および第二傾斜面の交線と、前記第三基部端辺と前記第五基部端辺とを含む第三傾斜面、および前記第四基部端辺と前記第六基部端辺とを含む第四傾斜面の交線との交点上に配置されることが好ましい。
【００１４】
この発明では、基部固定部は、装置本体に固定されるため、第一および第二方向の双方に対してその移動が規制される。また、このアライメント調整機構では、この基部固定部の第二方向に沿う第三基部端辺および第四基部端辺と、基部揺動部の第二方向に沿う第五基部端辺および第六基部端辺とが、連結されている。ここで、基部は、上述したように、第二方向への移動が規制されているため、傾斜調整手段により調整板を第二方向に沿って押圧した場合でも、基部揺動部は第二方向に移動しない。一方、第二傾斜調整手段により調整板を第一方向に沿って押圧すると、調整板に調整連結部を介して連結される基部揺動部も調整板に連動して変位する。この時、基部揺動部の第五基部端辺および第六基部端辺は、それぞれ基部固定部の第三基部端辺および第四基部端辺を中心として揺動し、基部揺動部が傾斜する。これにより、基部揺動部と連結される調整板、調整板に一体に設けられるプローブ固定部、およびプローブ固定部に固定されるプローブも傾斜し、アライメント調整が実施される。
ここで、測定子は、第一傾斜面と第二傾斜面との交線、および第三傾斜面と第四傾斜面との交線の交点上に配置されるように、基部および調整板の位置、寸法が設定されている。したがって、調整板を第一方向に沿って押圧した場合でも第二方向に押圧した場合でも、調整板の変位による測定子の変位量を小さくすることができ、プローブを第一方向だけでなく、第二方向に対しても、測定子の位置をほぼ一定に保ったまま傾斜させることができ、より精度よくアライメント調整を実施することができる。
【００１５】
本発明の測定装置は、第一方向に沿って互いに平行となる第一調整端辺および第二調整端辺を有する調整板と、前記調整板に一体に設けられるプローブ固定部と、プローブ固定部に固定され、軸部、および軸部の先端に形成される測定子を有するプローブと、測定装置本体に連結されるとともに、前記第一方向に沿って互いに平行となる第一基部端辺および第二基部端辺を有する基部と、前記調整板を、当該調整板の面方向に平行で、かつ前記第一方向に直交する第二方向に略沿って押圧する傾斜調整手段と、前記第一調整端辺および前記第一基部端辺、前記第二調整端辺および前記第二基部端辺をそれぞれ連結する調整連結部と、前記測定子が被測定物に接触した際の位置を検出して、前記被測定物の形状を測定する測定手段と、を具備し、前記基部は、前記第二方向に対して移動が規制された状態で前記測定装置本体に連結されており、前記測定子は、前記傾斜調整手段により前記調整板が押圧されていない状態において、前記調整板の前記第一調整端辺および前記基部の前記第一基部端辺を含む第一傾斜面、および前記調整板の前記第二調整端辺および前記基部の前記第二基部端辺を含む第二傾斜面の交線上に配置されることを特徴とする。
【００１６】
この測定装置では、上記アライメント調整機構と同様に、初期状態において測定子が第一傾斜面および第二傾斜面の交線上に配置されているため、傾斜板が揺動により傾斜した場合でも、測定子は第一傾斜面および第二傾斜面の交線近傍で僅かに移動するのみで、その位置がほぼ変動しない。したがって、顕微鏡で測定子の位置を確認しながらプローブのアライメント調整を実施する場合でも、顕微鏡の視認可能範囲から測定子が外れるなどの不都合を防止でき、より容易にプローブのアライメント調整を実施することができる。また、調整板を第二方向に沿って押圧するだけの簡単な構成となるため、例えば図１８に示すゴニオステージのような複雑な構成や制御が不要となり、より小型のアライメント調整機構を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本実施形態に係る測定装置である形状測定装置の概略を示す全体図。
【図２】本実施形態のアライメント調整機構の構成を示す斜視図。
【図３】本実施形態のアライメント調整機構をＸ軸方向から見た正面図。
【図４】本実施形態のアライメント調整機構をＹ軸方向から見た側面図。
【図５】本実施形態の板ばねの形状を示す平面図。
【図６】本実施形態の板ばねにより連結された調整板および補強板を示す斜視図。
【図７】本実施形態のＸ軸方向から見たアライメント調整機構の初期状態を示す正面図。
【図８】図７において、Ｙ方向調整ネジを調整し、調整板を＋Ｙ軸方向に押圧した傾斜状態を示す正面図。
【図９】本実施形態のＹ軸方向から見たアライメント調整機構の初期状態を示す側面図。
【図１０】図９において、Ｘ方向調整ネジを調整し、調整板を＋Ｘ軸方向に押圧した傾斜状態を示す側面図。
【図１１】本実施形態のアライメント調整機構の側面の初期状態のモデル図。
【図１２】本実施形態のアライメント調整機構の側面の傾斜状態のモデル図。
【図１３】本実施形態のアライメント調整機構の側面の傾斜状態のモデル図。
【図１４】本実施形態のアライメント調整機構の寸法例を示す図。
【図１５】比較例である従来のアライメント調整機構の寸法例を示す図。
【図１６】プローブが穴の一部に接触した状態を示す図。
【図１７】従来のプローブのアライメント調整機構を示す図。
【図１８】従来の他のプローブのアライメント調整機構を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
[測定装置である形状測定装置の構成]
図１は、本実施形態に係る測定装置である形状測定装置の概略を示す全体図である。
本実施形態に係る形状測定装置１００は、図１に示すように、基台１と、被測定物を載置し前後方向（Ｙ軸方向）へ移動可能に設けられたテーブル２と、このテーブル２を跨いで基台１の両側に設けられた門形フレーム３と、この門形フレーム３のクロスレール４に左右方向（Ｘ軸方向）へ移動可能に設けられたＸスライダ５と、このＸスライダ５に上下方向（Ｚ軸方向）へ昇降可能に設けられたＺスライダ６と、このＺスライダ６の下端に設けられるとともに、プローブ８が固定されたアライメント調整機構１０と、を備えて構成されている。この形状測定装置では、図示しない制御装置に接続され、制御装置により、テーブル２のＹ軸方向への移動、Ｘスライダ５のＸ軸方向への移動、およびＺスライダのＺ軸方向への移動が制御される。この制御装置は、プローブ８とテーブル２とを相対移動させながら、プローブ８の測定子８Ｃ（図２参照）を被測定物の測定部位に接触させ、測定子８Ｃが被測定物に接触したときの座標値を読み取り、被測定物の形状を測定する。
【００１９】
〔アライメント調整機構の構成〕
図２は、アライメント調整機構１０の構成を示す斜視図であり、図３は、アライメント調整機構１０をＸ軸方向から見た正面図であり、図４は、アライメント調整機構１０をＹ軸方向から見た側面図である。
図２ないし図４に示すように、プローブ８は、プローブ本体８Ａと、軸部８Ｂと、測定子８Ｃと、を備えている。
プローブ本体８Ａは、アライメント調整機構１０のプローブ固定部６０の固定面６２Ａに対して直交する角度に固定される。
軸部８Ｂは、例えば超硬合金により形成される。また、プローブ本体８Ａに対して傾斜可能、かつプローブ固定部６０の固定面に対して直交する基本姿勢に復帰可能に設けられる。
すなわち、本実施形態の形状測定装置１００では、測定子８Ｃを被測定物の測定部位に接触させることで、その接触位置の座標を読み取る。この時、測定子８Ｃが接触した否かは、測定子８Ｃが被測定物に接触した際の軸部８Ｂの傾斜状態を検出することで、判断可能となる。このため、軸部８Ｂとしては、例えば超硬合金により形成されて、測定子８Ｃが被測定物に接触した際には、プローブ本体８Ａに対して傾斜可能で、かつ測定子８Ｃが被測定物から離れた際には、プローブ固定部６０の固定面に対して直交する基本姿勢に復帰可能に設けられる。
なお、測定子８Ｃが接触した否かは、測定子８Ｃを微振動させておき、測定子８Ｃが被測定物に接触した際の振動状態を検出することでも判断可能となる。この場合においても、測定子８Ｃを微振動させる必要があるため、軸部８Ｂは、プローブ固定部６０の固定面に対して直交する基本姿勢を中心として、振動可能に形成される必要があり、つまり、プローブ本体８Ａに対して傾斜可能、かつプローブ固定部６０の固定面に対して直交する基本姿勢に復帰可能に設けられている。
測定子８Ｃは、例えば軸部８Ｂの先端に球状に一体形成される。
【００２０】
そして、形状測定装置１００では、上記のように、測定子８Ｃが被測定物に当接して軸部８Ｂが一定量傾いた際に、接触信号が測定手段である制御装置（図示せず）に出力され、この制御装置により接触信号に応じた被測定物の測定面の形状が、演算により測定される。
なお、形状測定装置１００は、上記のように、測定子８Ｃを微振動させ、その振動に変化が生じた際に、接触信号が制御装置に出力される構成としてもよい。この場合でも、制御装置は、接触信号に応じた被測定物の測定面の形状を演算により測定することができる。
【００２１】
アライメント調整機構１０は、プローブ８の姿勢（角度）を調整するもので、図２ないし図４に示すように、外装筒部１１（図１、図２参照）と、基部固定部２０と、基部揺動部を構成する補強板３０と、調整板４０と、基部連結部および調整連結部を構成する板ばね５０と、プローブ固定部６０と、傾斜調整手段としてのＹ方向調整ネジ７０と、第二傾斜調整手段としてのＸ方向調整ネジ８０と、を備えている。
なお、基部固定部２０、補強板３０、板ばね５０を構成するＸ方向板ばね５３Ａ，５３Ｂにより本発明の基部が構成される。また、本発明の第一方向とは、本実施の形態におけるＸ軸方向を指し、本発明の第二方向とは本実施の形態におけるＹ軸方向を指す。
【００２２】
基部固定部２０、補強板３０、および調整板４０は、図２ないし図４に示すように、調整ネジ７０，８０により調整板４０が押圧されていない状態で、ＸＹ平面、ＹＺ平面、ＺＸ平面に対して、それぞれ一対の平行面を有する直方体形状（板形状）に形成されている。ここで、基部固定部２０のＸ軸方向に沿う幅寸法は、補強板３０のＸ軸方向に沿う幅寸法より大きく形成され、調整板４０のＹ軸方向に沿う幅寸法は、補強板３０のＹ軸方向に沿う幅寸法より大きく形成されている。また、基部固定部２０のＹ軸方向に沿う幅寸法は、補強板３０におけるＹ軸方向に沿う幅寸法と略同一寸法に形成され、調整板４０のＸ軸方向に沿う幅寸法は、補強板３０におけるＸ軸方向に沿う幅寸法に形成されている。
なお、本実施の形態では、基部固定部２０のＹ軸方向の寸法、および調整板４０のＸ軸方向の寸法は、上記のような寸法に形成される例を示すが、これに限定されず、外装筒部１１内に収納可能であり、傾斜により板ばね５０に干渉しない程度の大きさ寸法であれば、いかなる寸法に形成されていてもよい。
【００２３】
これらの基部固定部２０、補強板３０、および調整板４０は、Ｚ軸方向に沿って、基部固定部２０、調整板４０、補強板３０の順で配置される。具体的には、Ｚスライダ６の下端面に基部固定部２０が固定され、この基部固定部２０から所定隙間寸法を介して、調整板４０が配置され、さらに所定隙間寸法を介して補強板３０が配置される。この時、調整ネジ７０，８０により調整板４０が押圧されていない状態で、基部固定部２０、補強板３０、および調整板４０の各ＸＹ端面の中心点が、Ｚ軸上またはＺ軸に平行する直線上に位置するように各々配置される。
ここで、基部固定部２０のＸＹ端面のうち調整板４０に対向する下面側で、Ｙ軸方向に沿う一対の端辺がそれぞれ、第三基部端辺２３（＋Ｘ側）、第四基部端辺２４（−Ｘ側）を構成する。また、補強板３０のＸ軸方向に沿う一対の端辺がそれぞれ、第一基部端辺３１（＋Ｙ側）、第二基部端辺３２（−Ｙ側）を構成し、Ｙ軸方向に沿う一対の端辺がそれぞれ、第五基部端辺３５（＋Ｘ側）、第六基部端辺３６（−Ｘ側）を構成する。さらに、調整板４０のＸ軸方向に沿う一対の端辺がそれぞれ、第一調整端辺４１（＋Ｙ側）、第二調整端辺４２（−Ｙ側）を構成する。
そして、これらの基部固定部２０、補強板３０、および調整板４０は、板ばね５０により連結されることで、各々の高さ位置に保持される。
【００２４】
図５は、板ばね５０の形状を示す平面図である。図６は、板ばね５０により連結された調整板４０および補強板３０を示す斜視図である。
板ばね５０は、底部５１、一対のＹ方向板ばね５２Ａ，５２Ｂ、および一対のＸ方向板ばね５３Ａ，５３Ｂを備えている。この板ばね５０は、例えば熱膨張率の小さいインバー材などにより、厚みが０．１ｍｍに形成されている。
底部５１は、補強板３０のＸＹ面と略同一矩形状に形成され、補強板３０の下面に、例えばネジ止めなどにより固定されている。
【００２５】
Ｙ方向板ばね５２Ａ，５２Ｂは、図５に示すように、底部からＹ軸方向に延出形成されている。このＹ方向板ばね５２Ａ，５２Ｂは、それぞれ底部５１に連続する調整連結部５２１と、調整連結部５２１に連続する調整当接部５２２と、調整当接部５２２に連続する調整固定部５２３とを有し、調整固定部５２３にはネジ穴５２４が形成されている。そして、Ｙ方向板ばね５２Ａは、図６に示すように、補強板３０の第一基部端辺３１、調整板４０の第一調整端辺４１、調整板４０の上面のＸ軸に沿う端辺に略沿って折り曲げ加工され、調整板４０の上面にねじ止めにより固定される。Ｙ方向板ばね５２Ｂも同様に、補強板３０の第二基部端辺３２、調整板４０の第二調整端辺４２、および調整板４０の上面のＸ軸に沿う端辺に略沿って折り曲げ加工され、調整板４０の上面にねじ止めにより固定される。この時、Ｙ方向板ばね５２Ｂは、プローブ固定部６０の後述する固定片６１と、調整板４０とに挟持された状態で、調整板４０の上面にねじ止め固定される。これにより、Ｙ方向板ばね５２Ａ，５２Ｂの調整連結部５２１は、それぞれ第一基部端辺３１と第一調整端辺４１とを含む第一傾斜面、第二基部端辺３２と第二調整端辺４２とを含む第二傾斜面に沿って配置される。
ここで、調整板４０に押圧力が作用していない初期状態で、Ｙ方向板ばね５２Ａ，５２Ｂの調整連結部５２１に沿う第一傾斜面および第二傾斜面の交線上に測定子８Ｃが配置されており、Ｙ方向板ばね５２Ａ，５２Ｂは、補強板３０および調整板４０の相対位置関係が前記初期状態となるように、調整板４０をＹ軸方向に付勢する。
一方、調整連結部５２１は、Ｘ軸と平行する面上に配置されるため、Ｘ軸方向に対して撓むことがない。すなわち、調整板４０は、補強板３０に対してＸ軸方向への移動が規制される。したがって、調整板４０がＸ方向調整ネジ８０によりＸ軸方向に沿って押圧されると、補強板３０は、調整板４０と同一方向に同一距離だけ一体的にＸ軸方向に略沿って揺動する。
【００２６】
Ｘ方向板ばね５３Ａ，５３Ｂは、図５に示すように、底部５１からＸ軸方向に延出形成されている。このＸ方向板ばね５３Ａ，５３Ｂは、それぞれ底部５１に連続する基部連結部５３１と、基部連結部５３１に連続する基部固定部５３２とを有し、基部固定部５３２には、それぞれネジ穴５３３が形成され、基部連結部５３１には、それぞれＸ方向調整ネジ８０が挿通される調整ネジ孔５３４が形成されている。そして、Ｘ方向板ばね５３Ａは、図６に示すように、補強板３０の第五基部端辺３５、および基部固定部２０の第三基部端辺２３に略沿って折り曲げ加工され、基部固定部２０の＋Ｘ側のＹＺ端面にねじ止めにより固定される。Ｘ方向板ばね５３Ｂも同様に、補強板３０の第六基部端辺３６、および基部固定部２０の第四基部端辺２４に沿って折り曲げ加工され、基部固定部２０の−Ｘ側のＹＺ端面にねじ止めにより固定される。これにより、Ｘ方向板ばね５３Ａ，５３Ｂの基部連結部５３１は、それぞれ第三基部端辺２３と第五基部端辺３５とを含む第三傾斜面、第四基部端辺２４と第六基部端辺３６とを含む第四傾斜面に沿って配置される。
ここで、調整板４０に押圧力が作用していない初期状態で、Ｘ方向板ばね５３Ａ，５３Ｂの基部連結部５３１に沿う第三傾斜面および第四傾斜面の交線上に測定子８Ｃが配置される。すなわち、測定子８Ｃは、第一傾斜面および第二傾斜面の交線と、第三傾斜面および第四傾斜面の交線との交点上に配置されている。そして、Ｘ方向板ばね５３Ａ，５３Ｂは、補強板３０および基部固定部２０の相対位置関係が初期状態となるように、補強板３０をＸ軸方向に付勢する。
一方、基部連結部５３１は、Ｙ軸と平行する面上に配置されるため、Ｙ軸方向に対して撓むことがない。すなわち、補強板３０は、基部固定部２０に対してＹ軸方向への移動が規制される。したがって、調整板４０がＹ方向調整ネジ７０によりＹ軸方向に沿って押圧された場合でも補強板３０は変位せず、調整板４０のみがＹ軸方向に略沿って揺動する。
【００２７】
プローブ固定部６０は、図３に示すように、断面略コ字状に形成され、コ字一端側に固定片６１、プローブ固定部６０のコ字他端側にプローブ本体８Ａを固定する固定面６２Ａが下面側に形成されるプローブ固定端６２、および固定片６１とプローブ固定端６２とを連結するプローブ連結部６３とを備えている。
固定片６１は、上述したように、板ばね５０のＹ方向板ばね５２Ｂを介して調整板４０にねじ止めされている。これにより、プローブ固定部６０と調整板４０とが一体となり、Ｘ方向調整ネジ８０やＹ方向調整ネジ７０により調整板４０が傾斜されると、調整板４０と同一傾斜角度でプローブ固定部６０が傾斜し、プローブ８のアライメント調整が実施される。
プローブ固定端６２は、下面側の固定面６２Ａにプローブ本体８Ａが固定される。ここで、本実施の形態では、プローブ本体８Ａは、調整板４０がＸ方向調整ネジ８０やＹ方向調整ネジ７０により押圧されていない初期状態において、このプローブ固定端６２は、固定面６２ＡのＺ軸上に固定され、プローブ本体８Ａおよび軸部８ＢがＺ軸に沿って配置される。
プローブ連結部６３は、固定片６１とプローブ固定端６２とを連結する部分であり、初期状態において、ＸＺ平面に平行な平面状に形成される。また、プローブ連結部６３は、Ｙ方向板ばね５２Ｂの調整連結部５２１に当接して配置される。
【００２８】
Ｙ方向調整ネジ７０は、Ｙ軸方向に沿って一対設けられており、一方のＹ方向調整ネジ７０の先端が板ばね５０のＹ方向板ばね５２Ａの調整当接部５２２に当接し、他方のＹ方向調整ネジ７０の先端がプローブ固定部６０のプローブ連結部６３に当接する。ここで、Ｙ方向板ばね５２Ａの調整当接部５２２は、調整板４０の＋Ｙ側のＸＺ端面に当接し、プローブ連結部６３は、Ｙ方向板ばね５２Ｂの調整当接部５２２を介して調整板４０の−Ｙ側のＸＺ端面に当接しているため、Ｙ方向調整ネジ７０を軸方向に沿って進退させると、調整板４０が押圧され、Ｙ軸方向に略沿って、変位する。また、これらのＹ方向調整ネジ７０は、例えば、軸周面に雄ネジが形成され、例えば外装筒部１１に形成される雌ネジ穴に螺合されており、ねじ込みにより容易に位置調整が可能となっている。
【００２９】
図７は、Ｘ軸方向から見たアライメント調整機構１０の初期状態を示す正面図であり、図８は、図７において、Ｙ方向調整ネジ７０を調整し、調整板４０を＋Ｙ軸方向に押圧した傾斜状態を示す正面図である。
具体的には、図８に示すように、Ｙ方向調整ネジ７０による押圧により、調整板４０の第一調整端辺４１は、第一基部端辺３１を中心軸として回動し、調整板４０の第二調整端辺４２は、第二基部端辺３２を中心軸として回動する。ここで、上記したように、調整板４０のＹ方向幅寸法は、補強板３０のＹ方向幅寸法より大きく、第一傾斜面および第二傾斜面がＺ軸に対して傾斜している。また、補強板３０は、上記したように、Ｙ軸と平行する面状のＸ方向板ばね５３Ａ，５３Ｂにより基部固定部２０に連結されており、Ｙ軸方向への移動が規制されている。このため、調整板４０がＹ軸方向に沿って押圧力を受けた際、補強板３０が移動せず、調整板４０が補強板３０に対してＹ軸に略沿う方向に揺動する。この時、Ｙ方向板ばね５２Ａの調整連結部５２１の回動角度と、Ｙ方向板ばね５２Ｂの調整連結部５２１の回動角度とが異なる角度となるため調整板４０が傾斜する。例えば、図７に示すような初期状態において、第一傾斜面および第二傾斜面と、Ｚ軸となす角度がそれぞれαｙであった場合でも、傾斜板がＹ方向調整ネジ７０により押圧された傾斜状態では、図８に示すように、第一傾斜面とＺ軸との傾斜角度βｙ、および第二傾斜面とＺ軸との傾斜角度θｙは、異なる角度となることで、調整板４０が所定の角度δｙだけ傾斜される。これにより、調整板４０とプローブ固定部６０を介して一体的に固定されるプローブ８も角度δｙだけ傾斜される。
【００３０】
Ｘ方向調整ネジ８０は、Ｘ軸方向に沿って一対設けられており、それぞれ、Ｘ方向板ばね５３Ａ，５３Ｂに設けられる調整ネジ孔５３４に挿通され、一方のＸ方向調整ネジ８０の先端が＋Ｘ側のＹＺ端面に、他方のＹ方向調整ネジ７０の先端が−Ｘ側のＹＺ端面に当接し、調整板４０を挟持している。また、これらのＸ方向調整ネジ８０は、例えば、軸周面に雄ネジが形成され、例えば外装筒部１１に形成される雌ネジ穴に螺合されて、所定位置に位置決めされる。そして、これらのＸ方向調整ネジ８０の螺合状態に応じて、調整板４０がＸ軸方向に押圧され、Ｘ軸に略沿って変位する。
【００３１】
図９は、Ｙ軸方向から見たアライメント調整機構１０の初期状態を示す側面図であり、図１０は、図９において、Ｘ方向調整ネジ８０を調整し、調整板４０を＋Ｘ軸方向に押圧した傾斜状態を示す側面図である。
具体的には、調整板４０は、補強板３０に対してＸ軸方向への移動が規制されているため、Ｘ方向調整ネジ８０により調整板４０が押圧されて変位すると、調整板４０も同変位量だけ変位する。この時、補強板３０の第五基部端辺３５は、基部固定部２０の第三基部端辺２３を中心軸として回動し、第六基部端辺３６は、第四基部端辺２４を中心軸として回動する。ここで、上記したように、基部固定部２０のＸ方向幅寸法は、補強板３０のＸ方向幅寸法より大きく、第三傾斜面および第四傾斜面がＺ軸に対して傾斜している。このため、調整板４０がＸ軸方向に沿って押圧力を受けると、Ｘ方向板ばね５３Ａの基部連結部５３１の回動角度と、Ｘ方向板ばね５３Ｂの基部連結部５３１の回動角度とが異なる角度となり、補強板３０が傾斜する。例えば、図９に示すような初期状態において、第三傾斜面および第四傾斜面と、Ｚ軸となす角度がそれぞれαｘであった場合でも、調整板４０がＸ方向調整ネジ８０により押圧された傾斜状態では、図１０に示すように、第三傾斜面とＺ軸との傾斜角度βｘ、および第四傾斜面とＺ軸との傾斜角度θｘは、異なる角度となり、補強板３０が所定の角度δｘだけ傾斜される。また、上記のように、調整板４０は、面状のＹ方向板ばね５２Ａ，５２Ｂにより補強板３０に連結され、補強板３０に対してＸ軸方への移動が規制されているため、補強板３０と一体的に調整板４０も角度δｘだけ傾斜される。
【００３２】
また、上述のようなＹ方向調整ネジ７０やＸ方向調整ネジ８０のねじ込み量を制御装置により制御可能としてもよく、このような構成では、調整板４０のＸ軸方向およびＹ軸方向への押圧力を電子制御により微調整することで、プローブ８のアライメントをより精密に調整することができる。
【００３３】
〔プローブのアライメント調整方法、およびアライメント調整原理〕
上記のような形状測定装置１００において、プローブ８のアライメントを調整するには、Ｘ方向調整ネジ８０およびＹ方向調整ネジ７０のねじ込み量を調整し、調整板４０の傾斜を調整する。本実施の形態では、図７および図８に示すように、Ｘ軸に直交するＹＺ平面方向でのプローブ８のアライメント調整は、Ｙ方向調整ネジ７０のねじ込み量を調整することで実施され、図９および図１０に示すように、Ｙ軸に直交するＸＺ平面方向でのプローブ８のアライメントは、Ｘ方向調整ネジ８０のねじ込み量を調整することで実施され、これらＹ方向調整ネジ７０およびＸ方向調整ネジ８０の双方を調整することで、プローブ８を３次元に対して所望の角度に調整することが可能となる。そして、これらのＹ方向調整ネジ７０およびＸ方向調整ネジ８０のねじ込み量の調整では、測定者がプローブ８の先端部の傾斜状態を、図示しない顕微鏡により確認することで実施する。この時、上記形状測定装置１００では、プローブ８のアライメント調整時の測定子８Ｃの移動量が僅かであり、顕微鏡の視認有効範囲から測定子８Ｃが飛び出る不都合がなく、容易かつ迅速にプローブ８のアライメント調整を実施することができる。
【００３４】
これは、初期状態において、プローブ８の測定子８Ｃが、第一傾斜面および第二傾斜面の交線と、第三傾斜面および第四傾斜面の交線との交点上に配置される構成のためであり、このような構成では、以下のような原理により、測定子８Ｃが移動する。
図１１ないし図１３は、本発明のアライメント調整機構１０の原理を説明するモデル図である。図１１は、アライメント調整機構１０の側面の初期状態のモデル図であり、図１２および図１３は、アライメント調整機構１０の側面の傾斜状態のモデル図である。なお、ここでは、説明を簡略化するために、Ｘ方向調整ネジ８０により調整板４０をＸ軸方向に押圧した場合のみを例示するが、Ｙ方向調整ネジ７０により調整板４０をＹ軸方向に押圧した場合も同様の原理によりアライメント調整が実施される。
図１１ないし図１３において、点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｇは、それぞれ初期状態における測定子８Ｃ、補強板３０の第五基部端辺３５、第六基部端辺３６、基部固定部２０の第三基部端辺２３、第四基部端辺２４、プローブ本体８Ａとプローブ固定端６２との接続点（プローブ接続点）の座標位置を示し、測定子８Ｃの座標位置Ａが原点にあるものとする。なお、ここでは、説明の簡略化のため、補強板３０や板ばね５０、プローブ固定端６２の厚み寸法を無視し、プローブ接続点Ｇが、補強板３０の第三基部端辺２３および第四基部端辺２４の中点に位置するものとする。
また、プローブの軸部の長さをｈ１、基部固定部２０および補強板３０の距離をｈ２とし、第三傾斜面ＢＤおよび第四傾斜面ＣＥはそれぞれＺ軸に対して角度αで傾斜しているものとする。
このようなモデルでは、各点Ａ〜Ｇの座標位置は、それぞれ以下のようになる。
Ａ（ｘａ，ｚａ）＝（０，０）
Ｂ（ｘｂ，ｚｂ）＝（ｈ１ｔａｎα，ｈ１）
Ｃ（ｘｃ，ｚｃ）＝（−ｈ１ｔａｎα，ｈ１）
Ｄ（ｘｄ，ｚｄ）＝（（ｈ１＋ｈ２）ｔａｎα，ｈ１＋ｈ２）
Ｅ（ｘｅ，ｚｅ）＝（−（ｈ１＋ｈ２）ｔａｎα，ｈ１＋ｈ２）
Ｇ（ｘｇ，ｚｇ）＝（０，ｈ１）
また、基部固定部２０の第三基部端辺２３および第四基部端辺２４を結ぶ線分ＥＤの寸法は、ＥＤ＝２（ｈ１＋ｈ２）ｔａｎαとなり、第三基部端辺２３および第五基部端辺３５の距離、第四基部端辺２４および第六基部端辺３６の距離は、ＥＣ＝ＤＢ＝ｈ２／ｃｏｓαとなり、補強板３０の第三基部端辺２３および第四基部端辺２４を結ぶ線分ＣＢの寸法は、ＣＢ＝２ＣＧ＝２ＧＢ＝２ｈ１ｔａｎαとなる。
【００３５】
ここで、図１２のように、調整板４０を押圧して補強板３０を傾斜させた際、第四傾斜面がＺ軸に対して角度βだけ傾斜されたものとする。また、この時の第三傾斜面がＺ軸に対して角度θだけ傾斜し、プローブ８がＺ軸に対してδだけ傾斜する傾斜状態になったとする。また、測定子８Ｃ、補強板３０の第五基部端辺３５、第六基部端辺３６、プローブ接続点がそれぞれ、Ａ´，Ｂ´，Ｃ´，Ｇ´に移動したとすると、点Ｂ´，Ｃ´，Ｇ´の座標は以下のように表せる。
Ｂ´（ｘｂ´，ｚｂ´）＝（（ｈ１＋ｈ２）ｔａｎα−ｈ２ｓｉｎθ／ｃｏｓα，ｈ１＋ｈ２−ｈ２ｃｏｓθ／ｃｏｓα）
Ｃ´（ｘｃ´，ｚｃ´）＝（−（ｈ１＋ｈ２）ｔａｎα＋ｈ２ｓｉｎβ／ｃｏｓα，ｈ１＋ｈ２−ｈ２ｃｏｓβ／ｃｏｓα）
Ｇ´（ｘｇ´，ｚｇ´）＝（ｈ２（ｓｉｎβ−ｓｉｎθ）／２ｃｏｓα，ｈ１＋ｈ２−ｈ２（ｃｏｓβ−ｃｏｓθ）／ｃｏｓα）
【００３６】
また、図１２において、点Ｂ´を通りＸ軸と平行な直線において、点Ｅ，Ｃ´，Ｄから垂線を下ろし、それぞれ点Ｋ，Ｌ，Ｈ´とすると、線分ＫＨ´は、次式（１）により表すことができる。
【００３７】
【数１】
【００３８】
ここで、線分ＫＬ，ＬＢ´，Ｂ´Ｈ´は、それぞれ、次式（２）〜（４）式により表される。
【００３９】
【数２】
【００４０】
上記（２）〜（４）式を（１）式に代入することで、次式（５）が導き出される。
【００４１】
【数３】
【００４２】
また、上記式（５）から第一傾斜面の傾斜角度θは、次式（６）のように導き出される。
【００４３】
【数４】
【００４４】
ここで、式（６）により２つの解θ１およびθ２（θ１＜θ２）が求められる。一方、算出される角度θ１、θ２を図示すると、図１３に示すようになる。図１３に示すように、第五基部端辺３５が第六基部端辺３６を越えた位置に変位することはないため、アライメント調整時に第一傾斜面の傾斜角度θ＝θ１となる。
さらに、補強板３０の傾斜角度、すなわち線分Ｃ´Ｂ´の傾きは、（ｚＣ´−ｚＢ´）／（ｘＣ´−ｘＢ´）により求められる。また、Ｙ方向板ばね５２Ａ，５２Ｂにより、Ｘ軸方向に対しては、調整板４０と補強板３０とが一体的に変位し、調整板４０にプローブ固定部６０が固定され、このプローブ固定部６０にプローブ８が固定されているため、補強板３０の傾斜と同じ傾斜でプローブ８も傾斜する。また、プローブ固定部６０のプローブ固定端６２に対してプローブ８が垂直に設けられているため、プローブ８の傾きは、−（ｘＣ´−ｘＢ´）／（ｚＣ´−ｚＢ´）となる。したがって、プローブ８の傾斜角度δは、次式（７）により算出される。
【００４５】
【数５】
【００４６】
この式（７）、プローブ８の接続点Ｇ´の座標から、傾斜状態の測定子８Ｃの座標位置Ａ´の座標（ｘＡ´，ｚＡ´）を次式（８）（９）に示すように導き出すことができる。
【００４７】
【数６】
【００４８】
ここで、図１４に示すような寸法のアライメント調整機構１０の測定子８Ｃの変位量を実施例として例示する。また、比較例として、図１５に示す従来のゴニオステージを用いたアライメント調整機構の寸法例を例示する。
図１４は、初期状態の第三傾斜面および第四傾斜面の傾斜角度をそれぞれ１０（deg）とし、ｈ１＝ｈ２＝１６（ｍｍ）に設定した例である。このようなアライメント調整機構１０において、調整板４０を押圧して、Ｘ方向板ばね５３Ｂの基部連結部５３１の傾斜角度を１２（deg）にした場合、上記式（６）によりθ＝８．０２４(deg)、式（７）により、δ＝１．９９（deg）、式（８）および式（９）により測定子８Ｃの移動後の座標位置（ｘＡ´，ｚＡ´）が（ｘＡ´，ｚＡ´）＝（-0.0006900，0.0198799）であると算出できる。すなわち、プローブ８は、１．９９（deg）傾斜し、測定子８Ｃは、−Ｘ軸方向に約０．６９μｍ、＋Ｚ軸方向に１９．８μｍ移動すると算出できる。
【００４９】
また、図１５に示すように、図１４のアライメント調整機構１０のＺ軸方向寸法と同一厚み寸法（１６ｍｍ）のゴニオステージ（エドモンド・オプティクス社製：商品コード ５５８３８−Ｊ，曲率半径Ｒ＝４７ｍｍ）を用い、ゴニオステージの下面中央に図１４と同一寸法（１６ｍｍ）のプローブ８を固定した。そして、上記アライメント調整機構を上記図１４と同様の角度（２（deg））だけプローブ８を傾斜させ、測定子の位置を算出すると、測定子８Ｃの移動後の座標位置は、（ｘＡ´，ｚＡ´）＝（ＯＡ´ｓｉｎ２°，ＯＡ´−ＯＡ´ｃｏｓ２°）＝（２．３４，０．０４１）となる。すなわち、測定子は、＋Ｘ軸方向に２．３４ｍｍ、＋Ｚ軸方向に０．０４１ｍｍだけ移動すると算出される。
【００５０】
以上に示すように、図１５に示すような従来のアライメント調整機構では、プローブ８のアライメントによる測定子の移動量が大きくなるが、図１４に示すような本発明のアライメント調整機構１０では、測定子８Ｃの移動量を極めて小さくすることができ、顕微鏡の有効範囲内でプローブ８のアライメント調整が十分に実施可能であることが分かる。
【００５１】
なお、図１１ないし図１３において、調整板４０のＸ軸方向への押圧によるプローブ８のアライメント調整に対して説明したが、調整板４０のＹ軸方向への押圧によるプローブ８のアライメント調整に対しても同様の原理により、プローブ８の傾斜角度δおよび測定子８Ｃの座標位置を算出することができる。すなわち、調整板４０のＹ軸方向への押圧によるプローブ８のアライメント調整では、調整板４０の第一調整端辺４１を点Ｂ、第二調整端辺４２を点Ｃとし、Ｙ軸方向に対して補強板３０と基部固定部２０との相対位置が変化しないため、補強板３０の第一基部端辺３１を点Ｄ、第二基部端辺３２を点Ｅとし、線分ＢＣを線分ＤＥより短く、かつ線分ＢＣを線分ＤＥより＋Ｚ軸側に配置することで置換することができ、上記したＸ軸方向に対するアライメント調整と略同様の原理にて、アライメント調整が実施可能となる。したがって、アライメント調整量に対して、測定子８Ｃの移動量を十分に小さくすることができる。
【００５２】
〔実施の形態の作用効果〕
上述したように、上記実施の形態の形状測定装置１００のアライメント調整機構１０では、Ｚスライダ６の下端面に基部固定部２０が固定され、この基部固定部２０から所定寸法離れた位置に補強板３０が設けられている。そして、基部固定部２０の一対のＹＺ端面のＹ軸に平行する第三基部端辺２３、第四基部端辺２４と、補強板３０の一対のＹＺ端面のＹ軸に平行する第五基部端辺３５、第六基部端辺３６とが、板ばね５０のＸ方向板ばね５３Ａ，５３Ｂにより連結され、補強板３０がＸ軸方向に対して移動が規制されている。また、この補強板３０から所定寸法離れた位置に、調整板４０が配置され、調整板４０のＸＺ端面のＸ軸に平行する第一調整端辺４１、第二調整端辺４２と、補強板３０のＸＺ端面のＸ軸に平行する第一基部端辺３１、第二基部端辺３２とが、板ばね５０のＹ方向板ばね５２Ａ，５３Ｂにより連結されている。また、調整板４０には、プローブ固定部６０が固定され、このプローブ固定部６０にプローブ８が固定されており、初期状態において、第一調整端辺４１および第一基部端辺３１により形成される第一傾斜面と、第二調整端辺４２および第二基部端辺３２により形成される第二傾斜面との交線上に、プローブ８の測定子８Ｃが配置される。さらに、調整板４０はＹ軸方向に沿ってＹ方向調整ネジ７０が配置され、Ｙ方向調整ネジ７０により押圧されることで調整板４０が揺動可能となる。
このような構成により、調整板４０は、Ｙ方向調整ネジ７０により押圧されることで、揺動され、押圧量に応じて傾斜する。ここで、補強板３０がＹ軸方向に対して移動が規制されて変位しないので、調整板４０の第一調整端辺４１は、補強板３０の第一基部端辺３１を中心軸として、また調整板４０の第二調整端辺４２は、補強板３０の第二基部端辺３２を中心軸として回動し、調整板４０が傾斜する。この時、調整板４０は、第一傾斜面および第二傾斜面の交線または、この交線近傍を揺動中心として、揺動する。したがって、この交線上に測定子８Ｃが配置されていれば、測定子８Ｃの変位を小さくすることができる。したがって、測定者が顕微鏡を用いてプローブ８の先端の測定子８Ｃの状態を確認しながら、アライメント調整を実施する場合でも顕微鏡の有効視認可能範囲から測定子が外れることがなく、顕微鏡の移動や、倍率の変更など煩雑な作業を伴うことなく、測定子８Ｃのアライメント調整を実施することが可能となる。また、Ｙ方向調整ネジ７０のねじ込み量で調整板４０の押圧量を調整してプローブ８のアライメント調整を実施する簡単な構成であるため、例えば数ｍｍ単位の小型の被測定物の形状を測定する場合でも、容易にアライメント調整機構１０を小型化することができ、その制御も容易にできる。
【００５３】
また、基部固定部２０および補強板３０は、板ばね５０のＸ方向板ばね５３Ａ，５３Ｂにより連結されている。これにより、補強板３０は、基部固定部２０に対してＸ軸方向に対して揺動可能となる。また、測定子８Ｃは、初期状態において、第一調整端辺４１および第一基部端辺３１により形成される第一傾斜面と、第二調整端辺４２および第二基部端辺３２により形成される第二傾斜面との交線上に配置されている。さらに、調整板４０はＸ軸方向に沿ってＸ方向調整ネジ８０が配置され、Ｘ方向調整ネジ８０により調整板４０が押圧されることで補強板３０がＸ軸方向に揺動可能となる。
このため、上記のようなＹ軸方向に対するプローブの傾斜調整に加えて、Ｘ軸方向に対する傾斜調整も可能となり、Ｘ方向調整ネジ８０およびＹ方向調整ネジ７０の双方のねじ込み量を適宜設定することで、プローブのアライメント調整をより精度よく実施することができる。
【００５４】
また、板ばね５０は、第一傾斜面および第二傾斜面に沿う一対の面状の調整連結部５２１と、第三傾斜面および第四傾斜面に沿う一対の面状の基部連結部５３１とを備え、基部固定部２０に対する補強板３０の配置状態、補強板３０に対する調整板４０の配置状態が初期状態となるように付勢している。このため、Ｙ方向調整ネジ７０やＸ方向調整ネジ８０により加えられる押圧力を面状の基部連結部５３１や調整連結部５２１の面全体に分散されることとなる。したがって、例えばＹ方向調整ネジ７０による調整板４０の押圧により、補強板３０がＹ軸方向に移動したり、Ｘ方向調整ネジ８０による調整板４０の押圧により、調整板４０が補強板３０に対してＸ軸方向に移動したりすることがなく、プローブ８のアライメント調整をより精度よく実施することができる。
また、板ばね５０は、底部５１、底部５１からＸ軸方向に延出するＸ方向板ばね５３Ａ，５３Ｂ、および底部５１からＹ軸方向に延出するＹ方向板ばね５２Ａ，５２Ｂを備え、Ｘ方向板ばね５３Ａ，５３Ｂに基部連結部５３１が形成され、Ｙ方向板ばね５２Ａ，５２Ｂに調整連結部５２１が形成されている。したがって、複数の板ばね部材を用い、基部固定部２０、補強板３０、調整板４０をそれぞれ連結する構成に比べて、部品点数を少なくできるとともに、製造効率も向上できる。
さらに、板ばね５０としてインバー材を用いることで、熱膨張などによる変形を防止できる。特に、小型のアライメント調整機構１０では、板ばね５０のとして熱膨張率の大きい素材などを用いると、熱膨張による板ばね５０の変形により調整板４０が傾斜し、精度の高いアライメント調整が困難となるが、本実施の形態では、このような板ばね５０の変形を抑えることができ、調整板４０および補強板３０は、Ｙ方向調整ネジ７０およびＸ方向調整ネジ８０のねじ込み量のみにより変位されることとなり、その他の要因により傾斜されることがない。したがって、プローブのアライメント調整をより精度よく実施することができる。
【００５５】
〔その他の実施の形態〕
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
【００５６】
例えば、上記実施の形態において、一枚の板ばね５０を折り曲げ加工することで、平面状の基部連結部５３１および調整連結部５２１が構成される例を示したが、基部連結部５３１および調整連結部５２１は、面状に形成されているものでなくてもよい。例えば。調整連結部５２１は、第一調整端辺４１および第一基部端辺３１、第二調整端辺４２および第二基部端辺３２を連結するものであり、基部連結部５３１は、第三基部端辺２３および第五基部端辺３５、第四基部端辺２４および第六基部端辺３６を連結するものであれば、例えば円弧上に形成されているものであってもよい。
また、板ばね５０を折り曲げ加工することで、これらの基部連結部５３１および調整連結部５２１を形成する例を示したが、これに限定されず、例えば、調整連結部５２１は、第一傾斜面および第二傾斜面に沿ってそれぞれ配置される板部材を配置し、第一傾斜面に配置される板部材と、調整板４０の第一調整端辺４１および補強板３０の第一基部端辺３１と板ばねで連結し、第二傾斜面に配置される板部材と、第二調整端辺４２および第二基部端辺３２とを板ばねで連結するものであってもよい。同様に、基部連結部材としても、第三傾斜面および第四傾斜面のそれぞれに板部材を配置し、これらの板部材と補強板３０や基部固定部２０を板ばねで連結する構成としてもよい。
【００５７】
また、一枚の板ばね５０を折り曲げ加工することにより、基部連結部５３１および調整連結部５２１を形成したが、例えば第一傾斜面、第二傾斜面、第三傾斜面、および第四傾斜面に沿ってそれぞれ別部材となる板ばねを配置し、基部連結部５３１および調整連結部５２１を形成する構成としてもよい。
【００５８】
Ｙ方向調整ネジ７０およびＸ方向調整ネジ８０として、外周面に雄ネジを形成し、外装筒部１１に形成される雌ネジ孔に螺合される構成としたが、これに限定されず、例えばその他部材によりねじ込み量を設定する構成としてもよく、制御装置によりこれらのＹ方向調整ネジ７０およびＸ方向調整ネジ８０のねじ込み量が調整可能な構成としてもよい。
さらには、傾斜調整手段として、Ｙ方向調整ネジ７０およびＸ方向調整ネジ８０を例示したが、これに限定されない。例えば、Ｙ軸方向およびＸ軸方向に沿って進退自在に設けられるピン部材であり、例えばモータなどの駆動力により軸方向に沿って進退される構成などとしてもよい。
【００５９】
その他、本発明の実施の際の具体的な構造および手順は、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造などに適宜変更できる。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明は、プローブのアライメントを調整するアライメント調整機構、およびプローブを用いて被測定物の形状を測定する測定装置に利用できる。
【符号の説明】
【００６１】
６…測定装置本体であるスライダ、８…プローブ、８Ｂ…軸部、８Ｃ…測定子、１０…アライメント調整機構、２０…基部を構成する基部固定部、２３…第三基部端辺、２４…第四基部端辺、３０…基部を構成する基部揺動部としての補強板、３１…第一基部端辺、３２…第二基部端辺、３５…第五基部端辺、３６…第六基部端辺、４０…調整板、４１…第一調整端辺、４２…第二調整端辺、５０…基部連結部および調整連結部を備える板ばね、６０…プローブ固定部、７０…傾斜調整手段としてのＹ方向調整ネジ、８０…第二傾斜調整手段としてのＸ方向調整ネジ、１００…測定装置としての形状測定装置、５２１…調整連結部、５３１…基部連結部。
【技術分野】
【０００１】
プローブのアライメントを調整するアライメント調整機構、および測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、軸部の先端に測定子が設けられたプローブと、測定対象とを相対移動させながら、測定子を測定対象の測定部位に接触させて、測定子が測定対象に接触したときの座標位置から測定対象の形状を測定する測定装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
この特許文献１に記載の装置は、測定物の表面粗さを測定する非接触粗さプローブと、スタイラスを有するタッチ信号プローブと備えている。そして、スタイラスが変位するとタッチ信号発生手段によりタッチ信号が出力される構成が採られている。
【０００３】
ところで、上記のようなプローブを用いて、例えばネジ穴や深穴などの穴の周面形状や円筒度、穴深さなどを測定する場合、図１６に示すように、穴９０１の軸心に対してプローブ８の軸部８Ｂが傾斜していると、軸部８Ｂが穴９０１の周壁に接触し、検査対象物またはプローブ８が損傷するおそれがある。このような問題を解決するために、スタイラスの姿勢調整（アライメント調整）を実施する構成が考案されている。
【０００４】
図１７は、従来のプローブのアライメント調整機構を示す図である。図１８は、従来の他のプローブのアライメント調整機構を示す図である。
【０００５】
図１７に示すように、従来のアライメント調整機構は、プローブ８を保持するプローブホルダ９０２の一端部においてピン９０３が形成され、測定装置本体９０４に固定された台座部９０５の軸受け９０６により回動自在に保持されている。一方、プローブホルダ９０２の他端側には、当該プローブホルダ９０２を台座部９０５側に付勢する引張バネ９０７が設けられるとともに、押込みねじ９０８が挿通されている。そして、この押込みねじ９０８の押込み寸法に応じて、プローブホルダ９０２がピン９０３を中心として回動され、プローブ８のアライメント調整が実施される。
また、図１８に示す例は、測定装置本体９０４に固定されるゴニオステージ９０９にプローブ８を固定する構成である。具体的には、ゴニオステージ９０９は、円弧状の第一摺動面９１０Ａを有する第一ステージ９１０と、この第一ステージ９１０の第一摺動面９１０Ａに摺接可能な円弧状の第二摺動面９１１Ａを有する第二ステージ９１１とを備え、第二ステージ９１１にプローブ８が固定される。そして、第二ステージ９１１の第二摺動面９１１Ａを第一ステージ９１０の第一摺動面９１０Ａに対して摺動させることで、プローブ８のアライメント調整を実施する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−１４２１４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、プローブ８のアライメント調整を実施する際、上記図１７や図１８に示す従来の構成では、アライメント調整により測定子８Ｃの位置が大きく変位してしまう。特に、微細形状測定においては、顕微鏡によりプローブ８の測定子８Ｃの位置状態を確認しながらアライメント調整を実施する必要があるが、上記のように測定子８Ｃの位置が大きく変位すると、測定子が顕微鏡の視認可能範囲から外れてしまい、顕微鏡の位置調整をも再度行う必要があるなど、煩雑な作業が発生するという問題がある。また、図１８に示すようなゴニオステージを用いた構成では、特に数ｍｍ単位の微小形状を測定する測定装置に取り付ける場合、第二ステージ９１１の回動角度の制御や、第一および第二ステージ９１０，９１１各摺接面９１０Ａ，９１１Ａの製造が困難であるという問題がある。
【０００８】
本発明は、上記のような問題に鑑みて、測定子の位置を一定に維持しつつ、プローブのアライメント調整が可能なアライメント調整機構、および測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のアライメント調整機構は、第一方向に沿って互いに平行となる第一調整端辺および第二調整端辺を有する調整板と、前記調整板に一体に設けられるプローブ固定部と、プローブ固定部に固定され、軸部、および軸部の先端に形成される測定子を有するプローブと、測定装置本体に連結されるとともに、前記第一方向に沿って互いに平行となる第一基部端辺および第二基部端辺を有する基部と、前記調整板を、当該調整板の面方向に平行で、かつ前記第一方向に直交する第二方向に略沿って押圧する傾斜調整手段と、前記第一調整端辺および前記第一基部端辺、前記第二調整端辺および前記第二基部端辺をそれぞれ連結する調整連結部と、を具備し、前記基部は、前記第二方向に対して移動が規制された状態で前記測定装置本体に連結されており、前記測定子は、前記傾斜調整手段により前記調整板が押圧されていない状態において、前記調整板の前記第一調整端辺および前記基部の前記第一基部端辺を含む第一傾斜面、および前記調整板の前記第二調整端辺および前記基部の前記第二基部端辺を含む第二傾斜面の交線上に配置されることを特徴とする。
【００１０】
この発明では、プローブ固定部が一体的に設けられる調整板と、第二方向に沿う移動が規制された基部とを調整連結部により連結する。このようなアライメント調整機構では、基部が第二方向に対してその移動が規制されているため、傾斜調整手段により傾斜板が第二方向に沿って押圧されると、調整板の第一調整端辺および第二調整端辺は、それぞれ第一基部端辺および第二基部端辺を中心として揺動し、調整板が傾斜する。これにより、調整板に一体に設けられるプローブ固定部、およびプローブ固定部に固定されるプローブも傾斜し、アライメント調整が実施される。
この時、測定子が、第一調整端辺および第一基部端辺により形成される第一傾斜面と、第二調整端辺および第二基部端辺により形成される第二傾斜面との交線上に配置されるように、基部および調整板の位置、寸法が設定されている。このような構成では、調整板の変位による測定子の変位量を小さくすることができる。
すなわち、例えば図１７に示すような従来の構成では、測定子８Ｃはピン９０３を中心とした円弧上を移動し、図１８に示す従来の構成では、測定子８Ｃは、各摺接面９１０Ａ，９１１Ａの中心点を回転中心とした円弧上を移動するが、これらの円弧中心は測定子８Ｃから離れて位置するため、アライメント調整時の測定子８Ｃの変位量が大きくなる。これに対して、本発明では、調整板を押圧すると、第一調整端辺は第一基部端辺を中心軸として揺動し、第二調整端辺は第二基部端辺を中心軸として揺動し、調整板全体では、第一傾斜面および第二傾斜面の交線を略中心軸として揺動する。したがって、上記のように、初期状態において測定子が第一傾斜面および第二傾斜面の交線上に配置されていれば、傾斜板が揺動により傾斜した場合でも、測定子は第一傾斜面および第二傾斜面の交線近傍で僅かに移動するのみであり、従来のように大きく変位することがない。したがって、顕微鏡で測定子の位置を確認しながらプローブのアライメント調整を実施する場合でも、顕微鏡の視認可能範囲から測定子が外れるなどの不都合を防止でき、より容易にプローブのアライメント調整を実施することができる。また、調整板を第二方向に沿って押圧するだけの簡単な構成となるため、例えば図１８に示すゴニオステージのような複雑な構成や制御が不要となり、より小型のアライメント調整機構を提供することができる。
【００１１】
本発明のアライメント調整機構では、前記調整連結部は、前記第一傾斜面および前記第二傾斜面に沿って配置されることが好ましい。
本発明において、調整連結部は、第一傾斜端辺および第一基部端辺、第二傾斜端辺および第二基部端辺をそれぞれ連結するものであれば、いかなる形状に形成されていてもよいが、第一傾斜面および第二傾斜面に沿って配置されることで、より簡単な構成にでき、装置の小型化も容易となる。
【００１２】
ここで、本発明のアライメント調整機構では、前記調整連結部は、板ばねであり、前記傾斜調整手段により前記調整板が押圧されていない位置状態に前記調整板を付勢することが好ましい。
この発明では、第一傾斜面および第二傾斜面に沿って、基部および調整板を連結する板ばねが配置される。調整連結部としては、第一調整端辺および第一基部端辺間、第二調整端辺および第二基部端辺間にそれぞれ複数の線状の弾性部材で連結してもよいが、この場合、傾斜調整手段による押圧で、各弾性部材に係る応力がそれぞれ異なる場合がある。このような場合、各弾性部材での撓み寸法が異なり、傾斜調整手段により調整板を第二方向に押圧した場合でも、調整板が第一方向に対して傾斜する場合があり、アライメント調整が困難となることがある。一方、第一傾斜面および第二傾斜面に沿う板状部材により、第一調整端辺および第一基部端辺間、第二調整端辺および第二基部端辺間をそれぞれ連結した場合、傾斜調整手段による押圧力が板状の調整連結部に一様に分散され、第一方向に対して調整板が傾斜することがない。
また、調整連結部を板状部材とする構成において、第一傾斜面および第二傾斜面に硬板を配置し、この硬板と、基部および調整板の各端辺を板ばねにより連結する構成としてよいが、さらに、調整連結部を板ばねで構成することで、部品点数を削減でき、より簡単な構成にすることができる。
【００１３】
本発明のアライメント調整機構では、前記調整板を、当該調整板の面方向に平行で、かつ前記第二方向に略沿って押圧する第二傾斜調整手段を備え、前記基部は、装置本体に固定されるとともに、前記第二方向に平行となる第三基部端辺および第四基部端辺を有する基部固定部と、前記第二方向に平行となる第五基部端辺および第六基部端辺を有するとともに、前記第一基部端辺および前記第二基部端辺を有する基部揺動部と、前記第三基部端辺および前記第五基部端辺、前記第四基部端辺および前記第六基部端辺を連結する基部連結部と、を備え、前記測定子は、前記傾斜調整手段および前記第二傾斜調整手段により前記調整板が押圧されていない状態において、前記第一傾斜面および第二傾斜面の交線と、前記第三基部端辺と前記第五基部端辺とを含む第三傾斜面、および前記第四基部端辺と前記第六基部端辺とを含む第四傾斜面の交線との交点上に配置されることが好ましい。
【００１４】
この発明では、基部固定部は、装置本体に固定されるため、第一および第二方向の双方に対してその移動が規制される。また、このアライメント調整機構では、この基部固定部の第二方向に沿う第三基部端辺および第四基部端辺と、基部揺動部の第二方向に沿う第五基部端辺および第六基部端辺とが、連結されている。ここで、基部は、上述したように、第二方向への移動が規制されているため、傾斜調整手段により調整板を第二方向に沿って押圧した場合でも、基部揺動部は第二方向に移動しない。一方、第二傾斜調整手段により調整板を第一方向に沿って押圧すると、調整板に調整連結部を介して連結される基部揺動部も調整板に連動して変位する。この時、基部揺動部の第五基部端辺および第六基部端辺は、それぞれ基部固定部の第三基部端辺および第四基部端辺を中心として揺動し、基部揺動部が傾斜する。これにより、基部揺動部と連結される調整板、調整板に一体に設けられるプローブ固定部、およびプローブ固定部に固定されるプローブも傾斜し、アライメント調整が実施される。
ここで、測定子は、第一傾斜面と第二傾斜面との交線、および第三傾斜面と第四傾斜面との交線の交点上に配置されるように、基部および調整板の位置、寸法が設定されている。したがって、調整板を第一方向に沿って押圧した場合でも第二方向に押圧した場合でも、調整板の変位による測定子の変位量を小さくすることができ、プローブを第一方向だけでなく、第二方向に対しても、測定子の位置をほぼ一定に保ったまま傾斜させることができ、より精度よくアライメント調整を実施することができる。
【００１５】
本発明の測定装置は、第一方向に沿って互いに平行となる第一調整端辺および第二調整端辺を有する調整板と、前記調整板に一体に設けられるプローブ固定部と、プローブ固定部に固定され、軸部、および軸部の先端に形成される測定子を有するプローブと、測定装置本体に連結されるとともに、前記第一方向に沿って互いに平行となる第一基部端辺および第二基部端辺を有する基部と、前記調整板を、当該調整板の面方向に平行で、かつ前記第一方向に直交する第二方向に略沿って押圧する傾斜調整手段と、前記第一調整端辺および前記第一基部端辺、前記第二調整端辺および前記第二基部端辺をそれぞれ連結する調整連結部と、前記測定子が被測定物に接触した際の位置を検出して、前記被測定物の形状を測定する測定手段と、を具備し、前記基部は、前記第二方向に対して移動が規制された状態で前記測定装置本体に連結されており、前記測定子は、前記傾斜調整手段により前記調整板が押圧されていない状態において、前記調整板の前記第一調整端辺および前記基部の前記第一基部端辺を含む第一傾斜面、および前記調整板の前記第二調整端辺および前記基部の前記第二基部端辺を含む第二傾斜面の交線上に配置されることを特徴とする。
【００１６】
この測定装置では、上記アライメント調整機構と同様に、初期状態において測定子が第一傾斜面および第二傾斜面の交線上に配置されているため、傾斜板が揺動により傾斜した場合でも、測定子は第一傾斜面および第二傾斜面の交線近傍で僅かに移動するのみで、その位置がほぼ変動しない。したがって、顕微鏡で測定子の位置を確認しながらプローブのアライメント調整を実施する場合でも、顕微鏡の視認可能範囲から測定子が外れるなどの不都合を防止でき、より容易にプローブのアライメント調整を実施することができる。また、調整板を第二方向に沿って押圧するだけの簡単な構成となるため、例えば図１８に示すゴニオステージのような複雑な構成や制御が不要となり、より小型のアライメント調整機構を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本実施形態に係る測定装置である形状測定装置の概略を示す全体図。
【図２】本実施形態のアライメント調整機構の構成を示す斜視図。
【図３】本実施形態のアライメント調整機構をＸ軸方向から見た正面図。
【図４】本実施形態のアライメント調整機構をＹ軸方向から見た側面図。
【図５】本実施形態の板ばねの形状を示す平面図。
【図６】本実施形態の板ばねにより連結された調整板および補強板を示す斜視図。
【図７】本実施形態のＸ軸方向から見たアライメント調整機構の初期状態を示す正面図。
【図８】図７において、Ｙ方向調整ネジを調整し、調整板を＋Ｙ軸方向に押圧した傾斜状態を示す正面図。
【図９】本実施形態のＹ軸方向から見たアライメント調整機構の初期状態を示す側面図。
【図１０】図９において、Ｘ方向調整ネジを調整し、調整板を＋Ｘ軸方向に押圧した傾斜状態を示す側面図。
【図１１】本実施形態のアライメント調整機構の側面の初期状態のモデル図。
【図１２】本実施形態のアライメント調整機構の側面の傾斜状態のモデル図。
【図１３】本実施形態のアライメント調整機構の側面の傾斜状態のモデル図。
【図１４】本実施形態のアライメント調整機構の寸法例を示す図。
【図１５】比較例である従来のアライメント調整機構の寸法例を示す図。
【図１６】プローブが穴の一部に接触した状態を示す図。
【図１７】従来のプローブのアライメント調整機構を示す図。
【図１８】従来の他のプローブのアライメント調整機構を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
[測定装置である形状測定装置の構成]
図１は、本実施形態に係る測定装置である形状測定装置の概略を示す全体図である。
本実施形態に係る形状測定装置１００は、図１に示すように、基台１と、被測定物を載置し前後方向（Ｙ軸方向）へ移動可能に設けられたテーブル２と、このテーブル２を跨いで基台１の両側に設けられた門形フレーム３と、この門形フレーム３のクロスレール４に左右方向（Ｘ軸方向）へ移動可能に設けられたＸスライダ５と、このＸスライダ５に上下方向（Ｚ軸方向）へ昇降可能に設けられたＺスライダ６と、このＺスライダ６の下端に設けられるとともに、プローブ８が固定されたアライメント調整機構１０と、を備えて構成されている。この形状測定装置では、図示しない制御装置に接続され、制御装置により、テーブル２のＹ軸方向への移動、Ｘスライダ５のＸ軸方向への移動、およびＺスライダのＺ軸方向への移動が制御される。この制御装置は、プローブ８とテーブル２とを相対移動させながら、プローブ８の測定子８Ｃ（図２参照）を被測定物の測定部位に接触させ、測定子８Ｃが被測定物に接触したときの座標値を読み取り、被測定物の形状を測定する。
【００１９】
〔アライメント調整機構の構成〕
図２は、アライメント調整機構１０の構成を示す斜視図であり、図３は、アライメント調整機構１０をＸ軸方向から見た正面図であり、図４は、アライメント調整機構１０をＹ軸方向から見た側面図である。
図２ないし図４に示すように、プローブ８は、プローブ本体８Ａと、軸部８Ｂと、測定子８Ｃと、を備えている。
プローブ本体８Ａは、アライメント調整機構１０のプローブ固定部６０の固定面６２Ａに対して直交する角度に固定される。
軸部８Ｂは、例えば超硬合金により形成される。また、プローブ本体８Ａに対して傾斜可能、かつプローブ固定部６０の固定面に対して直交する基本姿勢に復帰可能に設けられる。
すなわち、本実施形態の形状測定装置１００では、測定子８Ｃを被測定物の測定部位に接触させることで、その接触位置の座標を読み取る。この時、測定子８Ｃが接触した否かは、測定子８Ｃが被測定物に接触した際の軸部８Ｂの傾斜状態を検出することで、判断可能となる。このため、軸部８Ｂとしては、例えば超硬合金により形成されて、測定子８Ｃが被測定物に接触した際には、プローブ本体８Ａに対して傾斜可能で、かつ測定子８Ｃが被測定物から離れた際には、プローブ固定部６０の固定面に対して直交する基本姿勢に復帰可能に設けられる。
なお、測定子８Ｃが接触した否かは、測定子８Ｃを微振動させておき、測定子８Ｃが被測定物に接触した際の振動状態を検出することでも判断可能となる。この場合においても、測定子８Ｃを微振動させる必要があるため、軸部８Ｂは、プローブ固定部６０の固定面に対して直交する基本姿勢を中心として、振動可能に形成される必要があり、つまり、プローブ本体８Ａに対して傾斜可能、かつプローブ固定部６０の固定面に対して直交する基本姿勢に復帰可能に設けられている。
測定子８Ｃは、例えば軸部８Ｂの先端に球状に一体形成される。
【００２０】
そして、形状測定装置１００では、上記のように、測定子８Ｃが被測定物に当接して軸部８Ｂが一定量傾いた際に、接触信号が測定手段である制御装置（図示せず）に出力され、この制御装置により接触信号に応じた被測定物の測定面の形状が、演算により測定される。
なお、形状測定装置１００は、上記のように、測定子８Ｃを微振動させ、その振動に変化が生じた際に、接触信号が制御装置に出力される構成としてもよい。この場合でも、制御装置は、接触信号に応じた被測定物の測定面の形状を演算により測定することができる。
【００２１】
アライメント調整機構１０は、プローブ８の姿勢（角度）を調整するもので、図２ないし図４に示すように、外装筒部１１（図１、図２参照）と、基部固定部２０と、基部揺動部を構成する補強板３０と、調整板４０と、基部連結部および調整連結部を構成する板ばね５０と、プローブ固定部６０と、傾斜調整手段としてのＹ方向調整ネジ７０と、第二傾斜調整手段としてのＸ方向調整ネジ８０と、を備えている。
なお、基部固定部２０、補強板３０、板ばね５０を構成するＸ方向板ばね５３Ａ，５３Ｂにより本発明の基部が構成される。また、本発明の第一方向とは、本実施の形態におけるＸ軸方向を指し、本発明の第二方向とは本実施の形態におけるＹ軸方向を指す。
【００２２】
基部固定部２０、補強板３０、および調整板４０は、図２ないし図４に示すように、調整ネジ７０，８０により調整板４０が押圧されていない状態で、ＸＹ平面、ＹＺ平面、ＺＸ平面に対して、それぞれ一対の平行面を有する直方体形状（板形状）に形成されている。ここで、基部固定部２０のＸ軸方向に沿う幅寸法は、補強板３０のＸ軸方向に沿う幅寸法より大きく形成され、調整板４０のＹ軸方向に沿う幅寸法は、補強板３０のＹ軸方向に沿う幅寸法より大きく形成されている。また、基部固定部２０のＹ軸方向に沿う幅寸法は、補強板３０におけるＹ軸方向に沿う幅寸法と略同一寸法に形成され、調整板４０のＸ軸方向に沿う幅寸法は、補強板３０におけるＸ軸方向に沿う幅寸法に形成されている。
なお、本実施の形態では、基部固定部２０のＹ軸方向の寸法、および調整板４０のＸ軸方向の寸法は、上記のような寸法に形成される例を示すが、これに限定されず、外装筒部１１内に収納可能であり、傾斜により板ばね５０に干渉しない程度の大きさ寸法であれば、いかなる寸法に形成されていてもよい。
【００２３】
これらの基部固定部２０、補強板３０、および調整板４０は、Ｚ軸方向に沿って、基部固定部２０、調整板４０、補強板３０の順で配置される。具体的には、Ｚスライダ６の下端面に基部固定部２０が固定され、この基部固定部２０から所定隙間寸法を介して、調整板４０が配置され、さらに所定隙間寸法を介して補強板３０が配置される。この時、調整ネジ７０，８０により調整板４０が押圧されていない状態で、基部固定部２０、補強板３０、および調整板４０の各ＸＹ端面の中心点が、Ｚ軸上またはＺ軸に平行する直線上に位置するように各々配置される。
ここで、基部固定部２０のＸＹ端面のうち調整板４０に対向する下面側で、Ｙ軸方向に沿う一対の端辺がそれぞれ、第三基部端辺２３（＋Ｘ側）、第四基部端辺２４（−Ｘ側）を構成する。また、補強板３０のＸ軸方向に沿う一対の端辺がそれぞれ、第一基部端辺３１（＋Ｙ側）、第二基部端辺３２（−Ｙ側）を構成し、Ｙ軸方向に沿う一対の端辺がそれぞれ、第五基部端辺３５（＋Ｘ側）、第六基部端辺３６（−Ｘ側）を構成する。さらに、調整板４０のＸ軸方向に沿う一対の端辺がそれぞれ、第一調整端辺４１（＋Ｙ側）、第二調整端辺４２（−Ｙ側）を構成する。
そして、これらの基部固定部２０、補強板３０、および調整板４０は、板ばね５０により連結されることで、各々の高さ位置に保持される。
【００２４】
図５は、板ばね５０の形状を示す平面図である。図６は、板ばね５０により連結された調整板４０および補強板３０を示す斜視図である。
板ばね５０は、底部５１、一対のＹ方向板ばね５２Ａ，５２Ｂ、および一対のＸ方向板ばね５３Ａ，５３Ｂを備えている。この板ばね５０は、例えば熱膨張率の小さいインバー材などにより、厚みが０．１ｍｍに形成されている。
底部５１は、補強板３０のＸＹ面と略同一矩形状に形成され、補強板３０の下面に、例えばネジ止めなどにより固定されている。
【００２５】
Ｙ方向板ばね５２Ａ，５２Ｂは、図５に示すように、底部からＹ軸方向に延出形成されている。このＹ方向板ばね５２Ａ，５２Ｂは、それぞれ底部５１に連続する調整連結部５２１と、調整連結部５２１に連続する調整当接部５２２と、調整当接部５２２に連続する調整固定部５２３とを有し、調整固定部５２３にはネジ穴５２４が形成されている。そして、Ｙ方向板ばね５２Ａは、図６に示すように、補強板３０の第一基部端辺３１、調整板４０の第一調整端辺４１、調整板４０の上面のＸ軸に沿う端辺に略沿って折り曲げ加工され、調整板４０の上面にねじ止めにより固定される。Ｙ方向板ばね５２Ｂも同様に、補強板３０の第二基部端辺３２、調整板４０の第二調整端辺４２、および調整板４０の上面のＸ軸に沿う端辺に略沿って折り曲げ加工され、調整板４０の上面にねじ止めにより固定される。この時、Ｙ方向板ばね５２Ｂは、プローブ固定部６０の後述する固定片６１と、調整板４０とに挟持された状態で、調整板４０の上面にねじ止め固定される。これにより、Ｙ方向板ばね５２Ａ，５２Ｂの調整連結部５２１は、それぞれ第一基部端辺３１と第一調整端辺４１とを含む第一傾斜面、第二基部端辺３２と第二調整端辺４２とを含む第二傾斜面に沿って配置される。
ここで、調整板４０に押圧力が作用していない初期状態で、Ｙ方向板ばね５２Ａ，５２Ｂの調整連結部５２１に沿う第一傾斜面および第二傾斜面の交線上に測定子８Ｃが配置されており、Ｙ方向板ばね５２Ａ，５２Ｂは、補強板３０および調整板４０の相対位置関係が前記初期状態となるように、調整板４０をＹ軸方向に付勢する。
一方、調整連結部５２１は、Ｘ軸と平行する面上に配置されるため、Ｘ軸方向に対して撓むことがない。すなわち、調整板４０は、補強板３０に対してＸ軸方向への移動が規制される。したがって、調整板４０がＸ方向調整ネジ８０によりＸ軸方向に沿って押圧されると、補強板３０は、調整板４０と同一方向に同一距離だけ一体的にＸ軸方向に略沿って揺動する。
【００２６】
Ｘ方向板ばね５３Ａ，５３Ｂは、図５に示すように、底部５１からＸ軸方向に延出形成されている。このＸ方向板ばね５３Ａ，５３Ｂは、それぞれ底部５１に連続する基部連結部５３１と、基部連結部５３１に連続する基部固定部５３２とを有し、基部固定部５３２には、それぞれネジ穴５３３が形成され、基部連結部５３１には、それぞれＸ方向調整ネジ８０が挿通される調整ネジ孔５３４が形成されている。そして、Ｘ方向板ばね５３Ａは、図６に示すように、補強板３０の第五基部端辺３５、および基部固定部２０の第三基部端辺２３に略沿って折り曲げ加工され、基部固定部２０の＋Ｘ側のＹＺ端面にねじ止めにより固定される。Ｘ方向板ばね５３Ｂも同様に、補強板３０の第六基部端辺３６、および基部固定部２０の第四基部端辺２４に沿って折り曲げ加工され、基部固定部２０の−Ｘ側のＹＺ端面にねじ止めにより固定される。これにより、Ｘ方向板ばね５３Ａ，５３Ｂの基部連結部５３１は、それぞれ第三基部端辺２３と第五基部端辺３５とを含む第三傾斜面、第四基部端辺２４と第六基部端辺３６とを含む第四傾斜面に沿って配置される。
ここで、調整板４０に押圧力が作用していない初期状態で、Ｘ方向板ばね５３Ａ，５３Ｂの基部連結部５３１に沿う第三傾斜面および第四傾斜面の交線上に測定子８Ｃが配置される。すなわち、測定子８Ｃは、第一傾斜面および第二傾斜面の交線と、第三傾斜面および第四傾斜面の交線との交点上に配置されている。そして、Ｘ方向板ばね５３Ａ，５３Ｂは、補強板３０および基部固定部２０の相対位置関係が初期状態となるように、補強板３０をＸ軸方向に付勢する。
一方、基部連結部５３１は、Ｙ軸と平行する面上に配置されるため、Ｙ軸方向に対して撓むことがない。すなわち、補強板３０は、基部固定部２０に対してＹ軸方向への移動が規制される。したがって、調整板４０がＹ方向調整ネジ７０によりＹ軸方向に沿って押圧された場合でも補強板３０は変位せず、調整板４０のみがＹ軸方向に略沿って揺動する。
【００２７】
プローブ固定部６０は、図３に示すように、断面略コ字状に形成され、コ字一端側に固定片６１、プローブ固定部６０のコ字他端側にプローブ本体８Ａを固定する固定面６２Ａが下面側に形成されるプローブ固定端６２、および固定片６１とプローブ固定端６２とを連結するプローブ連結部６３とを備えている。
固定片６１は、上述したように、板ばね５０のＹ方向板ばね５２Ｂを介して調整板４０にねじ止めされている。これにより、プローブ固定部６０と調整板４０とが一体となり、Ｘ方向調整ネジ８０やＹ方向調整ネジ７０により調整板４０が傾斜されると、調整板４０と同一傾斜角度でプローブ固定部６０が傾斜し、プローブ８のアライメント調整が実施される。
プローブ固定端６２は、下面側の固定面６２Ａにプローブ本体８Ａが固定される。ここで、本実施の形態では、プローブ本体８Ａは、調整板４０がＸ方向調整ネジ８０やＹ方向調整ネジ７０により押圧されていない初期状態において、このプローブ固定端６２は、固定面６２ＡのＺ軸上に固定され、プローブ本体８Ａおよび軸部８ＢがＺ軸に沿って配置される。
プローブ連結部６３は、固定片６１とプローブ固定端６２とを連結する部分であり、初期状態において、ＸＺ平面に平行な平面状に形成される。また、プローブ連結部６３は、Ｙ方向板ばね５２Ｂの調整連結部５２１に当接して配置される。
【００２８】
Ｙ方向調整ネジ７０は、Ｙ軸方向に沿って一対設けられており、一方のＹ方向調整ネジ７０の先端が板ばね５０のＹ方向板ばね５２Ａの調整当接部５２２に当接し、他方のＹ方向調整ネジ７０の先端がプローブ固定部６０のプローブ連結部６３に当接する。ここで、Ｙ方向板ばね５２Ａの調整当接部５２２は、調整板４０の＋Ｙ側のＸＺ端面に当接し、プローブ連結部６３は、Ｙ方向板ばね５２Ｂの調整当接部５２２を介して調整板４０の−Ｙ側のＸＺ端面に当接しているため、Ｙ方向調整ネジ７０を軸方向に沿って進退させると、調整板４０が押圧され、Ｙ軸方向に略沿って、変位する。また、これらのＹ方向調整ネジ７０は、例えば、軸周面に雄ネジが形成され、例えば外装筒部１１に形成される雌ネジ穴に螺合されており、ねじ込みにより容易に位置調整が可能となっている。
【００２９】
図７は、Ｘ軸方向から見たアライメント調整機構１０の初期状態を示す正面図であり、図８は、図７において、Ｙ方向調整ネジ７０を調整し、調整板４０を＋Ｙ軸方向に押圧した傾斜状態を示す正面図である。
具体的には、図８に示すように、Ｙ方向調整ネジ７０による押圧により、調整板４０の第一調整端辺４１は、第一基部端辺３１を中心軸として回動し、調整板４０の第二調整端辺４２は、第二基部端辺３２を中心軸として回動する。ここで、上記したように、調整板４０のＹ方向幅寸法は、補強板３０のＹ方向幅寸法より大きく、第一傾斜面および第二傾斜面がＺ軸に対して傾斜している。また、補強板３０は、上記したように、Ｙ軸と平行する面状のＸ方向板ばね５３Ａ，５３Ｂにより基部固定部２０に連結されており、Ｙ軸方向への移動が規制されている。このため、調整板４０がＹ軸方向に沿って押圧力を受けた際、補強板３０が移動せず、調整板４０が補強板３０に対してＹ軸に略沿う方向に揺動する。この時、Ｙ方向板ばね５２Ａの調整連結部５２１の回動角度と、Ｙ方向板ばね５２Ｂの調整連結部５２１の回動角度とが異なる角度となるため調整板４０が傾斜する。例えば、図７に示すような初期状態において、第一傾斜面および第二傾斜面と、Ｚ軸となす角度がそれぞれαｙであった場合でも、傾斜板がＹ方向調整ネジ７０により押圧された傾斜状態では、図８に示すように、第一傾斜面とＺ軸との傾斜角度βｙ、および第二傾斜面とＺ軸との傾斜角度θｙは、異なる角度となることで、調整板４０が所定の角度δｙだけ傾斜される。これにより、調整板４０とプローブ固定部６０を介して一体的に固定されるプローブ８も角度δｙだけ傾斜される。
【００３０】
Ｘ方向調整ネジ８０は、Ｘ軸方向に沿って一対設けられており、それぞれ、Ｘ方向板ばね５３Ａ，５３Ｂに設けられる調整ネジ孔５３４に挿通され、一方のＸ方向調整ネジ８０の先端が＋Ｘ側のＹＺ端面に、他方のＹ方向調整ネジ７０の先端が−Ｘ側のＹＺ端面に当接し、調整板４０を挟持している。また、これらのＸ方向調整ネジ８０は、例えば、軸周面に雄ネジが形成され、例えば外装筒部１１に形成される雌ネジ穴に螺合されて、所定位置に位置決めされる。そして、これらのＸ方向調整ネジ８０の螺合状態に応じて、調整板４０がＸ軸方向に押圧され、Ｘ軸に略沿って変位する。
【００３１】
図９は、Ｙ軸方向から見たアライメント調整機構１０の初期状態を示す側面図であり、図１０は、図９において、Ｘ方向調整ネジ８０を調整し、調整板４０を＋Ｘ軸方向に押圧した傾斜状態を示す側面図である。
具体的には、調整板４０は、補強板３０に対してＸ軸方向への移動が規制されているため、Ｘ方向調整ネジ８０により調整板４０が押圧されて変位すると、調整板４０も同変位量だけ変位する。この時、補強板３０の第五基部端辺３５は、基部固定部２０の第三基部端辺２３を中心軸として回動し、第六基部端辺３６は、第四基部端辺２４を中心軸として回動する。ここで、上記したように、基部固定部２０のＸ方向幅寸法は、補強板３０のＸ方向幅寸法より大きく、第三傾斜面および第四傾斜面がＺ軸に対して傾斜している。このため、調整板４０がＸ軸方向に沿って押圧力を受けると、Ｘ方向板ばね５３Ａの基部連結部５３１の回動角度と、Ｘ方向板ばね５３Ｂの基部連結部５３１の回動角度とが異なる角度となり、補強板３０が傾斜する。例えば、図９に示すような初期状態において、第三傾斜面および第四傾斜面と、Ｚ軸となす角度がそれぞれαｘであった場合でも、調整板４０がＸ方向調整ネジ８０により押圧された傾斜状態では、図１０に示すように、第三傾斜面とＺ軸との傾斜角度βｘ、および第四傾斜面とＺ軸との傾斜角度θｘは、異なる角度となり、補強板３０が所定の角度δｘだけ傾斜される。また、上記のように、調整板４０は、面状のＹ方向板ばね５２Ａ，５２Ｂにより補強板３０に連結され、補強板３０に対してＸ軸方への移動が規制されているため、補強板３０と一体的に調整板４０も角度δｘだけ傾斜される。
【００３２】
また、上述のようなＹ方向調整ネジ７０やＸ方向調整ネジ８０のねじ込み量を制御装置により制御可能としてもよく、このような構成では、調整板４０のＸ軸方向およびＹ軸方向への押圧力を電子制御により微調整することで、プローブ８のアライメントをより精密に調整することができる。
【００３３】
〔プローブのアライメント調整方法、およびアライメント調整原理〕
上記のような形状測定装置１００において、プローブ８のアライメントを調整するには、Ｘ方向調整ネジ８０およびＹ方向調整ネジ７０のねじ込み量を調整し、調整板４０の傾斜を調整する。本実施の形態では、図７および図８に示すように、Ｘ軸に直交するＹＺ平面方向でのプローブ８のアライメント調整は、Ｙ方向調整ネジ７０のねじ込み量を調整することで実施され、図９および図１０に示すように、Ｙ軸に直交するＸＺ平面方向でのプローブ８のアライメントは、Ｘ方向調整ネジ８０のねじ込み量を調整することで実施され、これらＹ方向調整ネジ７０およびＸ方向調整ネジ８０の双方を調整することで、プローブ８を３次元に対して所望の角度に調整することが可能となる。そして、これらのＹ方向調整ネジ７０およびＸ方向調整ネジ８０のねじ込み量の調整では、測定者がプローブ８の先端部の傾斜状態を、図示しない顕微鏡により確認することで実施する。この時、上記形状測定装置１００では、プローブ８のアライメント調整時の測定子８Ｃの移動量が僅かであり、顕微鏡の視認有効範囲から測定子８Ｃが飛び出る不都合がなく、容易かつ迅速にプローブ８のアライメント調整を実施することができる。
【００３４】
これは、初期状態において、プローブ８の測定子８Ｃが、第一傾斜面および第二傾斜面の交線と、第三傾斜面および第四傾斜面の交線との交点上に配置される構成のためであり、このような構成では、以下のような原理により、測定子８Ｃが移動する。
図１１ないし図１３は、本発明のアライメント調整機構１０の原理を説明するモデル図である。図１１は、アライメント調整機構１０の側面の初期状態のモデル図であり、図１２および図１３は、アライメント調整機構１０の側面の傾斜状態のモデル図である。なお、ここでは、説明を簡略化するために、Ｘ方向調整ネジ８０により調整板４０をＸ軸方向に押圧した場合のみを例示するが、Ｙ方向調整ネジ７０により調整板４０をＹ軸方向に押圧した場合も同様の原理によりアライメント調整が実施される。
図１１ないし図１３において、点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｇは、それぞれ初期状態における測定子８Ｃ、補強板３０の第五基部端辺３５、第六基部端辺３６、基部固定部２０の第三基部端辺２３、第四基部端辺２４、プローブ本体８Ａとプローブ固定端６２との接続点（プローブ接続点）の座標位置を示し、測定子８Ｃの座標位置Ａが原点にあるものとする。なお、ここでは、説明の簡略化のため、補強板３０や板ばね５０、プローブ固定端６２の厚み寸法を無視し、プローブ接続点Ｇが、補強板３０の第三基部端辺２３および第四基部端辺２４の中点に位置するものとする。
また、プローブの軸部の長さをｈ１、基部固定部２０および補強板３０の距離をｈ２とし、第三傾斜面ＢＤおよび第四傾斜面ＣＥはそれぞれＺ軸に対して角度αで傾斜しているものとする。
このようなモデルでは、各点Ａ〜Ｇの座標位置は、それぞれ以下のようになる。
Ａ（ｘａ，ｚａ）＝（０，０）
Ｂ（ｘｂ，ｚｂ）＝（ｈ１ｔａｎα，ｈ１）
Ｃ（ｘｃ，ｚｃ）＝（−ｈ１ｔａｎα，ｈ１）
Ｄ（ｘｄ，ｚｄ）＝（（ｈ１＋ｈ２）ｔａｎα，ｈ１＋ｈ２）
Ｅ（ｘｅ，ｚｅ）＝（−（ｈ１＋ｈ２）ｔａｎα，ｈ１＋ｈ２）
Ｇ（ｘｇ，ｚｇ）＝（０，ｈ１）
また、基部固定部２０の第三基部端辺２３および第四基部端辺２４を結ぶ線分ＥＤの寸法は、ＥＤ＝２（ｈ１＋ｈ２）ｔａｎαとなり、第三基部端辺２３および第五基部端辺３５の距離、第四基部端辺２４および第六基部端辺３６の距離は、ＥＣ＝ＤＢ＝ｈ２／ｃｏｓαとなり、補強板３０の第三基部端辺２３および第四基部端辺２４を結ぶ線分ＣＢの寸法は、ＣＢ＝２ＣＧ＝２ＧＢ＝２ｈ１ｔａｎαとなる。
【００３５】
ここで、図１２のように、調整板４０を押圧して補強板３０を傾斜させた際、第四傾斜面がＺ軸に対して角度βだけ傾斜されたものとする。また、この時の第三傾斜面がＺ軸に対して角度θだけ傾斜し、プローブ８がＺ軸に対してδだけ傾斜する傾斜状態になったとする。また、測定子８Ｃ、補強板３０の第五基部端辺３５、第六基部端辺３６、プローブ接続点がそれぞれ、Ａ´，Ｂ´，Ｃ´，Ｇ´に移動したとすると、点Ｂ´，Ｃ´，Ｇ´の座標は以下のように表せる。
Ｂ´（ｘｂ´，ｚｂ´）＝（（ｈ１＋ｈ２）ｔａｎα−ｈ２ｓｉｎθ／ｃｏｓα，ｈ１＋ｈ２−ｈ２ｃｏｓθ／ｃｏｓα）
Ｃ´（ｘｃ´，ｚｃ´）＝（−（ｈ１＋ｈ２）ｔａｎα＋ｈ２ｓｉｎβ／ｃｏｓα，ｈ１＋ｈ２−ｈ２ｃｏｓβ／ｃｏｓα）
Ｇ´（ｘｇ´，ｚｇ´）＝（ｈ２（ｓｉｎβ−ｓｉｎθ）／２ｃｏｓα，ｈ１＋ｈ２−ｈ２（ｃｏｓβ−ｃｏｓθ）／ｃｏｓα）
【００３６】
また、図１２において、点Ｂ´を通りＸ軸と平行な直線において、点Ｅ，Ｃ´，Ｄから垂線を下ろし、それぞれ点Ｋ，Ｌ，Ｈ´とすると、線分ＫＨ´は、次式（１）により表すことができる。
【００３７】
【数１】
【００３８】
ここで、線分ＫＬ，ＬＢ´，Ｂ´Ｈ´は、それぞれ、次式（２）〜（４）式により表される。
【００３９】
【数２】
【００４０】
上記（２）〜（４）式を（１）式に代入することで、次式（５）が導き出される。
【００４１】
【数３】
【００４２】
また、上記式（５）から第一傾斜面の傾斜角度θは、次式（６）のように導き出される。
【００４３】
【数４】
【００４４】
ここで、式（６）により２つの解θ１およびθ２（θ１＜θ２）が求められる。一方、算出される角度θ１、θ２を図示すると、図１３に示すようになる。図１３に示すように、第五基部端辺３５が第六基部端辺３６を越えた位置に変位することはないため、アライメント調整時に第一傾斜面の傾斜角度θ＝θ１となる。
さらに、補強板３０の傾斜角度、すなわち線分Ｃ´Ｂ´の傾きは、（ｚＣ´−ｚＢ´）／（ｘＣ´−ｘＢ´）により求められる。また、Ｙ方向板ばね５２Ａ，５２Ｂにより、Ｘ軸方向に対しては、調整板４０と補強板３０とが一体的に変位し、調整板４０にプローブ固定部６０が固定され、このプローブ固定部６０にプローブ８が固定されているため、補強板３０の傾斜と同じ傾斜でプローブ８も傾斜する。また、プローブ固定部６０のプローブ固定端６２に対してプローブ８が垂直に設けられているため、プローブ８の傾きは、−（ｘＣ´−ｘＢ´）／（ｚＣ´−ｚＢ´）となる。したがって、プローブ８の傾斜角度δは、次式（７）により算出される。
【００４５】
【数５】
【００４６】
この式（７）、プローブ８の接続点Ｇ´の座標から、傾斜状態の測定子８Ｃの座標位置Ａ´の座標（ｘＡ´，ｚＡ´）を次式（８）（９）に示すように導き出すことができる。
【００４７】
【数６】
【００４８】
ここで、図１４に示すような寸法のアライメント調整機構１０の測定子８Ｃの変位量を実施例として例示する。また、比較例として、図１５に示す従来のゴニオステージを用いたアライメント調整機構の寸法例を例示する。
図１４は、初期状態の第三傾斜面および第四傾斜面の傾斜角度をそれぞれ１０（deg）とし、ｈ１＝ｈ２＝１６（ｍｍ）に設定した例である。このようなアライメント調整機構１０において、調整板４０を押圧して、Ｘ方向板ばね５３Ｂの基部連結部５３１の傾斜角度を１２（deg）にした場合、上記式（６）によりθ＝８．０２４(deg)、式（７）により、δ＝１．９９（deg）、式（８）および式（９）により測定子８Ｃの移動後の座標位置（ｘＡ´，ｚＡ´）が（ｘＡ´，ｚＡ´）＝（-0.0006900，0.0198799）であると算出できる。すなわち、プローブ８は、１．９９（deg）傾斜し、測定子８Ｃは、−Ｘ軸方向に約０．６９μｍ、＋Ｚ軸方向に１９．８μｍ移動すると算出できる。
【００４９】
また、図１５に示すように、図１４のアライメント調整機構１０のＺ軸方向寸法と同一厚み寸法（１６ｍｍ）のゴニオステージ（エドモンド・オプティクス社製：商品コード ５５８３８−Ｊ，曲率半径Ｒ＝４７ｍｍ）を用い、ゴニオステージの下面中央に図１４と同一寸法（１６ｍｍ）のプローブ８を固定した。そして、上記アライメント調整機構を上記図１４と同様の角度（２（deg））だけプローブ８を傾斜させ、測定子の位置を算出すると、測定子８Ｃの移動後の座標位置は、（ｘＡ´，ｚＡ´）＝（ＯＡ´ｓｉｎ２°，ＯＡ´−ＯＡ´ｃｏｓ２°）＝（２．３４，０．０４１）となる。すなわち、測定子は、＋Ｘ軸方向に２．３４ｍｍ、＋Ｚ軸方向に０．０４１ｍｍだけ移動すると算出される。
【００５０】
以上に示すように、図１５に示すような従来のアライメント調整機構では、プローブ８のアライメントによる測定子の移動量が大きくなるが、図１４に示すような本発明のアライメント調整機構１０では、測定子８Ｃの移動量を極めて小さくすることができ、顕微鏡の有効範囲内でプローブ８のアライメント調整が十分に実施可能であることが分かる。
【００５１】
なお、図１１ないし図１３において、調整板４０のＸ軸方向への押圧によるプローブ８のアライメント調整に対して説明したが、調整板４０のＹ軸方向への押圧によるプローブ８のアライメント調整に対しても同様の原理により、プローブ８の傾斜角度δおよび測定子８Ｃの座標位置を算出することができる。すなわち、調整板４０のＹ軸方向への押圧によるプローブ８のアライメント調整では、調整板４０の第一調整端辺４１を点Ｂ、第二調整端辺４２を点Ｃとし、Ｙ軸方向に対して補強板３０と基部固定部２０との相対位置が変化しないため、補強板３０の第一基部端辺３１を点Ｄ、第二基部端辺３２を点Ｅとし、線分ＢＣを線分ＤＥより短く、かつ線分ＢＣを線分ＤＥより＋Ｚ軸側に配置することで置換することができ、上記したＸ軸方向に対するアライメント調整と略同様の原理にて、アライメント調整が実施可能となる。したがって、アライメント調整量に対して、測定子８Ｃの移動量を十分に小さくすることができる。
【００５２】
〔実施の形態の作用効果〕
上述したように、上記実施の形態の形状測定装置１００のアライメント調整機構１０では、Ｚスライダ６の下端面に基部固定部２０が固定され、この基部固定部２０から所定寸法離れた位置に補強板３０が設けられている。そして、基部固定部２０の一対のＹＺ端面のＹ軸に平行する第三基部端辺２３、第四基部端辺２４と、補強板３０の一対のＹＺ端面のＹ軸に平行する第五基部端辺３５、第六基部端辺３６とが、板ばね５０のＸ方向板ばね５３Ａ，５３Ｂにより連結され、補強板３０がＸ軸方向に対して移動が規制されている。また、この補強板３０から所定寸法離れた位置に、調整板４０が配置され、調整板４０のＸＺ端面のＸ軸に平行する第一調整端辺４１、第二調整端辺４２と、補強板３０のＸＺ端面のＸ軸に平行する第一基部端辺３１、第二基部端辺３２とが、板ばね５０のＹ方向板ばね５２Ａ，５３Ｂにより連結されている。また、調整板４０には、プローブ固定部６０が固定され、このプローブ固定部６０にプローブ８が固定されており、初期状態において、第一調整端辺４１および第一基部端辺３１により形成される第一傾斜面と、第二調整端辺４２および第二基部端辺３２により形成される第二傾斜面との交線上に、プローブ８の測定子８Ｃが配置される。さらに、調整板４０はＹ軸方向に沿ってＹ方向調整ネジ７０が配置され、Ｙ方向調整ネジ７０により押圧されることで調整板４０が揺動可能となる。
このような構成により、調整板４０は、Ｙ方向調整ネジ７０により押圧されることで、揺動され、押圧量に応じて傾斜する。ここで、補強板３０がＹ軸方向に対して移動が規制されて変位しないので、調整板４０の第一調整端辺４１は、補強板３０の第一基部端辺３１を中心軸として、また調整板４０の第二調整端辺４２は、補強板３０の第二基部端辺３２を中心軸として回動し、調整板４０が傾斜する。この時、調整板４０は、第一傾斜面および第二傾斜面の交線または、この交線近傍を揺動中心として、揺動する。したがって、この交線上に測定子８Ｃが配置されていれば、測定子８Ｃの変位を小さくすることができる。したがって、測定者が顕微鏡を用いてプローブ８の先端の測定子８Ｃの状態を確認しながら、アライメント調整を実施する場合でも顕微鏡の有効視認可能範囲から測定子が外れることがなく、顕微鏡の移動や、倍率の変更など煩雑な作業を伴うことなく、測定子８Ｃのアライメント調整を実施することが可能となる。また、Ｙ方向調整ネジ７０のねじ込み量で調整板４０の押圧量を調整してプローブ８のアライメント調整を実施する簡単な構成であるため、例えば数ｍｍ単位の小型の被測定物の形状を測定する場合でも、容易にアライメント調整機構１０を小型化することができ、その制御も容易にできる。
【００５３】
また、基部固定部２０および補強板３０は、板ばね５０のＸ方向板ばね５３Ａ，５３Ｂにより連結されている。これにより、補強板３０は、基部固定部２０に対してＸ軸方向に対して揺動可能となる。また、測定子８Ｃは、初期状態において、第一調整端辺４１および第一基部端辺３１により形成される第一傾斜面と、第二調整端辺４２および第二基部端辺３２により形成される第二傾斜面との交線上に配置されている。さらに、調整板４０はＸ軸方向に沿ってＸ方向調整ネジ８０が配置され、Ｘ方向調整ネジ８０により調整板４０が押圧されることで補強板３０がＸ軸方向に揺動可能となる。
このため、上記のようなＹ軸方向に対するプローブの傾斜調整に加えて、Ｘ軸方向に対する傾斜調整も可能となり、Ｘ方向調整ネジ８０およびＹ方向調整ネジ７０の双方のねじ込み量を適宜設定することで、プローブのアライメント調整をより精度よく実施することができる。
【００５４】
また、板ばね５０は、第一傾斜面および第二傾斜面に沿う一対の面状の調整連結部５２１と、第三傾斜面および第四傾斜面に沿う一対の面状の基部連結部５３１とを備え、基部固定部２０に対する補強板３０の配置状態、補強板３０に対する調整板４０の配置状態が初期状態となるように付勢している。このため、Ｙ方向調整ネジ７０やＸ方向調整ネジ８０により加えられる押圧力を面状の基部連結部５３１や調整連結部５２１の面全体に分散されることとなる。したがって、例えばＹ方向調整ネジ７０による調整板４０の押圧により、補強板３０がＹ軸方向に移動したり、Ｘ方向調整ネジ８０による調整板４０の押圧により、調整板４０が補強板３０に対してＸ軸方向に移動したりすることがなく、プローブ８のアライメント調整をより精度よく実施することができる。
また、板ばね５０は、底部５１、底部５１からＸ軸方向に延出するＸ方向板ばね５３Ａ，５３Ｂ、および底部５１からＹ軸方向に延出するＹ方向板ばね５２Ａ，５２Ｂを備え、Ｘ方向板ばね５３Ａ，５３Ｂに基部連結部５３１が形成され、Ｙ方向板ばね５２Ａ，５２Ｂに調整連結部５２１が形成されている。したがって、複数の板ばね部材を用い、基部固定部２０、補強板３０、調整板４０をそれぞれ連結する構成に比べて、部品点数を少なくできるとともに、製造効率も向上できる。
さらに、板ばね５０としてインバー材を用いることで、熱膨張などによる変形を防止できる。特に、小型のアライメント調整機構１０では、板ばね５０のとして熱膨張率の大きい素材などを用いると、熱膨張による板ばね５０の変形により調整板４０が傾斜し、精度の高いアライメント調整が困難となるが、本実施の形態では、このような板ばね５０の変形を抑えることができ、調整板４０および補強板３０は、Ｙ方向調整ネジ７０およびＸ方向調整ネジ８０のねじ込み量のみにより変位されることとなり、その他の要因により傾斜されることがない。したがって、プローブのアライメント調整をより精度よく実施することができる。
【００５５】
〔その他の実施の形態〕
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
【００５６】
例えば、上記実施の形態において、一枚の板ばね５０を折り曲げ加工することで、平面状の基部連結部５３１および調整連結部５２１が構成される例を示したが、基部連結部５３１および調整連結部５２１は、面状に形成されているものでなくてもよい。例えば。調整連結部５２１は、第一調整端辺４１および第一基部端辺３１、第二調整端辺４２および第二基部端辺３２を連結するものであり、基部連結部５３１は、第三基部端辺２３および第五基部端辺３５、第四基部端辺２４および第六基部端辺３６を連結するものであれば、例えば円弧上に形成されているものであってもよい。
また、板ばね５０を折り曲げ加工することで、これらの基部連結部５３１および調整連結部５２１を形成する例を示したが、これに限定されず、例えば、調整連結部５２１は、第一傾斜面および第二傾斜面に沿ってそれぞれ配置される板部材を配置し、第一傾斜面に配置される板部材と、調整板４０の第一調整端辺４１および補強板３０の第一基部端辺３１と板ばねで連結し、第二傾斜面に配置される板部材と、第二調整端辺４２および第二基部端辺３２とを板ばねで連結するものであってもよい。同様に、基部連結部材としても、第三傾斜面および第四傾斜面のそれぞれに板部材を配置し、これらの板部材と補強板３０や基部固定部２０を板ばねで連結する構成としてもよい。
【００５７】
また、一枚の板ばね５０を折り曲げ加工することにより、基部連結部５３１および調整連結部５２１を形成したが、例えば第一傾斜面、第二傾斜面、第三傾斜面、および第四傾斜面に沿ってそれぞれ別部材となる板ばねを配置し、基部連結部５３１および調整連結部５２１を形成する構成としてもよい。
【００５８】
Ｙ方向調整ネジ７０およびＸ方向調整ネジ８０として、外周面に雄ネジを形成し、外装筒部１１に形成される雌ネジ孔に螺合される構成としたが、これに限定されず、例えばその他部材によりねじ込み量を設定する構成としてもよく、制御装置によりこれらのＹ方向調整ネジ７０およびＸ方向調整ネジ８０のねじ込み量が調整可能な構成としてもよい。
さらには、傾斜調整手段として、Ｙ方向調整ネジ７０およびＸ方向調整ネジ８０を例示したが、これに限定されない。例えば、Ｙ軸方向およびＸ軸方向に沿って進退自在に設けられるピン部材であり、例えばモータなどの駆動力により軸方向に沿って進退される構成などとしてもよい。
【００５９】
その他、本発明の実施の際の具体的な構造および手順は、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造などに適宜変更できる。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明は、プローブのアライメントを調整するアライメント調整機構、およびプローブを用いて被測定物の形状を測定する測定装置に利用できる。
【符号の説明】
【００６１】
６…測定装置本体であるスライダ、８…プローブ、８Ｂ…軸部、８Ｃ…測定子、１０…アライメント調整機構、２０…基部を構成する基部固定部、２３…第三基部端辺、２４…第四基部端辺、３０…基部を構成する基部揺動部としての補強板、３１…第一基部端辺、３２…第二基部端辺、３５…第五基部端辺、３６…第六基部端辺、４０…調整板、４１…第一調整端辺、４２…第二調整端辺、５０…基部連結部および調整連結部を備える板ばね、６０…プローブ固定部、７０…傾斜調整手段としてのＹ方向調整ネジ、８０…第二傾斜調整手段としてのＸ方向調整ネジ、１００…測定装置としての形状測定装置、５２１…調整連結部、５３１…基部連結部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一方向に沿って互いに平行となる第一調整端辺および第二調整端辺を有する調整板と、
前記調整板に一体に設けられるプローブ固定部と、
前記プローブ固定部に固定され、軸部、および軸部の先端に形成される測定子を有するプローブと、
測定装置本体に連結されるとともに、前記第一方向に沿って互いに平行となる第一基部端辺および第二基部端辺を有する基部と、
前記調整板を、当該調整板の面方向に平行で、かつ前記第一方向に直交する第二方向に略沿って押圧する傾斜調整手段と、
前記第一調整端辺および前記第一基部端辺、前記第二調整端辺および前記第二基部端辺をそれぞれ連結する調整連結部と、を具備し、
前記基部は、前記第二方向に対して移動が規制された状態で前記測定装置本体に連結されており、
前記測定子は、前記傾斜調整手段により前記調整板が押圧されていない状態において、前記調整板の前記第一調整端辺および前記基部の前記第一基部端辺を含む第一傾斜面、および前記調整板の前記第二調整端辺および前記基部の前記第二基部端辺を含む第二傾斜面の交線上に配置される
ことを特徴とするアライメント調整機構。
【請求項２】
請求項１に記載のアライメント調整機構において、
前記調整連結部は、前記第一傾斜面および前記第二傾斜面に沿って配置される
ことを特徴とするアライメント調整機構。
【請求項３】
請求項２に記載のアライメント調整機構において、
前記調整連結部は、板ばねであり、前記傾斜調整手段により前記調整板が押圧されていない位置状態に前記調整板を付勢する
ことを特徴とするアライメント調整機構。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のアライメント調整機構において、
前記調整板を、当該調整板の面方向に平行で、かつ前記第二方向に略沿って押圧する第二傾斜調整手段を備え、
前記基部は、
装置本体に固定されるとともに、前記第二方向に平行となる第三基部端辺および第四基部端辺を有する基部固定部と、
前記第二方向に平行となる第五基部端辺および第六基部端辺を有するとともに、前記第一基部端辺および前記第二基部端辺を有する基部揺動部と、
前記第三基部端辺および前記第五基部端辺、前記第四基部端辺および前記第六基部端辺を連結する基部連結部と、を備え、
前記測定子は、前記傾斜調整手段および前記第二傾斜調整手段により前記調整板が押圧されていない状態において、前記第一傾斜面および第二傾斜面の交線と、前記第三基部端辺と前記第五基部端辺とを含む第三傾斜面、および前記第四基部端辺と前記第六基部端辺とを含む第四傾斜面の交線との交点上に配置される
ことを特徴とするアライメント調整機構。
【請求項５】
第一方向に沿って互いに平行となる第一調整端辺および第二調整端辺を有する調整板と、
前記調整板に一体に設けられるプローブ固定部と、
プローブ固定部に固定され、軸部、および軸部の先端に形成される測定子を有するプローブと、
測定装置本体に連結されるとともに、前記第一方向に沿って互いに平行となる第一基部端辺および第二基部端辺を有する基部と、
前記調整板を、当該調整板の面方向に平行で、かつ前記第一方向に直交する第二方向に略沿って押圧する傾斜調整手段と、
前記第一調整端辺および前記第一基部端辺、前記第二調整端辺および前記第二基部端辺をそれぞれ連結する調整連結部と、
前記測定子が被測定物に接触した際の位置を検出して、前記被測定物の形状を測定する測定手段と、を具備し、
前記基部は、前記第二方向に対して移動が規制された状態で前記測定装置本体に連結されており、
前記測定子は、前記傾斜調整手段により前記調整板が押圧されていない状態において、前記調整板の前記第一調整端辺および前記基部の前記第一基部端辺を含む第一傾斜面、および前記調整板の前記第二調整端辺および前記基部の前記第二基部端辺を含む第二傾斜面の交線上に配置される
ことを特徴とする測定装置。
【請求項１】
第一方向に沿って互いに平行となる第一調整端辺および第二調整端辺を有する調整板と、
前記調整板に一体に設けられるプローブ固定部と、
前記プローブ固定部に固定され、軸部、および軸部の先端に形成される測定子を有するプローブと、
測定装置本体に連結されるとともに、前記第一方向に沿って互いに平行となる第一基部端辺および第二基部端辺を有する基部と、
前記調整板を、当該調整板の面方向に平行で、かつ前記第一方向に直交する第二方向に略沿って押圧する傾斜調整手段と、
前記第一調整端辺および前記第一基部端辺、前記第二調整端辺および前記第二基部端辺をそれぞれ連結する調整連結部と、を具備し、
前記基部は、前記第二方向に対して移動が規制された状態で前記測定装置本体に連結されており、
前記測定子は、前記傾斜調整手段により前記調整板が押圧されていない状態において、前記調整板の前記第一調整端辺および前記基部の前記第一基部端辺を含む第一傾斜面、および前記調整板の前記第二調整端辺および前記基部の前記第二基部端辺を含む第二傾斜面の交線上に配置される
ことを特徴とするアライメント調整機構。
【請求項２】
請求項１に記載のアライメント調整機構において、
前記調整連結部は、前記第一傾斜面および前記第二傾斜面に沿って配置される
ことを特徴とするアライメント調整機構。
【請求項３】
請求項２に記載のアライメント調整機構において、
前記調整連結部は、板ばねであり、前記傾斜調整手段により前記調整板が押圧されていない位置状態に前記調整板を付勢する
ことを特徴とするアライメント調整機構。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のアライメント調整機構において、
前記調整板を、当該調整板の面方向に平行で、かつ前記第二方向に略沿って押圧する第二傾斜調整手段を備え、
前記基部は、
装置本体に固定されるとともに、前記第二方向に平行となる第三基部端辺および第四基部端辺を有する基部固定部と、
前記第二方向に平行となる第五基部端辺および第六基部端辺を有するとともに、前記第一基部端辺および前記第二基部端辺を有する基部揺動部と、
前記第三基部端辺および前記第五基部端辺、前記第四基部端辺および前記第六基部端辺を連結する基部連結部と、を備え、
前記測定子は、前記傾斜調整手段および前記第二傾斜調整手段により前記調整板が押圧されていない状態において、前記第一傾斜面および第二傾斜面の交線と、前記第三基部端辺と前記第五基部端辺とを含む第三傾斜面、および前記第四基部端辺と前記第六基部端辺とを含む第四傾斜面の交線との交点上に配置される
ことを特徴とするアライメント調整機構。
【請求項５】
第一方向に沿って互いに平行となる第一調整端辺および第二調整端辺を有する調整板と、
前記調整板に一体に設けられるプローブ固定部と、
プローブ固定部に固定され、軸部、および軸部の先端に形成される測定子を有するプローブと、
測定装置本体に連結されるとともに、前記第一方向に沿って互いに平行となる第一基部端辺および第二基部端辺を有する基部と、
前記調整板を、当該調整板の面方向に平行で、かつ前記第一方向に直交する第二方向に略沿って押圧する傾斜調整手段と、
前記第一調整端辺および前記第一基部端辺、前記第二調整端辺および前記第二基部端辺をそれぞれ連結する調整連結部と、
前記測定子が被測定物に接触した際の位置を検出して、前記被測定物の形状を測定する測定手段と、を具備し、
前記基部は、前記第二方向に対して移動が規制された状態で前記測定装置本体に連結されており、
前記測定子は、前記傾斜調整手段により前記調整板が押圧されていない状態において、前記調整板の前記第一調整端辺および前記基部の前記第一基部端辺を含む第一傾斜面、および前記調整板の前記第二調整端辺および前記基部の前記第二基部端辺を含む第二傾斜面の交線上に配置される
ことを特徴とする測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１１−７７７４（Ｐ２０１１−７７７４Ａ）
【公開日】平成２３年１月１３日（２０１１．１．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−６２２３９（Ｐ２０１０−６２２３９）
【出願日】平成２２年３月１８日（２０１０．３．１８）
【出願人】（０００１３７６９４）株式会社ミツトヨ (979)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月１３日（２０１１．１．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月１８日（２０１０．３．１８）
【出願人】（０００１３７６９４）株式会社ミツトヨ (979)
【Ｆターム（参考）】
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