JP2004257940A - Location detector - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光を対象物に入射させ、入射させた光が反射する反射位置の変化から対象物の位置を検出する位置検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従前から、光源から発せられた光をスリットを介して測定対象物に入射させ、その測定対象物において入射された光が反射する位置から、測定対象物の高さを検出する光学式の高さ検出装置が知られている。
【0003】
例えば、特開平7−332929号公報に開示されている装置は、測定対象物にスリットの像を結像させ、さらにその像を光電変換素子に結像させて測定対象物の高さを検出するものであった。
【0004】
【特許文献1】
特開平7−332929号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の装置では、測定対象物の高さがある所定の高さである場合には、スリットの像が測定対象物で結像して、明確な像を得ることができる。しかしながら、測定対象物の高さを上述した所定の高さから偏移させたときには、スリットの像は、偏移するに従って次第に不明瞭な像、いわゆるボケた像となり、測定対象物の高さを明確に得ることができなかった。このため、従来の装置は、測定できる高さの範囲が極めて狭くならざるを得ないという不都合が生じていた。
【0006】
本発明は、上述した如き課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、簡素な構成で、広い測定範囲でかつ高い分解能で測定対象物の高さを検出できる位置検出装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
以上のような目的を達成するために、本発明における位置検出装置は、複数のスリットを有するスリット板の垂線が、光源から測定対象物に至るまでの光軸に対して傾くように、スリット板が設けられている。
【0008】
より具体的には、本発明は以下のような位置検出装置を提供する。
【0009】
(1) 光源から発せられた光をスリット板を介して対象物に入射光として照射し、前記対象物において前記入射光が反射する反射位置の変化から前記対象物の位置を検出する位置検出装置であって、
前記スリット板には、前記光源からの光が通過し得る複数のスリットが並設され、かつ、
前記スリット板の板面に対して垂直な垂線と、前記光源から前記対象物に至るまでの光軸と、のなす角の角度が、0度より大きく90度よりも小さいことを特徴とする位置検出装置。
【0010】
(2) 前記スリット板と前記対象物との間で前記光軸上に結像用光学系が位置付けられ、かつ、
前記結像用光学系が、前記複数のスリットの各々の像を、前記対象物における前記入射光の反射面に対して垂直でかつ前記対象物を通過する直線上の異なる位置に結像させる上記(1)記載の位置検出装置。
【0011】
上述した(1)の発明は、スリット板の板面の垂線と、光源から対象物に至るまでの光軸と、のなす角の角度を、0度より大きく90度よりも小さくした。また、上述した(2)の発明は、複数のスリットの各々の像を、対象物における入射光の反射面に対して垂直でかつ対象物を通過する直線上の異なる位置に結像させるようにした。この(1)又は(2)の発明によれば、対象物の高さを変更した場合であっても、複数のスリットのうちのいずれかのスリットを対象物に結像させることができるので、簡素な構成で対象物の高さを的確に得ることができる。
【0012】
尚、本明細書においては、「スリット」とは、長さに比べて幅が狭い開口や、光線または粒子線の幅を制限するための細い隙間又は細隙を意味する。また、「結像用光学系」とは、スリットを結像させる光学系を意味し、例えばレンズを用いるものがある。尚、レンズ等の光学要素については、その個数については限られず、スリットを通過した光の向きを調整し、結像させるものであればよい。
【0013】
(3) 前記複数のスリットの各々の長手方向が、所定の一の方向に向き、かつ、前記複数のスリットの位置が、前記一の方向について異なる上記(1)記載の位置検出装置。
【0014】
上述した(3)の発明によれば、複数のスリットの各々の長手方向が、所定の一の方向に向くとともに、複数のスリットの位置が、一の方向について異なるので、スリット板に多数のスリットを形成することができるとともに、多数のスリットの各々の像を明確に結像させることができるので、位置検出の分解能を高めることができる。
【0015】
尚、本明細書において、「複数のスリットの位置」は、スリットの重心位置でも、所定の角部等の端部の位置でもよく、スリットの幾何学的な形状から特定できる位置ならばよい。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施例について図面に基づいて説明する。
【0017】
本発明の実施形態における位置検出装置10を図1に示す。この図1は、位置検出装置10を側方から見たときの図である。
【0018】
位置検出装置10の略中央下部には、図1に示す白ぬきの矢印で示すように上下方向に移動できるステージ12が設けられている。ステージ12は、電動モータ(図示せず)が組み込まれており、電動モータを駆動制御することにより、ステージ12を上下方向に移動させることができる。ステージ12の上面には、測定対象物14、例えば、プリント配線用基板やシリコン基板が載置されている。
【0019】
ステージ12の斜め上方、図1に示す例においては、ステージ12の右側上方には、光源16、例えば発光ダイオードが、支持部材(図示せず)に設けられている。光源16は、測定対象物14に光を照射するように、位置決めや方向の調節がされている。
【0020】
光源16から発せられる光の進行方向の前方(以下、前方と称する。)には、照明レンズ18が支持部材(図示せず)に設けられている。照明レンズ18は、その中心が、光源16から発せられる光の光軸A1上に位置するように位置付けられている。また、照明レンズ18の直径を含む面が、光軸A1に対して垂直となるように調節されている。
【0021】
照明レンズ18の前方には、スリット板20が支持部材(図示せず)に設けられている。後述する図2に示すように、スリット板20には、スリット板面22に対して垂直方向に複数の貫通孔、例えば、3つの貫通孔が、複数のスリットとして形成されている。スリット板面22は、スリット板20が延在する方向に広がる面である。ここで、延在とは、物体自体の大きさが変わることなく、その物体を画定する範囲内にその物体が広がって存在することを意味する。
【0022】
このスリット板20は、そのスリット板面22が、光軸A1に対して傾くように支持部材(図示せず)上で位置付けられている。例えば、図1に示す例においては、スリット板20のスリット板面22の垂線nが、光軸A1に対して角度θだけ傾くように位置付けられている。垂線nの傾きの方向は、下向きの方向Dであることが好ましい。さらに、垂線nの傾きの角度θは、0度より大きく90度よりも小さいことがより好ましい。更にまた、後述するように、複数のスリットの各々の像が、測定対象物14における入射光の反射面に対して垂直でかつ測定対象物14を通過する直線L上の異なる位置に結像するように、スリット板20が位置合わせされて設けられていることがより好ましい。
【0023】
スリット板20の前方には、結像レンズ24が支持部材(図示せず)に設けられている。結像レンズ24は、その中心が、光軸A1上に位置するとともに、スリット板20に形成されたスリット(図示せず)の像が、測定対象物14の上面に結像し得るように位置付けられている。また、結像レンズ24の直径を含む平面P2が、光軸A1に対して垂直となるように調節されている。
【0024】
上述した構成と配置としたことにより、光源16から発せられた光は、照明レンズ18に入射し、照明レンズ18に入射した光は、照明レンズ18によって広げられてスリット板20に照射される。照射された光のうちスリット板20に形成されたスリットに至った光のみが、スリットを通過する。
【0025】
スリットを通過した光は、結像レンズ24により進行方向が調整されて、測定対象物14に照射される。これにより、スリット板20に形成された複数のスリット(図示せず)のうちのいずれかのスリット像が、測定対象物14の上面に結像され得る。
【0026】
さらに、スリット板20と結像レンズ24との位置と向きの条件は、上述したものだけでなく、複数のスリットの各々の像が、測定対象物14における入射光の反射面に対して垂直でかつ測定対象物14を通過する直線L上の異なる位置に結像するように、スリット板20と結像レンズ24とが設けられていることがより好ましい。
【0027】
ステージ12の斜め上方、図1に示す例においては、ステージ12の左側上方には、結像レンズ26が支持部材(図示せず)に設けられている。結像レンズ26は、その中心が、光軸A2上に位置するとともに、結像レンズ26の直径を含む平面が、光軸A2に対して垂直となるように調節されている。
【0028】
結像レンズ26の光の進行方向の前方には、CCDカメラ28が支持部材(図示せず)に設けられている。上述した結像レンズ26は、CCDカメラ28で、測定対象物14の上面が結像するように位置付けられている。また、CCDカメラ28は、測定対象物14の上面の全面又は所定の範囲を撮影できるように、ピントや倍率が予め調節されている。また、測定対象物14の上面の中心が、CCDカメラ28に接続されている表示装置29の表示部の略中央に映し出されるように、CCDカメラ28は、向きが定められて位置付けられている。
【0029】
上述したスリット板20の概略を図2に示す。
【0030】
スリット板20は、扁平かつ円形の形状を有し、光源16から発せられる光を通過させない材質、例えばクロムで形成されている。スリット板20には、3つのスリット30,32及び34が形成されている。この3つのスリット30,32及び34は、長尺な矩形の形状の開口を有する貫通孔である。3つのスリット30,32及び34の各々の長手方向が、所定の一の方向、図2に示した例では左右方向に向くように形成されている。また、3つのスリット30,32及び34は、その長手方向についての位置が全て異なるように配置されている。図2に示した例では、スリット32は、スリット板20の略中央に配置され、スリット30は、スリット32に対して右上方に配置され、スリット34は、スリット32に対して左下方に配置されている。
【0031】
尚、図2に示した例では、スリットの数が3つである場合を示したが、それより多く形成してもよい。また、スリットの形状を長尺なものにしたがそれ以外の形状としてもよく、スリットの幾何学的な形状からその形状の特徴を特定し得るものであればよい。更に、3つのスリット30,32及び34の位置が、その長手方向について全て異なるようにしたが、長手方向について同じ位置になるように形成してもよい。
【0032】
スリット板20を図1に示した位置検出装置10に設けるときには、スリットの長手方向に対して垂直な方向が、図1に示した直線Lの方に向くようにスリット板20を配置する。例えば、図2に示したスリット板20の場合には、スリット板20の上方向(図2に示した矢印Yの方向)が直線Lの方に向くようにスリット板20を配置する。
【0033】
スリット板20を上述したように配置したときに、3つのスリット30,32及び34の像が、測定対象物14の上面に結像される様子を図3に示す。図3は、図1に示したスリット板20と、結像レンズ24と、測定対象物14と、を拡大して示した図である。
【0034】
スリット板20の略中央に形成されたスリット32を通過した光は、光軸A1に沿って進む。この場合には、図3の左下に示すように、測定対象物14の上面が、z1の高さに位置するときに、その上面にスリット32の像が結像する。このとき、残りのスリット30及び34の像は、測定対象物14の上面では、結像しない。この状態をCCDカメラ28で撮影すると、図4(a)に示すような画像が得られる。尚、図4(a)〜(c)は、CCDカメラ28で測定対象物14の上面を撮影したときに、CCDカメラ28に接続された表示装置29に表示される画像を示し、図4(a)〜(c)の外側の四角の実線は、表示装置29の表示部の輪郭を示す線である。また、図4(a)〜(c)の一点鎖線は、表示部の左右方向の中央位置を示す線である。また、CCDカメラ28で測定対象物14の上面を撮影すると、結像レンズ26により反転するため、左右の関係が逆になる。
【0035】
測定対象物14の上面が、z1の高さに位置するときには、スリット32の像は、表示装置29の表示部の左右方向の中央に位置し、輪郭が明瞭な像となり、残りのスリット30及び34の像は、輪郭が不明瞭な像となり、いわゆるボケた像となる。
【0036】
また、スリット30を通過した光は、線A1′に沿って進む。この場合には、図3に示すように、測定対象物14の上面が、z2の高さに位置したときに、その上面にスリット30の像が結像する。この状態をCCDカメラ28で撮影すると、図4(b)に示すような画像が得られる。即ち、スリット30の像は、表示部の左右方向の中央に位置し、輪郭が明瞭な像となり、残りのスリット32及び34の像は、輪郭が不明瞭な像となる。
【0037】
更に、スリット34を通過した光は、線A1″に沿って進む。この場合には、図3に示すように、測定対象物14の上面が、z3の高さに位置したときに、その上面にスリット34の像が結像する。この状態をCCDカメラ28で撮影すると、図4(c)に示すような画像が得られる。即ち、スリット34の像は、左右方向の中央に位置し、輪郭が明瞭な像となり、残りのスリット30及び32の像は、輪郭が不明瞭な像となる。
【0038】
上述した構成としたことにより、3つのスリットのうちの何れか1つのスリットの像が明瞭な像で撮影されたときには、測定対象物14の上面の高さ方向zの位置を定めることができる。これにより、撮影されたスリットの像の状態と測定対象物14の上面の高さ方向zの位置との関係を得ることができる。
【0039】
また、撮影されたスリットのいずれの像も明瞭でないような場合でも、スリットの像が明瞭な像で撮影されたときにおける測定対象物14の上面の高さ方向zの位置の関係から、測定対象物14の上面の高さ方向の位置を得ることができる。即ち、3つのスリットのうちの何れか1つのスリットの像が明瞭な像で撮影されるときには、上述したように、そのスリットの像は、常に、表示装置29の表示部の左右方向の中央に表示される。一方、スリットの像が不明瞭な像で撮影されるときには、そのスリットの像は、表示部の左右方向の中央以外の位置に表示される。また、図4(a)に示す状態を測定対象物14の上面の高さ方向zの基準位置として、ステージ12を下方向に移動させたときには、3つのスリットの像は、表示部において次第に右方向に移動し、ステージ12を上方向に移動させたときには、3つのスリットの像は、表示部において次第に左方向に移動する。
【0040】
これにより、表示装置29の表示部に表示されるスリットの像の表示部における位置を測定することにより、測定対象物14の上面の高さ方向zの位置を算出できる。具体的には、図5に示すように、撮影された像が最も明瞭に近い像となっているもの、例えばスリット32の像を選択して、表示部の左端部からスリット32の像までの距離x1や、表示部の中央部からスリット32の像までの距離x2を計測することにより、測定対象物14の上面の高さ方向zに換算することができる。
【0041】
上述した実施例においては、スリット板20を下方向のD方向に傾けた場合を示したが、スリット板20を図1の紙面に対して奥行き方向に傾けたり、手前方向に傾けたりして、設けてもよい。
また、上述した実施例では、高さ方向の位置を検出する場合を示したが、光軸A1及びA2が水平面に含まれるように設定することにより、水平方向の位置を検出することもできる。
【0042】
【発明の効果】
簡素な構成で、広い測定範囲でかつ高い分解能で測定対象物の高さを検出できることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態における位置検出装置10の概略を示す側面図である。
【図2】スリット板20の概略を示す正面図である。
【図3】3つのスリット30,32及び34の像が、測定対象物14の上面に結像する様子を示す概略図である。
【図4】CCDカメラ28で測定対象物14の上面を撮影したときに、CCDカメラ28に接続された表示装置29の表示部に表示される画像を示す図である。
【図5】3つのスリット30,32及び34のいずれの像も、表示装置29の表示部の中央部から偏移しているときのスリットの像を示す図である。
【符号の説明】
10 位置検出装置
14 測定対象物(対象物)
16 光源
20 スリット板
22 スリット板面
24 結像レンズ
30,32,34 スリット(複数のスリット)
A1 光軸[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a position detection device that makes light incident on an object and detects the position of the object from a change in a reflection position at which the incident light is reflected.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, light emitted from a light source is incident on a measurement target through a slit, and an optical height for detecting the height of the measurement target from a position where the incident light is reflected on the measurement target. Detection devices are known.
[0003]
For example, an apparatus disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-332929 forms an image of a slit on a measurement object, and further forms the image on a photoelectric conversion element to detect the height of the measurement object. Was something.
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-7-332929
[Problems to be solved by the invention]
In such a conventional apparatus, when the height of the measurement target is a predetermined height, the image of the slit is formed on the measurement target, and a clear image can be obtained. However, when the height of the object to be measured is shifted from the above-described predetermined height, the image of the slit gradually becomes an unclear image as it shifts, so-called blurred image, and the height of the object to be measured is reduced. Did not get clear. For this reason, the conventional apparatus has a disadvantage that the range of the measurable height must be extremely narrow.
[0006]
The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a position detection device that can detect the height of a measurement target with a simple configuration, in a wide measurement range, and with high resolution. To provide.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the position detecting device according to the present invention is configured such that a perpendicular line of a slit plate having a plurality of slits is inclined with respect to an optical axis from a light source to an object to be measured. Is provided.
[0008]
More specifically, the present invention provides the following position detecting device.
[0009]
(1) A position detection device that irradiates a target object with light emitted from a light source via a slit plate and detects a position of the target object from a change in a reflection position at which the incident light is reflected on the target object. And
In the slit plate, a plurality of slits through which light from the light source can pass, and,
An angle formed by a vertical line perpendicular to the plate surface of the slit plate and an optical axis from the light source to the target object is larger than 0 degree and smaller than 90 degrees. Detection device.
[0010]
(2) An imaging optical system is positioned on the optical axis between the slit plate and the object, and
The imaging optical system forms an image of each of the plurality of slits at a different position on a straight line passing through the object perpendicular to the reflection surface of the incident light on the object. (1) The position detecting device according to (1).
[0011]
In the above-described invention (1), the angle between the perpendicular to the plate surface of the slit plate and the optical axis from the light source to the object is greater than 0 degrees and smaller than 90 degrees. In the invention of the above (2), the images of the plurality of slits are formed at different positions on a straight line passing through the target object perpendicularly to the reflection surface of the incident light on the target object. did. According to the invention of (1) or (2), even when the height of the object is changed, any one of the plurality of slits can be imaged on the object. The height of the object can be accurately obtained with a simple configuration.
[0012]
In this specification, the term “slit” means an opening having a smaller width than a length, a narrow gap or a narrow gap for limiting the width of a light beam or a particle beam. Further, the “imaging optical system” means an optical system that forms an image on a slit, and for example, there is an optical system that uses a lens. The number of optical elements such as lenses is not limited, and may be any element that adjusts the direction of light passing through the slit and forms an image.
[0013]
(3) The position detecting device according to (1), wherein each of the plurality of slits has a longitudinal direction oriented in one predetermined direction, and the positions of the plurality of slits are different in the one direction.
[0014]
According to the above-described invention (3), since the longitudinal direction of each of the plurality of slits is oriented in one predetermined direction and the positions of the plurality of slits are different in one direction, a large number of slits are formed in the slit plate. Can be formed, and images of each of the multiple slits can be clearly formed, so that the resolution of position detection can be increased.
[0015]
In the present specification, the “position of the plurality of slits” may be the position of the center of gravity of the slit, the position of an end such as a predetermined corner, or any position that can be specified from the geometrical shape of the slit.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0017]
FIG. 1 shows a
[0018]
A stage 12 that can move in the vertical direction is provided substantially below the center of the
[0019]
A light source 16, for example, a light-emitting diode is provided on a support member (not shown) diagonally above the stage 12, that is, in the example shown in FIG. The positioning and the direction of the light source 16 are adjusted so as to irradiate the
[0020]
An illumination lens 18 is provided on a support member (not shown) in front of the traveling direction of light emitted from the light source 16 (hereinafter, referred to as front). The illumination lens 18 is positioned so that its center is located on the optical axis A1 of the light emitted from the light source 16. The surface including the diameter of the illumination lens 18 is adjusted so as to be perpendicular to the optical axis A1.
[0021]
A
[0022]
The
[0023]
An
[0024]
With the above configuration and arrangement, the light emitted from the light source 16 is incident on the illumination lens 18, and the light incident on the illumination lens 18 is spread by the illumination lens 18 and applied to the
[0025]
The light that has passed through the slit has its traveling direction adjusted by the
[0026]
Further, the conditions of the position and the orientation of the
[0027]
An
[0028]
A CCD camera 28 is provided on a support member (not shown) in front of the light traveling direction of the
[0029]
FIG. 2 schematically shows the
[0030]
The
[0031]
In addition, in the example shown in FIG. 2, the case where the number of slits is three is shown, but more slits may be formed. Further, although the shape of the slit is made long, any other shape may be used, as long as the feature of the shape can be specified from the geometrical shape of the slit. Furthermore, although the positions of the three
[0032]
When the
[0033]
FIG. 3 shows how the images of the three
[0034]
The light that has passed through the
[0035]
When the upper surface of the
[0036]
The light passing through the
[0037]
Further, the light passing through the
[0038]
With the above-described configuration, when an image of any one of the three slits is captured as a clear image, the position of the upper surface of the
[0039]
Further, even when none of the captured images of the slit is clear, the measurement target is determined from the positional relationship in the height direction z of the upper surface of the
[0040]
Thus, by measuring the position of the slit image displayed on the display unit of the
[0041]
In the above-described embodiment, the case where the
In the above-described embodiment, the case where the position in the height direction is detected has been described. However, by setting the optical axes A1 and A2 so as to be included in the horizontal plane, the position in the horizontal direction can be detected.
[0042]
【The invention's effect】
With a simple configuration, it is possible to detect the height of the measurement target in a wide measurement range and with high resolution.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view schematically showing a
FIG. 2 is a front view schematically showing a
FIG. 3 is a schematic diagram showing a state in which images of three
FIG. 4 is a view showing an image displayed on a display unit of a
FIG. 5 is a diagram showing images of the slits when all the images of the three
[Explanation of symbols]
10
Reference Signs List 16
A1 Optical axis
Claims (4)
前記スリット板には、前記光源からの光が通過し得る複数のスリットが並設され、かつ、
前記スリット板の板面に対して垂直な垂線と、前記光源から前記対象物に至るまでの光軸と、のなす角の角度が、0度より大きく90度よりも小さいことを特徴とする位置検出装置。A position detection device that irradiates light emitted from a light source to an object through a slit plate as incident light, and detects a position of the object from a change in a reflection position at which the incident light is reflected on the object. ,
The slit plate is provided with a plurality of slits through which light from the light source can pass, and
An angle formed by a perpendicular line perpendicular to the plate surface of the slit plate and an optical axis from the light source to the target object is greater than 0 degree and smaller than 90 degrees. Detection device.
前記結像用光学系が、前記複数のスリットの各々の像を、前記対象物における前記入射光の反射面に対して垂直でかつ前記対象物を通過する直線上の異なる位置に結像させる請求項1記載の位置検出装置。An imaging optical system is positioned on the optical axis between the slit plate and the object, and
The image forming optical system forms an image of each of the plurality of slits at a different position on a straight line passing through the object perpendicular to a reflection surface of the incident light on the object. Item 4. The position detecting device according to Item 1.
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