JP4845607B2 - 3次元形状測定方法及び装置 - Google Patents
3次元形状測定方法及び装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4845607B2 JP4845607B2 JP2006171782A JP2006171782A JP4845607B2 JP 4845607 B2 JP4845607 B2 JP 4845607B2 JP 2006171782 A JP2006171782 A JP 2006171782A JP 2006171782 A JP2006171782 A JP 2006171782A JP 4845607 B2 JP4845607 B2 JP 4845607B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- color
- interference
- dimensional shape
- measurement object
- image
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
- G01B11/2441—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures using interferometry
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
Description
インターフェログラムの包絡線(図22に示す破線)は、使用する光源のコヒーレント長により決定され、包絡線内部の周期的変化は、光の干渉によるものであり、光源の重心波長をλとすると、その周期は約λ/2となる。
このインターフェログラムから干渉強度が最大となる位置を求める方法としては特許文献1に開示されるLow Pass Filter(ローパスフィルタ)を用いる方法や非特許文献1に開示されているHilbert変換を用いる方法等がある。
図1は本発明の第1の実施形態に係る3次元形状測定装置の概略図である。本実施形態における3次元形状測定装置は、大きく分けてミラウ型干渉顕微鏡部18と、制御部19から構成される。なお、本実施形態ではミラウ型の干渉光学系を例としたがマイケルン型の干渉光学系でも基本構成、動作、効果は同じである。
干渉対物レンズ2は、内部に参照鏡面2aとビームスプリッタ2bを設け、ミラウ型の干渉対物レンズを構成している。
カラー撮像素子5は、赤、緑、青(以下、R、G、B)の光を成分毎に受光可能な単板、あるいは3板式のCCDカメラである。
カラー撮像素子の相対分光感度特性と波長、白色光源の発光スペクトルの相対強度特性と波長の関係の一例を図2に示す。
I/O部13は、使用者が各種操作指示を行う指示部14(例えば、PCのキーボードやマウス)と、測定結果や操作画面を表示する表示部15と接続している。また、I/O部13は、指示部14から入力された指示に基づき白色光源8、Z走査機構3を制御する。また指示部14の指示によりZ走査機構3によって干渉対物レンズ2が光軸16に沿って移動した際に、I/O部13には、変位センサ3aによって読み取られた干渉対物レンズ2の変位量が、入力される。
画像入力部10は、カラー撮像素子5によって撮像された像からカラー干渉画像(以下、画像データ)を取り込む。
記憶部12は、前述した変位量や画像データ、各種演算結果及び演算パラメータ等を記憶する。
演算処理部11は、画像入力部10や記憶部12から出力された情報を基に各種演算を処理する。
まず使用者は、カラー撮像素子5にて撮像され、リアルタイムで表示部15に表示される測定サンプル1を目視しながら、測定サンプル1の測定したい部位を干渉対物レンズ2の測定視野に入るように位置調整する(Step1)。
使用者が指示部14から測定開始の指示を出力すると、Z走査機構3はZ走査の開始位置に移動する(Step5)。
このようにZ走査機構3のZ軸方向への駆動動作(Step6)とカラー撮像素子5による撮影動作(Step7)は、スキャン範囲の走査終了位置まで交互に実施される。
フレームナンバーnと撮像ステップ距離Δが分かれば、測定サンプル1を撮影した時の光軸方向の位置(以下、Z位置)を得ることが可能である。記憶部12に記憶された1枚の画像データには、カラー撮像素子5の画素に相当するカラー輝度データI(x,y)が格納されている。例えばVGAの画像とすれば、x=1,2,・・640、y=1,2,…480である。
なお、本実施形態はフレームナンバーnを付与している画像データを記憶部12に記憶させたが、変位センサ3aで測定される変位量(Z位置)を付与した画像データを記憶部12に記憶しても良い。
ここで図6に分離された各輝度データとフレームナンバーnの関係を示す。図6に示すようにR、G、Bの干渉波形(インターフェログラム)は、それぞれに干渉強度が変化している信号を有している。
次に演算処理部11は、Rのインターフェログラムから振幅の最大値を算出する(Step22)。また演算処理部11は、Gのインターフェログラムから振幅の最大値を算出する(Step23)、また演算処理部11は、Bのインターフェログラムから振幅の最大値を算出する(Step24)。演算処理部11は、Step22乃至Step24を並列に処理する。
光源には、白色光源が利用されているため、各色のインターフェログラムの輝度値の違いは、測定サンプル1の色情報、つまりRGBの混成比率に等しい。Step22乃至Step24にて算出された振幅の最大値は、合焦位置における光の強度情報である。よってStep22乃至Step24におけるカラー輝度データI(x,y)から算出されたR、G、Bの各振幅の最大値において、最大値の比率は、注目する画素(x,y)に対する実サンプル位置の色情報を含む輝度情報である。よって本実施形態は、振幅の最大値をカラー輝度データI(x,y)に合成する処理を全ての画素(x,y)に対して行うことでカラーの全焦点画像を得ることが可能である(Step26)。
このような算出方法には、例えばHilbert変換(APPLIEDOPTICS,Vo1.31,No.14(1992)「Three−dimensional realization in intelferance microscopy」)や、Low Pass Filter(US5133601)を使用する方法がある。
次に演算処理部11が各減算カラーG輝度データIG’(x,y)に対してHilbert変換を行うと、減算カラーG輝度データIG’(x,y)とは位相が90°ずれたカラーG輝度データHG(x,y)がそれぞれ生成される(Step32)。図9は、図8に示した減算カラーG輝度データIG’(x,y)の曲線と、Step32にてHilbert変換により生成された各カラーG輝度データHG(x,y)を結んだ曲線を示すグラフである。
次に補間処理を行うと(Step34)、図11に示すように図10にて示した各振幅のプロット点を結んだ包絡線(振幅曲線)を示すグラフが得られる。演算処理部11は、このグラフから振幅の最大値PG(x,y)(Step35)と、この振幅の最大値に対応するZ位置ZG(x,y)(Step36)を算出する。
このようにHilbert変換法を用いることで振幅の最大値と、振幅の最大値に対応するZ位置(相対距離)が算出される。
まず、G輝度データIG(x,y)のDC成分が減算され、減算カラーG輝度データIG’(x,y)が生成される(Step41)。図13は、Step41にて生成された各減算カラーG輝度データIG’(x,y)を結んだ曲線を示すグラフである。
次に各減算カラーG輝度データIG’(x,y)を以下の式に代入する(Step42)。
演算処理部11は、この曲線に対して低い周波数成分(緩やかな変化)だけ取り出すためにローパスフィルタをかけて離散的な値を検出する(Step43)。さらに演算処理部11は、この離散的な値に対してガウスフィットさせる(Step44)。これにより図15に示すような曲線を得る。
この曲線から振幅の最大値PG(x,y)(Step45)と、振幅の最大値に対応するZ位置(相対距離)ZG(x,y)(Step46)を算出する。
このように演算処理部11は、Low Pass Filterを用いて振幅の最大値と振幅の最大値に対応するZ位置(相対距離)を算出することができる。
また、上述した算出方法ではなく、撮像ステップ距離Δを十分に小さくして、カラー輝度データI(x,y)におけるインターフェログラムから振幅の最大値と最小値を直接求めて、振幅の最大値に対応するZ位置を算出する方法もある。
図16に示すように演算処理部11は、G輝度データIG(x,y)におけるインターフェログラムから輝度最小値IGmin(x,y)と輝度最大値IGmax(x,y)を直接求める(Step51,Step52)。
次に演算処理部11は、輝度最大値IGmax(x,y)から輝度最小値IGmin(x,y)を引いて、この差から振幅の最大値PG(x,y)を算出する(Step53)。
また演算処理部11は、輝度最大値IGmax(x,y)に対応するZ位置ZG(x,y)を算出する(Step54)。
図18(b)に示す濃淡の色が付された2次元画像は、Step28にて得られた測定サンプル1の高さ情報に基づいて測定サンプル1の表面、微細な傷50,51、異組成部52、凸部53の高低差を示している。例えば測定サンプル1の表面と凸部53とでは色の濃淡の違いにより高低差が明瞭となる。しかし微細な傷50,51や異組成部52は、高低差がほとんど生じないためにほとんど濃淡では表示されにくい。
図18(c)は、図18(a)に示したカラーの全焦点画像と図18(b)に示した高さ情報を合成した立体的(3次元)に表示した鳥瞰図である。これにより使用者は、微細な傷50,51、異組成部52、凸部53を明瞭に測定することができる。
図19は第1の変形例におけるフローチャートである。なお、図19に示すフローチャートにおいて、図3に示すフローチャートと同一処理部には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。本変形例における構成は、前述した第1の実施形態と同様である。なお本変形例におけるセッティング開始からセッティング終了までの一連の動作は前述した第1の実施形態におけるStep1乃至Step4の動作と同様であるために詳細な説明は省略する。
このように本変形例は、走査速度、または撮像素子のフレームレートを任意に設定することで任意の所定間隔画像データを撮像可能である。
なお本変形例は、撮像する際にカラー撮像素子5のシャッタースピードを高速にすることで、Z走査機構3が等速度駆動しながらの撮像であっても瞬間的な干渉状態を撮像可能である。
さらに、Z走査機構3が等速度で移動することで、精密な停止位置精度は不要となるのでZ走査機構3が安価にすむことができる。
詳細にはStep7において、第mフレーム目の撮像が行われたとする。この第mフレームの画像データは、記憶部12に記録される。上述した第mフレームの画像データに加えて、すでに第m−1フレーム、第m−2フレーム、第m−3フレーム、…第1のフレームの画像データは記憶部12に記録されている。
Step8にてスキャンが終了すれば、演算処理部11は、Step70で求めた離散的な振幅A(z)に対して補間処理を行う(Step71)。次に演算処理部11は、各色成分毎の補間データより振幅の最大値PR(x,y),PG(x,y),PB(x,y)を算出し(Step72)、算出された各振幅の最大値を合成してカラー輝度データI(x,y)を生成する(Step73)。これによりカラーの全焦点画像を得ることが可能である(Step74)。
Claims (10)
- 光源から出射された光を測定対象物及び参照面に照射し、前記測定対象物及び前記参照面から反射されたそれぞれの反射光からの干渉像を撮像し、前記測定対象物の3次元形状を測定する3次元形測定方法であって、
前記測定対象物と前記参照面の相対距離を調整し、
前記相対距離が変わるたびに、前記干渉像を順次撮像してカラー干渉画像を取得し、
取得された前記カラー干渉画像を色成分毎に分離させ、
分離された前記色成分毎の干渉波形から振幅の最大値を算出し、
算出された前記振幅の最大値を合成してカラー輝度データを生成する、
ことを特徴とする3次元形状測定方法。 - 前記干渉波形において、少なくとも1つの色成分に対し前記最大値に対応する前記相対距離を算出することを特徴とする請求項1に記載の3次元形状測定方法。
- 前記最大値を合成した前記カラー輝度データを前記測定対象物のカラー輝度値とし、前記相対距離を前記測定対象物の高さ情報とすると、前記高さ情報を基に前記測定対象物の3次元形状を表示させる際に、前記高さ情報に対応する前記カラー輝度値を前記3次元形状に重ね合わせて表示することを特徴とする請求項2に記載の3次元形状測定方法。
- 前記光源は、インコヒーレント光源であることを特徴とする請求項1に記載の3次元形状測定方法。
- 前記色成分は、R(赤)、G(緑)、B(青)成分であることを特徴とする請求項1に記載の3次元形状測定方法。
- 前記相対距離が等速度で変化される際に、前記干渉像が順次撮像され、所定間隔の前記カラー干渉画像が取得されることを特徴とする請求項1に記載の3次元形状測定方法。
- 光源から出射された光を測定対象物及び参照面に照射し、前記測定対象物及び前記参照面から反射されたそれぞれの反射光からの像を撮像し、前記測定対象物の3次元形状を測定する3次元形測定装置であって、
前記測定対象物と前記参照面の相対距離を調整する駆動部と、
前記駆動部によって前記相対距離が変わるたびに、前記干渉像を順次撮像してカラー干渉画像を取得する撮像取得部と、
前記撮像取得部によって取得された前記カラー干渉画像を色成分毎に分離する分離部と、
前記分離部によって分離された前記色成分の干渉波形から振幅の最大値を前記色成分毎に算出する第1の算出部と、
前記色成分毎の前記振幅の最大値を合成してカラー干渉画像を生成する合成部と、
を具備することを特徴とする3次元形状測定装置。 - 少なくとも1つの色成分に対し、前記最大値に対応する前記相対距離を算出する第2の算出部と、
をさらに具備し、
前記最大値を合成した前記カラー輝度データを前記測定対象物のカラー輝度値とし、前記相対距離を前記測定対象物の高さ情報とすると、前記高さ情報を基に前記測定対象物の3次元形状を表示させる際に、前記高さ情報に対応する前記カラー輝度値を前記3次元形状に重ね合わせて表示させることを特徴とする請求項8に記載の3次元形状測定装置。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006171782A JP4845607B2 (ja) | 2006-06-21 | 2006-06-21 | 3次元形状測定方法及び装置 |
US11/820,147 US7576869B2 (en) | 2006-06-21 | 2007-06-18 | Three-dimensional shape measurement method and three-dimensional shape measurement apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006171782A JP4845607B2 (ja) | 2006-06-21 | 2006-06-21 | 3次元形状測定方法及び装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2008002909A JP2008002909A (ja) | 2008-01-10 |
JP4845607B2 true JP4845607B2 (ja) | 2011-12-28 |
Family
ID=39007421
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2006171782A Expired - Fee Related JP4845607B2 (ja) | 2006-06-21 | 2006-06-21 | 3次元形状測定方法及び装置 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US7576869B2 (ja) |
JP (1) | JP4845607B2 (ja) |
Families Citing this family (21)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
TWI278598B (en) * | 2004-12-22 | 2007-04-11 | Univ Electro Communications | 3D shape measurement device |
JP5042788B2 (ja) * | 2007-11-22 | 2012-10-03 | オリンパス株式会社 | 光学式3次元計測装置 |
JP5259348B2 (ja) * | 2008-11-12 | 2013-08-07 | オリンパス株式会社 | 高さ情報取得装置、高さ情報取得方法、及びプログラム |
GB2472059B (en) * | 2009-07-23 | 2012-09-19 | Univ Loughborough | Apparatus for the absolute measurement of two dimensional optical path distributions using interferometry |
JP5614230B2 (ja) * | 2009-12-14 | 2014-10-29 | 住友電気工業株式会社 | 画像撮影装置 |
WO2011080362A1 (es) * | 2009-12-31 | 2011-07-07 | Fundacion Tekniker | Dispositivo y procedimiento para la reducción del error de abbe en sistemas de microscopía |
JP5477183B2 (ja) * | 2010-06-14 | 2014-04-23 | オムロン株式会社 | 計測装置 |
JPWO2013084557A1 (ja) * | 2011-12-07 | 2015-04-27 | コニカミノルタ株式会社 | 形状測定装置 |
JP6047764B2 (ja) * | 2012-04-25 | 2016-12-21 | 株式会社ミツトヨ | 白色干渉計、画像処理方法及び画像処理プログラム |
JP6250329B2 (ja) * | 2013-08-19 | 2017-12-20 | 株式会社ディスコ | 加工装置 |
JP6508764B2 (ja) * | 2014-11-10 | 2019-05-08 | 株式会社ミツトヨ | 白色光干渉計光学ヘッドを用いた非接触表面形状測定方法及び装置 |
JP6749814B2 (ja) | 2015-11-12 | 2020-09-02 | Ntn株式会社 | 高さ検出装置およびそれを搭載した塗布装置 |
WO2017082245A1 (ja) * | 2015-11-12 | 2017-05-18 | Ntn株式会社 | 高さ検出装置およびそれを搭載した塗布装置 |
JP6674619B2 (ja) * | 2015-12-11 | 2020-04-01 | 株式会社東京精密 | 画像生成方法及び画像生成装置 |
JP6680552B2 (ja) * | 2016-02-08 | 2020-04-15 | Ntn株式会社 | 形状測定装置および被塗布対象物の製造方法 |
WO2017168181A1 (en) * | 2016-04-01 | 2017-10-05 | The University Of Liverpool | Optical interferometry apparatus and method |
JP6762608B2 (ja) * | 2016-09-06 | 2020-09-30 | 株式会社日立ハイテクサイエンス | 走査型白色干渉顕微鏡を用いた三次元形状計測方法 |
US10948284B1 (en) * | 2017-10-06 | 2021-03-16 | Filmetrics, Inc. | Optical profilometer with color outputs |
JP2019152570A (ja) * | 2018-03-05 | 2019-09-12 | 東芝メモリ株式会社 | 測定装置 |
JP7224112B2 (ja) * | 2018-05-21 | 2023-02-17 | Juki株式会社 | 縫製システム |
CN112082501B (zh) * | 2020-07-31 | 2023-04-25 | 中国电力科学研究院有限公司 | 一种绝缘子三维尺寸测量方法及绝缘子三维尺寸测量系统 |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5133601A (en) * | 1991-06-12 | 1992-07-28 | Wyko Corporation | Rough surface profiler and method |
JP4246326B2 (ja) * | 1999-08-27 | 2009-04-02 | 東レエンジニアリング株式会社 | 表面形状測定方法及びその装置 |
JP2001201325A (ja) * | 2000-01-18 | 2001-07-27 | Nikon Corp | 三次元形状観察装置 |
JP2002196253A (ja) * | 2000-12-26 | 2002-07-12 | Nikon Corp | 干渉縞投影光学系及びこの光学系を用いた顕微鏡 |
JP2003156314A (ja) * | 2001-11-21 | 2003-05-30 | Omron Corp | 膜厚測定方法及びその装置 |
JP2005149397A (ja) * | 2003-11-19 | 2005-06-09 | Olympus Corp | 顕微鏡画像管理装置及びプログラム |
TWI278598B (en) * | 2004-12-22 | 2007-04-11 | Univ Electro Communications | 3D shape measurement device |
JP2007033216A (ja) | 2005-07-26 | 2007-02-08 | Keyence Corp | 白色干渉計測装置及び白色干渉計測方法 |
-
2006
- 2006-06-21 JP JP2006171782A patent/JP4845607B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2007
- 2007-06-18 US US11/820,147 patent/US7576869B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US7576869B2 (en) | 2009-08-18 |
JP2008002909A (ja) | 2008-01-10 |
US20080123103A1 (en) | 2008-05-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4845607B2 (ja) | 3次元形状測定方法及び装置 | |
JP4565115B2 (ja) | 多焦点撮像装置 | |
US8675062B2 (en) | Shape measuring device, observation device, and image processing method | |
JPWO2019230878A1 (ja) | 蛍光観察装置及び蛍光観察方法 | |
JP2018515759A (ja) | オブジェクトの光学的3d測定のためのデバイス | |
US8237933B2 (en) | Method for image calibration and apparatus for image acquiring | |
JP2006101927A (ja) | 眼科装置 | |
US20080278686A1 (en) | Fundus camera | |
JP2007033217A (ja) | 干渉計測装置及び干渉計測方法 | |
KR101921762B1 (ko) | 높이 측정 방법 및 높이 측정 장치 | |
US10149599B2 (en) | Processing apparatus | |
JP7093915B2 (ja) | 表面形状測定方法 | |
JP2008292240A (ja) | 3次元形状観察装置 | |
JP2018520337A (ja) | 広視野顕微鏡を用いて試料の空間分解された高さ情報を確定するための方法および広視野顕微鏡 | |
JPH10513287A (ja) | 物体のイメージ、画像を記録、撮像のための方法及び装置 | |
JP2009258436A (ja) | 3次元測定装置 | |
JP2010080144A (ja) | 複合型顕微鏡装置及び試料観察方法 | |
JP2008116900A (ja) | 干渉対物レンズと、その干渉対物レンズを備える干渉顕微鏡装置 | |
CN108700732A (zh) | 用于确定物体的高度位置的方法 | |
JP6587959B2 (ja) | 肌画像生成装置、肌画像生成装置の作動方法、および肌画像生成処理プログラム | |
JP4136635B2 (ja) | 分析装置 | |
JP5477183B2 (ja) | 計測装置 | |
KR101239409B1 (ko) | 2d 형상 정보와 3d 형상 정보의 동시 획득이 가능하며 레이저와 백색광을 광원으로 한 위상천이기반 형상측정장치 및 형상측정방법 | |
JP2010025864A (ja) | 干渉測定装置 | |
JP4192038B2 (ja) | 表面形状および/または膜厚測定方法及びその装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20090409 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20110701 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20110712 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20110902 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20110927 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20111011 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20141021 Year of fee payment: 3 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 4845607 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20141021 Year of fee payment: 3 |
|
S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |