JP2500658B2 - 走査型レ―ザ変位計 - Google Patents

走査型レ―ザ変位計

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JP2500658B2
JP2500658B2 JP30025993A JP30025993A JP2500658B2 JP 2500658 B2 JP2500658 B2 JP 2500658B2 JP 30025993 A JP30025993 A JP 30025993A JP 30025993 A JP30025993 A JP 30025993A JP 2500658 B2 JP2500658 B2 JP 2500658B2
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政幸 與島
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Nippon Electric Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は走査型レーザ変位計に関
する。
【0002】
【従来の技術】従来のレーザ変位計として、例えば、特
開平2−206711号公報に示された実装済みプリン
ト基板の検査装置がある。
【0003】図4はその従来の一例を説明する光学系の
斜視図であり、レーザを使ったビームスポット投光用光
学系51と、ビームスポットの反射面からの反射光を受
け、その反射面の高さ及び輝度情報を得るための半導体
位置検出素子のような光電変換素子52〜55と、三角
測定量を行うためのに反射ビームスポットを光電変換素
子52〜55上にそれぞれ結像するためのレンズ60〜
63とで構成されている。
【0004】これらの光電変換素子52〜55及びレン
ズ60〜63は、ビームスポット69の光軸周辺に配置
され、4組をビームスポットを中心とする同一円周上に
等間隔に配置している。このビームスポット光軸と各光
電変換素子の前に配置されたレンズの光軸とのなす角度
はそれぞれθに設定されている。
【0005】図5は検査装置全体の斜視図であり、7
1、73、75、77は図4で示した光学系が一体とな
った単位検査装置であり、前述の角度θが例えば25°
に設定された第一の単位検査装置群を形成している。7
2、74、76、78も同様な構成よりなる単位検査装
置であり、但し、前述の角度θが異なる例えば40°に
設定されており、第二の単位検査装置群を形成してい
る。70はモータなどの駆動源によりほぼ一定速度で回
転駆動される回転円盤である。単位検査装置71〜78
は回転円盤70の中心に対し同一円周上に等間隔に配置
されており、回転円盤70の回転に伴って、前述のビー
ムスポットが順次被検査物58上を走査する。前記第一
と第二の単位検査装置群の中の各々1つの単位検査装置
の走査が完了する毎に順次間欠的に移動することによ
り、被検査物58の全体を二度ずつビームスポットによ
り走査することが可能となる。79は現在単位検査装置
75が走査している軌跡であり、直前の単位検査装置7
4で走査した軌跡と一致している。従って、同一検査点
を前記角度θの異なる二種類の単位検査装置で走査する
ため、はんだの向き、傾度のよらず、検査を行うことが
できる。
【0006】その他の技術としては、例えば、特開平4
−25749号公報、および特開平5−26637号公
報に示されるものがある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の検査装
置は、回転円盤上に投光用光学系と受光用光学系が一体
となった単位検査装置を複数組設置し、回転円盤の回転
により走査する構成になっているため、被測定面の向
き、傾度によらず安定して測定できるという特徴を持っ
ている反面、支持円盤の回転によるメカニカル走査であ
るため、高速走査が困難である上、光学系が垂直入射の
斜め受光の構成になっているため、平坦で反射指向性の
高い鏡面に近い測定面は測定できないという欠点があっ
た。
【0008】
【課題を解決するための手段】第1の発明の走査型レー
ザ変位計は、(a)一軸ステージを有する測定ステージ
と、(b)波長の異なる複数個のレーザと、前記個々の
レーザ光を反射し同一光軸上に合成する複数枚の第一の
ダイクロイックミラーと、合成されたレーザ光を前記測
定ステージの送り方向と直交する方向に走査するスキャ
ナと、前記スキャナで走査されたレーザ光を前記測定ス
テージの測定面で所要のビーム径に収束しかつ走査速度
を一定にするfθレンズと、前記fθレンズを通過した
レーザ光を再度複数のレーザ光に分光し前記測定ステー
ジの測定面と平行に反射する複数枚の第二のダイクロイ
ックミラーと、前記測定ステージの上方に位置し焦点軸
が測定ステージの送り方向と直交するように設置され前
記第二のダイクロイックミラーで分光された各レーザ光
を反射し前記測定ステージに各々異なる角度で入射させ
るため放物面筒鏡とで構成される投光光学系と、(c)
前記投光光学系で投光されたいずれか一つのレーザ光の
入射角度に等しい反射角方向に置かれ被測定面からの反
射光を受光する第一の集光レンズと、前記集光レンズの
光軸上に置かれ当該レーザ光以外のレーザ光を遮断する
フィルタと、前記第一の集光レンズの結像位置に置かれ
反射光を受光しその受光位置に応じた出力と受光エネル
ギに応じた出力とを出力する第一の光電変換素子とで構
成される第一の受光光学系と、前記測定ステージの鉛直
方向に置かれ被測定面からの反射光を受光する第二の集
光レンズと、前記第二の集光レンズを通過したレーザ光
を分光する複数枚の第三のダイクロイックミラーと、前
記第三のダイクロイックミラーで分光された各レーザ光
を前記第二の集光レンズの結像位置で受光する複数個の
光電変換素子とで構成される第二の受光光学系を有する
受光光学系と、(d)前記スキャナの走査に同期し一定
のサンプリング時間で前記受光光学系の各光電変換素子
の出力から光量及び三角測量により高さを求める複数組
の高さ及び光量検出回路と、前記高さ及び光量検出回路
の中で光量出力が基準出力以上の高さ出力を選択する選
択回路と、前記選択回路で選択された高さ出力を平均化
し高さを算出する高さ演算回路、とを含んで構成され
る。
【0009】第2の発明の走査型レーザ変位計は、前記
投光光学系において複数個のレーザを一個にし第一のダ
イクロイックミラーを取り除き、さらに第二のダイクロ
イックミラーの代わりに一部は透過する複数枚のハーフ
ミラーを用い各光路上にシャッタを設けた投光光学系
と、前記受光光学系における第三のダイクロイックミラ
ーを取り除き一個の光電変換素子にした受光光学系と、
前記複数組の高さ及び光量検出回路の入力を同一光電変
換素子にした。
【0010】第3の発明の走査型レーザ変位計は、前記
測定ステージを二軸にし、さらに投光光学系の前記物面
筒鏡の代わりに、放物面鏡を設置する。
【0011】
【実施例】次に、本発明について図面を参照して詳細に
説明する。
【0012】図1および図2はそれぞれ本発明の一実施
例を示す平面図、および信号処理回路のブロック図であ
る。本実施例は一軸ステージを有する測定ステージ1に
載置された測定対象物2に対して測定ステージ1の送り
方向と直交する方向にレーザ光を走査する投光光学系な
らびにこの投光光学系により走査されたレーザ光の測定
物からの反射光を受光する受光光学系を備えている。
【0013】この投光光学系は、波長の異なる三つのレ
ーザ3,4,5と、三つのレーザ光をそれぞれ反射し同
一光軸上に合成する三つの第一のダイクロイックミラー
6と、合成されたレーザ光を測定ステージ1と平行な面
内で走査するスキャナー7と、スキャナー7で走査され
たレーザ光を測定ステージ1の測定面で所要のビーム径
に収束しかつ走査速度を一定にするfθレンズ8と、f
θレンズ8を通過したレーザ光を測定ステージ1の鉛直
方向に反射するミラー9と、ミラー9で反射されたレー
ザ光を分光し測定ステージ1の測定面と平行に反射する
三つの第二のダイクロイックミラー10と、測定ステー
ジ1の上方に位置し焦点軸が測定ステージ1の送り方向
と直交するように設置され第二のダイクロイックミラー
10で分光された各レーザ光を反射し測定ステージ1に
各々異なる角度で入射させる放物面筒鏡11を有する。
【0014】受光光学系は、投光光学系で異なる角度で
入射された三つのレーザ光3、4、5の中のいずれか一
つのレーザ光(仮にレーザ光3とする)の正反射方向に
おかれ平坦な面での反射光を受光する第一の集光レンズ
12と、集光レンズ12の光軸上に置かれこれ以外のレ
ーザ光を遮断するフィルター13と、第一の集光レンズ
12の結像位置に置かれ反射光を受光する第一の受光素
子14(以下PSDとする)とで構成される第一の受光
光学系と、測定ステージ1の鉛直方向への反射光を受光
する第二の集光レンズ15と、第二の集光レンズ15を
通過したレーザ光を分光する三つの第三のダイクロイッ
クミラー16と、第三のダイクロイックミラー16で分
光された各レーザ光を集光レンズ15の結像位置で受光
する第二、第三及び第四の光電変換素子(以下PSDと
称す)17,18,19てで構成される第二の受光光学
系とを有する。
【0015】図2に示す信号処理回路は、スキャナー7
の走査に同期し一定のサンプリング時間で各PSD1
4,17,18,19の出力から高さ及び光量を求める
四つの高さ及び光量検出回路20,21,22,23
と、四つの高さ及び光量検出回路の中で光量出力が基準
出力以上の高さ出力を選択する選択回路24と、選択回
路24で選択された高さ出力を平均化し高さを算出する
高さ演算回路25とを有する。
【0016】図3は、一方向に傾斜している半田フィレ
ット26における測定例を示した側面図である。傾斜角
度により第2の受光レンズ15に受光されるレーザの入
射角度の条件が異なり、同図においては入射角度の小さ
いレーザ3の光が受光されている状態を示している。同
様に、傾斜が大きいと入射角度を大きくした方がより多
くの反射光を受光できる。
【0017】また、半田フィレット等の形成されていな
いフラットな面に対しては、鉛直方向への反射光はほと
んどなく、レーザの入射角に等しい反射角方向にそのほ
とんどが反射するため、レーザ光3の正反射方向に設置
され第一の受光光学系により測定できる。
【0018】このように入射角度の異なる複数個のレー
ザ光を同時照射し、鉛直方向及び正反射方向の反射光を
受光し、光量の多い測定信頼性の高いデータで選択的に
計測することにより、フラットな面から射度の異なる斜
面まで形状を安定して測定できる。
【0019】
【発明の効果】本発明の走査型レーザ変位計は、複数個
のレーザ光を放物面筒鏡を用いて異なる入射角度で照射
し、鉛直方向及び正反射方向の反射光を受光し光量の多
い測定信頼性の高いデータで選択的に計測することによ
り、フラットな面から斜度の異なる斜面までいろんな形
状を安定して高速・高精度に測定できるという効果があ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す平面図である。
【図2】図1に示した実施例の信号処理回路のブロック
図である。
【図3】本発明の一使用例を示す側面図である。
【図4】従来の一例を示す斜視図である。
【図5】図5に示した従来の単位レーザ変位計を複数組
円盤上に設置した検査装置を示す斜視図である。
【符号の説明】
1 測定ステージ 2 測定対象物 3,4,5 レーザ 6 第一のダイクロイックミラー 7 スキャナ 8 fθレンズ 9 ミラー 10 第二のダイクロイックミラー 11 放物面筒鏡 12,15 集光レンズ 13 フィルタ 14,17,18,19,52〜53 光電変換素子 16 第三のダイクロイックミラー 20〜23 高さ及び光量検出回路 24 選択回路 25 高さ演算回路 26 半田フィレット 27,28 レーザ光 29,30 反射光 51 ビームスポット投光用光学系 58 被検査物 60〜63 レンズ 69 ビームスポット 70 回転円盤 71〜78 単位検査装置 79〜82 走査軌跡

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】(a)一軸ステージを有する測定ステージ
    と、 (b)波長の異なる複数個のレーザと、前記個々のレー
    ザ光を反射し同一光軸上に合成する複数枚の第一のダイ
    クロイックミラーと、合成されたレーザ光を前記測定ス
    テージの送り方向と直交する方向に走査するスキャナ
    と、前記スキャナで走査されたレーザ光を前記測定ステ
    ージの測定面で所要のビーム径に収束しかつ走査速度を
    一定にするfθレンズと、前記fθレンズを通過したレ
    ーザ光を再度複数のレーザ光に分光し前記測定ステージ
    の測定面と平行に反射する複数枚の第二のダイクロイッ
    クミラーと、前記測定ステージの上方に位置し焦点軸が
    測定ステージの送り方向と直交するように設置され前記
    第二のダイクロイックミラーで分光された各レーザ光を
    反射し前記測定ステージに各々異なる角度で入射させる
    放物面筒鏡とで構成される投光光学系と、 (c)前記投光光学系で投光されたいずれか一つのレー
    ザ光の入射角度に等しい反射角方向に置かれ被測定面か
    らの反射光を受光する第一の集光レンズと、前記集光レ
    ンズの光軸上に置かれ当該レーザ光以外のレーザ光を遮
    断するフィルタと、前記第一の集光レンズの結像位置に
    置かれ反射光を受光しその受光位置に応じた出力と受光
    エネルギに応じた出力とを出力する第一の光電変換素子
    とで構成される第一の受光光学系と、前記測定ステージ
    の鉛直方向に置かれ被測定面からの反射光を受光する第
    二の集光レンズと、前記第二の集光レンズを通過したレ
    ーザ光を分光する複数枚の第三のダイクロイックミラー
    と、前記第三のダイクロイックミラーで分光された各レ
    ーザ光を前記第二の集光レンズの結像位置で受光する複
    数個の光電変換素子とで構成される第二の受光光学系を
    有する受光光学系と、 (d)前記スキャナの走査に同期し一定のサンプリング
    時間で前記受光光学系の各光電変換素子の出力から光量
    及び三角測量により高さを求める複数組の高さ及び光量
    検出回路と、前記高さ及び光量検出回路の中で光量出力
    が基準出力以上の高さ出力を選択する選択回路と、前記
    選択回路で選択された高さ出力を平均化し高さを算出す
    る高さ演算回路とで構成される信号処理回路、とを含む
    ことを特徴とする走査型レーザ変位計。
  2. 【請求項2】 前記複数個のレーザを一個にし第一のダ
    イクロイックミラーを取り除き、さらに第二のダイクロ
    イックミラーの代わりに一部は透過する複数枚のハーフ
    ミラーを用い各光路上にシャッタを設けた投光光学系
    と、前記受光光学系における第三のダイクロイックミラ
    ーを取り除き一個の光電変換素子にした受光光学系と、
    前記複数組の高さ及び光量検出回路の入力を同一光電変
    換素子にした請求項1記載の走査型レーザ変位計。
  3. 【請求項3】 前記測定ステージを二軸にし、さらに投
    光光学計の前記放物面筒鏡の代わりに放物面鏡を設置す
    る請求項1記載の走査型レーザ変位計。
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JPH07151510A JPH07151510A (ja) 1995-06-16
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KR100930620B1 (ko) * 2008-10-20 2009-12-09 에이티아이 주식회사 대구경 오목거울을 이용한 삼각측량장치
WO2021049109A1 (ja) * 2019-09-11 2021-03-18 パナソニックIpマネジメント株式会社 水分検知装置

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