JP2922250B2 - 形状測定装置 - Google Patents
形状測定装置Info
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- JP2922250B2 JP2922250B2 JP7543990A JP7543990A JP2922250B2 JP 2922250 B2 JP2922250 B2 JP 2922250B2 JP 7543990 A JP7543990 A JP 7543990A JP 7543990 A JP7543990 A JP 7543990A JP 2922250 B2 JP2922250 B2 JP 2922250B2
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、プラスチックやガラスなどの透明な材料や
それを用いた製品の形状を求める形状測定装置に関する
ものである。
それを用いた製品の形状を求める形状測定装置に関する
ものである。
［従来の技術］ 近年、成形品の製造技術は向上し、１μｍ以下の形状
精度で量産することが可能となってきた。
精度で量産することが可能となってきた。
従来このような微小な形状は、接触式の表面粗さ計
や、非接触式のオートフォーカス式距離計などを用いて
計測されていた。
や、非接触式のオートフォーカス式距離計などを用いて
計測されていた。
［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、このような従来の計測方式では、測定
子が測定地点のごく近くまで接近した状態で計測しなけ
ればならないため、穴やくぼみなどの微小な形状を計測
したり、突起物の奥の形状を測ることはできなかった。
子が測定地点のごく近くまで接近した状態で計測しなけ
ればならないため、穴やくぼみなどの微小な形状を計測
したり、突起物の奥の形状を測ることはできなかった。
また、従来の測定方式では表面と裏面を２回に分けて
別個に計測する必要があるため、各測定時の測定機の経
時変化や調整不良になる測定誤差が避けられなかった。
別個に計測する必要があるため、各測定時の測定機の経
時変化や調整不良になる測定誤差が避けられなかった。
本発明の目的は、このような従来技術の問題点に鑑
み、形状測定装置において、穴やくぼみなどの微小な形
状や突起物の奥の形状を計測できるようにするととも
に、測定対象の表面と裏面を同時に計測できるようにす
ることにある。
み、形状測定装置において、穴やくぼみなどの微小な形
状や突起物の奥の形状を計測できるようにするととも
に、測定対象の表面と裏面を同時に計測できるようにす
ることにある。
［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するため、本発明の形状測定装置は、
測定対象である透明体に対し所定の明または暗部を有す
る照射光を照射する手段と、この照明光に対し透明体を
相対的に移動させる手段と、この照明光の透明体表面お
よび裏面からの反射光を受光して、それら反射光に含ま
れる前記明または暗部に対応する部分の位置を得、これ
に基づき透明体の裏面の形状を求める手段とを備えてい
る。
測定対象である透明体に対し所定の明または暗部を有す
る照射光を照射する手段と、この照明光に対し透明体を
相対的に移動させる手段と、この照明光の透明体表面お
よび裏面からの反射光を受光して、それら反射光に含ま
れる前記明または暗部に対応する部分の位置を得、これ
に基づき透明体の裏面の形状を求める手段とを備えてい
る。
前記透明体の裏面形状を求める手段は、通常、前記明
または暗部に対応する部分の位置と透明体の屈折率とか
ら透明体の表面の位置と厚さを求め、この表面の位置と
厚さを加算して裏面の形状を求める。
または暗部に対応する部分の位置と透明体の屈折率とか
ら透明体の表面の位置と厚さを求め、この表面の位置と
厚さを加算して裏面の形状を求める。
［作用］ この構成において、測定対象である透明体の表面から
照射光を照射してその表面及び裏面からの反射散乱光を
受光し、照明光の明または暗部の表面反射の位置と裏面
反射の位置を測定して、その位置と測定対象の屈折率よ
り裏面の位置が求められる。したがって、透明体を相対
移動させ照明光で走査しつつ、上記位置測定を行なうこ
とにより、表面の形状と同時に裏面形状が求められる。
照射光を照射してその表面及び裏面からの反射散乱光を
受光し、照明光の明または暗部の表面反射の位置と裏面
反射の位置を測定して、その位置と測定対象の屈折率よ
り裏面の位置が求められる。したがって、透明体を相対
移動させ照明光で走査しつつ、上記位置測定を行なうこ
とにより、表面の形状と同時に裏面形状が求められる。
すなわち、透明体の表面反射光より求めた表面の（厚
み方向の）位置をd1、表面光と裏面光の位置差より求め
た対象の厚さをｄとしたとき裏面の位置d2を d2＝d1＋ｄ として求め、この操作を対象又は測定装置の一部又は全
部を走査して行なってd2の変化を求め、これによって裏
面の形状が決められる。
み方向の）位置をd1、表面光と裏面光の位置差より求め
た対象の厚さをｄとしたとき裏面の位置d2を d2＝d1＋ｄ として求め、この操作を対象又は測定装置の一部又は全
部を走査して行なってd2の変化を求め、これによって裏
面の形状が決められる。
［実施例］ 以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。
第１図は本発明の実施例を示し、同図において１は光
源であるところのランプ、２は光源をたて長形状にする
スリット、３はスリット２の形状を投影する光学レン
ズ、４は測定すべき透明試料、５は投影光の正反射方向
に光軸を設定した結像用光学レンズ、６はレンズ５によ
って結像された像を撮映するテレビカメラ、７は試料４
を計測方向に移動するステージ、８はテレビカメラ６か
らのテレビ信号をデジタル化するAD変換装置、９はAD変
換装置８が出力するデジタルデータより資材４の形状を
求める画像処理装置、10は画像処理装置９からの測定結
果を出力する表示装置、11は画像処理装置10で処理され
た画像を目視する画像モニタである。
源であるところのランプ、２は光源をたて長形状にする
スリット、３はスリット２の形状を投影する光学レン
ズ、４は測定すべき透明試料、５は投影光の正反射方向
に光軸を設定した結像用光学レンズ、６はレンズ５によ
って結像された像を撮映するテレビカメラ、７は試料４
を計測方向に移動するステージ、８はテレビカメラ６か
らのテレビ信号をデジタル化するAD変換装置、９はAD変
換装置８が出力するデジタルデータより資材４の形状を
求める画像処理装置、10は画像処理装置９からの測定結
果を出力する表示装置、11は画像処理装置10で処理され
た画像を目視する画像モニタである。
光源１より発光した光はスリット２によりたて長形状
に成形され、この光は光学レンズ３により透明試料４上
にスリット光として投影される。このとき、透明試料４
の表面反射および裏面反射光がピンボケ状態に陥いらな
いように、光学用レンズ３の開口数NAは、 のように設定する。
に成形され、この光は光学レンズ３により透明試料４上
にスリット光として投影される。このとき、透明試料４
の表面反射および裏面反射光がピンボケ状態に陥いらな
いように、光学用レンズ３の開口数NAは、 のように設定する。
第２図に示すように、試料４に入射角αで入射しよう
とした光は、一部は表面で反射される。一方、内部に入
射した光は、スネルの法則に従って屈折され、そのとき
の屈折率をβ、試料の屈折率をｎとすると ｎ sinβ＝sinα が成り立つ。
とした光は、一部は表面で反射される。一方、内部に入
射した光は、スネルの法則に従って屈折され、そのとき
の屈折率をβ、試料の屈折率をｎとすると ｎ sinβ＝sinα が成り立つ。
屈折光は裏面で反射し、一部は表面まで達して表面反
射光と裏面反射光は同方向に射出することになる。表面
反射光と裏面反射光間の距離をｘ、試料４の厚みをｄと
すると となり、ｘを測定すれば厚さｄを求めることができる。
今、ある仮想的な基準からの表面反射光のずれをx1とす
ると、表面の位置d1は になるから、裏面の位置d2は d2＝d1＋ｄ … となる。このd2の変化を求めることによって、裏面の形
状を求めることが出来る。具体的には測りはじめの表面
位置をd1＝０としこの時の表面反射光位置を基準（即ち
x1＝０の点）として測定を行なう。
射光と裏面反射光は同方向に射出することになる。表面
反射光と裏面反射光間の距離をｘ、試料４の厚みをｄと
すると となり、ｘを測定すれば厚さｄを求めることができる。
今、ある仮想的な基準からの表面反射光のずれをx1とす
ると、表面の位置d1は になるから、裏面の位置d2は d2＝d1＋ｄ … となる。このd2の変化を求めることによって、裏面の形
状を求めることが出来る。具体的には測りはじめの表面
位置をd1＝０としこの時の表面反射光位置を基準（即ち
x1＝０の点）として測定を行なう。
表面反射光及び裏面反射光は、結像用光学レンズ５に
よりテレビカメラ６の撮像面上に投影されビデオ信号化
される。テレビカメラ６より出力されたビデオ信号はAD
変換装置８によりデジタル化され、画像処理装置９によ
り上記d,d1及びd2が計算される。そして、この動作を、
ステージ７を計測手順に従って移動させながら繰り返し
て多数のデータを得ることにより、表面及び裏面形状が
求められる。
よりテレビカメラ６の撮像面上に投影されビデオ信号化
される。テレビカメラ６より出力されたビデオ信号はAD
変換装置８によりデジタル化され、画像処理装置９によ
り上記d,d1及びd2が計算される。そして、この動作を、
ステージ７を計測手順に従って移動させながら繰り返し
て多数のデータを得ることにより、表面及び裏面形状が
求められる。
次に、画像処理装置９における処理を第３図を用いて
説明する。同図は、エリアセンサ（テレビカメラ６）に
よって出力される、スリット光の反射像の一走査線に対
応する出力を示す。図中、縦軸は光の強度（相対値）、
横軸は画面上の位置である。２つのピークのうち、左側
の明るい方のピークが表面反射、右側が裏面反射であ
る。
説明する。同図は、エリアセンサ（テレビカメラ６）に
よって出力される、スリット光の反射像の一走査線に対
応する出力を示す。図中、縦軸は光の強度（相対値）、
横軸は画面上の位置である。２つのピークのうち、左側
の明るい方のピークが表面反射、右側が裏面反射であ
る。
画像処理装置９においては、まず、上記テレビカメラ
６が出力するデータ上の最大値を見つけだし、その値を
もとに閾値を決定する。この閾値は第３図に示すよう
に、２つのピークだけをノイズから分離するように装置
に対して適当に決定される。そして、その閾値を越える
部分を、スリット光部分と判断し、２つのピークについ
て重心をもとめ、それぞれ表面反射光および裏面反射光
の画面上の位置とする。表面反射光と裏面反射光の実際
の位置は、光学系の倍率によって画面上の位置より計算
される。
６が出力するデータ上の最大値を見つけだし、その値を
もとに閾値を決定する。この閾値は第３図に示すよう
に、２つのピークだけをノイズから分離するように装置
に対して適当に決定される。そして、その閾値を越える
部分を、スリット光部分と判断し、２つのピークについ
て重心をもとめ、それぞれ表面反射光および裏面反射光
の画面上の位置とする。表面反射光と裏面反射光の実際
の位置は、光学系の倍率によって画面上の位置より計算
される。
上述のように、表面反射光の位置をx1、表面反射光と
裏面反射光との距離をｘとすれば、上記，式より試
料表面の位置d1および試料の厚さｄが求まり、裏面の位
置d2が式により得られる。
裏面反射光との距離をｘとすれば、上記，式より試
料表面の位置d1および試料の厚さｄが求まり、裏面の位
置d2が式により得られる。
この解析を複数の試料面位置で行うことにより、エリ
アセンサの非走査線方向の形状が求められる。
アセンサの非走査線方向の形状が求められる。
これによれば、投光系にランプ光のスリット光を結像
する光学系を用いているため、レーザスポット光を用い
た時にみられる、表面反射光と裏面反射光間の干渉現象
が現われない。従って、表裏面反射光が近い薄い試料も
計測可能である。また、スリット光を使用しているの
で、スリット光長手方向の形状データはその方向に走査
することなしに得ることができる。また、ステージ７が
移動中にも計測できるので、テレビカメラ６の残像現象
を利用して、テレビカメラ６の１画面撮影期間の平均さ
れた画像を得ることができ、試料４の広い範囲を平均化
した形状を求めることができる。
する光学系を用いているため、レーザスポット光を用い
た時にみられる、表面反射光と裏面反射光間の干渉現象
が現われない。従って、表裏面反射光が近い薄い試料も
計測可能である。また、スリット光を使用しているの
で、スリット光長手方向の形状データはその方向に走査
することなしに得ることができる。また、ステージ７が
移動中にも計測できるので、テレビカメラ６の残像現象
を利用して、テレビカメラ６の１画面撮影期間の平均さ
れた画像を得ることができ、試料４の広い範囲を平均化
した形状を求めることができる。
なお、通常のハロゲンランプは広い波長範囲に発光し
ているため、試料の屈折率変化による誤差が生じ、ま
た、レンズの色収差補正が必要であるが、これは、光源
１をナトリウムランプや水銀ランプなどの準単色光源と
することにより、回避可能である。
ているため、試料の屈折率変化による誤差が生じ、ま
た、レンズの色収差補正が必要であるが、これは、光源
１をナトリウムランプや水銀ランプなどの準単色光源と
することにより、回避可能である。
また、ステージ７をピエゾ素子駆動型のものとして、
試料４をテレビカメラ６の測定速度以上で振動させるこ
とにより、試料の表面粗さやキズなどより大きな範囲を
平均化した測定が可能となり、計測結果を安定させるこ
とができる。
試料４をテレビカメラ６の測定速度以上で振動させるこ
とにより、試料の表面粗さやキズなどより大きな範囲を
平均化した測定が可能となり、計測結果を安定させるこ
とができる。
また、通常の連続光で計測していると試料４が高速で
移動している間はテレビカメラ６の走査が間に合わず、
像が流れてしまう場合があるが、光源１としてストロボ
光を使うことにより、ある瞬間の反射像をとらえて正確
な形状が求められるようにすることができる。
移動している間はテレビカメラ６の走査が間に合わず、
像が流れてしまう場合があるが、光源１としてストロボ
光を使うことにより、ある瞬間の反射像をとらえて正確
な形状が求められるようにすることができる。
さらに、部分透過のスリット２の代りに、部分反射の
ヘアラインを用いることにより、画像モニタ11上の像の
白黒が反転するため、スリット光を用いた場合は影に隠
れていた部分が表示され、測定場所の確認が容易になる
とともに、欠陥検査などを同時に行なうことができる。
ヘアラインを用いることにより、画像モニタ11上の像の
白黒が反転するため、スリット光を用いた場合は影に隠
れていた部分が表示され、測定場所の確認が容易になる
とともに、欠陥検査などを同時に行なうことができる。
［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば以下の効果を奏す
る。
る。
従来の形状測定機では試料を破壊しなければ求めるこ
とができない場合が多かった試料の裏面の形状を非破壊
で測定できる。
とができない場合が多かった試料の裏面の形状を非破壊
で測定できる。
従来の膜厚計では試料の厚さしか求められないのに対
し、表面形状を補正した裏面の形状まで求めることがで
きる。
し、表面形状を補正した裏面の形状まで求めることがで
きる。
従来の接触式測定法ではあまり小さい試料は計測でき
なかったのに対し、スリット光が写る大きささえあれば
計測可能である。
なかったのに対し、スリット光が写る大きささえあれば
計測可能である。
従来の接触式測定ではあまり高速で動く試料の形状を
求めることは不可能であったのに対し、動作状態でも計
測可能である。
求めることは不可能であったのに対し、動作状態でも計
測可能である。
第１図は、本発明の一実施例を示す装置配置図、 第２図は、第１図の装置による測定原理を説明する原理
図、そして 第３図は、エリアセンサ（テレビカメラ）の出力の一例
を示すグラフである。 1:光源、2:スリット、3:光学レンズ、4:試料、5:光学レ
ンズ、6:テレビカメラ、7:ステージ、8:AD変換装置、9:
画像処理装置、10:結果表示装置、11:画像モニタ。
図、そして 第３図は、エリアセンサ（テレビカメラ）の出力の一例
を示すグラフである。 1:光源、2:スリット、3:光学レンズ、4:試料、5:光学レ
ンズ、6:テレビカメラ、7:ステージ、8:AD変換装置、9:
画像処理装置、10:結果表示装置、11:画像モニタ。
Claims (2)
- 【請求項１】測定対象である透明体に対し照射光を照射
する手段と、この照明光に対し透明体を相対的に移動さ
せる手段と、この照明光の透明体表面および裏面からの
反射光を受光して、表面位置情報及び透明体厚さ情報を
得、これに基づき透明体の裏面の形状を求める手段とを
具備することを特徴とする形状測定装置。 - 【請求項２】前記透明体の裏面形状を求める手段は、前
記反射光の受光位置と透明体の屈折率とから透明体の表
面の位置と厚さを求め、この表面の位置と厚さを加算し
て裏面の形状を求めるものである、請求項１記載の形状
測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7543990A JP2922250B2 (ja) | 1990-03-27 | 1990-03-27 | 形状測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7543990A JP2922250B2 (ja) | 1990-03-27 | 1990-03-27 | 形状測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03276005A JPH03276005A (ja) | 1991-12-06 |
| JP2922250B2 true JP2922250B2 (ja) | 1999-07-19 |
Family
ID=13576270
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7543990A Expired - Lifetime JP2922250B2 (ja) | 1990-03-27 | 1990-03-27 | 形状測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2922250B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7015473B2 (en) * | 2003-09-30 | 2006-03-21 | General Electric Company | Method and apparatus for internal feature reconstruction |
| JP5128422B2 (ja) * | 2008-09-04 | 2013-01-23 | 古河電気工業株式会社 | ガラス条の反り測定方法およびガラス条の製造方法 |
| JP5666870B2 (ja) * | 2009-11-09 | 2015-02-12 | シャープ株式会社 | 光学式測距装置および電子機器および光学式測距装置の校正方法 |
| JP5817721B2 (ja) | 2010-06-07 | 2015-11-18 | 旭硝子株式会社 | 形状測定装置、形状測定方法、およびガラス板の製造方法 |
| BR112012031749B1 (pt) | 2010-06-15 | 2020-02-18 | AGC Inc. | Dispositivo de medição de forma, método de medição de forma, e método de fabricação de placa de vidro |
| JP6485616B2 (ja) * | 2014-06-04 | 2019-03-20 | 三菱重工業株式会社 | 外観計測システム、画像処理方法及びプログラム |
-
1990
- 1990-03-27 JP JP7543990A patent/JP2922250B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03276005A (ja) | 1991-12-06 |
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Legal Events
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