JP2010101672A - Method and device for inspecting shape in inspection body - Google Patents

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Kazufumi Sakai
一文 坂井
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To shorten the time required for an inspection process, and to acquire the height of a protrusion in an inspection body by a simple structure, by using a photographed image and simultaneously observing not only the shape of the front part of the protrusion but also its sides in the inspection body. <P>SOLUTION: One surface of a microprism sheet (MPS) is so shaped that a plurality of mountain-shaped portions having cross sections in the shape of an equilateral triangle and having the same shape and the same size are connected repeatedly in such a way as to extend in one direction, and the other surface is a flat surface. The microprism sheet made up of transparent material is arranged at a position close to the inspection body (S), and an imaging device 10 is arranged at a position where the inspection body can be photographed through this microprism sheet. By an image photographed with the imaging device, the sides of the protrusion in the inspection body are observed together with the front part of the protrusion, and the height of the protrusion in the inspection body is acquired as an amount proportional to the interval between two points on the image corresponding to one point on the inspection body. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、被検査体における形状検査を行う方法及び被検査体における形状検査装置に関するものであり、特に製造工程における半導体素子の面上の凸部のような微小な対象物の側面を含む形状の観察、凸部の高さの測定を可能にした被検査体における形状検査を行う方法及び被検査体における形状検査装置に関する。   The present invention relates to a shape inspection method for an object to be inspected and a shape inspection apparatus for an object to be inspected, and particularly a shape including a side surface of a minute object such as a convex portion on the surface of a semiconductor element in a manufacturing process. The present invention relates to a method for performing shape inspection on an object to be inspected that enables measurement of the height of a convex portion, and a shape inspection apparatus for an object to be inspected.

携帯電話等の情報端末機器、可搬型の情報処理装置、ゲーム機等種々のデジタル機器において小型化、高機能化が急速に進行しており、これに伴って機器には高密度の実装技術が不可欠となっている。デジタル機器の中枢部であるCPU、メモリー等のICにおいて、リードの形態はSOPからBALLへ、さらにBUMPへと改良されてきた。ミリメートル単位のリードから数百ミクロンのBUMPになり、それとともに寸法検査精度への要求が高まり、製造工程での接合においてBUMPの高さが特に重要になめため、高さを高精度で測定することが求められるようになっている。   Miniaturization and high functionality are rapidly progressing in various digital devices such as information terminal devices such as mobile phones, portable information processing devices, and game machines. It has become indispensable. In ICs such as CPU and memory, which are the central part of digital equipment, the form of leads has been improved from SOP to BALL and further to BUMP. The BUMP of several hundred microns is changed from the lead of millimeter unit, and the demand for the dimensional inspection accuracy is increased at the same time, and the height of the BUMP is particularly important in the joining in the manufacturing process, so the height should be measured with high accuracy. Is now required.

また、半導体製造の後工程において、ICの外観検査は、出荷直前の最終検査として重要な工程である。このような外観検査として、リード間の異物、印刷の良否の検査、パッケージの欠け等の2次元画像処理面による検査と、リードの浮きやボール、バンプの高低差(コプラナリティ)の評価等の3次元検査がある。   Further, in the post-process of semiconductor manufacturing, the appearance inspection of the IC is an important process as a final inspection immediately before shipment. As such an appearance inspection, there are 3 inspections such as inspection of foreign matter between leads, quality of printing, inspection on a two-dimensional image processing surface such as chipping of a package, evaluation of lead floating, height difference (coplanarity) of balls and bumps, etc. There is a dimension inspection.

撮像装置を用いてこのような対象物を観察する場合に、凸部の正面部分を観察する状態では通常側面部は観察されない。側面部を観察するには対象物と撮像装置の角度関係を変えて観察を行う必要があり、そのため検査工程はその分多くなり、それだけの時間を要することになる。また、検査工程としては、側面部の観察とともに、高さの測定を行うことも望まれるということがある。   When observing such an object using an imaging device, the side portion is usually not observed in the state of observing the front portion of the convex portion. In order to observe the side surface portion, it is necessary to perform observation while changing the angular relationship between the object and the imaging device. For this reason, the number of inspection steps is increased accordingly, and that much time is required. Moreover, as an inspection process, it may be desired to perform height measurement together with observation of the side surface.

被検査体における形状検査に関する技術として、次のような文献に開示されている。特許文献1は錠剤のPTP包装機において光照射された錠剤を撮像手段により撮像して得られた画像について三次元計測法により錠剤の高さを求め、これに基づいて錠剤の異常の有無を検出するようにした外観検査装置に関するものである。特許文献2には、照明光源を有し被検物からの反射光を結像させるコンフォーカル光学系と照明光源を有し斜め方向の反射光を結像させる斜法像観察光学系とを備え被検物の高さ測定を可能にした形状測定装置について記載されている。また、特許文献3には、基盤に対し防振手段を介して設けられたステージ上に載置された検査対象物をXYZ移動手段に取り付けられた画像取り込み手段で撮像し、フォーカス変位計により高さ測定を行うようにした形状検査装置について記載されている。   As a technique related to shape inspection of an object to be inspected, it is disclosed in the following documents. Patent Document 1 calculates the height of a tablet by a three-dimensional measurement method for an image obtained by imaging a tablet irradiated with light in a tablet PTP packaging machine, and detects the presence or absence of the tablet based on this. The present invention relates to an appearance inspection apparatus. Patent Document 2 includes a confocal optical system that has an illumination light source and forms an image of reflected light from a test object, and an oblique image observation optical system that has an illumination light source and forms an image of reflected light in an oblique direction. It describes a shape measuring apparatus that can measure the height of a test object. Further, in Patent Document 3, an inspection object placed on a stage provided on a base via a vibration isolating means is imaged by an image capturing means attached to an XYZ moving means, and a focus displacement meter is used. It describes a shape inspection apparatus adapted to perform thickness measurement.

特許文献1,2に示される装置では照明光源、撮像手段を2組備えるようにしており、装置の構成として規模が大きくなり、装置の経費も多く要する。特許文献3に記載のものは、一方向から観察されるものであって、正面を観察する場合に側面を同時に観察することはできず、高さ測定のための手段は形状検査とは別途備えられるものである。このため、側面を観察する工程が付加されることになり、また、装置の規模が大がかりになる。   The devices disclosed in Patent Documents 1 and 2 are provided with two sets of illumination light sources and image pickup means, and the scale of the device configuration is large and the cost of the device is high. The thing of patent document 3 is observed from one direction, and when observing the front, the side cannot be observed at the same time, and means for measuring the height is provided separately from the shape inspection. It is what For this reason, a step of observing the side surface is added, and the scale of the apparatus becomes large.

特開2004−28604号公報JP 2004-28604 A 特開2002−13917号公報JP 2002-13917 A 特開2000−205840号公報JP 2000-205840 A

製造工程における半導体素子の面上におけるリード、バンプ等の凸部の形状を観察する場合に、正面から見た形状のほか側面の形状、状態を同時に観察できれば、それだけ工程を少なくできることになる。リードの浮き、バンプの高さを測定する際に、2組の照明手段、撮像手段を備えるものでは装置の構成が大規模になり、それだけ経費を要するものになる。1組の照明手段、撮像装置で2回の撮像を行うものでは、それだけ撮像工程が多くなり、検査工程に多くの時間を要することになる。このようなことから、簡易な測定装置の構成により半導体素子等の被検査体の面における凸部の正面と側面とについて同時に観察できるようにし、また、高さを測定できるようにする形状検査装置が望まれていた。   When observing the shape of protrusions such as leads and bumps on the surface of the semiconductor element in the manufacturing process, if the shape and state of the side surface in addition to the shape viewed from the front can be observed simultaneously, the number of processes can be reduced accordingly. When measuring the floating of the lead and the height of the bump, the apparatus having two sets of illumination means and image pickup means becomes a large-scale device and requires much more cost. In the case where imaging is performed twice with one set of illumination means and imaging device, the imaging process increases accordingly, and the inspection process takes a lot of time. For this reason, a shape inspection apparatus that enables simultaneous observation of the front and side surfaces of a convex portion on the surface of an object to be inspected, such as a semiconductor element, and allows the height to be measured with a simple measurement apparatus configuration. Was desired.

本発明は、前述した課題を解決すべくなしたものであり、本願の請求項1に係る被検査体における形状検査を行う方法は、一方の面において断面が二等辺三角形で同形同大の山形形状部が複数反復して一方向に延在するように連接された形状とされ他方の面が平坦な面であり透明材料からなるマイクロプリズムシートを被検査体に近接した位置に配置することと、前記マイクロプリズムシートを介して被検査体を撮像可能な位置に撮像装置を配置することと、前記撮像装置で撮像された画像により被検査体における凸部の正面とともに前記マイクロプリズムシートの山形形状部が反復して延在する方向の被検査体における凸部の側面を観察することと、からなるものである。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and the method of performing shape inspection on an object to be inspected according to claim 1 of the present application is an isosceles triangle in cross section on one side and is the same shape and size. A microprism sheet made of a transparent material having a shape in which the chevron-shaped portions are connected in a repetitive manner so as to extend in one direction and the other surface is flat is disposed at a position close to the object to be inspected. And an imaging device disposed at a position where the object to be inspected can be imaged via the microprism sheet, and a mountain shape of the microprism sheet along with the front surface of the convex portion of the object to be inspected by the image captured by the imaging device. Observing the side surface of the convex portion in the test object in the direction in which the shape portion repeatedly extends.

本願の請求項2に係る被検査体における形状検査を行う方法は、被検査体について前記撮像装置で撮像された画像における前記マイクロプリズムシートの山形形状部が反復して延在する方向に間隔をおいた被検査体上の1点に対応する前記画像上の2点の間の間隔に比例する量として被検査体における凸部の高さを求めるようにしたものである。   According to a second aspect of the present invention, there is provided a method for performing a shape inspection on an object to be inspected, wherein an interval is provided in a direction in which the chevron-shaped portions of the microprism sheet in the image captured by the imaging device are repeatedly extended. The height of the convex portion in the inspection object is obtained as an amount proportional to the interval between the two points on the image corresponding to one point on the inspection object.

また、本願の請求項3に係る被検査体における形状検査装置は、被検査体を載置するための載置台と、該載置台上に載置された被検査体に載置された被検査体の上側で近接した位置に保持された透明材料からなるマイクロプリズムシートと、該マイクロプリズムシートを介して載置台上の被検査体を撮像するための撮像装置とを備えてなり、前記マイクロプリズムシートは一方の面において断面が二等辺三角形で同形同大の山形形状部が複数反復して一方向に延在するように連接された形状とされ他方の面が平坦な面であるものであって、前記撮像装置で撮像された画像により被検査体における凸部の正面とともに前記マイクロプリズムシートの山形形状部が反復して延在する方向の被検査体における凸部の側面が観察されるようにしたものである。   In addition, a shape inspection apparatus for an object to be inspected according to claim 3 of the present application includes a mounting table for mounting the object to be inspected, and an object to be inspected mounted on the object to be inspected mounted on the mounting table. A microprism sheet made of a transparent material held at a position close to the upper side of the body, and an imaging device for imaging an object to be inspected on the mounting table via the microprism sheet. The sheet has an isosceles triangle cross section on one side, and is connected in such a way that a plurality of chevron-shaped portions of the same shape and the same size extend in one direction, and the other side is a flat surface. Then, the side surface of the convex portion in the inspected object in the direction in which the angled portion of the microprism sheet repeatedly extends along with the front surface of the convex portion in the inspected object is observed by the image captured by the imaging device. What I did A.

本願の請求項4に係る被検査体における形状検査装置は、被検査体について前記撮像装置で撮像された画像における前記マイクロプリズムシートの山形形状部が反復して延在する方向に間隔をおいた被検査体上の1点に対応する前記画像上の2点の間の間隔に比例する量として被検査体における凸部の高さを求める演算処理部をさらに備えているものである。   According to claim 4 of the present application, a shape inspection apparatus for an object to be inspected is spaced in a direction in which the chevron-shaped portions of the microprism sheet in the image captured by the imaging device are repeatedly extended. The image processing apparatus further includes an arithmetic processing unit that obtains the height of the convex portion in the inspection object as an amount proportional to the interval between the two points on the image corresponding to one point on the inspection object.

本発明では、断面が二等辺三角形で同形同大の山形形状部が複数反復して一方向に延在するように連接されてなるマイクロプリズムシートを介して被検査体を撮像手段により撮像することにより、1回の撮像で被検査体における凸部について正面から見た形状とともに側面をも同時に観察することができ、検査工程に要する時間を短縮することができる。また、マイクロプリズムシートの屈折作用を用いて、簡易な構成により被検査体における凸部の高さを求めることができる。   In the present invention, the inspected object is imaged by the imaging means via the microprism sheet in which the cross-sections of isosceles triangles having the same shape and the same size are connected so as to extend in one direction repeatedly. By this, it is possible to simultaneously observe the side surface as well as the shape of the convex portion of the inspection object viewed from the front by one imaging, and the time required for the inspection process can be shortened. Moreover, the height of the convex part in a to-be-inspected object can be calculated | required by simple structure using the refractive action of a microprism sheet.

本発明による被検査体の形状検査装置は図1に示すような概略的構成を有する。1は被検査体Sを載置するための載置台であり、2,2はマイクロプリズムシートMPSを載置台1上に載置された被検査体Sに近接した位置に保持するマイクロプリズムシート保持部であり、3は支柱、4は支柱に上下位置調節可能に設けられた調節保持部、5は調節保持部4に一体的に設けられ撮像装置10を取り付けるための撮像装置取付け部材であり、撮像レンズLを備えた撮像装置10が載置台1上に載置された被検査体Sを撮像可能な位置において撮像装置取付け部材5に取り付けられる。20は撮像装置10での撮像により取得された画像について被検査体における高さを算出するための演算処理部であり、撮像装置10とは接続されたケーブルによりデータ移送がなされる。   An inspection object shape inspection apparatus according to the present invention has a schematic configuration as shown in FIG. Reference numeral 1 denotes a mounting table for mounting the inspection object S, and reference numerals 2 and 2 denote microprism sheet holdings that hold the microprism sheet MPS at a position close to the inspection object S mounted on the mounting table 1. 3 is a support column, 4 is an adjustment holding unit provided on the support column so that the vertical position can be adjusted, and 5 is an imaging device mounting member provided integrally with the adjustment holding unit 4 for mounting the imaging device 10. An image pickup apparatus 10 including an image pickup lens L is attached to the image pickup apparatus attachment member 5 at a position where an object to be inspected S placed on the mounting table 1 can be imaged. Reference numeral 20 denotes an arithmetic processing unit for calculating the height of the object to be inspected with respect to an image acquired by imaging with the imaging device 10, and data transfer is performed with a cable connected to the imaging device 10.

撮像装置10のレンズLは近接撮像光学系ないし顕微鏡撮像光学系をなすもので一般的に複数枚のレンズからなる撮像レンズ系である。
図2はマイクロプリズムシートMPSの一部を拡大した断面図で示したものであり、マイクロプリズムシートMPSは一方の面に断面が二等辺三角形上で同形同大の山形形状部Mが稜線を平行にして1つの方向に多数並列的に延在するように形成され、他方の面は平坦な面として透明材料で形成されたものである。
The lens L of the imaging apparatus 10 forms a proximity imaging optical system or a microscope imaging optical system, and is generally an imaging lens system including a plurality of lenses.
FIG. 2 shows an enlarged cross-sectional view of a part of the microprism sheet MPS. The microprism sheet MPS has an isosceles triangle cross section on one side and an ridge line formed by the same shape and size of the mountain-shaped portion M. It is formed so as to extend in parallel in one direction in parallel, and the other surface is formed of a transparent material as a flat surface.

マイクロプリズムシートMPSの材質は、光学的に均質で等方性である透明なものがよく、例えばポリオレフィン樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂等あるいはガラスがあげられるが、特に制限はない。また、その屈折率は好ましくは1.5〜1.65程度のものがよい。   The material of the microprism sheet MPS is preferably an optically homogeneous and isotropic transparent material such as polyolefin resin, polyester resin, acrylic resin, or glass, but is not particularly limited. The refractive index is preferably about 1.5 to 1.65.

山形形状部Mの寸法例として、間隔aが50μm、高さbが25μm、山形形状部Mの下側からの厚さcが125μmの程度とする。この例による山形形状部Mの頂角は90°であるが、頂角は必ずしも90°である必要はない。また、隣接する山形形状部の間隔は数十μm程度であり、この寸法が数μmより小さいと回折格子としての作用になるため、マイクロプリズムシートとしては適切でなくなる。このマイクロプリズムシートMPSの平面的寸法は被検査体を撮像する際に被検査体からの光がマイクロプリズムシートMPSを透過した上で撮像レンズ系に取り込まれるのに十分な大きさとすればよい。   As an example of the dimensions of the chevron-shaped portion M, the interval a is 50 μm, the height b is 25 μm, and the thickness c from the lower side of the chevron-shaped portion M is about 125 μm. The apex angle of the chevron shaped part M according to this example is 90 °, but the apex angle is not necessarily 90 °. Further, the interval between the adjacent chevron-shaped portions is about several tens of μm, and if this dimension is smaller than several μm, it acts as a diffraction grating, so it is not suitable as a microprism sheet. The planar dimension of the microprism sheet MPS may be large enough to allow the light from the object to be inspected to pass through the microprism sheet MPS and be taken into the imaging lens system when the object is imaged.

(1)マイクロプリズムシートの光学的作用
本発明による被検査体の形状検査装置ではマイクロプリズムシートMPSの屈折作用を利用して被検査体における凸部の側面を観察可能にし、凸部の高さを測定するのであるが、マイクロプリズムシートMPSによる光の屈折作用について図3を参照して説明する。図3(a)のようにマイクロプリズムシートMPSの山形形状部側の面への垂直な入射光線IBは山形形状部のいずれかの斜面と平坦な面とで屈折し、入射方向に角度θをなして対称的な方向に出射光TBとして出射する。図3(b)のようにマイクロプリズムシートMPSの平坦な面に垂直方向から角度θをなす方向への入射光IBは平坦な面と斜面とで屈折して垂直方向への出射光TBとなる。図3の(a)と(b)とは光の逆進性の関係にある。
(1) Optical action of the microprism sheet The shape inspection device for the object to be inspected according to the present invention makes it possible to observe the side surface of the protrusion on the object to be inspected by utilizing the refraction action of the microprism sheet MPS. The refractive action of light by the microprism sheet MPS will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 3A, the incident light beam IB perpendicular to the surface on the side of the mountain-shaped portion of the microprism sheet MPS is refracted by any inclined surface and flat surface of the mountain-shaped portion, and the angle θ is set in the incident direction. Thus, the light is emitted as the outgoing light TB in a symmetrical direction. As shown in FIG. 3B, the incident light IB in a direction that forms an angle θ from the vertical direction on the flat surface of the microprism sheet MPS is refracted by the flat surface and the inclined surface to become outgoing light TB in the vertical direction. . (A) and (b) of FIG. 3 are in the reverse relationship of light.

このように、マイクロプリズムシートMPSの山形形状部側に入射した光が2方に分かれ屈折して出射し、この出射と同じ角度をなして入射する対称的な2方向からの入射光は屈折してマイクロプリズムシートMPSに垂直方向に出射する。この屈折の角度θはマイクロプリズムシートMPSの材質の屈折率n、山形形状部Mの頂角の大きさに依存する量である。例えば図2のような山形形状部の頂角が90°でマイクロプリズムシートMPSの材質の屈折率nが1.5の場合に、θは約25°となる。   In this way, the light incident on the angled portion side of the microprism sheet MPS is divided into two directions and refracted and emitted, and the incident light from two symmetrical directions incident at the same angle as this emission is refracted. Then, the light is emitted in the direction perpendicular to the microprism sheet MPS. This refraction angle θ is an amount that depends on the refractive index n of the material of the microprism sheet MPS and the apex angle of the mountain-shaped portion M. For example, when the apex angle of the angle-shaped portion as shown in FIG. 2 is 90 ° and the refractive index n of the material of the microprism sheet MPS is 1.5, θ is about 25 °.

図3(a),(b)で逆向きの方向に、すなわちマイクロプリズムシートMPSの平坦な面の側に垂直に入射した光も山形形状部の斜面での屈折により対称的な2つの方向に出射するが、この場合マイクロプリズムシートとしての屈折の角度は図3(a),(b)の場合とは異なったものになる。このことは、楔形プリズムでの入射角と出射角の差としての振れ角が入射角により変わるという性質によるものである。ここでの説明として、図3(a),(b)の形での出射光の角度をマイクロプリズムシートMPSとしての屈折角θとする。   In FIGS. 3A and 3B, the light incident in the opposite direction, that is, the light incident perpendicularly to the flat surface side of the microprism sheet MPS is also symmetric in two directions due to refraction at the slope of the mountain-shaped portion. In this case, the angle of refraction as the microprism sheet is different from that in FIGS. 3 (a) and 3 (b). This is due to the property that the deflection angle as the difference between the incident angle and the exit angle at the wedge prism changes depending on the incident angle. As an explanation here, the angle of the emitted light in the form of FIGS. 3A and 3B is the refraction angle θ as the microprism sheet MPS.

図4は、被検査体のある1点からの光がマイクロプリズムシートMPS、結像レンズLを通過して結像する状況を示す図である。被検査体の1点SPからの光は種々の方向でマイクロプリズムシートMPSに向かい、マイクロプリズムシートを透過し屈折して出射して結像レンズLに向かう。プリズムの屈折角に従い出射した光のうち結像レンズに入らない方向の光SL(点線)は結像に関与できない。このように、マイクロプリズムシートMPSに入射した光はマイクロプリズムシートMPSの山形形状部Mとの位置関係で種々の方向に屈折するが、実質的に結像に関与するのはMLのように光軸に平行な光である。   FIG. 4 is a diagram illustrating a situation in which light from one point on the object to be inspected passes through the microprism sheet MPS and the imaging lens L to form an image. Light from one point SP of the object to be inspected travels toward the microprism sheet MPS in various directions, passes through the microprism sheet, refracts, and exits toward the imaging lens L. Of the light emitted according to the refraction angle of the prism, the light SL (dotted line) in a direction not entering the imaging lens cannot participate in the imaging. As described above, the light incident on the microprism sheet MPS is refracted in various directions depending on the positional relationship with the mountain-shaped portion M of the microprism sheet MPS, but the light that is substantially involved in image formation is light like ML. Light parallel to the axis.

光軸に平行な光ML(実線)は結像レンズLにより結像面IP上の異なる2点に結像する。これは、被検査体の1点Pからの光がマイクロプリズムシートMPS上の2点から出たのと同様になるためである。このように被検査体の1点からの光が2点に結像する作用はマイクロプリズムシートMPSの山形形状部Mが延在する図4での左右方向に関するものであり、マイクロプリズムMPS面においてこれに垂直な方向はマイクロプリズムMPSによる作用は生じない。   Light ML (solid line) parallel to the optical axis is imaged at two different points on the imaging plane IP by the imaging lens L. This is because the light from one point P of the object to be inspected is the same as that emitted from two points on the microprism sheet MPS. In this way, the action of the light from one point on the object to be imaged at two points is related to the horizontal direction in FIG. 4 where the mountain-shaped portion M of the microprism sheet MPS extends, and on the surface of the microprism MPS. In the direction perpendicular to this, the action of the microprism MPS does not occur.

図5はマイクロプリズムシートMPSを介して被検査体を観察する状況を斜視図で示す図である。被検査体Sは直方体形状であり、上面がA、対向する2組の側面がB,C及びE,Dであり、下側が底面となっている。このような被検査体Sからの光がマイクロプリズムシートMPSに向かう状況を側方から見ると、図6に示すようになる。   FIG. 5 is a perspective view showing a state in which the object to be inspected is observed through the microprism sheet MPS. The inspection object S has a rectangular parallelepiped shape, the upper surface is A, the two opposing side surfaces are B, C, E, and D, and the lower side is the bottom surface. FIG. 6 shows a situation in which the light from the object to be inspected S is directed to the microprism sheet MPS from the side.

被検査体Sの側面B,Cからの光はプリズムシートMPSからの高さが異なり、高さの異なる位置からの光はマイクロプリズムシートMPSで屈折する位置が異なることになり、結像レンズLにより結像面IP上で異なるそれぞれ2点の位置に結像する。被検査体Sの上面A上の各点からの光は前述したようにそれぞれ異なる2点の位置に結像する。このようにマイクロプリズムシートの屈折の作用を用いて被検査体における凸部の側面の観察、高さの測定がなされるのであるが、その際マイクロプリズムシートMPSは被検査体上にごく近接した位置に配置すること、あるいは被検査体上に載せるようにして配置するのが望ましい。マイクロプリズムシートが被検査体からある程度離れると、分離した2点の広がりが大きくなり、視野からはみ出して、観察、高さの測定に適切でなくなる。   The light from the side surfaces B and C of the object S to be inspected has a different height from the prism sheet MPS, and the light from a position having a different height has a different position where it is refracted by the microprism sheet MPS. Thus, images are formed at two different positions on the image plane IP. Light from each point on the upper surface A of the inspection object S is imaged at two different positions as described above. In this way, the side surface of the convex portion of the object to be inspected is observed and the height is measured using the action of refraction of the microprism sheet. At that time, the microprism sheet MPS is very close to the object to be inspected. It is desirable to arrange it at a position or to place it on the object to be inspected. When the microprism sheet is separated from the object to be inspected to some extent, the spread of the two separated points becomes large, so that it protrudes from the field of view and is not suitable for observation and height measurement.

(2)被検査体における凸部の側面の観察
マイクロレンズシートMPSを介在させずに被検査体Sを直接結像レンズLにより結像面IP上に結像させた場合は、図7(a)のように、被検査体Sと同形の上面Aのみが見える像となる。
(2) Observation of the side surface of the convex portion in the inspection object When the inspection object S is directly imaged on the imaging surface IP by the imaging lens L without interposing the microlens sheet MPS, FIG. ), An image in which only the upper surface A having the same shape as the inspected object S can be seen.

図5のように、マイクロプリズムシートMPSを介在させ結像レンズLにより結像面IP上に形成される被検査体Sの像は図7(b)のようになり、被検査体Sの上面Aが横方向に伸び、両側に側面B,Cが見える像となる。上面Aが横方向に伸びた状態になるのは前述したように、対象物の1点がマイクロプリズムシートの屈折作用により2点に結像することによる。   As shown in FIG. 5, the image of the inspection object S formed on the imaging surface IP by the imaging lens L through the microprism sheet MPS is as shown in FIG. A extends in the horizontal direction and the side faces B and C are visible on both sides. As described above, the upper surface A is in a state of extending in the lateral direction because one point of the object is imaged at two points by the refraction action of the microprism sheet.

図7(b)のように、マイクロプリズムシートMPSを介して結像させることにより、被検査体Sの上面Aと側面B,Cとが観察される。側面B、CはマイクロプリズムレンズシートMPSの山形形状部が反復して延在する方向にある側面であり、これに直交する方向の側面D,Eは観察されない。マイクロプリズムシートMPSを、光軸を中心軸として90°回転させて被検査体Sを結像させると、上面Aが縦方向に伸び、側面B,Cはなく、側面D,Eが上下に見られる像となる。このように、被検査体と結像レンズとの間にマイクロプリズムシートMPSを配置することにより、凸部の上面とともに側面が観察される。   As shown in FIG. 7B, the upper surface A and the side surfaces B and C of the inspection object S are observed by forming an image through the microprism sheet MPS. The side surfaces B and C are side surfaces in the direction in which the chevron-shaped portion of the microprism lens sheet MPS repeatedly extends, and the side surfaces D and E in the direction orthogonal to the side surfaces are not observed. When the micro prism sheet MPS is rotated 90 ° about the optical axis to form an image of the inspection object S, the upper surface A extends in the vertical direction, the side surfaces B and C are not present, and the side surfaces D and E are viewed vertically. It becomes an image to be made. As described above, by arranging the microprism sheet MPS between the object to be inspected and the imaging lens, the side surface is observed together with the upper surface of the convex portion.

(3)高さの測定
撮像光学系においてマイクロプリズムシートMPSを介在させることにより、被検査体における高さを測定することができる。図8(a),(b)はマイクロプリズムシートMPSを介在させる結像光学系により高さを求める考え方を示す図である。撮像レンズの結像倍率をαとし、マイクロプリズムシートMPSは屈折角がθであり、被検査体、マイクロプリズムシートMPS、撮像レンズが図8(a)のような位置関係になるように設定されている。高さの測定に関しては、マイクロプリズムシートMPSが被検査体Sの凸部の上側で近接した位置になるように設定配置するのがよい。
(3) Height measurement By interposing the micro prism sheet MPS in the imaging optical system, the height of the object to be inspected can be measured. FIGS. 8A and 8B are views showing the concept of obtaining the height by the imaging optical system interposing the micro prism sheet MPS. The imaging magnification of the imaging lens is α, the refraction angle of the microprism sheet MPS is θ, and the object to be inspected, the microprism sheet MPS, and the imaging lens are set to have a positional relationship as shown in FIG. ing. Regarding the height measurement, it is preferable to set and arrange the microprism sheet MPS so that the microprism sheet MPS is close to the upper side of the convex portion of the inspection object S.

マイクロプリズムシートが被検査体の凸部の一点Pから高さhの位置にあるとして、点Pから光軸に対してマイクロプリズムシートMPSの屈折角θの方向の光がマイクロプリズムシートMPSの点Q,Qの位置で屈折して光軸方向に進み、レンズLの結像作用により結像面IP上の2点N,Nとして結像する。マイクロプリズムシートMPS上の点Q,Qの間隔をd、結像面IPにおける点N,Nの間隔をwとすると、図8(a)において、
d/2=h×tan(θ) ……………… (1)
であり、撮像光学系の倍率をαとすると、結像面上での点N,N間の距離wは
w=α×d ……………… (2)
となる。
Assuming that the microprism sheet is located at a height h from one point P of the convex portion of the object to be inspected, light in the direction of the refraction angle θ of the microprism sheet MPS with respect to the optical axis from the point P is a point on the microprism sheet MPS. The light is refracted at the positions of Q 1 and Q 2 and proceeds in the direction of the optical axis, and is imaged as two points N 1 and N 2 on the imaging surface IP by the imaging action of the lens L. If the interval between the points Q 1 and Q 2 on the microprism sheet MPS is d and the interval between the points N 1 and N 2 on the imaging plane IP is w, in FIG.
d / 2 = h × tan (θ) (1)
When the magnification of the imaging optical system is α, the distance w between the points N 1 and N 2 on the image plane is w = α × d (2)
It becomes.

この関係をみるには、図8(b)のように考えるのがよい。図8(b)で、P,PはQ,Qから下方に延長した位置でともに実質的にPと同等の高さにある。すなわち、P,Pは被検査体の凸部の一点Pと光学的に等価な位置であり、Pの間隔はdであって、それぞれP,Pからの光が直進してレンズLにより結像面IP上のN,Nの位置に結像すると考えることができる。 To see this relationship, it is better to think as shown in FIG. In FIG. 8B, P 1 and P 2 are substantially at the same height as P at positions extending downward from Q 1 and Q 2 . That is, P 1 and P 2 are positions that are optically equivalent to one point P of the convex portion of the object to be inspected, and the interval between P 1 and P 2 is d, and light from P 1 and P 2 travels straight ahead, respectively. Then, it can be considered that the lens L forms an image at the positions of N 1 and N 2 on the imaging plane IP.

そうすると、式(1),(2)から高さhは
h=w/2α×tan(θ) ……………… (3)
となる。
Then, the height h is calculated from the expressions (1) and (2) as follows: h = w / 2α × tan (θ) (3)
It becomes.

式(3)で、αは撮像光学系により、また、θはマイクロプリズムシートMPSにより定まる量であるので、撮像された画像におけるwの値からhが求められ、被検査体における凸部の高さが算出されることになる。   In Expression (3), α is an amount determined by the imaging optical system, and θ is an amount determined by the microprism sheet MPS. Therefore, h is obtained from the value of w in the captured image, and the height of the convex portion in the object to be inspected. Is calculated.

実際に高さを算出する上では、撮像光学系、マイクロプリズムシートの配置により式(3)の関係として、画像における幅wと凸部の高さhとの関係を検量線として求めておき、特定の被検査体についての撮像で得られた画像におけるwの値とこの検量線とから高さhを求めるようにするのがよい。図1の被検査体における形状検査装置における演算処理部20においては、撮像装置10での撮像により得られた画像における高さを求める対象となる部分に関し2点間の距離wを求め、それから高さを求める演算を行う機能を備えるものとする。この演算処理部20としては、画像中に対象となる部分についての2点を指定するためのマーク付与手段、式(3)の関係を表す検量線のデータの保持手段等の機能をさらに備えるのがよい。   In actually calculating the height, the relationship between the width w and the height h of the convex portion in the image is obtained as a calibration curve as the relationship of Expression (3) by the arrangement of the imaging optical system and the microprism sheet, It is preferable to obtain the height h from the value of w in the image obtained by imaging for a specific object to be inspected and this calibration curve. In the arithmetic processing unit 20 in the shape inspection apparatus for the object to be inspected in FIG. 1, the distance w between two points is obtained with respect to a portion for which the height in the image obtained by imaging with the imaging apparatus 10 is obtained, and then the height is high. It is assumed that it has a function of performing an operation for obtaining the thickness. The arithmetic processing unit 20 further includes functions such as a mark adding means for designating two points for a target portion in the image, a calibration curve data holding means for expressing the relationship of the equation (3), and the like. Is good.

式(3)の関係では、被検査体の凸部における一点Pについての撮像された画像における幅wから高さを求めている。被検査体の凸部が一点として観測されるのでなく、面として観測される場合には、図7(b)のように、マイクロプリズムシートMPSの作用によりこの面の横方向の幅が伸びることを利用して高さが求められる。この場合には、撮像光路中にマイクロプリズムシートMPSに介在させた状態と、介在させない状態との2つの画像を取得し、面として観測される凸部の横方向の幅の差s′−sを求める。この横方向の幅の差s′−sが式(3)におけるwに相当することになり、これを用いて高さが求められる。   In the relationship of Expression (3), the height is obtained from the width w in the captured image for one point P in the convex portion of the object to be inspected. When the convex portion of the object to be inspected is not observed as one point but as a surface, the width of the surface in the lateral direction is extended by the action of the microprism sheet MPS as shown in FIG. 7B. Is required for height. In this case, two images, a state in which the microprism sheet MPS is interposed in the imaging optical path and a state in which the microprism sheet MPS is not interposed, are acquired, and a difference s′−s in the lateral width of the convex portion observed as a surface. Ask for. This lateral width difference s′−s corresponds to w in the expression (3), and the height is obtained using this difference.

本発明による被検査体における形状検査装置の概略的構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the shape inspection apparatus in the to-be-inspected object by this invention. マイクロプリズムシートの部分的拡大断面図である。It is a partial expanded sectional view of a microprism sheet. (a),(b)マイクロプリズムシートへの入射光、出射光の関係を示す図である。(A), (b) It is a figure which shows the relationship between the incident light to a micro prism sheet, and emitted light. 被検査体のある1点からの光がマイクロプリズムシートを介在して結像する状況を示す図である。It is a figure which shows the condition where the light from one point of a to-be-inspected object forms an image through a microprism sheet. マイクロプリズムシートを介して被検査体を観察する状況を斜視図で示す図である。It is a figure which shows the condition which observes a to-be-inspected object through a microprism sheet with a perspective view. 被検査体Sからの光がマイクロプリズムシートMPSに向かう状況を側方から見るSeeing from the side the situation where the light from the inspected object S goes to the microprism sheet MPS (a)マイクロプリズムシートを介在させずに撮像した被検査体の像を示す図であり、(b)マイクロプリズムシートを介在させて撮像した被検査体の像を示す図である。(A) It is a figure which shows the image of the to-be-inspected object imaged without interposing a micro prism sheet, (b) It is a figure which shows the image of the to-be-inspected object imaged via the micro prism sheet. (a)マイクロプリズムシートMPSを介在させる結像光学系により高さを求める考え方を示す図である。(b)高さを求める考え方を示すした(a)と同等の図である。(A) It is a figure which shows the view which calculates | requires height with the imaging optical system which interposes microprism sheet | seat MPS. (B) It is a figure equivalent to (a) which showed the view which calculates | requires height.

符号の説明Explanation of symbols

1 載置台
2 保持部
3 支柱
4 調節保持部
5 撮像装置取付け部材
10 撮像装置
20 演算処理部
1 Mounting table 2 Holding part 3 Prop
4 Adjustment holding unit 5 Imaging device mounting member 10 Imaging device 20 Arithmetic processing unit

Claims (4)

一方の面において断面が二等辺三角形で同形同大の山形形状部が複数反復して一方向に延在するように連接された形状とされ他方の面が平坦な面であり透明材料からなるマイクロプリズムシートを被検査体に近接した位置に配置することと、
前記マイクロプリズムシートを介して被検査体を撮像可能な位置に撮像装置を配置することと、
前記撮像装置で撮像された画像により被検査体における凸部の正面とともに前記マイクロプリズムシートの山形形状部が反復して延在する方向の被検査体における凸部の側面を観察することと、
からなることを特徴とする被検査体における形状検査を行う方法。
One surface has an isosceles triangular cross-section, and the same shape and size of the chevron-shaped portion are connected to each other so as to extend repeatedly in one direction, and the other surface is a flat surface made of a transparent material. Placing the microprism sheet in a position close to the object to be inspected;
Disposing an imaging device at a position where the subject can be imaged via the microprism sheet;
Observing the side surface of the convex portion in the object to be inspected in the direction in which the chevron-shaped portion of the microprism sheet repeatedly extends along with the front surface of the convex portion in the object to be inspected by the image captured by the imaging device;
A method for inspecting a shape of an object to be inspected, comprising:
被検査体について前記撮像装置で撮像された画像における前記マイクロプリズムシートの山形形状部が反復して延在する方向に間隔をおいた被検査体上の1点に対応する前記画像上の2点の間の間隔に比例する量として被検査体における凸部の高さを求めるようにしたことを特徴とする請求項1に記載の被検査体における形状検査を行う方法。   Two points on the image corresponding to one point on the object to be inspected spaced in the direction in which the chevron-shaped portion of the microprism sheet repeatedly extends in the image captured by the imaging device for the object to be inspected 2. The method for performing shape inspection on an object to be inspected according to claim 1, wherein the height of the convex portion in the object to be inspected is obtained as an amount proportional to the interval between the two. 被検査体を載置するための載置台と、該載置台上に載置された被検査体に載置された被検査体の上側で近接した位置に保持された透明材料からなるマイクロプリズムシートと、該マイクロプリズムシートを介して載置台上の被検査体を撮像するための撮像装置とを備えてなり、前記マイクロプリズムシートは一方の面において断面が二等辺三角形で同形同大の山形形状部が複数反復して一方向に延在するように連接された形状とされ他方の面が平坦な面であるものであって、前記撮像装置で撮像された画像により被検査体における凸部の正面とともに前記マイクロプリズムシートの山形形状部が反復して延在する方向の被検査体における凸部の側面が観察されることを特徴とする被検査体における形状検査装置。   A mounting table for mounting the object to be inspected, and a microprism sheet made of a transparent material held at a position close to the upper side of the object to be inspected mounted on the object to be inspected mounted on the mounting table And an imaging device for imaging an object to be inspected on the mounting table via the microprism sheet, the microprism sheet having an isosceles triangle cross section on one surface and the same shape and size. A convex portion of the object to be inspected by an image picked up by the image pickup device, wherein the shape portion is a shape that is connected so as to repeatedly extend in one direction and the other surface is a flat surface. A shape inspection apparatus for an object to be inspected is characterized in that a side surface of a convex portion of the object to be inspected is observed in a direction in which the angled portion of the microprism sheet repeatedly extends along with the front surface of the object. 被検査体について前記撮像装置で撮像された画像における前記マイクロプリズムシートの山形形状部が反復して延在する方向に間隔をおいた被検査体上の1点に対応する前記画像上の2点の間の間隔に比例する量として被検査体における凸部の高さを求める演算処理部をさらに備えていることを特徴とする請求項3に記載の被検査体における形状検査装置。   Two points on the image corresponding to one point on the object to be inspected spaced in the direction in which the chevron-shaped portion of the microprism sheet repeatedly extends in the image captured by the imaging device for the object to be inspected The shape inspection apparatus for an object to be inspected according to claim 3, further comprising an arithmetic processing unit that obtains the height of the convex portion in the object to be inspected as an amount proportional to an interval between the objects.
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Cited By (3)

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CN106093054A (en) * 2016-08-22 2016-11-09 昆山杰士德精密工业有限公司 Mobile phone surface scratch detection equipment
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