[發(fā)明專利]三維形狀計測方法和三維形狀計測裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911281490.6
• 申請日: 2019-12-13
• 公開（公告）號: CN111721195A
• 公開（公告）日: 2020-09-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 小野田有吾;佐藤榮廣;長谷川晶一
• 申請（專利權(quán)）人: 日本株式會社日立高新技術(shù)科學(xué)
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00;G01B11/24;G01B21/04
• 代理公司: 北京三友知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11127
• 代理人: 黃志堅;崔成哲

本發(fā)明提供三維形狀計測方法和三維形狀計測裝置。在對測定對象物照射測定介質(zhì)而根據(jù)干涉信號計測三維形狀的三維形狀計測方法中，包括更換了物鏡的情況在內(nèi)，簡便且準確地進行干涉信號的攝像元件的焦點位置和干涉條紋的出現(xiàn)位置的調(diào)整。對攝像元件的位置進行調(diào)整，使得出現(xiàn)有所使用的物鏡的干涉條紋的z軸上的位置與攝像元件的焦點位置的相對位置之差處于規(guī)定的范圍。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及在使用了用于干涉顯微鏡的干涉物鏡時進行校正以使干涉條紋的焦點位置與攝像元件(以下，代表性地稱為照相機)的焦點位置對齊的方法及其裝置。

背景技術(shù)

現(xiàn)有的干涉顯微鏡以無限遠系的配置為主，在觀察干涉條紋時，不是通過調(diào)整照相機側(cè)的焦點位置，而是通過調(diào)整參照鏡的位置來進行。具體來說，在不改變照相機傳感器的位置的情況下對每個物鏡進行調(diào)整，使得在該照相機的焦點位置出現(xiàn)干涉條紋。

在不使照相機移動的情況下，存在橫倍率β不發(fā)生變化這一優(yōu)點，但是必須每次都對物鏡的干涉條紋的出現(xiàn)位置進行調(diào)整，該手動的調(diào)整作業(yè)會給操作者帶來負擔(dān)。

在低倍率透鏡的情況下，物鏡的焦點深度較大，所以干涉條紋的出現(xiàn)位置存在于照相機的焦點所匹配的范圍內(nèi)，因此也有不存在參照鏡的調(diào)整機構(gòu)的情況。

另一方面，在高倍率透鏡中，焦點深度較小，因此基于參照鏡的調(diào)整是必須的。

這樣，干涉物鏡通常是干涉物鏡自身帶有調(diào)整機構(gòu)。例如，已經(jīng)完成了提高該調(diào)整機構(gòu)的使用方便性的發(fā)明(專利文獻1)。

專利文獻1：日本特開2000-193891號公報

但是，在使用顯微鏡的情況下，僅使用1個物鏡的情況是很少的，通常都是切換倍率不同的多個物鏡來使用。

但是，在多個干涉物鏡分別設(shè)置參照鏡的調(diào)整機構(gòu)的情況下，存在重量增加、并且由于設(shè)置復(fù)雜的調(diào)整機構(gòu)而導(dǎo)致品質(zhì)難以穩(wěn)定、經(jīng)濟性也發(fā)生惡化等課題。特別是，重量增加會導(dǎo)致用于附接多個物鏡的轉(zhuǎn)換器、作為z驅(qū)動機構(gòu)的電機、壓電元件的耐荷重增大，從而導(dǎo)致重量進一步增加。其結(jié)果是，產(chǎn)生干涉條紋的模糊或邊緣的垂下等，無法計測出準確的三維形狀。從裝置的重量增加和計測精度的觀點來看，這點對包括溫度漂移的應(yīng)對在內(nèi)的參照鏡的調(diào)整的自動化也是一個障礙。

發(fā)明內(nèi)容

因此，優(yōu)選如下的三維形狀計測方法以及裝置：始終進行干涉物鏡的調(diào)整以使照相機的焦點位置與干涉條紋的出現(xiàn)位置一致而進行優(yōu)化，從而解決上述課題，能夠通過簡單的結(jié)構(gòu)來容易地取得無模糊的三維形狀像。

本發(fā)明為了解決上述課題，僅在照相機側(cè)設(shè)置調(diào)整機構(gòu)來進行調(diào)整，以使照相機(攝像元件)的焦點位置與干涉條紋的出現(xiàn)位置一致，由此不會損害結(jié)構(gòu)的簡單性，因此能提供如下的用于得到真實的三維形狀像的三維形狀計測方法及三維形狀計測裝置：避免了因裝置重量增加而引起的品質(zhì)的降低，并且也不會損害經(jīng)濟性。

根據(jù)本發(fā)明，作為測定準確的三維形狀的方法，在根據(jù)對基于干涉信號的干涉條紋進行拍攝的攝像元件的焦點位置與干涉條紋的出現(xiàn)位置之間的距離的差來進行位置調(diào)整時，使攝像元件的位置移動而進行位置調(diào)整，以使該距離的差為規(guī)定的值以下。

另外，針對所配置的多個干涉物鏡中的每個干涉物鏡，將攝像元件的位置的移動量存儲為各自的校正值，在下次之后的測定中，根據(jù)與要使用的干涉物鏡對應(yīng)的校正值來進行校正。

另外，針對隨著使攝像元件移動而造成的橫倍率的變化，進行橫倍率校正。

由此，能夠提供如下的三維形狀計測方法：針對所配置的每個干涉物鏡，將攝像元件的位置調(diào)整的移動距離確定為校正值，在使用相同的干涉物鏡的基礎(chǔ)上，僅通過進行使用了相同的校正值的攝像元件的校正，便能夠進行準確的三維形狀測定。因此，為了得到無模糊等的三維形狀，不需要進行每個攝像元件干涉物鏡的位置調(diào)整，能夠簡化計測方法及裝置結(jié)構(gòu)，還能夠減輕操作者負擔(dān)。