(57)【要約】      （修正有）【課題】簡単な装置構成でありながら、広い高さ範囲を高い精度で測定することが可能な形状測定装置、及び形状測定方法を提供する。【解決手段】形状計測装置１は、被測定物４の表面Ｓに照射する光を発生させる光源２と、表面Ｓに格子パターンが投影されるよう、光源２と被測定物４との間に配置される格子３と、投影された格子パターンが変化するように、格子３を所定方向に移動させる格子移動手段（格子駆動装置３０）と、上記所定方向に対する格子３の角度が変化するように、格子３を回転させる格子回転手段（格子駆動装置３０）と、を備えている。格子３の角度を第一角度０とした状態において投影された格子パターンの位相分布である位相分布φ1（ｘ，ｙ）と、格子３の角度を第二角度ωとした状態において投影された格子パターンの位相分布である位相分布φ2（ｘ，ｙ）と、に基づいて、表面Ｓの高さ分布Ｈ（ｘ、ｙ）を算出する。【選択図】図１
2014178233.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体の表面に投影された格子パターンに基づいて、当該物体の表面形状を計測する形状測定装置において、
物体の表面に照射する光を発生させる光源と、
前記物体の表面に格子パターンが投影されるよう、前記光源と前記物体との間に配置される格子と、
投影された前記格子パターンが変化するように、前記格子を所定方向に移動させる格子移動手段と、
前記所定方向に対する前記格子の角度が変化するように、前記格子を回転させる格子回転手段と、を備え、
前記所定方向に対する前記格子の角度を第一角度とした状態において投影された前記格子パターンの位相分布である第一位相分布と、
前記所定方向に対する前記格子の角度を第二角度とした状態において投影された前記格子パターンの位相分布である第二位相分布と、
に基づいて、前記物体の表面における高さの分布を算出することを特徴とする形状測定装置。
【請求項２】
前記第一位相分布と前記第二位相分布との差である位相差分布を算出する位相差算出部と、
前記位相差分布が所定範囲において連続となるように、前記位相差分布に対して連続化処理を行う第一処理部と、
を更に備えたことを特徴とする、請求項１に記載の形状測定装置。
【請求項３】
前記連続化処理が施された後の前記位相差分布に基づいて、前記第一位相分布に対して位相接続処理を行う第二処理部を更に備えたことを特徴とする、請求項２に記載の形状測定装置。
【請求項４】
物体の表面に照射する光を発生させる光源と、
前記物体の表面に格子パターンが投影されるよう、前記光源と前記物体との間に配置される格子と、
投影された前記格子パターンが変化するように、前記格子を所定方向に移動させる格子移動手段と、
を備えた形状測定装置により、前記物体の表面形状を計測する形状測定方法であって、
前記所定方向に対する前記格子の角度が第一角度である状態において投影された前記格子パターンの位相分布である第一位相分布、を取得する第一取得工程と、
前記所定方向に対する前記格子の角度を、前記第一角度から第二角度に変更する角度変換工程と、
前記所定方向に対する前記格子の角度が第二角度である状態において投影された前記格子パターンの位相分布である第二位相分布、を取得する第二取得工程と、
前記第一位相分布と前記第二位相分布とに基づいて、前記物体の表面における高さの分布を算出する形状算出工程と、
を備えたことを特徴とする形状測定方法。
【請求項５】
前記第一位相分布と前記第二位相分布との差である位相差分布を算出する位相差算出工程と、
前記位相差分布が所定範囲において連続となるように、前記位相差分布に対して連続化処理を行う第一処理工程と、
を更に備えたことを特徴とする、請求項４に記載の形状測定方法。
【請求項６】
前記連続化処理が施された後の前記位相差分布に基づいて、前記第一位相分布に対して位相接続処理を行う第二処理工程を更に備えたことを特徴とする、請求項５に記載の形状測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体の表面に投影された格子パターンに基づいて、当該物体の表面形状を計測する形状測定装置、及び形状測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
物体の表面形状、すなわち、当該表面における高さの分布を非接触で測定するための方法の一つとして、格子パターン投影法が知られている。格子パターン投影法は、測定対象である物体の表面に格子パターンを投影し、投影された格子パターンの変形に基づいて表面形状を算出するものである。格子パターンの投影は、光源と物体との間に格子を配置し、当該格子を通じて物体の表面に光を照射することによって行われる。
【０００３】
格子パターンの変形に基づいて表面形状を算出する際には、所謂位相シフト法が用いられる。位相シフト法は、物体の表面に投影され変形した格子パターンを、格子の位置（位相）を互いに異ならせた状態で複数取得し、取得された複数の格子パターンに基づいて、変形した格子パターンの位相分布を算出するものである。当該位相分布を高さの分布に変換することにより、物体の表面形状が算出される。
【０００４】
ところで、物体表面の高さは様々な値となりうるのに対し、格子パターンの位相は−πから＋πの限られた範囲内で周期的に変化する値となる。すなわち、物体表面の高さと格子パターンの位相とは一対一に対応しない。このため、格子パターンの位相分布を高さの分布に変換すると、位相の上限（＋π）及び下限（−π）において高さが不連続に変化する、所謂「位相飛び」と称される誤変換が生じてしまう。
【０００５】
従って、上記位相飛びを伴って得られた高さ分布を本来の（滑らかに接続された）高さ分布に変換するために、所謂「位相接続」を行う必要がある。例えば、下記特許文献１には、ピッチが互いに異なる二つの格子を用いることによって二つの位相分布を算出し、これらに基づいて位相接続を行う方法が記載されている。当該方法によれば、位相飛びが生じることなく正しく算出することのできる高さの範囲を、単一の格子を用いる場合に比べて広くすることが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−０６４５９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１に記載の方法は、ピッチが互いに異なる二つの格子を用いるものであるから、用いられる形状測定装置の構成が複雑なものとなってしまう。また、二つの格子がそれぞれ有するピッチの誤差が重畳される可能性や、使用する格子を切り換えるための駆動（位置決め）において更に誤差が生じる可能性があり、これらにより精度の高い形状測定を行うことが困難となってしまう場合がある。
【０００８】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡単な装置構成でありながら、広い高さ範囲を高い精度で測定することが可能な形状測定装置、及び形状測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明に係る形状測定装置は、物体の表面に投影された格子パターンに基づいて、当該物体の表面形状を計測する形状測定装置において、物体の表面に照射する光を発生させる光源と、前記物体の表面に格子パターンが投影されるよう、前記光源と前記物体との間に配置される格子と、投影された前記格子パターンが変化するように、前記格子を所定方向に移動させる格子移動手段と、前記所定方向に対する前記格子の角度が変化するように、前記格子を回転させる格子回転手段と、を備え、前記所定方向に対する前記格子の角度を第一角度とした状態において投影された前記格子パターンの位相分布である第一位相分布と、前記所定方向に対する前記格子の角度を第二角度とした状態において投影された前記格子パターンの位相分布である第二位相分布と、に基づいて、前記物体の表面における高さの分布を算出することを特徴としている。
【００１０】
本発明に係る形状測定装置は、格子移動手段と、格子回転手段とを備えている。格子移動手段は、物体の表面に投影された格子パターンが変化するように、格子を所定方向に移動させるものである。物体の表面に投影され変形した格子パターンの位相を格子移動手段によって変化させることで、位相シフト法を用いた位相分布の算出を行うことができる。
【００１１】
格子回転手段は、上記所定方向（格子移動手段による格子の移動方向）に対する格子の角度が変化するように、格子を回転させるものである。このように格子を回転させると、格子の移動方向に沿って見た場合の格子パターンのピッチを変化させることができる。
【００１２】
本発明では、上記所定方向に対する格子の角度を第一角度とした状態において投影された格子パターンの位相分布である第一位相分布と、上記所定方向に対する格子の角度を第二角度とした状態において投影された格子パターンの位相分布である第二位相分布と、に基づいて、物体の表面における高さの分布を算出する。これら二つの位相分布は、互いに異なるピッチを有する二つの格子を用いることによりそれぞれ取得された、二つの位相分布と同視することができる。
【００１３】
このため、第一位相分布及び第二位相分布に基づいて、例えば従来と同様の算出方法による位相接続を行うことができる。一方、形状測定装置に実際に搭載される格子は一つであるから、従来に比べて装置構成を簡単なものとすることができる。また、格子を複数個用いることによる誤差の重畳を生じることなく、広い高さ範囲を高い精度で測定することが可能である。
【００１４】
また本発明に係る形状測定装置では、前記第一位相分布と前記第二位相分布との差である位相差分布を算出する位相差算出部と、前記位相差分布が所定範囲において連続となるように、前記位相差分布に対して連続化処理を行う第一処理部と、を更に備えたことも好ましい。
【００１５】
この好ましい態様では、第一位相分布と第二位相分布との差である位相差分布を算出する位相差算出部を備えている。また、当該位相差分布が所定範囲において連続となるように、位相差分布に対して連続化処理を行う第一処理部を更に備えている。
【００１６】
位相差算出部で算出される位相差分布は、物体表面の高さに対して略比例するような分布となるが、当該分布は位相飛びに起因して所々不連続な分布となる。すなわち、位相差の大きさが上記比例関係から不連続に外れるような高さが存在する。しかし、物体表面の高さに比例する位相差が−πから＋πまでとなるような範囲に限ってみれば、当該範囲における不連続分布の修正（連続化処理）は容易に行うことができる。具体的には、位相差の大きさが上記比例関係から不連続に外れ、−πから＋πまでの範囲外となるような高さにおいては、位相差に対して２πを加えるか差し引くかのいずれかにより、容易に不連続分布の修正を行うことができる。
【００１７】
第一処理部は、このような方法で連続化処理を行うものであって、位相差分布を所定範囲において連続となるように変換する。連続化処理が施された後の位相差分布は、所定範囲において物体表面の高さに対して比例する分布となる。
【００１８】
従って、当該所定範囲においては、位相差と物体表面の高さとを一対一に対応させることができる。位相差分布が−πから＋πまでとなるような物体表面の高さの範囲は、第一位相分布又は第二位相分布が−πから＋πまでとなるような物体表面の高さの範囲よりも広い。すなわち、位相飛びが生じることなく正しい高さが算出される範囲を、単一の格子を用いる場合に比べて広くすることができる。
【００１９】
また本発明に係る形状測定装置では、前記連続化処理が施された後の前記位相差分布に基づいて、前記第一位相分布に対して位相接続処理を行う第二処理部を更に備えたことも好ましい。
【００２０】
連続化処理が施された後の位相差分布に基づいて物体表面の高さ分布を算出するには、位相差と物体表面の高さとを直接対応させることにより算出することも可能である。しかし、第一位相分布と第二位相分布とから算出される位相差には、格子のピッチが設計値からばらつくことによる誤差や、格子回転手段による回転角度の誤差等、第一位相分布と第二位相分布とがそれぞれ含んでいる誤差の両方が含まれてしまう可能性がある。従って、算出される高さ分布に含まれる誤差を小さくするには、第一位相分布のみに対して位相接続処理を行い、これを高さ分布に変換することが望ましい。
【００２１】
この好ましい態様では、第一処理部によって連続化処理が施された後の位相差分布に基づいて、第一位相分布に対して位相接続処理を行う第二処理部を更に備えている。算出される高さ分布には第一位相分布の誤差のみが含まれることとなるため、誤差を小さくすることができる。
【００２２】
上記課題を解決するために、本発明に係る形状測定方法は、物体の表面に照射する光を発生させる光源と、前記物体の表面に格子パターンが投影されるよう、前記光源と前記物体との間に配置される格子と、投影された前記格子パターンが変化するように、前記格子を所定方向に移動させる格子移動手段と、を備えた形状測定装置により、前記物体の表面形状を計測する形状測定方法であって、前記所定方向に対する前記格子の角度が第一角度である状態において投影された前記格子パターンの位相分布である第一位相分布、を取得する第一取得工程と、前記所定方向に対する前記格子の角度を、前記第一角度から第二角度に変更する角度変換工程と、前記所定方向に対する前記格子の角度が第二角度である状態において投影された前記格子パターンの位相分布である第二位相分布、を取得する第二取得工程と、前記第一位相分布と前記第二位相分布とに基づいて、前記物体の表面における高さの分布を算出する形状算出工程と、を備えたことを特徴としている。
【００２３】
また本発明に係る形状測定方法では、前記第一位相分布と前記第二位相分布との差である位相差分布を算出する位相差算出工程と、前記位相差分布が所定範囲において連続となるように、前記位相差分布に対して連続化処理を行う第一処理工程と、を更に備えたことも好ましい。
【００２４】
また本発明に係る形状測定方法では、前記連続化処理が施された後の前記位相差分布に基づいて、前記第一位相分布に対して位相接続処理を行う第二処理工程を更に備えたことも好ましい。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、簡単な装置構成でありながら、広い高さ範囲を高い精度で測定することが可能な形状測定装置、及び形状測定方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施形態に係る形状計測装置の構成を模式的に示す図である。
【図２】図１に示した形状計測装置に含まれる格子の構成を模式的に示す図である。
【図３】図１に示した形状計測装置に含まれる格子駆動装置の構成を模式的に示す図である。
【図４】図１に示した形状計測装置に含まれる演算処理装置の構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の実施形態に係る形状計測方法の一例を示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施形態に係る形状計測方法の一例を示すフローチャートである。
【図７】物体表面の高さと、形状計測装置により測定された位相との関係を示すグラフである。
【図８】物体表面の高さと、算出された位相差との関係を示すグラフである。
【図９】物体表面の高さと、第一の補正が施された位相差との関係を示すグラフである。
【図１０】物体表面の高さと、第二の補正が施された位相差との関係、及び、物体表面の高さと、形状計測装置により測定された位相との関係を、重ねて示すグラフである。
【図１１】物体表面の高さと、第二の補正が施された位相差との関係、及び、物体表面の高さと、形状計測装置により測定された位相との関係を、重ねて示すグラフである。
【図１２】物体表面の高さと、位相接続された位相との関係を示すグラフである。
【図１３】第二の補正が施された位相差から、形状計測装置により測定された位相を差し引いた値の、頻度分布を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
【００２８】
図１は、本実施形態に係る形状計測装置１の構成を模式的に示す図である。形状計測装置１は、ステージ１４に載置された被測定物４の表面形状（表面Ｓの高さ分布）を測定するための装置である。具体的には、被測定物４の表面Ｓに格子パターンを投影し、投影された格子パターンの変形に基づいて表面Ｓの高さ分布を算出する装置である。図１に示したように、形状計測装置１は、光源２と、格子３と、格子駆動装置３０と、イメージセンサ６とを備えている。
【００２９】
光源２は、被測定物４の表面Ｓに照射する光を発生させるものである。光源２としては、蛍光放電管、低圧水銀灯、キセノンランプ、半導体レーザ、及び発光ダイオード（ＬＥＤ）等を用いることができる。
【００３０】
格子３は、光源２と表面Ｓとの間に配置されている。格子３は、光源２からの光の一部を透過させ、一部を遮光することにより、表面Ｓに格子パターンを投影するよう配置されている。図２は、格子３の構成を模式的に示す図である。図２に示したように、格子３は、直線状に形成された複数の透光部３Ａと、直線状に形成された遮光部３Ｂとが、平面内で交互に並ぶように配置されている。尚、当該平面を、以下では「格子面」とも称する。また、格子面において透光部３Ａと遮光部３Ｂとが交互に並ぶ方向（図２では矢印ＡＲ１で示した方向）を、以下では「周期方向」とも称する。格子３は、光源２から表面Ｓに到達する光の経路に対して、格子面が略垂直となるように配置されている。
【００３１】
透光部３Ａの幅と遮光部３Ｂの幅とは全て同一である。すなわち、格子３の格子面には、透光部３Ａと遮光部３Ｂとが、格子ピッチＰ１で周期的に並んでいる。尚、格子ピッチＰ１は、一つの透光部３Ａの幅と一つの遮光部３Ｂの幅との和に等しい。尚、図２等においては、説明のために格子ピッチＰ１を大きく描いているが、実際の格子ピッチＰ１は１００μｍ程度の微小なピッチとなっている。
【００３２】
図１に戻って説明を続ける。格子駆動装置３０は、格子３を移動及び回転させる装置である。格子駆動装置３０は、格子３を格子面に沿って周期方向に移動させることができる。また、格子駆動装置３０は、格子３を格子面に沿って回転させることができる。格子駆動装置３０の具体的な構成や、格子駆動装置３０による格子３の具体的な動きについては、後に詳しく説明する。
【００３３】
イメージセンサ６は、光源２から照射され表面Ｓで反射された光を受光するように配置されたＣＣＤ素子である。イメージセンサ６により、表面Ｓに投影され変形した格子パターン（以下、「変形格子パターン」とも称する）を取得することができる。
【００３４】
イメージセンサ６には、図４に示すように演算処理装置３００が接続されている。演算処理装置３００は、ＲＡＭ等の記憶装置やＣＰＵ等を備えたコンピュータ装置である。イメージセンサ６が取得した変形格子パターンは、光強度分布として演算処理装置３００の記録部３０１（例えばハードディスク）に記録される。尚、記録部３０１には、複数の変形格子パターン（光強度分布）を記録することができる。
【００３５】
演算処理装置３００は、記録部３０１に記録された変形格子パターンに基づいて種々の演算処理を行う。演算処理装置３００は、それぞれの演算処理を行う部分として位相算出部３０２、位相接続部３０３、高さ算出部３０４を備えている。また、演算処理装置３００は、格子駆動装置３０の動作等を制御するための制御部３０５をも備えている。尚、演算処理装置３００におけるこのような区分は概念的なものであって、位相算出部３０２等は同一のＣＰＵで実行される複数のプログラムであってもよい。位相算出部３０２等における具体的な演算方法については、後に説明する。
【００３６】
形状計測装置１は、表面Ｓに変形格子パターンを結像させるために配置された一群の光学素子である投光光学系２０と、変形格子パターンをイメージセンサ６に結像させるために配置された一群の光学素子である受光光学系２５とを備えている。
【００３７】
投光光学系２０は、照明レンズ２１と、集光レンズ２２と、開口絞り２３と、投影レンズ２４とを備えている。これらは、ケーラー照明を用いた投影光学系を構成しており、ステージ１４の載置面には光がムラ無く到達する。照明レンズ２１は、光源２の任意の１点から放射された光を平行光にするものである。格子３は、照明レンズ２１を透過して平面波となった光により照明されることとなる。
【００３８】
集光レンズ２２は、格子３を透過した光を集光するものである。集光レンズ２２により集光された光は、開口絞り２３を通って投影レンズ２４に到達する。開口絞り２３は集光レンズ２２の後焦点面に配置されている。
【００３９】
投影レンズ２４は、格子３の像を表面Ｓに結像させるために配置されたレンズであって、開口絞り２３を透過した光を平行光にして表面Ｓに入射させる。照明レンズ２１の光軸、集光レンズ２２の光軸、及び投影レンズ２４の光軸は一致しており、ステージ１４の搭置面に対して斜めとなっている。投影レンズ２４を透過した光は、ステージ１４に載置された被測定物４の表面Ｓに入射角θで入射する。集光レンズ２２、開口絞り２３、及び投影レンズ２４は、両側テレセントリックレンズを構成している。この両側テレセントリックレンズの横倍率をＭとすると、表面Ｓが平坦な場合、格子３の投影像のピッチＰ２（変形格子パターンのピッチ）は、格子ピッチＰ１のＭ／ＣＯＳθ倍となる。
【００４０】
受光光学系２５は、集光レンズ２６と、開口絞り２７と、撮像レンズ２８とを備えている。集光レンズ２６は、表面Ｓで反射された光を集光するものである。集光レンズ２６により集光された光は、開口絞り２７を通って撮像レンズ２８に到達する。開口絞り２７は集光レンズ２６の後焦点面に配置されている。
【００４１】
撮像レンズ２８は、変形格子パターンの像をイメージセンサ６に結像させるために配置されたレンズであって、開口絞り２７を透過した光を平行光にしてイメージセンサ６に入射させる。集光レンズ２６、開口絞り２７、及び撮像レンズ２８は、両側テレセントリックレンズを構成している。イメージセンサ６は、この両側テレセントリックレンズの結像点に配置されている。
【００４２】
集光レンズ２６の光軸及び撮像レンズ２８の光軸は互いに一致しており、ステージ１４の搭置面に対して斜めとなっている。これらの光軸は、表面Ｓにおいて反射角θで反射された光の経路に沿うように配置されている。すなわち、投影レンズ２４の光軸と、集光レンズ２６の光軸とは同一平面上に存在しており、ステージ１４上で交差している。
【００４３】
格子駆動装置３０の具体的な構成について、図３を参照しながら説明する。図３は、格子駆動装置３０の構成を模式的に示す図である。図３に示したように、格子駆動装置３０は、ステージ３１と、雄螺子シャフト３４と、モータ３５とを備えている。
【００４４】
ステージ３１は後述するモータ３５の駆動によって直線方向（図３において矢印ＡＲ２で示した方向）に沿って移動可能な略直方形状のステージである。ステージ３１の移動はガイド軸３６によって案内される。
【００４５】
ステージ３１の上面には格子３が固定されており、格子３はステージ３１と共に移動する。格子３は、その格子面がステージ３１の移動方向に沿うように固定されており、図３（Ａ）のようにステージ３１がモータ３５に比較的近い位置にある状態においては、格子３の周期方向がステージ３１の移動方向と一致している。ステージ３１には、内面に雌螺子加工が施された貫通孔が形成されている。当該貫通孔は、その中心軸がステージ３１の移動方向に沿っている。
【００４６】
雄螺子シャフト３４は、ステージ３１の貫通孔に挿入されたシャフトである。雄螺子シャフト３４の外側面には雄螺子加工が施されており、ステージ３１の貫通孔に形成された雌螺子と螺合している。このため、雄螺子シャフト３４がその中心軸回りに回転すると、ステージ３１は当該中心軸に沿った方向に移動する。
【００４７】
モータ３５は、雄螺子シャフト３４の一端（図３では右端）に接続された回転モータであって、雄螺子シャフト３４をその中心軸回りに回転させる。当該回転の回転速度や回転量等は演算処理装置３００の制御部３０５によって制御される。
【００４８】
ステージ３１の上面には固定支柱３２が固定されており、格子３は、当該固定支柱３２の上端近傍において回動可能な状態で固定されている。すなわち、固定支柱３２の上端近傍（符号３３）と格子３の隅部（上端近傍の隅部）とが固定されており、格子３は、当該固定部分を中心として、格子面に沿って回動可能となっている。
【００４９】
格子３の上方には上部ストッパ３８が配置されており、格子３の回動範囲を規制している。上部ストッパ３８は、雄螺子シャフト３４を挟んでモータ３５とは反対側の位置に配置された支柱３７により支えられている。図３（Ａ）に示した状態、すなわち、格子３の周期方向が雄螺子シャフト３４の中心軸と平行な状態においては、図示しないストッパによって、格子３はこれ以上時計回り方向に回動することができなくなっている。一方、図３（Ｂ）に示した状態、すなわち、図３（Ａ）の状態から格子３が反時計回りに回動し、その上端部分が上部ストッパ３８に下方から当接した状態においては、格子３はこれ以上反時計回り方向に回動することができなくなっている。
【００５０】
支柱３７と格子３との間には弦巻ばね３９が配置されている。弦巻ばね３９は、その一端が支柱３７に固定されており、他端が格子３の下端部近傍に固定されている。弦巻ばね３９は、ステージ３１の位置によってその長さを変化させ、当該長さに応じて格子３に力を加える。当該力の方向は、雄螺子シャフト３４の中心軸に沿った方向である。また、格子３のうち当該力が加えられる位置（弦巻ばね３９の他端が接続されている位置）は、格子３の回動中心（符号３３）よりも下方である。
【００５１】
図３（Ａ）のようにステージ３１がモータ３５に比較的近い位置にある状態においては、弦巻ばね３９はその自然長よりも長くなっている。従って、格子３は弦巻ばね３９によって時計回りに回動するような力を受けており、図示しないストッパに押しつけられて回動が規制された状態となっている。当該位置の近傍でステージ３１が移動しても、格子３は回動することなく、格子３の周期方向がステージ３１の移動方向と一致した状態のまま移動する。このとき、ステージ３１の移動方向に対して格子３の周期方向がなす角度は０（第一角度）である。
【００５２】
一方、図３（Ｂ）のようにステージ３１がモータ３５から比較的遠い位置にある状態においては、弦巻ばね３９はその自然長よりも短くなっている。従って、格子３は弦巻ばね３９によって反時計回りに回動するような力を受けており、上部ストッパ３８に下方から押しつけられて回動が規制された状態となっている。当該位置の近傍でステージ３１が移動しても、格子３は回動することなく、格子３の周期方向がステージ３１の移動方向に対して傾斜した状態のまま移動する。このとき、ステージ３１の移動方向に対して格子３の周期方向がなす角度はω（第二角度）である。
【００５３】
以上のように、格子駆動装置３０は、格子３を所定方向（雄螺子シャフト３４の中心軸に沿った方向）に沿って移動させることができる。このとき、格子３はその周期方向と移動方向とのなす角度が０（第一角度）の状態で移動するか、もしくはその周期方向と移動方向とのなす角度がω（第二角度）の状態で移動する。
【００５４】
尚、図３に示したのは格子駆動装置３０の構成の一例であって、他の構成としてもよいことは言うまでもない。格子駆動装置３０は、格子３をその格子面に沿って所定方向に移動させることと、格子３をその格子面に沿って所定角度だけ回動させた状態で、上記所定方向に移動させることとができればよい。例えば、格子３を移動させるためのモータと、格子３を回動させるためのモータとを、それぞれ個別に備えた構成としてもよい。
【００５５】
以上のような構成の形状計測装置１を用いて、被測定物４の表面形状（表面Ｓの高さ分布）を測定する方法について説明する。図５及び図６は、形状計測装置１を用いた形状計測方法の一例を示すフローチャートである。
【００５６】
最初のステップＳ１００では、図１に示すように、被測定物４をステージ１４の載置面上に載置する。ステージ１４は、被測定物４の位置を微調整するような駆動機構を備えていてもよい。
【００５７】
格子駆動装置３０により、格子３を所定の初期位置に移動しておく。当該初期位置においては、ステージ３１の移動方向に対して格子３の周期方向がなす角度が０（第一角度）となっている。ステップＳ１００が完了した時点においては、格子３は、その格子面に沿って且つ雄螺子シャフト３４の中心軸に沿った方向に向けて、移動することが可能な状態となっている。格子３の周期方向は、当該移動方向と一致している。以下に説明するステップＳ１０１からステップＳ１０６においては、格子３は回動することなく移動する。
【００５８】
ステップＳ１００に続くステップＳ１０１では、演算処理装置３００において、自然数をとる変数ｍに１が割り当てられる。変数ｍは、位相シフト法を行うために取得された変形格子パターンの数を記録しておくための変数である。
【００５９】
続くステップＳ１０２では、光源２を発光させた状態で、被測定物４の表面Ｓに格子パターンを投影する。表面Ｓには、その形状に応じた変形格子パターンが現れる。当該変形格子パターンは、反射光としてイメージセンサ６に入射する。
【００６０】
ステップＳ１０３では、イメージセンサ６で撮像された変形格子パターンの画像を、ＣＣＤ素子に入射した光強度分布Ｉ11（ｘ，ｙ）として記録部３０１に記録する。ｘ、ｙは、イメージセンサ６の受光面における位置を示す座標であって、表面Ｓにおける位置を示す座標と一対一で対応する。本実施形態では、格子３の移動方向に対応する方向に沿って受光面上にｘ座標軸を配置している。また、受光面上において当該ｘ座標軸と直交するようにｙ座標軸を配置している。
【００６１】
イメージセンサ６による撮像は、格子駆動装置３０により格子３を移動させながら行う。すなわち、格子３をその格子ピッチＰ１の１／２だけ一定速度で周期方向に移動させる間、それに伴って移動する変形格子パターンを連続的に撮像する。イメージセンサ６のＣＣＤ素子に対し入射する光の強度が時間積分される結果、記録部３０１に記録される光強度分布Ｉ11（ｘ，ｙ）は、以下の式（１）で示されるような余弦波状の分布となる。
【数１】
2014178233.tif 000003
【００６２】
ここで、Ａ1、Ｂ1は定数であり、Ａ1は振幅を、Ｂ1はバイアス項を示す。Ｐ２は、表面Ｓが平坦面（全ての座標において高さが等しい面）である場合における、変形格子パターンのピッチである。Ａ1の値は集光レンズ２２、投影レンズ２４、及び集光レンズ２６等のレンズ特性、並びに光源２が発する光の光強度、表面Ｓの反射率、及びイメージセンサ６の感度によって定まる。Ｂ1の値は、レンズ特性、表面Ｓの反射率、光源２が発する光の光強度、及びイメージセンサ６の感度の他に、迷光等の要因によって定まる。φ1（ｘ，ｙ）は位相分布であって、表面Ｓに投影された格子パターンが変形することに伴う、位相の変化量の分布に相当するものである。
【００６３】
ステップＳ１０３に続くステップＳ１０４では、演算処理装置３００において変数ｍの値が４以上であるか否かが判断される。変数ｍの値が４未満の場合は、位相シフト法を行うために取得された変形格子パターンの数が４に満たないということであり、ステップＳ１０５に進む。
【００６４】
この時点においては、格子３は、光強度分布Ｉ11（ｘ，ｙ）の取得開始時における位置から格子ピッチＰ１の１／２だけ移動している。ステップＳ１０５では、イメージセンサ６による光強度分布の記録を停止した状態で、格子３を更に格子ピッチＰ１の３／４だけ移動させる。尚、このような移動に替えて、格子３を格子ピッチＰ１の１／４だけ逆方向に移動させてもよい。いずれの場合であっても、表面Ｓに投影された変形格子パターンの位相は、光強度分布Ｉ11（ｘ，ｙ）の取得開始時における位相からｘ方向にπ／２だけ進んだ状態となる。
【００６５】
続くステップＳ１０６では、演算処理装置３００において変数ｍの値に１が加算され、ステップＳ１０２及びステップＳ１０３が実行される。ステップＳ１０３においては、イメージセンサ６で撮像された変形格子パターンの画像が再び記録されるが、記録開始時点における変形格子パターンの位相が上記のようにｘ方向にπ／２だけ進んでいるため、記録部３０１に記録される光強度分布Ｉ12（ｘ，ｙ）は、以下の式（２）で示されるような余弦波状の分布となる。
【数２】
2014178233.tif 000004
【００６６】
以降は、変数ｍの値が４となるまでステップＳ１０２、ステップＳ１０３、ステップＳ１０５、ステップＳ１０６が繰り返される。その結果、下記の式（３）で示される光強度分布Ｉ13（ｘ，ｙ）、及び式（４）で示される光強度分布Ｉ14（ｘ，ｙ）が記録部３０１に記録される。
【数３】
2014178233.tif 000005
【数４】
2014178233.tif 000006
【００６７】
ステップＳ１０４で変数ｍの値が４の場合は、位相シフト法を行うために必要な４つの光強度分布Ｉ11（ｘ，ｙ）、Ｉ12（ｘ，ｙ）、Ｉ13（ｘ，ｙ）、Ｉ14（ｘ，ｙ）が全て取得されたということであり、ステップＳ２００に進む。
【００６８】
ステップＳ２００では、格子駆動装置３０による格子３の回動が行われる。格子駆動装置３０は、ステージ３１をモータ３５から遠ざかる方向に移動させることにより、格子３を上部ストッパ３８に下方から押しつけた状態とする。図３を参照しながら説明したように、このとき、ステージ３１の移動方向に対して格子３の周期方向がなす角度は、第二角度ωとなっている。ステップＳ２００が完了した時点においては、格子３は、その格子面に沿って且つ雄螺子シャフト３４の中心軸に沿った方向に向けて、移動することが可能な状態となっている。格子３の周期方向は、当該移動方向に対して第二角度ωで傾斜している。
【００６９】
以下に説明するステップＳ２０１からステップＳ２０６においては、格子３は回動することなく移動する。すなわち、格子３は図３（Ｂ）に示した状態から更にモータ３５から遠ざかる方向に移動するため、格子３の周期方向は、当該移動方向に対して常に第二角度ωで傾斜した状態で維持される。
【００７０】
ステップＳ２００に続くステップＳ２０１では、演算処理装置３００において、自然数をとる変数ｋに１が割り当てられる。変数ｋは、位相シフト法を行うために取得された変形格子パターンの数を記録しておくための変数である。
【００７１】
続くステップＳ２０２では、光源２を発光させた状態で、被測定物４の表面Ｓに格子パターンを投影する。表面Ｓには、その形状に応じた変形格子パターンが現れる。当該変形格子パターンは、反射光としてイメージセンサ６に入射する。
【００７２】
ここで、仮に表面Ｓが平坦であるとすれば、表面Ｓに投影される格子パターンの実際のピッチはＰ２となる。しかし、ステップＳ２００で格子３が回動したことに伴って、表面Ｓに投影された格子パターンも第二角度ωだけ回動した状態となっていることに鑑みれば、格子パターンの移動方向に沿って見た場合のピッチ（高さ計測に関わる有効ピッチということもできる）をＰ２／ｃｏｓωとみることができる。
【００７３】
ステップＳ２０３では、ステップＳ２０１の場合と同様に、イメージセンサ６で撮像された変形格子パターンの画像を、ＣＣＤ素子に入射した光強度分布Ｉ21（ｘ，ｙ）として記録部３０１に記録する。
【００７４】
イメージセンサ６による撮像は、格子駆動装置３０により格子３を移動させながら行う。すなわち、格子３をＰ１／ｃｏｓωの１／２だけ一定速度で移動させる間、それに伴って移動する変形格子パターンを連続的に撮像する。イメージセンサ６のＣＣＤ素子に対し入射する光の強度が時間積分される結果、記録部３０１に記録される光強度分布Ｉ21（ｘ，ｙ）は、以下の式（５）で示されるような余弦波状の分布となる。
【数５】
2014178233.tif 000007
【００７５】
φ1（ｘ，ｙ）と同様に、φ2（ｘ，ｙ）は位相分布であって、表面Ｓに投影された格子パターンが変形することに伴う、位相の変化量の分布に相当するものである。
【００７６】
ステップＳ２０３に続くステップＳ２０４では、演算処理装置３００において変数ｋの値が４以上であるか否かが判断される。変数ｋの値が４未満の場合は、位相シフト法を行うために取得された変形格子パターンの数が４に満たないということであり、ステップＳ２０５に進む。
【００７７】
この時点においては、格子３は、光強度分布Ｉ21（ｘ，ｙ）の取得開始時における位置からＰ１／ｃｏｓωの１／２だけ移動している。ステップＳ２０５では、イメージセンサ６による光強度分布の記録を停止した状態で、格子３を更にＰ１／ｃｏｓωの３／４だけ移動させる。尚、このような移動に替えて、格子３をＰ１／ｃｏｓωの１／４だけ逆方向に移動させてもよい。いずれの場合であっても、表面Ｓに投影された変形格子パターンの位相は、光強度分布Ｉ21（ｘ，ｙ）の取得開始時における位相からｘ方向にπ／２だけ進んだ状態となる。
【００７８】
続くステップＳ２０６では、演算処理装置３００において変数ｋの値に１が加算され、ステップＳ２０２及びステップＳ２０３が実行される。ステップＳ２０３においては、イメージセンサ６で撮像された変形格子パターンの画像が再び記録されるが、記録開始時点における変形格子パターンの位相が上記のようにｘ方向にπ／２だけ進んでいるため、記録部３０１に記録される光強度分布Ｉ22（ｘ，ｙ）は、以下の式（６）で示されるような余弦波状の分布となる。
【数６】
2014178233.tif 000008
【００７９】
以降は、変数ｋの値が４となるまでステップＳ２０２、ステップＳ２０３、ステップＳ２０５、ステップＳ２０６が繰り返される。その結果、下記の式（７）で示される光強度分布Ｉ23（ｘ，ｙ）、及び式（８）で示される光強度分布Ｉ24（ｘ，ｙ）が記録部３０１に記録される。
【数７】
2014178233.tif 000009
【数８】
2014178233.tif 000010
【００８０】
ステップＳ２０４で変数ｋの値が４の場合は、位相シフト法を行うために必要な４つの光強度分布Ｉ21（ｘ，ｙ）、Ｉ22（ｘ，ｙ）、Ｉ23（ｘ，ｙ）、Ｉ24（ｘ，ｙ）が全て取得されたということであり、図６のステップＳ３０１に進む。
【００８１】
ステップＳ３０１では、記録部３０１に記録された複数の光強度分布のうち、光強度分布Ｉ11（ｘ，ｙ）、Ｉ12（ｘ，ｙ）、Ｉ13（ｘ，ｙ）、Ｉ14（ｘ，ｙ）が読み出される。位相算出部３０２では、下記の式（９）によって位相分布（第一位相分布）φ11（ｘ，ｙ）が算出される。
【数９】
2014178233.tif 000011
【００８２】
位相分布φ11（ｘ，ｙ）で表わされる各点の位相φ11は、それぞれが−πから＋πの範囲となっている。すなわち、表面Ｓの任意の点における高さは様々な値となりうるのに対し、当該高さに対応する位相φ11は−πから＋πの限られた範囲内で周期的に変化する値となる。
【００８３】
図７は、座標（０，０）に対応する点における、表面Ｓの高さと位相φ11との関係を示すグラフである。図７に示したように、表面Ｓの高さが増加すると、位相φ11はπまで増加した直後、−πに不連続に折り返されることとなる。位相φ11の一周期（−πから＋πまで）に相当する表面Ｓの高さ範囲Δｈ1は、下記の式（１０）で表わされる。
【数１０】
2014178233.tif 000012
【００８４】
表面Ｓの高さが上記のような高さ範囲Δｈ1に収まるのであれば、高さと位相φ11とは一対一に対応する。従って、この場合には位相φ11に基づいて表面Ｓの高さを正確に求めることができる。表面Ｓの高さ分布Ｈ（ｘ、ｙ）を算出するには、先ず、下記の式（１１）によって位相分布φ1（ｘ，ｙ）を算出する。算出された位相分布φ1（ｘ，ｙ）は、記録部３０１に記録される。尚、式（１１）におけるＮは、各座標（ｘ，ｙ）について、位相分布φ1（ｘ，ｙ）の値の絶対値が２πを超えないように適宜設定される整数である。
【数１１】
2014178233.tif 000013
【００８５】
ステップＳ３０１に続くステップＳ３０２では、記録部３０１に記録された複数の光強度分布のうち、光強度分布Ｉ21（ｘ，ｙ）、Ｉ22（ｘ，ｙ）、Ｉ23（ｘ，ｙ）、Ｉ24（ｘ，ｙ）が読み出される。位相算出部３０２では、下記の式（１２）によって位相分布（第二位相分布）φ2（ｘ，ｙ）が算出される。
【数１２】
2014178233.tif 000014
【００８６】
位相φ11の場合と同様に、位相分布φ21（ｘ，ｙ）で表わされる各点の位相φ21は、それぞれが−πから＋πの範囲となっている。すなわち、表面Ｓの任意の点における高さは様々な値となりうるのに対し、当該高さに対応する位相φ21は−πから＋πの限られた範囲内で周期的に変化する値となる。図７に示したように、座標（０，０）に対応する点における表面Ｓの任意の点における高さが増加すると、位相φ21はπまで増加した直後、−πに不連続に折り返されることとなる。位相φ21の一周期（−πから＋πまで）に相当する表面Ｓの高さ範囲Δｈ2は、下記の式（１３）で表わされる。式（１３）で明らかなように、高さ範囲Δｈ2は高さ範囲Δｈ1よりも僅かに大きな値となる。
【数１３】
2014178233.tif 000015
【００８７】
φ1の場合と同様に、下記の式（１４）によって位相分布φ2（ｘ，ｙ）を算出する。算出された位相分布φ2（ｘ，ｙ）は、記録部３０１に記録される。尚、式（１４）におけるＮは、各座標（ｘ，ｙ）について、位相分布φ2（ｘ，ｙ）の値の絶対値が２πを超えないように適宜設定される整数である。
【数１４】
2014178233.tif 000016
【００８８】
ステップＳ３０２に続くステップＳ３０３では、記録部３０１に記録された位相分布φ1（ｘ，ｙ）及び位相分布φ2（ｘ，ｙ）が読み出される。位相接続部３０３では、下記の式（１５）によって、位相分布φ1（ｘ，ｙ）と位相分布φ2（ｘ，ｙ）との差として位相差分布φD（ｘ，ｙ）が算出される。位相差分布φD（ｘ，ｙ）とは、任意の点（ｘ，ｙ）における位相φ1と位相φ2との差（位相差）を示すものである。
【数１５】
2014178233.tif 000017
【００８９】
図８は、表面Ｓの高さと位相差φDとの関係を示すグラフである。図８に示したように、位相差φDも、表面Ｓの高さに対して不連続となっている。そこで、ステップＳ３０４では、位相差φDに対して第一の補正（連続化処理）を施し、所定の範囲において連続なものとなるように位相差φDを変換する。
【００９０】
具体的には、位相接続部３０３において、位相差φDの値が−πより小さい場合には当該値に２πを加算する。また、位相差φDの値がπより大きい場合には当該値から２πを減算する。このような加減算を行うことによって、位相差分布φD（ｘ，ｙ）を位相差分布φCD1（ｘ，ｙ）に変換する。
【数１６】
2014178233.tif 000018
【数１７】
2014178233.tif 000019
【００９１】
図９は、表面Ｓの高さと位相差φCD1との関係を示すグラフである。図９に示したように、位相差φCD1は、表面Ｓの高さに対して所定範囲（位相差φCD1が−πから＋πまでの範囲）において連続となっている。また、位相φCD1の一周期（−πから＋πまで）に相当する表面Ｓの高さ範囲Δｈ12は、高さ範囲Δｈ1及び範囲Δｈ2を用いて下記の式（１８）で表わされる。
【数１８】
2014178233.tif 000020
【００９２】
位相接続部３０３においては更に、位相差φCD1に対して第二の補正を施し、表面Ｓの高さに対する傾きが位相φ1の傾き（図７）と等しくなるよう、位相差φCD1を変換する（ステップＳ３０５）。具体的には、位相差φCD1の値に（Δｈ12／Δｈ1）を掛けることによって、位相差分布φCD1（ｘ，ｙ）を位相差分布φCD2（ｘ，ｙ）に変換する。
【数１９】
2014178233.tif 000021
【００９３】
図１０は、Δｈ12／Δｈ1の値が４である場合の、表面Ｓの高さと位相差φCD1との関係を示すグラフである。同図には、表面Ｓの高さと位相φ1との関係を重ねて示している。図１０に示したように、位相差φCD2が取り得る値の範囲は−４πから４πの範囲となっており、この範囲で連続となっている。また、−πからπの範囲においては、位相差分布φCD2（ｘ，ｙ）と位相分布φ1（ｘ，ｙ）とが略一致している。
【００９４】
位相接続部３０３においては更に、イメージセンサ６の受光面における座標毎（表面Ｓにおける座標毎）に、位相差φCD2と位相φ1との差を算出し、これを２πで除した値に最も近い整数ｎを算出する。
【数２０】
2014178233.tif 000022
【００９５】
尚、式（２０）の右辺は理論的には必ず整数となるはずであるが、計測誤差によって整数とはならない場合がある。このため、右辺を四捨五入することによって、右辺の値に最も近い整数ｎを算出する。このように算出される整数ｎが、位相飛びの次数を示す値となる（ステップＳ３０６）。
【００９６】
図１１は、表面Ｓの高さと、位相差φCD2と位相φ1との差との関係を、図１０のグラフに重ねて示したグラフである。図１１のように、位相差φCD2と位相φ1との差は階段状のグラフとなっており、その段数が上記整数ｎに該当する。
【００９７】
続くステップＳ３０７において、位相接続部３０３は、イメージセンサ６の受光面における総ての座標に対し、整数ｎを用いて位相φ1を位相接続する。具体的には、各座標において、位相φ1に対して２ｎπを加算することで、位相接続後の位相φ1Cを算出する。
【数２１】
2014178233.tif 000023
【００９８】
図１２は、表面Ｓの高さと位相差φ1Cとの関係を示すグラフである。図１２に示したように、位相差φ1Cは、表面Ｓの高さに対して広い範囲（位相差φ1Cが−４πから＋４πまでの範囲）において連続となっている。また、位相差φ1Cの一周期（−４πから＋４πまで）に相当する表面Ｓの高さ範囲Δｈ12は、位相φ1の一周期（−πから＋πまで）に相当する表面Ｓの高さ範囲Δｈ1よりも広い。
【００９９】
ステップＳ３０７に続くステップＳ３０８において、高さ算出部３０４は、位相接続後の位相φ1Cの分布、すなわち位相分布φ1C（ｘ，ｙ）に基づいて、表面Ｓの高さ分布Ｈ（ｘ、ｙ）を算出する。高さがΔｈ1の時に位相φ1が２πとなることに鑑みれば、高さ分布Ｈ（ｘ、ｙ）は下記の式（２２）により算出される。
【数２２】
2014178233.tif 000024
【０１００】
以上のように、本実施形態に係る形状計測装置１では、ステージ３１の移動方向に対する格子３の角度を０（第一角度）とした状態において投影された格子パターンの位相分布φ1（ｘ，ｙ）（第一位相分布）と、同方向に対する格子３の角度をω（第二角度）とした状態において投影された格子パターンの位相分布φ2（ｘ，ｙ）（第二位相分布）と、に基づいて、被測定物４の表面Ｓにおける高さの分布を算出する。これら二つの位相分布は、互いに異なるピッチを有する二つの格子を用いることによりそれぞれ取得された、二つの位相分布と同視することができる。
【０１０１】
このため、位相分布φ1（ｘ，ｙ）及び位相分布φ2（ｘ，ｙ）に基づいて位相接続を行い、表面Ｓの高さ分布Ｈ（ｘ、ｙ）を算出する。一方、形状測定装置に実際に搭載される格子３は一つであるから、従来に比べて装置構成を簡単なものとなっている。
【０１０２】
また、形状計測装置１では、位相接続部３０３において、位相分布φ1（ｘ，ｙ）と位相分布φ2（ｘ，ｙ）との差である位相差分布φD（ｘ，ｙ）を算出する。更に、位相接続部３０３においては、位相差分布φD（ｘ，ｙ）が所定範囲において連続となるように、位相差分布φD（ｘ，ｙ）に対して第一の補正（連続化処理）を施している。連続化処理が施された後の位相差分布φCD1（ｘ，ｙ）は、所定範囲において物体表面の高さに対して比例する分布となる。
【０１０３】
従って、当該所定範囲においては、位相差φCD1と表面Ｓの高さとを一対一に対応させることができる。位相差分布φCD1（ｘ，ｙ）が−πから＋πまでとなるような表面Ｓの高さの範囲（Δｈ12）は、位相分布φ1（ｘ，ｙ）又は位相分布φ2（ｘ，ｙ）が−πから＋πまでとなるような表面Ｓの高さの範囲（Δｈ1、Δｈ2）よりも広い。すなわち、位相飛びが生じることなく正しい高さが算出される範囲を、単一の格子を用いる場合に比べて広くしている。
【０１０４】
また、形状計測装置１では、第一の補正（連続化処理）が施された位相差分布φCD1（ｘ，ｙ）に基づいて、位相接続部３０３において、位相分布φ1（ｘ，ｙ）に対して位相接続処理を行う。具体的には、位相差分布φCD1（ｘ，ｙ）に対し第二の補正を施して得られた位相差分布φCD2（ｘ，ｙ）に基づいて、位相飛びの次数を示す整数ｎを算出し、当該整数ｎを用いて位相接続を行う。
【０１０５】
ここで、位相差分布φCD2（ｘ，ｙ）に基づいて表面Ｓの高さ分布を算出するには、位相差φCD2と表面Ｓの高さとを直接対応させることにより算出することも可能である。しかし、位相分布φ1（ｘ，ｙ）と位相分布φ2（ｘ，ｙ）とから算出される位相差φCD2には、格子ピッチＰ１が設計値からばらつくことによる誤差や、格子駆動装置３０による回転角度の誤差等、位相分布φ1（ｘ，ｙ）と位相分布φ2（ｘ，ｙ）とがそれぞれ含んでいる誤差の両方が含まれてしまう可能性がある。
【０１０６】
そこで、本実施態様では、位相差分布φCD2（ｘ，ｙ）に基づいて表面Ｓの高さを直接算出するのではなく、位相分布φ1（ｘ，ｙ）に対して位相接続処理を行い、これに基づいて表面Ｓの高さを算出している。算出される高さ分布Ｈ（ｘ、ｙ）には位相分布φ1（ｘ，ｙ）の誤差のみが含まれることとなるため、誤差を小さくすることができる。
【０１０７】
尚、本実施形態においては、図１０に示したように、表面Ｓの高さが０の時における位相φ1と位相φ2とが、いずれも０で一致するものとして説明した。しかしながら、実際の測定においては、格子駆動装置３０による格子３の位置決め精度が悪い等の理由によって、表面Ｓの高さが０の時における位相φ1又は位相φ2が０からずれてしまう場合も生じ得る。すなわち、位相φ1と位相φ2との初期位相がずれてしまう場合が生じ得る。
【０１０８】
このような初期位相のずれを補正するには、位相差φCD2から位相φ1を差し引いた値の分布を算出し、最も高い頻度で現れる値が２ｎπからどの程度ずれるかを調べればよい。
【０１０９】
図１３は、位相差φCD2から位相φ1を差し引いた値の頻度分布を示すグラフである。位相φ1と位相φ2との初期位相にずれが無い場合には、図１３（Ａ）に示したように、２ｎπを中心とする分布となる。一方、位相φ1と位相φ2との初期位相がずれてしまった場合には、図１３（Ｂ）に示したように、分布の中心は２ｎπからずれた値となる。
【０１１０】
そこで、イメージセンサ６の受光面における全ての座標について、位相φ2から上記ずれ量を差し引くことにより、初期位相のずれを補正することができる。図１３（Ｂ）に示した例においては、全ての位相φ2からπ／２を差し引けばよい。
【０１１１】
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。すなわち、これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、前述した各具体例が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、前述した各実施の形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【０１１２】
１：形状計測装置
２：光源
３：格子
３Ａ：透光部
３Ｂ：遮光部
４：被測定物
６：イメージセンサ
１４：ステージ
２０：投光光学系
２１：照明レンズ
２２：集光レンズ
２４：投影レンズ
２５：受光光学系
２６：集光レンズ
２８：撮像レンズ
３０：格子駆動装置
３１：ステージ
３２：固定支柱
３４：雄螺子シャフト
３５：モータ
３６：ガイド軸
３７：支柱
３８：上部ストッパ
３００：演算処理装置
３０１：記録部
３０２：位相算出部
３０３：位相接続部
３０４：高さ算出部
３０５：制御部
Ｓ：表面
【図１】
2014178233.tif 000025
【図２】
2014178233.tif 000026
【図３】
2014178233.tif 000027
【図４】
2014178233.tif 000028
【図５】
2014178233.tif 000029
【図６】
2014178233.tif 000030
【図７】
2014178233.tif 000031
【図８】
2014178233.tif 000032
【図９】
2014178233.tif 000033
【図１０】
2014178233.tif 000034
【図１１】
2014178233.tif 000035
【図１２】
2014178233.tif 000036
【図１３】
2014178233.tif 000037