３次元計測方法および３次元計測方法をコンピュータに実行させるプログラム
【課題】 パラメータの設定を簡単にでき、ユーザの負担を大幅に軽減できる３次元計測方法および３次元計測方法をコンピュータに実行させるプログラムを提供する。
【解決手段】 観察系の倍率、測定対象物体の最大測定範囲、測定精度と測定速度の度合いのそれぞれについて設定されたパラメータに基づいて液晶格子６０４の格子ピッチが求められ、該格子ピッチで生成された液晶格子６０４のパターンを用いて標本３からの変形格子パターン像をＴＶカメラ１３で撮像するとともに、液晶格子６０４を数段階シフトさせながら各位置毎の撮像画像を取得し、該取得した各位置毎の撮像画像から位相を求めるとともに、該位相と予め用意された前記倍率、最大測定範囲、測定精度と測定速度の度合いに対応する基本位相との差分を用いて高さを求め、この結果を表示部１７４に表示する。
【解決手段】 観察系の倍率、測定対象物体の最大測定範囲、測定精度と測定速度の度合いのそれぞれについて設定されたパラメータに基づいて液晶格子６０４の格子ピッチが求められ、該格子ピッチで生成された液晶格子６０４のパターンを用いて標本３からの変形格子パターン像をＴＶカメラ１３で撮像するとともに、液晶格子６０４を数段階シフトさせながら各位置毎の撮像画像を取得し、該取得した各位置毎の撮像画像から位相を求めるとともに、該位相と予め用意された前記倍率、最大測定範囲、測定精度と測定速度の度合いに対応する基本位相との差分を用いて高さを求め、この結果を表示部１７４に表示する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、格子パターン投影法を採用した３次元計測方法および３次元計測方法をコンピュータに実行させるプログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、３次元形状をなす測定対象物の表面形状を非接触で測定する手段として、位相シフトを用いた格子パターン投影法が知られている。
【０００３】
この格子パターン投影法は、測定対象物の表面に対して斜め上方向に投影系を配置し、この投影系からの格子パターンの像を測定対象物表面に所定角度傾けて投影し、測定対象物表面からの散乱光を変形格子パターン像として、測定対象物表面の真上に配置された撮像系により撮像する。この場合、格子パターンを横ずらしして、位相が異なる複数枚の画像を取得し、これら取得された複数枚の画像より各画素毎にその点での格子の位相を求め、その位相情報から測定対象物の高さを含む３次元の表面形状を演算により求めるようにしている。
【０００４】
位相情報から測定対象物の高さを求める方法として、従来から三角測量の原理に基づく方法がよく用いられる。
【０００５】
図５は、従来の三角測量を使用した方法の一例を示したものである。この例では、入射光線１０１を入射する不図示の投影系と反射光線１０２が導かれる不図示の撮像系は、テレセントリック光学系となっている。また、測定対象物１０３に対して基準平面１０４を設け、計算される高さはすべて基準平面１０４に対するものと考える。そして、測定対象物１０３の高さ、例えば、Ａ点の高さＨｉｇｈは、Ａ点に投影された格子の位置と基準平面１０４上のＢ点に投影された格子の位置を用いて求める。つまり、Ａ点の位相ΦａとＢ点の位相Φｂ(Φｂを基準位相という)を用いて、以下の（１）式を用いて求める。
【０００６】
Ｈｉｇｈ＝（Ｐｉｔｃｈ×（Φａ−Φｂ））／（ｓｉｎα×２π）…（１）
ここで、Ｐｉｔｃｈは、格子パターンのピッチ、αは入射角度である。
【０００７】
位相シフトを用いて求めた各点の位相は、０〜２πの範囲に畳み込まれるので、求めた高さもＰｉｔｃｈ／ｓｉｎαの範囲に畳み込まれる。更に、位相接続などの手法が用いれば、さらに大きな高さの測定結果も再現することができる。ここで、位相接続については、例えば、特許文献１に開示される方法が用いられる。
【特許文献１】特開２０００−９４４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、最近、このような３次元計測システムは、顕微鏡を組み合わせたものが考えられている。このように顕微鏡を組み合わせたものは、これまでの３次元計測システムでは、格子パターンのピッチと観察系の倍率が固定であったものが、測定対象物体が変わる毎に、観察系の倍率が頻繁に変更されることがある。
【０００９】
ここで、格子パターンのピッチと観察系の倍率の関係は、格子パターンピッチを小さくして倍率を上げるほど分解能が高くなって測定対象物体の測定精度が改善される。しかし、この反面、高さの大きい測定対象物体に対して、小さな格子パターンピッチを用いて測定すると、位相接続処理時間が長くなって、全体の測定時間が長くかかるようになる。
【００１０】
このため、測定対象物体を変える場合は、測定対象物体の状態に応じて測定精度と測定速度（測定時間）のバランスを考えながら格子パターンピッチを設定する必要がある。また、観察系の倍率を高くすると焦点深度が浅くなり、測定不可能な領域が生じることがある。このため、観察系の倍率を変更する場合は、測定可能な範囲を明確にする必要もある。
【００１１】
このようなことから、従来では、測定精度と測定速度のバランスの取れた測定を行なうには、これら測定精度と測定速度を決定するパラメータを最適なものに設定する必要があるが、これらパラメータの設定は、複雑であるばかりか、経験を要するなど、ユーザにとって大きな負担になるという問題があった。
【００１２】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、パラメータの設定を簡単にでき、ユーザの負担を大幅に軽減できる３次元計測方法および３次元計測方法をコンピュータに実行させるプログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
請求項１記載の発明は、観察系の倍率、測定対象物体の最大測定範囲のパラメータを設定し、これら設定されたパラメータに基づいて格子パターンの格子ピッチを求め、該格子ピッチで生成された格子パターンを用いて標本からの変形格子パターン像を撮像するとともに、前記格子ピッチで生成された格子パターンを数段階シフトさせながら各位置毎の撮像画像を取得し、該取得した各位置毎の撮像画像から位相を求めるとともに、該位相と予め用意された前記パラメータの前記倍率、最大測定範囲に対応する基本位相との差分を用いて高さを求め、この結果を表示部に表示することを特徴としている。
【００１４】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、さらに、前記パラメータとして、測定精度と測定速度の度合いを設定することを特徴としている。
【００１５】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、さらに、前記パラメータの前記倍率、最大測定範囲に、前記測定精度と測定速度の度合いを追加した測定パラメータに対する前記基準位相との差分を用いて高さを求めることを特徴としている。
【００１６】
請求項４記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明において、前記測定対象物体の最大測定範囲が前記倍率に対応する焦点深度より大きい場合、前記最大測定範囲又は倍率のパラメータの再設定を指示することを特徴としている。
【００１７】
請求項５記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明において、前記観察系の倍率のパラメータは、外部からの情報により自動設定されることを特徴としている。
【００１８】
請求項６記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記基本位相は、前記倍率、最大計測範囲、測定精度のそれぞれのパラメータを設定し、これら設定されたパラメータに基づいて格子パターンの格子ピッチを求め、該格子ピッチで生成された格子パターンを用いて基準サンプルからの変形格子パターン像を撮像するとともに、前記格子パターンを数段階シフトさせながら各位置毎の撮像画像を取得し、該取得した各位置毎の撮像画像から求められた位相を基準位相のデータとして保存したものであることを特徴としている。
【００１９】
請求項７記載の発明は、請求項６記載の発明において、さらに、前記パラメータの前記倍率、最大測定範囲に、前記測定精度と測定速度の度合いを追加することを特徴としている。
【００２０】
請求項８記載の発明は、３次元計測方法をコンピュータに実行させるプログラムにおいて、観察系の倍率、測定対象物体の最大測定範囲のパラメータを設定させ、これら設定されたパラメータに基づいて格子パターンの格子ピッチを求め、該格子ピッチで生成された格子パターンを用いて標本からの変形格子パターン像を撮像させるとともに、前記格子パターンを数段階シフトさせながら各位置毎の撮像画像を取得させ、該取得した各位置毎の撮像画像から位相を求めるとともに、該位相と予め用意された前記パラメータの前記倍率、最大測定範囲に対する基本位相との差分を用いて高さを求め、この結果を表示部に表示させることを特徴としている。
【００２１】
請求項９記載の発明は、請求項８記載の発明において、さらに、前記パラメータとして、測定精度と測定速度の度合いを設定させることを特徴としている。
【００２２】
請求項１０記載の発明は、請求項９記載の発明において、さらに、前記パラメータの前記倍率、最大測定範囲に、前記測定精度と測定速度の度合いを追加した測定パラメータに対する前記基準位相との差分を用いて高さを求めることを特徴としている。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、パラメータの設定を簡単にでき、ユーザの負担を大幅に軽減できる３次元計測方法および３次元計測方法をコンピュータに実行させるプログラムを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の一実施の形態を図面に従い説明する。
【００２５】
図１は、本発明の一実施の形態のパラメータ設定方法が適用される顕微鏡３次元計測システムの概略構成を示している。
【００２６】
図１において、１は基台で、この基台１上には、ステージ２が設けられている。このステージ２には、標本３が載置されている。
【００２７】
基台１には、支柱４が直立して設けられている。この支柱４には、焦準装置５が設けられている。この焦準装置５には、格子パターン投影手段としての液晶格子投影装置６を介して実体顕微鏡を構成する実体顕微鏡本体７が設けられている。
【００２８】
焦準装置５は、装置本体５０１と移動部材５０２を有し、装置本体５０１には、支柱４が挿通されている。また、装置本体５０１には、固定ハンドル５０３が設けられ、この固定ハンドル５０３を締付け方向に回転することで、支柱４に固定できるようになっている。移動部材５０２は、不図示のガイド部により装置本体５０１に対して移動可能に支持されている。また、装置本体５０１と移動部材５０２の間には、ピニオンとラックからなる不図示の昇降機構が設けられている。この昇降機構には、焦準ハンドル５０４が連結されており、この焦準ハンドル５０４の操作により移動部材５０２を支柱４に沿った方向に上下動可能にしている。
【００２９】
移動部材５０２には、アリなどの不図示の装着部材を介して液晶格子投影装置６が着脱可能に設けられている。
【００３０】
液晶格子投影装置６は、装置本体６０１に、ライトガイド挿入部６０２が設けられている。このライトガイド挿入部６０２は、先端部にライトガイドとしての光ファイバ８の出射端８ａが設けられている。ライトガイド挿入部６０２の内部には、光ファイバ８の出射端８ａから発せられる光の光路上に照明光学系６０３が配置されている。この照明光学系６０３は、光ファイバ８の出射端８ａからの光をほぼ平行光にするようにしている。
【００３１】
装置本体６０１内部には、照明光学系６０３からの光の光路上に液晶格子６０４が配置されている。この液晶格子６０４は、後述するＰＣ１７の液晶格子制御部１７１の指示により、正弦波形状に変化する明度を一定間隔のピッチで表示する格子パターンを発生するとともに、この格子パターンをピッチ方向に数段階シフト可能にしている。
【００３２】
液晶格子６０４を通過した光路には、投影光学系６０５が配置されている。この投影光学系６０５は、液晶格子６０４により形成される明暗を有する格子パターン像を投影光路９を介して、標本３に対し所定の角度傾けて、つまり所定の入射角度αで投影するようにしている。
【００３３】
この場合、投影光学系６０５は、物体側（液晶格子６０４）と像側（標本３）で両側テレセントリックな光学系になっている。ここで、両側テレセントリックにしている理由は、格子パターン像の大きさ（倍率）がピント面の前後でも変わらず、一定に保てるからである。これにより、格子パターン像の大きさの変化による計測誤差の発生を防止するようにしている。
【００３４】
液晶格子投影装置６には、アリなどの不図示の装着部材を介して実体顕微鏡本体７が着脱可能に設けられている。実体顕微鏡本体７には、ズーム鏡筒７０１が設けられている。ズーム鏡筒７０１には、ズームハンドル７０２が設けられている。このズームハンドル７０２は、ハンドル操作によりズーム鏡筒７０１での倍率を可変できるようになっている。
【００３５】
ズーム鏡筒７０１の下端部には、対物レンズ１０が装着されている。この場合、対物レンズ１０は、ズーム鏡筒７０１にねじ込みにより装着されるねじ込み方式のものが用いられている。また、対物レンズ１０は、標本３の真上に配置され、焦準装置５の操作によるズーム鏡筒７０１の上下動により標本３との相対距離を変化されることで、標本３にピント合わせできるようになっている。
【００３６】
ズーム鏡筒７０１の上端部には、鏡筒１１が装着されている。鏡筒１１は、三眼鏡筒からなるもので、観察手段として接眼レンズ１２と撮像手段としてのＴＶカメラ１３が設けられている。また、鏡筒１１内部には、光路切換え部１４が設けられている。光路切換え部１４は、標本３からの散乱光が対物レンズ１０を介して導かれる撮像光路１５上に配置され、一方の光路切換えにより標本３からの散乱光による変形格子パターン像を接眼レンズ１２に結像させて目視観察を可能とし、また、他方の光路切換えにより、変形格子パターン像をＴＶカメラ１３の撮像面１３ａに結像させるようになっている。
【００３７】
一方、光ファイバ８には、入射端８ｂ側に光源装置１６が接続されている。この光源装置１６には、光源としてハロゲンランプやキセノンランプなどが用いられる。また、光源装置１６には、光源から発せられる光の光量を調節する調光ボリュウム１６ａが設けられている。
【００３８】
ＴＶカメラ１３には、画像処理手段としてのパーソナルコンピュータ（以下、ＰＣと称する）１７が接続されている。このＰＣ１７は、液晶格子６０４に対し、明度が正弦波形状に変化する格子パターンの発生を指示するとともに、この格子パターンのシフトを制御する液晶格子制御部１７１、ＴＶカメラ１３の撮像画像などを保存するデータ保存部１７２、撮像画像を演算処理して標本３の３次元の表面形状を求めるデータ処理部１７３を有している。また、ＰＣ１７には、表示部１７４が設けられている。
【００３９】
図２は、表示部１７４の表示画面の一例を示している。この場合、表示画面の左側には、パラメータを入力するパラメータ入力手段として、観察系の倍率を入力する倍率入力部１７５、測定対象物体である標本３の最大測定範囲（標本３の大体の最大高さ）を入力する最大測定範囲入力部１７６、測定精度と測定速度の度合いを入力する度合入力部１７７が配置されている。ここで、倍率入力部１７５は、観察系の倍率を数値で入力する数値入力部１７５ａと、指針を所望する倍率の数値に合わせて入力する倍率入力部１７５ｂを有している。また、最大測定範囲入力部１７６は、実際に測定する標本３についての最大測定範囲を数値で入力する。さらに、度合入力部１７７は、０〜１の間で指針１７７ａを移動させることで、測定精度と測定速度の度合いを入力する。例えば、指針１７７ａを０．５に合わせれば、測定精度と測定速度の度合いは、１：１となり、測定精度を優先したい場合は、指針１７７ａを０〜０．５の間に、測定速度を優先したい場合は、指針を０．５〜１の間に合わせるようにする。
【００４０】
これら倍率入力部１７５、最大測定範囲入力部１７６、度合入力部１７７の下方位置には、各種操作スイッチとして、セットスイッチ１７８、セーブスイッチ１７９、スタートスイッチ１８０が配置されている。
【００４１】
さらに、表示部１７４の表示画面中央部には、データ処理部１７３での撮像画像の演算処理により求められた３次元の表面形状を表示する主表示画面１８１が配置されている。
【００４２】
次に、このように構成された顕微鏡３次元計測システムによるパラメータの設定から測定結果の表示までを説明する。
【００４３】
この場合、図３に示すフローチャートを実行する。まず、ステップ３０１で、観察系の倍率を設定する。この場合、撮像光路１５に挿入されている対物レンズ１０の倍率を図２に示す表示部１７４上の倍率入力部１７５より入力する。この場合、倍率の入力には、数値入力部１７５ａ又は倍率入力部１７５ｂが用いられる。
【００４４】
なお、対物レンズ１０の倍率切換えに電動式のレボルバーが用いられる場合は、このレボルバーからの切換え情報から倍率を自動的に入力するようにしてもよい。
【００４５】
次に、ステップ３０２で、最大測定範囲を設定する。この場合、実際に測定する標本３により決定される最大測定範囲を図２に示す表示部１７４上の最大測定範囲入力部１７６より入力する。
【００４６】
次に、ステップ３０３に進み、設定した最大測定範囲が倍率に対応する焦点深度より大きいか否かを判断する。この場合、焦点深度より大きいと判断されると、ステップ３０４に進み、倍率か最大測定範囲の再設定の指示を出力する。この場合、ステップ３０１に戻り、倍率の設定または最大測定範囲の設定をやり直す。
【００４７】
一方、ステップ３０３で、最大測定範囲が倍率に対応する焦点深度より大きくないと判断されると、ステップ３０５に進む。ステップ３０５では、測定精度と測定速度の度合いを設定する。この場合、図２に示す表示部１７４上の度合入力部１７７において、０〜１の間で指針１７７ａを移動させることで、測定精度と測定速度の度合いを設定する。ここで、測定精度と測定速度の度合いβ∈（０，１）は、βが大きいほど測定精度が向上するが、測定速度が遅くなる。
【００４８】
次に、ステップ３０６で、図２に示す表示部１７４上のセットスイッチ１７８を押し操作する。
【００４９】
この状態で、最初に液晶格子６０４の格子ピッチＰｉｔｃｈを（２）式から計算する。
【００５０】
Ｐｉｔｃｈ＝（Ｈｉｇｈ／ｓｉｎα）（１−β） …（２）
なお、Ｈｉｇｈは最大測定範囲、αは入射光線の入射角度で、ここでのαは設計値を用いられる。
【００５１】
次に、（２）式から計算された液晶格子６０４の格子ピッチＰｉｔｃｈに基づいて液晶格子６０４の格子パターンのデータを生成し、このデータをデータ保存部１７２に保存し、さらに液晶格子制御部１７１に転送する。液晶格子制御部１７１は、このデータに基づいて液晶格子６０４に対し、明度が正弦波形状に変化する格子パターンの発生を指示する。
【００５２】
一方、不図示の基準位相データファイルを開いて、上述した設定された倍率、最大計測範囲、測定精度と測定速度の度合いに対応して予め用意された基準位相データを読み出し、データ保存部１７２に保存する。ここでの基準位相データファイルについては後述する。
【００５３】
次に、ステップ３０７で、図２に示す表示部１７４上のスタートスイッチ１８０を押し操作すると、以下の動作が実行される。
【００５４】
この場合、図１において、光源装置１６から光が発せられると、光ファイバ８を介して液晶格子投影装置６に導かれ、照明光学系６０３を介してほぼ平行光となって液晶格子６０４に均一に照射される。液晶格子６０４を透過した光は、投影光学系６０５を透過し、明暗を有する格子パターン像として投影光路９より標本３上に所定の角度傾けて投影される。標本３上に投影された格子パターンは、標本３面より反射され、このうちの散乱光が対物レンズ１０を介して撮像光路１５に導かれる。この場合、撮像光路１５上の光路切換え部１４において他方の光路切換えが設定されていれば、標本３からの散乱光による変形格子パターン像が、ＴＶカメラ１３の撮像面１３ａに結像され撮像される。
【００５５】
このような変形格子パターン像の観察は、液晶格子制御部１７１より液晶格子６０４による格子パターンを数段階シフトさせながら複数回繰り返して行い、各位置毎のＴＶカメラ１３からの撮像画像（位相シフト画像）をデータ保存部１７２に保存する。
【００５６】
次に、位相の計算を行なう。この場合、位相分布の計算において下記の（３）式を用いる。
【００５７】
【数１】
【００５８】
ここで、Ｉｉ（ｘ，ｙ）は、各シフトの点（ｘ，ｙ）の輝度値、δｉ＝（ｉ／Ｎ）２π，（ｉ＝０，…，Ｎ−１）は位相シフト量、Ｎはシフト回数である。
【００５９】
そして、このようにして求められた位相と、上述したデータ保存部１７２に保存された基準位相との差分を求め、上述した（１）式を用いて、高さＨｉｇｈが求める。
【００６０】
この場合、位相接続などの手法を用いれば、さらに大きな高さの測定結果も再現できる。
【００６１】
このような一連の処理により求められた３次元測定結果は、ステップ３０８で、３次元の表面形状として表示部１７４の主表示画面１８１に表示される。
【００６２】
次に、基準位相データファイルの作成について簡単に説明する。
【００６３】
この場合、図４に示すフローチャートを実行する。
【００６４】
基準位相データファイルの作成には、基準サンプルを用いる。まず、ステップ４０１で、標本３に代えて基準サンプルをステージ２に載置する。このときの基準サンプルには、平面サンプルが用いられる。
【００６５】
次に、ステップ４０２で、倍率、最大計測範囲、測定精度と測定速度の度合いのパラメータを設定する。これらバラメータ設定方法は、図３で述べたフローチャートと同様である。
【００６６】
次に、ステップ４０３で、図２に示す表示部１７４上のセーブスイッチ１７９を押し操作する。
【００６７】
まず、液晶格子６０４の格子ピッチＰｉｔｃｈを上述した（２）式から計算する。次に、（２）式から計算された液晶格子６０４の格子ピッチＰｉｔｃｈに基づいて液晶格子６０４の格子パターンのデータを生成し、このデータを液晶格子制御部１７１に転送する。液晶格子制御部１７１は、このデータに基づいて液晶格子６０４に対し、明度が正弦波形状に変化する格子パターンの発生を指示する。
【００６８】
この状態で、光源装置１６から光が発生させ、液晶格子６０４を透過した光を、格子パターン像として基準サンプル上に所定の角度傾けて投影し、基準サンプルから反射した光のうち、散乱光を変形格子パターン像としてＴＶカメラ１３で撮像する。このような変形格子パターン像の観察は、液晶格子制御部１７１より液晶格子６０４による格子パターンを数段階シフトさせながら複数回繰り返して行い、各位置毎のＴＶカメラ１３からの撮像画像（位相シフト画像）をデータ保存部１７２に保存する。
【００６９】
次に、上述した（３）式を用いて位相の計算を行ない、さらに位相接続を行ない、この結果を基準位相データとして、基準位相データファイルに保存する。
【００７０】
以下、同様にして、ズーム倍率、最大計測範囲、測定精度と測定速度の度合いのパラメータの設定を任意に変更しながら、上述した動作を繰り返し、それぞれ設定されたズーム倍率、最大計測範囲、測定精度と測定速度の度合いのパラメータに対応する基準位相データを生成し、これら基準位相データを基準位相データファイルに保存する（ステップ４０４）。
【００７１】
従って、このようにすれば、ユーザが観察系の倍率、測定対象物体の最大測定範囲、測定精度と測定速度の度合いのそれぞれのパラメータを設定するだけで、標本３の３次図形を取得することができるので、パラメータの設定を飛躍的に簡単にでき、ユーザの負担を大幅に軽減できる。
【００７２】
また、ユーザのパラメータ設定の際に、標本３の最大測定範囲が倍率に対応する焦点深度より大きいと判断されると、最大測定範囲又は倍率のパラメータの再設定を促す指示が出されるので、不適切なパラメータの設定により測定不能に陥ることを防止でき、常に安定した３次元計測を行なうことができる。
【００７３】
さらに、測定精度と測定速度の度合いを設定することで、これらに合わせて最適な格子ピッチの格子パターンが設定されるので、測定精度を優先するか、又は測定速度を優先するかのバランス制御を簡単に行なうことができる。
【００７４】
さらに、基準位相データは、予め基準サンプルを用いて求められたものが基準位相データファイルに保存されており、測定の際に、基準位相データファイルから対応する基準位相データを読み出し使用するようにしているので、毎回の測定の度に基準位相データを作成する必要がなくなり、効率の良い３次元計測を行なうことができる。また、液晶格子６０４に関する格子パターンデータは、データ保存部１７２に保存されているので、基準位相データファイルに保存された基準位相データとともに使用することで、連続測定を行なう場合の高速化を実現できる。
【００７５】
さらに、基準位相データの作成には、基準サンプルとして平面サンプルを用いることにより、装置側の歪の影響を軽減することもできる。
【００７６】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものでなく、実施段階では、その要旨を変更しない範囲で種々変形することが可能である。例えば、パラメータの設定において、観察系の倍率、測定対象物体の最大測定範囲、測定精度と測定速度の度合いのパラメータを設定するとしたが、観察系の倍率、測定対象物体の最大測定範囲のみでも本発明の効果が得られる。この場合は、図３に示すフローチャートのステップ３０５、図４に示すフローチャートのステップ４０２の測定精度と測定速度の度合いのパラメータ設定を省略できる。
【００７７】
さらに、上記実施の形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示されている複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出できる。例えば、実施の形態に示されている全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題を解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出できる。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の一実施の形態のパラメータ設定方法が適用される顕微鏡３次元計測システムの概略構成を示す図。
【図２】一実施の形態に用いられる表示部の表示画面の一例を示す図。
【図３】一実施の形態のパラメータ設定から測定結果の表示までを説明するためのフローチャート。
【図４】一実施の形態の基準位相データファイルの作成を説明するためのフローチャート。
【図５】位相情報から測定対象物の高さを求めるための三角測量の原理に基づく方法を説明する図。
【符号の説明】
【００７９】
１…基台、２…ステージ、３…標本
４…支柱、５…焦準装置
５０１…装置本体、５０２…移動部材
５０３…固定ハンドル、５０４…焦準ハンドル
６…液晶格子投影装置、６０１…装置本体
６０２…ライトガイド挿入部、６０３…照明光学系
６０４…液晶格子、６０５…投影光学系
７…実体顕微鏡本体、７０１…ズーム鏡筒
７０２…ズームハンドル、８…光ファイバ
８ａ…出射端、８ｂ…入射端、９…投影光路
１０…対物レンズ、１１…鏡筒、１２…接眼レンズ
１３…ＴＶカメラ、１３ａ…撮像面、１４…光路切換え部
１５…撮像光路、１６…光源装置、１６ａ…調光ボリュウム
１７…ＰＣ、１７１…液晶格子制御部
１７２…データ保存部、１７３…データ処理部
１７４…表示部、１７５…倍率入力部
１７５ａ…数値入力部、１７５ｂ…倍率入力部
１７６…最大測定範囲入力部、１７７…度合入力部
１７７ａ…指針、１７８…セットスイッチ
１７９…セーブスイッチ、１８０…スタートスイッチ
１８１…主表示画面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、格子パターン投影法を採用した３次元計測方法および３次元計測方法をコンピュータに実行させるプログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、３次元形状をなす測定対象物の表面形状を非接触で測定する手段として、位相シフトを用いた格子パターン投影法が知られている。
【０００３】
この格子パターン投影法は、測定対象物の表面に対して斜め上方向に投影系を配置し、この投影系からの格子パターンの像を測定対象物表面に所定角度傾けて投影し、測定対象物表面からの散乱光を変形格子パターン像として、測定対象物表面の真上に配置された撮像系により撮像する。この場合、格子パターンを横ずらしして、位相が異なる複数枚の画像を取得し、これら取得された複数枚の画像より各画素毎にその点での格子の位相を求め、その位相情報から測定対象物の高さを含む３次元の表面形状を演算により求めるようにしている。
【０００４】
位相情報から測定対象物の高さを求める方法として、従来から三角測量の原理に基づく方法がよく用いられる。
【０００５】
図５は、従来の三角測量を使用した方法の一例を示したものである。この例では、入射光線１０１を入射する不図示の投影系と反射光線１０２が導かれる不図示の撮像系は、テレセントリック光学系となっている。また、測定対象物１０３に対して基準平面１０４を設け、計算される高さはすべて基準平面１０４に対するものと考える。そして、測定対象物１０３の高さ、例えば、Ａ点の高さＨｉｇｈは、Ａ点に投影された格子の位置と基準平面１０４上のＢ点に投影された格子の位置を用いて求める。つまり、Ａ点の位相ΦａとＢ点の位相Φｂ(Φｂを基準位相という)を用いて、以下の（１）式を用いて求める。
【０００６】
Ｈｉｇｈ＝（Ｐｉｔｃｈ×（Φａ−Φｂ））／（ｓｉｎα×２π）…（１）
ここで、Ｐｉｔｃｈは、格子パターンのピッチ、αは入射角度である。
【０００７】
位相シフトを用いて求めた各点の位相は、０〜２πの範囲に畳み込まれるので、求めた高さもＰｉｔｃｈ／ｓｉｎαの範囲に畳み込まれる。更に、位相接続などの手法が用いれば、さらに大きな高さの測定結果も再現することができる。ここで、位相接続については、例えば、特許文献１に開示される方法が用いられる。
【特許文献１】特開２０００−９４４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、最近、このような３次元計測システムは、顕微鏡を組み合わせたものが考えられている。このように顕微鏡を組み合わせたものは、これまでの３次元計測システムでは、格子パターンのピッチと観察系の倍率が固定であったものが、測定対象物体が変わる毎に、観察系の倍率が頻繁に変更されることがある。
【０００９】
ここで、格子パターンのピッチと観察系の倍率の関係は、格子パターンピッチを小さくして倍率を上げるほど分解能が高くなって測定対象物体の測定精度が改善される。しかし、この反面、高さの大きい測定対象物体に対して、小さな格子パターンピッチを用いて測定すると、位相接続処理時間が長くなって、全体の測定時間が長くかかるようになる。
【００１０】
このため、測定対象物体を変える場合は、測定対象物体の状態に応じて測定精度と測定速度（測定時間）のバランスを考えながら格子パターンピッチを設定する必要がある。また、観察系の倍率を高くすると焦点深度が浅くなり、測定不可能な領域が生じることがある。このため、観察系の倍率を変更する場合は、測定可能な範囲を明確にする必要もある。
【００１１】
このようなことから、従来では、測定精度と測定速度のバランスの取れた測定を行なうには、これら測定精度と測定速度を決定するパラメータを最適なものに設定する必要があるが、これらパラメータの設定は、複雑であるばかりか、経験を要するなど、ユーザにとって大きな負担になるという問題があった。
【００１２】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、パラメータの設定を簡単にでき、ユーザの負担を大幅に軽減できる３次元計測方法および３次元計測方法をコンピュータに実行させるプログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
請求項１記載の発明は、観察系の倍率、測定対象物体の最大測定範囲のパラメータを設定し、これら設定されたパラメータに基づいて格子パターンの格子ピッチを求め、該格子ピッチで生成された格子パターンを用いて標本からの変形格子パターン像を撮像するとともに、前記格子ピッチで生成された格子パターンを数段階シフトさせながら各位置毎の撮像画像を取得し、該取得した各位置毎の撮像画像から位相を求めるとともに、該位相と予め用意された前記パラメータの前記倍率、最大測定範囲に対応する基本位相との差分を用いて高さを求め、この結果を表示部に表示することを特徴としている。
【００１４】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、さらに、前記パラメータとして、測定精度と測定速度の度合いを設定することを特徴としている。
【００１５】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、さらに、前記パラメータの前記倍率、最大測定範囲に、前記測定精度と測定速度の度合いを追加した測定パラメータに対する前記基準位相との差分を用いて高さを求めることを特徴としている。
【００１６】
請求項４記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明において、前記測定対象物体の最大測定範囲が前記倍率に対応する焦点深度より大きい場合、前記最大測定範囲又は倍率のパラメータの再設定を指示することを特徴としている。
【００１７】
請求項５記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明において、前記観察系の倍率のパラメータは、外部からの情報により自動設定されることを特徴としている。
【００１８】
請求項６記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記基本位相は、前記倍率、最大計測範囲、測定精度のそれぞれのパラメータを設定し、これら設定されたパラメータに基づいて格子パターンの格子ピッチを求め、該格子ピッチで生成された格子パターンを用いて基準サンプルからの変形格子パターン像を撮像するとともに、前記格子パターンを数段階シフトさせながら各位置毎の撮像画像を取得し、該取得した各位置毎の撮像画像から求められた位相を基準位相のデータとして保存したものであることを特徴としている。
【００１９】
請求項７記載の発明は、請求項６記載の発明において、さらに、前記パラメータの前記倍率、最大測定範囲に、前記測定精度と測定速度の度合いを追加することを特徴としている。
【００２０】
請求項８記載の発明は、３次元計測方法をコンピュータに実行させるプログラムにおいて、観察系の倍率、測定対象物体の最大測定範囲のパラメータを設定させ、これら設定されたパラメータに基づいて格子パターンの格子ピッチを求め、該格子ピッチで生成された格子パターンを用いて標本からの変形格子パターン像を撮像させるとともに、前記格子パターンを数段階シフトさせながら各位置毎の撮像画像を取得させ、該取得した各位置毎の撮像画像から位相を求めるとともに、該位相と予め用意された前記パラメータの前記倍率、最大測定範囲に対する基本位相との差分を用いて高さを求め、この結果を表示部に表示させることを特徴としている。
【００２１】
請求項９記載の発明は、請求項８記載の発明において、さらに、前記パラメータとして、測定精度と測定速度の度合いを設定させることを特徴としている。
【００２２】
請求項１０記載の発明は、請求項９記載の発明において、さらに、前記パラメータの前記倍率、最大測定範囲に、前記測定精度と測定速度の度合いを追加した測定パラメータに対する前記基準位相との差分を用いて高さを求めることを特徴としている。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、パラメータの設定を簡単にでき、ユーザの負担を大幅に軽減できる３次元計測方法および３次元計測方法をコンピュータに実行させるプログラムを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の一実施の形態を図面に従い説明する。
【００２５】
図１は、本発明の一実施の形態のパラメータ設定方法が適用される顕微鏡３次元計測システムの概略構成を示している。
【００２６】
図１において、１は基台で、この基台１上には、ステージ２が設けられている。このステージ２には、標本３が載置されている。
【００２７】
基台１には、支柱４が直立して設けられている。この支柱４には、焦準装置５が設けられている。この焦準装置５には、格子パターン投影手段としての液晶格子投影装置６を介して実体顕微鏡を構成する実体顕微鏡本体７が設けられている。
【００２８】
焦準装置５は、装置本体５０１と移動部材５０２を有し、装置本体５０１には、支柱４が挿通されている。また、装置本体５０１には、固定ハンドル５０３が設けられ、この固定ハンドル５０３を締付け方向に回転することで、支柱４に固定できるようになっている。移動部材５０２は、不図示のガイド部により装置本体５０１に対して移動可能に支持されている。また、装置本体５０１と移動部材５０２の間には、ピニオンとラックからなる不図示の昇降機構が設けられている。この昇降機構には、焦準ハンドル５０４が連結されており、この焦準ハンドル５０４の操作により移動部材５０２を支柱４に沿った方向に上下動可能にしている。
【００２９】
移動部材５０２には、アリなどの不図示の装着部材を介して液晶格子投影装置６が着脱可能に設けられている。
【００３０】
液晶格子投影装置６は、装置本体６０１に、ライトガイド挿入部６０２が設けられている。このライトガイド挿入部６０２は、先端部にライトガイドとしての光ファイバ８の出射端８ａが設けられている。ライトガイド挿入部６０２の内部には、光ファイバ８の出射端８ａから発せられる光の光路上に照明光学系６０３が配置されている。この照明光学系６０３は、光ファイバ８の出射端８ａからの光をほぼ平行光にするようにしている。
【００３１】
装置本体６０１内部には、照明光学系６０３からの光の光路上に液晶格子６０４が配置されている。この液晶格子６０４は、後述するＰＣ１７の液晶格子制御部１７１の指示により、正弦波形状に変化する明度を一定間隔のピッチで表示する格子パターンを発生するとともに、この格子パターンをピッチ方向に数段階シフト可能にしている。
【００３２】
液晶格子６０４を通過した光路には、投影光学系６０５が配置されている。この投影光学系６０５は、液晶格子６０４により形成される明暗を有する格子パターン像を投影光路９を介して、標本３に対し所定の角度傾けて、つまり所定の入射角度αで投影するようにしている。
【００３３】
この場合、投影光学系６０５は、物体側（液晶格子６０４）と像側（標本３）で両側テレセントリックな光学系になっている。ここで、両側テレセントリックにしている理由は、格子パターン像の大きさ（倍率）がピント面の前後でも変わらず、一定に保てるからである。これにより、格子パターン像の大きさの変化による計測誤差の発生を防止するようにしている。
【００３４】
液晶格子投影装置６には、アリなどの不図示の装着部材を介して実体顕微鏡本体７が着脱可能に設けられている。実体顕微鏡本体７には、ズーム鏡筒７０１が設けられている。ズーム鏡筒７０１には、ズームハンドル７０２が設けられている。このズームハンドル７０２は、ハンドル操作によりズーム鏡筒７０１での倍率を可変できるようになっている。
【００３５】
ズーム鏡筒７０１の下端部には、対物レンズ１０が装着されている。この場合、対物レンズ１０は、ズーム鏡筒７０１にねじ込みにより装着されるねじ込み方式のものが用いられている。また、対物レンズ１０は、標本３の真上に配置され、焦準装置５の操作によるズーム鏡筒７０１の上下動により標本３との相対距離を変化されることで、標本３にピント合わせできるようになっている。
【００３６】
ズーム鏡筒７０１の上端部には、鏡筒１１が装着されている。鏡筒１１は、三眼鏡筒からなるもので、観察手段として接眼レンズ１２と撮像手段としてのＴＶカメラ１３が設けられている。また、鏡筒１１内部には、光路切換え部１４が設けられている。光路切換え部１４は、標本３からの散乱光が対物レンズ１０を介して導かれる撮像光路１５上に配置され、一方の光路切換えにより標本３からの散乱光による変形格子パターン像を接眼レンズ１２に結像させて目視観察を可能とし、また、他方の光路切換えにより、変形格子パターン像をＴＶカメラ１３の撮像面１３ａに結像させるようになっている。
【００３７】
一方、光ファイバ８には、入射端８ｂ側に光源装置１６が接続されている。この光源装置１６には、光源としてハロゲンランプやキセノンランプなどが用いられる。また、光源装置１６には、光源から発せられる光の光量を調節する調光ボリュウム１６ａが設けられている。
【００３８】
ＴＶカメラ１３には、画像処理手段としてのパーソナルコンピュータ（以下、ＰＣと称する）１７が接続されている。このＰＣ１７は、液晶格子６０４に対し、明度が正弦波形状に変化する格子パターンの発生を指示するとともに、この格子パターンのシフトを制御する液晶格子制御部１７１、ＴＶカメラ１３の撮像画像などを保存するデータ保存部１７２、撮像画像を演算処理して標本３の３次元の表面形状を求めるデータ処理部１７３を有している。また、ＰＣ１７には、表示部１７４が設けられている。
【００３９】
図２は、表示部１７４の表示画面の一例を示している。この場合、表示画面の左側には、パラメータを入力するパラメータ入力手段として、観察系の倍率を入力する倍率入力部１７５、測定対象物体である標本３の最大測定範囲（標本３の大体の最大高さ）を入力する最大測定範囲入力部１７６、測定精度と測定速度の度合いを入力する度合入力部１７７が配置されている。ここで、倍率入力部１７５は、観察系の倍率を数値で入力する数値入力部１７５ａと、指針を所望する倍率の数値に合わせて入力する倍率入力部１７５ｂを有している。また、最大測定範囲入力部１７６は、実際に測定する標本３についての最大測定範囲を数値で入力する。さらに、度合入力部１７７は、０〜１の間で指針１７７ａを移動させることで、測定精度と測定速度の度合いを入力する。例えば、指針１７７ａを０．５に合わせれば、測定精度と測定速度の度合いは、１：１となり、測定精度を優先したい場合は、指針１７７ａを０〜０．５の間に、測定速度を優先したい場合は、指針を０．５〜１の間に合わせるようにする。
【００４０】
これら倍率入力部１７５、最大測定範囲入力部１７６、度合入力部１７７の下方位置には、各種操作スイッチとして、セットスイッチ１７８、セーブスイッチ１７９、スタートスイッチ１８０が配置されている。
【００４１】
さらに、表示部１７４の表示画面中央部には、データ処理部１７３での撮像画像の演算処理により求められた３次元の表面形状を表示する主表示画面１８１が配置されている。
【００４２】
次に、このように構成された顕微鏡３次元計測システムによるパラメータの設定から測定結果の表示までを説明する。
【００４３】
この場合、図３に示すフローチャートを実行する。まず、ステップ３０１で、観察系の倍率を設定する。この場合、撮像光路１５に挿入されている対物レンズ１０の倍率を図２に示す表示部１７４上の倍率入力部１７５より入力する。この場合、倍率の入力には、数値入力部１７５ａ又は倍率入力部１７５ｂが用いられる。
【００４４】
なお、対物レンズ１０の倍率切換えに電動式のレボルバーが用いられる場合は、このレボルバーからの切換え情報から倍率を自動的に入力するようにしてもよい。
【００４５】
次に、ステップ３０２で、最大測定範囲を設定する。この場合、実際に測定する標本３により決定される最大測定範囲を図２に示す表示部１７４上の最大測定範囲入力部１７６より入力する。
【００４６】
次に、ステップ３０３に進み、設定した最大測定範囲が倍率に対応する焦点深度より大きいか否かを判断する。この場合、焦点深度より大きいと判断されると、ステップ３０４に進み、倍率か最大測定範囲の再設定の指示を出力する。この場合、ステップ３０１に戻り、倍率の設定または最大測定範囲の設定をやり直す。
【００４７】
一方、ステップ３０３で、最大測定範囲が倍率に対応する焦点深度より大きくないと判断されると、ステップ３０５に進む。ステップ３０５では、測定精度と測定速度の度合いを設定する。この場合、図２に示す表示部１７４上の度合入力部１７７において、０〜１の間で指針１７７ａを移動させることで、測定精度と測定速度の度合いを設定する。ここで、測定精度と測定速度の度合いβ∈（０，１）は、βが大きいほど測定精度が向上するが、測定速度が遅くなる。
【００４８】
次に、ステップ３０６で、図２に示す表示部１７４上のセットスイッチ１７８を押し操作する。
【００４９】
この状態で、最初に液晶格子６０４の格子ピッチＰｉｔｃｈを（２）式から計算する。
【００５０】
Ｐｉｔｃｈ＝（Ｈｉｇｈ／ｓｉｎα）（１−β） …（２）
なお、Ｈｉｇｈは最大測定範囲、αは入射光線の入射角度で、ここでのαは設計値を用いられる。
【００５１】
次に、（２）式から計算された液晶格子６０４の格子ピッチＰｉｔｃｈに基づいて液晶格子６０４の格子パターンのデータを生成し、このデータをデータ保存部１７２に保存し、さらに液晶格子制御部１７１に転送する。液晶格子制御部１７１は、このデータに基づいて液晶格子６０４に対し、明度が正弦波形状に変化する格子パターンの発生を指示する。
【００５２】
一方、不図示の基準位相データファイルを開いて、上述した設定された倍率、最大計測範囲、測定精度と測定速度の度合いに対応して予め用意された基準位相データを読み出し、データ保存部１７２に保存する。ここでの基準位相データファイルについては後述する。
【００５３】
次に、ステップ３０７で、図２に示す表示部１７４上のスタートスイッチ１８０を押し操作すると、以下の動作が実行される。
【００５４】
この場合、図１において、光源装置１６から光が発せられると、光ファイバ８を介して液晶格子投影装置６に導かれ、照明光学系６０３を介してほぼ平行光となって液晶格子６０４に均一に照射される。液晶格子６０４を透過した光は、投影光学系６０５を透過し、明暗を有する格子パターン像として投影光路９より標本３上に所定の角度傾けて投影される。標本３上に投影された格子パターンは、標本３面より反射され、このうちの散乱光が対物レンズ１０を介して撮像光路１５に導かれる。この場合、撮像光路１５上の光路切換え部１４において他方の光路切換えが設定されていれば、標本３からの散乱光による変形格子パターン像が、ＴＶカメラ１３の撮像面１３ａに結像され撮像される。
【００５５】
このような変形格子パターン像の観察は、液晶格子制御部１７１より液晶格子６０４による格子パターンを数段階シフトさせながら複数回繰り返して行い、各位置毎のＴＶカメラ１３からの撮像画像（位相シフト画像）をデータ保存部１７２に保存する。
【００５６】
次に、位相の計算を行なう。この場合、位相分布の計算において下記の（３）式を用いる。
【００５７】
【数１】
【００５８】
ここで、Ｉｉ（ｘ，ｙ）は、各シフトの点（ｘ，ｙ）の輝度値、δｉ＝（ｉ／Ｎ）２π，（ｉ＝０，…，Ｎ−１）は位相シフト量、Ｎはシフト回数である。
【００５９】
そして、このようにして求められた位相と、上述したデータ保存部１７２に保存された基準位相との差分を求め、上述した（１）式を用いて、高さＨｉｇｈが求める。
【００６０】
この場合、位相接続などの手法を用いれば、さらに大きな高さの測定結果も再現できる。
【００６１】
このような一連の処理により求められた３次元測定結果は、ステップ３０８で、３次元の表面形状として表示部１７４の主表示画面１８１に表示される。
【００６２】
次に、基準位相データファイルの作成について簡単に説明する。
【００６３】
この場合、図４に示すフローチャートを実行する。
【００６４】
基準位相データファイルの作成には、基準サンプルを用いる。まず、ステップ４０１で、標本３に代えて基準サンプルをステージ２に載置する。このときの基準サンプルには、平面サンプルが用いられる。
【００６５】
次に、ステップ４０２で、倍率、最大計測範囲、測定精度と測定速度の度合いのパラメータを設定する。これらバラメータ設定方法は、図３で述べたフローチャートと同様である。
【００６６】
次に、ステップ４０３で、図２に示す表示部１７４上のセーブスイッチ１７９を押し操作する。
【００６７】
まず、液晶格子６０４の格子ピッチＰｉｔｃｈを上述した（２）式から計算する。次に、（２）式から計算された液晶格子６０４の格子ピッチＰｉｔｃｈに基づいて液晶格子６０４の格子パターンのデータを生成し、このデータを液晶格子制御部１７１に転送する。液晶格子制御部１７１は、このデータに基づいて液晶格子６０４に対し、明度が正弦波形状に変化する格子パターンの発生を指示する。
【００６８】
この状態で、光源装置１６から光が発生させ、液晶格子６０４を透過した光を、格子パターン像として基準サンプル上に所定の角度傾けて投影し、基準サンプルから反射した光のうち、散乱光を変形格子パターン像としてＴＶカメラ１３で撮像する。このような変形格子パターン像の観察は、液晶格子制御部１７１より液晶格子６０４による格子パターンを数段階シフトさせながら複数回繰り返して行い、各位置毎のＴＶカメラ１３からの撮像画像（位相シフト画像）をデータ保存部１７２に保存する。
【００６９】
次に、上述した（３）式を用いて位相の計算を行ない、さらに位相接続を行ない、この結果を基準位相データとして、基準位相データファイルに保存する。
【００７０】
以下、同様にして、ズーム倍率、最大計測範囲、測定精度と測定速度の度合いのパラメータの設定を任意に変更しながら、上述した動作を繰り返し、それぞれ設定されたズーム倍率、最大計測範囲、測定精度と測定速度の度合いのパラメータに対応する基準位相データを生成し、これら基準位相データを基準位相データファイルに保存する（ステップ４０４）。
【００７１】
従って、このようにすれば、ユーザが観察系の倍率、測定対象物体の最大測定範囲、測定精度と測定速度の度合いのそれぞれのパラメータを設定するだけで、標本３の３次図形を取得することができるので、パラメータの設定を飛躍的に簡単にでき、ユーザの負担を大幅に軽減できる。
【００７２】
また、ユーザのパラメータ設定の際に、標本３の最大測定範囲が倍率に対応する焦点深度より大きいと判断されると、最大測定範囲又は倍率のパラメータの再設定を促す指示が出されるので、不適切なパラメータの設定により測定不能に陥ることを防止でき、常に安定した３次元計測を行なうことができる。
【００７３】
さらに、測定精度と測定速度の度合いを設定することで、これらに合わせて最適な格子ピッチの格子パターンが設定されるので、測定精度を優先するか、又は測定速度を優先するかのバランス制御を簡単に行なうことができる。
【００７４】
さらに、基準位相データは、予め基準サンプルを用いて求められたものが基準位相データファイルに保存されており、測定の際に、基準位相データファイルから対応する基準位相データを読み出し使用するようにしているので、毎回の測定の度に基準位相データを作成する必要がなくなり、効率の良い３次元計測を行なうことができる。また、液晶格子６０４に関する格子パターンデータは、データ保存部１７２に保存されているので、基準位相データファイルに保存された基準位相データとともに使用することで、連続測定を行なう場合の高速化を実現できる。
【００７５】
さらに、基準位相データの作成には、基準サンプルとして平面サンプルを用いることにより、装置側の歪の影響を軽減することもできる。
【００７６】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものでなく、実施段階では、その要旨を変更しない範囲で種々変形することが可能である。例えば、パラメータの設定において、観察系の倍率、測定対象物体の最大測定範囲、測定精度と測定速度の度合いのパラメータを設定するとしたが、観察系の倍率、測定対象物体の最大測定範囲のみでも本発明の効果が得られる。この場合は、図３に示すフローチャートのステップ３０５、図４に示すフローチャートのステップ４０２の測定精度と測定速度の度合いのパラメータ設定を省略できる。
【００７７】
さらに、上記実施の形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示されている複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出できる。例えば、実施の形態に示されている全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題を解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出できる。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の一実施の形態のパラメータ設定方法が適用される顕微鏡３次元計測システムの概略構成を示す図。
【図２】一実施の形態に用いられる表示部の表示画面の一例を示す図。
【図３】一実施の形態のパラメータ設定から測定結果の表示までを説明するためのフローチャート。
【図４】一実施の形態の基準位相データファイルの作成を説明するためのフローチャート。
【図５】位相情報から測定対象物の高さを求めるための三角測量の原理に基づく方法を説明する図。
【符号の説明】
【００７９】
１…基台、２…ステージ、３…標本
４…支柱、５…焦準装置
５０１…装置本体、５０２…移動部材
５０３…固定ハンドル、５０４…焦準ハンドル
６…液晶格子投影装置、６０１…装置本体
６０２…ライトガイド挿入部、６０３…照明光学系
６０４…液晶格子、６０５…投影光学系
７…実体顕微鏡本体、７０１…ズーム鏡筒
７０２…ズームハンドル、８…光ファイバ
８ａ…出射端、８ｂ…入射端、９…投影光路
１０…対物レンズ、１１…鏡筒、１２…接眼レンズ
１３…ＴＶカメラ、１３ａ…撮像面、１４…光路切換え部
１５…撮像光路、１６…光源装置、１６ａ…調光ボリュウム
１７…ＰＣ、１７１…液晶格子制御部
１７２…データ保存部、１７３…データ処理部
１７４…表示部、１７５…倍率入力部
１７５ａ…数値入力部、１７５ｂ…倍率入力部
１７６…最大測定範囲入力部、１７７…度合入力部
１７７ａ…指針、１７８…セットスイッチ
１７９…セーブスイッチ、１８０…スタートスイッチ
１８１…主表示画面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
観察系の倍率、測定対象物体の最大測定範囲のパラメータを設定し、
これら設定されたパラメータに基づいて格子パターンの格子ピッチを求め、
該格子ピッチで生成された格子パターンを用いて標本からの変形格子パターン像を撮像するとともに、前記格子ピッチで生成された格子パターンを数段階シフトさせながら各位置毎の撮像画像を取得し、
該取得した各位置毎の撮像画像から位相を求めるとともに、該位相と予め用意された前記パラメータの前記倍率、最大測定範囲に対応する基本位相との差分を用いて高さを求め、この結果を表示部に表示する
ことを特徴とする３次元計測方法。
【請求項２】
さらに、前記パラメータとして、測定精度と測定速度の度合いを設定することを特徴とする請求項１記載の３次元計測方法。
【請求項３】
さらに、前記パラメータの前記倍率、最大測定範囲に、前記測定精度と測定速度の度合いを追加した測定パラメータに対する前記基準位相との差分を用いて高さを求めることを特徴とする請求項２記載の３次元計測方法。
【請求項４】
前記測定対象物体の最大測定範囲が前記倍率に対応する焦点深度より大きい場合、前記最大測定範囲又は倍率のパラメータの再設定を指示することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の３次元計測方法。
【請求項５】
前記観察系の倍率のパラメータは、外部からの情報により自動設定されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の３次元計測方法。
【請求項６】
前記基本位相は、
前記倍率、最大計測範囲、測定精度のそれぞれのパラメータを設定し、
これら設定されたパラメータに基づいて格子パターンの格子ピッチを求め、
該格子ピッチで生成された格子パターンを用いて基準サンプルからの変形格子パターン像を撮像するとともに、前記格子パターンを数段階シフトさせながら各位置毎の撮像画像を取得し、該取得した各位置毎の撮像画像から求められた位相を基準位相のデータとして保存したものであることを特徴とする請求項１記載の３次元計測方法。
【請求項７】
さらに、前記パラメータの前記倍率、最大測定範囲に、前記測定精度と測定速度の度合いを追加することを特徴とする請求項６記載の３次元計測方法。
【請求項８】
観察系の倍率、測定対象物体の最大測定範囲のパラメータを設定させ、これら設定されたパラメータに基づいて格子パターンの格子ピッチを求め、該格子ピッチで生成された格子パターンを用いて標本からの変形格子パターン像を撮像させるとともに、前記格子パターンを数段階シフトさせながら各位置毎の撮像画像を取得させ、該取得した各位置毎の撮像画像から位相を求めるとともに、該位相と予め用意された前記パラメータの前記倍率、最大測定範囲に対する基本位相との差分を用いて高さを求め、この結果を表示部に表示させることを特徴とする３次元計測方法をコンピュータに実行させるプログラム。
【請求項９】
さらに、前記パラメータとして、測定精度と測定速度の度合いを設定させることを特徴とする請求項８記載の３次元計測方法をコンピュータに実行させるプログラム。
【請求項１０】
さらに、前記パラメータの前記倍率、最大測定範囲に、前記測定精度と測定速度の度合いを追加した測定パラメータに対する前記基準位相との差分を用いて高さを求めることを特徴とする請求項９記載の３次元計測方法をコンピュータに実行させるプログラム。
【請求項１】
観察系の倍率、測定対象物体の最大測定範囲のパラメータを設定し、
これら設定されたパラメータに基づいて格子パターンの格子ピッチを求め、
該格子ピッチで生成された格子パターンを用いて標本からの変形格子パターン像を撮像するとともに、前記格子ピッチで生成された格子パターンを数段階シフトさせながら各位置毎の撮像画像を取得し、
該取得した各位置毎の撮像画像から位相を求めるとともに、該位相と予め用意された前記パラメータの前記倍率、最大測定範囲に対応する基本位相との差分を用いて高さを求め、この結果を表示部に表示する
ことを特徴とする３次元計測方法。
【請求項２】
さらに、前記パラメータとして、測定精度と測定速度の度合いを設定することを特徴とする請求項１記載の３次元計測方法。
【請求項３】
さらに、前記パラメータの前記倍率、最大測定範囲に、前記測定精度と測定速度の度合いを追加した測定パラメータに対する前記基準位相との差分を用いて高さを求めることを特徴とする請求項２記載の３次元計測方法。
【請求項４】
前記測定対象物体の最大測定範囲が前記倍率に対応する焦点深度より大きい場合、前記最大測定範囲又は倍率のパラメータの再設定を指示することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の３次元計測方法。
【請求項５】
前記観察系の倍率のパラメータは、外部からの情報により自動設定されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の３次元計測方法。
【請求項６】
前記基本位相は、
前記倍率、最大計測範囲、測定精度のそれぞれのパラメータを設定し、
これら設定されたパラメータに基づいて格子パターンの格子ピッチを求め、
該格子ピッチで生成された格子パターンを用いて基準サンプルからの変形格子パターン像を撮像するとともに、前記格子パターンを数段階シフトさせながら各位置毎の撮像画像を取得し、該取得した各位置毎の撮像画像から求められた位相を基準位相のデータとして保存したものであることを特徴とする請求項１記載の３次元計測方法。
【請求項７】
さらに、前記パラメータの前記倍率、最大測定範囲に、前記測定精度と測定速度の度合いを追加することを特徴とする請求項６記載の３次元計測方法。
【請求項８】
観察系の倍率、測定対象物体の最大測定範囲のパラメータを設定させ、これら設定されたパラメータに基づいて格子パターンの格子ピッチを求め、該格子ピッチで生成された格子パターンを用いて標本からの変形格子パターン像を撮像させるとともに、前記格子パターンを数段階シフトさせながら各位置毎の撮像画像を取得させ、該取得した各位置毎の撮像画像から位相を求めるとともに、該位相と予め用意された前記パラメータの前記倍率、最大測定範囲に対する基本位相との差分を用いて高さを求め、この結果を表示部に表示させることを特徴とする３次元計測方法をコンピュータに実行させるプログラム。
【請求項９】
さらに、前記パラメータとして、測定精度と測定速度の度合いを設定させることを特徴とする請求項８記載の３次元計測方法をコンピュータに実行させるプログラム。
【請求項１０】
さらに、前記パラメータの前記倍率、最大測定範囲に、前記測定精度と測定速度の度合いを追加した測定パラメータに対する前記基準位相との差分を用いて高さを求めることを特徴とする請求項９記載の３次元計測方法をコンピュータに実行させるプログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００６−１５３６３６（Ｐ２００６−１５３６３６Ａ）
【公開日】平成１８年６月１５日（２００６．６．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３４４１９２（Ｐ２００４−３４４１９２）
【出願日】平成１６年１１月２９日（２００４．１１．２９）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年６月１５日（２００６．６．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１１月２９日（２００４．１１．２９）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
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