JPH0996512A - 立体形状計測装置 - Google Patents
立体形状計測装置Info
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- JPH0996512A JPH0996512A JP7275060A JP27506095A JPH0996512A JP H0996512 A JPH0996512 A JP H0996512A JP 7275060 A JP7275060 A JP 7275060A JP 27506095 A JP27506095 A JP 27506095A JP H0996512 A JPH0996512 A JP H0996512A
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Landscapes
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- Measurement Of Optical Distance (AREA)
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- Image Analysis (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は、焦点位置変化のための機械的な可
動部をもたない、コンパクトで高速なの立体形状測定装
置を提供することを目的とする。 【解決手段】 共焦点光学系２とその像を光電変換する
光電センサ３とよりなる共焦点撮像系１と、共焦点撮像
系１の焦点位置を電気光学効果を利用して変化させる焦
点位置変化手段４と、共焦点撮像系１と焦点位置変化手
段４とから得られた焦点位置の異なる複数枚の画像か
ら、画像の濃度情報を用いて、画像の焦点位置間隔を超
える精度で画像各点の合焦位置を求めることで物体の立
体形状を演算する画像処理装置６とにより構成する。
動部をもたない、コンパクトで高速なの立体形状測定装
置を提供することを目的とする。 【解決手段】 共焦点光学系２とその像を光電変換する
光電センサ３とよりなる共焦点撮像系１と、共焦点撮像
系１の焦点位置を電気光学効果を利用して変化させる焦
点位置変化手段４と、共焦点撮像系１と焦点位置変化手
段４とから得られた焦点位置の異なる複数枚の画像か
ら、画像の濃度情報を用いて、画像の焦点位置間隔を超
える精度で画像各点の合焦位置を求めることで物体の立
体形状を演算する画像処理装置６とにより構成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光学系により得ら
れる画像から物体の三次元的な形状を計測する立体形状
計測装置に関する。
れる画像から物体の三次元的な形状を計測する立体形状
計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】画像の合焦状態から物体の高さ（立体形
状）を計測する方法の一つとして共焦点光学系を用いる
方法が知られている。共焦点光学系の基本構成を図５に
示す。ピンホール５１を通して射出された照明光は対物
レンズ５２により集光され焦点面５３に収束する。この
位置に物体表面５４がある場合、物体の反射光は照明光
と全く逆の過程でピンホール５１に収束し、対物レンズ
５２に入射した反射光のほとんどがピンホール５１を通
過する。しかし、物体表面５４が焦点面５３から離れる
と図中波線で示す通り反射光の収束点もピンホール５１
から離れることになりピンホール５１を通過する光量は
減少する。この関係（合焦位置からのずれとピンホール
５１を通過する反射光の強度との関係）を図４に示す。
物体と対物レンズ５２との距離をＺ方向移動可能な載物
台などを用いて変化させ、ピンホール５１を通過する反
射光の強度を光センサによりサンプリングし、最大の位
置を検出すれば（図４より光センサの出力が最大となる
位置は物体表面の位置、つまり高さを示しているから）
物体の高さが計測できることになる。現在ではレーザー
やＮｉｐｋｏｗ ｄｉｓｋを用いてこの共焦点光学系の
２次元走査が可能であることから（以下このような共焦
点光学系を共焦点走査光学系と呼ぶ）高速に共焦点光学
系の２次元出力（共焦点画像と呼ぶ）を得ることができ
るので、物体の高さを一点ずつ求めるのではなく画像単
位で、面的に求めるのが一般的である。つまり、 Ｚ方
向移動可能な載物台により物体と対物レンズ５２との距
離を変化させながら共焦点走査光学系により共焦点画像
をサンプリングし、画像内の各点毎に最大の濃度値（共
焦点画像各点の明るさ、ピンホールを通過した光量に比
例する値）を与えるＺ位置を求めることにより立体形状
が計測されている。
状）を計測する方法の一つとして共焦点光学系を用いる
方法が知られている。共焦点光学系の基本構成を図５に
示す。ピンホール５１を通して射出された照明光は対物
レンズ５２により集光され焦点面５３に収束する。この
位置に物体表面５４がある場合、物体の反射光は照明光
と全く逆の過程でピンホール５１に収束し、対物レンズ
５２に入射した反射光のほとんどがピンホール５１を通
過する。しかし、物体表面５４が焦点面５３から離れる
と図中波線で示す通り反射光の収束点もピンホール５１
から離れることになりピンホール５１を通過する光量は
減少する。この関係（合焦位置からのずれとピンホール
５１を通過する反射光の強度との関係）を図４に示す。
物体と対物レンズ５２との距離をＺ方向移動可能な載物
台などを用いて変化させ、ピンホール５１を通過する反
射光の強度を光センサによりサンプリングし、最大の位
置を検出すれば（図４より光センサの出力が最大となる
位置は物体表面の位置、つまり高さを示しているから）
物体の高さが計測できることになる。現在ではレーザー
やＮｉｐｋｏｗ ｄｉｓｋを用いてこの共焦点光学系の
２次元走査が可能であることから（以下このような共焦
点光学系を共焦点走査光学系と呼ぶ）高速に共焦点光学
系の２次元出力（共焦点画像と呼ぶ）を得ることができ
るので、物体の高さを一点ずつ求めるのではなく画像単
位で、面的に求めるのが一般的である。つまり、 Ｚ方
向移動可能な載物台により物体と対物レンズ５２との距
離を変化させながら共焦点走査光学系により共焦点画像
をサンプリングし、画像内の各点毎に最大の濃度値（共
焦点画像各点の明るさ、ピンホールを通過した光量に比
例する値）を与えるＺ位置を求めることにより立体形状
が計測されている。
【０００３】その他に共焦点走査光学系のような特殊な
光学系を用いることなく一般的な結像レンズとＴＶカメ
ラを用いて立体形状を計測する方法もある。この方法も
共焦点走査光学系による高さ計測と同じように、Ｚ方向
移動可能な載物台を用いて、結像レンズと物体との距離
を変化させながら撮像し、得られた（物体に対する焦点
位置がそれぞれ異なる）複数枚の画像から画像各点の物
体の高さを演算するものである。この場合は共焦点画像
のように画像の濃度値そのものが合焦の度合いを表して
はいないから、合焦位置は別に求める必要がある。例え
ば、注目点近傍の領域内でどれだけコントラストがある
かを微分処理と近傍領域和を用いて求める。求めた値は
合焦の度合いを表していると考えられるから、共焦点光
学系を用いた方法と同じようにその最大値を与えるＺ位
置を求めてそれを物体の高さとして表すことにより立体
形状が計測されている。
光学系を用いることなく一般的な結像レンズとＴＶカメ
ラを用いて立体形状を計測する方法もある。この方法も
共焦点走査光学系による高さ計測と同じように、Ｚ方向
移動可能な載物台を用いて、結像レンズと物体との距離
を変化させながら撮像し、得られた（物体に対する焦点
位置がそれぞれ異なる）複数枚の画像から画像各点の物
体の高さを演算するものである。この場合は共焦点画像
のように画像の濃度値そのものが合焦の度合いを表して
はいないから、合焦位置は別に求める必要がある。例え
ば、注目点近傍の領域内でどれだけコントラストがある
かを微分処理と近傍領域和を用いて求める。求めた値は
合焦の度合いを表していると考えられるから、共焦点光
学系を用いた方法と同じようにその最大値を与えるＺ位
置を求めてそれを物体の高さとして表すことにより立体
形状が計測されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】どちらの方法において
も対物（結像）レンズと物体とのＺ方向の距離を変化さ
せる手段として高精度の載物台移動移動装置が必要であ
り、このため次のような課題がある。得られた画像の処
理に要する時間は処理内容を専用ハードウエア化するこ
とで十分短縮できるが、高精度のＺ方向の載物台移動に
要する時間は短縮できない。またこの載物台のＺ方向移
動機構は精度が必要であることから単純な構成のもので
はなく、装置規模が大きいものとなる問題がある。
も対物（結像）レンズと物体とのＺ方向の距離を変化さ
せる手段として高精度の載物台移動移動装置が必要であ
り、このため次のような課題がある。得られた画像の処
理に要する時間は処理内容を専用ハードウエア化するこ
とで十分短縮できるが、高精度のＺ方向の載物台移動に
要する時間は短縮できない。またこの載物台のＺ方向移
動機構は精度が必要であることから単純な構成のもので
はなく、装置規模が大きいものとなる問題がある。
【０００５】このような状況を鑑みて本発明は、物体に
対して焦点位置が異なる複数の画像を簡単な構成でかつ
高速に画像処理装置へ入力することのできる立体形状計
測装置を提供することを目的とするものである。
対して焦点位置が異なる複数の画像を簡単な構成でかつ
高速に画像処理装置へ入力することのできる立体形状計
測装置を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】目的達成のために本発明
では、共焦点光学系と共焦点光学系により得られる光学
像を光電変換する光電センサとより構成された共焦点撮
像系と、電気光学効果を利用して前記光学系の焦点位置
を電気的に変化させる焦点位置変化手段と、前記共焦点
撮像系と前記焦点位置変化手段とにより得られた焦点位
置の異なる複数の画像を取り込み、焦点位置の変化に対
応して変化する画像各点の濃度値から、取り込まれた画
像の焦点位置間隔を超える精度で、濃度値の最大値を与
える焦点位置を内挿処理を用いて画像各点毎に推定し、
推定した焦点位置をその点の高さとする処理を実行する
画像処理装置とから構成する。
では、共焦点光学系と共焦点光学系により得られる光学
像を光電変換する光電センサとより構成された共焦点撮
像系と、電気光学効果を利用して前記光学系の焦点位置
を電気的に変化させる焦点位置変化手段と、前記共焦点
撮像系と前記焦点位置変化手段とにより得られた焦点位
置の異なる複数の画像を取り込み、焦点位置の変化に対
応して変化する画像各点の濃度値から、取り込まれた画
像の焦点位置間隔を超える精度で、濃度値の最大値を与
える焦点位置を内挿処理を用いて画像各点毎に推定し、
推定した焦点位置をその点の高さとする処理を実行する
画像処理装置とから構成する。
【０００７】または、結像光学系と結像光学系により得
られる２次元光学像を光電変換する２次元光電センサと
より構成された撮像系と、電気光学効果を利用して前記
結像光学系の焦点位置を電気的に変化させる焦点位置変
化手段と、前記撮像系と前記焦点位置変化手段とにより
得られた焦点位置の異なる複数の画像を取り込み、焦点
位置の変化に対応して変化する画像各点近傍のコントラ
ストから、取り込まれた画像の焦点位置間隔を超える精
度で、コントラストの最大値を与える焦点位置を内挿処
理を用いて画像各点毎に推定し、推定した焦点位置をそ
の点の高さとする処理を実行する画像処理装置とから構
成する。
られる２次元光学像を光電変換する２次元光電センサと
より構成された撮像系と、電気光学効果を利用して前記
結像光学系の焦点位置を電気的に変化させる焦点位置変
化手段と、前記撮像系と前記焦点位置変化手段とにより
得られた焦点位置の異なる複数の画像を取り込み、焦点
位置の変化に対応して変化する画像各点近傍のコントラ
ストから、取り込まれた画像の焦点位置間隔を超える精
度で、コントラストの最大値を与える焦点位置を内挿処
理を用いて画像各点毎に推定し、推定した焦点位置をそ
の点の高さとする処理を実行する画像処理装置とから構
成する。
【０００８】このような構成とすることにより、物体に
対して焦点位置が異なる複数の画像を得るのに、物体と
光学系（対物レンズあるいは結像レンズ）の相対位置を
機械的に変化させる必要が無い（可動部を持たない）か
ら高速でかつ簡単な構成で立体形状計測装置が実現でき
る。
対して焦点位置が異なる複数の画像を得るのに、物体と
光学系（対物レンズあるいは結像レンズ）の相対位置を
機械的に変化させる必要が無い（可動部を持たない）か
ら高速でかつ簡単な構成で立体形状計測装置が実現でき
る。
【０００９】
【発明実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実施
の形態について説明する。図１は本発明の第一の実施形
態の例である。２は共焦点光学系であり機械的あるいは
光学的機構により高速で共焦点画像が得られるようにな
っている。具体的な例としては各種光学的偏向素子（ガ
ルバノミラー、ポリゴンミラー、ＥＯ素子、ＡＯ素子な
ど）を用いてレーザーを２次元走査する共焦点レーザー
走査光学系、Ｎｉｐｋｏｗｄｉｓｋと呼ばれる螺旋状の
ピンホールを持つ円盤を回転させて共焦点光学系を２次
元走査する実時間走査共焦点光学系、非常に小さなピン
ホールを２次元的に配置したプレートを用いて共焦点光
学系を２次元配列して同時に露光する２次元配列型共焦
点光学系などがある。３は光電センサーである。共焦点
光学系２の種類により２次元ＣＣＤやフォトマルチプラ
イヤーを使用する。共焦点光学系２と光電センサ３を合
わせて共焦点撮像系１と呼ぶことにする。４は焦点位置
変化手段であり平行平板透明体１２の屈折率を電気的に
変化させることにより、物体５と共焦点光学系２の対物
レンズ１０との間の光路長を変化させることで焦点位置
の異なる画像が得られるようになっている。焦点位置変
化手段４の動作については後で詳述する。６は共焦点撮
像系１と焦点位置変化手段４とにより得られた画像を入
力して高さ演算を行う画像処理装置である。
の形態について説明する。図１は本発明の第一の実施形
態の例である。２は共焦点光学系であり機械的あるいは
光学的機構により高速で共焦点画像が得られるようにな
っている。具体的な例としては各種光学的偏向素子（ガ
ルバノミラー、ポリゴンミラー、ＥＯ素子、ＡＯ素子な
ど）を用いてレーザーを２次元走査する共焦点レーザー
走査光学系、Ｎｉｐｋｏｗｄｉｓｋと呼ばれる螺旋状の
ピンホールを持つ円盤を回転させて共焦点光学系を２次
元走査する実時間走査共焦点光学系、非常に小さなピン
ホールを２次元的に配置したプレートを用いて共焦点光
学系を２次元配列して同時に露光する２次元配列型共焦
点光学系などがある。３は光電センサーである。共焦点
光学系２の種類により２次元ＣＣＤやフォトマルチプラ
イヤーを使用する。共焦点光学系２と光電センサ３を合
わせて共焦点撮像系１と呼ぶことにする。４は焦点位置
変化手段であり平行平板透明体１２の屈折率を電気的に
変化させることにより、物体５と共焦点光学系２の対物
レンズ１０との間の光路長を変化させることで焦点位置
の異なる画像が得られるようになっている。焦点位置変
化手段４の動作については後で詳述する。６は共焦点撮
像系１と焦点位置変化手段４とにより得られた画像を入
力して高さ演算を行う画像処理装置である。
【００１０】焦点位置変化手段４について詳しく述べ
る。ここでは屈折率を変化させる平行平板透明体１２と
してニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3、以下では一般的
な略称であるＬＮと呼ぶ）結晶を用いた例について説明
する。ＬＮ結晶は１次電気光学効果（ポッケルス効果）
を示し、光学的に均一な大面積の結晶が得られることで
知られている。ＬＮ結晶は一軸性結晶であり、光学軸
（ｚ軸）に垂直な面内では結晶の外形が六角形である。
ここでは六角形の対角頂点を結ぶ方向がｘ軸であるとす
る。この結晶のｚ軸から−ｙ軸に向かって５５度の方向
にカットした平行平板を用いる。図３に示すようにカッ
ト面に垂直な方向をｚ’軸、平行な方向をｙ’とする。
このようにカットするのは、縦型変調器として構成した
場合（ｚ’方向に電圧を印加し、これと平行な方向に光
を入射した場合）にｘとｙ’方向に電界ベクトルを持つ
光の間の位相差の印加電界による変化が大きく、半波長
電圧（位相差が半波長となる電圧）がもっとも低くなる
ためによく光変調器で用いられるからであって他の角度
でも基本的にかわりはない。図１に焦点位置変化手段４
の構成を示す。偏光子１３は入射光をｙ’軸に平行な直
線偏光にする。平行平板透明体１２は５５度カットのＬ
Ｎ液晶であり、図１中のｚ’、ｙ’、ｘは図３と同じ結
晶の方向を示す。平行平板透明体１２の両面には透明電
極（ＩＴＯ膜）１１が設られており、両面の電極間に
（ｚ’方向に）電圧が電圧発生器１４により印可される
と、ｚ’方向に進むｙ’方向とｘ方向に電界ベクトルを
もつ光に対する屈折率が印加電圧に応じてそれぞれ変化
する。物体５からの反射光は偏光子１３を通過してｙ’
軸に平行な直線偏光のみとなって平行平板透明体１２に
入射し、平行平板透明体１２を通過する間に印加電圧に
応じた屈折率による速度変化を受けてのち共焦点光学系
に入射する。このようにすれば物体上のある点（物点）
から共焦点光学系２の対物レンズ１０までの光路長は平
行平板透明体１２のｙ’方向の屈折率変化により制御で
きることになるから、電気的に共焦点光学系２の焦点位
置を変化させることが可能となる。
る。ここでは屈折率を変化させる平行平板透明体１２と
してニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3、以下では一般的
な略称であるＬＮと呼ぶ）結晶を用いた例について説明
する。ＬＮ結晶は１次電気光学効果（ポッケルス効果）
を示し、光学的に均一な大面積の結晶が得られることで
知られている。ＬＮ結晶は一軸性結晶であり、光学軸
（ｚ軸）に垂直な面内では結晶の外形が六角形である。
ここでは六角形の対角頂点を結ぶ方向がｘ軸であるとす
る。この結晶のｚ軸から−ｙ軸に向かって５５度の方向
にカットした平行平板を用いる。図３に示すようにカッ
ト面に垂直な方向をｚ’軸、平行な方向をｙ’とする。
このようにカットするのは、縦型変調器として構成した
場合（ｚ’方向に電圧を印加し、これと平行な方向に光
を入射した場合）にｘとｙ’方向に電界ベクトルを持つ
光の間の位相差の印加電界による変化が大きく、半波長
電圧（位相差が半波長となる電圧）がもっとも低くなる
ためによく光変調器で用いられるからであって他の角度
でも基本的にかわりはない。図１に焦点位置変化手段４
の構成を示す。偏光子１３は入射光をｙ’軸に平行な直
線偏光にする。平行平板透明体１２は５５度カットのＬ
Ｎ液晶であり、図１中のｚ’、ｙ’、ｘは図３と同じ結
晶の方向を示す。平行平板透明体１２の両面には透明電
極（ＩＴＯ膜）１１が設られており、両面の電極間に
（ｚ’方向に）電圧が電圧発生器１４により印可される
と、ｚ’方向に進むｙ’方向とｘ方向に電界ベクトルを
もつ光に対する屈折率が印加電圧に応じてそれぞれ変化
する。物体５からの反射光は偏光子１３を通過してｙ’
軸に平行な直線偏光のみとなって平行平板透明体１２に
入射し、平行平板透明体１２を通過する間に印加電圧に
応じた屈折率による速度変化を受けてのち共焦点光学系
に入射する。このようにすれば物体上のある点（物点）
から共焦点光学系２の対物レンズ１０までの光路長は平
行平板透明体１２のｙ’方向の屈折率変化により制御で
きることになるから、電気的に共焦点光学系２の焦点位
置を変化させることが可能となる。
【００１１】このように構成された焦点位置変化手段４
を用いて焦点位置の異なる複数の画像を得て画像処理装
置６により高さ演算を行う。例えば、焦点位置変化手段
４に電圧発生器１４により電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３を印加
して焦点位置がＺ１，Ｚ２，Ｚ３に変化した画像が得ら
れたとする。共焦点撮像系１により得られる光強度（画
像では濃度）は照明光の波数をｋ、対物レンズ１０の開
口数をｓｉｎθ、焦点位置と物体５との距離をＺとすれ
ば（｜ｓｉｎ ｋＺ（１−ｃｏｓθ）｜／｜ｋＺ（１−
ｃｏｓθ）｜）2でモデル化でき、図４に示すような山
形になる。Ｚ軸のＺ０位置が物点の位置で、この点に共
焦点光学系の焦点位置がある場合に光強度が最大とな
る。前記のＺ１、Ｚ２、Ｚ３の焦点位置が図４に示すよ
うな山の内側であれば、物点の位置Ｚ０はＺ１、Ｚ２、
Ｚ３の各点で得られる濃度（光強度）の内の最大値を含
む少なくとも２点から、内挿処理によりＺ０を求めるこ
とができる。例えば、Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３の各点で得られ
る濃度の最大値をＦ１、もう一点をＦ２とすればＺ０＝
Ｚｉ＋（１＋ａ２（Ｆ２−Ｆ１））／２として求めるこ
とができる。ここにＺｉはＶ１のＺ座標（Ｚ１、Ｚ２、
Ｚ３）であり、ａは対物レンズの開口数により決まる山
の広がりを示す定数である。その他にも３点以上の点か
ら、ガウス関数や放物線関数に近似して求めてもよい
し、３点の重心を求めてもよい。各種の内挿処理を用い
ることができる。このようにして画像内に写された全て
の物点について高さを求め、物体５の立体形状を得る。
を用いて焦点位置の異なる複数の画像を得て画像処理装
置６により高さ演算を行う。例えば、焦点位置変化手段
４に電圧発生器１４により電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３を印加
して焦点位置がＺ１，Ｚ２，Ｚ３に変化した画像が得ら
れたとする。共焦点撮像系１により得られる光強度（画
像では濃度）は照明光の波数をｋ、対物レンズ１０の開
口数をｓｉｎθ、焦点位置と物体５との距離をＺとすれ
ば（｜ｓｉｎ ｋＺ（１−ｃｏｓθ）｜／｜ｋＺ（１−
ｃｏｓθ）｜）2でモデル化でき、図４に示すような山
形になる。Ｚ軸のＺ０位置が物点の位置で、この点に共
焦点光学系の焦点位置がある場合に光強度が最大とな
る。前記のＺ１、Ｚ２、Ｚ３の焦点位置が図４に示すよ
うな山の内側であれば、物点の位置Ｚ０はＺ１、Ｚ２、
Ｚ３の各点で得られる濃度（光強度）の内の最大値を含
む少なくとも２点から、内挿処理によりＺ０を求めるこ
とができる。例えば、Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３の各点で得られ
る濃度の最大値をＦ１、もう一点をＦ２とすればＺ０＝
Ｚｉ＋（１＋ａ２（Ｆ２−Ｆ１））／２として求めるこ
とができる。ここにＺｉはＶ１のＺ座標（Ｚ１、Ｚ２、
Ｚ３）であり、ａは対物レンズの開口数により決まる山
の広がりを示す定数である。その他にも３点以上の点か
ら、ガウス関数や放物線関数に近似して求めてもよい
し、３点の重心を求めてもよい。各種の内挿処理を用い
ることができる。このようにして画像内に写された全て
の物点について高さを求め、物体５の立体形状を得る。
【００１２】この例では焦点位置変化手段４としてＬＮ
結晶を用いているが、電気光学効果を示すものであれば
他のものであってもよい。Ｂｉ12ＳｉＯ20（略称ＢＳ
Ｏ）結晶やＢｉ12ＧｅＯ20（略称ＢＧＯ）結晶など電気
光学効果を示す結晶は数多くあるし、（Ｐｂ，Ｌａ）
（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3（略称ＰＬＺＴ）のような透光性セ
ラミックスでもよい、また液晶も電気光学効果を有して
いるので用いることができる。
結晶を用いているが、電気光学効果を示すものであれば
他のものであってもよい。Ｂｉ12ＳｉＯ20（略称ＢＳ
Ｏ）結晶やＢｉ12ＧｅＯ20（略称ＢＧＯ）結晶など電気
光学効果を示す結晶は数多くあるし、（Ｐｂ，Ｌａ）
（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3（略称ＰＬＺＴ）のような透光性セ
ラミックスでもよい、また液晶も電気光学効果を有して
いるので用いることができる。
【００１３】第２の例は光学系が一般的な結像レンズの
場合である。図２に構成図を示す。構成は第１の例の共
焦点光学系２が一般的な結像レンズ７に変わっただけで
ある。焦点位置変化手段４も第１の例と同じである。
場合である。図２に構成図を示す。構成は第１の例の共
焦点光学系２が一般的な結像レンズ７に変わっただけで
ある。焦点位置変化手段４も第１の例と同じである。
【００１４】この例では第１の例のように画像各点（画
素）の濃度が合焦の度合いを表してはいないから、求め
る物点を示す画素の近傍画素から近傍のコントラストを
求める。焦点が合うほどボケが無くなりコントラストは
高くなるから、コントラストが合焦の度合いを示すこと
になる。コントラストは例えば微分値の近傍領域和とし
て求めることができる。コントラストも共焦点光学系２
の光強度と同じように合焦位置にピークをもち結像レン
ズの焦点位置と物点との位置がずれるに従い減少する山
形となるから、第１の例と同様に物点の高さ位置を内挿
処理により求めることができる。ただしこの場合山の広
がり具合は一定ではないから内挿処理のためには少なく
とも３点が必要である。
素）の濃度が合焦の度合いを表してはいないから、求め
る物点を示す画素の近傍画素から近傍のコントラストを
求める。焦点が合うほどボケが無くなりコントラストは
高くなるから、コントラストが合焦の度合いを示すこと
になる。コントラストは例えば微分値の近傍領域和とし
て求めることができる。コントラストも共焦点光学系２
の光強度と同じように合焦位置にピークをもち結像レン
ズの焦点位置と物点との位置がずれるに従い減少する山
形となるから、第１の例と同様に物点の高さ位置を内挿
処理により求めることができる。ただしこの場合山の広
がり具合は一定ではないから内挿処理のためには少なく
とも３点が必要である。
【００１５】
【発明の効果】以上のように構成することにより、可動
部の無い立体形状計測装置が実現できる。このため従来
技術に比べてより小さく、簡単な構造で高速な測定が可
能である。この装置によりＬＳＩの実装時の検査、例え
ばＴＡＢのインナーリードのハガレやフォーミング異常
の検査、ボンディングワイヤのループ高さ検査、バンプ
形状検査などのインライン検査が可能となる。
部の無い立体形状計測装置が実現できる。このため従来
技術に比べてより小さく、簡単な構造で高速な測定が可
能である。この装置によりＬＳＩの実装時の検査、例え
ばＴＡＢのインナーリードのハガレやフォーミング異常
の検査、ボンディングワイヤのループ高さ検査、バンプ
形状検査などのインライン検査が可能となる。
【図１】 本発明の第１の実施の形態を示した図であ
る。
る。
【図２】 本発明の第２の実施の形態を示した図であ
る。
る。
【図３】 ＬＮ結晶を説明するための図である。
【図４】 合焦位置からのずれと光強度との関係を示し
た図である。
た図である。
【図５】 共焦点光学系の基本構成を示した図である。
１ 共焦点撮像系 ２ 共焦点光学系 ３ 光電センサ ４ 焦点位置変化手段 ５ 物体 ６ 画像処理装置 ７ 結像レンズ １０ 対物レンズ
Claims (2)
- 【請求項１】 物体の立体形状を光学的に計測する装置
において、共焦点光学系と共焦点光学系により得られる
２次元光学像を光電変換する２次元光電センサとより構
成された共焦点撮像系と、電気光学効果を利用して前記
光学系の焦点位置を電気的に変化させる焦点位置変化手
段と、前記共焦点撮像系と前記焦点位置変化手段とによ
り得られた焦点位置の異なる複数の画像を取り込み、焦
点位置の変化に対応して変化する画像各点の濃度値か
ら、取り込まれた画像の焦点位置間隔を超える精度で、
濃度値の最大値を与える焦点位置を内挿処理を用いて画
像各点毎に推定し、推定した焦点位置をその点の高さと
する処理を実行する画像処理装置とから構成されること
を特徴とする立体形状計測装置。 - 【請求項２】 物体の立体形状を光学的に計測する装置
において、結像光学系と結像光学系により得られる２次
元光学像を光電変換する２次元光電センサとより構成さ
れた撮像系と、電気光学効果を利用して前記結像光学系
の焦点位置を電気的に変化させる焦点位置変化手段と、
前記撮像系と前記焦点位置変化手段とにより得られた焦
点位置の異なる複数の画像を取り込み、焦点位置の変化
に対応して変化する画像各点近傍のコントラストから、
取り込まれた画像の焦点位置間隔を超える精度で、コン
トラストの最大値を与える焦点位置を内挿処理を用いて
画像各点毎に推定し、推定した焦点位置をその点の高さ
とする処理を実行する画像処理装置とから構成されるこ
とを特徴とする立体形状計測装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7275060A JPH0996512A (ja) | 1995-09-29 | 1995-09-29 | 立体形状計測装置 |
| US08/721,051 US5737084A (en) | 1995-09-29 | 1996-09-26 | Three-dimensional shape measuring apparatus |
| US08/959,491 US5946100A (en) | 1995-09-29 | 1997-10-28 | Three-dimensional shape measuring apparatus |
| US09/263,879 US6108090A (en) | 1995-09-29 | 1999-03-08 | Three-dimensional shape measuring apparatus |
| US09/552,880 US6373978B1 (en) | 1995-09-29 | 2000-04-20 | Three-dimensional shape measuring apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7275060A JPH0996512A (ja) | 1995-09-29 | 1995-09-29 | 立体形状計測装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0996512A true JPH0996512A (ja) | 1997-04-08 |
Family
ID=17550293
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7275060A Pending JPH0996512A (ja) | 1995-09-29 | 1995-09-29 | 立体形状計測装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0996512A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5878152A (en) * | 1997-05-21 | 1999-03-02 | Cognex Corporation | Depth from focal gradient analysis using object texture removal by albedo normalization |
| US5912768A (en) * | 1996-12-31 | 1999-06-15 | Cognex Corporation | Depth-from-defocus optical apparatus with invariance to surface reflectance properties |
| US6025905A (en) * | 1996-12-31 | 2000-02-15 | Cognex Corporation | System for obtaining a uniform illumination reflectance image during periodic structured illumination |
| US6148120A (en) * | 1997-10-30 | 2000-11-14 | Cognex Corporation | Warping of focal images to correct correspondence error |
| US6219461B1 (en) | 1997-07-29 | 2001-04-17 | Cognex Corporation | Determining a depth |
| WO2002077567A1 (fr) * | 2001-03-22 | 2002-10-03 | Olympus Optical Co., Ltd. | Instrument pour mesurer la hauteur et procede de mesure de la hauteur utilisant cet instrument |
| JP2005084741A (ja) * | 2003-09-04 | 2005-03-31 | Sankyo Seiki Mfg Co Ltd | 画像認識装置 |
| JP4503804B2 (ja) * | 2000-09-19 | 2010-07-14 | オリンパス株式会社 | 三次元情報取得方法及び共焦点走査型顕微鏡 |
| CN103245302A (zh) * | 2012-02-03 | 2013-08-14 | 株式会社高岳制作所 | 三维形状测量装置 |
-
1995
- 1995-09-29 JP JP7275060A patent/JPH0996512A/ja active Pending
Cited By (12)
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| US6483950B1 (en) | 1997-07-29 | 2002-11-19 | Cognex Corporation | Determining a depth |
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| CN103245302B (zh) * | 2012-02-03 | 2015-11-25 | 株式会社东光高岳 | 三维形状测量装置 |
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