JP3325078B2 - 非接触三次元形状計測装置 - Google Patents
非接触三次元形状計測装置Info
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光の干渉を利用した非
接触三次元形状計測装置に関する。
接触三次元形状計測装置に関する。
【0002】
【従来の技術】光の干渉による非接触三次元計測装置
は、二次元に拡げたレーザ光を何らかの方法で二つの光
に分け、一方を参照光として基準面(一般にはミラー)
で反射させ、他方を測定光として測定したい測定対象物
(サンプル)で反射させ、両者を干渉させることによっ
て測定対象物の形状に応じた干渉縞を得るものである。
は、二次元に拡げたレーザ光を何らかの方法で二つの光
に分け、一方を参照光として基準面(一般にはミラー)
で反射させ、他方を測定光として測定したい測定対象物
(サンプル)で反射させ、両者を干渉させることによっ
て測定対象物の形状に応じた干渉縞を得るものである。
【0003】このような非接触三次元計測装置の従来例
を図7に示す。
を図7に示す。
【0004】図7はトワイマン・グリーン干渉計を示す
ものであり、測定対象物60に対してレーザ光を放射す
るレーザ発振装置51と、レーザ発振装置51からのレ
ーザ光を拡げ、かつ、平行光にするビームエキスパンダ
52と、位相シフタとしての参照ミラー53と、参照ミ
ラー53を動かすためのピエゾアクチュエータ54と、
前記ビームエキスパンダ52と参照ミラー53とに各々
45度の角度で対峙させた半透過ミラー55と、この半
透過ミラー55からの光を集光するレンズ56と、レン
ズ56により集光した光を撮像するCCDカメラ57と
を具備している。
ものであり、測定対象物60に対してレーザ光を放射す
るレーザ発振装置51と、レーザ発振装置51からのレ
ーザ光を拡げ、かつ、平行光にするビームエキスパンダ
52と、位相シフタとしての参照ミラー53と、参照ミ
ラー53を動かすためのピエゾアクチュエータ54と、
前記ビームエキスパンダ52と参照ミラー53とに各々
45度の角度で対峙させた半透過ミラー55と、この半
透過ミラー55からの光を集光するレンズ56と、レン
ズ56により集光した光を撮像するCCDカメラ57と
を具備している。
【0005】前記トワイマン・グリーン干渉計におい
て、前記レーザ発振装置51からのレーザ光はビームエ
キスパンダ52によって拡げられ、かつ、平行光として
半透過ミラー55に入射する。半透過ミラー55は、前
記平行光を二つの光に分ける。一方の光は参照光として
参照ミラー53によって反射し、半透過ミラー55を反
射せずに透過してレンズ56に至る。他方の光は半透過
ミラー55を透過して測定対象物60に至りここで反射
し、測定対象物60の形状に応じた位相差を持ち、さら
に半透過ミラー55で反射する。
て、前記レーザ発振装置51からのレーザ光はビームエ
キスパンダ52によって拡げられ、かつ、平行光として
半透過ミラー55に入射する。半透過ミラー55は、前
記平行光を二つの光に分ける。一方の光は参照光として
参照ミラー53によって反射し、半透過ミラー55を反
射せずに透過してレンズ56に至る。他方の光は半透過
ミラー55を透過して測定対象物60に至りここで反射
し、測定対象物60の形状に応じた位相差を持ち、さら
に半透過ミラー55で反射する。
【0006】レンズ56に至った二つの光は干渉すると
ともにこのレンズ56により集光され、CCDカメラ5
7により撮像される。
ともにこのレンズ56により集光され、CCDカメラ5
7により撮像される。
【0007】CCDカメラ57により撮像された画像デ
ータは、図示しないコンピュータに送られ測定対象物の
形状に応じた三次元情報として算出される。このとき検
出される光強度Iは、I=I0 ・cos(θ+φ)で表
すことができる。ここに、θは、測定対象物の高さ(凹
凸)hによる位相、φは初期位相である。
ータは、図示しないコンピュータに送られ測定対象物の
形状に応じた三次元情報として算出される。このとき検
出される光強度Iは、I=I0 ・cos(θ+φ)で表
すことができる。ここに、θは、測定対象物の高さ(凹
凸)hによる位相、φは初期位相である。
【0008】さらに、このときの測定対象物の高さh
は、h=λ/2・θ/2πで表すことができる。ここ
に、λはレーザ光の波長である。
は、h=λ/2・θ/2πで表すことができる。ここ
に、λはレーザ光の波長である。
【0009】上述したトワイマン・グリーン干渉計によ
り得られる干渉縞の明線または暗線は、等間隔の等高線
であるが、これだけではコンピュータによって、凹凸の
判別と縞の間の部分の情報を得ることができない。
り得られる干渉縞の明線または暗線は、等間隔の等高線
であるが、これだけではコンピュータによって、凹凸の
判別と縞の間の部分の情報を得ることができない。
【0010】そこで、一般に位相シフト法が用いられ
る。位相シフト法はピエゾアクチュエータ54などによ
って参照ミラー53を既知の量移動させ(上式の初期位
相φを変化させる、即ち、初期位相φが0,π/2,
π,3/2πの4ステップ法が一般的である。)、測定
対象物の高さに応じて変化する位相θを最小自乗法によ
って求めるものである。
る。位相シフト法はピエゾアクチュエータ54などによ
って参照ミラー53を既知の量移動させ(上式の初期位
相φを変化させる、即ち、初期位相φが0,π/2,
π,3/2πの4ステップ法が一般的である。)、測定
対象物の高さに応じて変化する位相θを最小自乗法によ
って求めるものである。
【0011】一般的な4ステップ法によると、位相θは
数1で表される関係を有する。
数1で表される関係を有する。
【0012】(数1) θ=arctan(I3 −I1 )/(I2 −I0 )
【0013】ただし、I0 乃至I3 は、φが0,π/
2,π,3/2πにおける光強度である。
2,π,3/2πにおける光強度である。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来法の位相シフトを適用したトワイマン・グリーン干
渉計には、以下のような問題があった。
従来法の位相シフトを適用したトワイマン・グリーン干
渉計には、以下のような問題があった。
【0015】(1) 上述したトワイマン・グリーン干渉計
においては、干渉波の等高線間隔がλ/2ごと、つまり
一般的なHe−Neレーザの場合0.3ミクロンごとに
発生するため、凹凸の激しい測定対象物の計測を行なう
場合、干渉縞が密になりすぎて計測が不可能となる。
においては、干渉波の等高線間隔がλ/2ごと、つまり
一般的なHe−Neレーザの場合0.3ミクロンごとに
発生するため、凹凸の激しい測定対象物の計測を行なう
場合、干渉縞が密になりすぎて計測が不可能となる。
【0016】(2) 上述したトワイマン・グリーン干渉計
においては、鏡面の様に十分な反射光を得ることができ
ない測定対象物測定の場合、S/Nの悪い干渉縞とな
り、十分な測定精度が得にくく、最悪の場合干渉縞を得
ることができず計測が不可能となる。
においては、鏡面の様に十分な反射光を得ることができ
ない測定対象物測定の場合、S/Nの悪い干渉縞とな
り、十分な測定精度が得にくく、最悪の場合干渉縞を得
ることができず計測が不可能となる。
【0017】(3) 位相シフト法を適用する場合、位相シ
フタにより参照光の光路を変化させる必要がある。一般
には、電歪素子であるピエゾアクチュエータを用いて参
照ミラーを移動させることによって行なわれているが、
干渉系によっては参照光の光路長が非常に短い場合や殆
ど無い場合がおこり、位相シフト法の適用が不可能とな
ってしまう。
フタにより参照光の光路を変化させる必要がある。一般
には、電歪素子であるピエゾアクチュエータを用いて参
照ミラーを移動させることによって行なわれているが、
干渉系によっては参照光の光路長が非常に短い場合や殆
ど無い場合がおこり、位相シフト法の適用が不可能とな
ってしまう。
【0018】そこで、本発明は、構成を改良し、粗面や
数十ミクロン程度の凹凸を有する測定対象物においても
高精度の計測が可能であり、なおかつ位相シフト法を適
用可能とし、コンピュータによって三次元形状の算出を
可能とした非接触三次元形状計測装置を提供することを
目的とするものである。
数十ミクロン程度の凹凸を有する測定対象物においても
高精度の計測が可能であり、なおかつ位相シフト法を適
用可能とし、コンピュータによって三次元形状の算出を
可能とした非接触三次元形状計測装置を提供することを
目的とするものである。
【0019】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は、
直角プリズムの長辺を測定対象物に対峙させ、前記直角
プリズムの一方の短辺に光源からの光を入射するととも
に、直角プリズムに入射した光の前記長辺からの反射光
と、直角プリズムを透過して前記測定対象物で反射しこ
の測定対象物の三次元形状に応じた情報を含んで再び直
角プリズムの長辺に入射する測定反射光との干渉による
干渉縞を得る非接触三次元形状計測装置において、前記
直角プリズムの長辺と測定対象物との間の光学的光路長
を屈折率を変更することにより変化させる光路長変化手
段を具備するものである。
直角プリズムの長辺を測定対象物に対峙させ、前記直角
プリズムの一方の短辺に光源からの光を入射するととも
に、直角プリズムに入射した光の前記長辺からの反射光
と、直角プリズムを透過して前記測定対象物で反射しこ
の測定対象物の三次元形状に応じた情報を含んで再び直
角プリズムの長辺に入射する測定反射光との干渉による
干渉縞を得る非接触三次元形状計測装置において、前記
直角プリズムの長辺と測定対象物との間の光学的光路長
を屈折率を変更することにより変化させる光路長変化手
段を具備するものである。
【0020】請求項2記載の発明は、前記光路長変化手
段は、前記直角プリズムの長辺と測定対象物との間の空
間の媒質の種類の変化により屈折率を変更して光学的光
路長を変えるものである。
段は、前記直角プリズムの長辺と測定対象物との間の空
間の媒質の種類の変化により屈折率を変更して光学的光
路長を変えるものである。
【0021】請求項3記載の発明は、前記光路長変化手
段は、前記直角プリズムの長辺と測定対象物との間の空
間の媒質の性質の変化により屈折率を変更して光学的光
路長を変えるものである。
段は、前記直角プリズムの長辺と測定対象物との間の空
間の媒質の性質の変化により屈折率を変更して光学的光
路長を変えるものである。
【0022】
【0023】
【作用】以下に上述した構成の各発明の作用を説明す
る。
る。
【0024】請求項1記載の非接触三次元形状計測装置
によれば、直角プリズムに入射した光の前記長辺からの
反射光と、直角プリズムを透過して前記測定対象物で反
射しこの測定対象物の三次元形状に応じた情報を含んで
再び直角プリズムの長辺に入射する測定反射光との干渉
による干渉縞を得るに際して、光路長変化手段により屈
折率を変更して直角プリズムの長辺と測定対象物との間
を通過する光(測定対象物への入射光及び測定反射光)
の光学的光路長を変化させるようにしたので、位相シフ
ト法を容易に実現でき、この場合、測定対象物の粗面に
おいても光の入射角が垂直から斜め入射になるにしたが
って反射光量が増加し、十分検出可能な干渉縞を形成す
ることが可能となる。
によれば、直角プリズムに入射した光の前記長辺からの
反射光と、直角プリズムを透過して前記測定対象物で反
射しこの測定対象物の三次元形状に応じた情報を含んで
再び直角プリズムの長辺に入射する測定反射光との干渉
による干渉縞を得るに際して、光路長変化手段により屈
折率を変更して直角プリズムの長辺と測定対象物との間
を通過する光(測定対象物への入射光及び測定反射光)
の光学的光路長を変化させるようにしたので、位相シフ
ト法を容易に実現でき、この場合、測定対象物の粗面に
おいても光の入射角が垂直から斜め入射になるにしたが
って反射光量が増加し、十分検出可能な干渉縞を形成す
ることが可能となる。
【0025】また、測定対象物への入射光が、その面に
垂直から斜め入射になるにしたがって、干渉縞の感度は
低く、即ち、等高線間隔を大きくすることが可能にな
り、数十ミクロンの凹凸についても計測可能になる。
垂直から斜め入射になるにしたがって、干渉縞の感度は
低く、即ち、等高線間隔を大きくすることが可能にな
り、数十ミクロンの凹凸についても計測可能になる。
【0026】請求項2記載の非接触三次元形状計測装置
によれば、前記光路長変化手段により、前記直角プリズ
ムの長辺と測定対象物との間の空間の媒質の種類を変え
(空気、圧縮ガス等)、屈折率を変更して光の通過する
光学的光路長を変化させることができ、やはり位相シフ
ト法が可能になる。
によれば、前記光路長変化手段により、前記直角プリズ
ムの長辺と測定対象物との間の空間の媒質の種類を変え
(空気、圧縮ガス等)、屈折率を変更して光の通過する
光学的光路長を変化させることができ、やはり位相シフ
ト法が可能になる。
【0027】請求項3記載の非接触三次元形状計測装置
によれば、前記光路長変化手段により、前記直角プリズ
ムの長辺と測定対象物との間の空間の媒質の性質を変え
(例えば気体の圧力の変更、液晶の光学的異方性の変更
等)、屈折率を変更して光の通過する光学的光路長を変
化させることができ、やはり位相シフト法が可能にな
る。
によれば、前記光路長変化手段により、前記直角プリズ
ムの長辺と測定対象物との間の空間の媒質の性質を変え
(例えば気体の圧力の変更、液晶の光学的異方性の変更
等)、屈折率を変更して光の通過する光学的光路長を変
化させることができ、やはり位相シフト法が可能にな
る。
【0028】
【0029】
【実施例】以下に、本発明の実施例を詳細に説明する。
【0030】図1は本発明の実施例にかかる非接触三次
元形状計測装置1の光学系を示すものである。
元形状計測装置1の光学系を示すものである。
【0031】図1に示す非接触三次元形状計測装置1
は、測定対象物20に対してレーザ光を放射するレーザ
発振装置2と、レーザ発振装置51からのレーザ光を拡
げ、かつ、平行光にするビームエキスパンダ3と、斜入
射を行なうためのミラー4と、測定対象物20に長辺を
対峙させた直角プリズム5と、直角プリズム5からの出
射光を絞るスクリーン6と、このスクリーン6を透過し
た光を検出するフォトディテクタ7と、前記直角プリズ
ム5の長辺と測定対象物20との間に送り込まれる光路
長変化手段(位相シフタ)を形成する媒体(注入気体又
は圧縮ガス)8と、前記直角プリズム5からの出射光を
撮像するCCDカメラ9と、フォトディテクタ7の信号
及びCCDカメラ9からの撮像データをディジタル信号
に変換するA/Dコンバータ10と、A/Dコンバータ
10の出力信号を基に測定対象物20の形状に応じた三
次元画像処理を行うコンピュータ11とを具備してい
る。
は、測定対象物20に対してレーザ光を放射するレーザ
発振装置2と、レーザ発振装置51からのレーザ光を拡
げ、かつ、平行光にするビームエキスパンダ3と、斜入
射を行なうためのミラー4と、測定対象物20に長辺を
対峙させた直角プリズム5と、直角プリズム5からの出
射光を絞るスクリーン6と、このスクリーン6を透過し
た光を検出するフォトディテクタ7と、前記直角プリズ
ム5の長辺と測定対象物20との間に送り込まれる光路
長変化手段(位相シフタ)を形成する媒体(注入気体又
は圧縮ガス)8と、前記直角プリズム5からの出射光を
撮像するCCDカメラ9と、フォトディテクタ7の信号
及びCCDカメラ9からの撮像データをディジタル信号
に変換するA/Dコンバータ10と、A/Dコンバータ
10の出力信号を基に測定対象物20の形状に応じた三
次元画像処理を行うコンピュータ11とを具備してい
る。
【0032】前記ビームエキスパンダ3は、レーザ発振
装置2からのレーザ光を対物レンズ12、スペーシャル
フィルタ13のピンホール14を介して拡げ、波面収差
を防ぐように組み合せた凹レンズ15及び凸レンズ16
からなるレンズ系によって平行光に変換するようになっ
ている。
装置2からのレーザ光を対物レンズ12、スペーシャル
フィルタ13のピンホール14を介して拡げ、波面収差
を防ぐように組み合せた凹レンズ15及び凸レンズ16
からなるレンズ系によって平行光に変換するようになっ
ている。
【0033】前記ミラー4は、拡げられたレーザ光を斜
めに反射し、直角プリズム5への入射角、つまり測定対
象物20への入射角の変化を可能としている。
めに反射し、直角プリズム5への入射角、つまり測定対
象物20への入射角の変化を可能としている。
【0034】図2に、前記直角プリズム5と測定対象物
20との配置関係を示す。
20との配置関係を示す。
【0035】図2において、直角プリズム5の長辺(底
面)の基準面から測定対象物20までの高さhは数2の
ような関係をもつ。
面)の基準面から測定対象物20までの高さhは数2の
ような関係をもつ。
【0036】(数2) h=(1/cosα)・(1/n0 )・(λ/2)・
(θ/2π)
(θ/2π)
【0037】但し、 α;直角プリズム底面から測定対
象物への入射角 n0 ;媒体の屈折率(空気では通常1.0) θ;干渉縞の位相
象物への入射角 n0 ;媒体の屈折率(空気では通常1.0) θ;干渉縞の位相
【0038】この場合、入射角αが79度とすれば、干
渉縞の等高線間隔は1.66ミクロンとなり、斜入射を
行なわない場合の等高線間隔0.32ミクロンに対して
約5倍に感度を低下させることができる。また、この入
射角αを調整することによって、数2に従う任意の等高
線間隔を得ることが可能となる。さらに、この干渉系は
分離する二つの光の間の光路長が非常に短いために、非
常に安定な干渉系を形成しており、大気の揺らぎ等の外
乱の影響を受けにくい非常に強い干渉系とすることがで
きる。
渉縞の等高線間隔は1.66ミクロンとなり、斜入射を
行なわない場合の等高線間隔0.32ミクロンに対して
約5倍に感度を低下させることができる。また、この入
射角αを調整することによって、数2に従う任意の等高
線間隔を得ることが可能となる。さらに、この干渉系は
分離する二つの光の間の光路長が非常に短いために、非
常に安定な干渉系を形成しており、大気の揺らぎ等の外
乱の影響を受けにくい非常に強い干渉系とすることがで
きる。
【0039】上述した非接触三次元形状計測装置1にお
いて、レーザ発振装置2からのレーザ光はビームエキス
パンダ3により拡げられ、かつ、平行光となってミラー
4に入射する。そして、ミラー4によって一定の角度を
与えられて、直角プリズム5の一方の短辺に入射する。
直角プリズム5に入射した光の一部は直角プリズム5の
長辺(底面)で反射し、反射光となって他方の短辺から
出射する。
いて、レーザ発振装置2からのレーザ光はビームエキス
パンダ3により拡げられ、かつ、平行光となってミラー
4に入射する。そして、ミラー4によって一定の角度を
与えられて、直角プリズム5の一方の短辺に入射する。
直角プリズム5に入射した光の一部は直角プリズム5の
長辺(底面)で反射し、反射光となって他方の短辺から
出射する。
【0040】また、直角プリズム5に入射した光の一部
はこの直角プリズム5の長辺を透過して測定対象物20
の表面に斜めに入射し鏡面のように反射して測定対象物
20の表面形状に応じた情報を含む測定反射光となって
再び直角プリズム5を透過し他方の短辺から出射する。
はこの直角プリズム5の長辺を透過して測定対象物20
の表面に斜めに入射し鏡面のように反射して測定対象物
20の表面形状に応じた情報を含む測定反射光となって
再び直角プリズム5を透過し他方の短辺から出射する。
【0041】そして、前記反射光と測定反射光とが干渉
して、干渉縞としてスクリーン6に投影される。スクリ
ーン6への投影は測定対象物20への入射光が斜入射の
ため、実際の形状倍率が変わって検出されるのを防ぐた
めである。
して、干渉縞としてスクリーン6に投影される。スクリ
ーン6への投影は測定対象物20への入射光が斜入射の
ため、実際の形状倍率が変わって検出されるのを防ぐた
めである。
【0042】さらに、上述した斜入射の干渉系に位相シ
フトを施すために、直角プリズム5の底面と測定対象物
20との間に(このときの高さ(間隔)hは2mm)、
一定量の二酸化炭素ガスを注入し、干渉縞の位相θを
0,π/2,π,3/2πの4通りに変化させたときの
干渉光の強度をCCDカメラ9によって撮像する。
フトを施すために、直角プリズム5の底面と測定対象物
20との間に(このときの高さ(間隔)hは2mm)、
一定量の二酸化炭素ガスを注入し、干渉縞の位相θを
0,π/2,π,3/2πの4通りに変化させたときの
干渉光の強度をCCDカメラ9によって撮像する。
【0043】このときの二酸化炭素の屈折率n0 は、n
0 =1.00045であるため、干渉縞の等高線間隔に
は影響しない。
0 =1.00045であるため、干渉縞の等高線間隔に
は影響しない。
【0044】さらに、二酸化炭素の注入量と干渉縞の位
相シフトの関係がわかっていない場合、または、精度向
上のために位相シフトを正確に行うために、スクリーン
6にピンホール6aを穿ち、ここからの光強度をフォト
ディテクタ7で検出し、この変化が位相θのπ/2毎に
CCDカメラ9に対してシャッタのトリガ信号を送るこ
とも可能である。
相シフトの関係がわかっていない場合、または、精度向
上のために位相シフトを正確に行うために、スクリーン
6にピンホール6aを穿ち、ここからの光強度をフォト
ディテクタ7で検出し、この変化が位相θのπ/2毎に
CCDカメラ9に対してシャッタのトリガ信号を送るこ
とも可能である。
【0045】上述のようにして撮像された4枚の画像デ
ータから、位相シフト法による測定対象物20の三次元
形状がコンピュータ11によって算出される。この場合
位相シフト法の感度は悪く見積っても干渉縞一周期を1
00分割できるので、約10nmの測定感度を持つ。
ータから、位相シフト法による測定対象物20の三次元
形状がコンピュータ11によって算出される。この場合
位相シフト法の感度は悪く見積っても干渉縞一周期を1
00分割できるので、約10nmの測定感度を持つ。
【0046】尚、上述した非接触三次元形状計測装置1
において、直角プリズム5の底面と測定対象物20との
間の媒体8は、二酸化炭素に限らずどのようなものでも
可能であるが、空気に近い屈折率を持つ場合には直角プ
リズム5と測定対象物20との間の間隔をより広くとら
なければならない。
において、直角プリズム5の底面と測定対象物20との
間の媒体8は、二酸化炭素に限らずどのようなものでも
可能であるが、空気に近い屈折率を持つ場合には直角プ
リズム5と測定対象物20との間の間隔をより広くとら
なければならない。
【0047】また、直角プリズム5の底面と測定対象物
20との間に圧縮した空気を送ったり、ガスを混入し又
ははポンプにより空気の量を減らすことによって、直角
プリズム5の底面と測定対象物20との間の屈折率を変
えることによっても前述と同様の位相シフトを行なうこ
とが可能である。
20との間に圧縮した空気を送ったり、ガスを混入し又
ははポンプにより空気の量を減らすことによって、直角
プリズム5の底面と測定対象物20との間の屈折率を変
えることによっても前述と同様の位相シフトを行なうこ
とが可能である。
【0048】さらに、媒体に液晶を用いて、この液晶に
電界を印加することによって、この液晶の性質、即ち、
光学的異方性を変え、屈折率を変化させることも可能で
ある。
電界を印加することによって、この液晶の性質、即ち、
光学的異方性を変え、屈折率を変化させることも可能で
ある。
【0049】さらにまた、CCDカメラ9による干渉縞
の検出は、スクリーン6に投影して行う場合の他、CC
Dカメラ9により直接検出することも可能であるし、図
示しない回転ディフューザを用いて検出することも可能
であるが、これらの場合は斜入射による縦横の倍率を考
慮する必要がある。
の検出は、スクリーン6に投影して行う場合の他、CC
Dカメラ9により直接検出することも可能であるし、図
示しない回転ディフューザを用いて検出することも可能
であるが、これらの場合は斜入射による縦横の倍率を考
慮する必要がある。
【0050】尚、上述の実施例において、直角プリズム
5は一体である必要はなく、直角プリズム5の頂点から
二つに分割したものを用いてもよい。また、直角プリズ
ム5の形状も三角形である必要はなく、例えば四角形の
ガラス板でもよい。
5は一体である必要はなく、直角プリズム5の頂点から
二つに分割したものを用いてもよい。また、直角プリズ
ム5の形状も三角形である必要はなく、例えば四角形の
ガラス板でもよい。
【0051】図3に測定対象物20として50×50m
mのセラミックス基板を用いた場合の三次元処理画像
を、図4に前記セラミックス基板の2値化処理画像を示
す。
mのセラミックス基板を用いた場合の三次元処理画像
を、図4に前記セラミックス基板の2値化処理画像を示
す。
【0052】図4に示す干渉縞の等高線の間隔は1.6
6μmであった。
6μmであった。
【0053】図5は、上述の実施例において計測を行っ
た結果と従来の触針法による計測結果とを、ワイヤーフ
レームモデルで表したものである。
た結果と従来の触針法による計測結果とを、ワイヤーフ
レームモデルで表したものである。
【0054】二つの手法の位置の同一性を考慮すると、
よく一致した結果が得られている。
よく一致した結果が得られている。
【0055】測定対象物20の凹凸は10μm程度であ
って、普通の干渉計においては30縞程度になり縞が重
なり合って計測が困難になるが、本実施例装置による場
合、十分計測が可能であることが解る。
って、普通の干渉計においては30縞程度になり縞が重
なり合って計測が困難になるが、本実施例装置による場
合、十分計測が可能であることが解る。
【0056】図6は本発明の他の実施例にかかる非接触
三次元計測装置1Aの光学系を示すものである。尚、こ
の実施例は位相シフトにおいて偏光を利用するようにし
たものであり、前記非接触三次元計測装置1と同一の部
分には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
三次元計測装置1Aの光学系を示すものである。尚、こ
の実施例は位相シフトにおいて偏光を利用するようにし
たものであり、前記非接触三次元計測装置1と同一の部
分には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
【0057】図6に示す非接触三次元計測装置1Aは、
前記レーザ発振装置2とビームエキスパンダ3との間
に、位相シフトを行なうために任意の位相差を得るバビ
ネ・ソレイユ補償器21を介在させたこと、前記直角プ
リズム5の出射側にミラー22,偏向子23及びレンズ
24,25からなる集光光学系26を配置したこと、前
記直角プリズム5の底面に四分の一波長板27を配置し
たことが特徴である。
前記レーザ発振装置2とビームエキスパンダ3との間
に、位相シフトを行なうために任意の位相差を得るバビ
ネ・ソレイユ補償器21を介在させたこと、前記直角プ
リズム5の出射側にミラー22,偏向子23及びレンズ
24,25からなる集光光学系26を配置したこと、前
記直角プリズム5の底面に四分の一波長板27を配置し
たことが特徴である。
【0058】前記バビネ・ソレイユ補償器21は、二つ
の異方性を持つくさび型のプリズム31,32を互いに
向い合わせて配置し、任意の位相差を得るため一方のプ
リズム32にマイクロメータ33を取り付けている。マ
イクロメータ33を操作し一方のプリズム32を移動す
ることによってレーザ発振装置2からのレーザ光を直交
する方向に偏光し、かつ、位相を調整可能な二つの光に
変換するようになっている。
の異方性を持つくさび型のプリズム31,32を互いに
向い合わせて配置し、任意の位相差を得るため一方のプ
リズム32にマイクロメータ33を取り付けている。マ
イクロメータ33を操作し一方のプリズム32を移動す
ることによってレーザ発振装置2からのレーザ光を直交
する方向に偏光し、かつ、位相を調整可能な二つの光に
変換するようになっている。
【0059】前記四分の一波長板27は、二度透過する
光の偏光状態を90度回転させるようになっている。
光の偏光状態を90度回転させるようになっている。
【0060】図6に示す非接触三次元計測装置1Aにお
いて、レーザ発振装置2からのレーザ光を、バビネ・ソ
レイユ補償器21の主軸(紙面に垂直な方向)に対して
45度の方位で入射させ、このレーザ光を互いに直交す
る方向に偏光し、かつ、位相を調整可能な二つの光に変
換して、前記ビームエキスパンダ3を介して前記直角プ
リズム5に入射する。直角プリズム5に入射した光の一
部は反射し、一部は透過して四分の一波長板27を透過
し測定対象物20で反射した後に再び四分の一波長板2
7を透過して偏光状態が90度回転してミラー22で反
射した後、測定反射光となって直角プリズム5で反射し
た光とともに偏光子23を透過して干渉し、CCDカメ
ラ9によって干渉縞が撮像され、以降は既述した場合と
同様に位相シフト法による三次元形状が算出される。
いて、レーザ発振装置2からのレーザ光を、バビネ・ソ
レイユ補償器21の主軸(紙面に垂直な方向)に対して
45度の方位で入射させ、このレーザ光を互いに直交す
る方向に偏光し、かつ、位相を調整可能な二つの光に変
換して、前記ビームエキスパンダ3を介して前記直角プ
リズム5に入射する。直角プリズム5に入射した光の一
部は反射し、一部は透過して四分の一波長板27を透過
し測定対象物20で反射した後に再び四分の一波長板2
7を透過して偏光状態が90度回転してミラー22で反
射した後、測定反射光となって直角プリズム5で反射し
た光とともに偏光子23を透過して干渉し、CCDカメ
ラ9によって干渉縞が撮像され、以降は既述した場合と
同様に位相シフト法による三次元形状が算出される。
【0061】この場合、位相シフトはバビネ・ソレイユ
補償器21のマイクロメータ33を動かし、主軸方向に
任意の位相差を得ることによって、得られる干渉縞に任
意の位相差を与えることが可能となる。
補償器21のマイクロメータ33を動かし、主軸方向に
任意の位相差を得ることによって、得られる干渉縞に任
意の位相差を与えることが可能となる。
【0062】
【発明の効果】以上詳述した本発明によれば、以下の効
果を奏する。
果を奏する。
【0063】請求項1記載の発明によれば、光路長変化
手段により屈折率を変更し直角プリズムの長辺と測定対
象物との間を通過する光の光学的光路長を変化させるよ
うにしたので、位相シフト法を容易に実現でき、測定対
象物の粗面においても十分検出可能な干渉縞を形成する
ことが可能な非接触三次元形状計測装置を提供すること
ができる。
手段により屈折率を変更し直角プリズムの長辺と測定対
象物との間を通過する光の光学的光路長を変化させるよ
うにしたので、位相シフト法を容易に実現でき、測定対
象物の粗面においても十分検出可能な干渉縞を形成する
ことが可能な非接触三次元形状計測装置を提供すること
ができる。
【0064】請求項2記載の発明によれば、前記光路長
変化手段により、前記直角プリズムの長辺と測定対象物
との間の空間の媒質の種類を変え、屈折率を変更して光
の通過する光学的光路長を変化させるようにしたので、
やはり位相シフト法が可能な非接触三次元形状計測装置
を提供することができる。
変化手段により、前記直角プリズムの長辺と測定対象物
との間の空間の媒質の種類を変え、屈折率を変更して光
の通過する光学的光路長を変化させるようにしたので、
やはり位相シフト法が可能な非接触三次元形状計測装置
を提供することができる。
【0065】請求項3記載の発明によれば、前記光路長
変化手段により、前記直角プリズムの長辺と測定対象物
との間の空間の媒質の性質を変え、屈折率を変更して光
の通過する光学的光路長を変化させるようにしたので、
やはり位相シフト法が可能な非接触三次元形状計測装置
を提供することができる。
変化手段により、前記直角プリズムの長辺と測定対象物
との間の空間の媒質の性質を変え、屈折率を変更して光
の通過する光学的光路長を変化させるようにしたので、
やはり位相シフト法が可能な非接触三次元形状計測装置
を提供することができる。
【0066】
【図1】本発明の実施例装置の光学系を示す構成図
【図2】本発明の実施例装置の直角プリズム部分の詳細
図
図
【図3】本発明の実施例装置によるセラミック基板の測
定結果である三次元画像を示す概略図
定結果である三次元画像を示す概略図
【図4】本発明の実施例装置によるセラミック基板の測
定結果である2値化画像を示す概略図
定結果である2値化画像を示す概略図
【図5】本発明の実施例装置による計測結果と触針法に
よる計測結果とを示すグラフ
よる計測結果とを示すグラフ
【図6】本発明の他の実施例装置の光学系を示す構成図
【図7】従来例の光学系を示す構成図
1 非接触三次元形状測定装置 1A 非接触三次元形状測定装置 2 レーザ発振装置 3 ビームエキスパンダ 4 ミラー 5 直角プリズム 6 スクリーン 7 フォトディテクタ 8 媒体 9 CCDカメラ 10 A/Dコンバータ 11 コンピュータ 20 測定対象物 21 バビネ・ソレイユ補償器 23 偏光子 27 四分の一波長板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−87006(JP,A) 特開 平4−286904(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01B 9/00 - 11/30 102
Claims (3)
- 【請求項1】 直角プリズムの長辺を測定対象物に対峙
させ、前記直角プリズムの一方の短辺に光源からの光を
入射するとともに、直角プリズムに入射した光の前記長
辺からの反射光と、直角プリズムを透過して前記測定対
象物で反射しこの測定対象物の三次元形状に応じた情報
を含んで再び直角プリズムの長辺に入射する測定反射光
との干渉による干渉縞を得る非接触三次元形状計測装置
において、前記直角プリズムの長辺と測定対象物との間
の光学的光路長を屈折率を変更することにより変化させ
る光路長変化手段を具備することを特徴とする非接触三
次元形状計測装置。 - 【請求項2】 前記光路長変化手段は、前記直角プリズ
ムの長辺と測定対象物との間の空間の媒質の種類の変化
により屈折率を変更して光学的光路長を変えるものであ
る請求項1記載の非接触三次元形状計測装置。 - 【請求項3】 前記光路長変化手段は、前記直角プリズ
ムの長辺と測定対象物との間の空間の媒質の性質の変化
により屈折率を変更して光学的光路長を変えるものであ
る請求項1記載の非接触三次元形状計測装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP12388493A JP3325078B2 (ja) | 1993-05-26 | 1993-05-26 | 非接触三次元形状計測装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP12388493A JP3325078B2 (ja) | 1993-05-26 | 1993-05-26 | 非接触三次元形状計測装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06331329A JPH06331329A (ja) | 1994-12-02 |
JP3325078B2 true JP3325078B2 (ja) | 2002-09-17 |
Family
ID=14871755
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP12388493A Expired - Fee Related JP3325078B2 (ja) | 1993-05-26 | 1993-05-26 | 非接触三次元形状計測装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3325078B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6980301B2 (en) | 2002-07-25 | 2005-12-27 | Cubic Co., Ltd | Method and apparatus for three-dimensional surface morphometry |
JP2004279589A (ja) * | 2003-03-13 | 2004-10-07 | Fujitsu Ltd | 多波長光源生成方法及びその装置 |
KR101445707B1 (ko) * | 2013-01-29 | 2014-10-01 | 한국산업기술대학교산학협력단 | 광학 시스템 및 이를 이용한 3차원 정보 추출 방법 |
KR101650817B1 (ko) * | 2014-09-17 | 2016-08-24 | 주식회사 고영테크놀러지 | 프리즘을 이용한 3차원 형상 측정장치 |
-
1993
- 1993-05-26 JP JP12388493A patent/JP3325078B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Publication date |
---|---|
JPH06331329A (ja) | 1994-12-02 |
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