TW202217236A - 三維測量裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明的目的在於提供能夠謀求測量精度的提升等的三維測量裝置。 本發明的三維測量裝置1係具備：干涉光學系統3，係將射入之光分割成2道偏光，將其中一道照射至工件W且將另一道光照射至參考面23，將2道光重新合成予以射出；及攝像機33A，係對從干涉光學系統3射出的光進行攝像。攝像機33A係具有由透射軸的設定角度相異的4個偏光器以預定的排列逐一對應各感光元件進行配置而成的偏光影像感測器70A。三維測量裝置1係記憶有事先對偏光影像感測器70A的各偏光器的透射軸的絕對角度進行實測所獲得的透射軸絕對角度資料。此外，根據藉由攝像機33A而取得的輝度圖像資料的各像素的輝度資料、及與該像素對應的偏光影像感測器70A的偏光器的透射軸絕對角度資料，藉由相移法，進行工件W的高度測量。

Description

三維測量裝置
本發明係有關測量被測量物的形狀的三維測量裝置。
習知技術中，已知有運用干涉儀的三維測量裝置。就其中一種而言，有利用相移(phase shift)法來測量被測量物的三維形狀的三維測量裝置。
一般而言，運用干涉儀的三維測量裝置係具備：預定光學系統，係由偏光分束器(beam splitter)等組成；光源，係射出要對該光學系統射入之同調(coherent)光；及攝像裝置，係對從預定光學系統射出的光進行攝像。
在此種三維測量裝置中，射入預定光學系統的同調光係分歧成兩個方向，其中一者作為物體光照射至被測量物，且另一者作為參考光照射至參考面後，重新合成而從預定光學系統射出。此外，令從預定光學系統射出的參考光及物體光發生干涉，藉由攝像裝置進行攝像，根據所攝得的輝度圖像資料，藉由相移法，進行被測量物的三維測量。
此處，就令參考光與物體光的相位差變化的相移的方法而言，在習知技術中，係使用：使令從預定光學系統射出的參考光及物體光發生干涉的偏光板旋轉而使該偏光板的透射軸的角度變化之方法、和使被參考光照射的參考面的位置往光軸方向變化之方法等。
因此，在習知技術中，在進行利用相移法的三維測量時，必須令參考光及物體光的相位差變化4個階段(或3個階段)，分別在不同的時間點(timing)進行攝像，共計需要4次份(或3次份)的攝像時間來取得4種(或3種)輝度圖像資料。
相對於此，近年來，也看到了一種測量裝置，為了謀求資料取得時間的縮短，係在使從預定光學系統射出的光(參考光及物體光)分歧成4道後，分別令該4道分光的參考光及物體光發生干涉，藉由4台攝像機(camera)個別且同時進行攝像(參照例如專利文獻1)。
在此種的測量裝置中，係構成為：在4道分光當中除了作為基準的分光以外的其他3道分光的光路上分別設置有特性相異的波長板，令其他3道分光的參考光分別逐一相移預定量，藉此，使4道分光的參考光及物體光產生逐一相差90°的相位差。
另外，為了更正確地進行利用相移法的三維測量，必須更正確地進行相移，但在專利文獻1的構成中係有因為各波長板的製造誤差和設置誤差等而造成相移量產生變異之虞。
關於這點，在專利文獻1中，係構成為:以通過沒設置波長板的光路的分光作為基準，事先掌握設置在其他3道分光的光路上的各波長板所造成的相移誤差，於測量時進行補正。 [先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本特許第5289383號公報
[發明欲解決之課題]
然而，當採用如前述專利文獻1所示藉由複數台攝像機對複數道分光(參考光及物體光的干涉光)個別進行攝像的構成時，有因各攝像機固有之透鏡(lens)和攝像元件的特性的差異等而造成測量誤差產生之虞。
有鑒於此，例如，亦可考慮構成為，就攝像機的攝像元件而言，係使用由僅令朝預定方向振盪的預定的偏光通過的透射軸的設定角度相異的複數種偏光器(例如透射軸相對於基準軸的設定角度成為「0°」、「45°」、「90°」、「135°」的4種偏光器)以預定的排列逐一對應各像素(感光元件)進行配置而成的偏光影像感測器(image sensor)，藉此，以藉由1台攝像機進行的1次的攝像，同時取得相移法的計算所需的4種輝度資料。
然而，在此種構成中，當偏光影像感測器的各偏光器的透射軸的實際角度(絕對角度)因製造誤差等而就算相對於當初的設定角度少量偏離時，仍有產生相移誤差，無法取得正確的輝度資料，使得測量精度降低之虞。
因此，在使用偏光影像感測器的構成中，仍同前述專利文獻1一樣，需要補正相移誤差，但偏光影像感測器的各偏光器係固定成無法相對變位，並無法按每一個偏光器個別進行透射軸的角度調整等。
此外，在偏光影像感測器中，即便是當初設定角度相同的同種偏光器(例如設定角度同樣為「0°」的偏光器)，仍因製造誤差等而在每一個像素產生變異，使得透射軸的絕對角度相異(例如設定角度「0°」±誤差)。亦即，在偏光影像感測器中，並不存在成為絕對基準的光路。
因此，無法如前述專利文獻1，使用以沒有相移的光路(相移量「0°」的光路)作為基準，掌握其他光路的相移誤差進行補正等之方法。
以下，針對在使用偏光影像感測器的構成中應用前述專利文獻1的習知技術的補正方法時的問題點，參照圖10所示的具體例，詳細進行說明。圖10係將透射軸的設定角度相異的4種(例如設定角度α=「0°」、β=「45°」、γ=「90°」、δ=「135°」)偏光器以預定的排列進行配置而成的偏光影像感測器100的一部分放大顯示之示意圖。
此處，例如，當是根據從偏光影像感測器100的「第2像素位置」、「第3像素位置」、「第6像素位置」及「第7像素位置」的4個像素(參照圖10的虛線粗框區)取得的輝度資料進行高度測量時，係使用「第6像素位置」的偏光器的透射軸的絕對角度「α 6」、及以此作為基準的「第2像素位置」的偏光器的透射軸的相對角度「β 2´(=β 2-α 6)」、「第3像素位置」的偏光器的透射軸的相對角度「γ 3´(=γ 3-α 6)」、「第7像素位置」的偏光器的透射軸的相對角度「δ 7´(=δ 7-α 6)」。
另外，此處，「β 2」為「第2像素位置的偏光器的透射軸的絕對角度」，「γ 3」為「第3像素位置的偏光器的透射軸的絕對角度」，「δ 7」為「第7像素位置的偏光器的透射軸的絕對角度」。
另一方面，當是根據從從偏光影像感測器100的「第3像素位置」、「第4像素位置」、「第7像素位置」及「第8像素位置」的4個像素(參照圖10的實線粗框區)取得的輝度資料進行高度測量時，係使用「第8像素位置」的偏光器的透射軸的絕對角度「α 8」、及以此作為基準的「第4像素位置」的偏光器的透射軸的相對角度「β 4´(=β 4-α 8)」、「第3像素位置」的偏光器的透射軸的相對角度「γ 3´(=γ 3-α 8)」、「第7像素位置」的偏光器的透射軸的相對角度「δ 7´(=δ 7-α 8)」。
另外，此處，「β 4」為「第4像素位置的偏光器的透射軸的絕對角度」，「γ 3」為「第3像素位置的偏光器的透射軸的絕對角度」，「δ 7」為「第7像素位置的偏光器的透射軸的絕對角度」。
如同比較上述兩事例可得知，只要「第6像素位置」的偏光器的透射軸的絕對角度「α 6(設定角度α±誤差a 6)」與「第8像素位置」的偏光器的透射軸的絕對角度「α 8(設定角度α±誤差a 8)」不同，則當然儘管「第3像素位置」的偏光器的透射軸的相對角度「γ 3´」、「第7像素位置」的偏光器的透射軸的相對角度「δ 7´」分別皆為同個像素的同個偏光器，透射軸的相對角度仍成為不同的值，兩者的補正值亦成為不同的值。
亦即，基準按測量位置(作為計算對象的4個輝度資料)每一次不同而不同，每一次都必須都變更補正值。此外，對同個像素必須準備複數個補正值。通常，三維測量所用的攝像元件(偏光影像感測器)的像素數非常多。因此，在如上述的方法中，係有測量處理變得非常複雜並且處理負荷顯著增加之虞。
此外，當如前述專利文獻1的構成，未進行調整攝像元件的複數個像素間的相對誤差的標定(calibration)時，例如，即使是對具有同一高度平面的基準板進行三維測量，仍有按每一個測量位置算出不同的高度資料，如同是在量測高度凌亂的凹凸物體之虞。
本發明乃係鑒於上述情事等而研創，其目的在於提供能夠謀求測量精度的提升等的三維測量裝置。 [用以解決課題之手段]
以下，針對適於解決上述課題的各手段，分項進行說明。另外，視需要，在相對應的手段附註特有的作用效果。
手段1.一種三維測量裝置，係具備：預定的光學系統(特定光學系統)，係將射入之預定的光分割成2道光，將其中一道光作為物體光照射至被測量物且將另一道光作為參考光照射至參考面，並且能夠將該2道光重新合成予以射出； 照射手段，係能夠射出要對前述預定的光學系統射入之預定的光； 攝像手段，係具有由複數個感光元件組成且透射軸的設定角度相異的複數種偏光器(例如透射軸的設定角度成為「0°」、「45°」、「90°」、「135°」的4種偏光器)以預定的排列逐一對應前述各感光元件進行配置而成的攝像元件(偏光影像感測器)，能夠對從前述預定的光學系統射出的光進行攝像； 角度資料記憶手段，係記憶事先對前述攝像元件的各感光元件的前述偏光器的透射軸的絕對角度進行實測所獲得的透射軸絕對角度資料；及 圖像處理手段，係根據藉由前述攝像手段而取得的輝度圖像資料的各像素的輝度資料、及與該像素對應的前述攝像元件的感光元件的前述偏光器的透射軸絕對角度資料，藉由相移法，算出前述被測量物的預定之測量位置的前述參考光及前述物體光的相位差，而能夠執行該測量位置的高度測量。
另外，亦可將上述「偏光器的透射軸的絕對角度」以「相對於偏光器的透射軸的設定角度之偏離量(例如設定角度「45°」+誤差「1°」等)」的形式來掌握。
依據上述手段1，就攝像手段的攝像元件而言，係使用由僅令朝預定方向振盪的預定的偏光通過的透射軸的設定角度相異的複數種偏光器以預定的排列逐一對應各感光元件進行配置而成的偏光影像感測器，藉此，能夠以藉由1個攝像手段進行的1次的攝像，同時取得被測量物的預定之測量位置的藉由相移法進行的高度測量所需的複數種輝度資料。就結果而言，相較於使用複數個攝像手段的構成和進行複數次的攝像的構成，能夠謀求構成的簡單化和資料取得時間的縮短等。
另外，就對參考光及物體光賦予複數種相位差的相移手段而言，例如，在如前述專利文獻1所述對複數道分光分別利用特性相異的波長板的構成中，係不僅各波長板的製造誤差，因溫度變化所造成的各波長板的膨脹和收縮也可能產生相移誤差，故難以將該誤差正確地補正。
相對於此，在本手段中，就相移手段而言，係使用透射軸的設定角度相異的複數種偏光器，故相較於利用波長板進行相移的構成，在進行相移和其誤差補正等上不易受溫度變化的影響，上述不良情況變得不易發生。就結果而言，能夠謀求測量精度的提升等。
此外，在本手段中，就藉由相移法進行的參考光及物體光的相位差之算出所使用的偏光器的透射軸的角度資料而言，並不是使用透射軸的設定角度而是使用事先實測所獲得的實測值即透射軸絕對角度資料，故能夠求取更正確的相位差。就結果而言，能夠謀求測量精度的更進一步提升等。
此外，依據本手段，既無需於全部的測量位置使用共通的基準，亦無需調整與相移有關的複數個像素間的相對誤差。此外，亦無需對同個像素準備複數個補正值來按每一次測量位置不同來變更補正值。
除此之外，在如前述專利文獻1所述移動預定的光學元件來進行預定的誤差調整等的構成中，係有伴隨該作業而增加誤差等之虞。相對於此，在本手段中，不移動各種光學元件，藉由軟體的處理能夠進行誤差調整。就結果而言，能夠謀求測量精度的更進一步提升等。
手段2.一種三維測量裝置，係具備：偏光分束器，係將射入之預定的光分割成偏光方向彼此正交的2道偏光，將該分割出的其中一道偏光作為物體光照射至被測量物且將另一道偏光作為參考光照射至參考面，並且能夠將該2道偏光重新合成予以射出； 照射手段，係能夠射出要對前述偏光分束器的第1面射入之預定的光； 攝像手段，係具有由複數個感光元件組成且透射軸的設定角度相異的複數種偏光器(例如透射軸的設定角度成為「0°」、「45°」、「90°」、「135°」的4種偏光器)以預定的排列逐一對應前述各感光元件進行配置而成的攝像元件(偏光影像感測器)，能夠對從前述偏光分束器的第2面射出的光進行攝像； 第一1/4波長板，係配置在被前述參考光射入射出的前述偏光分束器的第3面與前述參考面之間； 第二1/4波長板，係配置在被前述物體光射入射出的前述偏光分束器的第4面與前述被測量物之間； 第三1/4波長板，係配置在前述偏光分束器的第2面與前述攝像手段之間； 角度資料記憶手段，係記憶事先對前述攝像元件的各感光元件的前述偏光器的透射軸的絕對角度進行實測所獲得的透射軸絕對角度資料；及 圖像處理手段，係根據藉由前述攝像手段而取得的輝度圖像資料的各像素的輝度資料、及與該像素對應的前述攝像元件的感光元件的前述偏光器的透射軸絕對角度資料，藉由相移法，算出前述被測量物的預定之測量位置的前述參考光及前述物體光的相位差，而能夠執行該測量位置的高度測量。
依據上述手段2，可達到與上述手段1相同的作用效果。
此處，「偏光分束器」係具有在其交界面讓具有第1偏光方向的第1偏光(例如P偏光)透射、將具有第2偏光方向的第2偏光(例如S偏光)反射的功能。
因此，從偏光分束器的第1面射入之預定的光便例如分割成由第1偏光構成的參考光、及由第2偏光構成的物體光。此外，例如從偏光分束器的第3面射入之由第2偏光構成的參考光與從偏光分束器的第4面射入之由第1偏光構成的物體光被合成，從偏光分束器的第2面射出。
「第一1/4波長板」乃係具有將直線偏光轉換成圓偏光且將圓偏光轉換成直線偏光的功能。因此，從偏光分束器的第3面射出的直線偏光(參考光)係在經「第一1/4波長板」而轉換成圓偏光後照射至參考面。此外，在參考面反射的參考光係在再次經「第一1/4波長板」而從圓偏光轉換成直線偏光後射入偏光分束器的第3面。
「第二1/4波長板」乃係具有將直線偏光轉換成圓偏光且將圓偏光轉換成直線偏光的功能。因此，從偏光分束器的第4面射出的直線偏光(物體光)係在經「第二1/4波長板」而轉換成圓偏光後照射至被測量物。此外，在被測量物反射的物體光係在再次經「第二1/4波長板」而從圓偏光轉換成直線偏光後射入偏光分束器的第4面。
「第三1/4波長板」乃係具有將從偏光分束器的第2面射出的參考光成分的直線偏光及物體光成分的直線偏光分別轉換成圓偏光的功能。
手段3.如前述手段1或2之三維測量裝置，其中，當以前述輝度圖像資料的複數個像素(例如為2列2行而相鄰接的4個像素、或排成1行的3個像素)的預定位置作為前述測量位置時，前述圖像處理手段係根據前述複數個像素當中的一部分或全部(例如4個像素當中的預定的3個像素或4個像素全部)的像素的輝度資料、及與該一部分或全部的像素分別對應的前述偏光器的透射軸絕對角度資料，執行前述測量位置的高度測量。
依據上述手段3，針對1個測量位置能夠比較簡單地進行高度測量。就結果而言，能夠謀求處理負擔的減輕和測量時間的縮短。
手段4.如前述手段1或2之三維測量裝置，其中，當以與前述輝度圖像資料的1個像素對應的預定位置作為前述測量位置時，前述圖像處理手段係進行： 輝度資料內插處理，係對前述測量位置的高度測量所需的複數個(例如3個或4個)輝度資料當中除了藉由前述攝像手段而取得的前述1個像素的輝度資料以外的其他輝度資料進行內插；及 角度資料內插處理，係對前述測量位置的高度測量所需的複數個(例如3個或4個)透射軸絕對角度資料當中除了記憶在前述角度資料記憶手段的前述1個像素的透射軸絕對角度資料以外的其他透射軸絕對角度資料進行內插； 根據含有被內插的前述輝度資料及透射軸絕對角度資料的前述測量位置的前述複數個(例如3個或4個)輝度資料及透射軸絕對角度資料，執行前述測量位置的高度測量。
依據上述手段4，當以與輝度圖像資料的1個像素對應的預定位置作為測量位置時，能夠抑制發生出現欠缺資料的部分之類的不良情況。此外，藉由進行輝度資料及透射軸絕對角度資料兩者的內插，能夠謀求測量精度的提升。另外，針對各種資料的內插處理的方法係能夠採用以線性內插為首的各種內插方法。
手段5.如前述手段1至4中任一項之三維測量裝置，其中當在前述測量位置的高度測量使用4個前述輝度資料及分別與該等對應的4個前述透射軸絕對角度資料時，設前述4個輝度資料分別為Iα、Iβ、Iγ、Iδ，設前述4個透射軸絕對角度資料分別為α、β、γ、δ，此時，前述測量位置的前述相位差係藉由下式(S1)算出。
Figure 02_image001
式中，Iα：第1輝度資料 Iβ   ：第2輝度資料 Iγ   ：第3輝度資料 Iδ   ：第4輝度資料 α    ：第1透射軸絕對角度資料 β    ：第2透射軸絕對角度資料 γ    ：第3透射軸絕對角度資料 δ    ：第4透射軸絕對角度資料 φ    ：參考光與物體光的相位差
依據上述手段5，相較於根據3種輝度資料及偏光器的透射軸絕對角度資料，藉由相移法來進行高度測量的情形，能夠進行更高精度的測量。
手段6.如前述手段1至4中任一項之三維測量裝置，其中當在前述測量位置的高度測量使用3個前述輝度資料及分別與該等對應的3個前述透射軸絕對角度資料時，設前述3個輝度資料分別為Iα、Iβ、Iγ，設前述3個透射軸絕對角度資料分別為α、β、γ，此時，前述測量位置的前述相位差係藉由下式(S2)算出。
Figure 02_image003
式中，Iα：第1輝度資料 Iβ   ：第2輝度資料 Iγ   ：第3輝度資料 α    ：第1透射軸絕對角度資料 β    ：第2透射軸絕對角度資料 γ    ：第3透射軸絕對角度資料 φ    ：參考光與物體光的相位差
依據上述手段6，相較於根據4種輝度資料及偏光器的透射軸絕對角度資料，藉由相移法來進行高度測量的情形，能夠進一步減輕測量所需的時間和工作。
[用以實施發明的形態]
〔第1實施形態〕 以下，針對三維測量裝置的一實施形態，參照圖式進行說明。圖1係顯示本實施形態的三維測量裝置1的概略構成之示意圖，圖2係顯示三維測量裝置1的電性構成之方塊圖。以下，為了說明方便，以圖1圖面的前後方向作為「X軸方向」、以圖面的上下方向作為「Y軸方向」、以圖面的左右方向作為「Z軸方向」來進行說明。
三維測量裝置1乃係根據邁克遜干涉儀(Michelson interferometer)的原理而構成，係具備：兩組投光系統2A、2B(第1投光系統2A、第2投光系統2B)，係能夠輸出特定波長的光；干涉光學系統3，係被射入分別從該些投光系統2A、2B射出的光；兩組攝像系統4A、4B(第1攝像系統4A、第2攝像系統4B)，係能夠對從該干涉光學系統3射出的光進行攝像；及控制裝置5，係進行與投光系統2A、2B和干涉光學系統3、攝像系統4A、4B等有關的各種控制和圖像處理、運算處理等。
此處，「控制裝置5」係構成本實施形態的「圖像處理手段」，「干涉光學系統3」係構成本實施形態的「預定的光學系統(特定光學系統)」。另外，在本實施形態中，係將以令光發生干涉(對干涉光進行攝像)為目的而將射入之預定的光分割成2道光(物體光及參考光)，在讓該2道光產生光路差後重新合成予以輸出之光學系統稱為「干涉光學系統」。亦即，針對沒有令2道光在內部發生干涉就只以合成光輸出的光學系統，亦稱之為「干涉光學系統」。因此，當如本實施形態所述，2道光(測量光及參考光)在沒有發生干涉下以合成光從「干涉光學系統」輸出時，係如後述至少在進行攝像前的階段經預定的干涉手段轉換成干涉光。
首先，針對兩組投光系統2A、2B(第1投光系統2A、第2投光系統2B)的構成，詳細進行說明。第1投光系統2A係具備第1發光部11A、第1光隔離器(isolator)12A、第1無偏光分束器13A等。
雖省略了圖示，但構成照射手段的第1發光部11A係具備下述等元件：雷射(laser)光源，係能夠輸出特定波長λ 1的直線偏光；擴束器(beam expander)，係將從該雷射光源輸出的直線偏光擴束成平行光射出；偏光板，係用於進行強度調整；1/2波長板，係用於調整偏光方向。
在此種構成下，在本實施形態中，係從第1發光部11A朝Z軸方向左方向射出以相對於X軸方向及Y軸方向傾斜45°之方向作為偏光方向的波長λ 1(例如λ 1=1500nm)的直線偏光。後續係將從第1發光部11A射出的波長λ 1的光稱為「第1光」。
第1光隔離器12A乃係僅讓朝一方向(在本實施形態中為Z軸方向左方向)行進的光透射且將相反方向(在本實施形態中為Z軸方向右方向)的光遮斷的光學元件。藉此，便僅讓從第1發光部11A射出的第1光透射，從而能夠防止因返回光造成的第1發光部11A的損傷和不穩定化等。
第1無偏光分束器13A乃係將直角稜鏡(prism)(以等邊直角三角形為底面的三角柱狀的稜鏡。以下相同)貼合而一體化的立方體(cube)型的公知的光學構件，其接合面13Ah係例如施作有金屬膜等塗膜(coating)。
以下相同，無偏光分束器乃係包含偏光狀態在內將入射光以預定的比率分割成透射光與反射光。在本實施形態中係採用具有1:1之分割比的所謂的半鏡(half mirror)。亦即，透射光的P偏光成分及S偏光成分、以及反射光的P偏光成分及S偏光成分，皆以相同的比率分割，並且透射光與反射光的各偏光狀態係與入射光的偏光狀態相同。
另外，在本實施形態中，係將以平行於圖1圖面的方向(Y軸方向或Z軸方向)為偏光方向的直線偏光稱為P偏光(P偏光成分)，將以垂直於圖1圖面的X軸方向為偏光方向的直線偏光稱為S偏光(S偏光成分)。
此外，第1無偏光分束器13A係以夾著其接合面13Ah相鄰的兩面當中的一面與Y軸方向正交且另一面與Z軸方向正交之方式配置。亦即，以第1無偏光分束器13A的接合面13Ah相對於Y軸方向及Z軸方向傾斜45°之方式配置。更詳言之，以令經第1光隔離器12A從第1發光部11A朝Z軸方向左方向射入之第1光的一部分(一半)朝Z軸方向左方向透射、令剩下的部分(一半)朝Y軸方向下方向反射之方式配置。
同上述第1投光系統2A一樣地，第2投光系統2B係具備第2發光部11B、第2光隔離器12B、第2無偏光分束器13B等。
同上述第1發光部11A一樣地，構成照射手段的第2發光部11B係具備下述等元件：雷射光源，係能夠輸出特定波長λ 2的直線偏光；擴束器，係將從該雷射光源輸出的直線偏光擴束成平行光射出；偏光板，係用於進行強度調整；1/2波長板，係用於調整偏光方向。
在此種構成下，在本實施形態中，係從第2發光部11B朝Y軸方向上方向射出以相對於X軸方向及Z軸方向傾斜45°之方向作為偏光方向的波長λ 2(例如λ 2=1503nm)的直線偏光。後續係將從第2發光部11B射出的波長λ 2的光稱為「第2光」。
同第1光隔離器12A一樣地，第2光隔離器12B乃係僅讓朝一方向(在本實施形態中為Y軸方向上方向)行進的光透射且將相反方向(在本實施形態中為Y軸方向下方向)的光遮斷的光學元件。藉此，便僅讓從第2發光部11B射出的第2光透射，從而能夠防止因返回光造成的第2發光部11B的損傷和不穩定化等。
同第1無偏光分束器13A一樣地，第2無偏光分束器13B乃係將直角稜鏡貼合而一體化的立方體型的公知的光學構件，其接合面13Bh係例如施作有金屬膜等塗膜。
此外，第2無偏光分束器13B係以夾著其接合面13Bh相鄰的兩面當中的一面與Y軸方向正交且另一面與Z軸方向正交之方式配置。亦即，以第2無偏光分束器13B的接合面13Bh相對於Y軸方向及Z軸方向傾斜45°之方式配置。更詳言之，以令經第2光隔離器12B從第2發光部11B朝Y軸方向上方向射入之第2光的一部分(一半)朝Y軸方向上方向透射、令剩下的部分(一半)朝Z軸方向右方向反射之方式配置。
接著，針對干涉光學系統3的構成，詳細進行說明。干涉光學系統3係具備偏光分束器(PBS)20、1/4波長板21、22、參考面23、設置部24等。
偏光分束器20乃係將直角稜鏡貼合而一體化的立方體型的公知的光學構件，其接合面(交界面)20h係例如施作有介電質多層膜等塗膜。
偏光分束器20乃係將射入之直線偏光分割成偏光方向彼此正交的兩個偏光成分(P偏光成分與S偏光成分)。本實施形態的偏光分束器20係構成為讓P偏光成分透射且將S偏光成分反射。
偏光分束器20係以夾著其接合面20h相鄰的兩面當中的一面與Y軸方向正交且另一面與Z軸方向正交之方式配置。亦即，以偏光分束器20的接合面20h相對於Y軸方向及Z軸方向傾斜45°之方式配置。
更詳言之，以從上述第1無偏光分束器13A朝Y軸方向下方向反射的第1光所射入之偏光分束器20的第1面(Y軸方向上側面)20a及與該第1面20a相對向的第3面(Y軸方向下側面)20c係與Y軸方向正交之方式配置。
另一方面，以與第1面20a夾著接合面20h相鄰的面即從上述第2無偏光分束器13B朝Z軸方向右方向反射的第2光所射入之偏光分束器20的第2面(Z軸方向左側面)20b，及與該第2面20b相對向的第4面(Z軸方向右側面)20d係與Z軸方向正交之方式配置。
此外，以與偏光分束器20的第3面20c沿Y軸方向相對向之方式配置1/4波長板21，以與該1/4波長板21沿Y軸方向相對向之方式配置參考面23。
1/4波長板21乃係具有將直線偏光轉換成圓偏光且將圓偏光轉換成直線偏光的功能，係構成本實施形態的「第一1/4波長板」。亦即，從偏光分束器20的第3面20c射出的直線偏光(參考光)係在經1/4波長板21而轉換成圓偏光後照射至參考面23。此外，在參考面23反射的參考光係再次經1/4波長板21而從圓偏光轉換成直線偏光後射入偏光分束器20的第3面20c。
另一方面，以與偏光分束器20的第4面20d沿Z軸方向相對向之方式配置1/4波長板22，以與該1/4波長板22沿Z軸方向相對向之方式配置設置部24。
1/4波長板22乃係具有將直線偏光轉換成圓偏光且將圓偏光轉換成直線偏光的功能，係構成本實施形態的「第二1/4波長板」。亦即，從偏光分束器20的第4面20d射出的直線偏光(物體光)係在經1/4波長板22而轉換成圓偏光後照射至設置在設置部24的作為被測量物的工件W。此外，工件W反射的物體光係再次經1/4波長板22而從圓偏光轉換成直線偏光後射入偏光分束器20的第4面20d。
接著，針對兩組攝像系統4A、4B(第1攝像系統4A、第2攝像系統4B)的構成，詳細進行說明。
第1攝像系統4A係具備1/4波長板31A、構成攝像手段的第1攝像機33A等。
1/4波長板31A乃係將朝Z軸方向左方向透射第2無偏光分束器13B而來的直線偏光(第1光的參考光成分及物體光成分)分別轉換成圓偏光之用，係構成本實施形態的「第三1/4波長板」。
本實施形態的第1攝像機33A乃係具備偏光影像感測器70A作為攝像元件的偏光攝像機。
如圖5所示，偏光影像感測器70A係具備：感光元件陣列71，係成為感測器本體部；偏光器陣列72，係設在成為感測器本體部13的感光面側的前面側；及微透鏡(microlens)陣列73，係設在偏光器陣列72的前面側。
感光元件陣列71係具有由複數個感光元件(像素)74排列成二維矩陣狀而成的一般的CCD(Charge Coupled Device；電荷耦合元件)影像感測器等的半導體元件構造。
另外，實際上的感光元件陣列71乃係由大量的像素(例如1280×1024個像素)排列而成，但在圖5、圖6等中係為了謀求說明的簡單化而僅圖示出屬於其一部分的4列4行(針對偏光器陣列72及微透鏡陣列73亦同)。
偏光器陣列72乃係由複數個偏光器75排列成二維矩陣狀而成。各偏光器75係以與感光元件陣列71的各感光元件74一對一對應的方式設置。
偏光器75乃係選擇性地讓如上述轉換成圓偏光的參考光成分及物體光成分透射。藉此，能夠令旋轉方向相異的參考光成分與物體光成分發生干涉。此外，對參考光成分與物體光成分賦予預定的相位差。因此，各偏光器75便構成本實施形態的「相移手段」及「干涉手段」。
偏光器75係由製造時的透射軸的設定角度α、β、γ、δ逐一相差45°的4種偏光器75a、75b、75c、75d所組成。更詳言之，係具備有：以相對於基準線(水平線)的透射軸的設定角度α=「0°」的方式設定(製造)的第1偏光器75a、以透射軸的設定角度β=「45°」的方式設定的第2偏光器75b、以透射軸的設定角度γ=「90°」的方式設定的第3偏光器75c、及以透射軸的設定角度δ=「135°」的方式設定的第4偏光器75d。
藉此，能夠令透射偏光器陣列72的各偏光器75的光的參考光成分及物體光成分以4種相位差發生干涉。亦即，能夠生成參考光及物體光的相位差逐一相差90°的4種干涉光。
就具體的設定而言，係以使透射第1偏光器75a的光的參考光成分的相移量成為「0°」、使透射第2偏光器75b的光的參考光成分的相移量成為「90°」、使透射第3偏光器75c的光的參考光成分的相移量成為「180°」、使透射第4偏光器75d的光的參考光成分的相移量成為「270°」的方式設計。
此外，在偏光器陣列72中，係構成為，將由該些透射軸角度相異的4種偏光器75a、75b、75c、75d以預定順序排成2列2行之矩陣狀而成的特定的偏光器排列樣式(pattern)(參照圖5的粗框部分)反覆配置成矩陣狀。
本實施形態的前述偏光器排列樣式係構成為，從偏光器陣列72的正面觀看時，第1偏光器75a配置在右下、第2偏光器75b配置在右上、第3偏光器75c配置在左上、第4偏光器75d配置在左下。
藉此，不論是在偏光器陣列72的哪個位置抽出排成2列2行之矩陣狀的4個偏光器75，皆一定含有透射軸角度相異的4種偏光器75a、75b、75c、75d各一個。
但因製造誤差，各偏光器75的實際上的透射軸角度(絕對角度)嚴格來說並不會是上述設定角度α=「0°」、β=「45°」、γ=「90°」、δ=「135°」，而是含有微小的誤差。
例如，如圖6所示的例子，透射軸的設定角度同樣為「0°」的第6像素位置的第1偏光器75a的透射軸絕對角度α 6(0°±誤差a 6)、第8像素位置的第1偏光器75a的透射軸絕對角度α 8(0°±誤差a 8)、第14像素位置的第1偏光器75a的透射軸絕對角度α 14(0°±誤差a 14)、第16像素位置的第1偏光器75a的透射軸絕對角度α 16(0°±誤差a 16)，嚴格來說值分別不同。
因此，在本實施形態中，係在進行三維測量前的階段事先進行掌握該些誤差的標定。關於此種標定的詳情，於後文中說明。
微透鏡陣列73乃係由複數個微透鏡76排列成二維矩陣狀而成。微透鏡76乃係令每個像素的聚光效率提升之用，係以與偏光器陣列72的各偏光器75一對一對應的方式設置。
藉此，藉由微透鏡陣列73的各微透鏡76而聚光的光係分別通過相對應的偏光器陣列72的各偏光器75，藉此，對其參考光成分及物體光成分分別賦予預定的相位差，並且，成為干涉光，分別被相對應的感光元件陣列71的各感光元件74所感光。
藉由第1攝像機33A進行攝像而取得的輝度圖像資料係在第1攝像機33A內部轉換成數位信號後以數位信號的形式輸入至控制裝置5(圖像資料記憶裝置54)。
同第1攝像系統4A一樣地，第2攝像系統4B係具備1/4波長板31B、構成攝像手段的第2攝像機33B等。
1/4波長板31B乃係將第1無偏光分束器13A朝Y軸方向上方向透射而來的直線偏光(第2光的參考光成分及物體光成分)分別轉換成圓偏光之用，係構成本實施形態的「第三1/4波長板」。
同第1攝像機33A一樣地，第2攝像機33B乃係具備偏光影像感測器70B作為攝像元件的偏光攝像機。偏光影像感測器70B係與第1攝像機33A的上述偏光影像感測器70A為相同構成，故其詳細說明予以省略。
同第1攝像機33A一樣地，藉由第2攝像機33B進行攝像而取得的輝度圖像資料係在第2攝像機33B內部轉換成數位信號後以數位信號的形式輸入至控制裝置5(圖像資料記憶裝置54)。
此處，針對控制裝置5的電性構成進行說明。如圖2所示，控制裝置5係具備：微電腦(microcomputer)51，係掌管三維測量裝置1整體的控制；作為「輸入手段」的輸入裝置52，係以鍵盤(keyboard)和滑鼠(mouse)、或觸控面板(touch panel)構成；作為「顯示手段」的顯示裝置53，係具有液晶畫面等顯示畫面；圖像資料記憶裝置54，係用於依序記憶藉由攝像機33A、33B進行攝像而取得的輝度圖像資料等；運算結果記憶裝置55，係用於記憶各種運算結果；及設定資料記憶裝置56，係預先記憶有各種資訊。
另外，微電腦51係具備作為運算手段的CPU(Central Processing Unit；中央處理器)51a、記憶各種程式(program)的ROM(Read Only Memory；唯讀記憶體)51b、暫時記憶運算資料和輸出資料等各種資料的RAM(Random Access Memory；隨機存取記憶體)51c等，係與前述各種裝置52至56電性連接。
此處，針對在三維測量開始前進行的攝像機33A、33B(偏光影像感測器70A、70B)的標定進行說明。在本實施形態的標定中係進行：預先掌握基於各感光元件74之特性的感度(增益(gain))的變異之處理、和預先掌握偏光器75的透射軸的絕對角度(透射軸絕對角度資料)之處理等。
首先，針對掌握各感光元件74的感度的變異之處理進行說明。就其步驟而言，首先，使用鹵素燈(halogen lamp)等光源，對攝像機33A、33B(偏光影像感測器70A、70B)照射無偏光且均勻之光，進行攝像。接著，根據藉由該攝像所獲得的輝度圖像資料，求取各像素的輝度資料(光強度資料)的變異，進行補正，將其內容記憶至設定資料記憶裝置56。
接著，針對預先掌握偏光器75的透射軸的絕對角度(透射軸絕對角度資料)之處理，參照圖7、圖8進行說明。
就其程序而言，首先，將能夠旋轉的基準偏光板91配置在第1攝像機33A(第2攝像機33B)前方，令其旋轉軸一致於第1攝像機33A(第2攝像機33B)的光軸J，並且配置能夠對第1攝像機33A(第2攝像機33B)照射無偏光且均勻之光的鹵素燈等光源92。
接著，一邊從光源92照射光一邊令基準偏光板91連續旋轉。在此狀態下，例如，基準偏光板91每旋轉1°，進行藉由第1攝像機33A(第2攝像機33B)進行的攝像，依序記憶所取得的輝度圖像資料。
藉此，例如，當配置在預定之像素位置的第2偏光器75b的透射軸絕對角度β照設定角度為「45°」、沒有誤差時，如圖8所示，該像素位置的輝度資料係描繪出在基準偏光板91的旋轉角度成為45°時所測量的值成為最大值的正弦曲線(sine curve)(參照圖8中的實線的正弦曲線)。
另一方面，當配置在預定之像素位置的第2偏光器75b的透射軸絕對角度β相對於設定角度「45°」稍微偏離時，如圖8所示，該像素位置的輝度資料係描繪出在基準偏光板91的旋轉角度稍微偏離45°的位置(例如旋轉角度45°+3°)所測量的值成為最大值的正弦曲線(參照圖8中的鏈線的正弦曲線)。
此外，將與預定之像素位置的輝度資料成為最大值的基準偏光板91的旋轉角度位置相當的角度記憶至設定資料記憶裝置56作為該像素位置的偏光器75的透射軸的絕對角度(透射軸絕對角度資料)。亦即，設定資料記憶裝置56構成本實施形態的角度資料記憶手段。
如此一來，在本處理中係事先對偏光器陣列72的全部的偏光器75每一者的透射軸絕對角度資料進行實測並予以記憶。
例如，在圖6所例示的偏光器陣列72中，係成為第1像素位置的第3偏光器75c的透射軸絕對角度資料γ 1(設定角度90°±誤差c 1)、第2像素位置的第2偏光器75b的透射軸絕對角度資料β 2(設定角度45°±誤差b 2)、第3像素位置的第3偏光器75c的透射軸絕對角度資料γ 3(設定角度90°±誤差c 3)、第4像素位置的第2偏光器75b的透射軸絕對角度資料β 4(設定角度45°±誤差b 4)、第5像素位置的第4偏光器75d的透射軸絕對角度資料δ 5(設定角度135°±誤差d 5)、第6像素位置的第1偏光器75a的透射軸絕對角度資料α 6(設定角度0°±誤差a 6)、第7像素位置的第4偏光器75d的透射軸絕對角度資料δ 7(設定角度135°±誤差d 7)、第8像素位置的第1偏光器75a的透射軸絕對角度資料α 8(設定角度0°±誤差a 8)、第9像素位置的第3偏光器75c的透射軸絕對角度資料γ 9(設定角度90°±誤差c 9)、第10像素位置的第2偏光器75b的透射軸絕對角度資料β 10(設定角度45°±誤差b 10)、第11像素位置的第3偏光器75c的透射軸絕對角度資料γ 11(設定角度90°±誤差c 11)、第12像素位置的第2偏光器75b的透射軸絕對角度資料β 12(設定角度45°±誤差b 12)、第13像素位置的第4偏光器75d的透射軸絕對角度資料δ 13(設定角度135°±誤差d 13)、第14像素位置的第1偏光器75a的透射軸絕對角度資料α 14(設定角度0°±誤差a 14)、第15像素位置的第4偏光器75d的透射軸絕對角度資料δ 15(設定角度135°±誤差d 15)、第16像素位置的第1偏光器75a的透射軸絕對角度資料α 16(設定角度0°±誤差a 16)，各偏光器75的絕對角度相對於設定角度α=0°、β=45°、γ=90°、δ=135°分別含有預定的誤差。
接著，針對三維測量裝置1的作用進行說明。另外，如後述，本實施形態的第1光及第2光的照射乃係同時進行，第1光的光路與第2光的光路有部分重疊，但此處係為了更容易讓人明白而按第1光及第2光的光路利用不同的圖式個別進行說明。
首先，針對第1光的光路，參照圖3進行說明。如圖3所示，波長λ 1的第1光(偏光方向相對於X軸方向及Y軸方向傾斜45°的直線偏光)從第1發光部11A朝Z軸方向左方向射出。
從第1發光部11A射出的第1光係通過第1光隔離器12A，射入第1無偏光分束器13A。射入第1無偏光分束器13A的第1光的一部分係朝Z軸方向左方向透射，剩下的部分係朝Y軸方向下方向反射。
其中，朝Y軸方向下方向反射的第1光(偏光方向相對於X軸方向及Z軸方向傾斜45°的直線偏光)係射入偏光分束器20的第1面20a。另一方面，朝Z軸方向左方向透射的第1光係成為捨棄光，沒有射入任何光學系統等。
關於從偏光分束器20的第1面20a朝Y軸方向下方向射入之第1光，其P偏光成分係朝Y軸方向下方向透射而從第3面20c射出作為參考光，另一方面，其S偏光成分係朝Z軸方向右方向反射而從第4面20d射出作為物體光。
從偏光分束器20的第3面20c射出的第1光的參考光(P偏光)係在藉由通過1/4波長板21而轉換成右旋的圓偏光轉換後，在參考面23反射。此處，光的相對於行進方向的旋轉方向係維持不變。然後，第1光的參考光係在藉由再次通過1/4波長板21而從右旋的圓偏光轉換成S偏光後重新射入偏光分束器20的第3面20c。
另一方面，從偏光分束器20的第4面20d射出的第1光的物體光(S偏光)係在藉由通過1/4波長板22而轉換成左旋的圓偏光後，在工件W反射。此處，光的相對於行進方向的旋轉方向係維持不變。然後，第1光的物體光係在藉由再次通過1/4波長板22而從左旋的圓偏光轉換成P偏光後重新射入偏光分束器20的第4面20d。
此處，從偏光分束器20的第3面20c重新射入之第1光的參考光(S偏光)係在接合面20h朝Z軸方向左方向反射，另一方面，從第4面20d重新射入之第1光的物體光(P偏光)係在接合面20h朝Z軸方向左方向透射。接著，第1光的參考光及物體光被合成之狀態的合成光係作為輸出光從偏光分束器20的第2面20b射出。
從偏光分束器20的第2面20b射出的第1光的合成光(參考光及物體光)係射入第2無偏光分束器13B。關於朝Z軸方向左方向射入第2無偏光分束器13B的第1光的合成光，其一部分係朝Z軸方向左方向透射，剩下的部分係朝Y軸方向下方向反射。其中，朝Z軸方向左方向透射的合成光(參考光及物體光)係射入第1攝像系統4A。另一方面，朝Y軸方向下方向反射的合成光係被第2光隔離器12B遮斷其行進而成為捨棄光。
射入第1攝像系統4A的第1光的合成光(參考光及物體光)係首先藉由1/4波長板31A而將其參考光成分(S偏光成分)轉換成左旋的圓偏光、將其物體光成分(P偏光成分)轉換成右旋的圓偏光。此處，因左旋的圓偏光與右旋的圓偏光的旋轉方向不同，故不會發生干涉。
第1光的合成光係接著射入第1攝像機33A(偏光影像感測器70A)，藉由通過偏光器陣列72，其參考光成分與物體光成分係在與各種偏光器75a、75b、75c、75d的透射軸角度相應的相位發生干涉。此外，此種第1光的干涉光係藉由第1攝像機33A(感光元件陣列71)進行攝像。
具體而言，在與第1偏光器75a對應的感光元件74，係感光在該第1偏光器75a對參考光成分及物體光成分賦予了約「0°」之相位差的第1光的干涉光。
同樣地，在與第2偏光器75b對應的感光元件74，係感光在該第2偏光器75b對參考光成分及物體光成分賦予了約「90°」之相位差的第1光的干涉光。在與第3偏光器75c對應的感光元件74，係感光在該第3偏光器75c對參考光成分及物體光成分賦予了約「180°」之相位差的第1光的干涉光。在與第4偏光器75d對應的感光元件74，係感光在該第4偏光器75d給參考光成分及物體光成分賦予了約「270°」之相位差的第1光的干涉光。
但嚴格來說，透射各偏光器75的干涉光(參考光成分及物體光成分)係被賦予與該偏光器75的前述絕對角度資料對應的相位差。
接著，針對第2光的光路，參照圖4進行說明。如圖4所示，波長λ 2的第2光(偏光方向相對於X軸方向及Z軸方向傾斜45°的直線偏光)從第2發光部11B朝Y軸方向上方向射出。
從第2發光部11B射出的第2光係通過第2光隔離器12B，射入第2無偏光分束器13B。射入第2無偏光分束器13B的第2光的一部分係朝Y軸方向上方向透射，剩下的部分係朝Z軸方向右方向反射。
其中，朝Z軸方向右方向反射的第2光(偏光方向相對於X軸方向及Y軸方向傾斜45°的直線偏光)係射入偏光分束器20的第2面20b。另一方面，朝Y軸方向上方向透射的第2光係成為捨棄光，沒有射入任何光學系統等。
另外，在第2光的光路中，第2光射入的「偏光分束器20的第2面20b(Z軸方向左側面)」相當於前述手段2的「第1面」。
關於從偏光分束器20的第2面20b朝Z軸方向右方向射入的第2光，其S偏光成分係朝Y軸方向下方向反射而從第3面20c射出作為參考光，另一方面，其P偏光成分係朝Z軸方向右方向透射而從第4面20d射出作為物體光。
從偏光分束器20的第3面20c射出的第2光的參考光(S偏光)係在藉由通過1/4波長板21而轉換成左旋的圓偏光後，在參考面23反射。此處，光的相對於行進方向的旋轉方向係維持不變。然後，第2光的參考光係在藉由再次通過1/4波長板21而從左旋的圓偏光轉換成P偏光後重新射入偏光分束器20的第3面20c。
另一方面，從偏光分束器20的第4面20d射出的第2光的物體光(P偏光)係在藉由通過1/4波長板22而轉換成右旋的圓偏光後，在工件W反射。此處，光的相對於行進方向的旋轉方向係維持不變。然後，第2光的物體光係在藉由再次通過1/4波長板22而從右旋的圓偏光轉換成S偏光後重新射入偏光分束器20的第4面20d。
此處，從偏光分束器20的第3面20c重新射入之第2光的參考光(P偏光)係在接合面20h朝Y軸方向上方向透射，另一方面，從第4面20d重新射入之第2光的物體光(S偏光)係在接合面20h朝Y軸方向上方向反射。接著，第2光的參考光及物體光被合成之狀態的合成光係作為輸出光從偏光分束器20的第1面20a射出。
另外，在第2光的光路中，第2光的參考光及物體光的合成光射出的「偏光分束器20的第1面20a(Y軸方向上側面)」相當於前述手段2的「第2面」。
從偏光分束器20的第1面20a射出的第2光的合成光(參考光及物體光)係射入第1無偏光分束器13A。關於朝Y軸方向上方向射入第1無偏光分束器13A的第2光的合成光，其一部分係朝Y軸方向上方向透射，剩下的部分係朝Z軸方向右方向反射。其中，朝Y軸方向上方向透射的合成光(參考光及物體光)係射入第2攝像系統4B。另一方面，朝Z軸方向右方向反射的合成光係其行進被第1光隔離器12A遮斷而成為捨棄光。
射入第2攝像系統4B的第2光的合成光(參考光及物體光)係首先藉由1/4波長板31B而將其參考光成分(P偏光成分)轉換成右旋的圓偏光、將其物體光成分(S偏光成分)轉換成左旋的圓偏光。此處，因左旋的圓偏光與右旋的圓偏光的旋轉方向不同，故不會發生干涉。
第2光的合成光係接著射入第2攝像機33B(偏光影像感測器70B)，藉由通過偏光器陣列72，其參考光成分與物體光成分係在與各種偏光器75a、75b、75c、75d的透射軸角度相應的相位發生干涉。此外，此種第2光的干涉光係藉由第2攝像機33B(感光元件陣列71)進行攝像。
具體而言，在與第1偏光器75a對應的感光元件74，係感光在該第1偏光器75a對參考光成分及物體光成分賦予了約「0°」之相位差的第2光的干涉光。
同樣地，在與第2偏光器75b對應的感光元件74，係感光在該第2偏光器75b給參考光成分及物體光成分賦予了約「90°」之相位差的第2光的干涉光。在與第3偏光器75c對應的感光元件74，係感光在該第3偏光器75c對參考光成分及物體光成分賦予了約「180°」之相位差的第2光的干涉光。在與第4偏光器75d對應的感光元件74，係感光在該第4偏光器75d對參考光成分及物體光成分賦予了約「270°」之相位差的第2光的干涉光。
但嚴格來說，透射各偏光器75的干涉光(參考光成分及物體光成分)係被賦予與該偏光器75的前述絕對角度資料對應的相位差。
接著，針對控制裝置5所執行的形狀測量處理的程序進行說明。首先，在將工件W設置到設置部24後，從第1投光系統2A照射第1光，同時從第2投光系統2B照射第2光。結果，從干涉光學系統3的偏光分束器20的第2面20b射出第1光的合成光(參考光及物體光)，同時從偏光分束器20的第1面20a射出第2光的合成光(參考光及物體光)。
接著，藉由第1攝像系統4A對從偏光分束器20的第2面20b射出的第1光的合成光進行攝像，同時藉由第2攝像系統4B對從偏光分束器20的第1面20a射出的第2光的合成光進行攝像。
接著，從各攝像機33A、33B分別取得的輝度圖像資料輸出給控制裝置5。控制裝置5係將輸入的輝度圖像資料記憶至圖像資料記憶裝置54。
如上述，在分別以1次的攝像處理而取得的輝度圖像資料(第1光的輝度圖像資料及第2光的輝度圖像資料)，係含有進行三維測量所需的4種輝度資料(相位相異的4種干涉光的強度資料)。
接著，控制裝置5係根據記憶在圖像資料記憶裝置54的第1光的輝度圖像資料及第2光的輝度圖像資料，藉由相移法測量工件W的表面形狀。亦即，進行工件W表面上各測量位置的高度測量。
在本實施形態中係以為2列2行而相鄰接的4個像素的範圍的中央位置作為1個測量位置，從該4個像素的輝度資料算出1個高度資料(相位差)。
例如，從圖6所示的「第1像素位置」、「第2像素位置」、「第5像素位置」及「第6像素位置」的輝度資料，以該些4個像素的範圍的中央位置作為1個測量位置，算出1個高度資料。接著，從「第2像素位置」、「第3像素位置」、「第6像素位置」及「第7像素位置」的輝度資料，以該些4個像素的範圍的中央位置作為1個測量位置，算出1個高度資料。
如上述，依序一邊將測量位置往縱方向和橫方向一次挪移1像素一邊取得各測量位置的高度資料，藉此，能夠針對工件W的表面全域進行高度測量。
此處，針對使用相移法的高度測量的方法進行說明。第1光或第2光的輝度圖像資料的預定之像素位置(座標位置)的輝度係能夠以下式(T1)表示。
Figure 02_image005
式中，I A：輝度資料(干涉光的強度資料) A    ：偏光器的透射軸絕對角度資料 a：物體反射率(0＜a≦1) φ    ：參考光與物體光的相位差
因此，預定之測量位置的2列2行的4個像素的輝度資料係分別能夠以下式(T2)、(T3)、(T4)、(T5)表示。
Figure 02_image007
式中，Iα：第1像素的輝度資料 Iβ   ：第2像素的輝度資料 Iγ   ：第3像素的輝度資料 Iδ   ：第4像素的輝度資料 α ：第1像素的偏光器的透射軸絕對角度資料 β ：第2像素的偏光器的透射軸絕對角度資料 γ ：第3像素的偏光器的透射軸絕對角度資料 δ ：第4像素的偏光器的透射軸絕對角度資料 a：物體反射率(0＜a≦1) φ    ：參考光與物體光的相位差
接著，根據上式(T2)至(T5)，能夠藉由下式(T6)求取干涉光(參考光成分及物體光成分)的相位差φ。
Figure 02_image009
然後，使用該相位差φ，進行相位高度轉換處理等，算出將工件W的表面的凹凸形狀以三維表現的高度資料。如上述而求得的工件W的測量結果(高度資料)係儲存至控制裝置5的運算結果記憶裝置55。
接著，針對雙波長相移法的原理進行說明。當使用波長相異的2種光(波長λ 1、λ 2)進行測量時，係等同於以其合成波長λ 0的光進行測量。此外，其測量範圍(range)會擴大為λ 0/2。合成波長λ 0係能夠以下式(M1)表示。
λ 0=(λ 1×λ 2)/( λ 2-λ 1)　　．．． (M1) 其中，設λ 2＞λ 1。
此處，例如當設λ 1=1500nm、λ 2=1503nm，便從上式(M1)得到λ 0=751.500μm，測量範圍係成為λ 0/2=375.750μm。
藉由雙波長相移法進行的測量的測量程序乃係公知技術(參照例如日本國特許第6271493號公報)，故其詳細說明予以省略。藉由如上述使用波長相異的2種光，能夠擴大測量範圍。
如以上詳述，在本實施形態中，就攝像機33A、33B的攝像元件而言，係使用由透射軸的設定角度逐一相差45°的4種偏光器75a、75b、75c、75d以預定的排列逐一對應各感光元件74進行配置而成的偏光影像感測器70A、70B，藉此，能夠以藉由各攝像機33A、33B進行的1次的攝像，同時取得工件W的預定之測量位置的藉由相移法進行的高度測量所需的複數種輝度資料。就結果而言，能夠謀求構成的簡單化和資料取得時間的縮短等。
此外，在本實施形態中，就藉由相移法進行的參考光及物體光的相位差之算出所使用的偏光器75的透射軸的角度資料而言，並不是使用透射軸的設定角度而是使用事先實測所獲得的實測值即透射軸絕對角度資料，故能夠求取更正確的相位差。就結果而言，能夠謀求測量精度的更進一步提升等。
此外，依據本實施形態，既無需於全部的測量位置使用共通的基準，亦無需調整與相移有關的複數個像素間的相對誤差。此外，亦無需對同一像素準備複數個補正值來按每一次測量位置不同變更補正值。
〔第2實施形態〕 以下，針對第2實施形態，參照圖式進行說明。在本實施形態中，根據藉由攝像處理而取得的輝度圖像資料來算出預定之測量位置的干涉光的相位差φ之程序並不同於第1實施形態的程序。因此，在本實施形態中係針對此種特徵部分詳細進行說明，對於與第1實施形態相同的構成部分係賦予相同的元件符號且省略其詳細說明。
在本實施形態中，當攝像處理結束，藉由各攝像機33A、33B取得了輝度圖像資料(第1光的輝度圖像資料及第2光的輝度圖像資料)，便首先如圖9所示，以該些輝度圖像資料分別作為原始圖像資料G0，從原始圖像資料G0分別製作4種中間圖像資料G1至G4。
具體而言，分別製作從原始圖像資料G0擷取出與第1偏光器75a對應的像素的輝度資料而成的第1中間圖像資料G1、從原始圖像資料G0擷取出與第2偏光器75b對應的像素的輝度資料而成的第2中間圖像資料G2、從原始圖像資料G0擷取出與第3偏光器75c對應的像素的輝度資料而成的第3中間圖像資料G3、及從原始圖像資料G0擷取出與第4偏光器75d對應的像素的輝度資料而成的第4中間圖像資料G4。
接著，對各中間圖像資料G1至G4的資料欠缺部分(圖9中填滿散點圖樣的資料空欄部分)的輝度資料進行內插，製作內插圖像資料G1´至G4´。此種內插處理係相當於本實施形態的輝度資料內插處理。以下，參照圖6、圖9等，針對輝度資料內插處理，具體進行說明。
另外，如圖6所示，例如，針對偏光器陣列72的「第6像素位置(圖6、圖9中以虛線圍起的像素位置)」，係配置第1偏光器75a，並且藉由測量前的標定而已掌握該第1偏光器75a的透射軸絕對角度資料α 6。
此外，如圖9所示，例如，針對原始圖像資料G0的「第6像素位置」，係已取得從第1偏光器75a透射出的干涉光的輝度資料Iα 6。因此，在第1中間圖像資料G1的「第6像素位置」並沒有欠缺輝度資料。另一方面，在其他中間圖像資料G2至G4的「第6像素位置」係欠缺輝度資料。
此外，在輝度資料內插處理中，係不僅針對「第6像素位置」，亦針對如上述欠缺輝度資料的中間圖像資料G1至G4的全部的像素位置(圖9中填滿散點圖樣的資料空欄部分)，根據該資料欠缺部分周圍鄰接存在的既知的輝度資料而藉由線性內插算出內插資料，製作內插圖像資料G1´至G4´。
例如，第2內插圖像資料G2´的「第6像素位置」的輝度資料Iβ 6係採用在原始圖像資料G0(第2中間圖像資料G2)中既知的「第2像素位置」的輝度資料Iβ 2與「第10像素位置」的輝度資料Iβ 10兩個輝度資料的平均值。
第3內插圖像資料G3´的「第6像素位置」的輝度資料Iγ 6係採用在原始圖像資料G0(中間圖像資料G3)中既知的「第1像素位置」的輝度資料Iγ 1、「第3像素位置」的輝度資料Iγ 3、「第9像素位置」的輝度資料Iγ 9與「第11像素位置」的輝度資料Iγ 11四個輝度資料的平均值。
第4內插圖像資料G4´的「第6像素位置」的輝度資料Iδ 6係採用在原始圖像資料G0(中間圖像資料G4)中既知的「第5像素位置」的輝度資料Iδ 5與「第7像素位置」的輝度資料Iδ 7兩個輝度資料的平均值。
接著，以與上述的輝度資料內插處理相同的方法(參照圖9中所示的程序)，進行對上述內插圖像資料G1´至G4´的與各像素位置對應的透射軸絕對角度資料進行內插的角度資料內插處理。
在角度資料內插處理中，係首先以事先實測而記憶在設定資料記憶裝置56的各攝像機33A、33B(偏光影像感測器70A、70B)的全部像素的偏光器75的透射軸絕對角度資料的排列作為原始角度資料陣列F0，從原始角度資料陣列F0分別製作4種中間角度資料陣列F1至F4。
具體而言，分別製作從原始角度資料陣列F0擷取出第1偏光器75a的透射軸絕對角度資料而成的第1中間角度資料陣列F1、從原始角度資料陣列F0擷取出第2偏光器75b的透射軸絕對角度資料而成的第2中間角度資料陣列F2、從原始角度資料陣列F0擷取出第3偏光器75c的透射軸絕對角度資料而成的第3中間角度資料陣列F3、及從原始角度資料陣列F0擷取出第4偏光器75d的透射軸絕對角度資料而成的第4中間角度資料陣列F4。
接著，對各中間角度資料陣列F1至F4的資料欠缺部分的透射軸絕對角度資料進行內插，製作內插角度資料陣列F1´至F4´。以下，針對此種角度資料內插處理，具體進行說明。
另外，如圖6所示，例如，針對偏光器陣列72的配置在「第6像素位置」的第1偏光器75a係藉由測量前的標定而已掌握透射軸絕對角度資料α 6。
因此，在第1中間角度資料陣列F1的「第6像素位置」並沒有欠缺透射軸絕對角度資料。另一方面，在實際上的偏光器陣列72的「第6像素位置」，由於並不存在第2偏光器75b、第3偏光器75c及第4偏光器75d，故在其他中間角度資料陣列F2至F4的「第6像素位置」係欠缺透射軸絕對角度資料。
此外，在角度資料內插處理中，係不僅針對「第6像素位置」，亦針對如上述欠缺透射軸絕對角度資料的中間角度資料陣列F1至F4的全部的像素位置，根據該資料欠缺部分周圍鄰接存在的既知的透射軸絕對角度資料而藉由線性內插算出內插資料，製作內插角度資料陣列F1´至F4´。
例如，第2內插角度資料陣列F2´的「第6像素位置」的透射軸絕對角度資料β 6係採用原始角度資料陣列F0(第2中間角度資料陣列F2)中既知的「第2像素位置」的透射軸絕對角度資料β 2與「第10像素位置」的透射軸絕對角度資料β 10兩個透射軸絕對角度資料的平均值。
第3內插角度資料陣列F3´的「第6像素位置」的透射軸絕對角度資料γ 6係採用原始角度資料陣列F0(第3中間角度資料陣列F3)中既知的「第1像素位置」的透射軸絕對角度資料γ 1、「第3像素位置」的透射軸絕對角度資料γ 3、「第9像素位置」的透射軸絕對角度資料γ 9與「第11像素位置」的透射軸絕對角度資料γ 11四個透射軸絕對角度資料的平均值。
第4內插角度資料陣列F4´的「第6像素位置」的透射軸絕對角度資料δ 6係採用原始角度資料陣列F0(第4中間角度資料陣列F4)中既知的「第5像素位置」的透射軸絕對角度資料δ 5與「第7像素位置」的透射軸絕對角度資料δ 7兩個透射軸絕對角度資料的平均值。
接著，使用如上述製作出的4個內插圖像資料G1´至G4´的各像素位置的輝度資料、及相對應的上述4個內插角度資料陣列F1´至F4´的各像素位置的透射軸絕對角度資料，藉由前式(T6)求取與藉由攝像處理而取得的輝度圖像資料的各像素對應的測量位置的干涉光(參考光成分及物體光成分)的相位差φ。
例如，針對「第6像素位置」係能夠藉由將既知的輝度資料Iα 6及透射軸絕對角度資料α 6、以及藉由上述各種資料內插處理而求得的輝度資料Iβ 6、Iγ 6、Iδ 6及透射軸絕對角度資料β 6、γ 6、δ 6代入前式(T6)而算出相位差φ。
然後，使用該相位差φ進行相位高度轉換處理等，算出將工件W的表面的凹凸形狀以三維表現的高度資料。
如以上詳述，在本實施形態中係可達到與前述第1實施形態相同的作用效果。
此外，在本實施形態中，當以與輝度圖像資料的1個像素對應的預定位置作為測量位置時，能夠抑制發生出現欠缺資料的部分之類的不良情況。此外，藉由進行輝度資料及透射軸絕對角度資料兩者的內插，能夠謀求測量精度的提升。
另外，並不限於前述實施形態的記載內容，例如亦可按如下方式實施。無庸贅言，亦當然能夠有未例示於下的其他應用例、變更例。
(a)在前述各實施形態中，針對工件W的具體例雖未特別言及，但就被測量物而言，例如可舉出印刷在印刷基板的焊膏和形成在晶圓(wafer)基板的焊料凸塊(bump)等。
此外，在前述各實施形態中，亦可構成為將設置工件W的設置部24構成為能夠往與光軸正交的方向變位、將工件W表面分割成複數個測量區域，一邊依序移動各測量區域一邊進行各區域的形狀測量，將整個工件W的形狀測量分成複數次進行。
(b)干涉光學系統(預定的光學系統)的構成並不限於前述各實施形態。例如，在前述各實施形態中就干涉光學系統而言雖係採用邁克遜干涉儀的光學構成，但並不限於此，例如只要為馬赫-曾德爾干涉儀(Mach-zehnder interferometer)和菲左干涉儀(Fizeau interferometer)的光學構成等將入射光分割成參考光與物體光來進行工件W的測量之構成，則亦可採用其他光學構成。
(c)在前述各實施形態中係構成為利用波長相異的2種光來進行工件W的測量，但並不限於此，亦可採用僅利用1種光來進行工件W的測量之構成。例如亦可採用將第2投光系統2B及第2攝像系統4B省略掉之構成。
此外，在將第2投光系統2B及第2攝像系統4B省略掉之構成中，亦可採用利用波長相異的2種光之構成。例如，亦可採用如下構成：令第1波長光與第2波長光在合成的狀態下射入干涉光學系統，將從干涉光學系統射出的干涉光，藉由預定的光學分離手段(二向色鏡(dichroic mirror)等)進行波長分離，獲得第1波長光的干涉光及第2波長光的干涉光，根據對各波長光的干涉光個別進行攝像所獲得的輝度圖像資料來進行工件W的測量。
(d)照射手段的構成並限不於前述投光系統2A、2B的構成。例如前述各實施形態的發光部11A、11B係構成為採用雷射光源，射出雷射光，但並不限於此，亦可採用其他構成。只要構成為能夠至少射出能夠令干涉發生的同調性(coherence)高的光(同調光)即可。
例如，亦可採用將LED(Light-Emitting Diode；發光二極體)光源等不同調(incoherent)光源與僅讓特定的波長透射的帶通濾波器(band-pass filter)和空間濾波器(spatial filter)等組合起來提高同調性而能夠射出同調光之構成。
(e)攝像手段及攝像元件的構成並不限於前述各實施形態。
(e-1)例如在前述各實施形態中，就感光元件陣列71的一例而言係舉出CCD影像感測器，但感光元件陣列71並不限於此，例如亦可為具有CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor；互補式金屬氧化物半導體)影像感測器等半導體元件構造。
(e-2)前述各實施形態的偏光影像感測器70A、70B係構成為具備感光元件陣列71、偏光器陣列72、及微透鏡陣列73，但並不限於此，例如亦可採用省略掉微透鏡陣列73之構成。
(e-3)偏光器陣列72的偏光器75的排列並不限定於前述各實施形態。
例如在前述各實施形態中係構成為透射軸的設定角度α、β、γ、δ逐一相差45°的4種偏光器75a、75b、75c、75d以預定順序配置，但亦可採用以不同於上述的順序配置之構成。
此外，亦可採用透射軸角度相異的3種偏光器以預定順序配置之構成。例如亦可採用透射軸的設定角度α、β、γ逐一相差60°或45°的3種偏光器以預定順序配置之構成。
(e-4)在前述各實施形態中，針對偏光器陣列72的各偏光器75的具體例雖未特別言及，但各偏光器75係只要為具有作為偏光器的功能即可，針對構造並未特別限定。例如亦可採用使用藉由自我複製(self-cloning)技術而形成的光子晶體(photonic crystal)的偏光器、和藉由將細線週期性排列而形成的線柵(wire grid)型的偏光器等。
(f)在前述各實施形態中係構成為，當藉由相移法進行工件W表面上各測量位置的高度測量時，使用該測量位置的4種輝度資料及對應的4種透射軸絕對角度資料來算出該測量位置的干涉光(參考光成分及物體光成分)的相位差φ。
並不限於上述，亦可採用使用預定之測量位置的3種輝度資料及對應的3個透射軸絕對角度資料來算出該測量位置的相位差φ之構成。
例如，在如前述第1實施形態所示在藉由攝像處理而取得的輝度圖像資料中以2列2行的4個像素的範圍的中央位置作為測量位置來進行高度測量的構成中，亦可採用使用當中的3個像素的輝度資料及與該像素對應的3個透射軸絕對角度資料來算出相位差φ之構成。
此處，當是使用與第1偏光器75a(透射軸的設定角度α)對應的像素、與第2偏光器75b(透射軸的設定角度β)對應的像素、及與第3偏光器75c(透射軸的設定角度γ)對應的像素的輝度資料及透射軸絕對角度資料來算出相位差φ時，依前式(T1)，預定之測量位置的3個像素的輝度資料係分別能夠以下式(U1)、(U2)、(U3)表示。
Figure 02_image011
式中，Iα：第1像素的輝度資料 Iβ   ：第2像素的輝度資料 Iγ   ：第3像素的輝度資料 α ：第1像素的偏光器的透射軸絕對角度資料 β ：第2像素的偏光器的透射軸絕對角度資料 γ ：第3像素的偏光器的透射軸絕對角度資料 a ：物體反射率(0＜a≦1) φ    ：參考光與物體光的相位差
接著，根據前式(U1)至(U3)，能夠藉由下式(U4)求取干涉光(參考光成分及物體光成分)的相位差φ。
Figure 02_image013
當然，預定之測量位置的測量所用的3個像素的輝度資料及透射軸絕對角度資料並不限定於上述。
例如，當以為2列2行而相鄰接的4個像素的範圍的中央位置作為測量位置來進行高度測量時，例如亦可採用使用第2偏光器75b(透射軸的設定角度β)的像素的各種資料、第3偏光器75c(透射軸的設定角度γ)的像素的各種資料、第4偏光器75d(透射軸的設定角度δ)的像素的各種資料來算出相位差φ之構成。
同樣地，亦可採用使用第3偏光器75c(透射軸的設定角度γ)的像素的各種資料、第4偏光器75d(透射軸的設定角度δ)的像素的各種資料、第1偏光器75a(透射軸的設定角度α)的像素的各種資料來算出相位差φ之構成。
此外，亦可採用使用第4偏光器75d(透射軸的設定角度δ)的像素的各種資料、第1偏光器75a(透射軸的設定角度α)的像素的各種資料、第2偏光器75b(透射軸的設定角度β)的像素的各種資料來算出相位差φ之構成。
在如上述的構成的情形中，藉由在前式(U1)至(U4)替換所代入的各種資料，同樣能夠算出相位差φ。
另外，前式(U4)並不限於使用於前述第1實施形態，在前述第2實施形態中，當是使用藉由各種資料內插處理而求得的預定之像素位置(測量位置)的4個輝度資料及透射軸絕對角度資料當中的3個輝度資料及透射軸絕對角度資料來算出該像素位置的相位差φ時，亦能夠使用前式(U4)。
當然，在使用只設有透射軸角度相異的3種偏光器的偏光影像感測器來進行三維測量的構成中，亦能夠使用前式(U4)等。
(g)前述第2實施形態的各種資料的內插處理的方法並不限定於前述線性內插，例如亦可採用Bicubic法等其他內插方法。此外，在進行線性內插時，亦可採用排除離平均值最遠的資料之構成。
(h)在前述各實施形態中，係構成為將實測偏光器75的透射軸的絕對角度所獲得的透射軸絕對角度資料原封不動地(例如絕對角度「46°」等)進行記憶，但並不限於此，亦可採用相對於偏光器75的透射軸的設定角度之偏離量(例如設定角度「45°」+誤差「1°」等)的形式進行記憶。
(i)在前述第1實施形態中係構成為根據2列2行的4個像素的輝度資料及透射軸絕對角度資料來算出預定之測量位置的相位差φ，但並不限於此，亦可採用根據排成1行的3個或4個像素的輝度資料及透射軸絕對角度資料來算出預定之測量位置的相位差φ之構成。
1:三維測量裝置 2A:第1投光系統 2B:第2投光系統 3:干涉光學系統 4A:第1攝像系統 4B:第2攝像系統 5:控制裝置 11A:第1發光部 11B:第2發光部 20:偏光分束器 20a:第1面 20b:第2面 20c:第3面 20d:第4面 21,22:1/4波長板 23:參考面 24:設置部 31A:1/4波長板 31B:1/4波長板 33A:第1攝像機 33B:第2攝像機 70A:偏光影像感測器 70B:偏光影像感測器 71:感光元件陣列 72:偏光器陣列 73:微透鏡陣列 74:感光元件 75(75a,75b,75c,75d):偏光器(第1偏光器,第2偏光器,第3偏光器,第4偏光器) W:工件
圖1係三維測量裝置的概略構成圖。 圖2係顯示三維測量裝置的電性構成之方塊圖(block diagram)。 圖3係顯示第1光的光路之光路圖。 圖4係顯示第2光的光路之光路圖。 圖5係偏光影像感測器的概略構成圖。 圖6係供說明偏光器陣列的構成之用的示意圖。 圖7係供說明掌握偏光器的透射軸的絕對角度的標定方法之用的圖。 圖8係在標定時的基準偏光板的旋轉角度及透射偏光器的光的輝度之關係之圖。 圖9係供說明第2實施形態的資料內插處理的步驟之用的圖。 圖10係將透射軸的設定角度相異的4個偏光器以預定的排列進行配置而成的偏光影像感測器的一部分放大顯示之示意圖。
1:三維測量裝置
2A:第1投光系統
2B:第2投光系統
3:干涉光學系統
4A:第1攝像系統
4B:第2攝像系統
5:控制裝置
11A:第1發光部
11B:第2發光部
13A:第1無偏光分束器
13B:第2無偏光分束器
13Ah,13Bh:接合面
20:偏光分束器
20a:第1面
20b:第2面
20c:第3面
20d:第4面
20h:接合面(交界面)
21,22:1/4波長板
23:參考面
24:設置部
31A:1/4波長板
31B:1/4波長板
33A:第1攝像機
33B:第2攝像機
70A:偏光影像感測器
70B:偏光影像感測器
W:工件

Claims (8)

  1. 一種三維測量裝置，係具備： 預定的光學系統，係將射入之預定的光分割成2道光，將其中一道光作為物體光照射至被測量物且將另一道光作為參考光照射至參考面，並且能夠將該2道光重新合成予以射出； 照射手段，係能夠射出要對前述預定的光學系統射入之預定的光； 攝像手段，係具有由複數個感光元件組成且透射軸的設定角度相異的複數種偏光器以預定的排列逐一對應前述各感光元件進行配置而成的攝像元件，能夠對從前述預定的光學系統射出的光進行攝像； 角度資料記憶手段，係記憶事先對前述攝像元件的各感光元件的前述偏光器的透射軸的絕對角度進行實測所獲得的透射軸絕對角度資料；及 圖像處理手段，係根據藉由前述攝像手段而取得的輝度圖像資料的各像素的輝度資料、及與該像素對應的前述攝像元件的感光元件的前述偏光器的透射軸絕對角度資料，藉由相移法，算出前述被測量物的預定之測量位置的前述參考光及前述物體光的相位差，而能夠執行該測量位置的高度測量。
  2. 如請求項1之三維測量裝置，其中，當以前述輝度圖像資料的複數個像素的預定位置作為前述測量位置時，前述圖像處理手段係根據前述複數個像素當中的一部分或全部的像素的輝度資料、及與該一部分或全部的像素分別對應的前述偏光器的透射軸絕對角度資料，執行前述測量位置的高度測量。
  3. 如請求項1之三維測量裝置，其中，當以與前述輝度圖像資料的1個像素對應的預定位置作為前述測量位置時，前述圖像處理手段係進行： 輝度資料內插處理，係對前述測量位置的高度測量所需的複數個輝度資料當中除了藉由前述攝像手段而取得的前述1個像素的輝度資料以外的其他輝度資料進行內插；及 角度資料內插處理，係對前述測量位置的高度測量所需的複數個透射軸絕對角度資料當中除了記憶在前述角度資料記憶手段的前述1個像素的透射軸絕對角度資料以外的其他透射軸絕對角度資料進行內插； 根據含有被內插的前述輝度資料及透射軸絕對角度資料的前述測量位置的前述複數個輝度資料及透射軸絕對角度資料，執行前述測量位置的高度測量。
  4. 一種三維測量裝置，係具備： 偏光分束器，係將射入之預定的光分割成偏光方向彼此正交的2道偏光，將該分割出的其中一道偏光作為物體光照射至被測量物且將另一道偏光作為參考光照射至參考面，並且能夠將該2道偏光重新合成予以射出； 照射手段，係能夠射出要對前述偏光分束器的第1面射入之預定的光； 攝像手段，係具有由複數個感光元件組成且透射軸的設定角度相異的複數種偏光器以預定的排列逐一對應前述各感光元件進行配置而成的攝像元件，能夠對從前述偏光分束器的第2面射出的光進行攝像； 第一1/4波長板，係配置在前述參考光射入射出的前述偏光分束器的第3面與前述參考面之間； 第二1/4波長板，係配置在前述物體光射入射出的前述偏光分束器的第4面與前述被測量物之間； 第三1/4波長板，係配置在前述偏光分束器的第2面與前述攝像手段之間； 角度資料記憶手段，係記憶事先對前述攝像元件的各感光元件的前述偏光器的透射軸的絕對角度進行實測所獲得的透射軸絕對角度資料；及 圖像處理手段，係根據藉由前述攝像手段而取得的輝度圖像資料的各像素的輝度資料、及與該像素對應的前述攝像元件的感光元件的前述偏光器的透射軸絕對角度資料，藉由相移法，算出前述被測量物的預定之測量位置的前述參考光及前述物體光的相位差，而能夠執行該測量位置的高度測量。
  5. 如請求項4之三維測量裝置，其中，當以前述輝度圖像資料的複數個像素的預定位置作為前述測量位置時，前述圖像處理手段係根據前述複數個像素當中的一部分或全部的像素的輝度資料、及與該一部分或全部的像素分別對應的前述偏光器的透射軸絕對角度資料，執行前述測量位置的高度測量。
  6. 如請求項4之三維測量裝置，其中，當以與前述輝度圖像資料的1個像素對應的預定位置作為前述測量位置時，前述圖像處理手段係進行： 輝度資料內插處理，係對前述測量位置的高度測量所需的複數個輝度資料當中除了藉由前述攝像手段而取得的前述1個像素的輝度資料以外的其他輝度資料進行內插；及 角度資料內插處理，係對前述測量位置的高度測量所需的複數個透射軸絕對角度資料當中除了記憶在前述角度資料記憶手段的前述1個像素的透射軸絕對角度資料以外的其他透射軸絕對角度資料進行內插； 根據含有被內插的前述輝度資料及透射軸絕對角度資料的前述測量位置的前述複數個輝度資料及透射軸絕對角度資料，執行前述測量位置的高度測量。
  7. 如請求項1至6中任一項之三維測量裝置，其中當在前述測量位置的高度測量使用4個前述輝度資料及分別與該等對應的4個前述透射軸絕對角度資料時，設前述4個輝度資料分別為Iα、Iβ、Iγ、Iδ，設前述4個透射軸絕對角度資料分別為α、β、γ、δ，此時，前述測量位置的前述相位差係藉由下式(S1)算出
    Figure 03_image015
    式中，Iα：第1輝度資料 Iβ   ：第2輝度資料 Iγ   ：第3輝度資料 Iδ   ：第4輝度資料 α ：第1透射軸絕對角度資料 β ：第2透射軸絕對角度資料 γ ：第3透射軸絕對角度資料 δ ：第4透射軸絕對角度資料 φ    ：參考光與物體光的相位差。
  8. 如請求項1至6中任一項之三維測量裝置，其中當在前述測量位置的高度測量使用3個前述輝度資料及分別與該等對應的3個前述透射軸絕對角度資料時，設前述3個輝度資料分別為Iα、Iβ、Iγ，設前述3個透射軸絕對角度資料分別為α、β、γ，此時，前述測量位置的前述相位差係藉由下式(S2)算出
    Figure 03_image017
    式中，Iα：第1輝度資料 Iβ   ：第2輝度資料 Iγ   ：第3輝度資料 α ：第1透射軸絕對角度資料 β ：第2透射軸絕對角度資料 γ ：第3透射軸絕對角度資料 φ    ：參考光與物體光的相位差。
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