三维测量装置

1.本发明涉及对待测物的形状进行测量的三维测量装置。


背景技术：

2.以往，作为测量待测物的形状的三维测量装置，已知有利用干涉仪的三维测量装置。近年来，为了实现测量范围的扩大，还提出了利用波长不同的两种光进行测量的三维测量装置(例如，参考专利文献1)。
3.在专利文献1涉及的三维测量装置中，通过分别从偏振分束器的不同位置入射波长不同的两种光，能够使两种光的波长差极小，能够大幅扩大测量范围。
4.通常，如图16所示，利用干涉仪的三维测量装置具备：偏振分束器(pbs)100；光源101，其射出向该偏振分束器100入射的相干光；以及拍摄装置102，其拍摄从偏振分束器100射出的光。
5.在图16所示的例子中，规定波长的偏振光(偏振方向相对于x轴方向和y轴方向倾斜45
°
的偏振光)从光源101向z轴方向向下射出，入射到偏振分束器100的第一面100a。
6.从偏振分束器100的第一面100a入射的光在偏振分束器100的边界面100e沿两个方向分支，其p偏振光分量(将与图16的纸面平行的方向为偏振方向的直线偏振光)向z轴方向向下透过并从第三面100c作为测量光射出，另一方面，其s偏振光分量(将与图16的纸面垂直的y轴方向作为偏振方向的直线偏振光)向x轴方向向右反射并从第四面100d作为参考光射出。
7.从偏振分束器100的第三面100c射出的测量光(p偏振光)在通过透过1/4波长板103而转换为右旋的圆偏振光之后，被工件110反射。在此，维持光相对于行进方向的旋转方向。然后，该测量光再次透过1/4波长板103，由此从右旋的圆偏振光转换为s偏振光之后再次入射到偏振分束器100的第三面100c。
8.另一方面，从偏振分束器100的第四面100d射出的参考光(s偏振光)在透过1/4波长板104而转换为左旋的圆偏振光之后，由参考面111反射。在此，维持光相对于行进方向的旋转方向。之后，该参考光再次透过1/4波长板104，从而从左旋的圆偏振光转换为p偏振光之后再次入射到偏振分束器100的第四面100d。
9.然后，从偏振分束器100的第三面100c再次入射的测量光(s偏振光)在边界面100e向x轴方向向左反射，另一方面，从第四面100d再次入射的参考光(p偏振光)在边界面100e沿x轴方向向左透过。由此，合成了测量光和参考光的合成光作为输出光从偏振分束器100的第二面100b射出。
10.从偏振分束器100的第二面100b射出的合成光(测量光和参考光)首先通过1/4波长板105，将其测量光分量(s偏振光分量)转换为左旋的圆偏振光，将其该参考光分量(p偏振光分量)转换为右旋的圆偏振光。在此，左旋的圆偏振光和右旋的圆偏振光由于旋转方向不同而不干涉。
11.该合成光接着透过偏振板106，由此其测量光分量和参考光分量以与偏振板106的
角度对应的相位而发生干涉。然后，这样的干涉光改变偏振板106的角度，通过拍摄装置102进行多次拍摄，基于所得到的亮度图像数据进行工件110的三维测量。
12.现有技术文献
13.专利文献
14.专利文献1：日本专利6271493号公报。


技术实现要素：

15.发明所要解决的课题
16.在专利文献1涉及的三维测量装置中，通过使用偏振分束器、1/4波长板等光学部件，将波长不同的两种光分别分离、转换为偏振方向不同的偏振光分量(p偏振光和s偏振光)，能够分离在同一光路上向同一方向前进的两种光。
17.例如，在专利文献1中，构成为使波长1500nm的第一光涉及的s偏振光分量(或p偏振光分量)和波长1503nm的第二光涉及的p偏振光分量(或s偏振光分量)相同的1/4波长板(专利文献1的干涉光学系统3内的1/4波长板21、22等)向同一方向通过。
18.然而，偏振分束器、1/4波长板等偏振光分量(p偏振光和s偏振光)的分离、转换所需要的光学部件难以高精度地制造，其制造误差有可能对偏振光分量的分离、转换精度产生很大影响。
19.特别是，非常难以高精度地制造与两种波长对应的1/4波长板。因此，如专利文献1那样，在波长不同的两种光通过的位置配置1/4波长板(专利文献1的1/4波长板21、22等)的情况下，在这里通过的两种光的至少一种有可能产生转换误差。
20.1/4波长板是具有相对于规定波长(例如1500nm或1503nm)的入射光赋予1/4波长量(例如375nm或375.75nm)的相位差而将直线偏振光转换为圆偏振光或将圆偏振光转换为直线偏振光的功能的光学部件。
21.即，在制造与波长1500nm的第一光和波长1503nm的第二光对应的1/4波长板的情况下，制造赋予375nm～375.75nm中的期望的相位差(例如375.6nm)的1/4波长板。
22.因此，如专利文献1那样，在通过使1/4波长板往返而将偏振光分量从s偏振光转换为p偏振光、或者从p偏振光转换为s偏振光的结构中，有可能偏振光分量未被完全转换而稍微残留的转换前的偏振光分量(例如s偏振光)混杂在转换后的偏振光分量(例如p偏振光)中。
23.在该情况下，如图16所示，未完全转换的偏振光分量作为返回光kp、ks在偏振分束器100的边界面100e反射或透过等，向与本来被引导的方向不同的方向被引导。
24.由此，在利用不同的相机分别拍摄第一光涉及的测量光(s偏振光)和参考光(p偏振光)的干涉光以及第二光涉及的测量光(p偏振光)和参考光(s偏振光)的干涉光的专利文献1涉及的结构中，第二光(或第一光)的返回光入射到原本仅拍摄第一光(或第二光)涉及的干涉光的第一相机(或第二相机)，导致包含该返回光的干涉光被拍摄，因此测量精度有可能降低。
25.本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种能够实现测量精度的提高等的三维测量装置。
26.用于解决课题的手段
27.以下，对适于解决上述课题的各手段分项进行说明。此外，根据需要，对相应的技术方案附加特有的技术效果。
28.方案1.一种三维测量装置，其特征在于，具备：
29.规定的光学系统(特定光学系统)，其具有能够将入射的规定的光分割为两个光的光学单元(例如，分束器、半透半反镜等)，所述光学系统能够将该分割后的一个光的至少一部分作为测量光照射到待测物，并将另一个光的至少一部分作为参考光照射到参考面，并且将由所述待测物反射的所述测量光的至少一部分和由所述参考面反射的所述参考光的至少一部分合成并射出；
30.第一照射单元，其能够射出向所述光学单元的第一输入部入射的第一波长的第一光；
31.第二照射单元，其能够射出向所述光学单元的第二输入部入射的第二波长的第二光；
32.第一拍摄单元，其能够拍摄通过向所述第一输入部入射所述第一光而从所述光学单元的第一输出部射出的所述第一光涉及的规定的输出光；
33.第二拍摄单元，其能够拍摄通过向所述第二输入部入射所述第二光而从所述光学单元的第二输出部射出的所述第二光涉及的规定的输出光；以及
34.图像处理单元，其能够基于由所述第一拍摄单元和所述第二拍摄单元获取的图像数据来执行所述待测物的三维测量，
35.从所述光学单元朝向所述待测物的所述第一光涉及的测量光和从所述光学单元朝向所述待测物的所述第二光涉及的测量光的行进方向(矢量)不同，并且从所述光学单元朝向所述参考面的所述第一光涉及的参考光和从所述光学单元朝向所述参考面的所述第二光涉及的参考光的行进方向(矢量)不同，
36.由所述待测物反射而朝向所述光学单元的所述第一光涉及的测量光和由所述待测物反射而朝向所述光学单元的所述第二光涉及的测量光的行进方向(矢量)不同，并且由所述参考面反射而朝向所述光学单元的所述第一光涉及的参考光和由所述参考面反射而朝向所述光学单元的所述第二光涉及的参考光的行进方向(矢量)不同，
37.所述光学单元构成为能够将由所述待测物反射的所述第一光涉及的测量光的一部分和由所述参考面反射的所述第一光涉及的参考光的一部分合成并从所述第一输出部射出，并且能够将由所述待测物反射的所述第二光涉及的测量光的一部分和由所述参考面反射的所述第二光涉及的参考光的一部分合成并从所述第二输出部射出。
38.根据上述方案1，构成为不存在从照射单元到拍摄单元的第一光和第二光的行进方向(矢量)彼此重叠的区间。即，入射到规定的光学系统的第一光和第二光相互不干涉而在完全分离的状态下从规定的光学系统分别射出。此外，在此，即使在行进方向相反而光路重叠的情况、光路交叉的情况下也不会产生特别的问题。
39.这样，根据本方案，仅通过适当地设定针对光学系统的第一光和第二光各自的入射位置、入射角度，就能够将第一光和第二光完全分离而进行处理，因此能够大幅削减偏振光分量(p偏振光和s偏振光)的分离、转换所需要的偏光分束器、1/4波长板等光学部件，能够实现结构的简化。特别是，能够实现省略了波长不同的两种光的偏振光分量在同一光路上在同一方向上通过的1/4波长板的光学系统。
40.其结果，能够排除上述的返回光影响等从规定的光学部件受到的制造误差等的影响，实现测量精度的提高。
41.进而，能够使用波长较近的两种光作为第一光和第二光，能够进一步扩大三维测量涉及的测量范围。此外，由于能够同时进行第一光涉及的输出光的拍摄和第二光涉及的输出光的拍摄，所以能够实现测量效率的提高。
42.方案2.根据方案1所述的三维测量装置，其特征在于，具备：
43.第一偏振板，其配置在所述光学单元与所述参考面之间，使第一偏振光(例如p偏振光)透过；
44.第二偏振板，其配置在所述光学单元与所述待测物之间，使第二偏振光(例如s偏振光)透过；
45.第一1/4波长板，其配置在所述光学单元的第一输出部与所述第一拍摄单元之间，将所述第一光涉及的所述第一偏振光和所述第二偏振光分别转换为圆偏振光，以及
46.第二1/4波长板，其配置在所述光学单元的第二输出部与所述第二拍摄单元之间，将所述第二光涉及的所述第一偏振光和所述第二偏振光分别转换为圆偏振光。
47.根据上述方案2，能够进行利用了相移法的三维测量，能够实现测量精度进一步的提高。
48.此外，在此，作为“第一1/4波长板”，能够使用与第一光的第一波长相匹配地制造的专用的1/4波长板，并且作为“第二1/4波长板”，能够使用与第二光的第二波长相匹配地制造的专用的1/4波长板。由此，与使用与两种波长对应的1/4波长板的情况相比，能够降低光的转换误差。其结果是，能够实现测量精度的提高。
49.方案3.根据方案1或2所述的三维测量装置，其特征在于，
50.从与所述待测物正交的规定的轴线(例如z轴)方向观察时，从所述光学单元朝向所述待测物的所述第一光涉及的测量光的光路和从所述光学单元朝向所述待测物的所述第二光涉及的测量光的光路以该轴线为中心对称，
51.并且，
52.从与所述参考面正交的规定的轴线(例如x轴)方向观察时，从所述光学单元朝向所述参考面的所述第一光涉及的参考光的光路和从所述光学单元朝向所述参考面的所述第二光涉及的参考光的光路以该轴线为中心对称。
53.根据上述方案3，例如从与待测物正交的规定的轴线方向观察时，第一光涉及的测量光的光路和第二光涉及的测量光的光路重叠的情况等相比，从光学单元朝向待测物的第一光涉及的测量光和第二光涉及的测量光难以混合存在。同样地，从光学单元朝向参考面的第一光涉及的参考光和第二光涉及的参考光也难以混合存在。其结果是，能够实现测量精度进一步的提高。
54.方案4.根据方案1至3中任一方案所述的三维测量装置，其特征在于，
55.所述第一光涉及的测量光相对于所述待测物的入射角和所述第二光涉及的测量光相对于所述待测物的入射角为相同角度，
56.并且，
57.所述第一光涉及的参考光相对于所述参考面的入射角和所述第二光涉及的参考光相对于所述参考面的入射角为相同角度。
58.根据上述方案4，能够使第一光的光路长度与第二光的光路长度为相同长度。作为结果，在第一光涉及的拍摄处理以及第二光涉及的拍摄处理中，能够以相同的大小(相同倍率)拍摄待测物。进而，能够实现测量精度的提高。
59.方案5.根据方案1至4中任一方案所述的三维测量装置，其特征在于，所述光学单元是半透半反镜。
60.根据上述方案5，与分束器等厚壁的光学单元相比，薄板状的半透半反镜也可以几乎不考虑光的折射等，因此能够使三维测量装置更加小型化。
61.例如，如图15的(a)所示，在使用半透半反镜200作为光学单元的情况下，光相对于待测物201的入射角θ的下限值可以由下式(1)定义。
[0062][0063]
在此，是从光源203射出并被待测物201反射而入射到拍摄元件204的激光的直径(宽度)，“wd”是为了使光源203与拍摄元件204的配置位置不重叠而必须确保最低限度的光源203(拍摄元件204)与待测物201间的距离。
[0064]
与此相对，如图15的(b)所示，在使用分束器210作为光学单元的情况下，必须考虑分束器210中的光的折射等，因此无法应用上式(1)。假设与使用半透半反镜200的情况同样地，在欲使光相对于待测物201以入射角θ入射的情况下，若不将光源203(拍摄元件204)与待测物201的距离we设定得比使用了半透半反镜200的情况下的距离wd长，则会导致光源203与拍摄元件204的配置位置重叠。
[0065]
方案6.根据方案1所述的三维测量装置，其特征在于，构成为能够通过基于所述图像数据(干涉条纹图像)得到所述测量光的复振幅的傅立叶变换法来执行所述待测物的三维测量，所述图像数据是对通过使所述光学单元与所述参考面成为规定的位置关系而产生的载波条纹进行拍摄而得到的。
[0066]
此外，“使所述光学单元与所述参考面成为规定的位置关系”包括例如“使所述参考面从规定的基准姿势倾斜”。作为所述“基准姿势”，例如包含在使所述“光学单元(例如分束器、半透半反镜等)”相对于与待测物正交的第一轴线(例如z轴)以及与所述第一轴线(例如z轴)正交的第二轴线(例如x轴)倾斜45
°
地配置的情况下，所述“参考面”与所述第二轴线(例如x轴)正交的姿势。
[0067]
根据上述方案6，偏振分束器自不必说，也可以完全不配置在方案2中使用的1/4波长板、偏振板等对偏振光分量(p偏振光和s偏振光)进行分离、转换的光学部件。此外，作为拍摄单元的拍摄元件，也不需要使用偏振图像传感器。
[0068]
作为结果，能够实现部件数量的削减、结构的简单化等。并且，能够减少从光学部件受到的制造误差等的影响，实现测量精度的提高。
附图说明
[0069]
图1是第一实施方式涉及的三维测量装置的简要结构图。
[0070]
图2是示出三维测量装置的电气结构的框图。
[0071]
图3是示出第一光的光路的光路图。
[0072]
图4是示出第二光的光路的光路图。
[0073]
图5是偏振图像传感器的简要结构图。
[0074]
图6是第二实施方式涉及的三维测量装置的简要结构图。
[0075]
图7是第三实施方式涉及的三维测量装置的简要结构图。
[0076]
图8是第四实施方式涉及的三维测量装置的简要结构图。
[0077]
图9是第五实施方式涉及的三维测量装置的简要结构图。
[0078]
图10的(a)、图10的(b)是用于说明配置了物镜的情况下第一光相对于参考面和设置部的入射角的示意图。
[0079]
图11是第六实施方式涉及的三维测量装置的简要结构图。
[0080]
图12是第七实施方式涉及的三维测量装置的简要结构图。
[0081]
图13是示出第一光涉及的测量光和参考光与第二光涉及的测量光和参考光的行进方向重叠的情况的一个示例的光路图。
[0082]
图14的(a)是示出第一光的入射光入射的第一位置和第一光的射出光射出的第二位置在与分束器的第一面的一边平行的方向上排列的状态的示意图；图14的(b)是示出第一光的入射光入射的第一位置和第一光的射出光射出的第二位置在分束器的第一面的对角线方向上排列的状态的示意图。
[0083]
图15的(a)是用于说明使用了半透半反镜的情况下的待测物的入射光和反射光的光路等的示意图；图15的(b)是用于说明使用了分束器的情况下的待测物的入射光和反射光的光路等的示意图。
[0084]
图16是示出以往的三维测量装置中的光的光路的光路图。
具体实施方式
[0085]
[第一实施方式]
[0086]
以下，参考附图对三维测量装置的一个实施方式进行说明。图1是示出本实施方式涉及的三维测量装置1的简要结构的示意图，图2是示出三维测量装置1的电气结构的框图。以下，为了方便，将图1的纸面左右方向设为“x轴方向”，将纸面前后方向设为“y轴方向”，将纸面上下方向设为“z轴方向”来进行说明。
[0087]
三维测量装置1基于干涉仪的原理而构成，具备：两个投光系统2a、2b(第一投光系统2a、第二投光系统2b)，其能够输出特定波长的光；干涉光学系统3，其入射从该投光系统2a、2b分别射出的光；两个拍摄系统4a、4b(第一拍摄系统4a、第二拍摄系统4b)，其能够拍摄从该干涉光学系统3射出的光；以及控制装置5(参考图2)，其进行投光系统2a、2b和干涉光学系统3以及拍摄系统4a、4b等涉及的各种控制、图像处理、运算处理等。
[0088]
在此，“控制装置5”构成本实施方式中的“图像处理单元”，“干涉光学系统3”构成本实施方式中的“规定的光学系统(特定光学系统)”。此外，在本实施方式中，以产生光的干涉(拍摄干涉光)为目的，将入射的规定的光分割为两个光(测量光和参考光)，使该两个光产生光程差之后，再次合成并输出的光学系统称为“干涉光学系统”。即，不使两个光在内部干涉而仅作为合成光输出的光学系统也称为“干涉光学系统”。因此，如本实施方式那样，在两个光(测量光和参考光)不干涉而作为合成光从“干涉光学系统”输出时，如后所述，在至少拍摄的前一阶段，经由规定的干涉单元转换为干涉光。
[0089]
首先，对两个投光系统2a、2b(第一投光系统2a、第二投光系统2b)的结构进行详细
说明。第一投光系统2a具备第一发光部11a、第一光隔离器12a等。在此，“第一发光部11a”构成本实施方式中的“第一照射单元”。
[0090]
虽然省略了图示，但第一发光部11a具备能够输出特定波长λ1的直线偏振光的激光光源、将从该激光光源输出的直线偏振光放大并作为平行光射出的扩束器、用于进行强度调整的偏振板、用于调整偏振方向的1/2波长板等。
[0091]
本实施方式中的第一发光部11a的光轴(光的射出方向)ja1相对于z轴方向向右侧倾斜角度θ1。在该结构下，在本实施方式中，从第一发光部11a向干涉光学系统3射出波长λ1(例如λ1＝1500nm)的直线偏振光，所述直线偏振光以相对于x轴方向和y轴方向倾斜45
°
的方向作为偏振方向。在此，“波长λ1”相当于本实施方式中的“第一波长”。以下，将从第一发光部11a射出的波长λ1的光称为“第一光”。
[0092]
第一光隔离器12a是仅使向一个方向(在本实施方式中为干涉光学系统3侧)前进的光透过而截断向反方向(在本实施方式中为第一发光部11a侧)前进的光的光学元件。由此，仅使从第一发光部11a射出的第一光透过，能够防止由入射光引起的第一发光部11a的损伤、不稳定化等。
[0093]
此外，在本实施方式中，将与图1的纸面(x-z平面)平行的方向作为偏振方向的直线偏振光称为p偏振光(p偏振光分量)，将与图1的纸面垂直的y轴方向作为偏振方向的直线偏振光称为s偏振光(s偏振光分量)。
[0094]
第二投光系统2b与上述第一投光系统2a同样地，具备第二发光部11b、第二光隔离器12b等。在此，“第二发光部11b”构成本实施方式中的“第二照射单元”。
[0095]
第二发光部11b与上述第一发光部11a同样地，具备能够输出特定波长λ2的直线偏振光的激光光源、将从该激光光源输出的直线偏振光放大并作为平行光射出的扩束器、用于进行强度调整的偏振板、用于调整偏振方向的1/2波长板等。
[0096]
本实施方式中的第二发光部11b的光轴(光的射出方向)jb1相对于x轴方向向上侧倾斜角度θ2。此外，在本实施方式中，角度θ2被设定为与上述角度θ1相同的角度。
[0097]
在该结构下，在本实施方式中，从第二发光部11b向干涉光学系统3射出波长λ2(例如λ2＝1503nm)的直线偏振光，所述直线偏振光以相对于x轴方向和y轴方向倾斜45
°
的方向作为偏振方向。在此，“波长λ2”相当于本实施方式中的“第二波长”。以下，将从第二发光部11b射出的波长λ2的光称为“第二光”。
[0098]
第二光隔离器12b与第一光隔离器12a同样地，是仅使向一个方向(在本实施方式中为干涉光学系统3侧)前进的光透过而截断向反方向(在本实施方式中为第二发光部11b侧)前进的光的光学元件。由此，仅使从第二发光部11b射出的第二光透过，能够防止由入射光引起的第二发光部11b的损伤、不稳定化等。
[0099]
接着，对干涉光学系统3的结构进行详细说明。干涉光学系统3具备半透半反镜hm、偏振板21、22、参考面23、设置部24等。
[0100]
半透半反镜hm是包括偏振状态在内将入射光以规定的比率(在本实施方式中为1：1)分割为透过光和反射光的公知的薄板状的光学部件，构成本实施方式中的光学单元。由此，透过光的p偏振光分量和s偏振光分量以及反射光的p偏振光分量和s偏振光分量全部以相同的比率被分割，并且透过光和反射光的各偏振状态与入射光的偏振状态相同。
[0101]
半透半反镜hm以其正面和背面两面与y轴方向平行且相对于x轴方向和z轴方向倾
斜45
°
的方式配置。以下，在本实施方式中，将从第一投光系统2a(第一发光部11a)射出的第一光入射的半透半反镜hm的上侧的面称为“第一面hma”，将从第二投光系统2b(第二发光部11b)射出的第二光入射的半透半反镜hm的下侧的面称为“第二面hmb”。
[0102]
此外，在干涉光学系统3中，以与半透半反镜hm的第一面hma在x轴方向上对置的方式配置偏振板21，并且以与该偏振板21在x轴方向上对置的方式配置参考面23。此外，偏振板21和参考面23以与x轴方向正交的方式(以x轴方向成为法线方向的方式)配置。
[0103]
本实施方式中的偏振板21配置为仅使作为第一偏振光的p偏振光透过，截断s偏振光。即，仅从半透半反镜hm的第一面hma射出的光的p偏振光分量透过偏振板21，并作为参考光照射到参考面23。此外，由参考面23反射的参考光(p偏振光)再次透过偏振板21而入射到半透半反镜hm的第一面hma。“偏振板21”构成本实施方式中的“第一偏振板”。
[0104]
此外，在干涉光学系统3中，以与半透半反镜hm的第二面hmb在z轴方向上对置的方式配置偏振板22，并且以与该偏振板22在z轴方向上对置的方式配置设置部24。此外，偏振板22和设置部24以与z轴方向正交的方式(以z轴方向成为法线方向的方式)配置。
[0105]
本实施方式中的偏振板22配置为仅使作为第二偏振光的s偏振光透过，截断p偏振光。即，仅从半透半反镜hm的第二面hmb射出的光的s偏振光分量透过偏振板22，并作为测量光照射到放置于设置部24的工件w，所述工件w为待测物。此外，被工件w反射的测量光(s偏振光)再次透过偏振板22而入射到半透半反镜hm的第二面hmb。“偏振板22”构成本实施方式中的“第二偏振板”。
[0106]
接着，对两个拍摄系统4a、4b(第一拍摄系统4a、第二拍摄系统4b)的结构进行详细说明。
[0107]
第一拍摄系统4a具备1/4波长板31a、第一相机33a等。在此，“第一相机33a”构成本实施方式中的“第一拍摄单元”。
[0108]
1/4波长板31a用于将从半透半反镜hm的第一面hma射出的第一光的参考光分量(p偏振光分量)和测量光分量(s偏振光分量)分别转换为圆偏振光，构成本实施方式中的“第一1/4波长板”。此外，1/4波长板31a是配合第一光的波长λ1(例如λ1＝1500nm)而专门设计的1/4波长板。
[0109]
本实施方式涉及的第一相机33a是具备偏振图像传感器70a作为拍摄元件的偏振光相机。本实施方式中的第一相机33a的光轴(第一光涉及的合成光的入射方向)ja2相对于z轴方向向左侧倾斜角度θ1。
[0110]
如图5所示，偏振图像传感器70a具备成为传感器主体部的受光元件阵列71、设置于成为其受光面侧的前面侧的偏振片阵列72以及设置于其前面侧的微透镜阵列73。
[0111]
受光元件阵列71具有一般的ccd图像传感器等半导体元件结构，所述一般的ccd图像传感器是由多个受光元件(像素)74呈矩阵状二维排列而成的。
[0112]
此外，实际的受光元件阵列71是排列有多个像素(例如1280
×
1024像素)的元件，但在图5中，为了实现说明的简化，仅图示了作为其一部分的4行4列(对于偏振片阵列72和微透镜阵列73也同样)。
[0113]
偏振片阵列72是将多个偏振片75二维排列为矩阵状的元件。各偏振片75以与受光元件阵列71的各受光元件74一对一对应的方式设置。
[0114]
偏振片75选择性地透过如上所述转换为圆偏振光的参考光分量和测量光分量。由
此，能够使旋转方向不同的参考光分量与测量光分量干涉。此外，对参考光分量和测量光分量赋予规定的相位差。因此，各偏振片75也可以构成本实施方式中的“相移单元”、“干涉单元”。
[0115]
偏振片75由透过轴的设定角度各相差45
°
的4种偏振片75a、75b、75c、75d构成。更详细而言，具备：第一偏振片75a，被设定为透过轴相对于基准线(水平线)的设定角度为“0
°”
；第二偏振片75b，被设定为透过轴的设定角度为“45
°”
；第三偏振片75c，被设定为透过轴的设定角度为“90
°”
；以及第四偏振片75d，被设定为透过轴的设定角度为“135
°”
。
[0116]
由此，能够使透过偏振片阵列72的各偏振片75的光的参考光分量和测量光分量以4组相位差发生干涉。即，能够生成参考光和测量光的相位差各相差90
°
的4组干涉光。
[0117]
作为具体的设定，设计成透过第一偏振片75a的光的参考光分量的相移量为“0
°”
，透过第二偏振片75b的光的参考光分量的相移量为“90
°”
，透过第三偏振片75c的光的参考光分量的相移量为“180
°”
，透过第四偏振片75d的光的参考光分量的相移量为“270
°”
。
[0118]
并且，在偏振片阵列72中，构成为特定的偏振片排列图案(参考图5的粗框部分)以矩阵状重复配置的结构，所述特定的偏振片排列图案是这些透过轴角度不同的4种偏振片75a、75b、75c、75d按照规定顺序呈2行2列的矩阵状排列而成的。
[0119]
本实施方式中的所述偏振片排列图案构成为，在偏振片阵列72的正面观察时，在右下配置有第一偏振片75a，在右上配置有第二偏振片75b，在左上配置有第三偏振片75c，在左下配置有第四偏振片75d。
[0120]
由此，无论在偏振片阵列72的哪个位置提取排列成2行2列的矩阵状的4个偏振片75的情况下，都必然包含透过轴角度不同的4种偏振片75a、75b、75c、75d的每一个。
[0121]
微透镜阵列73是多个微透镜76呈矩阵状二维排列而成的。微透镜76用于提高每个像素的聚光效率，以与偏振片阵列72的各偏振片75一对一对应的方式设置。
[0122]
由此，由微透镜阵列73的各微透镜76聚集的光分别透过对应的偏振片阵列72的各偏振片75，从而对其参考光分量和测量光分量分别赋予规定的相位差，并且成为干涉光，分别被对应的受光元件阵列71的各受光元件74接收。
[0123]
由第一相机33a拍摄并获取的亮度图像数据在第一相机33a内部转换为数字信号之后，以数字信号的形式输入至控制装置5(图像数据存储装置54)。
[0124]
第二拍摄系统4b与第一拍摄系统4a同样地，具备1/4波长板31b、第二相机33b等。在此，“第二相机33b”构成本实施方式中的“第二拍摄单元”。
[0125]
1/4波长板31b用于将从半透半反镜hm的第二面hmb射出的第二光的参考光分量(p偏振光分量)和测量光分量(s偏振光分量)分别转换为圆偏振光，构成本实施方式中的“第二1/4波长板”。此外，1/4波长板31b是配合第二光的波长λ2(例如λ2＝1503nm)而专门设计的1/4波长板。
[0126]
本实施方式涉及的第二相机33b与第一相机33a同样地，是具备偏振图像传感器70b作为拍摄元件的偏振光相机。本实施方式中的第二相机33b的光轴(第二光涉及的合成光的入射方向)jb2相对于x轴方向向下侧倾斜角度θ2。此外，偏振图像传感器70b是与第一相机33a涉及的上述偏振图像传感器70a相同的结构，因此省略其详细的说明。
[0127]
与第一相机33a同样地，由第二相机33b拍摄并获取的亮度图像数据在第二相机33b内部被转换为数字信号之后，以数字信号的形式输入到控制装置5(图像数据存储装置
54)。
[0128]
在此，对控制装置5的电气结构进行说明。如图2所示，控制装置5具备：微型计算机51，其执行三维测量装置1整体的控制；输入装置52，其作为由键盘、鼠标或触摸面板构成的“输入单元”；显示装置53，其作为具有液晶画面等显示画面的“显示单元”；图像数据存储装置54，其用于依次存储由相机33a、33b拍摄并获取的亮度图像数据等；运算结果存储装置55，其用于存储各种运算结果；以及设定数据存储装置56，预先存储各种信息。
[0129]
此外，微型计算机51具备作为运算单元的cpu51a、存储各种程序的rom51b、暂时存储运算数据和输入输出数据等各种数据的ram51c等，与上述各种装置52～56电连接。
[0130]
接下来，对三维测量装置1的作用进行说明。此外，如后所述，本实施方式中的第一光和第二光的照射同时进行，第一光的光路和第二光的光路一部分重叠，但在此为了更容易理解，使用不同的附图对第一光和第二光的每个光路分别进行说明。
[0131]
首先，参考图3对第一光的光路进行说明。如图3所示，从第一投光系统2a(第一发光部11a)朝向干涉光学系统3射出波长λ1的第一光(偏振方向相对于x轴方向和y轴方向倾斜45
°
的直线偏振光)。在此，光的行进方向(矢量)相对于z轴方向倾斜上述角度θ1。
[0132]
从第一投光系统2a射出的第一光入射到半透半反镜hm的第一位置p1。因此，该“半透半反镜hm的第一位置p1”构成本实施方式中的“第一输入部”。
[0133]
对于入射到半透半反镜hm的第一位置p1的第一光，其一部分(一半)被第一面hma反射而朝向偏振板21射出，另一方面，剩余部分(一半)透过半透半反镜hm而从第二面hmb朝向偏振板22射出。
[0134]
由半透半反镜hm的第一面hma反射的第一光入射到偏振板21，仅其p偏振光分量透过偏振板21。透过了偏振板21的第一光的p偏振光分量作为参考光而对参考面23照射并反射。在此，第一光涉及的参考光(p偏振光)相对于参考面23的入射角和反射角为上述角度θ1。
[0135]
之后，由参考面23反射的第一光涉及的参考光(p偏振光)再次透过偏振板21，入射到半透半反镜hm的第二位置p2。对于入射到半透半反镜hm的第二位置p2的第一光涉及的参考光，其一部分(一半)被第一面hma反射而朝向第一拍摄系统4a射出，另一方面，剩余部分(一半)透过半透半反镜hm而从第二面hmb朝向第二投光系统2b射出。
[0136]
另一方面，从第一投光系统2a入射到半透半反镜hm的第一位置p1，透过了该半透半反镜hm的第一光入射到偏振板22，仅其s偏振光分量透过偏振板22。透过偏振板22的第一光的s偏振光分量作为测量光照射到工件w并反射。在此，第一光涉及的测量光相对于设置部24(工件w)的入射角和反射角为上述角度θ1。
[0137]
之后，由工件w反射的第一光涉及的测量光(s偏振光)再次透过偏振板22，入射到半透半反镜hm的第二位置p2。对于入射到半透半反镜hm的第二位置p2的第一光涉及的测量光，其一部分(一半)透过半透半反镜hm而从第一面hma朝向第一拍摄系统4a射出，另一方面，剩余部分(一半)被第二面hmb反射而朝向第二投光系统2b射出。
[0138]
即，在半透半反镜hm的第二位置p2，合成由第一面hma反射的第一光涉及的参考光(p偏振光)和向第一面hma透过的第一光涉及的测量光(s偏振光)，并且合成向第二面hmb透过的第一光涉及的参考光(p偏振光)和由第二面hmb反射的第一光涉及的测量光(s偏振光)。
[0139]
作为结果，合成了第一光涉及的参考光(p偏振光)和测量光(s偏振光)的合成光作为来自干涉光学系统3的输出光，从半透半反镜hm的第二位置p2分别射出到第一拍摄系统4a和第二投光系统2b。因此，该“半透半反镜hm的第二位置p2”构成本实施方式中的“第一输出部”。
[0140]
其中，入射到第二投光系统2b的第一光涉及的合成光(参考光和测量光)被第二光隔离器12b截断其行进，成为舍弃光。
[0141]
另一方面，入射到第一拍摄系统4a的第一光涉及的合成光(参考光和测量光)首先通过1/4波长板31a将其测量光分量(s偏振光分量)转换为左旋的圆偏振光，将其参考光分量(p偏振光分量)转换为右旋的圆偏振光。在此，左旋的圆偏振光和右旋的圆偏振光由于旋转方向不同而不干涉。
[0142]
第一光涉及的合成光接着入射到第一相机33a(偏振图像传感器70a)，透过偏振片阵列72，由此，其参考光分量和测量光分量以与各种偏振片75a、75b、75c、75d的透过轴角度对应的相位发生干涉。并且，该第一光涉及的干涉光被第一相机33a(受光元件阵列71)拍摄。
[0143]
具体而言，在与第一偏振片75a对应的受光元件74中接收在该第一偏振片75a中对参考光分量和测量光分量赋予了“0
°”
的相位差的第一光涉及的干涉光。
[0144]
同样地，在与第二偏振片75b对应的受光元件74中接收在该第二偏振片75b中对参考光分量和测量光分量赋予了“90
°”
的相位差的第一光涉及的干涉光。在与第三偏振片75c对应的受光元件74中接收在该第三偏振片75c中对参考光分量和测量光分量赋予了“180
°”
的相位差的第一光涉及的干涉光。在与第四偏振片75d对应的受光元件74中接收在该第四偏振片75d中对参考光分量和测量光分量赋予了“270
°”
的相位差的第一光涉及的干涉光。
[0145]
接着，参考图4对第二光的光路进行说明。如图4所示，从第二投光系统2b(第二发光部11b)朝向干涉光学系统3射出波长λ2的第二光(偏振方向相对于y轴方向和z轴方向倾斜45
°
的直线偏振光)。在此，光的行进方向(矢量)相对于x轴方向倾斜角度θ2(＝θ1)。
[0146]
从第二投光系统2b射出的第二光入射到半透半反镜hm的第二位置p2。因此，该“半透半反镜hm的第二位置p2”构成本实施方式中的“第二输入部”。
[0147]
对于入射到半透半反镜hm的第二位置p2的第二光，其一部分(一半)透过半透半反镜hm而朝向偏振板21射出，另一方面，剩余部分(一半)被第二面hmb反射而朝向偏振板22射出。
[0148]
透过半透半反镜hm的第二位置p2的第二光入射到偏振板21，仅其p偏振光分量透过偏振板21。透过了偏振板21的第二光的p偏振光分量作为参考光而对参考面23照射并反射。在此，第二光涉及的参考光(p偏振光)相对于参考面23的入射角和反射角为上述角度θ2。
[0149]
之后，由参考面23反射的第二光涉及的参考光(p偏振光)再次透过偏振板21，入射到半透半反镜hm的第一位置p1。对于入射到半透半反镜hm的第一位置p1的第二光涉及的参考光，其一部分(一半)透过半透半反镜hm而从第二面hmb朝向第二拍摄系统4b射出，另一方面，剩余部分(一半)被第一面hma反射而朝向第一投光系统2a射出。
[0150]
另一方面，从第二投光系统2b入射到半透半反镜hm的第二位置p2，被第二面hmb反射的第二光入射到偏振板22，仅其s偏振光分量透过偏振板22。透过偏振板22的第二光的s
偏振光分量作为测量光照射到工件w并反射。在此，第二光涉及的测量光相对于设置部24(工件w)的入射角和反射角为上述角度θ2。
[0151]
之后，由工件w反射的第二光涉及的测量光(s偏振光)再次透过偏振板22，入射到半透半反镜hm的第一位置p1。对于入射到半透半反镜hm的第一位置p1的第二光涉及的测量光，其一部分(一半)被第二面hmb反射而朝向第二拍摄系统4b射出，另一方面，剩余部分(一半)透过半透半反镜hm而从第一面hma朝向第一投光系统2a射出。
[0152]
即，在半透半反镜hm的第一位置p1，合成由第一面hma反射的第二光涉及的参考光(p偏振光)和向第一面hma透过的第二光涉及的测量光(s偏振光)，并且合成向第二面hmb透过的第二光涉及的参考光(p偏振光)和由第二面hmb反射的第二光涉及的测量光(s偏振光)。
[0153]
作为结果，合成了第二光涉及的参考光(p偏振光)和测量光(s偏振光)的合成光作为来自干涉光学系统3的输出光，从半透半反镜hm的第一位置p1分别射出到第二拍摄系统4b和第一投光系统2a。因此，该“半透半反镜hm的第二位置p2”构成本实施方式中的“第二输出部”。
[0154]
其中，入射到第一投光系统2a的第二光涉及的合成光(参考光和测量光)被第一光隔离器12a截断其行进，成为舍弃光。
[0155]
另一方面，入射到第二拍摄系统4b的第二光涉及的合成光(参考光和测量光)首先通过1/4波长板31b将其测量光分量(s偏振光分量)转换为左旋的圆偏振光，将其参考光分量(p偏振光分量)转换为右旋的圆偏振光。在此，左旋的圆偏振光和右旋的圆偏振光由于旋转方向不同而不干涉。
[0156]
第二光涉及的合成光接着入射到第二相机33b(偏振图像传感器70b)，透过偏振片阵列72，由此，其参考光分量和测量光分量以与各种偏振片75a、75b、75c、75d的透过轴角度对应的相位发生干涉。并且，该第二光涉及的干涉光被第二相机33b(受光元件阵列71)拍摄。
[0157]
具体而言，在与第一偏振片75a对应的受光元件74中，接收在该第一偏振片75a中对参考光分量和测量光分量赋予了“0
°”
的相位差的第二光涉及的干涉光。
[0158]
同样地，在与第二偏振片75b对应的受光元件74中，接收在该第二偏振片75b中对参考光分量和测量光分量赋予了“90
°”
的相位差的第二光涉及的干涉光。在与第三偏振片75c对应的受光元件74中，接收在该第三偏振片75c中对参考光分量和测量光分量赋予了“180
°”
的相位差的第二光涉及的干涉光。在与第四偏振片75d对应的受光元件74中，接收在该第四偏振片75d中对参考光分量和测量光分量赋予了“270
°”
的相位差的第二光涉及的干涉光。
[0159]
接着，详细说明由控制装置5执行的形状测量处理的步骤。首先，在将工件w设置于设置部24之后，从第一投光系统2a对干涉光学系统3(半透半反镜hm的第一位置p1)照射第一光，同时从第二投光系统2b对干涉光学系统3(半透半反镜hm的第二位置p2)照射第二光。
[0160]
其结果是，从干涉光学系统3(半透半反镜hm的第二位置p2)向第一拍摄系统4a射出第一光涉及的合成光(参考光和测量光)，同时从干涉光学系统3(半透半反镜hm的第一位置p1)向第二拍摄系统4b射出第二光涉及的合成光(参考光和测量光)。
[0161]
接着，在利用第一拍摄系统4a拍摄所述第一光涉及的合成光的同时，利用第二拍
摄系统4b拍摄所述第二光涉及的合成光。然后，从各相机33a、33b分别获取的亮度图像数据被输出到控制装置5。控制装置5将输入的亮度图像数据存储在图像数据存储装置54中。
[0162]
这样，在分别通过1次拍摄处理获取的亮度图像数据(第一光涉及的亮度图像数据和第二光涉及的亮度图像数据)中，包含进行三维测量所需的4组亮度数据(相位不同的4组干涉光的强度数据)。
[0163]
然后，控制装置5基于存储在图像数据存储装置54中的第一光涉及的亮度图像数据和第二光涉及的亮度图像数据，通过相移法测量工件w的表面形状。即，进行工件w的表面上的各测量位置处的高度测量。这样求出的工件w的测量结果(高度数据)被存储在控制装置5的运算结果存储装置55中。此外，如上述那样基于使用波长不同的两种光的相移法的计测方法是公知技术(例如，参考日本专利第6271493号公报)，因此省略其详细的说明。
[0164]
如以上详述的那样，在本实施方式中，构成为从投光系统2a、2b到拍摄系统4a、4b的第一光和第二光的行进方向(矢量)不存在相互重叠的区间的结构。即，入射到干涉光学系统3的第一光和第二光相互不干涉，在完全分离的状态下从干涉光学系统3分别射出。
[0165]
这样，根据本实施方式，仅通过适当地设定第一光和第二光各自相对于干涉光学系统3的入射位置、入射角度，就能够将第一光和第二光完全分离地进行处理，因此能够大幅削减偏振光分量(p偏振光和s偏振光)的分离、转换所需要的偏光分束器、1/4波长板等光学部件，能够实现结构的简化。特别是，能够实现省略了波长不同的两种光的偏振光分量在同一光路上在同一方向上通过的1/4波长板的光学系统。
[0166]
其结果，能够排除从规定的光学部件受到的制造误差等的影响，实现测量精度的提高。
[0167]
进而，能够使用波长较近的两种光作为第一光和第二光，能够进一步扩大三维测量涉及的测量范围。此外，由于能够同时进行第一光涉及的输出光的拍摄和第二光涉及的输出光的拍摄，所以能够实现测量效率的提高。
[0168]
此外，在本实施方式中，通过使用偏振图像传感器70a、70b作为相机33a、33b的拍摄元件，能够通过由各相机33a、33b进行的1次拍摄，同时获取工件w涉及的基于相移法的高度测量所需的多个亮度数据。其结果，能够实现结构的简化、数据获取时间的缩短等。
[0169]
[第二实施方式]
[0170]
以下，参考图6对第二实施方式进行说明。本实施方式主要是拍摄系统4a、4b的配置结构等与第一实施方式不同。因此，在本实施方式中，对与第一实施方式不同的特征部分进行详细说明，对相同的结构部分标注相同的附图标记，并省略其详细的说明。
[0171]
本实施方式涉及的第一拍摄系统4a构成为对从半透半反镜hm的第二位置p2向两方向射出的第一光涉及的合成光中的、朝向第二投光系统2b射出的光进行拍摄。同样地，本实施方式涉及的第二拍摄系统4b构成为对从半透半反镜hm的第一位置p1向两方向射出的第二光涉及的合成光中的、朝向第一投光系统2a射出的光进行拍摄。以下，进行详细说明。
[0172]
在本实施方式中，在第二投光系统2b与半透半反镜hm之间，具备以与第二发光部11b的光轴jb1重叠的方式配置的第一分束器13a。
[0173]
此外，第一分束器13a是以直角棱镜(直角等腰三角形作为底面的三棱柱状的棱镜。以下相同。)贴合而成为一体的立方体型的公知的光学部件，在其接合面13ah实施例如金属膜等涂层。
[0174]
以下同样地，但分束器与半透半反镜hm同样地也包含偏振状态，将入射光以规定的比率(在本实施方式中为1：1)分割为透过光和反射光。即，透过光的p偏振光分量和s偏振光分量以及反射光的p偏振光分量和s偏振光分量全部以相同的比率被分割，并且透过光和反射光的各偏振状态与入射光的偏振状态相同。
[0175]
第一分束器13a被配置为夹着其接合面13ah而相邻的两个面中的一个与第二发光部11b的光轴jb1正交且另一个与第一相机33a的光轴ja2正交。即，被配置为第一分束器13a的接合面13ah相对于光轴jb1和光轴ja2倾斜45
°
。
[0176]
由此，能够经由第一分束器13a使从半透半反镜hm的第二位置p2的第二面hmb射出的第一光涉及的合成光的一部分(一半)向第二投光系统2b侧透过，使剩余部分(一半)向第一拍摄系统4a侧反射而入射。
[0177]
此外，在本实施方式中，在第一投光系统2a与半透半反镜hm之间，具备以与第一发光部11a的光轴ja1重叠的方式配置的第二分束器13b。
[0178]
第二分束器13b与第一分束器13a同样地，是将直角棱镜贴合而成为一体的立方体型的公知的光学部件，在该接合面13bh上实施例如金属膜等涂层。
[0179]
第二分束器13b被配置为夹着其接合面13bh而相邻的两个面中的一个与第一发光部11a的光轴ja1正交且另一个与第二相机33b的光轴jb2正交。即，被配置为第二分束器13b的接合面13bh相对于光轴ja1和光轴jb2倾斜45
°
。
[0180]
由此，能够经由第二分束器13b使从半透半反镜hm的第一位置p1的第一面hma射出的第二光涉及的合成光的一部分(一半)向第一投光系统2a侧透过，使剩余部分(一半)向第二拍摄系统4b侧反射而入射。
[0181]
接着，对本实施方式涉及的第一光的光路进行说明。从第一投光系统2a射出的第一光入射到第二分束器13b。
[0182]
入射到第二分束器13b的第一光的一部分(一半)透过接合面13bh而入射到半透半反镜hm的第一位置p1。另一方面，入射到第二分束器13b的第一光的剩余部分(一半)由接合面13bh反射，成为舍弃光。
[0183]
然后，对于入射到半透半反镜hm的第一位置p1的第一光，沿着与上述第一实施方式同样的光路，合成了第一光涉及的参考光(p偏振光)和测量光(s偏振光)的合成光从半透半反镜hm的第二位置p2射出到第一分束器13a。
[0184]
入射到第一分束器13a的第一光涉及的合成光(参考光和测量光)的一部分(一半)透过接合面13ah入射到第二投光系统2b，另一方面，剩余部分(一半)由接合面13ah反射而入射到第一拍摄系统4a。
[0185]
其中，入射到第二投光系统2b的第一光涉及的合成光(参考光和测量光)被第二光隔离器12b截断其行进，成为舍弃光。另一方面，入射到第一拍摄系统4a的第一光涉及的合成光中，参考光分量和测量光分量分别被转换为圆偏振光，作为干涉光而被拍摄。
[0186]
接着，对本实施方式涉及的第二光的光路进行说明。从第二投光系统2b射出的第二光入射到第一分束器13a。
[0187]
入射到第一分束器13a的第二光的一部分(一半)透过接合面13ah而入射到半透半反镜hm的第二位置p2。另一方面，入射到第一分束器13a的第二光的剩余部分(一半)由接合面13ah反射，成为舍弃光。
[0188]
然后，对于入射到半透半反镜hm的第二位置p2的第二光，沿着与上述第一实施方式同样的光路，合成了第二光涉及的参考光(p偏振光)和测量光(s偏振光)的合成光从半透半反镜hm的第一位置p1射出到第二分束器13b。
[0189]
入射到第二分束器13b的第二光涉及的合成光(参考光和测量光)的一部分(一半)透过接合面13bh而入射到第一投光系统2a，另一方面，剩余部分(一半)被接合面13bh反射而入射到第二拍摄系统4b。
[0190]
其中，入射到第一投光系统2a的第二光涉及的合成光(参考光和测量光)被第一光隔离器12a截断其行进，成为舍弃光。另一方面，入射到第二拍摄系统4b的第二光涉及的合成光中，参考光分量和测量光分量分别被转换为圆偏振光，作为干涉光而被拍摄。
[0191]
如以上详述的那样，根据本实施方式，起到与上述第一实施方式相同的作用效果。此外，根据本实施方式，能够汇集配置各种设备。
[0192]
然而，在本实施方式中，除了半透半反镜hm之外，还通过分束器13a、13b使向拍摄系统4a、4b入射的光量进一步减半，因此在这一点上，优选第一实施方式。
[0193]
[第三实施方式]
[0194]
以下，参考图7对第三实施方式进行说明。本实施方式主要是投光系统2a、2b和拍摄系统4a、4b的配置结构与第一实施方式不同。因此，在本实施方式中，对与第一实施方式不同的特征部分进行详细说明，对相同的结构部分标注相同的附图标记，并省略其详细的说明。
[0195]
在本实施方式中，构成为从第一投光系统2a(第一发光部11a)射出的第一光和从第二投光系统2b(第二发光部11b)射出的第二光都入射到半透半反镜hm的第一面hma。
[0196]
详细而言，第一发光部11a的光轴(第一光的射出方向)ja1相对于z轴方向向右侧倾斜角度θ1，第二发光部11b的光轴jb1(第二光的射出方向)相对于z轴方向向左侧倾斜角度θ2。但是，在本实施方式中，角度θ1和角度θ2被设定为相同角度，成为以z轴方向为中心，第一投光系统2a和第二投光系统2b对称地配置的结构。
[0197]
此外，在本实施方式中，第一拍摄系统4a被配置为从半透半反镜hm的第二面hmb射出的第一光涉及的合成光入射，第二拍摄系统4b被配置为从半透半反镜hm的第二面hmb射出的第二光涉及的合成光入射。
[0198]
详细而言，第一相机33a的光轴(第一光涉及的合成光的入射方向)ja2相对于x轴方向向上侧倾斜角度θ1，第二相机33b的光轴(第二光涉及的合成光的入射方向)jb2相对于x轴方向向下侧倾斜角度θ2。因此，在本实施方式中，第一拍摄系统4a和第二拍摄系统4b成为以x轴方向为中心对称地配置的结构。
[0199]
接着，对本实施方式涉及的第一光的光路进行说明。从第一投光系统2a射出的第一光入射到半透半反镜hm的第一位置p1。之后，第一光沿着与上述第一实施方式相同的光路，其合成了第一光的参考光(p偏振光)和测量光(s偏振光)的合成光从半透半反镜hm的第二位置p2向第二投光系统2b和第一拍摄系统4a射出。
[0200]
其中，入射到第二投光系统2b的第一光涉及的合成光(参考光和测量光)被第二光隔离器12b截断其行进，成为舍弃光。另一方面，入射到第一拍摄系统4a的第一光涉及的合成光中，参考光分量和测量光分量分别被转换为圆偏振光，作为干涉光而被拍摄。
[0201]
接着，对本实施方式涉及的第二光的光路进行说明。从第二投光系统2b(第二发光
部11b)朝向干涉光学系统3射出波长λ2的第二光(偏振方向相对于x轴方向和y轴方向倾斜45
°
的直线偏振光)。
[0202]
从第二投光系统2b射出的第二光入射到半透半反镜hm的第二位置p2。因此，该“半透半反镜hm的第二位置p2”构成本实施方式中的“第二输入部”。
[0203]
对于入射到半透半反镜hm的第二位置p2的第二光，其一部分(一半)被第一面hma反射而朝向偏振板21射出，另一方面，剩余部分(一半)透过半透半反镜hm而从第二面hmb朝向偏振板22射出。
[0204]
由半透半反镜hm的第一面hma反射的第二光入射到偏振板21，仅其p偏振光分量透过偏振板21。透过了偏振板21的第二光的p偏振光分量作为参考光而对参考面23照射并反射。在此，第二光涉及的参考光(p偏振光)相对于参考面23的入射角和反射角为上述角度θ2(＝θ1)。
[0205]
之后，由参考面23反射的第二光涉及的参考光(p偏振光)再次透过偏振板21，入射到半透半反镜hm的第一位置p1。对于入射到半透半反镜hm的第一位置p1的第二光涉及的参考光，其一部分(一半)被第一面hma反射而朝向第一投光系统2a射出，另一方面，剩余部分(一半)透过半透半反镜hm而从第二面hmb向第二拍摄系统4b射出。
[0206]
另一方面，从第二投光系统2b入射到半透半反镜hm的第二位置p2，透过了该半透半反镜hm的第二光入射到偏振板22，仅其s偏振光分量透过偏振板22。透过偏振板22的第二光的s偏振光分量作为测量光照射到工件w并反射。在此，第二光涉及的测量光相对于设置部24(工件w)的入射角和反射角为上述角度θ2(＝θ1)。
[0207]
之后，由工件w反射的第二光涉及的测量光(s偏振光)再次透过偏振板22，入射到半透半反镜hm的第一位置p1。对于入射到半透半反镜hm的第一位置p1的第二光涉及的测量光，其一部分(一半)透过半透半反镜hm而从第一面hma朝向第一投光系统2a射出，另一方面，剩余部分(一半)被第二面hmb反射而朝向第二拍摄系统4b射出。
[0208]
即，在半透半反镜hm的第一位置p1，由第二面hmb反射的第二光涉及的测量光(s偏振光)和向第二面hmb透过的第二光涉及的参考光(p偏振光)被合成，并且向第一面hma透过的第二光涉及的测量光(s偏振光)和由第一面hma反射的第二光涉及的参考光(p偏振光)被合成。
[0209]
作为结果，合成了第二光涉及的参考光(p偏振光)和测量光(s偏振光)的合成光作为来自干涉光学系统3的输出光，从半透半反镜hm的第一位置p1分别射出到第二拍摄系统4b和第一投光系统2a。因此，该“半透半反镜hm的第一位置p1”构成本实施方式中的“第二输出部”。
[0210]
其中，入射到第一投光系统2a的第二光涉及的合成光(参考光和测量光)被第一光隔离器12a截断其行进，成为舍弃光。
[0211]
另一方面，入射到第二拍摄系统4b的第二光涉及的合成光中，参考光分量和测量光分量分别被转换为圆偏振光，作为干涉光而被拍摄。
[0212]
如以上详述的那样，根据本实施方式，起到与上述第一实施方式相同的作用效果。
[0213]
[第四实施方式]
[0214]
以下，参考图8对第四实施方式进行说明。本实施方式具有与第二实施方式相同的特征，主要是拍摄系统4a、4b的配置结构等与第三实施方式不同。因此，在本实施方式中，对
与第二、第三实施方式不同的特征部分进行详细说明，对相同的结构部分标注相同的附图标记，并省略其详细的说明。
[0215]
本实施方式涉及的第一拍摄系统4a构成为对从半透半反镜hm的第二位置p2向两方向射出的第一光涉及的合成光中的、朝向第二投光系统2b射出的光进行拍摄。同样地，本实施方式涉及的第二拍摄系统4b构成为对从半透半反镜hm的第一位置p1向两方向射出的第二光涉及的合成光中的、朝向第一投光系统2a射出的光进行拍摄。以下，进行详细说明。
[0216]
在本实施方式中，在第二投光系统2b与半透半反镜hm之间，具备以与第二发光部11b的光轴jb1重叠的方式配置的第一分束器13a。
[0217]
第一分束器13a被配置为夹着其接合面13ah而相邻的两个面中的一个与第二发光部11b的光轴jb1正交且另一个与第一相机33a的光轴ja2正交。即，第一分束器13a的接合面13ah被配置成相对于光轴jb1和光轴ja2倾斜45
°
。
[0218]
由此，能够经由第一分束器13a使从半透半反镜hm的第二位置p2的第一面hma射出的第一光涉及的合成光的一部分(一半)向第二投光系统2b侧透过，使剩余部分(一半)向第一拍摄系统4a侧反射而入射。
[0219]
此外，在本实施方式中，在第一投光系统2a与半透半反镜hm之间，具备以与第一发光部11a的光轴ja1重叠的方式配置的第二分束器13b。
[0220]
第二分束器13b被配置为夹着其接合面13bh而相邻的两个面中的一个与第一发光部11a的光轴ja1正交且另一个与第二相机33b的光轴jb2正交。即，第二分束器13b的接合面13bh被配置成相对于光轴ja1和光轴jb2倾斜45
°
。
[0221]
由此，能够经由第二分束器13b使从半透半反镜hm的第一位置p1的第一面hma射出的第二光涉及的合成光的一部分(一半)向第一投光系统2a侧透过，使剩余部分(一半)向第二拍摄系统4b侧反射而入射。
[0222]
接着，对本实施方式涉及的第一光的光路进行说明。从第一投光系统2a射出的第一光入射到第二分束器13b。
[0223]
入射到第二分束器13b的第一光的一部分(一半)透过接合面13bh而入射到半透半反镜hm的第一位置p1。另一方面，入射到第二分束器13b的第一光的剩余部分(一半)由接合面13bh上反射，成为舍弃光。
[0224]
然后，入射到半透半反镜hm的第一位置p1的第一光沿着与上述第一实施方式同样的光路，其合成了第一光涉及的参考光(p偏振光)和测量光(s偏振光)的合成光从半透半反镜hm的第二位置p2射出到第一分束器13a。
[0225]
入射到第一分束器13a的第一光涉及的合成光(参考光和测量光)的一部分(一半)透过接合面13ah入射到第二投光系统2b，另一方面，剩余部分(一半)由接合面13ah反射而入射到第一拍摄系统4a。
[0226]
其中，入射到第二投光系统2b的第一光涉及的合成光(参考光和测量光)被第二光隔离器12b截断其行进，成为舍弃光。另一方面，入射到第一拍摄系统4a的第一光涉及的合成光中，参考光分量和测量光分量分别被转换为圆偏振光，作为干涉光而被拍摄。
[0227]
接着，对本实施方式涉及的第二光的光路进行说明。从第二投光系统2b射出的第二光入射到第一分束器13a。
[0228]
入射到第一分束器13a的第二光的一部分(一半)透过接合面13ah而入射到半透半
反镜hm的第二位置p2。另一方面，入射到第一分束器13a的第二光的剩余部分(一半)由接合面13ah反射，成为舍弃光。
[0229]
然后，入射到半透半反镜hm的第二位置p2的第二光沿着与上述第三实施方式同样的光路，其合成了第二光的参考光(p偏振光)和测量光(s偏振光)的合成光从半透半反镜hm的第一位置p1射出到第二分束器13b。
[0230]
入射到第二分束器13b的第二光涉及的合成光(参考光和测量光)的一部分(一半)透过接合面13bh而入射到第一投光系统2a，另一方面，剩余部分(一半)被接合面13bh反射而入射到第二拍摄系统4b。
[0231]
其中，入射到第一投光系统2a的第二光涉及的合成光(参考光和测量光)被第一光隔离器12a截断其行进，成为舍弃光。另一方面，入射到第二拍摄系统4b的第二光涉及的合成光中，参考光分量和测量光分量分别被转换为圆偏振光，作为干涉光而被拍摄。
[0232]
如以上详述的那样，根据本实施方式，起到与上述第一实施方式相同的作用效果。此外，根据本实施方式，能够汇集配置各种设备。
[0233]
然而，与第二实施方式同样地，在本实施方式中，除了半透半反镜hm以外，还通过分束器13a、13b使向拍摄系统4a、4b入射的光量进一步减半，因此在这一点上，优选第三实施方式。
[0234]
[第五实施方式]
[0235]
以下，参考图9对第五实施方式进行说明。本实施方式与第一实施方式的不同点在于，具备各种透镜。因此，在本实施方式中，对与第一实施方式不同的特征部分进行详细说明，对相同的结构部分标注相同的附图标记，并省略其详细的说明。
[0236]
在本实施方式的干涉光学系统3中，在半透半反镜hm与偏振板21之间，以与偏振板21在x轴方向上对置的方式配置有物镜l1，在半透半反镜hm与偏振板22之间，以与偏振板22在z轴方向上对置的方式配置有物镜l2。
[0237]
物镜l1被配置为一侧的焦点位置与参考面23对位且另一侧(第一拍摄系统4a侧和第二拍摄系统4b侧)的焦点位置与后述的成像透镜l4a的另一侧(干涉光学系统3侧)的焦点位置和后述的成像透镜l4b的另一侧(干涉光学系统3侧)的焦点位置分别重叠。
[0238]
物镜l2被配置为一侧的焦点位置与设置部24对位且另一侧(第一拍摄系统4a侧和第二拍摄系统4b侧)的焦点位置与后述的成像透镜l4a的另一侧(干涉光学系统3侧)的焦点位置和后述的成像透镜l4b的另一侧(干涉光学系统3侧)的焦点位置分别重叠。
[0239]
此外，物镜l1、l2也可以由透镜单元构成，所述透镜单元由多个透镜构成。当然，也可以由一片透镜构成。此外，也可以代替上述配置结构，例如构成为在偏振板21与参考面23之间配置物镜l1。同样地，也可以构成为在偏振板22与设置部24(工件w)之间配置物镜l2。
[0240]
此外，本实施方式中的第一投光系统2a在第一光隔离器12a与半透半反镜hm之间具备以与第一发光部11a的光轴ja1重叠的方式配置的投光透镜l3a。投光透镜l3a具有使从第一发光部11a射出的第一光向物镜l1、l2聚光的功能。
[0241]
同样地，本实施方式中的第二投光系统2b在第二光隔离器12b与半透半反镜hm之间具备以与第二发光部11b的光轴jb1重叠的方式配置的投光透镜l3b。投光透镜l3b具有使从第二发光部11b射出的第二光向物镜l1、l2聚光的功能。
[0242]
此外，投光透镜l3a、l3b的配置结构并不限定于上述结构。例如，也可以构成为在
第一发光部11a与第一光隔离器12a之间配置投光透镜l3a。同样地，也可以构成为在第二发光部11b与第二光隔离器12b之间配置投光透镜l3b。
[0243]
此外，本实施方式中的第一拍摄系统4a在1/4波长板31a与半透半反镜hm之间具备以与第一相机33a的光轴ja2重叠的方式配置的成像透镜l4a。
[0244]
成像透镜l4a被以一侧(第一相机33a侧)的焦点位置与偏振图像传感器70a对位，且另一侧(干涉光学系统3侧)的焦点位置与参考光用的物镜l1的第一拍摄系统4a侧的焦点位置和测量光用的物镜l2的第一拍摄系统4a侧的焦点位置分别重叠的方式对位。
[0245]
即，成像透镜l4a具有使从半透半反镜hm射出的第一光涉及的合成光向第一相机33a(偏振图像传感器70a)成像的功能。
[0246]
同样地，本实施方式中的第二拍摄系统4b在1/4波长板31b与半透半反镜hm之间具备以与第二相机33b的光轴jb2重叠的方式配置的成像透镜l4b。
[0247]
成像透镜l4b被以一侧(第二相机33b侧)的焦点位置与偏振图像传感器70b对位，并且另一侧(干涉光学系统3侧)的焦点位置与参考光用的物镜l1的第二拍摄系统4b侧的焦点位置和测量光用的物镜l2的第二拍摄系统4b侧的焦点位置分别重叠的方式对位。
[0248]
即，成像透镜l4b具有使从半透半反镜hm射出的第二光涉及的合成光向第二相机33b(偏振图像传感器70b)成像的功能。
[0249]
此外，成像透镜l4a、l4b也可以由透镜单元构成，所述透镜单元由多个透镜构成。当然，也可以由一片透镜构成。此外，也可以代替上述配置结构，可以构成为例如在1/4波长板31a与第一相机33a之间配置成像透镜l4a。同样地，也可以构成为在1/4波长板31b与第二相机33b之间配置成像透镜l4b。
[0250]
此外，如图10的(a)、(b)所示，配置物镜l1、l2的情况下的第一光相对于参考面23和设置部24的入射角θ1需要满足下式(2)。当然，关于第二光的入射角θ2也是同样的。
[0251]
0《θ1《θ
na
…
(2)
[0252]
这里，“θ
na”表示能够经由数值孔径na的物镜l1、l2入射到参考面23和设置部24的第一光的最大入射角度(相对于物镜l1、l2的中心轴jo的最大角度)。
[0253]
此外，物镜l1、l2的数值孔径na能够由下式(3)表示。
[0254]
na＝n
×
sinθ
na
…
(3)
[0255]
在此，“n”表示参考面23与物镜l1之间的介质的折射率。其中，如果是空气中，则n≈1。
[0256]
此外，如比较图10的(a)、(b)可知，只要第一光的入射角θ1尽可能小，就能够对更大的范围照射均匀的平行光。其结果，能够更均匀地测量更大的范围，能够实现测量精度的进一步提高等。当然，关于第二光的入射角θ2也是同样的。
[0257]
如以上详述的那样，根据本实施方式，起到与上述第一实施方式相同的作用效果。
[0258]
此外，在本实施方式中，具备物镜l1和l2、投光透镜l3a和l3b以及成像透镜l4a和l4b。由此，能够获取焦点位于工件w上的图像数据，并且还能够放大工件w拍摄。其结果是，能够实现测量精度的提高。
[0259]
此外，如本实施方式那样，在具备物镜l1、l2的结构中，对工件w照射的光(测量光)聚集在一点(狭窄的范围)，因此能够测量的测量区域有可能变窄。
[0260]
与此相对，在本实施方式中，具备投光透镜l3a、l3b，通过使从发光部11a、11b射出
的光向物镜l1、l2聚光，能够对工件w的更大的范围照射均匀的平行光。其结果，能够更均匀地测量更大的范围，能够实现测量精度的进一步提高以及测量效率的进一步提高。
[0261]
[第六实施方式]
[0262]
以下，参考图11对第六实施方式进行说明。本实施方式主要是干涉光学系统3的结构等与第一实施方式不同。因此，在本实施方式中，对与第一实施方式不同的特征部分进行详细说明，对相同的结构部分标注相同的附图标记，并省略其详细的说明。
[0263]
本实施方式涉及的干涉光学系统3具备分束器(bs)20来代替半透半反镜hm。
[0264]
分束器20是将直角棱镜贴合而成为一体的立方体型的公知的光学部件，在其接合面(边界面)20h实施例如金属膜等涂层。
[0265]
分束器20与半透半反镜hm同样地，也包含偏振状态在内，将入射光以规定的比率(在本实施方式中为1：1)分割为透过光和反射光。由此，透过光的p偏振光分量和s偏振光分量、以及反射光的p偏振光分量和s偏振光分量全部以相同的比率被分割，并且透过光和反射光的各偏振状态与入射光的偏振状态相同。
[0266]
分束器20以夹着其接合面20h而相邻的两个面中的一个与x轴方向正交且另一个与z轴方向正交的方式配置。即，分束器20的接合面20h配置成相对于x轴方向和z轴方向倾斜45
°
。
[0267]
更详细而言，以从第一投光系统2a(第一发光部11a)射出的第一光入射的分束器20的第一面(z轴方向上侧面)20a以及与该第一面20a相对的第三面(z轴方向下侧面)20c与z轴方向正交的方式配置。
[0268]
另一方面，作为隔着接合面20h与第一面20a相邻的面的、从第二投光系统2b(第二发光部11b)射出的第二光入射的分束器20的第二面(x轴方向左侧面)20b以及与该第二面20b相对置的第四面(x轴方向右侧面)20d以与x轴方向正交的方式配置。
[0269]
此外，在本实施方式涉及的干涉光学系统3中，以与分束器20的第四面20d在x轴方向上相对置的方式配置偏振板21，以与该偏振板21在x轴方向上相对置的方式配置参考面23。
[0270]
即，仅从分束器20的第四面20d射出的光的p偏振光分量透过偏振板21，并作为参考光照射到参考面23。此外，由参考面23反射的参考光(p偏振光)再次透过偏振板21而入射到分束器20的第四面20d。
[0271]
另一方面，以与分束器20的第三面20c在z轴方向上相对置的方式配置偏振板22，以与该偏振板22在z轴方向上相对置的方式配置设置部24。
[0272]
即，仅从分束器20的第三面20c射出的光的s偏振光分量透过偏振板22，并作为测量光照射到放置于设置部24的工件w，所述工件w为待测物。此外，被工件w反射的测量光(s偏振光)再次透过偏振板22而入射到分束器20的第三面20c。
[0273]
接着，对第一光的光路进行说明。从第一投光系统2a朝向干涉光学系统3射出第一光。
[0274]
从第一投光系统2a射出的第一光入射到分束器20的第一面20a的第一位置20a1。因此，该“分束器20的第一面20a的第一位置20a1”构成本实施方式中的“第一输入部”。
[0275]
本实施方式中的第一发光部11a的光轴(光的射出方向)ja1相对于z轴方向向右侧倾斜角度θ1。该角度θ1成为第一光向第一面20a的入射角。
[0276]
从分束器20的第一面20a入射的第一光以规定的折射角折射，在接合面20h的第一位置20h1，其一部分(一半)由接合面20h反射而从第四面20d的第一位置20d1以规定的折射角折射而朝向偏振板21射出，另一方面，剩余部分(一半)透过接合面20h而从第三面20c的第一位置20c1以规定的折射角折射而朝向偏振板22射出。
[0277]
从分束器20的第四面20d的第一位置20d1射出的第一光入射到偏振板21，仅其p偏振光分量透过偏振板21。透过了偏振板21的第一光的p偏振光分量作为参考光而对参考面23照射并反射。在此，第一光涉及的参考光(p偏振光)相对于参考面23的入射角和反射角为上述角度θ1。
[0278]
之后，由参考面23反射的第一光涉及的参考光(p偏振光)再次透过偏振板21入射到分束器20的第四面20d的第二位置20d2。
[0279]
从分束器20的第四面20d的第二位置20d2入射的第一光涉及的参考光以规定的折射角折射，在接合面20h的第二位置20h2，其一部分(一半)由接合面20h反射而从分束器20的第一面20a的第二位置20a2以规定的折射角折射而朝向第一拍摄系统4a射出，另一方面，剩余部分(一半)透过接合面20h而从分束器20的第二面20b的第一位置20b1以规定的折射角折射并朝向第二投光系统2b射出。
[0280]
另一方面，从分束器20的第三面20c的第一位置20c1射出的第一光入射到偏振板22，仅其s偏振光分量透过偏振板22。透过偏振板22的第一光的s偏振光分量作为测量光照射到工件w并反射。在此，第一光涉及的测量光相对于设置部24(工件w)的入射角和反射角为上述角度θ1。
[0281]
之后，由工件w反射的第一光涉及的测量光(s偏振光)再次透过偏振板22入射到分束器20的第三面20c的第二位置20c2。
[0282]
从分束器20的第三面20c的第二位置20c2入射的第一光涉及的测量光以规定的折射角折射，在接合面20h的第二位置20h2，其一部分(一半)由接合面20h反射，从分束器20的第二面20b的第一位置20b1以规定的折射角折射，向第二投光系统2b射出，另一方面，剩余部分(一半)透过接合面20h，从分束器20的第一面20a的第二位置20a2以规定的折射角折射，并向第一拍摄系统4a射出。
[0283]
即，在接合面20h的第二位置20h2，合成由接合面20h反射的第一光涉及的参考光(p偏振光)和透过接合面20h的第一光涉及的测量光(s偏振光)，并且合成透过接合面20h的第一光涉及的参考光(p偏振光)和由接合面20h反射的第一光涉及的测量光(s偏振光)。
[0284]
作为结果，合成了第一光涉及的参考光(p偏振光)和测量光(s偏振光)的合成光作为来自干涉光学系统3的输出光而从分束器20的第一面20a的第二位置20a2朝向第一拍摄系统4a射出，并且从分束器20的第二面20b的第一位置20b1朝向第二投光系统2b射出。因此，该“分束器20的第一面20a的第二位置20a2”构成本实施方式中的“第一输出部”。
[0285]
其中，入射到第二投光系统2b的第一光涉及的合成光(参考光和测量光)被第二光隔离器12b截断其行进，成为舍弃光。另一方面，入射到第一拍摄系统4a的第一光涉及的合成光中，参考光分量和测量光分量分别被转换为圆偏振光，作为干涉光而被拍摄。
[0286]
接着，对第二光的光路进行说明。从第二投光系统2b向干涉光学系统3射出第二光。
[0287]
从第二投光系统2b射出的第二光入射到分束器20的第二面20b的第一位置20b1。
因此，该“分束器20的第二面20b的第一位置20b1”构成本实施方式中的“第二输入部”。
[0288]
本实施方式中的第二发光部11b的光轴(光的射出方向)jb1相对于x轴方向向上侧倾斜角度θ2。该角度θ2成为第二光向第二面20b的入射角。
[0289]
从分束器20的第二面20b入射的第二光以规定的折射角折射，在接合面20h的第二位置20h2，其一部分(一半)由接合面20h反射而从第三面20c的第一位置20c2以规定的折射角折射而朝向偏振板22射出，另一方面，剩余部分(一半)透过接合面20h，从第四面20d的第二位置20d2以规定的折射角折射而朝向偏振板21射出。
[0290]
从分束器20的第四面20d的第二位置20d2射出的第二光入射到偏振板21，仅其p偏振光分量透过偏振板21。透过了偏振板21的第二光的p偏振光分量作为参考光而对参考面23照射并反射。在此，第二光涉及的参考光(p偏振光)相对于参考面23的入射角和反射角为上述角度θ2(＝θ1)。
[0291]
之后，由参考面23反射的第二光涉及的参考光(p偏振光)再次透过偏振板21入射到分束器20的第四面20d的第一位置20d1。
[0292]
从分束器20的第四面20d的第一位置20d1入射的第二光涉及的参考光以规定的折射角折射，在接合面20h的第一位置20h1，其一部分(一半)由接合面20h反射而从分束器20的第一面20a的第一位置20a1以规定的折射角折射而朝向第一投光系统2a射出，另一方面，剩余部分(一半)透过接合面20h而从分束器20的第二面20b的第二位置20b2以规定的折射角折射并朝向第二拍摄系统4b射出。
[0293]
另一方面，从分束器20的第三面20c的第二位置20c2射出的第二光入射到偏振板22，仅其s偏振光分量透过偏振板22。透过偏振板22的第二光的s偏振光分量作为测量光照射到工件w并反射。在此，第二光涉及的测量光相对于设置部24(工件w)的入射角和反射角为上述角度θ2(＝θ1)。
[0294]
之后，由工件w反射的第二光涉及的测量光(s偏振光)再次透过偏振板22入射到分束器20的第三面20c的第一位置20c1。
[0295]
从分束器20的第三面20c的第一位置20c1入射的第二光涉及的测量光以规定的折射角折射，在接合面20h的第一位置20h1，其一部分(一半)由接合面20h反射，从分束器20的第二面20b的第二位置20b2以规定的折射角折射，向第二拍摄系统4b射出，另一方面，剩余部分(一半)透过接合面20h从分束器20的第一面20a的第一位置20a1以规定的折射角折射，并向第一投光系统2a射出。
[0296]
即，在接合面20h的第一位置20h1，合成由接合面20h反射的第二光涉及的参考光(p偏振光)和透过接合面20h的第二光涉及的测量光(s偏振光)，并且合成透过接合面20h的第二光涉及的参考光(p偏振光)和由接合面20h反射的第二光涉及的测量光(s偏振光)。
[0297]
作为结果，合成了第二光涉及的参考光(p偏振光)和测量光(s偏振光)的合成光作为来自干涉光学系统3的输出光从分束器20的第一面20a的第一位置20a1朝向第一投光系统2a射出，并且从分束器20的第二面20b的第二位置20b2朝向第二拍摄系统4b射出。因此，该“分束器20的第二面20b的第二位置20b2”构成本实施方式中的“第二输出部”。
[0298]
其中，入射到第一投光系统2a的第二光涉及的合成光(参考光和测量光)被第一光隔离器12a截断其行进，成为舍弃光。另一方面，入射到第二拍摄系统4b的第二光涉及的合成光中，参考光分量和测量光分量分别被转换为圆偏振光，作为干涉光而被拍摄。
[0299]
如以上详述的那样，根据本实施方式，起到与上述第一实施方式相同的作用效果。
[0300]
此外，除了本实施方式的结构以外，也可以如上述第五实施方式那样，构成为具备物镜l1和l2、投光透镜l3a和l3b以及成像透镜l4a和l4b。
[0301]
然而，在对光较大地折射的分束器20配置物镜l1、l2等的情况下，由物镜l1、l2等汇聚的光有可能不会集中在1点。因此，在配置物镜l1、l2等的情况下，作为光学单元，优选使用与分束器20相比实质上可以不考虑折射的薄板状的半透半反镜hm。
[0302]
[第七实施方式]
[0303]
以下，参考图12对第七实施方式进行说明。本实施方式主要是干涉光学系统3的结构等和运算方法与第一实施方式不同。因此，在本实施方式中，对与第一实施方式不同的特征部分进行详细说明，对相同的结构部分标注相同的附图标记，并省略其详细的说明。此外，到目前为止的实施方式中，参考面23与半透半反镜hm所成的角以及参考面23与分束器20的接合面20h所成的角为45
°
，但在本实施方式中，从45
°
稍微倾斜。因此，光路与图12不严格一致，但由于倾斜角很小，因此预先说明各符号的位置关系的偏差为不影响以下的说明的程度。
[0304]
本实施方式涉及的干涉光学系统3与第一实施方式不同，没有偏振板21、22和1/4波长板31a、31b。
[0305]
相机33a、33b搭载一般的ccd元件、cmos元件作为图像传感器，70a和70b不是偏振图像传感器。
[0306]
由第一相机33a拍摄并获取的亮度图像数据在第一相机33a内部转换为数字信号之后，以数字信号的形式输入至控制装置5(图像数据存储装置54)。
[0307]
同样地，由第二相机33b拍摄并获取的亮度图像数据在第二相机33b内部被转换为数字信号之后，以数字信号的形式输入到控制装置5(图像数据存储装置54)。
[0308]
接着，对第一光的光路进行说明。如图12所示，从第一投光系统2a(第一发光部11a)朝向干涉光学系统3射出波长λ1的第一光。在此，光的行进方向(矢量)相对于z轴方向倾斜角度θ1。
[0309]
从第一投光系统2a射出的第一光入射到半透半反镜hm的第一位置p1。因此，该“半透半反镜hm的第一位置p1”构成本实施方式中的“第一输入部”。
[0310]
第一光只要是具有即使以能够实施后述的傅里叶变换法的角度倾斜参考镜，也能够在图像传感器上以充分的对比度进行干涉的相干长度的光源即可。
[0311]
对于入射到半透半反镜hm的第一位置p1的第一光中，其一部分(一半)被第一面hma反射而朝向参考面23射出，另一方面，剩余部分(一半)透过半透半反镜hm而从第二面hmb朝向设置部24射出。
[0312]
被半透半反镜hm的第一面hma反射的第一光作为参考光照射到参考面23并反射。在此，第一光涉及的参考光相对于参考面23的入射角和反射角成为上述角度θ1。
[0313]
之后，由参考面23反射的第一光涉及的参考光再次入射到半透半反镜hm的第二位置p2。对于入射到半透半反镜hm的第二位置p2的第一光涉及的参考光，其一部分(一半)被第一面hma反射而朝向第一拍摄系统4a射出，另一方面，剩余部分(一半)透过半透半反镜hm而从第二面hmb朝向第二投光系统2b射出。
[0314]
另一方面，从第一投光系统2a入射到半透半反镜hm的第一位置p1，并透过了该半
透半反镜hm的第一光作为测量光照射到工件w并反射。在此，第一光涉及的测量光相对于设置部24(工件w)的入射角和反射角为上述角度θ1。
[0315]
之后，由工件w反射的第一光涉及的测量光再次入射到半透半反镜hm的第二位置p2。对于入射到半透半反镜hm的第二位置p2的第一光涉及的测量光，其一部分(一半)透过半透半反镜hm而从第一面hma朝向第一拍摄系统4a射出，另一方面，剩余部分(一半)被第二面hmb反射而朝向第二投光系统2b射出。
[0316]
即，在半透半反镜hm的第二位置p2，合成由第一面hma反射的第一光涉及的参考光和向第一面hma透过的第一光涉及的测量光，并且合成向第二面hmb透过的第一光涉及的参考光和由第二面hmb反射的第一光涉及的测量光。
[0317]
作为结果，合成了第一光涉及的参考光和测量光的合成光作为来自干涉光学系统3的输出光，从半透半反镜hm的第二位置p2分别向第一拍摄系统4a和第二投光系统2b射出。因此，该“半透半反镜hm的第二位置p2”构成本实施方式中的“第一输出部”。
[0318]
其中，入射到第二投光系统2b的第一光涉及的合成光(参考光和测量光)被第二光隔离器12b截断其行进，成为舍弃光。
[0319]
另一方面，入射到第一拍摄系统4a的第一光涉及的合成光(参考光和测量光)在图像传感器70a上发生干涉，因此第一相机33a得到由第一光源产生的干涉条纹图像。
[0320]
如上所述，参考面23在此前的实施例中与半透半反镜hm所成的角为45
°
，但在本实施方式中，通过从45
°
稍微倾斜而在干涉条纹图像中产生载波条纹。使参考面(参考镜)23倾斜的方向可以是与半透半反镜hm所成的角大于45
°
的方向，也可以是小于45
°
的方向。此外，在傅里叶变换法的性质上，若将图像传感器的像素间距设为d，将使用波长设为λ，将参考面23从45
°
起的倾斜角设为θ3，则∣θ3∣≤tan-1
(λ/2d)。此外，通过使参考面23倾斜，光轴ja2和光轴jb2不再通过相机33a、33b的中心，但由于光线具有充分的宽度，所以参考光入射到相机33a、33b。在不入射的情况下，以入射的程度调整倾斜角，或者使光线变粗等来进行调整。此外，基于如上述那样有意地使参考面23倾斜而产生了载波条纹的干涉条纹图像得到测量光的复振幅的基于傅立叶变换法的测量方法是公知技术(例如参考日本专利第6271493号公报372-377段)，因此省略其详细的说明。
[0321]
接着，对第二光的光路进行说明。如图12所示，从第二投光系统2b(第二发光部11b)朝向干涉光学系统3射出波长λ2的第二光。在此，光的行进方向(矢量)相对于x轴方向倾斜角度θ2(＝θ1)。
[0322]
第二光与第一光同样地只要是具有即使以能够实施傅立叶变换法的角度使参考面(参考镜)23倾斜，也能够在图像传感器上以充分的对比度进行干涉的相干长度的光源即可。
[0323]
从第二投光系统2b射出的第二光入射到半透半反镜hm的第二位置p2。因此，该“半透半反镜hm的第二位置p2”构成本实施方式中的“第二输入部”。
[0324]
对于入射到半透半反镜hm的第二位置p2的第二光，其一部分(一半)透过半透半反镜hm而朝向参考面23射出，另一方面，剩余部分(一半)被第二面hmb反射而朝向设置部24射出。
[0325]
透过半透半反镜hm的第二位置p2的第二光作为参考光照射到参考面23并反射。在此，第二光涉及的参考光相对于参考面23的入射角和反射角成为上述角度θ2。
[0326]
之后，由参考面23反射的第二光涉及的参考光再次入射到半透半反镜hm的第一位置p1。对于入射到半透半反镜hm的第一位置p1的第二光涉及的参考光，其一部分(一半)透过半透半反镜hm而从第二面hmb朝向第二拍摄系统4b射出，另一方面，剩余部分(一半)被第一面hma反射而朝向第一投光系统2a射出。
[0327]
另一方面，从第二投光系统2b入射到半透半反镜hm的第二位置p2并被第二面hmb反射的第二光作为测量光照射到工件w并反射。在此，第二光涉及的测量光相对于设置部24(工件w)的入射角和反射角为上述角度θ2。
[0328]
之后，由工件w反射的第二光涉及的测量光再次入射到半透半反镜hm的第一位置p1。对于入射到半透半反镜hm的第一位置p1的第二光涉及的测量光，其一部分(一半)被第二面hmb反射而朝向第二拍摄系统4b射出，另一方面，剩余部分(一半)透过半透半反镜hm而从第一面hma朝向第一投光系统2a射出。
[0329]
即，在半透半反镜hm的第一位置p1，合成由第一面hma反射的第二光涉及的参考光和向第一面hma透过的第二光涉及的测量光，并且合成向第二面hmb透过的第二光涉及的参考光和由第二面hmb反射的第二光涉及的测量光。
[0330]
作为结果，合成了第二光涉及的参考光和测量光的合成光作为来自干涉光学系统3的输出光从半透半反镜hm的第一位置p1分别向第二拍摄系统4b和第一投光系统2a射出。因此，该“半透半反镜hm的第二位置p2”构成本实施方式中的“第二输出部”。
[0331]
其中，入射到第一投光系统2a的第二光涉及的合成光(参考光和测量光)被第一光隔离器12a截断其行进，成为舍弃光。
[0332]
另一方面，入射到第二拍摄系统4b的第二光涉及的合成光(参考光和测量光)在图像传感器70b上发生干涉，因此第二相机33b得到由第二光源产生的干涉条纹图像。
[0333]
此外，基于如上述那样有意地使参考面23倾斜而产生了载波条纹的干涉条纹图像得到测量光的复振幅的基于傅立叶变换法的测量方法是公知技术(例如参考日本专利第6271493号公报372-377段)，因此省略其详细的说明。
[0334]
这样，在分别通过1次拍摄处理获取的亮度图像数据(第一光涉及的亮度图像数据和第二光涉及的亮度图像数据)中，包含进行三维测量所需的测量光的复振幅信息。
[0335]
并且，控制装置5能够基于存储在图像数据存储装置54中的第一光涉及的亮度图像数据和第二光涉及的亮度图像数据，通过傅里叶变换法来计算各波长的测量光的相位。根据所得到的两个波长的相位信息来测量工件w的表面形状。即，进行工件w的表面上的各测量位置处的高度测量。这样求出的工件w的测量结果(高度数据)被存储在控制装置5的运算结果存储装置55中。此外，如上述那样使用波长不同的两种光的基于傅里叶转换法的测量方法是公知技术(例如参考日本专利第6271493号公报)，因此省略其详细的说明。
[0336]
如以上详述的那样，在本实施方式中，构成为从投光系统2a、2b到拍摄系统4a、4b的第一光和第二光的行进方向(矢量)不存在相互重叠的区间的结构。即，入射到干涉光学系统3的第一光和第二光相互不干涉，在完全分离的状态下从干涉光学系统3分别射出。
[0337]
这样，根据本实施方式，仅通过适当地设定第一光和第二光各自相对于干涉光学系统3的入射位置、入射角度，就能够将第一光和第二光完全分离而进行处理，因此能够大幅削减偏振光分量(p偏振光和s偏振光)的分离、转换所需要的偏光分束器、1/4波长板等光学部件，能够实现结构的简化。特别是，能够实现省略了波长不同的两种光的偏振光分量在
同一光路上在同一方向上通过的1/4波长板的光学系统。
[0338]
作为结果，能够排除从规定的光学部件受到的制造误差等的影响，实现测量精度的提高。
[0339]
进而，能够使用波长较近的两种光作为第一光和第二光，能够进一步扩大三维测量涉及的测量范围。此外，由于能够同时进行第一光涉及的输出光的拍摄和第二光涉及的输出光的拍摄，所以能够实现测量效率的提高。
[0340]
此外，在本实施方式中，通过不使用偏振图像传感器作为相机33a、33b的拍摄元件，能够进一步实现结构的简化。
[0341]
此外，除了本实施方式的结构以外，也可以如上述第五实施方式那样，构成为具备物镜l1和l2、投光透镜l3a和l3b以及成像透镜l4a和l4b。
[0342]
此外，并不限定于上述各实施方式的记载内容，例如也可以如下实施。当然，也可以将以下例示的其他应用例、变更例进行变更。
[0343]
(a)在上述各实施方式中，没有特别提及工件w的具体例(形状、大小、材质等的种类)，但作为待测物，例如举出印刷于印刷基板的膏状焊料、形成于晶片基板的焊料凸块等。当然，也可以设为对与这些不同的待测物进行测量的结构。此外，也可以构成为，在根据预先设定的合格与否判定基准来检查待测物的好坏的检查装置中具备三维测量装置1。
[0344]
(b)投光系统2a和2b、干涉光学系统3以及拍摄系统4a和4b的配置结构并不限定于上述各实施方式。
[0345]
(b-1)例如在上述各实施方式中，第一光涉及的参考光相对于参考面23的入射角θ1和反射角θ1以及第一光涉及的测量光相对于设置部24(工件w)的入射角θ1和反射角θ1、第二光涉及的参考光相对于参考面23的入射角θ2和反射角θ2以及第二光涉及的测量光相对于设置部24(工件w)的入射角θ2和反射角θ2被设定为相同的角度(θ1＝θ2)。
[0346]
不限于此，也可以构成为第一光涉及的上述各种角度θ1和第二光涉及的上述各种角度θ2被设定为不同的角度。
[0347]
(b-2)在上述各实施方式中，构成为利用两个拍摄系统4a、4b从不同的角度对1个工件w进行拍摄的结构，因此，减小相对于与工件w正交的轴线(z轴)的上述角度θ1、θ2，尽可能地从接近相同的角度对工件w进行拍摄，在实现测量精度的提高的方面是优选的。
[0348]
(b-3)第一光涉及的上述各种角度θ1和第二光涉及的上述各种角度θ2优选设定为第一光和第二光相对于半透半反镜hm的入射角小于第一光和第二光全反射的临界角。
[0349]
(b-4)光学单元的“第一输入部”和“第二输入部”的位置、光学单元的“第一输出部”和“第二输出部”的位置以及第一光涉及的上述各种角度θ1和第二光涉及的上述各种角度θ2的组合并不限定于上述各实施方式，只要构成为至少朝向工件w的第一光涉及的测量光和朝向工件w的第二光涉及的测量光的行进方向(矢量)不重叠，则可以成为任意组合。
[0350]
即，如图13(参考粗虚线部)所示，也可以是除了朝向工件w、参考面23的第一光涉及的测量光和参考光与朝向工件w、参考面23的第二光涉及的测量光和参考光的行进方向(矢量)重叠的情况以外的任意组合。
[0351]
例如，在上述各实施方式中，第一光的光路和第二光的光路被设定为同一xz平面，但不限于此，也可以构成为，在从z轴方向观察的俯视图中，朝向工件w的第一光涉及的测量光的光路以及朝向工件w的第二光涉及的测量光的光路的至少一个被设定为沿着y轴方向。
[0352]
换言之，也可以构成为，朝向工件w的第一光涉及的测量光的光路以及朝向工件w的第二光涉及的测量光的光路的至少一个被设定为相对于z轴方向具有向y轴方向(前方向或者后方向)的倾斜。
[0353]
此外，也可以构成为，以在从z轴方向观察的俯视图中朝向工件w的第一光涉及的测量光的光路以及朝向工件w的第二光涉及的测量光的光路重叠的方式进行设定，并且将第一光涉及的测量光的入射角θ1与第二光涉及的测量光的入射角θ2设定为不同。
[0354]
(c)干涉光学系统(规定的光学系统)和光学单元涉及的结构并不限定于上述各实施方式。
[0355]
(c-1)例如，光学单元并不限定于上述各实施方式的半透半反镜hm、分束器20，也可以使用能够将入射的规定的光分割为两个光的其他光学部件。
[0356]
(c-2)如图14的(a)所示，在上述第六实施方式中，在分束器20的第一面20a上，从第一投光系统2a射出的第一光的入射光k1入射的第一位置20a1和第一光的射出光(第一光涉及的参考光和测量光的合成光)k2射出的第二位置20a2被设定为在与正方形状的第一面20a的一边平行的方向上排列。
[0357]
取而代之，如图14的(b)所示，也可以在分束器20的第一面20a上，第一光的入射光k1入射的第一位置20a1和第一光的射出光k2射出的第二位置20a2被设定为在正方形状的第一面20a的对角线方向上排列。
[0358]
由此，比较图14的(a)、图14的(b)可知，如果第一光的入射光k1和射出光k2的直径(宽度)没有变化，则图14的(b)所示的结构(第一位置20a1和第二位置20a2在第一面20a的对角线方向上排列的结构)能够使用第一面20a的一边的长度短的更小的分束器20(α1＞α2)。作为结果，能够实现装置的小型化。
[0359]
当然，不限于上述第六实施方式(分束器20)，在使用矩形板状的半透半反镜hm的上述第一实施方式～第五实施方式中也同样地，也可以构成设定为第一光的入射光k1入射的第一位置p1和第一光的射出光k2射出的第二位置p2在半透半反镜hm的对角线方向上排列。
[0360]
(d)照射单元涉及的结构并不限定于上述投光系统2a、2b的结构。
[0361]
(d-1)例如，在上述各实施方式中，例示了从第一投光系统2a照射波长λ1＝1500nm的光，从第二投光系统2b照射波长λ2＝1503nm的光的结构，但各光的波长并不限定于此。然而，为了扩大测量范围，优选使两个光的波长差更小。
[0362]
(d-2)此外，上述各实施方式涉及的发光部11a、11b构成为采用激光光源射出激光，但不限于此，也可以采用其他结构。只要是能够射出至少能够产生干涉的相干性高的光(相干光)的结构即可。
[0363]
例如，也可以构成为，组合led光源等非相干光源和仅使特定的波长透过的带通滤波器、特殊滤光器等来提高相干性，射出相干光。
[0364]
(e)拍摄单元和拍摄元件涉及的结构不限于上述各实施方式。
[0365]
(e-1)例如，在上述各实施方式中，作为受光元件阵列71的一个示例，列举了ccd图像传感器，但受光元件阵列71并不限定于此，例如也可以具有cmos图像传感器等半导体元件结构。
[0366]
(e-2)上述各实施方式涉及的偏振图像传感器70a、70b构成为具备受光元件阵列
71、偏振片阵列72和微透镜阵列73，但不限于此，例如也可以构成为省略了微透镜阵列73。
[0367]
(e-3)偏振片阵列72中的偏振片75的排列并不限定于上述各实施方式。
[0368]
例如，在上述各实施方式中，构成为透过轴的设定角度各相差45
°
的4种偏振片75a、75b、75c、75d按照规定顺序配置，但也可以构成为按照与其不同的顺序配置。
[0369]
此外，也可以构成为透过轴角度不同的3种偏振片按照规定顺序配置。例如也可以构成为透过轴的设定角度各相差60
°
或45
°
的3种偏振片按照规定顺序配置。
[0370]
(f)使参考光与测量光的相位差变化的相移涉及的结构并不限定于上述各实施方式。
[0371]
(f-1)在上述各实施方式中，构成为，通过使用偏振图像传感器70a、70b作为相机33a、33b的拍摄元件，由此通过各相机33a、33b的一次拍摄同时获取基于相移法的工件w的高度测量所需的多组亮度数据，其中，所述偏振图像传感器70a、70b中透过轴的设定角度各相差45
°
的4种偏振片75按照规定的排列与各受光元件74对应地逐个配置。
[0372]
不限于此，例如，也可以构成为取代偏振图像传感器70a、70b而使用省略了偏振片阵列72的通常的图像传感器作为拍摄元件，并且在拍摄系统4a、4b中具备能够变更透过轴方向的偏振板。
[0373]
通过该偏振板，能够选择性地使被1/4波长板31a、31b转换为圆偏振光的第一光和第二光的各分量透过，使旋转方向不同的第一光和第二光的参考光分量和测量光分量针对特定的相位干涉。
[0374]
更具体而言，第一拍摄系统4a也可以构成为具备：1/4波长板31a，将第一光涉及的合成光(参考光分量和测量光分量)转换为圆偏振光；旋转式的第一偏振板，选择性地使透过了该1/4波长板31a的光的规定分量透过(使参考光和测量光干涉)；以及第一相机33a，拍摄透过了该第一偏振板的光，并且第二拍摄系统4b也可以构成为具备：1/4波长板31b，将第二光涉及的合成光(参考光分量和测量光分量)转换为圆偏振光；旋转式的第二偏振板，选择性地使透过了该1/4波长板31b的光的规定分量透过(使参考光和测量光干涉)；以及第二相机33b，拍摄透过了该第二偏振板的光。
[0375]
此外，也可以采用如下结构：通过压电元件等使参考面23向该参考面23的法线方向移动，使光路长度在物理上变化，由此进行相移。
[0376]
然而，改变上述偏振板的透过轴方向而进行相移的结构、使参考面23移动来进行相移的结构为了获取进行三维测量所需的全部图像数据，需要在多个时机进行拍摄。因此，从缩短拍摄时间的观点来看，更优选采用如上述各实施方式那样能够在一次时机拍摄全部图像数据的结构。此外，在上述的结构中，不仅测量时间变长，并且受到其间的空气的波动、振动等的影响，因此测量精度也有可能降低。
[0377]
(f-2)在上述各实施方式中，构成为在通过相移法进行工件w的高度测量时，针对第一光和第二光，分别基于相位相差90
°
的4组干涉光的亮度图像数据(第一光涉及的亮度图像数据和第二光涉及的亮度图像数据)进行相移法，但相移次数和相移量并不限定于这些。例如，也可以构成为基于相位相差120
°
(或90
°
)的3组干涉光的亮度图像数据进行基于相移法的工件w的高度测量。
[0378]
(f-3)也可以应用于通过与相移法、傅立叶变换方法不同的其他方法进行三维测量的结构。
[0379]
(g)在上述第七实施方式(图12)中，将参考面23的倾斜角θ3表示为绕y轴的旋转角度，但该倾斜角是一个示例，实际的倾斜角也可以倾斜成绕z轴的角度，或者倾斜成绕y轴和绕z轴的双方合起来的角度。
[0380]1…
三维测量装置；
[0381]
2a
…
第一投光系统；
[0382]
2b
…
第二投光系统；
[0383]3…
干涉光学系统；
[0384]
4a
…
第一拍摄系统；
[0385]
4b
…
第二拍摄系统；
[0386]5…
控制装置；
[0387]
11a
…
第一发光部；
[0388]
11b
…
第二发光部；
[0389]
21、22
…
偏振板；
[0390]
23
…
参考面；
[0391]
24
…
设置部；
[0392]
31a
…
1/4波长板；
[0393]
31b
…
1/4波长板；
[0394]
33a
…
第一相机；
[0395]
33b
…
第二相机；
[0396]
70a
…
偏振图像传感器；
[0397]
70b
…
偏振图像传感器；
[0398]
hm
…
半透半反镜；
[0399]w…
工件。

技术特征：
1.一种三维测量装置，其特征在于，具备：规定的光学系统，其具有能够将入射的规定的光分割为两个光的光学单元，所述光学系统能够将该分割后的一个光的至少一部分作为测量光照射到待测物，并将另一个光的至少一部分作为参考光照射到参考面，并且将由所述待测物反射的所述测量光的至少一部分和由所述参考面反射的所述参考光的至少一部分合成并射出；第一照射单元，其能够射出向所述光学单元的第一输入部入射的第一波长的第一光；第二照射单元，其能够射出向所述光学单元的第二输入部入射的第二波长的第二光；第一拍摄单元，其能够拍摄通过向所述第一输入部入射所述第一光而从所述光学单元的第一输出部射出的所述第一光涉及的规定的输出光；第二拍摄单元，其能够拍摄通过向所述第二输入部入射所述第二光而从所述光学单元的第二输出部射出的所述第二光涉及的规定的输出光；以及图像处理单元，其能够基于由所述第一拍摄单元和所述第二拍摄单元获取的图像数据来执行所述待测物的三维测量，从所述光学单元朝向所述待测物的所述第一光涉及的测量光和从所述光学单元朝向所述待测物的所述第二光涉及的测量光的行进方向不同，并且从所述光学单元朝向所述参考面的所述第一光涉及的参考光和从所述光学单元朝向所述参考面的所述第二光涉及的参考光的行进方向不同，由所述待测物反射而朝向所述光学单元的所述第一光涉及的测量光和由所述待测物反射而朝向所述光学单元的所述第二光涉及的测量光的行进方向不同，并且由所述参考面反射而朝向所述光学单元的所述第一光涉及的参考光和由所述参考面反射而朝向所述光学单元的所述第二光涉及的参考光的行进方向不同，所述光学单元构成为能够将由所述待测物反射的所述第一光涉及的测量光的一部分和由所述参考面反射的所述第一光涉及的参考光的一部分合成并从所述第一输出部射出，并且能够将由所述待测物反射的所述第二光涉及的测量光的一部分和由所述参考面反射的所述第二光涉及的参考光的一部分合成并从所述第二输出部射出。2.根据权利要求1所述的三维测量装置，其特征在于，具备：第一偏振板，其配置在所述光学单元与所述参考面之间，使第一偏振光透过；第二偏振板，其配置在所述光学单元与所述待测物之间，使第二偏振光透过；第一1/4波长板，其配置在所述光学单元的第一输出部与所述第一拍摄单元之间，将所述第一光涉及的所述第一偏振光和所述第二偏振光分别转换为圆偏振光，以及第二1/4波长板，其配置在所述光学单元的第二输出部与所述第二拍摄单元之间，将所述第二光涉及的所述第一偏振光和所述第二偏振光分别转换为圆偏振光。3.根据权利要求1或2所述的三维测量装置，其特征在于，从与所述待测物正交的规定的轴线方向观察时，从所述光学单元朝向所述待测物的所述第一光涉及的测量光的光路和从所述光学单元朝向所述待测物的所述第二光涉及的测量光的光路以该轴线为中心对称，并且，从与所述参考面正交的规定的轴线方向观察时，从所述光学单元朝向所述参考面的所述第一光涉及的参考光的光路和从所述光学单元朝向所述参考面的所述第二光涉及的参
考光的光路以该轴线为中心对称。4.根据权利要求1至3中任一项所述的三维测量装置，其特征在于，所述第一光涉及的测量光相对于所述待测物的入射角和所述第二光涉及的测量光相对于所述待测物的入射角为相同角度，并且，所述第一光涉及的参考光相对于所述参考面的入射角和所述第二光涉及的参考光相对于所述参考面的入射角为相同角度。5.根据权利要求1至4中任一项所述的三维测量装置，其特征在于，所述光学单元是半透半反镜。6.根据权利要求1所述的三维测量装置，其特征在于，构成为能够通过基于所述图像数据得到所述测量光的复振幅的傅立叶变换法来执行所述待测物的三维测量，所述图像数据是对通过使所述光学单元与所述参考面成为规定的位置关系而产生的载波条纹进行拍摄而得到的。

技术总结
提供一种能够实现测量精度的提高等的三维测量装置。三维测量装置(1)具备：干涉光学系统(3)，具有将入射光分割成两个光的半透半反镜(HM)，将该分割后的一个光照射到工件(W)，并将另一个光照射到参考面(23)，将它们再次合成并射出；第一投光系统(2A)，朝向半透半反镜(HM)射出第一波长的第一光；第二投光系统(2B)，朝向半透半反镜(HM)射出第二波长的第二光；第一拍摄系统(4A)，对从半透半反镜(HM)射出的第一光涉及的输出光进行拍摄；以及第二拍摄系统(4B)，对从半透半反镜(HM)射出的第二光涉及的输出光进行拍摄，构成为基于由拍摄系统(4A、4B)获取的图像数据执行工件(W)的三维测量，并且朝向工件(W)的第一光和第二光的行进方向不同，并且朝向参考面(23)的第一光和第二光的行进方向不同。光的行进方向不同。光的行进方向不同。


技术研发人员：石垣裕之 冈田点 二村伊久雄 间宫高弘 早崎芳夫
受保护的技术使用者：国立大学法人宇都宫大学
技术研发日：2021.11.05
技术公布日：2023/9/22