JP2595821B2 - 3D shape measuring device - Google Patents

3D shape measuring device

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JP2595821B2
JP2595821B2 JP4632491A JP4632491A JP2595821B2 JP 2595821 B2 JP2595821 B2 JP 2595821B2 JP 4632491 A JP4632491 A JP 4632491A JP 4632491 A JP4632491 A JP 4632491A JP 2595821 B2 JP2595821 B2 JP 2595821B2
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scanning
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は三次元形状測定装置に関
し、特に表面状態が鏡面に近い物から、凹凸や傾斜のあ
る面まで混在する物の三次元形状測定装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a three-dimensional shape measuring apparatus, and more particularly to a three-dimensional shape measuring apparatus for objects having a surface condition close to a mirror surface to objects having irregularities or inclined surfaces.

【0002】[0002]

【従来の技術】図9は、従来の三次元形状測定装置を説
明する斜視図である。
2. Description of the Related Art FIG. 9 is a perspective view illustrating a conventional three-dimensional shape measuring apparatus.

【0003】図9の三次元形状測定装置は一軸ステージ
を有する測定台50に裁置された測定対象物55を走査
する走査光学系を備えている。
The three-dimensional shape measuring apparatus shown in FIG. 9 has a scanning optical system for scanning a measuring object 55 placed on a measuring table 50 having a uniaxial stage.

【0004】この走査光学系は、レーザ51と、レーザ
51のビーム径を所要のビーム径に拡大するビーム拡大
器52と、レーザ光を測定台50の真上から測定台50
の送り方向と直交する方向に走査させるガルバノミラー
53と、ガルバノミラー53で走査されたレーザ光を測
定台50の測定面上で所要のビーム径に集光させかつ定
速度で走査させるfθレンズ54とを有する。
The scanning optical system includes a laser 51, a beam expander 52 for expanding the beam diameter of the laser 51 to a required beam diameter, and a laser beam from directly above the measurement table 50.
A galvanomirror 53 for scanning in a direction orthogonal to the feed direction of the laser beam, and an fθ lens 54 for converging the laser beam scanned by the galvanomirror 53 to a required beam diameter on the measurement surface of the measuring table 50 and scanning at a constant speed. And

【0005】走査されたレーザ光の測定対象物55の反
射光の中で走査方向に直交する方向に反射する光の一部
を斜め上方から集光レンズ57で集光し、集光レンズ5
7を通過したレーザ光をシリンドリカルレンズ58で走
査方向に集光し、さらにこのレーザ光を集光レンズ57
と、シリンドリカルレンズ58の焦点位置に置かれた受
光素子59で受光する。
[0005] Among the reflected light of the scanned laser light from the object 55 to be measured, a part of the light reflected in a direction perpendicular to the scanning direction is condensed by a condenser lens 57 from obliquely above.
7 is condensed in the scanning direction by a cylindrical lens 58, and the laser light is further condensed by a condensing lens 57.
Is received by the light receiving element 59 located at the focal position of the cylindrical lens 58.

【0006】図10は、測定対象物55の高さ測定の原
理を説明するための平面図である。
FIG. 10 is a plan view for explaining the principle of measuring the height of the object 55 to be measured.

【0007】測定対象物55に真上からレーザ光を当て
測定対象物55からの反射光をレーザの入射方向から角
度θ傾いた方向で集光レンズ57を介して受光素子59
で受光した場合、集光レンズ57の倍率をmとすると、
測定対象物55の高さtと受光素子59上での距離d
(高さtからの反射光の受光位置と測定台50の表面か
らの反射光での受光位置との間の距離)との関係は
[0007] A laser beam is applied to the measuring object 55 from directly above, and the reflected light from the measuring object 55 is tilted at an angle θ from the incident direction of the laser through the light-receiving element 57 via the condenser lens 57.
When the magnification of the condenser lens 57 is m,
The height t of the measuring object 55 and the distance d on the light receiving element 59
The relationship between (the distance between the light receiving position of the reflected light from the height t and the light receiving position of the reflected light from the surface of the measuring table 50) is as follows.

【0008】 [0008]

【0009】で与えられる。従って受光素子59上の受
光位置の変位を測ることで測定対象物55の高さが測定
できる。
[0009] Therefore, the height of the measuring object 55 can be measured by measuring the displacement of the light receiving position on the light receiving element 59.

【0010】図11(a),(b)は、面が粗い測定対
象物55′と、鏡面に近い測定対象物55″それぞれの
レーザ光60の反射の様子を示した平面図である。
FIGS. 11 (a) and 11 (b) are plan views showing the state of reflection of a laser beam 60 on a measurement object 55 'having a rough surface and a measurement object 55 "which is close to a mirror surface.

【0011】図11(a)のように面が粗い測定対象物
55′の場合、レーザ光は乱反射するため、斜めに設定
された受光方向61へ比較的多くの反射が起こるが、図
11(b)のように面が鏡面に近い測定対象物55″の
場合、正反射成分が多くなり受光方向61への反射が少
なくなる。従って図9に示す従来の三次元形状測定装置
では、鏡面に近い面の高さ測定はS/N比が悪くなり測
定が困難である。
In the case of a measurement object 55 'having a rough surface as shown in FIG. 11 (a), since the laser light is irregularly reflected, a relatively large amount of reflection occurs in a light receiving direction 61 which is set obliquely. In the case of the measurement object 55 ″ whose surface is close to the mirror surface as in b), the specular reflection component increases and the reflection in the light receiving direction 61 decreases. Therefore, in the conventional three-dimensional shape measuring apparatus shown in FIG. It is difficult to measure the height of the near surface because the S / N ratio deteriorates.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】この従来の三次元形状
測定装置では、レーザを測定対象物の真上から走査し斜
め上方から乱反射光の一部を利用して高さ測定を行って
いるため、表面が鏡面に近い測定対象物は受光方向への
乱反射成分が少なく反射光量のS/N比が悪くなり測定
が困難であるという課題があった。
In this conventional three-dimensional shape measuring apparatus, the laser is scanned from directly above the object to be measured, and the height is measured from above obliquely by using a part of the irregularly reflected light. On the other hand, a measurement object having a surface close to a mirror surface has a problem in that the amount of irregularly reflected components in the light receiving direction is small, and the S / N ratio of the reflected light amount is deteriorated, making measurement difficult.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明の三次元形状測定
装置は、(A)測定対象物を裁置し一方向にステップ送
りされる測定台と、(B)レーザと、前記レーザのビー
ム径を所要のビーム径に拡大するビーム拡大器と、前記
ビーム拡大器を通過したレーザ光を前記測定台の送り方
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最終的に前記測定台の測定面上
で所要のビーム径に集光しかつ走査速度を一定するfθ
レンズと、前記fθレンズを通過したレーザ光の光路を
2方向に前記スキャナの走査に同期して切換えるガルバ
ノミラーと、前記ガルバノミラーの切換運動の一終点で
反射されたレーザ光を前記測定台の真上から鉛直下方に
走査軌跡が前記測定台の送り方向と直交するように反射
する第1の反射ミラーと、前記ガルバノミラーの切換運
動の他終点で反射されたレーザ光を前記測定台の斜め上
方から走査軌跡が前記第1の反射ミラーによる走査軌跡
と一致するように反射しかつ前記ガルバノミラーから前
記測定台の測定面上までの光路長が前記第1の反射ミラ
ーでの同光路長と等しくなるように反射する第2の反射
ミラーとで構成される走査光学系と、(C)前記第2の
反射ミラーによるレーザ入射角に大きさが等しい角度の
反射角方向に反射する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あり前記集光レンズを通
過したレーザ光を走査方向に集光するシリンドリカルレ
ンズと、前記集光レンズと前記シリンドリカルレンズの
焦点位置に置かれレーザ光を受光する受光素子とで構成
される受光光学系と、(D)前記スキャナの走査に同期
して走査毎に前記測定台をステップ送りするステージ制
御回路とレーザ光を前記第1の反射ミラーで反射して走
査した時の前記受光素子の受光位置から測定対象物の高
さを求める第1の高さ演算回路と、レーザ光を前記第2
の反射ミラーで反射して走査した時の前記受光素子の受
光位置から測定対象物の高さを求める第2の高さ演算回
路と前記第1および第2の反射ミラーで反射されたレー
ザ光で走査した時の同一位置における前記受光素子の受
光量を比較し受光量の多い方の前記第1または第2の反
射ミラーで反射した時の前記第1または第2の高さ演算
回路の高さ演算結果を選択する高さ判定回路とで構成さ
れる信号処理回路とを備えている。
According to the present invention, there is provided a three-dimensional shape measuring apparatus comprising: (A) a measuring table on which an object to be measured is placed and stepped in one direction; (B) a laser; A beam expander that expands the diameter to a required beam diameter, a scanner that scans the laser beam passing through the beam expander in a direction orthogonal to the feed direction of the measuring table, and finally scans the laser beam scanned by the scanner. Fθ that converges to a required beam diameter on the measurement surface of the measurement table and keeps the scanning speed constant
A lens, a galvanomirror that switches the optical path of the laser light that has passed through the fθ lens in two directions in synchronization with the scanning of the scanner, and a laser beam reflected at one end point of the switching motion of the galvanomirror. A first reflection mirror that reflects a scanning trajectory from directly above to a vertically downward direction so as to be orthogonal to the feed direction of the measurement table; and a laser beam reflected at the other end point of the switching movement of the galvanometer mirror. The scanning trajectory is reflected from above so that the scanning trajectory coincides with the scanning trajectory by the first reflecting mirror, and the optical path length from the galvanomirror to the measurement surface of the measuring table is the same as the optical path length at the first reflecting mirror. (C) reflection in a reflection angle direction having an angle equal to the laser incident angle by the second reflection mirror; A condensing lens for condensing laser light, a cylindrical lens on the optical axis of the condensing lens, and condensing laser light passing through the condensing lens in a scanning direction, the condensing lens and the cylindrical lens (D) a stage control circuit for stepping the measuring table for each scan in synchronization with scanning by the scanner, and a laser beam. A first height calculating circuit for calculating the height of the object to be measured from the light receiving position of the light receiving element when the light is scanned by being reflected by the first reflecting mirror;
A second height calculating circuit for calculating the height of the object to be measured from the light receiving position of the light receiving element when the light is reflected and scanned by the reflecting mirror, and the laser light reflected by the first and second reflecting mirrors. The amount of light received by the light receiving element at the same position when scanning is performed, and the height of the first or second height calculating circuit when reflected by the first or second reflection mirror having the larger amount of received light And a signal processing circuit including a height determination circuit for selecting an operation result.

【0014】本発明の三次元形状測定装置は、(A)測
定対象物を裁置する測定台と、(B)第1のレーザと、
前記第1のレーザのビーム径を所要のビーム径に拡大す
る第1のビーム拡大器と、前記第1のレーザと波長の異
なる第2のレーザと、前記第2のレーザのビーム径を所
要のビーム径に拡大する第2のビーム拡大器と、前記第
1のビーム拡大器および前記第2のビーム拡大器で拡大
された2本のレーザ光を1本に重ね合わせる重ね合わせ
光学系と、この重ね合わせ光学系により重ね合わせされ
たレーザ光を前記測定台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
を最終的に前記測定台の測定面上で所要のビーム径に集
光しかつ走査速度を一定にするfθレンズと、前記fθ
レンズを通過した前記第1のレーザのレーザ光と前記第
2のレーザのレーザ光のいずれか一方のレーザ光を透過
し他方のレーザ光を前記測定台の斜め上方から走査軌跡
が前記測定台の送り方向と直交するように反射する第1
のフィルタと、前記第1のフィルタを通過した一方のレ
ーザ光を前記測定台の真上から鉛直下方に走査軌跡が前
記第1のレーザ光の軌跡と一致するように反射する反射
ミラーとで構成される走査光学系と、(C)前記第1の
フィルタで反射された他のレーザ光の入斜角に大きさが
等しい角度の反射角方向に反射する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あり前記集光
レンズを通過したレーザ光を走査方向に集光するシリン
ドリカルレンズと、前記シリンドリカルレンズを通過し
た前記一方および他方のレーザ光を分光する第2のフィ
ルタと、前記第2のフィルタで分光された前記一方およ
び他方のレーザ光をそれぞれ前記集光レンズおよび前記
シリンドリカルレンズの焦点位置で受光する第1および
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の受光素子の受光位置から高さを求める第1の高
さ演算回路と、前記第2の受光素子の受光位置から高さ
を求める第2の高さ演算回路と、前記第1の受光素子と
前記第2の受光素子の受光量を比較し受光量の多い方の
受光素子の信号を受ける前記第1また第2の高さ演算回
路の高さ演算結果を選択する高さ判定回路とで構成され
る信号処理回路とを備えている。
A three-dimensional shape measuring apparatus according to the present invention comprises: (A) a measuring table for placing an object to be measured; (B) a first laser;
A first beam expander for expanding a beam diameter of the first laser to a required beam diameter, a second laser having a different wavelength from the first laser, and a required beam diameter of the second laser. A second beam expander that expands to a beam diameter, a superposition optical system that superimposes two laser beams expanded by the first beam expander and the second beam expander on one beam, A scanner that scans the laser light superimposed by the superposition optical system in a direction orthogonal to the feed direction of the measurement table, and finally scans the laser light scanned by the scanner on a measurement surface of the measurement table. An fθ lens that focuses light to a beam diameter and keeps the scanning speed constant;
One of the laser light of the first laser and the laser light of the second laser that has passed through the lens transmits one of the laser lights, and the other laser light is scanned obliquely from above the measurement table by a scanning trajectory of the measurement table. The first that reflects perpendicular to the feed direction
And a reflection mirror that reflects one of the laser beams passing through the first filter from directly above the measuring table to vertically downward so that the scanning trajectory matches the trajectory of the first laser beam. A scanning optical system, and (C) a condenser lens for condensing laser light reflected in a reflection angle direction having an angle equal to the incident angle of the other laser light reflected by the first filter. A cylindrical lens that is on the optical axis of the condenser lens and condenses the laser light passing through the condenser lens in the scanning direction, and a second lens that disperses the one and the other laser lights that have passed through the cylindrical lens. A filter, and first and second light receiving elements for receiving the one and the other laser beams split by the second filter at focal positions of the condenser lens and the cylindrical lens, respectively. A light receiving optical system configured; (D) a first height calculating circuit for obtaining a height from a light receiving position of the first light receiving element; and a second height calculating circuit for obtaining a height from the light receiving position of the second light receiving element. Of the first and second height calculating circuits for comparing the amount of light received by the first light receiving element and the amount of light received by the second light receiving element and receiving the signal of the light receiving element having the larger amount of received light A signal processing circuit comprising a height determination circuit for selecting a height calculation result.

【0015】本発明の三次元形状測定装置は、(A)測
定対象物を裁置する測定台と、(B)レーザと、前記レ
ーザのビーム径を所要のビーム径に拡大するビーム拡大
器と、このビーム拡大器により拡大されたレーザ光を前
記測定台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最終的に前記
測定台の測定面上で所要のビーム径に集光しかつ走査速
度を一定にするfθレンズと、前記fθレンズを通過し
たレーザ光を分光する第1の偏光ビームスプリッタと、
前記偏光ビームスプリッタを通過したP偏光のレーザ光
を前記測定台の真上から鉛直下方に走査軌跡が前記測定
台の送り方向と直交するように反射する第1の反射ミラ
ーと、前記偏光ビームスプリッタで反射されS偏光のレ
ーザ光を前記測定台の斜め上方から走査軌跡が前記第1
の反射ミラーの走査軌跡と一致するように反射しかつ前
記偏光ビームスプリッタから前記測定台の測定面までの
光路長が前記第1の反射ミラーによる前記P偏光のレー
ザ光の光路長と等しくなるように反射する第2の反射ミ
ラーとで構成される走査光学系と、(C)前記第2の反
射ミラーにより反射された前記S偏光のレーザ光の入斜
角に大きさが等しい角度の反射角方向に反射するレーザ
光を集光する集光レンズと、前記集光レンズの光軸上に
あり前記集光レンズを通過したレーザ光を走査方向に集
光するシリンドリカルレンズと、前記シリンドリカルレ
ンズを通過したレーザ光を分光する第2の偏光ビームス
プリッタと、前記第2の偏光ビームスプリッタで分光さ
れたP偏光のレーザ光およびS偏光のレーザ光それぞれ
を前記集光レンズおよび前記シリンドリカルレンズの焦
点位置で受光する第1および第2の受光素子とで構成さ
れる受光光学系と、(D)前記第1の受光素子の受光位
置から高さを求める第1の高さ演算回路と、前記第2の
受光素子の受光位置から高さを求める第2の高さ演算回
路と、前記第1の受光素子の前記第2の受光素子の受光
量を比較し受光量の多い方の受光素子の信号を受ける前
記第1または第2の高さ演算回路の高さ演算結果を選択
する高さ判定回路とで構成される信号処理回路とを備え
ている。
A three-dimensional shape measuring apparatus according to the present invention comprises: (A) a measuring table for placing an object to be measured; (B) a laser; and a beam expander for expanding a beam diameter of the laser to a required beam diameter. A scanner that scans the laser light expanded by the beam expander in a direction orthogonal to the feed direction of the measurement table, and finally transmits the laser light scanned by the scanner on a measurement surface of the measurement table. An fθ lens that converges to a beam diameter and keeps the scanning speed constant; a first polarization beam splitter that disperses the laser light passing through the fθ lens;
A first reflection mirror for reflecting the P-polarized laser light passing through the polarization beam splitter from directly above the measurement table to vertically downward so that a scanning trajectory is orthogonal to a direction in which the measurement table is fed; and the polarization beam splitter. The scanning trajectory of the S-polarized laser beam reflected from the
And the optical path length from the polarizing beam splitter to the measurement surface of the measuring table is equal to the optical path length of the P-polarized laser light by the first reflecting mirror. (C) a reflection angle having an angle equal to the oblique angle of the S-polarized laser light reflected by the second reflection mirror; A condensing lens for condensing the laser light reflected in the direction, a cylindrical lens on the optical axis of the condensing lens and condensing the laser light passing through the condensing lens in a scanning direction, and passing through the cylindrical lens. A second polarizing beam splitter for splitting the separated laser beam, and a condensing lens for each of the P-polarized laser beam and the S-polarized laser beam split by the second polarizing beam splitter. And a first and second light receiving element for receiving light at the focal position of the cylindrical lens, and (D) a first height for obtaining a height from the light receiving position of the first light receiving element An arithmetic circuit, a second height arithmetic circuit for calculating a height from a light receiving position of the second light receiving element, and a light receiving amount of the second light receiving element of the first light receiving element are larger by comparing the light receiving amounts of the second light receiving elements. A signal processing circuit including a height determination circuit for selecting a height calculation result of the first or second height calculation circuit that receives a signal from the light receiving element.

【0016】[0016]

【実施例】次に本発明について図面を参照して説明す
る。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, the present invention will be described with reference to the drawings.

【0017】図1および図2はそれぞれ本発明の一実施
例を示す斜視図および信号処理回路のブロック図であ
る。
FIGS. 1 and 2 are a perspective view and a block diagram of a signal processing circuit, respectively, showing an embodiment of the present invention.

【0018】本実施例は一軸ステージを有する測定台1
に裁置された測定対象物6を走査する走査光学系ならび
にこの走査光学系により走査されたレーザ光の測定対象
物からの反射光を受光する受光光学系を備えている。
In this embodiment, a measuring table 1 having a uniaxial stage is used.
A scanning optical system that scans the measurement target 6 placed in the scanning optical system, and a light receiving optical system that receives reflected light of the laser light scanned by the scanning optical system from the measurement target.

【0019】この走査光学系は、レーザ2と、レーザ2
のビーム径を所要のビーム径に拡大するビーム拡大器3
と、ビーム拡大器3を通過したレーザ光を測定台1と平
行な面内で測定台1の送り方向と直交する方向に走査す
る第1のガルバノミラー4と、第1のガルバノミラー4
で走査されたレーザ光を最終的に測定台1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fθ
レンズ5と、fθレンズ5を通過したレーザ光の光路を
間欠的に正逆の回転運動をして2方向にガルバノミラー
4による走査に同期して周期的に切換える第2のガルバ
ノミラー6と、ガルバノミラー6の回転運動の一終点で
反射されたレーザ光を測定台1の真上から鉛真下方に走
査軌跡が測定台1の送り方向と直交するように反射する
第1の反射ミラー7と、第2のガルバノミラー6の回転
運動の他終点で反射されたレーザ光を測定台1の斜め上
方から走査軌跡が第1の反射ミラー7による走査軌跡と
一致するように反射し、かつ第2のガルバノミラー6か
ら測定台1の測定面上までの光路長が第1の反射ミラー
7での同光路長と等しい第2の反射ミラー8を有する。
This scanning optical system comprises a laser 2 and a laser 2
Beam expander 3 for expanding the beam diameter of the beam to a required beam diameter
A first galvanometer mirror 4 for scanning the laser beam passing through the beam expander 3 in a direction parallel to the measurement table 1 in a direction parallel to the measurement table 1, and a first galvanometer mirror 4
Fθ which converges the laser beam scanned at the end to a required beam diameter on the measuring surface of the measuring table 1 and keeps the scanning speed constant.
A lens 5 and a second galvanometer mirror 6 that intermittently rotates the optical path of the laser beam passing through the fθ lens 5 in the forward and reverse directions and periodically switches in two directions in synchronization with scanning by the galvanometer mirror 4. A first reflecting mirror 7 for reflecting the laser beam reflected at one end point of the rotation of the galvanometer mirror 6 from directly above the measuring table 1 to directly below the lead so that the scanning trajectory is orthogonal to the feeding direction of the measuring table 1; The laser beam reflected at the other end point of the rotation of the second galvanometer mirror 6 is reflected from obliquely above the measuring table 1 so that the scanning trajectory coincides with the scanning trajectory of the first reflecting mirror 7, and the second. And a second reflection mirror 8 having an optical path length from the galvanometer mirror 6 to the measurement surface of the measurement table 1 equal to the same optical path length at the first reflection mirror 7.

【0020】受光光学系は、測定台1に対し第2の反射
ミラー8によるレーザ入射角に等しい反射角方向に反射
するレーザ光を集光する集光レンズ11と、集光レンズ
11の光軸上にあり集光レンズ11を通過したレーザ光
を走査方向に集光するシリンドリカルレンズ12と、集
光レンズ11およびシリンドリカルレンズ12の焦点位
置に置かれレーザ光を受光する受光素子13とを有す
る。
The light receiving optical system includes a condenser lens 11 for condensing laser light reflected on the measuring table 1 in a direction of a reflection angle equal to the laser incident angle by the second reflection mirror 8, and an optical axis of the condenser lens 11. It has a cylindrical lens 12 that is located above and condenses the laser light that has passed through the condenser lens 11 in the scanning direction, and a light receiving element 13 that is placed at the focal position of the condenser lens 11 and the cylindrical lens 12 and that receives the laser light.

【0021】図2に示す信号処理回路は、第1のガルバ
ノミラー4の走査に同期して2走査毎に測定台1をステ
ップ送りさせるステージ制御回路14と、第1の反射ミ
ラー7で走査した時の受光素子13の受光位置から測定
対象物9の高さを求める第1の高さ演算回路16と、第
2の反射ミラー8で走査した時の受光素子13の受光位
置から測定対象物9の高さを求める第2の高さ演算回路
17と、第1のガルバノミラー4に同期して第1の高さ
演算回路16と第2の高さ演算回路17とを切換える切
換え回路15と、第1の反射ミラー7および第2の反射
ミラー8で走査した時の同一位置における受光素子13
の受光量を比較し受光量の多い方で求めた高さ演算結果
を選択する高さ判定回路18とを有する。
The signal processing circuit shown in FIG. 2 scans with the stage control circuit 14 for stepping the measuring table 1 every two scans in synchronization with the scan of the first galvanometer mirror 4 and the first reflection mirror 7. A first height calculating circuit 16 for obtaining the height of the measuring object 9 from the light receiving position of the light receiving element 13 at the time, and the measuring object 9 based on the light receiving position of the light receiving element 13 when scanning with the second reflecting mirror 8. A second height calculating circuit 17 for determining the height of the first and second switches, and a switching circuit 15 for switching between the first height calculating circuit 16 and the second height calculating circuit 17 in synchronization with the first galvanomirror 4; The light receiving element 13 at the same position when scanning with the first reflection mirror 7 and the second reflection mirror 8
And a height judging circuit 18 for comparing the light receiving amounts of the above and selecting the height calculation result obtained from the larger light receiving amount.

【0022】この信号処理回路の制御により、測定台1
の各位置においてレーザ光のガルバノミラー4の走査を
2回ずつ行い、その2回の走査のうちの1回の走査中は
レーザ光がガルバノミラー6から反射ミラー7を介して
測定台1を真上から入射し、受光素子13の出力を演算
回路16に伝えるように切換えるようにし、他の1回の
走査中は、レーザ光がガルバノミラー6から反射ミラー
8を介して測定台1を斜めから入射し受光素子13の出
力を演算回路17に伝えるようにする。また判定回路1
8は上記の1回の走査での受光素子13の受光量が他の
1回の走査での受光素子13の受光量より多い時は演算
回路16の演算結果を、逆の時は演算回路17の演算結
果を測定対象物9の高さとして選択する。
By controlling the signal processing circuit, the measuring table 1
The scanning of the galvanomirror 4 with the laser beam is performed twice at each position of the laser beam. During one of the two scans, the laser beam is moved from the galvanomirror 6 to the measuring table 1 via the reflecting mirror 7 to be true. The light is incident from above, and the output is switched so as to transmit the output of the light receiving element 13 to the arithmetic circuit 16. During the other one scan, the laser beam is obliquely moved from the galvanometer mirror 6 to the measurement table 1 via the reflection mirror 8. The incident light and the output of the light receiving element 13 are transmitted to the arithmetic circuit 17. Also, the judgment circuit 1
Reference numeral 8 denotes a calculation result of the arithmetic circuit 16 when the amount of light received by the light receiving element 13 in one scan is greater than the amount of light received by the light receiving element 13 in another scan, and an arithmetic circuit 17 when the amount of light is opposite. Is selected as the height of the object 9 to be measured.

【0023】図3は垂直入射および斜め入射光学系の高
さ測定原理を説明するための平面図である。
FIG. 3 is a plan view for explaining the principle of measuring the height of the normal incidence and oblique incidence optical systems.

【0024】反射ミラー8で反射して入射されるレーザ
光の入射角度および集光レンズ11を通して受光するレ
ーザ光の受光角度をθ、測定対象物9の受光素子13に
おける像の倍率をmとすれば測定対象物9の高さtは、
The incident angle of the laser beam reflected by the reflection mirror 8 and the incident angle of the laser beam received through the condenser lens 11 are assumed to be θ, and the magnification of the image of the measuring object 9 at the light receiving element 13 is assumed to be m. If the height t of the measurement object 9 is

【0025】 [0025]

【0026】で与えられる。演算回路16は上記の式
(1)に従い測定対象物9の高さを求め、演算回路17
は式(2)に従い測定対象物9の高さを求める。
Is given by The arithmetic circuit 16 calculates the height of the measuring object 9 according to the above equation (1), and calculates the height of the arithmetic circuit 17.
Calculates the height of the measurement object 9 according to the equation (2).

【0027】図4(a),(b)は斜面での反射を説明
するための平面図である。
FIGS. 4A and 4B are plan views for explaining reflection on a slope.

【0028】図4(a)は垂直入射、図4(b)は斜め
入射の場合である。測定面20が角度αの傾きを持って
いた場合の受光方向21と最も強い反射方向22,2
2′とのずれ角△θ1,△θ2は 垂直入射:△θ1=θ−2α 斜め入射:△θ2=2α となる。ここで△θ1=△θ2として解くとα=θ/4
となる。すなわち、測定面20の傾きがθ/4より小さ
い場合は△θ2≦△θ1となり斜め入射光学系の方がよ
り多くの反射光を受光でき、一方測定面20の傾きがθ
/4より大きい場合は△θ2≧△θ1となり垂直入射光
学系の方がより多くの反射光を受光できる。従って測定
台1の同一位置を垂直入射および斜め入射の両方で交互
に走査し、受光素子13の受光量の多い方で高さを求め
ることにより各斜面に対してより高いS/N比で高さ測
定ができる上、フラット鏡面に近い物から凹凸や傾斜の
ある物まで幅広く対応できる。
FIG. 4A shows the case of normal incidence, and FIG. 4B shows the case of oblique incidence. The light receiving direction 21 when the measuring surface 20 has an inclination of the angle α and the strongest reflection directions 22 and 2
The deviation angles △ θ1 and △ θ2 from 2 ′ are: vertical incidence: △ θ1 = θ-2α oblique incidence: △ θ2 = 2α. Here, when solving as と し て θ1 = △ θ2, α = θ / 4
Becomes That is, when the inclination of the measurement surface 20 is smaller than θ / 4, △ θ2 ≦ △ θ1, and the oblique incidence optical system can receive more reflected light, while the inclination of the measurement surface 20 is θ
If it is larger than / 4, △ θ2 ≧ △ θ1, and the normal incidence optical system can receive more reflected light. Therefore, the same position of the measuring table 1 is alternately scanned at both the vertical incidence and the oblique incidence, and the height is determined at the side having the larger light receiving amount of the light receiving element 13 so that the height can be increased at a higher S / N ratio for each slope. In addition to being able to measure depth, it can handle a wide range of objects, from those close to a flat mirror surface to those with unevenness or inclination.

【0029】図5および図6はそれぞれ本発明の他の実
施例の斜視図および信号処理回路のブロック図である。
本実施例も測定台1,走査光学系および受光光学系を備
えている。
FIGS. 5 and 6 are a perspective view and a block diagram of a signal processing circuit of another embodiment of the present invention, respectively.
This embodiment also includes a measuring table 1, a scanning optical system, and a light receiving optical system.

【0030】本実施例の走査光学系は、第1のレーザ2
と、第1のレーザ2のビーム径を所要のビーム径に拡大
する第1のビーム拡大器3と、第1のレーザ2と波長の
異なる第2のレーザ30と、第2のレーザ30のビーム
径を所要のビーム径に拡大する第2のビーム拡大器31
と、第1のレーザ2および第2のレーザ30のレーザ光
を1本に重ね合わせるミラー32およびビームスプリッ
タ33で構成された重ね合わせ光学系と、重ね合わされ
たレーザ光を測定台1と平行な面内で測定台1の送り方
向と直交する方向に走査するガルバノミラー4と、ガル
バノミラー4で走査されたレーザ光を最終的に測定台1
の測定面上で所要のビーム径に収光しかつ走査速度を一
定にするfθレンズ5と、fθレンズ5を通過した第1
のレーザ2と第2のレーザ30のレーザ光のうち第2の
レーザ30のレーザ光を透過し第1のレーザ2のレーザ
光を測定台1の斜め上方から走査軌跡が測定台1の送り
方向と直交するように反射する第1のフィルタ34と、
第1のフィルタ34を通過した第2のレーザ30のレー
ザ光を測定台1の真上から鉛直下方に走査軌跡が第1の
レーザ2の軌跡と一致するように反射する反射ミラー3
5とを有する。
The scanning optical system of the present embodiment includes a first laser 2
A first beam expander 3 for expanding the beam diameter of the first laser 2 to a required beam diameter, a second laser 30 having a different wavelength from the first laser 2, and a beam of the second laser 30 Second beam expander 31 for expanding the diameter to a required beam diameter
A superimposing optical system composed of a mirror 32 and a beam splitter 33 for superimposing the laser beams of the first laser 2 and the second laser 30 on one beam, and A galvanomirror 4 that scans in the plane in a direction perpendicular to the feed direction of the measuring table 1, and finally the laser beam scanned by the galvanomirror 4
Lens 5 that collects light to a required beam diameter on the measurement surface and keeps the scanning speed constant;
The laser beam of the second laser 30 is transmitted through the laser beam of the second laser 30 and the laser beam of the second laser 30, and the scanning trajectory of the laser beam of the first laser 2 is moved obliquely from above the measuring table 1 in the direction of the measurement table 1 A first filter 34 that reflects so as to be orthogonal to
A reflection mirror 3 that reflects the laser light of the second laser 30 that has passed through the first filter 34 from directly above the measuring table 1 to vertically downward so that the scanning trajectory matches the trajectory of the first laser 2.
And 5.

【0031】受光光学系は、測定対象物9の反射光の中
で第1のフィルタ34により反射されたレーザ2のレー
ザ光の入射角に等しい反射角方向に反射するレーザ光を
集光する集光レンズ11と、集光レンズ11の光軸上に
あり集光レンズ11を通過したレーザ光を走査方向に集
光するシリンドリカルレンズ12と、シリンドリカルレ
ンズ12を通過した第1のレーザ2と第2のレーザ30
のレーザ光のうち第2のレーザ30のレーザ光を透過し
第1のレーザ2のレーザ光を反射する第2のフィルタ3
6と、第2のフィルタ36で分光された第1,第2のレ
ーザ2,30のレーザ光をそれぞれ集光レンズ11およ
びシリンドリカルレンズ12の焦点位置で受光する第1
の受光素子37、第2の受光素子13とを有する。
The light receiving optical system collects the laser light reflected in the direction of the reflection angle equal to the incident angle of the laser light of the laser 2 reflected by the first filter 34 in the reflected light of the object 9 to be measured. An optical lens 11, a cylindrical lens 12 that is on the optical axis of the condenser lens 11 and condenses the laser light passing through the condenser lens 11 in the scanning direction, and a first laser 2 and a second laser 2 that pass through the cylindrical lens 12. Laser 30
A second filter 3 that transmits the laser light of the second laser 30 and reflects the laser light of the first laser 2
6 and a first for receiving the laser beams of the first and second lasers 2 and 30 separated by the second filter 36 at the focal positions of the condenser lens 11 and the cylindrical lens 12, respectively.
And the second light receiving element 13.

【0032】図6に示す信号処理回路は、第1の受光素
子37の受光位置から高さを求める第1の高さ演算回路
38と、第2の受光素子13の受光位置から高さを求め
る第2の高さ演算回路39と、第1の受光素子37と第
2の受光素子13の受光量を比較し受光量の多い方の受
光素子13または37の信号を受ける高さ演算回路38
または39の高さ演算結果を最終的に決定する測定対象
物9の高さとして選択する高さ判定回路18とで構成さ
れる。高さ演算回路16は式(2)に従い測定対象物9
の高さを求め、高さ演算回路17は式(1)に従い測定
対象物9の高さを求める。
The signal processing circuit shown in FIG. 6 calculates a height from the light receiving position of the first light receiving element 37 and a first height calculating circuit 38 which calculates the height from the light receiving position of the second light receiving element 13. A second height calculating circuit 39, a height calculating circuit 38 which compares the light receiving amounts of the first light receiving element 37 and the second light receiving element 13 and receives a signal of the light receiving element 13 or 37 having the larger light receiving amount.
Or a height determination circuit 18 for selecting the height calculation result of 39 as the height of the measurement object 9 which is finally determined. The height calculation circuit 16 calculates the measurement object 9 according to the equation (2).
Is obtained, and the height calculating circuit 17 obtains the height of the measuring object 9 according to the equation (1).

【0033】図7および図8はそれぞれ本発明のさらに
他の実施例の斜視図および信号処理回路のブロック図で
ある。
FIGS. 7 and 8 are a perspective view and a block diagram of a signal processing circuit, respectively, of still another embodiment of the present invention.

【0034】本実施例の走査光学系は、レーザ2,ビー
ム拡大器3,ガルバノミラー4およびfθレンズ5を備
え、さらにfθレンズ5を通過したレーザ光を分光する
第1の偏光ビームスプリッタ40と、偏光ビームスプリ
ッタ40を通過したレーザ光(以下P偏光のレーザ光と
称す)を測定台1の真上から鉛直下方に走査軌跡が測定
台1の送り方向と直交するように反射する第1の反射ミ
ラー42と、偏光ビームスプリッタ40で反射されたレ
ーザ光(以下S偏光のレーザ光と称す)を測定台1の斜
め上方から走査軌跡が第1の反射ミラー42と一致する
ように反射しかつ偏光ビームスプリッタ40から測定台
1の測定面までの光路長が第1の反射ミラー42におけ
る同光路長と等しい第2の反射ミラー41とで構成され
る。
The scanning optical system of the present embodiment includes a laser 2, a beam expander 3, a galvanometer mirror 4, and an fθ lens 5, and further includes a first polarizing beam splitter 40 for dispersing the laser beam passing through the fθ lens 5. A first reflection of a laser beam (hereinafter referred to as a P-polarized laser beam) that has passed through the polarization beam splitter 40 from directly above the measurement table 1 to vertically below so that the scanning trajectory is orthogonal to the feed direction of the measurement table 1. The reflecting mirror 42 and the laser beam reflected by the polarization beam splitter 40 (hereinafter referred to as S-polarized laser beam) are reflected from obliquely above the measuring table 1 so that the scanning trajectory coincides with the first reflecting mirror 42 and An optical path length from the polarization beam splitter 40 to the measurement surface of the measuring table 1 is constituted by a second reflection mirror 41 equal to the optical path length of the first reflection mirror.

【0035】受光光学系は、第2の反射ミラー41によ
り反射されたS偏光のレーザ光のレーザ入射角に等しい
反射角方向に反射するレーザ光を集光する集光レンズ1
1およびシリンドリカルレンズ10と、シリンドリカル
レンズ10を通過したレーザ光を分光する第2の偏光ビ
ームスプリッタ11と、第2の偏光ビームスプリッタ1
1で分光されたP偏光のレーザ光およびS偏光のレーザ
光をそれぞれ集光レンズ9およびシリンドリカルレンズ
10の焦点位置で受光する第1の受光素子13および第
2の受光素子37とで構成される。
The light receiving optical system includes a condenser lens 1 for condensing laser light reflected in the direction of the reflection angle equal to the laser incident angle of the S-polarized laser light reflected by the second reflection mirror 41.
1, a cylindrical lens 10, a second polarizing beam splitter 11 for splitting a laser beam passing through the cylindrical lens 10, and a second polarizing beam splitter 1.
The first light-receiving element 13 and the second light-receiving element 37 receive the P-polarized laser light and the S-polarized laser light separated at 1 at the focal positions of the condenser lens 9 and the cylindrical lens 10, respectively. .

【0036】図8の信号処理回路は、第1の受光素子1
3の受光位置から高さを求める第1の高さ演算回路16
と、第2の受光素子37の受光位置から高さを求める第
2の高さ演算回路17と、高さ判定回路18とで構成さ
れる。
The signal processing circuit shown in FIG.
The first height calculating circuit 16 for obtaining the height from the light receiving position of No. 3
And a second height calculating circuit 17 for obtaining a height from the light receiving position of the second light receiving element 37, and a height determining circuit 18.

【0037】[0037]

【発明の効果】以上説明したように本発明は、1つの走
査光学系で垂直入射と斜め入射の走査を交互に高速に切
換えて、または同時に行うことにより、同一走査位置に
おける両走査の反射光量を比較し、反射光量の多い方で
高さ測定を行うことにより、表面状態が鏡面に近い物か
ら傾斜のある物まで幅広く高いS/N比で高精度かつ高
速に三次元形状を測定できるという効果を有する。
As described above, according to the present invention, one scanning optical system alternately switches between normal incidence and oblique incidence scanning at high speed or simultaneously, thereby obtaining the amount of reflected light in both scanning at the same scanning position. By measuring the height with the one with the larger amount of reflected light, it is possible to measure the three-dimensional shape with high S / N ratio with high accuracy and high speed over a wide range from objects with a mirror-like surface to those with a slope. Has an effect.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施例を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of the present invention.

【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。
FIG. 2 is a block diagram of the signal processing circuit of the embodiment shown in FIG.

【図3】図1に示した実施例の高さ測定原理を説明する
平面図である。
FIG. 3 is a plan view for explaining the principle of height measurement of the embodiment shown in FIG. 1;

【図4】図1に示した実施例の垂直方向および斜め方向
の入射による受光素子13の受光量の比較を説明するた
めの平面図である。
FIG. 4 is a plan view for explaining a comparison of the amount of light received by the light receiving element 13 in the case of the embodiment shown in FIG.

【図5】本発明の他の実施例を示す斜視図である。FIG. 5 is a perspective view showing another embodiment of the present invention.

【図6】図5に示した実施例の信号処理回路のブロック
図である。
6 is a block diagram of the signal processing circuit of the embodiment shown in FIG.

【図7】本発明のさらに他の実施例を示す斜視図であ
る。
FIG. 7 is a perspective view showing still another embodiment of the present invention.

【図8】図7に示した実施例の信号処理回路のブロック
図である。
FIG. 8 is a block diagram of the signal processing circuit of the embodiment shown in FIG. 7;

【図9】従来の三次元形状測定装置を示す斜視図であ
る。
FIG. 9 is a perspective view showing a conventional three-dimensional shape measuring apparatus.

【図10】図9に示す三次元形状測定装置の測定対象物
の高さ測定原理を説明する図である。
FIG. 10 is a view for explaining the principle of measuring the height of a measuring object of the three-dimensional shape measuring apparatus shown in FIG.

【図11】図9に示す三次元形状測定装置で表面状態の
異なる測定対象物を測定した場合の反射光の違いを説明
する図である。
11 is a diagram illustrating a difference in reflected light when measuring a measurement target having a different surface state with the three-dimensional shape measuring apparatus illustrated in FIG. 9;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,50 測定台 2,30,51 レーザ 3,31,52 ビーム拡大器 4,6,53 ガルバノミラー 5,54 fθレンズ 7,8,32,35,41,42 反射ミラー 9,55,55′,55″ 測定対象物 11,57 集光レンズ 12,58 シリンドリカルレンズ 13,37,59 受光素子 14 ステージ制御回路 15 切換え回路 16,17,38,39 高さ演算回路 18 高さ判定回路 19,60 レーザ光 20 測定面 21,61 受光方向 22,22′ 最も強い反射方向 33 ビームスプリッタ 34,36 フィルタ 40,43 偏光ビームスプリッタ 62,62′ 反射強度分布 1,50 Measurement stand 2,30,51 Laser 3,31,52 Beam expander 4,6,53 Galvano mirror 5,54 fθ lens 7,8,32,35,41,42 Reflection mirror 9,55,55 ' 55, object to be measured 11, 57 condenser lens 12, 58 cylindrical lens 13, 37, 59 light receiving element 14 stage control circuit 15 switching circuit 16, 17, 38, 39 height calculation circuit 18 height determination circuit 19, 60 Laser light 20 Measurement surface 21, 61 Light receiving direction 22, 22 'Strongest reflection direction 33 Beam splitter 34, 36 Filter 40, 43 Polarization beam splitter 62, 62' Reflection intensity distribution

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】(A)測定対象物を裁置し一方向にステッ
プ送りされる測定台と、(B)レーザと、前記レーザの
ビーム径を所要のビーム径に拡大するビーム拡大器と、
前記ビーム拡大器を通過したレーザ光を前記測定台の送
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最終的に前記測定台の測定
面上で所要のビーム径に集光しかつ走査速度を一定する
fθレンズと、前記fθレンズを通過したレーザ光の光
路を2方向に前記スキャナの走査に同期して切換えるガ
ルバノミラーと、前記ガルバノミラーの切換運動の一終
点で反射されたレーザ光を前記測定台の真上から鉛直下
方に走査軌跡が前記測定台の送り方向と直交するように
反射する第1の反射ミラーと、前記ガルバノミラーの切
換運動の他終点で反射されたレーザ光を前記測定台の斜
め上方から走査軌跡が前記第1の反射ミラーによる走査
軌跡と一致するように反射しかつ前記ガルバノミラーか
ら前記測定台の測定面上までの光路長が前記第1の反射
ミラーでの同光路長と等しくなるように反射する第2の
反射ミラーとで構成される走査光学系と、(C)前記第
2の反射ミラーによるレーザ入射角に大きさが等しい角
度の反射角方向に反射する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あり前記集光レンズを
通過したレーザ光を走査方向に集光するシリンドリカル
レンズと、前記集光レンズと前記シリンドリカルレンズ
の焦点位置に置かれレーザ光を受光する受光素子とで構
成される受光光学系と、(D)前記スキャナの走査に同
期して走査毎に前記測定台をステップ送りするステージ
制御回路とレーザ光を前記第1の反射ミラーで反射して
走査した時の前記受光素子の受光位置から測定対象物の
高さを求める第1の高さ演算回路と、レーザ光を前記第
2の反射ミラーで反射して走査した時の前記受光素子の
受光位置から測定対象物の高さを求める第2の高さ演算
回路と前記第1および第2の反射ミラーで反射されたレ
ーザ光で走査した時の同一位置における前記受光素子の
受光量を比較し受光量の多い方の前記第1または第2の
反射ミラーで反射した時の前記第1または第2の高さ演
算回路の高さ演算結果を選択する高さ判定回路とで構成
される信号処理回路とを備えることを特徴とする三次元
形状測定装置。
(A) a measuring table on which an object to be measured is placed and stepped in one direction; (B) a laser; and a beam expander for expanding a beam diameter of the laser to a required beam diameter.
A scanner that scans the laser beam that has passed through the beam expander in a direction orthogonal to the feed direction of the measurement table, and finally converts the laser beam scanned by the scanner to a required beam diameter on the measurement surface of the measurement table. Lens that converges light at a constant scanning speed, a galvanomirror that switches the optical path of laser light passing through the fθ lens in two directions in synchronization with scanning by the scanner, and an end point of a switching motion of the galvanomirror A first reflection mirror that reflects the laser beam reflected by the scanning trajectory from directly above the measuring table to a vertically downward direction so that the scanning trajectory is orthogonal to the feed direction of the measuring table, and at the other end point of the switching motion of the galvanomirror. The reflected laser light is reflected from obliquely above the measuring table so that the scanning trajectory coincides with the scanning trajectory by the first reflecting mirror, and measurement of the measuring table from the galvanometer mirror is performed. A scanning optical system including a second reflecting mirror that reflects light so that the optical path length up to the surface becomes equal to the same optical path length in the first reflecting mirror; and (C) the second reflecting mirror. A condenser lens for condensing laser light reflected in a reflection angle direction at an angle equal to the laser incident angle, and a laser beam on the optical axis of the condenser lens and passing through the condenser lens in a scanning direction. (D) scanning in synchronization with scanning of the scanner, and a light receiving optical system including a cylindrical lens for condensing light, a light receiving element placed at a focal position of the cylindrical lens and receiving a laser beam, and A stage control circuit for step-feeding the measuring table each time, and a first height for obtaining a height of the measuring object from a light receiving position of the light receiving element when the laser light is reflected by the first reflecting mirror and scanned. An arithmetic circuit; A second height calculating circuit for obtaining a height of a measuring object from a light receiving position of the light receiving element when the laser beam is reflected by the second reflecting mirror and scanned, and the first and second reflecting mirrors Comparing the amount of light received by the light receiving element at the same position when scanning with the laser light reflected by the first and second reflection mirrors when the light is reflected by the first or second reflection mirror having the larger amount of received light A signal processing circuit including a height determination circuit for selecting a height calculation result of the height calculation circuit.
【請求項2】(A)測定対象物を裁置する測定台と、
(B)第1のレーザと、前記第1のレーザのビーム径を
所要のビーム径に拡大する第1のビーム拡大器と、前記
第1のレーザと波長の異なる第2のレーザと、前記第2
のレーザのビーム径を所要のビーム径に拡大する第2の
ビーム拡大器と、前記第1のビーム拡大器および前記第
2のビーム拡大器で拡大された2本のレーザ光を1本に
重ね合わせる重ね合わせ光学系と、この重ね合わせ光学
系により重ね合わせされたレーザ光を前記測定台の送り
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最終的に前記測定台の測定面
上で所要のビーム径に集光しかつ走査速度を一定にする
fθレンズと、前記fθレンズを通過した前記第1のレ
ーザのレーザ光と前記第2のレーザのレーザ光のいずれ
か一方のレーザ光を透過し他方のレーザ光を前記測定台
の斜め上方から走査軌跡が前記測定台の送り方向と直交
するように反射する第1のフィルタと、前記第1のフィ
ルタを通過した一方のレーザ光を前記測定台の真上から
鉛直下方に走査軌跡が前記第1のレーザ光の軌跡と一致
するように反射する反射ミラーとで構成される走査光学
系と、(C)前記第1のフィルタで反射された他のレー
ザ光の入斜角に大きさが等しい角度の反射角方向に反射
するレーザ光を集光する集光レンズと、前記集光レンズ
の光軸上にあり前記集光レンズを通過したレーザ光を走
査方向に集光するシリンドリカルレンズと、前記シリン
ドリカルレンズを通過した前記一方および他方のレーザ
光を分光する第2のフィルタと、前記第2のフィルタで
分光された前記一方および他方のレーザ光をそれぞれ前
記集光レンズおよび前記シリンドリカルレンズの焦点位
置で受光する第1および第2の受光素子とで構成される
受光光学系と、(D)前記第1の受光素子の受光位置か
ら高さを求める第1の高さ演算回路と、前記第2の受光
素子の受光位置から高さを求める第2の高さ演算回路
と、前記第1の受光素子と前記第2の受光素子の受光量
を比較し受光量の多い方の受光素子の信号を受ける前記
第1また第2の高さ演算回路の高さ演算結果を選択する
高さ判定回路とで構成される信号処理回路とを備えるこ
とを特徴とする三次元形状測定装置。
(A) a measuring table for placing an object to be measured;
(B) a first laser, a first beam expander for expanding a beam diameter of the first laser to a required beam diameter, a second laser having a different wavelength from the first laser, 2
A second beam expander for expanding the beam diameter of the laser beam to a required beam diameter, and two laser beams expanded by the first beam expander and the second beam expander are superimposed on one beam. A superimposing optical system to be combined, a scanner that scans the laser light superimposed by the superimposing optical system in a direction orthogonal to a feed direction of the measurement table, and finally measures the laser light scanned by the scanner for the measurement. An fθ lens that converges to a required beam diameter on the measurement surface of the table and keeps the scanning speed constant; and any one of the laser light of the first laser and the laser light of the second laser that has passed through the fθ lens A first filter that transmits one of the laser beams and reflects the other laser beam from obliquely above the measurement table so that a scanning trajectory is orthogonal to a feed direction of the measurement table; and the first filter has passed through the first filter. on the other hand A scanning optical system comprising: a reflecting mirror that reflects the laser beam from directly above the measurement table to vertically downward so that the scanning trajectory coincides with the trajectory of the first laser light; A condenser lens for condensing laser light reflected in a reflection angle direction having an angle equal to the incident angle of the other laser light reflected by the filter, and the condensing lens on the optical axis of the condenser lens. A cylindrical lens that condenses the laser light that has passed through the optical lens in the scanning direction, a second filter that disperses the one and the other laser light that has passed through the cylindrical lens, and the second light that is separated by the second filter. A light receiving optical system including first and second light receiving elements for receiving one and the other laser light at the focal positions of the condenser lens and the cylindrical lens, respectively; A first height calculation circuit for obtaining a height from the light receiving position of the child, a second height calculation circuit for obtaining a height from the light receiving position of the second light receiving element, the first light receiving element and the second And a height determination circuit that selects the height calculation result of the first or second height calculation circuit that receives the signal of the light receiving element having the larger light receiving amount by comparing the light receiving amounts of the two light receiving elements. A three-dimensional shape measuring device, comprising: a signal processing circuit.
【請求項3】(A)測定対象物を裁置する測定台と、
(B)レーザと、前記レーザのビーム径を所要のビーム
径に拡大するビーム拡大器と、このビーム拡大器により
拡大されたレーザ光を前記測定台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
レーザ光を最終的に前記測定台の測定面上で所要のビー
ム径に集光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分光する第1の偏
光ビームスプリッタと、前記偏光ビームスプリッタを通
過したP偏光のレーザ光を前記測定台の真上から鉛直下
方に走査軌跡が前記測定台の送り方向と直交するように
反射する第1の反射ミラーと、前記偏光ビームスプリッ
タで反射されS偏光のレーザ光を前記測定台の斜め上方
から走査軌跡が前記第1の反射ミラーの走査軌跡と一致
するように反射しかつ前記偏光ビームスプリッタから前
記測定台の測定面までの光路長が前記第1の反射ミラー
による前記P偏光のレーザ光の光路長と等しくなるよう
に反射する第2の反射ミラーとで構成される走査光学系
と、(C)前記第2の反射ミラーにより反射された前記
S偏光のレーザ光の入斜角に大きさが等しい角度の反射
角方向に反射する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あり前記集光レンズを通過した
レーザ光を走査方向に集光するシリンドリカルレンズ
と、前記シリンドリカルレンズを通過したレーザ光を分
光する第2の偏光ビームスプリッタと、前記第2の偏光
ビームスプリッタで分光されたP偏光のレーザ光および
S偏光のレーザ光それぞれを前記集光レンズおよび前記
シリンドリカルレンズの焦点位置で受光する第1および
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の受光素子の受光位置から高さを求める第1の高
さ演算回路と、前記第2の受光素子の受光位置から高さ
を求める第2の高さ演算回路と、前記第1の受光素子の
前記第2の受光素子の受光量を比較し受光量の多い方の
受光素子の信号を受ける前記第1または第2の高さ演算
回路の高さ演算結果を選択する高さ判定回路とで構成さ
れる信号処理回路とを備えることを特徴とする三次元形
状測定装置。
3. A measuring table for placing an object to be measured,
(B) a laser, a beam expander for expanding the beam diameter of the laser to a required beam diameter, and a scanner for scanning the laser light expanded by the beam expander in a direction orthogonal to the feed direction of the measuring table. An fθ lens that finally focuses the laser beam scanned by the scanner to a required beam diameter on the measurement surface of the measurement table and keeps the scanning speed constant;
A first polarization beam splitter that splits the laser beam that has passed through the fθ lens, and a scanning trajectory of the P-polarized laser beam that has passed through the polarization beam splitter moving vertically from directly above the measurement table to below the measurement table. A first reflection mirror that reflects the light perpendicular to the direction, and a scanning locus of the S-polarized laser light reflected by the polarization beam splitter obliquely from above the measurement table and coincides with the scanning locus of the first reflecting mirror. A second reflection mirror that reflects light so that the optical path length from the polarizing beam splitter to the measurement surface of the measuring table is equal to the optical path length of the P-polarized laser light by the first reflection mirror. And (C) reflection in a reflection angle direction having an angle equal to the incident angle of the S-polarized laser light reflected by the second reflection mirror. A condensing lens for condensing laser light, a cylindrical lens on the optical axis of the condensing lens and condensing laser light passing through the condensing lens in a scanning direction, and a laser light passing through the cylindrical lens A second polarizing beam splitter for splitting the laser beam; and a second polarizing beam splitter for receiving the P-polarized laser beam and the S-polarized laser beam split by the second polarizing beam splitter at focal positions of the condenser lens and the cylindrical lens, respectively. A light receiving optical system composed of first and second light receiving elements; (D) a first height calculating circuit for obtaining a height from a light receiving position of the first light receiving element; A second height calculating circuit for calculating a height from a light receiving position; and a first height receiving circuit for comparing a light receiving amount of the second light receiving element of the first light receiving element and receiving a signal of a light receiving element having a larger light receiving amount. Or A signal processing circuit comprising a height determination circuit for selecting a height calculation result of the second height calculation circuit.
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