JP2008170281A - Shape measuring apparatus and shape measuring method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、パターン投影により3次元形状を測定する装置に関する。 The present invention relates to an apparatus for measuring a three-dimensional shape by pattern projection.
工業製品等の物体の表面形状を測定する技術は従来から種々提案されており、その一つに光学式の三次元形状測定装置がある。光学式の三次元形状測定装置も種々の方式、構成のものがあるが、被検物に所定の投影パターン(縞模様や、格子模様)を投影して被検物を撮像し、その撮像画像から各画像位置(各画素)での縞の位相を求めて各画像位置の高さを算出し、被検物の三次元表面形状を測定するものがある(特許文献1参照)。 Various techniques for measuring the surface shape of an object such as an industrial product have been proposed, and one of them is an optical three-dimensional shape measuring apparatus. There are various types of optical three-dimensional shape measurement devices and configurations, but a predetermined projection pattern (a striped pattern or a lattice pattern) is projected onto the test object, and the test object is imaged. From the above, there is a method for calculating the height of each image position by calculating the phase of the stripes at each image position (each pixel) and measuring the three-dimensional surface shape of the test object (see Patent Document 1).
このような装置においては、例えば、被検物の表面に縞パターンからなる投影パターンを投影し、投影方向と異なる角度から被検物に投影された縞パターンを撮像し、撮像された被検物表面の撮像画像より縞パターンの位相分布を算出し、三角測量の原理等を用いて被検物表面の三次元形状を求めるように構成されている。 In such an apparatus, for example, a projection pattern composed of a fringe pattern is projected onto the surface of the test object, and a fringe pattern projected onto the test object from an angle different from the projection direction is imaged. The phase distribution of the fringe pattern is calculated from the captured image of the surface, and the three-dimensional shape of the surface of the test object is obtained using the principle of triangulation or the like.
その構成例を図4に示しており、光源51からの光が縞模様の投影パターンマスク52及び投影レンズ53を通して被検物54の表面に投影される。被検物54の表面に投影された投影パターンマスク52の縞模様は、被検物54の表面三次元形状に応じて変形され、このように変形された被検物54の表面のパターンを投影方向と異なる角度から撮像レンズ55を介して撮像装置56(例えば、CCDセンサ)により撮像されて、演算処理装置57に送られ、ここで撮像画像データの演算処理が行われる。演算処理装置57においては、このように撮像された被検物表面の撮像画像データより縞パターンの位相分布を算出し、三角測量の原理等を用いて被検物表面の三次元形状を求める演算処理が行われる。
An example of the configuration is shown in FIG. 4, and the light from the
ところで、上述のような位相シフト法を用いる三次元測定では、投影パターンの位相を変えて複数回撮像した撮像画像から各画素の位相を求めるもので横方向の分解能は高いが、その反面複数の撮像画像を取得する時間内に被検物が動いてしまう(振動等が要因)であると精度が低下するという問題がある。また、フーリエ変換を利用したワンステップ法を用いる三次元測定では、被検物の時間的な変化(移動)に対しては問題がないが、被検物表面の急激な状態変化を検出できないという問題がある。 By the way, in the three-dimensional measurement using the phase shift method as described above, the phase of each pixel is obtained from the picked-up image picked up multiple times by changing the phase of the projection pattern, and the resolution in the horizontal direction is high. If the test object moves within the time for acquiring the captured image (because of vibration or the like), there is a problem that the accuracy decreases. In addition, in the three-dimensional measurement using the one-step method using Fourier transform, there is no problem with temporal change (movement) of the test object, but it is impossible to detect a sudden state change of the test object surface. There's a problem.
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、被検物の時間的な変化の影響もしくは被検物表面の急激な状態変化の影響を受けることがないようにして正確な三次元形状測定を行うことができるような測定装置及び測定方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and it is not possible to be affected by the temporal change of the specimen or the sudden state change of the specimen surface. It is an object of the present invention to provide a measuring apparatus and a measuring method capable of performing original shape measurement.
上記課題を解決して目的を達成するため、本発明に係る形状測定装置は、位置によって異なる光学波長および位相を有する投影パターンを被検物に投影する投影部と、前記投影パターンが投影された前記被検物の像を色調に対応する少なくとも2つの波長特性に基づいて分けた撮像として取得する撮像取得部と、前記被検物の複数の位置に対応する前記撮像から前記波長特性同士の重複による誤差を修正した修正位相を取得する修正位相取得部と、前記修正位相取得部により得られた前記修正位相から前記被検物の形状を測定する形状測定部とを備える。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, a shape measuring apparatus according to the present invention projects a projection pattern having a different optical wavelength and phase depending on the position onto a test object, and the projection pattern is projected An imaging acquisition unit that acquires an image of the test object as an imaging divided based on at least two wavelength characteristics corresponding to color tone, and an overlap between the wavelength characteristics from the imaging corresponding to a plurality of positions of the test object A correction phase acquisition unit that acquires a correction phase in which the error due to the correction is corrected, and a shape measurement unit that measures the shape of the test object from the correction phase acquired by the correction phase acquisition unit.
前記形状測定装置は、位置によって任意の波長及び任意の位相の投影パターンを生成する投影パターン生成部を備えるように構成されることが好ましい。 The shape measuring device is preferably configured to include a projection pattern generation unit that generates a projection pattern having an arbitrary wavelength and an arbitrary phase depending on a position.
前記形状測定装置において、前記投影パターン生成部は少なくとも3つの波長特性を合成して前記投影パターンを生成し、前記撮像取得部は少なくとも前記3つの波長特性に基づいて分けた撮像として取得するように構成されることが好ましい。 In the shape measuring apparatus, the projection pattern generation unit generates the projection pattern by synthesizing at least three wavelength characteristics, and the imaging acquisition unit acquires as an imaging divided based on at least the three wavelength characteristics. Preferably, it is configured.
また、本発明に係る形状測定装置は、任意の波長帯域及び任意の位相の投影パターンを生成する投影パターン生成部と、被検物に前記投影パターン生成部により生成された前記投影パターンを投影する投影部と、前記投影パターンが投影された前記被検物を撮像する撮像部と、前記投影パターン生成部によりそれぞれ異なる波長帯域を有した3つ以上の補正用投影パターンを生成し、前記投影部により前記被検物に前記補正用投影パターンをそれぞれ投影するとともに前記撮像部により撮像して3つ以上の補正用撮像画像を取得し、前記補正用撮像画像のそれぞれにおいて、前記波長帯域毎の光量比を検出し、前記光量比を前記補正用撮像画像のそれぞれについて補正データとして取得する補正データ検出部と、前記投影パターン生成部により、それぞれ前記補正用投影パターンが有する波長帯域と同一の波長帯域を有し位相が互いに異なる3つ以上のベース投影パターンを生成し、さらに前記ベース投影パターンを合成して合成投影パターンを生成し、前記投影部により前記被検物に前記合成投影パターンを投影するとともに前記撮像部により撮像して得られた合成投影パターン撮像画像において、各画素における光量を前記波長帯域毎に分けて前記補正データを用いて補正し、それぞれ位相の異なる3つ以上の補正画像を取得する修正データ取得部と、前記補正画像取得部により得られた前記補正画像から前記被検物の形状測定をする形状演算部とを備える。 The shape measuring apparatus according to the present invention projects a projection pattern generation unit that generates a projection pattern of an arbitrary wavelength band and an arbitrary phase, and the projection pattern generated by the projection pattern generation unit onto a test object. A projection unit; an imaging unit that images the object on which the projection pattern is projected; and the projection pattern generation unit that generates three or more correction projection patterns having different wavelength bands, and the projection unit. To project the correction projection pattern onto the object to be detected and to capture three or more correction captured images by capturing with the imaging unit, and in each of the correction captured images, the light amount for each wavelength band A correction data detection unit that detects a ratio and acquires the light amount ratio as correction data for each of the correction captured images; and the projection pattern generation unit. , Generating three or more base projection patterns each having the same wavelength band as the correction projection pattern and having different phases, and further combining the base projection patterns to generate a composite projection pattern; In the composite projection pattern captured image obtained by projecting the composite projection pattern onto the test object by the projection unit and capturing an image by the imaging unit, the correction data is divided by the wavelength band for each wavelength band. A correction data acquisition unit that corrects three or more correction images with different phases, and a shape calculation unit that measures the shape of the test object from the correction image obtained by the correction image acquisition unit; Is provided.
上記課題を解決して目的を達成するため、本発明に係る形状測定方法は、位置によって異なる光学波長および位相を有する投影パターンを被検物に投影する投影工程と、前記投影パターンが投影された前記被検物の像を色調に対応する少なくとも2つの波長特性に基づいて分けた撮像として取得する撮像取得工程と、前記被検物の複数の位置に対応する前記撮像から前記波長特性同士の重複による誤差を修正した修正位相を取得する修正位相取得工程と、前記修正位相取得工程により得られた前記修正位相から前記被検物の形状を測定する。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, a shape measuring method according to the present invention projects a projection pattern having a different optical wavelength and phase depending on the position onto a test object, and the projection pattern is projected. An imaging acquisition step of acquiring an image of the test object as an imaging divided based on at least two wavelength characteristics corresponding to color tone, and overlapping of the wavelength characteristics from the imaging corresponding to a plurality of positions of the test object The correction phase acquisition step of acquiring a correction phase in which the error due to the correction is corrected, and the shape of the test object are measured from the correction phase acquired by the correction phase acquisition step.
前記形状測定方法は、位置によって任意の波長及び任意の位相の投影パターンを生成する投影パターン生成工程を更に有するように構成されることが好ましい。 It is preferable that the shape measuring method further includes a projection pattern generation step of generating a projection pattern having an arbitrary wavelength and an arbitrary phase depending on the position.
前記形状測定方法において、前記投影パターン生成工程は少なくとも3つの波長特性を合成して前記投影パターンを生成し、前記撮像取得工程は少なくとも前記3つの波長特性に基づいて分けた撮像として取得するように構成されることが好ましい。 In the shape measuring method, the projection pattern generation step generates at least three wavelength characteristics to generate the projection pattern, and the imaging acquisition step acquires as imaging divided based on at least the three wavelength characteristics. Preferably, it is configured.
また、本発明に係る形状測定方法は、任意の波長帯域及び任意の位相の投影パターンを生成する投影パターン生成部と、被検物に前記投影パターン生成部により生成された前記投影パターンを投影する投影部と、前記投影パターンが投影された前記被検物を撮像する撮像部とを備えた形状測定装置を用いて前記被検物の三次元形状を測定する方法であって、前記投影パターン生成部によりそれぞれ異なる波長帯域を有した3つ以上の補正用投影パターンを生成し、前記投影部により前記被検物に前記補正用投影パターンをそれぞれ投影するとともに前記撮像部により撮像して3つ以上の補正用撮像画像を取得するステップと、前記撮像部により撮像して得られた前記補正用撮像画像のそれぞれにおいて、前記波長帯域毎の光量比を検出し、前記光量比を前記補正用撮像画像のそれぞれについて補正データとして取得するステップと、前記投影パターン生成部により、それぞれ前記補正用投影パターンが有する波長帯域と同一の波長帯域を有し位相が互いに異なる3つ以上のベース投影パターンを生成し、さらに前記ベース投影パターンを合成して合成投影パターンを生成し、前記投影部により前記被検物に前記合成投影パターンを投影するステップと、前記撮像部により前記被検物に投影された前記合成投影パターンを撮像して合成投影パターン撮像画像を取得するステップと、前記撮像部により得られた前記合成投影パターン撮像画像において、各画素における光量を前記波長帯域毎に分けて前記補正データを用いて補正し、それぞれ位相の異なる3つ以上の補正画像を取得するステップとを有し、前記補正画像から前記被検物の三次元形状を求める。 The shape measurement method according to the present invention projects a projection pattern generation unit that generates a projection pattern having an arbitrary wavelength band and an arbitrary phase, and the projection pattern generated by the projection pattern generation unit onto a test object. A method for measuring a three-dimensional shape of the test object using a shape measuring device including a projection unit and an imaging unit that images the test object on which the projection pattern is projected, the projection pattern generation Three or more correction projection patterns each having a different wavelength band are generated by the unit, and the correction projection pattern is projected onto the test object by the projection unit and imaged by the imaging unit, and three or more In each of the step of obtaining the correction captured image and the correction captured image obtained by imaging by the imaging unit, a light amount ratio for each wavelength band is detected, A step of acquiring a light amount ratio as correction data for each of the correction captured images, and the projection pattern generation unit, each of which has the same wavelength band as that of the correction projection pattern and has three different phases. Generating the above base projection pattern, further combining the base projection pattern to generate a composite projection pattern, projecting the composite projection pattern onto the test object by the projection unit; and In the step of capturing the composite projection pattern projected on the specimen to obtain a composite projection pattern captured image, and in the composite projection pattern captured image obtained by the imaging unit, the amount of light in each pixel is set for each wavelength band. Separately, correction is performed using the correction data, and three or more corrected images having different phases are obtained. And a step to determine the three-dimensional shape of the test object from the corrected image.
以上説明したように構成される本発明によれば、それぞれ異なる波長帯域を有した3つの補正用投影パターンを生成し、それぞれ前記補正用投影パターンが有する波長帯域と同一の波長帯域を有し位相が互いに異なる3つ以上のベース投影パターンを生成し、さらに前記ベース投影パターンを合成して合成投影パターンを生成し、前記合成投影パターンを投影して得られる合成投影パターン撮像画像から、各画素における光量を前記波長帯域毎に分けて前記補正データを用いて補正し、それぞれ位相の異なる3つ以上の補正画像を取得し、前記補正画像から被検物の三次元形状を求める構成であり、被検物の時間的な変化の影響もしくは被検物表面の急激な状態変化の影響を軽減し、計測精度が高い三次元形状測定装置を提供することができる。 According to the present invention configured as described above, three correction projection patterns having different wavelength bands are generated, each having the same wavelength band as that of the correction projection pattern and a phase. Generating three or more base projection patterns different from each other, further combining the base projection patterns to generate a combined projection pattern, and projecting the combined projection pattern from the combined projection pattern captured image, The amount of light is divided for each wavelength band and corrected using the correction data, three or more corrected images having different phases are obtained, and the three-dimensional shape of the test object is obtained from the corrected image. It is possible to provide a 3D shape measuring device with high measurement accuracy by reducing the effects of temporal changes in the specimen or the sudden changes in the surface of the specimen. .
以下、本発明の好ましい実施形態について説明する。本発明に係る三次元形状測定装置の概略構成を図1に示しており、まず、この形状測定装置について、図1を参照して説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described. FIG. 1 shows a schematic configuration of a three-dimensional shape measuring apparatus according to the present invention. First, the shape measuring apparatus will be described with reference to FIG.
この形状測定装置は、光源1と、光源1からの光に縞模様を与えるための投影パターンマスク2と、投影パターンマスク2を通過した光源1からの光を被検物20の表面に投影させる投影レンズ(群)3とからなるパターン投影部と、被検物20からの反射光を撮像レンズ(群)4を介して撮像する撮像装置5からなる撮像部と、を有して構成される。
The shape measuring device projects a
パターン投影部において、投影パターンマスク2は例えば液晶素子により構成され、投影パターン生成装置6により任意の波長帯域及び任意の位相の投影パターン(本実施形態では、正弦波状の縞パターンを生成する)を生成できる。これにより、光源1からの光をこの投影パターンマスク2を通過させ、投影レンズ3により集光させ、被検物20の表面に投影パターンマスク2により形成された所望の投影パターンを投影させることができる。なお、図では、投影パターンマスク2を視覚的に判りやすいようにバイナリーパターン(白黒模様)としているが、実際は、前述のように濃淡による位相が正弦波状に変わる縞パターンとなっている。
In the pattern projection unit, the
撮像部は、被検物20からの反射光を撮像レンズ4を介して被検物20を撮像する撮像装置5(例えば、CCDカメラ)を備えている。撮像装置5により撮像された被検物20の画像データは、演算処理装置7に送られ、ここで以下に説明する画像演算処理がなされ、被検物20の表面形状測定が行われる。なお、パターン投影部、撮像部は一つのフレームにより一体に固定されて構成されており、被検物20は図示しない支持台上に載置されて支持されている。
The imaging unit includes an imaging device 5 (for example, a CCD camera) that captures an image of the
演算処理装置7は、撮像装置5により得られた撮像画像において、異なる波長帯域の光量比を検出し、前記光量比を補正データとして取得する補正データ検出部8と、前記撮像部により得られた撮像画像において、画素毎に前記各異なる波長帯域の光量を前記補正データを用いて補正し、それぞれ位相の異なる補正画像を取得する補正画像取得部9と、前記補正画像取得部9により得られた前記補正画像から被検物の形状測定をする形状演算部10とを備えている。
The
以上のように構成された表面形状測定装置を用いて被検物20の表面形状を測定する方法を、図2のフローチャートを参照して以下に説明する。
A method of measuring the surface shape of the
本実施形態では、投影パターン生成装置6において、それぞれ異なる波長帯域を有した3つの投影パターン(正弦波状の赤色、緑色、青色縞パターン)、もしくはそれぞれ位相が互いに異なる3つの前記投影パターンを合成して合成投影パターンを生成して用いる。 In the present embodiment, the projection pattern generation device 6 synthesizes three projection patterns having different wavelength bands (sine wave-like red, green, and blue stripe patterns) or three projection patterns having phases different from each other. A composite projection pattern is generated and used.
この測定に際しては、まず投影パターン生成装置6により投影パターンマスク2を赤色縞パターン(正弦波状の赤色縞パターン)に生成する(ステップS1)。光源1からの光を投影パターンマスク2及び投影レンズ3を介して被検物20に照射させて被検物20の表面に赤色縞パターンを投影する。このように投影されて被検物20から反射する光は撮像レンズ4を介して集光され、撮像装置5により被検物表面に投影された赤色縞パターンを撮像する(ステップS2)。
In this measurement, first, the projection pattern generation device 6 generates the
撮像装置5により得られた撮像画像は、演算処理装置7に送られる。演算処理装置7内の補正データ検出部8において、赤色縞パターンを被検物20に投影して得られた撮像画像の各波長帯域の光量比(赤色縞パターンを投影して得られた撮像画像の赤色、青色、緑色の各光量)を検出する(ステップS3)。ここで、赤色縞パターンを投影して得られた各波長帯域の光量比をそれぞれRrr(X,Y)(前記赤色の光量比)、Grr(X,Y)(前記緑色の光量比)、Brr(X,Y)(前記青色の光量比)とする。
The captured image obtained by the imaging device 5 is sent to the
上記のように、赤色縞パターンを被検物20に投影して得られた撮像画像において、
光源1の前記各波長帯域に対して前記撮像画像の前記波長帯域は必ずしも1対1にはなっていない。つまり、前記撮像画像において、赤色の光量だけが検出されるのではなく、緑色の光量もしくは青色の光量に対しても多少の感度がある(信号としてみるとリークがある)。そこで以下に説明するように、被検物表面の反射特性とともに撮像部の感度差(上記のようなリーク量も含めて)も同時に補正することにより、被検物20の形状測定の精度を向上しようとするものである。
As described above, in the captured image obtained by projecting the red stripe pattern onto the
The wavelength band of the captured image is not necessarily 1: 1 with respect to each wavelength band of the
次に、投影パターン生成装置6により投影パターンマスク2を緑色縞パターン(正弦波状の緑色縞パターン)に生成し、上記と同様にして、撮像装置5により被検物表面に投影された緑色縞パターンを撮像する(ステップS4)。
Next, the projection pattern generation device 6 generates the
演算処理装置7内の補正データ検出部8において、緑色縞パターンを被検物20に投影して得られた撮像画像の各波長帯域の光量比(緑色縞パターンを投影して得られた撮像画像の赤色、青色、緑色の各光量)を検出する(ステップS5)。ここで、緑色縞パターンを投影して得られた各波長帯域の光量比をそれぞれRrg(X,Y)(前記赤色の光量比)、Grg(X,Y)(前記緑色の光量比)、Brg(X,Y)(前記青色の光量比)とする。
In the correction
さらに、投影パターン生成装置6により投影パターンマスク2を青色縞パターン(正弦波状の青色縞パターン)に生成し、上記と同様にして、撮像装置5により被検物表面に投影された青色縞パターンを撮像する(ステップS6)。
Further, the projection pattern generation device 6 generates the
演算処理装置7内の補正データ検出8において、青色縞パターンを被検物20に投影して得られた撮像画像の各波長帯域の光量比(青色縞パターンを投影して得られた撮像画像の赤色、青色、緑色の各光量)を検出する(ステップS7)。ここで、青色縞パターンを投影して得られた各波長帯域の光量比をそれぞれRrb(X,Y)(前記赤色の光量比)、Grb(X,Y)(前記緑色の光量比)、Brb(X,Y)(前記青色の光量比)とする。
In the
したがって、各波長帯域の投影パターン(赤色、緑色、青色縞パターン)を投影して得られた撮像画像の光量は、前記各波長帯域の投影パターンを投影して本来撮像される撮像画像の光量に対して、前記各波長帯域の投影パターンを投影して得られた各波長帯域の光量比を用いて表すと、以下の式(1)となる。 Therefore, the amount of light of the captured image obtained by projecting the projection pattern (red, green, blue stripe pattern) of each wavelength band is the same as the amount of light of the captured image originally projected by projecting the projection pattern of each wavelength band. On the other hand, when expressed using the light quantity ratio of each wavelength band obtained by projecting the projection pattern of each wavelength band, the following expression (1) is obtained.
ここで、Rr、Gr、Brは、前記各波長帯域の投影パターンを投影して得られた撮像画像の光量、R、G、Bは前記各波長帯域の投影パターンを投影して本来撮像される撮像画像の光量である。 Here, Rr, Gr, and Br are the amounts of light of the captured image obtained by projecting the projection patterns in the respective wavelength bands, and R, G, and B are originally imaged by projecting the projection patterns in the respective wavelength bands. This is the amount of light of the captured image.
上記のように得られた、各波長帯域の投影パターン(赤色、緑色、青色縞パターン)を投影して本来撮像される撮像画像の光量に対する、前記各波長帯域の投影パターンを投影して得られた撮像画像の光量の割合、つまり、前記各波長帯域の投影パターンを投影して得られた各波長帯域の光量比の逆数が、前記各波長帯域の投影パターンを投影して得られた撮像画像の光量を補正する補正データとなり、式(1)を変形して(以下の式(2)参照)得ることができる(ステップS8)。 Obtained by projecting the projection pattern of each wavelength band to the amount of light of the captured image originally projected by projecting the projection pattern (red, green, blue stripe pattern) of each wavelength band obtained as described above. The ratio of the amount of light of the captured image, that is, the reciprocal of the light amount ratio of each wavelength band obtained by projecting the projection pattern of each wavelength band is obtained by projecting the projection pattern of each wavelength band. The correction data for correcting the amount of light can be obtained, and can be obtained by modifying equation (1) (see equation (2) below) (step S8).
上記において、式2の右辺の係数項が各波長帯域の投影パターン(赤色、緑色、青色縞パターン)を投影して得られた撮像画像の光量を補正する補正データとなる。
In the above, the coefficient term on the right side of
次に、上記で得られた各波長帯域の投影パターン(赤色、緑色、青色縞パターン)を投影して得られた撮像画像の光量を補正する補正データを用いて被検物20の形状測定を行う手順について説明する。
Next, the shape measurement of the
投影パターン生成装置6により投影パターンマスク2を、図3に示すように、各波長帯域(赤色、緑色、青色)の互いに位相の異なる(例えば、それぞれ2/3π位相がずれ、縞のピッチは等しい正弦波状)3つの縞パターンを合成した3色合成縞パターンに生成する(ステップS9)。
As shown in FIG. 3, the projection pattern generation device 6 causes the
光源1からの光を投影パターンマスク2及び投影レンズ3を介して被検物20に照射させて被検物20の表面に3色合成縞パターンを投影する。このように投影されて被検物20から反射する光は撮像レンズ4を介して集光され、撮像装置5により被検物表面に投影された3色合成縞パターンを撮像する(ステップS10)。
The
撮像装置5により得られた撮像画像は、演算処理装置7に送られ、3色合成縞パターンを被検物20に投影して得られた3色合成縞パターン撮像画像の画素毎において各波長帯域の各光量(3色合成縞パターンを投影して得られた3色合成縞パターン撮像画像の赤色、緑色、青色の各光量)を検出する(ステップS11)。
The captured image obtained by the imaging device 5 is sent to the
そして、演算処理部7内の補正画像取得部9において、3色合成縞パターンを被検物20に投影して得られた3色合成縞パターン撮像画像の画素毎において、前記補正データ検出部8により得られた補正データを用いて、各波長帯域(赤色、緑色、青色)の各光量を補正し、それぞれ位相の異なる(例えば、それぞれ2/3π位相がずれ、縞のピッチは等しい正弦波状)3つの画像を補正画像として取得する(ステップS12)。
Then, in the corrected
さらに、前記補正データ検出部8により得られた補正データを用いて補正をして得られた前記補正画像の位相値により、三角測量の原理を用いて被検物20の形状測定を行う(ステップS13)。
Further, the shape of the
以上のようにして、3つの異なる波長帯域を同時に含みそれぞれ位相の異なる3色合成投影パターンを投影し、それぞれ位相の異なる3つの撮像画像を同時に得ることができ、前記各3つの異なる波長帯域の光量比から補正データを検出し、前記補正データを用いて前記撮像画像を補正してそれぞれ位相の異なる3つの画像を補正画像として取得して、前記補正画像の位相値により三角測量の原理に基づいて被検物20の三次元形状を求める。
As described above, it is possible to project a three-color composite projection pattern having three different wavelength bands at the same time and having different phases, and simultaneously obtaining three captured images having different phases. Correction data is detected from the light quantity ratio, the captured image is corrected using the correction data, three images having different phases are obtained as correction images, and based on the principle of triangulation based on the phase value of the correction image Thus, the three-dimensional shape of the
したがって、被検物20の時間的な変化(振動等により被検物20が動いてしまう)の影響もしくは被検物表面の急激な状態変化の影響を受けることなく、被検物20の正確な三次元形状測定を行うことができる。
Accordingly, the
本実施形態では、上記のように、撮像画像において、投影パターンの波長帯域に対応する光量だけが検出されるのではなく、異なる波長帯域の光量に対しても多少の感度がある(信号としてみるとリークがある)。そこで、被検物表面の反射特性とともに撮像部の感度差(上記のようなリーク量も含めて)も同時に補正することにより、被検物20の形状測定の精度を向上しようとするものであったが、投影パターンの波長帯域に対応する光量だけが検出されるような構成にすることも可能ではある。しかし、高精度の光学フィルター等が必要となり装置が高価になるという問題があり、本実施形態における方法が有効である。
In the present embodiment, as described above, in the captured image, not only the amount of light corresponding to the wavelength band of the projection pattern is detected, but there is some sensitivity to the amount of light in a different wavelength band (see as a signal). And there is a leak). Therefore, the accuracy of shape measurement of the
また、本実施形態では、被検物表面に投影された投影パターンの撮像画像において、投影パターンの縞の次数を判定(アンラッピング)するために、3つの異なる波長帯域の投影パターン(赤色,緑色,青色縞パターン)を投影して得られた互いに位相の異なる3つの撮像画像を用いた。しかしながら、アンラッピングするためには、3つの撮像画像を用いることに限られず、少なくとも2つ以上の位相が異なる撮像画像を用いることで可能である。 In this embodiment, in order to determine (unwrap) the order of the fringes of the projection pattern in the captured image of the projection pattern projected on the surface of the test object, the projection patterns (red and green) of three different wavelength bands are used. , Blue stripe pattern), and three captured images with different phases were used. However, unwrapping is not limited to using three captured images, and it is possible to use at least two captured images having different phases.
1 光源
2 投影パターンマスク
3 投影レンズ
4 撮像レンズ
5 撮像装置
6 投影パターン生成装置(投影パターン生成部)
7 演算処理装置
8 補正データ検出部
9 補正画像取得部(修正位相取得部)
10 形状演算部(形状測定部)
20 被検物
DESCRIPTION OF
7
10 Shape calculation part (Shape measurement part)
20 Test object
Claims (8)
前記投影パターンが投影された前記被検物の像を色調に対応する少なくとも2つの波長特性に基づいて分けた撮像として取得する撮像取得部と、
前記被検物の複数の位置に対応する前記撮像から前記波長特性同士の重複による誤差を修正した修正位相を取得する修正位相取得部と、
前記修正位相取得部により得られた前記修正位相から前記被検物の形状を測定する形状測定部とを備えることを特徴とする形状測定装置。 A projection unit that projects a projection pattern having different optical wavelengths and phases depending on the position onto a test object;
An imaging acquisition unit that acquires an image of the test object onto which the projection pattern is projected as an imaging divided based on at least two wavelength characteristics corresponding to a color tone;
A correction phase acquisition unit that acquires a correction phase that corrects an error due to duplication of the wavelength characteristics from the imaging corresponding to a plurality of positions of the test object;
A shape measuring apparatus comprising: a shape measuring unit that measures the shape of the test object from the corrected phase obtained by the corrected phase acquiring unit.
位置によって任意の波長及び任意の位相の投影パターンを生成する投影パターン生成部を備えることを特徴とする形状測定装置。 In the shape measuring apparatus according to claim 1,
A shape measuring apparatus comprising: a projection pattern generation unit that generates a projection pattern having an arbitrary wavelength and an arbitrary phase according to a position.
前記投影パターン生成部は少なくとも3つの波長特性を合成して前記投影パターンを生成し、
前記撮像取得部は少なくとも前記3つの波長特性に基づいて分けた撮像として取得することを特徴とする形状測定装置。 In the shape measuring apparatus according to claim 2,
The projection pattern generation unit generates the projection pattern by combining at least three wavelength characteristics;
The shape measurement apparatus characterized in that the imaging acquisition unit acquires as imaging divided based on at least the three wavelength characteristics.
被検物に前記投影パターン生成部により生成された前記投影パターンを投影する投影部と、
前記投影パターンが投影された前記被検物を撮像する撮像部と、
前記投影パターン生成部によりそれぞれ異なる波長帯域を有した3つ以上の補正用投影パターンを生成し、前記投影部により前記被検物に前記補正用投影パターンをそれぞれ投影するとともに前記撮像部により撮像して3つ以上の補正用撮像画像を取得し、前記補正用撮像画像のそれぞれにおいて、前記波長帯域毎の光量比を検出し、前記光量比を前記補正用撮像画像のそれぞれについて補正データとして取得する補正データ検出部と、
前記投影パターン生成部により、それぞれ前記補正用投影パターンが有する波長帯域と同一の波長帯域を有し位相が互いに異なる3つ以上のベース投影パターンを生成し、さらに前記ベース投影パターンを合成して合成投影パターンを生成し、前記投影部により前記被検物に前記合成投影パターンを投影するとともに前記撮像部により撮像して得られた合成投影パターン撮像画像において、各画素における光量を前記波長帯域毎に分けて前記補正データを用いて補正し、それぞれ位相の異なる3つ以上の補正画像を取得する修正データ取得部と、
前記補正画像取得部により得られた前記補正画像から前記被検物の形状測定をする形状演算部と、
を備える形状測定装置。 A projection pattern generation unit that generates a projection pattern of an arbitrary wavelength band and an arbitrary phase;
A projection unit that projects the projection pattern generated by the projection pattern generation unit onto a test object;
An imaging unit that images the object on which the projection pattern is projected;
The projection pattern generation unit generates three or more correction projection patterns having different wavelength bands, the projection unit projects the correction projection pattern onto the object, and the imaging unit captures the image. Three or more correction captured images are acquired, a light amount ratio for each wavelength band is detected in each of the correction captured images, and the light amount ratio is acquired as correction data for each of the correction captured images. A correction data detection unit;
The projection pattern generation unit generates three or more base projection patterns each having the same wavelength band as the correction projection pattern and having different phases, and further combines and synthesizes the base projection patterns. In the composite projection pattern captured image obtained by generating a projection pattern, projecting the composite projection pattern onto the test object by the projection unit, and capturing an image by the imaging unit, the amount of light in each pixel is determined for each wavelength band. A correction data acquisition unit that separately corrects using the correction data and acquires three or more corrected images each having a different phase;
A shape calculation unit for measuring the shape of the test object from the correction image obtained by the correction image acquisition unit;
A shape measuring apparatus comprising:
前記投影パターンが投影された前記被検物の像を色調に対応する少なくとも2つの波長特性に基づいて分けた撮像として取得する撮像取得工程と、
前記被検物の複数の位置に対応する前記撮像から前記波長特性同士の重複による誤差を修正した修正位相を取得する修正位相取得工程と、
前記修正位相取得工程により得られた前記修正位相から前記被検物の形状を測定する形状測定工程とを備えることを特徴とする形状測定方法。 A projection step of projecting a projection pattern having an optical wavelength and a phase different depending on the position onto the test object;
An imaging acquisition step of acquiring an image of the test object on which the projection pattern is projected as an imaging divided based on at least two wavelength characteristics corresponding to color tone;
A correction phase acquisition step of acquiring a correction phase in which an error due to duplication of the wavelength characteristics is corrected from the imaging corresponding to a plurality of positions of the test object;
A shape measuring method comprising: a shape measuring step of measuring the shape of the test object from the corrected phase obtained by the corrected phase acquisition step.
位置によって任意の波長及び任意の位相の投影パターンを生成する投影パターン生成工程を更に有することを特徴とする形状測定方法。 In the shape measuring method according to claim 5,
A shape measurement method further comprising a projection pattern generation step of generating a projection pattern having an arbitrary wavelength and an arbitrary phase according to a position.
前記投影パターン生成工程は少なくとも3つの波長特性を合成して前記投影パターンを生成し、
前記撮像取得工程は少なくとも前記3つの波長特性に基づいて分けた撮像として取得することを特徴とする形状測定方法。 In the shape measuring method according to claim 6,
The projection pattern generation step generates the projection pattern by combining at least three wavelength characteristics;
The shape measurement method according to claim 1, wherein the imaging acquisition step acquires as imaging divided based on at least the three wavelength characteristics.
前記投影パターン生成部によりそれぞれ異なる波長帯域を有した3つ以上の補正用投影パターンを生成し、前記投影部により前記被検物に前記補正用投影パターンをそれぞれ投影するとともに前記撮像部により撮像して3つ以上の補正用撮像画像を取得するステップと、
前記撮像部により撮像して得られた前記補正用撮像画像のそれぞれにおいて、前記波長帯域毎の光量比を検出し、前記光量比を前記補正用撮像画像のそれぞれについて補正データとして取得するステップと、
前記投影パターン生成部により、それぞれ前記補正用投影パターンが有する波長帯域と同一の波長帯域を有し位相が互いに異なる3つ以上のベース投影パターンを生成し、さらに前記ベース投影パターンを合成して合成投影パターンを生成し、前記投影部により前記被検物に前記合成投影パターンを投影するステップと、
前記撮像部により前記被検物に投影された前記合成投影パターンを撮像して合成投影パターン撮像画像を取得するステップと、
前記撮像部により得られた前記合成投影パターン撮像画像において、各画素における光量を前記波長帯域毎に分けて前記補正データを用いて補正し、それぞれ位相の異なる3つ以上の補正画像を取得するステップと、
を有し前記補正画像から前記被検物の三次元形状を求めることを特徴とする形状測定方法。 A projection pattern generation unit that generates a projection pattern of an arbitrary wavelength band and an arbitrary phase, a projection unit that projects the projection pattern generated by the projection pattern generation unit onto a test object, and the projection pattern is projected A method for measuring a three-dimensional shape of the test object using a shape measuring device including an imaging unit that images the test object,
The projection pattern generation unit generates three or more correction projection patterns having different wavelength bands, the projection unit projects the correction projection pattern onto the object, and the imaging unit captures the image. Acquiring three or more correction captured images;
Detecting a light amount ratio for each wavelength band in each of the correction captured images obtained by imaging by the imaging unit, and acquiring the light amount ratio as correction data for each of the correction captured images;
The projection pattern generation unit generates three or more base projection patterns each having the same wavelength band as the correction projection pattern and having different phases, and further combines and synthesizes the base projection patterns. Generating a projection pattern and projecting the composite projection pattern onto the object by the projection unit;
Capturing the composite projection pattern projected on the object by the imaging unit to obtain a composite projection pattern captured image;
In the composite projection pattern captured image obtained by the image capturing unit, the light amount in each pixel is corrected for each wavelength band and corrected using the correction data, and three or more corrected images having different phases are obtained. When,
A shape measuring method comprising: obtaining a three-dimensional shape of the test object from the corrected image.
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