特許 6279013 三次元計測装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6279013

(24)【登録日】2018年1月26日

(45)【発行日】2018年2月14日

(54)【発明の名称】三次元計測装置

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/24 20060101AFI20180205BHJP

   G01B 11/02 20060101ALI20180205BHJP

   G01B 9/02 20060101ALI20180205BHJP

   G01N 21/956 20060101ALI20180205BHJP

   G01N 21/88 20060101ALI20180205BHJP

【ＦＩ】

   G01B11/24 D

   G01B11/02 G

   G01B9/02

   G01N21/956 B

   G01N21/88 H

【請求項の数】12

【全頁数】75

(21)【出願番号】特願2016-104911(P2016-104911)

(22)【出願日】2016年5月26日

(65)【公開番号】特開2017-211287(P2017-211287A)

(43)【公開日】2017年11月30日

【審査請求日】2017年6月7日

【早期審査対象出願】

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000106760

【氏名又は名称】ＣＫＤ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100111095

【弁理士】

【氏名又は名称】川口 光男

(72)【発明者】

【氏名】石垣 裕之

(72)【発明者】

【氏名】間宮 高弘

【審査官】 清水 靖記

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０００−０７４６１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１６４３８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１２６１９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−２２７９２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−３１０５１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１７５４９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１６／１９０１５１（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｂ １１／００ − １１／３０

Ｇ０１Ｂ ９／００ − ９／１０

Ｇ０１Ｎ ２１／８４ − ２１／９５８

ＳＰＩＥ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｌｉｂｒａｒｙ

ＩＥＥＥ Ｘｐｌｏｒｅ

ＪＳＴＰｌｕｓ（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

入射する所定の光を２つの光に分割し、一方の光を計測光として被計測物に照射可能としかつ他方の光を参照光として参照面に照射可能とすると共に、これらを再び合成して出射可能な所定の光学系と、
前記所定の光学系の第１入出力部に対し入射させる第１光を出射可能な第１照射手段と、
前記所定の光学系の第２入出力部に対し入射させる第２光を出射可能な第２照射手段と、
前記第１入出力部に対し前記第１光を入射することにより前記第２入出力部から出射される前記第１光に係る出力光を入射可能な第１撮像手段と、
前記第２入出力部に対し前記第２光を入射することにより前記第１入出力部から出射される前記第２光に係る出力光を入射可能な第２撮像手段と、
前記第１撮像手段及び前記第２撮像手段により撮像された干渉縞画像を基に前記被計測物の三次元計測を実行可能な画像処理手段とを備え、
前記第１照射手段は、
第１波長の偏光を含む第１波長光を出射可能な第１波長光出射部、及び、第２波長の偏光を含む第２波長光を出射可能な第２波長光出射部を備え、
前記第１波長の偏光、及び、前記第２波長の偏光を含む前記第１光を出射可能に構成され、
前記第２照射手段は、
第３波長の偏光を含む第３波長光を出射可能な第３波長光出射部、及び／又は、第４波長の偏光を含む第４波長光を出射可能な第４波長光出射部を備え、
前記第３波長の偏光、及び／又は、前記第４波長の偏光を含む前記第２光を出射可能に構成され、
前記第１撮像手段は、
前記第１入出力部に対し前記第１波長の偏光を含む前記第１光が入射された場合に、前記第２入出力部から出射される前記第１光に係る出力光に含まれる前記第１波長の偏光に係る出力光を撮像可能な第１波長光撮像部、
及び、
前記第１入出力部に対し前記第２波長の偏光を含む前記第１光が入射された場合に、前記第２入出力部から出射される前記第１光に係る出力光に含まれる前記第２波長の偏光に係る出力光を撮像可能な第２波長光撮像部を備え、
前記第２撮像手段は、
前記第２入出力部に対し前記第３波長の偏光を含む前記第２光が入射された場合に、前記第１入出力部から出射される前記第２光に係る出力光に含まれる前記第３波長の偏光に係る出力光を撮像可能な第３波長光撮像部、
及び／又は、
前記第２入出力部に対し前記第４波長の偏光を含む前記第２光が入射された場合に、前記第１入出力部から出射される前記第２光に係る出力光に含まれる前記第４波長の偏光に係る出力光を撮像可能な第４波長光撮像部を備えていることを特徴とする三次元計測装置。

【請求項2】

入射する所定の光を偏光方向が互いに直交する２つの偏光に分割する境界面を有し、該分割した一方の偏光を計測光として被計測物に照射しかつ他方の偏光を参照光として参照面に照射すると共に、これらを再び合成して出射可能な偏光ビームスプリッタと、
前記境界面を挟んで隣り合う前記偏光ビームスプリッタの第１面及び第２面のうち第１入出力部となる前記第１面に対し入射させる第１光を出射可能な第１照射手段と、
前記偏光ビームスプリッタの第２入出力部となる前記第２面に対し入射させる第２光を出射可能な第２照射手段と、
前記参照光が出入射される前記偏光ビームスプリッタの第３面と前記参照面との間に配置された第１の１／４波長板と、
前記計測光が出入射される前記偏光ビームスプリッタの第４面と前記被計測物との間に配置される第２の１／４波長板と、
前記偏光ビームスプリッタの前記第１面に対し前記第１光を入射することにより前記第２面から出射される前記第１光に係る出力光を入射可能な第１撮像手段と、
前記偏光ビームスプリッタの前記第２面に対し前記第２光を入射することにより前記第１面から出射される前記第２光に係る出力光を入射可能な第２撮像手段と、
前記第１撮像手段及び前記第２撮像手段により撮像された干渉縞画像を基に前記被計測物の三次元計測を実行可能な画像処理手段とを備え、
前記第１照射手段は、
第１波長の偏光を含む第１波長光を出射可能な第１波長光出射部、及び、第２波長の偏光を含む第２波長光を出射可能な第２波長光出射部を備え、
前記第１波長の偏光、及び、前記第２波長の偏光を含む前記第１光を出射可能に構成され、
前記第２照射手段は、
第３波長の偏光を含む第３波長光を出射可能な第３波長光出射部、及び／又は、第４波長の偏光を含む第４波長光を出射可能な第４波長光出射部を備え、
前記第３波長の偏光、及び／又は、前記第４波長の偏光を含む前記第２光を出射可能に構成され、
前記第１撮像手段は、
前記第１面に対し前記第１波長の偏光を含む前記第１光が入射された場合に、前記第２面から出射される前記第１光に係る出力光に含まれる前記第１波長の偏光に係る出力光を撮像可能な第１波長光撮像部、
及び、
前記第１面に対し前記第２波長の偏光を含む前記第１光が入射された場合に、前記第２面から出射される前記第１光に係る出力光に含まれる前記第２波長の偏光に係る出力光を撮像可能な第２波長光撮像部を備え、
前記第２撮像手段は、
前記第２面に対し前記第３波長の偏光を含む前記第２光が入射された場合に、前記第１面から出射される前記第２光に係る出力光に含まれる前記第３波長の偏光に係る出力光を撮像可能な第３波長光撮像部、
及び／又は、
前記第２面に対し前記第４波長の偏光を含む前記第２光が入射された場合に、前記第１面から出射される前記第２光に係る出力光に含まれる前記第４波長の偏光に係る出力光を撮像可能な第４波長光撮像部を備えていることを特徴とする三次元計測装置。

【請求項3】

第１光を出射可能な第１照射手段と、
第２光を出射可能な第２照射手段と、
前記第１照射手段から入射される前記第１光を偏光方向が互いに直交する２つの偏光に分割し、一方の偏光を計測光として被計測物に対し照射可能としかつ他方の偏光を参照光として参照面に対し照射可能とすると共に、前記被計測物を介して入射した前記第２光に係る計測光と、前記参照面を介して入射した前記第２光に係る参照光とを合成して出射可能な第１入出力部としての第１偏光ビームスプリッタと、
前記第２照射手段から入射される前記第２光を偏光方向が互いに直交する２つの偏光に分割し、一方の偏光を計測光として被計測物に対し照射可能としかつ他方の偏光を参照光として参照面に対し照射可能とすると共に、前記被計測物を介して入射した前記第１光に係る計測光と、前記参照面を介して入射した前記第１光に係る参照光とを合成して出射可能な第２入出力部としての第２偏光ビームスプリッタと、
前記第１偏光ビームスプリッタと前記参照面との間に配置された第１の１／４波長板と、
前記第１偏光ビームスプリッタと前記被計測物との間に配置された第２の１／４波長板と、
前記第２偏光ビームスプリッタと前記参照面との間に配置された第３の１／４波長板と、
前記第２偏光ビームスプリッタと前記被計測物との間に配置された第４の１／４波長板と、
前記第１偏光ビームスプリッタに対し前記第１光を入射することにより前記第２偏光ビームスプリッタから出射される前記第１光に係る出力光を入射可能な第１撮像手段と、
前記第２偏光ビームスプリッタに対し前記第２光を入射することにより前記第１偏光ビームスプリッタから出射される前記第２光に係る出力光を入射可能な第２撮像手段と、
前記第１撮像手段及び前記第２撮像手段により撮像された干渉縞画像を基に前記被計測物の三次元計測を実行可能な画像処理手段とを備え、
前記第１照射手段は、
第１波長の偏光を含む第１波長光を出射可能な第１波長光出射部、及び、第２波長の偏光を含む第２波長光を出射可能な第２波長光出射部を備え、
前記第１波長の偏光、及び、前記第２波長の偏光を含む前記第１光を出射可能に構成され、
前記第２照射手段は、
第３波長の偏光を含む第３波長光を出射可能な第３波長光出射部、及び／又は、第４波長の偏光を含む第４波長光を出射可能な第４波長光出射部を備え、
前記第３波長の偏光、及び／又は、前記第４波長の偏光を含む前記第２光を出射可能に構成され、
前記第１撮像手段は、
前記第１偏光ビームスプリッタに対し前記第１波長の偏光を含む前記第１光が入射された場合に、前記第２偏光ビームスプリッタから出射される前記第１光に係る出力光に含まれる前記第１波長の偏光に係る出力光を撮像可能な第１波長光撮像部、
及び、
前記第１偏光ビームスプリッタに対し前記第２波長の偏光を含む前記第１光が入射された場合に、前記第２偏光ビームスプリッタから出射される前記第１光に係る出力光に含まれる前記第２波長の偏光に係る出力光を撮像可能な第２波長光撮像部を備え、
前記第２撮像手段は、
前記第２偏光ビームスプリッタに対し前記第３波長の偏光を含む前記第２光が入射された場合に、前記第１偏光ビームスプリッタから出射される前記第２光に係る出力光に含まれる前記第３波長の偏光に係る出力光を撮像可能な第３波長光撮像部、
及び／又は、
前記第２偏光ビームスプリッタに対し前記第４波長の偏光を含む前記第２光が入射された場合に、前記第１偏光ビームスプリッタから出射される前記第２光に係る出力光に含まれる前記第４波長の偏光に係る出力光を撮像可能な第４波長光撮像部を備えていることを特徴とする三次元計測装置。

【請求項4】

第１の偏光方向を有する偏光を透過又は反射させ、第２の偏光方向を有する偏光を反射又は透過する境界面を有する偏光ビームスプリッタと、
前記境界面を挟んで隣り合う前記偏光ビームスプリッタの第１面及び第２面のうち第１入出力部となる前記第１面に対し入射させる、前記第１の偏光方向を有する偏光を含む第１光を出射可能な第１照射手段と、
前記偏光ビームスプリッタの第２入出力部となる前記第２面に対し入射させる、前記第２の偏光方向を有する偏光を含む第２光を出射可能な第２照射手段と、
前記境界面を透過又は反射した第１光及び前記境界面を反射又は透過した第２光が出射される前記偏光ビームスプリッタの所定面と相対向するように配置された１／４波長板と、
前記偏光ビームスプリッタとは反対側にて前記１／４波長板と相対向するように配置され、前記１／４波長板を介して照射された光の一部を計測光として透過して被計測物に照射しかつ残りの光を参照光として反射するハーフミラーと、
前記偏光ビームスプリッタの前記第１面に対し前記第１光を入射することにより前記第２面から出射される前記第１光に係る出力光を入射可能な第１撮像手段と、
前記偏光ビームスプリッタの前記第２面に対し前記第２光を入射することにより前記第１面から出射される前記第２光に係る出力光を入射可能な第２撮像手段と、
前記第１撮像手段及び前記第２撮像手段により撮像された干渉縞画像を基に前記被計測物の三次元計測を実行可能な画像処理手段とを備え、
前記第１照射手段は、
第１波長の偏光を含む第１波長光を出射可能な第１波長光出射部、及び、第２波長の偏光を含む第２波長光を出射可能な第２波長光出射部を備え、
前記第１波長の偏光、及び、前記第２波長の偏光を含む前記第１光を出射可能に構成され、
前記第２照射手段は、
第３波長の偏光を含む第３波長光を出射可能な第３波長光出射部、及び／又は、第４波長の偏光を含む第４波長光を出射可能な第４波長光出射部を備え、
前記第３波長の偏光、及び／又は、前記第４波長の偏光を含む前記第２光を出射可能に構成され、
前記第１撮像手段は、
前記第１面に対し前記第１波長の偏光を含む前記第１光が入射された場合に、前記第２面から出射される前記第１光に係る出力光に含まれる前記第１波長の偏光に係る出力光を撮像可能な第１波長光撮像部、
及び、
前記第１面に対し前記第２波長の偏光を含む前記第１光が入射された場合に、前記第２面から出射される前記第１光に係る出力光に含まれる前記第２波長の偏光に係る出力光を撮像可能な第２波長光撮像部を備え、
前記第２撮像手段は、
前記第２面に対し前記第３波長の偏光を含む前記第２光が入射された場合に、前記第１面から出射される前記第２光に係る出力光に含まれる前記第３波長の偏光に係る出力光を撮像可能な第３波長光撮像部、
及び／又は、
前記第２面に対し前記第４波長の偏光を含む前記第２光が入射された場合に、前記第１面から出射される前記第２光に係る出力光に含まれる前記第４波長の偏光に係る出力光を撮像可能な第４波長光撮像部を備えていることを特徴とする三次元計測装置。

【請求項5】

前記第１照射手段から出射される第１光の少なくとも一部を前記第１入出力部に向け入射させると共に、前記第１入出力部から出射される前記第２光に係る出力光の少なくとも一部を前記第２撮像手段に向け入射させる第１導光手段と、
前記第２照射手段から出射される第２光の少なくとも一部を前記第２入出力部に向け入射させると共に、前記第２入出力部から出射される第１光に係る出力光の少なくとも一部を前記第１撮像手段に向け入射させる第２導光手段とを備えたことを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載の三次元計測装置。

【請求項6】

前記第１照射手段は、
前記第１波長光出射部から出射される一方向の光のみを透過しかつ逆方向の光を遮断する第１光アイソレータ、及び／又は、前記第２波長光出射部から出射される一方向の光のみを透過しかつ逆方向の光を遮断する第２光アイソレータを備え、
前記第２照射手段は、
前記第３波長光出射部から出射される一方向の光のみを透過しかつ逆方向の光を遮断する第３光アイソレータ、及び／又は、前記第４波長光出射部から出射される一方向の光のみを透過しかつ逆方向の光を遮断する第４光アイソレータを備えていることを特徴とする請求項５に記載の三次元計測装置。

【請求項7】

前記第１照射手段は、
前記第１波長光出射部から出射される前記第１波長光、及び、前記第２波長光出射部から出射される前記第２波長光を、前記第１光として合成可能な第１合成手段を備え、
前記第２照射手段は、
前記第３波長光出射部から出射される前記第３波長光、及び、前記第４波長光出射部から出射される前記第４波長光を、前記第２光として合成可能な第２合成手段を備え、
前記第１撮像手段は、
前記第１波長の偏光及び前記第２波長の偏光を含む前記第１光が前記第１照射手段から出射された場合に、前記第１光に係る出力光を、前記第１波長の偏光に係る出力光、及び、前記第２波長の偏光に係る出力光に分離可能な第１分離手段を備え、
前記第２撮像手段は、
前記第３波長の偏光及び前記第４波長の偏光を含む前記第２光が前記第２照射手段から出射された場合に、前記第２光に係る出力光を、前記第３波長の偏光に係る出力光、及び、前記第４波長の偏光に係る出力光に分離可能な第２分離手段を備えていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の三次元計測装置。

【請求項8】

前記第１波長の偏光に係る前記参照光と前記計測光との間に相対的な位相差を付与する第１位相シフト手段、及び／又は、前記第２波長の偏光に係る前記参照光と前記計測光との間に相対的な位相差を付与する第２位相シフト手段を備えると共に、
前記第３波長の偏光に係る前記参照光と前記計測光との間に相対的な位相差を付与する第３位相シフト手段、及び／又は、前記第４波長の偏光に係る前記参照光と前記計測光との間に相対的な位相差を付与する第４位相シフト手段を備え、
前記画像処理手段は、
前記第１位相シフト手段により複数通りに位相シフトされた前記第１波長の偏光に係る出力光を前記第１波長光撮像部により撮像した複数通りの干渉縞画像を基に、位相シフト法により前記被計測物の形状計測を行って得た位相を第１計測値として取得可能な第１計測値取得手段、
及び／又は、
前記第２位相シフト手段により複数通りに位相シフトされた前記第２波長の偏光に係る出力光を前記第２波長光撮像部により撮像した複数通りの干渉縞画像を基に、位相シフト法により前記被計測物の形状計測を行って得た位相を第２計測値として取得可能な第２計測値取得手段を備えると共に、
前記第３位相シフト手段により複数通りに位相シフトされた前記第３波長の偏光に係る出力光を前記第３波長光撮像部により撮像した複数通りの干渉縞画像を基に、位相シフト法により前記被計測物の形状計測を行って得た位相を第３計測値として取得可能な第３計測値取得手段、
及び／又は、
前記第４位相シフト手段により複数通りに位相シフトされた前記第４波長の偏光に係る出力光を前記第４波長光撮像部により撮像した複数通りの干渉縞画像を基に、位相シフト法により前記被計測物の形状計測を行って得た位相を第４計測値として取得可能な第４計測値取得手段を備え、
前記第１計測値及び／又は前記第２計測値、並びに、前記第３計測値及び／又は前記第４計測値から特定される高さ情報を、前記被計測物の高さ情報として取得可能な高さ情報取得手段とを備えた請求項１乃至７のいずれかに記載の三次元計測装置。

【請求項9】

前記第１波長の偏光に係る出力光を複数の光に分割する第１の分光手段、及び、前記第１位相シフト手段として、前記第１の分光手段により分割された複数の分割光のうち、少なくとも前記位相シフト法による計測に必要な数の分割光に対してそれぞれ異なる位相差を付与する第１のフィルタ手段、
並びに／又は、
前記第２波長の偏光に係る出力光を複数の光に分割する第２の分光手段、及び、前記第２位相シフト手段として、前記第２の分光手段により分割された複数の分割光のうち、少なくとも前記位相シフト法による計測に必要な数の分割光に対してそれぞれ異なる位相差を付与する第２のフィルタ手段を備えると共に、
前記第３波長の偏光に係る出力光を複数の光に分割する第３の分光手段、及び、前記第３位相シフト手段として、前記第３の分光手段により分割された複数の分割光のうち、少なくとも前記位相シフト法による計測に必要な数の分割光に対してそれぞれ異なる位相差を付与する第３のフィルタ手段、
並びに／又は、
前記第４波長の偏光に係る出力光を複数の光に分割する第４の分光手段、及び、前記第４位相シフト手段として、前記第４の分光手段により分割された複数の分割光のうち、少なくとも前記位相シフト法による計測に必要な数の分割光に対してそれぞれ異なる位相差を付与する第４のフィルタ手段を備え、
前記第１波長光撮像部が、少なくとも前記第１のフィルタ手段を透過する前記複数の分割光を同時に撮像可能に構成され、及び／又は、前記第２波長光撮像部が、少なくとも前記第２のフィルタ手段を透過する前記複数の分割光を同時に撮像可能に構成されると共に、
前記第３波長光撮像部が、少なくとも前記第３のフィルタ手段を透過する前記複数の分割光を同時に撮像可能に構成され、及び／又は、前記第４波長光撮像部が、少なくとも前記第４のフィルタ手段を透過する前記複数の分割光を同時に撮像可能に構成されていることを特徴とする請求項８に記載の三次元計測装置。

【請求項10】

前記分光手段は、
第１の平面に沿った断面形状が三角形状となる三角柱形状をなし、該第１の平面と直交する方向に沿った３つの面のうちの第１面と第２面との交線を通り第３面と直交する平面に沿って第１分岐手段を有する第１の光学部材と、
前記第１の平面と直交する第２の平面に沿った断面形状が三角形状となる三角柱形状をなし、該第２の平面と直交する方向に沿った３つの面のうちの第１面と第２面との交線を通り第３面と直交する平面に沿って第２分岐手段を有する第２の光学部材とを備え、
前記第１の光学部材の第３面と前記第２の光学部材の第１面とを相対向するように配置することにより、
前記第１の光学部材の前記第１面に対し入射される光を前記第１分岐手段にて２方向に分岐させ、このうち前記第１分岐手段にて反射した分割光を前記第１面にて前記第３面側に向け反射させ、前記第１分岐手段を透過した分割光を前記第２面にて前記第３面側に向け反射させることにより、前記第３面から平行する２つの分割光として出射させ、
前記第１の光学部材の第３面から出射された２つの分割光を前記第２の光学部材の第１面に対し入射させ、該２つの分割光をそれぞれ前記第２分岐手段にて２方向に分岐させ、このうち前記第２分岐手段にて反射した２つの分割光をそれぞれ前記第１面にて前記第３面側に向け反射させ、前記第２分岐手段を透過した２つの分割光をそれぞれ前記第２面にて前記第３面側に向け反射させることにより、前記第３面から平行する４つの分割光として出射させることを特徴とする請求項９に記載の三次元計測装置。

【請求項11】

前記第１波長光撮像部が、少なくとも前記第１のフィルタ手段を透過する前記複数の分割光を同時に撮像可能な単一の撮像素子を備え、及び／又は、前記第２波長光撮像部が、少なくとも前記第２のフィルタ手段を透過する前記複数の分割光を同時に撮像可能な単一の撮像素子を備え、
前記第３波長光撮像部が、少なくとも前記第３のフィルタ手段を透過する前記複数の分割光を同時に撮像可能な単一の撮像素子を備え、及び／又は、前記第２波長光撮像部が、少なくとも前記第４のフィルタ手段を透過する前記複数の分割光を同時に撮像可能な単一の撮像素子を備えていることを特徴とする請求項９又は１０に記載の三次元計測装置。

【請求項12】

前記被計測物が、プリント基板に印刷されたクリーム半田、又は、ウエハ基板に形成された半田バンプであることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の三次元計測装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、被計測物の形状を計測する三次元計測装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来より、被計測物の形状を計測する三次元計測装置として、干渉計を利用した三次元計測装置が知られている。

【0003】

かかる三次元計測装置においては、計測光の波長（例えば１５００ｎｍ）の半分（例えば７５０ｎｍ）が計測可能な計測レンジ（ダイナミックレンジ）となる。

【0004】

そのため、仮に被計測物上に計測光の波長の半分以上の高低差がある場合には、計測レンジが不足し、被計測物の形状を適正に計測できないおそれがある。これに対し、計測光の波長を長くした場合には、分解能が粗くなり、計測精度が悪化するおそれがある。

【0005】

これに鑑み、近年では、レンジ不足を解消するため、波長の異なる２種類の光を利用して計測を行う三次元計測装置も提案されている（例えば、特許文献１参照）。

【0006】

かかる三次元計測装置においては、第１波長光と第２波長光を合成した状態で干渉光学系（偏光ビームスプリッタ等）へ入射させ、ここから出射される干渉光を所定の光学分離手段（ダイクロイックミラー等）により波長分離し、第１波長光に係る干渉光と、第２波長光に係る干渉光とを得る。そして、各波長光に係る干渉光を個別に撮像した干渉縞画像を基に被計測物の形状計測を行う。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２０１０−１６４３８９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

波長の異なる２種類の光を利用して、三次元計測に係る計測レンジをより広げるためには、２種類の光の波長差をより小さくすればよい。２種類の光の波長が近ければ近いほど、計測レンジを広げることができる。

【0009】

しかしながら、２種類の光の波長が近ければ近いほど、２種類の光の波長を適切に分離することが困難となる。

【0010】

換言すれば、波長差が小さい２種類の光で三次元計測を行おうとした場合、第１波長光に係る干渉光の撮像と、第２波長光に係る干渉光の撮像をそれぞれ異なるタイミングで行う必要があり、計測効率が低下するおそれがある。

【0011】

例えば位相シフト法を利用した三次元計測において、位相を４段階に変化させる場合には、４通りの画像データを取得する必要があるため、２種類の光を用いる場合には、それぞれ異なるタイミングで４回ずつ、計８回分の撮像時間が必要となる。

【0012】

本発明は、上記事情等に鑑みてなされたものであり、その目的は、波長の異なる光を利用して、計測レンジの拡大を図ると共に、計測効率の向上を図ることのできる三次元計測装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0013】

以下、上記課題を解決するのに適した各手段につき項分けして説明する。なお、必要に応じて対応する手段に特有の作用効果を付記する。

【0014】

手段１．入射する所定の光を２つの光に分割し、一方の光を計測光として被計測物に照射可能としかつ他方の光を参照光として参照面に照射可能とすると共に、これらを再び合成して出射可能な所定の光学系（特定光学系）と、
前記所定の光学系に対し入射させる第１光を出射可能な第１照射手段と、
前記所定の光学系に対し入射させる第２光を出射可能な第２照射手段と、
前記所定の光学系から出射される前記第１光に係る出力光を入射可能な第１撮像手段と、
前記所定の光学系から出射される前記第２光に係る出力光を入射可能な第２撮像手段と、
前記第１撮像手段及び前記第２撮像手段により撮像された干渉縞画像を基に前記被計測物の三次元計測を実行可能な画像処理手段とを備え、
前記第１光と前記第２光をそれぞれ前記所定の光学系の異なる位置に入射させ、
前記第１光に係る出力光と前記第２光に係る出力光をそれぞれ前記所定の光学系の異なる位置から出射させる構成の下、
前記第１照射手段は、
第１波長（例えば４９１ｎｍ）の偏光を含む第１波長光を出射可能な第１波長光出射部、及び／又は、第２波長（例えば５４０ｎｍ）の偏光を含む第２波長光を出射可能な第２波長光出射部を備え、
前記第１波長の偏光、及び／又は、前記第２波長の偏光を含む前記第１光を出射可能に構成され、
前記第２照射手段は、
第３波長（例えば４８８ｎｍ）の偏光を含む第３波長光を出射可能な第３波長光出射部、及び／又は、第４波長（例えば５３２ｎｍ）の偏光を含む第４波長光を出射可能な第４波長光出射部を備え、
前記第３波長の偏光、及び／又は、前記第４波長の偏光を含む前記第２光を出射可能に構成され、
前記第１撮像手段は、
前記所定の光学系に対し前記第１波長の偏光を含む前記第１光が入射された場合に、前記所定の光学系から出射される前記第１光に係る出力光に含まれる前記第１波長の偏光に係る出力光を撮像可能な第１波長光撮像部、
及び／又は、
前記所定の光学系に対し前記第２波長の偏光を含む前記第１光が入射された場合に、前記所定の光学系から出射される前記第１光に係る出力光に含まれる前記第２波長の偏光に係る出力光を撮像可能な第２波長光撮像部を備え、
前記第２撮像手段は、
前記所定の光学系に対し前記第３波長の偏光を含む前記第２光が入射された場合に、前記所定の光学系から出射される前記第２光に係る出力光に含まれる前記第３波長の偏光に係る出力光を撮像可能な第３波長光撮像部、
及び／又は、
前記所定の光学系に対し前記第４波長の偏光を含む前記第２光が入射された場合に、前記所定の光学系から出射される前記第２光に係る出力光に含まれる前記第４波長の偏光に係る出力光を撮像可能な第４波長光撮像部を備えていることを特徴とする三次元計測装置。

【0015】

尚、以下同様であるが、ここで「所定の光学系（特定光学系）」から出力される「第１光に係る出力光」には「第１光に係る参照光及び計測光の合成光、又は、該合成光を干渉させた干渉光」が含まれ、「第２光に係る出力光」には「第２光に係る参照光及び計測光の合成光、又は、該合成光を干渉させた干渉光」が含まれる。

【0016】

従って、「第１光に係る出力光」に含まれる「第１波長の偏光に係る出力光」には「第１波長の偏光に係る参照光及び計測光の合成光、又は、該合成光を干渉させた干渉光」が含まれ、「第２波長の偏光に係る出力光」には「第２波長の偏光に係る参照光及び計測光の合成光、又は、該合成光を干渉させた干渉光」が含まれる。

【0017】

また、「第２光に係る出力光」に含まれる「第３波長の偏光に係る出力光」には「第３波長の偏光に係る参照光及び計測光の合成光、又は、該合成光を干渉させた干渉光」が含まれ、「第４波長の偏光に係る出力光」には「第４波長の偏光に係る参照光及び計測光の合成光、又は、該合成光を干渉させた干渉光」が含まれる。

【0018】

つまり「所定の光学系」には、「参照光及び計測光を内部で干渉させた上で干渉光として出力する光学系」のみならず、「参照光及び計測光を内部で干渉させることなく、単に合成光として出力する光学系」も含まれる。但し、「所定の光学系」から出力される「出力光」が「合成光」の場合には、「干渉縞画像」を撮像するため、少なくとも「撮像手段」にて撮像される前段階において、所定の干渉手段を介して「干渉光」に変換することとなる。

【0019】

それ故、光の干渉を生じさせること（干渉縞画像を撮像すること）を目的として、入射する所定の光を２つの光に分割し、一方の光を計測光として被計測物に照射可能としかつ他方の光を参照光として参照面に照射可能とすると共に、これらを再び合成して出射可能な光学系を「干渉光学系」と称することができる。従って、上記手段１において（以下の各手段においても同様）、「所定の光学系（特定光学系）」を「干渉光学系」と換言してもよい。

【0020】

また、「第１照射手段」から出射される「第１光」は、少なくとも「第１波長の偏光」及び／又は「第２波長の偏光」を含んだ光であればよく、その後「所定の光学系」等においてカットされる他の余分な成分を含んだ光（例えば「無偏光」や「円偏光」）であってもよい。

【0021】

同様に、「第１波長光出射部」から出射される「第１波長光」は、少なくとも「第１波長の偏光」を含んだ光であればよく、他の余分な成分を含んだ光であってもよいし、「第２波長光出射部」から出射される「第２波長光」は、少なくとも「第２波長の偏光」を含んだ光であればよく、他の余分な成分を含んだ光であってもよい。

【0022】

また、「第２照射手段」から出射される「第２光」は、少なくとも「第３波長の偏光」及び／又は「第４波長の偏光」を含んだ光であればよく、その後「所定の光学系」においてカットされる他の余分な成分を含んだ光（例えば「無偏光」や「円偏光」）であってもよい。

【0023】

同様に、「第３波長光出射部」から出射される「第３波長光」は、少なくとも「第３波長の偏光」を含んだ光であればよく、他の余分な成分を含んだ光であってもよいし、「第４波長光出射部」から出射される「第４波長光」は、少なくとも「第４波長の偏光」を含んだ光であればよく、他の余分な成分を含んだ光であってもよい。

【0024】

上記手段１によれば、「第１光」と「第２光」をそれぞれ所定の光学系の異なる位置から入射することにより、「第１光」と「第２光」は互いに干渉することなく、別々に所定の光学系の異なる位置から出射されることとなる。

【0025】

これにより、「第１光」に含まれる偏光（「第１波長の偏光」及び／又は「第２波長の偏光」）と、「第２光」に含まれる偏光（「第３波長の偏光」及び／又は「第４波長の偏光」）として波長の近い２種類の偏光を用いることができる。結果として、波長の近い２種類の偏光を利用して、三次元計測に係る計測レンジをより広げることができる。特に本手段では、最大で４種類の波長の異なる光を利用できるため、計測レンジを飛躍的に広げることも可能となる。

【0026】

加えて、「第１光に係る出力光（「第１波長の偏光に係る出力光」及び／又は「第２波長の偏光に係る出力光」）」の撮像と、「第２光に係る出力光（「第３波長の偏光に係る出力光」及び／又は「第４波長の偏光に係る出力光」）」の撮像を個別かつ同時に行うことができる。結果として、総体的な撮像時間を短縮でき、計測効率の向上を図ることができる。特に本手段では、最大で４種類の偏光に係る出力光を個別かつ同時に撮像できるため、計測効率等を飛躍的に向上させることも可能となる。

【0027】

尚、複数の光を用いる場合には、複数の干渉光学系（干渉計モジュール）を用いて被計測物を計測する構成も考えられるが、かかる構成では、基準となる参照面が各干渉光学系ごとに異なり、参照光と計測光とに光路差を生じさせる光路区間が複数の光で異なることとなるため、計測精度が低下するおそれがある。また、複数の干渉光学系の光路長を正確に一致させることは難しく、その調整作業も非常に困難な作業となる。

【0028】

この点、本手段は、基準となる参照面を１つ備えた１つの干渉光学系（所定の光学系）に対し複数の光を用いる構成となっているため、参照光と計測光とに光路差を生じさせる光路区間が複数の光で同一となる。結果として、複数の干渉光学系を備えることに起因した種々の不具合の発生を防止することができる。

【0029】

さらに、本手段では、例えば「第１波長の偏光」及び「第３波長の偏光」の２種類の偏光を用いた計測と、「第２波長の偏光」及び「第４波長の偏光」の２種類の偏光を用いた計測を、被計測物の種類に応じて切替えることができる。つまり、本手段によれば、波長の近い２種類の偏光を用いて計測レンジの拡大を図りつつも、被計測物の種類に応じて光の種類（波長）を切替えることができる。結果として、利便性や汎用性の向上を図ることができる。

【0030】

例えば赤系光が適さないウエハ基板などの被計測物に対しては、「第１波長の偏光」及び「第３波長の偏光」の２種類の偏光（例えば４９１ｎｍと４８８ｎｍの青系色の２光）を用いた計測を行う一方、青系光が適さない銅などの被計測物に対しては、「第２波長の偏光」及び「第４波長の偏光」の２種類の偏光（例えば５４０ｎｍと５３２ｎｍの緑系色の２光）を用いた計測を行うことができる。勿論、各偏光の波長は上記例示したものに限定されるものではなく、他の波長の偏光を採用してもよい。

【0031】

手段２．入射する所定の光を偏光方向が互いに直交する２つの偏光に分割し、一方の偏光を計測光として被計測物に照射しかつ他方の偏光を参照光として参照面に照射すると共に、これらを再び合成して出射可能な所定の光学系（特定光学系）と、
前記所定の光学系に対し入射させる第１光を出射可能な第１照射手段と、
前記所定の光学系に対し入射させる第２光を出射可能な第２照射手段と、
前記所定の光学系から出射される前記第１光に係る出力光を入射可能な第１撮像手段と、
前記所定の光学系から出射される前記第２光に係る出力光を入射可能な第２撮像手段と、
前記第１撮像手段及び前記第２撮像手段により撮像された干渉縞画像を基に前記被計測物の三次元計測を実行可能な画像処理手段とを備え、
前記第１光と前記第２光をそれぞれ前記所定の光学系の異なる位置に入射させ、
前記所定の光学系が、
前記第１光を、第１の偏光方向を有する偏光（例えばＰ偏光）よりなる前記参照光と、第２の偏光方向を有する偏光（例えばＳ偏光）よりなる前記計測光とに分割し、
前記第２光を、前記第２の偏光方向を有する偏光よりなる前記参照光と、前記第１の偏光方向を有する偏光よりなる前記計測光とに分割し、
これらを再び合成した前記第１光に係る出力光と前記第２光に係る出力光をそれぞれ前記所定の光学系の異なる位置から出射させる構成の下、
前記第１照射手段は、
第１波長の偏光を含む第１波長光を出射可能な第１波長光出射部、及び／又は、第２波長の偏光を含む第２波長光を出射可能な第２波長光出射部を備え、
前記第１波長の偏光、及び／又は、前記第２波長の偏光を含む前記第１光を出射可能に構成され、
前記第２照射手段は、
第３波長の偏光を含む第３波長光を出射可能な第３波長光出射部、及び／又は、第４波長の偏光を含む第４波長光を出射可能な第４波長光出射部を備え、
前記第３波長の偏光、及び／又は、前記第４波長の偏光を含む前記第２光を出射可能に構成され、
前記第１撮像手段は、
前記所定の光学系に対し前記第１波長の偏光を含む前記第１光が入射された場合に、前記所定の光学系から出射される前記第１光に係る出力光に含まれる前記第１波長の偏光に係る出力光を撮像可能な第１波長光撮像部、
及び／又は、
前記所定の光学系に対し前記第２波長の偏光を含む前記第１光が入射された場合に、前記所定の光学系から出射される前記第１光に係る出力光に含まれる前記第２波長の偏光に係る出力光を撮像可能な第２波長光撮像部を備え、
前記第２撮像手段は、
前記所定の光学系に対し前記第３波長の偏光を含む前記第２光が入射された場合に、前記所定の光学系から出射される前記第２光に係る出力光に含まれる前記第３波長の偏光に係る出力光を撮像可能な第３波長光撮像部、
及び／又は、
前記所定の光学系に対し前記第４波長の偏光を含む前記第２光が入射された場合に、前記所定の光学系から出射される前記第２光に係る出力光に含まれる前記第４波長の偏光に係る出力光を撮像可能な第４波長光撮像部を備えていることを特徴とする三次元計測装置。

【0032】

上記手段２によれば、「第１光（「第１波長の偏光」及び／又は「第２波長の偏光」）」と「第２光（「第３波長の偏光」及び／又は「第４波長の偏光」）」をそれぞれ所定の光学系の異なる位置から入射することにより、「第１光」に係る参照光及び計測光と、「第２光」に係る参照光及び計測光がそれぞれ異なる偏光成分（Ｐ偏光又はＳ偏光）に分割されるため、所定の光学系に入射した「第１光」と「第２光」は互いに干渉することなく、別々に所定の光学系から出射されることとなる。

【0033】

従って、上記手段２によれば、マイケルソン干渉計やマッハ・ツェンダー干渉計の原理に基づいた比較的簡素な構成で、上記手段１に係る構成を実現することができる。

【0034】

手段３．入射する所定の光を２つの光に分割し、一方の光を計測光として被計測物に照射可能としかつ他方の光を参照光として参照面に照射可能とすると共に、これらを再び合成して出射可能な所定の光学系（特定光学系）と、
前記所定の光学系の第１入出力部に対し入射させる第１光を出射可能な第１照射手段と、
前記所定の光学系の第２入出力部に対し入射させる第２光を出射可能な第２照射手段と、
前記第１入出力部に対し前記第１光を入射することにより前記第２入出力部から出射される前記第１光に係る出力光を入射可能な第１撮像手段と、
前記第２入出力部に対し前記第２光を入射することにより前記第１入出力部から出射される前記第２光に係る出力光を入射可能な第２撮像手段と、
前記第１撮像手段及び前記第２撮像手段により撮像された干渉縞画像を基に前記被計測物の三次元計測を実行可能な画像処理手段とを備え、
前記第１照射手段は、
第１波長の偏光を含む第１波長光を出射可能な第１波長光出射部、及び／又は、第２波長の偏光を含む第２波長光を出射可能な第２波長光出射部を備え、
前記第１波長の偏光、及び／又は、前記第２波長の偏光を含む前記第１光を出射可能に構成され、
前記第２照射手段は、
第３波長の偏光を含む第３波長光を出射可能な第３波長光出射部、及び／又は、第４波長の偏光を含む第４波長光を出射可能な第４波長光出射部を備え、
前記第３波長の偏光、及び／又は、前記第４波長の偏光を含む前記第２光を出射可能に構成され、
前記第１撮像手段は、
前記第１入出力部に対し前記第１波長の偏光を含む前記第１光が入射された場合に、前記第２入出力部から出射される前記第１光に係る出力光に含まれる前記第１波長の偏光に係る出力光を撮像可能な第１波長光撮像部、
及び／又は、
前記第１入出力部に対し前記第２波長の偏光を含む前記第１光が入射された場合に、前記第２入出力部から出射される前記第１光に係る出力光に含まれる前記第２波長の偏光に係る出力光を撮像可能な第２波長光撮像部を備え、
前記第２撮像手段は、
前記第２入出力部に対し前記第３波長の偏光を含む前記第２光が入射された場合に、前記第１入出力部から出射される前記第２光に係る出力光に含まれる前記第３波長の偏光に係る出力光を撮像可能な第３波長光撮像部、
及び／又は、
前記第２入出力部に対し前記第４波長の偏光を含む前記第２光が入射された場合に、前記第１入出力部から出射される前記第２光に係る出力光に含まれる前記第４波長の偏光に係る出力光を撮像可能な第４波長光撮像部を備えていることを特徴とする三次元計測装置。

【0035】

上記手段３によれば、「第１光（「第１波長の偏光」及び／又は「第２波長の偏光」）」と「第２光（「第３波長の偏光」及び／又は「第４波長の偏光」）」をそれぞれ所定の光学系の異なる位置（第１入出力部及び第２入出力部）から入射することにより、「第１光」と「第２光」がそれぞれ同一の光路を逆方向に辿り、互いに干渉することなく、別々に所定の光学系の異なる位置（第１入出力部及び第２入出力部）から出射されることとなる。結果として、上記手段１等と同様の作用効果が奏される。

【0036】

尚、以下の手段においても同様であるが、上記手段３に係る構成をより適正に機能させるためには、「前記被計測物を前記参照面と同一の平面とした場合において、前記第１入出力部に対し入射させる前記第１光（「第１波長の偏光」及び／又は「第２波長の偏光」）の偏光方向と、該第１入出力部から出射される前記第２光（「第３波長の偏光」及び／又は「第４波長の偏光」）に係る出力光の偏光方向とが同一となり、かつ、前記第２入出力部に対し入射させる前記第２光（「第３波長の偏光」及び／又は「第４波長の偏光」）の偏光方向と、該第２入出力部から出射される前記第１光（「第１波長の偏光」及び／又は「第２波長の偏光」）に係る出力光の偏光方向とが同一となること」がより好ましい。

【0037】

同様に、「前記第１入出力部に対し前記第１光を入射する入射方向と、前記第２入出力部に対し前記第２光を入射する入射方向とを該両入射方向を含む平面上において一致させた場合において、前記第１光（「第１波長の偏光」及び／又は「第２波長の偏光」）の偏光方向と、前記第２光（「第３波長の偏光」及び／又は「第４波長の偏光」）の偏光方向とが９０°異なること」がより好ましい。

【0038】

また、「前記所定の光学系において、（例えば被計測物や参照面に向け）同一軸線上を同一方向に向かう前記第１光（「第１波長の偏光」及び／又は「第２波長の偏光」）又はその計測光若しくは参照光の偏光方向と、前記第２光（「第３波長の偏光」及び／又は「第４波長の偏光」）又はその計測光若しくは参照光の偏光方向とが９０°異なること」がより好ましい。

【0039】

手段４．入射する所定の光を偏光方向が互いに直交する２つの偏光に分割する境界面を有し、該分割した一方の偏光を計測光として被計測物に照射しかつ他方の偏光を参照光として参照面に照射すると共に、これらを再び合成して出射可能な偏光ビームスプリッタと、
前記境界面を挟んで隣り合う前記偏光ビームスプリッタの第１面及び第２面のうち第１入出力部となる前記第１面に対し入射させる第１光を出射可能な第１照射手段と、
前記偏光ビームスプリッタの第２入出力部となる前記第２面に対し入射させる第２光を出射可能な第２照射手段と、
前記参照光が出入射される前記偏光ビームスプリッタの第３面と前記参照面との間に配置された第１の１／４波長板と、
前記計測光が出入射される前記偏光ビームスプリッタの第４面と前記被計測物との間に配置される第２の１／４波長板と、
前記偏光ビームスプリッタの前記第１面に対し前記第１光を入射することにより前記第２面から出射される前記第１光に係る出力光を入射可能な第１撮像手段と、
前記偏光ビームスプリッタの前記第２面に対し前記第２光を入射することにより前記第１面から出射される前記第２光に係る出力光を入射可能な第２撮像手段と、
前記第１撮像手段及び前記第２撮像手段により撮像された干渉縞画像を基に前記被計測物の三次元計測を実行可能な画像処理手段とを備え、
前記第１照射手段は、
第１波長の偏光を含む第１波長光を出射可能な第１波長光出射部、及び／又は、第２波長の偏光を含む第２波長光を出射可能な第２波長光出射部を備え、
前記第１波長の偏光、及び／又は、前記第２波長の偏光を含む前記第１光を出射可能に構成され、
前記第２照射手段は、
第３波長の偏光を含む第３波長光を出射可能な第３波長光出射部、及び／又は、第４波長の偏光を含む第４波長光を出射可能な第４波長光出射部を備え、
前記第３波長の偏光、及び／又は、前記第４波長の偏光を含む前記第２光を出射可能に構成され、
前記第１撮像手段は、
前記第１面に対し前記第１波長の偏光を含む前記第１光が入射された場合に、前記第２面から出射される前記第１光に係る出力光に含まれる前記第１波長の偏光に係る出力光を撮像可能な第１波長光撮像部、
及び／又は、
前記第１面に対し前記第２波長の偏光を含む前記第１光が入射された場合に、前記第２面から出射される前記第１光に係る出力光に含まれる前記第２波長の偏光に係る出力光を撮像可能な第２波長光撮像部を備え、
前記第２撮像手段は、
前記第２面に対し前記第３波長の偏光を含む前記第２光が入射された場合に、前記第１面から出射される前記第２光に係る出力光に含まれる前記第３波長の偏光に係る出力光を撮像可能な第３波長光撮像部、
及び／又は、
前記第２面に対し前記第４波長の偏光を含む前記第２光が入射された場合に、前記第１面から出射される前記第２光に係る出力光に含まれる前記第４波長の偏光に係る出力光を撮像可能な第４波長光撮像部を備えていることを特徴とする三次元計測装置。

【0040】

上記手段４によれば、マイケルソン干渉計の原理に基づいた比較的簡素な構成で、上記手段１等に係る構成を実現することができる。

【0041】

以下の手段でも同様であるが、「偏光ビームスプリッタ」は、その境界面において、第１の偏光方向を有する偏光（例えばＰ偏光）を透過させ、第２の偏光方向を有する偏光（例えばＳ偏光）を反射する機能を有する。従って、偏光ビームスプリッタの第１面から入射した第１光は、例えば第１の偏光方向を有する偏光（例えばＰ偏光）よりなる参照光と、第２の偏光方向を有する偏光（例えばＳ偏光）よりなる計測光とに分割され、偏光ビームスプリッタの第２面から入射した第２光は、例えば第２の偏光方向を有する偏光（例えばＳ偏光）よりなる参照光と、第１の偏光方向を有する偏光（例えばＰ偏光）よりなる計測光とに分割されることとなる。

【0042】

つまり、「第１光（「第１波長の偏光」及び／又は「第２波長の偏光」）」と「第２光（「第３波長の偏光」及び／又は「第４波長の偏光」）」をそれぞれ所定の光学系の異なる位置（第１面及び第２面）から入射することにより、「第１光」に係る参照光及び計測光と、「第２光」に係る参照光及び計測光がそれぞれ異なる偏光成分（Ｐ偏光又はＳ偏光）に分割されるため、「第１光」と「第２光」は互いに干渉することなく、別々に所定の光学系から出射されることとなる。

【0043】

尚、波長の異なる複数の光を用いる場合、すべての光に共通して用いられる上記「１／４波長板」は、各光の波長差が大きくなればなるほど、適正に機能しなくなるおそれがある。そのため、「１／４波長板」の性能にも依るが、「第１光（「第１波長の偏光」及び／又は「第２波長の偏光」）」と「第２光（「第３波長の偏光」及び／又は「第４波長の偏光」）」の関係のみならず、「第１光」に含まれる「第１波長の偏光」と「第２波長の偏光」の関係、並びに、「第２光」に含まれる「第３波長の偏光」と「第４波長の偏光」の関係においても、少なくとも「１／４波長板」が適正に機能する程度には、波長差が小さい光を用いることがより好ましい。

【0044】

手段５．第１光を出射可能な第１照射手段と、
第２光を出射可能な第２照射手段と、
前記第１照射手段から入射される前記第１光を偏光方向が互いに直交する２つの偏光に分割し、一方の偏光を計測光として被計測物に対し照射可能としかつ他方の偏光を参照光として参照面に対し照射可能とすると共に、前記被計測物を介して入射した前記第２光に係る計測光と、前記参照面を介して入射した前記第２光に係る参照光とを合成して出射可能な第１入出力部としての第１偏光ビームスプリッタと、
前記第２照射手段から入射される前記第２光を偏光方向が互いに直交する２つの偏光に分割し、一方の偏光を計測光として被計測物に対し照射可能としかつ他方の偏光を参照光として参照面に対し照射可能とすると共に、前記被計測物を介して入射した前記第１光に係る計測光と、前記参照面を介して入射した前記第１光に係る参照光とを合成して出射可能な第２入出力部としての第２偏光ビームスプリッタと、
前記第１偏光ビームスプリッタと前記参照面との間に配置された第１の１／４波長板と、
前記第１偏光ビームスプリッタと前記被計測物との間に配置された第２の１／４波長板と、
前記第２偏光ビームスプリッタと前記参照面との間に配置された第３の１／４波長板と、
前記第２偏光ビームスプリッタと前記被計測物との間に配置された第４の１／４波長板と、
前記第１偏光ビームスプリッタに対し前記第１光を入射することにより前記第２偏光ビームスプリッタから出射される前記第１光に係る出力光を入射可能な第１撮像手段と、
前記第２偏光ビームスプリッタに対し前記第２光を入射することにより前記第１偏光ビームスプリッタから出射される前記第２光に係る出力光を入射可能な第２撮像手段と、
前記第１撮像手段及び前記第２撮像手段により撮像された干渉縞画像を基に前記被計測物の三次元計測を実行可能な画像処理手段とを備え、
前記第１照射手段は、
第１波長の偏光を含む第１波長光を出射可能な第１波長光出射部、及び／又は、第２波長の偏光を含む第２波長光を出射可能な第２波長光出射部を備え、
前記第１波長の偏光、及び／又は、前記第２波長の偏光を含む前記第１光を出射可能に構成され、
前記第２照射手段は、
第３波長の偏光を含む第３波長光を出射可能な第３波長光出射部、及び／又は、第４波長の偏光を含む第４波長光を出射可能な第４波長光出射部を備え、
前記第３波長の偏光、及び／又は、前記第４波長の偏光を含む前記第２光を出射可能に構成され、
前記第１撮像手段は、
前記第１偏光ビームスプリッタに対し前記第１波長の偏光を含む前記第１光が入射された場合に、前記第２偏光ビームスプリッタから出射される前記第１光に係る出力光に含まれる前記第１波長の偏光に係る出力光を撮像可能な第１波長光撮像部、
及び／又は、
前記第１偏光ビームスプリッタに対し前記第２波長の偏光を含む前記第１光が入射された場合に、前記第２偏光ビームスプリッタから出射される前記第１光に係る出力光に含まれる前記第２波長の偏光に係る出力光を撮像可能な第２波長光撮像部を備え、
前記第２撮像手段は、
前記第２偏光ビームスプリッタに対し前記第３波長の偏光を含む前記第２光が入射された場合に、前記第１偏光ビームスプリッタから出射される前記第２光に係る出力光に含まれる前記第３波長の偏光に係る出力光を撮像可能な第３波長光撮像部、
及び／又は、
前記第２偏光ビームスプリッタに対し前記第４波長の偏光を含む前記第２光が入射された場合に、前記第１偏光ビームスプリッタから出射される前記第２光に係る出力光に含まれる前記第４波長の偏光に係る出力光を撮像可能な第４波長光撮像部を備えていることを特徴とする三次元計測装置。

【0045】

上記手段５によれば、マッハ・ツェンダー干渉計の原理に基づいた比較的簡素な構成で、上記手段１等に係る構成を実現することができる。

【0046】

手段６．第１の偏光方向を有する偏光（例えばＰ偏光）を透過又は反射させ、第２の偏光方向を有する偏光（例えばＳ偏光）を反射又は透過する境界面を有する偏光ビームスプリッタと、
前記境界面を挟んで隣り合う前記偏光ビームスプリッタの第１面及び第２面のうち第１入出力部となる前記第１面に対し入射させる、前記第１の偏光方向を有する偏光を含む第１光を出射可能な第１照射手段と、
前記偏光ビームスプリッタの第２入出力部となる前記第２面に対し入射させる、前記第２の偏光方向を有する偏光を含む第２光を出射可能な第２照射手段と、
前記境界面を透過又は反射した第１光及び前記境界面を反射又は透過した第２光が出射される前記偏光ビームスプリッタの所定面（例えば第３面又は第４面）と相対向するように配置された１／４波長板と、
前記偏光ビームスプリッタとは反対側にて前記１／４波長板と相対向するように配置され、前記１／４波長板を介して照射された光の一部を計測光として透過して被計測物に照射しかつ残りの光を参照光として反射するハーフミラー（参照面）と、
前記偏光ビームスプリッタの前記第１面に対し前記第１光を入射することにより前記第２面から出射される前記第１光に係る出力光を入射可能な第１撮像手段と、
前記偏光ビームスプリッタの前記第２面に対し前記第２光を入射することにより前記第１面から出射される前記第２光に係る出力光を入射可能な第２撮像手段と、
前記第１撮像手段及び前記第２撮像手段により撮像された干渉縞画像を基に前記被計測物の三次元計測を実行可能な画像処理手段とを備え、
前記第１照射手段は、
第１波長の偏光を含む第１波長光を出射可能な第１波長光出射部、及び／又は、第２波長の偏光を含む第２波長光を出射可能な第２波長光出射部を備え、
前記第１波長の偏光、及び／又は、前記第２波長の偏光を含む前記第１光を出射可能に構成され、
前記第２照射手段は、
第３波長の偏光を含む第３波長光を出射可能な第３波長光出射部、及び／又は、第４波長の偏光を含む第４波長光を出射可能な第４波長光出射部を備え、
前記第３波長の偏光、及び／又は、前記第４波長の偏光を含む前記第２光を出射可能に構成され、
前記第１撮像手段は、
前記第１面に対し前記第１波長の偏光を含む前記第１光が入射された場合に、前記第２面から出射される前記第１光に係る出力光に含まれる前記第１波長の偏光に係る出力光を撮像可能な第１波長光撮像部、
及び／又は、
前記第１面に対し前記第２波長の偏光を含む前記第１光が入射された場合に、前記第２面から出射される前記第１光に係る出力光に含まれる前記第２波長の偏光に係る出力光を撮像可能な第２波長光撮像部を備え、
前記第２撮像手段は、
前記第２面に対し前記第３波長の偏光を含む前記第２光が入射された場合に、前記第１面から出射される前記第２光に係る出力光に含まれる前記第３波長の偏光に係る出力光を撮像可能な第３波長光撮像部、
及び／又は、
前記第２面に対し前記第４波長の偏光を含む前記第２光が入射された場合に、前記第１面から出射される前記第２光に係る出力光に含まれる前記第４波長の偏光に係る出力光を撮像可能な第４波長光撮像部を備えていることを特徴とする三次元計測装置。

【0047】

上記手段６によれば、フィゾー干渉計の原理に基づいた比較的簡素な構成で、上記手段１等に係る構成を実現することができる。

【0048】

手段７．前記第１照射手段から出射される第１光の少なくとも一部を前記第１入出力部に向け入射させると共に、前記第１入出力部から出射される前記第２光に係る出力光の少なくとも一部を前記第２撮像手段に向け入射させる第１導光手段と、
前記第２照射手段から出射される第２光の少なくとも一部を前記第２入出力部に向け入射させると共に、前記第２入出力部から出射される第１光に係る出力光の少なくとも一部を前記第１撮像手段に向け入射させる第２導光手段とを備えたことを特徴とする手段３乃至６のいずれかに記載の三次元計測装置。

【0049】

上記手段７によれば、比較的簡素な構成で、上記手段３等に係る構成を実現することができる。

【0050】

例えば「前記第１照射手段から出射される第１光の一部を透過させかつ残りを反射させ、該第１光の透過光又は反射光を前記第１入出力部に向け入射させると共に、前記第１入出力部から出射される第２光に係る出力光の一部を透過させかつ残りを反射させ、該第２光の透過光又は反射光を前記第２撮像手段に向け入射させる第１無偏光ビームスプリッタ（ハーフミラー等）と、
前記第２照射手段から出射される第２光の一部を透過させかつ残りを反射させ、該第２光の透過光又は反射光を前記第２入出力部に向け入射させると共に、前記第２入出力部から出射される第１光に係る出力光の一部を透過させかつ残りを反射させ、該第１光の透過光又は反射光を前記第１撮像手段に向け入射させる第２無偏光ビームスプリッタ（ハーフミラー等）とを備えた」構成が一例に挙げられる。

【0051】

手段８．前記第１照射手段は、
前記第１波長光出射部から出射される一方向の光のみを透過しかつ逆方向の光を遮断する第１光アイソレータ、及び／又は、前記第２波長光出射部から出射される一方向の光のみを透過しかつ逆方向の光を遮断する第２光アイソレータを備え、
前記第２照射手段は、
前記第３波長光出射部から出射される一方向の光のみを透過しかつ逆方向の光を遮断する第３光アイソレータ、及び／又は、前記第４波長光出射部から出射される一方向の光のみを透過しかつ逆方向の光を遮断する第４光アイソレータを備えていることを特徴とする手段７に記載の三次元計測装置。

【0052】

上記手段７の導光手段として、例えば無偏光ビームスプリッタを備えた場合には、該無偏光ビームスプリッタが、入出力部から出射された光の一部を透過させかつ残りを反射させ、該光の透過光又は反射光の一方を撮像手段に向け入射させる際に、該撮像手段に入射しない他方の光が照射手段に向かうこととなる。仮に、かかる光が光源（波長光出射部）に入射した場合には、光源が損傷したり動作が不安定となるおそれがある。

【0053】

これに対し、本手段８によれば、光アイソレータを備えることにより、光源の損傷や不安定化などを防止することができる。

【0054】

手段９．前記第１照射手段は、
前記第１波長光出射部から出射される前記第１波長光、及び、前記第２波長光出射部から出射される前記第２波長光を、前記第１光として合成可能な第１合成手段を備え、
前記第２照射手段は、
前記第３波長光出射部から出射される前記第３波長光、及び、前記第４波長光出射部から出射される前記第４波長光を、前記第２光として合成可能な第２合成手段を備え、
前記第１撮像手段は、
前記第１波長の偏光及び前記第２波長の偏光を含む前記第１光が前記第１照射手段から出射された場合に、（例えば前記第２入出力部から出射される）前記第１光に係る出力光を、前記第１波長の偏光に係る出力光、及び、前記第２波長の偏光に係る出力光に分離可能な第１分離手段を備え、
前記第２撮像手段は、
前記第３波長の偏光及び前記第４波長の偏光を含む前記第２光が前記第２照射手段から出射された場合に、（例えば前記第１入出力部から出射される）前記第２光に係る出力光を、前記第３波長の偏光に係る出力光、及び、前記第４波長の偏光に係る出力光に分離可能な第２分離手段を備えていることを特徴とする手段１乃至８のいずれかに記載の三次元計測装置。

【0055】

上記手段９によれば、第１波長光と第２波長光を合成した状態で所定の光学系（偏光ビームスプリッタ等）へ入射させ、ここから出射される出力光を分離手段（ダイクロイックミラー等）により波長分離し、第１波長の偏光に係る出力光と、第２波長の偏光に係る出力光とを得ることができる。

【0056】

同様に、第３波長光と第４波長光を合成した状態で所定の光学系（偏光ビームスプリッタ等）へ入射させ、ここから出射される出力光を分離手段（ダイクロイックミラー等）により波長分離し、第３波長の偏光に係る出力光と、第４波長の偏光に係る出力光とを得ることができる。

【0057】

結果として、従来同様の干渉光学系（所定の光学系）を用いることが可能となるため、構成の簡素化を図ることができる。さらに、本手段によれば、最大で４種類の光を同時に利用することが可能となるため、計測レンジのさらなる拡大を図ると共に、計測効率のさらなる向上を図ることができる。

【0058】

従って、第１合成手段により「第１波長の偏光」と「第２波長の偏光」を合成する場合には、「第１光」に含まれる「第１波長の偏光」と「第２波長の偏光」は第１分離手段（ダイクロイックミラー等）で分離可能な程度に波長が離れた偏光であることが好ましい。同様に、第２合成手段により「第３波長の偏光」と「第４波長の偏光」を合成する場合には、「第２光」に含まれる「第３波長の偏光」と「第４波長の偏光」は第２分離手段（ダイクロイックミラー等）で分離可能な程度に波長が離れた偏光であることが好ましい。

【0059】

手段１０．前記第１波長の偏光に係る前記参照光と前記計測光との間に相対的な位相差を付与する第１位相シフト手段、及び／又は、前記第２波長の偏光に係る前記参照光と前記計測光との間に相対的な位相差を付与する第２位相シフト手段を備えると共に、
前記第３波長の偏光に係る前記参照光と前記計測光との間に相対的な位相差を付与する第３位相シフト手段、及び／又は、前記第４波長の偏光に係る前記参照光と前記計測光との間に相対的な位相差を付与する第４位相シフト手段を備え、
前記画像処理手段は、
前記第１位相シフト手段により複数通り（例えば４通り）に位相シフトされた前記第１波長の偏光に係る出力光を前記第１波長光撮像部により撮像した複数通りの干渉縞画像を基に、位相シフト法により前記被計測物の形状計測を行い、当該計測値を第１計測値として取得可能な第１計測値取得手段、
及び／又は、
前記第２位相シフト手段により複数通り（例えば４通り）に位相シフトされた前記第２波長の偏光に係る出力光を前記第２波長光撮像部により撮像した複数通りの干渉縞画像を基に、位相シフト法により前記被計測物の形状計測を行い、当該計測値を第２計測値として取得可能な第２計測値取得手段を備えると共に、
前記第３位相シフト手段により複数通り（例えば４通り）に位相シフトされた前記第３波長の偏光に係る出力光を前記第３波長光撮像部により撮像した複数通りの干渉縞画像を基に、位相シフト法により前記被計測物の形状計測を行い、当該計測値を第３計測値として取得可能な第３計測値取得手段、
及び／又は、
前記第４位相シフト手段により複数通り（例えば４通り）に位相シフトされた前記第４波長の偏光に係る出力光を前記第４波長光撮像部により撮像した複数通りの干渉縞画像を基に、位相シフト法により前記被計測物の形状計測を行い、当該計測値を第４計測値として取得可能な第４計測値取得手段を備え、
前記第１計測値及び／又は前記第２計測値、並びに、前記第３計測値及び／又は前記第４計測値から特定される高さ情報を、前記被計測物の高さ情報として取得可能な高さ情報取得手段とを備えた手段１乃至９のいずれかに記載の三次元計測装置。

【0060】

位相シフト法を利用した従来の三次元計測装置においては、例えば位相を４段階に変化させ、これらに対応する４通りの干渉縞画像を撮像する必要があった。そのため、計測レンジ向上のため、波長差が小さい２種類の光を用いる場合には、それぞれ異なるタイミングで４回ずつ、計８回分の撮像時間が必要であった。

【0061】

これに対し、本手段１０によれば、「第１光に係る出力光（「第１波長の偏光に係る出力光」及び／又は「第２波長の偏光に係る出力光」）」の撮像と、「第２光に係る出力光（「第３波長の偏光に係る出力光」及び／又は「第４波長の偏光に係る出力光」）」の撮像を個別かつ同時に行うことができる。そのため、例えば計４回分の撮像時間で、最大４種類の光に係る計１６通り（４×４通り）の干渉縞画像を取得することができる。結果として、総体的な撮像時間を短縮でき、さらなる計測効率の向上を図ることができる。

【0062】

手段１１．前記第１波長の偏光に係る出力光を複数の光に分割する第１の分光手段、及び、前記第１位相シフト手段として、前記第１の分光手段により分割された複数の分割光のうち、少なくとも前記位相シフト法による計測に必要な数（例えば４つ）の分割光に対してそれぞれ異なる位相差を付与する第１のフィルタ手段、
並びに／又は、
前記第２波長の偏光に係る出力光を複数の光に分割する第２の分光手段、及び、前記第２位相シフト手段として、前記第２の分光手段により分割された複数の分割光のうち、少なくとも前記位相シフト法による計測に必要な数（例えば４つ）の分割光に対してそれぞれ異なる位相差を付与する第２のフィルタ手段を備えると共に、
前記第３波長の偏光に係る出力光を複数の光に分割する第３の分光手段、及び、前記第３位相シフト手段として、前記第３の分光手段により分割された複数の分割光のうち、少なくとも前記位相シフト法による計測に必要な数（例えば４つ）の分割光に対してそれぞれ異なる位相差を付与する第３のフィルタ手段、
並びに／又は、
前記第４波長の偏光に係る出力光を複数の光に分割する第４の分光手段、及び、前記第４位相シフト手段として、前記第４の分光手段により分割された複数の分割光のうち、少なくとも前記位相シフト法による計測に必要な数（例えば４つ）の分割光に対してそれぞれ異なる位相差を付与する第４のフィルタ手段を備え、
前記第１波長光撮像部が、少なくとも前記第１のフィルタ手段を透過する前記複数の分割光を同時に撮像可能に構成され、及び／又は、前記第２波長光撮像部が、少なくとも前記第２のフィルタ手段を透過する前記複数の分割光を同時に撮像可能に構成されると共に、
前記第３波長光撮像部が、少なくとも前記第３のフィルタ手段を透過する前記複数の分割光を同時に撮像可能に構成され、及び／又は、前記第４波長光撮像部が、少なくとも前記第４のフィルタ手段を透過する前記複数の分割光を同時に撮像可能に構成されていることを特徴とする手段１０に記載の三次元計測装置。

【0063】

上記位相シフト手段としては、例えば参照面を光軸に沿って移動させることにより物理的に光路長を変化させる構成が考えられる。しかしながら、かかる構成では、計測に必要なすべての干渉縞画像を取得するまでに一定時間を要するため、計測時間が長くなるばかりでなく、その空気の揺らぎや振動等の影響を受けるため、計測精度が低下するおそれがある。

【0064】

この点、本手段１１によれば、計測に必要なすべての干渉縞画像を同時に取得することができる。つまり、最大で４種類の光に係る計１６通り（４×４通り）の干渉縞画像を同時に取得することができる。結果として、計測精度の向上を図ると共に、総体的な撮像時間を大幅に短縮でき、計測効率の飛躍的な向上を図ることができる。

【0065】

尚、「分光手段」としては、例えば「入射される光を、それぞれ光路長が等しくかつ進行方向に直交する平面において光路がマトリクス状に並ぶ４つの光に分割する分光手段」などが挙げられる。例えば、下記の手段１２のような構成が一例に挙げられる。

【0066】

手段１２．前記分光手段（前記第１の分光手段及び／又は前記第２の分光手段、並びに、前記第３の分光手段及び／又は前記第４の分光手段、）は、
第１の平面に沿った断面形状が三角形状となる三角柱形状をなし、該第１の平面と直交する方向に沿った３つの面のうちの第１面と第２面との交線を通り第３面と直交する平面に沿って第１分岐手段（第１のハーフミラー）を有する第１の光学部材（第１のケスタープリズム）と、
前記第１の平面と直交する第２の平面に沿った断面形状が三角形状となる三角柱形状をなし、該第２の平面と直交する方向に沿った３つの面のうちの第１面と第２面との交線を通り第３面と直交する平面に沿って第２分岐手段（第２のハーフミラー）を有する第２の光学部材（第２のケスタープリズム）とを備え、
前記第１の光学部材の第３面と前記第２の光学部材の第１面とを相対向するように配置することにより、
前記第１の光学部材の前記第１面に対し（垂直に）入射される光を前記第１分岐手段にて２方向に分岐させ、このうち前記第１分岐手段にて反射した分割光を前記第１面にて前記第３面側に向け反射させ、前記第１分岐手段を透過した分割光を前記第２面にて前記第３面側に向け反射させることにより、前記第３面から平行する２つの分割光として出射させ、
前記第１の光学部材の第３面から出射された２つの分割光を前記第２の光学部材の第１面に対し（垂直に）入射させ、該２つの分割光をそれぞれ前記第２分岐手段にて２方向に分岐させ、このうち前記第２分岐手段にて反射した２つの分割光をそれぞれ前記第１面にて前記第３面側に向け反射させ、前記第２分岐手段を透過した２つの分割光をそれぞれ前記第２面にて前記第３面側に向け反射させることにより、前記第３面から平行する４つの分割光として出射させることを特徴とする手段１１に記載の三次元計測装置。

【0067】

上記手段１２によれば、所定の光学系（干渉光学系）から出射される光を２行２列のマトリクス状に並ぶ４つの光に分光することができる。これにより、例えば下記の手段１３のように複数の分割光を単一の撮像素子により同時撮像する構成において、撮像素子の撮像領域をマトリクス状に４等分した分割領域を、４つの分割光にそれぞれ割り当てることができるため、撮像素子の撮像領域を有効活用することができる。例えばアスペクト比が４：３の一般的な撮像素子の撮像領域を４等分した場合、各分割領域のアスペクト比は同じく４：３となるため、各分割領域内のより広範囲を利用可能となる。ひいては、さらなる計測精度の向上を図ることができる。

【0068】

また、仮に回折格子を分光手段として用いた場合には分解能が低下するおそれがあるが、本手段では、１つの光を平行する２つの光に分割し、さらに該２つの光をそれぞれ平行する２つの光に分割することにより、平行する４つの光に分光する構成となっているため、分解能の低下抑制を図ることができる。

【0069】

さらに、１つの光を平行する２つの光に分割する手段として、上記構成を有する光学部材（ケスタープリズム）を採用しているため、分割された２つの光の光路長が光学的に等しくなる。結果として、分割された２つの光の光路長を調整する光路調整手段を備える必要がなく、部品点数の削減を図ると共に、構成の簡素化や装置の小型化等を図ることができる。

【0070】

また、第１の光学部材の第３面と第２の光学部材の第１面とが当接していれば、分光手段に対し１つの光が入射されてから、４つの光が出射されるまでの間、光が光学部材内のみを進み、空気中に出ない構成となるため、空気の揺らぎ等による影響を低減することができる。

【0071】

手段１３．前記第１波長光撮像部が、少なくとも前記第１のフィルタ手段を透過する前記複数の分割光を同時に撮像可能な単一の撮像素子を備え、及び／又は、前記第２波長光撮像部が、少なくとも前記第２のフィルタ手段を透過する前記複数の分割光を同時に撮像可能な単一の撮像素子を備え、
前記第３波長光撮像部が、少なくとも前記第３のフィルタ手段を透過する前記複数の分割光を同時に撮像可能な単一の撮像素子を備え、及び／又は、前記第２波長光撮像部が、少なくとも前記第４のフィルタ手段を透過する前記複数の分割光を同時に撮像可能な単一の撮像素子を備えていることを特徴とする手段１１又は１２に記載の三次元計測装置。

【0072】

尚、複数の分割光を同時に撮像する場合には、複数のカメラ（撮像素子）により各分割光をそれぞれ撮像する構成も考えられるが、かかる構成では、各カメラ（撮像素子）の違い等により、計測誤差が生じるおそれがある。

【0073】

この点、本手段によれば、複数の分割光を単一の撮像素子により同時撮像する構成となっているため、計測誤差等の発生を抑制し、計測精度の向上を図ることができる。

【0074】

手段１４．前記被計測物が、プリント基板に印刷されたクリーム半田、又は、ウエハ基板に形成された半田バンプであることを特徴とする手段１乃至１３のいずれかに記載の三次元計測装置。

【0075】

上記手段１４によれば、プリント基板に印刷されたクリーム半田、又は、ウエハ基板に形成された半田バンプの高さ計測等を行うことができる。ひいては、クリーム半田又は半田バンプの検査において、その計測値に基づいてクリーム半田又は半田バンプの良否判定を行うことができる。従って、かかる検査において、上記各手段の作用効果が奏されることとなり、精度よく良否判定を行うことができる。結果として、半田印刷検査装置又は半田バンプ検査装置における検査精度の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0076】

【図1】三次元計測装置の概略構成図である。

【図2】三次元計測装置の電気的構成を示すブロック図である。

【図3】分光光学系を示す平面図である。

【図4】分光光学系を示す正面図である。

【図5】分光光学系を示す右側面図である。

【図6】分光光学系を示す斜視図である。

【図7】フィルタユニットの概略構成図である。

【図8】撮像素子の撮像領域の概略構成図である。

【図9】第１光（第１波長光及び第２波長光）の光路を示す光路図である。

【図10】第２光（第３波長光及び第４波長光）の光路を示す光路図である。

【図11】第２実施形態に係る三次元計測装置の概略構成図である。

【図12】第２実施形態に係る第１光（第１波長光及び第２波長光）の光路を示す光路図である。

【図13】第２実施形態に係る第２光（第３波長光及び第４波長光）の光路を示す光路図である。

【図14】第３実施形態に係る三次元計測装置の概略構成図である。

【図15】第３実施形態に係る第１光（第１波長光及び第２波長光）の光路を示す光路図である。

【図16】第３実施形態に係る第２光（第３波長光及び第４波長光）の光路を示す光路図である。

【図17】第４実施形態に係る分光光学系等を示す概略構成図である。

【図18】半田バンプの高さ計測の原理を説明するための説明図である。

【図19】別の実施形態に係るフィルタユニットの概略構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0077】

〔第１実施形態〕
以下、三次元計測装置の一実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１は本実施形態に係る三次元計測装置１の概略構成を示す模式図であり、図２は三次元計測装置１の電気的構成を示すブロック図である。以下、便宜上、図１の紙面前後方向を「Ｘ軸方向」とし、紙面上下方向を「Ｙ軸方向」とし、紙面左右方向を「Ｚ軸方向」として説明する。

【0078】

三次元計測装置１は、マイケルソン干渉計の原理に基づき構成されたものであり、所定の光を出力可能な２つの投光系２Ａ，２Ｂ（第１投光系２Ａ，第２投光系２Ｂ）と、該投光系２Ａ，２Ｂからそれぞれ出射される光が入射される干渉光学系３と、該干渉光学系３から出射される光が入射される２つの撮像系４Ａ，４Ｂ（第１撮像系４Ａ，第２撮像系４Ｂ）と、投光系２Ａ，２Ｂや干渉光学系３、撮像系４Ａ，４Ｂなどに係る各種制御や画像処理、演算処理等を行う制御装置５とを備えている。

【0079】

ここで、「制御装置５」が本実施形態における「画像処理手段」を構成し、「干渉光学系３」が本実施形態における「所定の光学系（特定光学系）」を構成する。尚、本願に係る各実施形態においては、光の干渉を生じさせること（干渉縞画像を撮像すること）を目的として、入射する所定の光を２つの光（計測光及び参照光）に分割し、該２つの光に光路差を生じさせた上で、再度合成して出力する光学系を「干渉光学系」という。つまり、２つの光（計測光及び参照光）を内部で干渉させた上で干渉光として出力する光学系のみならず、２つの光（計測光及び参照光）を内部で干渉させることなく、単に合成光として出力する光学系についても「干渉光学系」と称している。従って、本実施形態にて後述するように、「干渉光学系」から、２つの光（計測光及び参照光）が干渉することなく合成光として出力される場合には、少なくとも撮像される前段階（例えば撮像系の内部など）において、所定の干渉手段を介して干渉光に変換することとなる。

【0080】

以下、上記２つの投光系２Ａ，２Ｂ（第１投光系２Ａ，第２投光系２Ｂ）の構成について詳しく説明する。まず第１投光系２Ａの構成について詳しく説明する。

【0081】

第１投光系２Ａは、２つの発光部５１Ａ，５２Ａ（第１発光部５１Ａ，第２発光部５２Ａ）と、第１発光部５１Ａに対応する第１光アイソレータ５３Ａと、第２発光部５２Ａに対応する第２光アイソレータ５４Ａと、第１合成用ダイクロイックミラー５５Ａと、第１無偏光ビームスプリッタ５６Ａとを備えている。

【0082】

図示は省略するが、発光部５１Ａ，５２Ａは、それぞれ特定波長の直線偏光を出力可能なレーザ光源や、該レーザ光源から出力される直線偏光を拡大し平行光として出射するビームエキスパンダ、強度調整を行うための偏光板、偏光方向を調整するための１／２波長板などを備えている。但し、両発光部５１Ａ，５２Ａはそれぞれ波長の異なる光を出射する。

【0083】

詳しくは、第１発光部５１Ａは、Ｘ軸方向及びＺ軸方向に対し４５°傾斜した方向を偏光方向とする第１波長λ₁（例えばλ₁＝４９１ｎｍ）の直線偏光をＹ軸方向下向きに出射する。また、第２発光部５２Ａは、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に対し４５°傾斜した方向を偏光方向とする第２波長λ₂（例えばλ₂＝５４０ｎｍ）の直線偏光をＺ軸方向左向きに出射する。

【0084】

第１光アイソレータ５３Ａは、一方向（本実施形態ではＹ軸方向下向き）に進む光のみを透過し逆方向（本実施形態ではＹ軸方向上向き）の光を遮断する光学素子である。これにより、第１発光部５１Ａから出射された光のみを透過することとなり、戻り光による第１発光部５１Ａの損傷や不安定化などを防止することができる。

【0085】

かかる構成の下、第１発光部５１ＡからＹ軸方向下向きに出射された第１波長λ₁の直線偏光（以下、「第１波長光」という）は、第１光アイソレータ５３Ａを介して第１合成用ダイクロイックミラー５５Ａに入射する。

【0086】

同様に、第２光アイソレータ５４Ａは、一方向（本実施形態ではＺ軸方向左向き）に進む光のみを透過し逆方向（本実施形態ではＺ軸方向右向き）の光を遮断する光学素子である。これにより、第２発光部５２Ａから出射された光のみを透過することとなり、戻り光による第２発光部５２Ａの損傷や不安定化などを防止することができる。

【0087】

かかる構成の下、第２発光部５２ＡからＺ軸方向左向きに出射された第２波長λ₂の直線偏光（以下、「第２波長光」という）は、第２光アイソレータ５４Ａを介して第１合成用ダイクロイックミラー５５Ａに入射する。

【0088】

第１合成用ダイクロイックミラー５５Ａは、直角プリズム（直角二等辺三角形を底面とする三角柱状のプリズム。以下同様。）を貼り合せて一体としたキューブ型の公知の光学部材（ダイクロイックプリズム）であって、その接合面５５Ａｈに誘電体多層膜が形成されている。

【0089】

第１合成用ダイクロイックミラー５５Ａは、その接合面５５Ａｈを挟んで隣り合う２面のうちの一方がＹ軸方向と直交しかつ他方がＺ軸方向と直交するように配置されている。つまり、第１合成用ダイクロイックミラー５５Ａの接合面５５ＡｈがＹ軸方向及びＺ軸方向に対し４５°傾斜するように配置されている。

【0090】

本実施形態における第１合成用ダイクロイックミラー５５Ａは、少なくとも第１波長光を反射し、第２波長光を透過する特性を有する。これにより、図１に示す本実施形態の配置構成では、第１合成用ダイクロイックミラー５５Ａに入射した第１波長光と第２波長光とが合成された上で、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に対し４５°傾斜した方向を偏光方向とする直線偏光として第１無偏光ビームスプリッタ５６Ａに向けＺ軸方向左向きに出射されることとなる。

【0091】

以降、第１発光部５１Ａから出射される第１波長光と、第２発光部５２Ａから出射される第２波長光とを合成した合成光を「第１光」という。つまり、「発光部５１Ａ，５２Ａ」、「光アイソレータ５３Ａ，５４Ａ」、「第１合成用ダイクロイックミラー５５Ａ」等により本実施形態における「第１照射手段」が構成されることとなる。特に「第１発光部５１Ａ」により「第１波長光出射部」が構成され、「第２発光部５２Ａ」により「第２波長光出射部」が構成され、「第１合成用ダイクロイックミラー５５Ａ」により「第１合成手段」が構成される。

【0092】

第１無偏光ビームスプリッタ５６Ａは、直角プリズムを貼り合せて一体としたキューブ型の公知の光学部材であって、その接合面５６Ａｈには例えば金属膜などのコーティングが施されている。「第１無偏光ビームスプリッタ５６Ａ」が本実施形態における「第１導光手段」を構成する。

【0093】

以下同様であるが、無偏光ビームスプリッタは、偏光状態も含め、入射光を所定の比率で透過光と反射光とに分割するものである。本実施形態では、１：１の分割比を持った所謂ハーフミラーを採用している。つまり、透過光のＰ偏光成分及びＳ偏光成分、並びに、反射光のＰ偏光成分及びＳ偏光成分が全て同じ比率で分割されると共に、透過光と反射光の各偏光状態は入射光の偏光状態と同じとなる。

【0094】

尚、本実施形態では、図１の紙面に平行な方向（Ｙ軸方向又はＺ軸方向）を偏光方向とする直線偏光をＰ偏光（Ｐ偏光成分）といい、図１の紙面に垂直なＸ軸方向を偏光方向とする直線偏光をＳ偏光（Ｓ偏光成分）という。「Ｐ偏光」が「第１の偏光方向を有する偏光」に相当し、「Ｓ偏光」が「第２の偏光方向を有する偏光」に相当する。

【0095】

また、第１無偏光ビームスプリッタ５６Ａは、その接合面５６Ａｈを挟んで隣り合う２面のうちの一方がＹ軸方向と直交しかつ他方がＺ軸方向と直交するように配置されている。つまり、第１無偏光ビームスプリッタ５６Ａの接合面５６ＡｈがＹ軸方向及びＺ軸方向に対し４５°傾斜するように配置されている。より詳しくは、第１合成用ダイクロイックミラー５５ＡからＺ軸方向左向きに入射する第１光の一部（半分）をＺ軸方向左向きに透過させ、残り（半分）をＹ軸方向下向きに反射させる。

【0096】

次に、第２投光系２Ｂの構成について詳しく説明する。第２投光系２Ｂは、上記第１投光系２Ａと同様、２つの発光部５１Ｂ，５２Ｂ（第３発光部５１Ｂ，第４発光部５２Ｂ）と、第３発光部５１Ｂに対応する第３光アイソレータ５３Ｂと、第４発光部５２Ｂに対応する第４光アイソレータ５４Ｂと、第２合成用ダイクロイックミラー５５Ｂと、第２無偏光ビームスプリッタ５６Ｂとを備えている。

【0097】

図示は省略するが、発光部５１Ｂ，５２Ｂは、それぞれ特定波長の直線偏光を出力可能なレーザ光源や、該レーザ光源から出力される直線偏光を拡大し平行光として出射するビームエキスパンダ、強度調整を行うための偏光板、偏光方向を調整するための１／２波長板などを備えている。但し、両発光部５１Ｂ，５２Ｂはそれぞれ波長の異なる光を出射する。

【0098】

詳しくは、第３発光部５１Ｂは、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に対し４５°傾斜した方向を偏光方向とする第３波長λ₃（例えばλ₃＝４８８ｎｍ）の直線偏光をＺ軸方向左向きに出射する。また、第４発光部５２Ｂは、Ｘ軸方向及びＺ軸方向に対し４５°傾斜した方向を偏光方向とする第４波長λ₄（例えばλ₄＝５３２ｎｍ）の直線偏光をＹ軸方向上向きに出射する。

【0099】

第３光アイソレータ５３Ｂは、一方向（本実施形態ではＺ軸方向左向き）に進む光のみを透過し逆方向（本実施形態ではＺ軸方向右向き）の光を遮断する光学素子である。これにより、第３発光部５１Ｂから出射された光のみを透過することとなり、戻り光による第３発光部５１Ｂの損傷や不安定化などを防止することができる。

【0100】

かかる構成の下、第３発光部５１ＢからＺ軸方向左向きに出射された第３波長λ₃の直線偏光（以下、「第３波長光」という）は、第３光アイソレータ５３Ｂを介して第２合成用ダイクロイックミラー５５Ｂに入射する。

【0101】

同様に、第４光アイソレータ５４Ｂは、一方向（本実施形態ではＹ軸方向上向き）に進む光のみを透過し逆方向（本実施形態ではＹ軸方向下向き）の光を遮断する光学素子である。これにより、第４発光部５２Ｂから出射された光のみを透過することとなり、戻り光による第４発光部５２Ｂの損傷や不安定化などを防止することができる。

【0102】

かかる構成の下、第４発光部５２ＢからＹ軸方向上向きに出射された第４波長λ₄の直線偏光（以下、「第４波長光」という）は、第４光アイソレータ５４Ｂを介して第２合成用ダイクロイックミラー５５Ｂに入射する。

【0103】

第２合成用ダイクロイックミラー５５Ｂは、直角プリズムを貼り合せて一体としたキューブ型の公知の光学部材（ダイクロイックプリズム）であって、その接合面５５Ｂｈに誘電体多層膜が形成されている。

【0104】

第２合成用ダイクロイックミラー５５Ｂは、その接合面５５Ｂｈを挟んで隣り合う２面のうちの一方がＹ軸方向と直交しかつ他方がＺ軸方向と直交するように配置されている。つまり、第２合成用ダイクロイックミラー５５Ｂの接合面５５ＢｈがＹ軸方向及びＺ軸方向に対し４５°傾斜するように配置されている。

【0105】

本実施形態における第２合成用ダイクロイックミラー５５Ｂは、少なくとも第３波長光を反射し、第４波長光を透過する特性を有する。これにより、図１に示す本実施形態の配置構成では、第２合成用ダイクロイックミラー５５Ｂに入射した第３波長光と第４波長光とが合成された上で、Ｘ軸方向及びＺ軸方向に対し４５°傾斜した方向を偏光方向とする直線偏光として、第２無偏光ビームスプリッタ５６Ｂに向けＹ軸方向上向きに出射されることとなる。

【0106】

以降、第３発光部５１Ｂから出射される第３波長光と、第４発光部５２Ｂから出射される第４波長光とを合成した合成光を「第２光」という。つまり、「発光部５１Ｂ，５２Ｂ」、「光アイソレータ５３Ｂ，５４Ｂ」、「第２合成用ダイクロイックミラー５５Ｂ」等により本実施形態における「第２照射手段」が構成されることとなる。特に「第３発光部５１Ｂ」により「第３波長光出射部」が構成され、「第４発光部５２Ｂ」により「第４波長光出射部」が構成され、「第２合成用ダイクロイックミラー５５Ｂ」により「第２合成手段」が構成される。

【0107】

第２無偏光ビームスプリッタ５６Ｂは、直角プリズムを貼り合せて一体としたキューブ型の公知の光学部材であって、その接合面５６Ｂｈには例えば金属膜などのコーティングが施されている。「第２無偏光ビームスプリッタ５６Ｂ」が本実施形態における「第２導光手段」を構成する。

【0108】

また、第２無偏光ビームスプリッタ５６Ｂは、その接合面５６Ｂｈを挟んで隣り合う２面のうちの一方がＹ軸方向と直交しかつ他方がＺ軸方向と直交するように配置されている。つまり、第２無偏光ビームスプリッタ５６Ｂの接合面５６ＢｈがＹ軸方向及びＺ軸方向に対し４５°傾斜するように配置されている。より詳しくは、第２合成用ダイクロイックミラー５５ＢからＹ軸方向上向きに入射する第２光の一部（半分）をＹ軸方向上向きに透過させ、残り（半分）をＺ軸方向右向きに反射させる。

【0109】

以下、上記干渉光学系３の構成について詳しく説明する。干渉光学系３は、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）６０、１／４波長板６１，６２、参照面６３、設置部６４などを備えている。

【0110】

偏光ビームスプリッタ６０は、直角プリズムを貼り合せて一体としたキューブ型の公知の光学部材であって、その接合面（境界面）６０ｈには例えば誘電体多層膜などのコーティングが施されている。

【0111】

偏光ビームスプリッタ６０は、入射される直線偏光を偏光方向が互いに直交する２つの偏光成分（Ｐ偏光成分とＳ偏光成分）に分割するものである。本実施形態における偏光ビームスプリッタ６０は、Ｐ偏光成分を透過させ、Ｓ偏光成分を反射する構成となっている。また、本実施形態における偏光ビームスプリッタ６０は、入射する所定の光を２つの光（計測光及び参照光）に分割すると共に、これらを再び合成する機能を有することとなる。

【0112】

偏光ビームスプリッタ６０は、その接合面６０ｈを挟んで隣り合う２面のうちの一方がＹ軸方向と直交しかつ他方がＺ軸方向と直交するように配置されている。つまり、偏光ビームスプリッタ６０の接合面６０ｈがＹ軸方向及びＺ軸方向に対し４５°傾斜するように配置されている。

【0113】

より詳しくは、上記第１無偏光ビームスプリッタ５６ＡからＹ軸方向下向きに反射した第１光が入射する偏光ビームスプリッタ６０の第１面（Ｙ軸方向上側面）６０ａ、並びに、該第１面６０ａと相対向する第３面（Ｙ軸方向下側面）６０ｃがＹ軸方向と直交するように配置されている。「偏光ビームスプリッタ６０の第１面６０ａ」が本実施形態における「第１入出力部」に相当する。

【0114】

一方、第１面６０ａと接合面６０ｈを挟んで隣り合う面であって、上記第２無偏光ビームスプリッタ５６ＢからＺ軸方向右向きに反射した第２光が入射する偏光ビームスプリッタ６０の第２面（Ｚ軸方向左側面）６０ｂ、並びに、該第２面６０ｂと相対向する第４面（Ｚ軸方向右側面）６０ｄがＺ軸方向と直交するように配置されている。「偏光ビームスプリッタ６０の第２面６０ｂ」が本実施形態における「第２入出力部」に相当する。

【0115】

また、偏光ビームスプリッタ６０の第３面６０ｃとＹ軸方向に相対向するように１／４波長板６１が配置され、該１／４波長板６１とＹ軸方向に相対向するように参照面６３が配置されている。

【0116】

１／４波長板６１は、本実施形態における「第１の１／４波長板」に相当するものであり、直線偏光を円偏光に変換しかつ円偏光を直線偏光に変換する機能を有する。つまり、偏光ビームスプリッタ６０の第３面６０ｃから出射される直線偏光（参照光）は１／４波長板６１を介して円偏光に変換された上で参照面６３に対し照射される。また、参照面６３で反射した参照光は、再度、１／４波長板６１を介して円偏光から直線偏光に変換された上で偏光ビームスプリッタ６０の第３面６０ｃに入射する。

【0117】

一方、偏光ビームスプリッタ６０の第４面６０ｄとＺ軸方向に相対向するように１／４波長板６２が配置され、該１／４波長板６２とＺ軸方向に相対向するように設置部６４が配置されている。

【0118】

１／４波長板６２は、本実施形態における「第２の１／４波長板」に相当するものであり、直線偏光を円偏光に変換しかつ円偏光を直線偏光に変換する機能を有する。つまり、偏光ビームスプリッタ６０の第４面６０ｄから出射される直線偏光（計測光）は１／４波長板６２を介して円偏光に変換された上で設置部６４に置かれた被計測物としてのワークＷに対し照射される。また、ワークＷにて反射した計測光は、再度、１／４波長板６２を介して円偏光から直線偏光に変換された上で偏光ビームスプリッタ６０の第４面６０ｄに入射する。

【0119】

以下、上記２つの撮像系４Ａ，４Ｂ（第１撮像系４Ａ，第２撮像系４Ｂ）の構成について詳しく説明する。「第１撮像系４Ａ」が本実施形態における「第１撮像手段」を構成し、「第２撮像系４Ｂ」が「第２撮像手段」を構成する。

【0120】

まず第１撮像系４Ａの構成について説明する。第１撮像系４Ａは、第２無偏光ビームスプリッタ５６Ｂを透過した第１光（第１波長光と第２波長光の２波長合成光）に係る参照光成分及び計測光成分の合成光を、第１波長光に係る合成光（参照光成分及び計測光成分）と、第２波長光に係る合成光（参照光成分及び計測光成分）とに分離する第１分離用ダイクロイックミラー８０Ａを備えている。「第１分離用ダイクロイックミラー８０Ａ」が本実施形態における「第１分離手段」を構成する。

【0121】

第１分離用ダイクロイックミラー８０Ａは、直角プリズムを貼り合せて一体としたキューブ型の公知の光学部材（ダイクロイックプリズム）であって、その接合面８０Ａｈに誘電体多層膜が形成されている。

【0122】

第１分離用ダイクロイックミラー８０Ａは、その接合面８０Ａｈを挟んで隣り合う２面のうちの一方がＹ軸方向と直交しかつ他方がＺ軸方向と直交するように配置されている。つまり、第１分離用ダイクロイックミラー８０Ａの接合面８０ＡｈがＹ軸方向及びＺ軸方向に対し４５°傾斜するように配置されている。

【0123】

本実施形態における第１分離用ダイクロイックミラー８０Ａは、上記第１合成用ダイクロイックミラー５５Ａと同様の特性を有するものである。すなわち、第１分離用ダイクロイックミラー８０Ａは、少なくとも第１波長光を反射し、第２波長光を透過する特性を有する。

【0124】

これにより、図１に示す本実施形態の配置構成では、第１分離用ダイクロイックミラー８０Ａに入射した第１光に係る合成光は、Ｙ軸方向下向きに出射される第１波長光に係る合成光と、Ｚ軸方向左向きに出射される第２波長光に係る合成光とに分離されることとなる。

【0125】

さらに、第１撮像系４Ａは、第１分離用ダイクロイックミラー８０ＡからＹ軸方向下向きに出射される第１波長光に係る合成光を４つの分光に分割する第１分光光学系８１Ａと、該第１分光光学系８１Ａにより分割された４つの分光をそれぞれ円偏光に変換する１／４波長板ユニット８３Ａと、該１／４波長板ユニット８３Ａを透過した４つの分光の所定成分を選択的に透過させる第１フィルタユニット８５Ａと、該第１フィルタユニット８５Ａを透過した４つの分光を同時に撮像する第１カメラ８７Ａとを備えている。「第１カメラ８７Ａ」が本実施形態における「第１波長光撮像部」を構成する。

【0126】

同様に、第１撮像系４Ａは、第１分離用ダイクロイックミラー８０ＡからＺ軸方向左向きに出射される第２波長光に係る合成光を４つの分光に分割する第２分光光学系８２Ａと、該第２分光光学系８２Ａにより分割された４つの分光をそれぞれ円偏光に変換する１／４波長板ユニット８４Ａと、該１／４波長板ユニット８４Ａを透過した４つの分光の所定成分を選択的に透過させる第２フィルタユニット８６Ａと、該第２フィルタユニット８６Ａを透過した４つの分光を同時に撮像する第２カメラ８８Ａとを備えている。「第２カメラ８８Ａ」が本実施形態における「第２波長光撮像部」を構成する。

【0127】

次に第２撮像系４Ｂの構成について説明する。第２撮像系４Ｂは、第１無偏光ビームスプリッタ５６Ａを透過した第２光（第３波長光と第４波長光の２波長合成光）に係る参照光成分及び計測光成分の合成光を、第３波長光に係る合成光（参照光成分及び計測光成分）と、第４波長光に係る合成光（参照光成分及び計測光成分）とに分離する第２分離用ダイクロイックミラー８０Ｂを備えている。「第２分離用ダイクロイックミラー８０Ｂ」が本実施形態における「第２分離手段」を構成する。

【0128】

第２分離用ダイクロイックミラー８０Ｂは、直角プリズムを貼り合せて一体としたキューブ型の公知の光学部材（ダイクロイックプリズム）であって、その接合面８０Ｂｈに誘電体多層膜が形成されている。

【0129】

第２分離用ダイクロイックミラー８０Ｂは、その接合面８０Ｂｈを挟んで隣り合う２面のうちの一方がＹ軸方向と直交しかつ他方がＺ軸方向と直交するように配置されている。つまり、第２分離用ダイクロイックミラー８０Ｂの接合面８０ＢｈがＹ軸方向及びＺ軸方向に対し４５°傾斜するように配置されている。

【0130】

本実施形態における第２分離用ダイクロイックミラー８０Ｂは、上記第２合成用ダイクロイックミラー５５Ｂと同様の特性を有するものである。すなわち、第２分離用ダイクロイックミラー８０Ｂは、少なくとも第３波長光を反射し、第４波長光を透過する特性を有する。

【0131】

これにより、図１に示す本実施形態の配置構成では、第２分離用ダイクロイックミラー８０Ｂに入射した第２光に係る合成光は、Ｚ軸方向左向きに出射される第３波長光に係る合成光と、Ｙ軸方向上向きに出射される第４波長光に係る合成光とに分離されることとなる。

【0132】

さらに、第２撮像系４Ｂは、第２分離用ダイクロイックミラー８０ＢからＺ軸方向左向きに出射される第３波長光に係る合成光を４つの分光に分割する第３分光光学系８１Ｂと、該第３分光光学系８１Ｂにより分割された４つの分光をそれぞれ円偏光に変換する１／４波長板ユニット８３Ｂと、該１／４波長板ユニット８３Ｂを透過した４つの分光の所定成分を選択的に透過させる第３フィルタユニット８５Ｂと、該第３フィルタユニット８５Ｂを透過した４つの分光を同時に撮像する第３カメラ８７Ｂとを備えている。「第３カメラ８７Ｂ」が本実施形態における「第３波長光撮像部」を構成する。

【0133】

同様に、第２撮像系４Ｂは、第２分離用ダイクロイックミラー８０ＢからＹ軸方向上向きに出射される第４波長光に係る合成光を４つの分光に分割する第４分光光学系８２Ｂと、該第４分光光学系８２Ｂにより分割された４つの分光をそれぞれ円偏光に変換する１／４波長板ユニット８４Ｂと、該１／４波長板ユニット８４Ｂを透過した４つの分光の所定成分を選択的に透過させる第４フィルタユニット８６Ｂと、該第４フィルタユニット８６Ｂを透過した４つの分光を同時に撮像する第４カメラ８８Ｂとを備えている。「第４カメラ８８Ｂ」が本実施形態における「第４波長光撮像部」を構成する。

【0134】

ここで、第１撮像系４Ａ及び第２撮像系４Ｂに用いられる「第１分光光学系８１Ａ」、「第２分光光学系８２Ａ」、「第３分光光学系８１Ｂ」及び「第４分光光学系８２Ｂ」の構成について図３〜図６を参照して詳しく説明する。

【0135】

本実施形態における「第１分光光学系８１Ａ」、「第２分光光学系８２Ａ」、「第３分光光学系８１Ｂ」及び「第４分光光学系８２Ｂ」は同一構成であるため、ここでは「分光光学系８１Ａ，８２Ａ，８１Ｂ，８２Ｂ」と総称して説明する。

【0136】

「分光光学系８１Ａ，８２Ａ，８１Ｂ，８２Ｂ」が本実施形態における「分光手段」を構成する。特に「第１分光光学系８１Ａ」が「第１の分光手段」を構成し、「第２分光光学系８２Ａ」が「第２の分光手段」を構成し、「第３分光光学系８１Ｂ」が「第３の分光手段」を構成し、「第４分光光学系８２Ｂ」が「第４の分光手段」を構成する。

【0137】

尚、図３〜図６を参照して、分光光学系８１Ａ，８２Ａ，８１Ｂ，８２Ｂについて説明する際には、便宜上、図３の紙面上下方向を「Ｘ´軸方向」とし、紙面前後方向を「Ｙ´軸方向」とし、紙面左右方向を「Ｚ´軸方向」として説明する。但し、分光光学系８１Ａ，８２Ａ，８１Ｂ，８２Ｂ単体を説明するための座標系（Ｘ´，Ｙ´，Ｚ´）と、三次元計測装置１全体を説明するための座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）は異なる座標系である。

【0138】

分光光学系８１Ａ，８２Ａ，８１Ｂ，８２Ｂは、無偏光の２つの光学部材（プリズム）を貼り合せて一体とした１つの無偏光の光学部材である。

【0139】

より詳しくは、分光光学系８１Ａ，８２Ａ，８１Ｂ，８２Ｂは、第１分離用ダイクロイックミラー８０Ａ又は第２分離用ダイクロイックミラー８０Ｂから入射される光を２つの分光に分割する第１プリズム１０１と、該第１プリズム１０１により分割された２つの分光をそれぞれ２つの分光に分割して計４つの分光を出射する第２プリズム１０２とからなる。

【0140】

第１プリズム１０１及び第２プリズム１０２は、それぞれ「ケスタープリズム」と称される公知の光学部材により構成されている。但し、本実施形態において、「ケスタープリズム」とは、「内角がそれぞれ３０°、６０°、９０°となる直角三角形の断面形状を有する一対の光学部材（三角柱形状のプリズム）を貼り合せて一体とした正三角形の断面形状を有する正三角柱形状の光学部材であって、その接合面に無偏光のハーフミラーを有したもの」を指す。勿論、各プリズム１０１，１０２として用いられるケスタープリズムは、これに限定されるものではない。後述する分光光学系８１Ａ，８２Ａ，８１Ｂ，８２Ｂの機能を満たすものであれば、例えば正三角柱形状でないものなど、各プリズム１０１，１０２として本実施形態とは異なる光学部材（ケスタープリズム）を採用してもよい。

【0141】

具体的に、第１の光学部材（第１のケスタープリズム）としての第１プリズム１０１は、平面視（Ｘ´−Ｚ´平面）正三角形状をなすと共に、Ｙ´軸方向に沿って延びる正三角柱形状をなす（図３参照）。「Ｘ´−Ｚ´平面」が本実施形態における「第１の平面」に相当する。

【0142】

第１プリズム１０１は、Ｙ´軸方向に沿った長方形状の３つの面（第１面１０１ａ、第２面１０１ｂ、第３面１０１ｃ）のうち、第１面１０１ａと第２面１０１ｂとの交線を通り第３面１０１ｃと直交する平面に沿ってハーフミラー１０１Ｍが形成されている。「ハーフミラー１０１Ｍ」が本実施形態における「第１分岐手段」を構成する。

【0143】

第１プリズム１０１は、第３面１０１ｃがＸ´−Ｙ´平面に沿ってＺ´軸方向と直交するように配置されると共に、ハーフミラー１０１ＭがＹ´−Ｚ´平面に沿ってＸ´軸方向と直交するように配置されている。従って、第１面１０１ａ及び第２面１０１ｂは、それぞれＸ´軸方向及びＺ´軸方向に対し３０°又は６０°傾斜するように配置されている。

【0144】

一方、第２の光学部材（第２のケスタープリズム）としての第２プリズム１０２は、正面視（Ｙ´−Ｚ´平面）正三角形状をなすと共に、Ｘ´軸方向に沿って延びる正三角柱形状をなす（図４参照）。「Ｙ´−Ｚ´平面」が本実施形態における「第２の平面」に相当する。

【0145】

第２プリズム１０２は、Ｘ´軸方向に沿った正方形状の３つの面（第１面１０２ａ、第２面１０２ｂ、第３面１０２ｃ）のうち、第１面１０２ａと第２面１０２ｂとの交線を通り第３面１０２ｃと直交する平面に沿ってハーフミラー１０２Ｍが形成されている。「ハーフミラー１０２Ｍ」が本実施形態における「第２分岐手段」を構成する。

【0146】

第２プリズム１０２は、第１面１０２ａがＸ´−Ｙ´平面に沿ってＺ´軸方向と直交するように配置されている。従って、第２面１０２ｂ、第３面１０２ｃ及びハーフミラー１０２Ｍは、それぞれＹ´軸方向及びＺ´軸方向に対し３０°又は６０°傾斜するように配置されている。

【0147】

そして、第１プリズム１０１の第３面１０１ｃと第２プリズム１０２の第１面１０２ａとが接合されている。つまり、第１プリズム１０１と第２プリズム１０２は、ハーフミラー１０１Ｍを含む平面（Ｙ´−Ｚ´平面）と、ハーフミラー１０２Ｍを含む平面とが直交する向きで接合されている。

【0148】

ここで、Ｘ´軸方向における第１プリズム１０１の第３面１０１ｃの長さと、Ｘ´軸方向における第２プリズム１０２の第１面１０２ａの長さは同一となっている（図３参照）。一方、Ｙ´軸方向における第１プリズム１０１の第３面１０１ｃの長さは、Ｙ´軸方向における第２プリズム１０２の第１面１０２ａの長さの半分となっている（図４、５参照）。そして、第１プリズム１０１の第３面１０１ｃは、第２プリズム１０２の第１面１０２ａと第２面１０２ｂとの交線に沿って接合されている（図６等参照）。

【0149】

両プリズム１０１，１０２は、それぞれ空気よりも屈折率の高い所定の屈折率を有する光学材料（例えばガラスやアクリル等）により形成されている。ここで、両プリズム１０１，１０２を同一材料により形成してもよいし、異なる材料により形成してもよい。後述する分光光学系８１Ａ，８２Ａ，８１Ｂ，８２Ｂの機能を満たすものであれば、各プリズム１０１，１０２の材質はそれぞれ任意に選択可能である。

【0150】

続いて、分光光学系８１Ａ，８２Ａ，８１Ｂ，８２Ｂの作用について図面を参照しつつ詳しく説明する。

【0151】

分光光学系８１Ａ，８２Ａ，８１Ｂ，８２Ｂは、第１分離用ダイクロイックミラー８０Ａ又は第２分離用ダイクロイックミラー８０Ｂから出射された光Ｆ０が第１プリズム１０１の第１面１０１ａに対し垂直に入射するように配置されている（図１，３参照）。但し、図１においては、簡素化のため、分光光学系８１Ａ，８２Ａ，８１Ｂ，８２Ｂの正面が手前側を向くように第１撮像系４Ａ及び第２撮像系４Ｂを図示している。

【0152】

第１面１０１ａから第１プリズム１０１内に入射した光Ｆ０は、ハーフミラー１０１Ｍにて２方向に分岐する。詳しくは、第１面１０１ａ側に向けハーフミラー１０１Ｍで反射する分光ＦＡ１と、第２面１０１ｂ側に向けハーフミラー１０１Ｍを透過する分光ＦＡ２とに分岐する。

【0153】

このうち、ハーフミラー１０１Ｍで反射した分光ＦＡ１は、第１面１０１ａにて第３面１０１ｃ側に向け全反射し、第３面１０１ｃから垂直に出射する。一方、ハーフミラー１０１Ｍを透過した分光ＦＡ２は、第２面１０１ｂにて第３面１０１ｃ側に向け全反射し、第３面１０１ｃから垂直に出射する。つまり、第１プリズム１０１の第３面１０１ｃから平行する２つの分光ＦＡ１，ＦＡ２が出射される。

【0154】

第１プリズム１０１の第３面１０１ｃから出射した分光ＦＡ１，ＦＡ２は、それぞれ第２プリズム１０２の第１面１０２ａに垂直に入射する（図４参照）。

【0155】

第１面１０２ａから第２プリズム１０２内に入射した分光ＦＡ１，ＦＡ２は、それぞれハーフミラー１０２Ｍにて２方向に分岐する。

【0156】

詳しくは、一方の分光ＦＡ１は、第１面１０２ａ側に向けハーフミラー１０２Ｍで反射する分光ＦＢ１と、第２面１０２ｂ側に向けハーフミラー１０２Ｍを透過する分光ＦＢ２とに分岐する。

【0157】

他方の分光ＦＡ２は、第１面１０２ａ側に向けハーフミラー１０２Ｍで反射する分光ＦＢ３と、第２面１０２ｂ側に向けハーフミラー１０２Ｍを透過する分光ＦＢ４とに分岐する。

【0158】

このうち、ハーフミラー１０２Ｍで反射した分光ＦＢ１，ＦＢ３は、それぞれ第１面１０２ａにて第３面１０２ｃ側に向け全反射し、第３面１０２ｃから垂直に出射する。一方、ハーフミラー１０２Ｍを透過した分光ＦＢ２，ＦＢ４は、それぞれ第２面１０２ｂにて第３面１０２ｃ側に向け全反射し、第３面１０２ｃから垂直に出射する。つまり、第２プリズム１０２の第３面１０２ｃから、２行２列のマトリクス状に並ぶ４つの光ＦＢ１〜ＦＢ４が平行して出射される。

【0159】

そして、「第１分光光学系８１Ａ」、「第２分光光学系８２Ａ」、「第３分光光学系８１Ｂ」又は「第４分光光学系８２Ｂ」の第２プリズム１０２の第３面１０２ｃから出射した光（４つの分光ＦＢ１〜ＦＢ４）は、それぞれ対応する「１／４波長板ユニット８３Ａ」、「１／４波長板ユニット８４Ａ」、「１／４波長板ユニット８３Ｂ」又は「１／４波長板ユニット８４Ｂ」に入射することとなる（図１参照）。

【0160】

続いて、第１撮像系４Ａ及び第２撮像系４Ｂに用いられる「１／４波長板ユニット８３Ａ」、「１／４波長板ユニット８４Ａ」、「１／４波長板ユニット８３Ｂ」及び「１／４波長板ユニット８４Ｂ」の構成について詳しく説明する。

【0161】

本実施形態における「１／４波長板ユニット８３Ａ」、「１／４波長板ユニット８４Ａ」、「１／４波長板ユニット８３Ｂ」及び「１／４波長板ユニット８４Ｂ」は同一構成であるため、ここでは「１／４波長板ユニット８３Ａ，８４Ａ，８３Ｂ，８４Ｂ」と総称して説明する。

【0162】

１／４波長板ユニット８３Ａ，８４Ａ，８３Ｂ，８４Ｂは、分光ＦＢ１〜ＦＢ４の入射方向に視た平面視で同一矩形状をなす４つの１／４波長板が２行２列のマトリクス状に配置されてなる（図示略）。当該４つの１／４波長板は、上記分光光学系８１Ａ，８２Ａ，８１Ｂ，８２Ｂにより分割された４つの分光ＦＢ１〜ＦＢ４それぞれに対応して設けられたものであり、各分光ＦＢ１〜ＦＢ４が個別に入射する構成となっている。

【0163】

そして、「１／４波長板ユニット８３Ａ」、「１／４波長板ユニット８４Ａ」、「１／４波長板ユニット８３Ｂ」又は「１／４波長板ユニット８４Ｂ」を透過して円偏光に変換された光（４つの分光ＦＢ１〜ＦＢ４）は、それぞれ対応する「第１フィルタユニット８５Ａ」、「第２フィルタユニット８６Ａ」、「第３フィルタユニット８５Ｂ」又は「第４フィルタユニット８６Ｂ」に入射することとなる（図１参照）。

【0164】

ここで、第１撮像系４Ａ及び第２撮像系４Ｂに用いられる「第１フィルタユニット８５Ａ」、「第２フィルタユニット８６Ａ」、「第３フィルタユニット８５Ｂ」及び「第４フィルタユニット８６Ｂ」の構成について詳しく説明する。

【0165】

本実施形態における「第１フィルタユニット８５Ａ」、「第２フィルタユニット８６Ａ」、「第３フィルタユニット８５Ｂ」及び「第４フィルタユニット８６Ｂ」は同一構成であるため、ここでは「フィルタユニット８５Ａ，８６Ａ，８５Ｂ，８６Ｂ」と総称して説明する。

【0166】

フィルタユニット８５Ａ，８６Ａ，８５Ｂ，８６Ｂは、分光ＦＢ１〜ＦＢ４の入射方向に視た平面視で同一矩形状をなす４つの偏光板１６０ａ，１６０ｂ，１６０ｃ，１６０ｄが２行２列のマトリクス状に配置されてなる（図７参照）。図７は、フィルタユニット８５Ａ，８６Ａ，８５Ｂ，８６Ｂの概略構成を模式的に示す平面図である。

【0167】

４つの偏光板１６０ａ〜１６０ｄは、透過軸方向が４５°ずつ異なる偏光板である。より詳しくは、透過軸方向が０°の第１偏光板１６０ａ、透過軸方向が４５°の第２偏光板１６０ｂ、透過軸方向が９０°の第３偏光板１６０ｃ、透過軸方向が１３５°の第４偏光板１６０ｄにより構成されている。

【0168】

そして、４つの分光ＦＢ１〜ＦＢ４が、それぞれ上記１／４波長板ユニット８３Ａ，８４Ａ，８３Ｂ，８４Ｂにより円偏光に変換された後、フィルタユニット８５Ａ，８６Ａ，８５Ｂ，８６Ｂの各偏光板１６０ａ〜１６０ｄに対しそれぞれ入射する。詳しくは、分光ＦＢ１が第１偏光板１６０ａに入射し、分光ＦＢ２が第２偏光板１６０ｂに入射し、分光ＦＢ３が第３偏光板１６０ｃに入射し、分光ＦＢ４が第４偏光板１６０ｄに入射する。

【0169】

これにより、各分光ＦＢ１〜ＦＢ４の参照光成分及び計測光成分を干渉させ、位相が９０°ずつ異なる４通りの干渉光を生成することができる。詳しくは、第１偏光板１６０ａを透過した分光ＦＢ１は位相「０°」の干渉光となり、第２偏光板１６０ｂを透過した分光ＦＢ２は位相「９０°」の干渉光となり、第３偏光板１６０ｃを透過した分光ＦＢ３は位相「１８０°」の干渉光となり、第４偏光板１６０ｄを透過した分光ＦＢ４は位相「２７０°」の干渉光となる。

【0170】

従って、「フィルタユニット８５Ａ，８６Ａ，８５Ｂ，８６Ｂ」が本実施形態における「フィルタ手段」、「干渉手段」及び「位相シフト手段」を構成する。特に「第１フィルタユニット８５Ａ」が「第１位相シフト手段」及び「第１のフィルタ手段」を構成し、「第２フィルタユニット８６Ａ」が「第２位相シフト手段」及び「第２のフィルタ手段」を構成し、「第３フィルタユニット８５Ｂ」が「第３位相シフト手段」及び「第３のフィルタ手段」を構成し、「第４フィルタユニット８６Ｂ」が「第４位相シフト手段」及び「第４のフィルタ手段」を構成する。

【0171】

そして、「第１フィルタユニット８５Ａ」、「第２フィルタユニット８６Ａ」、「第３フィルタユニット８５Ｂ」又は「第４フィルタユニット８６Ｂ」からそれぞれ出射される４つの分光ＦＢ１〜ＦＢ４（干渉光）が、ぞれぞれ対応する「第１カメラ８７Ａ」、「第２カメラ８８Ａ」、「第３カメラ８７Ｂ」又は「第４カメラ８８Ｂ」により同時撮像される（図１参照）。

【0172】

その結果、第１カメラ８７Ａにより位相が９０°ずつ異なる第１波長光に係る４通りの干渉縞画像が取得され、第２カメラ８８Ａにより位相が９０°ずつ異なる第２波長光に係る４通りの干渉縞画像が取得され、第３カメラ８７Ｂにより位相が９０°ずつ異なる第３波長光に係る４通りの干渉縞画像が取得され、第４カメラ８８Ｂにより位相が９０°ずつ異なる第４波長光に係る４通りの干渉縞画像が取得される。

【0173】

ここで、第１撮像系４Ａ及び第２撮像系４Ｂに用いられる「第１カメラ８７Ａ」、「第２カメラ８８Ａ」、「第３カメラ８７Ｂ」及び「第４カメラ８８Ｂ」の構成について詳しく説明する。

【0174】

本実施形態における「第１カメラ８７Ａ」、「第２カメラ８８Ａ」、「第３カメラ８７Ｂ」及び「第４カメラ８８Ｂ」は同一構成であるため、ここでは「カメラ８７Ａ，８８Ａ，８７Ｂ，８８Ｂ」と総称して説明する。

【0175】

カメラ８７Ａ，８８Ａ，８７Ｂ，８８Ｂは、レンズや撮像素子等を備えてなる公知のものである。本実施形態では、カメラ８７Ａ，８８Ａ，８７Ｂ，８８Ｂの撮像素子として、ＣＣＤエリアセンサを採用している。勿論、撮像素子は、これに限定されるものではなく、例えばＣＭＯＳエリアセンサ等を採用してもよい。

【0176】

カメラ８７Ａ，８８Ａ，８７Ｂ，８８Ｂによって撮像された画像データは、カメラ８７Ａ，８８Ａ，８７Ｂ，８８Ｂ内部においてデジタル信号に変換された上で、デジタル信号の形で制御装置５（画像データ記憶装置１５４）に入力されるようになっている。

【0177】

本実施形態に係るカメラ８７Ａ，８８Ａ，８７Ｂ，８８Ｂの撮像素子１７０は、その撮像領域が、上記フィルタユニット８５Ａ，８６Ａ，８５Ｂ，８６Ｂ（偏光板１６０ａ〜１６０ｄ）に対応して、４つの撮像エリアＨ１，Ｈ２，Ｈ３，Ｈ４に区分けされている。詳しくは、分光ＦＢ１〜ＦＢ４の入射方向に視た平面視で同一矩形状をなす４つの撮像エリアＨ１，Ｈ２，Ｈ３，Ｈ４が２行２列のマトリクス状に並ぶように区分けされている（図８参照）。図８は、撮像素子１７０の撮像領域の概略構成を模式的に示す平面図である。

【0178】

これにより、第１偏光板１６０ａを透過した分光ＦＢ１が第１撮像エリアＨ１にて撮像され、第２偏光板１６０ｂを透過した分光ＦＢ２が第２撮像エリアＨ２にて撮像され、第３偏光板１６０ｃを透過した分光ＦＢ３が第３撮像エリアＨ３にて撮像され、第４偏光板１６０ｄを透過した分光ＦＢ４が第４撮像エリアＨ４にて撮像されることとなる。

【0179】

つまり、第１撮像エリアＨ１にて位相「０°」の干渉縞画像が撮像され、第２撮像エリアＨ２にて位相「９０°」の干渉縞画像が撮像され、第３撮像エリアＨ３にて位相「１８０°」の干渉縞画像が撮像され、第４撮像エリアＨ４にて位相「２７０°」の干渉縞画像が撮像されることとなる。

【0180】

結果として、第１カメラ８７Ａにより第１波長光に係る位相「０°」の干渉縞画像、位相「９０°」の干渉縞画像、位相「１８０°」の干渉縞画像、位相「２７０°」の干渉縞画像が同時撮像される。

【0181】

第２カメラ８８Ａにより第２波長光に係る位相「０°」の干渉縞画像、位相「９０°」の干渉縞画像、位相「１８０°」の干渉縞画像、位相「２７０°」の干渉縞画像が同時撮像される。

【0182】

第３カメラ８７Ｂにより第３波長光に係る位相「０°」の干渉縞画像、位相「９０°」の干渉縞画像、位相「１８０°」の干渉縞画像、位相「２７０°」の干渉縞画像が同時撮像される。

【0183】

第４カメラ８８Ｂにより第４波長光に係る位相「０°」の干渉縞画像、位相「９０°」の干渉縞画像、位相「１８０°」の干渉縞画像、位相「２７０°」の干渉縞画像が同時撮像される。

【0184】

次に制御装置５の電気的構成について説明する。図２に示すように、制御装置５は、三次元計測装置１全体の制御を司るＣＰＵ及び入出力インターフェース１５１、キーボードやマウス、あるいは、タッチパネルで構成される「入力手段」としての入力装置１５２、液晶画面などの表示画面を有する「表示手段」としての表示装置１５３、カメラ８７Ａ，８８Ａ，８７Ｂ，８８Ｂにより撮像された画像データ等を記憶するための画像データ記憶装置１５４、各種演算結果を記憶するための演算結果記憶装置１５５、各種情報を予め記憶しておく設定データ記憶装置１５６を備えている。なお、これら各装置１５２〜１５６は、ＣＰＵ及び入出力インターフェース１５１に対し電気的に接続されている。

【0185】

また、本実施形態に係る画像データ記憶装置１５４は、「第１カメラ８７Ａ」、「第２カメラ８８Ａ」、「第３カメラ８７Ｂ」及び「第４カメラ８８Ｂ」それぞれに対応して、画像メモリを４つずつ備えている。詳しくは、撮像素子１７０の第１撮像エリアＨ１にて撮像された干渉縞画像データを記憶する第１画像メモリと、第２撮像エリアＨ２にて撮像された干渉縞画像データを記憶する第２画像メモリと、第３撮像エリアＨ３にて撮像された干渉縞画像データを記憶する第３画像メモリと、第４撮像エリアＨ４にて撮像された干渉縞画像データを記憶する第４画像メモリとを、各カメラ８７Ａ，８８Ａ，８７Ｂ，８８Ｂに対応して備えている。

【0186】

次に三次元計測装置１の作用について説明する。尚、本実施形態においては、第１投光系２Ａによる第１波長光の照射及び第２波長光の照射、並びに、第２投光系２Ｂによる第３波長光の照射及び第４波長光の照射が同時に行われる。そのため、第１波長光及び第２波長光の合成光である第１光の光路と、第３波長光及び第４波長光の合成光である第２光の光路が一部で重なることとなるが、ここでは、より分かりやすくするため、第１光及び第２光の光路ごとに異なる図面を用いて個別に説明する。

【0187】

まず第１光（第１波長光及び第２波長光）の光路について図９を参照して説明する。図９に示すように、第１波長λ₁の第１波長光（偏光方向がＸ軸方向及びＺ軸方向に対し４５°傾斜した直線偏光）が第１発光部５１ＡからＹ軸方向下向きに出射される。同時に、第２波長λ₂の第２波長光（偏光方向がＸ軸方向及びＹ軸方向に対し４５°傾斜した直線偏光）が第２発光部５２ＡからＺ軸方向左向きに出射される。

【0188】

第１発光部５１Ａから出射された第１波長光は、第１光アイソレータ５３Ａを通過し、第１合成用ダイクロイックミラー５５Ａに入射する。同時に、第２発光部５２Ａから出射された第２波長光は、第２光アイソレータ５４Ａを通過し、第１合成用ダイクロイックミラー５５Ａに入射する。

【0189】

第１合成用ダイクロイックミラー５５Ａに入射した第１波長光と第２波長光は合成され、当該合成光が第１光（偏光方向がＸ軸方向及びＹ軸方向に対し４５°傾斜した直線偏光）として、第１無偏光ビームスプリッタ５６Ａに向けＺ軸方向左向きに出射される。

【0190】

第１無偏光ビームスプリッタ５６Ａに入射した第１光の一部はＺ軸方向左向きに透過し、残りはＹ軸方向下向きに反射する。このうち、Ｙ軸方向下向きに反射した第１光（偏光方向がＸ軸方向及びＺ軸方向に対し４５°傾斜した直線偏光）は、偏光ビームスプリッタ６０の第１面６０ａに入射する。一方、Ｚ軸方向左向きに透過した第１光は、何らかの光学系等に入射することなく、捨て光となる。

【0191】

ここで、捨て光となる光を、必要に応じて波長計測あるいは光のパワー計測に利用すれば、光源を安定化させ如いては計測精度の向上を図ることができる（以下同様）。

【0192】

偏光ビームスプリッタ６０の第１面６０ａからＹ軸方向下向きに入射した第１光は、そのＰ偏光成分がＹ軸方向下向きに透過して第３面６０ｃから参照光として出射される一方、そのＳ偏光成分がＺ軸方向右向きに反射して第４面６０ｄから計測光として出射される。

【0193】

偏光ビームスプリッタ６０の第３面６０ｃから出射した第１光に係る参照光（Ｐ偏光）は、１／４波長板６１を通過することにより右回りの円偏光に変換された後、参照面６３で反射する。ここで、光の進行方向に対する回転方向は維持される。その後、第１光に係る参照光は、再度、１／４波長板６１を通過することで、右回りの円偏光からＳ偏光に変換された上で偏光ビームスプリッタ６０の第３面６０ｃに再入射する。

【0194】

一方、偏光ビームスプリッタ６０の第４面６０ｄから出射した第１光に係る計測光（Ｓ偏光）は、１／４波長板６２を通過することにより左回りの円偏光に変換された後、ワークＷで反射する。ここで、光の進行方向に対する回転方向は維持される。その後、第１光に係る計測光は、再度、１／４波長板６２を通過することで、左回りの円偏光からＰ偏光に変換された上で偏光ビームスプリッタ６０の第４面６０ｄに再入射する。

【0195】

ここで、偏光ビームスプリッタ６０の第３面６０ｃから再入射した第１光に係る参照光（Ｓ偏光）が接合面６０ｈにてＺ軸方向左向きに反射する一方、第４面６０ｄから再入射した第１光に係る計測光（Ｐ偏光）は接合面６０ｈをＺ軸方向左向きに透過する。そして、第１光に係る参照光及び計測光が合成された状態の合成光が出力光として偏光ビームスプリッタ６０の第２面６０ｂから出射される。

【0196】

偏光ビームスプリッタ６０の第２面６０ｂから出射された第１光に係る合成光（参照光及び計測光）は、第２無偏光ビームスプリッタ５６Ｂに入射する。第２無偏光ビームスプリッタ５６Ｂに対しＺ軸方向左向きに入射した第１光に係る合成光は、その一部がＺ軸方向左向きに透過し、残りがＹ軸方向下向きに反射する。このうち、Ｚ軸方向左向きに透過した合成光（参照光及び計測光）は第１撮像系４Ａの第１分離用ダイクロイックミラー８０Ａに入射する。一方、Ｙ軸方向下向きに反射した合成光は、第２合成用ダイクロイックミラー５５Ｂに入射するものの、第３光アイソレータ５３Ｂ又は第４光アイソレータ５４Ｂによりその進行を遮断され、捨て光となる。

【0197】

第１分離用ダイクロイックミラー８０Ａに入射した第１光に係る合成光（参照光及び計測光）のうち、第１波長光に係る合成光（参照光及び計測光）は接合面８０ＡｈにてＹ軸方向下向きに反射して第１分光光学系８１Ａに入射する一方、第２波長光に係る合成光（参照光及び計測光）は接合面８０ＡｈをＺ軸方向左向きに透過して第２分光光学系８２Ａに入射する。

【0198】

第１分光光学系８１Ａに入射した第１波長光に係る合成光（参照光及び計測光）は、上述したように４つの光（分光ＦＢ１〜ＦＢ４）に分割される。同時に、第２分光光学系８２Ａに入射した第２波長光に係る合成光（参照光及び計測光）は、４つの光（分光ＦＢ１〜ＦＢ４）に分割される。

【0199】

第１分光光学系８１Ａにより４つに分割された第１波長光に係る合成光（参照光及び計測光）はそれぞれ、１／４波長板ユニット８３Ａにより、その参照光成分（Ｓ偏光成分）が左回りの円偏光に変換され、その計測光成分（Ｐ偏光成分）が右回りの円偏光に変換される。

【0200】

同時に、第２分光光学系８２Ａにより４つに分割された第２波長光に係る合成光（参照光及び計測光）はそれぞれ、１／４波長板ユニット８４Ａにより、その参照光成分（Ｓ偏光成分）が左回りの円偏光に変換され、その計測光成分（Ｐ偏光成分）が右回りの円偏光に変換される。尚、左回りの円偏光と右回りの円偏光は回転方向が異なるので干渉しない。

【0201】

続いて、１／４波長板ユニット８３Ａを通過した第１波長光に係る４つの合成光はそれぞれ、第１フィルタユニット８５Ａ（４つの偏光板１６０ａ〜１６０ｄ）を通過することにより、その参照光成分と計測光成分とが各偏光板１６０ａ〜１６０ｄの角度に応じた位相で干渉する。同時に、１／４波長板ユニット８４Ａを通過した第２波長光に係る４つの合成光はそれぞれ、第２フィルタユニット８６Ａ（４つの偏光板１６０ａ〜１６０ｄ）を通過することにより、その参照光成分と計測光成分とが各偏光板１６０ａ〜１６０ｄの角度に応じた位相で干渉する。

【0202】

そして、第１フィルタユニット８５Ａ（４つの偏光板１６０ａ〜１６０ｄ）を通過した第１波長光に係る４つの干渉光（第１偏光板１６０ａを透過した位相「０°」の干渉光、第２偏光板１６０ｂを透過した位相「９０°」の干渉光、第３偏光板１６０ｃを透過した位相「１８０°」の干渉光、第４偏光板１６０ｄを透過した位相「２７０°」の干渉光）が第１カメラ８７Ａに入射する。

【0203】

同時に、第２フィルタユニット８６Ａ（４つの偏光板１６０ａ〜１６０ｄ）を通過した第２波長光に係る４つの干渉光（第１偏光板１６０ａを透過した位相「０°」の干渉光、第２偏光板１６０ｂを透過した位相「９０°」の干渉光、第３偏光板１６０ｃを透過した位相「１８０°」の干渉光、第４偏光板１６０ｄを透過した位相「２７０°」の干渉光）が第２カメラ８８Ａに入射する。

【0204】

次に第２光（第３波長光及び第４波長光）の光路について図１０を参照して説明する。図１０に示すように、第３波長λ₃の第３波長光（偏光方向がＸ軸方向及びＹ軸方向に対し４５°傾斜した直線偏光）が第３発光部５１ＢからＺ軸方向左向きに出射される。同時に、第４波長λ₄の第４波長光（偏光方向がＸ軸方向及びＺ軸方向に対し４５°傾斜した直線偏光）が第４発光部５２ＢからＹ軸方向上向きに出射される。

【0205】

第３発光部５１Ｂから出射された第３波長光は、第３光アイソレータ５３Ｂを通過し、第２合成用ダイクロイックミラー５５Ｂに入射する。同時に、第４発光部５２Ｂから出射された第４波長光は、第４光アイソレータ５４Ｂを通過し、第２合成用ダイクロイックミラー５５Ｂに入射する。

【0206】

第２合成用ダイクロイックミラー５５Ｂに入射した第３波長光と第４波長光は合成され、当該合成光が第２光（偏光方向がＸ軸方向及びＺ軸方向に対し４５°傾斜した直線偏光）として、第２無偏光ビームスプリッタ５６Ｂに向けＹ軸方向上向きに出射される。

【0207】

第２無偏光ビームスプリッタ５６Ｂに入射した第２光の一部はＹ軸方向上向きに透過し、残りはＺ軸方向右向きに反射する。このうち、Ｚ軸方向右向きに反射した第２光（偏光方向がＸ軸方向及びＹ軸方向に対し４５°傾斜した直線偏光）は、偏光ビームスプリッタ６０の第２面６０ｂに入射する。一方、Ｙ軸方向上向きに透過した第２光は、何らかの光学系等に入射することなく、捨て光となる。

【0208】

偏光ビームスプリッタ６０の第２面６０ｂからＺ軸方向右向きに入射した第２光は、そのＳ偏光成分がＹ軸方向下向きに反射して第３面６０ｃから参照光として出射される一方、そのＰ偏光成分がＺ軸方向右向きに透過して第４面６０ｄから計測光として出射される。

【0209】

偏光ビームスプリッタ６０の第３面６０ｃから出射した第２光に係る参照光（Ｓ偏光）は、１／４波長板６１を通過することにより左回りの円偏光に変換された後、参照面６３で反射する。ここで、光の進行方向に対する回転方向は維持される。その後、第２光に係る参照光は、再度、１／４波長板６１を通過することで、左回りの円偏光からＰ偏光に変換された上で偏光ビームスプリッタ６０の第３面６０ｃに再入射する。

【0210】

一方、偏光ビームスプリッタ６０の第４面６０ｄから出射した第２光に係る計測光（Ｐ偏光）は、１／４波長板６２を通過することにより右回りの円偏光に変換された後、ワークＷで反射する。ここで、光の進行方向に対する回転方向は維持される。その後、第２光に係る計測光は、再度、１／４波長板６２を通過することで、右回りの円偏光からＳ偏光に変換された上で偏光ビームスプリッタ６０の第４面６０ｄに再入射する。

【0211】

ここで、偏光ビームスプリッタ６０の第３面６０ｃから再入射した第２光に係る参照光（Ｐ偏光）は接合面６０ｈをＹ軸方向上向きに透過する一方、第４面６０ｄから再入射した第２光に係る計測光（Ｓ偏光）は接合面６０ｈにてＹ軸方向上向きに反射する。そして、第２光に係る参照光及び計測光が合成された状態の合成光が出力光として偏光ビームスプリッタ６０の第１面６０ａから出射される。

【0212】

偏光ビームスプリッタ６０の第１面６０ａから出射された第２光に係る合成光（参照光及び計測光）は、第１無偏光ビームスプリッタ５６Ａに入射する。第１無偏光ビームスプリッタ５６Ａに対しＹ軸方向上向きに入射した第２光に係る合成光は、その一部がＹ軸方向上向きに透過し、残りがＺ軸方向右向きに反射する。このうち、Ｙ軸方向上向きに透過した合成光（参照光及び計測光）は第２撮像系４Ｂの第２分離用ダイクロイックミラー８０Ｂに入射する。一方、Ｚ軸方向右向きに反射した合成光は、第１合成用ダイクロイックミラー５５Ａに入射するものの、第１光アイソレータ５３Ａ又は第２光アイソレータ５４Ａによりその進行を遮断され、捨て光となる。

【0213】

第２分離用ダイクロイックミラー８０Ｂに入射した第２光に係る合成光（参照光及び計測光）のうち、第３波長光に係る合成光（参照光及び計測光）は接合面８０ＢｈにてＺ軸方向左向きに反射して第３分光光学系８１Ｂに入射する一方、第４波長光に係る合成光（参照光及び計測光）は接合面８０ＢｈをＹ軸方向上向きに透過して第４分光光学系８２Ｂに入射する。

【0214】

第３分光光学系８１Ｂに入射した第３波長光に係る合成光（参照光及び計測光）は、上述したように４つの光（分光ＦＢ１〜ＦＢ４）に分割される。同時に、第４分光光学系８２Ｂに入射した第４波長光に係る合成光（参照光及び計測光）は、４つの光（分光ＦＢ１〜ＦＢ４）に分割される。

【0215】

第３分光光学系８１Ｂにより４つに分割された第３波長光に係る合成光（参照光及び計測光）はそれぞれ、１／４波長板ユニット８３Ｂにより、その参照光成分（Ｐ偏光成分）が右回りの円偏光に変換され、その計測光成分（Ｓ偏光成分）が左回りの円偏光に変換される。

【0216】

同時に、第４分光光学系８２Ｂにより４つに分割された第４波長光に係る合成光（参照光及び計測光）はそれぞれ、１／４波長板ユニット８４Ｂにより、その参照光成分（Ｐ偏光成分）が右回りの円偏光に変換され、その計測光成分（Ｓ偏光成分）が左回りの円偏光に変換される。尚、左回りの円偏光と右回りの円偏光は回転方向が異なるので干渉しない。

【0217】

続いて、１／４波長板ユニット８３Ｂを通過した第３波長光に係る４つの合成光はそれぞれ、第３フィルタユニット８５Ｂ（４つの偏光板１６０ａ〜１６０ｄ）を通過することにより、その参照光成分と計測光成分とが各偏光板１６０ａ〜１６０ｄの角度に応じた位相で干渉する。同時に、１／４波長板ユニット８４Ｂを通過した第４波長光に係る４つの合成光はそれぞれ、第４フィルタユニット８６Ｂ（４つの偏光板１６０ａ〜１６０ｄ）を通過することにより、その参照光成分と計測光成分とが各偏光板１６０ａ〜１６０ｄの角度に応じた位相で干渉する。

【0218】

そして、第３フィルタユニット８５Ｂ（４つの偏光板１６０ａ〜１６０ｄ）を通過した第３波長光に係る４つの干渉光（第１偏光板１６０ａを透過した位相「０°」の干渉光、第２偏光板１６０ｂを透過した位相「９０°」の干渉光、第３偏光板１６０ｃを透過した位相「１８０°」の干渉光、第４偏光板１６０ｄを透過した位相「２７０°」の干渉光）が第３カメラ８７Ｂに入射する。

【0219】

同時に、第４フィルタユニット８６Ｂ（４つの偏光板１６０ａ〜１６０ｄ）を通過した第４波長光に係る４つの干渉光（第１偏光板１６０ａを透過した位相「０°」の干渉光、第２偏光板１６０ｂを透過した位相「９０°」の干渉光、第３偏光板１６０ｃを透過した位相「１８０°」の干渉光、第４偏光板１６０ｄを透過した位相「２７０°」の干渉光）が第４カメラ８８Ｂに入射する。

【0220】

次に、制御装置５によって実行される形状計測処理の手順について説明する。まず制御装置５は、第１投光系２Ａ及び第２投光系２Ｂを駆動制御し、第１発光部５１Ａからの第１波長光の照射、及び、第２発光部５２Ａからの第２波長光の照射、並びに、第３発光部５１Ｂからの第３波長光の照射、及び、第４発光部５２Ｂからの第４波長光の照射を同時に実行する。

【0221】

これにより、偏光ビームスプリッタ６０の第１面６０ａに対し第１波長光及び第２波長光の合成光である第１光が入射すると共に、偏光ビームスプリッタ６０の第２面６０ｂに対し第３波長光及び第４波長光の合成光である第２光が入射する。

【0222】

その結果、偏光ビームスプリッタ６０の第２面６０ｂから第１光に係る合成光（参照光及び計測光）が出射されると共に、偏光ビームスプリッタ６０の第１面６０ａから第２光に係る合成光（参照光及び計測光）が出射される。

【0223】

偏光ビームスプリッタ６０から出射した第１光に係る合成光の一部は、第１撮像系４Ａに入射し、第１波長光に係る合成光（参照光及び計測光）と、第２波長光に係る合成光（参照光及び計測光）に分離される。このうち、第１波長光に係る合成光は、第１分光光学系８１Ａにより４つに分割された後、１／４波長板ユニット８３Ａ及び第１フィルタユニット８５Ａを介して第１カメラ８７Ａに入射する。同時に、第２波長光に係る合成光は、第２分光光学系８２Ａにより４つに分割された後、１／４波長板ユニット８４Ａ及び第２フィルタユニット８６Ａを介して第２カメラ８８Ａに入射する。

【0224】

一方、偏光ビームスプリッタ６０から出射した第２光に係る合成光の一部は、第２撮像系４Ｂに入射し、第３波長光に係る合成光（参照光及び計測光）と、第４波長光に係る合成光（参照光及び計測光）に分離される。このうち、第３波長光に係る合成光は、第３分光光学系８１Ｂにより４つに分割された後、１／４波長板ユニット８３Ｂ及び第３フィルタユニット８５Ｂを介して第３カメラ８７Ｂに入射する。同時に、第４波長光に係る合成光は、第４分光光学系８２Ｂにより４つに分割された後、１／４波長板ユニット８４Ｂ及び第４フィルタユニット８６Ｂを介して第４カメラ８８Ｂに入射する。

【0225】

そして、制御装置５は、第１撮像系４Ａ及び第２撮像系４Ｂを駆動制御して、第１カメラ８７Ａによる撮像、第２カメラ８８Ａによる撮像、第３カメラ８７Ｂによる撮像、及び、第４カメラ８８Ｂによる撮像を同時に実行する。

【0226】

その結果、第１カメラ８７Ａ（撮像素子１７０の撮像エリアＨ１〜Ｈ４）により、位相が９０°ずつ異なる第１波長光に係る４通りの干渉縞画像が１つの画像データとして取得され、第２カメラ８８Ａ（撮像素子１７０の撮像エリアＨ１〜Ｈ４）により、位相が９０°ずつ異なる第２波長光に係る４通りの干渉縞画像が１つの画像データとして取得され、第３カメラ８７Ｂ（撮像素子１７０の撮像エリアＨ１〜Ｈ４）により、位相が９０°ずつ異なる第３波長光に係る４通りの干渉縞画像が１つの画像データとして取得され、第４カメラ８８Ｂ（撮像素子１７０の撮像エリアＨ１〜Ｈ４）により、位相が９０°ずつ異なる第４波長光に係る４通りの干渉縞画像が１つの画像データとして取得される。

【0227】

そして、制御装置５は、第１カメラ８７Ａから取得した１つの画像データを４通りの干渉縞画像データ（撮像素子１７０の撮像エリアＨ１〜Ｈ４に対応する範囲ごと）に分割して、画像データ記憶装置１５４内の第１カメラ８７Ａに対応する第１〜第４画像メモリにそれぞれ記憶する。

【0228】

同時に、制御装置５は、第２カメラ８８Ａ、第３カメラ８７Ｂ及び第４カメラ８８Ｂからそれぞれ取得した画像データに関しても同様の処理を行い、各カメラ８８Ａ，８７Ｂ，８８Ｂに対応する第１〜第４画像メモリにそれぞれ干渉縞画像データを記憶する。

【0229】

続いて、制御装置５は、画像データ記憶装置１５４に記憶された第１波長光に係る４通りの干渉縞画像データ、第２波長光に係る４通りの干渉縞画像データ、第３波長光に係る４通りの干渉縞画像データ、及び、第４波長光に係る４通りの干渉縞画像データを基に、位相シフト法によりワークＷの表面形状を計測する。つまり、ワークＷの表面上の各位置における高さ情報を算出する。

【0230】

ここで干渉光学系を用いた一般的な位相シフト法による高さ計測の原理について説明する。所定の光（例えば第１波長光など）に係る４通りの干渉縞画像データの同一座標位置（ｘ，ｙ）における干渉縞強度、すなわち輝度Ｉ₁（ｘ，ｙ）、Ｉ₂（ｘ，ｙ）、Ｉ₃（ｘ，ｙ）、Ｉ₄（ｘ，ｙ）は、下記［数１］の関係式で表すことができる。

【0231】

【数1】

【0232】

ここで、Δφ(ｘ，ｙ)は、座標（ｘ，ｙ）における計測光と参照光との光路差に基づく位相差を表している。また、Ａ(ｘ，ｙ)は干渉光の振幅、Ｂ(ｘ，ｙ)はバイアスを表している。但し、参照光は均一であるため、これを基準として見ると、Δφ(ｘ，ｙ)は「計測光の位相」を表し、Ａ(ｘ，ｙ)は「計測光の振幅」を表すこととなる。

【0233】

従って、計測光の位相Δφ（ｘ，ｙ）は、上記［数１］の関係式を基に、下記［数２］の関係式で求めることができる。

【0234】

【数2】

【0235】

また、計測光の振幅Ａ（ｘ，ｙ）は、上記［数１］の関係式を基に、下記［数３］の関係式で求めることができる。

【0236】

【数3】

【0237】

次に、上記位相Δφ（ｘ，ｙ）と振幅Ａ（ｘ，ｙ）から、下記［数４］の関係式を基に撮像素子面上における複素振幅Ｅｏ（ｘ，ｙ）を算出する。ここで、ｉは虚数単位を表している。

【0238】

【数4】

【0239】

続いて、複素振幅Ｅｏ（ｘ，ｙ）を基に、ワークＷ面上の座標（ξ，η）における複素振幅Ｅｏ（ξ，η）を算出する。

【0240】

まずは、下記［数５］に示すように、上記複素振幅Ｅｏ（ｘ，ｙ）をフレネル変換する。ここで、λは波長を表す。

【0241】

【数5】

【0242】

これをＥｏ（ξ，η）について解くと、下記［数６］のようになる。

【0243】

【数6】

【0244】

さらに、得られた複素振幅Ｅｏ（ξ，η）から、下記［数７］の関係式を基に、計測光の位相φ（ξ，η）と、計測光の振幅Ａ（ξ，η）を算出する。

【0245】

【数7】

【0246】

計測光の位相φ（ξ，η）は、下記［数８］の関係式により求めることができる。

【0247】

【数8】

【0248】

計測光の振幅Ａ（ξ，η）は、下記［数９］の関係式により求めることができる。

【0249】

【数9】

【0250】

その後、位相−高さ変換処理を行い、ワークＷの表面の凹凸形状を３次元的に示す高さ情報ｚ（ξ，η）を算出する。

【0251】

高さ情報ｚ（ξ，η）は、下記［数１０］の関係式により算出することができる。

【0252】

【数10】

【0253】

次に、波長の異なる２種類の光（例えば「第１波長光」と「第３波長光」）を用いた２波長位相シフト法の原理について説明する。波長の異なる２種類の光を用いることで計測レンジを広げることができる。勿論、かかる原理は、３種類又は４種類の光を用いた場合にも応用できる。

【0254】

波長の異なる２種類の光（例えば波長λ_c1の第１の光と、波長λ_c2の第２の光）を用いて計測を行った場合には、その合成波長λ_c0の光で計測を行ったことと同じこととなる。そして、その計測レンジはλ_c0／２に拡大することとなる。合成波長λ_c0は、下記式（Ｍ１）で表すことができる。

【0255】

λ_c0＝（λ_c1×λ_c2）／（λ_c2−λ_c1） ・・・（Ｍ１）
但し、λ_c2＞λ_c1とする。

【0256】

ここで、例えばλ_c1＝１５００ｎｍ、λ_c2＝１５０３ｎｍとすると、上記式（Ｍ１）から、λ_c0＝７５１．５００μｍとなり、計測レンジはλ_c0／２＝３７５．７５０μｍとなる。

【0257】

２波長位相シフト法を行う際には、まず波長λ_c1の第１の光に係る４通りの干渉縞画像データの輝度Ｉ₁（ｘ，ｙ）、Ｉ₂（ｘ，ｙ）、Ｉ₃（ｘ，ｙ）、Ｉ₄（ｘ，ｙ）を基に（上記［数１］参照）、ワークＷ面上の座標（ξ，η）における第１の光に係る計測光の位相φ₁（ξ，η）を算出する（上記［数８］参照）。ここで求められる位相φ₁（ξ，η）が本実施形態における「第１計測値」又は「第２計測値」に相当し、これを算出する処理機能により「第１計測値取得手段」又は「第２計測値取得手段」が構成される。

【0258】

尚、第１の光に係る計測の下、座標（ξ，η）における高さ情報ｚ（ξ，η）は、下記式（Ｍ２）で表すことができる。

【0259】

ｚ(ξ，η)＝ｄ₁(ξ，η)／２
＝[λ_c1×φ₁(ξ，η)／４π]＋[ｍ₁(ξ，η)×λ_c1／２]・・・（Ｍ２）
但し、ｄ₁(ξ，η)は、第１の光に係る計測光と参照光との光路差を表し、ｍ₁(ξ，η)は、第１の光に係る縞次数を表す。

【0260】

よって、位相φ₁（ξ，η）は下記式（Ｍ２´）で表すことができる。

【0261】

φ₁(ξ，η)＝(４π／λ_c1)×ｚ(ξ，η)−２πｍ₁(ξ，η) ・・・（Ｍ２´）
同様に、波長λ_c2の第２の光に係る４通りの干渉縞画像データの輝度Ｉ₁（ｘ，ｙ）、Ｉ₂（ｘ，ｙ）、Ｉ₃（ｘ，ｙ）、Ｉ₄（ｘ，ｙ）を基に（上記［数１］参照）、ワークＷ面上の座標（ξ，η）における第２の光に係る計測光の位相φ₂（ξ，η）を算出する（上記［数８］参照）。ここで求められる位相φ₂（ξ，η）が本実施形態における「第３計測値」又は「第４計測値」に相当し、これを算出する処理機能により「第３計測値取得手段」又は「第４計測値取得手段」が構成される。

【0262】

尚、第２の光に係る計測の下、座標（ξ，η）における高さ情報ｚ（ξ，η）は、下記式（Ｍ３）で表すことができる。

【0263】

ｚ(ξ，η)＝ｄ₂(ξ，η)／２
＝[λ_c2×φ₂(ξ，η)／４π]＋[ｍ₂(ξ，η)×λ_c2／２]・・・（Ｍ３）
但し、ｄ₂(ξ，η)は、第２の光に係る計測光と参照光との光路差を表し、ｍ₂(ξ，η)は、第２の光に係る縞次数を表す。

【0264】

よって、位相φ₂（ξ，η）は下記式（Ｍ３´）で表すことができる。

【0265】

φ₂(ξ，η)＝(４π／λ_c2)×ｚ(ξ，η)−２πｍ₂(ξ，η) ・・・（Ｍ３´）
続いて、波長λ_c1の第１の光に係る縞次数ｍ₁(ξ，η)、又は、波長λ_c2の第２の光に係る縞次数ｍ₂(ξ，η)を決定する。縞次数ｍ₁，ｍ₂は、２種類の光（波長λ_c1，λ_c2）の光路差Δｄ及び波長差Δλを基に求めることができる。ここで光路差Δｄ及び波長差Δλは、それぞれ下記式（Ｍ４），（Ｍ５）のように表すことができる。

【0266】

Δｄ＝（λ_c1×φ₁−λ_c2×φ₂）／２π ・・・（Ｍ４）
Δλ＝λ_c2−λ_c1 ・・・（Ｍ５）
但し、λ_c2＞λ_c1とする。

【0267】

尚、２波長の合成波長λ_c0の計測レンジ内において、縞次数ｍ₁，ｍ₂の関係は、以下の３つの場合に分けられ、各場合ごとに縞次数ｍ₁(ξ，η)、ｍ₂(ξ，η)を決定する計算式が異なる。ここで、例えば縞次数ｍ₁(ξ，η)を決定する場合について説明する。勿論、縞次数ｍ₂(ξ，η)についても、同様の手法により求めることができる。

【0268】

例えば「φ₁−φ₂＜−π」の場合には「ｍ₁−ｍ₂＝−１」となり、かかる場合、ｍ₁は下記式（Ｍ６）のように表すことができる。

【0269】

ｍ₁＝（Δｄ／Δλ）−（λ_c2／Δλ）
＝(λ_c1×φ₁−λ_c2×φ₂)／２π(λ_c2−λ_c1)−λ_c2／(λ_c2−λ_c1)・・・（Ｍ６）
「−π＜φ₁−φ₂＜π」の場合には「ｍ₁−ｍ₂＝０」となり、かかる場合、ｍ₁は下記式（Ｍ７）のように表すことができる。

【0270】

ｍ₁＝Δｄ／Δλ
＝（λ_c1×φ₁−λ_c2×φ₂）／２π（λ_c2−λ_c1）・・・（Ｍ７）
「φ₁−φ₂＞π」の場合には「ｍ₁−ｍ₂＝＋１」となり、かかる場合、ｍ₁は下記式（Ｍ８）のように表すことができる。

【0271】

ｍ₁＝（Δｄ／Δλ）＋（λ₂／Δλ）
＝(λ_c1×φ₁−λ_c2×φ₂)／２π(λ_c2−λ_c1)＋λ_c2／(λ_c2−λ_c1)・・・（Ｍ８）
そして、このようにして得られた縞次数ｍ₁(ξ，η)又はｍ₂(ξ，η)を基に、上記式（Ｍ２），（Ｍ３）から高さ情報ｚ（ξ，η）を得ることができる。かかる処理機能により「高さ情報取得手段」が構成される。そして、このように求められたワークＷの計測結果（高さ情報）は、制御装置５の演算結果記憶装置１５５に格納される。

【0272】

以上詳述したように、本実施形態では、第１波長光と第２波長光の合成光である第１光を偏光ビームスプリッタ６０の第１面６０ａから入射させると共に、第３波長光と第４波長光の合成光である第２光を偏光ビームスプリッタ６０の第２面６０ｂから入射させることにより、第１光に係る参照光及び計測光と、第２光に係る参照光及び計測光がそれぞれ異なる偏光成分（Ｐ偏光又はＳ偏光）に分割されるため、偏光ビームスプリッタ６０に入射した第１光と第２光は互いに干渉することなく、別々に偏光ビームスプリッタ６０から出射されることとなる。

【0273】

これにより、第１光に含まれる偏光（第１波長光及び／又は第２波長光）と、第２光に含まれる偏光（第３波長光及び／又は第４波長光）として波長の近い２種類の偏光を用いることができる。結果として、波長の近い２種類の偏光を利用して、三次元計測に係る計測レンジをより広げることができる。特に本実施形態では、最大で４種類の波長の異なる光を利用可能となるため、計測レンジを飛躍的に広げることも可能となる。

【0274】

また、本実施形態では、干渉光学系３から出射される第１光に係る合成光（参照光成分及び計測光成分）を、第１波長光に係る合成光と、第２波長光に係る合成光とに分離すると共に、干渉光学系３から出射される第２光に係る合成光を、第３波長光に係る合成光と、第４波長光に係る合成光とに分離して、第１波長光に係る合成光の撮像、第２波長光に係る合成光の撮像、第３波長光に係る合成光の撮像、及び、第４波長光に係る合成光の撮像を個別かつ同時に行う構成となっている。これにより、総体的な撮像時間を短縮でき、計測効率の向上を図ることができる。

【0275】

加えて、本実施形態では、分光光学系８１Ａ，８２Ａ，８１Ｂ，８２Ｂを用いて、各波長光に係る合成光をそれぞれ４つの光に分割すると共に、当該４つの光をフィルタユニット８５Ａ，８６Ａ，８５Ｂ，８６Ｂにより位相が９０°ずつ異なる４通りの干渉光に変換する構成となっている。これにより、位相シフト法による三次元計測に必要なすべての干渉縞画像を同時に取得することができる。つまり、４種類の偏光に係る計１６通り（４×４通り）の干渉縞画像を同時に取得することができる。結果として、上記作用効果をさらに高めることができる。

【0276】

また、分光光学系８１Ａ，８２Ａ，８１Ｂ，８２Ｂにおいて、１つの光を平行する２つの光に分割する手段として、ケスタープリズムであるプリズム１０１，１０２を採用しているため、分割された２つの光の光路長が光学的に等しくなる。結果として、分割された２つの光の光路長を調整する光路調整手段を備える必要がなく、部品点数の削減を図ると共に、構成の簡素化や装置の小型化等を図ることができる。

【0277】

また、分光光学系８１Ａ，８２Ａ，８１Ｂ，８２Ｂに対し１つの光Ｆ０が入射されてから、４つの光ＦＢ１〜ＦＢ４が出射されるまでの間、光が光学部材内のみを進み、空気中に出ない構成となるため、空気の揺らぎ等による影響を低減することができる。

【0278】

さらに、本実施形態では、例えば第１波長光と第３波長光の２種類の偏光を用いた計測と、第２波長光と第４波長光の２種類の偏光を用いた計測をワークＷの種類に応じて切替えることができる。つまり、本実施形態によれば、波長の近い２種類の偏光を用いて計測レンジの拡大を図りつつも、ワークＷの種類に応じて光の種類（波長）を切替えることができる。結果として、利便性や汎用性の向上を図ることができる。

【0279】

例えば赤系光が適さないウエハ基板などのワークＷに対しては、第１波長光と第３波長光の２種類の偏光（例えば４９１ｎｍと４８８ｎｍの青系色の２光）を用いた計測を行う一方、青系光が適さない銅などのワークＷに対しては、第２波長光と第４波長光の２種類の偏光（例えば５４０ｎｍと５３２ｎｍの緑系色の２光）を用いた計測を行うことができる。

【0280】

また、本実施形態では、基準となる参照面６３を１つ備えた１つの干渉光学系３に対し４種類の偏光を用いる構成となっているため、参照光と計測光とに光路差を生じさせる光路区間が４種類の偏光で同一となる。このため、４つの干渉光学系（干渉計モジュール）を用いる構成に比べて、計測精度が向上すると共に、４つの干渉光学系の光路長を正確に一致させる困難な作業を行う必要もない。

【0281】

〔第２実施形態〕
以下、第２実施形態について図面を参照しつつ説明する。第２実施形態は、マイケルソン干渉計の光学構成を採用した第１実施形態とは異なる干渉光学系を備えたものであり、干渉光学系に関連する構成が第１実施形態と異なる。従って、本実施形態では、第１実施形態と異なる構成部分について詳しく説明し、同一構成部分については同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。

【0282】

図１１は本実施形態に係る三次元計測装置２００の概略構成を示す模式図である。以下、便宜上、図１１の紙面前後方向を「Ｘ軸方向」とし、紙面上下方向を「Ｙ軸方向」とし、紙面左右方向を「Ｚ軸方向」として説明する。

【0283】

三次元計測装置２００は、マッハ・ツェンダー干渉計の原理に基づき構成されたものであり、所定の光を出力可能な２つの投光系２Ａ，２Ｂ（第１投光系２Ａ，第２投光系２Ｂ）と、該投光系２Ａ，２Ｂからそれぞれ出射される光が入射される干渉光学系２０３と、該干渉光学系２０３から出射される光が入射される２つの撮像系４Ａ，４Ｂ（第１撮像系４Ａ，第２撮像系４Ｂ）と、投光系２Ａ，２Ｂや干渉光学系２０３、撮像系４Ａ，４Ｂなどに係る各種制御や画像処理、演算処理等を行う制御装置５とを備えている。「制御装置５」が本実施形態における「画像処理手段」を構成し、「干渉光学系２０３」が本実施形態における「所定の光学系」を構成する。

【0284】

以下、干渉光学系２０３の構成について詳しく説明する。干渉光学系２０３は、２つの偏光ビームスプリッタ２１１，２１２（第１偏光ビームスプリッタ２１１，第２偏光ビームスプリッタ２１２）、４つの１／４波長板２１５，２１６，２１７，２１８（第１の１／４波長板２１５，第２の１／４波長板２１６，第３の１／４波長板２１７，第４の１／４波長板２１８）、２つの全反射ミラー２２１，２２２（第１全反射ミラー２２１，第２全反射ミラー２２２）、設置部２２４などを備えている。

【0285】

偏光ビームスプリッタ２１１，２１２は、直角プリズムを貼り合せて一体としたキューブ型の公知の光学部材であって、その接合面（境界面）２１１ｈ，２１２ｈには例えば誘電体多層膜などのコーティングが施されている。

【0286】

偏光ビームスプリッタ２１１，２１２は、入射される直線偏光を偏光方向が互いに直交する２つの偏光成分（Ｐ偏光成分とＳ偏光成分）に分割するものである。本実施形態における偏光ビームスプリッタ２１１，２１２は、Ｐ偏光成分を透過させ、Ｓ偏光成分を反射する構成となっている。また、本実施形態における偏光ビームスプリッタ２１１，２１２は、入射する所定の光を２つの光に分割する手段として機能すると共に、入射する所定の２つの光を合成する手段として機能することとなる。

【0287】

第１偏光ビームスプリッタ２１１は、その接合面２１１ｈを挟んで隣り合う２面のうちの一方がＹ軸方向と直交しかつ他方がＺ軸方向と直交するように配置されている。つまり、第１偏光ビームスプリッタ２１１の接合面２１１ｈがＹ軸方向及びＺ軸方向に対し４５°傾斜するように配置されている。

【0288】

より詳しくは、第１投光系２Ａの第１無偏光ビームスプリッタ５６ＡからＺ軸方向左向きに出射される第１光が入射する第１偏光ビームスプリッタ２１１の第１面（Ｚ軸方向右側面）２１１ａ、並びに、該第１面２１１ａと相対向する第３面（Ｚ軸方向左側面）２１１ｃがＺ軸方向と直交するように配置されている。「第１偏光ビームスプリッタ２１１（第１面２１１ａ）」が本実施形態における「第１入出力部」に相当する。

【0289】

一方、第１面２１１ａと接合面２１１ｈを挟んで隣り合う面である第１偏光ビームスプリッタ２１１の第２面（Ｙ軸方向下側面）２１１ｂ、並びに、該第２面２１１ｂと相対向する第４面（Ｙ軸方向上側面）２１１ｄがＹ軸方向と直交するように配置されている。

【0290】

第２偏光ビームスプリッタ２１２は、その接合面２１２ｈを挟んで隣り合う２面のうちの一方がＹ軸方向と直交しかつ他方がＺ軸方向と直交するように配置されている。つまり、第２偏光ビームスプリッタ２１２の接合面２１２ｈがＹ軸方向及びＺ軸方向に対し４５°傾斜するように配置されている。

【0291】

より詳しくは、第２投光系２Ｂの第２無偏光ビームスプリッタ５６ＢからＺ軸方向右向きに出射される第２光が入射する第２偏光ビームスプリッタ２１２の第１面（Ｚ軸方向左側面）２１２ａ、並びに、該第１面２１２ａと相対向する第３面（Ｚ軸方向右側面）２１２ｃがＺ軸方向と直交するように配置されている。「第２偏光ビームスプリッタ２１２（第１面２１２ａ）」が本実施形態における「第２入出力部」に相当する。

【0292】

一方、第１面２１２ａと接合面２１２ｈを挟んで隣り合う面である第２偏光ビームスプリッタ２１２の第２面（Ｙ軸方向上側面）２１２ｂ、並びに、該第２面２１２ｂと相対向する第４面（Ｙ軸方向下側面）２１２ｄがＹ軸方向と直交するように配置されている。

【0293】

１／４波長板２１５，２１６，２１７，２１８は、直線偏光を円偏光に変換しかつ円偏光を直線偏光に変換する機能を有する光学部材である。

【0294】

第１の１／４波長板２１５は、第１偏光ビームスプリッタ２１１の第３面２１１ｃとＺ軸方向に相対向するように配置されている。つまり、第１の１／４波長板２１５は、第１偏光ビームスプリッタ２１１の第３面２１１ｃから出射される直線偏光を円偏光に変換してＺ軸方向左向きに出射する。また、第１の１／４波長板２１５は、Ｚ軸方向右向きに入射する円偏光を直線偏光に変換した上で、第１偏光ビームスプリッタ２１１の第３面２１１ｃに向けＺ軸方向右向きに出射する。

【0295】

第２の１／４波長板２１６は、第１偏光ビームスプリッタ２１１の第４面２１１ｄとＹ軸方向に相対向するように配置されている。つまり、第２の１／４波長板２１６は、第１偏光ビームスプリッタ２１１の第４面２１１ｄから出射される直線偏光を円偏光に変換してＹ軸方向上向きに出射する。また、第２の１／４波長板２１６は、Ｙ軸方向下向きに入射する円偏光を直線偏光に変換した上で、第１偏光ビームスプリッタ２１１の第４面２１１ｄに向けＹ軸方向下向きに出射する。

【0296】

第３の１／４波長板２１７は、第２偏光ビームスプリッタ２１２の第４面２１２ｄとＹ軸方向に相対向するように配置されている。つまり、第３の１／４波長板２１７は、第２偏光ビームスプリッタ２１２の第４面２１２ｄから出射される直線偏光を円偏光に変換してＹ軸方向下向きに出射する。また、第３の１／４波長板２１７は、Ｙ軸方向上向きに入射する円偏光を直線偏光に変換した上で、第２偏光ビームスプリッタ２１２の第４面２１２ｄに向けＹ軸方向上向きに出射する。

【0297】

第４の１／４波長板２１８は、第２偏光ビームスプリッタ２１２の第３面２１２ｃとＺ軸方向に相対向するように配置されている。つまり、第４の１／４波長板２１８は、第２偏光ビームスプリッタ２１２の第３面２１２ｃから出射される直線偏光を円偏光に変換してＺ軸方向右向きに出射する。また、第４の１／４波長板２１８は、Ｚ軸方向左向きに入射する円偏光を直線偏光に変換した上で、第２偏光ビームスプリッタ２１２の第３面２１２ｃに向けＺ軸方向左向きに出射する。

【0298】

全反射ミラー２２１，２２２は、入射光を全反射させる光学部材である。このうち、本実施形態における参照面を構成する第１全反射ミラー２２１は、第１偏光ビームスプリッタ２１１及び第１の１／４波長板２１５を通りＺ軸方向に延びる軸線と、第２偏光ビームスプリッタ２１２及び第３の１／４波長板２１７を通りＹ軸方向に延びる軸線とが交差する位置において、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に対し４５°傾斜するように配置されている。

【0299】

これにより、第１全反射ミラー２２１は、第１偏光ビームスプリッタ２１１の第３面２１１ｃから（第１の１／４波長板２１５を介して）Ｚ軸方向左向きに出射された光を、Ｙ軸方向上向きに反射させ、第２偏光ビームスプリッタ２１２の第４面２１２ｄに（第３の１／４波長板２１７を介して）入射させることができる。また逆に、第１全反射ミラー２２１は、第２偏光ビームスプリッタ２１２の第４面２１２ｄから（第３の１／４波長板２１７を介して）Ｙ軸方向下向きに出射された光を、Ｚ軸方向右向きに反射させ、第１偏光ビームスプリッタ２１１の第３面２１１ｃに（第１の１／４波長板２１５を介して）入射させることができる。

【0300】

一方、第２全反射ミラー２２２は、第１偏光ビームスプリッタ２１１及び第２の１／４波長板２１６を通りＹ軸方向に延びる軸線と、第２偏光ビームスプリッタ２１２及び第４の１／４波長板２１８を通りＺ軸方向に延びる軸線とが交差する位置において、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に対し４５°傾斜するように配置されている。

【0301】

これにより、第２全反射ミラー２２２は、第１偏光ビームスプリッタ２１１の第４面２１１ｄから（第２の１／４波長板２１６を介して）Ｙ軸方向上向きに出射された光を、Ｚ軸方向左向きに反射させ、第２偏光ビームスプリッタ２１２の第３面２１２ｃに（第４の１／４波長板２１８を介して）入射させることができる。また逆に、第２全反射ミラー２２２は、第２偏光ビームスプリッタ２１２の第３面２１２ｃから（第４の１／４波長板２１８を介して）Ｚ軸方向右向きに出射された光を、Ｙ軸方向下向きに反射させ、第１偏光ビームスプリッタ２１１の第４面２１１ｄに（第２の１／４波長板２１６を介して）入射させることができる。

【0302】

設置部２２４は、被計測物としてのワークＷを設置するためのものである。本実施形態ではワークＷとして、フィルムなどの透光性を有するものを想定している。設置部２２４は、第２偏光ビームスプリッタ２１２及び第２全反射ミラー２２２を通りＺ軸方向に延びる軸線上において、第４の１／４波長板２１８と第２全反射ミラー２２２との間に配置されている。

【0303】

次に三次元計測装置２００の作用について説明する。尚、本実施形態においては、第１実施形態と同様、第１投光系２Ａによる第１波長光の照射及び第２波長光の照射、並びに、第２投光系２Ｂによる第３波長光の照射及び第４波長光の照射は同時に行われる。そのため、第１波長光及び第２波長光の合成光である第１光の光路と、第３波長光及び第４波長光の合成光である第２光の光路が一部で重なることとなるが、ここでは、より分かりやすくするため、第１光及び第２光の光路ごとに異なる図面を用いて個別に説明する。

【0304】

まず第１光（第１波長光及び第２波長光）の光路について図１２を参照して説明する。図１２に示すように、第１波長λ₁の第１波長光（偏光方向がＸ軸方向及びＺ軸方向に対し４５°傾斜した直線偏光）が第１発光部５１ＡからＹ軸方向下向きに出射される。同時に、第２波長λ₂の第２波長光（偏光方向がＸ軸方向及びＹ軸方向に対し４５°傾斜した直線偏光）が第２発光部５２ＡからＺ軸方向左向きに出射される。

【0305】

第１発光部５１Ａから出射された第１波長光は、第１光アイソレータ５３Ａを通過し、第１合成用ダイクロイックミラー５５Ａに入射する。同時に、第２発光部５２Ａから出射された第２波長光は、第２光アイソレータ５４Ａを通過し、第１合成用ダイクロイックミラー５５Ａに入射する。

【0306】

そして、第１合成用ダイクロイックミラー５５Ａに入射した第１波長光と第２波長光とが合成された上で、第１光（Ｘ軸方向及びＹ軸方向に対し４５°傾斜した方向を偏光方向とする直線偏光）として第１無偏光ビームスプリッタ５６Ａに向けＺ軸方向左向きに出射されることとなる。

【0307】

第１無偏光ビームスプリッタ５６Ａに入射した第１光の一部（半分）はＺ軸方向左向きに透過し、残り（半分）はＹ軸方向下向きに反射する。このうち、Ｚ軸方向左向きに透過した第１光は、第１偏光ビームスプリッタ２１１の第１面２１１ａに入射する。一方、Ｙ軸方向下向きに反射した第１光は、何らかの光学系等に入射することなく、捨て光となる。

【0308】

第１偏光ビームスプリッタ２１１の第１面２１１ａからＺ軸方向左向きに入射した第１光は、そのＰ偏光成分がＺ軸方向左向きに透過して第３面２１１ｃから参照光として出射される一方、そのＳ偏光成分がＹ軸方向上向きに反射して第４面２１１ｄから計測光として出射される。

【0309】

第１偏光ビームスプリッタ２１１の第３面２１１ｃから出射した第１光に係る参照光（Ｐ偏光）は、第１の１／４波長板２１５を通過することにより右回りの円偏光に変換された後、第１全反射ミラー２２１にてＹ軸方向上向きに反射する。ここで、光の進行方向に対する回転方向は維持される。

【0310】

その後、第１光に係る参照光は、第３の１／４波長板２１７を通過することで、右回りの円偏光からＳ偏光に変換された上で第２偏光ビームスプリッタ２１２の第４面２１２ｄに入射する。

【0311】

一方、第１偏光ビームスプリッタ２１１の第４面２１１ｄから出射した第１光に係る計測光（Ｓ偏光）は、第２の１／４波長板２１６を通過することにより左回りの円偏光に変換された後、第２全反射ミラー２２２にてＺ軸方向左向きに反射する。ここで、光の進行方向に対する回転方向は維持される。

【0312】

その後、第１光に係る計測光は、設置部２２４に設置されたワークＷを透過した後、第４の１／４波長板２１８を通過することで、左回りの円偏光からＰ偏光に変換された上で第２偏光ビームスプリッタ２１２の第３面２１２ｃに入射する。

【0313】

そして、第２偏光ビームスプリッタ２１２の第４面２１２ｄから入射した第１光に係る参照光（Ｓ偏光）が接合面２１２ｈにてＺ軸方向左向きに反射する一方、第２偏光ビームスプリッタ２１２の第３面２１２ｃから入射した第１光に係る計測光（Ｐ偏光）は接合面２１２ｈをＺ軸方向左向きに透過する。そして、第１光に係る参照光及び計測光が合成された状態の合成光が出力光として第２偏光ビームスプリッタ２１２の第１面２１２ａから出射される。

【0314】

第２偏光ビームスプリッタ２１２の第１面２１２ａから出射された第１光に係る合成光（参照光及び計測光）は、第２無偏光ビームスプリッタ５６Ｂに入射する。第２無偏光ビームスプリッタ５６Ｂに対しＺ軸方向左向きに入射した第１光に係る合成光は、その一部がＺ軸方向左向きに透過し、残りがＹ軸方向上向きに反射する。

【0315】

このうち、Ｚ軸方向左向きに透過した合成光（参照光及び計測光）は第１撮像系４Ａの第１分離用ダイクロイックミラー８０Ａに入射する。一方、Ｙ軸方向上向きに反射した合成光は、第２合成用ダイクロイックミラー５５Ｂに入射するものの、第３光アイソレータ５３Ｂ又は第４光アイソレータ５４Ｂによりその進行を遮断され、捨て光となる。

【0316】

第１分離用ダイクロイックミラー８０Ａに入射した第１光に係る合成光（参照光及び計測光）のうち、第１波長光に係る合成光（参照光及び計測光）は接合面８０ＡｈにてＹ軸方向下向きに反射して第１分光光学系８１Ａに入射する一方、第２波長光に係る合成光（参照光及び計測光）は接合面８０ＡｈをＺ軸方向左向きに透過して第２分光光学系８２Ａに入射する。

【0317】

第１分光光学系８１Ａに入射した第１波長光に係る合成光（参照光及び計測光）は、４つに分割された後、１／４波長板ユニット８３Ａ及び第１フィルタユニット８５Ａを介して第１カメラ８７Ａにより撮像される。これにより、位相が９０°ずつ異なる第１波長光に係る４通りの干渉縞画像が取得される。

【0318】

同時に、第２分光光学系８２Ａに入射した第２波長光に係る合成光は、４つに分割された後、１／４波長板ユニット８４Ａ及び第２フィルタユニット８６Ａを介して第２カメラ８８Ａにより撮像される。これにより、位相が９０°ずつ異なる第２波長光に係る４通りの干渉縞画像が取得される。

【0319】

次に第２光（第３波長光及び第４波長光）の光路について図１３を参照して説明する。図１３に示すように、第３波長λ₃の第３波長光（偏光方向がＸ軸方向及びＹ軸方向に対し４５°傾斜した直線偏光）が第３発光部５１ＢからＺ軸方向左向きに出射される。同時に、第４波長λ₄の第４波長光（偏光方向がＸ軸方向及びＺ軸方向に対し４５°傾斜した直線偏光）が第４発光部５２ＢからＹ軸方向下向きに出射される。

【0320】

第３発光部５１Ｂから出射された第３波長光は、第３光アイソレータ５３Ｂを通過し、第２合成用ダイクロイックミラー５５Ｂに入射する。同時に、第４発光部５２Ｂから出射された第４波長光は、第４光アイソレータ５４Ｂを通過し、第２合成用ダイクロイックミラー５５Ｂに入射する。

【0321】

そして、第２合成用ダイクロイックミラー５５Ｂに入射した第３波長光と第４波長光とが合成された上で、第２光（Ｘ軸方向及びＺ軸方向に対し４５°傾斜した方向を偏光方向とする直線偏光）として、第２無偏光ビームスプリッタ５６Ｂに向けＹ軸方向下向きに出射されることとなる。

【0322】

第２無偏光ビームスプリッタ５６Ｂに入射した第２光の一部（半分）はＹ軸方向下向きに透過し、残り（半分）はＺ軸方向右向きに反射する。このうち、Ｚ軸方向右向きに反射した第２光は、第２偏光ビームスプリッタ２１２の第１面２１２ａに入射する。一方、Ｙ軸方向下向きに透過した第２光は、何らかの光学系等に入射することなく、捨て光となる。

【0323】

第２偏光ビームスプリッタ２１２の第１面２１２ａからＺ軸方向右向きに入射した第２光は、そのＳ偏光成分がＹ軸方向下向きに反射して第４面２１２ｄから参照光として出射される一方、そのＰ偏光成分がＺ軸方向右向きに透過して第３面２１２ｃから計測光として出射される。

【0324】

第２偏光ビームスプリッタ２１２の第４面２１２ｄから出射した第２光に係る参照光（Ｓ偏光）は、第３の１／４波長板２１７を通過することにより左回りの円偏光に変換された後、第１全反射ミラー２２１にてＺ軸方向右向きに反射する。ここで、光の進行方向に対する回転方向は維持される。

【0325】

その後、第２光に係る参照光は、第１の１／４波長板２１５を通過することで、左回りの円偏光からＰ偏光に変換された上で第１偏光ビームスプリッタ２１１の第３面２１１ｃに入射する。

【0326】

一方、第２偏光ビームスプリッタ２１２の第３面２１２ｃから出射した第２光に係る計測光（Ｐ偏光）は、第４の１／４波長板２１８を通過することにより右回りの円偏光に変換された後、設置部２２４に設置されたワークＷを透過する。その後、第２光に係る計測光は、第２全反射ミラー２２２にてＹ軸方向下向きに反射する。ここで、光の進行方向に対する回転方向は維持される。

【0327】

第２全反射ミラー２２２にて反射した第２光に係る計測光は、第２の１／４波長板２１６を通過することで、右回りの円偏光からＳ偏光に変換された上で第１偏光ビームスプリッタ２１１の第４面２１１ｄに入射する。

【0328】

そして、第１偏光ビームスプリッタ２１１の第３面２１１ｃから入射した第２光に係る参照光（Ｐ偏光）が接合面２１１ｈをＺ軸方向右向きに透過する一方、第１偏光ビームスプリッタ２１１の第４面２１１ｄから入射した第２光に係る計測光（Ｓ偏光）は接合面２１１ｈにてＺ軸方向右向きに反射する。そして、第２光に係る参照光及び計測光が合成された状態の合成光が出力光として第１偏光ビームスプリッタ２１１の第１面２１１ａから出射される。

【0329】

第１偏光ビームスプリッタ２１１の第１面２１１ａから出射された第２光に係る合成光（参照光及び計測光）は、第１無偏光ビームスプリッタ５６Ａに入射する。第１無偏光ビームスプリッタ５６Ａに対しＺ軸方向右向きに入射した第２光に係る合成光は、その一部がＺ軸方向右向きに透過し、残りがＹ軸方向上向きに反射する。

【0330】

このうち、Ｙ軸方向上向きに反射した合成光（参照光及び計測光）は第２撮像系４Ｂの第２分離用ダイクロイックミラー８０Ｂに入射する。一方、Ｚ軸方向右向きに透過した合成光は、第１合成用ダイクロイックミラー５５Ａに入射するものの、第１光アイソレータ５３Ａ又は第２光アイソレータ５４Ａによりその進行を遮断され、捨て光となる。

【0331】

第２分離用ダイクロイックミラー８０Ｂに入射した第２光に係る合成光（参照光及び計測光）のうち、第３波長光に係る合成光（参照光及び計測光）は接合面８０ＢｈにてＺ軸方向左向きに反射して第３分光光学系８１Ｂに入射する一方、第４波長光に係る合成光（参照光及び計測光）は接合面８０ＢｈをＹ軸方向上向き透過して第４分光光学系８２Ｂに入射する。

【0332】

第３分光光学系８１Ｂに入射した第３波長光に係る合成光（参照光及び計測光）は、４つに分割された後、１／４波長板ユニット８３Ｂ及び第３フィルタユニット８５Ｂを介して第３カメラ８７Ｂにより撮像される。これにより、位相が９０°ずつ異なる第３波長光に係る４通りの干渉縞画像が取得される。

【0333】

同時に、第４分光光学系８２Ｂに入射した第４波長光に係る合成光は、４つに分割された後、１／４波長板ユニット８４Ｂ及び第４フィルタユニット８６Ｂを介して第４カメラ８８Ｂにより撮像される。これにより、位相が９０°ずつ異なる第４波長光に係る４通りの干渉縞画像が取得される。

【0334】

次に、制御装置５によって実行される形状計測処理の手順について説明する。まず制御装置５は、第１投光系２Ａ及び第２投光系２Ｂを駆動制御し、第１発光部５１Ａからの第１波長光の照射、及び、第２発光部５２Ａからの第２波長光の照射、並びに、第３発光部５１Ｂからの第３波長光の照射、及び、第４発光部５２Ｂからの第４波長光の照射を同時に実行する。

【0335】

これにより、第１偏光ビームスプリッタ２１１の第１面２１１ａに対し第１波長光及び第２波長光の合成光である第１光が入射すると共に、第２偏光ビームスプリッタ２１２の第１面２１２ａに対し第３波長光及び第４波長光の合成光である第２光が入射する。

【0336】

その結果、第２偏光ビームスプリッタ２１２の第１面２１２ａから第１光に係る合成光（参照光及び計測光）が出射されると共に、第１偏光ビームスプリッタ２１１の第１面２１１ａから第２光に係る合成光（参照光及び計測光）が出射される。

【0337】

第２偏光ビームスプリッタ２１２から出射した第１光に係る合成光の一部は、第１撮像系４Ａに入射し、第１波長光に係る合成光（参照光及び計測光）と、第２波長光に係る合成光（参照光及び計測光）に分離される。このうち、第１波長光に係る合成光は、第１分光光学系８１Ａにより４つに分割された後、１／４波長板ユニット８３Ａ及び第１フィルタユニット８５Ａを介して第１カメラ８７Ａに入射する。同時に、第２波長光に係る合成光は、第２分光光学系８２Ａにより４つに分割された後、１／４波長板ユニット８４Ａ及び第２フィルタユニット８６Ａを介して第２カメラ８８Ａに入射する。

【0338】

一方、第１偏光ビームスプリッタ２１１から出射した第２光に係る合成光の一部は、第２撮像系４Ｂに入射し、第３波長光に係る合成光（参照光及び計測光）と、第４波長光に係る合成光（参照光及び計測光）に分離される。このうち、第３波長光に係る合成光は、第３分光光学系８１Ｂにより４つに分割された後、１／４波長板ユニット８３Ｂ及び第３フィルタユニット８５Ｂを介して第３カメラ８７Ｂに入射する。同時に、第４波長光に係る合成光は、第４分光光学系８２Ｂにより４つに分割された後、１／４波長板ユニット８４Ｂ及び第４フィルタユニット８６Ｂを介して第４カメラ８８Ｂに入射する。

【0339】

そして、制御装置５は、第１撮像系４Ａ及び第２撮像系４Ｂを駆動制御して、第１カメラ８７Ａによる撮像、第２カメラ８８Ａによる撮像、第３カメラ８７Ｂによる撮像、及び、第４カメラ８８Ｂによる撮像を同時に実行する。

【0340】

その結果、第１カメラ８７Ａ（撮像素子１７０の撮像エリアＨ１〜Ｈ４）により、位相が９０°ずつ異なる第１波長光に係る４通りの干渉縞画像が１つの画像データとして取得され、第２カメラ８８Ａ（撮像素子１７０の撮像エリアＨ１〜Ｈ４）により、位相が９０°ずつ異なる第２波長光に係る４通りの干渉縞画像が１つの画像データとして取得され、第３カメラ８７Ｂ（撮像素子１７０の撮像エリアＨ１〜Ｈ４）により、位相が９０°ずつ異なる第３波長光に係る４通りの干渉縞画像が１つの画像データとして取得され、第４カメラ８８Ｂ（撮像素子１７０の撮像エリアＨ１〜Ｈ４）により、位相が９０°ずつ異なる第４波長光に係る４通りの干渉縞画像が１つの画像データとして取得される。

【0341】

そして、制御装置５は、第１カメラ８７Ａから取得した１つの画像データを４通りの干渉縞画像データ（撮像素子１７０の撮像エリアＨ１〜Ｈ４に対応する範囲ごと）に分割して、画像データ記憶装置１５４内の第１カメラ８７Ａに対応する第１〜第４画像メモリにそれぞれ記憶する。

【0342】

同時に、制御装置５は、第２カメラ８８Ａ、第３カメラ８７Ｂ及び第４カメラ８８Ｂからそれぞれ取得した画像データに関しても同様の処理を行い、各カメラ８８Ａ，８７Ｂ，８８Ｂに対応する第１〜第４画像メモリにそれぞれ干渉縞画像データを記憶する。

【0343】

続いて、制御装置５は、画像データ記憶装置１５４に記憶された第１波長光に係る４通りの干渉縞画像データ、第２波長光に係る４通りの干渉縞画像データ、第３波長光に係る４通りの干渉縞画像データ、及び、第４波長光に係る４通りの干渉縞画像データを基に、位相シフト法によりワークＷの表面形状を計測する。つまり、ワークＷの表面上の各位置における高さ情報を算出する。

【0344】

以上詳述したように、本実施形態によれば、マッハ・ツェンダー干渉計の原理に基づいた比較的簡素な構成の下で、上記第１実施形態と同様の作用効果が奏されることとなる。

【0345】

〔第３実施形態〕
以下、第３実施形態について図面を参照しつつ説明する。第３実施形態は、マイケルソン干渉計の光学構成を採用した第１実施形態とは異なる干渉光学系を備えたものであり、主として干渉光学系に関連する構成が第１実施形態と異なる。従って、本実施形態では、第１実施形態と異なる構成部分について詳しく説明し、同一構成部分については同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。

【0346】

図１４は本実施形態に係る三次元計測装置３００の概略構成を示す模式図である。以下、便宜上、図１４の紙面前後方向を「Ｘ軸方向」とし、紙面上下方向を「Ｙ軸方向」とし、紙面左右方向を「Ｚ軸方向」として説明する。

【0347】

三次元計測装置３００は、フィゾー干渉計の原理に基づき構成されたものであり、所定の光を出力可能な２つの投光系２Ａ，２Ｂ（第１投光系２Ａ，第２投光系２Ｂ）と、該投光系２Ａ，２Ｂからそれぞれ出射される光が入射される干渉光学系３０３と、該干渉光学系３０３から出射される光が入射される２つの撮像系４Ａ，４Ｂ（第１撮像系４Ａ，第２撮像系４Ｂ）と、投光系２Ａ，２Ｂや干渉光学系３０３、撮像系４Ａ，４Ｂなどに係る各種制御や画像処理、演算処理等を行う制御装置５とを備えている。「制御装置５」が本実施形態における「画像処理手段」を構成し、「干渉光学系３０３」が本実施形態における「所定の光学系」を構成する。

【0348】

以下、干渉光学系３０３の構成について詳しく説明する。干渉光学系３０３は、偏光ビームスプリッタ３２０、１／４波長板３２１、ハーフミラー３２３、設置部３２４などを備えている。

【0349】

偏光ビームスプリッタ３２０は、直角プリズムを貼り合せて一体としたキューブ型の公知の光学部材であって、その接合面（境界面）３２０ｈには例えば誘電体多層膜などのコーティングが施されている。本実施形態における偏光ビームスプリッタ３２０は、Ｐ偏光成分を透過させ、Ｓ偏光成分を反射する構成となっている。本実施形態において「Ｐ偏光」が「第１の偏光方向を有する偏光」に相当し、「Ｓ偏光」が「第２の偏光方向を有する偏光」に相当する。

【0350】

偏光ビームスプリッタ３２０は、その接合面３２０ｈを挟んで隣り合う２面のうちの一方がＹ軸方向と直交しかつ他方がＺ軸方向と直交するように配置されている。つまり、偏光ビームスプリッタ３２０の接合面３２０ｈがＹ軸方向及びＺ軸方向に対し４５°傾斜するように配置されている。

【0351】

より詳しくは、第１投光系２Ａの第１無偏光ビームスプリッタ５６ＡからＹ軸方向下向きに出射される第１光が入射する偏光ビームスプリッタ３２０の第１面（Ｙ軸方向上側面）３２０ａ、並びに、該第１面３２０ａと相対向する第３面（Ｙ軸方向下側面）３２０ｃがＹ軸方向と直交するように配置されている。「偏光ビームスプリッタ３２０の第１面３２０ａ」が本実施形態における「第１入出力部」に相当する。

【0352】

一方、第１面３２０ａと接合面３２０ｈを挟んで隣り合う面であって、第２投光系２Ｂの第２無偏光ビームスプリッタ５６ＢからＺ軸方向右向きに出射される第２光が入射する偏光ビームスプリッタ３２０の第２面（Ｚ軸方向左側面）３２０ｂ、並びに、該第２面３２０ｂと相対向する第４面（Ｚ軸方向右側面）３２０ｄがＺ軸方向と直交するように配置されている。「偏光ビームスプリッタ３２０の第２面３２０ｂ」が本実施形態における「第２入出力部」に相当する。

【0353】

そして、偏光ビームスプリッタ３２０の第４面３２０ｄとＺ軸方向に相対向するように１／４波長板３２１が配置され、さらにそのＺ軸方向右側にて、該１／４波長板３２１とＺ軸方向に相対向するようにハーフミラー３２３が配置され、さらにそのＺ軸方向右側にて、該ハーフミラー３２３とＺ軸方向に相対向するように設置部３２４が配置されている。但し、ハーフミラー３２３は、周期的な干渉縞（キャリア）を生じさせるために、厳密にはＺ軸方向に対し僅かに傾いた状態で設置されている。

【0354】

１／４波長板３２１は、直線偏光を円偏光に変換しかつ円偏光を直線偏光に変換する機能を有する。つまり、偏光ビームスプリッタ３２０の第４面３２０ｄから出射される直線偏光（Ｐ偏光又はＳ偏光）は１／４波長板３２１を介して円偏光に変換された上でハーフミラー３２３に対し照射される。

【0355】

ハーフミラー３２３は、入射光を１：１の比率で透過光と反射光とに分割するものである。具体的には、１／４波長板３２１からＺ軸方向右向きに入射する円偏光の一部（半分）を計測光としてＺ軸方向右向きに透過させ、残り（半分）を参照光としてＺ軸方向左向きに反射させる。そして、ハーフミラー３２３を透過した円偏光（計測光）が設置部３２４に置かれた被計測物としてのワークＷに対し照射される。つまり、「ハーフミラー３２３」が本実施形態における「参照面」を構成することとなる。また、「ハーフミラー３２３」は、入射する所定の光を２つの光に分割する手段として機能すると共に、これらを再び合成する手段として機能することとなる。

【0356】

次に、本実施形態に係る第１撮像系４Ａ及び第２撮像系４Ｂの構成について詳しく説明する。本実施形態では、第１実施形態から「分光光学系８１Ａ，８２Ａ，８１Ｂ，８２Ｂ」、「１／４波長板ユニット８３Ａ，８４Ａ，８３Ｂ，８４Ｂ」及び「フィルタユニット８５Ａ，８６Ａ，８５Ｂ，８６Ｂ」を省略した構成となっている。

【0357】

つまり、本実施形態に係る第１撮像系４Ａは、第２無偏光ビームスプリッタ５６Ｂから入射した第１光に係る干渉光を、第１波長光に係る干渉光と、第２波長光に係る干渉光とに分離する第１分離用ダイクロイックミラー８０Ａと、第１分離用ダイクロイックミラー８０ＡからＹ軸方向下向きに出射される第１波長光に係る干渉光を撮像する第１カメラ８７Ａと、第１分離用ダイクロイックミラー８０ＡからＺ軸方向左向きに出射される第２波長光に係る干渉光を撮像する第２カメラ８８Ａとを備えている。

【0358】

同様に、第２撮像系４Ｂは、第１無偏光ビームスプリッタ５６Ａから入射した第２光に係る干渉光を、第３波長光に係る干渉光と、第４波長光に係る干渉光とに分離する第２分離用ダイクロイックミラー８０Ｂと、第２分離用ダイクロイックミラー８０ＢからＺ軸方向左向きに出射される第３波長光に係る干渉光を撮像する第３カメラ８７Ｂと、第２分離用ダイクロイックミラー８０ＢからＹ軸方向上向きに出射される第４波長光に係る干渉光を撮像する第４カメラ８８Ｂとを備えている。

【0359】

次に三次元計測装置３００の作用について説明する。尚、本実施形態においては、第１実施形態と同様、第１投光系２Ａによる第１波長光の照射及び第２波長光の照射、並びに、第２投光系２Ｂによる第３波長光の照射及び第４波長光の照射は同時に行われる。そのため、第１波長光及び第２波長光の合成光である第１光の光路と、第３波長光及び第４波長光の合成光である第２光の光路が一部で重なることとなるが、ここでは、より分かりやすくするため、第１光及び第２光の光路ごとに異なる図面を用いて個別に説明する。

【0360】

まず第１光（第１波長光及び第２波長光）の光路について図１５を参照して説明する。図１５に示すように、第１波長λ₁の第１波長光（Ｘ軸方向を偏光方向とするＳ偏光）が第１発光部５１ＡからＹ軸方向下向きに出射される。同時に、第２波長λ₂の第２波長光（Ｘ軸方向を偏光方向とするＳ偏光）が第２発光部５２ＡからＺ軸方向左向きに出射される。

【0361】

第１発光部５１Ａから出射された第１波長光は、第１光アイソレータ５３Ａを通過し、第１合成用ダイクロイックミラー５５Ａに入射する。同時に、第２発光部５２Ａから出射された第２波長光は、第２光アイソレータ５４Ａを通過し、第１合成用ダイクロイックミラー５５Ａに入射する。

【0362】

そして、第１合成用ダイクロイックミラー５５Ａに入射した第１波長光と第２波長光とが合成された上で、第１光（Ｘ軸方向を偏光方向とするＳ偏光）として第１無偏光ビームスプリッタ５６Ａに向けＺ軸方向左向きに出射されることとなる。

【0363】

第１無偏光ビームスプリッタ５６Ａに入射した第１光の一部（半分）はＺ軸方向左向きに透過し、残り（半分）はＹ軸方向下向きに反射する。このうち、Ｙ軸方向下向きに反射した第１光は、偏光ビームスプリッタ３２０の第１面３２０ａに入射する。一方、Ｚ軸方向左向きに透過した第１光は、何らかの光学系等に入射することなく、捨て光となる。

【0364】

偏光ビームスプリッタ３２０の第１面３２０ａからＹ軸方向下向きに入射した第１光（Ｓ偏光）は、接合面３２０ｈにてＺ軸方向右向きに反射して第４面３２０ｄから出射される。

【0365】

偏光ビームスプリッタ３２０の第４面３２０ｄから出射した第１光は、１／４波長板３２１を通過することで、Ｘ軸方向を偏光方向とするＳ偏光から、左回りの円偏光に変換された上でハーフミラー３２３に照射される。

【0366】

ハーフミラー３２３に照射された第１光は、その一部（半分）が計測光としてハーフミラー３２３をＺ軸方向右向きに透過し、残りが参照光としてＺ軸方向左向きに反射する。ここで、透過光（計測光）及び反射光（参照光）とも、光の進行方向に対する回転方向（左回り）は維持される。

【0367】

そして、ハーフミラー３２３をＺ軸方向右向きに透過した第１光に係る計測光（左回りの円偏光）は、設置部３２４に置かれたワークＷに照射され反射する。ここでも、光の進行方向に対する回転方向（左回り）は維持される。

【0368】

ワークＷにて反射した第１光に係る計測光は、再度、ハーフミラー３２３をＺ軸方向左向きに通過し、上記ハーフミラー３２３にてＺ軸方向左向きに反射した第１光に係る参照光（左回りの円偏光）と合成される。回転方向が同じ左回りの円偏光である計測光及び参照光が合成されることで、両者は干渉する。

【0369】

続いて、この第１光に係る干渉光は、１／４波長板３２１を通過することで、左回りの円偏光から、Ｙ軸方向を偏光方向とするＰ偏光に変換された上で偏光ビームスプリッタ３２０の第４面３２０ｄに再入射する。

【0370】

ここで、偏光ビームスプリッタ３２０の第４面３２０ｄから再入射した第１光に係る干渉光（Ｐ偏光）は、接合面３２０ｈをＺ軸方向左向きに透過して、出力光として偏光ビームスプリッタ３２０の第２面３２０ｂから出射される。

【0371】

偏光ビームスプリッタ３２０の第２面３２０ｂから出射された第１光に係る干渉光は、第２無偏光ビームスプリッタ５６Ｂに入射する。第２無偏光ビームスプリッタ５６Ｂに対しＺ軸方向左向きに入射した第１光に係る干渉光は、その一部がＺ軸方向左向きに透過し、残りがＹ軸方向下向きに反射する。

【0372】

このうち、Ｚ軸方向左向きに透過した干渉光は第１撮像系４Ａの第１分離用ダイクロイックミラー８０Ａに入射する。一方、Ｙ軸方向下向きに反射した干渉光は、第２合成用ダイクロイックミラー５５Ｂに入射するものの、第３光アイソレータ５３Ｂ又は第４光アイソレータ５４Ｂによりその進行を遮断され、捨て光となる。

【0373】

第１分離用ダイクロイックミラー８０Ａに入射した第１光に係る干渉光のうち、第１波長光に係る干渉光は接合面８０ＡｈにてＹ軸方向下向きに反射して第１カメラ８７Ａにより撮像される一方、第２波長光に係る干渉光は接合面８０ＡｈをＺ軸方向左向きに透過して第２カメラ８８Ａにより撮像される。

【0374】

次に第２光（第３波長光及び第４波長光）の光路について図１６を参照して説明する。図１６に示すように、第３波長λ₃の第３波長光（Ｙ軸方向を偏光方向とするＰ偏光）が第３発光部５１ＢからＺ軸方向左向きに出射される。同時に、第４波長λ₄の第４波長光（Ｚ軸方向を偏光方向とするＰ偏光）が第４発光部５２ＢからＹ軸方向上向きに出射される。

【0375】

第３発光部５１Ｂから出射された第３波長光は、第３光アイソレータ５３Ｂを通過し、第２合成用ダイクロイックミラー５５Ｂに入射する。同時に、第４発光部５２Ｂから出射された第４波長光は、第４光アイソレータ５４Ｂを通過し、第２合成用ダイクロイックミラー５５Ｂに入射する。

【0376】

そして、第２合成用ダイクロイックミラー５５Ｂに入射した第３波長光と第４波長光とが合成された上で、第２光（Ｚ軸方向を偏光方向とするＰ偏光）として、第２無偏光ビームスプリッタ５６Ｂに向けＹ軸方向上向きに出射されることとなる。

【0377】

第２無偏光ビームスプリッタ５６Ｂに入射した第２光の一部（半分）はＹ軸方向上向きに透過し、残り（半分）はＺ軸方向右向きに反射する。このうち、Ｚ軸方向右向きに反射した第２光は、偏光ビームスプリッタ３２０の第２面３２０ｂに入射する。一方、Ｙ軸方向上向きに透過した第２光は、何らかの光学系等に入射することなく、捨て光となる。

【0378】

偏光ビームスプリッタ３２０の第２面３２０ｂからＺ軸方向右向きに入射した第２光（Ｐ偏光）は、接合面３２０ｈをＺ軸方向右向きに透過して第４面３２０ｄから出射される。

【0379】

偏光ビームスプリッタ３２０の第４面３２０ｄから出射した第２光は、１／４波長板３２１を通過することで、Ｙ軸方向を偏光方向とするＰ偏光から右回りの円偏光に変換された上でハーフミラー３２３に照射される。

【0380】

ハーフミラー３２３に照射された第２光は、その一部（半分）が計測光としてハーフミラー３２３をＺ軸方向右向きに透過し、残りが参照光としてＺ軸方向左向きに反射する。ここで、透過光（計測光）及び反射光（参照光）とも、光の進行方向に対する回転方向（右回り）は維持される。

【0381】

そして、ハーフミラー３２３をＺ軸方向右向きに透過した第２光に係る計測光（右回りの円偏光）は、設置部３２４に置かれたワークＷに照射され反射する。ここでも、光の進行方向に対する回転方向（右回り）は維持される。

【0382】

ワークＷにて反射した第２光に係る計測光は、再度、ハーフミラー３２３をＺ軸方向左向きに通過し、上記ハーフミラー３２３にてＺ軸方向左向きに反射した第２光に係る参照光（右回りの円偏光）と合成される。回転方向が同じ右回りの円偏光である計測光及び参照光が合成されることで、両者は干渉する。

【0383】

続いて、この第２光に係る干渉光は、１／４波長板３２１を通過することで、右回りの円偏光から、Ｘ軸方向を偏光方向とするＳ偏光に変換された上で偏光ビームスプリッタ３２０の第４面３２０ｄに再入射する。

【0384】

ここで、偏光ビームスプリッタ３２０の第４面３２０ｄから再入射した第２光に係る干渉光（Ｓ偏光）は、接合面３２０ｈにてＹ軸方向上向きに反射し、出力光として偏光ビームスプリッタ３２０の第１面３２０ａから出射される。

【0385】

偏光ビームスプリッタ３２０の第１面３２０ａから出射された第２光に係る干渉光は、第１無偏光ビームスプリッタ５６Ａに入射する。第１無偏光ビームスプリッタ５６Ａに対しＹ軸方向上向きに入射した第２光に係る干渉光は、その一部がＹ軸方向上向きに透過し、残りがＺ軸方向右向きに反射する。

【0386】

このうち、Ｙ軸方向上向きに透過した干渉光は第２撮像系４Ｂの第２分離用ダイクロイックミラー８０Ｂに入射する。一方、Ｚ軸方向右向きに反射した干渉光は、第１合成用ダイクロイックミラー５５Ａに入射するものの、第１光アイソレータ５３Ａ又は第２光アイソレータ５４Ａによりその進行を遮断され、捨て光となる。

【0387】

第２分離用ダイクロイックミラー８０Ｂに入射した第２光に係る干渉光のうち、第３波長光に係る干渉光は接合面８０ＢｈにてＺ軸方向左向きに反射して第３カメラ８７Ｂにより撮像される一方、第４波長光に係る干渉光は接合面８０ＢｈをＹ軸方向上向き透過して第４カメラ８８Ｂにより撮像される。

【0388】

次に、制御装置５によって実行される形状計測処理の手順について説明する。まず制御装置５は、第１投光系２Ａ及び第２投光系２Ｂを駆動制御し、第１発光部５１Ａからの第１波長光の照射、及び、第２発光部５２Ａからの第２波長光の照射、並びに、第３発光部５１Ｂからの第３波長光の照射、及び、第４発光部５２Ｂからの第４波長光の照射を同時に実行する。

【0389】

これにより、偏光ビームスプリッタ３２０の第１面３２０ａに対し第１波長光及び第２波長光の合成光である第１光が入射すると共に、偏光ビームスプリッタ３２０の第２面３２０ｂに対し第３波長光及び第４波長光の合成光である第２光が入射する。

【0390】

その結果、偏光ビームスプリッタ３２０の第２面３２０ｂから第１光に係る干渉光が出射されると共に、偏光ビームスプリッタ３２０の第１面３２０ａから第２光に係る干渉光が出射される。

【0391】

偏光ビームスプリッタ３２０の第２面３２０ｂから出射した第１光に係る干渉光の一部は、第１撮像系４Ａに入射し、第１波長光に係る干渉光と、第２波長光に係る干渉光に分離される。このうち、第１波長光に係る干渉光は第１カメラ８７Ａに入射する。同時に、第２波長光に係る干渉光は、第２カメラ８８Ａに入射する。

【0392】

一方、偏光ビームスプリッタ３２０の第１面３２０ａから出射した第２光に係る干渉光の一部は、第２撮像系４Ｂに入射し、第３波長光に係る干渉光と、第４波長光に係る干渉光に分離される。このうち、第３波長光に係る干渉光は、第３カメラ８７Ｂに入射する。同時に、第４波長光に係る干渉光は、第４カメラ８８Ｂに入射する。

【0393】

そして、制御装置５は、第１撮像系４Ａ及び第２撮像系４Ｂを駆動制御して、第１カメラ８７Ａによる撮像、第２カメラ８８Ａによる撮像、第３カメラ８７Ｂによる撮像、及び、第４カメラ８８Ｂによる撮像を同時に実行する。

【0394】

その結果、第１カメラ８７Ａにより第１波長光に係る干渉縞画像が取得され、第２カメラ８８Ａにより第２波長光に係る干渉縞画像が取得され、第３カメラ８７Ｂにより第３波長光に係る干渉縞画像が取得され、第４カメラ８８Ｂにより第４波長光に係る干渉縞画像が取得される。

【0395】

そして、制御装置５は、第１カメラ８７Ａ、第２カメラ８８Ａ、第３カメラ８７Ｂ及び第４カメラ８８Ｂからそれぞれ取得した干渉縞画像データを画像データ記憶装置１５４に記憶する。

【0396】

続いて、制御装置５は、画像データ記憶装置１５４に記憶された第１波長光に係る干渉縞画像データ、第２波長光に係る干渉縞画像データ、第３波長光に係る干渉縞画像データ、及び、第４波長光に係る干渉縞画像データを基に、フーリエ変換法によりワークＷの表面形状を計測する。つまり、ワークＷの表面上の各位置における高さ情報を算出する。

【0397】

ここで、一般的なフーリエ変換法による高さ計測の原理について説明する。第１の光又は第２の光に係る干渉縞画像データの同一座標位置（ｘ，ｙ）における干渉縞強度、すなわち輝度ｇ（ｘ，ｙ）は、下記［数１１］の関係式で表すことができる。

【0398】

【数11】

【0399】

但し、ａ（ｘ，ｙ）はオフセット、ｂ（ｘ，ｙ）は振幅、φ（ｘ，ｙ）は位相、ｆ_x0はｘ方向のキャリア周波数、ｆ_y0はｙ方向のキャリア周波数を表す。

【0400】

そして、輝度ｇ（ｘ，ｙ）を２次元フーリエ変換し、２次元空間周波数スペクトルを得る。この左右のスペクトルのうちの一方を残し、中央へシフトした後、逆フーリエ変換する。

【0401】

このシフトしたスペクトルは、下記［数１２］の関係式で表すことができるので、位相φについて解けば各座標の位相を求めることができる。

【0402】

【数12】

【0403】

但し、ｃ（ｘ，ｙ）はスペクトル。

【0404】

そして、波長の異なる２種類の光を用いる場合には、上記第１実施形態と同様、まず波長λ_c1の第１の光に係る干渉縞画像データの輝度ｇ₁（ｘ，ｙ）を基に、ワークＷ面上の座標（ξ，η）における第１の光に係る位相φ₁（ξ，η）を算出する。

【0405】

同様に、波長λ_c2の第２の光に係る干渉縞画像データの輝度ｇ₂（ｘ，ｙ）を基に、ワークＷ面上の座標（ξ，η）における第２の光に係る位相φ₂（ξ，η）を算出する。

【0406】

続いて、このようにして得られた第１の光に係る位相φ₁（ξ，η）と、第２の光に係る位相φ₂（ξ，η）とから、ワークＷ面上の座標（ξ，η）における高さ情報ｚ（ξ，η）を算出する。そして、このように求められたワークＷの計測結果（高さ情報）は、制御装置５の演算結果記憶装置１５５に格納される。

【0407】

以上詳述したように、本実施形態によれば、フィゾー干渉計の原理に基づいた比較的簡素な構成の下で、上記第１実施形態と同様の作用効果が奏されることとなる。

【0408】

〔第４実施形態〕
以下、第４実施形態について図１７を参照しつつ説明する。尚、本実施形態は、分光手段として、上記第１及び第２実施形態に係る分光光学系８１Ａ，８２Ａ，８１Ｂ，８２Ｂとは異なる分光光学系４００を備えたものである。従って、分光光学系４００に関連する構成についてのみ詳しく説明し、他の構成部分については第１実施形態等と同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。

【0409】

尚、図１７を参照して分光光学系４００について説明する際には、便宜上、図１７の紙面前後方向を「Ｘ´軸方向」とし、紙面上下方向を「Ｙ´軸方向」とし、紙面左右方向を「Ｚ´軸方向」として説明する。但し、分光光学系４００単体を説明するための座標系（Ｘ´，Ｙ´，Ｚ´）と、三次元計測装置１全体を説明するための座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）は異なる座標系である。

【0410】

本実施形態に係る分光光学系４００は、無偏光型の４つの光学部材（プリズム）を組み合わせて一体とした１つの光学部材として構成されている。

【0411】

より詳しくは、分光光学系４００は、分離用ダイクロイックミラー８０Ａ，８０Ｂから入射する所定の光Ｌ０の進行方向（Ｚ´軸方向左向き）に沿って順に第１のプリズム４３１、第２のプリズム４３２、第３のプリズム４３３、第４のプリズム４３４が配置された構成となっている。

【0412】

尚、上記各プリズム４３１〜４３４は、それぞれ空気よりも屈折率の高い所定の屈折率を有する光学材料（例えばガラスやアクリル等）により形成されている。従って、各プリズム４３１〜４３４内を進む光の光路長は、空気中を進む光の光路長よりも光学的に長くなる。ここで、例えば４つのプリズム４３１〜４３４をすべて同じ材料により形成してもよいし、少なくとも１つを異なる材料により形成してもよい。後述する分光光学系４００の機能を満たすものであれば、各プリズム４３１〜４３４の材質はそれぞれ任意に選択可能である。

【0413】

第１のプリズム４３１は、正面視（Ｚ´−Ｙ´平面）平行四辺形状をなし、Ｘ´軸方向に沿って延びる四角柱形状のプリズムである。以下、「第１のプリズム４３１」を「第１菱形プリズム４３１」という。

【0414】

第１菱形プリズム４３１は、Ｘ´軸方向に沿った長方形状の４面のうち、Ｚ´軸方向右側に位置する面４３１ａ（以下、「入射面４３１ａ」という）及びＺ´軸方向左側に位置する面４３１ｂ（以下、「出射面４３１ｂ」という）がそれぞれＺ´軸方向と直交するように配置され、Ｙ´軸方向下側に位置する面４３１ｃ及びＹ´軸方向上側に位置する面４３１ｄがそれぞれＺ´軸方向及びＹ´軸方向に対し４５°傾斜するように配置されている。

【0415】

この２つの傾斜した面４３１ｃ，４３１ｄのうち、Ｙ´軸方向下側に位置する面４３１ｃには無偏光のハーフミラー４４１が設けられ、Ｙ´軸方向上側に位置する面４３１ｄには内側に向け全反射する無偏光の全反射ミラー４４２が設けられている。

【0416】

以下、ハーフミラー４４１が設けられた面４３１ｃを「分岐面４３１ｃ」といい、全反射ミラー４４２が設けられた面４３１ｄを「反射面４３１ｄ」という。尚、図１７においては、便宜上、分岐面４３１ｃ（ハーフミラー４４１）及び反射面４３１ｄ（全反射ミラー４４２）にあたる部位に散点模様を付して示している。

【0417】

第２のプリズム４３２は、正面視（Ｚ´−Ｙ´平面）台形状をなし、Ｘ´軸方向に沿って延びる四角柱形状のプリズムである。以下、「第２のプリズム４３２」を「第１台形プリズム４３２」という。

【0418】

第１台形プリズム４３２は、Ｘ´軸方向に沿った長方形状の４面のうち、Ｙ´軸方向上側に位置する面４３２ａ及びＹ´軸方向下側に位置する面４３２ｂがそれぞれＹ´軸方向と直交するように配置され、Ｚ´軸方向右側に位置する面４３２ｃがＺ´軸方向及びＹ´軸方向に対し４５°傾斜するように配置され、Ｚ´軸方向左側に位置する面４３２ｄがＺ´軸方向と直交するように配置されている。

【0419】

このうち、Ｚ´軸方向右側に位置する面４３２ｃは、第１菱形プリズム４３１の分岐面４３１ｃ（ハーフミラー４４１）に密着している。以下、Ｚ´軸方向右側に位置する面４３２ｃを「入射面４３２ｃ」といい、Ｚ´軸方向左側に位置する面４３２ｄを「出射面４３２ｄ」という。

【0420】

第３のプリズム４３３は、平面視（Ｘ´−Ｚ´平面）平行四辺形状をなし、Ｙ´軸方向に沿って延びる四角柱形状のプリズムである。以下、「第３のプリズム４３３」を「第２菱形プリズム４３３」という。

【0421】

第２菱形プリズム４３３は、Ｙ´軸方向に沿った長方形状の４面のうち、Ｚ´軸方向右側に位置する面４３３ａ及びＺ´軸方向左側に位置する面４３３ｂがそれぞれＺ´軸方向と直交するように配置され、Ｘ´軸方向手前側に位置する面４３３ｃ及びＸ´軸方向奥側に位置する面４３３ｄがそれぞれＺ´軸方向及びＸ´軸方向に対し４５°傾斜するように配置されている。

【0422】

この２つの傾斜した面４３３ｃ，４３３ｄのうち、Ｘ´軸方向手前側に位置する面４３３ｃには無偏光のハーフミラー４４３が設けられ、Ｘ´軸方向奥側に位置する面４３３ｄには内側に向け全反射する無偏光の全反射ミラー４４４が設けられている。

【0423】

以下、ハーフミラー４４３が設けられた面４３３ｃを「分岐面４３３ｃ」といい、全反射ミラー４４４が設けられた面４３３ｄを「反射面４３３ｄ」という。尚、図１７においては、便宜上、分岐面４３３ｃ（ハーフミラー４４３）及び反射面４３３ｄ（全反射ミラー４４４）にあたる部位に散点模様を付して示している。

【0424】

第２菱形プリズム４３３のＺ´軸方向右側に位置する面４３３ａのうち、Ｙ´軸方向下側半分は、第１台形プリズム４３２の出射面４３２ｄに密着し、Ｙ´軸方向上側半分は、第１菱形プリズム４３１の出射面４３１ｂと相対向した状態となっている。以下、Ｚ´軸方向右側に位置する面４３３ａを「入射面４３３ａ」といい、Ｚ´軸方向左側に位置する面４３３ｂを「出射面４３３ｂ」という。

【0425】

第４のプリズム４３４は、平面視（Ｘ´−Ｚ´平面）台形状をなし、Ｙ´軸方向に沿って延びる四角柱形状のプリズムである。以下、「第４のプリズム４３４」を「第２台形プリズム４３４」という。

【0426】

第２台形プリズム４３４は、Ｙ´軸方向に沿った長方形状の４面のうち、Ｘ´軸方向奥側に位置する面４３４ａ及びＸ´軸方向手前側に位置する面４３４ｂがそれぞれＸ´軸方向と直交するように配置され、Ｚ´軸方向右側に位置する面４３４ｃがＺ´軸方向及びＸ´軸方向に対し４５°傾斜するように配置され、Ｚ´軸方向左側に位置する面４３４ｄがＺ´軸方向と直交するように配置されている。

【0427】

このうち、Ｚ´軸方向右側に位置する面４３４ｃは、第２菱形プリズム４３３の分岐面４３３ｃ（ハーフミラー４４３）に密着している。以下、Ｚ´軸方向右側に位置する面４３４ｃを「入射面４３４ｃ」といい、Ｚ´軸方向左側に位置する面４３４ｄを「出射面４３４ｄ」という。

【0428】

第２菱形プリズム４３３の出射面４３３ｂ及び第２台形プリズム４３４の出射面４３４ｄは、それぞれ１／４波長板ユニット８３Ａ，８４Ａ，８３Ｂ，８４Ｂと相対向するように配置されている。

【0429】

ここで、分光光学系４００の作用について図１７を参照しつつ詳しく説明する。分離用ダイクロイックミラー８０Ａ，８０Ｂから出射された光Ｌ０は、第１菱形プリズム４３１の入射面４３１ａに入射する。

【0430】

入射面４３１ａから入射した光Ｌ０は、分岐面４３１ｃ（ハーフミラー４４１）にて２方向に分岐する。詳しくは、Ｙ´軸方向上側に向け反射する分光ＬＡ１と、Ｚ´軸方向に沿ってハーフミラー４４１を透過する分光ＬＡ２とに分岐する。

【0431】

このうち、ハーフミラー４４１で反射した分光ＬＡ１は、第１菱形プリズム４３１内をＹ´軸方向に沿って進み、反射面４３１ｄ（全反射ミラー４４２）にてＺ´軸方向左側に向け反射し、出射面４３１ｂから出射する。出射面４３１ｂから出射した分光ＬＡ１は、Ｚ´軸方向に沿って空気中を進み、第２菱形プリズム４３３の入射面４３３ａに入射する。

【0432】

一方、ハーフミラー４４１を透過した分光ＬＡ２は、第１台形プリズム４３２の入射面４３２ｃに入射し、その内部をＺ´軸方向に沿って進み、出射面４３２ｄから出射する。出射面４３２ｄから出射した分光ＬＡ２は、第２菱形プリズム４３３の入射面４３３ａに入射する。

【0433】

本実施形態では、第１菱形プリズム４３１の分岐面４３１ｃから、第２菱形プリズム４３３の入射面４３３ａに至るまでの両分光ＬＡ１，ＬＡ２の光路長が光学的に同一となるように、第１菱形プリズム４３１及び第１台形プリズム４３２の屈折率及び長さ（Ｚ´軸方向又はＹ´軸方向の長さ）が任意に設定されている。

【0434】

第２菱形プリズム４３３の入射面４３３ａに入射した分光ＬＡ１，ＬＡ２は、分岐面４３３ｃ（ハーフミラー４４３）にてそれぞれ２方向に分岐する。詳しくは、一方の分光ＬＡ１は、Ｚ´軸方向に沿ってハーフミラー４４３を透過する分光ＬＢ１と、Ｘ´軸方向奥側に向け反射する分光ＬＢ２とに分岐する。他方の分光ＬＡ２は、Ｚ´軸方向に沿ってハーフミラー４４３を透過する分光ＬＢ３と、Ｘ´軸方向奥側に向け反射する分光ＬＢ４とに分岐する。

【0435】

このうち、ハーフミラー４４３で反射した分光ＬＢ２，ＬＢ４は、それぞれ第２菱形プリズム４３３内をＸ´軸方向に沿って進み、反射面４３３ｄ（全反射ミラー４４４）にてＺ´軸方向左側に向け反射し、出射面４３３ｂから出射する。出射面４３３ｂから出射した分光ＬＢ２，ＬＢ４は、それぞれＺ´軸方向に沿って空気中を進み、１／４波長板ユニット８３Ａ，８４Ａ，８３Ｂ，８４Ｂに入射する。

【0436】

一方、ハーフミラー４４３を透過した分光ＬＢ１，ＬＢ３は、第２台形プリズム４３４の入射面４３４ｃに入射し、その内部をＺ´軸方向に沿って進み、出射面４３４ｄから出射する。出射面４３４ｄから出射した分光ＬＢ１，ＬＢ３は、それぞれ１／４波長板ユニット８３Ａ，８４Ａ，８３Ｂ，８４Ｂに入射する。

【0437】

本実施形態では、第２菱形プリズム４３３の分岐面４３３ｃから、１／４波長板ユニット８３Ａ，８４Ａ，８３Ｂ，８４Ｂに至るまでの４つの分光ＬＢ１〜ＬＢ４の光路長が光学的に同一となるように、第２菱形プリズム４３３及び第２台形プリズム４３４の屈折率及び長さ（Ｚ´軸方向又はＸ´軸方向の長さ）が任意に設定されている。

【0438】

以上詳述したように、本実施形態によれば、上記第１実施形態と同様の作用効果が奏されることとなる。

【0439】

尚、上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施してもよい。勿論、以下において例示しない他の応用例、変更例も当然可能である。

【0440】

（ａ）上記各実施形態では、ワークＷの具体例について特に言及していないが、被計測物としては、例えばプリント基板に印刷されたクリーム半田や、ウエハ基板に形成された半田バンプなどが挙げられる。

【0441】

ここで半田バンプ等の高さ計測の原理について説明する。図１８に示すように、電極５０１（基板５００）に対するバンプ５０３の高さＨＢは、バンプ５０３の絶対高さｈｏから、該バンプ５０３周辺の電極５０１の絶対高さｈｒを減算することにより求めることができる〔ＨＢ＝ｈｏ−ｈｒ〕。ここで、電極５０１の絶対高さｈｒとしては、例えば電極５０１上の任意の１点の絶対高さや、電極５０１上の所定範囲の絶対高さの平均値などを用いることができる。また、「バンプ５０３の絶対高さｈｏ」や、「電極５０１の絶対高さｈｒ」は、上記各実施形態において高さ情報ｚ（ξ，η）として求めることができる。

【0442】

従って、予め設定された良否の判定基準に従いクリーム半田や半田バンプの良否を検査する検査手段を設けた半田印刷検査装置又は半田バンプ検査装置において、三次元計測装置１（２００，３００）を備えた構成としても良い。

【0443】

尚、マイケルソン干渉計の光学構成を採用した上記第１実施形態等に係る三次元計測装置１や、フィゾー干渉計の光学構成を採用した上記第３実施形態に係る三次元計測装置３００は、反射ワークに適しており、マッハ・ツェンダー干渉計の光学構成を採用した上記第２実施形態に係る三次元計測装置２００は、透過ワークに適している。また、位相シフト法を用いることで、０次光（透過光）を排除した計測が可能となる。

【0444】

但し、第２実施形態において、第２全反射ミラー２２２及び設置部２２４を省略し、第２全反射ミラー２２２の位置にワークＷを設置し、反射ワークを計測可能な構成としてもよい。

【0445】

また、上記各実施形態においてワークＷを設置する設置部６４（２２４，３２４）を変位可能に構成し、ワークＷの表面を複数の計測エリアに分割し、各計測エリアを順次移動しつつ各エリアの形状計測を行っていき、複数回に分けてワークＷ全体の形状計測を行う構成としてもよい。

【0446】

（ｂ）干渉光学系（所定の光学系）の構成は上記各実施形態に限定されるものではない。例えば上記第１実施形態では、干渉光学系として、マイケルソン干渉計の光学構成を採用し、第２実施形態ではマッハツェンダー干渉計の光学構成を採用し、第３実施形態ではフィゾー干渉計の光学構成を採用しているが、これに限らず、入射光を参照光と計測光に分割してワークＷの形状計測を行う構成であれば、他の光学構成を採用してもよい。

【0447】

また、上記各実施形態では、偏光ビームスプリッタ６０（２１１，２１２，３２０）として、直角プリズムを貼り合せて一体としたキューブ型を採用しているが、これに限定されるものではなく、例えばプレート型偏光ビームスプリッタを採用してもよい。

【0448】

また、上記偏光ビームスプリッタ６０（２１１，２１２，３２０）は、Ｐ偏光成分を透過させ、Ｓ偏光成分を反射する構成となっているが、これに限らず、Ｐ偏光成分を反射させ、Ｓ偏光成分を透過する構成としてもよい。「Ｓ偏光」が「第１の偏光方向を有する偏光」に相当し、「Ｐ偏光」が「第２の偏光方向を有する偏光」に相当する構成としてもよい。

【0449】

（ｃ）投光系２Ａ，２Ｂの構成は上記各実施形態に限定されるものではない。例えば上記各実施形態では、第１発光部５１Ａから第１波長λ₁（例えばλ₁＝４９１ｎｍ）の第１波長光が出射され、第２発光部５２Ａから第２波長λ₂（例えばλ₂＝５４０ｎｍ）の第２波長光が出射され、第３発光部５１Ｂから第３波長λ₃（例えばλ₃＝４８８ｎｍ）の第３波長光が出射され、第４発光部５２Ｂから第４波長λ₄（例えばλ₄＝５３２ｎｍ）の第４波長光が出射される構成となっているが、各光の波長はこれに限定されるものではない。

【0450】

但し、計測レンジをより広げるためには、第１投光系２Ａから照射される第１波長光及び／又は第２波長光と、第２投光系２Ｂから照射される第３波長光及び／又は第４波長光の波長差をより小さくすることが好ましい。また、第１投光系２Ａから照射される第１波長光と第２波長光は第１分離用ダイクロイックミラー８０Ａで分離可能な程度に波長が離れた偏光であることが好ましい。同様に、第２投光系２Ｂから照射される第３波長光と第４波長光は第２分離用ダイクロイックミラー８０Ｂで分離可能な程度に波長が離れた偏光であることが好ましい。

【0451】

また、第１投光系２Ａ（例えば第１発光部５１Ａ）と、第２投光系２Ｂ（例えば第３発光部５１Ｂ）から同一波長の光が照射される構成としてもよい。

【0452】

上述したように、従来より、被計測物の形状を計測する三次元計測装置として、レーザ光などを利用した三次元計測装置（干渉計）が知られている。かかる三次元計測装置においては、レーザ光源からの出力光の揺らぎ等の影響により、計測精度が低下するおそれがある。

【0453】

これに対し、例えば被計測物が比較的小さく、１つの光（１つの波長）でも計測レンジが不足しないような場合には、異なる２つの光源から同一波長の光を照射して、該２つの光でそれぞれ三次元計測を行うことにより、計測精度の向上を図ることができる。

【0454】

しかしながら、２つの光で三次元計測を行おうとした場合、第１光に係る出力光の撮像と、第２光に係る出力光の撮像をそれぞれ異なるタイミングで行う必要があり、計測効率が低下するおそれがある。

【0455】

例えば位相シフト法を利用した三次元計測において、位相を４段階に変化させる場合には、４通りの画像データを取得する必要があるため、２つの光を用いる場合には、それぞれ異なるタイミングで４回ずつ、計８回分の撮像時間が必要となる。

【0456】

同一波長の２つの光を照射する本発明は、上記事情等に鑑みてなされたものであり、その目的は、２つの光を利用して、計測効率の向上を図ることのできる三次元計測装置を提供することにある。

【0457】

本発明によれば、第１光に係る出力光の撮像と、第２光に係る出力光の撮像を同時に行うことができるため、計４回分の撮像時間で、２つの光に係る計８通りの干渉縞画像を取得することができる。結果として、総体的な撮像時間を短縮でき、計測効率の向上を図ることができる。

【0458】

特にマッハ・ツェンダー干渉計の原理に基づき構成された上記第２実施形態に係る三次元計測装置２００においては、１つのワークＷに対し異なる方向から２つの光（計測光）を照射することができるため、例えば複雑な形状を有するワークなどの全体像をより精度よく計測することが可能となる。

【0459】

また、上記各実施形態では、投光系２Ａ，２Ｂにおいて、光アイソレータ５３Ａ，５４Ａ，５３Ｂ，５４Ｂを備えた構成となっているが、光アイソレータ５３Ａ，５４Ａ，５３Ｂ，５４Ｂを省略した構成としてもよい。

【0460】

また、上記各実施形態において、第１投光系２Ａと第２撮像系４Ｂの両者の位置関係を第１無偏光ビームスプリッタ５６Ａを挟んで入れ替えた構成としてもよいし、第２投光系２Ｂと第１撮像系４Ａの両者の位置関係を第２無偏光ビームスプリッタ５６Ｂを挟んで入れ替えた構成としてもよい。

【0461】

また、上記各実施形態において、第１発光部５１Ａと第２発光部５２Ａの両者の位置関係を第１合成用ダイクロイックミラー５５Ａを挟んで入れ替えた構成としてもよいし、第３発光部５１Ｂと第４発光部５２Ｂの両者の位置関係を第２合成用ダイクロイックミラー５５Ｂを挟んで入れ替えた構成としてもよい。

【0462】

また、導光手段の構成は、上記各実施形態に係る無偏光ビームスプリッタ５６Ａ，５６Ｂに限定されるものではない。第１照射手段（第２照射手段）から出射される第１光（第２光）の少なくとも一部を第１入出力部（第２入出力部）に向け入射させると共に、第１入出力部（第２入出力部）から出射される第２光に係る出力光（第１光に係る出力光）の少なくとも一部を第２撮像手段（第１撮像手段）に向け入射させる構成であれば、他の構成を採用してもよい。

【0463】

例えば、第１実施形態においては、第１投光系２Ａ（第２投光系２Ｂ）から照射された第１光（第２光）を偏光ビームスプリッタ６０の第１面６０ａ（第２面６０ｂ）に入射させ、かつ、偏光ビームスプリッタ６０の第１面６０ａ（第２面６０ｂ）から出射された第２光に係る出力光（第１光に係る出力光）を第２撮像系４Ｂ（第１撮像系４Ａ）により撮像可能とする構成であれば、他の構成を採用してもよい。

【0464】

また、上記各実施形態では、第１無偏光ビームスプリッタ５６Ａ及び第２無偏光ビームスプリッタ５６Ｂとして、直角プリズムを貼り合せて一体としたキューブ型を採用しているが、これに限定されるものではなく、例えばプレートタイプの所定のハーフミラーを採用してもよい。

【0465】

また、上記各実施形態では、第１合成用ダイクロイックミラー５５Ａ及び第２合成用ダイクロイックミラー５５Ｂ、並びに、第１分離用ダイクロイックミラー８０Ａ及び第２分離用ダイクロイックミラー８０Ｂとして、直角プリズムを貼り合せて一体としたキューブ型を採用しているが、これに限定されるものではなく、例えばプレートタイプの所定のダイクロイックミラーを採用してもよい。

【0466】

（ｄ）上記各実施形態（第３実施形態を除く）では、位相の異なる４通りの干渉縞画像データを基に位相シフト法を行う構成となっているが、これに限らず、例えば位相の異なる２通り又は３通りの干渉縞画像データを基に位相シフト法を行う構成としてもよい。

【0467】

勿論、第１実施形態等に係る三次元計測装置１や、第２実施形態に係る三次元計測装置２００は、例えば第３実施形態のフーリエ変換法のように、位相シフト法とは異なる他の方法により三次元計測を行う構成にも適用することができる。

【0468】

逆に、第３実施形態に係る三次元計測装置３００は、位相シフト法など、フーリエ変換法とは異なる他の方法により三次元計測を行う構成にも適用することができる。

【0469】

（ｅ）上記各実施形態（第３実施形態を除く）では、位相シフト手段として、透過軸方向が異なる４つの偏光板からなるフィルタユニット８５Ａ，８６Ａ，８５Ｂ，８６Ｂを採用している。位相シフト手段の構成は、これらに限定されるものではない。

【0470】

例えばフィルタユニット８５Ａ，８６Ａ，８５Ｂ，８６Ｂに代えて、透過軸方向を変更可能に構成された回転式の偏光板を採用した構成としてもよい。かかる構成では、分光光学系８１Ａ，８２Ａ，８１Ｂ，８２Ｂなどを省略することとなる。

【0471】

具体的に、第１撮像系４Ａは、第１波長光に係る合成光（参照光成分と計測光成分）を円偏光に変換する１／４波長板と、該１／４波長板を透過した光の所定成分を選択的に透過させる回転式の第１偏光板と、該第１偏光板を透過した光を撮像する第１カメラ８７Ａとを備えると共に、第２波長光に係る合成光（参照光成分と計測光成分）を円偏光に変換する１／４波長板と、該１／４波長板を透過した光の所定成分を選択的に透過させる回転式の第２偏光板と、該第２偏光板を透過した光を撮像する第２カメラ８８Ａとを備える。

【0472】

同様に、第２撮像系４Ｂは、第３波長光に係る合成光（参照光成分と計測光成分）を円偏光に変換する１／４波長板と、該１／４波長板を透過した光の所定成分を選択的に透過させる回転式の第３偏光板と、該第３偏光板を透過した光を撮像する第３カメラ８７Ｂとを備えると共に、第４波長光に係る合成光（参照光成分と計測光成分）を円偏光に変換する１／４波長板と、該１／４波長板を透過した光の所定成分を選択的に透過させる回転式の第４偏光板と、該第４偏光板を透過した光を撮像する第４カメラ８８Ｂとを備える。

【0473】

ここで回転式の各偏光板は、その透過軸方向が４５°ずつ変化するように制御される。具体的には、透過軸方向が「０°」、「４５°」、「９０°」、「１３５°」となるように変化する。これにより、各偏光板を透過する光の参照光成分及び計測光成分を４通りの位相で干渉させることができる。つまり、位相が９０°ずつ異なる干渉光を生成することができる。具体的には、位相が「０°」の干渉光、位相が「９０°」の干渉光、位相が「１８０°」の干渉光、位相が「２７０°」の干渉光を生成することができる。

【0474】

次に、上記回転式の偏光板を採用した上記第１実施形態の構成の下、制御装置５によって実行される形状計測処理の手順について説明する。

【0475】

制御装置５は、まず第１撮像系４Ａの第１偏光板及び第２偏光板の透過軸方向を所定の基準位置（例えば「０°」）に設定すると共に、第２撮像系４Ｂの第３偏光板及び第４偏光板の透過軸方向を所定の基準位置（例えば「０°」）に設定する。

【0476】

続いて、制御装置５は、第１投光系２Ａ及び第２投光系２Ｂを駆動制御し、第１発光部５１Ａからの第１波長光の照射、及び、第２発光部５２Ａからの第２波長光の照射、並びに、第３発光部５１Ｂからの第３波長光の照射、及び、第４発光部５２Ｂからの第４波長光の照射を同時に実行する。

【0477】

これにより、干渉光学系３の偏光ビームスプリッタ６０の第１面６０ａに対し第１波長光及び第２波長光の合成光である第１光が入射すると共に、偏光ビームスプリッタ６０の第２面６０ｂに対し第３波長光及び第４波長光の合成光である第２光が入射する。

【0478】

その結果、偏光ビームスプリッタ６０の第２面６０ｂから第１光に係る合成光（参照光及び計測光）が出射されると共に、偏光ビームスプリッタ６０の第１面６０ａから第２光に係る合成光（参照光及び計測光）が出射される。

【0479】

そして、偏光ビームスプリッタ６０から出射した第１光に係る合成光の一部は、第１撮像系４Ａに入射し、第１波長光に係る合成光（参照光及び計測光）と、第２波長光に係る合成光（参照光及び計測光）に分離される。このうち、第１波長光に係る合成光は、上記１／４波長板及び第１偏光板（透過軸方向「０°」）を介して第１カメラ８７Ａに入射する。同時に、第２波長光に係る合成光は、上記１／４波長板及び第２偏光板（透過軸方向「０°」）を介して第２カメラ８８Ａに入射する。

【0480】

一方、偏光ビームスプリッタ６０から出射した第２光に係る合成光の一部は、第２撮像系４Ｂに入射し、第３波長光に係る合成光（参照光及び計測光）と、第４波長光に係る合成光（参照光及び計測光）に分離される。このうち、第３波長光に係る合成光は、上記１／４波長板及び第３偏光板（透過軸方向「０°」）を介して第３カメラ８７Ｂに入射する。同時に、第４波長光に係る合成光は、上記１／４波長板及び第４偏光板（透過軸方向「０°」）を介して第４カメラ８８Ｂに入射する。

【0481】

そして、制御装置５は、第１撮像系４Ａ及び第２撮像系４Ｂを駆動制御して、第１カメラ８７Ａによる撮像、第２カメラ８８Ａによる撮像、第３カメラ８７Ｂによる撮像、及び、第４カメラ８８Ｂによる撮像を同時に実行する。

【0482】

その結果、第１カメラ８７Ａにより第１波長光に係る位相「０°」の干渉縞画像が撮像され、第２カメラ８８Ａにより第２波長光に係る位相「０°」の干渉縞画像が撮像され、第３カメラ８７Ｂにより第３波長光に係る位相「０°」の干渉縞画像が撮像され、第４カメラ８８Ｂにより第４波長光に係る位相「０°」の干渉縞画像が撮像される。そして、制御装置５は、各カメラ８７Ａ，８８Ａ，８７Ｂ，８８Ｂから取得した干渉縞画像データを画像データ記憶装置１５４にそれぞれ記憶する。

【0483】

次に制御装置５は、第１撮像系４Ａの第１偏光板及び第２偏光板の切替処理、並びに、第２撮像系４Ｂの第３偏光板及び第４偏光板の切替処理を行う。具体的には、各偏光板をそれぞれ透過軸方向が「４５°」となる位置まで回動変位させる。

【0484】

該切替処理が終了すると、制御装置５は、上記一連の１回目の計測処理と同様の２回目の計測処理を行う。つまり、制御装置５は、第１〜第４波長光を照射すると共に、第１〜第４波長光に係る干渉光をそれぞれ撮像する。

【0485】

その結果、第１波長光に係る位相「９０°」の干渉縞画像、第２波長光に係る位相「９０°」の干渉縞画像、第３波長光に係る位相「９０°」の干渉縞画像、及び、第４波長光に係る位相「９０°」の干渉縞画像が取得されることとなる。

【0486】

以降、上記１回目及び２回目の計測処理と同様の計測処理が２回繰り返し行われる。つまり、各偏光板の透過軸方向を「９０°」に設定した状態で３回目の計測処理を行い、第１波長光に係る位相「１８０°」の干渉縞画像、第２波長光に係る位相「１８０°」の干渉縞画像、第３波長光に係る位相「１８０°」の干渉縞画像、及び、第４波長光に係る位相「１８０°」の干渉縞画像を取得する。

【0487】

その後、各偏光板の透過軸方向を「１３５°」に設定した状態で４回目の計測処理を行い、第１波長光に係る位相「２７０°」の干渉縞画像、第２波長光に係る位相「２７０°」の干渉縞画像、第３波長光に係る位相「２７０°」の干渉縞画像、及び、第４波長光に係る位相「２７０°」の干渉縞画像を取得する。

【0488】

このように、４回の計測処理を行うことにより、位相シフト法により三次元計測を行う上で必要な全ての画像データ（第１波長光に係る４通りの干渉縞画像データ、第２波長光に係る４通りの干渉縞画像データ、第３波長光に係る４通りの干渉縞画像データ、及び、第４波長光に係る４通りの干渉縞画像データからなる計１６通りの干渉縞画像データ）を取得することができる。そして、制御装置５は、画像データ記憶装置１５４に記憶された干渉縞画像データを基に、位相シフト法によりワークＷの表面形状を計測する。

【0489】

但し、上述したような回転式の偏光板を位相シフト手段として用いる方法では、三次元計測を行う上で必要な全ての画像データを取得するために、複数のタイミングで撮像を行う必要がある。従って、撮像時間を短くする点においては、上記第１実施形態等のように１回のタイミングで全ての画像データを撮像できるフィルタユニット８５Ａ，８６Ａ，８５Ｂ，８６Ｂ等を採用することがより好ましい。

【0490】

また、例えば第１実施形態においてピエゾ素子等により参照面６３を光軸に沿って移動させることで物理的に光路長を変化させる構成を位相シフト手段として採用してもよい。

【0491】

また、第２実施形態において、全反射ミラー２２１（参照面）を、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に対し４５°傾斜した状態を維持しつつ、ピエゾ素子等により該傾斜方向と直交する方向に沿って移動させることで物理的に光路長を変化させる構成を位相シフト手段として採用してもよい。

【0492】

また、第３実施形態において、位相シフト法を採用する場合には、例えばピエゾ素子等によりハーフミラー３２３（参照面）を光軸に沿って移動させることで物理的に光路長を変化させる構成を採用してもよい。

【0493】

但し、上述したような参照面を移動させる構成を位相シフト手段として用いる方法では、波長の異なる複数の光ごとに参照面の動作量（位相シフト量）を異ならせる必要があるため、複数の光を同時に撮像することができない。従って、撮像時間を短くする点においては、上記第１実施形態等のように１回のタイミングで全ての画像データを撮像できるフィルタユニット８５Ａ，８６Ａ，８５Ｂ，８６Ｂ等を採用することがより好ましい。

【0494】

（ｆ）上記各実施形態（第３実施形態を除く）では、２波長位相シフト法を行うにあたり、高さ情報ｚ（ξ，η）を計算式により求める構成となっているが、これに限らず、例えば位相φ₁，φ₂、縞次数ｍ₁，ｍ₂、高さ情報ｚの対応関係を表した数表やテーブルデータを予め記憶しておき、これを参酌して高さ情報ｚを取得する構成としてもよい。かかる場合、必ずしも縞次数を特定する必要はない。

【0495】

（ｇ）分光手段の構成は上記第１実施形態等に限定されるものではない。例えば上記第１実施形態等に係る分光光学系８１Ａ，８２Ａ，８１Ｂ，８２Ｂや、上記第４実施形態に係る分光光学系４００では、入射される光を４つに分光する構成となっているが、これに限らず、例えば３つに分光する構成など、少なくとも位相シフト法による計測に必要な数の光に分割可能な構成となっていればよい。

【0496】

また、上記各実施形態では、入射される合成光Ｆ０等を、進行方向に直交する平面において光路がマトリクス状に並ぶ４つの光ＦＢ１〜ＦＢ４等に分割する構成となっているが、複数のカメラを用いて各分光ＦＢ１〜ＦＢ４等を撮像する構成であれば、必ずしもマトリクス状に並ぶように分光される必要はない。

【0497】

また、上記各実施形態では、分光手段として、複数の光学部材（プリズム）を組み合わせて一体とした分光光学系８１Ａ等を採用しているが、これに限らず、分光手段として回折格子を採用してもよい。

【0498】

（ｈ）フィルタ手段の構成は上記第１実施形態等に限定されるものではない。例えば上記第１実施形態では、フィルタユニット８５Ａ，８６Ａ，８５Ｂ，８６Ｂが、透過軸方向が０°の第１偏光板１６０ａ、透過軸方向が４５°の第２偏光板１６０ｂ、透過軸方向が９０°の第３偏光板１６０ｃ、透過軸方向が１３５°の第４偏光板１６０ｄにより構成され、透過軸方向が４５°ずつ異なるこれら４つの偏光板１６０ａ〜１６０ｄを用いて、位相が９０°ずつ異なる４通りの干渉縞画像を取得し、該４通りの干渉縞画像を基に位相シフト法により形状計測を行う構成となっている。

【0499】

これに代えて、位相が異なる３通りの干渉縞画像を基に位相シフト法により形状計測を行う場合には、以下のような構成としてもよい。例えば図１９に示すように、フィルタユニット８５Ａ，８６Ａ，８５Ｂ，８６Ｂの第１偏光板１６０ａ、第２偏光板１６０ｂ、第３偏光板１６０ｃ、第４偏光板１６０ｄをそれぞれ、透過軸方向が０°の偏光板、透過軸方向が６０°（又は４５°）の偏光板、透過軸方向が１２０°（又は９０°）の偏光板、計測光（例えば右回りの円偏光）及び参照光（例えば左回りの円偏光）を直線偏光に変換する１／４波長板と、計測光の直線偏光を選択的に透過させる偏光板とを組み合わせたものとした構成としてもよい。ここで、「１／４波長板」及び「偏光板」の組を所謂「円偏光板」とした構成としてもよい。

【0500】

かかる構成によれば、一つの撮像素子による一回の撮像で、１２０°（又は９０°）ずつ位相が異なる３通りの干渉縞画像に加えて、ワークＷの輝度画像を取得することができる。これにより、３通りの干渉縞画像を基に位相シフト法により行う形状計測に加え、輝度画像を基にした計測を組み合せて行うことが可能となる。例えば位相シフト法による形状計測により得られた三次元データに対しマッピングを行うことや、計測領域の抽出を行うこと等が可能となる。結果として、複数種類の計測を組み合せた総合的な判断を行うことができ、計測精度のさらなる向上を図ることができる。

【0501】

尚、図１９に示した例では、第４偏光板１６０ｄとして、円偏光を直線偏光に変換する１／４波長板と、計測光の直線偏光を選択的に透過させる偏光板とを組み合わせたものを採用しているが、これに限らず、計測光のみを選択的に透過させる構成であれば、他の構成を採用してもよい。

【0502】

さらに、第４偏光板１６０ｄを省略した構成としてもよい。つまり、フィルタユニット８５Ａ，８６Ａ，８５Ｂ，８６Ｂの第１偏光板１６０ａ、第２偏光板１６０ｂ、第３偏光板１６０ｃをそれぞれ透過した３つの光と、フィルタユニット８５Ａ，８６Ａ，８５Ｂ，８６Ｂ（偏光板）を介することなく直接入射される１つの光を同時に一つの撮像素子により撮像する構成としてもよい。

【0503】

かかる構成によれば、第４偏光板１６０ｄとして、「１／４波長板」及び「偏光板」の組を配置した上記構成と同様の作用効果が奏される。つまり、一つの撮像素子による一回の撮像で、１２０°（又は９０°）ずつ位相が異なる３通りの干渉縞画像に加えて、ワークＷの輝度画像を取得することができる。

【0504】

尚、計測光（例えば右回りの円偏光）と参照光（例えば左回りの円偏光）とをそのまま撮像したとしても、参照光は既知(予め計測して得ることが可能)であり均一なので撮像後の処理により、この参照光分を取り除く処理や均一光を取り除く処理を行うことにより、計測光の信号を抽出することが可能となる。

【0505】

第４偏光板１６０ｄを省略した構成の利点としては、「１／４波長板」及び「偏光板」の組を配置した構成と比較して、これら「１／４波長板」及び「偏光板」を省略することができるため、光学部品が減り、構成の簡素化や部品点数の増加抑制等を図ることができる。

【0506】

（ｉ）撮像系４Ａ，４Ｂの構成は上記各実施形態に限定されるものではない。例えば上記各実施形態においては、レンズを備えたカメラを使用しているが、必ずしもレンズは必要なく、レンズのないカメラを使用しても上記［数６］の関係式を利用するなどしてピントの合った画像を計算により求めることにより行っても良い。

【0507】

また、上記各実施形態において、「第１分光光学系８１Ａ、１／４波長板ユニット８３Ａ、第１フィルタユニット８５Ａ及び第１カメラ８７Ａ」と「第２分光光学系８２Ａ、１／４波長板ユニット８４Ａ、第２フィルタユニット８６Ａ及び第２カメラ８８Ａ」の両者の位置関係を第１分離用ダイクロイックミラー８０Ａを挟んで入れ替えた構成としてもよいし、「第３分光光学系８１Ｂ、１／４波長板ユニット８３Ｂ、第３フィルタユニット８５Ｂ及び第３カメラ８７Ｂ」と「第４分光光学系８２Ｂ、１／４波長板ユニット８４Ｂ、第４フィルタユニット８６Ｂ及び第４カメラ８８Ｂ」の両者の位置関係を第２分離用ダイクロイックミラー８０Ｂを挟んで入れ替えた構成としてもよい。

【0508】

（ｊ）上記各実施形態では、「第１波長光」、「第２波長光」、「第３波長光」及び「第４波長光」の４つの波長光を同時に用いる構成となっている。つまり、４つの波長光を同時出射すると共に、これらに係る干渉縞画像を同時撮像して、当該画像を基に三次元計測を行う構成となっている。これに限らず、他の構成を採用してもよい。

【0509】

例えば「第１波長光」、「第２波長光」、「第３波長光」及び「第４波長光」の４つの波長光のうち、「第４波長光」を出射せず、「第１波長光」、「第２波長光」及び「第３波長光」の３つの波長光を同時出射すると共に、これらに係る干渉縞画像を同時撮像して、当該画像を基に三次元計測を行う構成としてもよい。

【0510】

同様に、「第１波長光」、「第２波長光」、「第３波長光」及び「第４波長光」の４つの波長光のうち、例えば「第２波長光」及び「第４波長光」を出射せず、「第１波長光」及び「第３波長光」の２つの波長光を同時出射すると共に、これらに係る干渉縞画像を同時撮像して、当該画像を基に三次元計測を行う構成としてもよい。

【0511】

少なくとも第１投光系２Ａ及び第２投光系２Ｂから第１光（「第１波長光」及び／又は「第２波長光」）並びに第２光（「第３波長光」及び／又は「第４波長光」）が同時出射されると共に、これらに係る干渉縞画像を同時撮像する構成となっていれば、従来よりも総体的な撮像時間を短縮でき、計測効率の向上を図ることができる。

【0512】

つまり、撮像時間の短縮を追及しないのであれば、必ずしも「第１波長光」、「第２波長光」、「第３波長光」及び「第４波長光」の４つの波長光を同時に用いる構成となっていなくともよい。例えば「第２波長光」及び「第４波長光」を出射せず、「第１波長光」及び「第３波長光」の２つの波長光を同時出射すると共に、これらに係る干渉縞画像を同時撮像した後、「第１波長光」及び「第３波長光」を出射せず、「第２波長光」及び「第４波長光」の２つの波長光を同時出射すると共に、これらに係る干渉縞画像を同時撮像する構成としてもよい。

【0513】

（ｋ）上記（ｊ）で述べたように、最大で３つの波長光又は２つの波長光しか用いない場合には、使用しない波長光に係る出射機構や撮像機構を上記各実施形態から予め省略した構成の三次元計測装置１（２００，３００）としてもよい。

【0514】

例えば第２波長光を用いない場合においては、第１投光系２Ａから、第２波長光を出射する出射機構（第２発光部５２Ａ、第２光アイソレータ５４Ａ）と、２つの波長光を合成する合成機構（第１合成用ダイクロイックミラー５５Ａ）とを省略した構成としてもよい。同様に、第２波長光を用いない場合においては、第１撮像系４Ａから、所定の出力光を波長分離する分離機構（第１分離用ダイクロイックミラー８０Ａ）と、第２波長光に係る出力光を撮像する撮像機構（第２分光光学系８２Ａ、１／４波長板ユニット８４Ａ、第２フィルタユニット８６Ａ、第２カメラ８８Ａ）を省略した構成としてもよい。

【0515】

（ｌ）上記（ｊ）で述べたように、第１投光系２Ａ及び／又は第２投光系２Ｂにおいて、出射する波長光を常に切替えて使用する構成とした場合（例えば第１投光系２Ａにおいて「第１波長光」又は「第２波長光」のいずれか一方のみを出射する構成とした場合）には、第１撮像系４Ａにおいて、所定の出力光を波長分離する分離機構（第１分離用ダイクロイックミラー８０Ａ）を省略すると共に、第１波長光に係る出力光を撮像する撮像機構又は第２波長光に係る出力光を撮像する撮像機構のうちいずれか一方を省略して、他方を共用する構成としてもよい。

【符号の説明】

【0516】

１…三次元計測装置、２Ａ…第１投光系、２Ｂ…第２投光系、３…干渉光学系、４Ａ…第１撮像系、４Ｂ…第２撮像系、５…制御装置、５１Ａ…第１発光部、５２Ａ…第２発光部、５１Ｂ…第３発光部、５２Ｂ…第４発光部、５３Ａ…第１光アイソレータ、５４Ａ…第２光アイソレータ、５３Ｂ…第３光アイソレータ、５４Ｂ…第４光アイソレータ、５５Ａ…第１合成用ダイクロイックミラー、５６Ａ…第１無偏光ビームスプリッタ、５５Ｂ…第２合成用ダイクロイックミラー、５６Ｂ…第２無偏光ビームスプリッタ、６０…偏光ビームスプリッタ、６０ａ…第１面、６０ｂ…第２面、６０ｃ…第３面、６０ｄ…第４面、６１，６２…１／４波長板、６３…参照面、６４…設置部、８０Ａ…第１分離用ダイクロイックミラー、８１Ａ…第１分光光学系、８３Ａ…１／４波長板ユニット、８５Ａ…第１フィルタユニット、８７Ａ…第１カメラ、８２Ａ…第２分光光学系、８４Ａ…１／４波長板ユニット、８６Ａ…第２フィルタユニット、８８Ａ…第２カメラ、８０Ｂ…第２分離用ダイクロイックミラー、８１Ｂ…第３分光光学系、８３Ｂ…１／４波長板ユニット、８５Ｂ…第３フィルタユニット、８７Ｂ…第３カメラ、８２Ｂ…第４分光光学系、８４Ｂ…１／４波長板ユニット、８６Ｂ…第４フィルタユニット、８８Ｂ…第４カメラ、Ｗ…ワーク。

【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19】