JP2010066155A - 形状測定装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】MLA12は、対物レンズ11の瞳面又は結像面に配置され、撮像素子13は、MLA12の背後に設置され、対物レンズ11による被検物像を撮像する。レンズ駆動装置42は、被検物の各測定点までの距離情報に応じた量だけ、対物レンズ11を光軸方向に移動させて、被検物に焦点が合うようにする。演算処理回路34は、撮像素子13の出力から複数の測定画像を生成し、MLA12の2次元状に配列された複数のMLの各々に対応する撮像素子13の撮像領域を構成する画素のうち、対物レンズ11の主光線と交わる位置にある画素から得られる基準画像を、測定画像の補正情報として用いて、被検物の3次元の形状を測定する。本発明は、被検物の3次元の形状を計測する形状測定装置に適用できる。
【選択図】図14
Description
まず、図1を参照して、本発明を適用した形状測定装置の光学系の概要について説明する。
(2−1)MLA12を対物レンズ11の瞳面とした場合
次に、図4及び図5を参照しつつ、上記の本発明の光学系を採用した場合において、複数の異なる位置での物体面の画像又は信号を形成して、物体各点でのフォーカス情報を検出する方法について説明する。なお、本実施の形態においては、図1で説明したように、図1a又は図1bのいずれの構成を採用しても、異なる角度から入射される光線を再構成して、焦点面の異なる複数の画像を生成することが可能である。したがって、はじめに、(1)MLA12を対物レンズ11の瞳面に置いた場合について説明し、その後、(2)MLA12を対物レンズ11の結像面に置いた場合についても説明する。
ところで、上記の(2−1)においては、光学系として、図1aの構成を採用した場合の例、つまり、MLA12が対物レンズ11の瞳面に設定された場合について説明した。常に焦点の合った全焦点画像を取得する方法としては、(2−1)の方法に限らず、図1bに示したように、MLA12を対物レンズ11の焦点(結像)面、すなわち、物体面と共役の位置に設定した場合でも同等の効果を得ることができる。そこで、次に、全焦点画像を取得する方法の第2の例として、(2−2)MLA12が対物レンズ11の結像面に設定された場合について説明する。この場合、(2−1)の方法と比べて、異なる物体面での画像の作成手順が異なるため、ここでは、図6ないし図8を参照して、その作成手順を中心に説明する。
次に、上記の手順で生成される仮想的な焦点位置での画像群から、測定のための画像データを得るために実行される信号処理について説明する。かかる信号処理では、常に焦点の合った全焦点画像を用いる点に特徴があり、焦点面を光軸方向へ少しずつずらしながら取得した各画像データに対してエッジ処理を施すことにより、焦点の合った画像を選択する。
上記のエッジ処理としては、いくつかの方法が考えられるが、ここではまず、画像のエッジを検出する方法として、多焦点逐次処理法を用いた場合について説明する。また、この多焦点逐次処理におけるエッジ処理として、フーリエ変換(ウェーブレット変換)法を用いた場合を一例にして説明する。
次に、画像のエッジを検出する方法として、全焦点エッジ抽出法を用いた場合について説明する。
(4−1)多数のフォーカス画像から物体位置を求める方法
上記の手順によって求められた、物体の各エッジ座標(Xi,Yi)位置でのZを用いた距離測定が行われるが、その手順にはいくつかの方法があるが、ここではまず、多数のフォーカス画像(焦点面の位置が異なる多数の画像、すなわち、多数の仮想焦点面の画像)を生成し、その中からベストの焦点位置を求める方法について説明する。
上記の(4−1)の方法では、多数のフォーカス画像(多数の異なる焦点面を仮定した場合に得られる画像)を生成して、それぞれのフォーカス画像の中からベストの焦点位置の部分を検出するといった方法で、被検物の各部分までの距離を正確に測定することができる。そのためには、例えば、図10のような多点情報からピークを検出する、というような手順が必要となる。図10において、横軸Zは被検物までの距離、縦軸αは焦点の合っている程度(フォーカスの程度)を示している。この図から2次元画像のある座標(X,Y)における焦点の合っている被検物の部位までの距離がαの最大値となるZの値として求めることができる、ということがわかる。しかしながら、処理の手順が多く、処理に時間がかかる可能性が高い。
次に、上述した距離測定の処理を行って、被検物の3次元形状を測定する、本実施の形態に係る形状測定装置の構成について、図11を参照して説明する。
次に、被検物が遠くにある場合や近くにある場合についての測定方法について説明する。この場合、レンズ位置aを固定したままでは、測定可能な範囲を超える領域が発生することがある。そこで、本発明の形状測定装置では、測定目的に合わせて必要なときに、対物レンズ11を動かし、レンズ位置aの値を変えて測定を行うようにする。
Claims (5)
- 対物レンズと、
前記対物レンズの背後に2次元に配列された複数のレンズを有する光学素子と、
前記光学素子の背後に配置された2次元の撮像素子と、
前記対物レンズを光軸方向へ移動させるレンズ移動手段と、
前記撮像素子の出力から複数の測定画像を生成する画像形成手段と、
前記複数のレンズの各々に対応する前記撮像素子の撮像領域を構成する画素のうち、前記対物レンズの主光線と交わる位置にある画素から得られる基準画像を、前記測定画像の補正情報として用いて被検物の形状を測定する形状測定手段と
を備えることを特徴とする形状測定装置。 - 前記形状測定手段は、前記形状の測定の前提として、前記被検物の各測定点までの距離情報を求め、
前記形状測定手段により測定された距離情報に基づいて、前記被検物に焦点が合うように前記レンズ移動手段を制御する制御手段をさらに備える
ことを特徴とする請求項1に記載の形状測定装置。 - 前記距離情報は、前記基準画像を前記測定画像の補正情報として用いることで得られる前記対物レンズから前記被検物までの距離に関する情報である
ことを特徴とする請求項2に記載の形状測定装置。 - 前記レンズ移動手段によって前記対物レンズを所定の間隔ごとにステップ移動させ、前記対物レンズが停止するごとに、前記画像形成手段に前記測定画像の生成を指示する制御手段をさらに備える
ことを特徴とする請求項1に記載の形状測定装置。 - 前記ステップ移動の間隔は、前記被検物までの距離に応じて変化する測定感度が所定の範囲となるように定められる
ことを特徴とする請求項4に記載の形状測定装置。
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