JP2003042734A - Method and apparatus for measurement of surface shape - Google Patents

Method and apparatus for measurement of surface shape

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JP2003042734A
JP2003042734A JP2001232470A JP2001232470A JP2003042734A JP 2003042734 A JP2003042734 A JP 2003042734A JP 2001232470 A JP2001232470 A JP 2001232470A JP 2001232470 A JP2001232470 A JP 2001232470A JP 2003042734 A JP2003042734 A JP 2003042734A
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light
lattice
moire
camera
pattern structure
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Inventor
Terumi Kamata
照己 鎌田
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Ricoh Co Ltd
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Ricoh Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method and an apparatus wherein a phase shift method can be applied to a stereolattice-type moire method simply and without any trouble, without a need of the movement operation of a lattice pattern in order to change the phase of moire fringes. SOLUTION: In a stereolattice-type moire optical system, a lattice pattern structure 11 in which lattice patterns 15, 16, 17 formed by filters 12, 13, 14 used to absorb beams of light in at least three kinds of different wavelength bands is used, a plurality of moire fringe images formed in the beams of light at a plurality of wavelengths absorbed by the respective filters 12, 13, 14 are imaged, the phase shift method is applied, and the movement mechanism of the lattice patterns required for performing a phase shift in conventional cases is not required. As a result, the waiting time for a movement in order to acquire a plurality of phase-shited moire images can be eliminated, the measuring time can be shortened, and a measurement error due to the movement accuracy of the movement mechanism can be reduced.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、被検物の表面欠陥
検出、稜線の膨らみやうねり、凹み等の3次元形状変化
の少ない凹凸欠陥等を検出するためのモアレ法を利用し
た表面形状測定方法及び表面形状測定装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to surface shape measurement using the moire method for detecting surface defects of an object to be inspected and detecting uneven defects such as ridge bulges, undulations, and dents with little three-dimensional shape change. The present invention relates to a method and a surface shape measuring device.

【0002】[0002]

【従来の技術】感光体ドラムなどの円筒状被検物に関す
る従来の欠陥検査方法として、特開平2−201142
号公報或いは特開平4−169840号公報等に示され
る例がある。図20は、特開平2−201142号公報
例を示す斜視図である。同図において、まず、光源10
1からのレーザ光ビーム102を、回転多面鏡103を
介して感光体ドラム104の軸方向に走査するように照
射させ、走査光は、感光体ドラム104の感光層表面に
て反射させる。感光体ドラム104は駆動モータ105
により回転駆動される。正常な表面からの反射光は、ほ
ぼ受光器106に進入することで反射光の強度が検出さ
れ、その検出出力は所定の演算処理部等に入力される。
2. Description of the Related Art As a conventional defect inspection method for a cylindrical test object such as a photosensitive drum, Japanese Patent Laid-Open No. 2-201142 is known.
Japanese Patent Laid-Open No. 4-169840 and the like. FIG. 20 is a perspective view showing an example of Japanese Patent Laid-Open No. 2-201242. In the figure, first, the light source 10
The laser light beam 102 from 1 is irradiated so as to scan in the axial direction of the photosensitive drum 104 via the rotary polygon mirror 103, and the scanning light is reflected on the surface of the photosensitive layer of the photosensitive drum 104. The photosensitive drum 104 is a drive motor 105.
Is driven to rotate. The reflected light from the normal surface almost enters the light receiver 106, the intensity of the reflected light is detected, and the detection output is input to a predetermined arithmetic processing unit or the like.

【0003】同公報例に示されるこのような処理は、検
出値が異常に低下した時に、表面状態の異常として検出
するためのものである。
Such processing shown in the example of the publication is for detecting an abnormal surface condition when the detected value is abnormally lowered.

【0004】一方、図21は、特開平4−169840
号公報例の方法を示す概略斜視図である。同図におい
て、ハロゲン光源等を備えた投光器110から感光体ド
ラム111へ向けてスリット光112が投射される。感
光体ドラム111の表面欠陥によって散乱された散乱光
は、レンズ113によって集光され、ラインセンサ11
4で受光される。ラインセンサ114は、画素列を有
し、その受光範囲は、感光体ドラム111表面上のEで
示される範囲である。
On the other hand, FIG. 21 is shown in Japanese Unexamined Patent Publication No. 4-169840.
It is a schematic perspective view which shows the method of the example of the publication. In the figure, a slit light 112 is projected from a light projector 110 equipped with a halogen light source or the like toward a photosensitive drum 111. The scattered light scattered by the surface defects of the photoconductor drum 111 is condensed by the lens 113, and the line sensor 11
Light is received at 4. The line sensor 114 has a pixel row, and its light receiving range is a range indicated by E on the surface of the photosensitive drum 111.

【0005】同公報例に示されるこのような処理は、欠
陥による散乱光の異常を検出するためのものである。
Such processing shown in the example of the publication is for detecting an abnormality of scattered light due to a defect.

【0006】感光体にはピンホール,打痕,擦り傷,気
泡の巻き込み,クラック,ゴミ等の付着による欠陥並び
に感光層の膜厚のムラ,液ダレや支持体の傷等多種多様
な欠陥の生ずる可能性がある。
Defects due to pinholes, dents, abrasions, inclusion of bubbles, cracks, dust and the like, and various defects such as uneven thickness of the photosensitive layer, liquid dripping and scratches on the support occur on the photosensitive member. there is a possibility.

【0007】上述したような従来の光学式検査装置によ
る場合では、ピンホール,打痕,擦り傷,ゴミ等の付着
による欠陥の如く表面凹凸の変化率の大きな欠陥に対し
ては高い検出力を発揮することができるが、感光層の膜
厚ムラ等の如く凹凸の変化率の小さい欠陥或いは支持体
の傷のように感光体表面に凹凸の変化のない欠陥に対し
ては検出精度に問題がある。
In the case of the conventional optical inspection apparatus as described above, a high detection power is exhibited for a defect having a large rate of change in surface unevenness such as a defect caused by the attachment of pinholes, dents, scratches, dust and the like. However, there is a problem in the detection accuracy for defects with a small rate of change in unevenness such as unevenness of the thickness of the photosensitive layer, or defects with no change in unevenness on the surface of the photosensitive member such as scratches on the support. .

【0008】一方、3次元測定法の一手法としてモアレ
法(モアレトポグラフィーを利用した3次元測定法)が
挙げられる。モアレ法には、実体格子型と格子投影型が
あり、様々な分野において広く利用されている。
On the other hand, a moire method (three-dimensional measurement method using moire topography) is one of the three-dimensional measurement methods. The Moire method includes a physical lattice type and a lattice projection type, which are widely used in various fields.

【0009】格子投影型のモアレ法とは、図22に示す
ように、投影用と観察用とに、各々小さな格子G,G
を配置し、格子GをレンズLにより物体に投影
し、物体形状に応じて変形した格子線をレンズLを通
じてもう一つの格子G上に結像させ、縞等高線を基準
面から所定距離h,h,h,…のところに生じさ
せるようにしたものである。
As shown in FIG. 22, the lattice projection type moire method is used for projecting and observing small lattices G 1 and G, respectively.
2 is arranged, the grating G 1 is projected onto the object by the lens L 1 , the grating line deformed according to the object shape is imaged on the other grating G 2 through the lens L 2 , and the fringe contour line is drawn from the reference plane. It is generated at predetermined distances h 1 , h 2 , h 3 , ....

【0010】一方、実体格子型のモアレ法とは、図23
に示すように、基準面に一つの格子Gを設置し、図22
のレンズLの位置に点光源Sを、レンズLの位置
に観察眼eを置いて、格子Gの光源Sによる影を物体
上に落し、物体形状に応じて変形した格子Gの影を形成
させ、これを格子Gを通して観察眼eにより観察するこ
とにより、この格子Gと変形した格子の影とによって生
じるモアレ縞を観測する方法をいう。
On the other hand, the actual lattice type moire method is shown in FIG.
As shown in FIG. 22, one grid G is installed on the reference plane, and FIG.
With the point light source S 1 placed at the position of the lens L 1 and the observation eye e placed at the position of the lens L 2 , the shadow of the light source S 1 of the grating G is cast on the object, and the shadow of the grating G deformed according to the object shape is changed. This is a method of observing moire fringes generated by the grid G and the shadow of the deformed grid by forming a shadow and observing the shadow with an observation eye e through the grid G.

【0011】従来、モアレ法による3次元形状測定法は
対象物を直観的に把握することはできるが、(1) 凹
凸の判定がし難い、(2) 高感度の3次元測定には不
向き(現時点ではモアレ縞等高線の間隔は10μm程度
が限界とされている)、(3) モアレ縞のビジビリテ
ィーが縞毎に均一でないためモアレ像を画像処理の対象
として扱いにくい、等の問題が指摘されている。
Conventionally, the three-dimensional shape measuring method based on the moire method can intuitively grasp an object, but (1) it is difficult to determine unevenness, and (2) it is not suitable for highly sensitive three-dimensional measurement ( At present, the interval between the moire fringe contour lines is limited to about 10 μm), and (3) the visibility of moire fringes is not uniform for each fringe, making it difficult to handle moire images as an image processing target. There is.

【0012】この問題点は、格子投影型のモアレ法の場
合、2枚の格子を利用しているために、その一方を移動
させることにより、縞走査、つまり、モアレ縞の位相を
シフトさせることによって、等高線間隔を等価的に細か
く分割するとともに、対象の凹凸判定や測定感度の向上
が可能であるが、実体格子型のモアレ法の場合には、格
子が1枚のみであるため、格子投影型のモアレ法のよう
な位相シフトを行っても、全ての次数の縞等高線の位相
を揃えながら位相を変えることはできない。
This problem is that in the case of the grid projection type moire method, since two grids are used, one of them is moved to shift the fringe scanning, that is, the phase of the moire fringes. This makes it possible to equivalently divide the contour interval finely, and to determine the unevenness of the target and improve the measurement sensitivity. However, in the case of the real grid type moire method, since there is only one grid, the grid projection Even if the phase shift such as the type Moire method is performed, it is not possible to change the phase while aligning the phases of the fringe contour lines of all orders.

【0013】このような問題点に対して、例えば特開平
4−147001号公報(特許第2887517号)に
よれば、実体格子型のモアレ法に位相シフト法を組合わ
せた測定方法が報告されている。即ち、格子面の垂直移
動と光源又は観察点の水平移動とを同時に行うことによ
り、各次数のモアレ縞の位相にほぼ大きな変化を来たす
ことなく、各次数の縞の位相がほぼ揃った状態で測定対
象に対する縞位相のシフトができるようにしている。こ
れにより、複数枚のモアレ縞画像を高速査法(位相シフ
ト法)の原理に基いて処理することができ、これによっ
て測定対象に対するモアレ縞による測定点の密度が増大
するとともに、モアレ縞1周期について約1/40〜1
/100程度の物理的な分割が可能となり、実体格子型
のモアレ法のみでは困難とされていた面の凹凸の判定や
測定感度の向上を図ることができる。
To solve such a problem, for example, Japanese Unexamined Patent Publication No. 4-147001 (Japanese Patent No. 2887517) reports a measuring method in which a phase shift method is combined with a physical lattice type moire method. There is. That is, by performing the vertical movement of the lattice plane and the horizontal movement of the light source or the observation point at the same time, the phase of the fringes of each order is substantially aligned without causing a large change in the phase of the moire fringes of each order. The fringe phase can be shifted with respect to the measurement target. Thereby, it is possible to process a plurality of moire fringe images based on the principle of the high-speed inspection method (phase shift method), which increases the density of the measurement points by the moire fringes with respect to the measurement target, and about one cycle of the moire fringes. About 1 / 40-1
A physical division of about / 100 is possible, and it is possible to determine the unevenness of the surface and improve the measurement sensitivity, which has been difficult with only the real lattice type moire method.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】しかし、実体格子型の
モアレ法に対して特開平4−147001号公報例のよ
うに位相シフト法を適用する上で、格子を移動させるた
めに装置構成が複雑となる。特に、全縞次数をほぼ正確
にシフトさせることを意図しており、格子面の垂直移動
と光源又は観察点の水平移動との2方向の移動を同時に
行うことにより実現しているため、その移動機構等の装
置構成が複雑になる。また、このような移動に伴なう格
子位置の誤差の影響が出る等の問題がある。
However, when the phase shift method is applied to the actual lattice type moire method as in the example of Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-147001, the apparatus configuration is complicated for moving the lattice. Becomes In particular, it is intended to shift all fringe orders almost accurately, and it is realized by simultaneously moving the lattice plane vertically and the light source or the observation point horizontally in two directions. The device configuration such as the mechanism becomes complicated. In addition, there is a problem in that an error of a lattice position due to such movement has an influence.

【0015】そこで、本発明は、実体格子型のモアレ法
に対して位相シフト法を簡単かつ支障なく適用できるよ
うにすることで、ローラ部品等の円柱状被検物や液晶等
の平面状被検物の表面形状の3次元測定を、高速かつ高
精度に行うことができる表面形状測定方法及び表面形状
測定装置を提供することを目的とする。
Therefore, according to the present invention, the phase shift method can be applied to the real lattice type moire method easily and without any trouble, so that a cylindrical object such as a roller component or a planar object such as a liquid crystal can be obtained. An object of the present invention is to provide a surface shape measuring method and a surface shape measuring apparatus capable of performing three-dimensional measurement of the surface shape of a specimen at high speed and with high accuracy.

【0016】特に、モアレ縞の位相を変化させるために
格子パターンの移動動作を必要とせず、簡単な構成で高
速かつ高精度な測定が可能な表面形状測定方法及び表面
形状測定装置を提供することを目的とする。
In particular, the present invention provides a surface shape measuring method and a surface shape measuring apparatus which do not require a movement operation of a grid pattern for changing the phase of moire fringes and can perform high-speed and highly accurate measurement with a simple structure. With the goal.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明の表
面形状測定方法は、モアレ縞を発生させるための光源
と、少なくとも3種類の異なる波長帯の光を吸収する各
々のフィルタにより複数の格子パターンを形成して重ね
た格子パターン構造体と、モアレ縞を撮像するためのレ
ンズ及び撮像カメラを含む受光系とを有する実体格子型
のモアレ光学系を検査光学系として用い、前記格子パタ
ーン構造体の前記各フィルタにより吸収される複数の波
長の光毎に前記受光系により撮像された少なくとも3つ
の位相シフトしたモアレ縞の画像データに基づく演算処
理により被検物表面の形状を3次元的に測定するように
した。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a surface shape measuring method comprising: a light source for generating moire fringes; and a plurality of filters for absorbing light of at least three different wavelength bands. A lattice-pattern structure, wherein a lattice-pattern moire optical system having a lattice-pattern structure formed by stacking lattice patterns and a light-receiving system including a lens for capturing moire fringes and an imaging camera is used as an inspection optical system. The shape of the surface of the test object is three-dimensionally calculated by arithmetic processing based on the image data of at least three phase-shifted moire fringes imaged by the light receiving system for each light of a plurality of wavelengths absorbed by each filter of the body. I tried to measure it.

【0018】従って、実体格子型のモアレ光学系におい
て、少なくとも3種類の異なる波長帯の光を吸収するフ
ィルタにより形成した格子パターンを重ねた格子パター
ン構造体を用い、その各フィルタで吸収させる複数の波
長の光毎に形成される複数のモアレ縞画像を撮像し位相
シフト法を適用することによって、従来位相シフトを行
うために必要であった格子パターンの移動機構が不要と
なり、これにより複数の位相シフトされたモアレ画像を
取得するために移動を待つ時間をなくすことができ、測
定時間を短くすることができ、かつ、移動機構の移動精
度による測定誤差を低減することができる。
Therefore, in the actual lattice type moire optical system, a lattice pattern structure is used in which lattice patterns formed by filters for absorbing at least three kinds of different wavelength bands are overlapped, and a plurality of filters are used for absorption. By capturing multiple moire fringe images formed for each wavelength of light and applying the phase shift method, the grid pattern moving mechanism that was required to perform phase shift in the past is no longer necessary. It is possible to eliminate the time to wait for the movement to acquire the shifted moire image, shorten the measurement time, and reduce the measurement error due to the movement accuracy of the movement mechanism.

【0019】請求項2記載の発明は、請求項1記載の表
面形状測定方法において、前記各格子パターンにより生
ずるモアレ縞の周期が等しくなるように、前記各格子パ
ターンの格子ピッチが各々異なる格子ピッチで形成され
た前記格子パターン構造体を用いるようにした。
According to a second aspect of the present invention, in the surface shape measuring method according to the first aspect, the lattice pitches of the respective lattice patterns are different so that the periods of the moire fringes generated by the respective lattice patterns are equal. The lattice pattern structure formed in 1. was used.

【0020】従って、請求項1記載の発明を実現する上
で、格子パターン構造体の各格子パターンの格子ピッチ
に関して、モアレ縞の等高線間隔が一定となるように設
定することにより、より広範囲の測定を行うことができ
る。
Therefore, in order to realize the invention of claim 1, the grid pitch of each grid pattern of the grid pattern structure is set such that the contour line intervals of the moire fringes are set to be constant, so that a wider range of measurement can be performed. It can be performed.

【0021】請求項3記載の発明は、請求項1記載の表
面形状測定方法において、前記各格子パターンにより生
ずるモアレ縞の周期が等しくなるように、前記各格子パ
ターンの光軸と前記撮像カメラとのなす角度を各々異な
らせて形成して重ねた前記格子パターン構造体を用いる
ようにした。
According to a third aspect of the present invention, in the surface shape measuring method according to the first aspect, the optical axis of each of the lattice patterns and the image pickup camera are arranged so that the periods of Moire fringes generated by the respective lattice patterns become equal. The lattice pattern structures are formed by forming different angles with each other and stacking them.

【0022】従って、請求項1記載の発明を実現する上
で、格子パターン構造体の各格子パターンの光軸と撮像
カメラとのなす角度を各々異ならせて形成し、モアレ縞
の等高線間隔が一定となるように設定することにより、
より広範囲の測定を行うことができる。
Therefore, in realizing the invention of claim 1, the optical axes of the respective lattice patterns of the lattice pattern structure are formed with different angles formed by the image pickup camera, and the contour line intervals of moire fringes are constant. By setting so that
A wider range of measurements can be made.

【0023】請求項4記載の発明は、請求項1ないし3
の何れか一記載の表面形状測定方法において、前記撮像
カメラとしてラインセンサカメラを用い、このラインセ
ンサカメラのライン方向と直交する方向に前記被検物と
前記モアレ光学系との相対的な位置関係を順次移動させ
ることにより前記被検物表面の形状を全面的に測定する
ようにした。
The invention according to claim 4 is the same as claims 1 to 3.
In the surface shape measuring method according to any one of items 1 to 5, a line sensor camera is used as the imaging camera, and a relative positional relationship between the object to be inspected and the moire optical system in a direction orthogonal to a line direction of the line sensor camera. Was sequentially moved to measure the entire shape of the surface of the test object.

【0024】従って、撮像カメラをラインセンサカメラ
とし、このラインセンサカメラのライン方向と直交する
方向に被検物とモアレ光学系との相対的な位置関係を順
次移動させることにより、連続するシート状の測定対象
や、ドラム形状(円筒状)の測定対象の半径方向のうね
りを高速に測定することが可能となる。
Therefore, a line sensor camera is used as the image pickup camera, and the relative positional relationship between the object to be inspected and the moire optical system is sequentially moved in a direction orthogonal to the line direction of the line sensor camera, whereby a continuous sheet shape is formed. It is possible to measure the waviness in the radial direction of the object to be measured or the drum-shaped (cylindrical) object to be measured at high speed.

【0025】請求項5記載の発明の表面形状測定装置
は、モアレ縞を発生させるための光源及び格子パターン
と、モアレ縞を撮像するためのレンズ及び撮像カメラを
含む受光系とを有する実体格子型のモアレ光学系を検査
光学系として用いる表面形状測定装置であって、少なく
とも3種類の異なる波長帯の光を吸収する各々のフィル
タにより複数の前記格子パターンを形成して重ねてなる
格子パターン構造体と、この格子パターン構造体の前記
各フィルタにより吸収される複数の波長の光毎に前記撮
像カメラにより撮像された少なくとも3つの位相シフト
したモアレ縞の画像データに基づく演算処理により被検
物表面の形状を3次元的に測定する演算処理手段と、を
備える。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a surface shape measuring device having a light source for generating moire fringes and a grating pattern, and a light receiving system including a lens for capturing the moire fringes and an image pickup camera. Surface shape measuring apparatus using the Moire optical system as an inspection optical system, wherein a plurality of the lattice patterns are formed by respective filters that absorb light of at least three different wavelength bands, and the lattice pattern structure is superposed. And a calculation process based on the image data of at least three phase-shifted moire fringes imaged by the imaging camera for each light of a plurality of wavelengths absorbed by each of the filters of the lattice pattern structure. Arithmetic processing means for three-dimensionally measuring the shape.

【0026】従って、実体格子型のモアレ光学系におい
て、少なくとも3種類の異なる波長帯の光を吸収するフ
ィルタにより形成した格子パターンを重ねた格子パター
ン構造体を用い、その各フィルタで吸収させる複数の波
長の光毎に形成される複数のモアレ縞画像を撮像し位相
シフト法を適用することによって、従来位相シフトを行
うために必要であった格子パターンの移動機構が不要と
なり、これにより複数の位相シフトされたモアレ画像を
取得するために移動を待つ時間をなくすことができ、測
定時間を短くすることができ、かつ、移動機構の移動精
度による測定誤差を低減することができる。
Therefore, in the actual lattice type moire optical system, a lattice pattern structure is used in which lattice patterns formed by filters for absorbing light of at least three different wavelength bands are superposed, and a plurality of filters are used for absorption. By capturing multiple moire fringe images formed for each wavelength of light and applying the phase shift method, the grid pattern moving mechanism that was required to perform phase shift in the past is no longer necessary. It is possible to eliminate the time to wait for the movement to acquire the shifted moire image, shorten the measurement time, and reduce the measurement error due to the movement accuracy of the movement mechanism.

【0027】請求項6記載の発明の表面形状測定装置
は、モアレ縞を発生させるための光源及び格子パターン
と、モアレ縞を撮像するためのレンズ及び撮像カメラを
含む受光系とを有する実体格子型のモアレ光学系を検査
光学系として用いる表面形状測定装置であって、前記光
源を白色光源とし、前記撮像カメラをカラーカメラと
し、3種類の異なる波長帯の光を吸収する各々のフィル
タにより複数の前記格子パターンを形成して重ねてな
り、各層の前記フィルタ部分で吸収する波長帯域が前記
カラーカメラの各色フィルタを通過する波長帯域以上に
形成された格子パターン構造体と、この格子パターン構
造体の前記各フィルタにより吸収される複数の波長の光
毎に前記カラーカメラにより撮像された3つの位相シフ
トしたモアレ縞の画像データに基づく演算処理により被
検物表面の形状を3次元的に測定する演算処理手段と、
を備える。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a surface shape measuring apparatus which has a light source for generating moire fringes and a grating pattern, and a light receiving system including a lens for capturing the moire fringes and an imaging camera. A surface shape measuring apparatus using the moire optical system as an inspection optical system, wherein the light source is a white light source, the imaging camera is a color camera, and a plurality of filters are provided to absorb light of three different wavelength bands. A lattice pattern structure which is formed by stacking the lattice patterns and has a wavelength band absorbed by the filter portion of each layer that is equal to or greater than a wavelength band that passes through each color filter of the color camera, and the lattice pattern structure. The image data of three phase-shifted moire fringes imaged by the color camera for each of a plurality of wavelengths of light absorbed by the filters. And processing means for measuring the shape of the test object surface three-dimensionally by the arithmetic processing based on the data,
Equipped with.

【0028】従って、通常使われているカラーカメラの
色フィルタ特性と補色関係にある格子パターンによる格
子パターン構造体を形成することによって、より安価に
実体格子型のモアレ光学系を提供することが可能とな
る。
Therefore, by forming a lattice pattern structure having a lattice pattern having a complementary color relationship with the color filter characteristics of a commonly used color camera, it is possible to provide a moire optical system of the actual lattice type at a lower cost. Becomes

【0029】請求項7記載の発明の表面形状測定装置
は、モアレ縞を発生させるための光源及び格子パターン
と、モアレ縞を撮像するためのレンズ及び撮像カメラを
含む受光系とを有する実体格子型のモアレ光学系を検査
光学系として用いる表面形状測定装置であって、前記光
源を少なくとも3種類の異なる波長特性を有する光源と
し、これらの光源を前記各光源毎に異なるタイミングで
発光させる発光制御手段と、前記各光源の異なる波長帯
の光を吸収する各々のフィルタにより複数の前記格子パ
ターンを形成して重ねてなる格子パターン構造体と、前
記各光源の発光タイミングと前記撮像カメラによる撮像
動作との同期をとる同期手段と、前記格子パターン構造
体の前記各フィルタにより吸収される複数の波長の光毎
に前記撮像カメラにより撮像された少なくとも3つの位
相シフトしたモアレ縞の画像データに基づく演算処理に
より被検物表面の形状を3次元的に測定する演算処理手
段と、を備える。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a surface shape measuring apparatus which has a light source for generating moire fringes and a grating pattern, and a light receiving system including a lens for imaging the moire fringes and an imaging camera. Surface shape measuring apparatus using the moiré optical system as an inspection optical system, wherein the light source is a light source having at least three different wavelength characteristics, and the light emission control means emits the light sources at different timings for each light source. And a lattice pattern structure in which a plurality of the lattice patterns are formed and overlapped by filters that absorb light of different wavelength bands of each of the light sources, emission timing of each of the light sources, and an imaging operation by the imaging camera. A synchronizing means for synchronizing with the image pickup camera for each light of a plurality of wavelengths absorbed by each of the filters of the lattice pattern structure. Ri comprises a processing unit for measuring the shape of the test object surface three-dimensionally, the by arithmetic processing based on the image data of at least three phase-shifted moiré fringes imaged.

【0030】従って、複数の光源を異なるタイミングで
点灯させることによって、通常の白黒カメラで複数の位
相シフト画像を取得することができ、安価な実体格子型
のモアレ光学系を提供することが可能となる。
Therefore, by turning on a plurality of light sources at different timings, it is possible to obtain a plurality of phase shift images with an ordinary black and white camera, and it is possible to provide an inexpensive real grating type moire optical system. Become.

【0031】請求項8記載の発明の表面形状測定装置
は、モアレ縞を発生させるための光源及び格子パターン
と、モアレ縞を撮像するためのレンズ及び撮像カメラを
含む受光系とを有する実体格子型のモアレ光学系を検査
光学系として用いる表面形状測定装置であって、少なく
とも3種類の異なる波長帯の光を吸収する各々のフィル
タにより複数の前記格子パターンを形成して重ねてなる
格子パターン構造体と、前記光源と前記格子パターン構
造体との間に配設されて前記各波長帯に含まれる各波長
光を通過させる複数の帯域フィルタと、これらの帯域フ
ィルタ中で前記光源と前記格子パターン構造体との間の
光路上に位置する帯域フィルタを順次切換えるフィルタ
切換え機構と、前記各帯域フィルタの切換え動作と前記
撮像カメラによる撮像動作との同期をとる同期手段と、
前記格子パターン構造体の前記各フィルタにより吸収さ
れる複数の波長の光毎に前記撮像カメラにより撮像され
た少なくとも3つの位相シフトしたモアレ縞の画像デー
タに基づく演算処理により被検物表面の形状を3次元的
に測定する演算処理手段と、を備える。
The surface shape measuring apparatus according to the invention of claim 8 is a substantial lattice type having a light source and a grating pattern for generating moire fringes, and a light receiving system including a lens for imaging the moire fringes and an imaging camera. Surface shape measuring apparatus using the Moire optical system as an inspection optical system, wherein a plurality of the lattice patterns are formed by respective filters that absorb light of at least three different wavelength bands, and the lattice pattern structure is superposed. A plurality of bandpass filters arranged between the light source and the grating pattern structure to pass light of each wavelength included in each wavelength band, and the light source and the grating pattern structure in these bandpass filters. A filter switching mechanism for sequentially switching the bandpass filters located on the optical path between the body and the body, the switching operation of each bandpass filter, and the image pickup by the image pickup camera. And synchronization means for synchronizing the operation,
The shape of the surface of the object to be inspected is calculated by arithmetic processing based on the image data of at least three phase-shifted moire fringes imaged by the imaging camera for each light of a plurality of wavelengths absorbed by each filter of the lattice pattern structure. Arithmetic processing means for three-dimensionally measuring.

【0032】従って、単一の光源に対して、格子パター
ン構造体の格子パターンに投影する縞の波長帯を変える
のと同期して、異なるタイミングで撮像カメラにより撮
像することによって、通常の白黒カメラで複数の位相シ
フト画像を取得できるので、安価な実体格子型のモアレ
光学系を提供することが可能となる。また、格子パター
ン上に必要な波長帯の光のみを照射できるのでモアレ縞
が目視でき設定等の作業を行うのに有利である。
Therefore, by synchronizing with changing the wavelength band of the stripes projected on the lattice pattern of the lattice pattern structure for a single light source, the image is taken by the image pickup camera at different timings, so that a normal black and white camera can be used. Since it is possible to obtain a plurality of phase shift images, it is possible to provide an inexpensive real grating type moire optical system. Further, since only the light of the required wavelength band can be irradiated onto the lattice pattern, moire fringes can be visually observed, which is advantageous for performing work such as setting.

【0033】請求項9記載の発明の表面形状測定装置
は、モアレ縞を発生させるための光源及び格子パターン
と、モアレ縞を撮像するためのレンズ及び撮像カメラを
含む受光系とを有する実体格子型のモアレ光学系を検査
光学系として用いる表面形状測定装置であって、少なく
とも3種類の異なる波長帯の光を吸収する各々のフィル
タにより複数の前記格子パターンを形成して重ねてなる
格子パターン構造体と、この格子パターン構造体と前記
撮像カメラの撮像面との間に配設されて前記各波長帯に
含まれる各波長光を通過させる複数の帯域フィルタと、
これらの帯域フィルタ中で前記格子パターン構造体と前
記撮像カメラの撮像面との間の光路上に位置する帯域フ
ィルタを順次切換えるフィルタ切換え機構と、前記各帯
域フィルタの切換え動作と前記撮像カメラによる撮像動
作との同期をとる同期手段と、前記格子パターン構造体
の前記各フィルタにより吸収される複数の波長の光毎に
前記撮像カメラにより撮像された少なくとも3つの位相
シフトしたモアレ縞の画像データに基づく演算処理によ
り被検物表面の形状を3次元的に測定する演算処理手段
と、を備える。
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a surface shape measuring apparatus having a light source and a grating pattern for generating moire fringes, and a light receiving system including a lens for capturing the moire fringes and an imaging camera. Surface shape measuring apparatus using the Moire optical system as an inspection optical system, wherein a plurality of the lattice patterns are formed by respective filters that absorb light of at least three different wavelength bands, and the lattice pattern structure is superposed. And a plurality of band-pass filters that are arranged between the lattice pattern structure and the image-capturing surface of the image-capturing camera and that pass light of each wavelength included in each of the wavelength bands,
A filter switching mechanism that sequentially switches band filters located on the optical path between the grating pattern structure and the imaging surface of the imaging camera in these band filters, switching operation of each band filter, and imaging by the imaging camera. Based on image data of at least three phase-shifted moire fringes imaged by the imaging camera for each of a plurality of wavelengths of light absorbed by each of the filters of the lattice pattern structure. Arithmetic processing means for three-dimensionally measuring the shape of the surface of the test object by arithmetic processing.

【0034】従って、撮像カメラの撮像面に入力するモ
アレ縞の波長帯を切換えるのと同期して、異なるタイミ
ングで撮像カメラで撮像することによって、通常の白黒
カメラ1台で複数の位相シフトされたモアレ画像を取得
できるので、安価な実体格子型のモアレ光学系を提供す
ることが可能となる。また、モアレ画像を取得するため
の帯域フィルタの切換え機構を撮像カメラ近傍に配置さ
せることが可能となるので、制御信号を一箇所にまとめ
ることも可能となる。
Therefore, in synchronism with the switching of the wavelength band of the moire fringes input to the image pickup surface of the image pickup camera, images are picked up by the image pickup camera at different timings, and a plurality of phase shifts are made by one ordinary monochrome camera. Since a moire image can be obtained, it is possible to provide an inexpensive real lattice type moire optical system. Further, since it is possible to dispose the band-filter switching mechanism for acquiring the moire image in the vicinity of the imaging camera, it is possible to collect the control signals in one place.

【0035】請求項10記載の発明の表面形状測定装置
は、モアレ縞を発生させるための光源及び格子パターン
と、モアレ縞を撮像するためのレンズ及び撮像カメラを
含む受光系とを有する実体格子型のモアレ光学系を検査
光学系として用いる表面形状測定装置であって、少なく
とも3種類の異なる波長帯の光を吸収する各々のフィル
タにより複数の前記格子パターンを形成して重ねてなる
格子パターン構造体と、この格子パターン構造体と前記
撮像カメラの撮像面との間に配設されて前記各波長帯に
含まれる各波長光を通過させる複数の帯域フィルタと、
前記各帯域フィルタを通過した光によるモアレ縞を各々
撮像する複数の前記撮像カメラと、前記格子パターン構
造体の前記各フィルタにより吸収される複数の波長の光
毎に前記各撮像カメラにより撮像された少なくとも3つ
の位相シフトしたモアレ縞の画像データに基づく演算処
理により被検物表面の形状を3次元的に測定する演算処
理手段と、を備える。
According to a tenth aspect of the present invention, there is provided a surface shape measuring apparatus which has a light source for generating moire fringes and a grating pattern, and a light receiving system including a lens for capturing the moire fringes and an image pickup camera, and a light receiving system. Surface shape measuring apparatus using the Moire optical system as an inspection optical system, wherein a plurality of the lattice patterns are formed by respective filters that absorb light of at least three different wavelength bands, and the lattice pattern structure is superposed. And a plurality of band-pass filters that are arranged between the lattice pattern structure and the image-capturing surface of the image-capturing camera and that pass light of each wavelength included in each of the wavelength bands,
A plurality of imaging cameras that respectively capture moire fringes due to the light that has passed through the band-pass filters, and a plurality of wavelengths of light absorbed by the filters of the lattice pattern structure are captured by the respective imaging cameras. Arithmetic processing means for three-dimensionally measuring the shape of the surface of the test object by arithmetic processing based on at least three phase-shifted moire fringe image data.

【0036】従って、モアレ縞を形成する波長帯各々の
画像取得するための複数の撮像カメラによって、同時に
複数の位相シフトされたモアレ画像を取得することによ
り、高速な表面形状の測定が可能となる。
Therefore, a plurality of imaging cameras for acquiring images of respective wavelength bands forming moire fringes can simultaneously acquire a plurality of phase-shifted moire images, thereby enabling high-speed surface shape measurement. .

【0037】請求項11記載の発明は、請求項5ないし
10の何れか一記載の表面形状測定装置において、前記
撮像カメラをラインセンサカメラとし、このラインセン
サカメラのライン方向と直交する方向に前記被検物と前
記モアレ光学系との相対的な位置関係を順次移動させる
副走査移動手段を備える。
According to an eleventh aspect of the present invention, in the surface profile measuring apparatus according to any one of the fifth to tenth aspects, the image pickup camera is a line sensor camera, and the line sensor camera is arranged in a direction orthogonal to a line direction of the line sensor camera. A sub-scanning moving unit that sequentially moves the relative positional relationship between the test object and the moire optical system is provided.

【0038】従って、撮像カメラをラインセンサカメラ
とし、このラインセンサカメラのライン方向と直交する
方向に被検物とモアレ光学系との相対的な位置関係を順
次移動させることにより、連続するシート状の測定対象
や、ドラム形状(円筒状)の測定対象の半径方向のうね
りを高速に測定することが可能となる。
Therefore, a line sensor camera is used as the image pickup camera, and the relative positional relationship between the object and the moire optical system is sequentially moved in a direction orthogonal to the line direction of the line sensor camera, whereby a continuous sheet shape is formed. It is possible to measure the waviness in the radial direction of the object to be measured or the drum-shaped (cylindrical) object to be measured at high speed.

【0039】請求項12記載の発明は、請求項7記載の
表面形状測定装置において、前記撮像カメラをラインセ
ンサカメラとし、このラインセンサカメラのライン方向
と直交する方向に前記被検物と前記モアレ光学系との相
対的な位置関係を順次移動させる副走査移動手段を備
え、前記同期手段は、前記ラインセンサカメラの各ライ
ン受光タイミングと同期させてライン毎に異なる発光波
長の前記光源を発光させる。
According to a twelfth aspect of the present invention, in the surface profile measuring apparatus according to the seventh aspect, the image pickup camera is a line sensor camera, and the object and the moire are arranged in a direction orthogonal to a line direction of the line sensor camera. A sub-scanning moving unit that sequentially moves the relative positional relationship with the optical system is provided, and the synchronizing unit emits the light source having a different emission wavelength for each line in synchronization with each line light reception timing of the line sensor camera. .

【0040】従って、請求項7記載の表面形状測定装置
に関して、撮像カメラをラインセンサカメラとし、この
ラインセンサカメラのライン方向と直交する方向に被検
物とモアレ光学系との相対的な位置関係を順次移動させ
るとともに、ラインセンサカメラの各ライン受光タイミ
ングと同期させてライン毎に異なる発光波長の光源を発
光させることにより、連続するシート状の測定対象や、
ドラム形状(円筒状)の測定対象の半径方向のうねりを
高速に測定することが可能となる。
Therefore, in the surface profile measuring apparatus according to the seventh aspect, the image pickup camera is a line sensor camera, and the relative positional relationship between the object to be inspected and the moire optical system in the direction orthogonal to the line direction of the line sensor camera. While sequentially moving, and by emitting light sources having different emission wavelengths for each line in synchronization with each line light receiving timing of the line sensor camera, a continuous sheet-shaped measurement target,
The undulation in the radial direction of a drum-shaped (cylindrical) measurement target can be measured at high speed.

【0041】請求項13記載の発明は、請求項8記載の
表面形状測定装置において、前記撮像カメラをラインセ
ンサカメラとし、このラインセンサカメラのライン方向
と直交する方向に前記被検物と前記モアレ光学系との相
対的な位置関係を順次移動させる副走査移動手段を備
え、前記同期手段は、前記ラインセンサカメラの各ライ
ン受光タイミングと同期させて前記光源と前記格子パタ
ーン構造体との間の光路上に位置する帯域フィルタを順
次切換える。
According to a thirteenth aspect of the present invention, in the surface profile measuring apparatus according to the eighth aspect, the imaging camera is a line sensor camera, and the object and the moire are arranged in a direction orthogonal to a line direction of the line sensor camera. A sub-scanning moving unit that sequentially moves the relative positional relationship with the optical system is provided, and the synchronizing unit synchronizes with each line light reception timing of the line sensor camera, and between the light source and the lattice pattern structure. The bandpass filters located on the optical path are sequentially switched.

【0042】従って、請求項8記載の表面形状測定装置
に関して、撮像カメラをラインセンサカメラとし、この
ラインセンサカメラのライン方向と直交する方向に被検
物とモアレ光学系との相対的な位置関係を順次移動させ
るとともに、ラインセンサカメラの各ライン受光タイミ
ングと同期させて光源と前記格子パターン構造体との間
の光路上に位置する帯域フィルタを順次切換えることに
より、連続するシート状の測定対象や、ドラム形状(円
筒状)の測定対象の半径方向のうねりを高速に測定する
ことが可能となる。
Therefore, in the surface shape measuring apparatus according to the eighth aspect, the image pickup camera is a line sensor camera, and the relative positional relationship between the object to be inspected and the moire optical system in the direction orthogonal to the line direction of the line sensor camera. While sequentially moving, while sequentially switching the bandpass filter located on the optical path between the light source and the grating pattern structure in synchronization with each line light receiving timing of the line sensor camera, continuous sheet-like measurement object or The undulation in the radial direction of the drum-shaped (cylindrical) measurement target can be measured at high speed.

【0043】請求項14記載の発明は、請求項9記載の
表面形状測定装置において、前記撮像カメラをラインセ
ンサカメラとし、このラインセンサカメラのライン方向
と直交する方向に前記被検物と前記モアレ光学系との相
対的な位置関係を順次移動させる副走査移動手段を備
え、前記同期手段は、前記ラインセンサカメラの各ライ
ン受光タイミングと同期させて前記格子パターン構造体
と前記撮像カメラの撮像面との間の光路上に位置する帯
域フィルタを順次切換える。
According to a fourteenth aspect of the present invention, in the surface profile measuring apparatus according to the ninth aspect, the imaging camera is a line sensor camera, and the object and the moire are arranged in a direction orthogonal to a line direction of the line sensor camera. A sub-scanning moving means for sequentially moving the relative positional relationship with the optical system is provided, and the synchronizing means synchronizes with each line light receiving timing of the line sensor camera, and the lattice pattern structure and the image pickup surface of the image pickup camera. The band-pass filters located on the optical path between and are sequentially switched.

【0044】従って、請求項9記載の表面形状測定装置
に関して、撮像カメラをラインセンサカメラとし、この
ラインセンサカメラのライン方向と直交する方向に被検
物とモアレ光学系との相対的な位置関係を順次移動させ
るとともに、ラインセンサカメラの各ライン受光タイミ
ングと同期させて格子パターン構造体と撮像カメラの撮
像面との間の光路上に位置する帯域フィルタを順次切換
えることにより、連続するシート状の測定対象や、ドラ
ム形状(円筒状)の測定対象の半径方向のうねりを高速
に測定することが可能となる。
Therefore, in the surface shape measuring apparatus according to the ninth aspect, the image pickup camera is a line sensor camera, and the relative positional relationship between the object to be inspected and the moire optical system in the direction orthogonal to the line direction of the line sensor camera. Of the continuous sheet-like by sequentially switching the band filters located on the optical path between the grating pattern structure and the imaging surface of the imaging camera in synchronism with each line light receiving timing of the line sensor camera. It becomes possible to measure the waviness in the radial direction of the measurement target or the drum-shaped (cylindrical) measurement target at high speed.

【0045】請求項15記載の発明は、請求項5ないし
14の何れか一記載の表面形状測定装置において、前記
格子パターン構造体の前記各格子パターンの格子ピッチ
は、前記各格子パターンにより生ずるモアレ縞の周期が
等しくなるように、各々異なる格子ピッチで形成されて
いる。
According to a fifteenth aspect of the present invention, in the surface shape measuring apparatus according to any one of the fifth to fourteenth aspects, the lattice pitch of each of the lattice patterns of the lattice pattern structure is a moire generated by each of the lattice patterns. They are formed with different grid pitches so that the stripes have the same period.

【0046】従って、請求項5ないし14記載の発明を
実現する上で、格子パターン構造体の各格子パターンの
格子ピッチに関して、モアレ縞の等高線間隔が一定とな
るように設定することにより、より広範囲の測定を行う
ことができる。
Therefore, in realizing the invention described in claims 5 to 14, the grid pitch of each grid pattern of the grid pattern structure is set so that the contour line intervals of the moire fringes are set to be constant, thereby making a wider range. Can be measured.

【0047】請求項16記載の発明は、請求項5ないし
14の何れか一記載の表面形状測定装置において、前記
格子パターン構造体は、前記各格子パターンにより生ず
るモアレ縞の周期が等しくなるように、前記各格子パタ
ーンの光軸と前記撮像カメラとのなす角度を各々異なら
せて形成して重ねた構造体よりなる。
According to a sixteenth aspect of the present invention, in the surface profile measuring apparatus according to any one of the fifth to fourteenth aspects, the lattice pattern structure is configured so that the moire fringes generated by the respective lattice patterns have the same period. , The optical axes of the grid patterns and the imaging camera are formed at different angles, and the structures are stacked.

【0048】従って、請求項5ないし14記載の発明を
実現する上で、格子パターン構造体の各格子パターンの
光軸と撮像カメラとのなす角度を各々異ならせて形成
し、モアレ縞の等高線間隔が一定となるように設定する
ことにより、より広範囲の測定を行うことができる。
Therefore, in realizing the invention described in claims 5 to 14, the angle between the optical axis of each grating pattern of the grating pattern structure and the image pickup camera is made different, and the contour interval of the moire fringes is formed. By setting so that is constant, a wider range of measurement can be performed.

【0049】[0049]

【発明の実施の形態】<第一の実施の形態>本発明の第
一の実施の形態を図1ないし図8に基づいて説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION <First Embodiment> A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

【0050】まず、本実施の形態の説明に先立ち、その
基本となるモアレ法による3次元計測法の原理と位相シ
フト法について説明する。
First, prior to the description of the present embodiment, the principle of the three-dimensional measurement method by the moire method and the phase shift method, which are the basis thereof, will be described.

【0051】[モアレ法による3次元計測法の原理]格
子G,Gのピッチをs、光源Sと観察点Sとの
距離をd、光源S、観察点Sと格子面との距離をl
とする。同一平面内にある格子GとGは何れもピッ
チsをもつが、格子G,Gは面内で互いにεだけず
れている(格子ピッチの位相でいえば、2πε/s)も
のとすると、形成されるモアレ縞は、 cos(2π/s)[{dh−ε(h+1)}/(h+1)] ……………(1) と表せる(図1)。形成されるモアレ縞(等高線)は、
格子面を基準(0次)として、格子面から離れるに従
い、順に1次、2次とカウントされる縞次数を持つ。そ
こで、縞次数Nのモアレ縞をcos2πNとする。その結
果、第N次のモアレ縞の等高線は基準面からhだけ離
れた位置、 h={(Ns+ε)l}/(d−Ns−ε) ……………………(2) に形成されることになる。これは、測定面上の位置の座
標xを含んでおらず、縞次数Nによって(xに関わり無
く)定める固有の値となっている。即ち、等高線が形成
されていることを示す。
[Principle of the three-dimensional measurement method by the moire method] The pitch of the gratings G 1 and G 2 is s, the distance between the light source S 1 and the observation point S 2 is d, the light source S 1 , the observation point S 2 and the lattice plane Distance from
And The gratings G 1 and G 2 on the same plane both have a pitch s, but the gratings G 1 and G 2 are displaced from each other by ε in the plane (2πε / s in terms of the phase of the grating pitch). Then, the formed moire fringes can be expressed as cos (2π / s) [{dh−ε (h + 1)} / (h + 1)] (1) (FIG. 1). The moire fringes (contour lines) that are formed are
With the lattice plane as a reference (0th order), the fringe orders are sequentially counted as 1st order and 2nd order with increasing distance from the lattice plane. Therefore, the moire fringe having the fringe order N is set to cos2πN. As a result, contour lines of the N-th order moiré fringes position apart h N from the reference plane, h N = {(Ns + ε) l} / (d-Ns-ε) ........................ (2) Will be formed. This does not include the coordinate x of the position on the measurement surface, and is a unique value determined by the fringe order N (regardless of x). That is, it indicates that contour lines are formed.

【0052】図2のような構成をとった場合、S1を点
光源として、S2の位置に観察点をおき、また、1枚の
連続した(従って、ε=0となる)格子パターンGを配
したものに相当する(実体格子型という)。ε=0であ
るので、(2)式から、 h=Nsl/(d−Ns) ……………………………………(3) が成り立つ。ただし、等高線といいながら、その間隔Δ
=hN+1−hは一定ではなく、縞次数Nによっ
て異なってしまう。
In the case of the configuration shown in FIG. 2, S1 is used as a point light source, an observation point is placed at the position of S2, and one continuous (that is, ε = 0) grid pattern G is arranged. Corresponds to what you did (called a real lattice type). Since ε = 0, from the equation (2), h N = Nsl / (d−Ns) ……………………………… (3) holds. However, although it is called a contour line, the interval Δ
h N = h N + 1 −h N is not constant and varies depending on the fringe order N.

【0053】[位相シフト法の説明]位相変調された縞
画像は、光の強度Iにより、 I=I(θ)=a(x、y)+b(x、y)cos(Φ(x、y)
+θ)) ただし、a:オフセットバイアス、b:振幅、θ:操作
可能な位相、Φ:高さhに相当する位相値と表せる(図
3参照)。
[Explanation of Phase Shift Method] The phase-modulated fringe image is I = I (θ) = a (x, y) + b (x, y) cos (Φ (x, y) depending on the light intensity I. )
However, it can be expressed as a: offset bias, b: amplitude, θ: operable phase, Φ: phase value corresponding to height h (see FIG. 3).

【0054】ここで求めたいのは測定面上の各点(x、
y)における位相Φ(x、y)である。バイアスや振幅
は、表面の反射率や汚れなどで変化する未知数成分なの
で、位相θを0、π/2、πと変化させた3つの縞画像 I= I(0)=a(x、y)+b(x、y)cos(Φ
(x、y)+θ)) I=I(π/2)=a(x、y)−b(x、y)sin(Φ
(x、y)+θ)) I= I(π)=a(x、y)−b(x、y)cos(Φ
(x、y)+θ)) を生成する。
What we want to obtain here is each point (x,
It is the phase Φ (x, y) at y). Since the bias and the amplitude are unknown components that change due to surface reflectance and dirt, three fringe images I 1 = I (0) = a (x, y in which the phase θ is changed to 0, π / 2, π ) + B (x, y) cos (Φ
(x, y) + θ)) I 2 = I (π / 2) = a (x, y) −b (x, y) sin (Φ
(x, y) + θ)) I 3 = I (π) = a (x, y) −b (x, y) cos (Φ
(x, y) + θ)) is generated.

【0055】 Φ(x、y)=tan−1{(I−I)/(I−I)+π/4}……(4) この(4)式により位相Φ(x、y)を算出すれば、反射
率や汚れ成分を除去して、各点(x、y)における位相Φ
(x、y)を求めることができることとなる。
Φ (x, y) = tan −1 {(I 3 −I 2 ) / (I 1 −I 2 ) + π / 4} (4) The phase Φ (x, y) according to the equation (4). ) Is calculated, the reflectance and dirt components are removed, and the phase Φ at each point (x, y) is calculated.
(X, y) can be obtained.

【0056】<モアレ法による3次元計測法への位相シ
フト法の適用>まず、図4に示すように、図1に示した
格子パターンの位置を光軸方向にΔlだけ変化させるこ
とを考える。移動前のN次のモアレ縞の等高線は(3)式
から hN+1={(N+1)sl}/{d−(N+1)s} …………(5) の位置に形成される。
<Application of the phase shift method to the three-dimensional measurement method by the moire method> First, as shown in FIG. 4, consider changing the position of the grating pattern shown in FIG. 1 by Δl in the optical axis direction. The contour line of the Nth-order moire fringes before movement is formed at the position of h N + 1 = {(N + 1) sl} / {d- (N + 1) s} (5) from the equation (3).

【0057】次に、格子パターンの位置を光軸方向にΔ
lだけ移動させた場合のN次のモアレ縞の等高線をh'
とすると、 h'=Ns(l+Δl)/(d−Ns) ………………(6) となる。
Next, the position of the lattice pattern is Δ in the optical axis direction.
The contour line of the Nth-order moiré fringe when moving by l is h ′
If N , then h ′ N = Ns (l + Δl) / (d−Ns) (6)

【0058】ここで、図4に示すように、格子パターン
移動前のN+1次のモアレ縞の等高線位置に、移動後の
N次のモアレ縞等高線位置がくるように設定したとする
と、(5)(6)式より、 {(N+1)sl}/{d−(N+1)s} =Ns(l+Δl)/(d−Ns)+Δl …………………(7) となる。この(7)式をΔlについて解くと Δl=sl/{d−(N+1)s} …………………(8) となる。
Here, as shown in FIG. 4, assuming that the contour position of the N + 1th order moiré fringes before moving the lattice pattern is set to the contour position of the Nth order moiré fringes after moving, (5) From the expression (6), {(N + 1) sl} / {d- (N + 1) s} = Ns (l + Δl) / (d-Ns) + Δl (7) When this equation (7) is solved for Δl, Δl = sl / {d− (N + 1) s} ... (8)

【0059】そこで、被検査物のモアレ縞に関してlを
変化させ、Δl=0,Δl/4、Δl/2として3回撮
像して、位相シフト法を用いて位相計算することを考え
る。
Therefore, consider changing l with respect to the moire fringe of the object to be inspected, imaging three times with Δl = 0, Δl / 4, and Δl / 2, and calculating the phase using the phase shift method.

【0060】(3)式や(8)式から分かるように、縞次数
Nによりシフト量Δlが異なる。よって、格子パターン
をΔlだけ変化させた場合、或る縞次数Nでは正確に位
相シフトできるが、その他の縞次数ではずれてしまう。
As can be seen from the equations (3) and (8), the shift amount Δl differs depending on the fringe order N. Therefore, when the lattice pattern is changed by Δl, the phase shift can be accurately performed with a certain fringe order N, but it is shifted with other fringe orders.

【0061】しかし、例えば、l=200mm,d=7
0mm,s=83.3μm(=12本/mm)とした場
合、変化させる前の等高線高さhは(3)式より図5に
示すようになる。さらに、等高線間隔Δh=hN+1
−n及び等高線間隔Δhの差は図6に示すようにな
る。
However, for example, l = 200 mm, d = 7
When 0 mm, s = 83.3 μm (= 12 lines / mm), the contour line height h N before changing is as shown in FIG. 5 from the equation (3). Further, the contour interval Δh N = h N + 1
The difference between −n N and the contour interval Δh N is as shown in FIG.

【0062】[前提的な構成例]上述の原理に基づく測
定装置の前提的な一例として図7に示す構成例が挙げら
れる。検査光学系1内には光源2と格子パターン3と、
感光体ドラムのような円筒状被検物4の表面形状によっ
て形成されるモアレ縞を撮像するためのレンズ5及び撮
像カメラとしてのラインセンサカメラ6による受光系と
が内蔵されている。これらの光学系は図2に示したよう
な原理の実体格子型のモアレ光学系を構成している。
[Premise Configuration Example] As a premise example of the measuring device based on the above-mentioned principle, there is a configuration example shown in FIG. In the inspection optical system 1, a light source 2 and a grating pattern 3 are provided.
A lens 5 for capturing an image of moire fringes formed by the surface shape of a cylindrical test object 4 such as a photosensitive drum, and a light receiving system by a line sensor camera 6 as an image capturing camera are incorporated. These optical systems constitute a substance lattice type moire optical system of the principle as shown in FIG.

【0063】或る位置において検査光学系1を円筒状被
検物4の表面に対向させ、円筒状被検物4をチャック7
を介して回転モータ8で回転させながらラインセンサカ
メラ6でモアレ縞を撮像する。
At a certain position, the inspection optical system 1 is made to face the surface of the cylindrical test object 4, and the cylindrical test object 4 is chucked.
The line sensor camera 6 images the moire fringes while rotating the rotary motor 8 via the.

【0064】このようにラインセンサカメラ6を用いて
円筒状被検物4のモアレ縞を撮像することにより、円筒
状被検物4の位置が常にほぼ同じ高さになるため(円周
方向のわずかな範囲のみを撮像するため)、測定範囲を
特定の縞次数を基準に数個の縞次数近辺に限定すること
が可能となる。例えば、円筒状被検物4の測定位置を図
5の縞次数N=1〜3間となるように設定することは、
回転振れを0.5mm程度に抑えればよく、容易に実現
可能である。また、この範囲であれば、図6から分かる
ように、等高線間隔Δhの差は0.57μm程度しか
ないため、高低差が数μm程度のうねりや凹みを測定す
るのに問題のないレベルであるといえる。また、同様に
して、平面状(紙、液晶、光ディスク等)のうねりや凹
みを測定するのにも問題のないレベルであるといえる。
By imaging the moire fringes of the cylindrical test object 4 by using the line sensor camera 6 in this way, the position of the cylindrical test object 4 is always substantially at the same height (in the circumferential direction). Since only a small range is imaged), it is possible to limit the measurement range to several fringe orders around a specific fringe order. For example, setting the measurement position of the cylindrical test object 4 so that the stripe order N = 1 to 3 in FIG.
It is sufficient to suppress the rotational runout to about 0.5 mm, which can be easily realized. Further, in this range, as can be seen from FIG. 6, since the difference between the contour line intervals Δh N is only about 0.57 μm, there is no problem in measuring undulations or dents whose height difference is about several μm. It can be said that there is. Further, similarly, it can be said that there is no problem in measuring waviness and dents on a flat surface (paper, liquid crystal, optical disk, etc.).

【0065】測定動作としては、まず、1回目の撮像
後、モアレ縞の位相を所望の位相としてπ/2だけ位相
シフト機構(図示せず)により正確にシフトさせて2回
目の撮像を行い、さらに位相をもうπ/2だけ位相シフ
ト機構により正確にシフトさせて3回目の撮像を行い、
これらの3つの位相シフトしたモアレ縞の画像データに
基づき、演算処理手段(図示せず)における(4)式の
演算処理から円筒状被検物4の3次元的な表面形状を計
算すればよい。即ち、ラインセンサカメラ6より得られ
た画像データはA/D変換された後、パソコン等の演算
処理手段に出力され、演算処理手段において3つの位相
シフトされた画像データについての演算処理により位相
計算が行われ、(4)式に基づき3次元座標、即ち、表
面形状が得られることとなる。
As the measurement operation, first, after the first image capturing, the phase of the moire fringes is accurately shifted by π / 2 by a phase shift mechanism (not shown) as a desired phase, and the second image capturing is performed. Furthermore, the phase is accurately shifted by another π / 2 by the phase shift mechanism, and the third imaging is performed.
Based on the image data of the three phase-shifted moire fringes, the three-dimensional surface shape of the cylindrical test object 4 may be calculated from the arithmetic processing of the equation (4) in the arithmetic processing means (not shown). . That is, the image data obtained from the line sensor camera 6 is A / D-converted and then output to the arithmetic processing means such as a personal computer, and the arithmetic processing means performs the phase calculation by the arithmetic processing on the three phase-shifted image data. Is performed, and three-dimensional coordinates, that is, the surface shape is obtained based on the equation (4).

【0066】[本実施の形態の原理]図7に示した前提
的な構成例の場合、モアレ縞の位相を変化させるために
は、格子パターン3を前後方向(光軸方向)に所定の距
離だけシフト動作させる必要がある。
[Principle of this Embodiment] In the case of the premised configuration example shown in FIG. 7, in order to change the phase of the moire fringes, the grating pattern 3 is moved by a predetermined distance in the front-rear direction (optical axis direction). It is necessary to shift only.

【0067】そこで、本実施の形態では、例えば図7に
示すような前提的な構成例において、格子パターン3の
前後シフト動作を不要にするため、単層構造の格子パタ
ーン3に代えて、図8に示すような格子パターン構造体
11を用いるようにしたものである。この格子パターン
構造体11は、例えば、表面基準として前述したような
各位相位置に相当するΔl=0,Δl/4,Δl/2の
位置に各々フィルタ12,13,14により等間隔に形
成された複数の格子パターン15,16,17を一体に
重ねて構成したものである。これらの格子パターン1
5,16,17は各々異なる波長帯の光を吸収し透過し
ないものとする。具体的には、フィルタ12は青Bの波
長帯を通さないフィルタ、フィルタ13は赤Rの波長帯
を通さないフィルタ、フィルタ14は緑Gの波長帯を通
さないフィルタとされ、これらのフィルタ12,13,
14は図8に例示する如く、互いにずれた配置となるよ
うにパターン形成されている。図示例では、RGBの順
に積層させているが、その積層順序はこれに限らず任意
でよく、また、波長帯が異なれば、RGBに限らず、赤
外、赤、青などのフィルタにより構成してもよい。
Therefore, in the present embodiment, for example, in the preconditional configuration example as shown in FIG. 7, in order to make the front and rear shift operation of the lattice pattern 3 unnecessary, the lattice pattern 3 of the single layer structure is replaced with a diagram. The grid pattern structure 11 as shown in FIG. 8 is used. The lattice pattern structure 11 is formed, for example, at equal intervals by the filters 12, 13, and 14 at positions of Δl = 0, Δl / 4, and Δl / 2 corresponding to the respective phase positions as described above as the surface reference. In addition, a plurality of grid patterns 15, 16 and 17 are integrally stacked. These grid patterns 1
Reference numerals 5, 16 and 17 are assumed to absorb light of different wavelength bands and not transmit it. Specifically, the filter 12 is a filter that does not pass the wavelength band of blue B, the filter 13 is a filter that does not pass the wavelength band of red R, and the filter 14 is a filter that does not pass the wavelength band of green G. , 13,
As illustrated in FIG. 8, 14 are patterned so as to be displaced from each other. In the illustrated example, the layers are stacked in the order of RGB, but the stacking order is not limited to this, and if the wavelength band is different, the layers are not limited to RGB but may be configured by filters such as infrared, red, and blue. May be.

【0068】図7に示すような構成において、格子パタ
ーン3に代えて、この格子パターン構造体11を用いれ
ば、各々の格子パターン15,16,17において各々
のフィルタ12,13又は14で吸収される波長帯を選
択してラインセンサカメラ6で撮像することにより、各
々の波長帯に関するモアレ縞の画像を取得することがで
きる。つまり、全体では、格子パターン構造体11をシ
フト動作させることなく、Δl=0,Δl/4,Δl/
2分の3つの位相シフトされたモアレ縞の画像を取得す
ることができる。取得されたこれらのモアレ縞の画像に
関しては、前提的な構成例で説明したように、演算処理
手段において3つの位相シフトされた画像データについ
ての演算処理により位相計算が行われ、(4)式に基づ
き3次元座標、即ち、表面形状が得られることとなる。
In the structure as shown in FIG. 7, if this lattice pattern structure 11 is used instead of the lattice pattern 3, it is absorbed by each filter 12, 13, or 14 in each lattice pattern 15, 16, 17. By selecting the wavelength band to be selected and capturing the image with the line sensor camera 6, it is possible to acquire an image of moire fringes for each wavelength band. In other words, as a whole, Δl = 0, Δl / 4, Δl / without the grid pattern structure 11 being shifted.
An image of three-half phase-shifted moire fringes can be acquired. As for the acquired images of the moire fringes, the phase calculation is performed by the arithmetic processing on the three phase-shifted image data in the arithmetic processing means, as described in the premise configuration example, and the equation (4) is used. The three-dimensional coordinates, that is, the surface shape is obtained based on the above.

【0069】従って、本実施の形態によれば、実体格子
型のモアレ光学系において、少なくとも3種類の異なる
波長帯の光を吸収するフィルタ12,13,14により
形成した格子パターン15,16,17を重ねた格子パ
ターン構造体11を用い、その各フィルタ12,13,
14で吸収させる複数の波長の光毎に形成される複数の
モアレ縞画像をラインセンサカメラ6により撮像し位相
シフト法を適用することによって、従来位相シフトを行
うために必要であった格子パターンの移動機構が不要と
なる。これにより複数の位相シフトされたモアレ画像を
取得するために移動を待つ時間をなくすことができ、測
定時間を短くすることができ、かつ、移動機構の移動精
度による測定誤差を低減することができる。
Therefore, according to the present embodiment, the grating patterns 15, 16, 17 formed by the filters 12, 13, 14 for absorbing the light of at least three different wavelength bands in the real grating type moire optical system. Using a lattice pattern structure 11 in which the respective filters 12, 13,
A plurality of moiré fringe images formed for each of a plurality of wavelengths of light to be absorbed by 14 are captured by the line sensor camera 6 and the phase shift method is applied. No moving mechanism is required. As a result, it is possible to eliminate the time to wait for movement in order to acquire a plurality of phase-shifted moire images, shorten the measurement time, and reduce the measurement error due to the movement accuracy of the movement mechanism. .

【0070】<第二の実施の形態>本発明の第二の実施
の形態を図8に基づいて説明する。前述の第一の実施の
形態では、モアレ縞の等高線間隔は各々の格子パターン
15,16,17で若干異なるが、測定対象の高低差を
限定することにより(前提的な構成例の欄参照)、各々
のフィルタ12,13,14を等間隔のピッチで積層さ
せた構造の格子パターン構造体11とした。しかし、測
定対象の高低差が前述した場合よりも大きい場合や、誤
差をなくしてさらに高精度な測定を行わせる場合には、
モアレ縞の等高線間隔を揃える必要がある。
<Second Embodiment> A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the above-described first embodiment, the contour line intervals of the moire fringes are slightly different in each of the grid patterns 15, 16 and 17, but by limiting the height difference of the measurement target (see the section of the premise configuration example). The lattice pattern structure 11 has a structure in which the filters 12, 13 and 14 are laminated at equal pitches. However, if the height difference of the measurement target is larger than the above case, or if you want to eliminate the error and perform more accurate measurement,
It is necessary to make the contour intervals of the moire fringes uniform.

【0071】そこで、本実施の形態では、モアレ縞の等
高線間隔を揃えるようにしたものである。具体的には、
モアレ縞の等高線間隔は、前述の(6)式で示されるの
で、そのピッチsをs(φ)とすると、 h'=Ns(φ)(l+Δl)/(d−Ns(φ)) ………………(6)′ となる。
Therefore, in the present embodiment, the contour line intervals of the moire fringes are made uniform. In particular,
Since the contour line interval of the moire fringes is expressed by the above-mentioned equation (6), if the pitch s is s (φ), then h ′ N = Ns (φ) (l + Δl) / (d−Ns (φ)) ... …………… (6) ′.

【0072】ΔhN=hN+1−hNを一定にするために、
重ね合わせた一方の格子パターンの第N次と第N+1次
のモアレ縞との間に、他方の第N次のモアレ縞があると
仮定すると、 h+(hN+1−h)(φ/2π)=h'+Δl ………………(9) が成立する。この(9)式に(6)′式を代入し、Nの階乗
について整理する(参考文献1「位相シフト実体格子型
モアレ法による形状計測」小寺他、精密工学会誌Vol65.
No.10,1999を参照)と、 Δl=sl(d−p)(φ/2π)/{d−2pd−p(φ/2π)} ………………………………(10) s(φ) =s/[1+{p(d−p)(φ/2π)/(d−2pd−p(φ/2π))}] ………………………………(11) この位相φが位相シフトに用いられるφであり、φ=
0,π/2,πとなるようなΔl、s(φ)で格子パター
ン15,16,17を重ね合わせて格子パターン構造体
11を構成することによって、位相シフトが可能となる
ようにしたものである。
To keep Δh N = h N + 1 −h N constant,
Assuming that the other Nth-order moire fringes are present between the Nth-order and N + 1th-order moiré fringes of one of the superposed lattice patterns, h N + (h N + 1 −h N ) (φ / 2π) = h 'N + Δl .................. (9) is satisfied. Substituting equation (6) 'into equation (9) and rearranging factorials of N (reference 1 “Shape measurement by the phase-shifting physical lattice type moire method” Kodera et al., Journal of Precision Engineering Vol.
No.10, 1999) and Δl = sl (d−p) (φ / 2π) / {d 2 −2pd−p 2 (φ / 2π)} …………………………………… (10) s (φ) = s / [1+ {p (d−p) (φ / 2π) / (d 2 −2pd−p 2 (φ / 2π))}] ……………………………… (11) This phase φ is φ used for phase shift, and φ =
Phase shift is made possible by constructing the lattice pattern structure 11 by superimposing the lattice patterns 15, 16 and 17 with Δl, s (φ) such that 0, π / 2, π. Is.

【0073】また、上述の参考文献1の場合と同様にし
て、同一ピッチの各格子パターンを各々 Δθ=cos−1(s(φ)) ………………………………(12) となる角度で重ね合わせて格子パターン構造体11を構
成することによって、位相シフトが可能となる。即ち、
各格子パターン15,16,17の光軸とラインセンサ
カメラ6(撮像カメラ)とのなす角度を各々異ならせて
形成して重ねた格子パターン構造体11としたものであ
る。
Further, similarly to the case of the above-mentioned reference document 1, each of the grating patterns having the same pitch is Δθ = cos −1 (s (φ)) ……………………………… (12 ), The phase shift is possible by forming the lattice pattern structure 11 by superimposing it at an angle. That is,
The lattice pattern structures 11 are formed by forming the lattice patterns 15, 16 and 17 at different angles from each other and the line sensor camera 6 (imaging camera).

【0074】従って、本実施の形態によれば、何れにし
ても、モアレ縞の等高線間隔が一定となるように格子パ
ターン構造体11を構成しているので、より広範囲の測
定を行うことができる。
Therefore, according to the present embodiment, in any case, since the grid pattern structure 11 is constructed so that the contour line intervals of the moire fringes are constant, it is possible to measure a wider range. .

【0075】<第三の実施の形態>本発明の第三の実施
の形態を図9に基づいて説明する。前述の実施の形態で
示した部分と同一部分は同一符号を用いて示し、説明も
省略する(以降の各実施の形態でも同様とする)。
<Third Embodiment> A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The same parts as those shown in the above-described embodiments are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted (the same applies to each of the following embodiments).

【0076】本実施の形態は、前述したような格子パタ
ーン構造体11と光源2に相当する白色光源21とライ
ンセンサカメラ6に相当する撮像カメラとしてのカラー
カメラ22とを含む組合せにより実体格子型のモアレ光
学系を構成したものである。ここに、本実施の形態の場
合にあっては、各々の格子パターン15,16,17を
形成する各フィルタ12,13,14部分が吸収する波
長帯域が、カラーカメラ22が有するRGB各色フィル
タにより通過する波長帯域と同じかそれよりも広い(R
GB各色フィルタにより通過する波長帯域以上)もので
形成され、前述の第一又は第二の実施の形態で説明した
ようなΔl及び格子ピッチの格子パターン構造体11と
して構成されている。即ち、通常使われているカラーカ
メラ22の色フィルタ特性と補色関係にある格子パター
ン15,16,17による格子パターン構造体11が用
いられている。
In the present embodiment, a combination of the above-mentioned lattice pattern structure 11, a white light source 21 corresponding to the light source 2, and a color camera 22 as an image pickup camera corresponding to the line sensor camera 6 is used to form an actual lattice type. The moiré optical system is constructed. Here, in the case of the present embodiment, the wavelength bands absorbed by the respective filters 12, 13, 14 forming the grating patterns 15, 16, 17 are determined by the RGB color filters of the color camera 22. Same as or wider than the wavelength band (R
It is formed as a wavelength band that passes through each color filter of GB) and is configured as the grating pattern structure 11 having Δl and the grating pitch as described in the first or second embodiment. That is, the lattice pattern structure 11 including the lattice patterns 15, 16 and 17 having a complementary color relationship with the color filter characteristics of the color camera 22 that is normally used is used.

【0077】このような格子パターン構造体11の各フ
ィルタ12,13,14により吸収される複数の波長の
光毎にカラーカメラ22により撮像された3つの位相シ
フトしたモアレ縞の画像データに基づく演算処理手段で
の演算処理により被検物表面の形状が3次元的に測定さ
れる。
Calculation based on the image data of the three phase-shifted moire fringes imaged by the color camera 22 for each light of a plurality of wavelengths absorbed by the filters 12, 13, 14 of the lattice pattern structure 11 as described above. The shape of the surface of the test object is three-dimensionally measured by the arithmetic processing in the processing means.

【0078】従って、本実施の形態によれば、カラーカ
メラ22を用いるとともに、通常使われているこのよう
なカラーカメラ22の色フィルタ特性と補色関係にある
格子パターン15,16,17により構成された格子パ
ターン構造体11を用いることによって、より安価に実
体格子型のモアレ光学系を提供することが可能となる。
Therefore, according to the present embodiment, the color camera 22 is used, and it is constituted by the grid patterns 15, 16 and 17 which have a complementary color relationship with the color filter characteristics of the color camera 22 which is normally used. By using the lattice pattern structure 11 as described above, it is possible to provide the moire optical system of the actual lattice type at a lower cost.

【0079】<第四の実施の形態>本発明の第四の実施
の形態を図10及び図11に基づいて説明する。
<Fourth Embodiment> A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

【0080】本実施の形態は、前述したような格子パタ
ーン構造体11と光源2に相当する3種類の異なる発光
波長特性を有する3つの光源23r,23g,23bと
ラインセンサカメラ6とを含む組合せにより実体格子型
のモアレ光学系を構成し、3つの光源23r,23g,
23bに関してこれらを異なるタイミングで発光させる
ように発光タイミングを制御する発光制御手段としての
発光タイミング制御部24が設けられている。この発光
タイミング制御部24からラインセンサカメラ6に対し
てカメラ同期信号が出力されることにより、各光源23
r,23g,23bの発光タイミングとラインセンサカ
メラ6による撮像動作との同期をとる同期手段の機能が
実現されている。
The present embodiment is a combination including the above-mentioned grating pattern structure 11 and three light sources 23r, 23g and 23b having three different emission wavelength characteristics corresponding to the light source 2 and the line sensor camera 6. And a three-dimensional light source 23r, 23g,
A light emission timing control unit 24 is provided as a light emission control unit that controls the light emission timing so that these light sources 23b emit light at different timings. The light emission timing control unit 24 outputs a camera synchronization signal to the line sensor camera 6 so that each light source 23
A function of a synchronization unit that synchronizes the light emission timings of r, 23g, and 23b with the imaging operation of the line sensor camera 6 is realized.

【0081】このような構成において、発光タイミング
制御部24による制御の下、各光源23r,23g,2
3bを図11に示すように順次時刻の異なる発光タイミ
ングで発光させ、カメラ同期信号を用いてこれらの各光
源23r,23g,23bの発光タイミングに同期させ
て格子パターン構造体11によるモアレ縞の画像をライ
ンセンサカメラ6で撮像し、各フィルタ12,13,1
4毎の画像を得る。この画像は、モアレ縞を位相シフト
させた画像に相当するので、格子パターン構造体11の
各フィルタ12,13,14により吸収される複数の波
長の光毎にラインセンサカメラ6により撮像された少な
くとも3つの位相シフトしたモアレ縞の画像データに基
づく演算処理手段での演算処理により被検物表面の形状
を3次元的に測定することができる。
In such a structure, each light source 23r, 23g, 2 is controlled by the light emission timing control section 24.
As shown in FIG. 11, the image 3b is sequentially emitted at different emission timings, and a camera synchronization signal is used to synchronize the emission timings of the respective light sources 23r, 23g, and 23b with the image of the moire fringes by the lattice pattern structure 11. Is captured by the line sensor camera 6 and each filter 12, 13, 1
Obtain every 4th image. Since this image corresponds to an image in which the moire fringes are phase-shifted, at least an image picked up by the line sensor camera 6 is obtained for each light of a plurality of wavelengths absorbed by the filters 12, 13, 14 of the lattice pattern structure 11. The shape of the surface of the object to be inspected can be three-dimensionally measured by the arithmetic processing in the arithmetic processing means based on the image data of the three phase-shifted moire fringes.

【0082】従って、本実施の形態によれば、複数の光
源23r,23g,23bを異なるタイミングで点灯さ
せることによって、ラインセンサカメラ6として通常の
白黒カメラで複数の位相シフト画像を取得することがで
き、安価な実体格子型のモアレ光学系を提供することが
可能となる。
Therefore, according to the present embodiment, a plurality of light sources 23r, 23g, and 23b are turned on at different timings to obtain a plurality of phase shift images with a normal monochrome camera as the line sensor camera 6. Therefore, it is possible to provide an inexpensive physical lattice type moire optical system.

【0083】ここに、図10に示す例では、3個の光源
23r,23g,23bとRGB3層の格子パターン1
5,16,17による格子パターン構造体11とによる
構成例を示したが、3個以上の光源とそれらの光源に対
応するフィルタにより形成される格子パターンを積層さ
せた格子パターン構造体との組合せによっても実現可能
である。例えば、4個の光源を用いる場合であれば、φ
=0,π/2,π,3π/2とし、各モアレ縞の画像を
Iとすると、各画素での位相φ(x,y)は、 φ(x,y) =tan−1(Iφ=3π/2−Iφ=π/2)/(Iφ=0−Iφ=π) ………………………………(13) で表すことができる。また、3個以上とすることによっ
て、撮像データのばらつきやノイズに対して平均化され
るので、測定の正確さが向上する。このような事情は、
以降の各実施の形態でも同様である。
Here, in the example shown in FIG. 10, three light sources 23r, 23g, 23b and a grid pattern 1 of RGB three layers are used.
Although the configuration example of the lattice pattern structure 11 of 5, 16, and 17 has been shown, a combination of a lattice pattern structure in which three or more light sources and lattice patterns formed by filters corresponding to these light sources are laminated. Can also be realized by. For example, if four light sources are used, φ
= 0, π / 2, π, 3π / 2, and the image of each moire fringe is I, the phase φ (x, y) at each pixel is φ (x, y) = tan −1 (I φ = 3π / 2-Iφ = π / 2 ) / ( Iφ = 0-= π ) It can be expressed by (13). Further, by setting the number to three or more, the variation in the imaging data and noise are averaged, so that the accuracy of measurement is improved. In this situation,
The same applies to each of the following embodiments.

【0084】<第五の実施の形態>本発明の第五の実施
の形態を図12及び図13に基づいて説明する。
<Fifth Embodiment> A fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

【0085】本実施の形態は、前述したような格子パタ
ーン構造体11と、光源2と格子パターン構造体11と
の間に配設されてフィルタ12,13,14の各々の波
長帯に対応する各波長帯に含まれる各波長光を通過させ
る3つの帯域フィルタ25r,25g,25bと、これ
らの帯域フィルタ25r,25g,25b中の一つを光
源2と格子パターン構造体11との間の光路上に位置さ
せるように切換え動作を行うフィルタ切換え機構(図示
せず)とを含む組合せにより実体格子型のモアレ光学系
が構成されている。このフィルタ切換え機構に対しては
各帯域フィルタ25r,25g,25bが異なるタイミ
ングで光源2と格子パターン構造体11との間の光路上
に位置するように切換えタイミングを制御する切換えタ
イミング制御部26が設けられており、この切換えタイ
ミング制御部26からラインセンサカメラ6に対してカ
メラ同期信号が出力されることにより、各帯域フィルタ
25r,25g,25bの選択タイミングとラインセン
サカメラ6による撮像動作との同期をとる同期手段の機
能が実現されている。
The present embodiment corresponds to the respective wavelength bands of the filters 12, 13 and 14 arranged between the above-mentioned grating pattern structure 11 and the light source 2 and the grating pattern structure 11. Three band-pass filters 25r, 25g, 25b that pass light of each wavelength included in each wavelength band, and one of these band-pass filters 25r, 25g, 25b is used as light between the light source 2 and the grating pattern structure 11. A combination of a filter switching mechanism (not shown) that performs a switching operation so as to be positioned on the road constitutes a moire optical system of a physical lattice type. With respect to this filter switching mechanism, a switching timing control unit 26 that controls the switching timing so that the band-pass filters 25r, 25g, 25b are positioned on the optical path between the light source 2 and the grating pattern structure 11 at different timings. The switching timing control unit 26 outputs a camera synchronization signal to the line sensor camera 6 so that the selection timing of each band filter 25r, 25g, 25b and the imaging operation by the line sensor camera 6 are performed. The function of the synchronizing means for synchronizing is realized.

【0086】このような構成において、光源2と格子パ
ターン構造体11との間に設置した複数の帯域フィルタ
25r,25g,25bをフィルタ切換え機構により変
更し(図13参照)、その帯域フィルタ25r,25g
又は25b毎に時刻の異なるタイミングでラインセンサ
カメラ6により撮像を行い、各モアレ縞データと位相シ
フト法により被検物表面の形状を測定することが可能と
なる。例えば、図示したように、波長B(青色)の帯域フ
ィルタ25bを通過した光では、一番上の波長B(青
色)を通さないフィルタ12による格子パターン15を
経由することになるので、青色のモアレが生ずる。同様
にして、帯域フィルタ25g,25rによる他の波長帯
においては違う高さの格子パターン16,17によっ
て、位相の異なるモアレ縞を取得することが可能とな
る。
In such a configuration, a plurality of band filters 25r, 25g, 25b installed between the light source 2 and the grating pattern structure 11 are changed by the filter switching mechanism (see FIG. 13), and the band filters 25r, 25r, 25 g
Alternatively, the line sensor camera 6 can perform imaging at different timings for each 25b, and the shape of the surface of the object to be inspected can be measured by each moire fringe data and the phase shift method. For example, as shown in the figure, the light passing through the bandpass filter 25b of wavelength B (blue) passes through the grating pattern 15 of the filter 12 that does not pass the wavelength B (blue) at the top, so that the light of blue Moire occurs. Similarly, the moire fringes having different phases can be acquired by the grating patterns 16 and 17 having different heights in other wavelength bands by the bandpass filters 25g and 25r.

【0087】従って、本実施の形態によれば、単一の光
源2に対して、格子パターン構造体11の格子パターン
15,16,17に投影する縞の波長帯を変えるのと同
期して、異なるタイミングでラインセンサカメラ6によ
り撮像することによって、通常の白黒カメラで複数の位
相シフト画像を取得できるので、安価な実体格子型のモ
アレ光学系を提供することが可能となる。また、格子パ
ターン15,16,17上に必要な波長帯の光のみを照
射できるのでモアレ縞が目視でき設定等の作業を行うの
に有利である。
Therefore, according to the present embodiment, in synchronization with changing the wavelength band of the stripes projected on the grating patterns 15, 16 and 17 of the grating pattern structure 11 for the single light source 2, By capturing images with the line sensor camera 6 at different timings, it is possible to obtain a plurality of phase shift images with a normal black-and-white camera, and thus it is possible to provide an inexpensive real grating type moire optical system. Further, since it is possible to irradiate only the light of the required wavelength band on the grating patterns 15, 16 and 17, it is advantageous to perform the work such as the visible moire fringes.

【0088】なお、本実施の形態において、帯域フィル
タ25r,25g,25bを選択切換えするフィルタ切
換え機構としては、同一平面上に直線的に配列されたこ
れらの帯域フィルタ25r,25g,25bをその配列
方向にガイド機構を持つ1軸の移動ステージにより往復
移動させるように構成することができる。この他、例え
ば円盤上に扇形形状で各帯域フィルタを配設したロータ
リ型フィルタ構造とし、回転モータによる回転動作によ
り切換えるようにしてもよい。
In this embodiment, as a filter switching mechanism for selectively switching the bandpass filters 25r, 25g, 25b, the bandpass filters 25r, 25g, 25b linearly arranged on the same plane are arranged. It can be configured to reciprocate by a uniaxial moving stage having a guide mechanism in a direction. In addition to this, for example, a rotary type filter structure in which fan-shaped band-pass filters are arranged on a disk may be used, and switching may be performed by a rotary operation by a rotary motor.

【0089】<第六の実施の形態>本発明の第六の実施
の形態を図14及び図15に基づいて説明する。
<Sixth Embodiment> A sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 14 and 15.

【0090】本実施の形態は、前述したような格子パタ
ーン構造体11と、格子パターン構造体11と撮像カメ
ラであるラインセンサカメラ6との間に配設されてフィ
ルタ12,13,14の各々の波長帯に対応する各波長
帯に含まれる各波長光を通過させる3つの帯域フィルタ
27r,27g,27bと、これらの帯域フィルタ27
r,27g,27b中の一つを格子パターン構造体11
とラインセンサカメラ6との間の光路上に位置させるよ
うに切換え動作を行うフィルタ切換え機構(図示せず)
とを含む組合せにより実体格子型のモアレ光学系が構成
されている。このフィルタ切換え機構に対しては各帯域
フィルタ27r,27g,27bが異なるタイミングで
格子パターン構造体11とラインセンサカメラ6との間
の光路上に位置するように切換えタイミングを制御する
切換えタイミング制御部28が設けられており、この切
換えタイミング制御部28からラインセンサカメラ6に
対してカメラ同期信号が出力されることにより、各帯域
フィルタ27r,27g,27bの選択タイミングとラ
インセンサカメラ6による撮像動作との同期をとる同期
手段の機能が実現されている。
In this embodiment, each of the filters 12, 13, and 14 is arranged between the lattice pattern structure 11 as described above and the line sensor camera 6 which is an image pickup camera. Three band pass filters 27r, 27g, and 27b that pass the respective wavelength lights included in the respective wavelength bands corresponding to the wavelength band of
One of r, 27g and 27b is a grid pattern structure 11
A filter switching mechanism (not shown) that performs a switching operation so as to be positioned on the optical path between the line sensor camera 6 and the line sensor camera 6.
The combination including and forms a real lattice type moire optical system. With respect to this filter switching mechanism, a switching timing control unit that controls the switching timing so that the bandpass filters 27r, 27g, and 27b are positioned on the optical path between the grating pattern structure 11 and the line sensor camera 6 at different timings. 28 is provided, and the switching timing control unit 28 outputs a camera synchronization signal to the line sensor camera 6, so that the selection timing of each band filter 27 r, 27 g, 27 b and the imaging operation by the line sensor camera 6 are performed. The function of the synchronization means for synchronizing with is realized.

【0091】このような構成において、格子パターン構
造体11とラインセンサカメラ6との間に設置した複数
の帯域フィルタ27r,27g,27bをフィルタ切換
え機構により変更し(図15参照)、その帯域フィルタ
27r,27g又は27b毎に時刻の異なるタイミング
でラインセンサカメラ6により撮像を行い、各モアレ縞
データと位相シフト法により被検物表面の形状を測定す
ることが可能となる。例えば、図示したように、波長G
(緑色)の帯域フィルタ27gを選択切換えした場合に
は、各色のモアレ縞のうち、帯域フィルタ27gを通過
する波長G(緑色)のモアレ縞の画像のみがラインセンサ
カメラ6により撮像される。同様にして、帯域フィルタ
27b,27rを選択切換えすれば、違う高さの格子パ
ターン15,16によって、位相の異なるモアレ縞を取
得することが可能となる。
In such a configuration, a plurality of band filters 27r, 27g, 27b installed between the grating pattern structure 11 and the line sensor camera 6 are changed by a filter switching mechanism (see FIG. 15), and the band filters are changed. It is possible to take an image with the line sensor camera 6 at a timing different for each time 27r, 27g, or 27b, and measure the shape of the surface of the object to be inspected by each moire fringe data and the phase shift method. For example, as shown in FIG.
When the (green) bandpass filter 27g is selectively switched, the line sensor camera 6 captures only the image of the moire fringes of the wavelength G (green) that passes through the bandpass filter 27g among the moire fringes of each color. Similarly, by selectively switching the bandpass filters 27b and 27r, it is possible to acquire moire fringes having different phases by the grating patterns 15 and 16 having different heights.

【0092】従って、本実施の形態によれば、ラインセ
ンサカメラ6の撮像面に入力するモアレ縞の波長帯を切
換えるのと同期して、異なるタイミングでラインセンサ
カメラ6で撮像することによって、通常の白黒カメラ1
台で複数の位相シフトされたモアレ画像を取得できるの
で、安価な実体格子型のモアレ光学系を提供することが
可能となる。また、モアレ画像を取得するための帯域フ
ィルタ27r,27g,27bの切換え機構をラインセ
ンサカメラ6近傍に配置させることが可能となるので、
制御信号を一箇所にまとめることも可能となる。
Therefore, according to the present embodiment, the line sensor camera 6 takes images at different timings in synchronization with the switching of the wavelength band of the moire fringes input to the image pickup surface of the line sensor camera 6. Black and white camera 1
Since a plurality of phase-shifted moiré images can be acquired on the table, it is possible to provide an inexpensive physical lattice type moiré optical system. Further, since it is possible to dispose the switching mechanism of the bandpass filters 27r, 27g, and 27b for acquiring the moire image in the vicinity of the line sensor camera 6,
It is also possible to combine the control signals in one place.

【0093】なお、本実施の形態の場合も、帯域フィル
タ27r,27g,27bを選択切換えするフィルタ切
換え機構としては、同一平面上に直線的に配列されたこ
れらの帯域フィルタ27r,27g,27bをその配列
方向にガイド機構を持つ1軸の移動ステージにより往復
移動させるように構成することができる。この他、例え
ば円盤上に扇形形状で各帯域フィルタを配設したロータ
リ型フィルタ構造とし、回転モータによる回転動作によ
り切換えるようにしてもよい。
Also in the case of the present embodiment, as the filter switching mechanism for selectively switching the band filters 27r, 27g, 27b, these band filters 27r, 27g, 27b linearly arranged on the same plane are used. It can be configured to reciprocate by a uniaxial moving stage having a guide mechanism in the arrangement direction. In addition to this, for example, a rotary type filter structure in which fan-shaped band-pass filters are arranged on a disk may be used, and switching may be performed by a rotary operation by a rotary motor.

【0094】<第七の実施の形態>本発明の第七の実施
の形態を図16に基づいて説明する。
<Seventh Embodiment> A seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

【0095】本実施の形態は、前述したような格子パタ
ーン構造体11と、格子パターン構造体11と撮像カメ
ラとの間に配設されてフィルタ12,13,14の各々
の波長帯に対応する各波長帯に含まれる各波長光を通過
させるように波長光毎に分離するビームスプリッタ構成
の帯域フィルタ29と、帯域フィルタ29により分離さ
れた各波長帯に含まれる各波長光の画像(モアレ縞)を
各々個別に撮像する撮像カメラ30r,30g,30b
とを含む組合せにより実体格子型のモアレ光学系が構成
されている。
The present embodiment corresponds to each wavelength band of the filters 12, 13, and 14 arranged between the grating pattern structure 11 and the imaging camera as described above. A band filter 29 having a beam splitter configuration that separates each wavelength light included in each wavelength band so that the wavelength light is transmitted, and an image of each wavelength light included in each wavelength band separated by the band filter 29 (a moire fringe ) Individually imaging cameras 30r, 30g, 30b
The combination including and forms a real lattice type moire optical system.

【0096】格子パターン構造体11の各フィルタ1
2,13,14により吸収される複数の波長の光毎に各
撮像カメラ30r,30g,30bにより撮像された3
つの位相シフトしたモアレ縞の画像データに基づく演算
処理手段での演算処理により被検物表面の形状が3次元
的に測定される。
Each filter 1 of the lattice pattern structure 11
3, which are imaged by the imaging cameras 30r, 30g, and 30b for each of the light beams of a plurality of wavelengths that are absorbed by 2, 3, and 14
The shape of the surface of the object to be measured is three-dimensionally measured by the arithmetic processing by the arithmetic processing means based on the image data of the two phase-shifted moire fringes.

【0097】従って、本実施の形態によれば、モアレ縞
を形成する波長帯各々の画像取得するための複数の撮像
カメラ30r,30g,30bによって、同時に複数の
位相シフトされたモアレ画像を取得することができ、フ
ィルタ切換え動作等を要しないため、より高速な表面形
状の測定が可能となる。
Therefore, according to the present embodiment, a plurality of phase-shifted moire images are simultaneously acquired by the plurality of imaging cameras 30r, 30g, 30b for acquiring the images of the respective wavelength bands forming the moire fringes. Therefore, it is possible to measure the surface profile at a higher speed, because the filter switching operation or the like is not required.

【0098】ところで、円筒状被検物4の表面全域の測
定について説明する。前述の各実施の形態において、円
筒状被検物4表面上に発生するうねりや凹み欠陥は高低
差が数μmレベルであり、目視でも検出が困難である。
このような欠陥を検出するためには、検査光学系1にお
いて、受光系の倍率をかなり高倍率にする必要がある。
高倍率にすると撮像視野は狭くなり、一度に検査できる
範囲が狭くなり、検査領域を軸方向に複数に分割し、各
検査領域毎に順次検査していく必要が生ずる。従って、
より現実的には、前述の図7中に示したように、検査光
学系1を円筒状被検物4の軸方向にガイド機構9を持た
せた分割方向移動機構として1軸の自動ステージ10上
に搭載し、或る検査領域での1周分の撮像が終わった
ら、自動ステージ10により検査光学系1全体を次の検
査領域に移動させ、その検査領域の撮像を行わせる。こ
のような撮像と移動とを繰返すことにより、円筒状被検
物4の全面の撮像が可能となる。
Now, the measurement of the entire surface of the cylindrical test object 4 will be described. In each of the above-described embodiments, the waviness and the dent defect generated on the surface of the cylindrical test object 4 have a height difference of a few μm level, which is difficult to detect visually.
In order to detect such defects, the inspection optical system 1 needs to have a considerably high magnification of the light receiving system.
When the magnification is high, the imaging field of view becomes narrow, the range that can be inspected at one time becomes narrow, and it becomes necessary to divide the inspection region into a plurality of portions in the axial direction and sequentially inspect each inspection region. Therefore,
More practically, as shown in FIG. 7 described above, the inspection optical system 1 is a uniaxial automatic stage 10 as a dividing direction moving mechanism having a guide mechanism 9 in the axial direction of the cylindrical object 4. When mounted on the top, and when the imaging for one round in a certain inspection area is completed, the entire inspection optical system 1 is moved to the next inspection area by the automatic stage 10, and the inspection area is imaged. By repeating such imaging and movement, it is possible to image the entire surface of the cylindrical test object 4.

【0099】なお、検査光学系1を移動させる代わりに
円筒状被検物4側を移動させてもよい。つまり、検査光
学系1と円筒状被検物4との相対位置関係を変化させる
ための分割方向移動機構を設ければよい。これは、前述
した何れの実施の形態についても、同様に適用できる。
Instead of moving the inspection optical system 1, the cylindrical object 4 side may be moved. In other words, a dividing direction moving mechanism for changing the relative positional relationship between the inspection optical system 1 and the cylindrical test object 4 may be provided. This can be similarly applied to any of the above-described embodiments.

【0100】また、図17に示すように、測定対象とな
る円筒状被検物4を副走査移動手段としての回転モータ
8により回転させるが、この回転モータ8による回転動
作(副走査)を前述の格子パターン構造体11に含まれ
る3種類の波長帯毎の撮像(各ライン受光タイミング)
が終わる毎に行わせるように同期をとることにより、円
筒状被検物4の表面全域についての測定が可能となる。
これは、前述した何れの実施の形態の場合でも同様であ
る。
Further, as shown in FIG. 17, the cylindrical object 4 to be measured is rotated by the rotary motor 8 as the sub-scanning moving means. The rotary operation (sub-scanning) by the rotary motor 8 is described above. Imaging for each of the three types of wavelength bands included in the lattice pattern structure 11 of FIG.
By synchronizing so that the measurement is performed each time, the measurement can be performed on the entire surface of the cylindrical test object 4.
This is the same in any of the above-described embodiments.

【0101】また、副走査中に、図18に示すように、
各ライン受光タイミング毎に、順次、測定波長帯を変更
させることにより、1度の副走査のみで複数の位相シフ
トされたモアレ縞の画像を得ることも可能である。図1
8では、波長b(青)によるモアレ縞31b,波長r
(赤)によるモアレ縞31r,波長g(緑)によるモア
レ縞31gを各ライン受光タイミング毎に順次撮像した
様子を模式的に示している。
During the sub-scan, as shown in FIG.
It is also possible to obtain a plurality of phase-shifted moire fringe images by only one sub-scanning by changing the measurement wavelength band sequentially for each line light reception timing. Figure 1
8, the moire fringe 31b due to the wavelength b (blue) and the wavelength r
The state in which the moire fringe 31r due to (red) and the moire fringe 31g due to the wavelength g (green) are sequentially imaged at each line light reception timing is schematically shown.

【0102】また、前述した実施の形態は、何れも感光
体ドラムのような円筒状被検物4を測定対象(被検物)
とする適用例を示したが、図19に示すように液晶パネ
ル等の平面状被検物51を測定対象(被検物)とする場
合にも同様に適用できる。測定方法及び測定装置として
は、前述した各実施の形態の何れでも適用可能である。
図示例では、平面状被検物51をXY自動ステージ52
に搭載してX方向及びY方向に任意に移動させることに
より検査光学系1により平面状被検物51の全面を測定
可能としている。もっとも、検査光学系1をxy自動ス
テージに搭載して、全面測定させることも可能である。
In each of the above-described embodiments, a cylindrical test object 4 such as a photosensitive drum is measured (test object).
However, the present invention can be similarly applied to a case where a flat test object 51 such as a liquid crystal panel is used as a measurement target (test object) as shown in FIG. As the measuring method and the measuring device, any of the above-described respective embodiments can be applied.
In the illustrated example, the flat object 51 is placed on the XY automatic stage 52.
The entire surface of the planar test object 51 can be measured by the inspection optical system 1 by mounting the device on a substrate and moving it in the X and Y directions arbitrarily. However, it is also possible to mount the inspection optical system 1 on an xy automatic stage and measure the entire surface.

【0103】[0103]

【発明の効果】請求項1記載の発明の表面形状測定方法
によれば、実体格子型のモアレ光学系において、少なく
とも3種類の異なる波長帯の光を吸収するフィルタによ
り形成した格子パターンを重ねた格子パターン構造体を
用い、その各フィルタで吸収させる複数の波長の光毎に
形成される複数のモアレ縞画像を撮像し位相シフト法を
適用することによって、従来位相シフトを行うために必
要であった格子パターンの移動機構が不要となり、これ
により複数の位相シフトされたモアレ画像を取得するた
めに移動を待つ時間をなくすことができ、測定時間を短
くすることができ、かつ、移動機構の移動精度による測
定誤差を低減することができる。
According to the surface shape measuring method of the first aspect of the present invention, in the real grating type moire optical system, the grating patterns formed by the filters for absorbing the light of at least three different wavelength bands are overlapped. Conventionally, it is necessary to perform a phase shift by using a lattice pattern structure, capturing a plurality of moire fringe images formed for each light of a plurality of wavelengths to be absorbed by each filter, and applying the phase shift method. This eliminates the need for a grid pattern moving mechanism, which eliminates the time to wait for movement to acquire multiple phase-shifted moire images, shortens the measurement time, and reduces the movement of the moving mechanism. Measurement error due to accuracy can be reduced.

【0104】請求項2記載の発明によれば、請求項1記
載の発明を実現する上で、格子パターン構造体の各格子
パターンの格子ピッチに関して、モアレ縞の等高線間隔
が一定となるように設定することにより、より広範囲の
測定を行うことができる。
According to the invention described in claim 2, in realizing the invention described in claim 1, the grid pitch of each grid pattern of the grid pattern structure is set so that the contour line intervals of the moire fringes are constant. By doing so, a wider range of measurement can be performed.

【0105】請求項3記載の発明によれば、請求項1記
載の発明を実現する上で、格子パターン構造体の各格子
パターンの光軸と撮像カメラとのなす角度を各々異なら
せて形成し、モアレ縞の等高線間隔が一定となるように
設定することにより、より広範囲の測定を行うことがで
きる。
According to the third aspect of the invention, in realizing the invention of the first aspect, the angle formed between the optical axis of each lattice pattern of the lattice pattern structure and the image pickup camera is made different. By setting the contour intervals of the moire fringes to be constant, it is possible to measure a wider range.

【0106】請求項4記載の発明によれば、請求項1な
いし3の何れか一記載の表面形状測定方法において、撮
像カメラをラインセンサカメラとし、このラインセンサ
カメラのライン方向と直交する方向に被検物とモアレ光
学系との相対的な位置関係を順次移動させることによ
り、連続するシート状の測定対象や、ドラム形状(円筒
状)の測定対象の半径方向のうねりを高速に測定するこ
とが可能となる。
According to the invention described in claim 4, in the surface shape measuring method according to any one of claims 1 to 3, the imaging camera is a line sensor camera, and the line sensor camera is arranged in a direction orthogonal to the line direction. High-speed measurement of the radial waviness of a continuous sheet-shaped measuring object or a drum-shaped (cylindrical) measuring object by sequentially moving the relative positional relationship between the test object and the moire optical system. Is possible.

【0107】請求項5記載の発明の表面形状測定装置に
よれば、実体格子型のモアレ光学系において、少なくと
も3種類の異なる波長帯の光を吸収するフィルタにより
形成した格子パターンを重ねた格子パターン構造体を用
い、その各フィルタで吸収させる複数の波長の光毎に形
成される複数のモアレ縞画像を撮像し位相シフト法を適
用することによって、従来位相シフトを行うために必要
であった格子パターンの移動機構が不要となり、これに
より複数の位相シフトされたモアレ画像を取得するため
に移動を待つ時間をなくすことができ、測定時間を短く
することができ、かつ、移動機構の移動精度による測定
誤差を低減することができる。
According to the surface shape measuring apparatus of the fifth aspect of the present invention, in the real grating type moire optical system, a grating pattern formed by superposing grating patterns formed by at least three types of filters that absorb light of different wavelength bands. Gratings that were conventionally required to perform phase shift by using a structure and capturing multiple Moire fringe images formed for each light of multiple wavelengths to be absorbed by each filter and applying the phase shift method. This eliminates the need for a pattern movement mechanism, which eliminates the time to wait for movement to acquire multiple phase-shifted moire images, shortens the measurement time, and reduces the movement accuracy of the movement mechanism. The measurement error can be reduced.

【0108】請求項6記載の発明の表面形状測定装置に
よれば、通常使われているカラーカメラの色フィルタ特
性と補色関係にある格子パターンによる格子パターン構
造体を形成することによって、より安価に実体格子型の
モアレ光学系を提供することが可能となる。
According to the surface profile measuring apparatus of the sixth aspect of the present invention, the lattice pattern structure having a lattice pattern having a complementary color relationship with the color filter characteristics of the color camera which is normally used is formed, so that the cost can be reduced. It is possible to provide a real lattice type moire optical system.

【0109】請求項7記載の発明の表面形状測定装置に
よれば、複数の光源を異なるタイミングで点灯させるこ
とによって、通常の白黒カメラで複数の位相シフト画像
を取得することができ、安価な実体格子型のモアレ光学
系を提供することが可能となる。
According to the surface profile measuring apparatus of the seventh aspect of the present invention, a plurality of light sources are turned on at different timings to obtain a plurality of phase shift images with an ordinary monochrome camera, which is an inexpensive substance. It is possible to provide a lattice type moire optical system.

【0110】請求項8記載の発明の表面形状測定装置に
よれば、単一の光源に対して、格子パターン構造体の格
子パターンに投影する縞の波長帯を変えるのと同期し
て、異なるタイミングで撮像カメラにより撮像すること
によって、通常の白黒カメラで複数の位相シフト画像を
取得できるので、安価な実体格子型のモアレ光学系を提
供することが可能となる。また、格子パターン上に必要
な波長帯の光のみを照射できるのでモアレ縞が目視でき
設定等の作業を行うのに有利である。
According to the surface profile measuring apparatus of the eighth aspect of the invention, different timings are synchronized with changing the wavelength band of the stripes projected on the grating pattern of the grating pattern structure for a single light source. Since a plurality of phase shift images can be acquired by an ordinary black-and-white camera by capturing an image with the image capturing camera, it is possible to provide an inexpensive physical lattice type moire optical system. Further, since only the light of the required wavelength band can be irradiated onto the lattice pattern, moire fringes can be visually observed, which is advantageous for performing work such as setting.

【0111】請求項9記載の発明の表面形状測定装置に
よれば、撮像カメラの撮像面に入力するモアレ縞の波長
帯を切換えるのと同期して、異なるタイミングで撮像カ
メラで撮像することによって、通常の白黒カメラ1台で
複数の位相シフトされたモアレ画像を取得できるので、
安価な実体格子型のモアレ光学系を提供することが可能
となる。また、モアレ画像を取得するための帯域フィル
タの切換え機構を撮像カメラ近傍に配置させることが可
能となるので、制御信号を一箇所にまとめることも可能
となる。
According to the surface profile measuring apparatus of the ninth aspect of the invention, the image pickup camera takes images at different timings in synchronism with the switching of the wavelength band of the moire fringes input to the image pickup surface of the image pickup camera. Since you can obtain multiple phase-shifted moire images with one normal black and white camera,
It is possible to provide an inexpensive physical lattice type moire optical system. Further, since it is possible to dispose the band-filter switching mechanism for acquiring the moire image in the vicinity of the imaging camera, it is possible to collect the control signals in one place.

【0112】請求項10記載の発明の表面形状測定装置
によれば、モアレ縞を形成する波長帯各々の画像取得す
るための複数の撮像カメラによって、同時に複数の位相
シフトされたモアレ画像を取得することにより、高速な
表面形状の測定が可能となる。
According to the surface profile measuring apparatus of the tenth aspect of the present invention, a plurality of imaging cameras for acquiring images of respective wavelength bands forming moire fringes simultaneously acquire a plurality of phase-shifted moire images. This enables high-speed measurement of the surface shape.

【0113】請求項11記載の発明によれば、請求項5
ないし10の何れか一記載の表面形状測定装置におい
て、撮像カメラをラインセンサカメラとし、このライン
センサカメラのライン方向と直交する方向に被検物とモ
アレ光学系との相対的な位置関係を順次移動させること
により、連続するシート状の測定対象や、ドラム形状
(円筒状)の測定対象の半径方向のうねりを高速に測定
することが可能となる。
According to the invention of claim 11, claim 5
In the surface shape measuring apparatus according to any one of 1 to 10, the image pickup camera is a line sensor camera, and the relative positional relationship between the object to be inspected and the moire optical system is sequentially arranged in a direction orthogonal to the line direction of the line sensor camera. By moving it, it becomes possible to measure the waviness in the radial direction of a continuous sheet-shaped measuring object or a drum-shaped (cylindrical) measuring object at high speed.

【0114】請求項12記載の発明によれば、請求項7
記載の表面形状測定装置に関して、撮像カメラをライン
センサカメラとし、このラインセンサカメラのライン方
向と直交する方向に被検物とモアレ光学系との相対的な
位置関係を順次移動させるとともに、ラインセンサカメ
ラの各ライン受光タイミングと同期させてライン毎に異
なる発光波長の光源を発光させることにより、連続する
シート状の測定対象や、ドラム形状(円筒状)の測定対
象の半径方向のうねりを高速に測定することが可能とな
る。
According to the invention of claim 12, claim 7 is provided.
Regarding the surface profile measuring apparatus described above, the imaging camera is a line sensor camera, and the relative positional relationship between the test object and the moire optical system is sequentially moved in a direction orthogonal to the line direction of the line sensor camera, and the line sensor is also used. By emitting light sources with different emission wavelengths for each line in synchronism with the light reception timing of each line of the camera, the radial undulation of continuous sheet-shaped measurement targets or drum-shaped (cylindrical) measurement targets can be accelerated. It becomes possible to measure.

【0115】請求項13記載の発明によれば、請求項8
記載の表面形状測定装置に関して、撮像カメラをライン
センサカメラとし、このラインセンサカメラのライン方
向と直交する方向に被検物とモアレ光学系との相対的な
位置関係を順次移動させるとともに、ラインセンサカメ
ラの各ライン受光タイミングと同期させて光源と前記格
子パターン構造体との間の光路上に位置する帯域フィル
タを順次切換えることにより、連続するシート状の測定
対象や、ドラム形状(円筒状)の測定対象の半径方向の
うねりを高速に測定することが可能となる。
According to the invention described in claim 13, claim 8 is provided.
Regarding the surface profile measuring apparatus described above, the imaging camera is a line sensor camera, and the relative positional relationship between the test object and the moire optical system is sequentially moved in a direction orthogonal to the line direction of the line sensor camera, and the line sensor is also used. By sequentially switching the band-pass filters located on the optical path between the light source and the lattice pattern structure in synchronization with the light receiving timing of each line of the camera, a continuous sheet-shaped measurement target or a drum-shaped (cylindrical) It becomes possible to measure the waviness of the measurement target in the radial direction at high speed.

【0116】請求項14記載の発明によれば、請求項9
記載の表面形状測定装置に関して、撮像カメラをライン
センサカメラとし、このラインセンサカメラのライン方
向と直交する方向に被検物とモアレ光学系との相対的な
位置関係を順次移動させるとともに、ラインセンサカメ
ラの各ライン受光タイミングと同期させて格子パターン
構造体と撮像カメラの撮像面との間の光路上に位置する
帯域フィルタを順次切換えることにより、連続するシー
ト状の測定対象や、ドラム形状(円筒状)の測定対象の
半径方向のうねりを高速に測定することが可能となる。
According to the invention of claim 14, claim 9 is provided.
Regarding the surface profile measuring apparatus described above, the imaging camera is a line sensor camera, and the relative positional relationship between the test object and the moire optical system is sequentially moved in a direction orthogonal to the line direction of the line sensor camera, and the line sensor is also used. By sequentially switching the band-pass filters located on the optical path between the grating pattern structure and the image pickup surface of the image pickup camera in synchronism with the light receiving timing of each line of the camera, continuous sheet-shaped measurement targets or drum-shaped (cylindrical It is possible to measure the waviness in the radial direction of the measurement target in the above-mentioned manner at high speed.

【0117】請求項15記載の発明によれば、請求項5
ないし14記載の発明を実現する上で、格子パターン構
造体の各格子パターンの格子ピッチに関して、モアレ縞
の等高線間隔が一定となるように設定することにより、
より広範囲の測定を行うことができる。
According to the invention of claim 15, claim 5
In achieving the invention described in any one of (1) to (14), the grid pitch of each grid pattern of the grid pattern structure is set so that the contour line intervals of the moire fringes become constant,
A wider range of measurements can be made.

【0118】請求項16記載の発明によれば、請求項5
ないし14記載の発明を実現する上で、格子パターン構
造体の各格子パターンの光軸と撮像カメラとのなす角度
を各々異ならせて形成し、モアレ縞の等高線間隔が一定
となるように設定することにより、より広範囲の測定を
行うことができる。
According to the invention of claim 16, claim 5
In realizing the invention described in any one of (1) to (14), the angles formed by the optical axes of the respective lattice patterns of the lattice pattern structure and the imaging camera are made different from each other, and the contour line intervals of the moire fringes are set to be constant. As a result, a wider range of measurement can be performed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第一の実施の形態の前提としてモアレ
法による3次元計測法の原理を説明するための模式図で
ある。
FIG. 1 is a schematic diagram for explaining the principle of a three-dimensional measurement method by a moire method as a premise of the first embodiment of the present invention.

【図2】実体格子型のモアレ法を説明するための模式図
である。
FIG. 2 is a schematic diagram for explaining a real lattice type moire method.

【図3】位相シフト法を説明するための説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining a phase shift method.

【図4】本実施の形態の前提とする測定原理を示す説明
図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a measurement principle on which the present embodiment is based.

【図5】縞次数Nと等高線高さhとの関係を示す特性
図である。
FIG. 5 is a characteristic diagram showing the relationship between the stripe order N and the contour line height h N.

【図6】縞次数Nと等高線間隔Δh、Δhの差との
関係を示す特性図である。
FIG. 6 is a characteristic diagram showing a relationship between a fringe order N and a difference between contour line intervals Δh N and Δh N.

【図7】本実施の形態の前提的な測定装置の構成例を示
す概略斜視図である。
FIG. 7 is a schematic perspective view showing a configuration example of a prerequisite measurement device of the present embodiment.

【図8】本発明の第一の実施の形態の特徴とする格子パ
ターン構造体の構成例を示す原理的な断面図である。
FIG. 8 is a principle cross-sectional view showing a configuration example of a lattice pattern structure which is a feature of the first embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第二の実施の形態の測定原理を示す説
明図である。
FIG. 9 is an explanatory diagram showing the measurement principle of the second embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第三の実施の形態の測定原理を示す
説明図である。
FIG. 10 is an explanatory diagram showing the measurement principle of the third embodiment of the present invention.

【図11】その同期タイミングを示すタイミングチャー
トである。
FIG. 11 is a timing chart showing the synchronization timing.

【図12】本発明の第四の実施の形態の測定原理を示す
説明図である。
FIG. 12 is an explanatory diagram showing the measurement principle of the fourth embodiment of the present invention.

【図13】その同期タイミングを示すタイミングチャー
トである。
FIG. 13 is a timing chart showing the synchronization timing.

【図14】本発明の第五の実施の形態の測定原理を示す
説明図である。
FIG. 14 is an explanatory diagram showing the measurement principle of the fifth embodiment of the present invention.

【図15】その同期タイミングを示すタイミングチャー
トである。
FIG. 15 is a timing chart showing the synchronization timing.

【図16】本発明の第六の実施の形態の測定原理を示す
説明図である。
FIG. 16 is an explanatory diagram showing the measurement principle of the sixth embodiment of the present invention.

【図17】副走査の原理を説明するための説明図であ
る。
FIG. 17 is an explanatory diagram for explaining the principle of sub-scanning.

【図18】副走査の変形例を説明するための説明図であ
る。
FIG. 18 is an explanatory diagram illustrating a modified example of sub-scanning.

【図19】平面状被検物を測定対象とする場合の測定装
置の構成例を示す概略斜視図である。
FIG. 19 is a schematic perspective view showing a configuration example of a measuring device when a flat test object is a measurement target.

【図20】第1の従来例を示す概略斜視図である。FIG. 20 is a schematic perspective view showing a first conventional example.

【図21】第2の従来例を示す概略斜視図である。FIG. 21 is a schematic perspective view showing a second conventional example.

【図22】格子投影型のモアレ法を説明するための模式
図である。
FIG. 22 is a schematic diagram for explaining a lattice projection type moire method.

【図23】実体格子型のモアレ法を説明するための模式
図である。
FIG. 23 is a schematic diagram for explaining a real lattice type moire method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 検査光学系 2 光源 3 格子パターン 4 円筒状被検物、被検物 5 レンズ 6 ラインセンサカメラ、撮像カメラ 11 格子パターン構造体 12〜14 フィルタ 15〜17 格子パターン 21 白色光源、光源 22 カラーカメラ、撮像カメラ 23r,23g,23b 光源 24 発光制御手段 25r,25g,25b 帯域フィルタ 27r,27g,27b 帯域フィルタ 29 帯域フィルタ 30r,30g,30b 撮像カメラ 51 平面状被検物、被検物 1 Inspection optical system 2 light sources 3 lattice pattern 4 Cylindrical test object, test object 5 lenses 6 Line sensor camera, imaging camera 11 Lattice pattern structure 12-14 filters 15-17 lattice pattern 21 White light source, light source 22 Color camera, imaging camera 23r, 23g, 23b light source 24 Light emission control means 25r, 25g, 25b bandpass filter 27r, 27g, 27b bandpass filter 29 band filters 30r, 30g, 30b Imaging camera 51 Flat object, object

フロントページの続き Fターム(参考) 2F065 AA49 AA53 BB01 BB06 DD06 FF08 FF66 FF67 GG12 GG23 HH06 HH12 JJ02 JJ03 JJ05 JJ07 JJ25 JJ26 LL22 LL46 MM03 MM04 MM07 MM28 NN01 NN20 PP02 PP12 PP13 QQ03 QQ31 QQ42 5B047 AA11 AB02 BB02 BC07 BC11 BC14 BC23 CA07 Continued front page    F term (reference) 2F065 AA49 AA53 BB01 BB06 DD06                       FF08 FF66 FF67 GG12 GG23                       HH06 HH12 JJ02 JJ03 JJ05                       JJ07 JJ25 JJ26 LL22 LL46                       MM03 MM04 MM07 MM28 NN01                       NN20 PP02 PP12 PP13 QQ03                       QQ31 QQ42                 5B047 AA11 AB02 BB02 BC07 BC11                       BC14 BC23 CA07

Claims (16)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 モアレ縞を発生させるための光源と、少
なくとも3種類の異なる波長帯の光を吸収する各々のフ
ィルタにより複数の格子パターンを形成して重ねた格子
パターン構造体と、モアレ縞を撮像するためのレンズ及
び撮像カメラを含む受光系とを有する実体格子型のモア
レ光学系を検査光学系として用い、 前記格子パターン構造体の前記各フィルタにより吸収さ
れる複数の波長の光毎に前記受光系により撮像された少
なくとも3つの位相シフトしたモアレ縞の画像データに
基づく演算処理により被検物表面の形状を3次元的に測
定するようにした表面形状測定方法。
1. A light source for generating moire fringes, a lattice pattern structure in which a plurality of lattice patterns are formed and superposed by respective filters that absorb light of at least three different wavelength bands, and moire fringes are formed. A real lattice type moire optical system having a lens for capturing an image and a light receiving system including an image capturing camera is used as an inspection optical system, and the light having a plurality of wavelengths absorbed by the filters of the lattice pattern structure is A surface shape measuring method for three-dimensionally measuring the shape of the surface of an object to be measured by arithmetic processing based on image data of at least three phase-shifted moire fringes imaged by a light receiving system.
【請求項2】 前記各格子パターンにより生ずるモアレ
縞の周期が等しくなるように、前記各格子パターンの格
子ピッチが各々異なる格子ピッチで形成された前記格子
パターン構造体を用いるようにした請求項1記載の表面
形状測定方法。
2. The lattice pattern structure, wherein the lattice pitches of the respective lattice patterns are different from each other so that the moire fringes generated by the respective lattice patterns have the same period. The surface shape measuring method described.
【請求項3】 前記各格子パターンにより生ずるモアレ
縞の周期が等しくなるように、前記各格子パターンの光
軸と前記撮像カメラとのなす角度を各々異ならせて形成
して重ねた前記格子パターン構造体を用いるようにした
請求項1記載の表面形状測定方法。
3. The lattice pattern structure formed by overlapping the optical axes of the lattice patterns and the imaging camera at different angles so that the periods of the moire fringes generated by the lattice patterns are equal to each other. The surface shape measuring method according to claim 1, wherein a body is used.
【請求項4】 前記撮像カメラとしてラインセンサカメ
ラを用い、このラインセンサカメラのライン方向と直交
する方向に前記被検物と前記モアレ光学系との相対的な
位置関係を順次移動させることにより前記被検物表面の
形状を全面的に測定するようにした請求項1ないし3の
何れか一記載の表面形状測定方法。
4. A line sensor camera is used as the imaging camera, and the relative positional relationship between the object to be inspected and the moire optical system is sequentially moved in a direction orthogonal to the line direction of the line sensor camera. The surface shape measuring method according to any one of claims 1 to 3, wherein the shape of the surface of the test object is entirely measured.
【請求項5】 モアレ縞を発生させるための光源及び格
子パターンと、モアレ縞を撮像するためのレンズ及び撮
像カメラを含む受光系とを有する実体格子型のモアレ光
学系を検査光学系として用いる表面形状測定装置であっ
て、 少なくとも3種類の異なる波長帯の光を吸収する各々の
フィルタにより複数の前記格子パターンを形成して重ね
てなる格子パターン構造体と、 この格子パターン構造体の前記各フィルタにより吸収さ
れる複数の波長の光毎に前記撮像カメラにより撮像され
た少なくとも3つの位相シフトしたモアレ縞の画像デー
タに基づく演算処理により被検物表面の形状を3次元的
に測定する演算処理手段と、を備える表面形状測定装
置。
5. A surface using a real lattice type moire optical system as an inspection optical system, which has a light source and a lattice pattern for generating moire fringes, and a light receiving system including a lens for capturing the moire fringes and an imaging camera. A shape measuring apparatus, comprising: a lattice pattern structure formed by stacking a plurality of the lattice patterns by respective filters that absorb light of at least three different wavelength bands; and the filters of the lattice pattern structure. Calculation means for three-dimensionally measuring the shape of the surface of the object to be measured by calculation processing based on the image data of at least three phase-shifted moire fringes imaged by the image pickup camera for each of the light having a plurality of wavelengths absorbed by And a surface profile measuring device comprising:
【請求項6】 モアレ縞を発生させるための光源及び格
子パターンと、モアレ縞を撮像するためのレンズ及び撮
像カメラを含む受光系とを有する実体格子型のモアレ光
学系を検査光学系として用いる表面形状測定装置であっ
て、 前記光源を白色光源とし、 前記撮像カメラをカラーカメラとし、 3種類の異なる波長帯の光を吸収する各々のフィルタに
より複数の前記格子パターンを形成して重ねてなり、各
層の前記フィルタ部分で吸収する波長帯域が前記カラー
カメラの各色フィルタを通過する波長帯域以上に形成さ
れた格子パターン構造体と、 この格子パターン構造体の前記各フィルタにより吸収さ
れる複数の波長の光毎に前記カラーカメラにより撮像さ
れた3つの位相シフトしたモアレ縞の画像データに基づ
く演算処理により被検物表面の形状を3次元的に測定す
る演算処理手段と、を備える表面形状測定装置。
6. A surface using an actual lattice type moire optical system as an inspection optical system, which has a light source and a lattice pattern for generating moire fringes, and a light receiving system including a lens for capturing the moire fringes and an imaging camera. A shape measuring apparatus, wherein the light source is a white light source, the imaging camera is a color camera, and a plurality of the lattice patterns are formed and overlapped by respective filters that absorb light of three different wavelength bands, A grating pattern structure formed such that a wavelength band absorbed by the filter portion of each layer is equal to or more than a wavelength band passing through each color filter of the color camera, and a plurality of wavelengths absorbed by each filter of the lattice pattern structure. The surface of the object to be inspected by arithmetic processing based on the image data of the three phase-shifted moire fringes captured by the color camera for each light. Surface shape measuring apparatus comprising: a processing unit for measuring the shape three-dimensionally, the.
【請求項7】 モアレ縞を発生させるための光源及び格
子パターンと、モアレ縞を撮像するためのレンズ及び撮
像カメラを含む受光系とを有する実体格子型のモアレ光
学系を検査光学系として用いる表面形状測定装置であっ
て、 前記光源を少なくとも3種類の異なる波長特性を有する
光源とし、 これらの光源を前記各光源毎に異なるタイミングで発光
させる発光制御手段と、 前記各光源の異なる波長帯の光を吸収する各々のフィル
タにより複数の前記格子パターンを形成して重ねてなる
格子パターン構造体と、 前記各光源の発光タイミングと前記撮像カメラによる撮
像動作との同期をとる同期手段と、 前記格子パターン構造体の前記各フィルタにより吸収さ
れる複数の波長の光毎に前記撮像カメラにより撮像され
た少なくとも3つの位相シフトしたモアレ縞の画像デー
タに基づく演算処理により被検物表面の形状を3次元的
に測定する演算処理手段と、を備える表面形状測定装
置。
7. A surface using an actual lattice type moire optical system as an inspection optical system having a light source and a lattice pattern for generating moire fringes, and a light receiving system including a lens for capturing the moire fringes and an imaging camera. A shape measuring apparatus, wherein the light source is a light source having at least three types of different wavelength characteristics, light emission control means for causing these light sources to emit light at different timings, and light of different wavelength bands of each light source. A plurality of lattice patterns formed by respective filters that absorb light, and a plurality of the lattice patterns are overlapped with each other; a synchronization unit that synchronizes the light emission timing of each light source with the image capturing operation by the image capturing camera; At least three phase shifts imaged by the imaging camera for each of a plurality of wavelengths of light absorbed by the filters of the structure. Surface shape measuring apparatus comprising: a processing unit for measuring the shape of the test object surface three-dimensionally by the arithmetic processing based on the image data of the bets and the moire fringes, the.
【請求項8】 モアレ縞を発生させるための光源及び格
子パターンと、モアレ縞を撮像するためのレンズ及び撮
像カメラを含む受光系とを有する実体格子型のモアレ光
学系を検査光学系として用いる表面形状測定装置であっ
て、 少なくとも3種類の異なる波長帯の光を吸収する各々の
フィルタにより複数の前記格子パターンを形成して重ね
てなる格子パターン構造体と、 前記光源と前記格子パターン構造体との間に配設されて
前記各波長帯に含まれる各波長光を通過させる複数の帯
域フィルタと、 これらの帯域フィルタ中で前記光源と前記格子パターン
構造体との間の光路上に位置する帯域フィルタを順次切
換えるフィルタ切換え機構と、 前記各帯域フィルタの切換え動作と前記撮像カメラによ
る撮像動作との同期をとる同期手段と、 前記格子パターン構造体の前記各フィルタにより吸収さ
れる複数の波長の光毎に前記撮像カメラにより撮像され
た少なくとも3つの位相シフトしたモアレ縞の画像デー
タに基づく演算処理により被検物表面の形状を3次元的
に測定する演算処理手段と、を備える表面形状測定装
置。
8. A surface using an actual lattice type moire optical system as an inspection optical system, which has a light source and a lattice pattern for generating moire fringes, and a light receiving system including a lens for capturing the moire fringes and an imaging camera. A shape measuring device, comprising: a grating pattern structure formed by stacking a plurality of the grating patterns by respective filters that absorb light of at least three different wavelength bands; and the light source and the grating pattern structure. A plurality of band-pass filters that are arranged between the light sources and pass each wavelength light included in each of the wavelength bands, and a band located on the optical path between the light source and the grating pattern structure in these band-pass filters. A filter switching mechanism that sequentially switches filters; a synchronization unit that synchronizes the switching operation of each band filter and the image capturing operation of the image capturing camera; The shape of the surface of the object to be inspected is calculated by arithmetic processing based on the image data of at least three phase-shifted moire fringes imaged by the imaging camera for each light of a plurality of wavelengths absorbed by each of the filters of the child pattern structure. A surface shape measuring apparatus, comprising: an arithmetic processing unit that measures dimensionally.
【請求項9】 モアレ縞を発生させるための光源及び格
子パターンと、モアレ縞を撮像するためのレンズ及び撮
像カメラを含む受光系とを有する実体格子型のモアレ光
学系を検査光学系として用いる表面形状測定装置であっ
て、 少なくとも3種類の異なる波長帯の光を吸収する各々の
フィルタにより複数の前記格子パターンを形成して重ね
てなる格子パターン構造体と、 この格子パターン構造体と前記撮像カメラの撮像面との
間に配設されて前記各波長帯に含まれる各波長光を通過
させる複数の帯域フィルタと、 これらの帯域フィルタ中で前記格子パターン構造体と前
記撮像カメラの撮像面との間の光路上に位置する帯域フ
ィルタを順次切換えるフィルタ切換え機構と、 前記各帯域フィルタの切換え動作と前記撮像カメラによ
る撮像動作との同期をとる同期手段と、 前記格子パターン構造体の前記各フィルタにより吸収さ
れる複数の波長の光毎に前記撮像カメラにより撮像され
た少なくとも3つの位相シフトしたモアレ縞の画像デー
タに基づく演算処理により被検物表面の形状を3次元的
に測定する演算処理手段と、を備える表面形状測定装
置。
9. A surface using an actual lattice type moire optical system as an inspection optical system having a light source and a lattice pattern for generating moire fringes, and a light receiving system including a lens for capturing the moire fringes and an imaging camera. A shape measuring device, comprising: a lattice pattern structure formed by stacking a plurality of the lattice patterns by respective filters that absorb light of at least three different wavelength bands; and the lattice pattern structure and the imaging camera. A plurality of bandpass filters which are disposed between the image pickup surface of the bandpass filter and a plurality of bandpass filters which pass light of the respective wavelengths included in the respective wavelength bands, and the grating pattern structure and the image pickup surface of the image pickup camera in the bandpass filters. A filter switching mechanism for sequentially switching the bandpass filters located on the optical path between them, a switching operation of each of the bandpass filters, and an imaging operation by the imaging camera A synchronizing means for synchronizing; and a calculation process based on image data of at least three phase-shifted moire fringes imaged by the imaging camera for each of a plurality of wavelengths of light absorbed by the filters of the grating pattern structure. A surface shape measuring apparatus comprising: an arithmetic processing unit that three-dimensionally measures the shape of the surface of the test object.
【請求項10】 モアレ縞を発生させるための光源及び
格子パターンと、モアレ縞を撮像するためのレンズ及び
撮像カメラを含む受光系とを有する実体格子型のモアレ
光学系を検査光学系として用いる表面形状測定装置であ
って、 少なくとも3種類の異なる波長帯の光を吸収する各々の
フィルタにより複数の前記格子パターンを形成して重ね
てなる格子パターン構造体と、 この格子パターン構造体と前記撮像カメラの撮像面との
間に配設されて前記各波長帯に含まれる各波長光を通過
させる複数の帯域フィルタと、 前記各帯域フィルタを通過した光によるモアレ縞を各々
撮像する複数の前記撮像カメラと、 前記格子パターン構造体の前記各フィルタにより吸収さ
れる複数の波長の光毎に前記各撮像カメラにより撮像さ
れた少なくとも3つの位相シフトしたモアレ縞の画像デ
ータに基づく演算処理により被検物表面の形状を3次元
的に測定する演算処理手段と、を備える表面形状測定装
置。
10. A surface using an actual lattice type moire optical system as an inspection optical system, which has a light source and a lattice pattern for generating moire fringes, and a light receiving system including a lens and an imaging camera for imaging the moire fringes. A shape measuring device, comprising: a lattice pattern structure formed by stacking a plurality of the lattice patterns by respective filters that absorb light of at least three different wavelength bands; and the lattice pattern structure and the imaging camera. A plurality of band-pass filters that are arranged between the image-capturing surfaces of the band-pass filters and pass the wavelength lights included in the respective wavelength bands; And at least three images picked up by the respective image pickup cameras for each of a plurality of wavelengths of light absorbed by the respective filters of the lattice pattern structure. Surface shape measuring apparatus comprising: a processing unit for measuring the shape of the test object surface three-dimensionally by the arithmetic processing based on the image data of the phase shifted moire fringe, the.
【請求項11】 前記撮像カメラをラインセンサカメラ
とし、 このラインセンサカメラのライン方向と直交する方向に
前記被検物と前記モアレ光学系との相対的な位置関係を
順次移動させる副走査移動手段を備える請求項5ないし
10の何れか一記載の表面形状測定装置。
11. A sub-scanning moving means for sequentially moving a relative positional relationship between the object to be inspected and the moire optical system in a direction orthogonal to a line direction of the line sensor camera as the image pickup camera. The surface profile measuring apparatus according to claim 5, further comprising:
【請求項12】 前記撮像カメラをラインセンサカメラ
とし、 このラインセンサカメラのライン方向と直交する方向に
前記被検物と前記モアレ光学系との相対的な位置関係を
順次移動させる副走査移動手段を備え、 前記同期手段は、前記ラインセンサカメラの各ライン受
光タイミングと同期させてライン毎に異なる発光波長の
前記光源を発光させる請求項7記載の表面形状測定装
置。
12. A sub-scanning moving means for sequentially moving the relative positional relationship between the object to be inspected and the moire optical system in a direction orthogonal to the line direction of the line sensor camera, wherein the imaging camera is a line sensor camera. 8. The surface profile measuring apparatus according to claim 7, further comprising: the synchronization unit that synchronizes with each line light reception timing of the line sensor camera to emit the light source having a different emission wavelength for each line.
【請求項13】 前記撮像カメラをラインセンサカメラ
とし、 このラインセンサカメラのライン方向と直交する方向に
前記被検物と前記モアレ光学系との相対的な位置関係を
順次移動させる副走査移動手段を備え、 前記同期手段は、前記ラインセンサカメラの各ライン受
光タイミングと同期させて前記光源と前記格子パターン
構造体との間の光路上に位置する帯域フィルタを順次切
換える請求項8記載の表面形状測定装置。
13. A sub-scanning moving means for sequentially moving a relative positional relationship between the object to be inspected and the moire optical system in a direction orthogonal to a line direction of the line sensor camera as the imaging camera. 9. The surface shape according to claim 8, wherein the synchronization means sequentially switches band-pass filters located on an optical path between the light source and the grating pattern structure in synchronization with each line light reception timing of the line sensor camera. measuring device.
【請求項14】 前記撮像カメラをラインセンサカメラ
とし、 このラインセンサカメラのライン方向と直交する方向に
前記被検物と前記モアレ光学系との相対的な位置関係を
順次移動させる副走査移動手段を備え、 前記同期手段は、前記ラインセンサカメラの各ライン受
光タイミングと同期させて前記格子パターン構造体と前
記撮像カメラの撮像面との間の光路上に位置する帯域フ
ィルタを順次切換える請求項9記載の表面形状測定装
置。
14. A sub-scanning moving means for sequentially moving the relative positional relationship between the object to be inspected and the moire optical system in a direction orthogonal to the line direction of the line sensor camera, wherein the imaging camera is a line sensor camera. 10. The synchronization means sequentially switches band-pass filters located on an optical path between the grating pattern structure and an imaging surface of the imaging camera in synchronization with each line light reception timing of the line sensor camera. The surface shape measuring device described.
【請求項15】 前記格子パターン構造体の前記各格子
パターンの格子ピッチは、前記各格子パターンにより生
ずるモアレ縞の周期が等しくなるように、各々異なる格
子ピッチで形成されている請求項5ないし14の何れか
一記載の表面形状測定装置。
15. The grating pitch of each of the grating patterns of the grating pattern structure is formed with different grating pitches so that the periods of Moire fringes generated by each of the grating patterns become equal. The surface shape measuring device according to any one of 1.
【請求項16】 前記格子パターン構造体は、前記各格
子パターンにより生ずるモアレ縞の周期が等しくなるよ
うに、前記各格子パターンの光軸と前記撮像カメラとの
なす角度を各々異ならせて形成して重ねた構造体よりな
る請求項5ないし14の何れか一記載の表面形状測定装
置。
16. The lattice pattern structure is formed by making the angles of the optical axes of the lattice patterns and the imaging camera different from each other so that the periods of Moire fringes generated by the lattice patterns are equal. 15. The surface profile measuring device according to claim 5, wherein the surface profile measuring device is formed by overlapping and overlapping structures.
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