JP2812371B2 - 表面形状測定装置 - Google Patents
表面形状測定装置Info
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- JP2812371B2 JP2812371B2 JP10350691A JP10350691A JP2812371B2 JP 2812371 B2 JP2812371 B2 JP 2812371B2 JP 10350691 A JP10350691 A JP 10350691A JP 10350691 A JP10350691 A JP 10350691A JP 2812371 B2 JP2812371 B2 JP 2812371B2
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- Japan
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- slit
- lens
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- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、物体の表面形状を非接
触で測定するシステムの測定装置の構造に関する。
触で測定するシステムの測定装置の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】非接触で物体の表面形状を測定する装置
はいくつかあるが、レンズによる光の屈折における波長
間の屈折率の差を利用した装置、いわゆる色収差を利用
した装置は、精度が高い割に測定範囲が広いことで注目
されている。
はいくつかあるが、レンズによる光の屈折における波長
間の屈折率の差を利用した装置、いわゆる色収差を利用
した装置は、精度が高い割に測定範囲が広いことで注目
されている。
【０００３】色収差を利用した装置を図６を用いて説明
する。白色光源６０１は幅広い周波数帯域の光を発す
る。白色光源６０１からでた光は集光レンズ６０２によ
ってピンホ−ル開口６０３付近に集光される。ピンホ−
ル開口６０３を透過した光は屈折率分散の大きいレンズ
６０５を通り各波長ごとに異なる位置に焦点を結ぶ。例
えば波長λｉが焦点を結ぶ位置ａｉに物体６０６がある
とするとこの物体６０６から反射してくる光には波長λ
ｉの光の成分が最も大きいと考えられるから、とにかく
反射光の中に含まれる最も強い光の波長がわかれば物体
までの距離がわかることになる。この装置では、反射光
をレンズ６０５により集光し、ハ−フミラ−６０４とピ
ンホ−ル開口６０７を介して回折格子６０８により分光
し、１次元画像を撮像する光電変換素子６０９の出力の
うち最大のものの位置Ｘを求めることで波長を検出す
る。
する。白色光源６０１は幅広い周波数帯域の光を発す
る。白色光源６０１からでた光は集光レンズ６０２によ
ってピンホ−ル開口６０３付近に集光される。ピンホ−
ル開口６０３を透過した光は屈折率分散の大きいレンズ
６０５を通り各波長ごとに異なる位置に焦点を結ぶ。例
えば波長λｉが焦点を結ぶ位置ａｉに物体６０６がある
とするとこの物体６０６から反射してくる光には波長λ
ｉの光の成分が最も大きいと考えられるから、とにかく
反射光の中に含まれる最も強い光の波長がわかれば物体
までの距離がわかることになる。この装置では、反射光
をレンズ６０５により集光し、ハ−フミラ−６０４とピ
ンホ−ル開口６０７を介して回折格子６０８により分光
し、１次元画像を撮像する光電変換素子６０９の出力の
うち最大のものの位置Ｘを求めることで波長を検出す
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この装
置は点の計測であるために、実際の物体表面を計測する
ためには２次元的な機械的移動が必要である。これは機
構的にも複雑になり、高速性も期待できない。また物体
色にも影響されやすいという問題があった。
置は点の計測であるために、実際の物体表面を計測する
ためには２次元的な機械的移動が必要である。これは機
構的にも複雑になり、高速性も期待できない。また物体
色にも影響されやすいという問題があった。
【０００５】そこで本発明においては、この色収差を利
用した装置を改良し、システムの機構をより簡単に、か
つ高速に測定可能で、物体色にも影響されにくい装置を
提供するものである。
用した装置を改良し、システムの機構をより簡単に、か
つ高速に測定可能で、物体色にも影響されにくい装置を
提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明のおいては、広い
周波数帯域の光を放つ光源部と、この光源部からの光を
制限するスリットと、このスリットを透過した光を物体
上にスリット光として投影する屈折率分散の大きい投光
レンズと、この投光レンズと光軸が同軸でかつ前記物体
からの光学的距離が等しい光学的特性の同じ結像レンズ
と、前記投光レンズに対するスリットの位置と前記結像
レンズに対して光学的に同等の位置にあるスリットと、
このスリットを透過する光の一部をさえぎるマスクと、
このスリットを透過した光を集光するレンズと、このレ
ンズを透過した光を検出する分光感度特性のことなる２
つ以上の光電変換器から構成する。
周波数帯域の光を放つ光源部と、この光源部からの光を
制限するスリットと、このスリットを透過した光を物体
上にスリット光として投影する屈折率分散の大きい投光
レンズと、この投光レンズと光軸が同軸でかつ前記物体
からの光学的距離が等しい光学的特性の同じ結像レンズ
と、前記投光レンズに対するスリットの位置と前記結像
レンズに対して光学的に同等の位置にあるスリットと、
このスリットを透過する光の一部をさえぎるマスクと、
このスリットを透過した光を集光するレンズと、このレ
ンズを透過した光を検出する分光感度特性のことなる２
つ以上の光電変換器から構成する。
【０００７】
【作用】このような構成とすることにより、最終的に光
電変換器に入射する光は非常に狭帯域幅のものとなる。
この光を分光感度特性のちがう光電変換器で測定する
が、光電変換器が２つの場合、例えば図２のような分光
感度特性のものを使えば、ある単色光はその強度に関係
なく波長を確定することができる。つまり完全な単色光
であれば物体色に関係なく波長が決定できる。完全な単
色光でなくても充分に狭帯域幅の光であればほとんど物
体色に影響されずに波長が決定できる。波長がきまれば
従来技術と同様にして物体までの距離を求めることがで
きる。光電変換器に１次元走査型の光電変換器をおけ
ば、各画素ごとに距離が求まることになり、２次元的な
機械的移動が必要であったものが、１方向は電気的な走
査におきかえることができ機構的な簡素化と高速化が可
能となる。
電変換器に入射する光は非常に狭帯域幅のものとなる。
この光を分光感度特性のちがう光電変換器で測定する
が、光電変換器が２つの場合、例えば図２のような分光
感度特性のものを使えば、ある単色光はその強度に関係
なく波長を確定することができる。つまり完全な単色光
であれば物体色に関係なく波長が決定できる。完全な単
色光でなくても充分に狭帯域幅の光であればほとんど物
体色に影響されずに波長が決定できる。波長がきまれば
従来技術と同様にして物体までの距離を求めることがで
きる。光電変換器に１次元走査型の光電変換器をおけ
ば、各画素ごとに距離が求まることになり、２次元的な
機械的移動が必要であったものが、１方向は電気的な走
査におきかえることができ機構的な簡素化と高速化が可
能となる。
【０００８】
【実施例】本発明の一実施例を図１に示し、以下投光系
と受光系に分けて説明する。図３に投光系を示す。光源
１ａからでた光３０１はシリンドリカルレンズ１ｂによ
りスリット状に集光されスリット２を照射する。スリッ
ト２を通過した光３０１はリレ−レンズ３を介し図１に
示したハ−フミラ−４を介して投光レンズ５に入射し、
スリット２が結像する形で物体面に照射される。投光レ
ンズ５は屈折率分散の大きいレンズであり、光３０１は
周波数帯域の広い光であるから投光レンズ５の色収差に
より、各波長毎に異なる位置でスリット２の像を結像す
る。波長λ１の結像位置３０２をａ１、波長λｉの結像
位置７をａｉ、波長λｎの結像位置３０３をａｎとす
る。λ１〜λｎが本装置で用いる有効波長範囲でありａ
ｎ−ａ１が本装置の測定範囲となる。次に受光系を図
２、図４、図５を用いて説明する。本実施例では投光と
結像に同一のレンズ５を使用している。物体７から反射
する光は、物体７の位置に結像した波長λｉの光が強く
含まれており、また波長λｉの光のみがスリット８の位
置に結像する。スリット８を通過する光波長λｉ近傍の
光が断然強いが、それ以外の光も含まれている。しかし
ながら、λｉ近傍でない光でスリット８に入射できる光
線の角度は非常に限られているため、図５（ｂ），図５
（ｃ）に示すようにマスク１０によってほぼ完全に遮断
される。λｉ近傍の光は図５（ａ）のようにマスク１０
によっても完全には遮断されず斜線部の光線６０２はマ
スクを通過し光電変換器１３ａおよび１３ｂで検出され
る光となる。シリンドリカルレンズ９はリレ−レンズで
あり光をレンズ１１に導く。マスク１０を通過した光は
レンズ１１により再び集光されハ−フミラ−１２を介し
て光電変換器１３に焦点を結ぶ。光電変換器１３は図２
に示すような分光感度特性をもつため強度にかかわらず
波長の同定ができる。同定された波長から、あらかじめ
測定された波長と物体までの距離の関係により所望の計
測結果が得られる。光電変換器１３ａ，１３ｂはライン
型のＣＣＤセンサであり、各画素毎に計測値が得られる
ため、１次元的な計測は機械的な駆動部なしで可能であ
る。物体色の影響についても、マスク１０を通過する帯
域の光が、全体的に増減するような物体色、つまりマス
ク１０を通過する帯域幅に対して充分なだらかに変化す
るような物体色に対してはほとんど影響されない。
と受光系に分けて説明する。図３に投光系を示す。光源
１ａからでた光３０１はシリンドリカルレンズ１ｂによ
りスリット状に集光されスリット２を照射する。スリッ
ト２を通過した光３０１はリレ−レンズ３を介し図１に
示したハ−フミラ−４を介して投光レンズ５に入射し、
スリット２が結像する形で物体面に照射される。投光レ
ンズ５は屈折率分散の大きいレンズであり、光３０１は
周波数帯域の広い光であるから投光レンズ５の色収差に
より、各波長毎に異なる位置でスリット２の像を結像す
る。波長λ１の結像位置３０２をａ１、波長λｉの結像
位置７をａｉ、波長λｎの結像位置３０３をａｎとす
る。λ１〜λｎが本装置で用いる有効波長範囲でありａ
ｎ−ａ１が本装置の測定範囲となる。次に受光系を図
２、図４、図５を用いて説明する。本実施例では投光と
結像に同一のレンズ５を使用している。物体７から反射
する光は、物体７の位置に結像した波長λｉの光が強く
含まれており、また波長λｉの光のみがスリット８の位
置に結像する。スリット８を通過する光波長λｉ近傍の
光が断然強いが、それ以外の光も含まれている。しかし
ながら、λｉ近傍でない光でスリット８に入射できる光
線の角度は非常に限られているため、図５（ｂ），図５
（ｃ）に示すようにマスク１０によってほぼ完全に遮断
される。λｉ近傍の光は図５（ａ）のようにマスク１０
によっても完全には遮断されず斜線部の光線６０２はマ
スクを通過し光電変換器１３ａおよび１３ｂで検出され
る光となる。シリンドリカルレンズ９はリレ−レンズで
あり光をレンズ１１に導く。マスク１０を通過した光は
レンズ１１により再び集光されハ−フミラ−１２を介し
て光電変換器１３に焦点を結ぶ。光電変換器１３は図２
に示すような分光感度特性をもつため強度にかかわらず
波長の同定ができる。同定された波長から、あらかじめ
測定された波長と物体までの距離の関係により所望の計
測結果が得られる。光電変換器１３ａ，１３ｂはライン
型のＣＣＤセンサであり、各画素毎に計測値が得られる
ため、１次元的な計測は機械的な駆動部なしで可能であ
る。物体色の影響についても、マスク１０を通過する帯
域の光が、全体的に増減するような物体色、つまりマス
ク１０を通過する帯域幅に対して充分なだらかに変化す
るような物体色に対してはほとんど影響されない。
【０００９】
【発明の効果】本発明により、表面形状測定システムの
構成が簡単になり、かつ高速に計測可能となる。また、
物体色にも影響されにくい測定が可能となる。
構成が簡単になり、かつ高速に計測可能となる。また、
物体色にも影響されにくい測定が可能となる。
【図１】本発明の実施例を示す図である。
【図２】２つの光電変換器の分光感度特性を示す図であ
る。
る。
【図３】本発明の実施例の投光系の部分を示す図であ
り、（ａ）は上方向から（ｂ）は測方から見た図であ
る。
り、（ａ）は上方向から（ｂ）は測方から見た図であ
る。
【図４】本発明の実施例の受光系の部分を示す図であ
り、（ａ）は上方向から（ｂ）は測方から見た図であ
る。
り、（ａ）は上方向から（ｂ）は測方から見た図であ
る。
【図５】受光系の波長選択の様子を説明するための図で
あり、（ａ）は測定される波長の場合であり、（ｂ），
（ｃ）は不必要な波長が除去される様子を示している。
あり、（ａ）は測定される波長の場合であり、（ｂ），
（ｃ）は不必要な波長が除去される様子を示している。
【図６】従来技術の例を示す図である。
１ａ 光源 １ｂ シリンドリカルレンズ ２ スリット ５ 投光レンズ兼結像レンズ ８ スリット １０ マスク １１ 集光レンズ １３ａ 光電変換器 １３ｂ 光電変換器
Claims (1)
- 【請求項１】 広い周波数帯域の光を放つ光源部と、こ
の光源部からの光を制限するスリットと、このスリット
を透過した光を物体上にスリット光として投影する屈折
率分散の大きい投光レンズと、この投光レンズと光軸が
同軸でかつ前記物体からの光学的距離が等しい光学的特
性の同じ結像レンズと、前記投光レンズに対するスリッ
トの位置と前記結像レンズに対して光学的に同等の位置
にあるスリットと、このスリットを透過する光の一部を
さえぎるマスクと、このスリットを透過した光を集光す
るレンズと、このレンズを透過した光を検出する分光感
度特性のことなる２つ以上の光電変換器を備えることを
特徴とした表面形状測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10350691A JP2812371B2 (ja) | 1991-04-10 | 1991-04-10 | 表面形状測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10350691A JP2812371B2 (ja) | 1991-04-10 | 1991-04-10 | 表面形状測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04313008A JPH04313008A (ja) | 1992-11-05 |
| JP2812371B2 true JP2812371B2 (ja) | 1998-10-22 |
Family
ID=14355864
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10350691A Expired - Lifetime JP2812371B2 (ja) | 1991-04-10 | 1991-04-10 | 表面形状測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2812371B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009145279A (ja) * | 2007-12-17 | 2009-07-02 | Nikon Corp | ３次元形状測定装置 |
| CN111412861A (zh) * | 2020-03-31 | 2020-07-14 | 天津大学 | 一种线白光表面轮廓测量方法 |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6025905A (en) * | 1996-12-31 | 2000-02-15 | Cognex Corporation | System for obtaining a uniform illumination reflectance image during periodic structured illumination |
| US5912768A (en) * | 1996-12-31 | 1999-06-15 | Cognex Corporation | Depth-from-defocus optical apparatus with invariance to surface reflectance properties |
| US5878152A (en) * | 1997-05-21 | 1999-03-02 | Cognex Corporation | Depth from focal gradient analysis using object texture removal by albedo normalization |
| US6219461B1 (en) | 1997-07-29 | 2001-04-17 | Cognex Corporation | Determining a depth |
| US6148120A (en) * | 1997-10-30 | 2000-11-14 | Cognex Corporation | Warping of focal images to correct correspondence error |
| FR2779517B1 (fr) * | 1998-06-05 | 2000-08-18 | Architecture Traitement D Imag | Procede et dispositif d'acquisition opto-electrique de formes par illumination axiale |
-
1991
- 1991-04-10 JP JP10350691A patent/JP2812371B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009145279A (ja) * | 2007-12-17 | 2009-07-02 | Nikon Corp | ３次元形状測定装置 |
| CN111412861A (zh) * | 2020-03-31 | 2020-07-14 | 天津大学 | 一种线白光表面轮廓测量方法 |
| CN111412861B (zh) * | 2020-03-31 | 2022-02-11 | 天津大学 | 一种线白光表面轮廓测量方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04313008A (ja) | 1992-11-05 |
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