JP7470521B2 - Parameter acquisition device and parameter acquisition method - Google Patents

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JP7470521B2 JP2020024083A JP2020024083A JP7470521B2 JP 7470521 B2 JP7470521 B2 JP 7470521B2 JP 2020024083 A JP2020024083 A JP 2020024083A JP 2020024083 A JP2020024083 A JP 2020024083A JP 7470521 B2 JP7470521 B2 JP 7470521B2
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Description

本発明は、サンプリングモアレ法を用いて計測対象の物体における対象表面の変位を計測する技術に関する。より詳しくは、対象表面の変位を計測するのに用いるパラメータを求め、パラメータの信頼性を検査する装置と方法に関する。 The present invention relates to a technique for measuring the displacement of a target surface of an object to be measured using a sampling moiré method. More specifically, the present invention relates to an apparatus and method for determining parameters used to measure the displacement of a target surface and inspecting the reliability of the parameters.

サンプリングモアレ法では、規則性のある模様(例えば格子模様)を計測対象の物体の表面(以下で対象表面という)に貼り付け又は投影し、格子模様の画像データに基づいて、対象表面の変位を計測する。すなわち、格子模様の画像データにおいて、一定の周期で画素を間引く処理を行い、この処理を、画素の間引き開始点を変えて複数回だけ行うことにより、複数のモアレ縞画像を取得する。これらのモアレ縞画像により生じるモアレ縞の位相の変化に基づいて、対象表面の変位を求める。 In the sampling moiré method, a regular pattern (e.g. a lattice pattern) is attached or projected onto the surface of the object to be measured (hereafter referred to as the target surface), and the displacement of the target surface is measured based on image data of the lattice pattern. That is, a process is performed to thin out pixels at regular intervals in the image data of the lattice pattern, and this process is performed multiple times by changing the starting point for thinning out pixels, thereby obtaining multiple moiré fringe images. The displacement of the target surface is calculated based on the change in the phase of the moiré fringes caused by these moiré fringe images.

このようにサンプリングモアレ法を用いて対象表面の変位を計測する装置は、例えば特許文献1、2に記載されている。 Devices that use the sampling moiré method to measure the displacement of a target surface in this way are described in, for example, Patent Documents 1 and 2.

特開2019-11984号公報JP 2019-11984 A 特開2019-124561号公報JP 2019-124561 A

特許文献1では、対象表面における規則性のある模様を撮像するカメラを移動可能なステージに設置している。対象表面の面内変位又は面外変位を求めるのに用いるパラメータ(補正係数)を、次のように予め求める。初期状態の基準時に、ステージを、対象表面に対して移動させる。ステージの移動距離による対象表面の面内変位又は面外変位を計測する。当該計測値とステージの移動距離に基づいて、補正係数を求める。その上で、実際の計測時には、サンプリングモアレ法により計測した面内変位又は面外変位と、補正係数とに基づいて、誤差の影響を取り除いた補正後の面内変位又は面外変位を求める。 In Patent Document 1, a camera that captures an image of a regular pattern on the target surface is mounted on a movable stage. Parameters (correction coefficients) used to determine the in-plane or out-of-plane displacement of the target surface are determined in advance as follows. At the reference time of the initial state, the stage is moved relative to the target surface. The in-plane or out-of-plane displacement of the target surface according to the moving distance of the stage is measured. A correction coefficient is determined based on the measured value and the moving distance of the stage. Then, during actual measurement, the corrected in-plane or out-of-plane displacement with the effects of errors removed is determined based on the in-plane or out-of-plane displacement measured by the sampling moiré method and the correction coefficients.

特許文献2では、対象表面を撮像するカメラと、規則性のある模様を対象表面に投影する投影装置を、移動可能なステージに設置している。特許文献2では、対象表面の面外変位を求めるのに用いるパラメータ(比率)を、次のように予め求める。ステージを、対象表面に対して移動させる。ステージの移動距離による対象表面における計測点での模様の位相変化量を計測する。当該位相変化量とステージの移動距離に基づいて、比率を求める。その上で、基準時と実際の計測時との各々で、サンプリングモアレ法により対象表面における計測点での模様の位相を求め、計測時の位相と基準時での位相と差を求め、この差と上記比率に基づいて面外変位を求める。 In Patent Document 2, a camera that captures an image of the target surface and a projection device that projects a regular pattern onto the target surface are mounted on a movable stage. In Patent Document 2, parameters (ratios) used to calculate the out-of-plane displacement of the target surface are calculated in advance as follows: The stage is moved relative to the target surface. The amount of phase change in the pattern at the measurement point on the target surface due to the moving distance of the stage is measured. A ratio is calculated based on the amount of phase change and the moving distance of the stage. Then, the phase of the pattern at the measurement point on the target surface is calculated by the sampling moiré method at each of the reference time and the actual measurement time, and the difference between the phase at the measurement time and the phase at the reference time is calculated, and the out-of-plane displacement is calculated based on this difference and the above ratio.

サンプリングモアレ法で対象表面の変位を計測する装置において上記のようなパラメータを用いる場合に、計測される対象表面の変位の信頼性を向上させることが望まれる。 When using the above parameters in a device that measures the displacement of a target surface using the sampling moiré method, it is desirable to improve the reliability of the measured displacement of the target surface.

本発明の発明者は、信頼性の高い変位計測値を得るために、パラメータ(例えば上記の補正係数又は比率)の精度を保証することに着目した。すなわち、本発明の目的は、パラメータの精度を保証することにより、信頼性の高い変位計測値が得られるようにすることにある。 The inventors of the present invention focused on ensuring the accuracy of parameters (e.g., the above-mentioned correction coefficients or ratios) in order to obtain highly reliable displacement measurement values. In other words, the object of the present invention is to ensure the accuracy of parameters so as to obtain highly reliable displacement measurement values.

上述の目的を達成するため、本発明によるパラメータ取得装置は、
物体の対象表面における規則性のある模様を撮像して画像データを生成するカメラと、
前記画像データに基づいてサンプリングモアレ法により前記対象表面上の計測点に関する変位量を求めるデータ処理部と、
求めた変位量と予め求めたパラメータとに基づいて計測点の面内変位と面外変位の一方または両方を算出する変位算出部と、を備える変位取得装置に設けられるパラメータ取得装置であって、
前記カメラが設置され所定方向に移動可能な可動部と、
前記可動部を前記所定方向に移動させる駆動装置と、
前記可動部を前記所定方向にパラメータ取得用の制御距離だけ移動させるパラメータ取得用制御を前記駆動装置に対して行う制御部と、を備え、
前記パラメータ取得用制御の前後での前記計測点に関する変位量が前記カメラと前記データ処理部により求められ、
当該変位量と前記パラメータ取得用の制御距離とに基づいて前記パラメータを求めるパラメータ算出部と、
前記可動部を検査用の制御距離だけ前記所定方向に移動させる検査用制御を前記駆動装置に対して行った場合に、当該検査用制御により前記可動部が実際に移動した距離を計測する距離計測センサと、
前記距離計測センサが計測した移動距離と、前記検査用の制御距離との違いを示す指標値を求め、求めた指標値を出力する指標値算出部と、を備える。
In order to achieve the above object, a parameter acquisition device according to the present invention comprises:
A camera that captures an image of a regular pattern on a target surface of an object to generate image data;
a data processing unit that calculates a displacement amount for a measurement point on the target surface by a sampling moiré method based on the image data;
A parameter acquisition device provided in a displacement acquisition device including a displacement calculation unit that calculates one or both of an in-plane displacement and an out-of-plane displacement of a measurement point based on an obtained displacement amount and a parameter obtained in advance,
a movable part on which the camera is mounted and which is movable in a predetermined direction;
A drive device that moves the movable part in the predetermined direction;
a control unit that performs parameter acquisition control on the drive device to move the movable unit in the predetermined direction by a control distance for parameter acquisition,
a displacement amount relating to the measurement point before and after the parameter acquisition control is obtained by the camera and the data processing unit;
a parameter calculation unit that calculates the parameter based on the displacement amount and a control distance for acquiring the parameter;
a distance measuring sensor that measures a distance actually moved by the movable part under an inspection control when the inspection control is performed on the driving device to move the movable part by a control distance for inspection in the predetermined direction; and
The apparatus further includes an index value calculation unit that calculates an index value indicating a difference between the movement distance measured by the distance measuring sensor and the inspection control distance, and outputs the calculated index value.

上述の目的を達成するため、本発明によるパラメータ取得方法は、物体の対象表面における規則性のある模様を撮像して画像データを生成するカメラと、
前記画像データに基づいてサンプリングモアレ法により前記対象表面上の計測点に関する変位量を求めるデータ処理部と、
求めた変位量と予め求めたパラメータとに基づいて計測点の面内変位と面外変位の一方または両方を算出する変位算出部と、を備える変位取得装置に対するパラメータ取得方法であって、
(A)前記カメラが設置され所定方向に移動可能な可動部と、前記可動部を前記所定方向に移動させる駆動装置とを設け、
(B)前記可動部を前記所定方向にパラメータ取得用の制御距離だけ移動させるパラメータ取得用制御を制御部により前記駆動装置に対して行い、
(C)前記パラメータ取得用制御の前後での前記計測点に関する変位量を、前記カメラと前記データ処理部により求め、
(D)当該変位量と前記パラメータ取得用の制御距離とに基づいて、パラメータ算出部により前記パラメータを求め、
(E)前記可動部を検査用の制御距離だけ前記所定方向に移動させる検査用制御を前記制御部により前記駆動装置に対して行い、
(F)当該検査用制御により前記可動部が実際に移動した距離を距離計測センサにより計測し、
(G)前記距離計測センサが計測した移動距離と、前記検査用の制御距離との違いを示す指標値を、指標値算出部により求めて出力する。
In order to achieve the above object, a parameter acquisition method according to the present invention includes a camera that captures an image of a regular pattern on a target surface of an object to generate image data;
a data processing unit that calculates a displacement amount for a measurement point on the target surface by a sampling moiré method based on the image data;
A parameter acquisition method for a displacement acquisition device including a displacement calculation unit that calculates one or both of an in-plane displacement and an out-of-plane displacement of a measurement point based on an acquired displacement amount and a parameter acquired in advance,
(A) providing a movable part on which the camera is installed and which is movable in a predetermined direction, and a drive device that moves the movable part in the predetermined direction;
(B) performing parameter acquisition control on the drive device by a control unit to move the movable part in the predetermined direction by a control distance for parameter acquisition;
(C) determining a displacement amount of the measurement point before and after the parameter acquisition control by the camera and the data processing unit;
(D) calculating the parameter by a parameter calculation unit based on the displacement amount and a control distance for obtaining the parameter;
(E) performing an inspection control on the drive device by the control unit to move the movable part in the predetermined direction by a control distance for inspection;
(F) measuring the distance that the movable part has actually moved by the inspection control using a distance measuring sensor;
(G) An index value indicating the difference between the movement distance measured by the distance measuring sensor and the control distance for inspection is calculated and output by an index value calculation unit.

本発明によると、制御部が、可動部を前記所定方向に所定距離だけ移動させるパラメータ取得用制御を行い、これによる計測点に関する変位量を計測し、当該変位量とパラメータ取得用の制御距離とに基づいてパラメータを求める。このパラメータの信頼性を保証するために、本発明では、検査用制御により前記可動部が実際に移動した距離を計測し、当該距離と検査用の制御距離との違いを示す指標値を求めて出力する。 According to the present invention, the control unit performs parameter acquisition control to move the movable part a predetermined distance in the predetermined direction, measures the amount of displacement at the measurement point caused by this, and determines the parameter based on the amount of displacement and the control distance for parameter acquisition. To ensure the reliability of this parameter, the present invention measures the distance actually moved by the movable part using inspection control, and determines and outputs an index value indicating the difference between that distance and the control distance for inspection.

したがって、出力された指標値に基づいて、パラメータの精度の信頼性を評価できる。例えば、指標値が許容範囲内であれば、パラメータの信頼性が高く、信頼性の高い変位計測値が得られる判断できる。 Therefore, the reliability of the parameter accuracy can be evaluated based on the output index value. For example, if the index value is within an acceptable range, it can be determined that the parameter is highly reliable and that highly reliable displacement measurement values can be obtained.

一方、指標値が許容範囲外であれば、例えば、パラメータの値を補正し、又は、制御部のパラメータ取得用制御による駆動装置の駆動量を補正してパラメータを再び求めるなどにより、信頼性の高い変位計測値が得られるように校正を行うことができる。 On the other hand, if the index value is outside the allowable range, calibration can be performed to obtain a highly reliable displacement measurement value, for example by correcting the parameter value or by correcting the drive amount of the drive device using the parameter acquisition control of the control unit and re-determining the parameters.

本発明の第1実施形態によるパラメータ取得装置が適用可能な変位取得装置の構成を示す。1 shows the configuration of a displacement acquiring device to which the parameter acquiring device according to the first embodiment of the present invention can be applied. パラメータである面内補正係を取得する処理の説明図である。11 is an explanatory diagram of a process for acquiring an in-plane correction coefficient which is a parameter. パラメータである面内補正係を取得する処理の別の説明図である。13 is another explanatory diagram of the process of acquiring an in-plane correction coefficient which is a parameter. FIG. パラメータである面外補正係を取得する処理の説明図である。11 is an explanatory diagram of a process for acquiring an out-of-plane correction coefficient which is a parameter. FIG. パラメータである面外補正係を取得する処理の別の説明図である。FIG. 13 is another explanatory diagram of the process of acquiring the out-of-plane correction coefficient which is a parameter. 初期状態(基準時)の処理を示すフローチャートである。13 is a flowchart showing a process in an initial state (reference time). z方向移動の処理を示すフローチャートである。13 is a flowchart showing a process of movement in the z direction. x方向移動の処理を示すフローチャートである。13 is a flowchart showing a process of movement in the x direction. 変位取得処理のフローチャートである。13 is a flowchart of a displacement acquisition process. パラメータ検査処理のフローチャートである。13 is a flowchart of a parameter inspection process. 本発明の第2実施形態によるパラメータ取得装置が適用可能な変位取得装置の構成を示す。1 shows the configuration of a displacement acquiring device to which a parameter acquiring device according to a second embodiment of the present invention can be applied. パラメータである比率を取得する処理の説明図である。FIG. 11 is an explanatory diagram of a process for acquiring a ratio which is a parameter. パラメータ取得処理と変位取得処理とを示すフローチャートである。13 is a flowchart showing a parameter acquisition process and a displacement acquisition process. 可動部のレーザ照射面に設けた的を示す。A target is shown provided on the laser irradiation surface of the movable part.

本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。 The embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that common parts in each drawing are given the same reference numerals, and duplicated explanations will be omitted.

[第1実施形態]
(変位取得装置の構成)
図1は、本発明の第1実施形態によるパラメータ取得装置200が適用可能な変位取得装置100の構成を示す。変位取得装置100は、計測対象の物体1の表面(以下で単に対象表面1aともいう)の変位を計測する。この変位は、例えば、物体1に荷重が作用したことによる変位、または、物体1の振動による変位であってよいが、これらに限定されない。対象表面1aは、平面であってもよいし、曲面であってもよい。一例では、物体1は、ロケットモータのモータケースであり、対象表面1aは、モータケースの外周面である。変位取得装置100は、カメラ101とデータ処理部103と変位算出部105と記憶部107を備える。
[First embodiment]
(Configuration of Displacement Acquisition Device)
FIG. 1 shows the configuration of a displacement acquisition device 100 to which a parameter acquisition device 200 according to a first embodiment of the present invention can be applied. The displacement acquisition device 100 measures the displacement of a surface of an object 1 to be measured (hereinafter also simply referred to as a target surface 1a). This displacement may be, for example, a displacement caused by a load acting on the object 1 or a displacement caused by vibration of the object 1, but is not limited thereto. The target surface 1a may be a flat surface or a curved surface. In one example, the object 1 is a motor case of a rocket motor, and the target surface 1a is the outer circumferential surface of the motor case. The displacement acquisition device 100 includes a camera 101, a data processing unit 103, a displacement calculation unit 105, and a storage unit 107.

カメラ101は、対象表面1aにおける規則性のある模様を撮像することにより、この模様の画像データを取得する。ここで、規則性のある模様は、例えば格子模様であるが、後述するモアレ縞画像データを生成できれば、他の模様であってもよい。また、この模様は、対象表面1aに予め設けられていてよい。 The camera 101 captures an image of a regular pattern on the target surface 1a, thereby acquiring image data of the pattern. Here, the regular pattern is, for example, a lattice pattern, but other patterns may be used as long as they can generate moiré fringe image data, which will be described later. In addition, the pattern may be provided in advance on the target surface 1a.

データ処理部103は、カメラ101が生成した画像データに基づいてサンプリングモアレ法により対象表面1a上の計測(以下で単に計測点ともいう)点に関する変位量を計測する。本実施形態では、計測点に関する変位量は、計測点の補正前の面内変位と面外変位である。面内変位は、対象表面1aに沿った方向の変位である。面外変位は、対象表面1aと交差(例えば直交)する方向の計測点の変位である。当該面内変位及び面外変位を、以下において、それぞれ、単に面内変位及び面外変位ともいう。 The data processing unit 103 measures the amount of displacement of a measurement point (hereinafter also simply referred to as a measurement point) on the target surface 1a by the sampling moiré method based on the image data generated by the camera 101. In this embodiment, the amount of displacement of the measurement point is the in-plane displacement and out-of-plane displacement of the measurement point before correction. The in-plane displacement is the displacement in a direction along the target surface 1a. The out-of-plane displacement is the displacement of the measurement point in a direction intersecting (e.g. perpendicular to) the target surface 1a. Hereinafter, the in-plane displacement and out-of-plane displacement are also simply referred to as the in-plane displacement and out-of-plane displacement, respectively.

変位算出部105は、データ処理部103が求めた変位量(補正前の面内変位と面外変位)と、予め求めたパラメータとに基づいて、計測点の補正後の面内変位と面外変位の一方または両方を算出する。本実施形態では、カメラ101から見た方向を設定方向(以下で単に設定方向ともいう)として、設定方向(例えば複数の設定方向の各々)について、当該設定方向に存在する計測点の変位を求める。 The displacement calculation unit 105 calculates one or both of the in-plane displacement and the out-of-plane displacement after correction of the measurement point based on the amount of displacement (in-plane displacement and out-of-plane displacement before correction) calculated by the data processing unit 103 and the parameters calculated in advance. In this embodiment, the direction seen by the camera 101 is set as a set direction (hereinafter also simply referred to as a set direction), and for each set direction (e.g., each of a plurality of set directions), the displacement of the measurement point existing in the set direction is calculated.

カメラ101が取得した画像データの輝度分布I(x,y)は、次の式(1)で表わされる。ここで、xとyは、カメラ101に固定されたxyz座標系におけるx座標とy座標を示す。このxyz座標系は、そのz軸がカメラ101の光軸C(カメラ101の向き)と平行な3次元座標であってよい。以下において、x方向とy方向とz方向は、上述のxyz座標系におけるx軸と平行な方向とy軸に平行な方向とz軸に平行な方向を意味する。 The luminance distribution I(x, y) of the image data acquired by the camera 101 is expressed by the following formula (1). Here, x and y indicate the x and y coordinates in an xyz coordinate system fixed to the camera 101. This xyz coordinate system may be a three-dimensional coordinate system whose z axis is parallel to the optical axis C of the camera 101 (the orientation of the camera 101). In the following, the x direction, y direction, and z direction refer to the direction parallel to the x axis, the direction parallel to the y axis, and the direction parallel to the z axis in the above-mentioned xyz coordinate system.

Figure 0007470521000001
Figure 0007470521000001

式(1)において、I(x,y)は、対象表面1a内の1点の座標(x,y)の輝度を示す。φ(x、y)は初期位相である。Qは、上述の画像データにおける格子模様のx方向のピッチQ(x,y)である。また、Iは輝度の振幅であり、Iは背景輝度である。 In formula (1), I(x, y) indicates the luminance of the coordinates (x, y) of a point on the target surface 1a. φ 0 (x, y) is the initial phase. Q is the pitch Q(x, y) of the grid pattern in the image data in the x direction. Ia is the amplitude of the luminance, and Ib is the background luminance.

データ処理部103は、上述の画像データに対して間引き処理と輝度補間処理を行う。本実施形態では、データ処理部103は、x方向について、間引き処理と輝度補間処理を行う。間引き処理では、データ処理部103は、x方向について、所定のサンプリング周期(この例では模様の周期に近い周期T)で、画像データの画素をサンプリングして維持し、他の位置にある画素を間引いて削除する。輝度補間処理では、データ処理部103は、間引いた画素の輝度を、この画素の周囲に存在する画素の輝度に基づいて補間(例えば線形補間)する。 The data processing unit 103 performs thinning and luminance interpolation on the above-mentioned image data. In this embodiment, the data processing unit 103 performs thinning and luminance interpolation in the x direction. In the thinning process, the data processing unit 103 samples and maintains pixels of the image data at a predetermined sampling period (period T close to the period of the pattern in this example) in the x direction, and thins out and deletes pixels in other positions. In the luminance interpolation process, the data processing unit 103 interpolates (for example, linearly interpolates) the luminance of the thinned pixel based on the luminance of the pixels surrounding this pixel.

データ処理部103は、このような間引き処理と輝度補間処理を複数回行う。複数回の間引き処理の間で、サンプリング周期Tは同じであるが、間引きの開始点(サンプリングする画素の開始点)を変えている。データ処理部103は、複数回の間引き処理と輝度補間処理を上述の画像データに行うことにより、複数回のそれぞれに対応する複数枚のモアレ縞画像データを生成する。
この例では、データ処理部103は、x方向の間引き処理と輝度補間処理によりT枚のモアレ縞画像データを生成する。これらのモアレ縞画像データは、次の式(2)で表わされる。
The data processing unit 103 performs such thinning processing and brightness interpolation processing multiple times. The sampling period T is the same between the multiple thinning processing, but the start point of thinning (the start point of the pixels to be sampled) is changed. The data processing unit 103 performs the thinning processing and brightness interpolation processing multiple times on the above-mentioned image data, thereby generating multiple pieces of moiré fringe image data corresponding to each of the multiple times.
In this example, the data processing unit 103 generates T pieces of moire fringe image data by thinning out the images in the x direction and performing luminance interpolation. These pieces of moire fringe image data are expressed by the following equation (2).

Figure 0007470521000002
Figure 0007470521000002

式(2)において、kはx方向における間引きの開始点を示す。kは、0、1、2、・・・、T-1の値をとる。
データ処理部103は、式(2)に離散フーリエ変換を適用して、次の式(3)により、モアレ縞の位相φ(x,y)を求める。
In equation (2), k indicates the start point of thinning in the x direction, and takes the values 0, 1, 2, ..., T-1.
The data processing unit 103 applies a discrete Fourier transform to equation (2) to obtain the phase φ m (x, y) of the moiré fringes using the following equation (3).

Figure 0007470521000003
Figure 0007470521000003

<補正前の面内変位>
データ処理部103は、このモアレ縞の位相φ(x,y)の変化Δφ(x,y)を求めることにより、対象表面1aの面内変位を求める。すなわち、格子模様はx方向においてピッチ(一定の間隔)で繰り返される模様であるとして、データ処理部103は、面内変位U(x,y)を、U(x,y)=Δφ(x,y)・p(x,y)/2πにより求める。以下で、格子模様のピッチp(x,y)を単にpとも記載し、U(x,y)をUとも記載し、Δφ(x,y)をΔφとも記載する。Uは、xyz座標系におけるx方向に沿った面内変位であり、言い換えると、xyz座標系におけるxz平面に平行な平面又はxz平面における面内変位である。
ここで、初期状態の基準時において求められたφ(x,y)をφm0(x,y)とし、計測時において求められたφ(x,y)をそのままφ(x,y)とした場合に、Δφは、補正前の面内変位であり、Δφ=φ(x,y)-φm0(x,y)で表わされる。
<In-plane displacement before correction>
The data processing unit 103 obtains the change Δφ m (x, y) in the phase φ m (x, y) of the moiré fringes to obtain the in-plane displacement of the target surface 1a. That is, assuming that the lattice pattern is a pattern that is repeated at a pitch (constant interval) in the x direction, the data processing unit 103 obtains the in-plane displacement U x (x, y) by U x (x, y) = Δφ m (x, y) · p (x, y) / 2π. Hereinafter, the pitch p (x, y) of the lattice pattern is also simply written as p, U x (x, y) is also written as U x , and Δφ m (x, y) is also written as Δφ m . U x is the in-plane displacement along the x direction in the xyz coordinate system, in other words, the in-plane displacement in a plane parallel to the xz plane or in the xz plane in the xyz coordinate system.
Here, if φ m (x, y) obtained at the reference time in the initial state is defined as φ m0 (x, y) and φ m (x, y) obtained at the time of measurement is directly defined as φ m (x, y), then Δφ m is the in-plane displacement before correction and is expressed as Δφ m = φ m (x, y) - φ m0 (x, y).

<補正前の面外変位>
カメラ101の焦点距離をfとし、対象表面1aに設けた格子模様の実際のピッチを上記のpとし、画像データにおける格子のピッチを上記のQとし、カメラ101の光軸C方向におけるカメラ101(カメラ101の対物レンズの中心)から格子模様(対象物体1の表面)までの距離をZとした場合に、次の式(4)が成り立つ。

Z=f・p/Q ・・・(4)
<Out-of-plane displacement before correction>
If the focal length of the camera 101 is f, the actual pitch of the grid pattern on the target surface 1a is p as above, the pitch of the grid in the image data is Q as above, and the distance from the camera 101 (the center of the objective lens of the camera 101) to the grid pattern (the surface of the target object 1) in the direction of the optical axis C of the camera 101 is Z, the following equation (4) holds.

Z = f p / Q ... (4)

この式(4)に基づいて、データ処理部103は、計測点の補正前の面外変位Oを次の式(5)により求める。

O=f・p/Q-f・p/Q ・・・(5)

ここで、Qは、初期状態(基準時)の対象表面1aをカメラ101が撮像して得た画像データにおける格子模様のx方向のピッチであり、Qは、計測時に対象表面1aをカメラ101が撮像して得た画像データにおける格子模様のx方向のピッチである。
Based on this equation (4), the data processing unit 103 calculates the out-of-plane displacement O of the measurement point before correction using the following equation (5).

O = f p / Q - f p / Q 0 ... (5)

Here, Q0 is the pitch in the x direction of the lattice pattern in the image data obtained by the camera 101 capturing the target surface 1a in the initial state (reference time), and Q is the pitch in the x direction of the lattice pattern in the image data obtained by the camera 101 capturing the target surface 1a during measurement.

Qは次のように求められる。まず、上述の式(2)から次の式(6)が成り立つ。
この式から、データ処理部103はQを求める。例えば、式(6)を次の式(7)で近似し、データ処理部103は、式(7)を変形した次の式(8)によりQを求める。
Q can be calculated as follows: First, the following equation (6) is obtained from the above equation (2).
From this equation, the data processing unit 103 obtains Q. For example, equation (6) is approximated by the following equation (7), and the data processing unit 103 obtains Q from the following equation (8) obtained by modifying equation (7).

Figure 0007470521000004
Figure 0007470521000004

式(8)において、φ(x+1,y)のx+1は、Qを求めるために注目する画素(x座標)にx軸方向に隣接する画素のx座標であり、φ(x-1,y)のx-1は、当該注目する画素にx軸方向にx座標x+1と反対側で隣接する画素のx座標である。Qの場合と同じ方法で、データ処理部103はQを求める。 In equation (8), x+1 in φ m (x+1, y) is the x coordinate of the pixel adjacent in the x-axis direction to the pixel (x coordinate) of interest for finding Q, and x-1 in φ m (x-1, y) is the x coordinate of the pixel adjacent to the pixel of interest on the opposite side of the x-coordinate x+1 in the x-axis direction. Data processing unit 103 finds Q0 in the same way as in the case of Q.

変位算出部105は、データ処理部103が求めた面内変位及び面外変位と、変位取得装置100に設けた記憶部107に記憶されているパラメータとに基づいて、補正後の面内変位と面外変位の一方又は両方を算出する。ここで、パラメータは、補正前の面内変位と面外変位に含まれる誤差の影響を除くための補正係数である。当該誤差には、カメラ101の光軸と垂直な平面に対する対象表面1aの傾きによる計測誤差、カメラ101から見た計測点の方向に依存する計測誤差、カメラ101に固有の誤差(レンズ収差や画角など)、格子模様の実際のピッチの誤差などがある。また、対象表面1aが曲面である場合には、当該曲面による誤差も、補正前の面内変位と面外変位に含まれる。補正係数は、これらの誤差を除去できるものである。 The displacement calculation unit 105 calculates one or both of the in-plane displacement and the out-of-plane displacement after correction based on the in-plane displacement and the out-of-plane displacement obtained by the data processing unit 103 and the parameters stored in the memory unit 107 provided in the displacement acquisition device 100. Here, the parameters are correction coefficients for removing the effects of errors contained in the in-plane displacement and the out-of-plane displacement before correction. The errors include measurement errors due to the inclination of the target surface 1a with respect to a plane perpendicular to the optical axis of the camera 101, measurement errors depending on the direction of the measurement point as seen from the camera 101, errors specific to the camera 101 (lens aberration, angle of view, etc.), and errors in the actual pitch of the lattice pattern. In addition, if the target surface 1a is a curved surface, errors due to the curved surface are also included in the in-plane displacement and the out-of-plane displacement before correction. The correction coefficients can remove these errors.

(パラメータ取得装置)
本実施形態によるパラメータ取得装置200は、上述したパラメータ(補正係数)を取得するための装置である。パラメータ取得装置200は、可動部201、駆動装置203、制御部205、パラメータ算出部207、距離計測センサ209、指標値算出部211、判断部213、及び補正部215を備える。
(Parameter Acquisition Device)
The parameter acquisition device 200 according to this embodiment is a device for acquiring the above-mentioned parameters (correction coefficients). The parameter acquisition device 200 includes a movable part 201, a driving device 203, a control part 205, a parameter calculation part 207, a distance measurement sensor 209, an index value calculation part 211, a determination part 213, and a correction part 215.

可動部201には、カメラ101が設置されている。可動部201は、所定方向に移動可能である。本実施形態では、所定方向としてx方向とz方向がある。 The camera 101 is installed on the movable part 201. The movable part 201 is movable in a predetermined direction. In this embodiment, the predetermined directions are the x direction and the z direction.

駆動装置203は、可動部201を所定方向に移動させる。図1の例では、駆動装置203は、移動台203aと第1駆動部203bと第2駆動部203cを有する。移動台203aには、可動部201がx方向に移動可能に設けられている。第1駆動部203bは、移動台203aに設けられ、可動部201を移動台203a(すなわち対象表面1a)に対してx方向に駆動する。第2駆動部203cは、静止構造物に設けられ、移動台203aを静止構造物(すなわち対象表面1a)に対してz方向に駆動する。 The driving device 203 moves the movable part 201 in a predetermined direction. In the example of FIG. 1, the driving device 203 has a moving stage 203a, a first driving unit 203b, and a second driving unit 203c. The moving stage 203a is provided with the movable part 201 so that it can move in the x direction. The first driving unit 203b is provided on the moving stage 203a and drives the movable part 201 in the x direction relative to the moving stage 203a (i.e., the target surface 1a). The second driving unit 203c is provided on a stationary structure and drives the moving stage 203a in the z direction relative to the stationary structure (i.e., the target surface 1a).

制御部205は、可動部201を所定方向にパラメータ取得用の制御距離だけ移動させるパラメータ取得用制御を前記駆動装置203に対して行う。この時、パラメータ取得用制御の前後での計測点に関する変位量(本実施形態では補正前の面内変位と面外変位)が、カメラ101とデータ処理部103の処理により求められる。 The control unit 205 performs parameter acquisition control on the drive device 203 to move the movable unit 201 in a predetermined direction by a control distance for parameter acquisition. At this time, the amount of displacement (in-plane displacement and out-of-plane displacement before correction in this embodiment) of the measurement point before and after the parameter acquisition control is found by processing of the camera 101 and the data processing unit 103.

パラメータ算出部207は、当該変位量とパラメータ取得用の制御距離とに基づいてパラメータ(本実施形態では補正係数)を求める。パラメータ算出部207は、算出したパラメータを記憶部107に記憶する。 The parameter calculation unit 207 calculates a parameter (a correction coefficient in this embodiment) based on the amount of displacement and the control distance for obtaining the parameter. The parameter calculation unit 207 stores the calculated parameter in the storage unit 107.

また、制御部205は、可動部201を検査用の制御距離だけ所定方向に移動させる検査用制御を前記駆動装置203に対して行う。検査用の制御距離と上述のパラメータ取得用の制御距離は、制御部205に予め設定されていてもよいし、外部から制御部205に入力されてもよい。 The control unit 205 also performs inspection control on the driving device 203 to move the movable unit 201 in a predetermined direction by a control distance for inspection. The control distance for inspection and the control distance for obtaining the above-mentioned parameters may be preset in the control unit 205 or may be input to the control unit 205 from the outside.

距離計測センサ209は、検査用制御により可動部201が実際に所定方向に移動した距離を計測し、計測した距離を指標値算出部211に出力する。距離計測センサ209は、レーザ変位センサであってよい。レーザ変位センサは、可動部201に向けて所定方向にレーザ光を射出して可動部201で反射させ、反射した当該レーザ光に基づいて、所定方向における可動部201の移動距離を計測する。一例では、レーザ変位センサは、レーザ光の射出方向と交差する方向に戻ってきた反射レーザ光を受光レンズで結像(集光)させ、検査用制御による当該結像位置の変化に基づいて、可動部201の移動距離を求める。別の例では、レーザ変位センサは、レーザ光を射出した時点から上記反射レーザ光を受光するまでの時間を計測し、検査用制御による当該時間の変化に基づいて可動部201の移動距離を計測する。あるいは、レーザ変位センサは他の方式で可動部201の移動距離を計測するものであってもよい。 The distance measurement sensor 209 measures the distance that the movable part 201 actually moves in a predetermined direction under the inspection control, and outputs the measured distance to the index value calculation unit 211. The distance measurement sensor 209 may be a laser displacement sensor. The laser displacement sensor emits laser light in a predetermined direction toward the movable part 201, reflects it on the movable part 201, and measures the moving distance of the movable part 201 in the predetermined direction based on the reflected laser light. In one example, the laser displacement sensor focuses (concentrates) the reflected laser light that returns in a direction intersecting the emission direction of the laser light with a light receiving lens, and obtains the moving distance of the movable part 201 based on the change in the image position due to the inspection control. In another example, the laser displacement sensor measures the time from the time when the laser light is emitted to the time when the reflected laser light is received, and measures the moving distance of the movable part 201 based on the change in the time due to the inspection control. Alternatively, the laser displacement sensor may measure the moving distance of the movable part 201 by another method.

図1の例では、距離計測センサ209として、z方向における可動部201の移動距離を計測する距離計測センサ209aと、x方向における可動部201の移動距離を計測する距離計測センサ209bとが設けられている。 In the example of FIG. 1, the distance measurement sensor 209 includes a distance measurement sensor 209a that measures the movement distance of the movable part 201 in the z direction, and a distance measurement sensor 209b that measures the movement distance of the movable part 201 in the x direction.

指標値算出部211は、距離計測センサ209が計測した移動距離と、検査用の制御距離との違いに関する指標値を算出して出力する。この指標値は、距離計測センサ209が計測した移動距離と、検査用の制御距離との差又は比率であってよい。検査用の制御距離は、指標値算出部211に予め設定されていてもよいし、制御部205から指標値算出部211に入力されてもよい。 The index value calculation unit 211 calculates and outputs an index value relating to the difference between the moving distance measured by the distance measurement sensor 209 and the control distance for inspection. This index value may be the difference or ratio between the moving distance measured by the distance measurement sensor 209 and the control distance for inspection. The control distance for inspection may be set in advance in the index value calculation unit 211, or may be input to the index value calculation unit 211 from the control unit 205.

判断部213は、指標値算出部211が出力した指標値が許容範囲内であるかどうかを判断し、当該判断の結果が否定である場合には、判断結果を補正部215に出力する。 The judgment unit 213 judges whether the index value output by the index value calculation unit 211 is within an acceptable range, and if the result of the judgment is negative, outputs the judgment result to the correction unit 215.

補正部215は、指標値算出部211が出力した指標値が許容範囲内でないという上記判断結果を判断部213から受けると、記憶部107に記憶されているパラメータ(補正係数)を補正する。 When the correction unit 215 receives the above judgment result from the judgment unit 213 that the index value output by the index value calculation unit 211 is outside the allowable range, the correction unit 215 corrects the parameters (correction coefficients) stored in the memory unit 107.

(補正係数の求め方)
<面内補正係数>
上述したパラメータとしての補正係数には、面内変位を補正するための面内補正数がある。図2と図3は、面内補正係数Kを取得する処理の説明図である。図2と図3において、xyz座標系は、カメラ101に固定された3次元座標系であって、上述したx軸とy軸とz軸を有する。
(How to calculate the correction coefficient)
<In-plane correction coefficient>
The correction coefficient as the parameter mentioned above includes an in-plane correction number for correcting the in-plane displacement. Figures 2 and 3 are explanatory diagrams of the process of acquiring the in-plane correction coefficient K u . In Figures 2 and 3, the xyz coordinate system is a three-dimensional coordinate system fixed to the camera 101, and has the above-mentioned x-axis, y-axis, and z-axis.

図2と図3において、角度θ(x,y)は、カメラ101から見た上述の設定方向を示す。すなわち、角度θ(x,y)は、光軸Cと設定方向とのなす角度である。角度α(x,y)は、対象表面1aの傾きを示す。すなわち、角度α(x,y)は、x方向と対象表面1aとのなす角度を示す。 In Figures 2 and 3, the angle θ(x, y) indicates the above-mentioned set direction as seen by the camera 101. That is, the angle θ(x, y) is the angle between the optical axis C and the set direction. The angle α(x, y) indicates the inclination of the target surface 1a. That is, the angle α(x, y) indicates the angle between the x direction and the target surface 1a.

z方向に関する面内補正係数Kux(x,y),Δzを求めるために、カメラ101(すなわち可動部201)を、対象表面1aに対して駆動装置203により図2のようにz方向に所定距離Δzだけ変化させる。 To obtain the in-plane correction coefficient K ux(x,y),Δz in the z direction, the camera 101 (i.e., the movable part 201) is moved by a predetermined distance Δz 0 in the z direction with respect to the target surface 1a by the driving device 203 as shown in FIG.

この時、xz平面に平行な平面における、Δzによる面内変位U0x(x,y),Δzは、図3のように、θ(x,y)が十分に小さいとして、次の式(9)で近似できる。

0x(x,y),Δz=Δz・tanθ(x,y)/cosα(x,y) ・・・(9)

式(9)に基づいて、Δzに対する面内変位U0x(x,y),Δzの変動率としての面内補正係数Kux(x,y),Δzを次の式(10)で表わす。

ux(x,y),Δz=tanθ(x,y)/cosα(x,y) ・・・(10)

式(10)においてθ(x,y)とα(x,y)が未知であるので、Kux(x,y),Δzはθ(x,y)とα(x,y)からは求められないが、Δzは既知であり、U0x(x,y),Δzは補正前の面内変位として上述のように求められる。したがって、本実施形態では、Kux(x,y),Δzを、次の式(11)により求める。

ux(x,y),Δz=U0x(x,y),Δz/Δz ・・・(11)
In this case, the in-plane displacement U 0x(x, y), Δz due to Δz 0 in a plane parallel to the xz plane can be approximated by the following equation (9) assuming that θ(x, y) is sufficiently small as shown in FIG.

U0x(x,y),Δz = Δz0 ·tanθ(x,y)/cosα(x,y) (9)

Based on equation (9), the in-plane correction coefficient K ux(x, y), Δz as the rate of variation of the in-plane displacement U 0x(x, y) , Δz with respect to Δz 0 is expressed by the following equation (10).

K ux(x,y), Δz = tan θ(x,y) / cos α(x,y) ... (10)

In formula (10), θ(x,y) and α(x,y) are unknown, so K ux(x,y), Δz cannot be obtained from θ(x,y) and α(x,y), but Δz 0 is known, and U 0x(x,y), Δz can be obtained as the in-plane displacement before correction as described above. Therefore, in this embodiment, K ux(x,y), Δz are obtained by the following formula (11).

K ux (x, y), Δz = U 0 x (x, y), Δz / Δz 0 ... (11)

x方向に関する面内補正係数Kux(x,y),Δxを求めるために、カメラ101(すなわち可動部201)を、対象表面1aに対して駆動装置203により図3のようにx方向に変化量Δxだけ変化させる。 To obtain the in-plane correction coefficient K ux(x,y),Δx in the x direction, the camera 101 (i.e., the movable part 201) is moved by an amount of change Δx0 in the x direction relative to the target surface 1a by the driving device 203 as shown in FIG.

この時、xz平面に平行な平面における、Δxによる面内変位U0x(x,y),Δxは、図3のように、次の式(12)で表わされる。

0x(x,y),Δx=Δx/cosα(x,y) ・・・(12)

式(12)に基づいて、Δxに対する面内変位U0x(x,y),Δxの変動率としての面内補正係数Kux(x,y),Δxを次の式(13)で表わす。

ux(x,y),Δx=1/cosα(x,y) ・・・(13)

式(13)においてα(x,y)が未知であるので、Kux(x,y),Δxはα(x,y)からは求められないが、Δxは既知であり、U0x(x,y),Δxは、補正前の面内変位として上述のように求められる。したがって、本実施形態では、Kux(x,y),Δxを、次の式(14)により求める。

ux(x,y),Δx=U0x(x,y),Δx/Δx ・・・(14)
At this time, the in-plane displacement U 0x(x, y), Δx due to Δx 0 in a plane parallel to the xz plane is expressed by the following equation (12), as shown in FIG.

U0x(x,y), Δx = Δx0 /cosα(x,y) ... (12)

Based on equation (12), the in-plane correction coefficient K ux(x, y), Δx as the rate of variation of the in-plane displacement U 0x(x, y), Δx relative to Δx 0 is expressed by the following equation (13).

K ux(x,y), Δx =1/cos α(x,y) ... (13)

In formula (13), α(x, y) is unknown, so K ux(x, y) and Δx cannot be obtained from α(x, y), but Δx 0 is known, and U 0x(x, y) and Δx can be obtained as the in-plane displacement before correction as described above. Therefore, in this embodiment, K ux(x, y) and Δx are obtained by the following formula (14).

K ux (x, y), Δx = U 0 x (x, y), Δx / Δx 0 ... (14)

<面外補正係数>
上述したパレメータとしての補正係数には、面外変位を補正するための面外補正数がある。図4と図5は、面外補正係数Kを取得する処理の説明図である。図4と図5において、xyz座標系と角度θ(x,y)と角度α(x,y)は、図2と図3の場合と同じである。
<Out-of-plane correction coefficient>
The correction coefficient as the parameter mentioned above includes an out-of-plane correction number for correcting the out-of-plane displacement. Figures 4 and 5 are explanatory diagrams of the process of acquiring the out-of-plane correction coefficient K o . In Figures 4 and 5, the xyz coordinate system, the angle θ(x, y), and the angle α(x, y) are the same as those in Figures 2 and 3.

z方向に関する面外補正係数Ko(x,y),Δzを求めるために、カメラ101と対象表面1aとの相対位置を、図4のように、z方向に所定距離Δzだけ変化させる。 In order to obtain the out-of-plane correction coefficient K o(x, y),Δz in the z direction, the relative position between the camera 101 and the target surface 1a is changed by a predetermined distance Δz 0 in the z direction as shown in FIG.

この時、Δzによる面外変位O0(x,y),Δzは、図4のように、θ(x,y)が十分に小さいとして、次の式(15)で近似できる。

0(x,y),Δz=Δz・{1+tanθ(x,y)・tanα(x,y)}/cos{α(x,y)+θ(x,y)} ・・・(15)

式(15)に基づいて、Δzに対する面外変位O0(x,y),Δzの変動率としての面外補正係数Ko(x,y),Δzを、次の式(16)で表わす。

o(x,y),Δz={1+tanθ(x,y)・tanα(x,y)}/cos{α(x,y)+θ(x,y)} ・・・(16)

式(16)においてθ(x,y)とα(x,y)が未知であるので、K0zはθ(x,y)とα(x,y)からは求められないが、Δzは既知であり、O0(x,y),Δzは、補正前の面外変位として上述のように求められる。したがって、本実施形態では、Ko(x,y),Δzを、次の式(17)により求める。

o(x,y),Δz=O0(x,y),Δz/Δz ・・・(17)
At this time, the out-of-plane displacement O 0 (x, y), Δz due to Δz 0 can be approximated by the following equation (15) assuming that θ(x, y) is sufficiently small as shown in FIG.

O 0 (x, y), Δz = Δz 0 · {1 + tan θ (x, y) · tan α (x, y)} / cos {α (x, y) + θ (x, y)} ... (15)

Based on equation (15), the out-of-plane correction coefficient K o(x, y),Δz as the rate of variation of the out-of-plane displacement O 0(x, y) ,Δz relative to Δz 0 is expressed by the following equation (16).

K o(x,y), Δz = {1 + tan θ(x,y) · tan α(x,y)} / cos {α(x,y) + θ(x,y)} ... (16)

In formula (16), θ(x,y) and α(x,y) are unknown, so K 0z cannot be obtained from θ(x,y) and α(x,y), but Δz 0 is known, and O 0(x,y), Δz are obtained as the out-of-plane displacement before correction as described above. Therefore, in this embodiment, K o(x,y), Δz are obtained by the following formula (17).

K o (x, y), Δz = O 0 (x, y), Δz / Δz 0 ... (17)

x方向に関する面外補正係数Ko(x,y),Δxを求めるために、カメラ101と対象表面1aとの相対位置を、図5のように、x方向に変化量Δxだけ変化させる。 To obtain the out-of-plane correction coefficient K o(x,y),Δx in the x direction, the relative position between the camera 101 and the target surface 1a is changed in the x direction by an amount of change Δx 0 as shown in FIG.

この時、面外変位O0(x,y),Δxは、図5のように、次の式(18)で表わされる。

0(x,y),Δx=Δx・tanα(x,y)/cos{α(x,y)+θ(x,y)} ・・・(18)

式(18)に基づいて、Δxに対する面外変位O0(x,y),Δxの変動率としての面外補正係数Ko(x,y),Δxを、次の式(19)で表わす。

o(x,y),Δx=tanα/cos{α+θ(x,y)} ・・・(19)
At this time, the out-of-plane displacement O 0 (x, y), Δx is expressed by the following equation (18), as shown in FIG.

O 0 (x, y), Δx = Δx 0 tan α (x, y) / cos {α (x, y) + θ (x, y)} ... (18)

Based on equation (18), the out-of-plane correction coefficient K o(x, y), Δx as the rate of variation of the out-of-plane displacement O 0(x, y), Δx with respect to Δx 0 is expressed by the following equation (19).

K o(x,y),Δx = tan α/cos{α+θ(x,y)} (19)

式(19)においてα(x,y)が未知であるので、Ko(x,y),Δxはα(x,y)からは求められないが、Δxは既知であり、O0(x,y),Δxは、補正前の面外変位として上述のように求められる。したがって、本実施形態では、Ko(x,y),Δxを、次の式(20)により求める。

o(x,y),Δx=O0(x,y),Δx/Δx ・・・(20)
In formula (19), α(x, y) is unknown, so K o(x, y) and Δx cannot be obtained from α(x, y), but Δx 0 is known, and O 0(x, y) and Δx can be obtained as the out-of-plane displacement before correction as described above. Therefore, in this embodiment, K o(x, y) and Δx are obtained by the following formula (20).

K o (x, y), Δx = O 0 (x, y), Δx / Δx 0 ... (20)

(パラメータ取得方法)
本実施形態によるパラメータ取得方法を説明する。パラメータ取得方法は、初期状態の処理と、z方向移動の処理と、x方向移動の処理を含む。
(How to get parameters)
A parameter acquisition method according to this embodiment will be described below. The parameter acquisition method includes processing of the initial state, processing of movement in the z direction, and processing of movement in the x direction.

<初期状態の処理>
図6は、初期状態(基準時)の処理を示すフローチャートである。初期状態での処理は、ステップS1~S5を含む。
<Initial state processing>
6 is a flowchart showing the process in the initial state (reference time). The process in the initial state includes steps S1 to S5.

ステップS1において、基準位置にあるカメラ101は、対象表面1aの格子模様を撮像することにより、画像データを取得する。 In step S1, the camera 101 at the reference position captures an image of the grid pattern on the target surface 1a to obtain image data.

ステップS2において、データ処理部103は、ステップS1で得た画像データに対して、上述した間引き処理と輝度補間処理を複数回だけ行うことにより、複数枚のモアレ縞画像データを生成する。 In step S2, the data processing unit 103 performs the above-mentioned thinning process and brightness interpolation process multiple times on the image data obtained in step S1 to generate multiple moiré fringe image data.

ステップS3において、データ処理部103は、ステップS2で得た複数枚のモアレ縞画像データに基づいて、上述の式(3)により、計測点(x,y)におけるモアレ縞の位相φ(x,y)を求める。このφ(x,y)を以下でφm0(x,y)と記載する。 In step S3, the data processing unit 103 obtains the phase φ m (x, y) of the moiré fringes at the measurement point (x, y) by the above-mentioned formula (3) based on the multiple moiré fringe image data obtained in step S2. This φ m (x, y) is hereinafter referred to as φ m0 (x, y).

一方、ステップS4において、データ処理部103は、ステップS1で得た画像データにおいて、カメラ101から見た設定方向に存在する格子模様のx方向のピッチQ(x,y)を、上述の式(6)~(8)に従って該設定方向に対応する該画像データの領域に基づいて特定する。この時、式(6)~(8)においてQをQ(x,y)に置き換える。
ステップS5において、ステップS4で特定したピッチQ(x,y)と、カメラ101の焦点距離fと、x方向における格子模様の実際のピッチp(x,y)とに基づいて、データ処理部103は、設定方向に存在する計測点のz方向の位置z=f・p(x,y)/Q(x,y)を求める。なお、fとp(x,y)は既知である。なお、z軸の原点がカメラ101にあるとする(以下同様)。
Meanwhile, in step S4, the data processing unit 103 specifies the pitch Q0 (x,y) in the x direction of the lattice pattern existing in the set direction as seen from the camera 101 in the image data obtained in step S1, based on the area of the image data corresponding to the set direction, in accordance with the above-mentioned equations (6) to (8). At this time, Q is replaced with Q0 (x,y) in equations (6) to (8).
In step S5, the data processing unit 103 calculates the z-direction position z0 of the measurement point in the set direction, z0 =f·p(x,y)/Q0(x,y), based on the pitch Q0 (x,y) determined in step S4, the focal length f of the camera 101, and the actual pitch p(x,y) of the grid pattern in the x - direction. Note that f and p(x,y) are known. Note that the origin of the z-axis is assumed to be at the camera 101 (same below).

上述したステップS4,S5は、複数の設定方向の各々について行われてよい。すなわち、ステップS4では、各設定方向に存在する格子模様のx方向のピッチQ(x,y)を特定し、ステップS5では、各設定方向についての計測点の位置zを、該設定方向に対応するQ(x,y)に基づいて求めてよい。 The above-mentioned steps S4 and S5 may be performed for each of a plurality of set directions. That is, in step S4, the pitch Q0 (x,y) in the x direction of the lattice pattern present in each set direction may be specified, and in step S5, the position z0 of the measurement point for each set direction may be obtained based on Q0 (x,y) corresponding to the set direction.

<z方向移動の処理>
図7は、z方向移動の処理を示すフローチャートである。z方向移動の処理は、ステップS6~S15を有する。
<Processing of z-direction movement>
7 is a flowchart showing the process of the movement in the z direction, which includes steps S6 to S15.

ステップS6において、ステップS1の状態から、制御部205は、可動部201(すなわち、基準位置のカメラ101)をz方向にパラメータ取得用の制御距離Δzだけ移動させるパラメータ取得用制御を前記駆動装置203に対して行う。Δzは、上述のp(x,y)の1/500以上であってピッチp(x,y)以下であってよい。Δzは、例えば1mm程度の大きさである。
ステップS7において、カメラ101は、対象表面1aの格子模様を撮像することにより、画像データを取得する。
In step S6, from the state of step S1, the control unit 205 performs parameter acquisition control on the driving device 203 to move the movable unit 201 (i.e., the camera 101 at the reference position) in the z direction by a control distance Δz 0 for parameter acquisition. Δz 0 may be 1/500 or more of the above-mentioned p(x, y) and may be less than or equal to the pitch p(x, y). Δz 0 is, for example, about 1 mm.
In step S7, the camera 101 captures an image of the lattice pattern on the target surface 1a to obtain image data.

ステップS8において、データ処理部103は、ステップS7で得た画像データに対して、上述した間引き処理と輝度補間処理を複数回だけ行うことにより、複数枚のモアレ縞画像データを生成する。
ステップS9において、データ処理部103は、ステップS8で得た複数枚のモアレ縞画像データに基づいて、上述の式(3)により、設定方向に存在する計測点(x,y)におけるモアレ縞の位相φ(x,y)を求める。このφ(x,y)を以下でφmz(x,y)と記載する。
In step S8, the data processing unit 103 performs the above-mentioned thinning process and luminance interpolation process a plurality of times on the image data obtained in step S7, thereby generating a plurality of pieces of moire fringe image data.
In step S9, the data processing unit 103 obtains the phase φm(x,y) of the moiré fringes at the measurement point (x,y) in the set direction using the multiple moiré fringe image data obtained in step S8, using the above-mentioned formula (3). This φm (x,y) is hereinafter referred to as φmz (x,y).

ステップS10において、Δzによる、補正前の面内変位U0x(x,y),Δzを求める。ステップS10は、ステップS10aとステップS10bを有する。ステップS10aでは、データ処理部103は、Δφ(x,y)=φmz(x,y)-φm0(x,y)により、Δφ(x,y)を求める。ステップS10bでは、データ処理部103は、U0x(x,y),Δz=p(x,y)・Δφ(x,y)/2πにより、Δzによる、面内変位U0x(x,y),Δzを求める。ここで、Δφ(x,y)はステップS10aで求めたものである。なお、この面内変位U0x(x,y),Δzは、設定方向に存在する計測点(x,y)の面内変位(以下で設定方向に対応する面内変位U0x(x,y),Δzともいう)であり、φmz(x,y)とφm0(x,y)は、当該設定方向に対応する位相である。 In step S10, the in-plane displacements U 0x(x,y), Δz before correction due to Δz 0 are obtained. Step S10 has steps S10a and S10b. In step S10a, the data processing unit 103 obtains Δφ m (x,y) by Δφ m (x,y) = φ mz (x,y) - φ m0 (x,y). In step S10b, the data processing unit 103 obtains the in-plane displacements U 0x(x,y), Δz due to Δz 0 by U 0x(x,y) , Δz = p(x,y) · Δφ m (x,y) / 2π. Here, Δφ m ( x,y) is the one obtained in step S10a. Note that this in-plane displacement U 0x(x, y), Δz is the in-plane displacement of the measurement point (x, y) located in the set direction (hereinafter also referred to as the in-plane displacement U 0x(x, y), Δz corresponding to the set direction), and φ mz (x, y) and φ m0 (x, y) are phases corresponding to the set direction.

ステップS11において、ステップS6での制御距離Δzと、ステップS10で求めたU0x(x,y),Δzとに基づいて、パラメータ算出部207は、設定方向についての面内補正係数Kux(x,y),Δzを、Kux(x,y),Δz=U0x(x,y),Δz/Δzにより算出する。制御距離Δzは、制御部205からパラメータ算出部207へ入力されてもよいし、パラメータ算出部207に予め設定されていてもよい。 In step S11, based on the control distance Δz 0 in step S6 and U 0x(x, y), Δz calculated in step S10, the parameter calculation unit 207 calculates the in-plane correction coefficient K ux(x, y), Δz for the set direction by K ux(x, y), Δz = U 0x(x, y), Δz / Δz 0. The control distance Δz 0 may be input to the parameter calculation unit 207 from the control unit 205, or may be set in advance in the parameter calculation unit 207.

上述したステップS10,S11は、複数の設定方向の各々について行われてよい。すなわち、ステップS10では複数の設定方向にそれぞれ存在する複数の計測点(x,y)の面内変位U0x(x,y),Δzを求め、ステップS11では、各設定方向についての面内補正係数Kux(x,y),Δzを、該設定方向に対応する面内変位U0x(x,y),Δzに基づいて算出して記憶部107に記憶してよい。 The above-mentioned steps S10 and S11 may be performed for each of the multiple set directions. That is, in step S10, the in-plane displacements U 0x(x,y),Δz of the multiple measurement points (x,y ) that exist in each of the multiple set directions are obtained, and in step S11, the in-plane correction coefficients K ux(x,y),Δz for each set direction may be calculated based on the in-plane displacements U 0x(x,y),Δz corresponding to the set direction and stored in the storage unit 107.

一方、ステップS12において、データ処理部103は、ステップS7で得た画像データにおいて、設定方向に存在する格子模様のx方向のピッチQを、上述の式(6)~(8)に従って該設定方向に対応する該画像データの領域に基づいて特定する。この時、(6)~(8)においてQをQに置き換える。 On the other hand, in step S12, the data processing unit 103 specifies the pitch Q1 in the x direction of the lattice pattern existing in the set direction in the image data obtained in step S7 based on the area of the image data corresponding to the set direction in accordance with the above-mentioned expressions (6) to (8). At this time, Q is replaced with Q1 in (6) to (8).

ステップS13において、データ処理部103は、ステップS12で特定したピッチQと、カメラ101の焦点距離fと、格子模様の実際のピッチp(x,y)とに基づいて、設定方向に存在する計測点のz方向の位置z=f・p(x,y)/Qを求める。 In step S13, the data processing unit 103 calculates the z-direction position z1 = f·p(x, y)/ Q1 of the measurement point in the set direction based on the pitch Q1 identified in step S12 , the focal length f of the camera 101, and the actual pitch p(x, y) of the grid pattern.

ステップS14において、データ処理部103は、ステップS5で求めたzとステップ13で求めたzとに基づいて、O0(x,y),Δz=z-zにより、Δzによる面外変位O0(x,y),Δzを求める。
ステップS15において、ステップS6での制御距離Δzと、ステップS14で求めたO0(x,y),Δzとに基づいて、パラメータ算出部207は、補正前の面外補正係数Ko(x,y),Δzを、Ko(x,y),Δz=O0(x,y),Δz/Δzにより算出して記憶部107に記憶する。
In step S14, the data processing unit 103 calculates the out-of-plane displacement O 0 (x,y) ,Δz due to Δz 0 from O 0(x,y),Δz =z 1 -z 0 based on z 0 calculated in step S5 and z 1 calculated in step S13.
In step S15, based on the control distance Δz 0 in step S6 and O 0(x, y), Δz calculated in step S14, the parameter calculation unit 207 calculates the out-of-plane correction coefficient K o(x, y), Δz before correction by K o(x, y), Δz = O 0(x, y), Δz / Δz 0 , and stores the calculated coefficient in the storage unit 107.

上述したステップS12~S15は、画像データ内の設定方向の各々について行われる。すなわち、ステップS13では各設定方向に存在する計測点(x,y)のz方向の位置zを、該設定方向に対応するQに基づいて求め、ステップS14では、各設定方向についての面外変位O0(x,y),Δzを、該設定方向に対応する位置zと位置zに基づいて算出し、ステップS15では、各設定方向についての面外補正係数Ko(x,y),Δzを、該設定方向に対応する面外変位O0(x,y),Δzに基づいて算出して記憶部107に記憶する。 The above-mentioned steps S12 to S15 are performed for each of the set directions in the image data. That is, in step S13, the z-direction position z1 of the measurement point (x, y) existing in each set direction is obtained based on Q1 corresponding to the set direction, in step S14, the out-of-plane displacement O0 (x, y), Δz for each set direction is calculated based on the position z1 and the position z0 corresponding to the set direction, and in step S15, the out-of-plane correction coefficient K0 (x, y), Δz for each set direction is calculated based on the out-of-plane displacement O0 (x, y), Δz corresponding to the set direction and stored in the storage unit 107.

<x方向移動の処理>
図8は、x方向移動の処理を示すフローチャートである。x方向移動の処理は、ステップS16~S25を有する。
<Processing of x-direction movement>
8 is a flowchart showing the process of the x-direction movement, which includes steps S16 to S25.

ステップS16において、制御部205は、可動部201(すなわち、基準位置のカメラ101)をx方向にパラメータ取得用の制御距離Δxだけ移動させるパラメータ取得用制御を前記駆動装置203に対して行う。z方向移動の処理の後に引き続き行う場合は、z方向にカメラ101を-Δzだけ移動させてカメラ101の位置をステップS1の状態に戻し、次いで、カメラ101をx方向に制御距離Δxだけ移動させる。これにより、ステップS1の状態から、カメラ101と対象表面1aとの相対位置を、x方向に制御距離Δxだけ変化させる。Δxは、上述のp(x,y)の1/500以上であってピッチp(x,y)以下であってよい。Δxは、例えば1mm程度の大きさである。
ステップS17において、カメラ101は、対象表面1aの格子模様を撮像することにより、画像データを取得する。
In step S16, the control unit 205 performs parameter acquisition control on the driving device 203 to move the movable unit 201 (i.e., the camera 101 at the reference position) in the x direction by a control distance Δx 0 for parameter acquisition. When continuing after the process of moving in the z direction, the camera 101 is moved in the z direction by -Δz 0 to return the position of the camera 101 to the state of step S1, and then the camera 101 is moved in the x direction by the control distance Δx 0. As a result, the relative position between the camera 101 and the target surface 1a is changed in the x direction by the control distance Δx 0 from the state of step S1. Δx 0 may be 1/500 or more of the above-mentioned p(x, y) and less than the pitch p(x, y). Δx 0 is, for example, about 1 mm in size.
In step S17, the camera 101 captures an image of the lattice pattern on the target surface 1a to obtain image data.

ステップS18において、データ処理部103は、ステップS17で得た画像データに対して、上述した間引き処理と輝度補間処理を複数回だけ行うことにより、複数枚のモアレ縞画像データを生成する。
ステップS19において、データ処理部103は、ステップS18で得た複数枚のモアレ縞画像データに基づいて、上述の式(3)により、設定方向に存在する計測点(x,y)におけるモアレ縞の位相φ(x,y)を求める。このφ(x,y)を以下でφmx(x,y)と記載する。
In step S18, the data processing unit 103 performs the above-mentioned thinning process and luminance interpolation process a plurality of times on the image data obtained in step S17, thereby generating a plurality of frames of moire fringe image data.
In step S19, the data processing unit 103 obtains the phase φm(x,y) of the moiré fringes at the measurement point (x,y) in the set direction using the multiple moiré fringe image data obtained in step S18, using the above-mentioned formula (3). This φm (x,y) is hereinafter referred to as φmx (x,y).

ステップS20において、Δxによる、補正前の面内変位U0x(x,y),Δxを求める。ステップS20は、ステップS20aとステップS20bを有する。ステップS20aでは、データ処理部103は、Δφ(x,y)=φmx(x,y)-φm0(x,y)により、Δφ(x,y)を求める。ステップS20bでは、データ処理部103は、U0x(x,y),Δx=p(x,y)・Δφ(x,y)/2πにより、Δxによる面内変位U0x(x,y),Δxを求める。ここで、Δφ(x,y)はステップS20aで求めたものである。この面内変位U0x(x,y),Δxは、設定方向に存在する計測点(x,y)の面内変位(以下で設定方向に対応する面内変位U0x(x,y),Δxともいう)であり、φmx(x,y)とφm0(x,y)は、この設定方向に対応する位相である。 In step S20, the in-plane displacements U 0x(x,y), Δx before correction due to Δx 0 are obtained. Step S20 has steps S20a and S20b. In step S20a, the data processing unit 103 obtains Δφ m (x,y) by Δφ m (x,y) = φ mx (x,y) - φ m0 (x,y). In step S20b, the data processing unit 103 obtains the in-plane displacements U 0x(x,y), Δx due to Δx 0 by U 0x(x,y), Δx = p(x,y) · Δφ m (x,y) / 2π. Here, Δφ m ( x,y) is the one obtained in step S20a. This in-plane displacement U 0x(x, y), Δx is the in-plane displacement of the measurement point (x, y) located in the set direction (hereinafter also referred to as the in-plane displacement U 0x(x, y), Δx corresponding to the set direction), and φ mx (x, y) and φ m0 (x, y) are the phases corresponding to this set direction.

ステップS21において、ステップS16での制御距離Δxと、ステップS20で求めたU0x(x,y),Δxとに基づいて、パラメータ算出部207は、面内補正係数Kux(x,y),Δxを、Kux(x,y),Δx=U0x(x,y),Δx/Δxにより算出する。制御距離Δxは、制御部205からパラメータ算出部207へ入力されてもよいし、パラメータ算出部207に予め設定されていてもよい。 In step S21, based on the control distance Δx0 in step S16 and U 0x(x,y), Δx calculated in step S20, the parameter calculation unit 207 calculates the in-plane correction coefficient K ux(x,y), Δx by K ux(x,y), Δx = U 0x(x,y), Δx /Δx 0. The control distance Δx0 may be input to the parameter calculation unit 207 from the control unit 205, or may be set in advance in the parameter calculation unit 207.

上述したステップS20,S21は、複数の設定方向の各々について行われてよい。すなわち、ステップS20では複数の設定方向にそれぞれ存在する複数の計測点(x,y)の面内変位U0x(x,y),Δxを求め、ステップS21では、各設定方向についての面内補正係数Kux(x,y),Δxを、該設定方向に対応する面内変位U0x(x,y),Δxに基づいて算出してよい。 The above-mentioned steps S20 and S21 may be performed for each of a plurality of set directions. That is, in step S20, the in-plane displacements U 0x(x,y), Δx of a plurality of measurement points (x, y) that exist in each of the plurality of set directions may be obtained, and in step S21, the in-plane correction coefficients K ux(x,y), Δx for each set direction may be calculated based on the in-plane displacements U 0x(x,y), Δx corresponding to the set direction.

一方、ステップS22において、データ処理部103は、ステップS17で得た画像データにおいて、設定方向に存在する格子模様のx方向のピッチQを、上述の式(6)~(8)に従って該設定方向に対応する該画像データの領域に基づいて特定する。この時、式(6)~(8)においてQをQに置き換える。
ステップS23において、データ処理部103は、ステップS22で特定したピッチQと、カメラ101の焦点距離fと、x方向における格子模様の実際のピッチp(x,y)とに基づいて、設定方向に存在する計測点のz方向の位置z=f・p(x,y)/Qを求める。
ステップS24において、パラメータ算出部207は、ステップS5で求めたzとステップ23で求めたzとに基づいて、O0(x,y),Δx=z-zにより、Δxによる面外変位O0(x,y),Δxを求める。
On the other hand, in step S22, the data processing unit 103 specifies the pitch Q2 in the x direction of the lattice pattern existing in the set direction in the image data obtained in step S17 based on the area of the image data corresponding to the set direction in accordance with the above-mentioned formulas (6) to (8). At this time, Q is replaced with Q2 in formulas (6) to (8).
In step S23, the data processing unit 103 determines the z-direction position z2 = f·p(x, y)/ Q2 of the measurement point in the set direction based on the pitch Q2 identified in step S22 , the focal length f of the camera 101, and the actual pitch p(x, y) of the grid pattern in the x direction.
In step S24, the parameter calculation unit 207 calculates the out-of-plane displacement O 0 (x,y) , Δx due to Δx 0 from O 0(x,y), Δx = z 2 - z 0 based on z 0 calculated in step S5 and z 2 calculated in step S23.

ステップS25において、ステップS16での制御距離Δxと、ステップS24で求めたO0(x,y),Δxとに基づいて、パラメータ算出部207は、面外補正係数Ko(x,y),Δxを、Ko(x,y),Δx=O0(x,y),Δx/Δxにより算出して記憶部107に記憶する。 In step S25, based on the control distance Δx0 in step S16 and O0 (x,y), Δx calculated in step S24, the parameter calculation unit 207 calculates the out-of-plane correction coefficient K0 (x,y), Δx by K0 (x,y), Δx = O0(x,y), Δx / Δx0 , and stores the calculated coefficient in the storage unit 107.

上述したステップS22~S25は、画像データ内の設定方向の各々について行われてよい。すなわち、ステップS23では各設定方向に存在する計測点(x,y)のz方向の位置zを、該設定方向に対応するQに基づいて求め、ステップS24では、各設定方向についての面外変位O0(x,y),Δxを、該設定方向に対応する位置zと位置zに基づいて算出し、ステップS25では、各設定方向についての面外補正係数Ko(x,y),Δxを、該設定方向に対応する面外変位O0(x,y),Δxに基づいて算出して記憶部107に記憶してよい。 The above-mentioned steps S22 to S25 may be performed for each of the set directions in the image data. That is, in step S23, the position z2 in the z direction of the measurement point (x, y) existing in each set direction is obtained based on Q2 corresponding to the set direction, in step S24, the out-of-plane displacement O0 (x, y), Δx for each set direction is calculated based on the position z2 and the position z0 corresponding to the set direction, and in step S25, the out-of-plane correction coefficient K0 (x, y), Δx for each set direction is calculated based on the out-of-plane displacement O0 (x, y), Δx corresponding to the set direction and stored in the storage unit 107.

(変位取得処理)
図9は、上述の初期状態の基準時から時間が経過した計測時に行われる変位取得処理のフローチャートである。この変位取得処理は、ステップS26~S33を有する。
(Displacement acquisition process)
9 is a flowchart of the displacement acquisition process that is performed when measurement is performed after time has elapsed from the reference time in the initial state described above. This displacement acquisition process has steps S26 to S33.

ステップS26において、上述の基準位置にあるカメラ101は、対象表面1aの格子模様を撮像することにより、画像データを取得する。
ステップS27において、データ処理部103は、ステップS26で得た画像データに対して、上述した間引き処理と輝度補間処理を複数回だけ行うことにより、複数枚のモアレ縞画像データを生成する。
ステップS28において、データ処理部103は、ステップS27で得た複数枚のモアレ縞画像データに基づいて、上述の式(3)により、設定方向に存在する計測点(x,y)におけるモアレ縞の位相φ(x,y)を求める。
In step S26, the camera 101 in the above-mentioned reference position captures an image of the lattice pattern on the target surface 1a, thereby acquiring image data.
In step S27, the data processing unit 103 performs the above-mentioned thinning process and luminance interpolation process a plurality of times on the image data obtained in step S26, thereby generating a plurality of frames of moire fringe image data.
In step S28, the data processing unit 103 obtains the phase φ m (x, y) of the moiré fringes at the measurement point (x, y) in the set direction using the multiple moiré fringe image data obtained in step S27, using the above-mentioned equation ( 3 ).

ステップS29において、データ処理部103は面内変位Uを求める。ステップS29は、ステップS29aとステップS29bを有する。ステップS29aでは、データ処理部103は、Δφ(x,y)=φ(x,y)-φm0(x,y)によりΔφ(x,y)を求める。ここで、φ(x,y)はステップS28で求めたものであり、φm0(x,y)は、ステップS3で求めたφ(x,y)であるが、他の基準時に予め求めたφ(x,y)であってもよい。ステップS29bでは、データ処理部103は、U=p(x,y)・Δφ(x,y)/2πにより、面内変位Uを求める。ここで、Δφ(x,y)はステップS29aで求めたものである。 In step S29, the data processing unit 103 obtains the in-plane displacement U x . Step S29 includes steps S29a and S29b. In step S29a, the data processing unit 103 obtains Δφ m (x, y) by Δφ m (x, y) = φ m (x, y) - φ m0 (x, y). Here, φ m (x, y) is obtained in step S28, and φ m0 (x, y) is φ m (x, y) obtained in step S3, but may be φ m (x, y) obtained in advance at another reference time. In step S29b, the data processing unit 103 obtains the in-plane displacement U x by U x = p (x, y) · Δφ m (x, y) / 2π. Here, Δφ m (x, y) is obtained in step S29a.

上述したステップS28,S29は、複数の設定方向の各々について行われる。すなわち、ステップS28では複数の設定方向にそれぞれ存在する複数の計測点(x,y)の位相φ(x,y)を求め、ステップS29では、各設定方向についての面内変位Uを、該設定方向に対応するφ(x,y)とφm0(x,y)に基づいて算出する。 The above-mentioned steps S28 and S29 are performed for each of the multiple set directions. That is, in step S28, the phases φ m (x, y) of the multiple measurement points (x, y) present in each of the multiple set directions are obtained, and in step S29, the in-plane displacement U x for each set direction is calculated based on φ m (x, y) and φ m0 (x, y) corresponding to the set direction.

一方、ステップS30において、データ処理部103は、ステップS26で得た画像データにおいて、設定方向に存在する格子模様のx方向のピッチQを、設定方向に存在する該画像データの領域に基づいて特定する。
ステップS31において、ステップS30で特定したピッチQと、カメラ101の焦点距離fと、x方向における格子模様の実際のピッチp(x,y)とに基づいて、データ処理部103は、設定方向に存在する計測点(x,y)のz方向の位置z=f・p(x,y)/Qを求める。
ステップS32において、データ処理部103は、ステップS31で求めたzに基づいて、O=z-zにより、設定方向について面外変位Oを求める。ここで、zは、ステップS5で求めたzであるが、上記他の基準時に予め求めた初期状態のzであってもよい。
On the other hand, in step S30, the data processing unit 103 specifies the pitch Q in the x direction of the lattice pattern existing in the set direction in the image data obtained in step S26, based on the area of the image data existing in the set direction.
In step S31, based on the pitch Q identified in step S30, the focal length f of the camera 101, and the actual pitch p(x, y) of the grid pattern in the x direction, the data processing unit 103 determines the z-direction position z = f p(x, y)/Q of the measurement point (x, y) located in the set direction.
In step S32, the data processing unit 103 calculates the out-of-plane displacement O in the set direction based on the z calculated in step S31 by O = z - z 0. Here, z 0 is the z 0 calculated in step S5, but it may be z 0 of the initial state calculated in advance at the other reference time.

上述したステップS30~S32は、複数の設定方向の各々について行われる。すなわち、ステップS31では各設定方向に存在する計測点(x,y)のz方向の位置zを、該設定方向に対応するQに基づいて求め、ステップS32では、各設定方向についての面外変位Oを、該設定方向に対応する位置zと位置zに基づいて算出する。 The above-mentioned steps S30 to S32 are performed for each of the multiple set directions. That is, in step S31, the z-direction position z of the measurement point (x, y) in each set direction is obtained based on Q corresponding to the set direction, and in step S32, the out-of-plane displacement O for each set direction is calculated based on the position z and position z0 corresponding to the set direction.

ステップS33では、変位算出部105は、ステップS29で求めた計測変位としての面内変位Uと、ステップS32で求めた計測変位としての面外変位Oと、記憶部107に記憶されている補正係数Kux(x,y),Δz,Kux(x,y),Δx,Ko(x,y),Δz,Ko(x,y),Δxとに基づいて、z方向における補正後の面外変位Δzとx方向における補正後の面内変位Δxを、次の式(21)(22)により算出する。 In step S33, the displacement calculation unit 105 calculates a corrected out-of-plane displacement Δz in the z direction and a corrected in-plane displacement Δx in the x direction based on the in-plane displacement Ux as the measured displacement obtained in step S29, the out-of-plane displacement O as the measured displacement obtained in step S32, and the correction coefficients K ux(x, y), Δz , K ux( x, y), Δx , K o(x, y), Δz , K o(x, y), Δx stored in the storage unit 107, using the following equations (21) and (22).


Δz=(Kux(x,y),Δx・O-Ko(x,y),Δz・U)/(Kux(x,y),Δx・Ko(x,y),Δz-Kux(x,y),Δz・Ko(x,y),Δx) ・・・(21)

Δx=(Ko(x,y),Δz・U-Kux(x,y),Δz・O)/(Kux(x,y),Δx・Ko(x,y),Δz-Kux(x,y),Δz・Ko(x,y),Δx) ・・・(22)

Δz=(K ux(x,y), Δx ·O−K o(x,y), Δz ·U x )/(K ux(x,y), Δx ·K o(x,y), Δz −K ux(x,y), Δz ·K o(x,y), Δx ) (21)

Δx=(K ux(x,y),Δz ·U x −K ux(x,y),Δz ·O)/(K ux(x,y),Δx ·K o(x,y),Δz −K ux(x,y),Δz ·K o(x,y),Δx ) (22)

式(21)と式(22)は、次の関係式(23)と関係式(24)から導かれるものである。

=Kux(x,y),Δx・Δx+Kux(x,y),Δz・Δz ・・・(23)

O=Ko(x,y),Δx・Δx+Ko(x,y),Δz・Δz ・・・(24)
Equations (21) and (22) are derived from the following relations (23) and (24).

U x =K ux ( x, y ), Δx · Δx +K ux ( x, y ), Δz · Δz ... (23)

O = K o (x, y), Δx · Δx + K o (x, y), Δz · Δz ... (24)

ステップS33は、各設定方向について行われる。すなわち、各設定方向について、該設定方向に対応する面内変位Uと面外変位Oと補正係数Kux(x,y),Δz,Kux(x,y),Δx,Ko(x,y),Δz,Ko(x,y),Δxとに基づいて、補正後変位ΔzとΔxが算出される。
なお、記憶部107において、各設定方向毎に、補正係数Kux(x,y),Δz,Kux(x,y),Δx,Ko(x,y),Δz,Ko(x,y),Δxは、データ処理部103により該設定方向に対応づけられて記憶されている。
Step S33 is performed for each set direction. That is, for each set direction, corrected displacements Δz and Δx are calculated based on the in-plane displacement Ux and out-of-plane displacement O corresponding to the set direction and the correction coefficients K ux(x,y), Δz , K ux(x,y), Δx , K o(x,y), Δz , K o(x,y), Δx.
In addition, in the memory unit 107, the correction coefficients K ux(x, y), Δz , K ux(x, y), Δx , K o(x, y), Δz , K o(x, y), Δx are stored in association with the set direction by the data processing unit 103 for each set direction.

(パラメータ検査処理)
図10は、記憶部107に記憶されている補正係数を検査するパラメータ検査処理のフローチャートである。パラメータ検査処理は、ステップS41~S45を有する。なお、本実施形態によるパラメータ取得方法は、パラメータ検査処理を含んでいてよい。
(Parameter inspection process)
10 is a flowchart of a parameter inspection process for inspecting the correction coefficients stored in the storage unit 107. The parameter inspection process includes steps S41 to S45. Note that the parameter acquisition method according to the present embodiment may include the parameter inspection process.

ステップS41において、制御部205が、可動部201を検査用の制御距離だけ所定方向(z方向又はx方向)に移動させる検査用制御を駆動装置203に対して行う。
ステップS42において、ステップS41の検査用制御により可動部201が実際に移動した距離を、距離計測センサ209により計測する。
In step S41, the control unit 205 performs inspection control on the driving device 203 to move the movable unit 201 by an inspection control distance in a predetermined direction (z direction or x direction).
In step S42, the distance that the movable part 201 has actually moved under the inspection control in step S41 is measured by the distance measuring sensor 209.

ステップS43において、ステップS42で計測した移動距離とステップS41における検査用の制御距離との違いを示す指標値(例えば両者の差又は比率)を指標値算出部211により求め、求めた差を指標値算出部211により出力する。 In step S43, an index value (e.g., the difference or ratio between the movement distance measured in step S42 and the control distance for inspection in step S41) is calculated by the index value calculation unit 211, and the calculated difference is output by the index value calculation unit 211.

ステップS44において、ステップS43で出力された指標値が許容範囲内であるかどうかを判断部213により判断し、当該判断の結果が否定である場合には、当該結果を出力して、ステップS45へ移行する。当該判断の結果が肯定である場合には、すなわち、ステップS43で出力された差が許容範囲内である場合には、パラメータ検査処理の処理を終了する。 In step S44, the unit 213 determines whether the index value output in step S43 is within the allowable range, and if the result of the determination is negative, the result is output and the process proceeds to step S45. If the result of the determination is positive, that is, if the difference output in step S43 is within the allowable range, the parameter inspection process is terminated.

ステップS45において、ステップS41での検査用の制御距離とステップS42で計測した移動距離とに基づいて、補正部215により補正係数を補正する。 In step S45, the correction coefficient is corrected by the correction unit 215 based on the control distance for inspection in step S41 and the movement distance measured in step S42.

ステップS41で可動部201を移動させた所定方向がz方向である場合には、ステップS41での検査用の制御距離をΔzαとし、ステップS42で計測した移動距離をΔzβとして、ステップS45において、補正係数Kux(x,y),ΔzにΔzα/Δzβを乗算することにより、Kux(x,y),Δzを補正し、補正係数Ko(x,y),ΔzにΔzα/Δzβを乗算することにより、Ko(x,y),Δzを補正する。 If the predetermined direction in which the movable part 201 is moved in step S41 is the z direction, the control distance for inspection in step S41 is Δzα , the movement distance measured in step S42 is Δzβ , and in step S45, the correction coefficient K ux(x, y), Δz is multiplied by Δzα / Δzβ to correct K ux(x, y), Δz , and the correction coefficient K o(x, y), Δz is multiplied by Δzα / Δzβ to correct K o(x, y), Δz .

ステップS41で可動部201を移動させた所定方向がx方向である場合には、ステップS41での検査用の制御距離をΔxαとし、ステップS42で計測した移動距離をΔxβとして、ステップS45において、補正係数Kux(x,y),ΔxにΔxα/Δxβを乗算することにより、Kux(x,y),Δxを補正し、補正係数Ko(x,y),ΔxにΔxα/Δxβを乗算することにより、Ko(x,y),Δxを補正する。 If the predetermined direction in which the movable part 201 is moved in step S41 is the x direction, the control distance for inspection in step S41 is Δxα , the movement distance measured in step S42 is Δxβ , and in step S45, the correction coefficient K ux(x, y), Δx is multiplied by Δxα / Δxβ to correct K ux(x, y), Δx , and the correction coefficient K o(x, y), Δx is multiplied by Δxα / Δxβ to correct K o(x, y), Δx .

ステップS41で可動部201を移動させる所定方向がz方向である場合と、ステップS41で可動部201を移動させる所定方向がx方向である場合の各々について、上述のステップS41~S45が行われてよい。 The above-described steps S41 to S45 may be performed for each of the cases where the predetermined direction in which the movable part 201 is moved in step S41 is the z direction and where the predetermined direction in which the movable part 201 is moved in step S41 is the x direction.

以上は、xz平面に平行な各平面(すなわち、xy座標の値毎の当該平面)に関する処理(xz処理という)である。ただし、xz平面に平行な1つの平面(xz平面を含む)についてxz処理が行われてもよい。 The above is processing (called xz processing) for each plane parallel to the xz plane (i.e., the plane for each xy coordinate value). However, xz processing may also be performed for one plane parallel to the xz plane (including the xz plane).

[yz処理]
上述したxz処理に加えて、yz平面と平行な各平面に関する処理(yz処理という)も行われてもよい。yz処理は、上述したxz処理において、xをyに読み替えyをxに読み替えた(すなわちxとyを互いに入れ替えた)内容と同じであるので、その詳しい説明を省略する。ただし、xz処理とyz処理とで重複する内容(例えば面外変位Oを求める処理や補正係数Kozを求める処理)は、xz処理とyz処理のいずれかで行われればよい。また、xy座標を表わす(x,y)を読み替えると(y,x)となるが、これは(x,y)と同じであるので、(x,y)については読み替えない。
[yz processing]
In addition to the above-mentioned xz processing, processing on each plane parallel to the yz plane (called yz processing) may also be performed. The yz processing is the same as the above-mentioned xz processing except that x is replaced with y and y is replaced with x (i.e., x and y are swapped), so a detailed description thereof will be omitted. However, the contents that overlap between the xz processing and the yz processing (for example, the processing for calculating the out-of-plane displacement O and the processing for calculating the correction coefficient K oz ) may be performed in either the xz processing or the yz processing. Furthermore, when (x, y) representing the xy coordinates is replaced, it becomes (y, x), but since this is the same as (x, y), (x, y) is not replaced.

xz処理において、上述のように、補正係数Kux(x,y),Δz,Kux(x,y),Δx,Ko(x,y),Δz,Ko(x,y),Δxを予め求めて記憶部107に記憶させる。
さらに、yz処理において、xz処理と同様に、補正係数Kuy(x,y),Δz,Kuy(x,y),Δy,Ko(x,y),Δyを予め求めて記憶部107に記憶させる。
In the xz process, as described above, the correction coefficients K ux(x,y), Δz , K ux(x,y), Δx , K o(x,y), Δz , K o(x,y), Δx are calculated in advance and stored in the storage unit 107.
Furthermore, in the yz processing, similarly to the xz processing, the correction coefficients K uy(x,y), Δz , K uy(x,y), Δy , K o(x,y), Δy are calculated in advance and stored in the storage unit 107 .

ステップS33において、変位算出部105は、記憶部107に記憶された各補正係数に基づいて、補正後変位として、z方向の面外変位Δzとx方向の面内変位Δxとy方向の面内変位Δyを求める。すなわち、変位算出部105は、次の式(25)~(27)で表わされる3元連立方程式の解としてΔzとΔxとΔyを求める。

=Kux(x,y),Δx・Δx+Kux(x,y),Δy・Δy+Kux(x,y),Δz・Δz ・・・(25)

=Kuy(x,y),Δx・Δx+Kuy(x,y),Δy・Δy+Kuy(x,y),Δz・Δz ・・・(26)

O=Ko(x,y),Δx・Δx+Ko(x,y),Δy・Δy+Ko(x,y),Δz・Δz ・・・(27)
In step S33, the displacement calculation unit 105 calculates, as post-correction displacements, an out-of-plane displacement Δz in the z direction, an in-plane displacement Δx in the x direction, and an in-plane displacement Δy in the y direction, based on the correction coefficients stored in the storage unit 107. That is, the displacement calculation unit 105 calculates Δz, Δx, and Δy as solutions to simultaneous equations with three unknowns expressed by the following equations (25) to (27).

U x =K ux ( x, y ), Δx · Δx +K ux ( x, y ), Δy · Δy +K ux ( x, y ), Δz · Δz ... (25)

U y =K uy (x, y), Δx · Δx + K uy (x, y), Δy · Δy + K uy (x, y), Δz · Δz ... (26)

O=K o(x,y), Δx ·Δx+K o(x,y), Δy ·Δy+K o(x,y), Δz ·Δz ... (27)

これらの式において、Uは、xz処理において求めたx方向に沿った面内変位(計測変位)であり、Uは、yz処理においてが求めたy方向に沿った面内変位(計測変位)であり、Kux(x,y),ΔyとKuy(x,y),Δxは、以下のように予め求められ
ux(x,y),Δyは、yz処理における次の追加処理により求められる。追加処理は、下記の(a1)~(a6)の処理を有する。
In these equations, Ux is an in-plane displacement (measured displacement) along the x direction obtained in the xz process, Uy is an in-plane displacement (measured displacement) along the y direction obtained in the yz process, and K ux(x,y),Δy and K uy(x,y),Δx are obtained in advance as follows: K ux(x,y),Δy is obtained by the following additional process in the yz process. The additional process includes the following processes (a1) to (a6).

(a1)上述のステップS1の状態から、可動部201(カメラ101)をy方向にパラメータ取得用の制御距離Δyだけ移動させる制御を制御部205が行う。この処理(a1)は、yz処理のステップS16であってよい。
(a2)次に、カメラ101は、対象表面1aの格子模様を撮像することにより、画像データを取得する。
(a3)その後、データ処理部103は、この画像データに対して、上述した間引き処理と輝度補間処理を複数回だけ行うことにより、複数枚のモアレ縞画像データを生成する。
(a4)次に、データ処理部103は、これら複数枚のモアレ縞画像データに基づいて、上述の式(6)により、設定方向に存在する計測点(x,y)での、x方向におけるモアレ縞の位相φ(x,y)を求める。このφ(x,y)を以下でφmx(x,y)と記載する。
(a1) The control unit 205 performs control to move the movable unit 201 (camera 101) in the y direction by a control distance Δy0 for parameter acquisition from the state of step S1 described above. This process (a1) may be step S16 of the yz process.
(a2) Next, the camera 101 captures an image of the lattice pattern on the target surface 1a to obtain image data.
(a3) After that, the data processing unit 103 performs the above-mentioned thinning process and luminance interpolation process on this image data a plurality of times to generate a plurality of pieces of moire fringe image data.
(a4) Next, the data processing unit 103 calculates the phase φm(x,y) of the moiré fringes in the x direction at the measurement point (x,y) in the set direction based on the multiple moiré fringe image data using the above-mentioned equation (6). This φm (x,y) is hereinafter referred to as φmx (x,y).

(a5)その後、データ処理部103は、U0x(x,y),Δy=p(x,y)・{φmx(x,y)-φm0(x,y)}/2πにより、Δyによる、x方向に沿った面内変位U0x(x,y),Δyを求める。ここで、面内変位U0x(x,y),Δyは、設定方向に存在する計測点(x,y)の面内変位であり、φmx(x,y)とφm0(x,y)は、この設定方向に対応する、x方向における位相である。φm0(x,y)は初期状態の位相である。
(a6)上記(a1)での制御距離Δyと、上記(a5)で求めたU0x(x,y),Δyとに基づいて、パラメータ算出部207は、面内補正係数Kux(x,y),Δyを、Kux(x,y),Δy=U0x(x,y),Δy/Δyにより算出して記憶部107に記憶する。制御距離Δyは、パラメータ算出部207に予め設定されており、又は制御部205からパラメータ算出部207に入力される。なお、記憶部107において、各設定方向毎に、Kux(x,y),Δyは、該設定方向に対応づけられて記憶されている。
(a5) After that, the data processing unit 103 obtains the in-plane displacement U 0x(x,y),Δy along the x direction due to Δy 0 by U 0x(x ,y),Δy =p(x,y)·{φ mx (x,y)-φ m0 (x,y)}/2π. Here, the in-plane displacement U 0x(x,y),Δy is the in-plane displacement of the measurement point (x,y) existing in the set direction, and φ mx (x,y) and φ m0 (x,y) are the phases in the x direction corresponding to this set direction. φ m0 (x,y) is the phase in the initial state.
(a6) Based on the control distance Δy0 in (a1) above and U 0x(x,y),Δy calculated in (a5) above, the parameter calculation unit 207 calculates an in-plane correction coefficient K ux(x,y),Δy by K ux(x,y),Δy = U 0x(x,y),Δy / Δy0 , and stores the calculated coefficient in the storage unit 107. The control distance Δy0 is set in advance in the parameter calculation unit 207, or is input from the control unit 205 to the parameter calculation unit 207. Note that in the storage unit 107, K ux(x,y),Δy is stored for each set direction in association with the set direction.

uy(x,y),Δxは、Kux(x,y),Δyを求める上記追加処理と同様に、xz処理における次の追加処理により求められる。この追加処理は、下記の(b1)~(b6)の処理を有する。 K uy (x, y), Δx can be obtained by the following additional process in the xz process, similar to the above additional process for obtaining K ux (x, y), Δy . This additional process includes the following processes (b1) to (b6).

(b1)ステップS1の状態から、例えば可動部201(カメラ101)をx方向に微小量Δxだけ移動させることにより、カメラ101と対象表面1aとの相対位置を、x方向にパラメータ取得用の制御距離Δxだけ変化させる。この処理(b1)は、xz処理のステップS16であってよい。
(b2)次に、カメラ101は、対象表面1aの格子模様を撮像することにより、画像データを取得する。
(b3)その後、データ処理部103は、この画像データに対して、上述した間引き処理と輝度補間処理を複数回だけ行うことにより、複数枚のモアレ縞画像データを生成する。
(b4)次に、データ処理部103は、これら複数枚のモアレ縞画像データに基づいて、xとyを入れ替えた上述の式(6)により、設定方向に存在する計測点(x,y)での、y方向におけるモアレ縞の位相φ(x,y)を求める。このφ(x,y)を以下でφmy(x,y)と記載する。
(b1) From the state of step S1, for example, by moving the movable part 201 (camera 101) by a minute amount Δx 0 in the x direction, the relative position between the camera 101 and the target surface 1a is changed in the x direction by a control distance Δx 0 for parameter acquisition. This process (b1) may be step S16 of the xz process.
(b2) Next, the camera 101 captures an image of the lattice pattern on the target surface 1a to obtain image data.
(b3) Thereafter, the data processing unit 103 performs the above-mentioned thinning process and luminance interpolation process on this image data a plurality of times to generate a plurality of pieces of moire fringe image data.
(b4) Next, the data processing unit 103 calculates the phase φm(x,y) of the moiré fringes in the y direction at the measurement point (x,y) in the set direction based on the multiple moiré fringe image data using the above-mentioned equation (6) with x and y interchanged. This φm (x,y) is hereinafter referred to as φmy (x,y).

(b5)その後、データ処理部103は、U0y(x,y),Δx=p(x,y)・{φmy(x,y)-φm0(x,y)}/2πにより、Δxによる、y方向に沿った面内変位U0y(x,y),Δxを求める。ここで、面内変位U0y(x,y),Δxは、設定方向に存在する計測点(x,y)の面内変位であり、φmy(x,y)とφm0(x,y)は、この設定方向に対応する位相である。φm0(x,y)は初期状態の位相である。
(b6)上記(b1)での制御距離Δxと、上記(b5)で求めたU0y(x,y),Δxとに基づいて、パラメータ算出部207は、面内補正係数Kuy(x,y),Δxを、Kuy(x,y),Δx=U0y(x,y),Δx/Δxにより算出して記憶部107に記憶する。制御距離Δxは、パラメータ算出部207に予め設定されており、又は制御部205からパラメータ算出部207に入力される。なお、記憶部107において、各設定方向毎に、Kuy(x,y),Δxは、該設定方向に対応づけられて記憶されている。
(b5) After that, the data processing unit 103 obtains the in-plane displacement U 0y(x,y), Δx along the y direction due to Δx 0 by U 0y(x,y), Δx = p(x,y) · {φ my (x,y) - φ m0 (x,y)} / 2π. Here, the in-plane displacement U 0y(x,y) , Δx is the in-plane displacement of the measurement point (x,y) existing in the set direction, and φ my (x,y) and φ m0 (x,y) are the phases corresponding to this set direction. φ m0 (x,y) is the phase of the initial state.
(b6) Based on the control distance Δx0 in (b1) above and U 0y(x,y), Δx calculated in (b5) above, the parameter calculation unit 207 calculates an in-plane correction coefficient K uy(x,y), Δx by K uy(x,y), Δx = U 0y(x,y), Δx / Δx0 , and stores it in the storage unit 107. The control distance Δx0 is set in advance in the parameter calculation unit 207, or is input to the parameter calculation unit 207 from the control unit 205. Note that in the storage unit 107, K uy(x,y), Δx is stored for each set direction in association with the set direction.

また、上述のパラメータ検査処理は、z方向とx方向とy方向の各々について次のように行われてよい。 Furthermore, the above-mentioned parameter inspection process may be performed for each of the z, x, and y directions as follows:

z方向については、ステップS41での検査用の制御距離をΔzαとし、ステップS42で計測した移動距離をΔzβとして、ステップS45で、各補正係数Kux(x,y),Δz、Kuy(x,y),Δz、Ko(x,y),ΔzにΔzα/Δzβを乗算することにより当該補正係数を補正する。 For the z direction, the control distance for inspection in step S41 is Δzα , the movement distance measured in step S42 is Δzβ , and in step S45, the correction coefficients K ux(x, y), Δz , K uy(x, y), Δz , K o(x, y), and Δz are multiplied by Δzα / Δzβ to correct the correction coefficients.

x方向については、ステップS41での検査用の制御距離をΔxαとし、ステップS42で計測した移動距離をΔxβとして、ステップS45で、各補正係数Kux(x,y),Δx、Kuy(x,y),Δx、Ko(x,y),ΔxにΔxα/Δxβを乗算することにより当該補正係数を補正する。 For the x direction, the control distance for inspection in step S41 is Δxα , the movement distance measured in step S42 is Δxβ , and in step S45, the correction coefficients K ux(x,y), Δx , K uy(x,y), Δx , K o(x,y), Δx are multiplied by Δxα / Δxβ to correct the correction coefficients.

ステップS41での検査用の制御距離をΔyαとし、ステップS42で計測した移動距離をΔyβとして、ステップS45で、各補正係数Kux(x,y),Δy、Kuy(x,y),Δy、Ko(x,y),ΔyにΔyα/Δyβを乗算することにより当該補正係数を補正する。 The control distance for inspection in step S41 is Δyα , the movement distance measured in step S42 is Δyβ , and in step S45, the correction coefficients K ux(x, y), Δy , K uy(x, y), Δy , K o(x, y), Δy are multiplied by Δyα / Δyβ to correct the correction coefficients.

(第1実施形態の効果)
第1実施形態によると、補正部215により補正されたパラメータ(各補正係数)により、各種の誤差の影響を全体的に補正できる。すなわち、対象面1aの傾き、カメラ101の設置角度の誤差、カメラ101の画角、対象面1aの模様のピッチの誤差、及びカメラ101のレンズ収差等が与える面内変位と面外変位の算出値の誤差の影響分を、全体的に補正することができる。
(Effects of the First Embodiment)
According to the first embodiment, the influence of various errors can be generally corrected by the parameters (each correction coefficient) corrected by the correction unit 215. That is, the influence of the inclination of the target surface 1a, the error in the installation angle of the camera 101, the angle of view of the camera 101, the error in the pitch of the pattern on the target surface 1a, and the error in the calculated values of the in-plane displacement and the out-of-plane displacement caused by the lens aberration of the camera 101, etc. can be generally corrected.

[第2実施形態]
図11は、本発明の第2実施形態によるパラメータ取得装置200が適用可能な変位取得装置100の構成を示す。第2実施形態において、以下で説明する点が第1実施形態と異なる。第2実施形態について、以下で説明しない点は、第1実施形態の場合と同じであってよい。第2実施形態では、変位取得装置100は、対象表面1aの面外変位を求める。
[Second embodiment]
11 shows the configuration of a displacement acquisition device 100 to which a parameter acquisition device 200 according to a second embodiment of the present invention can be applied. The second embodiment differs from the first embodiment in the points described below. Points of the second embodiment that are not described below may be the same as those of the first embodiment. In the second embodiment, the displacement acquisition device 100 obtains the out-of-plane displacement of the target surface 1a.

変位取得装置100は、規則性のある模様を対象表面1aの模様を投影する投影装置202を備える。投影装置202は、可動部201に設けられる。投影装置202から見て同じ投影方向に投影した模様の位相は、当該模様が投影された位置と投影装置202との距離にかかわらず同じになる。 The displacement acquisition device 100 includes a projection device 202 that projects a regular pattern onto the target surface 1a. The projection device 202 is provided on the movable part 201. The phase of the pattern projected in the same projection direction as seen from the projection device 202 is the same regardless of the distance between the position where the pattern is projected and the projection device 202.

カメラ101は、投影装置202により対象表面1aに投影された模様を撮像し、撮像した画像データを生成する。データ処理部103は、この画像データに基づいてサンプリングモアレ法により前記対象表面1a上の計測点に関する変位量を求める。第2実施形態においても、当該変位量は、計測点での模様に関する位相変化量(モアレ縞の位相の変化量)である。 The camera 101 captures the pattern projected onto the target surface 1a by the projection device 202, and generates captured image data. The data processing unit 103 uses the sampling moiré method based on this image data to determine the amount of displacement at the measurement point on the target surface 1a. In the second embodiment, the amount of displacement is also the amount of phase change (the amount of phase change in the moiré fringes) at the measurement point.

カメラ101は、対象表面1aに投影された模様を撮像することにより、この模様の画像データを取得する。カメラ101の向き(すなわち光軸C2方向)は、面外変位の計測方向(z方向)と平行であってよいし平行でなくてもよい。カメラ101は、計測方向と交差する方向に投影装置202から間隔をおいて配置される。また、カメラ101の向きは、図3のように、投影装置202の向き(すなわち光軸C1方向)とずれていてもよい。 The camera 101 captures an image of the pattern projected onto the target surface 1a, thereby acquiring image data of the pattern. The orientation of the camera 101 (i.e., the direction of the optical axis C2) may or may not be parallel to the measurement direction (z direction) of the out-of-plane displacement. The camera 101 is disposed at a distance from the projection device 202 in a direction intersecting the measurement direction. Also, the orientation of the camera 101 may be shifted from the orientation of the projection device 202 (i.e., the direction of the optical axis C1) as shown in FIG. 3.

投影装置202とカメラ101が計測方向と交差する方向に互いに間隔をおいて可動部201に配置され、かつ、投影装置202の向きとカメラ101の向きが互いにずれている状態で、可動部201に取り付けられている。これにより、投影装置202とカメラ101との間隔は一定に保たれ、かつ、投影装置202の向きとカメラ101の向きとは互いに対して固定される。 The projection device 202 and the camera 101 are disposed on the movable part 201 at a distance from each other in a direction intersecting the measurement direction, and are attached to the movable part 201 in a state in which the orientation of the projection device 202 and the orientation of the camera 101 are shifted from each other. This keeps the distance between the projection device 202 and the camera 101 constant, and fixes the orientation of the projection device 202 and the orientation of the camera 101 relative to each other.

データ処理部103は、カメラ101が撮像した模様の画像データに基づいてサンプリングモアレ法を用いて対象表面1a上の計測点における模様に関する位相変化量を求める。すなわち、第1実施形態と同様に、対象表面1aにおける計測点(x,y)での位相を上述のφ(x,y)として、データ処理部103は、基準時において求められたφ(x,y)をφm0(x,y)とし、計測時において求められたφ(x,y)をφm2(x,y)として、データ処理部103は、計測点(x,y)での位相変化量Δφ(x,y)を、Δφ(x,y)=φm2(x,y)-φm0(x,y)により求める。 The data processing unit 103 obtains a phase change amount related to the pattern at a measurement point on the target surface 1a using the sampling moiré method based on image data of the pattern captured by the camera 101. That is, similarly to the first embodiment, the phase at the measurement point (x, y) on the target surface 1a is defined as the above-mentioned φ m (x, y), the data processing unit 103 defines the φ m (x, y) obtained at the reference time as φ m0 (x, y) and the φ m (x, y) obtained at the measurement time as φ m2 (x, y), and obtains the phase change amount Δφ m (x, y) at the measurement point (x, y) by Δφ m (x, y) = φ m2 (x, y) - φ m0 (x, y).

なお、投影装置202およびカメラ101は、計測点(x,y)を含む、xz平面に平行な平面(以下で計測点平面という)上に配置されてもよいし、投影装置202およびカメラ101と対象表面1aとの距離に比べて十分に小さい量だけ計測点平面からずれた位置に配置されてもよい。 The projection device 202 and the camera 101 may be placed on a plane (hereinafter referred to as the measurement point plane) that is parallel to the xz plane and includes the measurement point (x, y), or may be placed at a position shifted from the measurement point plane by an amount that is sufficiently small compared to the distance between the projection device 202 and the camera 101 and the target surface 1a.

変位算出部105は、データ処理部103により求められた変位量Δφ(x,y)と、予め求められ記憶部107に記憶されたパラメータとに基づいて、計測点の面外変位を計測変位として算出する(詳しくは後述する)。このパラメータは、投影装置202およびカメラ101(すなわち可動部201)と対象表面1aとの、計測方向(z方向)の距離の変化量と、計測点(x,y)での模様の位相変化量を表わす値との比率である。 The displacement calculation unit 105 calculates the out-of-plane displacement of the measurement point as a measurement displacement based on the displacement amount Δφ m (x, y) calculated by the data processing unit 103 and parameters calculated in advance and stored in the storage unit 107 (described in detail later). This parameter is the ratio of the amount of change in the distance in the measurement direction (z direction) between the projection device 202 and camera 101 (i.e., the movable part 201) and the target surface 1a to a value representing the amount of phase change of the pattern at the measurement point (x, y).

図12は、上記比率を取得する処理の説明図である。図12において、xyz座標系は、図11の場合と同じである。図12において、対象表面1aにおける計測点(x,y)がカメラ101から見た設定方向に位置している。 Figure 12 is an explanatory diagram of the process of obtaining the above ratio. In Figure 12, the xyz coordinate system is the same as in Figure 11. In Figure 12, the measurement point (x, y) on the target surface 1a is located in a set direction as seen from the camera 101.

駆動装置203(第2駆動部203C)で可動部201をz方向に移動させることにより、投影装置202およびカメラ101と対象表面1aとの距離をz方向に変化させる。この距離の変化量をΔZとする。この距離の変化により、図12において、投影装置202およびカメラ101との対象表面1aとの位置関係は、投影装置202およびカメラ101と実線で示す対象表面1aとの位置関係から、投影装置202およびカメラ101と破線で示す対象表面1aとの位置関係に変化する。その結果、投影装置202により対象表面1aに投影される模様は、カメラ101から見て設定方向に存在する計測点(x,y)において、位相がΔφm0(x,y)だけ変化する。このΔφm0(x,y)について、次の近似式(28)が成り立つ。 The distance between the projection device 202 and the camera 101 and the target surface 1a is changed in the z direction by moving the movable part 201 in the z direction by the driving device 203 (second driving part 203C). The change in the distance is ΔZ 0. Due to this change in the distance, in FIG. 12, the positional relationship between the projection device 202 and the camera 101 and the target surface 1a changes from the positional relationship between the projection device 202 and the camera 101 and the target surface 1a shown by the solid line to the positional relationship between the projection device 202 and the camera 101 and the target surface 1a shown by the dashed line. As a result, the phase of the pattern projected by the projection device 202 on the target surface 1a changes by Δφ m0 (x, y) at the measurement point (x, y) existing in the set direction as seen from the camera 101. The following approximation formula (28) holds for this Δφ m0 (x, y).

Figure 0007470521000005
Figure 0007470521000005

この式(28)の各記号は次の通りである。θ1は、投影装置202から見た計測点(x,y)の方向(図12の例では光軸C1)と、面外変位の計測方向(図12では光軸C2、すなわち、z方向)とのなす角度である。θ2は、カメラ101から見た計測点(x,y)の方向(設定方向)と、面外変位の計測方向とのなす角度である。ただし、図12において計測点(x,y)の左側と右側のなす角をそれぞれ正と負にするので、θ1は正の値であり、θ2は負の値である。図12は一例を示しているので、θ1とθ2は、正と負のいずれの値であってもよい。Pは、対象表面1aに投影された格子模様のピッチであり、ΔZは、投影装置202およびカメラ101を移動した距離である。なお、なす角度θ1,θ2とピッチPとは、それぞれ、上述のxyz座標系におけるxz平面に平行な1つの平面(計測点平面)における角度とピッチとであってよい。 Each symbol in this formula (28) is as follows. θ1 is the angle between the direction of the measurement point (x, y) seen from the projection device 202 (optical axis C1 in the example of FIG. 12) and the measurement direction of the out-of-plane displacement (optical axis C2, i.e., z direction in FIG. 12). θ2 is the angle between the direction of the measurement point (x, y) seen from the camera 101 (set direction) and the measurement direction of the out-of-plane displacement. However, since the angles on the left and right sides of the measurement point (x, y) in FIG. 12 are positive and negative, respectively, θ1 is a positive value and θ2 is a negative value. Since FIG. 12 shows an example, θ1 and θ2 may be either positive or negative. P is the pitch of the lattice pattern projected onto the target surface 1a, and ΔZ 0 is the distance by which the projection device 202 and the camera 101 are moved. The angles θ1 and θ2 and the pitch P may respectively be the angle and pitch on a plane (measurement point plane) parallel to the xz plane in the above-mentioned xyz coordinate system.

ここで、投影装置202およびカメラ101と対象表面1aとの距離は、ΔZに対して十分に大きいことにより、なす角度θ1,θ2とピッチPは、投影装置202およびカメラ101を移動させる前と後とで同じであるとみなしている。したがって、ピッチPと(tanθ1-tanθ2)との比率が一定であるとみなせる。当該比率(tanθ1-tanθ2)/Pに2πを乗算したものは、式(28)を変形した次式(29)で表わされる。 Here, the distance between the projection device 202 and the camera 101 and the target surface 1a is sufficiently large with respect to ΔZ0 , so the angles θ1 and θ2 and the pitch P are considered to be the same before and after the projection device 202 and the camera 101 are moved. Therefore, the ratio of the pitch P to (tan θ1-tan θ2) can be considered to be constant. The ratio (tan θ1-tan θ2)/P multiplied by 2π is expressed by the following equation (29), which is a modification of equation (28).

Figure 0007470521000006
Figure 0007470521000006

式(29)において位相変化量Δφm0(x,y)と移動量ΔZは計測可能であるので、2π(tanθ1-tanθ2)/Pを求めることができる。すなわち、基準時において、投影装置202およびカメラ101を移動した距離ΔZと、これによる計測点(x,y)での位相変化量Δφm0(x,y)を計測し、Δφm0(x,y)/ΔZを2π(tanθ1-tanθ2)/Pとして予め求めることができる。 In equation (29), since the amount of phase change Δφ m0 (x, y) and the amount of movement ΔZ 0 are measurable, it is possible to obtain 2π(tan θ1-tan θ2)/P. That is, at the reference time, the distance ΔZ 0 by which the projector 202 and the camera 101 are moved and the resulting amount of phase change Δφ m0 (x, y) at the measurement point (x, y) are measured, and Δφ m0 (x, y)/ΔZ 0 can be obtained in advance as 2π(tan θ1-tan θ2)/P.

記憶部107は、このように予め求めたK=Δφm0(x,y)/ΔZを面外変位算出用のパラメータ(比率)として記憶している。したがって、基準時から時間が経過した計測時において、変位算出部105は、比率Kを用いて計測点(x,y)の面外変位ΔZを求めることができる。すなわち、式(29)において、ΔZを面外変位ΔZに置き換え、Δφm0(x,y)を計測時の位相変化量Δφ(x,y)に置き換えて、式(29)を変形した次式(30)により、計測点(x,y)の面外変位ΔZを求めることができる。ここで、Kは、上述のように2π(tanθ1-tanθ2)/Pに等しい。
なお、θ1、θ2、P、Kは、それぞれ、θ1(x,y)、θ2(x,y)、P(x,y)、K(x,y)と表現されるが、これらを、簡単のため、単にθ1、θ2、P、Kと表記している。
The storage unit 107 stores the previously calculated K=Δφ m0 (x, y)/ΔZ 0 as a parameter (ratio) for out-of-plane displacement calculation. Therefore, at the time of measurement when time has elapsed from the reference time, the displacement calculation unit 105 can calculate the out-of-plane displacement ΔZ of the measurement point (x, y) using the ratio K. That is, in the formula (29), ΔZ 0 is replaced with the out-of-plane displacement ΔZ, and Δφ m0 (x, y) is replaced with the phase change amount Δφ m (x, y) at the time of measurement, and the out-of-plane displacement ΔZ of the measurement point (x, y) can be calculated by the following formula (30) obtained by modifying the formula (29). Here, K is equal to 2π(tan θ1-tan θ2)/P as described above.
Note that θ1, θ2, P, and K can be expressed as θ1(x, y), θ2(x, y), P(x, y), and K(x, y), respectively, but for simplicity, these are simply written as θ1, θ2, P, and K.

Figure 0007470521000007
Figure 0007470521000007

制御部205は、対象表面1aの基準時において、可動部201を所定方向(z方向)にパラメータ取得用の制御距離ΔZだけ移動させるパラメータ取得用制御を駆動装置203に対して行う。これにより、駆動装置203は、可動部201をz方向に移動させる。前記パラメータ取得用制御の前後での前記計測点に関する上述の位相変化量Δφm0(x,y)が、カメラ101とデータ処理部103の処理により求められる。 The control unit 205 performs parameter acquisition control on the driving device 203 to move the movable part 201 in a predetermined direction (z direction) by a control distance ΔZ0 for parameter acquisition at the reference time of the target surface 1a. As a result, the driving device 203 moves the movable part 201 in the z direction. The above-mentioned phase change amount Δφ m0 (x, y) for the measurement point before and after the parameter acquisition control is found by processing by the camera 101 and the data processing unit 103.

パラメータ算出部207は、パラメータ取得用の制御距離ΔZと、位相変化量Δφm0(x,y)との比率KをK=Δφm0(x,y)/ΔZにより求める。パラメータ算出部207は、このように求めた比率Kを記憶部107に記憶させる。 The parameter calculation unit 207 calculates a ratio K between the control distance ΔZ 0 for parameter acquisition and the amount of phase change Δφ m0 (x, y) by K = Δφ m0 (x, y)/ΔZ 0. The parameter calculation unit 207 stores the ratio K thus calculated in the storage unit 107.

変位算出部105は、次のように面外変位ΔZを求める。まず、基準時から時間が経過した計測時において、上述のようにカメラ101とデータ処理部103の処理により、計測点(x,y)における模様に関する位相変化量Δφ(x,y)が求められる。この位相変化量Δφ(x,y)は、基準時における計測点(x,y)での模様に関する位相φm0(x,y)と、計測時における当該計測点(x,y)の模様に関する位相φm2(x,y)との差である。すなわちデータ処理部103は、Δφ(x,y)=φm2(x,y)-φm0(x,y)により、Δφ(x,y)を求める。次いで、変位算出部105は、この位相変化量Δφ(x,y)と、記憶部107に記憶されている比率Kとに基づいて、当該計測点(x,y)の面外変位ΔZを、上式(30)、すなわち、ΔZ=Δφ(x,y)/Kにより求める。なお、データ処理部103は、基準時について求めた計測点(x,y)での上記位相φm0(x,y)を記憶している。 The displacement calculation unit 105 calculates the out-of-plane displacement ΔZ as follows. First, at the time of measurement when time has passed from the reference time, the phase change amount Δφ m (x, y) related to the pattern at the measurement point (x, y) is calculated by the processing of the camera 101 and the data processing unit 103 as described above. This phase change amount Δφ m (x, y) is the difference between the phase φ m0 (x, y) related to the pattern at the measurement point (x, y) at the reference time and the phase φ m2 (x, y) related to the pattern at the measurement point (x, y) at the measurement time. That is, the data processing unit 103 calculates Δφ m (x, y) from Δφ m (x, y) = φ m2 (x, y) - φ m0 (x, y). Next, the displacement calculation unit 105 calculates the out-of-plane displacement ΔZ of the measurement point (x, y) from the above formula (30), i.e., ΔZ = Δφ m (x, y) / K, based on this phase change Δφ m (x, y) and the ratio K stored in the storage unit 107. Note that the data processing unit 103 stores the above phase φ m0 (x, y) at the measurement point (x, y) calculated for the reference time.

図13は、第2実施形態によるパラメータ取得処理と変位取得処理とを示すフローチャートである。パラメータ取得処理は、基準時において行われ、ステップS51~S55を有する。なお、第2実施形態によるパラメータ取得方法は、当該パラメータ取得処理と後述のパラメータ検査処理を含んでよい。 Figure 13 is a flowchart showing the parameter acquisition process and the displacement acquisition process according to the second embodiment. The parameter acquisition process is performed at a reference time and includes steps S51 to S55. Note that the parameter acquisition method according to the second embodiment may include the parameter acquisition process and a parameter inspection process described below.

ステップS51では、次のように、設定方向に存在する対象表面1aの計測点(x,y)において投影された模様に関する位相φm0(x,y)を求める。投影装置202とカメラ101が基準位置にある状態で、投影装置202が対象表面1aに模様を投影し、カメラ101が、投影された模様を撮像することにより画像データを生成する。データ処理部103は、この画像データに対して、上述した間引き処理と輝度補間処理を、複数回行うことにより、複数のモアレ縞画像データを生成する。データ処理部103は、生成した複数のモアレ縞画像データに基づいて、計測点(x,y)におけるモアレ縞の位相φ(x,y)を、模様に関する位相φm0(x,y)として求める。 In step S51, a phase φ m0 (x, y) of the pattern projected at a measurement point (x, y) on the target surface 1a in the set direction is obtained as follows: With the projection device 202 and the camera 101 in a reference position, the projection device 202 projects a pattern onto the target surface 1a, and the camera 101 captures the projected pattern to generate image data. The data processing unit 103 generates multiple moiré fringe image data by performing the above-mentioned thinning process and brightness interpolation process multiple times on this image data. Based on the multiple moiré fringe image data generated, the data processing unit 103 obtains the phase φ m (x, y) of the moiré fringes at the measurement point (x, y) as the phase φ m0 (x, y) of the pattern.

ステップS52では、制御部205は、対象表面1aの基準時において、可動部201を所定方向(z方向)にパラメータ取得用の制御距離ΔZだけ移動させるパラメータ取得用制御を駆動装置203に対して行う。 In step S52, the control unit 205 performs parameter acquisition control on the driving device 203 to move the movable part 201 in a predetermined direction (z direction) by a control distance ΔZ 0 for parameter acquisition at the reference time of the target surface 1a.

ステップS53では、次のように、設定方向に存在する対象表面1aの計測点(x,y)において投影された模様に関する位相φm1(x,y)を求める。投影装置202とカメラ101がステップS52で移動した位置にある状態で、投影装置202が対象表面1aに模様を投影し、カメラ101が、投影された模様を撮像することにより画像データを生成する。データ処理部103は、この画像データに基づいて、ステップS51の場合と同様に、複数のモアレ縞画像データを生成し、複数のモアレ縞画像データに基づいて、計測点(x,y)におけるモアレ縞の位相φ(x,y)を、模様に関する位相φm1(x,y)として求める。なお、ステップS53を終えたら、駆動装置203は、投影装置202およびカメラ101を変更位置から基準位置へ移動させる。 In step S53, the phase φ m1 (x, y) of the pattern projected at the measurement point (x, y) on the target surface 1a in the set direction is obtained as follows. With the projection device 202 and the camera 101 in the position moved in step S52, the projection device 202 projects a pattern onto the target surface 1a, and the camera 101 captures the projected pattern to generate image data. Based on this image data, the data processing unit 103 generates multiple moiré fringe image data in the same manner as in step S51, and obtains the phase φ m (x, y) of the moiré fringes at the measurement point (x, y) as the phase φ m1 (x, y) of the pattern based on the multiple moiré fringe image data. After completing step S53, the driving device 203 moves the projection device 202 and the camera 101 from the changed position to the reference position.

ステップS54では、データ処理部103は、ステップS1で求めた模様の位相φm0(x,y)と、ステップS3で求めた模様の位相φm1(x,y)との差Δφm0(x,y)を、Δφm0(x,y)=φm1(x,y)-φm0(x,y)により位相変化量として求める。 In step S54, the data processing unit 103 calculates the difference Δφ m0 (x, y) between the phase φ m0 (x, y) of the pattern calculated in step S1 and the phase φ m1 (x, y) of the pattern calculated in step S3 as the amount of phase change using Δφ m0 (x, y) = φ m1 (x, y) - φ m0 (x, y).

ステップS55では、パラメータ算出部207は、ステップS2におけるパラメータ取得用の制御距離ΔZと、ステップS54で求めた位相変化量Δφm0(x,y)との比率Kを、パラメータとして、K=Δφm0(x,y)/ΔZにより求め、記憶部107に記憶する。制御距離ΔZは、パラメータ算出部207に予め設定され、又は、制御部205からパラメータ算出部207に入力される。 In step S55, the parameter calculation unit 207 calculates a ratio K between the control distance ΔZ0 for acquiring the parameters in step S2 and the phase change amount Δφ m0 (x, y) calculated in step S54 as a parameter by K=Δφ m0 (x, y)/ ΔZ0 , and stores the ratio in the storage unit 107. The control distance ΔZ0 is set in advance in the parameter calculation unit 207, or is input from the control unit 205 to the parameter calculation unit 207.

変位取得処理は、基準時から時間が経過した計測時において行われ、ステップS56~S58を有する。 The displacement acquisition process is performed at the time of measurement when time has elapsed from the reference time, and includes steps S56 to S58.

ステップS56では、次のように、設定方向に存在する対象表面1aの計測点(x,y)において投影された模様に関する位相を求める。投影装置202とカメラ101(可動部201)が、ステップS51で投影と撮像を行った時と同じ基準位置にある状態で、投影装置202が対象表面1aに模様を投影し、カメラ101が、投影された模様を撮像することにより画像データを生成する。データ処理部103は、この画像データに基づいて、ステップS51の場合と同様に、複数のモアレ縞画像データを生成し、複数のモアレ縞画像データに基づいて、計測点(x,y)におけるモアレ縞の位相φ(x,y)を、模様に関する位相φm2(x,y)として求める。 In step S56, the phase related to the pattern projected at the measurement point (x, y) on the target surface 1a existing in the set direction is obtained as follows: With the projection device 202 and the camera 101 (movable part 201) in the same reference position as when the projection and image capturing were performed in step S51, the projection device 202 projects a pattern onto the target surface 1a, and the camera 101 captures the projected pattern to generate image data. Based on this image data, the data processing unit 103 generates multiple moiré fringe image data as in step S51, and obtains the phase φ m (x, y) of the moiré fringes at the measurement point (x, y) as the phase φ m2 (x, y) related to the pattern based on the multiple moiré fringe image data.

ステップS57では、データ処理部103は、ステップS51で求めた模様の位相φm0(x,y)と、ステップS56で求めた模様の位相φm2(x,y)との差Δφ(x,y)を、Δφ(x,y)=φm2(x,y)-φm0(x,y)により位相変化量として求める。 In step S57, the data processing unit 103 calculates the difference Δφ m (x, y) between the phase φ m0 (x, y) of the pattern calculated in step S51 and the phase φ m2 (x, y) of the pattern calculated in step S56 as the phase change amount using Δφ m (x, y) = φ m2 (x, y) - φ m0 (x, y).

ステップS58では、変位算出部105は、ステップS55で求められ記憶部107に記憶されている比率Kと、ステップS57で求められた位相変化量Δφ(x,y)とに基づいて、計測点(x,y)の面外変位ΔZを、ΔZ=Δφ(x,y)/Kにより求める。 In step S58, the displacement calculation unit 105 calculates the out-of-plane displacement ΔZ of the measurement point (x, y) based on the ratio K calculated in step S55 and stored in the memory unit 107 and the phase change amount Δφ m (x, y) calculated in step S57, using ΔZ = Δφ m (x, y)/K.

(パラメータ検査処理)
第2実施形態において上述のパラメータを検査するパラメータ検査処理は、第1実施形態で説明した図10のフローチャートの場合と同様であるので、図10を参照して、第2実施形態の場合のパラメータ検査処理を説明する。このパラメータ検査処理は、ステップS41~S45を有する。
(Parameter inspection process)
The parameter inspection process for inspecting the above-mentioned parameters in the second embodiment is similar to that in the first embodiment shown in the flowchart of Fig. 10, so the parameter inspection process in the second embodiment will be described with reference to Fig. 10. This parameter inspection process has steps S41 to S45.

ステップS41において、制御部205が、可動部201を検査用の制御距離Δzαだけ所定方向(z方向)に移動させる検査用制御を駆動装置203に対して行う。
ステップS42において、ステップS41の検査用制御により可動部201が実際に移動した距離を、距離計測センサ209により計測する。
In step S41, the control unit 205 performs inspection control on the driving device 203 to move the movable part 201 by an inspection control distance Δzα in a predetermined direction (z direction).
In step S42, the distance that the movable part 201 has actually moved under the inspection control in step S41 is measured by the distance measuring sensor 209.

ステップS43において、ステップS42で計測した移動距離ΔzβとステップS41における検査用の制御距離Δzαとの違いを示す指標(例えば両者の差又は比率)を指標値算出部211により求め、求めた指標を指標値算出部211により出力する。 In step S43, an index indicating the difference between the movement distance Δz β measured in step S42 and the control distance Δz α for inspection in step S41 (for example, the difference or ratio between the two) is calculated by the index value calculation unit 211, and the calculated index is output by the index value calculation unit 211.

ステップS44において、ステップS43で出力された指標値が許容範囲内であるかどうかを判断部213により判断し、当該判断の結果が否定である場合には、当該結果を出力して、ステップS45へ移行する。当該判断の結果が肯定である場合には、すなわち、ステップS43で出力された指標値が許容範囲内である場合には、パラメータ検査処理の処理を終了する。 In step S44, the unit 213 judges whether the index value output in step S43 is within the allowable range, and if the result of the judgment is negative, the result is output and the process proceeds to step S45. If the result of the judgment is positive, that is, if the index value output in step S43 is within the allowable range, the parameter inspection process is terminated.

ステップS45において、ステップS41での検査用の制御距離ΔzαとステップS42で計測した移動距離Δzβとに基づいて、補正部215は、記憶部107に記憶されているパラメータ(比率K)を補正する。すなわち、パラメータKにΔzα/Δzβを乗算することにより、当該比率を補正する。補正されたパラメータは、補正後のパラメータとして記憶部107に記憶され、以降に行われる変位取得処理(ステップS58)で使用される。 In step S45, based on the control distance Δzα for inspection in step S41 and the movement distance Δzβ measured in step S42, the correction unit 215 corrects the parameter (ratio K) stored in the storage unit 107. That is, the ratio is corrected by multiplying the parameter K by Δzα / Δzβ . The corrected parameter is stored in the storage unit 107 as a corrected parameter, and is used in the displacement acquisition process (step S58) that is performed subsequently.

なお、1つの設定方向について、上述のパラメータ取得処理、変位取得処理、およびパラメータ検査処理が行われてもよいし、複数の設定方向の各々について、上述のパラメータ取得処理、変位取得処理、およびパラメータ検査処理が行われてもよい。 The above-mentioned parameter acquisition process, displacement acquisition process, and parameter inspection process may be performed for one set direction, or the above-mentioned parameter acquisition process, displacement acquisition process, and parameter inspection process may be performed for each of multiple set directions.

(第2実施形態の効果)
第2実施形態によると、第1実施形態と同様に、補正部215により補正されたパラメータ(各補正係数)により、各種の誤差の影響を全体的に補正できる。
(Effects of the Second Embodiment)
According to the second embodiment, similarly to the first embodiment, the influence of various errors can be entirely corrected by the parameters (each correction coefficient) corrected by the correction unit 215 .

[レーザ光の照射目標位置を示す的]
上述した各実施形態において、距離計測センサ209がレーザ変位センサである場合に、可動部201には、レーザ光の照射目標位置を示す的301が設けられていてよい。図14は、図1または図11において、所定方向(図1ではz方向又はx方向、図11ではz方向)に見た可動部201のレーザ照射面201aを示す図である。レーザ照射面201aは、レーザ変位センサ209からのレーザ光が当たる面である。
[Target indicating the target position for laser light irradiation]
In each of the above-described embodiments, when the distance measurement sensor 209 is a laser displacement sensor, a target 301 indicating a target position of irradiation with the laser light may be provided on the movable part 201. Fig. 14 is a diagram showing a laser irradiation surface 201a of the movable part 201 as viewed in a predetermined direction (z direction or x direction in Fig. 1, z direction in Fig. 11) in Fig. 1 or Fig. 11. The laser irradiation surface 201a is a surface on which the laser light from the laser displacement sensor 209 hits.

図14のように、可動部201において、レーザ変位センサ209からのレーザ光が当たる箇所には、的301(この図では円)が設けられている。レーザ照射面201aに当たったレーザ光のスポット(図14における黒丸)は、人が視覚的に認識可能である。的301は、レーザ光の照射目標位置を示す。的301は、人が視覚的に認識できるように設けられる。的301は、レーザ変位センサ209のレーザ照射位置から上記所定方向に延びる直線上に位置する。また、的301の周囲には、的301からの位置のずれを示す位置ずれ表示302が設けられている。位置ずれ表示302は、的301からずれている距離を示してよい。図14の例では、位置ずれ表示302は、的301を中心とし半径が既知である複数の同心円の表示である。 As shown in FIG. 14, a target 301 (circle in this figure) is provided at the movable part 201 at the location where the laser light from the laser displacement sensor 209 hits. The spot of the laser light that hits the laser irradiation surface 201a (black circle in FIG. 14) can be visually recognized by a person. The target 301 indicates the irradiation target position of the laser light. The target 301 is provided so that it can be visually recognized by a person. The target 301 is located on a straight line extending from the laser irradiation position of the laser displacement sensor 209 in the above-mentioned specified direction. In addition, a position deviation display 302 that indicates the position deviation from the target 301 is provided around the target 301. The position deviation display 302 may indicate the distance that is offset from the target 301. In the example of FIG. 14, the position deviation display 302 is a display of multiple concentric circles with a known radius centered on the target 301.

このような的301と位置ずれ表示302を設けることにより、可動部201が移動する方向が上記所定方向からずれているかどうかを検査できる。例えば、上述のステップ42を行う前には、静止構造物に取り付けられたレーザ変位センサ209からのレーザ光が的301に当たるようにしておく。その後、上述のステップ41で可動部201が移動した後に、ステップS42においてレーザ変位センサ209によりレーザ光が照射された位置が、的301からずれているかどうかを人が見て確認できる。この時、位置ずれ表示302がある場合には、そのずれの量が容易に得られる。 By providing such a target 301 and position deviation indicator 302, it is possible to check whether the direction in which the movable part 201 moves deviates from the above-mentioned predetermined direction. For example, before performing the above-mentioned step 42, the laser light from the laser displacement sensor 209 attached to the stationary structure is made to strike the target 301. After that, after the movable part 201 moves in the above-mentioned step 41, a person can visually check whether the position where the laser light is irradiated by the laser displacement sensor 209 in step S42 deviates from the target 301. At this time, if there is a position deviation indicator 302, the amount of deviation can be easily obtained.

レーザ光が照射された位置が、的301からずれている場合には、可動部201の移動方向が上記所定方向からずれているので、可動部201の移動方向が正確に上記所定方向となるように駆動装置203を調整できる。 If the position where the laser light is irradiated is deviated from the target 301, the movement direction of the movable part 201 deviates from the above-mentioned predetermined direction, so the driving device 203 can be adjusted so that the movement direction of the movable part 201 is accurately aligned with the above-mentioned predetermined direction.

本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の技術的思想の範囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、以下の変更例1~3のいずれかを単独で採用してもよいし、変更例1~3を任意に組み合わせて採用してもよい。この場合、以下で述べない点は、上述と同じである。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made within the scope of the technical concept of the present invention. For example, any of the following modified examples 1 to 3 may be adopted alone, or modified examples 1 to 3 may be adopted in any combination. In this case, the points not described below are the same as those described above.

(変更例1)
判断部213と補正部215を省略してもよい。この場合、指標値算出部211は、例えば、指標値を表示装置に出力してよい。これにより、表示装置は、指標値を表示する。人は、表示された指標値を見て、指標値が許容範囲内であるかどうかを確認できる。指標値が許容範囲外である場合には、例えば、制御部に設定するパラメータ取得用の制御距離を調節して、再び、パラメータ取得処理を行わせることができる。
(Modification 1)
The determination unit 213 and the correction unit 215 may be omitted. In this case, the index value calculation unit 211 may output the index value to a display device, for example. This causes the display device to display the index value. A person can check whether the index value is within an allowable range by looking at the displayed index value. If the index value is outside the allowable range, for example, the control distance for parameter acquisition set in the control unit can be adjusted, and the parameter acquisition process can be performed again.

(変更例2)
上述では、補正部215は、パラメータを補正したが、距離計測センサ209が計測した移動距離と、検査用の制御距離とに基づいて、制御部205のパラメータ取得用制御による駆動装置203の駆動量を補正してもよい。
(Modification 2)
In the above description, the correction unit 215 corrects the parameters, but the correction unit 215 may also correct the driving amount of the driving device 203 by the parameter acquisition control of the control unit 205 based on the movement distance measured by the distance measurement sensor 209 and the control distance for inspection.

例えば、制御部205は、ドライバ(図1又は図11を参照)を制御することにより、当該ドライバから、駆動装置203であるステッピングモータ(例えばステッピングモータ203b又は203c)へ入力されるパルス数が制御され、当該ステッピングモータは、入力されたパルス数に応じた駆動量だけ可動部201を駆動する(移動させる)。この場合、本変更例では、補正部215は、距離計測センサ209が計測した移動距離と、検査用の制御距離とに基づいて、上記ドライバから上記ステッピングモータへ入力させるパルス数を補正する。 For example, the control unit 205 controls a driver (see FIG. 1 or FIG. 11) to control the number of pulses input from the driver to a stepping motor (e.g., stepping motor 203b or 203c) which is the driving device 203, and the stepping motor drives (moves) the movable part 201 by an amount of drive corresponding to the number of input pulses. In this case, in this modification, the correction unit 215 corrects the number of pulses input from the driver to the stepping motor based on the movement distance measured by the distance measurement sensor 209 and the control distance for inspection.

(変更例3)
検査用制御は、パラメータ取得用制御であり、検査用の制御距離はパラメータ取得用の制御距離であってもよい。すなわち、検査用制御がパラメータ取得用制御を兼ねている移動制御(以下で単に移動制御という)であり、検査用の制御距離はパラメータ取得用の制御距離と同じ制御距離(以下で共通制御距離という)であってもよい。
(Modification 3)
The inspection control may be a parameter acquisition control, and the control distance for the inspection may be a parameter acquisition control. In other words, the inspection control may be a movement control that also serves as a parameter acquisition control (hereinafter simply referred to as a movement control), and the inspection control distance may be the same control distance as the parameter acquisition control distance (hereinafter referred to as a common control distance).

移動制御の前後での計測点に関する変位量がカメラ101とデータ処理部103の処理により求められる。次いで、当該変位量と共通制御距離とに基づいて、パラメータ(第1実施形態では上記補正係数であり、第2実施形態では上記比率)が、パラメータ算出部207により求められる。 The amount of displacement of the measurement point before and after the movement control is found by processing by the camera 101 and the data processing unit 103. Next, a parameter (the correction coefficient in the first embodiment, and the ratio in the second embodiment) is found by the parameter calculation unit 207 based on the amount of displacement and the common control distance.

一方、移動制御により可動部201が実際に所定方向に移動した距離が、距離計測センサ209により計測される。次いで、当該移動距離と、共通制御距離との違いを示す指標値が指標値算出部211により求められ、当該指標値が指標値算出部211により出力される。 Meanwhile, the distance that the movable part 201 has actually moved in a predetermined direction due to the movement control is measured by the distance measurement sensor 209. Next, an index value indicating the difference between the movement distance and the common control distance is calculated by the index value calculation unit 211, and the index value is output by the index value calculation unit 211.

出力された指標値が、許容範囲内であるかどうかが判断部213により判断され、当該判断の結果が否定である場合には、当該結果が判断部215により出力されてよい。この判断の結果が否定である場合には、共通制御距離と距離計測センサ209が計測した移動距離に基づいて、パラメータ算出部207により求められたパラメータが、補正部215により補正されてよい。すなわち、移動制御を1回行うことにより、パラメータが求められ、このパラメータが補正されてよい。 The judgment unit 213 judges whether the output index value is within an acceptable range, and if the result of the judgment is negative, the result may be output by the judgment unit 215. If the result of this judgment is negative, the parameter calculated by the parameter calculation unit 207 may be corrected by the correction unit 215 based on the common control distance and the movement distance measured by the distance measurement sensor 209. That is, the parameter may be calculated by performing movement control once, and this parameter may be corrected.

したがって、第1実施形態では、同じ移動制御が、上述のステップS6又はS16でのパラメータ取得用制御であるだけでなく、上述のステップS41での検査用制御も兼ねている。当該移動制御を行った後は、パラメータとしての上記補正係数を求める処理(上述のステップS7~S15又はステップS17~S25)と、求めた当該パラメータを補正する処理(上述のステップS42~S45)とが行われてよい。この時、当該ステップS42~S44は、当該ステップS7~S15又はステップS17~S25と並行して行われてよい。 Therefore, in the first embodiment, the same movement control not only serves as the parameter acquisition control in step S6 or S16 described above, but also as the inspection control in step S41 described above. After the movement control is performed, a process of determining the correction coefficient as a parameter (steps S7 to S15 or steps S17 to S25 described above) and a process of correcting the determined parameter (steps S42 to S45 described above) may be performed. At this time, steps S42 to S44 may be performed in parallel with steps S7 to S15 or steps S17 to S25 described above.

同様に、第2実施形態では、同じ移動制御が、上述のステップS52でのパラメータ取得用制御であるだけでなく、上述のステップS41での検査用制御も兼ねている。当該移動制御を行った後は、パラメータとしての上記比率を求める処理(上述のステップS53~S55)と、求めた当該パラメータを補正する処理(上述のステップS42~S45)とが行われてよい。この時、当該ステップS42~S44は、当該ステップS53~S55と並行して行われてよい。 Similarly, in the second embodiment, the same movement control not only serves as the parameter acquisition control in step S52 described above, but also as the inspection control in step S41 described above. After the movement control is performed, a process for determining the ratio as a parameter (steps S53 to S55 described above) and a process for correcting the determined parameter (steps S42 to S45 described above) may be performed. At this time, steps S42 to S44 may be performed in parallel with steps S53 to S55 described above.

1 物体
1a 対象表面
100 変位取得装置
101 カメラ
103 データ処理部
105 変位算出部
107 記憶部
200 パラメータ取得装置
201 可動部
202 投影装置
203 駆動装置
203a 移動台
203b 第1駆動部
203c 第2駆動部
205 制御部
207 パラメータ算出部
209,209a,209b 距離計測センサ
211 指標値算出部
213 判断部
215 補正部
301 的
302 位置ずれ表示
1 Object 1a Target surface 100 Displacement acquisition device 101 Camera 103 Data processing unit 105 Displacement calculation unit 107 Memory unit 200 Parameter acquisition device 201 Movable unit 202 Projection device 203 Driving device 203a Moving table 203b First driving unit 203c Second driving unit 205 Control unit 207 Parameter calculation unit 209, 209a, 209b Distance measurement sensor 211 Index value calculation unit 213 Determination unit 215 Correction unit 301 Target 302 Position deviation display

Claims (14)

物体の対象表面における規則性のある模様を撮像して画像データを生成するカメラと、
前記画像データに基づいてサンプリングモアレ法により前記対象表面上の計測点に関する変位量を求めるデータ処理部と、
求めた変位量と予め求めたパラメータとに基づいて、前記対象表面に沿った方向の前記計測点の面内変位と、前記対象表面と直交する方向の前記計測点の面外変位の一方または両方を算出する変位算出部と、を備える変位取得装置に設けられるパラメータ取得装置であって、
前記カメラの光軸方向、または当該光軸方向に直交する方向を所定方向として、前記パラメータは、前記所定方向における前記カメラの前記対象表面に対する位置変化に対する前記面内変位と前記面外変位の一方または両方の変動率であり、
前記カメラが設置され前記所定方向に移動可能な可動部と、
前記可動部を前記所定方向に移動させる駆動装置と、
前記可動部を前記所定方向にパラメータ取得用の制御距離だけ移動させるパラメータ取得用制御を前記駆動装置に対して行う制御部と、を備え、
前記パラメータ取得用制御の前後での前記計測点に関する変位量が前記カメラと前記データ処理部により求められ、
当該変位量と前記パラメータ取得用の制御距離とに基づいて前記パラメータを求めるパラメータ算出部と、
前記可動部を検査用の制御距離だけ前記所定方向に移動させる検査用制御を前記駆動装置に対して行った場合に、当該検査用制御により前記可動部が実際に移動した距離を計測する距離計測センサと、
前記検査用の制御距離と前記距離計測センサが計測した移動距離に基づいて、前記パラメータを補正する補正部と、を備える、パラメータ取得装置。
A camera that captures an image of a regular pattern on a target surface of an object to generate image data;
a data processing unit that calculates a displacement amount for a measurement point on the target surface by a sampling moiré method based on the image data;
A parameter acquisition device provided in a displacement acquisition device including a displacement calculation unit that calculates one or both of an in-plane displacement of the measurement point in a direction along the target surface and an out-of-plane displacement of the measurement point in a direction perpendicular to the target surface based on an acquired displacement amount and a previously acquired parameter,
a direction of an optical axis of the camera or a direction perpendicular to the optical axis direction is defined as a predetermined direction, and the parameter is a rate of variation of one or both of the in-plane displacement and the out-of-plane displacement with respect to a position change of the camera with respect to the target surface in the predetermined direction;
a movable part on which the camera is mounted and which is movable in the predetermined direction;
A drive device that moves the movable part in the predetermined direction;
a control unit that performs parameter acquisition control on the drive device to move the movable unit in the predetermined direction by a control distance for parameter acquisition,
a displacement amount relating to the measurement point before and after the parameter acquisition control is obtained by the camera and the data processing unit;
a parameter calculation unit that calculates the parameter based on the displacement amount and a control distance for acquiring the parameter;
a distance measuring sensor that measures a distance actually moved by the movable part under an inspection control when the inspection control is performed on the driving device to move the movable part by a control distance for inspection in the predetermined direction; and
a correction unit that corrects the parameters based on the inspection control distance and the movement distance measured by the distance measuring sensor.
前記距離計測センサが計測した移動距離と、前記検査用の制御距離との違いを示す指標値を求め、求めた指標値を出力する指標値算出部と、
前記指標値算出部が出力した前記指標値が許容範囲内であるかどうかを判断し、当該判断の結果が否定である場合には、当該結果を出力する判断部を備え、
前記判断部による前記判断の結果が否定である場合に、前記補正部は、前記検査用の制御距離と前記距離計測センサが計測した移動距離に基づいて、前記パラメータを補正する、請求項1に記載のパラメータ取得装置。
an index value calculation unit that calculates an index value indicating a difference between the moving distance measured by the distance measuring sensor and the control distance for inspection, and outputs the calculated index value;
a determination unit that determines whether the index value output by the index value calculation unit is within an allowable range and outputs the result when the result of the determination is negative;
2 . The parameter acquisition device according to claim 1 , wherein when the result of the judgment by the judgment unit is negative, the correction unit corrects the parameter based on the inspection control distance and the movement distance measured by the distance measuring sensor.
物体の対象表面における規則性のある模様を撮像して画像データを生成するカメラと、
前記画像データに基づいてサンプリングモアレ法により前記対象表面上の計測点に関する変位量を求めるデータ処理部と、
求めた変位量と予め求めたパラメータとに基づいて前記計測点の面内変位と面外変位の一方または両方を算出する変位算出部と、を備える変位取得装置に設けられるパラメータ取得装置であって、
前記カメラが設置され所定方向に移動可能な可動部と、
前記可動部を前記所定方向に移動させる駆動装置と、
前記可動部を前記所定方向にパラメータ取得用の制御距離だけ移動させるパラメータ取得用制御を前記駆動装置に対して行う制御部と、を備え、
前記パラメータ取得用制御の前後での前記計測点に関する変位量が前記カメラと前記データ処理部により求められ、
当該変位量と前記パラメータ取得用の制御距離とに基づいて前記パラメータを求めるパラメータ算出部と、
前記可動部を検査用の制御距離だけ前記所定方向に移動させる検査用制御を前記駆動装置に対して行った場合に、当該検査用制御により前記可動部が実際に移動した距離を計測する距離計測センサと、
前記距離計測センサが計測した移動距離と、前記検査用の制御距離とに基づいて、前記制御部の前記パラメータ取得用制御による前記駆動装置の駆動量を補正する補正部と、を備える、パラメータ取得装置。
A camera that captures an image of a regular pattern on a target surface of an object to generate image data;
a data processing unit that calculates a displacement amount for a measurement point on the target surface by a sampling moiré method based on the image data;
a displacement calculation unit that calculates one or both of an in-plane displacement and an out-of-plane displacement of the measurement point based on the obtained displacement amount and a parameter obtained in advance,
a movable part on which the camera is mounted and which is movable in a predetermined direction;
A drive device that moves the movable part in the predetermined direction;
a control unit that performs parameter acquisition control on the drive device to move the movable unit in the predetermined direction by a control distance for parameter acquisition,
a displacement amount relating to the measurement point before and after the parameter acquisition control is obtained by the camera and the data processing unit;
a parameter calculation unit that calculates the parameter based on the displacement amount and a control distance for acquiring the parameter;
a distance measuring sensor that measures a distance actually moved by the movable part under an inspection control when the inspection control is performed on the driving device to move the movable part by a control distance for inspection in the predetermined direction; and
A parameter acquisition device comprising: a correction unit that corrects a drive amount of the drive device under the parameter acquisition control of the control unit based on a movement distance measured by the distance measuring sensor and a control distance for inspection.
前記距離計測センサが計測した移動距離と、前記検査用の制御距離との違いを示す指標値を求め、求めた指標値を出力する指標値算出部と、
前記指標値算出部が出力した前記指標値が許容範囲内であるかどうかを判断し、当該判断の結果が否定である場合には、当該結果を出力する判断部を備え、
前記判断部による前記判断の結果が否定である場合に、前記補正部は、前記検査用の制御距離と前記距離計測センサが計測した移動距離に基づいて、前記駆動量を補正する、請求項に記載のパラメータ取得装置。
an index value calculation unit that calculates an index value indicating a difference between the moving distance measured by the distance measuring sensor and the control distance for inspection, and outputs the calculated index value;
a determination unit that determines whether the index value output by the index value calculation unit is within an allowable range and outputs the result when the result of the determination is negative;
4. The parameter acquisition device according to claim 3, wherein when the result of the determination by the determination unit is negative, the correction unit corrects the drive amount based on the inspection control distance and the movement distance measured by the distance measuring sensor.
前記距離計測センサは、前記可動部に向けて前記所定方向にレーザ光を射出して前記可動部で反射させ、反射された当該レーザ光に基づいて、前記所定方向における前記可動部の移動距離を計測するレーザ変位計である、請求項1~のいずれか一項に記載のパラメータ取得装置。 The parameter acquisition device according to any one of claims 1 to 4, wherein the distance measurement sensor is a laser displacement meter that emits laser light in the predetermined direction toward the movable part, reflects it off the movable part, and measures the movement distance of the movable part in the predetermined direction based on the reflected laser light. 前記可動部において、レーザ変位計からのレーザ光が当たる箇所には、当該レーザ光の照射目標位置を示す的が設けられている、請求項に記載のパラメータ取得装置。 6. The parameter acquisition device according to claim 5 , wherein a target indicating a target position for irradiation with the laser light from the laser displacement meter is provided on the movable portion at a location where the laser light from the laser displacement meter hits. 前記検査用制御は、前記パラメータ取得用制御であり、前記検査用の制御距離は前記パラメータ取得用の制御距離である、請求項1~のいずれか一項に記載のパラメータ取得装置。 7. The parameter acquisition device according to claim 1 , wherein the inspection control is the parameter acquisition control, and the inspection control distance is the parameter acquisition control distance. 前記データ処理部は、前記変位量として、補正前の前記面内変位及び前記面外変位を求め、
前記変位算出部は、前記データ処理部が求めた前記面内変位及び前記面外変位と、前記パラメータとに基づいて、補正後の前記面内変位と前記面外変位の一方又は両方を算出する、請求項1~のいずれか一項に記載のパラメータ取得装置。
the data processing unit obtains, as the displacement amount, the in-plane displacement and the out-of-plane displacement before correction;
The parameter acquisition device according to any one of claims 1 to 7, wherein the displacement calculation unit calculates one or both of the in-plane displacement and the out-of-plane displacement after correction based on the in-plane displacement and the out- of -plane displacement obtained by the data processing unit and the parameters.
物体の対象表面における規則性のある模様を撮像して画像データを生成するカメラと、
前記画像データに基づいてサンプリングモアレ法により前記対象表面上の計測点に関する変位量を求めるデータ処理部と、
求めた変位量と予め求めたパラメータとに基づいて前記計測点の面外変位を算出する変位算出部と、を備える変位取得装置に設けられるパラメータ取得装置であって、
前記カメラが設置され所定方向に移動可能な可動部と、
前記可動部を前記所定方向に移動させる駆動装置と、
前記可動部を前記所定方向にパラメータ取得用の制御距離だけ移動させるパラメータ取得用制御を前記駆動装置に対して行う制御部と、を備え、
前記パラメータ取得用制御の前後での前記計測点に関する変位量が前記カメラと前記データ処理部により求められ、
当該変位量と前記パラメータ取得用の制御距離とに基づいて前記パラメータを求めるパラメータ算出部と、
前記可動部を検査用の制御距離だけ前記所定方向に移動させる検査用制御を前記駆動装置に対して行った場合に、当該検査用制御により前記可動部が実際に移動した距離を計測する距離計測センサと、
前記距離計測センサが計測した移動距離と、前記検査用の制御距離との違いを示す指標値を求め、求めた指標値を出力する指標値算出部と、を備え、
前記変位取得装置は、前記可動部に設けられた投影装置を備え、該投影装置は、前記対象表面の前記模様を投影し、
前記データ処理部は、前記変位量として、前記模様に関する位相変化量を求め、
前記パラメータは、前記投影装置および前記カメラと前記対象表面との距離の変化量と、当該距離の変化による前記計測点での前記模様に関する位相変化量を表わす値との比率であり、
前記変位算出部は、前記データ処理部が求めた前記位相変化量と、前記比率とに基づいて、面外変位を算出する、パラメータ取得装置。
A camera that captures an image of a regular pattern on a target surface of an object to generate image data;
a data processing unit that calculates a displacement amount for a measurement point on the target surface by a sampling moiré method based on the image data;
a displacement calculation unit that calculates an out-of-plane displacement of the measurement point based on the obtained displacement amount and a parameter obtained in advance,
a movable part on which the camera is mounted and which is movable in a predetermined direction;
A drive device that moves the movable part in the predetermined direction;
a control unit that performs parameter acquisition control on the drive device to move the movable unit in the predetermined direction by a control distance for parameter acquisition,
a displacement amount relating to the measurement point before and after the parameter acquisition control is obtained by the camera and the data processing unit;
a parameter calculation unit that calculates the parameter based on the displacement amount and a control distance for acquiring the parameter;
a distance measuring sensor that measures a distance actually moved by the movable part under an inspection control when the inspection control is performed on the driving device to move the movable part by a control distance for inspection in the predetermined direction; and
an index value calculation unit that calculates an index value indicating a difference between the moving distance measured by the distance measuring sensor and the control distance for inspection, and outputs the calculated index value;
The displacement acquisition device includes a projection device provided on the movable part, the projection device projects the pattern on the target surface,
the data processing unit determines a phase change amount related to the pattern as the amount of displacement;
the parameter is a ratio between an amount of change in distance between the projection device and the camera and the target surface and a value representing an amount of phase change in the pattern at the measurement point due to the change in distance;
The displacement calculation unit calculates an out-of-plane displacement based on the amount of phase change obtained by the data processing unit and the ratio.
物体の対象表面における規則性のある模様を撮像して画像データを生成するカメラと、
前記画像データに基づいてサンプリングモアレ法により前記対象表面上の計測点に関する変位量を求めるデータ処理部と、
求めた変位量と予め求めたパラメータとに基づいて、前記対象表面に沿った方向の前記計測点の面内変位と、前記対象表面と直交する方向の前記計測点の面外変位の一方または両方を算出する変位算出部と、を備える変位取得装置に対するパラメータ取得方法であって、
前記カメラの光軸方向、または当該光軸方向に直交する方向を所定方向として、前記パラメータは、前記所定方向における前記カメラの前記対象表面に対する位置変化に対する前記面内変位と前記面外変位の一方または両方の変動率であり、
(A)前記カメラが設置され前記所定方向に移動可能な可動部と、前記可動部を前記所定方向に移動させる駆動装置とを設け、
(B)前記可動部を前記所定方向にパラメータ取得用の制御距離だけ移動させるパラメータ取得用制御を制御部により前記駆動装置に対して行い、
(C)前記パラメータ取得用制御の前後での前記計測点に関する変位量を、前記カメラと前記データ処理部により求め、
(D)当該変位量と前記パラメータ取得用の制御距離とに基づいて、パラメータ算出部により前記パラメータを求め、
(E)前記可動部を検査用の制御距離だけ前記所定方向に移動させる検査用制御を前記制御部により前記駆動装置に対して行い、
(F)当該検査用制御により前記可動部が実際に移動した距離を距離計測センサにより計測し、
(G)前記検査用の制御距離と前記距離計測センサが計測した移動距離に基づいて、補正部により、前記パラメータを補正する、パラメータ取得方法。
A camera that captures an image of a regular pattern on a target surface of an object to generate image data;
a data processing unit that calculates a displacement amount for a measurement point on the target surface by a sampling moiré method based on the image data;
A parameter acquisition method for a displacement acquisition device including a displacement calculation unit that calculates one or both of an in-plane displacement of the measurement point in a direction along the target surface and an out-of-plane displacement of the measurement point in a direction perpendicular to the target surface based on an acquired displacement amount and a previously acquired parameter, the method comprising:
a direction of an optical axis of the camera or a direction perpendicular to the optical axis direction is defined as a predetermined direction, and the parameter is a rate of variation of one or both of the in-plane displacement and the out-of-plane displacement with respect to a position change of the camera with respect to the target surface in the predetermined direction;
(A) providing a movable section on which the camera is mounted and which is movable in the predetermined direction, and a drive device that moves the movable section in the predetermined direction;
(B) performing parameter acquisition control on the drive device by a control unit to move the movable part in the predetermined direction by a control distance for parameter acquisition;
(C) determining a displacement amount of the measurement point before and after the parameter acquisition control by the camera and the data processing unit;
(D) calculating the parameter by a parameter calculation unit based on the displacement amount and a control distance for obtaining the parameter;
(E) performing an inspection control on the drive device by the control unit to move the movable part in the predetermined direction by a control distance for inspection;
(F) measuring the distance that the movable part has actually moved by the inspection control using a distance measuring sensor;
(G) A parameter acquisition method, comprising: correcting the parameters by a correction unit based on the inspection control distance and the movement distance measured by the distance measuring sensor.
物体の対象表面における規則性のある模様を撮像して画像データを生成するカメラと、
前記画像データに基づいてサンプリングモアレ法により前記対象表面上の計測点に関する変位量を求めるデータ処理部と、
求めた変位量と予め求めたパラメータとに基づいて前記計測点の面内変位と面外変位の一方または両方を算出する変位算出部と、を備える変位取得装置に対するパラメータ取得方法であって、
(A)前記カメラが設置され所定方向に移動可能な可動部と、前記可動部を前記所定方向に移動させる駆動装置とを設け、
(B)前記可動部を前記所定方向にパラメータ取得用の制御距離だけ移動させるパラメータ取得用制御を制御部により前記駆動装置に対して行い、
(C)前記パラメータ取得用制御の前後での前記計測点に関する変位量を、前記カメラと前記データ処理部により求め、
(D)当該変位量と前記パラメータ取得用の制御距離とに基づいて、パラメータ算出部により前記パラメータを求め、
(E)前記可動部を検査用の制御距離だけ前記所定方向に移動させる検査用制御を前記制御部により前記駆動装置に対して行い、
(F)当該検査用制御により前記可動部が実際に移動した距離を距離計測センサにより計測し、
(G)前記距離計測センサが計測した移動距離と、前記検査用の制御距離とに基づいて、補正部により、前記制御部の前記パラメータ取得用制御による前記駆動装置の駆動量を補正する、パラメータ取得方法。
A camera that captures an image of a regular pattern on a target surface of an object to generate image data;
a data processing unit that calculates a displacement amount for a measurement point on the target surface by a sampling moiré method based on the image data;
a displacement calculation unit that calculates one or both of an in-plane displacement and an out-of-plane displacement of the measurement point based on the obtained displacement amount and a parameter obtained in advance,
(A) providing a movable part on which the camera is installed and which is movable in a predetermined direction, and a drive device that moves the movable part in the predetermined direction;
(B) performing parameter acquisition control on the drive device by a control unit to move the movable part in the predetermined direction by a control distance for parameter acquisition;
(C) determining a displacement amount of the measurement point before and after the parameter acquisition control by the camera and the data processing unit;
(D) calculating the parameter by a parameter calculation unit based on the displacement amount and a control distance for obtaining the parameter;
(E) performing an inspection control on the drive device by the control unit to move the movable part in the predetermined direction by a control distance for inspection;
(F) measuring the distance that the movable part has actually moved by the inspection control using a distance measuring sensor;
(G) A parameter acquisition method in which a correction unit corrects the drive amount of the drive device by the parameter acquisition control of the control unit based on the movement distance measured by the distance measuring sensor and the control distance for inspection.
物体の対象表面における規則性のある模様を撮像して画像データを生成するカメラと、
前記画像データに基づいてサンプリングモアレ法により前記対象表面上の計測点に関する変位量を求めるデータ処理部と、
求めた変位量と予め求めたパラメータとに基づいて前記計測点の面外変位を算出する変位算出部と、を備える変位取得装置に対するパラメータ取得方法であって、
(A)前記カメラが設置され所定方向に移動可能な可動部と、前記可動部を前記所定方向に移動させる駆動装置とを設けるとともに、前記対象表面の前記模様を投影する投影装置を前記可動部に設け、
(B)前記可動部を前記所定方向にパラメータ取得用の制御距離だけ移動させるパラメータ取得用制御を制御部により前記駆動装置に対して行い、
(C)前記パラメータ取得用制御の前後での前記計測点に関する前記変位量を、前記カメラと前記データ処理部により求め、
(D)当該変位量と前記パラメータ取得用の制御距離とに基づいて、パラメータ算出部により前記パラメータを求め、
(E)前記可動部を検査用の制御距離だけ前記所定方向に移動させる検査用制御を前記制御部により前記駆動装置に対して行い、
(F)当該検査用制御により前記可動部が実際に移動した距離を距離計測センサにより計測し、
前記パラメータは、前記投影装置および前記カメラと前記対象表面との距離の変化量と、当該距離の変化による前記計測点での前記模様に関する位相変化量を表わす値との比率であり、前記計測点に関する前記変位量は、前記模様に関する位相変化量であり、
前記変位算出部は、前記データ処理部が求めた前記位相変化量と、前記比率とに基づいて、面外変位を算出する、パラメータ取得方法。
A camera that captures an image of a regular pattern on a target surface of an object to generate image data;
a data processing unit that calculates a displacement amount for a measurement point on the target surface by a sampling moiré method based on the image data;
a displacement calculation unit that calculates an out-of-plane displacement of the measurement point based on the obtained displacement amount and a parameter obtained in advance,
(A) providing a movable part on which the camera is installed and which is movable in a predetermined direction, and a driving device for moving the movable part in the predetermined direction, and providing a projection device for projecting the pattern on the target surface on the movable part;
(B) performing parameter acquisition control on the drive device by a control unit to move the movable part in the predetermined direction by a control distance for parameter acquisition;
(C) determining the displacement amount with respect to the measurement point before and after the parameter acquisition control by the camera and the data processing unit;
(D) calculating the parameter by a parameter calculation unit based on the displacement amount and a control distance for obtaining the parameter;
(E) performing an inspection control on the drive device by the control unit to move the movable part in the predetermined direction by a control distance for inspection;
(F) measuring the distance that the movable part has actually moved by the inspection control using a distance measuring sensor;
the parameter is a ratio between an amount of change in distance between the projection device and the camera and the target surface and a value representing an amount of phase change in the pattern at the measurement point due to the change in distance, the amount of displacement in the measurement point is an amount of phase change in the pattern,
The parameter acquisition method, wherein the displacement calculation unit calculates an out-of-plane displacement based on the amount of phase change obtained by the data processing unit and the ratio.
前記検査用制御は、前記パラメータ取得用制御と同じ共通の制御であり、前記検査用の制御距離は前記パラメータ取得用の制御距離と同じ共通制御距離であり、
前記(B)と前記(E)とは、前記可動部を前記所定方向に前記共通制御距離だけ移動させる前記共通の制御を、前記制御部により前記駆動装置に対して、前記検査用制御および前記パラメータ取得用制御として行う共通のステップであり、
前記(C)では、前記共通の制御の前後での前記計測点に関する前記変位量を、前記カメラと前記データ処理部により求め、
前記(D)では、当該変位量と前記共通制御距離とに基づいて、前記パラメータ算出部により前記パラメータを求め、
前記(F)では、前記共通の制御により前記可動部が実際に移動した前記距離を前記距離計測センサにより計測する、請求項10~12のいずれか一項に記載のパラメータ取得方法。
The control for inspection is a common control that is the same as the control for parameter acquisition, and the control distance for inspection is a common control distance that is the same as the control distance for parameter acquisition,
The steps (B) and (E) are common steps in which the common control for moving the movable part by the common control distance in the predetermined direction is performed by the control part on the driving device as the inspection control and the parameter acquisition control,
In the step (C), the displacement amount regarding the measurement point before and after the common control is obtained by the camera and the data processing unit;
In the step (D), the parameter calculation unit calculates the parameter based on the displacement amount and the common control distance;
The parameter acquisition method according to any one of claims 10 to 12, wherein in (F), the distance actually moved by the movable part under the common control is measured by the distance measurement sensor .
前記変位取得装置は指標値算出部を備え、前記距離計測センサが計測した前記移動距離と、前記共通制御距離との違いを示す指標値を、前記指標値算出部により求めて出力する、請求項13に記載のパラメータ取得方法。The parameter acquisition method according to claim 13 , wherein the displacement acquisition device includes an index value calculation unit, and an index value indicating a difference between the movement distance measured by the distance measuring sensor and the common control distance is calculated and output by the index value calculation unit.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2019011984A (en) 2017-06-29 2019-01-24 株式会社Ihiエアロスペース Displacement acquisition device, displacement acquisition method, and program
JP2019191003A (en) 2018-04-25 2019-10-31 オムロン株式会社 Control system, control method, and program
JP2020003266A (en) 2018-06-26 2020-01-09 清水建設株式会社 Displacement detector

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008251797A (en) 2007-03-30 2008-10-16 Fujifilm Corp Reference position detection apparatus and method, and drawing apparatus
JP2019011984A (en) 2017-06-29 2019-01-24 株式会社Ihiエアロスペース Displacement acquisition device, displacement acquisition method, and program
JP2019191003A (en) 2018-04-25 2019-10-31 オムロン株式会社 Control system, control method, and program
JP2020003266A (en) 2018-06-26 2020-01-09 清水建設株式会社 Displacement detector

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