JP2959518B2 - 高さ測定装置 - Google Patents

高さ測定装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えばチップとリ
ードに接続されたボンディングワイヤ等の線状物体の高
さを測定する場合に使用して好適な高さ測定装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種の高さ測定装置は、例えば
特開平７−３３５７０６号公報に「ワイヤの高さ測定装
置」として開示され、図１３に示すように構成されてい
る。これを同図に基づいて説明すると、同図において、
レーザ光源１ａ，１ｂは、半導体レーザ等からなり、レ
ーザビーム８ａ，８ｂを照射する。
【０００３】シャッタ６０ａ，６０ｂは、一瞬でレーザ
ビーム８ａ，８ｂを通過させたり、遮蔽したりする機能
を有している。集光レンズ４０１ａ，４０１ｂは、レー
ザビーム８ａ，８ｂを一点に集光させる機能を有してい
る。光検出器６は、フォトダイオード等からなり、入射
光量に比例した電流を出力する機能を有している。
【０００４】光学ヘッド１１２は、レーザ光源１ａ，１
ｂとシャッタ６０ａ，６０ｂと集光レンズ４０１ａ，４
０１ｂとを有する２つのヘッドからなり、これら各ヘッ
ドの構成部品が同一の軸線（各レーザ光源１ａ，１ｂの
光軸）上に位置するように設置されている。すなわち、
これら各ヘッドは、鉛直面内において各光軸のつくる角
度が９０゜に設定され、かつ片方の光軸が水平面と４５
゜となるような位置に位置付けられている。
【０００５】制御機構（図示せず）は、動作開始の命令
信号によって光学ヘッド１１２上の両レーザ光源１ａ，
１ｂを点灯し、両シャッタ６０ａ，６０ｂを交互に高速
で開閉しながら、走査機構５０２を駆動制御する。走査
機構５０２は、両レーザ光源１ａ，１ｂの光軸を含む平
面内で矢印方向Ａに光学ヘッド１１２を走査するととも
に、移動距離に対応する信号を演算処理機構（図示せ
ず）へ送る機能を有している。
【０００６】演算処理機構（図示せず）は、制御機構
（図示せず）からのシャッタ６０ａ，６０ｂの開閉信号
に同期させて光検出器６からの二つの信号を区別して記
憶するとともに、走査機構５０２からの信号に対応する
移動距離も記憶し、これら二つの光量信号と移動距離か
らチップ１５１とリード１５２に接続されたワイヤ１５
０の高さを計算して表示機構（図示せず）に出力する。
【０００７】このように構成された高さ測定装置の動作
につき、図１４〜図１８を用いて説明する。図１４〜図
１６は従来における高さ測定装置の測定動作を説明する
ために示す正面図、図１７および図１８は図１４〜図１
６において光検出器が検出した光量を示す光量信号と光
学ヘッドの位置との関係を示すグラフである。図１４に
おいて、光学ヘッド１１２によってワイヤ１５０を右に
走査していく途中であり、レーザ光源１ａから照射され
たレーザビーム８ａがワイヤ１５０ｃに当たり、その乱
反射光が光検出器６に入射している。このとき、演算処
理機構（図示せず）は、光検出器６からの光量信号を図
１７（ａ）に示すようにレーザ光源１ａによる光量信号
Ｓａとして記憶する。
【０００８】このまま右に走査すると、図１５に示すよ
うに、今度はレーザ光源１ｂから照射されたレーザビー
ム８ｂがワイヤ１５０ｃに当たり、その乱反射光が光検
出器６に入射する。このとき、演算処理機構（図示せ
ず）は、光検出器６からの光量信号を図１７（ｂ）に示
すようにレーザ光源１ｂによる光量信号Ｓｂとして記憶
する。
【０００９】このように、最後のワイヤ１５０まで走査
して、演算処理機構（図示せず）に記憶された二つの光
量信号Ｓａ，Ｓｂとこれら光量信号に対応する光学ヘッ
ド１１２の位置との関係をグラフにすると、図１７に示
すようになる。そして、演算処理機構（図示せず）は、
二つの光量信号Ｓａ，Ｓｂの各ピークが現われた位置を
決定する。
【００１０】これら光量信号Ｓａの各ピーク位置をそれ
ぞれＸ１ａ，Ｘ１ｂ，・・・とし、同様に光量信号Ｓｂ
の各ピーク位置をそれぞれＸ２ａ，Ｘ２ｂ，・・・とし
て、Ｘ１ａとＸ２ｂ，Ｘ１ｂとＸ２ｂ，・・・の組み合
わせで式（１）に代入し、それぞれのワイヤ１５０の高
さを計算する。
【００１１】
【数１】
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の高さ測
定装置においては、例えばチップ１５１の表面に鏡面部
分がある場合には、チップ１５１の表面からの反射光も
光検出器６に入射されてしまい、図１８（ａ）および
（ｂ）に示すように、二つの光量信号Ｓａ，Ｓｂにはワ
イヤ１５０からの反射光によるピークＭｃａ，Ｍｃｂが
現われる。
【００１３】また、図１８（ａ）にＭｓで示すように、
ワイヤ１５０の表面の状態によってワイヤ１５０からの
反射光が弱くなることもある。図１８（ａ）および
（ｂ）に示すように、閾値Ｓｔを設定しておいても、閾
値Ｓｔを越えているものが必ずしもワイヤ１５０からの
反射光によるピークＭｗであるとは限らず、両反射光を
区別することが非常に困難である。
【００１４】前述したように、測定順に組み合わせてい
く場合、仮に両光量信号Ｓにチップ１５１の表面による
ピークＭｃが入っていると、ワイヤ１５０の本数が多く
なってしまう。また、例えば片方の光量信号Ｓａにだけ
ピークＭｃがあったり、あるいは弱いピークＭｓがあっ
たりすると、ＸｉａとＸｉｂ（ｉは正数）の組み合わせ
が不正確になり、ワイヤ１５０の高さの計算に大きな誤
差を含んでしまう。
【００１５】そこで、従来の高さ測定装置において、測
定範囲に合わせて大きな受光面積をもつ光検出器を配置
したり、光検出器の上流側にレンズあるいは反射鏡を配
置したりすることが考えられるが、この場合測定対象と
してのワイヤの隣りのワイヤやチップ面等からの乱反射
光も受光してしまうことがあった。
【００１６】この結果、高さ計算に必要な反射光のピー
ク位置を決定することができず、精度の高い高さ測定を
行なうことができないという問題があった。
【００１７】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、高さ計算に必要な反射光のピーク位置を確実に
検出することができ、もって精度の高い高さ測定を行な
うことができる高さ測定装置の提供を目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明の請求項１記載の測定装置は、水平方向に走
査して基準水平面上の被測定物にレーザビーム光を照射
し、この照射光による被測定物からの反射光を検出する
光検出器を有する光学ヘッドと、この光学ヘッドに接続
され、反射光のうち最大光量となる反射光に対応するヘ
ッド走査位置に基づいて被測定物の基準水平面からの高
さを演算する演算処理装置とを備えた高さ測定装置であ
って、光学ヘッドに、基準水平面上の被測定物を通る鉛
直線に関して対称な二つの方向からレーザビーム光を照
射可能なレーザ光源と、このレーザ光源の光軸方向と異
なる方向に反射光を分けるビームスプリッタと、このビ
ームスプリッタによって分けられた反射光のうち水平面
に直交し、レーザ光源の光軸を含む平面内の反射光を通
過させる光学フィルタとを含ませた構成としてある。
【００１９】請求項２記載の発明は、請求項１記載の高
さ測定装置において、光学ヘッドが水平面内で回転可能
な単一の光学ヘッドからなる構成としてある。
【００２０】請求項３記載の発明は、請求項１記載の高
さ測定装置において、光学ヘッドが鉛直面内で回転可能
な単一の光学ヘッドからなる構成としてある。
【００２１】請求項４記載の発明は、請求項１記載の高
さ測定装置において、光学ヘッドが水平面に直交し、か
つレーザ光源の光軸を含む平面内に位置する二つの光学
ヘッドからなる構成としてある。
【００２２】請求項５記載の高さ測定装置は、水平方向
に走査して基準水平面上の被測定物にレーザビーム光を
照射するレーザ光源およびこのレーザ光源の照射光によ
る被測定物からの反射光を検出する光検出器を有する光
学ヘッドと、この光学ヘッドに接続され、反射光のうち
最大光量となる反射光に対応するヘッド走査位置に基づ
いて被測定物の基準水平面からの高さを演算する演算処
理装置とを備えた高さ測定装置であって、光学ヘッド
に、レーザ光源の光軸方向と異なる方向に反射光を分け
る第一ビームスプリッタと、この第一ビームスプリッタ
の下流側に配設され、レーザ光源の光軸方向と異なる方
向に反射光を分ける二つの第二ビームスプリッタと、こ
れら各第二ビームスプリッタによって分けられた反射光
のうち水平面に直交し、レーザ光源の光軸を含む平面内
の反射光を通過させる光学フィルタと、この光学フィル
タに対して被測定物からの反射光を反射する第一ミラー
と、この第一ミラーの反射面と平行な反射面を有し、第
一ビームスプリッタからの照射光を被測定物に対して反
射する第二ミラーとを含ませた構成としてある。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態につき、
図面を参照して説明する。図１は本発明の第１実施形態
に係る高さ測定装置を示す斜視図、図２および図３は同
じく本発明の第一実施形態に係る高さ測定装置の動作を
説明するために示す正面図である。同図において、光学
ヘッド１０は、レーザ光源１と集光レンズ２と偏光板３
と偏光ビームスプリッタ４とλ／４板５と光検出器６と
スリット付きの遮光板７とを備えている。
【００２４】レーザ光源１は、水平面に対してθの角度
で光軸をもち、斜め下に向かってレーザビーム８を照射
する。レーザビーム８は、円偏光ビーム８１および直線
偏光ビーム８２（共に図２に図示）の２つの偏光面を有
している。
【００２５】集光レンズ２は、レーザ光源１の光軸上に
配置され、レーザビーム８を線状物体５０上に集光す
る。偏光板３は、レーザ光源１の光軸上で集光レンズ２
の下側に配置され、レーザビーム８の２つの偏光面のう
ち一方だけを透過させる。ここでは、円偏光ビーム８１
のみを透過させるものとする。
【００２６】偏光ビームスプリッタ４は、レーザ光源１
の光軸上で偏光板３の下側に配置され、２つの偏光面の
うち片方を透過し、もう一方はレーザ光源の光軸に対し
て直角な方向に反射させる。ここでは、円偏光ビーム８
１を透過させ、直線偏光ビーム８２を反射させるものと
する。
【００２７】λ／４板５は、レーザ光源１の光軸上で偏
光ビームスプリッタ４の下側に配置され、レーザビーム
８の偏光面を回転させる機能を有する。λ／４板５を二
回通過した円偏光ビーム８１は直線偏光ビーム８２に、
または直線偏光ビーム８２は円偏光に偏光される。λ／
４板５を一回通過して回転した偏光面をもつレーザビー
ム８のうち、線状物体５０に照射されるものを回転偏光
ビーム８３ｉ（図２）とし、線状物体５０から反射して
くるものを回転偏光ビーム８３ｒ（図２）とする。
【００２８】光検出器６は、偏光ビームスプリッタ４で
レーザ光源１の光軸に対して直角な方向に分岐された光
軸上に配置され、受光光量に比例した第一の光量Ｓ１を
計算機構４０に対して出力する。
【００２９】遮光板７は、水平方向に延在するスリット
を有し、光検出器７と偏光ビームスプリッタ４との間に
配置されている。これにより、水平面と直交し、レーザ
光源１の光軸を含む平面内を通ってきたレーザビーム８
のみを通過させ、それ以外のレーザビーム８を通過させ
ない。制御機構２０は、レーザ光源１を点灯・消灯さ
せ、走査機構３０を駆動制御する。
【００３０】走査機構３０は、レーザ光源１の光軸を含
む平面に平行に光学ヘッド１０を水平移動させ、光学ヘ
ッド１０の位置を示す第一の位置信号Ｐ１を計算機構４
０に対して出力する。走査機構３０による走査範囲は、
線状物体５０の上を光学ヘッド１０が通り過ぎることが
できるだけの十分な距離を有しているものとする。
【００３１】計算機構４０は、第一の光量信号Ｓ１と第
一の位置信号Ｐ１から、第一の光量信号Ｓ１がピークと
なったときの光学ヘッド１０の第一の位置Ｘ１と、光学
ヘッド１０の向きを逆にして（光学ヘッド１０を水平面
内で１８０゜回転させるか、あるいは鉛直面内で９０゜
回転させる）測定したときの第二の位置Ｘ２をそれぞれ
算出して記憶し、第一の位置Ｘ１と第二の位置Ｘ２の間
隔から、三角測量による線状物体５０の高さを算出す
る。
【００３２】このように構成された高さ測定装置の動作
につき、図２〜図４を用いて説明する。図４（ａ）およ
び（ｂ）は本発明の第一実施形態に係る高さ測定装置の
光検出器が検出した光量を示す光量信号と光学ヘッドの
位置との関係を示すグラフである。先ず、図２および図
３に示すように、線状物体５０から離れた位置にレーザ
ビーム８の照射点がある水平面上に光学ヘッド１０の原
点位置Ｏを設定する。
【００３３】次に、光学ヘッド１０の走査方向を線状物
体５０の長手方向に対して垂直な平面と平行な方向に一
致させ、線状物体５０の長手方向部分をレーザ光照射位
置におく。この状態で、制御機構２０によってレーザ光
源１を点灯させ、走査機構３０を動作させる。
【００３４】図２において、走査途中を示しており、レ
ーザ光源１から照射されたレーザビーム８が、集光レン
ズ２を通過し、偏光板３で円偏光ビーム８１だけとな
り、偏光ビームスプリッタ４を通過した後、λ／４板５
で回転偏光ビーム８３ｉに偏光され、線状物体５０に集
光照射している。
【００３５】線状物体５０ｃに照射された回転偏光ビー
ム８３ｉは、線状物体５０ｃの断面が円形であるため、
レーザ光源１の光軸を含む平面内でさまざまな方向に反
射する。これら反射した回転偏光ビーム８３ｒのうち、
回転偏光ビーム８３ｉが線状物体５０の断面円の法線方
向から照射されたときだけが同じ法線方向に反射し、水
平面に直交しレーザ光源１の光軸を含む面に沿って同軸
上を戻っていく。
【００３６】反射した回転偏光ビーム８３ｒは、再度λ
／４板５で偏光されて直線偏光ビーム８２となり、偏光
ビームスプリッタ３で直角な方向に反射さ、遮光板７の
スリットを通過して光検出器６に達する。
【００３７】このとき、線状物体５０ｃの断面円の法線
方向以外に反射された他の回転偏光ビーム８３ｒｅは、
例えばλ／４板５を通過して偏光ビームスプリッタ３で
反射されても、遮光板７のスリットを通過することがで
きず、光検出器６には到達しない。
【００３８】このまま、回転偏光ビーム８３ｉが測定す
る全ての線状物体５０上を通過するまで走査していきな
がら、計算機構４０に第一の光量信号Ｓ１と第一の位置
信号Ｐ１を対応させて記憶していく。
【００３９】次に、図３に示すように、光学ヘッド１０
を同一の水平面内で１８０゜回転させて、原点位置Ｏに
レーザビーム８を合わせた後、ヘッド走査を開始し、同
様に第二の光量信号Ｓ２と第二の位置信号Ｐ２を対応さ
せて計算機構４０に記憶していく。
【００４０】そして、計算機構４０によって、第一の光
量信号Ｓ１のピークに対する第一の位置信号Ｐ１に対応
する第一の位置Ｘ１を、第二の光量信号Ｓ２のピークに
対する第二の位置信号Ｐ２に対応する第二の位置Ｘ２
を、それぞれ算出する。
【００４１】図４に示すように、計算機構４０は、これ
ら第一の位置Ｘ１と第二の位置Ｘ２を原点位置Ｏから順
番に（Ｘ１ａ，Ｘ２ａ），（Ｘ１ｂ，Ｘ２ｂ），・・・
と組み合わせていく。
【００４２】さらに、計算機構４０は、組み合わさった
第一の位置Ｘ１と第二の位置Ｘ２を式（２）に代入し、
基準水平面からの線状物体５０の高さ（Ｈａ，Ｈｂ，・
・）を算出する。
【００４３】
【数２】
【００４４】次に、本発明の第二実施形態につき、図面
を参照して説明する。図５は本発明の第二実施形態に係
る高さ測定装置を示す正面図、図６および図７は同じく
本発明の第二実施形態に係る高さ測定装置の動作を説明
するために示す正面図である。図５〜図７において、光
学ヘッド１０は、二つの光学ヘッド１１０ａ，１１０ｂ
を互いに向き合わせ、それぞれのレーザ光源１０１ａ，
１０１ｂの光軸と水平面のなす角度を４５゜に配置した
ものである。
【００４５】被測定物としての線状物体１５０ａ〜１５
０ｆは、ＩＣ（チップ）１５１とリード１５２に接続
（ボンディング）されたワイヤである。レーザ光源１０
１ａ，１０１ｂは、半導体レーザ等からなり、赤色のレ
ーザビーム８を照射する。
【００４６】集光レンズ２ａ，２ｂは、複数のレンズか
らなり、レーザビーム８を数μｍまで細かく絞り込める
機能を有している。光検出器１０６ａ，１０６ｂは、フ
ォトダイオード等からなり、入射光量に比例した電流を
出力する機能を有している。
【００４７】一軸ステージ３０１は、モータ３０２とボ
ールねじ３０３等からなり、光学ヘッド１１０を水平移
送するとともに、光学ヘッド１１０が全てのワイヤ１５
０上を通過することができるだけの移送距離を有してい
る。
【００４８】モータ３０２には、エンコーダ３０４が付
設されており、エンコーダ３０４からのパルスＰが一定
の角度Ｄで出力される。すなわち、ボールねじ３０３の
ピッチ（リード）Ｌと一定の角度Ｄから、一定の距離Ｘ
０でパルスＰが出力されることになる。
【００４９】ここでの角度Ｄが０．０３６゜である。ま
た、ボールねじ３０３のピッチ（リード）Ｌが５ｍｍ
で、光学ヘッド１１０の移動する一パルス当たりの距離
Ｘ０が０．５μｍであり、ワイヤ１５０の直径３０μｍ
に対して十分小さく設定されている。
【００５０】パソコン２０１は、モータ制御用ボード２
０２と二チャンネルの出力ボード２０３と二チャンネル
のＡ／Ｄ変換ボード２０４とが組み込まれており、モー
タ３０２の制御と計算処理の両方を行なえる機能を有す
る。モニタ２０５は、パソコン２０１に接続され、計算
結果を表示する。
【００５１】モータ制御用ボード２０２は、一軸ステー
ジ３０１のモータ３０２を駆動し、エンコーダ３０４か
ら送られてくるパルスＰをパソコン２０１とＡ／Ｄ変換
ボード２０４に送る機能を有している。
【００５２】出力ボード２０３の二チャンネルは、それ
ぞれレーザ光源１０１ａ，１０１ｂに接続され、モータ
制御用ボード２０２からのパルスＰに同期してレーザ光
源１０１ａ，１０１ｂを交互に点滅させる機能を有して
いる。すなわち、光学ヘッド１１０が０．５μｍ移動す
る毎に、点灯しているレーザ光源１０１ａ，１０１ｂが
切り替わることになる。
【００５３】Ａ／Ｄ変換ボード２０４の二チャンネル
は、光検出器１０６ａ，１０６ｂに接続され、モータ制
御用ボード２０２からのパルスＰに同期してチャンネル
を切り替えて光検出器１０６ａ，１０６ｂからの光量信
号Ｓを取り込み、チャンネル別にパソコン２０１に送る
機能を有している。これもレーザ光源１０１ａ，１０１
ｂと同様に、光学ヘッド１１０が０．５μｍ移動する毎
に光量信号Ｓを取り込むチャンネルが切り替わることに
なる。
【００５４】また、パソコン２０１は、モータ制御用ボ
ード２０２や出力ボード２０３に指令を与えるととも
に、モータ制御用ボード２０２からのパルスＰをメモリ
に記憶し、Ａ／Ｄ変換ボード２０４からの光量信号Ｓを
メモリに記憶しておき、ワイヤ１５０の高さを計算す
る。モニタ２０５は、パソコン２０１において計算され
たワイヤ１５０の高さを表示する。
【００５５】このように構成された高さ測定装置の動作
につき、図５〜図１０を用いて説明する。図８および図
９は本発明の第二実施形態に係る高さ測定装置におい
て、第一および第二の光検出器が検出した光量を示す光
量信号と一軸ステージの位置との関係を示すグラフ、図
１０は本発明の第二実施形態に係る高さ測定装置の信号
の流れを示すブロックである。先ず、光学ヘッド１１０
の原点位置Ｏを、ワイヤ１５０から離れたレーザビーム
８の照射光による交点を含む水平面上に設定する。ま
た、交点の高さは、測定基準となる平面上（ここではチ
ップ１５１の表面上とする。
【００５６】次に、光学ヘッド１１０の走査方向をワイ
ヤ１５０の長手方向に対して垂直な平面と平行な方向に
一致させ、ワイヤ１５０の長手方向部分をレーザ光照射
位置におく。この状態で、作業者がパソコン２０１のキ
ーボードのキーを押す等してパソコン２０１から指令を
出すと、レーザ光源１０１ａ，１０１ｂが交互に点滅し
ながら、光学ヘッド１１０ａがワイヤ１５０上を走査し
ていく。
【００５７】すると、図５に示す位置では、第三のワイ
ヤ１５０ｃから第一のレーザビーム８ａの正反射光が第
一の光検出器１０６ａに入射する。このときのＡ／Ｄ変
換ボード２０４からの第一の光量信号Ｓａをメモリに蓄
える。
【００５８】一方、光学ヘッド１１０ｂを走査させてい
くと、図６に示す位置で、第三のワイヤ１５０ｃから第
二のレーザビーム８ｂの正反射光が第二の光検出器１０
６ｂに入射する。このときのＡ／Ｄ変換ボード２０４か
らの第二の光量信号Ｓｂをメモリに蓄える。
【００５９】そして、移動距離に対してエンコーダ３０
４から発生したパルスＰの数（パルス数Ｐｎ）をメモリ
に蓄える。これらの信号の流れは、図１０に示すように
なっている。
【００６０】また、図７に示すように、レーザビーム８
をワイヤ１５０ｃに照射する位置によってさまざまな反
射があるが、正反射光以外の反射光が仮に第一のλ／４
板５ａを通過して第一の偏光ビームスプリッタ４ａまで
届いても、入射方向が異なるため、第一の遮光板７ａの
スリットを通過することができず、測定に影響を与える
ことがない。このまま最後の第六のワイヤ１５０ｆ上を
両方のレーザビーム８が通過するまで、光学ヘッド１１
０を走査する。
【００６１】測定開始から終了までのパルス数Ｐｎに対
する光量信号Ｓの関係をグラフにすると、図８に示すよ
うになる、図８は測定全体のデータを示し、図９は図８
の第一の光量信号Ｓａの一部を拡大したものである。図
８に示すグラフは、実際には図９に示すように点の集合
となるが、距離Ｘ０が被測定物に対して微小であるた
め、連続したものとして示してある。
【００６２】走査が終了した後、パソコン２０１は、先
ず第一の光量信号Ｓａに対し、光量信号Ｓａ（１）（ｍ
−１）を次の光量信号Ｓａ（１）（ｍ）と比較し、大き
い方を選択する。これを繰り返していき、Ｓａ（１）
（ｍ−１）が閾値Ｓｔを越え、Ｓａ（１）（ｍ）がＳａ
（１）（ｍ−１）より小さくなったときのＳａ（１）
（ｍ−１）までのパルス数Ｐｎａ（１）（ｍ−１）をメ
モリにＰｎａ（１）として記憶する。ここでｍは正数と
する。
【００６３】さらに、演算を繰り返すと、Ｓａ（１）
（ｍ）の値は一旦閾値Ｓｔを下回った後に再度閾値Ｓｔ
を越えるので、今度は最大の光量であるＳａ（２）（ｍ
−１）に対するパルス数Ｐｎａ（２）（ｍ−１）をメモ
リにＰｎａ（２）として記憶する。このように、全ての
第一の光量信号Ｓａに対して処理を行なうと、メモリに
は光量信号Ｓａの各ピーク位置までの各パルス数Ｐｎａ
が記憶される。
【００６４】同様に光量信号Ｓｂについても行なうと、
メモリには光量信号Ｓｂの各ピーク位置までの各パルス
数Ｐｎｂ（ｎ）が記憶される。
【００６５】次に、パソコン２０１は、両方のメモリよ
り同じｎのパルス数Ｐｎａ（ｎ）とＰｎｂ（ｎ）を引き
出し、式（３）に代入してワイヤ１５０の高さＨｗ
（ｎ）を求める。ここでｎは正数とする。
【００６６】
【数３】
【００６７】例えば、Ｐｎａ（１）の値が２００パルス
でＰｎｂ（１）の値が５２０パルスの場合には、Ｈｗ
（１）の値は８０μｍとなる。また、Ｐｎａ（２）の値
が１３２０パルスでＰｎｂ（２）の値が１２００パルス
であり、Ｐｎａの値の方がＰｎｂの値より小さい場合に
は、Ｈｗ（２）の値は−３０μｍとなり、基準水平面よ
り低い位置に被測定物があるという結果が求まる。
【００６８】次に、本発明の第三実施形態につき、図面
を参照して説明する。図１１および図１２は本発明の第
三実施形態に係る高さ測定装置の動作について説明する
ために示す正面図である。同図において、光学ヘッド１
１１は、半導体レーザ１０１と集光レンズ２との三個の
偏光ビームスプリッタ４とλ／４板５と二個のシャッタ
６０と二枚のミラー７０とを備えている。
【００６９】半導体レーザ１０１は、水平面に対して４
５゜の角度に光軸をもち、斜め下に向かって赤色のレー
ザビーム８を照射する。集光レンズ２は、半導体レーザ
１０１の光軸上で半導体レーザ１０１の下側に配置され
ている。
【００７０】第一の偏光ビームスプリッタ４ｃは、半導
体レーザ１０１の光軸上で集光レンズ２の下側に配置さ
れている。第一の偏光ビームスプリッタ４ｃは、第一の
円偏光ビーム８１ａを透過させ、第一の直線偏光ビーム
８２ａをレーザ光軸とは直角な方向に反射するものと
し、この反射方向は水平面に対して４５゜の斜め下とす
る。
【００７１】第二の偏光ビームスプリッタは、二つの偏
光ビームスプリッタ４ｄ，４ｅからなり、このうち偏光
ビームスプリッタ４ｄは半導体レーザ１０１の光軸上で
偏光ビームスプリッタ４ｃの下側に配置されている。偏
光ビームスプリッタ４ｄは、偏光ビームスプリッタ４ｃ
とほぼ同じ機能を有しており、円偏光ビーム８１ａ（図
１１）を透過し、直線偏光ビーム８２ｂ（図１２）を反
射する。
【００７２】第二のミラー７０ａは、偏光ビームスプリ
ッタ４ｃで反射した第一の直線偏光ビーム８２ａ（図１
１）を、透過した第一の円偏光ビーム８１ａと平行に反
射するように配置されている。
【００７３】一方、偏光ビームスプリッタ４ｅは、円偏
光ビーム８１ｂ（図１１）を反射させて直線偏光ビーム
８２ａ（図１１）を透過する機能を有し、ミラー７０ａ
で反射した第一の直線偏光ビームの光軸上において反射
した円偏光ビーム８１ｂ（図１１）の光軸と偏光ビーム
スプリッタ４ｄで反射した直線偏光ビーム８２ｂ（図１
２）の光軸が一致するように配置されている。
【００７４】第一のλ／４板５ａは、直線偏光ビーム８
２ａの光軸上で偏光ビームスプリッタ４ｅの下側に配置
されている。第一のシャッタ６０ａは、パソコン２０１
からの指令でワイヤ１５０に対して第一の回転偏光ビー
ム８３ａを照射・遮断可能な可能な機能を有し、第一の
直線偏光ビーム８２ａの光軸上で第一のλ／４板５ａの
下側に配置されている。
【００７５】第一のミラー７０ｂは、ミラー７０ａの反
射面と平行な反射面を有し、第二の回転偏光ビーム８３
ｂが第一の回転偏光ビーム８３ａと同一の平面内で直角
に交わる方向に反射するように配置されている。第二の
λ／４板５ｂは、半導体レーザ１０１の光軸上で偏光ビ
ームスプリッタ４ｄの下側に配置されている。
【００７６】第二のシャッタ６０ｂは、シャッタ６０ａ
の機能と同じ機能を有し、半導体レーザ１０１の光軸上
でλ／４板５ｂの下側に配置されている。フォトダイオ
ード（光検出器）１０６は、第２の直線偏光ビーム８２
ｂの光軸上で偏光ビームスプリッタ４ｄの上側に配置さ
れている。遮光板７は、水平方向に延在するスリットを
有し、第二の直線偏光ビーム８２ｂの光軸上で偏光ビー
ムスプリッタ４ｄと光検出器１０６との間に配置されて
いる。
【００７７】パソコン２０１は、モータ制御用ボード２
０２と二チャンネルの出力ボード２０３と一チャンネル
のＡ／Ｄ変換ボード２０４が組み込まれている。出力ボ
ード２０３の二チャンネルは、モータ制御用ボード２０
２からのパルスＰに同期してシャッタ６０ａ，６０ｂを
交互に開閉させる機能を有し、それぞれがシャッタ６０
ａ，６０ｂに接続されている。
【００７８】Ａ／Ｄ変換ボード２０４は、モータ制御用
ボード２０２からのパルスＰに同期してパソコン２０１
への送信チャンネルを切り替えて、光検出器１０６から
の光量信号Ｓを取り込んでパソコン２０１に送る機能を
有し、光検出器１０６に接続されている。他の構成部品
の機能および配置については、図５に示す第二実施形態
と同じである。
【００７９】次に、本発明の第三実施形態に係る高さ測
定装置の動作につき、図面を用いて説明する。先ず、光
学ヘッド１１１の原点位置Ｏをワイヤ１５０から離れた
位置に両方のレーザビーム８の交点がある水平面上に設
定する。また、交点の高さは、測定基準となる平面（こ
こでは、チップの表面）上に設定する。
【００８０】次に、光学ヘッド１１１の走査方向をワイ
ヤ１５０の長手方向に対して垂直な平面と平行な方向に
一致させ、ワイヤ１５０の長手方向部分をレーザ光照射
位置におく。この状態で、作業者がパソコン２０１のキ
ーボードのキーを押すなどしてパソコン２０１から指令
が出ると、半導体レーザ１０１を点灯し、シャッタ６０
ａ，６０ｂを交互に開閉しながら、光学ヘッド１１１が
ワイヤ１５０上を走査していく。
【００８１】すると、図１１に示す位置では、第三のワ
イヤ１５０ｃから第一の直線偏光ビーム８２ａの反射光
が光検出器１０６に入射する。このとき、パソコン２０
１がＡ／Ｄ変換ボード２０４からの第二の光量信号Ｓａ
をメモリに蓄える。
【００８２】そのまま光学ヘッド１１１を走査していく
と、図１２に示す位置において第三のワイヤ１５０ｃか
ら第一の円偏光ビーム８１ａの反射光が光検出器１０６
に入射する。このとき、パソコン２０１がＡ／Ｄ変換ボ
ード２０４からの第二の光量信号Ｓｂをメモリに蓄え
る。
【００８３】そして、移動距離に対してエンコーダ３０
４から発生したパルスＰの数（パルス数Ｐｎ）は、メモ
リに記憶される。このまま最後の第六のワイヤ１５０ｆ
上を両方のレーザビーム８が通過するまで、光学ヘッド
１１１を走査する。
【００８４】測定開始から終了までのパルス数Ｐｎに対
する光量信号Ｓの関係をグラフにすると、図８に示す通
りとなり、計算処理も第一実施形態と同様である。
【００８５】なお、各実施形態においては、集光レンズ
２をレーザ光源の直後に配置する例を示したが、本発明
はこれに限定されず、被測定物としての線状物体の直前
に配置しても同様である。
【００８６】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、請
求項１において、光学ヘッドに、基準水平面上の被測定
物を通る鉛直線に関して対称な二つの方向からレーザビ
ーム光を照射可能なレーザ光源と、このレーザ光源の光
軸方向と異なる方向に反射光を分けるビームスプリッタ
と、このビームスプリッタによって分けられた反射光の
うち水平面に直交し、レーザ光源の光軸を含む平面内の
反射光を通過させる光学フィルタとを含ませ、請求項４
において、光学ヘッドに、レーザ光源の光軸方向と異な
る方向に照射光を分ける第一ビームスプリッタと、この
第一ビームスプリッタの下流側に配設され、レーザ光源
の光軸方向と異なる方向に反射光を分ける二つの第二ビ
ームスプリッタと、これら各第二ビームスプリッタによ
って分けられた反射光のうち水平面に直交し、レーザ光
源の光軸を含む平面内の反射光を通過させる光学フィル
タと、この光学フィルタに対して被測定物からの反射光
を反射する第一ミラーと、この第一ミラーの反射面と平
行な反射面を有し、第一ビームスプリッタからの照射光
を被測定物に対して反射する第二ミラーとを含ませたの
で、被測定物からの乱反射光を除いて正反射光が光検出
器に受光される。
【００８７】したがって、高さ計算に必要な反射光のピ
ーク位置を確実に検出することができるから、精度の高
い高さ測定を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施形態に係る高さ測定装置を示
す斜視図である。
【図２】本発明の第一実施形態に係る高さ測定装置の動
作（１）について説明するために示す正面図である。
【図３】本発明の第一実施形態に係る高さ測定装置の動
作（２）について説明するために示す正面図である。
【図４】（ａ）および（ｂ）は本発明の第一実施形態に
係る高さ測定装置の光検出器が検出した光量の信号とヘ
ッド位置との関係を示すグラフである。
【図５】本発明の第二実施形態に係る高さ測定装置を示
す正面図である。
【図６】本発明の第二実施形態に係る高さ測定装置の動
作（１）について説明するために示す正面図である。
【図７】本発明の第二実施形態に係る高さ測定装置の動
作（２）について説明するために示す正面図である。
【図８】（ａ）および（ｂ）は図５〜図７において光検
出器が検出した光量の信号とヘッド位置との関係を示す
グラフである。
【図９】図８の一部を拡大して示すグラフである。
【図１０】本発明の第二実施形態に係る高さ測定装置に
おける信号の流れを示すブロック図である。
【図１１】本発明の第三実施形態に係る高さ測定装置の
動作（１）について説明するために示す正面図である。
【図１２】本発明の第三実施形態に係る高さ測定装置の
動作（２）について説明するために示す正面図である。
【図１３】従来の高さ測定装置を示す斜視図である。
【図１４】従来の高さ測定装置の動作（１）について説
明するために示す正面図である。
【図１５】従来の高さ測定装置の動作（２）について説
明するために示す正面図である。
【図１６】従来の高さ測定装置の動作（３）について説
明するために示す正面図である。
【図１７】（ａ）および（ｂ）は図１４〜図１６におい
て光検出器が検出した光量の信号とヘッド位置との関係
を示すグラフ（１）である。
【図１８】（ａ）および（ｂ）は図１４〜図１６におい
て光検出器が検出した光量の信号とヘッド位置との関係
を示すグラフ（２）である。
【符号の説明】
１ レーザ光源 ４ ビームスプリッタ ６ 光検出器 ７ 遮光板 ８ レーザビーム １０ 光学ヘッド ４０ 計算機構 ５０ 線状物体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 21/66 Ｈ０１Ｌ 21/66 Ｒ

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 水平方向に走査して基準水平面上の被測
    定物にレーザビーム光を照射し、この照射光による被測
    定物からの反射光を検出する光検出器を有する光学ヘッ
    ドと、 この光学ヘッドに接続され、前記反射光のうち最大光量
    となる反射光に対応するヘッド走査位置に基づいて被測
    定物の基準水平面からの高さを演算する演算処理装置と
    を備えた高さ測定装置であって、 前記光学ヘッドに、 前記基準水平面上の被測定物を通る鉛直線に関して対称
    な二つの方向から前記レーザビーム光を照射可能なレー
    ザ光源と、 このレーザ光源の光軸方向と異なる方向に前記反射光を
    分けるビームスプリッタと、 このビームスプリッタによって分けられた反射光のうち
    水平面に直交し、前記レーザ光源の光軸を含む平面内の
    反射光を通過させる光学フィルタとを含ませたことを特
    徴とする高さ測定装置。
  2. 【請求項２】 前記光学ヘッドが水平面内で回転可能な
    単一の光学ヘッドからなることを特徴とする請求項１記
    載の高さ測定装置。
  3. 【請求項３】 前記光学ヘッドが鉛直面内で回転可能な
    単一の光学ヘッドからなることを特徴とする請求項１記
    載の高さ測定装置。
  4. 【請求項４】 前記光学ヘッドが、水平面に直交し、か
    つ前記レーザ光源の光軸を含む平面内に位置する二つの
    光学ヘッドからなることを特徴とする請求項１記載の高
    さ測定装置。
  5. 【請求項５】 水平方向に走査して基準水平面上の被測
    定物にレーザビーム光を照射するレーザ光源およびこの
    レーザ光源の照射光による被測定物からの反射光を検出
    する光検出器を有する光学ヘッドと、 この光学ヘッドに接続され、前記反射光のうち最大光量
    となる反射光に対応するヘッド走査位置に基づいて被測
    定物の基準水平面からの高さを演算する演算処理装置と
    を備えた高さ測定装置であって、 前記光学ヘッドに、 前記レーザ光源の光軸方向と異なる方向に前記照射光を
    分ける第一ビームスプリッタと、 この第一ビームスプリッタの下流側に配設され、前記レ
    ーザ光源の光軸方向と異なる方向に前記反射光を分ける
    二つの第二ビームスプリッタと、 これら各第二ビームスプリッタによって分けられた反射
    光のうち水平面に直交し、前記レーザ光源の光軸を含む
    平面内の反射光を通過させる光学フィルタと、 この光学フィルタに対して被測定物からの反射光を反射
    する第一ミラーと、 この第一ミラーの反射面と平行な反射面を有し、前記第
    一ビームスプリッタからの前記照射光を被測定物に対し
    て反射する第二ミラーとを含ませたことを特徴とする高
    さ測定装置。
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