(57)【要約】【課題】広帯域光とコヒーレント光を検出して異常であるかどうかの自己診断を行える三次元測定装置を提供することを目的とする。【解決手段】ビームスプリッター５が、白色光及びレーザー光を合波して参照光路と測定光路とに入射させて照射し、参照鏡からの反射光と被測定物からの反射光とを合波して出力する光学系において、光路長可変手段８により測定光路の光路長を変化させて、カメラ１０がビームスプリッター５からの出力を撮像して干渉縞のデータを取得する。そのデータにより、光路長の変化に対するレーザー光による干渉縞の変化をスケールとして、白色光による干渉縞が生ずる測定光路の光路長を求める構成において、レーザー光検出手段３１と広帯域光検出手段３２を設けてＨｅ−Ｎｅレーザー１１と光源１の異常を判断する自己診断を行う。【選択図】図１
2007263904.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
広帯域光を出力する広帯域光源（１）と、コヒーレント光を出力するコヒーレント光源（１１）と、それぞれ遠端に、参照鏡を配置した参照光路と被測定物を配置した測定光路の双方に該広帯域光及びコヒーレント光を入射させ、前記参照鏡からの反射光と前記被測定物からの反射光とを合波して出力する光路形成部（５）と、前記参照光路又は前記測定光路のいずれか一方の光路長を変化させる光路長可変手段（８）と、該光路形成部が出力する反射波の合波を基に、前記広帯域光による干渉縞が生ずる光路長を、前記コヒーレント光による干渉縞の変化を基に求める光路長検出手段（１４）と、を備え、求めた光路長から三次元の形状を測定する三次元形状測定装置であって、
前記広帯域光の少なくとも一部を検出する広帯域光検出手段（３２）と、前記コヒーレント光の少なくとも一部を検出するコヒーレント光検出手段（３１）と、前記コヒーレント光検出手段の出力及び前記広帯域光検出手段の出力を受けてそれぞれの出力の良否判定を行う制御部（３０）とを備えたことを特徴とする三次元形状測定装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記良否判定の結果、前記それぞれの出力のいずれかを否と判定したときは少なくとも、アラームを出力し、もしくは前記広帯域光源と前記コヒーレント光源をオフにすることを特徴とする請求項１に記載の三次元形状測定装置。
【請求項３】
制御部（３０）が自己診断モードを設定する段階と、
広帯域光源（１）が出力する広帯域光の少なくとも一部、及びコヒーレント光源（１１）が出力するコヒーレント光の少なくとも一部をそれぞれ検出する検出段階と、
前記検出段階で検出した前記広帯域光の一部及びコヒーレント光の一部を基にそれぞれの光量の大きさの良否判定を行い、少なくともいずれか一つを否と判定したときは少なくとも、アラームを出力し、もしくは前記広帯域光源と前記コヒーレント光源をオフにする判定段階と、
前記判定段階で良と判断された後に、前記制御部が測定モードを設定する段階と、
光路形成部（５）が、それぞれ遠端に、参照鏡を配置した参照光路と被測定物を配置した測定光路の双方に前記広帯域光源からの広帯域光及び前記コヒーレント光源からのコヒーレント光を入射させ、前記参照鏡からの反射光と前記被測定物からの各反射光とを合波して出力する干渉段階と、
光路長可変手段（８）が、前記参照光路又は前記測定光路のいずれか一方の光路長を変化させる段階と、
光路長検出手段（１４）が、前記干渉段階で出力される反射波の合波を基に、前記広帯域光による干渉縞が生ずる光路長を、前記コヒーレント光による干渉縞の変化を基に求める段階と、を備え、
求めた光路長から三次元の形状を測定する三次元形状測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のスペクトラム（以下、波長で説明する。）を有する広帯域光（例えば、白色光）による干渉現象を用いて被測定物の形状を立体的に測定する三次元形状測定装置及び測定方法に関する。特に、広帯域光の一方を遠端に参照鏡を有する参照光路に入射し、広帯域光の他方を遠端に被測定物を有する測定光路へ入射し、参照鏡（反射鏡）及び被測定物からの各戻り光による干渉を生じさせる干渉部（干渉計）において、参照光路又は測定光路のいずれかの光路長を変化して得られた干渉縞が生ずる光路長をコヒーレント光に基づいてスケーリング（値付け）することによって、スケーリングされた光路長を基に干渉縞光源被測定物の形状を測定する三次元形状測定装置であって、コヒーレント光及び広帯域光の各光源の故障に係る自己診断を行う技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、上記の干渉現象を用いた形状測定装置においては、参照光路と測定光路の双方の光路長が等しくなったときに、干渉縞が最大の輝度を示すことを利用している。つまり、参照光路又は測定光路のいずれかの光路長を変化させ（以下、参照光路の光路長を固定とし、測定光路の光路長を変化させるとして説明する。）、そのとき生じる干渉縞が最大の輝度を示す位置の光路長（光路長の変化量）を、光路長の変化方向における被測定物の変位として測定している（特許文献１、２）。
【０００３】
特許文献１においては、ピエゾアクチュエータにより（ピエゾを電圧駆動することにより）測定光路の光路長を変化させるとともに、撮像手段により被測定物のある測定点における光路長の変化に対応する干渉縞を撮像する。そして、その撮像データから干渉縞の最大輝度となる点のピエゾ駆動電圧という電気量を検出することで、そのときの測定光路の光路長を検出している。
【０００４】
特許文献１の方法によれば、簡単であるが、信頼性に乏しい恐れがある。つまり、ピエゾ等の素子の特性がそのまま測定確度等に影響する恐れがある。したがって、周囲環境、経年変化等によってその影響を受けやすい。この影響を防止しようとすると、校正手段（方法）が必要になる。
【０００５】
特許文献２の方法によれば、白色光を参照光路と測定光路に分岐して入力させ、その参照光路の参照鏡からの戻り光から所定の波長の光を光学的狭帯域フィルタで抽出し、抽出した光の繰り返しで、干渉縞のピークが現れる測定光路の光路長を求めている。この場合は、確度が改善されるが、光の領域で狭帯域フィルタで抽出するため、規模的に大きくなる問題がある。
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−３１０５１８号公報
【特許文献２】ＵＳＰ６６２８９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記問題を解決するために、本出願人は、先の出願（特願２００６−００６７２９）において、ほぼ単一な波長のコヒーレント光の干渉縞は、そのコヒーレント光の波長により一義的に決まることに着眼し、測定光路の光路長を変化させたときの複数波長を含む広帯域光の干渉縞とほぼ単一な波長のコヒーレント光の干渉縞を撮像し、広帯域光の干渉縞が生じる光路長（例えば、干渉縞のピーク等の特徴が生ずる光路長）をコヒーレント光の干渉縞をスケールとしてスケーリング（値付け）する構成とした。広帯域光による干渉縞が生じる光路長は、測定光路の光路長をある基準位置から変化させたときの変化量（移動量）で表すことができる。
【０００８】
ところが、この構成によれば、光学的処理をした撮像後に広帯域光による干渉縞とコヒーレント光による干渉縞のデータを処理することにより測定していること、コヒーレント光と広帯域光とは帯域が重なること等により、何れかの光源に異常があった場合でも誤った測定値が出力される恐れがある。また、光源が内部にある場合、内部構造を分解しないと異常箇所が把握できない恐れがある。
【０００９】
本発明は、広帯域光とコヒーレント光を検出して異常であるかどうかの自己診断を行える三次元測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、広帯域光を出力する広帯域光源（１）と、コヒーレント光を出力するコヒーレント光源（１１）と、それぞれ遠端に、参照鏡を配置した参照光路と被測定物を配置した測定光路の双方に入射させ、前記参照鏡からの反射光と前記被測定物からの反射光とを合波して出力する光路形成部（５）と、前記参照光路又は前記測定光路のいずれか一方の光路長を変化させる光路長可変手段（８）と、該光路形成部が出力する反射波の合波を基に、前記広帯域光による干渉縞が生ずる光路長を、前記コヒーレント光による干渉縞の変化を基に求める光路長検出手段（１４）と、を備え、求めた光路長から三次元の形状を測定する三次元形状測定装置であって、
前記広帯域光の少なくとも一部を検出する広帯域光検出手段（３２）と、前記コヒーレント光の少なくとも一部を検出するコヒーレント光検出手段（３１）と、前記コヒーレント光検出手段の出力及び前記広帯域光検出手段の出力を受けてそれぞれの出力の良否判定を行う制御部（３０）とを備えた。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記制御部は、前記良否判定の結果、前記それぞれの出力のいずれかを否と判定したときは少なくとも、アラームを出力し、もしくは前記広帯域光源と前記コヒーレント光源をオフにする構成とした。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、制御部（３０）が自己診断モードを設定する段階と、広帯域光源（１）が出力する広帯域光の少なくとも一部、及びコヒーレント光源（１１）が出力するコヒーレント光の少なくとも一部をそれぞれ検出する検出段階と、前記検出段階で検出した前記広帯域光の一部及びコヒーレント光の一部を基にそれぞれの光量の大きさの良否判定を行い、少なくともいずれか一つを否と判定したときは少なくとも、アラームを出力し、もしくは前記広帯域光源と前記コヒーレント光源をオフにする判定段階と、前記判定段階で良と判断された後に、前記制御部が測定モードを設定する段階と、光路形成部（５）が、それぞれ遠端に、参照鏡を配置した参照光路と被測定物を配置した測定光路の双方に前記広帯域光源からの広帯域光及び前記コヒーレント光源からのコヒーレント光を入射させ、前記参照鏡からの反射光と前記被測定物からの各反射光とを合波して出力する干渉段階と、光路長可変手段（８）が、前記参照光路又は前記測定光路のいずれか一方の光路長を変化させる段階と、光路長検出手段（１４）が、前記干渉段階で出力される反射波の合波を基に、前記広帯域光による干渉縞が生ずる光路長を、前記コヒーレント光による干渉縞の変化を基に求める段階と、を備え、求めた光路長から三次元の形状を測定する構成とした。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、各光源の異常を把握して測定出来る構成であるから、信頼性のよい測定が行える。また、光源による故障の有無を容易に知ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明に係る実施形態を、図を用いて説明する。図１は、本発明に係る実施形態の機能構成を示す図である。図２は、その変形例である。図３は、図１の光路長検出手段を説明するための図である。図４は、図１の分波手段を説明するための図である。
【００１５】
以下、本発明の説明にあたっては、[１．光源とその自己診断構成]、[２．実施形態の測定構成] [３．自己診断から測定までの一連の動作]の順で説明する。
【００１６】
[１．光源とその自己診断構成]
この実施形態での自己診断の対象とするのは、図１における光源１とＨｅ−Ｎｅレーザー１１の二つの光源である。それぞれの光源について「１．１  広帯域光（白色光）による干渉縞を生成する光学系の構成] ［１．２  レーザー光（コヒーレント光）による干渉縞を生成する光学系の構成］で説明後、「１．３自己診断」を説明する。
【００１７】
「１．１  広帯域光（白色光）による干渉縞を生成する光学系の構成]
図１の光源１は、広帯域に亘る多数の波長成分を有しコヒーレンシーの低い広帯域光を出射する光源であって、ここでは、例えば、白色光源を用いる。コリメータレンズ２は、光源１からの白色光（広帯域光）を集光してビームスプリッター３へ送る。ビームスプリッター３は、白色光の方向を変換して対物レンズ４へ送る。対物レンズ４は、白色光を平行光にしてビームスプリッター５（光路形成部）へ送る。ビームスプリッター５は、対物レンズ４から受けた白色光を２方向へ分岐し、一つは測定光として被測定物７へ送り（ビームスプリッター５から被測定物７への光路を測定光路とする。）、他の一つは参照光として参照鏡６へ送る（ビームスプリッター５から参照鏡６への光路を参照光路とする。）。この例では、ビームスプリッター５と参照鏡６との間は固定、つまり参照光路の光路長は一定の固定長さとされている。ビームスプリッター５の代わりに、ハーフミラーで構成することともできる。
【００１８】
なお、測定光路は、被測定物７の表面上の測定したい所望の照射範囲を同時に白色光で照射される構成にされている。
【００１９】
また、光源１は、白色光源としてハロゲンランプ等を用いることができる。広帯域光検出手段３２は、ハロゲンランプの一部の光を受光して電気に変換して出力する。この広帯域光検出手段３２の出力は制御部３０により、自己診断に用いられる。さらに光源１は、電源によって駆動されているので、電源をオンオフされることにより白色光の出力をオンオフされる。また、図１で光源１とコリメータレンズ２の直前までの間はファイバで光路構成されていてもよい。
【００２０】
［１．２  レーザー光（コヒーレント光）による干渉縞を生成する光学系の構成］
図１において、Ｈｅ−Ｎｅレーザー１１は、ほぼ単一波長を有する光源である。つまり、「ほぼ単一波長」とは、ピエゾ８により変化させた光路長の範囲において、コヒーレンシーを確保できるほどの波長成分（スペクトル）であることを言う。このＨｅ−Ｎｅレーザー１１からのレーザー光は、ビームスプリッター１２により、白色光と同一の光路へ導入される。そして白色光と同様に、参照光路及び測定光路へ入る。レーザー光は、被測定物７へ向けて集光される。図１では、レーザー光（粗い点線で示す。）は、被測定物７の測定範囲の中心からズレた位置にあるが、何処にあっても、固定した位置であれば校正できるので測定範囲の中心であっても良い。
【００２１】
また、Ｈｅ−Ｎｅレーザー１１からのレーザー光が入射された反対側に、そのレーザーが通過した一部を受けて、電気に変換して出力するレーザー光検出手段３１を備えている。このレーザー光検出手段３１の出力は制御部３０により、自己診断に用いられる。さらにＨｅ−Ｎｅレーザー１１は、電源によって駆動されているので、電源をオンオフされることによりレーザー光の出力をオンオフされる。また、図１の構成では、光源１をオフにされたときにレーザー光検出手段３１によりレーザー光を検出することが望ましい。図１でＨｅ−Ｎｅレーザー１１とビームスプリッター１２の直前までの間はファイバで光路構成されていてもよい。
【００２２】
「１．３自己診断」
図１の制御部３０は、全体と統一した制御を行うとともに、上記のように広帯域光検出手段３２の出力及びの出力を受けて自己診断を行う。自己診断を行うタイミングは、先ず測定を行わないときである。例えば、（ａ）全体の電源がオンされて測定する前の段階、（ｂ）測定を終了し次の被測定物を測定する迄の被測定物交換時期である。つまり制御部３０は、上記（ａ）及び（ｂ）のときは自己診断モードとして、その他の測定時期は測定モードとして各部を制御する。自己診断モードは、ユーザインタフェース１８で指定されても良いし、全体装置の電源オン後に最初に自動で設定される構成でも、被測定物の交換時に設定される構成であっても良い。
【００２３】
被測定物の交換は、直接に次の被測定物を搬送してきて測定済みの被測定物と取り替える、或いは図１の点線で囲まれた範囲の各構成要素（ビームスプリッター３、５，１２、カメラ１０等を含む）を搭載したステージ４０を次の被測定物が設定されている場所へ移動して取り替える何れかの方法がある。ステージ４０は、駆動部（不図示）により移動可能にされている。いずれの方法であっても制御部３０は、現在の被測定物の測定終了を検知して、測定終了を出し、次の測定開始指令を受けるまでは各構成要素に対して測定を停止させ自己診断モードとする。
【００２４】
制御部３０は、判定手段３０ａを有する。判定手段３０ａは、自己診断モード中に、広帯域光検出手段３２の出力（光量の大きさ又は強さ）と第１の閾値とを比較し、前者が第１の閾値以下であれば光源１が異常、第１の閾値以上であれば光源１が正常と判断する。また制御部３０は自己診断モード中に光源１をオフにし、そのとき、判定手段３０ａは、レーザー光検出手段３１の出力（光量の大きさ又は強さ）と第２の閾値とを比較し、前者が第２の閾値以下であればＨｅ−Ｎｅレーザー１１が異常、第２の閾値以上であればＨｅ−Ｎｅレーザー１１が正常と判断する。そして判定手段３０ａは、光源１又はＨｅ−Ｎｅレーザー１１のいずれか一方がもしくは双方が異常の場合は、故障と判断し、双方が正常な場合に限り正常と判断する。制御部３０は、異常の判断結果を受けて、ユーザインタフェース１８の表示部への表示で、ブザーで又は／及び音声で「故障」の旨のアラームを出力する。また、これらのアラームを出力するとともに又は単独で、光源１及びＨｅ−Ｎｅレーザー１１をオフにする。
【００２５】
上記第１の閾値又は第２の閾値のそれぞれは、ノイズレベル以上であって、光源１又はＨｅ−Ｎｅレーザー１１の単独の規格値に相当する値、或いは測定上必要とされる精度又は確度を満たすための値を基に、予め制御部３０に設定され、又は記憶されている。また、第１の閾値又は第２の閾値のそれぞれと比較されるのは、光源１の出力又はレーザー光検出手段３１の出力は、それぞれの全部との対応関係が既知であればそれぞれの一部であっても良い。
【００２６】
制御部３０は、以上の自己診断モードで正常と判断されたときのみ、次に説明するような測定モードへ移行できるので、測定値の信頼性が確保できる。
【００２７】
「１．５ 変形例」
図２は、図１の変形例であって、Ｈｅ−Ｎｅレーザー１１をハーフミラー３３で一部を反射させてビームスプリッター１２へ入射させる構成にし、そのハーフミラーから出力される他の一部のレーザー光をレーザー光検出手段３１が検出できる構成にした。この場合は、光源１をオフにしなくとも常時、検出できる。図２のその他の構成及び動作は図１と同じである。ただし、図２でＨｅ−Ｎｅレーザー１１とハーフミラー３３の直前までの間はファイバで光路構成されていてもよい。図１は、測定のための光路構成を優先した構成なので、図２に比べ、ハーフミラー３３が不要であり、干渉系のビームスプリッター３に入るレーザー光のロスを少なくできる。なお、ハーフミラー３３の代わりにビームスプリッターを用いても良い。
【００２８】
[２．実施形態の測定構成] 
[２．１．測定構成の概要]
実施形態では、上記したように、白色光（広帯域光）とレーザー光（コヒーレント光）の双方によるそれぞれの干渉縞を撮像手段１０で撮像して、撮像手段１０から得られるそれぞれの干渉縞のデータを基に白色光による干渉縞が生ずる光路長（光路長を干渉縞が生ずるまでに光路長を変化させたときの変化量でも良い。）を、レーザー光による干渉縞の変化を参照して求める構成である。
以下の説明で、測定光路の光路長を変化させたときに、干渉縞が生ずる光路長（光路長を干渉縞が生ずるまでに光路長を変化させたときの変化量）を「特定光路長」と言うことがある。
【００２９】
実施形態は、大きく分けて、レーザー光による干渉縞をカメラ１０（撮像手段）で撮像して、その干渉縞の繰り返しからスケールを生成する場合と、白色光による干渉縞が生ずる光路長（特定光路長）を、レーザー光による干渉縞の変化（スケール）を参照して求める場合の二つがある。これらの動作はほぼ同時でも良いし、又は先にスケールを生成して、その後に光路長を求める動作であっても良い。前者の同時動作は、動作に時間差が殆ど無いので、環境変化、測定条件の違いの影響を受けることが少ない。後者の時系列的な動作であっても、短時間の時間差であるから室内等で同じ条件で測定している分には、ほぼ前者と同様に信頼性の良い結果が得られる。
【００３０】
［２．２  白色光及びレーザー光による干渉縞検出までの共通の光学系及び処理の構成］
上記［１．１］及び［１．２］の光源１及びＨｅ−Ｎｅレーザー１１の説明を基礎に干渉系の構成と動作について説明する。
【００３１】
以下の説明において、白色光とレーザー光との区別をすること無く、単に「戻り光」「干渉縞」等と言う表現をしたときは、白色光及びレーザー光に共通するものとする。
【００３２】
被測定物７は、ピエゾ８の上に搭載されている。ピエゾ８は、圧電素子で構成され、光路長制御手段１６からの指示により、連続的に、被測定物７をＸＹ平面（図１の紙面に直交する面）に対してＺ軸方向（図１の紙面の上下方向）へ変位（移動）させることにより測定光路の光路長を所定速度で可変制御する。
【００３３】
なお、ここでは、本発明における光路長を変化させる可変方法としては、連続的な可変であり、可変速度を一定として、説明するが、後記するように可変方法は、ステップ状に可変しても良いし、可変速度もサイン関数等の所定関数状に変化しても良い。
【００３４】
ピエゾ８は、光路長制御手段１６の制御によって、ビームスプリッター５の固定位置に対して測定光路の光路長を変化させる手段（光路長可変手段）である。なお、ここでは、参照光路の光路長を固定、測定光路の光路長を変化させることで説明するが、干渉縞を生成するには、ピエゾ８を参照鏡６へ取り付け、測定光路を固定とし、参照光路の光路長を可変する構成にしても可能である。
【００３５】
参照鏡６及び被測定物７から反射されてきた各白色光及び各レーザー光（以下、区別する場合は「戻り白色光」「戻りレーザー光」と言い、区別無く纏めて「戻り光」と言うことがある。）は、ビームスプリッター５で合波（合成）され、さらに対物レンズ４で集光される。戻り白色光は、ビームスプリッター３を通過して結像レンズ９により平行光にされてカメラ１０へ入力される。戻りレーザー光は、ビームスプリッター３を通過して結像レンズ９により集光にされてカメラ１０へ入力される。
【００３６】
このとき、光路長制御手段１６からの指示で、ピエゾ８が測定光路の光路長を変化させる距離（或いは変化させるときの時間間隔）に応じて、カメラ１０が戻り光を撮像することにより、戻り光（戻り白色光、戻りレーザー光を含む）による干渉縞が撮像される（実際は、撮像は、戻り白色光及び戻りレーザー光を撮像しているだけであるが、後に撮像データを展開したときに現れる戻り白色光及び戻りレーザー光による干渉縞含むので、「干渉縞を撮像」と表現している。）。撮像された干渉縞は、メモリ１３に記憶される。このとき、測定光路は、上記のように被測定物７の所望の照射範囲を白色光により同時に照射する構成にされているので、照射範囲の各照射位置、つまり測定したい位置（以下、「測定位置」と言う。）からの戻り白色光に対応する干渉縞が撮像される。
【００３７】
なお、図１の光学系の変形としては、対物レンズ４の代わりに測定光路と参照光路のそれぞれに対物レンズを配置する光学系を構成することもできるので、本発明は、図１の光学系に限らない。以下の説明は、図１に沿って説明する。
【００３８】
メモリ１３は、光路長制御手段１６が所定時間間隔のタイミング信号を生成してピエゾ８へ時間間隔に応じて光路長を可変指示するので、そのタイミング信号のタイミングで戻り光の撮像データ（戻り光の輝度を示す輝度データになる。）を取り込み、記憶する。例えば、光路長が時間的に直線的に連続して可変されるのであれば、タイミング信号の時間間隔をアドレスとして撮像データを記憶する。これらのタイミング進行方向（つまりアドレス方向）が、Ｚ軸方向を表すことになる。そのとき、その撮像データを測定位置（Ｘｍ、Ｙｐ）と合わせて記憶する。測定位置（Ｘｍ、Ｙｐ）の情報は、カメラ１０の撮像素子の位置に対応したＸＹ方向の画素の位置である。このようにメモリ１３に記憶されているので、例えば、後記するようにそのメモリ１３から、このアドレス順に撮像データを取り出して再現すれば、図３（Ａ）のような干渉縞のデータが得られる。
【００３９】
信号処理手段２０は、光路長検出手段１４と変位演算手段１５とを備えている。
光路長検出手段１４は、図１のように、分波手段１４ａ、レーザー光路長参照手段１４ｂ及び白色光干渉縞光路検出手段１４ｃを備えている。分波手段１４ａは、メモリ１３からの撮像データ、例えば、測定位置（Ｘｍ、Ｙｐ）のデータを受けて、レーザー光による干渉縞を分離して取り出す。白色光による干渉縞は分波して取り出しても良いし、この場合は、コヒーレント光による干渉縞と重なったままでも良い（理由は後記する。）。分波手段１４ａは、メモリ１３からの所定時間間隔に対する撮像データを、フーリエ変換等により時間領域データを周波数（波長）領域のデータに変換して、周波数（波長）フィルタにより分離して取り出し、取り出したレーザー光のデータを再び時間領域のデータに再変換し、コヒーレント光路長参照手段１４ｂへ入力される。その再変換された波形を図３（Ｂ）に示す。一方、白色光の干渉縞とレーザー光の干渉縞が分離されないで、又は分離されて白色光による白色光干渉縞光路長検出手段１４ｃに送られる（分離された各色光による干渉縞が図３（Ａ）である。）。
【００４０】
図３（Ａ）は、横軸が光路長が変化する時間で縦軸が輝度（振幅）を示す座標上に展開した白色光による干渉縞の波形である。この白色光による干渉縞のほぼ中央のピーク位置が、参照光路の光路長と測定光路の光路長が同一になった場合である。また、白色光による干渉縞の波長は、ほぼ白色光（広帯域光）の要素となる各波長の合成で作られ、それらの帯域のほぼ中央の波長λの１／２になる。また、図３（Ａ）の白色光による干渉縞の光路長方向への広がりは、白色光のコヒーレンシーの程度による。コヒーレンシーが低いほど広がり幅は、狭くなる。
【００４１】
なお「ピーク位置」（或いは、「ピークの位置」）とは、白色光による干渉縞の輝度（振幅）が最大（以下、「ピーク」と言う。）となる横軸上の位置であって、横軸は、測定光路の光路長方向（Ｚ軸方向：図１の紙面の上下方向）であり、また光路長可変するときの時間軸方向（カメラ１０により所定時間間隔で撮像されるときの時間軸方向）である。
【００４２】
図３（Ｂ）は、レーザー光による干渉縞の変化を、輝度（振幅）と位相とで、白色光の干渉縞と同じ時間軸上に表した図である。図３（Ｂ）の横軸は時間でもあるが、基準位置（光路長を可変する前の位置、例えば、これをゼロとする。）からの測定光路の光路長の変化量でもある。レーザー光による干渉縞の変化の繰り返しは、レーザー光の波長の１／２と同じ繰り返しになる。位相の変化（量）は、基準位置における位相に対する変化（量）である（相対的な変化量である。）。したがって、レーザー光による干渉縞の変化をレーザー光の波長で刻まれたスケールとして使用することができる。
【００４３】
ここで、分波手段１４ａによる白色光による干渉縞とのレーザー光による干渉縞の分離について説明する。白色光干渉縞光路長検出手段１４ｃは、白色光の干渉縞の位置を特定するためのピーク（特徴点）を求める。一方、図４（Ａ）に白色光による干渉縞の波形、図４（Ｂ）にレーザー光による干渉縞の波形、及び図４（Ｃ）に白色光及びレーザー光による干渉縞の波形を示すが、図４（Ｃ）のように、レーザー光の干渉縞の大きさが適切な大きさであれば、分離されなくて重なっていても、白色光の干渉縞のピーク位置を抽出できる。レーザー光の干渉縞の大きさは、Ｈｅ−Ｎｅレーザー１１からのレーザー光の強さを調整する事により適切にすることできる。大凡では、レーザー光の干渉縞の大きさは、白色光の干渉縞の大きさ以下が望ましい。
【００４４】
また、メモリ１３に記憶される撮像データは、上記時間間隔で記憶される（図３（Ａ）は、それらを結んで連続的に表現したものである。）ので、撮像データとしては離散的になる。この時間間隔（タイミング）が、図３（Ａ）の干渉縞の周期（縞の振幅間の間隔）に対して無視できる程度の細かさであれば、白色光干渉縞光路長検出手段１４ｃは、それら撮像データ（輝度データ）の極大点のうち最大値を示す点をピーク位置として求めて求めても良いし、極大点を結んで得られる包絡線のピーク位置を演算で求めても良い。離散的なため、極大点と包絡線のピーク位置が一致しないため、包絡線を結べないことがあるが、滑らかな特性であるから前後の極大点から補間演算により求めても良い。また、撮像データの時間間隔と干渉縞の周期に関わらず、信号処理手段２０は、特開平９−３１８３２９号公報に記載のように、離散的処理で求めてもよい。
【００４５】
さらに、離散的な撮像データから干渉縞のピークを求める方法としては、光路長を段階的に変化させ、その変化した所定の光路長毎に撮像した離散的な撮像データを基に次ぎの処理を行う技術がある。撮像データから得られる干渉縞のデータからデジタル・ハイパスフィルタにより直流成分を除外する。交流成分となったデータを二乗して整流する。整流された繰り返し成分に比べ低い繰り返し成分を通過させるデジタル・ローパスフィルタを通して積分し、干渉縞の包絡線データを算出する。このとき、ピーク位置の細かさの要求に応じて、整流された繰り返し成分の間を例えば二乗特性で補間し、補間された繰り返し成分を積分して包絡線データを求める。この包絡線データのピークとなる位置を求める。これらは撮像データが時間間隔で取得されているので、時間軸上でピーク位置が計算されるが、最終的には、光路長にスケーリングされる。上記算出は、白色光干渉縞光路長検出手段１４ｃで行われ、コヒーレント路長参照手段１４ｂでスケーリングすることができる。
【００４６】
［２．３  スケーリング及び形状測定］
光路長検出手段１４は、上記のように、メモリ１３から、例えば測定位置（Ｘｍ、Ｙｐ）における撮像データをアドレス順に読み出して、図３（Ｂ）のレーザー光による干渉縞と図３（Ａ）に示すような白色光の干渉縞を得る。白色光干渉縞光路検出手段１４ｃがその白色光の干渉縞のピーク位置を検出する。そして、レーザー光路長参照手段１４ｂが白色光の干渉縞の時間軸と同じ時間軸に展開されたレーザー光による干渉縞の変化をそのレーザー光の波長で刻んだスケールとして、そのピークが現れる位置を位置Ｚ１ｓとして特定する。同様に、基準測定位置（Ｘｓ、Ｙｓ）の撮像データからも白色光の干渉縞のピークの位置Ｚｓｓ（光路長の変化量）を特定する。つまり、光路長（その変化量）に値付け、スケーリングをする。スケーリングされた光路長を基に画像としてユーザインターフェース１８に表示させても良い。各数値と測定位置を対応付けて表示させても良い。
【００４７】
そして、変位演算手段１５が、それらの差Ｚｓｓ−Ｚ１ｓを求めることにより、測定位置（Ｘｍ、ＹＰ）の基準測定位置（Ｘｓ、Ｙｓ）に対する変位、つまり高さとなる。同様に、各測定位置について処理を行えば、被測定物７の全面について高さ（Ｚ軸方向の距離）が測定できる。このように測定位置間での特定光路長間の差をとることによって、相対的な高さ方向の変位を得るので、カメラ１０の応答遅れがあってもうち消すことができる。
【００４８】
また、上記のように、光路長制御手段１６による測定光路の光路長の変化及びカメラ１０による撮影データの取得は、時間に対応しているが、上記スケーリングは、時間に関係ないのが特徴である。したがって、光路長制御手段１６による測定光路の光路長の変化の速度が変化し一定でなくなったとしても、それに起因した白色光による干渉縞の歪みとスケール（つまり、レーザー光による干渉縞）の歪みとは同じになり、かつスケールの刻み（レーザー光による干渉縞の間隔）はレーザー光の波長で決定されるので、対応関係が明確であり、速度の変化の影響を防止して測定できる。
【００４９】
上記構成のうち、制御手段３０、信号処理手段２０及び光路長制御手段１６は，ＣＰＵ及びメモリで構成することができる。
【００５０】
[３．自己診断から測定までの一連の動作]
制御部３０が自己診断モード及び測定モードを設定して次のような各ステップを各部に実行させる。下記の一部は、上記説明と重なる。
ステップ１：制御部３０が自己診断モードを設定する。
ステップ２：光源１が制御部３０によってオンにされ、出力する白色光の少なくとも一部を広帯域光検出手段３２によって検出され、さらに、Ｈｅ−Ｎｅレーザー１１がオンにされ、出力するレーザー光の少なくとも一部がレーザー光検出手段３１によって検出される。
ステップ３：判定手段３０ａが、検出された白色光の一部及びレーザー光の一部を、第１及び第２の閾値と大きさを比較し、それぞれの大きさの良否判定を行い、広帯域光源１と前記Ｈｅ−Ｎｅレーザー１１をオフにして、操作者にアラームを出して修理を促す。
ステップ４：制御手段３０は、良と判断したときは、或いは終了後に良と判断されたとき、自己診断モードから測定モードに切り換え、各部を制御して測定を実行させる。
ステップ５：光路形成部５が、広帯域光源１からの白色光及びＨｅ−Ｎｅレーザー１１からのレーザー光を、上記したように参照光路と測定光路の双方に入射させ、参照鏡６からの反射光と被測定物７からの各反射光とを合波してカメラ１０側へ出力し、撮像させる。
ステップ６：一方、光路長可変手段８が、参照光路又は測定光路のいずれか一方の光路長を変化させる。
ステップ７：光路長検出手段１４が、出力される反射波の合波を撮像したカメラ１０の出力を基に、白色光による干渉縞が生ずる光路長を、レーザー光による干渉縞の変化を基に求める。
そして、求めた光路長から被測定物７の三次元の形状を測定する。
【００５１】
これらの動作の流れに応じたプログラムを記憶し、ＣＰＵ実行させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明に係る実施形態の機能構成を示す図である。
【図２】図１の変形例を示す図ある。
【図３】図１の光路長検出手段を説明するための図である。
【図４】図１の分波手段を説明するための図である。
【符号の説明】
【００５３】
１  光源
２  コリメータレンズ
３  ビームスプリッター
４  対物レンズ
５  ビームスプリッター
６  参照鏡
７  被測定物
８  ピエゾ
９  結像レンズ
１０  カメラ
１１  Ｈｅ−Ｎｅレーザー
１２  ビームスプリッター
１３  メモリ
１４  光路長検出手段
１４ａ  分波手段
１４ｂ  コヒーレント光路長参照手段
１４ｃ  白色光干渉縞光路長検出手段
１５  変位演算手段
１６  光路長制御手段
１８  ユーザインタフェース
２０  信号処理手段
３０  制御部
３０ａ  判定手段
３１  レーザー光検出手段
３２  広帯域光検出手段
３３  ハーフミラー
４０  ステージ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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