TWI379067B - Measuring device of 3-dimensional shape - Google Patents

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1379067 修正日期丨01年9月3日 29185pifl 爲第97135689號中文說明書無劃線修正本 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明涉及一種使用具有多個頻譜（spectrum ) 下’以波長進行說明）的寬頻帶光（例如，白色光）的干 涉現象來對被測量物的形狀進行立體測量的三維形狀測量 裝置。特別是關於一種在三維形狀測量裝置中縮短求出産 生干涉條紋的光路長度的時間的技術，所述三維形狀測量 裝置是在使寬頻帶光的一部分入射至遠端具有參考鏡的參 考光路，使寬頻帶光的另一部分入射至遠端具有被測量物 的測量光路，利用來自參考鏡（反射鏡）及被測量物的各 返回光而産生干涉的干涉部（干涉儀）中，根據使參考光 路或者測1光路的任-個的光路長度發生變化*獲得的干 涉條紋産生_糾長度，_量制量物的形狀。 【先前技術】 、通常，所述的使用干涉現象的形狀測量裝置中利用了 路和測量光路雙方的光路長度變 考光路或者射光路料 叙說’使參 下，假設使參考光_私長長度發生變化（以 路長度發生變化，從而進;^說&而使測里光路的光 紋顯示出最大亮度的位置 將此時産生的干涉條 量：以下稱爲“特定光路長度”度（·光路長度的變化 向上的被測量物的位移而進^ 作爲光路長度的變化方 在專利文獻1中，根攄(專利文獻〇 。 根.者時間的變化而使光路長度 1379067 29185pifi 修正日期101年9月3日 爲第97135689號中文說明書無劃線修正本 獲涉光’分波成B成分(藍色的頻帶成 :)、G成刀（，，.彔色的頻帶成分）及汉成分（紅色的頻帶 成^ ’分麟_相對於統長度變化的干涉條蚊的相 :、變化’：將二者的相位_致時的光路長度認定爲干涉 條、、文顯不出最大売度的位置的特定光路 定的特定光路長度來進行形狀測量。 再祀據所〜 專利文獻1:日本專利特願2006_371632號 旦通吊’形狀，置裝置要對較多數量的被測量物實施測 斤以』望測里時間能稍許縮短。在縮短測量時間時， 4爲改善的對象要素’有光路長度的可變時間（或者速 ^)、相機的拍攝時間和拍攝次數等，但拍攝時間受到相 機的拍攝兀件所固有的最小曝光時間的制約。 因此，以下從測量時間的觀點來考察現有技術。在專 =文獻1的情况下’是根據干涉光的資料來指 的相位’從而求㈣定规長度，而㈣是從干涉光的類 干涉光的數位資料’並對時間區域(光 Τ 又 太）的資料進行 FFT ( Fast F〇urier ransformat咖’快速傅立葉轉換）處理在頻率區域上 並再次在時間區域上獲得各頻帶成分的 干條文’求出其相位的—致點。此時，爲了 =資料再現干涉條紋，通常必須根據採樣定理等Γ在相 =見的每1周期至少能獲取3點(一)： ’：禝的獲取時序(hming)轉換成數位資料。 通常，形狀測量震置中使用干涉法所測量出的干涉條 5 29l85pin 修正日期10丨年9月3曰 爲第97135689號中文說明書無劃線修正本 紋疋糟由其數位資料，以如圖7(a) 路長度的亮錢化W意性地絲的，1 ==化的光 ⑻所示在解對翻的祕上H紗布如圖7 圖7 (A)不表不。衆所周知，此時 =7 CA)的干涉條纹的包絡線寬度心（例如 ，的亮度值成爲1/2時的橫軸的寬度）與· 可==相關性。因此’根據包絡線寬度Μ， 丄所示頻帶寬AF變窄，從而在下部的 ,▼存在AFc的上間（space)的條件。 牛，即:如圖7⑻的兩點鏈線戶：頻 F不會成爲頻率接近〇(直流成分）的寬頻帶。見△ 從採樣歧Μ，x要雜鮮Fs是 的最高頻率成分的頻率，就可以如圖7(B)= ，㈣_採樣頻 也就是說， 疊現象引起的折返頻率成分(虛線心)隨 的下降（與分頻的情况相同），而如圖7(D)所干彼此拉 近，然後如圖7⑻所示成爲高低巨變的狀)態“彼此接 因此，本發明者絲於接下來的情况 圖7(B)所示，因爲干涉條紋自身的頻帶特g如 的空間’所以藉由卿採樣解Fs，就可以如圖 所需的頻率成分與折返頻率成分在頻率上分離開 來。、°因此’如圖7⑺所示利用遽波器來去除折返 1379067 29185pifl 爲第97135689號中文說明書無劃線修 修正日期101年9月3日 頻^成分’並且使採樣頻率進一步降低 頻率_低相應地伸長，從而可進行再現。丰輪與 這樣的話’即使疋比滿足採樣定理的頻率低的頻 也可以獲得干涉條紋的所需的頻率成分。也就是說 於與採樣頻率FS的降低相應地減少資料獲取次數，從而^ 現測量時間的縮短。 又取人数攸而實 【發明内容】 術。本發明提供一種能縮短測量時間而進行三維測量的技 爲了達成所述目的，必須考察干涉條紋的包絡 ^頻帶寬Μ及其最高頻率Fh之間的關係，而通^ 的周缺寬頻帶辆的光源的中心波長的周期人的 的’所述寬頻帶光源成爲産生原本的干涉的源。此時 條紋的包絡線寬度^如上所述，依賴於該寬頻帶 :的頻帶寬ΔΡ。通常’因爲滿足Δρ<<〔1/(λ/2)〕 ’所以能夠如圖7⑻所示在下部的頻帶中充分地且 有空間 AFc (=Fh—ΔΡ)。 、 :祕具體而言，申請專利範圍第1項中記載的發明是一種 狀測量裝置，其具備：寬頻帶光源⑴，輸出具有 '頁4的f頻帶光，光路形成部⑸，使所述寬頻帶光 二入射到具有參考鏡的參考光路和配置有被測量物的測 =路，並使來自所述參考鏡的反射光和來自被照射的所 里物的照射範圍的照射位置的各反射光進行合波後 祝出；光路長度可變機構⑴，使所述參考光路或者所述 7 1379067 29185pifl 修正日期101年9月3日 爲第971漏9號φ文說日鳩_線修正本 測量光路的任—個的光路長度發生變化；拍攝機構（10 )， 相對於由所述光路長度可變機構導致的所述光路長度的變 化’在規定的採樣時序對來自所述光路形成部的輸出進行 拍攝從而獲取含有干涉條紋的干涉條紋資料；以及光路 J度檢3機構（14)，根據從所述拍攝機構輸出的所述干 =條文資料而求出顯示出所述干涉條紋的特徵值時的特 定光路長度，該三維形狀測量裝置根據所求出的所述特定 光路長度來測量所述被測量物的形狀， /通相攝機構拍攝時的所述規定的採樣時序，是在所 f光，成分的輸出中所含的干涉條紋中産生混疊現象的時 ’該採樣料設爲在鮮區域可分軸想要的實頻率成 /刀和因所述混疊現象產生的頻率成分的時序，進而， 所述光路長度檢測機構具備：干涉條紋資料選擇部 =a) ’將由所述賴機構在所述規定的採樣時序獲取的 ^條”’文^料轉換成頻率區域的資料，並將所述混叠現象 :^無用成分除外，而選擇所述實頻率成分產 以及光路長度計算部⑽，根據所述新 述:求出顯示出所述干涉條紋的特徵值的所 專利的==請 =述拍攝機構輸出的干涉條紋資料== 的貢料轉換’並在該頻率區域上將所述混疊現象= 8 I379〇67 29l85pifl 修正日期101年9月3日 爲第97135689號中文說明書無g(線修正本 的無用成分除外，以此來選擇該頻率區域的新的干涉條紋 資料， 所述光路長度檢測部將該頻率區域的新的干涉條紋資 2的所述採樣資料數轉換成基於採樣定理的樣品資料數， 八後對该頻率區域的新的干涉條紋資料進行逆傅立葉轉 換。以轉換成時間區域的新的干涉條紋資料，並根據該時 間區域的新奸涉條紋㈣而求出齡出所軒涉條紋的 特徵值的所述特定光路長度。 申請專利範圍第3項中記載的發明的構成是，在申請 利圍第1或2項中記載的發明中，所謂相對於由所述 ^路長度可變機構導致的所述光路長度的變化而產生所述 藏疊現象的時序，是指在將所述寬頻帶光的大致中心波長 :又爲λ時，由該光路長度可變機構導致的該光路長度的變 化超過λ/6的間隔。 專利2 = 項中記載的發明的構成是，在申請 載的發明中’所述拍攝機構以固 構使所述光路長度發生變化的速度設爲V時，將 =的變化超過λ/(6ν)的時間間隔作爲所述時序而進行 專利項明的構成是，在申請 機構“波長i擇的::干::述=長度檢測 所選擇的職w較謝提取 1379067 29185pifl 爲第97135689號中文說明書無劃線修正本修正日期1〇1年9月3日 分’所述光路長度計算部根據所述提取的至少兩個波長成 分的相位差大致成爲零的所述光路長度作爲所述特定光路 長度而求出。 [發明效果] 根據本發明，其構成爲，在產生混疊現象的時序獲取 (採樣）干涉條紋資料，將因該混疊現象産生的無用頻率 成分被去除而測量出位移，因此，以產生混疊現象的方式 延長資料獲取時序的期間’也就是說，减少資料獲取次數， 可，>、相應的光學處理時間，從而可縮短测量時間。即， 2爲主要的測量時間’如果用〔光路長度可變時間+資料 又=次數x(曝光時間+獲取處理時間）〕來表示，則可以 一資料獲取次數的减少相應地縮短測量時間。 為讓本發明之上述和其他目的、雜和優點能更明顯 I ’下域舉較佳實施例，並配合所關式，作詳細說 w月如下。 【實施方式】 關來綱本發明的實施方式。® 1是表示第1 功能構成_。圖2是用錢明干涉條紋的 是表示改變頂1的德長度檢測機構後的第2 ^方式的圖。圖4⑷、圖4(B)、圖4(〇、圖4 的叙你沾圖4⑻是用以說明圖3的干涉條紋資料選擇部 3=。圖5、圖6是用以說明圖3的光路長度可變 盆的圖’圖5表tf各頻率成分的干涉條紋，圖6 表不其相位特性。圖7⑷、圖7⑻、圖7(〇、圖 ^79067 29l85pifl 爲第97135689號中文說明書無劃線修正本 7(D)、圖7⑻、圖7(F)是用以說明在圖i 方式中去除了混疊現象的影響而求出干涉條紋的二 圖。另外，圖7(A)、圖7(B)、圖7(c)、圖7(d作的 圖7(E)、圖7(F)是用以在“背景技術，， 欲 明的背景進行說明的圖。 對本發 [1·第1實施方式的整體構成]

—如上所述，第！實施方式的構成是：從在比滿 疋理的時序晚的時序，也就是從在産生混聂 ， 作爲拍，W的相機(以下稱之為相機 t個㈣中’去除因混疊現象産生的無用成分而提ς f本來的在滿足採樣定_時序所獲得的干涉條紋同等 的貝料，接著，將該提取的干涉條紋的强度峰值産生的光 路長度（也可以是使光路長度發生變化直難生干涉條咬 爲止時的光路長度的變化量h乍爲特定光路錢（位移） 而求出。

修正日期丨01年9月3曰 以下的說明中，在使測量光路的光路長度發生變化 時有時將產生干涉條紋的光路長度（使光路長度發生變 =直到産生干涉條紋爲止時的光路長度的變化量）稱爲 特疋光路長度，，，其表示該被測量物的形狀的位移。 圖1中，爲了引起干涉，光源1使用具有遍及寬頻帶 的=個波長成分且出射相干性（c〇herenCy)較低的光的白 色光源。準直透鏡（collimator lens) 2將來自光源1的白 色光（寬頻帶光）聚光後送向分光鏡（beam splitter) 3。 分光鏡3將白色光的方向轉換後送向物鏡4。物鏡4使白 11 1379067 29185pifl 修正日期101年9月3日 爲第97135689號中文說明書無劃線修正本 色光成爲平行光後送向分光鏡5 (光路形成部）。分光鏡5 將從物鏡4接收的白色光向兩個方向分支，其中一個作爲 測量光而送向被測量物7 (將從分光鏡5向被測量物7的 光路作爲測量光路），另一個則作爲參考光而送向參考鏡 6(將從分光鏡5向參考鏡6的光路作爲參考光路）。在本 例中，分光鏡5與參考鏡6之間是固定的，也就是說，參 考光路的光路長度設爲一定的固定長度。

也可以用半透明反射鏡（half mirror)來代替分光鏡$ 而構成。 測里光路的構成爲’利用白色光來同時照射被測量物 7的表面上的想要測量的所需的照射範圍。 被測量物7安裝在作爲光路長度可變機 (㈣_之_電部8)上。壓電部二= 件構成，在來自光路長度控制機構16的指 物7相對於XY平面(與圖W紙面正交的面）而= 方向（圖1的紙面的上下方向）連續地位移（移動），從

而以規定速f來對測量光路的光路長度進行可變控制。 作士另外’ k裡，作爲本發明的使光路長度發生變化的可 的可變，且使可變速度成爲固定，從而進

:兄月’但與下述的蝴料獲取時序相比也可以 呈細小的階梯狀而變化。 壓電部8是在光路長度控制機構16的控 2料路長度㈣於分錢5 _定位㈣發生^ 機構（光路長料變觸）。糾，馳是使參考^ 12 1379〇67 29l85pifl 修正曰期101年9月3日 97135689號中文說明書無劃 Ϊ路= f路的光路長度發生變化來進行說 部8安裝在夫考/$文’也可以是如下的構成·· 電 的光路長、度jr使測量光路固定’而使參考光路 下，^^ 6‘Γ被測量物7分別反射而來的白色光（以 ;由=進：/’:）由分光鏡5進行合波(合成)， 9的作用見^。返回光通過分光鏡3並在成像透鏡 的作用下成為千仃光後輸人到相機1〇。 ，光產生的干涉條紋(實際上，所述拍 ==其:包r隨後展現拍攝資料時出現= =的干涉敝’㈣表述爲“拍攝干涉條紋，，）。所拍攝 儲在記憶體13，。此時，如上所述，測 二用白色光帽射被測量物7的所需的 ς個照射㈣，所以拍攝到與來自照射範_各照射位 置、即與來自想要測量的位置（以下，稱爲“測量位置，，） 的返回光相對應的干涉條紋。 ） 所1的絲系統的變形’也可以構成如下 =^測量光路和參考光路上分別配置 物鏡⑽代物鏡4在圖^的位置，所 於圖！的光學系統。但是，以下按照圖i來說^月並不限 相機10㈣攝時序及記㈣13的存料序是本發明 13 1379067 29l85pitt 修正曰期101年9月3日 爲第97135689號中文說明書無劃線 的資上料，?取時序，都是由光路長度控制機構16同步輸 。也就疋况’光路長度控制機構μ以規定的速度對麼電 二心出光?長度的可變指示’另_方面，生成規定時間 禮隔^時序仏虎並發送給相機1G及記憶體13，在此時序 :取貝=gp’相機1〇及記憶體^在該時序信號的時序， 返回光的拍攝資料（成爲表示返回光的亮度的 冗度貧料）。 Ί^ 平尤的十涉條紋具有寬頻帶光的中心 行再現時&的4複周期。在獲取該λ/2周期的波形並進 ^丁再現時’爲了防止混疊現象的産生，通常在 料’所以必縣Μ/(2χ3)更早的重複的時序 所以爲m生混纽象㈣賴取資料， 晚（長）的重體13的存儲時序是比λ/6 具體而士，如1 下，有時稱爲“採樣時序Fs”）。 光路長i可變的I先度：^::二驅峨部8而將 广晚的時間間_制信二將比 3，在该控制信號的時序獲取資 心隐體 在對壓電部8進行步進驅 ^控制機構16 ^一號，對=發= (•一 1::=:==:=: 1379067 29185pifl 修正日期101年9月3日 爲第97135689號中文 地址方向）表示光路長度方^ 拍攝資料與測量位置（Xm，Yp)對應；存此時f該 ί二方息是與相機1〇的拍攝元件:位= 的處理^ = 說明的信號處理機構別 算機=理機構2。具備光路長度檢測機構叫位移運

擇邱光路長度檢測機構14由干涉條紋資料選 擇部14a、糾長度計算部M 部-接收來自記憶體13的拍攝上，:=; = 置（Xm，Yp) 料，並藉 』=收尤則里位 換成頻率區域的資料。這樣猎:圖^^ ==象產生的頻率成分(圖7⑻的虛 dr，率成分的各資料，所以使⑽波器錢 ===㈣象産生的頻率成分予以去除’從而分離 並取出干涉條紋的成分（圖7⑻實線部分）。 ⑺所示，干涉條紋資料選擇部1如使 =軸還原成本來的頻率轴，也就是說，將比例尺還原成 =遵照祕定理而不産生混疊現象的採樣時序進行採樣 :率區域的頻率軸(爲了用比本來的採樣頻率低的頻J ^進^樣，而利賴謂的頻率軸被分頻的形式來表示， 轴還原），再次轉換成時間區域的資料，即， 作為干涉肢㈣騎祕林長料算部* (圖 1379067 29185pifl 修正日期101年9月3日 爲第97135689號中文說明書無劃線修正本 此時的干涉條紋的資料）。 =外’在圖2的干涉條蚊的波形中，作爲干涉條紋的 特徵值的干涉條紋的大致中央的波峰位置，是上述參考光 路的光路長度制量光路的光路長度變得相同的情况。而 且’白色光的干涉條紋的波長是由作爲寬頻帶光的要素的 各波長合成所f作’此波長是這些鮮的大致巾央的波長 λ的1/2°而且’圖2的白色光的干涉條紋向光路長度方向 的擴展，也就是干涉條紋的包絡線的寬度At，是取決於白 色光的相干性的程度（相干（c〇herence)長度），換言之， 取決於頻率輯關核分的寬度Δρ。相干性越低（相 干長度越長）、即Δ;ρ越大，則寬度八1會變得越窄（參照 圖:（Α)、圖7(Β)) ^如果將干涉條紋的頻率成分的 最南頻率設爲Fh，則頻率成分的寬度AF滿足△?<<〔 1/ (λ/2)〕<Fh’而且，如果使寬度AF减小（使相干性變 好（使相干長度變短）），則干涉條紋的振幅會變得大致 固定而波峰會消失，因此，以使干涉條紋的寬度At成爲 可把握干涉條紋的峰值的程度的方式，來決定寬度AF。 例如’以下進行示意性說明，如果以使寬度Δρ低於最高 頻率Fh/2的方式來決定光源1的頻帶寬，則如圖7 (Ε) 所不’採樣後的頻帶區域中的右半部分被分成干涉條紋的 實頻率成分’而左半部分被分成因混疊現象産生的頻率成 分（折返頻率成分），且可藉由將Fh/2設爲截止（cut) 頻率的尚通濾波器（high pass filter)而僅提取干涉條紋的 實頻率成分。即’獲得已將無用成分即折返成分除外的頻 29l85pifl 修正日期101年9月3日 爲第97135689號中文說明書無劃線修正本 率數成分。 長度檢測機構14對已將因混疊現象產 成刀（折返成分）除外的實頻率成八 鴻早 的波峰位置，從Γϋ n出所賴的干涉條紋 “皮峰位置，’（或者“波峰的位置，，），是ΐ 步條紋的亮度（振幅）變爲最大（以下，稱: 路橫軸上的位置，圖2中，橫轴是上述測量光 (ζ轴方向:圖1的紙面的上下方向) ==!長度可變時的時間軸方向（利用相機以規定 時間間隔進行拍攝時的時間軸方向）。 械疋 if:’存，到記憶體13中的拍攝資料是在存儲於 時序(採樣時序)而被存儲的(圖2 長度檢測機^彳晚續纽賴），所以光路 紋有關的離散的貧料選擇部i4a接收與干涉條 然有時振幅的極大點與包 y雖 點，藉由内插根輪的振幅的極大 3離放的拍攝資料而求出干涉條紋的波峰的方法： 下技術：使光路長錢段性 有如 二定:先:長度所拍攝的離散的==母= 的資通渡波器從拍攝資料所獲得 貝射將直流成分除外。將成爲交流成分的 17 29185pifl 修正日期101年9月3日 爲第97135689號中文說明書無劃線修JE本 的蓄、t 方而進行整流。利用使比整流後的重複成分低 曾予以通過她位式低通濾、波11來進行積分，計 二，rt紋的包絡線資料。即，進行通常的包絡線檢波。 〜m罐波峰位置的精細度的要求，在整流後的重複成 G間=以平方特性來進行内插，並對内插後的重複成 :二積W求出包絡線資料。求出成爲此包絡線資料的 所々哉位置。另外’如曰本專利特開平9-318329號公報中 路ί Ϊ號處理機構20也可以利用離散處理來求出波 ’而不管拍攝資料的時序（時間間隔） 紋 的周期如何。 4移運算機構15根據圖2的例如測量位置（χιη，γ ) ^的特定波長ti和以彳目同方式求出的基麵量位置（xs， =上_定波長ts之差ts_u而求出相對於基準測量位 =篁值的被測量物的形狀的位移，即，被測量物7的 ^里，圍的n位置上的干涉條紋的波峰位置的光路長 度’也就是各特定光路長度。 [第2實施方式] 根據圖3、圖4(A)、圖4⑻、圖4(c)、圖4 =、圖4⑻及圖5來進行說明（其中，圖4(a)、 =匕4(C)、圖4(D)、圖4㈤是用以說 的的圖）。圖1的第1實施方式是根據振幅而 trr紋的波峰位置，與此相對，第2實施方式是將 成分，如紅色成分的波長的相位與綠色成分的 波長的相位相-致的光路長度作爲特定光路長度而求出。 1379067 29185pifl 修正日期101年9月3日 爲第97135689號中文說明書無劃線修正本 ，2實施方式中將圖1的信號處理機構20替換成圖3的信 5虎處理機構20a，進而使圖5的相機10成爲彩色相機。因 此’圖1中’光源1是在遍及寬頻帶的多個波長成分中含 $至少兩個波的波長頻帶的成分的光源，這裡，例如使用 含有紅、綠各色的波長頻帶的光源。也可以將紅、綠各色 的波長的光加以合成而使用。信號處理機構20a以外的其

他的構成、動作、時序等與圖丨相同。以下，雜號處理 機構20a進行說明。 圖3中 次 干涉條紋資料選擇部14e與圖1的干涉條紋 斗選擇。[5 14a基本上相同，但由於所述干涉條紋資料選 擇部14e也是本發明的主要構成之―，所以使用圖4(a)、 圖4⑻、圖4(C)、圖4(D)、圖4⑻來說明。 =涉條紋=料選擇部14e是在相機⑴或記憶體13如上所 邊現象的採樣時序（比λ/6長的期間的時序）獲 取貢料’、所以將來自記憶體13的時間區域資料藉由FF;

成頻率區域資料，並濾除因所述混疊現象産生的無 邱1二以獲取干涉條紋的轉成分，雜送給波長選擇 軸上的干魏擇部⑷，使頻轉還原成原本的時間 ㈣f選擇部Μ⑽波器，來選擇且保留 =D T肩圖4 (D)的資料中的右半部分的3 面 中以/炎灰色表示的資料）以作爲 ，將處於前—個頻帶中的無用成分予以去除。狹後係 (D)的頻率轴伸長(圖4㈤的灰色區域所; gl85pifi 修正日期101年9月3日 ’、第9713娜號中文說鴨_線修正本 分）而還原，並發送給波長選擇部14d。 這裡’使用圖4來進行全盤的原理性的說明。圖4(A) 是紅色、綠色的各波長成分的干涉條紋’是在滿足採樣定 理的採樣時序T0 (比所述λ/6ν早的時序）進行測量的情 =下的一例。圖4 (Β)是轉換成圖4 (Λ)的頻率區域的 資料。而且，此時，藉由濾波器來選擇左半部分的資料並 加以利用。如本發明所示，例如，如果在滿足採樣定理的 採樣時序Τ0的一半處且在産生混疊現象的時序獲取（採 樣）資料，則可取代圖4 (A)而獲得圖4 (C)的時間區 域的資料。作爲頻率區域的資料，取代圖4 (B)的資料而 獲得如圖4 (D)所示在與圖4 (B)頻率成分的分布相比 時左右分布發生了調換的資料。即，圖4(B)的右側的無 用成刀因此宜現象而出現在圖4 ( d )的左側的頻率位置， ^圖4 (B)的左側的本來的干涉條紋的成分則出現在圖4 (D)的右側的頻率位置。而且，圖4 (D)的頻率轴與圖 (B)的頻率轴相比’在採樣頻率的關係上成爲一半。因 4⑻的左側的成分波形與圖4⑼的右側的成 刀^相同，所以只要利用渡波器來將其分離，且如圖4 :::變比例尺’就可以獲得本來想要獲得的圖4 CB)的左半部分的頻率成分的資料。 10的關錢行具體㈣。例如，如果利用相機 中的採樣時序T〇的X倍（所述圖4 (c) 千所達成的樣品資料數m，將時間區域的 ^條文貝枓错由FTT處理而轉換成頻率區域資料，並且 20 1379067 29185pifl 修正日期101年9月3日 爲第97135689號中文說明書無劃線修正本 如果將基鄕樣定理的採樣時序TG的樣品資料數設爲n 時，則m = n/x，且相應地頻率數軸上的刻度作縮小處理。 即’如上所述以分頻的形態來表示。因此，干涉條紋資料 达擇。卩14e在改變圖4 (D)的頻率軸的比例尺，並如圖4 (E)所示與基於採樣定理的頻率軸（與圖4 (B)相同） 相=地進彳了處理時，將進行卿處_所處理的樣品資料 數設爲m個，除此以外，僅對數^巧―m = n (χ—丨）/χ

利用值爲〇的資料來進行補充（0填充（padding))處理。 I7 —對樣vm資料數變少而空白的n—m的頻率區域利用〇 的貧料，進行填充。另外，從理論上而言，由於頻率轴比 例尺只縮小了 η/χ，因而也可以不改變樣品資料數，而將 此頻率軸上的刻度換讀成χ倍來處理。而且，由所述fft 産生的樣品資料數與頻率軸的關係即使在所述的實施方式 1中也相同。

圖3中’波長選擇部I4d接收從干涉條紋資料選擇部 14e發送而來的頻率區域的資料，並藉㈣波器而將頻率 分，例如藍色（B)成分、綠色⑹成分、紅色（R)成 分這二類，再將所述各個成分發送給光路長度計算部Μ。 在光路長度計算部14f内，在接㈣各個成分並進行逆傅 立葉轉換所得的時間區域的干涉條紋資料中，B相位叶算 部Mf卜G相位計算部Mf2、尺相位計算部分別求 出所符合的成分的相位變化（例如，藉由正交解調而求出 相位）。圖5表示相對於光路長度的變化（橫軸）的所述 各相位變化（縱軸卜而且，如圖6所示，光路長度決定 21 1379067 29185pifl 修正日期101年9月3日 爲第97135689號中文說明書無劃線修 機構曰 14f4將所述三種成分的相位一致的光路長度決定爲 該測罝位置上的特定光路長度。此時，因爲資料是離散的， 所以在難以指定相位一致點的光路長度的情况下，使用如 上所述的内插等方法。 在所述構成中’信號處理機構2〇、2〇a以及光路長度 控制機構16可由中央處理器（Central processing unit， CPU)及記憶體構成。 如上所述’由於可在産生混疊現象的時序獲取資料而 進行測量’所以可减少資料獲取的次數。因此，作爲主要 的測量時間’如果用〔光路長度可變時間+資料獲取次數x (曝光時間+獲取處理時間）〕來表示，則可以與資料獲 取次數的减少相應地縮短測量時間。 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以 限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神 和範圍内，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護 範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。 【圖式簡單說明】 圖1是表示第1實施方式的功能構成的圖。 圖2是用以說明干涉條紋的圖。 圖3是表示改變了圖1的光路長度檢測機構後的第2 實施方式的圖。 圖4(A)、圖4(B)、圖 4(C)、圖 4(D)、圖 4 (E)是用以說明圖3的干涉條紋資料選擇部的動作的圖。 圖5是用以說明圖3的光路長度決定機構的動作的 22 1379067 29185pifl 修正日期101年9月3日 爲第97135689號中文說明書無劃線修正本 圖，表示各頻率成分的干涉條紋。 圖6是用以說明圖3的光路長度決定機構的動作的 圖，表示各頻率成分的相位特性。 圖 7 (A)、圖 7 (B)、圖 7 (C)、圖 7 (D)、圖 7 (E)、圖7(F)是用以說明在第1實施方式中去除了混 疊現象的影響而求出干涉條紋的動作的圖。而且，圖7 (A)、圖 7(B)、圖 7(C)、圖 7(D)、圖 7(E)、 圖7 (F)是用以在“背景技術’’一欄中對本發明的背景進行 說明的圖。 【主要元件符號說明】 1 光源 2 準直透鏡 3 分光鏡 4 物鏡 5 分光鏡 6 參考鏡 7 被測量物 8 光路長度可變機構 9 成像透鏡 10 拍攝機構 13 記憶體 14 光路長度檢測機構 14a、 14e 干涉條紋資料選擇部 23 1379067 修正日期101年9月3曰 29185pifl 爲第97135689號中文說明書無劃線修正本 14d 波長選擇部 14c 、 14f 光路長度計算部 14fl B相位計算部 14f2 G相位計算部 14flm R相位計算部 14f4 光路長度決定機構 15 位移運算機構 16 光路長度控制機構 18 用戶界面 20 ' 20a 信號處理機構 24

Claims (1)

1. ^9l85pifl 修正日期101年9月3 爲第97135689號中文說明書無劃線修正本 七、申請專利範圍： 1.-種三維形狀測量裝置，其具備：寬頻帶光源⑴， t出具有多個頻譜的寬頻帶光路形成部⑸，使所述 見頻帶光分支而入射到具有參考鏡的參考光路和配置有被 =量物的測量光路，並使來自所述參考鏡的反射光和來自 破照射的所述被測量物的照射範圍的照射位置的各反射光 進行合波後輸出4路長度可變機構⑻，使所述 =者所制量光_任—個的光路長度發生變化；拍攝 ’崎於由所述光路長度可變機構導致的所述 ==的變化’在規定的採樣時序對來自所述光路形成 攝，從而獲取含有干涉條紋的干涉條紋資 =值時的特定光路長度，該三維形 =2= 維形狀測量裝置的特徵在於， 里物⑽狀5亥二 =述拍攝機構拍攝時的所述規定的採樣 ，路成分的輸出中所含的干涉條 t該採樣時序設爲在頻率區域 := :==現象產生的頻率成分的 所述先路長度檢_構具 (14a)，將由所述拍攝 ^條紋貝科選擇部 干涉條έ文資料棘$ & 述規疋的採樣時序獲取的 :二二=域的資料，並將所述混疊現象 成刀除外’而選擇所述實頻率成分産生的新的 25 1379067 29185pifl 爲第97135689號中文說明書無劃線修正本 修正曰期101年9月3曰 干涉條紋資料；以及光路長度計算部（ 的干涉條紋資料，求錢示出所述 ；，根據所述新 述特定光路長度。 R干涉條紋的特徵值的所 其中2.如中請專利範圍第i項所述的三維形狀測量裳置， 所述干涉條紋資料選擇部將從所述拍攝 =資:以基於所述採樣時序的樣品資料數來進SC 葉轉換，攸而進行所述頻率區域的資料 區域上將所述混疊現象産生的無用成分除外== 該頻率區域的新的干涉條紋資料， 選擇 所述光路長度檢測部將該頻率區域的新的干涉條 料的所述採樣資料數轉換成基於採樣定理的樣品資=數，、 然後對該解區域㈣的干涉肢㈣進行逆傅立 換，以轉換成時間區域的新的干涉條紋的包絡線資料了並 根據該時間區域的新的干涉條紋資料而求出顯示出所述 涉條紋的特徵值的所述特定光路長度。 3.如申請專利範圍第1項所述的三維形狀測量裝置， 其中 & 所謂相對於由所述光路長度可變機構導致的所述光路 長度的變化而産生所述混疊現象的時序，是指在將所述寬 頻帶光的大致中心波長設爲λ時，由該光路長度可變機槿 導致的該光路長度的變化超過λ/6關隔。長雜構 4.如申明專利範圍第1或2項所述的三維形狀測量裝 置，其中 、、 26 1379067 29l85pifl 修正曰期101年9月3日 • 爲第97135689號中文說明書無劃線修正本 所述拍攝機構以固有的最小曝光時間進行拍攝，且在 將所述光路長度可變機構使所述光路長度發生變化的速度 設爲V時，將所述光路長度的變化超過^ (6v)的時間間 隔作爲所述時序而進行拍攝。 5.如申叫專利範圍第1或2項所述的三維形狀測量農 置’其中 、所述光路長度檢測機構具有波長選擇部（l4d)，從 述干涉條紋資料選擇部所選擇的所述新的干涉條 提取至少兩個波長成分， / 、所述光路長度計算部根據所述提取的至少兩 ^的所述時間區域的新的干涉條紋資料，將相j :致成爲零的所述光路長度作爲所述特定先

   27 1379067 29185pifi 爲第97135689號中文說明書無劃線修正本 四、指定代表圖： 修正日期101年9月3日

   (一) 本案指定代表圖為：圖（1 )。 (二) 本代表圖之元件符號簡單說明： 1 光源 2 準直透鏡 3 分光鏡 4 物鏡 5 分光鏡 6 參考鏡 7 被測量物 8 壓電部 9 成像透鏡 10 相機 13 記憶體 14 光路長度檢測機構 14a 干涉條紋資料選擇部 14c 光路長度計算部 15 位移運算機構 16 光路長度控制機構 18 用戶界面 20 信號處理機構 五、本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵 的化學式： 益〇 3