JPS6010105A - 低反射率物体の形状測定法 - Google Patents
低反射率物体の形状測定法Info
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- JPS6010105A JPS6010105A JP11842983A JP11842983A JPS6010105A JP S6010105 A JPS6010105 A JP S6010105A JP 11842983 A JP11842983 A JP 11842983A JP 11842983 A JP11842983 A JP 11842983A JP S6010105 A JPS6010105 A JP S6010105A
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- flux
- interference fringes
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- 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
- G01B11/30—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring roughness or irregularity of surfaces
- G01B11/303—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring roughness or irregularity of surfaces using photoelectric detection means
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、低反射率物体の形状測定法に関するものであ
る。
る。
種々の加工法による加工面の凹凸測定には、一般に表面
アラサ測定器、すなわち゛数ＩＬｆｆｌの半径を有する
ダイヤモンド触子で測定面をなぞって、その微小凹凸量
を差動トランスで電圧に変換し、表示する装置が用いら
れている。また、仕上げ面の良好な研摩面あるいは光学
部品の検査には、被検査面と参照鏡を所定の状態で組立
てて干渉工１とし、両者の凹凸の差を干渉縞の湾曲度に
よりめる方法が利用されている。
アラサ測定器、すなわち゛数ＩＬｆｆｌの半径を有する
ダイヤモンド触子で測定面をなぞって、その微小凹凸量
を差動トランスで電圧に変換し、表示する装置が用いら
れている。また、仕上げ面の良好な研摩面あるいは光学
部品の検査には、被検査面と参照鏡を所定の状態で組立
てて干渉工１とし、両者の凹凸の差を干渉縞の湾曲度に
よりめる方法が利用されている。
前者の方法は非常に簡易であるが、触子の測定圧によっ
ては表面に傷がつくという最大の欠点を有し、あらゆる
測定物の検査に適当とは限らない。一方、後者の方法は
反射率が高い仕上面の極力良好な表面でないと干渉縞が
生じないという問題がある。
ては表面に傷がつくという最大の欠点を有し、あらゆる
測定物の検査に適当とは限らない。一方、後者の方法は
反射率が高い仕上面の極力良好な表面でないと干渉縞が
生じないという問題がある。
近年、ホログラフィの発明により反射率の低い粗面の凹
凸の測定も不可能ではないが、乾板像のためその伸縮に
よる像の変形が必然的に存在し、□かつ高度で煩雑な操
作が依然として難点として残っている。さらに、モアレ
トポグラフィ法もその実用機が急速に普及しているが、
細かい凹凸を測定するために、たとえ数ｐ、ｍ間隔の格
子を使用したとしても、回折現象があらｈれるため、そ
の分解能はせいぜい２０ｇｍといわれている。
凸の測定も不可能ではないが、乾板像のためその伸縮に
よる像の変形が必然的に存在し、□かつ高度で煩雑な操
作が依然として難点として残っている。さらに、モアレ
トポグラフィ法もその実用機が急速に普及しているが、
細かい凹凸を測定するために、たとえ数ｐ、ｍ間隔の格
子を使用したとしても、回折現象があらｈれるため、そ
の分解能はせいぜい２０ｇｍといわれている。
本発明は１反射率が５ｚよりも小さいような低反測定法
を用いて検出し、それによって得られた干渉縞を画素差
分法により鮮明な画像として、その表面形状を測定しよ
うとするものである。
を用いて検出し、それによって得られた干渉縞を画素差
分法により鮮明な画像として、その表面形状を測定しよ
うとするものである。
而して、本発明の形状測定法は、低反射率の被測定物体
の表面に二つの光束の投射によって干渉縞をつくり、被
測定物体表面にこの干渉縞が存在する状態、及び被測定
物体表面を上記光束のうちの１木のみにより単に照明し
た状態で、その表面を撮像し、これら両画像についての
画素差分により、上記被測定物体表面の干渉縞のみの鮮
明な画像を得ることを特徴としている。
の表面に二つの光束の投射によって干渉縞をつくり、被
測定物体表面にこの干渉縞が存在する状態、及び被測定
物体表面を上記光束のうちの１木のみにより単に照明し
た状態で、その表面を撮像し、これら両画像についての
画素差分により、上記被測定物体表面の干渉縞のみの鮮
明な画像を得ることを特徴としている。
ここでいう画素差分とは、干渉縞が投影された′被験物
の画像をとると、干渉縞と被験物の表０面の双方が投影
され、縞が不鮮明となるため、別に被験物の表面のみの
画像をとってこれを干渉縞投影像から差引き、干渉縞の
みが写っている＄Ａ算像として、より鮮明な画像を得る
方法をいう。
の画像をとると、干渉縞と被験物の表０面の双方が投影
され、縞が不鮮明となるため、別に被験物の表面のみの
画像をとってこれを干渉縞投影像から差引き、干渉縞の
みが写っている＄Ａ算像として、より鮮明な画像を得る
方法をいう。
このような本発明の方法によれば、大きな凹凸を有する
対象物を測定するときには間隔の広い干渉縞をその表面
に投影し、小さな凹凸を有する対以下に図面を参照して
本発明をさらに具体的に説明する。
対象物を測定するときには間隔の広い干渉縞をその表面
に投影し、小さな凹凸を有する対以下に図面を参照して
本発明をさらに具体的に説明する。
第１図は、計算機を利用して本発明の方法により被測定
物体の表面形状を測定する測定装置を示し、１は測定台
、２はその測定台上に置いた被測定物体、３はレーザ光
源、４はそのレーザ光源からのレーザ光束を２分するビ
ームスプリッタ、５は上記ビームスプリッタからのレー
ザ光束を反射させるミラーであって、上記ビームスプリ
ッタ４及びミラー５によってニ一つの光束Ｌ１． Ｌ２
に光路差を与え、それらの光束を被測定物体２に対して
その表面上で合致するように投射させ、そこに干渉縞を
つくらせる。
物体の表面形状を測定する測定装置を示し、１は測定台
、２はその測定台上に置いた被測定物体、３はレーザ光
源、４はそのレーザ光源からのレーザ光束を２分するビ
ームスプリッタ、５は上記ビームスプリッタからのレー
ザ光束を反射させるミラーであって、上記ビームスプリ
ッタ４及びミラー５によってニ一つの光束Ｌ１． Ｌ２
に光路差を与え、それらの光束を被測定物体２に対して
その表面上で合致するように投射させ、そこに干渉縞を
つくらせる。
ビデオカメラ６は、第２図に示すように、被測定物体表
面の素地とその上に投影された干渉縞の双方を顕微鏡を
通して撮影し、それをビデオカメラに接続した画素差分
装置７内のメモリーに記憶ごせ、また必要に応じてそれ
を白黒モニタに表示する。ここでは、」二連したところ
によって得られの照明を行い、この状態で上記ビデオカ
メラ８により被測定物体表面を撮像する。このときには
第３図に示すような画像が得られ、この画像Ｐ２にはも
はや干渉縞は存在せず、被測定物体表面の素地のみであ
る。
面の素地とその上に投影された干渉縞の双方を顕微鏡を
通して撮影し、それをビデオカメラに接続した画素差分
装置７内のメモリーに記憶ごせ、また必要に応じてそれ
を白黒モニタに表示する。ここでは、」二連したところ
によって得られの照明を行い、この状態で上記ビデオカ
メラ８により被測定物体表面を撮像する。このときには
第３図に示すような画像が得られ、この画像Ｐ２にはも
はや干渉縞は存在せず、被測定物体表面の素地のみであ
る。
さらに、光束Ｌ１をシャフタ−によって遮蔽し、束Ｌ１
の方向の差の分だけ、影の長さも異っている。
の方向の差の分だけ、影の長さも異っている。
上記ビデオカメラ６に接続された画素差分装置７は、そ
れによって、ｐ＋ −（Ｐ２ ＋ Ｐ：ｌ） 、あるい
はＰ、 −Ｐ、−Ｐ３ の画素差分を行うものであり、
この一連の操作により画像Ｐ１における素地、陰影８、
そしてスペックル（斑点）８などは除かれ、被測定物体
の凹凸に対応した干渉縞のみが鮮明な画像としてモニタ
に残る。従って、その後の画像処理が極めて容易となる
。
れによって、ｐ＋ −（Ｐ２ ＋ Ｐ：ｌ） 、あるい
はＰ、 −Ｐ、−Ｐ３ の画素差分を行うものであり、
この一連の操作により画像Ｐ１における素地、陰影８、
そしてスペックル（斑点）８などは除かれ、被測定物体
の凹凸に対応した干渉縞のみが鮮明な画像としてモニタ
に残る。従って、その後の画像処理が極めて容易となる
。
なお、このようにして鮮明化した干渉縞にも幅があるが
、この幅の最も濃い場所を選び出す細線化処理を行えば
、分解能と測定精度を上げることができる。
、この幅の最も濃い場所を選び出す細線化処理を行えば
、分解能と測定精度を上げることができる。
次に、カラーフィルムを用いて上記と同様な形状測定を
行う方法について説明する。
行う方法について説明する。
この場合、第１図のビデオカメラ６と画素差分装Ｗ７に
代えて一眼レフカメラを使用する。測定断してカラー写
真をとると、被測定物体の素地のみが撮影される。これ
は前述の画像Ｐ２またはＰ３に相当する。画像Ｐ１には
、素地すなわちその表面アラサによるスペックル８が如
、実に出たり、あるいは被測定物体の凹凸の影８が現れ
るために、投影された干渉縞と混在して、明瞭な画像は
得られない。そこで、画像Ｐ１から画像Ｐ２またはＰ、
を差分することによって、被測定物体の凹凸だけの情報
、すなわち投影された干渉縞を得る必要がある。そこで
、上記カラー写真から鮮明な干渉縞を得る方法について
説明する。
代えて一眼レフカメラを使用する。測定断してカラー写
真をとると、被測定物体の素地のみが撮影される。これ
は前述の画像Ｐ２またはＰ３に相当する。画像Ｐ１には
、素地すなわちその表面アラサによるスペックル８が如
、実に出たり、あるいは被測定物体の凹凸の影８が現れ
るために、投影された干渉縞と混在して、明瞭な画像は
得られない。そこで、画像Ｐ１から画像Ｐ２またはＰ、
を差分することによって、被測定物体の凹凸だけの情報
、すなわち投影された干渉縞を得る必要がある。そこで
、上記カラー写真から鮮明な干渉縞を得る方法について
説明する。
第４図は、黄、マゼンタ及びシアンの３枚のフィルタを
重ね合わせた場合におけるそれぞれの色の補色を説明す
るための図で、例えば赤の補色はシアンであることから
、赤色の被写体をカラーネガフィルムを用いて撮影する
と、フィルム」二ではシアン色となる。すなわち、被写
体の色とそれを撮ったネガフィルムの色とは補色の関係
にある。従って、このことを応用することによりよりそ
のうちの素地のみの画像を撮影したネガ像に白色光をあ
て、同じ種類のネガカラーフィルムに等倍写像をすると
、物体の素地のみのポジカラーフィルム像が得られる。
重ね合わせた場合におけるそれぞれの色の補色を説明す
るための図で、例えば赤の補色はシアンであることから
、赤色の被写体をカラーネガフィルムを用いて撮影する
と、フィルム」二ではシアン色となる。すなわち、被写
体の色とそれを撮ったネガフィルムの色とは補色の関係
にある。従って、このことを応用することによりよりそ
のうちの素地のみの画像を撮影したネガ像に白色光をあ
て、同じ種類のネガカラーフィルムに等倍写像をすると
、物体の素地のみのポジカラーフィルム像が得られる。
そこで、干渉縞投影画像Ｐｌのネガ像と新たに得られた
素地のみのポジ像をめに黒色となって印画紙上には白く
写り、素地を除いた投影干渉縞のみを鮮明な画像として
得ることができる。但し、素地のみのネガ像をポジ像に
するときに用いる反転用ネガフィルムは、ネガ像を得た
ときと同じように、γが１．０に近いものでなければい
けない。さもないと素地を写しているネガ、ポジフィル
ムは補色の関係とならず、色が残ることになる。
素地のみのポジ像をめに黒色となって印画紙上には白く
写り、素地を除いた投影干渉縞のみを鮮明な画像として
得ることができる。但し、素地のみのネガ像をポジ像に
するときに用いる反転用ネガフィルムは、ネガ像を得た
ときと同じように、γが１．０に近いものでなければい
けない。さもないと素地を写しているネガ、ポジフィル
ムは補色の関係とならず、色が残ることになる。
また、白黒フィルムを用いても同様の形状測定を行うこ
とができる。この場合、まず、白黒ネガフィルムによっ
て被測定物体の素地の上に干渉縞が投影された画像を撮
影してネガ原板Ａ１を得る。
とができる。この場合、まず、白黒ネガフィルムによっ
て被測定物体の素地の上に干渉縞が投影された画像を撮
影してネガ原板Ａ１を得る。
次に、同種のネガフィルムを用いて、１本の光束によっ
て照明された被測定物体の素地を撮影する。このとき露
光時間は上記ネガＡ、を得るときの２倍として、ネガ原
板Ａ、と同じ濃度となるようにつとめ、これによってネ
ガ原板Ａ２を得る。さらに、ネガ原板んを上記操作で利
用したのと同種類のネガフィルム上に密着焼付を行い、
ポジ原板Ａ。
て照明された被測定物体の素地を撮影する。このとき露
光時間は上記ネガＡ、を得るときの２倍として、ネガ原
板Ａ、と同じ濃度となるようにつとめ、これによってネ
ガ原板Ａ２を得る。さらに、ネガ原板んを上記操作で利
用したのと同種類のネガフィルム上に密着焼付を行い、
ポジ原板Ａ。
を得る。
このようにして得られたネガ原板Ａ１とポジ原板Ａ３の
膜面を合わせて画像を重ねると、素地像の部分は階調の
乏しい殆んど灰色調になり、これに対して干渉縞は明瞭
に現われるので、２枚の原板を固定して印画紙に焼付け
ることにより投影された干渉縞のみを得る。
膜面を合わせて画像を重ねると、素地像の部分は階調の
乏しい殆んど灰色調になり、これに対して干渉縞は明瞭
に現われるので、２枚の原板を固定して印画紙に焼付け
ることにより投影された干渉縞のみを得る。
上記操作においては、使用するネガフィルムとそのポジ
像を得るネガフィルムとしてγが１．０に近いものを利
用する必要がある。もし、γが０．５のネガフィルムを
用いたとすると素地像を写したネガ原板からそのポジ像
を得るときに、ネガ原板とネガフィルムを密着焼きする
ので、ポジ像のγは０．５ Ｘｏ、５’＝ ０．２５と
なり、極端に軟調になってしまう。従って、γが０．５
のネガ原板と０．２５のポジ原板を重ね合わせて固定し
、それを印画紙に焼付けることになり、この場合に両原
板の素地像の部分のγが異なるので、素地像は完全に消
去されずに残ることになる。
像を得るネガフィルムとしてγが１．０に近いものを利
用する必要がある。もし、γが０．５のネガフィルムを
用いたとすると素地像を写したネガ原板からそのポジ像
を得るときに、ネガ原板とネガフィルムを密着焼きする
ので、ポジ像のγは０．５ Ｘｏ、５’＝ ０．２５と
なり、極端に軟調になってしまう。従って、γが０．５
のネガ原板と０．２５のポジ原板を重ね合わせて固定し
、それを印画紙に焼付けることになり、この場合に両原
板の素地像の部分のγが異なるので、素地像は完全に消
去されずに残ることになる。
次に、上述したところによって得た干渉縞から被測定物
体表面の凹凸量の絶対値を測定する方法について説明す
る。
体表面の凹凸量の絶対値を測定する方法について説明す
る。
この凹凸量については、被測定物体の代りに対物ミクロ
ケータ（例えば、１＋ａｍｌＯＯ等分の目盛を刻んだガ
ラススケール）を顕微鏡下に置き、倍率の較正すなわち
第２図における縞間隔ａを測ると共に凸部のｌｂを測り
、両者の比ｂ／ａをとることによってその絶対値を知る
ことができる。
ケータ（例えば、１＋ａｍｌＯＯ等分の目盛を刻んだガ
ラススケール）を顕微鏡下に置き、倍率の較正すなわち
第２図における縞間隔ａを測ると共に凸部のｌｂを測り
、両者の比ｂ／ａをとることによってその絶対値を知る
ことができる。
また、第１図において光束Ｌ１と烏のなす角をθ、レー
ザ光源の波長をλどするとき、干渉縞の間隔ｄは、 ｄ ＝ λ／（２ｓｉｎθ／２ ） で表わされる。そして、レーザ光の斜入射角をηとする
とき、被測定物体上の縞間隔ａは、ａ＝（λ／（２ｓｉ
ｎθ／２ ）） ｃｏｓηとなる。
ザ光源の波長をλどするとき、干渉縞の間隔ｄは、 ｄ ＝ λ／（２ｓｉｎθ／２ ） で表わされる。そして、レーザ光の斜入射角をηとする
とき、被測定物体上の縞間隔ａは、ａ＝（λ／（２ｓｉ
ｎθ／２ ）） ｃｏｓηとなる。
従って、マイケルソン型干渉計によって得られる縞間隔
＾／２よりも広くなる。ブロックゲージの絶対測長測定
にはマイケルソン型干渉計を用いて、しかも波長の異な
った３木以上のレーザ光を用いる。いわゆる合致法を応
用している。ここに述べた干渉縞投影法も縞の間隔が広
くなるだけであるから、ブロックゲージと同様に合致法
が適用でき、この場合には前述のガラススケールなどを
用いて較正する必要はなくなる。
＾／２よりも広くなる。ブロックゲージの絶対測長測定
にはマイケルソン型干渉計を用いて、しかも波長の異な
った３木以上のレーザ光を用いる。いわゆる合致法を応
用している。ここに述べた干渉縞投影法も縞の間隔が広
くなるだけであるから、ブロックゲージと同様に合致法
が適用でき、この場合には前述のガラススケールなどを
用いて較正する必要はなくなる。
第１図は本発明の方法を実施する装置の構成図、第２図
及び第３図は本発明において撮像する干渉縞についての
説明図、第４図は補色に関する説明図である。 ２・・被測定物体、３・・レーザ光源、６・・ビデオカ
メラ、 ７・一画素差分装置Ｌ 、 Ｌ？・・光束。 指定代理人 第４ 回
及び第３図は本発明において撮像する干渉縞についての
説明図、第４図は補色に関する説明図である。 ２・・被測定物体、３・・レーザ光源、６・・ビデオカ
メラ、 ７・一画素差分装置Ｌ 、 Ｌ？・・光束。 指定代理人 第４ 回
Claims (1)
- １、低反射率の被測定物体の表面に二つの光束の投射に
よって干渉縞をつくり、被測定物体表面渉縞のみの鮮明
な画像を得ることを特徴とする低反射率物体の形状測定
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11842983A JPS6010105A (ja) | 1983-06-30 | 1983-06-30 | 低反射率物体の形状測定法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11842983A JPS6010105A (ja) | 1983-06-30 | 1983-06-30 | 低反射率物体の形状測定法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6010105A true JPS6010105A (ja) | 1985-01-19 |
| JPH0312684B2 JPH0312684B2 (ja) | 1991-02-20 |
Family
ID=14736423
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11842983A Granted JPS6010105A (ja) | 1983-06-30 | 1983-06-30 | 低反射率物体の形状測定法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6010105A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9976850B2 (en) | 2013-09-10 | 2018-05-22 | Bae Systems Plc | Optical surface roughness measurement |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9036900B2 (en) | 2011-01-21 | 2015-05-19 | University Of Hyogo | Three-dimensional shape measurement method and three-dimensional shape measurement device |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5664605A (en) * | 1979-11-01 | 1981-06-01 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Method for sensing distribution of height of stored material |
-
1983
- 1983-06-30 JP JP11842983A patent/JPS6010105A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5664605A (en) * | 1979-11-01 | 1981-06-01 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Method for sensing distribution of height of stored material |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9976850B2 (en) | 2013-09-10 | 2018-05-22 | Bae Systems Plc | Optical surface roughness measurement |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0312684B2 (ja) | 1991-02-20 |
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