(57)【要約】      （修正有）【課題】測定対象の物体の少なくとも一部に関する形状、寸法、凹凸分布、表面粗さ、及び測定対象面上の点の位置（座標）、の少なくとも１つを示す情報を高精度に取得できる形状測定装置を提供する。【解決手段】形状測定装置は、入射する光束Ｌ１を偏向する回折光学部材２５と、回折光学部材２５で偏向した光束が投影された測定領域を撮像する撮像部１８と、撮像部の撮像の結果に基づいて、測定対象の形状情報を取得する形状情報取得部１２と、を備える。【選択図】図２
2014115144.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射する光束を偏向する回折光学部材と、
前記回折光学部材で偏向した光束が投影された測定領域を撮像する撮像部と、
前記撮像部の撮像の結果に基づいて、測定対象の形状情報を取得する形状情報取得部と、を備える形状測定装置。
【請求項２】
前記回折光学部材は、同心円状の繰り返し構造を有している
請求項１に記載の形状測定装置。
【請求項３】
前記繰り返し構造は、そのピッチが実質的に同じである
請求項２に記載の形状測定装置。
【請求項４】
前記撮像部は、
撮像素子と、
前記光束が投影された測定領域の像を前記撮像素子に形成する結像光学系とを有する
請求項１〜３のいずれか一項に記載の形状測定装置。
【請求項５】
前記結像光学系は、前記回折光学部材に入射する前記光束が通過するように配置されている請求項４に記載の形状測定装置。
【請求項６】
前記結像光学系は、光源からの光束を前記回折光学部材に入射する光束として、前記回折光学部材に導くように構成されている請求項４に記載の形状測定装置。
【請求項７】
前記回折光学部材は、前記結像光学系の光軸に関して回転対称な構造を有する
請求項４に記載の形状測定装置。
【請求項８】
前記回折光学部材は、前記結像光学系の光軸に直交する方向に前記構造が繰り返し配置されている
請求項７に記載の形状測定装置。
【請求項９】
前記回折光学部材は、前記光束を反射回折するように反射面を有し、前記反射面に繰り返し構造が配置されている
請求項４〜８のいずれか一項に記載の形状測定装置。
【請求項１０】
前記結像光学系の光軸を含む面における前記回折光学部材の断面は、矩形状の凹凸を含む
請求項４〜９のいずれか一項に記載の形状測定装置。
【請求項１１】
前記結像光学系の光軸を含む面における前記回折光学部材の断面は、三角形状の凹凸を含む
請求項４〜９のいずれか一項に記載の形状測定装置。
【請求項１２】
前記回折光学部材から出射した前記光束が前記結像光学系の物体面に沿って伝播するように、該光束を偏向する偏向部材を備える
請求項４〜１１のいずれか一項に記載の形状測定装置。
【請求項１３】
前記偏向部材は、前記結像光学系の光軸に関して回転対称な反射面を有する
請求項１２に記載の形状測定装置。
【請求項１４】
前記光束を射出する光源は、前記結像光学系の物体面と共役な位置に配置されている
請求項４〜１３のいずれか一項に記載の形状測定装置。
【請求項１５】
前記光源は、前記光束としてレーザー光を射出する
請求項１４に記載の形状測定装置。
【請求項１６】
前記光源から前記結像光学系までの光路長は、前記結像光学系から前記撮像素子までの光路長よりも短い
請求項１４又は１５に記載の形状測定装置。
【請求項１７】
光源からの光束が到達するまでの伝播経路に対して前記光束を前記伝播経路の方向とは異なる偏向する回折光学部材と、
前記回折光学部材で偏向した光束が投影された測定領域を撮像する撮像部と、
を備える光学装置。
【請求項１８】
前記回折光学部材は、同心円状の繰り返し構造を有する請求項１７に記載の光学装置。
【請求項１９】
前記回折光学部材の繰り返し構造は、そのピッチが実質的に同じである
請求項１８に記載の光学装置。
【請求項２０】
前記撮像部は、撮像素子と、前記伝播経路上に光軸が設定され、前記光束が投影された測定領域の像を前記撮像素子に形成する結像光学系と、を備える
請求項１７〜１９のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項２１】
前記回折光学部材は、前記結像光学系の光軸に関して回転対称な構造を有する
請求項２０に記載の光学装置。
【請求項２２】
前記回折光学部材は、前記結像光学系の光軸に直交する方向に前記構造が繰り返し配置されている
請求項２１に記載の光学装置。
【請求項２３】
前記回折光学部材は、前記光束を反射回折するように反射面を有し、前記反射面に繰り返し構造が配置されている
請求項２０〜２２のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項２４】
前記結像光学系の光軸を含む面における前記回折光学部材の断面は、矩形状の凹凸を含む
請求項２２に記載の光学装置。
【請求項２５】
前記結像光学系の光軸を含む面における前記回折光学部材の断面は、三角形状の凹凸を含む
請求項２２に記載の光学装置。
【請求項２６】
前記回折光学部材から出射した前記光束が前記結像光学系の物体面に沿って伝播するように、該光束を偏向する偏向部材を備える
請求項２０〜２５のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項２７】
前記偏向部材は、前記結像光学系の光軸に関して回転対称な反射面を有する
請求項２６に記載の光学装置。
【請求項２８】
前記光束を射出する光源は、前記結像光学系の物体面と共役な位置に配置されている
請求項２０〜２６のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項２９】
前記光源は、前記光束としてレーザー光を射出する
請求項２８に記載の光学装置。
【請求項３０】
前記光源から前記結像光学系までの光路長は、前記結像光学系から前記撮像素子までの光路長よりも短い
請求項２８又は２９に記載の光学装置。
【請求項３１】
光束の各位置の光量を複数の方向に分割して輪帯状のラインパターンにする光学部材を含み、前記ラインパターンを測定対象に投影する投影部と、
前記投影部により投影されたパターンを撮像する撮像部と、を備える光学装置。
【請求項３２】
伝播経路に光束を伝播させることと、
前記伝播経路を伝播した前記光束が入射する位置に、前記光束を偏向する回折光学部材を配置することと、
前記回折光学部材で偏向した前記光束の強度分布を測定することと、
前記測定の結果に基づいて、前記強度分布が対称性を有するように、前記伝播経路と前記回折光学部材との相対位置を調整することと、を含む形状測定装置の製造方法。
【請求項３３】
構造物の形状に関する設計情報に基づいて前記構造物を成形する成形装置と、
前記成形装置によって成形された前記構造物の形状を測定する請求項１〜１６のいずれか一項に記載の形状測定装置と、
前記形状測定装置によって測定された前記構造物の形状を示す形状情報と前記設計情報とを比較する制御装置と、を備える構造物製造システム。
【請求項３４】
構造物の形状に関する設計情報に基づいて、前記構造物を成形することと、
前記成形された前記構造物の形状を請求項１〜１６のいずれか一項に記載の形状測定装置によって測定することと、
前記形状測定装置によって測定された前記構造物の形状を示す形状情報と前記設計情報とを比較することと、を含む構造物製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、形状測定装置、光学装置、形状測定装置の製造方法、構造物製造システム、及び構造物製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
被検物の形状を光学的に測定可能な形状測定装置は、例えば穴や溝等の凹部の形状の測定に用いられることがある（例えば、特許文献１参照）。このような形状測定装置は、被検物の表面を照明光で照明しながら撮影し、撮影の結果に基づいて被検物の形状情報を取得する。特許文献１において、光源から出射した照明光は、プローブの内部を通って円錐形状の反射面の先端部で反射し、円錐形状の回転軸に関する放射方向に伝播して、被検物の表面を照明する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第５８９５９２７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、形状測定装置は、照明光の照明領域において所望の光強度分布が得られないことがあり、結果として十分な測定精度が得られないことがある。本発明は、上記の事情に鑑み成されたものであって、形状測定の精度を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１の態様に従えば、入射する光束を偏向する回折光学部材と、前記回折光学部材で偏向した光束が投影された測定領域を撮像する撮像部と、前記撮像部の撮像の結果に基づいて、測定対象の形状情報を取得する形状情報取得部と、を備える形状測定装置が提供される。
【０００６】
本発明の第２の態様に従えば、光源からの光束が到達するまでの伝播経路に対して前記光束を前記伝播経路の方向とは異なる偏向する回折光学部材と、前記回折光学部材で偏向した光束が投影された測定領域を撮像する撮像部と、を備える光学装置が提供される。
【０００７】
本発明の第３の態様に従えば、光束の各位置の光量を複数の方向に分割して輪帯状のラインパターンにする光学部材を含み、前記ラインパターンを測定対象に投影する投影部と、前記投影部により投影されたパターンを撮像する撮像部と、を備える光学装置が提供される。
【０００８】
本発明の第４の態様に従えば、伝播経路に光束を伝播させることと、前記伝播経路を伝播した前記光束が入射する位置に、前記光束を偏向する回折光学部材を配置することと、前記回折光学部材で偏向した前記光束の強度分布を測定することと、前記測定の結果に基づいて、前記強度分布が対称性を有するように、前記伝播経路と前記回折光学部材との相対位置を調整することと、を含む形状測定装置の製造方法が提供される。
【０００９】
本発明の第５の態様に従えば、構造物の形状に関する設計情報に基づいて前記構造物を成形する成形装置と、前記成形装置によって成形された前記構造物の形状を測定する第１の態様の形状測定装置と、前記形状測定装置によって測定された前記構造物の形状を示す形状情報と前記設計情報とを比較する制御装置と、を備える構造物製造システムが提供される。
【００１０】
本発明の第６の態様に従えば、構造物の形状に関する設計情報に基づいて、前記構造物を成形することと、前記成形された前記構造物の形状を第１の態様の形状測定装置によって測定することと、前記形状測定装置によって測定された前記構造物の形状を示す形状情報と前記設計情報とを比較することと、を含む構造物製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の態様によれば、形状測定の精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態の形状測定装置の外観を示す図である。
【図２】本実施形態の形状測定装置の概略構成を示す図である。
【図３】本実施形態の形状測定装置の照明光束の光路を示す図である。
【図４】本実施形態の回折光学部材の第１例を示す図である。
【図５】本実施形態の形状測定装置による照明方法を示す図である。
【図６】光強度分布の一例を示す図である。
【図７】本実施形態の偏向部材の変形例を示す図である。
【図８】撮像画像の例を示す概念図である。
【図９】形状情報取得部による表面の検出方法を説明するための図である。
【図１０】本実施形態の形状測定装置の製造方法の一例を概略して示す図である。
【図１１】本実施形態の形状測定装置の製造方法の他の例を概略して示す図である。
【図１２】本実施形態の回折光学部材の第２例を示す図である。
【図１３】本実施形態の回折光学部材の第３例を示す図である。
【図１４】本実施形態による構造物製造システムの構成を示すブロック図である。
【図１５】本実施形態による構造物製造方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本実施形態について説明する。以下の説明においては、ＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部の位置関係について説明する。Ｚ軸方向は、例えば鉛直方向に設定され、Ｘ軸方向及びＹ軸方向は、例えば、水平方向に平行で互いに直交する方向に設定される。また、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸まわりの回転（傾斜）方向をそれぞれ、θＸ、θＹ、及びθＺ方向とする。
【００１４】
図１は、本実施形態の形状測定装置１の外観を示す図である。図２は、本実施形態の形状測定装置１の概略構成を示す図である。形状測定装置１は、例えば光切断法を利用して、測定対象の物体Ｍの三次元的な形状を測定できる。
【００１５】
形状測定装置１は、走査装置２、光学プローブ３、及び制御装置４を備える。形状測定装置１は、走査装置２が物体Ｍを保持し、走査装置２に保持されている物体Ｍを光学プローブ３が撮像する。走査装置２は、光学プローブ３による撮像範囲（視野）が物体Ｍ上を走査するように、物体Ｍと光学プローブ３とを相対的に移動する。制御装置４は、形状測定装置１の各部を制御するとともに、光学プローブ３による撮像結果に基づいて物体Ｍの形状情報を取得する。
【００１６】
本実施形態において、形状情報は、測定対象の物体Ｍの少なくとも一部に関する形状、寸法、凹凸分布、表面粗さ、及び測定対象面上の点の位置（座標）、の少なくとも１つを示す情報を含む。形状測定装置１は、例えば、測定対象の物体Ｍの穴Ｍａ（孔部）に関する形状情報を取得できる。
【００１７】
走査装置２は、例えば測定対象の物体Ｍを保持可能なステージ装置である。走査装置２は、物体Ｍを保持する第１保持部７と、光学プローブ３を保持する第２保持部８とを備える。走査装置２は、物体Ｍを保持した第１保持部７に対して、光学プローブ３を保持した第２保持部８を相対的に移動させることができる。走査装置２により走査できる方向は、上述のＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向にとなる。なお、第２保持部８は、図１に示すＸ方向と平行な回動軸とＹ方向と平行な回動軸を有しており、光学プローブ３を図１の姿勢に対して任意の方向に傾斜できるようになっている。
【００１８】
本実施形態の第１保持部７は、物体Ｍを保持してθＺ方向に回転可能である。なお、θＺ方向とは、図１に示すＺ方向と平行な回転軸を中心にＸＹ平面内で回転する回転方向を示す。測定対象の物体Ｍは、穴Ｍａの内側の測定時に、例えば穴Ｍａの開口を＋Ｚ側に向けて第１保持部７に保持される。本実施形態において、穴が物体を貫通している場合に、穴の深さ方向（延在方向）は、穴の内側に沿って穴の一方の開口と他方の開口とを結ぶ方向とする。また、穴Ｍａが物体Ｍを貫通していない場合に、穴の深さ方向は、穴の内側に沿って穴の開口と底部とを結ぶ方向とする。例えば、物体Ｍの穴Ｍａの深さ方向は、物体Ｍが穴Ｍａの開口を＋Ｚ側（上方）に向けて第１保持部７に保持されている場合に、Ｚ軸方向とほぼ平行である。
【００１９】
本実施形態の第２保持部８は、第１保持部７に対して＋Ｚ側（上方）に配置されている。第２保持部８は、光学プローブ３の長手方向とＺ軸方向がほぼ一致するように取り付けられている。第２保持部８は、光学プローブ３を保持してＸ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向の各方向に移動可能である。穴Ｍａの測定時に、第２保持部８がＺ軸方向に移動すると、光学プローブ３は、物体Ｍに形成された穴Ｍａの延在方向に対して進退移動する。走査装置２は、第２保持部８に保持されている光学プローブ３の少なくとも一部が第１保持部に保持されている物体Ｍの穴Ｍａに挿入されるように、第２保持部８を移動できる。
【００２０】
走査装置２は、図２に示すように、駆動部１０及び位置情報取得部１１を備える。駆動部１０は、電動モータ等のアクチュエータを含み、第１保持部７及び第２保持部８を駆動する。位置情報取得部１１は、例えばエンコーダ等の位置計測用のセンサーを含み、光学プローブ３の位置情報を取得する。
【００２１】
本実施形態において、制御装置４は、形状測定装置１の各部を制御する。例えば、制御装置４は、走査装置２の駆動部１０を制御して、光学プローブ３と物体Ｍの相対位置及び光学プローブ３の姿勢を制御する。また、制御装置４は、光学プローブ３内部にある、例えば、後述する撮像素子１８の駆動回路等を制御して、物体Ｍ上の測定領域（穴Ｍａの内面）を光学プローブ３に撮像させる。
【００２２】
また、制御装置４は、測定対象の形状情報を取得する形状情報取得部１２を備える。形状情報取得部１２は、光学プローブ３の位置情報を走査装置２の位置情報取得部１１から取得し、測定領域を撮像した画像を示すデータ（撮像画像データ）を光学プローブ３から取得する。形状情報取得部１２は、光学プローブ３の位置に応じた撮像画像データから得られる物体Ｍの表面の位置と光学プローブ３の位置とを対応付けることによって、測定対象の三次元的な形状に関する形状情報を取得する。
【００２３】
本実施形態の制御装置４は、ＣＰＵ等を有するコンピュータシステムと、コンピュータシステムの外部の装置との通信を実行可能なインターフェースを含む。制御装置４は、測定結果に関する画像処理、補間処理、統計処理、表示処理等の各種処理の少なくとも１つを実行できる。
【００２４】
なお、制御装置４は、形状測定装置１の各部の制御に要する各種処理を実行するＡＳＩＣ等の論理回路を含んでいてもよく、コンピュータシステムを含んでいなくてもよい。制御装置４は、制御装置４へ信号を入力可能な入力装置が接続されていてもよい。この入力装置は、キーボード、マウス等の入力機器、あるいはコンピュータシステムの外部の装置からのデータを入力可能な通信装置のうちの１種又は２種以上でもよい。制御装置４は、液晶表示ディスプレイ等の表示装置を含んでいてもよいし、表示装置と接続されていてもよい。制御装置４は、形状測定装置１の外部の装置であってもよい。
【００２５】
次に、光学プローブ３について詳しく説明する。本実施形態において、光学プローブ３は、形状測定用の光学装置であって、測定対象の物体Ｍ上の測定領域（穴Ｍａの内周面）を落射照明しながら撮像する。図２に示す光学プローブ３は、光源１４から出射した照明光束Ｌ１を伝播させる伝播経路１５と、伝播経路１５に対して照明光束Ｌ１を偏向する回折光学部材１６と、回折光学部材１６で偏向した照明光束Ｌ１が投影された測定領域を撮像する撮像部１７とを備える。
【００２６】
本実施形態において、光源１４は、レーザーダイオード（固体光源）を含み、照明光束Ｌ１としてレーザー光を射出する。光源１４は、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）等の固体光源を含んでいてもよいし、高圧水銀ランプ等のランプ光源を含んでいてもよい。光源１４自体の光強度分布が理想的な分布とは異なる場合には、光源１４の他に例えばピンホールを配置して、ピンホールを含む光源ユニットとしてもよい。この場合、ピンホールで得られた強度分布が、後に説明する測定領域の照明強度分布に反映されるようにすることで、測定精度の向上が可能である。また、ピンホールを用いる手法の他に、強度分布が補正された像をレーザーダイオードからの光により形成できるようにして、この補正された像を測定領域に投影する手法を用いることもできる。また、光源から発せられる照明光束Ｌ１の波長スペクトルが広いと、回折光学部材１６によって照明光束Ｌ１の回折光が様々な方向に広がることがありえるので、波長スペクトルが広い場合は、バンドパスフィルターなどによって狭帯域化してもよい。
【００２７】
本実施形態において、撮像部１７（撮像装置）は、撮像素子１８及び結像光学系１９（撮像レンズ）を備える。
【００２８】
撮像素子１８は、例えばＣＣＤセンサー又はＣＭＯＳセンサーで構成される。撮像素子１８は、例えば、複数の画素のそれぞれに配置されて入射光を電力（電荷）に変換するフォトダイオードと、フォトダイオードで発生した電荷を読み出す読出回路とを含む。フォトダイオードは、例えば、撮像素子１８の受光面１８ａに二次元的に配列される。
【００２９】
結像光学系１９は、撮像素子１８の受光面１８ａ（像面）と共役な物体面１９ａを形成する。本実施形態において、物体面１９ａは、光学プローブ３の進退方向（Ｚ軸方向）にほぼ直交する平面を含む。物体面１９ａ上の各点から出射した光束（以下、結像光束Ｌ２という）は、撮像素子１８の受光面１８ａ上の各点に収斂する。なお、結像光学系１９は、回折光学部材１６を介さずに、物体面１９ａ上の各点から出射した光束を集光することで、像面を形成しており、照明光束Ｌ１が通過する光路にある回折光学部材１６は、像面に集光される光線の光路上には無い。
【００３０】
本実施形態の結像光学系１９は、屈折系の光学系であり、複数の光学部材（レンズ）を含む。結像光学系１９の光学部材の少なくとも１つは、軸対称な光学部材であり、ここでは、この光学部材の対称軸（中心軸）を結像光学系１９の光軸ＡＸという。なお、結像光学系１９は、反射系の光学系又は反射屈折系の光学系のいずれでもよい。
【００３１】
本実施形態において、光学プローブ３は、光源１４から出射した照明光束Ｌ１を、結像光学系１９及び回折光学部材１６を介して物体Ｍ上の測定領域に投影（照射）することで、測定領域を落射照明する。光学プローブ３は、光源から出射した照明光束Ｌ１を結像光学系１９に導く導光部材２０を備える。
【００３２】
導光部材２０は、例えばハーフミラーを含み、撮像素子１８と結像光学系１９との間の光路に配置されている。導光部材２０は、光源１４から出射した照明光束Ｌ１が入射する位置に配置された面２０ａを有する。この面２０ａは、結像光学系１９の光軸ＡＸに対して傾斜している。面２０ａと結像光学系１９の光軸ＡＸがなす角度は、例えば４５°に設定される。
【００３３】
光源１４から出射した照明光束Ｌ１は、導光部材２０の面２０ａに入射し、その少なくとも一部が面２０ａで反射して結像光学系１９に入射する。導光部材２０を介して結像光学系１９に入射した照明光束Ｌ１は、結像光学系１９の光軸ＡＸに沿って進行する。本実施形態において、伝播経路１５は、結像光学系１９における照明光束Ｌ１の光路を含む。すなわち、結像光学系１９の光軸は、伝播経路１５上に設定されている。
【００３４】
図２に示すように、回折光学部材１６は、結像光学系１９を通った照明光束Ｌ１が入射する位置に配置されている。光学プローブ３は、結像光学系１９を通って回折光学部材１６に入射して回折した照明光束Ｌ１によって、測定領域を照明する。
【００３５】
ここで、結像光学系１９から測定領域（照明領域）に至る照明光束Ｌ１の光路について説明する。図３は、本実施形態の形状測定装置１の照明光束Ｌ１の光路を示す斜視図である。図４は、本実施形態の回折光学部材１６の第１例を示す側断面図である。
【００３６】
本実施形態において、回折光学部材１６は、結像光学系１９の物体面１９ａに対して結像光学系１９と反対側に配置されている。回折光学部材１６は、板状の部材であり、結像光学系１９の光軸ＡＸと直交するように配置されている。回折光学部材１６は、結像光学系１９から出射した照明光束Ｌ１を反射回折する反射面を有している。
【００３７】
回折光学部材１６は、例えば、表面レリーフ型等の回折光学素子を含む。図３及び図４に示すように、本実施形態の回折光学部材１６は、照明光束Ｌ１が入射する面に配置された複数の凹凸（レリーフ１６ａ）を有する。レリーフ１６ａは、結像光学系１９の光軸ＡＸに直交する方向（以下、径方向Ｒという）に、繰り返し配置されている。本実施形態において、径方向Ｒは、ＸＹ平面に平行な方向であり、光軸ＡＸに関する放射方向に相当する。
【００３８】
複数のレリーフ１６ａは、それぞれ、結像光学系１９の光軸ＡＸに関して回転対称な形状である。換言すると、複数のレリーフ１６ａは、結像光学系１９の光軸ＡＸを中心とする同心円状に設けられている。図４に示すように、結像光学系１９の光軸ＡＸを含む面における回折光学部材１６の断面は、矩形状の凹凸を含む。複数のレリーフ１６ａのピッチｐ１（凸部のピッチ又は凹部のピッチ）は、製造誤差を無視するとほぼ同一である。
【００３９】
なお、照明光束Ｌ１が回折光学部材１６を介して測定領域を照明する際、照明光束Ｌ１が照明されることにより測定領域に投影されるパターンの幅が最小となるように、結像光学系１９により光源１４と測定領域が共役の関係となるように、光源１４と結像光学系１９を配置しても良い。その場合、結像光学系１９から射出した後の光束は僅かながら集束する光束になる。このように集束する光束が回折光学部材１６に到達するような場合は、レリーフ１６ａのピッチを等間隔ではなく、内側から外側つれて僅かに短くしてもよい。なお、本実施の形態では、照明光束Ｌ１が平行光束の場合として、以下に説明する。
【００４０】
このような回折光学部材１６で回折した照明光束Ｌ１は、結像光学系１９の光軸ＡＸを回転中心とする円錐面に沿って伝播する。
【００４１】
なお、回折光学部材１６は、照明光束Ｌ１の回折を生じさせるものであれば、体積振幅型の回折光学素子を含んでいてもよいし、体積位相型の回折光学素子であってもよい。例えば、回折光学部材１６は、ボリュームホログラフィックグレーティング（ＶＧＨ）であってもよいし、コンピュータジェネレイテッドホログラム（ＣＧＨ）であってもよく、フォトニック結晶であってもよい。
【００４２】
図２及び図３に示すように、本実施形態の光学プローブ３は、回折光学部材１６で回折した照明光束Ｌ１が物体面１９ａに沿って伝播するように、照明光束Ｌ１を偏向する偏向部材２１を備える。偏向部材２１は、偏向部材２１を経由した照明光束Ｌ１の少なくとも一部が、結像光学系１９の物体面１９ａに沿って物体面１９ａ又はその近傍を通るように、設けられている。物体面１９ａの近傍の範囲は、例えば、測定領域で反射散乱した光束（図２に示す結像光束Ｌ２）による像のピントが撮像素子１８の受光面１８ａ上であうように、光学プローブ３の被写体深度に応じて定められる。
【００４３】
偏向部材２１は、結像光学系１９の光軸ＡＸに関して回転対称な反射面２１ａを有する。反射面２１ａは、回折光学部材１６で回折した±ｎ次回折光のうち所定の次数の回折光（例えば±１次回折光）が入射するように、配置されている。反射面２１ａは、回折光学部材１６で回折した後に反射面２１ａで反射した照明光束が光軸ＡＸに直交する方向に伝播するように、配置されている。
【００４４】
図２に示すように、偏向部材２１は、例えば、円柱状の第１部分２１ｂと、第１部分２１ｂに対して回折光学部材１６と同じ側に配置された円錐台状の第２部分２１ｃとを有する。第２部分２１ｃの回転中心軸と第２部分の回転中心軸は、いずれも結像光学系１９の光軸ＡＸとほぼ同軸に設定される。第１部分２１ｂ及び第２部分２１ｃは、例えば、照明光束Ｌ１が通過（透過）する材質の母材で形成される。第１部分２１ｂ及び第２部分２１ｃは、例えば、同じ形成材料で一体的に形成される。反射面２１ａは、例えば、第２部分２１ｃの円錐面に蒸着法などで形成された反射膜で構成される。結像光学系１９から出射した照明光束Ｌ１は、第１部分２１ｂ及び第２部分２１ｃを通って回折光学部材１６に入射して反射回折した後に、第２部分２１ｃの反射面２１ａに入射する。
【００４５】
なお、偏向部材２１の構造は、適宜変更できる。例えば、偏向部材２１は、第１部分２１ｂを含んでいなくてもよい。また、第１部分２１ｂと第２部分２１ｃの一方又は双方は、回転中心軸の周囲に空隙を有する環状であってもよく、回転中心軸の周囲の空隙を照明光束Ｌ１が通過する構造でもよい。この場合に、第１部分２１ｂと第２部分２１ｃのうち環状の部分は、照明光束Ｌ１を遮光する材質であってもよい。また、反射面２１ａは、全反射条件を満たすことにより照明光束Ｌ１が反射するように、構成されていてもよい。また、第１部分２１ｂと第２部分２１ｃは、別体の部材であって互いに接合されていてもよい。
【００４６】
図２に示すように、本実施形態の光学プローブ３は、結像光学系１９の光学部材の少なくとも１つを保持する鏡筒２５（保持体）を備える。鏡筒２５は、結像光学系１９の光軸ＡＸと平行な方向（Ｚ軸方向）が長手方向であり、光軸ＡＸと直交する方向（ＸＹ方向）が短手方向である。鏡筒２５は、伝播経路１５を囲むように設けられており、少なくとも伝播経路１５の周囲の部分が結像光学系１９の光軸ＡＸに関して軸対称な円筒状である。
【００４７】
本実施形態において、鏡筒２５は、回折光学部材１６を保持している。すなわち、結像光学系１９と回折光学部材１６は、同一の保持体に保持されている。回折光学部材１６は、例えば、鏡筒２５において、撮像素子１８と反対側の端部２５ａ（先端部）に固定される。
【００４８】
本実施形態において、鏡筒２５は、偏向部材２１を保持している。すなわち、回折光学部材１６と偏向部材２１は、同一の保持体に保持されている。偏向部材２１は、例えば、円柱状の第１部分２１ｂが円筒状の鏡筒２５の内周面に接するように、鏡筒２５に固定される。
【００４９】
本実施形態において、鏡筒２５は、照明光束Ｌ１が通過（透過）する通過部２５ｂを備える。通過部２５ｂは、例えば、照明光束Ｌ１が透過する材質で形成される。通過部２５ｂは、光学プローブ３（鏡筒２５）の内部から測定領域に向かう照明光束Ｌ１の光路と、測定領域を経由して撮像素子１８の受光面１８ａに像を結ぶ光束（以下、結像光束Ｌ２という）の光路とに配置されている。通過部２５ｂは、例えば、結像光学系１９の光軸ＡＸに関して軸対称な円筒状である。
【００５０】
本実施形態において、鏡筒２５は、照明光束Ｌ１を遮光する遮光部２５ｃを備える。遮光部２５ｃは、迷光の発生を抑制するように配置されている。遮光部２５ｃは、例えば結像光学系１９の周囲に配置され、結像光学系１９からの迷光の発生と、結像光学系１９への迷光の入射の一方または双方を抑制する。遮光部２５ｃは、例えば回折光学部材１６の周囲に配置され、回折光学部材１６で回折した±ｎ次の回折光のうち所望の回折光（例えば±１次回折光）以外の回折光を遮光する。
【００５１】
なお、鏡筒２５の構造は、適宜変更できる。例えば、鏡筒２５は、回折光学部材１６と偏向部材２１の一方又は双方を支柱等で保持する構造でもよく、この場合に、通過部２５ｂの少なくとも一部は、空隙であってもよい。また、鏡筒２５は、回折光学部材１６と偏向部材２１の一方又は双方を保持しなくてもよい。この場合に、回折光学部材１６と偏向部材２１の一方又は双方は、鏡筒２５とは別の部材に保持されていてもよく、また通過部２５ｂの少なくとも一部は、空隙であってもよい。また、鏡筒２５は、遮光部２５ｃを備えていなくてもよい。
【００５２】
図５は、本実施形態の形状測定装置１による照明方法を示す図である。図６は、照明光束Ｌ１の光強度分布の一例を示す図である。図６（Ａ）に示す光強度分布は、回折光学部材１６に入射する際の照明光束Ｌ１の光強度分布の例であり、説明の便宜上、ガウス分布であるとする。図６（Ｂ）及び図６（Ｃ）に示す光強度分布は、回折光学部材１６で回折して異なる方向に進行する照明光束Ｌ１の光強度分布の例である。
【００５３】
本実施形態において、結像光学系１９から出射した照明光束Ｌ１は、光源１４から射出されたレーザー光に由来する光束であり、ＬＥＤあるいはランプ光源から射出された光よりも平行光束に近い。ここでは、結像光学系１９から出射した照明光束Ｌ１は、説明の便宜上、平行光束であるものとする。
【００５４】
図５に示すように、回折光学部材１６で回折した照明光束Ｌ１の＋１次回折光Ｌ１ａは、結像光学系１９の光軸ＡＸを含む面（例えばＸＺ面）において、光軸ＡＸに対する一方側（＋Ｘ側）に伝播して偏向部材２１の反射面２１ａで反射する。反射面２１ａで反射した＋１次回折光Ｌ１ａの少なくとも一部は、物体面１９ａに沿って進行し、測定領域Ａ１を照明する。図６（Ｂ）に示すように、＋１次回折光Ｌ１ａの光強度分布は、回折光学部材１６へ入射する際の照明光束Ｌ１の光強度分布に対して、各位置の光強度が回折効率等に応じた係数で減少した分布となる。すなわち、例えばＸＺ面において光軸ＡＸに関する照明光束Ｌ１の光強度分布の対称性は、＋１次回折光Ｌ１ａの光強度分布においてほぼ維持される。
【００５５】
また、回折光学部材１６で回折した照明光束Ｌ１の−１次回折光Ｌ１ｂは、例えばＸＺ面において光軸ＡＸに対する他方側（−Ｘ側）に伝播して偏向部材２１の反射面２１ａで反射する。反射面２１ａで反射した−１次回折光Ｌ１ｂの少なくとも一部は、物体面１９ａに沿って進行し、測定領域Ａ２を照明する。図６（Ｃ）に示すように−１次回折光Ｌ１ｂの光強度分布は、図６（Ｂ）に示した＋１次回折光Ｌ１ａの光強度分布と同様に、例えばＸＺ面において光軸ＡＸに関する照明光束Ｌ１の光強度分布の対称性がほぼ維持された分布になる。
【００５６】
このように、光学プローブ３から出射する照明光束Ｌ１は、結像光学系１９の光軸ＡＸと回折光学部材１６とが交差した位置の強度分布が対称的な強度分布であれば、回折光学部材１６により±１次光の両方に強度分布を維持したまま分配される。それゆえ、照明光束Ｌ１の強度分布が対称的な強度分布であれば、物体面１９ａに関して光軸ＡＸと平行な方向における強度分布は、対称的な光強度分布の光束になる。
【００５７】
なお、ここでは回折光のＸＺ面上での伝播について説明したが、＋１次回折光Ｌ１ａ及び−１次回折光Ｌ１ｂは、光軸ＡＸを含むいずれの平面においても同様に伝播し、光軸ＡＸに関して軸対称的に伝播する。結果として、光学プローブ３から出射する照明光束は、光軸ＡＸに平行な方向を短手方向、光軸ＡＸの周りの周方向を長手方向とする輪帯状のラインパターンになる。本実施形態において、輪帯状のラインパターンの短手方向の寸法を、スポット幅ＳＢという。
【００５８】
このように、回折光学部材１６は、照明光束Ｌ１を複数の方向に進行する部分光束（＋１次回折光Ｌ１ａ及び−１次回折光Ｌ１ｂ）に分割し、回折光学部材１６を含む投影部は、上述のようなラインパターンを測定領域に投影する。
【００５９】
なお、照明光束Ｌ１は、図５において結像光学系１９から測定領域Ａ１、Ａ２に至る光路で平行光束であるように図示されているが、結像光学系１９から測定領域Ａ１、Ａ２に至る光路の少なくとも一部で収束光束又は発散光束になっていてもよい。
【００６０】
なお、光学プローブ３は、結像光学系１９から照明光束Ｌ１を収束光束として射出し、スポット幅ＳＢが物体面１９ａ上のいずれかの位置で極小となるように、構成されていてもよい。例えば、測定対象の内径の大きさに応じて、なるべく極小な点光源像を測定対象の内側面で形成したい場合がありえる。この場合には、本実施形態のように、光源１４がレーザー光源であって実質的に点光源像を形成する場合に、光学プローブ３は、光源１４と光学的に共役な位置が物体面１９ａ上に配置されるように、光源１４の位置が調整されていてもよい。その際は、物体面１９ａと撮像素子１８とがともに共役な位置であってもよい。
【００６１】
なお、光源１４から物体面１９ａへ照明光束Ｌ１が向かう際、その光路は回折光学部材１６を経由している。一方、物体面１９ａから撮像素子１８へ向かう光束がたどる光路のうち、物体面１９ａから結像光学系１９までの光路は、回折光学部材１６を経由しない分、照明光束Ｌ１の結像光学系２１から物体面１９ａまでの光路と比べて、短くなっている。この短くなった分を相殺するために、光源１４から結像光学系１７までの照明光束Ｌ１の光路長は、結像光学系１７から撮像素子１８までの結像光束Ｌ２の光路長よりも短くなっている。
【００６２】
また、結像光学系１９から回折光学部材１６に向かう照明光束Ｌ１が実質的に平行光束である場合に、光学プローブ３は、回折光学部材１６で回折した照明光束Ｌ１を物体面１９ａ上で収斂させるための光学部材を含んでいてもよい。このような光学部材は、例えば、偏向部材２１の反射面２１ａを凹面鏡にすることで実現でき、また、回折光学部材１６にレンズ効果を持たせることでも実現できる。
【００６３】
また、回折光学部材１６から物体面へ向かう照明光束Ｌ１が集束光束であり、かつ回折光学部材１６ａの輪帯のピッチを非常に細かくして、回折光学部材１６による回折角を大きくした場合、照明光束Ｌ１は回折光学部材１６ａの回折作用により図５の面内方向で集束作用が大きく働き、図５の紙面に対して直交方向では回折光学部材１６aの回折作用はほどんど無いままである。そのため、光源１４の位置に任意の一点の円形状のパターンがおかれた場合、物体面１９ａに形成される円形状パターンの像は、楕円状になることがありえる。これは所謂非点収差の一種であるが、このような収差を低減するように、例えば図７に示すように反射面２１ａの形状を調整することもできる。
【００６４】
図７は、偏向部材２１の変形例を示す図である。図７の偏向部材２１において、反射面２１ａの形状は、シリンドリカル形状が円環状になったような自由曲面形状である。言い換えると、反射面２１ａは、所定軸周りで回転対称な円錐面を外部に向かって凸にした形状である。なお、反射面２１ａは、Ｚ軸とＸ軸を含む断面形状が円状の輪郭でなくても良く、物体面側に凸の反射面を有していればよい。
【００６５】
また、偏向部材２１の反射面２１ａの反射領域は、回折光学部材１６ａの回折作用により生ずる所定の回折次数の光束が到達し、所定の回折次数とは異なる次数の光束が到達しない位置に設けることもできる。例えば、本実施形態の光学プローブ３では、回折光学部材１６ａで１次の回折光が物体面１９ａに沿って伝搬するようにしている。このときに、回折光学部材１６ａには、２次以上の高次の回折光が生じることがありえる。偏向部材２１の反射面２１ａは、２次以上の高次の回折光が入射する位置を避けて、配置されていてもよい。これにより、所定の回折次数とは異なる次数の光束が測定領域に向かうことが抑制される。また、所定の回折次数とは異なる次数の光束を吸収する光吸収部材が配置されていてもよい。この光吸収部材は、例えば偏向部材２１に所定の回折次数とは異なる次数の光束が到達する場合には、この光束が偏向部材２１に入射する位置に光吸収膜を設けることによっても実現できる。
【００６６】
次に、撮像素子１８が撮像した撮像画像に基づいて、物体Ｍの表面を検出する検出方法について説明する。図８は、撮像画像Ｉｍの例を示す概念図である。
【００６７】
図２に示したように、物体面１９ａに沿って伝播した照明光束Ｌ１（輪帯状のラインパターン）は、測定領域で反射散乱する。測定領域で反射散乱した結像光束Ｌ２は、鏡筒２５の通過部２５ｂを通って結像光学系１９に入射する。結像光学系１９に入射した結像光束Ｌ２は、その少なくとも一部が導光部材２０（ハーフミラー）を通って撮像素子１８の受光面１８ａに入射する。
【００６８】
ここで、受光面１８ａと物体面１９ａとが光学的に共役であるので、物体面１９ａと物体Ｍの表面との交線２６の像は、受光面１８ａ上でピントが合うことになる。そのため、物体面１９ａと物体Ｍの表面との交線２６は、図８に示す撮像画像Ｉｍにおいて輝線２７になる。輝線２７上の各点は、交線２６上のいずれかの点と１対１で対応し、例えば、交線２６が円環状である場合に、輝線２７は円環状になる。図２に示した形状情報取得部１２は、図８に示したような撮像画像Ｉｍにおける輝線２７上の各点の位置情報を算出することで、各点に対応する物体Ｍ上の点の位置情報を算出する。なお、輝線２７の幅Ｂは、図５に示したスポット幅ＳＢが狭くなるほど、狭くなる。輝線２７の幅Ｂが狭くなるほど、輝線２７上の各点の位置を精度よく特定することができる。
【００６９】
図９は、形状情報取得部１２による表面の検出方法を説明するための図である。図９には、撮像画像Ｉｍにおける径方向Ｒ２の明るさの分布が模式的に図示されている。ここで、径方向Ｒ２は、図８に示した撮像画像Ｉｍ上の点Ｃに関する放射方向である。点Ｃは、例えば、結像光学系１９の光軸ＡＸと物体面１９ａとの交点と光学的に共役な関係にある撮像素子１８の受光面１８ａ上の点に対応する撮像画像Ｉｍ上の点である。
【００７０】
撮像画像Ｉｍ上の各位置の明るさは、撮像素子１８の各画素からの出力に応じた値（階調値）であり、図９中に符号２８（実線）で示すような離散的な分布で表される。形状情報取得部１２は、例えば階調値を用いた補間演算を行うことで、図９中に符号２９（破線）で示すような連続的な光強度分布を算出する。本実施形態において、形状情報取得部１２は、図６に示したような照明光束Ｌ１の光強度分布と同様の対称性を有する分布（例えばガウス分布）となるように、光強度分布２９を算出する。形状情報取得部１２は、光強度分布２９のピーク３０の位置情報を、物体Ｍ上の点の位置を示す情報として算出する。
【００７１】
形状情報取得部１２は、上述のように撮像画像Ｉｍの輝線２７上の各点の位置情報を算出することで、物体Ｍの表面のうち物体面１９ａと交差する部分（図２に示した交線２６）の位置情報を算出する。また、形状情報取得部１２は、光学プローブ３が位置を変えながら撮像した複数の撮像画像のそれぞれについても同様に、光学プローブ３の位置に応じた測定領域における物体Ｍの表面の位置情報を算出する。形状情報取得部１２は、光学プローブ３の位置と、この位置で撮像された撮像画像に基づいて算出された物体Ｍの位置情報とを対応させることで、物体Ｍの三次元的な形状を示す形状情報を取得する。
【００７２】
ところで、一般的な形状測定装置において、回折光学部材の代わりに円錐面状のミラーが用いて、輪帯状のラインパターンを形成する場合がある。この場合に、輪帯状のラインパターンの幅方向における光強度分布は、例えば図６（Ａ）に示すガウス分布のうち光軸ＡＸに対して片側の分布となり、ミラーに入射する前の照明光束よりも対称性が低下する。結像光束は、輪帯状のラインパターンに由来する光束であるので、受光面上での光強度分布の対称性が低くなる。その結果、撮像画像に写っている物体の表面における点の位置の検出精度が低くなり、測定精度が低くなることがありえる。
【００７３】
本実施形態において、光学プローブ３は、照明光束Ｌ１（ラインパターン）の幅方向における対称性の低下が抑制され、このような照明光束Ｌ１に照らされている測定領域を撮像するので、形状測定の精度を向上させることができる。また、形状測定装置１は、このような光学プローブ３を備えているので、例えば光強度分布２９のピーク３０の位置情報を精度よく算出することができ、形状測定の精度を向上させることができる。
【００７４】
次に、形状測定装置１（光学プローブ３）の製造方法について、説明する。上述のような光学プローブ３は、光学プローブ３の各部の位置調整を行いながら各部を組立てること等で製造される。例えば、図２に示した回折光学部材１６は、光学プローブ３から出射する照明光束Ｌ１の光強度分布がラインパターンの幅方向において対称性を有するように、結像光学系１９との相対位置が調整されて結像光学系１９に対して固定される。
【００７５】
図１０は、本実施形態の形状測定装置の製造方法の一例を概略して示す図である。図１０に示す例において、回折光学部材１６は、結像光学系１９に対する位置が可変なように配置されている。また、図１０において、図５に示した偏向部材２１の反射面２１ａの位置には、光強度分布を測定可能な光センサー３１が配置されている。
【００７６】
本例において、形状測定装置１の製造装置は、例えば図２に示した光源１４によって形状の測定時と同様に照明光束Ｌ１を射出させ、この照明光束Ｌ１を、結像光学系１９を介して回折光学部材１６に照射する。この製造装置は、ＸＹ面に平行な方向に回折光学部材１６を移動させながら、回折光学部材１６で回折した照明光束Ｌ１の光強度分布を光センサー３１によって測定する。この製造装置は、光センサー３１により測定された光強度分布が対称性を有するように、結像光学系１９と回折光学部材１６とのＸＹ平面内における相対位置を決定する。回折光学部材１６は、このように位置決めされた状態で、結像光学系１９との相対位置が固定される。
【００７７】
また、結像光学系１９と回折光学部材１６との間の傾きの調整については、例えば、ＸＺ面（図１０の紙面）に対して直交する方向に光センサー３１をもう一つ追加する。追加された光センサー３１と図１０に示す結像光学系１９の光軸を中心に左右に配置された光センサー３１の光量が所定の光量比となるように配置すれば、結像光学系１９と回折光学部材１６との傾きの調整が可能となる。
【００７８】
図１１は、本実施形態の形状測定装置の製造方法の他の例を概略して示す図である。図１１に示す例において、図１０に示した例と同様の光センサー３１は、回折光学部材１６で回折した後に偏向部材２１の反射面２１ａで反射した照明光束Ｌ１の光強度分布を測定する。回折光学部材１６は、光センサー３１により測定された光強度分布が対称性を有するように、結像光学系１９との相対位置が決定され、結像光学系１９に対して位置決めされた状態で結像光学系１９との相対位置が固定される。また、本例においては、図２に示した光源１４の位置は、光センサー３１によって検出される光強度分布に基づいて、物体面１９ａ上で照明光束Ｌ１（ラインパターン）の幅が極小になるように調整される。
【００７９】
次に、回折光学部材１６の変形例について説明する。図１２は、本実施形態の回折光学部材１６の第２例を示す図である。図１３は、本実施形態の回折光学部材１６の第２例を示す図である。
【００８０】
第２例及び第３例において、回折光学部材１６は、図２に示した結像光学系１９の光軸ＡＸを含む面における断面形状が三角形状の凹凸を含む。図１２に示す第２例において、回折光学部材１６の表面における凹凸のそれぞれは、径方向Ｒに直交する面に関して対称的な二等辺三角形状である。また、図１３に示す第３例において、回折光学部材１６の表面における凹凸のそれぞれは、径方向Ｒに直交する面に関して非対称的な三角形状（直角三角形状）である。このような回折光学部材１６を用いると、回折光学部材１６による回折の配向特性を調整すること等ができる。また、矩形の凹凸よりも回折効率がよいため、測定領域に強度の強い照明光束Ｌ１を照射することができる。
【００８１】
次に、上述した形状測定装置を備えた構造物製造システムについて説明する。
【００８２】
図１４は、構造物製造システム２００のブロック構成図である。本実施形態の構造物製造システム２００は、上記の実施形態において説明したような形状測定装置と、設計装置１１０と、成形装置１２０と、制御装置（検査装置）１３０と、リペア装置１４０とを備える。制御装置１３０は、座標記憶部１３１及び検査部１３２を備える。
【００８３】
設計装置１１０は、構造物の形状に関する設計情報を作製し、作成した設計情報を成形装置１２０に送信する。また、設計装置１１０は、作成した設計情報を制御装置１３０の座標記憶部１３１に記憶させる。設計情報は、構造物の各位置の座標を示す情報を含む。
【００８４】
成形装置１２０は、設計装置１１０から入力された設計情報に基づいて、上記の構造物を作製する。成形装置１２０の成形は、例えば鋳造、鍛造、切削等が含まれる。形状測定装置は、作製された構造物（測定対象物）の座標を測定し、測定した座標を示す情報（形状情報）を制御装置１３０へ送信する。
【００８５】
制御装置１３０の座標記憶部１３１は、設計情報を記憶する。制御装置１３０の検査部１３２は、座標記憶部１３１から設計情報を読み出す。検査部１３２は、形状測定装置から受信した座標を示す情報（形状情報）と、座標記憶部１３１から読み出した設計情報とを比較する。検査部１３２は、比較結果に基づき、構造物が設計情報通りに成形されたか否かを判定する。換言すれば、検査部１３２は、作成された構造物が良品であるか否かを判定する。検査部１３２は、構造物が設計情報通りに成形されていない場合に、構造物が修復可能であるか否か判定する。検査部１３２は、構造物が修復できる場合、比較結果に基づいて不良部位と修復量を算出し、リペア装置１４０に不良部位を示す情報と修復量を示す情報とを送信する。
【００８６】
リペア装置１４０は、制御装置１３０から受信した不良部位を示す情報と修復量を示す情報とに基づき、構造物の不良部位を加工する。
【００８７】
図１５は、構造物製造システム２００による処理の流れを示したフローチャートである。構造物製造システム２００は、まず、設計装置１１０が構造物の形状に関する設計情報を作製する（ステップＳ１０１）。次に、成形装置１２０は、設計情報に基づいて上記構造物を作製する（ステップＳ１０２）。次に、形状測定装置は、作製された上記構造物の形状を測定する（ステップＳ１０３）。次に、制御装置１３０の検査部１３２は、形状測定装置で得られた形状情報と上記の設計情報とを比較することにより、構造物が誠設計情報通りに作成されたか否か検査する（ステップＳ１０４）。
【００８８】
次に、制御装置１３０の検査部１３２は、作成された構造物が良品であるか否かを判定する（ステップＳ１０５）。構造物製造システム２００は、作成された構造物が良品であると検査部１３２が判定した場合（ステップＳ１０５  ＹＥＳ）、その処理を終了する。また、検査部１３２は、作成された構造物が良品でないと判定した場合（ステップＳ１０５  ＮＯ）、作成された構造物が修復できるか否か判定する（ステップＳ１０６）。
【００８９】
構造物製造システム２００は、作成された構造物が修復できると検査部１３２が判定した場合（ステップＳ１０６  ＹＥＳ）、リペア装置１４０が構造物の再加工を実施し（ステップＳ１０７）、ステップＳ１０３の処理に戻る。構造物製造システム２００は、作成された構造物が修復できないと検査部１３２が判定した場合（ステップＳ１０６  Ｎｏ）、その処理を終了する。以上で、構造物製造システム２００は、図１５に示すフローチャートの処理を終了する。
【００９０】
本実施形態の構造物製造システム２００は、上記の実施形態における形状測定装置が構造物の座標を正確に測定することができるので、作成された構造物が良品であるか否か判定することができる。また、構造物製造システム２００は、構造物が良品でない場合、構造物の再加工を実施し、修復することができる。
【００９１】
なお、本実施形態におけるリペア装置１４０が実行するリペア工程は、成形装置１２０が成形工程を再実行する工程に置き換えられてもよい。その際には、制御装置１３０の検査部１３２が修復できると判定した場合、成形装置１２０は、成形工程（鍛造、切削等）を再実行する。具体的には、例えば、成形装置１２０は、構造物において本来切削されるべき箇所であって切削されていない箇所を切削する。これにより、構造物製造システム２００は、構造物を正確に作成することができる。
【００９２】
なお、本発明の技術範囲は、上記の実施形態あるいは変形例に限定されるものではない。例えば、上記の実施形態あるいは変形例で説明した要件の１つ以上は、省略されることがある。また、上記の実施形態あるいは変形例で説明した要件は、適宜組み合わせることができる。
【００９３】
なお、形状測定装置１は、穴Ｍａだけに限られず、溝（凹部）の内面（測定領域）を測定することも可能である。形状測定装置１は、所定の方向に延在する溝が形成された物体に対して、溝の内面の測定を行う場合に、溝の延在方向に光学プローブ３を移動させることもできる。溝の延在方向は、例えばＸＹ面に平行な方向でもよいし、ＸＹ面に交差する方向でもよい。また、上記の実施形態に係る形状測定装置は、例えば、段差の崖部分を測ることも可能である。また、形状測定装置１による測定方法は、光切断法に限定されず、例えば共焦点法又はＳＦＦ法であってもよい。
【００９４】
なお、形状測定装置１は、偏向部材２１を備えていなくてもよい。この場合に、形状測定装置１は、回折光学部材１６で回折した照明光束Ａが伝播する円錐面と物体面１９ａとのずれによるデフォーカスを補正してもよい。例えば、形状情報取得部１２は、撮像素子１８の撮像結果に基づいて結像光束Ｌ２の収差を検出し、収差の検出結果に基づいてデフォーカス量の正負（前ピン又は後ピン）の判定を行って、デフォーカスを補正してもよい。
【００９５】
なお、上述の実施形態において、回折光学部材１６は、同心円状の繰り返し構造を有しているが、繰り返し構造が同心円状でなくてもよい。例えば、繰り返し構造は、光軸ＡＸと回折光学部材１６との交点を中心とする正多角形であってもよい。また、上述の実施形態において、繰り返し構造のレリーフ１６ａのピッチｐ１が実質的に均一であるが、ピッチｐ１は不均一であってもよい。例えば、レリーフ１６ａのピッチｐ１を光軸ＡＸに関する放射方向において変化させることで、回折光学部材１６で回折した照明光束Ｌ１の光強度分布を調整してもよい。また、光軸ＡＸを含む面における回折光学部材１６の断面は、矩形状の凹凸および三角形上の凹凸を含んでいてもよいし、矩形状及び三角形状以外の形状の凹凸を含んでいてもよい。
【符号の説明】
【００９６】
１  形状測定装置、２  走査装置、３  光学プローブ、４  制御装置、１２  形状情報取得部、１４  光源、１５  伝播経路、１６  回折光学部材、１６ａ  レリーフ、１７  結像光学系、１７  撮像部、１８  撮像素子、１８ａ  受光面、１９  結像光学系、１９ａ  物体面、２１  偏向部材、２１ａ  反射面、ＡＸ  光軸、Ｌ１  照明光束、Ｌ２  結像光束
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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