JP2011226871A - 形状測定方法及び装置並びに歪み測定方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光源部11からの光22を格子板12に照射し、格子板12を透過した光23を被測定物14上に格子像として投影し、その格子像を撮影して格子像の歪みから被測定物14の3次元形状を計算して数値化する。三次元形状の数値化は、格子像の画像データ取り込みステップ、取り込んだ画像データの二次元フーリエ変換ステップ、n次のピーク信号取り出しステップ、位相分布を含む信号の逆フーリエ変換ステップ、及び三次元形状数値化ステップをその順で含む。
【選択図】図3
Description
ることを特徴とする。
図1に示すホログラム光学系101は、被測定物105を配置した場合のホログラム撮影系であって、光源部103と、分光部104と、分光部104の光路内に配置された被測定物105と、ホログラム感光板120とで構成されている。ここで、光源部103は、光源(例えばHe−Neレーザー等のレーザー)111と、1/4波長板112,113と、レンズ114と、コリメーターレンズ115とで構成されている。分光部104は、2つのビームスプリッター116,117と、2つのミラー118,119と、ホログラム感光板120とで構成されている。被測定物105は、第1ミラー118と第2ビームスプリッター117との間に配置されている。
る。
本発明に係る形状測定方法は、図3に示すように、光源部11からの光22を格子板12に照射し、格子板12を透過した光23を被測定物14上に格子像として投影し、その格子像を撮影して格子像の歪みから被測定物14の3次元形状を数値化するフリンジ投影法による形状測定方法である。そして、その三次元形状の数値化が、格子像の画像データ取り込みステップ、取り込んだ画像データの二次元フーリエ変換ステップ、n次のピーク信号取り出しステップ、位相分布を含む信号の逆フーリエ変換ステップ、及び三次元形状数値化ステップをその順で含むことを特徴とする。
光源部11は、少なくとも光源1を含み、必要に応じて各種のレンズ等を有している。光源1の種類は特に限定されないが、例えばハロゲンランプ等が用いられる。図3に例示した光源部11は、光源1、減光(Neutral Density, ND)フィルター2、レンズ3、空間フィルター4及びレンズ5の順で構成されている。この例では、光源1を出射した可干渉光束21は、減光(Neutral Density, ND)フィルター2を透過した後、レンズ3、空間フィルター4及びレンズ5で構成されたコリメータを経て、拡大された平行光22となる。この平行光22は、格子板12に入射する。
上記した被測定物表面に映し出された曲線群の歪みは、ホログラム上の干渉縞の光路長分布ψ(x,y)(上記式(1)参照)による干渉縞歪みと等価である。本発明では、その歪んだ曲線(干渉縞歪み)を画像データとして撮像装置15によって取り込み(画像取り込みステップ)、その後、取り込んだ画像データを二次元フーリエ変換し(フーリエ変換ステップ)、その後、格子像のピッチに相当する周波数の整数倍付近に現れたピーク信号を取り出す(n次のピーク信号取り出しステップ)。その後、格子像の歪み分布を信号の位相分布として捕らえ、その位相分布を含む信号を逆フーリエ変換し(逆フーリエ変換ステップ)、その後、三次元形状を直接数値化して画像等にする(三次元形状数値化ステップ)。すなわち、被測定物表面に投影された格子像の画像データ取り込みステップ、取り込んだ画像データの二次元フーリエ変換ステップ、n次のピーク信号取り出しステップ、位相分布を含む信号の逆フーリエ変換ステップ、及び三次元形状数値化ステップをその順で含む方法である。この点、従来のホログラム法やモアレトポグラフィーとは異なる。
図5〜図8は、本発明に係るフリンジ投影法による形状測定方法及び装置を用いた実験例である。図5は被測定物の表面に投影された格子像であり、図6は図5の格子像のA−A方向でのフーリエスペクトルである。また、図7は図6のフーリエスペクトルの1次ピークから求めた形状画像であり、図8は図6のフーリエスペクトルの4次ピークから求めた形状画像である。
上記の例では、被測定物の表面に格子像を投影しているが、格子像を得る手段としては、回折格子、透明板又は反射板に描かれた格子状パターン、あるいは液晶デスプレイデバイス素子(透過型LC空間光変調器等)等がある。いずれの素子も同様な効果を得ることができる。特に液晶デスプレイデバイス素子は、コンピュータと電子システムとしての親和性があり、装置として操作性がよいが、格子密度を高くすることには限界がある。一般に格子密度の高い格子像を投影するほど測定精度は高まる。液晶デスプレイデバイス素子からの格子像は2値画像に限りなく近く、強い非線形性を持つ。そのため、本発明で液晶デスプレイデバイス素子を用いたときは、高精度を保ちつつ、操作性のよい三次元測定置を実現できる。
本発明に係る歪み測定方法は、被測定物の表面に格子パターンを印刷し、その後、その被測定物に応力を加えた後に格子パターンを撮影し、その格子パターンの変形から被測定物に加わった歪みを数値化する方法である。歪みの数値化は、上記形状測定方法の場合と同じであり、変形した格子パターンの画像データ取り込みステップ、取り込んだ画像データの二次元フーリエ変換ステップ、n次のピーク信号取り出しステップ、位相分布を含む信号の逆フーリエ変換ステップ、及び歪みの数値化ステップをその順で含む。歪みの数値化には、データ化、グラフ化、画像化が含まれる。
2 減光フィルター
3 レンズ
4 空間フィルター
5 レンズ
10 形状測定装置
11 光源部
12 格子板
13 レンズ
14 被測定物
15 撮像装置(カメラ)
16 演算装置(コンピューター)
17 有線又は無線接続
21 可干渉光束
22 平行光
23 透過光
24 格子投影光軸
25 観察光軸
θ 格子投影光軸と観察光軸との角度
30 歪み測定装置
31 光源
32 1/4波長板
33 レンズ
34 コリメーターレンズ
35 レンズ
36 第1ビームスプリッター
37 第2ビームスプリッター
38 第1ミラー
39 第2ミラー
40 被測定物
41 光源部
42 分光部
43 物体光
44 参照光
45 撮像装置(カメラ)
46 演算装置(コンピューター)
102 第2光学系
103 光源部
104 分光部
105 被測定物
106 撮像部
111 光源
112,113 1/4波長板
114 レンズ
115 コリメーターレンズ
116 第1ビームスプリッター
117 第2ビームスプリッター
118 第1ミラー
119 第2ミラー
120 ホログラム感光板
120’ 現像後のホログラム
121 レンズ
122 ピンホールプレート
123 撮像装置(カメラ)
Claims (4)
- 光源部からの光を格子板に照射し、該格子板を透過した光を前記被測定物上に格子像として投影し、該格子像を撮影して格子像の歪みから前記被測定物の3次元形状を数値化するフリンジ投影法による形状測定方法であって、前記三次元形状の数値化が、前記格子像の画像データ取り込みステップ、取り込んだ画像データの二次元フーリエ変換ステップ、n次のピーク信号取り出しステップ、位相分布を含む信号の逆フーリエ変換ステップ、及び三次元形状数値化ステップをその順で含むことを特徴とする形状測定方法。
- 光源部と、該光源部からの光を透過させる格子板と、透過した光を前記被測定物に投影するレンズと、前記被測定物上の格子像を撮影する撮像装置と、該撮像装置で得た格子像の歪みから前記被測定物の3次元形状を数値化する演算装置とを有するフリンジ投影法による形状測定装置であって、前記演算装置が、前記格子像の画像データ取り込みステップ、取り込んだ画像データの二次元フーリエ変換ステップ、n次のピーク信号取り出しステップ、位相分布を含む信号の逆フーリエ変換ステップ、及び三次元形状数値化ステップをその順で含むことを特徴とする形状測定装置。
- 被測定物の表面に格子パターンを印刷し、その被測定物に応力を加えた後に該格子パターンを撮影し、その格子パターンの変形から前記被測定物に加わった歪みを数値化する歪み測定方法であって、前記歪みの数値化が、前記変形した格子パターンの画像データ取り込みステップ、取り込んだ画像データの二次元フーリエ変換ステップ、n次のピーク信号取り出しステップ、位相分布を含む信号の逆フーリエ変換ステップ、及び歪みの数値化ステップをその順で含むことを特徴とする歪み測定方法。
- 光源部と、該光源部からの光を物体光と参照光とに分ける分光部と、前記物体光の光路内に配置される被測定物と、該被測定物の透過光と参照光とからなる干渉縞を撮影する撮像装置と、該撮像装置で得た干渉縞から前記被測定物の歪みを計算する演算装置とを有する歪み測定装置であって、前記演算装置が、前記干渉縞の画像データ取り込みステップ、取り込んだ画像データの二次元フーリエ変換ステップ、n次のピーク信号取り出しステップ、位相分布を含む信号の逆フーリエ変換ステップ、及び歪みの数値化ステップをその順で含むことを特徴とする歪み測定装置。
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