JP2005030997A - 段差形状測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 大視野で高速なラインカメラを用いて大視野、高速、高精度に段差形状を測定する。
【解決手段】 光源１１からのレーザー光をフィルタ１３に通して強度分布の広がりをもつ光線にして、段差形状の対象物２に対し、光線を斜方から照射してその反射ないし散乱光を第１ラインカメラ１４，第２ラインカメラ１５を介して画像情報として取り込み、取り込んだ画像における個々の箇所の輝度値に基づいて１次元の光量変化を処理することによって段差形状の高さを求める。
【選択図】 図１

Description

本発明はプラズマディスプレイパネル(以下、ＰＤＰと略す)背面板のリブ形状などの対象物の高さを測定する段差形状測定方法に関するものである。

近年、商品の小型、軽量、薄型化にともなってデバイスの積層化、微細立体構造化が進み、その一方でＰＤＰ等の大画面化が進んでいる。そのため微細構造の段差形状を高速に測定するというニーズが急増している。

図９はＰＤＰの構成を示す断面図であり、１００は背面板、１０１は前面板を示す。背面板１００は、ガラス基板１０２の上に電極１０３を形成し、さらにガラス基板１０２および電極１０３を覆うように誘電体層１０４を設け、さらに誘電体層１０４の上に形成されたストライプ状のリブ１０５を形成し、各リブ１０５間の内面に蛍光体１０６の層を形成することによって構成される。前面板１０１は、ガラス基板１０７上に電極１０８を形成し、さらにガラス基板１０７および電極１０８を覆うように誘電体層１０９を設けることによって構成される。

このように構成された背面板１００および前面板１０１を、誘電体層１０４と誘電体層１０９とが互いに対向するように重ね合わせることによってＰＤＰが構成され、背面板１００および前面板１０１の各電極１０３，１０８間の放電により蛍光体１０６が発光して表示が行われる。

ところで、図９に示すようなＰＤＰ背面板１００のリブ１０５において、図１０に示すように一部に高さの異常がある場合、ＰＤＰの前面板１０１と背面板１００を貼り合せた際に、パネルの不良を発生させる原因となる。

これまで、ＰＤＰのリブ１０５などの段差形状の高さ測定を行う場合、図１１に示す３次元形状高さ測定装置を用いて、いわゆる光切断法によって測定が行われてきた。この方法ではライン状のレーザー光１１０を物体に対して斜めに照射し、その散乱光をエリアカメラで観察する。その際、図１２に示すようにリブの高さが高い場所は画像上で上方向に分布し、低い箇所は画像上で下方向に撮像されるため、その観察された光線のずれ量から段差の高さを計測していた。
特開２００１−２８９６２１号公報

従来の技術では、光線のずれ量を計測する必要があるためにエリアカメラを用いてカメラの視野ごとにカメラ位置をステップ送りして対象物を撮像する必要があり、１次元方向に大視野で高速なラインカメラを用いて連続的に撮像して段差形状の高さ測定を行うことができなかった。

本発明は、大視野で高速なラインカメラを用いて大視野、高速、高精度に段差形状を測定する方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、対象物に対し、強度分布の広がりをもつ光線を斜方から照射してその反射ないし散乱光を撮像し、前記撮像した画像の輝度値から段差形状の高さを求めることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、強度分布の広がりをもつ光線の最小光量は最大光量の２０％〜５０％の範囲内であることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、対象物に対し、波長分布の広がりをもつ光線を斜方から照射してその反射ないし散乱光を撮像し、前記撮像した画像の色分布から段差形状の高さを求めることを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項３に係る発明において、波長分布の広がりをもつ光線は照射エリア内で波長が段階的に変化することを特徴とする。

以上のように、本発明によれば、強度分布をもった光線もしくは波長分布をもった光線を用いて光切断法を適用し、ラインカメラによって得られる１次元の光量変化もしくは波長強度変化を処理することによって、エリアカメラと比較して画像の読み出し時間の短縮が可能となり高速化が図れ、大視野、高速、高精度に段差形状を測定することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は本発明の第１実施形態における装置の概略構成を示す説明図であり、１は位置決めテーブル、２は位置決めテーブル１上に載置される対象物、１１は対象物の上面に対して斜め方向に設置された光源、１２は光源１１からの光線を平行光にするレンズ、１３はレンズ１２を通過した平行光に強度分布を持たせるフィルタ、１４は光源１１の反対側でかつ対象物上面に対して斜め方向に設置された第１ラインカメラ、１５は第１ラインカメラ１４に対して平行に設けられた第２ラインカメラ、１６は制御装置、１７は画像処理装置、１８はメインコントローラを示す。

位置決めテーブル１に載置された対象物２に対して光源１１によって斜め方向からラインレーザ光が出射され、レンズ１２によって平行光に変換され、さらに、この平行光がフィルタ１３によって強度分布をもった光に変換されて、対象物２に照射される。具体的には、フィルタ１３を通過した平行光をレンズ１２の光軸方向から見た場合、上部から下部に向かって徐々に光量が減少するように変換されており、対象物２に照射された光は第１，第２ラインカメラ１４，１５側が最も明るく、光源１１側が最も暗くなる。そして、対象物２による反射光が第１，第２ラインカメラ１４，１５によって取り込まれる。第１ラインカメラ１４の位置は対象物２の上面からの反射光を取り込む位置に設定されており、第２ラインカメラ１５は対象物２の下面からの反射光を取り込む位置に設定されている。ここで、最も暗い光量は最も明るい光量の２０％〜５０％の範囲内で測定精度により適宜選択すればよい。最も暗い光量が最も明るい光量の５０％より大きい場合には光量差が少なく測定精度が悪くなり、２０％より小さい場合には暗い光量の測定が困難である。

第１，第２ラインカメラ１４，１５に取り込まれた光線は、第１，第２ラインカメラ１４，１５に備えられている撮像素子によって光電変換されて電気信号として出力され、この出力信号が、アナログデジタル変換されて画像の濃度により０〜２５５（２５６階調）等の画像データに数値化され、画像処理装置１７に出力される。

ここで例えば図２に示すように、対象物２の上部に対象物２の上面より高い段差２０があった場合において、この段差２０の部分で反射してラインカメラ１４に入射する光は強くなり、出力信号のレベルが高くなる。このように、段差が無い理想平面であれば図３（ａ）に示すような画像が得られるが、段差があれば図３（ｂ）に示すように、段差の部分の光量が変化する。そして、以下に詳述するが、第１，第２ラインカメラ１４，１５からの出力信号に基づいて対象物２における所定箇所の光量変化を求めることにより、対象物２の所定箇所における高さが算出される。

高さの測定範囲を標準状態±５０μmとすると１階調あたりの分解能は０．３９μmとなる。

次に、対象物２を図９に示したような、ＰＤＰの背面板とした場合における各種の設定について説明する。

図４は第１，第２のラインカメラの設定方法の説明図であり、３０は標準原器を示す。まず、ＰＤＰのリブ高さに応じた標準原器３０を用意する。本実施形態においては、高さ２００μmであり、上面に±５０μmの段差３１を作成している標準原器を用いるものとする。

そして、光源１１から標準原器３０に対して斜め方向から光を照射し、第１ラインカメラ１４に入射する光線において、標準原器３０上面の「＋５０μm」の段差３１上を通る光線３２と、「−５０μm」の段差３１上を通る光線３３の光量値を計測する。このとき、光線３２の光量が２５５、光線３３の光量が０となるように、光源３２の光量および光線の角度θを調整する。

光源３２の光量および光線の角度θを調整した後、標準原器３０の下面からの反射ないし散乱光を第２ラインカメラ１５で撮像し、その光量値が１２８となるように第２ラインカメラ１５の高さを調整することにより、光源１１および第１，第２ラインカメラ１４，１５の設定が完了する。

そして、光源１１および第１，第２ラインカメラ１４，１５をステップ移動させ、対象物２を走査し、第１，第２ラインカメラ１４，１５によって撮像された画像から光量を測定し、第１ラインカメラ１４の光量変化ΔＩ１、第２ラインカメラ１５の光量変化ΔＩ２を得る。このようにして得られたΔＩ１およびΔＩ２より、高さの変位量Δｈ１およびΔｈ２を（数１）および（数２）より得る。
（数１）
Δｈ１＝０．３９＊ΔＩ１
（数２）
Δｈ２＝０．３９＊ΔＩ２
以上から、リブ高さＨが、（数３）によって算出することができる。
（数３）
Ｈ＝２００＋Δｈ１＋Δｈ２
以上により、リブの高さＨを求めることができる。

図５は本発明の第２実施形態における装置の概略構成を示す説明図であり、１は位置決めテーブル、２は位置決めテーブル１上に載置される対象物、４１は対象物の上面に対して斜め方向に設置された光源、４２は光源４１からの光に波長分布を持たせるプリズム、４３はプリズム４２を透過した光源４１からの光線を平行光にするレンズ、４４は光源４１の反対側でかつ対象物上面に対して斜め方向に設置された第１カラーラインカメラ、４５は第１カラーラインカメラ４４に対して平行に設けられた第２カラーラインカメラ、４６は制御装置、４７は画像処理装置、４８はメインコントローラを示す。

位置決めテーブル１に載置された対象物２に対して光源４１によって斜め方向からラインレーザ光が出射され、プリズム４２を介してレンズ４３によって平行光に変換され、波長分布をもった平行光として対象物２に照射される。照射領域内における平行光の波長は段階的に変化している。そして、対象物２における照射領域の中心部の反射光が第１，第２カラーラインカメラ４４、４５によって取り込まれる。第１カラーラインカメラ４４の位置は対象物２の上面からの反射光を取り込む位置に設定されており、第２カラーラインカメラ４５は対象物２の下面からの反射光を取り込む位置に設定されている。

第１，第２カラーラインカメラ４４，４５に取り込まれた光線は、第１，第２カラーラインカメラ４４，４５に備えられている撮像素子によって光電変換されて電気信号として出力され、この出力信号が、アナログデジタル変換され、０〜２５５（２５６階調）等の画像データに数値化されて、画像処理装置４７に出力される。

ここで例えば図６に示すように、対象物２の上部に対象物２の上面より高い段差５０があった場合、段差５０の撮像領域においては、第１カラーラインカメラ４４に入射する光の波長は長くなり、出力信号は赤（Ｒ）が強くなり、青（Ｂ）が弱くなる。

ここで、カラー出力信号は、ＲＧＢそれぞれの出力をアナログデジタル変換器を通して０から２５５階調までの値を取ることにより、Ｒの出力値からＢの出力値を減算した値(以下、Ｒ−Ｂとする)は、高さに応じて増減することが分かる。

図７は第１，第２のカラーラインカメラの設定方法の説明図であり、６０は標準原器を示す。本実施形態においては、高さ２００μmであり、上面に±５０μmの段差６１を作成している標準原器を用いるものとする。

まず、標準原器６０上面を撮像したＲ−Ｂが０となるように第１カラーラインカメラ４４の高さを調整する。その後、標準原器６０上面の「＋５０μm」の段差上を通る光線６２のＲ−ＢをＩ１１、「−５０μm」の段差上を通る光線６３のＲ−ＢをＩ１２とする。

以上、Ｉ１１，Ｉ１２より、Ｒ−Ｂと高さ変位量を、図８のように直線に当てはめ、傾きａと切片ｂを（数４）および（数５）より求める。
（数４）
ａ＝（Ｉ１１−Ｉ１２）／１００
（数５）
ｂ＝Ｉ１１−５０＊（Ｉ１１−Ｉ１２）／１００
＝Ｉ１１−（Ｉ１１−Ｉ１２）／２
また、この標準原器６０の下面からの反射光を第２カラーラインカメラ４５で撮像し、Ｒ−Ｂが０となるように第２カラーラインカメラ４５の高さを調整する。

その後、対象物を走査してそれぞれの個所で光量を測定し、カラーラインカメラ６４のＲ−Ｂの値Ｉ１、カラーラインカメラ６５のＲ−Ｂの値Ｉ２を求める。そして、Ｉ１およびＩ２の値に基づいて、高さの変位量Δｈ１およびΔｈ２を（数６）および（数７）より得る。
（数６）
Δｈ１＝ａ＊Ｉ１＋ｂ
（数７）
Δｈ２＝ａ＊Ｉ２＋ｂ
以上から、リブ高さＨを（数８）によって算出する。
（数８）
Ｈ＝２００＋Δｈ１＋Δｈ２
以上説明したように、本実施形態によれば、強度分布をもった光線もしくは波長分布をもった光線を用いて光切断法を適用し、ラインカメラによって得られる１次元の光量変化もしくは波長強度変化を処理することによって、エリアカメラと比較して画像の読み出し時間の短縮が可能となり高速化が図れ、大視野、高速、高精度に段差形状を測定することが可能となる。リブの高さを求めることができる。

本発明の第１実施形態における装置の概略構成を示す説明図 第１実施形態における段差の検出方法を説明するための説明図 第１実施形態におけるラインカメラによる背面板の撮影画像の一例を示す説明図 第１，第２のラインカメラの設定方法の説明図 本発明の第２実施形態における装置の概略構成を示す説明図 第２実施形態における段差の検出方法を説明するための説明図 第１，第２のカラーラインカメラの設定方法の説明図 Ｒ−Ｂと高さ変位量とを示す図 ＰＤＰの構成の一例を示す断面図 リブの一部に高さの異常がある場合の一例を示す斜視図 図９においてレーザー光を照射した場合の一例を示す斜視図 ラインカメラによる背面板の撮影画像の一例を示す説明図

符号の説明

１ 位置決めテーブル
２ 対象物
１１ 光源
１２ レンズ
１３ フィルタ
１４ 第１ラインカメラ
１５ 第２ラインカメラ
１６ 制御装置
１７ 画像処理装置
１８ メインコントローラ
２０ 段差
３０ 標準原器
３１ 段差
３２ 光線
３３ 光線
４１ 光源
４２ プリズム
４３ レンズ
４４ 第１カラーラインカメラ
４５ 第２カラーラインカメラ
４６ 制御装置
４７ 画像処理装置
４８ メインコントローラ
５０ 段差
６０ 標準原器
６１ 段差
６２ 光線
６３ 光線

Claims (4)

1. 対象物に対し、強度分布の広がりをもつ光線を斜方から照射してその反射ないし散乱光を撮像し、前記撮像した画像の輝度値から段差形状の高さを求めることを特徴とする段差形状測定方法。
2. 強度分布の広がりをもつ光線の最小光量は最大光量の２０％〜５０％の範囲内であることを特徴とする請求項１記載の段差形状測定方法。
3. 対象物に対し、波長分布の広がりをもつ光線を斜方から照射してその反射ないし散乱光を撮像し、前記撮像した画像の色分布から段差形状の高さを求めることを特徴とする段差形状測定方法。
4. 波長分布の広がりをもつ光線は照射エリア内で波長が段階的に変化することを特徴とする請求項３記載の段差形状測定方法。