JP2007101399A - 高さ測定装置および方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 高さ測定の技術を提供する。
【解決手段】 本発明の高さ測定装置は、被検物の所定の高さ方向について高さを測定する高さ測定装置であって、照射部、センサ部、および高さ検出部を備える。照射部は、波長が異なる複数の光束を高さ方向に隙間無く配列した照射光束を、高さ方向に対して傾いた角度で被検物の測定箇所に照射する。センサ部は、照射光束による被検物の測定箇所からの反射光を受光し、反射光の波長を検出する。高さ検出部は、センサ部で検出された反射光の波長に基づいて、測定箇所における被検物の高さを求める。
【選択図】 図1
【解決手段】 本発明の高さ測定装置は、被検物の所定の高さ方向について高さを測定する高さ測定装置であって、照射部、センサ部、および高さ検出部を備える。照射部は、波長が異なる複数の光束を高さ方向に隙間無く配列した照射光束を、高さ方向に対して傾いた角度で被検物の測定箇所に照射する。センサ部は、照射光束による被検物の測定箇所からの反射光を受光し、反射光の波長を検出する。高さ検出部は、センサ部で検出された反射光の波長に基づいて、測定箇所における被検物の高さを求める。
【選択図】 図1
Description
本発明は、高さを測定する高さ測定装置および方法に関する。
従来、光切断法を用いた3次元計測技術が知られている(特許文献1など)。この光切断法では、高さの検出方向(以下『高さ方向』という)に対して斜め向きからスリット光を照射する。被測定物の表面には、このスリット光による投影パターンが現れる。この投影パターンは、被測定物の光切断面を示すものであり、被測定物の表面形状に応じて変形する。そこで、この投影パターンを検出し、その投影パターンの変形形状から、被測定物の表面形状を検出する。
また、この光切断法の測定範囲を拡大するため、複数本のスリット光を同時に照射する技術も公知である。
その他にも、上述したスリット光またはストライプ光を、ピエゾ素子などを使って僅かに振動させ、このときの投影パターンの輝度変化を検出することで表面形状の検出精度を上げる技術も位相シフト法として公知である。
また、この光切断法の測定範囲を拡大するため、複数本のスリット光を同時に照射する技術も公知である。
その他にも、上述したスリット光またはストライプ光を、ピエゾ素子などを使って僅かに振動させ、このときの投影パターンの輝度変化を検出することで表面形状の検出精度を上げる技術も位相シフト法として公知である。
一方、特許文献2では、波長の異なる複数本のスリット光を、十分なスリット間隔を空けて被検物に照射する。このようなスリット光を使用することにより、被検物の凹凸によって一部のスリット光が欠落しても、観測スリット光を色の違いから確実に特定できる。
特開2005−30774号公報(請求項1など)
特開平5−175310号公報(図2、図3、段落0027など)
ところで、上述した位相シフト法では、スリット光やストライプ光の照射位置を変位させながら、複数回にわたって投影パターンを撮影しなければならず、測定に時間がかかるという問題点があった。
また、ピエゾ素子で照射光を振動させた場合、機械的な誤差を回避できないため、表面形状の検出精度を安定的に高めることが難しいという問題点もあった。
さらに、特許文献2では、一部のスリット光が欠落しても観測スリット光を特定できるよう、スリット光の間隔を十分に空ける必要があった。しかし、このスリット光では、隙間箇所において測定が不可能になるため、検出分解能が粗いという問題点があった。
そこで、本発明では、上述した問題点に鑑みて、高い検出分解能を安定に得ることが可能な高さ測定技術を提供することを目的とする。
《1》 本発明の高さ測定装置は、被検物の所定の高さ方向について高さを測定する高さ測定装置であって、照射部、センサ部、および高さ検出部を備える。
照射部は、波長が異なる複数の光束を高さ方向に隙間無く配列した照射光束を、高さ方向に対して傾いた角度で被検物の測定箇所に照射する。
センサ部は、照射光束による被検物の測定箇所からの反射光を受光し、反射光の波長を検出する。
高さ検出部は、センサ部で検出された反射光の波長に基づいて、測定箇所における被検物の高さを求める。
以下、本発明の好ましいバリエーションについて説明する。
照射部は、波長が異なる複数の光束を高さ方向に隙間無く配列した照射光束を、高さ方向に対して傾いた角度で被検物の測定箇所に照射する。
センサ部は、照射光束による被検物の測定箇所からの反射光を受光し、反射光の波長を検出する。
高さ検出部は、センサ部で検出された反射光の波長に基づいて、測定箇所における被検物の高さを求める。
以下、本発明の好ましいバリエーションについて説明する。
《2》 照射部は、照射光束の隣り合う波長の異なる光束同士を高さ方向に一部重複させて照射させてもよい。この場合、高さ検出部は、センサ部で検出された反射光の波長の混合比に基づいて、測定箇所における被検物の高さを求めることができる。
《3》 高さ検出部は、反射光の波長またはその混合比を、測定箇所における照射光束の波長分布に対応付けることで高さを求めることができる。
《4》 照射部は、照射光束の高さ方向の波長分布を光学的に拡大縮小する変倍光学系を備えることができる。
《5》 測定箇所と照射光束とを高さ方向に相対的にずらすことにより、ずらし量と測定箇所の反射光の波長との対応関係を較正する較正部を備えることができる。高さ検出部は、較正部によって較正された対応関係に、測定箇所の反射光の波長またはその混合比を照合することによって、測定箇所の高さを求めることができる。
《6》 照射部は、波長の異なる複数本の光束を多面ミラーの各面にそれぞれ照射し、光束群の反射方向を略一方向に揃えることで、波長の異なる複数本の光束を高さ方向に連ねた照射光束を生成することができる。
《7》 照射部は、複数波長を含む光束を波長選択素子に通して高さ方向の波長を変化させることによって、照射光束を生成することができる。
《8》 本発明の高さ測定方法は、被検物の所定の測定箇所における高さを測定する方法であって、次のステップを有する。
(照射ステップ)波長が異なる複数の光束を高さ方向に隙間無く配列した照射光束を、高さ方向に対して傾いた角度で被検物の測定箇所に照射する。
(検出ステップ)照射光束による被検物の測定箇所からの反射光を受光し、反射光の波長を検出する。
(高さ測定ステップ)検出ステップで検出された反射光の波長に基づいて、測定箇所における被検物の高さを求める。
(照射ステップ)波長が異なる複数の光束を高さ方向に隙間無く配列した照射光束を、高さ方向に対して傾いた角度で被検物の測定箇所に照射する。
(検出ステップ)照射光束による被検物の測定箇所からの反射光を受光し、反射光の波長を検出する。
(高さ測定ステップ)検出ステップで検出された反射光の波長に基づいて、測定箇所における被検物の高さを求める。
本発明では、測定箇所の照射光束に、波長が異なる複数の光束を高さ方向に隙間無く配列した光束を使用する。仮に、波長が異なる光束間に隙間を設けた場合、この隙間部分では被検物からの反射光が得られず、高さ検出不能部分が生じる。しかし、本発明では、波長が異なる光束を隙間無く配列することで、高さ検出不能部分を無くすことができる。
《実施形態の全体構成の説明》
図1は、本実施形態の高さ測定装置11を示す図である。
図1[A]は、高さ測定装置11の概念図を示す。
図1[B]は、図1[A]の光学系(12,30,33等)の上面図を示す。
図1[C]は、図1[A]の測定箇所Pの拡大図を示す。
図1[D]は、図1[C]の測定箇所P(ここでは半田バンプ)が照射光束Lにより照明された際の波長分布を反映した格子縞の画像を示す。
図1は、本実施形態の高さ測定装置11を示す図である。
図1[A]は、高さ測定装置11の概念図を示す。
図1[B]は、図1[A]の光学系(12,30,33等)の上面図を示す。
図1[C]は、図1[A]の測定箇所Pの拡大図を示す。
図1[D]は、図1[C]の測定箇所P(ここでは半田バンプ)が照射光束Lにより照明された際の波長分布を反映した格子縞の画像を示す。
図1において、ステージ20上には、測定対象X(例えばプリント基板)が配置される。ステージ駆動部21は、このステージ20を、図1に示すXYZ方向にそれぞれ動かすことができる。
この測定対象X(例えばプリント基板上に形成された半田バンプ)の高さ方向(ここでは図1に示すZ方向)に対して斜め向きの位置に、照射部12が配置される。この照射部12は、照射光束Lを照射角度θで測定対象Xに照射する。測定箇所Pの照射光束Lは、測定対象X(例えば半田バンプ)の高さ方向に沿って、異なる波長の複数の扁平光束が隙間無く配列された光束である。
この測定対象X(例えばプリント基板上に形成された半田バンプ)の高さ方向(ここでは図1に示すZ方向)に対して斜め向きの位置に、照射部12が配置される。この照射部12は、照射光束Lを照射角度θで測定対象Xに照射する。測定箇所Pの照射光束Lは、測定対象X(例えば半田バンプ)の高さ方向に沿って、異なる波長の複数の扁平光束が隙間無く配列された光束である。
この照射光束Lの測定箇所Pを見込む位置には、センサ部13が設けられる。このセンサ部13は、測定箇所Pの反射光を受光し、その反射光の波長(または波長の混合比)を検出する。このようなセンサ部13としては、カラーの撮像装置(多板式や単板式など)、ラインセンサ、または測色計などを使用する。
高さ測定装置11には、制御部14が設けられる。この制御部14は、照射部12およびステージ駆動部21の動作を制御する。また、制御部14は、センサ部13の出力信号の処理も行う。
高さ測定装置11には、制御部14が設けられる。この制御部14は、照射部12およびステージ駆動部21の動作を制御する。また、制御部14は、センサ部13の出力信号の処理も行う。
《照射部12の構成その1》
図2は、照射部12の一例を示す図である。
図2に示すミラーブロック30は、50度、45度、40度のように、角度の異なる複数の反射面を集めた反射ブロックである。このようなミラーブロック30は、アルミ素材にシングルポイント加工を施して作成する。このミラーブロック30の周囲には、複数のレーザー光源(レーザーダイオードなど)31a〜fが配置される。これらレーザー光源31a〜fからのレーザー光は、波形整形用光学系32a〜32fによりミラーブロック30の反射面に平行光束として入射され、ミラーブロック30の反射面で個別に反射され、1mm程度の間隔の平行光となる。
図2は、照射部12の一例を示す図である。
図2に示すミラーブロック30は、50度、45度、40度のように、角度の異なる複数の反射面を集めた反射ブロックである。このようなミラーブロック30は、アルミ素材にシングルポイント加工を施して作成する。このミラーブロック30の周囲には、複数のレーザー光源(レーザーダイオードなど)31a〜fが配置される。これらレーザー光源31a〜fからのレーザー光は、波形整形用光学系32a〜32fによりミラーブロック30の反射面に平行光束として入射され、ミラーブロック30の反射面で個別に反射され、1mm程度の間隔の平行光となる。
この波形整形用光学系32a〜32fとして、レーザー光源31a〜31fの出射側にコリメータレンズ、アナモルフィックプリズムペア、ビームエキスパンダー、レシーバレンズを配置して構成することが好ましい。この場合、レーザー光源31a〜31fの光束は、コリメータレンズからビームエキスパンダーまでの光学系により扁平光束に整形され、その扁平光束がレシーバーレンズによりミラーブロック30の反射面上に集光される。
なお、隣接光の波長が互いに異なるように、レーザー光源31a〜fの波長(ここではRGB波長)はそれぞれ設定される。
ミラーブロック30上に集光された扁平光束は、光束間隔の調整用のシリンドリカルレンズ33を通過する。このシリンドリカルレンズ33は、各レーザー光源31a〜31fの扁平光束を更に扁平度を高めてライン上に集光し、多層の扁平光束からなる照射光束Lに整形するものである。この照射光束Lの収束位置はミラーブロック30から150mm程度である。このライン状の照射光束Lは、シリンドリカルレンズ33などの収差作用の影響を受けて、図1[C]に示す波長分布方向において波長の異なる隣接光の径が広がる。そのため、隣接光の境界部分において、異なる波長が混じり合い、図7[A]に示すような波長分布を示すようになる。
ミラーブロック30上に集光された扁平光束は、光束間隔の調整用のシリンドリカルレンズ33を通過する。このシリンドリカルレンズ33は、各レーザー光源31a〜31fの扁平光束を更に扁平度を高めてライン上に集光し、多層の扁平光束からなる照射光束Lに整形するものである。この照射光束Lの収束位置はミラーブロック30から150mm程度である。このライン状の照射光束Lは、シリンドリカルレンズ33などの収差作用の影響を受けて、図1[C]に示す波長分布方向において波長の異なる隣接光の径が広がる。そのため、隣接光の境界部分において、異なる波長が混じり合い、図7[A]に示すような波長分布を示すようになる。
なお、図7[A]では波長の異なる隣接光束を一部重複するように配列しているが、重複せずに隙間無く配列するようにしてもよい。
図3[A]は、この照射部12と測定対象Xとの位置関係を示す図(図1[A]の部分図)である。
シリンドリカルレンズ33を照射光束Lの光軸方向に前後調整することによって、「照射光束Lの収束位置」と「測定箇所P」との間隔R(約30mm程度)を調節することができる(図1参照)。測定箇所Pとは、照射光束Lと測定対象Xとが交わる領域であって、かつセンサ部13で撮像される測定対象X上の所定の点(あるいはライン)をいう。このとき、収束位置を測定箇所Pに近づけるほど、照射光束Lに含まれる隣接光同士の間隔は密になる。
このような調整機構により、照射光束Lの高さ方向の波長分布を光学的に拡大または縮小することが可能になる。
本実施形態の高さ測定装置11によれば、半田バンプのサイズφ100〜200μmの計測を精度5μmで行うことができる。
図3[A]は、この照射部12と測定対象Xとの位置関係を示す図(図1[A]の部分図)である。
シリンドリカルレンズ33を照射光束Lの光軸方向に前後調整することによって、「照射光束Lの収束位置」と「測定箇所P」との間隔R(約30mm程度)を調節することができる(図1参照)。測定箇所Pとは、照射光束Lと測定対象Xとが交わる領域であって、かつセンサ部13で撮像される測定対象X上の所定の点(あるいはライン)をいう。このとき、収束位置を測定箇所Pに近づけるほど、照射光束Lに含まれる隣接光同士の間隔は密になる。
このような調整機構により、照射光束Lの高さ方向の波長分布を光学的に拡大または縮小することが可能になる。
本実施形態の高さ測定装置11によれば、半田バンプのサイズφ100〜200μmの計測を精度5μmで行うことができる。
図3[B]は、測定対象Xに照射される照射光束Lを示す斜視図である。ここでは、照射光束Lを、シリンドリカルレンズなどを用いて、測定対象Xの主走査方向に拡幅する。このような拡幅により、測定箇所Pが主走査方向に拡がるため、主走査方向に測定対象Xを移動することなく、主走査方向の高さ測定を一括実施することが可能になる(図7[B]参照)。
なお、シリンドリカルレンズ33の代わりにスリット板(照射光束の波長分布方向に長孔を有する)を用いた場合には、主走査方向に測定対象Xと照明部12とを相対的に動かせばよい(図7[C]参照)。
なお、シリンドリカルレンズ33の代わりにスリット板(照射光束の波長分布方向に長孔を有する)を用いた場合には、主走査方向に測定対象Xと照明部12とを相対的に動かせばよい(図7[C]参照)。
《照射部12の構成その2》
図4は、照射部12の一例を示す図である。
図4に示すように、多波長光源41は多波長を含む光(白色光など)を発光する。この光は、レンズ42を介して光束径を整えた後、色フィルタ43を透過する。この色フィルタ43は、透過波長が高さ方向に変化するように色分けされたフィルタである。
色フィルタ43の透過光束は、光束間隔の調整用のレンズ44を通過する。このレンズ44は、上述したシリンドリカルレンズ33と同様に、透過光束を一点(線)に収束する照射光束Lに変更するものである。この照射光束Lは、色フィルタ43の回折作用やレンズ44の収差作用の影響を受けて、波長の異なる隣接光の径が広がる。そのため、隣接光の境界部分において、異なる波長が混じり合い、図7に示すような波長分布を示すようになる。
このような構成では、レンズ44を照射光束Lの光軸方向に前後調整することによって、照射光束Lの高さ方向の波長分布を光学的に拡大縮小することが可能になる。
なお、主走査方向の高さ測定を一括して実施するために、照射光束Lを、シリンドリカルレンズなどを用いて、主走査方向に拡幅してもよい。
図4は、照射部12の一例を示す図である。
図4に示すように、多波長光源41は多波長を含む光(白色光など)を発光する。この光は、レンズ42を介して光束径を整えた後、色フィルタ43を透過する。この色フィルタ43は、透過波長が高さ方向に変化するように色分けされたフィルタである。
色フィルタ43の透過光束は、光束間隔の調整用のレンズ44を通過する。このレンズ44は、上述したシリンドリカルレンズ33と同様に、透過光束を一点(線)に収束する照射光束Lに変更するものである。この照射光束Lは、色フィルタ43の回折作用やレンズ44の収差作用の影響を受けて、波長の異なる隣接光の径が広がる。そのため、隣接光の境界部分において、異なる波長が混じり合い、図7に示すような波長分布を示すようになる。
このような構成では、レンズ44を照射光束Lの光軸方向に前後調整することによって、照射光束Lの高さ方向の波長分布を光学的に拡大縮小することが可能になる。
なお、主走査方向の高さ測定を一括して実施するために、照射光束Lを、シリンドリカルレンズなどを用いて、主走査方向に拡幅してもよい。
《高さ測定装置11の較正処理の説明》
図5は、高さ測定装置11の較正処理を説明する流れ図である。以下、図5に示すステップ番号に沿って、この較正処理の動作を説明する。
図5は、高さ測定装置11の較正処理を説明する流れ図である。以下、図5に示すステップ番号に沿って、この較正処理の動作を説明する。
[ステップS1] 制御部14は、照射部12を点灯駆動し、照射光束Lの照射を開始する。
[ステップS2] ステージ20上には、高さゼロの測定基準点が設けられる。制御部14は、ステージ駆動部21を介して、ステージ20をXY方向に移動させ、この測定基準点を、照射光束Lの測定箇所Pに位置させる。
[ステップS3] センサ部13は、測定箇所Pからの反射光を受光し、反射光の波長(または波長の混合比)を検出する。
[ステップS4] 制御部14は、『測定基準点の現在の高さ』と『波長(または波長の混合比)』とに基づいて、制御部14内のメモリ上の『照射光束Lの波長分布と測定対象Xの高さとの対応関係』を較正する。
[ステップS5] 制御部14は、メモリ上の対応関係の較正を完了したか否かを判断する。較正が未完了の場合、制御部14はステップS6に動作を移行する。一方、較正が完了した場合、制御部14は較正処理を完了し、後述する測定処理に動作を移行する。
[ステップS6] 制御部14は、ステージ駆動部21を介して、ステージ20を高さ方向(Z方向)に所定幅だけ上昇させる。ここまでのステージ20の上昇分の総和が、測定基準点の現在の高さとなる。この動作の後、制御部14はステップS3に動作を戻す。
この一連の較正処理により、制御部14内のメモリ上には、測定箇所Pにおける高さ方向の波長分布(図7参照)のデータが正確に格納される。
この一連の較正処理により、制御部14内のメモリ上には、測定箇所Pにおける高さ方向の波長分布(図7参照)のデータが正確に格納される。
《高さ測定装置11の測定処理および検査処理の説明》
図6は、高さ測定装置11の測定処理を説明する流れ図である。以下、図6に示すステップ番号に沿って、この測定処理の動作を説明する。
図6は、高さ測定装置11の測定処理を説明する流れ図である。以下、図6に示すステップ番号に沿って、この測定処理の動作を説明する。
[ステップS10] 制御部14は、ステージ駆動部21を介して、測定基準点を較正時の高さゼロに戻す。
[ステップS11] 制御部14は、ステージ駆動部21を介してステージ20をXY移動し、測定対象Xの測定開始位置を測定箇所Pに位置合わせする。この測定箇所Pは、測定対象Xの検査箇所となる。例えば、設計図面の登録座標データなどから、プリント基板(X)上の半田バンプの位置を特定して、その半田バンプの位置を測定箇所Pに位置合わせすればよい。
[ステップS12] センサ部13は、測定箇所Pからの反射光を受光し、反射光の波長(または波長の混合比)を検出する。
なお、測定箇所Pが点状の場合には、センサ部13は、この一点について波長(または波長の混合比)を検出する(図7[C]参照)。
一方、測定箇所Pが図3[B]に示すような線状の場合には、センサ部13は、この線状の測定箇所Pについて、主走査方向のサンプル間隔おきに波長(または波長の混合比)を検出する(図7[B]参照)。
なお、測定箇所Pが点状の場合には、センサ部13は、この一点について波長(または波長の混合比)を検出する(図7[C]参照)。
一方、測定箇所Pが図3[B]に示すような線状の場合には、センサ部13は、この線状の測定箇所Pについて、主走査方向のサンプル間隔おきに波長(または波長の混合比)を検出する(図7[B]参照)。
[ステップS13] 制御部14は、反射光の波長(または波長の混合比)をメモリ上の対応関係に照合し、測定箇所Pの高さを求める。なお、反射光の波長(または波長の混合比)が、対応関係の数値に完全一致しないケースについては、近接する対応関係を補間して、測定箇所Pの高さを求めることが好ましい。
[ステップS14] 制御部14は、測定対象Xの走査を完了したか否かを判断する。走査が未完了の場合、制御部14はステップS15に動作を移行する。一方、走査が完了した場合、制御部14は測定処理を終了する。
[ステップS15] 制御部14は、ステージ駆動部21を介して、ステージ20を面方向に移動し、測定対象Xの次の走査位置を測定箇所Pに位置させる。なお、測定箇所Pが点状の場合には、制御部14は主走査方向および副走査方向のサンプル間隔おきに、面移動を縦横に実行する。一方、測定箇所Pが図3[B]に示すような線状の場合には、制御部14は、副走査方向のサンプル間隔おきにステージ20を移動させる。
この一連の測定処理により、制御部14は、測定対象Xの表面を走査しつつ、各箇所の高さ(表面形状)を測定することができる。
この一連の測定処理により、制御部14は、測定対象Xの表面を走査しつつ、各箇所の高さ(表面形状)を測定することができる。
[ステップS16] 制御部14は、測定対象Xのプリント基板の測定箇所P(半田バンプ)について異常判定(良品判定)を行う。例えば、制御部14は、半田バンプの欠損や高さ異常や位置ずれといった異常状態を、高さ検出結果を設計図面データと照合することで判定する。制御部14は、この異常判定(良品判定)の結果を、モニタ表示、ユーザへの警報、歩留まり検査、良品選別などに利用する。
《本実施形態の効果など》
上述したように、本実施形態では、高さ方向に波長が変化する照射光束Lを照射する。そのため、測定箇所Pの高さにより反射光の波長が変化する。この反射波長やその混合比を、測定箇所Pの高さ方向の波長分布に対応付けることで、測定箇所Pの高さを求めることができる。
上述したように、本実施形態では、高さ方向に波長が変化する照射光束Lを照射する。そのため、測定箇所Pの高さにより反射光の波長が変化する。この反射波長やその混合比を、測定箇所Pの高さ方向の波長分布に対応付けることで、測定箇所Pの高さを求めることができる。
この場合、照射光束Lの高さ方向の波長分布を安定させることが比較的容易となる。そのため、ピエゾ素子を使った位相シフト法に比べ、安定した検出精度を得ることが可能になる。
さらに、位相シフト法のように複数回にわたって投影パターンを撮影する必要がなく、測定時間を短縮することが可能になる。
また、本実施形態では、照射光束Lの高さ方向の波長分布を光学的に拡大縮小する光学機構(例えば変倍光学系)を備える。
この光学機構を使って波長分布を光学的に拡大することにより、高さの測定可能範囲を広げることが可能になる。
逆に波長分布を光学的に縮小することにより、高さの検出分解能を細かくすることが可能になる。
この光学機構を使って波長分布を光学的に拡大することにより、高さの測定可能範囲を広げることが可能になる。
逆に波長分布を光学的に縮小することにより、高さの検出分解能を細かくすることが可能になる。
さらに、本実施形態では、測定箇所Pと照射光束Lとを高さ方向に相対的にずらしながら、ずらし量と反射波長との対応関係を較正する。この較正処理によって高さの測定精度を一段と高めることが可能になる。
また、本実施形態では、図7に示すように、各色の光が一部または全部が重複しており、反射波長の混合比の僅かな違いに従って、高さをより細かく測定することが可能になる。その結果、高さの検出分解能を一段と細かくすることが可能になる。
特に、照射光束Lの全体光量が変動しても、相対量である波長光束の混合比は変化しない。そのため、本実施形態では、全体光量が変動しても、高精度かつ安定に高さを検出することが可能になる。
《実施形態の補足事項》
なお、本実施形態では、図2または図4に示す照射部12を使用している。しかしながら、実施形態はこれに限定されるものではない。測定対象Xの高さ方向に隙間無く波長変化する照射光束Lであれば使用可能である。
なお、本実施形態では、図2または図4に示す照射部12を使用している。しかしながら、実施形態はこれに限定されるものではない。測定対象Xの高さ方向に隙間無く波長変化する照射光束Lであれば使用可能である。
ちなみに、照射光束Lは、波長の異なる複数光束を隙間無く配列した光束を部分的に含んでいればよく、照射光束Lの一部に隙間を設ける実施形態を排除するものではない。照射光束Lに隙間を部分的に設けることにより、隙間によって区分される複数の高さ測定レンジを容易に識別することが可能になる。
また、本実施形態では、図3[A]に示すような収束タイプの照射光束Lを使用している。しかしながら、実施形態はこれに限定されるものではない。拡がるタイプや平行タイプの照射光束Lを使用してもよい。
なお、本実施形態では、照射部12のレンズ位置によって、高さ方向の波長分布を拡大縮小する。しかしながら、実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、照射光束Lの光束径を拡大縮小する光学系を用いて、高さ方向の波長分布を拡大縮小してもよい。
また、本実施形態では、高さゼロの測定基準点を用意し、ステージ20を昇降しながら測定箇所Pの波長分布のデータを較正している。しかしながら、実施形態はこれに限定されるものではない。
例えば、高さを段階的にずらした測定基準点を複数用意し、これら測定基準点を測定箇所Pに位置合わせすることで、個々の高さにおける反射波長(または波長の混合比)をそれぞれ検出してもよい。この較正処理では、ステージ20の昇降動作を省くことが可能になる。
また例えば、照射光束L(照射部12)を上下にずらしながら、反射波長(または波長の混合比)を検出することで、波長分布のデータを較正してもよい。
なお、本実施形態では、可視光の照射光束Lを使用している。しかしながら、実施形態はこれに限定されるものではない。一般的にはセンサ部13側で検出可能な波長域であればよく、赤外域や紫外域など多様な波長域の照射光束が使用可能である。
なお、本実施形態では、可視光の照射光束Lを使用している。しかしながら、実施形態はこれに限定されるものではない。一般的にはセンサ部13側で検出可能な波長域であればよく、赤外域や紫外域など多様な波長域の照射光束が使用可能である。
また、本実施形態では、照射部12を一つ設けるケースについて説明した。しかしながら、実施形態はこれに限定されるものではない。一つの照射部12では、測定対象Xの表面に陰になる部分が生じるため、高さ測定が部分的に不可能になる。そこで、陰になる部分を少なくするように、照射光束Lを複数方向から選択的に照射してもよい。
なお、本実施形態では、照射光束Lの高さ方向の波長分布がRGBの順で変化する。しかしながら、実施形態はこのRGBの順に限定されるものではない。例えば、照射光束Lの波長をより細かな波長ステップで連続的に変化させてもよい。また例えば、照射光束Lの波長分布を、3つ以上の複数波長の混合比が連続的に変化するものとしてもよい。
また、本実施形態において、測定箇所P(測定対象X)の反射分光特性を考慮して、センサ部13で検出した反射波長(波長の混合比)を補正してもよい。この補正により、測定対象Xの反射分光特性に影響されずに、高さを正確に求めることが可能になる。
さらに、光学プリズムなどの分光作用や光学素子の色収差作用などを利用して、高さ方向に波長が連続的に変化する照射光束を発生させてもよい。
以上説明したように、本発明は、高さ測定装置に利用可能な技術である。
なお、応用分野の一例としては、半田バンプの体積検査装置、表面形状の検査装置、3次元測定装置、肌の表面状態を精密検査する装置、カード等の表面凹凸コードを読み取る装置などがあげられる。
なお、応用分野の一例としては、半田バンプの体積検査装置、表面形状の検査装置、3次元測定装置、肌の表面状態を精密検査する装置、カード等の表面凹凸コードを読み取る装置などがあげられる。
11…高さ測定装置,12…照射部,13…センサ部,14…制御部,20…ステージ,21…ステージ駆動部,30…ミラーブロック,33…レンズ,41…多波長光源,43…色フィルタ,X…測定対象,L…照射光束
Claims (8)
- 被検物の所定の測定箇所における高さを測定する高さ測定装置であって、
波長が異なる複数の光束を高さ方向に隙間無く配列した照射光束を、前記高さ方向に対して傾いた角度で前記被検物の前記測定箇所に照射する照射部と、
前記照射光束による前記被検物の前記測定箇所からの反射光を受光し、前記反射光の波長を検出するセンサ部と、
前記センサ部で検出された前記反射光の波長に基づいて、前記測定箇所における前記被検物の高さを求める高さ検出部と
を備えたことを特徴とする高さ測定装置。 - 請求項1に記載の高さ測定装置において、
前記照射部は、前記照射光束の隣り合う波長の異なる光束同士を前記高さ方向に一部重複させて照射し、
前記高さ検出部は、前記センサ部で検出された前記反射光の波長の混合比に基づいて、前記測定箇所における前記被検物の高さを求める
ことを特徴とする高さ測定装置。 - 請求項1または請求項2に記載の高さ測定装置において、
前記高さ検出部は、前記反射光の波長またはその混合比を、前記測定箇所における前記照射光束の波長分布に対応付けることで前記高さを求める
ことを特徴とする高さ測定装置。 - 請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の高さ測定装置において、
前記照射部は、前記照射光束の前記高さ方向の波長分布を光学的に拡大縮小する変倍光学系を備えた
ことを特徴とする高さ測定装置。 - 請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の高さ測定装置において、
前記測定箇所と前記照射光束とを前記高さ方向に相対的にずらすことにより、ずらし量と前記測定箇所の反射光の波長との対応関係を較正する較正部を備え、
前記高さ検出部は、前記較正部によって較正された前記対応関係に、前記測定箇所の反射光の波長またはその混合比を照合することによって、前記測定箇所の高さを求める
ことを特徴とする高さ測定装置。 - 請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の高さ測定装置において、
前記照射部は、
波長の異なる複数本の光束を多面ミラーの各面にそれぞれ照射し、光束群の反射方向を略一方向に揃えることで、波長の異なる複数本の光束を前記高さ方向に連ねた前記照射光束を生成する
ことを特徴とする高さ測定装置。 - 請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の高さ測定装置において、
前記照射部は、
複数波長を含む光束を波長選択素子に通して前記高さ方向の波長を変化させることによって、前記照射光束を生成する
ことを特徴とする高さ測定装置。 - 被検物の所定の測定箇所における高さを測定する高さ測定方法であって、
波長が異なる複数の光束を高さ方向に隙間無く配列した照射光束を、前記高さ方向に対して傾いた角度で前記被検物の前記測定箇所に照射する照射ステップと、
前記照射光束による前記被検物の前記測定箇所からの反射光を受光し、前記反射光の波長を検出する検出ステップと、
前記検出ステップで検出された前記反射光の波長に基づいて、前記測定箇所における前記被検物の高さを求める高さ測定ステップと
を備えたことを特徴とする高さ測定方法。
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