JP2003294427A - モアレ格子ノイズ除去方法 - Google Patents
モアレ格子ノイズ除去方法Info
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Abstract
て、モアレ格子をy方向へ所定距離ずつ横ずらし移動さ
せる毎に撮像した所定数のy方向位置別モアレ縞画像を
平均化することにより、モアレ格子自体の不要な像によ
るノイズ成分を除去して、高精度なモアレ縞画像解析を
行なえるようにする。 【解決手段】 モアレ格子のy方向への移動距離をモア
レ格子20の格子ピッチとの関係から設定しておき、撮
像手段30の撮像倍率を撮像素子の画素ピッチと撮像素
子上に結像された時の格子ピッチの大きさとの関係から
設定しておく。モアレ格子20をy方向へ所定距離ずつ
移動させる毎に撮像した所定数のy方向位置別モアレ縞
画像を平均化して得られる平均化モアレ縞画像に基づ
き、被検面の形状情報を求める。
Description
該光源と被検面との間に配置されたモアレ格子に照射し
て被検面にモアレ格子の影を投影し、この影とモアレ格
子とにより生じるモアレ縞を撮像して、被検面の形状解
析を行なう格子照射型のモアレ縞測定解析方法におい
て、モアレ縞の他にモアレ格子自体の像が撮像されてし
まうことにより生じるノイズ成分を除去するモアレ格子
ノイズ除去方法に関するものである。
ダイレクトかつ非接触で物体表面の等高線画像を作成で
きるという利点から種々の被検面の形状測定解析に用い
られている。この格子照射型のモアレ縞測定解析方法で
は、多数の直線状の格子線が所定の細かいピッチで互い
に平行に形成されているモアレ格子(「基準格子」とも
称される)を用い、このモアレ格子の影を光源からの照
射光により被検面に投影する。被検面に凹凸が形成され
ていると、上記光照射方向とは別方向からこの被検面を
見たときに、上記投影されたモアレ格子の影は、この被
検面の形状に応じて変形を受けた変形格子となり、この
変形格子とモアレ格子の重なりによって被検面の形状を
示す等高線モアレ縞が観察される。
基づき、より高精度に被検面の形状を解析するために、
モアレ縞の位相をシフトさせるフリンジスキャンを行な
いながら複数のモアレ縞画像を撮像して、その撮像され
たモアレ縞画像の変化をコンピュータ解析するようにし
た格子照射型のフリンジスキャンモアレ装置による縞測
定解析方法も知られている。
モアレ縞の解析においては、必要なモアレ縞の他にモア
レ格子自体の像も撮像されて測定精度を低下させるとい
う問題が生じる。例えば、格子ピッチ200μmのモア
レ格子を用いて、25mm×25mmの領域を、512
×512の画素数のCCDにより撮像した場合、各格子
線が2画素に相当してしまい結像してしまう。結像した
各格子像は画像解析の際のノイズとなり、解析誤差の原
因ともなる。
め、モアレ格子を該モアレ格子の面内にあって各格子線
に垂直な方向に移動(横ずらし移動)させ、この横ずら
し移動中に撮像を行なうことにより、モアレ格子自体の
像を平均化する方法が知られている。しかし、モアレ格
子の横ずらし移動の速度やモアレ縞の撮像タイミングを
十分に考慮することなく、単にモアレ格子の横ずらし移
動中に撮像を行なうという従来の方法では、モアレ格子
ノイズを十分に除去することができず、解析結果に誤差
を生じてしまうという問題があった。特に、より高精度
な縞測定解析を行なう格子照射型のフリンジスキャンモ
アレ装置による縞測定解析方法においては、モアレ格子
ノイズを十分に除去できなければ高精度な解析を行なえ
なくなるので、モアレ格子ノイズの除去は大きな問題と
なる。
ので、格子照射型のモアレ縞測定解析方法において生じ
るモアレ格子自体の像によるノイズ成分を良好に除去す
ることができ、正確なモアレ縞画像解析の実施を可能と
するモアレ格子ノイズ除去方法を提供することを目的と
する。
本発明のモアレ格子ノイズ除去方法は、光源と被検面と
の間に配置されたモアレ格子に、前記光源からの光を照
射して前記被検面に投影された該モアレ格子の影と該モ
アレ格子とにより生じるモアレ縞を撮像手段により撮像
して、前記被検面の形状解析を行なう格子照射型のモア
レ縞測定解析方法において、前記モアレ格子の各格子線
で形成される格子面内にあって該格子線と直交するy方
向に、該モアレ格子を該y方向の初期位置から下式
(4)の条件を満たす距離Lyずつ移動させると共に、
該モアレ格子が初期位置にある時および前記距離Lyず
つ移動される毎に、前記撮像手段の撮像素子の画素ピッ
チWと該撮像素子上に結像された時の該モアレ格子の格
子ピッチpとが下式(5)の条件を満たすように撮像倍
率を設定された該撮像手段により前記モアレ縞を撮像し
て、下式(6)の条件を満たすM枚のy方向位置別モア
レ縞画像を得る第1の手順と、得られた該M枚のy方向
位置別モアレ縞画像を平均化することにより平均化モア
レ縞画像を得る第2の手順と、得られた該平均化モアレ
縞画像に基づき、前記被検面の形状情報を求める第3の
手順とを行なうことを特徴とするものである。
該モアレ格子の面と垂直なz方向に、該z方向の初期位
置から所定の距離Lzずつ移動させ、該モアレ格子が該
z方向の初期位置にある時および前記距離Lzずつ移動
される毎に前記第1の手順および前記第2の手順を行な
って該z方向の各位置毎に前記平均化モアレ縞画像を得
るようにしてもよい。
モアレ格子が前記y方向の初期位置にある時および該モ
アレ格子が該y方向に前記距離Lyずつ移動される毎
に、該モアレ格子を、該モアレ格子の面と垂直なz方向
に、該z方向の初期位置から所定の距離Lzずつ移動さ
せると共に、該モアレ格子が前記距離Lzずつ移動され
る毎に、前記撮像手段により前記モアレ縞を撮像して、
所定数のz方向位置別モアレ縞画像を得た後、該モアレ
格子を前記z方向の初期位置に戻し、この後、前記z方
向の各位置毎に前記第2の手順を行なって該z方向の各
位置毎に前記平均化モアレ縞画像を得るようにしてもよ
い。
は、前記撮像素子上において前記格子線の像が、該撮像
素子の各画素境界線と略一致する位置に結像されるよう
に設定されたものであることが好ましい。
けする現実の境界線のみならず、画素間に仮想的に設定
した境界線をも意味する。
順により得られた前記平均化モアレ縞画像に対し、解析
的にローパスフィルタ処理を施すようにしてもよい。
3の手順により求められた前記被検面の形状情報に対
し、解析的にローパスフィルタ処理を施すようにしても
よい。
図面を用いて説明する。 <装置構成>図1は、本発明方法を実施するための格子
照射型フリンジスキャンモアレ装置の概略構成図であ
る。図1に示す格子照射型フリンジスキャンモアレ装置
1(以下、「モアレ装置1」と略称することがある)
は、サンプルステージ50上に水平に載置された光学部
材等の被検体60の表面(被検面61)の形状を、モア
レ縞を利用して解析する装置であって、ハロゲンランプ
等からなる光源10と、この光源10と被検面61との
間に水平に配置されたモアレ格子20と、CCDカメラ
からなる撮像手段30と、モアレ格子20をその姿勢を
保持しつつ図中のy方向に所定の距離Lyずつ移動させ
る移動手段40とを備えている。
の格子線21が所定の細かいピッチで互いに平行に形成
されている。なお、図1においては、この各格子線21
が延びる方向をx方向、各格子線21で形成される格子
面内においてx方向と直交する方向をy方向、前記格子
面に垂直上向き方向をz方向とする。
ズームレンズ系と、このズームレンズ系の後段に配置さ
れた撮像素子としてのCCDと(いずれも不図示)を備
えており、光源10からの光によりモアレ格子20が照
射されることによって被検面61に投影されたモアレ格
子20の影と、モアレ格子20の各格子線21とにより
生じるモアレ縞を撮像して、この撮像したモアレ縞の画
像情報を図示せぬ画像表示装置および画像解析装置に伝
送するように構成されている。なお、撮像手段30は、
モアレ格子20の上方において、モアレ格子20の各格
子線21と直交する方向(y方向と同等)に沿って光源
10と並ぶように、かつ光源10に対して所定距離を置
いて配置されている。
互いに対向配置された一対のガイド部41A、41Bを
備えており、この一対のガイド部41A、41Bの互い
に対向する面には、y方向に延びたガイドレール(不図
示)がそれぞれ形成されている。また、移動手段40
は、駆動アクチュエータ42を備えており、この駆動ア
クチュエータ42によりモアレ格子20を、その姿勢を
保持した状態でガイドレールに沿って、y方向に所定の
距離Lyずつ移動させるように構成されている。さら
に、移動手段40は、一対のガイド部41A、41Bを
連結する連結部43を有すると共に、図示せぬZステー
ジに支持されている。また、移動手段40は、連結部4
3とZステージとの間に配置された駆動アクチュエータ
44により、モアレ格子20の姿勢を保持した状態でモ
アレ格子20と共に、z方向に所定の距離Lzずつ移動
せしめられるように構成されている。
法の実施手順について説明する。図2は本発明の一実施
形態における実施手順例を説明するための模式図であ
る。
設定する。一例として本実施手順例では、距離Lyと
モアレ格子20の格子ピッチpとが下式(7)の条件を
満たし、かつn1を2とした値、すなわち格子ピッチp
の4分の1に相当する長さに距離Lyを設定する。例え
ば、格子ピッチpが200μmの場合、距離Lyは50
μmとなる。
の各構成手段を図1に示す状態に配置し、光源10から
モアレ格子20に光を照射して被検面61にモアレ格子
20の影を投影してモアレ縞を生じさせる。
を調節して、撮像倍率を設定する。一例として本実施手
順例では、撮像手段30の撮像素子の画素ピッチW
と、この撮像素子上にモアレ格子20が結像された時の
格子ピッチpとが下式(8)の条件を満たし、かつn1
を2に、n2を1とした値、すなわち撮像素子の1画素
ピッチW内に、格子ピッチpの4分の1が結像される値
に、撮像倍率を設定する。
検面61の測定を行ないたい領域全てが撮像可能となる
ことも考慮する。また、この撮像倍率の設定は、画像表
示装置における表示画面を観察しながら行なうことがで
きる。その際、撮像素子上において結像される格子線2
1の像が、撮像素子の各画素境界線と一致するようにモ
アレ格子20のy方向の位置調整を行なえば、撮像倍率
の調節を行ない易い。
段階でのモアレ格子20の位置を、モアレ格子20のy
方向初期位置y0およびz方向初期位置z0とし、モアレ
格子20がこのy方向初期位置y0およびz方向初期位
置z0にある時(図2では、図中左端に示した格子線2
1Aの左端部21aがy0位置に一致し、モアレ格子2
0の上面がz0位置に一致する時)に、撮像手段30に
よりモアレ縞を撮像する。
の位置は変えずに、z方向に所定の距離Lzずつ移動さ
せると共に、モアレ格子20がz方向に距離Lzずつ移
動される毎に、撮像手段30によりモアレ縞を撮像し、
図2に示すz方向の各位置z1、z2、z3毎に1枚ず
つのz方向位置別モアレ縞画像を得る(z0位置でのモ
アレ縞画像を含めて4枚となる)。
アレ縞の位相が1位相分ずれるモアレ格子20のz方向
移動距離とステップ法を用いたフリンジスキャン法
(「位相シフト法」とも称される)に基づいて設定す
る。フリンジスキャン法は、例えば干渉計計測におい
て、計測中に干渉計の光路長差を変化させ、この光路長
差変化に対する干渉縞変化に基づき位相を求める方法で
あり、より高精度な計測を行なうために従来一般的に用
いられる手法である。また、ステップ法は、フリンジス
キャン法において、段階的に位相をシフトさせ(各段階
を「ステップ」と称する)、各ステップ毎に変化する縞
をステップ毎に取り込む、縞画像の画像取込み解析手法
である。位相を一周期変化させる間に設定するステップ
数(縞画像の取り込み回数)を先頭に付してNステップ
法(Nは3以上の整数)と称される(例えば、4回画像
を取り込む場合は4ステップ法と称される)。
プ法を用いることとし、モアレ格子20がz方向に1格
子ピッチ移動する毎にモアレ縞の位相が1位相分ずれる
ように光源10と撮像手段30とが配置された格子照射
型モアレ装置を用いた場合、モアレ格子20のz方向へ
の移動距離Lzを、y方向への移動距離Lyと同じく格
子ピッチpの4分の1に相当する長さとなる。
は変えずに、z方向初期位置z0に戻す。 (S7) モアレ格子20をz方向の位置は変えずに、
y方向に距離Lyだけ離れたy1位置に移動させ、モア
レ格子20がこのy1位置(z方向は、z方向初期位置
z0)にある時(図2では、図中左端に示した格子線2
1Aの左端部21aがy1位置に一致し、各格子線21
がz0位置に一致する時)に、撮像手段30によりモア
レ縞を撮像する。
行なう。 (S9) モアレ格子20をz方向の位置は変えずに、
y方向に距離Lyだけ離れたy2位置に移動させ、モア
レ格子20がこのy2位置(z方向は、z方向初期位置
z0)にある時(図2では、図中左端に示した格子線2
1Aの左端部21aがy2位置に一致し、モアレ格子2
0の上面がz0位置に一致する時)に、撮像手段30に
よりモアレ縞を撮像する。
を行なう。 (S11) モアレ格子20をz方向の位置は変えず
に、y方向に距離Lyだけ離れたy3位置に移動させ、
モアレ格子20がこのy3位置(z方向は、z方向初期
位置z0)にある時(図2では、図中左端に示した格子
線21Aの左端部21aがy3位置に一致し、モアレ格
子20の上面がz0位置に一致する時)に、撮像手段3
0によりモアレ縞を撮像する。
を行なう。 (S13) 上記(S12)までの各手順により、前記
z方向の各位置z1、z 2、z3毎にM枚(Mは、下式
(9)の条件を満たし、かつn1を2、n3を1とした
値、すなわち4となる)ずつ得られたy方向位置別モア
レ縞画像を、z方向の各位置z1、z2、z3毎に平均
化してz方向の各位置z1、z2、z3毎に平均化モア
レ縞画像を得る。
を平均化する作用を説明するための模式図である。同図
(a)〜(d)は、モアレ格子20がy方向に距離Ly
ずつ移動する様子を段階的に示している。上述した設定
により、図3に示す格子ピッチpは、撮像素子上では、
画素4個分の幅に対応する。したがって、同図(a)〜
(d)の各位置にモアレ格子20がある時の各モアレ縞
画像を平均化すれば、各画素に各2回格子線21が撮像
されたのと同様の状態とすることが可能となり、モアレ
格子20の像によるノイズ成分を良好に除去することが
可能となる。なお、得られた各平均化モアレ縞画像に対
し、FFT等を用いた解析的なローパスフィルタ処理を
施し、さらにノイズ成分を除去するようにしてもよい。
化モアレ縞画像からから得られる情報を画像解析装置に
おいて、周知の画像解析方法および位相アンラッピング
方法を用いて形状解析を行なうことによって、被検面6
1の形状情報を求める。なお、求められた被検面61の
形状情報に対し、FFT等を用いた解析的なローパスフ
ィルタ処理を施し、さらにノイズ成分を除去するように
してもよい。
子20をz方向初期位置z0に戻す操作と、モアレ格子
20をy方向に距離Lyだけ離れた位置に移動させる操
作とを、同時に行なうようにしてもよい。
いて説明する。なお、この実施手順例では、各手順を
(T1)、(T2)、…と表わす。
例の(S1)から(S4)と同様の操作をそれぞれ行
なう。
の位置は変えずに、y方向に上記所定の距離Lyずつ移
動させると共に、モアレ格子20がy方向に距離Lyず
つ移動される毎に、撮像手段30によりモアレ縞を撮像
し、図2に示すy方向の各位置y1、y2、y3毎に1
枚ずつのy方向位置別モアレ縞画像を得る(y0位置で
のモアレ縞画像を含めて4枚となる)。
初期位置y0およびz方向初期位置z0に戻す。 (T7) モアレ格子20を、そのy方向の位置は変え
ずに、z方向に上記所定の距離Lzだけ離れた、図2に
示すz方向の位置z1に移動させ、モアレ格子20がこ
のz1位置(y方向は、前記y方向初期位置y0)にある
時に、撮像手段30によりモアレ縞を撮像する。
(T5)を行なう。 (T9) モアレ格子20を、y方向初期位置y0およ
びz方向z1位置に戻す。 (T10) モアレ格子20を、そのy方向の位置は変
えずに、図2に示すz方向の位置z2に移動させ、モア
レ格子20がこのz2位置(y方向は、y方向初期位置
y0)にある時に、撮像手段30によりモアレ縞を撮像
する。
(T5)を行なう。 (T12) モアレ格子20を、y方向初期位置y0お
よびz方向z3位置に戻す。 (T13) モアレ格子20を、そのy方向の位置は変
えずに、図2に示すz方向の位置z3に移動させ、モア
レ格子20がこのz3位置(y方向は、y方向初期位置
y0)にある時に、撮像手段30によりモアレ縞を撮像
する。
(T5)を行なう。 (T15) 上記(T14)までの各手順により、z方
向の各位置z1、z2、z3毎にM枚(4枚)ずつ得ら
れたy方向位置別モアレ縞画像を、z方向の各位置
z1、z2、z3毎に平均化してz方向の各位置z1、z
2、z3毎に平均化モアレ縞画像を得る。なお、得られ
た各平均化モアレ縞画像に対し、FFT等を用いた解析
的なローパスフィルタ処理を施し、さらにノイズ成分を
除去するようにしてもよい。
化モアレ縞画像からから得られる情報を画像解析装置に
おいて、周知の画像解析方法および位相アンラッピング
方法を用いて形状解析を行なうことによって、被検面6
1の形状情報を求める。なお、求められた被検面61の
形状情報に対し、FFT等を用いた解析的なローパスフ
ィルタ処理を施し、さらにノイズ成分を除去するように
してもよい。
子20をy方向初期位置y0に戻す操作と、モアレ格子
20をz方向に距離Lzだけ離れた位置に移動させる操
作とを、同時に行なうようにしてもよい。
による実施例および従来技術による比較例をそれぞれ示
す。図4の本実施例と図5の比較例とから、本発明方法
によれば、モアレ格子自体の像によるノイズ成分が良好
に除去されることが確かめられた。
たが、本発明は上述した実施形態に限られず、種々の態
様の変更が可能である。例えば、上記実施形態において
は、モアレ格子のz方向への移動ステップ数を4ステッ
プに設定しているが、任意のステップ数に設定すること
が可能である。
y、撮像手段の撮像倍率、撮像するy方向位置別モアレ
縞画像の数Mについては、それぞれ上式(7)〜(9)
の条件を満たす範囲で、任意に設定することが可能であ
る。
子のy方向への移動距離Lyとz方向への移動距離Lz
とが互いに等しくなる例を示しているが、これに限るも
のではなく、等高線モアレ縞の発生感度の設定、すなわ
ち等高線モアレ縞撮像光学系の設定により、LyとLz
とを互いに異なる数値で設定することが可能である。
アレ格子ノイズ除去方法によれば、モアレ格子のy方向
への移動距離Lyを格子ピッチpとの関係から設定し、
撮像手段の撮像倍率を撮像素子の画素ピッチWと撮像素
子上に結像された時の格子ピッチpの大きさとの関係か
ら設定した上で、モアレ格子をy方向へ距離Lyずつ移
動させる毎にモアレ縞を撮像して所定数のy方向位置別
モアレ縞画像を得、この得られた各y方向位置別モアレ
縞画像を平均化して得られる平均化モアレ縞画像に基づ
き、被検面の形状情報を求めるようにしているので、モ
アレ格子自体の像により生じるノイズ成分を良好に除去
することが可能となり、解析誤差の少ない被検面の形状
情報を得ることが可能となる。
装置の概略図
置 10 光源 20 モアレ格子 21、21A 格子線 30 画像表示手段 31 鏡胴 40 移動手段 41A、41B ガイド部 42、44 駆動アクチュエータ 43 連結部 50 サンプルステージ 60 被検体 61 被検面 y0〜y3 モアレ格子のy方向への移動位置 z0〜z3 モアレ格子のz方向への移動位置
Claims (6)
- 【請求項1】 光源と被検面との間に配置されたモアレ
格子に、前記光源からの光を照射して前記被検面に投影
された該モアレ格子の影と該モアレ格子とにより生じる
モアレ縞を撮像手段により撮像して、前記被検面の形状
解析を行なう格子照射型のモアレ縞測定解析方法におい
て、 前記モアレ格子の各格子線で形成される格子面内にあっ
て該格子線と直交するy方向に、該モアレ格子を該y方
向の初期位置から下式(1)の条件を満たす距離Lyず
つ移動させると共に、該モアレ格子が前記初期位置にあ
る時および前記距離Lyずつ移動される毎に、前記撮像
手段の撮像素子の画素ピッチWと該撮像素子上に結像さ
れた時の該モアレ格子の格子ピッチpとが下式(2)の
条件を満たすように撮像倍率を設定された該撮像手段に
より前記モアレ縞を撮像して、下式(3)の条件を満た
すM枚のy方向位置別モアレ縞画像を得る第1の手順
と、得られた該M枚のy方向位置別モアレ縞画像を平均
化することにより平均化モアレ縞画像を得る第2の手順
と、得られた該平均化モアレ縞画像に基づき、前記被検
面の形状情報を求める第3の手順とを行なうことを特徴
とするモアレ格子ノイズ除去方法。 【数1】 - 【請求項2】 前記モアレ格子を、該モアレ格子の面と
垂直なz方向に、該z方向の初期位置から所定の距離L
zずつ移動させ、該モアレ格子が該z方向の初期位置に
ある時および前記距離Lzずつ移動される毎に前記第1
の手順および前記第2の手順を行なって該z方向の各位
置毎に前記平均化モアレ縞画像を得ることを特徴とする
請求項1記載のモアレ格子ノイズ除去方法。 - 【請求項3】 前記第1の手順において、前記モアレ格
子が前記y方向の初期位置にある時および該モアレ格子
が該y方向に前記距離Lyずつ移動される毎に、該モア
レ格子を、該モアレ格子の面と垂直なz方向に、該z方
向の初期位置から所定の距離Lzずつ移動させると共
に、該モアレ格子が前記距離Lzずつ移動される毎に、
前記撮像手段により前記モアレ縞を撮像して、所定数の
z方向位置別モアレ縞画像を得た後、該モアレ格子を前
記z方向の初期位置に戻し、この後、前記z方向の各位
置毎に前記第2の手順を行なって該z方向の各位置毎に
前記平均化モアレ縞画像を得ることを特徴とする請求項
1記載のモアレ格子ノイズ除去方法。 - 【請求項4】 前記モアレ格子の前記y方向の初期位置
は、前記撮像素子上において前記格子線の像が、該撮像
素子の各画素境界線と略一致する位置に結像されるよう
に設定されたものであることを特徴とする請求項1から
3までのいずれか1項記載のモアレ格子ノイズ除去方
法。 - 【請求項5】 前記第2の手順を行なった後、該第2の
手順により得られた前記平均化モアレ縞画像に対し、解
析的にローパスフィルタ処理を施すことを特徴とする請
求項1から4までのいずれか1項記載のモアレ格子ノイ
ズ除去方法。 - 【請求項6】 前記第3の手順を行なった後、該第3の
手順により求められた前記被検面の形状情報に対し、解
析的にローパスフィルタ処理を施すことを特徴とする請
求項1から5までのいずれか1項記載のモアレ格子ノイ
ズ除去方法。
Priority Applications (2)
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---|---|---|---|
JP2002093311A JP3681171B2 (ja) | 2002-03-28 | 2002-03-28 | モアレ格子ノイズ除去方法 |
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