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縞位相解析方法 新技術説明会

国内特許コード P03A000456
整理番号 U2001P046
掲載日 2003年8月28日
出願番号 特願2001-195032
公開番号 特開2003-014426
登録番号 特許第3475245号
出願日 平成13年6月27日(2001.6.27)
公開日 平成15年1月15日(2003.1.15)
登録日 平成15年9月26日(2003.9.26)
発明者
  • 森本 吉春
  • 藤垣 元治
  • 米山 聡
  • 山本 裕子
出願人
  • 国立大学法人和歌山大学
発明の名称 縞位相解析方法 新技術説明会
発明の概要 【課題】 2次元の干渉縞の位相を成分別に分離して求める縞位相解析方法を提供する。
【解決手段】 mとnを3以上の互いに素である整数として、2つの互いに異なった方向の縞を、一方の縞の位相を全体で整数m周期分、他方の縞の位相を全体で整数n周期分だけ位相シフトするように等位相間隔で位相シフトさせながら撮影したm×n枚の画像から、前記一方の縞に関してm枚ごとにn枚の画像を抽出し、前記他方の縞に関してn枚ごとにm枚の画像を抽出し、各々の縞に関する位相を各々に関して抽出したこれらの画像に位相シフト法を適用することにより得る。
従来技術、競合技術の概要


モアレ干渉法は、試料物体の微小な変位やひずみを非接触において計測するのに多くの研究で用いられている計測方法であり、特に、電子部品の熱変形の計測をはじめ、生体力学や圧電材料、建築用材料等の研究にも広く用いられている。このような従来の位相解析方法としては、3枚又は4枚の画像を使用する位相シフト法、特開2001-004338において開示されている積分型位相シフト法、森本吉春、瀬口靖幸および坂上英和による「モアレ法および格子法によるひずみ解析-画像処理とフーリエ変換の利用-、機械の研究」、Vol.41,No.1,224-230(1989)に記載のフーリエ変換格子法などがある。
位相シフト法は、原理が単純で広く用いられている方法である。ここにその原理を簡単に説明する。位相シフト法は、格子の位相を1周期分だけ変化させながら複数枚の格子画像を撮影し、得られた複数の画像から位相分布を求める方法である。すべての画素において輝度は1周期分変化するため、その輝度変化から各点ごとに独立して、すなわち周囲の画素の輝度変化の情報を使わずに位相値を求めることができる。そのため、段差や不連続のある物体の形状計測に有効な手法と言える。ここでは、最も一般的に用いられているπ/2ずつ位相シフトされた格子の4つの画像における輝度から位相を求める位相シフト法の原理を示す。図1は、従来の位相シフト法の原理を説明する図である。図1aは元の格子で、図1b~dはそれぞれ位相がπ/2、π、3π/2だけ位相シフトされた格子である。図1aにおける格子の位相分布を図1eに示す。位相シフト量α=0における格子の位相を初期位相と呼ぶ。図1a~dの各画像において点Pの輝度を順にI、I、I、Iとし、点Pの初期位相をθとする。初期位相とは、位相シフト量0のときの格子の位相のことであり、図1gにおけるθの値である。位相シフト量αと点Pにおける輝度変化の関係を図1fに示す。IとIは、それぞれ輝度の最大値と最小値である。点Pにおける輝度I、I、I、Iは、以下のように表すことができる。
=a cosθ+b
=a cos(θ+π/2)+b
=a cos(θ+π)+b
=a cos(θ+3π/2)+b (1)
ここで、aとbは、それぞれ以下に示すように位相シフト時の輝度の振幅と輝度の平均値とする。
【数1】
式(1)より、I-IとI-Iを計算すると、それぞれ以下の式が得られる
-I=-2a cosθ (3)
-I=2a sinθ (4)
これにより、以下の式が得られる。
【数2】
x-y平面において、原点と点(x,y)を結ぶ直線とx軸の正の方向とが成す一般角をθとする。ここではこのθを位相と呼ぶ。図2にx-y平面における点(x,y)とその位相θの関係を示す。式(5)から位相θを算出する方法のひとつとして、xとyの値に応じて以下の表1に示すような値をとる関数arg(x,y)を定義する。
【表1】
これを用いれば、位相θを以下の式に示すようにI、I、I、Iの値を用いて求めることができる。
θ=arg(-(I-I),I-I) (6)
式(6)で得られる位相の範囲は0~2πであり、図1eに示す分布となる。しかし、2次元の干渉縞解析に適用する場合は、1方向ごとに順に位相シフトを行うことしかできず、1フレーム撮影するごとに結果を得ることはできなかった。
積分型位相シフト法は撮影時に位相シフトのための縞の動きを停止させる必要がなく、一定速度で位相シフトを行えばいいので高速化が容易な手法である。しかし、この方法も1次元の縞の解析方法であるため、2次元の縞の解析を行うことはできなかった。
また2次元の縞の位相解析方法としては、フーリエ変換格子法などがあるが、解析時にフーリエ変換を行うため時間がかかるという問題点があった。

産業上の利用分野


本発明は、縞の位相解析方法に関し、特に、非接触変形計測装置や微小変形ひずみ計測検査装置等において用いられるモアレ干渉法における干渉縞の位相解析方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
mとnを3以上の互いに素である整数として、位相方向が互いに異なった2つの干渉縞を、一方の干渉縞の位相を全体で整数m周期分、他方の干渉縞の位相を全体で整数n周期分だけ位相シフトするように等位相間隔で位相シフトさせながら撮影したm×n枚の画像から、前記一方の干渉縞に関してm枚ごとにn枚の画像を抽出し、前記他方の干渉縞に関してn枚ごとにm枚の画像を抽出し、各々の干渉縞に関する位相変化を各々に関して抽出したこれらの画像に位相シフト法を適用することにより得ることを特徴とする干渉縞位相解析方法。

【請求項2】
mとnを3以上の互いに素である整数として、位相方向が互いに異なった2つの干渉縞を、一方の干渉縞の位相を全体で整数m周期分、他方の干渉縞の位相を全体で整数n周期分だけ位相シフトするように等位相間隔で位相シフトさせながら撮影したm×n枚の画像から、前記一方の干渉縞に関してm枚ごとにn枚の画像を抽出し、前記他方の干渉縞に関してn枚ごとにm枚の画像を抽出し、各々の干渉縞に関する位相変化を各々に関して抽出したこれらの画像に積分型位相シフト法を適用することにより得ることを特徴とする干渉縞位相解析方法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2001195032thum.jpg
出願権利状態 登録
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