JP5945788B2 - 三次元形状測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、高精度で任意の三次元形状の測定物（例えば、スマートフォン等で使用される非球面レンズなど）を走査測定する三次元形状測定装置に関するものである。

非特許文献１には、図２３に示すように、Ｚ軸方向の重力補償付きＺ軸駆動装置２００のＺ軸駆動軸２２０の下端にプローブ部２０１が配置され、ＸＹテーブル２０２上に載置した測定物２０３の三次元形状を測定する装置が開示されている。

この装置では、Ｚ軸駆動装置２００のＺ軸駆動軸２２０は、Ｚ軸駆動装置の上部の真空シリンダ２０４によって真空引きされて、Ｚ軸駆動軸２２０の自重を最小化して補償する構成になっている。Ｚ軸駆動軸２２０は、圧電変換器（ＰＺＴ）２０５とボイスコイルモータ２０６とで組み合わされたアクチュエータの駆動によりＺ軸方向に駆動される。ボイスコイルモータ２０６のコイル２０７は、真空シリンダ２０４を構成するケース状のヨーク２０８の内側に配置され、Ｚ軸駆動軸２２０の、コイル２０７に対向した位置には、磁石２０９が固定されている。真空シリンダ２０４の開口の非接触シール部２１０では、Ｚ軸駆動軸２２０がＺ軸方向に移動可能にシールされている。Ｚ軸駆動軸２２０の下部には、静圧気体軸受２１１で支持されている。

Ｚ軸方向に移動するＺ軸駆動装置２００の中心部には、レーザ光通過用の貫通穴があり、レーザ干渉計２１２からプローブ部２０１の上端の反射鏡までの距離を測定して、測定物２０３の三次元形状を測定可能としている。

H. Shinno, H. Yoshioka, T. Gokan, H. Sawano著「A newly developed three-dimensional profile scanner with nanometer spatial resolution」 CIRP Annals-Manufacturing Technology Vol.59, No.1, (2010), pp.525-528

しかしながら、前記Ｚ軸駆動装置２００では、Ｚ軸駆動軸２２０が、静圧気体軸受２１１で非接触支持されているが、Ｚ軸駆動軸２２０の直径に対して、静圧気体軸受２１１の鉛直方向の長さが概略同じであり、Ｚ軸駆動軸２２０の全体の鉛直方向の長さは、Ｚ軸駆動軸２２０の直径に対して長い構成となっている。

このような構成の場合、高傾斜角度（３０度〜７０度）の測定物を測定する場合は、プローブ先端に横方向の力がかかった場合に、回転モーメントが発生しやすい構造である（図２４Ａ参照）。

結果として、図２４Ａで示すようにΔＸの測定誤差が発生する。

そのため、Ｚ軸駆動軸２２０の回転剛性が弱くなるような従来の装置では、レンズの生産ラインで望まれるｍｍ／ｓオーダでの測定は極めて困難であった。

また、前記Ｚ軸駆動装置２００では、駆動部のコイル２０７に電流を流すと、この電流でコイル２０７に発熱が起き、ヨーク２０８が熱膨張を起こし、図２４Ｂに示すように、非接触シール部２１０の隙間が広くなる。このように隙間が広くなると、隙間に空気が入りやすくなり、真空引きだけでＺ軸駆動装置２００の駆動部を保持するのは難しく、Ｚ軸駆動軸２２０を上方へ上げる力が働くように、コイル２０７に電流が多く流れることになる。そのため、Ｚ軸駆動軸２２０に対する非接触シール部２１０と静圧気体軸受部２１１とにおいて、Ｚ軸駆動軸２２０の軸ずれ（数μｍレベルのずれ）が発生し（図２４Ｂの点線の状態参照）、Ｚ軸駆動軸２２０が片側に寄って軸ずれを起こし、Ｚ軸駆動軸２２０の剛性が弱くなる。すると、結果として、Ｚ軸駆動軸２２０の回転剛性が弱くなり、高傾角（３０度〜７０度）のプローブ部先端での測定誤差ΔＸが発生しやすくなる。このように、熱膨張によりＺ軸駆動軸２２０の回転剛性が弱くなるような従来の装置では、レンズの生産ラインで望まれるｍｍ/ｓオーダーでの測定は極めて困難であった。

従って、本発明の目的は、上記問題を解決することにあって、Ｚ軸駆動軸の回転剛性を上げるとともに、熱膨張によるＺ軸駆動軸（エアスライダ中空軸）の曲がりを抑制することができて、高精度な三次元形状測定が行える三次元形状測定装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。

本発明の１つの態様によれば、エアスライダ外枠と、
上端にフォーカス光学系が配置され、下端にプローブ部が配置されて、前記フォーカス光学系と前記プローブ部とを結ぶ光路が形成される貫通穴を有して、前記エアスライダ外枠の中心軸と一致する中心軸を有し、その中心軸上に前記フォーカス光学系と前記プローブ部の中心軸とが配置され、かつ前記エアスライダ外枠内で軸方向に移動可能に配置されたエアスライダ中空軸と、
前記フォーカス光学系と前記プローブ部と前記エアスライダ中空軸との合計の重心の位置の高さから、前記エアスライダ中空軸の中心軸に対して対称に、前記エアスライダ中空軸の横方向の両側に突出した２つの支持アームと、
前記各支持アームの前記エアスライダ中空軸の近傍の位置に、前記エアスライダ中空軸の前記中心軸に対して対称に配置されて、前記エアスライダ外枠に対して前記２つの支持アームを介して前記エアスライダ中空軸を前記軸方向に駆動する２つの駆動部と、
前記各支持アームにおいて、前記エアスライダ中空軸の前記中心軸に対して対称に配置されて、前記エアスライダ中空軸と前記プローブ部と前記フォーカス光学系と前記２つの駆動部の自重を支持する２つの支持部とを備える、形状測定装置を提供する。

本発明の前記態様によれば、エアスライダ中空軸を上下に駆動するとき、エアスライダ中空軸に回転モーメントがかからないため、及び、エアスライダ中空軸の光学系に、曲げる力がかからないため、Ｚ軸駆動軸（エアスライダ中空軸）の回転剛性を上げるとともに、熱膨張によるＺ軸駆動軸の曲がりを抑制することができて、高精度な三次元形状測定が行うことができる。

本発明の一実施形態にかかる三次元形状測定装置の全体構成を示す概略図 前記実施形態にかかる三次元形状測定装置のＺ軸ステージ部の構成を示す斜視図 前記Ｚ軸ステージ部の構成を示す縦断面図 Ｚ軸ステージ部においてエアスライダ外枠を取除いた状態において、光学系の概略構成を示す縦断面図 エアスライダ中空軸の上端部分に配置された光学系の概略構成を示す拡大説明図 エアスライダ中空軸の下端部分に配置された光学系の概略構成を示す拡大説明図 Ｚ軸ステージ部においてエアスライダ外枠の一部を取除いた状態の概略構成を示す縦断面図 Ｚ軸ステージ部の概略平面図 図８ＡのＶＩＩＩ部分の拡大平面図 変形例にかかるＺ軸ステージ部の概略平面図 Ｚ軸ステージ部の拡大平面図 Ｚ軸ステージ部の一方の支持部付近の拡大斜視図 Ｚ軸ステージ部の一方の支持部付近の拡大正面図 エアスライダ中空軸に曲がりが発生していないときの傾き光学系の状態を示す説明図 エアスライダ中空軸に曲がりが発生しているときの傾き光学系の状態を示す説明図 実際の測定例において測定対象の基準球を示す説明図 実際の測定例において、従来の三次元形状測定装置のプローブ部を使用して、図１３Ａに示す半径５．５５ｍｍの基準球を±７０度傾斜まで、１．２ｍｍ/ｓｅｃの走査速度でＸ軸往復走査測定時の測定データと設計式との差分を示すグラフ 実際の測定例において、前記実施形態にかかる三次元形状測定装置１００のプローブ部を使用して、図１３Ａに示す半径５．５５ｍｍの基準球を±７０度傾斜まで、１．２ｍｍ/ｓｅｃの走査速度でＸ軸往復走査測定時の測定データと設計式との差分を示すグラフ 実際の測定例において測定対象の基準球を示す説明図 実際の測定例において、従来の三次元形状測定装置のプローブ部を使用して、図１４Ａに示す半径５．５５ｍｍの基準球を±７０度傾斜まで、１．２ｍｍ/ｓｅｃの走査速度でＹ軸往復走査測定時の測定データと設計式との差分を示すグラフ 実際の測定例において、前記実施形態にかかる三次元形状測定装置１００のプローブ部を使用して、図１４Ａに示す半径５．５５ｍｍの基準球を±７０度傾斜まで、１．２ｍｍ/ｓｅｃの走査速度でＹ軸往復走査測定時の測定データと設計式との差分を示すグラフ 前記実施形態の変形例にかかる、Ｚ軸ステージ部の一方の支持部付近の拡大斜視図 図１５のＺ軸ステージ部の一方の支持部付近の拡大正面図 前記実施形態の別の変形例にかかる、Ｚ軸ステージ部の一方の支持部付近の拡大斜視図 図１７のＺ軸ステージ部の一方の支持部付近の拡大正面図 前記実施形態のさらに別の変形例にかかる、Ｚ軸ステージ部の構成を示す斜視図 図１９のＺ軸ステージ部の正面図 前記実施形態のさらに別の変形例にかかる、Ｚ軸ステージ部の縦断面図 図２１ＡのＺ軸ステージ部の一方の支持部付近の拡大縦断面図 前記実施形態のさらに別の変形例にかかる、Ｚ軸ステージ部の一方の支持部付近の拡大縦断面図 前記実施形態のさらに別の変形例にかかる、Ｚ軸ステージ部の縦断面図 非特許文献１にかかる従来装置の正面図 非特許文献１にかかる従来装置の縦断面拡大図 非特許文献１にかかる従来装置において、熱膨張時の縦断面拡大図

以下、図面を参照して本発明における一実施形態を詳細に説明する。本実施形態にかかる三次元形状測定装置１００の全体構成を図１に示す。

三次元形状測定装置１００は、ＸＹステージ１０２と、Ｚ軸ステージ部１０１と、制御部９０とを備えている。ＸＹステージ１０２は、定盤１１０上にＸＹ軸方向に移動可能に配置され、測定物１０３を載置保持して、測定物１０３をＸＹ軸方向に移動可能としている。Ｚ軸ステージ部１０１は、定盤１１０にＺ軸方向すなわち上下方向（鉛直方向）に移動可能に支持され、測定物１０３の測定面に接触させるプローブ部３を下端に支持して、プローブ部３を上下移動可能としている。制御部９０は、フォーカス光学系４と、ＸＹステージ１０２と、Ｚ軸ステージ部１０１と、Ｈｅ−Ｎｅレーザ６４となどに接続されて、それぞれの動作制御を行なうことにより、三次元形状測定動作を制御している。図１では、１０５はＸ軸方向ミラーであり、１０６はＹ軸方向ミラー、１０４はＸ軸測長用レーザ光である。ＸＹステージ１０２によりＸ軸方向とＹ軸方向とに測定物１０３を移動させながら、プローブ部３を測定物１０３に接触させて、プローブ部３の移動をＺ軸ステージ部１０１に連結された光学系で検出して、測定物１０３の三次元形状を測定している。

したがって、三次元形状測定装置１００は、測定面をＸＹ方向に動かすＸＹステージ１０２とプローブ部３をＺ方向に動かすＺ軸ステージ部１０１とにより、測定物１０３の測定面とプローブ部３の相対位置をＸＹＺ方向に動かすようにしている。

Ｚ軸ステージ部１０１は、図２〜図９に示すように、エアスライダ外枠１と、エアスライダ中空軸２と、２つの支持アーム５と、２つの駆動部７と、２つの支持部８と、プローブ部３と、フォーカス光学系４となどを備えて構成している。

フォーカス光学系４は、Ｈｅ−Ｎｅレーザ６４を少なくとも有する光学系であり、エアスライダ中空軸２に備えられている。図４〜図６に示すように、フォーカス光学系４は、Ｈｅ−Ｎｅレーザ６４と、フォーカシング素子５０と、コリメーターレンズ５１と、ダイクロイックミラー５２と、コリメーターレンズ５３と、ミラー５４とで大略構成されている。フォーカシング素子５０とコリメーターレンズ５１とダイクロイックミラー５２とは、エアスライダ中空軸２の上端に配置されている。コリメーターレンズ５３とミラー５４とは、エアスライダ中空軸２の下端に配置されている。プローブ部３のマイクロスライダ５５で支持されたスタイラス５６の上端にミラー５４が固定されている。

さらに、傾き光学系１０も、エアスライダ中空軸２に、フォーカス光学系４の光路の空間内に併設するように備えられている。傾き光学系１０は、傾き光学系用半導体レーザ５７と、コリメーターレンズ５８と、ミラー５９と、偏光ビームスプリッタ６０と、１／４波長板６１と、ミラー５４と、傾き信号調整用ミラー６２と、傾き光学系用受光素子６３とで構成されている。プローブ部３の鏡筒の中に設置されたマイクロスライダ５５が傾いた場合、傾き光学系用半導体レーザ５７から出た光が、マイクロスライダ５５の上面のミラー５４で反射し、傾き光学系用受光素子６３で受光する位置が変化する。この変化を検出して傾き補正を行う。

このように、フォーカス光学系４と傾き光学系１０とをエアスライダ中空軸２に配置しているため、もし、エアスライダ中空軸２に曲がりが発生した場合には、光学系に誤差が発生することになる。しかしながら、本実施形態のＺ軸ステージ部１０１では、エアスライダ中空軸２に曲がりが発生しにくくすることによって、より精度よく、三次元測定が行うえるものである。以下に、その構成について、図３〜図１１を基に、詳細に説明する。

エアスライダ外枠１は、上下方向に縦長の矩形枠体形状の部材であり、その内部にエアスライダ中空軸２を上下方向（Ｚ軸方向）に移動可能に支持している。エアスライダ外枠１は、三次元形状測定装置１００の定盤１１０などに固定されている。

エアスライダ外枠１は、上側に配置された四角枠形状の上部支持部１ａと、下側に配置された四角枠形状の下部支持部１ｂとが一体的に連結された一体構成で構成されている。上部支持部１ａと下部支持部１ｂとの間には、横方向において、２つの支持アーム５が上下移動可能なように隙間１ｃを設けている。上部支持部１ａと下部支持部１ｂとは、それぞれ、エアスライダ中空軸２に対して上下移動可能に、かつ、上下方向と直交する横方向の移動不可に、非接触で支持するエア軸受部で構成されている。ここで、２ケ所の上部支持部１ａの上下方向の寸法の中心と下部支持部１ｂの上下方向の寸法の中心との間の距離が、エアスライダ中空軸２の幅に対して、２倍以上あることが望ましい。このように構成すれば、エアスライダ中空軸２を上部支持部１ａと下部支持部１ｂとでより安定して支持することができて、エアスライダ中空軸２に回転モーメントを与えることがなく、プローブ部先端の回転運動を抑制し、エアスライダ中空軸２の倒れによる測定誤差の発生を抑制することができる。

エアスライダ中空軸２は、Ｚ軸ステージ部１０１のＺ軸駆動軸として機能し、上下方向に縦長の直方体筒形状の部材であり、上端にフォーカス光学系４が配置され、下端にプローブ部３が配置されている。エアスライダ中空軸２の中心部には貫通穴６があり、貫通穴６内に、フォーカス光学系４とプローブ部３の上端の反射鏡１３とを結ぶ光路が形成されている。一例として、エアスライダ中空軸２は、セラミックなどの断熱材で構成する。このように断熱材で構成すれば、たとえ支持アーム５を介して、後述するコイル２１の熱が伝達されようとしても、断熱材で断熱することにより、エアスライダ中空軸２まで熱が伝わらず、エアスライダ中空軸２の熱による湾曲を防止することができる。

また、フォーカス光学系４とプローブ部３の中心軸とが各々、エアスライダ中空軸２の中心軸上に配置するように構成されている。そのため、エアスライダ中空軸２が上下に動くときでも、フォーカス光学系４とプローブ部３とを含む光学系に回転モーメントの影響が与えられることが少なくなり、プローブ部先端の回転運動を抑制することができ、エアスライダ中空軸２の倒れによる測定誤差を発生させることを大幅に抑制することができる。

２つの支持アーム５の基端は、エアスライダ中空軸２の、フォーカス光学系４とプローブ部３とエアスライダ中空軸２との３つの部材の合計の重心の位置の高さにそれぞれ固定されている。２つの支持アーム５は、エアスライダ中空軸２の前記重心の位置の高さからエアスライダ中空軸２の横方向に、エアスライダ中空軸２の中心軸ＣＬに対して対称に直交する方向に両側に突出して固定されている。一対の支持アーム５は、エアスライダ中空軸２の中心軸ＣＬに対して対称形となっている。各支持アーム５は、金属などの剛体で構成すればよいが、一例として、各支持アーム５は、セラミックなどの断熱材で構成する。このように断熱材で構成すれば、たとえ、後述するコイル２１の熱が支持アーム５に伝達されたとしても、断熱材で断熱することにより、支持アーム５の熱による湾曲を防止することができるとともに、エアスライダ中空軸２に対する熱伝達も防止することができる。

駆動部７は、各支持アーム５のエアスライダ中空軸２の近傍の位置に、エアスライダ中空軸２の中心軸ＣＬに対して対称に配置されて、エアスライダ外枠１に対して２つの支持アーム５を介してエアスライダ中空軸２を軸方向に駆動可能としている。一対の駆動部７は、エアスライダ中空軸２の中心軸ＣＬに対して対称形となっている。ここでは、各駆動部７は、アクチュエータで構成されている。アクチュエータは、一例として、リニアモータ２０で構成されている。

リニアモータ２０は、四角枠状のコイル２１と、直方体棒状の中央ヨーク２２と、直方体棒状の外側ヨーク２３と、直方体棒状の磁石２４とで構成されており、制御部９０の制御の下に駆動制御されている。各支持アーム５のエアスライダ中空軸２の近傍の位置には、四角枠状に形成されたコイル２１が配置され、コイル２１の軸方向の中央部に支持アーム５が連結されている。直方体棒状の中央ヨーク２２は、エアスライダ外枠１に上下方向沿いに固定されている。直方体の外側ヨーク２３が、中央ヨーク２２の前後に、コイル２１が自在に上下移動可能な隙間間隔をあけて、エアスライダ外枠１に上下方向沿いに固定されている。コイル２１は、中央ヨーク２２の外側に嵌合されて上下方向に自在に移動可能となっている。コイル２１には、所定の駆動電流が印加されて、固定側の中央ヨーク２２に対してエアスライダ中空軸２を上下方向に移動させるようにしている。なお、コイル２１での駆動力発生部２５は、外側ヨーク２３が配置されている前後部としている。このように、本実施形態で使用するリニアモータ２０は、各リニアモータ２０のコイル２１が支持アーム５に支持され、磁石２４をエアスライダ外枠１に固定した可動コイル方式としている。よって、比較的重い磁石を固定側とし、比較的軽いコイルを可動側とすることができて、全体として、リニアモータ２０の可動部分の重量を軽くすることができ、回転モーメントも抑制することができる。

２つのリニアモータ２０の２つの駆動軸（コイル２１の中心軸）間の中心軸と、エアスライダ中空軸２の重心を通る中心軸とが一致しているため（両中心軸間にオフセットが無いため）、制御部９０で２つのリニアモータ２０で同期してエアスライダ中空軸２を上下に駆動させることにより、エアスライダ中空軸２の重心位置の部分を駆動させる構成になっている。このため、エアスライダ中空軸２に回転モーメントが発生しにくくしている。

２つの支持部８は、２つの駆動部７からさらに横方向に延びた２つの支持アーム５の先端部分を支持するように対して配置されている。すなわち、各支持部８は、各支持アーム５の駆動部７の近傍でかつエアスライダ中空軸２から離れた位置でかつエアスライダ中空軸２の中心軸ＣＬに対して対称に配置されている。具体的には、図８Ａ、図８Ｂ、及び図９などで平面的に見た場合、各支持部８の中心軸（例えばロッド２７ａの中心軸）と、各駆動部７の中心軸（例えばコイル２１の中心軸）と、エアスライダ中空軸２の中心軸（言い換えれば、エアスライダ外枠の中心軸）とが一直線上に配置されている。また、各支持部８の中心軸（例えばロッド２７ａの中心軸）と、各駆動部７の中心軸（例えばコイル２１の中心軸）と、エアスライダ中空軸２の中心軸（言い換えれば、エアスライダ外枠の中心軸）とが互いに平行に配置されている。よって、エアスライダ中空軸２から見れば、各支持アーム５において、駆動部７の外側に支持部８が配置されている構成となっている。２つの支持部８は、エアスライダ中空軸２とプローブ部３とフォーカス光学系４と２つの駆動部７との自重を、横方向に移動可能に支持している。

各支持部８は、２つの支持アーム５に対して上下方向（Ｚ軸方向）と直交する面内での移動及び上下方向（Ｚ軸方向）に対する傾きを許容するすべり支持部である。言い換えれば、各支持部８は、上下方向（Ｚ軸方向）と直交する直交２軸（Ｘ軸方向とＹ軸方向）とにそれぞれ移動可能かつ傾動可能に、２つの支持アーム５を支持することにより、熱などの影響によりエアスライダ中空軸２に作用する変形力を緩和するようにしている。言い換えれば、エアスライダ中空軸２から両側に２つの支持アーム５が突出し、各支持アーム５の中間位置に駆動部７を配置した、十字型の構成になっているとともに、２つの支持アーム５の２つの支持部８は、滑り構成になっており、横スライド可能である。そのため、支持アーム５には横方向の力がかからず、支持アーム５を介してエアスライダ中空軸２には、エアスライダ中空軸２を曲げる力は働かない。よって、エアスライダ中空軸２は、上下方向のみに移動することができ、エアスライダ中空軸２の重心回りには回転モーメントがかからず、プローブ部先端の回転運動を抑制することができる。

各支持部８は、具体的には、各支持アーム５を上下移動可能に支持する支持用アクチュエータの一例としてのエアシリンダ２７と、エアパッド２８と、球面軸受部２９とを備えて構成している。エアシリンダ２７のケーシング２７ｃは、三次元形状測定装置１００の定盤１１０などに固定されている。エアシリンダ２７のロッド２７ａの上端には球面軸受部２９を介してエアパッド２８を連結して固定している。球面軸受部２９は、上面に半球面凹部を有する台座２９ａと、半球面凹部内で自在に回動する球２９ｂとで構成されている。台座２９ａはロッド２７ａの上端に固定されている。球２９ｂにはエアパッド２８の下面が連結されている。よって、エアパッド２８は、ロッド２７ａの上端に対して、球面軸受部２９でＺ軸周りの３６０度の方向に傾動自在に支持されている。エアパッド２８の上面は、支持アーム５の先端の逆Ｌ字状の支持受け部５ａの平坦面の下面５ｂに対向するように配置されている。

エアパッド２８の表面には、多数のエア噴出孔２８ａが形成されている。エアが、第１エア供給源４１からエアパッド２８のエア吸入口２８ｂに、常時一定圧力で供給され、多数のエア噴出孔２８ａから支持受け部５ａの下面５ｂに向けてエアが噴出されて、エアパッド２８と支持受け部５ａの下面５ｂとの間に微小間隔のエアギャップ部３０を構成している。すなわち、各支持アーム５の先端の支持受け部５ａの平坦な下面５ｂに対向して、エアパッド２８のエア噴出孔２８ａから噴射される空気の圧力により、各支持アーム５の先端の支持受け部５ａの平坦な下面５ｂとエアパッド２８との間に、わずかな隙間（エアギャップ部３０）をあけて、各支持部８が各支持アーム５を横移動自在に支持している。このように構成すれば、エアギャップ部３０の水平方向の摺動抵抗は極めて少なく、各支持部８において、各支持アーム５との間に水平方向の力がほとんど発生しない。エアパッド２８と球面軸受部２９の台座２９ａとの間には球面軸受部２９の球２９ｂが回動可能支持になっており、エアパッド２８に傾きが発生した場合には、その傾きを吸収できる構成になっている。なお、第１エア供給源４１は、２つ設けるのではなく、１つで兼用するようにしてもよい。

また、エアシリンダ２７のロッド２７ａの下端には、ピストンの一例として機能するエアベアリング２７ｂが固定されている。エアベアリング２７ｂは、エアシリンダ２７のケーシング２７ｃ内でロッド２７ａの軸方向に摺動する。このエアベアリング２７ｂとケーシング２７ｃとの間の内部空間２７ｄには、第２エア供給源４２から空気が制御弁４３の制御の下に供給されて、一対のエアシリンダ２７が駆動され、各ロッド２７ａを上下移動させて、一対の支持アーム５を所定の高さに維持するように支持している。よって、一対のエアシリンダ２７は、ロッド２７ａのストローク全域で、一対の支持アーム５を一定力で支持するようにしている。ロッド２７ａは、エアシリンダ２７のケーシング２７ｃから上下方向に移動可能な構成であり、エアシリンダ２７のケーシング２７ｃとロッド２７ａとの間はエアギャップ２７ｅで支持されている。このため、ケーシング２７ｃとロッド２７ａとの間において、上下方向、及び、軸回りの回転方向の摺動抵抗は、極めて小さくなっている。第２エア供給源４２及び制御弁４３の動作も制御部９０で動作制御している。第２エア供給源４２は、２つ設けるのではなく、１つで兼用するようにしてもよい。

このように、各支持アーム５に対して、各支持部８は最も外側に配置されている。逆に、各駆動部７が各支持部８よりも外側に各支持アーム５に配置されているとすると、左右の各駆動部７、例えば、左右のリニアモータ２０に推力差がある場合があり、その場合は、エアスライダ中空軸２から左右のリニアモータ２０の中心軸までの距離が長いと、曲げモーメントが大きくなる。このため、左右のリニアモータ２０の配置位置は、エアスライダ中空軸２に極力近いほうがよい。また、支持部８も中空軸２に近いほうが良い。このような配置も、エアスライダ中空軸２の回転剛性を上げることに寄与することになる。

前記構成によれば、制御部９０での制御の下に、ＸＹステージ１０２に載置保持された測定物１０３に対して、プローブ部３を有するＺ軸ステージ部１０１を接近させた初期位置まで２つの支持部８のエアシリンダ２７で移動させたのち、２つの支持部８で、２つの支持アーム５を介してエアスライダ中空軸２を支持する。次いで、プローブ部３が測定物１０３の測定面に接触して所定の走査速度で走査するように２つの駆動部７のリニアモータ２０を制御部９０で駆動制御して、測定物１０３の三次元形状測定を行う。

図１２Ａ及び図１２Ｂに、本実施形態にかかる三次元形状測定装置１００と、非特許文献１にかかる装置とにおいて、エアスライダ中空軸２の曲りの発生の有無による傾き光学系１０での誤差の発生の有無について説明する。

図１２Ａは、本実施形態にかかる三次元形状測定装置１００のエアスライダ中空軸２のみを抽出した図である。この図では、エアスライダ中空軸２を上下に駆動するとき、エアスライダ中空軸２に回転モーメントがかからないため、及び、エアスライダ中空軸２の光学系に、曲げる力がかからないため、エアスライダ中空軸２の曲りの発生が無く、傾き光学系１０での誤差の発生も無い。

一方、図１２Ｂは、比較例として、非特許文献１にかかる装置のＺ軸駆動軸２２０を前記エアスライダ中空軸に置換した場合を示す図である。この図では、エアスライダ中空軸を上下に駆動するとき、エアスライダ中空軸に回転モーメントがかかるため、及び、エアスライダ中空軸の光学系に、曲げる力がかかるため、エアスライダ中空軸自体に、右向き凸の曲りが発生し、傾き光学系１０の傾き光学系用受光素子６３において、図１２Ａと比較して、誤差ｄｘが発生していることを示している。

このように、本実施形態にかかる三次元形状測定装置１００において、エアスライダ中空軸２を上下に駆動するとき、エアスライダ中空軸２に回転モーメントがかからないため、及び、エアスライダ中空軸２の光学系に、曲げる力がかからないための構成を採用しない場合には、傾き光学系において誤差が発生してしまい、高精度な測定ができないことになる。

実際の測定例として、従来の三次元形状測定装置（特許第３０００８１９号にかかる三次元形状測定装置）のプローブ部と本実施形態にかかる三次元形状測定装置１００のプローブ部３とをそれぞれ使用して、図１３Ａに示す半径５．５５ｍｍの基準球を±７０度傾斜まで、１．２ｍｍ/ｓｅｃの走査速度でＸ軸往復走査測定時の測定データと設計式との差分（すなわち、測定装置１００の測定精度）を図１３Ｂと図１３Ｃのグラフに示す。各グラフの縦軸は測定データと設計式との差分値、横軸はＸ軸方向の位置を示す。図１３Ｂと図１３Ｃとに示すように、６０度傾斜時には、従来の三次元形状測定装置では５９ｎｍの誤差のばらつきがあるのに対して、本実施形態にかかる三次元形状測定装置１００は、４１ｎｍの誤差のばらつきに縮小した。また、７０度傾斜時には、従来の三次元形状測定装置では１８２ｎｍの誤差のばらつきがあるのに対して、本実施形態にかかる三次元形状測定装置１００は、８７ｎｍの誤差のばらつきに縮小した。なお、従来の三次元形状測定装置の構成としては、スタイラスの下端が、各種の曲率半径を持つ球面形状となっている。そして、スタイラスは、１０〜１００ｍｇｆという弱い測定力で被測定物上を走査し、被測定物の形状に沿って上下する。スタイラスが上下すると、フォーカスサーボが働いて光プローブ全体が上下するので、ミラー上に常に対物レンズの焦点が合っているような装置である。

同様に、前記従来の三次元形状測定装置のプローブ部と本実施形態にかかる三次元形状測定装置１００のプローブ部３とをそれぞれ使用して、図１４Ａに示す半径５．５５ｍｍの基準球を±７０度傾斜まで、１．２ｍｍ/ｓｅｃの走査速度でＹ軸往復走査測定時の測定データと設計式との差分（すなわち、測定装置の測定精度）を図１４Ｂと図１４Ｃのグラフに示す。各グラフの縦軸は測定データと設計式との差分値、横軸はＹ軸方向の位置を示す。図１４Ｂと図１４Ｃとに示すように、６０度傾斜時には、従来の三次元形状測定装置では５７ｎｍの誤差のばらつきがあるのに対して、本実施形態にかかる三次元形状測定装置１００は、２５ｎｍの誤差のばらつきに縮小した。また、７０度傾斜時には、従来の三次元形状測定装置では１５５ｎｍの誤差のばらつきがあるのに対して、本実施形態にかかる三次元形状測定装置１００は、５６ｎｍの誤差のばらつきに縮小した。

これらの結果より、１．２ｍｍ/ｓｅｃの走査速度で走査測定するとき、従来の装置では、１００ｎｍオーダーの測定精度のばらつきがあったが、本実施形態にかかる三次元形状測定装置１００では、１０ｎｍオーダーの測定精度までばらつきが小さくなることがわかった。

なお、これらの測定例での従来の三次元形状測定装置のプローブ部と本実施形態にかかる三次元形状測定装置１００のプローブ部３における、それぞれの測定力は、３０ｍｇｆであった。

上記本実施形態によれば、以下のような効果を奏することができる。

まず、従来例で述べた非特許文献１にかかる装置において、例えば、測定物２０３の一例であるレンズに要求される高傾斜角（３０度〜７０度）領域では、プローブ部２０１を早く動かすことができないと推測する。そのため、非特許文献１のＦｉｇ．１１では、最大傾斜角度１８度であるが、０．０２ｍｍ／ｓの遅い速度でプローブ部２０１を走査して測定している。０．０２ｍｍ／ｓの速度より早い速度でプローブ部２０１を動かすと、ダイヤフラム２３０が変形して、プローブ部２０１の先端が傾き、ΔＸ１の測定誤差となるためと思われる。また、この場合、振動ノイズも発生しやすくなる。プローブ部２０１をさらに早く動かすと、プローブ部先端又はダイヤフラム２３０が破損する危険性が出てくる。プローブ部２０１が損傷するときは、測定物２０３にも衝撃力が強く作用することになり、測定物２０３が破損する危険性が出てくる。このような理由により、非特許文献１にかかる装置では、レンズの生産ラインで望まれるｍｍ／ｓオーダーでの走査測定は極めて困難である。

また、非特許文献１にかかる装置では、真空シリンダ２０４で構成される非接触シール部２１０と静圧気体軸受２１１が２つの別部材を直列に配置した構成になっている。静圧気体軸受２１１は最適ギャップで最大の剛性を持つ特徴がある。しかし、非接触シール部２１０と静圧気体軸受２１１とに対して、Ｚ軸駆動軸２２０の軸ずれ（数μｍレベル）があると、Ｚ軸駆動軸２２０が片側に寄り、Ｚ軸駆動軸２２０の剛性が弱くなり、結果としてＺ軸駆動軸２２０の回転剛性が弱くなり、高傾角（３０度〜７０度）のプローブ部先端で測定誤差が発生しやすくなる。そのため、前記で述べたのと同様に、Ｆｉｇ．１１で、０．０２ｍｍ／ｓの遅い速度で走査測定していると推定する。上記より速い速度で測定すると、静圧気体軸受２１１でのＺ軸駆動軸２２０の回転振れが激しくなり、測定時の振動ノイズが大きくなるか、プローブ部周辺が破損する。このような理由により、非特許文献１にかかる装置では、レンズの生産ラインで望まれるｍｍ／ｓオーダーでの測定は極めて困難である。

また、ｍｍ／ｓオーダーでの測定要求に加えて、例えばスマートフォン等で使用される非球面レンズにおいては、高傾斜角７０度まで１００ｎｍ以下の形状精度の要求が出てきている。そのような走査速度及び測定精度の要求を満たす装置として、本発明の本実施形態にかかる三次元形状測定装置１００を使用することができる。すなわち、本実施形態にかかる三次元形状測定装置１００は、以下のような構成により、エアスライダ中空軸２を上下に駆動するとき、エアスライダ中空軸２に回転モーメントがかからないため、及び、エアスライダ中空軸２の光学系に、曲げる力がかからないために、例えば、高傾斜角７０度までを、０．３ｍＮ以下の低測定力で、ｍｍ／ｓｅｃオーダーの速度で走査測定し、１０ｎｍオーダーの測定精度、及び、測定再現性で測定することが可能となる。

本実施形態によれば、エアスライダ中空軸２を上下に駆動するとき、エアスライダ中空軸２に回転モーメントがかからないため、及び、エアスライダ中空軸２の光学系に、曲げる力がかからないために、以下の構成を採用することにより、Ｚ軸駆動軸（エアスライダ中空軸２）の回転剛性を上げるとともに、熱膨張によるＺ軸駆動軸（エアスライダ中空軸２）の曲がりを抑制することができる。

エアスライダ中空軸２の中心軸とエアスライダ外枠１の中心軸とが一致するように配置する構成（言い換えれば、２つの中心軸の間にＸＹ面内でオフセットが存在しない構成）。

２つのリニアモータ２０の２つの駆動軸（コイル２１の中心軸）間の中心軸と、エアスライダ中空軸２の重心を通る中心軸とが一致しているため（両中心軸間にオフセットが無いため）、制御部９０で２つのリニアモータ２０で同期してエアスライダ中空軸２を上下に駆動させることにより、エアスライダ中空軸２の重心位置の部分を駆動させる構成
フォーカスの光軸光学系４とプローブ部３の中心軸とが、エアスライダ中空軸２の中心軸上に配置されている構成。

各支持部８の中心軸（例えばロッド２７ａの中心軸）と、各駆動部７の中心軸（例えばコイル２１の中心軸）と、エアスライダ中空軸２の中心軸（言い換えれば、エアスライダ外枠の中心軸）とが互いに平行に配置されている構成。

フォーカス光学系４とプローブ部３とエアスライダ中空軸２との合計の重心の高さに、横方向に２つの支持アーム５が配置され、各支持アーム５の中間部に、駆動部７の例としてリニアモータ２０のコイル２１が配置され、そのコイル２１のさらに外側に支持部８が配置されている構成。

以上の構成を有することにより、前記実施形態の作用効果を奏することができる。

また、以下の構成は、一例として、それぞれ構成すれば、前記実施形態の作用効果をさらに高めることができる。

平面的に見た場合、各支持部８の中心軸（例えばロッド２７ａの中心軸）と、各駆動部７の中心軸（例えばコイル２１の中心軸）と、エアスライダ中空軸２の中心軸（言い換えれば、エアスライダ外枠の中心軸）とが一直線上に配置されているように構成すれば、エアスライダ中空軸２を上下に駆動するとき、エアスライダ中空軸２に回転モーメントがより作用しにくくなり、エアスライダ中空軸２の光学系に対しても、曲げる力をより作用しにくくすることができる。この結果、駆動時のＺ軸駆動軸（エアスライダ中空軸２）の曲がりをより一層抑制することができる。

エアスライダ中空軸２自体（又は、エアスライダ中空軸２自体及び支持アーム５自体）の断熱材で、リニアモータ２０のコイル２１の発熱体から遮断されるように構成すれば、エアスライダ中空軸２の熱膨張が発生せず、エアスライダ中空軸２の光学系に対する、熱膨張による悪影響が抑制される。

エアスライダ中空軸２等の重心位置が、２つの支持アーム５を介して２つの支持部８のエアパッド２８で横方向移動可能に支持されるように構成すれば、エアスライダ中空軸２を上下に駆動するとき、エアスライダ中空軸２に横方向の力が作用したとしても、２つの支持部８のエアパッド２８で横方向に移動することができる。この結果、エアスライダ中空軸２に回転モーメントが作用しにくくなり、また、エアスライダ中空軸２の光学系に対しても、曲げる力を作用しにくくすることができる。

各リニアモータ２０のコイル２１が支持アーム５に支持され、磁石２４をエアスライダ外枠１に固定した可動コイル方式とするように構成すれば、比較的重い磁石を固定側とし、比較的軽いコイルを可動側とすることができて、全体として、リニアモータ２０の可動部分の重量を軽くすることができる。この結果、エアスライダ中空軸２を上下に駆動するとき、エアスライダ中空軸２に横方向の力が作用したとしても、２つの支持部８のエアパッド２８で横方向に移動することができる。この結果、エアスライダ中空軸２に回転モーメントが作用しにくくなり、また、エアスライダ中空軸２の光学系に対しても、曲げる力を作用しにくくすることができる。

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施できる。

例えば、前記支持部８に代えて、以下の構成を採用することもできる。

図１５及び図１６に示すように、各支持アーム５の支持受け部５ａの下面５ｂを半球部３１で直接接触して支持するようにしてもよい。具体的には、ロッド２７ａの上端に台座３２を介して半球支持部３１が配置され、半球支持部３１の頂上部が支持受け部５ａの下面５ｂに点で接触して、各支持アーム５が半球支持部３１の頂上部に対して前後に回動自在かつ横方向に移動可能に支持されている。

この変形例の構成によれば、先の実施形態の支持部８よりも、構成が簡素なものとなる。

また、図１７及び図１８に示すように、各支持アーム５の支持受け部５ａの下面５ｂをフローティングジョイント３３で支持するようにしてもよい。具体的には、フローティングジョイント３３は、上から下に順に、上ベアリング３４と、上板部３６と、球状の中ベアリング３８と、下板部３７と、下ベアリング３５とで構成されている。上ベアリング３４は、上板部３６との間に多数のボール３９をリング状に回動自在に配置し、上ベアリング３４の上面が各支持アーム５の支持受け部５ａの下面５ｂに接触している。下ベアリング３５は、下板部３７との間に多数のボール４０をリング状に回動自在に配置し、下ベアリング３５の下面がロッド２７ａの上端に固定されている。中ベアリング３８は、その上部が上板部３６の下面の半球面凹部に回動自在に収納され、その下部が下板部３７の上面の半球面凹部に回動自在に収納されている。よって、上ベアリング３４と下ベアリング３５とが、それぞれ、Ｘ軸方向及びＹ軸方向へ移動自在とし、摺動抵抗が少ない構成である。中ベアリング３８を挟む上板部３６と下板部３７との平行度に傾きが生じた場合に、中ベアリング３８は、上板部３６と下板部３７とのそれぞれに対して自在に回転移動するため、摺動抵抗が少ない構成である。

この変形例の構成によれば、先の実施形態の支持部８よりも、部品のコストを比較的安くすることができる。

また、図１９及び図２０に示すように、各支持アーム５の支持受け部５ａの下面５ｂをエアシリンダ上引き支持方式で支持するようにしてもよい。具体的には、前記実施形態の支持部８の構成において、各支持アーム５よりも上側に配置されたエアシリンダ２７で、各支持アーム５を、上側から上方向に引き動作で支持する構成としてもよい。具体的には、前記実施形態の支持部８と同様に、各支持アーム５の支持受け部５ａの下面５ｂの下に、エアパッド２８と球面軸受部２９とが配置されている。前記実施形態の支持部８と異なるのは、球面軸受部２９の台座２９ａが、ロッド２７ａの上端に固定されるのではなく、板状の連結部材４５の一端に固定されていることである。この連結部材４５の他端には、上下逆さまに配置されたエアシリンダ２７のロッド２７ａの下端が固定されている。先の支持部８と同様に、エアが、第１エア供給源４１からエアパッド２８のエア吸入口２８ｂに、常時一定圧力で供給され、多数のエア噴出孔２８ａから支持受け部５ａの下面５ｂに向けてエアが噴出されて、エアパッド２８と支持受け部５ａの下面５ｂとの間に微小間隔のエアギャップ部３０を構成している。エアパッド２８と球面軸受部２９とは、先の支持部８の場合と同様に機能して、同様な作用効果を有する。この変形例では、このエアベアリング２７ｂとケーシング２７ｃとの間の内部空間２７ｇ（エアベアリング２７ｂよりも下側の内部空間）（図２２参照）には、第２エア供給源４２から空気が制御弁４３の制御の下に供給されて、一対のエアシリンダ２７が駆動され、各ロッド２７ａを上下移動させて、連結部材４５を介して、一対の支持アーム５を所定の高さに維持するように支持している。

この変形例の構成によれば、先の実施形態の支持部８と同様な作用効果を奏する上に、一対の支持アーム５の下方に一対のエアシリンダ２７が配置されておらず、大きな空間４６（図２２参照）が開くことになり、測定物の邪魔になる部材がなく、測定物の搬入搬出及び測定物の移動等の自由度が大きくなる。また、図２２に示すように、エアシリンダ２７のロッド２７ａを長くすることができ、エアシリンダ２７による上下方向の移動量を大きくすることも可能となる。

この変形例においては、連結部材４５を用いることなく、各支持アーム５の支持受け部５ａの端部と各支持部８のアクチュエータとを直接連結するようにしてもよい。例えば、図２１Ａ〜図２１Ｃに示すように、支持受け部５ａの端部に貫通穴５ｅを形成するとともに、エアパッド２８にも貫通穴２８ｅを形成する。これらの貫通穴５ｅ，２８ｅ内に、下端に係止部４７ａ又は４８ａを有する軸部材４７又はワイヤ４８を貫通させる。軸部材４７又はワイヤ４８の上端は、アクチュエータの駆動軸、例えば、エアシリンダ２７のロッド２７ａに連結する。よって、アクチュエータの駆動により、エアパッド２８を軸部材４７又はワイヤ４８で上下移動させ、エアパッド２８を介して各支持アーム５の支持受け部５ａの端部を支持するようにしてもよい。アクチュエータとしては、エアシリンダの他、油圧シリンダ、カウンターウエイト、リニアモータ、ボイスコイルモータなどを使用することができる。

また、各支持アーム５において、各支持部８は、駆動部５よりもエアスライダ中空軸２から離れた位置に配置されているが、これに限られるものではない。例えば、支持部８と駆動部５との位置関係を逆にして、各支持アーム５において、各駆動部５は、各支持部８よりもエアスライダ中空軸２から離れた位置に配置されるようにしてもよい。また、これらの配置の代わりに、図８Ｃに示すように、各支持アーム５において、各支持部８と各駆動部５を、エアスライダ中空軸２から同じ距離だけ離れた位置に配置するようにしてもよい。

なお、上記様々な実施形態又は変形例のうちの任意の実施形態又は変形例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。

本発明にかかる三次元形状測定装置は、横方向の力及び熱膨張によるＺ軸駆動軸（エアスライダ中空軸）の曲がりを抑制することができて、高精度な三次元形状測定が行え、高精度及び低測定力で任意の三次元形状の測定物（例えば、スマートフォン等で使用される非球面レンズなど）を走査測定する等として有用である。

１ エアスライダ外枠
２ エアスライダ中空軸
３ プローブ部
４ フォーカス光学系
５ 支持アーム
５ａ 支持受け部
５ｂ 下面
５ｅ 貫通穴
６ 貫通穴
７ 駆動部
８ 支持部
１０ 傾き光学系
２０ リニアモータ
２１ コイル
２２ 中央ヨーク
２３ 外側ヨーク
２４ 磁石
２５ 駆動力発生部
２７ エアシリンダ
２７ａ ロッド
２７ｂ エアベアリング
２７ｃ ケーシング
２７ｄ 内部空間
２７ｅ エアギャップ
２８ エアパッド
５ｅ 貫通穴
２８ａ エア噴出孔
２８ｂ エア吸入口
２８ｅ 貫通穴
２９ 球面軸受部
２９ａ 台座
２９ｂ 球
３０ エアギャップ部
３１ 半球支持部
３２ 台座
３３ フローティングジョイント
３４ 上ベアリング
３５ 下ベアリング
３６ 上板部
３７ 下板部
３８ 中ベアリング
３９ ボール
４０ ボール
４１ 第１エア供給源
４２ 第２エア供給源
４３ 制御弁
４５ 連結部材
４６ 空間
４７ 軸部材
４７ａ 係止部
４８ ワイヤ
４８ａ 係止部
５０ フォーカシング素子
５１ コリメーターレンズ
５２ ダイクロイックミラー
５３ コリメーターレンズ
５４ ミラー
５５ マイクロスライダ
５６ スタイラス
５７ 傾き光学系用半導体レーザ
５８ コリメーターレンズ
５９ ミラー
６０ 偏光ビームスプリッタ
６１ １／４波長板
６２ 傾き信号調整用ミラー
６３ 傾き光学系用受光素子
６４ Ｈｅ−Ｎｅレーザ
９０ 制御部
１００ 三次元形状測定装置
１０１ Ｚ軸ステージ部
１０２ ＸＹステージ
１０３ 測定物
１０４ Ｘ軸測長用レーザ光
１０５ Ｘ軸方向ミラー
１０６ Ｙ軸方向ミラー
１１０ 定盤
ＣＬ エアスライダ中空軸の中心軸

Claims (9)

1. エアスライダ外枠と、
   上端にフォーカス光学系が配置され、下端にプローブ部が配置されて、前記フォーカス光学系と前記プローブ部とを結ぶ光路が形成される貫通穴を有して、前記エアスライダ外枠の中心軸と一致する中心軸を有し、その中心軸上に前記フォーカス光学系と前記プローブ部の中心軸とが配置され、かつ前記エアスライダ外枠内で軸方向に移動可能に配置されたエアスライダ中空軸と、
   前記フォーカス光学系と前記プローブ部と前記エアスライダ中空軸との合計の重心の位置の高さから、前記エアスライダ中空軸の中心軸に対して対称に、前記エアスライダ中空軸の横方向の両側に突出した２つの支持アームと、
   前記各支持アームの前記エアスライダ中空軸の近傍の位置に、前記エアスライダ中空軸の前記中心軸に対して対称に配置されて、前記エアスライダ外枠に対して前記２つの支持アームを介して前記エアスライダ中空軸を前記軸方向に駆動する２つの駆動部と、
   前記各支持アームにおいて、前記エアスライダ中空軸の前記中心軸に対して対称に配置されて、前記エアスライダ中空軸と前記プローブ部と前記フォーカス光学系と前記２つの駆動部の自重を支持する２つの支持部とを備える、形状測定装置。
2. 前記各支持アームにおいて、前記各支持部は、前記各駆動部よりも前記エアスライダ中空軸から離れた位置に配置されている、請求項１に記載の形状測定装置。
3. 前記エアスライダ中空軸は断熱材で構成されている、請求項１又は２に記載の形状測定装置。
4. 前記支持部は、
   前記支持アームを上下移動可能に支持する支持用アクチュエータと、
   前記支持用アクチュエータのロッドの先端に連結され、前記支持アームの下面に対向して配置され、エア噴出口から前記支持アームの下面に向けて噴出したエアを介して、前記支持アームを、横方向に移動可能に非接触で支持するエアパッドとを備えるとともに、
   平面的に見た場合、各支持部の前記ロッドの前記中心軸と、各駆動部の前記中心軸と、前記エアスライダ中空軸の前記中心軸とが一直線上に配置されている、請求項１〜３のいずれか１つに記載の形状測定装置。
5. 前記各駆動部は、
   前記支持アームに設置されて前記支持アーム及び前記エアスライダ中空軸と一体的に前記エアスライダ中空軸の前記軸方向に移動可能なリニアモータ用コイルと、
   前記エアスライダ外枠に固定されて前記リニアモータ用コイルで囲まれたリニアモータ用磁石とで構成する可動コイル方式であり、
   前記エアスライダ外枠の中心軸と前記リニアモータ用コイルの中心軸と前記リニアモータ用磁石の中心軸とが平行であり、２つの前記リニアモータ用コイルの中心軸間の中心軸と、前記エアスライダ中空軸の重心を通る中心軸とが一致しているとともに、
   各支持部の中心軸と、各駆動部の中心軸と、前記エアスライダ中空軸の前記中心軸とが互いに平行に配置されている、請求項１〜４のいずれか１つに記載の形状測定装置。
6. さらに、前記フォーカス光学系と前記プローブ部と前記エアスライダ中空軸との合計の重心の位置を挟む上下の位置で、前記エアスライダ中空軸を前記エアスライダ外枠に対して非接触状態で上下方向に移動可能に支持するエア軸受部を前記エアスライダ外枠に備えている、請求項１〜５のいずれか１つに記載の形状測定装置。
7. 前記支持アームは断熱材で構成されている、請求項１〜６のいずれか１つに記載の形状測定装置。
8. 前記フォーカス光学系は、Ｈｅ−Ｎｅレーザを少なくとも有する光学系で構成されている、請求項１〜７のいずれか１つに記載の形状測定装置。
9. 前記フォーカス光学系は、その光路の空間内に傾き光学系を併設して構成されている、請求項１〜８のいずれか１つに記載の形状測定装置。

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