JP2014055810A - 形状測定装置及びこれに組み込まれるプログラム並びにこれを記憶した記録媒体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】左右の投光部を個別的にONして、表示部に表示の画像が最適な明るさとなるように、露光時間又は照明の明るさを自動調整する工程S23。また、投光部を使って複数の縞パターンでスキャンし、これに同期してカメラで複数の縞画像を取得する工程S24。次いでリング照明または投光部の全白による均一照明を使って対象物の2Dテクスチャ画像を取得する工程S25。PCは、取得した画像データを計測アルゴリズムによって画像処理及び解析して立体形状データを生成する工程S26。また、立体形状データに二次元テクスチャ画像をマッピングして生成した3Dテクスチャ画像を表示部(モニタ)に表示する工程S27,S28。
【選択図】図15
Description
対象物に向けて延びる観察中心軸を有する受光部と、
前記対象物に対して斜め上方から光を照射する投光部と、
該投光部を使って前記対象物を照射しながら前記受光部で取得した計測用画像を所定のアルゴリズムで処理して三次元形状データを生成する三次元形状データ生成手段と、
前記受光部で取得した前記対象物の二次元テクスチャ画像を前記三次元形状データにマッピングして三次元テクスチャ画像を生成する3D画像生成手段と、
該3D画像生成手段が生成した三次元テクスチャ画像を表示する表示部と、
使用者の操作を受け付け、前記投光部による照明と該投光部の照明に同期して前記受光部が前記計測用画像を取得する処理と、次いで該計測用画像を前記所定のアルゴリズムで処理して三次元形状データを生成する処理と、前記受光部が前記対象物の前記二次元テクスチャ画像を取得する処理と、前記二次元テクスチャ画像を前記三次元形状データにマッピングして前記三次元テクスチャ画像を生成する処理とを実行させる制御手段とを有し、
前記受光部で前記対象物の画像を取り込むことに関連した各種のパラメータの調整を手動で行うことのできる応用測定モードと、前記受光部で前記対象物の画像を取り込むことに関連した各種のパラメータの調整が前記応用測定モードよりも少ない数のパラメータに対して手動で行うことのできる簡単測定モードとを使用者によって選択可能であることを特徴とする形状測定装置を提供することにより達成される。
対象物に向けて延びる観察中心軸を有する受光部と、
前記対象物に対して斜め上方から光を照射する投光部と、
該投光部を使って前記対象物を照射しながら前記受光部で取得した計測用画像を所定のアルゴリズムで処理して三次元形状データを生成する三次元形状データ生成手段と、
前記受光部で取得した前記対象物の二次元テクスチャ画像を前記三次元形状データにマッピングして三次元テクスチャ画像を生成する3D画像生成手段と、
該3D画像生成手段が生成した三次元テクスチャ画像を表示する表示部とを有し、
前記三次元形状データ生成手段と前記3D画像生成手段とがコンピュータで構成された形状測定装置に適用されるプログラムであって、
使用者の操作を受け付け、前記投光部による照明と該投光部の照明に同期して前記受光部で前記計測用画像を取得する手順と、
次いで前記計測用画像を前記所定のアルゴリズムで処理して三次元形状データを生成する手順と、
前記受光部が前記対象物の前記二次元テクスチャ画像を取得する処理と、前記二次元テクスチャ画像を前記三次元形状データにマッピングして前記三次元テクスチャ画像を生成する手順と、
前記対象物の画像を前記受光部で取り込むことに関連した各種のパラメータの調整を手動で行うことのできる応用測定モードと、前記対象物の画像を前記受光部で取り込むことに関連した各種のパラメータの調整が前記応用測定モードよりも少ない数のパラメータに対して手動で行うことのできる簡単測定モードとを使用者によって選択させる表示画面を表示する手順とを前記コンピュータに実行させる形状測定装置用のプログラム及びこれを記憶した記録媒体を提供することにより達成される。
図1は、実施例の形状測定装置500の構成を示すブロック図であり、形状測定装置500の典型例として光学顕微鏡(デジタルマイクロスコープを含む)や表面形状測定装置を挙げることができる。図2は、図1の形状測定装置500の測定部の構成を示す模式図である。図1、図2を参照して、形状測定装置500は、測定部100、PC(パーソナルコンピュータ)200、制御部300および表示部(モニタ)400を備えている(図1)。
(1)三角測距方式による形状測定(図6):
測定部100においては、三角測距方式により測定対象物Sの立体形状が測定される。図6は、三角測距方式の原理を説明するための図である。図6に示すように、投光部110から出射される測定光の光軸と受光部120に入射する測定光の光軸(受光部120の光軸)との間の角度αが予め設定される。角度αは0度よりも大きく90度よりも小さい。
図7は、測定光の第1のパターンを説明するための図である。図7(a)は、ステージ140上の測定対象物Sに投光部110から測定光を照射した状態を示す。図7(b)は、測定光が照射された測定対象物Sの平面図を示す。図7(a)に示すように、第1のパターンとして、Y方向に平行な直線状の断面を有する測定光(以下、ライン状測定光と呼ぶ)が投光部110から出射される。この場合、図7(b)に示すように、ステージ140に照射されたライン状測定光の部分と測定対象物Sの表面に照射されたライン状測定光の部分とは、測定対象物Sの表面の高さhに対応する距離dだけX方向に互いにずれる。したがって、距離dを測定することにより、測定対象物Sの高さhを算出することができる。
図8は、測定光の第2のパターンを説明するための図である。図8に示すように、第2のパターンとして、Y方向に平行な直線状の断面を有しかつX方向に強度が正弦波状に変化するパターンを有する測定光(以下、正弦波状測定光と呼ぶ)が投光部110から複数回(本例においては4回)出射される。正弦波位相シフト法では、最低3回の撮影で高さhを求めることができる。後に説明するように、90度(π/2)ずつ位相をシフトして4回撮影すると、計算式が非常に簡単になるという利点がある。
図9は、測定光の第3のパターンを説明するための図である。図9に示すように、第3のパターンとして、Y方向に平行でかつX方向に並ぶような直線状の断面を有する複数の細線状のパターン測定光(以下、縞状測定光と呼ぶ)が投光部110から複数回(本例においては16回)出射される。すなわち、スリット幅よりも狭いピッチで照明パターンを移動させて複数回の撮影が行われる。実施例では、このマルチスリット法と後に説明する空間コード法との組み合わせが採用されている。
図11は、測定光の第4のパターンを説明するための図である。図11に示すように、第4のパターンとして、Y方向に平行な直線状の断面を有しかつ明部分と暗部分とがX方向に並ぶ測定光(以下、コード状測定光と呼ぶ)が投光部110から複数回(本例においては4回)出射される。コード状測定光の明部分および暗部分の割合は、それぞれ50%である。
図12〜図23を参照して形状測定装置500の動作及び操作を説明するが、形状測定装置500の動作は、複数の動作モードから使用者が選択したモードに従って実行される。動作モードを例示的に説明すると、形状測定装置100は顕微鏡モード又は形状計測モードを使用者が選択できる。図16は、これに対応したGUIを示す。図16に図示のGUIの右上部分に見られる「マイクロスコープ」ボタンを押すことで顕微鏡モードを選択できる。「マイクロスコープ」ボタンの左隣りの「3Dスキャン」ボタンを押すことで形状計測モードを選択できる。
ステップS4において、使用者は、ステージ140上に載置した測定対象物Sを映し出す表示部(モニタ)400を見ながらピント、視野位置、明るさ又はカメラ露光時間などを調節する。この観察に使用する照明として、投光部110から均一照明を使用しても良いが、一般的には照明光出力部130を使ったリング照明が用いられる。
図13は、上述したステップS4(図12:第1調整)の詳細を説明するためのフローチャートである。図13を参照して、使用者は、先ず、リング状の照明光出力部130をONして(S401)、表示部400に映し出されている画像を見ながら照明光の明るさやカメラ121の露光時間を調整する(ステップS402)。次に、表示部400にリアルタイムに表示される画像の明るさが適切になったら、ステップS403からステップS404に進んでZステージ142を動作させて焦点合わせを行い、これが完了したら(S405)、ステップS406に進んで、測定対象物Sの位置及び姿勢を調整する。具体的には、X−Yステージ141、θステージ143、チルトステージを動作させることにより、この調整を行うことができる。
図14は、上述したステップS5(図12:第2調整)の詳細を説明するためのフローチャートである。図14を参照して、一対の投光部110A、110Bのうち任意の投光部、例えば第1の投光部110AをONして(S501)、この第1投光部110Aから出射される測定光の明るさを仮調整する(S502)。表示部(モニタ)400にリアルタイムに表示される測定対象物Sの画像を見て、計測したい箇所に照明が上手く当たっているかを確認し(S503)、NOであれば、測定対象物Sの位置および姿勢を調整する(ステップS504)。この測定対象物Sの位置および姿勢の調整は、θステージ143やチルトステージを動作させることにより行うことができる。この調整で対象物Sの計測したい箇所に照明が適切に当たったことを表示部400のリアルタイムの表示画像で確認できたら(S505)、ステップS506に進んで、計測したい箇所の明るさが適切であるか否かを表示部400にリアルタイムに表示される画像を見て確認し(S506)、必要であれば明るさの再調整を行い(S507)、適切な明るさになったことを表示部400の表示画像で確認できたら(S508)、ステップS509に進んで、計測したい箇所のピント合わせが適当か否かを確認する。
図12のステップS2において、表示部400に表示されている簡単測定モードボタンを押すと、図15のステップ21に進む。このステップS21では、リング状の照明光出力部130で照明しながら、表示部400に映し出されている画像を見ながら対象物Sの位置や姿勢、ピント合わせを行う。画像の明るさは、使用者が予め設定した目標値に従って自動調整される。このステップS2での調整が完了したら、使用者は表示部400に表示されている計測開始ボタンを押すことで簡単測定モードを実行させることができる(S22)。
110 投光部
120 受光部
121 カメラ
130 リング状の照明光出力部
140 ステージ
200 パーソナルコンピュータ(PC)
400 表示部(モニタ)
500 形状測定装置
S 測定対象物
Claims (12)
- 対象物に向けて延びる観察中心軸を有する受光部と、
前記対象物に対して斜め上方から光を照射する投光部と、
該投光部を使って前記対象物を照射しながら前記受光部で取得した計測用画像を所定のアルゴリズムで処理して三次元形状データを生成する三次元形状データ生成手段と、
前記受光部で取得した前記対象物の二次元テクスチャ画像を前記三次元形状データにマッピングして三次元テクスチャ画像を生成する3D画像生成手段と、
該3D画像生成手段が生成した三次元テクスチャ画像を表示する表示部と、
使用者の操作を受け付け、前記投光部による照明と該投光部の照明に同期して前記受光部が前記計測用画像を取得する処理と、次いで該計測用画像を前記所定のアルゴリズムで処理して三次元形状データを生成する処理と、前記受光部が前記対象物の前記二次元テクスチャ画像を取得する処理と、前記二次元テクスチャ画像を前記三次元形状データにマッピングして前記三次元テクスチャ画像を生成する処理とを実行させる制御手段とを有し、
前記受光部で前記対象物の画像を取り込むことに関連した各種のパラメータの調整を手動で行うことのできる応用測定モードと、前記受光部で前記対象物の画像を取り込むことに関連した各種のパラメータの調整が前記応用測定モードよりも少ない数のパラメータに対して手動で行うことのできる簡単測定モードとを使用者によって選択可能であることを特徴とする形状測定装置。 - 前記簡単測定モードが選択されたときに、前記計測用画像と前記二次元テクスチャ画像の明るさを夫々使用者が調整可能である、請求項1に記載の形状測定装置。
- 前記応用測定モードが選択されたときに、前記投光部の照明の明るさを使用者が調整可能である、請求項1又は2に記載の形状測定装置。
- 前記投光部が少なくとも一対有し、該一対の投光部の照明の明るさを各投光部毎に調整可能である、請求項3に記載の形状測定装置。
- 前記応用測定モードが選択されたときに、使用者の調整の結果である前記二次元テクスチャ画像を前記表示部に表示させてプレビューが可能である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の形状測定装置。
- 前記投光部が固定倍率のテレセントリック光学系を含む、請求項1〜5のいずれか一項に記載の形状測定装置。
- 前記受光部が固定倍率のテレセントリック光学系を含む、請求項1〜6のいずれか一項に記載の形状測定装置。
- 前記受光部がモノクロ撮像素子を含む、請求項1〜7のいずれか一項に記載の形状測定装置。
- 前記受光部の光軸の周囲に配置されたリング状の照明光出力部を更に有する、請求項1〜8のいずれか一項に記載の形状測定装置。
- 前記対象物を載置するステージを更に有し、
該ステージが、X軸及びY軸方向に移動可能なX−Y軸ステージと、Z軸方向に移動可能なZ軸ステージと、Z軸を中心に回転可能なθステージで構成されている、請求項1〜9のいずれか一項に記載の形状測定装置。 - 対象物に向けて延びる観察中心軸を有する受光部と、
前記対象物に対して斜め上方から光を照射する投光部と、
該投光部を使って前記対象物を照射しながら前記受光部で取得した計測用画像を所定のアルゴリズムで処理して三次元形状データを生成する三次元形状データ生成手段と、
前記受光部で取得した前記対象物の二次元テクスチャ画像を前記三次元形状データにマッピングして三次元テクスチャ画像を生成する3D画像生成手段と、
該3D画像生成手段が生成した三次元テクスチャ画像を表示する表示部とを有し、
前記三次元形状データ生成手段と前記3D画像生成手段とがコンピュータで構成された形状測定装置に適用されるプログラムであって、
使用者の操作を受け付け、前記投光部による照明と該投光部の照明に同期して前記受光部で前記計測用画像を取得する手順と、
次いで前記計測用画像を前記所定のアルゴリズムで処理して三次元形状データを生成する手順と、
前記受光部が前記対象物の前記二次元テクスチャ画像を取得する処理と、前記二次元テクスチャ画像を前記三次元形状データにマッピングして前記三次元テクスチャ画像を生成する手順と、
前記対象物の画像を前記受光部で取り込むことに関連した各種のパラメータの調整を手動で行うことのできる応用測定モードと、前記対象物の画像を前記受光部で取り込むことに関連した各種のパラメータの調整が前記応用測定モードよりも少ない数のパラメータに対して手動で行うことのできる簡単測定モードとを使用者によって選択させる表示画面を表示する手順とを前記コンピュータに実行させる形状測定装置用のプログラム。 - 請求項11に記載のプログラムを記録したコンピュータで読取可能な記録媒体。
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