【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、光学的干渉計、モアレ
法や格子を用いた精密測定装置に関し、特に縞画像の位
相の分布を高精度かつ高速度に検出し、計算して超精密
加工製品などの面形状、温度分布、屈折率分布や、粗面
物体の形状、変位、変形等を実時間で測定する２次元情
報測定装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a precision measuring device using an optical interferometer, a moire method or a grating, and in particular, it detects a phase distribution of a fringe image with high accuracy and at high speed and calculates it to obtain ultra-precision. The present invention relates to a two-dimensional information measuring device that measures the surface shape, temperature distribution, refractive index distribution of a processed product, etc., and the shape, displacement, deformation, etc. of a rough surface object in real time.
【０００２】[0002]
【従来の技術】精密機械、電子産業の分野では、超精密
加工部品や超精密装置が製作されており、それら製品の
検査あるいは装置の駆動制御に関して、光学的干渉計に
よる測定装置が広く用いられている。さらに、粗面製品
の面形状や温度、力による物体の変位、変形などが、モ
アレ法やホログラフイー干渉計などによって測定されて
いる。このような従来の測定方法は、干渉測定やモアレ
法の自動化や高精度化を主眼として、例えば干渉測定で
は、参照面を電気的に微少量変化させながら干渉縞を計
算機に取込み、それら複数個の干渉縞から光の位相分布
を計算して測定するものであった。2. Description of the Related Art In the fields of precision machinery and electronics industry, ultra-precision processed parts and ultra-precision equipment are manufactured, and optical interferometers are widely used for inspection of these products or control of drive of the equipment. ing. Further, the surface shape and temperature of the rough surface product, the displacement and deformation of the object due to the force are measured by the moire method, the holographic E interferometer and the like. Such a conventional measurement method focuses on automation and high accuracy of the interferometric measurement and the moire method, for example, in the interferometric measurement, the interference fringes are captured in a computer while changing the reference surface electrically in a small amount, and a plurality of them are obtained. The phase distribution of light was calculated and measured from the interference fringes.
【０００３】図１２は、面形状を高精度に測定するため
の従来装置の構成図である。同図において、測定は以下
のように行なわれる。レーザ２００からの光はコリメー
タレンズ２０１で平行光にされ、その平行光を半透鏡２
０３で２方向に分け、被測定物体２０４と参照面２０５
とを照明する。それぞれの面から反射して来た光を再び
半透鏡２０３で合わせて、干渉縞２０６を形成する。こ
の干渉縞２０６の強度をテレビカメラ２０７を用いて計
算機２０８に入力して計算するが、この時に計算機２０
８はピエゾ素子２１０を用いて参照面２０５を微少量ず
つ波長／２までＮステップ移動して変化させ、位相がず
れた干渉縞２０６を計算機２０８に入力して演算を行な
う。このような測定システムにより、例えば被測定物体
２０４の面形状を１／１０００波長程度で高精度に測定
することができる。FIG. 12 is a block diagram of a conventional apparatus for measuring a surface shape with high accuracy. In the figure, the measurement is performed as follows. The light from the laser 200 is collimated by the collimator lens 201, and the collimated light is converted into parallel light.
The object to be measured 204 and the reference surface 205 are divided into two directions by 03.
And illuminate. The light reflected from each surface is combined again by the semi-transparent mirror 203 to form an interference fringe 206. The intensity of the interference fringe 206 is input to the calculator 208 by using the television camera 207 and is calculated.
Reference numeral 8 uses the piezo element 210 to move the reference surface 205 by a small amount by N steps to N / 2 steps to change it, and inputs the interference fringes 206 with a phase shift to the computer 208 to perform calculation. With such a measurement system, for example, the surface shape of the measured object 204 can be measured with high accuracy at about 1/1000 wavelength.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】上述した従来装置で
は、テレビカメラ２０７の複数フレームを時系列で計算
機２０８に取込むためにデータの入力に時間がかかり、
また、一度計算機２０８に格納したデータを、やりとり
しながら演算するので時間がかかり、実時間（テレビレ
ート）での測定は不可能である。さらに、被測定物体２
０４が金属面のように時間変化のないものは、測定時間
がある程度かかっても問題はないが、例えばプラズマ密
度の測定のように時間変化するものは実時間測定するこ
とが不可欠である。また、測定を実時間で行なうことが
できれば、その結果を測定系や制御系にフィードバック
することができ、より多機能なシステム構成が可能とな
る。In the above-described conventional apparatus, it takes time to input data because a plurality of frames of the television camera 207 are fetched in the computer 208 in a time series.
Further, since the data once stored in the computer 208 is calculated while being exchanged, it takes time, and it is impossible to measure in real time (television rate). Furthermore, the measured object 2
If the surface 04 does not change with time, such as a metal surface, it does not matter even if it takes a certain amount of time to measure, but it is indispensable to measure in real time for a material that changes with time such as plasma density measurement. Further, if the measurement can be performed in real time, the result can be fed back to the measurement system and the control system, which enables a more multifunctional system configuration.
【０００５】本発明は上述のような事情よりなされたも
のであり、本発明の目的は、バイアス位相が１２０°ず
つ異なる３枚の縞画像や、テレビ信号又はサンプリング
データを同時に得て、これらの信号を基にテレビレート
で縞画像の位相分布や位相差分布を演算、計測して、被
測定物体からの２次元的な物理量の情報を高精度、かつ
実時間で測定することができる２次元情報測定装置を提
供することにある。The present invention has been made under the above circumstances, and an object of the present invention is to simultaneously obtain three striped images having different bias phases by 120 °, a television signal or sampling data, and to obtain these. Two-dimensional that can calculate and measure the phase distribution and phase difference distribution of the fringe image at the TV rate based on the signal to measure the two-dimensional physical quantity information from the measured object with high accuracy and in real time. It is to provide an information measuring device.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明は２次元情報測定
装置に関するもので、本発明の上記目的は、２次元的な
物理量の変化に応じて、バイアス位相が１２０°ずつ異
なる３つの正弦波状信号の２次元光強度を出力する物理
量測定光学系と、前記物理量測定光学系からの前記正弦
波状信号のバイアス位相が０°である光強度を２次元的
に検出する第１の光検出手段と、前記バイアス位相と位
相が１２０°異なる前記物理量測定光学系からの光強度
を２次元的に検出する第２の光検出手段と、前記第１の
光検出手段により検出された光のバイアス位相と位相が
２４０°異なる前記物理量測定光学系からの光強度を２
次元的に検出する第３の光検出手段とを設けることによ
って達成される。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a two-dimensional information measuring device. The object of the present invention is to provide three sinusoidal waveforms whose bias phases differ by 120 ° according to changes in a two-dimensional physical quantity. A physical quantity measuring optical system for outputting a two-dimensional light intensity of a signal; and a first light detecting means for two-dimensionally detecting a light intensity having a bias phase of 0 ° of the sinusoidal signal from the physical quantity measuring optical system. A second photo-detecting means for two-dimensionally detecting the light intensity from the physical quantity measuring optical system having a phase different from the bias phase by 120 °, and a bias phase of the light detected by the first photo-detecting means. The light intensity from the physical quantity measuring optical system having a phase difference of 240 ° is set to 2
It is achieved by providing a third light detecting means for detecting dimensionally.
【０００７】また、本発明の目的は、２次元的な物理量
の変化に応じて、正弦波状信号の２次元光強度を出力す
る物理量測定光学系と、前記物理量測定光学系からの前
記正弦波状信号を検出し、検出信号のバイアス位相が０
°である光強度を２次元的に検出する第１の光検出手段
と、前記バイアス位相と前記検出出力信号のバイアス位
相が１２０°ずれた前記物理量測定光学系からの光強度
を２次元的に検出する第２の光検出手段と、前記第１の
光検出手段により検出された信号のバイアス位相と前記
検出信号のバイアス位相が２４０°ずれた前記物理量測
定光学系からの光強度を２次元的に検出する第３の光検
出手段とを設けることによって達成される。Another object of the present invention is to provide a physical quantity measuring optical system which outputs a two-dimensional light intensity of a sinusoidal signal according to a two-dimensional physical quantity change, and the sinusoidal signal from the physical quantity measuring optical system. Is detected and the bias phase of the detection signal is 0
The first light detecting means for two-dimensionally detecting the light intensity which is ° and the two-dimensional light intensity from the physical quantity measuring optical system in which the bias phase and the bias phase of the detection output signal are shifted by 120 °. The light intensity from the second light detecting means for detecting and the physical quantity measuring optical system in which the bias phase of the signal detected by the first light detecting means and the bias phase of the detected signal are shifted by 240 ° are two-dimensionally It is achieved by providing a third light detecting means for detecting.
【０００８】[0008]
【作用】本発明は、２次元的な物理量の変化に応じて被
測定用の縞画像のバイアス位相が１２０°ずつずれた光
を出力する物理量測定光学系と、この物理量測定光学系
から出力された３つの光に対して、その３個の縞画像を
周波数同期した３台のテレビカメラで撮像し、それらビ
デオ信号を用いてディジタル演算、処理を行ない、前記
被測定用縞画像の位相分布を実時間で測定するものであ
る。According to the present invention, the physical quantity measuring optical system outputs light in which the bias phase of the fringe image to be measured is shifted by 120 ° according to the change of the two-dimensional physical quantity, and the physical quantity measuring optical system outputs the light. With respect to the other three lights, the three stripe images are picked up by three frequency-synchronized television cameras, and digital calculation and processing are performed using the video signals to obtain the phase distribution of the measured stripe image. It is measured in real time.
【０００９】また、干渉縞や格子像などでキャリア周波
数の高い縞画像を、ＣＣＤカメラなどのような規則的に
配列された光検出素子で撮像すると、縞画像とのモアレ
（電子モアレ）信号を作成することができ、ビデオ信号
を低周波フイルタリングすると、このモアレ信号のみを
取出すことができる。このモアレ縞のバイアス位相は、
撮像した縞画像とＣＣＤカメラの光検出素子との相対位
置で決まるので、３台のＣＣＤカメラの位置を調節する
ことにより、それぞれ１２０°ずつずれたビデオ信号を
得ることができる。これら１２０°ずつずれた信号を用
いて、ディジタル演算、処理により光の位相分布や電子
モアレ縞の位相分布や位相分布差を実時間測定すること
ができる。上で述べた手法は、３個のＣＣＤ素子を用い
て実現することができるが、１２０度ずつずれた信号を
検出する光検出素子を同一平面上に配置することによっ
て、１個のＣＣＤ素子を用いて行なうことも可能であ
る。このとき、１２０度ずつずれた信号は２個おき毎の
光検出素子から検出される信号となり、ストライプカラ
ーフィルタを用いた単管式カラーＣＣＤの信号処理方式
がそのまま使えて、Ｒ、Ｇ、Ｂ信号がそれぞれ１２０度
ずつ位相のずれた信号に対応する。Further, when a fringe image having a high carrier frequency such as an interference fringe or a lattice image is picked up by a regularly arranged photodetecting element such as a CCD camera, a moire (electronic moire) signal with the fringe image is obtained. It can be created, and if the video signal is low-frequency filtered, only this moire signal can be extracted. The bias phase of this moire fringe is
Since it is determined by the relative position between the captured fringe image and the photo-detecting element of the CCD camera, by adjusting the positions of the three CCD cameras, it is possible to obtain video signals that are shifted by 120 °. It is possible to measure the phase distribution of light, the phase distribution of electronic moire fringes, and the phase distribution difference in real time by digital calculation and processing using these signals shifted by 120 °. The above-described method can be realized by using three CCD elements, but by arranging the photodetection elements that detect signals shifted by 120 degrees on the same plane, one CCD element can be used. It is also possible to use. At this time, the signals deviated by 120 degrees become signals detected by every two photodetectors, and the signal processing method of the single-tube color CCD using the stripe color filter can be used as it is. Each signal corresponds to a signal that is 120 degrees out of phase.
【００１０】さらに、キャリア周波数の入った１個の縞
画像や格子像を用いて１個のテレビカメラを用いる場
合、キャリア周波数の１周期の１／３ずつのサンプル点
のデータを用いると、これら３個のサンプルデータの位
相差は１２０°ずつずれていることになる。したがっ
て、このデータからディジタル演算、処理を行なうと、
干渉縞の位相、格子の位相分布や位相差をテレビレート
で測定することができ、これらの位相分布はそれぞれの
被測定物理量に比例している。これら１２０°ずつずれ
た信号を用いて縞画像の位相分布を求めるには、予め入
力信号に対する演算結果を計算して格納しておくディジ
タルルックアップテーブル方式により、テレビレートで
縞画像の位相分布を求めることが可能である。また位相
差分布を求めるには、格納してある減算用の位相分布と
実時間で計算された位相とを、高速に演算処理すること
やルックアップテーブルを用いることにより求めること
が可能である。Further, when one television camera is used by using one fringe image or lattice image containing a carrier frequency, if data of sample points of 1/3 of one period of the carrier frequency is used, these This means that the phase difference between the three pieces of sample data is shifted by 120 °. Therefore, if digital calculation and processing are performed from this data,
The phase of the interference fringes, the phase distribution of the grating, and the phase difference can be measured at the television rate, and these phase distributions are proportional to the measured physical quantities. In order to obtain the phase distribution of the striped image using these signals shifted by 120 °, the phase distribution of the striped image is calculated at the television rate by a digital lookup table method in which the calculation result for the input signal is calculated and stored in advance. It is possible to ask. Further, in order to obtain the phase difference distribution, the stored subtraction phase distribution and the phase calculated in real time can be calculated at high speed or by using a lookup table.
【００１１】[0011]
【実施例】以下に、本発明の実施例を図面を用いて説明
する。図１は、直交偏光間の位相差を測定する場合の、
偏光マハ・ツェンダー干渉測定システムを示している。
直線偏光レーザ光１１をレンズ系１２により平行光と
し、測定光学系１０に入射する。偏光半透鏡１３により
ｘ偏光１６とｙ偏光１７とに分けられ、ｘ偏光１６は被
測定透明物体１９を通過し、ミラー１４を介して第２の
偏光半透鏡１３Ａにより、参照光となるミラー１５から
のｙ偏光１７と合わされる。この偏光マハ・ツェンダー
干渉計からの出力光であるｘ偏光１６及びｙ偏光１７の
振幅をａ及びｂとし、位相成分をφｘ及びφｙとする。
これら出力光１６及び１７に、フアスト軸がｘ−ｙ面内
にあり、ｘ軸及びｙ軸となす角が４５°の１／４波長板
ＱＷＰ１を挿入すると、この１／４波長板を通過した被
測定波面のそれぞれの振幅及び位相は、右と左の円偏光
にそれぞれ変換される。ここで、その波面を、偏光を保
持して振幅を波面分割光学系２０で３分割した後に偏光
板Ｐ１〜Ｐ３を透過させるが、これら偏光板Ｐ１〜Ｐ３
の方向をＺ軸に対して角度θとすると、得られる干渉縞
はEmbodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows the case of measuring the phase difference between orthogonal polarizations.
1 shows a polarization Maha-Zehnder interferometry system.
The linearly polarized laser light 11 is collimated by the lens system 12 and is incident on the measurement optical system 10. It is divided into x-polarized light 16 and y-polarized light 17 by the polarization semi-transparent mirror 13. The x-polarized light 16 passes through the transparent object 19 to be measured, and via the mirror 14, the second polarization semi-transparent mirror 13A serves as a reference light for the mirror 15. Is combined with y-polarized light 17 from. The amplitudes of the x-polarized light 16 and the y-polarized light 17 which are the output light from the polarized Maha-Zehnder interferometer are a and b, and the phase components are φx and φy .
When a quarter wave plate QWP1 having a fast axis in the xy plane and an angle of 45 ° with the x axis and the y axis is inserted into the output lights 16 and 17, the quarter wave plate QWP1 passes through the quarter wave plate. The amplitude and phase of each measured wavefront are converted into right and left circularly polarized light, respectively. Here, the wavefront, but retains the polarization is transmitted through the polarizing plate P1 to P3 after 3 dividing the amplitude by the wavefront splitting optical system 20, these polarizers P1 to P3
If the direction of is at an angle θ with respect to the Z axis, the obtained interference fringes are
【００１２】[0012]
【数１】となる。したがって、角度θを０°、６０°、１２０°
とした偏光板Ｐ１〜Ｐ３を通過させると、得られる干渉
縞Ｉ１〜Ｉ３はそれぞれ、[Equation 1] Becomes Therefore, the angle θ is 0 °, 60 °, 120 °
When passing through the polarizing plates P1 to P3 described above , the obtained interference fringes I1 to I3 are respectively
【００１３】[0013]
【数２】[Equation 2]
【００１４】[0014]
【数３】[Equation 3]
【００１５】[0015]
【数４】となる。これら干渉縞Ｉ１〜Ｉ３は位相が１２０°ずつ
ずれている。したがって、これら干渉縞Ｉ１〜Ｉ３をテ
レビカメラＴＶ１〜ＴＶ３で撮像し、[Equation 4] Becomes The phase of these interference fringes I1 to I3 is shifted by 120 °. Therefore, these interference fringes I1 to I3 are imaged by the TV cameras TV1 to TV3 ,
【００１６】[0016]
【数５】[Equation 5]
【００１７】[0017]
【数６】を求めると、正弦信号[Equation 6] And find the sine signal
【００１８】[0018]
【数７】余弦信号[Equation 7] Cosine signal
【００１９】[0019]
【数８】となるので、これら正弦信号及び余弦信号の逆正接を計
算することにより、直交偏光間の位相分布（φｘ−
φｙ）を求めることができる。[Equation 8] Therefore, by calculating the arctangent of these sine signal and cosine signal, the phase distribution (φx −
φy ) can be obtained.
【００２０】[0020]
【数９】ここで、３台のテレビカメラＴＶ１〜ＴＶ３からのビデ
オ信号Ｉ１〜Ｉ３を信号処理装置２１でＡ／Ｄ変換し、
この３種のディジタル量に対して、上記数５、数６、数
９に示す計算結果を予め格納しておいたテーブル（ルッ
クアップテーブル）から位相データを読出すことによ
り、テレビレートで位相分布を測定することができる。
位相差は表示用のテレビモニタ２３に入力され、位相分
布に比例した画像が濃淡パターンとして表現される。位
相分布が２πラジアンを越えると濃淡パターンが折り返
すので、画面全面での分布を求めるために、位相の不連
続点をディジタル的に補正して表示することもできる。
また、そのデータを用いて、位相分布を実時間でテレビ
モニタ２３上に鳥瞰図で表現することもできる。さらに
定量的なデータ処理として、求めた位相値を計算機など
の外部の信号処理装置にも転送できるようにすることが
できる。これにより被測定物体の面形状をテレビレート
で計測できるので、被測定透明物体１９が高速に変化し
ても測定が可能であり、製品の被破壊検査を高速に行な
うことができる。[Equation 9] Here, the video signals I1 to I3 from thethree TV cameras TV1 to TV3 are A / D converted by the signal processing device 21,
The phase distribution is read at the television rate by reading the phase data from the table (look-up table) in which the calculation results shown in the above equations 5, 6, and 9 are stored in advance for these three kinds of digital amounts. Can be measured.
The phase difference is input to the television monitor 23 for display, and an image proportional to the phase distribution is represented as a grayscale pattern. When the phase distribution exceeds 2π radians, the light and shade pattern folds back. Therefore, in order to obtain the distribution over the entire screen, the phase discontinuity points can be digitally corrected and displayed.
Further, the data can be used to represent the phase distribution on the television monitor 23 in a bird's-eye view in real time. Further, as quantitative data processing, the obtained phase value can be transferred to an external signal processing device such as a computer. Thus, the surface shape of the object to be measured can be measured at the television rate, so that the measurement can be performed even when the transparent object to be measured 19 changes at high speed, and the destructive inspection of the product can be performed at high speed.
【００２１】以上の方法は定量的な手法であるが、３台
のテレビカメラＴＶ１〜ＴＶ３から得られるビデオ信号
Ｉ１〜Ｉ３をカラーのＲＧＢ信号とすると、カラーモニ
タ２２上には被測定光の位相分布がカラーで表示される
ことになる。この手法では定量的な測定はできないが、
白色干渉縞と同様に位相の凹凸判定を簡単に実時間で行
なうことができると共に、特徴的な欠陥部分などを色の
変化として高速に検出、認識することができる。The above method is a quantitative method, but if the video signals I1 to I3 obtained from thethree television cameras TV1 to TV3 are RGB signals of color, the color monitor 22 is covered. The phase distribution of the measurement light will be displayed in color. This method cannot measure quantitatively,
As with white interference fringes, it is possible to easily determine the unevenness of the phase in real time, and it is possible to quickly detect and recognize a characteristic defect portion as a color change.
【００２２】次に、偏光ホログラフィー干渉計を用いた
実施例を図面を用いて説明する。図２は、偏光ホログラ
フィー干渉計を用いて、被測定物体４０の変形量を実時
間測定するシステムを示している。直線偏光のレーザ光
３０を無偏光半透鏡３１で２方向に分け、物体照明光３
０Ａと参照光３０Ｂにする。物体照明光３０Ａはミラー
３２、３３及びレンズ系３４を介して被測定物体４０を
照明する。参照光３０Ｂには１／２波長板３５が挿入さ
れており、レンズ系３６を介してホログラム乾板４１を
照明する。また、被測定物体４０からの拡散光３０Ｃに
は偏光板４２が挿入されている。この偏光板４２を透過
した物体拡散光３０Ｄの偏光方向と、１／２波長板３５
を透過した参照光３０Ｅの偏光方向とが一致するよう
に、偏光板４２及び１／２波長板３５の回転角は予め調
節されている。被測定物体（粗面物体）４０が変形する
前に、この状態でホログラム乾板４１を露光、現像、定
着、乾燥してホログラムを作成する。このホログラムを
参照光３０Ｅで再生し、それと同時に拡散光３０Ｄを照
明すると、実時間ホログラフィー干渉縞が得られる。次
に１／２波長板３５を４５°回転すると、１／２波長板
３５を透過した参照光３０Ｅの偏光方向は、１／２波長
板３５を回転する前の偏光方向に対して９０°回転して
いるので、ホログラムより再生された光と現時点での拡
散光３０Ｄとの偏光方向が直交している。したがって、
被測定物体４０の形状が変形すると、それに応じて直交
偏光間の位相差分布が生じる。これは、図１における被
測定波面の位相差（φｘ−φｙ）に対応している。Next, an embodiment using a polarization holographic interferometer will be described with reference to the drawings. FIG. 2 shows a system for measuring the amount of deformation of the measured object 40 in real time using a polarization holographic interferometer. The linearly polarized laser light 30 is divided into two directions by the non-polarizing semi-transparent mirror 31, and the object illumination light 3
0A and reference light 30B. The object illumination light 30A illuminates the measured object 40 via the mirrors 32 and 33 and the lens system 34. A half-wave plate 35 is inserted in the reference light 30B and illuminates a hologram dry plate 41 via a lens system 36. A polarizing plate 42 is inserted in the diffused light 30C from the measured object 40. The polarization direction of the diffused object light 30D transmitted through the polarizing plate 42 and the half-wave plate 35
The rotation angles of the polarizing plate 42 and the half-wave plate 35 are adjusted in advance so that the polarization direction of the reference light 30E that has passed therethrough is matched. Before the measured object (rough surface object) 40 is deformed, the hologram dry plate 41 is exposed, developed, fixed and dried in this state to create a hologram. When this hologram is reproduced with the reference light 30E and simultaneously illuminated with the diffused light 30D, a real-time holographic interference fringe is obtained. Next, when the ½ wavelength plate 35 is rotated by 45 °, the polarization direction of the reference light 30E transmitted through the ½ wavelength plate 35 is rotated by 90 ° with respect to the polarization direction before the rotation of the ½ wavelength plate 35. Therefore, the polarization directions of the light reproduced from the hologram and the diffused light 30D at the present time are orthogonal to each other. Therefore,
When the shape of the measured object 40 is deformed, a phase difference distribution between orthogonally polarized light is generated accordingly. This corresponds to the phase difference (φx −φy ) of the measured wavefront in FIG.
【００２３】したがって、ホログラム乾板４１の下方に
配置された結像レンズ４３の後に図２に示すような光学
系、つまり開口４４を有する１／４波長板ＱＷＰ２と、
波面の振幅分割を行なう波面振幅分割光学系４５と、３
分割された光を偏光させる偏光板Ｐ１〜Ｐ３とを挿入す
ると、３台のテレビカメラＴＶ１〜ＴＶ３からは、被測
定物体４０の変形に対応した干渉縞のバイアス位相が０
°、１２０°、２４０°となる３つの干渉縞Ｉ１、
Ｉ２、Ｉ３が得られる。したがって、これら３つの信号
Ｉ１〜Ｉ３を用いて数５、数６、数９を計算する信号処
理装置４６により、ホログラフィー干渉縞の位相分布を
実時間で測定できる。さらに、この位相分布を光学配置
のパラメータを使って線形変換することにより、被測定
物体４０の変形量を定量的に、しかも実時間で測定でき
る。求められた位相分布などは、目的に応じて白黒モニ
タ４８上に表示されたり、計算機４９に転送したりでき
る。また、３台のテレビカメラＴＶ１〜ＴＶ３からのビ
デオ信号Ｉ１〜Ｉ３を用いて、カラーモニタ４７でカラ
ー表示をすることができる。Therefore, after the imaging lens 43 arranged below the hologram dry plate 41, an optical system as shown in FIG. 2, that is, a quarter wavelength plate QWP2 having an opening 44,
A wavefront amplitude division optical system 45 for dividing the wavefront amplitude and 3
When the polarizing plates P1 to P3 that polarize the divided light are inserted, the bias phase of the interference fringe corresponding to the deformation of the measured object 40 is 0 from thethree TV cameras TV1 to TV3.
Three interference fringes I1 at °, 120 ° and 240 °,
I2 and I3 are obtained. Therefore, the phase distribution of the holographic interference fringes can be measured in real time by the signal processing device 46 that calculates Equations 5, 6, and 9 using these three signals I1 to I3 . Furthermore, by linearly converting this phase distribution using the parameters of the optical arrangement, the amount of deformation of the measured object 40 can be measured quantitatively and in real time. The obtained phase distribution and the like can be displayed on the black and white monitor 48 or transferred to the computer 49 according to the purpose. Further, color display can be performed on the color monitor 47 by using the video signals I1 to I3 from thethree TV cameras TV1 to TV3 .
【００２４】次に、投影格子モアレを用いた実施例を図
面を用いて説明する。図３は投影格子モアレ法を用い
て、被測定物体６０の形状を実時間測定するシステムで
ある。等間隔直線状の投影格子Ｇ０の格子像を、光源６
１と、照明用のレンズ６２Ａと、投影用のレンズ６２Ｂ
とを用いて被測定物体６０の面上に投影する。この格子
像は、被測定物体６０の形状に応じて変形する変形格子
像となる。この変形格子像を、撮像用の結像レンズ６３
と、結像レンズ６３の後に配設された開口板６４と、分
割プリズムで成る波面振幅分割光学系６５とを用いて３
個の同一格子Ｇ１〜Ｇ３上に結像すると、被測定物体６
０の形状に応じたモアレ像が得られる。これら３個のモ
アレ像のバイアス位相は、結像した変形格子像と各格子
Ｇ１〜Ｇ３の格子方向の相対位置（図中のｘ１〜ｘ３方
向）により決定される。したがって、格子Ｇ１によるモ
アレ縞のバイアス位相に対して、格子Ｇ２、Ｇ３を格子
方向に調節して、バイアス位相がそれぞれ１２０°、２
４０°となるようにすることができる。これら格子Ｇ１
〜Ｇ３上のモアレ縞を３台のテレビカメラＴＶ１〜ＴＶ
３で撮像すると、位相がそれぞれ１２０°ずつずれたモ
アレ縞の信号Ｉ１〜Ｉ３となる。したがって、信号Ｉ１
〜Ｉ３を信号処理装置６６によりモアレ縞の位相を実時
間で測定し、表示装置６７に表示することができる。こ
の縞の位相は物体照明光、観察方向、格子間隔などのパ
ラメータを用いて、位相分布を線形変換することにより
被測定物体６０の形状を実時間で測定することができ
る。Next, an embodiment using a projection grating moire will be described with reference to the drawings. FIG. 3 shows a system for measuring the shape of the measured object 60 in real time by using the projection grating moire method. The grid image of the projection grid G0 having a straight line shape at an equal interval is used as the light source 6
1, a lens 62A for illumination, and a lens 62B for projection
And are used to project on the surface of the measured object 60. This lattice image is a deformed lattice image that is deformed according to the shape of the measured object 60. This deformed lattice image is taken by the imaging lens 63 for imaging.
And an aperture plate 64 disposed after the imaging lens 63 and a wavefront amplitude splitting optical system 65 composed of splitting prisms.
When an image is formed on each of the same gratings G1 to G3 , the measured object 6
A moire image corresponding to the shape of 0 is obtained. The bias phase of these three moire images is determined by the relative position (x1 to x3 direction in the drawing) of the deformed lattice image formed and the lattices G1 to G3 in the lattice direction. Therefore, with respect to the bias phase of the moire fringes due to the grating G1 , the gratings G2 and G3 are adjusted in the grating direction so that the bias phases are 120 ° and 2 °, respectively.
It can be 40 °. These grids G1
~G of three the moire fringe on the3 television cameraTV 1~TV
When the image is picked up at3 , the signals become signals I1 to I3 of moire fringes whose phases are shifted by 120 °. Therefore, the signal I1
˜I3 can be measured in real time by the signal processing device 66 for the phase of the moire fringes and displayed on the display device 67. The fringe phase allows the shape of the object 60 to be measured to be measured in real time by linearly converting the phase distribution using parameters such as object illumination light, observation direction, and lattice spacing.
【００２５】更に、カラー格子投影法を用いた実施例を
図面を用いて説明する。図４にカラー格子投影法を用い
て、被測定物体７０の形状を実時間で測定するシステム
を示す。光源７１と、照明用のレンズ７２Ａと、投影レ
ンズ７２Ｂとを用いて、図５に示すような赤（Ｒ）、緑
（Ｇ）、青（Ｂ）の３色ストライプが規則的に繰返され
る模様のカラー格子７３を被測定物体７０上に投影す
る。この投影されたカラー格子像は、被測定物体７０の
形状に応じて変形する変形カラー格子像である。この変
形カラー格子像を、結像レンズ７４と、結像レンズ７４
の後に配設された開口７５と、分解プリズムで成る３色
分解光学系７６とを用いると、変形格子像のＲ、Ｇ、Ｂ
の３色格子像を得ることができる。被測定物体７０の形
状の空間的変化量が、投影変形格子のＲＧＢの１周期
（各周期は同じ）より十分小さいとすると、Ｒ、Ｇ、Ｂ
の変形格子像のバイアス位相差はそれぞれ１２０°ずつ
異なることになる。したがって、結像されたＲ、Ｇ、Ｂ
の変形格子像を３台のテレビカメラＴＶ１〜ＴＶ３で撮
像し、その出力信号Ｉ１〜Ｉ３を用いて信号処理装置７
７で数５、数６、数９を計算すると、変形格子の位相分
布φ１を求めることができる。なお、図４の３色分解光
学系７６と光検出素子のシステムは、一般のカラーテレ
ビ撮像素子を用いることができる。平面状の被測定物体
にカラー格子７３を投影して、上述したと同様な処理を
すると、空間座標で線形１次の位相分布φ０が得られ
る。被測定物体７０の正味の形状は、位相φ１とφ０の
差に比例する。ここで、この位相差を求めるための回路
構成の一例を図６に示す。Further, an embodiment using the color grid projection method will be described with reference to the drawings. FIG. 4 shows a system for measuring the shape of the measured object 70 in real time using the color grid projection method. A pattern in which three color stripes of red (R), green (G), and blue (B) as shown in FIG. 5 are regularly repeated by using the light source 71, the illumination lens 72A, and the projection lens 72B. The color grating 73 of is projected onto the measured object 70. The projected color grid image is a deformed color grid image that is deformed according to the shape of the measured object 70. This modified color lattice image is transferred to the imaging lens 74 and the imaging lens 74.
By using an aperture 75 disposed after the and a three-color separation optical system 76 composed of a separation prism, R, G, and B of the deformed lattice image are used.
It is possible to obtain a three-color lattice image of Assuming that the amount of spatial change in the shape of the measured object 70 is sufficiently smaller than one cycle (each cycle is the same) of RGB of the projection deformable grid, R, G, B.
The bias phase difference of the deformed lattice image of No. 2 differs by 120 °. Therefore, the imaged R, G, B
The deformed lattice image of 3 is captured bythree TV cameras TV1 to TV3 , and the output signals I1 to I3 are used to output the signal processing device 7.
By calculating Equation 5, Equation 6, and Equation 9 in Equation 7, the phase distribution φ1 of the deformed lattice can be obtained. A general color television image pickup device can be used for the system of the three-color separation optical system 76 and the photodetection device of FIG. When the color grating 73 is projected onto a flat object to be measured and the same processing as described above is performed, a linear first-order phase distribution φ0 is obtained in spatial coordinates. The net shape of the measured object 70 is proportional to the difference between the phases φ1 and φ0 . Here, an example of a circuit configuration for obtaining the phase difference is shown in FIG.
【００２６】すなわち、平面物体に投影されたカラー格
子像を３台のテレビカメラで撮像し、各テレビカメラか
ら出力される３つのビデオ信号をＡ／Ｄ変換器でＡ／Ｄ
変換し、３次元ルックアップテーブル（３Ｄ−ＬＵＴ）
８０を用いて位相φ０を求め、この２次元出力をメモリ
８１に記憶する。次に物体を被測定物体とし、上記３つ
のビデオ信号を同様の処理をすると位相分布φ１が得ら
れる。この位相分布φ１と１次元ルックアップテーブル
（１Ｄ−ＬＵＴ）８３１及び８３２とを用いて、余弦成
分Ｃ１＝ｃｏｓφ１及び正弦成分Ｓ１＝ｓｉｎφ１を求
める。同様に、メモリ８１に記憶されている位相φ０と
１Ｄ−ＬＵＴ８３３及び８３４とを用いて、余弦成分Ｃ
０＝ｃｏｓφ０及び正弦成分Ｓ０＝ｓｉｎφ０をそれぞ
れ求める。次に乗算回路８４１〜８４４、加算回路８５
及び減算回路８６を用いて、新たに余弦成分Ｃ２＝Ｃ１
・Ｃ０−Ｓ１・Ｓ０＝ｃｏｓ（φ１−φ０）、正弦成分
Ｓ２＝Ｓ１・Ｃ０−Ｃ１・Ｓ０＝ｓｉｎ（φ１−φ０）
を求める。これら位相差に対応する余弦成分Ｃ２及び、
正弦成分Ｓ２の逆正接ｔａｎ−１（Ｓ２／Ｃ２）を実現
するルックアップテーブル（２Ｄ−ＬＵＴ）８７を用い
ると、正味の形状に対応する位相分布（φ１−φ０）を
テレビレートで求めることができる。このような演算処
理回路を用いるのは、位相を直接減算すると、位相が２
πを越えるときの不連続点を除去できないからである。
ここまでは、位相の差φ１−φ０をルックアップテーブ
ル、乗算、加算、減算回路を用いた場合の回路構成を述
べたが、図６に破線で示した８８の回路部分は、入力を
φ１、φ０とし、出力をφ１−φ０とするルックアップ
テーブルを用いても実現することができる。この時も同
様にφ１−φ０の単純な引算ではなく、図６の８８に示
した回路を用いた時の結果を出力するルックアップテー
ブルを用いる必要がある。回路構成は８８の部分をルッ
クアップテーブルを用いたものの方がより簡単になる。That is, the color lattice image projected on the plane object is picked up by three TV cameras, and the three video signals output from each TV camera are A / D converted by the A / D converter.
Converted and three-dimensional lookup table (3D-LUT)
The phase φ0 is calculated using 80, and this two-dimensional output is stored in the memory 81. Next, an object is set as the object to be measured, and the above three video signals are subjected to the same processing to obtain the phase distribution φ1 . Using this phase distribution φ1 and the one-dimensional lookup tables (1D-LUT) 831 and 832, the cosine component C1 = cos φ1 and the sine component S1 = sin φ1 are obtained. Similarly, using the phase φ0 and the 1D-LUTs 833 and 834 stored in the memory 81, the cosine component C
0 = cosφ0 and sine component S0 = sinφ0 are obtained. Next, the multiplication circuits 841 to 844 and the addition circuit 85
And the subtraction circuit 86, a new cosine component C2 = C1
· C 0 -S 1 · S 0 = cos (φ 1 -φ 0), sine componentS 2 = S 1 · C 0 -C 1 · S 0 = sin (φ 1 -φ 0)
Ask for. The cosine component C2 corresponding to these phase differences, and
By using a look-up table (2D-LUT) 87 that realizes the arctangent tan−1 (S2 / C2 ) of the sine component S2 , the phase distribution (φ1 −φ0 ) corresponding to the net shape can be displayed on the television. It can be obtained by rate. Such an arithmetic processing circuit is used because when the phase is directly subtracted, the phase becomes 2
This is because it is not possible to remove the discontinuity when π is exceeded.
Up to this point, the circuit configuration in which the lookup table, multiplication, addition, and subtraction circuits are used for the phase difference φ1 -φ0 has been described, but the circuit portion 88 shown by the broken line in FIG. It can also be realized by using a lookup table in which φ1 and φ0 are set and the output is set to φ1 −φ0 . At this time, similarly, it is necessary to use not a simple subtraction of φ1 −φ0 but a lookup table that outputs the result when the circuit shown by 88 in FIG. 6 is used. The circuit configuration becomes easier by using a lookup table for the portion 88.
【００２７】以上では平面物体による位相φ０を用いた
が、これは、位相を減算したい物体を用いれば形状差を
実時間で測定することができ、基準物体と被測定物体と
の形状の違いを高速に検出できることになり、非破壊検
査の高速化を実現することができる。さらに、基準とな
る位相φ０は実験値の代わりに理論値でも良く、信号処
理装置の内部で生成したディジタル値や、外部の基準位
相発生機（計算機など）８２により転送、供給される値
でも良い。これにより、設計された形状と被測定物体と
の形状差を実時間で求めることができ、測定結果を直ち
にフィードバックして被測定物体の修正、変更を高速に
行なうことができる。In the above, the phase φ0 due to the plane object is used. However, this can measure the shape difference in real time by using the object whose phase is to be subtracted, and the difference in shape between the reference object and the measured object. Can be detected at high speed, and high-speed nondestructive inspection can be realized. Further, the reference phase φ0 may be a theoretical value instead of an experimental value, and may be a digital value generated inside the signal processing device or a value transferred and supplied by an external reference phase generator (calculator etc.) 82. good. Thus, the difference between the designed shape and the shape of the measured object can be obtained in real time, and the measurement result can be immediately fed back to correct or change the measured object at high speed.
【００２８】次に、本発明の他の実施例を、実体格子モ
アレに適用した場合を図面を用いて説明する。実体格子
モアレ法を用いた形状測定システムを図７に示す。実体
格子９０を撮像カメラから横に距離Ｄだけ離れた光源９
１により照明すると、実体格子９０の格子像が被測定物
体９２の面上に投影され、被測定物体９２の形状に応じ
て格子像が変形する。この変形格子像を再び実体格子９
０を通してカラーテレビカメラの位置で撮像すると、変
形格子像と実体格子９０とのモアレ縞ができ、このモア
レ縞は被測定物体９２の形状の等高線を表わす。ここ
で、被測定物体と実体格子９０との距離Ｌ１を、物体形
状の最大値と最小値との差より十分大きくとると、光源
９１とテレビカメラ９３との距離Ｄを徐々に変えて行く
ことにより、モアレ縞のバイアス位相をシフトさせるこ
とができる。したがって、図７に示すように、モアレ縞
のバイアス位相が１２０°ずつ異なる距離ＤＲ、ＤＧ、
ＤＢにＲ、Ｇ、Ｂの３色を発光するカラー光源９１を置
いて実体格子９０を照明し、これをカラーテレビカメラ
で撮像すると、テレビカメラ９３のＲ、Ｇ、Ｂの出力信
号Ｉ１〜Ｉ３は１２０°ずつ位相のずれたビデオ信号と
なる。したがって、ビデオ信号Ｉ１〜Ｉ３を用いて数
５、数６、数９を実現する信号処理装置９４及び基準位
相発生装置９５との位相差を用いると、被測定物体９２
の形状を実時間で計測することができる。基準位相発生
装置にモデルとなる物体の位相分布を入れておくと、被
測定物体とモデル物体との形状差を実時間計測できる。
図７は光源９１とＴＶカメラ９３が一直線上にある場合
を示したが、光源９１と格子９０との距離Ｌ２がＬ１に
比べて十分大きいとき、照明光はほぼ平行光となる。ま
た、光源９１にレンズ系を用いて格子９０を平行光照明
することもできる。この場合では、格子９０の照明角度
を各カラー光源で変化させ、各色のモアレ縞のバイアス
位相が１２０度ずつ異なるようにすることができる。ま
た、モアレ縞に基の格子９０が目立つ場合では、格子９
０を移動させて、もとの格子像を消すことができる。Next, another embodiment of the present invention applied to a real lattice moire will be described with reference to the drawings. FIG. 7 shows a shape measuring system using the real lattice moire method. A light source 9 that is a distance D from the image capturing camera to the physical lattice 90.
When illuminated by 1, the lattice image of the physical lattice 90 is projected on the surface of the measured object 92, and the lattice image is deformed according to the shape of the measured object 92. This deformed lattice image is again used as the real lattice
When the image is taken at the position of the color television camera through 0, moire fringes of the deformed lattice image and the real lattice 90 are formed, and the moire fringes represent contour lines of the shape of the measured object 92. Here, if the distance L1 between the object to be measured and the physical lattice 90 is made sufficiently larger than the difference between the maximum value and the minimum value of the object shape, the distance D between the light source 91 and the television camera 93 is gradually changed. Thereby, the bias phase of the moire fringes can be shifted. Therefore, as shown in FIG. 7, the distances DR, DG, in which the bias phase of moire fringes differ by 120 °,
When a color light source 91 that emits three colors of R, G, and B is placed in DB to illuminate a physical lattice 90 and an image of this is picked up by a color TV camera, output signals I1 to R1 to R of the TV camera 93 are output. I3 becomes a video signal whose phase is shifted by 120 °. Therefore, if the phase difference between the signal processing device 94 and the reference phase generating device 95 that realizes the equations 5, 6, and 9 using the video signals I1 to I3 is used, the measured object 92 is obtained.
The shape of can be measured in real time. If the phase distribution of the model object is put in the reference phase generator, the shape difference between the measured object and the model object can be measured in real time.
FIG. 7 shows the case where the light source 91 and the TV camera 93 are on a straight line, but when the distance L2 between the light source 91 and the grating 90 is sufficiently larger than L1, the illumination light becomes substantially parallel light. Further, a lens system may be used as the light source 91 to illuminate the grating 90 with parallel light. In this case, the illumination angle of the grating 90 can be changed for each color light source so that the bias phase of the moire fringes of each color is different by 120 degrees. When the base lattice 90 is conspicuous in the moire fringes, the lattice 9
The original lattice image can be erased by moving 0.
【００２９】更に他の実施例として、電子モアレに適用
した場合を図面を用いて説明する。電子モアレ法を用い
た形状測定システムを、図３に対応させて図８に示す。
このシステムは、図３の投影格子モアレ法のシステムと
ほぼ同じであるが、結像面に参照用Ｇ１〜Ｇ３の格子が
入っていない点が異なる。光検出素子（テレビカメラＴ
Ｖ１〜ＴＶ３）としてＣＣＤカメラを用いると、結像し
た変形格子像のピッチとＣＣＤカメラの光検出ピクセル
のピッチとがほぼ等しくなるようにすると、変形格子と
ＣＣＤとのモアレ縞が発生することになる。すなわち、
投影格子モアレ法の基準格子をＣＣＤカメラで代用した
ことになる。したがって、変形格子の結像面のＣＣＤ素
子を、図８に示すようにｘ１〜ｘ３方向に移動して調節
することにより、検出した３個のモアレ縞のバイアス位
相を１２０°ずつずらせることができる。変形格子像を
表わす周波数の高い信号は、ビデオ信号に低周波フィル
タを用いて取除き、モアレ信号のみを取出すことも可能
である。これらの１２０度ずつ位相シフトした信号を、
数５、数６、数９や位相差を計算するための信号処理装
置６６を用いて、被測定物体６０の形状を実時間で測定
することができる。図８は格子を投影しているが、レー
ザー光を用いて干渉縞を被測定物体面上に投影しても変
形格子像が得られる。さらに、図８は投影格子を用いた
システムを示しているが、干渉計で参照面（参照光）を
傾けることにより、干渉縞にティルト（キャリア周波
数）を導入することができる。したがって、参照面を調
節すると、ＣＣＤカメラとのモアレ縞を作ることがで
き、３台のＣＣＤカメラの位置を調節することにより、
バイアス位相が１２０°ずつシフトしたモアレ縞を得る
ことができる。したがって、これらのビデオ信号を処理
することにより、干渉計で検出できる２次元物理量（光
位相、形状など）を高速に測定することができる。また
図６で示した位相の引算を行なう信号処理装置を用いる
と、任意の位相分布との差を求めることができる。さら
に、被測定物体に焼付けた格子像などを変形格子像とみ
なすと、物体変形量などを実時間で計測することができ
る。また、物体上に焼き付けた固定格子などを用いる
と、物体の移動距離が実時間で計測できるので物体の位
置合せなどが精度よく高速に行なえる。As still another embodiment, the case of application to electronic moire will be described with reference to the drawings. A shape measuring system using the electronic moire method is shown in FIG. 8 corresponding to FIG.
This system is almost the same as the system of the projection grating moire method of FIG. 3, except that the reference planes G1 to G3 are not included in the image plane. Photodetector (TV camera T
When a CCD camera is used as V1 to TV3 ), when the pitch of the imaged deformed lattice image and the pitch of the light detection pixels of the CCD camera are made substantially equal to each other, moire fringes between the deformed lattice and the CCD occur. It will be. That is,
The CCD camera is used as a substitute for the reference lattice of the projection lattice moire method. Therefore, the CCD elements on the image plane of the deformation grating are moved in the x1 to x3 directions as shown in FIG. 8 to adjust the bias phases of the three detected moire fringes by 120 °. be able to. The high frequency signal representing the deformed lattice image can be removed from the video signal by using a low frequency filter, and only the moire signal can be extracted. These 120 degree phase-shifted signals are
The shape of the measured object 60 can be measured in real time by using the signal processing device 66 for calculating the equations 5, 6 and 9, and the phase difference. Although the grating is projected in FIG. 8, a deformed grating image can be obtained by projecting the interference fringes onto the surface of the object to be measured using laser light. Further, although FIG. 8 shows a system using a projection grating, tilting (carrier frequency) can be introduced into the interference fringes by tilting the reference plane (reference light) with an interferometer. Therefore, by adjusting the reference plane, moire fringes with the CCD cameras can be created, and by adjusting the positions of the three CCD cameras,
It is possible to obtain moire fringes in which the bias phase is shifted by 120 °. Therefore, by processing these video signals, the two-dimensional physical quantity (optical phase, shape, etc.) that can be detected by the interferometer can be measured at high speed. Further, by using the signal processing device for subtracting the phase shown in FIG. 6, it is possible to obtain the difference from an arbitrary phase distribution. Furthermore, if a lattice image printed on the object to be measured is regarded as a deformed lattice image, the amount of object deformation and the like can be measured in real time. Further, when a fixed grid or the like printed on the object is used, the moving distance of the object can be measured in real time, so that the object can be accurately aligned at high speed.
【００３０】以上はいずれも３台のテレビカメラを用い
た例であるが、以下にのべるように１台のテレビカメラ
を用いても可能である。図９に、単管式のカラーテレビ
（ＣＣＤ）カメラを用いたものを示す。このカラー用Ｃ
ＣＤカメラはＲ、Ｇ、Ｂ３色検出用の光検出ピクセル
が、図９のようにＲＧＢの順で横方向に配列し、縦方向
には同色の光を検出するように配列されている。カラー
カメラでは、このＣＣＤ素子上にＲＢＧのストライプフ
ィルタが付けられているが、ここでは、まずこの色フィ
ルタを除去して使用することを考える。簡単のために、
各ピクセルにはＲＧＢの記号を用いることにする。検出
する変形格子や干渉縞の１周期と、同じ色を検出するた
めのＣＣＤの間隔（たとえば最も近いＲとＲ素子の距
離）が等しくなると、各ビデオ信号、Ｒ信号（Ｉ１）、
Ｇ信号（Ｉ２）、Ｂ信号（Ｉ３）にはモアレ縞が生ず
る。ここで隣接する素子間の距離、Ｒ−Ｇ素子間やＧ−
Ｂ素子間はＲ−Ｒ素子間の１／３であるので、モアレ縞
のバイアス位相は１２０°ずつシフトすることになる。
これらビデオ信号Ｉ１〜Ｉ３を用いて位相及び位相差を
実時間で求めることにより、形状や変形などの物理量を
実時間で測定することができる。干渉計のように単色の
光を用いる場合では、ＣＣＤの前にあるカラーストライ
プフィルタを除去して用いる必要がある。一方、白色光
源で照明される変形格子を用いる場合では、必ずしもカ
ラーフィルタを除去する必要はなく、出力されるＲＧＢ
信号をそのまま用いることができる。Although all of the above are examples using three TV cameras, it is also possible to use one TV camera as described below. FIG. 9 shows one using a single-tube color television (CCD) camera. C for this color
In the CD camera, light detection pixels for detecting three colors of R, G, and B are arranged in the horizontal direction in the order of RGB as shown in FIG. 9, and are arranged so as to detect light of the same color in the vertical direction. In a color camera, an RBG stripe filter is attached on the CCD element, but here, it is considered to remove the color filter before use. For simplicity,
RGB symbols will be used for each pixel. When one period of the deformed grating or interference fringes to be detected is equal to the CCD interval (for example, the distance between the closest R and R elements) for detecting the same color, each video signal, R signal (I1 ),
Moire fringes occur in the G signal (I2 ) and the B signal (I3 ). Here, the distance between the adjacent elements, the R-G elements, and the G-
Since the distance between the B elements is 1/3 between the RR elements, the bias phase of the moire fringes is shifted by 120 °.
By obtaining the phase and the phase difference in real time using these video signals I1 to I3 , it is possible to measure the physical quantity such as shape and deformation in real time. When using monochromatic light like an interferometer, it is necessary to remove the color stripe filter in front of the CCD before use. On the other hand, in the case of using the modified grid illuminated by the white light source, it is not always necessary to remove the color filter, and the RGB output
The signal can be used as is.
【００３１】本発明の更に別の実施例を、変形格子及び
干渉縞に適用した場合を図面を用いて説明する。干渉縞
にはティルト（キャリア周波数）が導入されているとす
る。図１０（Ａ）に、検出する光強度分布（干渉縞、変
形格子など）を示す。この光強度をサンプリングして光
強度をＡ／Ｄ変換するが、サンプリング間隔ｄは一定で
ある。図に示すように、縞のピッチ△と２個おきのサン
プリング点との間隔３ｄが等しいとすると、ビデオ信号
Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３は１２０°ずつそれぞれ位相がずれた
光強度となる。ここで、この３点のデータを用いて数
５、数６、数９を計算すれば位相が求められる。次に、
ビデオ信号Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４を数５、数６、数９のビデ
オ信号Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３とみなして位相を求めるといっ
た計算を全サンプル点について行なうと、得られた位相
分布φ１は（ｆｘ＋φ）となる。ここで、ｆはキャリア
周波数であり、φが求めようとする位相分布である。し
たがって、図６で示したように基準の位相φ０をｆＸと
なるようにして位相差を求めると、正味の位相分布φが
求められる。Another embodiment of the present invention applied to a modified grating and interference fringes will be described with reference to the drawings. It is assumed that tilt (carrier frequency) is introduced in the interference fringe. FIG. 10A shows the detected light intensity distribution (interference fringes, deformed grating, etc.). Although this light intensity is sampled and the light intensity is A / D converted, the sampling interval d is constant. As shown in the figure, assuming that the pitch Δ of the stripes is equal to the interval 3d between every two sampling points, the video signals I1 , I2 , and I3 have light intensities that are out of phase by 120 °. Here, the phase can be obtained by calculating Equations 5, 6, and 9 using the data of these three points. next,
When the video signals I2 , I3 , I4 are regarded as the video signals I1 , I2 , I3 of the equations 5, 6, and 9 and the phase is calculated for all the sample points, the obtained phase is obtained. The distribution φ1 becomes (fx + φ). Here, f is the carrier frequency, and is the phase distribution that φ seeks to obtain. Therefore, as shown in FIG. 6, if the reference phase φ0 is set to fX and the phase difference is obtained, the net phase distribution φ is obtained.
【００３２】図１０（Ａ）には縞ピッチに４個のサンプ
ル点がある場合を示したが、図１０（Ｂ）には一般的な
場合のサンプル点を示す。縞の１ピッチに（３Ｎ＋１）
のサンプル点がある。したがって、ｘ１、
（ｘＮ＋１）、（ｘ２Ｎ＋１）個目のサンプル点データ
を用いて数５、数６、数９を計算することにより位相が
求められる。次に、ｘ２、（ｘＮ＋２）、
（ｘ２Ｎ＋２）などとＮ個おきにサンプル点データを取
出し、数５、数６、数９を計算することにより全サンプ
ル点で位相が求められる。求められた位相にはキャリア
周波数分ｆｘが含まれているので、基準位相からの差を
求めると正味の位相分布を実時間で求めることができ
る。画像にノイズがある場合では、キャリア周波数ｆを
中心としたバンドパスフィルタやディジタルフィルタを
用いることによって、滑らかな縞強度信号を得ることが
できる。以上述べた処理を、信号処理装置にサンプル点
を選択する回路を付加するだけで達成することができ
る。以上のような信号処理を行なう回路構成の一例を図
１１に示した。縞画像を撮像するＴＶカメラ１００から
のビデオ信号をＡ／Ｄ変換器１０１でＡ／Ｄ変換し、こ
の値をＩ１として位相φ１を計算する３Ｄ−ＬＵＴ１０
４に入力する。一方、Ｎサンプル点のデータ分だけ遅延
を与えるディジタル遅延素子１０２，１０３を使うと、
それぞれＮサンプル点、２Ｎサンプル点前のディジタル
量Ｉ２，Ｉ３をそれぞれ得ることができる。数５，数
６、数９を計算する３Ｄ−ＬＵＴを用いると位相φ１を
求めることができる。基準の位相φ０を記録してある位
相メモリ１０５からのデータと位相φ１とを図６で述べ
た２Ｄ−ＬＵＴ８８と同様なルックアップテーブル１０
６を用いると、位相差φ１−φ０を実時間で測定するこ
とができる。FIG. 10A shows the case where there are four sample points in the stripe pitch, but FIG. 10B shows the sample points in the general case. 1 pitch of stripes (3N + 1)
There are sample points of. Therefore, x1 ,
The phase can be obtained by calculating the equations (5 ), (6 ) and (9) using the (xN + 1 ) and (x2N + 1 ) th sample point data. Next, x2 , (xN + 2 ),
The sampling point data is extracted every N data points such as (x2N + 2 ) and the equations 5, 6, and 9 are calculated to obtain the phases at all the sampling points. Since the calculated phase includes the carrier frequency fx, the net phase distribution can be calculated in real time by calculating the difference from the reference phase. If the image has noise, a smooth fringe intensity signal can be obtained by using a bandpass filter or a digital filter centered on the carrier frequency f. The processing described above can be achieved only by adding a circuit for selecting sample points to the signal processing device. FIG. 11 shows an example of a circuit configuration for performing the above signal processing. A 3D-LUT 10 that A / D-converts a video signal from the TV camera 100 that captures a fringe image by the A / D converter 101 and calculates the phase φ1 with this value as I1.
Enter in 4. On the other hand, if the digital delay elements 102 and 103 that give a delay by the data of N sample points are used,
It is possible to obtain digital quantities I2 and I3 before N sample points and 2N sample points, respectively. The phase φ1 can be obtained by using the 3D-LUT that calculates the equations 5, 6 and 9. The lookup table 10 similar to the 2D-LUT 88 described with reference to FIG. 6 stores the data from the phase memory 105 in which the reference phase φ0 is recorded and the phase φ1 .
6, the phase difference φ1 −φ0 can be measured in real time.
【００３３】この手法は、以上述べた変形格子像やモア
レ縞を用いる計測一般に良く使われるフイゾー、トワイ
マン−グリーン干渉計やホログラフィー干渉計などに適
用することができ、形状や変形や位置情報などの２次元
物理量を実時間で測定することができる。This method can be applied to the above-mentioned measurement using the deformed lattice image and moire fringes, which are commonly used, such as the Fizeau, the Twyman-Green interferometer, the holographic interferometer, and the like. Two-dimensional physical quantities can be measured in real time.
【００３４】[0034]
【発明の効果】以上のように本発明によって、超精密加
工製品の面形状（そり、表面粗さ等）、粗面物体の形
状、変形量や位置情報を高精度でかつ実時間で測定する
ことが可能となる。したがって、精密機械の加工工程に
おいて、欠陥製品の発見に時間を要せず、機械を長時間
停止することなく加工条件を変えることができる。これ
はまた、結像系の収差や大気の状態によって、ミラー形
状やレンズ位置を適宜時間変化させる必要がある適応光
学系などにも応用可能である。さらに、測定物体や干渉
計を適当なものに選ぶと、被測定物体の屈折率分布、温
度分布やプラズマ密度などの物理量の定量的測定も実時
間でできることになる。さらに、この実時間波面測定シ
ステムは、全ての干渉計やモアレ法や格子を用いた計測
などに対して応用することができるので、従来使用され
ていた測定装置に本発明の検出部分及び信号処理、表示
装置を用いることにより、種々の計測装置の高精度化及
び実時間化が可能となる。As described above, according to the present invention, the surface shape (warpage, surface roughness, etc.) of an ultra-precision machined product, the shape of a rough surface object, the amount of deformation and position information can be measured with high accuracy and in real time. It becomes possible. Therefore, in the processing step of the precision machine, it does not take time to find a defective product, and the processing conditions can be changed without stopping the machine for a long time. This can also be applied to an adaptive optical system or the like in which it is necessary to change the mirror shape and the lens position as appropriate depending on the aberration of the imaging system and the atmospheric conditions. Furthermore, by selecting an appropriate measurement object or interferometer, quantitative measurement of physical quantities such as the refractive index distribution, temperature distribution and plasma density of the measured object can be performed in real time. Furthermore, since this real-time wavefront measurement system can be applied to all interferometers, moire methods, and measurement using a grating, the detection part and signal processing of the present invention can be applied to a conventional measurement device. By using the display device, it is possible to improve the accuracy and real time of various measuring devices.
【図１】偏光マハ・ツエンダー干渉測定システムを示す
構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram showing a polarization Maha-Zehnder interferometry system.
【図２】偏光ホログラフィー干渉計を用いた測定システ
ムを示す構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram showing a measurement system using a polarization holography interferometer.
【図３】投影格子モアレ法を用いて物体形状を実時間測
定するシステムを示す構成図である。FIG. 3 is a configuration diagram showing a system for measuring an object shape in real time by using a projection grating moire method.
【図４】カラー格子投影法を用いた実時間測定システム
を示す構成図である。FIG. 4 is a block diagram showing a real-time measurement system using a color grid projection method.
【図５】カラー格子の例を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing an example of a color grid.
【図６】位相減算処理回路の一例を示すブロック図であ
る。FIG. 6 is a block diagram showing an example of a phase subtraction processing circuit.
【図７】実体格子モアレ法による形状測定システムを示
す構成図である。FIG. 7 is a configuration diagram showing a shape measuring system by a real lattice moire method.
【図８】電子モアレ法による形状測定システムを示す構
成図である。FIG. 8 is a configuration diagram showing a shape measuring system by an electronic moire method.
【図９】電子モアレ法による縞画像検出法を説明するた
めの図である。FIG. 9 is a diagram for explaining a fringe image detection method by an electronic moire method.
【図１０】空間同期検出法を説明するための図である。FIG. 10 is a diagram for explaining a spatial synchronization detection method.
【図１１】図１０に示す信号処理を行なう回路構成の一
例を示す図である。11 is a diagram showing an example of a circuit configuration for performing the signal processing shown in FIG.
【図１２】従来装置を示す構成図である。FIG. 12 is a configuration diagram showing a conventional device.
【符号の説明】 １０ 測定光学系 １１ レーザ １９ 被測定透明物体 ２０ 波面分割光学系 ２１ 信号処理装置 ３０ レーザ ４０ 被測定物体 ６０ 被測定物体 ６５ 分解光学系[Explanation of Codes] 10 Measurement Optical System 11 Laser 19 Transparent Object to be Measured 20 Wavefront Division Optical System 21 Signal Processing Device 30 Laser 40 Object to be Measured 60 Object to Measure 65 Decomposition Optical System
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14385191AJPH0587541A (en) | 1991-05-20 | 1991-05-20 | Two-dimensional information measuring device |
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14385191AJPH0587541A (en) | 1991-05-20 | 1991-05-20 | Two-dimensional information measuring device |
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0587541Atrue JPH0587541A (en) | 1993-04-06 |
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14385191APendingJPH0587541A (en) | 1991-05-20 | 1991-05-20 | Two-dimensional information measuring device |
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0587541A (en) |
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003524158A (en)* | 2000-01-07 | 2003-08-12 | サイバーオプティクス コーポレーション | Inspection device that captures video without being affected by vibration |
| JP2006149871A (en)* | 2004-11-30 | 2006-06-15 | Nidek Co Ltd | Ophthalmologic measuring apparatus |
| JP2009025119A (en)* | 2007-07-19 | 2009-02-05 | General Electric Co <Ge> | Profile measuring apparatus and operating method |
| JP2009264852A (en)* | 2008-04-23 | 2009-11-12 | Wakayama Univ | Phase analysis method of grid image and displacement measurement method of object using the same, and shape measurement method of object |
| WO2014088089A1 (en)* | 2012-12-06 | 2014-06-12 | 合同会社３Ｄｒａｇｏｎｓ | Three-dimensional shape measuring device, method for acquiring hologram image, and method for measuring three-dimensional shape |
| US10444004B2 (en) | 2016-11-09 | 2019-10-15 | Mitutoyo Corporation | Phase shift interferometer |
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003524158A (en)* | 2000-01-07 | 2003-08-12 | サイバーオプティクス コーポレーション | Inspection device that captures video without being affected by vibration |
| JP2006149871A (en)* | 2004-11-30 | 2006-06-15 | Nidek Co Ltd | Ophthalmologic measuring apparatus |
| JP2009025119A (en)* | 2007-07-19 | 2009-02-05 | General Electric Co <Ge> | Profile measuring apparatus and operating method |
| JP2009264852A (en)* | 2008-04-23 | 2009-11-12 | Wakayama Univ | Phase analysis method of grid image and displacement measurement method of object using the same, and shape measurement method of object |
| WO2014088089A1 (en)* | 2012-12-06 | 2014-06-12 | 合同会社３Ｄｒａｇｏｎｓ | Three-dimensional shape measuring device, method for acquiring hologram image, and method for measuring three-dimensional shape |
| US9494411B2 (en) | 2012-12-06 | 2016-11-15 | 3Dragons, Llc | Three-dimensional shape measuring device, method for acquiring hologram image, and method for measuring three-dimensional shape |
| US10444004B2 (en) | 2016-11-09 | 2019-10-15 | Mitutoyo Corporation | Phase shift interferometer |
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100858521B1 (en) | Method for manufacturing a product using inspection | |
| Huang et al. | High-speed 3-D shape measurement based on digital fringe projection | |
| EP0877914B1 (en) | Scanning phase measuring method and system for an object at a vision station | |
| KR100815283B1 (en) | System for simultaneous projection of multiple phase shift patterns for three-dimensional inspection of objects | |
| US20080117438A1 (en) | System and method for object inspection using relief determination | |
| US7777895B2 (en) | Linear-carrier phase-mask interferometer | |
| US9958251B1 (en) | Single snap-shot fringe projection system | |
| JP2930406B2 (en) | Method and apparatus for observing a moiré pattern on a surface to be tested by applying a moiré method utilizing phase shift | |
| US20100149551A1 (en) | Structured Light Imaging System and Method | |
| US20100201811A1 (en) | Depth ranging with moire patterns | |
| JP5743419B2 (en) | Shape measuring method and apparatus and strain measuring method and apparatus | |
| WO2005052502A2 (en) | Pixelated phase-mask interferometer | |
| JPS58122409A (en) | Method of sectioning beam | |
| JP3065374B2 (en) | Optical inspection method for an object, optical inspection apparatus for an object, and interferometer for optical inspection of an object | |
| JPS62129711A (en) | Method and device for measuring shape error of objects | |
| RU2148793C1 (en) | Process measuring form and spatial position of surface of object | |
| GB2266366A (en) | Light beam angle detection | |
| JPH0587541A (en) | Two-dimensional information measuring device | |
| JP7488451B2 (en) | 3D measuring device | |
| JP2821685B2 (en) | 2D information acquisition device | |
| JP2538435B2 (en) | Fringe phase distribution analysis method and fringe phase distribution analyzer | |
| JP5412959B2 (en) | Optical applied measuring equipment | |
| JP2009526978A (en) | Optical surface sensor | |
| TW202212772A (en) | Three-dimensional measurement device | |
| Caspar et al. | High speed fringe projection for fast 3D inspection |