(57)【要約】【課題】温度環境の変化により光学系の支持体が膨張、収縮することの影響を排除して、常に高精度な測定結果を得ることが可能な三角測量方式の光測定装置を得る。【解決手段】２つの光学系（投影系２０Ａおよび観察系２０Ｂ）を支持するベース板１１の温度を計測する温度検出部３０と、計測された温度とベース板１１を形成する材料の線膨張率とに基づき、計測された温度下での基線の実長を求める基線長算出部４３とが設けられている。演算解析部４２は、基線長の初期設定値を基準長算出部４３において求められた基線の実長値に置き換えるとともに、２つの光学系により得られた観察データを用いて、基線の実長と被観察点との位置関係に基づく演算を行ない、被検体５の３次元形状を解析するように構成されている。【選択図】          図３
2007017394.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持体上に設置された２つの光学系と、該２つの光学系間に設定された基線と被観察点との位置関係に基づき、前記２つの光学系により得られた観察データを用いて所定の演算を行ない、被検体に関する測定情報を得る演算手段とを備えた光測定装置であって、
前記支持体の温度を計測する温度センサと、
該温度センサにより計測された前記温度と前記支持体を形成する材料の線膨張率とに基づき、前記温度下での前記基線の実長を求める基線長算出手段と、を備え、
前記演算手段は、前記基線長算出手段により求められた前記実長を用いて前記演算を行なうように構成されていることを特徴とする光測定装置。
【請求項２】
支持体上に設置された２つの光学系と、該２つの光学系間に設定された基線と被観察点との位置関係に基づき、前記２つの光学系により得られた観察データを用いて所定の演算を行ない、被検体に関する測定情報を得る演算手段とを備えた光測定装置であって、
前記支持体の温度を計測する温度センサと、
該温度センサにより計測された前記温度と前記支持体を形成する材料の線膨張率とに基づき、前記温度下での前記基線の長さの変化量を求める基線長変化量算出手段と、
該基準長変化量算出手段により求められた前記変化量を相殺するように前記２つの光学系の位置を補正し、前記基線の長さを略一定に維持する光学系位置補正手段と、
を備えていることを特徴とする光測定装置。
【請求項３】
前記温度センサは、前記基線の前記支持体上への正射影の略中央位置に配されていることを特徴とする請求項１または２記載の光測定装置。
【請求項４】
光切断法を用いて前記被検体の形状情報を得る光切断測定装置であることを特徴とする請求項１〜３までのうちいずれか１項記載の光測定装置。
【請求項５】
モアレトポグラフィ計測法を用いて前記被検体の形状情報を得るモアレ縞測定装置であることを特徴とする請求項１〜３までのうちいずれか１項記載の光測定装置。
【請求項６】
支持体上に設置された２つの光学系を用いて被検体を観察し、該２つの光学系間に設定された基線と被観察点との位置関係に基づき、前記２つの光学系により得られた観察データを用いて所定の演算を行ない、前記被検体に関する測定情報を得る光測定方法であって、
前記支持体の温度を計測するとともに、計測された該温度と前記支持体を形成する材料の線膨張率とに基づき、前記温度下での前記基線の実長を求め、該実長を用いて前記演算を行なうことを特徴とする光測定方法。
【請求項７】
支持体上に設置された２つの光学系を用いて被検体を観察し、該２つの光学系間に設定された基線と被観察点との位置関係に基づき、前記２つの光学系により得られた観察データを用いて所定の演算を行ない、前記被検体に関する測定情報を得る光測定方法であって、
前記支持体の温度を計測するとともに、計測された該温度と前記支持体を形成する材料の線膨張率とに基づき、前記温度下での前記基線の長さの変化量を求め、該変化量を相殺するように前記２つの光学系の位置を補正し、前記基線の長さを略一定に維持することを特徴とする光測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検体を観察する２つの光学系間に設定された基線の長さと被観察点との位置関係に基づく所定の演算により、被検体までの距離や被検体の形状等の測定情報等を得る方式（以下、このような方式を「三角測量方式」と称する）の光測定装置および方法に関し、特に、被検体を測定する際の温度環境が大きく変化するような場合に好適な光測定装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、三角測量方式の光測定装置としては、被検体上に輝線を投影する投影系と、投影された輝線を異なる方向から観察する観察系とを備え、光切断法を用いて被検体の３次元形状測定を行なう光切断測定装置が知られている（下記特許文献１参照）。
【０００３】
また、モアレトポグラフィ計測法を用いる光測定装置として、格子照射型のモアレ縞測定装置（下記特許文献２参照）や、格子投影型のモアレ縞測定装置（下記特許文献３参照）も知られている。格子照射型のモアレ縞測定装置は、被検体に対向配置された基準格子に照明光を照射して被検体上に基準格子の影をつくる照明系と、この照明により被検体上に形成される変形格子を、基準格子を通して観察する観察系とを備えており、格子投影型のモアレ縞測定装置は、投影レンズ側に配された投影格子の像を被検体上に投影する投影系と、この投影により被検体上に形成された変形格子を、観察レンズ側に配された基準格子を通して観察する観察系とを備えている。
【０００４】
また、被検体上に格子模様等の光パターンを投影する投影系と、投影された光パターンを光パターンの投影方向とは異なる方向から観察する観察系とを備えた光パターン投影型の光測定装置も知られている（下記特許文献４参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−１２２８３７号公報
【特許文献２】特開２００３−２９４４２７号公報
【特許文献３】特開平１１−２８３４３７号公報
【特許文献４】特開２０００−１３１２２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このような光測定装置は、温度環境があまり変化しない室内等で用いられることが多いが、温度環境が大きく変化する室外等において、このような光測定装置を用いて高精度な測定を行ないたいという要望もある。
【０００７】
光測定装置における２つの光学系は一般に、アルミニューム等の金属で形成される装置筺体等の支持体上に配置されている。２つの光学系間には三角測量方式では周知の基線が設定されており、この基線の長さ（基線長）は測定解析の際に行なう演算での重要なパラメータとなっている。支持体が周囲の温度変化により膨張したり収縮したりすると、支持体上の２つの光学系間に設定された基準長も変化することになるが、支持体を形成する材料の線膨張率（線膨張係数）は、例えばアルミニュームで２．３×１０−５ｍｍ（２０℃における値）と小さいため、温度環境があまり変化しない室内等で用いられる場合には、基線長が変化することによる測定誤差は無視し得る程度となる。
【０００８】
しかしながら、周囲の温度が例えば数十度の範囲に亘って大きく変化する場所で用いられる場合には、基線長の変化も大きくなって測定誤差が増大し、高精度な測定を行なうことが困難となる。
【０００９】
これまで、装置筺体内の嫌熱部に熱が篭らないように装置筺体内に断熱用の壁や排気ファン等を設置し、嫌熱部の温度上昇を防止するようにしたものは知られているが（上記特許文献３参照）、装置筺体外の温度環境が大きく変化する場合には有効ではない。
【００１０】
また、支持体を線膨張率の極めて小さい合金やセラミック等で形成することも考えられるが、このような材料は加工が難しかったり、高価であったりするなどの問題があり、また、線膨張率が零でない限り抜本的な解決策とはなりえない。
【００１１】
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、温度環境の変化により支持体が膨張、収縮することの影響を排除して、常に高精度な測定結果を得ることが可能な三角測量方式の光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】
【００１２】
本発明に係る光測定装置は、支持体上に設置された２つの光学系と、該２つの光学系間に設定された基線と被観察点との位置関係に基づき、前記２つの光学系により得られた観察データを用いて所定の演算を行ない、被検体に関する測定情報を得る演算手段とを備えた光測定装置であって、
前記支持体の温度を計測する温度センサと、該温度センサにより計測された前記温度と前記支持体を形成する材料の線膨張率とに基づき、前記温度下での前記基線の実長を求める基線長算出手段と、を備え、前記演算手段は、前記基線長算出手段により求められた前記実長を用いて前記演算を行なうように構成されていることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る他の光測定装置は、支持体上に設置された２つの光学系と、該２つの光学系間に設定された基線と被観察点との位置関係に基づき、前記２つの光学系により得られた観察データを用いて所定の演算を行ない、被検体に関する測定情報を得る演算手段とを備えた光測定装置であって、
前記支持体の温度を計測する温度センサと、該温度センサにより計測された前記温度と前記支持体を形成する材料の線膨張率とに基づき、前記温度下での前記基線の長さの変化量を求める基線長変化量算出手段と、該基準長変化量算出手段により求められた前記変化量を相殺するように前記２つの光学系の位置を補正し、前記基線の長さを略一定に維持する光学系位置補正手段と、を備えていることを特徴とする。
【００１４】
本発明の光測定装置において、温度センサは、前記基線の支持体上への正射影の略中央位置に配されていることが好ましい。
【００１５】
また、本発明の光測定装置は、光切断法を用いて前記被検体の形状情報を得る光切断測定装置や、モアレトポグラフィ計測法を用いて前記被検体の形状情報を得るモアレ縞測定装置とすることができる。
【００１６】
一方、本発明に係る光測定方法は、支持体上に設置された２つの光学系を用いて被検体を観察し、該２つの光学系間に設定された基線と被観察点との位置関係に基づき、前記２つの光学系により得られた観察データを用いて所定の演算を行ない、前記被検体に関する測定情報を得る光測定方法であって、
前記支持体の温度を計測するとともに、計測された該温度と前記支持体を形成する材料の線膨張率とに基づき、前記温度下での前記基線の実長を求め、該実長を用いて前記演算を行なうことを特徴とする。
【００１７】
また、本発明に係る他の光測定方法は、支持体上に設置された２つの光学系を用いて被検体を観察し、該２つの光学系間に設定された基線と被観察点との位置関係に基づき、前記２つの光学系により得られた観察データを用いて所定の演算を行ない、前記被検体に関する測定情報を得る光測定方法であって、
前記支持体の温度を計測するとともに、計測された該温度と前記支持体を形成する材料の線膨張率とに基づき、前記温度下での前記基線の長さの変化量を求め、該変化量を相殺するように前記２つの光学系の位置を補正し、前記基線の長さを略一定に維持することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の光測定装置および方法によれば、支持体の温度と支持体の形成材料の線膨張率とに基づき基線の実長を求め、この基線の実長を用いて演算を行なうように構成されているので、温度環境の変化により支持体が膨張、収縮する場合でも、常に高精度な測定結果を得ることが可能となる。
【００１９】
また、本発明の他の光測定装置および方法によれば、支持体の温度と支持体の形成材料の線膨張率とに基づき基線の長さの変化量を求め、この変化量を相殺するように２つの光学系の位置を補正し、基線の長さを略一定に維持するように構成されているので、温度環境の変化により支持体が膨張、収縮する場合でも、常に高精度な測定結果を得ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。図１は本発明の第１実施形態に係る光測定装置の全体構成を示す図であり、図２は図１のII−II線に沿った断面図、図３は図１に示す光測定装置の光学系配置および作用を示す概略図である。
【００２１】
図１に示す第１実施形態の光測定装置は、光切断法を用いて被検体５の３次元形状を計測する光切断測定装置であり、三脚２に支持された装置本体１と、コンピュータ等からなる解析装置４とを備えてなる。
【００２２】
このうち装置本体１は、図２に示すように、支持体としてのベース板１１と、前面に２つの窓部１３，１４（図１参照）を有してなる筺体カバー１２とからなる装置筺体内に、投影系２０Ａおよび観察系２０Ｂの２つの光学系や電源アンプ部１５等を備えている。
【００２３】
上記投影系２０Ａは、図１に示す窓部１３から輝線Ｋを被検体５上に投影するものであり、図２および図３に示すように、光源部２１、投影レンズ２２、および走査ミラー２３を有してなる。光源部２１は、半導体レーザ装置等からなり、直進性の高い光を出力するように構成されており、投影レンズ２２は、光源部２１からの出力光を輝線生成用の光束に変換して上記走査ミラー２３の回動中心（走査ミラー２３の回動軸Ｂ（図２参照）と、投影系２０Ａの光軸Ａ１との交点に位置する。以下「基点Ｃ」と称す）に向けて出射するように構成されている。
【００２４】
また、上記走査ミラー２３は、投影レンズ２２からの光束を反射して、上記輝線Ｋを被検体５上に投影、走査するようになっている。すなわち、この走査ミラー２３は、回動装置２４を介してベース板１１に支持されており、回動装置２４により回動せしめられることにより、上記輝線Ｋを所定の角度範囲で走査するようになっている。なお、上記光源部２１および上記投影レンズ２２は、図２に示すように、台座１６を介してベース板１１に支持されており、光源部２１の後端部には、ヒートシンク１７が設けられている。
【００２５】
一方、上記観察系２０Ｂは、被検体５に投影、走査された上記輝線Ｋを、図１に示す窓部１４を介して、輝線Ｋの投影方向とは異なる方向から観察するものであり、図２および図３に示すように、撮像レンズ２５と撮像カメラ２６とを有してなる。撮像カメラ２６は、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像面で形成される撮像面２７を備えており、撮像レンズ２５は、被検体５に投影、走査された上記輝線Ｋを、撮像面２７上に結像させるように構成されている。また、撮像カメラ２６は、撮像面２７上に結像された画像情報を画像信号に変換し、図１に示す解析装置４に出力するようになっている。なお、図２に示すように、撮像レンズ２５は鏡筒を介して撮像カメラ２６に保持されており、撮像カメラ２６は台座１８を介してベース板１１に支持されている。
【００２６】
また、図２および図３に示すように上記ベース板１１には、該ベース板１１の温度変化を検出するための温度検出部３０が設けられている。この温度検出部３０は、例えば図４に示すように構成される。すなわち、図４に示す温度検出部３０は、ベース板１１に形成された貫通孔に、底板３２ａを備えたサーミスタホルダ等の温度センサ保持材３２を取付け、この温度センサ保持材３２内にサーミスタ等の温度センサ３１を収納し、その周囲に接着剤やシーリング材等の充填材３３を充填することにより構成されている。
【００２７】
この図４に示す態様のものに替えて、図５に示す態様の温度検出部３０Ａや、図６に示す態様の温度検出部３０Ｂを用いてもよい。すなわち、図５に示す温度検出部３０Ａは、ベース板１１に形成された袋穴に温度センサ３１を収納し、その周囲に充填材３３を充填することにより構成されている。一方、図６に示す温度検出部３０Ｂは、ベース板１１に形成された袋穴に、底板を備えていない温度センサ保持材３２Ａを取付け、この温度センサ保持材３２Ａ内に温度センサ３１を収納し、その周囲に充填材３３を充填することにより構成されている。なお、温度センサ保持材３２，３２Ａや充填材３３は、好ましくは、温度センサ３１によるベース板１１の温度検出の妨げとならないように比熱の小さい（熱伝導率の大きい）伝熱性材料で形成される。
【００２８】
上述した投影系２０Ａおよび観察系２０Ｂの間には、被検体５の形状解析の際に行なわれる演算において、その長さが重要なパラメータとなる基線が設定されている。本実施形態においてこの基線は、例えば、図３に示す上記基点Ｃと、撮像レンズ２５の入射瞳の中心（以下「基点Ｄ」と称す）とを結ぶ直線として設定される。投影系２０Ａおよび観察系２０Ｂは共にベース板１１に支持されているので、温度環境等の変化によりベース板１１が膨張したり収縮したりすると、基線の長さ（基線長）も変化することになる（図３では、観察系２０Ｂの光軸Ａ２と、上記基点Ｃを通り該光軸Ａ２と平行な直線Ｅとの距離を、基線長として表示している）。
【００２９】
上述した温度検出部３０（３０Ａ，３０Ｂ）は、このような基線長の変化量を求めるためのものであり、膨張、収縮するベース板１１の温度変化と基線長の変化量との関係を把握し易い位置として、上記基線のベース板１１上への正射影（基線からベース板１１に下ろした垂線の足の集合からなる直線）の略中央位置に設置されている。
【００３０】
また、図３に示すように上記解析装置４は、メモリに格納された処理プログラムや、ＣＰＵ、演算回路等により構成される演算解析部４２および基準長算出部４３を備えてなる。演算解析部４２は、上記２つの光学系（投影系２０Ａおよび観察系２０Ｂ）により得られた観察データ（被検体５上に投影、走査された輝線Ｋの画像情報）を用いて所定の演算を行ない、被検体５の形状を解析する演算手段を構成するものである。一方、基準長算出部４３は、上記温度検出部３０（３０Ａ，３０Ｂ）の温度センサ３１により計測されたベース板１１の温度と該ベース板１１を形成する材料（例えばアルミニューム）の線膨張率とに基づき、計測された温度下での上記基線の実長（実際の長さ）を求める基線長算出手段を構成するものである。なお、被検体５の形状解析結果に基づき被検体５の３次元画像等が生成され、これが図１に示す画像表示部４１に表示される。
【００３１】
基線の実長を求めるために上記基準長算出部４３で行なわれる演算は、例えば下式（１）が用いられる。
【００３２】
ａ＝ａ０（１＋αΔｔ）  ……  （１）
ここで、ａは基線の実長、ａ０は基線長の初期設定値（標準温度（例えば２０℃）下で測定した基線の長さ）、αはベース板１１を形成する材料の線膨張率、Δｔはベース板１１の計測温度と上記標準温度との差を、それぞれ示している。
【００３３】
また、被検体５の形状を解析するために上記演算解析部４２で行なわれる演算では、例えば下式（２）が利用されるものとされる。
【００３４】
Ｌ＝ａ０／（ｔａｎφ＋ｔａｎθ）  ……  （２）
ここで、Ｌは被検体５上の被観察点と基線との距離、φは上記観察系２０Ｂの光軸Ａ２と、上記被観察点と基点Ｄとを結ぶ直線とのなす角度、θは上記基点Ｃを通る上記直線Ｅと、上記被観察点と上記基点Ｃとを結ぶ直線とのなす角度を、それぞれ示している（図３参照）。なお、例えば、φは上記撮像面２７上での被観察点の結像位置、θは上記走査ミラー２３の回動角度から、それぞれ求められる。
【００３５】
上記演算解析部４２は、例えば、初期設定においては上式（２）を用いて計算するように構成されているが、上記基準長算出部４３において基線の実長ａが求められると、この実長ａの値を基線長の初期設定値ａ０と置き換えて演算するようになっている。
【００３６】
以上のように構成されていることにより、この第１実施形態装置の光測定装置によれば、温度環境の変化によりベース板１１が大きく膨張、収縮する場合でも、常に高精度な光切断測定結果を得ることが可能となっている。
【００３７】
なお、上記温度変化Δｔが測定解析に及ぼす誤差の一例として、温度変化Δｔと上記測定距離Ｌの測定誤差ΔＬとの関係を表すグラフを図７に示す。図７に示すグラフでは、基線長の初期設定ａ０を４００ｍｍ、上記距離Ｌが２０００ｍｍの場合を例にとっている。このとき、上式（１）中の（ｔａｎφ＋ｔａｎθ）＝０．２となるので、ΔＬは下式（３）により求められる。
【００３８】
ΔＬ＝５ａ０αΔｔ  ……  （３）
この式（３）における線膨張率αに、アルミニュームの２０℃における値を代入して得られたグラフが図７に示すものである。このグラフによれば上記温度変化Δｔが１０℃程度のときに、上記距離Ｌの測定誤差ΔＬが０．５ｍｍ程度に及ぶことが確かめられる。
【００３９】
次に、本発明に係る光測定装置の第２実施形態について説明する。図８は本発明の第２実施形態に係る光測定装置の光学系配置および作用を示す概略図である。なお、この第２実施形態において、上述した第１実施形態と共通の構成要素については、図１〜図６で用いた番号を図８でも共通に用いることとし、その詳細な説明は省略する。このことは、後述する第３実施形態（図９〜図１１）においても同様とする。
【００４０】
図８に示す第２実施形態の光測定装置は、第１実施形態の光測定装置と同じく、光切断法を用いて被検体５の３次元形状を計測する光切断測定装置であり、全体的な構成は図１に示す態様と類似している。構成の面で異なるのは、装置本体１Ａ内の投影系２０Ａ´および解析装置４Ａである。
【００４１】
すなわち、投影系２０Ａ´の走査ミラー２３は移動ステージ２８上に設置されており、この移動ステージ２９はアクチュエータ２９によって、投影系２０Ａ´の光軸Ａ１方向（図中左右方向）に移動せしめられるように構成されている。移動ステージ２９が移動することにより基点Ｃの位置が移動するので、ベース板１１の膨張、収縮が無い場合には、この移動に伴い基点Ｃと基点Ｄとの間に設定された基線の長さも変化することになる。なお、上記移動ステージ２８および上記アクチュエータ２９は、後述する光学系位置補正制御部４６と共に光学系位置補正手段を構成している。
【００４２】
一方、解析装置４Ａは、メモリに格納された処理プログラムや、ＣＰＵ、演算回路等により構成される演算解析部４４、基準長変化量算出部４５、および上記光学系位置補正制御部４６を備えてなる。演算解析部４４は、上記２つの光学系（投影系２０Ａ´および観察系２０Ｂ）により得られた観察データ（被検体５上に投影、走査された輝線Ｋの画像情報）を用いて所定の演算を行ない、被検体５の形状を解析する点では、第１実施形態の演算解析部４２と同様である。一方、基準長変化量算出部４５は、温度検出部３０（３０Ａ，３０Ｂ）の温度センサ３１（図４〜６参照）により計測されたベース板１１の温度と該ベース板１１を形成する材料の線膨張率とに基づき、計測された温度下での基線長の初期設定値からの変化量を求める基線長変化量算出手段を構成するものである。また、光学系位置補正制御部４６は、基準長変化量算出部４５により求められた基線長の変化量を相殺するように、上記アクチュエータ２９および上記移動ステージ２８を介して上記走査ミラー２３を移動せしめ、基線長を略一定に維持するように構成されている。
【００４３】
基線の変化量を求めるために上記基準長変化量算出部４５で行なわれる演算では、例えば下式（４）が用いられる。
【００４４】
Δａ＝ａ０αΔｔ  ……  （４）
ここで、Δａは基線の変化量、ａ０は基線長の初期設定値（標準温度（例えば２０℃）下で測定した基線の長さ）、αはベース板１１を形成する材料の線膨張率、Δｔはベース板１１の計測温度と上記標準温度との差を、それぞれ示している。
【００４５】
上記光学系位置補正制御部４６は、求められた基線の変化量が正値の場合には、その絶対値の分だけ上記走査ミラー２３が観察系２０Ｂに近づくように、逆に求められた基線の変化量が負値の場合には、その絶対値の分だけ上記走査ミラー２３が観察系２０Ｂから遠ざかるように、上記アクチュエータ２９へ指令信号を出力する。
【００４６】
以上のように構成されていることにより、この第２実施形態装置の光測定装置によれば、温度環境の変化によりベース板１１が大きく膨張、収縮する場合でも、常に高精度な光切断測定結果を得ることが可能となっている。
【００４７】
次に、本発明に係る光測定装置の第３実施形態について説明する。図９は本発明の第３実施形態に係る光測定装置の全体構成を示す図であり、図１０はその光学系配置および作用を示す概略図である。
【００４８】
図９に示す第３実施形態の光測定装置は、格子投影型モアレトポグラフィ法を用いて被検体５Ａの３次元形状を計測する格子投影型のモアレ縞測定装置であり、三脚２Ａに支持された装置本体６と、電源機器駆動部８と、コンピュータ等からなる解析装置４Ｃとを備えてなる。このうち装置本体６は、図１０に示すように、ベース板６１と、支持体としての筺体カバー６２とからなる装置筺体内に、投影系７０Ａおよび観察系７０Ｂの２つの光学系を備えている。
【００４９】
上記投影系７０Ａは、照明ランプ７１、コンデンサレンズ７２、投影格子７３、および投影レンズ７４を有してなる。コンデンサレンズ７２は、その光軸Ａ３が投影レンズ７４の光軸Ａ４と斜交するように配置されており、照明ランプ７１の光源７１ａから出た光を投影格子７３に照射し、投影レンズ７４を介して被検体５Ａを照明するようになっている。また、投影レンズ７４は、投影格子７３の像を図１０に１点鎖線で示す仮想基準格子面Ｐｇ上に結ぶように構成され、その焦点深度内に配置された被検体５Ａ上に変形格子像を形成するようになっている。
【００５０】
一方、上記観察系７０Ｂは、結像レンズ７５、基準格子７６、撮像レンズ７７および撮像カメラ７８を有してなる。結像レンズ７５は、被検体５Ａ上に形成された変形格子像を基準格子７６上に結像するように構成されている。すなわち、投影系７０Ａにおいて投影格子７３は仮想基準格子面Ｐｇと共役の位置関係で配置されており、一方、観察系７０Ｂにおいて基準格子７６も仮想基準格子面Ｐｇと共役の位置関係で配置されている。撮像カメラ７８は、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像面で形成される撮像面７９を備えており、変形格子像が基準格子７６上に結像されることにより生じる等高線モアレ縞の像を、撮像レンズ７７を介して撮像面７９上に結像させ、これを画像信号に変換し図９に示す解析装置４Ｃに出力するようになっている。
【００５１】
図１０において１点鎖線で示す仮想基準格子面Ｐｇおよびこの仮想基準格子面Ｐｇと平行な実線で示す複数の面が次数の異なる等次数モアレ面（以下「モアレ面」と称す）を形成しており、これら各モアレ面と被検体５Ａが交差する曲線に沿って等高線モアレ縞が形成されることとなる。図１０には、仮想基準格子面Ｐｇの奥側（図中上側）にのみ実線でモアレ面を示しているが、仮想基準格子面Ｐｇの手前側（図中下側）にも複数のモアレ面が形成される。したがって、被検体５Ａが仮想基準格子面Ｐｇを前後にまたがるように配置された場合においても等高線モアレ縞は形成される。
【００５２】
また、図１０に示すように筺体カバー６２の前面部６２ａには、該前面部６２ａの温度変化を検出するための温度検出部８０が設けられている。この温度検出部８０は、図１１に示すように、前面部６２ａに形成された貫通孔に、底板８２ａを備えたサーミスタホルダ等の温度センサ保持材８２を取付け、この温度センサ保持材８２内にサーミスタ等の温度センサ８１を収納し、その周囲に接着剤やシーリング材等の充填材８３を充填することにより構成されている。なお、図１１に示す態様は、第１実施形態における温度検出部３０（図４参照）に類似するものであり、このような態様のものに替えて、図５に示す態様や、図６に示す態様と類似するものを用いてもよい。
【００５３】
この第３実施形態において基線は、例えば、図１０に示す投影レンズ７４の入射瞳の中心位置（以下「基点Ｆ」と称す）と、結像レンズ７５の入射瞳の中心位置（以下「基点Ｇ」と称す）とを結ぶ直線として設定される。投影レンズ７４および結像レンズ７５は共に筺体カバー６２の前面部６２ａに支持されているので、温度環境等の変化により前面部６２ａが膨張したり収縮したりすると、基線長も変化することになる（図１０では、投影レンズ７４の光軸Ａ４と、観察系７０Ｂの光軸Ａ５との距離を、基線長として表示している）。
【００５４】
上述した温度検出部８０は、このような基線長の変化量を求めるためのものであり、膨張、収縮する筺体カバー６２の前面部６２ａの温度変化と基線長の変化量との関係を把握し易い位置として、上記基線の前面部６２ａ上への正射影（基線から前面部６２ａに下ろした垂線の足の集合からなる直線）の略中央位置に設置されている。
【００５５】
また、図１０に示すように上記解析装置４Ｃは、メモリに格納された処理プログラムや、ＣＰＵ、演算回路等により構成される演算解析部４７および基準長算出部４８を備えてなる。演算解析部４７は、上記２つの光学系（投影系７０Ａおよび観察系７０Ｂ）により得られた観察データ（等高線モアレ縞の画像情報）を用いて所定の演算を行ない、被検体５Ａの形状を解析する演算手段を構成するものである。一方、基準長算出部４８は、上記温度検出部８０の温度センサ８１により計測された筺体カバー６２の前面部６２ａの温度と該前面部６２ａを形成する材料（例えばアルミニューム）の線膨張率とに基づき、計測された温度下での上記基線の実長を求める基線長算出手段を構成するものである。なお、被検体５Ａの形状解析結果に基づき被検体５Ａの３次元画像等が生成され、これが図９に示す画像表示部４１に表示される。
【００５６】
基線の実長を求めるために上記基準長算出部４８で行なわれる演算では、例えば下式（５）が用いられる。
【００５７】
ａ´＝ａ０´（１＋α´Δｔ）  ……  （５）
ここで、ａ´は基線の実長、ａ０´は基線長の初期設定値（標準温度（例えば２０℃）下で測定した基線の長さ）、α´は筺体カバー６２の前面部６２ａを形成する材料の線膨張率、Δｔは前面部６２ａの計測温度と上記標準温度との差を、それぞれ示している。
【００５８】
また、被検体５Ａの形状を解析するために上記演算解析部４７で行なわれる演算は、例えば下式（６）が利用されるものとされる。
【００５９】
ｈＮ＝Ｌ´ＮＰ０（ｈＮ＋Ｌ´）／ａ０´ｂ  ……  （６）
ここで、Ｎは整数、ｈＮは第Ｎ次の等高線モアレ縞の深さ、Ｌ´は仮想基準格子面Ｐｇと基線との距離、ｂは基点Ｇと基準格子７６との距離、Ｐ０は基準格子７６の格子ピッチを、それぞれ示している（図１０参照）。
【００６０】
上記演算解析部４７は、例えば、初期設定においては上式（６）を用いて計算するように構成されているが、上記基準長算出部４８において基線の実長ａ´が求められると、この実長ａ´の値を基線長の初期設定値ａ０´と置き換えて演算するように構成されている。
【００６１】
以上のように構成されていることにより、この第３実施形態装置の光測定装置によれば、温度環境の変化により筺体カバー６２の前面部６２ａが大きく膨張、収縮する場合でも、常に高精度なモアレ縞測定結果を得ることが可能となっている。
【００６２】
次に、本発明の一実施形態に係る光測定方法について説明する。この光測定方法は、上述した第１実施形態の光測定装置を用いて、以下の手順で行なわれる。
【００６３】
〈１〉光測定装置を図１および図３に示すように設置する。
〈２〉ベース板１１に設置された温度検出部３０（３０Ａ，３０Ｂ）の温度センサ３１により、ベース板１１の温度を計測する。
〈３〉基準長算出部４３において、温度センサ３１により計測されたベース板１１の温度と該ベース板１１を形成する材料の線膨張率とに基づき、計測された温度下での基線の実長ａを求める。
〈４〉２つの光学系（投影系２０Ａおよび観察系２０Ｂ）を用いて被検体５を観察する。
〈５〉演算解析部４２において、初期設定されていた基線長の初期設定値ａ０を、基準長算出部４３において求められた基線の実長ａの値に置き換える。
〈６〉２つの光学系により得られた観察データを用いて、基線の実長ａと被観察点との位置関係に基づく演算を行ない、被検体５の３次元形状を解析する。
【００６４】
次に、本発明の他の実施形態に係る光測定方法について説明する。この光測定方法は、上述した第２実施形態の光測定装置を用いて、以下の手順で行なわれる。
【００６５】
［１］光測定装置を図８に示すように設置する。
［２］ベース板１１に設置された温度検出部３０（３０Ａ，３０Ｂ）の温度センサ３１により、ベース板１１の温度を計測する。
［３］基準長変化量算出部４５により求められた基線長の変化量を相殺するように、光学系位置補正制御部４６よりアクチュエータ２９の駆動指令信号を出力し、アクチュエータ２９および上動ステージ２８を介して走査ミラー２３を移動せしめ、基線長を略一定に維持する。
［４］２つの光学系（投影系２０Ａ´および観察系２０Ｂ）を用いて被検体５を観察する。
［５］演算解析部４４において、２つの光学系により得られた観察データを用いて、基線長と被観察点との位置関係に基づく演算を行ない、被検体５の３次元形状を解析する。
【００６６】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限られず、種々に態様を変更することが可能である。
【００６７】
例えば、上記実施形態では、２つの光学系を支持する支持体（ベース板１１、筺体カバー６２の前面部６２ａ）の温度を、２つの光学系間の略中央の１位置で計測するようにしているが、温度計測位置を複数設けるようにしてもよい。
【００６８】
また、光切断測定装置や格子投影型のモアレ縞測定装置に適用が限定されるものではなく、前掲の特許文献２に記載されたような格子照射型（実体格子型）のモアレ縞測定装置や、特許文献４に記載されたような光パターン投影型の光測定装置など、三角測量方式の種々の光測定装置に対して適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】第１実施形態に係る光測定装置の全体図
【図２】図１のII−II線に沿った断面図
【図３】図１に示す光測定装置の光学系配置および作用を示す概略図
【図４】第１および第２実施形態に係る温度検出部の一態様例を示す図
【図５】第１および第２実施形態に係る温度検出部の他の態様例を示す図
【図６】第１および第２実施形態に係る温度検出部のその他の態様例を示す図
【図７】温度変化と測定誤差との関係の一例を表すグラフ
【図８】第２実施形態に係る光測定装置の光学系配置および作用を示す概略図
【図９】第３実施形態に係る光測定装置の全体図
【図１０】第３実施形態に係る光測定装置の光学系配置および作用を示す概略図
【図１１】第３実施形態に係る温度検出部の一態様例を示す図
【符号の説明】
【００７０】
１，１Ａ，６      装置本体
２，２Ａ          三脚
４，４Ａ，４Ｃ    解析装置
５，５Ａ          被検体
８                電源機器駆動部
１１，６１        ベース板
１２，６２        筺体カバー
１３，１４        窓部
１５              電源アンプ部
１６，１８        台座
１７              ヒートシンク
２０Ａ，２０Ａ´，７０Ａ    投影系
２０Ｂ，７０Ｂ    観察系
２１              光源部
２２，７４        投影レンズ
２３              走査ミラー
２４              回動装置
２５，７７        撮像レンズ
２６，７８        撮像カメラ
２７，７９        撮像面
２８              移動ステージ
２９              アクチュエータ
３０，３０Ａ，３０Ｂ，８０    温度検出部
３１，８１        温度センサ
３２，３２Ａ，８２    温度センサ保持材
３２ａ，８２ａ    底板
３３，８３        充填材
４１              画像表示部
４２，４４，４７  演算解析部
４３，４８        基線長算出部
４５              基線長変化量算出部
４６              光学系位置補正制御部
６２ａ            前面部
７１              照明ランプ
７１ａ            光源
７２              コンデンサレンズ
７３              投影格子
７５              結像レンズ
７６              基準格子
Ａ１〜Ａ３          光軸
Ｂ                回動軸
Ｃ，Ｄ，Ｆ，Ｇ    基点
Ｅ                直線
Ｋ                輝線
Ｌ，Ｌ´          測定距離
Ｐｇ              仮想基準格子面
ａ，ａ´          基線の実長
ｂ                基点Ｇと基準格子との距離
ｈ１〜ｈ４          等高線モアレ縞の深さ
【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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