(57)【要約】      （修正有）【課題】被検物の形状を短時間で、且つ、簡便に計測するのに有利な技術を提供する。【解決手段】参照光と被検物からの被検光との干渉光を形成する干渉光学系と、干渉画像を取得する検出部と、干渉画像に基づいて算出される被検物の形状データを記憶する記憶部と、被検物の形状の計測可能範囲が第１範囲である第１計測モードと、計測可能範囲が第１範囲よりも小さい第２範囲である第２計測モードとを含む計測モードから１つの計測モードを選択する選択部と、被検物の形状を求める処理部と、を有し、処理部は、第１計測モードが選択された場合に、第１計測モードにおいて検出部によって取得された干渉画像に基づいて被検物の形状を算出し、形状データを記憶部に記憶し、第２計測モードが選択された場合に、記憶部に記憶された形状データ、及び、第２計測モードにおいて検出部によって取得された干渉画像を用いて、被検物の形状を求める。【選択図】図１
2014092488.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検物の形状を計測する計測装置であって、
参照面からの参照光と前記被検物からの被検光との干渉光を形成する干渉光学系と、
前記干渉光学系によって形成された干渉光を形成して干渉画像を取得する検出部と、
前記検出部によって取得された干渉画像に基づいて算出される前記被検物の形状を表す形状データを記憶する記憶部と、
前記被検物の形状の計測可能範囲が第１範囲である計測条件で前記干渉画像を取得する第１計測モードと、前記計測可能範囲が前記第１範囲よりも小さい第２範囲である計測条件で前記干渉画像を取得する第２計測モードとを含む計測モードから１つの計測モードを選択する選択部と、
前記被検物の形状を求める処理を行う処理部と、を有し、
前記処理部は、
前記選択部によって前記第１計測モードが選択された場合に、前記第１計測モードにおいて前記検出部によって取得された干渉画像に基づいて前記被検物の形状を算出し、当該被検物の形状を表す形状データを前記記憶部に記憶し、
前記選択部によって前記第２計測モードが選択された場合に、前記記憶部に記憶された形状データ、及び、前記第２計測モードにおいて前記検出部によって取得された干渉画像を用いて、前記被検物の形状を求めることを特徴とする計測装置。
【請求項２】
前記処理部は、
前記選択部によって前記第１計測モードが選択された場合に、前記被検物の種類に関連づけて前記形状データを前記記憶部に記憶し、
前記選択部によって前記第２計測モードが選択された場合に、前記第２計測モードで計測される被検物の種類に対応する形状データを前記記憶部から抽出し、当該抽出した形状データ、及び、前記第２計測モードにおいて前記検出部によって取得された干渉画像を用いて、前記被検物の形状を求めることを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
【請求項３】
前記処理部は、前記記憶部に記憶された形状データを用いて、前記第２計測モードにおいて前記検出部によって取得された干渉画像の干渉光の干渉次数を決定することを特徴とする請求項１又は２に記載の計測装置。
【請求項４】
前記処理部は、
前記参照面及び前記被検物に入射させる光の周波数を走査しながら前記検出部によって複数の干渉画像を取得し、前記複数の干渉画像の変化に基づいて前記被検物の形状を求め、
前記第１計測モードにおける前記光の周波数の走査間隔が前記第２計測モードにおける前記光の周波数の走査間隔よりも小さくなるように、前記光の周波数の走査間隔を設定することを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の計測装置。
【請求項５】
前記処理部は、前記干渉光の周波数がゼロ又はナイキスト周波数となる領域を除外するように、前記記憶部に記憶された形状データを用いて、前記第２計測モードにおける前記光の周波数の走査間隔を設定することを特徴とする請求項４に記載の計測装置。
【請求項６】
前記第１計測モードで用いる合成波長の数は、前記第２計測モードで用いる合成波長の数よりも多いことを特徴とする請求項４に記載の計測装置。
【請求項７】
前記処理部は、前記選択部によって前記第２計測モードが選択された場合に、前記記憶部に記憶された形状データを用いて、前記検出部によって取得される干渉画像のコントラストが向上するように、前記干渉光学系と前記被検物との位置関係を調整することを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか１項に記載の計測装置。
【請求項８】
参照面からの参照光と被検物からの被検光との干渉光を形成し、前記干渉光を検出して干渉画像を取得し、前記取得された干渉画像に基づいて前記被検物の形状を計測する計測方法であって、
前記被検物の形状の計測可能範囲が第１範囲である計測条件で前記干渉画像を取得する第１計測モードと、前記計測可能範囲が前記第１範囲よりも小さい第２範囲である計測条件で前記干渉画像を取得する第２計測モードとを含む計測モードから１つの計測モードを選択する第１ステップと、
前記第１ステップで前記第１計測モードが選択された場合に、前記第１計測モードにおいて取得された干渉画像に基づいて前記被検物の形状を算出し、当該被検物の形状を表す形状データを記憶する第２ステップと、
前記第１ステップで前記第２計測モードが選択された場合に、前記記憶された形状データ、及び、前記第２計測モードにおいて取得された干渉画像を用いて、前記被検物の形状を求める第３ステップと、
を有することを特徴とする計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検物の形状を計測する計測装置及び計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
干渉計の原理を用いて被検物の形状を計測する計測装置が知られている。このような計測装置では、コヒーレントな光を出力すると共に、かかる光の周波数を可変とする光源（周波数可変光源）が用いられている。
【０００３】
計測装置において、光源からの光は分岐されて、参照面及び被検物のそれぞれに導かれる。参照面及び被検物のそれぞれで反射された光は、空間的に再び重ね合わせられ、参照面と被検物との間の光路長差に対応する位相を有する干渉光を形成し、かかる干渉光の強度が検出される。その際、光源からの光の周波数は一定の間隔で時間的に走査（変更）され、それぞれの周波数において、干渉光の光強度が検出される。そして、干渉光の光強度に基づいて、フーリエ変換やピーク検出を行うことで、参照面と被検物との間の光路長差が算出される。
【０００４】
計測装置では、光源からの光の周波数を走査する際の走査ステップの最小間隔は、光源の仕様に制限される。また、光の周波数の走査範囲に対して走査ステップの間隔が小さすぎると、干渉光の光強度（干渉画像）を数多く検出しなければならないため、計測時間が長くなる。
【０００５】
そこで、干渉次数が不確定とならずに形状を計測できる計測可能範囲よりも被検物が大きい場合には、被検物の形状を表す既知の形状情報（例えば、設計情報（ＣＡＤデータ））を用いて干渉次数を決定する技術が提案されている（特許文献１参照）。また、干渉光の周波数がゼロ又はナイキスト周波数に近い場合には、計測誤差が大きくなる。そのため、特許文献１の技術では、計測誤差が大きくなる範囲を除外領域として、除外領域に関する情報を光源からの光の周波数の走査ステップの間隔から算出し、かかる除外領域に計測点が入らないように被検物を配置している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第７９８６４１４号明細書
【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、従来の計測装置は、被検物の種類を変更するたびに既知の形状情報（ＣＡＤデータ）の入力（設定）が必要となり、そのための時間と手間を要してしまう。特に、少量多種類の被検物の形状を計測する場合には、被検物ごとにＣＡＤデータを入力するのに著しく手間がかかってしまう。また、例えば、被検物の形状の計測（検査）が行われる工場の製造現場には、被検物の形状を表す図面だけが存在し、ＣＡＤデータが存在しない場合も多い。このような場合に、被検物の検査が緊急に必要になると、ＣＡＤデータをすぐに入手できない可能性もあり、被検物の検査が滞ってしまう。更に、ＣＡＤデータの取り扱い、即ち、ＣＡＤのソフトウェアの操作は複雑であるため、習熟に時間を要する。
【０００８】
本発明は、このような従来技術の課題に鑑みてなされ、被検物の形状を短時間で、且つ、簡便に計測するのに有利な技術を提供することを例示的目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の一側面としての計測装置は、被検物の形状を計測する計測装置であって、参照面からの参照光と前記被検物からの被検光との干渉光を形成する干渉光学系と、前記干渉光学系によって形成された干渉光を形成して干渉画像を取得する検出部と、前記検出部によって取得された干渉画像に基づいて算出される前記被検物の形状を表す形状データを記憶する記憶部と、前記被検物の形状の計測可能範囲が第１範囲である計測条件で前記干渉画像を取得する第１計測モードと、前記計測可能範囲が前記第１範囲よりも小さい第２範囲である計測条件で前記干渉画像を取得する第２計測モードとを含む計測モードから１つの計測モードを選択する選択部と、前記被検物の形状を求める処理を行う処理部と、を有し、前記処理部は、前記選択部によって前記第１計測モードが選択された場合に、前記第１計測モードにおいて前記検出部によって取得された干渉画像に基づいて前記被検物の形状を算出し、当該被検物の形状を表す形状データを前記記憶部に記憶し、前記選択部によって前記第２計測モードが選択された場合に、前記記憶部に記憶された形状データ、及び、前記第２計測モードにおいて前記検出部によって取得された干渉画像を用いて、前記被検物の形状を求めることを特徴とする。
【００１０】
本発明の更なる目的又はその他の側面は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施形態によって明らかにされるであろう。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、例えば、被検物の形状を短時間で、且つ、簡便に計測するのに有利な技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施形態における計測装置の構成を示す概略図である。
【図２】図１に示す計測装置の選択部の一部の構成（モニタ）を示す図である。
【図３】図１に示す計測装置における登録モードの処理（動作）を説明するためのフローチャートである。
【図４】図３に示すＳ３０６で算出された被検物の形状の表示例を示す図である。
【図５】図１に示す計測装置における実計測モードの処理（動作）を説明するためのフローチャートである。
【図６】本発明の第２の実施形態における計測装置の構成を示す概略図である。
【図７】図６に示す計測装置において、登録モードにおける複数の干渉画像を取得する処理を詳細に説明するためのフローチャートである。
【図８】図６に示す計測装置の周波数可変光源及び周波数固定光源のそれぞれからの光の周波数の時間的な変化を示す図である。
【図９】図６に示す計測装置において、実計測モードにおける複数の干渉画像を取得する処理を詳細に説明するためのフローチャートである。
【図１０】図６に示す計測装置の周波数可変光源及び周波数固定光源のそれぞれからの光の周波数の時間的な変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。なお、各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
【００１４】
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態における計測装置１０の構成を示す概略図である。計測装置１０は、被検物の形状を計測する３次元計測装置である。計測装置１０は、光源１０１と、ミラー１０２と、ビームスプリッタ１０３と、周波数計測部１０４と、レンズ１０５及び１０６と、干渉光学系１２０とを有する。また、計測装置１０は、選択部１３０と、検出部１４０と、処理部１５０と、デジタル／アナログコンバータ１６０と、記憶部１８０とを有する。
【００１５】
光源１０１は、コヒーレントな光を出力すると共に、かかる光の周波数を可変とする（即ち、一定の範囲で周波数の走査が可能な）周波数可変光源である。光源１０１としては、例えば、外部共振器を用いた半導体レーザ（ＥＣＤＬ）やフルバンド・チューナブルＤＦＢ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｆｅｅｄ−Ｂａｃｋ）レーザを用いることができる。光源１０１は、デジタル／アナログコンバータ１６０と接続されている。デジタル／アナログコンバータ１６０から光源１０１に供給される電流（電流値）を制御することで、光源１０１から射出される光の周波数が走査（変更）される。
【００１６】
光源１０１からの光は、ミラー１０２を介して、光源１０１からの光を２つの光に分岐（分割）するビームスプリッタ１０３に導かれる。ビームスプリッタ１０３で分岐された一方の光は、周波数計測部１０４に導かれる。周波数計測部１０４は、光源１０１から出力された光の周波数を計測し、その計測結果を処理部１５０に入力する。但し、光源１０１から出力される光の周波数を高い精度で保証することができる（即ち、光源１０１から出力される光の周波数を計測する必要がない）場合には、周波数計測部１０４は設けなくてもよい。
【００１７】
ビームスプリッタ１０３で分岐された他方の光は、ビーム径を拡大するレンズ１０５及び１０６を介して、干渉光学系１２０に導かれる。干渉光学系１２０は、λ／２波長板１０７と、偏光ビームスプリッタ１０８と、λ／４波長板１０９ａ及び１０９ｂと、参照ミラー１１０と、レンズ１１３とを含む。更に、干渉光学系１２０は、絞り１１４と、レンズ１１５と、偏光子１１６と、被検ステージ１１７と、インコヒーレント光源１１８とを含む。
【００１８】
λ／２波長板１０７は、回転可能に保持される。光源１０１から出力される光は直線偏光の光であるため、λ／２波長板１０７の回転角によって、λ／２波長板１０７を通過した光の偏光方向を任意の方向に制御（調整）することができる。λ／２波長板１０７の後段には、偏光ビームスプリッタ１０８が配置され、λ／２波長板１０７の回転角によって、偏光ビームスプリッタ１０８における光の分岐比を変えることができる。
【００１９】
偏光ビームスプリッタ１０８は、光源１０１からの光を、互いに直交する偏光方向を有する参照光１２１と被検光１２２とに分岐（分割）する。参照光１２１は、λ／４波長板１０９ａを通過して、参照ミラー（参照面）１１０に入射する。被検光１２２は、λ／４波長板１０９ｂを通過して、被検物１７０に入射する。被検物１７０は、被検ステージ１１７に保持されている。
【００２０】
被検物１７０で反射（又は散乱）された被検光１２２は、λ／４波長板１０９ｂを再び通過して、偏光ビームスプリッタ１０８に入射する。同様に、参照ミラー１１０で反射された参照光１２１は、λ／４波長板１０９ａを再び通過して、偏光ビームスプリッタ１０８に入射する。参照光１２１及び被検光１２２のそれぞれは、λ／４波長板を２回通過することで、その偏光方向が９０度回転する。従って、参照光１２１は偏光ビームスプリッタ１０８で反射され、被検光１２２は偏光ビームスプリッタ１０８を透過するため、参照光１２１と被検光１２２とが空間的に重ね合わされる。
【００２１】
偏光ビームスプリッタ１０８で重ね合わされた参照光１２１及び被検光１２２は、レンズ１１３によって集光される。レンズ１１３は、前側焦点が被検物１７０の近傍に位置するように配置されている。これにより、被検物１７０（の形状）の像がぼけることなく、検出部１４０（の検出面）の上に形成される。
【００２２】
絞り１１４は、レンズ１１３の後側焦点の近傍に配置される。絞り１１４は、開口径が固定された開口絞りであってもよいし、開口径を可変とする虹彩絞りであってもよい。絞り１１４として虹彩絞りを用いた場合には、その開口径によって、光量、被写界深度、スペックルの大きさなどを調整することができる。
【００２３】
絞り１１４を通過した参照光１２１及び被検光１２２は、レンズ１１５によって集光され、偏光子１１６に導かれる。偏光子１１６は、その透過軸が参照光１２１及び被検光１２２の偏光方向に対して４５度となるように配置される。これにより、参照光１２１と被検光１２２とが干渉し、干渉光１２３が形成される。
【００２４】
干渉光１２３は、検出部１４０に導かれる。検出部１４０は、例えば、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサなどのエリアセンサで構成され、干渉光１２３の光強度を検出し、その検出結果（干渉画像）を処理部１５０に入力する。
【００２５】
被検物１７０の表面の粗さが大きい場合、光源１０１からのコヒーレントな光を照射するとスペックルが発生し、検出部１４０で明瞭な干渉画像を取得することができなくなる。従って、光軸と直交する方向（横方向）の被検物１７０の寸法を高精度に計測することが困難となる。
【００２６】
本実施形態では、インコヒーレントな光を出力するインコヒーレント光源１１８を配置している。そして、被検物１７０の横方向の寸法は、インコヒーレント光源１１８からインコヒーレントな光を被検物１７０に照射して取得される画像を用いて算出する。また、被検物１７０の縦方向（光軸方向）の寸法は、光源１０１からコヒーレントな光を被検物１７０に照射して取得される干渉画像を用いて算出する。
【００２７】
本実施形態では、インコヒーレント光源１１８からの光を被検物１７０に照射し、被検物１７０で反射された光を検出部１４０で検出しているが、このような構成に限定されるものではない。例えば、被検ステージ１１７をガラスなどの透明な材料で構成し、被検物１７０を被検ステージ１１７の背後から照明し、被検物１７０によって形成される影を検出部１４０で検出してもよい。
【００２８】
処理部１５０は、ＣＰＵやメモリなどを含み、計測装置１０の全体（動作）を制御する。処理部１５０は、計測装置１０の各部を制御して、被検物１７０の形状を求める処理を行う。
【００２９】
記憶部１８０は、検出部１４０で取得された干渉画像に基づいて算出される被検物１７０の形状を表す形状データ、即ち、処理部１５０によって求められた被検物１７０の形状を表す形状データを記憶する。
【００３０】
ここで、被検物１７０の形状を求める際の原理を説明する。光源１０１から出力される光の周波数の走査範囲をΔＦ、光の速度をｃ、干渉光の位相変化量をΔΦとすると、参照ミラー１１０と被検物１７０との間の光路長差は、以下の式（１）で表される。
【００３１】
【数１】
2014092488.tif 000003
【００３２】
周波数走査干渉計、即ち、計測装置１０では、光源１０１からの光の周波数を走査したときの干渉光の位相変化量を求めることで、参照ミラー１１０と被検物１７０との間の光路長差を算出することができる。参照ミラー１１０と被検物１７０との間の光路長差の算出精度は、干渉光の位相変化量の検出誤差、及び、光源１０１からの光の周波数の走査範囲に影響される。例えば、光源１０１からの光の周波数の走査範囲を大きくすれば、参照ミラー１１０と被検物１７０との間の光路長差の算出誤差は小さくなる。
【００３３】
また、光源１０１からの光の周波数の走査ステップの間隔をΔｆとすると、干渉光の周波数がナイキスト周波数を超えず、光路長差が不確定とならずに計測できる計測可能範囲Ｄは、以下の式（２）で表される。
【００３４】
【数２】
2014092488.tif 000004
【００３５】
光路長差が不確定とならずに計測できる計測可能範囲Ｄは、光源１０１からの光の周波数の走査ステップの間隔Δｆが小さいほど広くなる。従って、計測可能範囲Ｄを拡大するためには、周波数の走査ステップの間隔Δｆを小さくすればよい。但し、周波数の走査ステップの間隔Δｆを小さくすると、周波数走査のステップ数が増加するため、検出部１４０で取得する干渉画像が多くなり、計測時間が長くなる。
【００３６】
そこで、本実施形態では、ユーザの入力（指示）に応じて、登録モード（第１計測モード）と、実計測モード（第２計測モード）とを含む計測モードから１つの計測モードを選択する選択部１３０を有している。ここで、登録モードとは、被検物１７０の形状を計測して、その形状データを登録することを目的とする計測モードである。登録モードでは、被検物の形状の計測可能範囲Ｄが第１範囲である計測条件で干渉画像を取得し、かかる干渉画像に基づいて被検物の形状を算出し、算出した被検物の形状を表す形状データを記憶部１８０に記憶（登録）する。また、実計測モードとは、記憶部１８０に既に記憶された形状データに対応する被検物と同じ種類の被検物を計測する（例えば、連続的に計測する）ことを目的とする計測モードである。実計測モードでは、被検物の形状の計測可能範囲Ｄが第１範囲よりも小さい第２範囲である計測条件で干渉画像を取得し、かかる干渉画像、及び、記憶部１８０に記憶された形状データに基づいて、被検物の形状を求める。計測装置１０では、このような計測モードを選択可能にすることで、後述するように、被検物１７０の形状を短時間で、且つ、簡便に計測することができる。
【００３７】
図２は、選択部１３０の一部の構成、詳細には、ユーザが計測モードを入力するための（ユーザの指示を受け付けるための）入力部として機能するモニタ１３２を示す図である。モニタ１３２は、タッチパネルで構成されていてもよいし、キーボードやマウスなどの入力デバイスなどを含んで構成されていてもよい。モニタ１３２は、登録モードを指示するためのアイコン１３２ａと、実計測モードを指示するためのアイコン１３２ｂとを表示し、ユーザは、モニタ１３２を介して（即ち、アイコン１３２ｂ又は１３２ｂを選択することで）、計測モードを指示することができる。
【００３８】
選択部１３０は、計測装置１０で計測したことがない種類の被検物を計測する場合には、ユーザの入力に応じて、或いは、自動的に、計測モードとして登録モードを選択する。登録モードでは、例えば、光源１０１からの光の周波数の走査範囲ΔＦ１が３ＴＨｚ、走査ステップの間隔Δｆ１が１．５ＧＨｚとなるように、計測条件が設定される。この場合、干渉光の位相検出誤差を２π／１００とすると、光路長差の算出精度は、０．５μｍとなる。また、光路長差が不確定とならずに計測できる計測可能範囲Ｄは、５０ｍｍとなる。従って、検出部１４０で取得する干渉画像の枚数は２０００枚となり、検出部１４０で取得される干渉画像の撮像レートを６０ｆｐｓとすると、干渉画像の取得に要する時間として３３．３秒が必要である。
【００３９】
図３は、計測装置１０における登録モードの処理（動作）を説明するためのフローチャートである。登録モードの処理は、処理部１５０が計測装置１０の各部を統括的に制御することで行われる。
【００４０】
Ｓ３０２では、被検物１７０に対して、インコヒーレント光源１１８からの光（インコヒーレント光）を照射し、被検物１７０で反射された光を検出部１４０で検出して画像を取得する。
【００４１】
Ｓ３０４では、被検物１７０に対して、光源１０１からの光（コヒーレント光）を、周波数を走査しながら照射し、それぞれの干渉光１２３を検出部１４０で検出して複数の干渉画像を取得する。
【００４２】
Ｓ３０６では、Ｓ３０２で取得された画像、及び、Ｓ３０４で取得された複数の干渉画像に基づいて、フーリエ変換やピーク検出を行うことで、被検物１７０の形状（３次元形状）を算出する。
【００４３】
Ｓ３０８では、例えば、選択部１３０のモニタ１３２に、Ｓ３０６で算出された被検物１７０の形状を表示する。図４は、Ｓ３０６で算出された被検物１７０の形状の表示例を示す図である。図４に示すように、モニタ１３２には、被検物１７０の形状として、被検物１７０の上面図、側面図及び立体図が表示される。ユーザは、モニタ１３２を介して（即ち、モニタ１３２に表示された被検物１７０に対して）、被検物１７０の計測対象領域（実計測モードで計測すべき部分）や公差などを入力することが可能である。
【００４４】
Ｓ３１０では、被検物１７０の横方向の寸法を算出する。図４の上面図には、インコヒーレント光源１１８からインコヒーレントな光を被検物１７０に照射して取得された画像が表示され、かかる画像を用いて被検物１７０の横方向の寸法が算出される。この際、ユーザは、被検物１７０の横方向の寸法を算出したい部分を指定することが可能である。処理部１５０は、ユーザによって指定された部分に対して、エッジ検出などの画像処理を行うことで寸法を算出する。エッジ検出では、サブピクセル処理を行うことで検出部１４０の検出面を構成する画素の１／１０以下の精度でエッジを検出することができる。
【００４５】
Ｓ３１２では、被検物１７０の縦方向の寸法を算出する。図４の側面図及び立体図には、光源１０１からコヒーレントな光を被検物１７０に照射して取得された複数の干渉画像から得られる被検物１７０の形状が表示され、かかる被検物１７０の形状から縦方向の寸法が算出される。この際、ユーザは、被検物１７０の縦方向の寸法を算出したい部分を指定することが可能である。また、干渉計による計測では、被検物１７０の上面に対して光が垂直に入射するため、被検物１７０の側面を計測することができない。但し、被検物１７０の形状を表示する際に、被検物１７０の側面がないと不自然であるため、本実施形態では、被検物１７０の側面を自動的に求めるような処理を行っている。図４に示されている被検物１７０の高さは最大で３５ｍｍであり、計測可能範囲Ｄである５０ｍｍよりも小さいため、被検物１７０の高さは不確定とならずに計測することができる。
【００４６】
被検物１７０の側面図及び立体図についても、被検物１７０の上面図と同様に、画像処理によってエッジが検出される。ここで、被検物１７０の上面図は２次元データであるため、算出可能な寸法は線と線との距離などに限られるが、被検物１７０の側面図及び立体図は３次元データから求めているため、面と面との距離などを算出することも可能である。また、ユーザが被検物１７０の面を指定することで、かかる面の平面度や平行度などの幾何公差を算出することも可能である。
【００４７】
Ｓ３１４では、ユーザの入力に応じて、被検物１７０の各寸法及び幾何公差に対して許容値を設定する。被検物１７０の各寸法及び幾何公差に対して許容値を設定することで、実計測モードにおいて、同じ種類の被検物１７０の形状を計測した際に、かかる被検物１７０の形状が仕様を満たしているかどうかを判定することができる。
【００４８】
Ｓ３１６では、Ｓ３０６で算出された被検物１７０の形状を表す形状データを記憶部１８０に記憶（登録）する。この際、被検物１７０の種類に関連づけて形状データを記憶する。被検物１７０の形状を表す形状データは、被検物１７０の全体の形状を表す形状データであってもよいし、被検物１７０の特徴的な部分のみの形状を表す形状でデータであってもよい。記憶部１８０に記憶された形状データは、実計測モードで行われるパターンマッチングに用いられる。
【００４９】
選択部１３０は、計測装置１０で計測したことがある種類の被検物を計測する場合（記憶部１８０に同じ種類の被検物の形状を表す形状データが記憶されている場合）には、ユーザの入力に応じて、或いは、自動的に、計測モードとして実計測モードを選択する。実計測モードでは、例えば、光源１０１からの光の周波数の走査範囲ΔＦ２が３ＴＨｚ、走査ステップの間隔Δｆ２が５ＧＨｚとなるように、計測条件が設定される。この場合、干渉光の位相検出誤差を２π／１００とすると、光路長差の算出精度は、０．５μｍとなる。また、光路長差が不確定とならずに計測できる計測可能範囲Ｄは、１５ｍｍとなる。従って、検出部１４０で取得する干渉画像の枚数は６００枚となり、検出部１４０で取得される干渉画像の撮像レートを６０ｆｐｓとすると、干渉画像の取得に要する時間として１０秒が必要である。実計測モードは、登録モードと比較して、検出部１４０で取得する干渉画像の枚数が少ないため、１／３以下の時間で（即ち、短時間で）被検物１７０の形状を計測することができる。
【００５０】
図５は、計測装置１０における実計測モードの処理（動作）を説明するためのフローチャートである。実計測モードの処理は、処理部１５０が計測装置１０の各部を統括的に制御することで行われる。
【００５１】
Ｓ５０２では、記憶部１８０から、実計測モードで計測される被検物１７０の種類に対応する形状データを抽出する。形状データの抽出は、ユーザの入力に応じて、或いは、被検物１７０の種類を識別する識別子を読み取るなどして自動的に行われる。
【００５２】
Ｓ５０４では、被検物１７０に対して、インコヒーレント光源１１８からの光（インコヒーレント光）を照射し、被検物１７０で反射された光を検出部１４０で検出して画像を取得する。
【００５３】
Ｓ５０６では、被検物１７０に対して、光源１０１からの光（コヒーレント光）を、周波数を走査しながら照射し、それぞれの干渉光１２３を検出部１４０で検出して複数の干渉画像を取得する。
【００５４】
Ｓ５０８では、Ｓ５０２で抽出された形状データ、Ｓ５０４で取得された画像、及び、Ｓ５０６で取得された複数の干渉画像を用いて、被検物１７０の形状（３次元形状）を算出する。
【００５５】
具体的には、まず、Ｓ５０２で抽出された形状データと、Ｓ５０６で取得された複数の干渉画像から得られる被検物１７０の形状とのパターンマッチングを行う。かかるパターンマッチングによって、被検ステージ１１７に保持された被検物１７０の向きを確定する。被検物１７０の向きが確定することで、実計測モードでは被検物１７０の計測対象領域や公差を指定することなく、登録モードで指定された被検物１７０の計測対象領域の寸法や公差が自動的に算出される。従って、実計測モードでは、被検物１７０の寸法や幾何公差を簡便に求めることができる。
【００５６】
ここで、被検物１７０の高さが計測可能範囲Ｄよりも大きい場合には、被検物１７０の高さが不確定となってしまう。このような場合、被検物１７０と参照ミラー１１０との光路長差が大きい部分において、干渉光１２３の周波数がナイキスト周波数を超えてしまう。干渉光１２３の周波数がナイキスト周波数を超えると、エイリアシングと呼ばれる現象が生じ、干渉光１２３の周波数は、ナイキスト周波数に対して折り返した値として得られる。従って、ナイキスト周波数に対応する距離が１５ｍｍであるとすると、光路長差１４ｍｍに対応する干渉光と光路長差１６ｍｍに対する干渉光とを区別することができない。
【００５７】
本実施形態では、このような不確定性を排除するために、登録モードにおいて記憶部１８０に記憶された形状データ（登録モードで計測された被検物１７０の形状を表す形状データ）を用いる。実際の光路長差が１６ｍｍである場合、干渉画像を解析するだけでは光路長差が１４ｍｍであるのか１６ｍｍであるのかを決定することができないが、記憶部１８０に記憶された形状データと照合すれば、光路長差を決定することができる。例えば、記憶部１８０に記憶された形状データが被検物１７０の高さとして１６＋０．１ｍｍを表していれば、光路長差を１６ｍｍに決定することができる。
【００５８】
Ｓ５１０では、Ｓ５０８で算出された被検物１７０の形状に基づいて、登録モードで指定された被検物１７０の部分の横方向及び縦方向の寸法及び幾何公差を算出する。
【００５９】
Ｓ５１２では、Ｓ５１０で算出された寸法及び幾何公差に基づいて、被検物１７０を評価する。具体的には、被検物１７０の形状が仕様を満たしているかどうかを判定する。
【００６０】
なお、干渉光１２３の周波数がゼロに近い場合には、干渉縞の数が少ないため、干渉光１２３の周波数を正しく求めることが困難である。また、干渉光１２３の周波数がナイキスト周波数に近い場合には、被検物１７０の公差に比べて不確定性が小さくなり、被検物１７０の形状を決定することが困難となる。例えば、被検物１７０のある部分の寸法の公差が±０．５ｍｍである場合、１４．９ｍｍと１５．１ｍｍのうち、どちらが実際の光路長差であるのかを決定することは難しい。従って、干渉光１２３の周波数がゼロ又はナイキスト周波数の近辺にならないようにすることが必要となる。本実施形態では、記憶部１８０に記憶された形状データを用いて、干渉光１２３の周波数がゼロ又はナイキスト周波数となる領域を除外するように、光源１０１からの光の周波数の走査ステップの間隔（走査間隔）を設定する。また、被検物１７０を保持する被検ステージ１１７を移動させることで、光路長差を変更してもよい。
【００６１】
実計測モードは、計測される被検物１７０の種類に対応する形状データが記憶部１８０に記憶されている場合に選択される。被検物１７０が量産部品である場合には、同じ種類の被検物１７０を大量に計測（検査）することを求められることが多い。実計測モードでは、記憶部１８０に記憶された形状データを用いることで、被検物１７０の形状を短時間で、且つ、簡便に計測することができるため、被検物１７０の数が多いほど、被検物１７０の形状の計測に要する時間を短縮する効果が得られる。
【００６２】
また、少量多種類の被検物１７０の形状を計測（検査）する場合を考えると、従来技術では、被検物１７０の種類ごとにＣＡＤデータ（形状データ）を入力しなければならないため、そのための時間と手間がかかってしまう。一方、本実施形態によれば、登録モードを選択するだけで、被検物１７０の形状を表す形状データを記憶（登録）することができるため、ＣＡＤデータの入力に要する時間と手間を排除することができる。また、上述したように、被検物１７０の形状の計測（検査）が行われる工場の製造現場には、被検物１７０の形状を表す図面だけが存在し、ＣＡＤデータが存在しない場合も多い。本実施形態では、ＣＡＤデータが存在しなくても、被検物１７０の形状データを記憶することができるため、被検物１７０の形状の計測（検査）が緊急に必要になった場合にも、被検物１７０の形状の計測が滞ることなく、対応可能である。更に、ＣＡＤデータの取り扱い、即ち、ＣＡＤのソフトウェアの操作は複雑であるが、本実施形態では、ＣＡＤデータを取り扱う必要がない。
【００６３】
本実施形態では、上述したように、登録モードで記憶部１８０に記憶された形状データを用いているため、実計測モードでは、光源１０１からの光の周波数の走査ステップの間隔を大きくすることが可能であり、被検物１７０の形状の計測時間を短くしている。但し、被検物１７０の形状の計測では、計測時間よりも計測精度が重要な場合もある。このような場合には、実計測モードにおいて、光源１０１からの光の周波数の走査範囲を大きくすることで、計測精度を向上させればよい。
【００６４】
例えば、実計測モードにおいて、光源１０１からの光の周波数の走査範囲ΔＦ２が６ＴＨｚ、走査ステップの間隔Δｆ２が５ＧＨｚとなるように、計測条件を設定する。この場合、干渉光の位相検出誤差を２π／１００とすると、光路長差の算出精度は、０．２５μｍとなる。また、光路長差が不確定とならずに計測できる計測可能範囲Ｄは、１５ｍｍとなる。従って、検出部１４０で取得する干渉画像の枚数は１２００枚となり、検出部１４０で取得される干渉画像の撮像レートを６０ｆｐｓとすると、干渉画像の取得に要する時間として２０秒が必要である。この場合、実計測モードにおいて、検出部１４０で取得する干渉画像の枚数を登録モードよりも少なくして短時間で被検物１７０の形状を計測することを可能にしながらも、計測精度を０．５μｍから０．２５μｍに向上させることができる。
【００６５】
また、実計測モードにおいては、記憶部１８０に記憶された形状データを用いて、検出部１４０で取得される干渉画像のコントラストが向上するように、被検ステージ１１７によって干渉光学系１２０と被検物１７０との位置関係を調整してもよい。
【００６６】
このように、本実施形態の計測装置１０によれば、被検物１７０の形状を短時間で、且つ、簡便に計測することができる。
【００６７】
＜第２の実施形態＞
図６は、本発明の第２の実施形態における計測装置２０の構成を示す概略図である。計測装置２０は、計測装置１０と比較して、被検物１７０の形状を計測する際の計測原理が異なる。計測装置２０は、被検物１７０の高さ方向の計測精度が計測装置１０と同じであれば、光源からの光の周波数の走査範囲ΔＦを計測装置１０よりも小さくすることができる。
【００６８】
計測装置２０は、周波数可変光源２０１と、周波数固定光源２０２ａ及び２０２ｂと、偏光ビームスプリッタ２０３ａ乃至２０３ｆと、ビーム結合素子２０４ａ及び２０４ｂと、反射ミラー２１０ａ乃至２１０ｈと、周波数シフタ２１１ａ乃至２１１ｃとを有する。また、計測装置２０は、レンズ１０５及び１０６と、干渉光学系１２０と、選択部１３０と、検出部１４０と、処理部１５０と、デジタル／アナログコンバータ１６０と、記憶部１８０とを有する
周波数可変光源２０１は、周波数ｆ１のコヒーレントな直線偏光を有する光を出力する。周波数可変光源２０１としては、例えば、ＤＦＢレーザ、ＶＣＳＥＬ、離散モード半導体レーザなどを用いることができる。外部共振器を用いた半導体レーザ（ＥＣＤＬ）やフルバンド・チューナブルＤＦＢ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｆｅｅｄ−Ｂａｃｋ）レーザを用いることができる。
【００６９】
周波数可変光源２０１からの光は、偏光ビームスプリッタ２０３ａに入射して、互いに直交する偏光を有する２つの光に分岐（分割）される。偏光ビームスプリッタ２０３ａで分岐された一方の光は、周波数を任意の量だけシフトさせる周波数シフタ２１１ａに入射して、任意の周波数シフト量ｄｆ１だけ周波数がシフトされる。周波数シフタ２１１ａからの光は、反射ミラー２１０ａで反射され、偏光ビームスプリッタ２０３ｂに入射する。一方、偏光ビームスプリッタ２０３ａで分岐された他方の光は、反射ミラー２１０ｂで反射され、偏光ビームスプリッタ２０３ｂに入射する。
【００７０】
反射ミラー２１０ａで反射された光と反射ミラー２１０ｂで反射された光とは、偏光ビームスプリッタ２０３ｂで合波される。以下では、偏光ビームスプリッタ２０３ｂで合波された光を第１光とする。周波数シフト量ｄｆ１は、第１光のビート信号の周波数に相当する。干渉信号（干渉画像）を正確に取得するためには、ビート信号の周波数を、検出部１４０の撮像レートの１／２以下にする必要がある。
【００７１】
周波数固定光源２０２ａは、周波数ｆ２のコヒーレントな光を出力する。周波数固定光源２０２ａからの光は、偏光ビームスプリッタ２０３ｃに入射して、２つの光に分岐（分割）される。偏光ビームスプリッタ２０３ｃで分岐された一方の光は、周波数シフタ２１１ｂに入射して、任意の周波数シフト量ｄｆ２だけ周波数がシフトされる。周波数シフタ２１１ｂからの光は、反射ミラー２１０ｃで反射され、偏光ビームスプリッタ２０３ｄに入射する。一方、偏光ビームスプリッタ２０３ｃで分岐された他方の光は、反射ミラー２１０ｄで反射され、偏光ビームスプリッタ２０３ｄに入射する。
【００７２】
反射ミラー２１０ｃで反射された光と反射ミラー２１０ｄで反射された光とは、偏光ビームスプリッタ２０３ｄで合波される。以下では、偏光ビームスプリッタ２０３ｄで合波された光を第２光とする。周波数シフト量ｄｆ２は、第２光のビート信号の周波数に相当する。干渉信号（干渉画像）を正確に取得するためには、ビート信号の周波数を、検出部１４０の撮像レートの１／２以下にする必要がある。
【００７３】
偏光ビームスプリッタ２０３ｄからの第２光は、反射ミラー２１０ｅで反射され、ビーム結合素子２０４ａに入射する。ビーム結合素子２０４ａは、ビームスプリッタであってもよいし、波長フィルタであってもよい。
【００７４】
周波数固定光源２０２ｂは、周波数ｆ３のコヒーレントな光を出力する。周波数固定光源２０２ｂからの光は、偏光ビームスプリッタ２０３ｅに入射して、２つの光に分岐（分割）される。偏光ビームスプリッタ２０３ｅで分岐された一方の光は、周波数シフタ２１１ｃに入射して、任意の周波数シフト量ｄｆ３だけ周波数がシフトされる。周波数シフタ２１１ｃからの光は、反射ミラー２１０ｆで反射され、偏光ビームスプリッタ２０３ｆに入射する。一方、偏光ビームスプリッタ２０３ｅで分岐された他方の光は、反射ミラー２１０ｇで反射され、偏光ビームスプリッタ２０３ｆに入射する。
【００７５】
反射ミラー２１０ｆで反射された光と反射ミラー２１０ｇで反射された光とは、偏光ビームスプリッタ２０３ｆで合波される。以下では、偏光ビームスプリッタ２０３ｆで合波された光を第３光とする。周波数シフト量ｄｆ３は、第３光のビート信号の周波数に相当する。干渉信号（干渉画像）を正確に取得するためには、ビート信号の周波数を、検出部１４０の撮像レートの１／２以下にする必要がある。
【００７６】
偏光ビームスプリッタ２０３ｆからの第３光は、反射ミラー２１０ｈで反射され、ビーム結合素子２０４ｂに入射する。ビーム結合素子２０４ｂは、ビームスプリッタであってもよいし、波長フィルタであってもよい。
【００７７】
第１光と第２光とは、ビーム結合素子２０４ａで合波される。また、ビーム結合素子２０４ａからの光と第３の光とは、ビーム結合素子２０４ｂで合波される。このようにして、第１光、第２光及び第３光は合波され、ビーム径を拡大するレンズ１０５及び１０６を介して、干渉光学系１２０に導かれる。干渉光学系１２０は、偏光ビームスプリッタ１０８と、λ／４波長板１０９ａ及び１０９ｂと、参照ミラー１１０と、レンズ１１３と、絞り１１４と、レンズ１１５と、偏光子１１６と、被検ステージ１１７と、インコヒーレント光源１１８とを含む。
【００７８】
偏光ビームスプリッタ１０８は、ビーム結合素子２０４ｂからの光を、参照光１２１と被検光１２２とに分岐（分割）する。参照光１２１は、λ／４波長板１０９ａを通過して、参照ミラー（参照面）１１０に入射する。被検光１２２は、λ／４波長板１０９ｂを通過して、被検物１７０に入射する。被検ステージ１１７は、参照ミラー１１０と被検物１７０との間の光路長差がＬとなるように、被検物１７０を配置している。
【００７９】
被検物１７０で反射（又は散乱）された被検光１２２は、λ／４波長板１０９ｂを再び通過して、偏光ビームスプリッタ１０８に入射する。同様に、参照ミラー１１０で反射された参照光１２１は、λ／４波長板１０９ａを再び通過して、偏光ビームスプリッタ１０８に入射する。
【００８０】
参照光１２１と被検光１２２とは、偏光ビームスプリッタ１０８で空間的に重ね合わされ、レンズ１１３、絞り１１４、レンズ１１５及び偏光子１１６を介して、干渉光１２３を形成する。この際、検出部１４０では、３つのビート信号（第１ビート信号、第２ビート信号及び第３ビート信号）が重ね合わされた干渉光１２３が形成される。ここで、第１ビート信号は、周波数ｆ１の光と周波数ｆ１＋ｄｆ１の光とが合波された光によるビート信号である。第２ビート信号は、周波数ｆ２の光と周波数ｆ２＋ｄｆ２の光とが合波された光によるビート信号である。第３ビート信号は、周波数ｆ３の光と周波数ｆ３＋ｄｆ３の光とが合波された光によるビート信号である。
【００８１】
計測装置２０では、計測装置１０と同様に、登録モードと、実計測モードとを含む計測モードから１つの計測モードを選択可能にしている。計測装置２０における登録モードの処理及び実計測モードの処理は、基本的には、計測装置１０と同様である。計測装置２０では、複数の干渉画像を取得する処理（Ｓ３０４及びＳ５０４）や被検物１７０の形状を算出する処理（Ｓ３０６及びＳ５０６）が計測装置１０とは異なる。
【００８２】
図７は、計測装置２０において、登録モードにおける複数の干渉画像を取得する処理、即ち、Ｓ３０４に相当する処理を詳細に説明するためのフローチャートである。Ｓ７０２では、第１光と第２光との干渉光を検出部１４０で検出して干渉画像を取得する。具体的には、図８に示すように、時刻ｔ０から検出を開始し、周波数シフタ２１１ａ及び２１１ｂによって周波数をシフトさせながら、時刻ｔ１まで第１光及び第２光のそれぞれのビート信号を取得する。図８は、周波数可変光源２０１、周波数固定光源２０２ａ及び２０２ｂのそれぞれからの光の周波数の時間的な変化を示す図である。図８では、縦軸に周波数ｆを採用し、横軸に時刻ｔを採用している。
【００８３】
Ｓ７０４では、第１光の周波数を走査しながら、第１光と第２光との干渉光を検出部１４０で検出して干渉画像を取得する。具体的には、図８に示すように、時刻ｔ１から時刻ｔ２まで、周波数可変光源２０１から出力される光の周波数をｆ１からｆ’１まで走査しながら、検出部１４０で複数の干渉画像を取得する。
【００８４】
Ｓ７０６では、走査後の周波数の第１光（Ｓ７０４で周波数を走査した状態の第１光）と第２光との干渉光を検出部１４０で検出して干渉画像を取得する。具体的には、図８に示すように、時刻ｔ２から時刻ｔ３まで、周波数シフタ２１１ａ及び２１１ｂによって周波数をシフトさせながら、第１光及び第２光のそれぞれのビート信号を取得する。
【００８５】
Ｓ７０８では、第２光と第３光との干渉光を検出部１４０で検出して干渉画像を取得する。具体的には、図８に示すように、時刻ｔ３から時刻ｔ４まで、周波数シフタ２１１ｂ及び２１１ｃによって周波数をシフトさせながら、第２光及び第３光のそれぞれのビート信号を取得する。
【００８６】
Ｓ７０２〜Ｓ７０８の各処理で取得される干渉画像の枚数を、例えば、１７枚とすると、合計で６８枚の干渉画像が取得される。検出部１４０で取得される干渉画像の撮像レートを６０ｆｐｓとすると、干渉画像の取得に要する時間は１．１秒となる。
【００８７】
処理部１５０は、Ｓ７０２〜Ｓ７０８の各処理で取得された干渉画像に基づいて、被検物１７０の形状を算出する。以下、本実施形態における被検物１７０の形状を算出する処理について説明する。
【００８８】
まず、周波数可変光源２０１からの光による第１ビート信号を解析する。時刻ｔ０〜時刻ｔ１の間に取得された複数の干渉画像の各画素について、Ｎバケット法や離散フーリエ変換などの演算を行い、第１ビート信号から位相φ１を算出する。また、時刻ｔ１〜時刻ｔ２の間に取得された複数の干渉画像から各画素における干渉縞の明点及び暗点の数をカウントし、周波数の走査によって変化する干渉縞のフリンジ数を求めることで、干渉次数Ｍ１を決定する。更に、時刻ｔ２〜時刻ｔ３の間に取得された複数の干渉画像の各画素についてビート信号を取得し、離散フーリエ変換などの演算を行い、かかるビート信号の位相φ１’を算出する。
【００８９】
位相φ１、φ１’及び干渉次数Ｍ１から、光路長差Ｈ１は、以下の式（３）で算出される。また、式（３）におけるΛ１１’は、合成波長であり、以下の式（４）で表される。
【００９０】
【数３】
2014092488.tif 000005
【００９１】
【数４】
2014092488.tif 000006
【００９２】
式（４）において、ｃは光速である。周波数可変光源２０１からの光の周波数の走査範囲ΔＦが１０ＧＨｚである場合、合成波長Λ１１’は３０ｍｍとなる。
【００９３】
次いで、周波数固定光源２０２ａからの光による第２ビート信号を解析する。時刻ｔ０〜時刻ｔ３の間に取得された複数の干渉画像の各画素について、Ｎバケット法や離散フーリエ変換などの演算を行い、第２ビート信号から位相φ２を算出する。
【００９４】
位相φ１’及びφ２から、各画素の光路長差Ｈ２は、以下の式（５）で算出される。また、式（５）におけるΛ１’２は、合成波長であり、以下の式（６）で表される。式（５）におけるＭ２は、以下の式（７）で表される干渉次数である。
【００９５】
【数５】
2014092488.tif 000007
【００９６】
【数６】
2014092488.tif 000008
【００９７】
【数７】
2014092488.tif 000009
【００９８】
周波数可変光源２０１からの光の周波数ｆ’１と周波数固定光源２０２ａからの光の周波数ｆ２との周波数差が０．３ＴＨｚである場合、合成波長Λ１’２は１．１ｍｍとなる。合成波長Λ１’２は合成波長Λ１１’よりも小さいため、式（５）から算出された光路長差Ｈ２は、式（３）から算出された光路長差Ｈ１よりも高精度である。光路長差の算出精度が合成波長Λ１１’の１／２００とすると、光路長差Ｈ１の算出精度は０．１５ｍｍとなり、合成波長Λ１’２の半分以下となるため、干渉次数Ｍ２を一意に決定することができる。
【００９９】
次に、周波数固定光源２０２ｂからの光による第３ビート信号を解析する。時刻ｔ０〜時刻ｔ３の間に取得された複数の干渉画像の各画素について、Ｎバケット法や離散フーリエ変換などの演算を行い、第３ビート信号から位相φ３を算出する。
【０１００】
位相φ２及びφ３から、各画素の光路長差Ｈ３は、以下の式（８）で算出される。また、式（８）におけるΛ２３は、合成波長であり、以下の式（９）で表される。式（８）におけるＭ３は、以下の式（１０）で表される干渉次数である。
【０１０１】
【数８】
2014092488.tif 000010
【０１０２】
【数９】
2014092488.tif 000011
【０１０３】
【数１０】
2014092488.tif 000012
【０１０４】
周波数固定光源２０２ａからの光の周波数ｆ２と周波数固定光源２０２ｂからの光の周波数ｆ３との周波数差が６．４ＴＨｚである場合、合成波長Λ２３は４７μｍとなる。合成波長Λ２３は合成波長Λ１’２よりも小さいため、式（８）から算出された光路長差Ｈ３は、式（５）から算出された光路長差Ｈ２よりも高精度である。光路長差の算出精度が合成波長Λ１’２の１／２００とすると、光路長差Ｈ２の算出精度は５．５μｍとなり、合成波長Λ２３の半分以下となるため、干渉次数Ｍ３を一意に決定することができる。
【０１０５】
周波数固定光源２０２ａからの光の周波数ｆ２を用いて、更に高精度な光路長差Ｈ４が以下の式（１１）で算出される。また、式（１１）におけるＭ４は、以下の式（１２）で表される干渉次数である。
【０１０６】
【数１１】
2014092488.tif 000013
【０１０７】
【数１２】
2014092488.tif 000014
【０１０８】
周波数固定光源２０２ａからの光の波長ｃ／ｆ２が７８０ｎｍである場合、波長ｃ／ｆ２は合成波長Λ２３よりも小さいため、式（１１）から算出された光路長差Ｈ４は、式（８）から算出された光路長差Ｈ３よりも高精度である。光路長差の算出精度が合成波長Λ２３の１／２００とすると、光路長差Ｈ３の算出精度は３４０ｎｍとなり、波長７８０ｎｍの半分以下となるため、干渉次数Ｍ４を一意に決定することができる。
【０１０９】
このように、複数のビート信号を解析し、干渉次数を逐次的に決定することで、被検物１７０の形状を、広範囲、且つ、高精度に計測することができる。
【０１１０】
図９は、計測装置２０において、実計測モードにおける複数の干渉画像を取得する処理、即ち、Ｓ５０４に相当する処理を詳細に説明するためのフローチャートである。図９を参照するに、Ｓ９０２では、第１光と第２光との干渉光を検出部１４０で検出して干渉画像を取得する。具体的には、図１０に示すように、時刻ｔ０から検出を開始し、周波数シフタ２１１ａ及び２１１ｂによって周波数をシフトさせながら、時刻ｔ１まで第１光及び第２光のそれぞれのビート信号を取得する。図１０は、周波数可変光源２０１、周波数固定光源２０２ａ及び２０２ｂのそれぞれからの光の周波数の時間的な変化を示す図である。図１０では、縦軸に周波数ｆを採用し、横軸に時刻ｔを採用している。
【０１１１】
Ｓ９０４では、第２光と第３光との干渉光を検出部１４０で検出して干渉画像を取得する。具体的には、図１０に示すように、時刻ｔ１から時刻ｔ２まで、周波数シフタ２１１ｂ及び２１１ｃによって周波数をシフトさせながら、第２光及び第３光のそれぞれのビート信号を取得する。
【０１１２】
Ｓ９０２及びＳ９０４の各処理で取得される干渉画像の枚数を、例えば、１７枚とすると、合計で３４枚の干渉画像が取得される。検出部１４０で取得される干渉画像の撮像レートを６０ｆｐｓとすると、干渉画像の取得に要する時間は０．５７秒となる。実計測モードでは、登録モードと比較して、検出部１４０で取得する干渉画像の枚数が半分となるため、被検物１７０の形状の計測に要する時間を大幅に短縮することができる。
【０１１３】
周波数可変光源２０１からの光の周波数ｆ１と周波数固定光源２０２ａからの光の周波数ｆ２との周波数差が０．３ＴＨｚである場合、合成波長Λ１２は１．１ｍｍとなる。合成波長Λ１２以上の高さを有する被検物１７０の形状を計測する場合には、干渉次数を決定することができないため、被検物１７０の高さが不確定となってしまう。
【０１１４】
そこで、本実施形態では、このような不確定性を排除するために、登録モードにおいて記憶部１８０に記憶された形状データ（登録モードで計測された被検物１７０の形状を表す形状データ）を用いる。記憶部１８０に記憶された形状データと照合することで、干渉次数を決定して光路長差を算出することができる。
【０１１５】
このように、本実施形態の計測装置２０によれば、被検物１７０の形状を短時間で、且つ、簡便に計測することができる。
【０１１６】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【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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