JPH061167B2 - ３次元曲面形状の測定方法及び装置 - Google Patents
３次元曲面形状の測定方法及び装置Info
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- JPH061167B2 JPH061167B2 JP63118201A JP11820188A JPH061167B2 JP H061167 B2 JPH061167 B2 JP H061167B2 JP 63118201 A JP63118201 A JP 63118201A JP 11820188 A JP11820188 A JP 11820188A JP H061167 B2 JPH061167 B2 JP H061167B2
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- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、３次元曲面形状を光の干渉を利用して測定
する方法及び装置に関する。
する方法及び装置に関する。
［従来の技術］ 光の干渉を用いた形状の観察方法は、被測定対象の微細
な凹凸をパターンとして観察する有効な方法として古く
から知られている。中でも、干渉計と顕微鏡とを組合せ
た所謂干渉顕微鏡は、例えばＶＴＲの磁気ヘッドのシリ
ンダへの組付作業時に、磁気ヘッドの取付姿勢を調整す
るための磁気ヘッド先端部の形状計測手段（最突出位置
計測手段）としてよく知られている。
な凹凸をパターンとして観察する有効な方法として古く
から知られている。中でも、干渉計と顕微鏡とを組合せ
た所謂干渉顕微鏡は、例えばＶＴＲの磁気ヘッドのシリ
ンダへの組付作業時に、磁気ヘッドの取付姿勢を調整す
るための磁気ヘッド先端部の形状計測手段（最突出位置
計測手段）としてよく知られている。
干渉顕微鏡には、例えば「光応用計測の基礎（計測自動
制御学会刊）」の171頁にも記憶されているように、マ
イケルソン型、リニーク型、トランスキー型、ミロー型
等いくつかの種類があるが、いずれもその測定原理は第
６図に示されるものと等価である。。
制御学会刊）」の171頁にも記憶されているように、マ
イケルソン型、リニーク型、トランスキー型、ミロー型
等いくつかの種類があるが、いずれもその測定原理は第
６図に示されるものと等価である。。
第６図において、(61)は光源、(62)はハーフミラー、(6
3)は参照ミラー、(64)は対物レンズで、(65)は被測定対
象である。この測定原理は、第６図に示されるように、
被測定対象(65)の表面で反射された光と、参照ミラー(6
3)で反射された光との干渉により、２つの光の光路長差
が、λ／２（λ；光の波長）の偶数倍となっている部分
が明るく、また、λ／２の奇数倍の部分が暗くなること
から、被測定対象表面にλ／２ピッチ（光路長差は、被
測定対象表面の凹凸量の２倍で効く）の等高縞(66)が現
われる現象に着目したものである。
3)は参照ミラー、(64)は対物レンズで、(65)は被測定対
象である。この測定原理は、第６図に示されるように、
被測定対象(65)の表面で反射された光と、参照ミラー(6
3)で反射された光との干渉により、２つの光の光路長差
が、λ／２（λ；光の波長）の偶数倍となっている部分
が明るく、また、λ／２の奇数倍の部分が暗くなること
から、被測定対象表面にλ／２ピッチ（光路長差は、被
測定対象表面の凹凸量の２倍で効く）の等高縞(66)が現
われる現象に着目したものである。
［発明が解決しようとする課題］ こうした干渉顕微鏡は、被測定対象の全体形状を概括的
かつ直観的に俯瞰するには都合がよいが、その形状を定
量的に把握しようとすると、以下のような問題点があ
り、現実に形状計測に適用するには困難であった。
かつ直観的に俯瞰するには都合がよいが、その形状を定
量的に把握しようとすると、以下のような問題点があ
り、現実に形状計測に適用するには困難であった。
(1)ある点の高さを求めようとすると、基準位置から縞
の数を１つずつカウントしていく必要があり、厖大な画
像処理が必要とされる。
の数を１つずつカウントしていく必要があり、厖大な画
像処理が必要とされる。
(2)縞の数をカウントすることで２点間の相対的な変位
は求められているが、いずれが高いかは情報を欠落して
おり、判断できない。
は求められているが、いずれが高いかは情報を欠落して
おり、判断できない。
(3)ステップ状の段差のある形状に対しては、縞の繋が
りが認識できなくなるため、高さの測定が困難になる。
りが認識できなくなるため、高さの測定が困難になる。
(4)被測定対象の表面反射率に大きなムラがあったり、
光の可干渉距離よりも大きな凹凸を有する被測定対象の
場合には、干渉縞のコントラストが低下することによ
り、干渉縞の抽出が困難になり、測定できなくなること
がある。
光の可干渉距離よりも大きな凹凸を有する被測定対象の
場合には、干渉縞のコントラストが低下することによ
り、干渉縞の抽出が困難になり、測定できなくなること
がある。
一方、このような問題点に対して、より定量的に被測定
対象の形状を測定しようとする提案もなされている。
対象の形状を測定しようとする提案もなされている。
特開昭60-11106号公報に開示されている方式は、このよ
う方式の１つである。特開昭60-11106号公報に記載され
ている方式を第７図に示す。第７図において、(71)は被
測定対象、(72)は顕微鏡、(73)は光源、(74)はビームス
プリッタ、(75)は参照光ミラー、(76)は対物レンズ、(7
7)はガルバノミラー、(78)はスリットで、(79)は光電子
増倍管である。(80)はテーブル、(81)はモータで、(82)
は送りねじである。
う方式の１つである。特開昭60-11106号公報に記載され
ている方式を第７図に示す。第７図において、(71)は被
測定対象、(72)は顕微鏡、(73)は光源、(74)はビームス
プリッタ、(75)は参照光ミラー、(76)は対物レンズ、(7
7)はガルバノミラー、(78)はスリットで、(79)は光電子
増倍管である。(80)はテーブル、(81)はモータで、(82)
は送りねじである。
この方式は、干渉顕微鏡の光源としてコヒーレント性の
悪い光源即ち、可干渉範囲の狭い光源を用いた時、光源
(73)から被測定対象(71)までの距離と、光源(73)から参
照光ミラー(75)距離とが等しい時に干渉縞のコントラス
トが最大となる点に着目し、被測定対象表面の任意の１
点の反射光強度を観察しながら顕微鏡(72)と被測定対象
(71)間の距離をテーブル(80)の移動により変化させ、干
渉縞濃淡レベル値の周期毎のピーク値が最大値をとった
時の被測定対象(71)と顕微鏡(72)との相対位置を検出す
ることにより、その点の高さを計測するものであり、ガ
ルバノミラー(77)を用いて測定点を移動させながら上記
の測定を繰返すことにより、被測定対象(71)の全体形状
を計測するものである。
悪い光源即ち、可干渉範囲の狭い光源を用いた時、光源
(73)から被測定対象(71)までの距離と、光源(73)から参
照光ミラー(75)距離とが等しい時に干渉縞のコントラス
トが最大となる点に着目し、被測定対象表面の任意の１
点の反射光強度を観察しながら顕微鏡(72)と被測定対象
(71)間の距離をテーブル(80)の移動により変化させ、干
渉縞濃淡レベル値の周期毎のピーク値が最大値をとった
時の被測定対象(71)と顕微鏡(72)との相対位置を検出す
ることにより、その点の高さを計測するものであり、ガ
ルバノミラー(77)を用いて測定点を移動させながら上記
の測定を繰返すことにより、被測定対象(71)の全体形状
を計測するものである。
この方式は、測定の定量性という意味では優位性がある
ものの、基本的に１点毎の測定であるため、測定に時間
がかかり、被測定対象表面の３次元プロフィルを高い空
間分解能で測定することは、現実には難しかった。
ものの、基本的に１点毎の測定であるため、測定に時間
がかかり、被測定対象表面の３次元プロフィルを高い空
間分解能で測定することは、現実には難しかった。
この発明は、上記の様な問題点を解消するためになされ
たもので、定量的にかつ高速に測定できるようにした３
次元曲面形状の測定方法及び装置を得ることを目的とす
る。
たもので、定量的にかつ高速に測定できるようにした３
次元曲面形状の測定方法及び装置を得ることを目的とす
る。
［課題を解決するための手段］ この発明に係る３次元曲面形状の測定方法は、被測定対
象表面と参照面との光路長差に基づいて被測定対象表面
上に光路長差が０になる位置において干渉縞の光強度が
最大になり光路長差が大きくなるに従って干渉縞のコン
トラストが減少するような干渉縞を発生させる工程と、
参照面又は被測定対象を光軸方向に移動させつつ、該参
照面又は被測定対象基準面の光軸方向の位置又は当該位
置に等価な量を測定する工程と、被測定対象表面上に発
生した干渉縞のパターンを撮像する工程と、被測定対象
表面上を撮像して得られるビデオ信号を時々刻々処理し
て、画面内の各画素に対応する被測定対象表面上の各位
置毎に、その点が最大輝度をとる瞬間の参照面又は被測
定対象基準面の光軸方向の位置又は当該位置に等価な量
をその画素の値とする画像を合成する工程とを有し、そ
の合成画像に基づいて被測定対象の３次元曲面形状を測
定する。
象表面と参照面との光路長差に基づいて被測定対象表面
上に光路長差が０になる位置において干渉縞の光強度が
最大になり光路長差が大きくなるに従って干渉縞のコン
トラストが減少するような干渉縞を発生させる工程と、
参照面又は被測定対象を光軸方向に移動させつつ、該参
照面又は被測定対象基準面の光軸方向の位置又は当該位
置に等価な量を測定する工程と、被測定対象表面上に発
生した干渉縞のパターンを撮像する工程と、被測定対象
表面上を撮像して得られるビデオ信号を時々刻々処理し
て、画面内の各画素に対応する被測定対象表面上の各位
置毎に、その点が最大輝度をとる瞬間の参照面又は被測
定対象基準面の光軸方向の位置又は当該位置に等価な量
をその画素の値とする画像を合成する工程とを有し、そ
の合成画像に基づいて被測定対象の３次元曲面形状を測
定する。
また、この発明に係る３次元曲面形状の測定装置は、被
測定対象表面と参照面との光路長差に基づいて被測定対
象表面上に光路長差が０になる位置において干渉縞の光
強度が最大になり光路長差が大きくになるに従って干渉
縞のコントラストが減少するような干渉縞を発生させる
干渉縞発生手段と、参照面又は被測定対象を光軸方向に
移動させる走査手段と、参照面又は被測定対象基準面の
光軸方向の位置又は当該位置に等価な量を測定する位置
測定手段と、被測定対象表面上に発生した干渉縞のパタ
ーンを撮像する撮像手段と、撮像手段によって得られる
ビデオ信号を時々刻々処理して、画面内の各画素に対応
する被測定対象表面上の各位置毎に、その点が最大輝度
をとる瞬間の参照面又は被測定対象基準面の光軸方向の
位置又は当該位置に等価な量をその画素の値とする画像
合成手段とを有し、画像合成手段によって得られる合成
画素をもとに演算処理して被測定対象の３次元曲面形状
を測定する。
測定対象表面と参照面との光路長差に基づいて被測定対
象表面上に光路長差が０になる位置において干渉縞の光
強度が最大になり光路長差が大きくになるに従って干渉
縞のコントラストが減少するような干渉縞を発生させる
干渉縞発生手段と、参照面又は被測定対象を光軸方向に
移動させる走査手段と、参照面又は被測定対象基準面の
光軸方向の位置又は当該位置に等価な量を測定する位置
測定手段と、被測定対象表面上に発生した干渉縞のパタ
ーンを撮像する撮像手段と、撮像手段によって得られる
ビデオ信号を時々刻々処理して、画面内の各画素に対応
する被測定対象表面上の各位置毎に、その点が最大輝度
をとる瞬間の参照面又は被測定対象基準面の光軸方向の
位置又は当該位置に等価な量をその画素の値とする画像
合成手段とを有し、画像合成手段によって得られる合成
画素をもとに演算処理して被測定対象の３次元曲面形状
を測定する。
また、この発明に係る３次元曲面形状の測定装置は、上
記の３次元曲面形状の測定装置において、干渉性の悪い
光源を備えた干渉顕微鏡又は干渉性の悪い光源を備えた
干渉計を干渉縞発生手段として用いる。
記の３次元曲面形状の測定装置において、干渉性の悪い
光源を備えた干渉顕微鏡又は干渉性の悪い光源を備えた
干渉計を干渉縞発生手段として用いる。
［作用］ この発明においては、被対象物表面の干渉縞のパターン
を撮像し、参照面（又は被測定対象）を光軸方向に移動
させながら、得られるビデオ信号を処理し、画面内の各
画素毎にその画素に対応する被測定対象表面上の点が最
大輝度をとる瞬間の参照面の位置（又は被測定対象の位
置）をその画素の値とする画像を合成する。そして、こ
の合成画像に基づいて被測定対象の３次元曲面形状を測
定する。
を撮像し、参照面（又は被測定対象）を光軸方向に移動
させながら、得られるビデオ信号を処理し、画面内の各
画素毎にその画素に対応する被測定対象表面上の点が最
大輝度をとる瞬間の参照面の位置（又は被測定対象の位
置）をその画素の値とする画像を合成する。そして、こ
の合成画像に基づいて被測定対象の３次元曲面形状を測
定する。
従って、参照面（又は被測定対象）の光軸方向への１回
の走査で、被測定対象の３次元プロフィルがパターンと
して測定でき、被測定対象表面の３次元プロフィルを、
撮像手段として例えばテレビカメラを用いた場合にはテ
レビカメラの空間分解能に相当する分解能で定量的に、
かつ高速に測定できる。
の走査で、被測定対象の３次元プロフィルがパターンと
して測定でき、被測定対象表面の３次元プロフィルを、
撮像手段として例えばテレビカメラを用いた場合にはテ
レビカメラの空間分解能に相当する分解能で定量的に、
かつ高速に測定できる。
［実施例］ この発明の実施例の説明に先立って、以下この発明の測
定原理を第１Ａ図、第１Ｂ図及び第２図に基づいて説明
する。第１Ａ図はこの発明の測定原理を示す説明図、第
１Ｂ図は参照ミラー位置と干渉縞パターンとの関係を示
す特性図で、第２図は参照ミラーの移動に伴う点Ｂ（第
１Ａ図参照）における反射強度の変化を示す特性図であ
る。第１Ａ図において、(1)は干渉顕微鏡で、光源(2)、
ハーフミラー(3)、載置台(4)、試料(5)、参照ミラー(6)
及び対物ミラー(7)から構成されている。(9)はテレビカ
メラ、(9a)はテレビモニタ、(14)は画像合成回路であ
る。
定原理を第１Ａ図、第１Ｂ図及び第２図に基づいて説明
する。第１Ａ図はこの発明の測定原理を示す説明図、第
１Ｂ図は参照ミラー位置と干渉縞パターンとの関係を示
す特性図で、第２図は参照ミラーの移動に伴う点Ｂ（第
１Ａ図参照）における反射強度の変化を示す特性図であ
る。第１Ａ図において、(1)は干渉顕微鏡で、光源(2)、
ハーフミラー(3)、載置台(4)、試料(5)、参照ミラー(6)
及び対物ミラー(7)から構成されている。(9)はテレビカ
メラ、(9a)はテレビモニタ、(14)は画像合成回路であ
る。
干渉顕微鏡(1)を用いて試料(5)の表面をテレビカメラ
(9)で観察すると、試料表面の凹凸と参照ミラー(6)との
光路長差に基づく干渉縞が観測される。
(9)で観察すると、試料表面の凹凸と参照ミラー(6)との
光路長差に基づく干渉縞が観測される。
この時、光源(2)として干渉性の悪い光源を使用する
と、得られる干渉縞は試料表面と参照ミラー面との光路
長差が０になる位置においてコントラストが最大にな
り、光路長差が大きくなるにつれてコントラストが急速
に減衰する様なパターンとなる。
と、得られる干渉縞は試料表面と参照ミラー面との光路
長差が０になる位置においてコントラストが最大にな
り、光路長差が大きくなるにつれてコントラストが急速
に減衰する様なパターンとなる。
従って、第１Ａ図に示すような断面三角形状の試料(5)
に対して、参照ミラー(6)を移動させると、第１Ｂ図の
干渉縞パターンの推移に示されるように、干渉縞のコン
トラスト最大の点が漸次移動していく様子が観察され
る。
に対して、参照ミラー(6)を移動させると、第１Ｂ図の
干渉縞パターンの推移に示されるように、干渉縞のコン
トラスト最大の点が漸次移動していく様子が観察され
る。
この時、試料表面上の１点、例えば点Ｂに着目すると、
参照ミラー(6)を移動していった時の点Ｂにおける反射
強度は、第２図に示すように変化し、参照ミラー(6)
が、その鏡像が点Ｂを通る位置Ａに来た時に反射輝度が
最大となる。
参照ミラー(6)を移動していった時の点Ｂにおける反射
強度は、第２図に示すように変化し、参照ミラー(6)
が、その鏡像が点Ｂを通る位置Ａに来た時に反射輝度が
最大となる。
この現象は、参照ミラー(6)を光軸方向に走査しなが
ら、視野内のあらゆる点において時々刻々の反射強度を
観察し、反射強度が最大値をとった時の参照ミラー(6)
の位置をその点の値とするような画像合成演算を画像合
成回路(12)で行なえば、被測定対象の３次元プロフィル
をパターンとして測定できることを意味している。
ら、視野内のあらゆる点において時々刻々の反射強度を
観察し、反射強度が最大値をとった時の参照ミラー(6)
の位置をその点の値とするような画像合成演算を画像合
成回路(12)で行なえば、被測定対象の３次元プロフィル
をパターンとして測定できることを意味している。
次にこの発明の実施例を図面に基づいて説明する。第３
図はこの発明の一実施例に係る３次元曲面形状の測定装
置のブロック図、第４図はその干渉光学系の説明図で、
第５図は第３図の画像合成回路のブロック図である。
図はこの発明の一実施例に係る３次元曲面形状の測定装
置のブロック図、第４図はその干渉光学系の説明図で、
第５図は第３図の画像合成回路のブロック図である。
第３図において、顕微鏡(1)の光源(2)より出た光は、ハ
ーフミラー(3)によって２つに分けられ、載置台(4)上に
置かれた試料(5)の表面及び参照ミラー(6)において各々
反射された後、ハーフミラー(3)において再び重ね合わ
され、対物レンズ(7)により鏡筒(8)を介してテレビカメ
ラ(9)の撮像面上に結像される。
ーフミラー(3)によって２つに分けられ、載置台(4)上に
置かれた試料(5)の表面及び参照ミラー(6)において各々
反射された後、ハーフミラー(3)において再び重ね合わ
され、対物レンズ(7)により鏡筒(8)を介してテレビカメ
ラ(9)の撮像面上に結像される。
この時、これら２つの光は互いに干渉することにより、
試料(5)の表面と参照ミラー(6)の面との光路長差に応じ
てλ／２（λ：光の波長）ピッチの干渉縞を生じる。特
にこの実施例では光源(2)としてコヒーレンズ性の悪い
光を使用することにより、例えば第４図に示すように、
試料(5)の表面と参照ミラー(6)の面との光路長差が０に
なる位置において干渉縞の光強度が最大となり、光路長
差が大きくなるに従って干渉縞のコントラストが急速に
減衰するような干渉縞パターンを得る。
試料(5)の表面と参照ミラー(6)の面との光路長差に応じ
てλ／２（λ：光の波長）ピッチの干渉縞を生じる。特
にこの実施例では光源(2)としてコヒーレンズ性の悪い
光を使用することにより、例えば第４図に示すように、
試料(5)の表面と参照ミラー(6)の面との光路長差が０に
なる位置において干渉縞の光強度が最大となり、光路長
差が大きくなるに従って干渉縞のコントラストが急速に
減衰するような干渉縞パターンを得る。
参照ミラー(6)は、参照ミラー位置コントローラ(10)に
よって制御される参照ミラー駆動機構(11)によって、光
軸方向に平行移動されるように構成されており、この参
照ミラー駆動機構(11)により参照ミラー(6)を移動しな
がら顕微鏡の視野をテレビカメラ(9)で観察すると、第
１Ｂ図の特性図と同様に、試料(5)上で等高線に相当す
る干渉縞パターンが漸次高さ方向に移動していく様子が
観察される。
よって制御される参照ミラー駆動機構(11)によって、光
軸方向に平行移動されるように構成されており、この参
照ミラー駆動機構(11)により参照ミラー(6)を移動しな
がら顕微鏡の視野をテレビカメラ(9)で観察すると、第
１Ｂ図の特性図と同様に、試料(5)上で等高線に相当す
る干渉縞パターンが漸次高さ方向に移動していく様子が
観察される。
形状測定装置(12)は、参照ミラー位置コントローラ(10)
を介して参照ミラー(6)の走査を制御すると同時に、テ
レビカメラ(9)より得られるビデオ信号と参照ミラー位
置コントローラ(10)より得られる参照ミラー位置信号と
をもとに形状を測定する装置である。この装置(12)は、
その構成として測定のシーケンスを制御するシーケンス
コントローラ(13)と、後述の画像合成回路(14)とからな
っており、参照ミラー(6)を走査しながらテレビカメラ
(9)によって得られるビデオ信号を時々刻々処理して画
面内の各画素毎にその点が最大輝度をとる瞬間の参照ミ
ラー(6)の位置をその画素の値とする画像を合成する機
能を有している。
を介して参照ミラー(6)の走査を制御すると同時に、テ
レビカメラ(9)より得られるビデオ信号と参照ミラー位
置コントローラ(10)より得られる参照ミラー位置信号と
をもとに形状を測定する装置である。この装置(12)は、
その構成として測定のシーケンスを制御するシーケンス
コントローラ(13)と、後述の画像合成回路(14)とからな
っており、参照ミラー(6)を走査しながらテレビカメラ
(9)によって得られるビデオ信号を時々刻々処理して画
面内の各画素毎にその点が最大輝度をとる瞬間の参照ミ
ラー(6)の位置をその画素の値とする画像を合成する機
能を有している。
測定に際しては、外部より与えられるスタート信号に対
して、シーケンスコントローラ(13)が、参照ミラー位置
コントローラ(10)に対して参照ミラー(6)を初期位置に
セットする指令を出力する。これに対して参照ミラー位
置コントローラ(10)は、参照ミラー駆動機構(11)を介し
て参照ミラー(6)を初期位置にセットすると同時に、ミ
ラー位置信号をゼロにリセットする。
して、シーケンスコントローラ(13)が、参照ミラー位置
コントローラ(10)に対して参照ミラー(6)を初期位置に
セットする指令を出力する。これに対して参照ミラー位
置コントローラ(10)は、参照ミラー駆動機構(11)を介し
て参照ミラー(6)を初期位置にセットすると同時に、ミ
ラー位置信号をゼロにリセットする。
而る後、シーケンスコントローラ(13)は、参照ミラー位
置コントローラ(10)に対して駆動開始指令を出力すると
同時に画像合成回路(14)に演算開始指令を出力する。こ
れにより、参照ミラー駆動機構(11)は、試料(5)の表面
上の形状を測定しようとするあらゆる点で参照ミラー
(6)との光路長差が０になる瞬間が必ず生じるような範
囲で参照ミラー(6)を走査する。画像合成回路(14)は、
参照ミラー(6)の走査開始と同時に、テレビカメラ(9)に
よって得られるビデオ信号の処理を開始し、参照ミラー
(6)を走査している間、先に説明した画像合成演算を行
う。
置コントローラ(10)に対して駆動開始指令を出力すると
同時に画像合成回路(14)に演算開始指令を出力する。こ
れにより、参照ミラー駆動機構(11)は、試料(5)の表面
上の形状を測定しようとするあらゆる点で参照ミラー
(6)との光路長差が０になる瞬間が必ず生じるような範
囲で参照ミラー(6)を走査する。画像合成回路(14)は、
参照ミラー(6)の走査開始と同時に、テレビカメラ(9)に
よって得られるビデオ信号の処理を開始し、参照ミラー
(6)を走査している間、先に説明した画像合成演算を行
う。
参照ミラー(6)の所定の範囲の走査が終了した時点で、
画像合成回路(14)はシーケンスコントローラ(13)の指令
に基づいて演算を終了する。この時画像合成回路(14)の
中のメモリには、試料(5)の３次元プロフィルに相当す
るデータが生成されており、上位の計算機からの指令に
基づき適宜上位計算機に転送される。
画像合成回路(14)はシーケンスコントローラ(13)の指令
に基づいて演算を終了する。この時画像合成回路(14)の
中のメモリには、試料(5)の３次元プロフィルに相当す
るデータが生成されており、上位の計算機からの指令に
基づき適宜上位計算機に転送される。
以上説明した形状測定装置(12)の構成要素である画像合
成回路(14)の一実施例を第５図を用いて説明する。
成回路(14)の一実施例を第５図を用いて説明する。
画像合成回路(14)は、テレビカメラ(9)より入力される
ビデオ信号を処理して各画素毎に最も明るくなった瞬間
の輝度を演算する最大輝度画像演算部(15)と、各画素が
時間的に最大の輝度をとる瞬間の参照ミラー位置信号を
その画素の値とする画像合成演算を行なう合成画像演算
部(16)とから構成されており、これらの制御用として同
期回路(17)、メモリアドレス発生回路(18)及び出力制御
回路(19)を備えている。
ビデオ信号を処理して各画素毎に最も明るくなった瞬間
の輝度を演算する最大輝度画像演算部(15)と、各画素が
時間的に最大の輝度をとる瞬間の参照ミラー位置信号を
その画素の値とする画像合成演算を行なう合成画像演算
部(16)とから構成されており、これらの制御用として同
期回路(17)、メモリアドレス発生回路(18)及び出力制御
回路(19)を備えている。
最大輝度演算部(15)は、最大輝度画像演算のバッファメ
モリである最大輝度画像メモリ(20)を中心として、同期
回路(17)より出力されるタイミング信号に基づいてビデ
オ信号をＡ／Ｄ変換しディジタル化するＡ／Ｄ変換回路
(21)、メモリアドレス発生回路(18)より指定される最大
輝度画像メモリのアドレスのデータの読出し、書込みを
制御する最大輝度画像メモリ(20)、更に、テレビカメラ
(9)から入力される画像の信号レベルと対応する最大輝
度メモリ(20)のアドレスの画素の値とを比較し、大きい
方の値を選択・出力する比較回路(23)及びスイッチ回路
(24)より構成されている。
モリである最大輝度画像メモリ(20)を中心として、同期
回路(17)より出力されるタイミング信号に基づいてビデ
オ信号をＡ／Ｄ変換しディジタル化するＡ／Ｄ変換回路
(21)、メモリアドレス発生回路(18)より指定される最大
輝度画像メモリのアドレスのデータの読出し、書込みを
制御する最大輝度画像メモリ(20)、更に、テレビカメラ
(9)から入力される画像の信号レベルと対応する最大輝
度メモリ(20)のアドレスの画素の値とを比較し、大きい
方の値を選択・出力する比較回路(23)及びスイッチ回路
(24)より構成されている。
一方、合成画像演算部(16)は、合成画像演算結果を格納
する合成画像メモリ(25)を中心として構成されており、
最大輝度画像演算部(15)の中の比較回路(23)の出力信号
に基づいて、テレビカメラ(9)から入力される信号レベ
ルが、それに対応する最大輝度画像メモリ(20)のアドレ
スの画素の値よりも大きかった時に参照ミラー位置信号
を合成画像メモリ(25)に書込む機能を有する合成画像メ
モリ制御回路(26)を備えている。
する合成画像メモリ(25)を中心として構成されており、
最大輝度画像演算部(15)の中の比較回路(23)の出力信号
に基づいて、テレビカメラ(9)から入力される信号レベ
ルが、それに対応する最大輝度画像メモリ(20)のアドレ
スの画素の値よりも大きかった時に参照ミラー位置信号
を合成画像メモリ(25)に書込む機能を有する合成画像メ
モリ制御回路(26)を備えている。
この画像合成回路(14)は、演算の開始のタイミングで、
最大輝度画像メモリ(20)及び合成画像メモリ(25)が零に
クリアされた状態からスタートし、テレビカメラ(9)か
ら入力されるビデオ信号をＡ／Ｄ変換回路(21)を用いて
ディジタル化しながら、ビデオ信号の値と、その画素の
位置に対応する最大輝度画像メモリ(20)の画素の値とを
比較して、ビデオ信号の値のほうが大きい時にのみ最大
輝度画素メモリ(20)のその画素の値をビデオ信号の値で
更新すると同時に、合成画像の対応する画素に参照ミラ
ー位置信号を書込む。
最大輝度画像メモリ(20)及び合成画像メモリ(25)が零に
クリアされた状態からスタートし、テレビカメラ(9)か
ら入力されるビデオ信号をＡ／Ｄ変換回路(21)を用いて
ディジタル化しながら、ビデオ信号の値と、その画素の
位置に対応する最大輝度画像メモリ(20)の画素の値とを
比較して、ビデオ信号の値のほうが大きい時にのみ最大
輝度画素メモリ(20)のその画素の値をビデオ信号の値で
更新すると同時に、合成画像の対応する画素に参照ミラ
ー位置信号を書込む。
このようにして外部からの演算制御信号によって指示さ
れている間上記の演算が行なわれ、その結果演算終了時
には、合成画像メモリ(25)に、先に説明した所定の画像
が生成されている。このようにして演算された合成画素
は、出力制御回路(19)を介して、次の演算回路又は上位
計算機へと転送される。
れている間上記の演算が行なわれ、その結果演算終了時
には、合成画像メモリ(25)に、先に説明した所定の画像
が生成されている。このようにして演算された合成画素
は、出力制御回路(19)を介して、次の演算回路又は上位
計算機へと転送される。
なお、上記実施例では、マイケルソン型の干渉顕微鏡を
ベースに構成した例を示したが、容易に判るように、こ
の発明の原理はミロー型、リニーク型等他の干渉顕微鏡
にも適用可能なものであり、又、参照ミラーを走査する
代わりに載置台(4)を光軸方向に移動して試料表面を走
査しても同じ原理が成立することはいうまでもなく、こ
の発明は必ずしも上記実施例の光学系に限定するもので
はない。さらに又、顕微鏡を用いない干渉計に対しても
適用可能なものである。
ベースに構成した例を示したが、容易に判るように、こ
の発明の原理はミロー型、リニーク型等他の干渉顕微鏡
にも適用可能なものであり、又、参照ミラーを走査する
代わりに載置台(4)を光軸方向に移動して試料表面を走
査しても同じ原理が成立することはいうまでもなく、こ
の発明は必ずしも上記実施例の光学系に限定するもので
はない。さらに又、顕微鏡を用いない干渉計に対しても
適用可能なものである。
また、上記実施例では参照ミラーの位置が符号化する画
像合成を行なうように構成したが、参照ミラーの位置に
等価な量でありさえすれば、どのような量で符号化して
も差し支えなく、例えば参照ミラーを一定速度で走査す
るという前提の下で走査開始后の時刻で符号化した画像
を合成しておき、走査終了后、形状測定装置(12)におい
て画像合成回路(14)の後段に演算処理回路を設けて、走
査速度をもとに合成画像を参照ミラーの位置に対応する
位置に変換して形状を求めるような構成にしてもよい。
像合成を行なうように構成したが、参照ミラーの位置に
等価な量でありさえすれば、どのような量で符号化して
も差し支えなく、例えば参照ミラーを一定速度で走査す
るという前提の下で走査開始后の時刻で符号化した画像
を合成しておき、走査終了后、形状測定装置(12)におい
て画像合成回路(14)の後段に演算処理回路を設けて、走
査速度をもとに合成画像を参照ミラーの位置に対応する
位置に変換して形状を求めるような構成にしてもよい。
［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、被測定対象表面の干渉
縞のパターンを撮像し、参照面（又は被測定対象物）を
光軸方向に移動させながら、ビデオ信号を処理して、画
面内の各画素毎にその画素に対応する被測定対象表面上
の点が最大輝度をとる瞬間の参照面（又は被測定対象
物）の位置信号（又はそれに相当する信号）をその画素
の値とするような画像合成を行なって３次元曲面形状を
測定するようにしたので、被測定対象の３次元プロフィ
ルを定量的かつ高速に測定できるようになった。
縞のパターンを撮像し、参照面（又は被測定対象物）を
光軸方向に移動させながら、ビデオ信号を処理して、画
面内の各画素毎にその画素に対応する被測定対象表面上
の点が最大輝度をとる瞬間の参照面（又は被測定対象
物）の位置信号（又はそれに相当する信号）をその画素
の値とするような画像合成を行なって３次元曲面形状を
測定するようにしたので、被測定対象の３次元プロフィ
ルを定量的かつ高速に測定できるようになった。
【図面の簡単な説明】 第１Ａ図はこの発明の測定原理の説明図、第１Ｂ図は参
照ミラーの位置と干渉縞パターンとの関係を示す特性図
で、第２図は参照ミラーの移動に伴う点Ｂにおける反射
強度の変化を示す特性図である。 第３図はこの発明の一実施例に係る３次元曲面形状の測
定装置のブロック図、第４図はその光干渉系の説明図
で、第５図は第３図の画像合成回路の一例を示すブロッ
ク図である。 第６図は干渉顕微鏡の原理を示す説明図で、第７図は従
来の３次元曲面形状の測定装置のブロック図である。 図において、(1)は干渉顕微鏡、(2)は光源、(3)はハー
フミラー、(4)は載置台、(5)は試料、(6)は参照ミラ
ー、(7)は対物レンズ、(8)は鏡筒、(9)はテレビカメ
ラ、(10)は参照ミラー位置コントローラ、(12)は形状測
定装置、(13)はシーケンスコントローラ、(14)は画像合
成回路である。
照ミラーの位置と干渉縞パターンとの関係を示す特性図
で、第２図は参照ミラーの移動に伴う点Ｂにおける反射
強度の変化を示す特性図である。 第３図はこの発明の一実施例に係る３次元曲面形状の測
定装置のブロック図、第４図はその光干渉系の説明図
で、第５図は第３図の画像合成回路の一例を示すブロッ
ク図である。 第６図は干渉顕微鏡の原理を示す説明図で、第７図は従
来の３次元曲面形状の測定装置のブロック図である。 図において、(1)は干渉顕微鏡、(2)は光源、(3)はハー
フミラー、(4)は載置台、(5)は試料、(6)は参照ミラ
ー、(7)は対物レンズ、(8)は鏡筒、(9)はテレビカメ
ラ、(10)は参照ミラー位置コントローラ、(12)は形状測
定装置、(13)はシーケンスコントローラ、(14)は画像合
成回路である。
Claims (4)
- 【請求項１】被測定対象表面と参照面との光路長差に基
づいて被測定対象表面上に光路長差が０になる位置にお
いて干渉縞の光強度が最大になり光路長差が大きくなる
に従って干渉縞のコントラストが減少するような干渉縞
を発生させる工程と、 参照面又は被測定対象を光軸方向に移動させつつ、該参
照面又は被測定対象基準面の光軸方向の位置又は当該位
置に等価な量を測定する工程と、 被測定対象表面上に発生した干渉縞のパターンを撮像す
る工程と、 被測定対象表面上を撮像して得られるビデオ信号を時々
刻々処理して、画面内の各画素に対応する被測定対象表
面上の各位置毎に、その点が最大輝度をとる瞬間の参照
面又は被測定対象基準面の光軸方向の位置又は当該位置
に等価な量をその画素の値とする画像を合成する工程と
を有し、 前記合成画像に基づいて被測定対象の３次元曲面形状を
測定することを特徴とする３次元曲面形状の測定方法。 - 【請求項２】被測定対象表面と参照面との光路長差に基
づいて被測定対象表面上に光路長差が０になる位置にお
いて干渉縞の光強度が最大になり光路長差が大きくなる
に従って干渉縞のコントラストが減少するような干渉縞
を発生させる干渉縞発生手段と、 参照面又は被測定対象を光軸方向に移動させる走査手段
と、 参照面又は被測定対象基準面の光軸方向の位置又は当該
位置に等価な量を測定する位置測定手段と、 被測定対象表面上に発生した干渉縞のパターンを撮像す
る撮像手段と、 該撮像手段によって得られるビデオ信号を時々刻々処理
して、画面内の各画素に対応する被測定対象表面上の各
位置毎に、その点が最大輝度をとる瞬間の参照面又は被
測定対象基準面の光軸方向の位置又は当該位置に等価な
量をその画素の値とする画像合成手段とを有し、 該画像合成手段によって得られる合成画素をもとに演算
処理して被測定対象の３次元曲面形状を測定することを
特徴とする３次元曲面形状の測定装置。 - 【請求項３】干渉性の悪い光源を備えた干渉顕微鏡を干
渉縞発生手段として用いたことを特徴とする請求項２記
載の３次元曲面形状の測定装置。 - 【請求項４】干渉性の悪い光源を備えた干渉計を干渉縞
発生手段として用いたことを特徴とする請求項３記載の
３次元曲面形状の測定装置。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63118201A JPH061167B2 (ja) | 1988-05-17 | 1988-05-17 | ３次元曲面形状の測定方法及び装置 |
| KR1019880012739A KR920010550B1 (ko) | 1988-05-17 | 1988-09-30 | 3차원 곡면형상의 측정방법 및 장치 |
| CA000579657A CA1294426C (en) | 1988-05-17 | 1988-10-07 | Method and apparatus for measuring a three-dimensional curved surface shape |
| DE8888309658T DE3877191T2 (de) | 1988-05-17 | 1988-10-14 | Verfahren und vorrichtung zum messen einer dreidimensionalen gekruemmten oberflaeche. |
| EP88309658A EP0342289B1 (en) | 1988-05-17 | 1988-10-14 | Method and apparatus for measuring a three-dimensional curved surface shape |
| US07/258,603 US4874955A (en) | 1988-05-17 | 1988-10-17 | Method and apparatus for measuring a three-dimensional curved surface shape |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63118201A JPH061167B2 (ja) | 1988-05-17 | 1988-05-17 | ３次元曲面形状の測定方法及び装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01288702A JPH01288702A (ja) | 1989-11-21 |
| JPH061167B2 true JPH061167B2 (ja) | 1994-01-05 |
Family
ID=14730688
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63118201A Expired - Lifetime JPH061167B2 (ja) | 1988-05-17 | 1988-05-17 | ３次元曲面形状の測定方法及び装置 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4874955A (ja) |
| EP (1) | EP0342289B1 (ja) |
| JP (1) | JPH061167B2 (ja) |
| KR (1) | KR920010550B1 (ja) |
| CA (1) | CA1294426C (ja) |
| DE (1) | DE3877191T2 (ja) |
Families Citing this family (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA1313040C (en) * | 1988-03-31 | 1993-01-26 | Mitsuaki Uesugi | Method and apparatus for measuring a three-dimensional curved surface shape |
| US5175601A (en) * | 1991-10-15 | 1992-12-29 | Electro-Optical Information Systems | High-speed 3-D surface measurement surface inspection and reverse-CAD system |
| US5361308A (en) * | 1992-01-10 | 1994-11-01 | General Motors Corporation | 3-D measurement of cutting tool wear |
| US5319445A (en) * | 1992-09-08 | 1994-06-07 | Fitts John M | Hidden change distribution grating and use in 3D moire measurement sensors and CMM applications |
| US5543918A (en) * | 1995-01-06 | 1996-08-06 | International Business Machines Corporation | Through-the-lens confocal height measurement |
| US5627363A (en) * | 1995-02-16 | 1997-05-06 | Environmental Research Institute Of Michigan | System and method for three-dimensional imaging of opaque objects using frequency diversity and an opacity constraint |
| US6215269B1 (en) * | 1996-05-21 | 2001-04-10 | Kent Gregg | Method of exposing a path on a curved, or otherwise irregularly shaped, surface |
| DE19721884C1 (de) * | 1997-05-26 | 1998-06-04 | Bosch Gmbh Robert | Interferometrische Meßvorrichtung |
| AUPO810997A0 (en) | 1997-07-18 | 1997-08-14 | Lions Eye Institute Of Western Australia Incorporated, The | Method and apparatus for calibration of ablation lasers |
| JP3695188B2 (ja) * | 1998-12-21 | 2005-09-14 | 富士ゼロックス株式会社 | 形状計測装置および形状計測方法 |
| US6888640B2 (en) | 2000-02-04 | 2005-05-03 | Mario J. Spina | Body spatial dimension mapper |
| DE10040323C2 (de) * | 2000-08-17 | 2002-11-14 | Polytec Gesellschaft Fuer Analysen-, Mes- Und Regeltechnik Mbh & Co Kg | Vorrichtung und Verfahren zum optischen Vermessen des Höhenprofils einer Oberfläche |
| US7147338B2 (en) | 2001-04-09 | 2006-12-12 | Kent Gregg | Circuit on a curved, or otherwise irregularly shaped, surface, such as on a helmet to be worn on the head, including a fiber optic conductive path |
| WO2006048163A2 (de) * | 2004-10-29 | 2006-05-11 | Degudent Gmbh | Verfahren und vorrichtung zur erfassung von konturdaten und/oder optischen eigenschaften eines dreidimensionalen semitransparenten objekts |
| JP4197339B2 (ja) * | 2006-01-16 | 2008-12-17 | アンリツ株式会社 | 三次元形状測定装置 |
| JP5086655B2 (ja) * | 2007-02-06 | 2012-11-28 | 株式会社トプコン | 三次元形状測定装置及び三次元形状測定方法 |
| JP5342178B2 (ja) * | 2008-06-10 | 2013-11-13 | 株式会社ニコンインステック | 形状測定装置およびその形状測定方法 |
| KR101458997B1 (ko) | 2014-06-09 | 2014-11-07 | 김호환 | 리닉 간섭계의 기준미러 변환장치 |
| CN113251943A (zh) * | 2020-02-12 | 2021-08-13 | 三营超精密光电(晋城)有限公司 | 基于光干涉的测量***及方法 |
| CN112388159A (zh) * | 2020-10-29 | 2021-02-23 | 青岛理工大学 | 分数傅里叶全息飞秒激光三维并行加工、监测***及方法 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59202006A (ja) * | 1983-04-30 | 1984-11-15 | Nippon Kokan Kk <Nkk> | 溶接位置形状測定装置 |
| JPS6011106A (ja) * | 1983-06-30 | 1985-01-21 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 形状検出装置 |
| JPH061164B2 (ja) * | 1985-01-31 | 1994-01-05 | 伍良 松本 | 立体形状測定装置 |
| JPH0654221B2 (ja) * | 1985-04-12 | 1994-07-20 | 株式会社日立製作所 | 段差測定装置およびその方法 |
| US4818110A (en) * | 1986-05-06 | 1989-04-04 | Kla Instruments Corporation | Method and apparatus of using a two beam interference microscope for inspection of integrated circuits and the like |
| US4794550A (en) * | 1986-10-15 | 1988-12-27 | Eastman Kodak Company | Extended-range moire contouring |
| JPH0611106A (ja) * | 1992-06-25 | 1994-01-21 | Nippon Steel Corp | 加熱炉の燃焼方法 |
-
1988
- 1988-05-17 JP JP63118201A patent/JPH061167B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 1988-09-30 KR KR1019880012739A patent/KR920010550B1/ko not_active IP Right Cessation
- 1988-10-07 CA CA000579657A patent/CA1294426C/en not_active Expired - Lifetime
- 1988-10-14 EP EP88309658A patent/EP0342289B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1988-10-14 DE DE8888309658T patent/DE3877191T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1988-10-17 US US07/258,603 patent/US4874955A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0342289B1 (en) | 1992-12-30 |
| CA1294426C (en) | 1992-01-21 |
| US4874955A (en) | 1989-10-17 |
| KR890017521A (ko) | 1989-12-16 |
| DE3877191T2 (de) | 1993-05-19 |
| EP0342289A3 (en) | 1990-02-07 |
| DE3877191D1 (de) | 1993-02-11 |
| JPH01288702A (ja) | 1989-11-21 |
| KR920010550B1 (ko) | 1992-12-05 |
| EP0342289A2 (en) | 1989-11-23 |
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