三维测量装置的制作方法

本发明涉及测量被测量物的形状的三维测量装置。

背景技术：

以往，作为测量被测量物的形状的三维测量装置。已知有利用干涉仪的三维测量装置。

在该三维测量装置中，成为能够对测量光的波长(例如1500nm)的一半(例如750nm)进行测量的测量范围(动态范围)。

因此，如果在被测量物上存在测量光的波长的一半以上的高低差，则测量范围不足，有可能无法适当测量被测量物的形状。与此相对，如果加长测量光的波长，则分辨率变粗糙，测量精度有可能下降。

鉴于此，近年来，为了解决范围不足，也提出了利用波长不同的两种光进行测量的三维测量装置(例如参照专利文献1)。

在该三维测量装置中，使第一波长光和第二波长光在合成的状态下入射到干涉光学系统(偏振分光器等)，将从这里射出的干涉光通过预定的光学分离单元(分色镜等)进行波长分离，得到与第一波长光相关的干涉光和与第二波长光相关的干涉光。并且，基于分别拍摄与各波长光相关的干涉光而得的干涉条纹图像进行被测量物的形状测量。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2010-164389号公报

技术实现要素：

发明所要解决的问题

为了利用波长不同的两种光来进一步扩大与三维测量相关的测量范围，进一步减小两种光的波长差即可。两种光的波长越近，越能够扩大测量范围。

但是，两种光的波长越近，越难以适当分离两种光的波长。

换言之，在想要用波长差小的两种光进行三维测量的情况下，需要在不同的时机分别进行与第一波长光相关的干涉光的拍摄和与第二波长光相关的干涉光的拍摄，测量效率有可能降低。

例如在利用了相移法的三维测量中，在四级改变相位的情况下，需要获取四组图像数据，因此在使用两种光的情况下，需要在分别不同的时机各四次总计八次的拍摄时间。

本发明是鉴于上述情况等而完成的，其目的在于提供一种三维测量装置，其能够利用波长不同的光扩大测量范围，并且能够提高测量效率。

用于解决问题的手段

以下，关于适于解决上述问题的各技术方案分项进行说明。另外，根据需要对相应的技术方案附记特有的作用效果。

技术方案1.一种三维测量装置，其特征在于，包括：

预定的光学系统(特定光学系统)，所述预定的光学系统能够将入射的预定的光分割为两种光，将一种光作为测量光而照射至被测量物，且将另一种光作为参照光而照射至参照面，并且将这两种光再次合成而射出；

第一照射单元，所述第一照射单元能够射出入射至所述预定的光学系统的第一光；

第二照射单元，所述第二照射单元能够射出入射至所述预定的光学系统的第二光；

第一拍摄单元，所述第一拍摄单元能够入射从所述预定的光学系统射出的所述第一光涉及的输出光；

第二拍摄单元，所述第二拍摄单元能够入射从所述预定的光学系统射出的所述第二光涉及的输出光；以及

图像处理单元，所述图像处理单元能够基于由所述第一拍摄单元和所述第二拍摄单元拍摄的干涉条纹图像执行所述被测量物的三维测量，

在使所述第一光和所述第二光分别入射至所述预定的光学系统的不同位置并使所述第一光涉及的输出光和所述第二光涉及的输出光分别从所述预定的光学系统的不同位置射出的构成之下，

所述第一照射单元

包括能够射出包含第一波长(例如491nm)偏振光的第一波长光的第一波长光射出部和/或能够射出包含第二波长(例如540nm)偏振光的第二波长光的第二波长光射出部，

构成为能够射出包含所述第一波长偏振光和/或所述第二波长偏振光的所述第一光，

所述第二照射单元

包括能够射出包含第三波长(例如488nm)偏振光的第三波长光的第三波长光射出部和/或能够射出包含第四波长(例如532nm)偏振光的第四波长光的第四波长光射出部，

构成为能够射出包含所述第三波长偏振光和/或所述第四波长偏振光的所述第二光，

所述第一拍摄单元包括：

第一波长光拍摄部，当包含所述第一波长偏振光的所述第一光入射至所述预定的光学系统时，所述第一波长光拍摄部能够拍摄包含于从所述预定的光学系统射出的所述第一光涉及的输出光中的所述第一波长偏振光涉及的输出光；和/或

第二波长光拍摄部，当包含所述第二波长偏振光的所述第一光入射至所述预定的光学系统时，所述第二波长光拍摄部能够拍摄包含于从所述预定的光学系统射出的所述第一光涉及的输出光中的所述第二波长偏振光涉及的输出光，

所述第二拍摄单元包括：

第三波长光拍摄部，当包含所述第三波长偏振光的所述第二光入射至所述预定的光学系统时，所述第三波长光拍摄部能够拍摄包含于从所述预定的光学系统射出的所述第二光涉及的输出光中的所述第三波长偏振光涉及的输出光；和/或

第四波长光拍摄部，当包含所述第四波长偏振光的所述第二光入射至所述预定的光学系统时，所述第四波长光拍摄部能够拍摄包含于从所述预定的光学系统射出的所述第二光涉及的输出光中的所述第四波长偏振光涉及的输出光。

另外，虽然以下相同，这里从“预定的光学系统(特定光学系)”输出的“第一光涉及的输出光”包含“第一光涉及的参照光和测量光的合成光或使该合成光干涉的干涉光”，“第二光涉及的输出光”包含“第二光涉及的参照光和测量光的合成光或使该合成光干涉的干涉光”。

因此，“第一光涉及的输出光”所包含的“第一波长偏振光涉及的输出光”包含“第一波长偏振光涉及的参照光和测量光的合成光或使该合成光干涉的干涉光”，“第二波长偏振光涉及的输出光”包含“第二波长偏振光涉及的参照光和测量光的合成光或使该合成光干涉的干涉光”。

此外，“第二光涉及的输出光”所包含的“第三波长偏振光涉及的输出光”包含“第三波长偏振光涉及的参照光和测量光的合成光或使该合成光干涉的干涉光”，“第四波长偏振光涉及的输出光”包含“第四波长偏振光涉及的参照光和测量光的合成光或使该合成光干涉的干涉光”。

即，“预定的光学系统”不但包含“使参照光和测量光在内部干涉之后作为干涉光输出的光学系统”，也包含“不使参照光和测量光在内部干涉而仅作为合成光输出的光学系统”。但是，在从“预定的光学系统”输出的“输出光”为“合成光”的情况下，为了拍摄“干涉条纹图像”，至少在由“拍摄单元”拍摄的前一阶段经由预定的干涉单元变换为“干涉光”。

因此，以产生光的干涉(拍摄干涉条纹图像)为目的，能够将入射的预定的光分割为两种光，将一种光作为测量光照射至被测量物且将另一种光作为参照光照射至参照面，并且将这两种光再次合成而射出的光学系统可称为“干涉光学系统”。因此，在上述技术方案1中(以下的各技术方案中也同样)，也可以将“预定的光学系统(特定光学系)”改称为“干涉光学系统”。

此外，从“第一照射单元”射出的“第一光”至少是包含“第一波长偏振光”和/或“第二波长偏振光”的光即可，也可以是包含在之后“预定的光学系统”等中被截断的其他的多余的分量的光(例如“无偏振光”或“圆偏振光”)。

同样地，从“第一波长光射出部”射出的“第一波长光”至少是包含“第一波长偏振光”的光即可，也可以是包含其他的多余的分量的光，从“第二波长光射出部”射出的“第二波长光”至少是包含“第二波长偏振光”的光即可，也可以是包含其他的多余的分量的光。

此外，从“第二照射单元”射出的“第二光”至少是包含“第三波长偏振光”和/或“第四波长偏振光”的光即可，也可以是包含在之后“预定的光学系统”中被截断的其他的多余的分量的光(例如“无偏振光”或“圆偏振光”)。

同样地，从“第三波长光射出部”射出的“第三波长光”至少是包含“第三波长偏振光”的光即可，也可以是包含其他的多余的分量的光，从“第四波长光射出部”射出的“第四波长光”至少是包含“第四波长偏振光”的光即可，也可以是包含其他的多余的分量的光。

根据上述技术方案1，通过使“第一光”和“第二光”分别从预定的光学系统的不同位置入射，“第一光”和“第二光”彼此不干涉，分别从预定的光学系统的不同位置射出。

由此，作为“第一光”所包含的偏振光(“第一波长偏振光”和/或“第二波长偏振光”)和“第二光”所包含的偏振光(“第三波长偏振光”和/或“第四波长偏振光”)能够使用波长相近的两种偏振光。结果，利用波长相近的两种偏振光，能够进一步扩大三维测量涉及的测量范围。尤其是，在本技术方案中，最多能够利用四种波长不同的光，因此能够大幅扩大测量范围。

另外，能够单独且同时进行“第一光涉及的输出光(“第一波长偏振光涉及的输出光”和/或“第二波长偏振光涉及的输出光”)”的拍摄和“第二光涉及的输出光(“第三波长偏振光涉及的输出光”和/或“第四波长偏振光涉及的输出光”)”的拍摄。结果，能够缩短整体的拍摄时间，能够提高测量效率。尤其是，在本技术方案中，能够单独且同时拍摄最多四种偏振光涉及的输出光，因此能够显著提高测量效率等。

另外，在使用多种光的情况下，也可以考虑使用多个干涉光学系统(干涉仪模块)来测量被测量物的构成，但是在该构成中，由于作为基准的参照面针对各干涉光学系统不同，并且使参照光和测量光之间产生光程差的光路区间对于多种光不同，因此有可能降低测量精度。此外，难以使多个干涉光学系统的光路长度精确地一致，并且其调整作业也是非常困难的作业。

这点，由于本技术方案构成为对于具备一个作为基准的参照面的一个干涉光学系统(预定的光学系统)使用多种光，因此使参照光和测量光之间产生光程差的光路区间对于多种光相同。结果，能够防止由于具备多个干涉光学系统而引起的各种不良情况的发生。

进一步，在本技术方案中，可以根据被测量物的种类切换例如使用“第一波长偏振光”和“第三波长偏振光”的两种偏振光的测量与使用“第二波长偏振光”和“第四波长偏振光”的两种偏振光的测量。即，根据本技术方案，可以通过使用波长相近的两种偏振光来扩大测量范围，并且根据被测量物的种类能够切换光的种类(波长)。结果，能够提高便利性和通用性。

例如，可以对不适合红色系光的晶圆基板等被测量物进行使用“第一波长偏振光”和“第三波长偏振光”的两种偏振光(例如491nm和488nm的蓝色系光的两种光)的测量，另一方面，可以对不适合蓝色系光的铜等被测量物进行使用“第二波长偏振光”和“第四波长偏振光”的两种偏振光(例如540nm和532nm的绿色系光的两种光)的测量。当然，各偏振光的波长不限于上述例示的波长，也可以采用其他的波长偏振光。

技术方案2.一种三维测量装置，其特征在于，包括：

预定的光学系统(特定光学系统)，所述预定的光学系统能够将入射的预定的光分割为偏振光方向彼此正交的两种偏振光，将一种偏振光作为测量光而照射至被测量物，且将另一种偏振光作为参照光照射至参照面，并且将这两种偏振光再次合成而射出，

第一照射单元，所述第一照射单元能够射出入射至所述预定的光学系统的第一光；

第二照射单元，所述第二照射单元能够射出入射至所述预定的光学系统的第二光；

第一拍摄单元，所述第一拍摄单元能够入射从所述预定的光学系统射出的所述第一光涉及的输出光；

第二拍摄单元，所述第二拍摄单元能够入射从所述预定的光学系统射出的所述第二光涉及的输出光；以及

图像处理单元，所述图像处理单元能够基于由所述第一拍摄单元和所述第二拍摄单元拍摄的干涉条纹图像执行所述被测量物的三维测量，

在使所述第一光和所述第二光分别入射至所述预定的光学系统的不同位置，

所述预定的光学系统将所述第一光分割为由具有第一偏振光方向的偏振光(例如p偏振光)构成的所述参照光和由具有第二偏振光方向的偏振光(例如s偏振光)构成的所述测量光、将所述第二光分割为由具有所述第二偏振光方向的偏振光构成的所述参照光和由具有所述第一偏振光方向的偏振光构成的所述测量光、并使这两种光再次合成后的所述第一光涉及的输出光和所述第二光涉及的输出光分别从所述预定的光学系统的不同位置射出的构成之下，

所述第一照射单元

包括能够射出包含第一波长偏振光的第一波长光的第一波长光射出部和/或能够射出包含第二波长偏振光的第二波长光的第二波长光射出部，

构成为能够射出包含所述第一波长偏振光和/或所述第二波长偏振光的所述第一光，

所述第二照射单元

包括能够射出包含第三波长偏振光的第三波长光的第三波长光射出部和/或能够射出包含第四波长偏振光的第四波长光的第四波长光射出部，

构成为能够射出包含所述第三波长偏振光和/或所述第四波长偏振光的所述第二光，

所述第一拍摄单元包括：

第一波长光拍摄部，当包含所述第一波长偏振光的所述第一光入射至所述预定的光学系统时，所述第一波长光拍摄部能够拍摄包含于从所述预定的光学系统射出的所述第一光涉及的输出光中的所述第一波长偏振光涉及的输出光；和/或

第二波长光拍摄部，当包含所述第二波长偏振光的所述第一光入射至所述预定的光学系统时，所述第二波长光拍摄部能够拍摄包含于从所述预定的光学系统射出的所述第一光涉及的输出光中的所述第二波长偏振光涉及的输出光，

所述第二拍摄单元包括：

第三波长光拍摄部，当包含所述第三波长偏振光的所述第二光入射至所述预定的光学系统时，所述第三波长光拍摄部能够拍摄包含于从所述预定的光学系统射出的所述第二光涉及的输出光中的所述第三波长偏振光涉及的输出光；和/或

第四波长光拍摄部，当包含所述第四波长偏振光的所述第二光入射至所述预定的光学系统时，所述第四波长光拍摄部能够拍摄包含于从所述预定的光学系统射出的所述第二光涉及的输出光中的所述第四波长偏振光涉及的输出光。

根据上述技术方案2，通过使“第一光(“第一波长偏振光”和/或“第二波长偏振光”)”和“第二光(“第三波长偏振光”和/或“第四波长偏振光”)”分别从预定的光学系统的不同位置入射，“第一光”涉及的参照光和测量光以及“第二光”涉及的参照光和测量光分别被分割为不同的偏振光分量(p偏振光或s偏振光)，因此入射至预定的光学系统的“第一光”和“第二光”彼此不干涉，分别从预定的光学系统射出。

因此，根据上述技术方案2，能够通过基于迈克尔逊干涉仪或马赫-曾德尔干涉仪原理的比较简单的构成实现上述技术方案1涉及的构成。

技术方案3.一种三维测量装置，其特征在于，包括：

预定的光学系统(特定光学系统)，所述预定的光学系统能够将入射的预定的光分割为两种光，将一种光作为测量光而照射至被测量物，且将另一种光作为参照光而照射至参照面，并且将这两种光再次合成而射出；

第一照射单元，所述第一照射单元能够射出入射至所述预定的光学系统的第一输入输出部的第一光，

第二照射单元，所述第二照射单元能够射出入射至所述预定的光学系统的第二输入输出部的第二光，

第一拍摄单元，所述第一拍摄单元能够入射通过使所述第一光入射至所述第一输入输出部而从所述第二输入输出部射出的所述第一光涉及的输出光；

第二拍摄单元，所述第二拍摄单元能够入射通过使所述第二光入射至所述第二输入输出部而从所述第一输入输出部射出的所述第二光涉及的输出光；以及

图像处理单元，所述图像处理单元能够基于由所述第一拍摄单元和所述第二拍摄单元拍摄的干涉条纹图像执行所述被测量物的三维测量，

所述第一照射单元

包括能够射出包含第一波长偏振光的第一波长光的第一波长光射出部和/或能够射出包含第二波长偏振光的第二波长光的第二波长光射出部，

构成为能够射出包含所述第一波长偏振光和/或所述第二波长偏振光的所述第一光，

所述第二照射单元

包括能够射出包含第三波长偏振光的第三波长光的第三波长光射出部和/或能够射出包含第四波长偏振光的第四波长光的第四波长光射出部，

构成为能够射出包含所述第三波长偏振光和/或所述第四波长偏振光的所述第二光，

所述第一拍摄单元包括：

第一波长光拍摄部，当包含所述第一波长偏振光的所述第一光入射至所述第一输入输出部时，所述第一波长光拍摄部能够拍摄包含于从所述第二输入输出部射出的所述第一光涉及的输出光中的所述第一波长偏振光涉及的输出光；和/或

第二波长光拍摄部，当包含所述第二波长偏振光的所述第一光入射至所述第一输入输出部时，所述第二波长光拍摄部能够拍摄包含于从所述第二输入输出部射出的所述第一光涉及的输出光中的所述第二波长偏振光涉及的输出光，

所述第二拍摄单元包括：

第三波长光拍摄部，当包含所述第三波长偏振光的所述第二光入射至所述第二输入输出部时，所述第三波长光拍摄部能够拍摄包含于从所述第一输入输出部射出的所述第二光涉及的输出光中的所述第三波长偏振光涉及的输出光；和/或

第四波长光拍摄部，当包含所述第四波长偏振光的所述第二光入射至所述第二输入输出部时，所述第四波长光拍摄部能够拍摄包含于从所述第一输入输出部射出的所述第二光涉及的输出光中的所述第四波长偏振光涉及的输出光。

根据上述技术方案3，通过使“第一光(“第一波长偏振光”和/或“第二波长偏振光”)”和“第二光(“第三波长偏振光”和/或“第四波长偏振光”)”分别从预定的光学系统的不同位置(第一输入输出部和第二输入输出部)入射，由此“第一光”和“第二光”分别在同一光路逆向前进，彼此不干涉，分别从预定的光学系统的不同位置(第一输入输出部和第二输入输出部)射出。结果，取得与上述技术方案1等同样的作用效果。

另外，在以下的技术方案中也同样，为了使上述技术方案3涉及的构成更适当地发挥功能，更优选“在所述被测量物设定为与所述参照面相同的平面的情况下，向所述第一输入输出部入射的所述第一光(“第一波长偏振光”和/或“第二波长偏振光”)的偏振光方向和从该第一输入输出部射出的所述第二光(“第三波长偏振光”和/或“第四波长偏振光”)涉及的输出光的偏振光方向相同，且向所述第二输入输出部入射的所述第二光(“第三波长偏振光”和/或“第四波长偏振光”)的偏振光方向和从该第二输入输出部射出的所述第一光(“第一波长偏振光”和/或“第二波长偏振光”)涉及的输出光的偏振光方向相同”。

同样地，更优选“在使向所述第一输入输出部入射所述第一光的入射方向和向所述第二输入输出部入射所述第二光的入射方向在包含该两入射方向的平面上一致的情况下，所述第一光(“第一波长偏振光”和/或“第二波长偏振光”)的偏振光方向和所述第二光(“第三波长偏振光”和/或“第四波长偏振光”)的偏振光方向相差90°”。

此外，更优选“在所述预定的光学系统中，在(例如朝向被测量物或参照面)同一轴线上朝向同一个方向的所述第一光(“第一波长偏振光”和/或“第二波长偏振光”)或该测量光或者参照光的偏振光方向和所述第二光(“第三波长偏振光”和/或“第四波长偏振光”)或该测量光或者参照光的偏振光方向相差90°”。

技术方案4.一种三维测量装置，其特征在于，包括：

偏振分光器，所述偏振分光器具有将入射的预定的光分割为偏振光方向彼此正交的两种偏振光的边界面，能够将该分割的一种偏振光作为测量光照射至被测量物且将另一种偏振光作为参照光照射至参照面，并且将这两种偏振光再次合成而射出；

第一照射单元，所述第一照射单元能够射出入射至隔着所述边界面而相邻的所述偏振分光器的第一面和第二面中作为第一输入输出部的所述第一面的第一光；

第二照射单元，所述第二照射单元能够射出入射至所述偏振分光器的作为第二输入输出部的所述第二面的第二光；

第一1/4波长板，所述第一1/4波长板配置在射出所述参照光或所述参照光入射的所述偏振分光器的第三面与所述参照面之间；

第二1/4波长板，所述第二1/4波长板配置在射出所述测量光或所述测量光入射的所述偏振分光器的第四面与所述被测量物之间；

第一拍摄单元，所述第一拍摄单元能够入射通过使所述第一光入射至所述偏振分光器的所述第一面而从所述第二面射出的所述第一光涉及的输出光；

第二拍摄单元，所述第二拍摄单元能够入射通过使所述第二光入射至所述偏振分光器的所述第二面而从所述第一面射出的所述第二光涉及的输出光；以及

图像处理单元，所述图像处理单元能够基于由所述第一拍摄单元和所述第二拍摄单元拍摄的干涉条纹图像执行所述被测量物的三维测量，

所述第一照射单元

包括能够射出包含第一波长偏振光的第一波长光的第一波长光射出部和/或能够射出包含第二波长偏振光的第二波长光的第二波长光射出部，

构成为能够射出包含所述第一波长偏振光和/或所述第二波长偏振光的所述第一光，

所述第二照射单元

包括能够射出包含第三波长偏振光的第三波长光的第三波长光射出部和/或能够射出包含第四波长偏振光的第四波长光的第四波长光射出部，

构成为能够射出包含所述第三波长偏振光和/或所述第四波长偏振光的所述第二光，

所述第一拍摄单元包括：

第一波长光拍摄部，当包含所述第一波长偏振光的所述第一光入射至所述第一面时，所述第一波长光拍摄部能够拍摄包含于从所述第二面射出的所述第一光涉及的输出光中的所述第一波长偏振光涉及的输出光；和/或

第二波长光拍摄部，当包含所述第二波长偏振光的所述第一光入射至所述第一面时，所述第二波长光拍摄部能够拍摄包含于从所述第二面射出的所述第一光涉及的输出光中的所述第二波长偏振光涉及的输出光，

所述第二拍摄单元包括：

第三波长光拍摄部，当包含所述第三波长偏振光的所述第二光入射至所述第二面时，所述第三波长光拍摄部能够拍摄包含于从所述第一面射出的所述第二光涉及的输出光中的所述第三波长偏振光涉及的输出光；和/或

第四波长光拍摄部，当包含所述第四波长偏振光的所述第二光入射至所述第二面时，所述第四波长光拍摄部能够拍摄包含于从所述第一面射出的所述第二光涉及的输出光中的所述第四波长偏振光涉及的输出光。

根据上述技术方案4，能够通过基于迈克尔逊干涉仪原理的比较简单的构成实现上述技术方案1涉及的构成。

在以下的技术方案中也同样，“偏振分光器”具有在其边界面中使具有第一偏振光方向的偏振光(例如p偏振光)透射并反射具有第二偏振光方向的偏振光(例如s偏振光)的功能。因此，从偏振分光器的第一面入射的第一光被分割为例如由具有第一偏振光方向的偏振光(例如p偏振光)构成的参照光和由具有第二偏振光方向的偏振光(例如s偏振光)构成的测量光，从偏振分光器的第二面入射的第二光被分割为例如由具有第二偏振光方向的偏振光(例如s偏振光)构成的参照光和由具有第一偏振光方向的偏振光(例如p偏振光)构成的测量光。

即，通过使“第一光(“第一波长偏振光”和/或“第二波长偏振光”)”和“第二光(“第三波长偏振光”和/或“第四波长偏振光”)”分别从预定的光学系统的不同位置(第一面和第二面)入射，由此“第一光”涉及的参照光和测量光以及“第二光”涉及的参照光和测量光分别被分割为不同的偏振光分量(p偏振光或s偏振光)，因此“第一光”和“第二光”彼此不干涉，分别从预定的光学系统射出。

另外，在使用波长不同的多种光的情况下，共同用于所有光的上述“1/4波长板”，各光的波长差越大，越不能适当地发挥功能。因此，虽然取决于“1/4波长板”的性能，但是不仅是在“第一光(“第一波长偏振光”和/或“第二波长偏振光”)”和“第二光(“第三波长偏振光”和/或“第四波长偏振光”)”的关系中，在“第一光”所包含的“第一波长偏振光”和“第二波长偏振光”的关系以及“第二光”所包含的“第三波长偏振光”和“第四波长偏振光”的关系中，至少在“1/4波长板”适当地发挥功能的程度上，更优选使用波长差小的光。

技术方案5.一种三维测量装置，其特征在于，包括：

第一照射单元，所述第一照射单元能够射出第一光；

第二照射单元，所述第二照射单元能够射出第二光；

第一偏振分光器，所述第一偏振分光器作为第一输入输出部能够将从所述第一照射单元入射的所述第一光分割为偏振光方向彼此正交的两种偏振光，将一种偏振光作为测量光照射至被测量物，且将另一种偏振光作为参照光照射至参照面，并且能够将经由所述被测量物入射的所述第二光涉及的测量光和经由所述参照面入射的所述第二光涉及的参照光合成而射出；

第二偏振分光器，所述第二偏振分光器作为第二输入输出部能够将从所述第二照射单元入射的所述第二光分割为偏振光方向彼此正交的两种偏振光，将一种偏振光作为测量光照射至被测量物，且将另一种偏振光作为参照光照射至参照面，并且能够将经由所述被测量物入射的所述第一光涉及的测量光和经由所述参照面入射的所述第一光涉及的参照光合成而射出；

第一1/4波长板，所述第一1/4波长板配置在所述第一偏振分光器与所述参照面之间；

第二1/4波长板，所述第二1/4波长板配置在所述第一偏振分光器与所述被测量物之间；

第三1/4波长板，所述第三1/4波长板配置在所述第二偏振分光器与所述参照面之间；

第四1/4波长板，所述第四1/4波长板配置在所述第二偏振分光器与所述被测量物之间；

第一拍摄单元，所述第一拍摄单元能够入射通过将所述第一光入射至所述第一偏振分光器而从所述第二偏振分光器射出的所述第一光涉及的输出光；

第二拍摄单元，所述第二拍摄单元能够入射通过将所述第二光入射至所述第二偏振分光器而从所述第一偏振分光器射出的所述第二光涉及的输出光；以及

图像处理单元，所述图像处理单元能够基于由所述第一拍摄单元和所述第二拍摄单元拍摄的干涉条纹图像执行所述被测量物的三维测量，

所述第一照射单元

包括能够射出包含第一波长偏振光的第一波长光的第一波长光射出部和/或能够射出包含第二波长偏振光的第二波长光的第二波长光射出部，

构成为能够射出包含所述第一波长偏振光和/或所述第二波长偏振光的所述第一光，

所述第二照射单元

包括能够射出包含第三波长偏振光的第三波长光的第三波长光射出部和/或能够射出包含第四波长偏振光的第四波长光的第四波长光射出部，

构成为能够射出包含所述第三波长偏振光和/或所述第四波长偏振光的所述第二光，

所述第一拍摄单元包括：

第一波长光拍摄部，当包含所述第一波长偏振光的所述第一光入射至所述第一偏振分光器时，所述第一波长光拍摄部能够拍摄包含于从所述第二偏振分光器射出的所述第一光涉及的输出光中的所述第一波长偏振光涉及的输出光；和/或

第二波长光拍摄部，当包含所述第二波长偏振光的所述第一光入射至所述第一偏振分光器时，所述第二波长光拍摄部能够拍摄包含于从所述第二偏振分光器射出的所述第一光涉及的输出光中的所述第二波长偏振光涉及的输出光，

所述第二拍摄单元包括：

第三波长光拍摄部，当包含所述第三波长偏振光的所述第二光入射至所述第二偏振分光器时，所述第三波长光拍摄部能够拍摄包含于从所述第一偏振分光器射出的所述第二光涉及的输出光中的所述第三波长偏振光涉及的输出光；和/或

第四波长光拍摄部，当包含所述第四波长偏振光的所述第二光入射至所述第二偏振分光器时，所述第四波长光拍摄部能够拍摄包含于从所述第一偏振分光器射出的所述第二光涉及的输出光中的所述第四波长偏振光涉及的输出光。

根据上述技术方案5，能够通过基于马赫-曾德尔干涉仪原理的比较简单的构成实现上述技术方案1等涉及的构成。

技术方案6.一种三维测量装置，其特征在于，包括：

偏振分光器，所述偏振分光器具有边界面，所述边界面使具有第一偏振光方向的偏振光(例如p偏振光)透射或反射并使具有第二偏振光方向的偏振光(例如s偏振光)反射或透射；

第一照射单元，所述第一照射单元能够射出入射至隔着所述边界面而相邻的所述偏振分光器的第一面和第二面中作为第一输入输出部的所述第一面的包含具有所述第一偏振光方向的偏振光的第一光；

第二照射单元，所述第二照射单元能够射出入射至所述偏振分光器的作为第二输入输出部的所述第二面的包含具有所述第二偏振光方向的偏振光的第二光；

1/4波长板，所述1/4波长板被配置为与透射或反射所述边界面的第一光和反射或透射所述边界面的第二光射出的所述偏振分光器的预定面(例如第三面或第四面)对置；

半透半反镜(参照面)，所述半透半反镜被配置为在所述偏振分光器的相反侧与所述1/4波长板对置，并将经由所述1/4波长板照射的光的一部分作为测量光透射并照射至被测量物，且将剩余的光作为参照光而反射；

第一拍摄单元，所述第一拍摄单元能够入射通过将所述第一光入射至所述偏振分光器的所述第一面而从所述第二面射出的所述第一光涉及的输出光；

第二拍摄单元，所述第二拍摄单元能够入射通过将所述第二光入射至所述偏振分光器的所述第二面而从所述第一面射出的所述第二光涉及的输出光；以及

图像处理单元，所述图像处理单元能够基于由所述第一拍摄单元和所述第二拍摄单元拍摄的干涉条纹图像执行所述被测量物的三维测量，

所述第一照射单元

包括能够射出包含第一波长偏振光的第一波长光的第一波长光射出部和/或能够射出包含第二波长偏振光的第二波长光的第二波长光射出部，

构成为能够射出包含所述第一波长偏振光和/或所述第二波长偏振光的所述第一光，

所述第二照射单元

包括能够射出包含第三波长偏振光的第三波长光的第三波长光射出部和/或能够射出包含第四波长偏振光的第四波长光的第四波长光射出部，

构成为能够射出包含所述第三波长偏振光和/或所述第四波长偏振光的所述第二光，

所述第一拍摄单元包括：

第一波长光拍摄部，当包含所述第一波长偏振光的所述第一光入射至所述第一面时，所述第一波长光拍摄部能够拍摄包含于从所述第二面射出的所述第一光涉及的输出光中的所述第一波长偏振光涉及的输出光；和/或

第二波长光拍摄部，当包含所述第二波长偏振光的所述第一光入射至所述第一面时，所述第二波长光拍摄部能够拍摄包含于从所述第二面射出的所述第一光涉及的输出光中的所述第二波长偏振光涉及的输出光，

所述第二拍摄单元包括：

第三波长光拍摄部，当包含所述第三波长偏振光的所述第二光入射至所述第二面时，所述第三波长光拍摄部能够拍摄包含于从所述第一面射出的所述第二光涉及的输出光中的所述第三波长偏振光涉及的输出光；和/或

第四波长光拍摄部，当包含所述第四波长偏振光的所述第二光入射至所述第二面时，所述第四波长光拍摄部能够拍摄包含于从所述第一面射出的所述第二光涉及的输出光中的所述第四波长偏振光涉及的输出光。

根据上述技术方案6，能够通过基于菲索干涉仪原理的比较简单的构成实现上述技术方案1等涉及的构成。

技术方案7.如技术方案3至6中的任一个所述的三维测量装置，其特征在于，包括：

第一导光单元，所述第一导光单元使从所述第一照射单元射出的第一光的至少一部分朝向所述第一输入输出部入射，并且使从所述第一输入输出部射出的所述第二光涉及的输出光的至少一部分朝向所述第二拍摄单元入射；以及

第二导光单元，所述第二导光单元使从所述第二照射单元射出的第二光的至少一部分朝向所述第二输入输出部入射，并且使从所述第二输入输出部射出的第一光涉及的输出光的至少一部分朝向所述第一拍摄单元入射。

根据上述技术方案7，能够通过比较简单的构成实现上述技术方案3等涉及的构成。

例如，可以例举出“包括第一无偏振分光器(半透半反镜等)和第二无偏振分光器(半透半反镜等)的构成作为一个例子，所述第一无偏振分光器(半透半反镜等)使从所述第一照射单元射出的第一光的一部分透射且反射剩余部分，使该第一光的透射光或反射光入射至所述第一输入输出部，并且使从所述第一输入输出部射出的第二光涉及的输出光的一部分透射且反射剩余部分，使该第二光的透射光或反射光入射至所述第二拍摄单元，所述第二无偏振分光器(半透半反镜等)使从所述第二照射单元射出的第二光的一部分透射且反射剩余部分，使该第二光的透射光或反射光入射至所述第二输入输出部，并且使从所述第二输入输出部射出的第一光涉及的输出光的一部分透射且反射剩余部分，使该第一光的透射光或反射光入射至所述第一拍摄单元”。

技术方案8.如技术方案7所述的三维测量装置，其特征在于，

所述第一照射单元包括：

第一光隔离器，仅使从所述第一波长光射出部射出的一个方向的光透射且截断逆向的光；和/或

第二光隔离器，仅使从所述第二波长光射出部射出的一个方向的光透射且截断逆向的光，

所述第二照射单元包括：

第三光隔离器，仅使从所述第三波长光射出部射出的一个方向的光透射且截断逆向的光；和/或

第四光隔离器，仅使从所述第四波长光射出部射出的一个方向的光透射且截断逆向的光。

在作为上述技术方案7的导光单元而包括例如无偏振分光器的情况下，该无偏振分光器使从输入输出部射出的光的一部分透射且反射剩余部分，使该光的透射光或反射光的一种入射至拍摄单元时，未入射至该拍摄单元的另一种光朝向照射单元。如果该光入射至光源(波长光射出部)，则光源有可能损伤或动作不稳定。

对此，根据本技术方案8，由于包括光隔离器，因此能够防止光源损伤或不稳定化等。

技术方案9.如技术方案1至8中的任一个所述的三维测量装置，其特征在于，

所述第一照射单元包括第一合成单元，所述第一合成单元能够将从所述第一波长光射出部射出的所述第一波长光和从所述第二波长光射出部射出的所述第二波长光作为所述第一光合成，

所述第二照射单元包括第二合成单元，所述第二合成单元能够将从所述第三波长光射出部射出的所述第三波长光和从所述第四波长光射出部射出的所述第四波长光作为所述第二光合成，

所述第一拍摄单元包括第一分离单元，当包含所述第一波长偏振光和所述第二波长偏振光的所述第一光从所述第一照射单元射出时，所述第一分离单元能够将(例如从所述第二输入输出部射出的)所述第一光涉及的输出光分离为所述第一波长偏振光涉及的输出光和所述第二波长偏振光涉及的输出光，

所述第二拍摄单元包括第二分离单元，当包含所述第三波长偏振光和所述第四波长偏振光的所述第二光从所述第二照射单元射出时，所述第二分离单元能够将(例如从所述第一输入输出部射出的)所述第二光涉及的输出光分离为所述第三波长偏振光涉及的输出光和所述第四波长偏振光涉及的输出光。

根据上述技术方案9，能够使第一波长光和第二波长光以合成的状态入射至预定的光学系统(偏振分光器等)，并且将从这里射出的输出光通过分离单元(分色镜等)进行波长分离，从而得到第一波长偏振光涉及的输出光和第二波长偏振光涉及的输出光。

同样地，能够使第三波长光和第四波长光以合成的状态入射至预定的光学系统(偏振分光器等)，并且将从这里射出的输出光通过分离单元(分色镜等)进行波长分离，从而得到第三波长偏振光涉及的输出光和第四波长偏振光涉及的输出光。

结果，可以使用与以往相同的干涉光学系统(预定的光学系统)，因此能够简化构成。进一步，根据本技术方案，由于能够同时使用最多四种光，因此能够进一步扩大测量范围，并且能够进一步提高测量效率。

因此，在由第一合成单元合成“第一波长偏振光”和“第二波长偏振光”的情况下，优选“第一光”所包含的“第一波长偏振光”和“第二波长偏振光”是波长以能够由第一分离单元(分色镜等)分离的程度分离的偏振光。同样地，在由第二合成单元合成“第三波长偏振光”和“第四波长偏振光”的情况下，优选“第二光”所包含的“第三波长偏振光”和“第四波长偏振光”是波长以能够由第二分离单元(分色镜等)分离的程度分离的偏振光。

技术方案10.如技术方案1至9中的任一个所述的三维测量装置，其特征在于，包括：

第一相位转变单元，所述第一相位转变单元在所述第一波长偏振光涉及的所述参照光与所述测量光之间赋予相对的相位差；和/或

第二相位转变单元，所述第二相位转变单元在所述第二波长偏振光涉及的所述参照光与所述测量光之间赋予相对的相位差，

并且包括：

第三相位转变单元，所述第三相位转变单元在所述第三波长偏振光涉及的所述参照光与所述测量光之间赋予相对的相位差；和/或

第四相位转变单元，所述第四相位转变单元在所述第四波长偏振光涉及的所述参照光与所述测量光之间赋予相对的相位差，

所述图像处理单元包括：

第一测量值获取单元，所述第一测量值获取单元能够基于通过所述第一波长光拍摄部拍摄被所述第一相位转变单元相位转变为多组(例如四组)的所述第一波长偏振光涉及的输出光而得到的多组干涉条纹图像通过相移法进行所述被测量物的形状测量，将该测量值作为第一测量值获取；和/或

第二测量值获取单元，所述第二测量值获取单元能够基于通过所述第二波长光拍摄部拍摄被所述第二相位转变单元相位转变为多组(例如四组)的所述第二波长偏振光涉及的输出光而得到的多组干涉条纹图像通过相移法进行所述被测量物的形状测量，将该测量值作为第二测量值获取，

并且所述图像处理单元包括：

第三测量值获取单元，所述第三测量值获取单元能够基于通过所述第三波长光拍摄部拍摄被所述第三相位转变单元相位转变为多组(例如四组)的所述第三波长偏振光涉及的输出光而得到的多组干涉条纹图像通过相移法进行所述被测量物的形状测量，将该测量值作为第三测量值获取；和/或

第四测量值获取单元，所述第四测量值获取单元能够基于通过所述第四波长光拍摄部拍摄被所述第四相位转变单元相位转变为多组(例如四组)的所述第四波长偏振光涉及的输出光而得到的多组干涉条纹图像通过相移法进行所述被测量物的形状测量，将该测量值作为第四测量值获取；以及

高度信息获取单元，所述高度信息获取单元能够将根据所述第一测量值和/或所述第二测量值以及所述第三测量值和/或所述第四测量值确定的高度信息作为所述被测量物的高度信息获取。

在利用相移法的以往的三维测量装置中，例如需要使相位四级变化，拍摄与此对应的四组干涉条纹图像。因此，为了提高测量范围而在使用波长差小的两种光的情况下，需要在分别不同的时机各四次、合计八次的拍摄时间，

对此，根据本技术方案10，能够单独且同时进行“第一光涉及的输出光(“第一波长偏振光涉及的输出光”和/或“第二波长偏振光涉及的输出光”)”的拍摄和“第二光涉及的输出光(“第三波长偏振光涉及的输出光”和/或“第四波长偏振光涉及的输出光”)”的拍摄。因此，例如在合计四次的拍摄时间，能够获取最多四种光涉及的合计16组(4×4组)的干涉条纹图像。结果，能够缩短整体的拍摄时间，能够进一步提高测量效率。

技术方案11.如技术方案10所述的三维测量装置，其特征在于，包括：

第一分光单元，所述第一分光单元将所述第一波长偏振光涉及的输出光分割为多种光；以及

第一过滤单元，所述第一过滤单元作为所述第一相位转变单元，对由所述第一分光单元分割的多种分割光中的至少通过所述相移法进行测量所需的数量(例如四个)的分割光分别赋予不同的相位差；和/或

第二分光单元，所述第二分光单元将所述第二波长偏振光涉及的输出光分割为多种光；以及

第二过滤单元，所述第二过滤单元作为所述第二相位转变单元，对由所述第二分光单元分割的多种分割光中的至少通过所述相移法进行测量所需的数量(例如四个)的分割光分别赋予不同的相位差，

并且包括：

第三分光单元，所述第三分光单元将所述第三波长偏振光涉及的输出光分割为多种光；以及

第三过滤单元，所述第三过滤单元作为所述第三相位转变单元，对由所述第三分光单元分割的多种分割光中的至少通过所述相移法进行测量所需的数量(例如四个)的分割光分别赋予不同的相位差；和/或

第四分光单元，所述第四分光单元将所述第四波长偏振光涉及的输出光分割为多种光；以及

第四过滤单元，所述第四过滤单元作为所述第四相位转变单元，对由所述第四分光单元分割的多种分割光中的至少通过所述相移法进行测量所需的数量(例如四个)的分割光分别赋予不同的相位差，

所述第一波长光拍摄部构成为能够同时拍摄至少透射所述第一过滤单元的所述多种分割光，和/或

所述第二波长光拍摄部构成为能够同时拍摄至少透射所述第二过滤单元的所述多种分割光，并且

所述第三波长光拍摄部构成为能够同时拍摄至少透射所述第三过滤单元的所述多种分割光，和/或

所述第四波长光拍摄部构成为能够同时拍摄至少透射所述第四过滤单元的所述多种分割光。

作为上述相位转变单元例如可以考虑通过使参照面沿光轴移动由此在物理上改变光路长度的构成。但是，在该构成中，获取测量所需的所有干涉条纹图像为止需要一定时间，因此测量时间不仅变长，而且受到该空气波动或震动等的影响，因此测量精度可能降低。

这点，根据本技术方案11，能够同时获取测量所需的所有干涉条纹图像。即，能够同时获取最多四种光涉及的合计16组(4×4组)的干涉条纹图像。结果，能够提高测量精度，并且大幅缩短整体的拍摄时间，能够显著提高测量效率。

另外，作为“分光单元”例如可以举出“将入射的光分别分割为在光路长度相等且行进方向正交的平面上光路排列成矩阵状的四种光的分光单元”等。例如，可以例举出下述的技术方案12那样的构成。

技术方案12.如技术方案11所述的三维测量装置，其特征在于，

所述分光单元(所述第一分光单元和/或所述第二分光单元以及所述第三分光单元和/或所述第四分光单元)包括：

第一光学部件(第一科斯特棱镜)，所述第一光学部件形成沿第一平面的截面形状为三角形状的三棱柱形状，并沿经过沿与该第一平面正交的方向的三个面中的第一面和第二面的相交线并与第三面正交的平面具有第一分叉单元(第一半透半反镜)；以及

第二光学部件(第二科斯特棱镜)，所述第二光学部件形成沿与所述第一平面正交的第二平面的截面形状为三角形状的三棱柱形状，并沿经过沿与该第二平面正交的方向的三个面中的第一面和第二面的相交线并与第三面正交的平面具有第二分叉单元(第二半透半反镜)，

通过将所述第一光学部件的第三面和所述第二光学部件的第一面对置配置，

使(垂直)入射至所述第一光学部件的所述第一面的光由所述第一分叉单元向两个方向分叉，其中，使由所述第一分叉单元反射的分割光在所述第一面朝向所述第三面侧反射，使透射所述第一分叉单元的分割光在所述第二面朝向所述第三面侧反射，由此从所述第三面作为平行的两种分割光射出，

使从所述第一光学部件的第三面射出的两种分割光(垂直)入射至所述第二光学部件的第一面，使该两种分割光分别由所述第二分叉单元向两个方向分叉，其中，使由所述第二分叉单元反射的两种分割光分别在所述第一面朝向所述第三面侧反射，使透射所述第二分叉单元的两种分割光分别在所述第二面朝向所述第三面侧反射，由此从所述第三面作为平行的四种分割光射出。

根据上述技术方案12，能够将从预定的光学系统(干涉光学系统)射出的光分为排列为2行2列的矩阵状的四种光。由此，例如如下述的技术方案13那样，在由单一拍摄元件同时拍摄多种分割光的构成中，能够将拍摄元件的拍摄区域四等分为矩阵状的分割区域分别分配给四种分割光，因此能够有效地利用拍摄元件的拍摄区域。例如在四等分纵横比为4：3的一般的拍摄元件的拍摄区域的情况下，各分割区域的纵横比同样为4：3，因此能够利用各分割区域内的更大的范围。进而，能够进一步提高测量精度。

此外，如果将衍射光栅用作分光单元时可能会降低分辨率，但是在本技术方案中，通过将一种光分割为平行的两种光，并且将该两种光分别分割为平行的两种，由此成为分为平行的四种光的构成，因此能够抑制分辨率降低。

进一步，作为将一种光分割为平行的两种光的单元，采用了具有上述构成的光学部件(科斯特棱镜)，因此被分割的两种光的光路长度在光学上相等。结果，无需具备调整被分割的两种光的光路长度的光路调整单元，能够减少部件个数，并且实现构成的简化和装置的小型化等。

此外，如果第一光学部件的第三面和第二光学部件的第一面抵接，则构成为在对分光单元入射一种光之后到射出四种光为止的期间光仅在光学部件内前进而不会射出空气中，因此能够降低由于空气波动等带来的影响。

技术方案13.如技术方案11或12所述的三维测量装置，其特征在于，

所述第一波长光拍摄部包括能够同时拍摄至少透射所述第一过滤单元的所述多种分割光的单一拍摄元件，和/或

所述第二波长光拍摄部包括能够同时拍摄至少透射所述第二过滤单元的所述多种分割光的单一拍摄元件，

所述第三波长光拍摄部包括能够同时拍摄至少透射所述第三过滤单元的所述多种分割光的单一拍摄元件，和/或

所述第二波长光拍摄部包括能够同时拍摄至少透射所述第四过滤单元的所述多种分割光的单一拍摄元件。

另外，在同时拍摄多种分割光的情况下，也可以考虑通过多个相机(拍摄元件)分别拍摄各分割光的构成，但是在该构成中，可能会由于各相机(拍摄元件)的差异等而产生测量误差。

这点，根据本技术方案，构成为通过单一拍摄元件同时拍摄多种分割光，因此能够抑制测量误差等的发生，实现测量精度的提高。

技术方案14.如技术方案1至13中的任一个所述的三维测量装置，其特征在于，

所述被测量物是在印刷基板上印刷的膏状焊料或者在晶圆基板上形成的焊料凸起。

根据上述技术方案14，能够进行在印刷基板上印刷的膏状焊料或晶圆基板上形成的焊料凸起的高度测量等。进而，在膏状焊料或焊料凸起的检查中，能够基于其测量值进行膏状焊料或焊料凸起的好坏判断。因此，在该检查中，起到了上述各技术方案的作用效果，能够准确地进行好坏判断。结果，能够提高焊料印刷检查装置或焊料凸起检查装置的检查准确度。

附图说明

图1是三维测量装置的简要构成图。

图2是示出三维测量装置的电气构成的框图。

图3是示出分光光学系的俯视图。

图4是示出分光光学系统的主视图。

图5是示出分光光学系统的右侧视图。

图6是示出分光光学系统的立体图。

图7是过滤单元的简要构成图。

图8是拍摄元件的拍摄区域的简要构成图。

图9是示出第一光(第一波长光和第二波长光)的光路的光路图。

图10是示出第二光(第三波长光和第四波长光)的光路的光路图。

图11是第二实施方式涉及的三维测量装置的简要构成图。

图12是示出第二实施方式涉及的第一光(第一波长光和第二波长光)的光路的光路图。

图13是示出第二实施方式涉及的第二光(第三波长光和第四波长光)的光路的光路图。

图14是第三实施方式涉及的三维测量装置的简要构成图。

图15是示出第三实施方式涉及的第一光(第一波长光和第二波长光)的光路的光路图。

图16是示出第三实施方式涉及的第二光(第三波长光和第四波长光)的光路的光路图。

图17是示出第四实施方式涉及的分光光学系等的简要构成图。

图18是用于说明焊料凸起的高度测量的原理的说明图。

图19是其他实施方式涉及的过滤单元的简要构成图。

具体实施方式

第一实施方式

以下，参照附图说明三维测量装置的一个实施方式。图1是示出本实施方式涉及的三维测量装置1的简要构成的示意图，图2是示出三维测量装置1的电气构成的框图。以下，为方便起见，将图1的纸面前后方向作为“x轴方向”、纸面上下方向作为“y轴方向”、纸面左右方向作为“z轴方向”进行说明。

三维测量装置1基于迈克尔逊干涉仪的原理构成，包括：两个投光系统2a、2b(第一投光系统2a、第二投光系统2b)，能够输出预定的光；干涉光学系统3，被入射从该投光系统2a、2b分别射出的光；两个拍摄系统4a、4b(第一拍摄系统4a、第二拍摄系统4b)，入射从该干涉光学系统3射出的光；以及控制装置5，进行与投光系统2a、2b、干涉光学系统3、拍摄系统4a、4b等有关的各种控制、图像处理、运算处理等。

这里，“控制装置5”构成本实施方式中的“图像处理单元”，“干涉光学系统3”构成本实施方式中的“预定的光学系统(特定光学系统)”。此外，在本申请涉及的各实施方式中，以产生光的干涉(拍摄干涉条纹图像)为目的，将入射的预定的光分割为两种光(测量光和参照光)，使该两种光产生光程差之后，再次合成并输出的光学系统称为“干涉光学系统”。即，不但在使两种光(测量光和参照光)在内部干涉之后作为干涉光输出的光学系统被称为“干涉光学系统”，而且对于不使两种光(测量光和参照光)在内部干涉而只作为合成光输出的光学系统也被称为“干涉光学系统”。因此，如在本实施方式中后面所述那样，在两种光(测量光和参照光)不发生干涉而作为合成光从“干涉光学系统”被输出的情况下，在至少被拍摄的前一阶段(例如拍摄系统的内部等)中经由预定的干涉单元转换成干涉光。

以下，详细说明上述两个投光系统2a、2b(第一投光系统2a、第二投光系统2b)的构成。首先，详细说明第一投光系统2a的构成。

第一投光系统2a包括两个发光部51a、52a(第一发光部51a、第二发光部52a)、对应于第一发光部51a的第一光隔离器53a、对应于第二发光部52a的第二光隔离器54a、第一合成用分色镜55a和第一无偏振分光器56a。

虽然省略了图示，但发光部51a、52a分别包括能够输出特定波长的直线偏振光的激光光源、放大从该激光光源输出的直线偏振光并作为平行光射出的光束扩展器、用于进行强度调整的偏振光板、用于调整偏振光方向的1/2波长板等。然而，两个发光部51a、52a分别射出不同波长的光。

具体地说，第一发光部51a在y轴方向上向下射出以相对于x轴方向和z轴方向倾斜45°的方向作为偏振光方向的第一波长λ1(例如λ1＝491nm)的直线偏振光。此外，第二发光部52a在z轴方向上向左射出以相对于x轴方向和y轴方向倾斜45°的方向作为偏振光方向的第二波长λ2(例如λ2＝540nm)的直线偏振光。

第一光隔离器53a是仅透射向一个方向(在本实施方式中，y轴方向向下)前进的光并截断逆向(在本实施方式中，y轴方向向上)的光的光学元件。由此，仅透射从第一发光部51a射出的光，能够防止因返回的光导致的第一发光部51a的损伤或不稳定化等。

在该构成之下，从第一发光部51a在y轴方向上向下射出的第一波长λ1的直线偏振光(以下称为“第一波长光”)经由第一光隔离器53a入射至第一合成用分色镜55a。

同样地，第二光隔离器54a是仅透射向一个方向(在本实施方式中，z轴方向向左)前进的光并截断逆向(在本实施方式中，z轴方向向右)的光的光学元件。由此，仅透射从第二发光部52a射出的光，能够防止因返回的光导致的第二发光部52a的损伤或不稳定化等。

在该构成之下，从第二发光部52a在z轴方向上向左射出的第二波长λ2的直线偏振光(以下称为“第二波长光”)经由第二光隔离器54a入射至第一合成用分色镜55a。

第一合成用分色镜55a是将直角棱镜(以直角等边三角形为底面的三棱柱状的棱镜。以下相同。)贴合成为一体的立方体型的公知的光学部件(二向色棱镜)，在其接合面55ah上形成有电介质多层膜。

第一合成用分色镜55a被配置为隔着其接合面55ah而相邻的两个面中的一个与y轴方向正交且另一个与z轴方向正交。即，第一合成用分色镜55a的接合面55ah被配置成相对于y轴方向和z轴方向倾斜45°。

本实施方式中的第一合成用分色镜55a具有至少反射第一波长光并透射第二波长光的特性。由此，在图1所示的本实施方式的配置构成中，入射至第一合成用分色镜55a的第一波长光和第二波长光被合成之后，以相对于x轴方向和y轴方向倾斜45°的方向作为偏振光方向作为直线偏振光在z轴方向上向左朝向第一无偏振分光器56a射出。

以下，将合成从第一发光部51a射出的第一波长光和从第二发光部52a射出的第二波长光的合成光称为“第一光”。即，由“发光部51a、52a”、“光隔离器53a、54a”、“第一合成用分色镜55a”等构成本实施方式中的“第一照射单元”。尤其是由“第一发光部51a”构成“第一波长光射出部”，由“第二发光部52a”构成“第二波长光射出部”，由“第一合成用分色镜55a”构成“第一合成单元”。

第一无偏振分光器56a是将直角棱镜贴合成为一体的立方体型的公知的光学部件，在其接合面56ah上例如实施了金属膜等涂层。“第一无偏振分光器56a”构成本实施方式中的“第一导光单元”。

虽然以下相同，但是无偏振分光器包含偏振光状态，将入射光以预定的比率分割为透射光和反射光。在本实施方式中，采用了具有1：1的分割比的所谓的半透半反镜。即，透射光的p偏振光分量和s偏振光分量以及反射光的p偏振光分量和s偏振光分量全部以相同比率分割，并且透射光和反射光的各偏振光状态与入射光的偏振光状态相同。

另外，在本实施方式中，将与图1的纸面平行的方向(y轴方向或z轴方向)作为偏振光方向的直线偏振光称为p偏振光(p偏振光分量)，将与图1的纸面垂直的x轴方向作为偏振光方向的直线偏振光称为s偏振光(s偏振光分量)。“p偏振光”相当于“具有第一偏振光方向的偏振光”，“s偏振光”相当于“具有第二偏振光方向的偏振光”。

此外，第一无偏振分光器56a被配置为隔着其接合面56ah而相邻的两个面中的一个与y轴方向正交且另一个与z轴方向正交。即，第一无偏振分光器56a的接合面56ah被配置为相对于y轴方向和z轴方向倾斜45°。更具体地说，使从第一合成用分色镜55a在z轴方向向左入射的第一光的一部分(一半)在z轴方向向左透射，使剩余部分(一半)在y轴方向下向反射。

接着，详细说明第二投光系统2b的构成。第二投光系统2b与上述第一投光系统2a相同包括两个发光部51b、52b(第三发光部51b、第四发光部52b)、对应于第三发光部51b的第三光隔离器53b、对应于第四发光部52b的第四光隔离器54b、第二合成用分色镜55b、第二无偏振分光器56b。

虽然省略图示，发光部51b、52b分别包括能够输出特定波长的直线偏振光的激光光源、放大从该激光光源输出的直线偏振光并作为平行光射出的光束扩展器、用于进行强度调整的偏振光板、用于调整偏振光方向的1/2波长板等。但是，两个发光部51b、52b分别射出不同波长的光。

具体地说，第三发光部51b在z轴方向上向左射出以相对于x轴方向和y轴方向倾斜45°的方向作为偏振光方向的第三波长λ3(例如λ3＝488nm)的直线偏振光。此外，第四发光部52b在y轴方向上向上射出以相对于x轴方向和z轴方向倾斜45°的方向作为偏振光方向的第四波长λ4(例如λ4＝532nm)的直线偏振光。

第三光隔离器53b是仅透射向一个方向(在本实施方式中，z轴方向向左)前进的光并截断逆向(在本实施方式中，z轴方向向右)的光的光学元件。由此，仅透射从第三发光部51b射出的光，能够防止因返回光导致的第三发光部51b的损伤或不稳定化等。

在该构成之下，从第三发光部51b在z轴方向上向左射出的第三波长λ3的直线偏振光(以下，称为“第三波长光”)经由第三光隔离器53b入射至第二合成用分色镜55b。

同样地，第四光隔离器54b是仅透射向一个方向(在本实施方式中，y轴方向向上)前进的光并截断逆向(在本实施方式中，y轴方向向下)的光的光学元件。由此，仅透射从第四发光部52b射出的光，能够防止因返回光导致的第四发光部52b的损伤或不稳定化等。

在该构成之下，从第四发光部52b在y轴方向上向上射出的第四波长λ4的直线偏振光(以下，称为“第四波长光”)经由第四光隔离器54b入射至第二合成用分色镜55b。

第二合成用分色镜55b是将直角棱镜贴合成为一体的立方体型的公知的光学部件(二向色棱镜)，在其接合面55bh上形成有电介质多层膜。

第二合成用分色镜55b被配置为隔着其接合面55bh而相邻的两个面中的一个与y轴方向正交且另一个与z轴方向正交。即，第二合成用分色镜55b的接合面55bh被配置为相对于y轴方向和z轴方向倾斜45°。

本实施方式中的第二合成用分色镜55b具有至少反射第三波长光并透射第四波长光的特性。由此，在图1所示的本实施方式的配置构成中，在入射至第二合成用分色镜55b的第三波长光和第四波长光合成之后，作为以相对于x轴方向和z轴方向倾斜45°的方向作为偏振光方向的直线偏振光朝向第二无偏振分光器56b在y轴方向向上射出。

以后，将从第三发光部51b射出的第三波长光和从第四发光部52b射出的第四波长光合成的合成光称为“第二光”。即，由“发光部51b、52b”、“光隔离器53b、54b”、“第二合成用分色镜55b”等构成本实施方式中的“第二照射单元”。尤其是由“第三发光部51b”构成“第三波长光射出部”，由“第四发光部52b”构成“第四波长光射出部”，由“第二合成用分色镜55b”构成“第二合成单元”。

第二无偏振分光器56b是将直角棱镜贴合成为一体的立方体型的公知的光学部件，在其接合面56bh上例如实施了金属膜等涂层。“第二无偏振分光器56b”构成本实施方式中的“第二导光单元”。

此外，第二无偏振分光器56b被配置为隔着其接合面56bh而相邻的两个面中的一个与y轴方向正交且另一个与z轴方向正交。即，第二无偏振分光器56b的接合面56bh被配置为相对于y轴方向和z轴方向倾斜45°。更具体地说，使从第二合成用分色镜55b在y轴方向向上入射的第二光的一部分(一半)在y轴方向向上透射，使剩余部分(一半)在z轴方向向右反射。

以下，详细说明上述干涉光学系统3的构成。干涉光学系统3包括偏振分光器(pbs)60、1/4波长板61、62、参照面63、设置部64等。

偏振分光器60是将直角棱镜贴合成为一体的立方体型的公知的光学部件，对其接合面(边界面)60h例如实施了电介质多层膜等涂层。

偏振分光器60是将入射的直线偏振光分割为偏振光方向彼此正交的两种偏振光分量(p偏振光分量和s偏振光分量)的部件。本实施方式中的偏振分光器60构成为使p偏振光分量透射，使s偏振光分量反射。此外，本实施方式中的偏振分光器60具有将入射的预定的光分割为两种光(测量光和参照光)的同时将它们再次合成的功能。

偏振分光器60被配置为隔着其接合面60h而相邻的两个面中的一个与y轴方向正交且另一个与z轴方向正交。即，偏振分光器60的接合面60h被配置为相对于y轴方向和z轴方向倾斜45°。

更具体地说，被配置为从上述第一无偏振分光器56a在y轴方向向下反射的第一光入射的偏振分光器60的第一面(y轴方向上侧面)60a以及与该第一面60a对置的第三面(y轴方向下侧面)60c与y轴方向正交。“偏振分光器60的第一面60a”相当于本实施方式中的“第一输入输出部”。

另一方面，被配置为作为与第一面60a隔着接合面60h相邻的面的从上述第二无偏振分光器56b在z轴方向向右反射的第二光入射的偏振分光器60的第二面(z轴方向左侧面)60b以及与该该第二面60b对置的第四面(z轴方向右侧面)60d与z轴方向正交。“偏振分光器60的第二面60b”相当于本实施方式中的“第二输入输出部”。

此外，1/4波长板61被配置为与偏振分光器60的第三面60c在y轴方向上对置，参照面63被配置为与该1/4波长板61在y轴方向上对置。

1/4波长板61相当于本实施方式中的“第一1/4波长板”，具有将直线偏振光变换为圆偏振光且将圆偏振光变换为直线偏振光的功能。即，从偏振分光器60的第三面60c射出的直线偏振光(参照光)经由1/4波长板61变换为圆偏振光之后照射至参照面63。此外，被参照面63反射的参照光再次经由1/4波长板61从圆偏振光变换为直线偏振光之后入射至偏振分光器60的第三面60c。

另一方面，1/4波长板62被配置为与偏振分光器60的第四面60d在z轴方向上对置，设置部64被配置为与该1/4波长板62在z轴方向上对置。

1/4波长板62相当于本实施方式中的“第二1/4波长板”，具有将直线偏振光变换为圆偏振光且将圆偏振光变换为直线偏振光的功能。即，从偏振分光器60的第四面60d射出的直线偏振光(测量光)经由1/4波长板62变换为圆偏振光之后照射至作为设置部64上放置的被测量物的工件w。此外，被工件w反射的测量光再次经由1/4波长板62从圆偏振光变换为直线偏振光之后入射至偏振分光器60的第四面60d。

以下，详细说明上述两个拍摄系统4a、4b(第一拍摄系统4a、第二拍摄系统4b)的构成。“第一拍摄系统4a”构成本实施方式中的“第一拍摄单元”，“第二拍摄系统4b”构成“第二拍摄单元”。

首先，说明第一拍摄系统4a的构成。第一拍摄系统4a包括第一分离用分色镜80a，该第一分离用分色镜80a将透射第二无偏振分光器56b的第一光(第一波长光和第二波长光的两波长合成光)涉及的参照光分量和测量光分量的合成光分离为第一波长光涉及的合成光(参照光分量和测量光分量)和第二波长光涉及的合成光(参照光分量和测量光分量)。“第一分离用分色镜80a”构成本实施方式中的“第一分离单元”。

第一分离用分色镜80a是将直角棱镜贴合成为一体的立方体型的公知的光学部件(二向色棱镜)，在其接合面80ah上形成有电介质多层膜。

第一分离用分色镜80a被配置为隔着其接合面80ah而相邻的两个面中的一个与y轴方向正交且另一个与z轴方向正交。即，第一分离用分色镜80a的接合面80ah被配置为相对于y轴方向和z轴方向倾斜45°。

本实施方式中的第一分离用分色镜80a具有与上述第一合成用分色镜55a相同的特性。即，第一分离用分色镜80a具有至少反射第一波长光并透射第二波长光的特性。

由此，在图1所示的本实施方式的配置构成中，入射至第一分离用分色镜80a的第一光涉及的合成光被分割为在y轴方向向下射出的第一波长光涉及的合成光和在z轴方向向左射出的第二波长光涉及的合成光。

进一步，第一拍摄系统4a包括：第一分光光学系统81a，将从第一分离用分色镜80a在y轴方向向下射出的第一波长光涉及的合成光分割为四种分光；1/4波长板单元83a，将被该第一分光光学系统81a分割的四种分光分别变换为圆偏振光；第一过滤单元85a，选择性地透射透射了该1/4波长板单元83a的四种分光的预定分量；以及第一相机87a，同时拍摄透射了该第一过滤单元85a的四种分光。“第一相机87a”构成本实施方式中的“第一波长光拍摄部”。

同样地，第一拍摄系统4a包括：第二分光光学系统82a，将从第一分离用分色镜80a在z轴方向向左射出的第二波长光涉及的合成光分割为四种分光；1/4波长板单元84a，将被该第二分光光学系统82a分割的四种分光分别变换为圆偏振光；第二过滤单元86a，选择性地透射透射了该1/4波长板单元84a的四种分光的预定分量；以及第二相机88a，同时拍摄透射了该第二过滤单元86a的四种分光。“第二相机88a”构成本实施方式中的“第二波长光拍摄部”。

接着，说明第二拍摄系统4b的构成。第二拍摄系统4b包括第二分离用分色镜80b，该第二分离用分色镜80b将透射第一无偏振分光器56a的第二光(第三波长光和第四波长光的两波长合成光)涉及的参照光分量和测量光分量的合成光分离为第三波长光涉及的合成光(参照光分量和测量光分量)和第四波长光涉及的合成光(参照光分量和测量光分量)。“第二分离用分色镜80b”构成本实施方式中的“第二分离单元”。

第二分离用分色镜80b是将直角棱镜贴合成为一体的立方体型的公知的光学部件(二向色棱镜)，在其接合面80bh上形成有电介质多层膜。

第二分离用分色镜80b被配置为隔着接合面80bh而相邻的两个面中的一个与y轴方向正交且另一个与z轴方向正交。即，第二分离用分色镜80b的接合面80bh被配置为相对于y轴方向和z轴方向倾斜45°。

本实施方式中的第二分离用分色镜80b具有与上述第二合成用分色镜55b相同的特性的部件。即，第二分离用分色镜80b具有至少反射第三波长光并透射第四波长光的特性。

由此，在图1所示的本实施方式的配置构成中，入射至第二分离用分色镜80b的第二光涉及的合成光被分离为在z轴方向向左射出的第三波长光涉及的合成光和在y轴方向向上射出的第四波长光涉及的合成光。

进一步，第二拍摄系统4b包括：第三分光光学系统81b，将从第二分离用分色镜80b在z轴方向向左射出的第三波长光涉及的合成光分割为四种分光；1/4波长板单元83b，将被该第三分光光学系统81b分割的四种分光分别变换为圆偏振光；第三过滤单元85b，选择性地透射透射了该1/4波长板单元83b的四种分光的预定分量；以及第三相机87b，同时拍摄透射了该第三过滤单元85b的四种分光。“第三相机87b”构成本实施方式中的“第三波长光拍摄部”。

同样地，第二拍摄系统4b包括：第四分光光学系统82b，将从第二分离用分色镜80b在y轴方向向上射出的第四波长光涉及的合成光分割为四种分光；1/4波长板单元84b，将被该第四分光光学系统82b分割的四种分光分别变换为圆偏振光；第四过滤单元86b，选择性地透射透射了该1/4波长板单元84b的四种分光的预定分量；以及第四相机88b，同时拍摄透射了该第四过滤单元86b的四种分光。“第四相机88b”构成本实施方式中的“第四波长光拍摄部”。

这里，参照图3～图6详细说明用于第一拍摄系统4a和第二拍摄系统4b中的“第一分光光学系统81a”、“第二分光光学系统82a”、“第三分光光学系统81b”以及“第四分光光学系统82b”的构成。

本实施方式中的“第一分光光学系统81a”、“第二分光光学系统82a”、“第三分光光学系统81b”以及“第四分光光学系统82b”具有相同构成，因此在此统称为“分光光学系统81a、82a、81b、82b”进行说明。

“分光光学系统81a、82a、81b、82b”构成本实施方式中的“分光单元”。尤其是“第一分光光学系统81a”构成“第一分光单元”，“第二分光光学系统82a”构成“第二分光单元”，“第三分光光学系统81b”构成“第三分光单元”，“第四分光光学系统82b”构成“第四分光单元”。

另外，参照图3～图6说明分光光学系统81a、82a、81b、82b时，为方便起见，将图3的纸面上下方向作为“x′轴方向”、纸面前后方向作为“y′轴方向”、纸面左右方向作为“z′轴方向”进行说明。但是，用于说明分光光学系统81a、82a、81b、82b单体的坐标系(x′、y′、z′)和用于说明三维测量装置1整体的坐标系(x、y、z)是不同的坐标系。

分光光学系统81a、82a、81b、82b是将无偏振光的两种光学部件(棱镜)贴合成为一体的一种无偏振光的光学部件。

更具体地说，分光光学系统81a、82a、81b、82b包括：第一棱镜101，将从第一分离用分色镜80a或第二分离用分色镜80b入射的光分割为两种分光；以及第二棱镜102，将被该第一棱镜10分割的两种分光分别分割为两种分光并射出合计四种分光。

第一棱镜101和第二棱镜102分别由被称为“科斯特棱镜”的公知的光学部件构成。但是，在本实施方式中，“科斯特棱镜”是指“将具有内角分别为30°、60°、90°的直角三角形的截面形状的一对光学部件(三棱柱形状的棱镜)贴合成为一体的正三角形的截面形状的正三棱柱形状的光学部件，在其接合面具有无偏振光的半透半反镜”。当然，作为各棱镜101、102使用的科斯特棱镜并不限于此。如果满足后述的分光光学系统81a、82a、81b、82b的功能，则也可以采用例如不是正三棱柱形状的部件等、作为各棱镜101、102与本实施方式不同的光学部件(科斯特棱镜)。

具体地说，作为第一光学部件(第一科斯特棱镜)的第一棱镜101形成俯视下(x′-z′平面)的正三角形状，并且形成沿y′轴方向延伸的正三棱柱形状(参照图3)。“x′-z′平面”相对于本实施方式中的“第一平面”。

第一棱镜101沿着经过沿y′轴方向的长方形形状的三个面(第一面101a、第二面101b、第三面101c)中的第一面101a和第二面101b的相交线并与第三面101c正交的平面形成半透半反镜101m。“半透半反镜101m”构成本实施方式中的“第一分叉单元”。

第一棱镜101被配置为第三面101c沿x′-y′平面与z′轴方向正交，并且半透半反镜101m被配置为沿y′-z′平面与x′轴方向正交。因此，第一面101a和第二面101b被配置为分别相对于x′轴方向和z′轴方向倾斜30°或60°。

另一方面，作为第二光学部件(第二科斯特棱镜)的第二棱镜102正面看(y′-z′平面)形成正三角形状，并且形成沿x′轴方向延伸的正三棱柱形状(参照图4)。“y′-z′平面”相对于本实施方式中的“第二平面”。

第二棱镜102沿着经过沿x′轴方向的正方形形状的三个面(第一面102a、第二面102b、第三面102c)中的第一面102a和第二面102b的相交线并与第三面102c正交的平面形成半透半反镜102m。“半透半反镜102m”构成本实施方式中的“第二分叉单元”。

第二棱镜102被配置为第一面102a沿x′-y′平面与z′轴方向正交。因此，第二面102b、第三面102c以及半透半反镜102m被配置为分别相对于y′轴方向和z′轴方向倾斜30°或60°。

并且，第一棱镜101的第三面101c和第二棱镜102的第一面102a接合。即，第一棱镜101和第二棱镜102以包含半透半反镜101m的平面(y′-z′平面)和包含半透半反镜102m的平面正交的朝向接合。

这里，x′轴方向上的第一棱镜101的第三面101c的长度和x′轴方向上的第二棱镜102的第一面102a的长度相同(参照图3)。另一方面，y′轴方向上的第一棱镜101的第三面101c的长度成为y′轴方向上的第二棱镜102的第一面102a的长度的一半(参照图4、5)。并且，第一棱镜101的第三面101c沿第二棱镜102的第一面102a和第二面102b的相交线接合(参照图6)。

两棱镜101、102分别由具有折射率比空气高的预定的折射率的光学材料(例如玻璃或丙烯酸树脂等)形成。这里，两棱镜101、102可以由同一材料形成，也可以由不同材料形成。如果满足后述的分光光学系统81a、82a、81b、82b的功能，则各棱镜101、102的材质可以分别任意选择。

接着，参照附图详细说明分光光学系统81a、82a、81b、82b的作用。

分光光学系统81a、82a、81b、82b被配置为从第一分离用分色镜80a或第二分离用分色镜80b射出的光f0相对于第一棱镜101的第一面101a垂直入射(参照图1、3)。但是，在图1中为了简化起见，以分光光学系统81a、82a、81b、82b的正面朝向跟前侧的方式图示了第一拍摄系统4a和第二拍摄系统4b。

从第一面101a入射至第一棱镜101内的光f0由半透半反镜101m向两个方向分叉。具体地说，分叉为朝向第一面101a侧由半透半反镜101m反射的分光fa1和朝向第二面101b侧透射半透半反镜101m的分光fa2。

其中，由半透半反镜101m反射的分光fa1在第一面101a朝向第三面101c侧全反射，并从第三面101c垂直射出。另一方面，透射半透半反镜101m的分光fa2在第二面101b朝向第三面101c侧全反射，并从第三面101c垂直射出。即，从第一棱镜101的第三面101c射出平行的两种分光fa1、fa2。

从第一棱镜101的第三面101c射出的分光fa1、fa2分别垂直入射至第二棱镜102的第一面102a(参照图4)。

从第一面102a入射至第二棱镜102内的分光fa1、fa2分别由半透半反镜102m向两个方向分叉。

具体地说，一个分光fa1分叉为朝向第一面102a侧由半透半反镜102m反射的分光fb1和朝向第二面102b侧透射半透半反镜102m的分光fb2。

另一个分光fa2分叉为朝向第一面102a侧由半透半反镜102m反射的分光fb3和朝向第二面102b侧透射半透半反镜102m的分光fb4。

其中，由半透半反镜102m反射的分光fb1、fb3分别在第一面102a朝向第三面102c侧全反射，并从第三面102c垂直射出。另一方面，透射半透半反镜102m的分光fb2、fb4分别在第二面102b朝向第三面102c侧全反射，并从第三面102c垂直射出。即，从第二棱镜102的第三面102c平行地射出排列成2行2列的矩阵状的四种光fb1～fb4。

并且，从“第一分光光学系统81a”、“第二分光光学系统82a”、“第三分光光学系统81b”或“第四分光光学系统82b”的第二棱镜102的第三面102c射出的光(四种分光fb1～fb4)分别入射至对应的“1/4波长板单元83a”、“1/4波长板单元84a”、“1/4波长板单元83b”或“1/4波长板单元84b”(参照图1)。

接着，详细说明用于第一拍摄系统4a和第二拍摄系统4b中的“1/4波长板单元83a”、“1/4波长板单元84a”、“1/4波长板单元83b”和“1/4波长板单元84b”的构成。

本实施方式中的“1/4波长板单元83a”、“1/4波长板单元84a”、“1/4波长板单元83b”以及“1/4波长板单元84b”是同一构成，因此在此统称为“1/4波长板单元83a、84a、83b、84b”进行说明。

1/4波长板单元83a、84a、83b、84b以2行2列的矩阵状配置四个1/4波长板(省略图示)，该四个1/4波长板在分光fb1～fb4的入射方向上看的俯视下具有同一矩形形状。该四个1/4波长板分别对应于由上述分光光学系统81a、82a、81b、82b分割的四种分光fb1～fb4而设置，构成为各分光fb1～fb4分别入射。

并且，透射“1/4波长板单元83a”、“1/4波长板单元84a”、“1/4波长板单元83b”或“1/4波长板单元84b”而变换为圆偏振光的光(四种分光fb1～fb4)分别入射至相对应的“第一过滤单元85a”、“第二过滤单元86a”、“第三过滤单元85b”或“第四过滤单元86b”(参照图1)。

这里，详细说明用于第一拍摄系统4a和第二拍摄系统4b中的“第一过滤单元85a”、“第二过滤单元86a”、“第三过滤单元85b”和“第四过滤单元86b”的构成。

本实施方式中的“第一过滤单元85a”、“第二过滤单元86a”、“第三过滤单元85b”和“第四过滤单元86b”是同一构成，因此在此统称为“过滤单元85a、86a、85b、86b”进行说明。

过滤单元85a、86a、85b、86b以2行2列的矩阵状配置四个偏振光板160a、160b、160c、160d(参照图7)，该四个偏振光板160a、160b、160c、160d在分光fb1～fb4的入射方向上看的俯视下具有同一矩形形状。图7是示意性地示出过滤单元85a、86a、85b、86b的简要构成的俯视图。

四个偏振光板160a～160d是透射轴方向各相差45°的偏振光板。更具体地说，由透射轴方向作为0°的第一偏振光板160a、透射轴方向作为45°的第二偏振光板160b、透射轴方向作为90°的第三偏振光板160c和透射轴方向作为135°的第四偏振光板160d构成。

并且，四种分光fb1～fb4分别通过上述1/4波长板单元83a、84a、83b、84b变换为圆偏振光之后，分别入射至过滤单元85a、86a、85b、86b的各偏振光板160a～160d。具体地说，分光fb1入射至第一偏振光板160a，分光fb2入射至第二偏振光板160b，分光fb3入射至第三偏振光板160c，分光fb4入射至第四偏振光板160d。

由此，能够使各分光fb1～fb4的参照光分量和测量光分量彼此干涉，从而生成相位各相差90°的四组干涉光。具体地说，透射第一偏振光板160a的分光fb1成为相位“0°”的干涉光，透射第二偏振光板160b的分光fb2成为相位“90°”的干涉光，透射第三偏振光板160c的分光fb3成为相位“180°”的干涉光，透射第四偏振光板160d的分光fb4成为相位“270°”的干涉光。

因此，“过滤单元85a、86a、85b、86b”构成本实施方式中的“过滤单元”、“干涉单元”以及“相位转变单元”。尤其是“第一过滤单元85a”构成“第一相位转变单元”和“第一过滤单元”，“第二过滤单元86a”构成“第二相位转变单元”和“第二过滤单元”，“第三过滤单元85b”构成“第三相位转变单元”和“第三过滤单元”，“第四过滤单元86b”构成“第四相位转变单元”和“第四过滤单元”。

并且，分别从“第一过滤单元85a”、“第二过滤单元86a”、“第三过滤单元85b”或“第四过滤单元86b”射出的四种分光fb1～fb4(干涉光)分别由对应的“第一相机87a”、“第二相机88a”、“第三相机87b”或“第四相机88b”同时拍摄(参照图1)。

结果，通过第一相机87a获取相位各相差90°的第一波长光涉及的四组干涉条纹图像，通过第二相机88a获取相位各相差90°的第二波长光涉及的四组干涉条纹图像，通过第三相机87b获取相位各相差90°的第三波长光涉及的四组干涉条纹图像，通过第四相机88b获取相位各相差90°的第四波长光涉及的四组干涉条纹图像。

这里，详细说明用于第一拍摄系统4a和第二拍摄系统4b中的“第一相机87a”、“第二相机88a”、“第三相机87b”和“第四相机88b”的构成。

本实施方式中的“第一相机87a”、“第二相机88a”、“第三相机87b”和“第四相机88b”是同一构成，因此在此统称为“相机87a、88a、87b、88b”进行说明。

相机87a、88a、87b、88b是包括透镜和拍摄元件等的公知的部件。在本实施方式中，作为相机87a、88a、87b、88b的拍摄元件采用了ccd区域传感器。当然，拍摄元件不限于此，例如也可以采用cmos区域传感器等。

由相机87a、88a、87b、88b拍摄的图像数据在相机87a、88a、87b、88b内部中变换为数字信号之后以数字信号的形式输入至控制装置5(图像数据存储装置154)。

本实施方式涉及的相机87a、88a、87b、88b的拍摄元件170其拍摄区域与上述过滤单元85a、86a、85b、86b(偏振光板160a～160d)对应地被分离为四个拍摄区域h1、h2、h3、h4。具体地说，在分光fb1～fb4的入射方向看的俯视下具有同一矩形形状的四个拍摄区域h1、h2、h3、h4被分离为排列成2行2列的矩阵状(参照图8)。图8是示意性地示出拍摄元件170的拍摄区域的简要构成的俯视图。

由此，透射第一偏振光板160a的分光fb1在第一拍摄区域h1被拍摄，透射第二偏振光板160b的分光fb2在第二拍摄区域h2被拍摄，透射第三偏振光板160c的分光fb3在第三拍摄区域h3被拍摄，透射第四偏振光板160d的分光fb4在第四拍摄区域h4被拍摄。

即，在第一拍摄区域h1拍摄相位“0°”的干涉条纹图像，在第二拍摄区域h2拍摄相位“90°”的干涉条纹图像，在第三拍摄区域h3拍摄相位“180°”的干涉条纹图像，在第四拍摄区域h4拍摄相位“270°”的干涉条纹图像。

结果，通过第一相机87a同时拍摄与第一波长光相关的相位“0°”的干涉条纹图像、相位“90°”的干涉条纹图像、相位“180°”的干涉条纹图像、相位“270°”的干涉条纹图像。

通过第二相机88a同时拍摄与第二波长光相关的相位“0°”的干涉条纹图像、相位“90°”的干涉条纹图像、相位“180°”的干涉条纹图像、相位“270°”的干涉条纹图像。

通过第三相机87b同时拍摄与第三波长光相关的相位“0°”的干涉条纹图像、相位“90°”的干涉条纹图像、相位“180°”的干涉条纹图像、相位“270°”的干涉条纹图像。

通过第四相机88b同时拍摄与第四波长光相关的相位“0°”的干涉条纹图像、相位“90°”的干涉条纹图像、相位“180°”的干涉条纹图像、相位“270°”的干涉条纹图像。

接着，说明控制装置5的电气构成。如图2所示，控制装置5包括：执行三维测量装置1整体的控制的cpu及输入输出接口151、由键盘或触摸面板构成的作为“输入单元”的输入装置152、具有液晶画面等显示画面的作为“显示单元”的显示装置153、用于存储由相机87a、88a、87b、88b拍摄的图像数据等的图像数据存储装置154、用于存储各种运算结果的运算结果存储装置155、以及预先存储各种信息的设定数据存储装置156。另外，这些各装置152～156与cpu和输入输出接口151电连接。

此外，本实施方式涉及的图像数据存储装置154分别对应于“第一相机87a”、“第二相机88a”、“第三相机87b”和“第四相机88b”，并包括各四个图像存储器。具体地说，对应于各相机87a、88a、87b、88b包括存储在拍摄元件170的第一拍摄区域h1拍摄的干涉条纹图像数据的第一图像存储器、存储在第二拍摄区域h2拍摄的干涉条纹图像数据的第二图像存储器、存储在第三拍摄区域h3拍摄的干涉条纹图像数据的第三图像存储器和存储在第四拍摄区域h4拍摄的干涉条纹图像数据的第四图像存储器。

接着，说明三维测量装置1的作用。另外，在本实施方式中，同时进行由第一投光系统2a的第一波长光和第二波长光的照射、以及由第二投光系统2b的第三波长光和第四波长光的照射。因此，作为第一波长光和第二波长光的合成光的第一光的光路和作为第三波长光和第四波长光的合成光的第二光的光路部分重叠，但是在这里，为了更容易理解，针对第一光和第二光的光路使用不同的附图分别说明。

首先，参照图9说明第一光(第一波长光和第二波长光)的光路。如图9所示，第一波长λ1的第一波长光(偏振光方向相对于x轴方向和z轴方向倾斜45°的直线偏振光)从第一发光部51a在y轴方向向下射出。同时，第二波长λ2的第二波长光(偏振光方向相对于x轴方向和y轴方向倾斜45°的直线偏振光)从第二发光部52a在z轴方向向左射出。

从第一发光部51a射出的第一波长光通过第一光隔离器53a入射至第一合成用分色镜55a。同时，从第二发光部52a射出的第二波长光通过第二光隔离器54a入射至第一合成用分色镜55a。

入射至第一合成用分色镜55a的第一波长光和第二波长光被合成，并且该合成光作为第一光(偏振光方向相对于x轴方向和y轴方向倾斜45°的直线偏振光)朝向第一无偏振分光器56a在z轴方向向左射出。

入射至第一无偏振分光器56a的第一光的一部分在z轴方向向左透射，剩余部分在y轴方向向下反射。其中，在y轴方向向下反射的第一光(偏振光方向相对于x轴方向和y轴方向倾斜45°的直线偏振光)入射至偏振分光器60的第一面60a。另一方面，在z轴方向向左透射的第一光不会入射至任何的光学系统等而成为舍弃光。

这里，如果根据需要在波长测量或光的能量测量中利用舍弃光，则能够使光源稳定化，进而提高测量精度(以下相同)。

从偏振分光器60的第一面60a在y轴方向向下入射的第一光中，其p偏振光分量在y轴方向向下透射并从第三面60c作为参照光射出，另一方面，其s偏振光分量在z轴方向向右反射并从第四面60d作为测量光射出。

从偏振分光器60的第三面60c射出的第一光涉及的参照光(p偏振光)通过1/4波长板61而被变换为右旋的圆偏振光之后由参照面63反射。这里，保持相对于光的行进方向的旋转方向。之后，第一光涉及的参照光再次通过1/4波长板61，由此从右旋的圆偏振光变换为s偏振光之后再次入射至偏振分光器60的第三面60c。

另一方面，从偏振分光器60的第四面60d射出的第一光涉及的测量光(s偏振光)通过1/4波长板62而被变换为左旋的圆偏振光之后由工件w反射。这里，保持相对于光的行进方向的旋转方向。之后，第一光涉及的测量光再次通过1/4波长板62，由此从左旋的圆偏振光变换为p偏振光之后再次入射至偏振分光器60的第四面60d。

这里，从偏振分光器60的第三面60c再次入射的第一光涉及的参照光(s偏振光)由接合面60h在z轴方向向左反射，另一方面从第四面60d再次入射的第一光涉及的测量光(p偏振光)在z轴方向向左透射接合面60h。然后，第一光涉及的参照光和测量光合成后的状态的合成光作为输出光从偏振分光器60的第二面60b射出。

从偏振分光器60的第二面60b射出的第一光涉及的合成光(参照光和测量光)入射至第二无偏振分光器56b。对第二无偏振分光器56b在z轴方向向左入射的第一光涉及的合成光，其一部分在z轴方向向左透射，剩余部分在y轴方向向下反射。其中，在z轴方向向左透射的合成光(参照光和测量光)入射至第一拍摄系统4a的第一分离用分色镜80a。另一方面，在y轴方向向下反射的合成光入射至第二合成用分色镜55b由第三光隔离器53b或第四光隔离器54b截断其行进，成为舍弃光。

入射至第一分离用分色镜80a的第一光涉及的合成光(参照光和测量光)中，第一波长光涉及的合成光(参照光和测量光)由接合面80ah在y轴方向向下反射而入射至第一分光光学系统81a，另一方面第二波长光涉及的合成光(参照光和测量光)在z轴方向向左透射接合面80ah而入射至第二分光光学系统82a。

入射至第一分光光学系统81a的第一波长光涉及的合成光(参照光和测量光)如上所述那样被分割为四种光(分光fb1～fb4)。同样，入射至第二分光光学系统82a的第二波长光涉及的合成光(参照光和测量光)被分割为四种光(分光fb1～fb4)。

由第一分光光学系统81a被分割为四个的第一波长光涉及的合成光(参照光和测量光)分别通过1/4波长板单元83a其参照光分量(s偏振光分量)变换为左旋的圆偏振光，其测量光分量(p偏振光分量)变换为右旋的圆偏振光。

同时，由第二分光光学系统82a被分割为四个的第二波长光涉及的合成光(参照光和测量光)分别通过1/4波长板单元84a其参照光分量(s偏振光分量)变换为左旋的圆偏振光，其测量光分量(p偏振光分量)变换为右旋的圆偏振光。另外，左旋的圆偏振光和右旋的圆偏振光由于旋转方向不同，因此不干涉。

接着，通过1/4波长板单元83a的第一波长光涉及的四种合成光分别通过第一过滤单元85a(四个偏振光板160a～160d)，由此其参照光分量和测量光分量以与各偏振光板160a～160d的角度相应的相位干涉。同时，通过1/4波长板单元84a的第二波长光涉及的四种合成光分别通过第二过滤单元86a(四个偏振光板160a～160d)，由此其参照光分量和测量光分量以与各偏振光板160a～160d的角度相应的相位干涉。

并且，通过第一过滤单元85a(四个偏振光板160a～160d)的第一波长光涉及的四种干涉光(透射第一偏振光板160a的相位“0°”的干涉光、透射第二偏振光板160b的相位“90°”的干涉光、透射第三偏振光板160c的相位“180°”的干涉光、透射第四偏振光板160d的相位“270°”的干涉光)入射至第一相机87a。

同时，通过第二过滤单元86a(四个偏振光板160a～160d)的第二波长光涉及的四种干涉光(透射第一偏振光板160a的相位“0°”的干涉光、透射第二偏振光板160b的相位“90°”的干涉光、透射第三偏振光板160c的相位“180°”的干涉光、透射第四偏振光板160d的相位“270°”的干涉光)入射至第二相机88a。

接着，参照图10说明第二光(第三波长光和第四波长光)的光路。如图10所示，第三波长λ3的第三波长光(偏振光方向相对于x轴方向和y轴方向倾斜45°的直线偏振光)从第三发光部51b在z轴方向向左射出。同时，第四波长λ4的第四波长光(偏振光方向相对于x轴方向和y轴方向倾斜45°的直线偏振光)从第四发光部52b在y轴方向向上射出。

从第三发光部51b射出的第三波长光通过第三光隔离器53b入射至第二合成用分色镜55b。同时，从第四发光部52b射出的第四波长光通过第四光隔离器54b入射至第二合成用分色镜55b。

入射至第二合成用分色镜55b的第三波长光和第四波长光合成，该合成光作为第二光(偏振光方向相对于x轴方向和y轴方向倾斜45°的直线偏振光)朝向第二无偏振分光器56b在y轴方向向上射出。

入射至第二无偏振分光器56b的第二光的一部分在y轴方向向上透射，剩余部分在z轴方向向右反射。其中，在z轴方向向右反射的第二光(偏振光方向相对于x轴方向和y轴方向倾斜45°的直线偏振光)入射至偏振分光器60的第二面60b。另一方面，在y轴方向向上透射的第二光不会入射至任何的光学系统等而成为舍弃光。

从偏振分光器60的第二面60b在z轴方向向右入射的第二光，其s偏振光分量在y轴方向向下反射并从第三面60c作为参照光射出，另一方面其p偏振光分量在z轴方向向右透射并从第四面60d作为测量光射出。

从偏振分光器60的第三面60c射出的第二光涉及的参照光(s偏振光)通过1/4波长板61变换为左旋的圆偏振光之后由参照面63反射。这里，保持相对于光的行进方向的旋转方向。之后，第二光涉及的参照光再次通过1/4波长板61，由此从左旋的圆偏振光变化为p偏振光之后再次入射至偏振分光器60的第三面60c。

另一方面，从偏振分光器60的第四面60d射出的第二光涉及的测量光(p偏振光)通过1/4波长板62变换为右旋的圆偏振光之后由工件w反射。这里，保持相对于光的行进方向的旋转方向。之后，第二光涉及的测量光再次通过1/4波长板62，由此从右旋的圆偏振光变换为s偏振光之后再次入射至偏振分光器60的第四面60d。

这里，从偏振分光器60的第三面60c再次入射的第二光涉及的参照光(p偏振光)在y轴方向向上透射接合面60h，另一方面从第四面60d再次入射的第二光涉及的测量光(s偏振光)由接合面60h在y轴方向向上反射。然后，第二光涉及的参照光和测量光合成后的状态的合成光作为输出光从偏振分光器60的第一面60a射出。

从偏振分光器60的第一面60a射出的第二光涉及的合成光(参照光和测量光)入射至第一无偏振分光器56a。对第一无偏振分光器56a在y轴方向向上入射的第二光涉及的合成光，其一部分在y轴方向向上透射，剩余部分在z轴方向向右反射。其中，在y轴方向向上透射的合成光(参照光和测量光)入射至第二拍摄系统4b的第二分离用分色镜80b。另一方面，在z轴方向向右反射的合成光入射至第一合成用分色镜55a，由第一光隔离器53a或第二光隔离器54a截断其行进，成为舍弃光。

入射至第二分离用分色镜80b的第二光涉及的合成光(参照光和测量光)中，第三波长光涉及的合成光(参照光和测量光)由接合面80bh在z轴方向向左反射并入射至第三分光光学系统81b，另一方面第四波长光涉及的合成光(参照光和测量光)在y轴方向向上透射接合面80bh并入射至第四分光光学系统82b。

入射至第三分光光学系统81b的第三波长光涉及的合成光(参照光和测量光)，如上所述那样被分割为四种光(分光fb1～fb4)。同时，入射至第四分光光学系统82b的第四波长光涉及的合成光(参照光和测量光)被分割为四种光(分光fb1～fb4)。

由第三分光光学系统81b被分割为四个的第三波长光涉及的合成光(参照光和测量光)分别通过1/4波长板单元83b其参照光分量(p偏振光分量)变换为右旋的圆偏振光，其测量光分量(s偏振光分量)变换为左旋的圆偏振光。

同时，由第四分光光学系统82b被分割为四个的第四波长光涉及的合成光(参照光和测量光)分别通过1/4波长板单元84b其参照光分量(p偏振光分量)变换为右旋的圆偏振光，其测量光分量(s偏振光分量)变换为左旋的圆偏振光。另外，左旋的圆偏振光和右旋的圆偏振光由于旋转方向不同，因此不干涉。

接着，通过1/4波长板单元83b的第三波长光涉及的四种合成光分别通过第三过滤单元85b(四个偏振光板160a～160d)，由此其参照光分量和测量光分量以与各偏振光板160a～160d的角度相应的相位干涉。同时，通过1/4波长板单元84b的第四波长光涉及的四种合成光分别通过第四过滤单元86b(四个偏振光板160a～160d)，由此其参照光分量和测量光分量以与各偏振光板160a～160d的角度相应的相位干涉。

并且，通过第三过滤单元85b(四个偏振光板160a～160d)的第三波长光涉及的四种干涉光(透射第一偏振光板160a的相位“0°”的干涉光、透射第二偏振光板160b的相位“90°”的干涉光、透射第三偏振光板160c的相位“180°”的干涉光、透射第四偏振光板160d的相位“270°”的干涉光)入射至第三相机87b。

同时，通过第四过滤单元86b(四个偏振光板160a～160d)的第四波长光涉及的四种干涉光(透射第一偏振光板160a的相位“0°”的干涉光、透射第二偏振光板160b的相位“90°”的干涉光、透射第三偏振光板160c的相位“180°”的干涉光、透射第四偏振光板160d的相位“270°”的干涉光)入射至第四相机88b。

接着，说明由控制装置5执行的形状测量处理顺序。首先，控制装置5驱动控制第一投光系统2a和第二投光系统2b，并且同时执行从第一发光部51a照射第一波长光、从第二发光部52a照射第二波长光、从第三发光部51b照射第三波长光、以及从第四发光部52b照射第四波长光。

由此，第一波长光和第二波长光的合成光的第一光入射至偏振分光器60的第一面60a，并且第三波长光和第四波长光的合成光的第二光入射至偏振分光器60的第二面60b。

结果，从偏振分光器60的第二面60b射出第一光涉及的合成光(参照光和测量光)，并且从偏振分光器60的第一面60a射出第二光涉及的合成光(参照光和测量光)。

从偏振分光器60射出的第一光涉及的合成光的一部分入射至第一拍摄系统4a，被分离为第一波长光涉及的合成光(参照光和测量光)和第二波长光涉及的合成光(参照光和测量光)。其中，第一波长光涉及的合成光由第一分光光学系统81a被分割为四个之后，经由1/4波长板单元83a和第一过滤单元85a入射至第一相机87a。同时，第二波长光涉及的合成光由第二分光光学系统82a被分割为四个之后，具有1/4波长板单元84a和第二过滤单元86a入射至第二相机88a。

另一方面，从偏振分光器60射出的第二光涉及的合成光的一部分入射至第二拍摄系统4b，被分离为第三波长光涉及的合成光(参照光和测量光)和第四波长光涉及的合成光(参照光和测量光)。其中，第三波长光涉及的合成光由第三分光光学系统81b被分割为四个之后，经由1/4波长板单元83b和第三过滤单元85b入射至第三相机87b。同时，第四波长光涉及的合成光由第四分光光学系统82b被分割为四个之后，经由1/4波长板单元84b和第四过滤单元86b入射至第四相机88b。

并且，控制装置5驱动控制第一拍摄系统4a和第二拍摄系统4b，同时执行由第一相机87a的拍摄、由第二相机88a的拍摄、由第三相机87b的拍摄、以及由第四相机88b的拍摄。

结果，通过第一相机87a(拍摄元件170的拍摄区域h1～h4)作为一个图像数据获取相位各相差90°的第一波长光涉及的四组干涉条纹图像，通过第二相机88a(拍摄元件170的拍摄区域h1～h4)作为一个图像数据获取相位各相差90°的第二波长光涉及的四组干涉条纹图像，通过第三相机87b(拍摄元件170的拍摄区域h1～h4)作为一个图像数据获取相位各相差90°的第三波长光涉及的四组干涉条纹图像，通过第四相机88b(拍摄元件170的拍摄区域h1～h4)作为一个图像数据获取相位各相差90°的第四波长光涉及的四组干涉条纹图像。

并且，控制装置5将从第一相机87a获取的一个图像数据分割为四组干涉条纹图像数据(与拍摄元件170的拍摄区域h1～h4对应的各个范围)，并分别存储在与图像数据存储装置154内的第一相机87a对应的第一～第四图像存储器。

同时，控制装置5关于分别从第二相机88a、第三相机87b以及第四相机88b获取的图像数据也进行相同的处理，并分别将干涉条纹图像数据存储在与各相机88a、87b、88b对应的第一～第四图像存储器。

接着，控制装置5基于存储在图像数据存储装置154中的第一波长光涉及的四组干涉条纹图像数据、第二波长光涉及的四组干涉条纹图像数据、第三波长光涉及的四组干涉条纹图像数据和第四波长光涉及的四组干涉条纹图像数据通过相移法测量工件w的表面形状。即，算出工件w的表面上的各位置处的高度信息。

在这里对使用干涉光学系统的一般的相移法的高度测量的原理进行说明。预定的光(例如第一波长光等)涉及的四组干涉条纹图像数据的同一坐标位置(x，y)处的干涉条纹强度、即亮度i1(x，y)、i2(x，y)、i3(x，y)、i4(x，y)能够以下述[数1]的关系式表示。

[数1]

i1(x，y)＝b(x，y)+a(x，y)cos[δφ(x，y)]

i2(x，y)＝b(x，y)+a(x，y)cos[δφ(x，y)+90°]

i3(x，y)＝b(x，y)+a(x，y)cos[δφ(x，y)+180°]

i4(x，y)＝b(x，y)+a(x，y)cos[δφ(x，y)+270°]

这里，δφ(x，y)表示基于坐标(x，y)处的测量光和参照光的光程差的相位差。此外，a(x，y)表示干涉光的振幅、b(x，y)表示は偏移。但是，由于参照光均匀，因此当以此为基准而观察时，δφ(x，y)表示“测量光的相位”，a(x，y)表示“测量光的振幅”。

因此，测量光的相位δφ(x，y)能够基于上述[数1]的关系式以下述[数2]的关系式求出。

[数2]

此外，测量光的振幅a(x，y)能够基于上述[数1]的关系式以下述[数3]的关系式求出。

[数3]

接着，从上述相位δφ(x，y)和振幅a(x，y)基于下述[数4]的关系式算出拍摄元件面上的复振幅eo(x，y)。这里，i表示虚数单位。

[数4]

e0(x，y)＝a(x，y)e^iφ(x，y)

接着，基于复振幅eo(x，y)算出工件w面上的坐标(ξ，η)处的复振幅eo(ξ，η)。

首先，如下述[数5]所示，对上述复振幅eo(x，y)进行菲涅耳变换。这里，λ表示波长。

[数5]

傅立叶变换

傅立叶逆变换

当针对eo(ξ，η)求解时，变为下述[数6]。

[数6]

进一步，根据所得到的复振幅eo(ξ，η)基于下述[数7]的关系式算出测量光的相位φ(ξ，η)和测量光的振幅a(ξ，η)。

[数7]

e。(ξ，η)＝a(ξ，η)e^iφ(ξ，η)

测量光的相位φ(ξ，η)能够由下述[数8]的关系式求出。

[数8]

测量光的振幅a(ξ，η)能够由下述[数9]的关系式求出。

[数9]

之后，进行相位-高度变换处理，算出三维表示工件w表面的凹凸形状的高度信息z(ξ，η)。

高度信息z(ξ，η)能够由下述[数10]的关系式算出。

[数10]

接着，对使用不同波长的两种光(例如“第一波长光”和“第三波长光”)的两波长相移法的原理进行说明。通过使用不同波长的两种光，能够扩大测量范围。当然，该原理也能够应用于使用三种或四种光的情况。

在使用不同波长的两种光(例如波长λc1的第一光和波长λc2的第二光)进行测量的情况下，与以其合成波长λc0的光进行测量的情况相同。并且，该测量范围扩大至λc0/2。合成波长λc0能够由下述式(m1)表示。

λc0＝(λc1×λc2)/(λc2-λc1)···(m1)

其中，λc2＞λc1。

这里，例如当λc1＝1500nm、λc2＝1503nm时，根据上述式(m1)，λc0＝751.500μm，测量范围λc0/2＝375.750μm。

在进行两波长相移法时，首先，基于波长λc1的第一光涉及的四组干涉条纹图像数据的亮度i1(x，y)、i2(x，y)、i3(x，y)、i4(x，y)(参照上述[数1])，算出工件w面上的坐标(ξ，η)处的第一光涉及的测量光的相位φ1(ξ，η)(参照上述[数8])。这里求出的相位φ1(ξ，η)相对于本实施方式中的“第一测量值”或“第二测量值”，通过算出它的处理功能构成“第一测量值获取单元”或“第二测量值获取单元”。

另外，在第一光涉及的测量之下，坐标(ξ，η)处的高度信息z(ξ，η)能够以下述式(m2)表示。

z(ξ，η)＝d1(ξ，η)/2

＝[λc1×φ1(ξ，η)/4π]+[m1(ξ，η)×λc1/2]···(m2)

其中，d1(ξ，η)表示第一光涉及的测量光和参照光的光程差，m1(ξ，η)表示第一光涉及的条纹级数。

因此，相位φ1(ξ，η)能够以下述式(m2′)表示。

φ1(ξ，η)＝(4π/λc1)×z(ξ，η)-2πm1(ξ，η)···(m2′)

同样地，基于波长λc2的第二光涉及的四组干涉条纹图像数据的亮度i1(x，y)、i2(x，y)、i3(x，y)、i4(x，y)(参照上述[数1])算出工件w面上的坐标(ξ，η)处的第二光涉及的测量光的相位φ2(ξ，η)(参照上述[数8])。这里求出的相位φ2(ξ，η)相当于本实施方式中的“第三测量值”或“第四测量值”，通过算出它的处理功能构成“第三测量值获取单元”或“第四测量值获取单元”。

另外，在第二光涉及的测量之下，坐标(ξ，η)处的高度信息z(ξ，η)能够以下述式(m3)表示。

z(ξ，η)＝d2(ξ，η)/2

＝[λc2×φ2(ξ，η)/4π]+[m2(ξ，η)×λc2/2]···(m3)

其中，d2(ξ，η)表示第二光涉及的测量光和参照光的光程差，m2(ξ，η)表示第二光涉及的条纹级数。

因此，相位φ2(ξ，η)能够以下述式(m3′)表示。

φ2(ξ，η)＝(4π/λc2)×z(ξ，η)-2πm2(ξ，η)···(m3′)

接着，决定波长λc1的第一光涉及的条纹级数m1(ξ，η)或者波长λc2的第二光涉及的条纹级数m2(ξ，η)。条纹级数m1、m2能够基于两种光(波长λc1、λc2)的光程差δd和波长差δλ求出。这里，光程差δd和波长差δλ能够分别如下述式(m4)、(m5)那样表示。

δd＝(λc1×φ1-λc2×φ2)/2π···(m4)

δλ＝λc2-λc1···(m5)

其中，λc2＞λc1。

另外，在两波长的合成波长λc0的测量范围内，条纹级数m1、m2的关系分离为以下三种情况，针对各情况决定条纹级数m1(ξ，η)、m2(ξ，η)的计算式不同。这里，例如针对决定条纹级数m1(ξ，η)的情况进行说明。当然，针对条纹级数m2(ξ，η)也能够通过同样的方法求出。

例如，在“φ1-φ2＜-π”情况下，为“m1-m2＝-1”，在该情况下，m1能够如下述式(m6)那样表示。

m1＝(δd/δλ)-(λc2/δλ)

＝(λc1×φ1-λc2×φ2)/2π(λc2-λc1)-λc2/(λc2-λc1)···(m6)

在“-π＜φ1-φ2＜π”的情况下，为“m1-m2＝0”，在该情况下，m1能够如下述式(m7)那样表示。

m1＝δd/δλ

＝(λc1×φ1-λc2×φ2)/2π(λc2-λc1)···(m7)

在“φ1-φ2＞π”的情况下，为“m1-m2＝+1”，在该情况下，m1能够如下述式(m8)那样表示。

m1＝(δd/δλ)+(λ2/δλ)

＝(λc1×φ1-λc2×φ2)/2π(λc2-λc1)+λc2/(λc2-λc1)···(m8)

并且，能够基于这样得到的条纹级数m1(ξ，η)或m2(ξ，η)，根据上述式(m2)、(m3)得到高度信息z(ξ，η)。通过该处理功能构成“高度信息获取单元”。并且，这样求出的工件w的测量结果(高度信息)保存于控制装置5的运算结果存储装置155。

如以上详述的那样，在本实施方式中，使第一波长光和第二波长光的合成光的第一光从偏振分光器60的第一面60a入射，同时使第三波长光和第四波长光的合成光的第二光从偏振分光器60的第二面60b入射，由此第一光涉及的参照光和测量光以及第二光涉及的参照光和测量光被分割为各自不同的偏振光分量(p偏振光或s偏振光)，因此入射至偏振分光器60的第一光和第二光不会彼此干涉，分别从偏振分光器60射出。

由此，作为第一光所包含的偏振光(第一波长光和/或第二波长光)和第二光所包含的偏振光(第三波长光和/或第四波长光)，能够使用波长相近的两种偏振光。结果，能够使用波长相近的两种偏振光，能够进一步扩大三维测量涉及的测量范围。尤其是，在本实施方式中，最多能够使用四种不同波长的光，因此能够大大扩大测量范围。

此外，在本实施方式中，将从干涉光学系统3射出的第一光涉及的合成光(参照光分量和测量光分量)分离为第一波长光涉及的合成光和第二波长光涉及的合成光，同时将从干涉光学系统3射出的第二光涉及的合成光分离为第三波长光涉及的合成光和第四波长光涉及的合成光，并且第一波长光涉及的合成光的拍摄、第二波长光涉及的合成光的拍摄、第三波长光涉及的合成光的拍摄、以及第四波长光涉及的合成光的拍摄单独且同时进行。由此，能够缩短整体拍摄时间，并且能够提高测量效率。

除此之外，在本实施方式中，使用分光光学系统81a、82a、81b、82b将各波长光涉及的合成光分别分割为四种光，并且该四种光由过滤单元85a、86a、85b、86b来变换为相位各相差90°的四组干涉光。由此，能够同时获得通过相移法进行三维测量所需的所有的干涉条纹图像。即，能够同时获得四种偏振光涉及的共计16组(4×4组)的干涉条纹图像。结果，能够进一步提高上述作用效果。

此外，在分光光学系统81a、82a、81b、82b中，作为将一种光分割为平行的两种光的单元，采用了科斯特棱镜的棱镜101、102，因此被分割的两种光的光路长度在光学上相等。结果，无需包括调整被分割的两种光的光路长度的光路调整单元，削减部件个数，同时能够实现构成的简化和装置的小型化等。

此外，构成为从对分光光学系统81a、82a、81b、82b入射一种光f0之后到射出四种光fb1～fb4的期间，光仅在光学部件内前进，未进入空气中，因此能够减少由于空气波动等带来的影响。

进一步，在本实施方式中，例如根据工件w的种类能够切换使用第一波长光和第三波长光的两种偏振光的测量和使用第二波长光和第四波长光的两种偏振光的测量。即，根据本实施方式，能够使用波长相近的两种偏振光尝试扩大测量范围，还能够根据工件w的种类切换光的种类(波长)。结果，能够提高便利性和通用性。

例如，对于不适合红色系光的晶圆基板等工件w，能够使用第一波长光和第三波长光的两种偏振光(例如491nm和488nm的蓝色系的两种光)进行测量，另一方面，对于不适合蓝色系光的铜等工件w能够使用第二波长光和第四波长光的两种偏振光(例如540nm和532nm的绿色系的两种光)进行测量。

此外，在本实施方式中，构成为对包括一个作为基准的参照面63的一个干涉光学系统3使用四种偏振光，因此产生参照光和测量光之间的光程差的光路区间在四种偏振光中相同。因此，与使用四个干涉光学系统(干涉仪模块)的构成相比，提高测量精度的同时，不必进行使四个干涉光学系统的光路长度精确地一致的困难的作业。

第二实施方式

以下，参照附图说明第二实施方式。第二实施方式包括与采用了迈克尔逊干涉仪的光学构成的第一实施方式不同的干涉光学系统，有关干涉光学系统的构成与第一实施方式不同。因此，在本实施方式中，详细说明与第一实施方式不同的构成部分，对同一构成部分标注同一符号，省略其详细说明。

图11是示出本实施方式涉及的三维测量装置200的简要构成的示意图。以下，为方便起见，将图11的纸面前后方向作为“x轴方向”、纸面上下方向作为“y轴方向”、纸面左右方向作为“z轴方向”进行说明。

三维测量装置200基于马赫-曾德尔干涉仪的原理构成，其包括：两个投光系统2a、2b(第一投光系统2a、第二投光系统2b)，能够输出预定的光；干涉光学系统203，被入射分别从该投光系统2a、2b射出的光；两个拍摄系统4a、4b(第一拍摄系统4a、第二拍摄系统4b)，被入射从该干涉光学系统203射出的光；以及控制装置5，进行投光系统2a、2b、干涉光学系统203、拍摄系统4a、4b等涉及的各种控制或图像处理、运算处理等。“控制装置5”构成本实施方式中的“图像处理单元”，“干涉光学系统203”构成本实施方式中的“预定的光学系统”。

以下，详细说明干涉光学系统203的构成。干涉光学系统203包括：两个偏振分光器211、212(第一偏振分光器211、第二偏振分光器212)、四个1/4波长板215、216、217、218(第一1/4波长板215、第二1/4波长板216、第三1/4波长板217、第四1/4波长板218)、两个全反射镜221、222(第一全反射镜221、第二全反射镜222)、设置部224等。

偏振分光器211、212是将直角棱镜贴合成为一体的立方体型的公知的光学部件，对其接合面(边界面)211h、212h实施了例如电介质多层膜等涂层。

偏振分光器211、212是将入射的直线偏振光分割为偏振光方向彼此正交的两种偏振光分量(p偏振光分量和s偏振光分量)的部件。本实施方式中的偏振分光器211、212构成为透射p偏振光分量并反射s偏振光分量。此外，本实施方式中的偏振分光器211、212作为将入射的预定的光分割为两种光的单元发挥功能的同时，作为将入射的预定的两种光合成的单元发挥功能。

第一偏振分光器211被配置为隔着其接合面211h而相邻的两个面中的一个与y轴方向正交且另一个与z轴方向正交。即，第一偏振分光器211的接合面211h被配置为相对于y轴方向和z轴方向倾斜45°。

更具体地说，被配置为从第一投光系统2a的第一无偏振分光器56a在z轴方向向左射出的第一光入射的第一偏振分光器211的第一面(z轴方向右侧面)211a以及与该第一面211a对置的第三面(z轴方向左侧面)211c与z轴方向正交。“第一偏振分光器211(第一面211a)”相当于本实施方式中的“第一输入输出部”。

另一方面，被配置为作为与第一面211a隔着接合面211h相邻的面的第一偏振分光器211的第二面(y轴方向下侧面)211b以及与该第二面211b对置的第四面(y轴方向上侧面)211d与y轴方向正交。

第二偏振分光器212被配置为隔着其接合面212h而相邻的两个面中的一个与y轴方向正交且另一个与z轴方向正交。即，第二偏振分光器212的接合面212h被配置为相对于y轴方向和z轴方向倾斜45°。

更具体地说，被配置为从第二投光系统2b的第二无偏振分光器56b在z轴方向向右射出的第二光入射的第二偏振分光器212的第一面(z轴方向左侧面)212a以及与该第一面212a对置的第三面(z轴方向右侧面)212c与z轴方向正交。“第二偏振分光器212(第一面212a)”相当于本实施方式中的“第二输入输出部”。

另一方面，被配置为作为与第一面212a隔着接合面212h相邻的面的第二偏振分光器212的第二面(y轴方向上侧面)212b以及与该第二面212b对置的第四面(y轴方向下侧面)212d与y轴方向正交。

1/4波长板215、216、217、218是具有将直线偏振光变换为圆偏振光且将圆偏振光变换为直线偏振光的功能的光学部件。

第一1/4波长板215被配置为在z轴方向上与第一偏振分光器211的第三面211c对置。即，第一1/4波长板215将从第一偏振分光器211的第三面211c射出的直线偏振光变换为圆偏振光后在z轴方向向左射出。此外，第一1/4波长板215将在z轴方向向右入射的圆偏振光变换为直线偏振光之后在z轴方向向右朝向第一偏振分光器211的第三面211c射出。

第二1/4波长板216被配置为在y轴方向上与第一偏振分光器211的第四面211d对置。即，第二1/4波长板216将从第一偏振分光器211的第四面211d射出的直线偏振光变换为圆偏振光后在y轴方向向上射出。此外，第二1/4波长板216将在y轴方向下向入射的圆偏振光变换为直线偏振光之后在y轴方向向下朝向第一偏振分光器211的第四面211d射出。

第三1/4波长板217被配置为在y轴方向上与第二偏振分光器212的第四面212d对置。即，第三1/4波长板217将从第二偏振分光器212的第四面212d射出的直线偏振光变换为圆偏振光后在y轴方向向下射出。此外，第三1/4波长板217将在y轴方向向上入射的圆偏振光变换为直线偏振光之后在y轴方向向上朝向第二偏振分光器212的第四面212d射出。

第四1/4波长板218被配置为在z轴方向上与第二偏振分光器212的第三面212c对置。即，第四1/4波长板218将从第二偏振分光器212的第三面212c射出的直线偏振光变换为圆偏振光后在z轴方向向右射出。此外，第四1/4波长板218将在z轴方向向左入射的圆偏振光变换为直线偏振光之后在z轴方向向左朝向第二偏振分光器212的第三面212c射出。

全反射镜221、222是使入射光全反射的光学部件。其中，构成本实施方式中的参照面的第一全反射镜221被配置为在经过第一偏振分光器211以及第一1/4波长板215并沿z轴方向延伸的轴线和经过第二偏振分光器212以及第三1/4波长板217并沿y轴方向延伸的轴线交叉的位置相对于y轴方向和z轴方向倾斜45°。

由此，第一全反射镜221能够使从第一偏振分光器211的第三面211c(经由第一1/4波长板215)在z轴方向向左射出的光在y轴方向向上反射并(经由第三1/4波长板217)入射至第二偏振分光器212的第四面212d。另外，相反地，第一全反射镜221能够使从第二偏振分光器212的第四面212d(经由第三1/4波长板217)在y轴方向向下射出的光在z轴方向向右反射并(经由第一1/4波长板215)入射至第一偏振分光器211的第三面211c。

另一方面，第二全反射镜222被配置为在经过第一偏振分光器211以及第二1/4波长板216并沿y轴方向延伸的轴线和经过第二偏振分光器212以及第四1/4波长板218并沿z轴方向延伸的轴线交叉的位置相对于y轴方向和z轴方向倾斜45°。

由此，第二全反射镜222能够使从第一偏振分光器211的第四面211d(经由第二1/4波长板216)在y轴方向向上射出的光在z轴方向向左反射并(经由第四1/4波长板218)入射至第二偏振分光器212的第三面212c。另外，相反地，第二全反射镜222能够使从第二偏振分光器212的第三面212c(经由第四1/4波长板218)在z轴方向向右射出的光在y轴方向向下反射并(经由第二1/4波长板216)入射至第一偏振分光器211的第四面211d。

设置部224用于设置作为被测量物的工件w。在本实施方式中，作为工件w假定薄膜等具有透光性的部件。设置部224在经过第二偏振分光器212以及第二全反射镜222并沿z轴方向延伸的轴线上配置在第四1/4波长板218和第二全反射镜222之间。

接着，说明三维测量装置200的作用。另外，在本实施方式中，与第一实施方式相同地，同时进行由第一投光系统2a的第一波长光和第二波长光的照射、并且由第二投光系统2b的第三波长光和第四波长光的照射。因此，作为第一波长光和第二波长光的合成光的第一光的光路和作为第三波长光和第四波长光的合成光的第二光的光路部分重叠，但是这里，为了更加容易理解，针对第一光和第二光的光路使用不同的附图分别进行说明。

首先，参照图12来说明第一光(第一波长光和第二波长光)的光路。如图12所示，第一波长λ1的第一波长光(偏振光方向相对于x轴方向和y轴方向倾斜45°的直线偏振光)从第一发光部51a在y轴方向向下射出。同时，第二波长λ2的第二波长光(偏振光方向相对于x轴方向和y轴方向倾斜45°的直线偏振光)从第二发光部52a在z轴方向向左射出。

从第一发光部51a射出的第一波长光经过第一光隔离器53a入射至第一合成用分色镜55a。同时，从第二发光部52a射出的第二波长光经过第二光隔离器54a入射至第一合成用分色镜55a。

并且，入射至第一合成用分色镜55a的第一波长光和第二波长光合成之后作为第一光(相对于x轴方向和y轴方向倾斜45°的方向作为偏振光方向的直线偏振光)朝向第一无偏振分光器56a在z轴方向向左射出。

入射至第一无偏振分光器56a的第一光的一部分(一半)在z轴方向向左透射，剩余部分(一半)在y轴方向向下反射。其中，在z轴方向向左透射的第一光入射至第一偏振分光器211的第一面211a。另一方面，在y轴方向向下反射的第一光不会入射至任何的光学系统等而成为舍弃光。

从第一偏振分光器211的第一面211a在z轴方向向左入射的第一光的其p偏振光分量在z轴方向向左透射并作为参照光从第三面211c射出，另一方面，其s偏振光分量在y轴方向向上反射并作为测量光从第四面211d射出。

从第一偏振分光器211的第三面211c射出的第一光涉及的参照光(p偏振光)通过经过第一1/4波长板215变换为右旋的圆偏振光之后，由第一全反射镜221在y轴方向向上反射。这里，保持相对于光的行进方向的旋转方向。

之后，第一光涉及的参照光通过经过第三1/4波长板217从右旋的圆偏振光变换为s偏振光之后入射至第二偏振分光器212的第四面212d。

另一方面，从第一偏振分光器211的第四面211d射出的第一光涉及的测量光(s偏振光)通过经过第二1/4波长板216变换为左旋的圆偏振光之后，由第二全反射镜222在z轴方向向左反射。这里，保持相对于光的行进方向的旋转方向。

之后，第一光涉及的测量光透射设置于设置部224的工件w之后，通过经过第四1/4波长板218从左旋的圆偏振光变换为p偏振光之后入射至第二偏振分光器212的第三面212c。

并且，从第二偏振分光器212的第四面212d入射的第一光涉及的参照光(s偏振光)由接合面212h在z轴方向向左反射，另一方面，从第二偏振分光器212的第三面212c入射的第一光涉及的测量光(p偏振光)在z轴方向向左透射接合面212h。并且，第一光涉及的参照光和测量光合成的状态的合成光作为输出光从第二偏振分光器212的第一面212a射出。

从第二偏振分光器212的第一面212a射出的第一光涉及的合成光(参照光和测量光)入射至第二无偏振分光器56b。对第二无偏振分光器56b在z轴方向向左入射的第一光涉及的合成光其一部分在z轴方向向左透射，剩余部分在y轴方向向上反射。

其中，在z轴方向向左透射的合成光(参照光和测量光)入射至第一拍摄系统4a的第一分离用分色镜80a。另一方面，在y轴方向向上反射的合成光入射至第二合成用分色镜55b，并由第三光隔离器53b或第四光隔离器54b截断其行进，成为舍弃光。

入射至第一分离用分色镜80a的第一光涉及的合成光(参照光和测量光)中，第一波长光涉及的合成光(参照光和测量光)由接合面80ah在y轴方向向下反射而入射至第一分光光学系统81a，另一方面，第二波长光涉及的合成光(参照光和测量光)在z轴方向向左透射接合面80ah而入射至第二分光光学系统82a。

入射至第一分光光学系统81a的第一波长光涉及的合成光(参照光和测量光)被分割为四种之后经由1/4波长板单元83a和第一过滤单元85a而被第一相机87a拍摄。由此，获取相位各相差90°的第一波长光涉及的四组干涉条纹图像。

同时，入射至第二分光光学系统82a的第二波长光涉及的合成光被分割为四种之后经由1/4波长板单元84a和第二过滤单元86a而被第二相机88a拍摄。由此，获取相位各相差90°的第二波长光涉及的四组干涉条纹图像。

接着，参照图13说明第二光(第三波长光和第四波长光)的光路。如图13所示，第三波长λ3的第三波长光(偏振光方向相对于x轴方向和y轴方向倾斜45°的直线偏振光)从第三发光部51b在z轴方向向左射出。同时，第四波长λ4的第四波长光(偏振光方向相对于x轴方向和y轴方向倾斜45°的直线偏振光)从第四发光部52b在y轴方向向下射出。

从第三发光部51b射出的第三波长光经过第三光隔离器53b入射至第二合成用分色镜55b。同时，从第四发光部52b射出的第四波长光经过第四光隔离器54b入射至第二合成用分色镜55b。

并且，入射至第二合成用分色镜55b的第三波长光和第四波长光合成之后作为第二光(相对于x轴方向和z轴方向倾斜45°的方向作为偏振光方向的直线偏振光)朝向第二无偏振分光器56b在y轴方向向下射出。

入射至第二无偏振分光器56b的第二光的一部分(一半)在y轴方向向下透射，剩余部分(一半)在z轴方向向右反射。其中，z轴方向向右反射的第二光入射至第二偏振分光器212的第一面212a。另一方面，在y轴方向向下透射的第二光不会入射至任何的光学系统等而成为舍弃光。

从第二偏振分光器212的第一面212a在z轴方向向右入射的第二光的其s偏振光分量在y轴方向向下反射并作为参照光从第四面212d射出，另一方面，其p偏振光分量在z轴方向向右透射并作为测量光从第三面212c射出。

从第二偏振分光器212的第四面212d射出的第二光涉及的参照光(s偏振光)通过经过第三1/4波长板217变换为左旋的圆偏振光之后，由第一全反射镜221在z轴方向向右反射。这里，保持相对于光的行进方向的旋转方向。

之后，第二光涉及的参照光通过经过第一1/4波长板215从左旋的圆偏振光变换为p偏振光之后入射至第一偏振分光器211的第三面211c。

另一方面，从第二偏振分光器212的第三面212c射出的第二光涉及的测量光(p偏振光)通过经过第四1/4波长板218变换为右旋的圆偏振光之后，透射设置于设置部224的工件w。之后，第二光涉及的测量光由第二全反射镜222在y轴方向向下反射。这里，保持相对于光的行进方向的旋转方向。

由第二全反射镜222反射的第二光涉及的测量光通过经过第二1/4波长板216从右旋的圆偏振光变换为s偏振光之后入射至第一偏振分光器211的第四面211d。

并且，从第一偏振分光器211的第三面211c入射的第二光涉及的参照光(p偏振光)在z轴方向向右透射接合面211h，另一方面，从第一偏振分光器211的第四面211d入射的第二光涉及的测量光(s偏振光)由接合面211h在z轴方向向右反射。并且，第二光涉及的参照光和测量光合成的状态的合成光作为输出光从第一偏振分光器211的第一面211a射出。

从第一偏振分光器211的第一面211a射出的第二光涉及的合成光(参照光和测量光)入射至第一无偏振分光器56a。对第一无偏振分光器56a在z轴方向向右入射的第二光涉及的合成光其一部分在z轴方向向右透射，剩余部分在y轴方向向上反射。

其中，在y轴方向向上反射的合成光(参照光和测量光)入射至第二拍摄系统4b的第二分离用分色镜80b。另一方面，在z轴方向向右透射的合成光入射至第一合成用分色镜55a，并由第一光隔离器53a或第二光隔离器54a截断其行进，成为舍弃光。

入射至第二分离用分色镜80b的第二光涉及的合成光(参照光和测量光)中，第三波长光涉及的合成光(参照光和测量光)由接合面80bh在z轴方向向左反射并入射至第三分光光学系统81b，另一方面，第四波长光涉及的合成光(参照光和测量光)在y轴方向上向透射接合面80bh并入射至第四分光光学系统82b。

入射至第三分光光学系统81b的第三波长光涉及的合成光(参照光和测量光)被分割为四种之后，经由1/4波长板单元83b和第三过滤单元85b而被第三相机87b拍摄。由此，获取相位各相差90°的第三波长光涉及的四组干涉条纹图像。

同时，入射至第四分光光学系统82b的第四波长光涉及的合成光被分割为四种之后经由1/4波长板单元84b和第四过滤单元86b而被第四相机88b拍摄。由此，获取相位各相差90°的第四波长光涉及的四组干涉条纹图像。

接着，说明由控制装置5执行的形状测量处理的顺序。首先，控制装置5驱动控制第一投光系统2a和第二投光系统2b，同时执行从第一发光部51a照射第一波长光、从第二发光部52a照射第二波长光、从第三发光部51b照射第三波长光以及从第四发光部52b照射第四波长光。

由此，向第一偏振分光器211的第一面211a入射作为第一波长光和第二波长光的合成光的第一光，并且对第二偏振分光器212的第一面212a入射作为第三波长光和第四波长光的合成光的第二光。

结果，从第二偏振分光器212的第一面212a射出第一光涉及的合成光(参照光和测量光)，并且从第一偏振分光器211的第一面211a射出第二光涉及的合成光(参照光和测量光)。

从第二偏振分光器212射出的第一光涉及的合成光的一部分入射至第一拍摄系统4a，被分离为第一波长光涉及的合成光(参照光和测量光)和第二波长光涉及的合成光(参照光和测量光)。其中，第一波长光涉及的合成光由第一分光光学系统81a被分割为四种之后，经由1/4波长板单元83a和第一过滤单元85a而入射至第一相机87a。同时，第二波长光涉及的合成光由第二分光光学系统82a被分割为四种之后，经由1/4波长板单元84a和第二过滤单元86a而入射至第二相机88a。

另一方面，从第一偏振分光器211射出的第二光涉及的合成光的一部分入射至第二拍摄系统4b，被分离为第三波长光涉及的合成光(参照光和测量光)和第四波长光涉及的合成光(参照光和测量光)。其中，第三波长光涉及的合成光由第三分光光学系统81b被分割为四种之后，经由1/4波长板单元83b和第三过滤单元85b而入射至第三相机87b。同时，第四波长光涉及的合成光由第四分光光学系统82b被分割为四种之后，经由1/4波长板单元84b和第四过滤单元86b而入射至第四相机88b。

并且，控制装置5驱动控制第一拍摄系统4a和第二拍摄系统4b，同时执行由第一相机87a的拍摄、由第二相机88a的拍摄、由第三相机87b的拍摄、以及由第四相机88b的拍摄。

结果，通过第一相机87a(拍摄元件170的拍摄区域h1～h4)作为一个图像数据获取相位各相差90°的第一波长光涉及的四组干涉条纹图像，通过第二相机88a(拍摄元件170的拍摄区域h1～h4)作为一个图像数据获取相位各相差90°的第二波长光涉及的四组干涉条纹图像，通过第三相机87b(拍摄元件170的拍摄区域h1～h4)作为一个图像数据获取相位各相差90°的第三波长光涉及的四组干涉条纹图像，通过第四相机88b(拍摄元件170的拍摄区域h1～h4)作为一个图像数据获取相位各相差90°的第四波长光涉及的四组干涉条纹图像。

并且，控制装置5将从第一相机87a获取的一个图像数据分割为四组干涉条纹图像数据(与拍摄元件170的拍摄区域h1～h4对应的各个范围)，并分别存储在与图像数据存储装置154内的第一相机87a对应的第一～第四图像存储器。

同时，控制装置5关于分别从第二相机88a、第三相机87b以及第四相机88b获取的图像数据也进行相同的处理，并分别将各干涉条纹图像数据存储在与各相机88a、87b、88b对应的第一～第四图像存储器。

接着，控制装置5基于存储在图像数据存储装置154中的第一波长光涉及的四组干涉条纹图像数据、第二波长光涉及的四组干涉条纹图像数据、第三波长光涉及的四组干涉条纹图像数据和第四波长光涉及的四组干涉条纹图像数据通过相移法测量工件w的表面形状。即，算出工件w的表面上的各位置处的高度信息。

如以上详述的那样，根据本实施方式，在基于马赫-曾德尔干涉仪的原理比较简单的构成下，取得与上述第一实施方式相同的作用效果。

第三实施方式

以下，参照附图来说明第三实施方式。第三实施方式包括与采用迈克尔逊干涉仪的光学构成的第一实施方式不同的干涉光学系统，主要与干涉光学系统相关的构成与第一实施方式不同。因此，在本实施方式中，详细说明与第一实施方式不同的构成部分，对相同构成部分标注相同符号，省略其详细说明。

图14是示出本实施方式涉及的三维测量装置300的简要构成的示意图。以下，为方便起见，将图14的纸面前后方向作为“x轴方向”、纸面上下方向作为“y轴方向”、纸面左右方向作为“z轴方向”进行说明。

三维测量装置300基于菲索干涉仪的原理构成，其包括：两个投光系统2a、2b(第一投光系统2a、第二投光系统2b)，能够输出预定的光；干涉光学系统303，被入射分别从该投光系统2a、2b射出的光；两个拍摄系统4a、4b(第一拍摄系统4a、第二拍摄系统4b)，被入射从该干涉光学系统303射出的光；以及控制装置5，进行投光系统2a、2b、干涉光学系统303、拍摄系统4a、4b等涉及的各种控制或图像处理、运算处理等。“控制装置5”构成本实施方式中的“图像处理单元”，“干涉光学系统303”构成本实施方式中的“预定的光学系统”。

以下，详细说明干涉光学系统303的构成。干涉光学系统303包括偏振分光器320、1/4波长板321、半透半反镜323、设置部324等。

偏振分光器320是将直角棱镜贴合成为一体的立方体型的公知的光学部件，对其接合面(边界面)320h实施了例如电介质多层膜等涂层。本实施方式中的偏振分光器320构成为使p偏振光分量透射且反射s偏振光分量。在本实施方式中“p偏振光”相当于“具有第一偏振光方向的偏振光”，“s偏振光”相当于“具有第二偏振光方向的偏振光”。

偏振分光器320被配置为隔着其接合面320h而相邻的两个面中的一个与y轴方向正交且另一个与z轴方向正交。即，偏振分光器320的接合面320h被配置为相对于y轴方向和z轴方向倾斜45°。

更具体地说，被配置为从第一投光系统2a的第一无偏振分光器56a在y轴方向向下射出的第一光入射的偏振分光器320的第一面(y轴方向上侧面)320a以及与该第一面320a对置的第三面(y轴方向下侧面)320c与y轴方向正交。“偏振分光器320的第一面320a”相对于本实施方式中的“第一输入输出部”。

另一方面，被配置为作为与第一面320a隔着接合面320h相邻的面的从第二投光系统2b的第二无偏振分光器56b在z轴方向向右射出的第二光入射的偏振分光器320的第二面(z轴方向左侧面)320b和与该第二面320b对置的第四面(z轴方向右侧面)320d与z轴方向正交。“偏振分光器320的第二面320b”相当于本实施方式中的“第二输入输出部”。

并且，1/4波长板321被配置为与偏振分光器320的第四面320d在z轴方向上对置，进一步在其z轴方向右侧，以与该1/4波长板321在z轴方向上对置的方式配置有半透半反镜323，进一步在其z轴方向右侧，以与该半透半反镜323在z轴方向上对置的方式配置有设置部324。但是，半透半反镜323由于生成周期性干涉条纹(载波)，严格地说相对于z轴方向略微倾斜的状态设置。

1/4波长板321具有将直线偏振光变换为圆偏振光且将圆偏振光变换为直线偏振光的功能。即，从偏振分光器320的第四面320d射出的直线偏振光(p偏振光或s偏振光)经由1/4波长板321而变换为圆偏振光之后向半透半反镜323照射。

半透半反镜323是将入射光以1：1的比率分割为透射光和反射光的部件。具体地说，使从1/4波长板321在z轴方向向右入射的圆偏振光的一部分(一半)作为测量光在z轴方向向右透射，使剩余部分(一半)作为参照光在z轴方向向左反射。并且，透射了半透半反镜323的圆偏振光(测量光)照射至放置在设置部324的作为被测量物的工件w。即，“半透半反镜323”构成本实施方式中的“参照面”。此外，“半透半反镜323”作为将入射的预定的光分割为两种光的单元发挥功能，并且作为将这些光再次合成的单元发挥功能。

接着，详细说明本实施方式涉及的第一拍摄系统4a和第二拍摄系统4b的构成。在本实施方式中，构成为从第一实施方式省略了“分光光学系统81a、82a、81b、82b”、“1/4波长板单元83a、84a、83b、84b”和“过滤单元85a、86a、85b、86b”。

即，本实施方式涉及的第一拍摄系统4a包括：第一分离用分色镜80a，将从第二无偏振分光器56b入射的第一光涉及的干涉光分离为第一波长光涉及的干涉光和第二波长光涉及的干涉光；第一相机87a，用于拍摄从第一分离用分色镜80a在y轴方向向下射出的第一波长光涉及的干涉光；以及第二相机88a，用于拍摄从第一分离用分色镜80a在z轴方向向左射出的第二波长光涉及的干涉光。

同样地，第二拍摄系统4b包括：第二分离用分色镜80b，将从第一无偏振分光器56a入射的第二光涉及的干涉光分离为第三波长光涉及的干涉光和第四波长光涉及的干涉光；第三相机87b，用于拍摄从第二分离用分色镜80b在z轴方向向左射出的第三波长光涉及的干涉光；以及第四相机88b，用于拍摄从第二分离用分色镜80b在y轴方向向上射出的第四波长光涉及的干涉光。

接着，说明三维测量装置300的作用。另外，在本实施方式中，与第一实施方式相同地，同时进行由第一投光系统2a的第一波长光和第二波长光的照射、由第二投光系统2b的第三波长光和第四波长光的照射。因此，作为第一波长光和第二波长光的合成光的第一光的光路和作为第三波长光和第四波长光的合成光的第二光的光路部分重叠，但是这里，为了更加容易理解，针对第一光和第二光的光路使用不同的附图分别进行说明。

首先，参照图15来说明第一光(第一波长光和第二波长光)的光路。如图15所示，第一波长λ1的第一波长光(将x轴方向作为偏振光方向的s偏振光)从第一发光部51a在y轴方向向下射出。同时，第二波长λ2的第二波长光(将x轴方向作为偏振光方向的s偏振光)从第二发光部52a在z轴方向向左射出。

从第一发光部51a射出的第一波长光经过第一光隔离器53a入射至第一合成用分色镜55a。同时，从第二发光部52a射出的第二波长光经过第二光隔离器54a入射至第一合成用分色镜55a。

并且，入射至第一合成用分色镜55a的第一波长光和第二波长光合成之后作为第一光(将x轴方向作为偏振光方向的s偏振光)朝向第一无偏振分光器56a在z轴方向向左射出。

入射至第一无偏振分光器56a的第一光的一部分(一半)在z轴方向向左透射，剩余部分(一半)在y轴方向向下反射。其中，在y轴方向向下反射的第一光入射至偏振分光器320的第一面320a。另一方面，在z轴方向向左透射的第一光不会入射至任何的光学系统等而成为舍弃光。

从偏振分光器320的第一面320a在y轴方向向下入射的第一光(s偏振光)由接合面320h在z轴方向向右反射而从第四面320d射出。

从偏振分光器320的第四面320d射出的第一光通过经过1/4波长板321以从将x轴方向作为偏振光方向的s偏振光变换为左旋的圆偏振光之后被照射至半透半反镜323。

被照射至半透半反镜323的第一光中，其一部分(一半)作为测量光在z轴方向向右透射半透半反镜323，剩余部分作为参照光在z轴方向向左反射。这里，透射光(测量光)和反射光(参照光)均保持相对于光的行进方向的旋转方向(左旋)。

并且，在z轴方向向右透射半透半反镜323的第一光涉及的测量光(左旋的圆偏振光)照射至放置在设置部324的工件w并被反射。在此，也保持相对于光的行进方向的旋转方向(左旋)。

由工件w反射的第一光涉及的测量光再次在z轴方向向左经过半透半反镜323，并与由上述半透半反镜323在z轴方向向左反射的第一光涉及的参照光(左旋的圆偏振光)合成。作为旋转方向相同的左旋的圆偏振光的测量光和参照光被合成，由此两者发生干涉。

接着，该第一光涉及的干涉光通过经过1/4波长板321而从左旋的圆偏振光变换为将y轴方向作为偏振光方向的p偏振光之后再次入射至偏振分光器320的第四面320d。

这里，从偏振分光器320的第四面320d再次入射的第一光涉及的干涉光(p偏振光)在z轴方向向左透射接合面320h，并作为输出光从偏振分光器320的第二面320b射出。

从偏振分光器320的第二面320b射出的第一光涉及的干涉光入射至第二无偏振分光器56b。对第二无偏振分光器56b在z轴方向向左入射的第一光涉及的干涉光，其一部分在z轴方向向左透射，剩余部分在y轴方向向下反射。

其中，在z轴方向向左透射的干涉光入射至第一拍摄系统4a的第一分离用分色镜80a。另一方面，在y轴方向向下反射的干涉光入射至第二合成用分色镜55b，但由第三光隔离器53b或第四光隔离器54b截断其行进，成为舍弃光。

入射至第一分离用分色镜80a的第一光涉及的干涉光中，第一波长光涉及的干涉光由接合面80ah在y轴方向向下反射而被第一相机87a拍摄，另一方面，第二波长光涉及的干涉光在z轴方向向左透射接合面80ah而被第二相机88a拍摄。

接着，参照图16来说明第二光(第三波长光和第四波长光)的光路。如图16所示，第三波长λ3的第三波长光(将y轴方向作为偏振光方向的p偏振光)从第三发光部51b在z轴方向向左射出。同时，第四波长λ4的第四波长光(将z轴方向作为偏振光方向的p偏振光)从第四发光部52b在y轴方向向上射出。

从第三发光部51b射出的第三波长光经过第三光隔离器53b入射至第二合成用分色镜55b。同时，从第四发光部52b射出的第四波长光经过第四光隔离器54b入射至第二合成用分色镜55b。

并且，入射至第二合成用分色镜55b的第三波长光和第四波长光合成之后作为第二光(将z轴方向作为偏振光方向的p偏振光)朝向第二无偏振分光器56b在y轴方向向上射出。

入射至第二无偏振分光器56b的第二光的一部分(一半)在y轴方向向上透射，剩余部分(一半)在z轴方向向右反射。其中，在z轴方向向右反射的第二光入射至偏振分光器320的第二面320b。另一方面，在y轴方向向上透射的第二光不会入射至任何的光学系统等而成为舍弃光。

从偏振分光器320的第二面320b在z轴方向向右入射的第二光(p偏振光)在z轴方向向右透射接合面320h而从第四面320d射出。

从偏振分光器320的第四面320d射出的第二光通过经过1/4波长板321从将y轴方向作为偏振光方向的p偏振光变换为右旋的圆偏振光之后被照射至半透半反镜323。

被照射至半透半反镜323的第二光中，其一部分(一半)作为测量光在z轴方向向右透射半透半反镜323，剩余部分作为参照光在z轴方向向左反射。这里，透射光(测量光)和反射光(参照光)均保持相对于光的行进方向的旋转方向(右旋)。

并且，在z轴方向向右透射半透半反镜323的第二光涉及的测量光(右旋的圆偏振光)照射至放置在设置部324的工件w并被反射。在此，也保持相对于光的行进方向的旋转方向(右旋)。

由工件w反射的第二光涉及的测量光再次在z轴方向向左经过半透半反镜323，并与由上述半透半反镜323在z轴方向向左反射的第二光涉及的参照光(右旋的圆偏振光)合成。作为旋转方向相同的右旋的圆偏振光的测量光和参照光被合成，由此两者发生干涉。

接着，该第二光涉及的干涉光通过经过1/4波长板321而从右旋的圆偏振光变换为将x轴方向作为偏振光方向的s偏振光之后再次入射至偏振分光器320的第四面320d。

这里，从偏振分光器320的第四面320d再次入射的第二光涉及的干涉光(s偏振光)由接合面320h在y轴方向向上反射，并作为输出光从偏振分光器320的第一面320a射出。

从偏振分光器320的第一面320a射出的第二光涉及的干涉光入射至第一无偏振分光器56a。对第一无偏振分光器56a在y轴方向向上入射的第二光涉及的干涉光，其一部分在y轴方向向上透射，剩余部分在z轴方向向右反射。

其中，在y轴方向向上透射的干涉光入射至第二拍摄系统4b的第二分离用分色镜80b。另一方面，在z轴方向向右反射的干涉光入射至第一合成用分色镜55a，由第一光隔离器53a或第二光隔离器54a截断其行进，成为舍弃光。

入射至第二分离用分色镜80b的第二光涉及的干涉光中，第三波长光涉及的干涉光由接合面80bh在z轴方向向左反射而被第三相机87b拍摄，另一方面，第四波长光涉及的干涉光在y轴方向向上透射接合面80bh而被第四相机88b拍摄。

接着，说明由控制装置5执行的形状测量处理的顺序。首先，控制装置5驱动控制第一投光系统2a和第二投光系统2b，同时执行从第一发光部51a照射第一波长光、从第二发光部52a照射第二波长光、从第三发光部51b照射第三波长光以及从第四发光部52b照射第四波长光。

由此，向偏振分光器320的第一面320a入射作为第一波长光和第二波长光的合成光的第一光，并且对偏振分光器320的第二面320b入射作为第三波长光和第四波长光的合成光的第二光。

结果，从偏振分光器320的第二面320b射出第一光涉及的干涉光，并且从偏振分光器320的第一面320a射出第二光涉及的干涉光。

从偏振分光器320的第二面320b射出的第一光涉及的干涉光的一部分入射至第一拍摄系统4a，被分离为第一波长光涉及的干涉光和第二波长光涉及的干涉光。其中，第一波长光涉及的干涉光入射至第一相机87a。同时，第二波长光涉及的干涉光入射至第二相机88a。

另一方面，从偏振分光器320的第一面320a射出的第二光涉及的干涉光的一部分入射至第二拍摄系统4b，被分离为第三波长光涉及的干涉光和第四波长光涉及的干涉光。其中，第三波长光涉及的干涉光入射至第三相机87b。同时，第四波长光涉及的干涉光入射至第四相机88b。

并且，控制装置5驱动控制第一拍摄系统4a和第二拍摄系统4b，同时执行由第一相机87a的拍摄、由第二相机88a的拍摄、由第三相机87b的拍摄、以及由第四相机88b的拍摄。

结果，通过第一相机87a获取第一波长光涉及的干涉条纹图像、通过第二相机88a获取第二波长光涉及的干涉条纹图像、通过第三相机87b获取第三波长光涉及的干涉条纹图像、通过第四相机88b获取第四波长光涉及的干涉条纹图像。

并且，控制装置5经分别从第一相机87a、第二相机88a、第三相机87b以及第四相机88b获取的干涉条纹图像数据存储在图像数据存储装置154。

接着，控制装置5基于存储在图像数据存储装置154的第一波长光涉及的干涉条纹图像数据、第二波长光涉及的干涉条纹图像数据、第三波长光涉及的干涉条纹图像数据以及第四波长光涉及的干涉条纹图像数据通过傅立叶变换法测量工件w的表面形状。即，算出工件w的表面上的各位置处的高度信息。

这里，对一般的傅立叶变换法测量高度的原理进行说明。第一光或第二光涉及的干涉条纹图像数据的同一坐标位置(x，y)处的干涉条纹强度、即亮度g(x，y)能够以下述[数11]的关系式表示。

[数11]

g(x，y)＝a(x，y)+b(x，y)cos[2π(fx0x+fy0y)+φ(x，y)]

其中，a(x，y)表示偏移量、b(x，y)表示振幅、φ(x，y)表示相位、fx0表示x方向的载波频率、fy0表示y方向的载波频率。

并且，对亮度g(x，y)进行二维傅立叶变换，得到二维空间频率光谱。保留该左右光谱中的一个，向中央转变之后，进行傅立叶逆变换。

该转变的光谱能够以下述[数12]的关系式表示，因此针对相位φ求解，则能够求出各坐标的相位。

[数12]

其中，c(x，y)为光谱。

并且，在使用不同波长的两种光的情况下，与上述第一实施方式相同，首先，基于波长λc1的第一光涉及的干涉条纹图像数据的亮度g1(x，y)算出工件w面上的坐标(ξ，η)处的第一光涉及的相位φ1(ξ，η)。

同样地，基于波长λc2的第二光涉及的干涉条纹图像数据的亮度g2(x，y)算出工件w面上的坐标(ξ，η)处的第二光涉及的相位φ2(ξ，η)。

接着，根据这样得到的第一光涉及的相位φ1(ξ，η)和第二光涉及的相位φ2(ξ，η)算出工件w面上的坐标(ξ，η)处的高度信息z(ξ，η)。并且，这样求出的工件w的测量结果(高度信息)保存于控制装置5的运算结果存储装置155。

如以上详述的那样，根据本实施方式，基于菲索干涉仪原理的较简单的构成之下，取得与上述第一实施方式相同的作用效果。

第四实施方式

以下，参照图17来说明第四实施方式。另外，本实施方式作为分光单元包括与上述第一和第二实施方式涉及的分光光学系统81a、82a、81b、82b不同的分光光学系统400。因此，详细说明与分光光学系统400相关的构成，对其他构成部分标注与第一实施方式等相同符号，省略其详细说明。

另外，在参照图17来说明分光光学系统400时，为方便起见，将图17的纸面前后方向作为“x′轴方向”、纸面上下方向作为“y′轴方向”、纸面左右方向作为“z′轴方向”进行说明。但是，用于说明分光光学系统400单体的坐标系(x′，y′，z′)和用于说明三维测量装置1整体的坐标系(x，y，z)是不同的坐标系。

本实施方式涉及的分光光学系统400是将无偏振光型的四种光学部件(棱镜)组合为一体的一个光学部件构成。

更具体地说，分光光学系统400构成为沿从分离用分色镜80a、80b入射的预定的光l0的行进方向(z′轴方向向左)依次配置第一棱镜431、第二棱镜432、第三棱镜433、第四棱镜434。

另外，上述各棱镜431～434分别由具有折射率比空气高的预定的折射率的光学材料(例如玻璃或丙烯酸树脂等)形成。因此，在各棱镜431～434内前进的光的光路长度在光学上相比空气中前进的光的光路长度长。这里，例如可以将四个棱镜431～434全部由相同材料形成，也可以将至少一个由不同的材料形成。如果满足后述的分光光学系统400的功能，则各棱镜431～434的材质可分别任意选择。

第一棱镜431正面看(z′-y′平面)具有平行四边形状，是沿x′轴方向延伸的四棱柱形状的棱镜。以下，“第一棱镜431”称为“第一菱形棱镜431”。

第一菱形棱镜431被配置为沿x′轴方向的长方形形状的四个面中、使位于z′轴方向右侧的面431a(以下称为“入射面431a”)和位于z′轴方向左侧的面431b(以下称为“射出面431b”)分别与z′轴方向正交，并且被配置为位于y′轴方向下侧的面431c和位于y′轴方向上侧的面431d分别相对于z′轴方向和y′轴方向倾斜45°。

在这两个倾斜的面431c、431d中，在位于y′轴方向下侧的面431c上设置有无偏振光的半透半反镜441，在位于y′轴方向上侧的面431d上设置有朝向内侧全反射的无偏振光的全反射镜442。

以下，将设置有半透半反镜441的面431c称为“分叉面431c”，将设置有全反射镜442的面431d称为“反射面431d”。另外，在图17中，为方便起见，在相当于分叉面431c(半透半反镜441)和反射面431d(全反射镜442)的部位标注散点图案而示出。

第二棱镜432正面看(z′-y′平面)具有梯形形状，是沿x′轴方向延伸的四棱柱形状的棱镜。以下，将“第二棱镜432”称为“第一梯形棱镜432”。

第一梯形棱镜432被配置为沿x′轴方向的长方形形状的四个面中、位于y′轴方向上侧的面432a和位于y′轴方向下侧的面432b分别与y′轴方向正交，并被配置为使位于z′轴方向右侧的面432c相对于z′轴方向和y′轴方向倾斜45°，并被配置为位于z′轴方向左侧的面432d与z′轴方向正交。

其中，位于z′轴方向右侧的面432c紧贴于第一菱形棱镜431的分叉面431c(半透半反镜441)。以下，将位于z′轴方向右侧的面432c称为“入射面432c”，将位于z′轴方向左侧的面432d称为“射出面432d”。

第三棱镜433俯视下(x′-z′平面)具有平行四边形状，是沿y′轴方向延伸的四棱柱形状的棱镜。以下，将“第三棱镜433”称为“第二菱形棱镜433”。

第二菱形棱镜433被配置为沿y′轴方向的长方形形状的四个面中、使位于z′轴方向右侧的面433a和位于z′轴方向左侧的面433b分别与z′轴方向正交，并且被配置为位于x′轴方向跟前侧的面433c和位于x′轴方向里侧的面433d分别相对于z′轴方向和x′轴方向倾斜45°。

在这两个倾斜的面433c、433d中，在位于x′轴方向跟前侧的面433c上设置有无偏振光的半透半反镜443，在位于x′轴方向里侧的面433d上设置有朝向内侧全反射的无偏振光的全反射镜444。

以下，将设置有半透半反镜443的面433c称为“分叉面433c”，将设置有全反射镜444的面433d称为“反射面433d”。另外，在图17中，为方便起见，在相当于分叉面433c(半透半反镜443)和反射面433d(全反射镜444)的部位标注散点图案而示出。

第二菱形棱镜433的位于z′轴方向右侧的面433a中，y′轴方向下侧一半紧贴于第一梯形棱镜432的射出面432d，y′轴方向上侧一半成为与第一菱形棱镜431的射出面431b对置的状态。以下，将位于z′轴方向右侧的面433a称为“入射面433a”，将位于z′轴方向左侧的面433b称为“射出面433b”。

第四棱镜434俯视下(x′-z′平面)具有梯形形状，是沿y′轴方向延伸的四棱柱形状的棱镜。以下，将“第四棱镜434”称为“第二梯形棱镜434”。

第二梯形棱镜434被配置为沿y′轴方向的长方形形状的四个面中、使位于x′轴方向里侧的面434a和位于x′轴方向跟前侧的面434b分别与x′轴方向正交，并被配置为使位于z′轴方向右侧的面434c相对于z′轴方向和x′轴方向倾斜45°，并被配置为使位于z′轴方向左侧的面434d与z′轴方向正交。

其中，位于z′轴方向右侧的面434c紧贴于第二菱形棱镜433的分叉面433c(半透半反镜443)。以下，将位于z′轴方向右侧的面434c称为“入射面434c”，将位于z′轴方向左侧的面434d称为“射出面434d”。

第二菱形棱镜433的射出面433b和第二梯形棱镜434的射出面434d分别被配置为与1/4波长板单元83a、84a、83b、84b对置。

这里，参照图17详细说明分光光学系统400的作用。从分离用分色镜80a、80b射出的光l0入射至第一菱形棱镜431的入射面431a。

从入射面431a入射的光l0在分叉面431c(半透半反镜441)向两个方向分叉。具体地说，分叉为向y′轴方向上侧反射的分光la1和沿z′轴方向透射半透半反镜441的分光la2。

其中，由半透半反镜441反射的分光la1在第一菱形棱镜431内沿y′轴方向前进，并由反射面431d(全反射镜442)向z′轴方向左侧反射，从射出面431b射出。从射出面431b射出的分光la1沿z′轴方向在空气中前进，并入射至第二菱形棱镜433的入射面433a。

另一方面，透射了半透半反镜441的分光la2入射至第一梯形棱镜432的入射面432c，并在其内部沿z′轴方向前进，从射出面432d射出。从射出面432d射出的分光la2入射至第二菱形棱镜433的入射面433a。

在本实施方式中，第一菱形棱镜431和第一梯形棱镜432的折射率和长度(z′轴方向或y′轴方向的长度)被任意设定，以使得从第一菱形棱镜431的分叉面431c至第二菱形棱镜433的入射面433a的两分光la1、la2的光路长度在光学上相同。

入射至第二菱形棱镜433的入射面433a的分光la1、la2在分叉面433c(半透半反镜443)分别向两个方向分叉。具体地说，一个分光la1被分叉为沿z′轴方向透射半透半反镜443的分光lb1和向x′轴方向里侧反射的分光lb2。另一个分光la2被分叉为沿z′轴方向透射半透半反镜443的分光lb3和向x′轴方向里侧反射的分光lb4。

其中，由半透半反镜443反射的分光lb2、lb4分别在第二菱形棱镜433内沿x′轴方向前进，并由反射面433d(全反射镜444)向z′轴方向左侧反射，从射出面433b射出。从射出面433b射出的分光lb2、lb4分别沿z′轴方向在空气中前进，入射至1/4波长板单元83a、84a、83b、84b。

另一方面，透射半透半反镜443的分光lb1、lb3入射至第二梯形棱镜434的入射面434c，在其内部沿z′轴方向前进，从射出面434d射出。从射出面434d射出的分光lb1、lb3分别入射至1/4波长板单元83a、84a、83b、84b。

在本实施方式中，第二菱形棱镜433和第二梯形棱镜434的折射率和长度(z′轴方向或x′轴方向的长度)被任意设定，以使得从第二菱形棱镜433的分叉面433c至1/4波长板单元83a、84a、83b、84b的四种分光lb1～lb4的光路长度在光学上相同。

如以上详述的那样，根据本实施方式，取得与上述第一实施方式相同的作用效果。

另外，不限于上述实施方式的记载内容，例如也可以如下地实施。当然，也可以是以下未例示的其他的应用例、变更例。

(a)在上述各实施方式中，对工件w的具体例未特别提及，但是作为被测量物，例如可以例举出印刷于印刷基板的膏状焊料、形成于晶圆基板的焊料凸起等。

这里，对焊料凸起等的高度测量的原理进行说明。如图18所示，凸起503相对于电极501(基板500)的高度hb能够从凸起503的绝对高度ho减去该凸起503周边的电极501的绝对高度hr而求出(hb＝ho-hr)。这里，作为电极501的绝对高度hr例如可以使用电极501上的任意一点的绝对高度和电极501上的预定范围的绝对高度的平均值等。此外，“凸起503的绝对高度ho”、“电极501的绝对高度hr”在上述各实施方式中可作为高度信息z(ξ，η)求出。

因此，也可以构成为在设置按照预先设定的好坏的判断基准检查膏状焊料和焊料凸起的好坏的检查单元的焊料印刷检查装置或焊料凸起检查装置中包括三维测量装置1(200、300)。

另外，采用了迈克尔逊干涉仪的光学构成的上述第一实施方式等涉及的三维测量装置1和采用了菲索干涉仪的光学构成的上述第三实施方式涉及的三维测量装置300适用于反射工件，采用了马赫-曾德尔干涉仪的光学构成的上述第二实施方式涉及的三维测量装置200适用于透射工件。此外，通过使用相移法，能够进行排除0次光(透射光)的测量。

但是，在第二实施方式中，也可以构成为可以省略第二全反射镜222和设置部224，在第二全反射镜222的位置设置工件w以测量反射工件。

此外，在上述各实施方式中，也可以构成为使用于设置工件w的设置部64(224、324)可变位，将工件w的表面分割为多个测量区域，在各测量区域依次移动并进行各区域的形状测量，分成多次进行工件w整体的形状测量。

(b)干涉光学系统(预定的光学系统)的构成不限于上述各实施方式。例如，在上述第一实施方式中，作为干涉光学系统采用了迈克尔逊干涉仪的光学构成，在第二实施方式中采用了马赫-曾德尔干涉仪的光学构成，在第三实施方式中采用了菲索干涉仪的光学构成，但是不限于此，如果是将入射光分割为参照光和测量光并进行工件w的形状测量的构成，也可以采用其他的光学构成。

此外，在上述各实施方式中，作为偏振分光器60(211、212，320)采用了将直角棱镜贴合成为一体的立方体型，但是不限于此，例如也可以采用板型偏振分光器。

此外，上述偏振分光器60(211、212，320)构成为使p偏振光分量透射并反射偏振光分量，但是不限于此，也可以构成为使p偏振光分量反射并透射s偏振光分量。也可以构成为“s偏振光”相当于“具有第一偏振光方向的偏振光”，“p偏振光”相当于“具有第二偏振光方向的偏振光”。

(c)投光系统2a、2b的构成不限于上述各实施方式。例如，在上述各实施方式中，构成为从第一发光部51a射出第一波长λ1(例如λ1＝491nm)的第一波长光、从第二发光部52a射出第二波长λ2(例如λ2＝540nm)的第二波长光、从第三发光部51b射出第三波长λ3(例如λ3＝488nm)的第三波长光、从第四发光部52b射出第四波长λ4(例如λ4＝532nm)的第四波长光，但是各光的波长不限于此。

但是，为了扩大测量范围，优先使从第一投光系统2a照射的第一波长光和/或第二波长光与从第二投光系统2b照射的第三波长光和/或第四波长光的波长差更小。此外，从第一投光系统2a照射的第一波长光和第二波长光优选是波长分离为能够由第一分离用分色镜80a分离的程度的偏振光。同样地，从第二投光系统2b照射的第三波长光和第四波长光优选是波长分离为能够由第二分离用分色镜80b分离的程度的偏振光。

此外，也可以构成为从第一投光系统2a(例如第一发光部51a)和第二投光系统2b(例如第三发光部51b)照射同一波长的光。

如上所述，以往，作为测量被测量物的形状的三维测量装置，已知有利用激光等的三维测量装置(干涉仪)。在该三维测量装置中，有可能由于来自激光光源的输出光波动等影响而测量精度低下。

对此，例如在被测量物较小、即使是一种光(一个波长)测量范围也不是不足的情况下，从不同的两种光源照射同一波长的光，并通过该两种光分别进行三维测量，由此能够提高测量精度。

但是，在想要通过两种光进行三维测量的情况下，需要分别在不同的时机进行第一光涉及的输出光的拍摄和第二光涉及的输出光的拍摄，从而测量效率可能会降低。

例如在利用相移法的三维测量中，在使相位四级变化的情况下，需要获取四组图像数据，因此在使用两种光的情况下，需要在各自不同的时机各四次、合计八次的拍摄时间。

照射同一波长的两种光的本发明是鉴于上述情况等完成的，其目的在于，提供一种三维测量装置，能够利用两种光来提高测量效率。

根据本发明，能够同时进行第一光涉及的输出光的拍摄和第二光涉及的输出光的拍摄，因此能够在合计四次的拍摄时间获取两种光涉及的合计八组的干涉条纹图像。结果，能够缩短整体的拍摄时间。提高测量效率。

尤其是在基于马赫-曾德尔干涉仪的原理构成的上述第二实施方式涉及的三维测量装置200中，能够针对一个工件w从不同的方向照射两种光(测量光)，因此能够精度更好地测量例如具有复杂形状的工件等的整体图像。

此外，在上述各实施方式中，构成为在投光系统2a、2b中包括光隔离器53a、54a、53b、54b，但是也可以构成为省略光隔离器53a、54a、53b、54b。

此外，在上述各实施方式中，也可以构成为隔着第一无偏振分光器56a更换第一投光系统2a和第二拍摄系统4b的两者的位置关系，也可以构成为隔着第二无偏振分光器56b更换第二投光系统2b和第一拍摄系统4a的两者的位置关系。

此外，在上述各实施方式中，也可以构成为隔着第一合成用分色镜55a更换第一发光部51a和第二发光部52a的两者的位置关系，也可以构成为隔着第二合成用分色镜55b更换第三发光部51b和第四发光部52b的两者的位置关系。

此外，导光单元的构成不限于上述各实施方式涉及的无偏振分光器56a、56b。如果构成为使从第一照射单元(第二照射单元)射出的第一光(第二光)的至少一部分朝向第一输入输出部(第二输入输出部)入射，并且使从第一输入输出部(第二输入输出部)射出的第二光涉及的输出光(第一光涉及的输出光)的至少一部分朝向第二拍摄单元(第一拍摄单元)入射，则也可以采用其他的构成。

例如，在第一实施方式中，如果构成为能够使从第一投光系统2a(第二投光系统2b)照射的第一光(第二光)入射至偏振分光器60的第一面60a(第二面60b)且将从偏振分光器60的第一面60a(第二面60b)射出的第二光涉及的输出光(第一光涉及的输出光)由第二拍摄系统4b(第一拍摄系统4a)拍摄，则也可以采用其他构成。

此外，在上述各实施方式中，作为第一无偏振分光器56a和第二无偏振分光器56b采用了将直角棱镜贴合成为一体的立方体型，但是不限于此，例如也可以采用板型的预定的半透半反镜。

此外，在上述各实施方式中，作为第一合成用分色镜55a和第二合成用分色镜55b以及第一分离用分色镜80a和第二分离用分色镜80b采用了将直角棱镜贴合成为一体的立方体型，但是不限于此，例如也可以采用板型的预定的分色镜。

(d)在上述各实施方式(除了第三实施方式)中，构成为基于相位不同的四组干涉条纹图像数据执行相移法，但是不限于此，例如也可以构成为基于相位不同的两组或三组干涉条纹图像数据执行相移法。

当然，第一实施方式等涉及的三维测量装置1和第二实施方式涉及的三维测量装置200也可以应用于例如如第三实施方式的傅立叶变换法那样，通过与相移法不同的其他的方法进行三维测量的构成。

相反地，第三实施方式涉及的三维测量装置300也可以应用于通过相移法等与傅立叶变换法不同的其他的方法进行三维测量的构成。

(e)在上述各实施方式(除了第三实施方式)中，作为相位转变单元采用了由透射轴方向不同的四个偏振光板构成的过滤单元85a、86a、85b、86b。相位转变单元的构成不限于此。

例如，取代过滤单元85a、86a、85b、86b，也可以采用构成为能够改变透射轴方向的旋转式偏振光板。在该构成中，省略了分光光学系统81a、82a、81b、82b等。

具体地，第一拍摄系统4a包括：1/4波长板，将第一波长光涉及的合成光(参照光分量和测量光分量)变换为圆偏振光；旋转式第一偏振光板，选择性地透射透射了该1/4波长板的光的预定分量；以及第一相机87a，拍摄透射了该第一偏振光板的光，并且包括：1/4波长板，将第二波长光涉及的合成光(参照光分量和测量光分量)变换为圆偏振光；旋转式第二偏振光板，选择性地透射透射了该1/4波长板的光的预定分量；以及第二相机88a，拍摄透射了该第二偏振光板的光。

同样地，第二拍摄系统4b包括：1/4波长板，将第三波长光涉及的合成光(参照光分量和测量光分量)变换为圆偏振光；旋转式第三偏振光板，选择性地透射透射了该1/4波长板的光的预定分量；以及第三相机87b，拍摄透射了该第三偏振光板的光，并且包括：1/4波长板，将第四波长光涉及的合成光(参照光分量和测量光分量)变换为圆偏振光；旋转式第四偏振光板，选择性地透射透射了该1/4波长板的光的预定分量；以及第四相机88b，拍摄透射了该第四偏振光板的光。

这里，旋转式的各偏振光板以其透射轴方向各变化45°的方式被控制。具体地说，透射轴方向成为“0°”、“45°”、“90°”、“135°”的方式变化。由此，能够使透射各偏振光板的光的参照光分量和测量光分量以四组相位干涉。即，能够生成相位各相差90°的干涉光。具体地说，能够生成相位为“0°”的干涉光、相位为“90°”的干涉光、相位为“180°”的干涉光、相位为“270°”的干涉光。

接着，说明在采用上述旋转式偏振光板的上述第一实施方式的构成之下由控制装置5执行的形状测量处理的顺序。

控制装置5首先将第一拍摄系统4a的第一偏振光板和第二偏振光板的透射轴方向设定为预定的基准位置(例如“0°”)，同时将第二拍摄系统4b的第三偏振光板和第四偏振光板的透射轴方向设定为预定的基准位置(例如“0°”)。

接着，控制装置5驱动控制第一投光系统2a和第二投光系统2b，同时执行从第一发光部51a照射第一波长光、从第二发光部52a照射第二波长光、从第三发光部51b照射第三波长光以及从第四发光部52b照射第四波长光。

由此，作为第一波长光和第二波长光的合成光的第一光入射至干涉光学系统3的偏振分光器60的第一面60a，并且作为第三波长光和第四波长光的合成光的第二光入射至偏振分光器60的第二面60b。

结果，从偏振分光器60的第二面60b射出第一光涉及的合成光(参照光和测量光)，并且从偏振分光器60的第一面60a射出第二光涉及的合成光(参照光和测量光)。

并且，从偏振分光器60射出的第一光涉及的合成光的一部分入射至第一拍摄系统4a，被分离为第一波长光涉及的合成光(参照光和测量光)和第二波长光涉及的合成光(参照光和测量光)。其中，第一波长光涉及的合成光经由上述1/4波长板和第一偏振光板(透射轴方向“0°”)入射至第一相机87a。同时，第二波长光涉及的合成光经由上述1/4波长板和第二偏振光板(透射轴方向“0°”)入射至第二相机88a。

另一方面，从偏振分光器60射出的第二光涉及的合成光的一部分入射至第二拍摄系统4b，被分离为第三波长光涉及的合成光(参照光和测量光)和第四波长光涉及的合成光(参照光和测量光)。其中，第三波长光涉及的合成光经由上述1/4波长板和第三偏振光板(透射轴方向“0°”)入射至第三相机87b。同时，第四波长光涉及的合成光经由上述1/4波长板和第四偏振光板(透射轴方向“0°”)入射至第四相机88b。

并且，控制装置5驱动控制第一拍摄系统4a和第二拍摄系统4b，同时执行由第一相机87a的拍摄、由第二相机88a的拍摄、由第三相机87b的拍摄以及由第四相机88b的拍摄。

结果，由第一相机87a拍摄第一波长光涉及的相位“0°”的干涉条纹图像、由第二相机88a拍摄第二波长光涉及的相位“0°”的干涉条纹图像、由第三相机87b拍摄第三波长光涉及的相位“0°”的干涉条纹图像、由第四相机88b拍摄第四波长光涉及的相位“0°”的干涉条纹图像。并且，控制装置5将从各相机87a、88a、87b、88b获得的干涉条纹图像数据分别存储于图像数据存储装置154。

接着，控制装置5进行第一拍摄系统4a的第一偏振光板和第二偏振光板的切换处理以及第二拍摄系统4b的第三偏振光板和第四偏振光板的切换处理。具体地说，使各偏振光板透射轴方向分别转动变位至“45°”的位置。

一旦该切换处理结束，则控制装置5进行与上述一连串的第一次的测量处理相同的第二次的测量处理。即，控制装置5照射第一～第四波长光的同时分别拍摄第一～第四波长光涉及的干涉光。

结果，获取第一波长光涉及的相位“90°”的干涉条纹图像、第二波长光涉及的相位“90°”的干涉条纹图像、第三波长光涉及的相位“90°”的干涉条纹图像以及第四波长光涉及的相位“90°”的干涉条纹图像。

以后，与上述第一次和第二次的测量处理相同的测量处理反复进行两次。即，在将各偏振光板的透射轴方向设定为“90°”的状态下进行第三次测量处理，获取第一波长光涉及的相位“180°”的干涉条纹图像、第二波长光涉及的相位“180°”的干涉条纹图像、第三波长光涉及的相位“180°”的干涉条纹图像以及第四波长光涉及的相位“180°”的干涉条纹图像。

之后，在将各偏振光板的透射轴方向设定为“135°”的状态下进行第四次测量处理，获取第一波长光涉及的相位“270°”的干涉条纹图像、第二波长光涉及的相位“270°”的干涉条纹图像、第三波长光涉及的相位“270°”的干涉条纹图像以及第四波长光涉及的相位“270°”的干涉条纹图像。

这样，通过进行四次测量处理，能够获取通过相移法进行三维测量所需要的全部图像数据(包括第一波长光涉及的四组干涉条纹图像数据、第二波长光涉及的四组干涉条纹图像数据、第三波长光涉及的四组干涉条纹图像数据以及第四波长光涉及的四组干涉条纹图像数据的合计16组干涉条纹图像数据)。并且，控制装置5基于存储于图像数据存储装置154的干涉条纹图像数据通过相移法测量工件w的表面形状。

但是，在作为相位转变单元如上所述那样使用旋转式偏振光板的方法中，为了获取进行三维测量所需要的全部图像数据，需要在多个定时进行拍摄。因此，就缩短拍摄时间这点而言，更优选采用如上述第一实施方式等那样能够在一个定时拍摄全部图像数据的过滤单元85a、86a、85b、86b等。

此外，例如在第一实施方式中，作为相位转变单元也可以采用通过压电元件等使参照面63沿光轴移动由此在物理上改变光路长度的构成。

此外，在第二实施方式中，作为相位转变单元也可以采用使全反射镜221(参照面)在保持相对于、y轴方向和z轴方向倾斜45°的状态的情况下通过压电元件等沿与该倾斜方向正交的方向移动由此在物理上改变光路长度的构成。

此外，在第三实施方式中，在采用相移法的情况下，也可以采用例如通过压电元件等使半透半反镜323(参照面)沿光轴移动由此在物理上改变光路长度的构成。

但是，在如上所述使用使参照面移动的构成作为相位转变单元的方法中，由于需要针对波长不同的多个光使参照面的动作量(相位转变量)不同，因此不能同时拍摄多个光。因此，就缩短拍摄时间这点而言，更优选采用如上述第一实施方式等那样能够在一个定时拍摄全部图像数据的过滤单元85a、86a、85b、86b等。

(f)在上述各实施方式(除了第三实施方式)中，构成为在进行两波长相移法时通过计算式求出高度信息z(ξ，η)，但是不限于此，例如也可以构成为预先存储表示相位φ1、φ2、条纹级数m1、m2、高度信息z的对应关系的数字表和表数据，参照这些获取高度信息z。在该情况下，无需一定确定条纹级数。

(g)分光单元的构成不限于上述第一实施方式等。例如，在上述第一实施方式等涉及的分光光学系统81a、82a、81b、82b和上述第四实施方式涉及的分光光学系统400中，构成为将入射的光分离为四种，但是不限于此，例如可以构成为分离为三种等、至少能够分割为基于相移法的测量所需的数量的光即可。

此外，在上述各实施方式中，构成为将所入射的合成光f0等分割为与行进方向正交的平面中光路排列成矩阵状的四种光fb1～fb4等，但是如果是使用多个相机拍摄各分光fb1～fb4等的构成，则无需一定分光为以矩阵状排列。

此外，在上述各实施方式中，作为分光单元采用了将多个光学部件(棱镜)组合成为一体的分光光学系统81a等，但是不限于此，作为分光单元可以采用衍射光栅。

(h)过滤单元的构成不限于上述第一实施方式等。例如，在上述第一实施方式中，过滤单元85a、86a、85b、86b由透射轴方向为0°的第一偏振光板160a、透射轴方向为45°的第二偏振光板160b、透射轴方向为90°的第三偏振光板160c、透射轴方向为135°的第四偏振光板160d构成，使用透射轴方向各相差45°的这四个偏振光板160a～160d来获取相位各相差90°的四组干涉条纹图像，基于该四组干涉条纹图像通过相移法进行形状测量。

代替此，在基于相位不同的三组干涉条纹图像通过相移法进行形状测量的情况下，也可以成为以下构成。例如。如图19所示，也可以构成为将过滤单元85a、86a、85b、86b的第一偏振光板160a、第二偏振光板160b、第三偏振光板160c、第四偏振光板160d分别设定为透射轴方向为0°的偏振光板、透射轴方向为60°(或45°)的偏振光板、透射轴方向为120°(或90°)的偏振光板、将测量光(例如右旋的圆偏振光)和参照光(例如左旋的圆偏振光)变换为直线偏振光的1/4波长板、使测量光的直线偏振光选择性地透射的偏振光板的组合件。这里，也可以将“1/4波长板”和“偏振光板”的组构成为所谓“圆偏振光板”。

根据该构成，通过一个拍摄元件进行一次拍摄，能够获取相位各相差120°(或90°)的三组干涉条纹图像以及工件w的亮度图像。由此，除了基于三组干涉条纹图像通过相移法进行形状测量以外，还能够组合进行基于亮度图像的测量。例如，能够对通过基于相移法的形状测量得到的三维数据进行匹配或进行测量区域的提取等。结果，能够进行将多种测量组合的综合的判断，能够进一步提高测量精度。

另外，在图19所示的例子中，作为第四偏振光板160d采用了将圆偏振光变换为直线偏振光的1/4波长板和使测量光的直线偏振光选择性地透射的偏振光板组合的部件，但是不限于此，如果是仅使测量光选择性地透射的构成，则也可以采用其他的构成。

进一步，也可以构成为省略第四偏振光板160d。即，也可以构成为同时由一个拍摄元件拍摄分别透射过滤单元85a、86a、85b、86b的第一偏振光板160a、第二偏振光板160b、第三偏振光板160c的三种光和未经由过滤单元85a、86a、85b、86b(偏振光板)而直接入射的一种光。

根据该构成，取得与作为第四偏振光板160d配置了“1/4波长板”和“偏振光板”的组的上述构成同样的作用效果。即，通过一个拍摄元件进行一次拍摄，能够获取相位各相差120°(或90°)的三组干涉条纹图像以及工件w的亮度图像。

另外，即使直接拍摄测量光(例如右旋的圆偏振光)和参照光(例如左旋的圆偏振光)，由于参照光是已知(能够预先测量得到)的且均匀的，因此也能够通过拍摄后的处理进行去除该参照光部分的处理和去除均匀光的处理，由此提取测量光的信号。

作为省略了第四偏振光板160d的构成的优先，与配置“1/4波长板”和“偏振光板”的组的构成相比，能够省略该“1/4波长板”和“偏振光板”，因此能够减少光学部件，实现构成的简化和抑制部件个数增加等。

(i)拍摄系统4a、4b的构成不限于上述各实施方式。例如，在上述各实施方式中，使用了包括透镜的相机，但是无需一定有透镜，即使使用没有透镜的相机，也可以利用上述[数6]的关系式等通过计算求出焦点匹配的图像。

此外，在上述各实施方式中，也可以构成为隔着第一分离用分色镜80a更换“第一分光光学系统81a、1/4波长板单元83a、第一过滤单元85a和第一相机87a”和“第二分光光学系统82a、1/4波长板单元84a、第二过滤单元86a和第二相机88a”的两者的位置关系，也可以构成为隔着第二分离用分色镜80b更换“第三分光光学系统81b、1/4波长板单元83b、第三过滤单元85b和第三相机87b”和“第四分光光学系统82b、1/4波长板单元84b、第四过滤单元86b和第四相机88b”的两者的位置关系。

(j)在上述各实施方式中，构成为同时使用“第一波长光”、“第二波长光”、“第三波长光”和“第四波长光”四种波长光。即，构成为同时射出四种波长光，并且同时拍摄这些波长光涉及的干涉条纹图像，基于该图像进行三维测量。但是不限于此，也可以采用其他的构成。

例如，也可以构成为在“第一波长光”、“第二波长光”、“第三波长光”和“第四波长光”四种波长光中不射出“第四波长光”而同时射出“第一波长光”、“第二波长光”和“第三波长光”三种波长光，并且同时拍摄这些波长光涉及的干涉条纹图像，基于该图像进行三维测量。

同样地，也可以构成为在“第一波长光”、“第二波长光”、“第三波长光”和“第四波长光”四种波长光中例如不射出“第二波长光”和“第四波长光”而同时射出“第一波长光”和“第三波长光”两种波长光，并且同时拍摄这些波长光涉及的干涉条纹图像，基于该图像进行三维测量。

如果构成为至少从第一投光系统2a和第二投光系统2b同时射出第一光(“第一波长光”和/或“第二波长光”)以及第二光(“第三波长光”和/或“第四波长光”)，并且同时拍摄这些光涉及的干涉条纹图像，则能够比以往缩短整体拍摄时间，并且能够提高测量效率。

即，如果不追求拍摄时间的缩短，则并不一定构成为同时使用“第一波长光”、“第二波长光”、“第三波长光”和“第四波长光”四种波长光。例如，也可以构成为不射出“第二波长光”和“第四波长光”而同时射出“第一波长光”和“第三波长光”两种波长光，并且同时拍摄这些波长光涉及的干涉条纹图像之后，不射出“第一波长光”和“第三波长光”而同时射出“第二波长光”和“第四波长光”两种波长光，并且同时拍摄这些波长光涉及的干涉条纹图像。

(k)如在上述(j)中所述那样，在最多仅使用三种波长光或两种波长光的情况下，三维测量装置1(200，300)也可以构成为从上述各实施方式中预先省略了与未使用的波长光相关的射出机构和拍摄机构。

例如，在不使用第二波长光的情况下，也可以构成为从第一投光系统2a省略用于射出第二波长光的射出机构(第二发光部52a、第二光隔离器54a)和用于合成两种波长光的合成机构(第一合成用分色镜55a)。同样地，在不使用第二波长光的情况下，也可以构成为从第一拍摄系统4a省略用于波长分离预定的输出光的分离机构(第一分离用分色镜80a)和用于拍摄第二波长光涉及的输出光的拍摄机构(第二分光光学系统82a、1/4波长板单元84a、第二过滤单元86a、第二相机88a)。

(l)如在上述(j)中所述那样，在第一投光系统2a和/或第二投光系统2b中，在构成为始终切换使用射出的波长光的情况下(例如在第一投光系统2a中仅射出“第一波长光”或“第二波长光”中的任一个的构成的情况下)，在第一拍摄系统4a中省略用于波长分离预定的输出光的分离机构(第一分离用分色镜80a)的同时省略用于拍摄第一波长光涉及的输出光的拍摄机构或用于拍摄第二波长光涉及的输出光的拍摄机构中的任一个而共用另一个。

符号说明

1…三维测量装置，2a…第一投光系统，2b…第二投光系统，3…干涉光学系统，4a…第一拍摄系统，4b…第二拍摄系统，5…控制装置，51a…第一发光部，52a…第二发光部，51b…第三发光部，52b…第四发光部，53a…第一光隔离器，54a…第二光隔离器，53b…第三光隔离器，54b…第四光隔离器，55a…第一合成用分色镜，56a…第一无偏振分光器，55b…第二合成用分色镜，56b…第二无偏振分光器，60…偏振分光器，60a…第一面，60b…第二面，60c…第三面，60d…第四面，61、62…1/4波长板，63…参照面，64…设置部，80a…第一分离用分色镜，81a…第一分光光学系统，83a…1/4波长板单元，85a…第一过滤单元，87a…第一相机，82a…第二分光光学系统，84a…1/4波长板单元，86a…第二过滤单元，88a…第二相机，80b…第二分离用分色镜，81b…第三分光光学系统，83b…1/4波长板单元，85b…第三过滤单元，87b…第三相机，82b…第四分光光学系统，84b…1/4波长板单元，86b…第四过滤单元，88b…第四相机，w…工件。