JP2006292729A - Displacement sensor - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は変位センサに係り、特に、フラットパネルディスプレイ(以下、FPDとする)に使用されるガラス基板と、ガラス基板に対する露光処理のために使用されるフォトマスクとのギャップ計測等に好適な変位センサに関する。 The present invention relates to a displacement sensor, and in particular, a displacement suitable for measuring a gap between a glass substrate used for a flat panel display (hereinafter referred to as FPD) and a photomask used for exposure processing on the glass substrate. It relates to sensors.
変位センサは、大別すると1次元変位センサと2次元変位センサとに分けられる。前者はスポットビームを計測媒体として利用するものであり、後者はラインビームを計測媒体として利用するものである。昨今ではもっぱら後者のものが主流となりつつある。 The displacement sensors are roughly classified into a one-dimensional displacement sensor and a two-dimensional displacement sensor. The former uses a spot beam as a measurement medium, and the latter uses a line beam as a measurement medium. Nowadays, the latter is becoming the mainstream.
より具体的には、2次元変位センサは、レーザダイオード等の光源から放出される光をスリットを用いてラインビームとし、これを、計測対象物体に照射するものである。これにより、計測対象物体上には、その表面形状若しくは性状に応じた照射光像が映し出される(視認可否は問わない)。すなわち、例えば計測対象物体の表面(透明体の場合には裏面も含まれる)が凹凸のない平坦面である場合には、ラインビーム相当の直線状の照射光像が計測対象物体表面に現れる。一方、ラインビームの照射領域に凹凸等が存在すると、非直線状の照射光像が現れる。したがって、この計測対象物体表面に表れる照射光像を2次元撮像素子で撮像し、当該2次元撮像素子における受光領域(座標)を検出することにより、光源から計測対象物体までの距離、計測対象物体表面の性状、変位量、或いは厚み等の各種値を計測可能となるのである。 More specifically, the two-dimensional displacement sensor uses light emitted from a light source such as a laser diode as a line beam using a slit, and irradiates the measurement target object with the line beam. As a result, an irradiation light image corresponding to the surface shape or properties is displayed on the measurement target object (regardless of whether the view is approved or not). That is, for example, when the surface of the measurement target object (including the back surface in the case of a transparent body) is a flat surface without unevenness, a linear irradiation light image equivalent to a line beam appears on the measurement target object surface. On the other hand, if there are irregularities in the irradiation area of the line beam, a non-linear irradiation light image appears. Therefore, the irradiation light image appearing on the surface of the measurement target object is picked up by the two-dimensional image sensor, and the light receiving area (coordinates) in the two-dimensional image sensor is detected, so that the distance from the light source to the measurement target object, the measurement target object Various values such as surface properties, displacement amounts, and thicknesses can be measured.
このような2次元変位センサの用途の一つに、FPDに使用されるガラス基板と、ガラス基板に露光処理を行う際に使用されるガラス製のフォトマスクとのギャップ計測がある。露光処理を行う際にはガラス基板とフォトマスクが平行になるように複数台の変位センサが同一平面上に展開配置され、フォトマスクとガラス基板とのギャップが所定の数値範囲におさまるように複数の点でギャップ計測が行われる。露光処理が施されるガラス基板は、基板の厚みや表面に塗布されるレジスト液の種類など基板毎に条件が様々であり、反射光の強度も基板毎に異なる。そのため、FPDに使用されるガラス基板と、ガラス基板に露光処理を行う際に使用されるガラス製のフォトマスクとのギャップ計測に用いられる2次元変位センサでは、計測領域の受光感度調整は、取得された光像が適切な感度で測定できるように各領域毎に自動で行われるのが一般的である。自動感度調整が行われると、領域内の光像が一つである場合にはその光像を測定するのに適切なように感度が調整され、領域内に複数の光像がある場合には最も受光量の大きな光像、もしくは任意の条件を満たした光像を基準として受光感度が調整される。 One of the uses of such a two-dimensional displacement sensor is to measure a gap between a glass substrate used for FPD and a glass photomask used when exposure processing is performed on the glass substrate. When performing exposure processing, multiple displacement sensors are deployed and arranged on the same plane so that the glass substrate and the photomask are parallel, and multiple such that the gap between the photomask and the glass substrate falls within a predetermined numerical range. Gaps are measured at this point. The glass substrate subjected to the exposure process has various conditions for each substrate such as the thickness of the substrate and the type of the resist solution applied to the surface, and the intensity of reflected light also differs for each substrate. Therefore, in a two-dimensional displacement sensor used for gap measurement between a glass substrate used for FPD and a glass photomask used when performing exposure processing on the glass substrate, the light receiving sensitivity adjustment in the measurement region is acquired. In general, the measurement is automatically performed for each region so that the measured optical image can be measured with appropriate sensitivity. When automatic sensitivity adjustment is performed, if there is only one light image in the area, the sensitivity is adjusted appropriately to measure that light image, and if there are multiple light images in the area, The light receiving sensitivity is adjusted based on the light image having the largest received light amount or the light image satisfying an arbitrary condition.
この種の用途に使われる変位センサとして、出願人は先に国際公開第01/57471号(特許文献1)に記載の変位センサを提案している。特許文献1に記載の変位センサにおいては、2次元撮像素子における受光有無検出対象領域(実質計測領域)をユーザが任意に指定可能とされている点に特徴がある。この変位センサにあっては、予め大凡の受光領域を予測して2次元撮像素子における実質計測領域を限定しておくことで、実質計測領域以外の領域についての検出処理が不要となり、これにより従前の変位センサと比べて応答速度が飛躍的に向上するという顕著な効果が得られるものである。
しかしながら、上記変位センサであっても各計測領域の受光感度調整は領域毎に自動で行われるのが一般的であり、一つの領域で複数の光像が検出された場合には最も受光量の大きな光像を基準として受光感度が調整されてしまい、目的の光像が検出できなくなる虞がある。 However, even with the above displacement sensor, the light reception sensitivity adjustment of each measurement region is generally performed automatically for each region, and when a plurality of light images are detected in one region, the light reception amount is the largest. There is a possibility that the light receiving sensitivity is adjusted based on a large light image, and the target light image cannot be detected.
例えば、ガラス基板の光像を測定する領域内にガラス基板表面の光像(受光量小)とガラス基板裏面の光像(受光量大)との双方が含まれるような場合、この領域の受光感度はガラス基板裏面の受光量を基準として調整されるのが一般的である。ここでガラス基板表面光像の受光量とガラス基板裏面光像の受光量とに大きな差があると、ガラス基板裏面光像を基準として感度を調整した結果としてガラス基板表面光像の受光量が小さすぎて検出不能となる場合がある。こうなるとギャップ計測に必要なガラス基板表面光像が測定されず、代わりに領域内にあるガラス基板裏面の光像を表面光像であると間違って認識してしまうということが起きる。露光処理を行う際のフォトマスクとガラス基板とのギャップΔGと比べてガラス基板の厚みははるかに大きい数値であるから、ガラス基板表面光像と裏面光像とを取り違えるとガラス基板がフォトマスクに接近・接触するといった事故が起こり得る。 For example, when both the optical image on the glass substrate surface (small amount of received light) and the optical image on the back surface of the glass substrate (large amount of received light) are included in the region where the optical image of the glass substrate is measured, the light received in this region In general, the sensitivity is adjusted based on the amount of light received on the back surface of the glass substrate. If there is a large difference between the received light amount of the glass substrate surface light image and the received light amount of the glass substrate back surface light image, the received light amount of the glass substrate surface light image is too small as a result of adjusting the sensitivity based on the glass substrate back surface light image. May become undetectable. In this case, the glass substrate surface light image necessary for the gap measurement is not measured, and instead, the light image on the back surface of the glass substrate in the region is erroneously recognized as the surface light image. Since the thickness of the glass substrate is much larger than the gap ΔG between the photomask and the glass substrate when performing the exposure process, the glass substrate approaches the photomask if the glass substrate surface light image and the back surface light image are mistaken.・ Accidents such as contact may occur.
このような問題の解決法としてガラス基板の光像を測定する領域では、領域内に含まれる光像のうち最もフォトマスク寄りにある光像を測定対象と認識し、その他の光像は検出対象としないよう設定する方法が考えられる。しかしながらこのように設定するとフォトマスク裏面光像が検出されないような基板の場合に「最もフォトマスク寄り」の光像を特定することができず測定に問題が生じる。 As a solution to this problem, in the area where the optical image of the glass substrate is measured, the optical image closest to the photomask among the optical images contained in the area is recognized as the measurement object, and the other optical images are detected. A method of setting not to be considered is conceivable. However, if the substrate is set in this way, a “most photomask-side” light image cannot be specified in the case of a substrate in which a photomask back light image is not detected, which causes a problem in measurement.
また、上記特許文献1には、撮像された反射面の像に追従させて計測対象領域自体を移動させる変位センサが記載されているが、2以上の計測対象領域を設けたとき、移動しない領域と移動する領域とが混在していると、それらの領域が互いに重なった場合には前述問題が発生する。
Moreover, although the said
本発明は上記の問題点を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、透明体の表面と裏面との反射率の差に依らず、常に透明体の表面を計測可能な変位センサを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and its object is to provide a displacement sensor that can always measure the surface of a transparent body regardless of the difference in reflectance between the surface and the back surface of the transparent body. Is to provide.
本発明の更に他の目的及び効果は、明細書中の以下の記載から当業者であれば容易に理解されるであろう。 Still other objects and effects of the present invention will be easily understood by those skilled in the art from the following description in the specification.
上述の目的を達成するために、この発明の変位計測方法は、第1の透明板の1の面を計測対象領域内に含まれるように固定して配置し、前記の面に対向させて所定の距離以上離れた位置から第2の透明板を接近させながら、計測対象領域に向けてビームを照射し、計測対象領域をビームの照射角度とは異なる角度から撮像素子により撮像し、第1の透明板の前記ビームを反射する反射面及び前記第2の透明板の前記ビームを反射する反射面の光像に基づいて変位を計測する方法であって、変位の計測に先立って、第1の計測対象領域を撮像素子の視野内に、第1の透明板の1の面による反射面の光像が撮像され得る範囲に設定し、第2の計測対象領域を、第2の透明板が前記1の面に対向する所定の距離以上離れた位置に存在する状態においては、第2の透明板の第1の透明板に対して遠い側の面による反射面の光像を含まない範囲、かつ、第1の計測対象領域と重ならない範囲に設定し、変位の計測においては、第1の透明板の反射面に対向する所定の距離以上離れた位置から第2の透明板を接近させながら、計測対象領域に向けてビームを照射して前記撮像素子により繰り返し撮像し、撮像毎に、第2の計測対象領域について、第1及び第2の計測対象領域における反射面の光像の並びの方向に関して第1の計測対象領域とは反対側にある端部の位置を、第2の計測対象領域内に存在する反射面の光像を基準として一定の範囲内となるように追従させ、前記第1及び第2の計測対象領域の感度を、各計測対象領域内に存在する最も受光量の大きな反射面像若しくは所定の条件により選択した反射面像の受光量に基づいて自動調整し、感度調整して得られたそれぞれの計測対象領域内に存在する対象物の反射面の光像から測定点座標をそれぞれ決定し、決定された測定点座標に基づいて第1の計測対象領域内の反射面の変位と、第2の計測対象領域の反射面の変位を計測する。 In order to achieve the above-described object, the displacement measuring method of the present invention is arranged so that one surface of the first transparent plate is fixed so as to be included in the measurement target region, and is opposed to the surface. The second transparent plate is approached from a position that is more than or equal to the distance, and the beam is irradiated toward the measurement target region, and the measurement target region is imaged by the imaging element from an angle different from the beam irradiation angle. A method of measuring a displacement based on an optical image of a reflection surface of the transparent plate that reflects the beam and a reflection surface of the second transparent plate that reflects the beam, wherein the first measurement is performed prior to the measurement of the displacement. The measurement target region is set within a field of view of the imaging element, and a range in which a light image of the reflection surface by one surface of the first transparent plate can be captured, and the second measurement target region is set by the second transparent plate. In a state where it exists at a position more than a predetermined distance facing one surface Is set to a range that does not include the optical image of the reflecting surface of the second transparent plate that is far from the first transparent plate, and that does not overlap the first measurement target region, thereby measuring displacement. , While the second transparent plate is approached from a position away from the reflecting surface of the first transparent plate by a predetermined distance or more, a beam is irradiated toward the measurement target region and repeated imaging is performed by the imaging device. , For each second imaging target area, the position of the end on the opposite side of the first measuring target area with respect to the direction of the arrangement of the optical images of the reflecting surfaces in the first and second measuring target areas is determined. And tracking the light image of the reflecting surface existing in the second measurement target area so as to be within a certain range with reference to the optical image of the reflecting surface, and the sensitivity of the first and second measurement target areas in each measurement target area The reflection surface image with the largest received light amount or a predetermined condition Based on the received light amount of the selected reflective surface image, the measurement point coordinates are determined and determined from the optical image of the reflective surface of the target object existing in each measurement target area obtained by adjusting the sensitivity. Based on the measured measurement point coordinates, the displacement of the reflection surface in the first measurement target region and the displacement of the reflection surface in the second measurement target region are measured.
『所定の条件』とは、第2の反射板を第1の反射板に一回接近させる作業の間に行う変位計測に対して共通して使用される、計測対象領域内に存在する反射面を選択するために予め定めた条件をいう。 The “predetermined condition” is a reflective surface that exists in the measurement target area and is commonly used for displacement measurement performed during the work of bringing the second reflector to the first reflector once. Is a predetermined condition for selecting.
さらには、第1の計測対象領域内の反射面の変位と、前記第2の計測対象領域の反射面の変位と殻、第1の透明板と第2の透明板との間隔を算出するギャップを計測することができる。 Further, the gap for calculating the displacement of the reflection surface in the first measurement target region, the displacement of the reflection surface of the second measurement target region and the shell, and the distance between the first transparent plate and the second transparent plate. Can be measured.
このような方法によれば、透明体の表面と裏面との反射率の差に依らず、固定された透明板に接近させる透明板の反射面の変位や両者のギャップを計測することが可能である。 According to such a method, it is possible to measure the displacement of the reflecting surface of the transparent plate approaching the fixed transparent plate and the gap between the two regardless of the difference in reflectance between the front surface and the back surface of the transparent body. is there.
好ましくは、第2の計測対象領域の端部を追従させる、領域内に存在する反射面の光像を基準とした一定の範囲内は、第1及び第2の計測対象領域における反射面の光像の並びの方向に関して、当該反射面の光像の幅よりも大きく、第2の透明板の厚みに対応する撮像素子の視野内での間隔よりも小さくする。 Preferably, within a certain range based on the optical image of the reflection surface existing in the region that follows the end of the second measurement target region, the light on the reflection surface in the first and second measurement target regions With respect to the direction in which the images are arranged, it is larger than the width of the optical image on the reflecting surface and smaller than the interval in the field of view of the image sensor corresponding to the thickness of the second transparent plate.
この方法によれば、移動する第2の透明体の1の面について安定して変位を計測することができる。 According to this method, the displacement can be stably measured for one surface of the moving second transparent body.
好ましくは、前記第2の透明板を前記撮像素子の視野の外から接近させる。 Preferably, the second transparent plate is approached from outside the field of view of the image sensor.
この方法によれば、第2の計億体小領域内に第2の透明板の2つの面が最初から存在することはないので、第1の透明板から遠い側の面に計測対象領域を誤って設定する危険がなくなる。 According to this method, since the two surfaces of the second transparent plate do not exist in the second subtotal region, the measurement target region is placed on the surface far from the first transparent plate. There is no risk of incorrect settings.
好ましくは、ビームがラインビームとされる。また、第2の透明板はFPD(フラットパネルディスプレイ)に使用されるガラス基板とし、前記第1の透明板は露光処理のために使用されるマスクガラスとされる。 Preferably, the beam is a line beam. The second transparent plate is a glass substrate used for FPD (flat panel display), and the first transparent plate is a mask glass used for exposure processing.
この発明の変位センサは、所定の計測対象領域に向けてビームを照射する投光手段と、前記計測対象領域をビームの照射角度とは異なる角度から撮像する撮像素子と、撮像素子の出力に基づいて計測対象領域内の物体の変位を計測する計測手段と、撮像素子の視野内に2以上の計測対象領域を設定することが可能な計測対象領域設定手段と、撮像素子で撮影された画像に基づいて、設定された計測対象領域に含まれる1若しくは2以上の測定点座標の決定を行う測定点座標決定手段と、計測対象物体の反射面についての計測変位の変動に追従させて、当該計測変位が変動する計測対象物体の反射面を含む計測対象領域の、少なくとも一つの計測対象領域終端を当該計測変位の変動方向に移動させる領域自動追従手段と、を具備し、計測対象領域は少なくとも第1の計測対象領域と第2の計測対象領域とを有し、撮像素子の視野内に固定して存在する反射面に対しては第1の計測対象領域を設定し、計測変位が変動する計測対象物体の反射面に対しては、当該反射面を含むように、かつ、第1の計測対象領域以外の範囲に第2の計測対象領域を設定し、領域自動追従手段は、第1及び第2の計測対象領域における反射面の光像の並びの方向に関して第1の計測対象領域とは反対側にある第2の計測対象領域の終端を移動させる。 The displacement sensor according to the present invention is based on a light projecting unit that irradiates a beam toward a predetermined measurement target region, an image sensor that images the measurement target region from an angle different from the beam irradiation angle, and an output of the image sensor. Measurement means for measuring the displacement of an object in the measurement target area, measurement target area setting means for setting two or more measurement target areas in the field of view of the image sensor, and an image captured by the image sensor Based on the measurement point coordinate determining means for determining one or two or more measurement point coordinates included in the set measurement target region based on the measurement displacement variation on the reflection surface of the measurement target object, the measurement is performed. A region automatic tracking means for moving at least one measurement target region end of the measurement target region including the reflecting surface of the measurement target object whose displacement varies in the direction of variation of the measurement displacement, Has at least a first measurement target region and a second measurement target region, and the first measurement target region is set for a reflecting surface fixed in the field of view of the image sensor, and the measurement displacement is For the reflecting surface of the measurement target object that fluctuates, a second measurement target region is set in a range other than the first measurement target region so as to include the reflection surface. The end of the second measurement target area on the opposite side of the first measurement target area is moved with respect to the direction of the arrangement of the optical images of the reflecting surfaces in the first and second measurement target areas.
このような構成によれば、透明体の表面と裏面との反射率の差に依らず、固定された透明板に接近させる透明板の反射面を計測可能な変位センサを提供可能である。 According to such a configuration, it is possible to provide a displacement sensor capable of measuring the reflective surface of the transparent plate that is brought close to the fixed transparent plate regardless of the difference in reflectance between the front surface and the back surface of the transparent body.
また、好ましくは、第2の計測対象領域の撮像素子の視野内の計測変位の方向の第1の計測対象領域側の端部の座標を、第1の計測対象領域に含まれた画像の測定点座標に基づいて設定し、第2の計測対象領域撮像素子の視野内の計測変位の方向の第1の計測対象領域とは反対側の端部の座標を、第2の計測対象領域に画像が含まれていない場合には、撮像素子の視野内の計測変位の方向の一方の端部を終端と設定し、第2の計測対象領域に画像が含まれている場合には、第2の計測対象領域に含まれた画像の測定点座標に基づいて終端を設定する。 Preferably, the coordinates of the end of the second measurement target region on the first measurement target region side in the direction of the measurement displacement within the field of view of the imaging device are measured for the image included in the first measurement target region. Set based on the point coordinates and image the coordinates of the end opposite to the first measurement target area in the direction of the measurement displacement in the field of view of the second measurement target area imaging element in the second measurement target area. Is not included, one end in the direction of measurement displacement in the field of view of the image sensor is set as the end, and when the second measurement target region includes an image, the second The end point is set based on the measurement point coordinates of the image included in the measurement target region.
このような構成によれば、初期状態に含まれる画像に対して第1の計測対象領域を設定するよう構成することにより、オペレータが特別な操作を行わずとも第1の計測領域を自動生成させることが可能となり、操作がより簡単になる。また、第2の計測対象領域で透明体の測定を行う場合に確実に片面ずつ測定領域に入れることが可能となる。 According to such a configuration, by configuring the first measurement target region for the image included in the initial state, the first measurement region is automatically generated without any special operation by the operator. It becomes possible and operation becomes easier. Further, when the transparent body is measured in the second measurement target region, it is possible to surely enter the measurement region one side at a time.
さらに、このような構成によれば、第2の計測領域に反射面が含まれていない場合にも、第1の計測領域中の画像に基づき第2の計測領域を仮設定することが可能となる。また、第2の計測領域中に反射面が含まれている場合には、第2の計測領域中の画像に基づき終点座標を設定するため、より状態に即した座標を設定することが可能となる。 Furthermore, according to such a configuration, it is possible to temporarily set the second measurement region based on the image in the first measurement region even when the second measurement region does not include a reflective surface. Become. In addition, when the second measurement area includes a reflecting surface, the end point coordinates are set based on the image in the second measurement area, so that it is possible to set coordinates more suited to the state. Become.
好ましくは、第2の計測対象領域中に含まれた反射面の変位を計測した場合には、第2の計測対象領域中に含まれた反射面の測定点座標に基づいて第2の計測対象領域終点の座標を再設定する Preferably, when the displacement of the reflection surface included in the second measurement target region is measured, the second measurement target is based on the measurement point coordinates of the reflection surface included in the second measurement target region. Reset the coordinates of the end point of the area
このような構成によれば、第2の計測領域中の画像の変位にあわせて第2の計測領域終点座標を適宜変更を行うため、反射面が移動した場合でも状況に即した領域設定が可能となる。 According to such a configuration, since the second measurement area end point coordinate is appropriately changed according to the displacement of the image in the second measurement area, it is possible to set the area according to the situation even when the reflecting surface moves. It becomes.
好ましくは、第2の計測対象領域に画像が含まれている場合に第2の計測対象領域に含まれた画像の測定点座標に基づいて設定される、若しくは、第2の計測対象領域中に含まれた画像の測定点座標に基づいて第2の計測対象領域終点の座標を再設定される第2の計測対象領域の測定点座標から終端までの距離は、ガラス基板の厚みよりも小さい。 Preferably, when an image is included in the second measurement target region, it is set based on the measurement point coordinates of the image included in the second measurement target region, or in the second measurement target region The distance from the measurement point coordinate to the end of the second measurement target region in which the coordinates of the second measurement target region end point are reset based on the measurement point coordinates of the included image is smaller than the thickness of the glass substrate.
この方法により、常にガラス基板表面のみを測定可能となり、ガラス基板裏面を測定することによる不具合が生じない。 By this method, it becomes possible to always measure only the surface of the glass substrate, and there is no problem caused by measuring the back surface of the glass substrate.
好ましくは、FPD(フラットパネルディスプレイ)に使用されるガラス基板と、ガラス基板に対する露光処理のために使用されるマスクガラスとのギャップの計測に好適に用いることができる。また、ビームはラインビームにすることができる。 Preferably, it can be suitably used for measurement of a gap between a glass substrate used for FPD (flat panel display) and a mask glass used for exposure processing for the glass substrate. Also, the beam can be a line beam.
以上の構成より明らかなように、本発明によれば計測対象領域終点が計測対象領域中の測定点座標により定まるので、透明体の表面と裏面との反射率の差に依らず、常に透明体の表面を計測可能な変位センサを提供可能である。 As is clear from the above configuration, according to the present invention, since the measurement target region end point is determined by the measurement point coordinates in the measurement target region, the transparent body is always independent of the difference in reflectance between the front and back surfaces of the transparent body. It is possible to provide a displacement sensor that can measure the surface of the sensor.
以下に、この発明の変位センサの好適な実施の一形態を添付図面を参照しながら詳細に説明する。尚、以下に説明する実施の形態は、本発明の一例を示すものに過ぎず、本発明の要旨とするところは、特許請求の範囲の記載によってのみ規定されるものである。 Hereinafter, a preferred embodiment of a displacement sensor of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The embodiment described below is merely an example of the present invention, and the gist of the present invention is defined only by the description of the scope of claims.
本実施形態の変位センサは、制御盤などへのコンパクトな収容を可能とするため、また狭小な計測環境への据え付けを容易とするために、信号処理部とセンサヘッド部とが分離された所謂アンプ分離型の変位センサである。 The displacement sensor of the present embodiment is a so-called so-called signal processing unit and sensor head unit separated in order to enable compact accommodation in a control panel or the like and to facilitate installation in a narrow measurement environment. This is an amp-separated displacement sensor.
本実施形態の変位センサの信号処理部の外観斜視図が図1に示されている。信号処理部1の外殻ケース10は、やや細長い直方体形状の形態を有している。外殻ケース10の前面からは、外部接続コード11が引き出されている。この外部接続コード11には、外部入力線、外部出力線、電源線等が含まれている。外部入力線は例えば上位装置としてのPLC(Programable Logic Controller)等から信号処理部1に対して各種の指令を外部から与えるためのものであり、外部出力線は信号処理部1の内部で生成されたスイッチング出力やアナログ出力などをPLC等へ出力するためのものであり、電源線は信号処理部の内部回路に対する電源を供給するためのものである。また、外殻ケース10の前面には、USBコネクタ12と、RS−232Cコネクタ13とが設けられている。
An external perspective view of a signal processing unit of the displacement sensor of the present embodiment is shown in FIG. The
外殻ケース10の上面には開閉可能な操作部蓋14が設けられている。図示は省略するが、この操作部蓋14の下には、信号処理部1における各種の指令操作などを行うための操作部が設けられている。また、外殻ケース10の上面には、動作表示などを行うための表示部15が配置されている。
An
外殻ケース10の左右側面には、信号処理部間コネクタ蓋16が設けられている。この信号処理部間コネクタ蓋16の内部には、他の信号処理部1を接続するための信号処理部間コネクタ(中継コネクタ3)が設けられている。
On the left and right sides of the
複数の信号処理部1の連装状態を示す外観斜視図が図2に示されている。同図に示されるように、複数の信号処理部1は、この例ではDINレール4を介して隣接結合状態で1列に連装される。信号処理部1の外殻ケース10の後面には、センサヘッド部接続用コネクタ17が設けられている。信号処理部1はこのセンサヘッド部接続用コネクタ17を介して後述するセンサヘッド部2に接続されている。
FIG. 2 is an external perspective view showing a state in which a plurality of
センサヘッド部の外観斜視図が図3に示されている。センサヘッド部2は、センサヘッド部接続用コネクタ17に対応する信号処理部接続用コネクタ27と、ケーブル21と、センサヘッド本体部20とを具備してなる。そして、本体部20に内蔵された投光素子(この例ではレーザダイオード)から出射されるパルス状レーザ光が、図示しない投光レンズを通して、計測対象物体5の表面にスリット光L1として照射される。これにより、計測対象物体5の表面にはスリット光の照射光像LIが形成される。計測対象物体5で反射したスリット光の反射光L2はセンサヘッド部2内の図示しない受光レンズを通して2次元撮像素子(CCDタイプ、CMOSタイプ等)で受光される。すなわち、計測対象物体5の表面を、2次元撮像素子により異なる角度から撮影することにより、スリット光の照射光像LIを含む映像信号を取得する。そして、この映像信号に基づいて、所定の特徴量が抽出されて、目的とする変位量(この例ではセンサヘッド部2と計測対象物体5との距離)が求められる。
An external perspective view of the sensor head portion is shown in FIG. The sensor head unit 2 includes a signal processing
変位センサの信号処理部1の電気的ハードウェア構成の全体を示すブロック図が図4に示されている。同図に示されるように、信号処理部1は、制御部101と、記憶部102と、表示部103と、センサヘッド部との通信部104と、外部機器との通信部105と、キー入力部106と、外部入力部107と、出力部108と、電源部109とを備えている。
FIG. 4 is a block diagram showing the entire electrical hardware configuration of the
制御部101は、CPU(Central Processing Unit)とFPGA(Field Programmable Gate Array)とにより構成され、信号処理部1全体の統括制御を担う。この制御部101は、後述する各種機能を実現すると共に、受光信号を所定のしきい値を基準として二値化した後、これを出力データとして、出力部108から外部へと送出する。記憶部102は、不揮発性メモリ(EEPROM)102aと、表示部103に表示される画像データを記憶する画像メモリ102bとを備えている。表示部103は、しきい値や計測対象物体までの距離等に係る各種数値等が表示される液晶表示部103aと、計測値に応じた出力状態(オン/オフ状態)等を示す表示灯LED103bとを備えている。通信部104は、センサヘッド部2との通信を担うものである。外部通信部105は、外部のパソコン(PC)110に接続するためのUSB通信部105aと、各種のコマンドやプログラムデータの送受信に使用されるシリアル通信部105bと、所定のプロトコル並びに送受信フォーマットに従って、左右の隣接する他の信号処理部との間でデータ通信を行う信号処理部間通信部105cとを備えている。キー入力部106は、図示しない各種設定のためのスイッチや操作ボタン等で構成されている。外部入力部107は例えばPLC等の上位装置からの信号処理部1に対しての各種の指令を受信するためのものである。出力部108は、オン/オフ出力をPLC等の上位装置に出力するために使用される。電源部109は、制御部101並びに外部のハードウェア回路に対し電源を供給するものである。
The
センサヘッド部2の電気的ハードウェア構成を示すブロック図が図5に示されている。同図に示されるように、センサヘッド部2は、制御部201と、計測対象物体5へと向けてスリット光を照射するための投光部202と、計測対象物体5により反射されて到来する反射光を受光する受光部203と、表示灯LED204と、記憶部205と、通信部206とを備えている。
A block diagram showing the electrical hardware configuration of the sensor head unit 2 is shown in FIG. As shown in the figure, the sensor head unit 2 is reflected by the
制御部201は、CPU(Central Processing Unit)とPLD(Programmable Logic Device)とにより構成され、センサヘッド部の各構成要素202〜206を統括制御する役割を担うものである。
The
投光部202は、この例では投光素子としてのレーザダイオードと投光回路とを備え、検出対象領域へ向けてスリット光を照射する。受光部203は、スリット光の反射光を受光する2次元撮像素子(CCDタイプ、CMOSタイプ等)と、制御部201からのタイミング制御信号に同期して、2次元撮像素子から得られる受光信号を増幅して制御部201に出力する受光信号処理部とを有してなる。表示灯LED204は、センサヘッド部2の各種動作状態に対応して点消灯する。記憶部205は、例えば不揮発性メモリ(EEPROM)から構成され、この例では、センサヘッド部2を同定するためのID(識別情報)等が記録されている。通信部206は、制御部201の命令に従って、信号処理部1との通信を担うものである。本実施形態のセンサヘッド部2は、上述のような回路構成とされ、信号処理部1の指令に応じて適宜の投受光処理を行う。
In this example, the
本発明が適用された変位センサにてフォトマスクとガラス基板とのギャップ計測を模式的に示した一例が図6に示されている。同図において61は変位センサのセンサヘッド部、62はフォトマスク、63はガラス基板、63aはガラス基板の移動予定位置、L3はフォトマスク62裏面からの反射光、L4はガラス基板表面からの反射光、ΔGはフォトマスク62とガラス基板63とのギャップである。フォトマスク62は裏面(ガラス基板63と相対する側の面)に露光パターンが描かれており、フォトマスク62表面側から露光装置(図示せず)でガラス基板63に(図示せず)露光処理が行われるときに、それぞれのガラス基板に対応した露光パターンが用いられる。一方ガラス基板63は表面(フォトマスクと相対する側の面)にレジスト液が塗布されており、フォトマスク62越しに露光処理が行われることにより、フォトマスク62裏面のパターンに応じてガラス基板63が露光される。この例においては、ガラス基板63の大きさ等に応じて複数の変位センサを用い、フォトマスク62とガラス基板63とのギャップを複数箇所で測定するよう構成しても良い。この場合には、ガラス基板63とフォトマスク62が一定の間隔で近接するように複数箇所全てのギャップが所定の範囲内に収まったときに露光処理を行うように設定すればよい。
An example schematically showing the gap measurement between the photomask and the glass substrate by the displacement sensor to which the present invention is applied is shown in FIG. In the figure, 61 is a sensor head of the displacement sensor, 62 is a photomask, 63 is a glass substrate, 63a is a planned movement position of the glass substrate, L3 is reflected light from the back surface of the
この例においては、計測が開始される前の初期状態では、フォトマスク62は変位センサの計測領域に入っているが、ガラス基板63は変位センサの計測領域外にある。計測が始まるとガラス基板63は変位センサの計測領域外からフォトマスク62に近付く方向に移動し、所定のギャップΔGの距離まで接近し、フォトマスク62越しにガラス基板63に露光処理が行われる。
In this example, in the initial state before the measurement is started, the
従来の変位センサでフォトマスクとガラス基板とのギャップを測定した場合の一例が図8に示されている。同図において、エリア0はフォトマスクを測定する領域、エリア1はガラス基板を測定する領域、81はフォトマスク裏面の光像、82はガラス基板表面の光像、83はガラス基板裏面の光像、P1はガラス基板表面反射光のピーク、P2はガラス基板裏面反射光のピークである。また、P1とP2の高さはそれぞれの反射光の強度をあらわしている。この例においては、エリア1にガラス基板表面光像82とガラス基板裏面光像83の二つの光像が入っており、ガラス基板裏面反射光がガラス基板表面反射光よりも強度が高い。先にも述べたように、この種の変位センサにおいてはエリア内に複数の光像がある場合にはそのエリア内で最も強度が高い光像を基準として感度の自動調整が行われるのが一般的である。従って、この例の場合はP1<P2であるから、エリア1の受光感度はガラス基板裏面光像83を基準にして自動調整される。このように複数のピークが一つのエリア内に含まれている場合に複数のピークの強度に大きな差があると、一つのピークを基準に受信感度が決定されると他のピークが検出されなかったり、飽和してしまったりする可能性がある。即ちこのような従来の変位センサでは、フォトマスクとガラス基板とのギャップ測定で、ガラス基板表面のピーク<<ガラス基板裏面のピークであった場合に、ガラス基板表面のピークが検出されず、その結果としてフォトマスクとガラス基板とが接近・接触してしまうというトラブルが起こり得た。
An example in which the gap between the photomask and the glass substrate is measured with a conventional displacement sensor is shown in FIG. In the figure, area 0 is a region for measuring a photomask,
本発明が適用された変位センサでフォトマスクとガラス基板とのギャップ計測を行う場合の検出領域終端自動追従の説明図が図7に示されている。同図においてエリア0はフォトマスクを測定ずる領域、エリア1はガラス基板を測定する領域、71はフォトマスク裏面の光像、72はガラス基板表面の光像、73はガラス基板裏面の光像、ΔG1〜G3はフォトマスク裏面とガラス基板表面との距離、ΔEはガラス基板表面からエリア1の終端までの距離、ΔDはガラス基板の厚み、ΔZはガラス基板表面から所定の距離でΔDよりも小さい値である。なお、この例においては、図7(a)〜(c)のいずれにおいてもエリア0のフォトマスクの位置は移動せず、フォトマスク裏面の光像71も移動しない。一方エリア1のガラス基板の位置は(a)、(b)、(c)と順番にフォトマスクに近づく方向に移動しており、フォトマスクとガラス基板との距離ΔG1〜ΔG3は、ΔG1>ΔG2>ΔG3という関係である。
FIG. 7 shows an explanatory diagram of detection region end automatic tracking when the gap between the photomask and the glass substrate is measured by the displacement sensor to which the present invention is applied. In the figure, area 0 is a region for measuring a photomask,
先ず図7(a)では、ガラス基板表面光像72は終端側(同図においてはエリア1右端側)からエリア1に入った直後である。エリア1はガラス基板表面光像をとらえやすいように初期状態ではある程度広く設定しておくのが好ましい。エリア1の領域幅はガラス基板の厚み等考慮して適宜設定すればよいが、初期状態でガラス基板表面光像72がエリア1に入らない状態である必要がある。ガラス基板表面は測定開始時点でエリア1の領域外にあり、終端側よりエリア1に入る。この時点でガラス基板表面光像72とエリア1の終端点との距離ΔEは所定の値ΔZよりも小さい値、すなわちΔE<ΔZという関係である。ガラス基板表面光像72とエリア1の終端点との距離ΔEが所定の値ΔZよりも小さい段階では終端点の調整は行わなくても良いし、ΔE=ΔZとなるようエリア1を広げてもよい。ガラス基板表面光像72がエリア1に入った直後の状態では、ガラス基板裏面光像73はエリア1の領域外にある。
First, in FIG. 7A, the glass substrate surface
次いで、図7(b)ではガラス基板が図7(a)の時点よりもフォトマスクに近づき、またガラス基板表面光像72とエリア1の終端点との距離ΔE=ΔZとなっている。ΔE≧ΔZとなった時点で、エリア1の終端点EはΔE=ΔZとなるようにガラス基板表面光像72に追従して移動する。ΔZはガラス基板の厚みΔDよりも小さい固定値であるから、ガラス基板表面光像72とエリア週端点との距離ΔEがΔZよりも小さい値である限り(すなわちΔE≦ΔZである場合)ΔD>ΔZ、ΔZ≧ΔEであるから、常にΔD>ΔZ≧ΔEの関係が成り立ち、ガラス基板表面光像72とエリア1の終端点との距離ΔEは常にガラス基板の厚みΔDより小さい値であり、ガラス基板裏面光像73はエリア1の領域外にあることになる。
Next, in FIG. 7B, the glass substrate is closer to the photomask than in FIG. 7A, and the distance ΔE = ΔZ between the glass substrate surface
図7(c)ではガラス基板が図7(b)の時点よりも更にフォトマスク側に近づいているが、終端点Eはガラス基板表面光像72から固定値ΔZだけ離れた地点となるようガラス基板表面光像72に追従しているため、ΔE=ΔZが常に保たれておりガラス基板裏面光像73は常にエリア1の領域外となり、測定されることはない(ΔE=ΔZとなるように再計算が行われ終端点が再設定される)。以上述べたように本発明が適用された変位センサにおいてはガラス基板表面光像72と所定の距離ΔZ(ガラス基板の厚みΔD>ΔZである)で終端点Eが追従するため、ガラス基板裏面光像73はエリア1に入ることはなく、ガラス基板裏面光像73がエリア1に入り計測された場合に生じうる不具合も生じない。
In FIG. 7C, the glass substrate is closer to the photomask side than the time of FIG. 7B, but the end point E is the glass substrate so that it is away from the glass substrate surface
本発明が適用された変位センサにおいて、測定領域を決定する手順を示すゼネラルフローチャートが図9に、図9のフローに対応する説明図が図12にそれぞれ示されている。同図においてA、B、Z(x)、P(z)、ΔZ1、ΔZ2、ΔZ、ΔG、ΔdABはそれぞれ以下の通りである。
A:フォトマスク裏面のCCD受光位置、単位(pix)
B:ガラス基板表面のCCD受光位置、単位(pix)
Z(x):CCD受光位置(pix)から距離値(mm)への変換式
P(z):距離値(mm)からCCD受光位置(pix)への変換式
ΔZ1:エリア0の計測値に対するエリア1開始点までのオフセット値
ΔZ2:エリア0の計測値に対するエリア1終了点までのオフセット値
ΔZ:エリア1の計測値に対するエリア1終了点までの固定値
ΔG:露光処理を行う際のフォトマスク裏面の受光位置Aとガラス基板表面の受光位置Bとの距離
ΔdAB:フォトマスク裏面の受光位置Aとガラス基板表面の受光位置Bとの距離
In the displacement sensor to which the present invention is applied, a general flowchart showing a procedure for determining a measurement region is shown in FIG. 9, and an explanatory diagram corresponding to the flow of FIG. 9 is shown in FIG. In the figure, A, B, Z (x), P (z), ΔZ1, ΔZ2, ΔZ, ΔG, and ΔdAB are as follows.
A: CCD light receiving position on the back of the photomask, unit (pix)
B: CCD light receiving position on the glass substrate surface, unit (pix)
Z (x): Conversion formula from CCD light receiving position (pix) to distance value (mm) P (z): Conversion formula from distance value (mm) to CCD light receiving position (pix) ΔZ1: For measurement value of area 0 Offset value ΔZ2 to
測定領域の設定処理開始信号を受信するまで待機を続け(ステップ901,ステップ902NO)、計測領域決定処理を行う旨の開始信号を受信したら(ステップ902YES)、エリア0の画像を取得し受光位置Aの位置情報に基づいてエリア1の領域仮設定処理を行う(ステップ903YES,ステップ905)。この例においては、エリア0で測定されるフォトマスクの位置は固定されている。ステップ903においてエリア0内で画像が検出されなかった場合には(ステップ903NO)、エラーと判定しエラー処理を行う(ステップ904)。エラー処理としては、例えばエリア0内に画像が検出されるまでステップ901〜903を繰り返し行うようにしてもよいし、ユーザにエリア0内で画像が検出されない旨提示し何らかの処理を行うようガイド文を表示するよう設定してもよい。
Waiting until the measurement area setting process start signal is received (
ステップ905の領域仮設定処理について、図10を参照して説明する。エリア0で画像が検出されたら(図9ステップ903YES)取得された画像の受光位置Aを検出し(ステップ9051)、受光位置Aの情報に基づいてエリア1の計測領域を仮決定する(ステップ9052)。ここで計測領域であるエリア1の開始位置と終了位置は、受光位置Aの位置情報、所定のオフセット値ΔZ1,ΔZ2によりそれぞれ下記の式により求められる。
開始位置:P(Z(A)+ΔZ1)
終了位置:P(Z(A)+ΔZ2)
エリア1の開始位置、終了位置、領域の広さを決めるΔZ1及びΔZ2はガラス基板の厚み等を鑑みて適宜決定される。
The area temporary setting process in
Start position: P (Z (A) + ΔZ1)
End position: P (Z (A) + ΔZ2)
ΔZ1 and ΔZ2 that determine the start position, end position, and area width of
上記の式によりエリア1の開始位置と終了位置が仮決定されたら(ステップ9052)、その情報に基づき領域仮設定処理が行われエリア1の開始位置と終了位置が設定される(ステップ9053)。
When the start position and end position of
図9に戻り、エリア1の仮設定処理が終了したら(ステップ905)、エリア1に画像が検出されるまで待機する(ステップ906,ステップ907NO)。エリア1に画像が検出されたら(ステップ907YES)、エリア1の再設定処理に移る(ステップ908)。
Returning to FIG. 9, when the temporary setting process for
ステップ908の領域再設定処理については図11を参照して説明する。エリア1で画像が検出されたら(図9ステップ907YES)取得された画像の受光位置Bを検出し(ステップ9081)、受光位置Bの情報に基づいてエリア1の計測領域を再決定する(ステップ9082)。ここで計測領域であるエリア1の開始位置と終了位置は、受光位置Aの位置情報及び受光位置Bの位置情報、所定のオフセット値ΔZ1,ΔZ2、固定値ΔZによりそれぞれ下記の式により求められる。
開始位置:P(Z(A)+ΔZ1)
終了位置:P(Z(B)+ΔZ)
エリア1の開始位置、終了位置、領域の広さを決めるΔZ1,ΔZ2,ΔZはガラス基板の厚み等を鑑みて適宜決定される。
The area reset processing in
Start position: P (Z (A) + ΔZ1)
End position: P (Z (B) + ΔZ)
ΔZ1, ΔZ2, and ΔZ that determine the start position, end position, and area width of
上記の式によりエリア1の開始位置と終了位置が再決定されたら(ステップ9082)、その情報に基づきエリア1の領域仮設定処理が行われる(ステップ9083)。
When the start position and end position of
図9に戻り、エリア1の再設定処理が終了したら(ステップ908)、受光位置Aと受光位置Bとのギャップが規定値ΔGに達したか否かの判定を行う(ステップ909)。規定値ΔGに達していなかった場合には(ステップ909NO)、再度ワークBの位置調整を行い(ステップ910)、受光位置Aと受光位置Bとのギャップが規定値ΔGに達するまでステップ908〜910を繰り返す。受光位置Aと受光位置Bとのギャップが規定値ΔGに達した場合には(ステップ909YES)、ガラス基板に露光処理を行い当該処理を終了する(ステップ911)。
Returning to FIG. 9, when the
領域別感度調整処理を示すタイミングチャートが図13に示されている。同図に示されるように、この実施形態の変位センサにおいては、1若しくは2以上の計測対象領域が2次元CCDの視野内に設定されると、各計測対象領域内のビーム照射点の光像に対する濃度は常に計測に適した濃度に自動調整されるのである。 A timing chart showing the sensitivity adjustment processing for each region is shown in FIG. As shown in the figure, in the displacement sensor of this embodiment, when one or two or more measurement target areas are set within the field of view of the two-dimensional CCD, an optical image of a beam irradiation point in each measurement target area. Therefore, the density is always automatically adjusted to a density suitable for measurement.
すなわち、図13において、(a)に示されるVD信号の列と、(b)に示される領域設定の列とを照合して明らかなように、相連続する垂直周期において、交互に領域1と領域0とに切り替えて、時分割的に受光感度の制御が行われる。その結果、2次元CCDの視野内に、2つの映像ピークが存在し、そのうち一方が他方に比べて極端に大きいか又は小さいような場合、この時分割切り替えによる感度自動調整機能が働くことによって、いずれのピークにおいても、適切な濃度をもって測定点座標の決定処理が可能となる。
That is, in FIG. 13, as clearly shown by comparing the column of the VD signal shown in (a) with the column of region setting shown in (b), the
すなわち、図13の例では、領域0に含まれる映像は濃度不足であるが、順次濃度自動調整が行われる結果、適切な濃度まで濃度を増加させた時点で、特徴演算を用いて測定点座標の抽出が行われる。一方、領域1に含まれる映像は当初より適切な濃度を有するため、これに基づきそのまま測定点座標の決定が行われる。本願の変位センサにおいてはこのように領域別に濃度自動調整を行うようにしているため、いずれの映像においても適切な濃度において測定点座標の決定が行われ、これに基づき目的とする計測(例えば、透明体の厚さ計測など)が可能となるのである。
That is, in the example of FIG. 13, the image included in the region 0 is insufficient in density, but as a result of sequential density automatic adjustment, when the density is increased to an appropriate density, the measurement point coordinates are calculated using feature calculation. Is extracted. On the other hand, since the image included in the
計測点の上下変動に設定領域を追従させる処理を示すタイミングチャートが図14に示されている。本発明においては、ガラス基板表面の計測値を常時監視しており、これに変動が生じた場合には、その変動量に応じて、計測領域の終端点をΔZの距離で追従するように制御させる。すなわち、図13に示されるように、本実施形態においては、領域1内のガラス基板表面光像の位置情報を元にして領域1の範囲を再計算を行いその結果により領域範囲を変更する。ガラス基板の位置が変動するのにあわせて領域1の範囲も変更するためガラス基板裏面の反射光が常に領域1の外にあり、ガラス基板裏面の光像により測定に不具合を回避することができる。
FIG. 14 shows a timing chart showing a process for causing the set area to follow the vertical fluctuation of the measurement point. In the present invention, the measured value on the surface of the glass substrate is constantly monitored, and when the fluctuation occurs, the end point of the measurement area is controlled to follow the distance of ΔZ according to the fluctuation amount. Let That is, as shown in FIG. 13, in this embodiment, the range of the
次に、本発明が適用された変位センサのコントローラの内部構成を概略的に示すブロック図が図15に示されている。同図において、1501はセンサヘッド、1502はコントローラ、1503はA/D変換器、1504は領域判定部、1505は画像メモリ、1506は表示合成部、1507はD/A変換器、1508は変位、濃度抽出部、1509はコンソールインタフェース、1510は外部I/Oインタフェース、1511はメモリ、1512はCPU、1513は領域設定部、1514は演算部、1515は感度判定部である。この演算部1514には、画素/mm換算演算、計測処理演算、良否判定演算、表示処理演算などの様々な演算機能が組み込まれている。
Next, FIG. 15 is a block diagram schematically showing the internal configuration of the controller of the displacement sensor to which the present invention is applied. In the figure, 1501 is a sensor head, 1502 is a controller, 1503 is an A / D converter, 1504 is an area determination unit, 1505 is an image memory, 1506 is a display composition unit, 1507 is a D / A converter, 1508 is displacement, A density extraction unit, 1509 is a console interface, 1510 is an external I / O interface, 1511 is a memory, 1512 is a CPU, 1513 is an area setting unit, 1514 is a calculation unit, and 1515 is a sensitivity determination unit. The
CPU1512は、マイクロプロセッサを主体として構成され、この例では、ソフトウェア的に領域設定部1513、演算部1514、感度判定部1515の3つの機能が実現されている。領域設定部1513では、コンソールインタフェース1509の所定操作に応答して、センサヘッド部1501を構成する2次元CCDの視野に、計測対象領域を設定する機能を有する。この計測対象領域とは、2次元CCDにて撮影される全画像の中で、計測の対象となる領域の画像を限定するものである。この領域設定部1513で設定された計測対象領域は、領域判定部1504へと通知され、ここで領域判定処理のための基準として使用される。
The CPU 1512 is configured mainly with a microprocessor, and in this example, three functions of an
一方、領域判定部1504では、領域設定部1513にて設定された領域に対応して、センサヘッド1501からA/D変換器1503を介して送られてくるディジタル映像信号を選択的にゲートすることとなる。つまり、設定された計測対象領域が、一覧中に1若しくは2以上存在する場合、それらの計測対象領域のタイミングにおいて、ディジタル映像信号を通過させることによって、計測対象領域の画素出力列のみを抽出して、抽出画像を生成する。こうして得られた抽出画像は、領域判定部1504から画像メモリ1505へ送られ、画像メモリ1505に一時的に蓄えられる。
On the other hand, the
この画像メモリ1505に格納された抽出画像は、領域設定部1513から送られてくる計測対象領域の境界線などを示すグラフィック画像と表示合成部1506において合成され、こうして得られた合成画像はD/A変換器1507を介して、画像モニタへと送られ、画像モニタの図示しない画面上には、2次元CCDで撮影され領域判定部1504においてマスキング処理された生画像データや、各表示ラインの濃度分布(輝度分布)を示すラインブライト波形などと共に表示されるのである。尚、この表示態様については、後に画面説明図を参照しながら詳細に説明する。
The extracted image stored in the
このように、この実施形態における変位センサにおいては、計測対象物体上に計測用の光スポットを形成するためのレーザダイオードを含む投光手段と、光スポットが形成された計測対象物体を所定の角度から撮影する2次元CCDを含む受光手段と、受光手段から得られる画像中の光スポット像の1情報に基づいて目的とする変位を算出する演算手段とを有している。 As described above, in the displacement sensor in this embodiment, the light projecting means including the laser diode for forming the measurement light spot on the measurement target object and the measurement target object on which the light spot is formed are set at a predetermined angle. A light receiving means including a two-dimensional CCD for photographing from the above, and an arithmetic means for calculating a target displacement based on one information of a light spot image in an image obtained from the light receiving means.
加えて、受光手段から得られる画像から光スポット像の映像信号の大きさと相関のある画像的特徴を抽出する特徴抽出手段と、抽出された画像的特徴と所定の基準値との比較に基づいて、投光手段の投光ゲイン調整要素及び/又は受光手段の受光ゲイン調整要素を操作することにより、変位算出演算に用いる光スポット像の映像信号の大きさを適正状態に制御する制御手段とを具備している。 In addition, based on comparison between the extracted image feature and a predetermined reference value, the feature extraction unit extracts an image feature correlated with the magnitude of the video signal of the light spot image from the image obtained from the light receiving unit. And a control means for controlling the magnitude of the video signal of the light spot image used for the displacement calculation calculation to an appropriate state by operating the light projection gain adjustment element of the light projection means and / or the light reception gain adjustment element of the light reception means. It has.
本発明が適用された変位センサで、ガラス基板の厚みを設定する際の画面表示の一例が図16〜図18に示されている。図16〜図18を参照して設定手順を詳細に説明する。 An example of screen display when setting the thickness of the glass substrate in the displacement sensor to which the present invention is applied is shown in FIGS. The setting procedure will be described in detail with reference to FIGS.
先ず、図16(a)には設定開始時のメニュー画面が示されている。この例ではアプリケーションの選択肢として、「表面変位」、「スポット変位」、「最大高さ」、「溝、窪み」、「段差」、「透明体厚み」、「段差(2センサ)」、「厚み(2センサ)」といった項目が示されており、図16(a)においてはこれらの項目のうち「透明体厚み」が選択され画面右側には対応する表示がなされている。 First, FIG. 16A shows a menu screen at the start of setting. In this example, the application options are “surface displacement”, “spot displacement”, “maximum height”, “groove, dent”, “step”, “transparent thickness”, “step (2 sensors)”, “thickness” The item “(2 sensors)” is shown. In FIG. 16A, “transparent thickness” is selected from these items, and the corresponding display is made on the right side of the screen.
「透明体厚み」を選択すると、図16(b)の画面が示される。画面上半分には透明体表面の光像1601と、透明体裏面の光像1602とが表示されており、「表面の測定領域指定です」とガイド文が表示される。はじめに透明体の表面光像の測定領域を指定するためにカーソル1603を表面光像1601に合わせて指定処理を行う。表面の測定領域指定が行われると、続けて裏面の測定領域を指定させるため図17(a)の画面が表示され「2面のみを測定領域内としてください」とガイド文が表示される。表面の場合と同様に透明体裏面光像1602にカーソル1603を合わせて指定処理を行う。
When “Transparent thickness” is selected, the screen of FIG. 16B is displayed. In the upper half of the screen, a
透明体の表面及び裏面の測定領域指定が終了すると図17(b)の画面が表示され、屈折率の補正を行うための処理手順が示される。同図においては「ポイント1の測定値を入力してください」というガイド文が表示されている。指定通りにポイント1の測定値を入力すると、次いで図18(a)の画面が表示され「2点間の距離を入力してください」というガイド文が表示される。こちらについても先の場合と同様に2点間の距離を入力し、次のステップにすすむ。
When the measurement area designation of the front and back surfaces of the transparent body is completed, the screen of FIG. 17B is displayed, and a processing procedure for correcting the refractive index is shown. In the figure, a guide sentence “Please input the measured value of
最後に確認のため図18(b)の画面が表示され、項目名とこの設定を登録するか否かの選択肢が提示される。このまま登録する場合には「登録」、訂正を行いたい場合には「戻る」、設定そのものを取りやめる場合には「キャンセル」をそれぞれ選択する。 Finally, the screen of FIG. 18B is displayed for confirmation, and an item name and an option of whether or not to register this setting are presented. When registering as it is, “Register” is selected, “Return” is selected when correction is desired, and “Cancel” is selected when canceling the setting itself.
本発明が適用された変位センサの画面構成の一例が図19に示されている。同図において1901はフォトマスク裏面の光像が表示されるエリア0、1902はガラス基板表面の光像が表示されるエリア1、1903はフォトマスク裏面の光像、1904はガラス基板表面の光像、1905はフォトマスク裏面のラインブライト表示、1906はガラス基板表面のラインブライト表示、1907はエリア0の受光感度とエリア0内の光像のピーク値、1908はエリア1の受光感度とエリア1内の光像のピーク値、をそれぞれ示している。
An example of the screen configuration of the displacement sensor to which the present invention is applied is shown in FIG. In the figure,
以上本発明の一実施形態について述べたとおり、本発明の変位センサによれば簡単な操作で透明体裏面の光像による影響を完全に排除することが可能であり、種々の用途に適用可能である。例えば、実施例においては、ラインビームを照射したが、ラインビームの代わりにスポットビームを照射した場合には、他の部分は同様の構成のまま、あるいは2次元撮像素子に替えて1次元撮像素子を用いることによっても同様に変位計測が可能である。 As described above with respect to one embodiment of the present invention, the displacement sensor of the present invention can completely eliminate the influence of the light image on the back surface of the transparent body with a simple operation, and can be applied to various applications. is there. For example, in the embodiment, the line beam is irradiated, but when the spot beam is irradiated instead of the line beam, the other parts remain in the same configuration or are replaced with the two-dimensional image sensor. Displacement measurement is also possible by using.
1 信号処理部
2 センサヘッド部
3 中継コネクタ
4 DINレール
5 検出対象物体
10 外殻ケース
11 外部接続コード
12 USBコネクタ
13 RS-232Cコネクタ
14 操作部蓋
15 表示部
16 信号処理部間コネクタ蓋
17 センサヘッド部接続用コネクタ
20 センサヘッド本体部
21 ケーブル
27 信号処理部接続用コネクタ
101 制御部
102 記憶部
102a 不揮発性メモリ
102b 画像メモリ
103 表示部
103a 液晶表示部
103b 表示灯LED
104 センサヘッド部との通信部
105 外部機器との通信部
105a USB通信部
105b シリアル通信部
105c 信号処理部間通信部
106 キー入力部
107 外部入力部
108 出力部
109 電源部
110 外部パソコン
201 制御部
202 投光部
203 受光部
204 表示灯LED
205 記憶部
206 通信部
61 センサヘッド部
62 フォトマスク
63 ガラス基板
63a ガラス基板の移動予定位置
71 フォトマスク裏面の光像
72 ガラス基板表面の光像
73 ガラス基板裏面の光像
81 フォトマスク裏面の光像
82 ガラス基板表面の光像
83 ガラス基板裏面の光像
1501 センサヘッド
1502 コントローラ
1503 A/D変換器
1504 領域判定部
1505 画像メモリ
1506 表示合成部
1507 D/A変換器
1508 変位、濃度抽出部
1509 コンソールインタフェース
1510 外部I/Oインタフェース
1511 メモリ
1512 CPU
1513 領域設定部
1514 演算部
1515 感度判定部
1601 透明体表面の光像
1602 透明体裏面の光像
1603 カーソル
1901 エリア0
1902 エリア1
1903 フォトマスク裏面の光像
1904 ガラス基板表面の光像
1905 フォトマスク裏面のラインブライト表示
1906 ガラス基板表面のラインブライト表示
1907 エリア0の受光感度とエリア0内の光像のピーク値
1908 エリア1の受光感度とエリア1内の光像のピーク値
L1 照射光像
L2 反射光
L3 フォトマスク裏面からの反射光
L4 ガラス基板表面からの反射光
P1 ガラス基板表面反射光のピーク
P2 ガラス基板裏面反射光のピーク
DESCRIPTION OF
104 Communication Unit with
205
1513
1902
1903 Light image on the back side of the
Claims (12)
変位の計測に先立って、
第1の計測対象領域を前記撮像素子の視野内に、前記第1の透明板の1の面による反射面の光像が撮像され得る範囲に設定し、
第2の計測対象領域を、前記第2の透明板が前記1の面に対向する所定の距離以上離れた位置に存在する状態においては、第2の透明板の第1の透明板に対して遠い側の面による反射面の光像を含まない範囲、かつ、前記第1の計測対象領域と重ならない範囲に設定し、
変位の計測においては、
前記第1の透明板の反射面に対向する所定の距離以上離れた位置から第2の透明板を接近させながら、計測対象領域に向けてビームを照射して前記撮像素子により繰り返し撮像し、
撮像毎に、前記第2の計測対象領域について、第1及び第2の計測対象領域における反射面の光像の並びの方向に関して第1の計測対象領域とは反対側にある端部の位置を、第2の計測対象領域内に存在する反射面の光像を基準として一定の範囲内となるように追従させ、
前記第1及び第2の計測対象領域の感度を、各計測対象領域内に存在する最も受光量の大きな反射面像若しくは所定の条件により選択した反射面像の受光量に基づいて自動調整し、感度調整して得られたそれぞれの計測対象領域内に存在する対象物の反射面の光像から測定点座標をそれぞれ決定し、決定された測定点座標に基づいて前記第1の計測対象領域内の反射面の変位と、前記第2の計測対象領域の反射面の変位を計測する変位計測方法。 While fixing and arranging one surface of the first transparent plate so as to be included in the measurement target region, while making the second transparent plate approach from a position separated from the predetermined distance by facing the surface, A beam is irradiated toward the measurement target region, the measurement target region is imaged by an imaging device from an angle different from the beam irradiation angle, and the reflection surface of the first transparent plate that reflects the beam and the second A method of measuring displacement based on an optical image of a reflecting surface that reflects the beam of a transparent plate,
Prior to measuring displacement,
Setting the first measurement target region within the field of view of the imaging device to a range in which a light image of the reflecting surface by one surface of the first transparent plate can be captured;
In a state where the second measurement target region is present at a position where the second transparent plate is separated from the first surface by a predetermined distance or more, the second measurement target region is located with respect to the first transparent plate of the second transparent plate. A range that does not include the optical image of the reflection surface by the surface on the far side, and a range that does not overlap with the first measurement target region,
In measuring displacement,
While approaching the second transparent plate from a position away from a predetermined distance facing the reflecting surface of the first transparent plate, the image sensor repeatedly irradiates a beam toward the measurement target region,
For each imaging, the position of the end of the second measurement target region on the side opposite to the first measurement target region with respect to the alignment direction of the optical images of the reflection surfaces in the first and second measurement target regions is determined. , To follow the light image of the reflecting surface existing in the second measurement target region to be within a certain range with reference to,
The sensitivity of the first and second measurement target regions is automatically adjusted based on the light reception amount of the reflection surface image having the largest light reception amount existing in each measurement target region or a reflection surface image selected according to a predetermined condition, Measurement point coordinates are determined from the light images of the reflecting surfaces of the objects present in the respective measurement target areas obtained by adjusting the sensitivity, and the first measurement target area is determined based on the determined measurement point coordinates. Displacement measuring method for measuring the displacement of the reflecting surface and the displacement of the reflecting surface of the second measurement target region.
前記計測対象領域をビームの照射角度とは異なる角度から撮像する撮像素子と、
撮像素子の出力に基づいて計測対象領域内の物体の変位を計測する計測手段と、
撮像素子の視野内に2以上の計測対象領域を設定することが可能な計測対象領域設定手段と、
撮像素子で撮影された画像に基づいて、設定された計測対象領域に含まれる1若しくは2以上の測定点座標の決定を行う測定点座標決定手段と、
計測対象物体の反射面についての計測変位の変動に追従させて、当該計測変位が変動する計測対象物体の反射面を含む計測対象領域の、一つの計測対象領域終端を当該計測変位の変動方向に移動させる領域自動追従手段と、を具備し、
計測対象領域は少なくとも第1の計測対象領域と第2の計測対象領域とを有し、撮像素子の視野内に固定して存在する反射面に対しては第1の計測対象領域を設定し、計測変位が変動する計測対象物体の反射面に対しては、当該反射面を含むように、かつ、第1の計測対象領域以外の範囲に第2の計測対象領域を設定し、
領域自動追従手段は、第1及び第2の計測対象領域における反射面の光像の並びの方向に関して第1の計測対象領域とは反対側にある第2の計測対象領域の終端を移動させることを特徴とする変位センサ。 A light projecting means for irradiating a beam toward a predetermined measurement target area;
An image sensor that images the measurement target region from an angle different from the beam irradiation angle;
Measuring means for measuring the displacement of the object in the measurement target region based on the output of the image sensor;
Measurement target area setting means capable of setting two or more measurement target areas in the field of view of the image sensor;
Measurement point coordinate determining means for determining one or more measurement point coordinates included in the set measurement target region based on an image captured by the image sensor;
Following the variation of the measurement displacement on the reflective surface of the measurement target object, one measurement target region end of the measurement target region including the reflection surface of the measurement target object where the measurement displacement fluctuates in the variation direction of the measurement displacement A region automatic tracking means to be moved, and
The measurement target area has at least a first measurement target area and a second measurement target area, and the first measurement target area is set for a reflective surface that is fixed in the field of view of the image sensor, For the reflection surface of the measurement target object whose measurement displacement fluctuates, the second measurement target region is set in a range other than the first measurement target region so as to include the reflection surface,
The area automatic tracking means moves the end of the second measurement target area on the opposite side of the first measurement target area with respect to the arrangement direction of the optical images of the reflecting surfaces in the first and second measurement target areas. A displacement sensor.
第2の計測対象領域撮像素子の視野内の計測変位の方向の第1の計測対象領域とは反対側の端部の座標を、
第2の計測対象領域に画像が含まれていない場合には、撮像素子の視野内の計測変位の方向の一方の端部を終端と設定し、
第2の計測対象領域に画像が含まれている場合には、第2の計測対象領域に含まれた画像の測定点座標に基づいて終端を設定することを特徴とする請求項7に記載の変位センサ。 Based on the measurement point coordinates of the image included in the first measurement target region, the coordinates of the end of the second measurement target region on the first measurement target region side in the direction of the measurement displacement within the field of view of the imaging device. Set,
The coordinates of the end of the second measurement target region opposite to the first measurement target region in the direction of the measurement displacement in the field of view of the image sensor,
If no image is included in the second measurement target region, one end in the direction of measurement displacement in the field of view of the image sensor is set as the end,
The end point is set based on the measurement point coordinates of the image included in the second measurement target region when the second measurement target region includes an image. Displacement sensor.
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