三维测量装置

摘要

提供一种三维测量装置，能够利用波长不同的两种光扩大测量范围，并且提高测量効率。三维测量装置(1)包括：偏振分光器(20)，能够将入射的预定的光分割为偏振光方向彼此正交的两种偏振光，将一者作为测量光照射至工件(W)且将另一者作为参照光照射至参照面(23)，并且将它们再次合成而射出；第一投光系统(2A)，使具有第一波长的第一光入射至该偏振分光器(20)的第一面(20a)；第二投光系统(2B)，使具有第二波长的第二光入射至偏振分光器(20)的第二面(20b)；第一拍摄系统(4A)，能够拍摄从偏振分光器(20)的第二面(20b)射出的所述第一光；以及第二拍摄系统(4B)，能够拍摄从偏振分光器(20)的第一面(20a)射出的所述第二光。

权利要求

1.一种三维测量装置，其特征在于，包括：

预定的光学系统，所述预定的光学系统能够将入射的预定的光分割为两种光，将一种光作为测量光而照射至被测量物，且将另一种光作为参照光而照射至参照面，并且将这两种光再次合成而射出；

第一照射单元，所述第一照射单元能够射出入射至所述预定的光学系统的第一输入输出部的包含第一波长的偏振光的第一光；

第二照射单元，所述第二照射单元能够射出入射至所述预定的光学系统的第二输入输出部的包含第二波长的偏振光的第二光；

第一拍摄单元，所述第一拍摄单元能够拍摄通过将所述第一光入射至所述第一输入输出部而从所述第二输入输出部射出的所述第一光涉及的输出光；

第二拍摄单元，所述第二拍摄单元能够拍摄通过将所述第二光入射至所述第二输入输出部而从所述第一输入输出部射出的所述第二光涉及的输出光；以及图像处理单元，所述图像处理单元能够基于由所述第一拍摄单元和所述第二拍摄单元拍摄的干涉条纹图像执行所述被测量物的三维测量。

2.一种三维测量装置，其特征在于，包括：

偏振分光器，所述偏振分光器具有将入射的预定的光分割为偏振光方向彼此正交的两种偏振光的边界面，能够将该分割的一种偏振光作为测量光照射至被测量物且将另一种偏振光作为参照光照射至参照面，并且将这两种偏振光再次合成而射出；

第一照射单元，所述第一照射单元能够射出入射至隔着所述边界面而相邻的所述偏振分光器的第一面和第二面中的作为第一输入输出部的所述第一面的包含第一波长的偏振光的第一光；

第二照射单元，所述第二照射单元能够射出入射至所述偏振分光器的作为第二输入输出部的所述第二面的包含第二波长的偏振光的第二光；

第一1/4波长板，所述第一1/4波长板被配置在射出所述参照光或所述参照光入射的所述偏振分光器的第三面与所述参照面之间；

第二1/4波长板，所述第二1/4波长板被配置在射出所述测量光或所述测量光入射的所述偏振分光器的第四面与所述被测量物之间；

第一拍摄单元，所述第一拍摄单元能够拍摄通过将所述第一光入射至所述偏振分光器的所述第一面而从所述第二面射出的所述第一光涉及的输出光；

第二拍摄单元，所述第二拍摄单元能够拍摄通过将所述第二光入射至所述偏振分光器的所述第二面而从所述第一面射出的所述第二光涉及的输出光；以及图像处理单元，所述图像处理单元能够基于由所述第一拍摄单元和所述第二拍摄单元拍摄的干涉条纹图像执行所述被测量物的三维测量。

3.一种三维测量装置，其特征在于，包括：

第一照射单元，所述第一照射单元能够射出包含第一波长的偏振光的第一光；

第二照射单元，所述第二照射单元能够射出包含第二波长的偏振光的第二光；

第一偏振分光器，所述第一偏振分光器作为第一输入输出部能够将从所述第一照射单元入射的所述第一光分割为偏振光方向彼此正交的两种偏振光，将一种偏振光作为测量光照射至被测量物，且将另一种偏振光作为参照光照射至参照面，并且能够将经由所述被测量物入射的所述第二光涉及的测量光和经由所述参照面入射的所述第二光涉及的参照光合成而射出；

第二偏振分光器，所述第二偏振分光器作为第二输入输出部能够将从所述第二照射单元入射的所述第二光分割为偏振光方向彼此正交的两种偏振光，将一种偏振光作为测量光照射至被测量物，且另一种偏振光作为参照光照射至参照面，并且能够将经由所述被测量物入射的所述第一光涉及的测量光和经由所述参照面入射的所述第一光涉及的参照光合成而射出；

第一1/4波长板，所述第一1/4波长板被配置在所述第一偏振分光器与所述参照面之间；

第二1/4波长板，所述第二1/4波长板被配置在所述第一偏振分光器与所述被测量物之间；

第三1/4波长板，所述第三1/4波长板被配置在所述第二偏振分光器与所述参照面之间；

第四1/4波长板，所述第四1/4波长板被配置在所述第二偏振分光器与所述被测量物之间；

第一拍摄单元，所述第一拍摄单元能够拍摄通过将所述第一光入射至所述第一偏振分光器而从所述第二偏振分光器射出的所述第一光涉及的输出光；

第二拍摄单元，所述第二拍摄单元能够拍摄通过将所述第二光入射至所述第二偏振分光器而从所述第一偏振分光器射出的所述第二光涉及的输出光；以及图像处理单元，所述图像处理单元能够基于由所述第一拍摄单元和所述第二拍摄单元拍摄的干涉条纹图像执行所述被测量物的三维测量。

4.一种三维测量装置，其特征在于，包括：

偏振分光器，所述偏振分光器具有使第一偏振光透射并反射第二偏振光的边界面，所述第一偏振光是具有第一偏振光方向的偏振光，所述第二偏振光是具有第二偏振光方向的偏振光；

第一照射单元，所述第一照射单元能够射出入射至隔着所述边界面而相邻的所述偏振分光器的第一面和第二面中的作为第一输入输出部的所述第一面的包含第一波长的所述第一偏振光的第一光；

第二照射单元，所述第二照射单元能够射出入射至所述偏振分光器的作为第二输入输出部的所述第二面的包含第二波长的所述第二偏振光的第二光；

1/4波长板，所述1/4波长板被配置为与透射所述边界面的第一光和反射至所述边界面的第二光射出的所述偏振分光器的第三面对置；

半透半反镜，所述半透半反镜被配置为在所述偏振分光器的相反侧与所述1/4波长板对置，并将经由所述1/4波长板照射的光的一部分作为测量光透射并照射至被测量物，且将剩余的光作为参照光而反射；

第一拍摄单元，所述第一拍摄单元能够拍摄通过将所述第一光入射至所述偏振分光器的所述第一面而从所述第二面射出的所述第一光涉及的输出光；

第二拍摄单元，所述第二拍摄单元能够拍摄通过将所述第二光入射至所述偏振分光器的所述第二面而从所述第一面射出的所述第二光涉及的输出光；以及图像处理单元，所述图像处理单元能够基于由所述第一拍摄单元和所述第二拍摄单元拍摄的干涉条纹图像执行所述被测量物的三维测量。

5.如权利要求1所述的三维测量装置，其特征在于，包括：

第一导光单元，所述第一导光单元使从所述第一照射单元射出的第一光的至少一部分朝向所述第一输入输出部入射，并且使从所述第一输入输出部射出的所述第二光涉及的输出光的至少一部分朝向所述第二拍摄单元入射；以及第二导光单元，所述第二导光单元使从所述第二照射单元射出的第二光的至少一部分朝向所述第二输入输出部入射，并且使从所述第二输入输出部射出的第一光涉及的输出光的至少一部分朝向所述第一拍摄单元入射。

6.如权利要求2所述的三维测量装置，其特征在于，包括：

第一导光单元，所述第一导光单元使从所述第一照射单元射出的第一光的至少一部分朝向所述第一输入输出部入射，并且使从所述第一输入输出部射出的所述第二光涉及的输出光的至少一部分朝向所述第二拍摄单元入射；以及第二导光单元，所述第二导光单元使从所述第二照射单元射出的第二光的至少一部分朝向所述第二输入输出部入射，并且使从所述第二输入输出部射出的第一光涉及的输出光的至少一部分朝向所述第一拍摄单元入射。

7.如权利要求3所述的三维测量装置，其特征在于，包括：

第一导光单元，所述第一导光单元使从所述第一照射单元射出的第一光的至少一部分朝向所述第一输入输出部入射，并且使从所述第一输入输出部射出的所述第二光涉及的输出光的至少一部分朝向所述第二拍摄单元入射；以及第二导光单元，所述第二导光单元使从所述第二照射单元射出的第二光的至少一部分朝向所述第二输入输出部入射，并且使从所述第二输入输出部射出的第一光涉及的输出光的至少一部分朝向所述第一拍摄单元入射。

8.如权利要求4所述的三维测量装置，其特征在于，包括：

第一导光单元，所述第一导光单元使从所述第一照射单元射出的第一光的至少一部分朝向所述第一输入输出部入射，并且使从所述第一输入输出部射出的所述第二光涉及的输出光的至少一部分朝向所述第二拍摄单元入射；以及第二导光单元，所述第二导光单元使从所述第二照射单元射出的第二光的至少一部分朝向所述第二输入输出部入射，并且使从所述第二输入输出部射出的第一光涉及的输出光的至少一部分朝向所述第一拍摄单元入射。

9.如权利要求5所述的三维测量装置，其特征在于，

在所述第一照射单元与所述第一导光单元之间具备第一光隔离器，所述第一光隔离器仅透射从所述第一照射单元射出的一个方向的光，且截断相反方向的光，并且，在所述第二照射单元与所述第二导光单元之间具备第二光隔离器，所述第二光隔离器仅透射从所述第二照射单元射出的一个方向的光，且截断相反方向的光。

10.如权利要求6所述的三维测量装置，其特征在于，

在所述第一照射单元与所述第一导光单元之间具备第一光隔离器，所述第一光隔离器仅透射从所述第一照射单元射出的一个方向的光，且截断相反方向的光，并且，在所述第二照射单元与所述第二导光单元之间具备第二光隔离器，所述第二光隔离器仅透射从所述第二照射单元射出的一个方向的光，且截断相反方向的光。

11.如权利要求7所述的三维测量装置，其特征在于，

在所述第一照射单元与所述第一导光单元之间具备第一光隔离器，所述第一光隔离器仅透射从所述第一照射单元射出的一个方向的光，且截断相反方向的光，并且，在所述第二照射单元与所述第二导光单元之间具备第二光隔离器，所述第二光隔离器仅透射从所述第二照射单元射出的一个方向的光，且截断相反方向的光。

12.如权利要求8所述的三维测量装置，其特征在于，

在所述第一照射单元与所述第一导光单元之间具备第一光隔离器，所述第一光隔离器仅透射从所述第一照射单元射出的一个方向的光，且截断相反方向的光，并且，在所述第二照射单元与所述第二导光单元之间具备第二光隔离器，所述第二光隔离器仅透射从所述第二照射单元射出的一个方向的光，且截断相反方向的光。

13.如权利要求1至12中的任一项所述的三维测量装置，其特征在于，包括：第一相位转变单元，所述第一相位转变单元在所述第一光涉及的所述参照光与所述测量光之间赋予相对的相位差；以及第二相位转变单元，所述第二相位转变单元在所述第二光涉及的所述参照光与所述测量光之间赋予相对的相位差，所述图像处理单元包括：

第一测量值获取单元，所述第一测量值获取单元能够基于通过所述第一拍摄单元拍摄被所述第一相位转变单元相位转变为多组的所述第一光涉及的输出光而得到的多组干涉条纹图像通过相移法进行与所述被测量物的形状对应的相位的测量，将该相位作为第一测量值获取；

第二测量值获取单元，所述第二测量值获取单元能够基于通过所述第二拍摄单元拍摄被所述第二相位转变单元相位转变为多组的所述第二光涉及的输出光而得到的多组干涉条纹图像通过相移法进行与所述被测量物的形状对应的相位的测量，将该相位作为第二测量值获取；以及高度信息获取单元，所述高度信息获取单元能够将根据所述第一测量值和所述第二测量值确定的高度信息作为所述被测量物的高度信息获取。

14.如权利要求13所述的三维测量装置，其特征在于，包括：

第一分光单元，所述第一分光单元将所述第一光涉及的输出光分割为多种光；

第一过滤装置，所述第一过滤装置作为所述第一相位转变单元，对由所述第一分光单元分割的多种分割光中的至少通过所述相移法进行测量所需的数量的分割光分别赋予不同的相位差；

第二分光单元，所述第二分光单元将所述第二光涉及的输出光分割为多种光；以及第二过滤装置，所述第二过滤装置作为所述第二相位转变单元对由所述第二分光单元分割的多种分割光中的至少通过所述相移法进行测量所需的数量的分割光分别赋予不同的相位差，所述第一拍摄单元构成为能够同时拍摄至少透射所述第一过滤装置的所述多个分割光，所述第二拍摄单元构成为能够同时拍摄至少透射所述第二过滤装置的所述多个分割光。

15.如权利要求14所述的三维测量装置，其特征在于，

所述分光单元包括：

第一光学部件，所述第一光学部件形成沿第一平面的截面形状为三角形状的三棱柱形状，并沿经过沿与该第一平面正交的方向的三个面中的第一面和第二面的相交线并与第三面正交的平面具有第一分叉单元；以及第二光学部件，所述第二光学部件形成沿与所述第一平面正交的第二的平面的截面形状为三角形状的三棱柱形状，并沿经过沿与该第二平面正交的方向的三个面中的第一面和第二面的相交线并与第三面正交的平面具有第二分叉单元，通过将所述第一光学部件的第三面和所述第二光学部件的第一面对置配置，使入射至所述第一光学部件的所述第一面的光由所述第一分叉单元向两个方向分叉，其中，使由所述第一分叉单元反射的分割光在所述第一面朝向所述第三面侧反射，使透射所述第一分叉单元的分割光在所述第二面朝向所述第三面侧反射，由此从所述第三面作为平行的两种分割光射出，使从所述第一光学部件的第三面射出的两种分割光入射至所述第二光学部件的第一面，使该两种分割光分别由所述第二分叉单元向两个方向分叉，其中，使由所述第二分叉单元反射的两种分割光分别在所述第一面朝向所述第三面侧反射，使透射所述第二分叉单元的两种分割光分别在所述第二面朝向所述第三面侧反射，由此从所述第三面作为平行的四种分割光射出。

16.如权利要求14所述的三维测量装置，其特征在于，

所述第一拍摄单元包括能够同时拍摄至少透射所述第一过滤装置的所述多种分割光的单一拍摄元件，所述第二拍摄单元包括能够同时拍摄至少透射所述第二过滤装置的所述多种分割光的单一拍摄元件。

17.如权利要求15所述的三维测量装置，其特征在于，

所述第一拍摄单元包括能够同时拍摄至少透射所述第一过滤装置的所述多种分割光的单一拍摄元件，所述第二拍摄单元包括能够同时拍摄至少透射所述第二过滤装置的所述多种分割光的单一拍摄元件。

18.如权利要求1至12中的任一项所述的三维测量装置，其特征在于，所述被测量物是在印刷基板上印刷的膏状焊料或者在晶圆基板上形成的焊料凸起。

19.如权利要求13所述的三维测量装置，其特征在于，

所述被测量物是在印刷基板上印刷的膏状焊料或者在晶圆基板上形成的焊料凸起。

20.如权利要求14所述的三维测量装置，其特征在于，

所述被测量物是在印刷基板上印刷的膏状焊料或者在晶圆基板上形成的焊料凸起。

21.如权利要求15所述的三维测量装置，其特征在于，

所述被测量物是在印刷基板上印刷的膏状焊料或者在晶圆基板上形成的焊料凸起。

22.如权利要求16所述的三维测量装置，其特征在于，

所述被测量物是在印刷基板上印刷的膏状焊料或者在晶圆基板上形成的焊料凸起。

23.如权利要求17所述的三维测量装置，其特征在于，

所述被测量物是在印刷基板上印刷的膏状焊料或者在晶圆基板上形成的焊料凸起。

说明书

三维测量装置

技术领域

[0001] 本发明涉及对被测量物的形状进行测量的三维测量装置。

背景技术

[0002] 以往，作为对被测量物的形状进行测量的三维测量装置，已知有利用了干涉仪的三维测量装置。

[0003] 在该三维测量装置中，成为能够对测量光的波长(例如1500nm)的一半(例如750nm)进行测量的测量范围(动态范围)。

[0004] 因此，如果在被测量物上存在测量光的波长的一半以上的高低差，则测量范围不足，有可能无法适当测量被测量物的形状。与此相对，如果加长测量光的波长，则分辨率变粗糙，测量精度有可能下降。

[0005] 鉴于此，近年来，为了解决范围不足，也提出了利用波长不同的两种光进行测量的三维测量装置(例如参照专利文献1)。

[0006] 在该三维测量装置中，使第一波长光和第二波长光在合成的状态下入射到干涉光学系统(偏振分光器等)，将从这里射出的干涉光通过预定的光学分离单元(分色镜等)进行波长分离，得到与第一波长光相关的干涉光和与第二波长光相关的干涉光。并且，基于分别拍摄与各波长光相关的干涉光而得的干涉条纹图像进行被测量物的形状测量。

[0007] 在先技术文献

[0008] 专利文献

[0009] 专利文献1：日本专利文献特开2010-164389号公报。

发明内容

[0010] 发明所要解决的问题

[0011] 为了利用波长不同的两种光来进一步扩大与三维测量相关的测量范围，进一步减小两种光的波长差即可。两种光的波长越近，越能够扩大测量范围。

[0012] 但是，两种光的波长越近，越难以适当分离两种光的波长。

[0013] 换言之，在想要用波长差小的两种光进行三维测量的情况下，需要在不同的时机分别进行与第一波长光相关的干涉光的拍摄和与第二波长光相关的干涉光的拍摄，测量效率有可能降低。

[0014] 例如在利用了相移法的三维测量中，在四级改变相位的情况下，需要获取四组图像数据，因此在使用两种光的情况下，需要在分别不同的时机各四次总计八次的拍摄时间。

[0015] 本发明是鉴于上述情况等而完成的，其目的在于提供一种三维测量装置，其能够利用波长不同的两种光实现测量范围的扩大，并且能够提高测量效率。

[0016] 用于解决问题的手段

[0017] 以下，关于适于解决上述问题的各技术方案分项进行说明。另外，根据需要对相应的技术方案附记特有的作用效果。

[0018] 技术方案1.一种三维测量装置，其特征在于，包括：

[0019] 预定的光学系统(特定光学系统)，所述预定的光学系统能够将入射的预定的光分割为两种光，将一种光作为测量光而照射至被测量物，且将另一种光作为参照光而照射至参照面，并且将这两种光再次合成而射出；

[0020] 第一照射单元，所述第一照射单元能够射出入射至所述预定的光学系统的包含第一波长的偏振光的第一光；

[0021] 第二照射单元，所述第二照射单元能够射出入射至所述预定的光学系统的包含第二波长的偏振光的第二光；

[0022] 第一拍摄单元，所述第一拍摄单元能够拍摄从所述预定的光学系统射出的所述第一光涉及的输出光；

[0023] 第二拍摄单元，所述第二拍摄单元能够拍摄从所述预定的光学系统射出的所述第二光涉及的输出光；以及

[0024] 图像处理单元，所述图像处理单元能够基于由所述第一拍摄单元和所述第二拍摄单元拍摄的干涉条纹图像执行所述被测量物的三维测量，

[0025] 使所述第一光和所述第二光分别入射至所述预定的光学系统的不同的位置，[0026] 使所述第一光涉及的输出光和所述第二光涉及的输出光分别从所述预定的光学系统的不同的位置射出。

[0027] 根据上述技术方案1，通过使第一光和第二光分别从预定的光学系统的不同的位置入射，第一光和第二光彼此不发生干涉而分别从预定的光学系统的不同的位置射出。即，无需将从预定的光学系统射出的光使用预定的分离单元分离为第一光和第二光。

[0028] 另外，以下相同，从“预定的光学系统(特定光学系统)”输出的“第一光涉及的输出光”包括“第一光涉及的参照光和测量光的合成光或使该合成光干涉的干涉光”，“第二光涉及的输出光”包括“第二光涉及的参照光和测量光的合成光或使该合成光干涉的干涉光”。即，“预定的光学系统”不但包括“使参照光和测量光在内部干涉之后作为干涉光输出的光学系统”，也包括“不使参照光和测量光在内部干涉而仅作为合成光输出的光学系统”。但是，在从“预定的光学系统”输出的“输出光”为“合成光”的情况下，为了拍摄“干涉条纹图像”，至少在由“拍摄单元”拍摄的前一阶段经由预定的干涉单元变换为“干涉光”。

[0029] 即，以产生光的干涉(拍摄干涉条纹图像)为目的，能够将入射的预定的光分割为两种光，将一种光作为测量光照射至被测量物且将另一种光作为参照光照射至参照面，并且将这两种光再次合成而射出的光学系统可称为“干涉光学系统”。因此，在上述技术方案1中(以下的各技术方案也同样)，也可以将“预定的光学系统(特定光学系统)”改称为“干涉光学系统”。

[0030] 其结果是，作为第一光和第二光能够使用波长相近的两种光，能够进一步扩大三维测量涉及的测量范围。

[0031] 除此之外，能够同时进行第一光涉及的输出光的拍摄和第二光涉及的输出光的拍摄，因此能够缩短整体的拍摄时间，能够提高测量効率。

[0032] 另外，在使用两种光的情况下，也可考虑使用两种干涉光学系统(干涉仪模块)测量被测量物的构成，但是在该构成中，作为基准的参照面针对各干涉光学系统不同，使参照光和测量光产生光程差的光路区间在两种光中不同，因此测量精度可能降低。另外，难以使两种干涉光学系统的光路长度准确一致，其调整作业也成为非常困难的作业。

[0033] 这点，本技术方案构成为对具有一个作为基准的参照面的一个干涉光学系统(预定的光学系统)使用两种光，因此使参照光和测量光产生光程差的光路区间在两种光中相同。结果，能够防止由于具备两个干涉光学系统引起的各种不良情况的发生。

[0034] 另外，在以下的技术方案中也同样，从“第一照射单元”照射的“第一光”至少是包含“第一波长的偏振光(第一偏振光)”的光即可，也可以是包含在之后“预定的光学系统”中被截断的其他的多余的分量的光(例如“无偏振光”或“圆偏振光”)。

[0035] 同样地，从“第二照射单元”照射的“第二光”至少是包含“第二波长的偏振光(第二偏振光)”的光即可，也可以是包含在之后“预定的光学系统”中被截断的其他的多余的分量的光(例如“无偏振光”或“圆偏振光”)。

[0036] 技术方案2.一种三维测量装置，其特征在于，包括：

[0037] 预定的光学系统(特定光学系统)，所述预定的光学系统能够将入射的预定的光分割为两种光，将一种光作为测量光而照射至被测量物，且将另一种光作为参照光而照射至参照面，并且将这两种光再次合成而射出；

[0038] 第一照射单元，所述第一照射单元能够射出入射至所述预定的光学系统的第一输入输出部的包含第一波长的偏振光的第一光；

[0039] 第二照射单元，所述第二照射单元能够射出入射至所述预定的光学系统的第二输入输出部的包含第二波长的偏振光的第二光；

[0040] 第一拍摄单元，所述第一拍摄单元能够拍摄通过将所述第一光入射至所述第一输入输出部而从所述第二输入输出部射出的所述第一光涉及的输出光；

[0041] 第二拍摄单元，所述第二拍摄单元能够拍摄通过将所述第二光入射至所述第二输入输出部而从所述第一输入输出部射出的所述第二光涉及的输出光；以及

[0042] 图像处理单元，所述图像处理单元能够基于由所述第一拍摄单元和所述第二拍摄单元拍摄的干涉条纹图像执行所述被测量物的三维测量。

[0043] 根据上述技术方案2，通过将第一光和第二光分别从预定的光学系统的不同的位置(第一输入输出部和第二输入输出部)入射，由此第一光和第二光分别在同一光路向逆向前进，彼此不发生干涉，分别从预定的光学系统的不同的位置(第一输入输出部和第二输入输出部)射出。即，无需将从预定的光学系统射出的光使用预定的分离单元分离为第一光和第二光。结果，起到与上述技术方案1同样的作用和效果。

[0044] 另外，以下的技术方案也同样，为了使上述技术方案2涉及的构成更适当地发挥功能，更优选“在所述被测量物设定为与所述参照面相同的平面的情况下，向所述第一输入输出部入射的所述第一光的偏振光方向和从该第一输入输出部射出的所述第二光涉及的输出光的偏振光方向相同，且向所述第二输入输出部入射的所述第二光的偏振光方向和从该第二输入输出部射出的所述第一光涉及的输出光的偏振光方向相同”。

[0045] 同样地，更优选“在使向所述第一输入输出部入射所述第一光的入射方向和向所述第二输入输出部入射所述第二光的入射方向在包含该两入射方向的平面上一致的情况下，所述第一光的偏振光方向和所述第二光的偏振光方向相差90°”。

[0046] 另外，更优选“在所述预定的光学系统中，在(例如朝向被测量物或参照面)同一轴线上朝向同一方向的所述第一光(或其测量光或者参照光)的偏振光方向和所述第二光(或其测量光或者参照光)的偏振光方向相差90°”。

[0047] 技术方案3.一种三维测量装置，其特征在于，包括：

[0048] 偏振分光器，所述偏振分光器具有将入射的预定的光分割为偏振光方向彼此正交的两种偏振光的边界面，能够将该分割的一种偏振光作为测量光照射至被测量物且将另一种偏振光作为参照光照射至参照面，并且将这两种偏振光再次合成而射出；

[0049] 第一照射单元，所述第一照射单元能够射出入射至隔着所述边界面而相邻的所述偏振分光器的第一面和第二面中的作为第一输入输出部的所述第一面的包含第一波长的偏振光的第一光；

[0050] 第二照射单元，所述第二照射单元能够射出入射至所述偏振分光器的作为第二输入输出部的所述第二面的包含第二波长的偏振光的第二光；

[0051] 第一1/4波长板，所述第一1/4波长板被配置在射出所述参照光或所述参照光入射的所述偏振分光器的第三面与所述参照面之间；

[0052] 第二1/4波长板，所述第二1/4波长板被配置在射出所述测量光或所述测量光入射的所述偏振分光器的第四面与所述被测量物之间；

[0053] 第一拍摄单元，所述第一拍摄单元能够拍摄通过将所述第一光入射至所述偏振分光器的所述第一面而从所述第二面射出的所述第一光涉及的输出光；

[0054] 第二拍摄单元，所述第二拍摄单元能够拍摄通过将所述第二光入射至所述偏振分光器的所述第二面而从所述第一面射出的所述第二光涉及的输出光；以及

[0055] 图像处理单元，所述图像处理单元能够基于由所述第一拍摄单元和所述第二拍摄单元拍摄的干涉条纹图像执行所述被测量物的三维测量。

[0056] 根据上述技术方案3，能够通过基于迈克尔逊干涉仪的原理的比较简单的构成实现上述技术方案1、2涉及的构成。

[0057] 以下的技术方案也同样，“偏振分光器”在其边界面上具有使具有第一偏振光方向的第一偏振光(例如P偏振光)透射、反射具有第二偏振光方向的第二偏振光(例如S偏振光)的功能。因此，从偏振分光器的第一面入射的第一光被分割为例如由第一偏振光构成的参照光和由第二偏振光构成的测量光，从偏振分光器的第二面入射的第二光被分割为例如由第二偏振光构成的参照光和由第一偏振光构成的测量光。

[0058] 即，通过使第一光和第二光分别从预定的光学系统的不同的位置(第一面和第二面)入射，由此第一光涉及的参照光和测量光以及第二光涉及的参照光和测量光分别被分割为不同的偏振光分量(P偏振光或S偏振光)，因此第一光和第二光彼此不发生干涉，而分别从预定的光学系统射出。

[0059] 另外，在使用波长不同的两种光的情况下，共同用于两光的上述“1/4波长板”中，两光的波长差越大，越不能适当地发挥功能。在这点上，更优选使用波长差小的两种光。

[0060] 技术方案4.一种三维测量装置，其特征在于，包括：

[0061] 第一照射单元，所述第一照射单元能够射出包含第一波长的偏振光的第一光；

[0062] 第二照射单元，所述第二照射单元能够射出包含第二波长的偏振光的第二光；

[0063] 第一偏振分光器，所述第一偏振分光器作为第一输入输出部能够将从所述第一照射单元入射的所述第一光分割为偏振光方向彼此正交的两种偏振光，将一种偏振光作为测量光照射至被测量物，且将另一种偏振光作为参照光照射至参照面，并且能够将经由所述被测量物入射的所述第二光涉及的测量光和经由所述参照面入射的所述第二光涉及的参照光合成而射出；

[0064] 第二偏振分光器，所述第二偏振分光器作为第二输入输出部能够将从所述第二照射单元入射的所述第二光分割为偏振光方向彼此正交的两种偏振光，将一种偏振光作为测量光照射至被测量物，且另一种偏振光作为参照光照射至参照面，并且能够将经由所述被测量物入射的所述第一光涉及的测量光和经由所述参照面入射的所述第一光涉及的参照光合成而射出；

[0065] 第一1/4波长板，所述第一1/4波长板被配置在所述第一偏振分光器与所述参照面之间；

[0066] 第二1/4波长板，所述第二1/4波长板被配置在所述第一偏振分光器与所述被测量物之间；

[0067] 第三1/4波长板，所述第三1/4波长板被配置在所述第二偏振分光器与所述参照面之间；

[0068] 第四1/4波长板，所述第四1/4波长板被配置在所述第二偏振分光器与所述被测量物之间；

[0069] 第一拍摄单元，所述第一拍摄单元能够拍摄通过将所述第一光入射至所述第一偏振分光器而从所述第二偏振分光器射出的所述第一光涉及的输出光；

[0070] 第二拍摄单元，所述第二拍摄单元能够拍摄通过将所述第二光入射至所述第二偏振分光器而从所述第一偏振分光器射出的所述第二光涉及的输出光；以及

[0071] 图像处理单元，所述图像处理单元能够基于由所述第一拍摄单元和所述第二拍摄单元拍摄的干涉条纹图像执行所述被测量物的三维测量。

[0072] 根据上述技术方案4，能够通过基于马赫-曾德尔干涉仪原理的较简单的构成实现上述技术方案1、2涉及的构成。

[0073] 技术方案5.一种三维测量装置，其特征在于，包括：

[0074] 偏振分光器，所述偏振分光器具有使第一偏振光(例如P偏振光)透射并反射第二偏振光(例如S偏振光)的边界面，所述第一偏振光是具有第一偏振光方向的偏振光，所述第二偏振光是具有第二偏振光方向的偏振光；

[0075] 第一照射单元，所述第一照射单元能够射出入射至隔着所述边界面而相邻的所述偏振分光器的第一面和第二面中的作为第一输入输出部的所述第一面的包含第一波长的所述第一偏振光的第一光；

[0076] 第二照射单元，所述第二照射单元能够射出入射至所述偏振分光器的作为第二输入输出部的所述第二面的包含第二波长的所述第二偏振光的第二光；

[0077] 1/4波长板，所述1/4波长板被配置为与透射所述边界面的第一光和反射至所述边界面的第二光射出的所述偏振分光器的第三面对置；

[0078] 半透半反镜(参照面)，所述半透半反镜被配置为在所述偏振分光器的相反侧与所述1/4波长板对置，并将经由所述1/4波长板照射的光的一部分作为测量光透射并照射至被测量物，且将剩余的光作为参照光而反射；

[0079] 第一拍摄单元，所述第一拍摄单元能够拍摄通过将所述第一光入射至所述偏振分光器的所述第一面而从所述第二面射出的所述第一光涉及的输出光；

[0080] 第二拍摄单元，所述第二拍摄单元能够拍摄通过将所述第二光入射至所述偏振分光器的所述第二面而从所述第一面射出的所述第二光涉及的输出光；以及

[0081] 图像处理单元，所述图像处理单元能够基于由所述第一拍摄单元和所述第二拍摄单元拍摄的干涉条纹图像执行所述被测量物的三维测量。

[0082] 根据上述技术方案5，能够通过基于菲索干涉仪原理的较简单的构成实现上述技术方案1、2涉及的构成。

[0083] 技术方案6.如技术方案2至5中的任一技术方案所述的三维测量装置，其特征在于，包括：第一导光单元，所述第一导光单元使从所述第一照射单元射出的第一光的至少一部分朝向所述第一输入输出部入射，并且使从所述第一输入输出部射出的所述第二光涉及的输出光的至少一部分朝向所述第二拍摄单元入射；以及第二导光单元，所述第二导光单元使从所述第二照射单元射出的第二光的至少一部分朝向所述第二输入输出部入射，并且使从所述第二输入输出部射出的第一光涉及的输出光的至少一部分朝向所述第一拍摄单元入射。

[0084] 根据上述技术方案6，能够通过较简单的构成实现上述技术方案2等涉及的构成。

[0085] 例如，作为一例列举以下构成：

[0086] “包括：第一无偏振分光器(半透半反镜等)，使从所述第一照射单元射出的第一光的一部分透射且使剩余部分反射，使该第一光的透射光或反射光朝向所述第一输入输出部入射，并且使从所述第一输入输出部射出的第二光涉及的输出光的一部分透射且使剩余部分反射，使该第二光的透射光或反射光朝向所述第二拍摄单元入射；以及

[0087] 第二无偏振分光器(半透半反镜等)，使从所述第二照射单元射出的第二光的一部分透射且使剩余部分反射，使该第二光的透射光或反射光朝向所述第二输入输出部入射，并且使从所述第二输入输出部射出的第一光涉及的输出光的一部分透射且使剩余部分反射，使该第一光的透射光或反射光朝向所述第一拍摄单元入射”。

[0088] 技术方案7.如技术方案6所述的三维测量装置，其特征在于，

[0089] 在所述第一照射单元与所述第一导光单元之间具备第一光隔离器，所述第一光隔离器仅透射从所述第一照射单元射出的一个方向的光，且截断相反方向的光，并且，[0090] 在所述第二照射单元与所述第二导光单元之间具备第二光隔离器，所述第二光隔离器仅透射从所述第二照射单元射出的一个方向的光，且截断相反方向的光。

[0091] 在作为上述技术方案6的导光单元例如具备无偏振分光器的情况下，该无偏振分光器使从输入输出部射出的光的一部分透射且反射剩余部分，当使该光的透射光或反射光的一者朝向拍摄单元入射时，未入射至该拍摄单元的另一种光朝向照射单元。如果该光入射至照射单元，则可能会导致照射单元损坏或者动作变得不稳定。

[0092] 与此相对，根据本技术方案7，通过具备光隔离器，能够防止照射单元的损坏或不稳定化等。

[0093] 技术方案8.一种三维测量装置，其特征在于，包括：

[0094] 预定的光学系统(干涉光学系统)，所述预定的光学系统能够将入射的预定的光分割为偏振光方向彼此正交的两种偏振光，将一种偏振光作为测量光而照射至被测量物，且将另一种偏振光作为参照光而照射至参照面，并且将这两种偏振光再次合成而射出；

[0095] 第一照射单元，所述第一照射单元能够射出入射至所述预定的光学系统的具有第一波长的第一光；

[0096] 第二照射单元，所述第二照射单元能够射出入射至所述预定的光学系统的具有与所述第一波长不同的第二波长的第二光；

[0097] 第一拍摄单元，所述第一拍摄单元能够拍摄从所述预定的光学系统射出的所述第一光涉及的输出光；

[0098] 第二拍摄单元，所述第二拍摄单元能够拍摄从所述预定的光学系统射出的所述第二光涉及的输出光；以及

[0099] 图像处理单元，所述图像处理单元能够基于由所述第一拍摄单元和所述第二拍摄单元拍摄的干涉条纹图像执行所述被测量物的三维测量，

[0100] 使所述第一光和所述第二光分别入射到所述预定的光学系的不同的位置，[0101] 所述预定的光学系统

[0102] 将所述第一光分割为由具有第一偏振光方向的第一偏振光(例如P偏振光)构成的所述参照光和由具有第二偏振光方向的第二偏振光(例如S偏振光)构成的所述测量光，[0103] 将所述第二光分割为由所述第二偏振光构成的所述参照光和由所述第一偏振光构成的所述测量光，

[0104] 使将所述参照光和所述测量光再次合成的所述第一光涉及的输出光和所述第二光涉及的输出光分别从所述预定的光学系统的不同的位置射出。

[0105] 根据上述技术方案8，通过使第一光和第二光分别从预定的光学系统的不同位置入射，由此第一光涉及的参照光和测量光、第二光涉及的参照光和测量光分别被分割为不同的偏振光分量(P偏振光或S偏振光)，因此入射至预定的光学系统的第一光和第二光彼此不会发生干涉而分别从预定的光学系统射出。

[0106] 因此，根据上述技术方案8，能够通过基于迈克尔逊干涉仪或马赫-曾德尔干涉仪原理的较简单的构成，实现上述技术方案1涉及的构成。

[0107] 技术方案9.如技术方案1至8中的任一技术方案所述的三维测量装置，其特征在于，包括：

[0108] 第一相位转变单元，所述第一相位转变单元在所述第一光涉及的所述参照光与所述测量光之间赋予相对的相位差；以及

[0109] 第二相位转变单元，所述第二相位转变单元在所述第二光涉及的所述参照光与所述测量光之间赋予相对的相位差，

[0110] 所述图像处理单元包括：

[0111] 第一测量值获取单元，所述第一测量值获取单元能够基于通过所述第一拍摄单元拍摄被所述第一相位转变单元相位转变为多组(例如三组或四组)的所述第一光涉及的输出光而得到的多组干涉条纹图像通过相移法进行所述被测量物的形状测量，将该测量值作为第一测量值获取；

[0112] 第二测量值获取单元，所述第二测量值获取单元能够基于通过所述第二拍摄单元拍摄被所述第二相位转变单元相位转变为多组(例如三组或四组)的所述第二光涉及的输出光而得到的多组干涉条纹图像通过相移法进行所述被测量物的形状测量，将该测量值作为第二测量值获取；以及

[0113] 高度信息获取单元，所述高度信息获取单元能够将根据所述第一测量值和所述第二测量值确定的高度信息作为所述被测量物的高度信息获取。

[0114] 在利用相移法的以往的三维测量装置中，需要使相位以四级或三级变化，拍摄与此对应的四组或三组干涉条纹图像。因此，为了提高测量范围，在使用波长差小的两种光的情况下，在各自不同的时机需要各四次(或各三次)、合计八次(或合计六次)的拍摄时间。

[0115] 与此相对，根据本技术方案9，能够同时进行第一光涉及的输出光的拍摄和第二光涉及的输出光的拍摄，因此能够在合计四次(或合计三次)的拍摄时间获取两种光涉及的合计八组(或六组)干涉条纹图像。结果，能够缩短整体的拍摄时间，能够提高测量効率。

[0116] 技术方案10.如技术方案9所述的三维测量装置，其特征在于，包括：

[0117] 第一分光单元，所述第一分光单元将所述第一光涉及的输出光分割为多种光；

[0118] 第一过滤装置，所述第一过滤装置作为所述第一相位转变单元，对由所述第一分光单元分割的多种分割光中的至少通过所述相移法进行测量所需的数量(例如三种或四种)的分割光分别赋予不同的相位差；

[0119] 第二分光单元，所述第二分光单元将所述第二光涉及的输出光分割为多种光；以及

[0120] 第二过滤装置，所述第二过滤装置作为所述第二相位转变单元对由所述第二分光单元分割的多种分割光中的至少通过所述相移法进行测量所需的数量(例如三种或四种)的分割光分别赋予不同的相位差，

[0121] 所述第一拍摄单元构成为能够同时拍摄至少透射所述第一过滤装置的所述多个分割光，

[0122] 所述第二拍摄单元构成为能够同时拍摄至少透射所述第二过滤装置的所述多个分割光。

[0123] 作为上述相位转变单元，例如可考虑通过使参照面沿光轴移动由此在物理上改变光路长度的构成。但是，在该构成中，获取测量所需的所有干涉条纹图像为止需要一定时间，因此测量时间变长，而且受到该空气波动或振动等的影响，因此测量精度可能降低。

[0124] 这点，根据本技术方案10，能够同时获取测量所需的所有干涉条纹图像。即，能够同时获取两种光涉及的合计八组(或六组)干涉条纹图像。结果，能够提高测量精度，并且能够大幅度地缩短整体的拍摄时间，能够实现测量効率显著提高。

[0125] 另外，作为“分光单元”，例如可列举出“将入射的光分别分割为在光路长度相等且与行进方向正交的平面上光路排列成矩阵状的四种光的分光单元”等。例如，作为一例，可列举出下述的技术方案11那样的构成。

[0126] 技术方案11.如技术方案10所述的三维测量装置，其特征在于，

[0127] 所述分光单元(第一分光单元和第二分光单元)包括：

[0128] 第一光学部件(第一科斯特棱镜)，所述第一光学部件形成沿第一平面的截面形状为三角形状的三棱柱形状，并沿经过沿与该第一平面正交的方向的三个面中的第一面和第二面的相交线并与第三面正交的平面具有第一分叉单元(第一半透半反镜)；以及

[0129] 第二光学部件(第二科斯特棱镜)，所述第二光学部件形成沿与所述第一平面正交的第二的平面的截面形状为三角形状的三棱柱形状，并沿经过沿与该第二平面正交的方向的三个面中的第一面和第二面的相交线并与第三面正交的平面具有第二分叉单元(第二半透半反镜)，

[0130] 通过将所述第一光学部件的第三面和所述第二光学部件的第一面对置配置，[0131] 使(垂直)入射至所述第一光学部件的所述第一面的光由所述第一分叉单元向两个方向分叉，其中，使由所述第一分叉单元反射的分割光在所述第一面朝向所述第三面侧反射，使透射所述第一分叉单元的分割光在所述第二面朝向所述第三面侧反射，由此从所述第三面作为平行的两种分割光射出，

[0132] 使从所述第一光学部件的第三面射出的两种分割光(垂直)入射至所述第二光学部件的第一面，使该两种分割光分别由所述第二分叉单元向两个方向分叉，其中，使由所述第二分叉单元反射的两种分割光分别在所述第一面朝向所述第三面侧反射，使透射所述第二分叉单元的两种分割光分别在所述第二面朝向所述第三面侧反射，由此从所述第三面作为平行的四种分割光射出。

[0133] 根据上述技术方案11，能够将从预定的光学系统(干涉光学系统)射出的光分为排列为2行2列的矩阵状的四种光。由此，例如如下述的技术方案12那样，在由单一拍摄元件同时拍摄多个分割光的构成中，能够将拍摄元件的拍摄区域四等分为矩阵状的分割区域分别分配给四种分割光，因此能够有效地利用拍摄元件的拍摄区域。例如在四等分纵横比为4:3的一般的拍摄元件的拍摄区域的情况下，各分割区域的纵横比同样为4:3，因此能够利用各分割区域内的更大的范围。进而，能够进一步提高测量精度。

[0134] 另外，如果将衍射光栅用作分光单元，则分辨率可能会降低，但是在本技术方案中，将一种光分割为平行的两种光，并且将该两种光分别分割为平行的两种光，由此成为分为平行的四种光的构成，因此能够抑制分辨率降低。

[0135] 并且，作为将一种光分割为平行的两种光的单元，采用了具有上述构成的光学部件(科斯特棱镜)，因此被分割的两种光的光路长度在光学上相等。其结果是，无需具备调整被分割的两种光的光路长度的光路调整单元，能够减少部件个数，并且实现构成的简化或装置的小型化等。

[0136] 另外，如果第一光学部件的第三面与第二光学部件的第一面抵接，则构成为在对分光单元入射一种光之后到射出四种光为止的期间，光仅在光学部件内前进，不会射出到空气中，因此能够降低由于空气波动等带来的影响。

[0137] 技术方案12.如技术方案10或11所述的三维测量装置，其特征在于，

[0138] 所述第一拍摄单元包括能够同时拍摄至少透射所述第一过滤装置的所述多种分割光的单一拍摄元件，

[0139] 所述第二拍摄单元包括能够同时拍摄至少透射所述第二过滤装置的所述多种分割光的单一拍摄元件。

[0140] 另外，在同时拍摄多种分割光的情况下，也可考虑通过构成拍摄单元的多个相机(拍摄元件)分别拍摄各分割光的构成，但是在该构成中，可能会由于各相机(拍摄元件)的差异等产生测量误差。

[0141] 这点，根据本技术方案，构成为通过单一拍摄元件同时拍摄多种分割光，因此能够抑制测量误差等的发生，实现测量精度的提高。

[0142] 技术方案13.如技术方案1至12中的任一技术方案所述的三维测量装置，其特征在于，所述被测量物是在印刷基板印刷的膏状焊料或者在晶圆基板上形成的焊料凸起。

[0143] 根据上述技术方案13，能够进行在印刷基板印刷的膏状焊料或者在晶圆基板形成的焊料凸起的高度测量等。进而，在膏状焊料或焊料凸起的检查中，能够基于其测量值进行膏状焊料或焊料凸起的好坏判断。因此，在该检查中，起到了上述各技术方案的作用和效果，能够准确地进行好坏判断。结果，能够提高焊料印刷检查装置或焊料凸起检查装置中的检查准确度。

附图说明

[0144] 图1是三维测量装置的简要构成图。

[0145] 图2是示出三维测量装置的电气构成的框图。

[0146] 图3是示出第一光的光路的光路图。

[0147] 图4是示出第二光的光路的光路图。

[0148] 图5是示出第二实施方式涉及的分光光学系统等的简要构成图。

[0149] 图6是第二实施方式涉及的过滤单元的简要构成图。

[0150] 图7是第二实施方式涉及的拍摄元件的拍摄区域的简要构成图。

[0151] 图8是第三实施方式涉及的三维测量装置的简要构成图。

[0152] 图9是示出第三实施方式涉及的第一光的光路的光路图。

[0153] 图10是示出第三实施方式涉及的第二光的光路的光路图。

[0154] 图11是第四实施方式涉及的三维测量装置的简要构成图。

[0155] 图12是示出第四实施方式涉及的第一光的光路的光路图。

[0156] 图13是示出第四实施方式涉及的第二光的光路的光路图。

[0157] 图14是第五实施方式涉及的三维测量装置的简要构成图。

[0158] 图15是示出第五实施方式涉及的分光光学系统的俯视图。

[0159] 图16是示出第五实施方式涉及的分光光学系统的主视图。

[0160] 图17是示出第五实施方式涉及的分光光学系统的右视图。

[0161] 图18是示出第五实施方式涉及的分光光学系统的立体图。

[0162] 图19是第六实施方式涉及的三维测量装置的简要构成图。

[0163] 图20是第七实施方式涉及的三维测量装置的简要构成图。

[0164] 图21是用于说明测量焊料凸起的高度的原理的说明图。

[0165] 图22是其他的实施方式涉及的过滤单元的简要构成图。

具体实施方式

[0166] 第一实施方式

[0167] 以下，参照附图来说明三维测量装置的一个实施方式。图1是示出本实施方式涉及的三维测量装置1的简要构成的示意图，图2是示出三维测量装置1的电气构成的框图。以下，方便起见，将图1的纸面前后方向作为“X轴方向”，将纸面上下方向作为“Y轴方向”，将纸面左右方向作为“Z轴方向”进行说明。

[0168] 三维测量装置1是基于迈克尔逊干涉仪的原理而构成的，包括：两个投光系统2A、2B(第一投光系统2A、第二投光系统2B)，能够输出特定波长的光；干涉光学系统3，被入射从该投光系统2A、2B分别射出的光；两个拍摄系统4A、4B(第一拍摄系统4A、第二拍摄系统4B)，能够拍摄从该干涉光学系统3射出的光；以及控制装置5，进行与投光系统2A、2B或干涉光学系统3、拍摄系统4A、4B等有关的各种控制或图像处理、运算处理等。

[0169] 这里，“控制装置5”构成本实施方式中的“图像处理单元”，“干涉光学系统3”构成本实施方式中的“预定的光学系统(特定光学系统)”。另外，在本申请涉及的各实施方式中，以产生光的干涉(拍摄干涉条纹图像)为目的，将入射的预定的光分割为两种光(测量光及参照光)，使该两种光产生光程差之后，再次合成并输出的光学系统被称为“干涉光学系统”。即，不但在使两种光在内部干涉之后作为干涉光输出的光学系统被称为“干涉光学系统”，而且对于不使两种光在内部干涉而仅作为合成光输出的光学系统也被称为“干涉光学系统”。因此，如在本实施方式中后面所述的那样，在两种光(测量光及参照光)不发生干涉而作为合成光从“干涉光学系统”被输出的情况下，在至少被拍摄的前一阶段(例如拍摄系统的内部等)中经由预定的干涉单元而变换为干涉光。

[0170] 首先，详细说明两个投光系统2A、2B(第一投光系统2A、第二投光系统2B)的构成。第一投光系统2A包括第一发光部11A、第一光隔离器12A、第一无偏振分光器13A等。这里，“第一发光部11A”构成本实施方式中的“第一照射单元”。

[0171] 虽然省略了图示，但第一发光部11A包括：能够输出特定波长λ1的直线偏振光的激光光源、放大从该激光光源输出的直线偏振光并作为平行光射出的光束扩展器、用于进行强度调整的偏振光板、用于调整偏振光方向的1/2波长板等。

[0172] 在该构成之下，在本实施方式中，以相对于X轴方向和Y轴方向倾斜了45°的方向作为偏振光方向的波长λ1(例如λ1＝1500nm)的直线偏振光从第一发光部11A在Z轴方向上向左射出。这里，“波长λ1”相当于本实施方式中的“第一波长”。以后，从第一发光部11A射出的波长λ1的光被称为“第一光”。

[0173] 第一光隔离器12A是仅透射向一个方向(在本实施方式中，Z轴方向向左)前进的光并截断逆向(在本实施方式中，Z轴方向向右)的光的光学元件。由此，仅透射从第一发光部11A射出的第一光，能够防止因返回光导致的第一发光部11A的损伤或不稳定化等。

[0174] 第一无偏振分光器13A是将直角棱镜(以直角等边三角形为底面的三棱柱状的棱镜。以下相同。)贴合成为一体的立方体型的公知的光学部件，对其接合面13Ah例如实施金属膜等涂层。“第一无偏振分光器13A”构成本实施方式中的“第一导光单元”。

[0175] 以下相同，无偏振分光器也包含偏振光状态，将入射光以预定的比率分割为透射光和反射光。在本实施方式中，采用了具有1:1的分割比的所谓半透半反镜。即，透射光的P偏振光分量和S偏振光分量以及反射光的P偏振光分量和S偏振光分量全部被以相同的比率分割，并且透射光和反射光的各偏振光状态与入射光的偏振光状态相同。

[0176] 另外，在本实施方式中，将与图1的纸面平行的方向(Y轴方向或Z轴方向)作为偏振光方向的直线偏振光称为P偏振光(P偏振光分量)，将与图1的纸面垂直的X轴方向作为偏振光方向的直线偏振光称为S偏振光(S偏振光分量)。“P偏振光”相当于“具有第一偏振光方向的第一偏振光”，“S偏振光”相当于“具有第二偏振光方向的第二偏振光”。

[0177] 另外，第一无偏振分光器13A被配置为隔着其接合面13Ah而相邻的两个面中的一个与Y轴方向正交且另一个与Z轴方向正交。即，第一无偏振分光器13A的接合面13Ah被配置为相对于Y轴方向和Z轴方向倾斜45°。更具体地说，被配置为使经由第一光隔离器12A从第一发光部11A在Z轴方向向左入射的第一光的一部分(一半)在Z轴方向向左透射，使剩余部分(一半)在Y轴方向向下反射。

[0178] 第二投光系统2B与上述第一投光系统2A相同包括第二发光部11B、第二光隔离器12B、第二无偏振分光器13B等。这里，“第二发光部11B”构成本实施方式中的“第二照射单元”。

[0179] 第二发光部11B与上述第一发光部11A相同，包括：能够输出特定波长λ2的直线偏振光的激光光源、放大从该激光光源输出的直线偏振光并作为平行光射出的光束扩展器、用于进行强度调整的偏振光板、用于调整偏振光方向的1/2波长板等。

[0180] 在该构成之下，在本实施方式中，以相对于X轴方向和Z轴方向倾斜了45°的方向作为偏振光方向的波长λ2(例如λ2＝1503nm)的直线偏振光从第二发光部11B在Y轴方向上向上射出。这里，“波长λ2”相当于本实施方式中的“第二波长”。以后，从第二发光部11B射出的波长λ2的光被称为“第二光”。

[0181] 第二光隔离器12B与第一光隔离器12A相同，是仅透射向一个方向(在本实施方式中，Y轴方向向上)前进的光并截断逆向(在本实施方式中，Y轴方向向下)的光的光学元件。由此，仅透射从第二发光部11B射出的第二光，能够防止因返回光导致的第二发光部11B的损伤或不稳定化等。

[0182] 第二无偏振分光器13B与第一无偏振分光器13A同样地，是将直角棱镜贴合成为一体的立方体型的公知的光学部件，对其接合面13Bh例如实施金属膜等涂层。“第二无偏振分光器13B”构成本实施方式中的“第二导光单元”。

[0183] 另外，第二无偏振分光器13B被配置为隔着其接合面13Bh而相邻的两个面中的一个与Y轴方向正交且另一个与Z轴方向正交。即，第二无偏振分光器13B的接合面13Bh被配置为相对于Y轴方向和Z轴方向倾斜45°。更具体地说，被配置为使经由第二光隔离器12B从第二发光部11B在Y轴方向向上入射的第二光的一部分(一半)在Y轴方向向上透射，使剩余部分(一半)在Z轴方向向右反射。

[0184] 接着，详细说明干涉光学系统3的构成。干涉光学系统3包括偏振分光器(PBS)20、1/4波长板21、22、参照面23、设置部24等。

[0185] 偏振分光器20是将直角棱镜贴合成为一体的立方体型的公知的光学部件，对其接合面(边界面)20h例如实施电介质多层膜等涂层。

[0186] 偏振分光器20是将入射的直线偏振光分割为偏振光方向彼此正交的两个偏振光分量(P偏振光分量和S偏振光分量)的。本实施方式中的偏振分光器20构成为使P偏振光分量透射，并反射S偏振光分量。另外，本实施方式中的偏振分光器20构成将入射的预定的光分割为两种光的“分割单元”，并且构成将它们再次合成的“合成单元”。

[0187] 偏振分光器20被配置为隔着其接合面20h而相邻的两个面中的一个与Y轴方向正交且另一个与Z轴方向正交。即，被配置为偏振分光器20的接合面20h相对于Y轴方向和Z轴方向倾斜45°。

[0188] 更具体地说，被配置为从上述第一无偏振分光器13A在Y轴方向上向下反射的第一光入射的偏振分光器20的第一面(Y轴方向上侧面)20a以及与该第一面20a对置的第三面(Y轴方向下侧面)20c与Y轴方向正交。“偏振分光器20的第一面20a”相当于本实施方式中的“第一输入输出部”。

[0189] 另一方面，被配置为作为隔着接合面20h与第一面20a相邻的面、从上述第二无偏振分光器13B在Z轴方向向右反射的第二光入射的偏振分光器20的第二面(Z轴方向左侧面)20b以及与该第二面20b对置的第四面(Z轴方向右侧面)20d与Z轴方向正交。“偏振分光器20的第二面20b”相当于本实施方式中的“第二输入输出部”。

[0190] 另外，以与偏振分光器20的第三面20c在Y轴方向上对置的方式配置有1/4波长板21，以与该1/4波长板21在Y轴方向上对置的方式配置有参照面23。

[0191] 1/4波长板21相当于本实施方式中的“第一1/4波长板”，具有将直线偏振光变换为圆偏振光且将圆偏振光变换为直线偏振光的功能。即，从偏振分光器20的第三面20c射出的直线偏振光(参照光)在经由1/4波长板21变换为圆偏振光之后被照射到参照面23。并且，由参照面23反射的参照光再次经由1/4波长板21从圆偏振光变换为直线偏振光之后入射至偏振分光器20的第三面20c。

[0192] 另一方面，以与偏振分光器20的第四面20d在Z轴方向上对置的方式配置有1/4波长板22，以与该1/4波长板22在Z轴方向上对置的方式配置有设置部24。

[0193] 1/4波长板22相当于本实施方式中的“第二1/4波长板”，具有将直线偏振光变换为圆偏振光且将圆偏振光变换为直线偏振光的功能。即，从偏振分光器20的第四面20d射出的直线偏振光(测量光)经由1/4波长板22变换为圆偏振光之后照射至被放置于设置部24的作为被测量物的工件W上。另外，由工件W反射的测量光再次经由1/4波长板22从圆偏振光变换为直线偏振光之后入射到偏振分光器20的第四面20d。

[0194] 接着，详细说明两个拍摄系统4A、4B(第一拍摄系统4A、第二拍摄系统4B)的构成。第一拍摄系统4A包括1/4波长板31A、第一偏振光板32A、构成第一拍摄单元的第一相机33A等。

[0195] 1/4波长板31A用于将在Z轴方向向左透射第二无偏振分光器13B的直线偏振光(第一光的参照光分量和测量光分量)分别变换为圆偏振光。

[0196] 第一偏振光板32A选择性地透射通过1/4波长板31A变换为圆偏振光的第一光的各分量。由此，能够针对特定的相位使旋转方向不同的第一光的参照光分量和测量光分量干涉。“第一偏振光板32A”构成本实施方式中的“第一相位转变单元”和“干涉单元”。

[0197] 本实施方式涉及的第一偏振光板32A构成为能够以Z轴方向为轴心而旋转，并且其透射轴方向以各变化45°的方式被控制。具体地说，透射轴方向以相对于Y轴方向成为“0°”、“45°”、“90°”、“135°”的方式变化。

[0198] 由此，能够使透射第一偏振光板32A的第一光的参照光分量和测量光分量以四种相位干涉。即，能够生成相位各相差90°的干涉光。具体地说，能够生成相位为“0°”的干涉光、相位为“90°”的干涉光、相位为“180°”的干涉光、相位为“270°”的干涉光。

[0199] 第一相机33A是具备透镜或拍摄元件等而成的公知的装置。在本实施方式中，作为第一相机33A的拍摄元件，采用了CCD区域传感器。当然，拍摄元件不限于此，例如也可以采用CMOS区域传感器等。

[0200] 由第一相机33A拍摄的图像数据在第一相机33A内部被变换为数字信号之后以数字信号的形式输入至控制装置5(图像数据存储装置54)。

[0201] 具体地说，由第一相机33A拍摄与第一光相关的相位“0°”的干涉条纹图像、相位“90°”的干涉条纹图像、相位“180°”的干涉条纹图像、相位“270°”的干涉条纹图像。

[0202] 第二拍摄系统4B与第一拍摄系统4A相同包括1/4波长板31B、第二偏振光板32B、构成第二拍摄单元的第二相机33B等。

[0203] 1/4波长板31B用于将在Y轴方向向上透射第一无偏振分光器13B的直线偏振光(第二光的参照光分量和测量光分量)分别变换为圆偏振光。

[0204] 第二偏振光板32B与第一偏振光板32A同样地，选择性地透射通过1/4波长板31B变换为圆偏振光的第二光的各分量。由此，能够针对特定的相位使旋转方向不同的第二光的参照光分量和测量光分量干涉。“第二偏振光板32B”构成本实施方式中的“第二相位转变单元”和“干涉单元”。

[0205] 本实施方式涉及的第二偏振光板32B构成为能够以Y轴方向为轴心旋转，并且其透射轴方向以各变化45°的方式被控制。具体地说，透射轴方向以相对于X轴方向成为“0°”、“45°”、“90°”、“135°”的方式变化。

[0206] 由此，能够使透射第二偏振光板32B的第二光的参照光分量和测量光分量以四种相位干涉。即，能够生成相位各相差90°的干涉光。具体地说，能够生成相位为“0°”的干涉光、相位为“90°”的干涉光、相位为“180°”的干涉光、相位为“270°”的干涉光。

[0207] 第二相机33B与第一相机33A相同是具备透镜或拍摄元件等而成的公知的装置。在本实施方式中，与第一相机33A相同，作为第二相机33B的拍摄元件采用了CCD区域传感器。当然，拍摄元件不限于此，例如也可以采用CMOS区域传感器等。

[0208] 与第一相机33A相同，由第二相机33B拍摄的图像数据在第二相机33B内部被变换为数字信号之后以数字信号的形式输入至控制装置5(图像数据存储装置54)。

[0209] 具体地说，由第二相机33B拍摄与第二光相关的相位“0°”的干涉条纹图像、相位“90°”的干涉条纹图像、相位“180°”的干涉条纹图像、相位“270°”的干涉条纹图像。

[0210] 这里，对控制装置5的电气构成进行说明。如图2所示，控制装置5包括：执行三维测量装置1整体的控制的CPU及输入输出接口51、由键盘、鼠标、或触摸面板构成的作为“输入单元”的输入装置52、具有液晶画面等显示画面的作为“显示单元”的显示装置53、用于依次存储由相机33A、33B拍摄到的图像数据等的图像数据存储装置54、用于存储各种运算结果的运算结果存储装置55、以及预先存储各种信息的设定数据存储装置56。另外，这些各装置52～56与CPU和输入输出接口51电连接。

[0211] 接着，对三维测量装置1的作用进行说明。另外，如后面所述，本实施方式中的第一光和第二光的照射同时进行，第一光的光路和第二光的光路部分重叠，但是在这里，为了更容易理解，针对第一光和第二光的各光路使用不同的附图分别进行说明。

[0212] 首先，参照图3对第一光的光路进行说明。如图3所示，波长λ1的第一光(偏振光方向相对于X轴方向和Y轴方向倾斜45°的直线偏振光)从第一发光部11A在Z轴方向向左射出。

[0213] 从第一发光部11A射出的第一光通过第一光隔离器12A入射至第一无偏振分光器13A。入射到第一无偏振分光器13A的第一光的一部分在Z轴方向向左透射，剩余部分在Y轴方向向下反射。

[0214] 其中，在Y轴方向向下反射的第一光(偏振光方向相对于X轴方向和Z轴方向倾斜45°的直线偏振光)入射到偏振分光器20的第一面20a。另一方面，在Z轴方向向左透射的第一光不会入射到任何的光学系统等而成为舍弃光。

[0215] 这里，如果根据需要在波长测量或光的能量测量中利用舍弃光，则能够使光源稳定化，进而提高测量精度(以下相同)。

[0216] 从偏振分光器20的第一面20a在Y轴方向向下入射的第一光中，其P偏振光分量在Y轴方向向下透射并从第三面20c作为参照光射出，另一方面其S偏振光分量在Z轴方向向右反射并从第四面20d作为测量光射出。

[0217] 从偏振分光器20的第三面20c射出的第一光涉及的参照光(P偏振光)通过1/4波长板21而被变换为右旋的圆偏振光之后由参照面23反射。这里，保持相对于光的行进方向的旋转方向。之后，第一光涉及的参照光再次通过1/4波长板21，由此从右旋的圆偏振光被变换为S偏振光之后再次入射到偏振分光器20的第三面20c。

[0218] 另一方面，从偏振分光器20的第四面20d射出的第一光涉及的测量光(S偏振光)通过1/4波长板22，由此被变换为左旋的圆偏振光之后，由工件W反射。这里，保持相对于光的行进方向的旋转方向。之后，第一光涉及的测量光再次通过1/4波长板22，由此在从左旋的圆偏振光变换为P偏振光之后再次入射到偏振分光器20的第四面20d。

[0219] 这里，从偏振分光器20的第三面20c再次入射的第一光涉及的参照光(S偏振光)由接合面20h在Z轴方向向左反射，另一方面从第四面20d再次入射的第一光涉及的测量光(P偏振光)在Z轴方向向左透射接合面20h。然后，第一光涉及的参照光和测量光合成后的状态的合成光作为输出光从偏振分光器20的第二面20b射出。

[0220] 从偏振分光器20的第二面20b射出的第一光涉及的合成光(参照光和测量光)入射至第二无偏振分光器13B。对第二无偏振分光器13B在Z轴方向向左入射的第一光涉及的合成光，其一部分在Z轴方向向左透射，剩下部分在Y轴方向向下反射。其中，在Z轴方向向左透射的合成光(参照光和测量光)入射至第一拍摄系统4A。另一方面，在Y轴方向向下反射的合成光由第二光隔离器12B截断其行进，成为舍弃光。

[0221] 入射至第一拍摄系统4A的第一光涉及的合成光(参照光和测量光)中，其参照光分量(S偏振光分量)首先通过1/4波长板31A变换为左旋的圆偏振光，其测量光分量(P偏振光分量)变换为右旋的圆偏振光。这里，左旋的圆偏振光和右旋的圆偏振光由于旋转方向不同，因此不发生干涉。

[0222] 第一光涉及的合成光继续通过第一偏振光板32A，由此其参照光分量和测量光分量以与第一偏振光板32A的角度相应的相位干涉。并且，该第一光涉及的干涉光由第一相机33A拍摄。

[0223] 接着，参照图4来说明第二光的光路。如图4所示，波长λ2的第二光(偏振光方向相对于X轴方向和Z轴方向倾斜45°的直线偏振光)从第二发光部11B在Y轴方向向上射出。

[0224] 从第二发光部11B射出的第二光通过第二光隔离器12B入射至第二无偏振分光器13B。入射至第二无偏振分光器13B的第二光的一部分在Y轴方向向上透射，剩余部分在Z轴方向向右反射。

[0225] 其中，在Z轴方向向右反射的第二光(偏振光方向相对于X轴方向和Y轴方向倾斜45°的直线偏振光)入射至偏振分光器20的第二面20b。另一方面，在Y轴方向向上透射的第二光不会入射到任何的光学系统等而成为舍弃光。

[0226] 从偏振分光器20的第二面20b在Z轴方向向右入射的第二光中，其S偏振光分量在Y轴方向向下反射并从第三面20c作为参照光射出，另一方面，其P偏振光分量在Z轴方向向右透射并从第四面20d作为测量光射出。

[0227] 从偏振分光器20的第三面20c射出的第二光涉及的参照光(S偏振光)通过1/4波长板21，由此在被变换为左旋的圆偏振光之后由参照面23反射。这里，保持相对于光的行进方向的旋转方向。之后，第二光涉及的参照光再次通过1/4波长板21，由此在从左旋的圆偏振光变换为P偏振光之后再次入射到偏振分光器20的第三面20c。

[0228] 另一方面，从偏振分光器20的第四面20d射出的第二光涉及的测量光(P偏振光)通过1/4波长板22，由此在被变换为右旋的圆偏振光之后由工件W反射。这里，保持相对于光的行进方向的旋转方向。之后，第二光涉及的测量光再次通过1/4波长板22，由此在从右旋的圆偏振光变换为S偏振光之后再次入射至偏振分光器20的第四面20d。

[0229] 这里，从偏振分光器20的第三面20c再次入射的第二光涉及的参照光(P偏振光)在Y轴方向向上透射接合面20h，另一方面从第四面20d再次入射的第二光涉及的测量光(S偏振光)由接合面20h在Y轴方向向上反射。然后，第二光涉及的参照光和测量光合成后的状态的合成光作为输出光从偏振分光器20的第一面20a射出。

[0230] 从偏振分光器20的第一面20a射出的第二光涉及的合成光(参照光和测量光)入射至第一无偏振分光器13A。对第一无偏振分光器13A在Y轴方向向上入射的第二光涉及的合成光中，其一部分在Y轴方向向上透射，剩余部分在Z轴方向向右反射。其中，在Y轴方向向上透射的合成光(参照光和测量光)入射至第二拍摄系统4B。另一方面，在Z轴方向向右反射的合成光被第一光隔离器12A截断其行进，成为舍弃光。

[0231] 入射至第二拍摄系统4B的第二光涉及的合成光(参照光和测量光)中，其参照光分量(P偏振光分量)首先通过1/4波长板31B变换为右旋的圆偏振光，其测量光分量(S偏振光分量)变换为左旋的圆偏振光。这里，左旋的圆偏振光和右旋的圆偏振光由于旋转方向不同，因此不干涉。

[0232] 第二光涉及的合成光继续通过第二偏振光板32B，由此其参照光分量和测量光分量以与第二偏振光板32B的角度相应的相位干涉。并且，该第二光涉及的干涉光由第二相机33B拍摄。

[0233] 接着，详细说明由控制装置5执行的形状测量处理的顺序。首先，在向设置部24设置工件W之后，将第一拍摄系统4A的第一偏振光板32A的透射轴方向设定在预定的基准位置(例如“0°”)，并且将第二拍摄系统4B的第二偏振光板32B的透射轴方向设定在预定的基准位置(例如“0°”)。

[0234] 接着，从第一投光系统2A照射第一光，同时从第二投光系统2B照射第二光。其结果，从干涉光学系统3的偏振分光器20的第二面20b射出第一光涉及的合成光(参照光和测量光)，同时从偏振分光器20的第一面20a射出第二光涉及的合成光(参照光和测量光)。

[0235] 然后，由第一拍摄系统4A拍摄从偏振分光器20的第二面20b射出的第一光涉及的合成光，同时由第二拍摄系统4B拍摄从偏振分光器20的第一面20a射出的第二光涉及的合成光。

[0236] 另外，这里，第一偏振光板32A和第二偏振光板32B的透射轴方向分别被设定为“0°”，因此由第一相机33A拍摄第一光涉及的相位“0°”的干涉条纹图像，由第二相机33B拍摄第二光涉及的相位“0°”的干涉条纹图像。

[0237] 然后，从各相机33A、33B分别拍摄到的图像数据被输出至控制装置5。控制装置5将输入的图像数据存储于图像数据存储装置54。

[0238] 接着，控制装置5进行第一拍摄系统4A的第一偏振光板32A和第二拍摄系统4B的第二偏振光板32B的切换处理。具体地说，使第一偏振光板32A和第二偏振光板32B的透射轴方向分别转动变位至“45°”的位置。

[0239] 一旦该切换处理结束，则控制装置5进行与上述一连串的第一次的拍摄处理相同的第二次的拍摄处理。即，控制装置5从第一投光系统2A照射第一光，同时从第二投光系统2B照射第二光，并由第一拍摄系统4A拍摄从偏振分光器20的第二面20b射出的第一光涉及的合成光，同时由第二拍摄系统4B拍摄从偏振分光器20的第一面20a射出的第二光涉及的合成光。由此，能够获取第一光涉及的相位“90°”的干涉条纹图像，并且拍摄到第二光涉及的相位“90°”的干涉条纹图像。

[0240] 以后，与上述第一次和第二次的拍摄处理相同的拍摄处理反复进行两次。即，在将第一偏振光板32A和第二偏振光板32B的透射轴方向设定为“90°”的状态下进行第三次的拍摄处理，获取第一光涉及的相位“180°”的干涉条纹图像，并且获取第二光涉及的相位“180°”的干涉条纹图像。

[0241] 之后，在将第一偏振光板32A和第二偏振光板32B的透射轴方向设定为“135°”的状态下进行第四次拍摄处理，获取第一光涉及的相位“270°”的干涉条纹图像，并且获取第二光涉及的相位“270°”的干涉条纹图像。

[0242] 这样，通过进行四次拍摄处理，能够获取进行三维测量所需要的全部图像数据(包括第一光涉及的四组干涉条纹图像数据和第二光涉及的四组干涉条纹图像数据的合计八组干涉条纹图像数据)。

[0243] 并且，控制装置5基于存储于图像数据存储装置54的第一光涉及的四组干涉条纹图像数据和第二光涉及的四组干涉条纹图像数据通过相移法测量工件W的表面形状。即，算出工件W的表面上的各位置处的高度信息。

[0244] 首先，对一般的基于相移法的高度测量的原理进行说明。第一光或第二光涉及的四组干涉条纹图像数据的同一坐标位置(x，y)处的干涉条纹强度、即亮度I1(x，y)、I2(x，y)、I3(x，y)、I4(x，y)能够以下述[数1]的关系式表示。

[0245] [数1]

[0246] I1(x，y)＝B(x，y)+A(x，y)cos[Δφ(x，y)]

[0247] I2(x，y)＝B(x，y)+A(x，y)cos[Δφ(x，y)+90°]

[0248] I3(x，y)＝B(x，y)+A(x，y)cos[Δφ(x，y)+180°]

[0249] I4(x，y)＝B(x，y)+A(x，y)cos[Δφ(x，y)+270°]

[0250] 这里， 表示基于坐标(x，y)处的测量光和参照光的光程差的相位差。并且，A(x，y)表示干涉光的振幅，B(x，y)表示偏移。但是，由于参照光均匀，因此当以此为基准而观察时， 表示“测量光的相位”，A(x，y)表示“测量光的振幅”。

[0251] 因此，测量光的相位 能够基于上述[数1]的关系式以下述[数2]的关系式求出。

[0252] [数2]

[0253]

[0254] 另外，测量光的振幅A(x，y)能够基于上述[数1]的关系式以下述[数3]的关系式求出。

[0255] [数3]

[0256]

[0257] 接着，根据上述相位 和振幅A(x，y)基于下述[数4]的关系式算出拍摄元件面上的复振幅Eo(x，y)。这里，i表示虚数单位。

[0258] [数4]

[0259]

[0260] 接着，基于复振幅Eo(x，y)算出工件W面上的坐标(ξ，η)处的复振幅Eo(ξ，η)。

[0261] 首先，如下述[数5]所示，对上述复振幅Eo(x，y)进行菲涅耳变换。这里，λ表示波长。

[0262] [数5]

[0263]

[0264]

[0265] 傅立叶变换

[0266] 傅立叶逆变换

[0267] 当针对Eo(ξ，η)求解Eo(x，y)时，变为下述[数6]。

[0268] [数6]

[0269]

[0270] 进一步，根据所得到的复振幅Eo(ξ，η)基于下述[数7]的关系式算出测量光的相位和测量光的振幅A(ξ，η)。

[0271] [数7]

[0272]

[0273] 测量光的相位 可以由下述[数8]的关系式求出。

[0274] [数8]

[0275] 测量光的振幅A(ξ，η)可以由下述[数9]的关系式求出。

[0276]

[0277] [数9]

[0278]

[0279] 之后，进行相位-高度变换处理，算出三维表示工件W表面的凹凸形状的高度信息z(ξ，η)。

[0280] 高度信息z(ξ，η)可以由下述[数10]的关系式算出。

[0281] [数10]

[0282]

[0283] 接着，对2波长相移法的原理进行说明。通过使用波长不同的两种光，能够扩大测量范围。

[0284] 在使用波长不同的两种光(波长λ1，λ2)进行测量的情况下，与以其合成波长λ0的光进行测量的情况相同。并且，该测量范围扩大至λ0/2。合成波长λ0能够由下述式(M1)表示。

[0285] λ0＝(λ1×λ2)/(λ2-λ1)…(M1)

[0286] 其中，λ2>λ1。

[0287] 这里，例如当λ1＝1500nm、λ2＝1503nm时，根据上述式(M1)，λ0＝751.500μm，测量范围λ0/2＝375.750μm。

[0288] 在进行2波长相移法时，首先，基于波长λ1的第一光涉及的四组干涉条纹图像数据的亮度I1(x，y)、I2(x，y)、I3(x，y)、I4(x，y)(参照上述[数1])，算出工件W面上的坐标(ξ，η)处的第一光涉及的测量光的相位 (参照上述[数8])。这里求出的相位相当于本实施方式中的“第一测量值”，通过算出第一测量值的处理功能构成
“第一测量值获取单元”。

[0289] 另外，在第一光涉及的测量之下，坐标(ξ，η)处的高度信息z(ξ，η)能够以下述式(M2)表示。

[0290]

[0291] 其中，d1(ξ，η)表示第一光涉及的测量光和参照光的光程差，m1(ξ，η)表示第一光涉及的条纹级数。

[0292] 因此，相位 能够以下述式(M2′)表示。

[0293]

[0294] 同样地，基于波长λ2的第二光涉及的四组干涉条纹图像数据的亮度I1(x，y)、I2(x，y)、I3(x，y)、I4(x，y)(参照上述[数1])算出工件W面上的坐标(ξ，η)处的第二光涉及的测量光的相位 (参照上述[数8])。这里求出的相位 相当于本实施方式中的“第二测量值”，通过算出第二测量值的处理功能构成“第二测量值获取单元”。

[0295] 另外，在第二光涉及的测量之下，坐标(ξ，η)处的高度信息z(ξ，η)能够以下述式(M3)表示。

[0296]

[0297] 其中，d2(ξ，η)表示第二光涉及的测量光和参照光的光程差，m2(ξ，η)表示第二光涉及的条纹级数。

[0298] 因此，相位 能够以下述式(M3′)表示。

[0299]

[0300] 接着，决定波长λ1的第一光涉及的条纹级数m1(ξ，η)或者波长λ2的第二光涉及的条纹级数m2(ξ，η)。条纹级数m1、m2能够基于两种光(波长λ1，λ2)的光程差Δd和波长差Δλ求出。这里，光程差Δd和波长差Δλ能够分别如下述式(M4)、(M5)那样表示。

[0301]

[0302] Δλ＝λ2-λ1…(M5)

[0303] 其中，λ2>λ1。

[0304] 另外，在2波长的合成波长λ0的测量范围内，条纹级数m1，m2的关系分为以下的三种情况，针对各情况决定条纹级数m1(ξ，η)、m2(ξ，η)的计算式不同。这里，例如针对决定条纹级数m1(ξ，η)的情况进行说明。当然，针对条纹级数m2(ξ，η)也能够通过同样的方法求出。

[0305] 例如，在 的情况下，为“m1-m2＝-1”，在该情况下，m1能够如下述式(M6)那样表示。

[0306]

[0307] 在 的情况下，为“m1-m2＝0”，在该情况下，m1能够如下述式(M7)那样表示。

[0308]

[0309] 在 的情况下，为“m1-m2＝+1”，在该情况下，m1能够如下述式(M8)那样表示。

[0310]

[0311] 并且，能够基于这样得到的条纹级数m1(ξ，η)或m2(ξ，η)根据上述式(M2)、(M3)得到高度信息z(ξ，η)。通过该处理功能，构成“高度信息获取单元”。并且，这样求出的工件W的测量结果(高度信息)保存于控制装置5的运算结果存储装置55。

[0312] 如以上详述的那样，在本实施方式中，使波长λ1的第一光从偏振分光器20的第一面20a入射，并且使波长λ2的第二光从偏振分光器20的第二面20b入射，由此第一光涉及的参照光和测量光、以及第二光涉及的参照光和测量光被分割为各自不同的偏振光分量(P偏振光或S偏振光)，因此入射到偏振分光器20的第一光和第二光不会彼此干涉，分别从偏振分光器20射出。即，无需将从偏振分光器20射出的光使用预定的分离单元分离为第一光和第二光。

[0313] 其结果是，作为第一光和第二光，能够使用波长相近的两种光，能够进一步扩大三维测量涉及的测量范围。此外，能够同时进行第一光涉及的输出光的拍摄和第二光涉及的输出光的拍摄，因此能够缩短整体的拍摄时间，能够提高测量效率。

[0314] 并且，在本实施方式中，由于对具备一个作为基准的参照面23的一个干涉光学系统3使用两种光，因此使参照光和测量光产生光程差的光路区间在两种光中是相同的。因此，与使用两个干涉光学系统(干涉仪模块)的构成相比，提高了测量精度，并且也无需进行使两个干涉光学系统的光路长度准确一致的艰难的作业。

[0315] 第二实施方式

[0316] 以下，参照附图说明第二实施方式。另外，对于与第一实施方式相同的构成部分，标注相同符号，省略其详细说明。在第二实施方式中，与第一拍摄系统4A和第二拍摄系统4B相关的构成不同于第一实施方式。

[0317] 本实施方式涉及的第一拍摄系统4A包括：将透射1/4波长板31A的第一光涉及的合成光(参照光分量和测量光分量)分割为四种光的作为分光单元的分光光学系统125；以及代替第一偏振光板32A而使从所述分光光学系统125射出的四种光的预定分量选择性地透射的作为过滤装置的过滤单元126，并构成为由第一相机33A同时拍摄透射该过滤单元126的四种光。

[0318] 与第一拍摄系统4A同样地，第二拍摄系统4B包括：将透射1/4波长板31B的第二光涉及的合成光(参照光分量和测量光分量)分割为四种光的作为分光单元的分光光学系统125；以及代替第二偏振光板32B而使从所述分光光学系统125射出的四种光的预定分量选择性地透射的作为过滤装置的过滤单元126，并构成为由第二相机33B同时拍摄透射该过滤单元126的四种光。

[0319] 另外，用于本实施方式中的第一拍摄系统4A和第二拍摄系统4B的分光光学系统125和过滤单元126是同一构成，因此以下以第一拍摄系统4A为例参照图5进行说明。

[0320] 在本实施方式中，第一相机33A的光轴方向被设定为与入射至第一拍摄系统4A的第一光涉及的合成光L0的入射方向(行进方向)平行。即，在本实施方式中，沿作为第一光涉及的合成光L0的入射方向的Z轴方向设定。

[0321] 分光光学系统125构成为将无偏振光型的四个光学部件(棱镜)组合成为一体的一个光学部件。更具体地说，分光光学系统125构成为沿合成光L0的行进方向(Z轴方向)从靠近干涉光学系统3的一侧依次配置第一棱镜131、第二棱镜132、第三棱镜133、第四棱镜134。

[0322] 另外，上述各棱镜131～134分别由具有折射率比空气高的预定的折射率的光学材料(例如玻璃或丙烯酸树脂等)形成。因此，在各棱镜131～134内行进的光的光路长度在光学上相比在空气中行进的光的光路长度更长。这里，例如可以将四个棱镜131～134全部由相同的材料形成，也可以将至少一个由不同的材料形成。如果满足后述的分光光学系统125的功能，则各棱镜131～134的材质可分别任意选择。

[0323] 第一棱镜131正面看(Z-Y平面)具有平行四边形状，是沿X轴方向延伸的四棱柱形状的棱镜。以下，将“第一棱镜131”称为“第一菱形棱镜131”。

[0324] 第一菱形棱镜131被配置为沿X轴方向的长方形状的四个面中、使位于成为干涉光学系统3侧的Z轴方向右侧的面131a(以下称为“入射面131a”)和位于Z轴方向左侧的面131b(以下称为“射出面131b”)分别与Z轴方向正交，并且被配置为使位于Y轴方向下侧的面131c和位于Y轴方向上侧的面131d分别相对于Z轴方向和Y轴方向倾斜45°。

[0325] 在这两个倾斜的面131c，131d中、，在位于Y轴方向下侧的面131c上设置有无偏振光的半透半反镜141，在位于Y轴方向上侧的面131d上设置有朝向内侧全反射的无偏振光的全反射镜142。以下，将设置有半透半反镜141的面131c称为“分叉面131c”，将设置有全反射镜142的面131d称为“反射面131d”。

[0326] 另外，在图5中，为了方便起见，在相当于分叉面131c(半透半反镜141)和反射面131d(全反射镜142)的部位标注散点图案而示出。“半透半反镜141”构成本实施方式中的“第一分叉单元”，“全反射镜142”构成“第一反射单元”。即，“第一菱形棱镜131”构成本实施方式中的“第一光分割单元”。

[0327] 第二棱镜132正面看(Z-Y平面)具有梯形形状，是沿X轴方向延伸的四棱柱形状的棱镜。以下，将“第二棱镜132”称为第一梯形棱镜132”。

[0328] 第一梯形棱镜132被配置为沿X轴方向的长方形状的四个面中、使位于Y轴方向上侧的面132a和位于Y轴方向下侧的面132b分别与Y轴方向正交，并被配置为使位于Z轴方向右侧的面132c相对于Z轴方向和Y轴方向倾斜45°，并被配置为使位于Z轴方向左侧的面132d与Z轴方向正交。

[0329] 其中，位于Z轴方向右侧的面132c紧贴于第一菱形棱镜131的分叉面131c(半透半反镜141)。以下，将位于Z轴方向右侧的面132c称为“入射面132c”，将位于Z轴方向左侧的面132d称为“射出面132d”。“第一梯形棱镜132”构成本实施方式中的“第一光路调整单元”。

[0330] 第三棱镜133正面看(X-Z平面)具有平行四边形状，并且是沿Y轴方向延伸的四棱柱形状的棱镜。以下，将“第三棱镜133”称为“第二菱形棱镜133”。

[0331] 第二菱形棱镜133被配置为沿Y轴方向的长方形状的四个面中、使位于Z轴方向右侧的面133a和位于Z轴方向左侧的面133b分别与Z轴方向正交，并且被配置为使位于X轴方向跟前侧的面133c和位于X轴方向里侧的面133d分别相对于Z轴方向和X轴方向倾斜45°。

[0332] 在这两个倾斜的面133c，133d中，在位于X轴方向跟前侧的面133c上设置有无偏振光的半透半反镜143，在位于X轴方向里侧的面133d上设置有朝向内侧全反射的无偏振光的全反射镜144。以下，将设置有半透半反镜143的面133c称为“分叉面133c”，将设置有全反射镜144的面133d称为“反射面133d”。

[0333] 另外，在图5中，方便起见，在相当于分叉面133c(半透半反镜143)和反射面133d(全反射镜144)的部位标注散点图案而示出。“半透半反镜143”构成本实施方式中的“第二分叉单元”和“第三分叉单元”，“全反射镜144”构成“第二反射单元”和“第三反射单元”。即，“第二菱形棱镜133”构成本实施方式中的“第二光分割单元”和“第三光分割单元”。

[0334] 第二菱形棱镜133的位于Z轴方向右侧的面133a中，Y轴方向下侧一半紧贴于第一梯形棱镜132的射出面132d，Y轴方向上侧一半成为与第一菱形棱镜131的射出面131b对置的状态。以下，将位于Z轴方向右侧的面133a称为“入射面133a”，将位于Z轴方向左侧的面133b称为“射出面133b”。

[0335] 第四棱镜134正面看(X-Z平面)具有梯形形状，并且是沿Y轴方向延伸的四棱柱形状的棱镜。以下，将“第四棱镜134”称为“第二梯形棱镜134”。

[0336] 第二梯形棱镜134被配置为沿Y轴方向的长方形状的四个面中、使位于X轴方向里侧的面134a和位于X轴方向跟前侧的面134b分别与X轴方向正交，并被配置为使位于Z轴方向右侧的面134c相对于Z轴方向和X轴方向倾斜45°，并被配置为使位于Z轴方向左侧的面134d与Z轴方向正交。

[0337] 其中，位于Z轴方向右侧的面134c紧贴于第二菱形棱镜133的分叉面133c(半透半反镜143)。以下，将位于Z轴方向右侧的面134c称为“入射面134c”，将位于Z轴方向左侧的面134d称为“射出面134d”。“第二梯形棱镜134”构成本实施方式中的“第二光路调整单元”和“第三光路调整单元”。

[0338] 第二菱形棱镜133的射出面133b和第二梯形棱镜134的射出面134d分别被配置为与过滤单元126对置。

[0339] 这里，参照图5详细说明分光光学系统125的作用。透射了1/4波长板31A的合成光L0入射至第一菱形棱镜131的入射面131a。

[0340] 从入射面131a入射的合成光L0在分叉面131c(半透半反镜141)向两个方向分叉。具体地说，分叉为向Y轴方向上侧反射的分光LA1和沿Z轴方向透射半透半反镜141的分光LA2。

[0341] 其中，由半透半反镜141反射的分光LA1在第一菱形棱镜131内沿Y轴方向前进，并由反射面131d(全反射镜142)向Z轴方向左侧反射，从射出面131b射出。从射出面131b射出的分光LA1沿Z轴方向在空气中前进，并入射到第二菱形棱镜133的入射面133a。

[0342] 另一方面，透射了半透半反镜141的分光LA2入射至第一梯形棱镜132的入射面132c，并在其内部沿Z轴方向前进，从射出面132d射出。从射出面132d射出的分光LA2入射至第二菱形棱镜133的入射面133a。

[0343] 在本实施方式中，第一菱形棱镜131和第一梯形棱镜132的折射率和长度(Z轴方向或Y轴方向的长度)被任意设定，以使得从第一菱形棱镜131的分叉面131c至第二菱形棱镜133的入射面133a的两分光LA1，LA2的光路长度在光学上相同。

[0344] 入射至第二菱形棱镜133的入射面133a的分光LA1，LA2在分叉面133c(半透半反镜143)分别向两个方向分叉。具体地说，一个分光LA1分叉为沿Z轴方向透射半透半反镜143的分光LB1、以及向X轴方向里侧反射的分光LB2。另一个分光LA2分叉为沿Z轴方向透射半透半反镜143的分光LB3和向X轴方向里侧反射的分光LB4。

[0345] 其中，由半透半反镜143反射的分光LB2，LB4分别在第二菱形棱镜133内沿X轴方向前进，并由反射面133d(全反射镜144)向Z轴方向左侧反射，从射出面133b射出。从射出面133b射出的分光LB2，LB4分别沿Z轴方向在空气中前进，入射至过滤单元126。

[0346] 另一方面，透射半透半反镜143的分光LB1，LB3入射至第二梯形棱镜134的入射面134c，并在其内部沿Z轴方向前进，从射出面134d射出。从射出面134d射出的分光LB1，LB3分别入射至过滤单元126。

[0347] 在本实施方式中，第二菱形棱镜133和第二梯形棱镜134的折射率和长度(Z轴方向或X轴方向的长度)被任意设定，以使得从第二菱形棱镜133的分叉面133c至过滤单元126的四种分光LB1～LB4的光路长度在光学上相同。

[0348] 过滤单元126的以X-Y平面看具有同一矩形形状的四个偏振光板126a，126b，126c，126d沿X-Y平面配置为2行2列的矩阵状(参照图6)。图6是示意性地示出过滤单元126的简要构成的俯视图。

[0349] 四个偏振光板126a～126d是相对于Y轴方向的透射轴方向各相差45°的偏振光板。更具体地说，由透射轴方向为0°的第一偏振光板126a、透射轴方向为45°的第二偏振光板
126b、透射轴方向为90°的第三偏振光板126c、透射轴方向为135°的第四偏振光板126d构成。

[0350] 并且，被配置为从分光光学系统125射出的四种分光LB1～LB4分别入射至各偏振光板126a～126d。具体地说，分光LB1入射至第一偏振光板126a，分光LB2入射至第二偏振光板126b，分光LB3入射至第三偏振光板126c，分光LB4入射至第四偏振光板126d。

[0351] 由此，透射过滤单元126的四种分光LB1～LB4成为分别使相位各相差90°的干涉光。具体地说，透射了第一偏振光板126a的分光LB1为相位“0°”的干涉光，透射了第二偏振光板126b的分光LB2为相位“90°”的干涉光，透射了第三偏振光板126c的分光LB3为相位“180°”的干涉光，透射了第四偏振光板126d的分光LB4为相位“270°”的干涉光。因此，过滤单元126构成本实施方式中的干涉单元。

[0352] 本实施方式涉及的第一相机33A的拍摄元件33Ai其拍摄区域对应于过滤单元126(偏振光板126a～126d)，被区分为四个拍摄区域H1，H2，H3，H4。具体地说，以X-Y平面看具有同一矩形形状的四个拍摄区域H1，H2，H3，H4被区分为沿X-Y平面排列成2行2列的矩阵状(参照图7)。图7是示意性地示出拍摄元件33Ai的拍摄区域的简要构成的俯视图。

[0353] 由此，透射第一偏振光板126a的分光LB1在第一拍摄区域H1被拍摄，透射第二偏振光板126b的分光LB2在第二拍摄区域H2被拍摄，透射第三偏振光板126c的分光LB3在第三拍摄区域H3被拍摄，透射第四偏振光板126d的分光LB4在第四拍摄区域H4被拍摄。

[0354] 即，在第一拍摄区域H1拍摄相位”0°”的干涉条纹图像，在第二拍摄区域H2拍摄相位“90°”的干涉条纹图像，在第三拍摄区域H3拍摄相位“180°”的干涉条纹图像，在第四拍摄区域H4拍摄相位“270°”的干涉条纹图像。

[0355] 并且，本实施方式涉及的图像数据存储装置54包括：存储在第一相机33A的拍摄元件33Ai的第一拍摄区域H1拍摄的干涉条纹图像数据的第一图像存储器、存储在第二拍摄区域H2拍摄的干涉条纹图像数据的第二图像存储器、存储在第三拍摄区域H3拍摄的干涉条纹图像数据的第三图像存储器、以及存储在第四拍摄区域H4拍摄的干涉条纹图像数据的第四图像存储器。

[0356] 接着，对在本实施方式中执行的形状测量处理的顺序进行详细说明。当从干涉光学系统3向第一拍摄系统4A入射第一光涉及的作为输出光的合成光L0时，该合成光L0经由1/4波长板31A并由分光光学系统125分割为四种分光LB1～LB4。

[0357] 这四种分光LB1，LB2，LB3，LB4分别经由第一偏振光板126a、第二偏振光板126b、第三偏振光板126c、第四偏振光板126d，并被第一相机33A(拍摄元件33Ai)同时拍摄。

[0358] 第一相机33A将在拍摄元件33Ai的拍摄区域H1～H4同时拍摄的四组干涉条纹图像(四种分光LB1～LB4)作为一个图像数据而输出至控制装置5。

[0359] 控制装置5将输入的图像数据分割为四组干涉条纹图像数据(与拍摄元件33Ai的拍摄区域H1～H4对应的各个范围)，并分别存储于图像数据存储装置54内的第一～第四图像存储器。

[0360] 并且，控制装置5基于存储于第一相机33A涉及的存储于第一～第四图像存储器的第一光涉及的四组干涉条纹图像数据以及第二相机33B涉及的存储于第一～第四图像存储器的第二光涉及的四组干涉条纹图像数据与上述第一实施方式同样地通过相移法测量工件W的表面形状。即，算出工件W的表面上的各位置处的高度信息。

[0361] 如以上详述的那样，在本实施方式中，除了上述第一实施方式的作用效果以外，还构成为将从干涉光学系统3入射的合成光L0分为排列成矩阵状的四种光LB1～LB4，并且经由过滤单元126(四个偏振光板126a～126d)通过单一拍摄元件同时拍摄该四个光LB1～LB4。并且，基于由各相机33A，33B分别拍摄的四组干涉条纹图像通过相移法进行工件W的形状测量。结果，能够提高测量精度，缩短测量时间，抑制装置的大型化等。

[0362] 此外，根据本实施方式，能够将拍摄元件的拍摄区域四等分为矩阵状的拍摄区域H1～H4分别分配给四个光LB1～LB4，因此例如与三分光方式相比，能够有效利用拍摄元件的拍摄区域。进而，能够进一步提高测量精度。例如，在将纵横比为4:3的一般的拍摄元件的拍摄区域四等分的情况下，各分割区域的纵横比同样为4:3，因此能够利用各分割区域内的更大的范围。进而，能够进一步提高测量精度。

[0363] 另外，如果将衍射光栅用作分光单元，则分辨率有可能降低，但是在本实施方式中，将一种光L0分割为平行的两种光LA1，LA2，并且将该两种光LA1，LA2分别分割为平行的两种光，由此采用了分为平行的四种光LB1，LB2，LB3，LB4的构成的分光光学系统125，因此能够抑制分辨率降低。

[0364] 并且，本实施方式中的分光光学系统125作为调整(光学上相同)直行穿过菱形棱镜131、133的一种光和折弯成弯曲状而穿过的另一种光的光路长度的光路调整单元，设定成在直行穿过的一种光的光路上配置梯形棱镜132、134的比较简单的构成，能够实现构成的简单化。

[0365] 另外，在本实施方式中，过滤单元126由透射轴方向为0°的第一偏振光板126a、透射轴方向为45°的第二偏振光板126b、透射轴方向为90°的第三偏振光板126c、透射轴方向为135°的第四偏振光板126d构成，通过一个拍摄元件进行一次拍摄，能够获取相位各相差90°的四组干涉条纹图像。结果，与基于三组干涉条纹图像通过相移法进行形状测量的情况相比，能够进行精度更高的测量。

[0366] 第三实施方式

[0367] 以下，参照附图来说明第三实施方式。在第三实施方式中，与干涉光学系统相关的构成与第一实施方式不同。另外，对与第一实施方式相同的构成部分，标注相同符号，省略其详细说明。

[0368] 图8是示出本实施方式涉及的三维测量装置200的简要构成的示意图。以下，方便起见，图8的纸面前后方向作为“X轴方向”，将纸面上下方向作为“Y轴方向”，将纸面左右方向作为“Z轴方向”进行说明。

[0369] 三维测量装置200是基于马赫-曾德尔干涉仪的原理构成的装置，包括：能够输出特定波长的光的两个投光系统2A、2B(第一投光系统2A、第二投光系统2B)、入射从该投光系统2A、2B分别射出的光的干涉光学系统203、能够拍摄从该干涉光学系统203射出的光的两个拍摄系统4A、4B(第一拍摄系统4A、第二拍摄系统4B)、以及进行投光系统2A、2B或干涉光学系统203、拍摄系统4A、4B等涉及的各种控制或图像处理、运算处理等的控制装置5。“控制装置5”构成本实施方式中的“图像处理单元”，“干涉光学系统203”构成本实施方式中的“预定的光学系统”。

[0370] 首先，详细说明两个投光系统2A、2B(第一投光系统2A、第二投光系统2B)的构成。第一投光系统2A包括第一发光部11A、第一光隔离器12A、第一无偏振分光器13A等。这里，“第一发光部11A”构成本实施方式中的“第一照射单元”，“第一无偏振分光器13A”构成本实施方式中的“第一导光单元”。

[0371] 在该构成之下，在本实施方式中，从第一发光部11A在Y轴方向向上射出将相对于X轴方向和Z轴方向倾斜45°的方向作为偏振光方向的波长λ1(例如λ1＝1500nm)的直线偏振光。这里，“波长λ1”相当于本实施方式中的“第一波长”。以后，将从第一发光部11A射出的波长λ1的光称为“第一光”。

[0372] 第一光隔离器12A是仅透射在一个方向(在本实施方式中在Y轴方向向上)前进的光并截断逆向(在本实施方式中在Y轴方向向下)的光的光学元件。由此，仅透射从第一发光部11A射出的第一光，能够防止由于返回光引起的第一发光部11A的损坏或不稳定化等。

[0373] 在本实施方式中，将与图8的纸面平行的方向(Y轴方向或Z轴方向)作为偏振光方向的直线偏振光称为P偏振光(P偏振光分量)，将与图8的纸面垂直的X轴方向作为偏振光方向的直线偏振光称为S偏振光(S偏振光分量)。“P偏振光”相当于“具有第一偏振光方向的第一偏振光”，“S偏振光”相当于“具有第二偏振光方向的第二偏振光”。

[0374] 第一无偏振分光器13A被配置为隔着其接合面13Ah而相邻的两个面中的一个与Y轴方向正交且另一个与Z轴方向正交。即，被配置为第一无偏振分光器13A的接合面13Ah相对于Y轴方向和Z轴方向倾斜45°。更具体地说，被配置为使经由第一光隔离器12A从第一发光部11A在Y轴方向向上入射的第一光的一部分(一半)在Y轴方向向上透射，使剩余部分(一半)在Z轴方向向右反射。

[0375] 第二投光系统2B具备第二发光部11B、第二光隔离器12B、第二无偏振分光器13B等。这里，“第二发光部11B”构成本实施方式中的“第二照射单元”，“第二无偏振分光器13B”构成本实施方式中的“第二导光单元”。

[0376] 在该构成之下，在本实施方式中，从第二发光部11B在Y轴方向向下射出相对于X轴方向和Z轴方向倾斜45°的方向为偏振光方向的波长λ2(例如λ2＝1503nm)的直线偏振光。这里，“波长λ2”相当于本实施方式中的“第二波长”。以后，将从第二发光部11B射出的波长λ2的光称为“第二光”。

[0377] 第二光隔离器12B是仅透射在一个方向(在本实施方式中在Y轴方向向下)前进的光并截断逆向(在本实施方式中Y轴方向向上)的光的光学元件。由此，仅透射从第二发光部11B射出的第二光，能够防止由于返回光引起的第二发光部11B的损坏或不稳定化等。

[0378] 第二无偏振分光器13B被配置为隔着其接合面13Bh而相邻的两个面中的一个与Y轴方向正交且另一个与Z轴方向正交。即，被配置为第二无偏振分光器13B的接合面13Bh相对于Y轴方向和Z轴方向倾斜45°。更具体地说，被配置为使经由第二光隔离器12B从第二发光部11B在Y轴方向向下入射的第二光的一部分(一半)在Y轴方向向下透射，使剩余部分(一半)在Z轴方向向左反射。

[0379] 接着，详细说明干涉光学系统203的构成。干涉光学系统203包括两个偏振分光器211、212(第一偏振分光器211、第二偏振分光器212)、四个1/4波长板215、216、217、218(第一1/4波长板215、第二1/4波长板216、第三1/4波长板217、第四1/4波长板218)、两个全反射镜221、222(第一全反射镜221、第二全反射镜222)、设置部224等。

[0380] 偏振分光器211、212是将直角棱镜贴合成为一体的立方体型的公知的光学部件，对其接合面(边界面)211h、212h例如实施电介质多层膜等涂层。

[0381] 偏振分光器211、212是将入射的直线偏振光分割为偏振光方向彼此正交的两个偏振光分量(P偏振光分量和S偏振光分量)的部件。本实施方式中的偏振分光器211、212构成为使P偏振光分量透射，使S偏振光分量反射。另外，本实施方式中的偏振分光器211、212构成将入射的预定的光分割为两种光的“分割单元”，并且构成将入射的预定的两种光合成的“合成单元”。

[0382] 第一偏振分光器211被配置为隔着其接合面211h而相邻的两个面中的一个与Y轴方向正交且另一个与Z轴方向正交。即，被配置为第一偏振分光器211的接合面211h相对于Y轴方向和Z轴方向倾斜45°。

[0383] 更具体地说，被配置为从上述第一无偏振分光器13A在Z轴方向向右反射的第一光入射的第一偏振分光器211的第一面(Z轴方向左侧面)211a和与该第一面211a对置的第三面(Z轴方向右侧面)211c与Z轴方向正交。“第一偏振分光器211(第一面211a)”相当于本实施方式中的“第一输入输出部”。

[0384] 另一方面，被配置为作为与第一面211a隔着接合面211h相邻的面的第一偏振分光器211的第二面(Y轴方向上侧面)211b以及与该第二面211b对置的第四面(Y轴方向下侧面)211d与Y轴方向正交。

[0385] 第二偏振分光器212被配置为隔着其接合面212h而相邻的两个面中的一个与Y轴方向正交且另一个与Z轴方向正交。即，被配置为第二偏振分光器212的接合面212h相对于Y轴方向和Z轴方向倾斜45°。

[0386] 更具体地说，被配置为从上述第二无偏振分光器13B在Z轴方向向左反射的第二光入射的第二偏振分光器212的第一面(Z轴方向右侧面)212a和与该第一面212a对置的第三面(Z轴方向左侧面)212c与Z轴方向正交。“第二偏振分光器212(第一面212a)”相当于本实施方式中的“第二输入输出部”。

[0387] 另一方面，被配置为作为与第一面212a隔着接合面212h相邻的面的第二偏振分光器212的第二面(Y轴方向下侧面)212b和与该第二面212b对置的第四面(Y轴方向上侧面)212d与Y轴方向正交。

[0388] 1/4波长板215、216、217、218是具有将直线偏振光变换为圆偏振光且将圆偏振光变换为直线偏振光的功能的光学部件。

[0389] 第一1/4波长板215被配置为与第一偏振分光器211的第三面211c在Z轴方向上对置。即，第一1/4波长板215将从第一偏振分光器211的第三面211c射出的直线偏振光变换为圆偏振光并在Z轴方向向右射出。另外，第一1/4波长板215将在Z轴方向向左入射的圆偏振光变换为直线偏振光之后朝向第一偏振分光器211的第三面211c在Z轴方向向左射出。

[0390] 第二1/4波长板216被配置为与第一偏振分光器211的第四面211d在Y轴方向上对置。即，第二1/4波长板216将从第一偏振分光器211的第四面211d射出的直线偏振光变换为圆偏振光并在Y轴方向向下射出。另外，第二1/4波长板216将在Y轴方向向上入射的圆偏振光变换为直线偏振光之后朝向第一偏振分光器211的第四面211d在Y轴方向向上射出。

[0391] 第三1/4波长板217被配置为与第二偏振分光器212的第四面212d在Y轴方向上对置。即，第三1/4波长板217将从第二偏振分光器212的第四面212d射出的直线偏振光变换为圆偏振光并在Y轴方向向上射出。另外，第三1/4波长板217将在Y轴方向向下入射的圆偏振光变换为直线偏振光之后朝向第二偏振分光器212的第四面212d在Y轴方向向下射出。

[0392] 第四1/4波长板218被配置为与第二偏振分光器212的第三面212c在Z轴方向上对置。即，第四1/4波长板218将从第二偏振分光器212的第三面212c射出的直线偏振光变换为圆偏振光并在Z轴方向向左射出。另外，第四1/4波长板218将在Z轴方向向右入射的圆偏振光变换为直线偏振光之后朝向第二偏振分光器212的第三面212c在Z轴方向向右射出。

[0393] 全反射镜221、222是使入射光全反射的光学部件。其中，构成本实施方式中的参照面的第一全反射镜221被配置为在经过第一偏振分光器211和第一1/4波长板215沿Z轴方向延伸的轴线和经过第二偏振分光器212和第三1/4波长板217沿Y轴方向延伸的轴线交叉的位置相对于Y轴方向和Z轴方向倾斜45°。

[0394] 由此，第一全反射镜221能够使从第一偏振分光器211的第三面211c(经由第一1/4波长板215)在Z轴方向向右射出的光在Y轴方向向下反射并入射至第二偏振分光器212的第四面212d(经由第三1/4波长板217)。另外，相反地，第一全反射镜221能够使从第二偏振分光器212的第四面212d(经由第三1/4波长板217)在Y轴方向向上射出的光在Z轴方向向左反射并入射至第一偏振分光器211的第三面211c(经由第一1/4波长板215)。

[0395] 另一方面，第二全反射镜222被配置为在经过第一偏振分光器211和第二1/4波长板216沿Y轴方向延伸的轴线和经过第二偏振分光器212和第四的1/4波长板218沿Z轴方向延伸的轴线交叉的位置相对于Y轴方向和Z轴方向倾斜45°。

[0396] 由此，第二全反射镜222能够使从第一偏振分光器211的第四面211d(经由第二1/4波长板216)在Y轴方向向下射出的光在Z轴方向向右反射并入射至第二偏振分光器212的第三面212c(经由第四1/4波长板218)。另外，相反地，第二全反射镜222能够使从第二偏振分光器212的第三面212c(经由第四1/4波长板218)在Z轴方向向左射出的光在Y轴方向向上反射并入射至第一偏振分光器211的第四面211d(经由第二1/4波长板216)。

[0397] 设置部224用于设置作为被测量物的工件W。在本实施方式中，作为工件W假定薄膜等具有透光性的部件。设置部224在经过第二偏振分光器212和第二全反射镜222并沿Z轴方向延伸的轴线上配置在第四1/4波长板218与第二全反射镜222之间。

[0398] 接着，详细说明两个拍摄系统4A、4B(第一拍摄系统4A、第二拍摄系统4B)的构成。第一拍摄系统4A包括1/4波长板31A、第一偏振光板32A、构成第一拍摄单元的第一相机33A等。

[0399] 1/4波长板31A是用于将在Z轴方向向右透射第二无偏振分光器13B的直线偏振光(后述的第一光的参照光分量和测量光分量)分别变换为圆偏振光的部件。

[0400] 第一偏振光板32A是选择性地透射由1/4波长板31A变换为圆偏振光的第一光的各分量的部件。由此，能够使旋转方向不同的第一光的参照光分量和测量光分量针对特定的相位干涉。“第一偏振光板32A”构成本实施方式中的“第一相位转变单元”和“干涉单元”。

[0401] 本实施方式涉及的第一偏振光板32A构成为能够以Z轴方向为轴心而旋转，并且以其透射轴方向各变化45°的方式被控制。具体地说，透射轴方向以相对于Y轴方向成为“0°”、“45°”、“90°”、“135°”的方式变化。

[0402] 由此，能够使透射第一偏振光板32A的第一光的参照光分量和测量光分量以四种相位干涉。即，能够生成相位相差90°的干涉光。具体地说，能够生成相位为“0°”的干涉光、相位为“90°”的干涉光、相位为“180°”的干涉光、相位为“270°”的干涉光。

[0403] 结果，通过第一相机33A拍摄了第一光涉及的相位“0°”的干涉条纹图像、相位“90°”的干涉条纹图像、相位“180°”的干涉条纹图像、相位“270°”的干涉条纹图像。另外，由第一相机33A拍摄的图像数据在第一相机33A内部变换为数字信号之后以数字信号的形式输入至控制装置5(图像数据存储装置54)。

[0404] 第二拍摄系统4B包括1/4波长板31B、第二偏振光板32B、构成第二拍摄单元的第二相机33B等。

[0405] 1/4波长板31B是用于将在Z轴方向向左透射第一无偏振分光器13A的直线偏振光(后述的第二光的参照光分量和测量光分量)分别变换为圆偏振光的部件。

[0406] 第二偏振光板32B是选择性地透射由1/4波长板31B变换为圆偏振光的第二光的各分量的部件。由此，能够使旋转方向不同的第二光的参照光分量和测量光分量针对特定的相位干涉。“第二偏振光板32B”构成本实施方式中的“第二相位转变单元”和“干涉单元”。

[0407] 本实施方式涉及的第二偏振光板32B构成为能够以Z轴方向为轴心而旋转，并且以其透射轴方向各变化45°的方式被控制。具体地说，透射轴方向以相对于Y轴方向成为“0°”、“45°”、“90°”、“135°”的方式变化。

[0408] 由此，能够使透射第二偏振光板32B的第二光的参照光分量和测量光分量以四种相位干涉。即，能够生成相位各相差90°的干涉光。具体地说，能够生成相位为“0°”的干涉光、相位为“90°”的干涉光、相位为“180°”的干涉光、相位为“270°”的干涉光。

[0409] 结果，通过第一相机33B拍摄了第二光涉及的相位“0°”的干涉条纹图像、相位“90°”的干涉条纹图像、相位“180°”的干涉条纹图像、相位“270°”的干涉条纹图像。另外，由第二相机33B拍摄的图像数据在第二相机33B内部变换为数字信号之后以数字信号的形式输入至控制装置5(图像数据存储装置54)。

[0410] 接着，对三维测量装置200的作用进行说明。另外，如后面所述，本实施方式中的第一光和第二光的照射同时进行，第一光的光路和第二光的光路部分重叠，但是这里为了更容易理解，针对第一光和第二光的各光路使用不同的附图分别进行说明。

[0411] 首先，参照图9来说明第一光的光路。如图9所示，波长λ1的第一光(偏振光方向相对于X轴方向和Z轴方向倾斜45°的直线偏振光)从第一发光部11A在Y轴方向向上射出。

[0412] 从第一发光部11A射出的第一光经过第一光隔离器12A入射至第一无偏振分光器13A。入射至第一无偏振分光器13A的第一光的一部分在Y轴方向向上透射，剩余部分在Z轴方向向右反射。

[0413] 其中，在Z轴方向向右反射的第一光(偏振光方向相对于X轴方向和Y轴方向倾斜45°的直线偏振光)入射至第一偏振分光器211的第一面211a。另一方面，在Y轴方向向上透射的第一光不会入射至任何的光学系统等而成为舍弃光。

[0414] 从第一偏振分光器211的第一面211a在Z轴方向上向右入射的第一光中，其P偏振光分量在Z轴方向向右透射并从第三面211c作为参照光射出，另一方面其S偏振光分量在Y轴方向向下反射并从第四面211d作为测量光射出。

[0415] 从第一偏振分光器211的第三面211c射出的第一光涉及的参照光(P偏振光)通过经过第一1/4波长板215而变换为右旋的圆偏振光之后由第一全反射镜221在Y轴方向向下反射。这里，保持相对于光的行进方向的旋转方向。

[0416] 之后，第一光涉及的参照光通过经过第三1/4波长板217而从右旋的圆偏振光变换为S偏振光之后入射至第二偏振分光器212的第四面212d。

[0417] 另一方面，从第一偏振分光器211的第四面211d射出的第一光涉及的测量光(S偏振光)通过经过第二1/4波长板216而变换为左旋的圆偏振光之后由第二全反射镜222在Z轴方向向右反射。这里，保持相对于光的行进方向的旋转方向。

[0418] 之后，第一光涉及的测量光在透射设置于设置部224的工件W之后通过经过第四1/4波长板218而从左旋的圆偏振光变换为P偏振光，之后入射至第二偏振分光器212的第三面
212c。

[0419] 并且，从第二偏振分光器212的第四面212d入射的第一光涉及的参照光(S偏振光)由接合面212h在Z轴方向向右反射，另一方面，从第二偏振分光器212的第三面212c入射的第一光涉及的测量光(P偏振光)在Z轴方向向右透射接合面212h。并且，第一光涉及的参照光和测量光合成的状态的合成光作为输出光从第二偏振分光器212的第一面212a射出。

[0420] 从第二偏振分光器212的第一面212a射出的第一光涉及的合成光(参照光和测量光)入射至第二无偏振分光器13B。对第二无偏振分光器13B在Z轴方向向右入射的第一光涉及的合成光，其一部分在Z轴方向向右透射，剩余部分在Y轴方向向上反射。其中，在Z轴方向向右透射的合成光(参照光和测量光)入射至第一拍摄系统4A。另一方面，在Y轴方向向上反射的合成光由第二光隔离器12B截断其行进，成为舍弃光。

[0421] 入射至第一拍摄系统4A的第一光涉及的合成光(参照光和测量光)首先由1/4波长板31A将其参照光分量(S偏振光分量)变换为左旋的圆偏振光，将其测量光分量(P偏振光分量)变换为右旋的圆偏振光。这里，左旋的圆偏振光和右旋的圆偏振光由于旋转方向不同，因此不干涉。

[0422] 第一光涉及的合成光继续通过第一偏振光板32A，由此其参照光分量和测量光分量以与第一偏振光板32A的角度相应的相位干涉。并且，该第一光涉及的干涉光由第一相机33A拍摄。

[0423] 接着，参照图10来说明第二光的光路。如图10所示，波长λ2的第二光(偏振光方向相对于X轴方向和Z轴方向倾斜45°的直线偏振光)从第二发光部11B在Y轴方向向下射出。

[0424] 从第二发光部11B射出的第二光通过第二光隔离器12B入射至第二无偏振分光器13B。入射至第二无偏振分光器13B的第二光的一部分在Y轴方向向下透射，剩余部分在Z轴方向向左反射。

[0425] 其中，在Z轴方向向左反射的第二光(偏振光方向相对于X轴方向和Y轴方向倾斜45°的直线偏振光)入射至第二偏振分光器212的第一面212a。另一方面，在Y轴方向向下透射的第二光不会入射至任何的光学系统等而成为舍弃光。

[0426] 从第二偏振分光器212的第一面212a在Z轴方向向左入射的第二光中，其S偏振光分量在Y轴方向向上反射并从第四面212d作为参照光射出，另一方面，其P偏振光分量在Z轴方向向左透射并从第三面212c作为测量光射出。

[0427] 从第二偏振分光器212的第四面212d射出的第二光涉及的参照光(S偏振光)通过经过第三1/4波长板217而变换为左旋的圆偏振光之后，由第一全反射镜221在Z轴方向向左反射。这里，保持相对于光的行进方向的旋转方向。

[0428] 之后，第二光涉及的参照光通过经过第一1/4波长板215而从左旋的圆偏振光变换为P偏振光之后入射至第一偏振分光器211的第三面211c。

[0429] 另一方面，从第二偏振分光器212的第三面212c射出的第二光涉及的测量光(P偏振光)通过经过第四1/4波长板218而变换为右旋的圆偏振光，之后透射设置于设置部224的工件W。之后，第二光涉及的测量光由第二全反射镜222在Y轴方向向上反射。这里，保持相对于光的行进方向的旋转方向。

[0430] 由第二全反射镜222反射的第一光涉及的测量光通过经过第二1/4波长板216而从右旋的圆偏振光变换为S偏振光，之后入射至第一偏振分光器211的第四面211d。

[0431] 并且，从第一偏振分光器211的第三面211c入射的第二光涉及的参照光(P偏振光)在Z轴方向向左透射接合面211h，另一方面从第一偏振分光器211的第四面211d入射的第二光涉及的测量光(S偏振光)由接合面211h在Z轴方向向左反射。并且，第二光涉及的参照光和测量光合成的状态的合成光作为输出光从第一偏振分光器211的第一面211a射出。

[0432] 从第一偏振分光器211的第一面211a射出的第二光涉及的合成光(参照光和测量光)入射至第一无偏振分光器13A。对第一无偏振分光器13A在Z轴方向向左入射的第二光涉及的合成光，其一部分在Z轴方向向左透射，剩余部分在Y轴方向向下反射。其中，在Z轴方向向左透射的合成光(参照光和测量光)入射至第二拍摄系统4B。另一方面，在Y轴方向向下反射的合成光由第一光隔离器12A截断其行进，成为舍弃光。

[0433] 入射至第二拍摄系统4B的第二光涉及的合成光(参照光和测量光)首先由1/4波长板31B将其参照光分量(P偏振光分量)变换为右旋的圆偏振光，将其测量光分量(S偏振光分量)变换为左旋的圆偏振光。这里，左旋的圆偏振光和右旋的圆偏振光由于旋转方向不同，因此不发生干涉。

[0434] 第二光涉及的合成光继续通过第二偏振光板32B，由此其参照光分量和测量光分量以与第二偏振光板32B的角度相应的相位干涉。并且，该第二光涉及的干涉光由第二相机33B拍摄。

[0435] 接着，详细说明由控制装置5执行的形状测量处理的顺序。首先，向设置部224设置工件W之后，将第一拍摄系统4A的第一偏振光板32A的透射轴方向设定在预定的基准位置(例如“0°”)，并且将第二拍摄系统4B的第二偏振光板32B的透射轴方向设定在预定的基准位置(例如“0°”)。

[0436] 接着，从第一投光系统2A照射第一光，同时从第二投光系统2B照射第二光。其结果是，从干涉光学系统203的第二偏振分光器212的第一面212a射出第一光涉及的合成光(参照光和测量光)，同时从第一偏振分光器211的第一面211a射出第二光涉及的合成光(参照光和测量光)。

[0437] 并且，由第一拍摄系统4A拍摄从第二偏振分光器212的第一面212a射出的第一光涉及的合成光，同时由第二拍摄系统4B拍摄从第一偏振分光器211的第一面211a射出的第二光涉及的合成光。

[0438] 另外，这里，第一偏振光板32A和第二偏振光板32B的透射轴方向分别被设定为“0°”，因此由第一相机33A拍摄第一光涉及的相位“0°”的干涉条纹图像，由第二相机33B拍摄第二光涉及的相位“0°”的干涉条纹图像。

[0439] 并且，从各相机33A，33B分别拍摄的图像数据被输出至控制装置5。控制装置5将输入的图像数据存储于图像数据存储装置54。

[0440] 接着，控制装置5进行第一拍摄系统4A的第一偏振光板32A和第二拍摄系统4B的第二偏振光板32B的切换处理。具体地说，使第一偏振光板32A和第二偏振光板32B分别转动变位至透射轴方向为“45°”的位置。

[0441] 当该切换处理结束时，控制装置5进行与上述一连串的第一次的拍摄处理同样的第二次的拍摄处理。即，控制装置5从第一投光系统2A照射第一光，同时从第二投光系统2B照射第二光，由第一拍摄系统4A拍摄从第二偏振分光器212的第一面212a射出的第一光涉及的合成光，同时由第二拍摄系统4B拍摄从第一偏振分光器211的第一面211a射出的第二光涉及的合成光。由此，获取第一光涉及的相位“90°”的干涉条纹图像，并且拍摄第二光涉及的相位“90°”的干涉条纹图像。

[0442] 以后，与上述第一次和第二次的拍摄处理同样的拍摄处理反复进行两次。即，在将第一偏振光板32A和第二偏振光板32B的透射轴方向设定为“90°”的状态下进行第三次的拍摄处理，获取第一光涉及的相位“180°”的干涉条纹图像，并且获取第二光涉及的相位“180°”的干涉条纹图像。

[0443] 之后，在将第一偏振光板32A和第二偏振光板32B的透射轴方向设定为“135°”的状态下进行第四次的拍摄处理，获取第一光涉及的相位“270°”的干涉条纹图像，并且获取第二光涉及的相位“270°”的干涉条纹图像。

[0444] 这样，通过进行四次的拍摄处理，能够获取进行三维测量所需的全部图像数据(包括第一光涉及的四组干涉条纹图像数据和第二光涉及的四组干涉条纹图像数据的总计八个干涉条纹图像数据)。

[0445] 并且，控制装置5基于存储于图像数据存储装置54的第一光涉及的四组干涉条纹图像数据和第二光涉及的四组干涉条纹图像数据通过相移法来测量工件W的表面形状。即，算出工件W表面上的各位置处的高度信息。

[0446] 如以上详述的那样，根据本实施方式，在基于马赫-曾德尔干涉仪原理的较简单的构成之下，起到了与上述第一实施方式同样的作用和效果。

[0447] 第四实施方式

[0448] 以下，参照附图来说明第四实施方式。另外，关于与第一实施方式相同的构成部分，标注相同的符号，省略其详细说明。

[0449] 图11是示出本实施方式涉及的三维测量装置300的简要构成的示意图。以下，方便起见，将图11的纸面前后方向作为“X轴方向”、将纸面上下方向作为“Y轴方向”、将纸面左右方向作为“Z轴方向”进行说明。

[0450] 三维测量装置300是基于菲索干涉仪的原理构成的装置，包括：能够输出特定波长的光的两个投光系统302A、302B(第一投光系统302A、第二投光系统302B)、被入射从该投光系统302A、302B分别射出的光的干涉光学系统303、能够拍摄从该干涉光学系统303射出的光的两个拍摄系统304A、304B(第一拍摄系统304A、第二拍摄系统304B)、以及进行投光系统302A、302B或干涉光学系统303、拍摄系统304A、304B等涉及的各种控制或图像处理、运算处理等的控制装置5。“控制装置5”构成本实施方式中的“图像处理单元”，“干涉光学系统303”构成本实施方式中的“预定的光学系统”。

[0451] 首先，详细说明两个投光系统302A、302B(第一投光系统302A、第二投光系302B)的构成。第一投光系统302A包括第一发光部311A、第一光隔离器312A、第一无偏振分光器313A等。这里，“第一发光部311A”构成本实施方式中的“第一照射单元”。

[0452] 省略了图示，第一发光部311A包括：能够输出特定波长λ1的直线偏振光的激光光源、将从该激光光源输出的直线偏振光放大并作为平行光射出的光束扩展器、用于进行强度的调整的偏振光板、用于调整偏振光方向的1/2波长板等。

[0453] 在该构成之下，在本实施方式中，将Y轴方向作为偏振光方向的波长λ1(例如λ1＝1500nm)的直线偏振光从第一发光部311A在Z轴方向向右射出。这里，“波长λ1”相当于本实施方式中的“第一波长”。以后，将从第一发光部311A射出的波长λ1的光称为“第一光”。

[0454] 第一光隔离器312A是仅透射在一个方向(在本实施方式中为Z轴方向向右)前进的光并截断逆向(在本实施方式中为Z轴方向向左)的光的光学元件。由此，仅透射从第一发光部311A射出的第一光，能够防止由于返回光引起的第一发光部311A的损坏或不稳定化等。

[0455] 第一无偏振分光器313A是将直角棱镜贴合成为一体的立方体型的公知的光学部件，对其接合面313Ah例如实施金属膜等涂层。“第一无偏振分光器313A”构成本实施方式中的“第一导光单元”。

[0456] 另外，在本实施方式中，将与图11的纸面平行的方向(Y轴方向或Z轴方向)作为偏振光方向的直线偏振光称为P偏振光(P偏振光分量)，将与图11的纸面垂直的X轴方向作为偏振光方向的直线偏振光称为S偏振光(S偏振光分量)。“P偏振光”相当于具有“第一偏振光方向的第一偏振光”，“S偏振光”相当于“具有第二偏振光方向的第二偏振光”。

[0457] 另外，第一无偏振分光器313A被配置为隔着其接合面313Ah而相邻的两个面中的一个与Y轴方向正交且另一个与Z轴方向正交。即，被配置为第一无偏振分光器313A的接合面313Ah相对于Y轴方向和Z轴方向倾斜45°。更具体地说，被配置为使经由第一光隔离器312A从第一发光部311A在Z轴方向向右入射的第一光的一部分(一半)在Z轴方向向右透射，使剩余部分(一半)在Y轴方向向下反射。

[0458] 第二投光系统302B包括第二发光部311B、第二光隔离器312B、第二无偏振分光器313B等。这里，“第二发光部311B”构成本实施方式中的“第二照射单元”。

[0459] 第二发光部311B与上述第一发光部311A同样地包括能够输出特定波长λ2的直线偏振光的激光光源、将从该激光光源输出的直线偏振光放大并作为平行光射出的光束扩展器、用于进行强度调整的偏振光板、用于调整偏振光方向的1/2波长板等。

[0460] 在该构成之下，在本实施方式中，将X轴方向作为偏振光方向的波长λ2(例如λ2＝1503nm)的直线偏振光从第二发光部311B在Z轴方向向右射出。这里，“波长λ2”相当于本实施方式中的“第二波长”。以后，将从第二发光部311B射出的波长λ2的光称为“第二光”。

[0461] 第二光隔离器312B是仅透射在一个方向(在本实施方式中为Z轴方向向右)前进的光并截断逆向(在本实施方式中为Z轴方向向左)的光的光学元件。由此，仅透射从第二发光部311B射出的第二光，能够防止由于返回光引起的第二发光部311B的损坏或不稳定化等。

[0462] 第二无偏振分光器313B是将直角棱镜贴合成为一体的立方体型的公知的光学部件，对其接合面313Bh例如实施金属膜等涂层。“第二无偏振分光器313B”构成本实施方式中的“第二导光单元”。

[0463] 另外，第二无偏振分光器313B被配置为隔着其接合面313Bh而相邻的两个面中的一个与Y轴方向正交且另一个与Z轴方向正交。即，被配置为第二无偏振分光器313B的接合面313Bh相对于Y轴方向和Z轴方向倾斜45°。更具体地说，被配置为使经由第二光隔离器312B从第二发光部311B在Z轴方向向右入射的第二光的一部分(一半)在Z轴方向向右透射，使剩余部分(一半)在Y轴方向向上反射。

[0464] 接着，详细说明干涉光学系统303的构成。干涉光学系统303包括偏振分光器320、1/4波长板321、半透半反镜323、设置部324等。

[0465] 偏振分光器320是将直角棱镜贴合成为一体的立方体型的公知的光学部件，对其接合面(边界面)320h例如实施电介质多层膜等涂层。

[0466] 本实施方式中的偏振分光器320构成为使P偏振光分量透射，并反射S偏振光分量。

[0467] 偏振分光器320被配置为隔着其接合面320h而相邻的两个面中的一个与Y轴方向正交且另一个与Z轴方向正交。即，被配置为偏振分光器320的接合面320h相对于Y轴方向和Z轴方向倾斜45°。

[0468] 更具体地说，被配置为从上述第一无偏振分光器313A在Z轴方向向右透射的第一光入射的偏振分光器320的第一面(Z轴方向左侧面)320a以及与该第一面320a对置的第三面(Z轴方向右侧面)320c与Z轴方向正交。“偏振分光器320的第一面320a”相当于本实施方式中的“第一输入输出部”。

[0469] 另一方面，被配置为作为与第一面320a隔着接合面320h相邻的面的、从上述第二无偏振分光器313B在Y轴方向向上反射的第二光入射的偏振分光器320的第二面(Y轴方向下侧面)320b以及与该第二面320b对置的第四面(Y轴方向上侧面)320d与Y轴方向正交。“偏振分光器320的第二面320b”相当于本实施方式中的“第二输入输出部”。

[0470] 并且，以与偏振分光器320的第三面320c在Z轴方向上对置的方式配置1/4波长板321，并且在其Z轴方向右侧以与该1/4波长板321在Z轴方向上对置的方式配置半透半反镜
323，并且在其Z轴方向右侧以与该半透半反镜323在Z轴方向上对置的方式配置设置部324。
但是，为了产生周期性的干涉条纹(载波)，半透半反镜323严格地说以相对于Z轴方向稍稍倾斜的状态设置。

[0471] 1/4波长板321具有将直线偏振光变换为圆偏振光且将圆偏振光变换为直线偏振光的功能。即，从偏振分光器320的第三面320c射出的直线偏振光(P偏振光或S偏振光)经由1/4波长板321而变换为圆偏振光之后被向半透半反镜323照射。

[0472] 半透半反镜323是将入射光以1:1的比率分割为透射光和反射光的部件。具体地说，使从1/4波长板321在Z轴方向向右入射的圆偏振光的一部分(一半)作为测量光在Z轴方向向右透射，使剩余部分(一半)作为参照光在Z轴方向向左反射。并且，透射了半透半反镜323的圆偏振光(测量光)被照射至放置在设置部324的作为被测量物的工件W。即，“半透半反镜323”构成本实施方式中的“参照面”。另外，“半透半反镜323”构成将入射的预定的光分割为两种光的“分割单元”，并且构成将这些光再次合成的“合成单元”。

[0473] 接着，详细说明两个拍摄系统304A、304B(第一拍摄系统304A、第二拍摄系统304B)的构成。第一拍摄系统304A包括构成第一拍摄单元的第一相机333A，第二拍摄系统304B包括构成第二拍摄单元的第二相机333B。

[0474] 各相机333A、333B是包括透镜和拍摄元件等而构成的公知的部件。在本实施方式中，作为相机333A、333B的拍摄元件，采用了CCD区域传感器。当然，拍摄元件不限于此，例如也可采用CMOS区域传感器等。

[0475] 由各相机333A、333B拍摄的图像数据在各相机333A、333B内部变换为数字信号之后以数字信号的形式输入至控制装置5(图像数据存储装置54)。

[0476] 接着，对三维测量装置300的作用进行说明。另外，如后面所述，本实施方式中的第一光和第二光的照射同时进行，第一光的光路和第二光的光路部分重叠，但是这里，为了更加容易理解，针对第一光和第二光的各光路使用不同的附图分别进行说明。

[0477] 首先，参照图12来说明第一光的光路。如图12所示，波长λ1的第一光(将Y轴方向作为偏振光方向的P偏振光)从第一发光部311A在Z轴方向向右射出。

[0478] 从第一发光部311A射出的第一光经过第一光隔离器312A入射至第一无偏振分光器313A。入射至第一无偏振分光器313A的第一光的一部分在Z轴方向向右透射，剩余部分在Y轴方向向下反射。

[0479] 其中，在Z轴方向向右透射的第一光入射到偏振分光器320的第一面320a。另一方面，在Y轴方向向下反射的第一光不会入射到任何的光学系统等而成为舍弃光。

[0480] 从偏振分光器320的第一面320a在Z轴方向向右入射的第一光(P偏振光)在Z轴方向向右透射接合面320h并从第三面320c射出。

[0481] 从偏振分光器320的第三面320c射出的第一光通过经过1/4波长板321而从将Y轴方向作为偏振光方向的P偏振光变换为右旋的圆偏振光之后照射至半透半反镜323。

[0482] 照射至半透半反镜323的第一光，其一部分(一半)作为测量光在Z轴方向向右透射半透半反镜323，剩余部分作为参照光在Z轴方向向左反射。这里，透射光(测量光)和反射光(参照光)均保持相对于光的行进方向的旋转方向(右旋)。

[0483] 并且，在Z轴方向向右透射半透半反镜323的第一光涉及的测量光(右旋的圆偏振光)照射至放置于设置部324的工件W并反射。这里，也保持相对于光的行进方向的旋转方向(右旋)。

[0484] 由工件W反射的第一光涉及的测量光再次在Z轴方向向左通过半透半反镜323，并与由上述半透半反镜323在Z轴方向向左反射的第一光涉及的参照光(右旋的圆偏振光)合成。作为旋转方向相同的右旋的圆偏振光的测量光和参照光被合成，由此两者发生干涉。

[0485] 接着，该第一光涉及的干涉光通过经过1/4波长板321而从右旋的圆偏振光变换为将X轴方向作为偏振光方向的S偏振光，之后再次入射至偏振分光器320的第三面320c。

[0486] 这里，从偏振分光器320的第三面320c再次入射的第一光涉及的干涉光(S偏振光)，由接合面320h在Y轴方向向下反射，并作为输出光从偏振分光器320的第二面320b射出。

[0487] 从偏振分光器320的第二面320b射出的第一光涉及的干涉光入射至第二无偏振分光器313B。对第二无偏振分光器313B在Y轴方向向下入射的第一光涉及的干涉光中，其一部分在Y轴方向向下透射，剩余部分在Z轴方向向左反射。其中，在Y轴方向向下透射的干涉光入射至第一拍摄系统304A(第一相机333A)并被拍摄。另一方面，在Z轴方向向左反射的干涉光由第二光隔离器312B截断其行进，成为舍弃光。

[0488] 接着，参照图13来说明第二光的光路。如图13所示，波长λ2的第二光(将X轴方向作为偏振光方向的S偏振光)从第二发光部311B在Z轴方向向右射出。

[0489] 从第二发光部311B射出的第二光经过第二光隔离器312B入射至第二无偏振分光器313B。入射至第二无偏振分光器313B的第二光的一部分在Z轴方向向右透射，剩余部分在Y轴方向向上反射。

[0490] 其中，在Y轴方向向上反射的第二光入射至偏振分光器320的第二面320b。另一方面，在Z轴方向向右透射的第二光不会入射至任何的光学系统等而成为舍弃光。

[0491] 从偏振分光器320的第二面320b在Y轴方向向上入射的第二光(S偏振光)由接合面320h在Z轴方向向右反射并从第三面320c射出。

[0492] 从偏振分光器320的第三面320c射出的第二光通过经过1/4波长板321而从将X轴方向作为偏振光方向的S偏振光变换为左旋的圆偏振光之后照射至半透半反镜323。

[0493] 照射至半透半反镜323的第二光中，其一部分(一半)作为测量光在Z轴方向向右透射半透半反镜323，剩余部分作为参照光在Z轴方向向左反射。这里，透射光(测量光)和反射光(参照光)均保持相对于光的行进方向的旋转方向(左旋)。

[0494] 并且，在Z轴方向向右透射半透半反镜323的第二光涉及的测量光(左旋的圆偏振光)照射至放置于设置部324的工件W并反射。这里，也保持相对于光的行进方向的旋转方向(左旋)。

[0495] 由工件W反射的第二光涉及的测量光再次在Z轴方向向左通过半透半反镜323，并与由上述半透半反镜323在Z轴方向向左反射的第二光涉及的参照光(左旋的圆偏振光)合成。作为旋转方向相同的左旋的圆偏振光的测量光和参照光被合成，由此两者发生干涉。

[0496] 接着，该第二光涉及的干涉光通过经过1/4波长板321而从左旋的圆偏振光变换为将Y轴方向作为偏振光方向的P偏振光之后再次入射至偏振分光器320的第三面320c。

[0497] 这里，从偏振分光器320的第三面320c再次入射的第二光涉及的干涉光(P偏振光)在Z轴方向向左透射接合面320h，并作为输出光从偏振分光器320的第一面320a射出。

[0498] 从偏振分光器320的第一面320a射出的第二光涉及的干涉光入射至第一无偏振分光器313A。对第一无偏振分光器313A在Z轴方向向左入射的第二光涉及的干涉光中，其一部分在Z轴方向向左透射，剩余部分在Y轴方向向上反射。其中，在Y轴方向向上反射的干涉光入射至第二拍摄系统304B(第二相机333B)并被拍摄。另一方面，在Z轴方向向左透射的干涉光由第一光隔离器312A截断其行进，成为舍弃光。

[0499] 接着，对由控制装置5执行的形状测量处理的顺序进行详细说明。首先，在向设置部324设置工件W之后，从第一投光系统302A照射第一光，同时从第二投光系统302B照射第二光。其结果是，从干涉光学系统303的偏振分光器320的第二面320b射出第一光涉及的干涉光，同时从偏振分光器320的第一面320a射出第二光涉及的干涉光。

[0500] 并且，由第一拍摄系统304A拍摄从偏振分光器320的第二面320b射出的第一光涉及的干涉光，同时由第二拍摄系统304B拍摄从偏振分光器320的第一面320a射出的第二光涉及的干涉光。

[0501] 并且，从各相机333A，333B分别拍摄的图像数据被输出至控制装置5。控制装置5将输入的图像数据存储于图像数据存储装置54。

[0502] 并且，控制装置5基于存储于图像数据存储装置54的第一光涉及的干涉条纹图像数据和第二光涉及的干涉条纹图像数据并通过傅立叶变换法对工件W的表面形状进行测量。即，算出工件W的表面上的各位置处的高度信息。

[0503] 这里，对一般的基于傅立叶变换法测量高度的原理进行说明。第一光或第二光涉及的干涉条纹图像数据的同一坐标位置(x，y)处的干涉条纹强度、即亮度g(x，y)能够以下述[数11]的关系式表示。

[0504] [数11]

[0505] g(x，y)=a(x,y)+b(x,y)cos[2π(fx0x+fy,0y)+φ(x,y)]

[0506] 其中，a(x，y)表示偏移量，b(x，y)表示振幅， 表示相位，fx0表示x方向的载波频率，fy0表示y方向的载波频率。

[0507] 并且，对亮度g(x，y)进行二维傅立叶变换，得到二维空间频率光谱。保留该左右的光谱中的一个，向中央转变之后，进行傅立叶逆变换。

[0508] 该转变的光谱能够以下述[数12]的关系式表示，因此针对相位 求解，则能求出各坐标的相位。

[0509] [数12]

[0510]

[0511] 其中，c(x，y)为光谱。

[0512] 并且，在使用波长不同的两种光的情况下，与上述第一实施方式相同，首先基于波长λ1的第一光涉及的干涉条纹图像数据的亮度g1(x，y)算出工件W面上的坐标(ξ，η)处的第一光涉及的相位

[0513] 同样地，基于波长λ2的第二光涉及的干涉条纹图像数据的亮度g2(x，y)算出工件W面上的坐标(ξ，η)处的第二光涉及的相位

[0514] 接着，根据这样得到的第一光涉及的相位 和第二光涉及的相位算出工件W面上的坐标(ξ，η)处的高度信息z(ξ，η)。并且，这样求出的工件W的测量结果(高度信息)保存于控制装置5的运算结果存储装置55。

[0515] 如以上详述的那样，根据本实施方式，在基于菲索干涉仪原理的较简单的构成之下，起到了与上述第一实施方式同样的作用和效果。

[0516] 第五实施方式

[0517] 以下，参照附图来说明第五实施方式。图14是示出本实施方式涉及的三维测量装置的简要构成的示意图。

[0518] 本实施方式包括与第二实施方式不同的分光光学系统，与第一拍摄系统4A和第二拍摄系统4B关联的构成与采用了迈克尔逊干涉仪的光学构成的第一实施方式不同。因此，在本实施方式中，详细说明与第一、第二实施方式不同的构成部分，对同一构成部分标注同一符号，省略其详细说明。

[0519] 本实施方式涉及的第一拍摄系统4A包括：将透射第二无偏振分光器13B的第一光涉及的合成光(参照光分量和测量光分量)分割为四种分光的作为第一分光单元的分光光学系统600A、将由该分光光学系统600A分割的四种分光分别变换为圆偏振光的1/4波长板610A、使透射该1/4波长板610A的四种分光的预定分量选择性地透射的过滤单元615A、以及同时拍摄透射该过滤单元615A的四种分光的相机633A。

[0520] 本实施方式涉及的第二拍摄系统4B包括：将透射第一无偏振分光器13A的第二光涉及的合成光(参照光分量和测量光分量)分割为四种分光的作为第二分光单元的分光光学系统600B、将由该分光光学系统600B分割的四种分光分别变换为圆偏振光的1/4波长板610B、使透射该1/4波长板610B的四种分光的预定分量选择性地透射的过滤单元615B、以及同时拍摄透射该过滤单元615B的四种分光的相机633B。

[0521] 另外，“1/4波长板610A”和“1/4波长板610B”具有与上述第一实施方式的“1/4波长板31A”和“1/4波长板31B”相同的构成，省略其详细说明。其中，也可以构成为与四种分光的每个对应地分别具备1/4波长板。

[0522] “过滤单元615A”和“过滤单元615B”构成本实施方式中的过滤装置和干涉单元。“过滤单元615A”和“过滤单元615B”具有与上述第二实施方式的“过滤单元126”相同的构成，省略其详细说明。但是，也可以构成为与四种分光的每个对应地分别具备透射轴方向各相差45°的四个偏振光板(偏振光板126a、126b、126c、126d)。

[0523] “相机633A”和“相机633B”以及与它们相关联的控制处理或图像数据存储装置54等涉及的构成具有与上述第一、第二实施方式的“第一相机33A(拍摄元件33Ai)”和“第二相机33B”等涉及的构成相同的构成，省略其详细说明。

[0524] 接着，参照图15～图18详细说明分光光学系统600A和分光光学系统600B的构成。另外，本实施方式中的分光光学系统600A和分光光学系统600B是同一构成。

[0525] 以下，在参照图15～图18对分光光学系统600A(600B)进行说明时，方便起见，将图15的纸面上下方向作为“X′轴方向”，将纸面前后方向作为“Y′轴方向”，将纸面左右方向作为“Z′轴方向”进行说明。但是，用于说明分光光学系统600A(600B)单体的坐标系(X′，Y′，Z′)和用于说明三维测量装置1整体的坐标系(X，Y，Z)是不同的坐标系。

[0526] 分光光学系统600A(600B)是将无偏振光的两种光学部件(棱镜)贴合成为一体的一种无偏振光的光学部件。

[0527] 更具体地说，分光光学系统600A(600B)包括：第一棱镜601，将透射第二无偏振分光器13B(第一无偏振分光器13A)的第一光涉及的合成光(第二光涉及的合成光)分割为两种分光；以及第二棱镜602，将由该第一棱镜601分割的两种分光分别分割为两种分光并射出合计四种分光。

[0528] 第一棱镜601和第二棱镜602分别由被称为“科斯特棱镜”的公知的光学部件构成。但是，在本实施方式中，“科斯特棱镜”是指“将具有内角分别为30°、60°、90°的直角三角形的截面形状的一对光学部件(三棱柱形状的棱镜)贴合成为一体的具有正三角形的截面形状的正三角棱柱形状的光学部件，在其接合面具有无偏振光的半透半反镜”。当然，作为各棱镜601，602使用的科斯特棱镜并不限于此。如果满足后述的分光光学系统600A(600B)的功能，则也可以采用例如不是正三角棱柱形状的部件等、作为各棱镜601，602与本实施方式不同的光学部件(科斯特棱镜)。

[0529] 具体地说，作为第一光学部件(第一科斯特棱镜)的第一棱镜601形成俯视下(X′-Z′平面)的正三角形状，并且形成沿Y′轴方向延伸的正三角棱柱形状(参照图15)。“X′-Z′平面”相当于本实施方式中的“第一平面”。

[0530] 第一棱镜601沿着经过沿Y′轴方向的长方形形状的三个面(第一面601a、第二面601b、第三面601c)中的第一面601a和第二面601b的相交线并与第三面601c正交的平面形成半透半反镜601M。“半透半反镜601M”构成本实施方式中的“第一分叉单元”。

[0531] 第一棱镜601被配置为第三面601c沿X′-Y′平面与Z′轴方向正交，并且被配置为半透半反镜601M沿Y′-Z′平面与X′轴方向正交。因此，第一面601a和第二面601b被配置为分别相对于X′轴方向和Z′轴方向倾斜30°或60°。

[0532] 另一方面，作为第二光学部件(第二科斯特棱镜)的第二棱镜602正面看(Y′-Z′平面)形成正三角形状，并且形成沿X′轴方向延伸的正三角棱柱形状(参照图16)。“Y′-Z′平面”相当于本实施方式中的“第二平面”。

[0533] 第二棱镜602沿着经过沿X′轴方向的正方形形状的三个面(第一面602a、第二面602b、第三面602c)中的第一面602a和第二面602b的相交线并与第三面602c正交的平面形成半透半反镜602M。“半透半反镜602M”构成本实施方式中的“第二分叉单元”。

[0534] 第二棱镜602被配置为第一面602a沿X′-Y′平面与Z′轴方向正交。因此，第二面602b、第三面602c以及半透半反镜602M被配置为分别相对于Y′轴方向和Z′轴方向倾斜30°或60°。

[0535] 并且，第一棱镜601的第三面601c和第二棱镜602的第一面602a接合。即，第一棱镜601和第二棱镜602以包含半透半反镜601M的平面(Y′-Z′平面)和包含半透半反镜602M的平面正交的朝向接合。

[0536] 这里，X′轴方向上的第一棱镜601的第三面601c的长度和X′轴方向上的第二棱镜602的第一面602a的长度相同(参照图15)。另一方面，Y′轴方向上的第一棱镜601的第三面
601c的长度成为Y′轴方向上的第二棱镜602的第一面602a的长度的一半(参照图16、17)。并且，第一棱镜601的第三面601c沿第二棱镜602的第一面602a与第二面602b的相交线接合(参照图18等)。

[0537] 两棱镜601、602分别由具有折射率比空气高的预定的折射率的光学材料(例如玻璃或丙烯酸树脂等)形成。这里，两棱镜601，602可以由同一材料形成，也可以由不同的材料形成。如果满足后述的分光光学系统600A(600B)的功能，则各棱镜601，602的材质可以分别任意选择。

[0538] 接着，参照附图详细说明分光光学系统600A和分光光学系统600B的作用。但是，如上所述，用于第一拍摄系统4A和第二拍摄系统4B的分光光学系统600A和分光光学系统600B是同一构成，因此以下以第一拍摄系统4A涉及的分光光学系统600A为例进行说明，省略第二拍摄系统4B涉及的分光光学系统600B。

[0539] 分光光学系统600A被配置为透射第二无偏振分光器13B的第一光涉及的合成光F0相对于第一棱镜601的第一面601a垂直入射(参照图14、15)。但是，在图14中，为了简化起见，以分光光学系统600A的正面朝向跟前侧的方式图示了第一拍摄系统4A。

[0540] 从第一面601a入射至第一棱镜601内的合成光F0由半透半反镜601M向两个方向分叉。具体地说，分叉为朝向第一面601a侧由半透半反镜601M反射的分光FA1和朝向第二面601b侧透射半透半反镜601M的分光FA2。

[0541] 其中，由半透半反镜601M反射的分光FA1在第一面601a朝向第三面601c侧全反射并从第三面601c垂直射出。另一方面，透射半透半反镜601M的分光FA2由第二面601b朝向第三面601c侧全反射并从第三面601c垂直射出。即，从第一棱镜601的第三面601c射出平行的两种分光FA1、FA2。

[0542] 从第一棱镜601的第三面601c射出的分光FA1、FA2分别垂直入射至第二棱镜602的第一面602a(参照图16)。

[0543] 从第一面602a入射至第二棱镜602内的分光FA1、FA2分别由半透半反镜602M向两个方向分叉。

[0544] 具体地说，一个分光FA1分叉为朝向第一面602a侧由半透半反镜602M反射的分光FB1和朝向第二面602b侧透射半透半反镜602M的分光FB2。

[0545] 另一个分光FA2分叉为朝向第一面602a侧由半透半反镜602M反射的分光FB3和朝向第二面602b侧透射半透半反镜602M的分光FB4。

[0546] 其中，由半透半反镜602M反射的分光FB1、FB3分别在第一面602a朝向第三面602c侧全反射，并从第三面602c垂直射出。另一方面，透射半透半反镜602M的分光FB2、FB4分别在第二面602b朝向第三面602c侧全反射，并从第三面602c垂直射出。即，从第二棱镜602的第三面602c平行地射出排列成2行2列的矩阵状的四种光FB1～FB4。

[0547] 从分光光学系统600A(第二棱镜602的第三面602c)射出的四种分光FB1～FB4分别由1/4波长板610A变换为圆偏振光之后入射至呈矩阵状配置于过滤单元615A的各偏振光板126a～126d。

[0548] 由此，透射过滤单元615A的四种分光FB1～FB4成为相位各自相差90°的干涉光。并且，这四种分光FB1～FB4由相机633A的拍摄元件33Ai同时拍摄。结果，能够得到相位各相差90°的不同的四组干涉条纹图像。

[0549] 如以上详述的那样，根据本实施方式，起到了与上述第一、第二实施方式相同的作用和效果。

[0550] 此外，在本实施方式中，在分光光学系统600A、600B中，作为将一种光分割为平行的两种光的单元，采用了作为科斯特棱镜的棱镜601、602，因此被分割的两种光的光路长度在光学上相等。结果，如上述第二实施方式那样，无需具备调整被分割后的两种光的光路长度的光路调整单元，削减部件个数，能够实现构成的简化和装置的小型化等。

[0551] 另外，构成为从对分光光学系统600A、600B入射一种光F0之后到四种光FB1～FB4被射出的期间，光仅在光学部件内前进，未进入空气中，因此能够减少由于空气波动等带来的影响。

[0552] 第六实施方式

[0553] 以下，参照附图来说明第六实施方式。图19是示出本实施方式涉及的三维测量装置的简要构成的示意图。

[0554] 本实施方式具备与第二实施方式和第五实施方式不同的分光光学系统，与第一拍摄系统4A和第二拍摄系统4B相关的构成与采用了迈克尔逊干涉仪的光学构成的第一实施方式不同。因此，在本实施方式中，详细说明与第一、第二、第五实施方式不同的构成部分，对于同一构成部分标注同一符号，省略其详细说明。

[0555] 本实施方式涉及的第一拍摄系统4A具备将透射第二无偏振分光器13B的第一光涉及的合成光(参照光分量和测量光分量)分割为四种分光的作为第一分光单元的分光光学系统700A。

[0556] 分光光学系统700A包括：将透射第二无偏振分光器13B的第一光涉及的合成光分割为两种分光的无偏振分光器701A、将由该无偏振分光器701A分割的两种分光中的一分光进一步分割为两种分光的第一棱镜702A、将由所述无偏振分光器701A分割的两种分光中的另一分光进一步分割为两种分光的第二棱镜703A。

[0557] 并且，本实施方式涉及的第一拍摄系统4A包括：将由第一棱镜702A分割的两种分光分别变换为圆偏振光的1/4波长板704A；将由第二棱镜703A分割的两种分光分别变换为圆偏振光的1/4波长板705A；使透射所述1/4波长板704A的两种分光的预定分量选择性地透射的过滤单元706A；使透射所述1/4波长板705A的两种光的预定分量选择性地透射的过滤单元707A；同时拍摄透射所述过滤单元706A的两种分光的相机708A；以及同时拍摄透射所述过滤单元707A的两种分光的相机709A。

[0558] 另一方面，本实施方式涉及的第二拍摄系统4B包括将透射第一无偏振分光器13A的第二光涉及的合成光(参照光分量和测量光分量)分割为四种分光的作为第二分光单元的分光光学系统700B。

[0559] 分光光学系统700B包括：将透射第一无偏振分光器13A的第二光涉及的合成光分割为两种分光的无偏振分光器701B；将由该无偏振分光器701B分割的两种分光中的一分光进一步分割为两种分光的第一棱镜702B；以及将由所述无偏振分光器701B分割的两种分光中的另一分光进一步分割为两种分光的第二棱镜703B。

[0560] 并且，本实施方式涉及的第二拍摄系统4B包括：将由第一棱镜702B分割的两种分光分别变换为圆偏振光的1/4波长板704B；将由第二棱镜703B分割的两种分光分别变换为圆偏振光的1/4波长板705B；使透射1/4波长板704B的两种分光的预定分量选择性地透射的过滤单元706B；使透射1/4波长板705B的两种光的预定分量选择性地透射的过滤单元707B；同时拍摄透射过滤单元706B的两种分光的相机708B；以及同时拍摄透射过滤单元707B的两种分光的相机709B。

[0561] “无偏振分光器701A”和“无偏振分光器701B”是将直角棱镜贴合成为一体的立方体型的公知的光学部件，在其接合面设置有无偏振光的半透半反镜。

[0562] 第一拍摄系统4A涉及的“第一棱镜702A”和“第二棱镜703A”以及第二拍摄系统4B涉及的“第一棱镜702B”和“第二棱镜703B”是公知的科斯特棱镜，具有与上述第五实施方式涉及的“第一棱镜601”和“第二棱镜602”相同的构成，省略其详细说明。

[0563] 第一拍摄系统4A涉及的“1/4波长板704A”和“1/4波长板705A”和第二拍摄系统4B涉及的“1/4波长板704B”和“1/4波长板705B”具有与上述第一实施方式的“1/4波长板31A”和“1/4波长板31B”相同的构成，省略其详细说明。但是，本实施方式涉及的“1/4波长板704A”等是分别与两种分光对应的部件。当然，也可以构成为与各分光的每个对应地分别具备1/4波长板。

[0564] 第一拍摄系统4A涉及的“过滤单元706A”和“过滤单元707A”以及第二拍摄系统4B涉及的“过滤单元706B”和“过滤单元707B”具有与上述第二实施方式的“过滤单元126”相同的构成，省略其详细说明。但是，本实施方式涉及的“过滤单元706A”等是分别与两种分光对应的部件。例如，可以构成为第一拍摄系统4A涉及的“过滤单元706A”包括“偏振光板126a、126b”，“过滤单元707A”包括“偏振光板126c、126d”(对于第二拍摄系统4b也同样)。当然，也可以构成为与四种分光的每个对应地分别具备透射轴方向各相差45°的四个偏振光板(偏振光板126a、126b、126c、126d)。

[0565] 第一拍摄系统4A涉及的“相机708A”和“相机709A”、第二拍摄系统4B涉及的“相机708B”和“相机709B”、以及与它们相关联的控制处理或图像数据存储装置54等涉及的构成具有与上述第一、第二实施方式的“第一相机33A”和“第二相机33B”等涉及的构成相同的构成，省略其详细说明。但是，本实施方式涉及的“相机708A(拍摄元件)”等是分别与两种分光对应的部件。例如，可以构成为第一拍摄系统4A涉及的“相机708A(拍摄元件)”的拍摄区域与“过滤单元706A(偏振光板126a、126b)”对应地划分为两个拍摄区域(H1、H2)，“相机709A(拍摄元件)”的拍摄区域与“过滤单元707A(偏振光板126c、126d)”对应地划分为两个拍摄区域(H3、H4)(对于第二拍摄系统4B也同样)。该情况下，优选具备纵横比为2:1的拍摄元件。

[0566] 接着，对分光光学系统700A和分光光学系统700B的作用进行说明。但是，如上所述，用于第一拍摄系统4A和第二拍摄系统4B的分光光学系统700A和分光光学系统700B是同一构成，因此以下以第一拍摄系统4A涉及的分光光学系统700A为例进行说明，省略第二拍摄系统4B涉及的分光光学系统700B。

[0567] 透射第二无偏振分光器13B的第一光涉及的合成光首先入射至分光光学系统700A的无偏振分光器701A并由半透半反镜向两个方向分叉。其中，由半透半反镜反射的分光入射至第一棱镜702A。另一方面，透射半透半反镜的分光入射至第二棱镜703A。

[0568] 入射至第一棱镜702A的第一面的分光由半透半反镜向两个方向分叉。具体地说，分叉为朝向第一面侧由半透半反镜反射的分光以及朝向第二面侧透射半透半反镜的分光。

[0569] 其中，由半透半反镜反射的分光在第一面朝向第三面侧全反射，并从第三面垂直射出。另一方面，透射半透半反镜的分光在第二面朝向第三面侧全反射，并从第三面垂直射出。即，从第一棱镜702A的第三面射出平行的两种分光。

[0570] 同样地，入射至第二棱镜703A的第一面的分光由半透半反镜向两个方向分叉。具体地说，分叉为朝向第一面侧由半透半反镜反射的分光和朝向第二面侧透射半透半反镜的分光。

[0571] 其中，由半透半反镜反射的分光在第一面朝向第三面侧全反射，并从第三面垂直射出。另一方面，透射半透半反镜的分光在第二面朝向第三面侧全反射，并从第三面垂直射出。即，从第二棱镜703A的第三面射出平行的两种分光。

[0572] 并且，从第一棱镜702A射出的两种分光分别由1/4波长板704A变换为圆偏振光之后，入射至过滤单元706A(例如偏振光板126a、126b)。

[0573] 透射过滤单元706A的两种分光例如成为相位“0°”的干涉光和相位“90°”的干涉光。并且，这两种分光在相机708A的两个拍摄区域被同时拍摄，例如能够得到相位“0°”的干涉条纹图像和相位“90°”的干涉条纹图像。

[0574] 同样地，从第二棱镜703A射出的两种分光分别由1/4波长板705A变换为圆偏振光之后入射至过滤单元707A(例如，偏振光板126c、126d)。

[0575] 透射过滤单元707A的两种分光例如成为相位“180°”的干涉光和相位“270°”的干涉光。并且，这两种分光在相机709A的两个拍摄区域被同时拍摄，例如能够得到相位“180°”的干涉条纹图像和相位“270°”的干涉条纹图像。

[0576] 结果，通过第一拍摄系统4A(相机708A和相机709A)获取相位各相差90°的四组干涉条纹图像。

[0577] 如以上详述的那样，本实施方式起到了与上述第五实施方式相同的作用和效果。

[0578] 第七实施方式

[0579] 以下，对第七实施方式进行说明。本实施方式将如下的构成组合至采用了迈克尔逊干涉仪的光学构成的上述第一实施方式等(包括第五实施方式等)中，能够利用波长不同的四种光进行测量，所述构成是使从两个光源射出的波长不同的两种光以重叠的状态入射至干涉光学系统，由光学分离单元对从这里射出的光进行波长分离，分别拍摄上述各波长的光涉及的干涉光的构成。

[0580] 以下，参照附图来详细说明。图20是示出本实施方式涉及的三维测量装置的简要构成的示意图。本实施方式中的与第一投光系统2A和第二投光系统2B以及第一拍摄系统4A和第二拍摄系统4B相关的构成与上述第一实施方式等不同。因此，在本实施方式中，详细说明与上述各实施方式不同的构成部分，对同一构成部分标注同一符号，省略其详细说明。

[0581] 本实施方式涉及的第一投光系统2A包括两个发光部751A、752A、与发光部751A对应的光隔离器753A、与发光部752A对应的光隔离器754A、分色镜755A、无偏振分光器756A等。

[0582] “发光部751A”和“发光部752A”具有与“第一发光部11A”相同的构成，省略其详细说明。但是，如发光部751A射出第一波长(例如491nm)的直线偏振光、发光部752A射出第二波长(例如540nm)的直线偏振光那样，两发光部751A、752A射出波长不同的光。

[0583] “光隔离器753A”和“光隔离器754A”具有与“第一光隔离器12A”」相同的构成，省略其详细说明。

[0584] 在该构成之下，从发光部751A在Y轴方向向下射出的第一波长的直线偏振光(以下称为“第一波长光”)经由光隔离器753A入射至分色镜755A。

[0585] 同样，从发光部752A在Z轴方向向左射出的第二波长的直线偏振光(以下称为“第二波长光”)经由光隔离器754A入射至分色镜755A。

[0586] 分色镜755A是将直角棱镜贴合成为一体的立方体型的公知的光学部件(二向色棱镜)，在其接合面755Ah形成有电介质多层膜。

[0587] 分色镜755A被配置为隔着其接合面755Ah而相邻的两个面中的一个与Y轴方向正交且另一个与Z轴方向正交。即，被配置为分色镜755A的接合面755Ah相对于Y轴方向和Z轴方向倾斜45°。

[0588] 本实施方式中的分色镜755A具有至少反射第一波长光并透射第二波长光的特性。由此，在图20所示的本实施方式的配置构成中，在入射至分色镜755A的第一波长光和第二波长光合成之后，朝向无偏振分光器756A在Z轴方向向左射出。

[0589] 以后，将从发光部751A射出的第一波长光和从发光部752A射出的第二波长光合成的合成光称为“第一光”。即，通过“发光部751A、752A”和“分色镜755A”等构成本实施方式中的“第一照射单元”。

[0590] “无偏振分光器756A”具有与“第一无偏振分光器13A”相同的构成，省略其详细的说明。在本实施方式中，使从分色镜755A在Z轴方向向左入射的第一光的一部分(一半)在Z轴方向向左透射，使剩余部分(一半)在Y轴方向向下反射。

[0591] 本实施方式涉及的第二投光系统2B包括两个发光部751B、752B、与发光部751B对应的光隔离器753B、与发光部752B对应的光隔离器754B、分色镜755B、无偏振分光器756B等。

[0592] “发光部751B”和“发光部752B”具有与“第二发光部11B”相同的构成，省略其详细说明。但是，如发光部751B射出第三波长(例如488nm)的直线偏振光、发光部752B射出第四波长(例如532nm)的直线偏振光那样，两发光部751B、752B射出波长不同的光。

[0593] “光隔离器753B”和“光隔离器754B”具有与“第二光隔离器12B”相同的构成，省略其详细说明。

[0594] 在该构成之下，从发光部751B在Z轴方向向左射出的第三波长的直线偏振光(以下称为“第三波长光”)经由光隔离器753B入射至分色镜755B。

[0595] 同样地，从发光部752B在Y轴方向向上射出的第四波长的直线偏振光(以下称为“第四波长光”)经由光隔离器754B入射至分色镜755B。

[0596] 分色镜755B是将直角棱镜贴合成为一体的立方体型的公知的光学部件(二向色棱镜)，在其接合面755Bh形成有电介质多层膜。

[0597] 分色镜755B被配置为隔着其接合面755Bh而相邻的两个面中的一个与Y轴方向正交且另一个与Z轴方向正交。即，被配置为分色镜755B的接合面755Bh相对于Y轴方向和Z轴方向倾斜45°。

[0598] 本实施方式中的分色镜755B具有至少反射第三波长光、透射第四波长光的特性。由此，在图20所示的本实施方式的配置构成中，在入射至分色镜755B的第三波长光和第四波长光合成之后朝向无偏振分光器756B在Y轴方向向上射出。

[0599] 以后，将从发光部751B射出的第三波长光和从发光部752B射出的第四波长光合成的合成光称为“第二光”。即，由“发光部751B、752B”和“分色镜755B”等构成了本实施方式中的“第二照射单元”。

[0600] “无偏振分光器756B”具有与“第二无偏振分光器13B”相同的构成，省略其详细说明。在本实施方式中，使从分色镜755B在Y轴方向向上入射的第二光的一部分(一半)在Y轴方向向上透射，使剩余部分(一半)在Z轴方向向右反射。

[0601] 本实施方式涉及的第一拍摄系统4A包括分色镜800A，所述分色镜800A将透射无偏振分光器756B的第一光(两波长合成光)涉及的参照光分量和测量光分量的合成光分离为第一波长光涉及的合成光(参照光分量和测量光分量)和第二波长光涉及的合成光(参照光分量和测量光分量)。以下，对分色镜800A进行详细说明。

[0602] 分色镜800A是将直角棱镜贴合成为一体的立方体型的公知的光学部件(二向色棱镜)，在其接合面800Ah形成有电介质多层膜。

[0603] 分色镜800A被配置为隔着其接合面800Ah而相邻的两个面中的一个与Y轴方向正交且另一个与Z轴方向正交。即，被配置为分色镜800A的接合面800Ah相对于Y轴方向和Z轴方向倾斜45°。

[0604] 本实施方式中的分色镜800A具有与上述分色镜755A同样的特性。即，分色镜800A具有至少反射第一波长光并透射第二波长光的特性。

[0605] 由此，在图20所示的本实施方式的配置构成中，入射至分色镜800A的第一光涉及的合成光被分离为在Y轴方向向下射出的第一波长光(例如491nm)涉及的合成光以及在Z轴方向向左射出的第二波长光(例如540nm)涉及的合成光。

[0606] 并且，本实施方式涉及的第一拍摄系统4A包括：将从分色镜800A在Y轴方向向下射出的第一波长光涉及的合成光分割为四种分光的分光光学系统801A；将由该分光光学系统801A分割的四种分光分别变换为圆偏振光的1/4波长板803A；使透射该1/4波长板803A的四种分光的预定分量选择性地透射的过滤单元805A；以及同时拍摄透射该过滤单元805A的四种分光的相机807A。

[0607] 同样地，本实施方式涉及的第一拍摄系统4A包括：将从分色镜800A在Z轴方向向左射出的第二波长光涉及的合成光分割为四种分光的分光光学系统802A；将由该分光光学系统802A分割的四种分光分别变换为圆偏振光的1/4波长板804A；使透射该1/4波长板804A的四种分光的预定分量选择性地透射的过滤单元806A；以及同时拍摄透射该过滤单元806A的四种分光的相机808A。

[0608] 另外，第一波长光涉及的“分光光学系统801A”、“1/4波长板803A”、“过滤单元805A”和“相机807A”涉及的构成、以及第二波长光涉及的“分光光学系统802A”、“1/4波长板
804A”、“过滤单元806A”和“相机808A”涉及的构成分别与上述第五实施方式涉及的“分光光学系统600A”、“1/4波长板610A”、“过滤单元615A”以及“相机633A”涉及的构成相同，因此省略其详细说明。

[0609] 本实施方式涉及的第二拍摄系统4B包括分色镜800B，该分色镜800B将透射无偏振分光器756A的第二光(两波长合成光)涉及的参照光分量和测量光分量的合成光分离为第三波长光涉及的合成光(参照光分量和测量光分量)和第四波长光涉及的合成光(参照光分量和测量光分量)。以下，详细说明分色镜800B。

[0610] 分色镜800B是将直角棱镜贴合成为一体的立方体型的公知的光学部件(二向色棱镜)，在其接合面800Bh形成有电介质多层膜。

[0611] 分色镜800B被配置为隔着其接合面800Bh而相邻的两个面中的一个与Y轴方向正交且另一个与Z轴方向正交。即，被配置为分色镜800B的接合面800Bh相对于Y轴方向和Z轴方向倾斜45°。

[0612] 本实施方式中的分色镜800B具有与上述分色镜755B相同的特性。即，分色镜800B具有至少反射第三波长光并透射第四波长光的特性。

[0613] 由此，在图20所示的本实施方式的配置构成中，入射至分色镜800B的第三光涉及的合成光被分离为在Z轴方向向左射出的第三波长光(例如488nm)涉及的合成光和在Y轴方向向上射出的第四波长光(例如532nm)涉及的合成光。

[0614] 并且，本实施方式涉及的第二拍摄系统4B包括：将从分色镜800B在Z轴方向向左射出的第三波长光涉及的合成光分割为四种分光的分光光学系统801B；将由该分光光学系统801B分割的四种分光分别变换为圆偏振光的1/4波长板803B；使透射该1/4波长板803B的四种分光的预定分量选择性地透射的过滤单元805B；以及同时拍摄透射该过滤单元805B的四种分光的相机807B。

[0615] 同样地，本实施方式涉及的第二拍摄系统4B包括：将从分色镜800B在Y轴方向向上射出的第四波长光涉及的合成光分割为四种分光的分光光学系统802B；将由该分光光学系统802B分割的四种分光分别变换为圆偏振光的1/4波长板804B；使透射该1/4波长板804B的四种分光的预定分量选择性地透射的过滤单元806B；以及同时拍摄透射该过滤单元806B的四种分光的相机808B。

[0616] 另外，第三波长光涉及的“分光光学系统801B”、“1/4波长板803B”、“过滤单元805B”和“相机807B”涉及的构成、以及第四波长光涉及的“分光光学系统802B”、“1/4波长板
804B”、“过滤单元806B”和“相机808B”涉及的构成分别与上述第五实施方式涉及的“分光光学系统600B”、“1/4波长板610B”、“过滤单元615B”以及“相机633B”涉及的构成相同，因此省略其详细说明。

[0617] 根据上述构成，能够获取相位各相差90°的第一波长光涉及的四组干涉条纹图像、相位各相差90°的第二波长光涉及的四组干涉条纹图像、相位各相差90°的第三波长光涉及的四组干涉条纹图像、以及相位各相差90°的第四波长光涉及的四组干涉条纹图像。

[0618] 如以上详述的那样，根据本实施方式，起到了与上述第五实施方式相同的作用和效果。另外，根据本实施方式，通过利用波长不同的四种光，能够进一步扩大测量范围，并且进一步提高了测量効率。

[0619] 另外，能够根据工件W的种类切换使用了第一波长光和第三波长光(例如491nm和488nm的蓝色系的光)这两光的测量和使用了第二波长光和第四波长光(例如540nm和532nm的绿色系的光)这两光的测量。

[0620] 结果，能够使用波长相近的两种光扩大测量范围，并且根据工件W的种类来切换光的种类(波长)。

[0621] 例如对不适合红系光的晶圆基板等工件W，进行使用第一波长光和第三波长光(例如491nm和488nm的蓝色系的光)这两光的测量，另一方面，对不适合蓝系光的铜等工件W进行使用第二波长光和第四波长光(例如540nm和532nm的绿色系的光)这两光的测量即可。当然，各光的波长不限于本实施方式的例子，也可以采用其他波长的光。

[0622] 另外，不限于上述实施方式的记载内容，也可以例如如下地实施。当然，也可以是以下未例示的其他的应用例、变更例。

[0623] (a)在上述各实施方式中，对工件W的具体例未特别提及，但是作为被测量物，例如可以列举出印刷于印刷基板的膏状焊料、形成于晶圆基板的焊料凸起等。

[0624] 这里，对焊料凸起等的高度测量的原理进行说明。如图21所示，凸起503相对于电极501(基板500)的高度HB能够从凸起503的绝对高度ho减去该凸起503周边的电极501的绝对高度hr而求出(HB＝ho-hr)。这里，作为电极501的绝对高度hr，例如可以使用电极501上的任意一点的绝对高度和电极501上的预定范围的绝对高度的平均值等。另外，“凸起503的绝对高度ho”和“电极501的绝对高度hr”在上述各实施方式中可作为高度信息z(ξ，η)求出。

[0625] 因此，也可以构成为在设置按照预先设定的好坏的判断基准检查膏状焊料或焊料凸起的好坏的检查单元的焊料印刷检查装置或焊料凸起检查装置中具备三维测量装置1(200、300)。

[0626] 另外，采用了迈克尔逊干涉仪的光学构成的上述第一实施方式等涉及的三维测量装置1和采用了菲索干涉仪的光学构成的上述第四实施方式涉及的三维测量装置300适用于反射工件，采用了马赫-曾德尔干涉仪的光学构成的上述第三实施方式涉及的三维测量装置200适用于透射工件。另外，通过使用相移法，能够进行排除0次光(透射光)的测量。

[0627] 但是，在第三实施方式中，也可以构成为省略第二全反射镜222和设置部224，在第二全反射镜222的位置设置工件W，能够测量反射工件。

[0628] 另外，在上述各实施方式中，也可以构成为将设置工件W的设置部24(224，324)可变位地构成，将工件W的表面分割为多个测量区域，在各测量区域依次移动并且进行各区域的形状测量，分成多次进行工件W整体的形状测量。

[0629] (b)干涉光学系统(预定的光学系统)的构成不限于上述各实施方式。例如，在上述第一实施方式等中，作为干涉光学系统采用了迈克尔逊干涉仪的光学构成，在第三实施方式中采用马赫-曾德尔干涉仪的光学构成，在第四实施方式中采用了菲索干涉仪的光学构成，但是不限于此，如果是将入射光分割为参照光和测量光并进行工件W的形状测量的构成，也可以采用其他的光学构成。

[0630] (c)投光系统2A、2B(302A、302B)的构成不限于上述各实施方式。例如，在上述各实施方式(除了第七实施方式)中，构成为从第一投光系统2A(302A)照射波长λ1＝1500nm的光，从第二投光系统2B(302B)照射波长λ2＝1503nm的光，但是各光的波长不限于此。但是，为了扩大测量范围，优选进一步减小两种光的波长差。

[0631] 另外，也可以构成为从第一投光系统2A(302A)和第二投光系统2B(302B)照射同一波长的光。

[0632] 如上所述，以往，作为测量被测量物的形状的三维测量装置，已知有利用激光等的三维测量装置(干涉仪)。在所述三维测量装置中，有可能由于来自激光光源的输出光波动等的影响而导致测量精度低下。

[0633] 对此，例如在被测量物较小、即使是一种光(一个波长)测量范围也不是不足的情况下，从不同的两个光源照射同一波长的光，并通过该两种光分别进行三维测量，由此能够提高测量精度。

[0634] 但是，在想要通过两种光进行三维测量的情况下，需要分别在不同的时机进行第一光涉及的输出光的拍摄和第二光涉及的输出光的拍摄，测量効率可能会降低。

[0635] 例如在利用相移法的三维测量中，在使相位四级变化的情况下，需要获取四组图像数据，因此在使用两种光的情况下，需要在各自不同的时机各四次、合计八次的拍摄时间。

[0636] 照射同一波长的两种光的本发明是鉴于上述情况等完成的，其目的在于提供一种三维测量装置，能够利用两种光来提高测量効率。

[0637] 根据本发明，能够同时进行第一光涉及的输出光的拍摄和第二光涉及的输出光的拍摄，因此能够在合计四次(或合计三次)的拍摄时间获取两种光涉及的合计八组(或六组)干涉条纹图像。结果，能够缩短整体的拍摄时间，提高测量効率。

[0638] 尤其是在基于马赫-曾德尔干涉仪的原理构成的上述第三实施方式涉及的三维测量装置200中，能够针对一个工件W从不同的方向照射两种光(测量光)，因此能够精度更好地测量例如具有复杂的形状的工件等的整体图像。

[0639] 另外，在上述各实施方式中，构成为在投光系统2A、2B(302A、302B)中具备光隔离器12A、12B(312A、312B)等，但是也可以构成为省略光隔离器12A、12B(312A、312B)等。

[0640] 另外，在上述各实施方式中，也可以构成为隔着第一无偏振分光器13A(313A)等更换第一投光系统2A(302A)和第二拍摄系统4B(304B)的两者的位置关系，也可以构成为隔着第二无偏振分光器13B(313B)等更换第二投光系统2B(302B)和第一拍摄系统4A(304A)的两者的位置关系。

[0641] 另外，导光单元的构成不限于上述各实施方式涉及的无偏振分光器13A、13B(313A、313B)等。如果构成为使从第一照射单元(第二照射单元)射出的第一光(第二光)的至少一部分朝向第一输入输出部(第二输入输出部)入射，并且使从第一输入输出部(第二输入输出部)射出的第二光涉及的输出光(第一光涉及的输出光)的至少一部分朝向第二拍摄单元(第一拍摄单元)入射，则也可以采用其他的构成。即，在第一实施方式中，如果构成为使从第一投光系统2A(第二投光系统2B)照射的第一光(第二光)入射至偏振分光器20的第一面20a(第二面20b)且能够通过第二拍摄系统4B(第一拍摄系统4A)拍摄从偏振分光器20的第一面20a(第二面20b)射出的第二光涉及的输出光(第一光涉及的输出光)，则也可以采用其他的构成。

[0642] 另外，在上述各实施方式中，作为第一无偏振分光器13A(313A)和第二无偏振分光器13B(313B)等，采用了将直角棱镜贴合成为一体的立方体型，但是不限于此，例如也可以采用板型的预定的半透半反镜。

[0643] 同样地，在上述各实施方式中，作为偏振分光器20(211、212、320)，采用了将直角棱镜贴合成为一体的立方体型，但是不限于此，例如也可以采用板型偏振分光器。

[0644] (d)在上述各实施方式(除了第四实施方式)中，构成为基于相位不同的四组干涉条纹图像数据执行相移法，但是不限于此，例如也可构成为基于相位不同的两组或三组干涉条纹图像数据执行相移法。

[0645] 当然，第一实施方式等涉及的三维测量装置1和第三实施方式涉及的三维测量装置200也可以应用于例如如第四实施方式的傅立叶变换法那样，通过与相移法不同的其他的方法进行三维测量的构成。

[0646] 相反地，第四实施方式涉及的三维测量装置300也可以应用于通过相移法等与傅立叶变换法不同的其他的方法进行三维测量的构成。

[0647] (e)在上述第一、第三实施方式中，作为相位转变单元采用构成为能够改变透射轴方向的偏振光板32A、32B，在上述第二实施方式等中，采用了包括透射轴方向不同的四个偏振光板的过滤单元126。

[0648] 相位转变单元的构成不限于上述，例如在第一实施方式中，也可以采用通过压电元件等使参照面23沿光轴移动，由此在物理上改变光路长度的构成。

[0649] 另外，在第三实施方式中，也可以采用第二实施方式等涉及的构成(过滤单元126等)作为相位转变单元。另外，也可以采用使全反射镜221(参照面)在保持相对于Y轴方向和Z轴方向倾斜45°的状态的情况下通过压电元件等沿与该倾斜方向正交的方向移动由此在物理上改变光路长度的构成作为相位转变单元。

[0650] 另外，在第四实施方式中，在采用相移法的情况下，也可以采用例如通过压电元件等使半透半反镜323(参照面)沿光轴移动由此在物理上改变光路长度的构成。

[0651] (f)在上述各实施方式(除了第四实施方式)中，构成为在进行两波长相移法时通过计算式求出高度信息z(ξ，η)，但是不限于此，例如也可以构成为预先存储表示相位条纹级数m1，m2、高度信息z的对应关系的数字表和表数据，参照这些获取高度信息z。该情况下，无需一定确定条纹级数。

[0652] (g)分光单元的构成不限于上述第二实施方式等。例如，在上述第二实施方式涉及的分光光学系统125等中，构成为将从干涉光学系统3入射的光分为四种，但是不限于此，例如可以构成为分为三种等、至少能够分割为基于相移法的测量所需的数量的光即可。

[0653] 另外，在上述第二实施方式等中，构成为将所入射的合成光L0等分割为在与行进方向正交的平面中光路排列成矩阵状的四种光LB1～LB4等，但是如果是使用多个相机拍摄各分光LB1～LB4等的构成，则无需一定分光为以矩阵状排列。

[0654] 另外，在上述第二实施方式等中，作为分光单元采用了将多个光学部件(棱镜)组合成为一体的分光光学系统125，但是不限于此，作为分光单元也可以采用衍射光栅。

[0655] (h)过滤装置的构成不限于上述第二实施方式等。例如，在上述第二实施方式中，过滤单元126由透射轴方向为0°的第一偏振光板126a、透射轴方向为45°的第二偏振光板126b、透射轴方向为90°的第三偏振光板126c、透射轴方向为135°的第四偏振光板126d构成，使用透射轴方向各相差45°的这四个偏振光板126a～126d来获取相位各相差90°的四组干涉条纹图像，基于该四组干涉条纹图像通过相移法进行形状测量。

[0656] 代替此，在基于相位不同的三组干涉条纹图像通过相移法进行形状测量的情况下，也可以成为以下的构成。例如，如图22所示，也可以构成为将过滤单元126的第一偏振光板126a、第二偏振光板126b、第三偏振光板126c、第四偏振光板126d分别设定为透射轴方向为0°的偏振光板、透射轴方向为60°(或45°)的偏振光板、透射轴方向为120°(或90°)的偏振光板、将测量光(例如右旋的圆偏振光)和参照光(例如左旋的圆偏振光)变换为直线偏振光的1/4波长板和使测量光的直线偏振光选择性地透射的偏振光板的组合件。这里，也可以将“1/4波长板”和“偏振光板”的组构成为所谓“圆偏振光板”。

[0657] 根据该构成，通过一个拍摄元件进行一次拍摄，能够获取相位各相差120°(或90°)的三组干涉条纹图像以及工件W的亮度图像。由此，除了基于三组干涉条纹图像通过相移法进行的形状测量以外，还能够组合进行基于亮度图像的测量。例如，能够对通过基于相移法的形状测量得到的三维数据进行匹配或进行测量区域的提取等。结果，能够进行将多种测量组合的综合的判断，能够进一步提高测量精度。

[0658] 另外，在图15所示的例子中，作为第四偏振光板126d，采用了将圆偏振光变换为直线偏振光的1/4波长板和使测量光的直线偏振光选择性地透射的偏振光板的组合件，但是不限于此，如果是仅使测量光选择性地透射的构成，则也可以采用其他的构成。

[0659] 并且，也可以构成为省略第四偏振光板126d。即，也可以构成为同时由一个拍摄元件拍摄分别透射过滤单元126的第一偏振光板126a、第二偏振光板126b、第三偏振光板126c的三种光和未经由过滤单元126(偏振光板)而直接入射的一种光。

[0660] 根据该构成，起到了与作为第四偏振光板126d配置了“1/4波长板”和“偏振光板”的组的上述构成同样的作用和效果。即，通过一个拍摄元件进行一次拍摄，能够获取相位各相差120°(或90°)的三组干涉条纹图像以及工件W的亮度图像。

[0661] 另外，即使直接拍摄测量光(例如右旋的圆偏振光)和参照光(例如左旋的圆偏振光)，由于参照光是已知(能够预先测量得到)的且均匀的，因此也能够通过拍摄后的处理进行去除该参照光部分的处理或去除均匀光的处理，由此提取测量光的信号。

[0662] 作为省略了第四偏振光板126d的构成的优点，与配置“1/4波长板”和“偏振光板”的组的构成相比，能够省略该“1/4波长板”和“偏振光板”，因此能够减少光学部件，实现构成的简化，抑制部件个数增加。

[0663] (i)在上述各实施方式中，使用了包括透镜的相机，但是无需一定使用透镜，即使使用没有透镜的相机，也可以利用上述[数6]的关系式等通过计算求出焦点匹配的图像。

[0664] 符号说明

[0665] 1…三维测量装置、2A…第一投光系统、2B…第二投光系统、3…干涉光学系统、4A…第一拍摄系统、4B…第二拍摄系统、5…控制装置、11A…第一发光部、11B…第二发光部、12A…第一光隔离器、12B…第二光隔离器、13A…第一无偏振分光器、13B…第二无偏振分光器、20…偏振分光器、20a…第一面、20c…第三面、20b…第二面、20d…第四面、21，22…
1/4波长板、23…参照面、24…设置部、31A…1/4波长板、31B…1/4波长板、32A…第一偏振光板、32B…第二偏振光板、33A…第一相机、33B…第二相机、W…工件。