JPH0635929B2 - Deformation measurement method of object by kinoform - Google Patents
Deformation measurement method of object by kinoformInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、高精度の三次元形状物体の製作、測定等のた
めに、液晶パネルで実現したキノフォームにより物体の
変形を測定する方法に関するものである。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for measuring deformation of an object using a kinoform realized by a liquid crystal panel, for manufacturing and measuring a highly accurate three-dimensional object. It is a thing.
[従来の技術] 従来から、写真乾板を用いたホログラフィ干渉計は、微
小変位の高精度な検出技術として種々利用されている。[Prior Art] Conventionally, a holographic interferometer using a photographic dry plate has been variously used as a highly accurate detection technique for minute displacements.
このホログラフィ干渉を利用する場合の最大の問題点
は、ホログラム記録のために写真乾板を必要とすること
であり、さらに具体的には、写真乾板を用いて位相分布
を再現するために、露光、現像を行ってホログラムを作
製し、そのホログラムを光学システムにおける所要の位
置に再配置することである。The biggest problem in using this holographic interference is that a photographic plate is required for hologram recording, and more specifically, in order to reproduce the phase distribution using the photographic plate, exposure, Developing to create a hologram and repositioning the hologram at the desired location in the optical system.
このような作業は、非常に面倒であるばかりでなく、写
真乾板の現像、定着などに時間を要し、そのため一層簡
易で短時間に計測できるような手段が望まれていた。Such work is not only very troublesome, but also requires time for developing and fixing the photographic dry plate, and therefore, a means that can measure in a simpler and shorter time has been desired.
[発明が解決しようとする課題] 本発明の技術的課題は、上述したホログラムを用いるこ
となく、それに代えてキノフォームを用いることによ
り、極めて簡易且つ短時間に任意の比較パターンを準備
でき、また比較測定も実時間で実行できるようにした物
体の変形測定方法を得ることにある。[Problems to be Solved by the Invention] A technical problem of the present invention is to use a kinoform instead of the hologram described above to prepare an arbitrary comparison pattern in an extremely simple and short time. The object is to obtain a method for measuring the deformation of an object that enables comparative measurement to be executed in real time.
[課題を解決するための手段] 上記課題を解決するための本発明の測定方法は、計測対
象の三次元曲面にレーザ光を照射し、表面からの反射光
の位相分布を計測して、これと逆の位相分布を液晶パネ
ルにおいて再現することによりキノフォームを作製し、
このキノフォームに、変形が生じた上記三次元曲面ある
いは他の三次元曲面からの反射光を入射し、両者の面形
状の差異を、発生する干渉縞パターンによって測定する
ことを特徴とするものである。[Means for Solving the Problem] A measuring method of the present invention for solving the above problem is to irradiate a laser beam on a three-dimensional curved surface of a measurement target, measure a phase distribution of reflected light from the surface, and A kinoform was produced by reproducing the opposite phase distribution on the liquid crystal panel,
This kinoform is characterized in that reflected light from the deformed three-dimensional curved surface or another three-dimensional curved surface is incident, and the difference in surface shape between the two is measured by the generated interference fringe pattern. is there.
[作 用] 物体の変形測定に際し、計測対象物体の三次元曲面の表
面からの反射光の位相分布を計測して、位相変位装置と
して機能する液晶パネルにそれと逆の位相分布を設定し
て、変形が生じた上記三次元曲面あるいは他の三次元曲
面からの反射光をそれに入射させると、発生する干渉縞
パターンによって、両者の面形状の差異を測定すること
ができる。[Operation] When measuring the deformation of an object, measure the phase distribution of the reflected light from the surface of the three-dimensional curved surface of the object to be measured, and set the opposite phase distribution to the liquid crystal panel that functions as a phase displacement device. When reflected light from the deformed three-dimensional curved surface or another three-dimensional curved surface is incident on it, the difference in surface shape between the two can be measured by the interference fringe pattern generated.
[実施例] 以下に、図面を参照して本発明の方法をさらに具体的に
説明する。Example Hereinafter, the method of the present invention will be described more specifically with reference to the drawings.
従来から知られている通常の干渉計では、レーザ光をビ
ームスプリッタにおいて二分し、それぞれを鏡面で反射
させた後、再びそれらの波面を重ね合わせ、その際、一
方の波面にひずみを与えると、それが干渉縞となって現
われ、その干渉縞の形から上記ひずみを知ることができ
る。In a conventional interferometer known from the past, laser light is divided into two in a beam splitter, each is reflected by a mirror surface, and then their wave fronts are overlapped again, in which case one of the wave fronts is distorted, This appears as interference fringes, and the distortion can be known from the shape of the interference fringes.
一方、二分した光の一方を鏡面で、他方を測定対象物体
等の凹凸面で反射させると、その凹凸面では光が複雑に
散乱するので、両光の干渉の結果としてはランダムなス
ペック・パターンが生じることになる。しかし、凹凸面
での反射光の光路に何らかの手段を介在させて、その反
射光の波面を平面波面に戻すことができれば、平面波面
相互の干渉になり、上記凹凸面に若干の変形を与えれ
ば、両光の干渉の結果、干渉縞が生じることになり、そ
の干渉縞の形から凹凸面の変形を知ることが可能にな
る。On the other hand, if one of the bisected lights is reflected by a mirror surface and the other is reflected by an uneven surface such as an object to be measured, the light is scattered intricately on the uneven surface. Will occur. However, if some means is interposed in the optical path of the reflected light on the uneven surface and the wavefront of the reflected light can be returned to the plane wavefront, mutual interference of the plane wavefronts occurs, and if the uneven surface is slightly deformed. As a result of the interference of the two lights, interference fringes are generated, and it is possible to know the deformation of the uneven surface from the shape of the interference fringes.
本発明は、上記凹凸面での反射光の波面を平面波面に戻
すための手段として、液晶パネルで実現したキノフォー
ム用いることを特徴とするものである。The present invention is characterized in that a kinoform realized by a liquid crystal panel is used as a means for returning the wavefront of the reflected light on the uneven surface to the plane wavefront.
第1図は、本発明の実施に用いる装置の構成を示すもの
で、レーザ光1 をビームスプリッタ2 において二分し
て、その一方の光ビーム1aを計測対象物体の三次元曲面
3 に照射し、その表面からの反射光をレンズ形4,5 及び
その焦光点の絞り6 を通し、さらに、以下に詳述する液
晶パネル7 を通して、ビーム結合器8 に投射し、一方、
前記ビームスプリッタ2 において二分した他方の光ビー
ム1bは、レンズ系9,10及び平面鏡11を介してビーム結合
器8 に投射し、そこで再び前記光ビーム1aの波面と重ね
合わせ、レンズ系12,13 を経て、CCDカメラ14に投射
するようにしている。FIG. 1 shows the structure of an apparatus used for carrying out the present invention. A laser beam 1 is divided into two in a beam splitter 2 and one of the light beams 1a is a three-dimensional curved surface of an object to be measured.
3 and irradiate the light reflected from the surface through the lens shape 4,5 and the diaphragm 6 of the focal point, and further through the liquid crystal panel 7 which will be described in detail below, to project on the beam combiner 8, while
The other light beam 1b bisected in the beam splitter 2 is projected onto the beam combiner 8 via the lens systems 9 and 10 and the plane mirror 11, where it is again superposed on the wave front of the light beam 1a, and the lens systems 12 and 13 are After that, the image is projected onto the CCD camera 14.
上記液晶パネル7 は、通常の濃淡表示を行う液晶パネル
ではなく、位相変調装置として機能し、即ち、液晶分子
の状態による屈曲率変化により光の位相が変調されるも
ので、一般にキノフォームと呼ばれるものである。The liquid crystal panel 7 does not function as a normal grayscale liquid crystal panel, but functions as a phase modulator, that is, the phase of light is modulated by a change in the bending ratio depending on the state of liquid crystal molecules, and is generally called a kinoform. It is a thing.
変形測定に際しては、先ず、計測対象の三次元曲面3 に
光ビーム1aを照射し、CCDカメラ14において反射光の
位相分布を計測して、コンピュータの処理により、それ
と逆の位相分布を液晶パネル7 によって再現させ、キノ
フォームを作製する。次いで、この液晶パネル7 によっ
て実現したキノフォームに適宜の変形を生じせた上記三
次元曲面3 、あるいは他の三次元曲面に対して同様に光
ビーム1aを照射した場合の反射光を入射し、それをビー
ム結合器8 において光ビーム1bの波面と重ね合わせ、レ
ンズ系12,13 を経て、CCDカメラ14に投射させる。そ
の結果、CCDカメラ14においては干渉縞パターンを計
測することができ、その干渉縞の形から3次元曲面3 の
変形を測定することができる。In the deformation measurement, first, the three-dimensional curved surface 3 to be measured is irradiated with the light beam 1a, the CCD camera 14 measures the phase distribution of the reflected light, and the liquid crystal panel 7 obtains the opposite phase distribution by the computer processing. To reproduce a kinoform. Next, the reflected light when the light beam 1a is similarly applied to the above-mentioned three-dimensional curved surface 3 which is appropriately deformed in the kinoform realized by the liquid crystal panel 7 or other three-dimensional curved surface, It is superposed on the wave front of the light beam 1b in the beam combiner 8 and projected onto the CCD camera 14 through the lens systems 12 and 13. As a result, the CCD camera 14 can measure the interference fringe pattern, and the deformation of the three-dimensional curved surface 3 can be measured from the shape of the interference fringe.
このように、液晶パネル7 で実現したキノフォームを用
いると、従来のホログラフィ干渉技術のように写真乾板
を用いる必要がなくなり、コンピュータ技術によってホ
ログラムに相当するものを容易に作製することが可能に
なる。即ち、コンピュータから液晶パネル7 に任意の波
面を出力すると、それが液晶パネル7 に位相パターンと
して設定され、コンピュータ制御で適当な波面を任意に
設定できるばかりでなく、他の波面との変換も極めて簡
単に、しかも短時間に行うことができる。As described above, when the kinoform realized by the liquid crystal panel 7 is used, it is not necessary to use a photographic plate as in the conventional holographic interference technology, and it becomes possible to easily manufacture a hologram equivalent by computer technology. . That is, when an arbitrary wavefront is output from the computer to the liquid crystal panel 7, it is set as a phase pattern on the liquid crystal panel 7, and not only can an appropriate wavefront be arbitrarily set by computer control, but conversion with other wavefronts is extremely possible. It can be done easily and in a short time.
また、ビームスプリッタ2 において二分した光ビームの
一方を鏡面で、他方を測定対象物体等の凹凸面で反射さ
せると、両光の干渉の結果としてはランダムなスペック
・パターンが生じることは、さきに説明している。この
スペック・パターンにおけるスペック・サイズは、絞り
6 によって適当に調整することができる。即ち、絞り6
を十分に絞るとスペック・サイズが大きくなるし、絞り
を大きく開くスペック・サイズ小さくなる。In addition, if one of the two divided light beams in the beam splitter 2 is reflected by a mirror surface and the other is reflected by an uneven surface such as an object to be measured, a random spec pattern will occur as a result of the interference of both lights. Explaining. The spec size in this spec pattern is
6 can be adjusted appropriately. That is, aperture 6
If you narrow down the aperture sufficiently, the spec size will increase, and if you widen the aperture, the spec size will decrease.
一方、液晶パネル7 上には多数のピクセルが配列してい
るが、このピクセルの一つよりも上記スペック・サイズ
を大きくする必要がある。即ち、一つのスペックの中に
も位相分布があるので、その位相分布にも対応するよう
な位相分布を液晶パネル上に再現するには、例えば、少
なくとも二つのピックセルを一つのスペックに入れるな
どの配慮が必要になる。上記絞り6 は、このような観点
からスペック・サイズを調整するために用いられるもの
である。On the other hand, although a large number of pixels are arranged on the liquid crystal panel 7, it is necessary to make the spec size larger than one of the pixels. That is, since there is a phase distribution in one spec, in order to reproduce a phase distribution corresponding to the phase distribution on the liquid crystal panel, for example, at least two pick cells are put in one spec. Consideration is required. The diaphragm 6 is used to adjust the spec size from this point of view.
次に、フリンジスキャニング法を導入しコンピュータに
よる高精度位相測定を行なう方法について説明する。Next, a method of introducing a fringe scanning method and performing high-accuracy phase measurement by a computer will be described.
さきに説明した従来の干渉計のように、レーザ光をヒー
ムスプリッタにおいて二分し、それぞれを鏡面で反射さ
せた後、再びそれらの波面を重ね合わせ、その際、例え
ば一方の鏡面を傾斜させると、平行な干渉縞を生じさせ
ることができる。この場合において、一方の光路に全面
に均一に位相変調を行う位相変調装置を配置し、位相変
調が全面的に0の場合の干渉縞の特定位置の強度を
I1、位相変調装置によりλ/3の均一な位相変調を行
うことにより干渉縞が 1/3ピッチだけシフトした場合の
同位置の強度をI2、2λ/3の均一な位相変調により
干渉縞がさらに 1/3ピッチだけシフトした場合の同位置
の強度をI3として、コンピュータに記憶させる。この
ような強度I1〜I3の三つのデータコンピュータに記憶
させておくと、任意の干渉縞の空間的な位相をコンピュ
ータにおいて測定することが可能になり、それに伴っ
て、計測対象物体からの反射光の波面の位相分布を測定
することが可能になる。Like the conventional interferometer described above, the laser light is divided into two at the heme splitter, and after reflecting each by a mirror surface, those wave fronts are overlapped again, and for example, when one mirror surface is tilted. , Parallel interference fringes can be generated. In this case, a phase modulator that uniformly performs phase modulation is arranged on the entire one optical path, and the intensity at a specific position of the interference fringes when the phase modulation is 0 is I 1 , and λ / When the interference fringes are shifted by 1/3 pitch by performing uniform phase modulation of 3, the intensity at the same position is I 2 , and the interference fringes are further shifted by 1/3 pitch by uniform phase modulation of 2λ / 3. The intensity at the same position in this case is stored in the computer as I 3 . If the data is stored in the three data computers having such intensities I 1 to I 3 , it becomes possible to measure the spatial phase of an arbitrary interference fringe in the computer, and accordingly, the spatial phase of the interference fringes from the measurement target object can be measured. It becomes possible to measure the phase distribution of the wavefront of the reflected light.
従って、計測対象の三次元曲面からの反射光とは逆の位
相分布を液晶パネルに再現してキノフォームを作製する
場合には、上記コンピュータにおける測定結果に基づい
て液晶パネル7 に所要の位相分布を与えればよい。Therefore, when reproducing the phase distribution opposite to the reflected light from the three-dimensional curved surface of the measurement target on the liquid crystal panel to produce the kinoform, the required phase distribution for the liquid crystal panel 7 is calculated based on the measurement result by the computer. Should be given.
また、ビームスプリッタ2 において二分した光ビームの
一方を平面鏡11で、他方を測定対象物体等の三次元曲面
3 で反射させたうえで干渉させると、ランダムなスペッ
クパターンが生じ、前述したように、その反射光に対応
する位相分布を液晶パネル7 において再現するが、その
場合に、液晶パネル7 において、上記スペック・パター
ンに対応する位相分布と全面的な0位相の変調とを加え
たもの、同じく全面的λ/3だけ位相の変調を加えたも
の、さらに全面的に2λ/3だけ位相の変調を加えたも
のを再現し、それらによって対象物体の変形時に生じる
変形干渉縞を計測して、コンピュータにおいて必要な計
算を行うことにより、非常に高精度の測定を行うことが
可能になる。In addition, one of the light beams divided by the beam splitter 2 is a plane mirror 11, and the other is a three-dimensional curved surface of the object to be measured or the like.
When reflected by 3 and interfered with each other, a random spec pattern is generated, and the phase distribution corresponding to the reflected light is reproduced on the liquid crystal panel 7 as described above. Addition of phase distribution corresponding to the spec pattern and full 0 phase modulation, same as full phase modulation of λ / 3, and full 2λ / 3 phase modulation. It is possible to perform very high-precision measurement by reproducing the objects, measuring the deformation interference fringes generated by the deformation of the target object, and performing necessary calculations in the computer.
[発明の効果] 以上に詳述したように、従来のホログラフィ干渉による
方法では、写真乾板を用いて位相分布を再現していたた
め、現象・定着などに多くの時間を要していたが、本発
明の方法によれば、上記写真乾板に代えて液晶パネルに
より実現したキノフォームを用いているため、次のよう
な効果を期待することができる。[Effects of the Invention] As described in detail above, in the conventional method using holographic interference, since the phase distribution was reproduced using a photographic plate, it took a lot of time for phenomena and fixing. According to the method of the invention, since the kinoform realized by the liquid crystal panel is used instead of the photographic plate, the following effects can be expected.
設定の高速化:電気信号によってすべての設定が実
現できるため、従来例に比して設定が著しく高速化され
る。Speeding up of setting: Since all setting can be realized by the electric signal, setting is remarkably speeded up as compared with the conventional example.
測定の高速化:光学的方法ですべての処理ができる
ため、計算機処理などが不要になり、測定の高速化を実
現できる。Acceleration of measurement: All processes can be performed by optical methods, so computer processing is not required and measurement can be speeded up.
高精度化:光波長の 1/30の精度が実現できる。 Higher precision: Accuracy of 1/30 of light wavelength can be realized.
第1図は本発明の変形測定方法を実施する装置の構成図
である。 1……レーザ光、3……三次元曲面、 7……液晶パネル。FIG. 1 is a block diagram of an apparatus for carrying out the deformation measuring method of the present invention. 1 ... Laser light, 3 ... Three-dimensional curved surface, 7 ... Liquid crystal panel.
フロントページの続き (72)発明者 平石 久人 埼玉県所沢市下富840番地 シチズン時計 株式会社技術研究所内 審査官 田部 元史Front page continuation (72) Inventor Hisato Hiraishi 840 Shimotomi, Tokorozawa, Saitama Prefecture Citizen Watch Co., Ltd.
Claims (1)
し、表面からの反射光の位相分布を計測して、これと逆
の位相分布を液晶パネルにおいて再現することによりキ
ノフォームを作製し、このキノフォームに、変形が生じ
た上記三次元曲面あるいは他の三次元曲面からの反射光
を入射し、両者の面形状の差異を、発生する干渉縞パタ
ーンによって測定することを特徴とするキノフォームに
よる物体の変形測定方法。1. A kinoform is produced by irradiating a three-dimensional curved surface to be measured with laser light, measuring the phase distribution of the reflected light from the surface, and reproducing the opposite phase distribution on a liquid crystal panel. The kinoform is characterized in that reflected light from the deformed three-dimensional curved surface or other three-dimensional curved surface is incident, and the difference in surface shape between the two is measured by the generated interference fringe pattern. A method for measuring the deformation of an object using foam.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2204728A JPH0635929B2 (en) | 1990-08-01 | 1990-08-01 | Deformation measurement method of object by kinoform |
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| JPH0489511A JPH0489511A (en) | 1992-03-23 |
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Family Applications (1)
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Country Status (1)
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1990
- 1990-08-01 JP JP2204728A patent/JPH0635929B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
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| JPH0489511A (en) | 1992-03-23 |
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