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SHAPE MEASUREMENT METHOD, SHAPE MEASUREMENT DEVICE, DISTORTION MEASUREMENT METHOD, AND DISTORTION MEASUREMENT DEVICE

Patent code P100001348
File No. P09-038
Posted date Dec 13, 2010
Application number P2010-095569
Publication number P2011-226871A
Patent number P5743419
Date of filing Apr 18, 2010
Date of publication of application Nov 10, 2011
Date of registration May 15, 2015
Inventor
  • (In Japanese)谷田貝 豊彦
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人宇都宮大学
Title SHAPE MEASUREMENT METHOD, SHAPE MEASUREMENT DEVICE, DISTORTION MEASUREMENT METHOD, AND DISTORTION MEASUREMENT DEVICE
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method and device which can realize shape measurement with high accuracy and high sensitivity by a fringe projection method, and a method and device for distortion measurement.
SOLUTION: A lattice plate 12 is irradiated with light 22 from a light source section 11, and light 23 having passed through the lattice plate 12 is projected as a lattice image on an object to be measured 14. The lattice image is taken to calculate and quantify the three-dimensional shape of the object to be measured 14 based on the distortion of the lattice image. The quantification of the three-dimensional shape includes the following steps in this sequence: a step for capturing image data of the lattice image; a step for performing two-dimensional Fourier transformation on the captured image data; a step for fetching an n-order peak signal; a step for performing inverse Fourier transformation on a signal containing phase distribution; and a step for quantifying the three-dimensional shape.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)


従来、光学素子のレンズ面、反射面、透過面等の形状を測定するために、被測定面と参照面とに光束を照射して、それぞれを反射又は透過した光による干渉縞画像を取得し、干渉縞画像を解析して被測定面の面形状を計測する干渉計が種々知られている。干渉縞画像の解析方法としては、被測定面と参照面とを相対移動することで光路長差の位相をシフトさせて複数の干渉縞画像を取得し、各干渉縞画像の同一位置における輝度値の変化から測定光の参照光に対する位相を測定し、被測定面の形状を算出する表面形状の測定方法が知られている(特許文献1~4参照)。



特許文献1には、被測定面と参照面との距離をπ/2の位相に対応するλ/8ずつ変化させ、π/2ずつ位相が異なる7枚の干渉縞画像を取得し、それぞれの同一位置の強度データから位相θを算出し、被測定面の各位置での位相θを求めることで波面を算出する表面形状測定方法が記載されている。この技術には、被測定面と参照面との間の光路長差を正確に変化させることができる場合には、高精度に波面を算出することができるものの、光路長差の変化量がλ/8に対して誤差を有する場合には測定誤差が大きくなるという問題があった。



この問題に対し、特許文献2では、同一の光束を測定光と参照光とに分割し、複数の干渉縞を形成して、それぞれの干渉縞画像を取得し、位相差を測定することにより、被測定面の形状を算出する表面形状の測定方法であって、位相差を目標位相増分Δφずつずらして(2n+1)枚の被測定画像を取得する被測定画像取得工程と、各被測定画像内の一定位置の位置強度データgj(j=-n,…,0,…,n)から、被測定光の位相θを算出して波面形状を算出する波面形状算出工程とを備え、位相θの計算式に含まれる係数Ai、Bi(i=1,…,n)は、位置強度データgjが、目標位相増分Δφからの位相偏差εを誤差として含む場合に、位相偏差εの(2n-2)次以下の成分によらず一定となるように設定する表面形状測定方法を提案している。



また、干渉縞の計測方法に関する技術として、特許文献3には、同一の光束を測定光と参照光とに分割して干渉縞画像を取得し、さらにこの状態から、位相増分Δφずつシフトして、合計n個(nは3以上の整数)の干渉縞画像を取得し、これらn個の干渉縞画像から被測定面の形状を算出するフリンジスキャン干渉縞計測方法であって、位相増分Δφを細分する位相量で0からΔφ・(n―1)までシフトさせてn個の干渉縞画像の候補画像を取得する候補画像取得工程(ステップS1)と、各候補画像の同一位置における位相変化を算出する位相変化算出工程(ステップS2)と、この位相変化に基づいて、候補画像のうちからn個の干渉縞画像を選択する画像選択工程(ステップS4)とを備える技術が提案されている。この技術によれば、簡素な構成を用いて、容易かつ高精度な形状測定を行うことができるとされている。



一方、特許文献4には、ホログラム原器を用いた簡単な方法で正確に被験物体の形状を非接触で検査する技術が提案されている。この技術では、レーザー光源からのレーザー光がスリット状の平面波にされて被験物体に入射され、音響光学回折素子からなるホログラム原器にはそれに入力される電気信号を変化させることにより基準物体のホログラムの所定の行に対応する位相型格子パターンが形成される。被験物体を透過もしくは反射した物体光は、このホログラム原器に入射され、ホログラム原器で回折した光のうち、1次回折光が検出される。回折光の到達時間を、波面に垂直な方向に移動させながら検出し、その検出時刻の遅延時間から回折された時刻が分かるので、被験物体の形状の基準値に対する歪みを検出時刻の遅延により求めることができるというものである。

Field of industrial application (In Japanese)


本発明は、高精度且つ高感度の形状測定方法及び装置並びに歪み測定方法及び装置に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
光源部からの光を格子板に照射し、該格子板を透過した光を前記被測定物上に格子像として投影し、該格子像を撮影して格子像の歪みから前記被測定物の3次元形状を数値化するフリンジ投影法による形状測定方法であって、前記三次元形状の数値化が、高調波の空間周波数を含んだ前記格子像の画像データ取り込みステップ、取り込んだ画像データの二次元フーリエ変換ステップ、複数のピーク信号の中から、前記格子像のピッチに相当する周波数の整数倍付近に現れたn次(ただし、n=1を除く)のピーク信号の1つを取り出す取り出しステップ、該取り出しステップによって取り出された、前記格子像の歪み分布である位相分布を含む前記n次のピーク信号の逆フーリエ変換ステップ、及び三次元形状数値化ステップをその順で含むことを特徴とする形状測定方法。

【請求項2】
 
光源部と、該光源部からの光を透過させる格子板と、透過した光を前記被測定物に投影するレンズと、前記被測定物上の格子像を撮影する撮像装置と、該撮像装置で得た格子像の歪みから前記被測定物の3次元形状を数値化する演算装置とを有するフリンジ投影法による形状測定装置であって、前記演算装置が、高調波の空間周波数を含んだ前記格子像の画像データ取り込みステップ、取り込んだ画像データの二次元フーリエ変換ステップ、複数のピーク信号の中から、前記格子像のピッチに相当する周波数の整数倍付近に現れたn次(ただし、n=1を除く)のピーク信号の1つを取り出す取り出しステップ、該取り出しステップによって取り出された、前記格子像の歪み分布である位相分布を含む前記n次のピーク信号の逆フーリエ変換ステップ、及び三次元形状数値化ステップをその順で含むことを特徴とする形状測定装置。

【請求項3】
 
被測定物の表面に格子パターンを印刷し、その被測定物に応力を加えた後に該格子パターンを撮影し、その格子パターンの変形から前記被測定物に加わった歪みを数値化する歪み測定方法であって、前記歪みの数値化が、高調波の空間周波数を含んだ前記変形した格子パターンの画像データ取り込みステップ、取り込んだ画像データの二次元フーリエ変換ステップ、複数のピーク信号の中から、前記格子パターンのピッチに相当する周波数の整数倍付近に現れたn次(ただし、n=1を除く)のピーク信号の1つを取り出す取り出しステップ、該取り出しステップによって取り出された、前記格子パターンの歪み分布である位相分布を含む前記n次のピーク信号の逆フーリエ変換ステップ、及び歪みの数値化ステップをその順で含むことを特徴とする歪み測定方法。

【請求項4】
 
光源部と、該光源部からの光を物体光と参照光とに分ける分光部と、前記物体光の光路内に配置される被測定物と、該被測定物の透過光と参照光とからなる干渉縞を撮影する撮像装置と、該撮像装置で得た干渉縞から前記被測定物の歪みを計算する演算装置とを有する歪み測定装置であって、前記演算装置が、高調波の空間周波数を含んだ前記干渉縞の画像データ取り込みステップ、取り込んだ画像データの二次元フーリエ変換ステップ、複数のピーク信号の中から、前記干渉縞のピッチに相当する周波数の整数倍付近に現れたn次(ただし、n=1を除く)のピーク信号の1つを取り出す取り出しステップ、該取り出しステップによって取り出された、前記干渉縞の歪み分布である位相分布を含む前記n次のピーク信号の逆フーリエ変換ステップ、及び歪みの数値化ステップをその順で含むことを特徴とする歪み測定装置。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2010095569thum.jpg
State of application right Registered
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