JPH0719824A - 形状計測装置 - Google Patents
形状計測装置Info
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- JPH0719824A JPH0719824A JP5144781A JP14478193A JPH0719824A JP H0719824 A JPH0719824 A JP H0719824A JP 5144781 A JP5144781 A JP 5144781A JP 14478193 A JP14478193 A JP 14478193A JP H0719824 A JPH0719824 A JP H0719824A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 線状光を被測定物４に照射し、その反射光を
投光角と異なる角度から２次元光検出手段２で観測し、
輝点座標列から被測定物４の形状を求める形状計測装置
において、２次元光検出手段２の画素数で決まる分解能
より高い分解能で高速に検出すること。 【構成】 線状光を被測定物４の基準面に垂直な面内で
斜め方向から照射し、その光強度が照射方向に垂直な方
向で周期的に変化する縞状光を成し、時間的にその光強
度分布を移動させる変調機能を備えた移動縞状光投光手
段１と、２次元光検出手段２により検出された光強度の
変化量が各垂直線上の画素中で最大値となる各画素の垂
直座標を求める輝点座標決定手段５と、各画素における
前記光強度変化の位相を求める位相測定手段６と、前記
輝点座標を主尺、前記光強度変化の位相を副尺として前
記被測定物の各点の高さを算出する高さ算出手段７を設
けたもの。
投光角と異なる角度から２次元光検出手段２で観測し、
輝点座標列から被測定物４の形状を求める形状計測装置
において、２次元光検出手段２の画素数で決まる分解能
より高い分解能で高速に検出すること。 【構成】 線状光を被測定物４の基準面に垂直な面内で
斜め方向から照射し、その光強度が照射方向に垂直な方
向で周期的に変化する縞状光を成し、時間的にその光強
度分布を移動させる変調機能を備えた移動縞状光投光手
段１と、２次元光検出手段２により検出された光強度の
変化量が各垂直線上の画素中で最大値となる各画素の垂
直座標を求める輝点座標決定手段５と、各画素における
前記光強度変化の位相を求める位相測定手段６と、前記
輝点座標を主尺、前記光強度変化の位相を副尺として前
記被測定物の各点の高さを算出する高さ算出手段７を設
けたもの。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は物体の３次元形状を非接
触で１ライン同時計測する形状計測装置に関する。
触で１ライン同時計測する形状計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】光学的な３次元形状計測方法としてはい
くつかの方法が知られており、工場の生産ラインにおけ
る検査への応用については３角測量方式が最も多く用い
られている。
くつかの方法が知られており、工場の生産ラインにおけ
る検査への応用については３角測量方式が最も多く用い
られている。
【０００３】従来、３角測量方式としては、垂直方向か
ら１点に集束する光を照射し、１次元ＰＳＤ（光位置検
出素子）で受光する。１点ずつの測定が主流であった。
このような１点ずつの測定では、平面上の広範囲な計測
のためには、光学的な高速なスキャンと電子回路におけ
る高速な処理を必要とする問題点があった。
ら１点に集束する光を照射し、１次元ＰＳＤ（光位置検
出素子）で受光する。１点ずつの測定が主流であった。
このような１点ずつの測定では、平面上の広範囲な計測
のためには、光学的な高速なスキャンと電子回路におけ
る高速な処理を必要とする問題点があった。
【０００４】光検出手段に２次元のものを用いれば３角
測量方式で１ライン同時計測ができる。１ライン同時計
測では、光学系においては、被測定物が一定の幅以下で
あればスキャンは１方向の低速なもので良く、電子回路
においては、並列な処理を可能にすれば個別の回路は低
速なものでも良い、といった利点がある。
測量方式で１ライン同時計測ができる。１ライン同時計
測では、光学系においては、被測定物が一定の幅以下で
あればスキャンは１方向の低速なもので良く、電子回路
においては、並列な処理を可能にすれば個別の回路は低
速なものでも良い、といった利点がある。
【０００５】例えば、図８のように、線状光投光器22を
用いて線状光を被測定物４に照射し、その反射光を２次
元光検出手段２で受光すれば、１ライン上の形状が求め
られる。すなわち、ＹＺ平面に平行な線状光を照射すれ
ば、被測定物４上の輝線は図９に示すように１ライン上
の被測定物４の形状を検出したものとなっている。反射
光をレンズ３により２次元光検出手段２に結像する。こ
こで、検出した被測定物の形状を光検出手段の受光面上
に相似の形状で結像するためには、レンズの主平面と照
射光と光検出手段を平行にする必要がある。このことに
より、図９の２次元光検出手段２の一部２ａに示す通
り、各Ｘ座標の１垂直線上で、最大の濃淡レベルを有す
る画素のＺ座標から、被測定物の各点の高さが求めら
れ、１ラインの形状の計測ができる。被測定物４をＸ方
向にステージで動かし、等間隔に形状計測を行えば、３
次元形状計測ができる。
用いて線状光を被測定物４に照射し、その反射光を２次
元光検出手段２で受光すれば、１ライン上の形状が求め
られる。すなわち、ＹＺ平面に平行な線状光を照射すれ
ば、被測定物４上の輝線は図９に示すように１ライン上
の被測定物４の形状を検出したものとなっている。反射
光をレンズ３により２次元光検出手段２に結像する。こ
こで、検出した被測定物の形状を光検出手段の受光面上
に相似の形状で結像するためには、レンズの主平面と照
射光と光検出手段を平行にする必要がある。このことに
より、図９の２次元光検出手段２の一部２ａに示す通
り、各Ｘ座標の１垂直線上で、最大の濃淡レベルを有す
る画素のＺ座標から、被測定物の各点の高さが求めら
れ、１ラインの形状の計測ができる。被測定物４をＸ方
向にステージで動かし、等間隔に形状計測を行えば、３
次元形状計測ができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の形状計測装置においては、高さ計測の性能が
２次元検出手段の性能で決定され、分解能、計測速度が
低いという欠点があった。
うな従来の形状計測装置においては、高さ計測の性能が
２次元検出手段の性能で決定され、分解能、計測速度が
低いという欠点があった。
【０００７】原理的に、従来方式では、（１／高さ方向
分解能）×（計測速度）は２次元光検出手段のデータレ
ートに等しい。高さ分解能と計測速度を両方とも向上さ
せるためにはデータレートを上げる必要がある。現状の
２次元光検出手段では、両方を実用的な性能にすること
は不可能である。
分解能）×（計測速度）は２次元光検出手段のデータレ
ートに等しい。高さ分解能と計測速度を両方とも向上さ
せるためにはデータレートを上げる必要がある。現状の
２次元光検出手段では、両方を実用的な性能にすること
は不可能である。
【０００８】例えば、２次元ＣＣＤは画素数は多く、高
さ分解能は高いが、モニタへの対応で規格が決められて
いるため、フレームレートが数10Ｈz と低く、計測速度
が遅い。２次元のフォトダイオードは画素数が最大でも
数10×数10程度であり、高速動作（数ｋ〜数10ｋframe/
S ）をするように設計されたＣＣＤや、ＭＯＳ型受光素
子、ビジコンカメラも画素数は少なく、水平方向計測範
囲が小さくなる。
さ分解能は高いが、モニタへの対応で規格が決められて
いるため、フレームレートが数10Ｈz と低く、計測速度
が遅い。２次元のフォトダイオードは画素数が最大でも
数10×数10程度であり、高速動作（数ｋ〜数10ｋframe/
S ）をするように設計されたＣＣＤや、ＭＯＳ型受光素
子、ビジコンカメラも画素数は少なく、水平方向計測範
囲が小さくなる。
【０００９】本発明は、上記の問題に鑑みてなされたも
ので、その目的とするところは、形状計測装置におい
て、２次元光検出手段の画素数より高い分解能を可能に
する高さ計測方式により、高分解能と速い計測速度を同
時に実現することである。
ので、その目的とするところは、形状計測装置におい
て、２次元光検出手段の画素数より高い分解能を可能に
する高さ計測方式により、高分解能と速い計測速度を同
時に実現することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、線状光を被測
定物に照射し、その反射光を投光角と異なる角度から２
次元光検出手段で観測し、輝点座標列から被測定物の形
状を求める形状計測装置において、上記の目的を達成す
るため、前記線状光を被測定物の基準面に垂直な面内で
斜め方向から照射し、その光強度が照射方向に垂直な方
向で周期的に変化する縞状光を構成し、時間的にその光
強度分布を移動させる変調機能を備えた移動縞状光投光
手段と、前記２次元光検出手段により検出された光強度
の変化量を各垂直線上の画素中で最大値となる各画素の
垂直座標を求める輝点座標決定手段と、各画素における
前記光強度変化の位相を求める位相測定手段と、前記輝
点座標を主尺、前記光強度変化の位相を副尺として前記
被測定物の各点の高さを算出する高さ算出手段とを設け
る。
定物に照射し、その反射光を投光角と異なる角度から２
次元光検出手段で観測し、輝点座標列から被測定物の形
状を求める形状計測装置において、上記の目的を達成す
るため、前記線状光を被測定物の基準面に垂直な面内で
斜め方向から照射し、その光強度が照射方向に垂直な方
向で周期的に変化する縞状光を構成し、時間的にその光
強度分布を移動させる変調機能を備えた移動縞状光投光
手段と、前記２次元光検出手段により検出された光強度
の変化量を各垂直線上の画素中で最大値となる各画素の
垂直座標を求める輝点座標決定手段と、各画素における
前記光強度変化の位相を求める位相測定手段と、前記輝
点座標を主尺、前記光強度変化の位相を副尺として前記
被測定物の各点の高さを算出する高さ算出手段とを設け
る。
【００１１】前記縞状光（以下、移動縞状光と称する）
を発生するためには種々の手段が考えられ、例えば、波
長の異なる２つのレーザ光による移動干渉縞の発生を用
いる。
を発生するためには種々の手段が考えられ、例えば、波
長の異なる２つのレーザ光による移動干渉縞の発生を用
いる。
【００１２】あるいは、投光側の光路中に振動する格子
を設けることにより線状光を変調してもよい。あるい
は、アレイ状の光源を用い、その光源を構成する各発光
素子の各発光出力を位置によって変え、かつ、その発光
出力の分布を移動させることにより線状光を変調すると
いう方法もある。
を設けることにより線状光を変調してもよい。あるい
は、アレイ状の光源を用い、その光源を構成する各発光
素子の各発光出力を位置によって変え、かつ、その発光
出力の分布を移動させることにより線状光を変調すると
いう方法もある。
【００１３】
【作用】上記構成において、移動縞状光が被測定物に照
射され、その像を投光角と異なる角度から２次元光検出
手段で観測し、検出された光強度の変化が各垂直線上の
各画素の最大値となる各画素の座標を求めて輝点座標列
を決定し、また、光強度の変化から各画素における位相
を求め、各輝点座標を主尺、各輝点の位相を副尺とし
て、高さ算出手段で被測定物の各点の高さを算出するこ
とにより、形状を計測する。
射され、その像を投光角と異なる角度から２次元光検出
手段で観測し、検出された光強度の変化が各垂直線上の
各画素の最大値となる各画素の座標を求めて輝点座標列
を決定し、また、光強度の変化から各画素における位相
を求め、各輝点座標を主尺、各輝点の位相を副尺とし
て、高さ算出手段で被測定物の各点の高さを算出するこ
とにより、形状を計測する。
【００１４】
【実施例】本発明の実施例の全体の構成を図１に示す。
図１において、１は移動縞状光投光手段、２は２次元光
検出手段の一例としてのエリアＣＣＤ、３は受光レン
ズ、４は被測定物、５は輝点座標決定手段、６は位相測
定手段、７は高さ算出手段である。移動縞状光投光手段
１は移動縞状光を被測定物４に照射する。この場合、図
２に示すように、被測定物４の基準面をＺ＝０の平面、
移動縞状光を基準面に照射した（線状光）像をＹ軸、原
点を像の中心とする。図２（ａ）に示す実施例では、移
動縞状光はＺＹ平面、すなわち被測定物４の基準面に垂
直な面上で、かつＺ軸に対して斜め方向から照射する。
２次元光検出手段２は図２（ｂ）に示す通り、ＺＸ平面
上に中心がくるように、かつ、被測定物４の基準面とな
す受光角が投光面のなす角度（90°）と異なるように設
置する。移動縞状光の縞の間隔は、エリアＣＣＤ２の１
画素の写像のＺ方向の大きさがその１／２になるように
する。
図１において、１は移動縞状光投光手段、２は２次元光
検出手段の一例としてのエリアＣＣＤ、３は受光レン
ズ、４は被測定物、５は輝点座標決定手段、６は位相測
定手段、７は高さ算出手段である。移動縞状光投光手段
１は移動縞状光を被測定物４に照射する。この場合、図
２に示すように、被測定物４の基準面をＺ＝０の平面、
移動縞状光を基準面に照射した（線状光）像をＹ軸、原
点を像の中心とする。図２（ａ）に示す実施例では、移
動縞状光はＺＹ平面、すなわち被測定物４の基準面に垂
直な面上で、かつＺ軸に対して斜め方向から照射する。
２次元光検出手段２は図２（ｂ）に示す通り、ＺＸ平面
上に中心がくるように、かつ、被測定物４の基準面とな
す受光角が投光面のなす角度（90°）と異なるように設
置する。移動縞状光の縞の間隔は、エリアＣＣＤ２の１
画素の写像のＺ方向の大きさがその１／２になるように
する。
【００１５】移動縞状光投光手段１として、図３に波長
の異なる２つのレーザ光を用いる例を示す。移動縞状光
投光手段１は干渉投光器で成り、波長の異なるレーザ光
Ｂ１，Ｂ２をＺ軸に対する角度θ1 ，θ2 で交差させ
る。干渉投光器１は図４に示すように、レーザ光源８、
ビームスプリッタ９，15、ミラー10，14、ＡＯＭ（音響
光学変調器）11Ａ，11Ｂ、発振器12Ａ，12Ｂ、ビームエ
クスパンダ13Ａ，13Ｂで構成される。
の異なる２つのレーザ光を用いる例を示す。移動縞状光
投光手段１は干渉投光器で成り、波長の異なるレーザ光
Ｂ１，Ｂ２をＺ軸に対する角度θ1 ，θ2 で交差させ
る。干渉投光器１は図４に示すように、レーザ光源８、
ビームスプリッタ９，15、ミラー10，14、ＡＯＭ（音響
光学変調器）11Ａ，11Ｂ、発振器12Ａ，12Ｂ、ビームエ
クスパンダ13Ａ，13Ｂで構成される。
【００１６】図１の構成において、移動縞状光が被測定
物４に照射されると、エリアＣＣＤ２はＺＹ平面のレン
ズ３による写像面上にあり、測定範囲内の反射光は全て
エリアＣＣＤ２に結像される。
物４に照射されると、エリアＣＣＤ２はＺＹ平面のレン
ズ３による写像面上にあり、測定範囲内の反射光は全て
エリアＣＣＤ２に結像される。
【００１７】エリアＣＣＤ２によって取り込んだ画像か
ら輝点座標決定手段５と位相測定手段６によって輝点座
標列と各点の位相を求め、高さ算出手段７により高さを
求めて被測定物４の形状を検出する。移動縞状光は図２
の位置関係にあることから、エリアＣＣＤ２で検出され
る光強度変化は被測定物の各Ｚ座標における高さに対応
したＺ座標で最大になり、位相はＹ方向、Ｚ方向で変化
する。
ら輝点座標決定手段５と位相測定手段６によって輝点座
標列と各点の位相を求め、高さ算出手段７により高さを
求めて被測定物４の形状を検出する。移動縞状光は図２
の位置関係にあることから、エリアＣＣＤ２で検出され
る光強度変化は被測定物の各Ｚ座標における高さに対応
したＺ座標で最大になり、位相はＹ方向、Ｚ方向で変化
する。
【００１８】ここで、エリアＣＣＤ２では連続的な強度
変化を検出することはできないから、離散的な光強度を
複数回取り込むことにより強度変化を求める。図５に示
すように、エリアＣＣＤ２によって検出した離散的な光
強度から、輝点座標決定手段５によって、被測定物の各
垂直線上の画素の中から最も強度変化の大きい画素のＺ
座標を求める。
変化を検出することはできないから、離散的な光強度を
複数回取り込むことにより強度変化を求める。図５に示
すように、エリアＣＣＤ２によって検出した離散的な光
強度から、輝点座標決定手段５によって、被測定物の各
垂直線上の画素の中から最も強度変化の大きい画素のＺ
座標を求める。
【００１９】次に位相測定手段６により、各画素の位相
を求める。ここで、位相を求めるためには、縞状光の移
動周期の１／４の時間間隔で、画像を４回取り込む。４
回取り込んだ濃淡レベルをＡ0 ，Ａ1 ，Ａ2 ，Ａ3 とす
ると、位相φは
を求める。ここで、位相を求めるためには、縞状光の移
動周期の１／４の時間間隔で、画像を４回取り込む。４
回取り込んだ濃淡レベルをＡ0 ，Ａ1 ，Ａ2 ，Ａ3 とす
ると、位相φは
【００２０】
【数１】 で計算することができる。高さ算出手段７は、このよう
にして求められた位相を副尺とし、最大強度変化を示す
画素のＺ座標を主尺として高さを算出する。２次元ＣＣ
Ｄ２の各画素に対する位相の範囲については、あらかじ
め水平でよく研磨されたサンプルを用い、その高さを光
学ステージで細かく動かし、計測しておく必要がある。
にして求められた位相を副尺とし、最大強度変化を示す
画素のＺ座標を主尺として高さを算出する。２次元ＣＣ
Ｄ２の各画素に対する位相の範囲については、あらかじ
め水平でよく研磨されたサンプルを用い、その高さを光
学ステージで細かく動かし、計測しておく必要がある。
【００２１】２次元のＣＣＤ２の左上が（０，０）とな
るように座標をとり、画素Ｐ（ｙ，ｚ）の位相範囲φｓ
（ｙ，ｚ）〜φｅ（ｙ，ｚ）、画素のＺ方向サイズＳ
ｚ、光学系の倍率Ａ、高さ０に相当する点をｙ＝０の画
素の上端とする。最大強度変化の画素のＺ座標がＺ
（ｙ）、その位相がφ（ｙ）であったとすると、被測定
物の形状（高さ）ｈ（ｙ）は、
るように座標をとり、画素Ｐ（ｙ，ｚ）の位相範囲φｓ
（ｙ，ｚ）〜φｅ（ｙ，ｚ）、画素のＺ方向サイズＳ
ｚ、光学系の倍率Ａ、高さ０に相当する点をｙ＝０の画
素の上端とする。最大強度変化の画素のＺ座標がＺ
（ｙ）、その位相がφ（ｙ）であったとすると、被測定
物の形状（高さ）ｈ（ｙ）は、
【００２２】
【数２】 で求めることができる。次に、移動干渉縞を投光する干
渉投光器の作用について図４をもとに説明する。レーザ
光はビームスプリッタ９で２分割し、ＡＯＭ11Ａ，11Ｂ
で光波の周波数を変える。ここで、ＡＯＭ11Ａと11Ｂの
周波数差がヘテロダイン周波数となる。これらの光波を
ビームエクスパンダ13Ａ，13Ｂにより拡大して、ミラー
14およびビームスプリッタ15で微小角に交わらせ、干渉
縞を発生する。
渉投光器の作用について図４をもとに説明する。レーザ
光はビームスプリッタ９で２分割し、ＡＯＭ11Ａ，11Ｂ
で光波の周波数を変える。ここで、ＡＯＭ11Ａと11Ｂの
周波数差がヘテロダイン周波数となる。これらの光波を
ビームエクスパンダ13Ａ，13Ｂにより拡大して、ミラー
14およびビームスプリッタ15で微小角に交わらせ、干渉
縞を発生する。
【００２３】ＡＯＭ11Ａ，11Ｂは光周波数を変えるだけ
でなく、光強度も変調するが、強度変調周波数は通常数
10ＭＨz であり、この実施例においては、エリアＣＣＤ
２のフレームレートが強度変調周波数より数桁低いの
で、平均化されて強度変調の影響は表われない。
でなく、光強度も変調するが、強度変調周波数は通常数
10ＭＨz であり、この実施例においては、エリアＣＣＤ
２のフレームレートが強度変調周波数より数桁低いの
で、平均化されて強度変調の影響は表われない。
【００２４】ここで、移動干渉縞の空間強度分布を示す
図５を参考に、被測定物４の座標に対する位相の式を求
める。図５の太線が干渉縞を示している。前述したよう
に、光波Ｂ１は、角周波数ω1 でｚ軸に対してθ1 傾け
て投光し、光波Ｂ２は、角周波数ω2 でｚ軸に対してθ
2 傾けて投光する。ここで、
図５を参考に、被測定物４の座標に対する位相の式を求
める。図５の太線が干渉縞を示している。前述したよう
に、光波Ｂ１は、角周波数ω1 でｚ軸に対してθ1 傾け
て投光し、光波Ｂ２は、角周波数ω2 でｚ軸に対してθ
2 傾けて投光する。ここで、
【００２５】
【数３】ω2 −ω1 ＜＜ω1 の条件に設定して、Ｂ１、Ｂ２の波長は共にλで表す。
光波Ｂ１とＢ２の光強度をａ1 ，ａ2 とすると、その電
界は、
光波Ｂ１とＢ２の光強度をａ1 ，ａ2 とすると、その電
界は、
【００２６】
【数４】 ＥB1（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）＝ａ1 exp ｉ｛ω1 ｔ＋φ1 （ｘ，ｙ，ｚ）｝ ＥB2（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）＝ａ2 exp ｉ｛ω2 ｔ＋φ2 （ｘ，ｙ，ｚ）｝ ただし、
【００２７】
【数５】 となる。光波Ｂ１とＢ２による干渉縞の光強度は
【００２８】
【数６】 Ｉ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）＝｜ＥB1＋ＥB2｜2 ＝｜ＥB1｜2 ＋｜ＥB2｜2 ＋２ａ1 ａ2 cos {(ω2 −ω1 ）ｔ＋（φ2 −φ1 )} である。すなわち、ｘ，ｙ，ｚ点における光強度の位相
は、
は、
【００２９】
【数７】 で与えられる。上式より、干渉光の光強度分布は図３の
ような縞を成し、Ｉの式より、縞が角周波数の差（ω2
−ω1 ）で移動することから、本発明に必要な縞状光投
光手段を構成することができる。
ような縞を成し、Ｉの式より、縞が角周波数の差（ω2
−ω1 ）で移動することから、本発明に必要な縞状光投
光手段を構成することができる。
【００３０】以上のような構成・作用により、位相を高
分解能で測定すれば、２次元ＣＣＤの画素数以上の分解
能が得られる。干渉縞の幅の１／２がＳz であるから、
高さ分解能は従来方式と比較すると、１／（２×位相分
解能）倍になる。
分解能で測定すれば、２次元ＣＣＤの画素数以上の分解
能が得られる。干渉縞の幅の１／２がＳz であるから、
高さ分解能は従来方式と比較すると、１／（２×位相分
解能）倍になる。
【００３１】図４の構成では光周波数を変えるためにＡ
ＯＭを用いたが、他の方法でも周波数差を正確に設定で
きるならば何でもよい。たとえば、ブラッグセルを用い
た光周波数シフタ、半導体レーザの電荷制御による方法
などが考えられる。
ＯＭを用いたが、他の方法でも周波数差を正確に設定で
きるならば何でもよい。たとえば、ブラッグセルを用い
た光周波数シフタ、半導体レーザの電荷制御による方法
などが考えられる。
【００３２】また、図１の構成では２次元光検出手段２
としてエリアＣＣＤを用いたが、ＭＯＳ型受光素子等を
用いてもよい。以上の場合は、上述した実施例の構成要
素の置き換えだけで、同じ作用、効果が得られる。
としてエリアＣＣＤを用いたが、ＭＯＳ型受光素子等を
用いてもよい。以上の場合は、上述した実施例の構成要
素の置き換えだけで、同じ作用、効果が得られる。
【００３３】次に、移動縞状光の投光手段の別の実施例
について述べる。図６には移動縞状光の投光手段の第２
の実施例として、投光側の光路中に振動する格子を設け
る例を示す。図６において、８′は光源、16は格子、17
は格子を振動させるアクチュエータ、18はレンズであ
る。
について述べる。図６には移動縞状光の投光手段の第２
の実施例として、投光側の光路中に振動する格子を設け
る例を示す。図６において、８′は光源、16は格子、17
は格子を振動させるアクチュエータ、18はレンズであ
る。
【００３４】上記構成において、光源８′からの光は拡
散しており、格子16を通過することにより縞状光とな
る。格子16の直後にレンズ18があるので、縞状光は平行
な縞状光になる。アクチュエータ17で格子16を振動させ
ることにより、縞状光を移動させる。格子の光透過率が
３角波状に変化するように製作し、振動させる大きさを
格子の間隔（透過率極大点の間隔）の１／２とし、アク
チュエータが単振動するようにすれば、最も小さい振動
幅で光量を正弦波状に変化することができる。
散しており、格子16を通過することにより縞状光とな
る。格子16の直後にレンズ18があるので、縞状光は平行
な縞状光になる。アクチュエータ17で格子16を振動させ
ることにより、縞状光を移動させる。格子の光透過率が
３角波状に変化するように製作し、振動させる大きさを
格子の間隔（透過率極大点の間隔）の１／２とし、アク
チュエータが単振動するようにすれば、最も小さい振動
幅で光量を正弦波状に変化することができる。
【００３５】光源８′は、干渉による影響を軽減するた
めに、レーザ以外の光源、例えばＬＥＤなどを用いるこ
とが好ましい。アクチュエータ17としては例えばピエゾ
素子を用いる。
めに、レーザ以外の光源、例えばＬＥＤなどを用いるこ
とが好ましい。アクチュエータ17としては例えばピエゾ
素子を用いる。
【００３６】この構成によれば、図４に示した方法より
も簡素な構成で、移動縞状光投光手段を実現することが
できる。図７には移動縞状光の投光手段の第３の実施例
として、アレイ状の光源を用いる例を示す。図７におい
て、19はアレイ状光源変調手段、20はアレイ状光源、21
はアレイ状光源からの拡散光を結像するレンズである。
も簡素な構成で、移動縞状光投光手段を実現することが
できる。図７には移動縞状光の投光手段の第３の実施例
として、アレイ状の光源を用いる例を示す。図７におい
て、19はアレイ状光源変調手段、20はアレイ状光源、21
はアレイ状光源からの拡散光を結像するレンズである。
【００３７】アレイ状光源変調手段19は、光源20の各発
光素子の各発光出力を位置によって変え、かつ、その発
光出力の分布を移動させることにより線状光を変調する
機能を有する。
光素子の各発光出力を位置によって変え、かつ、その発
光出力の分布を移動させることにより線状光を変調する
機能を有する。
【００３８】上記構成において、アレイ状光源20からの
光を結像用レンズ21によって結像することにより、移動
縞状光を発生させる。この場合にはアレイ状光源の結像
であるから、焦点付近以外の場所では縞は形成できない
ので、焦点付近のみの計測となる。また、扇状の縞にな
るので、２次元光検出手段の各画素の位相範囲の幅は各
画素によって異なった値となる。
光を結像用レンズ21によって結像することにより、移動
縞状光を発生させる。この場合にはアレイ状光源の結像
であるから、焦点付近以外の場所では縞は形成できない
ので、焦点付近のみの計測となる。また、扇状の縞にな
るので、２次元光検出手段の各画素の位相範囲の幅は各
画素によって異なった値となる。
【００３９】この構成によれば、図４に示した方法より
も簡素な構成で、また、図６に示した方法のような、機
械的可動部分を要することもなく、移動縞状光投光手段
を実現することができる。
も簡素な構成で、また、図６に示した方法のような、機
械的可動部分を要することもなく、移動縞状光投光手段
を実現することができる。
【００４０】
【発明の効果】本発明によれば、２次元光検出手段の画
素数よりも高分解能な形状計測が可能になる。このこと
により、被測定物の形状の１ライン同時計測において、
高分解能と速い計測速度を同時に実現することができ
る。
素数よりも高分解能な形状計測が可能になる。このこと
により、被測定物の形状の１ライン同時計測において、
高分解能と速い計測速度を同時に実現することができ
る。
【図１】本発明の形状計測装置の一実施例の構成図。
【図２】上記実施例の投受光手段１と被測定物４の位置
関係を示す図。
関係を示す図。
【図３】本発明に用いる２つのレーザ光の干渉による移
動縞状光発生の説明図。
動縞状光発生の説明図。
【図４】本発明に用いる干渉投光器の構成図。
【図５】移動縞状光の反射光から輝点座標を決定するこ
とを説明するための図。
とを説明するための図。
【図６】移動縞状光投光手段１の第２の実施例の構成
図。
図。
【図７】移動縞状光投光手段１の第３の実施例の構成
図。
図。
【図８】従来の形状計測装置の要部構成図。
【図９】扇状光を凹凸のある被測定物に照射し反射光を
２次元光検出手段で検出することを示す図。
２次元光検出手段で検出することを示す図。
１…移動縞状光投光手段（干渉投光器） ２…２次元光検出手段（エリアＣＣＤ） ３，18，21…レンズ ４…被測定物 ５…輝点座標決定手段 ６…位相測定手段 ７…高さ算出手段 ８…レーザ ９，15…ビームスプリッタ 10，14…ミラー 11Ａ，11Ｂ…ＡＯＭ（音響光学変調器） 12Ａ，12Ｂ…発振器 13Ａ，13Ｂ…ビームエクスパンダ 16…格子 17…アクチュエータ 19…アレイ状光源変調手段 20…アレイ状光源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 下川 勝千 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中工場内
Claims (4)
- 【請求項１】 線状光を被測定物に照射し、その反射光
を投光角と異なる角度から２次元光検出手段で観測し、
輝点座標列から被測定物の形状を求める形状計測装置に
おいて、 前記線状光を被測定物の基準面に垂直な面内で斜め方向
から照射し、その光強度が照射方向に垂直な方向で周期
的に変化する縞状光を構成し、時間的にその光強度分布
を移動させる変調機能を備えた移動縞状光投光手段と、 前記２次元光検出手段により検出された光強度の変化量
を各垂直線上の画素中で最大値となる各画素の垂直座標
を求める輝点座標決定手段と、 各画素における前記光強度変化の位相を求める位相測定
手段と、 前記輝点座標を主尺、前記光強度変化の位相を副尺とし
て前記被測定物の各点の高さを算出する高さ算出手段と
を有する形状計測装置。 - 【請求項２】 請求項１に記載の形状計測装置におい
て、前記移動縞状光投光手段に、波長の異なる２つのレ
ーザ光による移動干渉縞の発生を用いることを特徴とす
る形状計測装置。 - 【請求項３】 請求項１に記載の形状計測装置におい
て、前記移動縞状光投光手段に、投光側の光路中に振動
する格子を設けることを特徴とする形状計測装置。 - 【請求項４】 請求項１に記載の形状計測装置におい
て、前記移動縞状光投光手段に、アレイ状の光源を用
い、その光源を構成する各発光素子の各発光出力を位置
によって変え、かつ、その発光出力の分布を移動させる
ことにより線状光を変調することを特徴とする形状計測
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5144781A JPH0719824A (ja) | 1993-06-16 | 1993-06-16 | 形状計測装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5144781A JPH0719824A (ja) | 1993-06-16 | 1993-06-16 | 形状計測装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0719824A true JPH0719824A (ja) | 1995-01-20 |
Family
ID=15370294
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5144781A Pending JPH0719824A (ja) | 1993-06-16 | 1993-06-16 | 形状計測装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0719824A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6791518B2 (en) | 1997-04-18 | 2004-09-14 | Fujitsu Display Technologies Corporation | Controller and control method for liquid-crystal display panel, and liquid-crystal display device |
| CN1330928C (zh) * | 2005-12-29 | 2007-08-08 | 清华紫光股份有限公司 | 一种采用双波长结构光测量物体轮廓的方法 |
| JP2020153820A (ja) * | 2019-03-20 | 2020-09-24 | 株式会社リコー | 光学装置、検出装置及び電子機器 |
-
1993
- 1993-06-16 JP JP5144781A patent/JPH0719824A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6791518B2 (en) | 1997-04-18 | 2004-09-14 | Fujitsu Display Technologies Corporation | Controller and control method for liquid-crystal display panel, and liquid-crystal display device |
| US7176874B2 (en) | 1997-04-18 | 2007-02-13 | Sharp Kabushiki Kaisha | Controller and control method for liquid-crystal display panel, and liquid-crystal display device |
| CN1330928C (zh) * | 2005-12-29 | 2007-08-08 | 清华紫光股份有限公司 | 一种采用双波长结构光测量物体轮廓的方法 |
| JP2020153820A (ja) * | 2019-03-20 | 2020-09-24 | 株式会社リコー | 光学装置、検出装置及び電子機器 |
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