JP2633718B2 - Shape recognition device - Google Patents

Shape recognition device

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JP2633718B2
JP2633718B2 JP2263827A JP26382790A JP2633718B2 JP 2633718 B2 JP2633718 B2 JP 2633718B2 JP 2263827 A JP2263827 A JP 2263827A JP 26382790 A JP26382790 A JP 26382790A JP 2633718 B2 JP2633718 B2 JP 2633718B2
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shape
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Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は形状認識装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] (Field of Industrial Application) The present invention relates to a shape recognition device.

(従来の技術) 形状を認識する方法として、2台のカメラを用いるス
テレオ法や複数の照明の散乱光強度から面の傾きを求め
る照度差ステレオ法や、スリット光を投影し、その光切
断線から形状を認識する方法などがある。
(Prior Art) As a method of recognizing a shape, a stereo method using two cameras, a photometric stereo method for obtaining a surface inclination from scattered light intensities of a plurality of illuminations, a slit light projection, and a light cutting line thereof There is a method of recognizing the shape from the object.

また、共焦点を利用して物体の形状を認識する代表的
な例として走査型レーザ顕微鏡がある。この走査型レー
ザ顕微鏡は極めて焦点深度が浅い光学系を利用して、動
植物などの被測定物の断層透視を行うために開発された
ものである。これは被測定物に微小な径のスポット光を
照射すると、スポット光が集光した位置以外では光量が
低下して暗くなるため、スポット光の焦点位置と、検出
系の焦点位置が合焦しなければ結像しないというもので
あった。このことを利用して表面粗さなど非常に微細な
凹凸の形状検出に用いられている。
A scanning laser microscope is a typical example of recognizing the shape of an object using confocal. This scanning laser microscope has been developed for performing tomographic fluoroscopy of an object to be measured such as animals and plants using an optical system having an extremely shallow depth of focus. This is because when spot light with a small diameter is irradiated on the object to be measured, the amount of light decreases and darkens at positions other than the position where the spot light is condensed, so that the focus position of the spot light and the focus position of the detection system are focused. Without it, no image was formed. Utilizing this fact, it is used for detecting the shape of very fine irregularities such as surface roughness.

(発明が解決しようとする課題) ステレオ法、照度差ステレオ法や光切断法による形状
認識は、カメラ同士の位置またはカメラと光源との位置
関係に精密さを要求される他、検出対象に限定がかか
り、画像処理の時間も膨大なものとなっている。また、
測定光を被測定体に照射しているので、被測定体が正反
射の大きなもの、例えば金属であれば、被測定体からの
反射光の強度が非常に大きくなって被測定体の形状が測
定不可能となる。
(Problems to be solved by the invention) Shape recognition by the stereo method, the photometric stereo method or the light section method requires precision in the position between cameras or the positional relationship between the camera and the light source, and is limited to the detection target. And the time required for image processing is enormous. Also,
Since the measurement light is applied to the measurement object, if the measurement object has a large specular reflection, for example, a metal, the intensity of the reflected light from the measurement object is extremely large, and the shape of the measurement object is reduced. Measurement becomes impossible.

走査型レーザ顕微鏡では微小スポットを用いるため、
これを走査しなければならず、広い範囲を検出しようと
すると多大な時間を必要とすることとなった。また、上
述の他の測定検出方法と同様に測定光を被測定体に照射
しているので、やはり金属のように正反射光が大きい被
測定体には、反射レーザ光の強度が非常に大きくなって
被測定体の形状が測定不可能だった。
Since scanning laser microscopes use small spots,
This must be scanned, and a large amount of time is required to detect a wide range. In addition, since the measurement light is applied to the measurement target similarly to the other measurement and detection methods described above, the intensity of the reflected laser light is extremely large for the measurement target having a large regular reflection light such as a metal. As a result, the shape of the object to be measured could not be measured.

そこで本発明は、被測定体が正反射の大きなものでも
高精度に形状を測定でき、また検査時間の短縮を計れる
形状認識装置を提供することを目的とする。
Therefore, an object of the present invention is to provide a shape recognition device that can measure a shape with high accuracy even if a measured object has a large regular reflection, and that can shorten the inspection time.

[発明の構成] (課題を解決するための手段) 本発明は、照明光源と、この照明光源から放射された
照明光を集束する集束レンズと、この集束レンズによる
照明光の集束位置に配置され、かつ一部に所定形状の遮
光部を有した照明用光学部品と、この照明用光学部品を
通過した光を被測定体に照射するとともにこの被測定体
上に映る照明用光学部品の遮光部の影の画像を撮像する
撮像レンズと、この撮像レンズにより撮像された照明用
光学部品の結像位置に配置されるもので、照明用光学部
品の遮光部と同形の遮光部が形成され、かつ照明用光学
部品の遮光部と光学的に共役位置で、照明用光学部品の
遮光部の画像と重なり合うように配置された検出用光学
部品と、この検出用光学部品を通過した光強度を検出す
る複数の光検出器とを有する光学系と、被測定体をXYZ
方向に移動可能な移動機構と、光学系及び移動機構を相
互に移動して光検出器により検出された光強度が最小値
となる位置から被測定体の形状を求める測定手段とを備
えた形状認識装置である。
[Constitution of the Invention] (Means for Solving the Problems) The present invention is arranged at an illumination light source, a focusing lens for focusing illumination light emitted from the illumination light source, and a focusing position of the illumination light by the focusing lens. A lighting optical component having a light-shielding portion having a predetermined shape in part, and a light-shielding portion of the illumination optical component that irradiates the measurement object with light that has passed through the illumination optical component and is reflected on the measurement object. An imaging lens that captures an image of the shadow of the illumination optical component, which is arranged at an image forming position of the optical component for illumination captured by the imaging lens, has a light shielding portion having the same shape as the light shielding portion of the optical component for illumination, and A detection optical component disposed at an optically conjugate position with the light-shielding portion of the illumination optical component so as to overlap an image of the light-shielding portion of the illumination optical component; and detecting a light intensity passing through the detection optical component. With multiple photodetectors An optical system, the object to be measured XYZ
A moving mechanism capable of moving in the direction, and measuring means for moving the optical system and the moving mechanism with respect to each other to determine the shape of the object to be measured from a position where the light intensity detected by the photodetector is a minimum value. It is a recognition device.

(作用) このような手段を備えたことにより、光学系の照明光
源から放射された照明光は集束レンズにより集束され、
照明用光学部品を通って撮像レンズにより被測定体上に
照射され、この被測定体上に映る照明用光学部品の遮光
部の画像は撮像レンズにより撮像されて検出用光学部品
を通過して光検出器により受光される。
(Operation) By providing such means, the illumination light emitted from the illumination light source of the optical system is focused by the focusing lens,
The object to be measured is illuminated by the imaging lens through the illumination optical component, and the image of the light-shielding portion of the illumination optical component reflected on the object to be measured is captured by the imaging lens, passes through the detection optical component, and is illuminated. Light is received by the detector.

このとき、光学系と被測定体とが相互に移動されて光
検出器により検出された光強度が最小値となる位置から
被測定体の形状が求められる。
At this time, the shape of the measured object is obtained from the position where the optical system and the measured object are moved relative to each other and the light intensity detected by the photodetector becomes a minimum value.

(実施例) 以下、本発明の一実施例について図面を参照して説明
する。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図は形状認識装置の構成図である。XYZテーブル
1はXYテーブル2及びZテーブル3から構成されてお
り、Zテーブル3上には被測定体4が載置されている。
FIG. 1 is a configuration diagram of a shape recognition device. The XYZ table 1 is composed of an XY table 2 and a Z table 3, and an object 4 to be measured is placed on the Z table 3.

このXYZテーブル1の上方には光学系10が配置されて
いる。この光学系10には照明光源11が備えられている。
この照明光源11は半導体レーザから構成されている。こ
の照明光源11から放射された照明光、つまり半導体レー
ザ光の光軸上には円筒レンズ12、照明用光学部品13が配
置されている。照明用光学部品13は集束レンズ12の集束
位置に配置されている。
An optical system 10 is arranged above the XYZ table 1. The optical system 10 includes an illumination light source 11.
This illumination light source 11 is composed of a semiconductor laser. On the optical axis of the illumination light emitted from the illumination light source 11, that is, the semiconductor laser light, a cylindrical lens 12 and an illumination optical component 13 are arranged. The illumination optical component 13 is arranged at a focusing position of the focusing lens 12.

この照明用光学部品13は第2図に示すように光学部品
板14に長方形の窓15を形成し、この窓15の長手方向に細
線16を張ったものである。なお、この照明用光学部品13
は第3図に示すように複数、例えば3本の細線17を平行
に張っても良い。
As shown in FIG. 2, the illumination optical component 13 is formed by forming a rectangular window 15 in an optical component plate 14 and extending a thin line 16 in the longitudinal direction of the window 15. The illumination optical component 13
As shown in FIG. 3, a plurality of, for example, three fine wires 17 may be stretched in parallel.

前記照明光源11の光軸上にはハーフミラー18が配置さ
れている。このハーフミラー18の反射方向には撮像レン
ズ19が配置され、かつこの反射方向とは逆方向には検出
用光学部品20及び光検出器21が配置されている。
On the optical axis of the illumination light source 11, a half mirror 18 is arranged. An imaging lens 19 is arranged in a reflection direction of the half mirror 18, and a detection optical component 20 and a photodetector 21 are arranged in a direction opposite to the reflection direction.

撮像レンズ19はハーフミラー18により反射した光学部
品光を集束して被測定体4に照射するとともに、このと
き被測定体4上に映る照明用光学部品の画像を撮像して
検出用光学部品20の配置側に結像するものである。
The imaging lens 19 converges the light of the optical component reflected by the half mirror 18 and irradiates the light to the measured object 4, and at this time, captures an image of the illumination optical component reflected on the measured object 4 and detects the image of the optical component for detection 20. Is imaged on the arrangement side of.

検出用光学部品20は第4図に示すように光学部品板21
に長方形の窓22を形成し、この窓22の長手方向に細線23
を張ったものである。なお、この検出用光学部品20は第
5図に示すように複数、例えば3本の細線24を平行に張
っても良い。
As shown in FIG. 4, the detection optical component 20 is an optical component plate 21.
A rectangular window 22 is formed in the
It is the one with As shown in FIG. 5, the detection optical component 20 may have a plurality of, for example, three thin wires 24 stretched in parallel.

ところで、これら照明用光学部品13と検出用光学部品
20とは撮像レンズ19を介して共役位置に配置され、かつ
これら光学部品13、20の各細線16、23が重なるように配
置される。つまり、被測定体4上に照明用光学部品13の
画像が映り、この画像が撮像レンズ19により撮像されて
検出用光学部品20上に結像された際、この結像画像の細
線16と検出用光学部品20の細線23とが重なり合う方向に
照明用光学部品13と検出用光学部品20とが配置されてい
る。
By the way, the illumination optical component 13 and the detection optical component
20 is arranged at a conjugate position via an imaging lens 19, and is arranged such that the thin wires 16, 23 of these optical components 13, 20 overlap. That is, when the image of the illumination optical component 13 is reflected on the measured object 4 and this image is captured by the imaging lens 19 and formed on the detection optical component 20, the thin line 16 of the formed image is detected. The illumination optical component 13 and the detection optical component 20 are arranged in a direction in which the thin wire 23 of the optical component 20 overlaps.

前記光検出器21は検出用光学部品20を通過した光を受
光してその受光強度に応じた電気信号を出力するもので
ある。具体的にはCCD(固体撮像素子)のラインセン
サ、エリアセンサ等から構成されている。
The photodetector 21 receives light that has passed through the detection optical component 20 and outputs an electric signal corresponding to the intensity of the received light. Specifically, it is composed of a CCD (solid-state imaging device) line sensor, area sensor, and the like.

この光検出器21から出力された電気信号は測定回路22
に送られている。この測定回路22はXYZテーブル1に対
して走査指令Sを発してXYZテーブル1を走査移動、及
び昇降指令Hを発してZテーブル3を昇降移動させ、こ
の状態に光検出器21により検出された受光強度の最小値
となる位置から被測定体4の3次元形状を求める機能を
有している。
The electric signal output from the photodetector 21 is
Has been sent to The measurement circuit 22 issues a scanning command S to the XYZ table 1 to scan and move the XYZ table 1 and issues an elevating command H to move the Z table 3 up and down. This state is detected by the photodetector 21. It has a function of obtaining the three-dimensional shape of the measured object 4 from the position where the received light intensity has the minimum value.

次に上記の如く構成された装置の作用について説明す
る。
Next, the operation of the apparatus configured as described above will be described.

照明光源11から放射された照明光は円筒レンズ12によ
り集束されて照明用光学部品13を通り、光学部品光とし
てハーフミラー18に到達する。この光学部品光はハーフ
ミラー18で反射して撮像レンズ19により集束されて被測
定体4上に照射され、この被測定体4上に検出用光学部
品13の像が結像される。この検出用光学部品13の像は撮
像レンズ19及びハーフミラー18を透過して検出用光学部
品20の位置で再び結像される。そして、検出用光学部品
20を通過した光が光検出器21により受光される。
The illumination light emitted from the illumination light source 11 is converged by the cylindrical lens 12, passes through the illumination optical component 13, and reaches the half mirror 18 as optical component light. The optical component light is reflected by the half mirror 18, is converged by the imaging lens 19, and is irradiated on the measured object 4, and an image of the detection optical component 13 is formed on the measured object 4. The image of the detection optical component 13 passes through the imaging lens 19 and the half mirror 18 and is formed again at the position of the detection optical component 20. And optical components for detection
Light that has passed through 20 is received by photodetector 21.

ここで、第6図に示すように被測定体4と光学系10と
の相対位置のずれを示す各ラインa、b、cを設定し、
ラインbが焦点の合っている場合、残りの各ラインa、
cが焦点の合っていない場合とする。
Here, as shown in FIG. 6, lines a, b, and c indicating the relative position shift between the measured object 4 and the optical system 10 are set,
If line b is in focus, each remaining line a,
Assume that c is out of focus.

ラインbで反射した光は撮像レンズ19及びハーフミラ
ー18を通って検出用光学部品20に到達する。この場合、
焦点が合っているので、照明用光学部品13の像は検出用
光学部品20上で結像し、検出用光学部品13の細線16と検
出用光学部品20の細線23とが重なる。従って、光検出器
21により受光される光強度は最も低くなり、光検出器21
から出力される電気信号のレベルは最も低くなる。
The light reflected by the line b reaches the detection optical component 20 through the imaging lens 19 and the half mirror 18. in this case,
Since the image is focused, the image of the illumination optical component 13 is formed on the detection optical component 20, and the thin line 16 of the detection optical component 13 and the thin line 23 of the detection optical component 20 overlap. Therefore, the light detector
The light intensity received by 21 is the lowest,
The level of the electric signal output from is the lowest.

一方、ラインaで反射した光は検出用光学部品20の光
検出器21側で結像する。このため、検出用光学部品20の
細線23を回りこんだ光が光検出器21に入射する。従っ
て、光検出器21で受光される光強度は高くなる。
On the other hand, the light reflected by the line a forms an image on the photodetector 21 side of the detection optical component 20. For this reason, the light that goes around the thin wire 23 of the detection optical component 20 enters the photodetector 21. Therefore, the intensity of light received by the photodetector 21 increases.

又、ラインcで反射した光は検出用光学部品20のハー
フレンズ18側で結像する。このため、ラインaの場合と
同様に検出用光学部品20の細線23を回りこんだ光が光検
出器21に入射する。従って、光検出器21で受光される光
強度は高くなる。
The light reflected by the line c forms an image on the half lens 18 side of the detection optical component 20. For this reason, as in the case of the line a, the light that has passed around the thin wire 23 of the optical component for detection 20 enters the photodetector 21. Therefore, the intensity of light received by the photodetector 21 increases.

しかるに、被測定体4及び光学系10の相対位置のずれ
と光検出器21の出力との関係は第7図に示すように被測
定体4に対した撮像レンズ19が合焦点の場合に光検出器
21の出力レベルが最も低くなる。
However, as shown in FIG. 7, the relationship between the displacement of the relative position of the object 4 and the optical system 10 and the output of the photodetector 21 is such that when the imaging lens 19 with respect to the object 4 is in focus, Detector
21 has the lowest output level.

従って、被測定体4と光学系10との相対位置を変化さ
せる、例えば被測定体4をZテーブル3により昇降させ
ることにより光検出器21の出力が最も低くなる位置を検
出することによって合焦点位置が求められる。
Therefore, by changing the relative position between the measured object 4 and the optical system 10, for example, by moving the measured object 4 up and down by the Z table 3, the position at which the output of the photodetector 21 becomes lowest is detected. A position is required.

次に上記説明した合焦点位置の検出方法を用いての形
状認識の作用について説明する。
Next, the operation of shape recognition using the above-described method of detecting the focal point will be described.

測定回路22はXYZテーブル1に対して移動指令を発し
て被測定体4を位置決めする。すなわち、XYテーブル2
はX及びY方向に移動し、被測定体4を光学系10の下方
に配置する。次にXYテーブル2は例えばY方向に移動し
て光学系10の結像位置を第8図に示すように被測定体4
a、4bの端点(イ)に位置決めする。次に測定回路22は
Zテーブル3に昇降指令Hを発する。これにより、Zテ
ーブル3は昇降する。
The measurement circuit 22 issues a movement command to the XYZ table 1 to position the measured object 4. That is, XY table 2
Moves in the X and Y directions, and places the measured object 4 below the optical system 10. Next, the XY table 2 is moved, for example, in the Y direction to move the image forming position of the optical system 10 as shown in FIG.
Position at the end points (a) of a and 4b. Next, the measurement circuit 22 issues an elevation command H to the Z table 3. As a result, the Z table 3 moves up and down.

この状態に照明光源11から放射された照明光は円筒レ
ンズ12により集束され、照明用光学部品13を通ってハー
フミラー18に到達し、このハーフミラー18で反射し撮像
レンズ19で集束されて被測定体4に照射される。そし
て、被測定体4からの反射光は再び撮像レンズ19及びハ
ーフミラー18を通って検出用光学部品20に到達する。そ
して、被測定体4の昇降により合焦点になると、光検出
器21の出力レベルは最も低くなる。そうして、測定回路
22はXYテーブル2に対してX方向の走査指令Sを発す
る。しかして、被測定体4がX方向に移動する際に測定
回路22はZテーブル3を昇降させながら光検出器21の出
力が最も小さくなる位置を求める。この結果、測定回路
22は第9図に示すように端点(イ)における形状を認識
する。
In this state, the illumination light emitted from the illumination light source 11 is converged by the cylindrical lens 12, reaches the half mirror 18 through the illumination optical component 13, is reflected by the half mirror 18, is converged by the imaging lens 19, and is received. The measurement object 4 is irradiated. Then, the reflected light from the measured object 4 reaches the detection optical component 20 through the imaging lens 19 and the half mirror 18 again. Then, when the focal point is reached by elevating and lowering the measured object 4, the output level of the photodetector 21 becomes the lowest. Then the measurement circuit
22 issues an X-direction scanning command S to the XY table 2. Thus, when the object 4 moves in the X direction, the measuring circuit 22 moves up and down the Z table 3 to find a position where the output of the photodetector 21 becomes minimum. As a result, the measurement circuit
22 recognizes the shape at the end point (a) as shown in FIG.

次に測定回路22はXYテーブル2をY方向に定ピッチ移
動して位置(ロ)に位置決めする。次に測定回路22はZ
テーブル3に昇降指令Hを発する。これにより、Zテー
ブル3は昇降する。しかるに、上記端点(イ)の場合の
作用と同様に被測定体4は昇降し、合焦点になると、光
検出器21の出力レベルは最も低くなる。そうして、測定
回路22はXYテーブル2に対してX方向の走査指令Sを発
する。しかして、被測定体4がX方向に移動する際に測
定回路22はZテーブル3を昇降させながら光検出器21の
出力が最も小さくなる位置を求める。この結果、測定回
路22は第10図に示すように位置(ロ)における形状を認
識する。
Next, the measurement circuit 22 moves the XY table 2 at a constant pitch in the Y direction and positions it at the position (b). Next, the measuring circuit 22
An elevation command H is issued to the table 3. As a result, the Z table 3 moves up and down. However, similarly to the operation in the case of the end point (a), the measured object 4 moves up and down, and when the object 4 comes to a focal point, the output level of the photodetector 21 becomes the lowest. Then, the measurement circuit 22 issues a scan command S in the X direction to the XY table 2. Thus, when the object 4 moves in the X direction, the measuring circuit 22 moves up and down the Z table 3 to find a position where the output of the photodetector 21 becomes minimum. As a result, the measuring circuit 22 recognizes the shape at the position (b) as shown in FIG.

次に測定回路22はXYテーブル2をY方向に定ピッチ移
動して位置(ハ)に位置決めし、上記端点(ロ)の場合
の作用と同様にして測定回路22は第11図に示すように位
置(ハ)における形状を認識する。
Next, the measuring circuit 22 moves the XY table 2 at a constant pitch in the Y direction and positions it at the position (c), and the measuring circuit 22 operates as shown in FIG. Recognize the shape at the position (c).

かくして、測定回路22は各被測定体4a、4bの3次元形
状を認識する。
Thus, the measurement circuit 22 recognizes the three-dimensional shape of each of the measured objects 4a and 4b.

以上の説明の通り、細線16、23を有する照明用光学部
品13及び検出用光学部品20を設け、光学系10と被測定体
4とを相互に移動して光検出器21により検出された光強
度が最小値となる位置から被測定体4の形状を求めるよ
うにしたので、最も低い光強度の検出により容易に合焦
点、つまり被測定体4の位置が容易に検出でき、さらに
走査を行うことによって被測定体4の3次元形状を認識
できる。又、細線16、23を有する照明用光学部品13及び
検出用光学部品20を用いるので、被測定体4が正反射光
の大きなもの、例えばハンダ、金属、鏡面で正反射光量
が非常に大きくなっても細線16、23の暗い部分を重ね合
せることによって高精度に3次元形状を認識でき、その
うえ表面に銅CuやアルミニウムAlが混在して表面の反射
率分布が異なっていても3次元形状を認識できる。
As described above, the illumination optical component 13 and the detection optical component 20 having the fine lines 16 and 23 are provided, and the optical system 10 and the object 4 are moved with respect to each other to detect the light detected by the photodetector 21. Since the shape of the measured object 4 is obtained from the position where the intensity becomes the minimum value, the focus is easily detected by detecting the lowest light intensity, that is, the position of the measured object 4 can be easily detected, and further scanning is performed. Thereby, the three-dimensional shape of the measured object 4 can be recognized. Further, since the illumination optical component 13 and the detection optical component 20 having the fine wires 16 and 23 are used, the measured object 4 has a large specular reflection light, for example, a solder, a metal, or a mirror surface. Even when the dark portions of the fine lines 16 and 23 are superimposed, the three-dimensional shape can be recognized with high accuracy. Can be recognized.

次に本発明の変形例について第12図を参照して説明す
る。なお、第1図と同一部分には同一符号を付してその
詳しい説明は省略する。
Next, a modified example of the present invention will be described with reference to FIG. The same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

照明光源11の光軸上には光学レンズ30、円筒レンズ31
及び照明用光学部品13が配置され、さらに照明用光学部
品13を通過した光の光路上に光学スキャナ32が配置され
ている。この光学スキャナ32は矢印(ニ)方向に回動し
て照明光を被測定体4の表面上に走査させるものであ
る。又、ハーフミラー18の反射光路上には光学スキャナ
33が配置され、この光学スキャナ33の反射光路上に検出
用光学部品20及び光検出器34が配置されている。光学ス
キャナ33は光学スキャナ32と同期して矢印(ホ)方向に
回動するものとなっている。光検出器34は複数の光検出
器を配列したCCDの1次元センサとなっている。
On the optical axis of the illumination light source 11, an optical lens 30 and a cylindrical lens 31 are provided.
And an illumination optical component 13, and an optical scanner 32 is arranged on the optical path of the light passing through the illumination optical component 13. The optical scanner 32 rotates in the direction of the arrow (d) to scan the illumination light on the surface of the measured object 4. An optical scanner is located on the reflected light path of the half mirror 18.
A detection optical component 20 and a photodetector 34 are disposed on the reflected light path of the optical scanner 33. The optical scanner 33 rotates in the direction of the arrow (e) in synchronization with the optical scanner 32. The light detector 34 is a CCD one-dimensional sensor in which a plurality of light detectors are arranged.

かかる構成であれば、照明光源11から放射された照明
光は光学レンズ、円筒レンズ及び照明用光学部品13を通
過して光学部品光として光学スキャナ32に到達し、この
光学スキャナ32によりスキャンされる。このスキャンさ
れた光学部品光はハーフミラー18を透過し、撮像レンズ
19により集束されて被測定体4に照射される。この被測
定体4からの反射光はハーフミラー18で反射し、光学ス
キャナ33によりスキャンされる。そして、このスキャン
された光が光検出器34に入射する。一方、光学部品光の
スキャンとともに被測定体4は昇降される。従って、光
検出器34の出力が最大となる位置を検出することにより
被測定体4の3次元形状が求められる。
With such a configuration, the illumination light emitted from the illumination light source 11 passes through the optical lens, the cylindrical lens, and the illumination optical component 13, reaches the optical scanner 32 as optical component light, and is scanned by the optical scanner 32. . This scanned optical component light is transmitted through the half mirror 18 and the imaging lens
The light is converged by 19 and radiated onto the measured object 4. The reflected light from the object 4 is reflected by the half mirror 18 and scanned by the optical scanner 33. Then, the scanned light is incident on the photodetector 34. On the other hand, the measured object 4 is moved up and down together with the scanning of the optical component light. Therefore, the three-dimensional shape of the measured object 4 is obtained by detecting the position where the output of the photodetector 34 is maximum.

このように上記第2実施例によれば、形状認識の高速
化がはかれる。
As described above, according to the second embodiment, the speed of shape recognition can be increased.

なお、本発明は上記各実施例に限定されるものでなく
その主旨を逸脱しない範囲で変形しても良い。例えば、
照明光源11は半導体レーザに限らずレーザダイオードを
用いても良い。又、形状を認識する場合、被測定体4を
Z方向に昇降するのに限らず光学系10を昇降させても良
い。
The present invention is not limited to the above embodiments, and may be modified without departing from the gist thereof. For example,
The illumination light source 11 is not limited to a semiconductor laser, but may be a laser diode. When the shape is recognized, the optical system 10 may be moved up and down instead of moving the object 4 up and down in the Z direction.

また、以下に第3実施例を示す。装置の構成は第1図
と同様なので省略する。第3実施例と第1実施例の違い
は、照明用光学部品13と検出用光学部品20の構成にあ
る。第1実施例が両光学部品に遮光部を設けていたのに
対して、第3実施例では、これに代えて第13図及び第14
図のようにそれぞれスリットを設けている。これによる
作用は、画像の明暗が反転するのみで第1実施例と同様
な効果が得られるものである。もちろん、第15図及び第
16図のようにスリットを複数も受けるようにしても良い
ものである。
A third embodiment will be described below. The configuration of the apparatus is the same as that of FIG. The difference between the third embodiment and the first embodiment lies in the configuration of the illumination optical component 13 and the detection optical component 20. In contrast to the first embodiment in which a light shielding portion is provided for both optical components, in the third embodiment, instead of this, FIGS.
Each slit is provided as shown in the figure. The effect of this is that the same effect as in the first embodiment can be obtained only by inverting the brightness of the image. Of course, FIG.
As shown in FIG. 16, a plurality of slits may be received.

[発明の効果] 以上詳記したように本発明によれば、照明用光学部品
の遮光部と同形の遮光部が形成された検出用光学部品
を、照明用光学部品の遮光部と光学的に共役位置で、照
明用光学部品の遮光部の画像と重なり合うように配置す
るという簡単な構成で、被測定体が正反射の大きなもの
でも高精度に3次元形状を認識でき、かつこの3次元形
状の認識を高速化できる形状認識装置を提供できる。
[Effects of the Invention] As described above in detail, according to the present invention, a detection optical component having a light-shielding portion having the same shape as the light-shielding portion of the illumination optical component is optically connected to the light-shielding portion of the illumination optical component. With a simple configuration in which it is arranged at the conjugate position so as to overlap the image of the light-shielding part of the illumination optical component, even if the measured object has a large regular reflection, the three-dimensional shape can be recognized with high accuracy, and this three-dimensional shape can be recognized. And a shape recognition device that can speed up recognition of the object.

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

第1図乃至第11図は本発明に係わる形状認識装置の第1
実施例を説明するための図であって、第1図は構成図、
第2図及び第3図は照明用光学部品の構成図、第4図及
び第5図は検出用光学部品の構成図、第6図は合焦点を
示す模式図、第7図は光検出器の出力を示す図、第8図
乃至第11図は形状認識の作用を説明するための図、第12
図は本発明の第2実施例を示す構成図、第13図乃至第16
図はスリットの外観図である。 1……XYZテーブル、4……被測定体、10……光学系、1
1……照明光源、12……円筒レンズ、13……照明用光学
部品、15……窓、16……細線、18……ハーフミラー、19
……撮像レンズ、20……検出用光学部品、21……光検出
器、22……測定回路。
1 to 11 show a first embodiment of a shape recognition device according to the present invention.
FIG. 1 is a diagram for explaining an embodiment, FIG. 1 is a configuration diagram,
2 and 3 are configuration diagrams of optical components for illumination, FIGS. 4 and 5 are configuration diagrams of optical components for detection, FIG. 6 is a schematic diagram showing a focal point, and FIG. 7 is a photodetector. 8 to 11 are diagrams for explaining the operation of shape recognition, and FIGS.
FIG. 13 is a block diagram showing a second embodiment of the present invention, and FIGS.
The figure is an external view of the slit. 1 ... XYZ table, 4 ... Measurement object, 10 ... Optical system, 1
1 ... Illumination light source, 12 ... Cylindrical lens, 13 ... Optical parts for illumination, 15 ... Window, 16 ... Fine wire, 18 ... Half mirror, 19
... Imaging lens, 20 optical components for detection, 21 photodetector, 22 measurement circuit.

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】照明光源と、 この照明光源から放射された照明光を集束する集束レン
ズと、 この集束レンズによる照明光の集束位置に配置され、か
つ一部に所定形状の遮光部を有した照明用光学部品と、 この照明用光学部品を通過した光を被測定体に照射する
とともにこの被測定体上に映る前記照明用光学部品の遮
光部の影の画像を撮像する撮像レンズと、 この撮像レンズにより撮像された前記照明用光学部品の
結像位置に配置されるもので、前記照明用光学部品の遮
光部と同形の遮光部が形成され、かつ前記照明用光学部
品の遮光部と光学的に共役位置で、前記照明用光学部品
の遮光部の画像と重なり合うように配置された検出用光
学部品と、 この検出用光学部品を通過した光強度を検出する複数の
光検出器とを有する光学系と、 前記被測定体をXYZ方向に移動可能な移動機構と、 前記光学系及び前記移動機構を相互に移動して前記光検
出器により検出された光強度が最小値となる位置から前
記被測定体の形状を求める測定手段と、 を具備したことを特徴とする形状認識装置。
An illumination light source, a converging lens for converging illumination light emitted from the illumination light source, and a light-shielding portion of a predetermined shape arranged at a position where the illumination light is converged by the converging lens and partially provided An illumination optical component, and an imaging lens that irradiates the object to be measured with light that has passed through the illumination optical component and captures an image of a shadow of a light-shielding portion of the illumination optical component reflected on the object to be measured. A light-shielding portion having the same shape as a light-shielding portion of the illumination optical component is formed at an image forming position of the illumination optical component imaged by an imaging lens, and the light-shielding portion of the illumination optical component is optically connected to the optical component. And a plurality of photodetectors for detecting the intensity of light passing through the detection optical component, the detection optical component being disposed at a conjugate position so as to overlap the image of the light shielding portion of the illumination optical component. An optical system; A moving mechanism capable of moving the fixed object in the XYZ directions, and moving the optical system and the moving mechanism to each other to change the shape of the measured object from a position where the light intensity detected by the photodetector is a minimum value. A shape recognizing device, comprising: a measuring unit to be obtained;
【請求項2】前記照明用光学部品および前記検出用光学
部品の各遮光部は、少なくとも1本の細線で形成された
構成である請求項(1)記載の形状認識装置。
2. The shape recognition apparatus according to claim 1, wherein each of the light-shielding portions of the illumination optical component and the detection optical component is formed of at least one thin line.
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