KR20190011229A - 삼차원 계측장치 - Google Patents

Abstract

파장이 상이한 광을 이용하여, 계측레인지의 확대를 도모함과 함께, 계측효율의 향상을 도모할 수 있는 삼차원 계측장치를 제공한다. 삼차원 계측장치(1)는, 편광빔 스플리터(60)의 제1 면(60a)에 대하여, 제1 파장광과 제2 파장광의 합성광인 제1 광을 입사시키는 제1 투광계(2A)과, 편광빔 스플리터(60)의 제2 면(60b)에 대하여, 제3 파장광과 제4 파장광의 합성광인 제2 광을 입사시키는 제2 투광계(2B)와, 상기 제2 면(60b)으로부터 출사되는 제1 광에 따른 출력광을 제1 파장광에 따른 출력광과 제2 파장광에 따른 출력광으로 분리하고 이들을 각각 촬상가능한 제1 촬상계(4A)와, 상기 제1 면(60a)으로부터 출사되는 제2 광에 따른 출력광을 제3 파장광에 따른 출력광과 제4 파장광에 따른 출력광으로 분리하고 이들을 각각 촬상가능한 제2 촬상계(4B)를 구비하고 있다.

Description

삼차원 계측장치{THREE-DIMENSIONAL-MEASUREMENT DEVICE}

본 발명은, 피계측물의 형상을 계측하는 삼차원 계측장치에 관한 것이다.

종래부터, 피계측물의 형상을 계측하는 삼차원 계측장치로서, 간섭계를 이용한 삼차원 계측장치가 알려져 있다.

이러한 삼차원 계측장치에 있어서는, 계측광의 파장(예를 들어 1500nm)의 절반(예를 들어 750nm)이 계측가능한 계측레인지(다이나믹레인지)가 된다.

이에 따라, 만약 피계측물 상에 계측광의 파장의 절반 이상의 고저차가 있는 경우에는, 계측레인지가 부족하여, 피계측물의 형상을 적정하게 계측하지 못할 우려가 있다. 이에 반해, 계측광의 파장을 길게 한 경우에는, 분해능이 엉성해져, 계측정밀도가 악화될 우려가 있다.

이를 감안하여, 최근에는, 레인지부족을 해소하기 위해, 파장이 상이한 2종류의 광을 이용하여 계측을 행하는 삼차원 계측장치도 제안되어 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).

이러한 삼차원 계측장치에 있어서는, 제1 파장광과 제2 파장광을 합성한 상태에서 간섭광학계(편광빔 스플리터 등)에 입사시키고, 이로부터 출사되는 간섭광을 소정의 광학분리수단(다이크로익 미러 등)에 의해 파장분리하고, 제1 파장광에 따른 간섭광과, 제2 파장광에 따른 간섭광을 얻는다. 그리고, 각 파장광에 따른 간섭광을 개별로 촬상한 간섭호 화상을 기초로 피계측물의 형상계측을 행한다.

일본특허공개 2010-164389호 공보

파장이 상이한 2종류의 광을 이용하여, 삼차원 계측에 따른 계측레인지를 보다 넓히기 위해서는, 2종류의 광의 파장차를 보다 작게 하면 된다. 2종류의 광의 파장이 가까우면 가까울수록, 계측레인지를 넓힐 수 있다.

그러나, 2종류의 광의 파장이 가까우면 가까울수록, 2종류의 광의 파장을 적절히 분리하는 것이 곤란해진다.

환언하면, 파장차가 작은 2종류의 광으로 삼차원 계측을 행하고자 한 경우, 제1 파장광에 따른 간섭광의 촬상과, 제2 파장광에 따른 간섭광의 촬상을 각각 상이한 타이밍에 행할 필요가 있어, 계측효율이 저하될 우려가 있다.

예를 들어 위상시프트법을 이용한 삼차원 계측에 있어서, 위상을 4단계로 변화시키는 경우에는, 4가지의 화상데이터를 취득할 필요가 있으므로, 2종류의 광을 이용하는 경우에는, 각각 상이한 타이밍에 4회씩, 총 8회분의 촬상시간이 필요해진다.

본 발명은, 상기 사정 등을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 파장이 상이한 광을 이용하여, 계측레인지의 확대를 도모함과 함께, 계측효율의 향상을 도모할 수 있는 삼차원 계측장치를 제공하는 것에 있다.

이하, 상기 과제를 해결하기에 적합한 각 수단에 대하여 항을 구분하여 설명한다. 한편, 필요에 따라 대응하는 수단에 특유의 작용효과를 부기한다.

수단 1. 입사하는 소정의 광을 2개의 광으로 분할하고, 일방의 광을 계측광으로 하여 피계측물에 조사가능하게 하고 또한 타방의 광을 참조광으로 하여 참조면에 조사가능하게 함과 함께, 이들을 재차 합성하여 출사가능한 소정의 광학계(특정 광학계)와,

상기 소정의 광학계에 대하여 입사시키는 제1 광을 출사가능한 제1 조사수단과,

상기 소정의 광학계에 대하여 입사시키는 제2 광을 출사가능한 제2 조사수단과,

상기 소정의 광학계로부터 출사되는 상기 제1 광에 따른 출력광을 입사가능한 제1 촬상수단과,

상기 소정의 광학계로부터 출사되는 상기 제2 광에 따른 출력광을 입사가능한 제2 촬상수단과,

상기 제1 촬상수단 및 상기 제2 촬상수단에 의해 촬상된 간섭호 화상을 기초로 상기 피계측물의 삼차원 계측을 실행가능한 화상처리수단을 구비하고,

상기 제1 광과 상기 제2 광을 각각 상기 소정의 광학계의 상이한 위치에 입사시키고,

상기 제1 광에 따른 출력광과 상기 제2 광에 따른 출력광을 각각 상기 소정의 광학계의 상이한 위치로부터 출사시키는 구성 하에,

상기 제1 조사수단은,

제1 파장(예를 들어 491nm)의 편광을 포함하는 제1 파장광을 출사가능한 제1 파장광출사부, 및/또는, 제2 파장(예를 들어 540nm)의 편광을 포함하는 제2 파장광을 출사가능한 제2 파장광출사부를 구비하고,

상기 제1 파장의 편광, 및/또는, 상기 제2 파장의 편광을 포함하는 상기 제1 광을 출사가능하게 구성되고,

상기 제2 조사수단은,

제3 파장(예를 들어 488nm)의 편광을 포함하는 제3 파장광을 출사가능한 제3 파장광출사부, 및/또는, 제4 파장(예를 들어 532nm)의 편광을 포함하는 제4 파장광을 출사가능한 제4 파장광출사부를 구비하고,

상기 제3 파장의 편광, 및/또는, 상기 제4 파장의 편광을 포함하는 상기 제2 광을 출사가능하게 구성되고,

상기 제1 촬상수단은,

상기 소정의 광학계에 대하여 상기 제1 파장의 편광을 포함하는 상기 제1 광이 입사된 경우에, 상기 소정의 광학계로부터 출사되는 상기 제1 광에 따른 출력광에 포함되는 상기 제1 파장의 편광에 따른 출력광을 촬상가능한 제1 파장광촬상부,

및/또는,

상기 소정의 광학계에 대하여 상기 제2 파장의 편광을 포함하는 상기 제1 광이 입사된 경우에, 상기 소정의 광학계로부터 출사되는 상기 제1 광에 따른 출력광에 포함되는 상기 제2 파장의 편광에 따른 출력광을 촬상가능한 제2 파장광촬상부를 구비하고,

상기 제2 촬상수단은,

상기 소정의 광학계에 대하여 상기 제3 파장의 편광을 포함하는 상기 제2 광이 입사된 경우에, 상기 소정의 광학계로부터 출사되는 상기 제2 광에 따른 출력광에 포함되는 상기 제3 파장의 편광에 따른 출력광을 촬상가능한 제3 파장광촬상부,

및/또는,

상기 소정의 광학계에 대하여 상기 제4 파장의 편광을 포함하는 상기 제2 광이 입사된 경우에, 상기 소정의 광학계로부터 출사되는 상기 제2 광에 따른 출력광에 포함되는 상기 제4 파장의 편광에 따른 출력광을 촬상가능한 제4 파장광촬상부를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 삼차원 계측장치.

한편, 이하 동일하나, 여기서 「소정의 광학계(특정 광학계)」로부터 출력되는 「제1 광에 따른 출력광」에는 「제1 광에 따른 참조광 및 계측광의 합성광, 또는, 이 합성광을 간섭시킨 간섭광」이 포함되고, 「제2 광에 따른 출력광」에는 「제2 광에 따른 참조광 및 계측광의 합성광, 또는, 이 합성광을 간섭시킨 간섭광」이 포함된다.

따라서, 「제1 광에 따른 출력광」에 포함되는 「제1 파장의 편광에 따른 출력광」에는 「제1 파장의 편광에 따른 참조광 및 계측광의 합성광, 또는, 이 합성광을 간섭시킨 간섭광」이 포함되고, 「제2 파장의 편광에 따른 출력광」에는 「제2 파장의 편광에 따른 참조광 및 계측광의 합성광, 또는, 이 합성광을 간섭시킨 간섭광」이 포함된다.

또한, 「제2 광에 따른 출력광」에 포함되는 「제3 파장의 편광에 따른 출력광」에는 「제3 파장의 편광에 따른 참조광 및 계측광의 합성광, 또는, 이 합성광을 간섭시킨 간섭광」이 포함되고, 「제4 파장의 편광에 따른 출력광」에는 「제4 파장의 편광에 따른 참조광 및 계측광의 합성광, 또는, 이 합성광을 간섭시킨 간섭광」이 포함된다.

즉 「소정의 광학계」에는, 「참조광 및 계측광을 내부에서 간섭시킨 다음에 간섭광으로서 출력하는 광학계」뿐만 아니라, 「참조광 및 계측광을 내부에서 간섭시키지 않고, 단순히 합성광으로서 출력하는 광학계」도 포함된다. 단, 「소정의 광학계」로부터 출력되는 「출력광」이 「합성광」인 경우에는, 「간섭호 화상」을 촬상하기 위하여, 적어도 「촬상수단」으로 촬상되는 전단계에 있어서, 소정의 간섭수단을 개재하여 「간섭광」으로 변환하는 것이 된다.

그 때문에, 광의 간섭을 발생시키는 것(간섭호 화상을 촬상하는 것)을 목적으로 하여, 입사하는 소정의 광을 2개의 광으로 분할하고, 일방의 광을 계측광으로 하여 피계측물에 조사가능하게 하고 또한 타방의 광을 참조광으로 하여 참조면에 조사가능하게 함과 함께, 이들을 재차 합성하여 출사가능한 광학계를 「간섭광학계」로 칭할 수 있다. 따라서, 상기 수단 1에 있어서(이하의 각 수단에 있어서도 동일함), 「소정의 광학계(특정 광학계)」를 「간섭광학계」로 환언해도 된다.

또한, 「제1 조사수단」으로부터 출사되는 「제1 광」은, 적어도 「제1 파장의 편광」 및/또는 「제2 파장의 편광」을 포함한 광이면 되고, 그 후 「소정의 광학계」 등에 있어서 컷트되는 다른 여분의 성분을 포함한 광(예를 들어 「무편광」이나 「원편광」)이어도 된다.

마찬가지로, 「제1 파장광출사부」로부터 출사되는 「제1 파장광」은, 적어도 「제1 파장의 편광」을 포함한 광이면 되고, 다른 여분의 성분을 포함한 광일 수도 있으며, 「제2 파장광출사부」로부터 출사되는 「제2 파장광」은, 적어도 「제2 파장의 편광」을 포함한 광이면 되고, 다른 여분의 성분을 포함한 광일 수도 있다.

또한, 「제2 조사수단」으로부터 출사되는 「제2 광」은, 적어도 「제3 파장의 편광」 및/또는 「제4 파장의 편광」을 포함한 광이면 되고, 그 후 「소정의 광학계」에 있어서 컷트되는 다른 여분의 성분을 포함한 광(예를 들어 「무편광」이나 「원편광」)일 수도 있다.

마찬가지로, 「제3 파장광출사부」로부터 출사되는 「제3 파장광」은, 적어도 「제3 파장의 편광」을 포함한 광이면 되고, 다른 여분의 성분을 포함한 광일 수도 있으며, 「제4 파장광출사부」로부터 출사되는 「제4 파장광」은, 적어도 「제4 파장의 편광」을 포함한 광이면 되고, 다른 여분의 성분을 포함한 광일 수도 있다.

상기 수단 1에 따르면, 「제1 광」과 「제2 광」을 각각 소정의 광학계의 상이한 위치로부터 입사함으로써, 「제1 광」과 「제2 광」은 서로 간섭하지 않고, 각각 소정의 광학계의 상이한 위치로부터 출사되게 된다.

이에 따라, 「제1 광」에 포함되는 편광(「제1 파장의 편광」 및/또는 「제2 파장의 편광」)과, 「제2 광」에 포함되는 편광(「제3 파장의 편광」 및/또는 「제4 파장의 편광」)으로서 파장이 가까운 2종류의 편광을 이용할 수 있다. 결과적으로, 파장이 가까운 2종류의 편광을 이용하여, 삼차원 계측에 따른 계측레인지를 보다 넓힐 수 있다. 특히 본 수단에서는, 최대 4종류의 파장이 상이한 광을 이용할 수 있으므로, 계측레인지를 비약적으로 넓히는 것도 가능해진다.

게다가, 「제1 광에 따른 출력광(「제1 파장의 편광에 따른 출력광」 및/또는 「제2 파장의 편광에 따른 출력광」)」의 촬상과, 「제2 광에 따른 출력광(「제3 파장의 편광에 따른 출력광」 및/또는 「제4 파장의 편광에 따른 출력광」)」의 촬상을 개별이고 또한 동시에 행할 수 있다. 결과적으로, 총체적인 촬상시간을 단축할 수 있고, 계측효율의 향상을 도모할 수 있다. 특히 본 수단에서는, 최대 4종류의 편광에 따른 출력광을 개별이고 또한 동시에 촬상할 수 있으므로, 계측효율 등을 비약적으로 향상시키는 것도 가능해진다.

한편, 복수의 광을 이용하는 경우에는, 복수의 간섭광학계(간섭계 모듈)를 이용하여 피계측물을 계측하는 구성도 고려되나, 이러한 구성에서는, 기준이 되는 참조면이 각 간섭광학계마다 상이하고, 참조광과 계측광에 광로차를 발생시키는 광로구간이 복수의 광에서 상이해지므로, 계측정밀도가 저하될 우려가 있다. 또한, 복수의 간섭광학계의 광로길이를 정확히 일치시키는 것은 어렵고, 그 조정작업도 매우 곤란한 작업이 된다.

이 점, 본 수단은, 기준이 되는 참조면을 1개 구비한 1개의 간섭광학계(소정의 광학계)에 대하여 복수의 광을 이용하는 구성으로 되어 있으므로, 참조광과 계측광에 광로차를 발생시키는 광로구간이 복수의 광에서 동일해진다. 결과적으로, 복수의 간섭광학계를 구비하는 것에 기인한 다양한 문제의 발생을 방지할 수 있다.

나아가, 본 수단에서는, 예를 들어 「제1 파장의 편광」 및 「제3 파장의 편광」의 2종류의 편광을 이용한 계측과, 「제2 파장의 편광」 및 「제4 파장의 편광」의 2종류의 편광을 이용한 계측을, 피계측물의 종류에 따라 전환할 수 있다. 즉, 본 수단에 따르면, 파장이 가까운 2종류의 편광을 이용하여 계측레인지의 확대를 도모하면서도, 피계측물의 종류에 따라 광의 종류(파장)를 전환할 수 있다. 결과적으로, 편리성이나 범용성의 향상을 도모할 수 있다.

예를 들어 적계광이 적합하지 않은 웨이퍼기판 등의 피계측물에 대해서는, 「제1 파장의 편광」 및 「제3 파장의 편광」의 2종류의 편광(예를 들어 491nm와 488nm의 청계색의 2광)을 이용한 계측을 행하는 한편, 청계광이 적합하지 않은 구리 등의 피계측물에 대해서는, 「제2 파장의 편광」 및 「제4 파장의 편광」의 2종류의 편광(예를 들어 540nm와 532nm의 녹계색의 2광)을 이용한 계측을 행할 수 있다. 물론, 각 편광의 파장은 상기 예시한 것으로 한정되는 것이 아니고, 다른 파장의 편광을 채용할 수도 있다.

수단 2. 입사하는 소정의 광을 편광방향이 서로 직교하는 2개의 편광으로 분할하고, 일방의 편광을 계측광으로 하여 피계측물에 조사하고 또한 타방의 편광을 참조광으로 하여 참조면에 조사함과 함께, 이들을 재차 합성하여 출사가능한 소정의 광학계(특정 광학계)와,

상기 소정의 광학계에 대하여 입사시키는 제1 광을 출사가능한 제1 조사수단과,

상기 소정의 광학계에 대하여 입사시키는 제2 광을 출사가능한 제2 조사수단과,

상기 소정의 광학계로부터 출사되는 상기 제1 광에 따른 출력광을 입사가능한 제1 촬상수단과,

상기 소정의 광학계로부터 출사되는 상기 제2 광에 따른 출력광을 입사가능한 제2 촬상수단과,

상기 제1 촬상수단 및 상기 제2 촬상수단에 의해 촬상된 간섭호 화상을 기초로 상기 피계측물의 삼차원 계측을 실행가능한 화상처리수단을 구비하고,

상기 제1 광과 상기 제2 광을 각각 상기 소정의 광학계의 상이한 위치에 입사시키고,

상기 소정의 광학계가,

상기 제1 광을, 제1 편광방향을 갖는 편광(예를 들어 P편광)으로 이루어진 상기 참조광과, 제2 편광방향을 갖는 편광(예를 들어 S편광)으로 이루어진 상기 계측광으로 분할하고,

상기 제2 광을, 상기 제2 편광방향을 갖는 편광으로 이루어진 상기 참조광과, 상기 제1 편광방향을 갖는 편광으로 이루어진 상기 계측광으로 분할하고,

이들을 재차 합성한 상기 제1 광에 따른 출력광과 상기 제2 광에 따른 출력광을 각각 상기 소정의 광학계의 상이한 위치로부터 출사시키는 구성 하에,

상기 제1 조사수단은,

제1 파장의 편광을 포함하는 제1 파장광을 출사가능한 제1 파장광출사부, 및/또는, 제2 파장의 편광을 포함하는 제2 파장광을 출사가능한 제2 파장광출사부를 구비하고,

상기 제1 파장의 편광, 및/또는, 상기 제2 파장의 편광을 포함하는 상기 제1 광을 출사가능하게 구성되고,

상기 제2 조사수단은,

제3 파장의 편광을 포함하는 제3 파장광을 출사가능한 제3 파장광출사부, 및/또는, 제4 파장의 편광을 포함하는 제4 파장광을 출사가능한 제4 파장광출사부를 구비하고,

상기 제3 파장의 편광, 및/또는, 상기 제4 파장의 편광을 포함하는 상기 제2 광을 출사가능하게 구성되고,

상기 제1 촬상수단은,

상기 소정의 광학계에 대하여 상기 제1 파장의 편광을 포함하는 상기 제1 광이 입사된 경우에, 상기 소정의 광학계로부터 출사되는 상기 제1 광에 따른 출력광에 포함되는 상기 제1 파장의 편광에 따른 출력광을 촬상가능한 제1 파장광촬상부,

및/또는,

상기 소정의 광학계에 대하여 상기 제2 파장의 편광을 포함하는 상기 제1 광이 입사된 경우에, 상기 소정의 광학계로부터 출사되는 상기 제1 광에 따른 출력광에 포함되는 상기 제2 파장의 편광에 따른 출력광을 촬상가능한 제2 파장광촬상부를 구비하고,

상기 제2 촬상수단은,

상기 소정의 광학계에 대하여 상기 제3 파장의 편광을 포함하는 상기 제2 광이 입사된 경우에, 상기 소정의 광학계로부터 출사되는 상기 제2 광에 따른 출력광에 포함되는 상기 제3 파장의 편광에 따른 출력광을 촬상가능한 제3 파장광촬상부,

및/또는,

상기 소정의 광학계에 대하여 상기 제4 파장의 편광을 포함하는 상기 제2 광이 입사된 경우에, 상기 소정의 광학계로부터 출사되는 상기 제2 광에 따른 출력광에 포함되는 상기 제4 파장의 편광에 따른 출력광을 촬상가능한 제4 파장광촬상부를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 삼차원 계측장치.

상기 수단 2에 따르면, 「제1 광(「제1 파장의 편광」 및/또는 「제2 파장의 편광」)」과 「제2 광(「제3 파장의 편광」 및/또는 「제4 파장의 편광」)」을 각각 소정의 광학계의 상이한 위치로부터 입사함으로써, 「제1 광」에 따른 참조광 및 계측광과, 「제2 광」에 따른 참조광 및 계측광이 각각 상이한 편광성분(P편광 또는 S편광)으로 분할되므로, 소정의 광학계에 입사한 「제1 광」과 「제2 광」은 서로 간섭하지 않고, 각각 소정의 광학계로부터 출사되게 된다.

따라서, 상기 수단 2에 따르면, 마이클손 간섭계나 마하·젠더 간섭계의 원리에 기초한 비교적 간소한 구성으로, 상기 수단 1에 따른 구성을 실현할 수 있다.

수단 3. 입사하는 소정의 광을 2개의 광으로 분할하고, 일방의 광을 계측광으로 하여 피계측물에 조사가능하게 하고 또한 타방의 광을 참조광으로 하여 참조면에 조사가능하게 함과 함께, 이들을 재차 합성하여 출사가능한 소정의 광학계(특정 광학계)와,

상기 소정의 광학계의 제1 입출력부에 대하여 입사시키는 제1 광을 출사가능한 제1 조사수단과,

상기 소정의 광학계의 제2 입출력부에 대하여 입사시키는 제2 광을 출사가능한 제2 조사수단과,

상기 제1 입출력부에 대하여 상기 제1 광을 입사함으로써 상기 제2 입출력부로부터 출사되는 상기 제1 광에 따른 출력광을 입사가능한 제1 촬상수단과,

상기 제2 입출력부에 대하여 상기 제2 광을 입사함으로써 상기 제1 입출력부로부터 출사되는 상기 제2 광에 따른 출력광을 입사가능한 제2 촬상수단과,

상기 제1 촬상수단 및 상기 제2 촬상수단에 의해 촬상된 간섭호 화상을 기초로 상기 피계측물의 삼차원 계측을 실행가능한 화상처리수단을 구비하고,

상기 제1 조사수단은,

제1 파장의 편광을 포함하는 제1 파장광을 출사가능한 제1 파장광출사부, 및/또는, 제2 파장의 편광을 포함하는 제2 파장광을 출사가능한 제2 파장광출사부를 구비하고,

상기 제1 파장의 편광, 및/또는, 상기 제2 파장의 편광을 포함하는 상기 제1 광을 출사가능하게 구성되고,

상기 제2 조사수단은,

제3 파장의 편광을 포함하는 제3 파장광을 출사가능한 제3 파장광출사부, 및/또는, 제4 파장의 편광을 포함하는 제4 파장광을 출사가능한 제4 파장광출사부를 구비하고,

상기 제3 파장의 편광, 및/또는, 상기 제4 파장의 편광을 포함하는 상기 제2 광을 출사가능하게 구성되고,

상기 제1 촬상수단은,

상기 제1 입출력부에 대하여 상기 제1 파장의 편광을 포함하는 상기 제1 광이 입사된 경우에, 상기 제2 입출력부로부터 출사되는 상기 제1 광에 따른 출력광에 포함되는 상기 제1 파장의 편광에 따른 출력광을 촬상가능한 제1 파장광촬상부,

및/또는,

상기 제1 입출력부에 대하여 상기 제2 파장의 편광을 포함하는 상기 제1 광이 입사된 경우에, 상기 제2 입출력부로부터 출사되는 상기 제1 광에 따른 출력광에 포함되는 상기 제2 파장의 편광에 따른 출력광을 촬상가능한 제2 파장광촬상부를 구비하고,

상기 제2 촬상수단은,

상기 제2 입출력부에 대하여 상기 제3 파장의 편광을 포함하는 상기 제2 광이 입사된 경우에, 상기 제1 입출력부로부터 출사되는 상기 제2 광에 따른 출력광에 포함되는 상기 제3 파장의 편광에 따른 출력광을 촬상가능한 제3 파장광촬상부,

및/또는,

상기 제2 입출력부에 대하여 상기 제4 파장의 편광을 포함하는 상기 제2 광이 입사된 경우에, 상기 제1 입출력부로부터 출사되는 상기 제2 광에 따른 출력광에 포함되는 상기 제4 파장의 편광에 따른 출력광을 촬상가능한 제4 파장광촬상부를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 삼차원 계측장치.

상기 수단 3에 따르면, 「제1 광(「제1 파장의 편광」 및/또는 「제2 파장의 편광」)」과 「제2 광(「제3 파장의 편광」 및/또는 「제4 파장의 편광」)」을 각각 소정의 광학계의 상이한 위치(제1 입출력부 및 제2 입출력부)로부터 입사함으로써, 「제1 광」과 「제2 광」이 각각 동일한 광로를 역방향으로 거슬러올라가, 서로 간섭하지 않고, 각각 소정의 광학계의 상이한 위치(제1 입출력부 및 제2 입출력부)로부터 출사되게 된다. 결과적으로, 상기 수단 1 등과 동일한 작용효과가 나타난다.

한편, 이하의 수단에 있어서도 동일하나, 상기 수단 3에 따른 구성을 보다 적정하게 기능시키기 위해서는, 「상기 피계측물을 상기 참조면과 동일한 평면으로 한 경우에 있어서, 상기 제1 입출력부에 대하여 입사시키는 상기 제1 광(「제1 파장의 편광」 및/또는 「제2 파장의 편광」)의 편광방향과, 이 제1 입출력부로부터 출사되는 상기 제2 광(「제3 파장의 편광」 및/또는 「제4 파장의 편광」)에 따른 출력광의 편광방향이 동일해지고, 또한, 상기 제2 입출력부에 대하여 입사시키는 상기 제2 광(「제3 파장의 편광」 및/또는 「제4 파장의 편광」)의 편광방향과, 이 제2 입출력부로부터 출사되는 상기 제1 광(「제1 파장의 편광」 및/또는 「제2 파장의 편광」)에 따른 출력광의 편광방향이 동일해지는 것」이 보다 바람직하다.

마찬가지로, 「상기 제1 입출력부에 대하여 상기 제1 광을 입사하는 입사방향과, 상기 제2 입출력부에 대하여 상기 제2 광을 입사하는 입사방향을 이 양 입사방향을 포함하는 평면 상에 있어서 일치시킨 경우에 있어서, 상기 제1 광(「제1 파장의 편광」 및/또는 「제2 파장의 편광」)의 편광방향과, 상기 제2 광(「제3 파장의 편광」 및/또는 「제4 파장의 편광」)의 편광방향이 90° 상이한 것」이 보다 바람직하다.

또한, 「상기 소정의 광학계에 있어서, (예를 들어 피계측물이나 참조면을 향함)동일축선 상을 동한방향을 향하는 상기 제1 광(「제1 파장의 편광」 및/또는 「제2 파장의 편광」) 또는 그 계측광 혹은 참조광의 편광방향과, 상기 제2 광(「제3 파장의 편광」 및/또는 「제4 파장의 편광」) 또는 그 계측광 혹은 참조광의 편광방향이 90° 상이한 것」이 보다 바람직하다.

수단 4. 입사하는 소정의 광을 편광방향이 서로 직교하는 2개의 편광으로 분할하는 경계면을 갖고, 이 분할한 일방의 편광을 계측광으로 하여 피계측물에 조사하고 또한 타방의 편광을 참조광으로 하여 참조면에 조사함과 함께, 이들을 재차 합성하여 출사가능한 편광빔 스플리터와,

상기 경계면을 사이에 두고 이웃하는 상기 편광빔 스플리터의 제1 면 및 제2 면 중 제1 입출력부가 되는 상기 제1 면에 대하여 입사시키는 제1 광을 출사가능한 제1 조사수단과,

상기 편광빔 스플리터의 제2 입출력부가 되는 상기 제2 면에 대하여 입사시키는 제2 광을 출사가능한 제2 조사수단과,

상기 참조광이 출입사되는 상기 편광빔 스플리터의 제3 면과 상기 참조면의 사이에 배치된 제1 1/4파장판과,

상기 계측광이 출입사되는 상기 편광빔 스플리터의 제4 면과 상기 피계측물의 사이에 배치되는 제2 1/4파장판과,

상기 편광빔 스플리터의 상기 제1 면에 대하여 상기 제1 광을 입사함으로써 상기 제2 면으로부터 출사되는 상기 제1 광에 따른 출력광을 입사가능한 제1 촬상수단과,

상기 편광빔 스플리터의 상기 제2 면에 대하여 상기 제2 광을 입사함으로써 상기 제1 면으로부터 출사되는 상기 제2 광에 따른 출력광을 입사가능한 제2 촬상수단과,

상기 제1 촬상수단 및 상기 제2 촬상수단에 의해 촬상된 간섭호 화상을 기초로 상기 피계측물의 삼차원 계측을 실행가능한 화상처리수단을 구비하고,

상기 제1 조사수단은,

제1 파장의 편광을 포함하는 제1 파장광을 출사가능한 제1 파장광출사부, 및/또는, 제2 파장의 편광을 포함하는 제2 파장광을 출사가능한 제2 파장광출사부를 구비하고,

상기 제1 파장의 편광, 및/또는, 상기 제2 파장의 편광을 포함하는 상기 제1 광을 출사가능하게 구성되고,

상기 제2 조사수단은,

제3 파장의 편광을 포함하는 제3 파장광을 출사가능한 제3 파장광출사부, 및/또는, 제4 파장의 편광을 포함하는 제4 파장광을 출사가능한 제4 파장광출사부를 구비하고,

상기 제3 파장의 편광, 및/또는, 상기 제4 파장의 편광을 포함하는 상기 제2 광을 출사가능하게 구성되고,

상기 제1 촬상수단은,

상기 제1 면에 대하여 상기 제1 파장의 편광을 포함하는 상기 제1 광이 입사된 경우에, 상기 제2 면으로부터 출사되는 상기 제1 광에 따른 출력광에 포함되는 상기 제1 파장의 편광에 따른 출력광을 촬상가능한 제1 파장광촬상부,

및/또는,

상기 제1 면에 대하여 상기 제2 파장의 편광을 포함하는 상기 제1 광이 입사된 경우에, 상기 제2 면으로부터 출사되는 상기 제1 광에 따른 출력광에 포함되는 상기 제2 파장의 편광에 따른 출력광을 촬상가능한 제2 파장광촬상부를 구비하고,

상기 제2 촬상수단은,

상기 제2 면에 대하여 상기 제3 파장의 편광을 포함하는 상기 제2 광이 입사된 경우에, 상기 제1 면으로부터 출사되는 상기 제2 광에 따른 출력광에 포함되는 상기 제3 파장의 편광에 따른 출력광을 촬상가능한 제3 파장광촬상부,

및/또는,

상기 제2 면에 대하여 상기 제4 파장의 편광을 포함하는 상기 제2 광이 입사된 경우에, 상기 제1 면으로부터 출사되는 상기 제2 광에 따른 출력광에 포함되는 상기 제4 파장의 편광에 따른 출력광을 촬상가능한 제4 파장광촬상부를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 삼차원 계측장치.

상기 수단 4에 따르면, 마이클손 간섭계의 원리에 기초한 비교적 간소한 구성으로, 상기 수단 1 등에 따른 구성을 실현할 수 있다.

이하의 수단에서도 동일하나, 「편광빔 스플리터」는, 그 경계면에 있어서, 제1 편광방향을 갖는 편광(예를 들어 P편광)을 투과시키고, 제2 편광방향을 갖는 편광(예를 들어 S편광)을 반사하는 기능을 갖는다. 따라서, 편광빔 스플리터의 제1 면으로부터 입사한 제1 광은, 예를 들어 제1 편광방향을 갖는 편광(예를 들어 P편광)으로 이루어진 참조광과, 제2 편광방향을 갖는 편광(예를 들어 S편광)으로 이루어진 계측광으로 분할되고, 편광빔 스플리터의 제2 면으로부터 입사한 제2 광은, 예를 들어 제2 편광방향을 갖는 편광(예를 들어 S편광)으로 이루어진 참조광과, 제1 편광방향을 갖는 편광(예를 들어 P편광)으로 이루어진 계측광으로 분할되게 된다.

즉, 「제1 광(「제1 파장의 편광」 및/또는 「제2 파장의 편광」)」과 「제2 광(「제3 파장의 편광」 및/또는 「제4 파장의 편광」)」을 각각 소정의 광학계의 상이한 위치(제1 면 및 제2 면)로부터 입사함으로써, 「제1 광」에 따른 참조광 및 계측광과, 「제2 광」에 따른 참조광 및 계측광이 각각 상이한 편광성분(P편광 또는 S편광)으로 분할되므로, 「제1 광」과 「제2 광」은 서로 간섭하지 않고, 각각 소정의 광학계로부터 출사되게 된다.

한편, 파장이 상이한 복수의 광을 이용하는 경우, 모든 광에 공통적으로 이용되는 상기 「1/4파장판」은, 각 광의 파장차가 커지면 커질수록, 적정하게 기능하지 않을 우려가 있다. 이 때문에, 「1/4파장판」의 성능에 따라서도 다르지만, 「제1 광(「제1 파장의 편광」 및/또는 「제2 파장의 편광」)」과 「제2 광(「제3 파장의 편광」 및/또는 「제4 파장의 편광」)」의 관계뿐만 아니라, 「제1 광」에 포함되는 「제1 파장의 편광」과 「제2 파장의 편광」의 관계, 그리고, 「제2 광」에 포함되는 「제3 파장의 편광」과 「제4 파장의 편광」의 관계에 있어서도, 적어도 「1/4파장판」이 적정하게 기능하는 정도에는, 파장차가 작은 광을 이용하는 것이 보다 바람직하다.

수단 5. 제1 광을 출사가능한 제1 조사수단과,

제2 광을 출사가능한 제2 조사수단과,

상기 제1 조사수단으로부터 입사되는 상기 제1 광을 편광방향이 서로 직교하는 2개의 편광으로 분할하고, 일방의 편광을 계측광으로 하여 피계측물에 대하여 조사가능하게 하고 또한 타방의 편광을 참조광으로 하여 참조면에 대하여 조사가능하게 함과 함께, 상기 피계측물을 개재하여 입사한 상기 제2 광에 따른 계측광과, 상기 참조면을 개재하여 입사한 상기 제2 광에 따른 참조광을 합성하여 출사가능한 제1 입출력부로서의 제1 편광빔 스플리터와,

상기 제2 조사수단으로부터 입사되는 상기 제2 광을 편광방향이 서로 직교하는 2개의 편광으로 분할하고, 일방의 편광을 계측광으로 하여 피계측물에 대하여 조사가능하게 하고 또한 타방의 편광을 참조광으로 하여 참조면에 대하여 조사가능하게 함과 함께, 상기 피계측물을 개재하여 입사한 상기 제1 광에 따른 계측광과, 상기 참조면을 개재하여 입사한 상기 제1 광에 따른 참조광을 합성하여 출사가능한 제2 입출력부로서의 제2 편광빔 스플리터와,

상기 제1 편광빔 스플리터와 상기 참조면의 사이에 배치된 제1 1/4파장판과,

상기 제1 편광빔 스플리터와 상기 피계측물의 사이에 배치된 제2 1/4파장판과,

상기 제2 편광빔 스플리터와 상기 참조면의 사이에 배치된 제3 1/4파장판과,

상기 제2 편광빔 스플리터와 상기 피계측물의 사이에 배치된 제4 1/4파장판과,

상기 제1 편광빔 스플리터에 대하여 상기 제1 광을 입사함으로써 상기 제2 편광빔 스플리터로부터 출사되는 상기 제1 광에 따른 출력광을 입사가능한 제1 촬상수단과,

상기 제2 편광빔 스플리터에 대하여 상기 제2 광을 입사함으로써 상기 제1 편광빔 스플리터로부터 출사되는 상기 제2 광에 따른 출력광을 입사가능한 제2 촬상수단과,

상기 제1 촬상수단 및 상기 제2 촬상수단에 의해 촬상된 간섭호 화상을 기초로 상기 피계측물의 삼차원 계측을 실행가능한 화상처리수단을 구비하고,

상기 제1 조사수단은,

제1 파장의 편광을 포함하는 제1 파장광을 출사가능한 제1 파장광출사부, 및/또는, 제2 파장의 편광을 포함하는 제2 파장광을 출사가능한 제2 파장광출사부를 구비하고,

상기 제1 파장의 편광, 및/또는, 상기 제2 파장의 편광을 포함하는 상기 제1 광을 출사가능하게 구성되고,

상기 제2 조사수단은,

제3 파장의 편광을 포함하는 제3 파장광을 출사가능한 제3 파장광출사부, 및/또는, 제4 파장의 편광을 포함하는 제4 파장광을 출사가능한 제4 파장광출사부를 구비하고,

상기 제3 파장의 편광, 및/또는, 상기 제4 파장의 편광을 포함하는 상기 제2 광을 출사가능하게 구성되고,

상기 제1 촬상수단은,

상기 제1 편광빔 스플리터에 대하여 상기 제1 파장의 편광을 포함하는 상기 제1 광이 입사된 경우에, 상기 제2 편광빔 스플리터로부터 출사되는 상기 제1 광에 따른 출력광에 포함되는 상기 제1 파장의 편광에 따른 출력광을 촬상가능한 제1 파장광촬상부,

및/또는,

상기 제1 편광빔 스플리터에 대하여 상기 제2 파장의 편광을 포함하는 상기 제1 광이 입사된 경우에, 상기 제2 편광빔 스플리터로부터 출사되는 상기 제1 광에 따른 출력광에 포함되는 상기 제2 파장의 편광에 따른 출력광을 촬상가능한 제2 파장광촬상부를 구비하고,

상기 제2 촬상수단은,

상기 제2 편광빔 스플리터에 대하여 상기 제3 파장의 편광을 포함하는 상기 제2 광이 입사된 경우에, 상기 제1 편광빔 스플리터로부터 출사되는 상기 제2 광에 따른 출력광에 포함되는 상기 제3 파장의 편광에 따른 출력광을 촬상가능한 제3 파장광촬상부,

및/또는,

상기 제2 편광빔 스플리터에 대하여 상기 제4 파장의 편광을 포함하는 상기 제2 광이 입사된 경우에, 상기 제1 편광빔 스플리터로부터 출사되는 상기 제2 광에 따른 출력광에 포함되는 상기 제4 파장의 편광에 따른 출력광을 촬상가능한 제4 파장광촬상부를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 삼차원 계측장치.

상기 수단 5에 따르면, 마하·젠더 간섭계의 원리에 기초한 비교적 간소한 구성으로, 상기 수단 1 등에 따른 구성을 실현할 수 있다.

수단 6. 제1 편광방향을 갖는 편광(예를 들어 P편광)을 투과 또는 반사시키고, 제2 편광방향을 갖는 편광(예를 들어 S편광)을 반사 또는 투과하는 경계면을 갖는 편광빔 스플리터와,

상기 경계면을 사이에 두고 이웃하는 상기 편광빔 스플리터의 제1 면 및 제2 면 중 제1 입출력부가 되는 상기 제1 면에 대하여 입사시키는, 상기 제1 편광방향을 갖는 편광을 포함하는 제1 광을 출사가능한 제1 조사수단과,

상기 편광빔 스플리터의 제2 입출력부가 되는 상기 제2 면에 대하여 입사시키는, 상기 제2 편광방향을 갖는 편광을 포함하는 제2 광을 출사가능한 제2 조사수단과,

상기 경계면을 투과 또는 반사한 제1 광 및 상기 경계면을 반사 또는 투과한 제2 광이 출사되는 상기 편광빔 스플리터의 소정면(예를 들어 제3 면 또는 제4 면)과 상대향하도록 배치된 1/4파장판과,

상기 편광빔 스플리터와는 반대측에서 상기 1/4파장판과 상대향하도록 배치되고, 상기 1/4파장판을 개재하여 조사된 광의 일부를 계측광으로서 투과하여 피계측물에 조사하고 또한 나머지의 광을 참조광으로서 반사하는 하프미러(참조면)와,

상기 편광빔 스플리터의 상기 제1 면에 대하여 상기 제1 광을 입사함으로써 상기 제2 면으로부터 출사되는 상기 제1 광에 따른 출력광을 입사가능한 제1 촬상수단과,

상기 편광빔 스플리터의 상기 제2 면에 대하여 상기 제2 광을 입사함으로써 상기 제1 면으로부터 출사되는 상기 제2 광에 따른 출력광을 입사가능한 제2 촬상수단과,

상기 제1 촬상수단 및 상기 제2 촬상수단에 의해 촬상된 간섭호 화상을 기초로 상기 피계측물의 삼차원 계측을 실행가능한 화상처리수단을 구비하고,

상기 제1 조사수단은,

제1 파장의 편광을 포함하는 제1 파장광을 출사가능한 제1 파장광출사부, 및/또는, 제2 파장의 편광을 포함하는 제2 파장광을 출사가능한 제2 파장광출사부를 구비하고,

상기 제1 파장의 편광, 및/또는, 상기 제2 파장의 편광을 포함하는 상기 제1 광을 출사가능하게 구성되고,

상기 제2 조사수단은,

제3 파장의 편광을 포함하는 제3 파장광을 출사가능한 제3 파장광출사부, 및/또는, 제4 파장의 편광을 포함하는 제4 파장광을 출사가능한 제4 파장광출사부를 구비하고,

상기 제3 파장의 편광, 및/또는, 상기 제4 파장의 편광을 포함하는 상기 제2 광을 출사가능하게 구성되고,

상기 제1 촬상수단은,

상기 제1 면에 대하여 상기 제1 파장의 편광을 포함하는 상기 제1 광이 입사된 경우에, 상기 제2 면으로부터 출사되는 상기 제1 광에 따른 출력광에 포함되는 상기 제1 파장의 편광에 따른 출력광을 촬상가능한 제1 파장광촬상부,

및/또는,

상기 제1 면에 대하여 상기 제2 파장의 편광을 포함하는 상기 제1 광이 입사된 경우에, 상기 제2 면으로부터 출사되는 상기 제1 광에 따른 출력광에 포함되는 상기 제2 파장의 편광에 따른 출력광을 촬상가능한 제2 파장광촬상부를 구비하고,

상기 제2 촬상수단은,

상기 제2 면에 대하여 상기 제3 파장의 편광을 포함하는 상기 제2 광이 입사된 경우에, 상기 제1 면으로부터 출사되는 상기 제2 광에 따른 출력광에 포함되는 상기 제3 파장의 편광에 따른 출력광을 촬상가능한 제3 파장광촬상부,

및/또는,

상기 제2 면에 대하여 상기 제4 파장의 편광을 포함하는 상기 제2 광이 입사된 경우에, 상기 제1 면으로부터 출사되는 상기 제2 광에 따른 출력광에 포함되는 상기 제4 파장의 편광에 따른 출력광을 촬상가능한 제4 파장광촬상부를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 삼차원 계측장치.

상기 수단 6에 따르면, 피조 간섭계의 원리에 기초한 비교적 간소한 구성으로, 상기 수단 1 등에 따른 구성을 실현할 수 있다.

수단 7. 상기 제1 조사수단으로부터 출사되는 제1 광의 적어도 일부를 상기 제1 입출력부를 향하여 입사시킴과 함께, 상기 제1 입출력부로부터 출사되는 상기 제2 광에 따른 출력광의 적어도 일부를 상기 제2 촬상수단을 향하여 입사시키는 제1 도광수단과,

상기 제2 조사수단으로부터 출사되는 제2 광의 적어도 일부를 상기 제2 입출력부를 향하여 입사시킴과 함께, 상기 제2 입출력부로부터 출사되는 제1 광에 따른 출력광의 적어도 일부를 상기 제1 촬상수단을 향하여 입사시키는 제2 도광수단을 구비한 것을 특징으로 하는 수단 3 내지 6 중 어느 하나에 기재된 삼차원 계측장치.

상기 수단 7에 따르면, 비교적 간소한 구성으로, 상기 수단 3 등에 따른 구성을 실현할 수 있다.

예를 들어 「상기 제1 조사수단으로부터 출사되는 제1 광의 일부를 투과시키고 또한 나머지를 반사시키고, 이 제1 광의 투과광 또는 반사광을 상기 제1 입출력부를 향하여 입사시킴과 함께, 상기 제1 입출력부로부터 출사되는 제2 광에 따른 출력광의 일부를 투과시키고 또한 나머지를 반사시키고, 이 제2 광의 투과광 또는 반사광을 상기 제2 촬상수단을 향하여 입사시키는 제1 무편광빔 스플리터(하프미러 등)와,

상기 제2 조사수단으로부터 출사되는 제2 광의 일부를 투과시키고 또한 나머지를 반사시키고, 이 제2 광의 투과광 또는 반사광을 상기 제2 입출력부를 향하여 입사시킴과 함께, 상기 제2 입출력부로부터 출사되는 제1 광에 따른 출력광의 일부를 투과시키고 또한 나머지를 반사시키고, 이 제1 광의 투과광 또는 반사광을 상기 제1 촬상수단을 향하여 입사시키는 제2 무편광빔 스플리터(하프미러 등)를 구비한」 구성을 일례로 들 수 있다.

수단 8. 상기 제1 조사수단은,

상기 제1 파장광출사부로부터 출사되는 한방향의 광만을 투과하고 또한 역방향의 광을 차단하는 제1 광아이솔레이터, 및/또는, 상기 제2 파장광출사부로부터 출사되는 한방향의 광만을 투과하고 또한 역방향의 광을 차단하는 제2 광아이솔레이터를 구비하고,

상기 제2 조사수단은,

상기 제3 파장광출사부로부터 출사되는 한방향의 광만을 투과하고 또한 역방향의 광을 차단하는 제3 광아이솔레이터, 및/또는, 상기 제4 파장광출사부로부터 출사되는 한방향의 광만을 투과하고 또한 역방향의 광을 차단하는 제4 광아이솔레이터를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 수단 7에 기재된 삼차원 계측장치.

상기 수단 7의 도광수단으로서, 예를 들어 무편광빔 스플리터를 구비한 경우에는, 이 무편광빔 스플리터가, 입출력부로부터 출사된 광의 일부를 투과시키고 또한 나머지를 반사시키고, 이 광의 투과광 또는 반사광의 일방을 촬상수단을 향하여 입사시킬 때에, 이 촬상수단에 입사하지 않는 타방의 광이 조사수단을 향하게 된다. 가령, 이러한 광이 광원(파장광출사부)에 입사한 경우에는, 광원이 손상되거나 동작이 불안정해질 우려가 있다.

이에 반해, 본 수단 8에 따르면, 광아이솔레이터를 구비함으로써, 광원의 손상이나 불안정화 등을 방지할 수 있다.

수단 9. 상기 제1 조사수단은,

상기 제1 파장광출사부로부터 출사되는 상기 제1 파장광, 및, 상기 제2 파장광출사부로부터 출사되는 상기 제2 파장광을, 상기 제1 광으로서 합성가능한 제1 합성수단을 구비하고,

상기 제2 조사수단은,

상기 제3 파장광출사부로부터 출사되는 상기 제3 파장광, 및, 상기 제4 파장광출사부로부터 출사되는 상기 제4 파장광을, 상기 제2 광으로서 합성가능한 제2 합성수단을 구비하고,

상기 제1 촬상수단은,

상기 제1 파장의 편광 및 상기 제2 파장의 편광을 포함하는 상기 제1 광이 상기 제1 조사수단으로부터 출사된 경우에, (예를 들어 상기 제2 입출력부로부터 출사되는) 상기 제1 광에 따른 출력광을, 상기 제1 파장의 편광에 따른 출력광, 및, 상기 제2 파장의 편광에 따른 출력광으로 분리가능한 제1 분리수단을 구비하고,

상기 제2 촬상수단은,

상기 제3 파장의 편광 및 상기 제4 파장의 편광을 포함하는 상기 제2 광이 상기 제2 조사수단으로부터 출사된 경우에, (예를 들어 상기 제1 입출력부로부터 출사되는) 상기 제2 광에 따른 출력광을, 상기 제3 파장의 편광에 따른 출력광, 및, 상기 제4 파장의 편광에 따른 출력광으로 분리가능한 제2 분리수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 수단 1 내지 8 중 어느 하나에 기재된 삼차원 계측장치.

상기 수단 9에 따르면, 제1 파장광과 제2 파장광을 합성한 상태에서 소정의 광학계(편광빔 스플리터 등)에 입사시키고, 이로부터 출사되는 출력광을 분리수단(다이크로익 미러 등)에 의해 파장분리하여, 제1 파장의 편광에 따른 출력광과, 제2 파장의 편광에 따른 출력광을 얻을 수 있다.

마찬가지로, 제3 파장광과 제4 파장광을 합성한 상태에서 소정의 광학계(편광빔 스플리터 등)에 입사시키고, 이로부터 출사되는 출력광을 분리수단(다이크로익 미러 등)에 의해 파장분리하여, 제3 파장의 편광에 따른 출력광과, 제4 파장의 편광에 따른 출력광을 얻을 수 있다.

결과적으로, 종래 동일한 간섭광학계(소정의 광학계)를 이용하는 것이 가능해지므로, 구성의 간소화를 도모할 수 있다. 나아가, 본 수단에 따르면, 최대 4종류의 광을 동시에 이용하는 것이 가능해지므로, 계측레인지의 추가적인 확대를 도모함과 함께, 계측효율의 추가적인 향상을 도모할 수 있다.

따라서, 제1 합성수단에 의해 「제1 파장의 편광」과 「제2 파장의 편광」을 합성하는 경우에는, 「제1 광」에 포함되는 「제1 파장의 편광」과 「제2 파장의 편광」은 제1 분리수단(다이크로익 미러 등)으로 분리가능할 정도로 파장이 떨어진 편광인 것이 바람직하다. 마찬가지로, 제2 합성수단에 의해 「제3 파장의 편광」과 「제4 파장의 편광」을 합성하는 경우에는, 「제2 광」에 포함되는 「제3 파장의 편광」과 「제4 파장의 편광」은 제2 분리수단(다이크로익 미러 등)으로 분리가능할 정도로 파장이 떨어진 편광인 것이 바람직하다.

수단 10. 상기 제1 파장의 편광에 따른 상기 참조광과 상기 계측광의 사이에 상대적인 위상차를 부여하는 제1 위상 시프트수단, 및/또는, 상기 제2 파장의 편광에 따른 상기 참조광과 상기 계측광의 사이에 상대적인 위상차를 부여하는 제2 위상 시프트수단을 구비함과 함께,

상기 제3 파장의 편광에 따른 상기 참조광과 상기 계측광의 사이에 상대적인 위상차를 부여하는 제3 위상 시프트수단, 및/또는, 상기 제4 파장의 편광에 따른 상기 참조광과 상기 계측광의 사이에 상대적인 위상차를 부여하는 제4 위상 시프트수단을 구비하고,

상기 화상처리수단은,

상기 제1 위상 시프트수단에 의해 여러 가지(예를 들어 4가지)로 위상시프트된 상기 제1 파장의 편광에 따른 출력광을 상기 제1 파장광촬상부에 의해 촬상한 여러 가지의 간섭호 화상을 기초로, 위상시프트법에 의해 상기 피계측물의 형상계측을 행하고, 당해 계측값을 제1 계측값으로서 취득가능한 제1 계측값 취득수단,

및/또는,

상기 제2 위상 시프트수단에 의해 여러 가지(예를 들어 4가지)로 위상시프트된 상기 제2 파장의 편광에 따른 출력광을 상기 제2 파장광촬상부에 의해 촬상한 여러 가지의 간섭호 화상을 기초로, 위상시프트법에 의해 상기 피계측물의 형상계측을 행하고, 당해 계측값을 제2 계측값으로서 취득가능한 제2 계측값 취득수단을 구비함과 함께,

상기 제3 위상 시프트수단에 의해 여러 가지(예를 들어 4가지)로 위상시프트된 상기 제3 파장의 편광에 따른 출력광을 상기 제3 파장광촬상부에 의해 촬상한 여러 가지의 간섭호 화상을 기초로, 위상시프트법에 의해 상기 피계측물의 형상계측을 행하고, 당해 계측값을 제3 계측값으로서 취득가능한 제3 계측값 취득수단,

및/또는,

상기 제4 위상 시프트수단에 의해 여러 가지(예를 들어 4가지)로 위상시프트된 상기 제4 파장의 편광에 따른 출력광을 상기 제4 파장광촬상부에 의해 촬상한 여러 가지의 간섭호 화상을 기초로, 위상시프트법에 의해 상기 피계측물의 형상계측을 행하고, 당해 계측값을 제4 계측값으로서 취득가능한 제4 계측값 취득수단을 구비하고,

상기 제1 계측값 및/또는 상기 제2 계측값, 그리고, 상기 제3 계측값 및/또는 상기 제4 계측값으로부터 특정되는 높이정보를, 상기 피계측물의 높이정보로서 취득가능한 높이정보 취득수단을 구비한 수단 1 내지 9 중 어느 하나에 기재된 삼차원 계측장치.

위상시프트법을 이용한 종래의 삼차원 계측장치에 있어서는, 예를 들어 위상을 4단계로 변화시키고, 이들에 대응하는 4가지의 간섭호 화상을 촬상할 필요가 있었다. 이 때문에, 계측레인지 향상을 위하여, 파장차가 작은 2종류의 광을 이용하는 경우에는, 각각 상이한 타이밍에 4회씩, 총 8회분의 촬상시간이 필요하였다.

이에 대하여, 본 수단 10에 따르면, 「제1 광에 따른 출력광(「제1 파장의 편광에 따른 출력광」 및/또는 「제2 파장의 편광에 따른 출력광」)」의 촬상과, 「제2 광에 따른 출력광(「제3 파장의 편광에 따른 출력광」 및/또는 「제4 파장의 편광에 따른 출력광」)」의 촬상을 개별이고 또한 동시에 행할 수 있다. 이 때문에, 예를 들어 총 4회분의 촬상시간으로, 최대 4종류의 광에 따른 총 16가지(4×4가지)의 간섭호 화상을 취득할 수 있다. 결과적으로, 총체적인 촬상시간을 단축할 수 있고, 추가적인 계측효율의 향상을 도모할 수 있다.

수단 11. 상기 제1 파장의 편광에 따른 출력광을 복수의 광으로 분할하는 제1 분광수단, 및, 상기 제1 위상 시프트수단으로서, 상기 제1 분광수단에 의해 분할된 복수의 분할광 중, 적어도 상기 위상시프트법에 의한 계측에 필요한 수(예를 들어 4개)의 분할광에 대하여 각각 상이한 위상차를 부여하는 제1 필터수단,

그리고/또는,

상기 제2 파장의 편광에 따른 출력광을 복수의 광으로 분할하는 제2 분광수단, 및, 상기 제2 위상 시프트수단으로서, 상기 제2 분광수단에 의해 분할된 복수의 분할광 중, 적어도 상기 위상시프트법에 의한 계측에 필요한 수(예를 들어 4개)의 분할광에 대하여 각각 상이한 위상차를 부여하는 제2 필터수단을 구비함과 함께,

상기 제3 파장의 편광에 따른 출력광을 복수의 광으로 분할하는 제3 분광수단, 및, 상기 제3 위상 시프트수단으로서, 상기 제3 분광수단에 의해 분할된 복수의 분할광 중, 적어도 상기 위상시프트법에 의한 계측에 필요한 수(예를 들어 4개)의 분할광에 대하여 각각 상이한 위상차를 부여하는 제3 필터수단,

그리고/또는,

상기 제4 파장의 편광에 따른 출력광을 복수의 광으로 분할하는 제4 분광수단, 및, 상기 제4 위상 시프트수단으로서, 상기 제4 분광수단에 의해 분할된 복수의 분할광 중, 적어도 상기 위상시프트법에 의한 계측에 필요한 수(예를 들어 4개)의 분할광에 대하여 각각 상이한 위상차를 부여하는 제4 필터수단을 구비하고,

상기 제1 파장광촬상부가, 적어도 상기 제1 필터수단을 투과하는 상기 복수의 분할광을 동시에 촬상가능하게 구성되고, 및/또는, 상기 제2 파장광촬상부가, 적어도 상기 제2 필터수단을 투과하는 상기 복수의 분할광을 동시에 촬상가능하게 구성됨과 함께,

상기 제3 파장광촬상부가, 적어도 상기 제3 필터수단을 투과하는 상기 복수의 분할광을 동시에 촬상가능하게 구성되고, 및/또는, 상기 제4 파장광촬상부가, 적어도 상기 제4 필터수단을 투과하는 상기 복수의 분할광을 동시에 촬상가능하게 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 수단 10에 기재된 삼차원 계측장치.

상기 위상 시프트수단으로는, 예를 들어 참조면을 광축을 따라 이동시킴으로써 물리적으로 광로길이를 변화시키는 구성이 고려된다. 그러나, 이러한 구성에서는, 계측에 필요한 모든 간섭호 화상을 취득할 때까지 일정시간을 필요로 하므로, 계측시간이 길어질 뿐만 아니라, 그 공기의 흔들림이나 진동 등의 영향을 받으므로, 계측정밀도가 저하될 우려가 있다.

이 점, 본 수단 11에 따르면, 계측에 필요한 모든 간섭호 화상을 동시에 취득할 수 있다. 즉, 최대 4종류의 광에 따른 총 16가지(4×4가지)의 간섭호 화상을 동시에 취득할 수 있다. 결과적으로, 계측정밀도의 향상을 도모함과 함께, 총체적인 촬상시간을 대폭 단축할 수 있고, 계측효율의 비약적인 향상을 도모할 수 있다.

한편, 「분광수단」으로는, 예를 들어 「입사되는 광을, 각각 광로길이가 동일하고 또한 진행방향으로 직교하는 평면에 있어서 광로가 매트릭스상으로 배열된 4개의 광으로 분할하는 분광수단」 등을 들 수 있다. 예를 들어, 하기의 수단 12와 같은 구성을 일례로 들 수 있다.

수단 12. 상기 분광수단(상기 제1 분광수단 및/또는 상기 제2 분광수단, 그리고, 상기 제3 분광수단 및/또는 상기 제4 분광수단)은,

제1 평면을 따른 단면형상이 삼각형상이 되는 삼각기둥형상을 이루고, 이 제1 평면과 직교하는 방향을 따른 3개의 면 중의 제1 면과 제2 면의 교선을 통과하여 제3 면과 직교하는 평면을 따라 제1 분기수단(제1 하프미러)을 갖는 제1 광학부재(제1 케스터 프리즘)와,

상기 제1 평면과 직교하는 제2 평면을 따른 단면형상이 삼각형상이 되는 삼각기둥형상을 이루고, 이 제2 평면과 직교하는 방향을 따른 3개의 면 중의 제1 면과 제2 면의 교선을 통과하여 제3 면과 직교하는 평면을 따라 제2 분기수단(제2 하프미러)을 갖는 제2 광학부재(제2 케스터 프리즘)를 구비하고,

상기 제1 광학부재의 제3 면과 상기 제2 광학부재의 제1 면을 상대향하도록 배치함으로써,

상기 제1 광학부재의 상기 제1 면에 대하여(수직으로) 입사되는 광을 상기 제1 분기수단으로 2방향으로 분기시키고, 이 중 상기 제1 분기수단으로 반사한 분할광을 상기 제1 면에서 상기 제3 면측을 향하여 반사시키고, 상기 제1 분기수단을 투과한 분할광을 상기 제2 면에서 상기 제3 면측을 향하여 반사시킴으로써, 상기 제3 면으로부터 평행한 2개의 분할광으로서 출사시키고,

상기 제1 광학부재의 제3 면으로부터 출사된 2개의 분할광을 상기 제2 광학부재의 제1 면에 대하여(수직으로) 입사시키고, 이 2개의 분할광을 각각 상기 제2 분기수단으로 2방향으로 분기시키고, 이 중 상기 제2 분기수단으로 반사한 2개의 분할광을 각각 상기 제1 면에서 상기 제3 면측을 향하여 반사시키고, 상기 제2 분기수단을 투과한 2개의 분할광을 각각 상기 제2 면에서 상기 제3 면측을 향하여 반사시킴으로써, 상기 제3 면으로부터 평행한 4개의 분할광으로서 출사시키는 것을 특징으로 하는 수단 11에 기재된 삼차원 계측장치.

상기 수단 12에 따르면, 소정의 광학계(간섭광학계)로부터 출사되는 광을 2행 2열의 매트릭스상으로 배열된 4개의 광으로 분광할 수 있다. 이에 따라, 예를 들어 하기의 수단 13과 같이 복수의 분할광을 단일의 촬상소자에 의해 동시 촬상하는 구성에 있어서, 촬상소자의 촬상영역을 매트릭스상으로 4등분한 분할영역을, 4개의 분할광에 각각 할당할 수 있으므로, 촬상소자의 촬상영역을 유효 활용할 수 있다. 예를 들어 애스펙트비가 4:3인 일반적인 촬상소자의 촬상영역을 4등분한 경우, 각 분할영역의 애스펙트비는 마찬가지로 4:3이 되므로, 각 분할영역내의 보다 광범위를 이용가능하게 된다. 더 나아가, 추가적인 계측정밀도의 향상을 도모할 수 있다.

또한, 가령 회절격자를 분광수단으로서 이용한 경우에는 분해능이 저하될 우려가 있으나, 본 수단에서는, 1개의 광을 평행한 2개의 광으로 분할하고, 다시 이 2개의 광을 각각 평행한 2개의 광으로 분할함으로써, 평행한 4개의 광으로 분광하는 구성으로 되어 있으므로, 분해능의 저하억제를 도모할 수 있다.

또한, 1개의 광을 평행한 2개의 광으로 분할하는 수단으로서, 상기 구성을 갖는 광학부재(케스터 프리즘)를 채용하고 있으므로, 분할된 2개의 광의 광로길이가 광학적으로 동일해진다. 결과적으로, 분할된 2개의 광의 광로길이를 조정하는 광로조정수단을 구비할 필요가 없어, 부품점수의 삭감을 도모함과 함께, 구성의 간소화나 장치의 소형화 등을 도모할 수 있다.

또한, 제1 광학부재의 제3 면과 제2 광학부재의 제1 면이 당접해 있으면, 분광수단에 대하여 1개의 광이 입사되고 나서, 4개의 광이 출사되기까지의 동안에, 광이 광학부재내만을 진행하고, 공기 중에 드러나지 않는 구성으로 되므로, 공기의 흔들림 등에 따른 영향을 저감할 수 있다.

수단 13. 상기 제1 파장광촬상부가, 적어도 상기 제1 필터수단을 투과하는 상기 복수의 분할광을 동시에 촬상가능한 단일의 촬상소자를 구비하고, 및/또는, 상기 제2 파장광촬상부가, 적어도 상기 제2 필터수단을 투과하는 상기 복수의 분할광을 동시에 촬상가능한 단일의 촬상소자를 구비하고,

상기 제3 파장광촬상부가, 적어도 상기 제3 필터수단을 투과하는 상기 복수의 분할광을 동시에 촬상가능한 단일의 촬상소자를 구비하고, 및/또는, 상기 제2 파장광촬상부가, 적어도 상기 제4 필터수단을 투과하는 상기 복수의 분할광을 동시에 촬상가능한 단일의 촬상소자를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 수단 11 또는 12에 기재된 삼차원 계측장치.

한편, 복수의 분할광을 동시에 촬상하는 경우에는, 복수의 카메라(촬상소자)에 의해 각 분할광을 각각 촬상하는 구성도 고려되나, 이러한 구성에서는, 각 카메라(촬상소자)의 차이 등에 따라, 계측오차가 발생할 우려가 있다.

이 점, 본 수단에 따르면, 복수의 분할광을 단일의 촬상소자에 의해 동시 촬상하는 구성으로 되어 있으므로, 계측오차 등의 발생을 억제하고, 계측정밀도의 향상을 도모할 수 있다.

수단 14. 상기 피계측물이, 프린트기판에 인쇄된 크림땜납, 또는, 웨이퍼기판에 형성된 땜납범프인 것을 특징으로 하는 수단 1 내지 13 중 어느 하나에 기재된 삼차원 계측장치.

상기 수단 14에 따르면, 프린트기판에 인쇄된 크림땜납, 또는, 웨이퍼기판에 형성된 땜납범프의 높이계측 등을 행할 수 있다. 더 나아가, 크림땜납 또는 땜납범프의 검사에 있어서, 그 계측값에 기초하여 크림땜납 또는 땜납범프의 양부판정을 행할 수 있다. 따라서, 이러한 검사에 있어서, 상기 각 수단의 작용효과가 나타나게 되고, 정밀도 좋게 양부판정을 행할 수 있다. 결과적으로, 땜납인쇄 검사장치 또는 땜납범프 검사장치에서의 검사정밀도의 향상을 도모할 수 있다.

도 1은 삼차원 계측장치의 개략구성도이다.
도 2는 삼차원 계측장치의 전기적 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 분광광학계를 나타내는 평면도이다.
도 4는 분광광학계를 나타내는 정면도이다.
도 5는 분광광학계를 나타내는 우측면도이다.
도 6은 분광광학계를 나타내는 사시도이다.
도 7은 필터유닛의 개략구성도이다.
도 8은 촬상소자의 촬상영역의 개략구성도이다.
도 9는 제1 광(제1 파장광 및 제2 파장광)의 광로를 나타내는 광로도이다.
도 10은 제2 광(제3 파장광 및 제4 파장광)의 광로를 나타내는 광로도이다.
도 11은 제2 실시형태에 따른 삼차원 계측장치의 개략구성도이다.
도 12는 제2 실시형태에 따른 제1 광(제1 파장광 및 제2 파장광)의 광로를 나타내는 광로도이다.
도 13은 제2 실시형태에 따른 제2 광(제3 파장광 및 제4 파장광)의 광로를 나타내는 광로도이다.
도 14는 제3 실시형태에 따른 삼차원 계측장치의 개략구성도이다.
도 15는 제3 실시형태에 따른 제1 광(제1 파장광 및 제2 파장광)의 광로를 나타내는 광로도이다.
도 16은 제3 실시형태에 따른 제2 광(제3 파장광 및 제4 파장광)의 광로를 나타내는 광로도이다.
도 17은 제4 실시형태에 따른 분광광학계 등을 나타내는 개략구성도이다.
도 18은 땜납범프의 높이계측의 원리를 설명하기 위한 설명도이다.
도 19는 다른 실시형태에 따른 필터유닛의 개략구성도이다.

〔제1 실시형태〕

이하, 삼차원 계측장치의 일실시형태에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다. 도 1은 본 실시형태에 따른 삼차원 계측장치(1)의 개략구성을 나타내는 모식도이며, 도 2는 삼차원 계측장치(1)의 전기적 구성을 나타내는 블록도이다. 이하, 편의상, 도 1의 지면 전후방향을 「X축방향」으로 하고, 지면 상하방향을 「Y축방향」으로 하고, 지면 좌우방향을 「Z축방향」으로 하여 설명한다.

삼차원 계측장치(1)는, 마이클손 간섭계의 원리에 기초하여 구성된 것이며, 소정의 광을 출력가능한 2개의 투광계(2A, 2B)(제1 투광계(2A), 제2 투광계(2B))와, 이 투광계(2A, 2B)로부터 각각 출사되는 광이 입사되는 간섭광학계(3)와, 이 간섭광학계(3)로부터 출사되는 광이 입사되는 2개의 촬상계(4A, 4B)(제1 촬상계(4A), 제2 촬상계(4B))와, 투광계(2A, 2B)나 간섭광학계(3), 촬상계(4A, 4B) 등에 따른 각종 제어나 화상처리, 연산처리 등을 행하는 제어장치(5)를 구비하고 있다.

여기서, 「제어장치(5)」가 본 실시형태에서의 「화상처리수단」을 구성하고, 「간섭광학계(3)」가 본 실시형태에서의 「소정의 광학계(특정 광학계)」를 구성한다. 한편, 본원에 따른 각 실시형태에 있어서는, 광의 간섭을 발생시키는 것(간섭호 화상을 촬상하는 것)을 목적으로 하여, 입사하는 소정의 광을 2개의 광(계측광 및 참조광)으로 분할하고, 이 2개의 광에 광로차를 발생시킨 다음에, 재차 합성하여 출력하는 광학계를 「간섭광학계」라고 한다. 즉, 2개의 광(계측광 및 참조광)을 내부에서 간섭시킨 다음에 간섭광으로서 출력하는 광학계뿐만 아니라, 2개의 광(계측광 및 참조광)을 내부에서 간섭시키지 않고, 단순히 합성광으로서 출력하는 광학계에 대해서도 「간섭광학계」라고 칭하고 있다. 따라서, 본 실시형태에서 후술하는 바와 같이, 「간섭광학계」로부터, 2개의 광(계측광 및 참조광)이 간섭하지 않고 합성광으로서 출력되는 경우에는, 적어도 촬상되는 전단계(예를 들어 촬상계의 내부 등)에 있어서, 소정의 간섭수단을 개재하여 간섭광으로 변환하게 된다.

이하, 상기 2개의 투광계(2A, 2B)(제1 투광계(2A), 제2 투광계(2B))의 구성에 대하여 상세히 설명한다. 우선 제1 투광계(2A)의 구성에 대하여 상세히 설명한다.

제1 투광계(2A)는, 2개의 발광부(51A, 52A)(제1 발광부(51A), 제2 발광부(52A))와, 제1 발광부(51A)에 대응하는 제1 광아이솔레이터(53A)와, 제2 발광부(52A)에 대응하는 제2 광아이솔레이터(54A)와, 제1 합성용 다이크로익 미러(55A)와, 제1 무편광빔 스플리터(56A)를 구비하고 있다.

도시는 생략하나, 발광부(51A, 52A)는, 각각 특정파장의 직선편광을 출력가능한 레이저광원이나, 이 레이저광원으로부터 출력되는 직선편광을 확대하고 평행광으로서 출사하는 빔 익스팬더, 강도조정을 행하기 위한 편광판, 편광방향을 조정하기 위한 1/2파장판 등을 구비하고 있다. 단, 양 발광부(51A, 52A)는 각각 파장이 상이한 광을 출사한다.

상세하게는, 제1 발광부(51A)는, X축방향 및 Z축방향에 대하여 45° 경사진 방향을 편광방향으로 하는 제1 파장(λ₁)(예를 들어 λ₁=491nm)의 직선편광을 Y축방향 하향으로 출사한다. 또한, 제2 발광부(52A)는, X축방향 및 Y축방향에 대하여 45° 경사진 방향을 편광방향으로 하는 제2 파장(λ₂)(예를 들어 λ₂=540nm)의 직선편광을 Z축방향 좌향으로 출사한다.

제1 광아이솔레이터(53A)는, 한방향(본 실시형태에서는 Y축방향 하향)으로 진행하는 광만을 투과하고 역방향(본 실시형태에서는 Y축방향 상향)의 광을 차단하는 광학소자이다. 이에 따라, 제1 발광부(51A)로부터 출사된 광만을 투과하게 되고, 복귀광에 의한 제1 발광부(51A)의 손상이나 불안정화 등을 방지할 수 있다.

이러한 구성 하에, 제1 발광부(51A)로부터 Y축방향 하향으로 출사된 제1 파장(λ₁)의 직선편광(이하, 「제1 파장광」이라고 함)은, 제1 광아이솔레이터(53A)를 개재하여 제1 합성용 다이크로익 미러(55A)에 입사한다.

마찬가지로, 제2 광아이솔레이터(54A)는 한방향(본 실시형태에서는 Z축방향 좌향)으로 진행하는 광만을 투과하고 역방향(본 실시형태에서는 Z축방향 우향)의 광을 차단하는 광학소자이다. 이에 따라, 제2 발광부(52A)로부터 출사된 광만을 투과하게 되고, 복귀광에 의한 제2 발광부(52A)의 손상이나 불안정화 등을 방지할 수 있다.

이러한 구성 하에, 제2 발광부(52A)로부터 Z축방향 좌향으로 출사된 제2 파장(λ₂)의 직선편광(이하, 「제2 파장광」이라고 함)은, 제2 광아이솔레이터(54A)를 개재하여 제1 합성용 다이크로익 미러(55A)에 입사한다.

제1 합성용 다이크로익 미러(55A)는, 직각 프리즘(직각이등변삼각형을 바닥면으로 하는 삼각기둥상의 프리즘. 이하 동일)을 접합하여 일체로 한 큐브형의 공지의 광학부재(다이크로익 프리즘)로서, 그 접합면(55Ah)에 유전체 다층막이 형성되어 있다.

제1 합성용 다이크로익 미러(55A)는, 그 접합면(55Ah)을 사이에 두고 이웃하는 2면 중의 일방이 Y축방향과 직교하고 또한 타방이 Z축방향과 직교하도록 배치되어 있다. 즉, 제1 합성용 다이크로익 미러(55A)의 접합면(55Ah)이 Y축방향 및 Z축방향에 대하여 45° 경사지도록 배치되어 있다.

본 실시형태에서의 제1 합성용 다이크로익 미러(55A)는, 적어도 제1 파장광을 반사하고, 제2 파장광을 투과하는 특성을 갖는다. 이에 따라, 도 1에 나타낸 본 실시형태의 배치구성에서는, 제1 합성용 다이크로익 미러(55A)에 입사한 제1 파장광과 제2 파장광이 합성된 다음에, X축방향 및 Y축방향에 대하여 45° 경사진 방향을 편광방향으로 하는 직선편광으로서 제1 무편광빔 스플리터(56A)를 향해 Z축방향 좌향으로 출사되게 된다.

이후, 제1 발광부(51A)로부터 출사되는 제1 파장광과, 제2 발광부(52A)로부터 출사되는 제2 파장광을 합성한 합성광을 「제1 광」이라고 한다. 즉, 「발광부(51A, 52A)」, 「광아이솔레이터(53A, 54A)」, 「제1 합성용 다이크로익 미러(55A)」 등에 의해 본 실시형태에서의 「제1 조사수단」이 구성되게 된다. 특히 「제1 발광부(51A)」에 의해 「제1 파장광출사부」가 구성되고, 「제2 발광부(52A)」에 의해 「제2 파장광출사부」가 구성되고, 「제1 합성용 다이크로익 미러(55A)」에 의해 「제1 합성수단」이 구성된다.

제1 무편광빔 스플리터(56A)는, 직각 프리즘을 접합하여 일체로 한 큐브형의 공지의 광학부재로서, 그 접합면(56Ah)에는 예를 들어 금속막 등의 코팅이 실시되어 있다. 「제1 무편광빔 스플리터(56A)」가 본 실시형태에서의 「제1 도광수단」을 구성한다.

이하 동일하나, 무편광빔 스플리터는, 편광상태도 포함하여, 입사광을 소정의 비율로 투과광과 반사광으로 분할하는 것이다. 본 실시형태에서는, 1:1의 분할비를 가진 소위 하프미러를 채용하고 있다. 즉, 투과광의 P편광성분 및 S편광성분, 그리고, 반사광의 P편광성분 및 S편광성분이 모두 동일한 비율로 분할됨과 함께, 투과광과 반사광의 각 편광상태는 입사광의 편광상태와 동일해진다.

한편, 본 실시형태에서는, 도 1의 지면에 평행한방향(Y축방향 또는 Z축방향)을 편광방향으로 하는 직선편광을 P편광(P편광성분)이라 하고, 도 1의 지면에 수직인 X축방향을 편광방향으로 하는 직선편광을 S편광(S편광성분)이라고 한다. 「P편광」이 「제1 편광방향을 갖는 편광」에 상당하고, 「S편광」이 「제2 편광방향을 갖는 편광」에 상당한다.

또한, 제1 무편광빔 스플리터(56A)는, 그 접합면(56Ah)을 사이에 두고 이웃하는 2면 중의 일방이 Y축방향과 직교하고 또한 타방이 Z축방향과 직교하도록 배치되어 있다. 즉, 제1 무편광빔 스플리터(56A)의 접합면(56Ah)이 Y축방향 및 Z축방향에 대하여 45° 경사지도록 배치되어 있다. 보다 상세하게는, 제1 합성용 다이크로익 미러(55A)로부터 Z축방향 좌향으로 입사하는 제1 광의 일부(절반)를 Z축방향 좌향으로 투과시키고, 나머지(절반)를 Y축방향 하향으로 반사시킨다.

이어서, 제2 투광계(2B)의 구성에 대하여 상세하게 설명한다. 제2 투광계(2B)는, 상기 제1 투광계(2A)와 마찬가지로, 2개의 발광부(51B, 52B(제3 발광부(51B), 제4 발광부(52B)))와, 제3 발광부(51B)에 대응하는 제3 광아이솔레이터(53B)와, 제4 발광부(52B)에 대응하는 제4 광아이솔레이터(54B)와, 제2 합성용 다이크로익 미러(55B)와, 제2 무편광빔 스플리터(56B)를 구비하고 있다.

도시는 생략하나, 발광부(51B, 52B)는, 각각 특정파장의 직선편광을 출력가능한 레이저광원이나, 이 레이저광원으로부터 출력되는 직선편광을 확대하고 평행광으로서 출사하는 빔 익스팬더, 강도조정을 행하기 위한 편광판, 편광방향을 조정하기 위한 1/2파장판 등을 구비하고 있다. 단, 양 발광부(51B, 52B)는 각각 파장이 상이한 광을 출사한다.

상세하게는, 제3 발광부(51B)는, X축방향 및 Y축방향에 대하여 45° 경사진 방향을 편광방향으로 하는 제3 파장(λ₃)(예를 들어 λ₃=488nm)의 직선편광을 Z축방향 좌향으로 출사한다. 또한, 제4 발광부(52B)는, X축방향 및 Z축방향에 대하여 45° 경사진 방향을 편광방향으로 하는 제4 파장(λ₄)(예를 들어 λ₄=532nm)의 직선편광을 Y축방향 상향으로 출사한다.

제3 광아이솔레이터(53B)는, 한방향(본 실시형태에서는 Z축방향 좌향)으로 진행하는 광만을 투과하고 역방향(본 실시형태에서는 Z축방향 우향)의 광을 차단하는 광학소자이다. 이에 따라, 제3 발광부(51B)로부터 출사된 광만을 투과하게 되고, 복귀광에 의한 제3 발광부(51B)의 손상이나 불안정화 등을 방지할 수 있다.

이러한 구성 하에, 제3 발광부(51B)로부터 Z축방향 좌향으로 출사된 제3 파장(λ₃)의 직선편광(이하, 「제3 파장광」이라고 함)은, 제3 광아이솔레이터(53B)를 개재하여 제2 합성용 다이크로익 미러(55B)에 입사한다.

마찬가지로, 제4 광아이솔레이터(54B)는, 한방향(본 실시형태에서는 Y축방향 상향)으로 진행하는 광만을 투과하고 역방향(본 실시형태에서는 Y축방향 하향)의 광을 차단하는 광학소자이다. 이에 따라, 제4 발광부(52B)로부터 출사된 광만을 투과하게 되고, 복귀광에 의한 제4 발광부(52B)의 손상이나 불안정화 등을 방지할 수 있다.

이러한 구성 하에, 제4 발광부(52B)로부터 Y축방향 상향으로 출사된 제4 파장(λ₄)의 직선편광(이하, 「제4 파장광」이라고 함)은, 제4 광아이솔레이터(54B)를 개재하여 제2 합성용 다이크로익 미러(55B)에 입사한다.

제2 합성용 다이크로익 미러(55B)는, 직각 프리즘을 접합하여 일체로 한 큐브형의 공지의 광학부재(다이크로익 프리즘)로서, 그 접합면(55Bh)에 유전체 다층막이 형성되어 있다.

제2 합성용 다이크로익 미러(55B)는, 그 접합면(55Bh)을 사이에 두고 이웃하는 2면 중의 일방이 Y축방향과 직교하고 또한 타방이 Z축방향과 직교하도록 배치되어 있다. 즉, 제2 합성용 다이크로익 미러(55B)의 접합면(55Bh)이 Y축방향 및 Z축방향에 대하여 45° 경사지도록 배치되어 있다.

본 실시형태에서의 제2 합성용 다이크로익 미러(55B)는, 적어도 제3 파장광을 반사하고, 제4 파장광을 투과하는 특성을 갖는다. 이에 따라, 도 1에 나타낸 본 실시형태의 배치구성에서는, 제2 합성용 다이크로익 미러(55B)에 입사한 제3 파장광과 제4 파장광이 합성된 다음에, X축방향 및 Z축방향에 대하여 45° 경사진 방향을 편광방향으로 하는 직선편광으로서, 제2 무편광빔 스플리터(56B)를 향하여 Y축방향 상향으로 출사되게 된다.

이후, 제3 발광부(51B)로부터 출사되는 제3 파장광과, 제4 발광부(52B)로부터 출사되는 제4 파장광을 합성한 합성광을 「제2 광이라고 한다. 즉, 「발광부(51B, 52B)」, 「광아이솔레이터(53B, 54B)」, 「제2 합성용 다이크로익 미러(55B)」 등에 의해 본 실시형태에서의 「제2 조사수단」이 구성되게 된다. 특히 「제3 발광부(51B)」에 의해 「제3 파장광출사부」가 구성되고, 「제4 발광부(52B)」에 의해 「제4 파장광출사부」가 구성되고, 「제2 합성용 다이크로익 미러(55B)」에 의해 「제2 합성수단」이 구성된다.

제2 무편광빔 스플리터(56B)는, 직각 프리즘을 접합하여 일체로 한 큐브형의 공지의 광학부재로서, 그 접합면(56Bh)에는 예를 들어 금속막 등의 코팅이 실시되어 있다. 「제2 무편광빔 스플리터(56B)」가 본 실시형태에서의 「제2 도광수단」을 구성한다.

또한, 제2 무편광빔 스플리터(56B)는, 그 접합면(56Bh)을 사이에 두고 이웃하는 2면 중의 일방이 Y축방향과 직교하고 또한 타방이 Z축방향과 직교하도록 배치되어 있다. 즉, 제2 무편광빔 스플리터(56B)의 접합면(56Bh)이 Y축방향 및 Z축방향에 대하여 45° 경사지도록 배치되어 있다. 보다 상세하게는, 제2 합성용 다이크로익 미러(55B)로부터 Y축방향 상향으로 입사하는 제2 광의 일부(절반)를 Y축방향 상향으로 투과시키고, 나머지(절반)를 Z축방향 우향으로 반사시킨다.

이하, 상기 간섭광학계(3)의 구성에 대하여 상세히 설명한다. 간섭광학계(3)는, 편광빔 스플리터(PBS)(60), 1/4파장판(61, 62), 참조면(63), 설치부(64) 등을 구비하고 있다.

편광빔 스플리터(60)는, 직각 프리즘을 접합하여 일체로 한 큐브형의 공지의 광학부재로서, 그 접합면(경계면)(60h)에는 예를 들어 유전체 다층막 등의 코팅이 실시되어 있다.

편광빔 스플리터(60)는, 입사되는 직선편광을 편광방향이 서로 직교하는 2개의 편광성분(P편광성분과 S편광성분)으로 분할하는 것이다. 본 실시형태에서의 편광빔 스플리터(60)는, P편광성분을 투과시키고, S편광성분을 반사하는 구성으로 되어 있다. 또한, 본 실시형태에서의 편광빔 스플리터(60)는, 입사하는 소정의 광을 2개의 광(계측광 및 참조광)으로 분할함과 함께, 이들을 재차 합성하는 기능을 갖게 된다.

편광빔 스플리터(60)는, 그 접합면(60h)을 사이에 두고 이웃하는 2면 중의 일방이 Y축방향과 직교하고 또한 타방이 Z축방향과 직교하도록 배치되어 있다. 즉, 편광빔 스플리터(60)의 접합면(60h)이 Y축방향 및 Z축방향에 대하여 45° 경사지도록 배치되어 있다.

보다 상세하게는, 상기 제1 무편광빔 스플리터(56A)로부터 Y축방향 하향으로 반사한 제1 광이 입사하는 편광빔 스플리터(60)의 제1 면(Y축방향상 측면)(60a), 그리고, 이 제1 면(60a)과 상대향하는 제3 면(Y축방향 하측면)(60c)이 Y축방향과 직교하도록 배치되어 있다. 「편광빔 스플리터(60)의 제1 면(60a)」이 본 실시형태에서의 「제1 입출력부」에 상당한다.

한편, 제1 면(60a)과 접합면(60h)을 사이에 두고 이웃하는 면으로서, 상기 제2 무편광빔 스플리터(56B)로부터 Z축방향 우향으로 반사한 제2 광이 입사하는 편광빔 스플리터(60)의 제2 면(Z축방향 좌측면)(60b), 그리고, 이 제2 면(60b)과 상대향하는 제4 면(Z축방향 우측면)(60d)이 Z축방향과 직교하도록 배치되어 있다. 「편광빔 스플리터(60)의 제2 면(60b)」이 본 실시형태에서의 「제2 입출력부」에 상당한다.

또한, 편광빔 스플리터(60)의 제3 면(60c)과 Y축방향으로 상대향하도록 1/4파장판(61)이 배치되고, 이 1/4파장판(61)과 Y축방향으로 상대향하도록 참조면(63)이 배치되어 있다.

1/4파장판(61)은, 본 실시형태에서의 「제1 1/4파장판」에 상당하는 것이며, 직선편광을 원편광으로 변환하고 또한 원편광을 직선편광으로 변환하는 기능을 갖는다. 즉, 편광빔 스플리터(60)의 제3 면(60c)으로부터 출사되는 직선편광(참조광)은 1/4파장판(61)을 개재하여 원편광으로 변환된 다음에 참조면(63)에 대하여 조사된다. 또한, 참조면(63)에서 반사한 참조광은, 재차, 1/4파장판(61)을 개재하여 원편광으로부터 직선편광으로 변환된 다음에 편광빔 스플리터(60)의 제3 면(60c)에 입사한다.

한편, 편광빔 스플리터(60)의 제4 면(60d)과 Z축방향으로 상대향하도록 1/4파장판(62)이 배치되고, 이 1/4파장판(62)과 Z축방향으로 상대향하도록 설치부(64)가 배치되어 있다.

1/4파장판(62)은, 본 실시형태에서의 「제2 1/4파장판」에 상당하는 것이며, 직선편광을 원편광으로 변환하고 또한 원편광을 직선편광으로 변환하는 기능을 갖는다. 즉, 편광빔 스플리터(60)의 제4 면(60d)으로부터 출사되는 직선편광(계측광)은 1/4파장판(62)을 개재하여 원편광으로 변환된 다음에 설치부(64)에 놓여진 피계측물로서의 워크(W)에 대하여 조사된다. 또한, 워크(W)에서 반사한 계측광은, 재차, 1/4파장판(62)을 개재하여 원편광으로부터 직선편광으로 변환된 다음에 편광빔 스플리터(60)의 제4 면(60d)에 입사한다.

이하, 상기 2개의 촬상계(4A, 4B)(제1 촬상계(4A), 제2 촬상계(4B))의 구성에 대하여 상세히 설명한다. 「제1 촬상계(4A)」가 본 실시형태에서의 「제1 촬상수단」을 구성하고, 「제2 촬상계(4B)」가 「제2 촬상수단」을 구성한다.

우선 제1 촬상계(4A)의 구성에 대하여 설명한다. 제1 촬상계(4A)는, 제2 무편광빔 스플리터(56B)를 투과한 제1 광(제1 파장광과 제2 파장광의 2파장합성광)에 따른 참조광성분 및 계측광성분의 합성광을, 제1 파장광에 따른 합성광(참조광성분 및 계측광성분)과, 제2 파장광에 따른 합성광(참조광성분 및 계측광성분)으로 분리하는 제1 분리용 다이크로익 미러(80A)를 구비하고 있다. 「제1 분리용 다이크로익 미러(80A)」가 본 실시형태에서의 「제1 분리수단」을 구성한다.

제1 분리용 다이크로익 미러(80A)는, 직각 프리즘을 접합하여 일체로 한 큐브형의 공지의 광학부재(다이크로익 프리즘)로서, 그 접합면(80Ah)에 유전체 다층막이 형성되어 있다.

제1 분리용 다이크로익 미러(80A)는, 그 접합면(80Ah)을 사이에 두고 이웃하는 2면 중의 일방이 Y축방향과 직교하고 또한 타방이 Z축방향과 직교하도록 배치되어 있다. 즉, 제1 분리용 다이크로익 미러(80A)의 접합면(80Ah)이 Y축방향 및 Z축방향에 대하여 45° 경사지도록 배치되어 있다.

본 실시형태에서의 제1 분리용 다이크로익 미러(80A)는, 상기 제1 합성용 다이크로익 미러(55A)와 동일한 특성을 갖는 것이다. 즉, 제1 분리용 다이크로익 미러(80A)는, 적어도 제1 파장광을 반사하고, 제2 파장광을 투과하는 특성을 갖는다.

이에 따라, 도 1에 나타낸 본 실시형태의 배치구성에서는, 제1 분리용 다이크로익 미러(80A)에 입사한 제1 광에 따른 합성광은, Y축방향 하향으로 출사되는 제1 파장광에 따른 합성광과, Z축방향 좌향으로 출사되는 제2 파장광에 따른 합성광으로 분리되게 된다.

나아가, 제1 촬상계(4A)는, 제1 분리용 다이크로익 미러(80A)로부터 Y축방향 하향으로 출사되는 제1 파장광에 따른 합성광을 4개의 분광으로 분할하는 제1 분광광학계(81A)와, 이 제1 분광광학계(81A)에 의해 분할된 4개의 분광을 각각 원편광으로 변환하는 1/4파장판유닛(83A)과, 이 1/4파장판유닛(83A)을 투과한 4개의 분광의 소정 성분을 선택적으로 투과시키는 제1 필터유닛(85A)과, 이 제1 필터유닛(85A)을 투과한 4개의 분광을 동시에 촬상하는 제1 카메라(87A)를 구비하고 있다. 「제1 카메라(87A)」가 본 실시형태에서의 「제1 파장광촬상부」를 구성한다.

마찬가지로, 제1 촬상계(4A)는, 제1 분리용 다이크로익 미러(80A)로부터 Z축방향 좌향으로 출사되는 제2 파장광에 따른 합성광을 4개의 분광으로 분할하는 제2 분광광학계(82A)와, 이 제2 분광광학계(82A)에 의해 분할된 4개의 분광을 각각 원편광으로 변환하는 1/4파장판유닛(84A)과, 이 1/4파장판유닛(84A)을 투과한 4개의 분광의 소정 성분을 선택적으로 투과시키는 제2 필터유닛(86A)과, 이 제2 필터유닛(86A)을 투과한 4개의 분광을 동시에 촬상하는 제2 카메라(88A)를 구비하고 있다. 「제2 카메라(88A)」가 본 실시형태에서의 「제2 파장광촬상부」를 구성한다.

이어서 제2 촬상계(4B)의 구성에 대하여 설명한다. 제2 촬상계(4B)는, 제1 무편광빔 스플리터(56A)를 투과한 제2 광(제3 파장광과 제4 파장광의 2파장합성광)에 따른 참조광성분 및 계측광성분의 합성광을, 제3 파장광에 따른 합성광(참조광성분 및 계측광성분)과, 제4 파장광에 따른 합성광(참조광성분 및 계측광성분)으로 분리하는 제2 분리용 다이크로익 미러(80B)를 구비하고 있다. 「제2 분리용 다이크로익 미러(80B)」가 본 실시형태에서의 「제2 분리수단」을 구성한다.

제2 분리용 다이크로익 미러(80B)는, 직각 프리즘을 접합하여 일체로 한 큐브형의 공지의 광학부재(다이크로익 프리즘)로서, 그 접합면(80Bh)에 유전체 다층막이 형성되어 있다.

제2 분리용 다이크로익 미러(80B)는, 그 접합면(80Bh)을 사이에 두고 이웃하는 2면 중의 일방이 Y축방향과 직교하고 또한 타방이 Z축방향과 직교하도록 배치되어 있다. 즉, 제2 분리용 다이크로익 미러(80B)의 접합면(80Bh)이 Y축방향 및 Z축방향에 대하여 45° 경사지도록 배치되어 있다.

본 실시형태에서의 제2 분리용 다이크로익 미러(80B)는, 상기 제2 합성용 다이크로익 미러(55B)와 동일한 특성을 갖는 것이다. 즉, 제2 분리용 다이크로익 미러(80B)는, 적어도 제3 파장광을 반사하고, 제4 파장광을 투과하는 특성을 갖는다.

이에 따라, 도 1에 나타낸 본 실시형태의 배치구성에서는, 제2 분리용 다이크로익 미러(80B)에 입사한 제2 광에 따른 합성광은, Z축방향 좌향으로 출사되는 제3 파장광에 따른 합성광과, Y축방향 상향으로 출사되는 제4 파장광에 따른 합성광으로 분리되게 된다.

나아가, 제2 촬상계(4B)는, 제2 분리용 다이크로익 미러(80B)로부터 Z축방향 좌향으로 출사되는 제3 파장광에 따른 합성광을 4개의 분광으로 분할하는 제3 분광광학계(81B)와, 이 제3 분광광학계(81B)에 의해 분할된 4개의 분광을 각각 원편광으로 변환하는 1/4파장판유닛(83B)과, 이 1/4파장판유닛(83B)을 투과한 4개의 분광의 소정 성분을 선택적으로 투과시키는 제3 필터유닛(85B)과, 이 제3 필터유닛(85B)을 투과한 4개의 분광을 동시에 촬상하는 제3 카메라(87B)를 구비하고 있다. 「제3 카메라(87B)」가 본 실시형태에서의 「제3 파장광촬상부」를 구성한다.

마찬가지로, 제2 촬상계(4B)는, 제2 분리용 다이크로익 미러(80B)로부터 Y축방향 상향으로 출사되는 제4 파장광에 따른 합성광을 4개의 분광으로 분할하는 제4 분광광학계(82B)와, 이 제4 분광광학계(82B)에 의해 분할된 4개의 분광을 각각 원편광으로 변환하는 1/4파장판유닛(84B)과, 이 1/4파장판유닛(84B)을 투과한 4개의 분광의 소정 성분을 선택적으로 투과시키는 제4 필터유닛(86B)과, 이 제4 필터유닛(86B)을 투과한 4개의 분광을 동시에 촬상하는 제4 카메라(88B)를 구비하고 있다. 「제4 카메라(88B)」가 본 실시형태에서의 「제4 파장광촬상부」를 구성한다.

여기서, 제1 촬상계(4A) 및 제2 촬상계(4B)에 이용되는 「제1 분광광학계(81A)」, 「제2 분광광학계(82A)」, 「제3 분광광학계(81B)」 및 「제4 분광광학계(82B)」의 구성에 대하여 도 3~도 6을 참조하여 상세히 설명한다.

본 실시형태에서의 「제1 분광광학계(81A)」, 「제2 분광광학계(82A)」, 「제3 분광광학계(81B)」 및 「제4 분광광학계(82B)」는 동일 구성이므로, 여기서는 「분광광학계(81A, 82A, 81B, 82B)」라고 총칭하여 설명한다.

「분광광학계(81A, 82A, 81B, 82B)」가 본 실시형태에서의 「분광수단」을 구성한다. 특히 「제1 분광광학계(81A)」가 「제1 분광수단」을 구성하고, 「제2 분광광학계(82A)」가 「제2 분광수단」을 구성하고, 「제3 분광광학계(81B)」가 「제3 분광수단」을 구성하고, 「제4 분광광학계(82B)」가 「제4 분광수단」을 구성한다.

한편, 도 3~도 6을 참조하여, 분광광학계(81A, 82A, 81B, 82B)에 대하여 설명할 때에는, 편의상, 도 3의 지면 상하방향을 「X'축방향」으로 하고, 지면 전후방향을 「Y'축방향」으로 하고, 지면 좌우방향을 「Z'축방향」으로 하여 설명한다. 단, 분광광학계(81A, 82A, 81B, 82B) 단체를 설명하기 위한 좌표계(X', Y', Z')와, 삼차원 계측장치(1) 전체를 설명하기 위한 좌표계(X, Y, Z)는 상이한 좌표계이다.

분광광학계(81A, 82A, 81B, 82B)는, 무편광의 2개의 광학부재(프리즘)를 접합하여 일체로 한 1개의 무편광의 광학부재이다.

보다 상세하게는, 분광광학계(81A, 82A, 81B, 82B)는, 제1 분리용 다이크로익 미러(80A) 또는 제2 분리용 다이크로익 미러(80B)로부터 입사되는 광을 2개의 분광으로 분할하는 제1 프리즘(101)과, 이 제1 프리즘(101)에 의해 분할된 2개의 분광을 각각 2개의 분광으로 분할하여 총 4개의 분광을 출사하는 제2 프리즘(102)으로 이루어진다.

제1 프리즘(101) 및 제2 프리즘(102)은, 각각 「케스터 프리즘」이라 칭해지는 공지의 광학부재에 의해 구성되어 있다. 단, 본 실시형태에 있어서, 「케스터 프리즘」이란, 「내각이 각각 30°, 60°, 90°가 되는 직각삼각형의 단면형상을 갖는 한쌍의 광학부재(삼각기둥형상의 프리즘)를 접합하여 일체로 한 정삼각형의 단면형상을 갖는 정삼각기둥형상의 광학부재로서, 그 접합면에 무편광의 하프미러를 갖는 것」을 가리킨다. 물론, 각 프리즘(101, 102)으로서 이용되는 케스터 프리즘은, 이것으로 한정되는 것은 아니다. 후술하는 분광광학계(81A, 82A, 81B, 82B)의 기능을 만족시키는 것이면, 예를 들어 정삼각기둥형상이 아닌 것 등, 각 프리즘(101, 102)으로서 본 실시형태와는 상이한 광학부재(케스터 프리즘)를 채용해도 된다.

구체적으로, 제1 광학부재(제1 케스터 프리즘)로서의 제1 프리즘(101)은, 평면시(X'-Z'평면) 정삼각형상을 이룸과 함께, Y'축방향을 따라 연장되는 정삼각기둥형상을 이룬다(도 3 참조). 「X'-Z'평면」이 본 실시형태에서의 「제1 평면」에 상당한다.

제1 프리즘(101)은, Y'축방향을 따른 직사각형상의 3개의 면(제1 면(101a), 제2 면(101b), 제3 면(101c)) 중, 제1 면(101a)과 제2 면(101b)의 교선을 통과하여 제3 면(101c)과 직교하는 평면을 따라 하프미러(101M)가 형성되어 있다. 「하프미러(101M)」가 본 실시형태에서의 「제1 분기수단」을 구성한다.

제1 프리즘(101)은, 제3 면(101c)이 X'-Y'평면을 따라 Z'축방향과 직교하도록 배치됨과 함께, 하프미러(101M)가 Y'-Z'평면을 따라 X'축방향과 직교하도록 배치되어 있다. 따라서, 제1 면(101a) 및 제2 면(101b)은, 각각 X'축방향 및 Z'축방향에 대하여 30° 또는 60° 경사지도록 배치되어 있다.

한편, 제2 광학부재(제2 케스터 프리즘)로서의 제2 프리즘(102)은, 정면시(Y'-Z'평면) 정삼각형상을 이룸과 함께, X'축방향을 따라 연장되는 정삼각기둥형상을 이룬다(도 4 참조). 「Y'-Z'평면」이 본 실시형태에서의 「제2 평면」에 상당한다.

제2 프리즘(102)은, X'축방향을 따른 정방형상의 3개의 면(제1 면(102a), 제2 면(102b), 제3 면(102c)) 중, 제1 면(102a)과 제2 면(102b)의 교선을 통과하여 제3 면(102c)과 직교하는 평면을 따라 하프미러(102M)가 형성되어 있다. 「하프미러(102M)」가 본 실시형태에서의 「제2 분기수단」을 구성한다.

제2 프리즘(102)은, 제1 면(102a)이 X'-Y'평면을 따라 Z'축방향과 직교하도록 배치되어 있다. 따라서, 제2 면(102b), 제3 면(102c) 및 하프미러(102M)는, 각각 Y'축방향 및 Z'축방향에 대하여 30° 또는 60° 경사지도록 배치되어 있다.

그리고, 제1 프리즘(101)의 제3 면(101c)과 제2 프리즘(102)의 제1 면(102a)이 접합되어 있다. 즉, 제1 프리즘(101)과 제2 프리즘(102)은, 하프미러(101M)를 포함하는 평면(Y'-Z'평면)과, 하프미러(102M)를 포함하는 평면이 직교하는 방향으로 접합되어 있다.

여기서, X'축방향에서의 제1 프리즘(101)의 제3 면(101c)의 길이와, X'축방향에서의 제2 프리즘(102)의 제1 면(102a)의 길이는 동일해져 있다(도 3 참조). 한편, Y'축방향에서의 제1 프리즘(101)의 제3 면(101c)의 길이는, Y'축방향에서의 제2 프리즘(102)의 제1 면(102a)의 길이의 절반으로 되어 있다(도 4, 5 참조). 그리고, 제1 프리즘(101)의 제3 면(101c)은, 제2 프리즘(102)의 제1 면(102a)과 제2 면(102b)의 교선을 따라 접합되어 있다(도 6 등 참조).

양 프리즘(101, 102)은, 각각 공기보다 굴절률이 높은 소정의 굴절률을 갖는 광학재료(예를 들어 유리나 아크릴 등)에 의해 형성되어 있다. 여기서, 양 프리즘(101, 102)을 동일 재료에 의해 형성해도 되고, 상이한 재료에 의해 형성해도 된다. 후술하는 분광광학계(81A, 82A, 81B, 82B)의 기능을 만족시키는 것이면, 각 프리즘(101, 102)의 재질은 각각 임의로 선택가능하다.

계속해서, 분광광학계(81A, 82A, 81B, 82B)의 작용에 대하여 도면을 참조하면서 상세히 설명한다.

분광광학계(81A, 82A, 81B, 82B)는, 제1 분리용 다이크로익 미러(80A) 또는 제2 분리용 다이크로익 미러(80B)로부터 출사된 광(F0)이 제1 프리즘(101)의 제1 면(101a)에 대하여 수직으로 입사하도록 배치되어 있다(도 1, 3 참조). 단, 도 1에 있어서는, 간소화를 위하여, 분광광학계(81A, 82A, 81B, 82B)의 정면이 앞쪽을 향하도록 제1 촬상계(4A) 및 제2 촬상계(4B)를 도시하고 있다.

제1 면(101a)으로부터 제1 프리즘(101)내에 입사한 광(F0)은, 하프미러(101M)에서 2방향으로 분기한다. 상세하게는, 제1 면(101a)측을 향하여 하프미러(101M)에서 반사하는 분광(FA1)과, 제2 면(101b)측을 향하여 하프미러(101M)를 투과하는 분광(FA2)으로 분기한다.

이 중, 하프미러(101M)에서 반사한 분광(FA1)은, 제1 면(101a)에서 제3 면(101c)측을 향하여 전반사하고, 제3 면(101c)으로부터 수직으로 출사한다. 한편, 하프미러(101M)를 투과한 분광(FA2)은, 제2 면(101b)에서 제3 면(101c)측을 향하여 전반사하고, 제3 면(101c)으로부터 수직으로 출사한다. 즉, 제1 프리즘(101)의 제3 면(101c)으로부터 평행한 2개의 분광(FA1, FA2)이 출사된다.

제1 프리즘(101)의 제3 면(101c)으로부터 출사한 분광(FA1, FA2)은, 각각 제2 프리즘(102)의 제1 면(102a)에 수직으로 입사한다(도 4 참조).

제1 면(102a)으로부터 제2 프리즘(102)내에 입사한 분광(FA1, FA2)은, 각각 하프미러(102M)에서 2방향으로 분기한다.

상세하게는, 일방의 분광(FA1)은, 제1 면(102a)측을 향하여 하프미러(102M)에서 반사하는 분광(FB1)과, 제2 면(102b)측을 향하여 하프미러(102M)를 투과하는 분광(FB2)으로 분기한다.

타방의 분광(FA2)은, 제1 면(102a)측을 향하여 하프미러(102M)에서 반사하는 분광(FB3)과, 제2 면(102b)측을 향하여 하프미러(102M)를 투과하는 분광(FB4)으로 분기한다.

이 중, 하프미러(102M)에서 반사한 분광(FB1, FB3)은, 각각 제1 면(102a)에서 제3 면(102c)측을 향하여 전반사하고, 제3 면(102c)으로부터 수직으로 출사한다. 한편, 하프미러(102M)를 투과한 분광(FB2, FB4)은, 각각 제2 면(102b)에서 제3 면(102c)측을 향하여 전반사하고, 제3 면(102c)으로부터 수직으로 출사한다. 즉, 제2 프리즘(102)의 제3 면(102c)으로부터, 2행 2열의 매트릭스상으로 배열된 4개의 광(FB1~FB4)이 평행하게 출사된다.

그리고, 「제1 분광광학계(81A)」, 「제2 분광광학계(82A)」, 「제3 분광광학계(81B)」 또는 「제4 분광광학계(82B)」의 제2 프리즘(102)의 제3 면(102c)으로부터 출사한 광(4개의 분광(FB1~FB4))은, 각각 대응하는 「1/4파장판유닛(83A)」, 「1/4파장판유닛(84A)」, 「1/4파장판유닛(83B)」 또는 「1/4파장판유닛(84B)」에 입사하게 된다(도 1참조).

계속해서, 제1 촬상계(4A) 및 제2 촬상계(4B)에 이용되는 「1/4파장판유닛(83A)」, 「1/4파장판유닛(84A)」, 「1/4파장판유닛(83B)」 및 「1/4파장판유닛(84B)」의 구성에 대하여 상세히 설명한다.

본 실시형태에서의 「1/4파장판유닛(83A)」, 「1/4파장판유닛(84A)」, 「1/4파장판유닛(83B)」 및 「1/4파장판유닛(84B)」은 동일 구성이므로, 여기서는 「1/4파장판유닛(83A, 84A, 83B, 84B)」이라 총칭하여 설명한다.

1/4파장판유닛(83A, 84A, 83B, 84B)은, 분광(FB1~FB4)의 입사방향에서 본 평면시로 동일 직사각형상을 이루는 4개의 1/4파장판이 2행 2열의 매트릭스상으로 배치되어 이루어진다(도시 생략). 당해 4개의 1/4파장판은, 상기 분광광학계(81A, 82A, 81B, 82B)에 의해 분할된 4개의 분광(FB1~FB4) 각각에 대응하여 마련된 것이며, 각 분광(FB1~FB4)이 개별로 입사하는 구성으로 되어 있다.

그리고, 「1/4파장판유닛(83A)」, 「1/4파장판유닛(84A)」, 「1/4파장판유닛(83B)」 또는 「1/4파장판유닛(84B)」을 투과하여 원편광으로 변환된 광(4개의 분광(FB1~FB4))은, 각각 대응하는 「제1 필터유닛(85A)」, 「제2 필터유닛(86A)」, 「제3 필터유닛(85B)」 또는 「제4 필터유닛(86B)」에 입사하게 된다(도 1 참조).

여기서, 제1 촬상계(4A) 및 제2 촬상계(4B)에 이용되는 「제1 필터유닛(85A)」, 「제2 필터유닛(86A)」, 「제3 필터유닛(85B)」 및 「제4 필터유닛(86B)」의 구성에 대하여 상세히 설명한다.

본 실시형태에서의 「제1 필터유닛(85A)」, 「제2 필터유닛(86A)」, 「제3 필터유닛(85B)」 및 「제4 필터유닛(86B)」은 동일 구성이므로, 여기서는 「필터유닛(85A, 86A, 85B, 86B)」이라 총칭하여 설명한다.

필터유닛(85A, 86A, 85B, 86B)은, 분광(FB1~FB4)의 입사방향에서 본 평면시로 동일 직사각형상을 이룬 4개의 편광판(160a, 160b, 160c, 160d)이 2행 2열의 매트릭스상으로 배치되어 이루어진다(도 7 참조). 도 7은, 필터유닛(85A, 86A, 85B, 86B)의 개략구성을 모식적으로 나타낸 평면도이다.

4개의 편광판(160a~160d)은, 투과축방향이 45°씩 상이한 편광판이다. 보다 상세하게는, 투과축방향이 0°인 제1 편광판(160a), 투과축방향이 45°인 제2 편광판(160b), 투과축방향이 90°인 제3 편광판(160c), 투과축방향이 135°인 제4 편광판(160d)에 의해 구성되어 있다.

그리고, 4개의 분광(FB1~FB4)이, 각각 상기 1/4파장판유닛(83A, 84A, 83B, 84B)에 의해 원편광으로 변환된 후, 필터유닛(85A, 86A, 85B, 86B)의 각 편광판(160a~160d)에 대하여 각각 입사한다. 상세하게는, 분광(FB1)이 제1 편광판(160a)에 입사하고, 분광(FB2)이 제2 편광판(160b)에 입사하고, 분광(FB3)이 제3 편광판(160c)에 입사하고, 분광(FB4)이 제4 편광판(160d)에 입사한다.

이에 따라, 각 분광(FB1~FB4)의 참조광성분 및 계측광성분을 간섭시키고, 위상이 90°씩 상이한 4가지의 간섭광을 생성할 수 있다. 상세하게는, 제1 편광판(160a)을 투과한 분광(FB1)은 위상 「0°」의 간섭광이 되고, 제2 편광판(160b)을 투과한 분광(FB2)은 위상 「90°」의 간섭광이 되고, 제3 편광판(160c)을 투과한 분광(FB3)은 위상 「180°」의 간섭광이 되고, 제4 편광판(160d)을 투과한 분광(FB4)은 위상 「270°」의 간섭광이 된다.

따라서, 「필터유닛(85A, 86A, 85B, 86B)」이 본 실시형태에서의 「필터수단」, 「간섭수단」 및 「위상 시프트수단」을 구성한다. 특히 「제1 필터유닛(85A)」이 「제1 위상 시프트수단」 및 「제1 필터수단」을 구성하고, 「제2 필터유닛(86A)」이 「제2 위상 시프트수단」 및 「제2 필터수단」을 구성하고, 「제3 필터유닛(85B)」이 「제3 위상 시프트수단」 및 「제3 필터수단」을 구성하고, 「제4 필터유닛(86B)」이 「제4 위상 시프트수단」 및 「제4 필터수단」을 구성한다.

그리고, 「제1 필터유닛(85A)」, 「제2 필터유닛(86A)」, 「제3 필터유닛(85B)」 또는 「제4 필터유닛(86B)」으로부터 각각 출사되는 4개의 분광(FB1~FB4)(간섭광)이, 각각 대응하는 「제1 카메라(87A)」, 「제2 카메라(88A)」, 「제3 카메라(87B)」 또는 「제4 카메라(88B)」에 의해 동시 촬상된다(도 1 참조).

그 결과, 제1 카메라(87A)에 의해 위상이 90°씩 상이한 제1 파장광에 따른 4가지의 간섭호 화상이 취득되고, 제2 카메라(88A)에 의해 위상이 90°씩 상이한 제2 파장광에 따른 4가지의 간섭호 화상이 취득되고, 제3 카메라(87B)에 의해 위상이 90°씩 상이한 제3 파장광에 따른 4가지의 간섭호 화상이 취득되고, 제4 카메라(88B)에 의해 위상이 90°씩 상이한 제4 파장광에 따른 4가지의 간섭호 화상이 취득된다.

여기서, 제1 촬상계(4A) 및 제2 촬상계(4B)에 이용되는 「제1 카메라(87A)」, 「제2 카메라(88A)」, 「제3 카메라(87B)」 및 「제4 카메라(88B)」의 구성에 대하여 상세히 설명한다.

본 실시형태에서의 「제1 카메라(87A)」, 「제2 카메라(88A)」, 「제3 카메라(87B)」 및 「제4 카메라(88B)」는 동일 구성이므로, 여기서는 「카메라(87A, 88A, 87B, 88B)」라 총칭하여 설명한다.

카메라(87A, 88A, 87B, 88B)는, 렌즈나 촬상소자 등을 구비하여 이루어진 공지의 것이다. 본 실시형태에서는, 카메라(87A, 88A, 87B, 88B)의 촬상소자로서, CCD에어리어센서를 채용하고 있다. 물론, 촬상소자는, 이것으로 한정되는 것은 아니고, 예를 들어 CMOS에어리어센서 등을 채용해도 된다.

카메라(87A, 88A, 87B, 88B)에 의해 촬상된 화상데이터는, 카메라(87A, 88A, 87B, 88B) 내부에 있어서 디지털신호로 변환된 다음에, 디지털신호의 형태로 제어장치(5)(화상데이터 기억장치(154))에 입력되도록 되어 있다.

본 실시형태에 따른 카메라(87A, 88A, 87B, 88B)의 촬상소자(170)는, 그 촬상영역이, 상기 필터유닛(85A, 86A, 85B, 86B)(편광판(160a~160d))에 대응하여, 4개의 촬상에어리어(H1, H2, H3, H4)로 구분되어 있다. 상세하게는, 분광(FB1~FB4)의 입사방향에서 본 평면시로 동일 직사각형상을 이룬 4개의 촬상에어리어(H1, H2, H3, H4)가 2행 2열의 매트릭스상으로 배열되도록 구분되어 있다(도 8 참조). 도 8은, 촬상소자(170)의 촬상영역의 개략구성을 모식적으로 나타낸 평면도이다.

이에 따라, 제1 편광판(160a)을 투과한 분광(FB1)이 제1 촬상에어리어(H1)에서 촬상되고, 제2 편광판(160b)을 투과한 분광(FB2)이 제2 촬상에어리어(H2)에서 촬상되고, 제3 편광판(160c)을 투과한 분광(FB3)이 제3 촬상에어리어(H3)에서 촬상되고, 제4 편광판(160d)을 투과한 분광(FB4)이 제4 촬상에어리어(H4)에서 촬상되게 된다.

즉, 제1 촬상에어리어(H1)에서 위상 「0°」의 간섭호 화상이 촬상되고, 제2 촬상에어리어(H2)에서 위상 「90°」의 간섭호 화상이 촬상되고, 제3 촬상에어리어(H3)에서 위상 「180°」의 간섭호 화상이 촬상되고, 제4 촬상에어리어(H4)에서 위상 「270°」의 간섭호 화상이 촬상되게 된다.

결과적으로, 제1 카메라(87A)에 의해 제1 파장광에 따른 위상 「0°」의 간섭호 화상, 위상 「90°」의 간섭호 화상, 위상 「180°」의 간섭호 화상, 위상 「270°」의 간섭호 화상이 동시 촬상된다.

제2 카메라(88A)에 의해 제2 파장광에 따른 위상 「0°」의 간섭호 화상, 위상 「90°」의 간섭호 화상, 위상 「180°」의 간섭호 화상, 위상 「270°」의 간섭호 화상이 동시 촬상된다.

제3 카메라(87B)에 의해 제3 파장광에 따른 위상 「0°」의 간섭호 화상, 위상 「90°」의 간섭호 화상, 위상 「180°」의 간섭호 화상, 위상 「270°」의 간섭호 화상이 동시 촬상된다.

제4 카메라(88B)에 의해 제4 파장광에 따른 위상 「0°」의 간섭호 화상, 위상 「90°」의 간섭호 화상, 위상 「180°」의 간섭호 화상, 위상 「270°」의 간섭호 화상이 동시 촬상된다.

다음에 제어장치(5)의 전기적 구성에 대하여 설명한다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 제어장치(5)는, 삼차원 계측장치(1) 전체의 제어를 담당하는 CPU 및 입출력 인터페이스(151), 키보드나 마우스, 혹은, 터치패널로 구성되는 「입력수단」으로서의 입력장치(152), 액정화면 등의 표시화면을 갖는 「표시수단」으로서의 표시장치(153), 카메라(87A, 88A, 87B, 88B)에 의해 촬상된 화상데이터 등을 기억하기 위한 화상데이터 기억장치(154), 각종 연산결과를 기억하기 위한 연산결과 기억장치(155), 각종 정보를 미리 기억해두는 설정데이터 기억장치(156)를 구비하고 있다. 한편, 이들 각 장치(152~156)는, CPU 및 입출력 인터페이스(151)에 대하여 전기적으로 접속되어 있다.

또한, 본 실시형태에 따른 화상데이터 기억장치(154)는, 「제1 카메라(87A)」, 「제2 카메라(88A)」, 「제3 카메라(87B)」 및 「제4 카메라(88B)」 각각에 대응하여, 화상메모리를 4개씩 구비하고 있다. 상세하게는, 촬상소자(170)의 제1 촬상에어리어(H1)에서 촬상된 간섭호 화상데이터를 기억하는 제1 화상메모리와, 제2 촬상에어리어(H2)에서 촬상된 간섭호 화상데이터를 기억하는 제2 화상메모리와, 제3 촬상에어리어(H3)에서 촬상된 간섭호 화상데이터를 기억하는 제3 화상메모리와, 제4 촬상에어리어(H4)에서 촬상된 간섭호 화상데이터를 기억하는 제4 화상메모리를, 각 카메라(87A, 88A, 87B, 88B)에 대응하여 구비하고 있다.

이어서 삼차원 계측장치(1)의 작용에 대하여 설명한다. 한편, 본 실시형태에 있어서는, 제1 투광계(2A)에 의한 제1 파장광의 조사 및 제2 파장광의 조사, 그리고, 제2 투광계(2B)에 의한 제3 파장광의 조사 및 제4 파장광의 조사가 동시에 행해진다. 이 때문에, 제1 파장광 및 제2 파장광의 합성광인 제1 광의 광로와, 제3 파장광 및 제4 파장광의 합성광인 제2 광의 광로가 일부에서 겹치게 되나, 여기서는, 보다 알기 쉽게 하기 위해, 제1 광 및 제2 광의 광로마다 상이한 도면을 이용하여 개별로 설명한다.

우선 제1 광(제1 파장광 및 제2 파장광)의 광로에 대하여 도 9를 참조하여 설명한다. 도 9에 나타낸 바와 같이, 제1 파장(λ₁)의 제1 파장광(편광방향이 X축방향 및 Z축방향에 대하여 45° 경사진 직선편광)이 제1 발광부(51A)로부터 Y축방향 하향으로 출사된다. 동시에, 제2 파장(λ₂)의 제2 파장광(편광방향이 X축방향 및 Y축방향에 대하여 45° 경사진 직선편광)이 제2 발광부(52A)로부터 Z축방향 좌향으로 출사된다.

제1 발광부(51A)로부터 출사된 제1 파장광은, 제1 광아이솔레이터(53A)를 통과하고, 제1 합성용 다이크로익 미러(55A)에 입사한다. 동시에, 제2 발광부(52A)로부터 출사된 제2 파장광은, 제2 광아이솔레이터(54A)를 통과하고, 제1 합성용 다이크로익 미러(55A)에 입사한다.

제1 합성용 다이크로익 미러(55A)에 입사한 제1 파장광과 제2 파장광은 합성되고, 당해 합성광이 제1 광(편광방향이 X축방향 및 Y축방향에 대하여 45° 경사진 직선편광)으로서, 제1 무편광빔 스플리터(56A)를 향하여 Z축방향 좌향으로 출사된다.

제1 무편광빔 스플리터(56A)에 입사한 제1 광의 일부는 Z축방향 좌향으로 투과하고, 나머지는 Y축방향 하향으로 반사한다. 이 중, Y축방향 하향으로 반사한 제1 광(편광방향이 X축방향 및 Z축방향에 대하여 45° 경사진 직선편광)은, 편광빔 스플리터(60)의 제1 면(60a)에 입사한다. 한편, Z축방향 좌향으로 투과한 제1 광은, 어떠한 광학계 등에 입사하지 않고, 버려지는 광이 된다.

여기서, 버려지는 광이 되는 광을, 필요에 따라 파장계측 혹은 광의 파워계측에 이용하면, 광원을 안정화시켜 나아가서는 계측정밀도의 향상을 도모할 수 있다(이하 동일).

편광빔 스플리터(60)의 제1 면(60a)으로부터 Y축방향 하향으로 입사한 제1 광은, 그 P편광성분이 Y축방향 하향으로 투과하여 제3 면(60c)으로부터 참조광으로서 출사되는 한편, 그 S편광성분이 Z축방향 우향으로 반사하여 제4 면(60d)으로부터 계측광으로서 출사된다.

편광빔 스플리터(60)의 제3 면(60c)으로부터 출사한 제1 광에 따른 참조광(P편광)은, 1/4파장판(61)을 통과함으로써 우회전의 원편광으로 변환된 후, 참조면(63)에서 반사한다. 여기서, 광의 진행방향에 대한 회전방향은 유지된다. 그 후, 제1 광에 따른 참조광은, 재차, 1/4파장판(61)을 통과함으로써, 우회전의 원편광으로부터 S편광으로 변환된 다음에 편광빔 스플리터(60)의 제3 면(60c)에 재입사한다.

한편, 편광빔 스플리터(60)의 제4 면(60d)으로부터 출사한 제1 광에 따른 계측광(S편광)은, 1/4파장판(62)을 통과함으로써 좌회전의 원편광으로 변환된 후, 워크(W)에서 반사한다. 여기서, 광의 진행방향에 대한 회전방향은 유지된다. 그 후, 제1 광에 따른 계측광은, 재차, 1/4파장판(62)을 통과함으로써, 좌회전의 원편광으로부터 P편광으로 변환된 다음에 편광빔 스플리터(60)의 제4 면(60d)에 재입사한다.

여기서, 편광빔 스플리터(60)의 제3 면(60c)으로부터 재입사한 제1 광에 따른 참조광(S편광)이 접합면(60h)에서 Z축방향 좌향으로 반사하는 한편, 제4 면(60d)으로부터 재입사한 제1 광에 따른 계측광(P편광)은 접합면(60h)을 Z축방향 좌향으로 투과한다. 그리고, 제1 광에 따른 참조광 및 계측광이 합성된 상태의 합성광이 출력광으로서 편광빔 스플리터(60)의 제2 면(60b)으로부터 출사된다.

편광빔 스플리터(60)의 제2 면(60b)으로부터 출사된 제1 광에 따른 합성광(참조광 및 계측광)은, 제2 무편광빔 스플리터(56B)에 입사한다. 제2 무편광빔 스플리터(56B)에 대하여 Z축방향 좌향에 입사한 제1 광에 따른 합성광은, 그 일부가 Z축방향 좌향으로 투과하고, 나머지가 Y축방향 하향으로 반사한다. 이 중, Z축방향 좌향으로 투과한 합성광(참조광 및 계측광)은 제1 촬상계(4A)의 제1 분리용 다이크로익 미러(80A)에 입사한다. 한편, Y축방향 하향으로 반사한 합성광은, 제2 합성용 다이크로익 미러(55B)에 입사하나, 제3 광아이솔레이터(53B) 또는 제4 광아이솔레이터(54B)에 의해 그 진행이 차단되고, 버려지는 광이 된다.

제1 분리용 다이크로익 미러(80A)에 입사한 제1 광에 따른 합성광(참조광 및 계측광) 중, 제1 파장광에 따른 합성광(참조광 및 계측광)은 접합면(80Ah)에서 Y축방향 하향으로 반사하여 제1 분광광학계(81A)에 입사하는 한편, 제2 파장광에 따른 합성광(참조광 및 계측광)은 접합면(80Ah)을 Z축방향 좌향으로 투과하여 제2 분광광학계(82A)에 입사한다.

제1 분광광학계(81A)에 입사한 제1 파장광에 따른 합성광(참조광 및 계측광)은, 상기 서술한 바와 같이 4개의 광(분광(FB1~FB4))으로 분할된다. 동시에, 제2 분광광학계(82A)에 입사한 제2 파장광에 따른 합성광(참조광 및 계측광)은, 4개의 광(분광(FB1~FB4))으로 분할된다.

제1 분광광학계(81A)에 의해 4개로 분할된 제1 파장광에 따른 합성광(참조광 및 계측광)은 각각, 1/4파장판유닛(83A)에 의해, 그 참조광성분(S편광성분)이 좌회전의 원편광으로 변환되고, 그 계측광성분(P편광성분)이 우회전의 원편광으로 변환된다.

동시에, 제2 분광광학계(82A)에 의해 4개로 분할된 제2 파장광에 따른 합성광(참조광 및 계측광)은 각각, 1/4파장판유닛(84A)에 의해, 그 참조광성분(S편광성분)이 좌회전의 원편광으로 변환되고, 그 계측광성분(P편광성분)이 우회전의 원편광으로 변환된다. 한편, 좌회전의 원편광과 우회전의 원편광은 회전방향이 상이하므로 간섭하지 않는다.

계속해서, 1/4파장판유닛(83A)을 통과한 제1 파장광에 따른 4개의 합성광은 각각, 제1 필터유닛(85A)(4개의 편광판(160a~160d))을 통과함으로써, 그 참조광성분과 계측광성분이 각 편광판(160a~160d)의 각도에 따른 위상에서 간섭한다. 동시에, 1/4파장판유닛(84A)을 통과한 제2 파장광에 따른 4개의 합성광은 각각, 제2 필터유닛(86A)(4개의 편광판(160a~160d))을 통과함으로써, 그 참조광성분과 계측광성분이 각 편광판(160a~160d)의 각도에 따른 위상에서 간섭한다.

그리고, 제1 필터유닛(85A)(4개의 편광판(160a~160d))을 통과한 제1 파장광에 따른 4개의 간섭광(제1 편광판(160a)을 투과한 위상 「0°」의 간섭광, 제2 편광판(160b)을 투과한 위상 「90°」의 간섭광, 제3 편광판(160c)을 투과한 위상 「180°」의 간섭광, 제4 편광판(160d)을 투과한 위상 「270°」의 간섭광)이 제1 카메라(87A)에 입사한다.

동시에, 제2 필터유닛(86A)(4개의 편광판(160a~160d))을 통과한 제2 파장광에 따른 4개의 간섭광(제1 편광판(160a)을 투과한 위상 「0°」의 간섭광, 제2 편광판(160b)을 투과한 위상 「90°」의 간섭광, 제3 편광판(160c)을 투과한 위상 「180°」의 간섭광, 제4 편광판(160d)을 투과한 위상 「270°」의 간섭광)이 제2 카메라(88A)에 입사한다.

다음에 제2 광(제3 파장광 및 제4 파장광)의 광로에 대하여 도 10을 참조하여 설명한다. 도 10에 나타낸 바와 같이, 제3 파장(λ₃)의 제3 파장광(편광방향이 X축방향 및 Y축방향에 대하여 45° 경사진 직선편광)이 제3 발광부(51B)로부터 Z축방향 좌향으로 출사된다. 동시에, 제4 파장(λ₄)의 제4 파장광(편광방향이 X축방향 및 Z축방향에 대하여 45° 경사진 직선편광)이 제4 발광부(52B)로부터 Y축방향 상향으로 출사된다.

제3 발광부(51B)로부터 출사된 제3 파장광은, 제3 광아이솔레이터(53B)를 통과하고, 제2 합성용 다이크로익 미러(55B)에 입사한다. 동시에, 제4 발광부(52B)로부터 출사된 제4 파장광은, 제4 광아이솔레이터(54B)를 통과하고, 제2 합성용 다이크로익 미러(55B)에 입사한다.

제2 합성용 다이크로익 미러(55B)에 입사한 제3 파장광과 제4 파장광은 합성되고, 당해 합성광이 제2 광(편광방향이 X축방향 및 Z축방향에 대하여 45° 경사진 직선편광)으로서, 제2 무편광빔 스플리터(56B)를 향하여 Y축방향 상향으로 출사된다.

제2 무편광빔 스플리터(56B)에 입사한 제2 광의 일부는 Y축방향 상향으로 투과하고, 나머지는 Z축방향 우향으로 반사한다. 이 중, Z축방향 우향으로 반사한 제2 광(편광방향이 X축방향 및 Y축방향에 대하여 45° 경사진 직선편광)은, 편광빔 스플리터(60)의 제2 면(60b)에 입사한다. 한편, Y축방향 상향으로 투과한 제2 광은, 어떠한 광학계 등에 입사하지 않고, 버려지는 광이 된다.

편광빔 스플리터(60)의 제2 면(60b)으로부터 Z축방향 우향에 입사한 제2 광은, 그 S편광성분이 Y축방향 하향으로 반사하여 제3 면(60c)으로부터 참조광으로서 출사되는 한편, 그 P편광성분이 Z축방향 우향으로 투과하여 제4 면(60d)으로부터 계측광으로서 출사된다.

편광빔 스플리터(60)의 제3 면(60c)으로부터 출사한 제2 광에 따른 참조광(S편광)은, 1/4파장판(61)을 통과함으로써 좌회전의 원편광으로 변환된 후, 참조면(63)에서 반사한다. 여기서, 광의 진행방향에 대한 회전방향은 유지된다. 그 후, 제2 광에 따른 참조광은, 재차, 1/4파장판(61)을 통과함으로써, 좌회전의 원편광으로부터 P편광으로 변환된 다음에 편광빔 스플리터(60)의 제3 면(60c)에 재입사한다.

한편, 편광빔 스플리터(60)의 제4 면(60d)으로부터 출사한 제2 광에 따른 계측광(P편광)은, 1/4파장판(62)을 통과함으로써 우회전의 원편광으로 변환된 후, 워크(W)에서 반사한다. 여기서, 광의 진행방향에 대한 회전방향은 유지된다. 그 후, 제2 광에 따른 계측광은, 재차, 1/4파장판(62)을 통과함으로써, 우회전의 원편광으로부터 S편광으로 변환된 다음에 편광빔 스플리터(60)의 제4 면(60d)에 재입사한다.

여기서, 편광빔 스플리터(60)의 제3 면(60c)으로부터 재입사한 제2 광에 따른 참조광(P편광)은 접합면(60h)을 Y축방향 상향으로 투과하는 한편, 제4 면(60d)으로부터 재입사한 제2 광에 따른 계측광(S편광)은 접합면(60h)에서 Y축방향 상향으로 반사한다. 그리고, 제2 광에 따른 참조광 및 계측광이 합성된 상태의 합성광이 출력광으로서 편광빔 스플리터(60)의 제1 면(60a)으로부터 출사된다.

편광빔 스플리터(60)의 제1 면(60a)으로부터 출사된 제2 광에 따른 합성광(참조광 및 계측광)은, 제1 무편광빔 스플리터(56A)에 입사한다. 제1 무편광빔 스플리터(56A)에 대하여 Y축방향 상향에 입사한 제2 광에 따른 합성광은, 그 일부가 Y축방향 상향으로 투과하고, 나머지가 Z축방향 우향으로 반사한다. 이 중, Y축방향 상향으로 투과한 합성광(참조광 및 계측광)은 제2 촬상계(4B)의 제2 분리용 다이크로익 미러(80B)에 입사한다. 한편, Z축방향 우향으로 반사한 합성광은, 제1 합성용 다이크로익 미러(55A)에 입사하나, 제1 광아이솔레이터(53A) 또는 제2 광아이솔레이터(54A)에 의해 그 진행이 차단되고, 버려지는 광이 된다.

제2 분리용 다이크로익 미러(80B)에 입사한 제2 광에 따른 합성광(참조광 및 계측광) 중, 제3 파장광에 따른 합성광(참조광 및 계측광)은 접합면(80Bh)에서 Z축방향 좌향으로 반사하여 제3 분광광학계(81B)에 입사하는 한편, 제4 파장광에 따른 합성광(참조광 및 계측광)은 접합면(80Bh)을 Y축방향 상향으로 투과하여 제4 분광광학계(82B)에 입사한다.

제3 분광광학계(81B)에 입사한 제3 파장광에 따른 합성광(참조광 및 계측광)은, 상기 서술한 바와 같이 4개의 광(분광(FB1~FB4))으로 분할된다. 동시에, 제4 분광광학계(82B)에 입사한 제4 파장광에 따른 합성광(참조광 및 계측광)은, 4개의 광(분광(FB1~FB4))으로 분할된다.

제3 분광광학계(81B)에 의해 4개로 분할된 제3 파장광에 따른 합성광(참조광 및 계측광)은 각각, 1/4파장판유닛(83B)에 의해, 그 참조광성분(P편광성분)이 우회전의 원편광으로 변환되고, 그 계측광성분(S편광성분)이 좌회전의 원편광으로 변환된다.

동시에, 제4 분광광학계(82B)에 의해 4개로 분할된 제4 파장광에 따른 합성광(참조광 및 계측광)은 각각, 1/4파장판유닛(84B)에 의해, 그 참조광성분(P편광성분)이 우회전의 원편광으로 변환되고, 그 계측광성분(S편광성분)이 좌회전의 원편광으로 변환된다. 한편, 좌회전의 원편광과 우회전의 원편광은 회전방향이 상이하므로 간섭하지 않는다.

계속해서, 1/4파장판유닛(83B)을 통과한 제3 파장광에 따른 4개의 합성광은 각각, 제3 필터유닛(85B)(4개의 편광판(160a~160d))을 통과함으로써, 그 참조광성분과 계측광성분이 각 편광판(160a~160d)의 각도에 따른 위상에서 간섭한다. 동시에, 1/4파장판유닛(84B)을 통과한 제4 파장광에 따른 4개의 합성광은 각각, 제4 필터유닛(86B)(4개의 편광판(160a~160d))을 통과함으로써, 그 참조광성분과 계측광성분이 각 편광판(160a~160d)의 각도에 따른 위상에서 간섭한다.

그리고, 제3 필터유닛(85B)(4개의 편광판(160a~160d))을 통과한 제3 파장광에 따른 4개의 간섭광(제1 편광판(160a)을 투과한 위상 「0°」의 간섭광, 제2 편광판(160b)을 투과한 위상 「90°」의 간섭광, 제3 편광판(160c)을 투과한 위상 「180°」의 간섭광, 제4 편광판(160d)을 투과한 위상 「270°」의 간섭광)이 제3 카메라(87B)에 입사한다.

동시에, 제4 필터유닛(86B)(4개의 편광판(160a~160d))을 통과한 제4 파장광에 따른 4개의 간섭광(제1 편광판(160a)을 투과한 위상 「0°」의 간섭광, 제2 편광판(160b)을 투과한 위상 「90°」의 간섭광, 제3 편광판(160c)을 투과한 위상 「180°」의 간섭광, 제4 편광판(160d)을 투과한 위상 「270°」의 간섭광)이 제4 카메라(88B)에 입사한다.

이어서, 제어장치(5)에 의해 실행되는 형상계측처리의 순서에 대하여 설명한다. 우선 제어장치(5)는, 제1 투광계(2A) 및 제2 투광계(2B)를 구동제어하고, 제1 발광부(51A)로부터의 제1 파장광의 조사, 및, 제2 발광부(52A)로부터의 제2 파장광의 조사, 그리고, 제3 발광부(51B)로부터의 제3 파장광의 조사, 및, 제4 발광부(52B)로부터의 제4 파장광의 조사를 동시에 실행한다.

이에 따라, 편광빔 스플리터(60)의 제1 면(60a)에 대하여 제1 파장광 및 제2 파장광의 합성광인 제1 광이 입사함과 함께, 편광빔 스플리터(60)의 제2 면(60b)에 대하여 제3 파장광 및 제4 파장광의 합성광인 제2 광이 입사한다.

그 결과, 편광빔 스플리터(60)의 제2 면(60b)으로부터 제1 광에 따른 합성광(참조광 및 계측광)이 출사됨과 함께, 편광빔 스플리터(60)의 제1 면(60a)으로부터 제2 광에 따른 합성광(참조광 및 계측광)이 출사된다.

편광빔 스플리터(60)로부터 출사한 제1 광에 따른 합성광의 일부는, 제1 촬상계(4A)에 입사하고, 제1 파장광에 따른 합성광(참조광 및 계측광)과, 제2 파장광에 따른 합성광(참조광 및 계측광)으로 분리된다. 이 중, 제1 파장광에 따른 합성광은, 제1 분광광학계(81A)에 의해 4개로 분할된 후, 1/4파장판유닛(83A) 및 제1 필터유닛(85A)을 개재하여 제1 카메라(87A)에 입사한다. 동시에, 제2 파장광에 따른 합성광은, 제2 분광광학계(82A)에 의해 4개로 분할된 후, 1/4파장판유닛(84A) 및 제2 필터유닛(86A)을 개재하여 제2 카메라(88A)에 입사한다.

한편, 편광빔 스플리터(60)로부터 출사한 제2 광에 따른 합성광의 일부는, 제2 촬상계(4B)에 입사하고, 제3 파장광에 따른 합성광(참조광 및 계측광)과, 제4 파장광에 따른 합성광(참조광 및 계측광)으로 분리된다. 이 중, 제3 파장광에 따른 합성광은, 제3 분광광학계(81B)에 의해 4개로 분할된 후, 1/4파장판유닛(83B) 및 제3 필터유닛(85B)을 개재하여 제3 카메라(87B)에 입사한다. 동시에, 제4 파장광에 따른 합성광은, 제4 분광광학계(82B)에 의해 4개로 분할된 후, 1/4파장판유닛(84B) 및 제4 필터유닛(86B)을 개재하여 제4 카메라(88B)에 입사한다.

그리고, 제어장치(5)는, 제1 촬상계(4A) 및 제2 촬상계(4B)를 구동제어하여, 제1 카메라(87A)에 의한 촬상, 제2 카메라(88A)에 의한 촬상, 제3 카메라(87B)에 의한 촬상, 및, 제4 카메라(88B)에 의한 촬상을 동시에 실행한다.

그 결과, 제1 카메라(87A)(촬상소자(170)의 촬상에어리어(H1~H4))에 의해, 위상이 90°씩 상이한 제1 파장광에 따른 4가지의 간섭호 화상이 1개의 화상데이터로서 취득되고, 제2 카메라(88A)(촬상소자(170)의 촬상에어리어(H1~H4))에 의해, 위상이 90°씩 상이한 제2 파장광에 따른 4가지의 간섭호 화상이 1개의 화상데이터로서 취득되고, 제3 카메라(87B)(촬상소자(170)의 촬상에어리어(H1~H4))에 의해, 위상이 90°씩 상이한 제3 파장광에 따른 4가지의 간섭호 화상이 1개의 화상데이터로서 취득되고, 제4 카메라(88B)(촬상소자(170)의 촬상에어리어(H1~H4))에 의해, 위상이 90°씩 상이한 제4 파장광에 따른 4가지의 간섭호 화상이 1개의 화상데이터로서 취득된다.

그리고, 제어장치(5)는, 제1 카메라(87A)로부터 취득한 1개의 화상데이터를 4가지의 간섭호 화상데이터(촬상소자(170)의 촬상에어리어(H1~H4)에 대응하는 범위마다)로 분할하여, 화상데이터 기억장치(154)내의 제1 카메라(87A)에 대응하는 제1~제4 화상메모리에 각각 기억한다.

동시에, 제어장치(5)는, 제2 카메라(88A), 제3 카메라(87B) 및 제4 카메라(88B)로부터 각각 취득한 화상데이터에 관해서도 동일한 처리를 행하고, 각 카메라(88A, 87B, 88B)에 대응하는 제1~제4 화상메모리에 각각 간섭호 화상데이터를 기억한다.

계속해서, 제어장치(5)는, 화상데이터 기억장치(154)에 기억된 제1 파장광에 따른 4가지의 간섭호 화상데이터, 제2 파장광에 따른 4가지의 간섭호 화상데이터, 제3 파장광에 따른 4가지의 간섭호 화상데이터, 및, 제4 파장광에 따른 4가지의 간섭호 화상데이터를 기초로, 위상시프트법에 의해 워크(W)의 표면형상을 계측한다. 즉, 워크(W)의 표면상의 각 위치에서의 높이정보를 산출한다.

여기서 간섭광학계를 이용한 일반적인 위상시프트법에 의한 높이계측의 원리에 대하여 설명한다. 소정의 광(예를 들어 제1 파장광 등)에 따른 4가지의 간섭호 화상데이터의 동일 좌표위치(x,y)에서의 간섭호 강도, 즉 휘도(I₁(x,y), I₂(x,y), I₃(x,y), I₄(x,y))는, 하기 [수학식 1]의 관계식으로 표시할 수 있다..

[수학식 1]

여기서, Δφ(x,y)는, 좌표(x,y)에서의 계측광과 참조광의 광로차에 기초한 위상차를 나타내고 있다. 또한, A(x,y)는 간섭광의 진폭, B(x,y)는 바이어스를 나타내고 있다. 단, 참조광은 균일하므로, 이것을 기준으로 보면, Δφ(x,y)는 「계측광의 위상 」을 나타내고, A(x,y)는 「계측광의 진폭」을 나타내게 된다.

따라서, 계측광의 위상Δφ(x,y)은, 상기 [수학식 1]의 관계식을 기초로, 하기 [수학식 2]의 관계식으로 구할 수 있다.

[수학식 2]

또한, 계측광의 진폭A(x,y)은, 상기 [수학식 1]의 관계식을 기초로, 하기 [수학식 3]의 관계식으로 구할 수 있다.

[수학식 3]

이어서, 상기 위상Δφ(x,y)과 진폭A(x,y)으로부터, 하기 [수학식 4]의 관계식을 기초로 촬상소자면 상에서의 복소진폭Eo(x,y)을 산출한다. 여기서, i는 허수단위를 나타내고 있다.

[수학식 4]

계속해서, 복소진폭Eo(x,y)을 기초로, 워크(W)면 상의 좌표(ξ,η)에서의 복소진폭Eo(ξ,η)을 산출한다.

우선은, 하기 [수학식 5]에 나타낸 바와 같이, 상기 복소진폭Eo(x,y)을 플라넬변환한다. 여기서, λ는 파장을 나타낸다.

[수학식 5]

이것을 Eo(ξ,η)에 대하여 풀면, 하기 [수학식 6]과 같이 된다.

[수학식 6]

나아가, 얻어진 복소진폭Eo(ξ,η)으로부터, 하기 [수학식 7]의 관계식을 기초로, 계측광의 위상φ(ξ,η)과, 계측광의 진폭A(ξ,η)을 산출한다.

[수학식 7]

계측광의 위상φ(ξ,η)은, 하기 [수학식 8]의 관계식에 의해 구할 수 있다.

[수학식 8]

계측광의 진폭A(ξ,η)은, 하기 [수학식 9]의 관계식에 의해 구할 수 있다.

[수학식 9]

그 후, 위상-높이변환처리를 행하고, 워크(W)의 표면의 요철형상을 3차원적으로 나타낸 높이정보z(ξ,η)를 산출한다.

높이정보z(ξ,η)는, 하기 [수학식 10]의 관계식에 의해 산출할 수 있다.

[수학식 10]

이어서, 파장이 상이한 2종류의 광(예를 들어 「제1 파장광」과 「제3 파장광」)을 이용한 2파장 위상시프트법의 원리에 대하여 설명한다. 파장이 상이한 2종류의 광을 이용함으로써 계측레인지를 넓힐 수 있다. 물론, 이러한 원리는, 3종류 또는 4종류의 광을 이용한 경우에도 응용할 수 있다.

파장이 상이한 2종류의 광(예를 들어 파장(λ_c1)의 제1 광과, 파장(λ_c2)의 제2 광)을 이용하여 계측을 행한 경우에는, 그 합성파장(λ_c0)의 광으로 계측을 행한 것과 동일한 것이 된다. 그리고, 그 계측레인지는 λ_c0/2로 확대되게 된다. 합성파장(λ_c0)은, 하기 식(M1)로 표시할 수 있다.

λ_c0=(λ_c1×λ_c2)/(λ_c2-λ_c1) ···(M1)

단, λ_c2>λ_c1로 한다.

여기서, 예를 들어 λ_c1=1500nm, λ_c2=1503nm로 하면, 상기 식(M1)로부터, λ_c0=751.500μm가 되고, 계측레인지는 λ_c0/2=375.750μm가 된다.

2파장 위상시프트법을 행할 때는, 우선 파장(λ_c1)의 제1 광에 따른 4가지의 간섭호 화상데이터의 휘도(I₁(x,y), I₂(x,y), I₃(x,y), I₄(x,y))를 기초로(상기 [수학식 1] 참조), 워크(W)면 상의 좌표(ξ,η)에서의 제1 광에 따른 계측광의 위상(φ₁(ξ,η))을 산출한다(상기 [수학식 8] 참조). 여기서 구해지는 위상(φ1(ξ,η))이 본 실시형태에서의 「제1 계측값」 또는 「제2 계측값」에 상당하고, 이것을 산출하는 처리기능에 의해 「제1 계측값 취득수단」 또는 「제2 계측값 취득수단」이 구성된다.

한편, 제1 광에 따른 계측하, 좌표(ξ,η)에서의 높이정보(z(ξ,η))는, 하기 식(M2)로 표시할 수 있다..

z(ξ,η)=d₁(ξ,η)/2

=[λ_c1×φ₁(ξ,η)/4π]+[m₁(ξ,η)×λ_c1/2]···(M2)

단, d₁(ξ,η)은, 제1 광에 따른 계측광과 참조광의 광로차를 나타내고, m₁(ξ,η)은, 제1 광에 따른 프린지 차수를 나타낸다.

따라서, 위상(φ₁(ξ,η))은 하기 식(M2')로 표시할 수 있다.

φ₁(ξ,η)=(4π/λ_c1)×z(ξ,η)-2πm₁(ξ,η) ···(M2')

마찬가지로, 파장(λ_c2)의 제2 광에 따른 4가지의 간섭호 화상데이터의 휘도(I₁(x,y), I₂(x,y), I₃(x,y), I₄(x,y)를 기초로(상기 [수학식 1] 참조), 워크(W)면 상의 좌표(ξ,η)에서의 제2 광에 따른 계측광의 위상(φ₂(ξ,η))을 산출한다(상기 [수학식 8] 참조). 여기서 구해지는 위상(φ₂(ξ,η))이 본 실시형태에서의 「제3 계측값」 또는 「제4 계측값」에 상당하고, 이것을 산출하는 처리기능에 따라 「제3 계측값 취득수단」 또는 「제4 계측값 취득수단」이 구성된다.

한편, 제2 광에 따른 계측하, 좌표(ξ,η)에서의 높이정보(z(ξ,η))는, 하기 식(M3)으로 표시할 수 있다.

z(ξ,η)=d₂(ξ,η)/2

=[λ_c2×φ₂(ξ,η)/4π]+[m₂(ξ,η)×λ_c2/2]···(M3)

단, d₂(ξ,η)은, 제2 광에 따른 계측광과 참조광의 광로차를 나타내고, m_2(ξ,η)는, 제2 광에 따른 프린지 차수를 나타낸다.

따라서, 위상(φ₂(ξ,η))은 하기 식(M3')로 표시할 수 있다.

φ₂(ξ,η)=(4π/λ_c2)×z(ξ,η)-2πm₂(ξ,η) ···(M3')

계속해서, 파장(λ_c1)의 제1 광에 따른 프린지 차수(m₁(ξ,η)), 또는, 파장(λc₂)의 제2 광에 따른 프린지 차수(m₂(ξ,η))를 결정한다. 프린지 차수(m₁, m₂)는, 2종류의 광(파장(λ_c1, λ_c2))의 광로차(Δd) 및 파장차(Δλ)를 기초로 구할 수 있다. 여기서 광로차(Δd) 및 파장차(Δλ)는, 각각 하기 식(M4), (M5)와 같이 표시할 수 있다.

Δd=(λ_c1×φ₁-λ_c2×φ₂)/2π···(M4)

Δλ=λ_c2-λ_c1 ···(M5)

단, λ_c2>λ_c1로 한다.

한편, 2파장의 합성파장(λ_c0)의 계측레인지내에 있어서, 프린지 차수(m₁, m₂)의 관계는, 이하의 3개의 경우로 나뉘고, 각 경우마다 프린지 차수(m₁(ξ,η), m₂(ξ,η))를 결정하는 계산식이 상이하다. 여기서, 예를 들어 프린지 차수(m₁(ξ,η))를 결정하는 경우에 대하여 설명한다. 물론, 프린지 차수(m₂(ξ,η))에 대해서도, 동일한 수법에 따라 구할 수 있다.

예를 들어 「φ₁-φ₂<-π」의 경우에는 「m₁-m₂=-1」이 되고, 이러한 경우, m₁은 하기 식(M6)과 같이 표시할 수 있다.

m₁=(Δd/Δλ)-(λ_c2/Δλ)

=(λ_c1×φ₁-λ_c2×φ₂)/2π(λ_c2-λ_c1)-λ_c2/(λ_c2-λ_c1)···(M6)

「-π<φ₁-φ₂<π」의 경우에는 「m₁-m₂=0」이 되고, 이러한 경우, m₁은 하기 식(M7)과 같이 표시할 수 있다.

m₁=Δd/Δλ

=(λ_c1×φ₁-λ_c2×φ₂)/2π(λ_c2-λ_c1)···(M7)

「φ₁-φ₂>π」의 경우에는 「m₁-m₂=+1」이 되고, 이러한 경우, m₁은 하기 식(M8)과 같이 표시할 수 있다.

m₁=(Δd/Δλ)+(λ₂/Δλ)

=(λ_c1×φ₁-λ_c2×φ₂)/2π(λ_c2-λ_c1)+λ_c2/(λ_c2-λ_c1)···(M8)

그리고, 이와 같이 하여 얻어진 프린지 차수(m₁(ξ,η) 또는 m₂(ξ,η))를 기초로, 상기 식(M2), (M3)으로부터 높이정보(z(ξ,η))를 얻을 수 있다. 이러한 처리기능에 의해 「높이정보 취득수단」이 구성된다. 그리고, 이와 같이 구해진 워크(W)의 계측결과(높이정보)는, 제어장치(5)의 연산결과 기억장치(155)에 저장된다.

이상 상술한 바와 같이, 본 실시형태에서는, 제1 파장광과 제2 파장광의 합성광인 제1 광을 편광빔 스플리터(60)의 제1 면(60a)으로부터 입사시킴과 함께, 제3 파장광과 제4 파장광의 합성광인 제2 광을 편광빔 스플리터(60)의 제2 면(60b)으로부터 입사시킴으로써, 제1 광에 따른 참조광 및 계측광과, 제2 광에 따른 참조광 및 계측광이 각각 상이한 편광성분(P편광 또는 S편광)으로 분할되므로, 편광빔 스플리터(60)에 입사한 제1 광과 제2 광은 서로 간섭하지 않고, 각각 편광빔 스플리터(60)로부터 출사되게 된다.

이에 따라, 제1 광에 포함되는 편광(제1 파장광 및/또는 제2 파장광)과, 제2 광에 포함되는 편광(제3 파장광 및/또는 제4 파장광)으로서 파장이 가까운 2종류의 편광을 이용할 수 있다. 결과적으로, 파장이 가까운 2종류의 편광을 이용하여, 삼차원 계측에 따른 계측레인지를 보다 넓힐 수 있다. 특히 본 실시형태에서는, 최대 4종류의 파장이 상이한 광을 이용가능하게 되므로, 계측레인지를 비약적으로 넓히는 것도 가능해진다.

또한, 본 실시형태에서는, 간섭광학계(3)로부터 출사되는 제1 광에 따른 합성광(참조광성분 및 계측광성분)을, 제1 파장광에 따른 합성광과, 제2 파장광에 따른 합성광으로 분리함과 함께, 간섭광학계(3)로부터 출사되는 제2 광에 따른 합성광을, 제3 파장광에 따른 합성광과, 제4 파장광에 따른 합성광으로 분리하여, 제1 파장광에 따른 합성광의 촬상, 제2 파장광에 따른 합성광의 촬상, 제3 파장광에 따른 합성광의 촬상, 및, 제4 파장광에 따른 합성광의 촬상을 개별이고 또한 동시에 행하는 구성으로 되어 있다. 이에 따라, 총체적인 촬상시간을 단축할 수 있고, 계측효율의 향상을 도모할 수 있다.

게다가, 본 실시형태에서는, 분광광학계(81A, 82A, 81B, 82B)를 이용하여, 각 파장광에 따른 합성광을 각각 4개의 광으로 분할함과 함께, 당해 4개의 광을 필터유닛(85A, 86A, 85B, 86B)에 의해 위상이 90°씩 상이한 4가지의 간섭광으로 변환하는 구성으로 되어 있다. 이에 따라, 위상시프트법에 의한 삼차원 계측에 필요한 모든 간섭호 화상을 동시에 취득할 수 있다. 즉, 4종류의 편광에 따른 총 16가지(4×4가지)의 간섭호 화상을 동시에 취득할 수 있다. 결과적으로, 상기 작용효과를 더욱 높일 수 있다.

또한, 분광광학계(81A, 82A, 81B, 82B)에 있어서, 1개의 광을 평행한 2개의 광으로 분할하는 수단으로서, 케스터 프리즘인 프리즘(101, 102)을 채용하고 있으므로, 분할된 2개의 광의 광로길이가 광학적으로 동일해진다. 결과적으로, 분할된 2개의 광의 광로길이를 조정하는 광로조정수단을 구비할 필요가 없고, 부품점수의 삭감을 도모함과 함께, 구성의 간소화나 장치의 소형화 등을 도모할 수 있다.

또한, 분광광학계(81A, 82A, 81B, 82B)에 대하여 1개의 광(F0)이 입사되고 나서, 4개의 광(FB1~FB4)이 출사되기까지의 동안에, 광이 광학부재내만을 진행하고, 공기 중으로 나가지 않는 구성이 되므로, 공기의 흔들림 등에 따른 영향을 저감할 수 있다.

나아가, 본 실시형태에서는, 예를 들어 제1 파장광과 제3 파장광의 2종류의 편광을 이용한 계측과, 제2 파장광과 제4 파장광의 2종류의 편광을 이용한 계측을 워크(W)의 종류에 따라 전환할 수 있다. 즉, 본 실시형태에 따르면, 파장이 가까운 2종류의 편광을 이용하여 계측레인지의 확대를 도모하면서도, 워크(W)의 종류에 따라 광의 종류(파장)를 전환할 수 있다. 결과적으로, 편리성이나 범용성의 향상을 도모할 수 있다.

예를 들어 적계광이 적합하지 않은 웨이퍼기판 등의 워크(W)에 대해서는, 제1 파장광과 제3 파장광의 2종류의 편광(예를 들어 491nm와 488nm의 청계색의 2광)을 이용한 계측을 행하는 한편, 청계광이 적합하지 않은 구리 등의 워크(W)에 대해서는, 제2 파장광과 제4 파장광의 2종류의 편광(예를 들어 540nm와 532nm의 녹계색의 2광)을 이용한 계측을 행할 수 있다.

또한, 본 실시형태에서는, 기준이 되는 참조면(63)을 1개 구비한 1개의 간섭광학계(3)에 대하여 4종류의 편광을 이용하는 구성으로 되어 있으므로, 참조광과 계측광에 광로차를 발생시키는 광로구간이 4종류의 편광에서 동일해진다. 이 때문에, 4개의 간섭광학계(간섭계모듈)를 이용하는 구성에 비해, 계측정밀도가 향상됨과 함께, 4개의 간섭광학계의 광로길이를 정확히 일치시키는 곤란한 작업을 행할 필요도 없다.

〔제2 실시형태〕

이하, 제2 실시형태에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다. 제2 실시형태는, 마이클손 간섭계의 광학구성을 채용한 제1 실시형태와는 상이한 간섭광학계를 구비한 것이며, 간섭광학계에 관련된 구성이 제1 실시형태와 상이하다. 따라서, 본 실시형태에서는, 제1 실시형태와 상이한 구성부분에 대하여 상세히 설명하고, 동일 구성부분에 대해서는 동일부호를 부여하고, 그 상세한 설명을 생략한다.

도 11은 본 실시형태에 따른 삼차원 계측장치(200)의 개략구성을 나타낸 모식도이다. 이하, 편의상, 도 11의 지면 전후방향을 「X축방향」으로 하고, 지면 상하방향을 「Y축방향」으로 하고, 지면 좌우방향을 「Z축방향」으로 하여 설명한다.

삼차원 계측장치(200)는, 마하·젠더 간섭계의 원리에 기초하여 구성된 것이며, 소정의 광을 출력가능한 2개의 투광계(2A, 2B)(제1 투광계(2A), 제2 투광계(2B))와, 이 투광계(2A, 2B)로부터 각각 출사되는 광이 입사되는 간섭광학계(203)와, 이 간섭광학계(203)로부터 출사되는 광이 입사되는 2개의 촬상계(4A, 4B)(제1 촬상계(4A), 제2 촬상계(4B))와, 투광계(2A, 2B)나 간섭광학계(203), 촬상계(4A, 4B) 등에 따른 각종 제어나 화상처리, 연산처리 등을 행하는 제어장치(5)를 구비하고 있다. 「제어장치(5)」가 본 실시형태에서의 「화상처리수단」을 구성하고, 「간섭광학계(203)」가 본 실시형태에서의 「소정의 광학계」를 구성한다.

이하, 간섭광학계(203)의 구성에 대하여 상세히 설명한다. 간섭광학계(203)는, 2개의 편광빔 스플리터(211, 212)(제1 편광빔 스플리터(211), 제2 편광빔 스플리터(212)), 4개의 1/4파장판(215, 216, 217, 218)(제1 1/4파장판(215), 제2 1/4파장판(216), 제3 1/4파장판(217), 제4 1/4파장판(218)), 2개의 전반사미러(221, 222)(제1 전반사미러(221), 제2 전반사미러(222)), 설치부(224) 등을 구비하고 있다.

편광빔 스플리터(211, 212)는, 직각 프리즘을 접합하여 일체로 한 큐브형의 공지의 광학부재로서, 그 접합면(경계면)(211h, 212h)에는 예를 들어 유전체 다층막 등의 코팅이 실시되어 있다.

편광빔 스플리터(211, 212)는, 입사되는 직선편광을 편광방향이 서로 직교하는 2개의 편광성분(P편광성분과 S편광성분)으로 분할하는 것이다. 본 실시형태에서의 편광빔 스플리터(211, 212)는, P편광성분을 투과시키고, S편광성분을 반사하는 구성으로 되어 있다. 또한, 본 실시형태에서의 편광빔 스플리터(211, 212)는, 입사하는 소정의 광을 2개의 광으로 분할하는 수단으로서 기능함과 함께, 입사하는 소정의 2개의 광을 합성하는 수단으로서 기능하게 된다.

제1 편광빔 스플리터(211)는, 그 접합면(211h)을 사이에 두고 이웃하는 2면 중의 일방이 Y축방향과 직교하고 또한 타방이 Z축방향과 직교하도록 배치되어 있다. 즉, 제1 편광빔 스플리터(211)의 접합면(211h)이 Y축방향 및 Z축방향에 대하여 45° 경사지도록 배치되어 있다.

보다 상세하게는, 제1 투광계(2A)의 제1 무편광빔 스플리터(56A)로부터 Z축방향 좌향으로 출사되는 제1 광이 입사하는 제1 편광빔 스플리터(211)의 제1 면(Z축방향 우측면)(211a), 그리고, 이 제1 면(211a)과 상대향하는 제3 면(Z축방향 좌측면)(211c)이 Z축방향과 직교하도록 배치되어 있다. 「제1 편광빔 스플리터(211)(제1 면(211a))」가 본 실시형태에서의 「제1 입출력부」에 상당한다.

한편, 제1 면(211a)과 접합면(211h)을 사이에 두고 이웃하는 면인 제1 편광빔 스플리터(211)의 제2 면(Y축방향 하측면)(211b), 그리고, 이 제2 면(211b)과 상대향하는 제4 면(Y축방향 상측면)(211d)이 Y축방향과 직교하도록 배치되어 있다.

제2 편광빔 스플리터(212)는, 그 접합면(212h)을 사이에 두고 이웃하는 2면 중의 일방이 Y축방향과 직교하고 또한 타방이 Z축방향과 직교하도록 배치되어 있다. 즉, 제2 편광빔 스플리터(212)의 접합면(212h)이 Y축방향 및 Z축방향에 대하여 45° 경사지도록 배치되어 있다.

보다 상세하게는, 제2 투광계(2B)의 제2 무편광빔 스플리터(56B)로부터 Z축방향 우향으로 출사되는 제2 광이 입사하는 제2 편광빔 스플리터(212)의 제1 면(Z축방향 좌측면)(212a), 그리고, 이 제1 면(212a)과 상대향하는 제3 면(Z축방향 우측면)(212c)이 Z축방향과 직교하도록 배치되어 있다. 「제2 편광빔 스플리터(212)(제1 면(212a))」가 본 실시형태에서의 「제2 입출력부」에 상당한다.

한편, 제1 면(212a)과 접합면(212h)을 사이에 두고 이웃하는 면인 제2 편광빔 스플리터(212)의 제2 면(Y축방향 상측면)(212b), 그리고, 이 제2 면(212b)과 상대향하는 제4 면(Y축방향 하측면)(212d)이 Y축방향과 직교하도록 배치되어 있다.

1/4파장판(215, 216, 217, 218)은, 직선편광을 원편광으로 변환하고 또한 원편광을 직선편광으로 변환하는 기능을 갖는 광학부재이다.

제1 1/4파장판(215)은, 제1 편광빔 스플리터(211)의 제3 면(211c)과 Z축방향으로 상대향하도록 배치되어 있다. 즉, 제1 1/4파장판(215)은, 제1 편광빔 스플리터(211)의 제3 면(211c)으로부터 출사되는 직선편광을 원편광으로 변환하여 Z축방향 좌향으로 출사한다. 또한, 제1 1/4파장판(215)은, Z축방향 우향에 입사하는 원편광을 직선편광으로 변환한 다음에, 제1 편광빔 스플리터(211)의 제3 면(211c)을 향하여 Z축방향 우향으로 출사한다.

제2 1/4파장판(216)은, 제1 편광빔 스플리터(211)의 제4 면(211d)과 Y축방향으로 상대향하도록 배치되어 있다. 즉, 제2 1/4파장판(216)은, 제1 편광빔 스플리터(211)의 제4 면(211d)으로부터 출사되는 직선편광을 원편광으로 변환하여 Y축방향 상향으로 출사한다. 또한, 제2 1/4파장판(216)은, Y축방향 하향으로 입사하는 원편광을 직선편광으로 변환한 다음에, 제1 편광빔 스플리터(211)의 제4 면(211d)을 향하여 Y축방향 하향으로 출사한다.

제3 1/4파장판(217)은, 제2 편광빔 스플리터(212)의 제4 면(212d)과 Y축방향으로 상대향하도록 배치되어 있다. 즉, 제3 1/4파장판(217)은, 제2 편광빔 스플리터(212)의 제4 면(212d)으로부터 출사되는 직선편광을 원편광으로 변환하여 Y축방향 하향으로 출사한다. 또한, 제3 1/4파장판(217)은, Y축방향 상향에 입사하는 원편광을 직선편광으로 변환한 다음에, 제2 편광빔 스플리터(212)의 제4 면(212d)을 향하여 Y축방향 상향으로 출사한다.

제4 1/4파장판(218)은, 제2 편광빔 스플리터(212)의 제3 면(212c)과 Z축방향으로 상대향하도록 배치되어 있다. 즉, 제4 1/4파장판(218)은, 제2 편광빔 스플리터(212)의 제3 면(212c)으로부터 출사되는 직선편광을 원편광으로 변환하여 Z축방향 우향으로 출사한다. 또한, 제4 1/4파장판(218)은, Z축방향 좌향으로 입사하는 원편광을 직선편광으로 변환한 다음에, 제2 편광빔 스플리터(212)의 제3 면(212c)을 향하여 Z축방향 좌향으로 출사한다.

전반사미러(221, 222)는, 입사광을 전반사시키는 광학부재이다. 이 중, 본 실시형태에서의 참조면을 구성하는 제1 전반사미러(221)는, 제1 편광빔 스플리터(211) 및 제1 1/4파장판(215)을 통과하여 Z축방향으로 연장되는 축선과, 제2 편광빔 스플리터(212) 및 제3 1/4파장판(217)을 통과하여 Y축방향으로 연장되는 축선이 교차하는 위치에 있어서, Y축방향 및 Z축방향에 대하여 45° 경사지도록 배치되어 있다.

이에 따라, 제1 전반사미러(221)는, 제1 편광빔 스플리터(211)의 제3 면(211c)으로부터(제1 1/4파장판(215)을 개재하여) Z축방향 좌향으로 출사된 광을, Y축방향 상향으로 반사시키고, 제2 편광빔 스플리터(212)의 제4 면(212d)에(제3 1/4파장판(217)을 개재하여) 입사시킬 수 있다. 또한 반대로, 제1 전반사미러(221)는, 제2 편광빔 스플리터(212)의 제4 면(212d)으로부터(제3 1/4파장판(217)을 개재하여) Y축방향 하향으로 출사된 광을, Z축방향 우향으로 반사시키고, 제1 편광빔 스플리터(211)의 제3 면(211c)에(제1 1/4파장판(215)을 개재하여) 입사시킬 수 있다.

한편, 제2 전반사미러(222)는, 제1 편광빔 스플리터(211) 및 제2 1/4파장판(216)을 통과하여 Y축방향으로 연장되는 축선과, 제2 편광빔 스플리터(212) 및 제4 1/4파장판(218)을 통과하여 Z축방향으로 연장되는 축선이 교차하는 위치에 있어서, Y축방향 및 Z축방향에 대하여 45° 경사지도록 배치되어 있다.

이에 따라, 제2 전반사미러(222)는, 제1 편광빔 스플리터(211)의 제4 면(211d)으로부터(제2 1/4파장판(216)을 개재하여) Y축방향 상향으로 출사된 광을, Z축방향 좌향에 반사시키고, 제2 편광빔 스플리터(212)의 제3 면(212c)에(제4 1/4파장판(218)을 개재하여) 입사시킬 수 있다. 또한 반대로, 제2 전반사미러(222)는, 제2 편광빔 스플리터(212)의 제3 면(212c)으로부터(제4 1/4파장판(218)을 개재하여) Z축방향 우향으로 출사된 광을, Y축방향 하향으로 반사시키고, 제1 편광빔 스플리터(211)의 제4 면(211d)에(제2 1/4파장판(216)을 개재하여) 입사시킬 수 있다.

설치부(224)는, 피계측물로서의 워크(W)를 설치하기 위한 것이다. 본 실시형태에서는 워크(W)로서, 필름 등의 투광성을 갖는 것을 상정하고 있다. 설치부(224)는, 제2 편광빔 스플리터(212) 및 제2 전반사미러(222)를 통과하여 Z축방향으로 연장되는 축선상에 있어서, 제4 1/4파장판(218)과 제2 전반사미러(222)의 사이에 배치되어 있다.

다음에 삼차원 계측장치(200)의 작용에 대하여 설명한다. 한편, 본 실시형태에 있어서는, 제1 실시형태와 마찬가지로, 제1 투광계(2A)에 의한 제1 파장광의 조사 및 제2 파장광의 조사, 그리고, 제2 투광계(2B)에 의한 제3 파장광의 조사 및 제4 파장광의 조사는 동시에 행해진다. 이 때문에, 제1 파장광 및 제2 파장광의 합성광인 제1 광의 광로와, 제3 파장광 및 제4 파장광의 합성광인 제2 광의 광로가 일부에서 겹쳐지게 되는데, 여기서는, 보다 알기 쉽게 하기 위해, 제1 광 및 제2 광의 광로마다 상이한 도면을 이용하여 개별로 설명한다.

우선 제1 광(제1 파장광 및 제2 파장광)의 광로에 대하여 도 12를 참조하여 설명한다. 도 12에 나타낸 바와 같이, 제1 파장(λ₁)의 제1 파장광(편광방향이 X축방향 및 Z축방향에 대하여 45° 경사진 직선편광)이 제1 발광부(51A)로부터 Y축방향 하향으로 출사된다. 동시에, 제2 파장(λ₂)의 제2 파장광(편광방향이 X축방향 및 Y축방향에 대하여 45° 경사진 직선편광)이 제2 발광부(52A)로부터 Z축방향 좌향으로 출사된다.

제1 발광부(51A)로부터 출사된 제1 파장광은, 제1 광아이솔레이터(53A)를 통과하고, 제1 합성용 다이크로익 미러(55A)에 입사한다. 동시에, 제2 발광부(52A)로부터 출사된 제2 파장광은, 제2 광아이솔레이터(54A)를 통과하고, 제1 합성용 다이크로익 미러(55A)에 입사한다.

그리고, 제1 합성용 다이크로익 미러(55A)에 입사한 제1 파장광과 제2 파장광이 합성된 다음에, 제1 광(X축방향 및 Y축방향에 대하여 45° 경사진 방향을 편광방향으로 하는 직선편광)으로서 제1 무편광빔 스플리터(56A)를 향해 Z축방향 좌향으로 출사되게 된다.

제1 무편광빔 스플리터(56A)에 입사한 제1 광의 일부(절반)는 Z축방향 좌향으로 투과하고, 나머지(절반)는 Y축방향 하향으로 반사한다. 이 중, Z축방향 좌향으로 투과한 제1 광은, 제1 편광빔 스플리터(211)의 제1 면(211a)에 입사한다. 한편, Y축방향 하향으로 반사한 제1 광은, 어떠한 광학계 등에 입사하지 않고, 버려지는 광이 된다.

제1 편광빔 스플리터(211)의 제1 면(211a)으로부터 Z축방향 좌향에 입사한 제1 광은, 그 P편광성분이 Z축방향 좌향에 투과하여 제3 면(211c)으로부터 참조광으로서 출사되는 한편, 그 S편광성분이 Y축방향 상향으로 반사하여 제4 면(211d)으로부터 계측광으로서 출사된다.

제1 편광빔 스플리터(211)의 제3 면(211c)으로부터 출사한 제1 광에 따른 참조광(P편광)은, 제1 1/4파장판(215)을 통과함으로써 우회전의 원편광으로 변환된 후, 제1 전반사미러(221)에서 Y축방향 상향으로 반사한다. 여기서, 광의 진행방향에 대한 회전방향은 유지된다.

그 후, 제1 광에 따른 참조광은, 제3 1/4파장판(217)을 통과함으로써, 우회전의 원편광으로부터 S편광으로 변환된 다음에 제2 편광빔 스플리터(212)의 제4 면(212d)에 입사한다.

한편, 제1 편광빔 스플리터(211)의 제4 면(211d)으로부터 출사한 제1 광에 따른 계측광(S편광)은, 제2 1/4파장판(216)을 통과함으로써 좌회전의 원편광으로 변환된 후, 제2 전반사미러(222)에서 Z축방향 좌향으로 반사한다. 여기서, 광의 진행방향에 대한 회전방향은 유지된다.

그 후, 제1 광에 따른 계측광은, 설치부(224)에 설치된 워크(W)를 투과한 후, 제4 1/4파장판(218)을 통과함으로써, 좌회전의 원편광으로부터 P편광으로 변환된 다음에 제2 편광빔 스플리터(212)의 제3 면(212c)에 입사한다.

그리고, 제2 편광빔 스플리터(212)의 제4 면(212d)으로부터 입사한 제1 광에 따른 참조광(S편광)이 접합면(212h)에서 Z축방향 좌향으로 반사하는 한편, 제2 편광빔 스플리터(212)의 제3 면(212c)으로부터 입사한 제1 광에 따른 계측광(P편광)은 접합면(212h)을 Z축방향 좌향으로 투과한다. 그리고, 제1 광에 따른 참조광 및 계측광이 합성된 상태인 합성광이 출력광으로서 제2 편광빔 스플리터(212)의 제1 면(212a)으로부터 출사된다.

제2 편광빔 스플리터(212)의 제1 면(212a)으로부터 출사된 제1 광에 따른 합성광(참조광 및 계측광)은, 제2 무편광빔 스플리터(56B)에 입사한다. 제2 무편광빔 스플리터(56B)에 대하여 Z축방향 좌향에 입사한 제1 광에 따른 합성광은, 그 일부가 Z축방향 좌향으로 투과하고, 나머지가 Y축방향 상향으로 반사한다.

이 중, Z축방향 좌향으로 투과한 합성광(참조광 및 계측광)은 제1 촬상계(4A)의 제1 분리용 다이크로익 미러(80A)에 입사한다. 한편, Y축방향 상향으로 반사한 합성광은, 제2 합성용 다이크로익 미러(55B)에 입사하나, 제3 광아이솔레이터(53B) 또는 제4 광아이솔레이터(54B)에 의해 그 진행이 차단되고, 버려지는 광이 된다.

제1 분리용 다이크로익 미러(80A)에 입사한 제1 광에 따른 합성광(참조광 및 계측광) 중, 제1 파장광에 따른 합성광(참조광 및 계측광)은 접합면(80Ah)에서 Y축방향 하향으로 반사하여 제1 분광광학계(81A)에 입사하는 한편, 제2 파장광에 따른 합성광(참조광 및 계측광)은 접합면(80Ah)을 Z축방향 좌향으로 투과하여 제2 분광광학계(82A)에 입사한다.

제1 분광광학계(81A)에 입사한 제1 파장광에 따른 합성광(참조광 및 계측광)은, 4개로 분할된 후, 1/4파장판유닛(83A) 및 제1 필터유닛(85A)을 개재하여 제1 카메라(87A)에 의해 촬상된다. 이에 따라, 위상이 90°씩 상이한 제1 파장광에 따른 4가지의 간섭호 화상이 취득된다.

동시에, 제2 분광광학계(82A)에 입사한 제2 파장광에 따른 합성광은, 4개로 분할된 후, 1/4파장판유닛(84A) 및 제2 필터유닛(86A)을 개재하여 제2 카메라(88A)에 의해 촬상된다. 이에 따라, 위상이 90°씩 상이한 제2 파장광에 따른 4가지의 간섭호 화상이 취득된다.

다음에 제2 광(제3 파장광 및 제4 파장광)의 광로에 대하여 도 13을 참조하여 설명한다. 도 13에 나타낸 바와 같이, 제3 파장(λ₃)의 제3 파장광(편광방향이 X축방향 및 Y축방향에 대하여 45° 경사진 직선편광)이 제3 발광부(51B)로부터 Z축방향 좌향으로 출사된다. 동시에, 제4 파장(λ₄)의 제4 파장광(편광방향이 X축방향 및 Z축방향에 대하여 45° 경사진 직선편광)이 제4 발광부(52B)로부터 Y축방향 하향으로 출사된다.

제3 발광부(51B)로부터 출사된 제3 파장광은, 제3 광아이솔레이터(53B)를 통과하고, 제2 합성용 다이크로익 미러(55B)에 입사한다. 동시에, 제4 발광부(52B)로부터 출사된 제4 파장광은, 제4 광아이솔레이터(54B)를 통과하고, 제2 합성용 다이크로익 미러(55B)에 입사한다.

그리고, 제2 합성용 다이크로익 미러(55B)에 입사한 제3 파장광과 제4 파장광이 합성된 다음에, 제2 광(X축방향 및 Z축방향에 대하여 45° 경사진 방향을 편광방향으로 하는 직선편광)으로서, 제2 무편광빔 스플리터(56B)를 향해 Y축방향 하향으로 출사되게 된다.

제2 무편광빔 스플리터(56B)에 입사한 제2 광의 일부(절반)는 Y축방향 하향으로 투과하고, 나머지(절반)는 Z축방향 우향으로 반사한다. 이 중, Z축방향 우향으로 반사한 제2 광은, 제2 편광빔 스플리터(212)의 제1 면(212a)에 입사한다. 한편, Y축방향 하향으로 투과한 제2 광은, 어떠한 광학계 등에 입사하지 않고, 버려지는 광이 된다.

제2 편광빔 스플리터(212)의 제1 면(212a)으로부터 Z축방향 우향에 입사한 제2 광은, 그 S편광성분이 Y축방향 하향으로 반사하여 제4 면(212d)으로부터 참조광으로서 출사되는 한편, 그 P편광성분이 Z축방향 우향으로 투과하여 제3 면(212c)으로부터 계측광으로서 출사된다.

제2 편광빔 스플리터(212)의 제4 면(212d)으로부터 출사한 제2 광에 따른 참조광(S편광)은, 제3 1/4파장판(217)을 통과함으로써 좌회전의 원편광으로 변환된 후, 제1 전반사미러(221)에서 Z축방향 우향으로 반사한다. 여기서, 광의 진행방향에 대한 회전방향은 유지된다.

그 후, 제2 광에 따른 참조광은, 제1 1/4파장판(215)을 통과함으로써, 좌회전의 원편광으로부터 P편광으로 변환된 다음에 제1 편광빔 스플리터(211)의 제3 면(211c)에 입사한다.

한편, 제2 편광빔 스플리터(212)의 제3 면(212c)으로부터 출사한 제2 광에 따른 계측광(P편광)은, 제4 1/4파장판(218)을 통과함으로써 우회전의 원편광으로 변환된 후, 설치부(224)에 설치된 워크(W)를 투과한다. 그 후, 제2 광에 따른 계측광은, 제2 전반사미러(222)에서 Y축방향 하향으로 반사한다. 여기서, 광의 진행방향에 대한 회전방향은 유지된다.

제2 전반사미러(222)에서 반사한 제2 광에 따른 계측광은, 제2 1/4파장판(216)을 통과함으로써, 우회전의 원편광으로부터 S편광으로 변환된 다음에 제1 편광빔 스플리터(211)의 제4 면(211d)에 입사한다.

그리고, 제1 편광빔 스플리터(211)의 제3 면(211c)으로부터 입사한 제2 광에 따른 참조광(P편광)이 접합면(211h)을 Z축방향 우향으로 투과하는 한편, 제1 편광빔 스플리터(211)의 제4 면(211d)으로부터 입사한 제2 광에 따른 계측광(S편광)은 접합면(211h)에서 Z축방향 우향으로 반사한다. 그리고, 제2 광에 따른 참조광 및 계측광이 합성된 상태의 합성광이 출력광으로서 제1 편광빔 스플리터(211)의 제1 면(211a)으로부터 출사된다.

제1 편광빔 스플리터(211)의 제1 면(211a)으로부터 출사된 제2 광에 따른 합성광(참조광 및 계측광)은, 제1 무편광빔 스플리터(56A)에 입사한다. 제1 무편광빔 스플리터(56A)에 대하여 Z축방향 우향에 입사한 제2 광에 따른 합성광은, 그 일부가 Z축방향 우향으로 투과하고, 나머지가 Y축방향 상향으로 반사한다.

이 중, Y축방향 상향으로 반사한 합성광(참조광 및 계측광)은 제2 촬상계(4B)의 제2 분리용 다이크로익 미러(80B)에 입사한다. 한편, Z축방향 우향으로 투과한 합성광은, 제1 합성용 다이크로익 미러(55A)에 입사하나, 제1 광아이솔레이터(53A) 또는 제2 광아이솔레이터(54A)에 의해 그 진행이 차단되고, 버려지는 광이 된다.

제2 분리용 다이크로익 미러(80B)에 입사한 제2 광에 따른 합성광(참조광 및 계측광) 중, 제3 파장광에 따른 합성광(참조광 및 계측광)은 접합면(80Bh)에서 Z축방향 좌향으로 반사하여 제3 분광광학계(81B)에 입사하는 한편, 제4 파장광에 따른 합성광(참조광 및 계측광)은 접합면(80Bh)을 Y축방향 상향투과하여 제4 분광광학계(82B)에 입사한다.

제3 분광광학계(81B)에 입사한 제3 파장광에 따른 합성광(참조광 및 계측광)은, 4개로 분할된 후, 1/4파장판유닛(83B) 및 제3 필터유닛(85B)을 개재하여 제3 카메라(87B)에 의해 촬상된다. 이에 따라, 위상이 90°씩 상이한 제3 파장광에 따른 4가지의 간섭호 화상이 취득된다.

동시에, 제4 분광광학계(82B)에 입사한 제4 파장광에 따른 합성광은, 4개로 분할된 후, 1/4파장판유닛(84B) 및 제4 필터유닛(86B)을 개재하여 제4 카메라(88B)에 의해 촬상된다. 이에 따라, 위상이 90°씩 상이한 제4 파장광에 따른 4가지의 간섭호 화상이 취득된다.

이어서, 제어장치(5)에 의해 실행되는 형상계측처리의 순서에 대하여 설명한다. 우선 제어장치(5)는, 제1 투광계(2A) 및 제2 투광계(2B)를 구동제어하고, 제1 발광부(51A)로부터의 제1 파장광의 조사, 및, 제2 발광부(52A)로부터의 제2 파장광의 조사, 그리고, 제3 발광부(51B)로부터의 제3 파장광의 조사, 및, 제4 발광부(52B)로부터의 제4 파장광의 조사를 동시에 실행한다.

이에 따라, 제1 편광빔 스플리터(211)의 제1 면(211a)에 대하여 제1 파장광 및 제2 파장광의 합성광인 제1 광이 입사함과 함께, 제2 편광빔 스플리터(212)의 제1 면(212a)에 대하여 제3 파장광 및 제4 파장광의 합성광인 제2 광이 입사한다.

그 결과, 제2 편광빔 스플리터(212)의 제1 면(212a)으로부터 제1 광에 따른 합성광(참조광 및 계측광)이 출사됨과 함께, 제1 편광빔 스플리터(211)의 제1 면(211a)으로부터 제2 광에 따른 합성광(참조광 및 계측광)이 출사된다.

제2 편광빔 스플리터(212)으로부터 출사한 제1 광에 따른 합성광의 일부는, 제1 촬상계(4A)에 입사하고, 제1 파장광에 따른 합성광(참조광 및 계측광)과, 제2 파장광에 따른 합성광(참조광 및 계측광)으로 분리된다. 이 중, 제1 파장광에 따른 합성광은, 제1 분광광학계(81A)에 의해 4개로 분할된 후, 1/4파장판유닛(83A) 및 제1 필터유닛(85A)을 개재하여 제1 카메라(87A)에 입사한다. 동시에, 제2 파장광에 따른 합성광은, 제2 분광광학계(82A)에 의해 4개로 분할된 후, 1/4파장판유닛(84A) 및 제2 필터유닛(86A)을 개재하여 제2 카메라(88A)에 입사한다.

한편, 제1 편광빔 스플리터(211)로부터 출사한 제2 광에 따른 합성광의 일부는, 제2 촬상계(4B)에 입사하고, 제3 파장광에 따른 합성광(참조광 및 계측광)과, 제4 파장광에 따른 합성광(참조광 및 계측광)으로 분리된다. 이 중, 제3 파장광에 따른 합성광은, 제3 분광광학계(81B)에 의해 4개로 분할된 후, 1/4파장판유닛(83B) 및 제3 필터유닛(85B)을 개재하여 제3 카메라(87B)에 입사한다. 동시에, 제4 파장광에 따른 합성광은, 제4 분광광학계(82B)에 의해 4개로 분할된 후, 1/4파장판유닛(84B) 및 제4 필터유닛(86B)을 개재하여 제4 카메라(88B)에 입사한다.

그리고, 제어장치(5)는, 제1 촬상계(4A) 및 제2 촬상계(4B)를 구동제어하여, 제1 카메라(87A)에 의한 촬상, 제2 카메라(88A)에 의한 촬상, 제3 카메라(87B)에 의한 촬상, 및, 제4 카메라(88B)에 의한 촬상을 동시에 실행한다.

그 결과, 제1 카메라(87A)(촬상소자(170)의 촬상에어리어(H1~H4))에 의해, 위상이 90°씩 상이한 제1 파장광에 따른 4가지의 간섭호 화상이 1개의 화상데이터로서 취득되고, 제2 카메라(88A)(촬상소자(170)의 촬상에어리어(H1~H4))에 의해, 위상이 90°씩 상이한 제2 파장광에 따른 4가지의 간섭호 화상이 1개의 화상데이터로서 취득되고, 제3 카메라(87B)(촬상소자(170)의 촬상에어리어(H1~H4))에 의해, 위상이 90°씩 상이한 제3 파장광에 따른 4가지의 간섭호 화상이 1개의 화상데이터로서 취득되고, 제4 카메라(88B)(촬상소자(170)의 촬상에어리어(H1~H4))에 의해, 위상이 90°씩 상이한 제4 파장광에 따른 4가지의 간섭호 화상이 1개의 화상데이터로서 취득된다.

그리고, 제어장치(5)는, 제1 카메라(87A)로부터 취득한 1개의 화상데이터를 4가지의 간섭호 화상데이터(촬상소자(170)의 촬상에어리어(H1~H4)에 대응하는 범위마다)로 분할하여, 화상데이터 기억장치(154)내의 제1 카메라(87A)에 대응하는 제1~제4 화상메모리에 각각 기억한다.

동시에, 제어장치(5)는, 제2 카메라(88A), 제3 카메라(87B) 및 제4 카메라(88B)로부터 각각 취득한 화상데이터에 관해서도 동일한 처리를 행하고, 각 카메라(88A, 87B, 88B)에 대응하는 제1~제4 화상메모리에 각각 간섭호 화상데이터를 기억한다.

계속해서, 제어장치(5)는, 화상데이터 기억장치(154)에 기억된 제1 파장광에 따른 4가지의 간섭호 화상데이터, 제2 파장광에 따른 4가지의 간섭호 화상데이터, 제3 파장광에 따른 4가지의 간섭호 화상데이터, 및, 제4 파장광에 따른 4가지의 간섭호 화상데이터를 기초로, 위상시프트법에 의해 워크(W)의 표면형상을 계측한다. 즉, 워크(W)의 표면 상의 각 위치에서의 높이정보를 산출한다.

이상 상술한 바와 같이, 본 실시형태에 따르면, 마하·젠더 간섭계의 원리에 기초한 비교적 간소한 구성하에서, 상기 제1 실시형태와 동일한 작용효과가 나타나게 된다.

〔제3 실시형태〕

이하, 제3 실시형태에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다. 제3 실시형태는, 마이클손 간섭계의 광학구성을 채용한 제1 실시형태와는 상이한 간섭광학계를 구비한 것이며, 주로 간섭광학계에 관련된 구성이 제1 실시형태와 상이하다. 따라서, 본 실시형태에서는, 제1 실시형태와 상이한 구성부분에 대하여 상세히 설명하고, 동일 구성부분에 대해서는 동일부호를 부여하고, 그 상세한 설명을 생략한다.

도 14는 본 실시형태에 따른 삼차원 계측장치(300)의 개략구성을 나타내는 모식도이다. 이하, 편의상, 도 14의 지면 전후방향을 「X축방향」으로 하고, 지면 상하방향을 「Y축방향」으로 하고, 지면 좌우방향을 「Z축방향」으로 하여 설명한다.

삼차원 계측장치(300)는, 피조 간섭계의 원리에 기초하여 구성된 것이며, 소정의 광을 출력가능한 2개의 투광계(2A, 2B)(제1 투광계(2A), 제2 투광계(2B))와, 이 투광계(2A, 2B)로부터 각각 출사되는 광이 입사되는 간섭광학계(303)와, 이 간섭광학계(303)로부터 출사되는 광이 입사되는 2개의 촬상계(4A, 4B)(제1 촬상계(4A), 제2 촬상계(4B))와, 투광계(2A, 2B)나 간섭광학계(303), 촬상계(4A, 4B) 등에 따른 각종 제어나 화상처리, 연산처리 등을 행하는 제어장치(5)를 구비하고 있다. 「제어장치(5)」가 본 실시형태에서의 「화상처리수단」을 구성하고, 「간섭광학계(303)」가 본 실시형태에서의 「소정의 광학계」를 구성한다.

이하, 간섭광학계(303)의 구성에 대하여 상세히 설명한다. 간섭광학계(303)는, 편광빔 스플리터(320), 1/4파장판(321), 하프미러(323), 설치부(324) 등을 구비하고 있다.

편광빔 스플리터(320)는, 직각 프리즘을 접합하여 일체로 한 큐브형의 공지의 광학부재로서, 그 접합면(경계면)(320h)에는 예를 들어 유전체 다층막 등의 코팅이 실시되어 있다. 본 실시형태에서의 편광빔 스플리터(320)는, P편광성분을 투과시키고, S편광성분을 반사하는 구성으로 되어 있다. 본 실시형태에 있어서 「P편광」이 「제1 편광방향을 갖는 편광」에 상당하고, 「S편광」이 「제2 편광방향을 갖는 편광」에 상당한다.

편광빔 스플리터(320)는, 그 접합면(320h)을 사이에 두고 이웃하는 2면 중의 일방이 Y축방향과 직교하고 또한 타방이 Z축방향과 직교하도록 배치되어 있다. 즉, 편광빔 스플리터(320)의 접합면(320h)이 Y축방향 및 Z축방향에 대하여 45° 경사지도록 배치되어 있다.

보다 상세하게는, 제1 투광계(2A)의 제1 무편광빔 스플리터(56A)로부터 Y축방향 하향으로 출사되는 제1 광이 입사하는 편광빔 스플리터(320)의 제1 면(Y축방향 상측면)(320a), 그리고, 이 제1 면(320a)과 상대향하는 제3 면(Y축방향하측면)(320c)이 Y축방향과 직교하도록 배치되어 있다. 「편광빔 스플리터(320)의 제1 면(320a)」이 본 실시형태에서의 「제1 입출력부」에 상당한다.

한편, 제1 면(320a)과 접합면(320h)을 사이에 두고 이웃하는 면으로서, 제2 투광계(2B)의 제2 무편광빔 스플리터(56B)로부터 Z축방향 우향으로 출사되는 제2 광이 입사하는 편광빔 스플리터(320)의 제2 면(Z축방향 좌측면)(320b), 그리고, 이 제2 면(320b)과 상대향하는 제4 면(Z축방향우측면)(320d)이 Z축방향과 직교하도록 배치되어 있다. 「편광빔 스플리터(320)의 제2 면(320b)」이 본 실시형태에서의 「제2 입출력부」에 상당한다.

그리고, 편광빔 스플리터(320)의 제4 면(320d)과 Z축방향으로 상대향하도록 1/4파장판(321)이 배치되고, 또한 그 Z축방향 우측에서, 이 1/4파장판(321)과 Z축방향으로 상대향하도록 하프미러(323)가 배치되고, 또한 그 Z축방향 우측에서, 이 하프미러(323)와 Z축방향으로 상대향하도록 설치부(324)가 배치되어 있다. 단, 하프미러(323)는, 주기적인 간섭호(캐리어)를 발생시키기 위하여, 엄밀하게는 Z축방향에 대하여 약간 기울어진 상태로 설치되어 있다.

1/4파장판(321)은, 직선편광을 원편광으로 변환하고 또한 원편광을 직선편광으로 변환하는 기능을 갖는다. 즉, 편광빔 스플리터(320)의 제4 면(320d)으로부터 출사되는 직선편광(P편광 또는 S편광)은 1/4파장판(321)을 개재하여 원편광으로 변환된 다음에 하프미러(323)에 대하여 조사된다.

하프미러(323)는, 입사광을 1:1의 비율로 투과광과 반사광으로 분할되는 것이다. 구체적으로는, 1/4파장판(321)으로부터 Z축방향 우향에 입사하는 원편광의 일부(절반)를 계측광으로 하여 Z축방향 우향에 투과시키고, 나머지(절반)를 참조광으로 하여 Z축방향 좌향에 반사시킨다. 그리고, 하프미러(323)를 투과한 원편광(계측광)이 설치부(324)에 놓여진 피계측물로서의 워크(W)에 대하여 조사된다. 즉, 「하프미러(323)」가 본 실시형태에서의 「참조면」을 구성하게 된다. 또한, 「하프미러(323)」는, 입사하는 소정의 광을 2개의 광으로 분할하는 수단으로서 기능함과 함께, 이들을 재차 합성하는 수단으로서 기능하게 된다.

이어서, 본 실시형태에 따른 제1 촬상계(4A) 및 제2 촬상계(4B)의 구성에 대하여 상세히 설명한다. 본 실시형태에서는, 제1 실시형태로부터 「분광광학계(81A, 82A, 81B, 82B)」, 「1/4파장판유닛(83A, 84A, 83B, 84B)」 및 「필터유닛(85A, 86A, 85B, 86B)」을 생략한 구성으로 되어 있다.

즉, 본 실시형태에 따른 제1 촬상계(4A)는, 제2 무편광빔 스플리터(56B)로부터 입사한 제1 광에 따른 간섭광을, 제1 파장광에 따른 간섭광과, 제2 파장광에 따른 간섭광으로 분리하는 제1 분리용 다이크로익 미러(80A)와, 제1 분리용 다이크로익 미러(80A)로부터 Y축방향 하향으로 출사되는 제1 파장광에 따른 간섭광을 촬상하는 제1 카메라(87A)와, 제1 분리용 다이크로익 미러(80A)로부터 Z축방향 좌향으로 출사되는 제2 파장광에 따른 간섭광을 촬상하는 제2 카메라(88A)를 구비하고 있다.

마찬가지로, 제2 촬상계(4B)는, 제1 무편광빔 스플리터(56A)로부터 입사한 제2 광에 따른 간섭광을, 제3 파장광에 따른 간섭광과, 제4 파장광에 따른 간섭광으로 분리하는 제2 분리용 다이크로익 미러(80B)와, 제2 분리용 다이크로익 미러(80B)로부터 Z축방향 좌향으로 출사되는 제3 파장광에 따른 간섭광을 촬상하는 제3 카메라(87B)와, 제2 분리용 다이크로익 미러(80B)로부터 Y축방향 상향으로 출사되는 제4 파장광에 따른 간섭광을 촬상하는 제4 카메라(88B)를 구비하고 있다.

이어서, 삼차원 계측장치(300)의 작용에 대하여 설명한다. 한편, 본 실시형태에 있어서는, 제1 실시형태와 마찬가지로, 제1 투광계(2A)에 의한 제1 파장광의 조사 및 제2 파장광의 조사, 그리고, 제2 투광계(2B)에 의한 제3 파장광의 조사 및 제4 파장광의 조사는 동시에 행해진다. 이 때문에, 제1 파장광 및 제2 파장광의 합성광인 제1 광의 광로와, 제3 파장광 및 제4 파장광의 합성광인 제2 광의 광로가 일부에서 겹쳐지게 되나, 여기서는, 보다 알기 쉽게 하기 위해, 제1 광 및 제2 광의 광로마다 상이한 도면을 이용하여 개별로 설명한다.

우선 제1 광(제1 파장광 및 제2 파장광)의 광로에 대하여 도 15를 참조하여 설명한다. 도 15에 나타낸 바와 같이, 제1 파장(λ₁)의 제1 파장광(X축방향을 편광방향으로 하는 S편광)이 제1 발광부(51A)로부터 Y축방향 하향으로 출사된다. 동시에, 제2 파장(λ₂)의 제2 파장광(X축방향을 편광방향으로 하는 S편광)이 제2 발광부(52A)로부터 Z축방향 좌향으로 출사된다.

제1 발광부(51A)로부터 출사된 제1 파장광은, 제1 광아이솔레이터(53A)를 통과하고, 제1 합성용 다이크로익 미러(55A)에 입사한다. 동시에, 제2 발광부(52A)로부터 출사된 제2 파장광은, 제2 광아이솔레이터(54A)를 통과하고, 제1 합성용 다이크로익 미러(55A)에 입사한다.

그리고, 제1 합성용 다이크로익 미러(55A)에 입사한 제1 파장광과 제2 파장광이 합성된 다음에, 제1 광(X축방향을 편광방향으로 하는 S편광)으로서 제1 무편광빔 스플리터(56A)를 향해 Z축방향 좌향으로 출사되게 된다.

제1 무편광빔 스플리터(56A)에 입사한 제1 광의 일부(절반)는 Z축방향 좌향으로 투과하고, 나머지(절반)는 Y축방향 하향으로 반사한다. 이 중, Y축방향 하향으로 반사한 제1 광은, 편광빔 스플리터(320)의 제1 면(320a)에 입사한다. 한편, Z축방향 좌향으로 투과한 제1 광은, 어떠한 광학계 등에 입사하지 않고, 버려지는 광이 된다.

편광빔 스플리터(320)의 제1 면(320a)으로부터 Y축방향 하향으로 입사한 제1 광(S편광)은, 접합면(320h)에서 Z축방향 우향으로 반사하여 제4 면(320d)으로부터 출사된다.

편광빔 스플리터(320)의 제4 면(320d)으로부터 출사한 제1 광은, 1/4파장판(321)을 통과함으로써, X축방향을 편광방향으로 하는 S편광으로부터, 좌회전의 원편광으로 변환된 다음에 하프미러(323)에 조사된다.

하프미러(323)에 조사된 제1 광은, 그 일부(절반)가 계측광으로서 하프미러(323)를 Z축방향 우향에 투과하고, 나머지가 참조광으로서 Z축방향 좌향으로 반사한다. 여기서, 투과광(계측광) 및 반사광(참조광) 모두, 광의 진행방향에 대한 회전방향(좌회전)은 유지된다.

그리고, 하프미러(323)를 Z축방향 우향으로 투과한 제1 광에 따른 계측광(좌회전의 원편광)은, 설치부(324)에 놓여진 워크(W)에 조사되고 반사한다. 여기서도, 광의 진행방향에 대한 회전방향(좌회전)은 유지된다.

워크(W)에서 반사한 제1 광에 따른 계측광은, 재차, 하프미러(323)를 Z축방향 좌향으로 통과하고, 상기 하프미러(323)에서 Z축방향 좌향으로 반사한 제1 광에 따른 참조광(좌회전의 원편광)과 합성된다. 회전방향이 동일한 좌회전의 원편광인 계측광 및 참조광이 합성됨으로써, 양자는 간섭한다.

계속해서, 이 제1 광에 따른 간섭광은, 1/4파장판(321)을 통과함으로써, 좌회전의 원편광으로부터, Y축방향을 편광방향으로 하는 P편광으로 변환된 다음에 편광빔 스플리터(320)의 제4 면(320d)에 재입사한다.

여기서, 편광빔 스플리터(320)의 제4 면(320d)으로부터 재입사한 제1 광에 따른 간섭광(P편광)은, 접합면(320h)을 Z축방향 좌향으로 투과하여, 출력광으로서 편광빔 스플리터(320)의 제2 면(320b)으로부터 출사된다.

편광빔 스플리터(320)의 제2 면(320b)으로부터 출사된 제1 광에 따른 간섭광은, 제2 무편광빔 스플리터(56B)에 입사한다. 제2 무편광빔 스플리터(56B)에 대하여 Z축방향 좌향에 입사한 제1 광에 따른 간섭광은, 그 일부가 Z축방향 좌향으로 투과하고, 나머지가 Y축방향 하향으로 반사한다.

이 중, Z축방향 좌향으로 투과한 간섭광은 제1 촬상계(4A)의 제1 분리용 다이크로익 미러(80A)에 입사한다. 한편, Y축방향 하향으로 반사한 간섭광은, 제2 합성용 다이크로익 미러(55B)에 입사하나, 제3 광아이솔레이터(53B) 또는 제4 광아이솔레이터(54B)에 의해 그 진행이 차단되고, 버려지는 광이 된다.

제1 분리용 다이크로익 미러(80A)에 입사한 제1 광에 따른 간섭광 중, 제1 파장광에 따른 간섭광은 접합면(80Ah)에서 Y축방향 하향으로 반사하여 제1 카메라(87A)에 의해 촬상되는 한편, 제2 파장광에 따른 간섭광은 접합면(80Ah)을 Z축방향 좌향으로 투과하여 제2 카메라(88A)에 의해 촬상된다.

이어서 제2 광(제3 파장광 및 제4 파장광)의 광로에 대하여 도 16을 참조하여 설명한다. 도 16에 나타낸 바와 같이, 제3 파장(λ₃)의 제3 파장광(Y축방향을 편광방향으로 하는 P편광)이 제3 발광부(51B)로부터 Z축방향 좌향으로 출사된다. 동시에, 제4 파장(λ₄)의 제4 파장광(Z축방향을 편광방향으로 하는 P편광)이 제4 발광부(52B)로부터 Y축방향 상향으로 출사된다.

제3 발광부(51B)로부터 출사된 제3 파장광은, 제3 광아이솔레이터(53B)를 통과하고, 제2 합성용 다이크로익 미러(55B)에 입사한다. 동시에, 제4 발광부(52B)로부터 출사된 제4 파장광은, 제4 광아이솔레이터(54B)를 통과하고, 제2 합성용 다이크로익 미러(55B)에 입사한다.

그리고, 제2 합성용 다이크로익 미러(55B)에 입사한 제3 파장광과 제4 파장광이 합성된 다음에, 제2 광(Z축방향을 편광방향으로 하는 P편광)으로서, 제2 무편광빔 스플리터(56B)를 향해 Y축방향 상향으로 출사되게 된다.

제2 무편광빔 스플리터(56B)에 입사한 제2 광의 일부(절반)는 Y축방향 상향으로 투과하고, 나머지(절반)는 Z축방향 우향으로 반사한다. 이 중, Z축방향 우향으로 반사한 제2 광은, 편광빔 스플리터(320)의 제2 면(320b)에 입사한다. 한편, Y축방향 상향으로 투과한 제2 광은, 어떠한 광학계 등에 입사하지 않고, 버려지는 광이 된다.

편광빔 스플리터(320)의 제2 면(320b)으로부터 Z축방향 우향에 입사한 제2 광(P편광)은, 접합면(320h)을 Z축방향 우향으로 투과하여 제4 면(320d)으로부터 출사된다.

편광빔 스플리터(320)의 제4 면(320d)으로부터 출사한 제2 광은, 1/4파장판(321)을 통과함으로써, Y축방향을 편광방향으로 하는 P편광으로부터 우회전의 원편광으로 변환된 다음에 하프미러(323)에 조사된다.

하프미러(323)에 조사된 제2 광은, 그 일부(절반)가 계측광으로서 하프미러(323)를 Z축방향 우향으로 투과하고, 나머지가 참조광으로서 Z축방향 좌향으로 반사한다. 여기서, 투과광(계측광) 및 반사광(참조광) 모두, 광의 진행방향에 대한 회전방향(우회전)은 유지된다.

그리고, 하프미러(323)를 Z축방향 우향으로 투과한 제2 광에 따른 계측광(우회전의 원편광)은, 설치부(324)에 놓여진 워크(W)에 조사되고 반사한다. 여기서도, 광의 진행방향에 대한 회전방향(우회전)은 유지된다.

워크(W)에서 반사한 제2 광에 따른 계측광은, 재차, 하프미러(323)를 Z축방향 좌향으로 통과하고, 상기 하프미러(323)에서 Z축방향 좌향으로 반사한 제2 광에 따른 참조광(우회전의 원편광)과 합성된다. 회전방향이 동일한 우회전의 원편광인 계측광 및 참조광이 합성됨으로써, 양자는 간섭한다.

계속해서, 이 제2 광에 따른 간섭광은, 1/4파장판(321)을 통과함으로써, 우회전의 원편광으로부터, X축방향을 편광방향으로 하는 S편광으로 변환된 다음에 편광빔 스플리터(320)의 제4 면(320d)에 재입사한다.

여기서, 편광빔 스플리터(320)의 제4 면(320d)으로부터 재입사한 제2 광에 따른 간섭광(S편광)은, 접합면(320h)에서 Y축방향 상향으로 반사하고, 출력광으로서 편광빔 스플리터(320)의 제1 면(320a)으로부터 출사된다.

편광빔 스플리터(320)의 제1 면(320a)으로부터 출사된 제2 광에 따른 간섭광은, 제1 무편광빔 스플리터(56A)에 입사한다. 제1 무편광빔 스플리터(56A)에 대하여 Y축방향 상향에 입사한 제2 광에 따른 간섭광은, 그 일부가 Y축방향 상향으로 투과하고, 나머지가 Z축방향 우향으로 반사한다.

이 중, Y축방향 상향으로 투과한 간섭광은 제2 촬상계(4B)의 제2 분리용 다이크로익 미러(80B)에 입사한다. 한편, Z축방향 우향으로 반사한 간섭광은, 제1 합성용 다이크로익 미러(55A)에 입사하나, 제1 광아이솔레이터(53A) 또는 제2 광아이솔레이터(54A)에 의해 그 진행이 차단되고, 버려지는 광이 된다.

제2 분리용 다이크로익 미러(80B)에 입사한 제2 광에 따른 간섭광 중, 제3 파장광에 따른 간섭광은 접합면(80Bh)에서 Z축방향 좌향으로 반사하여 제3 카메라(87B)에 의해 촬상되는 한편, 제4 파장광에 따른 간섭광은 접합면(80Bh)을 Y축방향 상향투과하여 제4 카메라(88B)에 의해 촬상된다.

이어서, 제어장치(5)에 의해 실행되는 형상계측처리의 순서에 대하여 설명한다. 우선 제어장치(5)는, 제1 투광계(2A) 및 제2 투광계(2B)를 구동제어하고, 제1 발광부(51A)로부터의 제1 파장광의 조사, 및, 제2 발광부(52A)로부터의 제2 파장광의 조사, 그리고, 제3 발광부(51B)로부터의 제3 파장광의 조사, 및, 제4 발광부(52B)로부터의 제4 파장광의 조사를 동시에 실행한다.

이에 따라, 편광빔 스플리터(320)의 제1 면(320a)에 대하여 제1 파장광 및 제2 파장광의 합성광인 제1 광이 입사함과 함께, 편광빔 스플리터(320)의 제2 면(320b)에 대하여 제3 파장광 및 제4 파장광의 합성광인 제2 광이 입사한다.

그 결과, 편광빔 스플리터(320)의 제2 면(320b)으로부터 제1 광에 따른 간섭광이 출사됨과 함께, 편광빔 스플리터(320)의 제1 면(320a)으로부터 제2 광에 따른 간섭광이 출사된다.

편광빔 스플리터(320)의 제2 면(320b)으로부터 출사한 제1 광에 따른 간섭광의 일부는, 제1 촬상계(4A)에 입사하고, 제1 파장광에 따른 간섭광과, 제2 파장광에 따른 간섭광으로 분리된다. 이 중, 제1 파장광에 따른 간섭광은 제1 카메라(87A)에 입사한다. 동시에, 제2 파장광에 따른 간섭광은, 제2 카메라(88A)에 입사한다.

한편, 편광빔 스플리터(320)의 제1 면(320a)으로부터 출사한 제2 광에 따른 간섭광의 일부는, 제2 촬상계(4B)에 입사하고, 제3 파장광에 따른 간섭광과, 제4 파장광에 따른 간섭광으로 분리된다. 이 중, 제3 파장광에 따른 간섭광은, 제3 카메라(87B)에 입사한다. 동시에, 제4 파장광에 따른 간섭광은, 제4 카메라(88B)에 입사한다.

그리고, 제어장치(5)는, 제1 촬상계(4A) 및 제2 촬상계(4B)를 구동제어하여, 제1 카메라(87A)에 의한 촬상, 제2 카메라(88A)에 의한 촬상, 제3 카메라(87B)에 의한 촬상, 및, 제4 카메라(88B)에 의한 촬상을 동시에 실행한다.

그 결과, 제1 카메라(87A)에 의해 제1 파장광에 따른 간섭호 화상이 취득되고, 제2 카메라(88A)에 의해 제2 파장광에 따른 간섭호 화상이 취득되고, 제3 카메라(87B)에 의해 제3 파장광에 따른 간섭호 화상이 취득되고, 제4 카메라(88B)에 의해 제4 파장광에 따른 간섭호 화상이 취득된다.

그리고, 제어장치(5)는, 제1 카메라(87A), 제2 카메라(88A), 제3 카메라(87B) 및 제4 카메라(88B)로부터 각각 취득한 간섭호 화상데이터를 화상데이터 기억장치(154)에 기억한다.

계속해서, 제어장치(5)는, 화상데이터 기억장치(154)에 기억된 제1 파장광에 따른 간섭호 화상데이터, 제2 파장광에 따른 간섭호 화상데이터, 제3 파장광에 따른 간섭호 화상데이터, 및, 제4 파장광에 따른 간섭호 화상데이터를 기초로, 변환법에 따라 워크(W)의 표면형상을 계측한다. 즉, 워크(W)의 표면 상의 각 위치에서의 높이정보를 산출한다.

여기서, 일반적인 변환법에 따른 높이계측의 원리에 대하여 설명한다. 제1 광 또는 제2 광에 따른 간섭호 화상데이터의 동일 좌표위치(x,y)에서의 간섭호강도, 즉 휘도(g(x,y))는, 하기 [수학식 11]의 관계식으로 표시할 수 있다.

[수학식 11]

단, a(x,y)는 오프셋, b(x,y)는 진폭, φ(x,y)는 위상, f_x0은 x방향의 캐리어주파수, f_y0은 y방향의 캐리어주파수를 나타낸다.

그리고, 휘도(g(x,y))를 2차원 변환하고, 2차원 공간주파수 스펙트럼을 얻는다. 이 좌우의 스펙트럼 중의 일방을 남기고, 중앙으로 시프트한 후, 역 푸리에변환한다.

이 시프트한 스펙트럼은, 하기 [수학식 12]의 관계식으로 나타낼 수 있으므로, 위상(φ)에 대하여 풀면 각 좌표의 위상을 구할 수 있다.

[수학식 12]

단, c(x,y)는 스펙트럼.

그리고, 파장이 상이한 2종류의 광을 이용하는 경우에는, 상기 제1 실시형태와 마찬가지로, 우선 파장(λ_c1)의 제1 광에 따른 간섭호 화상데이터의 휘도(g1(x,y))를 기초로, 워크(W)면 상의 좌표(ξ,η)에서의 제1 광에 따른 위상(φ1(ξ,η))을 산출한다.

마찬가지로, 파장(λ_c2)의 제2 광에 따른 간섭호 화상데이터의 휘도(g2(x,y))를 기초로, 워크(W)면 상의 좌표(ξ,η)에서의 제2 광에 따른 위상(φ2(ξ,η))을 산출한다.

계속해서, 이와 같이 하여 얻어진 제1 광에 따른 위상(φ1(ξ,η))과, 제2 광에 따른 위상(φ2(ξ,η))으로부터, 워크(W)면 상의 좌표(ξ,η)에서의 높이정보(z(ξ,η))를 산출한다. 그리고, 이와 같이 구해진 워크(W)의 계측결과(높이정보)는, 제어장치(5)의 연산결과 기억장치(155)에 저장된다.

이상 상술한 바와 같이, 본 실시형태에 따르면, 피조 간섭계의 원리에 기초한 비교적 간소한 구성하에서, 상기 제1 실시형태와 동일한 작용효과가 나타나게 된다.

〔제4 실시형태〕

이하, 제4 실시형태에 대하여 도 17을 참조하면서 설명한다. 한편, 본 실시형태는, 분광수단으로서, 상기 제1 및 제2 실시형태에 따른 분광광학계(81A, 82A, 81B, 82B)와는 상이한 분광광학계(400)를 구비한 것이다. 따라서, 분광광학계(400)에 관련된 구성에 대해서만 상세히 설명하고, 다른 구성부분에 대해서는 제1 실시형태 등과 동일부호를 부여하고, 그 상세한 설명은 생략한다.

한편, 도 17을 참조하여 분광광학계(400)에 대하여 설명할 때에는, 편의상, 도 17의 지면 전후방향을 「X'축방향」으로 하고, 지면 상하방향을 「Y'축방향」으로 하고, 지면 좌우방향을 「Z'축방향」으로 하여 설명한다. 단, 분광광학계(400) 단체를 설명하기 위한 좌표계(X',Y',Z')와, 삼차원 계측장치(1) 전체를 설명하기 위한 좌표계(X,Y,Z)는 상이한 좌표계이다.

본 실시형태에 따른 분광광학계(400)는, 무편광형의 4개의 광학부재(프리즘)를 조합하여 일체로 한 1개의 광학부재로서 구성되어 있다.

보다 상세하게는, 분광광학계(400)는, 분리용 다이크로익 미러(80A, 80B)로부터 입사하는 소정의 광(L0)의 진행방향(Z'축방향 좌향)을 따라 차례로 제1 프리즘(431), 제2 프리즘(432), 제3 프리즘(433), 제4 프리즘(434)이 배치된 구성으로 되어 있다.

한편, 상기 각 프리즘(431~434)은, 각각 공기보다 굴절률이 높은 소정의 굴절률을 갖는 광학재료(예를 들어 유리나 아크릴 등)에 의해 형성되어 있다. 따라서, 각 프리즘(431~434)내를 진행하는 광의 광로길이는, 공기 중을 진행하는 광의 광로길이보다 광학적으로 길어진다. 여기서, 예를 들어 4개의 프리즘(431~434)을 모두 동일한 재료에 의해 형성할 수도 있고, 적어도 1개를 상이한 재료에 의해 형성할 수도 있다. 후술하는 분광광학계(400)의 기능을 만족시키는 것이면, 각 프리즘(431~434)의 재질은 각각 임의로 선택가능하다.

제1 프리즘(431)은, 정면시(Z'-Y'평면) 평행사변형상을 이루고, X'축방향을 따라 연장되는 사각기둥형상의 프리즘이다. 이하, 「제1 프리즘(431)」을 「제1 마름모 프리즘(431)」이라고 한다.

제1 마름모 프리즘(431)은, X'축방향을 따른 직사각형상의 4면 중, Z'축방향 우측에 위치하는 면(431a)(이하, 「입사면(431a)」이라고 함) 및 Z'축방향 좌측에 위치하는 면(431b)(이하, 「출사면(431b)」이라고 함)이 각각 Z'축방향과 직교하도록 배치되고, Y'축방향 하측에 위치하는 면(431c) 및 Y'축방향 상측에 위치하는 면(431d)이 각각 Z'축방향 및 Y'축방향에 대하여 45° 경사지도록 배치되어 있다.

이 2개의 경사진 면(431c, 431d) 중, Y'축방향 하측에 위치하는 면(431c)에는 무편광의 하프미러(441)가 마련되고, Y'축방향 상측에 위치하는 면(431d)에는 내측을 향하여 전반사하는 무편광의 전반사미러(442)가 마련되어 있다.

이하, 하프미러(441)가 마련된 면(431c)을 「분기면(431c)」이라고 하고, 전반사미러(442)가 마련된 면(431d)을 「반사면(431d)」이라고 한다. 한편, 도 17에 있어서는, 편의상, 분기면(431c)(하프미러(441)) 및 반사면(431d)(전반사미러(442))에 해당하는 부위에 산점모양을 부여하여 나타내고 있다.

제2 프리즘(432)은, 정면시(Z'-Y'평면) 사다리꼴형상을 이루고, X'축방향을 따라 연장되는 사각기둥형상의 프리즘이다. 이하, 「제2 프리즘(432)」을 「제1 사다리꼴 프리즘(432)」이라고 한다.

제1 사다리꼴 프리즘(432)은, X'축방향을 따른 직사각형상의 4면 중, Y'축방향 상측에 위치하는 면(432a) 및 Y'축방향 하측에 위치하는 면(432b)이 각각 Y'축방향과 직교하도록 배치되고, Z'축방향 우측에 위치하는 면(432c)이 Z'축방향 및 Y'축방향에 대하여 45° 경사지도록 배치되고, Z'축방향 좌측에 위치하는 면(432d)이 Z'축방향과 직교하도록 배치되어 있다.

이 중, Z'축방향 우측에 위치하는 면(432c)은, 제1 마름모 프리즘(431)의 분기면(431c)(하프미러(441))에 밀착되어 있다. 이하, Z'축방향 우측에 위치하는 면(432c)을 「입사면(432c)」이라고 하고, Z'축방향 좌측에 위치하는 면(432d)을 「출사면(432d)」이라고 한다.

제3 프리즘(433)은, 평면시(X'-Z'평면) 평행사변형상을 이루고, Y'축방향을 따라 연장되는 사각기둥형상의 프리즘이다. 이하, 「제3 프리즘(433)」을 「제2 마름모 프리즘(433)」이라고 한다.

제2 마름모 프리즘(433)은, Y'축방향을 따른 직사각형상의 4면 중, Z'축방향 우측에 위치하는 면(433a) 및 Z'축방향 좌측에 위치하는 면(433b)이 각각 Z'축방향과 직교하도록 배치되고, X'축방향 앞쪽에 위치하는 면(433c) 및 X'축방향 안쪽에 위치하는 면(433d)이 각각 Z'축방향 및 X'축방향에 대하여 45° 경사지도록 배치되어 있다.

이 2개의 경사진 면(433c, 433d) 중, X'축방향 앞쪽에 위치하는 면(433c)에는 무편광의 하프미러(443)가 마련되고, X'축방향 안쪽에 위치하는 면(433d)에는 내측을 향하여 전반사하는 무편광의 전반사미러(444)가 마련되어 있다.

이하, 하프미러(443)가 마련된 면(433c)을 「분기면(433c)」이라고 하고, 전반사미러(444)가 마련된 면(433d)을 「반사면(433d)」이라고 한다. 한편, 도 17에 있어서는, 편의상, 분기면(433c)(하프미러(443)) 및 반사면(433d)(전반사미러(444))에 해당하는 부위에 산점모양을 부여하여 나타내고 있다.

제2 마름모 프리즘(433)의 Z'축방향 우측에 위치하는 면(433a) 중, Y'축방향 하측절반은, 제1 사다리꼴 프리즘(432)의 출사면(432d)에 밀착하고, Y'축방향 상측절반은, 제1 마름모 프리즘(431)의 출사면(431b)과 상대향한 상태로 되어 있다. 이하, Z'축방향 우측에 위치하는 면(433a)을 「입사면(433a)」이라고 하고, Z'축방향 좌측에 위치하는 면(433b)을 「출사면(433b)」이라고 한다.

제4 프리즘(434)은, 평면시(X'-Z'평면) 사다리꼴형상을 이루고, Y'축방향을 따라 연장되는 사각기둥형상의 프리즘이다. 이하, 「제4 프리즘(434)」을 「제2 사다리꼴 프리즘(434)」이라고 한다.

제2 사다리꼴 프리즘(434)은, Y'축방향을 따른 직사각형상의 4면 중, X'축방향 안쪽에 위치하는 면(434a) 및 X'축방향 앞쪽에 위치하는 면(434b)이 각각 X'축방향과 직교하도록 배치되고, Z'축방향 우측에 위치하는 면(434c)이 Z'축방향 및 X'축방향에 대하여 45° 경사지도록 배치되고, Z'축방향 좌측에 위치하는 면(434d)이 Z'축방향과 직교하도록 배치되어 있다.

이 중, Z'축방향 우측에 위치하는 면(434c)은, 제2 마름모 프리즘(433)의 분기면(433c)(하프미러(443))에 밀착되어 있다. 이하, Z'축방향 우측에 위치하는 면(434c)을 「입사면(434c)」이라고 하고, Z'축방향 좌측에 위치하는 면(434d)을 「출사면(434d)」이라고 한다.

제2 마름모 프리즘(433)의 출사면(433b) 및 제2 사다리꼴 프리즘(434)의 출사면(434d)은, 각각 1/4파장판유닛(83A, 84A, 83B, 84B)과 상대향하도록 배치되어 있다.

여기서, 분광광학계(400)의 작용에 대하여 도 17을 참조하면서 상세히 설명한다. 분리용 다이크로익 미러(80A, 80B)로부터 출사된 광(L0)은, 제1 마름모 프리즘(431)의 입사면(431a)에 입사한다.

입사면(431a)으로부터 입사한 광(L0)은, 분기면(431c)(하프미러(441))에서 2방향으로 분기한다. 상세하게는, Y'축방향 상측을 향하여 반사하는 분광(LA1)과, Z'축방향을 따라 하프미러(441)를 투과하는 분광(LA2)으로 분기한다.

이 중, 하프미러(441)에서 반사한 분광(LA1)은, 제1 마름모 프리즘(431)내를 Y'축방향을 따라 진행되고, 반사면(431d)(전반사미러(442))에서 Z'축방향 좌측을 향하여 반사하고, 출사면(431b)으로부터 출사한다. 출사면(431b)으로부터 출사한 분광(LA1)은, Z'축방향을 따라 공기 중을 진행하여, 제2 마름모 프리즘(433)의 입사면(433a)에 입사한다.

한편, 하프미러(441)를 투과한 분광(LA2)은, 제1 사다리꼴 프리즘(432)의 입사면(432c)에 입사하고, 그 내부를 Z'축방향을 따라 진행하여, 출사면(432d)으로부터 출사한다. 출사면(432d)으로부터 출사한 분광(LA2)은, 제2 마름모 프리즘(433)의 입사면(433a)에 입사한다.

본 실시형태에서는, 제1 마름모 프리즘(431)의 분기면(431c)으로부터, 제2 마름모 프리즘(433)의 입사면(433a)에 도달하기까지의 양 분광(LA1, LA2)의 광로길이가 광학적으로 동일해지도록, 제1 마름모 프리즘(431) 및 제1 사다리꼴 프리즘(432)의 굴절률 및 길이(Z'축방향 또는 Y'축방향의 길이)가 임의로 설정되어 있다.

제2 마름모 프리즘(433)의 입사면(433a)에 입사한 분광(LA1, LA2)은, 분기면(433c)(하프미러(443))에서 각각 2방향으로 분기한다. 상세하게는, 일방의 분광(LA1)은, Z'축방향을 따라 하프미러(443)를 투과하는 분광(LB1)과, X'축방향 안쪽을 향하여 반사하는 분광(LB2)으로 분기한다. 타방의 분광(LA2)은, Z'축방향을 따라 하프미러(443)를 투과하는 분광(LB3)과, X'축방향 안쪽을 향하여 반사하는 분광(LB4)으로 분기한다.

이 중, 하프미러(443)에서 반사한 분광(LB2, LB4)은, 각각 제2 마름모 프리즘(433)내를 X'축방향을 따라 진행하여, 반사면(433d)(전반사미러(444))에서 Z'축방향 좌측을 향하여 반사하고, 출사면(433b)으로부터 출사한다. 출사면(433b)으로부터 출사한 분광(LB2, LB4)은, 각각 Z'축방향을 따라 공기 중을 진행하고, 1/4파장판유닛(83A, 84A, 83B, 84B)에 입사한다.

한편, 하프미러(443)를 투과한 분광(LB1, LB3)은, 제2 사다리꼴 프리즘(434)의 입사면(434c)에 입사하고, 그 내부를 Z'축방향을 따라 진행하여, 출사면(434d)으로부터 출사한다. 출사면(434d)으로부터 출사한 분광(LB1, LB3)은, 각각 1/4파장판유닛(83A, 84A, 83B, 84B)에 입사한다.

본 실시형태에서는, 제2 마름모 프리즘(433)의 분기면(433c)으로부터, 1/4파장판유닛(83A, 84A, 83B, 84B)에 도달하기까지의 4개의 분광(LB1~LB4)의 광로길이가 광학적으로 동일해지도록, 제2 마름모 프리즘(433) 및 제2 사다리꼴 프리즘(434)의 굴절률 및 길이(Z'축방향 또는 X'축방향의 길이)가 임의로 설정되어 있다.

이상 상술한 바와 같이, 본 실시형태에 따르면, 상기 제1 실시형태와 동일한 작용효과가 나타나게 된다.

한편, 상기 실시형태의 기재내용으로 한정되지 않고, 예를 들어 다음과 같이 실시해도 된다. 물론, 이하에 있어서 예시하지 않은 다른 응용예, 변경예도 당연히 가능하다.

(a)상기 각 실시형태에서는, 워크(W)의 구체예에 대하여 특별히 언급하지 않으나, 피계측물로는, 예를 들어 프린트기판에 인쇄된 크림땜납이나, 웨이퍼기판에 형성된 땜납범프 등을 들 수 있다.

여기서 땜납범프 등의 높이계측의 원리에 대하여 설명한다. 도 18에 나타낸 바와 같이, 전극(501)(기판(500))에 대한 범프(503)의 높이(HB)는, 범프(503)의 절대높이(ho)로부터, 이 범프(503) 주변의 전극(501)의 절대높이(hr)를 감산함으로써 구할 수 있다〔HB=ho-hr〕. 여기서, 전극(501)의 절대높이(hr)로는, 예를 들어 전극(501) 상의 임의의 1점의 절대높이나, 전극(501) 상의 소정 범위의 절대높이의 평균값 등을 이용할 수 있다. 또한, 「범프(503)의 절대높이(ho)」나, 「전극(501)의 절대높이(hr)」는, 상기 각 실시형태에 있어서 높이정보(z(ξ,η))로서 구할 수 있다.

따라서, 미리 설정된 양부의 판정기준에 따라 크림땜납이나 땜납범프의 양부를 검사하는 검사수단을 마련한 땜납인쇄 검사장치 또는 땜납범프 검사장치에 있어서, 삼차원 계측장치(1(200,300))를 구비한 구성으로 할 수도 있다.

한편, 마이클손 간섭계의 광학구성을 채용한 상기 제1 실시형태 등에 따른 삼차원 계측장치(1)나, 피조 간섭계의 광학구성을 채용한 상기 제3 실시형태에 따른 삼차원 계측장치(300)는, 반사워크에 적합하며, 마하·젠더 간섭계의 광학구성을 채용한 상기 제2 실시형태에 따른 삼차원 계측장치(200)는, 투과워크에 적합하다. 또한, 위상시프트법을 이용함으로써, 0차광(투과광)을 배제한 계측이 가능해진다.

단, 제2 실시형태에 있어서, 제2 전반사미러(222) 및 설치부(224)를 생략하고, 제2 전반사미러(222)의 위치에 워크(W)를 설치하고, 반사워크를 계측가능한 구성으로 할 수도 있다.

또한, 상기 각 실시형태에 있어서 워크(W)를 설치하는 설치부(64(224, 324))를 변위가능하게 구성하고, 워크(W)의 표면을 복수의 계측에어리어로 분할하고, 각 계측에어리어를 순차 이동하면서 각 에어리어의 형상계측을 행하고, 복수회로 나누어 워크(W) 전체의 형상계측을 행하는 구성으로 할 수도 있다.

(b)간섭광학계(소정의 광학계)의 구성은 상기 각 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 상기 제1 실시형태에서는, 간섭광학계로서, 마이클손 간섭계의 광학구성을 채용하고, 제2 실시형태에서는 마하젠더 간섭계의 광학구성을 채용하고, 제3 실시형태에서는 피조 간섭계의 광학구성을 채용하고 있으나, 이들로 한정되지 않고, 입사광을 참조광과 계측광으로 분할하여 워크(W)의 형상계측을 행하는 구성이면, 다른 광학구성을 채용할 수도 있다.

또한, 상기 각 실시형태에서는, 편광빔 스플리터(60(211, 212, 320))로서, 직각 프리즘을 접합하여 일체로 한 큐브형을 채용하고 있으나, 이것으로 한정되는 것은 아니고, 예를 들어 플레이트형 편광빔 스플리터를 채용할 수도 있다.

또한, 상기 편광빔 스플리터(60(211, 212, 320))는, P편광성분을 투과시키고, S편광성분을 반사하는 구성으로 되어 있으나, 이것으로 한정되지 않고, P편광성분을 반사시키고, S편광성분을 투과하는 구성으로 할 수도 있다. 「S편광」이 「제1 편광방향을 갖는 편광」에 상당하고, 「P편광」이 「제2 편광방향을 갖는 편광」에 상당하는 구성으로 할 수도 있다.

(c)투광계(2A, 2B)의 구성은 상기 각 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 상기 각 실시형태에서는, 제1 발광부(51A)로부터 제1 파장(λ₁)(예를 들어 λ₁=491nm)의 제1 파장광이 출사되고, 제2 발광부(52A)로부터 제2 파장(λ₂)(예를 들어 λ₂=540nm)의 제2 파장광이 출사되고, 제3 발광부(51B)로부터 제3 파장(λ₃)(예를 들어 λ₃=488nm)의 제3 파장광이 출사되고, 제4 발광부(52B)로부터 제4 파장(λ₄)(예를 들어 λ₄=532nm)의 제4 파장광이 출사되는 구성으로 되어 있으나, 각 광의 파장은 이것으로 한정되는 것은 아니다.

단, 계측레인지를 보다 넓히기 위해서는, 제1 투광계(2A)로부터 조사되는 제1 파장광 및/또는제2 파장광과, 제2 투광계(2B)로부터 조사되는 제3 파장광 및/또는 제4 파장광의 파장차를 보다 줄이는 것이 바람직하다. 또한, 제1 투광계(2A)로부터 조사되는 제1 파장광과 제2 파장광은 제1 분리용 다이크로익 미러(80A)에서 분리가능할 정도로 파장이 떨어진 편광인 것이 바람직하다. 마찬가지로, 제2 투광계(2B)로부터 조사되는 제3 파장광과 제4 파장광은 제2 분리용 다이크로익 미러(80B)에서 분리가능할 정도로 파장이 떨어진 편광인 것이 바람직하다.

또한, 제1 투광계(2A)(예를 들어 제1 발광부(51A))와, 제2 투광계(2B)(예를 들어 제3 발광부(51B))로부터 동일파장의 광이 조사되는 구성으로 할 수도 있다.

상기 서술한 바와 같이, 종래부터, 피계측물의 형상을 계측하는 삼차원 계측장치로서, 레이저광 등을 이용한 삼차원 계측장치(간섭계)가 알려져 있다. 이러한 삼차원 계측장치에 있어서는, 레이저광원으로부터의 출력광의 흔들림 등의 영향에 의해, 계측정밀도가 저하될 우려가 있다.

이에 반해, 예를 들어 피계측물이 비교적 작고, 1개의 광(1개의 파장)으로도 계측레인지가 부족하지 않은 경우에는, 상이한 2개의 광원으로부터 동일파장의 광을 조사하여, 이 2개의 광으로 각각 삼차원 계측을 행함으로써, 계측정밀도의 향상을 도모할 수 있다.

그러나, 2개의 광으로 삼차원 계측을 행하고자 한 경우, 제1 광에 따른 출력광의 촬상과, 제2 광에 따른 출력광의 촬상을 각각 상이한 타이밍에 행할 필요가 있어, 계측효율이 저하될 우려가 있다.

예를 들어 위상시프트법을 이용한 삼차원 계측에 있어서, 위상을 4단계로 변화시키는 경우에는, 4가지의 화상데이터를 취득할 필요가 있으므로, 2개의 광을 이용하는 경우에는, 각각 상이한 타이밍에 4회씩, 총 8회분의 촬상시간이 필요해진다.

동일파장의 2개의 광을 조사하는 본 발명은, 상기 사정 등을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 2개의 광을 이용하여, 계측효율의 향상을 도모할 수 있는 삼차원 계측장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명에 따르면, 제1 광에 따른 출력광의 촬상과, 제2 광에 따른 출력광의 촬상을 동시에 행할 수 있으므로, 총 4회분의 촬상시간으로, 2개의 광에 따른 총 8가지의 간섭호 화상을 취득할 수 있다. 결과적으로, 총체적인 촬상시간을 단축할 수 있어, 계측효율의 향상을 도모할 수 있다.

특히 마하·젠더 간섭계의 원리에 기초하여 구성된 상기 제2 실시형태에 따른 삼차원 계측장치(200)에 있어서는, 1개의 워크(W)에 대하여 상이한방향으로부터 2개의 광(계측광)을 조사할 수 있으므로, 예를 들어 복잡한 형상을 갖는 워크 등의 전체상을 보다 정밀도 좋게 계측하는 것이 가능해진다.

또한, 상기 각 실시형태에서는, 투광계(2A, 2B)에 있어서, 광아이솔레이터(53A, 54A, 53B, 54B)를 구비한 구성으로 되어 있으나, 광아이솔레이터(53A, 54A, 53B, 54B)를 생략한 구성으로 할 수도 있다.

또한, 상기 각 실시형태에 있어서, 제1 투광계(2A)와 제2 촬상계(4B)의 양자의 위치관계를 제1 무편광빔 스플리터(56A)를 사이에 두고 교체한 구성으로 할 수도 있고, 제2 투광계(2B)와 제1 촬상계(4A)의 양자의 위치관계를 제2 무편광빔 스플리터(56B)를 사이에 두고 교체한 구성으로 할 수도 있다.

또한, 상기 각 실시형태에 있어서, 제1 발광부(51A)와 제2 발광부(52A)의 양자의 위치관계를 제1 합성용 다이크로익 미러(55A)를 사이에 두고 교체한 구성으로 할 수도 있고, 제3 발광부(51B)와 제4 발광부(52B)의 양자의 위치관계를 제2 합성용 다이크로익 미러(55B)를 사이에 두고 교체한 구성으로 할 수도 있다.

또한, 도광수단의 구성은, 상기 각 실시형태에 따른 무편광빔 스플리터(56A, 56B)로 한정되는 것은 아니다. 제1 조사수단(제2 조사수단)으로부터 출사되는 제1 광(제2 광)의 적어도 일부를 제1 입출력부(제2 입출력부)를 향해 입사시킴과 함께, 제1 입출력부(제2 입출력부)로부터 출사되는 제2 광에 따른 출력광(제1 광에 따른 출력광)의 적어도 일부를 제2 촬상수단(제1 촬상수단)을 향해 입사시키는 구성이면, 다른 구성을 채용해도 된다.

예를 들어, 제1 실시형태에 있어서는, 제1 투광계(2A)(제2 투광계(2B))로부터 조사된 제1 광(제2 광)을 편광빔 스플리터(60)의 제1 면(60a)(제2 면(60b))에 입사시키고, 또한, 편광빔 스플리터(60)의 제1 면(60a)(제2 면(60b))으로부터 출사된 제2 광에 따른 출력광(제1 광에 따른 출력광)을 제2 촬상계(4B)(제1 촬상계(4A))에 의해 촬상가능하게 하는 구성이면, 다른 구성을 채용할 수도 있다.

또한, 상기 각 실시형태에서는, 제1 무편광빔 스플리터(56A) 및 제2 무편광빔 스플리터(56B)로서, 직각 프리즘을 접합하여 일체로 한 큐브형을 채용하고 있으나, 이것으로 한정되는 것은 아니고, 예를 들어 플레이트타입의 소정의 하프미러를 채용할 수도 있다.

또한, 상기 각 실시형태에서는, 제1 합성용 다이크로익 미러(55A) 및 제2 합성용 다이크로익 미러(55B), 그리고, 제1 분리용 다이크로익 미러(80A) 및 제2 분리용 다이크로익 미러(80B)로서, 직각 프리즘을 접합하여 일체로 한 큐브형을 채용하고 있으나, 이것으로 한정되는 것은 아니고, 예를 들어 플레이트타입의 소정의 다이크로익 미러를 채용할 수도 있다.

(d)상기 각 실시형태(제3 실시형태를 제외함)에서는, 위상이 상이한 4가지의 간섭호 화상데이터를 기초로 위상시프트법을 행하는 구성으로 되어 있으나, 이것으로 한정되지 않고, 예를 들어 위상이 상이한 2가지 또는 3가지의 간섭호 화상데이터를 기초로 위상시프트법을 행하는 구성으로 할 수도 있다.

물론, 제1 실시형태 등에 따른 삼차원 계측장치(1)나, 제2 실시형태에 따른 삼차원 계측장치(200)는, 예를 들어 제3 실시형태의 푸리에변환법과 같이, 위상시프트법과는 상이한 다른 방법에 의해 삼차원 계측을 행하는 구성에도 적용할 수 있다.

반대로, 제3 실시형태에 따른 삼차원 계측장치(300)는, 위상시프트법 등, 푸리에변환법과는 상이한 다른 방법에 의해 삼차원 계측을 행하는 구성에도 적용할 수 있다.

(e)상기 각 실시형태(제3 실시형태를 제외함)에서는, 위상 시프트수단으로서, 투과축방향이 상이한 4개의 편광판으로 이루어진 필터유닛(85A, 86A, 85B, 86B)을 채용하고 있다. 위상 시프트수단의 구성은, 이것들로 한정되는 것은 아니다.

예를 들어 필터유닛(85A, 86A, 85B, 86B)을 대신하여, 투과축방향을 변경가능하게 구성된 회전식의 편광판을 채용한 구성으로 할 수도 있다. 이러한 구성에서는, 분광광학계(81A, 82A, 81B, 82B) 등을 생략하게 된다.

구체적으로, 제1 촬상계(4A)는, 제1 파장광에 따른 합성광(참조광성분과 계측광성분)을 원편광으로 변환하는 1/4파장판과, 이 1/4파장판을 투과한 광의 소정 성분을 선택적으로 투과시키는 회전식의 제1 편광판과, 이 제1 편광판을 투과한 광을 촬상하는 제1 카메라(87A)를 구비함과 함께, 제2 파장광에 따른 합성광(참조광성분과 계측광성분)을 원편광으로 변환하는 1/4파장판과, 이 1/4파장판을 투과한 광의 소정 성분을 선택적으로 투과시키는 회전식의 제2 편광판과, 이 제2 편광판을 투과한 광을 촬상하는 제2 카메라(88A)를 구비한다.

마찬가지로, 제2 촬상계(4B)는, 제3 파장광에 따른 합성광(참조광성분과 계측광성분)을 원편광으로 변환하는 1/4파장판과, 이 1/4파장판을 투과한 광의 소정 성분을 선택적으로 투과시키는 회전식의 제3 편광판과, 이 제3 편광판을 투과한 광을 촬상하는 제3 카메라(87B)를 구비함과 함께, 제4 파장광에 따른 합성광(참조광성분과 계측광성분)을 원편광으로 변환하는 1/4파장판과, 이 1/4파장판을 투과한 광의 소정 성분을 선택적으로 투과시키는 회전식의 제4 편광판과, 이 제4 편광판을 투과한 광을 촬상하는 제4 카메라(88B)를 구비한다.

여기서 회전식의 각 편광판은, 그 투과축방향이 45°씩 변화하도록 제어된다. 구체적으로는, 투과축방향이 「0°」, 「45°」, 「90°」, 「135°」가 되도록 변화한다. 이에 따라, 각 편광판을 투과하는 광의 참조광성분 및 계측광성분을 4가지의 위상에서 간섭시킬 수 있다. 즉, 위상이 90°씩 상이한 간섭광을 생성할 수 있다. 구체적으로는, 위상이 「0°」인 간섭광, 위상이 「90°」인 간섭광, 위상이 「180°」인 간섭광, 위상이 「270°」인 간섭광을 생성할 수 있다.

이어서, 상기 회전식의 편광판을 채용한 상기 제1 실시형태의 구성 하에, 제어장치(5)에 의해 실행되는 형상계측처리의 순서에 대하여 설명한다.

제어장치(5)는, 우선 제1 촬상계(4A)의 제1 편광판 및 제2 편광판의 투과축방향을 소정의 기준위치(예를 들어 「0°」)로 설정함과 함께, 제2 촬상계(4B)의 제3 편광판 및 제4 편광판의 투과축방향을 소정의 기준위치(예를 들어 「0°」)로 설정한다.

계속해서, 제어장치(5)는, 제1 투광계(2A) 및 제2 투광계(2B)를 구동제어하고, 제1 발광부(51A)로부터의 제1 파장광의 조사, 및, 제2 발광부(52A)로부터의 제2 파장광의 조사, 그리고, 제3 발광부(51B)로부터의 제3 파장광의 조사, 및, 제4 발광부(52B)로부터의 제4 파장광의 조사를 동시에 실행한다.

이에 따라, 간섭광학계(3)의 편광빔 스플리터(60)의 제1 면(60a)에 대하여 제1 파장광 및 제2 파장광의 합성광인 제1 광이 입사함과 함께, 편광빔 스플리터(60)의 제2 면(60b)에 대하여 제3 파장광 및 제4 파장광의 합성광인 제2 광이 입사한다.

그 결과, 편광빔 스플리터(60)의 제2 면(60b)으로부터 제1 광에 따른 합성광(참조광 및 계측광)이 출사됨과 함께, 편광빔 스플리터(60)의 제1 면(60a)으로부터 제2 광에 따른 합성광(참조광 및 계측광)이 출사된다.

그리고, 편광빔 스플리터(60)로부터 출사한 제1 광에 따른 합성광의 일부는, 제1 촬상계(4A)에 입사하고, 제1 파장광에 따른 합성광(참조광 및 계측광)과, 제2 파장광에 따른 합성광(참조광 및 계측광)으로 분리된다. 이 중, 제1 파장광에 따른 합성광은, 상기 1/4파장판 및 제1 편광판(투과축방향 「0°」)을 개재하여 제1 카메라(87A)에 입사한다. 동시에, 제2 파장광에 따른 합성광은, 상기 1/4파장판 및 제2 편광판(투과축방향 「0°」)을 개재하여 제2 카메라(88A)에 입사한다.

한편, 편광빔 스플리터(60)로부터 출사한 제2 광에 따른 합성광의 일부는, 제2 촬상계(4B)에 입사하고, 제3 파장광에 따른 합성광(참조광 및 계측광)과, 제4 파장광에 따른 합성광(참조광 및 계측광)으로 분리된다. 이 중, 제3 파장광에 따른 합성광은, 상기 1/4파장판 및 제3 편광판(투과축방향 「0°」)을 개재하여 제3 카메라(87B)에 입사한다. 동시에, 제4 파장광에 따른 합성광은, 상기 1/4파장판 및 제4 편광판(투과축방향 「0°」)을 개재하여 제4 카메라(88B)에 입사한다.

그리고, 제어장치(5)는, 제1 촬상계(4A) 및 제2 촬상계(4B)를 구동제어하여, 제1 카메라(87A)에 의한 촬상, 제2 카메라(88A)에 의한 촬상, 제3 카메라(87B)에 의한 촬상, 및, 제4 카메라(88B)에 의한 촬상을 동시에 실행한다.

그 결과, 제1 카메라(87A)에 의해 제1 파장광에 따른 위상 「0°」의 간섭호 화상이 촬상되고, 제2 카메라(88A)에 의해 제2 파장광에 따른 위상 「0°」의 간섭호 화상이 촬상되고, 제3 카메라(87B)에 의해 제3 파장광에 따른 위상 「0°」의 간섭호 화상이 촬상되고, 제4 카메라(88B)에 의해 제4 파장광에 따른 위상 「0°」의 간섭호 화상이 촬상된다. 그리고, 제어장치(5)는, 각 카메라(87A, 88A, 87B, 88B)로부터 취득한 간섭호 화상데이터를 화상데이터 기억장치(154)에 각각 기억한다.

다음에 제어장치(5)는, 제1 촬상계(4A)의 제1 편광판 및 제2 편광판의 전환처리, 그리고, 제2 촬상계(4B)의 제3 편광판 및 제4 편광판의 전환처리를 행한다. 구체적으로는, 각 편광판을 각각 투과축방향이 「45°」가 되는 위치까지 회전변위시킨다.

이 전환처리가 종료되면, 제어장치(5)는, 상기 일련의 1회째의 계측처리와 동일한 2회째의 계측처리를 행한다. 즉, 제어장치(5)는, 제1~제4 파장광을 조사함과 함께, 제1~제4 파장광에 따른 간섭광을 각각 촬상한다.

그 결과, 제1 파장광에 따른 위상 「90°」의 간섭호 화상, 제2 파장광에 따른 위상 「90°」의 간섭호 화상, 제3 파장광에 따른 위상 「90°」의 간섭호 화상, 및, 제4 파장광에 따른 위상 「90°」의 간섭호 화상이 취득되게 된다.

이후, 상기 1회째 및 2회째의 계측처리와 동일한 계측처리가 2회 반복하여 행해진다. 즉, 각 편광판의 투과축방향을 「90°」로 설정한 상태에서 3회째의 계측처리를 행하고, 제1 파장광에 따른 위상 「180°」의 간섭호 화상, 제2 파장광에 따른 위상 「180°」의 간섭호 화상, 제3 파장광에 따른 위상 「180°」의 간섭호 화상, 및, 제4 파장광에 따른 위상 「180°」의 간섭호 화상을 취득한다.

그 후, 각 편광판의 투과축방향을 「135°」로 설정한 상태에서 4회째의 계측처리를 행하고, 제1 파장광에 따른 위상 「270°」의 간섭호 화상, 제2 파장광에 따른 위상 「270°」의 간섭호 화상, 제3 파장광에 따른 위상 「270°」의 간섭호 화상, 및, 제4 파장광에 따른 위상 「270°」의 간섭호 화상을 취득한다.

이와 같이, 4회의 계측처리를 행함으로써, 위상시프트법에 의해 삼차원 계측을 행한 다음에 필요한 모든 화상데이터(제1 파장광에 따른 4가지의 간섭호 화상데이터, 제2 파장광에 따른 4가지의 간섭호 화상데이터, 제3 파장광에 따른 4가지의 간섭호 화상데이터, 및, 제4 파장광에 따른 4가지의 간섭호 화상데이터로 이루어진 총 16가지의 간섭호 화상데이터)를 취득할 수 있다. 그리고, 제어장치(5)는, 화상데이터 기억장치(154)에 기억된 간섭호 화상데이터를 기초로, 위상시프트법에 의해 워크(W)의 표면형상을 계측한다.

단, 상기 서술한 바와 같은 회전식의 편광판을 위상 시프트수단으로서 이용하는 방법에서는, 삼차원 계측을 행한 다음에 필요한 모든 화상데이터를 취득하기 위하여, 복수의 타이밍에 촬상을 행할 필요가 있다. 따라서, 촬상시간을 짧게 하는 점에 있어서는, 상기 제1 실시형태 등과 같이 1회의 타이밍에 모든 화상데이터를 촬상할 수 있는 필터유닛(85A, 86A, 85B, 86B) 등을 채용하는 것이 보다 바람직하다.

또한, 예를 들어 제1 실시형태에 있어서 피에조 소자 등에 의해 참조면(63)을 광축을 따라 이동시킴으로써 물리적으로 광로길이를 변화시키는 구성을 위상 시프트수단으로서 채용할 수도 있다.

또한, 제2 실시형태에 있어서, 전반사미러(221)(참조면)를, Y축방향 및 Z축방향에 대하여 45° 경사진 상태를 유지하면서, 피에조 소자 등에 의해 이 경사방향과 직교하는 방향을 따라 이동시킴으로써 물리적으로 광로길이를 변화시키는 구성을 위상 시프트수단으로서 채용할 수도 있다.

또한, 제3 실시형태에 있어서, 위상시프트법을 채용하는 경우에는, 예를 들어 피에조 소자 등에 의해 하프미러(323)(참조면)를 광축을 따라 이동시킴으로써 물리적으로 광로길이를 변화시키는 구성을 채용할 수도 있다.

단, 상기 서술한 바와 같은 참조면을 이동시키는 구성을 위상 시프트수단으로서 이용하는 방법에서는, 파장이 상이한 복수의 광마다 참조면의 동작량(위상시프트량)을 상이하게 할 필요가 있으므로, 복수의 광을 동시에 촬상할 수 없다. 따라서, 촬상시간을 짧게 하는 점에 있어서는, 상기 제1 실시형태 등과 같이 1회의 타이밍에 모든 화상데이터를 촬상할 수 있는 필터유닛(85A, 86A, 85B, 86B) 등을 채용하는 것이 보다 바람직하다.

(f)상기 각 실시형태(제3 실시형태를 제외함)에서는, 2파장 위상시프트법을 행함에 있어서, 높이정보(z(ξ,η))를 계산식에 의해 구하는 구성으로 되어 있으나, 이것으로 한정되지 않고, 예를 들어 위상(φ₁, φ₂), 프린지 차수(m₁, m₂), 높이정보(z)의 대응관계를 나타낸 수표나 테이블 데이터를 미리 기억해두고, 이것을 참작하여 높이정보(z)를 취득하는 구성으로 할 수도 있다. 이러한 경우, 반드시 프린지 차수를 특정할 필요는 없다.

(g)분광수단의 구성은 상기 제1 실시형태 등으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 상기 제1 실시형태 등에 따른 분광광학계(81A, 82A, 81B, 82B)나, 상기 제4 실시형태에 따른 분광광학계(400)에서는, 입사되는 광을 4개로 분광하는 구성으로 되어 있으나, 이것으로 한정되지 않고, 예를 들어 3개로 분광하는 구성 등, 적어도 위상시프트법에 의한 계측에 필요한 수의 광으로 분할가능한 구성으로 되어 있으면 된다.

또한, 상기 각 실시형태에서는, 입사되는 합성광(F0) 등을, 진행방향으로 직교하는 평면에 있어서 광로가 매트릭스상으로 배열된 4개의 광(FB1~FB4) 등으로 분할하는 구성으로 되어 있으나, 복수의 카메라를 이용하여 각 분광(FB1~FB4) 등을 촬상하는 구성이면, 반드시 매트릭스상으로 배열하도록 분광될 필요는 없다.

또한, 상기 각 실시형태에서는, 분광수단으로서, 복수의 광학부재(프리즘)를 조합하여 일체로 한 분광광학계(81A) 등을 채용하고 있으나, 이것으로 한정되지 않고, 분광수단으로서 회절격자를 채용할 수도 있다.

(h)필터수단의 구성은 상기 제1 실시형태 등으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 상기 제1 실시형태에서는, 필터유닛(85A, 86A, 85B, 86B)이, 투과축방향이 0°인 제1 편광판(160a), 투과축방향이 45°인 제2 편광판(160b), 투과축방향이 90°인 제3 편광판(160c), 투과축방향이 135°인 제4 편광판(160d)에 의해 구성되고, 투과축방향이 45°씩 상이한 이들 4개의 편광판(160a~160d)을 이용하여, 위상이 90°씩 상이한 4가지의 간섭호 화상을 취득하고, 이 4가지의 간섭호 화상을 기초로 위상시프트법에 의해 형상계측을 행하는 구성으로 되어 있다.

이를 대신하여, 위상이 상이한 3가지의 간섭호 화상을 기초로 위상시프트법에 의해 형상계측을 행하는 경우에는, 이하와 같은 구성으로 할 수도 있다. 예를 들어 도 19에 나타낸 바와 같이, 필터유닛(85A, 86A, 85B, 86B)의 제1 편광판(160a), 제2 편광판(160b), 제3 편광판(160c), 제4 편광판(160d)을 각각, 투과축방향이 0°인 편광판, 투과축방향이 60°(또는 45°)인 편광판, 투과축방향이 120°(또는 90°)인 편광판, 계측광(예를 들어 우회전의 원편광) 및 참조광(예를 들어 좌회전의 원편광)을 직선편광으로 변환하는 1/4파장판과, 계측광의 직선편광을 선택적으로 투과시키는 편광판을 조합한 것으로 한 구성으로 할 수도 있다. 여기서, 「1/4파장판」 및 「편광판」의 조를 소위 「원편광판」으로 한 구성으로 할 수도 있다.

이러한 구성에 따르면, 하나의 촬상소자에 의한 1회의 촬상으로, 120°(또는 90°)씩 위상이 상이한 3가지의 간섭호 화상에 더하여, 워크(W)의 휘도화상을 취득할 수 있다. 이에 따라, 3가지의 간섭호 화상을 기초로 위상시프트법에 의해 행하는 형상계측에 더하여, 휘도화상을 기초로 한 계측을 조합하여 행하는 것이 가능해진다. 예를 들어 위상시프트법에 의한 형상계측에 의해 얻어진 삼차원 데이터에 대하여 맵핑을 행하는 것이나, 계측영역의 추출을 행하는 것 등이 가능해진다. 결과적으로, 복수종류의 계측을 조합한 총합적인 판단을 행할 수 있고, 계측정밀도의 추가적인 향상을 도모할 수 있다.

한편, 도 19에 나타낸 예에서는, 제4 편광판(160d)으로서, 원편광을 직선편광으로 변환하는 1/4파장판과, 계측광의 직선편광을 선택적으로 투과시키는 편광판을 조합한 것을 채용하고 있으나, 이것으로 한정되지 않고, 계측광만을 선택적으로 투과시키는 구성이면, 다른 구성을 채용할 수도 있다.

나아가, 제4 편광판(160d)을 생략한 구성으로 할 수도 있다. 즉, 필터유닛(85A, 86A, 85B, 86B)의 제1 편광판(160a), 제2 편광판(160b), 제3 편광판(160c)을 각각 투과한 3개의 광과, 필터유닛(85A, 86A, 85B, 86B)(편광판)을 개재하지 않고 직접 입사되는 1개의 광을 동시에 하나의 촬상소자에 의해 촬상하는 구성으로 할 수도 있다.

이러한 구성에 따르면, 제4 편광판(160d)으로서, 「1/4파장판」 및 「편광판」의 조를 배치한 상기 구성과 동일한 작용효과가 나타난다. 즉, 하나의 촬상소자에 의한 1회의 촬상으로, 120°(또는 90°)씩 위상이 상이한 3가지의 간섭호 화상에 더하여, 워크(W)의 휘도화상을 취득할 수 있다.

한편, 계측광(예를 들어 우회전의 원편광)과 참조광(예를 들어 좌회전의 원편광)을 그대로 촬상했다고 해도, 참조광은 기지(미리 계측하여 얻는 것이 가능)이며 균일하므로 촬상후의 처리에 의해, 이 참조광분을 제거하는 처리나 균일광을 제거하는 처리를 행함으로써, 계측광의 신호를 추출하는 것이 가능해진다.

제4 편광판(160d)을 생략한 구성의 이점으로는, 「1/4파장판」 및 「편광판」의 조를 배치한 구성과 비교하여, 이들 「1/4파장판」 및 「편광판」을 생략할 수 있으므로, 광학부품이 줄어, 구성의 간소화나 부품점수의 증가억제 등을 도모할 수 있다.

(i)촬상계(4A, 4B)의 구성은 상기 각 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 상기 각 실시형태에 있어서는, 렌즈를 구비한 카메라를 사용하고 있는데, 반드시 렌즈가 필요한 것은 아니며, 렌즈가 없는 카메라를 사용해도 상기 [수학식 6]의 관계식을 이용하는 등 하여 핀트가 맞는 화상을 계산에 의해 구함으로써 행해도 된다.

또한, 상기 각 실시형태에 있어서, 「제1 분광광학계(81A), 1/4파장판유닛(83A), 제1 필터유닛(85A) 및 제1 카메라(87A)」와 「제2 분광광학계(82A), 1/4파장판유닛(84A), 제2 필터유닛(86A) 및 제2 카메라(88A)」의 양자의 위치관계를 제1 분리용 다이크로익 미러(80A)를 사이에 두고 교체한 구성으로 할 수도 있고, 「제3 분광광학계(81B), 1/4파장판유닛(83B), 제3 필터유닛(85B) 및 제3 카메라(87B)」와 「제4 분광광학계(82B), 1/4파장판유닛(84B), 제4 필터유닛(86B) 및 제4 카메라(88B)」의 양자의 위치관계를 제2 분리용 다이크로익 미러(80B)를 사이에 두고 교체한 구성으로 할 수도 있다.

(j)상기 각 실시형태에서는, 「제1 파장광」, 「제2 파장광」, 「제3 파장광」 및 「제4 파장광」의 4개의 파장광을 동시에 이용하는 구성으로 되어 있다. 즉, 4개의 파장광을 동시 출사함과 함께, 이들에 따른 간섭호 화상을 동시 촬상하여, 당해 화상을 기초로 삼차원 계측을 행하는 구성으로 되어 있다. 이것으로 한정되지 않고, 다른 구성을 채용할 수도 있다.

예를 들어 「제1 파장광」, 「제2 파장광」, 「제3 파장광」 및 「제4 파장광」의 4개의 파장광 중, 「제4 파장광」을 출사하지 않고, 「제1 파장광」, 「제2 파장광」 및 「제3 파장광」의 3개의 파장광을 동시 출사함과 함께, 이들에 따른 간섭호 화상을 동시 촬상하여, 당해 화상을 기초로 삼차원 계측을 행하는 구성으로 할 수도 있다.

마찬가지로, 「제1 파장광」, 「제2 파장광」, 「제3 파장광」 및 「제4 파장광」의 4개의 파장광 중, 예를 들어 「제2 파장광」 및 「제4 파장광」을 출사하지 않고, 「제1 파장광」 및 「제3 파장광」의 2개의 파장광을 동시 출사함과 함께, 이들에 따른 간섭호 화상을 동시 촬상하여, 당해 화상을 기초로 삼차원 계측을 행하는 구성으로 할 수도 있다.

적어도 제1 투광계(2A) 및 제2 투광계(2B)로부터 제1 광(「제1 파장광」 및/또는 「제2 파장광」) 그리고 제2 광(「제3 파장광」 및/또는 「제4 파장광」)이 동시 출사됨과 함께, 이들에 따른 간섭호 화상을 동시 촬상하는 구성으로 되어 있으면, 종래보다 총체적인 촬상시간을 단축할 수 있어, 계측효율의 향상을 도모할 수 있다.

즉, 촬상시간의 단축을 추구하지 않는다면, 반드시 「제1 파장광」, 「제2 파장광」, 「제3 파장광」 및 「제4 파장광」의 4개의 파장광을 동시에 이용하는 구성으로 되어 있지 않아도. 예를 들어 「제2 파장광」 및 「제4 파장광」을 출사하지 않고, 「제1 파장광」 및 「제3 파장광」의 2개의 파장광을 동시 출사함과 함께, 이들에 따른 간섭호 화상을 동시 촬상한 후, 「제1 파장광」 및 「제3 파장광」을 출사하지 않고, 「제2 파장광」 및 「제4 파장광」의 2개의 파장광을 동시 출사함과 함께, 이들에 따른 간섭호 화상을 동시 촬상하는 구성으로 할 수도 있다.

(k)상기 (j)에서 서술한 바와 같이, 최대 3개의 파장광 또는 2개의 파장광밖에 이용하지 않는 경우에는, 사용하지 않는 파장광에 따른 출사기구나 촬상기구를 상기 각 실시형태로부터 미리 생략한 구성의 삼차원 계측장치(1(200, 300))로 할 수도 있다.

예를 들어 제2 파장광을 이용하지 않는 경우에 있어서는, 제1 투광계(2A)로부터, 제2 파장광을 출사하는 출사기구(제2 발광부(52A), 제2 광아이솔레이터(54A))와, 2개의 파장광을 합성하는 합성기구(제1 합성용 다이크로익 미러(55A))를 생략한 구성으로 할 수도 있다. 마찬가지로, 제2 파장광을 이용하지 않는 경우에 있어서는, 제1 촬상계(4A)로부터, 소정의 출력광을 파장분리하는 분리기구(제1 분리용 다이크로익 미러(80A))와, 제2 파장광에 따른 출력광을 촬상하는 촬상기구(제2 분광광학계(82A), 1/4파장판유닛(84A), 제2 필터유닛(86A), 제2 카메라(88A))를 생략한 구성으로 할 수도 있다.

(l)상기 (j)에서 서술한 바와 같이, 제1 투광계(2A) 및/또는제2 투광계(2B)에 있어서, 출사하는 파장광을 항상 전환하여 사용하는 구성으로 한 경우(예를 들어 제1 투광계(2A)에 있어서 「제1 파장광」 또는 「제2 파장광」 중 어느 일방만을 출사하는 구성으로 한 경우)에는, 제1 촬상계(4A)에 있어서, 소정의 출력광을 파장분리하는 분리기구(제1 분리용 다이크로익 미러(80A))를 생략함과 함께, 제1 파장광에 따른 출력광을 촬상하는 촬상기구 또는 제2 파장광에 따른 출력광을 촬상하는 촬상기구 중 어느 일방을 생략하고, 타방을 공용하는 구성으로 할 수도 있다.

1: 삼차원 계측장치
2A: 제1 투광계
2B: 제2 투광계
3: 간섭광학계
4A: 제1 촬상계
4B: 제2 촬상계
5: 제어장치
51A: 제1 발광부
52A: 제2 발광부
51B: 제3 발광부
52B: 제4 발광부
53A: 제1 광아이솔레이터
54A: 제2 광아이솔레이터
53B: 제3 광아이솔레이터
54B: 제4 광아이솔레이터
55A: 제1 합성용 다이크로익 미러
56A: 제1 무편광빔 스플리터
55B: 제2 합성용 다이크로익 미러
56B: 제2 무편광빔 스플리터
60: 편광빔 스플리터
60a: 제1 면
60b: 제2 면
60c: 제3 면
60d: 제4 면
61, 62: 1/4파장판
63: 참조면
64: 설치부
80A: 제1 분리용 다이크로익 미러
81A: 제1 분광광학계
83A: 1/4파장판유닛
85A: 제1 필터유닛
87A: 제1 카메라
82A: 제2 분광광학계
84A: 1/4파장판유닛
86A: 제2 필터유닛
88A: 제2 카메라
80B: 제2 분리용 다이크로익 미러
81B: 제3 분광광학계
83B: 1/4파장판유닛
85B: 제3 필터유닛
87B: 제3 카메라
82B: 제4 분광광학계
84B: 1/4파장판유닛
86B: 제4 필터유닛
88B: 제4 카메라
W: 워크.

Claims (14)

1. 입사하는 소정의 광을 2개의 광으로 분할하고, 일방의 광을 계측광으로 하여 피계측물에 조사가능하게 하고 또한 타방의 광을 참조광으로 하여 참조면에 조사가능하게 함과 함께, 이들을 재차 합성하여 출사가능한 소정의 광학계와,
   상기 소정의 광학계에 대하여 입사시키는 제1 광을 출사가능한 제1 조사수단과,
   상기 소정의 광학계에 대하여 입사시키는 제2 광을 출사가능한 제2 조사수단과,
   상기 소정의 광학계로부터 출사되는 상기 제1 광에 따른 출력광을 입사가능한 제1 촬상수단과,
   상기 소정의 광학계로부터 출사되는 상기 제2 광에 따른 출력광을 입사가능한 제2 촬상수단과,
   상기 제1 촬상수단 및 상기 제2 촬상수단에 의해 촬상된 간섭호 화상을 기초로 상기 피계측물의 삼차원 계측을 실행가능한 화상처리수단을 구비하고,
   상기 제1 광과 상기 제2 광을 각각 상기 소정의 광학계의 상이한 위치에 입사시키고,
   상기 제1 광에 따른 출력광과 상기 제2 광에 따른 출력광을 각각 상기 소정의 광학계의 상이한 위치로부터 출사시키는 구성 하에,
   상기 제1 조사수단은,
   제1 파장의 편광을 포함하는 제1 파장광을 출사가능한 제1 파장광출사부, 및/또는, 제2 파장의 편광을 포함하는 제2 파장광을 출사가능한 제2 파장광출사부를 구비하고,
   상기 제1 파장의 편광, 및/또는, 상기 제2 파장의 편광을 포함하는 상기 제1 광을 출사가능하게 구성되고,
   상기 제2 조사수단은,
   제3 파장의 편광을 포함하는 제3 파장광을 출사가능한 제3 파장광출사부, 및/또는, 제4 파장의 편광을 포함하는 제4 파장광을 출사가능한 제4 파장광출사부를 구비하고,
   상기 제3 파장의 편광, 및/또는, 상기 제4 파장의 편광을 포함하는 상기 제2 광을 출사가능하게 구성되고,
   상기 제1 촬상수단은,
   상기 소정의 광학계에 대하여 상기 제1 파장의 편광을 포함하는 상기 제1 광이 입사된 경우에, 상기 소정의 광학계로부터 출사되는 상기 제1 광에 따른 출력광에 포함되는 상기 제1 파장의 편광에 따른 출력광을 촬상가능한 제1 파장광촬상부,
   및/또는,
   상기 소정의 광학계에 대하여 상기 제2 파장의 편광을 포함하는 상기 제1 광이 입사된 경우에, 상기 소정의 광학계로부터 출사되는 상기 제1 광에 따른 출력광에 포함되는 상기 제2 파장의 편광에 따른 출력광을 촬상가능한 제2 파장광촬상부를 구비하고,
   상기 제2 촬상수단은,
   상기 소정의 광학계에 대하여 상기 제3 파장의 편광을 포함하는 상기 제2 광이 입사된 경우에, 상기 소정의 광학계로부터 출사되는 상기 제2 광에 따른 출력광에 포함되는 상기 제3 파장의 편광에 따른 출력광을 촬상가능한 제3 파장광촬상부,
   및/또는,
   상기 소정의 광학계에 대하여 상기 제4 파장의 편광을 포함하는 상기 제2 광이 입사된 경우에, 상기 소정의 광학계로부터 출사되는 상기 제2 광에 따른 출력광에 포함되는 상기 제4 파장의 편광에 따른 출력광을 촬상가능한 제4 파장광촬상부를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 삼차원 계측장치.
2. 입사하는 소정의 광을 편광방향이 서로 직교하는 2개의 편광으로 분할하고, 일방의 편광을 계측광으로 하여 피계측물에 조사하고 또한 타방의 편광을 참조광으로 하여 참조면에 조사함과 함께, 이들을 재차 합성하여 출사가능한 소정의 광학계와,
   상기 소정의 광학계에 대하여 입사시키는 제1 광을 출사가능한 제1 조사수단과,
   상기 소정의 광학계에 대하여 입사시키는 제2 광을 출사가능한 제2 조사수단과,
   상기 소정의 광학계로부터 출사되는 상기 제1 광에 따른 출력광을 입사가능한 제1 촬상수단과,
   상기 소정의 광학계로부터 출사되는 상기 제2 광에 따른 출력광을 입사가능한 제2 촬상수단과,
   상기 제1 촬상수단 및 상기 제2 촬상수단에 의해 촬상된 간섭호 화상을 기초로 상기 피계측물의 삼차원 계측을 실행가능한 화상처리수단을 구비하고,
   상기 제1 광과 상기 제2 광을 각각 상기 소정의 광학계의 상이한 위치에 입사시키고,
   상기 소정의 광학계가,
   상기 제1 광을, 제1 편광방향을 갖는 편광으로 이루어진 상기 참조광과, 제2 편광방향을 갖는 편광으로 이루어진 상기 계측광으로 분할하고,
   상기 제2 광을, 상기 제2 편광방향을 갖는 편광으로 이루어진 상기 참조광과, 상기 제1 편광방향을 갖는 편광으로 이루어진 상기 계측광으로 분할하고,
   이들을 재차 합성한 상기 제1 광에 따른 출력광과 상기 제2 광에 따른 출력광을 각각 상기 소정의 광학계의 상이한 위치로부터 출사시키는 구성 하에,
   상기 제1 조사수단은,
   제1 파장의 편광을 포함하는 제1 파장광을 출사가능한 제1 파장광출사부, 및/또는, 제2 파장의 편광을 포함하는 제2 파장광을 출사가능한 제2 파장광출사부를 구비하고,
   상기 제1 파장의 편광, 및/또는, 상기 제2 파장의 편광을 포함하는 상기 제1 광을 출사가능하게 구성되고,
   상기 제2 조사수단은,
   제3 파장의 편광을 포함하는 제3 파장광을 출사가능한 제3 파장광출사부, 및/또는, 제4 파장의 편광을 포함하는 제4 파장광을 출사가능한 제4 파장광출사부를 구비하고,
   상기 제3 파장의 편광, 및/또는, 상기 제4 파장의 편광을 포함하는 상기 제2 광을 출사가능하게 구성되고,
   상기 제1 촬상수단은,
   상기 소정의 광학계에 대하여 상기 제1 파장의 편광을 포함하는 상기 제1 광이 입사된 경우에, 상기 소정의 광학계로부터 출사되는 상기 제1 광에 따른 출력광에 포함되는 상기 제1 파장의 편광에 따른 출력광을 촬상가능한 제1 파장광촬상부,
   및/또는,
   상기 소정의 광학계에 대하여 상기 제2 파장의 편광을 포함하는 상기 제1 광이 입사된 경우에, 상기 소정의 광학계로부터 출사되는 상기 제1 광에 따른 출력광에 포함되는 상기 제2 파장의 편광에 따른 출력광을 촬상가능한 제2 파장광촬상부를 구비하고,
   상기 제2 촬상수단은,
   상기 소정의 광학계에 대하여 상기 제3 파장의 편광을 포함하는 상기 제2 광이 입사된 경우에, 상기 소정의 광학계로부터 출사되는 상기 제2 광에 따른 출력광에 포함되는 상기 제3 파장의 편광에 따른 출력광을 촬상가능한 제3 파장광촬상부,
   및/또는,
   상기 소정의 광학계에 대하여 상기 제4 파장의 편광을 포함하는 상기 제2 광이 입사된 경우에, 상기 소정의 광학계로부터 출사되는 상기 제2 광에 따른 출력광에 포함되는 상기 제4 파장의 편광에 따른 출력광을 촬상가능한 제4 파장광촬상부를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 삼차원 계측장치.
3. 입사하는 소정의 광을 2개의 광으로 분할하고, 일방의 광을 계측광으로 하여 피계측물에 조사가능하게 하고 또한 타방의 광을 참조광으로 하여 참조면에 조사가능하게 함과 함께, 이들을 재차 합성하여 출사가능한 소정의 광학계와,
   상기 소정의 광학계의 제1 입출력부에 대하여 입사시키는 제1 광을 출사가능한 제1 조사수단과,
   상기 소정의 광학계의 제2 입출력부에 대하여 입사시키는 제2 광을 출사가능한 제2 조사수단과,
   상기 제1 입출력부에 대하여 상기 제1 광을 입사함으로써 상기 제2 입출력부로부터 출사되는 상기 제1 광에 따른 출력광을 입사가능한 제1 촬상수단과,
   상기 제2 입출력부에 대하여 상기 제2 광을 입사함으로써 상기 제1 입출력부로부터 출사되는 상기 제2 광에 따른 출력광을 입사가능한 제2 촬상수단과,
   상기 제1 촬상수단 및 상기 제2 촬상수단에 의해 촬상된 간섭호 화상을 기초로 상기 피계측물의 삼차원 계측을 실행가능한 화상처리수단을 구비하고,
   상기 제1 조사수단은,
   제1 파장의 편광을 포함하는 제1 파장광을 출사가능한 제1 파장광출사부, 및/또는, 제2 파장의 편광을 포함하는 제2 파장광을 출사가능한 제2 파장광출사부를 구비하고,
   상기 제1 파장의 편광, 및/또는, 상기 제2 파장의 편광을 포함하는 상기 제1 광을 출사가능하게 구성되고,
   상기 제2 조사수단은,
   제3 파장의 편광을 포함하는 제3 파장광을 출사가능한 제3 파장광출사부, 및/또는, 제4 파장의 편광을 포함하는 제4 파장광을 출사가능한 제4 파장광출사부를 구비하고,
   상기 제3 파장의 편광, 및/또는, 상기 제4 파장의 편광을 포함하는 상기 제2 광을 출사가능하게 구성되고,
   상기 제1 촬상수단은,
   상기 제1 입출력부에 대하여 상기 제1 파장의 편광을 포함하는 상기 제1 광이 입사된 경우에, 상기 제2 입출력부로부터 출사되는 상기 제1 광에 따른 출력광에 포함되는 상기 제1 파장의 편광에 따른 출력광을 촬상가능한 제1 파장광촬상부,
   및/또는,
   상기 제1 입출력부에 대하여 상기 제2 파장의 편광을 포함하는 상기 제1 광이 입사된 경우에, 상기 제2 입출력부로부터 출사되는 상기 제1 광에 따른 출력광에 포함되는 상기 제2 파장의 편광에 따른 출력광을 촬상가능한 제2 파장광촬상부를 구비하고,
   상기 제2 촬상수단은,
   상기 제2 입출력부에 대하여 상기 제3 파장의 편광을 포함하는 상기 제2 광이 입사된 경우에, 상기 제1 입출력부로부터 출사되는 상기 제2 광에 따른 출력광에 포함되는 상기 제3 파장의 편광에 따른 출력광을 촬상가능한 제3 파장광촬상부,
   및/또는,
   상기 제2 입출력부에 대하여 상기 제4 파장의 편광을 포함하는 상기 제2 광이 입사된 경우에, 상기 제1 입출력부로부터 출사되는 상기 제2 광에 따른 출력광에 포함되는 상기 제4 파장의 편광에 따른 출력광을 촬상가능한 제4 파장광촬상부를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 삼차원 계측장치.
4. 입사하는 소정의 광을 편광방향이 서로 직교하는 2개의 편광으로 분할하는 경계면을 갖고, 이 분할한 일방의 편광을 계측광으로 하여 피계측물에 조사하고 또한 타방의 편광을 참조광으로 하여 참조면에 조사함과 함께, 이들을 재차 합성하여 출사가능한 편광빔 스플리터와,
   상기 경계면을 사이에 두고 이웃하는 상기 편광빔 스플리터의 제1 면 및 제2 면 중 제1 입출력부가 되는 상기 제1 면에 대하여 입사시키는 제1 광을 출사가능한 제1 조사수단과,
   상기 편광빔 스플리터의 제2 입출력부가 되는 상기 제2 면에 대하여 입사시키는 제2 광을 출사가능한 제2 조사수단과,
   상기 참조광이 출입사되는 상기 편광빔 스플리터의 제3 면과 상기 참조면의 사이에 배치된 제1 1/4파장판과,
   상기 계측광이 출입사되는 상기 편광빔 스플리터의 제4 면과 상기 피계측물의 사이에 배치되는 제2 1/4파장판과,
   상기 편광빔 스플리터의 상기 제1 면에 대하여 상기 제1 광을 입사함으로써 상기 제2 면으로부터 출사되는 상기 제1 광에 따른 출력광을 입사가능한 제1 촬상수단과,
   상기 편광빔 스플리터의 상기 제2 면에 대하여 상기 제2 광을 입사함으로써 상기 제1 면으로부터 출사되는 상기 제2 광에 따른 출력광을 입사가능한 제2 촬상수단과,
   상기 제1 촬상수단 및 상기 제2 촬상수단에 의해 촬상된 간섭호 화상을 기초로 상기 피계측물의 삼차원 계측을 실행가능한 화상처리수단을 구비하고,
   상기 제1 조사수단은,
   제1 파장의 편광을 포함하는 제1 파장광을 출사가능한 제1 파장광출사부, 및/또는, 제2 파장의 편광을 포함하는 제2 파장광을 출사가능한 제2 파장광출사부를 구비하고,
   상기 제1 파장의 편광, 및/또는, 상기 제2 파장의 편광을 포함하는 상기 제1 광을 출사가능하게 구성되고,
   상기 제2 조사수단은,
   제3 파장의 편광을 포함하는 제3 파장광을 출사가능한 제3 파장광출사부, 및/또는, 제4 파장의 편광을 포함하는 제4 파장광을 출사가능한 제4 파장광출사부를 구비하고,
   상기 제3 파장의 편광, 및/또는, 상기 제4 파장의 편광을 포함하는 상기 제2 광을 출사가능하게 구성되고,
   상기 제1 촬상수단은,
   상기 제1 면에 대하여 상기 제1 파장의 편광을 포함하는 상기 제1 광이 입사된 경우에, 상기 제2 면으로부터 출사되는 상기 제1 광에 따른 출력광에 포함되는 상기 제1 파장의 편광에 따른 출력광을 촬상가능한 제1 파장광촬상부,
   및/또는,
   상기 제1 면에 대하여 상기 제2 파장의 편광을 포함하는 상기 제1 광이 입사된 경우에, 상기 제2 면으로부터 출사되는 상기 제1 광에 따른 출력광에 포함되는 상기 제2 파장의 편광에 따른 출력광을 촬상가능한 제2 파장광촬상부를 구비하고,
   상기 제2 촬상수단은,
   상기 제2 면에 대하여 상기 제3 파장의 편광을 포함하는 상기 제2 광이 입사된 경우에, 상기 제1 면으로부터 출사되는 상기 제2 광에 따른 출력광에 포함되는 상기 제3 파장의 편광에 따른 출력광을 촬상가능한 제3 파장광촬상부,
   및/또는,
   상기 제2 면에 대하여 상기 제4 파장의 편광을 포함하는 상기 제2 광이 입사된 경우에, 상기 제1 면으로부터 출사되는 상기 제2 광에 따른 출력광에 포함되는 상기 제4 파장의 편광에 따른 출력광을 촬상가능한 제4 파장광촬상부를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 삼차원 계측장치.
5. 제1 광을 출사가능한 제1 조사수단과,
   제2 광을 출사가능한 제2 조사수단과,
   상기 제1 조사수단으로부터 입사되는 상기 제1 광을 편광방향이 서로 직교하는 2개의 편광으로 분할하고, 일방의 편광을 계측광으로 하여 피계측물에 대하여 조사가능하게 하고 또한 타방의 편광을 참조광으로 하여 참조면에 대하여 조사가능하게 함과 함께, 상기 피계측물을 개재하여 입사한 상기 제2 광에 따른 계측광과, 상기 참조면을 개재하여 입사한 상기 제2 광에 따른 참조광을 합성하여 출사가능한 제1 입출력부로서의 제1 편광빔 스플리터와,
   상기 제2 조사수단으로부터 입사되는 상기 제2 광을 편광방향이 서로 직교하는 2개의 편광으로 분할하고, 일방의 편광을 계측광으로 하여 피계측물에 대하여 조사가능하게 하고 또한 타방의 편광을 참조광으로 하여 참조면에 대하여 조사가능하게 함과 함께, 상기 피계측물을 개재하여 입사한 상기 제1 광에 따른 계측광과, 상기 참조면을 개재하여 입사한 상기 제1 광에 따른 참조광을 합성하여 출사가능한 제2 입출력부로서의 제2 편광빔 스플리터와,
   상기 제1 편광빔 스플리터와 상기 참조면의 사이에 배치된 제1 1/4파장판과,
   상기 제1 편광빔 스플리터와 상기 피계측물의 사이에 배치된 제2 1/4파장판과,
   상기 제2 편광빔 스플리터와 상기 참조면의 사이에 배치된 제3 1/4파장판과,
   상기 제2 편광빔 스플리터와 상기 피계측물의 사이에 배치된 제4 1/4파장판과,
   상기 제1 편광빔 스플리터에 대하여 상기 제1 광을 입사함으로써 상기 제2 편광빔 스플리터로부터 출사되는 상기 제1 광에 따른 출력광을 입사가능한 제1 촬상수단과,
   상기 제2 편광빔 스플리터에 대하여 상기 제2 광을 입사함으로써 상기 제1 편광빔 스플리터로부터 출사되는 상기 제2 광에 따른 출력광을 입사가능한 제2 촬상수단과,
   상기 제1 촬상수단 및 상기 제2 촬상수단에 의해 촬상된 간섭호 화상을 기초로 상기 피계측물의 삼차원 계측을 실행가능한 화상처리수단을 구비하고,
   상기 제1 조사수단은,
   제1 파장의 편광을 포함하는 제1 파장광을 출사가능한 제1 파장광출사부, 및/또는, 제2 파장의 편광을 포함하는 제2 파장광을 출사가능한 제2 파장광출사부를 구비하고,
   상기 제1 파장의 편광, 및/또는, 상기 제2 파장의 편광을 포함하는 상기 제1 광을 출사가능하게 구성되고,
   상기 제2 조사수단은,
   제3 파장의 편광을 포함하는 제3 파장광을 출사가능한 제3 파장광출사부, 및/또는, 제4 파장의 편광을 포함하는 제4 파장광을 출사가능한 제4 파장광출사부를 구비하고,
   상기 제3 파장의 편광, 및/또는, 상기 제4 파장의 편광을 포함하는 상기 제2 광을 출사가능하게 구성되고,
   상기 제1 촬상수단은,
   상기 제1 편광빔 스플리터에 대하여 상기 제1 파장의 편광을 포함하는 상기 제1 광이 입사된 경우에, 상기 제2 편광빔 스플리터로부터 출사되는 상기 제1 광에 따른 출력광에 포함되는 상기 제1 파장의 편광에 따른 출력광을 촬상가능한 제1 파장광촬상부,
   및/또는,
   상기 제1 편광빔 스플리터에 대하여 상기 제2 파장의 편광을 포함하는 상기 제1 광이 입사된 경우에, 상기 제2 편광빔 스플리터로부터 출사되는 상기 제1 광에 따른 출력광에 포함되는 상기 제2 파장의 편광에 따른 출력광을 촬상가능한 제2 파장광촬상부를 구비하고,
   상기 제2 촬상수단은,
   상기 제2 편광빔 스플리터에 대하여 상기 제3 파장의 편광을 포함하는 상기 제2 광이 입사된 경우에, 상기 제1 편광빔 스플리터로부터 출사되는 상기 제2 광에 따른 출력광에 포함되는 상기 제3 파장의 편광에 따른 출력광을 촬상가능한 제3 파장광촬상부,
   및/또는,
   상기 제2 편광빔 스플리터에 대하여 상기 제4 파장의 편광을 포함하는 상기 제2 광이 입사된 경우에, 상기 제1 편광빔 스플리터로부터 출사되는 상기 제2 광에 따른 출력광에 포함되는 상기 제4 파장의 편광에 따른 출력광을 촬상가능한 제4 파장광촬상부를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 삼차원 계측장치.
6. 제1 편광방향을 갖는 편광을 투과 또는 반사시키고, 제2 편광방향을 갖는 편광을 반사 또는 투과하는 경계면을 갖는 편광빔 스플리터와,
   상기 경계면을 사이에 두고 이웃하는 상기 편광빔 스플리터의 제1 면 및 제2 면 중 제1 입출력부가 되는 상기 제1 면에 대하여 입사시키는, 상기 제1 편광방향을 갖는 편광을 포함하는 제1 광을 출사가능한 제1 조사수단과,
   상기 편광빔 스플리터의 제2 입출력부가 되는 상기 제2 면에 대하여 입사시키는, 상기 제2 편광방향을 갖는 편광을 포함하는 제2 광을 출사가능한 제2 조사수단과,
   상기 경계면을 투과 또는 반사한 제1 광 및 상기 경계면을 반사 또는 투과한 제2 광이 출사되는 상기 편광빔 스플리터의 소정면과 상대향하도록 배치된 1/4파장판과,
   상기 편광빔 스플리터와는 반대측에서 상기 1/4파장판과 상대향하도록 배치되고, 상기 1/4파장판을 개재하여 조사된 광의 일부를 계측광으로서 투과하여 피계측물에 조사하고 또한 나머지의 광을 참조광으로서 반사하는 하프미러와,
   상기 편광빔 스플리터의 상기 제1 면에 대하여 상기 제1 광을 입사함으로써 상기 제2 면으로부터 출사되는 상기 제1 광에 따른 출력광을 입사가능한 제1 촬상수단과,
   상기 편광빔 스플리터의 상기 제2 면에 대하여 상기 제2 광을 입사함으로써 상기 제1 면으로부터 출사되는 상기 제2 광에 따른 출력광을 입사가능한 제2 촬상수단과,
   상기 제1 촬상수단 및 상기 제2 촬상수단에 의해 촬상된 간섭호 화상을 기초로 상기 피계측물의 삼차원 계측을 실행가능한 화상처리수단을 구비하고,
   상기 제1 조사수단은,
   제1 파장의 편광을 포함하는 제1 파장광을 출사가능한 제1 파장광출사부, 및/또는, 제2 파장의 편광을 포함하는 제2 파장광을 출사가능한 제2 파장광출사부를 구비하고,
   상기 제1 파장의 편광, 및/또는, 상기 제2 파장의 편광을 포함하는 상기 제1 광을 출사가능하게 구성되고,
   상기 제2 조사수단은,
   제3 파장의 편광을 포함하는 제3 파장광을 출사가능한 제3 파장광출사부, 및/또는, 제4 파장의 편광을 포함하는 제4 파장광을 출사가능한 제4 파장광출사부를 구비하고,
   상기 제3 파장의 편광, 및/또는, 상기 제4 파장의 편광을 포함하는 상기 제2 광을 출사가능하게 구성되고,
   상기 제1 촬상수단은,
   상기 제1 면에 대하여 상기 제1 파장의 편광을 포함하는 상기 제1 광이 입사된 경우에, 상기 제2 면으로부터 출사되는 상기 제1 광에 따른 출력광에 포함되는 상기 제1 파장의 편광에 따른 출력광을 촬상가능한 제1 파장광촬상부,
   및/또는,
   상기 제1 면에 대하여 상기 제2 파장의 편광을 포함하는 상기 제1 광이 입사된 경우에, 상기 제2 면으로부터 출사되는 상기 제1 광에 따른 출력광에 포함되는 상기 제2 파장의 편광에 따른 출력광을 촬상가능한 제2 파장광촬상부를 구비하고,
   상기 제2 촬상수단은,
   상기 제2 면에 대하여 상기 제3 파장의 편광을 포함하는 상기 제2 광이 입사된 경우에, 상기 제1 면으로부터 출사되는 상기 제2 광에 따른 출력광에 포함되는 상기 제3 파장의 편광에 따른 출력광을 촬상가능한 제3 파장광촬상부,
   및/또는,
   상기 제2 면에 대하여 상기 제4 파장의 편광을 포함하는 상기 제2 광이 입사된 경우에, 상기 제1 면으로부터 출사되는 상기 제2 광에 따른 출력광에 포함되는 상기 제4 파장의 편광에 따른 출력광을 촬상가능한 제4 파장광촬상부를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 삼차원 계측장치.
7. 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제1 조사수단으로부터 출사되는 제1 광의 적어도 일부를 상기 제1 입출력부를 향하여 입사시킴과 함께, 상기 제1 입출력부로부터 출사되는 상기 제2 광에 따른 출력광의 적어도 일부를 상기 제2 촬상수단을 향하여 입사시키는 제1 도광수단과,
   상기 제2 조사수단으로부터 출사되는 제2 광의 적어도 일부를 상기 제2 입출력부를 향하여 입사시킴과 함께, 상기 제2 입출력부로부터 출사되는 제1 광에 따른 출력광의 적어도 일부를 상기 제1 촬상수단을 향하여 입사시키는 제2 도광수단을 구비한 것을 특징으로 하는 삼차원 계측장치.
8. 제7항에 있어서,
   상기 제1 조사수단은,
   상기 제1 파장광출사부로부터 출사되는 한방향의 광만을 투과하고 또한 역방향의 광을 차단하는 제1 광아이솔레이터, 및/또는, 상기 제2 파장광출사부로부터 출사되는 한방향의 광만을 투과하고 또한 역방향의 광을 차단하는 제2 광아이솔레이터를 구비하고,
   상기 제2 조사수단은,
   상기 제3 파장광출사부로부터 출사되는 한방향의 광만을 투과하고 또한 역방향의 광을 차단하는 제3 광아이솔레이터, 및/또는, 상기 제4 파장광출사부로부터 출사되는 한방향의 광만을 투과하고 또한 역방향의 광을 차단하는 제4 광아이솔레이터를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 삼차원 계측장치.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제1 조사수단은,
   상기 제1 파장광출사부로부터 출사되는 상기 제1 파장광, 및, 상기 제2 파장광출사부로부터 출사되는 상기 제2 파장광을, 상기 제1 광으로서 합성가능한 제1 합성수단을 구비하고,
   상기 제2 조사수단은,
   상기 제3 파장광출사부로부터 출사되는 상기 제3 파장광, 및, 상기 제4 파장광출사부로부터 출사되는 상기 제4 파장광을, 상기 제2 광으로서 합성가능한 제2 합성수단을 구비하고,
   상기 제1 촬상수단은,
   상기 제1 파장의 편광 및 상기 제2 파장의 편광을 포함하는 상기 제1 광이 상기 제1 조사수단으로부터 출사된 경우에, 상기 제1 광에 따른 출력광을, 상기 제1 파장의 편광에 따른 출력광, 및, 상기 제2 파장의 편광에 따른 출력광으로 분리가능한 제1 분리수단을 구비하고,
   상기 제2 촬상수단은,
   상기 제3 파장의 편광 및 상기 제4 파장의 편광을 포함하는 상기 제2 광이 상기 제2 조사수단으로부터 출사된 경우에, 상기 제2 광에 따른 출력광을, 상기 제3 파장의 편광에 따른 출력광, 및, 상기 제4 파장의 편광에 따른 출력광으로 분리가능한 제2 분리수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 삼차원 계측장치.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 파장의 편광에 따른 상기 참조광과 상기 계측광의 사이에 상대적인 위상차를 부여하는 제1 위상 시프트수단, 및/또는, 상기 제2 파장의 편광에 따른 상기 참조광과 상기 계측광의 사이에 상대적인 위상차를 부여하는 제2 위상 시프트수단을 구비함과 함께,
    상기 제3 파장의 편광에 따른 상기 참조광과 상기 계측광의 사이에 상대적인 위상차를 부여하는 제3 위상 시프트수단, 및/또는, 상기 제4 파장의 편광에 따른 상기 참조광과 상기 계측광의 사이에 상대적인 위상차를 부여하는 제4 위상 시프트수단을 구비하고,
    상기 화상처리수단은,
    상기 제1 위상 시프트수단에 의해 여러 가지로 위상시프트된 상기 제1 파장의 편광에 따른 출력광을 상기 제1 파장광촬상부에 의해 촬상한 여러 가지의 간섭호 화상을 기초로, 위상시프트법에 의해 상기 피계측물의 형상계측을 행하고, 당해 계측값을 제1 계측값으로서 취득가능한 제1 계측값 취득수단,
    및/또는,
    상기 제2 위상 시프트수단에 의해 여러 가지로 위상시프트된 상기 제2 파장의 편광에 따른 출력광을 상기 제2 파장광촬상부에 의해 촬상한 여러 가지의 간섭호 화상을 기초로, 위상시프트법에 의해 상기 피계측물의 형상계측을 행하고, 당해 계측값을 제2 계측값으로서 취득가능한 제2 계측값 취득수단을 구비함과 함께,
    상기 제3 위상 시프트수단에 의해 여러 가지로 위상시프트된 상기 제3 파장의 편광에 따른 출력광을 상기 제3 파장광촬상부에 의해 촬상한 여러 가지의 간섭호 화상을 기초로, 위상시프트법에 의해 상기 피계측물의 형상계측을 행하고, 당해 계측값을 제3 계측값으로서 취득가능한 제3 계측값 취득수단,
    및/또는,
    상기 제4 위상 시프트수단에 의해 여러 가지로 위상시프트된 상기 제4 파장의 편광에 따른 출력광을 상기 제4 파장광촬상부에 의해 촬상한 여러 가지의 간섭호 화상을 기초로, 위상시프트법에 의해 상기 피계측물의 형상계측을 행하고, 당해 계측값을 제4 계측값으로서 취득가능한 제4 계측값 취득수단을 구비하고,
    상기 제1 계측값 및/또는 상기 제2 계측값, 그리고, 상기 제3 계측값 및/또는 상기 제4 계측값으로부터 특정되는 높이정보를, 상기 피계측물의 높이정보로서 취득가능한 높이정보 취득수단을 구비한 삼차원 계측장치.
11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 파장의 편광에 따른 출력광을 복수의 광으로 분할하는 제1 분광수단, 및, 상기 제1 위상 시프트수단으로서, 상기 제1 분광수단에 의해 분할된 복수의 분할광 중, 적어도 상기 위상시프트법에 의한 계측에 필요한 수의 분할광에 대하여 각각 상이한 위상차를 부여하는 제1 필터수단,
    그리고/또는,
    상기 제2 파장의 편광에 따른 출력광을 복수의 광으로 분할하는 제2 분광수단, 및, 상기 제2 위상 시프트수단으로서, 상기 제2 분광수단에 의해 분할된 복수의 분할광 중, 적어도 상기 위상시프트법에 의한 계측에 필요한 수의 분할광에 대하여 각각 상이한 위상차를 부여하는 제2 필터수단을 구비함과 함께,
    상기 제3 파장의 편광에 따른 출력광을 복수의 광으로 분할하는 제3 분광수단, 및, 상기 제3 위상 시프트수단으로서, 상기 제3 분광수단에 의해 분할된 복수의 분할광 중, 적어도 상기 위상시프트법에 의한 계측에 필요한 수의 분할광에 대하여 각각 상이한 위상차를 부여하는 제3 필터수단,
    그리고/또는,
    상기 제4 파장의 편광에 따른 출력광을 복수의 광으로 분할하는 제4 분광수단, 및, 상기 제4 위상 시프트수단으로서, 상기 제4 분광수단에 의해 분할된 복수의 분할광 중, 적어도 상기 위상시프트법에 의한 계측에 필요한 수의 분할광에 대하여 각각 상이한 위상차를 부여하는 제4 필터수단을 구비하고,
    상기 제1 파장광촬상부가, 적어도 상기 제1 필터수단을 투과하는 상기 복수의 분할광을 동시에 촬상가능하게 구성되고, 및/또는, 상기 제2 파장광촬상부가, 적어도 상기 제2 필터수단을 투과하는 상기 복수의 분할광을 동시에 촬상가능하게 구성됨과 함께,
    상기 제3 파장광촬상부가, 적어도 상기 제3 필터수단을 투과하는 상기 복수의 분할광을 동시에 촬상가능하게 구성되고, 및/또는, 상기 제4 파장광촬상부가, 적어도 상기 제4 필터수단을 투과하는 상기 복수의 분할광을 동시에 촬상가능하게 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 삼차원 계측장치.
12. 제11항에 있어서,
    상기 분광수단은,
    제1 평면을 따른 단면형상이 삼각형상이 되는 삼각기둥형상을 이루고, 이 제1 평면과 직교하는 방향을 따른 3개의 면 중의 제1 면과 제2 면의 교선을 통과하여 제3 면과 직교하는 평면을 따라 제1 분기수단을 갖는 제1 광학부재와,
    상기 제1 평면과 직교하는 제2 평면을 따른 단면형상이 삼각형상이 되는 삼각기둥형상을 이루고, 이 제2 평면과 직교하는 방향을 따른 3개의 면 중의 제1 면과 제2 면의 교선을 통과하여 제3 면과 직교하는 평면을 따라 제2 분기수단을 갖는 제2 광학부재를 구비하고,
    상기 제1 광학부재의 제3 면과 상기 제2 광학부재의 제1 면을 상대향하도록 배치함으로써,
    상기 제1 광학부재의 상기 제1 면에 대하여 입사되는 광을 상기 제1 분기수단으로 2방향으로 분기시키고, 이 중 상기 제1 분기수단으로 반사한 분할광을 상기 제1 면에서 상기 제3 면측을 향하여 반사시키고, 상기 제1 분기수단을 투과한 분할광을 상기 제2 면에서 상기 제3 면측을 향하여 반사시킴으로써, 상기 제3 면으로부터 평행한 2개의 분할광으로서 출사시키고,
    상기 제1 광학부재의 제3 면으로부터 출사된 2개의 분할광을 상기 제2 광학부재의 제1 면에 대하여 입사시키고, 이 2개의 분할광을 각각 상기 제2 분기수단으로 2방향으로 분기시키고, 이 중 상기 제2 분기수단으로 반사한 2개의 분할광을 각각 상기 제1 면에서 상기 제3 면측을 향하여 반사시키고, 상기 제2 분기수단을 투과한 2개의 분할광을 각각 상기 제2 면에서 상기 제3 면측을 향하여 반사시킴으로써, 상기 제3 면으로부터 평행한 4개의 분할광으로서 출사시키는 것을 특징으로 하는 삼차원 계측장치.
13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 제1 파장광촬상부가, 적어도 상기 제1 필터수단을 투과하는 상기 복수의 분할광을 동시에 촬상가능한 단일의 촬상소자를 구비하고, 및/또는, 상기 제2 파장광촬상부가, 적어도 상기 제2 필터수단을 투과하는 상기 복수의 분할광을 동시에 촬상가능한 단일의 촬상소자를 구비하고,
    상기 제3 파장광촬상부가, 적어도 상기 제3 필터수단을 투과하는 상기 복수의 분할광을 동시에 촬상가능한 단일의 촬상소자를 구비하고, 및/또는, 상기 제2 파장광촬상부가, 적어도 상기 제4 필터수단을 투과하는 상기 복수의 분할광을 동시에 촬상가능한 단일의 촬상소자를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 삼차원 계측장치.
14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 피계측물이, 프린트기판에 인쇄된 크림땜납, 또는, 웨이퍼기판에 형성된 땜납범프인 것을 특징으로 하는 삼차원 계측장치.

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