TWI630367B - Three-dimensional measuring device - Google Patents

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Abstract

提供一種利用波長不同的光，可達成測量範圍的擴大，並達成測量效率的提升之三維測量裝置。
三維測量裝置1具備有：偏光分光器20，將射入之預定的光分割成偏光方向彼此正交的兩道偏光，將其中一道偏光作為測量光照射到工件W，將另一道光作為參考光照射到參考面23，並且將該等光再度合成並射出；第1投光系統2A，令第1光射入該偏光分光器20的第1面20a；第2投光系統2B，令第2光射入偏光分光器20的第2面20b；第1攝像系統4A，可拍攝從偏光分光器20的第1面20a射出之上述第1光；及第2攝像系統4B，可拍攝從偏光分光器20的第2面20b射出之上述第2光。

Description

三維測量裝置
本發明係有關測量被測量物形狀的三維測量裝置。
自昔以來，就測量被測量物形狀的三維測量裝置而言，已知有利用干涉儀的三維測量裝置。
在該種三維測量裝置中，測量光的波長(例如1500nm)的一半(例如750nm)為所能夠測量的測量範圍(range)(動態範圍(dynamic range))。
因此，假若被測量物上存在測量光的波長的一半以上之高低差，會有測量範圍不夠，無法恰當地測量被測量物形狀之虞。相對地，當將測量光的波長變長時，會有解析度變粗，測量精度劣化之虞。
有鑒於此，近年來，為了解決測量範圍不夠，有人提出利用波長相異的2種光來進行測量的三維測量裝置(參照例如下述之專利文獻1)。
在該種三維測量裝置中，係令第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(偏光分光器(polarization beam splitter)等)，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(二向分光鏡 (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。接著，根據對各波長光的干涉光個別進行攝像而得的干涉條紋圖像，進行被測量物的形狀測量。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2010-164389號公報
要利用波長相異的2種光將三維測量的測量範圍進一步擴大，係只要將2種光的波長差更進一步縮小即可。2種光的波長愈接近，愈能夠將測量範圍加以擴大。
然而，2種光的波長愈接近，愈難以將2種光的波長適當地分離。
換言之，當欲以波長差小的2種光進行三維測量時，第1波長光的干涉光的攝像與第2波長光的干涉光的攝像必須分別在相異時序(timing)進行，有測量效率降低之虞。
在例如利用相移法(phase shift)的三維測量中，令相位以4個階段變化時係必須取得4種圖像資料(data)，故在使用2種光的情形中，分別在相異時序而各需4次的攝像時間，共計需8次的攝像時間。
本發明乃係鑒於上述情事等而研創，目的在 於提供能夠利用波長相異的光，謀求測量範圍的擴大並且謀求測量效率的提升之三維測量裝置。
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，於對應的手段附註其特有的作用效果。
手段1.一種三維測量裝置，其特徵為具備：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兩道光，可將其中一道光作為測量光照射至被測量物且可將另一道光作為參考光照射至參考面，並且可將該等光再度合成並射出；第1照射手段，可射出包含預定偏光的第1光，該第1光會被射入上述預定的光學系統的第1輸入輸出部；第2照射手段，可射出包含預定偏光的第2光，該第2光會被射入上述預定的光學系統的第2輸入輸出部；第1攝像手段，藉由對上述預定的光學系統的上述第1輸入輸出部射入上述第1光，可射入從該第1輸入輸出部(與射入的第1光同軸)射出之上述第1光的輸出光；第2攝像手段，藉由對上述預定的光學系統的上述第2輸入輸出部射入上述第2光，可射入從該第2輸入輸出部(與射入的第2光同軸)射出之上述第2光的輸出光；及圖像處理手段，可根據藉由上述第1攝像手段及上述第2攝像手段進行攝像而取得的干涉條紋圖像，執行上述被測量物的三維測量。
此外，從「預定的光學系統(特定光學系統) 」輸出之「第1光的輸出光」係包含「第1光的參考光及測量光之合成光，或使該合成光干涉之干涉光」，「第2光的輸出光」係包含「第2光的參考光及測量光之合成光、或使該合成光干涉之干涉光」。以下亦同。
亦即，「預定的光學系統」不僅包含「使參考光及測量光於內部干涉後，以干涉光的形式輸出之光學系統」，亦包含「沒有使參考光及測量光於內部干涉，而是單純以合成光的形式輸出之光學系統」。惟，在從「預定的光學系統」輸出的「輸出光」為「合成光」的情況下，為了拍攝「干涉條紋圖像」，至少在以「攝像手段」攝像的前階段，經由預定的干涉手段獲得「干涉光」。
因此，為了產生光的干涉(拍攝干涉條紋圖像)，將射入之預定的光分割成兩道光，可將其中一道光作為測量光照射到被測量物且可將另一道光作為參考光照射到參考面，並且可將該等光再度合成並射出之光學系統，係可稱為「干涉光學系統」。因此，在上述手段1中(在以下的各手段中亦同)，亦可將「預定的光學系統(特定光學系統)」改稱為「干涉光學系統」。
根據上述手段1，將「第1光」及「第2光」分別從預定的光學系統之相異位置(「第1輸入輸出部」及「第2輸入輸出部」)射入，藉此「第1光」及「第2光」在沒有彼此干涉下，個別地從預定的光學系統之相異位置(「第1輸入輸出部」及「第2輸入輸出部」)分別射出。亦即，不需要使用預定的分離手段將從預定的光學系 統射出之光分離成「第1光」與「第2光」。
藉此，就「第1光」所含的偏光、與「第2光」所含的偏光而言，可使用波長接近的2種偏光。結果，可利用波長接近的2種偏光，進一步擴大三維測量的測量範圍。
此外，在以下的手段中亦相同，從「第1照射手段」射出的「第1光」係只要為至少含有「預定偏光」的光即可，然後，亦可為含有於「預定的光學系統」中被去除(cut)的其他多餘成分的光(例如「無偏光」或「圓偏光」)。
同樣地，從「第2照射手段」射出的「第2光」係只要為至少含有「預定偏光」的光即可，然後，亦可為含有於「預定的光學系統」中被去除之其他多餘成分的光(例如「無偏光」或「圓偏光」)。
再者，根據本手段，由於可同時進行第1光之輸出光的攝像、與第2光之輸出光的攝像，故可縮短總體的攝像時間，從而可謀求測量效率的提升。
此外，當使用複數種光時，雖然亦可考慮使用複數個干涉光學系統(干涉儀模組)來測量被測量物之構成，但在此構成中，作為基準的參考面係依各干涉光學系統而異，讓參考光與測量光產生光路差的光路區間在複數道光中會不相同，故有測量精度降低之虞。又，難以令複數個干涉光學系統的光路長正確一致，其調整作業亦會成為非常困難的作業。
關於這點，本手段係構成為對具備一個作為 基準的參考面之一個干涉光學系統(預定的光學系統)使用兩道光，故讓參考光與測量光產生光路差的光路區間在兩道光中會不相同。結果，可防止因具備複數個干涉光學系統而產生的各種弊病。
此外，本手段中，係構成為射入預定的光學系統的第1輸入輸出部之第1光的輸出光係從同一位置的第1輸入輸出部被輸出，射入第2輸入輸出部射入之第2光的輸出光係從同一位置的第2輸入輸出部被輸出。
藉由設成此構成，在干涉光學系統(預定的光學系統)的內部，沒有必要設置用以改變偏光的偏光方向之手段(1/4波長板等)，故可謀求構成的簡化。
手段2.如手段1之三維測量裝置，其中上述預定的光學系統係將射入之預定的光分割成偏光方向彼此正交的兩道偏光，將其中一道偏光作為上述測量光照射到上述被測量物且將另一道偏光作為上述參考光照射到上述參考面，並且將該等光再度合成並射出之光學系統，且係可將從上述第1輸入輸出部射入的上述第1光分割成由具有第1偏光方向的偏光(例如P偏光)所構成的上述參考光、與由具有第2偏光方向的偏光(例如S偏光)所構成的上述測量光，且可將從上述第2輸入輸出部射入的上述第2光分割成由具有上述第2偏光方向的偏光所構成的上述參考光、與由具有上述第1偏光方向的偏光所構成的上述測量光之光學系統。
根據上述手段2，藉由將「第1光」及「第2光」分別從預定的光學系統的相異位置(「第1輸入輸出部」及「第2輸入輸出部」)射入，「第1光」的參考光及測量光、與「第2光」的參考光及測量光分別被分割成相異的偏光成分(P偏光或S偏光)，故射入預定的光學系統之「第1光」及「第2光」便在沒有相互干涉的情況下，個別地從預定的光學系統的相異位置(「第1輸入輸出部」及「第2輸入輸出部」)分別射出。結果，可更確實地發揮上述手段1的作用效果。
手段3.一種三維測量裝置，其特徵為具備：偏光分光器，具有將射入的預定的光分割成偏光方向彼此正交的兩道偏光之交界面，將該所分割的一道偏光作為測量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，並可將該等光再度合成而予以射出；第1照射手段，可射出含有預定偏光的第1光，該第1光係被射入夾著上述交界面相鄰的上述偏光分光器的第1面及第2面當中會成為第1輸入輸出部的上述第1面；第2照射手段，可射出含有預定偏光的第2光，該第2光係被射入會成為上述偏光分光器的第2輸入輸出部之上述第2面；第1攝像手段，可射入藉由將上述第1光射入上述偏光分光器的上述第1面而從該第1面(與射入的第1光同軸)射出之上述第1光的輸出光；第2攝像手段，可射入藉由將上述第2光射入上述偏光分光器的上述第2面而從該第2面(與射入的第2光同軸 )射出之上述第2光的輸出光；及圖像處理手段，可根據藉由上述第1攝像手段及上述第2攝像手段進行攝像而取得的干涉條紋圖像，執行上述被測量物的三維測量。
此外，「偏光分光器」係具有在其交界面讓具有第1偏光方向的偏光(例如P偏光)透射，將具有第2偏光方向的偏光(例如S偏光)反射之功能。因此，從偏光分光器的第1面射入的第1光，被分割成例如由具有第1偏光方向的偏光(例如P偏光)所構成的參考光、與由具有第2偏光方向的偏光(例如S偏光)所構成的測量光，從偏光分光器的第2面射入的第2光，被分割成例如由具有第2偏光方向的偏光(例如S偏光)所構成的參考光、與由具有第1偏光方向的偏光(例如P偏光)所構成的測量光。
亦即，將「第1光」與「第2光」分別從偏光分光器的相異位置(「第1面」及「第2面」)射入，藉此「第1光」的參考光及測量光與「第2光」的參考光及測量光被分割成相異的偏光成分(P偏光或S偏光)，故「第1光」與「第2光」便在沒有相互干涉的情況下，個別地從偏光分光器的相異位置(「第1面」及「第2面」)射出。
因此，根據上述手段3，可利用根據邁克遜干涉儀的原理之比較簡單的構成，實現上述手段1等之構成。
手段4.如手段1至3中任一手段之三維測量裝置，其具備：第1導光手段，使從上述第1照射手段射出之第1光的 至少一部分朝上述第1輸入輸出部射入，並使從上述第1輸入輸出部射出之上述第1光的輸出光的至少一部分朝上述第1攝像手段射入；及第2導光手段，使從上述第2照射手段射出之第2光的至少一部分朝上述第2輸入輸出部射入，並使從上述第2輸入輸出部射出之第2光的輸出光的至少一部分朝上述第2攝像手段射入。
根據上述手段4，可以比較簡單的構成，實現上述手段1等的構成。
例如，可列舉：「具備：第1無偏光分光器(半鏡等)，使從上述第1照射手段射出之第1光的一部分透射且使剩餘部分反射，使該第1光的透射光或反射光朝上述第1輸入輸出部射入，並且使從上述第1輸入輸出部射出之第1光的輸出光的一部分透射且使剩餘的部分反射，使該第1光之輸出光的透射光或反射光朝上述第1攝像手段射入；及第2無偏光分光器(半鏡等)，使從上述第2照射手段射出之第2光的一部分透射且使剩餘部分反射，使該第2光的透射光或反射光朝上述第2輸入輸出部射入，並且使從上述第2輸入輸出部射出之第2光的輸出光的一部分透射且使剩餘的部分反射，使該第2光之輸出光的透射光或反射光朝上述第2攝像手段射入」之構成作為一例。
手段5.如手段4之三維測量裝置，其中上述照射手段係具備有僅讓從本身所具有之預定的發光部射出之一方向的光透射且將相反方向的光遮斷之光隔離器。
作為上述手段4的導光手段，例如在具備無偏光分光器的情況中，當該無偏光分光器令從輸入輸出部射出之光的一部分透射且令剩下的部分反射，且令該光的透射光或反射光的其中一道光朝攝像手段射入時，沒有射入該攝像手段的另一道光會朝向照射手段。假使該光射入發光部(光源等)時，會有發光部損傷或動作變不穩定之虞。
相對地，根據本手段5，藉由具備光隔離器，可防止發光部的損傷或不穩定化等。
手段6.如手段1至5中任一手段之三維測量裝置，其中上述第1照射手段係具備：可射出包含第1波長(例如491nm)的偏光之第1波長光之第1波長光射出部、及/或可射出包含第2波長(例如540nm)的偏光之第2波長光之第2波長光射出部，且構成為可射出包含上述第1波長的偏光、及/或上述第2波長的偏光之上述第1光；上述第2照射手段係具備：可射出包含第3波長(例如488nm)的偏光的第3波長光之第3波長光射出部、及/或可射出包含第4波長(例如532nm)的偏光的第4波長光之第4波長光射出部，且構成為可射出包含上述第3波長的偏光、及/或包含上述第4波長的偏光之上述第2光；上述第1攝像手段係具備：第1波長光攝像部，當包含上述第1波長的偏光之上 述第1光射入上述第1輸入輸出部時，可對從上述第1輸入輸出部射出之上述第1光的輸出光所含之上述第1波長的偏光的輸出光進行攝像；及/或第2波長光攝像部，當包含上述第2波長的偏光之上述第1光射入上述第1輸入輸出部時，可對從上述第1輸入輸出部射出之上述第1光的輸出光所含之上述第2波長的偏光的輸出光進行攝像；上述第2攝像手段具備：第3波長光攝像部，當包含上述第3波長的偏光之上述第2光射入上述第2輸入輸出部時，可對從上述第2輸入輸出部射出之上述第2光的輸出光所含之上述第3波長的偏光的輸出光進行攝像；及/或第4波長光攝像部，當包含上述第4波長的偏光之上述第2光射入上述第2輸入輸出部時，可對從上述第2輸入輸出部射出之上述第2光的輸出光所含之上述第4波長的偏光的輸出光進行攝像。
此外，包含於「第1光的輸出光」之「第1波長的偏光之輸出光」係含有「第1波長的偏光之參考光及測量光的合成光、或使該合成光干涉之干涉光」，「第2波長的偏光之輸出光」係含有「第2波長的偏光之參考光及測量光的合成光、或使該合成光干涉的干涉光」。
同樣地，包含於「第2光的輸出光」之「關於第3波長的偏光的輸出光」係含有「關於第3波長的偏光之參考光及測量光的合成光、或使該合成光干涉之干涉光」，「關於第4波長的偏光的輸出光」係含有「關於第 4波長的偏光之參考光及測量光的合成光、或使該合成光干涉的干涉光」。
又，從「第1波長光射出部」射出的「第1波長光」係只要為至少含有「第1波長的偏光」的光即可，亦可為含有其他多餘成分的光，從「第2波長光射出部」射出的「第2波長光」係只要為至少含有「第2波長的偏光」的光即可，亦可為含有其他多餘成分的光。
同樣地，從「第3波長光射出部」射出之「第3波長光」係只要為至少含有「第3波長的偏光」的光即可，亦可為含有其他多餘成分的光，從「第4波長光射出部」射出的「第4波長光」係只要為至少含有「第4波長的偏光」的光即可，亦可為含有其他多餘成分的光。
根據上述手段6，藉由將「第1光(「第1波長的偏光」及/或「第2波長的偏光」)」與「第2光(「第3波長的偏光」及/或「第4波長的偏光」)」分別從預定的光學系統(偏光分光器等)之不同位置(「第1輸入輸出部」及「第2輸入輸出部」)射入，「第1光」及「第2光」便在不會相互干涉的情況下，個別地從預定的光學系統(偏光分光器等)的不同位置(「第1輸入輸出部」及「第2輸入輸出部」)分別射出。
藉此，就「第1光」所含的偏光(「第1波長的偏光」及/或「第2波長的偏光」)與「第2光」所含的偏光(「第3波長的偏光」及/或「第4波長的偏光」)而言，可使用波長接近的兩種偏光。結果，可利用波長接近的兩種偏光，將三維測量的測量範圍進一步擴大。尤其， 在本手段中，由於最多可利用4種波長不同的光，故也可將測量範圍飛躍性地擴大。
又，可將「第1光的輸出光(「第1波長的偏光之輸出光」及/或「第2波長的偏光之輸出光」)」的攝像、與「第2光的輸出光(「第3波長的偏光之輸出光」及/或「第4波長的偏光之輸出光」)」的攝像個別且同時進行。結果，可縮短總體的攝像時間，可謀求測量效率的提升。尤其，在本手段中，由於最多可將4種偏光的輸出光個別且同時地攝像，故也可使測量效率等飛躍性地提升。
再者，根據本手段，例如可將使用「第1波長的偏光」及「第3波長的偏光」兩種偏光進行的測量、與使用「第2波長的偏光」及「第4波長的偏光」兩種偏光進行的測量，因應被測量物的種類進行切換。亦即，根據本手段，可一邊使用波長接近的兩種偏光達成測量範圍的擴大，一邊因應被測量物的種類切換光的種類(波長)。結果，可達成便利性或泛用性的提升。
例如對於不適合紅色系光之晶圓基板等的被測量物，可進行使用「第1波長的偏光」及「第3波長的偏光」兩種偏光(例如491nm和488nm之藍色系的兩道光)進行的測量，另一方面，對於不適合藍色系光之銅等的被測量物，可進行使用「第2波長的偏光」及「第4波長的偏光」兩種偏光(例如540nm和532nm之綠色系的兩道光)進行的測量。當然，各偏光的波長並不限定於上述例示，亦可採用其他波長的偏光。
手段7.如手段6之三維測量裝置，其中上述第1照射手段係具備：第1合成手段，可將從上述第1波長光射出部射出之上述第1波長光、及從上述第2波長光射出部射出之上述第2波長光合成作為上述第1光；上述第2照射手段係具備：第2合成手段，可將從上述第3波長光射出部射出之上述第3波長光、及從上述第4波長光射出部射出之上述第4波長光合成作為上述第2光；上述第1攝像手段係具備：第1分離手段，係當含有上述第1波長的偏光及上述第2波長的偏光之上述第1光從上述第1照射手段射出時，可將從上述第1輸入輸出部射出之上述第1光的輸出光分離成上述第1波長的偏光的輸出光、及上述第2波長的偏光的輸出光；上述第2攝像手段係具備：第2分離手段，係當含有上述第3波長的偏光及上述第4波長的偏光之上述第2光從上述第2照射手段射出時，可將從上述第2輸入輸出部射出之上述第2光的輸出光分離成上述第3波長的偏光的輸出光、及上述第4波長的偏光的輸出光。
根據上述手段7，令第1波長光與第2波長光在合成的狀態下射入預定的光學系統(偏光分光器等)，將從預定的光學系統射出的輸出光藉由分離手段(二向分光鏡等)進行波長分離，而可獲得第1波長的偏光之輸出光、及第2波長的偏光之輸出光。
同樣地，令第3波長光與第4波長光在合成的狀態下射入預定的光學系統(偏光分光器等)，並將由此射出的輸出光藉由分離手段(二向分光鏡等)進行波長分 離，而可獲得第3波長的偏光的輸出光、與第4波長的偏光的輸出光。
結果，由於可使用與習知技術相同的干涉光學系統(預定的光學系統)，故可謀求構成的簡化。再者，根據本手段，由於最多可同時利用4種光，故可謀求測量範圍的進一步擴大，並可謀求測量效率的進一步提升。
因此，在藉由第1合成手段合成「第1波長的偏光」與「第2波長的偏光」之情況，「第1光」所含的「第1波長的偏光」與「第2波長的偏光」較佳為波長相差至能夠以第1分離手段(二向分光鏡等)分離之程度的偏光。同樣地，在藉由第2合成手段合成「第3波長的偏光」與「第4波長的偏光」之情況，「第2光」所含的「第3波長的偏光」與「第4波長的偏光」較佳為波長相差至能夠以第2分離手段(二向分光鏡等)分離之程度的偏光較佳。
手段8.如手段1至7中任一手段之三維測量裝置，其中在將上述被測量物設為與上述參考面同一平面的情況下，射入上述第1輸入輸出部之上述第1光所含的偏光(例如「第1波長的偏光」及/或「第2波長的偏光」)的偏光方向、與從該第1輸入輸出部射出之上述第1光的輸出光所含的偏光(例如「第1波長的偏光」及/或「第2波長的偏光」)的偏光方向係成為相同，且射入上述第2輸入輸出部之上述第2光所含的偏光(例如「第3波長的偏光」及/或「第4波長的偏光」)的偏光方向、與從該第2 輸入輸出部射出之上述第2光的輸出光所含的偏光(例如「第3波長的偏光」及/或「第4波長的偏光」)的偏光方向係成為相同。
根據上述手段8，可更確實地發揮上述手段1等的作用效果。
手段9.如手段1至8中任一手段之三維測量裝置，其中在令將上述第1光射入上述第1輸入輸出部的射入方向與將上述第2光射入上述第2輸入輸出部的射入方向在含有該兩射入方向的平面上一致的情況下，上述第1光所含的偏光(例如「第1波長的偏光」及/或「第2波長的偏光」)的偏光方向與上述第2光所含的偏光(例如「第3波長的偏光」及/或「第4波長的偏光」)的偏光方向相差90°。
根據上述手段9，可更確實地發揮上述手段1等的作用效果。
手段10.如手段1至9中任一手段之三維測量裝置，其中(例如朝向被測量物或參考面)在同一軸線上朝同一方向的上述第1光所含的偏光(例如「第1波長的偏光」及/或「第2波長的偏光」)或其測量光或參考光的偏光方向、與上述第2光所含的偏光(例如「第3波長的偏光」及/或「第4波長的偏光」)或其測量光或參考光的偏光方向相差90°。
手段11.如手段1至10中任一手段之三維測量裝置，其中具備對上述參考光與上述測量光之間賦予相對的相位差之相移手段， 上述圖像處理手段係構成為可根據對藉由上述相移手段而相移成複數種(例如三種或四種)的上述輸出光進行攝像而取得的複數種干涉條紋圖像，藉由相移法執行上述被測量物的三維測量。
在利用相移法之習知的三維測量裝置中，必須令相位以4個階段或3個階段變化，並拍攝與該等對應之4種或3種干涉條紋圖像。因此，為了提升測量範圍，在使用波長差小的2種光之情況，分別在相異的時序各需4次(或各3次)，共計需8次(或共計6次)的攝像時間。
相對地，根據本手段11，由於可同時進行第1光的輸出光之攝像、與第2光的輸出光之攝像，故能夠以共計4次(或共計3次)的攝像時間，取得關於2種光之共計8種(或6種)的干涉條紋圖像。結果，可縮短總體的攝像時間，而可達成測量效率的提升。
尤其，在上述手段6的構成下，可個別且同時地進行第1光的輸出光所含之「第1波長的偏光的輸出光」及/或「第2波長的偏光的輸出光」的攝像、與第2光的輸出光所含之「第3波長的偏光的輸出光」及/或「第4波長的偏光的輸出光」的攝像，故可以例如共計4次的攝像時間，取得最多4種光之共計16種(4×4種)的干涉條紋圖像。
手段12.如手段11之三維測量裝置，其具備：分光手段，將上述輸出光分割成複數道光；及過濾手段，作為上述相移手段，對藉由上述分光手段分割出的複數道分割光中至少藉由上述相移法進行的 測量所需道數(例如3道或4道)的分割光分別賦予相異的相位差，上述攝像手段係構成為可至少對透射上述過濾手段之上述複數道分割光同時進行攝像。
就上述相移手段而言，例如可考慮令參考面沿著光軸移動而物理性地使光路長變化之構成。然而，在此種構成中，取得測量所需的全部的干涉條紋圖像需要一定時間，所以不只測量時間會變長，還會受到其空氣的晃動或振動等的影響，故有測量精度降低之虞。
關於這點，根據本手段12，可同時取得測量所需的全部的干涉條紋圖像。例如可同時取得2種光之共計8種(或6種)的干涉條紋圖像。尤其，在上述手段6的構成下，可同時取得最多4種光之共計16種(4×4種)的干涉條紋圖像。結果，可謀求測量精度之提升，並可大幅縮短總體的攝像時間，從而可謀求測量效率的飛躍性提升。
此外，以「分光手段」而言，例如可舉出「將射入的光，分別分割成光路長相等且光路在正交於行進方向的平面排列成矩陣(matrix)狀的四道光之分光手段」等。例如，可舉出如下述手段13之構成的一例。
手段13.如手段12之三維測量裝置，其中上述分光手段具備：第1光學構件(第1凱斯特稜鏡)，係呈沿第1平面的剖面形狀為三角形狀的三角柱形狀，順著沿與該第1平面正交的方向的穿過三個面當中的第1面與第2面之交線而與 第3面正交的平面具有第1分歧手段(第1半鏡)；及第2光學構件(第2凱斯特稜鏡)，係呈沿與上述第1平面正交的第2平面的剖面形狀為三角形狀的三角柱形狀，順著沿與該第2平面正交的方向的通過三個面當中的第1面與第2面之交線而與第3面正交的平面具有第2分歧手段(第2半鏡)，將上述第1光學構件的第3面與上述第2光學構件的第1面以相對向的方式配置，藉此，令(垂直地)射入上述第1光學構件的上述第1面的光在上述第1分歧手段分歧成兩方向，令其中在上述第1分歧手段反射的分割光在上述第1面朝上述第3面側反射，令透射上述第1分歧手段的分割光在上述第2面朝上述第3面側反射，藉此從上述第3面射出平行的兩道分割光，且令從上述第1光學構件的第3面射出的兩道分割光(垂直地)射入上述第2光學構件的第1面，令該兩道分割光分別在上述第2分歧手段分歧成兩方向，令其中在上述第2分歧手段反射的兩道分割光分別在上述第1面朝上述第3面側反射，令透射上述第2分歧手段的兩道分割光分別在上述第2面朝上述第3面側反射，藉此從上述第3面射出平行的四道分割光。
根據上述手段13，能夠將從預定的光學系統(干涉光學系統)射出的光分光成排列成兩行兩列之矩陣狀的四道光。藉此，例如在如下述手段14所示對複數道分割光藉由單一個攝像元件同時進行攝像的構成中，能 夠將以矩陣狀四等分攝像元件的攝像區域而得的分割區域分別分配給四道分割光，故能夠有效活用攝像元件的攝像區域。例如，當將寬高比(aspect ratio)為4：3的一般攝像元件的攝像區域予以四等分時，各分割區域的寬高比同樣會是4：3，故能夠利用各分割區域內的更廣範圍。更甚者，能夠謀求測量精度的更進一步提升。
此外，假若使用繞射光柵作為分光手段時，有解析度降低之虞，而在本手段中係構成為將一道光分割成平行的兩道光，再將該兩道光分別分割成平行的兩道光，藉此分光成平行的四道光，故能夠謀求抑制解析度降低。
此外，就將一道光分割成平行的兩道光的手段而言，係採用具有上述構成的光學構件(凱斯特稜鏡)，故所分割出的兩道光的光路長在光學上會相等。結果，不需具備調整所分割出的兩道光的光路長之光路調整手段，能夠謀求零件數目的削減並且謀求構成的簡化和裝置的小型化等。
此外，第1光學構件的第3面與第2光學構件的第1面只要抵接，便構成為從一道光射入分光手段到射出四道光為止的期間，光僅行進於光學構件內，沒有跑出到空氣中，故能夠降低因空氣的晃動等造成的影響。
手段14.如手段12或13之三維測量裝置，其中上述攝像手段係構成為可藉由單一攝像元件至少對透射上述過濾手段之上述複數道分割光同時進行攝像。
另外，當對複數道分割光同時進行攝像時， 雖亦可考慮藉由複數個攝像機(camera)(攝像元件)對各分割光分別進行攝像的構成，但在此種構成中，係有因各攝像機(攝像元件)的差別等而產生測量誤差之虞。
關於這點，依據本手段，由於係構成為對複數道分割光藉由單一個攝像元件同時進行攝像，故能夠抑制測量誤差等的產生而謀求測量精度的提升。
手段15.如手段1至14之三維測量裝置，其中上述被測量物係被印刷於印刷基板之焊膏、或形成於晶圓基板之焊料凸塊。
根據上述手段15，能夠進行印刷在印刷基板的銲膏或形成在晶圓基板的焊料凸塊的高度測量等。更甚者，能夠在銲膏或焊料凸塊的檢查中，根據該測量值進行銲膏或焊料凸塊的良否判定。因此，在該檢查中發揮前述各手段的作用效果，能夠高精度地進行良否判定。結果，能夠謀求焊料印刷檢查裝置或焊料凸塊檢查裝置的檢查精度的提升。
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
12A‧‧‧第1光隔離器
12B‧‧‧第2光隔離器
13A‧‧‧第1無偏光分光器
13B‧‧‧第2無偏光分光器
20‧‧‧偏光分光器
20a‧‧‧第1面
20b‧‧‧第2面
20c‧‧‧第3面
20d‧‧‧第4面
20h‧‧‧接合面
23‧‧‧參考面
24‧‧‧設置部
31A‧‧‧1/4波長板
31B‧‧‧1/4波長板
32A‧‧‧第1偏光板
32B‧‧‧第2偏光板
33A‧‧‧第1攝像機
33B‧‧‧第2攝像機
W‧‧‧工件
圖1係三維測量裝置的概略構成圖。
圖2係表示三維測量裝置的電性構成之方塊圖。
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係顯示第2實施形態的分光光學系統等之概略構成圖。
圖6係第2實施形態之過濾單元的概略構成圖。
圖7係第2實施形態之攝像元件的攝像區域之概略構成圖。
圖8係第3實施形態之三維測量裝置的概略構成圖。
圖9係第3實施形態之分光光學系統之俯視圖。
圖10係顯示第3實施形態之分光光學系統之前視圖。
圖11係顯示第3實施形態之分光光學系統之右側視圖。
圖12係顯示第3實施形態之分光光學系統之立體圖。
圖13係顯示第4實施形態之三維測量裝置的概略構成圖。
圖14係顯示第5實施形態之三維測量裝置的概略構成圖。
圖15係用以說明焊料凸塊的高度測量的原理之說明圖。
圖16係其他實施形態之過濾單元的概略構成圖。
〔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，為了說明上的方便，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)，係能夠輸出預定的光；干涉光學系統3，係射入從該些投光系統2A、2B分別射出的光；兩組攝像系統4A、4B(第1攝像系統4A、第2攝像系統4B)，係供從該干涉光學系統3射出的光射入；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，在本說明書的各實施形態中，係將以令光的干涉發生(對干涉條紋圖像進行攝像)為目的，而將射入的預定的光分割成兩道光(測量光及參考光)，在讓該兩道光產生光路差後再度合成並予以輸出之光學系統，稱為「干涉光學系統」。亦即，不只將令兩道光(測量光及參考光)在內部發生干涉後以干涉光的形式輸出的光學系統稱為「干涉光學系統」，對於沒有令兩道光(測量光及參考光)在內部發生干涉而是單純以合成光的形式輸出的光學系統亦稱為「干涉光學系統」。因此，如本實施形態之後述，當從「干涉光學系統」，兩道光(測量光及參考光)沒有發生干涉而是以合成光的形式輸出時，係至少在進行攝像前的階段(例如攝像系統的內部等)，經預定的干涉手段而獲得成干涉光。
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具備有：第1發光部11A、第1光隔離器12A、第1無偏光分光器13A等。在此，藉由「第1發光部11A」及「第1光隔離器12A」，構成本實施形態的「第1照射手段」。
雖省略了圖示，但第1發光部11A具備有下述等元件：雷射光源，係可輸出特定波長λ1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大且以平行光的形式射出；偏光板，係用於進行強度調整；及1/2波長板，係用於調整偏光方向。
在該構成下，本實施形態中，由第1發光部11A，將以相對於X軸方向及Y軸方向傾斜45°之方向設為偏光方向的波長λ1(例如λ1=1500nm)的直線偏光朝Z軸方向左方向射出。之後，將從第1發光部11A射出之波長λ1的光稱為「第1光」。
第1光隔離器12A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、將相反方向(在本實施形態中為Z軸方向右方向)的光遮斷之光學元件。藉此，僅讓從第1發光部11A射出的第1光透射，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無偏光分光器13A係將直角稜鏡(以等邊直角三角形為底面的三角柱狀的稜鏡。以下同樣。)貼合而一體化的方塊(cube)型之週知的光學構件，在其接合面13Ah施行有例如金屬膜等塗布(coating)。藉由「第1無偏光分光器13A」構成本實施形態之「第1導光手段」。
無偏光分光器乃係連偏光狀態包括在內將入 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。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。以下亦同。
此外，本實施形態中，將以平行於圖1的圖面的方向(Y軸方向或Z軸方向)為偏光方向之直線偏光稱為P偏光(P偏光成分)，將以垂直於圖1的圖面的X軸方向為偏光方向之直線偏光稱為S偏光(S偏光成分)。「P偏光」係相當於本實施形態中之「具有第1偏光方向的偏光」，「S偏光」係相當於「具有第2偏光方向的偏光」。
此外，第1無偏光分光器13A係以夾著其接合面13Ah而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無偏光分光器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，以令從第1發光部11A經由第1光隔離器12A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。
第2投光系統2B係與上述第1投光系統2A同樣，具備有：第2發光部11B、第2光隔離器12B、第2無偏光分光器13B等。此處，藉由「第2發光部11B」及「第2光隔離器12B」，構成本實施形態中之「第2照射手段」。
第2發光部11B係與上述第1發光部11A同樣 ，具備有下述等元件：可輸出特定波長λ2之直線偏光的雷射光源；將從該雷射光源輸出的直線偏光擴大且以平行光形式射出之擴束器；用以進行強度調整之偏光板：用以調整偏光方向之1/2波長板等。
在該構成下，本實施形態中，由第2發光部11B，將以相對於X軸方向及Z軸方向傾斜45°傾斜之方向設為偏光方向的波長λ2(例如λ2=1503nm)的直線偏光朝Y軸方向上方向射出。之後，將從第2發光部11B射出之波長λ2的光稱為「第2光」。
與第1光隔離器12A同樣，第2光隔離器12B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、將相反方向(在本實施形態中為Y軸方向下方向)的光遮斷之光學元件。藉此，僅讓從第2發光部11B射出之第2光透射，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。
第2無偏光分光器13B係與第1無偏光分光器13A同樣，為將直角稜鏡貼合而一體化的方塊型之週知的光學構件，在其接合面13Bh施行有例如金屬膜等塗布(coating)。藉由「第2無偏光分光器13B」，構成本實施形態的「第2導光手段」。
此外，第2無偏光分光器13B係以夾著其接合面13Bh而相鄰的兩面中的一面與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無偏光分光器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，以令從第2發光部11B經由第2光隔 離器12B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(一半分)朝Z軸方向右方向反射之方式配置。
以下，針對上述干涉光學系統3的構成，詳細進行說明。干涉光學系統3具備有：偏光分光器(PBS)20、參考面23、設置部24等。
偏光分光器20係將直角稜鏡貼合而一體化的方塊型的週知的光學構件，其接合面(交界面)20h係實施有例如介電體多層膜等的塗布。
偏光分光器20係將射入之直線偏光分割成偏光方向彼此正交之兩個偏光成分(P偏光成分與S偏光成分)。本實施形態的偏光分光器20係構成為讓P偏光成分透射、將S偏光成分反射。因此，本實施形態的偏光分光器20係具有將射入的預定的光分割成兩道光(測量光及參考光)，並且將該兩道光再度合成之功能。
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無偏光分光器13A朝Y軸方向下方向反射的第1光射入的偏光分光器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。「偏光分光器20的第1面20a」係相當於本實施形態的「第1輸入輸出部」。
另一方面，以與第1面20a夾著接合面20h而相鄰的面、即從上述第2無偏光分光器13B朝Z軸方向右方向反射的第2光所射入的偏光分光器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。「偏光分光器20的第2面20b」相當於本實施形態的「第2輸入輸出部」。
又，以與偏光分光器20的第3面20c在Y軸方向相對向之方式配置有參考面23。從偏光分光器20的第3面20c射出的直線偏光(參考光)係對參考面23進行照射。又，在參考面23反射的參考光係再度射入偏光分光器20的第3面20c。
另一方面，以與偏光分光器20的第4面20d在Z軸方向相對向之方式配置有設置部24。從偏光分光器20的第4面20d射出的直線偏光(測量光)係對放置在設置部24之作為被測量物的工件W進行照射。又，在工件W反射的測量光，再度射入偏光分光器20的第4面20d。
其次，詳細說明關於兩個攝像系統4A、4B(第1攝像系統4A，第2攝像系統4B)的構成。藉由「第1攝像系統4A」構成本實施形態的「第1攝像手段」，藉由「第2攝像系統4B」構成「第2攝像手段」。
第1攝像系統4A具備有：1/4波長板31A、第1偏光板32A、第1攝像機33A等。
1/4波長板31A係用以將在Y軸方向上方向透射第1無偏光分光器13A的直線偏光(第1光的參考光成分及測量光成分)分別轉換成圓偏光。
第1偏光板32A係用以使藉由1/4波長板31A轉換成圓偏光之第1光的各成分選擇性地透射。藉此，可使旋轉方向不同的第1光的參考光成分和測量光成分針對特定的相位發生干涉。「第1偏光板32A」構成本實施形態的「相移手段」及「干涉手段」。
本實施形態的第1偏光板32A係構成可以Y軸方向為軸心旋轉，並且以其透射軸方向逐次變化45°之方式控制。具體而言，透射軸方向係以相對於X軸方向成為「0°」、「45°」、「90°」、「135°」之方式變化。
藉此，可讓透射第1偏光板32A之第1光的參考光成分及測量光成分在4種相位發生干涉。即，能夠產生相位逐一相差90°的干涉光。具體而言，能夠產生相位為「0°」的干涉光、相位為「90°」的干涉光、相位為「180°」的干涉光、相位為「270°」的干涉光。
第1攝像機33A係具備有透鏡或攝像元件等的週知構成。本實施形態中，以第1攝像機33A的攝像元件而言，係採用CCD(Charge Coupled Device；電荷耦合元件)區域感測器(area sensor)。當然，攝像元件不受此限，例如亦可採用CMOS區域感測器等。
藉由第1攝像機33A進行攝像所得的圖像資料，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)。
具體而言，第1光之相位「0°」的干涉條紋圖像、相位「90°」的干涉條紋圖像、相位「180°」的干涉條紋圖像、相位「270°」的干涉條紋圖像係藉由第1攝像 機33A所攝像。
與第1攝像系統4A同樣地，第2攝像系統4B具備有：1/4波長板31B、第2偏光板32B、第2攝像機33B等。
1/4波長板31B係用以將在Z軸方向左方向透射第2無偏光分光器13B的直線偏光(第2光的參考光成分及測量光成分)分別轉換成圓偏光。
與第1偏光板32A同樣地，第2偏光板32B係使藉由1/4波長板31B轉換成圓偏光之第2光的各成分選擇性地透射。藉此，可使旋轉方向不同的第2光的參考光成分和測量光成分針對特定的相位發生干涉。「第2偏光板32B」構成本實施形態的「相移手段」及「干涉手段」。
本實施形態的第2偏光板32B係構成為可以Z軸方向為軸心旋轉，並且以其透射軸方向逐次變化45°之方式控制。具體而言，透射軸方向係以相對於Y軸方向成為「0°」、「45°」、「90°」、「135°」之方式變化。
藉此，可讓透射第2偏光板32B之第2光的參考光成分及測量光成分在4種相位發生干涉。即，能夠產生相位逐一相差90°的干涉光。具體而言，能夠產生相位為「0°」的干涉光、相位為「90°」的干涉光、相位為「180°」的干涉光、相位為「270°」的干涉光。
第2攝像機33B係與第1攝像機33A同樣具備有透鏡、攝像元件等的週知構成。本實施形態中，與第1攝像機33A同樣地，就第2攝像機33B的攝像元件而言， 係採用CCD區域感測器。當然，攝像元件不受此限，例如亦可採用CMOS區域感測器等。
與第1攝像機33A同樣，藉由第2攝像機33B進行攝像所得的圖像資料，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控制裝置5(圖像資料記憶裝置54)。
具體而言，第2光之相位「0°」的干涉條紋圖像，相位「90°」的干涉條紋圖像，相位「180°」的干涉條紋圖像，相位「270°」的干涉條紋圖像係藉由第2攝像機33B所攝像。
在此，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：CPU及輸入輸出介面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，係具有液晶螢幕等顯示螢幕；圖像資料記憶裝置54，係用於記憶藉由攝像機33A、33B進行攝像而得的圖像資料等；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，上述各裝置52至56係電性連接至CPU及輸入輸出介面51。
接著，針對三維測量裝置1的作用進行說明。另外，如後述，本實施形態中之第1光及第2光的照射係同時進行，第1光的光路和第2光的光路係以部分重疊，但為了更容易明白，此處係就第1光及第2光的光路使用 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λ1的第1光(偏光方向為相對於X軸方向及Y軸方向傾斜45°之直線偏光)係從第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而射入第1無偏光分光器13A。射入第1無偏光分光器13A之第1光的一部分係朝Z軸方向左方向透射，剩餘的部分係朝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)，係射入偏光分光器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，而沒有射入任何光學系統等。
此處，只要將成為捨棄光的光依需要利用於波長測量或光的功率(power)測量，便能夠令光源穩定化，甚而謀求測量精度的提升。
關於從偏光分光器20的第1面20a朝Y軸方向下方向射入的第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射出作為測量光。
從偏光分光器20的第3面20c射出之第1光的參考光(P偏光)，係在參考面23反射。然後，第1光的參考光(P偏光)再度射入偏光分光器20的第3面20c。
另一方面，從偏光分光器20的第4面20d射出之第1光的測量光(S偏光)，係在工件W反射。然後，第1光的測量光(S偏光)再度射入偏光分光器20的第4面20d。
此處，從偏光分光器20的第3面20c再度射入之第1光的參考光(P偏光)係朝Y軸方向上方向透射接合面20h，另一方面，從第4面20d再度射入之第1光的測量光(S偏光)係在接合面20h朝Y軸方向上方向反射。接著，合成了第1光的參考光及測量光之狀態的合成光係作為輸出光而從偏光分光器20的第1面20a射出。
從偏光分光器20的第1面20a射出之第1光的合成光(參考光及測量光)，係射入第1無偏光分光器13A。關於朝Y軸方向上方向射入第1無偏光分光器13A之第1光的合成光，其一部分係朝Y軸方向上方向透射，剩下部分係朝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(參考光及測量光)係射入第1攝像系統4A。另一方面，朝Z軸方向右方向反射的合成光，其行進係被第1光隔離器12A遮斷，而成為捨棄光。
射入第1攝像系統4A之第1光的合成光(參考光及測量光)，先藉由1/4波長板31A，而將其參考光成分(P偏光成分)轉換成右旋的圓偏光，將其測量光成分(S偏光成分)轉換成左旋的圓偏光。在此，因左旋的圓偏光和右旋的圓偏光的旋轉方向不同，所以不會發生干涉。
第1光的合成光接著通過第1偏光板32A，藉此其參考光成分和測量光成分係在與第1偏光板32A之角度相應的相位發生干涉。該第1光的干涉光係藉由第1攝 像機33A攝像。
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λ2的第2光(偏光方向為相對於X軸方向及Z軸方向傾斜45°之直線偏光)係從第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而射入第2無偏光分光器13B。射入第2無偏光分光器13B之第2光的一部分係朝Y軸方向上方向透射，剩餘的部分係朝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°之直線偏光)，係射入偏光分光器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，而沒有射入任何光學系統等。
此處，只要將成為捨棄光的光依需要利用於波長測量或光的功率(power)測量，便能夠令光源穩定化，甚而謀求測量精度的提升。
從偏光分光器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射出作為測量光。
從偏光分光器20的第3面20c射出之第2光的參考光(S偏光)，係在參考面23反射。然後，第2光的參考光(S偏光)再度射入偏光分光器20的第3面20c。
另一方面，從偏光分光器20的第4面20d射出 之第2光的測量光(P偏光)，係在工件W反射。然後，第2光的測量光(P偏光)再度射入偏光分光器20的第4面20d。
此處，從偏光分光器20的第3面20c再度射入之第2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再度射入之第2光的測量光(P偏光)係朝Z軸方向左方向透射接合面20h。接著，合成了第2光的參考光及測量光之狀態的合成光係作為輸出光而從偏光分光器20的第2面20b射出。
從偏光分光器20的第2面20b射出之第2光的合成光(參考光及測量光)，係射入第2無偏光分光器13B。關於朝Z軸方向左方向射入第2無偏光分光器13B之第2光的合成光，其一部分係朝Z軸方向左方向透射，剩餘部分係朝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(參考光及測量光)係射入第2攝像系統4B。另一方面，朝Y軸方向下方向反射的合成光，其行進係被第2光隔離器12B遮斷，而成為捨棄光。
射入第2攝像系統4B之第2光的合成光(參考光及測量光)，先藉由1/4波長板31B，而將其參考光成分(S偏光成分)轉換成左旋的圓偏光，將其測量光成分(P偏光成分)轉換成右旋的圓偏光。在此，因左旋的圓偏光和右旋的圓偏光的旋轉方向不同，所以不會發生干涉。
第2光的合成光接著通過第2偏光板32B，藉此其參考光成分和測量光成分係在與第2偏光板32B之角度相應的相位發生干涉。該第2光的干涉光係藉由第2攝像機33B攝像。
接著，針對藉由控制裝置5所執行之形狀測量處理的程序作詳細說明。首先，朝設置部24設置工件W後，將第1攝像系統4A的第1偏光板32A的透射軸方向設定在預定的基準位置(例如「0°」)，並將第2攝像系統4B的第2偏光板32B的透射軸方向設定在預定基準位置(例如「0°」)。
接著，從第1投光系統2A照射第1光之同時，從第2投光系統2B照射第2光。其結果，從干涉光學系統3之偏光分光器20的第1面20a射出第1光之合成光(參考光及測量光)的同時，從偏光分光器20的第2面20b射出第2光之合成光(參考光及測量光)。
藉由第1攝像系統4A拍攝從偏光分光器20的第1面20a射出之第1光的合成光之同時，藉由第2攝像系統4B拍攝從偏光分光器20的第2面20b射出之第2光的合成光。
另外，在此，由於第1偏光板32A及第2偏光板32B的透射軸方向係分別設定為「0°」，所以在第1攝像機33A中拍攝第1光之相位「0°」的干涉條紋圖像，在第2攝像機33B中拍攝第2光之相位「0°」的干涉條紋圖像。
在各攝像機33A、33B中分別拍攝所得的圖像資料被輸出至控制裝置5。控制裝置5將所輸入的圖像資料記憶於圖像資料記憶裝置54。
其次，控制裝置5進行第1攝像系統4A的第1偏光板32A、及第2攝像系統4B的第2偏光板32B之切換處 理。具體而言，使第1偏光板32A及第2偏光板32B分別轉動變位至透射軸方向成為「45°」的位置為止。
當該切換處理結束時，控制裝置5進行與上述一連串之第一次的攝像處理同樣之第二次的攝像處理。亦即，控制裝置5從第1投光系統2A照射第1光之同時，從第2投光系統2B照射第2光，在藉由第1攝像系統4A拍攝從偏光分光器20的第1面20a射出之第1光的合成光之同時，藉由第2攝像系統4B拍攝從偏光分光器20的第2面20b射出之第2光的合成光。藉此，取得第1光之相位「90°」的干涉條紋圖像，同時，拍攝第2光之相位「90°」的干涉條紋圖像。
之後，重複進行兩次與上述第一次及第二次的攝像處理同樣的攝像處理。亦即，在將第1偏光板32A及第2偏光板32B的透射軸方向設定為「90°」的狀態下進行第三次的攝像處理，取得第1光之相位「180°」的干涉條紋圖像，並且取得第2光之相位「180°」的干涉條紋圖像。
然後，在將第1偏光板32A及第2偏光板32B的透射軸方向設定為「135°」的狀態下進行第四次的攝像處理，取得第1光之相位「270°」的干涉條紋圖像，並且取得第2光之相位「270°」的干涉條紋圖像。
如此，藉由進行4次攝像處理，可取得進行三維測量方面所需的全部的圖像資料(由第1光的4種干涉條紋圖像資料、及第2光的4種干涉條紋圖像資料所構成之總共8個干涉條紋圖像資料)。
接著，控制裝置5係依據記憶於圖像資料記憶裝置54之第1光的4種干涉條紋圖像資料、及第2光的4種干涉條紋圖像資料，藉由相移法測量工件W的表面形狀。亦即，算出工件W之表面上的各位置之高度資訊。
首先，針對利用一般的相移法所進行的高度測量之原理進行說明。預定的光(第1光或第2光)之4種干涉條紋圖像資料的同一座標位置(x,y)的干涉條紋強度、即亮度I1(x,y)、I2(x,y)、I3(x,y)、I4(x,y)，係可以下述[數學式1]的關係式表示。
此處，△(x,y)係代表在座標(x,y)的基於測量光與參考光之光路差的相位差。此外，A(x,y)係代表干涉光的振幅，B(x,y)係代表偏移(bias)。其中，因參考光係均勻，故當將該參考光視為基準時，△(x,y)便代表「測量光的相位」，A(x,y)便代表「測量光的振幅」。
因此，測量光的相位△(x,y)係能夠根據上述[數學式1]的關係式而以下述[數學式2]的關係式求取。
又，測量光的振幅A(x,y)係可依據上述[數學 式1]的關係式，而以下述[數學式3]的關係式求取。
接著，由上述相位△(x,y)與振幅A(x,y)，依據下述[數學式4]的關係式，算出攝像元件面上之複振幅Eo(x,y)。在此，i代表虛數單位。
接著，根據複振幅Eo(x,y)，算出工件W面上的座標(ξ,η)之複振幅Eo(ξ,η)。
首先，如下述[數學式5]所示，對上述複振幅Eo(x,y)進行菲涅耳轉換(Fresnel transform)。此處，λ代表波長。
針對Eo(ξ,η)解上式，便成為如下述[數學式6]。
[數學式6]
接著，從所求得的複振幅Eo(ξ,η)，根據下述[數學式7]的關係式，算出測量光的相位(ξ,η)、和測量光的振幅A(ξ,η)。
測量光的相位(ξ,η)係可藉由下述[數學式8]的關係式求取。
測量光的振幅A(ξ,η)係可藉由下述[數學式9]的關係式求取。
然後，進行相位-高度轉換處理，算出將工件W的表面的凹凸形狀以三維表現的高度資訊z(ξ,η)。
高度資訊z(ξ,η)係可藉由下述[數學式10]的關係式算出。
接著，針對使用波長不同的2種光之雙波長相移法的原理進行說明。藉由使用波長不同的2種光，可擴大測量範圍。此外，該原理亦可應用於使用3種或4種光的情況。
使用波長不同的2種光(波長λ1,λ2)進行測量時，係等同於以該合成波長λ0的光進行測量。而且，其測量範圍會擴大為λ0/2。合成波長λ0係可以下式(M1)表示。
λ0=(λ1×λ2)/(λ2-λ1)‧‧‧(M1)
其中，設λ2>λ1。
此處，當設例如λ1=1500nm、λ2=1503nm時，從上述式(M1)得到λ0=751.500μm，測量範圍成為λ0/2=375.750μm。
進行雙波長相移法時，先根據波長λ1之第1光的4種干涉條紋圖像資料的亮度I1(x,y)、I2(x,y)、I3(x,y)、I4(x,y)(參照上述[數學式1])，算出工件W面上之座標(ξ,η)之第1光的測量光的相位 1(ξ,η)(參照上述[數學式8])。
另外，在第1光的測量下，座標(ξ,η)的高度資訊z(ξ,η)可以下式(M2)表示。
其中，d1(ξ,η)係代表第1光之測量光與參考光的光路 差，m1(ξ,η)係代表第1光的條紋級序。
因此，相位 1(ξ,η)係能夠以下式(M2')表示。
同樣地，根據波長λ2之第2光的4種干涉條紋圖像資料的亮度I1(x,y)、I2(x,y)、I3(x,y)、I4(x,y)(參照上述[數學式1])，算出工件W面上之座標(ξ,η)的第2光之測量光的相位 2(ξ,η)(參照上述[數學式8])。
另外，在第2光的測量下，座標(ξ,η)的高度資訊z(ξ,η)係可以下式(M3)表示。
其中，d2(ξ,η)係代表第2光之測量光與參考光的光路差，m2(ξ,η)係代表第2光的條紋級序。
因此，相位 2(ξ,η)係可以下式(M3')表示。
接著，決定波長λ1之第1光的條紋級序m1(ξ,η)、或波長λ2之第2光的條紋級序m2(ξ,η)。條紋級序m1、m2係可根據2種光(波長λ1,λ2)的光路差△d及波長差△λ求取。此處，光路差△d及波長差△λ係可分別表示如下式(M4)、(M5)。
△λ=λ2-λ1‧‧‧(M5)
其中，設λ2>λ1。
另外，在雙波長之合成波長λ0的測量範圍內，條紋級序m1,m2的關係分成以下三種情況，在各情況中，決定條紋級序m1(ξ,η)、m2(ξ,η)的計算式係不同。在此，例如針對決定條紋級序m1(ξ,η)的情況進行說明。當然，關於條紋級序m2(ξ,η)，也能夠利用同樣的手法求取。
例如當「 1- 2<-π」時係成為「m1-m2=-1」，此時，m1係可表示如下式(M6)。
當「-π< 1- 2<π」時係成為「m1-m2=0」，此時，m1係可表示如下式(M7)。
當「 1- 2>π」時係成為「m1-m2=+1」，此時，m1係可表示如下式(M8)。
接著，可根據如上述獲得的條紋級序m1(ξ,η)或m2(ξ,η)，從上述式(M2)、(M3)獲得高度資訊z(ξ,η)。又 ，如上述求得之工件W的測量結果(高度資訊)係被儲存於控制裝置5的運算結果記憶裝置55。
如以上詳述，本實施形態中，令波長λ1的第1光從偏光分光器20的第1面20a射入，並且令波長λ2的第2光從偏光分光器20的第2面20b射入，藉此，將第1光的參考光及測量光、與第2光的參考光及測量光分別分割成相異的偏光成分(P偏光或S偏光)，故射入偏光分光器20的第1光和第2光係在不會相互干涉的情況下分別從偏光分光器20射出。亦即，不需要使用預定的分離手段將從偏光分光器20射出的光分離為第1光和第2光。
其結果，可使用作為第1光及第2光之波長接近的2種光，可將三維測量的測量範圍更加擴大。此外，由於可同時進行第1光之輸出光的攝像、和第2光之輸出光的攝像，故可縮短總體的攝像時間，可謀求測量效率之提升。
再者，在本實施形態中，係構成為對具備一個作為基準的參考面23之一組干涉光學系統3，使用2種光，故讓參考光與測量光產生光路差的光路區間在2種光中會成為相同。因此，相較於使用兩組干涉光學系統(干涉儀模組)的構成，測量精度會提升，並且不用進行令兩組干涉光學系統的光路長正確達到一致之困難作業。
此外，本實施形態中，構成為射入偏光分光器20的第1面20a之第1光的輸出光係從同一位置的第1面20a被輸出，射入偏光分光器20的第2面20b之第2光的輸出光係從同一位置的第2面20b輸出。
藉由作成此構成，無須在干涉光學系統3的內部，設置用以改變偏光的偏光方向之手段(1/4波長板等)，能達成構成的簡化。
〔第2實施形態〕
以下，就第2實施形態，一邊參照圖式，一邊進行說明。此外，關於和第1實施形態同一構成部分，係標註同一符號，並省略其詳細說明。第2實施形態中，關於第1攝像系統4A及第2攝像系統4B的構成係與第1實施形態不同。
本實施形態的第1攝像系統4A係構成為：具備將透射1/4波長板31A之第1光的合成光(參考光成分及測量光成分)分割成四道光之作為分光手段的分光光學系統125，並且取代第1偏光板32A而具備讓從上述分光光學系統125射出的四道光的預定成分選擇性地透射之作為過濾手段的過濾單元(filter unit)126，藉由第1攝像機33A同時拍攝透射該過濾單元126的四道光。
與第1攝像系統4A同樣，第2攝像系統4B係構成為：具備將透射1/4波長板31B之第2光的合成光(參考光成分及測量光成分)分割成四道光之作為分光手段的分光光學系統125，並且取代第2偏光板32B而具備讓從上述分光光學系統125射出之四道光的預定成分選擇性地透射之作為過濾手段的過濾單元126，藉由第2攝像機33B同時拍攝透射該過濾單元126的四道光。
另外，使用於本實施形態之第1攝像系統4A及第2攝像系統4B的分光光學系統125及過濾單元126係 為相同構成，所以，以下，以第2攝像系統4B為例，參照圖5進行說明。
本實施形態中，第2攝像機33B的光軸方向係設定成和射入第2攝像系統4B之第2光的合成光L0之射入方向(行進方向)平行。亦即，本實施形態中，係沿著Z軸方向設定，Z軸方向為第2光的合成光L0之射入方向。
分光光學系統125係以將無偏光型的四個光學構件(稜鏡)組合而成一體的一個光學構件之形式構成。
更詳言之，分光光學系統125係透成為沿著從第2無偏光分光器13B射入之合成光L0的行進方向(Z軸方向左方向)，從靠近干涉光學系統3之側依序配置有第1稜鏡131、第2稜鏡132、第3稜鏡133、第4稜鏡134。
另外，上述各稜鏡131~134係分別藉由折射率比空氣高之具有預定折射率的光學材料(例如玻璃(glass)或壓克力(acrylic)等)形成。因此，行進於各稜鏡131~134內之光的光路長係比行進於空氣中之光的光路長在光學上較長。此處，例如亦可將四個稜鏡131~134皆藉由相同材料形成，亦可將至少一個藉由不同材料形成。只要滿足後述之分光光學系統125的功能，則各稜鏡131~134的材質便可分別任意地選擇。
第1稜鏡131乃係前視(Z-Y平面)呈平行四邊形狀，沿X軸方向延伸的四角柱形狀的稜鏡。以下，將「第1稜鏡131」稱為「第1菱形稜鏡131」。
關於第1菱形稜鏡131，沿著X軸方向呈長方 形狀的四個面中，位在成為干涉光學系統3側之Z軸方向右側的面131a(以下，稱為「射入面131a」)及位於Z軸方向左側的面131b(以下，稱為「射出面131b」)係分別以和Z軸方向正交之方式配置，位在Y軸方向下側的面131c及位在Y軸方向上側的面131d係分別相對於Z軸方向及Y軸方向傾斜45°之方式配置。
在兩個傾斜的面131c、131d中，在位於Y軸方向下側的面131c設有無偏光的半鏡141，在位於Y軸方向上側的面131d設有朝內側進行全反射之無偏光的全反射鏡142。以下，將設有半鏡141的面131c稱為「分歧面131c」，將設有全反射鏡142的面131d稱為「反射面131d」。
另外，在圖5中，權宜上，在相當於分歧面131c(半鏡141)及反射面131d(全反射鏡142)的部位加上散點圖樣來表示。
第2稜鏡132係俯視(Z-Y平面)呈梯形，為沿著X軸方向延伸之四角柱形狀的稜鏡。以下，將「第2稜鏡132」稱為「第1梯形稜鏡132」。
關於第1梯形稜鏡132，沿著X軸方向呈長方形狀的四個面中，位在Y軸方向上側的面132a及位在Y軸方向下側的面132b係分別以和Y軸方向正交之方式配置，位在Z軸方向右側的面132c以相對於Z軸方向及Y軸方向傾斜45°的方式配置，位於Z軸方向左側的面132d以和Z軸方向正交的方式配置。
其中，位於Z軸方向右側的面132c係密接於第 1菱形稜鏡131的分歧面131c(半鏡141)。以下，將位於Z軸方向右側的面132c稱為「射入面132c」，將位於Z軸方向左側的面132d稱為「射出面132d」。
第3稜鏡133係俯視(X-Z平面)呈平行四邊形，為沿著Y軸方向延伸之四角柱形狀的稜鏡。以下，將「第3稜鏡133」稱為「第2菱形稜鏡133」。
關於第2菱形稜鏡133，沿著Y軸方向呈長方形狀的四個面中，位在Z軸方向右側的面133a及位在Z軸方向左側的面133b係分別以和Z軸方向正交之方式配置，位在X軸方向觀者側的面133c及位在X軸方向裏側的面133d分別以相對於Z軸方向及X軸方向傾斜45°的方式配置。
這兩個傾斜的面133c、133d之中，位在X軸方向觀者側的面133c設有無偏光的半鏡143，位在X軸方向裏側的面133d設有朝向內側進行全反射之無偏光的全反射鏡144。以下，將設有半鏡143的面133c稱為「分歧面133c」，將設有全反射鏡144的面133d稱為「反射面133d」。
另外，在圖5中，權宜上，在相當於分歧面133c(半鏡143)及反射面133d(全反射鏡144)的部位加上散點圖樣來表示。
構成為位於第2菱形稜鏡133之Z軸方向右側的面133a中之Y軸方向下側一半密接於第1梯形稜鏡132的射出面132d，Y軸方向上側一半與第1菱形稜鏡131的射出面131b相對向之狀態。以下，將位於Z軸方向右側的面 133a稱為「射入面133a」，將位於Z軸方向左側的面133b稱為「射出面133b」。
第4稜鏡134係俯視(X-Z平面)呈梯形，為沿著Y軸方向延伸之四角柱形狀的稜鏡。以下，將「第4稜鏡134」稱為「第2梯形稜鏡134」。
關於第2梯形稜鏡134，沿著Y軸方向呈長方形狀的四個面中，位在X軸方向裏側的面134a及位在X軸方向觀者側的面134b係分別以和X軸方向正交之方式配置，位在Z軸方向右側的面134c係以相對於Z軸方向及X軸方向傾斜45°之方式配置，位在Z軸方向左側的面134d係以和Z軸方向正交之方式配置。
其中，位於Z軸方向右側的面134c係密接於第2菱形稜鏡133的分歧面133c(半鏡143)。以下，將位於Z軸方向右側的面134c稱為「射入面134c」，將位於Z軸方向左側的面134d稱為「射出面134d」。
第2菱形稜鏡133的射出面133b及第2梯形稜鏡134的射出面134d係以分別和過濾單元126相對向之方式配置。
在此，參照圖5，詳細說明分光光學系統125的作用。透射1/4波長板31B的合成光L0係射入第1菱形稜鏡131的射入面131a。
從射入面131a射入的合成光L0，係在分歧面131c(半鏡141)分歧成兩方向。詳言之，分歧成朝Y軸方向上側反射的分光LA1、和沿著Z軸方向透射半鏡141的分光LA2。
其中，在半鏡141反射的分光LA1係在第1菱形稜鏡131內沿Y軸方向行進，在反射面131d(全反射鏡142)朝Z軸方向左側反射，並從射出面131b射出。從射出面131a射出的分光LA1係沿著Z軸方向行進於空氣中，射入第2菱形稜鏡133的射入面133a。
另一方面，穿透半鏡141的分光LA2係射入第1梯形稜鏡132的射入面132c，並在其內部沿Z軸方向行進，從射出面132d射出。從射出面132d射出的分光LA2係射入第2菱形稜鏡133的射入面133a。
本實施形態中，係以從第1菱形稜鏡131的分歧面131c至第2菱形稜鏡133的射入面133a為止之兩分光LA1、LA2的光路長在光學上成為相同之方式，任意地設定第1菱形稜鏡131及第1梯形稜鏡132的折射率及長度(Z軸方向或Y軸方向的長度)。
射入第2菱形稜鏡133的射入面133a之分光LA1、LA2係在分歧面133c(半鏡143)分別分歧成兩方向。詳言之，其中一道分光LA1係分歧成沿Z軸方向透射半鏡143之分光LB1、和朝X軸方向裏側反射之分光LB2。另一道分光LA2係分歧成沿Z軸方向透射半鏡143之分光LB3、和朝X軸方向裏側反射之分光LB4。
其中，在半鏡143反射的分光LB2、LB4係分別在第2菱形稜鏡133內沿X軸方向行進，在反射面133d(全反射鏡144)朝Z軸方向左側反射，從射出面133b射出。從射出面133a射出的分光LB2、LB4係分別沿著Z軸方向行進於空氣中，射入過濾單元126。
另一方面，穿透半鏡143的分光LB1、LB3係射入第2梯形稜鏡134的射入面134c，並在其內部沿Z軸方向行進，從射出面134d射出。從射出面134d射出的分光LB1、LB3係分別射入過濾單元126。
本實施形態中，係以從第2菱形稜鏡133的分歧面133c至過濾單元126為止之四道分光LB1~LB4的光路長在光學上成為相同之方式，任意地設定第2菱形稜鏡133及第2梯形稜鏡134的折射率及長度(Z軸方向或X軸方向的長度)。
過濾單元126係由在X-Y俯視下圖中呈相同矩形狀的四片偏光板126a、126b、126c、126d沿X-Y平面配置成兩行兩列的矩陣狀而成(參照圖6)。圖6係示意地顯示過濾單元126的概略構成之俯視圖。
四片偏光板126a~126d係相對於Y軸方向的透射軸方向逐一相差45°的偏光板。更詳言之，係由透射軸方向為0°的第1偏光板126a、透射軸方向為45°的第2偏光板126b、透射軸方向為90°的第3偏光板126c、和透射軸方向為135°的第4偏光板126d所構成。
從分光光學系統125射出的4道分光LB1~LB4係以分別射入各偏光板126a~126d之方式配置。詳言之，分光LB1射入第1偏光板126a，分光LB2射入第2偏光板126b，分光LB3射入第3偏光板126c，分光LB4射入第4偏光板126d。
藉此，穿透過濾單元126的四道分光LB1~LB4係分別成為位逐一相差90°的干涉光。詳細而言，穿 透第1偏光板126a的分光LB1係成為相位「0°」的干涉光，穿透第2偏光板126b的分光LB2係成為相位「90°」的干涉光，穿透第3偏光板126c的分光LB3係成為相位「180°」的干涉光，穿透第4偏光板126d的分光LB4係成為相位「270°」的干涉光。因此，過濾單元126係構成本實施形態的干涉手段。
關於本實施形態的第2攝像機33B的攝像元件33Bi，其攝像區域係對應於過濾單元126(偏光板126a~126d)，而劃分成四個攝像區域H1、H2、H3、H4。詳細而言，係以X-Y俯視下呈相同矩形狀的四個攝像區域H1、H2、H3、H4沿X-Y平面排列成兩行兩列的矩陣狀之方式劃分(參照圖7)。圖7為示意地顯示攝像元件33Bi之攝像區域的概略構成之俯視圖。
藉此，在第1攝像區域H1拍攝穿透第1偏光板126a的分光LB1，在第2攝像區域H2拍攝穿透第2偏光板126b的分光LB2，在第3攝像區域H3拍攝穿透第3偏光板126c的分光LB3，在第4攝像區域H4拍攝穿透第4偏光板126d的分光LB4。
亦即，在第1攝像區域H1拍攝相位「0°」的干涉條紋圖像，在第2攝像區域H2拍攝相位「90°」的干涉條紋圖像，在第3攝像區域H3拍攝相位「180°」的干涉條紋圖像，在第4攝像區域H4拍攝相位「270°」的干涉條紋圖像。
再者，本實施形態的圖像資料記憶裝置54具備有：第1圖像記憶體，係記憶在第2攝像機33B之攝像元 件33Bi的第1攝像區域H1拍攝並取得之干涉條紋圖像資料；第2圖像記憶體，係記憶在第2攝像區域H2拍攝並取得之干涉條紋圖像資料；第3圖像記憶體，係記憶在第3攝像區域H3拍攝並取得之干涉條紋圖像資料；及第4圖像記憶體，係記憶在第4攝像區域H4拍攝並取得之干涉條紋圖像資料。
其次，針對本實施形態中所執行之形狀測量處理的程序進行詳細說明。當屬於第2光的輸出光之合成光L0從干涉光學系統3射入第2攝像系統4B時，該合成光L0係經過1/4波長板31B，藉由分光光學系統125被分割成四道分光LB1~LB4。
此等四道分光LB1、LB2、LB3、LB4係分別經由第1偏光板126a、第2偏光板126b、第3偏光板126c、第4偏光板126d，藉由第2攝像機33B(攝像元件33Bi)同時拍攝。
第2攝像機33B係將在攝像元件33Bi的攝像區域H1~H4同時拍攝所得的4種干涉條紋圖像(4道分光LB1~LB4)當作一個圖像資料朝控制裝置4輸出。
控制裝置4係將所輸入的圖像資料分割成4種干涉條紋圖像資料(按與攝像元件33Bi的攝像區域H1~H4對應之範圍)，分別記憶於圖像資料記憶裝置54內的第1~第4圖像記憶體。
控制裝置5係根據被記憶於第1攝像機33A的第1~第4圖像記憶體之關於第1光的4種干涉條紋圖像資料、及被記憶於第2攝像機33B的第1~第4圖像記憶體之 關於第2光的4種干涉條紋圖像資料，與上述第1實施形態同樣地，藉由相移法測量工件W的表面形狀。亦即，算出工件W之表面上之各位置的高度資訊。
如以上詳述，本實施形態中，除了上述第1實施形態的作用效果外，係構成為將從干涉光學系統3射入的合成光L0分光成排列成矩陣狀的四道光LB1~LB4，並且透過過濾單元126(四片偏光板126a~126d)藉由單一攝像元件對該四道光LB1~LB4同時進行攝像。根據藉各攝像機33A、33B所分別拍攝並取得的4種干涉條紋圖像，藉由相移法進行工件W的形狀測量。其結果，可謀求測量精度的提升、測量時間的縮短、抑制裝置的大型化抑制等。
此外，根據本實施形態，由於可將以矩陣狀四等分攝像元件的攝像區域所得的攝像區域H1~H4分別分配給四道光LB1~LB4，故與例如3分光方式相比，可有效活用攝像元件的攝像區域。進而，可達成測量精度的進一步提升。例如將寬高比為4：3之一般的攝像元件的攝像區域進行四等分時，各分割區域的寬高比同為4：3，所以可利用各分割區域內之更廣範圍。進而，可達成測量精度的進一步提升。
此外，假若使用繞射光柵作為分光手段時，會有解析度降低之虞，而在本實施形態中，由於係採用將一道光L0分割成平行的兩道光LA1、LA2，又將該兩道光LA1、LA2分別分割成平行的兩道光，藉此分光成平行的四道光LB1、LB2、LB3、LB4之構成的分光光學系統 125，故能謀求抑制解析度降低。
又，本實施形態的分光光學系統125，關於調整直線行進於菱形稜鏡131、133而穿過的一道光、和彎折成曲軸(clank)狀而穿過的另一道光之光路長(光學上設為相同)的光路調整手段，係作成在直線行進而穿過的一道光的光路上配置梯形稜鏡132、134之比較簡單的構成，所以可謀求構成的簡化。
又，本實施形態中，過濾單元126係由透射軸方向為0°的第1偏光板126a、透射軸方向為45°的第2偏光板126b、透射軸方向為90°的第3偏光板126c、透射軸方向為135°的第4偏光板126d所構成，以藉由一個攝像元件進行的一次攝像，可取得相位各差90°的4種干涉條紋圖像。結果，與依據3種干涉條紋圖像利用相移法進行形狀測量的情況相比，可進行更高精度的測量。
〔第3實施形態〕
以下，參照圖式，說明第3實施形態。圖8為顯示本實施形態之三維測量裝置的概略構成之示意圖。
本實施形態係具備與第2實施形態不同的分光光學系統，其和採用邁克遜干涉儀的光學構成之第1實施形態在關於第1攝像系統4A及第2攝像系統4B的構成這點是不同的。因此，本實施形態中，係針對和第1、第2實施形態不同的構成部分作詳細說明，關於相同的構成部分則標註相同符號，並省略其詳細說明。
本實施形態的第1攝像系統4A具備有：作為分光手段的分光光學系統600A，係將透射第1無偏光分光 器13A之第1光的合成光(參考光成分及測量光成分)分割成4道分光；1/4波長板610A，將藉該分光光學系統600A分割出的4道分光分別轉換成圓偏光；過濾單元615A，讓透射該1/4波長板610A之4道分光的預定成分選擇性地透射；及攝像機(camera)633A，對透射該過濾單元615A的4道分光同時進行拍攝。
本實施形態的第2攝像系統4B具備有：作為分光手段的分光光學系統600B，將透射第2無偏光分光器13B之第2光的合成光(參考光成分及測量光成分)分割成4道分光；1/4波長板610B，將由該分光光學系統600B所分割出的4道分光分別轉換成圓偏光；過濾單元615B，讓透射該1/4波長板610B之4道分光的預定成分選擇性地透射；及攝像機633B，對透射該過濾單元615B的4道分光同時進行拍攝。
此外，「1/4波長板610A」及「1/4波長板610B」係具有和上述第1實施形態之「1/4波長板31A」及「1/4波長板31B」同樣的構成，其詳細說明則省略。惟，亦可作成與4道分光分別對應而個別地具備1/4波長板之構成。
「過濾單元615A」及「過濾單元615B」係構成本實施形態之過濾手段及干涉手段。「過濾單元615A」及「過濾單元615B」係具有與上述第2實施形態之「過濾單元126」同樣的構成，其詳細的說明則省略。惟，亦可作成與4道分光分別對應而個別地具備使透射軸方向逐一相差45°之四片偏光板(偏光板126a、126b、126c、 126d)之構成。
「攝像機633A」及「攝像機633B」和與此等相關連的控制處理、圖像資料記憶裝置54等的構成，係具有與上述第1、第2實施形態的「第1攝像機33A」及「第2攝像機633B(攝像元件33Bi)」等構成同樣的構成，其詳細的說明則省略。
其次，針對分光光學系統600A及分光光學系統600B的構成，參照圖9~圖12進行詳細說明。此外，本實施形態的分光光學系統600A及分光光學系統600B為同一構成。
以下，在參照圖9~圖12，說明分光光學系統600A(600B)時，權宜上，將圖9的圖面的上下方向設為「X'軸方向」，將圖面的前後方向設為「Y'軸方向」，將圖面的左右方向設為「Z'軸方向」來進行說明。惟，用以說明分光光學系統600A(600B)單體的座標系(X'，Y'，Z')、和用以說明三維測量裝置1整體的座標系(X，Y，Z)乃係不同的座標系。
分光光學系統600A(600B)乃係將無偏光的兩個光學構件(稜鏡)貼合而一體化的一個無偏光的光學構件。
更詳言之，分光光學系統600A(600B)係由第1稜鏡601和第2稜鏡602構成，第1稜鏡601係將透射第1無偏光分光器13A(第2無偏光分光器13B)之第1光的合成光(第2光的合成光)分割成兩道分光，第2稜鏡602係將由該第1稜鏡601所分割出的兩道分光分別分割成兩道分光並 射出總共4道分光。
第1稜鏡601及第2稜鏡602係分別由稱為「凱斯特稜鏡(kester prism)」之週知的光學構件所構成。其中，本實施形態中，所謂的「凱斯特稜鏡」係指「將具有內角分別為30°、60°、90°之直角三角形的剖面形狀的一對光學構件(三角柱形狀的稜鏡)貼合而一體化之具有正三角形剖面形狀的正三角柱形狀之光學構件，其接合面具有無偏光的半鏡」。當然，作為各稜鏡601、602使用的凱斯特稜鏡並不限定於此。只要滿足後述之分光光學系統600A(600B)的功能，則例如亦可採用非正三角柱形狀者等不同於本實施形態的光學構件(凱斯特稜鏡)來作為各稜鏡601、602。
具體而言，作為第1光學構件(第1凱斯特稜鏡)的第1稜鏡601係俯視(X'-Z'平面)呈正三角形狀，並且呈沿Y'軸方向延伸的正三角柱形狀(參照圖9)。「X'-Z'平面」相當於本實施形態的「第1平面」。
第1稜鏡601係在順著沿Y'軸方向之通過呈長方形狀的三個面(第1面601a、第2面601b、第3面601c)當中之第1面601a和第2面601b的交線而和第3面601c正交的平面，形成有半鏡601M。「半鏡601M」構成本實施形態的「第1分歧手段」。
在第1稜鏡601中，第3面601c係以沿著X'-Y'平面和Z'軸方向正交之方式配置，並且半鏡601M係以沿著Y'-Z'平面和X'軸方向正交之方式配置。因此，第1面601a及第2面601b係以分別相對於X'軸方向及Z'軸方 向傾斜30°或60°傾斜之方式配置。
另一方面，作為第2光學構件(第2凱斯特稜鏡)的第2稜鏡602係前視(Y'-Z'平面)呈正三角形狀，並且呈沿著X'軸方向延伸的正三角柱形狀(參照圖10)。「Y'-Z'平面」相當於本實施形態的「第2平面」。
第2稜鏡602係在照著沿X'軸方向之通過呈正方形狀的三個面(第1面602a、第2面602b、第3面602c)中之第1面602a和第2面602b的交線而和第3面602c正交的平面，形成有半鏡602M。「半鏡602M」構成本實施形態的「第2分歧手段」。
在第2稜鏡602中，第1面602a係以沿著X'-Y'平面和Z'軸方向正交之方式配置。因此，第2面602b、第3面602c及半鏡602M係以分別相對於Y'軸方向及Z'軸方向傾斜30°或60°之方式配置。
且，第1稜鏡601的第3面601c和第2稜鏡602的第1面602a係接合在一起。亦即，第1稜鏡601和第2稜鏡602係以含有半鏡601M的平面(Y'-Z'平面)與含有半鏡602M的平面正交的朝向接合。
此處，第1稜鏡601的第3面601c在X'軸方向的長度、與第2稜鏡602的第1面602a在X'軸方向的長度係相同(參照圖9)。另一方面，第1稜鏡601的第3面601c在Y'軸方向的長度，係成為第2稜鏡602的第1面602a在Y'軸方向的長度的一半(參照圖10、11)。且，第1稜鏡601的第3面601c係沿著第2稜鏡602的第1面602a和第2面602b的交線接合(參照圖12等)。
兩稜鏡601、602係分別藉由折射率比空氣高之具有預定折射率的光學材料(例如玻璃(glass)或壓克力(acrylic)等)形成。在此，亦可將兩稜鏡601、602藉由同一材料形成，亦可藉由不同材料形成。只要滿足後述之分光光學系統600A(600B)的功能，則各稜鏡601、602的材質便可分別任意地選擇。
接著，針對分光光學系統600A及分光光學系統600B的作用，參照圖式詳細進行說明。惟，如上述，使用於第1攝像系統4A及第2攝像系統4B的分光光學系統600A及分光光學系統600B為同一構成，所以，以下，以第1攝像系統4A的分光光學系統600A為例進行說明，省略了關於第2攝像系統4B的分光光學系統600B。
分光光學系統600A係以透射第1無偏光分光器13A之第1光的合成光F0相對於第1稜鏡601的第1面601a垂直射入之方式配置(參照圖8、9)。其中，圖8中，為了簡化，以分光光學系統600A的正面面向觀者側的方式圖示第1攝像系統4A。
從第1面601a射入第1稜鏡601內的合成光F0，係在半鏡601M分歧成兩方向。詳言之，分歧成朝向第1面601a側且在半鏡601M反射的分光FA1、和朝向第2面601b側且透射半鏡601M的分光FA2。
其中，在半鏡601M反射的分光FA1，係在第1面601a朝第3面601c側進行全反射，並從第3面601c垂直地射出。另一方面，透射半鏡601M的分光FA2，係在第2面601b朝第3面601c側進行全反射，並從第3面601c垂直 地射出。亦即，從第1稜鏡601的第3面601c射出平行的兩道分光FA1、FA2。
從第1稜鏡601的第3面601c射出的分光FA1、FA2，係分別垂直地射入第2稜鏡602的第1面602a(參照圖10)。
從第1面602a射入第2稜鏡602內的分光FA1、FA2，係分別在半鏡602M分歧成兩方向。
詳言之，其中一道分光FA1係分歧成朝向第1面602a側且在半鏡602M反射之分光FB1、和朝向第2面602b側且透射半鏡602M之分光FB2。
其中另一道分光FA2係分歧成朝向第1面602a側且在半鏡602M反射之分光FB3、和朝向第2面602b側且透射半鏡602M之分光FB4。
其中，被半鏡602M反射的分光FB1、FB3，係分別在第1面602a朝第3面602c側全反射，並從第3面602c垂直射出。另一方面，透射半鏡602M的分光FB2、FB4係分別在第2面602b朝第3面602c側全反射，並從第3面602c垂直射出。亦即，從第2稜鏡602的第3面602c，平行地射出排列成兩行兩列之矩陣狀的四道光FB1~FB4。
從分光光學系統600A(第2稜鏡602的第3面602c)射出的4道分光FB1~FB4，係在分別藉由1/4波長板610A轉換成圓偏光後，射入以矩陣狀配置於過濾單元615A的各偏光板126a~126d。
藉此，透射過濾單元615A的4道分光FB1~FB4，係分別成為相位逐一相差90°之干涉光。且，此等4 道分光FB1~FB4係藉由攝像機633A的攝像元件同時拍攝。結果，可得到相位各相差90°的4種干涉條紋圖像。
如以上詳述，根據本實施形態，可獲得與上述第1、第2實施形態同樣的作用效果。
此外，本實施形態中，在分光光學系統600A、600B中，就將一道光分割成平行的兩道光之手段而言，係採用屬於凱斯特稜鏡之稜鏡601、602，所以所分割出的兩道光的光路長在光學上會相等。結果，如上述第2實施形態所示，不需要具備調整所分割出之兩道光的光路長之光路調整手段，可謀求零件數量的削減，並可謀求構成的簡化或裝置的小型化等。
又，構成為一道光F0射入分光光學系統600A、600B至射出四道光FB1~FB4為止的期間，光僅行進於光學構件內，沒有射出到空氣中，所以可降低因空氣的晃動等造成的影響。
〔第4實施形態〕
以下，參照圖式，說明第4實施形態。圖13為顯示本實施形態之三維測量裝置的概略構成之示意圖。
本實施形態係具備與第2實施形態、第3實施形態不同的分光光學系統，並與採用邁克遜干涉儀的光學構成之第1實施形態在關於第1攝像系統4A及第2攝像系統4B的構成這點是不同的。因此，本實施形態中，係針對和第1~第3實施形態不同的構成部分進行詳細說明，關於相同的構成部分則標註相同符號，並省略其詳細說明。
本實施形態的第1攝像系統4A係具備有將透射第1無偏光分光器13A之第1光的合成光(參考光成分及測量光成分)分割成4道分光之作為分光手段的分光光學系統700A。
分光光學系統700A具備有：無偏光分光器701A，將透射第1無偏光分光器13A之第1光的合成光分割成兩道分光；第1稜鏡702A，將藉該無偏光分光器701A分割出的兩道分光中的一道分光進一步分割成兩道分光；及第2稜鏡703A，將藉上述無偏光分光器701A分割出的兩道分光中的另一道分光進一步分割成兩道分光。
再者，本實施形態的第1攝像系統4A具備有：1/4波長板704A，將由第1稜鏡702A分割出的兩道分光分別轉換成圓偏光；1/4波長板705A，將由第2稜鏡703A分割出的兩道分光分別轉換成圓偏光；過濾單元706A，讓透射上述1/4波長板704A之兩道分光的預定成分選擇性地透射；過濾單元707A，讓透射上述1/4波長板705A之兩道光的預定成分選擇性地透射；攝像機708A，對透射上述過濾單元706A的兩道分光同時進行拍攝；及攝像機709A，對透射上述過濾單元707A的兩道分光同時進行拍攝。
另一方面，本實施形態的第2攝像系統4B係具備有：作為分光手段的分光光學系統700B，將透射第2無偏光分光器13B之第2光的合成光(參考光成分及測量光成分)分割成4道分光。
分光光學系統700B具備有：無偏光分光器 701B，將透射第2無偏光分光器13B之第2光的合成光分割成兩道分光；第1稜鏡702B，將藉由該無偏光分光器701B所分割出之兩道分光中的一道分光進一步分割成兩道分光；及第2稜鏡703B，將藉由上述無偏光分光器701B分割出的兩道分光中的另一道分光進一步分割成兩道分光。
再者，本實施形態的第2攝像系統4B具備有：1/4波長板704B，將由第1稜鏡702B分割出的兩道分光分別轉換成圓偏光；1/4波長板705B，將由第2稜鏡703B分割出的兩道分光分別轉換成圓偏光；過濾單元706B，讓透射1/4波長板704B之兩道分光的預定成分選擇性地透射；過濾單元707B，讓透射1/4波長板705B之兩道光的預定成分選擇性地透射；攝像機708B，對透射過濾單元706B的兩道分光同時進行攝像；及攝像機709B，對透射過濾單元707B的兩道分光同時進行攝像。
「無偏光分光器701A」及「無偏光分光器701B」係將直角稜鏡貼合而一體化的方塊型之週知的光學構件，其接合面設有無偏光的半鏡。
第1攝像系統4A的「第1稜鏡702A」及「第2稜鏡703A」與第2攝像系統4B的「第1稜鏡702B」及「第2稜鏡703B」係週知的凱斯特稜鏡，與上述第3實施形態之「第1稜鏡601」及「第2稜鏡602」具有同樣的構成，其詳細的說明則省略。
第1攝像系統4A的「1/4波長板704A」及「1/4波長板705A」、與第2攝像系統4B的「1/4波長板704B」 及「1/4波長板705B」，係具有和上述第1實施形態的「1/4波長板31A」及「1/4波長板31B」同樣的構成，其詳細的說明則省略。其中，本實施形態的「1/4波長板704A」等係分別對應於兩道分光。當然，亦可作成與各分光分別對應而個別地具備1/4波長板之構成。
第1攝像系統4A的「過濾單元706A」及「過濾單元707A」、與第2攝像系統4B的「過濾單元706B」及「過濾單元707B」，係具有與上述第2實施形態的「過濾單元126」同樣的構成，其詳細的說明則省略。惟，本實施形態的「過濾單元706A」等係分別對應於兩道分光。例如亦可作成第1攝像系統4A的「過濾單元706A」具備「偏光板126a、126b」，「過濾單元707A」具備「偏光板126c、126d」之構成(關於第2攝像系統4B亦同樣)。當然，亦可作成與4道分光分別對應而個別地具備透射軸方向逐一相差45°之四片偏光板(偏光板126a、126b、126c、126d)。
第1攝像系統4A的「攝像機708A」及「攝像機709A」、第2攝像系統4B的「攝像機708B」及「攝像機709B」、和與此等相關的控制處理、圖像資料記憶裝置54等的構成，係具有與上述第1實施形態的「第1攝像機33A」及「第2攝像機33B」等構成同樣的構成，其詳細的說明則省略。其中，本實施形態的「攝像機708A(攝像元件)」等係分別對應於兩道分光。例如，亦可作成第1攝像系統4A之「攝像機708A(攝像元件)」的攝像區域對應於「過濾單元706A(偏光板126a、126b)」而區分成 兩個攝像區域(H1、H2)，「攝像機709A(攝像元件)」的攝像區域對應於「過濾單元707A(偏光板126c、126d)」而區分成兩個攝像區域(H3、H4)之構成(關於第2攝像系統4B亦同樣)。於此情況，係以具備寬高比為2：1的攝像元件較佳。
接著，說明關於分光光學系統700A及分光光學系統700B的作用。其中，如上述，由於使用於第1攝像系統4A及第2攝像系統4B的分光光學系統700A及分光光學系統700B為相同構成，所以，以下，以第1攝像系統4A的分光光學系統700A為例進行說明，關於第2攝像系統4B的分光光學系統700B則予以省略。
透過第1無偏光分光器13A之第1光的合成光，先射入分光光學系統700A的無偏光分光器701A，在半鏡分歧成兩方向。其中，在半鏡反射的分光射入第1稜鏡702A。另一方面，透過半鏡的分光則射入第2稜鏡703A。
射入第1稜鏡702A的第1面的分光，係在半鏡分歧成兩方向。詳言之，分歧成朝向第1面側且在半鏡反射的分光、和朝向第2面側且透射半鏡的分光。
其中，在半鏡反射的分光，係在第1面朝第3面側進行全反射，並從第3面垂直地射出。另一方面，透射半鏡的分光係在第2面朝第3面側進行全反射，並從第3面垂直地射出。亦即，從第1稜鏡702A的第3面射出平行的兩道分光。
同樣地，射入第2稜鏡703A的第1面之分光，係在半鏡分歧成兩方向。詳細言之，分歧成朝向第1面側 且在半鏡反射之分光、和朝向第2面側且透射半鏡之分光。
其中，在半鏡反射的分光，係在第1面朝第3面側進行全反射，並從第3面垂直地射出。另一方面，透射半鏡的分光係在第2面朝第3面側進行全反射，並從第3面垂直地射出。亦即，從第2稜鏡703A的第3面射出平行的兩道分光。
接著，從第1稜鏡702A射出的兩道分光係在分別藉由1/4波長板704A轉換成圓偏光後，射入過濾單元706A(例如偏光板126a、126b)。
透射過濾單元706A的兩道分光，係成為例如相位「0°」的干涉光和相位「90°」的干涉光。此等兩道分光係在攝像機708A的兩個攝像區域同時被拍攝可得到例如相位「0°」的干涉條紋圖像和相位「90°」的干涉條紋圖像。
同樣地，由第2稜鏡703A射出的兩道分光，係在分別藉由1/4波長板705A轉換成圓偏光後，射入過濾單元707A(例如偏光板126c、126d)。
透射過濾單元707A的兩道分光，係成為例如相位「180°」的干涉光和相位「270°」的干涉光。且，此等兩道分光係在攝像機709A的兩個攝像區域同時被拍攝，可獲得例如相位「180°」的干涉條紋圖像和相位「270°」的干涉條紋圖像。
結果，藉由第1攝像系統4A(攝像機708A及攝像機709A)，可取得相位各差90°的4種干涉條紋圖像。
如以上詳述，本實施形態中，可發揮與上述 第3實施形態同樣的作用效果。
〔第5實施形態〕
以下，說明第5實施形態。本實施形態係使從兩個光源射出之波長不同的2種光在重疊的狀態下射入干涉光學系統，且將由此射出的光藉由光學分離手段進行波長分離，將個別拍攝上述各波長的光之干涉光的構成，與採用邁克遜干涉儀的光學構成之上述第1實施形態等相組合，可進行利用波長不同的4種光之測量。
以下，參照圖式，詳細說明。圖14為顯示本實施形態之三維測量裝置的概略構成之示意圖。本實施形態與上述第1實施形態等關於第1投光系統2A及第2投光系統2B、與第1攝像系統4A及第2攝像系統4B的構成這點是不同的。因此，本實施形態中，詳細說明與上述第1實施形態等不同的構成部分，針對相同的構成部分標註相同的符號，並省略其詳細說明。
本實施形態的第1投光系統2A具備有：兩個發光部751A、752A、與發光部751A對應的光隔離器753A、與發光部752A對應的光隔離器754A、二向分光鏡755A、及無偏光分光器756A等。
「發光部751A」及「發光部752A」係具有與「第1發光部11A」同樣的構成，其詳細說明則省略。其中，以發光部751A射出第1波長λc1(例如λc1=491nm)的直線偏光，且發光部752A射出第2波長λc2(例如λc2=540nm)的直線偏光之方式，兩發光部751A、752A係射出波長不同的光。
詳言之，發光部751A係將以相對於X軸方向及Z軸方向傾斜45°的方向設為偏光方向之第1波長λc1的直線偏光(以下，稱為「第1波長光」)朝Y軸方向下方射出。又，發光部752A係將以相對於X軸方向及Y軸方向傾斜45°的方向設為偏光方向之第2波長λc2的直線偏光(以下，稱為「第2波長光」)朝Z軸方向左方向射出。
「光隔離器753A」及「光隔離器754A」係具有與「第1光隔離器12A」同樣的構成，其詳細的說明則省略。
在該構成下，從發光部751A朝Y軸方向下方射出的第1波長光，係透過光隔離器753A射入二向分光鏡755A。同樣地，從發光部752A朝Z軸方向左方向射出的第2波長光，係透過光隔離器754A射入二向分光鏡755A。
二向分光鏡755A係貼合直角稜鏡而設成一體之方塊型的週知的光學構件(dichroic prism：二向色稜鏡)，在其接合面755Ah形成有介電體多層膜。
二向分光鏡755A係以夾著其接合面755Ah而相鄰的兩個面中的一者與Y軸方向正交且另一者與Z軸方向正交之方式配置。亦即，以二向分光鏡755A的接合面755Ah相對於Y軸方向及Z軸方向傾斜45°之方式配置。
本實施形態的二向分光鏡755A至少具有反射第1波長光且透射第2波長光之特性。藉此，在圖14所示之本實施形態的配置構成中，射入二向分光鏡755A的第1波長光和第2波長光在合成後，作成為以相對於X軸方向及Y軸方向傾斜45°的方向為偏光方向之直線偏光，朝 向無偏光分光器756A朝Z軸方向左方向射出。
之後，將從發光部751A射出的第1波長光、和從發光部752A射出的第2波長光經合成後的合成光稱為「第1光」。亦即，藉由「發光部751A、752A」和「二向分光鏡755A」等，構成本實施形態的「第1照射手段」。尤其，藉由「發光部751A」構成「第1波長光射出部」，藉由「發光部752A」構成「第2波長光射出部」，藉由「二向分光鏡755A」構成「第1合成手段」。
「無偏光分光器756A」係具有與「第1無偏光分光器13A」同樣的構成，其詳細說明則省略。本實施形態中，使從二向分光鏡755A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，使剩餘的部分(一半)朝Y軸方向下方反射。
本實施形態的第2投光系統2B具備有：兩個發光部751B、752B、與發光部751B對應的光隔離器753B、與發光部752B對應的光隔離器754B、二向分光鏡755B、無偏光分光器756B等。
「發光部751B」及「發光部752B」，係具有與「第2發光部11B」同樣的構成，其詳細說明則省略。其中，以發光部751B射出第3波長λc3(例如λc3=488nm)的直線偏光，且發光部752B射出第4波長λc4(例如λc4=532nm)的直線偏光之方式，兩發光部751B、752B係射出波長不同的光。
詳言之，發光部751B係將以相對於X軸方向及Y軸方向傾斜45°傾斜的方向設為偏光方向之第3波長 λc3的直線偏光(以下，稱為「第3波長光」)朝Z軸方向左方向射出。又，發光部752B係將以相對於X軸方向及Z軸方向傾斜45°的方向設為偏光方向之第4波長λc4的直線偏光(以下，稱為「第4波長光」)朝Y軸方向上方向射出。
「光隔離器753B」及「光隔離器754B」係具有與「第2光隔離器12B」同樣的構成，其詳細說明則省略。
在該構成下，從發光部751B朝Z軸方向左方向射出的第3波長光，係透過光隔離器753B射入二向分光鏡755B。同樣地，從發光部752B朝Y軸方向上方向射出的第4波長光，係透過光隔離器754B射入二向分光鏡755B。
二向分光鏡755B係將直角稜鏡貼合而設成一體之方塊型的週知光學構件(二向色稜鏡)，在其接合面755Bh形成有介電體多層膜。
二向分光鏡755B係以夾著其接合面755Bh而相鄰的兩個面中的一者與Y軸方向正交且另一者與Z軸方向正交之方式配置。亦即，以二向分光鏡755B的接合面755Bh相對於Y軸方向及Z軸方向傾斜45°的方式配置。
本實施形態的二向分光鏡755B至少具有反射第3波長光且透射第4波長光之特性。藉此，在圖14所示之本實施形態的配置構成中，射入二向分光鏡755B的第3波長光和第4波長光在合成後，作成為以相對於X軸方向及Z軸方向傾斜45°的方向為偏光方向之直線偏光，並朝向無偏光分光器756B朝Y軸方向上方向射出。
之後，將從發光部751B射出的第3波長光、和從發光部752B射出的第4波長光經合成後的合成光稱為「第2光」。亦即，藉由「發光部751B、752B」和「二向分光鏡755B」等，構成本實施形態的「第2照射手段」。尤其，藉由「發光部751B」構成「第3波長光射出部」，藉由「發光部752B」構成「第4波長光射出部」，藉由「二向分光鏡755B」構成「第2合成手段」。
「無偏光分光器756B」係具有與「第2無偏光分光器13B」同樣的構成，其詳細說明則省略。本實施形態中，使從二向分光鏡755B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，使剩餘的部分(一半)朝Z軸方向右方反射。
本實施形態的第1攝像系統4A具備有二向分光鏡800A，其係將透射無偏光分光器756A之第1光(第1波長光和第2波長光之雙波長合成光)的參考光成分及測量光成分的合成光，分離成第1波長光的合成光(參考光成分及測量光成分)、和第2波長光的合成光(參考光成分及測量光成分)之二向分光鏡800A。以下，就二向分光鏡800A作詳細說明。
二向分光鏡800A係將直角稜鏡貼合而設成一體之方塊型之週知的光學構件(二向色稜鏡)，在其接合面800Ah形成有介電體多層膜。「二向分光鏡800A」係構成本實施形態的「第1分離手段」。
二向分光鏡800A係以夾持其接合面800Ah而相鄰的兩個面中的一者與Y軸方向正交且另一者與Z軸 方向正交之方式配置。亦即，以二向分光鏡800A的接合面800Ah相對於Y軸方向及Z軸方向傾斜45°之方式配置。
本實施形態的二向分光鏡800A至少具有與上述二向分光鏡755A同樣的特性。亦即，二向分光鏡800A至少具有反射第1波長光，且透射第2波長光之特性。
藉此，在圖14所示之本實施形態的配置構成中，射入二向分光鏡800A之第1光的合成光係被分離成朝Z軸方向左方向向射出之第1波長光的合成光、和朝Y軸方向上方向射出之第2波長光的合成光。
再者，本實施形態的第1攝像系統4A具備有：分光光學系統801A，將從二向分光鏡800A朝Z軸方向左方向射出之第1波長光的合成光分割成4道分光；1/4波長板803A，將藉該分光光學系統801A所分割的4道分光分別轉換成圓偏光；過濾單元805A，使透射該1/4波長板803A之4道分光的預定成分選擇性地透射；及攝像機807A，同時拍攝透射該過濾單元805A的4道分光。「攝像機807A」係構成本實施形態的「第1波長光攝像部」。
同樣地，本實施形態的第1攝像系統4A具備有：分光光學系統802A，將從二向分光鏡800A朝Y軸方向上方向射出之第2波長光的合成光分割成4道分光；1/4波長板804A，將藉該分光光學系統802A所分割的4道分光分別轉換成圓偏光；過濾單元806A，使透射該1/4波長板804A之4道分光的預定成分選擇性地透射；及攝像機808A，同時拍攝透射該過濾單元806A的4道分光。「攝像機808A」係構成本實施形態的「第2波長光攝像部」。
此外，第1波長光之「分光光學系統801A」、「1/4波長板803A」、「過濾單元805A」及「攝像機807A」的構成，與第2波長光之「分光光學系統802A」、「1/4波長板804A」、「過濾單元806A」及「攝像機808A」的構成，係分別與上述第3實施形態之「分光光學系統600A」、「1/4波長板610A」、「過濾單元615A」及「攝像機633A」的構成相同，故省略其詳細說明。
本實施形態的第2攝像系統4B係具備有二向分光鏡800B，其係將透射無偏光分光器756B之第2光(第3波長光與第4波長光的雙波長合成光)的參考光成分及測量光成分的合成光，分離成第3波長光的合成光(參考光成分及測量光成分)、與第4波長光的合成光(參考光成分及測量光成分)。以下，詳細說明二向分光鏡800B。
二向分光鏡800B係貼合直角稜鏡而設成一體之方塊型的週知的光學構件(二向色稜鏡)，在其接合面800Bh形成有介電體多層膜。「二向分光鏡800B」係構成本實施形態的「第2分離手段」。
二向分光鏡800B係以夾著其接合面800Bh而相鄰的兩個面中的一者與Y軸方向正交且另一者與Z軸方向正交之方式配置。亦即，以二向分光鏡800B的接合面800Bh相對於Y軸方向及Z軸方向傾斜45°之方式配置。
本實施形態的二向分光鏡800B至少具有與上述二向分光鏡755B同樣的特性。亦即，二向分光鏡800B至少具有反射第3波長光，且透射第4波長光之特性。
藉此，在圖14所示之本實施形態的配置構成中，射入二向分光鏡800B之第2光的合成光，係被分離成朝Y軸方向下方向射出之第3波長光的合成光、和朝Z軸方向左方向射出之第4波長光的合成光。
再者，本實施形態的第2攝像系統4B具備有：分光光學系統801B，將從二向分光鏡800B朝Y軸方向下方向射出之第3波長光的合成光分割成4道分光；1/4波長板803B，將藉該分光光學系統801B所分割之4道分光分別轉換成圓偏光；過濾單元805B，使透射該1/4波長板803B之4道分光的預定成分選擇性地透射；及攝像機807B，同時拍攝透射該過濾單元805B的4道分光。「攝像機807B」係構成本實施形態的「第3波長光攝像部」。
同樣地，本實施形態的第2攝像系統4B具備有：分光光學系統802B，將從二向分光鏡800B朝Z軸方向左方向射出之第4波長光的合成光分割成4道分光：1/4波長板804B，將藉該分光光學系統802B所分割之4道分光分別轉換成圓偏光；過濾單元806B，使透射該1/4波長板804B之4道分光的預定成分選擇性地透射；及攝像機808B，將透射該過濾單元806B的4道分光同時拍攝。「攝像機808B」係構成本實施形態之「第4波長光攝像部」。
此外，第3波長光之「分光光學系統801B」、「1/4波長板803B」、「過濾單元805B」及「攝像機807B」的構成，與第4波長光之「分光光學系統802B」、「1/4波長板804B」、「過濾單元806B」及「攝像機808B」的構成，係分別與上述第3實施形態之「分光光學系統600B 」、「1/4波長板610B」、「過濾單元615B」及「攝像機633B」的構成相同，故省略其詳細說明。
其次，說明關於在本實施形態中所執行之形狀測量處理的程序。首先，控制裝置5係驅動控制第1投光系統2A及第2投光系統2B，並同時執行來自發光部751A之第1波長光的照射、來自發光部752A之第2波長光的照射、來自發光部751B之第3波長光的照射、及來自發光部752B之第4波長光的照射。
藉此，屬第1波長光及第2波長光的合成光之第1光係射入偏光分光器20的第1面20a，並且屬第3波長光及第4波長光的合成光之第2光係射入偏光分光器20的第2面20b。
其結果，從偏光分光器20的第1面20a射出第1光的合成光(參考光及測量光)，並且從偏光分光器20的第2面20b射出第2光的合成光(參考光及測量光)。
從偏光分光器20的第1面20a射出之第1光的合成光的一部分係射入第1攝像系統4A，被分離成第1波長光的合成光(參考光及測量光)、與第2波長光的合成光(參考光及測量光)。其中，第1波長光的合成光係在藉分光光學系統801A分割成四道光後，經由1/4波長板803A及過濾單元805A射入攝像機807A。同時，第2波長光的合成光係在藉由分光光學系統802A分割成四道光後，經由1/4波長板804A及過濾單元806A射入攝像機808A。
另一方面，從偏光分光器20的第2面20b射出之第2光的合成光的一部分，係射入第2攝像系統4B，且 被分離成第3波長光的合成光(參考光及測量光)、與第4波長光的合成光(參考光及測量光)。其中，第3波長光的合成光係在藉分光光學系統801B分割成四道光後，經由1/4波長板803B及過濾單元805B射入攝像機807B。同時，第4波長光的合成光係在藉分光光學系統802B分割成四道光後，經由1/4波長板804B及過濾單元806B射入攝像機808B。
控制裝置5係驅動控制第1攝像系統4A及第2攝像系統4B，同時地執行以攝像機807A進行的攝像、以攝像機808A進行的攝像、以攝像機807B進行的攝像、及以攝像機808B進行的攝像。
結果，藉由攝像機807A(攝像元件的攝像區域H1~H4)，將相位逐一相差90°的第1波長光的4種干涉條紋圖像以一筆圖像資料的形式取得，藉由攝像機808A(攝像元件的攝像區域H1~H4)，將相位逐一相差90°的第2波長光的4種干涉條紋圖像以一筆圖像資料的形式取得，藉由攝像機807B(攝像元件的攝像區域H1~H4)，將相位逐一相差90°的第3波長光的4種干涉條紋圖像以一筆圖像資料的形式取得，藉由攝像機808B(攝像元件的攝像區域H1~H4)，將相位逐一相差90°的第4波長光的4種干涉條紋圖像以一筆圖像資料的形式取得。
接著，控制裝置5係將從攝像機807A取得的一筆圖像資料分割成4種干涉條紋圖像資料(按與攝像元件的攝像區域H1~H4對應的範圍)，分別記憶至圖像資料記憶裝置54內之與攝像機807A對應的第1~第4圖像記 憶體。
同時，關於從攝像機808A、攝像機807B及攝像機808B分別取得的圖像資料，控制裝置5亦進行同樣的處理，將干涉條紋圖像資料分別記憶於與各攝像機808A、807B、808B對應的第1~第4圖像記憶體。
接著，控制裝置5係根據記載於圖像資料記憶裝置54之第1波長光的4種干涉條紋圖像資料、第2波長光的4種干涉條紋圖像資料、第3波長光的4種干涉條紋圖像資料、及第4波長光的4種干涉條紋圖像資料，藉由相移法測量工件W的表面形狀。亦即，算出工件W表面上之各位置的高度資訊。
如以上詳述，本實施形態中，令第1波長光與第2波長光的合成光即第1光從偏光分光器20的第1面20a射入，並且令第3波長光與第4波長光的合成光即第2光從偏光分光器20的第2面20b射入，藉此將第1光的參考光及測量光、與第2光的參考光及測量光分割成分別相異的偏光成分(P偏光或S偏光)，故射入偏光分光器20的第1光與第2光會在沒有相互干涉下分別由偏光分光器20射出。
藉此，以第1光所含的偏光(第1波長光及/或第2波長光)、與第2光所含的偏光(第3波長光及/或第4波長光)而言，可使用波長接近的2種偏光。結果，能夠利用波長接近的兩種偏光，將三維測量的測量範圍更進一步擴大。尤其在本實施形態中，最多能夠利用四種波長相異的光，故亦能夠將測量範圍飛躍性地擴大。
此外，本實施形態中，係構成為：將從干涉 光學系統3射出之第1光的合成光(參考光成分及測量光成分)分離成第1波長光的合成光與第2波長光的合成光，並且將從干涉光學系統3射出之第2光的合成光分離成第3波長光的合成光與第4波長光的合成光，個別且同時地進行第1波長光的合成光的攝像、第2波長光的合成光的攝像、第3波長光的合成光的攝像、及第4波長光的合成光的攝像。藉此，可縮短總體的攝像時間，從而能夠謀求測量效率的提升。
此外，本實施形態中，係構成為：使用分光光學系統801A等，將各波長光的合成光分別分割成四道光，並且藉由過濾單元805A等將該四道光轉換成相位逐一相差90°的4種干涉光。藉此，能夠同時取得以相移法進行的三維測量所需之全部的干涉條紋圖像。亦即，能夠同時取得最大4種偏光之共計16種(4×4種)的干涉條紋圖像。結果，能夠將上述作用效果進一步提高。
再者，本實施形態中，例如可將使用第1波長光及第3波長光之2種偏光的測量、與使用第2波長光及第4波長光之2種偏光的測量，因應工件W的種類來進行切換。亦即，根據本實施形態，可使用波長接近的2種偏光謀求測量範圍的擴大，也可因應工件W的種類切換光的種類(波長)。結果，可謀求便利性和泛用性之提升。
例如對不適合紅色系光之晶圓基板等工件W，係可進行使用第1波長光與第3波長光兩種偏光(例如491nm與488nm的藍色系的兩道光)所進行的測量，另一方面，對不適合藍色系光的銅等工件W，係可進行使用 第2波長光與第4波長光兩種偏光(例如540nm與532nm的綠色系的兩道光)所進行的測量。
此外，不限定於上述實施形態的記載內容，例如，亦可以下述方式實施。無庸贅言，以下當然也可有未例示的其他應用例、變更例。
(a)上述各實施形態中，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基板的焊料凸塊等。
此處，針對焊料凸塊等的高度測量的原理進行說明。如圖15所示，凸塊503相對於電極501(基板500)的高度HB，係可藉由以凸塊503的絕對高度ho減去該凸塊503周邊之電極501的絕對高度hr來求取〔HB=ho-hr〕。此處，就電極501的絕對高度hr而言，例如可使用電極501上任意一點的絕對高度、和電極501上預定範圍的絕對高度的平均值等。又，「凸塊503的絕對高度ho」和「電極501的絕對高度hr」，係可在上述各實施形態作為高度資訊z(ξ,η)來求取。
因此，在設有依循預設的良否判定基準來檢查焊膏和焊料凸塊之良否的檢查手段之焊料印刷檢查裝置或焊料凸塊檢查裝置中，亦可構成為具備有三維測量裝置1。
此外，採用了邁克遜干涉儀的光學構成之三維測量裝置1係適用於反射工件。此外，藉由使用相移法，便能夠進行排除掉0次光(透射光)的測量。
又，上述各實施形態中，亦可構成為：將設 置工件W的設置部24構成為可變位，將工件W的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，將工件W整體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)的構成並不限定於上述各實施形態。例如，在上述各實施形態中，作為干涉光學系統3，係採用邁克遜干涉儀的光學構成，但並不限於此，只要為將入射光分割成參考光與測量光來進行工件W的形狀測量之構成，則亦可採用其他光學構成。
又，上述各實施形態中，就偏光分光器20而言，雖係採用將直角稜鏡貼合而一體化的方塊型，但不限定於此，例如亦可採用板(plate)型偏光分光器。
又，偏光分光器20雖係構成為讓P偏光成分透射、將S偏光成分反射，但不限定於此，亦可構成為將P偏光成分反射，讓S偏光成分透射。亦可構成為「S偏光」相當於「具有第1偏光方向的偏光」，「P偏光」相當於「具有第2偏光方向的偏光」。
(c)投光系統2A、2B的構成不限定於上述各實施形態。例如從投光系統2A、2B射出之各光的波長不限定於上述各實施形態。其中，為了擴大測量範圍，較佳為將從第1投光系統2A所照射的光、和從第2投光系統2B所照射之光的波長差進一步縮小。
又，第5實施形態中，從第1投光系統2A照射的第1波長光與第2波長光係較佳為波長相差至能夠以二 向分光鏡800A分離的程度的偏光。同樣地，從第2投光系統2B照射的第3波長光與第4波長光係較佳為波長相差能夠以二向分光鏡800B分離之程度的偏光。
又，亦可構成為從第1投光系統2A及第2投光系統2B照射同一波長的光。
如上述，習知技術中，就測量被測量物形狀的三維測量裝置而言，已知有利用雷射光等的三維測量裝置(干涉儀)。在該種三維測量裝置中，係有因來自雷射光源的輸出光的晃動等的影響造成測量精度降低之虞。
對此，例如當被測量物較小，一道光(一種波長)的測量範圍還是不夠時，從相異兩光源照射同一波長的光，以該兩道光分別進行三維測量，藉此，便能夠謀求測量精度的提升。
然而，當欲以兩道光進行三維測量時，必須將第1光的輸出光的攝像與第2光的輸出光的攝像分別在相異的時序進行，有測量效率降低之虞。
例如在利用相移法的三維測量中，當令相位以4個階段變化時係必須取得4種圖像資料，故在使用兩道光的情形中，分別在相異時序而各需4次的攝像時間，共計需8次的攝像時間。
照射同一波長的兩道光的本發明乃係鑒於上述情事而研創，目的在於提供能夠利用兩道光謀求測量效率的提升之三維測量裝置。
依據本發明，能夠同時進行第1光的輸出光的 攝像與第2光的輸出光的攝像，故能夠以共計4次(或3次)的攝像時間取得兩道光的共計8種(或6種)干涉條紋圖像。結果，能夠縮短總體的攝像時間，從而能夠謀求測量效率的提升。
又，上述各實施形態中，雖係作成在投光系統2A、2B中具備光隔離器12A、12B等之構成，但亦可作成省略光隔離器12A、12B等之構成。
又，在上述各實施形態中，亦可構成為將第1投光系統2A與第1攝像系統4A兩者的位置關係夾介著第1無偏光分光器13A等互換，亦可構成為將第2投光系統2B與第2攝像系統4B兩者的位置關係夾介著第2無偏光分光器13B等互換。
又，在第5實施形態中，亦可構成為將第1投光系統2A之發光部751A與發光部752A兩者的位置關係夾介著二向分光鏡755A互換，亦可構成為將第2投光系統2B之發光部751B與發光部752B兩者的位置關係夾介著二向分光鏡755B互換。
又，導光手段的構成並不限於上述各實施形態的無偏光分光器13A、13B等。只要為令從第1照射手段(第2照射手段)射出之第1光(第2光)的至少一部分朝第1輸入輸出部(第2輸入輸出部)射入，並且令從第1輸入輸出部(第2輸入輸出部)射出之第1光的輸出光(第2光的輸出光)的至少一部分朝第1攝像手段(第2攝像手段)射入之構成，則亦可採用其他構成。
亦即，在第1實施形態中，只要為令從第1投 光系統2A(第2投光系統2B)照射的第1光(第2光)射入偏光分光器20的第1面20a(第2面20b)，且從偏光分光器20的第1面20a(第2面20b)射出之第1光的輸出光(第2光的輸出光)往第1攝像系統4A(第2攝像系統4B)射入的構成，則亦可採用其他構成。
又，在上述各實施形態中，就無偏光分光器13A、13B等而言，雖採用將直角稜鏡貼合而一體化的方塊型，但不限定於此，例如亦可採用板(plate)型的預定半鏡。
此外，在第5實施形態中，就二向分光鏡755A及二向分光鏡755B、與二向分光鏡800A及二向分光鏡800B而言，雖採用將直角稜鏡貼合而一體化的方塊型，但不限定於此，例如亦可採用板型的預定二向分光鏡。
(d)上述各實施形態中，雖構成為根據相位相異的4種干涉條紋圖像資料進行相移法，但不限定於此，例如亦可構成為根據相位相異的2種或3種干涉條紋圖像資料來進行相移法。
又，例如，如傅立葉轉換法所示，亦可作成藉由與相移法不同的其他方法進行三維測量之構成。
(e)在上述第1實施形態中，就相移手段而言，係採用構成為可變更透射軸方向之偏光板32A、32B，在上述第2~5實施形態中，係採用由透射軸方向不同的四片偏光板所構成的過濾單元126等。
相移手段的構成並不受此等所限，例如在第1實施形態中亦可採用藉由壓電元件(piezo element)等令 參考面23沿著光軸移動而物理性地使光路長變化的構成。
惟，在使用如上述的旋轉式偏光板作為相移手段的方法中，為了取得進行三維測量上所需的全部的圖像資料，必須在複數個時序進行攝像。又，在第5實施形態中，在使用令參考面23移動的構成作為相移手段之情況，必須按波長相異的複數道光使參考面的動作量(相移量)不同，所以無法同時對複數道光進行攝像。因此，在縮短攝像時間這點，更佳為如上述第2實施形態等所示採用可在1次的時序對全部的圖像資料進行攝像的過濾單元126。
(f)在上述各實施形態中，當進行雙波長相移法時，係構成為藉由計算式求取高度資訊Z(ξ,η)，但不限定於此，例如亦可構成為預先記憶有表示相位 1、 2、條紋級序m1、m2、高度資訊z的對應關係之數值表和表資料(table data)，並參酌此來取得高度資訊z。此時，未必一定要特定條紋級序。
(g)分光手段的構成並不限定於上述第2~5實施形態。例如在上述第2實施形態的分光光學系統125等中，係作成為將由干涉光學系統3射入的光分光成4道之構成，但不限於此，例如亦可作成為分光成三道的構成等至少分割成藉由相移法進行測量所需道數的光。
又，在上述第2實施形態等中，雖係構成為將射入的合成光L0等分割成光路在正交於行進方向的平面排列成矩陣狀的四道光LB1~LB4等，但只要為使用複數個攝像機對各分光LB1~LB4等進行攝像之構成，未必一 定要以排列成矩陣狀的方式進行分光。
又，在上述第2實施形態等中，就分光手段而言，係採用將複數個光學構件(稜鏡)組合而一體化的分光光學系統125等，但不限定於此，亦可採用繞射光柵作為分光手段。
(h)過濾手段的構成並不限定於上述第2實施形態等。例如在上述第2實施形態中，過濾單元126係藉由透射軸方向為0°的第1偏光板126a、透射軸方向為45°的第2偏光板126b、透射軸方向為90°的第3偏光板126c、透射軸方向為135°的第4偏光板126d所構成，使用透射軸方向逐一相差45°的上述四片偏光板126a~26d，來取得相位逐一相差90°的4種干涉條紋圖像，根據該4種干涉條紋圖像，藉由相移法進行形狀測量。
取而代之，亦可在改以根據相位相異的3種干涉條紋圖像，藉由相移法進行形狀測量時，作成如下之構成。例如亦可如圖16所示，將過濾單元126的第1偏光板126a、第2偏光板126b、第3偏光板126c、第4偏光板126d分別採用透射軸方向為0°的偏光板、透射軸方向為60°(或45°)的偏光板、透射軸方向為120°(或90°)的偏光板、將測量光(例如右旋的圓偏光)及參考光(例如左旋的圓偏光)轉換成直線偏光的1/4波長板與選擇性地讓測量光的直線偏光透射之偏光板之組合。此處，亦可構成為將「1/4波長板」及「偏光板」之組合採用所謂的「圓偏光板」。
依據上述構成，能夠以藉由一個攝像元件進 行的一次攝像，除了取得相位各差120°(或90°)的3種干涉條紋圖像外，還取得工件W的亮度圖像。藉此，便能夠除了根據3種干涉條紋圖像，藉由相移法進行形狀測量外，還組合進行以亮度圖像為根據的測量。例如，便能夠對藉由相移法進行的形狀測量所得的三維資料進行映射(mapping)和進行測量區域的抽出等。結果，能夠進行組合複數種測量的綜合性的判斷，從而能夠謀求測量精度的進一步提升。
另外，在圖16所示的例子中，就第4偏光板120d而言，雖係採用將圓偏光轉換成直線偏光的1/4波長板與選擇性地讓測量光的直線偏光透射的偏光板之組合，但並不限於此，只要為選擇性地僅讓測量光透射的構成，則亦可採用其他構成。
此外，亦可構成為省略第4偏光板126d。亦即，亦可構成為藉由一個攝像元件同時對分別透射過濾單元126的第1偏光板126a、第2偏光板126b、第3偏光板126c之三道光、與未經過濾單元126(偏光板)而直接射入的一道光進行攝像。
依據上述構成，達到與配置「1/4波長板」及「偏光板」之組合作為第4偏光板126d的上述構成相同的作用效果。亦即，能夠以藉由一個攝像元件進行的一次攝像，除了取得相位各差120°(或90°)的3種干涉條紋圖像，還取得工件W的亮度圖像。
另外，就算直接拍攝測量光(例如右旋的圓偏光)與參考光(例如左旋的圓偏光)，因參考光為已知(能夠 預先測量獲得)且均勻，故藉由攝像後的處理，進行將該參考光量移除的處理和將均勻光移除的處理，藉此，便能夠將測量光的信號抽出。
就將第4偏光板126d省略的構成的優點而言，相較於配置「1/4波長板」及「偏光板」之組合的構成，由於能夠省略該些「1/4波長板」及「偏光板」，故光學零件減少，能夠謀求構成的簡化和抑制零件數目的增加等。
(i)攝像系統4A、4B的構成並不限於上述各實施形態。例如在上述各實施形態中，雖係使用具備透鏡的攝像機，但並無非有透鏡不可之必要，即使使用無透鏡的攝像機，仍亦可藉由利用上述[數學式6]的關係式等而藉由計算求取對焦的圖像來進行。
又，在上述第5實施形態中，亦可構成為夾介著二向分光鏡800A，互換第1攝像系統4A之「分光光學系統801A、1/4波長板803A、過濾單元805A及攝像機807A」與「分光光學系統802A、1/4波長板804A、過濾單元806A及攝像機808A」兩者的位置關係，亦可構成為夾介著二向分光鏡800B互換第2攝像系統4B之「分光光學系統801B、1/4波長板803B、過濾單元805B及攝像機807B」與「分光光學系統802B、1/4波長板804B、過濾單元806B及攝像機808B」兩者的位置關係。
(j)在上述第5實施形態中，係構成為同時使用「第1波長光」、「第2波長光」、「第3波長光」及「第4波長光」四道波長光。亦即，構成為同時射出四道波長 光，並且同時拍攝該些光的干涉條紋圖像，根據該些圖像進行三維測量。但並不限於此，亦可採用其他構成。
例如，亦可構成為：在不射出「第1波長光」、「第2波長光」、「第3波長光」及「第4波長光」四道波長光中的「第4波長光」下，同時射出「第1波長光」、「第2波長光」及「第3波長光」三道波長光，並且同時拍攝該些光的干涉條紋圖像，根據該圖像進行三維測量。
同樣地，亦可構成為：在不射出「第1波長光」、「第2波長光」、「第3波長光」及「第4波長光」四道波長光中的例如「第2波長光」及「第4波長光」下，同時射出「第1波長光」及「第3波長光」兩道波長光，並且同時拍攝該些光的干涉條紋圖像，根據該圖像進行三維測量。
只要構成為至少從第1投光系統2A及第2投光系統2B同時射出第1光(「第1波長光」及/或「第2波長光」)及第2光(「第3波長光」及/或「第4波長光」)，並且同時拍攝該些光的干涉條紋圖像，便能夠比習知技術縮短總體的攝像時間，從而能夠謀求測量效率的提升。
亦即，若不追求攝像時間的縮短，則亦可未必要構成為同時使用「第1波長光」、「第2波長光」、「第3波長光」及「第4波長光」四道波長光。例如亦可構成為：在不射出「第2波長光」及「第4波長光」下，同時射出「第1波長光」及「第3波長光」兩道波長光，並且同時拍攝該些光的干涉條紋圖像，然後，在不射出 「第1波長光」及「第3波長光」下，同時射出「第2波長光」及「第4波長光」兩道波長光，並且同時拍攝該些光的干涉條紋圖像。
(k)當如上述(j)所述最多只使用三道波長光或兩道波長光時，亦可採用預先將不使用的波長光的射出機構和攝像機構從上述各實施形態中省略而成之構成的三維測量裝置1。
例如當沒有使用第2波長光時，亦可構成為從第1投光系統2A中將射出第2波長光之射出機構(發光部752A、光隔離器754A)和合成兩道波長光之合成機構(二向分光鏡755A)省略。同樣地，當沒有使用第2波長光時，亦可構成為從第1攝像系統4A中將對預定的輸出光進行波長分離之分離機構(二向分光鏡800A)、和對第2波長光的輸出光進行攝像之攝像機構(分光光學系統802A、1/4波長板804A、過濾單元806A、攝像機808A)省略。
(1)當構成為如上述(j)所述，在第1投光系統2A及/或第2投光系統2B中經常切換使用所射出的波長光時(例如構成為在第1投光系統2A中僅射出「第1波長光」與「第2波長光」其中一道時)，係亦可構成為在第1攝像系統4A中將對預定的輸出光進行波長分離的分離機構(二向分光鏡800A)省略，並且將對第1波長光的輸出光進行攝像的攝像機構或對第2波長光的輸出光進行攝像的攝像機構其中一者省略而共用另一者。

Claims (30)

  1. 一種三維測量裝置，其特徵為具備：預定的光學系統，係將射入之預定的光分割成兩道光，可將其中一道光作為測量光照射至被測量物且可將另一道光作為參考光照射至參考面，並且可將該等光再度合成並射出；第1照射手段，可射出包含預定偏光的第1光，該第1光會被射入上述預定的光學系統的第1輸入輸出部；第2照射手段，可射出包含預定偏光的第2光，該第2光會被射入上述預定的光學系統的第2輸入輸出部；第1攝像手段，藉由對上述預定的光學系統的上述第1輸入輸出部射入上述第1光，可射入從該第1輸入輸出部射出之上述第1光的輸出光；第2攝像手段，藉由對上述預定的光學系統的上述第2輸入輸出部射入上述第2光，可射入從該第2輸入輸出部射出之上述第2光的輸出光；及圖像處理手段，可根據藉由上述第1攝像手段及上述第2攝像手段進行攝像而取得的干涉條紋圖像，執行上述被測量物的三維測量。
  2. 如請求項1之三維測量裝置，其中上述預定的光學系統係將射入之預定的光分割成偏光方向彼此正交的兩道偏光，將其中一道偏光作為上述測量光照射到上述被測量物且將另一道偏光作為上述參考光照射到上述參考面，並且將該等光再度合成並射出之光學系統，且係可將從上述第1輸入輸出部射入的上述第1光分割成由具有第1偏光方向的偏光所構成的上述參考光、與由具有第2偏光方向的偏光所構成的上述測量光，且可將從上述第2輸入輸出部射入的上述第2光分割成由具有上述第2偏光方向的偏光所構成的上述參考光、與由具有上述第1偏光方向的偏光所構成的上述測量光之光學系統。
  3. 如請求項1之三維測量裝置，其具備：第1導光手段，使從上述第1照射手段射出之第1光的至少一部分朝上述第1輸入輸出部射入，並使從上述第1輸入輸出部射出之上述第1光的輸出光的至少一部分朝上述第1攝像手段射入；及第2導光手段，使從上述第2照射手段射出之第2光的至少一部分朝上述第2輸入輸出部射入，並使從上述第2輸入輸出部射出之第2光的輸出光的至少一部分朝上述第2攝像手段射入。
  4. 如請求項2之三維測量裝置，其具備：第1導光手段，使從上述第1照射手段射出之第1光的至少一部分朝上述第1輸入輸出部射入，並使從上述第1輸入輸出部射出之上述第1光的輸出光的至少一部分朝上述第1攝像手段射入；及第2導光手段，使從上述第2照射手段射出之第2光的至少一部分朝上述第2輸入輸出部射入，並使從上述第2輸入輸出部射出之第2光的輸出光的至少一部分朝上述第2攝像手段射入。
  5. 如請求項3之三維測量裝置，其中上述照射手段係具備有僅讓從本身所具有之預定的發光部射出之一方向的光透射且將相反方向的光遮斷之光隔離器。
  6. 如請求項4之三維測量裝置，其中上述照射手段係具備有僅讓從本身所具有之預定的發光部射出之一方向的光透射且將相反方向的光遮斷之光隔離器。
  7. 如請求項1之三維測量裝置，其中上述第1照射手段係具備：可射出包含第1波長的偏光之第1波長光之第1波長光射出部、及可射出包含第2波長的偏光之第2波長光之第2波長光射出部中的至少任一者，且構成為可射出包含上述第1波長的偏光、及上述第2波長的偏光中的至少任一者之上述第1光；上述第2照射手段係具備：可射出包含第3波長的偏光之第3波長光之第3波長光射出部、及可射出包含第4波長的偏光之第4波長光之第4波長光射出部中的至少任一者，且構成為可射出包含上述第3波長的偏光、及包含上述第4波長的偏光之上述第2光中的至少任一者；上述第1攝像手段係具備第1波長光攝像部及第2波長光攝像部中的至少任一者，上述第1波長光攝像部係當包含上述第1波長的偏光之上述第1光射入上述第1輸入輸出部時，可對從上述第1輸入輸出部射出之上述第1光的輸出光所含之上述第1波長的偏光的輸出光進行攝像；上述第2波長光攝像部係當包含上述第2波長的偏光之上述第1光射入上述第1輸入輸出部時，可對從上述第1輸入輸出部射出之上述第1光的輸出光所含之上述第2波長的偏光的輸出光進行攝像；上述第2攝像手段具備第3波長光攝像部及第4波長光攝像部中的至少任一者，上述第3波長光攝像部係當包含上述第3波長的偏光之上述第2光射入上述第2輸入輸出部時，可對從上述第2輸入輸出部射出之上述第2光的輸出光所含之上述第3波長的偏光的輸出光進行攝像；上述第4波長光攝像部係當包含上述第4波長的偏光之上述第2光射入上述第2輸入輸出部時，可對從上述第2輸入輸出部射出之上述第2光的輸出光所含之上述第4波長的偏光的輸出光進行攝像。
  8. 如請求項7之三維測量裝置，其中上述第1照射手段係具備：第1合成手段，可將從上述第1波長光射出部射出之上述第1波長光、及從上述第2波長光射出部射出之上述第2波長光合成作為上述第1光；上述第2照射手段係具備：第2合成手段，可將從上述第3波長光射出部射出之上述第3波長光、及從上述第4波長光射出部射出之上述第4波長光合成作為上述第2光；上述第1攝像手段係具備：第1分離手段，係當含有上述第1波長的偏光及上述第2波長的偏光之上述第1光從上述第1照射手段射出時，可將從上述第1輸入輸出部射出之上述第1光的輸出光分離成上述第1波長的偏光的輸出光、及上述第2波長的偏光的輸出光；上述第2攝像手段係具備：第2分離手段，係當含有上述第3波長的偏光及上述第4波長的偏光之上述第2光從上述第2照射手段射出時，可將從上述第2輸入輸出部射出之上述第2光的輸出光分離成上述第3波長的偏光的輸出光、及上述第4波長的偏光的輸出光。
  9. 如請求項1之三維測量裝置，其中在將上述被測量物設為與上述參考面同一平面的情況下，射入上述第1輸入輸出部之上述第1光所含的偏光的偏光方向、與從該第1輸入輸出部射出之上述第1光的輸出光所含的偏光的偏光方向係成為相同，且射入上述第2輸入輸出部之上述第2光所含的偏光的偏光方向、與從該第2輸入輸出部射出之上述第2光的輸出光所含的偏光的偏光方向係成為相同。
  10. 如請求項1之三維測量裝置，其中在令將上述第1光射入上述第1輸入輸出部的射入方向與將上述第2光射入上述第2輸入輸出部的射入方向在含有該兩射入方向的平面上一致的情況下，上述第1光所含的偏光的偏光方向與上述第2光所含的偏光的偏光方向相差90°。
  11. 如請求項1之三維測量裝置，其中在同一軸線上朝同一方向的上述第1光所含的偏光或其測量光或參考光的偏光方向、與上述第2光所含的偏光或其測量光或參考光的偏光方向相差90°。
  12. 如請求項1之三維測量裝置，其中具備對上述參考光與上述測量光之間賦予相對的相位差之相移手段，上述圖像處理手段係構成為可根據對藉由上述相移手段而相移成複數種的上述輸出光進行攝像而取得的複數種干涉條紋圖像，藉由相移法執行上述被測量物的三維測量。
  13. 如請求項12之三維測量裝置，其具備：分光手段，將上述輸出光分割成複數道光；及過濾手段，作為上述相移手段，對藉由上述分光手段分割出的複數道分割光中至少藉由上述相移法進行的測量所需道數的分割光分別賦予相異的相位差，上述攝像手段係構成為可至少對透射上述過濾手段之上述複數道分割光同時進行攝像。
  14. 如請求項13之三維測量裝置，其中上述分光手段具備：第1光學構件，係形成沿第1平面的剖面形狀成為三角形狀的三角柱形狀，順著沿與該第1平面正交的方向的穿過三個面當中的第1面與第2面之交線而與第3面正交的平面具有第1分歧手段；及第2光學構件，係形成沿與上述第1平面正交的第2平面的剖面形狀成為三角形狀的三角柱形狀，順著沿與該第2平面正交的方向的通過三個面當中的第1面與第2面之交線而與第3面正交的平面具有第2分歧手段，將上述第1光學構件的第3面與上述第2光學構件的第1面以相對向的方式配置，藉此，令射入上述第1光學構件的上述第1面的光藉上述第1分歧手段分歧成兩方向，其中令藉上述第1分歧手段反射的分割光藉上述第1面朝上述第3面側反射，令透射上述第1分歧手段的分割光藉上述第2面朝上述第3面側反射，藉此從上述第3面射出平行的兩道分割光，且令從上述第1光學構件的第3面射出的兩道分割光射入上述第2光學構件的第1面，令該兩道分割光分別藉上述第2分歧手段分歧成兩方向，其中令藉上述第2分歧手段反射的兩道分割光分別藉上述第1面朝上述第3面側反射，令透射上述第2分歧手段的兩道分割光分別藉上述第2面朝上述第3面側反射，藉此從上述第3面射出平行的四道分割光。
  15. 如請求項13之三維測量裝置，其中上述攝像手段係構成為可藉由單一攝像元件至少對透射上述過濾手段之上述複數道分割光同時進行攝像。
  16. 如請求項14之三維測量裝置，其中上述攝像手段係構成為可藉由單一攝像元件至少對透射上述過濾手段之上述複數道分割光同時進行攝像。
  17. 一種三維測量裝置，其特徵為具備：偏光分光器，具有將射入的預定的光分割成偏光方向彼此正交的兩道偏光之交界面，將該所分割的一道偏光作為測量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，並可將該等光再度合成而予以射出；第1照射手段，可射出含有預定偏光的第1光，該第1光係被射入夾著上述交界面相鄰的上述偏光分光器的第1面及第2面當中會成為第1輸入輸出部的上述第1面；第2照射手段，可射出含有預定偏光的第2光，該第2光係被射入會成為上述偏光分光器的第2輸入輸出部之上述第2面；第1攝像手段，可射入藉由將上述第1光射入上述偏光分光器的上述第1面而從該第1面射出之上述第1光的輸出光；第2攝像手段，可射入藉由將上述第2光射入上述偏光分光器的上述第2面而從該第2面射出之上述第2光的輸出光；及圖像處理手段，可根據藉由上述第1攝像手段及上述第2攝像手段進行攝像而取得的干涉條紋圖像，執行上述被測量物的三維測量。
  18. 如請求項17之三維測量裝置，其具備：第1導光手段，令從上述第1照射手段射出之第1光的至少一部分朝上述第1輸入輸出部射入，並且令從上述第1輸入輸出部射出之上述第1光的輸出光的至少一部分朝上述第1攝像手段射入；及第2導光手段，令從上述第2照射手段射出之第2光的至少一部分朝上述第2輸入輸出部射入，並且令從上述第2輸入輸出部射出之第2光的輸出光的至少一部分朝上述第2攝像手段射入。
  19. 如請求項18之三維測量裝置，其中上述照射手段係具備有僅讓從本身所具有之預定的發光部射出之一方向的光透射且將相反方向的光遮斷之光隔離器。
  20. 如請求項17之三維測量裝置，其中上述第1照射手段係具備：可射出包含第1波長的偏光之第1波長光之第1波長光射出部、及可射出包含第2波長的偏光之第2波長光之第2波長光射出部中的至少任一者，且構成為可射出包含上述第1波長的偏光、及上述第2波長的偏光中的至少任一者之上述第1光；上述第2照射手段係具備：可射出包含第3波長的偏光之第3波長光之第3波長光射出部、及可射出包含第4波長的偏光之第4波長光之第4波長光射出部中的至少任一者，且構成為可射出包含上述第3波長的偏光、及包含上述第4波長的偏光之上述第2光中的至少任一者；上述第1攝像手段係具備第1波長光攝像部及第2波長光攝像部中的至少任一者，上述第1波長光攝像部係當包含上述第1波長的偏光之上述第1光射入上述第1輸入輸出部時，可對從上述第1輸入輸出部射出之上述第1光的輸出光所含之上述第1波長的偏光的輸出光進行攝像；上述第2波長光攝像部係當包含上述第2波長的偏光之上述第1光射入上述第1輸入輸出部時，可對從上述第1輸入輸出部射出之上述第1光的輸出光所含之上述第2波長的偏光的輸出光進行攝像；上述第2攝像手段具備第3波長光攝像部及第4波長光攝像部中的至少任一者，上述第3波長光攝像部係當包含上述第3波長的偏光之上述第2光射入上述第2輸入輸出部時，可對從上述第2輸入輸出部射出之上述第2光的輸出光所含之上述第3波長的偏光的輸出光進行攝像；上述第4波長光攝像部係當包含上述第4波長的偏光之上述第2光射入上述第2輸入輸出部時，可對從上述第2輸入輸出部射出之上述第2光的輸出光所含之上述第4波長的偏光的輸出光進行攝像。
  21. 如請求項20之三維測量裝置，其中上述第1照射手段係具備：第1合成手段，其可將從上述第1波長光射出部射出之上述第1波長光、及從上述第2波長光射出部射出之上述第2波長光合成作為上述第1光；上述第2照射手段係具備：第2合成手段，其可將從上述第3波長光射出部射出之上述第3波長光、及從上述第4波長光射出部射出之上述第4波長光合成作為上述第2光；上述第1攝像手段係具備：第1分離手段，係當含有上述第1波長的偏光及上述第2波長的偏光之上述第1光從上述第1照射手段射出時，可將從上述第1輸入輸出部射出之上述第1光的輸出光分離成上述第1波長的偏光的輸出光、及上述第2波長的偏光的輸出光；上述第2攝像手段係具備：第2分離手段，係當含有上述第3波長的偏光及上述第4波長的偏光之上述第2光從上述第2照射手段射出時，可將從上述第2輸入輸出部射出之上述第2光的輸出光分離成上述第3波長的偏光的輸出光、及上述第4波長的偏光的輸出光。
  22. 如請求項17之三維測量裝置，其中在將上述被測量物設為與上述參考面同一平面的情況下，射入上述第1輸入輸出部之上述第1光所含的偏光的偏光方向、與從該第1輸入輸出部射出之上述第1光的輸出光所含的偏光的偏光方向係成為相同，且射入上述第2輸入輸出部之上述第2光所含的偏光的偏光方向、與從該第2輸入輸出部射出之上述第2光的輸出光所含的偏光的偏光方向係成為相同。
  23. 如請求項17之三維測量裝置，其中在令將上述第1光射入上述第1輸入輸出部的射入方向與將上述第2光射入上述第2輸入輸出部的射入方向在含有該兩射入方向的平面上一致的情況下，上述第1光所含的偏光的偏光方向與上述第2光所含的偏光的偏光方向相差90°。
  24. 如請求項17之三維測量裝置，其中在同一軸線上朝同一方向的上述第1光所含的偏光或其測量光或參考光的偏光方向、與上述第2光所含的偏光或其測量光或參考光的偏光方向相差90°。
  25. 如請求項17之三維測量裝置，其中具備對上述參考光與上述測量光之間賦予相對的相位差之相移手段，上述圖像處理手段係構成為可根據對藉由上述相移手段而相移成複數種的上述輸出光進行攝像而取得的複數種干涉條紋圖像，藉由相移法執行上述被測量物的三維測量。
  26. 如請求項25之三維測量裝置，其具備：分光手段，將上述輸出光分割成複數道光；及過濾手段，作為上述相移手段，對藉由上述分光手段分割出的複數道分割光中至少藉由上述相移法進行的測量所需道數的分割光分別賦予相異的相位差，上述攝像手段係構成為可至少對透射上述過濾手段之上述複數道分割光同時進行攝像。
  27. 如請求項26之三維測量裝置，其中上述分光手段具備：第1光學構件，係形成沿第1平面的剖面形狀成為三角形狀的三角柱形狀，順著沿與該第1平面正交的方向之通過三個面當中的第1面與第2面之交線而與第3面正交的平面具有第1分歧手段；及第2光學構件，係形成沿與上述第1平面正交的第2平面的剖面形狀成為三角形狀的三角柱形狀，順著沿與該第2平面正交的方向的通過三個面當中的第1面與第2面之交線而與第3面正交的平面具有第2分歧手段，將上述第1光學構件的第3面與上述第2光學構件的第1面以相對向的方式配置，藉此，令射入上述第1光學構件的上述第1面的光藉上述第1分歧手段分歧成兩方向，其中令藉上述第1分歧手段反射的分割光藉上述第1面朝上述第3面側反射，令透射上述第1分歧手段的分割光藉上述第2面朝上述第3面側反射，藉此從上述第3面射出平行的兩道分割光，且令從上述第1光學構件的第3面射出的兩道分割光射入上述第2光學構件的第1面，令該兩道分割光分別藉上述第2分歧手段分歧成兩方向，其中令藉上述第2分歧手段反射的兩道分割光分別藉上述第1面朝上述第3面側反射，令透射上述第2分歧手段的兩道分割光分別藉上述第2面朝上述第3面側反射，藉此從上述第3面射出平行的四道分割光。
  28. 如請求項26之三維測量裝置，其中上述攝像手段係構成為可藉由單一攝像元件至少對透射上述過濾手段之上述複數道分割光同時進行攝像。
  29. 如請求項27之三維測量裝置，其中上述攝像手段係構成為可藉由單一攝像元件至少對透射上述過濾手段之上述複數道分割光同時進行攝像。
  30. 請求項1至29中任一項之三維測量裝置，其中上述被測量物係被印刷於印刷基板之焊膏、或形成於晶圓基板之焊料凸塊。
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6279013B2 (ja) * 2016-05-26 2018-02-14 Ckd株式会社 三次元計測装置
CN115576166A (zh) 2020-03-12 2023-01-06 中强光电股份有限公司 照明系统及投影装置
CN113589635B (zh) 2020-04-30 2023-03-31 中强光电股份有限公司 照明系统及投影装置
KR102430925B1 (ko) * 2020-07-31 2022-08-09 서울대학교산학협력단 공간 광 변조기를 이용한 박막의 두께 및 물성 측정 시스템
CN112327107B (zh) * 2020-09-17 2022-09-16 国网天津市电力公司电力科学研究院 一种适用于气体绝缘设备内部故障弧光探测和定位的方法
JP7300432B2 (ja) * 2020-10-27 2023-06-29 Ckd株式会社 三次元計測装置
WO2023059618A1 (en) 2021-10-07 2023-04-13 Additive Monitoring Systems, Llc Structured light part quality monitoring for additive manufacturing and methods of use

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000074618A (ja) * 1998-08-27 2000-03-14 Fuji Xerox Co Ltd 干渉計測方法および干渉計測装置
JP2000310518A (ja) * 1999-04-27 2000-11-07 Olympus Optical Co Ltd ３次元形状測定装置
JP2001227927A (ja) * 2000-02-18 2001-08-24 Mitsutoyo Corp 形状計測装置
JP2006126192A (ja) * 2004-10-26 2006-05-18 Mitsutoyo Corp モノリシック直交位相検出器
JP2010175499A (ja) * 2009-02-02 2010-08-12 Kobe Steel Ltd 形状測定装置
TWI487877B (zh) * 2014-10-22 2015-06-11

Family Cites Families (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH678108A5 (zh) * 1987-04-28 1991-07-31 Wild Leitz Ag
JPH03157843A (ja) * 1989-11-16 1991-07-05 Sony Corp 光学ピックアップ装置
FR2712978B1 (fr) * 1993-11-24 1996-02-02 Onera (Off Nat Aerospatiale) Interféromètre optique achromatique, du type à décalage trilatéral.
JPH0894317A (ja) * 1994-09-28 1996-04-12 Nikon Corp 変位計
US6304330B1 (en) * 1999-10-06 2001-10-16 Metrolaser, Inc. Methods and apparatus for splitting, imaging, and measuring wavefronts in interferometry
JP2002202108A (ja) * 2000-12-28 2002-07-19 Hitachi Electronics Eng Co Ltd 板厚測定装置
US6850329B2 (en) * 2002-10-15 2005-02-01 Mitutoyo Corporation Interferometer using integrated imaging array and high-density polarizer array
CN100552376C (zh) * 2007-04-13 2009-10-21 南京师范大学 光学干涉测量中分光、成像及同步移相的方法和装置
KR20090076605A (ko) * 2008-01-09 2009-07-13 삼성전자주식회사 홀로그래픽 정보 기록/재생장치
JP2010112768A (ja) * 2008-11-04 2010-05-20 Canon Inc 計測装置
JP5213730B2 (ja) * 2009-01-14 2013-06-19 キヤノン株式会社 調整方法
JP5504068B2 (ja) * 2010-06-23 2014-05-28 Ｄｍｇ森精機株式会社 変位検出装置
JP5627321B2 (ja) * 2010-07-09 2014-11-19 キヤノン株式会社 光断層画像撮像装置及びその撮像方法
WO2012012355A1 (en) * 2010-07-19 2012-01-26 Lumetrics, Inc. Fiber-based interferometric device for measuring axial dimensions of a human eye
CN102221342B (zh) * 2011-04-02 2013-04-24 北京交通大学 一种时域多波长外差散斑干涉测量物体变形的方法
CN102425998B (zh) * 2011-09-23 2013-07-10 西安工业大学 光学元件抛光表面质量全参数检测装置和检测方法
JP5954979B2 (ja) * 2011-12-15 2016-07-20 キヤノン株式会社 多波長干渉計を有する計測装置
JP2013152191A (ja) * 2012-01-26 2013-08-08 Canon Inc 多波長干渉計
WO2014054446A1 (ja) * 2012-10-05 2014-04-10 国立大学法人京都工芸繊維大学 デジタルホログラフィ装置
CN104089573B (zh) * 2014-07-03 2017-03-15 佛山市南海区欧谱曼迪科技有限责任公司 基于正交偏振光的多通道白光共路干涉显微层析系统
WO2016154780A1 (zh) * 2015-03-27 2016-10-06 浙江理工大学 激光干涉波长杠杆式绝对距离测量装置与方法
JP6271493B2 (ja) * 2015-05-25 2018-01-31 Ckd株式会社 三次元計測装置
CN104913732B (zh) * 2015-06-10 2017-11-03 中国计量科学研究院 基于复合激光干涉的法线跟踪式非球面测量方法与系统
KR102436474B1 (ko) * 2015-08-07 2022-08-29 에스케이하이닉스 주식회사 반도체 패턴 계측 장치, 이를 이용한 반도체 패턴 계측 시스템 및 방법
WO2017163233A1 (en) * 2016-03-22 2017-09-28 B. G. Negev Technologies And Applications Ltd., At Ben-Gurion University Frequency modulated multiple wavelength parallel phase shift interferometry
JP6279013B2 (ja) * 2016-05-26 2018-02-14 Ckd株式会社 三次元計測装置
JP6246875B1 (ja) * 2016-08-24 2017-12-13 Ckd株式会社 計測装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000074618A (ja) * 1998-08-27 2000-03-14 Fuji Xerox Co Ltd 干渉計測方法および干渉計測装置
JP2000310518A (ja) * 1999-04-27 2000-11-07 Olympus Optical Co Ltd ３次元形状測定装置
JP2001227927A (ja) * 2000-02-18 2001-08-24 Mitsutoyo Corp 形状計測装置
JP2006126192A (ja) * 2004-10-26 2006-05-18 Mitsutoyo Corp モノリシック直交位相検出器
JP2010175499A (ja) * 2009-02-02 2010-08-12 Kobe Steel Ltd 形状測定装置
TWI487877B (zh) * 2014-10-22 2015-06-11

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JP2018054406A (ja) 2018-04-05

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