The shadow moire is one the optical techniques which able to give contour lines of an object with respect to a master grating plane. The moire patterns are issued from the superposition of a grating and its shadow projected on the surface of an object. But in the conventional shadow moire method the reference grating and deformed grating are mutually dependent, it is impossible to obtain uniform phase shifts on the whole field by moving the reference grating. Here we propose ane trial to apply phase shifting to conventional shadow moire. When, in the conventional arrangement, Phase-shifting that is sctually constant regardless of fringe orders is achieved by moving the grating and the light source. Finally we obtained a better result by using this procedure and applied the phase shifting shadow moire to three dimensional measurement.
A phase-shifting projection moire method particularly intended for high-speed three-dimensional shape reconstruction of diffuse objects is presented. Emphasis is on realization of phase-shifting fringe analysis in projection moire topography using a set of line grating pairs designed to provide different phase shifts in sequence. Further a time-integral fringe capturing scheme is devised to remove undesirable high frequency original grating patterns in real-time without time-consuming software image processing. Finally the performances of the proposed method are discussed with measurement results.
In this study, the theory and application of phase-shifting shadow moire topography is focused on the non-contact measurement of object surfaces for practical use in the field of production engineering. Shadow moire topography has been studied during last few decades in the area of the optical physics, and now its mathmatical theory has been established. Generally, in case of the classical shadow moire topography, the sensitivity is a few tenths of millimeter in best cases. Here we tried the application of phase-shifting method to the conventional shadow moire topography. But the reference grating and the deformed grating are mutually dependent because it is impossible to obtain uniform phase shifts on the whole Held. Therefore it is difficult to use a phase-shifting method in shadow moire topography. However, it was shown that constant phase-shifting was able to be measured by moving both the grating and light source. Finally we obtained a better result by using this procedure and applied the phase-shifting shadow moire to three dimensional object measurement.
Shadow moire topography has been used as a noncontact method for measuring the 3-D shapes of objects. The moire fringes are results from the superposition of a master grating and its shadow projected on the surface of an object. But in case of the classical shadow moire method, in general, the resolution is a few tenths of millimeter. It is difficult to use a phase -shifting method in shadow moire because it is impossible to obtain uniform phase shifts on the whole field. But in this study , We introduce a phase-shifting method to improve the resolution of the classical shadow moire method. This method is based on the fact that if the depth of object is much less than the distance between the observer and the master grating, the phase shifts are almost uniform on the whole field area. Finally, we applied this new phase-shifting method to the measurement of the 3-D shape of a coin.
구면 거울을 정밀하고 정확하게 측정할 수 있는 위상천이 회절격자 간섭계를 제시한다. 간섭계는 하나의 회절격자를 이용하여 간섭계의 기준광과 측정광을 분할하고, 다시 결합시켜 간섭무늬를 생성시키고 위상천이 시키는 간단한 구조로 설계되었다. 광원으로부터의 광을 큰 수치구경인 고정도의 집속렌즈의 초점에 위치한 회절격자 위에 집속하여 반사회절된 파면을 기준파면과 측정파면으로 사용한다 부가적인 기준면이 없이 회절격자 위의 매우 작은 영역이 기준면을 대신하므로 시스템 오차가 작다. 광섬유 형태의 공초점현미경 구조를 광원과 집속렌즈 사이에 설치하여 집속렌즈와 회절격자사이의 정렬오차를 최소화 하였다. 회절격자를 광축에 수직한 방향으로 이송함으로써 기준파면과 측정파면사이에 상대적인 위상천이를 일으켜서 일련의 위상천이된 간섭무늬를 쉽게 획득할 수 있다. 간섭계를 제작하고, 결상렌즈와 CCD를 이용해서 얻은 위상천이된 대상구면 거울의 간섭무늬들을 해석하여 전체적인 간섭계 시스템의 성능을 평가해 보았다.
위상편이 회절격자 간섭계의 회절격자는 간섭을 일으키는 측정광과 기준광을 분할하고, 재결합하여 간섭무늬를 생성하고, 또한 위상을 편이시키는 다양한 용도로 사용되는 핵심부품이다. 위상편이 회절격자 간섭계는 회절격자에서 회절되는 다양한 회절차수의 광들을 측정광과 기준광으로 선정하고 서로 간섭시켜 간섭무의를 얻을 수 있는데, 그 회절차수와 사용하는 회절격자의 형상에 따라서 측정광과 기준광의 효율이 달라져서 간섭무늬의 가시도가 달라진다. 본 논문에서는 두 가지 위상편이 회절격자 간섭계에서 측정광과 기준광의 상대적인 효율을 격자에서 일어나는 회절현상의 전자기학적인 수치모사를 통해 산출해내어 각 간섭계에 최적인 회절격자의 형상을 선정한다.
The shadow moire is one of the optical techniques which is able to give contour lines of an object with respect to a master grating plane. The moire patterns are issued from the superposition of a master grating and its shadow projected on the surface of an object. In case of the classical shadow moire method, the sensitivity was a few tenths millimeters. generally, it is difficult to use a phase shift method in shadow moire because it is impossible to obtain uniform phase shifts on the whole field. But in this study we use the fact that if the depth of object is much less than the distance between the observer and the master grating, and the object is displaced perpendicularly to the grating plane, phase shifts are almost uniform. Finally we obtained a better resolution by using a phase shift procedure and applied the phase shifting shadow moire to three dimensional shape measurement.
Generally, When we measure of object 3D surfaces with phase shifting shadow moire method, it is use of optical system consist of light source, grating, and ccd camera. At this time, it is important parameter that vertical distance of grating and camera, grating and light source, and horizontal distance of camera and light source. When use camera consist of complex lens vertical distance of grating and camera is unknown parameter. From this cause equivalent wave length of moire fringe is uncertain. In this study, We exactly obtain a vertical distance of grating and camera so improve on measurement accuracy.
Park, Yoon-Chang;Ahn, Seong-Joon;Kang, Moon-Ho;Kwon, Young-Chul;Ahn, Seung-Joon
Journal of the Optical Society of Korea
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제13권4호
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pp.464-467
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2009
The grating projection method with phase-shifting technique is very useful in measuring the 3-dimensional (3D) shape with high accuracy and speed. In this work, we have developed an ultra high-speed digital laser grating projection system using a high-power laser diode and a highsensitivity CMOS camera. With our system, the optical measurement required to find out the profile of a 3D object could be carried out within 2.6 ms, which is a significant ($\sim$10 times) improvement compared with those of the previous studies.
위상편이 회절격자 간섭계와 이진 컴퓨터 형성 홀로그램을 제작하여 널 시스템을 구성하고 비구면형상 측정 시스템을 구축하였다. 제안하는 시스템은 비구면형상에 맞게 제작된 이진 컴퓨터 형상 홀로그램과 가시도가 조정된 위상편이 회절격자간섭계로 이루어져있다. 위상편이 회절격자간섭계는 회절격자의 홈 형상이나 간섭을 일으킬 측정광과 기준광을 바꿈으로써 가시도를 쉽게 조절할 수 있고, 높은 수준의 측정 정확도를 가지는 장점을 가지고 있다. 이진 컴퓨터 형성 홀로그램은 비구면의 정보를 통하여 컴퓨터로 수치모사한 후 전자-빔 리토그래피 장비로 제작할 수 있고, 위상편이 회절격자 간섭계, 비구면과 함께 자동곡률측정 방식으로 설치된다. 간섭계와 홀로그램을 제작한 후 비구면을 측정, 실험을 수행하고 시스템을 평가하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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