光检测装置的制作方法

本发明涉及具备干涉元件的光检测装置。

背景技术：

利用光的干涉现象高精度且非接触地计测物体的形状及距离的装置已被实用化。通常在这样的装置中，使在物体上反射或透射的光(物体光)与在参照面上反射的光(参照光)干涉，将生成的干涉光进行摄像并观测。在充分保证了参照面的平面度的状态下，对应于物体光的光路长而产生干涉光的干涉条纹。由于光的波长量的光路长的变化而产生1周期的干涉条纹，所以根据干涉条纹的图案能够求出物体的计测对象面的立体形状。

光的波长以上的光路长的差作为干涉条纹的重复而产生。如果物体的计测对象面是平滑的，则也可以通过对该干涉条纹的数量进行计数来估计超过光的波长的光路长的差。

在物体的计测对象面有超过波长的阶差的情况下，在阶差的部分处干涉条纹缺失，所以不能正确地求出光路长的差。作为这样的情况下的物体的形状的计测方法，已知有2波长干涉法。例如在专利文献1及非专利文献1中记载了2波长干涉法。

2波长干涉法使用两个波长的光进行干涉计测。将由各个波长的光形成的干涉条纹的图像独立地或同时进行摄像，基于两者的波长的干涉条纹信息求出物体的计测对象面的形状。如果设两个波长为λ1及λ2，则已知通过2波长干涉法得到的有效的测量波长λeff如以下这样。

[数式1]

例如，在λ2＝1.1×λ1的情况下，λeff＝11×λ1，能够正确地估计更大的阶差。

专利文献1：特开平10－221032号公报

非专利文献1：yeou－yenchengandjamesc.wyant:＂two－wavelengthphaseshiftinginterferometry＂,appliedoptics,vol.23,no.14,p4539～4543

技术实现要素：

本申请的非限定性的例示性的一实施方式提供一种光学部分更小型、更不易受到周围环境的影响的光检测装置。

有关本申请的一技术方案的光检测装置具备：摄像元件，包括多个第1像素、多个第2像素、多个第3像素及多个第4像素；干涉元件，具有多个第1入射区域及多个第2入射区域；以及光学系统，使第1波段的光向上述多个第1入射区域入射，使与上述第1波段不同的第2波段的光向上述多个第2入射区域入射。上述干涉元件使入射到上述多个第1入射区域之中相互相邻的两个第1入射区域中的上述第1波段的光的一部分进行干涉，将干涉后的上述光向上述多个第1像素中的某一个引导，将入射到上述两个第1入射区域中的上述第1波段的光的另一部分向上述多个第2像素中的某一个引导；上述干涉元件使入射到上述多个第2入射区域之中相互相邻的两个第2入射区域中的上述第2波段的光的一部分进行干涉，将干涉后的上述光向上述多个第3像素中的某一个引导，将入射到上述两个第2入射区域中的上述第2波段的光的另一部分向上述多个第4像素中的某一个引导。

有关本申请的另一技术方案的光检测装置具备：摄像元件，包括多个第5像素及多个第6像素；干涉元件，包括多个第5入射区域；以及照明，射出第1波段的光及与上述第1波段不同的第2波段的光；上述干涉元件使入射到上述多个第5入射区域之中相互相邻的两个第5入射区域中的上述第1波段的光的一部分进行干涉，将干涉后的上述光向上述多个第5像素中的某一个引导，将入射到上述两个第5入射区域中的上述第1波段的光的另一部分向上述多个第6像素中的某一个引导；上述干涉元件使入射到上述两个第5入射区域中的上述第2波段的光的一部分进行干涉，将干涉后的上述光向上述多个第5像素中的某一个引导，将入射到上述两个第5入射区域中的上述第2波段的光的另一部分向上述多个第6像素中的某一个引导。

根据本申请，能够实现一种光学部分更小型、更不易受到周围环境的影响的光检测装置。

附图说明

图1是有关本申请的第1实施方式的光检测装置的结构的概要图。

图2是表示有关本申请的第1实施方式的光学系统的具体例的图。

图3a是表示有关本申请的第1实施方式的光学系统的另一具体例的图。

图3b是表示有关本申请的第1实施方式的光学系统的另一具体例的图。

图3c是表示有关本申请的第1实施方式的光学系统的另一具体例的图。

图3d是表示有关本申请的第1实施方式的光学系统的另一具体例的图。

图3e是表示有关本申请的第1实施方式的光学系统的再另一具体例的图。

图3f是表示有关本申请的第1实施方式的光学系统的再另一具体例的图。

图4a是表示有关本申请的第1实施方式的入射区域组的配置例的图。

图4b是表示有关本申请的第1实施方式的入射区域组的配置例的图。

图4c是表示有关本申请的第1实施方式的入射区域组的配置例的图。

图4d是表示有关本申请的第1实施方式的入射区域组的配置例的图。

图4e是表示有关本申请的第1实施方式的入射区域组的配置例的图。

图5a是表示有关本申请的第1实施方式的干涉元件的具体例的图。

图5b是表示有关本申请的第1实施方式的干涉元件的具体例的图。

图5c是表示有关本申请的第1实施方式的干涉元件的具体例的图。

图5d是表示有关本申请的第1实施方式的干涉元件的具体例的图。

图6a是表示有关本申请的第1实施方式的干涉元件的另一具体例的图。

图6b是表示有关本申请的第1实施方式的干涉元件的另一具体例的图。

图6c是表示有关本申请的第1实施方式的干涉元件的另一具体例的图。

图6d是表示有关本申请的第1实施方式的干涉元件的另一具体例的图。

图7a是表示有关本申请的第1实施方式的像素组的配置例的图。

图7b是表示有关本申请的第1实施方式的像素组的配置例的图。

图7c是表示有关本申请的第1实施方式的像素组的配置例的图。

图7d是表示有关本申请的第1实施方式的像素组的配置例的图。

图7e是表示有关本申请的第1实施方式的像素组的配置例的图。

图8是表示有关本申请的第1实施方式的光强度信号的输出例的图。

图9是表示有关本申请的第1实施方式的运算部的具体例的图。

图10是有关本申请的第2实施方式的光检测装置的结构的概要图。

图11是有关本申请的第3实施方式的光检测装置的结构的概要图。

图12是表示有关本申请的实施例的干涉元件的结构的图。

图13是表示有关本申请的实施例的入射光的相位差与干涉光及透射光的强度间的关系的图。

图14a是表示有关本申请的第1实施例的被测量物体(试样)的形状的图。

图14b是表示有关本申请的第1实施例的被测量物体(试样)的形状的图。

图15a是表示有关本申请的第1实施例的入射到第1像素组的各像素中的光的强度的图。

图15b是表示有关本申请的第1实施例的入射到第2像素组的各像素中的光的强度的图。

图15c是表示有关本申请的第1实施例的入射到第3像素组的各像素中的光的强度的图。

图15d是表示有关本申请的第1实施例的入射到第4像素组的各像素中的光的强度的图。

图16a是表示有关本申请的第1实施例的中心波长λ1下的相位差绝对值的分布的图。

图16b是表示有关本申请的第1实施例的中心波长λ2下的相位差绝对值的分布的图。

图17a是表示有关本申请的第1实施例的中心波长λ1下的相位差值的分布的图。

图17b是表示有关本申请的第1实施例的中心波长λ2下的相位差值的分布的图。

图18是表示有关本申请的第1实施例的等价波长λeff2下的相位差值的分布的图。

图19是表示有关本申请的第1实施例的等价波长λeff2下的相位值的分布的图。

图20a是表示有关本申请的第1实施例的中心波长λ1下的相位值的分布的图。

图20b是表示有关本申请的第1实施例的中心波长λ2下的相位值的分布的图。

图21是表示有关本申请的第1实施例的以等价波长λeff2复原的试样形状的图。

图22a是表示有关本申请的第1实施例的以中心波长λ1复原的试样形状的图。

图22b是表示有关本申请的第1实施例的以中心波长λ2复原的试样形状的图。

图23是表示有关本申请的第2实施例的被测量物体(试样)的形状的图。

图24a是表示有关本申请的第2实施例的中心波长λ1下的被测量物体的阶差与干涉光及透射光的强度间的关系的图。

图24b是表示有关本申请的第2实施例的中心波长λ2下的被测量物体的阶差与干涉光及透射光的强度间的关系的图。

图25a是表示有关本申请的第2实施例的中心波长λeff下的被测量物体的阶差与干涉光强度间的关系的图。

图25b是表示有关本申请的第2实施例的中心波长λeff下的被测量物体的阶差与透射光强度间的关系的图。

图26是表示照明光与带通滤波器的关系的一例的图。

图27是表示照明光与带通滤波器的关系的另一例的图。

标号说明

101光学系统

102第1波段的光

103第2波段的光

104第1入射区域组

105第2入射区域组

106干涉元件

107干涉光

109摄像元件

110～113第1～第4像素组

114第1运算部

115第2运算部

116第1相位差信息

117第2相位差信息

118第3运算部

119等价相位差信息

201第1带通滤波器

202第2带通滤波器

302第1带通滤波器

303第2带通滤波器

304透镜

305阵列状光学元件

306光圈

307滤波器阵列

308微透镜阵列

501遮光区域

502光耦合层

503光栅

504波导层

505未使用像素

506a波导光

601光子晶体

602～605第1～第4光传输路径

1001照明

1002波段切换器

1003光学系统

1004、1103光

1006第5像素组

1007第6像素组

1008同步信号

1009第4运算部

1101、1102照明

1104第5运算部

1201入射区域

1202遮光层

1203干涉光区域

1204透射光区域

具体实施方式

(达到本申请的一技术方案的经由)

本申请涉及利用光的干涉现象将与物体的形状或距离相关联的信息作为图像来取得的光检测装置。特别涉及能够将超过波长的阶差或形状的变化作为图像而高精度地计测的光检测装置。本发明者们详细地研究了在专利文献1及非专利文献1中公开的以往的光检测装置。根据在这些文献中公开的光检测装置，用来产生干涉光的半反射镜是必须的，也有按每个波长而需要摄像管或摄像元件的情况。因此，可以想到在使光检测装置的光学系统小型化方面是有限的。此外，可以想到由于光路存在于规定的空间中，所以容易受到空气的对流、光学系统的振动等周围环境的变化或影响。

鉴于这样的课题，本发明者们想到了能够实现光学系统的小型化、不易受到周围环境的影响的新的光检测装置。

本申请的一技术方案的光检测装置具备：摄像元件，包括多个第1像素、多个第2像素、多个第3像素及多个第4像素；干涉元件，具有多个第1入射区域及多个第2入射区域；以及光学系统，使第1波段的光向上述多个第1入射区域入射，使与上述第1波段不同的第2波段的光向上述多个第2入射区域入射。上述干涉元件使入射到上述多个第1入射区域之中相互相邻的两个第1入射区域中的上述第1波段的光的一部分干涉，将干涉后的上述光向上述多个第1像素中的某一个引导，将入射到上述两个第1入射区域中的上述第1波段的光的另一部分向上述多个第2像素中的某一个引导；上述干涉元件使入射到上述多个第2入射区域之中相互相邻的两个第2入射区域中的上述第2波段的光的一部分干涉，将干涉后的上述光向上述多个第3像素中的某一个引导，将入射到上述两个第2入射区域中的上述第2波段的光的另一部分向上述多个第4像素中的某一个引导。

这里，所谓“第1波段的光”，是具有第1波段中包含的某一个波长的光。此外，所谓“第2波段的光”，是具有第2波段中包含的某一个波长的光。因此，第1及第2波段的光既可以是单波长的光，此外也可以是具有规定的带宽的光。

光检测装置也可以还具备运算电路，该运算电路根据上述多个第1像素检测出的光强度信息及上述多个第2像素检测出的光强度信息求出第1相位差信息，根据上述多个第3像素检测出的光强度信息及上述多个第4像素检测出的光强度信息求出第2相位差信息。

上述运算电路也可以根据上述第1相位差信息及上述第2相位差信息，求出第1波段中包含的第1波长及上述第2波段中包含的第2波长的等价波长下的相位差信息。

也可以是，上述干涉元件包括多个光耦合层；上述多个光耦合层分别具备具有衍射光栅的波导层。

上述干涉元件也可以具有位于上述两个第1入射区域之间的第1遮光区域、和位于上述两个第2入射区域之间的第2遮光区域。上述多个光耦合层也可以包括与上述两个第1入射区域及上述第1遮光区域对应地配置、或者与上述两个第2入射区域及上述第2遮光区域对应地配置的光耦合层。上述多个第2像素也可以包括与上述两个第1入射区域对应地配置的两个第2像素。上述多个第1像素也可以包括与上述第1遮光区域对应地配置的第1像素。上述多个第4像素也可以包括与上述两个第2入射区域对应地配置的两个第4像素。上述多个第3像素也可以包括与上述第2遮光区域对应地配置的第3像素。

上述干涉元件也可以具备：第1光传输路径；第2光传输路径；以及第3光传输路径，将上述第1光传输路径与上述第2光传输路径之间连接。

上述第1光传输路径也可以具备来自上述两个第1入射区域的一方或上述两个第2入射区域的一方的光入射的入射部、以及将入射的上述光的一部分向上述多个第2像素中的某一个或上述多个第4像素中的某一个射出的射出部。上述第2光传输路径也可以具备来自上述两个第1入射区域的另一方或上述两个第2入射区域的另一方的光入射的入射部、以及将入射的上述光的一部分向上述多个第2像素中的某一个或上述多个第4像素中的某一个射出的射出部。

也可以是，上述干涉元件还具备第4光传输路径；上述第4光传输路径具备与上述第3光传输路径连接的入射部、以及将从上述入射部入射的光向上述多个第1像素中的某一个或上述多个第3像素中的某一个射出的射出部。

上述光学系统也可以包括具有使上述第1波段的光选择性地透射的多个第1带通滤波器及使上述第2波段的光选择性地透射的多个第2带通滤波器的滤波器阵列。

上述光学系统也可以具备：第1带通滤波器，使上述第1波段的光选择性地透射；第2带通滤波器，使上述第2波段的光选择性地透射；以及阵列状光学元件，使透射了上述第1带通滤波器的上述第1波段的光向上述多个第1入射区域入射，使透射了上述第2带通滤波器的上述第2波段的光向上述多个第2入射区域入射。

本申请的另一技术方案的光检测装置具备：摄像元件，包括多个第5像素及多个第6像素；干涉元件，包括多个第5入射区域；以及照明，射出第1波段的光及与上述第1波段不同的第2波段的光。上述干涉元件使入射到上述多个第5入射区域中的相互相邻的两个第5入射区域中的上述第1波段的光的一部分干涉，将干涉后的上述光向上述多个第5像素中的某一个引导，将入射到上述两个第5入射区域中的上述第1波段的光的另一部分向上述多个第6像素中的某一个引导；上述干涉元件使入射到上述两个第5入射区域中的上述第2波段的光的一部分干涉，将干涉后的上述光向上述多个第5像素中的某一个引导，将入射到上述两个第5入射区域中的上述第2波段的光的另一部分向上述多个第6像素中的某一个引导。

上述照明也可以将上述第1波段的光及上述第2波段的光同时射出。上述照明也可以将上述第1波段的光及上述第2波段的光分时地射出。

上述第1、第2及第3光传输路径也可以由光子晶体构成。上述第1、第2、第3及第4光传输路径也可以由光子晶体构成。

以下，参照附图具体地说明本申请的光检测装置的实施方式。

(第1实施方式的概要)

图1是表示有关本申请的第1实施方式的光检测装置的结构的概要的示意图。光检测装置具备光学系统101、干涉元件106及摄像元件109。为了说明，在该图中将干涉元件及摄像元件用截面表示。此外，为了使图的理解变容易，在图1以后的各图中，将xyz方向的3轴的朝向(左手系)一起表示。各结构部分的具体例后述。

摄像元件109包括分别具有多个像素的第1、第2、第3及第4像素组110、111、112、113。想要正确地测量立体形状及距离的来自对象物的反射光作为入射光向光学系统101入射。

光学系统101使第1波段的光102及第2波段的光103向干涉元件106入射。干涉元件106包括分别具有多个入射区域的第1入射区域组104及第2入射区域组105。光学系统101主要使第1波段的光102向干涉元件106的第1入射区域组104入射。此外，光学系统101主要使第2波段的光103向第2入射区域组105入射。

这里，第2波段的光103的中心波长与第1波段的光102的中心波长不同。此外，在更正确地求出物体的阶差及形状这一点上，更优选的是第2波段的光103的带域与第1波段的光102的带域不重叠。此外，在使两个波段的光的中心波长接近而扩大计测范围这一点上，更优选的是第1波段的光102及第2波段的光103的带宽分别是20nm以下，更加优选的是5nm以下。

存在于干涉元件104上的第1入射区域组104及第2入射区域组105只要有至少能够使光透射的开口部就可以，也可以不存在物理上的构造物。此外，第1入射区域组104和第2入射区域组105也可以在物理上是相同的。在本说明书中分为“第1”入射区域组和“第2”入射区域组进行说明是因为，向各入射区域组入射的光的性质不同。

使入射到第1入射区域组104中的光之中从相邻的至少1对入射区域入射的光的一部分在干涉元件106内相互干涉，作为干涉光107向摄像元件109侧放射。此外，从上述1对入射区域入射的光的另一部分不干涉而作为透射光108直接向摄像元件109侧放射。关于入射到第2入射区域组105中的光，也与入射到第1入射区域组104中的光同样，作为干涉光107及透射光108向摄像元件109侧放射。

为了使干涉光107及透射光108高效地向摄像元件的各像素入射(即提高耦合效率)，干涉元件104与摄像元件109之间的距离优选的是接近。距离优选的是100μm以下，更优选的是10μm以下。

将从第1波段的光102生成的干涉光107主要向摄像元件109内的第1像素组110引导，将透射光108主要向第2像素组111引导。同样，将从第2波段的光103生成的干涉光107和透射光108主要分别向第3像素组112和第4像素组113引导。

这里，第1～第4像素组110～113只要是光敏二极管等光检测器就可以，也可以是在物理上都为相同构造的检测器。在本说明书中分为“第1”～“第4”的像素组进行说明，是因为向各像素组入射的光的性质不同。

光检测装置为了对从摄像元件109得到的电信号进行处理，还具备第1运算部114、第2运算部115及第3运算部118。入射到第1像素组110及第2像素组111中的光的强度信息作为电信号输入至第1运算部114。第1运算部114基于输入的信号，计算第1相位差信息116并输出。这相当于相对于第1波段的中心波长(即以往例的λ1)的相位差信息。

同样，入射到第3像素组112及第4像素组113中的光的强度信息作为电信号输入至第2运算部115。第2运算部115基于输入的信号计算第2相位差信息117并输出。这相当于相对于第2波段的中心波长(即以往例的λ2)的相位差信息。

在第3运算部118中，基于第1相位差信息116及第2相位差信息117，计算等价相位差信息119(即相对于以往例的λeff的相位差信息)并输出。

通过这样的结构，能够实现光学部分更小型、不易受到周围环境的影响、即使是有超过光的波长的阶差的物体也能够没有错误地测量形状的光检测装置。

(光学系统的具体结构例)

接着，参照图2及图3a～图3f对光学系统101的具体的结构例进行说明。

图2中作为光学系统101的一部分而具备滤波器阵列。滤波器阵列包括接近于干涉元件106的光入射侧而配置的多个第1带通滤波器201及多个第2带通滤波器202。第1带通滤波器201具有使第1波段的光透射的波长特性，相邻于第1入射区域组104而配置。第2带通滤波器202具有使第2波段的光透射的波长特性，接近于第2入射区域组105而配置。带通滤波器例如通过将电介质多层膜或颜料成膜而制作。光学系统10中的不存在带通滤波器的区域优选的是遮光区域。

图3a至图3d表示光学系统101包括设置在光瞳区域附近的带通滤波器和阵列状光学元件的例子。光学系统101包括具有光瞳区域的光圈306、滤波器阵列307、透镜304和阵列状光学元件305。图3a表示光学系统101的结构的概略，图3b表示滤波器阵列307的平面构造。图3c是阵列状光学元件305的示意性的立体图，图3d示意地表示透射光学系统101而向干涉元件106入射的光。

如图3a及图3b所示，光圈306的光瞳区域被在包含光学系统101的光轴v的水平方向上展开的平面分割为区域d1及区域d2。滤波器阵列307具有配置在区域d2中的第2带通滤波器303和配置在区域d1中的第1带通滤波器302。

穿过了第1及第2光学区域d1、d2的入射光通过透镜304聚焦，向阵列状光学元件305入射。阵列状光学元件305例如是将沿x方向延伸的圆柱形透镜在y方向上排列了多个的双凸透镜。阵列状光学元件305使透射了第1带通滤波器302的上述第1波段的光向第1入射区域组104入射，使透射了第2带通滤波器303的第2波段的光向第2入射区域组105入射。为了提高向第1入射区域组104及第2入射区域组105的入射效率，也可以在干涉元件106的表面上设置微透镜阵列308。如后述那样，滤波器阵列307及阵列状光学元件305也可以具有图3e及图3f所示的形状。

这些第1及第2带通滤波器302、303的透射波长特性与分别在图2中说明的第1及第2带通滤波器201及202的透射波长特性分别是同样的。不同的是带通滤波器的尺寸较大，如果尺寸较大则有制作变容易的优点。此外，也可以通过仅将带通滤波器更换为中心波长不同的带通滤波器，来改变可计测范围。

在图2及图3a～图3f所示的例子中，在入射光的波段宽度比较宽的情况下(例如在使用卤素灯或白色led光源的情况下)，也能够用带通滤波器适当地取出两个波段的光(参照图26)。在入射光中包含的两个波段分别原本具有与带通滤波器的透射波段相同程度以下的带宽的情况下(例如两个激光源)，带通滤波器的透射带宽并不一定需要窄。在这样的情况下，带通滤波器的透射带宽只要能够将两个波段的光相互分离，则也可以是比较宽。也可以代替带通滤波器而使用使第1波段的光透射的低通滤波器及使第2波段的光透射的高通滤波器(参照图27)。透射带宽较宽的光学滤波器能够容易地制造。

(入射区域组的配置例)

在图1中将干涉元件106表示为了剖视图，而使用图4说明从正面(即光入射侧)观察的情况下的干涉元件内的入射区域组的配置例。

图4a是将第1入射区域组104及第2入射区域组105一起排列为一列而配置的例子。如果使用这样的配置，则能够将被测量物体的一维的形状及距离信息使用线(line)型的摄像元件计测。

图4b是将第1入射区域组104和第2入射区域组105分别排列为一列而配置的例子。如果使用这样的配置，则有在使用光栅制作干涉元件的情况下制作变容易的优点(后述)。

图4c是将图4b所示的入射区域组的配置2维地扩展的图。能够将被测量物体的2维的形状及距离信息作为图像来计测。

图4d是入射区域组的另一2维的配置例。将第1入射区域组104和第2入射区域组105每隔2列配置。在该例中，在接近于各入射区域组设置带通滤波器的情况下，能将各带通滤波器的宽度设得较宽(即能够设为入射区域组2列的宽度)，所以有带通滤波器的制作变容易的优点。

图4e是入射区域组的再另一2维的配置例。将第1入射区域组104和第2入射区域组105分别按照4行4列(合计8区域)配置。在此情况下，也能将各带通滤波器的宽度设得较大(即能够设为4列的宽度)，所以有带通滤波器的制作变容易的优点。

另外，将入射区域从正面观察时的形状并不一定需要是正方形，也可以是圆形或长方形等。

作为光学系统101，如图2所示，在使用接近于干涉元件106的光入射侧而配置的滤波器阵列的情况下，只要对应于图4a至图4e所示的第1入射区域组104及第2入射区域组105的配置而使用配置有多个第1带通滤波器201及多个第2带通滤波器202的滤波器阵列就可以。

如参照图3a至图3d说明那样，光学系统101在包括设置在光瞳区域附近的带通滤波器和阵列状光学元件的情况下，如以下说明那样构成。

首先，如图4a所示，在干涉元件106中，第1入射区域组104及第2入射区域组105在y方向上1维地排列的情况下，使用如图3a所示在y方向上排列有第2带通滤波器303及第1带通滤波器302的滤波器阵列307、和如图3c所示在y方向上排列有沿x方向延伸的圆柱形透镜的阵列状光学元件(双凸透镜)305。在此情况下，由于干涉元件106的第1入射区域组104及第2入射区域组105被1维地排列，所以阵列状光学元件305的x方向的长度是1个像素的量就可以。

在使用如图4b至图4d所示第1入射区域组104及第2入射区域组105被配置在不同的列中的干涉元件106的情况下，使用将图3a所示的滤波器阵列307以及图3c所示的阵列状光学元件305的x方向与y方向的排列替换的结构，即使用在x方向上排列有第2带通滤波器303及第1带通滤波器302的滤波器阵列和在x方向上排列有沿y方向延伸的圆柱形透镜的双凸透镜。在使用如图4b及图4c所示将1列第1入射区域组104和1列第2入射区域组105的组作为一个单位排列的干涉元件106的情况下，双凸透镜的各圆柱形透镜的宽度具有与两个像素的量对应的宽度。此外，在使用如图4d所示将2列第1入射区域组104和列的第2入射区域组105的组作为一个单位排列的干涉元件106的情况下，双凸透镜的各圆柱形透镜的宽度具有与4个像素的量对应的宽度。

在使用如图4e所示将第1入射区域组104及第2入射区域组105排列为棋盘格图案状的干涉元件106的情况下，使用图3e所示的滤波器阵列307。光圈306的光瞳区域被包含光学系统101的光轴v的相互正交的两个平面分割为区域d1至d4。滤波器阵列307具有配置在区域d2、d4中的第2带通滤波器303、和配置在区域d1、d3中的第1带通滤波器302。在阵列状光学元件305中，使用如图3f所示在x方向及y方向上排列的微透镜阵列。各微透镜m对应于在x方向及y方向上分别配置有各4个的16像素量的大小。

(干涉元件的具体结构例)

接着，参照图5及图6对干涉元件106的具体的结构例及与像素组的配置关系进行说明。

图5a至图5d将在干涉元件106中使用多个光耦合层的情况下的例子表示为剖视图。

多个光耦合层502分别包括形成有光栅503的波导层504。波导层504分别与第1入射区域组104的相互相邻的两个入射区域或第2入射区域组105的相互相邻的两个入射区域对应地配置。干涉元件106的基材例如由sio2构成。波导层504是比基材高折射率的层，例如由ta2o5构成。波导层504并不限于1层，也可以夹着低折射率的层而由多个层构成。

规定的间距的光栅503位于波导层504的至少入射侧界面。光栅503是直线光栅，其栅格矢量的方向在光耦合层502的面内与图5a至图5d的纸面上下方向平行。

在干涉元件106的光入射侧，在不是第1及第2入射区域组104、105的区域中设置遮光区域501。即，遮光区域位于第1入射区域组104的相互相邻的两个入射区域之间、以及第2入射区域组105的相互相邻的两个入射区域之间。遮光区域501例如由al、ag、au等的反射性的金属材料构成，具有能够将第1及第2波段的光充分遮光的程度的厚度。

以下，使用图5a说明入射到第1入射区域组104中的光的光路。如果设定光栅503的间距以使第1波段的光耦合，则入射到第1入射区域组的相互相邻的两个入射区域104a及104b中的光的一部分分别作为波导光506a及506b向波导层504内入射并传输。波导光506a及506b在波导层504内干涉，作为干涉光107a被从波导层504向摄像元件109侧放射，向第1像素组110中的一个像素110a入射。这里，波导光506a及506b是从相邻的一对入射区域104a及104b分别传输的光。干涉光107的强度依赖于入射到第1入射区域组104中的光的相位差。入射到入射区域104a及104b中的光的另一部分没有成为波导光，而作为透射光108a及108b被向摄像元件109侧放射，向第2像素组111中的像素111a及111b入射。因而，通过检测入射到像素110a、111a及111b中的光的强度，能够求出入射到入射区域104a及104b中的第1波段的光的相位差。

如图5a所示，关于入射到第2入射区域组105中的光的光路也能够与上述同样地说明。能够根据入射到第3像素组112及第4像素组113中的光的强度求出入射到第2入射区域组105中的相邻的一对入射区域中的光的相位差的理由也与第1入射区域组的情况是同样的。

图5a表示第1及第2入射区域组104、105如图4a所示以1维配置的干涉元件106的多个光耦合层502的截面结构。在该结构中，由于在光栅的栅格矢量的方向上存在第1入射区域组104及第2入射区域组105这两者，所以也可以在第1及第2入射区域组104、105的边界经由比波导层504低折射率的介质使多个光耦合层502分离。如果这样，则由带通滤波器分离后的第1及第2波段的光不相互干涉，所以能够分别独立地检测第1波段的光的相位差和第2波段的光的相位差。

图5b及图5c表示第1及第2入射区域组104、105如图4b、图4c及图4d所示配置在不同的列中的情况下的光耦合层502的截面结构。图5b是在第1入射区域组104的列切断时的剖视图，图5c是在第2入射区域组105的列切断时的剖视图。在该结构中，由于在光栅的栅格矢量的方向上仅存在第1入射区域组104或第2入射区域组105中的某一方，所以即使不将光耦合层分离，也能够分别独立地检测第1波段的光的相位差和第2波段的光的相位差。不将光耦合层502分离的构造时，光耦合层502的制作更容易。

图5d表示第1及第2入射区域组104、105如图4e所示配置为棋盘格图案状的情况下的多个光耦合层502的截面结构。在该结构中，与图5a同样，由于在光栅的栅格矢量的方向上存在第1入射区域组104及第2入射区域组105这两者，所以也可以在第1及第2入射区域组104、105的边界使多个光耦合层分离，处于使光耦合层分离的部分的正下方的像素也可以作为未使用像素505而在相位差信息的计算中不使用。

(干涉元件的具体结构的另一例)

图6a至图6d将在干涉元件106中使用光子晶体的情况下的例子表示为剖视图。

光子晶体601用于构成光传输路径。光传输路径至少包括第1及第2光传输路径602、603、和将第1光传输路径602与第2光传输路径603之间连结的第3光传输路径604。第1光传输路径602的入射部配置在与第2光传输路径603的入射部不同的位置，第1光传输路径602的射出部配置在与第2光传输路径603的射出部不同的位置。图6所示的光传输路径还包括第4光传输路径605。图6所示的光传输路径还包括第4光传输路径605。第4光传输路径605与第3光传输路径604连接，传播从第3光传输路径604入射的光。在与由多个光耦合层502构成干涉元件的情况同样地将干涉光和透射光分离而检测的情况下，光传输路径优选的是包括第4光传输路径605。但是，由于第1及第2光传输路径602、603的射出光的强度依赖于入射到第1及第2光传输路径602、603中的光的相位差而变化，所以即使是不存在第4光传输路径605的结构也能够求出相位差信息。

光子晶体601例如由空洞、折射率不同的区域、电介质柱等的周期性的排列构成，光传输路径通过将周期性的排列的一部分除去而形成。第1及第2光传输路径602、603的入射部的位置与第1入射区域组104的相互相邻的两个入射区域分别一致。即，第1及第2光传输路径602、603分别与第1入射区域组104的相互相邻的两个入射区域连接。第1入射区域组104包括多个上述那样的相互相邻的两个入射区域的组。此外，第2入射区域组105也包括多个相互相邻的两个入射区域的组。对应于这些多个入射区域的组而与上述同样地配置多个第1及第2光传输路径的组。此外，对应于第1及第2光传输路径的各组而设置将第1光传输路径与第2光传输路径之间连结的第3光传输路径、以及与第3光传输路径连接的第4光传输路径。

此外，与第1、第2光传输路径602、603的各自的射出部相邻而配置第2像素组111中的某一个像素，与第4光传输路径605的射出部相邻而配置第1像素组110中的某一个像素。关于与第1入射区域组104的其他入射区域的各组对应的第1及第2光传输路径的射出部也同样，与这些射出部分别相邻而配置第2像素组111中的某一个像素。此外，与连接于将这些第1光传输路径与第2光传输路径之间连结的第3光传输路径上的第4光传输路径的射出部相邻而配置第1像素组110中的某一个像素。此外，关于与第2入射区域组105的入射区域的各组对应的第1及第2光传输路径的射出部也同样，与这些射出部分别相邻而配置第4像素组113中的某一个像素。此外，与连接于将这些第1光传输路径与第2光传输路径之间连结的第3光传输路径上的第4光传输路径的射出部相邻而配置第3像素组112中的某一个像素。

在该结构中，由于在第3光传输路径604延伸的方向上存在第1入射区域组104及第2入射区域组105这两者，所以也可以通过在第1及第2入射区域组104、105的边界留下电介质柱而使第3光传输路径604分离。如果这样，则由带通滤波器分离后的第1及第2波段的光不相互干涉，所以能够分别独立地检测第1波段的光的相位差和第2波段的光的相位差。

通过做成这样的结构，从第1及第2入射区域组104、105中的相邻的一对入射区域入射的光的一部分在第3光传输路径干涉，作为干涉光107而从干涉元件106射出。第3光传输路径中的光的干涉状态依赖于从相邻的一对入射区域入射的光的相位差而变化。此外，从入射区域入射的光的另一部分作为透射光108从干涉元件106射出。通过将这些干涉光107及透射光108的强度用摄像元件109的像素检测，能够与由多个光耦合层502构成干涉元件的情况同样地求出光的相位差信息。

图6a表示如图4a所示1维地配置有第1及第2入射区域组104、105的干涉元件106的截面结构。

图6b及图6c表示第1及第2入射区域组104、105如图4b、图4c及图4d所示配置在不同的列中的情况下的干涉元件106的截面结构。在该结构中，由于在第3光传输路径604延伸的方向上仅存在第1入射区域组104或第2入射区域组105中的某一方，所以即使不将第3光传输路径604分离，也能够分别独立地检测第1波段的光的相位差和第2波段的光的相位差。

图6d表示第1及第2入射区域组104、105如图4e所示配置为棋盘格图案状的情况下的干涉元件106的截面结构。在图6a及图6d中为在相同列中配置第1及第2入射区域组104、105的结构。在这样的结构中，如图6a及图6d所示，如果按从入射区域入射的每个波段将光传输路径分离，则能够分别独立地检测第1波段的光的相位差和第2波段的光的相位差。

(摄像元件的像素配置)

在图1、图5及图6中将摄像元件109表示为剖视图，而使用图7a至图7e说明从正面(即光入射侧)观察的情况下的摄像元件109内的像素组的配置例。

图7a至图7e分别表示如图4a至图4e所示配置了第1及第2入射区域组104、105的情况下的像素组的配置例。像素组的配置为：入射到第1入射区域组104中的光的干涉光107向第1像素组110中的某一个像素入射、入射到第1入射区域组104中的光的透射光108向第2像素组111中的某一个像素入射、入射到第2入射区域组105中的光的干涉光107向第3像素组112中的某一个像素入射、入射到第2入射区域组105中的光的透射光108向第4像素组113中的某一个像素入射。各入射区域的位置与各像素的位置大致一致、即大致没有偏差时使向各像素的不需要的串扰成分减少，所以更为优选。

(运算部的结构例)

使用图8及图9，说明来自图1所示的光检测装置的摄像元件109的信号的流程、和运算部的结构的例子。

如图8所示，定义入射区域及遮光区域和从摄像元件的各像素输出的信号。各信号都根据入射到对应的各像素中的光的强度而输出。

入射区域及遮光区域如以下这样称呼。将属于第m入射区域组的第n个入射区域用amn表示。am1和am2的组、am3和am4的组分别是第m入射区域组的相邻的一对入射区域。将处于入射区域之间的第n个遮光区域(或不是入射区域的区域)用s0n表示。

信号如以下这样称呼。将来自处于入射区域amn或遮光区域smn的正下方的像素的、透射光的信号用tmn表示。将来自处于入射区域amn或遮光区域smn的正下方的像素的、干涉光的信号用imn表示。

如图9所示，第1运算部114以信号t11，i01，t12，t13，i03，t14为输入，输出第1相位差信息p11，p01，p12，p13，p03，p14。此外，第2运算部115以信号t21，i02，t12，t23，i04，t24为输入，输出第2相位差信息p21，p02，p22，p23，p04，p24。此外，第3运算部118以第1相位差信息p11，p01，p12，p13，p03，p14及第2相位差信息p21，p02，p22，p23，p04，p24为输入，输出等价相位差信息e11，e01，e12，e13，e02，e22，e13，e03，e14，e23，e04，e24。这些信息既可以是用电信号表示的信息，也可以是保持在计算机等的存储器中的信息。此外，第1、第2及第3运算部114、115、118既可以由1个或多个电子电路构成，也可以包含于在计算机、服务器、便携电子设备等中动作的程序中。

第1相位差信息116是相对于第1波段的中心波长(即以往例的λ1)的相位差信息，第2相位差信息117是第2波段的中心波长(即以往例的λ2)相位差信息。将从入射区域amn或遮光区域smn的位置离开了相邻距离dadj(即相邻的一对入射区域间的距离)的光彼此的相位差信息用pmn表示。

等价相位差信息119是相对于等价波长(即以往例的λeff)的相位差信息。将从入射区域amn或遮光区域smn的位置离开了相邻距离dadj(即相邻的一对入射区域间的距离)的光彼此的等价相位差信息用emn表示。

第1运算部114根据使第1波段的光干涉或透射而输出的信号(t11，i01，t12，t13，i03，t14)，通过运算求出各个入射区域或遮光区域中的相位差信息(p11，p01，p12，p13，p03，p14)。这可以预先通过实验求出干涉光107或透射光108的光强度与正上方的入射区域或遮光区域中的相位差的关系，并作为表或计算式保持在存储器中，使用保持的表或计算式来求出。例如，使相位差为已知的两个第1波长的光向第1入射区域组的相邻的两个入射区域入射，测量干涉光或透射光的强度。通过使两个第1波长的光的相位差不同、重复干涉光或透射光的强度测量，能够通过实验求出相位差与光强度的关系。根据使用的光的波长通过计算来求出与相位差对应的距离。

第2运算部115与第1运算部114同样，根据使第2波长区域的光干涉或透射而输出的信号(t21，i02，t12，t23，i04，t24)，通过运算求出各个入射区域或遮光区域中的相位差信息(p21，p02，p22，p23，p04，p24)。

第3运算部118使用与第1波段的光关联的第1相位差信息(p11，p01，p12，p13，p03，p14)和与第2波段的光关联的第2相位差信息(p21，p02，p22，p23，p04，p24)，求出等价相位差信息(e11，e01，e12，e13，e02，e22，e13，e03，e14，e23，e04，e24)。等价相位差信息可以使用在专利文献1或非专利文献1中记载的周知的方法求出。

这里，相位差信息并不一定需要与全部的入射区域或遮光区域(即，摄像元件的像素)建立对应而求出。也可以是求出遍及多个入射区域或遮光区域的区域(例如图8的a11，s01及a12区域)的平均的相位差信息。此外，作为相位差信息也可以不是求出实际的相位差的值本身，只要是与入射到干涉元件的特定的区域间中的光的相位差有关联的值就可以。基于该相位差信息求出被测量物体的形状。

(第1实施方式的效果)

根据本实施方式，由于在接近于摄像元件109的干涉元件106的内部产生干涉光，所以不再需要半反射镜或参照镜等大型的光学部件，能够实现比以往小型的光检测装置。此外，由于用设置在干涉元件正上方或光瞳区域附近的带通滤波器将两个波段分离，所以不需要使用多个摄像管或摄像元件，与以往相比能够使光检测装置的光学部分小型化。此外，由于在计测中使用多个波段的光，所以即使是超过光的波长的有阶差的物体也能够没有错误地计测形状。进而，不需要为了干涉现象的发生而将光路在空气中引绕，所以能够得到不易受到周围环境(例如空气对流或振动)的影响的精密的计测结果。

(第2实施方式)

在第1实施方式中，通过使入射光透射带通滤波器，得到了中心波长不同的两个波段的光。根据第1实施方式，即使在入射光是波段某种程度宽的光(例如卤素灯或白色led光源)情况下，通过使用比入射光的波段窄的通带的带通滤波器，也能够适当地得到两个波段的光。

相对于此，如果作为入射光的两个波段的光原本分别具有与带通滤波器的透射波段相同程度的宽度的波长波谱，则也可以考虑不具有带通滤波器的结构的实施方式。以下，对该实施方式进行说明。作为这样的光源，例如可以举出激光源。

图10是说明本申请的第2实施方式的结构的图。

照明1001向被测量物体照射第1或第2波段的光。波段切换器1002控制照明1001，以使照明1001将中心波长不同的两个波段的光分时地切换而放射。

例如也可以是，照明1001具备波长可调谐激光源，波段切换器1002具备对波长可调谐激光源的波长进行切换的电路。此外也可以是，照明1001具备放射波段不同的两个激光源，波段切换器1002具备将两个激光源的放射/非放射交替地切换的电路。此外也可以是，照明1001具备波段比较宽的光源和多个带通滤波器，波段切换器1002具备将配置在来自光源的光路上的带通滤波器交替地切换的机构。

在被测量物体透射或反射的光作为入射光向光学系统1003入射。光学系统1003不将入射光的波段在空间上划分，而使第1或第2波段的光1004向第5入射区域组1005入射。在干涉元件106内干涉光107和透射光108发生的过程与第1实施方式是同样的。此外，在摄像元件109的第5像素组1006和第6像素组1007中发生干涉光107和透射光108的过程也与第1实施方式是同样的。与第1实施方式不同的是，第1及第2波段的光1004、1005对哪个入射区域及哪个像素都能够入射。

将从第5像素组1006及第6像素组1007输出的光强度信号向第4运算部1009输入。第4运算部1009基于输入的信号，计算第1相位差信息116及第2相位差信息117并输出。根据光强度信号求出相位差信息的过程与第1实施方式是同样的。不同的是，基于来自波段切换器1002的同步信号1008，使用被照射第1波段的光的定时的光强度信号求出第1相位差信息116，使用被照射第2波段的光的定时的光强度信号求出第2相位差信息117。

与第1实施方式同样，在第3运算部118中，基于第1相位差信息116及第2相位差信息117计算等价相位差信息119并输出。

在这样的结构中，由于在光学系统中不需要使用带通滤波器，所以能够实现更简单的结构的光检测装置。

(第3实施方式)

在第2实施方式中，说明了将中心波长不同的两个波段的照明分时地切换而放射的结构。在第3实施方式中，对将这两个波段的照明同时照射的结构进行叙述。

图11是说明本申请的第3实施方式的结构的图。

第1波段的照明1101和第2波段的照明1102被同时向被测量物体照射。这两个照明具有中心波长不同的放射波段。此外，更优选的是这两个照明使用例如分束器使光轴及放射方向相同而放射。

在被测量物体透射或反射的光作为入射光向光学系统1003入射。光学系统1003不将入射光的波段在空间上划分，而使第1及第2波段的光1103向第5入射区域组1005入射。与第2实施方式同样，第1及第2波段的光对于第5入射区域组的哪个入射区域及哪个像素都能够入射。

干涉光107向第5像素组1006入射，透射光108向第6像素组1007入射。这里，由于干涉光107及透射光108是从第1及第2两者的波段的光生成的，所以发生两个波段的光的叠加。

在此状态下，虽然不能独立地取得基于第1及第2波段的相位差的光强度信号，但代之在来自像素组的信号中包含相当于将入射到相邻的一对入射区域中的光的相位差以等价波长观测的情况的成分。在第5运算部1104中，将相当于以该等价波长观测的情况的成分提取，计算等价相位差信息119。

在这样的结构中，由于不需要分时地切换照明，所以能够实现更简单的结构的光检测装置。

(第1实施例)

以下，说明本申请的第1实施例。

在本实施例中，第1入射区域组104和第2入射区域组105的配置为图4c所示的形态。即，在干涉元件106中，第1入射区域组和第2入射区域组按每1列交替地配置。换言之，第1波段的光(设该光的中心波长为λ1)和第2波段的光(设该光为λ2)在干涉元件106上按每1列交替地入射。在各列中，入射区域和遮光区域交替地配置。

假设第1～第4像素组110～113具有图7c所示的形态。如上述那样，第1及第2像素组和第1入射区域组、第3及第4像素组和第2入射区域组分别处于对应关系。像素数为100像素×100像素。

在图12中表示在本实施例中使用的干涉元件的具体的截面构造。干涉元件106具有光耦合层。入射光被朝向入射区域1201及遮光区域501照射。遮光层1202是为了将入射区域与遮光区域区分而设置的。遮光层的材料为al，厚度为100nm。入射区域及遮光区域的宽度都是5.6μm。

光耦合层502由6层波导层构成，在波导层的上下界面形成有光栅。波导层是折射率相对高的透明层，在本实施例中使用ta2o5构成。夹着波导层的材料是折射率相对低的透明层，在本实施例中使用sio2构成。光栅的深度是0.2μm，间距(图12中的λ)是0.45μm。ta2o5层的厚度(图12中的t1)是0.34μm，波导层间的sio2层的厚度(图12中的t2)为0.22μm。

对于这样的构造的干涉元件106使波长850nm的光垂直于入射面而入射时，通过fdtd(finite－differencetime－domainmethod)法计算从干涉光区域1203放射的干涉光107的强度和从透射光区域1204放射的透射光108的强度。作为入射光的参数，使向相邻的入射区域1201入射的光的强度同等，使相位差从－180度变化到180度。

在图13中表示与入射光的相位差对应的干涉光107及透射光108的强度的计算结果(在图中，将相位差的单位“度”表述为[deg.])。强度比表示相对于入射光的强度的比率。

在相位差大致是0度(即同相)的情况下，干涉光的强度为最大，透射光的强度为最小。此外，在相位差大致为±180度的情况下，干涉光的强度为最小，透射光的强度为最大。根据这些结果可知，干涉光和透射光的强度对应于相位差而变化。这表示在干涉元件内从相邻的入射区域入射的光相互干涉的结果是放射干涉光及透射光。

接着，使用该结果通过计算说明根据透射了被测量物体的光推测物体的形状的过程。

作为被测量物体而设定图14a所示的形状的试样。试样由较细的楔子状的底部和中央的凸部构成。在图14b中表示从x方向观察试样时的形状的概略。楔子的粗细是600nm，凸部的高度是50μm。试样的折射率为1.45。

假设在从该试样的底面侧入射的光透射试样、发生了光路长差的状态下作为入射光向光学系统入射。此外，假定穿过了与试样的x＝1～100及y＝1～100的范围的平面对应的区域的光入射到摄像元件的100×100像素的范围的像素中。

假设向试样入射的光的中心波长为λ1＝845nm及λ2＝855nm。各自的光的带宽在半值全宽下是5nm。

在图15中表示入射到摄像元件的各像素中的光的强度。图15a是中心波长λ1的干涉光(即入射到第1像素组中的光)，图15b是中心波长λ2的干涉光(即入射到第2像素组中的光)，图15c是中心波长λ1的透射光(即入射到第2像素组中的光)，图15d是中心波长λ2的透射光(即入射到第4像素组中的光)。在图15的各图中，不对应于图示的像素组的像素(例如对应于图15a的第2、第3及第4像素组的像素)的强度表示为零。根据图15的各图可知，当以列方向(即图的y方向)观察时，在相邻的入射区域中光路长差大幅变化的部位发生了较大的强度变化。

在实际的计测中，如果使用图13所示的关系，则能够根据入射到摄像元件的各像素中的光的强度来求出该像素中的相位差的绝对值。这相当于通过第1运算部114及第2运算部115中的运算求出相位差信息的工序。但是，由于按每1列交替地取得中心波长λ1的相位差值和中心波长λ2的相位差值，所以在各自的中心波长下不能取得相位差的绝对值的列例如通过从两个邻列的相位差的绝对值进行插补来求出相位差的绝对值。将这样计算出的中心波长λ1及λ2下的相位差的绝对值分别表示在图16a及图16b中。

为了判别相位差的极性，例如只要观测以x方向为轴将试样稍稍倾斜时的相位差的绝对值的变化就可以。这是因为，相位差的绝对值的增减方向根据相位差的极性而变化。这样，将带极性求出的中心波长λ1及λ2下的相位差的值分别表示在图17a及图17b中。

根据中心波长λ1及λ2下的相邻的入射区域的相位差的值计算等价波长λeff下的相邻的入射区域的相位差的值时只要使用在专利文献1或非专利文献1等中记载的方法就能够实现。这相当于通过第3运算部118中的运算求出相位差信息的工序。将这样求出的等价波长λeff下的相位差值表示在图18中。

如果将λeff下的相位差值在列方向上积分，则能够计算λeff下的相位值。图19是λeff下的相位值的计算结果。

另外，也可以将λ1及λ2下的相位差值分别在列方向上积分而计算λ1及λ2下的相位值，根据该计算结果求出λeff下的相位值。将λ1及λ2下的相位值分别表示在图20a及图20b中。

由于能够根据λeff下的相位值求出光路长差的分布，所以能够使用试样的折射率的值将试样的形状复原并推测。将推测出的形状表示在图21中。可知能够大致复原出图14a所示的原来的试样的形状。

能够将如该试样那样高度有约50μm的阶差的形状没有错误地复原，是因为使用了λ1及λ2这两个波长的光。由于本实施例的等价波长λeff为(855×845)/(855－845)＝72.2μm，所以只要是与不超过该等价波长的光路长差对应的阶差，就能够没有错误地复原。作为比较，将仅根据λ1或λ2中的某一个的光将形状复原的结果表示在图22a及图22b中。由于试样的凸部的阶差超过了波长，所以可知未能将形状正确地复原。

如以上所述，本申请提供一种光学部分更小型、更不易受到周围环境的影响、即使是有超过光的波长的阶差的物体也能够没有错误地测量形状的光检测装置。

(第2实施例)

以下，对本申请的第2实施例进行叙述。

本实施例说明用在本申请的第3实施方式中叙述的光检测装置计测被测量物体的阶差的方法。

光检测装置使用图11所示的结构。即，构成为不将第1及第2波段的光通过光学系统在空间上分离。干涉元件的构造与上述第1实施例是同样的。此外，与第1实施方式同样，向试样入射的光的中心波长为λ1＝845nm及λ2＝855nm。

作为被测量物体而设想了图23所示的形状的试样。使高度不同的两个试样接触而设置，设试样间的阶差为l。试样的折射率为1.45。

假设在从该试样的底面侧入射的光透射试样、因阶差而产生了光路长差的状态下，作为入射光向光学系统入射。

将在入射到相邻的一对入射区域中的光具有该光路长差的情况下得到的干涉光和透射光的强度分别表示在图24a及图24b中。强度比表示干涉光或透射光相对于入射光的强度的比。此外，关于强度比，以阶差l为参数，分为中心波长λ1和λ2而描绘。由于λ1和λ2波长不同，所以即使是相同的阶差l，相位差也会有偏差。结果可知，干涉光及透射光的强度也在λ1和λ2下根据阶差l而强度有偏差。

在图11所示的光检测装置的结构中，由于中心波长λ1和λ2的光同时向摄像元件的像素入射，所以从摄像元件得到的光强度信号成为使λ1和λ2的光叠加的强度。将描绘了叠加后的干涉光及透射光的强度与阶差l的关系的图分别表示在图25a及图25b中。由图可知，在干涉光及透射光中，包络线的成分都相对于阶差l平缓地变化。这是相当于等价波长λeff下观测了相位差的情况的成分。

如果使用该现象，则例如能够使试样热膨胀而计测阶差l的变化。即，如果一边使阶差l变化一边观测干涉光或透射光的强度，提取包络线的成分(这相当于第5运算部中进行运算的工序)，则能够没有错误地计测超过入射光的波长的阶差。

另外，在上述实施方式的光检测装置中，使入射光为中心波长不同的两个波段的光，但也可以是3个以上的波段。此外，波长的值也并不限于上述，只要根据用途设定最优的值就可以。

此外，在上述实施方式及实施例中使用的光检测装置的结构并不限于上述结构，可以在满足上述发明的结构及效果的范围内变更为适当的结构。

本申请的光检测装置能够应用于产业用、医疗用、美容用、安全用、车载用等的计测。此外，对于数字静像照相机及摄像机等能够附加相位差分布或相位分布这样的新的摄像功能。