JP2531449B2 - レ―ザ変位計 - Google Patents
レ―ザ変位計Info
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- JP2531449B2 JP2531449B2 JP5226298A JP22629893A JP2531449B2 JP 2531449 B2 JP2531449 B2 JP 2531449B2 JP 5226298 A JP5226298 A JP 5226298A JP 22629893 A JP22629893 A JP 22629893A JP 2531449 B2 JP2531449 B2 JP 2531449B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、レーザ変位計に関し、
特に実装電子部品等の段差、反射率変動のあるプリント
基板のような測定物に対して収束レーザビームを走査し
て高速・高精度に測定物の表面の高さを測定するレーザ
変位計に関する。
特に実装電子部品等の段差、反射率変動のあるプリント
基板のような測定物に対して収束レーザビームを走査し
て高速・高精度に測定物の表面の高さを測定するレーザ
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号公報に記載された実装済みプリン
ト基板の検査装置に応用したレーザ変位計がある。
平２−２０６７１１号公報に記載された実装済みプリン
ト基板の検査装置に応用したレーザ変位計がある。
【０００３】図７は、ビームスポット投光用光学系と受
光用光学系群が一体となった従来のレーザ変位計の斜視
図である。垂直入射のレーザ光を中心とする同心円周上
に等間隔で受光レンズ５９〜６６を配置し、同様にレー
ザ光を中心とする同心円周上に位置検出型の光電変換素
子５１〜５８を配置し、レーザ光の実装済みプリント基
板６７からの斜め方向の反射光を受光レンズ５９〜６６
を通して光電変換素子５９〜６６上に結像させ、三角測
量により測定物、すなわち実装済みプリント基板６７の
表面の高さを測定している。
光用光学系群が一体となった従来のレーザ変位計の斜視
図である。垂直入射のレーザ光を中心とする同心円周上
に等間隔で受光レンズ５９〜６６を配置し、同様にレー
ザ光を中心とする同心円周上に位置検出型の光電変換素
子５１〜５８を配置し、レーザ光の実装済みプリント基
板６７からの斜め方向の反射光を受光レンズ５９〜６６
を通して光電変換素子５９〜６６上に結像させ、三角測
量により測定物、すなわち実装済みプリント基板６７の
表面の高さを測定している。
【０００４】図８は、プリント基板の検査装置全体の斜
視図で、図７に示したレーザ変位計が回転円盤７０の円
周上に等間隔で配置されており、円盤を一定速度で回転
すると同時にプリント基板６７を一方向に送ることでレ
ーザビームによるプリント基板上の走査を行っている。
視図で、図７に示したレーザ変位計が回転円盤７０の円
周上に等間隔で配置されており、円盤を一定速度で回転
すると同時にプリント基板６７を一方向に送ることでレ
ーザビームによるプリント基板上の走査を行っている。
【０００５】図７に示した従来のレーザ変位計では、受
光用光学計を８方向に設けているため、実装済みプリン
ト基板６７のはんだ面等の向き、傾きが変化し、反射光
の拡散特性が変化しても、いずれかの受光用光学系で受
光でき、受光量の多い高さ情報を選択・平均化すること
で検査の信頼性を高めている。
光用光学計を８方向に設けているため、実装済みプリン
ト基板６７のはんだ面等の向き、傾きが変化し、反射光
の拡散特性が変化しても、いずれかの受光用光学系で受
光でき、受光量の多い高さ情報を選択・平均化すること
で検査の信頼性を高めている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来のレーザ
変位計は、反射光の反射特性の変化に対応するために複
数方向に複数組の受光用光学系が必要である上、ビーム
走査をレーザ変位計を複数個設置した回転円盤により機
械的に行っているため、装置が複雑化、大型化し高速化
が困難である上、高価になる。また、散乱光受光型の投
光・受光二軸光学系のため反射指向性の高いフラットな
面の測定が困難な上、測定物の面の傾き、反射率変動に
対する許容範囲も比較的せまい。さらい、受光素子の受
光面サイズと光学倍率により測定範囲と測定分解能が決
定されるため、精度と測定範囲がトレードオフの関係に
あり、精度を上げると測定範囲が狭まり、逆に測定範囲
を広くすると精度が悪くなる。
変位計は、反射光の反射特性の変化に対応するために複
数方向に複数組の受光用光学系が必要である上、ビーム
走査をレーザ変位計を複数個設置した回転円盤により機
械的に行っているため、装置が複雑化、大型化し高速化
が困難である上、高価になる。また、散乱光受光型の投
光・受光二軸光学系のため反射指向性の高いフラットな
面の測定が困難な上、測定物の面の傾き、反射率変動に
対する許容範囲も比較的せまい。さらい、受光素子の受
光面サイズと光学倍率により測定範囲と測定分解能が決
定されるため、精度と測定範囲がトレードオフの関係に
あり、精度を上げると測定範囲が狭まり、逆に測定範囲
を広くすると精度が悪くなる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明のレーザ変位計
は、（ａ）測定物を載置する測定ステージと、（ｂ）レ
ーザと、レーザ光を所要のビーム径に拡大するビーム拡
大器と、前記ビーム拡大器の光軸上にありレーザ光を分
光する偏光ビームスプリッタと、前記偏光ビームスプリ
ッタを直進したレーザ光の光軸上に置かれた四分の一波
長板と、前記四分の一波長板を通過したレーザ光を走査
させるスキャナと、前記スキャナにより走査させられた
レーザ光を前記測定ステージの測定面上で所要のビーム
径に収束しかつ走査速度を一定にするテレセントリック
なｆθレンズと、円形で等分割された扇形の領域の厚さ
がそれぞれ異なりこの領域それぞれをレーザ光が前記ス
キャナの一周期で通過するように等速回転される回転ガ
ラスとで構成されレーザ光を前記測定ステージに対して
鉛直方向から照射し一定方向に走査する投光光学系と、
（ｃ）測定物の鉛直方向の反射光で前記投光光学系の前
記回転ガラス、前記ｆθレンズ、前記スキャナ及び前記
四分の一波長板を通過し前記偏光ビームスプリッタで分
光されたレーザ光を集光する集光レンズと、前記集光レ
ンズの光軸上に置かれレーザ光の偏光面を解消する偏光
解消板と、前記偏光解消板を通過したレーザ光を二分す
るハーフミラーと、前記ハーフミラーで二分されたレー
ザ光の一方の光軸上の前記集光レンズの前焦点の位置に
置かれた第１のピンホールと、前記ハーフミラーで二分
されたレーザ光の他方の光軸上の後焦点の位置で前記集
光レンズの焦点から前記第１のピンホールと等距離に置
かれた第２のピンホールと、それぞれが前記第１及び第
２のピンホールそれぞれの直後に置かれたレーザ光を受
光する第１及び第２の受光素子とで構成される受光光学
系と、（ｄ）前記第１及び第２の受光素子それぞれの出
力Ａ及びＢに対して正規化データ（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋
Ｂ）を算出し測定物の高さを求める第１の高さ演算回路
と、前記第１の高さ演算回路の出力をサンプリングし前
記正規化データ及び光量出力（Ａ＋Ｂ）を格納するメモ
リ回路と、前記メモリ回路に格納した前記光量出力を比
較し前記光量出力が最も高い前記回転ガラスの分割され
た領域における前記正規化データを選択する選択回路
と、前記選択回路が選択した正規化データから求まる高
さを当該選択した正規化データを得た前記回転ガラスの
分割された領域の厚さによる影響を較正して測定物の高
さを求める第２の高さ演算回路とで構成される信号処理
回路とを含み、前記投光光学系及び前記受光光学系に対
し前記測定ステージが前記投光光学系によるレーザ光の
走査方向と直交する方向に走行することを特徴とする。
は、（ａ）測定物を載置する測定ステージと、（ｂ）レ
ーザと、レーザ光を所要のビーム径に拡大するビーム拡
大器と、前記ビーム拡大器の光軸上にありレーザ光を分
光する偏光ビームスプリッタと、前記偏光ビームスプリ
ッタを直進したレーザ光の光軸上に置かれた四分の一波
長板と、前記四分の一波長板を通過したレーザ光を走査
させるスキャナと、前記スキャナにより走査させられた
レーザ光を前記測定ステージの測定面上で所要のビーム
径に収束しかつ走査速度を一定にするテレセントリック
なｆθレンズと、円形で等分割された扇形の領域の厚さ
がそれぞれ異なりこの領域それぞれをレーザ光が前記ス
キャナの一周期で通過するように等速回転される回転ガ
ラスとで構成されレーザ光を前記測定ステージに対して
鉛直方向から照射し一定方向に走査する投光光学系と、
（ｃ）測定物の鉛直方向の反射光で前記投光光学系の前
記回転ガラス、前記ｆθレンズ、前記スキャナ及び前記
四分の一波長板を通過し前記偏光ビームスプリッタで分
光されたレーザ光を集光する集光レンズと、前記集光レ
ンズの光軸上に置かれレーザ光の偏光面を解消する偏光
解消板と、前記偏光解消板を通過したレーザ光を二分す
るハーフミラーと、前記ハーフミラーで二分されたレー
ザ光の一方の光軸上の前記集光レンズの前焦点の位置に
置かれた第１のピンホールと、前記ハーフミラーで二分
されたレーザ光の他方の光軸上の後焦点の位置で前記集
光レンズの焦点から前記第１のピンホールと等距離に置
かれた第２のピンホールと、それぞれが前記第１及び第
２のピンホールそれぞれの直後に置かれたレーザ光を受
光する第１及び第２の受光素子とで構成される受光光学
系と、（ｄ）前記第１及び第２の受光素子それぞれの出
力Ａ及びＢに対して正規化データ（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋
Ｂ）を算出し測定物の高さを求める第１の高さ演算回路
と、前記第１の高さ演算回路の出力をサンプリングし前
記正規化データ及び光量出力（Ａ＋Ｂ）を格納するメモ
リ回路と、前記メモリ回路に格納した前記光量出力を比
較し前記光量出力が最も高い前記回転ガラスの分割され
た領域における前記正規化データを選択する選択回路
と、前記選択回路が選択した正規化データから求まる高
さを当該選択した正規化データを得た前記回転ガラスの
分割された領域の厚さによる影響を較正して測定物の高
さを求める第２の高さ演算回路とで構成される信号処理
回路とを含み、前記投光光学系及び前記受光光学系に対
し前記測定ステージが前記投光光学系によるレーザ光の
走査方向と直交する方向に走行することを特徴とする。
【０００８】
【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。
説明する。
【０００９】図１は本発明の一実施例の光学系を示す斜
視図である。
視図である。
【００１０】本実施例は一軸ステージを有する測定ステ
ージ１に載置された対象測定物１９に対してレーザ光を
走査する投光光学系２及びこの投光光学系２により走査
させられたレーザ光の測定物１９からの反射光を受光す
る受光光学系１１を備えている。
ージ１に載置された対象測定物１９に対してレーザ光を
走査する投光光学系２及びこの投光光学系２により走査
させられたレーザ光の測定物１９からの反射光を受光す
る受光光学系１１を備えている。
【００１１】この投光光学系２は、レーザ３と、レーザ
３からのレーザ光を所要のビーム径に拡大するビーム拡
大器４と、レーザ光を分光する偏光ビームスプリッタ５
と、偏光ビームスプリッタ５の直進光の光軸上に置かれ
た四分の一波長板６と、レーザ光を走査させるスキャナ
７と、スキャナ７で走査させられたレーザ光を測定ステ
ージ１の測定面に対して鉛直に反射する反射ミラー８
と、走査レーザ光の光軸上にありレーザ光を所要のビー
ム径に収束しかつ走査速度を一定にするテレセントリッ
クｆθレンズ９と、ｆθレンズ９と測定ステージ１の間
に設置された円形で等分割された扇形の領域の厚さがそ
れぞれ異なり各領域をレーザ光がスキャナ７の一周期で
通過するように等速回転される回転ガラス１０とで構成
され、レーザ光を測定ステージ１に対して鉛直方向から
照射し測定ステージ１の送り方向と直交する方向に走査
させている。
３からのレーザ光を所要のビーム径に拡大するビーム拡
大器４と、レーザ光を分光する偏光ビームスプリッタ５
と、偏光ビームスプリッタ５の直進光の光軸上に置かれ
た四分の一波長板６と、レーザ光を走査させるスキャナ
７と、スキャナ７で走査させられたレーザ光を測定ステ
ージ１の測定面に対して鉛直に反射する反射ミラー８
と、走査レーザ光の光軸上にありレーザ光を所要のビー
ム径に収束しかつ走査速度を一定にするテレセントリッ
クｆθレンズ９と、ｆθレンズ９と測定ステージ１の間
に設置された円形で等分割された扇形の領域の厚さがそ
れぞれ異なり各領域をレーザ光がスキャナ７の一周期で
通過するように等速回転される回転ガラス１０とで構成
され、レーザ光を測定ステージ１に対して鉛直方向から
照射し測定ステージ１の送り方向と直交する方向に走査
させている。
【００１２】受光光学系１１は、測定物１９からの鉛直
方向の反射光で投光光学系２の回転ガラス１０、ｆθレ
ンズ９、スキャナ７、四分の一波長板６を通過し偏光ビ
ームスプリッタ５で分光されたレーザ光を集光する集光
レンズ１２と、集光レンズ１２の光軸上に置かれた偏光
解消板１３と、偏光解消板１３を通過したレーザ光を二
分するハーフミラー１４と、ハーフミラー１４で二分さ
れたレーザ光の光軸上にありそれぞれ集光レンズ１２の
前焦点および後焦点の位置に焦点から等距離に置かれた
第１および第２のピンホール１５、１７と、ピンホール
１５、１７の直後に置かれレーザ光を受光する第１およ
び第２の受光素子１６、１８とで構成されている。な
お、光軸上に置かれた四分の一波長板６は、測定物１９
からの反射光の偏光面を入射光に対して９０度回転さ
せ、偏光ビームスプリッタ５で分光させる働きをしてい
る。
方向の反射光で投光光学系２の回転ガラス１０、ｆθレ
ンズ９、スキャナ７、四分の一波長板６を通過し偏光ビ
ームスプリッタ５で分光されたレーザ光を集光する集光
レンズ１２と、集光レンズ１２の光軸上に置かれた偏光
解消板１３と、偏光解消板１３を通過したレーザ光を二
分するハーフミラー１４と、ハーフミラー１４で二分さ
れたレーザ光の光軸上にありそれぞれ集光レンズ１２の
前焦点および後焦点の位置に焦点から等距離に置かれた
第１および第２のピンホール１５、１７と、ピンホール
１５、１７の直後に置かれレーザ光を受光する第１およ
び第２の受光素子１６、１８とで構成されている。な
お、光軸上に置かれた四分の一波長板６は、測定物１９
からの反射光の偏光面を入射光に対して９０度回転さ
せ、偏光ビームスプリッタ５で分光させる働きをしてい
る。
【００１３】図２は、図１に示した光学系による高さ測
定原理を説明するための図である。図１における受光光
学系１１は共焦点光学系になっており、測定物１９がｆ
θレンズ９の焦点位置にあると反射光２１は集光レンズ
１２の焦点距離の位置で結像する。図２（ａ）がそれに
対応し、この場合ピンホール１５、１７の直後に置か
れ、集光レンズ１２の前焦点および後焦点に置かれた二
つの受光素子１６、１８の入射光量出力は等しくなる。
これに対し、測定物１９がｆθレンズ９の焦点位置より
遠ざかると、反射光２１は集光レンズ１２の焦点距離よ
り手前側で結像する。図２（ｂ）がそれに対応し、この
場合前焦点に置かれた受光素子１６の入射光量出力が後
焦点に置かれた受光素子１８の入射光量出力より大きく
なる。逆に、測定物１９がｆθレンズ９の焦点位置より
近づくと、反射光２１は集光レンズ１２の焦点距離より
後側で結像する。図２（ｃ）がそれに対応し、この場合
は後焦点側の受光素子１８の入射光量出力が大きくな
る。従って集光レンズ１２の焦点距離の前後に置かれた
二つの受光素子１６、１８の差出力を検出することによ
り測定物１９の高さを測定できる。
定原理を説明するための図である。図１における受光光
学系１１は共焦点光学系になっており、測定物１９がｆ
θレンズ９の焦点位置にあると反射光２１は集光レンズ
１２の焦点距離の位置で結像する。図２（ａ）がそれに
対応し、この場合ピンホール１５、１７の直後に置か
れ、集光レンズ１２の前焦点および後焦点に置かれた二
つの受光素子１６、１８の入射光量出力は等しくなる。
これに対し、測定物１９がｆθレンズ９の焦点位置より
遠ざかると、反射光２１は集光レンズ１２の焦点距離よ
り手前側で結像する。図２（ｂ）がそれに対応し、この
場合前焦点に置かれた受光素子１６の入射光量出力が後
焦点に置かれた受光素子１８の入射光量出力より大きく
なる。逆に、測定物１９がｆθレンズ９の焦点位置より
近づくと、反射光２１は集光レンズ１２の焦点距離より
後側で結像する。図２（ｃ）がそれに対応し、この場合
は後焦点側の受光素子１８の入射光量出力が大きくな
る。従って集光レンズ１２の焦点距離の前後に置かれた
二つの受光素子１６、１８の差出力を検出することによ
り測定物１９の高さを測定できる。
【００１４】図３のブロック図に示すように信号処理回
路２０は第１の高さ演算回路２２と、メモリ回路２３
と、選択回路２４と、第２の高さ演算回路２５とで構成
されている。第１の高さ演算回路２２は二つの受光素子
１６、１８の出力Ａ、Ｂに対して（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋
Ｂ）なる正規化演算処理を行い測定物１９の高さを求め
る。測定物１９の高さは正規化データ（Ａ−Ｂ）／（Ａ
＋Ｂ）に比例する。メモリ回路２３は第１の高さ演算回
路２２の出力をサンプリングし回転ガラス１０の分割走
査分（Ｎ走査とする）の正規化データ（Ａ−Ｂ）／（Ａ
＋Ｂ）及び光量出力（Ａ＋Ｂ）を格納する。選択回路２
４はメモリ回路２３の同一走査位置における回転ガラス
１０の各分割領域のＮ個の光量出力（Ａ＋Ｂ）を比較
し、光量出力の最も高い時の正規化データを選択する。
第２の高さ演算回路２５は選択回路２４により選択した
正規化データ及び選択した正規化データを高さ演算回路
２２から得た時のレーザ光が走査している回転ガラス１
０の分割領域の厚さにより高さを較正して一走査におけ
る測定物の高さを求める。
路２０は第１の高さ演算回路２２と、メモリ回路２３
と、選択回路２４と、第２の高さ演算回路２５とで構成
されている。第１の高さ演算回路２２は二つの受光素子
１６、１８の出力Ａ、Ｂに対して（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋
Ｂ）なる正規化演算処理を行い測定物１９の高さを求め
る。測定物１９の高さは正規化データ（Ａ−Ｂ）／（Ａ
＋Ｂ）に比例する。メモリ回路２３は第１の高さ演算回
路２２の出力をサンプリングし回転ガラス１０の分割走
査分（Ｎ走査とする）の正規化データ（Ａ−Ｂ）／（Ａ
＋Ｂ）及び光量出力（Ａ＋Ｂ）を格納する。選択回路２
４はメモリ回路２３の同一走査位置における回転ガラス
１０の各分割領域のＮ個の光量出力（Ａ＋Ｂ）を比較
し、光量出力の最も高い時の正規化データを選択する。
第２の高さ演算回路２５は選択回路２４により選択した
正規化データ及び選択した正規化データを高さ演算回路
２２から得た時のレーザ光が走査している回転ガラス１
０の分割領域の厚さにより高さを較正して一走査におけ
る測定物の高さを求める。
【００１５】回転ガラス１０の分割領域の厚さによる測
定物１９の高さの較正量△Ｈは回転ガラス１０の屈折率
をｎ、レーザ光が通っている分割領域のガラスの厚さの
基準厚さからの差を△ｔとすると△Ｈ＝（ｎ−１）△ｔ
／ｎとなる。従って求める測定物１９の高さは正規化デ
ータ（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）に比例する値に△Ｈを加算
した値となる。
定物１９の高さの較正量△Ｈは回転ガラス１０の屈折率
をｎ、レーザ光が通っている分割領域のガラスの厚さの
基準厚さからの差を△ｔとすると△Ｈ＝（ｎ−１）△ｔ
／ｎとなる。従って求める測定物１９の高さは正規化デ
ータ（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）に比例する値に△Ｈを加算
した値となる。
【００１６】なお、図示していないが回転ガラス１０に
同期して回転するエンコーダ等により回転ガラス１０の
回転角度を計測し、レーザ光が走査される位置に回転ガ
ラス１０のどの分割領域が位置するかを検出し、その分
割領域のガラスの厚さから上記の△ｔを知ることができ
る。
同期して回転するエンコーダ等により回転ガラス１０の
回転角度を計測し、レーザ光が走査される位置に回転ガ
ラス１０のどの分割領域が位置するかを検出し、その分
割領域のガラスの厚さから上記の△ｔを知ることができ
る。
【００１７】また、回転ガラス１０の分割領域のいずれ
か１つの領域の上面をレーザ光を全反射するようにし、
受光素子１６または１８の光量出力が全反射に担当する
値になった時からの経過時間によりどの分割領域がレー
ザ光の走査位置にあるかを知るようにすることもでき
る。
か１つの領域の上面をレーザ光を全反射するようにし、
受光素子１６または１８の光量出力が全反射に担当する
値になった時からの経過時間によりどの分割領域がレー
ザ光の走査位置にあるかを知るようにすることもでき
る。
【００１８】図４は、測定物１９の高さと受光素子１
６、１８への入射光量との関係を説明するための図であ
る。図４（ａ）は、測定物１９がｆθレンズ９の焦点位
置近傍にある場合で、反射光２１は集光レンズ１３の焦
点位置で結像するため反射光の多くが焦点位置近傍に置
かれた二つのピンホール１５、１７を通過でき、二つの
受光素子１６、１８の入射光量の総和（Ａ＋Ｂ）は大き
くなる。図４（ｂ）は、測定物１９がｆθレンズ９の焦
点位置より遠くにある場合で、反射光２１はピンホール
１５、１７の手前で結像するため、反射光２１の多くが
ピンホール１５、１７で遮光され、入射光量の総和（Ａ
＋Ｂ）は減少する。図４（ｃ）は、測定物１９がｆθレ
ンズ９の焦点位置より近くにある場合で、反射光２１は
ピンホール１５、１７の後方で結像するため、図４
（ｂ）と同様に反射光２１の多くがピンホール１５、１
７で遮光され、入射光量の総和（Ａ＋Ｂ）は減少する。
６、１８への入射光量との関係を説明するための図であ
る。図４（ａ）は、測定物１９がｆθレンズ９の焦点位
置近傍にある場合で、反射光２１は集光レンズ１３の焦
点位置で結像するため反射光の多くが焦点位置近傍に置
かれた二つのピンホール１５、１７を通過でき、二つの
受光素子１６、１８の入射光量の総和（Ａ＋Ｂ）は大き
くなる。図４（ｂ）は、測定物１９がｆθレンズ９の焦
点位置より遠くにある場合で、反射光２１はピンホール
１５、１７の手前で結像するため、反射光２１の多くが
ピンホール１５、１７で遮光され、入射光量の総和（Ａ
＋Ｂ）は減少する。図４（ｃ）は、測定物１９がｆθレ
ンズ９の焦点位置より近くにある場合で、反射光２１は
ピンホール１５、１７の後方で結像するため、図４
（ｂ）と同様に反射光２１の多くがピンホール１５、１
７で遮光され、入射光量の総和（Ａ＋Ｂ）は減少する。
【００１９】図５は、厚さの異なる回転ガラス１０の機
能を説明するための図である。測定物１９からの反射光
２１は、回転ガラス１０のガラス面２７、２８でそれぞ
れ屈折するため、ガラスのない光路２６に比べｆθレン
ズ９の焦点位置を△Ｚずらすことができる。この変位量
△Ｚはガラスの厚さに比例するため、厚さの段階的に異
なるガラスを挿入することにより焦点位置を段階的に変
えることができる。
能を説明するための図である。測定物１９からの反射光
２１は、回転ガラス１０のガラス面２７、２８でそれぞ
れ屈折するため、ガラスのない光路２６に比べｆθレン
ズ９の焦点位置を△Ｚずらすことができる。この変位量
△Ｚはガラスの厚さに比例するため、厚さの段階的に異
なるガラスを挿入することにより焦点位置を段階的に変
えることができる。
【００２０】収束ビームの場合、ビーム径が小さいほど
絞られている範囲は小さく、また焦点から離れるにつれ
急激にビーム径が拡大するため、高さ方向に広い計測範
囲を細いビーム径で分解能よく測定することは困難であ
る。また、受光素子１６、１８の正規化出力（Ａ−Ｂ）
／（Ａ＋Ｂ）は、入射光量の総和（Ａ＋Ｂ）が小さくな
ると誤差が大きくなる。従って、回転ガラス１０の厚さ
の異なる分割領域それぞれで同一箇所を複数回測定し、
測定系の焦点が測定物１９の高さに最も近い状態を光量
出力（Ａ＋Ｂ）がより大ききことにより選択し測定物の
高さを求めることにより、高分解能・高精度な測定がで
きる。
絞られている範囲は小さく、また焦点から離れるにつれ
急激にビーム径が拡大するため、高さ方向に広い計測範
囲を細いビーム径で分解能よく測定することは困難であ
る。また、受光素子１６、１８の正規化出力（Ａ−Ｂ）
／（Ａ＋Ｂ）は、入射光量の総和（Ａ＋Ｂ）が小さくな
ると誤差が大きくなる。従って、回転ガラス１０の厚さ
の異なる分割領域それぞれで同一箇所を複数回測定し、
測定系の焦点が測定物１９の高さに最も近い状態を光量
出力（Ａ＋Ｂ）がより大ききことにより選択し測定物の
高さを求めることにより、高分解能・高精度な測定がで
きる。
【００２１】図６は図７に示した従来のレーザ変位計で
用いられた投受光別々の二軸光軸方式と本発明で用いた
投受光単一光軸方式との違いを説明するための図であ
る。図６に示すように高い隣接物３０、３０′が測定物
１９の周囲に存在していた場合、単一光軸方式は鉛直方
向の反射光を受光するため隣接物３０、３０′に遮光さ
れることはほとんどないが、二軸光軸方式は入射とα度
異なる方向への反射光を受光レンズ２９、２９′により
受光するため、隣接物３０、３０′に遮光される範囲が
生まれる。さらに測定物１９の反射光は指向性を持って
おり一般に入射と同一方向に強い反射強度分布３１を有
する。このため単一光軸方式は二軸光軸方式に比べ安定
して反射光を受光でき、凹凸、傾きのある測定物を高精
度に測定できる。
用いられた投受光別々の二軸光軸方式と本発明で用いた
投受光単一光軸方式との違いを説明するための図であ
る。図６に示すように高い隣接物３０、３０′が測定物
１９の周囲に存在していた場合、単一光軸方式は鉛直方
向の反射光を受光するため隣接物３０、３０′に遮光さ
れることはほとんどないが、二軸光軸方式は入射とα度
異なる方向への反射光を受光レンズ２９、２９′により
受光するため、隣接物３０、３０′に遮光される範囲が
生まれる。さらに測定物１９の反射光は指向性を持って
おり一般に入射と同一方向に強い反射強度分布３１を有
する。このため単一光軸方式は二軸光軸方式に比べ安定
して反射光を受光でき、凹凸、傾きのある測定物を高精
度に測定できる。
【００２２】
【発明の効果】本発明のレーザ変位計は、従来の三角測
量によるレーザ変位計が複数個の受光系を用いて選択的
に測定を行っていたのに代わり、測定物にレーザ光を垂
直に照射する単一光軸方式を用いることにより測定物表
面の高低の差が大きくても、測定物の反射光が垂直上向
きの指向性を有していても受光光学系が測定物からの反
射光を安定して受光でき、測定物を高精度に測定でき
る。またレーザ光に一方向の走査を行わせ、簡単な構造
の装置にすることができる。また、光路中に置かれた各
分割領域で厚さの異なる円形ガラスを高速回転すること
により、測定物の広い測定範囲を高精度にかつ高速に高
さ測定できるという効果がある。
量によるレーザ変位計が複数個の受光系を用いて選択的
に測定を行っていたのに代わり、測定物にレーザ光を垂
直に照射する単一光軸方式を用いることにより測定物表
面の高低の差が大きくても、測定物の反射光が垂直上向
きの指向性を有していても受光光学系が測定物からの反
射光を安定して受光でき、測定物を高精度に測定でき
る。またレーザ光に一方向の走査を行わせ、簡単な構造
の装置にすることができる。また、光路中に置かれた各
分割領域で厚さの異なる円形ガラスを高速回転すること
により、測定物の広い測定範囲を高精度にかつ高速に高
さ測定できるという効果がある。
【図１】本発明の一実施例の光学系を示す斜視図であ
る。
る。
【図２】図１に示した実施例の受光光学系の高さ測定原
理を説明するための図である。
理を説明するための図である。
【図３】図１に示した信号処理回路２０の詳細を示すブ
ロック図である。
ロック図である。
【図４】図１に示した実施例の測定物の高さと光量出力
の変化を説明するための図である。
の変化を説明するための図である。
【図５】図１に示した実施例の回転ガラス１０の作用を
説明するための図である。
説明するための図である。
【図６】図１に示した実施例の受光特性を説明するため
の図である。
の図である。
【図７】従来のレーザ変位計を示す斜視図である。
【図８】図７に示したレーザ変位計を用いたプリント基
板の検査装置の斜視図である。
板の検査装置の斜視図である。
１ 測定ステージ ２ 投光光学系 ３ レーザ ４ ビーム拡大器 ５ 偏光ビームスプリッタ ６ ４分の１波長板 ７ スキャナ ８ 反射ミラー ９ ｆθレンズ １０ 回転ガラス １１ 受光光学系 １２ 集光レンズ １３ 偏光解消板 １４ ハーフミラー １５ 第１のピンホール １６ 第１の受光素子 １７ 第２のピンホール １８ 第２の受光素子 １９ 測定物 ２０ 信号処理回路 ２１ 反射光 ２２ 第１の高さ演算回路 ２３ メモリ回路 ２４ 選択回路 ２５ 第２の高さ演算回路 ２７，２８ ガラス面 ２６ ガラスの無い光路 ３０，３０′ 隣接物 ３１ 反射強度 ２９，２９′ 受光レンズ ５０ ビームスポット投光用光学系 ５１〜５８ 光電変換素子 ５９〜６６ レンズ ６７ 被検査プリント基板 ７０ 回転円盤 ７１〜７４ レーザ変位計
Claims (1)
- 【請求項１】（ａ）測定物を載置する測定ステージと、 （ｂ）レーザと、レーザ光を所要のビーム径に拡大する
ビーム拡大器と、前記ビーム拡大器の光軸上にありレー
ザ光を分光する偏光ビームスプリッタと、前記偏光ビー
ムスプリッタを直進したレーザ光の光軸上に置かれた四
分の一波長板と、前記四分の一波長板を通過したレーザ
光を走査させるスキャナと、前記スキャナにより走査さ
せられたレーザ光を前記測定ステージの測定面上で所要
のビーム径に収束しかつ走査速度を一定にするテレセン
トリックなｆθレンズと、円形で等分割された扇形の領
域の厚さがそれぞれ異なりこの領域それぞれをレーザ光
が前記スキャナの一周期で通過するように等速回転され
る回転ガラスとで構成されレーザ光を前記測定ステージ
に対して鉛直方向から照射し一定方向に走査する投光光
学系と、 （ｃ）測定物の鉛直方向の反射光で前記投光光学系の前
記回転ガラス、前記ｆθレンズ、前記スキャナ及び前記
四分の一波長板を通過し前記偏光ビームスプリッタで分
光されたレーザ光を集光する集光レンズと、前記集光レ
ンズの光軸上に置かれレーザ光の偏光面を解消する偏光
解消板と、前記偏光解消板を通過したレーザ光を二分す
るハーフミラーと、前記ハーフミラーで二分されたレー
ザ光の一方の光軸上の前記集光レンズの前焦点の位置に
置かれた第１のピンホールと、前記ハーフミラーで二分
されたレーザ光の他方の光軸上の後焦点の位置で前記集
光レンズの焦点から前記第１のピンホールと等距離に置
かれた第２のピンホールと、それぞれが前記第１及び第
２のピンホールそれぞれの直後に置かれたレーザ光を受
光する第１及び第２の受光素子とで構成される受光光学
系と、 （ｄ）前記第１及び第２の受光素子それぞれの出力Ａ及
びＢに対して正規化データ（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）を算
出し測定物の高さを求める第１の高さ演算回路と、前記
第１の高さ演算回路の出力をサンプリングし前記正規化
データ及び光量出力（Ａ＋Ｂ）を格納するメモリ回路
と、前記メモリ回路に格納した前記光量出力を比較し前
記光量出力が最も高い前記回転ガラスの分割された領域
における前記正規化データを選択する選択回路と、前記
選択回路が選択した正規化データから求まる高さを当該
選択した正規化データを得た前記回転ガラスの分割され
た領域の厚さによる影響を較正して測定物の高さを求め
る第２の高さ演算回路とで構成される信号処理回路とを
含み、前記投光光学系及び前記受光光学系に対し前記測
定ステージが前記投光光学系によるレーザ光の走査方向
と直交する方向に走行することを特徴とするレーザ変位
計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5226298A JP2531449B2 (ja) | 1993-09-13 | 1993-09-13 | レ―ザ変位計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5226298A JP2531449B2 (ja) | 1993-09-13 | 1993-09-13 | レ―ザ変位計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0783619A JPH0783619A (ja) | 1995-03-28 |
| JP2531449B2 true JP2531449B2 (ja) | 1996-09-04 |
Family
ID=16843024
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5226298A Expired - Fee Related JP2531449B2 (ja) | 1993-09-13 | 1993-09-13 | レ―ザ変位計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2531449B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100484498B1 (ko) * | 2002-01-25 | 2005-04-20 | 광주과학기술원 | 레이저를 이용한 미세 원통 구조물 제조를 위한 빔과 회전중심축 정렬장치 |
| JP4494438B2 (ja) * | 2007-06-15 | 2010-06-30 | 株式会社オプセル | レーザ走査干渉計 |
| JP5430292B2 (ja) * | 2009-03-26 | 2014-02-26 | 京セラ株式会社 | 被写体距離計測装置 |
| JP5965721B2 (ja) * | 2012-05-16 | 2016-08-10 | 株式会社東光高岳 | 多焦点撮像装置 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5982336U (ja) * | 1982-11-24 | 1984-06-04 | 株式会社東芝 | 光デイスク検査装置 |
| JPH04290909A (ja) * | 1991-03-19 | 1992-10-15 | Fujitsu Ltd | 配線パターン検査装置 |
-
1993
- 1993-09-13 JP JP5226298A patent/JP2531449B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0783619A (ja) | 1995-03-28 |
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