特許 7107434 干渉画像撮像装置

(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】

(24)【登録日】2022-07-19

(45)【発行日】2022-07-27

(54)【発明の名称】干渉画像撮像装置

(51)【国際特許分類】

   G01B 9/02 20220101AFI20220720BHJP

【ＦＩ】

G01B9/02

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2021515791

(86)(22)【出願日】2020-01-17

(86)【国際出願番号】 JP2020001604

(87)【国際公開番号】W WO2020217606

(87)【国際公開日】2020-10-29

【審査請求日】2021-06-17

(31)【優先権主張番号】PCT/JP2019/017907

(32)【優先日】2019-04-26

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000001993

【氏名又は名称】株式会社島津製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100104433

【弁理士】

【氏名又は名称】宮園 博一

(72)【発明者】

【氏名】畠堀 貴秀

(72)【発明者】

【氏名】田窪 健二

(72)【発明者】

【氏名】吉田 康紀

【審査官】櫻井 仁

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１７／２２１３２４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特表２０１２－５３０９０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１１－５１３７０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－０２５７３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－２１８１６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／００５６２１２（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｂ ９／０２

Ｇ０１Ｂ １１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

対象物の測定領域にレーザ光源からの照射光を照射する照射部と、
前記対象物の互いに異なる位置の点または領域から反射または透過された前記照射光を第１の光束と第２の光束とに分けて透過し、透過した前記第１の光束と前記第２の光束とを干渉させる光学部材と、
前記光学部材を透過し、干渉された前記第１の光束および前記第２の光束の強度パターンを撮像する撮像部と、
前記光学部材の少なくとも一部を回動させる回動機構と、を備え、
前記光学部材は、第１光学部材と、前記第１光学部材に対向するように配置された第２光学部材と、前記第２光学部材が設けられる側と反対側において前記第１光学部材と対向するように配置された第３光学部材とを含み、
前記回動機構は、前記第１光学部材または前記第３光学部材の少なくとも一方を回動させることにより、前記第１の光束と前記第２の光束の相対角度を変更させるように構成されており、
前記第１光学部材および前記第２光学部材は、前記第２の光束を透過させて前記第２の光束の位相を変化させるように構成されている、干渉画像撮像装置。

【請求項2】

対象物の測定領域にレーザ光源からの照射光を照射する照射部と、
前記対象物の互いに異なる位置の点または領域から反射または透過された前記照射光を第１の光束と第２の光束とに分けて透過し、透過した前記第１の光束と前記第２の光束とを干渉させる光学部材と、
前記光学部材を透過し、干渉された前記第１の光束および前記第２の光束の強度パターンを撮像する撮像部と、を備え、
前記光学部材は、互いに対向するように配置された第１光学部材と第２光学部材とを含み、
前記光学部材は、前記第１光学部材または前記第２光学部材のうち少なくとも一方から構成され、前記第１の光束を透過させて入射光の向きに対して出射光の向きを変更させる第１部分と、前記第１光学部材および前記第２光学部材から構成され、前記第２の光束を透過させて前記第１の光束に対する前記第２の光束の位相を変化させる第２部分とを有する、干渉画像撮像装置。

【請求項3】

前記第１光学部材および前記第２光学部材のうち少なくとも一方は、前記第１部分および前記第２部分が一体化された複合レンズ対を含む、請求項２に記載の干渉画像撮像装置。

【請求項4】

前記第１光学部材および前記第２光学部材は、前記第１部分が外側に設けられ、前記第２部分が内側に設けられている、請求項２に記載の干渉画像撮像装置。

【請求項5】

前記光学部材は、前記第１部分と前記第２部分とが隣接する境界部分に遮光部材が設けられている、請求項２に記載の干渉画像撮像装置。

【請求項6】

前記光学部材は、前記対象物から反射した前記照射光を前記撮像部へ入射させる光学系の開口絞りの位置に近接して配置されている、請求項２に記載の干渉画像撮像装置。

【請求項7】

前記光学部材は、前記照射光の入射方向から視て円環状の前記第１部分が円形の前記第２部分を取り囲むように隣接して配置されている、請求項２に記載の干渉画像撮像装置。

【請求項8】

前記第１光学部材の前記第１部分の前記第２光学部材に対向する面と、前記第１光学部材の前記第２部分と前記第２光学部材の前記第２部分の対向する面とが、前記照射光の入射方向に直交する方向に対して傾斜するように設けられているとともに、前記第１光学部材の前記第２部分と前記第２光学部材の前記第２部分との互いに対向する面同士が略平行に設けられている、請求項２に記載の干渉画像撮像装置。

【請求項9】

前記第１光学部材は、前記照射光の入射方向から視て、前記第２部分が円形形状に形成されており、前記第１部分は円錐の頭部を除いた側面形状でかつ、先端が前記第２部分に接続するように形成されている、請求項２に記載の干渉画像撮像装置。

【請求項10】

前記第１光学部材は、前記照射光の入射方向から視て、前記第１部分は多角錐の頭部を除いた側面形状に形成されている、請求項２に記載の干渉画像撮像装置。

【請求項11】

前記光学部材は、前記第１光学部材と対向するように配置される第３光学部材を含み、
前記第１光学部材の前記第２部分の前記第２光学部材に対向する面と、前記第２光学部材の前記第２部分の前記第１光学部材に対向する面とが、前記照射光の入射方向に直交する第１方向に傾斜しているとともに、
前記第１光学部材の前記第２部分の前記第３光学部材に対向する面と、前記第３光学部材の前記第２部分の前記第１光学部材に対向する面とが、前記照射光の入射方向に直交するとともに前記第１方向に交差する第２方向に傾斜しており、
前記第３光学部材を回動させることにより、前記第１方向と前記第２方向との相対角度を変化させる回動機構をさらに備える、請求項２に記載の干渉画像撮像装置。

【請求項12】

前記回動機構は、前記第２光学部材に対して前記第１光学部材と前記第３光学部材とを一体的に回動させる第１回動機構を含む、請求項１１に記載の干渉画像撮像装置。

【請求項13】

前記回動機構は、前記第１回動機構に加えて、前記第１光学部材に対して前記第３光学部材を回動させる第２回動機構を含む、請求項１２に記載の干渉画像撮像装置。

【請求項14】

前記第２光学部材、前記第１光学部材および前記第３光学部材は、前記照射光の入射方向からこの順に配置されている、請求項１１に記載の干渉画像撮像装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、干渉画像撮像装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、干渉画像撮像装置が知られている。干渉画像撮像装置は、たとえば、特開２０１２－４２２１８号公報に開示されている。

【0003】

上記特開２０１２－４２２１８号公報には、対象物に照明光を照射する光源と、対象物の互いに異なる位置の点から到来する照明光の透過光を干渉させる光学系と、干渉された透過光の強度パターンを撮像する撮像素子とを備えた欠陥検査装置（干渉画像撮像装置）が開示されている。

【0004】

上記特開２０１２－４２２１８号公報の欠陥検査装置の光学系は、対象物から到来する光をハーフミラーによって２つの光束（第１の光束と第２の光束）に分割する。これにより空間的に分離された第１の光束と第２の光束は、位相シフタと偏向器によって位相と方向が相対的に変化させられたのち、２つの光束を合波するハーフミラーにより合波され、撮像素子上において干渉し、像が得られる。このとき、撮像素子上の１点に到達する光のうち、第１の光束に含まれる光と第２の光束に含まれる光は、対象物の互いに異なる位置の点から到来する。そして、撮像素子で取得した光干渉像に基づいて、欠陥を検査している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１２－４２２１８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、上記特開２０１２－４２２１８号公報の欠陥検査装置（干渉画像撮像装置）では、対象物から到来する光をハーフミラーにより２方向に分離して、それぞれ、位相シフトおよび偏向させた後に、別のハーフミラーによって分離した光を干渉させているため、透過光を分離させるためのハーフミラーと、位相シフト手段と、偏向器と、分離した光を干渉させるハーフミラーと、をそれぞれ別個に設ける必要がある。その結果、光学部材を４点設ける必要があるので、部品点数が多くなるとともに、欠陥検査装置が大型化するという問題点がある。

【0007】

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、部品点数を減らすことができるとともに、装置が大型化するのを抑制することが可能な干渉画像撮像装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記目的を達成するために、この発明の第１の局面における干渉画像撮像装置は、対象物の測定領域にレーザ光源からの照射光を照射する照射部と、対象物の互いに異なる位置の点または領域から反射または透過された照射光を第１の光束と第２の光束とに分けて透過し、透過した第１の光束と第２の光束とを干渉させる光学部材と、光学部材を透過し、干渉された第１の光束および第２の光束の強度パターンを撮像する撮像部と、光学部材の少なくとも一部を回動させる回動機構と、を備え、光学部材は、第１光学部材と、第１光学部材に対向するように配置された第２光学部材と、第２光学部材が設けられる側と反対側において第１光学部材と対向するように配置された第３光学部材とを含み、回動機構は、第１光学部材または第３光学部材の少なくとも一方を回動させることにより、第１の光束と第２の光束の相対角度を変更させるように構成されており、第１光学部材および第２光学部材は、第２の光束を透過させて第２の光束の位相を変化させるように構成されている。

【0009】

この発明の第１の局面による干渉画像撮像装置では、上記のように、対象物の互いに異なる位置の点または領域から反射または透過された照射光を第１の光束と第２の光束とに分けて透過し、透過した第１の光束と第２の光束とを干渉させる光学部材と、光学部材の少なくとも一部を回動させる回動機構と、を備え、光学部材は、第１光学部材と、第２光学部材と、第３光学部材とを含み、回動機構は、第１光学部材または第３光学部材の少なくとも一方を回動させる。これにより、第１の光束と第２の光束の相対角度を変更させるように構成されており、第１光学部材および第２光学部材は、第２の光束を透過させて第２の光束の位相を変化させるように構成されている。このため、照射光を２つの方向に分離する必要がないため、光を分離させる光学部材（ハーフミラー）および分離した光を干渉させるための光学部材（ハーフミラー）を設ける必要がない。また、第１光学部材および第２光学部材を設けることによって、位相シフタを設ける必要がない。さらに、回動機構によって、偏向器を設ける必要がない。これらの結果、位相シフタと偏向器との代わりに第１光学部材と、第２光学部材と回動機構とを設けるが、光を分離させる光学部材（ハーフミラー）および分離した光を干渉させるための光学部材（ハーフミラー）を設ける必要がない。そのため、部品点数を減らすことができるとともに、装置が大型化するのを抑制することができる。

【0010】

この発明の第２の局面における干渉画像撮像装置は、対象物の測定領域にレーザ光源からの照射光を照射する照射部と、対象物の互いに異なる位置の点または領域から反射または透過された照射光を第１の光束と第２の光束とに分けて透過し、透過した第１の光束と第２の光束とを干渉させる光学部材と、光学部材を透過し、干渉された第１の光束および第２の光束の強度パターンを撮像する撮像部と、を備え、光学部材は、互いに対向するように配置された第１光学部材と第２光学部材とを含み、光学部材は、第１光学部材または第２光学部材のうち少なくとも一方から構成され、第１の光束を透過させて入射光の向きに対して出射光の向きを変更させる第１部分と、第１光学部材および第２光学部材から構成され、第２の光束を透過させて第１の光束に対する第２の光束の位相を変化させる第２部分とを有する。

【0011】

この発明の第２の局面による干渉画像撮像装置では、上記のように、対象物の互いに異なる位置の点または領域から反射された照射光を透過し、透過した第１の光束と第２の光束とを干渉させる光学部材と、光学部材を透過し、干渉された第１の光束および第２の光束の強度パターンを撮像する撮像部と、を備え、光学部材は、互いに対向するように配置された第１光学部材と第２光学部材とを含み、光学部材は、第１光学部材または第２光学部材のうち少なくとも一方から構成され、前記第１の光束を透過させて入射光の向きに対して出射光の向きを変更させる第１部分と、前記第１光学部材および前記第２光学部材から構成され、前記第２の光束を透過させて前記第１の光束に対する前記第２の光束の位相を変化させる第２部分とを有する。これにより、照射光を２方向に分離する必要がないため、光を分離させる光学部材（ハーフミラー）および分離した光を干渉させるための光学部材（ハーフミラー）を設ける必要がない。また、第１光学部材と第２光学部材とを設けることによって、位相シフタと照射光の向きを変更させる偏向器とをそれぞれ設ける必要がない。これらの結果、位相シフタと偏向器との代わりに第１光学部材および第２光学部材を設けるが、光を分離させる光学部材（ハーフミラー）および分離した光を干渉させるための光学部材（ハーフミラー）を設ける必要がない。そのため、部品点数を減らすことができるとともに、装置が大型化するのを抑制することができる。また、照射光を分離および干渉させる光学部材を設ける必要がないため、光学部材における反射および透過により光量がロスするのを抑制することができる。また、上記光学部材により対象物の互いに異なる位置の点または領域から反射された照射光を干渉させることができる。これにより、例えば対象物上の点とその周辺範囲の領域から反射された照射光を干渉させて得た光干渉像に基づいて欠陥を検査することで、欠陥の検知感度の方向依存性を低減することができる。

【0012】

上記第２の局面による干渉画像撮像装置において、好ましくは、第１光学部材および第２光学部材のうち少なくとも一方は、第１部分および第２部分が一体化された複合レンズ対を含む。このように構成すれば、第１部分および第２部分が一体化された複合レンズ対を、第２の光束の位相を変更するための位相シフト機能、および、第１の光束の進む方向を変更する偏向機能の両方の機能を持たせることができる。その結果、複合レンズ対のみにより、第１の光束の進む方向を変えることができるとともに、第２の光束の位相をシフトすることができる。そのため、ハーフミラー、偏向手段および位相シフト手段をそれぞれ設ける場合と比べて部品点数を少なくすることができるとともに装置の大型化を抑制することができる。

【0013】

上記第２の局面による干渉画像撮像装置において、好ましくは、第１光学部材および第２光学部材は、第１部分が外側に設けられ、第２部分が内側に設けられている。このように構成すれば、外側に設けられた第１部分により偏向された第１の光束と内側に設けられた第２部分により位相をシフトされた第２の光束とを撮像部の位置において干渉させることができる。

【0014】

上記第２の局面による干渉画像撮像装置において、好ましくは、光学部材は、第１部分と第２部分とが隣接する境界部分に遮光部材が設けられている。このように構成すれば、第１光学部材の第２部分を透過した第２の光束が第１部分に対向する第２光学部材の部分を透過すること、および、第１光学部材の第１部分を透過した第１の光束が第２光学部材の第２部分を透過することを抑制することができる。これにより、第１の光束の光路と第２の光束の光路とを分離しなくても、第１の光束と第２の光束とが誤った光路に進むことを抑制することができる。

【0015】

上記第２の局面による干渉画像撮像装置において、好ましくは、光学部材は、対象物から反射した照射光を撮像部へ入射させる光学系の開口絞りの位置に近接して配置されている。ここで、光学系の開口絞り位置とは、対象物の測定領域内の各位置において反射し撮像部へ入射する照射光が概して同じ領域を通過する位置である。また、近接とは、開口絞りと接している場合と、離れている場合とも含む。このように構成すれば、測定領域内の各位置において反射し撮像部へ入射する照射光が概ね同じ光学部材内の領域を透過することから、測定領域内の位置に依存して光学部材の第１部分を透過する光量と第２部分を透過する光量の比が大きく異なることがない。また、第１部分において、透過する位置によって異なる偏向を生じさせる機能をもたせた場合でも、測定領域内の位置に依存して偏向の特性が大きく変化することがない。

【0016】

上記第２の局面による干渉画像撮像装置において、好ましくは、光学部材は、照射光の入射方向から視て円環状の第１部分が円形の第２部分を取り囲むように隣接して配置されている。このように構成すれば、第１の光束の進む向きを変更するための第１部分と第２の光束の位相をシフトさせるための第２部分とが隣接しているため、位相をシフトするための位相シフト手段と照射光の進む向きを変更するための偏向手段とを別々に設けていた従来に比べて、スペースを小さくすることができる。これによっても、装置の大型化を抑制することができる。

【0017】

上記第２の局面による干渉画像撮像装置において、好ましくは、第１光学部材の第１部分の第２光学部材に対向する面と、第１光学部材の第２部分と第２光学部材の第２部分の対向する面とが、照射光の入射方向に直交する方向に対して傾斜するように設けられているとともに、第１光学部材の第２部分と第２光学部材の第２部分との互いに対向する面同士が略平行に設けられている。このように構成すれば、第１部分を透過した光は、第１光学部材の第１部分で屈折した後に第２光学部材を透過するため、第１の光束の進む方向を変更することができる。一方、第２部分を透過した光は、第１光学部材の第２部分の傾斜によって屈折したとしても、第２光学部材の第２部分は、第１光学部材の第２部分と同様に傾斜しているため、第２の光束は第２光学部材を透過するときにさらに屈折し、元の方向に戻る。そのため、第２の光束の進む方向を変更しないで透過させることができる。また、この構成において、第２光学部材を第２の光束の進む方向と直交する方向に動かすことで、第２部分を透過する第２の光束の光路長を、第１部分を透過する第１の光束の光路長よりも容易に大きくすることができる。その結果、光路長の差によって、第１部分を透過し撮像部に入射する第１の光束と第２部分を透過し撮像部に入射する第２の光束との位相差を容易にずらす（シフトする）ことができる。

【0018】

上記第２の局面による干渉画像撮像装置において、好ましくは、第１光学部材は、照射光の入射方向から視て、第２部分が円形形状に形成されており、第１部分は円錐の頭部を除いた側面形状でかつ、先端が第２部分に接続するように形成されている。このように構成すれば、撮像部において、第２の光束の周りに円環状に偏向された第１の光束を入射させることができる。

【0019】

上記第２の局面による干渉画像撮像装置において、好ましくは、第１光学部材は、照射光の入射方向から視て、第１部分は多角錐の頭部を除いた側面形状に形成されている。このように構成すれば、第２の光束の周りに偏向された第１の光束を入射させることができる。

【0020】

上記第２の局面による干渉画像撮像装置において、好ましくは、光学部材は、第１光学部材と対向するように配置される第３光学部材を含み、第１光学部材の第２部分の第２光学部材に対向する面と、第２光学部材の第２部分の第１光学部材に対向する面とが、照射光の入射方向に直交する第１方向に傾斜しているとともに、第１光学部材の第２部分の第３光学部材に対向する面と、第３光学部材の第２部分の第１光学部材に対向する面とが、照射光の入射方向に直交するとともに第１方向に交差する第２方向に傾斜し、第３光学部材を回動させることにより第１方向と第２方向との相対角度を変化させる回動機構をさらに備える。このように構成すれば、回動機構によって第３光学部材を回動させて第１方向と第２方向との相対角度を変更することにより、第２の光束が入射または出射する光学部材の面の照射方向に対する角度を変更することができるため、第２の光束の屈折する角度を変更することができる。そのため、第２の光束が撮像部へ入射する位置を調整することができるため、第１の光束と第２の光束との撮像部へ入射する相対位置を調整することができる。その結果、光学部材の製造誤差がある場合でも、第１の光束と第２の光束との相対位置を調整することにより、干渉画像撮影装置の個体差が生じることを抑制することができる。

【0021】

この場合、好ましくは、回動機構は、第２光学部材に対して第１光学部材と第３光学部材とを一体的に回動させる第１回動機構を備える。このように構成すれば、第１光学部材と第３光学部材とが一体的に回動することにより、第１光学部材と第３光学部材との相対位置を変更せずに、第２光学部材と第１光学部材との相対位置を変更することができる。これにより、第２の光束の第２の方向に屈折する角度を変更することなく、第２の光束の第１の方向に屈折する角度を調整することができる。

【0022】

上記第１回動機構を備える干渉画像撮影装置では、好ましくは、回動機構は、第１回動機構に加えて、第１光学部材に対して第３光学部材を回動させる第２回動機構をさらに備える。このように構成すれば、第１回動機構によって第２光学部材と第１光学部材との相対位置を変更するとともに、第２回動機構によって第１光学部材と第３光学部材との相対位置を変更することができる。これにより、第２の光束の第１の方向に屈折する角度に加えて第２の方向に屈折する角度を調整することができる。

【0023】

上記光学部材が、第３光学部材を含む干渉画像撮影装置では、好ましくは、第２光学部材、第１光学部材および第３光学部材は、照射光の入射方向からこの順に配置されている。このように構成すれば、第２光学部材および第１光学部材によって位相が変更された照射光の向きを変更することができるため、位相が変更された照射光と第２光学部材または第１光学部材によって偏向された照射光との相対位置を調整することができる。

【発明の効果】

【0024】

上記のように、本発明によれば、部品点数を減らすことができるとともに、装置が大型化するのを抑制することが可能な干渉画像撮像装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】第１～第３実施形態による干渉画像撮像装置の構成を示したブロック図である。

【図2】第１実施形態による第１光学部材および第２光学部材の一例を示す図である。

【図3】第１実施形態による第１光学部材および第２光学部材を透過する照射光の進む方向を説明するための図である。

【図4】第１実施形態による第２光学部材の移動を示す図である。図４（Ａ）は移動前の第１光学部材と第２光学部材との位置を示す図である。図４（Ｂ）は、移動後の第１光学部材と第２光学部材との位置を示す図である。

【図5】第１実施形態による撮像素子に入射する第１の光束および第２の光束の形状の一例を示す図である。

【図6】第２実施形態による第１光学部材および第２光学部材の一例を示す図である。

【図7】第２実施形態による第１光学部材および第２光学部材を透過する照射光の進む方向を説明するための図である。

【図8】第２実施形態による撮像素子に入射する第１の光束および第２の光束の形状の一例を示す図である。

【図9】第２実施形態による撮像素子に入射する第１の光束および第２の光束の形状の別の例を示す図である。

【図10】第３実施形態による第１光学部材および第２光学部材の一例を示す図である。

【図11】第３実施形態による第１光学部材および第２光学部材を透過する照射光の進む方向を説明するための図である。

【図12】第３実施形態による撮像素子に入射する第１の光束および第２の光束の形状の一例を示す図である。

【図13】第４実施形態による第１光学部材および第２光学部材の一例を示す図であり、（ａ）は、第１光学部材、第２光学部材および第３光学部材を正面から見た図であり、（ｂ）は第１光学部材および第３光学部材を側面から見た図である。

【図14】第４実施形態による回転機構を示す図であり、（ａ）は回転させる前の状態を示す図であり、（ｂ）は、第１光学部材と第３光学部材とを回転させた状態を示す図であり、（ｃ）は第３光学部材だけを回転させた状態を示す図である。

【図15】光学部材を回転させたときに照射光が屈折する方向を示す図である。

【図16】第１回動機構および第２回動機構を回動させた場合に照射光が描く軌道を示す図である。

【図17】第１回動機構および第２回動機構を回動させた場合の第２の光束の位置の変化を示す図であり、（ａ）は、第１回動機構および第２回動機構を回動させる前の状態を示す図であり、（ｂ）は、第１の回動機構を回動させた後の状態を示す図であり、（ｃ）は、第２の回動機構を回動させた後の状態を示す図である。

【図18】第５実施形態による第１光学部材、第２光学部材および第３光学部材を示す図であり、（ａ）は、第３光学部材を回動させる前の状態を示す図であり（ｂ）は第２回動機構によって第３光学部材を回動させた後の状態を示す図である。

【図19】第１回動機構によって第１光学部材を回動させた状態を示す側面図である。

【図20】第５実施形態による第１の光束の偏向を説明するための図であり、（ａ）は、偏向前の図であり、（ｂ）は偏向後の図である。

【図21】変形例による撮像素子に入射する第１の光束および第２の光束の形状の例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0026】

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。

【0027】

（変位計測装置の構成）
図１～図５を参照して、第１実施形態による変位計測装置１００の構成について説明する。本実施形態では、変位計測装置１００が欠陥検査に用いられる場合を例にして説明する。なお、変位計測装置１００は、請求の範囲の「干渉画像撮像装置」の一例である。

【0028】

図１に示すように、第１実施形態による変位計測装置１００は、照射部１と、光学部材２と、撮像素子３とを備えている。なお、撮像素子３は、請求の範囲の「撮像部」の一例である。また、変位計測装置１００は、制御部４を備える。

【0029】

照射部１は、信号発生器５にケーブルを介して接続されている。照射部１は、対象物６の測定領域６１に照射光を照射する。照射部１は、図示しないレーザ光源と照明光レンズを含んでいる。照明光レンズは、レーザ光源から照射された照射光を対象物６の表面の測定領域６１全体に拡げて照射する。ここで、第１の光束７および第２の光束９は、対象物６の互いに異なる位置の点または領域から反射された照射光であって、光学部材２の第１部分８および第２部分１０によって空間的に分離された光束をそれぞれ指す。図１では、第１の光束７と第２の光束９と異なるハッチングで表している。

【0030】

図２に示すように、光学部材２は、互いに対向するように配置された第１光学部材２１と第２光学部材２２とを含む。第１光学部材２１は、第１部分８および第２部分１０が一体化された複合レンズ対を含む。光学部材２は、第１光学部材２１または第２光学部材２２のうち少なくとも一方から構成され、第１の光束７を透過させて入射光の向きに対して出射光の向きを変更させる第１部分８と、第１光学部材２１および第２光学部材２２から構成され、第２の光束９を透過させて第１の光束７に対する第２の光束９の位相を変化させる第２部分１０とを有する。

【0031】

第１実施形態では、第１部分８は外側に設けられ、第２部分１０が内側に設けられている。また、照射光の入射方向から視て円環状の第１部分８が円形の第２部分１０を取り囲むように隣接して配置されている。

【0032】

第１実施形態では、第１光学部材２１および第２光学部材２２において第２部分１０の厚みは、第１部分８よりも大きい凸型形状を有している。

【0033】

第１光学部材２１の第１部分８の第２光学部材２２に対向する面は、照射光の入射方向に直交する方向（Ｘ方向）に対して傾斜するように設けられている。そのため、第１光学部材２１を透過した照射光（第１の光束７）は、第１光学部材２１と空気との境界で屈折し、第２光学部材２２に進む。そして、第２光学部材２２と空気との境界でさらに屈折し、第２光学部材２２を透過し、撮像素子３に到達する。これにより、照射光を偏向した第１の光束７を照射することができる。

【0034】

第１光学部材２１の第２部分１０と第２光学部材２２の第２部分１０の対向する面は照射光の入射方向に直交する方向（Ｘ方向）に対して傾斜するように設けられている。また、第１光学部材２１の第２部分１０と第２光学部材２２の第２部分１０とが略平行に設けられている。そのため、照射光（第２の光束９）は、第１光学部材２１の第２部分１０を透過し、第１光学部材２１と空気との境界で屈折する。そして、照射光は、第２光学部材２２と空気の境界で反対側に屈折し、第１光学部材２１の第２部分１０に入射したときと同じ方向に戻る。つまり、照射光は、結果として第１光学部材２１と第２光学部材２２とを直進したこととなる。そして、第２部分１０を透過した第２の光束９は、撮像素子３に到達する。

【0035】

第１光学部材２１の第２部分１０と第２光学部材２２の第２部分１０の対向する面は照射光の入射方向に直交する方向（Ｘ方向）に対して傾斜するように設けられていることにより、第２光学部材２２を第２の光束９の進む方向と直交する方向に動かすと、 第２部分１０を透過する第２の光束９の光路長を、第１部分８を透過する第１の光束７の光路長よりも容易に大きくすることができる。そして、光路長の差によって、第１部分８を透過し撮像素子３に入射する第１の光束７と第２部分１０を透過し撮像素子３に入射する第２の光束９との位相差を容易にずらす（シフトする）ことができる。

【0036】

図４に示すように、第２光学部材２２は、アクチュエータ１１によって光が進む方向（Ｚ方向）と交わる方向（Ｘ方向）に移動する。そのため、第１光学部材２１の第２部分１０と第２光学部材２２の第２部分１０の厚みの合計が変化する。具体的には、図４（Ａ）に示す移動前は、第１光学部材２１の第２部分１０と第２光学部材２２の第２部分１０の対向する、ある部分とのＺ方向の長さである厚みは、Ｌ１とＬ２の合計の長さである。一方、図４（Ｂ）に示す移動後は、第１光学部材２１の第２部分１０と第２光学部材２２の第２部分１０との対向する、ある部分とのＺ方向の長さである厚みは、Ｌ１とＬ３の合計の長さの厚みとなる。このように厚みを変えることにより光路長が変化するため、第２の光束９の位相のシフト量を変更することができる。

【0037】

光学部材２は、対象物６の互いに異なる位置において反射された第１の光束７および第２の光束９を干渉させるように構成されている。第１の光束７と第２の光束９とは略平行に第１光学部材２１に入射するが、第１部分８で第１の光束７を偏向することにより撮像素子３の同じ箇所に第１の光束７と第２の光束９とが到達し、第１の光束７と第２の光束９とが干渉する。

【0038】

第１光学部材２１の第１部分８および第２部分１０が隣接する境界部分に遮光部材１２が設けられている。遮光部材１２は円環状をしており、対象物６から反射した第１の光束７が、第２光学部材２２の第２部分１０に進むことを抑制することができるとともに第２の光束９が、第１光学部材２１の第１部分８に対向する第２光学部材２２の部分に進むことを抑制することができる。

【0039】

図１に示すように、光学部材２は、開口絞り１３に近い位置に配置されている。そのため、対象物６の測定領域６１の互いに異なる位置で反射した光が光学部材２の概ね同じ領域を透過して撮像素子３へ入射する。また、開口絞り１３には測定領域内の各位置で反射した光ができるだけ平行に近い角度で入るのが好ましい。光学部材２は、開口絞り１３に接していてもよく、離れていてもよい。

【0040】

図１に示すように、結像レンズ１４は、光学部材２と撮像素子３の間に配置され、光学部材２を透過した第１の光束７および第２の光束９を収束させる。それぞれの測定領域６１から反射された照射光は、それぞれ第１部分８および第２部分１０に入射し、偏向および位相シフトされ、撮像素子３に入射する。

【0041】

撮像素子３は、たとえば、ＣＭＯＳイメージセンサ、または、ＣＣＤイメージセンサなどを含む。撮像素子３は、第１の光束７の強度パターンと第２の光束９の強度パターンとを撮像するように構成されている。撮像素子３は、光学部材２を透過した第１の光束７と第２の光束９とを干渉させて計測する。

【0042】

図３に示すように、第１実施形態では、第１光学部材２１の第２光学部材２２に対向する面は、第１部分８と第２部分１０が、同じ角度で傾斜している。そのため、第２部分１０を透過する複数の第２の光束９はすべて同じ角度で屈折するため、第２の光束９は直進し、第１の光束７は、第２の光束９に対して偏向して進むため、図５で示すように、撮像素子３では、第１の光束７と第２の光束９とが同一の撮像素子３に入射する。図５では、第１の光束７と第２の光束９とを重ねて表している。

【0043】

制御部４は、アクチュエータ１１を制御し、第２光学部材２２を移動させる。第２光学部材２２が移動することにより、第１光学部材２１と第２光学部材２２とから構成される光路を変更させ、光路長を変更させることにより透過する第２の光束９の位相を変化させる。たとえば、アクチュエータ１１は、第１光学部材２１を１０μｍの範囲でＸ方向に移動させる。これにより、異なる位置で反射された第１の光束７と第２の光束９との位相差が変化する。

【0044】

第１実施形態における変位計測装置１００の信号発生器５には、対象物６に接触するように配置されるとともに対象物６に音波振動を励起する振動子１５がケーブルを解して接続されている。具体的には、振動子１５は、対象物６に接触するように配置され、信号発生器５からの交流電気信号を機械的振動に変換し、対象物６に振動を励起する。

【0045】

制御部４は、信号発生器５を介して、振動子１５の振動と照射部１の照射光の照射のタイミングとを制御し、位相シフト量を変化させながら、画像を撮影する。位相シフト量はλ／４ずつ変化させ、各位相シフト量（０、λ／４、λ／２、３λ／４）において、照射のタイミング ｊ（ｊ＝０～７）分の３２枚の画像と各位相シフト量（０、λ／４、λ／２、３λ／４）前後の５枚の消灯時の画像との合計３７枚の画像を撮影する。なお、λは、照射光の波長である。

【0046】

制御部４は、各検出素子からの検出信号を下記の手順で処理し、振動の状態を表す動画像を取得する。制御部４は、撮像素子３により撮像した干渉された反射光に基づいて、対象物６の振動の伝播により生じる、周期的に変化する物理量の空間分布を測定する。たとえば、制御部４は、撮像素子３により撮像した干渉された反射光に基づいて、対象物６の振動の伝播に関する動画像を生成する。

【0047】

制御部４は、照射のタイミング ｊ（ｊ＝０～７）が同じで位相シフト量がλ／４ずつ異なる画像（４枚ずつ）の輝度値Ｉｊ０～Ｉｊ３から、式（１）により、光位相（位相シフト量ゼロの時の、２光路間の位相差）Φjを求める。
Φj＝－ａｒｃｔａｎ｛（Ｉｊ３－Ｉｊ１）／（Ｉｊ２－Ｉｊ０）｝・・・（１）
また、制御部４は、光位相Φjに対して、最小二乗法により正弦波近似を行い、式（２）における近似係数Ａ、θ、Ｃを求める。
Φｊ＝Ａｃｏｓ（θ＋ｊπ／４）＋Ｃ＝Ｂｅｘｐ（ｊπ／４）＋Ｃ・・・（２）
ただし、Ｂは、複素振幅であり、式（３）のように、表される。
Ｂ＝Ａｅｘｐ（ｉθ）：複素振幅・・・（３）
また、制御部４は、式（２）から定数項Ｃを除いた近似式より、振動の各位相時刻 ξ（０≦ξ＜２π）における光位相変化を表示する動画像（３０～６０フレーム）を構成し出力する。なお、上記過程において、ノイズ除去のため複素振幅Ｂについて適宜空間フィルタが適用される。また、位相シフト量や照射タイミングのステップ（上記例ではそれぞれλ／４およびＴ／８、ただしＴは振動の周期）はこれに限らない。この場合、計算式は上記式（１）～式（３）とは異なる式になる。

【0048】

制御部４は、空間フィルタを適用し、上記の動画像から、振動状態の不連続領域を対象物６の欠陥部分として、検出する。つまり、制御部４は、物理量の空間分布に基づいて、振動の不連続部分を抽出する。対象物６自体の形状が凹凸などを含む場合、平面部と凹凸部の境界でも、振動状態の不連続が発生する場合があり、制御部４は、それらを欠陥として検出しないように対象物６の形状情報を考えあわせて、欠陥部分を検出するようにしてもよい。

【0049】

（第１実施形態の効果）
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

【0050】

第１実施形態では、上記のように、第１実施形態における変位計測装置１００は、対象物６の互いに異なる位置の点または領域から反射または透過された照射光を第１の光束７と第２の光束９とに分けて透過し、透過した第１の光束７と第２の光束９とを干渉させる光学部材２を備え、光学部材２は、互いに対向するように配置された第１光学部材２１と第２光学部材２２とを含み、光学部材２は、第１光学部材２１または第２光学部材２２のうち少なくとも一方から構成され、第１の光束７を透過させて入射光の向きに対して出射光の向きを変更させる第１部分８と、第１光学部材２１および第２光学部材２２から構成され、第２の光束９を透過させて第１の光束７に対する第２の光束９の位相を変化させる第２部分１０とを有する。これにより、第１の光束７と第２の光束９とを２方向に分離する必要がないため、光を分離させる光学部材（ハーフミラー）および分離した光を干渉させるための光学部材（ハーフミラー）を設ける必要がない。また、第１光学部材２１と第２光学部材２２とを設けることによって、位相シフタと照射光の向きを変更させる偏向器とをそれぞれ設ける必要がない。これらの結果、位相シフタと偏向器との代わりに第１光学部材２１および第２光学部材２２を設けるが、光を分離させる光学部材（ハーフミラー）および分離した光を干渉させるための光学部材（ハーフミラー）を設ける必要がない。そのため、部品点数を減らすことができるとともに、装置が大型化するのを抑制することができる。また、照射光を分離および干渉させる光学部材２を設ける必要がないため、光学部材２における反射および透過により光量がロスするのを抑制することができる。また、対象物６の互いに異なる位置の領域から反射された照射光を干渉させることにより、欠陥の検知感度の方向依存性を低減することができる。

【0051】

また、第１実施形態では、上記のように、第１光学部材２１および第２光学部材２２のうち少なくとも一方は、第１部分８および第２部分１０が一体化された複合レンズ対を含む。これにより、第１部分８および第２部分１０が一体化された複合レンズ対を、第２の光束９の位相を変更するための位相シフト機能、および、第１の光束７の進む方向を変更する偏向機能の両方の機能を持たせることができる。その結果、複合レンズ対を用いることにより、第１の光束７の進む方向を変えることができるとともに、第２の光束９の位相をシフトすることができる。そのため、ハーフミラー、偏向手段および位相シフト手段をそれぞれ設ける場合と比べて部品点数を少なくすることができるとともに装置の大型化を抑制することができる。

【0052】

また、第１実施形態では、上記のように、第１光学部材２１および第２光学部材２２は、第１部分８が外側に設けられ、第２部分１０が内側に設けられている。これにより、外側に設けられた第１部分８により偏向された第１の光束７と内側に設けられた第２部分１０により位相をシフトされた第２の光束９とを撮像素子３の位置において干渉させることができる。

【0053】

また、第１実施形態では、上記のように、光学部材２は、第１部分８と第２部分１０とが隣接する境界部分に遮光部材１２が設けられている。これにより、第１光学部材２１の第２部分１０を透過した第２の光束９が第１部分８に対向する第２光学部材２２の部分を透過すること、および、第１光学部材２１の第１部分８を透過した第１の光束７が第２光学部材２２の第２部分１０を透過することを抑制することができる。これにより、第１の光束７の光路と第２の光束９の光路とを分離しなくとも、第１の光束７と第２の光束９とが誤った光路に進むことを抑制することができる。

【0054】

また、第１実施形態では、上記のように、光学部材２は、対象物６から反射した照射光を撮像素子３へ入射させる光学系の開口絞り１３の位置に近接して配置されている。これにより、光学部材２に対象物６の測定領域６１から入射する全ての光を透過させることができるため、対象物６の測定領域６１の各位置から反射された第１の光束７と第２の光束９とを干渉させることができる。その結果、撮像素子３において多くの照射光が入射するとともに干渉するため、対象物６の測定領域６１全体の照射光の干渉を撮像することができる。

【0055】

また、第１実施形態では、上記のように、光学部材２は、照射光の入射方向から視て円環状の第１部分８が円形の第２部分１０を取り囲むように隣接して配置されている。これにより、第１の光束７の進む向きを変更するための第１部分８と第２の光束９の位相をシフトさせるための第２部分１０とが隣接しているため、位相をシフトするための位相シフト手段と照射光の進む向きを偏向するための偏向手段とを別々に設けていた従来に比べて、スペースを小さくすることができる。これによっても、装置の大型化を抑制することができる。

【0056】

また、第１実施形態では、上記のように、第１光学部材２１の第１部分８の第２光学部材２２に対向する面と、第１光学部材２１の第２部分１０と第２光学部材２２の第２部分１０の対向する面とが、照射光の入射方向に直交する方向に対して傾斜するように設けられているとともに、第１光学部材２１の第２部分１０と第２光学部材２２の第２部分１０との互いに対向する面同士が略平行に設けられている。これにより、第１部分８を透過した光は、第１光学部材２１の第１部分８で屈折した後に第２光学部材２２を透過するため、第１の光束７の進む方向を変更することができる。一方、第２部分１０を透過した光は、第１光学部材２１の第２部分１０の傾斜によって屈折したとしても、第２光学部材２２の第２部分１０は、第１光学部材２１の第２部分１０と同様に傾斜しているため、第２の光束９は第２光学部材２２の第２部分１０を透過するときにさらに屈折し、元の方向に戻る。そのため、第２の光束９の進む方向を変更しないで透過させることができる。また、第２光学部材２２を第２の光束９の進む方向と直交する方向に動かすことで、 第２部分１０を透過する第２の光束９の光路長を、第１部分８を透過する第１の光束７の光路長よりも容易に大きくすることができる。その結果、光路長の差によって、第１部分８を透過し撮像素子３に入射する第１の光束７と第２部分１０を透過し撮像素子３に入射する第２の光束９との位相差を容易にずらす（シフトする）ことができる。

【0057】

（第２実施形態）
次に、図１、図６～図９を参照して、第２実施形態について説明する。この第２実施形態では、第１光学部材２１は、第２部分１０が円形形状に形成されており、第１部分８は円錐の頭部を除いた側面形状でかつ、先端が第２部分１０に接続するように形成されている例について説明する。なお、上記第１実施形態と同様の構成は、第１実施形態と同じ符号を付して図示するとともに説明を省略する。また、第２実施形態においては、対象物６の同一の点で反射された第１の光束７と第２の光束９が撮像素子３の異なる位置の点または領域に結像する様を説明するが、結像光学系の共役関係の原理から、物体と像の関係は入れ替えることができる。すなわち、第２実施形態における説明によれば対象物６の異なる位置の点または領域で反射された第１の光束７と第２の光束９が撮像素子３の同一の点で結像することが成立する。

【0058】

図６に示すように、第２実施形態の第１光学部材３１は、第２部分１０が円形形状に形成されており、第１部分８は、円錐の頭部を除いた側面形状でかつ、先端が第２部分１０に接続するように形成されている。

【0059】

図７に示すように、第１の光束７および第２の光束９は、光学部材２を進む。そして、第１光学部材３１および第２光学部材２２の第２部分１０を透過した複数の第２の光束９は、直進して結像レンズ１４に入射し、撮像素子３上で点状に結像する。一方、第１光学部材３１および第２光学部材２２の第１部分８を透過した第１の光束７は、第１光学部材３１の第１部分８で偏向して結像レンズ１４に入射し、撮像素子３上で結像する。

【0060】

図６に示すように、第１光学部材３１の第１部分８は、円錐台のような形状をしているため、第１の光束７は円錐状の偏向が与えられ、撮像素子３では、点状に結像した第２の光束９の周囲に円環状に第１の光束７が結像する。その結果、図８に示すように撮像素子３では、第２の光束９が第１の光束７の中心に位置する。

【0061】

また、図９に示すように、第１部分７の傾斜の角度を偏向することで、撮像素子３では、第２の光束９が第１の光束７に隣接して撮像素子３に入射する。

【0062】

（第２実施形態の効果）
第２実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

【0063】

第２実施形態では、第１光学部材２１は、第２部分１０が円形形状に形成されており、第１部分８は円錐の頭部を除いた側面形状でかつ、先端が第２部分１０に接続するように形成されている。これにより、撮像素子３において、第２の光束９の周りに円環状に偏向された第１の光束７を入射させることができる。

【0064】

なお、第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

【0065】

（第３実施形態）
次に、図１、図１０～図１２を参照して、第３実施形態について説明する。この第３実施形態では、第１光学部材４１の第１部分８が多角錐の頭部を除いた側面形状に形成されている例について説明する。なお、上記第１実施形態と同様の構成は、第１実施形態と同じ符号を付して図示するとともに説明を省略する。また、第３実施形態においては、対象物６の同一の点で反射された第１の光束７と第２の光束９が撮像素子３の異なる位置の点または領域に結像する様を説明するが、結像光学系の共役関係の原理から、物体と像の関係は入れ替えることができる。すなわち、第３実施形態における説明によれば対象物６の異なる位置の点または領域で反射された第１の光束７と第２の光束９が撮像素子３の同一の点で結像することが成立する。

【0066】

図１０に示すように、第１部分８は多角錐の頭部を除いた側面形状に形成されている。第２部分１０は円形形状になるように加工されている。なお、第２部分１０を円形にするために、遮光部材１２で周囲を囲い、第２部分１０を円形形状にしてもよい。

【0067】

図１１に示すように、第１の光束７および第２の光束９は、光学部材２を進む。そして、第１の光束７は、撮像素子３の第２の光束９が入射した箇所の周囲に入射する。

【0068】

第３実施形態では、図１２に示すように撮像素子３では、第２の光束９の周囲に第１の光束７が円環形状になるように複数入射する。図１２では、面の数が６面である場合を示している。面の数に応じて、撮像素子３に入射する第１の光束７の数が変わる。なお、面の数が増えるにつれて第１の光束７同士が隣接し、最終的には第２実施形態の図８のように１つの円環形状に近づく。

【0069】

（第３実施形態の効果）
第３実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

【0070】

第３実施形態では、第１光学部材４１は、第１部分８は多角錐の頭部を除いた側面形状に形成されている。これにより、第２の光束９の周りに偏向された第１の光束７を入射させることができる。

【0071】

なお、第３実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

【0072】

（第４実施形態）
次に、図１、図１３～図１７を参照して、第４実施形態について説明する。この第４実施形態では、光学部材２は、第３光学部材５３をさらに含む。

【0073】

図１３（ａ）に示すように、第４実施形態では、第２光学部材５２、第１光学部材５１および第３光学部材５３は、照射光の入射方向からこの順に配置されている。

【0074】

第１光学部材５１、第２光学部材５２および第３光学部材５３では、第１部分８が外側に設けられ、第２部分１０が内側に設けられている。第１光学部材５１の第１部分８の第２光学部材５２に対向する面は、照射光の入射方向に対して直交する方向（Ｘ方向）に傾斜するように設けられている。そのため、第２光学部材５２を透過した照射光（第１の光束７）は、第１光学部材５１と空気との境界で屈折する。

【0075】

図１３（ｂ）に示すように、第１光学部材５１の第１部分８と、第３光学部材５３の第１部分８とは、互いに平行になるように照射光に直行する方向（Ｘ方向）に延びている。そのため、第１光学部材５１の第１部分８に入射する時に屈折した光は、Ｚ方向における角度が変わらずに第３光学部材５３を透過する。なお、図１３（ｂ）では、第２光学部材５２は省略している。

【0076】

図１３（ａ）に示すように、第２光学部材５２の第２部分１０の第１光学部材５１に対向する面と、第１光学部材５１の第２部分１０の第２光学部材５２に対向する面とが、照射光の入射方向（Ｚ方向）に直交する第１方向（Ｘ方向）に傾斜している。

【0077】

図１３（ｂ）に示すように、第１光学部材５１の第２部分１０の第３光学部材５３に対向する面と、第３光学部材５３の第２部分１０の第１光学部材５１に対向する面とが、照射光の入射方向（Ｚ方向）に直交する第２方向（Ｙ方向）に傾斜している。そのため、第２部分１０を通る照射光は、第１光学部材５１の第２部分１０によって出射光の向きがＸ方向に傾き、第２光学部材５２に入射する時に元の向きに戻る。そして、第２光学部材５２の第２部分１０を出射する光の向きは、Ｙ方向に傾き、第３光学部材５３に入射するときに元の向きに戻る。つまり、照射光は、結果として第１光学部材５１と第２光学部材５２と第３光学部材５３とを直進することとなる。そして、第２部分１０を透過した第２の光束９は、撮像素子３(図１参照)に到達する。

【0078】

図１４（ａ）に示すように、回動機構は、第２光学部材５２に対して第１光学部材５１と第３光学部材５３とを一体的に回動させる第１回動機構１６と、第１光学部材５１に対して第３光学部材５３を回動させる第２回動機構１７とを含む。なお、図１４（ａ）、図１４（ｂ）および図１４（ｃ）では、第１回動機構１６にハッチングを付している。

【0079】

図１４（ａ）に示すように、第１回動機構１６は、第１光学部材５１に取り付けられる。第１回動機構１６は、たとえば、回転可能なホルダーである。また、第１回動機構１６には第３光学部材５３を載置するための部分があり、第３光学部材５３が第１回動機構１６に載置される。そのため、第１回動機構１６によって、第１光学部材５１を回転させると、載置されている第３光学部材５３も同時に回転する。そのため、第１回動機構１６は、第１光学部材５１と第３光学部材５３とを一体的に回転させることができる。

【0080】

図１４（ａ）に示すように、第２回動機構１７は、第３光学部材５３の第１光学部材５１と対向する側と反対側から第３光学部材５３に取り付けられる。第２回動機構１７は、たとえば、治具１７ａにより回動する。第３光学部材５３には、治具１７ａを取り付ける（挿入する）ための孔１７ｂ（図１３（ｂ）参照）が設けられている。また、第１光学部材５１には、治具１７ａを第３光学部材５３に取り付けて回転させるための孔１６ａ（図１３（ｂ）参照）が設けられており、治具１７ａを回転させた場合、第１回動機構１６および第１光学部材５１は回動しない。第２回動機構１７は、取り付けられた治具１７ａが回動されることにより第３光学部材５３を回動するように構成されている。

【0081】

図１５に示すように、光学部材２の第２部分１０は、照射光を傾斜方向に屈折させる性質を有している。また、光学部材２は、回転させることにより照射光を屈折させる方向を変えることができる。

【0082】

図１４に基づいて、Ｘ方向およびＹ方向に第２の光束９の向きを調整する方法について説明する。

【0083】

図１４（ａ）は、調整前の第１光学部材５１、第２光学部材５２および第３光学部材５４の配置を表す。

【0084】

図１４（ｂ）に示すように、第１回動機構１６により第１光学部材５１と第３光学部材５３とを同時に回転させる。これにより、第３光学部材５３の第２部分１０と対向する第１光学部材５１の第２部分１０が延びる方向であるＸ方向への出射光の向きを変更せずに、第２光学部材５２の第２部分１０と対向する第１光学部材５１の第２部分１０が延びる方向であるＹ方向へ出射光の向きを調整することができる。なお、図１４（ｂ）では、図１４（ａ）に対して第１光学部材５１および第２光学部材５２を９０度回動する例を示しているが、回動させる角度は９０度より小さくともよい。

【0085】

次に、図１４（ｃ）に示すように、第２回動機構１７により第３光学部材５３を回転させることにより、第２光学部材５２の第２部分１０と対向する第１光学部材５１の第２部分１０が延びる方向であるＹ方向へ出射光の向きを変更することなく、第３光学部材５３の第２部分１０と対向する第１光学部材５１の第２部分１０が延びる方向であるＸ方向へ屈折する出射光の向きを調整する。なお。図１４（ｃ）では、図１４（ｂ）に対して９０度回動させる例を示しているが、回動させる角度は９０度より小さくともよい。

【0086】

図１６および図１７に基づいて、第１光学部材５１、第２光学部材５２および第３光学部材５３の第２部分１０を透過した第２の光束９の位置の変化について説明する。

【0087】

図１６および図１７では、第１光学部材５１、第２光学部材５２、第３光学部材５３の第２部分１０を透過した第２の光束９が撮像素子３において照射される位置を点９３で示し、第１回動機構１６によって、第１光学部材５１と第３光学部材５３とを一体的に回動させたときの第１光学部材５１、第２光学部材５２および第３光学部材５３の第２部分１０を透過した照射光の軌跡を円９１で示し、第２回動機構１７によって、第３光学部材５３を回動させたときの第１光学部材５１、第２光学部材５２および第３光学部材５３の第２部分１０を透過した照射光の軌跡は、円９２で示す。また、第２の光束９の理想位置（調整位置）を点９４で表す。さらに、第１光学部材５１、第２光学部材５２および第３光学部材５３の第１部分８を透過した第１の光束７の位置を点９５で表す。

【0088】

図１７（ａ）に示すように、第１光学部材５１、第２光学部材５２、第３光学部材５３の第２部分１０を透過した第２の光束９が、点９３の位置に照射される場合、点９４の位置に照射されるように調整される。

【0089】

図１７（ｂ）に示すように、第２回動機構１７を回動させてＹ方向の位置を調整した場合、点９３は、図１７（ａ）の位置からＹ方向に移動する。このとき、点９４のＹ方向における位置と点９３におけるＹ方向における位置とが同じになるように第１回動機構１６によって調整される。

【0090】

図１７（ｃ）に示すように、第１回動機構１６を回動させてＸ方向の位置を調整した場合、点９３は、図１７（ｂ）の位置からＸ方向に移動する。このとき、点９３と点９４とが重なるように第１回動機構１６によって調整される。これにより、第１の光束７が照射される位置と第２の光束９が照射される位置とが調整される。

【0091】

（第４実施形態の効果）
第４実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

【0092】

第４実施形態では、第１光学部材５１と対向するように配置される第３光学部材５３を含み、第１光学部材５１の第２部分１０の第２光学部材５２に対向する面と、第２光学部材５２の第２部分１０の第１光学部材５１に対向する面とが、照射光の入射方向に直交する第１方向に傾斜しているとともに、第１光学部材５１の第２部分１０の第３光学部材５３に対向する面と、第３光学部材５３の第２部分１０の第１光学部材５１に対向する面とが、照射光の入射方向に直交するとともに第１方向に交差する第２方向に傾斜し、第３光学部材５３を回動させることにより第１方向と第２方向との相対角度を変化させる回動機構をさらに備える。これにより、回動機構によって第３光学部材５３を回動させて第１方向と第２方向との相対角度を変更することにより、第２の光束９が入射または出射する光学部材２の面の照射方向に対する角度を変更することができるため、第２の光束９の屈折する角度を変更することができる。そのため、第２の光束９が照射される位置を調整することができるため、第１の光束７と第２の光束９との相対位置を調整することができる。その結果、光学部材２の製造誤差がある場合でも、第１の光束７と第２の光束９との相対位置を調整することにより、変位計測装置１００（干渉画像撮像装置）の個体差が生じることを抑制することができる。

【0093】

第４実施形態では、回動機構は、第２光学部材５２に対して第１光学部材５１と第３光学部材５３とを一体的に回動させる第１回動機構１６を備える。これにより、第１光学部材５１と第３光学部材５３とが一体的に回動することにより、第１光学部材５１と第３光学部材５３との相対位置を変更せずに、第２光学部材５２と第１光学部材５１との相対位置を変更することができる。これにより、第２の光束９の第２の方向に屈折する角度を変更することなく、第２の光束９の第１の方向に屈折する角度を調整することができる。

【0094】

第４実施形態では、回動機構は、第１回動機構１６に加えて、第１光学部材５１に対して第３光学部材５３を回動させる第２回動機構１７をさらに備える。これにより、第１回動機構１６によって第２光学部材５２と第１光学部材５１との相対位置を変更するとともに、第２回動機構１７によって第１光学部材５１と第２光学部材５２との相対位置を変更することができる。これにより、第２の光束９の第１の方向に屈折する角度に加えて第２の方向に屈折する角度を調整することができる。

【0095】

第４実施形態では、第２光学部材５２、第１光学部材５１および第３光学部材５３は、照射光の入射方向からこの順に配置されている。これにより、第２光学部材５２および第１光学部材５１によって位相が変更された照射光の向きを変更することができるため、位相が変更された照射光と第２光学部材５２または第１光学部材５１によって偏向された照射光との相対位置を調整することができる。

【0096】

なお、第４実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

【0097】

（第５実施形態）
次に、図１、図１８～図２０を参照して、第５実施形態について説明する。この第５実施形態では、第４実施形態と異なり、第１回動機構１６または第２回動機構１７により光学部材２を回動させることにより、第２の光束９の透過する向きを変更させる。

【0098】

第５実施形態では、図１８に示すように、照射光の入射する方向から第２光学部材７２、第１光学部材７１および第３光学部材７３の順に配置されている。

【0099】

図１８（ａ）に示すように、第２光学部材７２と第１光学部材７１とが対向する面は、互いに平行である。また、第１光学部材７１と第３光学部材７３とが対向する面は互いに平行である。そのため、照射光は、第２光学部材７２、第１光学部材７１および第３光学部材７３を直進する。

【0100】

図１８（ｂ）に示すように、第２回動機構１７により第３光学部材７３を回転させた場合、第３光学部材７３と第１光学部材７１との対向する面のうち外側の部分は平行であるため照射光の偏向は生じない。一方、第３光学部材７３と第１光学部材７１との対向する面のうち内側の部分は、第３光学部材７３の内側の面は第１光学部材７１の対向する内側の面に対して傾斜する。そのため、第３光学部材７３に入射する時に、照射光は、Ｘ方向に屈折し偏向が生じる。

【0101】

図１９は、第１回動機構１６により第１光学部材７１と第３光学部材７３とを回転させた状態を側面側（Ｙ方向）から見た図である。第１回動機構１６により第１光学部材７１と第３光学部材７３とを回転させた場合、第２光学部材７２の内側の面に対向する第１光学部材７１は、第２光学部材７２の内側の面に対して傾斜しているため、照射光（第２の光束９）は、Ｙ方向に屈折し、偏向が生じる。一方、第３光学部材７３と第１光学部材７１との対向する面のうち内側の部分は、平行であるため、偏向した照射光は、さらに屈折することなく、第３光学部材７３を透過する。

【0102】

図２０（ａ）に示すように、調整前は、第１光学部材７１、第２光学部材７２および第３光学部材７３の外側の部分を透過した照射光と、内側の部分を透過した照射光が点９３の位置に照射される。そして、図２０（ｂ）に示すように、第１回動機構１６または第２回動機構１７を回動させることにより、内側の部分を通る照射光が点９６の位置に照射される。

【0103】

（第５実施形態の効果）
第５実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

【0104】

第５実施形態では、対象物６の互いに異なる位置の点または領域から反射または透過された照射光を第１の光束７と第２の光束９とに分けて透過し、透過した第１の光束７と第２の光束９とを干渉させる光学部材２と、光学部材２の少なくとも一部を回動させる回動機構と、を備え、光学部材２は、第１光学部材７１と、第２光学部材７２と、第３光学部材７３とを含み、回動機構は、第１光学部材７１または第３光学部材７３の少なくとも一方を回動させる。これにより、第１の光束７と第２の光束９の相対角度を変更させるように構成されており、第１光学部材７１および第２光学部材７２は、第２の光束９を透過させて第２の光束９の位相を変化させるように構成されている。このため、照射光を２つの方向に分離する必要がないため、光を分離させる光学部材（ハーフミラー）および分離した光を干渉させるための光学部材（ハーフミラー）を設ける必要がない。また、第１光学部材７１および第２光学部材７２を設けることによって、位相シフタを設ける必要がない。さらに、回動機構によって、偏向器を設ける必要がない。これらの結果、位相シフタと偏向器との代わりに第１光学部材７１と、第２光学部材７２と回動機構とを設けるが、光を分離させる光学部材（ハーフミラー）および分離した光を干渉させるための光学部材（ハーフミラー）を設ける必要がない。そのため、部品点数を減らすことができるとともに、装置が大型化するのを抑制することができる。また、照射光を分離および干渉させる光学部材を設ける必要がないため、光学部材における反射および透過により光量がロスするのを抑制することができる。

【0105】

なお、第５実施形態のその他の効果は、上記第４実施形態と同様である。

【0106】

［変形例］
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく請求の範囲によって示され、さらに請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。

【0107】

たとえば、上記実施形態では、本発明の干渉画像撮像装置を欠陥検査に用いる例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、本発明の干渉画像撮像装置を別の用途に用いてもよい。

【0108】

また、上記実施形態では、干渉画像撮像装置を対象物に音波を与えて欠陥を検査する欠陥検査に用いる例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、音波を与えなくてもよく、音波以外の熱などを対象物に与えてもよい。

【0109】

また、上記実施形態では、第１部分が外側に設けられ、第２部分が内側に設けられている例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、第１部分が内側にあってもよい。

【0110】

また、上記実施形態では、第１部分および第２部分が一体化された複合レンズ対を含む例を示したが、本発明はこれに限定されない。たとえば、照射光を透過させるとともに変向および位相シフトさせるものであれば、レンズでなくてもよい。

【0111】

また、上記実施形態では、光学部材は、照射光の入射方向から視て円環状の第１部分が円形の第２部分を取り囲むように隣接して配置されている例を示したが、本発明はこれに限定されない。たとえば、第１部分および第２部分が照射光の入射方向から視て多角形であってもよい。

【0112】

また、本発明では、たとえば、光学部材の第１部分は、一部分がすりガラスやホログラフィックディフーザー等の拡散体で構成されていてもよい。この場合、図２１に示すように、撮像素子では、第２の光束の周囲の複数箇所に第１の光束が散乱して入射する。

【0113】

また、上記実施形態では、対象物からの反射光を第１の光束と第２の光束とに分離する例を示したが、本発明はこれに限定されない。たとえば、対象物から反射させた光ではなく、対象物からの透過光を第１の光束と第２の光束とに分離してもよい。

【0114】

また、上記実施形態では、干渉画像撮像装置を変位計測装置に用いる例を示したが、本発明はこれに限定されない。たとえば、干渉画像撮像装置を顕微鏡などに用いてもよい。

【0115】

また、上記実施形態では、第１部分が第１光学部材から構成される例を示したが、本発明はこれに限定されない。たとえば、第１部分が第２光学部材から構成されてもよい。このとき、第２光学部材は第１部分および第２部分が一体化される。

【0116】

また、上記実施形態では、第１光学部材の面の第１部分と第２部分が同じ角度で傾斜している例を示したが、本発明はこれに限定されない。たとえば、異なる角度で傾斜していてもよい。

【0117】

また、上記実施形態では、第１部分の形状として一つの傾斜面や錐体形状の例を示したが、本発明はこれに限定されない。たとえば、二つの傾斜面や曲面を第１部分に用いて第１の光束に偏向を与えてもよい。

【0118】

また、上記実施形態では、第１光学部材および第２光学部材において第２部分の厚みが第１部分よりも大きい凸型形状の例を示したが、本発明はこれに限定されない。たとえば、第１光学部材および第２部分の厚みが第１部分よりも小さい凹型形状でもよい。

【0119】

また、上記実施形態では、結像レンズが光学部材の後に配置される例を示したが、本発明はこれに限定されない。たとえば、光学部材の前に配置してもよい。また、結像レンズを複数のレンズまたは複数のレンズ群によって構成してもよい。たとえば結像レンズを第１レンズ群と第２レンズ群によって構成し、光学部材の前に第１レンズ群、光学部材の後に第２レンズを配置してもよい。このとき、第１レンズ群を凹レンズ系とすれば、開口絞りに入射する光の角度を平行に近づけることができるため、好適である。

【0120】

また、第４実施形態および第５実施形態では、第２光学部材、第１光学部材および第３光学部材は、照射光の入射方向からこの順に配置されている例を示したが、本発明はこれに限定されない。たとえば、第３光学部材、第１光学部材および第２光学部材は、照射光の入射方向からこの順に配置されていてもよい。

【0121】

また、第４実施形態および第５実施形態では、変位計測装置（干渉画像撮像装置）は、第２光学部材によって位相が変化する例を示したが、本発明はこれに限定されない。たとえば、第３光学部材によって位相を変化させてもよい。

【0122】

また、第５実施形態では、第２の光束が偏向される例を示したが、本発明はこれに限定されない。たとえば、第２の光束は偏光されずに第１の光束が偏向されてもよい。この場合、第３光学部材の第１光学部材と対向する外側の部分は、第１光学部材の第３光学部材と対向する外側の部分に対して傾斜しているとともに、第１光学部材と第３光学部材との対向する内側の部分は互いに平行である。

【符号の説明】

【0123】

１ 照射部
２ 光学部材
３ 撮像素子（撮像部）
６ 対象物
７ 第１の光束
８ 第１部分
９ 第２の光束
１０ 第２部分
１１ アクチュエータ
１２ 遮光部材
１３ 開口絞り
１４ 結像レンズ
２１、３１、４１、５１、７１ 第１光学部材
２２、５２、７２ 第２光学部材
１００ 変位計測装置（干渉画像撮像装置）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】