CN109690236A - 三维测量装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种利用波长不同的光来实现测量范围的扩大并能够实现测量效率的提高的三维测量装置。三维测量装置包括：偏振分束器(20)，将入射的规定的光分割为偏振方向相互正交的两束偏振光，将一束作为测量光照射到工件(W)上，且将另一束作为参照光照射到参照面(23)上，并且能够将它们再次合成并射出；第一光投射系统(2A)，使第一光入射到该偏振分束器(20)的第一面(20a)；第二光投射系统(2B)，使第二光入射到该偏振分束器(20)的第二面(20b)；第一拍摄系统(4A)，能够拍摄从偏振分束器(20)的第一面(20a)射出的所述第一光；以及第二拍摄系统(4B)，能够拍摄从偏振分束器(20)的第二面(20b)射出的所述第二光。

Description

三维测量装置
技术领域
本发明涉及对被测量物的形状进行测量的三维测量装置。
背景技术
以往，作为对被测量物的形状进行测量的三维测量装置，已知有利用干涉仪的三维测量装置。
在该三维测量装置中，测量光的波长(例如1500nm)的一半(例如750nm)成为可测量的测量范围(动态范围)。
因此，假设在被测量物上存在测量光的波长的一半以上的高低差的情况下，测量范围不足，有可能无法适当地对被测量物的形状进行测量。与此相对，在加长了测量光的波长的情况下，分辨率变粗糙，测量精度有可能劣化。
鉴于此，近年来，为了消除范围不足，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(例如参照专利文献1)。
在该三维测量装置中，使第一波长光和第二波长光以合成状态入射到干涉光学系统(偏振分束器等)，通过规定的光学分离单元(分色镜等)对从此处射出的干涉光进行波长分离，得到第一波长光涉及的干涉光和第二波长光涉及的干涉光。然后，基于分别拍摄各波长光涉及的干涉光而得到的干涉条纹图像，进行被测量物的形状的测量。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-164389号公报。
发明内容
发明所要解决的问题
为了利用波长不同的种束光，进一步扩大三维测量涉及的测量范围，只要进一步减小两种光的波长差即可。两种光的波长越接近，越能够扩大测量范围。
但是，两种光的波长越接近，越难以适当地分离两种光的波长。
换言之，在要用波长差小的两种光进行三维测量的情况下，需要分别在不同的定时进行第一波长光涉及的干涉光的拍摄和第二波长光涉及的干涉光的拍摄，有可能会降低测量效率。
例如在利用了相移法的三维测量中，在使相位以四个阶段变化的情况下，需要取得四组图像数据，因此在使用两种光的情况下，需要分别在不同的定时各四次、共计八次的拍摄时间。
本发明是鉴于上述情况等而完成，其目的在于，提供一种利用波长不同的光来实现测量范围的扩大并能够实现测量效率的提高的三维测量装置。
用于解决问题手段
以下，分项说明适于解决上述问题的各技术方案。另外，根据需要对相应的技术方案附注特有的作用效果。
技术方案1：一种三维测量装置，其特点在于，包括：
规定的光学系统(特定光学系统)，将入射的规定的光分割为两束光，能够将一束光作为测量光照射到被测量物上，且能够将另一束光作为参照光照射到参照面，并且能够将它们再次合成并射出；
第一照射单元，能够射出入射到所述规定的光学系统的第一输入输出部的、包含规定的偏振光的第一光；
第二照射单元，能够射出入射到所述规定的光学系统的第二输入输出部的、包含规定的偏振光的第二光；
第一拍摄单元，能够入射通过向所述规定的光学系统的所述第一输入输出部入射所述第一光而从该第一输入输出部(以与入射的第一光同轴地)射出的所述第一光涉及的输出光；
第二拍摄单元，能够入射通过向所述规定的光学系统的所述第二输入输出部入射所述第二光而从该第二输入输出部(以与入射的第二光同轴地)射出的所述第二光涉及的输出光；以及
图像处理单元，能够基于由所述第一拍摄单元以及所述第二拍摄单元拍摄并获取的干涉条纹图像，执行所述被测量物的三维测量。
另外，以下相同，从“规定的光学系统(特定光学系统)”输出的“第一光涉及的输出光”中包含“第一光涉及的参照光及测量光的合成光、或者使该合成光干涉的干涉光”，在“第二光涉及的输出光”中包含“第二光涉及的参照光及测量光的合成光、或者使该合成光干涉的干涉光”。
即，“规定的光学系统”不仅包括“使参照光及测量光在内部干涉后作为干涉光输出的光学系统”，还包括“不使参照光及测量光在内部干涉而仅作为合成光输出的光学系统”。这里，在从“规定的光学系统”输出的“输出光”为“合成光”的情况下，为了拍摄“干涉条纹图像”，至少在由“拍摄单元”拍摄的前阶段，经由规定的干涉单元得到“干涉光”。
因此，以产生光的干涉(拍摄干涉条纹图像)为目的，将入射的规定的光分割为两束光，能够将一束光作为测量光照射到被测量物且能够将另一束光作为参照光照射到参照面，并且能够将这两束光再次合成并射出的光学系统称为“干涉光学系统”。因此，在上述技术方案1中(在以下的各技术方案中也同样)，也可以将“规定的光学系统(特定光学系统)”换言之“干涉光学系统”。
根据上述技术方案1，通过使“第一光”以及“第二光”分别从规定的光学系统的不同位置(“第一输入输出部”和“第二输入输出部”)入射，“第一光”和“第二光”相互不干涉，分别从规定的光学系统的不同位置(“第一输入输出部”和“第二输入输出部”)分别射出。即，不需要使用规定的分离单元将从规定的光学系统射出的光分离为“第一光”和“第二光”。
由此，作为“第一光”所包含的偏振光和“第二光”所包含的偏振光，可以使用波长相近的两种偏振光。其结果是，利用波长相近的两种偏振光，能够进一步扩大三维测量的测量范围。
另外，在以下的技术方案中也同样，从“第一照射单元”照射的“第一光”只要是至少包含“规定的偏振光”的光即可，之后，也可以是包含在“规定的光学系统”中被去除的其他多余分量的光(例如“非偏振光”或“圆偏振光”)。
同样地，从“第二照射单元”照射的“第二光”只要是至少包含“规定的偏振光”的光即可，之后，也可以是包含在“规定的光学系统”中被去除的其他多余分量的光(例如“非偏振光”或“圆偏振光”)。
进一步，根据本技术方案，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，所以能够缩短总体的拍摄时间，并能够实现测量效率的提高。
另外，在使用多个光的情况下，也可以考虑使用多个干涉光学系统(干涉仪模块)来测量被测量物的结构，但在该结构中，成为基准的参照面在各干涉光学系统中不同，使参照光和测量光产生光路差的光路区间在多束光中不同，因此测量精度有可能降低。另外，难以使多个干涉光学系统的光路长度准确地一致，其调整作业也成为非常困难的作业。
关于这一点，由于本技术方案构成为对于包括一个作为基准的参照面的一个干涉光学系统(规定的光学系统)使用两束光，使参照光和测量光产生光路差的光路区间在两束光中相同。其结果是，能够防止因包括多个干涉光学系统而引起的各种不良情况的发生。
此外，在本技术方案中构成为，对规定的光学系统的第一输入输出部入射的第一光涉及的输出光从作为同一位置的第一输入输出部输出，而入射到第二输入输出部的第二光涉及的输出光从作为同一位置的第二输入输出部输出。
通过采用这样结构，在干涉光学系统(规定的光学系统)的内部，不需要设置用于改变偏振光的偏振方向的单元(1/4波长板等)，能够实现结构简化。
技术方案2.根据技术方案1所述的三维测量装置，其特点在于，
所述规定的光学系统
是以下光学系统：将入射的规定的光分割为偏振方向相互正交的两束偏振光，能够将一束偏振光作为所述测量光照射到所述被测量物上，且将另一束偏振光作为所述参照光照射到所述参照面，并且将这两束光再次合成并射出，
并且是以下光学系统：
能够将从所述第一输入输出部入射的所述第一光分割为包括具有第一偏振方向的偏振光(例如P偏振光)的所述参照光和包括具有第二偏振方向的偏振光(例如S偏振光)的所述测量光，
能够将从所述第二输入输出部入射的所述第二光分割为包括具有所述第二偏振方向的偏振光的所述参照光和包括具有所述第一偏振方向的偏振光的所述测量光。
根据上述技术方案2，通过使“第一光”以及“第二光”分别从规定的光学系统的不同位置(“第一输入输出部”以及“第二输入输出部”)入射，“第一光”涉及的参照光和测量光以及“第二光”涉及的参照光和测量光被分割成分别不同的偏振光分量(P偏振光或S偏振光)，因此入射到规定的光学系统的“第一光”和“第二光”不会相互干涉，分别从规定的光学系统的不同位置(“第一输入输出部”以及“第二输入输出部”)分别射出。其结果是，能够更可靠地发挥上述技术方案1的作用效果。
技术方案3：一种三维测量装置，其特点在于，包括：
偏振分束器，具有将入射的规定的光分割为偏振方向相互正交的两束偏振光的边界面，将该分割的一束偏振光作为测量光照射到被测量物上，且将另一束偏振光作为参照光照射到参照面上，并且能够将这两种光再次合成并射出；
第一照射单元，能够射出入射到第一面的、包含规定的偏振光的第一光，所述第一面是夹着所述边界面而相邻的所述偏振分束器的所述第一面及第二面中的为第一输入输出部的第一面；
第二照射单元，能够射出入射到所述第二面的、包含规定的偏振光的第二光，所述第二面为所述偏振分束器的第二输入输出部；
第一拍摄单元，能够入射通过向所述偏振分束器的所述第一面入射所述第一光而从该第一面(以与入射的第一光同轴地)射出的所述第一光涉及的输出光；
第二拍摄单元，能够入射通过向所述偏振分束器的所述第二面入射所述第二光而从该第二面(以与入射的第二光同轴地)射出的所述第二光涉及的输出光；以及
图像处理单元，能够基于由所述第一拍摄单元以及所述第二拍摄单元拍摄并获取的干涉条纹图像，执行所述被测量物的三维测量。
另外，“偏振分束器”具有在其边界面上使具有第一偏振方向的偏振光(例如P偏振光)透过且反射具有第二偏振方向的偏振光(例如S偏振光)的功能。因此，从偏振分束器的第一面入射的第一光被分割为例如包含具有第一偏振方向的偏振光(例如P偏振光)的参照光和包含具有第二偏振方向的偏振光(例如S偏振光)的测量光，从偏振分束器的第二面入射的第二光被分割为例如包括具有第二偏振方向的偏振光(例如S偏振光)的参照光和包括具有第一偏振方向的偏振光(例如P偏振光)的测量光。
即，通过使“第一光”和“第二光”分别从偏振分束器的不同位置(“第一面”和“第二面”)入射，“第一光”涉及的参照光和测量光以及“第二光”涉及的参照光和测量光被分割成分别不同的偏振光分量(P偏振光或S偏振光)，因此“第一光”和“第二光”相互不干涉，分别从偏振分束器的不同位置(“第一面”和“第二面”)射出。
因此，根据上述技术方案3，能够以基于迈克尔逊干涉仪的原理的比较简单的结构实现上述技术方案1等涉及的结构。
技术方案4.根据技术方案1至3中任一个所述的三维测量装置，其特点在于，包括：
第一导光单元，使从所述第一照射单元射出的第一光的至少一部分向所述第一输入输出部入射，并且使从所述第一输入输出部射出的所述第一光涉及的输出光的至少一部分向所述第一拍摄单元入射；以及
第二导光单元，使从所述第二照射单元射出的第二光的至少一部分向所述第二输入输出部入射，并且使从所述第二输入输出部射出的第二光涉及的输出光的至少一部分向所述第二拍摄单元入射。
根据上述技术方案4，能够以比较简单的结构实现上述技术方案1等涉及的结构。
例如可以举出如下结构的一例，即，“包括：
第一非偏振分束器(半反射镜等)，使从所述第一照射单元射出的第一光的一部分透过且使剩余的光反射，使该第一光的透过光或反射光朝向所述第一输入输出部入射，并且使从所述第一输入输出部射出的第一光涉及的输出光的一部分透过且使剩余的光反射，使该第一光涉及的输出光的透过光或反射光向所述第一拍摄单元入射；
第二非偏振分束器(半反射镜等)，使从所述第二照射单元射出的第二光的一部分透过且使剩余的光反射，使该第二光的透过光或反射光朝向所述第二输入输出部入射，并且使从所述第二输入输出部射出的第二光涉及的输出光的一部分透过且使剩余的光反射，使该第二光涉及的输出光的透过光或反射光向所述第二拍摄单元入射”。
技术方案5：根据技术方案4所述的三维测量装置，其特点在于，所述照射单元包括光隔离器，所述光隔离器仅透过从所述照射单元自身所具有的规定的发光部射出的一个方向的光，并且截断相反方向的光。
作为上述技术方案4的导光单元，例如在包括非偏振分束器的情况下，在该偏振分束器使从输入输出部射出的光的一部分透过且使剩余的光反射、使该光的透过光或反射光的一者向拍摄单元入射时，未入射到该拍摄单元中的另一者的光朝向照射单元。假设在该光入射到发光部(光源等)的情况下，有可能使发光部损伤或动作变得不稳定。
与此相对，根据本技术方案5，通过包括光隔离器，能够防止发光部的损伤或不稳定化等。
技术方案6：根据技术方案1至5中任一个所述的三维测量装置，其特点在于，
所述第一照射单元
包括：第一波长光射出部，能够射出包含第一波长(例如491nm)的偏振光的第一波长光；和/或第二波长光射出部，能够射出包含第二波长(例如540nm)的偏振光的第二波长光，
并构成为能够射出所述第一光，所述第一光包含所述第一波长的偏振光和/或所述第二波长的偏振光，
所述第二照射单元
包括：第三波长光射出部，能够射出包含第三波长(例如488nm)的偏振光的第三波长光；和/或第四波长光射出部，能够射出包含第四波长(例如532nm)的偏振光的第四波长光，
并构成为能够射出所述第二光，所述第二光包含所述第三波长的偏振光和/或所述第四波长的偏振光，
所述第一拍摄单元包括：
第一波长光拍摄部，在对所述第一输入输出部入射了包含所述第一波长的偏振光的所述第一光的情况下，能够对所述第一波长的偏振光涉及的输出光进行拍摄，所述第一波长的偏振光涉及的输出光被包含在从所述第一输入输出部射出的所述第一光涉及的输出光所包含中；
和/或
第二波长光拍摄部，在对所述第一输入输出部入射了包含所述第二波长的偏振光的所述第一光的情况下，能够对所述第二波长的偏振光涉及的输出光进行拍摄，所述第二波长的偏振光涉及的输出光被包含在从所述第一输入输出部射出的所述第一光涉及的输出光中，
所述第二拍摄单元包括：
第三波长光拍摄部，在对所述第二输入输出部入射了包含所述第三波长的偏振光的所述第二光的情况下，能够对所述第三波长的偏振光涉及的输出光进行拍摄，所述第三波长的偏振光涉及的输出光被包含在从所述第二输入输出部射出的所述第二光涉及的输出光中；
和/或
第四波长光拍摄部，在对所述第二输入输出部入射了包含所述第四波长的偏振光的所述第二光的情况下，能够对所述第四波长的偏振光涉及的输出光进行拍摄，所述第四波长的偏振光涉及的输出光被包含在从所述第二输入输出部射出的所述第二光涉及的输出光中。
另外，包含于“第一光涉及的输出光”中的“第一波长的偏振光涉及的输出光”中包含“第一波长的偏振光涉及的参照光和测量光的合成光、或者使该合成光干涉的干涉光”，“第二波长的偏振光涉及的输出光”中包含“第二波长的偏振光涉及的参照光和测量光的合成光、或者使该合成光干涉的干涉光”。
同样地，包含于“第二光涉及的输出光”中的“第三波长的偏振光涉及的输出光”中包含“第三波长的偏振光涉及的参照光和测量光的合成光、或者使该合成光干涉的干涉光”，“第四波长的偏振光涉及的输出光”中包含“第四波长的偏振光涉及的参照光和测量光的合成光、或者使该合成光干涉的干涉光”。
另外，从“第一波长光射出部”射出的“第一波长光”只要是至少包含“第一波长的偏振光”的光即可，也可以是包含其他多余分量的光，从“第二波长光射出部”射出的“第二波长光”只要是至少包含“第二波长的偏振光”的光即可，也可以是包含其他多余分量的光。
同样，从“第三波长光射出部”射出的“第三波长光”只要是至少包含“第三波长的偏振光”的光即可，也可以是包含其他多余分量的光，从“第四波长光射出部”射出的“第四波长光”只要是至少包含“第四波长的偏振光”的光即可，也可以是包含其他多余分量的光。
根据上述技术方案6，通过使“第一光”(“第一波长的偏振光”和/或“第二波长的偏振光”)”和“第二光”(“第三波长的偏振光”和/或“第四波长的偏振光”)”分别从规定的光学系统(偏振分束器等)的不同位置(“第一输入输出部”和“第二输入输出部”)入射，由此，“第一光”和“第二光”相互不干涉，分别从规定的光学系统(偏振分束器等)的不同位置(“第一输入输出部”和“第二输入输出部”)分别射出。
因此，作为包含于“第一光”中的偏振光(“第一波长的偏振光”和/或“第二波长的偏振光”)和包含于“第二光”中的偏振光(“第三波长的偏振光”和/或“第四波长的偏振光”)能够使用波长相近的两种偏振光。其结果是，利用波长相近的两种偏振光，能够进一步扩大三维测量涉及的测量范围。特别是在本技术方案中，由于能够利用最多四种波长不同的光，所以还能够飞跃性地扩大测量范围。
另外，能够单独且同时进行对“第一光涉及的输出光(“第一波长的偏振光涉及的输出光”和/或“第二波长的偏振光涉及的输出光”)”的拍摄和“第二光涉及的输出光(“第三波长的偏振光涉及的输出光”和/或“第四波长的偏振光涉及的输出光”)”的拍摄。其结果是，能够缩短总体的拍摄时间，能够实现测量效率的提高。特别是在本技术方案中，由于能够单独且同时地对最多四种偏振光涉及的输出光进行拍摄，所以还能够飞跃性地提高测量效率等。
进一步，根据本技术方案，能够根据被测量物的种类切换例如使用了“第一波长的偏振光”和“第三波长的偏振光”这两种偏振光的测量与使用了“第二波长的偏振光”和“第四波长的偏振光”这两种偏振光的测量。即，根据本技术方案，能够使用波长相近的两种偏振光来实现测量范围的扩大，并且能够根据被测量物的种类来切换光的种类(波长)。其结果是，能够实现便利性和通用性的提高。
对于例如不适合红色系光的晶片基板等被测量物，可以进行使用了“第一波长的偏振光”和“第三波长的偏振光”这两种偏振光(例如491nm和488nm的蓝色系颜色的两种光)的测量，另一方面，对于不适合蓝色系光的铜等被测量物，可以进行使用了“第二波长的偏振光”和“第四波长的偏振光”这两种偏振光(例如540nm和532nm的绿色系颜色的两种光)的测量。当然，各偏振光的波长并不限定于上述例示的波长，也可以采用其他波长的偏振光。
技术方案7：根据技术方案6所述的三维测量装置，其特点在于，
所述第一照射单元包括第一合成单元，所述第一合成单元能够将从所述第一波长光射出部射出的所述第一波长光以及从所述第二波长光射出部射出的所述第二波长光合成为所述第一光，
所述第二照射单元包括第二合成单元，所述第二合成单元能够将从所述第三波长光射出部射出的所述第三波长光以及从所述第四波长光射出部射出的所述第四波长光合成为所述第二光，
所述第一拍摄单元包括第一分离单元，在从所述第一照射单元射出了包含所述第一波长的偏振光和所述第二波长的偏振光的所述第一光的情况下，所述第一分离单元能够将从所述第一输入输出部射出的所述第一光涉及的输出光分离为所述第一波长的偏振光涉及的输出光和所述第二波长的偏振光涉及的输出光，
所述第二拍摄单元包括第二分离单元，在从所述第二照射单元射出了包含所述第三波长的偏振光和所述第四波长的偏振光的所述第二光的情况下，所述第二分离单元能够将从所述第二输入输出部射出的所述第二光涉及的输出光分离为所述第三波长的偏振光涉及的输出光和所述第四波长的偏振光涉及的输出光。
根据上述技术方案7，使第一波长光和第二波长光在合成的状态下向规定的光学系统(偏振分束器等)入射，通过分离单元(分色镜等)对从此处射出的输出光进行波长分离，能够得到第一波长的偏振光涉及的输出光和第二波长的偏振光涉及的输出光。
同样地，使第三波长光和第四波长光在合成状态下向规定的光学系统(偏振分束器等)入射，通过分离单元(分色镜等)对从此处射出的输出光进行波长分离，能够得到第三波长的偏振光涉及的输出光和第四波长的偏振光涉及的输出光。
其结果是，由于能够使用与以往同样的干涉光学系统(规定的光学系统)，因此能够实现结构的简化。进一步，根据本技术方案，由于最多能够同时利用四种光，所以能够实现测量范围的进一步扩大，并且能够实现测量效率的进一步提高。
因此，在通过第一合成单元合成“第一波长的偏振光”和“第二波长的偏振光”的情况下，优选，包含于“第一光”中的“第一波长的偏振光”和“第二波长的偏振光”为波长离开到可以由第一分离单元(分色镜等)分离的程度的偏振光。同样地，在通过第二合成单元合成“第三波长的偏振光”和“第四波长的偏振光”的情况下，优选，包含于“第二光”中的“第三波长的偏振光”和“第四波长的偏振光”为波长离开到可以由第二分离单元(分色镜等)分离的程度的偏振光。
技术方案8：根据技术方案1至7中任一个所述的三维测量装置，其特点在于，
在将所述被测量物设为与所述参照面相同的平面的情况下，向所述第一输入输出部入射的所述第一光中所包含的偏振光(例如“第一波长的偏振光”和/或“第二波长的偏振光”)的偏振方向与从该第一输入输出部射出的所述第一光涉及的输出光中所包含的偏振光(例如“第一波长的偏振光”和/或“第二波长的偏振光”)的偏振方向相同，且向所述第二输入输出部入射的所述第二光中所包含的偏振光(例如“第三波长的偏振光”和/或“第四波长的偏振光”)的偏振方向与从该第二输入输出部射出的所述第二光涉及的输出光中所包含的偏振光(例如“第三波长的偏振光”和/或“第四波长的偏振光”)的偏振方向相同。
根据上述技术方案8，能够更可靠地发挥上述技术方案1等的作用效果。
技术方案9.根据技术方案1至8中任一个所述的三维测量装置，其特点在于，
在使向所述第一输入输出部入射所述第一光的入射方向和向所述第二输入输出部入射所述第二光的入射方向在包含该两入射方向的平面上一致的情况下，所述第一光中所包含的偏振光(例如，“第一波长的偏振光”和/或“第二波长的偏振光”)的偏振方向与所述第二光中所包含的偏振光(例如“第三波长的偏振光”和/或“第四波长的偏振光”)的偏振方向相差90°。
根据上述技术方案9，能够更可靠地发挥上述技术方案1等的作用效果。
技术方案10.根据技术方案1至9中任一个所述的三维测量装置，其特点在于，
在(例如朝向被测量物或参照面)同一轴线上朝向同一方向的所述第一光中所包含的偏振光(例如“第一波长的偏振光”和/或“第二波长的偏振光”)或其测量光或参照光的偏振方向与所述第二光中所包含的偏振光(例如“第三波长的偏振光”和/或“第四波长的偏振光”)或其测量光或参照光的偏振方向相差90°。
技术方案11.根据技术方案1至10中任一个所述的三维测量装置，其特点在于，
包括相移单元，在所述参照光和所述测量光之间赋予相对的相位差，
所述图像处理单元被构成为
能够基于对通过所述相移单元进行了多组(例如三组或四组)相移的所述输出光进行拍摄而获取的多组干涉条纹图像，通过相移法执行所述被测量物的三维测量。
在利用相移法的以往的三维测量装置中，需要使相位以四个阶段或三个阶段变化，拍摄与它们对应的四组或三组干涉条纹图像。因此，为了提高测量范围，在使用波长差小的两种光的情况下，分别在不同的定时各进行四次(或者各进行三次)，需要共计八次(或共计六次)的拍摄时间。
与此相对，根据本技术方案11，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，所以能够以共计四次(或共计三次)的拍摄时间，能够获取两种光的共计八组(或六组)干涉条纹图像。其结果是，能够缩短总体的拍摄时间，能够实现测量效率的提高。
特别是，在上述技术方案6涉及的结构的基础上，由于能够单独且同时进行对第一光涉及的输出光中所包含的“第一波长的偏振光涉及的输出光”和/或“第二波长的偏振光涉及的输出光”的拍摄、以及对第二光涉及的输出光中所包含的“第三波长的偏振光涉及的输出光”和/或“第四波长的偏振光涉及的输出光”的拍摄，因此，例如，能够以共计四次的拍摄时间，获取最多四种光涉及的共计十六组(4×4组)的干涉条纹图像。
技术方案12.根据技术方案11所述的三维测量装置，其特点在于，包括：
分光单元，将所述输出光分割为多束光；以及
滤光单元，作为所述相移单元，在被所述分光单元分割的多束分割光中，至少对根据所述相移法测量所需的数量(例如三个或四个)的分割光分别赋予不同的相位差，
所述拍摄单元构成为至少能够同时拍摄透过所述滤光单元的所述多束分割光。
作为上述相移单元，例如可以考虑通过使参照面沿光轴移动来物理地改变光路长度的结构。但是，在该结构中，由于到获取测量所需全部干涉条纹图像为止需要一定时间，因此不仅测量时间变长，由于受到该空气的波动或振动等的影响，因此测量精度有可能降低。
关于这一点，根据本技术方案12，能够同时获取测量所需的所有干涉条纹图像。例如，能够同时获取两种光涉及的共计八组(或六组)干涉条纹图像。特别是，在上述技术方案6的结构下，能够同时取得最多四种光的共计十六组(4×4组)的干涉条纹图像。其结果是，能够实现测量精度的提高，并且能够大幅缩短总体的拍摄时间，能够实现测量效率的飞跃性的提高。
另外，作为“分光单元”，可以列举例如“将入射的光分别在光路长度相等且与行进方向正交的平面上分割成光路排列成矩阵状的四种光的分光单元”等。例如，作为一个例子，可以举出下述的技术方案13那样的结构。
技术方案13：根据技术方案12所述的三维测量装置，其特点在于，
所述分光单元包括：
第一光学部件(第一科斯特棱镜)，其呈沿着第一平面的截面形状为三角形形状的三棱柱形状，沿着经过三个面中的第一面和第二面的交线且与第三面正交的平面具有第一分支单元(第一半反射镜)，所述三个面沿与该第一平面正交的方向；以及
第二光学部件(第二科斯特棱镜)，其呈沿着与所述第一平面正交的第二平面的截面形状为三角形形状的三棱柱形状，沿着经过三个面中的第一面和第二面的交线且与第三面正交的平面具有第二分支单元(第二半反射镜)，所述三个面在沿与该第二平面正交的方向，
通过将所述第一光学部件的第三面和所述第二光学部件的第一面相对置地配置，
使向所述第一光学部件的所述第一面(垂直地)入射的光通过所述第一分支单元向两个方向分支，其中被所述第一分支单元反射的分割光由所述第一面向所述第三面侧反射，使透过了所述第一分支单元的分割光由所述第二面向所述第三面侧反射，由此从所述第三面作为平行的两束分割光射出，
使从所述第一光学部件的第三面射出的两束分割光向所述第二光学部件的第一面(垂直地)入射，使该两束分割光分别由所述第二分支单元向两个方向分支，其中被所述第二分支单元反射的两束分割光分别由所述第一面向所述第三面侧反射，使透过了所述第二分支单元的两束分割光分别由所述第二面向所述第三面侧反射，由此从所述第三面作为平行的四束分割光射出。
根据上述技术方案13，能够将从规定的光学系统(干涉光学系统)等射出的光分光为两行两列的矩阵状排列的四束光。由此，在例如下述技术方案14那样通过单一的拍摄元件同时拍摄多束分割光的结构中，由于能够将对拍摄元件的拍摄区域四等分为矩阵状的分割区域分别分配给四个分割光，所以能够有效地利用拍摄元件的拍摄区域。例如，在将纵横比为4：3的一般的拍摄元件的拍摄区域四等分的情况下，各分割区域的纵横比同样为4：3，因此，能够利用各分割区域内分更大范围。进而，能够实现测量精度的进一步提高。
另外，假设在使用衍射光栅作为分光单元情况下，分辨率有可能降低，在本技术方案中，通过将一束光分割为平行的两束光，进而，将该两束光分别分割为平行的两束光，成为分光为平行的四束光的结构，因此能够实现抑制分辨率的降低。
进而，作为将一束光分割为平行的两束光的单元，由于采用了具有上述结构的光学部件(科斯特棱镜)，因此被分割的两束光的光路长度在光学上相等。其结果是，不需要包括调整分割后的两束光的光路长度的光路调整单元，能够实现部件数量的削减，并且能够实现结构的简化和装置的小型化等。
另外，只要第一光学部件的第三面与第二光学部件的第一面抵接，则在从对分光单元入射一束光到射出四束光的期间，由于成为光仅在光学部件内前进而不出到空气中的结构，所以能够降低由空气的波动等引起的影响。
技术方案14.根据技术方案12或13中任一个所述的三维测量装置，其特点在于，所述拍摄单元构成为能够由单一的拍摄元件同时拍摄至少透过了所述滤光单元的所述多束分割光。
另外，在同时拍摄多束分割光的情况下，也可以考虑利用多个相机(拍摄元件)分别拍摄各分割光的结构，在该结构中，由于各相机(拍摄元件)的不同等，有可能产生测量误差。
关于这一点，根据本技术方案，由于构成为利用单一的拍摄元件同时拍摄多束分割光，所以能够抑制测量误差等的发生，实现测量精度的提高。
技术方案15.根据技术方案1至14中任一个所述的三维测量装置，其特点在于，所述被测量物是印刷在印刷基板上的膏状焊料或者是形成在晶片基板上的焊料凸块。
根据上述技术方案15，能够测量印刷在印刷基板上的膏状焊料或形成在晶片基板上的焊料凸块的高度等。进而，在膏状焊料或焊料凸块的检查中，能够根据其测量值进行膏状焊料或焊料凸块的好坏判断。因此，在该检查中，能够发挥上述各技术方案的作用效果，能够高精度地进行好坏判断。其结果是，能够实现焊料印刷检查装置或焊料凸块检查装置的检查精度的提高。
附图说明
图1是三维测量装置的概略结构图；
图2是示出三维测量装置的电结构的框图；
图3是示出第一光的光路的光路图；
图4是示出第二光的光路的光路图；
图5是示出第二实施方式涉及的分光光学系统等的概略结构图；
图6是第二实施方式涉及的滤光单元的概略结构图；
图7是第二实施方式涉及的拍摄元件的拍摄区域的概略结构图；
图8是第三实施方式涉及的三维测量装置的概略结构图；
图9是示出第三实施方式涉及的分光光学系统的俯视图；
图10是示出第三实施方式涉及的分光光学系统的主视图；
图11是示出第三实施方式涉及的分光光学系统的右侧视图；
图12是示出第三实施方式涉及的分光光学系统的立体图；
图13是第四实施方式涉及的三维测量装置的概略结构图；
图14是第五实施方式涉及的三维测量装置的概略结构图；
图15是用于说明焊料凸块的高度测量的原理的说明图；
图16是另一实施方式涉及的滤光单元的概略结构图。
具体实施方式
[第一实施方式]
以下，参照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的概略结构的示意图，图2是示出三维测量装置1的电结构的框图。以下，为了方便，以图1的纸面前后方向为“X轴方向”，以纸面上下方向为“Y轴方向”，以纸面左右方向为“Z轴方向”进行说明。
三维测量装置1基于迈克尔逊干涉仪的原理而构成，包括：两个光投射系统2A、2B(第一光投射系统2A、第二光投射系统2B)，能够输出规定的光；干涉光学系统3，入射从该光投射系统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)，入射从该干涉光学系统3射出的光；以及控制装置5，进行光投射系统2A、2B、干涉光学系统3、拍摄系统4A、4B等涉及的各种控制、图像处理、运算处理等。
这里，“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)”。另外，在本申请涉及的各实施方式中，以产生光的干涉(拍摄干涉条纹图像)为目的，将以下光学系统称为“干涉光学系统”：将入射的规定的光分割为两束光(测量光及参照光)，在使该两束光产生光路差的基础上，再次合成并输出。即，不仅是使两束光(测量光及参照光)在内部干涉后作为干涉光输出的光学系统，不使两束光(测量光及参照光)在内部干涉而简单地作为合成光输出的光学系统也称为“干涉光学系统”。因此，如在本实施方式中后述那样，在两束光(测量光及参照光)不发生干涉而作为合成光从“干涉光学系统”输出的情况下，至少在被拍摄的前阶段(例如拍摄系统的内部等)经由规定的干涉单元得到干涉光。
首先，对两个光投射系统2A、2B(第一光投射系统2A、第二光投射系统2B)的结构进行详细说明。第一光投射系统2A包括第一发光部11A、第一光隔离器12A、第一非偏振分束器13A等。这里，通过“第一发光部11A”和“第一光隔离器12A”构成本实施方式中的“第一照射单元”。
虽然省略了图示，但第一发光部11A包括能够输出特定波长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光板、用于调整偏振方向的1/2波长板等。
在该结构下，在本实施方式中，将相对于X轴方向及Y轴方向倾斜45°的方向作为偏振方向的波长λ1(例如λ1＝1500nm)的直线偏振光从第一发光部11A沿Z轴方向向左射出。以下，将从第一发光部11A射出的波长λ1的光称为“第一光”。
第一光隔离器12A是仅透过在一个方向(在本实施例中为沿Z轴方向向左)上行进的光并且截断相反方向(在本实施例中为沿Z轴方向向右)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，能够防止由返回光引起的第一发光部11A的损伤或不稳定化等。
第一非偏振分束器13A是将直角棱镜(以直角等腰三角形为底面的三棱柱状的棱镜。以下相同。)粘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上施加有例如金属膜等的涂层。通过“第一非偏振分束器13A”构成本实施方式中的“第一导光单元”。
以下同样，也包括偏振状态，非偏振分束器以规定的比率将入射光分割为透过光和反射光。在本实施方式中，采用具有1：1的分割比的所谓半反射镜。即，透过光的P偏振光分量及S偏振光分量与反射光的P偏振光分量及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各偏振状态与入射光的偏振状态相同。
另外，在本实施方式中，将与图1纸面平行的方向(Y轴方向或Z轴方向)作为偏振方向的直线偏光称为P偏振光(P偏振光分量)，将与图1的纸面垂直的X轴方向作为偏振方向的直线偏光称为S偏振光(S偏振光分量)。“P偏振光”相当于本实施方式中的“具有第一偏振方向的偏振光”，“S偏振光”相当于“具有第二偏振方向的偏振光”。
此外，第一非偏振分束器13A被配置为夹着该接合面13Ah而相邻的两个面中的一个面与Y轴方向正交且另一个面与Z轴方向正交。也就是说，第一非偏振分束器13A的接合面13Ah被配置为相对于Y轴方向和Z轴方向倾斜45°。更具体地，被配置为经由第一光隔离器12A使从第一发光部11A沿Z轴方向向左入射的第一光的一部分(一半)沿Z轴方向向左透过，使剩余部分(一半)以沿Y轴方向向下反射。
第二光投射系统2B与上述第一光投射系统2A同样，包括第二发光部11B、第二光隔离器12B、第二非偏振分束器13B等。这里，通过“第二发光部11B”和“第二光隔离器12B”构成本实施方式中的“第二照射单元”。
第二发光部11B与上述第一发光部11A同样，包括能够输出特定波长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光板、用于调整偏振方向的1/2波长板等。
在该结构下，在本实施方式中，将相对于X轴方向及Z轴方向倾斜45°的方向作为偏振方向的波长λ2(例如λ2＝1503nm)的直线偏振光从第二发光部11B沿Y轴方向向上射出。以下，将从第二发光部11B射出的波长λ2的光称为“第二光”。
第二光隔离器12B与第一光隔离器12A同样，是仅透过向一个方向(在本实施方式中为沿Y轴方向朝上)行进的光而截断相反方向(在本实施方式中为沿Y轴方向朝下)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，能够防止由返回光引起的第二发光部11B的损伤或不稳定化等。
第二非偏振分束器13B与第一非偏振分束器13A同样，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13Bh上施加有例如金属膜等的涂层。通过“第二非偏振分束器13B”构成本实施方式中的“第二导光单元”。
此外，第二非偏振分束器13B被配置为夹着其接合面13Bh而相邻的两个面中的一个面与Y轴方向正交且另一个面与Z轴方向正交。也就是说，第二非偏振分束器13B的接合面13Bh被配置为相对于Y轴方向和Z轴方向倾斜45°。更具体地，被配置为经由第二光隔离器12B使从第二发光部11B沿Y轴方向向上入射的第二光的一部分(一半)沿Y轴方向向上透过，使剩余部分(一半)沿Z轴方向向右反射。
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包括偏振分束器(PBS)20、参照面23、设置部24等。
偏振分束器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上施加有例如电介质多层膜等的涂层。
偏振分束器20将入射的直线偏振光分割为偏振方向相互正交的两个偏振光分量(P偏振光分量和S偏振光分量)。本实施方式中的偏振分束器20构成为使P偏振光分量透过、使S偏振光分量反射。因此，本实施方式中的偏振分束器20具有将入射的规定的光分割为两束光(测量光及参照光)、并将它们再次合成的功能。
偏振分束器20被配置成，夹着其接合面20h而相邻的两个面中的一个面与Y轴方向正交，而另一个面与Z轴方向正交。即，偏振分束器20的接合面20h被配置成相对于Y轴方向及Z轴方向倾斜45°。
更具体地，从上述第一非偏振分束器13A沿Y轴方向向下反射的第一光入射的偏振分束器20的第一面(Y轴方向上侧面)20a、以及与该第一面20a相对置的第三面(Y轴方向下侧面)20c以与Y轴方向正交的方式配置。“偏振分束器20的第一面20a”相当于本实施方式中的“第一输入输出部”。
另一方面，第二面(Z轴方向左侧面)20b、以及与该第二面20b相对置的第四面(Z轴方向右侧面)20d以与Z轴方向正交的方式配置，所述第二面20b是作为夹着接合面20h与第一面20a相邻的面，并且是从上述第二非偏振分束器13B沿Z轴方向向右反射的第二光入射的偏振分束器20的面。“偏振分束器20的第二面20b”相当于本实施例中的“第二输入输出部”。
另外，以与偏振分束器20的第三面20c在Y轴方向上相对置的方式配置有参照面23。并且，从偏振分束器20的第三面20c射出的直线偏振光(参照光)对参照面23照射。由参照面23反射的参照光再次入射到偏振分束器20的第三面20c。
另一方面，以与偏振分束器20的第四面20d在Z轴方向上相对置的方式配置设有置部24。并且，从偏振分束器20的第四面20d射出的直线偏振光(测量光)照射到放置在设置部24上的作为被测量物的工件W。另外，由工件W反射的测量光再次入射到偏振分束器20的第四面20d。
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。通过“第一拍摄系统4A”构成本实施方式中的“第一拍摄单元”，通过“第二拍摄系统4B”构成“第二拍摄单元”。
第一拍摄系统4A包括1/4波长板31A、第一偏光板32A、第一相机33A等。
1/4波长板31A用于将经第一非偏振分束器13A沿Y轴方向向上透过的直线偏振光(第一光的参照光分量以及测量光分量)分别变换为圆偏振光。
第一偏光板32A选择性地透过由1/4波长板31A转换为圆偏振光的第一光的各分量。由此，能够使旋转方向不同的第一光的参照光分量和测量光分量在特定的相位上干涉。“第一偏光板32A”构成本实施方式中的“相移单元”和“干涉单元”。
本实施方式涉及的第一偏光板32A构成为能够以Y轴方向为轴心旋转，并且被控制使得透过轴方向每次变化45°。具体而言，透过轴方向相对于X轴方向变化为“0°”、“45°”、“90°”、“135°”。
由此，能够使透过了第一偏光板32A的第一光的参照光分量及测量光分量以四组相位干涉。即，能够生成相位各相差90°不同的干涉光。具体而言，能够生成相位为“0°”的干涉光、相位为“90°”的干涉光、相位为“180°”的干涉光、相位为“270°”的干涉光。
第一相机33A是包括透镜、拍摄元件等的公知的相机。在本实施方式中，作为第一相机33A的拍摄元件，采用CCD(Charge Coupled Device，电荷耦合器件)区域传感器。当然，拍摄元件并不限定于此，例如也可以采用CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor Transistor，互补金属氧化物半导体)区域传感器等。
由第一相机33A拍摄得到的图像数据在第一相机33A内部被变换为数字信号后，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)。
具体而言，由第一相机33A拍摄第一光涉及的相位“0°”的干涉条纹图像、相位“90°”的干涉条纹图像、相位“180°”的干涉条纹图像、相位“270°”的干涉条纹图像。
第二拍摄系统4B与第一拍摄系统4A同样，包括1/4波长板31B、第二偏光板32B、第二相机33B等。
1/4波长板31B用于将经第二非偏振分束器13B沿Z轴方向向左透过的直线偏振光(第二光的参照光分量以及测量光分量)分别变换为圆偏振光。
第二偏光板32B与第一偏光板32A同样，选择性地透过由1/4波长板31B变换为圆偏振光的第二光的各分量。由此，能够使旋转方向不同的第二光的参照光分量和测量光分量在特定的相位上干涉。“第二偏光板32B”构成本实施方式中的“相移单元”和“干涉单元”。
本实施方式涉及的第二偏光板32B构成为能够以Z轴方向为轴心旋转，并且被控制使得其透过轴方向每次变化45°。具体而言，透过轴方向相对于Y轴方向变化为“0°”、“45°”、“90°”、“135°”。
由此，能够使透过了第二偏光板32B的第二光的参照光分量及测量光分量以四组相位干涉。即，能够生成相位各相差90°不同的干涉光。具体而言，能够生成相位为“0°”的干涉光、相位为“90°”的干涉光、相位为“180°”的干涉光、相位为“270°”的干涉光。
第二相机33B与第一相机33A同样，是包括透镜、拍摄元件等的公知的相机。在本实施方式中，与第一相机33A同样，作为第二相机33B的拍摄元件，采用CCD区域传感器。当然，拍摄元件并不限定于此，例如也可以采用CMOS区域传感器等。
与第一相机33A同样，由第二相机33B拍摄得到的图像数据在第二相机33B内部被变换为数字信号后，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)。
具体而言，由第二相机33B拍摄第二光涉及的相位“0°”的干涉条纹图像、相位“90°”的干涉条纹图像、相位“180°”的干涉条纹图像、相位“270°”的干涉条纹图像。
这里，对控制装置5的电结构进行说明。如图2所示，控制装置5包括：管理三维测量装置1整体控制的CPU及输入输出接口51、包括键盘和鼠标或者触摸面板的作为“输入单元”的输入装置52、具有液晶屏幕等显示屏幕的作为“显示单元”的显示装置53、用于依次存储由相机33A、33B拍摄得到的图像数据等的图像数据存储装置54、用于存储各种运算结果的运算结果存储装置55、以及预先存储各种信息的设定数据存储装置56。另外，这些各装置52～56与CPU以及输入输出接口51电连接。
接着，对三维测量装置1的作用进行说明。另外，如后所述，本实施方式中的第一光及第二光的照射是同时进行的，第一光的光路与第二光的光路一部分重叠，这里，为了更容易理解，对于第一光和第二光的每个光路，使用不同的附图分别进行说明。
首先，参照图3对第一光的光路进行说明。如图3所示，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)从第一发光部11A沿Z轴方向向左射出。
从第一发光部11A射出的第一光通过第一光隔离器12A入射到第一非偏振分束器13A上。入射到第一非偏振分束器13A的第一光的一部分沿Z轴方向向左透过，剩余部分沿Y轴方向向下反射。
其中，沿Y轴方向向下反射的第一光(偏振方向相对于X轴方向及Z轴方向倾斜45°的直线偏振光)入射到偏振分束器20的第一面20a。另一方面，沿Z轴方向向左透过的第一光不会入射到任何光学系统等，而是成为舍弃光。
这里，如果根据需要将成为舍弃光的光用于波长测量或光的功率测量，则能够实现使光源稳定化，进一步实现测量精度的提高。
从偏振分束器20的第一面20a沿Y轴方向向下入射的第一光中，其P偏振光分量沿Y轴方向向下透过并作为参照光从第三面20c射出，另一方面，其S偏振光分量沿Z轴方向向右反射并作为测量光从第四面20d射出。
从偏振分束器20的第三面20c射出的第一光涉及的参照光(P偏振光)被参照面23反射。然后，第一光涉及的参照光(P偏振光)再次入射到偏振分束器20的第三面20c上。
另一方面，从偏振分束器20的第四面20d射出的第一光涉及的测量光(S偏振光)被工件W反射。然后，第一光涉及的测量光(S偏振光)再次入射到偏振分束器20的第四面20d上。
这里，从偏振分束器20的第三面20c再次入射的第一光涉及的参照光(P偏振光)在接合面20h沿Y轴方向向上透过，另一方面，从第四面20d再次入射的第一光涉及的测量光(S偏振光)在接合面20h沿Y轴方向向上反射。然后，第一光涉及的参照光和测量光被合成的状态的合成光作为输出光从偏振分束器20的第一面20a射出。
从偏振分束器20的第一面20a射出的第一光涉及的合成光(参照光和测量光)入射到第一非偏振分束器13A上。相对于第一非偏振分束器13A沿Y轴方向向上入射的第一光涉及的合成光中，其一部分沿Y轴方向向上透过，剩余部分沿Z轴方向向右反射。其中，沿Y轴方向向上透过的合成光(参照光以及测量光)入射到第一拍摄系统4A。另一方面，沿Z轴方向向右反射的合成光被第一光隔离器12A截断其行进，成为舍弃光。
入射到第一拍摄系统4A的第一光涉及的合成光(参照光以及测量光)首先由1/4波长板31A将其参照光分量(P偏振光分量)变换为右旋的圆偏振光，其测量光分量(S偏振光分量)被变换为左旋的圆偏振光。这里，左旋的圆偏振光和右旋的圆偏振光由于旋转方向不同，所以不干涉。
第一光涉及的合成光接着通过第一偏光板32A，由此其参照光分量和测量光分量以与第一偏光板32A的角度对应的相位进行干涉。然后，通过第一相机33A拍摄该第一光涉及的干涉光。
接着，参照图4对第二光的光路进行说明。如图4所示，波长λ2的第二光(偏振方向相对于X轴方向及Z轴方向倾斜45°的直线偏振光)从第二发光部11B沿Y轴方向向上射出。
从第二发光部11B射出的第二光通过第二光隔离器12B，并入射在第二非偏振分束器13B上。入射到第二非偏振分束器13B的第二光的一部分沿Y轴方向向上透过，剩余部分沿Z轴方向向右反射。
其中，沿Z轴方向向右反射的第二光(偏振方向相对于X轴方向及Y轴方向倾斜45°的直线偏振光)入射到偏振分束器20的第二面20b。另一方面，沿Y轴方向向上透过的第二光不入射到任何光学系统等，而成为舍弃光。
这里，如果根据需要将成为舍弃光的光用于波长测量或光的功率测量，则能够实现使光源稳定化，进而实现测量精度的提高。
从偏振分束器20的第二面20b沿Z轴方向向右入射的第二光中，其S偏振光分量沿Y轴方向向下反射而作为参照光从第三面20c射出，另一方面，其P偏振光分量沿Z轴方向向右透过而作为测量光从第四面20d射出。
从偏振分束器20的第三面20c射出的第二光涉及的参照光(S偏振光)被参照面23反射。然后，第二光涉及的参照光(S偏振光)再次入射到偏振分束器20的第三面20c。
另一方面，从偏振分束器20的第四面20d射出的第二光涉及的测量光(P偏振光)被工件W反射。然后，第二光涉及的测量光(P偏振光)再次入射到偏振分束器20的第四面20d。
这里，从偏振分束器20的第三面20c再次入射的第二光涉及的参照光(S偏振光)在接合面20h沿Z轴方向向左反射，另一方面，从第四面20d再次入射的第二光涉及的测量光(P偏振光)在接合面20h沿Z轴方向向左透过。然后，第二光涉及的参照光和测量光被合成的状态的合成光作为输出光从偏振分束器20的第二面20b射出。
从偏振分束器20的第二面20b射出的第二光涉及的合成光(参照光和测量光)入射到第二非偏振分束器13B。沿Z轴方向向左入射到第二非偏振分束器13B的第二光涉及的合成光中，其一部分沿Z轴方向向左透过，剩余部分沿Y轴方向向下反射。其中，沿Z轴方向向左透过的合成光(参照光以及测量光)入射到第二拍摄系统4B。另一方面，沿Y轴方向向下反射的合成光被第二光隔离器12B截断其行进，成为舍弃光。
入射到第二拍摄系统4B的第二光涉及的合成光(参照光以及测量光)首先通过1/4波长板31B而其参照光分量(S偏振光分量)被转换成左旋的圆偏振光，其测量光分量(P偏振光分量)被转换成右旋的圆偏振光。这里，由于左旋的圆偏振光和右旋的圆偏振光旋转方向不同，所以不干涉。
第二光涉及的合成光接着通过第二偏光板32B，由此，其参照光分量和测量光分量以与第二偏光板32B的角度对应的相位进行干涉。然后，由第二相机33B拍摄该第二光涉及的干涉光。
接着，对由控制装置5执行的形状测量处理的顺序进行详细说明。首先，在将工件W设置到设置部24之后，将第一拍摄系统4A的第一偏光板32A的透过轴方向设定在规定的基准位置(例如“0°”)，并且将第二拍摄系统4B的第二偏光板32B的透过轴方向设定在规定的基准位置(例如“0°”)。
接着，在从第一光投射系统2A照射第一光的同时，从第二光投射系统2B照射第二光。其结果是，从干涉光学系统3的偏振分束器20的第一面20a射出第一光涉及的合成光(参照光及测量光)的同时，从偏振分束器20的第二面20b射出第二光涉及的合成光(参照光和测量光)。
然后，由第一拍摄系统4A拍摄从偏振分束器20的第一面20a射出的第一光涉及的合成光，同时由第二拍摄系统4B拍摄从偏振分束器20的第二面20b射出的第二光涉及的合成光。
另外，这里，由于第一偏光板32A及第二偏光板32B的透过轴方向分别被设定为“0°”，因此由第一相机33A拍摄第一光涉及的相位“0°”的干涉条纹图像，由第二相机33B拍摄第二光涉及的相位“0°”的干涉条纹图像。
然后，在各相机33A、33B中分别拍摄得到的图像数据被输出到控制装置5。控制装置5将输入的图像数据存储在图像数据存储装置54中。
接着，控制装置5进行第一拍摄系统4A的第一偏光板32A及第二拍摄系统4B的第二偏光板32B的切换处理。具体而言，使第一偏光板32A及第二偏光板32B分别转动移位到透过轴方向为“45°”的位置。
当该切换处理结束时，控制装置5进行与上述一系列的第一次拍摄处理同样的第二次拍摄处理。即，控制装置5在从第一光投射系统2A照射第一光的同时，从第二光投射系统2B照射第二光，由第一拍摄系统4A拍摄从偏振分束器20的第一面20a射出的第一光涉及的合成光，同时，由第二拍摄系统4B拍摄从偏振分束器20的第二面20b射出的第二光涉及的合成光。由此，获取第一光涉及的相位“90°”的干涉条纹图像，并且拍摄第二光涉及的相位“90°”的干涉条纹图像。
以后，反复进行两次与上述第一次和第二次的拍摄处理同样的拍摄处理。即，在将第一偏光板32A及第二偏光板32B的透过轴方向设定为“90°”的状态下进行第三次拍摄处理，获取第一光涉及的相位“180°”的干涉条纹图像，并且获取第二光涉及的相位“180°”的干涉条纹图像。
之后，在将第一偏光板32A及第二偏光板32B的透过轴方向设定为“135°”的状态下进行第四次的拍摄处理，获取第一光涉及的相位“270°”的干涉条纹图像，并且获取第二光涉及的相位“270°”的干涉条纹图像。
这样，通过进行四次拍摄处理，能够获取进行三维测量所需的全部图像数据(包括第一光涉及的四组干涉条纹图像数据和第二光涉及的四组干涉条纹图像数据的共计八组干涉条纹图像数据)。
然后，控制装置5基于存储在图像数据存储装置54中的第一光涉及的四组干涉条纹图像数据和第二光涉及的四组干涉条纹图像数据，通过相移法测量工件W的表面形状。即，算出工件W的表面上的各位置的高度信息。
首先，对根据一般的相移法的高度测量的原理进行说明。规定的光(第一光或第二光)涉及的四组干涉条纹图像数据的同一坐标位置(x，y)的干涉条纹强度、即亮度I1(x，y)、I2(x，y)、I3(x，y)、I4(x，y)可以用下述[数式1]的关系式表示。
[数式1]
I1(x，y)＝B(x，y)+A(x，y)cos[Δφ(x，y)]
I2(x，y)＝B(x，y)+A(x，y)cos[Δφ(x，y)+90°]
I3(x，y)＝B(x，y)+A(x，y)cos[Δφ(x，y)+180°]
I4(x，y)＝B(x，y)+A(x，y)cos[Δφ(x，y)+270°]
这里，表示基于坐标(x，y)处的测量光与参照光的光路差的相位差。此外，A(x，y)表示干涉光的振幅，B(x，y)表示偏移。但是，由于参照光均匀，因此当以此为基准而观察时，表示“测量光的相位”，A(x，y)表示“测量光的振幅”。
因此，测量光的相位能够基于上述[数式1]的关系式通过下述[数式2]的关系式求出。
[数式2]
另外，测量光的振幅A(x，y)能够基于上述[数式1]的关系式通过下述[数式3]的关系式求出。
[数式3]
接着，根据上述相位和振幅A(x，y)，基于下述[数式4]的关系式算出拍摄元件面上的复振幅Eo(x，y)。这里，i表示虚数单位。
[数式4]
E0(x，y)＝A(x，y)eiφ(x，y)
接着，基于复振幅Eo(x，y)，算出工件W面上的坐标(ξ，η)处的复振幅Eo(ξ，η)。
首先，如下述[数式5]所示，对上述复振幅Eo(x，y)进行菲涅耳变换。这里，λ表示波长。
[数式5]
傅立叶变换
傅立叶逆变换
如果针对Eo(ξ，η)求解，则成为下述[数式6]。
[数式6]
进而，根据得到的复振幅Eo(ξ，η)，基于下述[数式7]的关系式，算出测量光的相位和测量光的振幅A(ξ，η)。
[数式7]
E0(ξ，η)＝A(ξ，η)eiφ(ξ，η)
测量光的相位能够通过下述[数式8]的关系式求出。
[数式8]
测量光的振幅A(ξ，η)能够通过下述[数式9]的关系式求出。
[数式9]
然后，进行相位-高度变换处理，算出三维地表示工件W的表面的凹凸形状的高度信息z(ξ，η)。
高度信息z(ξ，η)能够通过下述[数式10]的关系式算出。
[数式10]
接着，对使用波长不同的两种光的双波长相移法的原理进行说明。通过使用波长不同的两种光，能够扩大测量范围。另外，该原理也可以应用于使用三种或四种光的情况。
在使用波长不同的两种光(波长λ1、λ2)进行测量的情况下，与用该合成波长λ0的光进行测量的情况相同。并且，该测量范围扩大到λ0/2。合成波长λ0能够用下述式(M1)表示。
λ0＝(λ1×λ2)/(λ2-λ1)……(M1)
其中，λ2＞λ1。
这里，例如λ1＝1500nm、λ2＝1503nm时，根据上述式(M1)，λ0＝751.500μm，测量范围为λ0/2＝375.750μm。
在进行双波长相移法时，首先，能够基于波长λ1的第一光涉及的四组干涉条纹图像数据的亮度I1(x，y)、I2(x，y)、I3(x，y)、I4(x，y)(参照上述[数式1])算出工件W面上的坐标(ξ、η)处的第一光涉及的测量光的相位(参照上述[数式8])。
另外，在第一光涉及的测量下，坐标(ξ，η)中的高度信息z(ξ，η)能够用下述式(M2)表示。
其中，d1(ξ，η)表示第一光涉及的测量光与参照光的光路差，m1(ξ，η)表示第一光涉及的条纹次数。
因此，相位能够用下式(M2’)表示。
同样，基于波长λ2的第二光涉及的四组干涉条纹图像数据的亮度I1(x，y)、I2(x，y)、I3(x，y)、I4(x，y)(参照上述[数式1])算出工件W面上的坐标(ξ、η)处的第二光涉及的测量光的相位(参照上述[数式8])。
另外，在第二光涉及的测量下，坐标(ξ，η)中的高度信息z(ξ，η)能够用下述式(M3)表示。
其中，d2(ξ，η)表示第二光涉及的测量光与参照光的光路差，m2(ξ，η)表示第二光的条纹次数。
因此，相位能够用下式(M3’)表示。
接着，决定波长λ1的第一光涉及的条纹次数m1(ξ，η)或波长λ2的第二光涉及的条纹次数m2(ξ，η)。条纹次数m1、m2能够基于两种光(波长λ1、λ2)的光路差Δd及波长差Δλ求出。这里，光路差Δd和波长差Δλ能够分别表示为下式(M4)、(M5)。
Δλ＝λ2-λ1……(M5)
其中，λ2＞λ1。
另外，在双波长的合成波长λ0的测量范围内，条纹次数m1、m2的关系分为以下三种情况，按照每种情况而决定条纹次数m1(ξ，η)、m2(ξ，η的计算式不同。这里，对例如决定条纹次数m1(ξ，η)的情况进行说明。当然，对于条纹次数m2(ξ，η)，也可以通过同样的方法求出。
例如，在的情况下，成为“m1-m2＝-1”，在该情况下，m1能够如下式(M6)那样表示。
在的情况下，成为“m1-m2＝0”，在该情况下，m1能够如下式(M7)那样表示。
在的情况下，成为“m1-m2＝+1”，在该情况下，m1能够如下式(M8)那样表示。
而且，基于这样得到的条纹次数m1(ξ，η)或m2(ξ，η)，能够由上式(M2)、(M3)得到高度信息z(ξ，η)。然后，将这样求出的工件W的测量结果(高度信息)存储在控制装置5的运算结果存储装置55中。
如上所述，在本实施例中，使波长λ1的第一光从偏振分束器20的第一面20a入射，并且使波长λ2的第二光从偏振分束器20的第二面20b入射，由此第一光涉及的参照光和测量光与第二光涉及的参照光和测量光分别被分成不同的偏振光分量(P偏振光或S偏振光)，因此入射到偏振分束器20的第一光和第二光彼此不干涉地分别从偏振分束器20射出。即，不需要使用规定的分离单元将从偏振分束器20射出的光分离为第一光和第二光。
其结果是，能够使用波长相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，所以能够缩短总体的拍摄时间，能够实现测量效率的提高。
进而，在本实施方式中，由于构成为对于包括一个作为基准的参照面23的一个干涉光学系统3使用两种光，因此使参照光和测量光产生光路差的光路区间在两种光上相同。因此，与使用两个干涉光学系统(干涉仪模块)结构相比，能够提高测量精度，并且也不需要进行使两个干涉光学系统的光路长度准确地一致的困难的作业。
此外，在本实施方式中构成为，入射到偏振分束器20的第一面20a上的第一光涉及的输出光从处于相同位置的第一面20a输出，入射到偏振分束器20的第二面20b上的第二光涉及的输出光从处于相同位置的第二面20b输出。
通过采用这样的结构，在干涉光学系统3的内部，不需要设置用于改变偏振光的偏振方向的单元(1/4波长板等)，能够实现结构的简化。
[第二实施方式]
以下，参照附图对第二实施方式进行说明。另外，对于与第一实施方式相同的构成部分，标注相同的符号，并省略其详细说明。在第二实施方式中，与第一拍摄系统4A及第二拍摄系统4B相关的结构与第一实施方式不同。
本实施方式涉及的第一拍摄系统4A构成为：包括作为分光单元的分光光学系统125，该分光光学系统125将透过了1/4波长板31A的第一光涉及的合成光(参照光分量及测量光分量)分割为四束光，并且，代替第一偏光板32A，包括作为过滤单元的滤光单元126，该滤光单元126选择性地透过从所述分光光学系统125射出的四束光的规定分量，该第一拍摄系统4A通过第一相机33A同时拍摄透过了该滤光单元126的四束光。
与第一拍摄系统4A同样，第二拍摄系统4B构成为：包括作为分光单元的分光光学系统125，该分光光学系统125将透过了1/4波长板31B的第二光涉及的合成光(参照光分量及测量光分量)分割为四束光，并且，代替第二偏光板32B，包括作为过滤单元的滤光单元126，该滤光单元126选择性地透过从所述分光光学系统125射出的四束光的规定分量，该第二拍摄系统4B通过第二相机33B同时拍摄透过了该滤光单元126的四束光。
另外，在本实施方式中的第一拍摄系统4A及第二拍摄系统4B所使用的分光光学系统125及滤光单元126为相同结构，因此，下面以第二拍摄系统4B为例，参照图5进行说明。
在本实施方式中，第二相机33B的光轴方向被设定为与入射到第二拍摄系统4B的第二光涉及的合成光L0的入射方向(行进方向)平行。即，在本实施方式中，沿着与第二光涉及的合成光L0的入射方向、即Z轴方向设定。
分光光学系统125构成为将非偏振型的四组光学部件(棱镜)组合而成为一体的一组光学部件。
更详细地说，分光光学系统125构成为：沿着从第二非偏振分束器13B入射的合成光L0的行进方向(沿Z轴方向向左)，从靠近干涉光学系统3的一侧依次配置有第一棱镜131、第二棱镜132、第三棱镜133、第四棱镜134。
另外，上述各棱镜131～134分别由折射率比空气高的具有规定折射率的光学材料(例如玻璃或丙烯等)形成。因此，在各棱镜131～134内行进的光的光路长度在光学上比在空气中行进的光的光路长度长。这里，例如四个棱镜131～134可以全部由相同的材料形成，也可以至少一个由不同的材料形成。只要满足后述的分光光学系统125的功能，就可以分别任意选择各棱镜131～134的材质。
第一棱镜131是从正面看(Z-Y平面)呈平行四边形状且沿着X轴方向延伸的四棱柱形状的棱镜。以下，将“第一棱镜131”称为“第一菱形棱镜131”。
第一菱形棱镜131被配置为：在沿着X轴方向呈长方形形状的四个面中，位于成为干涉光学系统3侧的Z轴方向右侧的面131a(以下，称为“入射面131a”)及位于Z轴方向左侧的面131b(以下，称为“射出面131b”)分别与Z轴方向正交，而位于Y轴方向下侧的面131c及位于Y轴方向上侧的面131d分别相对于Z轴方向及Y轴方向倾斜45°。
在这两个倾斜面131c、131d中位于Y轴方向下侧的面131c上设有非偏振光的半反射镜141，在位于Y轴方向上侧的面131d上设有向内侧全反射的非偏振光的全反射镜142。以下，将设置有半反射镜141的面131c称为“分支面131c”，将设置有全反射镜142的面131d称为“反射面131d”。
另外，在图5中，为了方便，在相当于分支面131c(半反射镜141)及反射面131d(全反射镜142)的部位附加散点花纹来表示。
第二棱镜132从正面看(Z-Y平面)呈梯形状，是沿着X轴方向延伸的四棱柱形状的棱镜。以下，将“第二棱镜132”称为“第一梯形棱镜132”。
第一梯形棱镜132被配置为：在沿着X轴方向呈长方形形状的四个面中，位于Y轴方向上侧的面132a及位于Y轴方向下侧的面132b分别与Y轴方向正交，位于Z轴方向右侧的面132c相对于Z轴方向及Y轴方向倾斜45°，位于Z轴方向左侧的面132d与Z轴方向正交。
其中，位于Z轴方向右侧的面132c紧贴于第一菱形棱镜131的分支面131c(半反射镜141)。以下，将位于Z轴方向右侧的面132c称为“入射面132c”，将位于Z轴方向左侧的面132d称为“射出面132d”。
第三棱镜133是俯视(X-Z平面)呈平行四边形形状且沿着Y轴方向延伸的四棱柱形状的棱镜。以下，将“第三棱镜133”称为“第二菱形棱镜133”。
第二菱形棱镜133被配置为：在沿着Y轴方向呈长方形形状的四个面中，位于Z轴方向右侧的面133a及位于Z轴方向左侧的面133b分别与Z轴方向正交，位于X轴方向跟前侧的面133c及位于X轴方向里侧的面133d分别相对于Z轴方向及X轴方向倾斜45°。
在这两个倾斜面133c、133d中，位于X轴方向跟前侧的面133c上设置有非偏振光的半反射镜143，在位于X轴方向里侧的面133d上设有向内侧全反射的非偏振光的全反射镜144。以下，将设置有半反射镜143的面133c称为“分支面133c”，将设置有全反射镜144的面133d称为“反射面133d”。
另外，在图5中，为了方便，在相当于分支面133c(半反射镜143)及反射面133d(全反射镜144)的部位附加散点花纹来表示。
在位于第二菱形棱镜133的Z轴方向右侧的面133a中，Y轴方向下侧一半与第一梯形棱镜132的射出面132d紧密接触，Y轴方向上侧一半成为与第一菱形棱镜131的射出面131b相对置的状态。以下，将位于Z轴方向右侧的面133a称为“入射面133a”，将位于Z轴方向左侧的面133b称为“射出面133b”。
第四棱镜134是俯视(X-Z平面)呈梯形状且沿着Y轴方向延伸的四棱柱形状的棱镜。以下，将“第四棱镜134”称为“第二梯形棱镜134”。
第二梯形棱镜134被配置为：在沿着Y轴方向呈长方形形状的四个面中，位于X轴方向里侧的面134a及位于X轴方向跟前侧的面134b分别与X轴方向正交，位于Z轴方向右侧的面134c相对于Z轴方向及X轴方向倾斜45°，位于Z轴方向左侧的面134d与Z轴方向正交。
其中，位于Z轴方向右侧的面134c与第二菱形棱镜133的分支面133c(半反射镜143)紧密接触。以下，将位于Z轴方向右侧的面134c称为“入射面134c”，将位于Z轴方向左侧的面134d称为“射出面134d”。
第二菱形棱镜133的射出面133b及第二梯形棱镜134的射出面134d分别以与滤光单元126相对置的方式配置。
这里，参照图5对分光光学系统125的作用进行详细说明。透过1/4波长板31B的合成光L0入射到第一菱形棱镜131的入射面131a。
从入射面131a入射的合成光L0在分支面131c(半反射镜141)向两个方向分支。详细地说，分支为向Y轴方向上侧反射的分光LA1和沿着Z轴方向透过半反射镜141的分光LA2。
其中，被半反射镜141反射的分光LA1在第一菱形棱镜131内沿着Y轴方向前进，被反射面131d(全反射镜142)向Z轴方向左侧反射，并从射出面131b射出。从射出面131a射出的分光LA1沿着Z轴方向在空气中前进，并入射到第二菱形棱镜133的入射面133a。
另一方面，透过了半反射镜141的分光LA2入射到第一梯形棱镜132的入射面132c，在其内部沿着Z轴方向前进，并从射出面132d射出。从射出面132d射出的分光LA2入射到第二菱形棱镜133的入射面133a。
在本实施方式中，任意设定第一菱形棱镜131及第一梯形棱镜132的折射率及长度(Z轴方向或Y轴方向的长度)，使得从第一菱形棱镜131分支面131c到第二菱形棱镜133的入射面133a的两束分光LA1、LA2的光路长度在光学上相同。
入射到第二菱形棱镜133的入射面133a的分光LA1、LA2在分支面133c(半反射镜143)分别向两个方向分支。详细地说，一个分光LA1分支为沿Z轴方向透过半反射镜143的分光LB1和向X轴方向里侧反射的分光LB2。另一个分光LA2分支为沿Z轴方向透过半反射镜143的分光LB3和向X轴方向里侧反射的分光LB4。
其中，被半反射镜143反射的分光LB2、LB4分别在第二菱形棱镜133内沿X轴方向前进，被反射面133d(全反射镜144)向Z轴方向左侧反射，并从射出面133b射出。从射出面133a射出的分光LB2、LB4分别沿着Z轴方向在空气中前进，并入射到滤光单元126。
另一方面，透过半反射镜143的分光LB1、LB3入射到第二梯形棱镜134的入射面134c，在其内部沿着Z轴方向前进，并从射出面134d射出。从射出面134d射出的分光LB1、LB3分别入射到滤光单元126。
在本实施方式中，任意设定第二菱形棱镜133及第二梯形棱镜134的折射率及长度(Z轴方向或X轴方向的长度)，使得从第二菱形棱镜133的分支面133c到滤光单元126的四束分光LB1～LB4的光路长度在光学上相同。
滤光单元126在X-Y平面看呈相同矩形形状的四个偏光板126a、126b、126c、126d沿着X-Y平面配置成两行两列的矩阵状(参照图6)。图6是示意地示出滤光单元126的概略结构的俯视图。
四个偏光板126a～126d是相对于Y轴方向的透过轴方向各相差45°的偏光板。更详细地说，包括透过轴方向为0°的第一偏光板126a、透过轴方向为45°的第二偏光板126b、透过轴方向为90°的第三偏光板126c、透过轴方向为135°的第四偏光板126d。
而且，配置成从分光光学系统125射出的四束分光LB1～LB4分别入射到各偏光板126a～126d。详细地说，分光LB1入射于第一偏光板126a，分光LB2入射于第二偏光板126b，分光LB3入射于第三偏光板126c，分光LB4入射到第四偏光板126d。
由此，透过了滤光单元126的四束分光LB1～LB4成为各自相位各相差90°的干涉光。详细地说，透过了第一偏光板126a的分光LB1成为相位“0°”的干涉光，透过了第二偏光板126b的分光LB2成为相位“90°”的干涉光，透过了第三偏光板126c的分光LB3成为相位“180°”的干涉光，透过了第四偏光板126d的分光LB4成为相位“270°”的干涉光。因此，滤光单元126构成本实施方式中的干涉单元。
本实施方式涉及的第二相机33B的拍摄元件33Bi的其拍摄区域与滤光单元126(偏光板126a～126d)对应地被划分为四个拍摄区域H1、H2、H3、H4。详细地说，在X-Y平面看呈相同矩形形状的四个拍摄区域H1、H2、H3、H4被划分为沿着X-Y平面排列成两行两列的矩阵状(参照图7)。图7是示意地示出拍摄元件33Bi的拍摄区域的概略结构的俯视图。
由此，透过了第一偏光板126a的分光LB1在第一拍摄区域H1被拍摄，透过了第二偏光板126b的分光LB2在第二拍摄区域H2被拍摄，透过了第三偏光板126c的分光LB3在第三拍摄区域H3被拍摄，透过了第四偏光板126d的分光LB4在第四拍摄区域H4被拍摄。
即，在第一拍摄区域H1拍摄相位“0°”的干涉条纹图像，在第二拍摄区域H2拍摄相位“90°”的干涉条纹图像，在第三拍摄区域H3拍摄相位“180°”的干涉条纹图像，在第四拍摄区域H4拍摄相位“270°”的干涉条纹图像。
进而，本实施方式涉及的图像数据存储装置54包括：第一图像存储器，存储在第二相机33B的拍摄元件33Bi的第一拍摄区域H1中拍摄并获取的干涉条纹图像数据；第二图像存储器，存储在第二拍摄区域H2中拍摄并获取的干涉条纹图像数据；第三图像存储器，存储在第三拍摄区域H3中拍摄并获取的干涉条纹图像数据；第四图像存储器，存储在第四拍摄区域H4中拍摄并获取的干涉条纹图像数据。
接着，对在本实施方式中执行的形状测量处理的顺序进行详细说明。当从干涉光学系统3向第二拍摄系统4B入射第二光涉及的输出光、即合成光L0时，该合成光L0经过1/4波长板31B并由分光光学系统125分割成四束分光LB1～LB4。
这些四束分光LB1、LB2、LB3、LB4分别经由第一偏光板126a、第二偏光板126b、第三偏光板126c、第四偏光板126d而被第二相机33B(拍摄元件33Bi)同时拍摄。
第二相机33B将在拍摄元件33Bi的拍摄区域H1～H4同时拍摄得到的四组干涉条纹图像(四束分光LB1～LB4)作为一个图像数据输出到控制装置4。
控制装置4将输入的图像数据分割为四组干涉条纹图像数据(每个与拍摄元件33Bi的拍摄区域H1～H4对应的范围)，分别存储在图像数据存储装置54内的第一～第四图像存储器中。
而且，控制装置5基于第一相机33A涉及的第一～第四图像存储器中存储的第一光涉及的四组干涉条纹图像数据和第二相机33B涉及的第一～第四图像存储器中存储的第二光涉及的四组干涉条纹图像数据，与上述第一实施方式同样地，通过相移法测量工件W的表面形状。即，算出工件W的表面上的各位置的高度信息。
如上所述，在本实施方式中为以下构成：除了上述第一实施方式的作用效果之外，将从干涉光学系统3入射的合成光L0分光为排列成矩阵状的四束光LB1～LB4，并且这四束光LB1～LB4经由滤光单元126(四个偏光板126a～126d)由单个拍摄元件同时拍摄。然后，基于由各相机33A、33B分别拍摄并获取的四组干涉条纹图像，通过相移法进行工件W的形状测量。其结果是，能够实现测量精度的提高、测量时间的缩短、抑制装置的大型化等。
此外，根据本实施方式，由于能够将拍摄元件的拍摄区域四等分为矩阵状而获取的拍摄区域H1～H4分别分配给四束光LB1～LB4，因此例如与三分光方式相比，能够有效利用拍摄元件的拍摄区域。进而，能够实现测量精度的进一步提高。例如，在将纵横比为4：3的一般的拍摄元件的拍摄区域四等分的情况下，各分割区域的纵横比同样为4：3，因此，能够利用各分割区域内的更大范围。进而，能够实现测量精度的进一步提高。
另外，假设在使用衍射光栅作为分光单元的情况下，分辨率有可能降低，在本实施方式中，将一束光L0分割为平行的两束光LA1、LA2，进而，通过将该两束光LA1、LA2分别分割为平行的两束光，由于采用了分光成平行的四束光LB1、LB2、LB3、LB4的结构的分光光学系统125，所以能够抑制分辨率的降低。
进而，本实施方式中的分光光学系统125为以下比较简单的构成：作为用于调整直线前进并穿过菱形棱镜131、133的一束光与弯曲成曲柄状而穿过的另一束光的光路长度(光学上相同)的光路调整单元，在直线前进并穿过的一束光的光路上配置梯形棱镜132、134，从而能够实现结构的简化。
另外，在本实施方式中，滤光单元126包括透过轴方向为0°第一偏光板126a、透过轴方向为45°的第二偏光板126b、透过轴方向为90°的第三偏光板126c、透过轴方向为135°的第四偏光板126d，从而能够通过一个拍摄元件的一次拍摄获取相位各相差90°的四组干涉条纹图像。其结果是，与基于三组干涉条纹图像通过相移法进行形状测量的情况相比，能够进行精度更高的测量。
[第三实施方式]
以下，参照附图对第三实施方式进行说明。图8是示出本实施方式涉及的三维测量装置的概略结构的示意图。
本实施方式包括与第二实施方式不同分光光学系统，与采用了迈克尔逊干涉仪的光学结构的第一实施方式在有关第一拍摄系统4A及第二拍摄系统4B的结构不同。因此，在本实施方式中，对与第一、第二实施方式不同的构成部分进行详细说明，对相同的构成部分标注相同的符号，并省略其详细说明。
本实施方式涉及的第一拍摄系统4A包括：分光光学系统600A，其作为分光单元将透过了第一非偏振分束器13A的第一光涉及的合成光(参照光分量和测量光分量)分割成四束分光；1/4波长板610A，其将由该分光光学系统600A分割的四束分光分别变换为圆偏振光；滤光单元615A，其选择性地使透过了该1/4波长板610A的四束分光的规定分量透过；以及相机633A，其同时拍摄透过了该滤光单元615A的四束分光。
本实施方式涉及的第二拍摄系统4B包括：分光光学系统600B，其作为分光单元将透过了第二非偏振分束器13B的第二光涉及的合成光(参照光分量和测量光分量)分割成四束分光；1/4波长板610B，其将由该分光光学系统600B分割的四束分光分别变换为圆偏振光；滤光单元615B，其选择性地使透过了该1/4波长板610B的四束分光的规定分量透过；相机633B，同时拍摄透过了该滤光单元615B的四束分光。
另外，“1/4波长板610A”和“1/4波长板610B”具有与上述第一实施方式的“1/4波长板31A”和“1/4波长板31B”相同的结构，省略其详细说明。但是，也可以是与四束分光分别对应地分别包括1/4波长板的结构。
“滤光单元615A”和“滤光单元615B”构成本实施方式中的滤光单元和干涉单元。“滤光单元615A”及“滤光单元615B”具有与上述第二实施方式“滤光单元126”相同的结构，省略其详细说明。但是，也可以是包括与四束分光分别对应地分别在透过轴方向各相差45°的四个偏光板(偏光板126a、126b、126c、126d)的结构。
“相机633A”和“相机633B”及与它们相关的控制处理和图像数据存储装置54等涉及的结构，具有与第二实施方式的“第一相机33A”和“第二相机33B(拍摄元件33Bi)”等涉及的结构相同的结构，省略其详细说明。
接着，参照图9～图12对分光光学系统600A及分光光学系统600B的结构进行详细说明。另外，本实施方式中的分光光学系统600A及分光光学系统600B是相同的结构。
以下，参照图9～图12对分光光学系统600A(600B)进行说明时，为了方便，将图9的纸面上下方向设为“X’轴方向”，将纸面前后方向设为“Y’轴方向”，将纸面左右方向设为“Z’轴方向”进行说明。但是，用于说明分光光学系统600A(600B)单体的坐标系(X’、Y’、Z’)和用于说明三维测量装置1整体的坐标系(X、Y、Z)是不同的坐标系。
分光光学系统600A(600B)是将非偏振光的两个光学部件(棱镜)贴合而成为一体的一个非偏振光的光学部件。
更详细地说，分光光学系统600A(600B)包括第一棱镜601和第二棱镜602，第一棱镜601将透过了第一非偏振分束器13A(第二非偏振分束器13B)的第一光涉及的合成光(第二光涉及的合成光)分割为两束光，第二棱镜602将由该第一棱镜601分割的两束分光分别分割为两束分光并射出共计四束分光。
第一棱镜601和第二棱镜602分别通过称为“科斯特棱镜”的公知的光学部件构成。但是，在本实施方式中，所谓“科斯特棱镜”是指“是正三棱柱形状的光学部件，所述三棱柱形状的光学部件具有将一对光学部件(三棱柱形状的棱镜)贴合而成为一体的正三角形的截面形状，所述一对光学部件具有内角分别为30°、60°、90°的直角三角形的截面形状，在其接合面上具有非偏振光的半反射镜的部件”。当然，作为各棱镜601、602使用的科斯特棱镜并不限定于此。只要满足后述的分光光学系统600A(600B)的功能，也可以作为各棱镜601、602采用与本实施方式不同的光学部件(棱镜)，例如非正三棱柱形状等的部件。
具体地说，作为第一光学部件(第一棱镜)的第一棱镜601，在正面看(X’-Z’平面)呈正三角形形状，并且形成沿Y’轴方向延伸的正三棱柱形状(参照图9)。“X’-Z’平面”相当于本实施方式中的“第一平面”。
第一棱镜601在沿着Y’轴方向呈长方形形状的三个面(第一面601a、第二面601b、第三面601c)中，半反射镜601M沿着通过第一面601a和第二面601b的交线而与第三面601c正交的平面形成。“半反射镜601M”构成本实施方式中的“第一分支单元”。
第一棱镜601被配置为第三面601c沿着X’-Y’平面与Z’轴方向正交，并且半反射镜601M沿着Y’-Z’平面与X’轴方向正交。因此，第一面601a及第二面601b被配置为分别相对于X’轴方向及Z’轴方向倾斜30°或60°。
另一方面，作为第二光学部件(第二科斯特棱镜)的第二棱镜602，俯视则(Y’-Z’平面)呈正三角形，并且呈沿X’轴方向延伸的正三棱柱形状(参照图10)。“Y’-Z’平面”相当于本实施方式中的“第二平面”。
第二棱镜602在沿着X’轴方向呈正方形形状的三个面(第一面602a、第二面602b、第三面602c)中，半反射镜602M沿着通过第一面602a和第二面602b的交线而与第三面602c正交的平面形成。“半反射镜602M”构成本实施方式中的“第二分支单元”。
第二棱镜602被配置成第一面602a沿着X’-Y’平面与Z’轴方向正交。因此，第二面602b、第三面602c以及半反射镜602M分别以相对于Y’轴方向以及Z’轴方向倾斜30°或者60°的方式配置。
并且，第一棱镜601的第三面601c和第二棱镜602的第一面602a接合。即，第一棱镜601和第二棱镜602以包含半反射镜601M的平面(Y’-Z’平面)与包含半反射镜602M的平面正交的朝向接合。
这里，在X’轴方向上的第一棱镜601的第三面601c的长度与在X’轴方向上的第二棱镜602的第一面602a的长度相同(参照图9)。另一方面，在Y’轴方向上的第一棱镜601的第三面601c的长度为在Y’轴方向上的第二棱镜602的第一面602a的长度的一半(参照图10、11)。并且，第一棱镜601的第三面601c沿着第二棱镜602的第一面602a与第二面602b的交线接合(参照图12等)。
两棱镜601、602分别由具有折射率比空气高的规定折射率的光学材料(例如玻璃或丙烯等)形成。这里，两个棱镜601、602可以由相同的材料形成，也可以由不同的材料形成。只要满足后述的分光光学系统600A(600B)的功能，就可以分别任意地选择各棱镜601、602的材质。
接着，参照附图对分光光学系统600A及分光光学系统600B的作用进行详细说明。但是，如上所述，由于第一拍摄系统4A和第二拍摄系统4B中使用的分光光学系统600A和分光光学系统600B是相同的结构，因此以下以第一拍摄系统4A涉及的分光光学系统600A为例进行说明，省略第二拍摄系统4B涉及的分光光学系统600B。
分光光学系统600A被配置成：透过了第一非偏振分束器13A的第一光涉及的合成光F0相对于第一棱镜601的第一面601a垂直地入射(参照图8、9)。但是，在图8中，为了简化，以分光光学系统600A的正面朝向跟前侧的方式图示了第一拍摄系统4A。
从第一面601a入射到第一棱镜601内的合成光F0由半反射镜601M向两个方向分支。详细地说，分支为朝向第一面601a侧被半反射镜601M反射的分光FA1和朝向第二面601b侧透过半反射镜601M的分光FA2。
其中，被半反射镜601M反射的分光FA1在第一面601a向第三面601c侧全反射，并从第三面601c垂直地射出。另一方面，透过了半反射镜601M的分光FA2在第二面601b向第三面601c侧全反射，并从第三面601c垂直地射出。即，从第一棱镜601的第三面601c射出平行的两束分光FA1、FA2。
从第一棱镜601的第三面601c射出的分光FA1、FA2分别垂直入射到第二棱镜602的第一面602a(参照图10)。
从第一面602a入射到第二棱镜602内的分光FA1、FA2分别在半反射镜602M上向两个方向分支。
详细地说，一束分光FA1分支为向第一面602a侧被半反射镜602M反射的分光FB1和向第二面602b侧透过半反射镜602M的分光FB2。
另一束分光FA2分支为向第一面602a侧被半反射镜602M反射的分光FB3和向第二面602b侧透过半反射镜602M的分光FB4。
其中，被半反射镜602M反射的分光FB1、FB3分别由第一面602a向第三面602c侧全反射，并从第三面602c垂直地射出。另一方面，透过了半反射镜602M的分光FB2、FB4分别在第二面602b向第三面602c侧全反射，并从第三面602c垂直地射出。即，以两行两列的矩阵状排列的四束光FB1～FB4从第二棱镜602的第三面602c平行地射出。
从分光光学系统600A(第二棱镜602的第三面602c)射出的四束分光FB1～FB4分别通过1/4波长板610A变换为圆偏振光后，入射到在滤光单元(615A)中配置成矩阵状的各偏光板126a～126d。
由此，透过了滤光单元615A的四束分光FB1～FB4分别成为相位各相差90°的干涉光。然后，通过相机633A的拍摄元件同时拍摄这四束分光FB1～FB4。其结果是，得到相位各相差每90°的四组干涉条纹图像。
如以上详述的那样，根据本实施方式，能够起到与上述第一、第二实施方式相同的作用效果。
此外，在本实施方式中，在分光光学系统600A、600B中，作为将一束光分割为平行的两束光的单元，使用了作为科斯特棱镜的棱镜601、602，所以被分割的两束光的光路长度在光学上相等。其结果是，不需要如上述第二实施方式那样包括调整分割后两束光的光路长度的光路调整单元，能够实现部件数量的削减、并能够实现结构简化和装置的小型化等。
另外，由于为在从对分光光学系统600A、600B入射一束光F0到射出四束光FB1～FB4的期间、光仅在光学部件内前进而不进入空气中的结构，所以能够降低由空气的波动等引起的影响。
[第四实施方式]
以下，参照附图对第四实施方式进行说明。图13是示出本实施方式涉及的三维测量装置的概略结构的示意图。
本实施方式包括与第二实施方式、第三实施方式不同的分光光学系统，与采用了迈克尔逊干涉仪的光学结构的第一实施方式在有关第一拍摄系统4A及第二拍摄系统4B的结构上不同。因此，在本实施方式中，对与第一～第三实施方式不同的构成部分进行详细说明，对相同的构成部分标注相同的附图标记，并省略其详细说明。
本实施方式涉及的第一拍摄系统4A包括作为分光单元的分光光学系统700A，该分光光学系统700A将透过了第一非偏振分束器13A的第一光涉及的合成光(参照光分量以及测量光分量)分割为四束分光。
分光光学系统700A包括：非偏振分束器701A，其将透过了第一非偏振分束器13A的第一光涉及的合成光分割成两束光；第一棱镜702A，其将由该非偏振分束器701A分割的两束分光中的一束分光进一步分割成两束分光；以及第二棱镜703A，其将由所述非偏振分束器701A分割的两束分光中的另一束分光进一步分割为两束分光。
进一步，本实施方式涉及的第一拍摄系统4A包括：1/4波长板704A，其将由第一棱镜702A分割的两束分光分别变换为圆偏振光；1/4波长板705A，其将由第二棱镜703A分割的两束分光分别变换为圆偏振光；滤光单元706A，其选择性地使透过了所述1/4波长板704A的两束分光的规定分量透过；滤光单元707A，其选择性地使透过了所述1/4波长板705A的两束光的规定分量透过；相机708A，其同时拍摄透过了所述滤光单元706A的两束分光；以及相机709A，其同时拍摄透过了所述滤光单元707A的两束分光。
另一方面，本实施方式涉及的第二拍摄系统4B包括作为分光单元的分光光学系统700B，该分光光学系统700B将透过了第二非偏振分束器13B的第二光涉及的合成光(参照光分量及测量光分量)分割为四束分光。
分光光学系统700B包括：非偏振分束器701B，其将透过了第二非偏振分束器13B的第二光涉及的合成光分割成两束光；第一棱镜702B，其将由该非偏振分束器701B分割的两束分光中的一束分光进一步分割成两束分光；以及第二棱镜703B，其将由所述非偏振分束器701B分割的两束分光中的另一束分光进一步分割为两束分光。
进一步，本实施方式涉及的第二拍摄系统4B包括：1/4波长板704B，其将由第一棱镜702B分割的两束分光分别变换为圆偏振光；1/4波长板705B，其将由第二棱镜703B分割的两束分光分别变换为圆偏振光；滤光单元706B，其选择性地使透过了1/4波长板704B的两束分光的规定分量透过；滤光单元707B，其选择性地使透过了1/4波长板705B的两束光的规定分量透过；相机708B，其同时拍摄透过了滤光单元706B的两束分光；以及相机709B，其同时拍摄透过了滤光单元707B的两束分光。
“非偏振分束器701A”和“非偏振分束器701B”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，在其接合面上设有非偏振光的半反射镜。
第一拍摄系统4A涉及的“第一棱镜702A”及“第二棱镜703A”、以及第二拍摄系统4B涉及的“第一棱镜702B”及“第二棱镜703B”是公知的科斯特棱镜，具有与上述第三实施方式涉及的“第一棱镜601”和“第二棱镜602”相同的结构，省略其详细说明。
第一拍摄系统4A涉及的“1/4波长板704A”和“1/4波长板705A”、以及第二拍摄系统4B涉及的“1/4波长板704B”和“1/4波长板705B”具有与上述第一实施方式的“1/4波长板31A”及“1/4波长板31B”相同的结构，省略其详细说明。但是，本实施方式涉及的“1/4波长板704A”等分别对应于两束分光。当然，也可以是与各分光分别对应地分别包括1/4波长板的结构。
第一拍摄系统4A涉及的“滤光单元706A”和“滤光单元707A”、以及第二拍摄系统4B涉及的“滤光单元706B”及“滤光单元707B”具有与上述第二实施方式的“滤光单元126”相同的结构，省略其详细说明。但是，本实施方式涉及的“滤光单元706A”等分别对应于两束分光。例如也可以是第一拍摄系统4A涉及的“滤光单元706A”包括“偏光板126a、126b”，“滤光单元707A”包括“偏光板126c、126d”(对于第二拍摄系统4B也同样)。当然，也可以是包括与四束分光分别对应地在透过轴方向上分别各相差45°的四个偏光板(偏光板126a、126b、126c、126d)的结构。
第一拍摄系统4A涉及的“相机708A”和“相机709A”、第二拍摄系统4B涉及的“相机708B”和“相机709B”、以及与这些相关的控制处理和图像数据存储装置54等的结构，具有与上述第一实施方式的“第一相机33A”和“第二相机33B”等涉及的结构相同的结构，省略其详细说明。但是，本实施方式涉及的“相机708A(拍摄元件)”等分别对应于两束分光。例如也可以构成为第一拍摄系统4A涉及的“相机708A(拍摄元件)”的拍摄区域对应于“滤光单元706A(偏光板126a、126b)”而被划分为两个拍摄区域(H1、H2)，“相机709A(拍摄元件)”的拍摄区域对应于“滤光单元707A(偏光板126c、126d)”而被划分为两个拍摄区域(H3、H4)(第二拍摄系统4B也同样)。在这种情况下，优选包括纵横比为2：1的拍摄元件。
接着，对分光光学系统700A及分光光学系统700B的作用进行说明。但是，如上所述，由于第一拍摄系统4A和第二拍摄系统4B中使用的分光光学系统700A和分光光学系统700B是相同的结构，因此以下以第一拍摄系统4A涉及的分光光学系统700A为例进行说明，省略第二拍摄系统4B涉及的分光光学系统700B。
透过了第一非偏振分束器13A的第一光涉及的合成光首先入射到分光光学系统700A的非偏振分束器701A，由半反射镜向两个方向分支。其中，由半反射镜反射的分光入射到第一棱镜702A。另一方面，透过了半反射镜的分光入射到第二棱镜703A。
入射到第一棱镜702A的第一面的分光通过半反射镜向两个方向分支。详细地说，分支为向第一面侧被半反射镜反射的分光和向第二面侧透过半反射镜的分光。
其中，被半反射镜反射的分光在第一面向第三面侧全反射，并从第三面垂直地射出。另一方面，透过了半反射镜的分光在第二面向第三面侧全反射，并从第三面垂直地射出。即，从第一棱镜702A的第三面射出平行的两束分光。
同样地，入射到第二棱镜703A的第一面的分光通过半反射镜向两个方向分支。详细地说，分支为向第一面侧被半反射镜反射的分光和向第二面侧透过半反射镜的分光。
其中，被半反射镜反射的分光在第一面向第三面侧全反射，并从第三面垂直地射出。另一方面，透过了半反射镜的分光在第二面向第三面侧全反射，并从第三面垂直地射出。即，从第二棱镜703A的第三面射出平行的两束分光。
并且，从第一棱镜702A射出的两束分光分别被1/4波长板704A变换为圆偏振光后，入射到滤光单元706A(例如偏光板126a、126b)。
透过了滤光单元706A的两束分光例如成为相位“0°”的干涉光和相位“90°”的干涉光。并且，这两束分光在相机708A的两个拍摄区域同时被拍摄，得到例如相位“0°”的干涉条纹图像和相位“90°”的干涉条纹图像。
同样地，从第二棱镜703A射出的两束分光分别被1/4波长板705A变换为圆偏振光后，入射到滤光单元707A(例如偏光板126c、126d)。
透过了滤光单元707A的两束分光例如成为相位“180°”的干涉光和相位“270°”的干涉光。并且，这两束分光在相机709A的两个拍摄区域同时被拍摄，得到例如相位“180°”的干涉条纹图像和相位“270°”的干涉条纹图像。
其结果是，通过第一拍摄系统4A(相机708A以及相机709A)，获取相位每90°不同的四组干涉条纹图像。
如以上详述的那样，在本实施方式中，起到与上述第三实施方式相同的作用效果。
[第五实施方式]
以下，对第五实施方式进行说明。在本实施方式中，使从两个光源射出的波长不同的两束光在重合的状态下入射到干涉光学系统，利用光学分离单元对从此处射出的光进行波长分离，并将分别拍摄上述各波长光涉及的干涉光的结构与采用了迈克尔逊干涉仪的光学结构的上述第一实施方式等组合，能够进行利用了波长不同的四种光的测量。
以下，参照附图进行详细说明。图14是示出本实施方式涉及的三维测量装置的概略结构的示意图。本实施方式与上述第一实施方式等相比，有关第一光投射系统2A和第二光投射系统2B、及第一拍摄系统4A和第二拍摄系统4B的结构不同。因此，在本实施方式中，对与上述第一实施方式等不同的构成部分进行详细说明，对相同的构成部分标注相同的符号，并省略其详细说明。
本实施方式涉及的第一光投射系统2A包括两个发光部751A、752A、与发光部751A对应的光隔离器753A、与发光部752A对应的光隔离器754A、分色镜755A、非偏振分束器756A等。
“发光部751A”和“发光部752A”具有与“第一发光部11A”相同的结构，省略其详细说明。这里，发光部751A射出第一波长λc1(例如λc1＝491nm)的直线偏振光，发光部752A射出第二波长λc2(例如λc2＝540nm)的直线偏振光，两发光部751A、752A射出波长不同的光。
详细地说，发光部751A将第一波长λc1的直线偏振光(以下，称为“第一波长光”)沿Y轴方向向下射出，该第一波长λc1的直线偏振光将相对于X轴方向及Z轴方向倾斜45°的方向作为偏振方向。另外，发光部752A将第二波长λc2的直线偏振光(以下，称为“第二波长光”)沿Z轴方向左射出，该第二波长λc2的直线偏振光将相对于X轴方向及Y轴方向倾斜45°的方向作为偏振方向。
“光隔离器753A”和“光隔离器754A”具有与“第一光隔离器12A”相同的结构，并省略其详细说明。
在该结构下，从发光部751A沿Y轴方向向下射出的第一波长光经由光隔离器753A入射到分色镜755A。同样，从发光部752A沿Z轴方向向左射出的第二波长光经由光隔离器754A入射到分色镜755A。
分色镜755A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(分色棱镜)，在其接合面755Ah上形成有电介质多层膜。
分色镜755A被配置为夹着其接合面755Ah而相邻的两个面中的一个面与Y轴方向正交且另一个面与Z轴方向正交。即，分色镜755A的接合面755Ah以相对于Y轴方向及Z轴方向倾斜45°的方式配置。
本实施方式中的分色镜755A至少具有反射第一波长光而使第二波长光透过的特性。由此，在图14所示的本实施方式的配置结构中，在将入射到分色镜755A的第一波长光和第二波长光合成之后，作为以相对于X轴方向及Y轴方向倾斜45°的方向为偏振方向的直线偏振光，朝向非偏振分束器756A沿Z轴方向向左射出。
以下，将合成了从发光部751A射出的第一波长光和从发光部752A射出的第二波长光的合成光称为“第一光”。即，通过“发光部751A、752A”、“分色镜755A”等构成本实施方式中的“第一照射单元”。特别是通过“发光部751A”构成“第一波长光射出部”，通过“发光部752A”构成“第二波长光射出部”，通过“分色镜755A”构成“第一合成单元”。
“非偏振分束器756A”具有与“第一非偏振分束器13A”相同的结构，省略其详细说明。在本实施方式中，使从分色镜755A沿Z轴方向向左入射的第一光的一部分(一半)沿Z轴方向向左透过，使剩余部分(一半)沿Y轴方向向下反射。
本实施方式涉及的第二光投射系统2B包括两个发光部751B、752B、与发光部751B对应的光隔离器753B、与发光部752B对应的光隔离器754B、分色镜755B、非偏振分束器756B等。
“发光部751B”和“发光部752B”具有与“第二发光部11B”相同的结构，省略其详细说明。但是，发光部751B射出第三波长λc3(例如λc3＝488nm)的直线偏振光，发光部752B射出第四波长λc4(例如λc4＝532nm)的直线偏振光，两发光部751B、752B射出波长不同的光。
详细地说，发光部751B将第三波长λc3的直线偏振光(以下，称为“第三波长光”)沿Z轴方向向左射出，所述第三波长λc3的直线偏振光将相对于X轴方向及Y轴方向倾斜45°的方向作为偏振方向。另外，发光部752B将第四波长λc4的直线偏振光(以下，称为“第四波长光”)沿Y轴方向向上射出，所述第四波长λc4的直线偏振光将相对于X轴方向及Z轴方向倾斜45°的方向作为偏振方向。
“光隔离器753B”和“光隔离器754B”具有与“第二光隔离器12B”相同的结构，将省略其详细描述。
在该结构下，从发光部751B沿Z轴方向向左射出的第三波长光经由光隔离器753B入射到分色镜755B。同样，从发光部752B沿Y轴方向向上射出的第四波长光经由光隔离器754B入射到分色镜755B。
分色镜755B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(分色棱镜)，在其接合面755Bh上形成有电介质多层膜。
分色镜755B被配置为夹着其接合面755Bh而相邻的两个面中的一个面与Y轴方向正交且另一个面与Z轴方向正交。即，分色镜755B的接合面755Bh以相对于Y轴方向及Z轴方向倾斜45°的方式配置。
本实施方式中的分色镜755B至少具有反射第三波长光而使第四波长光透过的特性。由此，在图14所示的本实施方式的配置结构中，在将入射到分色镜755B的第三波长光和第四波长光合成之后，作为以将相对于X轴方向及Z轴方向倾斜45°的方向为偏振方向的直线偏振光，向非偏振分束器756B沿Y轴方向向上射出。
以下，将合成了从发光部751B射出的第三波长光和从发光部752B射出的第四波长光的合成光称为“第二光”。即，通过“发光部751B、752B”、“分色镜755B”等构成本实施方式中的“第二照射单元”。特别是通过“发光部751B”构成“第三波长光射出部”，通过“发光部752B”构成“第四波长光射出部”，通过“分色镜755B”构成“第二合成单元”。
“非偏振分束器756B”具有与“第二非偏振分束器13B”相同的结构，省略其详细说明。在本实施方式中，使从分色镜755B沿Y轴方向向上入射的第二光的一部分(一半)沿Y轴方向向上透过，使剩余部分(一半)沿Z轴方向向右反射。
本实施方式涉及的第一拍摄系统4A包括分色棱镜800A，该分色棱镜800A将透过了非偏振分束器756A的第一光(第一波长光和第二波长光的双波长合成光)涉及的参照光分量和测量光分量的合成光分离为第一波长光涉及的合成光(参照光分量及测量光分量)和第二波长光涉及的合成光(参照光分量及测量光分量)。以下，对分色镜800A进行详细说明。
分色镜800A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(分色棱镜)，在其接合面800Ah上形成有电介质多层膜。“分色镜800A”构成本实施方式中的“第一分离单元”。
分色镜800A被配置为夹着其接合面800Ah而相邻的两个面中的一个面与Y轴方向正交且另一个面与Z轴方向正交。即，分色镜800A的接合面800Ah以相对于Y轴方向及Z轴方向倾斜45°的方式配置。
本实施方式中的分色镜800A具有与上述分色镜755A相同的特性。即，分色镜800A至少具有反射第一波长光而使第二波长光透过的特性。
由此，在图14所示的本实施方式的配置结构中，入射到分色镜800A的第一光涉及的合成光被分离为沿Z轴方向向左射出的第一波长光涉及的合成光和沿Y轴方向向上射出的第二波长光涉及的合成光。
进而，本实施方式涉及的第一拍摄系统4A包括：分光光学系统801A，其将从分色镜800A沿Z轴方向向左射出第一波长光涉及的合成光分割为四束分光；1/4波长板803A，其将由该分光光学系统801A分割的四束分光分别变换为圆偏振光；滤光单元805A，其选择性地使透过了该1/4波长板803A的四束分光的规定分量透过；以及相机807A，其同时拍摄透过了该滤光单元805A的四束分光。“相机807A”构成本实施方式中的“第一波长光拍摄部”。
同样地，本实施方式涉及的第一拍摄系统4A包括：分光光学系统802A，其将从分色镜800A沿Y轴方向向上射出第二波长光涉及的合成光分割为四束分光；1/4波长板804A，其将由该分光光学系统802A分割的四束分光分别变换为圆偏振光；滤光单元806A，其选择性地使透过了该1/4波长板804A的四束分光的规定分量透过；以及相机808A，其同时拍摄透过了该滤光单元806A的四束分光。“相机808A”构成本实施方式中的“第二波长光拍摄部”。
此外，第一波长光涉及的“分光光学系统801A”、“1/4波长板803A”、“滤光单元805A”、“相机807A”涉及的结构、以及第二波长光涉及的“分光光学系统802A”、“1/4波长板804A”、“滤光单元806A”、“相机808A”涉及的结构，分别与上述第三实施方式涉及的“分光光学系统600A”、“1/4波长板610A”、“滤光单元615A”、“相机633A”涉及的结构相同，因此省略其详细说明。
本实施方式涉及的第二拍摄系统4B包括分色棱镜800B，该分色棱镜800B将透过了非偏振分束器756B的第二光(第三波长光和第四波长光的双波长合成光)的参照光分量和测量光分量的合成光分离为第三波长光涉及的合成光(参照光分量及测量光分量)和第四波长光涉及的合成光(参照光分量及测量光分量)。以下，对分色镜800B进行详细说明。
分色镜800B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(分色棱镜)，在其接合面800Bh上形成有电介质多层膜。“分色镜800B”构成本实施方式中的“第二分离单元”。
分色镜800B被配置为夹着其接合面800Bh而相邻的两个面中的一个面与Y轴方向正交且另一个面与Z轴方向正交。即，分色镜800B的接合面800Bh以相对于Y轴方向及Z轴方向倾斜45°的方式配置。
本实施方式中分色镜800B具有与上述分色镜755B相同的特性。即，分色镜800B至少具有反射第三波长光而使第四波长光透过的特性。
由此，在图14所示的本实施方式的配置结构中，入射到分色镜800B的第二光涉及的合成光被分离为沿Y轴方向向下射出的第三波长光涉及的合成光和沿Z轴方向向左射出的第四波长光涉及的合成光。
进而，本实施方式涉及的第二拍摄系统4B包括：分光光学系统801B，其将从分色镜800B沿Y轴方向向下射出的第三波长光涉及的合成光分割为四束分光；1/4波长板803B，其将由该分光光学系统801B分割的四束分光分别变换为圆偏振光；滤光单元805B，其选择性地使透过了该1/4波长板803B的四束分光的规定分量透过；以及相机807B，其同时拍摄透过了该滤光单元805B的四束分光。“相机807B”构成本实施方式中的“第三波长光拍摄部”。
同样地，本实施方式涉及的第二拍摄系统4B包括：分光光学系统802B，其将从分色镜800B沿Z轴方向向左射出第四波长光涉及的合成光分割为四束分光；1/4波长板804B，其将由该分光光学系统802B分割的四束分光分别变换为圆偏振光；滤光单元806B，其选择性地使透过了该1/4波长板804B的四束分光的规定分量透过；以及相机808B，其同时拍摄透过了该滤光单元806B的四束分光。“相机808B”构成本实施方式中的“第四波长光拍摄部”。
另外，第三波长光涉及的“分光光学系统801B”、“1/4波长板803B”、“滤光单元805B”、“相机807B”涉及的结构、以及第四波长光涉及的“分光光学系统802B”、“1/4波长板804B”、“滤光单元806B”、“相机808B”涉及的结构，分别与上述第三实施方式涉及的“分光光学系统600B”、“1/4波长板610B”、“滤光单元615B”、“相机633B”涉及的结构相同，因此省略其详细说明。
接着，对在本实施方式中执行的形状测量处理的顺序进行说明。首先，控制装置5驱动控制第一光投射系统2A及第二光投射系统2B，同时进行来自发光部751A的第一波长光的照射和来自发光部752A的第二波长光的照射、来自发光部751B的第三波长光的照射和来自发光部752B的第四波长光的照射。
由此，作为第一波长光和第二波长光的合成光的第一光入射到偏振分束器20的第一面20a上，作为第三波长光和第四波长光的合成光的第二光入射到偏振分束器20的第二面20b上。
其结果是，从偏振分束器20的第一面20a射出第一光涉及的合成光(参照光和测量光)，从偏振分束器20的第二面20b射出第二光涉及的合成光(参照光和测量光)。
从偏振分束器20的第一面20a射出的第一光涉及的合成光的一部分入射到第一拍摄系统4A，并且被分离为第一波长光涉及的合成光(参照光和测量光)和第二波长光涉及的合成光(参照光以及测量光)。其中，第一波长光涉及的合成光被分光光学系统801A分割为四个之后，经由1/4波长板803A和滤光单元805A入射到相机807A。同时，第二波长光涉及的合成光被分光光学系统802A分割为四个之后，经由1/4波长板804A和滤光单元806A入射到相机808A。
另一方面，从偏振分束器20的第二面20b射出的第二光涉及的合成光的一部分入射到第二拍摄系统4B，并且被分离为第三波长光涉及的合成光(参照光和测量光)和第四波长光涉及的合成光(参照光以及测量光)。其中，第三波长光涉及的合成光被分光光学系统801B分割为四个之后，经由1/4波长板803B和滤光单元805B入射到相机807B。同时，第四波长光涉及的合成光被分光光学系统802B分割为四个之后，经由1/4波长板804B和滤光单元806B入射到相机808B。
然后，控制装置5对第一拍摄系统4A及第二拍摄系统4B进行驱动控制，同时执行由相机807A的拍摄、由相机808A的拍摄、由相机807B的拍摄、以及由相机808B的拍摄。
其结果是，通过相机807A(拍摄元件的拍摄区域H1～H4)获取相位各相差90°的第一波长光涉及的四组干涉条纹图像作为一个图像数据，通过相机808A(拍摄元件的拍摄区域H1～H4)获取相位各相差90°的第二波长光涉及的四组干涉条纹图像作为一个图像数据，通过相机807B(拍摄元件的拍摄区域H1～H4)获取相位各相差90°的第三波长光涉及的四组干涉条纹图像作为一个图像数据，通过相机808B(拍摄元件的拍摄区域H1～H4)获取相位各相差90°的第四波长光涉及的四种干涉条纹图像作为一个图像数据。
然后，控制装置5将从相机807A获取的一个图像数据分割为四组干涉条纹图像数据(与拍摄元件的拍摄区域H1～H4对应的每个范围)，分别存储在图像数据存储装置54内的与相机807A对应的第一～第四图像存储器中。
同时，控制装置5对从相机808A、相机807B以及相机808B分别获取的图像数据也进行同样的处理，807B，在与各相机808A、807B、808B对应的第一～第四图像存储器中分别存储干涉条纹图像数据。
接着，控制装置5基于存储在图像数据存储装置54中的第一波长光涉及的四组干涉条纹图像数据、第二波长光涉及的四组干涉条纹图像数据、第三波长光涉及的四组干涉条纹图像数据以及第四波长光涉及的四组干涉条纹图像数据，通过相移法测量工件W的表面形状。即，算出工件W的表面上的各位置的高度信息。
如上所述，在本实施例中，通过使作为第一波长光和第二波长光的合成光的第一光从偏振分束器20的第一面20a入射，并且使作为第三波长光和第四波长光的合成光的第二光从偏振分束器20的第二面20b入射，由此第一光涉及的参照光及测量光和第二光涉及的参照光和测量光被分割成分别不同的偏振光分量(P偏振光或S偏振光)，因此入射到偏振分束器20的第一光和第二光彼此不干涉地分别从偏振分束器20射出。
由此，作为第一光中包含的偏振光(第一波长光和/或第二波长光)和作为第二光中包含的偏振光(第三波长光和/或第四波长光)可以使用波长相近的两种偏振光。其结果是，利用波长相近的两种偏振光，能够进一步扩大三维测量涉及的测量范围。特别是在本实施方式中，由于能够利用最大四种波长不同的光，因此还能够飞跃性地扩大测量范围。
另外，在本实施方式中，将从干涉光学系统3射出的第一光涉及的合成光(参照光分量及测量光分量)分离为第一波长光涉及的合成光和第二波长光涉及的合成光，并且将从干涉光学系统3射出的第二波长光涉及的合成光分离为第三波长光涉及的合成光和第四波长光涉及的合成光，独立且同时进行第一波长光涉及的合成光的拍摄、第二波长光涉及的合成光的拍摄、第三波长光涉及的合成光的拍摄、以及第四波长光涉及的合成光的拍摄。由此，能够缩短总体的拍摄时间，能够实现测量效率的提高。
此外，在本实施方式中为以下构成：使用分光光学系统801A等，将与各波长光相关的合成光分别分割为四束光，并通过滤光单元805A等使该四束光得到相位各相差90°的四束干涉光。由此，能够同时获取根据相移法的三维测量所需的所有的干涉条纹图像。即，能够同时取得最多为四种偏振光的共计十六组(4×4组)干涉条纹图像。其结果是，能够进一步提高上述作用效果。
进而，在本实施方式中，能够根据工件W的种类切换例如使用了第一波长光和第三波长光这两种偏振光的测量和使用了第二波长光和第四波长光这两种偏振光的测量。即，根据本实施方式，能够使用波长相近的两种偏振光来实现测量范围的扩大，并且能够根据工件W的种类来切换光的种类(波长)。其结果是，能够实现便利性和通用性的提高。
对于例如不适合红色系光的晶片基板等工件W，能够使用第一波长光和第三波长光这两种偏振光(例如491nm和488nm蓝色系色的两种光)进行测量，另一方面，对于不适合蓝色系光的铜等工件W，能够使用第二波长光和第四波长光这两种偏振光(例如540nm和532nm的绿色系色的两种光)进行测量。
另外，并不限定于上述实施方式的记载内容，例如也可以如下实施。当然，在以下未例示的其他应用例、变更例当然也是可能的。
(a)在上述各实施方式中，没有特别提及工件W的具体例，但作为被测量物，可以列举例如印刷在印刷基板上的焊膏、形成在晶片基板上的焊料凸块等。
这里，对焊料凸块等的高度测量的原理进行说明。如图15所示，凸块503相对于电极501(基板500)的高度HB，可以从凸块503的绝对高度ho减去该凸块503周边的电极501的绝对高度hr来求出(HB＝ho-hr)。这里，作为电极501的绝对高度hr，例如可以使用电极501上的任意一点的绝对高度或电极501上的规定范围的绝对高度的平均值等。另外，“凸起503的绝对高度ho”、“电极501的绝对高度hr”可以在上述各实施方式中作为高度信息z(ξ，η)求出。
因此，也可以构成为，在设置有根据预先设定的好坏的判断基准来检查膏状焊料或焊料凸块的好坏的检查单元的焊料印刷检查装置或焊料凸块检查装置中包括三维测量装置1。
另外，采用了迈克尔逊干涉仪的光学结构的三维测量装置1适合于反射工件。另外，通过使用相移法，能够进行排除了0次光(透过光)的测量。
另外，在上述各实施方式中也可以构成为，将设置有工件W的设置部24构成为能够移位，将工件W的表面分割为多个测量区域，一边依次移动各测量区域一边进行各区域的形状测量，分多次进行工件W整体的形状测量。
(b)干涉光学系统(规定的光学系统)的结构不限于上述各实施方式。例如，在上述各实施方式中，作为干涉光学系统3采用了迈克尔逊干涉仪的光学结构，但不限于此，只要是将入射光分割为参照光和测量光来进行工件W的形状测量的结构，也可以采用其他的光学结构。
另外，在上述各实施方式中，作为偏振分束器20采用了将直角棱镜贴合而成为一体的立方体型，但并不限定于此，例如也可以采用板型偏振分束器。
另外，偏振分束器20构成为使P偏振光分量透过、使S偏振光分量反射，但不限于此，也可以构成为使P偏振光分量反射、使S偏振光分量透过。也可以构成为“S偏振光”相当于“具有第一偏振方向的偏振光”，“P偏振光”相当于“具有第二偏振方向的偏振光”。
(c)光投射系统2A、2B的结构并不限定于上述各实施方式。例如，从光投射系统2A、2B射出的各光的波长并不限定于上述各实施方式。但是，为了进一步扩大测量范围，优选使从第一光投射系统2A照射的光和从第二光投射系统2B照射的光的波长差更小。
另外，在第五实施方式中，优选从第一光投射系统2A照射的第一波长光和第二波长光是波长离开到能够由分色镜800A分离的程度的偏振光。同样，优选从第二光投射系统2B照射的第三波长光和第四波长光是波长离开到能够由分色镜800B分离的程度的偏振光。
另外，也可以构成为从第一光投射系统2A及第二光投射系统2B照射同一波长的光。
如上所述，以往，作为测量被测量物的形状的三维测量装置，已知有利用激光等的三维测量装置(干涉仪)。在该三维测量装置中，由于来自激光光源的输出光的波动等的影响，测量精度有可能降低。
与此相对，在例如被测量物比较小、即使是一束光(一个波长)测量范围也不会不足的情况下，从不同的两个光源照射同一波长的光，通过用该两束光分别进行三维测量，能够实现测量精度的提高。
但是，在想要用两束光进行三维测量的情况下，需要分别在不同的定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，测量效率有可能降低。
例如在利用了相移法的三维测量中，在使相位以四个阶段变化的情况下，需要获取四组图像数据，因此在使用两束光的情况下，需要分别在不同的定时各四次、共计八次的拍摄时间。
照射同一波长的两束光的本发明是鉴于上述情况等而完成的，其目的在于，提供一种利用两束光能够实现测量效率的提高的三维测量装置。
根据本发明，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，因此能够在共计四次(或共计三次)的拍摄时间内获取两束光涉及的共计八组(或六组)干涉条纹图像。其结果是，能够缩短总体的拍摄时间，能够实现测量效率的提高。
另外，在上述各实施方式中，构成为在光投射系统2A、2B中包括光隔离器12A、12B等，也可以是省略了光隔离器12A、12B等的结构。
另外，在上述各实施方式中，也可以构成为将第一光投射系统2A和第一拍摄系统4A两者的位置关系隔着第一非偏振分束器13A等进行对调，也可以构成为将第二光投射系统2B和第二拍摄系统4B两者的位置关系隔着第二非偏振分束器13B等进行对调。
另外，在第五实施方式中，也可以采用将第一光投射系统2A涉及的发光部751A和发光部752A两者的位置关系隔着分色镜755A进行对调，也可以将第二光投射系统2B涉及的发光部751B和发光部752B两者的位置关系隔着分色镜755B进行对调。
另外，导光单元的结构并不限定于上述各实施方式涉及的非偏振分束器13A、13B等。只要是使从第一照射单元(第二照射单元)射出第一光(第二光)的至少一部分向第一输入输出部(第二输入输出部)入射，并且使从第一输入输出部(第二输入输出部)射出第一光涉及的输出光(第二光涉及的输出光)的至少一部分向第一拍摄单元(第二拍摄单元)入射的结构，也可以采用其他结构。
即，在第一实施方式中，只要是使从第一光投射系统2A(第二光投射系统2B)照射的第一光(第二光)入射到偏振分束器20的第一面20a(第二面20b)，且使从偏振分束器20的第一面20a(第二面20b)射出的第一光涉及的输出光(第二光涉及的输出光)入射到第一拍摄系统4A(第二拍摄系统4B)的结构，也可以采用其他的结构。
另外，在上述各实施方式中，作为非偏振分束器13A、13B等采用了将直角棱镜贴合而成为一体的立方体型，并不限定于此，例如也可以采用平板型的规定的半反射镜。
另外，在第五实施方式中，作为分色镜755A和分色镜755B、以及分色镜800A及分色镜800B采用了将直角棱镜贴合而成为一体的立方体型，但并不限定于此，例如也可以采用平板型的规定的分色镜。
(d)在上述各实施方式中，构成为基于相位不同的四组干涉条纹图像数据进行相移法，但不限于此，例如也可以构成为基于相位不同的两组或三组干涉条纹图像数据进行相移法。
另外，例如傅立叶变换法那样，也可以构成为通过与相移法不同的其他方法进行三维测量。
(e)在上述第一实施方式中，作为相移单元采用构成为能够变更透过轴方向的偏光板32A、32B，在上述第二至第五实施方式中，采用由透过轴方向不同的四个偏光板构成的滤光单元126等。
相移单元的结构并不限定于此，例如，在第一实施方式中，也可以采用通过利用压电元件等使参照面23沿光轴移动来物理地改变光路长度的结构。
但是，在将如上所述将旋转式偏光板用作相移单元的方法中，为了获取进行三维测量所需的全部图像数据，需要在多个定时进行拍摄。另外，在第五实施方式中，在将使参照面23移动的结构用作相移单元的情况下，由于需要对波长不同的多个光的每一个使参照面的动作量(相移量)不同，所以不能同时拍摄多个光。因此，在缩短拍摄时间这一点上，如上述第二实施方式等那样，更优选采用能够在一个定时拍摄全部的图像数据的滤光单元126等。
(f)在上述各实施方式中，构成为在进行双波长相移法时通过计算式求出高度信息z(ξ，η)，但不限于此，例如也可以构成为预先存储表示相位条纹次数m1、m2、高度信息z的对应关系的数表或表数据，并参考该数表或表数据来获取高度信息z。在该情况下，不一定需要确定条纹次数。
(g)分光单元的结构并不限定于上述第二至第五实施方式。例如，在上述第二实施方式涉及的分光光学系统125等中，构成为将从干涉光学系统3入射的光分光为四束的结构，但不限于此，也可以是例如分光为三束的结构等，只要是至少能够分割为根据相移法的测量所需的数量的光的结构即可。
另外，在上述第二实施方式等中，构成为对入射的合成光L0等在与行进方向正交的平面上分割成光路排列成矩阵状的四束光LB1～LB4等，但只要是使用多个相机对各分光LB1～LB4等进行拍摄的结构，就不一定需要以排列成矩阵状的方式进行分光。
另外，在上述第二实施方式等中，作为分光单元采用了将多个光学部件(棱镜)组合而成为一体的分光光学系统125等，但不限于此，也可以采用衍射光栅作为分光单元。
(h)滤光单元的结构并不限定于上述第二实施方式等。例如在上述第二实施方式中为以下构成：滤光单元126通过透过轴方向为0°的第一偏光板126a、透过轴方向为45°的第二偏光板126b、透过轴方向为90°的第三偏光板126c、透过轴方向为135°的第四偏光板126d构成，使用透过轴方向各相差45°的这四个偏光板126a～26d，获取相位各相差90°的四组干涉条纹图像，基于该四组干涉条纹图像通过相移法进行形状测量。
取而代之，在基于相位不同的三组干涉条纹图像通过相移法进行形状测量的情况下，也可以采用以下的结构。例如如图16所示，也可以是，将滤光单元126的第一偏光板126a、第二偏光板126b、第三偏光板126c、第四偏光板126d分别构成为透过轴方向为0°的偏光板、透过轴方向为60°(或45°)的偏光板、透过轴方向为120°(或90°)的偏光板、以及组合了将测量光(例如右旋的圆偏振光)及参照光(例如左旋的圆偏振光)变换为直线偏振光的1/4波长板与使测量光的直线偏振光选择性地透过的偏光板组合的结构。这里，也可以将“1/4波长板”及“偏光板”的组设为所谓的“圆偏光板”的结构。
根据这样结构，在一个拍摄元件的一次拍摄中，除了相位各相差120°(或90°)的三组干涉条纹图像之外，还能够获取工件W的亮度图像。由此，除了基于三组干涉条纹图像通过相移法进行的形状测量之外，还可以组合进行基于亮度图像的测量。例如，能够对通过基于相移法的形状测量而得到的三维数据进行映射或进行测量区域的提取等。其结果是，能够进行组合了多种测量的综合判断，能够实现测量精度的进一步提高。
另外，在图16所示的例子中，作为第四偏光板126d采用了将圆偏振光变换为直线偏振光的1/4波长板和选择性地使测量光的直线偏振光透过的偏光板的组合，但不限于此，只要是选择性地仅使测量光透过的结构，也可以采用其他结构。
另外，也可以是省略了第四偏光板126d的结构。即，也可以是将分别透过了滤光单元126的第一偏光板126a、第二偏光板126b、第三偏光板126c的三束光和不经由滤光单元126(偏光板)而将直接入射的一束光同时通过一个拍摄元件进行拍摄的结构。
根据该构成，作为第四偏光板126d，起到与配置了“1/4波长板”及“偏光板”的组的上述构成同样的作用效果。即，在基于一个拍摄元件的一次拍摄中，除了相位各相差120°(或90°)的三组干涉条纹图像之外，还能够获取工件W的亮度图像。
另外，即使直接拍摄了测量光(例如右旋的圆偏振光)和参照光(例如左旋的圆偏振光)，参照光是已知的(可以预先测量得到)并且是均匀的，因此，通过拍摄后的处理，进行去除该参照光部分的处理或去除均匀光的处理，由此能够提取测量光的信号。
作为省略了第四偏光板126d的结构的优点，与配置了“1/4波长板”及“偏光板”的组的结构相比，能够省略这些“1/4波长板”和“偏光板”，因此可以减少光学部件，实现结构的简化和抑制部件数量的增加等。
(i)拍摄系统4A、4B的结构并不限定于上述各实施方式。例如，在上述各实施方式中，使用了包括镜头的相机，但并不一定需要镜头，即使使用没有镜头的相机，也可以利用上述[数式6]的关系式等，通过计算求出对焦的图像来进行。
另外，在上述第五实施方式中，也可以是将第一拍摄系统4A涉及的“分光光学系统801A、1/4波长板803A、滤光单元805A、以及相机807A”与“分光光学系统802A、1/4波长板804A、滤光单元806A、以及相机808A”两者的位置关系隔着分色镜800A进行对调的结构，也可以是将第二拍摄系统4B涉及的“分光光学系统801B、1/4波长板803B、滤光单元805B、以及相机807B”与“分光光学系统802B、1/4波长板804B、滤光单元806B、以及相机808B”两者的位置关系隔着分色镜800B进行对调的结构。
(j)在上述第五实施方式中，构成为同时使用“第一波长光”、“第二波长光”、“第三波长光”以及“第四波长光”这四个波长光。即，构成为同时射出四个波长光，并且同时拍摄与这些相关的干涉条纹图像，基于该图像进行三维测量。不限于此，也可以采用其他结构。
例如，也可以构成为，在“第一波长光”、“第二波长光”、“第三波长光”以及“第四波长光”这四个波长光中，不射出“第四波长光”，而同时射出“第一波长光”、“第二波长光”以及“第三波长光”这三个波长光，并且同时拍摄与这些相关的干涉条纹图像，基于该图像进行三维测量。
同样，也可以构成为，在“第一波长光”、“第二波长光”、“第三波长光”以及“第四波长光”这四个波长光中，例如不射出“第二波长光”以及“第四波长光”，而同时射出“第一波长光”和“第三波长光”这两个波长光，并且同时拍摄与这些相关的干涉条纹图像，基于该图像进行三维测量。
只要构成为至少从第一光投射系统2A和第二光投射系统2B同时射出第一光(“第一波长光”和/或“第二波长光”)和第二光(“第三波长光”和/或“第四波长光”)，并且同时拍摄与这些相关的干涉条纹图像，则与以往相比能够缩短整体的拍摄时间，能够实现测量效率的提高。
即，如果不追求拍摄时间的缩短，则也可以不必构成为同时使用“第一波长光”、“第二波长光”、“第三波长光”以及“第四波长光”这四个波长光的结构。例如不射出“第二波长光”和“第四波长光”，而同时射出“第一波长光”和“第三波长光”这两个波长光，且同时拍摄与这些相关的干涉条纹图像后，不射出“第一波长光”和“第三波长光”，而同时射出“第二波长光”和“第四波长光”这两个波长光，并且同时拍摄与这些相关的干涉条纹图像的结构。
(k)如上述(j)所述，在最多仅使用三个波长光或两个波长光的情况下，也可以是从上述各实施方式中预先省略了与不使用的波长光相关的射出机构、拍摄机构的结构的三维测量装置1。
例如在不使用第二波长光的情况下，也可以是省略了从第一光投射系统2A射出第二波长光的射出机构(发光部752A、光隔离器754A)和用于合成两个波长光的合成机构(分色镜755A)的结构。同样，在不使用第二波长光的情况下，也可以是省略了从第一拍摄系统4A对规定的输出光进行波长分离的分离机构(分色镜800A)、对第二波长光涉及的输出光进行拍摄的拍摄机构(分光光学系统802A、1/4波长板804A、滤光单元806A、相机808A)的结构。
(l)如上述(j)所述，在第一光投射系统2A和/或第二光投射系统2B中，在设为始终切换使用射出的波长光的结构的情况下(例如在第一光投射系统2A中仅射出“第一波长光”或“第二波长光”中的任一个的结构的情况下)，也可以是在第一拍摄系统4A中，省略对规定输出光进行波长分离的分离机构(分色镜800A)，并且省略对第一波长光涉及的输出光进行拍摄的拍摄机构或对第二波长光涉及的输出光进行拍摄的拍摄机构中的任一个而共用另一个的结构。
符号说明
1…三维测量装置、2A…第一光投射系统、2B…第二光投射系统、3…干涉光学系统、4A…第一拍摄系统、4B…第二拍摄系统、5…控制装置、11A…第一发光部、11B…第二发光部、12A…第一光隔离器、12B…第二光隔离器、13A…第一非偏振分束器、13B…第二非偏振分束器、20…偏振分束器、20a…第一面、20b…第二面、20c…第三面、20d…第四面、23…参照面、24…设置部、31A…1/4波长板、31B…1/4波长板、32A…第一偏光板、32B…第二偏光板、33A…第一相机、33B…第二相机、W…工件。

Claims (15)

1.一种三维测量装置，其特征在于，包括：
规定的光学系统，将入射的规定的光分割为两束光，能够将一束光作为测量光照射到被测量物上，且能够将另一束光作为参照光照射到参照面，并且能够将它们再次合成并射出；
第一照射单元，能够射出入射到所述规定的光学系统的第一输入输出部的、包含规定的偏振光的第一光；
第二照射单元，能够射出入射到所述规定的光学系统的第二输入输出部的、包含规定的偏振光的第二光；
第一拍摄单元，能够入射通过向所述规定的光学系统的所述第一输入输出部入射所述第一光而从该第一输入输出部射出的所述第一光涉及的输出光；
第二拍摄单元，能够入射通过向所述规定的光学系统的所述第二输入输出部入射所述第二光而从该第二输入输出部射出的所述第二光涉及的输出光；以及
图像处理单元，能够基于由所述第一拍摄单元以及所述第二拍摄单元拍摄并获取的干涉条纹图像，执行所述被测量物的三维测量。
2.根据权利要求1所述的三维测量装置，其特征在于，
所述规定的光学系统
是以下光学系统：将入射的规定的光分割为偏振方向相互正交的两束偏振光，能够将一束偏振光作为所述测量光照射到所述被测量物上，且将另一束偏振光作为所述参照光照射到所述参照面，并且将它们再次合成并射出，
并且是以下光学系统：
能够将从所述第一输入输出部入射的所述第一光分割为包括具有第一偏振方向的偏振光的所述参照光和包括具有第二偏振方向的偏振光的所述测量光，
能够将从所述第二输入输出部入射的所述第二光分割为包括具有所述第二偏振方向的偏振光的所述参照光和包括具有所述第一偏振方向的偏振光的所述测量光。
3.一种三维测量装置，其特征在于，包括：
偏振分束器，具有将入射的规定的光分割为偏振方向相互正交的两束偏振光的边界面，将该分割的一束偏振光作为测量光照射到被测量物上，且将另一束偏振光作为参照光照射到参照面上，并且能够将它们再次合成并射出；
第一照射单元，能够射出入射到第一面的、包含规定的偏振光的第一光，所述第一面是夹着所述边界面而相邻的所述偏振分束器的所述第一面及第二面中的为第一输入输出部的第一面；
第二照射单元，能够射出入射到所述第二面的、包含规定的偏振光的第二光，所述第二面为所述偏振分束器的第二输入输出部；
第一拍摄单元，能够入射通过向所述偏振分束器的所述第一面入射所述第一光而从该第一面射出的所述第一光涉及的输出光；
第二拍摄单元，能够入射通过向所述偏振分束器的所述第二面入射所述第二光而从该第二面射出的所述第二光涉及的输出光；以及
图像处理单元，能够基于由所述第一拍摄单元以及所述第二拍摄单元拍摄并获取的干涉条纹图像，执行所述被测量物的三维测量。
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，包括：
第一导光单元，使从所述第一照射单元射出的第一光的至少一部分向所述第一输入输出部入射，并且使从所述第一输入输出部射出的所述第一光涉及的输出光的至少一部分向所述第一拍摄单元入射；以及
第二导光单元，使从所述第二照射单元射出的第二光的至少一部分向所述第二输入输出部入射，并且使从所述第二输入输出部射出的第二光涉及的输出光的至少一部分向所述第二拍摄单元入射。
5.根据权利要求4所述的三维测量装置，其特征在于，
所述照射单元包括光隔离器，所述光隔离器仅透过从所述照射单元自身所具有的规定的发光部射出的一个方向的光，并且截断相反方向的光。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的三维测量装置，其特征在于，
所述第一照射单元
包括：第一波长光射出部，能够射出包含第一波长的偏振光的第一波长光；和/或第二波长光射出部，能够射出包含第二波长的偏振光的第二波长光，
并构成为能够射出所述第一光，所述第一光包含所述第一波长的偏振光和/或所述第二波长的偏振光，
所述第二照射单元
包括：第三波长光射出部，能够射出包含第三波长的偏振光的第三波长光；和/或第四波长光射出部，能够射出包含第四波长的偏振光的第四波长光，
并构成为能够射出所述第二光，所述第二光包含所述第三波长的偏振光和/或所述第四波长的偏振光，
所述第一拍摄单元包括：
第一波长光拍摄部，在对所述第一输入输出部入射了包含所述第一波长的偏振光的所述第一光的情况下，能够对所述第一波长的偏振光涉及的输出光进行拍摄，所述第一波长的偏振光涉及的输出光被从所述第一输入输出部射出的所述第一光涉及的输出光包含；
和/或
第二波长光拍摄部，在对所述第一输入输出部入射了包含所述第二波长的偏振光的所述第一光的情况下，能够对所述第二波长的偏振光涉及的输出光进行拍摄，所述第二波长的偏振光涉及的输出光被包含在从所述第一输入输出部射出的所述第一光涉及的输出光中，
所述第二拍摄单元包括：
第三波长光拍摄部，在对所述第二输入输出部入射了包含所述第三波长的偏振光的所述第二光的情况下，能够对所述第三波长的偏振光涉及的输出光进行拍摄，所述第三波长的偏振光涉及的输出光被包含在从所述第二输入输出部射出的所述第二光涉及的输出光中；
和/或
第四波长光拍摄部，在对所述第二输入输出部入射了包含所述第四波长的偏振光的所述第二光的情况下，能够对所述第四波长的偏振光涉及的输出光进行拍摄，所述第四波长的偏振光涉及的输出光被包含在从所述第二输入输出部射出的所述第二光涉及的输出光中。
7.根据权利要求6所述的三维测量装置，其特征在于，
所述第一照射单元包括第一合成单元，所述第一合成单元能够将从所述第一波长光射出部射出的所述第一波长光以及从所述第二波长光射出部射出的所述第二波长光合成为所述第一光，
所述第二照射单元包括第二合成单元，所述第二合成单元能够将从所述第三波长光射出部射出的所述第三波长光以及从所述第四波长光射出部射出的所述第四波长光合成为所述第二光，
所述第一拍摄单元包括第一分离单元，在从所述第一照射单元射出了包含所述第一波长的偏振光和所述第二波长的偏振光的所述第一光的情况下，所述第一分离单元能够将从所述第一输入输出部射出的所述第一光涉及的输出光分离为所述第一波长的偏振光涉及的输出光和所述第二波长的偏振光涉及的输出光，
所述第二拍摄单元包括第二分离单元，在从所述第二照射单元射出了包含所述第三波长的偏振光和所述第四波长的偏振光的所述第二光的情况下，所述第二分离单元能够将从所述第二输入输出部射出的所述第二光涉及的输出光分离为所述第三波长的偏振光涉及的输出光和所述第四波长的偏振光涉及的输出光。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的三维测量装置，其特征在于，
在将所述被测量物设为与所述参照面相同的平面的情况下，向所述第一输入输出部入射的所述第一光中所包含的偏振光的偏振方向与从该第一输入输出部射出的所述第一光涉及的输出光中所包含的偏振光的偏振方向相同，且向所述第二输入输出部入射的所述第二光中所包含的偏振光的偏振方向与从该第二输入输出部射出的所述第二光涉及的输出光中所包含的偏振光的偏振方向相同。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的三维测量装置，其特征在于，
在使向所述第一输入输出部入射所述第一光的入射方向和向所述第二输入输出部入射所述第二光的入射方向在包含该两入射方向的平面上一致的情况下，所述第一光中所包含的偏振光的偏振方向与所述第二光中所包含的偏振光的偏振方向相差90°。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的三维测量装置，其特征在于，
在同一轴线上朝向同一方向的所述第一光中所包含的偏振光或其测量光或参照光的偏振方向与所述第二光中所包含的偏振光或其测量光或参照光的偏振方向相差90°。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的三维测量装置，其特征在于，
包括相移单元，在所述参照光和所述测量光之间赋予相对的相位差，
所述图像处理单元被构成为
能够基于对通过所述相移单元进行了多组相移的所述输出光进行拍摄而获取的多组干涉条纹图像，通过相移法执行所述被测量物的三维测量。
12.根据权利要求11所述的三维测量装置，其特征在于，包括：
分光单元，将所述输出光分割为多束光；以及
滤光单元，作为所述相移单元，在被所述分光单元分割的多束分割光中，至少对根据所述相移法测量所需的数量的分割光分别赋予不同的相位差，
所述拍摄单元构成为至少能够同时拍摄透过所述滤光单元的所述多束分割光。
13.根据权利要求12所述的三维测量装置，其特征在于，
所述分光单元包括：
第一光学部件，其呈沿着第一平面的截面形状为三角形形状的三棱柱形状，沿着经过三个面中的第一面和第二面的交线且与第三面正交的平面具有第一分支单元，所述三个面沿与该第一平面正交的方向；以及
第二光学部件，其呈沿着与所述第一平面正交的第二平面的截面形状为三角形形状的三棱柱形状，沿着经过三个面中的第一面和第二面的交线且与第三面正交的平面具有第二分支单元，所述三个面在沿与该第二平面正交的方向，
通过将所述第一光学部件的第三面和所述第二光学部件的第一面相对置地配置，
使向所述第一光学部件的所述第一面入射的光通过所述第一分支单元向两个方向分支，其中被所述第一分支单元反射的分割光由所述第一面向所述第三面侧反射，使透过了所述第一分支单元的分割光由所述第二面向所述第三面侧反射，由此从所述第三面作为平行的两束分割光射出，
使从所述第一光学部件的第三面射出的两束分割光向所述第二光学部件的第一面入射，使该两束分割光分别由所述第二分支单元向两个方向分支，其中被所述第二分支单元反射的两束分割光分别由所述第一面向所述第三面侧反射，使透过了所述第二分支单元的两束分割光分别由所述第二面向所述第三面侧反射，由此从所述第三面作为平行的四束分割光射出。
14.根据权利要求12或13中任一项所述的三维测量装置，其特征在于，
所述拍摄单元构成为能够由单一的拍摄元件同时拍摄至少透过了所述滤光单元的所述多束分割光。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的三维测量装置，其特征在于，
所述被测量物是印刷在印刷基板上的膏状焊料或者是形成在晶片基板上的焊料凸块。
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