JPH07280535A - Three-dimensional shape measuring apparatus - Google Patents

Three-dimensional shape measuring apparatus

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Publication number
JPH07280535A
JPH07280535A JP6620094A JP6620094A JPH07280535A JP H07280535 A JPH07280535 A JP H07280535A JP 6620094 A JP6620094 A JP 6620094A JP 6620094 A JP6620094 A JP 6620094A JP H07280535 A JPH07280535 A JP H07280535A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
dimensional shape
light source
measuring apparatus
shape measuring
Prior art date
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Application number
JP6620094A
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Japanese (ja)
Inventor
Akira Komatsu
朗 小松
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Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
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Publication of JPH07280535A publication Critical patent/JPH07280535A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To provide an apparatus which enables non-contact precise measurement of the three-dimensional shape of an object. CONSTITUTION:A luminous flux of a light source 101 is divided in two according to the direction of polarization using a polarization separating element 102. With a wave front thereof inclined, the luminous fluxes are overlapped to form an interference fringe 106 on an object 05 to be measured and observed askew to measure the deformation of the interference fringe. Then, a phase difference of polarization is changed with a phase modulation element to calculate a phase value of the interference fringe from a plurality of image data. Hence, a precision measurement is carried out. Moreover, a light source light is used with a lower coherence to suppress a speckle noise and a range of receiving wave of an image detector 108 and photodetecting time are limited thereby reducing effect from ambient light.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、物体の三次元形状を非
接触で計測する装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus for measuring the three-dimensional shape of an object in a non-contact manner.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、物体の三次元形状を非接触で計測
する為には、光切断法やモアレトポグラフィー法、格子
パターン投影法、縞走査法などが用いられてきた。
2. Description of the Related Art Conventionally, in order to measure a three-dimensional shape of an object in a non-contact manner, a light cutting method, a moire topography method, a grid pattern projection method, a stripe scanning method and the like have been used.

【0003】光切断法は、スリット状の光束を物体に照
射し、光の当たった部分を斜めから観測し、照射された
光束の変形から三次元形状を求めるものである。
The light-section method is to irradiate an object with a slit-shaped light beam, observe a portion on which the light hits obliquely, and obtain a three-dimensional shape from the deformation of the irradiated light beam.

【0004】物体の全体的な形状を求める為には、光束
をスキャンする必要があり、測定に時間がかかるという
欠点がある。
In order to obtain the overall shape of the object, it is necessary to scan the light beam, which has the drawback that the measurement takes time.

【0005】モアレトポグラフィー法は、格子パターン
を物体に投影し、その時に生じる格子の変形を、基準格
子とのモアレを観察することによって求め、物体の等高
線を表示させる方法である。
The moiré topography method is a method of projecting a grid pattern on an object, determining the deformation of the grid that occurs at that time by observing the moiré with the reference grid, and displaying the contour lines of the object.

【0006】従来のモアレトポグラフィー法は、 1 等高線が等間隔ではない。 2 高次のモアレが生じ、ノイズを生じる。 3 モアレ縞の間を精度良く測定できない。 などの問題があり、眼で観察する為には良いが、計算機
処理には向かないものであった。また、計算機による処
理を前提にするのであれば、モアレを観察する必要は無
く、投影した縞の変形を観測すれば十分である。
In the conventional moire topography method, 1 contour lines are not equidistant. 2 Higher-order moiré is generated and noise is generated. 3 It is not possible to measure accurately between moire fringes. However, it is good for visual observation, but not suitable for computer processing. Further, if it is premised on the processing by the computer, it is not necessary to observe the moire, and it is sufficient to observe the deformation of the projected stripes.

【0007】格子パターン投影法は、光切断法の光束を
多数並べて物体に照射したものと考えて良く、光切断法
に比べて時間短縮が図られている。
The lattice pattern projection method can be considered as a method in which a large number of light beams of the light cutting method are arranged and irradiated to an object, and the time is shortened as compared with the light cutting method.

【0008】しかし、格子パターンの境界や中心でしか
測定ができず、空間分解能が悪いという欠点があり、ま
た、対象物の表面の模様と格子パターンの区別が難し
く、測定精度が低下する場合がある。
However, there is a drawback that the measurement is possible only at the boundary or center of the grid pattern and the spatial resolution is poor, and it is difficult to distinguish between the pattern on the surface of the object and the grid pattern, which may lower the measurement accuracy. is there.

【0009】そこで、測定精度を向上させ、計算機に向
いた処理をさせる為に、格子パターン投影法で用いる格
子板を移動させて複数の画像を観測し、演算処理するこ
とによって三次元測定を行う方法が、特開平4-9811 号
公報で提案されている。図9はこの明細書の10欄12
行から12欄2行及び図1に記載されている、発明の主
要部分の構成図である。光源901の光は集光レンズ9
02によって集められ、格子板903を通って照明レン
ズ906によって測定物体907上に格子パターン90
8を投影する。この装置では、光源901は格子903
を投影する為だけに用いられているので、普通の白色光
源を使うことができる。測定物体907上に投影されて
いる格子パターン908は結像レンズ909によって画
像検出装置910上に結像され、画像入出力装置911
を通して画像データーが解析装置912に送られ、測定
物体907の三次元形状が計算される。格子板903は
モーター駆動装置905によって制御されたモーター9
04によって、格子パターンのピッチの1/4ずつ光軸
に直角方向に移動され、そのつど得られた複数の画像デ
ーターを元に、縞走査法の手法によって解析される。
Therefore, in order to improve the measurement accuracy and perform the processing suitable for the computer, the lattice plate used in the lattice pattern projection method is moved to observe a plurality of images, and the three-dimensional measurement is performed by the arithmetic processing. A method is proposed in Japanese Patent Laid-Open No. 4-9811. Figure 9 is column 10 of this specification
It is a block diagram of the principal part of invention described from the line to 12 columns and 2 lines, and FIG. Light from the light source 901 is collected by the condenser lens 9
No. 02, through the grating plate 903 and on the measuring object 907 by the illumination lens 906.
8 is projected. In this device, the light source 901 is a grating 903.
Since it is only used for projecting, a normal white light source can be used. The grating pattern 908 projected on the measurement object 907 is imaged on the image detection device 910 by the imaging lens 909, and the image input / output device 911.
The image data is sent to the analysis device 912 through and the three-dimensional shape of the measurement object 907 is calculated. The grid plate 903 is a motor 9 controlled by a motor driving device 905.
By 04, it is moved in the direction perpendicular to the optical axis by 1/4 of the pitch of the grating pattern, and is analyzed by the fringe scanning method based on the plurality of image data obtained each time.

【0010】しかし、この場合、対象物に投影されるパ
ターンとして矩形波パターンが用いられている為、同一
の縞の中では明るさの変化が無く、精度が悪い。また、
投影格子をモーターによって移動させているので、振動
が生じたり、ギアーのバックラシュなどにより、移動量
が不正確になるなどの欠点がある。
However, in this case, since the rectangular wave pattern is used as the pattern projected on the object, there is no change in brightness within the same stripe, and the accuracy is poor. Also,
Since the projection grid is moved by a motor, there are drawbacks such as vibrations and inaccurate movement due to gear backlash.

【0011】さらに、格子パターンを投影する替わり
に、干渉計によって正弦波状の強度分布を持つ干渉縞を
発生させ、干渉する波面の位相差量を変えることによ
り、物体上の縞を移動させ、縞走査法と同様の手法で形
状を求める方法が開発された。(格内 敏,岩田 耕
一,長谷川 素由,山口 眞二:「しま走査干渉じま投
影法による3次元形状計測」,精密工業学会誌,Vol
55,No 1,(1989))(文献1)図10はこの
測定装置の構成図である。レーザー光源1001の光束
はハーフプリズム1002によって振動ミラー1003
と固定ミラー1006に分けられる。振動ミラー100
2はPZT駆動装置1005によって制御されるPZT
1004に固着されており、解析装置1013からの信
号によって微小距離移動される。固定ミラー1006は
光軸に対してδだけ傾いており、波面に傾きを与える。
各々のミラーで反射された光はハーフプリズム1002
によって再び集められ、照明レンズ1007によって測
定物1008上に干渉縞1009を作る。測定物体10
08上に形成された干渉縞1009は結像レンズ101
0によって画像検出装置1011上に結像され、画像入
出力装置1012を通して画像データーが解析装置10
13に送られ、測定物体1008の三次元形状が計算さ
れる。振動ミラー1003は、λ/8(λは光源の波
長)ずつ光軸方向に移動され、そのつど得られた複数の
画像データーを元に、縞走査法の手法によって解析され
る。
Further, instead of projecting the grating pattern, an interference fringe having a sinusoidal intensity distribution is generated by an interferometer, and the phase difference amount of the interfering wavefront is changed to move the fringe on the object, A method for obtaining the shape by a method similar to the scanning method has been developed. (Satoshi Kakuuchi, Koichi Iwata, Motoyuki Hasegawa, Shinji Yamaguchi: "Three-dimensional shape measurement by stripe scanning interference fringe projection method", Journal of Japan Society for Precision Industry, Vol.
55, No. 1, (1989)) (Reference 1) FIG. 10 is a block diagram of this measuring apparatus. The luminous flux of the laser light source 1001 is oscillated by the half prism 1002 into a vibrating mirror 1003.
And a fixed mirror 1006. Vibrating mirror 100
2 is a PZT controlled by the PZT driving device 1005
It is fixed to 1004 and is moved a minute distance by a signal from the analysis device 1013. The fixed mirror 1006 is inclined by δ with respect to the optical axis and gives an inclination to the wavefront.
The light reflected by each mirror is a half prism 1002.
Are collected again by the illumination lens 1007 to form interference fringes 1009 on the measurement object 1008. Measuring object 10
The interference fringes 1009 formed on 08 are the imaging lenses 101.
0, an image is formed on the image detection device 1011 and the image data is passed through the image input / output device 1012.
13 and the three-dimensional shape of the measurement object 1008 is calculated. The vibrating mirror 1003 is moved in the optical axis direction by λ / 8 (λ is the wavelength of the light source), and is analyzed by the method of the fringe scanning method based on a plurality of image data obtained each time.

【0012】しかし、干渉計の光源として、コヒーレン
スの良いレーザーなどを用いた場合、投影した縞にスペ
ックルパターンが生じ、ノイズになり測定精度を悪化さ
せる。また、干渉波面の位相差量を変える為に、PZT
などでミラーを移動させるため、経時変化が生じたり、
PZTのヒステリシス特性によって位相差量の精度が悪
くなったりしていた。さらに、位相差量が波長以下であ
るので、干渉計の状態が安定している必要があり、除震
装置が不可欠であった為、装置が大型化していた。
However, when a laser with good coherence is used as the light source of the interferometer, a speckle pattern is generated in the projected fringes, which causes noise and deteriorates the measurement accuracy. In addition, in order to change the phase difference amount of the interference wavefront, PZT
Since the mirror is moved by such as, there is a change over time,
Due to the hysteresis characteristic of PZT, the precision of the amount of phase difference has deteriorated. Furthermore, since the amount of phase difference is less than or equal to the wavelength, it is necessary for the interferometer to be in a stable state, and a seismic isolation device is indispensable.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】これまで述べた様に、
光切断法は、光束をスキャンする必要があり、測定に時
間がかかるという欠点がある。また、従来のモアレトポ
グラフィー法は、等高線が等間隔ではなく、高次のモア
レによりノイズを生じ、モアレ縞の間を精度良く測定で
きない問題がある。また、格子パターン投影法は、格子
パターンの境界や中心でしか測定ができず、空間分解能
が悪く、対象物の表面の模様と格子パターンの区別が難
しい為測定精度が低下する欠点がある。また、特開平4-
9811 号公報による改良格子パターン投影法では、同一
の縞の中では明るさの変化が無い為測定精度が悪く、投
影格子をモーターによって移動させているので、振動が
生じたり、ギアーのバックラシュなどにより、移動量が
不正確になるなどの欠点がある。また、しま走査干渉じ
ま投影法では、投影した縞にスペックルパターンが生
じ、ノイズになり測定精度を悪化させたり、干渉波面の
位相差量を変えるPZTのヒステリシス特性によって位
相差量の精度が悪くなったりしていた。さらに、位相差
量が波長以下であるので、干渉計の状態が安定している
必要があり、除震装置が不可欠であった為、装置が大型
化していた。
[Problems to be Solved by the Invention] As described above,
The light-section method has a drawback that it requires scanning a light beam and takes a long time for measurement. Further, the conventional moire topography method has a problem in that contour lines are not at regular intervals and noise is generated due to higher moire, so that the distance between moire fringes cannot be accurately measured. In addition, the grid pattern projection method has a drawback that measurement can be performed only at the boundary or center of the grid pattern, the spatial resolution is poor, and it is difficult to distinguish the pattern on the surface of the object from the grid pattern, which reduces the measurement accuracy. In addition, JP 4-
In the improved grid pattern projection method according to Japanese Patent Publication No. 9811, the measurement accuracy is poor because the brightness does not change in the same stripe, and since the projection grid is moved by the motor, vibrations or gear backlash may occur. However, there are drawbacks such as inaccurate movement amount. Further, in the stripe scanning interference fringe projection method, a speckle pattern is generated on the projected fringes, which causes noise and deteriorates the measurement accuracy, or the accuracy of the phase difference amount is improved by the hysteresis characteristic of PZT that changes the phase difference amount of the interference wavefront. It was getting worse. Furthermore, since the amount of phase difference is less than or equal to the wavelength, it is necessary for the interferometer to be in a stable state, and a seismic isolation device is indispensable.

【0014】本発明の第一の目的は、これら従来技術の
欠点を解消した三次元測定装置を得ることであり、 1 測定時間が短い。 (1秒以下) 2 空間分解能が高い。(測定領域の1/500程度) 3 周囲の外光や振動などに影響されず、測定環境を選
ばない。
A first object of the present invention is to obtain a three-dimensional measuring device which solves the above-mentioned drawbacks of the prior art. 1) The measuring time is short. (1 second or less) 2 High spatial resolution. (Approximately 1/500 of the measurement area) 3 It is not affected by ambient light or vibration, and can be used in any measurement environment.

【0015】などの特徴を有する三次元測定装置を得る
ことである。
It is to obtain a three-dimensional measuring device having the above characteristics.

【0016】さらに、本発明の第二の目的は、 1 測定精度が高い。 (測定範囲の0.1%程度) 2 測定に影響を与える機械的可動部が無く、保守・管
理が楽。
Further, the second object of the present invention is: 1. High measurement accuracy. (Approximately 0.1% of the measurement range) 2 There are no mechanical moving parts that affect measurement, so maintenance and management are easy.

【0017】3 PZT駆動電源の様な高電圧の電源が
不要。
No high voltage power supply such as 3 PZT drive power supply is required.

【0018】4 除震装置などが不要で、装置が小型で
ある。
4 No need for a seismic isolation device, and the device is small.

【0019】などの特徴を持つ三次元測定装置を得るこ
とである。
It is to obtain a three-dimensional measuring device having the characteristics as described above.

【0020】[0020]

【課題を解決するための手段】求められている特性を得
る為に、本件発明者は、計算機の使用を前提とし、従来
の干渉縞投影法を改良することとした。そのため、本発
明の三次元測定装置は、前記被測定物に対し可干渉光を
放射する光源装置と、前記光源手段から放射される光束
を、振動方向が直交する2つの直線偏光に分離し、前記
2つの直線偏光のうち少なくとも一方の波面に傾きを与
える偏光分離素子と、重なり合った光束に干渉縞を生じ
させる検光子とから構成される偏光干渉装置と、前記被
測定物に投影された干渉縞を観測する観測装置と、前記
観測装置によって観測された縞の形状から、被測定物の
三次元形状を計算する解析手段とを備えることを特徴と
する。
In order to obtain the required characteristics, the present inventor has decided to improve the conventional interference fringe projection method on the assumption that a computer is used. Therefore, the three-dimensional measuring apparatus of the present invention separates a light source device that emits coherent light to the object to be measured and a light beam emitted from the light source means into two linearly polarized lights whose vibration directions are orthogonal to each other, A polarization interference device including a polarization separation element that imparts an inclination to at least one wavefront of the two linearly polarized lights, and an analyzer that causes interference fringes in overlapping light fluxes, and interference projected on the object to be measured. It is characterized by comprising an observing device for observing stripes and an analyzing means for calculating a three-dimensional shape of the object to be measured from the shape of the fringes observed by the observing device.

【0021】さらに、前記の偏光干渉装置の中の偏光分
離素子が、偏光ビームスプリッターとλ/4波長板と平
面鏡とから成り、相互に接着されていることを特徴とす
る。
Further, the polarization separation element in the above-mentioned polarization interference device comprises a polarization beam splitter, a λ / 4 wavelength plate and a plane mirror, and is bonded to each other.

【0022】さらに、前記の偏光干渉装置の中の偏光分
離素子が、1軸性光学結晶を少なくとも2個張り合わせ
たプリズムであることを特徴とする。
Further, the polarization separation element in the polarization interference device is a prism in which at least two uniaxial optical crystals are bonded together.

【0023】さらに、偏光干渉装置によって2つに分け
られる直線偏光の相互の位相差量を変え得る位相差量変
更装置を含むことを特徴とする。
Further, it is characterized by including a phase difference amount changing device capable of changing the mutual phase difference amount of the linearly polarized light divided into two by the polarization interference device.

【0024】さらに、前記の位相差量変更装置として、
液晶素子または電気光学素子または磁気光学素子からな
る位相変調素子と、この位相変調素子を駆動する位相変
調素子駆動装置とを用いることを特徴とする。
Further, as the phase difference changing device,
A feature is that a phase modulation element including a liquid crystal element, an electro-optical element, or a magneto-optical element, and a phase modulation element driving device that drives the phase modulation element are used.

【0025】さらに、波長幅が1nm 以上100nm 以下
である光源装置を用いることを特徴とする。
Further, a light source device having a wavelength width of 1 nm or more and 100 nm or less is used.

【0026】さらに、光源装置として、レーザーダイオ
ード又はスーパールミネッセントダイオードと位相差補
償板を用いることを特徴とする。
Further, as the light source device, a laser diode or a super luminescent diode and a phase difference compensating plate are used.

【0027】さらに、観測装置の前に光源の波長に合わ
せた狭帯域のフィルターを備えたことを特徴とする。
Further, a narrow band filter matched to the wavelength of the light source is provided in front of the observation device.

【0028】さらに、パルス状に発光する光源を用い、
観測装置の受光タイミングを光源の発光時刻に合わせる
ことを特徴とする。
Further, using a light source which emits light in a pulse shape,
It is characterized in that the light receiving timing of the observation device is matched with the light emitting time of the light source.

【0029】[0029]

【作用】以下、図面を用いて本発明の原理を説明する。The principle of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0030】本発明は、計算機の使用を前提として従来
の干渉縞投影法を改良し、偏光によって波面を分割して
干渉縞を作る。図1は本発明の原理を示す装置の構成図
である。この図の中で、101は可干渉光を放射する光
源である。偏光分離素子102は、紙面に垂直な方向に
振動している直線偏光と水平方向に振動している直線偏
光を異なる角度で屈折し、波面に傾きを与える。検光子
103によって紙面に45゜方向の直線偏光に変換され
た光束同士は可干渉となり、重なり合った部分に干渉縞
を形成する。偏光分離素子102と検光子103によっ
て干渉縞を生じさせる偏光干渉装置を構成する。照明レ
ンズ104によって光束の幅を広げられた光束は、測定
物体105の上に干渉縞106を投影する。画像検出装
置108は結像レンズ107と共に観測装置を構成し、
測定物体105上の干渉縞106は結像レンズ107に
よって、画像検出装置108上に結像される。画像検出
装置108で得られた画像情報は、画像入力装置109
によって解析装置110に送られ、演算処理により測定
物体105の三次元形状が復元される。この時、1つの
干渉縞は投影光学系の光軸と角度αをなす平面内に形成
される。干渉縞と角度αの関係は装置によって決まるの
で、画像情報から判る点Pの方向と角度αの平面との交
点を求めれば、点Pの三次元座標が求められる。
The present invention improves the conventional interference fringe projection method on the assumption that a computer is used, and divides the wavefront by polarized light to form interference fringes. FIG. 1 is a block diagram of an apparatus showing the principle of the present invention. In this figure, 101 is a light source that emits coherent light. The polarization beam splitting element 102 refracts linearly polarized light vibrating in the direction perpendicular to the paper surface and linearly polarized light vibrating in the horizontal direction at different angles to give an inclination to the wavefront. The light beams converted by the analyzer 103 into linearly polarized light in the direction of 45 ° become coherent and form interference fringes in the overlapped portion. The polarization separation device 102 and the analyzer 103 constitute a polarization interference device that causes interference fringes. The light flux whose width has been expanded by the illumination lens 104 projects an interference fringe 106 on the measurement object 105. The image detection device 108 constitutes an observation device together with the imaging lens 107,
The interference fringe 106 on the measurement object 105 is imaged on the image detection device 108 by the imaging lens 107. The image information obtained by the image detection device 108 is the image input device 109.
Is sent to the analysis device 110, and the three-dimensional shape of the measurement object 105 is restored by arithmetic processing. At this time, one interference fringe is formed in a plane forming an angle α with the optical axis of the projection optical system. Since the relationship between the interference fringes and the angle α is determined by the device, the three-dimensional coordinates of the point P can be obtained by finding the intersection of the direction of the point P and the plane of the angle α which can be known from the image information.

【0031】光源は、可干渉光を放射する光源であれば
何でも良いが、紙面に対して垂直方向と水平方向の直線
偏光成分が等量含まれている事が、干渉縞のコントラス
トを良くする為には望ましい。その為には、光源がラン
ダム偏光又は円偏光などの場合には、光源の直後に検光
子を置き、透過する光線を紙面に対して45度方向に振
動する直線偏光にすれば良い。
The light source may be any light source that emits coherent light, but the fact that equal amounts of linearly polarized light components in the vertical and horizontal directions relative to the paper surface improves the contrast of interference fringes. Desirable for this. For that purpose, when the light source is randomly polarized light, circularly polarized light, or the like, an analyzer may be placed immediately after the light source, and the transmitted light may be linearly polarized light vibrating in the direction of 45 degrees with respect to the paper surface.

【0032】さらに、スペックルノイズを抑える為に
は、可干渉距離の短い光源を用いると良い。この場合、
偏光間の位相差を補償する為に位相差補償板を用いるこ
とが望ましい。波長の半値幅が1nm以上ある、水銀灯
や、LD(レーザーダイオード),SLD(スーパール
ミネッセントダイオード)などを用いることにより、散
乱光のスペックルノイズを減少させ、高精度測定を行う
ことができる。SLDとは、LDの射出面に反射防止膜
をコートしてレーザー発振を停止させ、スーパーラジア
ンスを発生させたもので、高精度のインコヒーレント光
源である。また、波長幅が100nm以上ある白色光源
では、干渉縞のコントラストが悪化する為、光源として
適当ではない。すなわち本発明では、波長幅が1nm 以
上100nm 以下の光源装置が好ましく用いられる。
Further, in order to suppress speckle noise, it is preferable to use a light source with a short coherence length. in this case,
It is desirable to use a phase difference compensator to compensate for the phase difference between the polarized lights. By using a mercury lamp, LD (laser diode), SLD (super luminescent diode), etc. with a half-width of wavelength of 1 nm or more, speckle noise of scattered light can be reduced and highly accurate measurement can be performed. . The SLD is a high-precision incoherent light source in which the emission surface of the LD is coated with an antireflection film to stop laser oscillation and generate superradiance. Further, a white light source having a wavelength width of 100 nm or more is not suitable as a light source because the contrast of interference fringes deteriorates. That is, in the present invention, a light source device having a wavelength width of 1 nm or more and 100 nm or less is preferably used.

【0033】偏光分離素子は、入射した光束を振動方向
が直交する2つの直線偏光に分離し、波面に傾きを与え
る働きをする。これには、図2の様に偏光ビームスプリ
ッター201、λ/4板202,203と平面鏡20
4,205を組み合わせた装置を用いることが出来る。
偏光ビームスプリッター201に入射した紙面に対して
水平方向に振動している直線偏光は、プリズムの接合面
で透過し、垂直方向の直線偏光は反射される。偏光ビー
ムスプリッター201を透過した光は、λ/4板202
を透過し、直線偏光から、円偏光に変換される。そし
て、平面鏡204によって反射され、再びλ/4板20
2を透過し、円偏光から、直線偏光に変換される。この
時、直線偏光の振動方向は、90度回転しており、紙面
に対して垂直方向に振動している。この為、プリズムの
接合面で反射され、物体側へ射出される。同様に、紙面
に対して垂直方向に振動している直線偏光は、プリズム
の接合面で反射され、λ/4板203を透過し、直線偏
光から、円偏光に変換される。そして、平面鏡205に
よって反射され、再びλ/4板203を透過し、円偏光
から、直線偏光に変換される。この時、直線偏光の振動
方向は、90度回転しており、紙面に対して水平方向に
振動している。この為、プリズムの接合面で透過し、物
体側へ射出される。どちらかの平面鏡を光軸に対して傾
ければ、波面に傾きを与えることが出来る。前述した図
10の干渉縞投影法でも、同様の波面分割素子を用いて
いるが、この場合は、縞走査の為に鏡を動かす必要があ
るので、ビームスプリッターと鏡が分離していなければ
ならない。しかし、本発明の場合は、鏡を動かす必要が
無いので、振動の影響を避けるために、図3の様に1/
4λ板302,303と平面鏡304,305を偏光ビ
ームスプリッター301に接着して固定することが望ま
しい。この時、λ/4板302,303の射出面に蒸着
を施して反射面とし、平面鏡304,305を省略する
ことも出来る。
The polarization splitting element splits the incident light flux into two linearly polarized lights whose vibration directions are orthogonal to each other, and has a function of inclining the wavefront. This includes a polarization beam splitter 201, λ / 4 plates 202 and 203 and a plane mirror 20 as shown in FIG.
A device in which 4,205 are combined can be used.
The linearly polarized light that has entered the polarization beam splitter 201 and is vibrating in the horizontal direction with respect to the paper surface is transmitted through the joint surface of the prism, and the linearly polarized light in the vertical direction is reflected. The light transmitted through the polarization beam splitter 201 is λ / 4 plate 202.
And is converted from linearly polarized light to circularly polarized light. Then, it is reflected by the plane mirror 204, and again the λ / 4 plate 20.
2 is transmitted, and circularly polarized light is converted into linearly polarized light. At this time, the vibration direction of the linearly polarized light is rotated by 90 degrees and vibrates in the direction perpendicular to the paper surface. Therefore, the light is reflected by the joint surface of the prism and is emitted to the object side. Similarly, linearly polarized light vibrating in the direction perpendicular to the paper surface is reflected by the joint surface of the prism, transmitted through the λ / 4 plate 203, and converted from linearly polarized light to circularly polarized light. Then, the light is reflected by the plane mirror 205, passes through the λ / 4 plate 203 again, and is converted from circularly polarized light into linearly polarized light. At this time, the vibration direction of the linearly polarized light is rotated by 90 degrees and vibrates in the horizontal direction with respect to the paper surface. Therefore, the light is transmitted through the joint surface of the prism and is emitted to the object side. By tilting one of the plane mirrors with respect to the optical axis, the wavefront can be tilted. The interference fringe projection method of FIG. 10 described above also uses the same wavefront dividing element, but in this case, since the mirror needs to be moved for fringe scanning, the beam splitter and the mirror must be separated. . However, in the case of the present invention, since it is not necessary to move the mirror, in order to avoid the influence of vibration, as shown in FIG.
It is desirable that the 4λ plates 302 and 303 and the plane mirrors 304 and 305 be bonded and fixed to the polarization beam splitter 301. At this time, the plane mirrors 304 and 305 can be omitted by vapor-depositing the emission surfaces of the λ / 4 plates 302 and 303 to form reflecting surfaces.

【0034】また、偏光分離素子としては、水晶や方解
石などの1軸性光学結晶を2個以上張り合わせたプリズ
ムを用いても良い。この様なプリズムとしては、図4に
示すウォラストンプリズム401や、図5に示すロショ
ンプリズム501がよく用いられる。1軸性光学結晶は
入射した光線の偏光方向によって屈折率が変わる材料
で、この為、上記のプリズムを透過した光線は、偏光方
向によって屈折される角度が異なり、波面がφだけ傾
く。
Further, as the polarization separating element, a prism in which two or more uniaxial optical crystals such as quartz or calcite are laminated may be used. As such a prism, the Wollaston prism 401 shown in FIG. 4 and the Rochon prism 501 shown in FIG. 5 are often used. The uniaxial optical crystal is a material whose refractive index changes depending on the polarization direction of the incident light beam. Therefore, the light beam transmitted through the prism has a different refraction angle depending on the polarization direction, and the wavefront is inclined by φ.

【0035】検光子は、光学結晶の二色性や屈折率の違
いを利用して、一方向の直線偏光だけを透過する素子で
ある。1軸性光学結晶を張り合わせたグラントムソンプ
リズムやニコルプリズムなどもあるが、使用上の簡便さ
や、視野の広いことから、沃素結晶を高分子膜に吸着さ
せた偏光板が広く用いられている。
The analyzer is an element that transmits only linearly polarized light in one direction by utilizing the difference in dichroism and refractive index of the optical crystal. There are Glan-Thompson prisms and Nicol prisms in which uniaxial optical crystals are attached, but polarizing plates in which iodine crystals are adsorbed on a polymer film are widely used because of their ease of use and wide field of view.

【0036】さらに、外光の影響を低減する為には、光
源光をパルス状に発光させ、画像検出装置108の受光
タイミングをこれに合わせたり、観測装置の前に光源光
の波長に合わせた狭帯域フィルターを置く。こうすれ
ば、周囲の光が与える影響を最小限にすることができ
る。
Further, in order to reduce the influence of external light, the light source light is emitted in a pulsed manner and the light receiving timing of the image detection device 108 is adjusted to this, or the wavelength of the light source light is adjusted before the observation device. Put a narrow band filter. In this way, the influence of ambient light can be minimized.

【0037】この様な請求項の1〜3及び8,9に示す
装置からなる三次元形状測定装置を用いることにより、
本発明の第一の目的である、「測定時間が短い。」「空
間分解能が高い。」「周囲の外光や振動などに影響され
ず、測定環境を選ばない。」などの特徴を有する三次元
測定装置を得ることが出来る。
By using the three-dimensional shape measuring device comprising the devices shown in claims 1 to 3 and 8 and 9 as described above,
The third object of the present invention, which has the first object of the present invention, is that the measurement time is short, the spatial resolution is high, and that the measurement environment is not affected by ambient light or vibration. The original measuring device can be obtained.

【0038】さらに、この装置を用いて本発明の第二の
目的である、「測定精度が高い。」「測定に影響を与え
る機械的可動部が無く、保守・管理が楽である。」「P
ZT駆動電源の様な高電圧の電源が不要である。」「除
震装置などが不要で、装置が小型である。」などの特徴
を持つ三次元測定装置を得る為には、位相差量変更装置
を図1の光源101と偏光分離素子102の間か又は、
偏光分離素子102と検光子103の間に置く。位相差
量変更装置は、紙面に対して水平方向と垂直方向の偏光
の相対的な位相差量を変える装置で、位相差量を位相差
量変更装置によって変えながら複数の画像を観測し、縞
走査法によって干渉縞の位相を計算し、物体の三次元形
状を算出する。
Furthermore, using this device, the second object of the present invention is "high measurement accuracy.""There is no mechanical moving part that affects measurement, and maintenance and management are easy." P
A high-voltage power supply such as a ZT drive power supply is unnecessary. In order to obtain a three-dimensional measuring device having the features such as "no need for a vibration eliminator, the device is small", a phase difference changing device is used between the light source 101 and the polarization separation element 102 in FIG. Or
It is placed between the polarization separation element 102 and the analyzer 103. The phase difference amount changing device is a device that changes the relative phase difference amount of polarized light in the horizontal direction and the vertical direction with respect to the paper surface, and observes multiple images while changing the phase difference amount by the phase difference amount changing device. The phase of the interference fringes is calculated by the scanning method, and the three-dimensional shape of the object is calculated.

【0039】位相差量変更装置としては、1軸性光学結
晶によって作られた複数の位相差板を切り換えて用いた
り、図6の様なバビネソレイユの位相板を用いることが
出来る。バビネソレイユの位相板は水晶などの1軸性光
学結晶のプリズムから作られ、光学軸の方向が平行な2
枚のくさびと、光学軸方向がこれと垂直な平行平面板か
らなり、1枚のくさびを図の矢印の方向に動かすことに
よって、透過する振動方向が直交する直線偏光成分の間
の位相差を任意の値にすることが出来る。
As the phase difference amount changing device, a plurality of phase difference plates made of a uniaxial optical crystal can be switched and used, or a Babinet Soleil phase plate as shown in FIG. 6 can be used. The Babinet Soleil's phase plate is made of a prism of uniaxial optical crystals such as quartz, and has two parallel optical axes.
It consists of a wedge and a plane-parallel plate whose optical axis direction is perpendicular to it. By moving one wedge in the direction of the arrow in the figure, the phase difference between the linearly polarized light components in which the vibration directions transmitted are orthogonal to each other It can be any value.

【0040】又、EBC(電界制御複屈折)モードで配
向された液晶素子や、ADPやKDPなどの電気光学素
子や、磁気光学素子などの位相変調素子を位相変調素子
駆動装置によって制御し、位相差量変更装置として用い
る事もできる。これらの電気光学的効果を利用して電圧
や磁場で制御された位相変調素子を用いることにより、
機械的可動部分を無くし、振動に強く、経時変化の少な
い位相差量変更装置を得ることが出来る。特に液晶素子
を用いた時は、他の素子を用いた場合と比べて高電圧電
源が不要で簡便な装置となる。
Further, a liquid crystal element oriented in an EBC (electric field control birefringence) mode, an electro-optical element such as ADP or KDP, or a phase modulation element such as a magneto-optical element is controlled by a phase modulation element driving device. It can also be used as a phase difference changing device. By using a phase modulation element controlled by voltage or magnetic field by utilizing these electro-optical effects,
It is possible to obtain a phase difference amount changing device which has no mechanically movable parts, is resistant to vibration, and has little change over time. In particular, when a liquid crystal element is used, a high-voltage power supply is not required and a simple device is obtained as compared with the case where other elements are used.

【0041】高精度測定の為に位相差量変更装置を挿入
した場合も、光軸と角度αをなす平面内に1つの干渉縞
が形成される。干渉縞の位相量Ψ(α)とαの関係は装置
によって決まるので、Ψ(α)が判ればαを算出できる。
そして、画像情報から判る点Pの方向と、等位相量の平
面との交点を求めれば、点Pの三次元座標が計算でき
る。
Even when the phase difference changing device is inserted for high precision measurement, one interference fringe is formed in the plane forming the angle α with the optical axis. Since the relationship between the phase amount Ψ (α) of interference fringes and α is determined by the device, α can be calculated if Ψ (α) is known.
Then, the three-dimensional coordinates of the point P can be calculated by obtaining the intersection of the direction of the point P, which is known from the image information, and the plane of the equal phase amount.

【0042】縞走査法によって位相量Ψ(α)を求めるに
は、以下の如くする。測定物体の上に投影される干渉縞
の強度分布I(α)は、波数k=2π/λ(λは波長)、
偏光の位相差をωとすると
The phase amount Ψ (α) is obtained by the fringe scanning method as follows. The intensity distribution I (α) of the interference fringes projected on the measurement object has a wave number k = 2π / λ (λ is a wavelength),
Let ω be the phase difference of polarized light

【0043】[0043]

【数1】 [Equation 1]

【0044】である。いま、位相差ωを0からλまで等
間隔にN段階に変化させたとき、観測される干渉縞強度
n(α)は、ωn=nλ/N (n=0,1,・・・,N−
1)と置いて、
It is Now, when the phase difference ω is changed from 0 to λ at equal intervals in N steps, the observed interference fringe intensity I n (α) is ω n = nλ / N (n = 0, 1, ...). , N-
Put 1),

【0045】[0045]

【数2】 [Equation 2]

【0046】となる。It becomes

【0047】In(α)にcos(2πn/N)を掛け合
わせてn=0からN−1まで和をとったものをFとする
と、
When I n (α) is multiplied by cos (2πn / N) and the sum is obtained from n = 0 to N−1, F is obtained.

【0048】[0048]

【数3】 [Equation 3]

【0049】であり、In(α)にsin(2πn/N)
を掛け合わせてn=0からN−1まで和をとったものを
Gとすると、
And I n (α) is sin (2πn / N)
Let G be the product of n and N-1.

【0050】[0050]

【数4】 [Equation 4]

【0051】である。It is

【0052】故に、位相量Ψ(α)は、 Ψ(α)=tan-1(G(α)/F(α)) で与えられる。特に、N=4の場合は、 Ψ(α)=tan-1((I1−I3)/(I0−I2)) と簡単になる。Therefore, the phase amount Ψ (α) is given by Ψ (α) = tan −1 (G (α) / F (α)). In particular, in the case of N = 4, Ψ (α) = tan −1 ((I 1 −I 3 ) / (I 0 −I 2 )) becomes simple.

【0053】こうして求めた位相量Ψ(α)の値は、±π
の範囲に限定される為、それ以上の範囲を計測する為に
は、測定物体の形状連続性を考慮して、計算されたΨ
(α)の値に適当に2πを加減すれば良い。干渉縞の角度
ピッチをpとすると、α=p(Ψ(α)−Ψ0+2πm)
/2π (mはΨ(α)が連続するように定めた適当な自
然数) によってαを求める。この様な縞走査を行うこ
とにより、2πの数百分の1の精度で位相を求めること
ができる。従ってαをpの数百分の1の精度で求められ
る。干渉縞の角度ピッチpは、偏光分離素子102の分
離角φと照明レンズ104の焦点距離によって決まり、
照明レンズ104をズームレンズにすれば、連続的に変
更することが出来る。
The value of the phase amount Ψ (α) thus obtained is ± π
Since it is limited to the range of, Ψ calculated in consideration of the shape continuity of the measured object in order to measure the range beyond
2π may be added or subtracted appropriately to the value of (α). Letting p be the angular pitch of the interference fringes, α = p (Ψ (α) −Ψ 0 + 2πm)
Α is calculated by / 2π (m is an appropriate natural number determined so that Ψ (α) is continuous). By performing such fringe scanning, the phase can be obtained with an accuracy of several hundredths of 2π. Therefore, α can be obtained with an accuracy of several hundredths of p. The angular pitch p of the interference fringes is determined by the separation angle φ of the polarization separation element 102 and the focal length of the illumination lens 104,
If the illumination lens 104 is a zoom lens, it can be changed continuously.

【0054】以上のような装置を用いることにより、本
発明の第二の目的である、「測定精度が高い。」「測定
に影響を与える機械的可動部が無く、保守・管理が楽で
ある。」「PZT駆動電源の様な高電圧の電源が不要で
ある。」「除震装置などが不要で、装置が小型であ
る。」などの特徴を持つ三次元測定装置を得ることが出
来る。
By using the above-mentioned device, the second object of the present invention is "high measurement accuracy""no mechanical moving parts affecting the measurement, and maintenance and management are easy. It is possible to obtain a three-dimensional measuring device having features such as "No high voltage power source such as PZT drive power source is required."

【0055】本発明による三次元形状測定装置は、非接
触で高精度の測定が短時間で行える為、人体やモックア
ップモデルの形状測定などに、特に有効である。
The three-dimensional shape measuring apparatus according to the present invention is particularly effective for measuring the shape of a human body or a mockup model because it can perform high-precision measurement in a short time without contact.

【0056】[0056]

【実施例】【Example】

(実施例1) 図7は本発明の実施例1の構成図であ
る。この図の中で、光源であるLD光源701を発した
光は、コリメートレンズ703によって平行光束とな
り、位相差補償板704を通り、後述する位相変調素子
705とウォラストンプリズム707によって生じる光
路差を波長程度まで補償される。さらに位相変調素子7
05によって、紙面に垂直な偏光と水平な偏光との間に
任意の位相差量を与えられる。ここでは、位相変調素子
705として液晶素子を用いた場合を図示しており、位
相変調素子705と位相変調素子駆動装置706とで、
位相量変更装置を構成している。両方向の偏光は、ウォ
ラストンプリズム707によって分離され、波面に傾き
を与えられる。そして、偏光板708によって紙面に4
5゜方向の直線偏光に変換された光束は可干渉となる。
この場合、ウォラストンプリズム707と偏光板708
で偏光干渉装置を構成している。光束は、照明レンズ7
09によって広げられ、測定物体710の上で干渉縞7
11を形成する。測定物体710上の干渉縞711は結
像レンズ713によって、画像検出装置714上に結像
される。画像検出装置714は結像レンズ713と観察
装置を構成しており、得られた画像情報は、画像入力装
置715によって解析装置716に送られ、演算処理に
より測定物体710の三次元形状が復元される。この
時、干渉縞の等位相面は光軸と角度αをなす平面内にあ
り、位相量Ψ(α)と角度αの関係は装置によって決まる
ので、Ψ(α)を求めればαが判る。Ψ(α)の値は、位相
変調素子705によって偏光の位相差量を制御しながら
複数の画像を観測し、縞走査法によって求める。画像情
報から判る点Pの方向とΨ(α)の等位相面との交点を求
めれば、点Pの三次元座標が求められる。
Example 1 FIG. 7 is a configuration diagram of Example 1 of the present invention. In this figure, the light emitted from the LD light source 701, which is a light source, becomes a parallel light flux by the collimator lens 703, passes through the phase difference compensating plate 704, and causes an optical path difference caused by a phase modulation element 705 and a Wollaston prism 707 described later. The wavelength is compensated. Furthermore, the phase modulator 7
By 05, an arbitrary phase difference amount can be given between the polarized light perpendicular to the paper surface and the polarized light horizontal to the paper surface. Here, a case where a liquid crystal element is used as the phase modulation element 705 is illustrated, and the phase modulation element 705 and the phase modulation element driving device 706 are
It constitutes a phase amount changing device. The polarized light in both directions is separated by the Wollaston prism 707, and the wavefront is tilted. Then, by the polarizing plate 708, the
The light beam converted to 5 ° linearly polarized light becomes coherent.
In this case, the Wollaston prism 707 and the polarizing plate 708
This constitutes a polarization interference device. The luminous flux is the illumination lens 7
09, and the interference fringes 7 are spread on the measuring object 710.
11 is formed. The interference fringes 711 on the measurement object 710 are imaged on the image detection device 714 by the imaging lens 713. The image detection device 714 constitutes an imaging lens 713 and an observation device. The obtained image information is sent to the analysis device 716 by the image input device 715, and the three-dimensional shape of the measurement object 710 is restored by arithmetic processing. It At this time, the equiphase surface of the interference fringes is in a plane that makes an angle α with the optical axis, and the relationship between the phase amount Ψ (α) and the angle α is determined by the device. Therefore, α can be found by obtaining Ψ (α). The value of Ψ (α) is obtained by the fringe scanning method by observing a plurality of images while controlling the phase difference amount of polarized light by the phase modulation element 705. The three-dimensional coordinates of the point P can be obtained by finding the intersection of the direction of the point P and the equiphase surface of Ψ (α) which is known from the image information.

【0057】さらに、LD光源701をLD駆動装置7
02によってパルス状に発光させ、画像検出装置714
の受光タイミングをこれに合わせると共に、観測装置の
前に光源光の波長に合わせた狭帯域フィルター712を
置くことにより、周囲の光が与える影響を最小限に抑
え、測定精度を向上させる。
Further, the LD light source 701 is connected to the LD driving device 7
02 to emit light in a pulse shape, and the image detecting device 714
By adjusting the light receiving timing of (1) and the narrow band filter 712 that matches the wavelength of the light source light in front of the observation device, the influence of ambient light is minimized and the measurement accuracy is improved.

【0058】(実施例2) 図8は本発明の実施例2の
構成図である。この図の中で、レーザー光源801を発
した光は、位相差補償板802を通り、後述する位相変
調素子803とウォラストンプリズム805によって生
じる光路差を波長程度まで補償される。さらに、位相変
調素子803によって、紙面に垂直な偏光と水平な偏光
との間に任意の位相差量を与えられる。両方向の偏光
は、ウォラストンプリズム805によって分離され、波
面に傾きを与えられる。偏光板806によって紙面に4
5゜方向の直線偏光に変換された光束は可干渉となり、
照明レンズ807,808によって光束の幅を広げら
れ、測定物体809の上で干渉縞810を形成する。測
定物体809上の干渉縞810は結像レンズ811によ
って、画像検出装置812上に結像される。画像検出装
置812は結像レンズ811と観察装置を構成してお
り、得られた画像情報は、画像入力装置813を通して
解析装置814に送られ、演算処理により測定物体80
9の三次元形状が復元される。この時、位相変調素子8
03によって位相差量を制御しながら複数の画像を観測
し、縞走査法によって干渉縞の位相量を計算し、物体の
三次元形状を算出してやることにより、高精度の測定を
行う。
(Second Embodiment) FIG. 8 is a configuration diagram of a second embodiment of the present invention. In this figure, the light emitted from the laser light source 801 passes through the phase difference compensating plate 802, and the optical path difference generated by the phase modulation element 803 and the Wollaston prism 805, which will be described later, is compensated up to about the wavelength. Further, the phase modulation element 803 can provide an arbitrary amount of phase difference between the polarized light perpendicular to the paper surface and the polarized light horizontal to the paper surface. The polarized light in both directions is separated by the Wollaston prism 805, and the wavefront is tilted. 4 by the polarizing plate 806
The light flux converted to linearly polarized light in the 5 ° direction becomes coherent,
The width of the light flux is expanded by the illumination lenses 807 and 808, and interference fringes 810 are formed on the measurement object 809. The interference fringe 810 on the measurement object 809 is imaged on the image detection device 812 by the imaging lens 811. The image detection device 812 constitutes an imaging lens 811 and an observation device, and the obtained image information is sent to the analysis device 814 through the image input device 813, and the measurement object 80 is calculated by the arithmetic processing.
The three-dimensional shape of 9 is restored. At this time, the phase modulator 8
A plurality of images are observed while controlling the phase difference amount by 03, the phase amount of the interference fringes is calculated by the fringe scanning method, and the three-dimensional shape of the object is calculated, thereby performing highly accurate measurement.

【0059】図8の様に、光源光を平行光束として測定
物体809に照射する場合は、図のx軸と垂直な平面内
で干渉縞が形成される。この場合、照明レンズ807,
808はテレセントリック光学系を構成しており、干渉
縞の位相量Ψ(x)とx座標の関係は測定物体809と干
渉縞投影光学系との距離によって変わらず、ウォラスト
ンプリズム805の分離角φと照明レンズ807,80
8の倍率によって決まる。そこで、Ψ(x)が判ればxを
算出でき、画像情報から判る点Pの方向と、等位相量の
平面との交点を求めれば、点Pの三次元座標が計算でき
る。この様に照明レンズ807,808をテレセントリ
ック光学系にすることにより、照明光学系の位置精度が
形状測定精度に与える影響を無くすことが出来る。
As shown in FIG. 8, when the measurement object 809 is irradiated with light from the light source as a parallel light flux, interference fringes are formed in a plane perpendicular to the x axis in the figure. In this case, the illumination lens 807,
Reference numeral 808 denotes a telecentric optical system, and the relationship between the phase amount Ψ (x) of the interference fringes and the x coordinate does not change depending on the distance between the measurement object 809 and the interference fringes projection optical system, and the separation angle φ of the Wollaston prism 805. And illumination lens 807,80
Determined by a magnification of 8. Therefore, if Ψ (x) is known, x can be calculated, and the three-dimensional coordinates of the point P can be calculated by finding the intersection of the direction of the point P known from the image information and the plane of the equal phase amount. By thus forming the illumination lenses 807 and 808 in the telecentric optical system, it is possible to eliminate the influence of the positional accuracy of the illumination optical system on the shape measurement accuracy.

【0060】[0060]

【発明の効果】請求項1記載の発明によれば、 1 測定時間が短い。 (1秒以下) 2 空間分解能が高い。(測定領域の1/500程度) 3 周囲の外光や振動などに影響されず、測定環境を選
ばない。
According to the invention described in claim 1, 1 the measurement time is short. (1 second or less) 2 High spatial resolution. (Approximately 1/500 of the measurement area) 3 It is not affected by ambient light or vibration, and can be used in any measurement environment.

【0061】といった効果を有する三次元形状測定装置
を提供することができる。
It is possible to provide a three-dimensional shape measuring apparatus having the effects described above.

【0062】また、請求項4の発明によれば、 1 測定精度が高い。 (測定範囲の0.1%程度) 2 測定に影響を与える機械的可動部が無く、保守・管
理が楽。
According to the invention of claim 4, 1) the measurement accuracy is high. (Approximately 0.1% of the measurement range) 2 There are no mechanical moving parts that affect measurement, so maintenance and management are easy.

【0063】3 PZT駆動電源の様な高電圧の電源が
不要。
3 No need for a high voltage power source such as a PZT drive power source.

【0064】4 除震装置などが不要で、装置が小型で
ある。
4 A seismic isolation device is unnecessary, and the device is compact.

【0065】といった効果を有する三次元形状測定装置
を提供することができる。
It is possible to provide a three-dimensional shape measuring apparatus having the effects described above.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明の原理説明図。FIG. 1 is an explanatory view of the principle of the present invention.

【図2】 偏光分離プリスムの構成図。FIG. 2 is a configuration diagram of a polarization separation prism.

【図3】 偏光分離プリスムの各素子を接合した構成
図。
FIG. 3 is a configuration diagram in which the respective elements of the polarization separation prism are joined together.

【図4】 ウォラストンプリスムの構成図。FIG. 4 is a block diagram of a Wollaston prism.

【図5】 ロションプリスムの構成図。FIG. 5 is a block diagram of a lotion prism.

【図6】 バビネソレイユの位相板の構成図。FIG. 6 is a block diagram of a phase plate of Babinet Soleil.

【図7】 本願実施例1の構成図。FIG. 7 is a configuration diagram of the first embodiment of the present application.

【図8】 本願実施例2の構成図。FIG. 8 is a configuration diagram of a second embodiment of the present application.

【図9】 従来の縞走査法の構成図。FIG. 9 is a configuration diagram of a conventional fringe scanning method.

【図10】 従来の干渉縞走査法の構成図。FIG. 10 is a configuration diagram of a conventional interference fringe scanning method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 ・・・ 光源 102 ・・・ 偏光分離素子 103 ・・・ 検光子 104 ・・・ 照明レンズ 105 ・・・ 測定物体 106 ・・・ 干渉縞 107 ・・・ 結像レンズ 108 ・・・ 画像検出装置 109 ・・・ 画像入力装置 110 ・・・ 解析装置 201 ・・・ 偏光ビームスプリッター 202,203 ・・・ λ/4波長板 204,205 ・・・ 平面鏡 301 ・・・ 偏光ビームスプリッター 302,303 ・・・ λ/4波長板 304,305 ・・・ 平面鏡 401 ・・・ ウォラストンプリスム 501 ・・・ ロションプリスム 601 ・・・ 固定くさびプリズム 602 ・・・ 移動くさびプリズム 603 ・・・ 平行平面板 701 ・・・ LD光源 702 ・・・ LD駆動装置 703 ・・・ コリメートレンズ 704 ・・・ 位相差補償板 705 ・・・ 位相変調素子 706 ・・・ 位相変調素子駆動装置 707 ・・・ ウォラストンプリスム 708 ・・・ 偏光板 709 ・・・ 照明レンズ 710 ・・・ 測定物体 711 ・・・ 干渉縞 712 ・・・ 狭帯域フィルター 713 ・・・ 結像レンズ 714 ・・・ 画像検出装置 715 ・・・ 画像入力装置 716 ・・・ 解析装置 801 ・・・ レーザー光源 802 ・・・ 位相差補償板 803 ・・・ 位相変調素子 804 ・・・ 位相変調素子駆動装置 805 ・・・ ウォラストンプリスム 806 ・・・ 偏光板 807,808 ・・・ 照明レンズ 809 ・・・ 測定物体 810 ・・・ 干渉縞 811 ・・・ 結像レンズ 812 ・・・ 画像検出装置 813 ・・・ 画像入力装置 814 ・・・ 解析装置 901 ・・・ 白色光源 902 ・・・ 集光レンズ 903 ・・・ 格子板 904 ・・・ モーター 905 ・・・ モーター駆動装置 906 ・・・ 照明レンズ 907 ・・・ 測定物体 908 ・・・ 格子パターン 909 ・・・ 結像レンズ 910 ・・・ 画像検出装置 911 ・・・ 画像入力装置 912 ・・・ 解析装置 1001 ・・・ レーザー光源 1002 ・・・ ハーフプリズム 1003 ・・・ 振動ミラー 1004 ・・・ PZT 1005 ・・・ PZT駆動装置 1006 ・・・ 固定ミラー 1007 ・・・ 照明レンズ 1008 ・・・ 測定物体 1009 ・・・ 干渉縞 1010 ・・・ 結像レンズ 1011 ・・・ 画像検出装置 1012 ・・・ 画像入力装置 1013 ・・・ 解析装置 101 ・ ・ ・ Light source 102 ・ ・ ・ Polarization separation element 103 ・ ・ ・ Analyzer 104 ・ ・ ・ Illumination lens 105 ・ ・ ・ Measuring object 106 ・ ・ ・ Interference fringes 107 ・ ・ ・ Imaging lens 108 ・ ・ ・ Image detection device 109 ・ ・ ・ Image input device 110 ・ ・ ・ Analyzing device 201 ・ ・ ・ Polarizing beam splitter 202, 203 ・ ・ ・ λ / 4 wavelength plate 204, 205 ・ ・ ・ Plane mirror 301 ・ ・ ・ Polarizing beam splitter 302, 303 ・ ・・ Λ / 4 wavelength plate 304, 305 ・ ・ ・ Plane mirror 401 ・ ・ ・ Wollaston prism 501 ・ ・ ・ Rochon prism 601 ・ ・ ・ Fixed wedge prism 602 ・ ・ ・ Moving wedge prism 603 ・ ・ ・ Parallel plane plate 701 ・ ・ ・LD light source 702 ・ ・ ・ LD drive device 703 ・ ・ ・ Collimate lens 704 ・ ・ ・Difference compensation plate 705 ... Phase modulation element 706 ... Phase modulation element driving device 707 ... Wollaston prism 708 ... Polarizing plate 709 ... Illumination lens 710 ... Measurement object 711 ... Interference fringes 712 ... Narrow band filter 713 ... Imaging lens 714 ... Image detection device 715 ... Image input device 716 ... Analysis device 801 ... Laser light source 802 ... Phase difference compensation plate 803 ... .. Phase modulation element 804 ... Phase modulation element driving device 805 ... Wollaston prism 806 ... Polarizing plates 807, 808 ... Illumination lens 809 ... Measurement object 810 ... Interference fringe 811 ... Image forming lens 812 Image detecting device 813 Image input device 814 Analyzing device 901 White light source 902 ... Condensing lens 903 ... Lattice plate 904 ... Motor 905 ... Motor drive device 906 ... Illumination lens 907 ... Measuring object 908 ... Lattice pattern 909 ... Image lens 910 Image detection device 911 Image input device 912 Analysis device 1001 Laser light source 1002 Half prism 1003 Vibratory mirror 1004 PZT 1005 PZT Drive device 1006 ・ ・ ・ Fixed mirror 1007 ・ ・ ・ Illumination lens 1008 ・ ・ ・ Measurement object 1009 ・ ・ ・ Interference fringes 1010 ・ ・ ・ Imaging lens 1011 ・ ・ ・ Image detection device 1012 ・ ・ ・ Image input device 1013 ・ ・・ Analyzer

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 三次元形状を有する被測定物に所定のパ
ターンを投影し、前記被測定物の形状を計測する三次元
形状測定装置において、 前記被測定物に対し可干渉光を放射する光源装置と、 前記光源手段から放射される光束を、振動方向が直交す
る2つの直線偏光に分離し、前記2つの直線偏光のうち
少なくとも一方の波面に傾きを与える偏光分離素子と、
重なり合った光束に干渉縞を生じさせる検光子とから構
成される偏光干渉装置と、 前記被測定物に投影された干渉縞を観測する観測装置
と、 前記観測装置によって観測された縞の形状から、被測定
物の三次元形状を計算する解析手段とを備えることを特
徴とする三次元形状測定装置。
1. A three-dimensional shape measuring apparatus for measuring a shape of an object to be measured by projecting a predetermined pattern on the object to be measured having a three-dimensional shape, the light source emitting coherent light to the object to be measured. A device and a polarization beam splitting element for splitting a light beam emitted from the light source means into two linearly polarized lights whose vibration directions are orthogonal to each other, and giving an inclination to at least one wavefront of the two linearly polarized lights,
A polarization interference device composed of an analyzer that causes interference fringes in the overlapping light fluxes, an observation device that observes the interference fringes projected on the object to be measured, and from the shape of the fringes observed by the observation device, A three-dimensional shape measuring apparatus, comprising: an analyzing unit that calculates a three-dimensional shape of an object to be measured.
【請求項2】 前記偏光分離素子は、偏光ビームスプリ
ッターとλ/4波長板と平面鏡とから成り、相互に接着
されていることを特徴とする請求項1に記載の三次元形
状測定装置。
2. The three-dimensional shape measuring apparatus according to claim 1, wherein the polarization beam splitting element is composed of a polarization beam splitter, a λ / 4 wavelength plate, and a plane mirror, which are adhered to each other.
【請求項3】 前記偏光分離素子は、1軸性光学結晶を
少なくとも2個張り合わせたプリズムであることを特徴
とする請求項1に記載の三次元形状測定装置。
3. The three-dimensional shape measuring apparatus according to claim 1, wherein the polarization separation element is a prism in which at least two uniaxial optical crystals are bonded together.
【請求項4】 前記偏光干渉装置によって2つに分けら
れる直線偏光の、相互の位相差量を変え得る位相差量変
更装置を有するを特徴とする請求項1に記載の三次元形
状測定装置。
4. The three-dimensional shape measuring apparatus according to claim 1, further comprising a phase difference amount changing device capable of changing a mutual phase difference amount of linearly polarized light divided into two by the polarization interference device.
【請求項5】 前記位相差量変更装置として、液晶素子
または電気光学素子または磁気光学素子からなる位相変
調素子と、前記位相変調素子を駆動する位相変調素子駆
動装置とを用いることを特徴とする請求項4に記載の三
次元形状測定装置。
5. A phase modulation element composed of a liquid crystal element, an electro-optical element, or a magneto-optical element, and a phase modulation element driving device for driving the phase modulation element are used as the phase difference amount changing device. The three-dimensional shape measuring apparatus according to claim 4.
【請求項6】 前記光源装置から放射される光束は、波
長幅が1nm 以上100nm 以下であることを特徴とする
請求項1に記載の三次元形状測定装置。
6. The three-dimensional shape measuring apparatus according to claim 1, wherein the luminous flux emitted from the light source device has a wavelength width of 1 nm or more and 100 nm or less.
【請求項7】 前記光源装置として、レーザーダイオー
ド又はスーパールミネッセントダイオードと位相差補償
板を用いることを特徴とする請求項6に記載の三次元形
状測定装置。
7. The three-dimensional shape measuring device according to claim 6, wherein a laser diode or a super luminescent diode and a phase difference compensating plate are used as the light source device.
【請求項8】 前記観測装置の前に前記光源装置から放
射される光束の波長に合わせた狭帯域のフィルターを備
えたことを特徴とする請求項1に記載の三次元形状測定
装置。
8. The three-dimensional shape measuring apparatus according to claim 1, further comprising a narrow band filter matched to a wavelength of a light beam emitted from the light source apparatus, in front of the observation apparatus.
【請求項9】 前記光源装置としてパルス状に発光する
光源手段を用い、観測装置の受光タイミングを光源手段
の発光時刻に合わせることを特徴とする請求項1に記載
の三次元形状測定装置。
9. The three-dimensional shape measuring apparatus according to claim 1, wherein a light source means that emits light in a pulse shape is used as the light source device, and the light receiving timing of the observation device is matched with the light emission time of the light source means.
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