JPH05306916A - 縞位相分布解析方法および縞位相分布解析装置 - Google Patents
縞位相分布解析方法および縞位相分布解析装置Info
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- JPH05306916A JPH05306916A JP6309891A JP6309891A JPH05306916A JP H05306916 A JPH05306916 A JP H05306916A JP 6309891 A JP6309891 A JP 6309891A JP 6309891 A JP6309891 A JP 6309891A JP H05306916 A JPH05306916 A JP H05306916A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 複数の撮像手段や複雑な光学系を必要とせ
ず、かつ、高速に縞画像から位相情報を抽出し解析する
ことができ、従来に較べてより広範囲な測定に適用する
ことのできる縞画像の位相分布解析方法および位相分布
解析装置を提供する。 【構成】 位相シフト電子モアレ処理回路２において、
撮像デバイス１および参照格子発生器３からの各画像信
号は、レベルクランプ２０、２１、バイアスオフセット
２２等によって適当な前処理を施された後、広帯域の3
つの乗算器２３、２４、２５によりそれぞれ掛け合わさ
れ、適当なカットオフ周波数の低域通過フィルタ（ＬＰ
Ｆ）２６、２７、２８に入力され、3 つのモアレ画像と
して出力される。
ず、かつ、高速に縞画像から位相情報を抽出し解析する
ことができ、従来に較べてより広範囲な測定に適用する
ことのできる縞画像の位相分布解析方法および位相分布
解析装置を提供する。 【構成】 位相シフト電子モアレ処理回路２において、
撮像デバイス１および参照格子発生器３からの各画像信
号は、レベルクランプ２０、２１、バイアスオフセット
２２等によって適当な前処理を施された後、広帯域の3
つの乗算器２３、２４、２５によりそれぞれ掛け合わさ
れ、適当なカットオフ周波数の低域通過フィルタ（ＬＰ
Ｆ）２６、２７、２８に入力され、3 つのモアレ画像と
して出力される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、変形格子法、干渉法等
により得られる縞画像から実時間で位相情報を抽出し、
光学面、粗面形状、屈折率分布等を高速に測定するため
の縞位相分布解析方法および縞位相分布解析装置に関す
る。
により得られる縞画像から実時間で位相情報を抽出し、
光学面、粗面形状、屈折率分布等を高速に測定するため
の縞位相分布解析方法および縞位相分布解析装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】モアレ法を含む変形格子法や、各種干渉
計により得られる縞画像を用いることにより、粗面物体
の形状および変形、光学面の形状および変位等を高精度
で測定すること、位相物体の屈折率分布を測定すること
等、幅広い測定を行うことが可能である。
計により得られる縞画像を用いることにより、粗面物体
の形状および変形、光学面の形状および変位等を高精度
で測定すること、位相物体の屈折率分布を測定すること
等、幅広い測定を行うことが可能である。
【０００３】このような縞位相分布解析において、従来
はデータの入力および演算等に時間を要し、実時間で解
析を行うことはできなかった。しかしながら、近年の加
工技術の高速化・高精度化、多品種少量生産にともな
い、こうした測定を実時間で行い、情報を加工行程へ迅
速にフィ−ドバックして加工精度等を向上させることが
望まれてきた。
はデータの入力および演算等に時間を要し、実時間で解
析を行うことはできなかった。しかしながら、近年の加
工技術の高速化・高精度化、多品種少量生産にともな
い、こうした測定を実時間で行い、情報を加工行程へ迅
速にフィ−ドバックして加工精度等を向上させることが
望まれてきた。
【０００４】実際にこうした縞画像から測定対象の物理
量を定量的に求めるためには、縞の位相情報を精度良く
抽出することが必要となる。縞画像から、位相情報を抽
出するために従来より用いられている手法は、縞中心の
画像処理による抽出、ＦＦＴ（フーリエ変換）法、ＰＬ
Ｌ（空間位相同期）法、空間ヘテロダイン法、位相シフ
ト法等がある。
量を定量的に求めるためには、縞の位相情報を精度良く
抽出することが必要となる。縞画像から、位相情報を抽
出するために従来より用いられている手法は、縞中心の
画像処理による抽出、ＦＦＴ（フーリエ変換）法、ＰＬ
Ｌ（空間位相同期）法、空間ヘテロダイン法、位相シフ
ト法等がある。
【０００５】このうち、ハード化が容易で高速性が優れ
ているものとして空間ヘテロダイン法、ＰＬＬ法と位相
シフト法があり、特に空間ヘテロダイン法は、キャリア
を導入した縞に対して、それと同周波数の正弦・余弦信
号を乗じ低周波成分を抽出し逆正接をとるもので実用化
されているが、測定精度・背景強度変化への強さの点で
は位相シフト法がより優れている。
ているものとして空間ヘテロダイン法、ＰＬＬ法と位相
シフト法があり、特に空間ヘテロダイン法は、キャリア
を導入した縞に対して、それと同周波数の正弦・余弦信
号を乗じ低周波成分を抽出し逆正接をとるもので実用化
されているが、測定精度・背景強度変化への強さの点で
は位相シフト法がより優れている。
【０００６】そこで、本出願人は、位相シフト法に基づ
き、位相が異なる複数の干渉縞を同時に形成し、この干
渉縞を複数のテレビカメラで撮像し、テレビレートで光
の位相分布を演算・計測して、被測定物体からの2 次元
的な物理量の情報を高精度でかつ実時間で取得すること
のできる装置を特開平2-287107号公報等で提案してい
る。
き、位相が異なる複数の干渉縞を同時に形成し、この干
渉縞を複数のテレビカメラで撮像し、テレビレートで光
の位相分布を演算・計測して、被測定物体からの2 次元
的な物理量の情報を高精度でかつ実時間で取得すること
のできる装置を特開平2-287107号公報等で提案してい
る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな装置では、複数台の撮像手段を必要とし、また、光
学系等が複雑となるため、適用可能な範囲が制限される
という問題があった。
うな装置では、複数台の撮像手段を必要とし、また、光
学系等が複雑となるため、適用可能な範囲が制限される
という問題があった。
【０００８】本発明は、かかる従来の事情に対処してな
されたもので、複数の撮像手段や複雑な光学系を必要と
せず、かつ、高速に縞画像から位相情報を抽出し解析す
ることができ、従来に較べてより広範囲な測定に適用す
ることのできる縞画像の位相分布解析方法および位相分
布解析装置を提供しようとするものである。
されたもので、複数の撮像手段や複雑な光学系を必要と
せず、かつ、高速に縞画像から位相情報を抽出し解析す
ることができ、従来に較べてより広範囲な測定に適用す
ることのできる縞画像の位相分布解析方法および位相分
布解析装置を提供しようとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明の縞位
相分布解析方法は、撮像手段によって得られた縞画像信
号に、所定角度ずつ位相シフトした少なくとも3 つの参
照格子パターン信号をそれぞれ乗算し、これらの信号の
低周波成分を抽出して少なくとも3 つのモアレ縞パター
ン信号を並列に生成し、これらのモアレ縞パターン信号
から縞位相分布を求めることを特徴とする。
相分布解析方法は、撮像手段によって得られた縞画像信
号に、所定角度ずつ位相シフトした少なくとも3 つの参
照格子パターン信号をそれぞれ乗算し、これらの信号の
低周波成分を抽出して少なくとも3 つのモアレ縞パター
ン信号を並列に生成し、これらのモアレ縞パターン信号
から縞位相分布を求めることを特徴とする。
【００１０】また、本発明の縞位相分布解析装置は、縞
画像信号を得るための撮像手段と、所定角度ずつ位相シ
フトした複数の参照格子パターン信号を生成する参照格
子パターン信号生成手段と、前記各参照格子パターン信
号と前記縞画像信号とを乗算し、乗算したこれらの信号
から低周波成分を抽出して複数のモアレ縞パターン信号
を並列に生成する信号処理手段とを具備したことを特徴
とする。
画像信号を得るための撮像手段と、所定角度ずつ位相シ
フトした複数の参照格子パターン信号を生成する参照格
子パターン信号生成手段と、前記各参照格子パターン信
号と前記縞画像信号とを乗算し、乗算したこれらの信号
から低周波成分を抽出して複数のモアレ縞パターン信号
を並列に生成する信号処理手段とを具備したことを特徴
とする。
【００１１】
【作用】以下、本発明における測定原理を変形格子法に
より得られる縞画像を例とし説明する。
より得られる縞画像を例とし説明する。
【００１２】図１に示すように、基準面上で格子間隔ｐ
の正弦波格子が、平行投影入射角度θで測定対象面（Ｘ
Ｙ面）に入射するものとする。物体の基準面からの高さ
分布をｈ（Ｘ，Ｙ）とし、それによる格子の変形量（Ｘ
方向へのずれ量）をｄ（Ｘ，Ｙ）とすると、 ｈ（Ｘ，Ｙ）＝ｄ（Ｘ，Ｙ）/tanθ …（１） なる関係を持つ。縞の位相変調量φ（Ｘ，Ｙ）とｄ
（Ｘ，Ｙ）の間の関係は、 φ（Ｘ，Ｙ）＝２πｄ（Ｘ，Ｙ）／ｐ …（２） となるため、φ（Ｘ、Ｙ）を求めれば、対象の基準面か
らの高さ分布を測定できる。
の正弦波格子が、平行投影入射角度θで測定対象面（Ｘ
Ｙ面）に入射するものとする。物体の基準面からの高さ
分布をｈ（Ｘ，Ｙ）とし、それによる格子の変形量（Ｘ
方向へのずれ量）をｄ（Ｘ，Ｙ）とすると、 ｈ（Ｘ，Ｙ）＝ｄ（Ｘ，Ｙ）/tanθ …（１） なる関係を持つ。縞の位相変調量φ（Ｘ，Ｙ）とｄ
（Ｘ，Ｙ）の間の関係は、 φ（Ｘ，Ｙ）＝２πｄ（Ｘ，Ｙ）／ｐ …（２） となるため、φ（Ｘ、Ｙ）を求めれば、対象の基準面か
らの高さ分布を測定できる。
【００１３】この変形格子像を、ＴＶカメラ等の撮像デ
バイスによりビデオ信号へ変換した強度パタ−ンは、走
査線方向の位置をｘ、走査線番号をｙとし、撮像面上で
の縞空間周波数をｆとすると、 Ｉ0 （ｘ，ｙ）＝Ａ（ｘ，ｙ） ＋Ｂ（ｘ，ｙ）cos[2 πｆｘ＋φ´（ｘ，ｙ）］ …（３） となる。φ´（ｘ，ｙ）は、撮像面上での形状による縞
の変調位相成分であり、Ａ（ｘ，ｙ）は光源・投影系ム
ラおよび物体表面の反射率分布に依存する低周波のバイ
アス変動成分であり、Ｂ（ｘ，ｙ）は、同じ理由による
縞のコントラスト変動成分である。（３）式は高周波数
ｆのキャリア信号をφ´によって位相変調していること
を示し、干渉計等で参照波面にティルトを加えキャリア
縞を導入した場合も同様の分布が得られる。
バイスによりビデオ信号へ変換した強度パタ−ンは、走
査線方向の位置をｘ、走査線番号をｙとし、撮像面上で
の縞空間周波数をｆとすると、 Ｉ0 （ｘ，ｙ）＝Ａ（ｘ，ｙ） ＋Ｂ（ｘ，ｙ）cos[2 πｆｘ＋φ´（ｘ，ｙ）］ …（３） となる。φ´（ｘ，ｙ）は、撮像面上での形状による縞
の変調位相成分であり、Ａ（ｘ，ｙ）は光源・投影系ム
ラおよび物体表面の反射率分布に依存する低周波のバイ
アス変動成分であり、Ｂ（ｘ，ｙ）は、同じ理由による
縞のコントラスト変動成分である。（３）式は高周波数
ｆのキャリア信号をφ´によって位相変調していること
を示し、干渉計等で参照波面にティルトを加えキャリア
縞を導入した場合も同様の分布が得られる。
【００１４】ここで、（３）式の入力縞画像に計算機に
より予め画像メモリ中に作成しておいた参照格子パタ−
ンを乗算し、低域通過フィルタにより高周波成分を除去
することを考える。
より予め画像メモリ中に作成しておいた参照格子パタ−
ンを乗算し、低域通過フィルタにより高周波成分を除去
することを考える。
【００１５】参照格子パタ−ンとしては、 ＩRi（ｘ，ｙ）＝cos （2 πｆｘ＋ψｉ） …（４） を生成する。ψｉは初期位相である。（３），（４）式
を掛け合わせると、 Ｉ0 （ｘ，ｙ）ＩRi（ｘ，ｙ） ＝Ａcos （2 πｆｘ＋ψｉ） ＋Ｂcos （2 πｆｘ＋φ´）cos （2 πｆｘ＋ψｉ） ＝Ａcos （2 πｆｘ＋ψｉ） ＋（1/2 ）Ｂcos （4 πｆｘ＋φ´＋ψｉ） ＋（1/2 ）Ｂcos ［φ´（ｘ，ｙ）−ψｉ］ …（５） となる。（５）式で前2 項は周波数ｆ以上の高周波成分
であり、適当な遮断周波数の低域通過フィルタリング処
理により除去でき、結局信号として低周波成分の第3 項
を得る。この信号は形状そのものを表すφ´（ｘ，ｙ）
に初期位相が加わった一種のモアレ縞となる。
を掛け合わせると、 Ｉ0 （ｘ，ｙ）ＩRi（ｘ，ｙ） ＝Ａcos （2 πｆｘ＋ψｉ） ＋Ｂcos （2 πｆｘ＋φ´）cos （2 πｆｘ＋ψｉ） ＝Ａcos （2 πｆｘ＋ψｉ） ＋（1/2 ）Ｂcos （4 πｆｘ＋φ´＋ψｉ） ＋（1/2 ）Ｂcos ［φ´（ｘ，ｙ）−ψｉ］ …（５） となる。（５）式で前2 項は周波数ｆ以上の高周波成分
であり、適当な遮断周波数の低域通過フィルタリング処
理により除去でき、結局信号として低周波成分の第3 項
を得る。この信号は形状そのものを表すφ´（ｘ，ｙ）
に初期位相が加わった一種のモアレ縞となる。
【００１６】本発明では、この信号の初期位相ψ'i
（ｘ，ｙ）として、所定角度例えば90度ずつ位相をずら
した参照格子（位相シフト参照格子パタ−ン）を少なく
とも3 枚電気的に予め作成しておき、1 台の撮像デバイ
スからの入力画像と、これらの位相シフト参照格子パタ
−ンとの乗算、低域通過処理を電気的に並列に行う。例
えば、3 枚の位相シフト参照格子パタ−ンを用いると、 Ｉi （ｘ，ｙ）＝α＋βcos ［φ´（ｘ，ｙ）＋ψ'i］ （ｉ＝1,2,3 ψ'1＝π/4，ψ'2=3π/4，ψ'3＝ 5π/4） （α、βは、処理回路により決まるバイアス・変調成分） …（６） なる位相シフトモアレ縞パタ−ンを同時に得ることがで
きる。これにより、前述した特開平2-287107号公報にも
記載されているように、 φ´（ｘ，ｙ）＝arctan（Ｉ3 −Ｉ2 ）／（Ｉ1 −Ｉ2 ） …（７） として、実時間（フレ−ムレ−ト）で対象の形状を表す
縞の位相変調量の分布を抽出することができる。位相シ
フト法では、先に述べたバイアス・コントラストの変動
の影響を受けずに位相分布を高精度に画素ごとに求めら
れるメリットがあり、その特徴はこの場合も失われな
い。
（ｘ，ｙ）として、所定角度例えば90度ずつ位相をずら
した参照格子（位相シフト参照格子パタ−ン）を少なく
とも3 枚電気的に予め作成しておき、1 台の撮像デバイ
スからの入力画像と、これらの位相シフト参照格子パタ
−ンとの乗算、低域通過処理を電気的に並列に行う。例
えば、3 枚の位相シフト参照格子パタ−ンを用いると、 Ｉi （ｘ，ｙ）＝α＋βcos ［φ´（ｘ，ｙ）＋ψ'i］ （ｉ＝1,2,3 ψ'1＝π/4，ψ'2=3π/4，ψ'3＝ 5π/4） （α、βは、処理回路により決まるバイアス・変調成分） …（６） なる位相シフトモアレ縞パタ−ンを同時に得ることがで
きる。これにより、前述した特開平2-287107号公報にも
記載されているように、 φ´（ｘ，ｙ）＝arctan（Ｉ3 −Ｉ2 ）／（Ｉ1 −Ｉ2 ） …（７） として、実時間（フレ−ムレ−ト）で対象の形状を表す
縞の位相変調量の分布を抽出することができる。位相シ
フト法では、先に述べたバイアス・コントラストの変動
の影響を受けずに位相分布を高精度に画素ごとに求めら
れるメリットがあり、その特徴はこの場合も失われな
い。
【００１７】このようにして、本発明では、1 台の撮像
デバイスにより、高精度な位相分布測定を高速に行うこ
とができる。このため、従来に比較して測定に用いる光
学系もシンプルなものですみ、調整の繁雑さも避けら
れ、幅広い対象に実時間処理を適用できる。
デバイスにより、高精度な位相分布測定を高速に行うこ
とができる。このため、従来に比較して測定に用いる光
学系もシンプルなものですみ、調整の繁雑さも避けら
れ、幅広い対象に実時間処理を適用できる。
【００１８】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。
する。
【００１９】図２は、本実施例の縞位相分布解析システ
ムの構成を示すもので、同図において１はＣＣＤカメラ
等からなる撮像デバイス、２は位相シフト電子モアレ処
理回路、３は参照格子発生器、４は計算機、５は実時間
縞画像処理装置、６はＣＲＴ等からなるモニターであ
る。
ムの構成を示すもので、同図において１はＣＣＤカメラ
等からなる撮像デバイス、２は位相シフト電子モアレ処
理回路、３は参照格子発生器、４は計算機、５は実時間
縞画像処理装置、６はＣＲＴ等からなるモニターであ
る。
【００２０】このシステムにおいて、参照格子パタ−ン
は、計算機４の3 つのフレ−ムメモリ中に予め計算のう
え保存しておく。電子モアレの処理を行う位相シフト電
子モアレ処理回路２には、撮像デバイス１からの入力縞
画像および参照格子発生器３からの3 枚の参照画面が入
力される。位相シフト電子モアレ処理回路２は、前述し
たような乗算、低域通過処理を電気的に並列に行い、こ
の結果得られた3 つのモアレ画像を実時間縞画像処理装
置５に入力する。そして、実時間縞画像処理装置５は、
これらのモアレ画像から位相分布を求め、モニター６に
例えば位相分布の濃淡表現・鳥瞰図表現等として実時間
で表示する。
は、計算機４の3 つのフレ−ムメモリ中に予め計算のう
え保存しておく。電子モアレの処理を行う位相シフト電
子モアレ処理回路２には、撮像デバイス１からの入力縞
画像および参照格子発生器３からの3 枚の参照画面が入
力される。位相シフト電子モアレ処理回路２は、前述し
たような乗算、低域通過処理を電気的に並列に行い、こ
の結果得られた3 つのモアレ画像を実時間縞画像処理装
置５に入力する。そして、実時間縞画像処理装置５は、
これらのモアレ画像から位相分布を求め、モニター６に
例えば位相分布の濃淡表現・鳥瞰図表現等として実時間
で表示する。
【００２１】図３に、上記位相シフト電子モアレ処理回
路２の構成を示す。撮像デバイス１および参照格子発生
器３からの各画像信号は、レベルクランプ２０、２１、
バイアスオフセット２２等によって適当な前処理を施さ
れた後、広帯域の3 つの乗算器２３、２４、２５により
それぞれ掛け合わされ、適当なカットオフ周波数の低域
通過フィルタ（ＬＰＦ）２６、２７、２８に入力されモ
アレ画像を出力する。参照格子パタ−ンは、直接フレ−
ムメモリ中に作成するか、（アナログ式の）正弦波発生
器により生成する。処理画像の分解能は、撮像デバイス
１の分解能または参照パタ−ン生成部の分解能で制約さ
れ、原理的には、撮像デバイス１の分解能で制約される
値まで高めることができる。
路２の構成を示す。撮像デバイス１および参照格子発生
器３からの各画像信号は、レベルクランプ２０、２１、
バイアスオフセット２２等によって適当な前処理を施さ
れた後、広帯域の3 つの乗算器２３、２４、２５により
それぞれ掛け合わされ、適当なカットオフ周波数の低域
通過フィルタ（ＬＰＦ）２６、２７、２８に入力されモ
アレ画像を出力する。参照格子パタ−ンは、直接フレ−
ムメモリ中に作成するか、（アナログ式の）正弦波発生
器により生成する。処理画像の分解能は、撮像デバイス
１の分解能または参照パタ−ン生成部の分解能で制約さ
れ、原理的には、撮像デバイス１の分解能で制約される
値まで高めることができる。
【００２２】図４に、変形格子法を用いた粗面物体の形
状測定を行う場合の装置構成の例を示す。
状測定を行う場合の装置構成の例を示す。
【００２３】参照格子は、計算機４０中のカラ−用フレ
−ムメモリ−(512× 512×8bit× 3画面）中に、格子ピ
ッチ8 画素で90度ずつ位相シフトしたものを縦方向に生
成し（横方向に64本）、被測定物体４１表面にはＣＣＤ
カメラ(754H ×488V素子）４２の撮像面上で投影格子間
ピッチが参照格子とほぼ等しくなるように縦縞の格子パ
タ−ンを格子プロジェクタ４３（スライドプロジェクタ
・ビデオプロジェクタ等）により投影する。
−ムメモリ−(512× 512×8bit× 3画面）中に、格子ピ
ッチ8 画素で90度ずつ位相シフトしたものを縦方向に生
成し（横方向に64本）、被測定物体４１表面にはＣＣＤ
カメラ(754H ×488V素子）４２の撮像面上で投影格子間
ピッチが参照格子とほぼ等しくなるように縦縞の格子パ
タ−ンを格子プロジェクタ４３（スライドプロジェクタ
・ビデオプロジェクタ等）により投影する。
【００２４】ＣＣＤカメラ４２の結像レンズの焦点、絞
りを縞パタ−ンが撮像素子のダイミックレンジ内におさ
まるように調整し、ビデオ信号を処理装置４４に入力す
る。処理装置４４からは、フレ−ムレ−ト（1/30秒お
き）で位相分布の濃淡表現およびその断面図形、または
分布の鳥瞰図表現図形がビデオ信号としてモニタ−４５
に出力される。なお、処理装置４４中に適当な画像メモ
リ−を用意しておくことにより、随時位相分布情報を取
り出し、様々な目的に使用することができる。
りを縞パタ−ンが撮像素子のダイミックレンジ内におさ
まるように調整し、ビデオ信号を処理装置４４に入力す
る。処理装置４４からは、フレ−ムレ−ト（1/30秒お
き）で位相分布の濃淡表現およびその断面図形、または
分布の鳥瞰図表現図形がビデオ信号としてモニタ−４５
に出力される。なお、処理装置４４中に適当な画像メモ
リ−を用意しておくことにより、随時位相分布情報を取
り出し、様々な目的に使用することができる。
【００２５】一般に、上述したような格子投影系は理想
的な平行投影とすることは難しく発散投影系となるた
め、格子そのものが理想的に作られていても投影された
格子は基準面上では歪んだものとなる。また、結像系も
収差等による歪み成分を持つ。本発明方法では、これら
の歪みを以下の方法で補正することができる。
的な平行投影とすることは難しく発散投影系となるた
め、格子そのものが理想的に作られていても投影された
格子は基準面上では歪んだものとなる。また、結像系も
収差等による歪み成分を持つ。本発明方法では、これら
の歪みを以下の方法で補正することができる。
【００２６】すなわち、まず基準面に相当する場所に平
面物体を置き、その投影格子パタ−ンを処理装置４４に
より処理し位相分布を計算機中に取り込む。得られた位
相分布は、投影格子の基準面上での歪み成分に対応して
おり、これをφD （ｘ，ｙ）とする。
面物体を置き、その投影格子パタ−ンを処理装置４４に
より処理し位相分布を計算機中に取り込む。得られた位
相分布は、投影格子の基準面上での歪み成分に対応して
おり、これをφD （ｘ，ｙ）とする。
【００２７】次に、画像メモリ−中の参照格子パタ−ン
を、 ＩRi（ｘ，ｙ）＝cos ［2 πｆｘ−φD （ｘ，ｙ）＋ψi ］ …（８） なるパタ−ンで置き換えることにより、その後の測定結
果からは歪み成分に相当する位相誤差が除去され投影系
・光学系による歪み成分を補正できる。
を、 ＩRi（ｘ，ｙ）＝cos ［2 πｆｘ−φD （ｘ，ｙ）＋ψi ］ …（８） なるパタ−ンで置き換えることにより、その後の測定結
果からは歪み成分に相当する位相誤差が除去され投影系
・光学系による歪み成分を補正できる。
【００２８】本測定法は、高速に3 次元の形状情報を与
えるため、生体等の動物体の測定、ロボットヴィジョン
等への応用が考えられる。
えるため、生体等の動物体の測定、ロボットヴィジョン
等への応用が考えられる。
【００２９】次に、図５および図６を参照して本発明を
干渉縞解析に適用した場合の例を説明する。
干渉縞解析に適用した場合の例を説明する。
【００３０】図５は、光学部品の表面形状を測定するた
めのトワイマングリ−ン型干渉計を用いた例を示すもの
で、レーザー５０からのレーザ光は、ハーフミラー５１
によって被測定対象５２および参照ミラー５３に照射さ
れ、これらからの反射光は、ハーフミラー５１を介して
ＣＣＤカメラ４２に入射するよう構成されている。な
お、高周波のキャリア縞を干渉パタ−ンに縦方向に導入
するために参照ミラー５３は僅かに傾けられている。得
られた干渉縞パターンは、ＣＣＤカメラ４２により撮像
され、処理装置４４に入力される。
めのトワイマングリ−ン型干渉計を用いた例を示すもの
で、レーザー５０からのレーザ光は、ハーフミラー５１
によって被測定対象５２および参照ミラー５３に照射さ
れ、これらからの反射光は、ハーフミラー５１を介して
ＣＣＤカメラ４２に入射するよう構成されている。な
お、高周波のキャリア縞を干渉パタ−ンに縦方向に導入
するために参照ミラー５３は僅かに傾けられている。得
られた干渉縞パターンは、ＣＣＤカメラ４２により撮像
され、処理装置４４に入力される。
【００３１】この場合の干渉縞強度は、被測定対象５２
の光学表面の参照ミラ−５３に対する形状偏差分つまり
光路差が、使用する光源波長の1/2 あると明暗が変化す
る。結果として、キャリア縞は被測定対象の形状の起伏
に応じて変形し、キャリア縞のＣＣＤカメラ４２上での
空間周波数を参照格子パタ−ンと同周期とすることによ
り、実時間で位相分布つまり形状測定が可能となる。こ
の場合も参照ミラ−５３の理想形状からの偏差測定は、
前述したように参照格子パタ−ンを補正することにより
行うことができる。また、マスタ−部品の位相分布を予
め測定しておくことにより、被測定対象５２のマスタ−
部品との差分測定を容易に行うことができる。
の光学表面の参照ミラ−５３に対する形状偏差分つまり
光路差が、使用する光源波長の1/2 あると明暗が変化す
る。結果として、キャリア縞は被測定対象の形状の起伏
に応じて変形し、キャリア縞のＣＣＤカメラ４２上での
空間周波数を参照格子パタ−ンと同周期とすることによ
り、実時間で位相分布つまり形状測定が可能となる。こ
の場合も参照ミラ−５３の理想形状からの偏差測定は、
前述したように参照格子パタ−ンを補正することにより
行うことができる。また、マスタ−部品の位相分布を予
め測定しておくことにより、被測定対象５２のマスタ−
部品との差分測定を容易に行うことができる。
【００３２】図６は、位相物体の屈折率分布またはその
変化を測定するための例を示すもので、マッハツェンダ
−型干渉計の構成をとっている。レーザー６０からのレ
ーザ光は、ハーフミラー６１によって2 つの光路に分け
られ、それぞれミラー６２、参照ミラー６３によって反
射され、ハーフミラー６４を介してＣＣＤカメラ４２に
入射するよう光学系が構成されている。そして、一方の
光路中に被測定物体６５を置き、参照ミラ−６３を前述
した実施例と同様に傾けることにより、キャリア縞を導
入する。本実施例では、被測定物体６５に焦点を合せて
ＣＣＤカメラ４２により縞画像を撮像し、処理装置４４
へ入力することにより、噴霧燃料現象、液体の流体運動
等の空間的な屈折率分布の測定を実時間で行うことがで
きる。
変化を測定するための例を示すもので、マッハツェンダ
−型干渉計の構成をとっている。レーザー６０からのレ
ーザ光は、ハーフミラー６１によって2 つの光路に分け
られ、それぞれミラー６２、参照ミラー６３によって反
射され、ハーフミラー６４を介してＣＣＤカメラ４２に
入射するよう光学系が構成されている。そして、一方の
光路中に被測定物体６５を置き、参照ミラ−６３を前述
した実施例と同様に傾けることにより、キャリア縞を導
入する。本実施例では、被測定物体６５に焦点を合せて
ＣＣＤカメラ４２により縞画像を撮像し、処理装置４４
へ入力することにより、噴霧燃料現象、液体の流体運動
等の空間的な屈折率分布の測定を実時間で行うことがで
きる。
【００３３】このように、本発明は、干渉計による光学
面形状の測定、位相物体の屈折率分布測定、変形格子法
による粗面物体の非接触形状測定等を、1 台の撮像手段
および従来に較べて単純な光学系によって高速に行うこ
とができ、かつ、参照面（参照格子パタ−ン）を自由に
変更することにより、様々な光学系の歪みの補正、マス
ター物体、理想物体との差分測定等も容易に行うことが
できる。
面形状の測定、位相物体の屈折率分布測定、変形格子法
による粗面物体の非接触形状測定等を、1 台の撮像手段
および従来に較べて単純な光学系によって高速に行うこ
とができ、かつ、参照面（参照格子パタ−ン）を自由に
変更することにより、様々な光学系の歪みの補正、マス
ター物体、理想物体との差分測定等も容易に行うことが
できる。
【００３４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の縞位相分
布解析方法および縞位相分布解析装置によれば、複数の
撮像手段や複雑な光学系を必要とせず、かつ、高速に縞
画像から位相情報を抽出し解析することができ、従来に
較べてより広範囲な測定に適用することができる。
布解析方法および縞位相分布解析装置によれば、複数の
撮像手段や複雑な光学系を必要とせず、かつ、高速に縞
画像から位相情報を抽出し解析することができ、従来に
較べてより広範囲な測定に適用することができる。
【図１】本発明における測定原理を説明するための図で
ある。
ある。
【図２】本発明の一実施例の縞位相分布解析システムの
構成を示す図である。
構成を示す図である。
【図３】図２の位相シフト電子モアレ処理回路の構成を
示す図である。
示す図である。
【図４】本発明を変形格子法を用いた粗面物体の形状測
定に適用した実施例の構成を示す図である。
定に適用した実施例の構成を示す図である。
【図５】本発明を光学部品の表面形状を測定するための
干渉縞解析に適用した実施例の構成を示す図である。
干渉縞解析に適用した実施例の構成を示す図である。
【図６】本発明を位相物体の屈折率分布またはその変化
を測定するための干渉縞解析に適用した実施例の構成を
示す図である。
を測定するための干渉縞解析に適用した実施例の構成を
示す図である。
１ 撮像デバイス ２ 位相シフト電子モアレ処理回路 ３ 参照格子発生器 ２０，２１ レベルクランプ ２２ バイアスオフセット ２３，２４，２５ 乗算器 ２６，２７，２８ 低域通過フィルタ（ＬＰＦ）
Claims (3)
- 【請求項１】 撮像手段によって得られた縞画像信号
に、所定角度ずつ位相シフトした少なくとも3 つの参照
格子パターン信号をそれぞれ乗算し、これらの信号の低
周波成分を抽出して少なくとも3 つのモアレ縞パターン
信号を並列に生成し、これらのモアレ縞パターン信号か
ら縞位相分布を求めることを特徴とする縞位相分布解析
方法。 - 【請求項２】 参照格子パターンを修正することによ
り、投影系および光学系の歪み成分の補正及び理想パタ
ーン又はマスタパターンとの比較測定を行うことを特徴
とする請求項１記載の縞位相分布解析方法。 - 【請求項３】 縞画像信号を得るための撮像手段と、 所定角度ずつ位相シフトした複数の参照格子パターン信
号を生成する参照格子パターン信号生成手段と、 前記各参照格子パターン信号と前記縞画像信号とを乗算
し、乗算したこれらの信号から低周波成分を抽出して複
数のモアレ縞パターン信号を並列に生成する信号処理手
段とを具備したことを特徴とする縞位相分布解析装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3063098A JP2538435B2 (ja) | 1991-03-27 | 1991-03-27 | 縞位相分布解析方法および縞位相分布解析装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3063098A JP2538435B2 (ja) | 1991-03-27 | 1991-03-27 | 縞位相分布解析方法および縞位相分布解析装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05306916A true JPH05306916A (ja) | 1993-11-19 |
| JP2538435B2 JP2538435B2 (ja) | 1996-09-25 |
Family
ID=13219486
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3063098A Expired - Fee Related JP2538435B2 (ja) | 1991-03-27 | 1991-03-27 | 縞位相分布解析方法および縞位相分布解析装置 |
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|---|---|
| JP (1) | JP2538435B2 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002202112A (ja) * | 2000-11-06 | 2002-07-19 | Fujitsu Ltd | 形状計測装置 |
| JP2006349590A (ja) * | 2005-06-17 | 2006-12-28 | Yamatake Corp | ３次元計測装置、３次元計測方法及び３次元計測プログラム |
| JP2007503574A (ja) * | 2003-08-22 | 2007-02-22 | セントレ ナシオナル デ ラ ルシェルシェ シエンティフィーク セエヌエールエス | 媒体特性の非侵襲的検出および測定のためのデバイスおよび方法 |
| WO2007088789A1 (ja) * | 2006-02-01 | 2007-08-09 | Tokyo Institute Of Technology | 表面形状の測定方法およびこれを用いた装置 |
| JP2008516245A (ja) * | 2004-10-13 | 2008-05-15 | ソルビジョン インコーポレイティド | 反射物体の高さプロファイル測定方法及びシステム |
| WO2012056724A1 (ja) * | 2010-10-29 | 2012-05-03 | 富士フイルム株式会社 | 放射線位相画像撮影装置 |
| JP2012112856A (ja) * | 2010-11-26 | 2012-06-14 | Nikon Corp | 起伏観察装置 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006324311A (ja) | 2005-05-17 | 2006-11-30 | Canon Inc | 波面収差測定装置及びそれを有する露光装置 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPS62129711A (ja) * | 1985-11-29 | 1987-06-12 | Toshiba Corp | 物体の形状誤差を測定する方法およびその装置 |
| JPS6350709A (ja) * | 1986-08-20 | 1988-03-03 | Fuji Photo Optical Co Ltd | シェアリング干渉計装置 |
| JPS63184029A (ja) * | 1987-01-26 | 1988-07-29 | Canon Inc | 波面形状測定方法 |
-
1991
- 1991-03-27 JP JP3063098A patent/JP2538435B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62129711A (ja) * | 1985-11-29 | 1987-06-12 | Toshiba Corp | 物体の形状誤差を測定する方法およびその装置 |
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| JP2007503574A (ja) * | 2003-08-22 | 2007-02-22 | セントレ ナシオナル デ ラ ルシェルシェ シエンティフィーク セエヌエールエス | 媒体特性の非侵襲的検出および測定のためのデバイスおよび方法 |
| JP4699364B2 (ja) * | 2003-08-22 | 2011-06-08 | セントレ ナシオナル デ ラ ルシェルシェ シエンティフィーク セエヌエールエス | 媒体特性の非侵襲的検出および測定のためのデバイスおよび方法 |
| JP2008516245A (ja) * | 2004-10-13 | 2008-05-15 | ソルビジョン インコーポレイティド | 反射物体の高さプロファイル測定方法及びシステム |
| JP4674121B2 (ja) * | 2005-06-17 | 2011-04-20 | 株式会社山武 | ３次元計測装置、３次元計測方法及び３次元計測プログラム |
| JP2006349590A (ja) * | 2005-06-17 | 2006-12-28 | Yamatake Corp | ３次元計測装置、３次元計測方法及び３次元計測プログラム |
| WO2007088789A1 (ja) * | 2006-02-01 | 2007-08-09 | Tokyo Institute Of Technology | 表面形状の測定方法およびこれを用いた装置 |
| US7852489B2 (en) | 2006-02-01 | 2010-12-14 | Tokyo Institute Of Technology | Method for measuring surface profile, and apparatus using the same |
| JP4710078B2 (ja) * | 2006-02-01 | 2011-06-29 | 国立大学法人東京工業大学 | 表面形状の測定方法およびこれを用いた装置 |
| WO2012056724A1 (ja) * | 2010-10-29 | 2012-05-03 | 富士フイルム株式会社 | 放射線位相画像撮影装置 |
| CN103188996A (zh) * | 2010-10-29 | 2013-07-03 | 富士胶片株式会社 | 放射线照相相衬成像设备 |
| US8781069B2 (en) | 2010-10-29 | 2014-07-15 | Fujifilm Corporation | Radiographic phase-contrast imaging apparatus |
| JP2012112856A (ja) * | 2010-11-26 | 2012-06-14 | Nikon Corp | 起伏観察装置 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2538435B2 (ja) | 1996-09-25 |
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