KR20070094005A - 3차원 형상 계측 장치 - Google Patents

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고쿠리쓰다이가쿠호진 덴키쓰신다이가쿠
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Abstract

백색 간섭 무늬를 이용하여 피계측물의 3차원 형상을 계측하는 3차원 형상 계측 장치(백색 간섭 계측 장치)에서, 연산에 필요한 처리 시간을 단축하면서, 백색 간섭 무늬의 진폭이 최대가 되는 위치를 고정밀도로 특정할 수 있도록 한다. 백색 간섭 계측 장치에서, 먼저 참조 거울(6)로부터의 복귀광과 피계측 물체(7)로부터의 복귀광의 간섭에 의해 생성되는 백색 간섭 무늬의 진폭의 포락선 분포를 구하고, 이 포락선 분포를 이용하여 백색 간섭 무늬의 콘트래스트가 최대로 되는 개략적인 위치를 구한다. 다음에, 백색 간섭 무늬에 포함되는 적어도 2개 이상의 서로 상이한 분광 스펙트럼 대역 성분의 간섭 무늬를 추출하고, 백색 간섭 무늬의 콘트래스트가 최대로 되는 개략적인 위치의 부근에서 서로 상이한 분광 스펙트럼 대역 성분의 간섭 무늬의 위상이 서로 동일한 값을 취하는 위치를 구한다.
백색 간섭 무늬, 참조 거울, 빔스플리터, 카메라, 피에조 소자

Description

3차원 형상 계측 장치{THREE-DIMENSIONAL SHAPE MEASURING INSTRUMENT}
본 발명은, 백색 광원으로부터 피계측물까지의 광로 길이를 주사(scan)하고, 이 광로 길이가 백색 광원으로부터 참조 거울까지의 광로 길이에 동등하게 되는 위치를 검출하여, 피계측물의 3차원 형상을 계측하는 3차원 형상 계측 장치(백색 광 간섭 계측 장치)에 관한 것이다.
최근, 미세 가공 기술의 진보에 의해, 이른바 마이크로머신이나 LSI 등의 고집적화가 진행되어, 복잡한 단차 형상(step shape)을 갖는 미세 구조물의 3차원 형상 계측의 고정밀도화가 요구되고 있다. 그리고, 복잡한 단차 형상을 갖는 미세 구조물의 3차원 형상 계측을 행하는 장치로서, 광대역 스펙트럼을 갖는 광원(백색 광원)을 이용한 백색 간섭 계측 장치가 제안되어 있다.
이 백색 광 간섭 계측 장치에서는, 백색 광원으로부터 피계측물에 도달하여 이 피계측물에 의해 반사된 귀환광과 백색 광원으로부터 참조 거울에 도달하여 이 참조 거울에 의해 반사된 귀환광을 간섭시켜, 백색 간섭 무늬를 얻고 있다. 그리고, 백색 광원으로부터 피계측물까지의 광로 길이를, 피에조(piezoelectric) 소자 등을 이용하여 주사함으로써, 백색 간섭 무늬의 진폭이 최대가 되는 위치, 즉 백색 광원으로부터 피계측물까지의 광로 길이가 백색 광원으로부터 참조 거울까지의 광 로 길이에 동등하게 되는 위치를 검출하여, 피계측물의 3차원 형상을 계측한다.
또한, 이와 같은 백색 광 간섭 계측 장치는, 미세 구조물의 3차원 형상 계측 뿐만아니라, 유전체 다층막의 막두께 측정이나, 예를 들면 안저(eyeground)나 피부 등의 연속체(확산체)의 구조 해석 등에도 사용된다.
이와 같은 백색 광 간섭 계측 장치에서는, 백색 간섭 무늬의 진폭이 최대가 되는 위치를 정밀하게 특정하는 것이 중요하게 된다. 백색 간섭 무늬의 진폭이 최대로 되는 위치를 특정하는 방법으로서 종래부터 제안되어 있는 방법으로는 크게 이하의 2가지 방법이 있다.
하나는, 푸리에 변환법을 사용하여, 신호 영역에서 간섭 무늬의 진폭의 포락선(envelope) 사이의 폭이 최대로 되는 위치를 구하는 방법이다. 그리고, 또 다른 하나는, 스펙트럼 영역에서의 푸리에 분광 스펙트럼의 위상 구배를 이용하여, 백색 간섭 무늬의 진폭이 최대가 되는 위치를 연산하는 방법이다. 일반적으로, 통신 이론에서는, 신호의 진폭 정보보다도 위상 정보 쪽이, 검출기의 비선형 특성이나 양자화 노이즈에 강한 것으로 알려져 있다. 이것은, 백색 간섭 무늬의 경우, 진폭 정보가 아닌 위상 정보를 사용함으로써, 백색 간섭 무늬의 진폭이 최대가 되는 위치를 특정하는 정밀도를 향상시킬 수가 있다는 것을 의미하고 있다.
또한, 아래의 특허문헌 1에는, 복수의 파장을 갖는 간섭광 각각에 의해 얻어진 피계측물의 간섭 무늬 데이터에 따라, 각 파장의 간섭광에 따른 간섭 무늬 데이터마다의 위상 정보를 추출하고, 이 위상 정보를 사용하여, 간섭 무늬 데이터마다 정현파 함수를 작성하고, 피계측물의 측정 영역 내의 소정의 좌표 위치에서, 간섭 무늬 데이터가 최대값이 되도록, 각각의 간섭 무늬 데이터에 대하여 정현파 함수의 위상을 결정함으로써, 0차의 줄무늬 위치를 특정하는 방법이 기재되어 있다.
특허 문헌 1: 일본 공개 특허 2000-266508호 공보
그런데, 전술한 바와 같은 간섭 무늬의 진폭의 포락선을 사용하는 방법에서는, 포락선이 그리는 곡선은, 진폭의 정점 위치에서는 변화가 완만하기 때문에, 계측 노이즈 등에 의한 정점 부근에서의 포락선의 미소한 변화에 의해 상당한 계측 오차가 발생하는 문제가 있다.
또한, 전술한 바와 같이, 푸리에 분광 스펙트럼의 위상 구배를 사용하는 방법에서는, 위상 구배의 추정을 위해 최소 이승법(a least squares method) 등의 연산을 행하기 때문에, 계산량이 방대하게 되어, 연산에 장시간이 필요하게 된다. 또한, 이 방법에서는, 광원의 스펙트럼 폭이 좁은 경우에는, 이용할 수 있는 위상 정보의 양이 줄어들기 때문에, 백색 간섭 무늬의 진폭이 최대로 되는 위치를 특정하는 정밀도가 저하된다는 문제가 있다.
또한, 특허 문헌 1에 기재된 기술에 있어서는, 위상 정보를 이용하여 간섭 무늬 데이터마다 정현파 함수를 작성할 때에, 채용하는 데이터(표본점) 사이의 인터포지션(interposition)을 행하게 되므로, 이와 같은 인터포지션에서 발생하는 오차에 기인하여, 백색 간섭 무늬의 진폭이 최대가 되는 위치를 특정하는 정밀도가 저하된다는 문제가 있다.
따라서, 본 발명은 전술한 실정을 감안하여 제안되는 것이며, 본 발명의 목적은, 백색 간섭 무늬를 사용하여 피계측물의 3차원 형상을 계측하는 3차원 형상 계측 장치(백색 간섭 계측 장치)에서, 연산에 필요한 처리 시간을 단축하면서, 백색 간섭 무늬의 진폭이 최대가 되는 위치를 고정밀도로 특정할 수 있는 3차원 형상 계측 방법 및 3차원 형상 계측 장치를 제공하는 것에 있다.
전술한 과제를 해결하고, 상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 제1 특징에 따른 3차원 형상 계측 방법은, 광대역 스펙트럼을 갖는 조명광을 발생하는 광원(1)으로부터 피계측 물체(7)까지의 광로 길이 또는 광원(1)으로부터 참조 거울(6)까지의 광로 길이를 변화시켜, 이들 광로 길이가 동등하게 되는 위치를 검출함으로써 해당 피계측 물체(7)의 3차원 형상을 계측하는 3차원 형상 계측 방법에 있어서, 참조 거울(6)로부터의 조명광의 귀환광과 피계측 물체(7)로부터의 조명광의 귀환광의 간섭에 의해 발생하는 백색 간섭 무늬의 진폭의 포락선이 최대값을 나타내는 위치를 포함하는 개략적인 위치를 구하는 단계와, 백색 간섭 무늬에 포함되는 적어도 2개 이상의 서로 상이한 분광 스펙트럼 대역 성분의 간섭 무늬를 추출하는 단계와, 개략적인 위치의 부근에서 서로 상이한 분광 스펙트럼 대역 성분의 간섭 무늬의 위상이 서로 동일한 값을 취하는 위치를 구함으로써, 광원으로부터 피계측물까지의 광로 길이가 광원으로부터 참조 거울까지의 광로 길이와 동등하게 되는 위치를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 3차원 형상 계측 방법에 있어서는, 흑백의 1 종류의 줄무늬 정보만을 사용하는 종래의 3차원 형상 계측 방법과는 달리, 예를 들면, R(적색), G(녹색), B(청색) 등의 스펙트럼으로 분해한 간섭 무늬의 위상 정보를 이용함으로써, 백색 간섭 무늬의 진폭이 최대가 되는 위치를 고정밀도로 특정할 수 있다.
또한, 3차원 형상 계측 방법에 있어서는, 최소 이승법의 이용 등에 따른 계산량의 증가라는 문제도 없고, 또한, 광원의 분광 스펙트럼 폭이 좁아 이용할 수 있는 정보량이 감소하여도, 다른 성분과의 관계를 사용하므로, 높은 특정 정밀도를 유지할 수 있다.
본 발명의 제2 특징에 따른 3차원 형상 계측 장치는, 광대역 스펙트럼을 갖는 조명광을 발생하는 광원(1)으로부터 피계측 물체(7)까지의 광로 길이를 주사하고, 또는 광원(1)으로부터 참조 거울(6)까지의 광로 길이를 주사하고, 이들 광로 길이가 동등하게 되는 위치를 검출하여 피계측 물체(7)의 3차원 형상을 계측하는 백색 광 간섭을 사용한 3차원 형상 계측 장치로서, 참조 거울(6)로부터의 조명광의 귀환광과 피계측 물체(7)로부터의 조명광의 귀환광의 간섭에 의해 발생하는 백색 간섭 무늬에 대하여 줄무늬 해석법을 사용하여 이 백색 간섭 무늬의 진폭의 포락선 분포를 구하고, 이 포락선 분포를 이용하여 백색 간섭 무늬의 콘트래스트가 최대가 되는 대략적인 위치를 구할 수 있고, 백색 간섭 무늬에 포함되는 적어도 2개 이상의 서로 상이한 분광 스펙트럼 대역 성분의 간섭 무늬를 추출하고, 백색 간섭 무늬의 콘트래스트가 최대가 되는 대략적인의 위치의 부근에서 서로 상이한 분광 스펙트럼 대역 성분의 간섭 무늬의 위상이 서로 동일한 값을 취하는 위치를 구하고, 이 위치에 따라 백색 광원으로부터 피계측물까지의 광로 길이가 백색 광원으로부터 참조 거울까지의 광로 길이에 동등하게 되는 위치를 결정하는 것을 특징으로 한다.
이 3차원 형상 계측 장치에서는, 흑백의 1 종류의 줄무늬 정보만을 사용하는 종래의 3차원 형상 계측 장치와는 달리, 예를 들면, R(적색), G(녹색), B(청색) 등의 스펙트럼으로 분해한 간섭 무늬의 위상 정보를 사용함으로써, 백색 간섭 무늬의 진폭이 최대가 되는 위치를 고정밀도로 특정할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 3차원 형상 계측 장치에 있어서는, 최소 이승법의 사용에 따른 계산량의 증가라는 문제도 없고, 또한 광원의 분광 스펙트럼 폭이 좁아 이용할 수 있는 정보량이 감소하여도, 다른 성분과의 관계를 사용하므로, 높은 특정 정밀도를 유지할 수 있다.
본 발명의 제3 특징에 따른 3차원 형상 계측 장치는, 광대역 스펙트럼을 갖는 조명광을 생성하는 광원(1)과, 이 광원(1)으로부터 출력된 조명광이 참조 거울(6) 및 피계측 물체(7)에 도달하는 광로를 형성하는 광로 형성 수단(5)과, 광원(1)으로부터 피계측 물체(7)까지의 광로 길이 또는 광원(1)으로부터 참조 거울(6)까지의 광로 길이를 변화시키는 광로 길이 변화 수단(8)과, 각 광로 길이가 서로 동등하게 되는 위치를 검출하는 검출 수단을 포함하여, 피계측 물체(7)의 3차원 형상을 계측하는 3차원 형상 계측 장치에 있어서, 조명광의 참조 거울(6)로부터의 반사광인 제1 귀환광 및 조명광의 피계측 물체(7)로부터의 반사광인 제2 귀환광이 입사되는 촬상 수단(10)과, 촬상 수단(10)으로부터 출력되는 촬상 신호에 기초하여 제1 귀환광과 제2 귀환광의 간섭에 의해 발생하는 백색 간섭 무늬의 진폭의 포락선이 최대값을 나타내는 위치를 포함하는 개략적인 위치를 결정하는 개략 위치 결정 수단(13)과, 백색 간섭 무늬에 포함되는 적어도 2 이상의 서로 상이한 분광 스펙트럼 대역 성분의 개략 위치 부근에서 간섭 무늬의 위상을 산출하는 위상 산출 수단(15)과, 상기 위상 산출 수단(15)에 의해 얻어진 서로 상이한 분광 스펙트럼 대역 성분의 간섭 무늬의 위상이 서로 동일한 값을 취하는 위치를 구함으로써 피계측물의 표면의 변위량을 산출하는 변위 산출 수단(16)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 3차원 형상 계측 장치의 개략 위치 결정 수단(13)은, 백색 간섭 무늬의 광강도에 대하여, 광로 길이 변화 수단(8)에 의한 광로 길이의 변화의 일정 간격으로 샘플링을 행하는 동시에, 제1 샘플링 값으로부터 연속된 일정 개수의 샘플링 값에 대한 표준 편차를 산출한 후, 제2 샘플링 값으로부터 연속된 일정 개수의 샘플링 값에 대한 표준 편차를 산출하고, 이후, 순차적으로 표준 편차의 산출을 행하여, 이 표준 편차가 최대가 되는 샘플링 값의 그룹을 포함하는 범위를, 백색 간섭 무늬의 진폭의 포락선이 최대값을 나타내는 위치를 포함하는 개략 위치로서 결정하도록 해도 된다.
또한, 상기 3차원 형상 계측 장치의 개략 위치 결정 수단(13)은, 백색 간섭 무늬의 광강도에 대하여, 광로 길이 변화 수단(8)에 의한 광로 길이의 변화의 일정 간격으로 샘플링을 행하고, 제1 샘플링 값으로부터 연속된 일정 개수 m의 샘플링 값에 대한 표준 편차를 산출한 후, 제 [m+1] 번째의 샘플링 값으로부터 연속된 일정 개수 m의 샘플링 값에 대한 표준 편차를 산출하고, 다음에, 제 [2m+1] 번째의 샘플링 값으로부터 연속된 일정 개수 m의 샘플링 값에 대한 표준 편차를 산출하고, 이후, 순차적으로 표준 편차의 산출을 행하여, 이 표준 편차가 최대가 되는 샘플링 값의 그룹 및 인접하는 샘플링 값의 그룹을 포함하는 범위 내에서, 제1 샘플링 값으로부터 연속된 일정 개수 m의 샘플링 값에 대한 표준 편차를 산출한 후, 제 [m/2+1] 번째의 샘플링 값으로부터 연속된 일정 개수 m의 샘플링 값에 대한 표준 편차를 산출하고, 다음에, 제 [2m/2+1] 번째의 샘플링 값으로부터 연속된 일정 개수 m의 샘플링 값에 대한 표준 편차를 산출하고, 이후, 순차적으로 표준 편차의 산출을 행하여, 이 표준 편차가 최대가 되는 샘플링 값의 그룹을 포함하는 범위를, 백색 간섭 무늬의 진폭의 포락선이 최대값을 나타내는 위치를 포함하는 개략적인 위치로서 결정하도록 해도 된다.
또한, 상기 3차원 형상 계측 장치의 개략 위치 결정 수단(13)은, 백색 간섭 무늬의 광강도에 대하여, 광로 길이 변화 수단(8)에 의한 광로 길이의 변화의 일정 간격으로 샘플링을 행하는 동시에, 제1 샘플링 값으로부터 연속된 일정 개수 m의 범위에서의 최초의 샘플링 값과 최후의 샘플링 값에 대한 차분의 절대값을 산출한 후, 제 [m+1] 번째의 샘플링 값으로부터 연속된 일정 개수 m의 범위에서의 최초의 샘플링 값과 최후의 샘플링 값에 대한 차분의 절대값을 산출하고, 다음에, 제 [2m+1] 번째의 샘플링 값으로부터 연속된 일정 개수 m의 범위에 있어서의 최초의 샘플링 값과 최후의 샘플링 값에 대한 차분의 절대값을 산출하고, 이후, 순차적으로 차분의 절대값의 산출을 행하여, 이 차분의 절대값이 최대가 되는 샘플링 값의 그룹을 포함하는 범위를, 백색 간섭 무늬의 진폭의 포락선이 최대값을 나타내는 위치를 포함하는 개략적인 위치로서 결정하도록 해도 된다.
또한, 상기 3차원 형상 계측 장치의 촬상 수단(10)은 컬러 카메라이며, 서로 상이한 분광 스펙트럼 대역 성분마다 촬상 신호를 출력하도록 해도 된다.
또한, 상기 3차원 형상 계측 장치의 촬상 수단(10)은 흑백 카메라이며, 흑백 카메라로부터 출력되는 촬상 신호를 서로 상이한 분광 스펙트럼 대역 성분에 분배하는 분광 스펙트럼 대역 성분 분배 수단을 구비하여도 된다.
도 1은 본 발명에 따른 3차원 형상 계측 장치의 제1 실시예에서의 전체 구성을 나타낸 측면도이다.
도 2는 상기 3차원 형상 계측 장치의 제1 실시예에서 얻어지는 각 분광 대역의 간섭 무늬 신호 IR(z), IG(z), IB(z)를 나타낸 그래프이다.
도 3은 상기 3차원 형상 계측 장치의 제1 실시예에서 얻어지는 각 분광 대역의 간섭 무늬 신호 IR(z), IG(z), IB(z)의 줄무늬 콘트래스트가 높은 영역의 일부를 확대한 것을 중첩시켜 나타낸 그래프이다.
도 4는 상기 3차원 형상 계측 장치의 제1 실시예에서, 백색 간섭 무늬의 진폭의 포락선 및 3개의 간섭 무늬 신호 IR(z), IG(z), IB(z)의 위상을 구하기 위한 순서를 나타낸 그래프이다.
도 5는, 상기 3차원 형상 계측 장치의 제1 실시예에 있어서 , 백색 간섭 무늬의 진폭의 포락선 및 3개의 간섭 무늬 신호 IR(z), IG(z), IB(z)의 위상을 구하기 위한 순서를 나타낸 플로차트이다.
도 6은 상기 3차원 형상 계측 장치의 제1 실시예에서, 각 간섭 무늬 신호 IR(z), IG(z), IB(z)마다 얻어진 위상을 중첩하여 표시한 그래프이다.
도 7은 상기 3차원 형상 계측 장치의 제1 실시예에서 구해진 높이 정보 h를 3차원 좌표 상에 나타낸 그래프이다.
도 8은 상기 3차원 형상 계측 장치의 제2 실시예에서의 전체 구성을 나타낸 블록도이다.
도 9는 상기 3차원 형상 계측 장치의 제2 실시예에서의 개략 위치 결정 수단의 동작을 설명하는 그래프이다.
도 10은 상기 3차원 형상 계측 장치의 제2 실시예에서의 개략 위치 결정 수단의 동작을 설명하는 플로차트이다.
도 11은 상기 3차원 형상 계측 장치의 제3 실시예에서의 개략 위치 결정 수단의 동작을 설명하는 그래프이다.
도 12는 상기 3차원 형상 계측 장치의 제3 실시예에서의 개략 위치 결정 수단의 동작을 설명하는 플로차트이다.
도 13은 상기 3차원 형상 계측 장치의 제4 실시예에서의 개략 위치 결정 수단의 동작을 설명하는 그래프이다.
도 14는 상기 3차원 형상 계측 장치의 제4 실시예에서의 개략 위치 결정 수단의 동작을 설명하는 플로차트이다.
도 15는 상기 3차원 형상 계측 장치의 제5 실시예에서의 전체 구성을 나타낸 블록도이다.
이하, 본 발명에 따른 3차원 형상 계측 방법 및 3차원 형상 계측 장치의 최선의 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
[제1 실시예]
본 발명에 따른 3차원 형상 계측 방법은, 광대역 스펙트럼을 갖는 조명광을 발생하는 광원으로부터 피계측물까지의 광로 길이, 또는 광원으로부터 참조 거울까지의 광로 길이를 변화시켜, 이들 광로 길이가 동등하게 되는 위치를 검출함으로써 해당 피계측물의 3차원 형상을 계측하는 3차원 형상 계측 방법으로, 이하에 설명하는 본 발명에 따른 3차원 형상 계측 장치에서 실행되는 방법이다.
도 1은 본 발명에 따른 3차원 형상 계측 장치의 제1 실시예에서의 전체 구성을 나타낸 측면도이다.
본 발명에 따른 3차원 형상 계측 장치는, 백색 광원 등과 같이 광대역 스펙트럼을 갖는 조명광을 발생하는 광원으로부터 피계측물까지의 광로 길이를 주사하고, 또는 광원으로부터 참조 거울까지의 광로 길이를 주사하고, 이들 광로 길이가 서로 동등하게 되는 위치를 검출하여, 피계측물의 3차원 형상을 계측하는 백색 간섭을 사용한 3차원 형상 계측 장치이다.
이 실시예에서는, 이 3차원 형상 계측 장치를 도 1에 나타낸 바와 같이 미켈슨 간섭계(Michelson interferometer)를 사용하여 구성하고 있지만, 본 발명에 따른 3차원 형상 계측 장치는 이와 같은 간섭계의 구성으로 한정되지 않고, 예를 들면 미로우 간섭계(Mirau interferometer) 또는 그 외의 구성을 갖는 간섭계를 사용 하여 구성할 수 있다.
이 3차원 형상 계측 장치에서는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 할로겐 램프, 크세논 램프, 수은 램프, 메탈 할라이드 램프, SLD(슈퍼 루미네슨스 다이오드), 또는 LED(발광 다이오드) 등의 백색 광원(1)으로부터 출사된 조명광은, 집광 렌즈(2)에 의해 광빔으로 수속(convergence)되어, 하프 미러(3)에 의해 반사되고, 대물 렌즈(4)에 의해 평행 광빔으로 되어, 광로 형성 수단이 되는 빔스플리터(5)에 입사된다. 이 빔스플리터(5)에 입사된 광빔은 이 빔스플리터(5)에 의해 2분할된다.
빔스플리터(5)에 의해 2분할된 광빔의 한쪽은 참조 거울(6)에 입사되어, 이 참조 거울(6)에 의해 반사된다. 그리고, 빔스플리터(5)에 의해 2분할된 광빔의 다른 쪽은 피계측 물체(7)에 입사되어, 이 피계측 물체(7)에 의해 반사된다. 이 피계측 물체(7)는 피에조 소자(8) 등에 의해 광축 방향으로 이동 조작 가능하게 되어 있다. 이들 참조 거울(6)에 의해 반사된 조명광의 귀환광 및 피계측 물체(7)에 의해 반사된 조명광의 귀환광은 각각이 다시 빔스플리터(5)에 입사되고, 이 빔스플리터(5)에서 서로 중첩된다.
그리고, 피계측 물체(7)는 금속 이외의 반사체나, 안저 또는 피부 등의 연속체(확산체) 중 어느 것이라도 되고, 또한, 막두께 측정을 행하는 대상으로서 유전체 다층막 등이라도 된다.
빔스플리터(5)에서 중첩된 광빔은, 대물 렌즈(4)를 거쳐 하프 미러(3)를 투과하고, 릴레이 렌즈(9)에 의해 평행 광빔으로 되어, 컬러 카메라(10)에 입사된다.
이상은 경면상의 물체 표면으로부터 정반사된 광에 대하여 설명한 것이지만, 물체의 표면상의 구조에 의해 회절 또는 산란된 광에 대해서는, 도 1 중에 파선으로 나타낸 바와 같이, 대물 렌즈(4)와 릴레이 렌즈(9)에 의해 컬러 카메라(10)의 이미지 센서 상에 결상된다.
이 컬러 카메라(10)는, 간섭 무늬의 측정을 위해, 예를 들면, R(적색 성분)(이하, R이라고 함), G(녹색 성분)(이하, G라고 함) 및 B(청색 성분)(이하, B라고 함)의 3색 분해 기능을 갖는 카메라이다. 즉, 이 컬러 카메라(10)는, 입사한 백색광에 대하여, 착색 필터나 다이크로익 미러 등의 분광 투과 특성을 갖는 광학 소자나, 이들을 조합한 색분해 프리즘을 통하여 수광함으로써, 3색 분해 기능을 구비하고 있다. 이 컬러 카메라(10)에 있어서는, 입사된 광빔에 대하여, R, G 및 B의 각각의 성분마다 독립적으로 간섭 무늬가 기록된다. 이들 R, G 및 B의 각 성분은 어느 정도의 파장폭(대역)을 가지고 있다.
그리고, 이 컬러 카메라(10)는, 백색 간섭 무늬에 포함되는 적어도 2개 이상의 서로 상이한 분광 스펙트럼 대역 성분의 간섭 무늬를 추출할 수 있으면 되며, 이들 분광 스펙트럼 대역 성분은 반드시 R, G 및 B로 한정되는 것은 아니다.
그리고, 이 3차원 형상 계측 장치에서는, 광원(1)으로부터 피계측 물체(5)까지의 광로 길이 및 광원(1)으로부터 참조 거울(6)까지의 광로 길이가 서로 동등하게 되는 위치, 즉, 광로차가 0으로 되는 위치를 검출하기 위해, 피에조 소자(8)를 사용하여, 피계측 물체(7)(또는, 참조 거울 6)를 광축 방향으로 주사함으로써, 이들 광로차를 상대적으로 변화시키면서 복수의 간섭 무늬를 기록하여 간다.
이같이 하여 얻어진 백색 간섭 무늬의 각 색 성분(각 분광 성분)의 간섭 무 늬 신호를 R, G 및 B의 순서로 IR(z), IG(z) 및 IB(z)로 나타내면, 이들 IR(z), IG(z) 및 IB(z)는 이하의 수학식 1 내지 수학식 3과 같이 나타낼 수가 있다.
IR(z)=aR+│SR(z-h)│×cos{kR(z-h)}
IG(z)=aG+│SG(z-h)│×cos{kG(z-h)}
IB(z)=aB+│SB(z-h)│×cos{kB(z-h)}
이들 수학식 1 내지 수학식 3에서, ai는 백색 간섭 무늬의 직류 성분이며, 두 번째 항은 진동 진폭을 제공하는 포락선을 나타내는 │Si│와 각각의 색 성분의 중심 파수(a central wave number) ki에서 진동하는 정현파의 곱이다. 또한, z는 피계측 물체(7) 또는 참조 거울(6)의 주사 거리이고, h는 피계측 물체(7)의 높이이다.
도 2는 각 분광 대역의 간섭 무늬 신호 IR(z), IG(z), IB(z)를 나타내는 그래프이다.
또한, 도 3은 각 분광 대역의 간섭 무늬 신호 IR(z), IG(z), IB(z)의 줄무늬 콘트래스트가 높은 영역의 일부를 확대한 것을 중첩시켜 나타낸 그래프이다.
이들 3개의 간섭 무늬 신호 IR(z), IG(z), IB(z)는 도 2에 나타낸 바와 같이 각각의 분광 대역의 중심 파장에 의해 결정되는 상이한 파수로 진동하고 있다. 각각의 간섭 무늬 신호 IR(z), IG(z), IB(z)에서는, 주사 거리 z와 피계측 물체(7)의 높이 h가 동등하게 있을 때에 광로 차가 0이 되고, 진폭이 최대로 되며, 콘트래스트가 최대가 된다. 즉, 이들 간섭 무늬 신호 IR(z), IG(z), IB(z)의 진폭이 최대가 되는 위치는 서로 동일하다. 따라서, 이때, 도 3에 나타낸 바와 같이, 이들 간섭 무늬 신호 IR(z), IG(z), IB(z)가 중첩된 것인 백색광 간섭 무늬의 콘트래스트도 최대값을 취하게 된다.
따라서, 백색 간섭 무늬의 콘트래스트가 최대가 되는 주사 거리 z를 고정밀도로 구할 수 있으면, 높이 정보 h를 얻을 수 있지만, 전술한 바와 같이, 백색 간섭 무늬의 진폭의 포락선에 따라서는 그와 같은 주사 거리 z를 고정밀도로 구할 수 없다.
그래서, 본 발명의 3차원 형상 계측 장치에 있어서는, 백색 간섭 무늬의 진폭의 포락선을 백색 간섭 무늬의 콘트래스트가 최대가 되는 위치를 대략적으로 추정하기 위해 사용한다. 그리고, 대략적으로 추정된 범위 내에서, 또한 3개의 간섭 무늬 신호 IR(z), IG(z), IB(z)의 위상 정보를 이용하여, 백색 간섭 무늬가 최대 콘트래스트로 되는 위치를 보다 정밀하게 결정한다. 이 3차원 형상 계측 장치에 있어서는, 이와 같은 2단계의 방법을 채용함으로써, 백색 간섭 무늬가 최대 콘트래스 트로 되는 위치를 고정밀도 및 고분해능으로 계측하는 것이 가능하다.
도 4는 백색 간섭 무늬의 진폭의 포락선 및 3개의 간섭 무늬 신호 IR(z), IG(z), IB(z)의 위상을 구하기 위한 순서를 나타낸 그래프이다.
또한, 도 5는 백색 간섭 무늬의 진폭의 포락선 및 3개의 간섭 무늬 신호 IR(z), IG(z), IB(z)의 위상을 구하기 위한 순서를 나타낸 플로차트이다.
즉, 본 3차원 형상 계측 장치에서는, 도 5의 단계 st1에 나타낸 바와 같이, 3개의 간섭 무늬 신호 IR(z), IG(z), IB(z)가 얻어지게 되면, 먼저 이하의 수학식 4를 이용하여, 도 4의 (a)에 나타낸 바와 같이 얻어진 간섭 무늬 신호 IR(z), IG(z), IB(z)를 각각 푸리에 변환하고, I'(ω)로 한다(도 5의 단계 st2).
I'(ω) = F〔I(z)〕= A(ω) + (S'(ω-k0)eihω)/2 + (S'*〔-(ω+k0)〕eih ω)/2
(∵ A(ω), S'(ω)는 각각 a와 S의 푸리에 변환)
다음에, 도 4의 (b)에 나타낸 바와 같이, 직류항을 제거한 플러스의 주파수 스펙트럼만을 필터링에 의해 인출한다(도 5의 단계 st3). 그리고, 푸리에 역변환을 행한다(도 5의 단계 st4).
그리고, 이하의 수학식 5를 이용하여, 도 4의 (c)에 나타낸 바와 같이, 푸리에 역변환한 신호의 진폭의 절대값을 취함으로써, 각 간섭 무늬 신호 IR(z), IG(z), IB(z)의 진폭의 포락선 (│ ~I'(z)│)을 구할 수 있다(도 5의 단계 st5).
│~I'(z)│=│F-1〔~I'(ω)〕│ = │S(z-h)│/2
또한, 도 5의 단계 st4에서 푸리에 역변환한 신호로부터는, 이하의 수학식 6을 이용하여, 도 4의 (d)로 나타낸 바와 같이, 각 간섭 무늬 신호 IR(z), IG(z), IB(z)의 위상 θ을 구한다(도 5의 단계 st6).
θ=tan-1(Im〔~I'(z)〕/Re〔~I'(z)〕)
이와 같은 순서에 따라, R, G 및 B의 각각의 색 성분마다, 간섭 무늬의 진폭의 포락선과 위상이 각각 구해진다. 여기서, 이들 간섭 무늬 신호 IR(z), IG(z), IB(z)의 하나 또는 이들이 중첩된 것인 백색 간섭 무늬의 진폭의 포락선을 사용하여, 백색 간섭 무늬의 콘트래스트가 최대가 되는 대략적인 위치를 개략적으로 추정한다(도 5의 단계 st7).
도 6은 각 간섭 무늬 신호 IR(z), IG(z), IB(z)마다 얻어진 위상을 중첩하여 표시한 그래프이다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 각 간섭 무늬 신호 IR(z), IG(z), IB(z)의 위상은 각각이 상이한 값을 갖는다. 그러나, 백색 간섭 무늬의 콘트래스트가 최대가 되는 위치에서는, 이들 각 신호의 위상은 서로 동일한 값으로 된다. 이것은, 전술한 수학식 1 내지 수학식 3으로부터도 알 수 있는 바와 같이, 피계측 물체(7) 또는 참조 거울(6)의 주사 거리(z)가 피계측 물체(7)의 높이(h)에 동등(z=h)하게 있을 때이다.
즉, 도 5의 단계 st7에서 대략적으로 추정된 백색 간섭 무늬의 콘트래스트가 최대가 되는 대략적인 위치에서, 각 간섭 무늬 신호 IR(z), IG(z), IB(z)의 위상이 서로 동등한 값으로 되는 위치를 검출하고, 피계측 물체(7)의 높이(h)를 구한다(도 5의 단계 st8).
본 3차원 형상 계측 장치에 있어서는, 이상과 같이, 미리 포락선을 사용하여 백색 간섭 무늬의 진폭이 최대가 되는 위치를 개략적으로 구할 수 있고, 이 위치의 부근에서, 각 색의 간섭 무늬 신호의 위상값이 서로 동등하게 되는 지점을 구하고 있다. 이로써, 높이 정보 h를 고정밀도 및 고분해능으로 구할 수 있다.
도 7은 본 발명의 3차원 형상 계측 장치에서 구해진 높이 정보 h를 3차원 좌표 상에 나타낸 그래프이다.
이상의 설명은, 예를 들면, 도 7에 나타낸 바와 같이, X, Y 방향에서의 200㎛×200㎛의 크기를 갖는 영역에서의 하나의 픽셀에 대한 처리에 대한 것이며, 모든 픽셀에 대해서 마찬가지의 처리를 행하여 구해진 높이 정보 h를 3차원 좌표 상에 나타냄으로써, 도 7에 나타낸 바와 같이, 피계측 물체(7)의 형상을 나타낼 수 있다. 그리고, 처리될 하나의 픽셀의 위치는 임의로 설정할 수 있다.
한편, 본 3차원 형상 계측 장치에서, 포락선을 사용하여 백색 간섭 무늬의 진폭이 최대가 되는 위치로서 미리 개략적으로 구한 범위 내에서, 각 색의 간섭 무늬 신호의 위상값이 서로 동등하게 되는 지점(point)이 복수개 존재하면, 어느 지점이 정확한 높이 정보 h를 나타내는 지점인지가 불명료하게 된다. 레이저를 사용한 2 파장 간섭 계측 등으로 잘 알려져 있는 바와 같이, 2개의 분광 대역의 중심 파장이 λR과 λG인 경우에는, 2 색의 간섭 무늬 신호의 위상값이 동등하게 되는 지점이 합성 파장 ARG(∵ ARG=λRλG/(λR-λG))의 간격으로 반복되게 된다. 그러나, 이 3차원 형상 계측 장치에서는, 코히어런스 길이(coherence length)가 짧은 광대역 광을 사용하고 있으므로, 백색 간섭 무늬가 존재하는 범위가 이 주기보다 작은 범위로 한정되기 때문에, 백색 줄무늬의 콘트래스트가 최대가 되는 부근에서 2색의 광의 위상값이 합치하는 지점이 복수개 포함되지 않는다.
이상은, 공기 중에서의 거울면 물체의 계측과 같이, 물체나 전파 매질의 파장 분산을 무시할 수 있는 경우를 예로 하여 원리를 설명하였다. 한편, 유리, 생체 조직 또는 박막 등과 같이, 파장 분산을 가지고, 반사 또는 산란 시에 있어서의 위상 변화의 파장 의존성을 무시할 수 없는 경우에는, 예를 들면, R와 G의 조합에 있어서 위상값이 합치하는 지점과 R와 B와의 조합에 있어서 위상값이 합치하는 지점과의 사이에 위치 어긋남이 발생하는 경우가 있다. 그러나, 매질 또는 시료가 균질하고 그 분산 특성이 장소에 의존하지 않는 경우에는, 파장의 조합의 차이에 의한 위상값의 합치 지점의 위치 편차량은 관측 장소에 상관없이 일정하게 된다. 따라서, 예를 들면, R와 G, 또는 R와 B의 2개 파장의 조합을 사용하는 것에 의한 계측 결과의 차이는, 단지, 위치 편차량에 상당하는 일정한 바이어스가 높이 분포에 가해진 만큼의 것이므로, 이와 같이, 매질 또는 시료가 파장 분산을 갖는 경우에도, 3차원 형상의 계측에의 영향은 발생되지 않는다.
또한, 본 3차원 형상 계측 장치에서는, 각각의 간섭 무늬 신호 IR(z), IG(z), IB(z)의 위상 정보가, 도 6에 나타낸 바와 같이, 직선으로 나타내지는 정보이므로, 채용하는 데이터(표본점) 사이의 인터포지션을 행해도, 이와 같은 인터포지션에서 발생하는 오차에 의해 각 간섭 무늬 신호의 위상값이 서로 동등하게 되는 지점을 특정하는 정밀도가 저하되지 않는다.
그리고, 본 발명에 있어서, 각 색의 간섭 무늬 신호의 위상값이 서로 동등하게 되는 지점을 구하는 것은, 전술한 바와 같은 순서로 한정되지는 않고, 위상 시프트법이나 그 외의 공지의 위상 검출 방법을 사용해도 된다.
[제2 실시예]
도 8은, 본 발명에 따른 3차원 형상 계측 장치의 제2 실시예에서의 전체 구성을 나타낸 블록도이다.
이 실시예에서의 3차원 형상 계측 장치는, 도 8에 나타낸 바와 같이, 백색 광원 등과 같이 광대역 스펙트럼을 갖는 조명광을 발생하는 광원(1)과, 이 광원(1)으로부터 출력된 조명광이 참조 거울(6) 및 피계측 물체(7)에 도달하는 광로를 형성하는 광로 형성 수단(빔스플리터 5)와, 광원(1)으로부터 피계측 물체(7)까지의 광로 길이 또는 광원(1)으로부터 참조 거울(6)까지의 광로 길이를 변화시키는 광로 길이 변화 수단(피에조 소자 8)과, 각각의 광로 길이가 서로 동등하게 되는 위치를 검출하는 검출 수단을 포함하고, 피계측 물체(7)의 3차원 형상을 계측하는 3차원 형상 계측 장치이다.
광원(1)으로서는, 할로겐 램프, 크세논 램프, 수은 램프, 메탈 할라이드 램프, SLD(슈퍼 루미네슨스 다이오드), 또는 LED(발광 다이오드) 등과 같이, 후술한 바와 같이 백색 간섭 무늬의 진폭의 포락선이 최대값을 나타낸 위치를 포함하는 개략 위치가 결정될 수 있는 정도로, 충분한 광대역 스펙트럼을 갖는 조명광을 생성하는 광원을 사용할 수 있다.
이 3차원 형상 계측 장치에 있어서, 광원(1)으로부터 출력된 조명광은, 집광 렌즈(2)에 의해 광빔으로 수속되어, 하프 미러(3)에 의해 반사되고, 대물 렌즈(4)에 의해 평행 광빔으로 되어서, 광로 형성 수단인 빔스플리터(5)에 입사된다. 이 빔스플리터(5)에 입사된 광빔은 이 빔스플리터(5)에 의해 2분할된다.
빔스플리터(5)는 조명광이 참조 거울(6) 및 피계측 물체(7)에 도달하는 광로를 형성한다. 즉, 빔스플리터(5)에 의해 2분할된 광빔의 한쪽은 참조 거울(6)에 입사되고, 이 참조 거울(6)에 의해 반사된다. 그리고, 빔스플리터(5)에 의해 2분할된 광빔의 다른 한쪽은 피계측 물체(7)에 입사되고, 이 피계측 물체(7)에 의해 반사된다. 이 피계측 물체(7)는 광로 길이 변화 수단인 피에조 소자(8)에 의해 광축 방향(Z축 방향)으로 이동 조작 가능하게 되어 있다.
이들 참조 거울(6)에 의해 반사된 조명광의 제1 귀환광 및 피계측 물체(7)에 의해 반사된 조명광의 제2 귀환광은 각각이 다시 빔스플리터(5)에 입사되고, 이 빔스플리터(5)에서 중첩된다. 그리고, 피계측 물체(7)는 금속 이외의 반사체나, 안저 또는 피부 등의 연속체(확산체) 중 어느 것이라도 가능하고, 또한 막두께 측정을 행하는 대상인 유전체 다층막 등이어도 가능하다.
빔스플리터(5)에서 중첩된 제1 귀환광 및 제2 귀환광은 대물 렌즈(4)를 거쳐 하프 미러(3)를 투과하고, 릴레이 렌즈(9)에 의해 평행 광빔으로 되어, 촬상 수단인 컬러 카메라(10)에 입사된다. 이 실시예에서, 촬상 수단은 전술한 실시예와 마찬가지로 컬러 카메라(10)이고, 간섭 무늬의 측정을 위해 예를 들면 R(적색 성분), G(녹색 성분) 및 B(청색 성분)의 3색 분해 기능을 갖는 카메라이다. 그리고, 이 컬러 카메라(10)는 서로 상이한 분광 스펙트럼 대역 성분마다 촬상 신호를 출력한다.
이 컬러 카메라(10)는, 입사된 백색광에 대하여, 착색 필터나 다이크로익 미러 등의 분광 투과 특성을 갖는 광학 소자 또는 이들을 조합한 색분해 프리즘을 통하여 수광함으로써 3색 분해 기능을 갖는다. 이 컬러 카메라(10)에서는, 입사된 광빔에 대하여, R, G 및 B의 각각의 성분마다 독립적으로, 간섭 무늬가 기록된다. 이들 R, G 및 B의 각각의 성분은 어느 정도의 파장폭(대역)을 가지고 있다.
그리고, 이 컬러 카메라(10)는, 백색 간섭 무늬에 포함되는 적어도 2개 이상의 서로 상이한 분광 스펙트럼 대역 성분의 간섭 무늬를 추출할 수 있으면 되고, 이들 분광 스펙트럼 대역 성분은 반드시 R, G 및 B로 한정되는 것은 아니다. 이 컬러 카메라(10)는 제어부(11)에 의해 제어되어 동작한다. 제어부(11)로서는 예를 들면 퍼스널 컴퓨터를 사용할 수 있다.
그리고, 이 3차원 형상 계측 장치에서는, 광원(1)으로부터 피계측 물체(5)까지의 광로 길이 및 광원(1)으로부터 참조 거울(6)까지의 광로 길이가 서로 동등하게 되는 위치, 즉 이들 광로차가 0로 되는 위치를 검출하기 위해, 피에조 소자(8)을 이용하여, 피계측 물체(7)(또는, 참조 거울 6)를 광축 방향으로 주사함으로써, 이들 광로차를 상대적으로 변화시키면서, 복수의 간섭 무늬를 기록하여 간다. 피에조 소자(8)는 제어부(11)에 의해 제어되어 동작한다.
그리고, 이 3차원 형상 계측 장치는, 광원(1)으로부터 피계측 물체(7)까지의 광로 길이 및 광원(1)으로부터 참조 거울(6)까지의 광로 길이가 서로 동등하게 되는 위치를 검출하는 검출 수단으로서, 신호 처리부를 구비하고 있다. 이 신호 처리부를 구성하는 각각의 기능 블록은 제어부(11)에 의해 제어되어 동작한다.
신호 처리부에서는, 컬러 카메라(10)로부터 출력된 촬상 신호가 메모리(12)에 기억되고, 이 메모리(12)로부터 판독되어 개략 위치 결정 수단(13)에 보내진다. 개략 위치 결정 수단(13)은, 제1 귀환광과 제2 귀환광의 간섭에 의해 발생된 백색 간섭 무늬의 광강도를 나타내는 신호에 기초하여, 백색 간섭 무늬의 진폭의 포락선이 최대값을 나타내는 위치를 포함하는 개략적인 위치를 결정한다.
도 9는 본 발명에 따른 3차원 형상 계측 장치의 제2 실시예에서의 개략 위치 결정 수단의 동작을 설명하는 그래프이다.
이 실시예에서, 개략 위치 결정 수단(13)은, 도 9에 나타낸 바와 같이, 제1 귀환광과 제2 귀환광의 간섭에 의해 발생된 백색 간섭 무늬의 광강도에 대하여, Z 축 방향에서 일정한 구간마다의 표준 편차를 산출하여, 백색 간섭 무늬의 진폭의 포락선이 최대값을 나타내는 위치를 포함하는 개략 위치를 결정한다.
도 10은 본 발명에 따른 3차원 형상 계측 장치의 제2 실시예에서의 개략 위치 결정 수단의 동작을 설명하는 플로차트이다.
즉, 개략 위치 결정 수단(13)은, 도 10에 나타낸 바와 같이, 단계 st11에서 동작을 개시하고, 단계 st12으로 진행하며, 제1 귀환광과 제2 귀환광의 간섭에 의해 생성된 백색 간섭 무늬의 광강도에 대한 정보(각각의 지점 (x, y)에 있어서의 광강도 신호)를 얻는다. 즉, 피에조 소자(8)에 의한 광로 길이의 변화(Z축 방향의 변화)의 일정 간격으로, 광강도의 샘플링을 행하여 메모리에 기억하고, 단계 st13으로 진행한다.
단계 st13에서는, 표준 편차를 산출해야 할 최종 위치에 도달해 있는지를 판별하고, 최종 위치에 도달해 있으면 단계 st16으로 진행하고, 최종 위치에 도달해 있지 않으면 단계 st14으로 진행한다.
단계 st14에서는, 제n(∵ n은 자연수로, 초기 상태에서는 1)의 샘플링 값으로부터 연속된 일정 개수 m의 샘플링 값에 대한 표준 편차를 산출하고, 단계 st15로 진행한다. 이 표준 편차의 산출에 있어서는, 제곱근을 취하지 않고, 데이터를 정수로서 취급함으로써, 처리의 고속화를 도모할 수 있다. 단계 st15에서는 n에 1을 더하고, 단계 st13로 복귀한다.
단계 st13에서 판별되는 최종 위치는, 광강도의 샘플링 값이 N개인 경우에 있어서, 제 [N-m+1] 번째의 샘플링 값으로부터 연속된 일정 개수 m의 샘플링 값에 대한 표준 편차까지를 산출하는 상태에 있다. 따라서, 단계 st13 내지 단계 st15를 반복 실행함으로써, 제1 샘플링 값으로부터 연속된 일정 개수 m의 샘플링 값에 대한 표준 편차가 산출되고, 다음에, 제2 샘플링 값으로부터 연속된 일정 개수 m의 샘플링 값에 대한 표준 편차가 산출되고, 이후 순차적으로 표준 편차의 산출이 행해지고, 제 [N-m+1] 번째의 샘플링 값으로부터 연속된 일정 개수 m의 샘플링 값에 대하여 표준 편차가 산출된다.
그리고, 단계 st13에서 표준 편차를 산출해야 할 최종 위치에 도달해 있는 것으로 판별되면, 단계 st16으로 진행한다. 단계 st16에서는, 산출된 각각의 표준 편차가 최대가 되는 샘플링 값의 그룹을 포함하는 범위를, 백색 간섭 무늬의 진폭의 포락선이 최대값을 나타내는 위치를 포함하는 개략적인 위치로서 결정하고, 단계 st17으로 진행되어 종료한다.
그리고, 도 8에 나타낸 바와 같이, 메모리(12)로부터 판독된 촬상 신호(R, G 및 B)는 위상 산출 수단(15)에 보내진다. 이 위상 산출 수단(15)은, 개략 위치 결정 수단(13)에 의해 결정된 개략 위치의 부근에서, 백색 간섭 무늬에 포함되는 적어도 2개 이상의 서로 상이한 분광 스펙트럼 대역 성분(R 및 G, G 및 B, 또는 B 및 R)의 간섭 무늬의 위상을 산출하고, 변위 산출 수단(16)에 보낸다. 즉, 이 위상 산출 수단(15)은 전술한 도 5에서의 단계 st2 내지 st7의 처리를 실행한다.
변위 산출 수단(16)은, 위상 산출 수단(15)에 의해 얻어진 서로 상이한 분광 스펙트럼 대역 성분(R 및 G, G 및 B, 또는 B 및 R)의 간섭 무늬의 위상에 기초하여, 이들 위상이 서로 동일한 값을 취하는 위치를 구한다. 즉, 이 변위 산출 수 단(16)은, 전술한 도 5에서의 단계 st8의 처리를 실행한다. 그리고, 이들 위상이 서로 동일한 값으로 되는 피계측 물체(7)의 임의의 표면을 기준으로 하여, 피에조 소자(8)(광로 길이 변화 수단)에 의한 Z축 방향의 변화량을 기초로, 피계측 물체(7)의 표면의 변위량이 구해진다.
[제3 실시예]
도 11은 본 발명에 따른 3차원 형상 계측 장치의 제3 실시예에서의 개략 위치 결정 수단의 동작을 설명하는 그래프이다.
본 발명에 따른 3차원 형상 계측 장치에서의 개략 위치 결정 수단(13)은, 도 11에 나타낸 바와 같이, 제1 귀환광과 제2 귀환광과의 간섭에 의해 생성된 백색 간섭 무늬의 광 강도에 대하여, Z 축 방향에서의 일정한 구간마다의 표준 편차의 산출을, 일정한 개수인 m개씩 이동하여 산출함으로써, 전술한 제2 실시예보다 더 신속하게, 백색 간섭 무늬의 진폭의 포락선이 최대값을 나타내는 위치를 포함하는 개략 위치를 결정할 수 있다.
도 12는 본 발명에 따른 3차원 형상 계측 장치의 제3 실시예에서의 개략 위치 결정 수단의 동작을 설명하는 플로차트이다.
즉, 개략 위치 결정 수단(13)은, 도 12에 나타낸 바와 같이, 단계 st21에서 동작을 개시하고, 단계 st22로 진행하며, 제1 귀환광과 제2 귀환광의 간섭에 의해 발생된 백색 간섭 무늬의 광강도에 대한 정보(각 지점 (x, y)에 있어서의 광강도 신호)를 얻는다. 즉, 피에조 소자(8)에 의한 광로 길이의 변화(Z축 방향의 변화)의 일정 간격으로, 광강도의 샘플링을 행하여 메모리에 기억하고, 단계 st23으로 진행한다.
단계 st23에서는, 표준 편차를 산출하는 범위의 이동량 K가 2 이하 인가를 판별하고, 이동량 K가 2 이하이면 단계 st29에 진행되어 종료하고, 이동량 K가 2 이하가 아니면 단계 st24으로 진행한다.
단계 st24에서는, 표준 편차를 산출해야 할 최종 위치에 도달해 있는지를 판별하고, 최종 위치에 도달해 있으면 단계 st27으로 진행하고, 최종 위치에 도달해 있지 않으면 단계 st25로 진행한다.
단계 st25에서는, 제n(∵ n은 자연수로, 초기 상태에서는 1)의 샘플링 값으로부터 연속된 일정 개수인 m개의 샘플링 값에 대한 표준 편차를 산출하고, 단계 st26으로 진행한다. 이 표준 편차의 산출에 있어서는, 제곱근을 취하지 않고, 데이터를 정수로서 취급함으로써, 처리의 고속화를 도모할 수 있다. 단계 st26에서는 n에 이동량 K를 더하고, 단계 st24로 복귀한다. 이동량 K의 초기값은 일정 개수 m과 동일하다.
이 단계 st24에서 판별되는 최종 위치는, 광강도의 샘플링 값이 N개인 경우에 있어서, [N/m]의 비율의 정수부(integer portion)에 해당하는 회수의 산출이 종료한 상태이다. 따라서, 단계 st24 내지 단계 st26가 반복 실행됨으로써, 제1 샘플링 값으로부터 연속된 일정 개수 m의 샘플링 값에 대한 표준 편차가 산출된 후, 제[m+1]의 샘플링 값으로부터 연속된 일정 개수 m의 샘플링 값에 대한 표준 편차가 산출되고, 다음에, 제[2m+1]의 샘플링 값으로부터 연속된 일정 개수 m의 샘플링 값에 대한 표준 편차가 산출되고, 이후, 순차적으로 표준 편차의 산출이 행해진다.
그리고, 단계 st24에서 표준 편차를 산출해야 할 최종 위치에 도달해 있는 것으로 판별되면, 단계 st27로 진행한다. 단계 st27에서는, 산출된 각각의 표준 편차가 최대가 되는 샘플링 값의 그룹을 포함하는 범위를 결정하고, 단계 st28로 진행한다. 단계 st28에서는, 이동량 K를 [K/2]으로 하고, 단계 st23으로 복귀한다. 이 단계 st23에서는, 이동량 K가 2 이하인지를 판별하고, 이동량 K가 2 이하이면, 단계 st29로 진행되어 종료하고, 이동량 K가 2 이하가 아니면 단계 st24로 진행한다.
즉, 단계 st23 내지 단계 st28가 반복 실행됨으로써, 표준 편차가 최대가 되는 샘플링 값의 그룹 및 인접하는 샘플링 값의 그룹을 포함하는 범위 내에서, 제1 번째의 샘플링 값으로부터 연속된 일정 개수 m의 샘플링 값에 대한 표준 편차가 산출된 후, 제 [m/2+1] 번째의 샘플링 값으로부터 연속된 일정 개수 m의 샘플링 값에 대한 표준 편차가 산출되고, 다음에, 제 [2m/2+1] 번째의 샘플링 값으로부터 연속된 일정 개수 m의 샘플링 값에 대한 표준 편차가 산출되고, 이후, 순차적으로 표준 편차의 산출이 행해지고, 이 표준 편차가 최대가 되는 샘플링 값의 그룹을 포함하는 범위가 결정된다.
또한, 이 동작을 이동량 K가 2 이하로 될 때까지 반복한 후, 단계 st29로 진행되어 종료한다. 단계 st29로 진행하기 전에 마지막으로 단계 st28가 실행되었을 때에 결정된 범위가, 백색 간섭 무늬의 진폭의 포락선이 최대값을 나타내는 위치를 포함하는 개략 위치로 된다.
[제4 실시예]
도 13은 본 발명에 따른 3차원 형상 계측 장치의 제4 실시예에서의 개략 위치 결정 수단의 동작을 설명하는 그래프이다.
본 발명에 따른 3차원 형상 계측 장치에서의 개략 위치 결정 수단(13)은, 도 13에 나타낸 바와 같이, 제1 귀환광과 제2 귀환광의 간섭에 의해 생성된 백색 간섭 무늬의 광강도에 대하여, Z 축 방향의 일정 구간마다의 차분의 절대값을 산출하여, 백색 간섭 무늬의 진폭의 포락선이 최대값을 나타내는 위치를 포함하는 개략적인 위치를 결정한다.
도 14는 본 발명에 따른 3차원 형상 계측 장치의 제4 실시예에서의 개략 위치 결정 수단의 동작을 설명하는 플로차트이다.
즉, 개략 위치 결정 수단(13)은, 도 14에 나타낸 바와 같이, 단계 st31에서 동작을 개시하고, 단계 st32로 진행하고, 제1 귀환광과 제2 귀환광의 간섭에 의해 생성된 백색 간섭 무늬의 광강도에 대한 정보(각 지점 (x, y)에 있어서의 광강도 신호)를 얻는다. 즉, 피에조 소자(8)에 의한 광로 길이의 변화(Z축 방향의 변화)의 일정 간격으로, 광강도의 샘플링을 행하여 메모리에 기억하고, 단계 st33으로 진행한다.
단계 st33에서는, 산출해야 할 최종 위치에 도달해 있는지를 판별하고, 최종 위치에 도달해 있으면 단계 st36으로 진행하고, 최종 위치에 도달해 있지 않으면 단계 st34로 진행한다.
단계 st34에서는, 제n(∵ n은 자연수로, 초기 상태에서는 1)의 샘플링 값으로부터 연속된 일정 개수 m의 범위에서의 최초의 샘플링 값과 최후의 샘플링 값에 있어서의 차분의 절대값 〔│I(zn +m)-I(zn)│〕(∵ I(zn)은 최초의 샘플링 값이고, I(zn+m)은 최후의 샘플링 값)을 산출하고, 단계 st35로 진행한다. 단계 st35에서는 n에 이동량 m를 더하고, 단계 st33으로 복귀한다. 이동량 m은 일정 개수 m과 동일하다. 이 단계 st33에서 판별되는 최종 위치는, 광강도의 샘플링 값이 N개인 경우에 있어서, [N/m]의 비율의 정수부에 해당하는 회수의 산출이 종료된 상태이다. 따라서, 단계 st33 내지 단계 st35가 반복 실행됨으로써, 제1 샘플링 값으로부터 연속된 일정 개수 m의 범위에서의 최초의 샘플링 값과 최후의 샘플링 값에 대한 차분의 절대값이 산출된 후, 제 [m+1]의 샘플링 값으로부터 연속된 일정 개수 m의 범위에서의 최초의 샘플링 값과 최후의 샘플링 값에 대한 차분의 절대값이 산출되고, 다음에, 제 [2m+1]의 샘플링 값으로부터 연속된 일정 개수 m의 범위에서의 최초의 샘플링 값과 최후의 샘플링 값에 대한 차분의 절대값이 산출되고, 이후, 순차적으로 차분의 절대값의 산출을 행한다.
그리고, 단계 st33에서 산출해야 할 최종 위치에 도달해 있는 것으로 판별되면, 단계 st36으로 진행한다. 단계 st36에서는, 산출된 차분의 절대값이 최대가 되는 샘플링 값의 그룹을 포함하는 범위를 제2위까지 결정하고, 단계 st37로 진행한다. 단계 st37에서는, 차분의 절대값이 제1위인 범위와 차분의 절대값이 제2위인 범위와의 중심 위치를 구하고, 이것을 백색 간섭 무늬의 진폭의 포락선이 최대값을 나타내는 위치를 포함하는 개략 위치로서 결정하고, 단계 st38로 진행하여 종료한다.
[제5 실시예]
도 15는 본 발명에 따른 3차원 형상 계측 장치의 제5 실시예에서의 전체 구성을 나타낸 블록도이다.
본 발명에 따른 3차원 형상 계측 장치는, 촬상 수단으로서 전술한 바와 같은 컬러 카메라(10)를 갖는 구성으로 한정되지 않고, 도 15에 나타낸 바와 같이, 컬러 카메라(10)에 대신하여 흑백 카메라(10a)를 갖는 구성으로 해도 된다. 이 3차원 형상 계측 장치에 있어서는, 흑백 카메라(10a)에 의해 얻어지는 백색 간섭 무늬 데이터를 푸리에 변환하여 얻어지는 분광 스펙트럼 분포의 일부를 선택하고, 주파수 필터를 사용하여 소정 주파수 대역만의 데이터를 분리시킴으로써, 컬러 카메라에서 색분해를 행하는 것과 마찬가지의 위상 정보를 얻을 수 있다.
즉, 이 3차원 형상 계측 장치에서는, 신호 처리부에 의해, 이 흑백 카메라(10a)로부터 출력되는 촬상 신호가 메모리(12)에 기억되고, 이 메모리(12)로부터 판독되어 개략 위치 결정 수단(13)에 보내진다. 개략 위치 결정 수단(13)은, 제1 귀환광과 제2 귀환광의 간섭에 의해 생성된 백색 간섭 무늬의 광강도를 나타내는 신호에 기초하여, 백색 간섭 무늬의 진폭의 포락선이 최대값을 나타내는 위치를 포함하는 개략 위치를 결정한다.
제1 귀환광과 제2 귀환광의 간섭에 의해 생성된 촬상 신호는, 분광 스펙트럼 대역 성분 분배 수단(17)에 보내진다. 분광 스펙트럼 대역 성분 분배 수단(17)은, 흑백 카메라(10a)에 의해 얻어진 촬상 신호를 상기 개략 위치의 부근에서 푸리에 변환하여 얻어지는 분광 스펙트럼 분포의 일부를 선택하고, 주파수 필터를 이용하 여 소정 주파수 대역(λ1 및 λ2)만의 데이터를 분리시킴으로써, 상이한 분광 스펙트럼 대역 성분을 분리한다. 이로써, 분광 스펙트럼 대역 성분 분배 수단(17)은, 흑백 카메라(10a)로부터 출력된 촬상 신호를, 서로 상이한 분광 스펙트럼 대역 성분(λ1 성분 및 λ2 성분)으로 분배하여, 위상 산출 수단(15)에 보낸다. 즉, 이 분광 스펙트럼 대역 성분 분배 수단(17)은 전술한 도 5에서의 단계 st2 및 단계 st3의 처리를 실행한다.
위상 산출 수단(15)은, 개략 위치 결정 수단(13)에 의해 결정된 개략적인 위치의 부근에서, 백색 간섭 무늬에 포함되는 적어도 2개 이상의 서로 상이한 분광 스펙트럼 대역 성분(λ1 성분 및 λ2 성분)의 간섭 무늬의 위상을 산출하고, 변위 산출 수단(16)에 보낸다. 즉, 이 위상 산출 수단(15)은 전술한 도 5에서의 단계 st4 내지 단계 st7의 처리를 실행한다.
변위 산출 수단(16)은, 위상 산출 수단(15)에 의해 얻어진 서로 상이한 분광 스펙트럼 대역 성분(λ1 성분 및 λ2 성분)의 간섭 무늬의 위상에 기초하여, 이들 위상이 서로 동일한 값을 취하는 위치를 구한다. 즉, 이 변위 산출 수단(16)은, 전술한 도 5에서의 단계 st8의 처리를 실행한다. 그리고, 이들 위상이 서로 동일한 값으로 되는 피계측 물체(7)의 임의의 표면을 기준으로 하여, 피에조 소자(8)(광로 길이 변화 수단)에 의한 Z축 방향의 변화량을 기초로, 피계측 물체(7)의 표면의 변위량이 구해진다.
본 발명에 따른 3차원 형상 계측 방법 및 3차원 형상 계측 장치에서는, 백색 간섭 무늬의 진폭 정보와, 예를 들면, R(적색), G(녹색) 및 B(청색) 등의 스펙트럼으로 분해한 간섭 무늬의 위상 정보를 이용함으로써, 백색 간섭 무늬의 진폭이 최대가 되는 위치를 고정밀도 및 고분해능으로 특정할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 3차원 형상 계측 방법 및 3차원 형상 계측 장치에서는, 예를 들면, 종래의 분광 스펙트럼 영역의 위상 구배를 최소 이승법에 따라 추정하는 방법에 비해, 신호 처리가 간단하고, 연산에 필요한 처리 시간을 단축할 수 있다.
즉, 본 발명은, 백색 간섭 무늬를 이용하여 피계측물의 3차원 형상을 계측하는 3차원 형상 계측 장치(백색 간섭 계측 장치)에서, 연산에 필요한 처리 시간을 단축하면서, 백색 간섭 무늬의 진폭이 최대가 되는 위치를 고정밀도로 특정할 수 있도록 이루어진 3차원 형상 계측 장치를 제공하는 것이 가능하다.

Claims (14)

  1. 광대역 스펙트럼을 갖는 조명광을 생성하는 광원으로부터 피계측물까지의 광로 길이, 또는 상기 광원으로부터 참조 거울까지의 광로 길이를 변화시켜, 이들 광로 길이가 동등하게 되는 위치를 검출함으로써, 상기 피계측물의 3차원 형상을 계측하는 3차원 형상 계측 방법에 있어서,
    상기 참조 거울로부터의 상기 조명광의 귀환광과 상기 피계측물로부터의 상기 조명광의 귀환광의 간섭에 의해 발생하는 백색 간섭 무늬의 진폭의 포락선(envelope)이 최대값을 나타내는 위치를 포함하는 개략적인 위치를 구하는 단계;
    상기 백색 간섭 무늬에 포함되는 적어도 2개 이상의 서로 상이한 분광 스펙트럼 대역 성분의 간섭 무늬를 추출하는 단계; 및
    상기 개략적인 위치의 부근에서, 상기 서로 상이한 분광 스펙트럼 대역 성분의 간섭 무늬의 위상이 서로 동일한 값을 취하는 위치를 구함으로써, 상기 광원으로부터 상기 피계측물까지의 광로 길이가 상기 광원으로부터 상기 참조 거울까지의 광로 길이에 동등하게 되는 위치를 결정하는 단계
    를 포함하는 3차원 형상 계측 방법.
  2. 광대역 스펙트럼을 갖는 조명광을 생성하는 광원으로부터 피계측물까지의 광로 길이를 주사하고, 또는 상기 광원으로부터 참조 거울까지의 광로 길이를 주사하며, 이들 광로 길이가 서로 동등하게 되는 위치를 검출하여, 상기 피계측물의 3차 원 형상을 계측하는 백색 간섭을 이용한 3차원 형상 계측 장치에 있어서,
    상기 참조 거울로부터의 상기 조명광의 귀환광과 상기 피계측물로부터의 상기 조명광의 귀환광의 간섭에 의해 발생하는 백색 간섭 무늬에 대하여, 줄무늬 해석법(fringe analysis)을 이용하여, 이 백색 간섭 무늬의 진폭의 포락선 분포를 구하고,
    상기 포락선 분포를 이용하여, 백색 간섭 무늬의 콘트래스트가 최대가 되는 대략적인 위치를 구할 수 있고,
    상기 백색 간섭 무늬에 포함되는 적어도 2개 이상의 서로 상이한 분광 스펙트럼 대역 성분의 간섭 무늬를 추출하고,
    상기 백색 간섭 무늬의 콘트래스트가 최대가 되는 대략적인 위치의 부근에서, 상기 서로 상이한 분광 스펙트럼 대역 성분의 간섭 무늬의 위상이 서로 동일한 값을 취하는 위치를 구하고, 이 위치에 기초하여, 상기 광원으로부터 상기 피계측물까지의 광로 길이가 상기 광원으로부터 상기 참조 거울까지의 광로 길이에 동등하게 되는 위치를 결정하는,
    3차원 형상 계측 장치.
  3. 광대역 스펙트럼을 갖는 조명광을 생성하는 광원과, 상기 광원으로부터 출력된 조명광이 참조 거울 및 피계측물에 도달하는 광로를 형성하는 광로 형성 수단과, 상기 광원으로부터 상기 피계측물까지의 광로 길이 또는 상기 광원으로부터 상기 참조 거울까지의 광로 길이를 변화시키는 광로 길이 변화 수단과, 상기 각 광로 길이가 서로 동등하게 되는 위치를 검출하는 검출 수단을 포함하고, 상기 피계측물의 3차원 형상을 계측하는 3차원 형상 계측 장치에 있어서,
    상기 조명광의 상기 참조 거울로부터의 반사광인 제1 귀환광 및 상기 조명광의 피계측물로부터의 반사광인 제2 귀환광이 입사되는 촬상 수단;
    상기 촬상 수단으로부터 출력되는 촬상 신호에 따라, 상기 제1 귀환광과 상기 제2 귀환광의 간섭에 의해 생성되는 백색 간섭 무늬의 진폭의 포락선이 최대치를 나타내는 위치를 포함하는 개략적인 위치를 결정하는 개략 위치 결정 수단;
    상기 백색 간섭 무늬에 포함되는 적어도 2개 이상의 서로 상이한 분광 스펙트럼 대역 성분의 상기 개략적인 위치 부근에서의 간섭 무늬의 위상을 산출하는 위상 산출 수단; 및
    상기 위상 산출 수단에 의해 얻어진 상기 서로 상이한 분광 스펙트럼 대역 성분의 간섭 무늬의 위상이 서로 동일한 값을 취하는 위치를 구함으로써 상기 피계측물의 표면의 변위량(displacement)을 산출하는 변위 산출 수단
    을 포함하는 3차원 형상 계측 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 개략 위치 결정 수단은, 상기 백색 간섭 무늬의 광강도에 대하여, 상기 광로 길이 변화 수단에 의한 광로 길이의 변화의 일정 간격으로 샘플링을 행하고,
    제1 샘플링 값으로부터 연속된 일정 개수의 샘플링 값에 대한 표준 편차를 산출한 후, 제2 샘플링 값으로부터 연속된 일정 개수의 샘플링 값에 대한 표준 편 차를 산출하고, 그 후, 순차적으로 표준 편차의 산출을 행하며,
    이 표준 편차가 최대가 되는 샘플링 값의 그룹을 포함하는 범위를, 상기 백색 간섭 무늬의 진폭의 포락선이 최대값을 나타내는 위치를 포함하는 개략적인 위치로서 결정하는,
    3차원 형상 계측 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 개략 위치 결정 수단은, 상기 백색 간섭 무늬의 광강도에 대하여, 상기 광로 길이 변화 수단에 의한 광로 길이의 변화의 일정 간격으로 샘플링을 행하고,
    제1 샘플링 값으로부터 연속된 일정 개수 m의 샘플링 값에 대한 표준 편차를 산출한 후, 제 [m+1] 번째의 샘플링 값으로부터 연속된 일정 개수 m의 샘플링 값에 대한 표준 편차를 산출하고, 다음에, 제 [2m+1] 번째의 샘플링 값으로부터 연속된 일정 개수 m의 샘플링 값에 대한 표준 편차를 산출하고, 이후, 순차적으로 표준 편차의 산출을 행하며,
    이 표준 편차가 최대가 되는 샘플링 값의 그룹 및 인접하는 샘플링 값의 그룹을 포함하는 범위 내에서, 상기 제1 샘플링 값으로부터 연속된 일정 개수 m의 샘플링 값에 대한 표준 편차를 산출한 후, 제 [m/2+1] 번째의 샘플링 값으로부터 연속된 일정 개수 m의 샘플링 값에 대한 표준 편차를 산출하고, 다음에, 제 [2m/2+1] 번째의 샘플링 값으로부터 연속된 일정 개수 m의 샘플링 값에 대한 표준 편차를 산출하고, 이후, 순차적으로 표준 편차의 산출을 행하며,
    이 표준 편차가 최대가 되는 샘플링 값의 그룹을 포함하는 범위를, 상기 백색 간섭 무늬의 진폭의 포락선이 최대값을 나타내는 위치를 포함하는 개략적인 위치로서 결정하는,
    3차원 형상 계측 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 개략 위치 결정 수단은, 상기 백색 간섭 무늬의 광강도에 대하여, 상기 광로 길이 변화 수단에 의한 광로 길이의 변화의 일정 간격으로 샘플링을 행하고,
    제1 샘플링 값으로부터 연속된 일정 개수 m의 범위에서의 최초의 샘플링 값과 최후의 샘플링 값에 대한 차분의 절대값을 산출한 후, 제 [m+1] 번째의 샘플링 값으로부터 연속된 일정 개수 m의 범위에서의 최초의 샘플링 값과 최후의 샘플링 값에 대한 차분의 절대값을 산출하고, 다음에, 제 [2m+1] 번째의 샘플링 값으로부터 연속된 일정 개수 m의 범위에서의 최초의 샘플링 값과 최후의 샘플링 값에 대한 차분의 절대값을 산출하고, 이후, 순차적으로 차분의 절대값의 산출을 행하며,
    이 차분의 절대값이 최대가 되는 샘플링 값의 그룹을 포함하는 범위를, 상기 백색 간섭 무늬의 진폭의 포락선이 최대값을 나타내는 위치를 포함하는 개략적인 위치로서 결정하는,
    3차원 형상 계측 장치.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 촬상 수단은 컬러 카메라이며, 상기 서로 상이한 분광 스펙트럼 대역 성분마다 상기 촬상 신호를 출력하는,
    3차원 형상 계측 장치.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 촬상 수단은 흑백 카메라이며, 상기 흑백 카메라로부터 출력되는 촬상 신호를 상기 서로 상이한 분광 스펙트럼 대역 성분에 분배하는 분광 스펙트럼 대역 성분 분배 수단을 포함하는,
    3차원 형상 계측 장치.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 촬상 수단은 컬러 카메라이며, 상기 서로 상이한 분광 스펙트럼 대역 성분마다 상기 촬상 신호를 출력하는,
    3차원 형상 계측 장치.
  10. 제4항에 있어서,
    상기 촬상 수단은 흑백 카메라이며, 상기 흑백 카메라로부터 출력되는 촬상 신호를 상기 서로 상이한 분광 스펙트럼 대역 성분에 분배하는 분광 스펙트럼 대역 성분 분배 수단을 포함하는,
    3차원 형상 계측 장치.
  11. 제5항에 있어서,
    상기 촬상 수단은 컬러 카메라이며, 상기 서로 상이한 분광 스펙트럼 대역 성분마다 상기 촬상 신호를 출력하는,
    3차원 형상 계측 장치.
  12. 제5항에 있어서,
    상기 촬상 수단은 흑백 카메라이며, 상기 흑백 카메라로부터 출력되는 촬상 신호를 상기 서로 상이한 분광 스펙트럼 대역 성분에 분배하는 분광 스펙트럼 대역 성분 분배 수단을 포함하는,
    3차원 형상 계측 장치.
  13. 제6항에 있어서,
    상기 촬상 수단은 컬러 카메라이며, 상기 서로 상이한 분광 스펙트럼 대역 성분마다 상기 촬상 신호를 출력하는,
    3차원 형상 계측 장치.
  14. 제6항에 있어서,
    상기 촬상 수단은 흑백 카메라이며, 상기 흑백 카메라로부터 출력되는 촬상 신호를 상기 서로 상이한 분광 스펙트럼 대역 성분에 분배하는 분광 스펙트럼 대역 성분 분배 수단을 포함하는,
    3차원 형상 계측 장치.
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