JP2020169952A - Measuring device and measuring method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、測定装置および測定方法に関し、特に、2光束干渉法を用いる測定装置および測定方法に関する。 The present invention relates to a measuring device and a measuring method, and more particularly to a measuring device and a measuring method using a two-luminous flux interferometry.
2光束干渉法を用いる測定装置は、例えば、特許文献1に記載されたものがある。この測定装置(形状測定装置)は、図9に示すように、光源1と、コリメータレンズ2と、ビームスプリッタ3と、参照板4と、結像レンズ5と、CCDカメラ6等を備える。
As a measuring device using the two luminous flux interferometry, for example, there is one described in
すなわち、光源1から出射された光(白色光)は、コリメータレンズ2でコリメートされ、ビームスプリッタ3で2方向に分割される。一方の分割光は、被測定対象であるワーク7に測定面に照射され、他方の分割光は、参照板4の参照面に照射される。測定面及び参照面に照射からそれぞれ反射された白色光は、ビームスプリッタ3で合成され、その際の干渉光が結像レンズ5を介してCCDカメラ6で撮像される。
That is, the light (white light) emitted from the
従来の白色干渉による3次元計を用いる場合、視野を大きくする(倍率を低くする)必要がある。しかしながら、視野を大きくすると、水平分解能が落ちることになる。水平分解能を維持するためには、視野の移動が必要となる。このため、このような白色干渉による3次元計において、必要な水平分解能を維持しながらCCDカメラ(イメージセンサ)6よりも大きな視野を測定する場合、ワーク7又は光学系を移動させて複数視野を撮影して、貼り合わせる必要があった。
When using a conventional three-dimensional meter with white interference, it is necessary to increase the field of view (decrease the magnification). However, if the field of view is increased, the horizontal resolution will decrease. In order to maintain the horizontal resolution, it is necessary to move the field of view. Therefore, in such a three-dimensional meter with white interference, when measuring a field of view larger than that of the CCD camera (image sensor) 6 while maintaining the required horizontal resolution, the
複数視野を撮影して、貼り合わせる場合、視野連結のために視野を移動させる必要があり、移動時間が大となる。また、視野の移動のために、重量物(ワークや光学系)を移動させる必要があり、装置(機器)全体は大型化および複雑化することになる。 When multiple fields of view are photographed and pasted together, it is necessary to move the fields of view in order to connect the fields of view, which increases the moving time. Further, in order to move the visual field, it is necessary to move a heavy object (workpiece or optical system), and the entire device (equipment) becomes large and complicated.
本発明は、上記課題に鑑みて、光学系の水平分解能を向上させることができ、しかも、測定時間の短縮を図ることが可能な測定装置および測定方法を提供する。 In view of the above problems, the present invention provides a measuring device and a measuring method capable of improving the horizontal resolution of the optical system and shortening the measuring time.
本発明の測定装置は、光源からの光を2方向に分割して、一方の分割光を被測定部位に照射するとともに、他方の分割光を参照板に照射し、被測定部位及び参照板から反射された反射光を合成してその干渉光を撮像する撮像手段を有する2光収束干渉計を用いた測定装置であって、前記撮像手段は、光電変換部位が1画素面積よりも小さい面積で開口している画素を有するイメージセンサを備え、位置移動手段にて、このイメージセンサと被測定部位とを相対的に移動させて、1画素よりも少なく、画素単位で表す移動量の整数部分を除いた小数部分の量で画素をずらせるものである。 The measuring device of the present invention divides the light from the light source in two directions and irradiates the measured portion with one divided light and irradiates the reference plate with the other divided light from the measured portion and the reference plate. A measuring device using a two-light convergence interferometer having an imaging means for synthesizing reflected reflected light and imaging the interfering light. The imaging means has a photoelectric conversion portion having an area smaller than one pixel area. An image sensor having an open pixel is provided, and the image sensor and the part to be measured are relatively moved by the position moving means to obtain an integer portion of the amount of movement expressed in pixel units, which is less than one pixel. The pixel is shifted by the amount of the excluded fractional part.
本発明の測定装置によれば、光電変換部位が1画素面積よりも小さい面積で開口している画素を有するイメージセンサを用いるので、イメージセンサの見かけの画素サイズが小さくなって、水平分解能を向上させることができる。しかも、画素サイズを小さくしたことによって計測できない部分(抜け部分)を、イメージセンサと被測定部位との相対移動で補完することができる。 According to the measuring device of the present invention, since an image sensor having pixels in which the photoelectric conversion portion is opened in an area smaller than one pixel area is used, the apparent pixel size of the image sensor is reduced and the horizontal resolution is improved. Can be made to. Moreover, the portion (missing portion) that cannot be measured due to the reduced pixel size can be complemented by the relative movement between the image sensor and the portion to be measured.
イメージセンサの光電変換部位の開口は、画素に遮光部を設けることによって構成できる。ここで、遮光部として、例えば、黒色顔料(カーボンブラック)が含まれる塗料(樹脂)、金属の蒸着膜、金属板(エッチングや機械加工)等で構成することができる。このように、遮光部としては、種々の簡単な構成で設けることができる。 The opening of the photoelectric conversion portion of the image sensor can be configured by providing a light-shielding portion in the pixel. Here, the light-shielding portion can be composed of, for example, a paint (resin) containing a black pigment (carbon black), a metal vapor deposition film, a metal plate (etching or machining), or the like. As described above, the light-shielding portion can be provided with various simple configurations.
イメージセンサの光電変換部位の開口は、フォトダイオードの受光面にて構成することができる。このようなフォトダイオードを有するイメージセンサを製造すればよく、遮光部を設ける必要がなく、生産性に優れる。 The opening of the photoelectric conversion portion of the image sensor can be formed by the light receiving surface of the photodiode. An image sensor having such a photodiode may be manufactured, and it is not necessary to provide a light-shielding portion, which is excellent in productivity.
イメージセンサの光電変換部位の開口面積は、1画素面積の7%以上30%以下とすることができる。このように設定するのが、生産上安定する。 The aperture area of the photoelectric conversion portion of the image sensor can be 7% or more and 30% or less of the one pixel area. Setting in this way is stable in production.
光電変換部位の開口形状が、略円形、略楕円形、略正方形、および略長方形のいずれかであってもよい。ここで、略円形とは、真円はもちろん、ある程度円に近い形状(若干の楕円形状や円周に凹凸を有する形状など)を含む概念である。略楕円形とは、実際の楕円及び楕円に近い形状を含むものであり、楕円に近い形状とは複合円のようなものや円と直線とで形作られたようなものをも含む趣旨である。略正方形とは、実際の正方形及び実質的に正方形に近い形状であり、頂点に丸み等を有する実質的な長方形も含むものである。略長方形とは、実際の長方形及び実質的に長方形に近い形状であり、頂点に丸み等を有する実質的な長方形も含むものである。 The aperture shape of the photoelectric conversion portion may be any of substantially circular, substantially elliptical, substantially square, and substantially rectangular. Here, the substantially circular shape is a concept that includes not only a perfect circle but also a shape that is close to a circle to some extent (such as a slightly elliptical shape or a shape having irregularities on the circumference). The abbreviated ellipse includes an actual ellipse and a shape close to an ellipse, and a shape close to an ellipse includes a compound circle and a shape formed by a circle and a straight line. .. The substantially square is an actual square and a shape substantially close to a square, and includes a substantially rectangle having rounded vertices and the like. The substantially rectangular shape is an actual rectangle and a shape substantially close to a rectangle, and includes a substantial rectangle having rounded vertices and the like.
位置移動手段は、イメージセンサを被測定部位に対して移動させる圧電アクチュエータにて構成することができる。ここで、圧電アクチュエータとは、ピエゾ圧電効果を応用したアクチュエータであり、このため、高精度であり、高速応答性であり、停止保持力が高く、低消費電力であり、電磁ノイズがでず、小型で高密度配置が可能であり、構造がシンプルである等の利点がある。 The position moving means can be configured by a piezoelectric actuator that moves the image sensor with respect to the part to be measured. Here, the piezoelectric actuator is an actuator to which the piezo piezoelectric effect is applied, and therefore, it has high accuracy, high-speed response, high stop holding force, low power consumption, and no electromagnetic noise. It is compact and can be arranged at high density, and has advantages such as a simple structure.
被測定部位がボンディングされたワイヤ、その接合部、及び接合させるべき被接合部の少なくともいずれかであってもよい。 The part to be measured may be at least one of the bonded wire, the joint portion thereof, and the joint portion to be bonded.
光源から照射される光が単色光又は複数色であるのが好ましい。単色光の光源として、レーザ光源やLED光源で構成できる。また、複数色光は、複数種類の単色色が混ざった光である。なお、光源から照射される光として白色光であってもよい。ここで、白色光とは380nmから750nmの波長の光が混じった光である。このため、2光束干渉法を用いれば、それぞれの色の光は、この2つ光路の光路長差が波長の「整数倍」の時に強め合い、「整数倍+半波長」の時に弱め合う。そして、全ての色の光の干渉結果の合成が白色光の干渉結果となり、光路長差が0の時、全ての波長の光が強め合いことになり、白色光の干渉は最も明るくなる。 The light emitted from the light source is preferably monochromatic light or a plurality of colors. The monochromatic light source can be configured by a laser light source or an LED light source. Further, the multicolor light is light in which a plurality of types of monochromatic colors are mixed. The light emitted from the light source may be white light. Here, white light is light mixed with light having a wavelength of 380 nm to 750 nm. Therefore, if the two-luminous flux interferometry is used, the light of each color strengthens each other when the optical path length difference between the two optical paths is "integer multiple" of the wavelength, and weakens each other when "integer multiple + half wavelength". Then, the synthesis of the interference results of the light of all colors becomes the interference result of the white light, and when the optical path length difference is 0, the light of all wavelengths strengthens each other, and the interference of the white light becomes the brightest.
本発明の測定方法は、光を2方向に分割して、一方の分割光を被測定部位に照射するとともに、他方の分割光を参照板に照射し、被測定部位及び参照板から反射された反射光を合成してその干渉光を撮像する2光収束干渉法を用いた測定方法であって、光電変換部位が1画素面積よりも小さい面積で開口している画像を有するイメージセンサと、被測定部位とを相対的に移動させて、1画素よりも少なく、画素単位で表す移動量の整数部分を除いた小数部分の量で画像をずらせて、イメージセンサで被測定対象部を撮像するものである。 In the measurement method of the present invention, light is divided in two directions, one divided light is irradiated to the measured portion, and the other divided light is irradiated to the reference plate, which is reflected from the measured portion and the reference plate. This is a measurement method using a two-light convergence interference method that synthesizes reflected light and captures the interference light, and is an image sensor having an image in which the photoelectric conversion part is opened in an area smaller than one pixel area, and a cover. A device that moves the measurement site relative to the measurement site, shifts the image by the amount of the fractional part excluding the integer part of the movement amount expressed in pixel units, which is less than one pixel, and images the measurement target part with an image sensor. Is.
本発明の測定方法によれば、電変換部位が1画素面積よりも小さい面積で開口している画像を有するイメージセンサを用いるので、イメージセンサの見かけの画素サイズが小さくなって、水平分解能を向上させることができる。しかも、画素サイズを小さくすることによって計測できない部分(抜け部分)を、イメージセンサと被測定部位との相対移動で補完することができる。 According to the measurement method of the present invention, since an image sensor having an image in which the electroconversion portion is opened in an area smaller than one pixel area is used, the apparent pixel size of the image sensor is reduced and the horizontal resolution is improved. Can be made to. Moreover, by reducing the pixel size, the portion that cannot be measured (missing portion) can be complemented by the relative movement between the image sensor and the portion to be measured.
イメージセンサと被測定部位との相対移動を一定ピッチとしても、任意の不定ピッチで移動させてもよい。X方向及び/又はY方向のイメージセンサと被測定部位との相対位置移動のみを行うものであってもよい。 The relative movement between the image sensor and the part to be measured may be a constant pitch or may be moved at an arbitrary indefinite pitch. Only the relative position movement between the image sensor in the X direction and / or the Y direction and the measured portion may be performed.
イメージセンサと被測定部位とのX方向及び/又はY方向の相対位置移動、およびX方向及びY方向と直交するイメージセンサのZ方向のスキャンが可能であって、イメージセンサのZ方向のスキャン中に、X方向及び/又はY方向のイメージセンサの相対移動を行うように設定できる。この場合、例えば、イメージセンサのZ方向のスキャンを複数回(複数ステップ)に分け、1ステップ移動後にイメージセンサと被測定部位との相対位置移動を行い、次の1ステップ移動後にイメージセンサと被測定部位との相対位置移動を行うように設定できる。 It is possible to move the relative position of the image sensor and the part to be measured in the X and / or Y directions, and scan the image sensor in the Z direction orthogonal to the X and Y directions, and the image sensor is being scanned in the Z direction. Can be set to relatively move the image sensor in the X and / or Y directions. In this case, for example, the Z-direction scan of the image sensor is divided into a plurality of times (multiple steps), the relative position of the image sensor and the measured portion is moved after one step, and the image sensor and the subject are moved after the next one step. It can be set to move the position relative to the measurement site.
イメージセンサと被測定部位とのX方向及び/又はY方向の相対位置移動、およびX方向及びY方向と直交するイメージセンサのZ方向のスキャンが可能であって、イメージセンサをZ方向のスキャン後に、X方向及び/又はY方向のイメージセンサと被測定部位との相対位置移動を行うように設定できる。この場合、例えば、メージセンサのZ方向プラス側のスキャンを行った後に、イメージセンサと被測定部位との相対位置移動を行い、次に、イージセンサのZ方向マイナス側のスキャンを行った後に、イメージセンサと被測定部位との相対位置移動を行うように設定できる。 It is possible to move the relative position of the image sensor and the part to be measured in the X and / or Y directions, and scan the image sensor in the Z direction orthogonal to the X and Y directions, and after scanning the image sensor in the Z direction. , X direction and / or Y direction image sensor can be set to move relative position to the measured part. In this case, for example, after scanning the image sensor on the positive side in the Z direction, the relative position of the image sensor and the part to be measured is moved, and then scanning on the negative side in the Z direction of the easy sensor is performed, and then the image sensor. It can be set to move the position relative to the part to be measured.
前記方法における被測定部位がボンディングされたワイヤ、その接合部、及び接合させるべき被接合部の少なくともいずれかである。 The part to be measured in the method is at least one of the bonded wire, the joint portion thereof, and the joint portion to be joined.
本発明では、水平分解能を向上させることができて、精度の高い測定が可能となる。また、相対位置移動の1回の移動量を画素サイズよりも小さくするので、1回の移動時間が短く、スループット(単位時間あたりに処理できる量)を向上させることができる。特に、センサ側を移動させるものでは、移動機構を簡略化することができる。 In the present invention, the horizontal resolution can be improved, and highly accurate measurement becomes possible. Further, since the amount of one movement of the relative position movement is smaller than the pixel size, the time of one movement is short, and the throughput (the amount that can be processed per unit time) can be improved. In particular, in the case of moving the sensor side, the moving mechanism can be simplified.
以下本発明の実施の形態を図1〜図8に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 8.
図1は本発明に係る測定装置を示し、この測定装置は、図8に示すような被測定部位Sに対して、形状、軌跡、寸法、および接合品質等を測定(検出)する装置であり、被測定部位Sとして、ボンディングワイヤ51、ワイヤ接合部52、被接合部53、その他計測領域(図外)である。すなわち、この被測定部位Sを有するワークとして、ボンディングワイヤ51が接続される基板等である。
FIG. 1 shows a measuring device according to the present invention, and this measuring device is a device that measures (detects) the shape, locus, dimensions, bonding quality, etc. of a measured portion S as shown in FIG. The measurement site S is a
測定装置は、図1に示すように、単色光又は複数色光である光源11と、コリメータレンズ12と、ビームスプリッタ13と、参照板14と、結像レンズ15と、撮像手段10を構成するCCDカメラやCMOSカメラ等のカメラ16等を備える。光源11として、光が単色光の場合、紫色や青色や緑や赤等のLED光源やレーザ光源を適用することができる。また、複数色光とは、複数種類の単色色が混ざった光である。なお、光源から照射される光として白色光であってもよい。白色光を用いる場合、キセノンランプ、ハロゲンランプ、水銀ランプ、白色LED等の他の白色光源を採用することができる。また、光として、可視光であっても可視光以外であってもよい。
As shown in FIG. 1, the measuring device includes a
光源11から出射された光は、コリメータレンズ12でコリメートされ、ビームスプリッタ13で2方向に分割される。一方の分割光は、被測定部位SであるワークWの測定面に照射され、他方の分割光は、参照板14の参照面に照射される。測定面及び参照面の照射からそれぞれ反射された光は、ビームスプリッタ13で合成され、その際の干渉光が結像レンズ15を介してCCDカメラ16で撮像される。すなわち、この測定装置は2光束干渉方式である。
The light emitted from the
CCDカメラやCMOSカメラ等のカメラ16は、図2(a)〜図2(d)に示すようなイメージセンサ18を備える。イメージセンサ18の画素20は、光電変換を行うフォトダイオード(PD)21で構成される光電変換部位22と、回路等のフォトダイオード以外の部位(非光電変換部位)23とで構成される。そして、CCDカメラ16は、このようなイメージセンサ18が、図6(a)(b)に示すように複数個有するものである。
A
すなわち、このイメージセンサ18は、光電変換部位22が1画素面積よりも小さい面積で開口している画素20を有するものである。この場合、光電変換部位22の開口面積は、1画素面積の7%〜30%とすることができる。例えば、画素20を3行3列の9分割とすると、開口面積が1画像の11%程度となり、画素20を2行2列の4分割とすると、開口面積が1画像の25%程度となる。画素を細かく分割すると、開口面積が小さく、暗く(受光効率が低く)なるため、3行3列や2行2列程度の分割が好ましい。このように、電変換部位22の開口面積を、1画素面積の7%〜30%に設定するのが生産上安定する。
That is, the
光電変換部位22としては、図2(a)〜図2(d)に示すように種々の位置に配置することができる。また、図3(a)〜図3(d)は、被測定部位S側のイメージセンサ18の投影図を示す。このため、投影面18Aは、1画素20が4等分(1行1列)され、光電変換部位22が図2(a)に示す位置に配置された場合、光電変換部位22が図3(a)の「1」の区画20aに対応し、図2(b)に示す位置に配置された場合、光電変換部位22が図3(b)の「1」の区画20aに対応し、図2(c)に示す位置に配置された場合、光電変換部位22が図3(c)の「1」の区画20aに対応し、図2(d)に示す位置に配置された場合、光電変換部位22が図3(d)の「1」の区画20aに配置されている。
The
このため、この図2に示す光電変換部位22の開口面積としては、イメージセンサ18の1画素20の25%程度としている。そして、イメージセンサ18は、相互に直交するX・Y方向に、移動手段25を介して移動可能となっている。この場合、移動手段25にて、イメージセンサ18と被測定部位Sとを相対的に移動させて、1画素よりも少なく、画素単位で表す移動量の整数部分を除いた小数部分の量で画素をずらせるものである。すなわち、X方向又はY方向の相対移動量が、1.5pixの場合、(1.5−1)pix=0.5pixがずらし量となる。また、X方向又はY方向の相対移動量が、5.2pixの場合、(5.2−5)pix=0.2pixがずらし量となる
Therefore, the opening area of the
図2(a)に示す場合には、光電変換部位22としては、図3(a)の「1」→「2」→「3」→「4」に移動し、図2(b)に示す場合には、光電変換部位22としては、図3(b)の「1」→「2」→「3」→「4」に移動し、図2(c)に示す場合には、光電変換部位22としては、図3(c)の「1」→「2」→「3」→「4」に移動し、図2(d)に示す場合には、光電変換部位22としては、図3(d)の「1」→「2」→「3」→「4」に移動する。これによって、光電変換部位22は、1画素20全体をカバーすることができる。
In the case shown in FIG. 2 (a), the
移動手段25は、例えば、ボールねじ機構、リニアガイド機構、又はシリンダ機構等を用いることができ、それらの駆動源に、ピエゾアクチュエータ(ピエゾモータ)、超音波モータ、サーボモータ、又はステッピングモータ等の種々ものを用いることができる。 As the moving means 25, for example, a ball screw mechanism, a linear guide mechanism, a cylinder mechanism or the like can be used, and various drive sources thereof include a piezo actuator (piezo motor), an ultrasonic motor, a servo motor, a stepping motor and the like. Can be used.
また、被測定部位Sを有するワークWはステージ26上に配置され、このステージ26は、Z方向移動手段27にてZ方向に往復動可能となっている。すなわち、移動手段25は、カメラ16の移動方向であるX・Y方向(水平面上)の移動と直交する方向(鉛直方向)にステージ26を往復動させることができる。このZ方向移動手段27も、前記移動手段25と同様、例えば、ボールねじ機構、リニアガイド機構、又はシリンダ機構等を用いることができ、それらの駆動源に、ピエゾアクチュエータ(ピエゾモータ)、超音波モータ、サーボモータ、又はステッピングモータ等の種々のものを用いることができる。被測定部位に、干渉を越える凹凸部を有する場合等において、被測定部位S側をZ方向に移動させることによって測定可能とすることができる。
Further, the work W having the measured portion S is arranged on the
ところで、この測定装置は、図1に示すようにZ方向走査手段28を備える。Z方向走査手段28としては、イメージセンサであるカメラ6に設けられる走査回路で構成できる。このように、Z方向走査手段28を有することによって、このカメラの焦点位置をZ方向に上から下へ走査させながら被測定部位Sの画像を取得したり、Z方向に下から上へ走査させながら被測定部位Sの画像を取得したりすることができる。なお、このZ方向走査手段28を、Z方向移動手段27で構成することが可能であり、このZ方向移動手段27を省略することが可能である。
By the way, this measuring device includes a Z-direction scanning means 28 as shown in FIG. The Z-direction scanning means 28 can be configured by a scanning circuit provided in the
そして、各手段25,27,28は図1に示すように制御手段30にて制御される。制御手段30は、例えば、CPU(Central Processing Unit)を中心としてROM(Read Only Memory)やRAM(Random Access Memory)等がバスを介して相互に接続されたマイクロコンピュータである。また、制御手段30には、図示省略の記憶手段が接続されている。記憶手段は、それぞれ、HDD(Hard Disc Drive)やDVD(Digital Versatile Disk)ドライブ、CD−R(Compact Disc-Recordable)ドライブ、EEPROM(Electronically Erasable and Programmable Read Only Memory)等からなる。なお、ROMには、CPUが実行するプログラムやデータが格納されている。 Then, each means 25, 27, 28 is controlled by the control means 30 as shown in FIG. The control means 30 is, for example, a microcomputer in which a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), and the like are connected to each other via a bus centering on a CPU (Central Processing Unit). Further, a storage means (not shown) is connected to the control means 30. The storage means includes an HDD (Hard Disc Drive), a DVD (Digital Versatile Disk) drive, a CD-R (Compact Disc-Recordable) drive, an EEPROM (Electronically Erasable and Programmable Read Only Memory), and the like. The ROM stores programs and data executed by the CPU.
次に図1に示す測定装置を用いてワークWの被測定部位Sを測定する方法を説明する。この場合、イメージセンサ18のX・Y方向の移動と、Z方向走査(Zスキャン)とを組み合わせて測定することになる。例えば、第1の方法として、Zスキャン中にX・Y方向の移動を行い、第2の方法として、Zスキャンの往復動毎にX・Y方向の移動を行うものである。
Next, a method of measuring the measured portion S of the work W using the measuring device shown in FIG. 1 will be described. In this case, the movement of the
第1の方法は、具体的には、Zスキャンを上から下とした場合、スキャンを複数段に分け、1ステップ分スキャンした後又はスキャン中に、(Z方向移動が停止してもZ方向移動が停止していなくても、)X・Y方向の移動を行い、さらに1ステップ分スキャンした後、X・Y方向の移動を行う。これを全Zスキャンが完了するまで行う。また、第1の方法において、Zスキャンが下から上であってもよい。 Specifically, when the Z scan is from top to bottom, the first method divides the scan into a plurality of stages, and after scanning for one step or during the scan (even if the movement in the Z direction stops, the Z direction Even if the movement is not stopped, the movement is performed in the XY directions, and after scanning for one step, the movement is performed in the XY directions. This is done until all Z scans are completed. Also, in the first method, the Z scan may be from bottom to top.
第2の方法は、下から上へスキャンした後、X・Y方向の移動、1ピッチを行い、次に、上から下へスキャンして、X・Y方向の移動、1ピッチを行い、1画素20全体をカバーするようにする。また、上から下へスキャンした後、X・Y方向の移動、1ピッチを行い、次に、下から上へスキャンして、X・Y方向の移動、1ピッチを行うようにしてもよい。第1・第2の方法における各X・Y方向の移動(1ピッチの移動)は、図3(a)(b)(c)(d)に示すように、「1」→「2」、「2」→「3」、又は「3」→「4」である。
The second method is to scan from bottom to top, then move in the XY directions, perform one pitch, then scan from top to bottom, move in the XY directions, perform one pitch, and perform 1 pitch. The
図4は、イメージセンサ18が1画素20を図5のように3行3列に分割した場合の1区画20aに光電変換部位22が設けられている場合を示している。図5(a)〜図5(d)は、被測定部位S側のイメージセンサ18の投影図を示す。図4(a)では、光電変換部位22が、図5(a)の「1」の区画20aに対応し、図4(b)では、光電変換部位22が、図5(b)の「2」の区画20aに対応し、図4(c)では、光電変換部位22が、図5(b)の「3」の区画20aに対応し、図4(d)では、光電変換部位22が、図5(b)の「4」の区画20aに対応し、図4(e)では、光電変換部位22が、図5(b)の「5」の区画20aに対応し、図4(f)では、光電変換部位22が、図5(b)の「6」の区画20aに対応し、図4(g)では、光電変換部位22が、図5(b)の「7」の区画20aに対応し、図4(h)では、光電変換部位22が、図5(b)の「8」の区画20aに対応し、図4(i)では、光電変換部位22が、図5(b)の「9」の区画20aに対応している
FIG. 4 shows a case where the
なお、図5(a)〜図5(f)が、図4(a)に示す位置に光電変換部位22が対応する場合のX・Y方向移動順を示している。それぞれ、「1」→「2」→「3」→「4」→「5」→「6」→「7」→「8」→「9」と移動する。また、図4(b)から図4(f)に示す位置に光電変換部位22が対応する場合のX・Y方向移動順としては、全区画20aに移動できる範囲でそれぞれ任意に設定でき、それらの図示を省略している。
5 (a) to 5 (f) show the order of movement in the XY directions when the
ところで、前記実施形態では、光電変換部位22の開口形状を略正方形としていたが、図6に示すような他の形状のものであってもよい。すなわち、図6(a)では略長方形であり、図6(b)では略円形であり、図6(c)では略長円であり、図6(d)では略6角形である。ここで、略円形とは、真円はもちろん、ある程度円に近い形状(若干の楕円形状や円周に凹凸を有する形状など)を含む概念である。略楕円形とは、実際の楕円及び楕円に近い形状を含むものであり、楕円に近い形状とは複合円のようなものや円と直線とで形作られたようなものをも含む趣旨である。略正方形とは、実際の正方形及び実質的に正方形に近い形状であり、頂点に丸み等を有する実質的な長方形も含むものである。略長方形とは、実際の長方形及び実質的に長方形に近い形状であり、頂点に丸み等を有する実質的な長方形も含むものである。略6角形とは、実際の正6角形及び実質的に6角形に近い形状であり、頂点に丸み等を有する実質的な6角形も含むものである
By the way, in the above-described embodiment, the opening shape of the
前記各実施形態の光電変換部位22としては、1画素20面積よりも小さい面積で開口するように設定するのが好ましい。また、各光電変換部位22として、PD21全体で構成しても、図2(a)で示すように、光電変換部位22の受光面に遮光部24を設けることによって、PD21の元の受光面の面積を小さくして、光電変換部位22を設けるようにしてもよい。光電変換部位22の開口面積は、1画素面積の7%以上30%以下の面積とするのが好ましい。
The
遮光部24を設ける場合、例えば、黒色顔料(カーボンブラック)が含まれる塗料(樹脂)、金属の蒸着膜、金属板(エッチングや機械加工)等で構成することができる。このように、遮光部24としては、種々の簡単な構成で設けることができる。
When the light-shielding
1画素20面積よりも小さい光電変換部位が開口している画素を有するイメージセンサ18を用いるので、イメージセンサ18の見かけの画素サイズが小さくなって、水平分解能を向上させることができる。しかも、画素サイズを小さくしたことによって計測できない部分(抜け部分)を、イメージセンサ18と被測定部位との相対移動で補完することができる。
Since the
すなわち、本発明では、水平分解能を向上させることができて、精度の高い測定が可能となる。また、相対位置移動の1回の移動量が画素サイズよりも小さくするので、1回の移動時間が短く、スループット(単位時間あたりに処理できる量)を向上させることができる。特に、センサ側を移動させるものでは、移動機構を簡略化することができる。 That is, in the present invention, the horizontal resolution can be improved and highly accurate measurement becomes possible. Further, since the amount of one movement of the relative position movement is smaller than the pixel size, the time of one movement is short, and the throughput (the amount that can be processed per unit time) can be improved. In particular, in the case of moving the sensor side, the moving mechanism can be simplified.
また、イメージセンサ18と被測定部位SとのX方向及び/又はY方向の相対位置移動、およびX方向及びY方向と直交するイメージセンサ18のZ方向のスキャンが可能であるので、カメラの画素毎の高さデータを得ることができ、また、被測定部位Sの反射率に応じて明るさも取得可能で、輝度画像も取得できる。このため、種々の形状・寸法の測定が可能となる。
Further, since the relative position movement of the
この実施形態では、ボンディングワイヤ51、ワイヤ接合部52、ワイヤ被接合部53、その他計測領域に含まれる3Dデータを取得できる。このため、この3Dデータから、形状、軌跡、寸法、および接合品質等を観察することができる。
In this embodiment, 3D data included in the
ところで、前記イメージセンサ18を1個のものについて説明したが、図7に示すように、複数個のイメージセンサ18を備えたものであってもよい。この場合、複数個のイメージセンサ18が1つ列に並んだラインセンサを構成している。図7(a)の状態では、光電変換部位22に対応するH1の範囲を観察(測定)でき、隣合うH1・H1間の範囲の観察ができない。そこで、複数個のイメージセンサを矢印方向に1ピッチ(H1・H1間の範囲に光電変換部位が対応する移動量)だけ移動させることによって、図7(b)に示すように、H1・H1間にH2の観察(測定)可能範囲を形成することができる。このため、観察もれがなくなる。
By the way, although one
複数個のイメージセンサ18を備える場合、図6に示すように1列に並設したものに限るものではなく、複数個のイメージセンサ18はマトリックス状(複数行列状)に配置したエリアセンサであってもよい。
When a plurality of
また、前記実施形態では、Z方向のスキャンを行っていたが、他の実施形態として、このようなZ方向のスキャンを行わないものであってもよい。 Further, in the above-described embodiment, the scan in the Z direction is performed, but as another embodiment, such a scan in the Z direction may not be performed.
本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、例えば、カードとして、前記実施形態では、X・Y方向に移動させる場合、一定ピッチで、隣り合う区画20aへの移動であるが、ワークの被測定部位Sの形状等によって、一定ピッチで移動させる必要はない。すなわち、図5に示すように区画20aされている場合に、図5(a)の「1」から「3」等に移動してもよい。また、前記実施形態で、X方向又はY方向に移動するものであったが、X方向及びY方向に対して傾斜する方向に移動させてもよい。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made. For example, in the above-described embodiment, when the card is moved in the XY directions, it can be moved to the
本発明に係る測定装置に用いる2光束干渉計として、前記実施形態では、マイケルソン干渉方式であったが、ミラウ干渉方式であってもよい。 As the two-luminous flux interferometer used in the measuring device according to the present invention, the Michelson interference method was used in the above embodiment, but the Mirau interference method may be used.
ところで、本測定装置及び測定方法では、センサ18よりも大きな視野を観察する(光学倍率1倍以下の光学系)ものが本発明の特有の作用効果を得るのに最適となる。しかしなしながら、センサ18と同一視野を観察するものであっても、センサ18よりも小さな視野を観察するものであってもよい。
By the way, in the present measuring device and the measuring method, the one that observes a field of view larger than that of the sensor 18 (an optical system having an optical magnification of 1 times or less) is most suitable for obtaining the action and effect peculiar to the present invention. However, it may be the one that observes the same field of view as the
10 撮像手段
11 光源
14 参照板
16 カメラ
18 イメージセンサ
20 画素
21 光電変換部位
25 移動手段
27 Z方向移動手段
28 Z方向走査手段
51 ボンディングワイヤ
52 ワイヤ接合部
53 被接合部
S 被測定部位
10 Imaging means 11
Claims (15)
前記撮像手段は、光電変換部位が1画素面積よりも小さい面積で開口している画素を有するイメージセンサを備え、位置移動手段にて、このイメージセンサと被測定部位とを相対的に移動させて、1画素よりも少なく、画素単位で表す移動量の整数部分を除いた小数部分の量で画素をずらせることを特徴とする測定装置。 The light from the light source is divided in two directions, one divided light is applied to the part to be measured, and the other divided light is applied to the reference plate to synthesize the reflected light reflected from the part to be measured and the reference plate. It is a measuring device using a two-light focusing interferometer having an imaging means for imaging the interference light.
The imaging means includes an image sensor having pixels in which the photoelectric conversion portion is opened in an area smaller than one pixel area, and the position moving means is used to relatively move the image sensor and the portion to be measured. A measuring device characterized in that the pixels are shifted by the amount of a fractional portion excluding the integer portion of the movement amount expressed in pixel units, which is less than one pixel.
光電変換部位が1画素面積よりも小さい面積で開口している画像を有するイメージセンサと、被測定部位とを相対的に移動させて、1画素よりも少なく、画素単位で表す移動量の整数部分を除いた小数部分の量で画像をずらせて、イメージセンサで被測定対象部を撮像することを特徴とする測定方法。 The light is divided in two directions, one divided light is applied to the part to be measured, and the other divided light is applied to the reference plate, and the reflected light reflected from the part to be measured and the reference plate is synthesized and the light is synthesized. It is a measurement method using the two-light convergence interferometry that captures the interference light.
An integer portion of the amount of movement expressed in pixel units, which is less than one pixel by relatively moving the image sensor having an image in which the photoelectric conversion part has an opening in an area smaller than one pixel area and the part to be measured. A measurement method characterized in that the image is imaged with an image sensor by shifting the image by the amount of a fractional portion excluding.
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