JP2023114982A - 三次元形状測定装置及びその参照面位置調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】設置環境温度に関係なく、低コストで測定光路長と参照光路長とを高精度に一致させられる三次元形状測定装置、及びその参照面位置調整方法を提供する。【解決手段】白色光である測定光を出射する光源部と、光源部より出射された測定光から測定光の一部を参照光として分割し、測定光を被測定面に出射し且つ参照光を参照面に出射して、被測定面から戻る測定光と参照面から戻る参照光との干渉光を生成する干渉部と、干渉部及び参照面を収納するホルダであって、温度変化に応じて可逆的に熱変形する材料で形成されており、温度変化に応じて干渉部と参照面との間の参照光の光路長である参照光路長を変化させるホルダと、干渉部と被測定面との間の測定光の光路長を測定光路長とした場合に、ホルダの温度を、参照光路長が測定光路長に一致する目標温度に調整する温度調整部と、を備える。【選択図】図５

Description

本発明は、白色干渉方式を用いて被測定面の三次元形状を測定する三次元形状測定装置及びその参照面位置調整方法に関する。

非特許文献１及び特許文献１に記載の白色干渉方式（White Light Interferometry：ＷＬＩ）の三次元形状測定装置を用いて、測定対象物の被測定面の全焦点画像、表面形状、及び表面粗さ形状などの三次元形状を光学的に測定する方法が知られている。

ＷＬＩ方式の三次元形状測定装置は、光源、干渉部、対物レンズ、及びカメラを備える白色干渉顕微鏡と、駆動機構と、カメラと、制御装置と、を備える。光源は、干渉部に向けて白色光を出射する。干渉部は、光源から出射された白色光からその一部を参照光として分割し、残りの白色光を被測定面に出射すると共に参照光を参照面に出射する。また、干渉部は、被測定面で反射した白色光と参照面で反射した参照光との干渉光をカメラに向けて出射する。

対物レンズの焦点は、公知の合焦制御により被測定面に合わせられており、干渉部による分割前（例えばマイケルソン型）或いは分割後（例えばリニック型）の白色光を被測定面に集光させる。駆動機構は、干渉部又は白色干渉顕微鏡を走査方向（上下方向）に沿って走査する。カメラは、走査機構による干渉部等の走査の間、干渉部から出射される干渉光を連続的に撮像して、干渉縞を含む複数の画像を取得する。制御装置は、各画像の同一座標の画素ごとの輝度値を比較して、画素ごとに被測定面の高さ情報を演算することで、被測定面の三次元形状を測定する。

特開２０１８－１７３３３８号公報

ISO 25178-604：2013"Geometrical product specifications (GPS) - Surface texture: Areal-Part 604: Nominal characteristics of non-contact (coherence scanning interferometry) instruments"

図１３～図１５は、従来の三次元形状測定装置を構成する白色干渉顕微鏡の課題を説明するための説明図である。ここでは、マイケルソン型の白色干渉顕微鏡を例に挙げて説明を行う。

図１３の符号XIIIAに示すように、白色干渉顕微鏡の少なくとも干渉対物レンズ５００、干渉部５０１、参照面５０２、及び対物レンズ５０４は、例えば真鍮などの金属材料で形成されたホルダ５０６に収納されている。そして、被測定面Ｗの三次元形状の測定時には、対物レンズ５０４の焦点を被測定面Ｗに合わせると共に、干渉部５０１と被測定面Ｗとの間の測定光Ｌ１の光路長である測定光路長Ｄ１に対して、干渉部５０１と参照面５０２との間の参照光Ｌ２の光路長である参照光路長Ｄ２を一致させている。これにより、干渉対物レンズ５００から出射される干渉光Ｌ３に干渉縞が発生するため、被測定面Ｗの三次元形状の測定が可能になる。

この際に、真鍮などで形成されているホルダ５０６は、設置環境温度の変化に応じて可逆的に熱変形（膨張、収縮）する。このため、図１３の符号XIIIB及び図１４の符号XIVAに示すように、例えばホルダ５０６が熱膨張すると、参照光路長Ｄ２が変化して測定光路長Ｄ１と参照光路長Ｄ２とが不一致になる。その結果、干渉光Ｌ３中の干渉縞の発生が抑えられてしまうので、被測定面Ｗの三次元形状の測定が困難になる。

そこで、図１４の符号XIVBに示すように、ホルダ５０６の熱膨張により変化した参照光路長Ｄ２に対して測定光路長Ｄ１を一致させるために、ホルダ５０６（干渉対物レンズ５００）と被測定面Ｗとの間の距離を変更、すなわち測定光路長Ｄ１を変更することが考えられる。しかしながら、測定光路長Ｄ１を変更すると、対物レンズ５０４の焦点が被測定面Ｗに合わなくなる。この状態で被測定面Ｗの三次元形状の測定を行うと、図１５に示すように、被測定面Ｗの実形状（符号XVA参照）に対して測定形状（符号XVB参照）が崩れてしまい、測定精度が低下してしまう。また、カメラに入射する干渉光の強度が低下するため、被測定面Ｗの三次元形状が測定不能になったり或いは測定精度が低下したりする。

そのため、ホルダ５０６には、参照面５０２の位置を手動調整可能な参照面位置調整機構が設けられている。そして、白色干渉顕微鏡の設置環境温度に応じて、オペレータが参照面位置調整機構を操作して、参照光路長Ｄ２が測定光路長Ｄ１に一致するように参照面５０２の位置を手動調整していた。このため、参照面５０２の位置の精度、調整分解能、及び再現性が低くなり、さらに被測定面Ｗの三次元形状測定の効率化（自動化）の妨げになっていた。

また、参照光路長Ｄ２が測定光路長Ｄ１に一致するように、参照面位置調整機構により参照面５０２の位置を調整するためには、高精度な参照面位置調整機構を用意する必要がある。例えば、対物レンズ５０４の開口数（Numerical Aperture：ＮＡ）が０．７であり、測定光Ｌ１の波長を５５０ｎｍと仮定した場合に、対物レンズ２４ａの焦点深度（Depth of Field：ＤＯＦ）は「ＤＯＦ＝λ／（２×（ＮＡ）^２）＝０．５６μｍ」となる。この場合には、参照面位置調整機構は０．５６μｍより十分に小さい制御分解能が必要になるため、コストが大幅に増加してしまう。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、設置環境温度に関係なく、低コストで測定光路長と参照光路長とを高精度に一致させられる三次元形状測定装置、及びその参照面位置調整方法を提供することを目的とする。

本発明の目的を達成するための三次元形状測定装置は、白色光である測定光を出射する光源部と、光源部より出射された測定光から測定光の一部を参照光として分割し、測定光を被測定面に出射し且つ参照光を参照面に出射して、被測定面から戻る測定光と参照面から戻る参照光との干渉光を生成する干渉部と、干渉部及び参照面を収納するホルダであって、温度変化に応じて可逆的に熱変形する材料で形成されており、温度変化に応じて干渉部と参照面との間の参照光の光路長である参照光路長を変化させるホルダと、干渉部と被測定面との間の測定光の光路長を測定光路長とした場合に、ホルダの温度を、参照光路長が測定光路長に一致する目標温度に調整する温度調整部と、を備える。

この三次元形状測定装置によれば、ホルダの温度調整により参照光路長を測定光路長に高精度に一致させることができる。

本発明の他の態様に係る三次元形状測定装置において、ホルダの温度を測定する温度測定部と、測定光を被測定面に集光させる対物レンズと、干渉部が生成した干渉光を撮像するカメラと、温度調整部を制御して、ホルダの温度を予め定められた仮目標温度に調整する仮目標温度制御部と、対物レンズの焦点を被測定面に合わせる合焦制御部と、ホルダが仮目標温度に調整され且つ対物レンズの焦点が被測定面に合っている状態で、参照面の位置の手動調整を受け付けて、参照光路長を測定光路長に概略一致させる参照面位置調整機構と、参照光路長が測定光路長に概略一致している状態で、温度調整部を制御して、ホルダの温度を変化させる温度変化制御部と、温度変化制御部がホルダの温度を変化させている間、カメラに干渉光を繰り返し撮像させてカメラから複数の画像を取得する画像取得部と、カメラが干渉光の撮像を行うごとに、温度測定部の温度測定結果を取得する温度取得部と、画像取得部が取得した複数の画像と、画像ごとに温度取得部が取得した温度測定結果と、に基づき、干渉縞の強度が最大になる温度を目標温度として決定する目標温度決定部と、を備える。これにより、低コストで測定光路長と参照光路長とを高精度に一致させることができる。

本発明の他の態様に係る三次元形状測定装置において、ホルダの温度を測定する温度測定部と、測定光を被測定面に集光させる対物レンズと、干渉部が生成した干渉光を撮像するカメラと、対物レンズの焦点を被測定面に合わせる合焦制御部と、対物レンズの焦点が被測定面に合っている状態で、温度調整部を制御して、ホルダの温度を変化させる温度変化制御部と、温度変化制御部がホルダの温度を変化させている間、カメラに干渉光を繰り返し撮像させてカメラから複数の画像を取得する画像取得部と、温度変化制御部がホルダの温度を変化させている間、温度測定部の温度測定結果を繰り返し取得する温度取得部と、画像取得部が取得した複数の画像と、画像ごとに温度取得部が取得した複数の温度測定結果と、に基づき、干渉縞の強度が最大になる温度を目標温度として決定する目標温度決定部と、を備える。これにより、目標温度の決定を自動化することができる。

本発明の他の態様に係る三次元形状測定装置において、ホルダの温度を測定する温度測定部と、目標温度と温度測定部の温度測定結果とに基づき、温度調整部を制御して、ホルダの温度を目標温度に調整する目標温度制御部と、を備える。これにより、ホルダの温度を目標温度に正確に調整及び維持することができる。

本発明の他の態様に係る三次元形状測定装置において、温度調整部が、ホルダの中で参照面を収納している参照面収納部の温度を変化させ、温度測定部が、参照面収納部の温度を測定する。これにより、ホルダの温度制御によって参照光路長を調整することができる。

本発明の他の態様に係る三次元形状測定装置において、少なくとも、参照面収納部、温度測定部、及び温度調整部を覆う断熱材を備える。これにより、参照面収納部及びその近傍の温度を安定させることができる。

本発明の他の態様に係る三次元形状測定装置において、ホルダ、温度調整部、及び温度測定部を含む複数のレンズ系が選択的に装着されるアダプタ部と、複数のレンズ系と、レンズ系ごとに定められた目標温度と、の対応関係を記憶した目標温度記憶部と、アダプタ部に装着されたレンズ系を判別するレンズ系判別部と、レンズ系判別部の判別結果に基づき、目標温度記憶部からアダプタ部に装着されているレンズ系に対応した目標温度を取得する目標温度取得部と、を備え、目標温度制御部が、目標温度取得部が取得した目標温度に従って温度調整部を制御する。これにより、レンズ系の個体差の影響を抑えて、参照光路長を測定光路長に確実に一致させることができるので、被測定面の三次元形状の測定をより高精度に行うことができる。

本発明の他の態様に係る三次元形状測定装置において、測定光を被測定面に集光する対物レンズを備え、干渉部が、対物レンズと被測定面との間に配置され、参照面が、対物レンズと干渉部との間に配置されている。

本発明の他の態様に係る三次元形状測定装置において、干渉部が生成した干渉光を撮像するカメラと、被測定面に対して少なくとも干渉部を、測定光路長が変化する走査方向に相対的に走査する走査部と、走査部による走査の間、カメラが干渉光を繰り返し撮像して得られた複数の画像における同一座標の画素ごとの輝度値に基づき、画素ごとに被測定面の高さ情報を演算して被測定面の三次元形状を求める形状演算部を備える。

本発明の目的を達成するための三次元形状測定装置の参照面位置調整方法は、白色光である測定光から測定光の一部を参照光として分割し、測定光を被測定面に出射し且つ参照光を参照面に出射して、被測定面から戻る測定光と参照面から戻る参照光との干渉光を生成する干渉部と、測定光を被測定面に集光させる対物レンズと、干渉部及び参照面を収納するホルダであって、温度変化に応じて可逆的に熱変形する材料で形成されており、温度変化に応じて干渉部と参照面との間の参照光の光路長である参照光路長を変化させるホルダと、を備える三次元形状測定装置の参照面位置調整方法において、ホルダの温度を予め定められた仮目標温度に調整する仮目標温度調整ステップと、対物レンズの焦点を被測定面に合わせる合焦ステップと、ホルダが仮目標温度に調整され且つ対物レンズの焦点が被測定面に合っている状態で、参照面の位置を手動調整して、干渉部と被測定面との間の測定光の光路長である測定光路長に参照光路長を概略一致させる概略位置調整ステップと、概略位置調整ステップの後に、ホルダの温度を変化させる温度変化ステップと、ホルダの温度が変化している間、干渉光を繰り返し撮像する撮像ステップと、撮像ステップで干渉光の撮像が行われるごとに、ホルダの温度を取得する温度取得ステップと、撮像ステップで得られた複数の画像と、温度取得ステップで得られた画像ごとのホルダの温度と、に基づき、干渉縞の強度が最大になる温度を目標温度として決定する目標温度決定ステップと、ホルダの温度を、目標温度決定ステップで決定した目標温度に調整する目標温度調整ステップと、を有する。

本発明の目的を達成するための三次元形状測定装置の参照面位置調整方法は、白色光である測定光から測定光の一部を参照光として分割し、測定光を被測定面に出射し且つ参照光を参照面に出射して、被測定面から戻る測定光と参照面から戻る参照光との干渉光を生成する干渉部と、測定光を被測定面に集光させる対物レンズと、干渉部及び参照面を収納するホルダであって、温度変化に応じて可逆的に熱変形する材料で形成されており、温度変化に応じて干渉部と参照面との間の参照光の光路長である参照光路長を変化させるホルダと、を備える三次元形状測定装置の参照面位置調整方法において、対物レンズの焦点を被測定面に合わせる合焦ステップと、合焦ステップの後に、ホルダの温度を変化させる温度変化ステップと、ホルダの温度が変化している間、干渉光を繰り返し撮像する撮像ステップと、撮像ステップで干渉光の撮像が行われるごとに、ホルダの温度を取得する温度取得ステップと、撮像ステップで得られた複数の画像と、温度取得ステップで得られた画像ごとのホルダの温度と、に基づき、干渉縞の強度が最大になる温度を目標温度として決定する目標温度決定ステップと、ホルダの温度を、目標温度決定ステップで決定した目標温度に調整する温度調整ステップと、を有する。

本発明は、設置環境温度に関係なく、低コストで測定光路長と参照光路長とを高精度に一致させられる。

第１実施形態の三次元形状測定装置の概略図である。 制御装置の機能ブロック図である。 符号３Ａ～３Ｃは、参照面収納部の目標温度の決定処理の流れを説明するための説明図である。 符号４Ａは、図３の符号３Ａの状態に対応したカメラの撮像画像であり、符号４Ｂは、図３の符号３Ｂの状態に対応したカメラの撮像画像であり、符号４Ｃは、図３の符号３Ｃの状態に対応したカメラの撮像画像である。 温度制御部の機能ブロック図である。 形状演算部による被測定面の三次元形状の演算を説明するための説明図である。 第１実施形態の三次元形状測定装置による被測定面の三次元形状の測定処理、特に参照面位置調整方法の流れを示したフローチャートである。 図７中の形状測定ステップの処理の流れを示したフローチャートである。 第２実施形態の三次元形状測定装置による被測定面の三次元形状の測定処理の流れを示したフローチャートである。 第３実施形態の三次元形状測定装置の温度制御部の機能ブロック図である。 第４実施形態の三次元形状測定装置の白色干渉顕微鏡の干渉対物レンズ及び断熱材の拡大図である。 第５実施形態の三次元形状測定装置の白色干渉顕微鏡の干渉対物レンズの拡大図である。 従来の三次元形状測定装置を構成する白色干渉顕微鏡の課題を説明するための説明図である。 従来の三次元形状測定装置を構成する白色干渉顕微鏡の課題を説明するための説明図である。 従来の三次元形状測定装置を構成する白色干渉顕微鏡の課題を説明するための説明図である。

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態の三次元形状測定装置９の概略図である。なお、図中の互いに直交するＸＹＺ方向のうちでＸＹ方向は水平方向に平行な方向であり、Ｚ方向は上下方向に平行な方向である。

図１に示すように、三次元形状測定装置９は、ＷＬＩ方式での被測定面Ｗの三次元形状測定を行う。この三次元形状測定装置９は、大別して、白色干渉顕微鏡１０と、駆動機構１２と、スケール１４と、制御装置１６と、操作部１７と、を備える。

白色干渉顕微鏡１０は、マイケルソン型の走査型白色干渉顕微鏡であり、光源部２０と、ビームスプリッタ２２と、干渉対物レンズ２４と、温度調整部２６と、温度センサ２８と、断熱材３０と、結像レンズ３２と、カメラ３４と、を備える。被測定面ＷからＺ方向上方側に沿って、干渉対物レンズ２４と、ビームスプリッタ２２と、結像レンズ３２と、カメラ３４と、の順で配置されている。また、ビームスプリッタ２２に対してＸ方向（Ｙ方向でも可）に対向する位置に光源部２０が配置されている。

光源部２０は、制御装置１６の制御の下、ビームスプリッタ２２に向けて平行光束の白色光（可干渉性の少ない低コヒーレンス光）を、測定光Ｌ１として出射する。この光源部２０は、図示は省略するが、発光ダイオード、半導体レーザ、ハロゲンランプ、及び高輝度放電ランプなどの測定光Ｌ１を出射可能な光源と、この光源から出射された測定光Ｌ１を平行光束に変換するコレクタレンズと、を備える。

ビームスプリッタ２２は、例えばハーフミラーが用いられる。ビームスプリッタ２２は、光源部２０から入射した測定光Ｌ１の一部をＺ方向下方側の干渉対物レンズ２４に向けて反射する。また、ビームスプリッタ２２は、干渉対物レンズ２４から入射する後述の干渉光Ｌ３の一部をＺ方向上方側に透過して、この干渉光Ｌ３を結像レンズ３２に向けて出射する。

干渉対物レンズ２４は、マイケルソン型であり、対物レンズ２４ａとビームスプリッタ２４ｂと参照面２４ｃとホルダ２４ｄとを備える。被測定面ＷからＺ方向上方側に沿ってビームスプリッタ２４ｂ及び対物レンズ２４ａが順に配置され、また、ビームスプリッタ２４ｂに対してＸ方向（Ｙ方向でも可）に対向する位置に参照面２４ｃが配置されている。

対物レンズ２４ａは、集光作用を有しており、ビームスプリッタ２２から入射した測定光Ｌ１を、ビームスプリッタ２４ｂを通して被測定面Ｗに集光させる。この対物レンズ２４ａとしては、例えばＮＡが０．７以上の高倍率対物レンズが用いられる。

ビームスプリッタ２４ｂは、本発明の干渉部に相当するものであり、例えばハーフミラーが用いられる。ビームスプリッタ２４ｂは、対物レンズ２４ａから入射する測定光Ｌ１の一部を参照光Ｌ２として分割し、残りの測定光Ｌ１を透過して被測定面Ｗに出射し且つ参照光Ｌ２を参照面２４ｃに向けて反射する。なお、図中の符号Ｄ１は、ビームスプリッタ２４ｂと被測定面Ｗとの間の測定光Ｌ１の光路長である測定光路長を示す。ビームスプリッタ２４ｂを透過した測定光Ｌ１は、被測定面Ｗに照射された後、被測定面Ｗにより反射されてビームスプリッタ２４ｂに戻る。

参照面２４ｃは、例えば反射ミラーが用いられ、ビームスプリッタ２４ｂから入射した参照光Ｌ２をビームスプリッタ２４ｂに向けて反射する。この参照面２４ｃは、参照面位置調整機構２５によってＸ方向の位置を手動調整可能である。

参照面位置調整機構２５は、例えばネジ式の微調整機構であり、オペレータからの操作を受けて参照面２４ｃのＸ方向位置を調整する。これにより、ビームスプリッタ２４ｂと参照面２４ｃとの間の参照光Ｌ２の光路長である参照光路長Ｄ２を調整可能である。参照面位置調整機構２５は、参照光路長Ｄ２が測定光路長Ｄ１に概略一致するように、参照面２４ｃのＸ方向位置を調整する手動調整（概略調整）に用いられる。

ビームスプリッタ２４ｂは、被測定面Ｗから戻る測定光Ｌ１と参照面２４ｃから戻る参照光Ｌ２との干渉光Ｌ３を生成し、この干渉光Ｌ３をＺ方向上方側の対物レンズ２４ａに向けて出射する。この干渉光Ｌ３は、対物レンズ２４ａ及びビームスプリッタ２２を透過して結像レンズ３２に入射する。干渉光Ｌ３は干渉縞１０１（図４参照）を含む光である。

ホルダ２４ｄは、例えば真鍮のような金属材料、すなわち可逆的に熱変形する材料で形成されている。このホルダ２４ｄは、レンズ鏡胴２４ｄ１と参照面収納部２４ｄ２とを備える。レンズ鏡胴２４ｄ１は、Ｚ方向に延びた筒形状に形成されており、対物レンズ２４ａ及びビームスプリッタ２４ｂを収納（保持）する。参照面収納部２４ｄ２は、レンズ鏡胴２４ｄ１におけるビームスプリッタ２４ｂの保持位置からＸ方向に延びた筒形状に形成されており、参照面２４ｃを収納する。なお、既述の通り、参照面２４ｃは、参照面位置調整機構２５によりＸ方向の位置の手動調整が可能である。

温度調整部２６は、参照面収納部２４ｄ２の近傍に設けられており、後述の制御装置１６の制御の下、少なくともビームスプリッタ２４ｂと参照面２４ｃとの間の温度、すなわち参照面収納部２４ｄ２の温度を調整する。この温度調整部２６としては、例えば、ヒータ及びペルチェ素子などが用いられる。

参照面収納部２４ｄ２は、既述の通り真鍮で形成されているので、温度変化に応じて可逆的に熱変形（膨張、収縮）する。このため、温度調整部２６により参照面収納部２４ｄ２の温度を変化させることで、参照面収納部２４ｄ２を熱変形させてこの熱変形に応じて参照面２４ｃのＸ方向位置を調整可能である。そして、参照面収納部２４ｄ２の温度制御を厳密に行うことで、参照面位置調整機構２５よりも参照面２４ｃのＸ方向位置を高精度（高分解能）で調整可能、すなわち参照光路長Ｄ２を高精度に調整可能である。本実施形態では、制御装置１６の制御の下、温度調整部２６による参照面収納部２４ｄ２の温度調整を行うことで、参照光路長Ｄ２が測定光路長Ｄ１と一致するように、参照面２４ｃのＸ方向位置（参照光路長Ｄ２）の精密調整を行う。

温度センサ２８は、本発明の温度測定部に相当する。温度センサ２８は、参照面収納部２４ｄ２の近傍に設けられており、ホルダ２４ｄの中で少なくとも参照面収納部２４ｄ２（ビームスプリッタ２４ｂと参照面２４ｃとの間）の温度を測定し、その温度測定結果を制御装置１６へ出力する。この温度センサ２８の測定結果は、制御装置１６による温度調整部２６の制御、すなわち参照面２４ｃのＸ方向位置の調整（参照光路長Ｄ２の調整）に利用される。

断熱材３０は、干渉対物レンズ２４の全体、温度調整部２６、及び温度センサ２８を覆うように設けられている。これにより、断熱材３０の内部の温度、特に参照面収納部２４ｄ２及びその近傍の温度が外部の影響を受けて変化することが防止される。

結像レンズ３２は、ビームスプリッタ２２から入射した干渉光Ｌ３をカメラ３４の撮像面（図示は省略）に結像させる。具体的には結像レンズ３２は、対物レンズ２４ａの焦点面上における点を、カメラ３４の撮像面上の像点として結像する。

カメラ３４は、図示は省略するがＣＣＤ（Charge Coupled Device）型又はＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）型の撮像素子を備える。カメラ３４は、結像レンズ３２により撮像素子の撮像面に結像された干渉光Ｌ３を撮像し、この撮像により得られた干渉光Ｌ３の撮像信号を信号処理して撮像画像３６を出力する。この撮像画像３６は干渉縞１０１（図４参照）を含む画像である。

駆動機構１２は、本発明の走査部に相当する。駆動機構１２は、公知のリニアモータ或いはモータ駆動機構などの各種アクチュエータにより構成されており、白色干渉顕微鏡１０を走査方向であるＺ方向に移動自在に保持している。この駆動機構１２は、制御装置１６の制御の下、白色干渉顕微鏡１０をＺ方向に沿って走査する。これにより、被測定面Ｗの三次元形状の測定時に測定光路長Ｄ１の変更が可能になる。

なお、駆動機構１２は、被測定面Ｗに対して白色干渉顕微鏡１０又はその少なくともビームスプリッタ２４ｂをＺ方向に相対的に走査可能であればよく、例えば被測定面Ｗ（被測定面Ｗを支持する支持部）をＺ方向に走査してもよい。

スケール１４は、白色干渉顕微鏡１０のＺ方向位置を検出する位置検出センサであり、例えばリニアスケールが用いられる。このスケール１４は、白色干渉顕微鏡１０のＺ方向位置を繰り返し検出し、その位置検出結果を制御装置１６に対して繰り返し出力する。

制御装置１６は、操作部１７に対する入力操作に応じて、参照面２４ｃのＸ方向位置調整、白色干渉顕微鏡１０による被測定面Ｗの三次元形状の測定動作、及び被測定面Ｗの三次元形状の演算などを統括的に制御する。この制御装置１６は、各種のプロセッサ（Processor）及びメモリ等から構成された演算回路を備える。各種のプロセッサには、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、及びプログラマブル論理デバイス［例えばＳＰＬＤ（Simple Programmable Logic Devices）、ＣＰＬＤ（Complex Programmable Logic Device）、及びＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Arrays）］等が含まれる。なお、制御装置１６の各種機能は、１つのプロセッサにより実現されてもよいし、同種または異種の複数のプロセッサで実現されてもよい。

図２は、制御装置１６の機能ブロック図である。図２に示すように、制御装置１６には、白色干渉顕微鏡１０の各部（光源部２０、温度調整部２６、温度センサ２８、及びカメラ３４）、駆動機構１２、及びスケール１４、及び操作部１７が接続されている。

制御装置１６は、不図示の記憶部から読み出した不図示の制御プログラムを実行することで、合焦制御部９８、温度制御部１００、測定制御部１０２、及び形状演算部１０４として機能する。

合焦制御部９８は、参照面２４ｃのＸ方向位置調整時（後述の目標温度の決定時）と、被測定面Ｗの三次元形状の測定時とにおいて、対物レンズ２４ａの焦点を被測定面Ｗに合わせる合焦制御を行う。

例えば、合焦制御部９８は、光源部２０から測定光Ｌ１を出射させると共に、駆動機構１２により白色干渉顕微鏡１０をＺ方向に走査し、さらにこの走査が行われている間、カメラ３４による干渉光Ｌ３の撮像及び撮像画像３６の出力を繰り返し実行させる。次いで、合焦制御部９８は、カメラ３４から出力された複数の撮像画像３６に基づき各撮像画像３６の画素ごとに合焦度（コントラスト値）を演算し、この演算結果に基づき対物レンズ２４ａの焦点が被測定面Ｗに合う白色干渉顕微鏡１０のＺ方向位置を決定する。そして、合焦制御部９８は、白色干渉顕微鏡１０のＺ方向位置の決定結果に基づき、駆動機構１２を制御して、白色干渉顕微鏡１０のＺ方向位置を調整することで、対物レンズ２４ａの焦点を被測定面Ｗに合わせる。

なお、合焦制御部９８による合焦制御の方法は、上述の方法に限定されるものではなく、公知の各種方法を用いてもよい。また、本実施形態では、参照面２４ｃのＸ方向位置調整に使用される被測定面Ｗ上に、合焦制御用のテストパターン９９が形成されている（図４参照）。

温度制御部１００は、温度調整部２６を制御して、参照面収納部２４ｄ２の温度を調整する。これにより、温度制御部１００は、参照面２４ｃのＸ方向位置、すなわち参照光路長Ｄ２を調整可能である。既述の通り、参照面収納部２４ｄ２（ホルダ２４ｄ）は可逆的に熱変形する材料で形成されている。このため、白色干渉顕微鏡１０の設置環境温度に応じて参照面収納部２４ｄ２が熱変形することで、参照光路長Ｄ２が変化してしまう。従って、逆に参照面収納部２４ｄ２の温度を調整することで、参照光路長Ｄ２を所望の値に調整可能である。

そこで、本実施形態では、対物レンズ２４ａの焦点を被測定面Ｗに合わせた状態において、参照光路長Ｄ２が測定光路長Ｄ１に一致するような参照面収納部２４ｄ２（ホルダ２４ｄ）の目標温度を事前に決定して、参照面収納部２４ｄ２を目標温度に調整する。これにより、参照光路長Ｄ２が測定光路長Ｄ１に一致するように参照面２４ｃのＸ方向位置を調整する。

図３の符号３Ａ～３Ｃは、参照面収納部２４ｄ２の目標温度の決定処理の流れを説明するための説明図である。図４の符号４Ａは、図３の符号３Ａの状態に対応したカメラ３４の撮像画像３６であり、符号４Ｂは、図３の符号３Ｂの状態に対応したカメラ３４の撮像画像３６であり、符号４Ｃは、図３の符号３Ｃの状態に対応したカメラ３４の撮像画像３６である。なお、図４中の縦軸は、カメラ３４による撮像時の白色干渉顕微鏡１０のＺ方向位置を示す。

白色干渉顕微鏡１０には、テストパターン９９が形成された被測定面Ｗが予めセットされている。図３の符号３Ａ及び図４の符号４Ａに示すように、温度制御部１００により温度調整部２６を制御して、参照面収納部２４ｄ２の温度を予め定められた仮目標温度に調整する。この場合に、温度制御部１００は本発明の仮目標温度制御部として機能する。仮目標温度は、例えば、メーカによって定められた干渉対物レンズ２４の使用環境温度の推奨値である。この状態では、カメラ３４により撮像される撮像画像３６内のテストパターン９９の像はピンボケしている。

次いで、図３の符号３Ｂ及び図４の符号４Ｂに示すように、既述の合焦制御部９８が合焦制御（白色干渉顕微鏡１０のＺ方向位置調整）を行って、対物レンズ２４ａの焦点を被測定面Ｗのテストパターン９９に合わせる。これにより、カメラ３４により撮像される撮像画像３６内のテストパターン９９の像のピントが合うが、測定光路長Ｄ１が変化して測定光路長Ｄ１と参照光路長Ｄ２とが不一致になるので、撮像画像３６内の干渉縞１０１の発生が抑えられる。

図３の符号３Ｃ及び図４の符号４Ｃに示すように、合焦制御部９８による合焦制御の完了後、オペレータが参照面位置調整機構２５による参照面２４ｃのＸ方向位置の手動調整（概略調整）を行って、参照光路長Ｄ２を測定光路長Ｄ１に概略一致させる。例えばオペレータは、カメラ３４により撮像される撮像画像３６を観察しながら参照面位置調整機構２５を操作して、参照面２４ｃのＸ方向位置を、撮像画像３６内の干渉縞１０１の強度が最も強くなる位置に調整する。

既述の通り、参照面位置調整機構２５のみで参照光路長Ｄ２を測定光路長Ｄ１に精密一致させるためには、対物レンズ２４ａの焦点深度（例えばＤＯＦ＝０．５６μm）よりも十分に小さい制御分解能を有する参照面位置調整機構２５が必要になる。一方、本実施形態のように参照光路長Ｄ２を測定光路長Ｄ１に概略一致させるだけであれば、ネジ式の参照面位置調整機構２５でも実行可能である。

参照面位置調整機構２５による手動調整が完了した後、温度制御部１００により温度調整部２６を制御して参照面収納部２４ｄ２の温度を仮目標温度から変化させながら、カメラ３４による干渉光Ｌ３の撮像及び撮像画像３６の出力と、温度センサ２８による参照面収納部２４ｄ２の温度測定と、を繰り返し行う。なお、参照面収納部２４ｄ２の温度変化の範囲は、例えば、仮目標温度を中心とする一定範囲内に設定される。

次いで、温度制御部１００は、参照面収納部２４ｄ２の温度変化の間に得られた複数の撮像画像３６及び参照面収納部２４ｄ２の温度に基づき、詳しくは後述するが、参照光路長Ｄ２が測定光路長Ｄ１に一致する目標温度を探索及び決定する。そして、温度制御部１００が温度調整部２６を制御して、参照面収納部２４ｄ２の温度を目標温度に調整する。この場合に、温度制御部１００は本発明の目標温度制御部として機能する。

図５は、温度制御部１００の機能ブロック図である。図５に示すように、温度制御部１００は、参照面収納部２４ｄ２の仮目標温度への調整と、参照面収納部２４ｄ２の温度変化と、目標温度の決定と、参照面収納部２４ｄ２の目標温度への調整と、を制御する。

なお、温度制御部１００による参照面収納部２４ｄ２の温度制御方法としては、例えば、温度センサ２８の測定結果に基づき参照面収納部２４ｄ２の温度を調整するフィードバック制御が行われる。このフィードバック制御としては、ＰＩＤ（Proportional-Integral-Differential）制御が例として挙げられる。

温度制御部１００は、温度取得部１００ａと、目標温度記憶部１００ｂと、計算処理部１００ｃと、出力制御部１００ｄと、温度変化制御部１００ｅと、画像取得部１００ｆと、目標温度決定部１００ｇと、を備える。

温度取得部１００ａは、例えば温度センサ２８に接続されたインタフェースである。温度取得部１００ａは、温度センサ２８から参照面収納部２４ｄ２の温度測定結果が繰り返し出力されるごとに、温度センサ２８からの温度測定結果の取得と、計算処理部１００ｃ又は目標温度決定部１００ｇへの温度測定結果の出力と、を繰り返し行う。なお、温度取得部１００ａは、参照面収納部２４ｄ２を仮目標温度又は目標温度に調整する温度調整時には、温度測定結果を計算処理部１００ｃへ出力する。また、温度取得部１００ａは、参照面収納部２４ｄ２の温度変化時は、カメラ３４による干渉光Ｌ３の撮像に合わせて温度測定結果を目標温度決定部１００ｇへ出力する。

目標温度記憶部１００ｂは、干渉対物レンズ２４の種類に応じて予め定められた仮目標温度と、後述の目標温度決定部１００ｇが決定した目標温度と、を記憶する。なお、目標温度記憶部１００ｂがインターネット上のサーバに設けられていてもよい。

計算処理部１００ｃは、目標温度の決定前には目標温度記憶部１００ｂから仮目標温度を取得し、目標温度の決定後には目標温度記憶部１００ｂから目標温度を取得する。そして、計算処理部１００ｃは、温度センサ２８から新たな温度測定結果が入力されるごとに、この温度測定結果と、仮目標温度又は目標温度（以下、目標温度等と略す）と、の差分を計算して、この差分計算結果を出力制御部１００ｄへ出力する。

出力制御部１００ｄは、温度調整部２６の温度制御を行う。この出力制御部１００ｄには、例えば、計算処理部１００ｃによる差分計算結果と、参照面収納部２４ｄ２の温度を目標温度等に調整するために必要な温度調整部２６の温度調整量と、の関係を定めたデータテーブル或いは演算式が記憶されている。これにより、出力制御部１００ｄは、計算処理部１００ｃから入力される差分計算結果に基づき、上述のデータテーブル等を参照して温度調整部２６を制御して、参照面収納部２４ｄ２の温度を目標温度等に調整する。

温度変化制御部１００ｅは、オペレータが参照面位置調整機構２５の手動調整後に例えば操作部１７で温度変化開始操作を実行した場合に、出力制御部１００ｄを介して温度調整部２６を制御して、参照面収納部２４ｄ２の温度を、例えば仮目標温度を中心とする一定範囲内で変化させる。

画像取得部１００ｆは、例えばカメラ３４に接続されたインタフェースである。画像取得部１００ｆは、参照面収納部２４ｄ２の温度変化が行われている間、カメラ３４に干渉光Ｌ３の撮像を繰り返し実行させると共に、カメラ３４からの撮像画像３６の取得と目標温度決定部１００ｇへの撮像画像３６の出力と、を繰り返し行う。

目標温度決定部１００ｇは、参照面収納部２４ｄ２の目標温度の決定を行う。この目標温度決定部１００ｇには、カメラ３４と温度取得部１００ａとが接続されている。そして、目標温度決定部１００ｇは、温度調整部２６が参照面収納部２４ｄ２の温度変化を行っている間、画像取得部１００ｆから撮像画像３６を繰り返し取得すると共に、温度取得部１００ａから温度測定結果を繰り返し取得して、目標温度の探索及び決定を行う。

具体的には目標温度決定部１００ｇは、画像取得部１００ｆから入力された複数の撮像画像３６ごとに、撮像画像３６内の干渉縞１０１を検出し、さらにその強度（画素値）を検出する。次いで、目標温度決定部１００ｇは、画像取得部１００ｆから入力された複数の撮像画像３６の中で干渉縞１０１の強度が最大になる撮像画像３６、すなわち測定光路長Ｄ１と参照光路長Ｄ２とが一致している状態で撮像された撮像画像３６を選択する。

そして、目標温度決定部１００ｇは、選択した撮像画像３６に対応する温度測定結果を目標温度として決定し、この目標温度を目標温度記憶部１００ｂに記憶させる。これにより、対物レンズ２４ａの焦点を被測定面Ｗに合わせた状態で、温度制御部１００により参照面収納部２４ｄ２の温度を目標温度に調整することで、自動的に参照光路長Ｄ２が測定光路長Ｄ１に一致するように参照面２４ｃのＸ方向位置が調整される。

図２に戻って、測定制御部１０２は、駆動機構１２、光源部２０、及びカメラ３４を制御して、ＷＬＩ方式での被測定面Ｗの三次元形状測定を行う。

具体的には測定制御部１０２は、光源部２０からの測定光Ｌ１の出射を開始させた後、駆動機構１２を制御して白色干渉顕微鏡１０をＺ方向に走査させる。また、測定制御部１０２は、駆動機構１２が白色干渉顕微鏡１０をＺ方向に走査する間、スケール１４による白色干渉顕微鏡１０のＺ方向位置の検出結果に基づき、白色干渉顕微鏡１０がＺ方向に一定のピッチだけ移動するごとに、カメラ３４による干渉光Ｌ３の撮像及び制御装置１６への撮像画像３６の出力を繰り返し実行させる。そして、ピッチごとの撮像画像３６は、カメラ３４から形状演算部１０４に入力される。

なお、カメラ３４で干渉光Ｌ３を撮像する際のカメラ３４のＺ方向位置はスケール１４により検出可能であるので、白色干渉顕微鏡１０をＺ方向に走査する際のピッチは一定ピッチに限定されるものでなく不等ピッチであってもよい（以下同じ）。

図６は、形状演算部１０４による被測定面Ｗの三次元形状の演算を説明するための説明図である。形状演算部１０４は被測定面Ｗの三次元形状を演算する。形状演算部１０４は、白色干渉顕微鏡１０が一定のピッチだけ移動するごとに、既述の画像取得部１００ｆのようなインタフェースを介して、カメラ３４から入力される撮像画像３６を取得する。

次いで、形状演算部１０４は、図６に示すように、干渉縞１０１が発生している各撮像画像３６の画素ごとの輝度値を検出する。そして、形状演算部１０４は、各撮像画像３６（カメラ３４の撮像素子）の同一座標の画素ごとの輝度値（符号Ｐ１参照）を比較する。ここで、図６は任意の１つの画素における輝度値とＺ方向位置との関係を示している。形状演算部１０４は、各撮像画像３６の同一座標の画素ごとに輝度値が最大になるＺ方向位置を決定することで、同一座標の画素ごとに被測定面Ｗの高さ情報を演算する。これにより、被測定面Ｗの三次元形状が求められる。なお、ＷＬＩ方式での被測定面Ｗの三次元形状の演算については公知技術（上記特許文献１参照）であるので、ここでは詳細な説明は省略する。

［第１実施形態の作用］
図７は、第１実施形態の三次元形状測定装置９による被測定面Ｗの三次元形状の測定処理、特に参照面位置調整方法の流れを示したフローチャートである。図７に示すように、三次元形状測定装置９による被測定面Ｗの三次元形状の測定処理は、大別して、目標温度決定ステップＳ１０と形状測定ステップＳ２０とに分かれる。

目標温度決定ステップＳ１０では、参照面収納部２４ｄ２（ホルダ２４ｄ）の目標温度を決定する。なお、目標温度決定ステップＳ１０は、例えば、白色干渉顕微鏡１０に新たな干渉対物レンズ２４を装着するごと、或いは一定期間ごとに実行される。

最初にオペレータは、テストパターン９９が形成された被測定面Ｗを白色干渉顕微鏡１０にセットする。なお、三次元形状の測定対象の被測定面Ｗに形成されている各種パターンをテストパターン９９として用いてもよい。

白色干渉顕微鏡１０への被測定面Ｗ（テストパターン９９）のセット完了後、オペレータが操作部１７を操作して目標温度の決定開始操作を行うと、温度取得部１００ａが、温度センサ２８からの参照面収納部２４ｄ２の温度測定結果の取得と、計算処理部１００ｃへの温度測定結果の出力と、を繰り返し行う。

また同時に、計算処理部１００ｃが目標温度記憶部１００ｂから仮目標温度の情報を取得する。次いで、計算処理部１００ｃが、温度取得部１００ａから新たな温度測定結果が入力されるごとに、この温度測定結果と仮目標温度との差分を計算して、この差分計算結果を出力制御部１００ｄへ出力する。そして、出力制御部１００ｄが、差分計算結果に基づき温度調整部２６を制御することで、参照面収納部２４ｄ２を仮目標温度に調整する（ステップＳ１１、本発明の仮目標温度調整ステップに相当）。

この際に本実施形態では、干渉対物レンズ２４、温度調整部２６、及び温度センサ２８を断熱材３０で覆っているので、断熱材３０の内部の温度、特に参照面収納部２４ｄ２及びその近傍を仮目標温度で安定させることができる。

合焦制御部９８は、温度センサ２８の温度測定結果に基づき参照面収納部２４ｄ２が仮目標温度に調整された場合には、光源部２０、駆動機構１２、及びカメラ３４を制御して、対物レンズ２４ａの焦点をテストパターン９９に合わせる合焦制御を行う（ステップＳ１２、本発明の合焦ステップに相当）。なお、ステップＳ１２は、ステップＳ１１の前、或いはステップＳ１１と同時に実行してもよい。

合焦制御が完了すると、オペレータが、参照面位置調整機構２５による参照面２４ｃのＸ方向位置の手動調整を行って、参照光路長Ｄ２を測定光路長Ｄ１に概略一致させる（ステップＳ１３、本発明の概略位置調整ステップに相当）。既述の通り、参照光路長Ｄ２を測定光路長Ｄ１に概略一致させればよいので、ネジ式等の参照面位置調整機構２５でも実行可能であり、白色干渉顕微鏡１０のコストが抑えられる。そして、オペレータは、操作部１７にて参照面収納部２４ｄ２の温度変化の開始操作を行う。

操作部１７にて温度変化の開始操作が行われると、温度変化制御部１００ｅが、出力制御部１００ｄを介して温度調整部２６を制御して、参照面収納部２４ｄ２の温度変化を開始させる（ステップＳ１４、本発明の温度変化ステップに相当）。

参照面収納部２４ｄ２の温度変化が開始されると、画像取得部１００ｆがカメラ３４に干渉光Ｌ３の撮像を繰り返し実行させると共に、カメラ３４からの撮像画像３６の取得と目標温度決定部１００ｇへの撮像画像３６の出力とを繰り返し実行する（ステップＳ１５、本発明の撮像ステップに相当）。また同時に温度取得部１００ａが、カメラ３４による干渉光Ｌ３の撮像に合わせて温度センサ２８による温度測定結果を繰り返し取得して目標温度決定部１００ｇへ繰り返し出力する（ステップＳ１５、本発明の温度取得ステップに相当）。

以下、参照面収納部２４ｄ２の温度変化が継続している間、画像取得部１００ｆから目標温度決定部１００ｇへの撮像画像３６の出力と、温度取得部１００ａから目標温度決定部１００ｇへの温度測定結果の出力と、が繰り返し実行される（ステップＳ１６でＮＯ）。

参照面収納部２４ｄ２の温度変化の完了後（ステップＳ１６でＹＥＳ）、目標温度決定部１００ｇが、画像取得部１００ｆから入力された各撮像画像３６の中から干渉縞１０１の強度が最大になる撮像画像３６を選択し、この撮像画像３６に対応する温度測定結果を目標温度として決定する（ステップＳ１７、本発明の目標温度決定ステップに相当）。そして、目標温度決定部１００ｇは、決定した目標温度を目標温度記憶部１００ｂに記憶させる。以上で目標温度決定ステップＳ１０の全ての処理が終了する。

図８は、図７中の形状測定ステップＳ２０の処理の流れを示したフローチャートである。図８に示すように、オペレータは、目標温度決定ステップＳ１０の完了後、測定対象の被測定面Ｗを白色干渉顕微鏡１０にセットすると共に、操作部１７を操作して被測定面Ｗの三次元形状の測定開始操作を行う。

測定開始操作がなされると、合焦制御部９８が、既述のステップＳ１３と同様の合焦制御を行って、対物レンズ２４ａの焦点を被測定面Ｗに合わせる（ステップＳ２１）。なお、ステップＳ２１の合焦制御は省略してもよい。

合焦制御が完了すると、温度取得部１００ａが、温度センサ２８からの参照面収納部２４ｄ２の温度測定結果の取得と、計算処理部１００ｃへの温度測定結果の出力と、を繰り返し行う。

また同時に計算処理部１００ｃが、目標温度記憶部１００ｂから目標温度の情報を取得して、温度取得部１００ａから温度センサ２８の新たな温度測定結果が入力されるごとに、この温度測定結果と目標温度との差分計算結果を出力制御部１００ｄへ出力する。そして、出力制御部１００ｄが、差分計算結果に基づき温度調整部２６を制御することで、参照面収納部２４ｄ２を目標温度に調整する（ステップＳ２２、本発明の目標温度調整ステップに相当）。なお、干渉対物レンズ２４、温度調整部２６、及び温度センサ２８は断熱材３０で覆われているので、参照面収納部２４ｄ２及びその近傍は目標温度で安定する。

参照面収納部２４ｄ２が目標温度決定ステップＳ１０で決定した目標温度に調整されることで、参照面収納部２４ｄ２を熱変形させて、参照面２４ｃのＸ方向位置を、参照光路長Ｄ２が測定光路長Ｄ１に一致する位置に自動調整することができる。

ここで、例えば真鍮の線熱膨張係数を２０×１０^－６（１／℃）とし、参照光路長Ｄ２を５ｍｍとすると、参照面収納部２４ｄ２の１℃あたりの温度変化に対する参照面２４ｃのＸ方向位置の変化量は０．１μｍ［＝（２０×１０^－６）×（５×１０^－３）×１］となる。一般に１℃単位の温度制御は容易であるので、参照面収納部２４ｄ２の温度調整により参照面２４ｃのＸ方向位置を調整する場合には、対物レンズ２４ａの焦点深度（ＤＯＦ＝０．５６μｍ）に対して十分な制御分解能が得られる。これにより、対物レンズ２４ａの焦点を被測定面Ｗに合わせた状態において、参照光路長Ｄ２を測定光路長Ｄ１に高精度に一致させることができる。その結果、ビームスプリッタ２４ｂで生成される干渉光Ｌ３に含まれる干渉縞１０１の強度が強くなる。

また、本実施形態では、白色干渉顕微鏡１０の設置環境温度に関係なく、温度調整部２６により参照面収納部２４ｄ２の温度を目標温度に調整及び維持することができるので、参照光路長Ｄ２を測定光路長Ｄ１に一致させた状態を維持可能である。

ステップＳ２２の実施タイミングはこれに限らない。例えば、システム（三次元形状測定装置９）の電源投入時にステップＳ２２の実行を開始して、すべての測定対象物（被測定面Ｗ）の測定が終わるまでホルダ（参照面収納部２４ｄ２）の温度を調整し続けても良い。

そして、測定制御部１０２は、温度センサ２８の温度測定結果に基づき参照面収納部２４ｄ２が目標温度に調整されると、駆動機構１２を制御して白色干渉顕微鏡１０のＺ方向の走査を開始させる（ステップＳ２３）。また、測定制御部１０２は、スケール１４による白色干渉顕微鏡１０のＺ方向位置の検出結果に基づき、白色干渉顕微鏡１０がＺ方向に一定のピッチだけ移動するごとに、カメラ３４による干渉光Ｌ３の撮像を繰り返し実行させる（ステップＳ２４、ステップＳ２５でＮＯ、ステップＳ２６）。これにより、カメラ３４から形状演算部１０４に対して、干渉縞１０１が発生している撮像画像３６が逐次入力される。

白色干渉顕微鏡１０の走査が終了すると（ステップＳ２５でＹＥＳ）、形状演算部１０４が、干渉縞１０１が発生している各撮像画像３６の画素ごとに輝度値を検出し、各撮像画像３６の同一座標の画素ごとに輝度値が最大になるＺ方向位置を決定することで、同一座標の画素ごとに被測定面Ｗの高さ情報を演算する。これにより、形状演算部１０４によって被測定面Ｗの三次元形状が演算される（ステップＳ２７）。

以下、測定対象の被測定面Ｗが変わるごとに上述のステップＳ２１（ステップＳ２１は省略可）からステップＳ２７の処理が繰り返し実行される。なお、白色干渉顕微鏡１０に装着する干渉対物レンズ２４の切り替える場合には、上述の目標温度決定ステップＳ１０から繰り返し実行される。

以上のように第１実施形態では、対物レンズ２４ａの焦点を被測定面Ｗに合わせた状態において参照光路長Ｄ２が測定光路長Ｄ１に一致するような参照面収納部２４ｄ２の目標温度を事前に決定して、この目標温度に参照面収納部２４ｄ２を温度調整することで、自動的に参照光路長Ｄ２を測定光路長Ｄ１に高精度に一致させられる。また、コストの高い高分解能な参照面位置調整機構２５が不要になる。白色干渉顕微鏡１０の設置環境温度に関係なく、参照光路長Ｄ２を測定光路長Ｄ１に一致した状態を低コストで維持することができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態の三次元形状測定装置９の説明を行う。上記第１実施形態の三次元形状測定装置９では、参照面収納部２４ｄ２の目標温度の決定を行う場合にオペレータが参照面位置調整機構２５の手動調整を行って、参照光路長Ｄ２を測定光路長Ｄ１に概略一致させている。これに対して第２実施形態の三次元形状測定装置９は、参照面位置調整機構２５の手動調整を行うことなく、参照面収納部２４ｄ２の目標温度の決定を自動で行う。

図９は、第２実施形態の三次元形状測定装置９による被測定面Ｗの三次元形状の測定処理の流れを示したフローチャートである。なお、第２実施形態の三次元形状測定装置９は、上記第１実施形態の目標温度決定ステップＳ１０の代わりに目標温度決定ステップＳ１０Ａを実行する点を除けば、上記第１実施形態の三次元形状測定装置９と基本的に同じ構成であるので、上記第１実施形態と機能又は構成上同一のものについては同一符号を付してその説明は省略する。

図９に示すように、第２実施形態の目標温度決定ステップＳ１０Ａでは、白色干渉顕微鏡１０への被測定面Ｗのセット完了後、オペレータが操作部１７を操作して目標温度の決定開始操作を行うと、合焦制御部９８が対物レンズ２４ａの焦点をテストパターン９９に合わせる合焦制御を行う（ステップＳ１２）。

第２実施形態では合焦制御が完了すると、温度変化制御部１００ｅが、出力制御部１００ｄを介して温度調整部２６を制御して、参照面収納部２４ｄ２の温度変化を開始させる（ステップＳ１４）。なお、第２実施形態では、第１実施形態のように事前に参照光路長Ｄ２を測定光路長Ｄ１に概略一致させてはないので、参照面収納部２４ｄ２の温度変化の範囲を第１実施形態よりも広く設定することが好ましい。

以下、第１実施形態（図７参照）と同様に、参照面収納部２４ｄ２の温度変化が継続している間、画像取得部１００ｆから目標温度決定部１００ｇへの撮像画像３６の出力と、温度取得部１００ａから目標温度決定部１００ｇへの温度測定結果の出力と、が繰り返し実行される（ステップＳ１５、ステップＳ１６でＮＯ）。

次いで、目標温度決定部１００ｇが、参照面収納部２４ｄ２の温度変化中に画像取得部１００ｆから入力された複数の撮像画像３６と、温度取得部１００ａから入力された複数の温度測定結果と、に基づき、第１実施形態と同様に目標温度の決定及び目標温度記憶部１００ｂへの記憶を行う（ステップＳ１６でＹＥＳ、ステップＳ１７）。以上で第２実施形態の目標温度決定ステップＳ１０Ａの全ての処理が終了する。なお、形状測定ステップＳ２０については、第１実施形態（図８参照）と同じであるので、具体的な説明は省略する。

以上のように第２実施形態では、参照面位置調整機構２５による手動調整を行うことなく、参照面収納部２４ｄ２の目標温度の決定を全て自動で行うことができるので、上記第１実施形態で説明した効果に加えて、第１実施形態よりも被測定面Ｗの三次元形状測定が効率化（自動化）されるという効果が得られる。

［第３実施形態］
図１０は、第３実施形態の三次元形状測定装置９の温度制御部１００の機能ブロック図である。第３実施形態の三次元形状測定装置９の白色干渉顕微鏡１０には、アダプタ部２３が設けられている。このアダプタ部２３には、干渉対物レンズ２４に温度調整部２６及び温度センサ２８を組み付けた複数のレンズ系１１０が選択的に装着される。

ここでレンズ系１１０には、温度調整部２６の位置、温度センサ２８の位置、及び断熱材３０の状態などに起因する温度ムラが生じる。この温度ムラにはレンズ系１１０ごとに個体差があり、同じ種類の干渉対物レンズ２４を備えるレンズ系１１０同士であったとしても必ずしも目標温度が共通にはならない。このため、レンズ系１１０ごとに目標温度の管理を行う必要がある。そこで、第３実施形態の三次元形状測定装置９は、複数のレンズ系１１０ごとの目標温度の管理を行うと共に、アダプタ部２３に装着されているレンズ系１１０に対応した目標温度に従って参照面収納部２４ｄ２の温度調整を行う。

図１０に示すように、第３実施形態の三次元形状測定装置９は、温度制御部１００の目標温度記憶部１００ｂにデータベース１１２が格納されている点と、温度制御部１００がレンズ系判別部１００ｈ及び目標温度取得部１００ｉとして機能する点とを除けば、上記第各実施形態の三次元形状測定装置９と基本的に同じ構成である。このため、上記各実施形態と機能又は構成上同一のものについては同一符号を付してその説明は省略する。なお、図１０では、図面の煩雑化を防止するために、温度制御部１００の一部の機能（温度変化制御部１００ｅ、画像取得部１００ｆ、及び目標温度決定部１００ｇ）の図示を省略している。

データベース１１２には、レンズ系１１０ごとの固有識別情報（個体識別番号）であるレンズＩＤ（identification）と、レンズ系１１０ごとに既述の目標温度決定ステップＳ１０，Ｓ１０Ａで決定した目標温度と、の対応関係を示す情報が記憶されている。なお、データベース１１２は、目標温度記憶部１００ｂ内ではなく外部のサーバに設けられていてもよい。

レンズ系判別部１００ｈは、アダプタ部２３に装着されているレンズ系１１０のレンズＩＤを判別し、その判別結果を目標温度取得部１００ｉへ出力する。例えば、レンズ系１１０にレンズＩＤを記憶したＩＤ記憶部（図示は省略）を設け、レンズ系判別部１００ｈがＩＤ記憶部からレンズＩＤを取得することでレンズＩＤの判別を行ってもよい。また、オペレータが操作部１７を操作して入力したレンズＩＤに基づき、レンズ系判別部１００ｈがレンズＩＤの判別を行ってもよい。

目標温度取得部１００ｉは、レンズ系判別部１００ｈから入力されるレンズＩＤに基づき、このレンズＩＤに対応した目標温度をデータベース１１２から取得して、計算処理部１００ｃへ出力する。これにより、計算処理部１００ｃが、温度取得部１００ａから繰り返し入力される温度センサ２８の温度測定結果と、目標温度取得部１００ｉから入力された目標温度との差分を計算する。そして、上記各実施形態と同様に、出力制御部１００ｄが、差分計算結果に基づき温度調整部２６を制御することで、レンズ系１１０の参照面収納部２４ｄ２を目標温度（仮目標温度）に調整する。

以上のように第３実施形態では、アダプタ部２３に装着されているレンズ系１１０に対応した目標温度をデータベース１１２から取得可能であるため、参照面収納部２４ｄ２をレンズ系１１０ごとに定められた目標温度に調整することができる。その結果、レンズ系１１０の個体差の影響を抑えて、対物レンズ２４ａの焦点を被測定面Ｗに合わせた状態において参照光路長Ｄ２を測定光路長Ｄ１に確実に一致させることができる。これにより、被測定面Ｗの三次元形状の測定をより高精度に行うことができる。

［第４実施形態］
図１１は、第４実施形態の三次元形状測定装置９の白色干渉顕微鏡１０の干渉対物レンズ２４及び断熱材３０Ａの拡大図である。

上記各実施形態では、断熱材３０により干渉対物レンズ２４の全体、温度調整部２６、及び温度センサ２８を覆っているが、図１１に示すように、第４実施形態では、断熱材３０Ａにより参照面収納部２４ｄ２、温度調整部２６、及び温度センサ２８のみを覆う。なお、第４実施形態は、上記各実施形態の断熱材３０とは異なる断熱材３０Ａを備える点を除けば、上記各実施形態と基本的に同じ構成であるので、上記各実施形態と機能又は構成上同一のものについては同一符号を付してその説明は省略する。

このように、断熱材３０Ａにより参照面収納部２４ｄ２、温度調整部２６、及び温度センサ２８を覆うことで、上記各実施形態と同様に参照面収納部２４ｄ２及びその近傍を目標温度（仮目標温度）で安定させることができる。さらに、温度調整部２６で発生する熱による対物レンズ２４ａの収差発生を最小に抑えることができるので、温度変化に強い被測定面Ｗの三次元形状測定を行うことができる。その結果、さらなる高精度及び高信頼度の被測定面Ｗの三次元形状測定が可能になる。

［第５実施形態］
図１２は、第５実施形態の三次元形状測定装置９の白色干渉顕微鏡１０の干渉対物レンズ２００の拡大図である。

上記各実施形態では白色干渉顕微鏡１０にマイケルソン型の干渉対物レンズ２４を設けているが、図１２に示すように、第５実施形態では、白色干渉顕微鏡１０にミラウ型の干渉対物レンズ２００を設けている。なお、第５実施形態は、上記各実施形態の干渉対物レンズ２４とは異なる干渉対物レンズ２００を備える点を除けば、上記各実施形態と基本的に同じ構成であるので、上記各実施形態と機能又は構成上同一のものについては同一符号を付してその説明は省略する。

ミラウ型の干渉対物レンズ２００は、対物レンズ２００ａと、ビームスプリッタ２００ｂと、参照面２００ｃと、ホルダ２００ｄと、参照面位置調整機構２０２と、を備える。被測定面ＷからＺ方向上方側に沿って、ビームスプリッタ２００ｂと、参照面２００ｃと、対物レンズ２００ａと、が順に配置されている。すなわち、対物レンズ２００ａとビームスプリッタ２００ｂとの間に参照面２００ｃが配置されている。

対物レンズ２００ａは、集光作用を有しており、ビームスプリッタ２２（図１参照）から入射した測定光Ｌ１を、ビームスプリッタ２００ｂを通して被測定面Ｗに集光させる。

ビームスプリッタ２００ｂは、本発明の干渉部に相当するものであり、対物レンズ２００ａから入射する測定光Ｌ１の一部を参照光Ｌ２として分割し、残りの測定光Ｌ１をＺ方向下方側に透過して被測定面Ｗに出射し且つ参照光Ｌ２をＺ方向上方側の参照面２４ｃに向けて反射する。

参照面２００ｃは、例えば反射ミラーが用いられ、Ｚ方向下方側のビームスプリッタ２００ｂから入射した参照光Ｌ２をビームスプリッタ２００ｂに向けて反射する。この参照面２００ｃは、例えばネジ式の参照面位置調整機構２０２によってＺ方向の位置を手動調整可能である。これにより、ビームスプリッタ２００ｂと参照面２００ｃとの間の参照光路長Ｄ２を手動調整することができる。その結果、上記第１実施形態のように、参照面位置調整機構２０２による手動調整を行うことで、参照光路長Ｄ２を測定光路長Ｄ１に概略一致させることができる。

ビームスプリッタ２００ｂは、被測定面Ｗから戻る測定光Ｌ１と参照面２００ｃから戻る参照光Ｌ２との干渉光Ｌ３を生成し、この干渉光Ｌ３をＺ方向上方側の対物レンズ２００ａに向けて出射する。この干渉光Ｌ３は、対物レンズ２００ａからビームスプリッタ２２に入射した後、上記各実施形態と同様に、結像レンズ３２を経てカメラ３４により撮像される。

ホルダ２００ｄは、上記各実施形態のホルダ２４ｄと同様に真鍮等の可逆的に熱変形可能な材料によってＺ方向に延びた筒形状に形成されており、対物レンズ２００ａ、ビームスプリッタ２００ｂ、及び参照面２００ｃを収納（保持）する。このホルダ２００ｄの中でビームスプリッタ２００ｂ及び参照面２００ｃを収納している部分（領域）が、参照面収納部２００ｄ１となる。

第５実施形態の温度調整部２６は、参照面収納部２００ｄ１の近傍に設けられており、既述の温度制御部１００の制御の下、少なくともビームスプリッタ２００ｂと参照面２００ｃとの間の温度、すなわち参照面収納部２００ｄ１の温度を調整する。これにより、参照面収納部２００ｄ１の温度を変化させることで、参照面収納部２００ｄ１を熱変形させて、この熱変形に応じて参照面２００ｃのＺ方向位置を調整可能である。その結果、上記各実施形態と同様に、参照面２００ｃのＺ方向位置を、参照光路長Ｄ２が測定光路長Ｄ１に一致するように調整可能になる。

温度センサ２８は、参照面収納部２００ｄ１の近傍に設けられており、ホルダ２００ｄの中で少なくとも参照面収納部２００ｄ１の温度を測定し、その温度測定結果を温度制御部１００へ出力する（図５参照）。これにより、上記各実施形態と同様に、温度制御部１００は、温度センサ２８の測定結果に基づき、参照面収納部２４ｄ２が目標温度（仮目標温度）に調整されるように温度調整部２６を制御するフィードバック制御を行うことができる。

第５実施形態の断熱材３０は、干渉対物レンズ２００、温度調整部２６、及び温度センサ２８を覆うように設けられている。これにより、参照面収納部２００ｄ１及びその近傍を目標温度（仮目標温度）で安定させることができる。なお、既述の図１１に示した第４実施形態と同様に、断熱材３０Ａにより参照面収納部２００ｄ１、温度調整部２６、及び温度センサ２８のみを覆うようにしてもよい。

以上のように第５実施形態においても、ミラウ型の干渉対物レンズ２００の参照面収納部２００ｄ１（ホルダ２００ｄ）の温度制御により、参照光路長Ｄ２が測定光路長Ｄ１と一致するように参照面２００ｃのＺ方向位置（参照光路長Ｄ２）を精密調整することができる。その結果、上記各実施形態と同様の効果が得られる。

［その他］
上記各実施形態では、白色干渉顕微鏡１０にマイケルソン型の干渉対物レンズ２４又はミラウ型の干渉対物レンズ２００が設けられている場合を例に挙げて説明したが、例えばリニック型などの公知の各種干渉対物レンズを設けてもよい。また、干渉対物レンズ２４の各部（対物レンズ２４ａ，２００ａ、ビームスプリッタ２４ｂ，２００ｂ、参照面２４ｃ，２００ｃ）が別体に設けられていてもよい。

上記各実施形態では、駆動機構１２により白色干渉顕微鏡１０をＺ方向に走査しているが、少なくとも干渉対物レンズ２４、２００をＺ方向に走査可能であれば、走査対象は特に限定はされない。

［付記］
上記に詳述した実施形態についての記載から把握されるとおり、本明細書では以下に示す発明を含む多様な技術思想の開示を含んでいる。

［付記項１］
白色光である測定光を出射する光源部と、
前記光源部より出射された前記測定光から前記測定光の一部を参照光として分割し、前記測定光を被測定面に出射し且つ前記参照光を参照面に出射して、前記被測定面から戻る前記測定光と前記参照面から戻る前記参照光との干渉光を生成する干渉部と、
前記干渉部及び前記参照面を収納するホルダであって、温度変化に応じて可逆的に熱変形する材料で形成されており、前記温度変化に応じて前記干渉部と前記参照面との間の前記参照光の光路長である参照光路長を変化させるホルダと、
前記干渉部と前記被測定面との間の前記測定光の光路長を測定光路長とした場合に、前記ホルダの温度を、前記参照光路長が前記測定光路長に一致する目標温度に調整する温度調整部と、
を備える三次元形状測定装置。

［付記項２］
前記ホルダの温度を測定する温度測定部と、
前記測定光を前記被測定面に集光させる対物レンズと、
前記干渉部が生成した前記干渉光を撮像するカメラと、
前記温度調整部を制御して、前記ホルダの温度を予め定められた仮目標温度に調整する仮目標温度制御部と、
前記対物レンズの焦点を前記被測定面に合わせる合焦制御部と、
前記ホルダが前記仮目標温度に調整され且つ前記対物レンズの焦点が前記被測定面に合っている状態で、前記参照面の位置の手動調整を受け付けて、前記参照光路長を前記測定光路長に概略一致させる参照面位置調整機構と、
前記参照光路長が前記測定光路長に概略一致している状態で、前記温度調整部を制御して、前記ホルダの温度を変化させる温度変化制御部と、
前記温度変化制御部が前記ホルダの温度を変化させている間、前記カメラに前記干渉光を繰り返し撮像させて前記カメラから複数の画像を取得する画像取得部と、
前記カメラが前記干渉光の撮像を行うごとに、前記温度測定部の温度測定結果を取得する温度取得部と、
前記画像取得部が取得した前記複数の画像と、前記画像ごとに前記温度取得部が取得した前記温度測定結果と、に基づき、干渉縞の強度が最大になる温度を前記目標温度として決定する目標温度決定部と、
を備える付記項１に記載の三次元形状測定装置。

［付記項３］
前記ホルダの温度を測定する温度測定部と、
前記測定光を前記被測定面に集光させる対物レンズと、
前記干渉部が生成した前記干渉光を撮像するカメラと、
前記対物レンズの焦点を前記被測定面に合わせる合焦制御部と、
前記対物レンズの焦点が前記被測定面に合っている状態で、前記温度調整部を制御して、前記ホルダの温度を変化させる温度変化制御部と、
前記温度変化制御部が前記ホルダの温度を変化させている間、前記カメラに前記干渉光を繰り返し撮像させて前記カメラから複数の画像を取得する画像取得部と、
前記温度変化制御部が前記ホルダの温度を変化させている間、前記温度測定部の温度測定結果を繰り返し取得する温度取得部と、
前記画像取得部が取得した前記複数の画像と、前記温度取得部が取得した前記複数の温度測定結果と、に基づき、干渉縞の強度が最大になる温度を前記目標温度として決定する目標温度決定部と、
を備える付記項１に記載の三次元形状測定装置。

［付記項４］
前記ホルダの温度を測定する温度測定部と、
前記目標温度と前記温度測定部の温度測定結果とに基づき、前記温度調整部を制御して、前記ホルダの温度を前記目標温度に調整する目標温度制御部と、
を備える付記項１から３のいずれか１項に記載の三次元形状測定装置。

［付記項５］
前記温度調整部が、前記ホルダの中で前記参照面を収納している参照面収納部の温度を変化させ、
前記温度測定部が、前記参照面収納部の温度を測定する付記項４に記載の三次元形状測定装置。

［付記項６］
少なくとも、前記参照面収納部、前記温度測定部、及び前記温度調整部を覆う断熱材を備える付記項５に記載の三次元形状測定装置。

［付記項７］
前記ホルダ、前記温度調整部、及び前記温度測定部を含む複数のレンズ系が選択的に装着されるアダプタ部と、
複数の前記レンズ系と、前記レンズ系ごとに定められた前記目標温度と、の対応関係を記憶した目標温度記憶部と、
前記アダプタ部に装着された前記レンズ系を判別するレンズ系判別部と、
前記レンズ系判別部の判別結果に基づき、前記目標温度記憶部から前記アダプタ部に装着されている前記レンズ系に対応した前記目標温度を取得する目標温度取得部と、
を備え、
前記目標温度制御部が、前記目標温度取得部が取得した前記目標温度に従って前記温度調整部を制御する付記項４から６のいずれか１項に記載の三次元形状測定装置。

［付記項８］
前記測定光を前記被測定面に集光する対物レンズを備え、
前記干渉部が、前記対物レンズと前記被測定面との間に配置され、
前記参照面が、前記対物レンズと前記干渉部との間に配置されている付記項１から７のいずれか１項に記載の三次元形状測定装置。

［付記項９］
前記干渉部が生成した前記干渉光を撮像するカメラと、
前記被測定面に対して少なくとも前記干渉部を、前記測定光路長が変化する走査方向に相対的に走査する走査部と、
前記走査部による走査の間、前記カメラが前記干渉光を繰り返し撮像して得られた複数の画像における同一座標の画素ごとの輝度値に基づき、前記画素ごとに前記被測定面の高さ情報を演算して前記被測定面の三次元形状を求める形状演算部を備える付記項１から８のいずれか１項に記載の三次元形状測定装置。

［付記項１０］
白色光である測定光から前記測定光の一部を参照光として分割し、前記測定光を被測定面に出射し且つ前記参照光を参照面に出射して、前記被測定面から戻る前記測定光と前記参照面から戻る前記参照光との干渉光を生成する干渉部と、
前記測定光を前記被測定面に集光させる対物レンズと、
前記干渉部及び前記参照面を収納するホルダであって、温度変化に応じて可逆的に熱変形する材料で形成されており、前記温度変化に応じて前記干渉部と前記参照面との間の前記参照光の光路長である参照光路長を変化させるホルダと、
を備える三次元形状測定装置の参照面位置調整方法において、
前記ホルダの温度を予め定められた仮目標温度に調整する仮目標温度調整ステップと、
前記対物レンズの焦点を前記被測定面に合わせる合焦ステップと、
前記ホルダが前記仮目標温度に調整され且つ前記対物レンズの焦点が前記被測定面に合っている状態で、前記参照面の位置を手動調整して、前記干渉部と前記被測定面との間の前記測定光の光路長である測定光路長に前記参照光路長を概略一致させる概略位置調整ステップと、
前記概略位置調整ステップの後に、前記ホルダの温度を変化させる温度変化ステップと、
前記ホルダの温度が変化している間、前記干渉光を繰り返し撮像する撮像ステップと、
前記撮像ステップで前記干渉光の撮像が行われるごとに、前記ホルダの温度を取得する温度取得ステップと、
前記撮像ステップで得られた複数の画像と、前記温度取得ステップで得られた前記画像ごとの前記ホルダの温度と、に基づき、干渉縞の強度が最大になる温度を目標温度として決定する目標温度決定ステップと、
前記ホルダの温度を、前記目標温度決定ステップで決定した前記目標温度に調整する目標温度調整ステップと、
を有する三次元形状測定装置の参照面位置調整方法。

［付記項１１］
白色光である測定光から前記測定光の一部を参照光として分割し、前記測定光を被測定面に出射し且つ前記参照光を参照面に出射して、前記被測定面から戻る前記測定光と前記参照面から戻る前記参照光との干渉光を生成する干渉部と、
前記測定光を前記被測定面に集光させる対物レンズと、
前記干渉部及び前記参照面を収納するホルダであって、温度変化に応じて可逆的に熱変形する材料で形成されており、前記温度変化に応じて前記干渉部と前記参照面との間の前記参照光の光路長である参照光路長を変化させるホルダと、
を備える三次元形状測定装置の参照面位置調整方法において、
前記対物レンズの焦点を前記被測定面に合わせる合焦ステップと、
前記合焦ステップの後に、前記ホルダの温度を変化させる温度変化ステップと、
前記ホルダの温度が変化している間、前記干渉光を繰り返し撮像する撮像ステップと、
前記撮像ステップで前記干渉光の撮像が行われるごとに、前記ホルダの温度を取得する温度取得ステップと、
前記撮像ステップで得られた複数の画像と、前記温度取得ステップで得られた前記画像ごとの前記ホルダの温度と、に基づき、干渉縞の強度が最大になる温度を目標温度として決定する目標温度決定ステップと、
前記ホルダの温度を、前記目標温度決定ステップで決定した前記目標温度に調整する温度調整ステップと、
を有する三次元形状測定装置の参照面位置調整方法。

９ 三次元形状測定装置
１０ 白色干渉顕微鏡
１２ 駆動機構
１４ スケール
１６ 制御装置
１７ 操作部
２０ 光源部
２２ ビームスプリッタ
２３ アダプタ部
２４ 干渉対物レンズ
２４ａ 対物レンズ
２４ｂ ビームスプリッタ
２４ｃ 参照面
２４ｄ ホルダ
２４ｄ１ レンズ鏡胴
２４ｄ２ 参照面収納部
２５ 参照面位置調整機構
２６ 温度調整部
２８ 温度センサ
３０ 断熱材
３０Ａ 断熱材
３２ 結像レンズ
３４ カメラ
３６ 撮像画像
９８ 合焦制御部
９９ テストパターン
１００ 温度制御部
１００ａ 温度取得部
１００ｂ 目標温度記憶部
１００ｃ 計算処理部
１００ｄ 出力制御部
１００ｅ 温度変化制御部
１００ｆ 画像取得部
１００ｇ 目標温度決定部
１００ｈ レンズ系判別部
１００ｉ 目標温度取得部
１０１ 干渉縞
１０２ 測定制御部
１０４ 形状演算部
１１０ レンズ系
１１２ データベース
２００ 干渉対物レンズ
２００ａ 対物レンズ
２００ｂ ビームスプリッタ
２００ｃ 参照面
２００ｄ ホルダ
２００ｄ１ 参照面収納部
２０２ 参照面位置調整機構
５００ 干渉対物レンズ
５０１ 干渉部
５０２ 参照面
５０４ 対物レンズ
５０６ ホルダ
Ｄ１ 測定光路長
Ｄ２ 参照光路長
Ｌ１ 測定光
Ｌ２ 参照光
Ｌ３ 干渉光
Ｗ 被測定面

Claims (11)

1. 白色光である測定光を出射する光源部と、
   前記光源部より出射された前記測定光から前記測定光の一部を参照光として分割し、前記測定光を被測定面に出射し且つ前記参照光を参照面に出射して、前記被測定面から戻る前記測定光と前記参照面から戻る前記参照光との干渉光を生成する干渉部と、
   前記干渉部及び前記参照面を収納するホルダであって、温度変化に応じて可逆的に熱変形する材料で形成されており、前記温度変化に応じて前記干渉部と前記参照面との間の前記参照光の光路長である参照光路長を変化させるホルダと、
   前記干渉部と前記被測定面との間の前記測定光の光路長を測定光路長とした場合に、前記ホルダの温度を、前記参照光路長が前記測定光路長に一致する目標温度に調整する温度調整部と、
   を備える三次元形状測定装置。
2. 前記ホルダの温度を測定する温度測定部と、
   前記測定光を前記被測定面に集光させる対物レンズと、
   前記干渉部が生成した前記干渉光を撮像するカメラと、
   前記温度調整部を制御して、前記ホルダの温度を予め定められた仮目標温度に調整する仮目標温度制御部と、
   前記対物レンズの焦点を前記被測定面に合わせる合焦制御部と、
   前記ホルダが前記仮目標温度に調整され且つ前記対物レンズの焦点が前記被測定面に合っている状態で、前記参照面の位置の手動調整を受け付けて、前記参照光路長を前記測定光路長に概略一致させる参照面位置調整機構と、
   前記参照光路長が前記測定光路長に概略一致している状態で、前記温度調整部を制御して、前記ホルダの温度を変化させる温度変化制御部と、
   前記温度変化制御部が前記ホルダの温度を変化させている間、前記カメラに前記干渉光を繰り返し撮像させて前記カメラから複数の画像を取得する画像取得部と、
   前記カメラが前記干渉光の撮像を行うごとに、前記温度測定部の温度測定結果を取得する温度取得部と、
   前記画像取得部が取得した前記複数の画像と、前記画像ごとに前記温度取得部が取得した前記温度測定結果と、に基づき、干渉縞の強度が最大になる温度を前記目標温度として決定する目標温度決定部と、
   を備える請求項１に記載の三次元形状測定装置。
3. 前記ホルダの温度を測定する温度測定部と、
   前記測定光を前記被測定面に集光させる対物レンズと、
   前記干渉部が生成した前記干渉光を撮像するカメラと、
   前記対物レンズの焦点を前記被測定面に合わせる合焦制御部と、
   前記対物レンズの焦点が前記被測定面に合っている状態で、前記温度調整部を制御して、前記ホルダの温度を変化させる温度変化制御部と、
   前記温度変化制御部が前記ホルダの温度を変化させている間、前記カメラに前記干渉光を繰り返し撮像させて前記カメラから複数の画像を取得する画像取得部と、
   前記温度変化制御部が前記ホルダの温度を変化させている間、前記温度測定部の温度測定結果を繰り返し取得する温度取得部と、
   前記画像取得部が取得した前記複数の画像と、前記温度取得部が取得した前記複数の温度測定結果と、に基づき、干渉縞の強度が最大になる温度を前記目標温度として決定する目標温度決定部と、
   を備える請求項１に記載の三次元形状測定装置。
4. 前記ホルダの温度を測定する温度測定部と、
   前記目標温度と前記温度測定部の温度測定結果とに基づき、前記温度調整部を制御して、前記ホルダの温度を前記目標温度に調整する目標温度制御部と、
   を備える請求項１から３のいずれか１項に記載の三次元形状測定装置。
5. 前記温度調整部が、前記ホルダの中で前記参照面を収納している参照面収納部の温度を変化させ、
   前記温度測定部が、前記参照面収納部の温度を測定する請求項４に記載の三次元形状測定装置。
6. 少なくとも、前記参照面収納部、前記温度測定部、及び前記温度調整部を覆う断熱材を備える請求項５に記載の三次元形状測定装置。
7. 前記ホルダ、前記温度調整部、及び前記温度測定部を含む複数のレンズ系が選択的に装着されるアダプタ部と、
   複数の前記レンズ系と、前記レンズ系ごとに定められた前記目標温度と、の対応関係を記憶した目標温度記憶部と、
   前記アダプタ部に装着された前記レンズ系を判別するレンズ系判別部と、
   前記レンズ系判別部の判別結果に基づき、前記目標温度記憶部から前記アダプタ部に装着されている前記レンズ系に対応した前記目標温度を取得する目標温度取得部と、
   を備え、
   前記目標温度制御部が、前記目標温度取得部が取得した前記目標温度に従って前記温度調整部を制御する請求項４に記載の三次元形状測定装置。
8. 前記測定光を前記被測定面に集光する対物レンズを備え、
   前記干渉部が、前記対物レンズと前記被測定面との間に配置され、
   前記参照面が、前記対物レンズと前記干渉部との間に配置されている請求項１から３のいずれか１項に記載の三次元形状測定装置。
9. 前記干渉部が生成した前記干渉光を撮像するカメラと、
   前記被測定面に対して少なくとも前記干渉部を、前記測定光路長が変化する走査方向に相対的に走査する走査部と、
   前記走査部による走査の間、前記カメラが前記干渉光を繰り返し撮像して得られた複数の画像における同一座標の画素ごとの輝度値に基づき、前記画素ごとに前記被測定面の高さ情報を演算して前記被測定面の三次元形状を求める形状演算部を備える請求項１から３のいずれか１項に記載の三次元形状測定装置。
10. 白色光である測定光から前記測定光の一部を参照光として分割し、前記測定光を被測定面に出射し且つ前記参照光を参照面に出射して、前記被測定面から戻る前記測定光と前記参照面から戻る前記参照光との干渉光を生成する干渉部と、
    前記測定光を前記被測定面に集光させる対物レンズと、
    前記干渉部及び前記参照面を収納するホルダであって、温度変化に応じて可逆的に熱変形する材料で形成されており、前記温度変化に応じて前記干渉部と前記参照面との間の前記参照光の光路長である参照光路長を変化させるホルダと、
    を備える三次元形状測定装置の参照面位置調整方法において、
    前記ホルダの温度を予め定められた仮目標温度に調整する仮目標温度調整ステップと、
    前記対物レンズの焦点を前記被測定面に合わせる合焦ステップと、
    前記ホルダが前記仮目標温度に調整され且つ前記対物レンズの焦点が前記被測定面に合っている状態で、前記参照面の位置を手動調整して、前記干渉部と前記被測定面との間の前記測定光の光路長である測定光路長に前記参照光路長を概略一致させる概略位置調整ステップと、
    前記概略位置調整ステップの後に、前記ホルダの温度を変化させる温度変化ステップと、
    前記ホルダの温度が変化している間、前記干渉光を繰り返し撮像する撮像ステップと、
    前記撮像ステップで前記干渉光の撮像が行われるごとに、前記ホルダの温度を取得する温度取得ステップと、
    前記撮像ステップで得られた複数の画像と、前記温度取得ステップで得られた前記画像ごとの前記ホルダの温度と、に基づき、干渉縞の強度が最大になる温度を目標温度として決定する目標温度決定ステップと、
    前記ホルダの温度を、前記目標温度決定ステップで決定した前記目標温度に調整する目標温度調整ステップと、
    を有する三次元形状測定装置の参照面位置調整方法。
11. 白色光である測定光から前記測定光の一部を参照光として分割し、前記測定光を被測定面に出射し且つ前記参照光を参照面に出射して、前記被測定面から戻る前記測定光と前記参照面から戻る前記参照光との干渉光を生成する干渉部と、
    前記測定光を前記被測定面に集光させる対物レンズと、
    前記干渉部及び前記参照面を収納するホルダであって、温度変化に応じて可逆的に熱変形する材料で形成されており、前記温度変化に応じて前記干渉部と前記参照面との間の前記参照光の光路長である参照光路長を変化させるホルダと、
    を備える三次元形状測定装置の参照面位置調整方法において、
    前記対物レンズの焦点を前記被測定面に合わせる合焦ステップと、
    前記合焦ステップの後に、前記ホルダの温度を変化させる温度変化ステップと、
    前記ホルダの温度が変化している間、前記干渉光を繰り返し撮像する撮像ステップと、
    前記撮像ステップで前記干渉光の撮像が行われるごとに、前記ホルダの温度を取得する温度取得ステップと、
    前記撮像ステップで得られた複数の画像と、前記温度取得ステップで得られた前記画像ごとの前記ホルダの温度と、に基づき、干渉縞の強度が最大になる温度を目標温度として決定する目標温度決定ステップと、
    前記ホルダの温度を、前記目標温度決定ステップで決定した前記目標温度に調整する温度調整ステップと、
    を有する三次元形状測定装置の参照面位置調整方法。

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