特開 2023-151406 シアリング干渉装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023151406

(43)【公開日】2023-10-16

(54)【発明の名称】シアリング干渉装置

(51)【国際特許分類】

   G01B 9/02098 20220101AFI20231005BHJP

   G01B 11/24 20060101ALI20231005BHJP

【ＦＩ】

G01B9/02098

G01B11/24 D

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022060996

(22)【出願日】2022-03-31

(71)【出願人】

【識別番号】000001960

【氏名又は名称】シチズン時計株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100114018

【弁理士】

【氏名又は名称】南山 知広

(74)【代理人】

【識別番号】100180806

【弁理士】

【氏名又は名称】三浦 剛

(74)【代理人】

【識別番号】100160716

【弁理士】

【氏名又は名称】遠藤 力

(72)【発明者】

【氏名】松本 健志

【テーマコード（参考）】

2F064

2F065

【Ｆターム（参考）】

2F064AA09

2F064CC04

2F064EE08

2F064GG13

2F064GG31

2F064GG33

2F064GG44

2F064HH08

2F064JJ01

2F065AA51

2F065DD03

2F065FF04

2F065FF49

2F065FF51

2F065HH03

2F065HH12

2F065JJ26

2F065LL04

2F065LL31

2F065LL33

2F065LL47

(57)【要約】

【課題】光源から出射された光を光路が相違する複数の光に分離することなく測定対象物の表面の形状を測定可能なシアリング干渉装置を提供することを目的とする。
【解決手段】シアリング干渉装置１は、所定角度で測定対象物１００の表面へ光を照射する光源１０と、印加電圧に応じて光による測定対象物１００の表面からの第１の偏光成分を有する反射光を所定量シアし、光による測定対象物１００の表面からの第２の偏光成分を有する反射光をそのまま透過させる液晶プリズム１５と、液晶プリズムから出射された第１の偏光成分を有する反射光、及び、第２の偏光成分を有する反射光を受光して画像信号を生成する撮像部１７と、画像信号に基づいて、測定対象物の表面の形状情報を検出する検出部２０と、液晶プリズム１５に電圧を印加する電源部１８とを有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

所定角度で測定対象物の表面へ光を照射する光源と、
印加電圧に応じて前記光による測定対象物の表面からの第１の偏光成分を有する反射光を所定量シアし、前記光による測定対象物の表面からの第２の偏光成分を有する反射光をそのまま透過させる液晶プリズムと、
前記液晶プリズムから出射された前記第１の偏光成分を有する反射光、及び、前記第２の偏光成分を有する反射光を受光して画像信号を生成する撮像部と、
前記画像信号に基づいて、測定対象物の表面の形状情報を検出する検出部と、
前記液晶プリズムに電圧を印加する電源部と、
を有することを特徴とするシアリング干渉装置。

【請求項2】

前記液晶プリズムは、第１基板、前記第１基板上に配置された第１電極、前記第１基板と対向する第２基板、前記第２基板上に配置された第２電極、前記第１電極及び前記第２電極間に配置された液晶層を含み、
前記液晶プリズムは、前記第１電極及び前記第２電極間に印加された電圧に応じて、前記液晶層に含まれる液晶分子の配向方向に対して所定の角度を有して入射された前記第１の偏光成分を有する反射光に印加電圧に応じた位相差を発生させることにより、所定量シアする、請求項１に記載のシアリング干渉装置。

【請求項3】

前記光源と測定対象物の表面との間に配置され、前記光源から出射された光の内、Ｓ偏光成分のみを透過する第１偏光板と、
測定対象物の表面と前記撮像部との間に配置され、測定対象物の表面から反射光の内、Ｓ偏光成分のみを透過する第２偏光板と、を更に有する請求項１又は２に記載のシアリング干渉装置。

【請求項4】

前記光源と測定対象物の表面との間に配置され、前記光源から出射された光を平行光とする光学素子と、
測定対象物の表面からの反射光を一旦集光した上で前記撮像部の撮像面上に結像させる結像光学系と、を更に有する請求項１～３の何れか一項に記載のシアリング干渉装置。

【請求項5】

前記液晶プリズムは、前記結像光学系の焦点に配置される、請求項４に記載のシアリング干渉装置。

【請求項6】

前記液晶プリズムは、前記結像光学系の焦点からずらした位置に配置される、請求項４に記載のシアリング干渉装置。

【請求項7】

前記液晶プリズムは、液晶分子の配列に第１のプレチルト角を有する第１の液晶プリズムと、前記第１のプレチルト角と反対方向で同じ角度を有する第２のプレチルト角を有する第２の液晶プリズムとが積層された構造を有する、請求項１～６の何れか一項に記載のシアリング干渉装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、シアリング干渉装置に関する。

【背景技術】

【0002】

光源から出射された光を測定対象物の表面に照射される測定光と参照光とに分光し、分光した測定光及び参照光を干渉させて発生する干渉縞を解析することで、測定対象物の表面の形状を検査する技術が知られている（例えば、特許文献１及び２を参照）。

【0003】

特許文献１に記載される形状検査装置は、測定光を測定対象物に照射し、測定対象物で反射された反射光と、ホログラム原器に参照光を入射して回折した再生光とを干渉させて生成される干渉縞を解析して測定対象物の表面の形状を検査する。特許文献１に記載される形状検査装置は、反射光と再生光とを干渉させて生成される干渉縞を解析して測定対象物の表面の形状を検査することで、凹凸の高さが大きく非球面度の高い測定対象物において表面形状の誤差を検査することができる。

【0004】

また、特許文献２に記載される斜入射干渉装置は、測定対象物に照射された測定光と参照光と偏光させ且つ合成した合成光を分割した分割光を互いに異なる量だけ位相シフトして生成した干渉縞から位相シフト法により測定対象物の表面の形状を算出する。特許文献２に記載される斜入射干渉装置は、測定光と参照光とを干渉させて生成した分割光を異なる量だけ位相シフトして干渉縞を使用することで、機械的な可動部分を使用することなく位相シフト法により測定対象物の表面の形状を算出することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第５８１７２１１号公報

【特許文献2】特開２００８－３２６９０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、特許文献１及び２に記載される技術は、光源から出射された光を測定光及び参照光に分岐し且つ測定光及び参照光を合成するため、光学素子等の部品点数が増加すると共に光学素子を高精度に配置するので、製造コストが増加するおそれがある。また、特許文献１及び２に記載される技術では、分離された測定光及び参照光の光路が相違するため、光路に配置される光学素子の特性の差異及び環境因子によって、干渉縞の揺らぎが発生し、検出精度が低下するおそれがある。

【0007】

本発明は、このような課題を解決するものであり、光源から出射された光を光路が相違する複数の光に分離することなく測定対象物の表面の形状を測定可能なシアリング干渉装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明に係るシアリング干渉装置は、所定角度で測定対象物の表面へ光を照射する光源と、印加電圧に応じて光による測定対象物の表面からの第１の偏光成分を有する反射光を所定量シアし、光による測定対象物の表面からの第２の偏光成分を有する反射光をそのまま透過させる液晶プリズムと、液晶プリズムから出射された第１の偏光成分を有する反射光、及び、第２の偏光成分を有する反射光を受光して画像信号を生成する撮像部と、画像信号に基づいて、測定対象物の表面の形状情報を検出する検出部と、液晶プリズムに電圧を印加する電源部とを有する。

【0009】

また、本発明に係るシアリング干渉装置では、液晶プリズムは、第１基板、第１基板上に配置された第１電極、第１基板と対向する第２基板、第２基板上に配置された第２電極、第１電極及び第２電極間に配置された液晶層を含み、液晶プリズムは、第１電極及び第２電極間に印加された電圧に応じて、液晶層に含まれる液晶分子の配向方向に対して所定の角度を有して入射された第１の偏光成分を有する反射光に印加電圧に応じた位相差を発生させることにより、所定量シアすることが好ましい。

【0010】

また、本発明に係るシアリング干渉装置は、光源と測定対象物の表面との間に配置され、光源から出射された光の内、Ｓ偏光成分のみを透過する第１偏光板と、測定対象物の表面と撮像部との間に配置され、測定対象物の表面から反射光の内、Ｓ偏光成分のみを透過する第２偏光板とを更に有することが好ましい。

【0011】

また、本発明に係るシアリング干渉装置は、光源と測定対象物の表面との間に配置され、光源から出射された光を平行光とする光学素子と、測定対象物の表面からの反射光を一旦集光した上で撮像部の撮像面上に結像させる結像光学系と、を更に有することが好ましい。

【0012】

また、本発明に係るシアリング干渉装置では、液晶プリズムは、結像光学系の焦点に配置されることが好ましい。

【0013】

また、本発明に係るシアリング干渉装置では、液晶プリズムは、結像光学系の焦点からずらした位置に配置されることが好ましい。

【0014】

また、本発明に係るシアリング干渉装置では、液晶プリズムは、液晶分子の配列に第１のプレチルト角を有する第１の液晶プリズムと、第１のプレチルト角と反対方向で同じ角度を有する第２のプレチルト角を有する第２の液晶プリズムとが積層された構造を有することが好ましい。

【発明の効果】

【0015】

本発明に係るシアリング干渉装置は、光源から出射された光を光路が相違する複数の光に分離することなく測定対象物の表面の形状を測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】実施形態に係るシアリング干渉装置のブロック図である。

【図2】（ａ）は図１に示す液晶プリズムの正面図であり、（ｂ）は図１に示す液晶プリズムの背面図である。

【図3】（ａ）は図１に示す液晶プリズムが有する液晶の正面図であり、（ｂ）は電圧が印加されることに応じて図１に示す液晶プリズムに生じる電界と液晶の傾きとの関係を示す図であり、（ｃ）は図１に示す液晶プリズムの液晶と屈折率との関係を示す図である。

【図4】（ａ）は図１に示す液晶プリズムに印加される電圧とリタデーションとの関係を示す図であり、（ｂ）は図４（ａ）に示す破線Ａで囲まれた部分の拡大図である。

【図5】図１に示す検出部のブロック図である。

【図6】図５に示す検出部による検出処理のフローチャートである。

【図7】Ｓ偏光成分及びＰ偏光成分の反射率を示す図である。

【図8】（ａ）は図１に示すシアリング干渉装置における液晶プリズムの配置を示す図であり、（ｂ）は変形例に係るシアリング干渉装置における液晶プリズムの配置を示す図である。

【図9】他の変形例に係るシアリング干渉装置のブロック図である。

【図10】（ａ）は図９に示す第１液晶プリズムの断面図であり、（ｂ）は図９に示す第２液晶プリズムの断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、図面を参照して、シアリング干渉装置について説明する。但し、本発明の技術的範囲はそれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ点に留意されたい。

【0018】

（実施形態に係るシアリング干渉装置の構成及び機能）
図１は、実施形態に係るシアリング干渉装置のブロック図である。

【0019】

シアリング干渉装置１は、光源１０と、コリメートレンズ１１と、第１偏光板１２と、第１結像レンズ１３と、第２結像レンズ１４と、液晶プリズム１５と、第２偏光板１６と、撮像部１７と、電源部１８と、検出部２０とを有する斜入射シアリング干渉装置である。シアリング干渉装置１は、測定対象物１００の表面に光を照射し、測定対象物１００の表面から反射した反射光を液晶プリズム１５によって所定量シア（横ずらし）することで、一例では測定対象物１００の表面の形状を検出する。測定対象物１００は、例えば工作機械等のベッドの表面等のきさげ加工が施された面である。

【0020】

光源１０は、例えば半導体レーザ又は発光ダイオードであり、所定角度で測定対象物表面へ光を照射する。光源１０は、具体的には、ファブリペローレーザ、スーパールミネッセンスダイオード等であることが好ましい。光源１０は、検出部２０から出射開始信号が入力されることに応じて、所定角度での測定対象物１００の表面への光の照射を開始する。また、光源１０は、検出部２０から出射停止信号が入力されることに応じて、測定対象物１００の表面への光の照射を停止する。

【0021】

コリメートレンズ１１は、光源１０と測定対象物１００の表面との間に配置された凸レンズであり、光源１０から出射された光をコリメート光、すなわち平行光とする光学素子である。第１偏光板１２は、光源１０及びコリメートレンズ１１と測定対象物１００の表面との間に配置される。第１偏光板１２は、光源１０から出射され且つコリメートレンズ１１を透過した平行光の内、Ｓ偏光成分のみを透過し、透過したＳ偏光成分を測定対象物１００の表面に照射する。

【0022】

第１結像レンズ１３は、測定対象物１００の表面と撮像部１７との間に配置された凸レンズであり、測定対象物１００の表面からの反射光を集光する。第２結像レンズ１４は、測定対象物１００の表面及び第１結像レンズ１３と撮像部１７との間に配置された凸レンズであり、第１結像レンズ１３によって集光された反射光を平行光として撮像部１７に出射する。第１結像レンズ１３及び第２結像レンズ１４は、測定対象物１００の表面からの反射光を一旦集光した上で撮像部１７の撮像面上に結像させる結像光学系を形成する。

【0023】

液晶プリズム１５は、第１結像レンズ１３の焦点位置に配置される液晶装置である。液晶プリズム１５は、印加電圧に応じて、光源１０から照射される光による測定対象物１００の表面からの第１の偏光成分Ｃ１を有する反射光を所定量シアすると共に、測定対象物１００の表面からの第２の偏光成分Ｃ２を有する反射光をそのまま透過させる。

【0024】

図２（ａ）は液晶プリズム１５の正面図であり、図２（ｂ）は液晶プリズム１５の背面図である。図３（ａ）は、液晶プリズム１５が有する液晶の正面図である。図３（ｂ）は、電圧が印加されることに応じて液晶プリズム１５に生じる電界と液晶の傾きとの関係を示す図である。図３（ｃ）は、液晶プリズム１５の液晶と屈折率との関係を示す図である。

【0025】

液晶プリズム１５は、液晶分子４０と、第１基板４１と、第２基板４２と、第１電極４３と、第２電極４４とを有し、液晶４０を含む液晶層４０ａと第１電極４３及び第２電極４４との間には不図示の配向膜が形成される。また、液晶４０の長軸は、配向膜形成後のラビングによりラビング軸の軸方向に沿って整列するように配列される。液晶プリズム１５は、電源部１８から第１電極４３と第２電極４４との間に交流電圧が印加されることに応じて、液晶分子４０の傾きを変化させる。液晶プリズム１５は、第１電極４３及び第２電極４４間に印加された電圧に応じて、液晶分子４０の配向方向に対して所定の角度を有して入射された第１の偏光成分Ｃ１を有する反射光に印加電圧に応じた位相差を発生させることにより、所定量シアする。

【0026】

液晶プリズム１５は、Ｓ偏光成分である反射光の偏光方向に対して液晶分子４０の長手方向が４５°傾斜するように配置される。液晶プリズム１５は、反射光の液晶分子４０の長手方向に対応する第１の偏光成分Ｃ１を所定量シアすると共に、反射光の液晶分子４０の短手方向に対応する第２の偏光成分Ｃ２をそのまま透過させる。液晶プリズム１５は、第１電極４３及び第２電極４４間に印加された電圧に応じて、液晶分子４０の配向方向に対して所定の角度を有して入射された第１の偏光成分Ｃ１を有する反射光に印加電圧に応じた位相差を発生させることにより、所定量シアする。液晶プリズム１５は、反射光の偏光方向に対して液晶分子４０の長手方向が４５°傾斜するように配置されるので、シアされる第１の偏光成分Ｃ１の大きさは、シアされることなくそのまま透過される第２の偏光成分Ｃ２の大きさと等しい。

【0027】

液晶分子４０は、例えばネマティック液晶により形成され、液晶分子４０が含まれる液晶層４０ａに印加される電圧に応じて、ネマティック液晶の分極が変化することで、電圧の印加方向に沿って傾く。液晶分子４０は、第１電極４３及び第２電極４４間に配置された液晶層４０ａに含まれ、ホモジニアス配向され、第１電極４３と第２電極４４との間に電圧が印加されていないとき、第１基板４１及び第２基板４２の延伸方向に対してプレチルト角θ_P傾斜して配置される。液晶分子４０の長手方向の屈折率は、異常光線屈折率ｎ_eとも称され、常光線屈折率ｎ_oとも称される短手方向の屈折率よりも大きい。液晶分子４０は、第１電極４３と第２電極４４との間に電圧が印加される電圧が増加することに応じて、電界の方向、すなわち第１基板４１及び第２基板４２の延伸方向に直交する方向に向くような形で長手方向が立ち上がる。

【0028】

液晶分子４０は、第１電極４３と第２電極４４との間に電圧が印加されて、第１電極４３と第２電極４４との間に電界Ｅ１が生じることによって、プレチルト角θ_Pよりも傾斜を増加させる。また、液晶分子４０は、第１電極４３と第２電極４４との間に更に高い電圧が印加されて、第１電極４３と第２電極４４との間に電界Ｅ１よりの高い電界Ｅ２が生じることによって、傾斜を更に増加させる。液晶分子４０が傾斜を増加させることに応じて、液晶分子４０の屈折率は、異常光線屈折率ｎ_eから常光線屈折率ｎ_oに近づくように減少する。一方向に隣接して配置される複数の第１電極に印加される電圧を徐々に減少させることで、液晶プリズム１５は、屈折率が徐々に減少するプリズムとして機能することができる。

【0029】

第１基板４１及び第２基板４２は、ガラス基板等の透明基板であり、矩形状の平面形状を有する。第１基板４１の表面には、マトリックス状に配置される複数の第１電極４３が配置され、第２基板４２の表面には、全面に亘って第２電極４４が配置される。第１電極４３及び第２電極４４は、ＩＴＯ等の透明な導電性部材であり、電源部１８に電気的に接続され、電源部１８から交流電圧が印加される。第１電極４３は、第１基板４１の一対の辺に平行な方向である第１方向、及び第１方向に直交する第２方向のそれぞれに均等なピッチで配列される。なお、液晶プリズム１５は、マトリックス状の第１電極４３を有するが、第１電極４３は、第１方向に延伸する短冊状の複数の電極、及び第２方向に延伸する短冊状の複数の電極が積層されて配置される構造であってもよい。また、液晶プリズム１５は、第１方向に延伸する短冊状の複数の第１電極と、第２方向に延伸する短冊状の複数の第２電極とを有してもよい。

【0030】

図４（ａ）は液晶プリズム１５に印加される電圧とリタデーションとの関係を示す図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）に示す破線Ａで囲まれた部分の拡大図である。図４（ａ）及び４（ｂ）において、横軸は印加される電圧の実行値であり、縦軸はリタデーションを示す。

【0031】

液晶プリズム１５は、波形Ｗ１０１で示すように、第１電極４３と第２電極４４との間に印加される電圧が１．３Ｖを超えるとリタデーションは減少し始める。第１電極４３と第２電極４４との間に印加される電圧が１．３Ｖ以上であり且つ２．８Ｖ以下であるとき、波形Ｗ１０２で示すように、リタデーションは、略線形に減少する。第２電極４４との間に印加される電圧が１．３Ｖ以上であり且つ２．８Ｖ以下である範囲において、印加電圧とリタデーションとの関係は、波形Ｗ１０３に示すように線形近似することができる。線形近似された波形Ｗ１０３の直線の関係を使用することで、所望のリタデーションとなる印加電圧を規定することができる。

【0032】

第２偏光板１６は、測定対象物１００の表面と撮像部１７との間に配置され、測定対象物１００の表面から反射され且つ第２結像レンズ１４を透過した反射光の内、Ｓ偏光成分のみを透過する。第２偏光板１６が反射光の内、Ｓ偏光成分のみを透過することで、Ｓ偏光成分以外の反射光の成分が除去されて、偏光成分である反射光の第１の偏光成分Ｃ１及び第２の偏光成分Ｃ２のコントラストが向上する。

【0033】

撮像部１７は、電荷結合素子Charge Coupled Device（ＣＣＤ）型又は相補性金属酸化膜半導体（Complementary Metal Oxide Semiconductor、ＣＭＯＳ）型の撮像素子がアレイ状に配置された撮像面を有する。撮像部１７は、液晶プリズム１５から出射された第１の偏光成分Ｃ１を有する反射光、及び、第２の偏光成分Ｃ２を有する反射光を撮像面で受光して、撮像面で受光した反射光に応じた画像信号を生成し、生成した画像信号を検出部２０に出力する。

【0034】

電源部１８は、整流回路及び降圧回路を有し、商用電源が供給される交流電圧を所定の周波数の交流電圧に変換し、検出部２０から入力される電圧指示信号に応じた電圧を液晶プリズム１５の第１電極４３と第２電極４４との間に印加する。電源部１８は、第１電圧指示信号が検出部２０から入力されると、図２（ａ）及び３（ａ）に示す第１方向に複数のプリズムが形成されるように、液晶プリズム１５の第１基板４１及び第２基板４２に電圧を印加する。また、電源部１８は、第２電圧指示信号が検出部２０から入力されると、図２（ａ）及び３（ａ）に示す第２方向に複数のプリズムが形成されるように、液晶プリズム１５の第１基板４１及び第２基板４２に電圧を印加する。

【0035】

図５は、検出部２０のブロック図である。

【0036】

検出部２０は、通信部２１と、記憶部２２と、入力部２３と、出力部２４と、処理部３０とを有する。通信部２１、記憶部２２、入力部２３、出力部２４及び処理部３０は、バス２５を介して互いに接続される。検出部２０は、撮像部１７から入力される画像信号に基づいて、測定対象物１００の表面の形状情報を検出する。

【0037】

通信部２１は、ＵＳＢなどの有線の通信インターフェース回路を有する。通信部２１は、配線１９を介して光源１０、液晶プリズム１５、撮像部１７及び電源部１８と通信を行う。

【0038】

記憶部２２は、少なくとも一つの半導体記憶装置を備え、処理部３０での処理に用いられるオペレーティングシステムプログラム、ドライバプログラム、アプリケーションプログラム、データ等を記憶する。例えば、記憶部２２は、アプリケーションプログラムとして、測定対象物１００の表面の形状情報を検出する検出処理を処理部３０に実行させるための検出プログラムを記憶する。検出プログラムは、例えばＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ等のコンピュータ読み取り可能な可搬型記録媒体から、公知のセットアッププログラム等を用いて記憶部２２にインストールされてもよい。

【0039】

入力部２３は、データの入力が可能であればどのようなデバイスでもよく、例えば、タッチパネル、キーボード等である。不図示のオペレータは、入力部２３を用いて、文字、数字、記号等を入力することができる。入力部２３は、オペレータにより操作されると、その操作に対応する信号を生成する。そして、生成された信号は、オペレータの指示として、処理部３０に供給される。

【0040】

出力部２４は、映像や画像等の表示が可能であればどのようなデバイスでもよく、例えば、液晶ディスプレイ又は有機ＥＬ（Electro－Luminescence）ディスプレイ等である。出力部２４は、処理部３０から供給された映像データに応じた映像や、画像データに応じた画像等を表示する。また、出力部２４は、紙などの表示媒体に、映像、画像又は文字等を印刷する出力装置であってもよい。

【0041】

処理部３０は、一又は複数個のプロセッサ及びその周辺回路を有する。処理部３０は、検出部２０の全体的な動作を統括的に制御するものであり、例えば、ＣＰＵである。処理部３０は、記憶部２２に記憶されているプログラム（ドライバプログラム、オペレーティングシステムプログラム、アプリケーションプログラム等）に基づいて処理を実行する。また、処理部３０は、複数のプログラム（アプリケーションプログラム等）を並列に実行できる。

【0042】

処理部３０は、光源制御部３１と、電圧指示部３２と、画像信号取得部３３と、形状情報演算部３４と、形状情報出力部３５とを有する。これらの各部は、処理部３０が備えるプロセッサで実行されるプログラムにより実現される機能モジュールである。あるいは、これらの各部は、ファームウェアとして検出部２０に実装されてもよい。

【0043】

（実施形態に係る検出部による検出処理）
図６は、検出部２０による検出処理のフローチャートである。図６に示す検出処理は、予め記憶部２２に記憶されているプログラムに基づいて、主に処理部３０により検出部２０の各要素と協働して実行される。

【0044】

まず、光源制御部３１は、光の出射を開始することを示す出射開始信号を光源１０に出力する（Ｓ１０１）。光源１０は、出射開始信号が入力されることに応じて、所定角度での測定対象物１００の表面への光の照射を開始する。

【0045】

次いで、電圧指示部３２は、第１電圧指示信号を電源部１８に出力する（Ｓ１０２）。電源部１８は、第１電圧指示信号が入力されることに応じて、図２（ａ）及び２（ｃ）に示す第１方向に複数のプリズムが形成されるように、液晶プリズム１５の第１基板４１及び第２基板４２に電圧を印加する。

【0046】

次いで、画像信号取得部３３は、撮像部１７から入力される第１画像信号を取得する（Ｓ１０３）。第１画像信号に対応する画像は、図２（ａ）及び２（ｃ）に示す第１方向に複数のプリズムが形成されたときの干渉縞を含む。第１画像信号に対応する画像に含まれる干渉縞は、図２（ａ）及び２（ｃ）に示す第１方向に対応する方向における測定対象物１００の表面の凹凸を示す。

【0047】

次いで、形状情報演算部３４は、Ｓ１０３の処理で取得された第１画像信号から図２（ａ）及び２（ｃ）に示す第１方向に対応する方向における測定対象物１００の表面の凹凸を示す第１形状情報を演算する（Ｓ１０４）。第１の偏光成分Ｃ１を有する反射光が液晶プリズム１５によりシアされるシア量Ｓは、測定対象物１００の表面を形状情報演算部３４が演算するときの解像度に対応する。第１の偏光成分Ｃ１の光路Ｗ_nと第２の偏光成分Ｃ２の光路Ｗ_n-との光路差（Ｗ_n－Ｗ_n-1）は、測定対象物１００の表面の位置Ｓ_nと図２（ａ）及び２（ｃ）に示す第１方向に対応する方向に位置Ｓ_nからシア量Ｓ離隔した位置である位置Ｓ_n+1との間の高さの差である。形状情報演算部３４は、第１画像信号に対応される画像に含まれる干渉縞の位相分布から位相シフト法等の公知の演算方法により光路差（Ｗ_n－Ｗ_n-1）を演算し、演算した光路差（Ｗ_n－Ｗ_n-1）を順次加算することで、第１形状情報を演算する。なお、形状情報演算部３４は、演算した光路差（Ｗ_n－Ｗ_n-1）を順次加算する演算手法に代えて、フーリエ変換及びフーリエ逆変換を組み合わせた演算手法により第１形状情報を演算してもよく、２次元フーリエ変換を使用する演算手法により第１形状情報を演算してもよい。

【0048】

なお、位相シフト法により光路差（Ｗ_n－Ｗ_n-1）を演算するとき、液晶プリズム１５に印加する電圧を一律に増加又は減少させることにより、位相シフトした反射光を液晶プリズム１５によって生成し、生成した反射光を撮像部１７に照射する。

【0049】

次いで、電圧指示部３２は、第２電圧指示信号を電源部１８に出力する（Ｓ１０５）。電源部１８は、第２電圧指示信号が入力されることに応じて、図２（ａ）及び２（ｃ）に示す第２方向に複数のプリズムが形成されるように、液晶プリズム１５の第１基板４１及び第２基板４２に電圧を印加する。

【0050】

次いで、画像信号取得部３３は、撮像部１７から入力される第２画像信号を取得する（Ｓ１０６）。第２画像信号に対応する画像は、図２（ａ）及び２（ｃ）に示す第２方向に複数のプリズムが形成されたときの干渉縞を含む。第２画像信号に対応する画像に含まれる干渉縞は、図２（ａ）及び２（ｃ）に示す第２方向に対応する方向における測定対象物１００の表面の凹凸を示す。

【0051】

次いで、形状情報演算部３４は、Ｓ１０６の処理で取得された第１画像信号から図２（ａ）及び２（ｃ）に示す第２方向に対応する方向における測定対象物１００の表面の凹凸を示す第２形状情報を演算する（Ｓ１０７）。Ｓ１０７の処理は、第１形状情報を演算するＳ１０４の処理と同様なので、詳細な説明は省略する。

【0052】

次いで、形状情報演算部３４は、Ｓ１０４の処理で演算された第１形状情報及びＳ１０７の処理で演算された第２形状情報に基づいて、測定対象物１００の表面の形状情報を演算する（Ｓ１０８）。形状情報演算部３４は、第１形状情報及び第２形状情報に対応する図２（ａ）及び２（ｃ）に示す第１方向及び第１方向に直交する第２方向に対応する方向における測定対象物１００の表面の凹凸を合成する。形状情報演算部３４は、第１方向及び第２方向に対応する方向における測定対象物１００の表面の凹凸を合成することで、測定対象物１００の表面の２次元形状を演算し、演算した２次元形状を示す２次元情報を形状情報として記憶部２２に記憶する。

【0053】

次いで、形状情報出力部３５は、Ｓ１０８の処理で演算された形状情報を示す形状情報信号を出力部２４に出力する（Ｓ１０９）。出力部２４は、形状情報信号が入力されることに応じて、測定対象物１００の表面の形状情報を示す画像を表示する。

【0054】

そして、光源制御部３１は、光の出射を停止することを示す出射停止信号を光源１０に出力する（Ｓ１１０）。光源１０は、出射停止信号が入力されることに応じて、測定対象物１００の表面への光の照射を停止する。

【0055】

（実施形態に係るシアリング干渉装置の作用効果）
シアリング干渉装置１は、測定対象物１００の表面の形状情報を検出するときに、所定角度で測定対象物１００の表面へ光を照射するので、正反射率を高くなり、撮像部１７に入射する反射光の光量が多くなり、生成される画像信号のＳＮ比を高くできる。

【0056】

また、シアリング干渉装置１は、液晶プリズム１５によって第１の偏光成分Ｃ１を有する反射光をシアして、第２の偏光成分Ｃ２を有する反射光に対して位相シフトすることで干渉縞を発生させるので、平坦性が高い参照平面は使用することはない。シアリング干渉装置１は、平坦性が高い参照平面の面積を増加することなく、測定面積を増加することができるので、検出コストが低減できる。

【0057】

また、シアリング干渉装置１は、液晶プリズム１５によって第１の偏光成分Ｃ１を有する反射光をシアすると共に位相シフトすることで、撮像部１７に入射する２つの反射光を生成する。第１の偏光成分Ｃ１を有する反射光及び第２の偏光成分Ｃ２を有する反射光は、液晶プリズム１５から撮像部１７まで同一の光路を伝送するため、２つの反射光を分岐及び合成することなく、製造コストを低減することができる。また、第１の偏光成分Ｃ１を有する反射光及び第２の偏光成分Ｃ２を有する反射光は、同一の光路を伝送するため、路に配置される光学素子の特性の差異及び環境因子によって、干渉縞の揺らぎが発生し、検出精度が低下するおそれは低い。

【0058】

また、シアリング干渉装置１は、第１偏光板１２によってＳ偏光成分のみを測定対象物１００の表面に照射するので、正反射率を更に高くことができる。

【0059】

図７は、Ｓ偏光成分及びＰ偏光成分の反射率を示す図である。図７において、横軸は入射角を示し、縦軸は反射率を示す。

【0060】

Ｓ偏光成分の反射率は、何れの入射角で測定対象物１００に入射した場合でもＰ偏光成分の反射率以上となるため、Ｓ偏光成分のみを測定対象物１００の表面に照射することで、シアリング干渉装置１は、正反射率を更に高くことができる。また、シアリング干渉装置１は、測定対象物１００に入射するＳ偏光成分の入射角を大きくすることで、正反射率を更に高くことができる。

【0061】

また、シアリング干渉装置１は、シア量は液晶プリズム１５に印加する電圧により制御可能なので、測定対象物１００の表面の形状に応じて最適なシア量を選択することができる。さらに、シアリング干渉装置１は、液晶プリズム１５に印加する電圧を一律に増加又は減少させることにより、シア量を選択する機能に加えて、反射光の位相をシフトさせる機能を液晶プリズム１５によって実現させることができる。シアリング干渉装置１は、位相をシフトさせた反射光を液晶プリズム１５によって生成することで、位相シフト法による第１形状情報及び第２形状情報の演算に使用される反射光を、光学素子を追加することなく撮像部１７に照射することができる。

【0062】

（実施形態に係るシアリング干渉装置の変形例）
シアリング干渉装置１では、液晶プリズム１５は、第１結像レンズ１３の焦点位置に配置されるが、実施形態に係るシアリング干渉装置では、液晶プリズム１５は、第１結像レンズ１３の焦点位置からずらして配置されてもよい。

【0063】

図８（ａ）はシアリング干渉装置１における液晶プリズム１５の配置を示す図であり、図８（ｂ）は変形例に係るシアリング干渉装置における液晶プリズム１５の配置を示す図である。

【0064】

シアリング干渉装置１では、第１結像レンズ１３の焦点位置に配置されるので、反射光Ｌｒが照射される液晶プリズム１５の照射面の面積が小さくなる。シアリング干渉装置１では、反射光Ｌｒが照射される液晶プリズム１５の照射面の面積が小さくなるので、液晶プリズム１５の第１電極４３の形状及び第１電極４３の間の空隙の影響によりプリズム面にひずみが生じるおそれがある。一方、変形例に係るシアリング干渉装置では、液晶プリズム１５を第１結像レンズ１３の焦点位置からずらして配置することで、反射光Ｌｒが照射される液晶プリズム１５の照射面の面積が大きくなる。変形例に係るシアリング干渉装置では、反射光Ｌｒが照射される液晶プリズム１５の照射面の面積が大きくなるので、液晶プリズム１５の第１電極４３の形状及び第１電極４３の間の空隙の影響によりプリズム面にひずみが生じるおそれを低くできる。なお、変形例に係るシアリング干渉装置では、液晶プリズム１５を第１結像レンズ１３の焦点位置からずらして配置することで、画像に含まれる干渉縞に焦点位置からのずれに比例した球面項が重畳されるが、重畳された球面項は、演算時に除去可能である。

【0065】

また、シアリング干渉装置１は、単一の液晶プリズム１５を有するが、実施形態に係るシアリング干渉装置は、重畳して配置される複数の液晶プリズムを有してもよい。

【0066】

図９は、他の変形例に係るシアリング干渉装置のブロック図である。

【0067】

シアリング干渉装置２は、液晶プリズム５０を液晶プリズム１５の代わりに有することがシアリング干渉装置１と相違する。液晶プリズム５０以外のシアリング干渉装置２の構成要素の構成及び機能は、同一符号が付されたシアリング干渉装置１の構成要素の構成及び機能と同一なので、ここでは詳細な説明は省略する。液晶プリズム５０は、互いに重畳して配置される第１液晶プリズム５１及び第２液晶プリズム５２を有する。

【0068】

図１０（ａ）は第１液晶プリズム５１の断面図であり、図１０（ｂ）は第２液晶プリズム５２の断面図である。

【0069】

第１液晶プリズム５１は、第１基板４１と第２基板４２との間の距離である液晶ギャップが液晶プリズム１５の半分であることが液晶プリズム１５と相違する。液晶ギャップ以外の第１液晶プリズム５１の構成及び機能は、液晶プリズム１５の構成及び機能と同一なので、ここでは詳細な説明は省略する。

【0070】

第２液晶プリズム５２は、液晶のプレチルト角の傾斜方向が第１液晶プリズム５１と反対であることが第１液晶プリズム５１と相違する。液晶のプレチルト角の傾斜方向以外の第２液晶プリズム５２の構成及び機能は、第１液晶プリズム５１の構成及び機能と同一なので、ここでは詳細な説明は省略する。

【0071】

シアリング干渉装置２では、プレチルト角の傾斜方向が反対である第１液晶プリズム５１及び第２液晶プリズム５２を重畳して配置することで、プレチルト角による位相分布の入射角度依存性をキャンセルすることができる。

【0072】

また、第１液晶プリズム５１及び第１液晶プリズム５１の液晶ギャップは、液晶プリズム１５の液晶ギャップの半分であるので、液晶プリズム５０は、反射光が入射する入射面の均一性が液晶プリズム１５よりも向上する。また、液晶プリズム５０は、液晶プリズム５０は、応答速度を速くなり、シアリング干渉装置２による測定対象物１００は、シアリング干渉装置１よりも測定対象物１００の表面の形状検出処理を高速化することができる。

【符号の説明】

【0073】

１、２ シアリング干渉装置
１０ 光源
１１ コリメートレンズ
１２ 第１偏光板
１３ 第１結像レンズ
１４ 第２結像レンズ
１５、５０ 液晶プリズム
１６ 第２偏光板
１７ 撮像部
１８ 電源部
２０ 検出部
１００ 測定対象物

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】