JP4807599B2 - 光切断法と点光による深さ高さの測定法の融合光学システム - Google Patents
光切断法と点光による深さ高さの測定法の融合光学システム Download PDFInfo
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点光による深さ高さの測定法は平行光に絞りを入れたスポット光(主にレーザー光)を受光側と対照となる光路を通して対象物に照射し、その像を受光センサー上に結像させてその位置変位のデータを取得することによりZ軸方向の測定をするものである。
高精度かつ操作性の高いZ軸測定機を目指すためには上記の個々の手法におけるデメリットを解消させる必要がある。
スリット光及び点光を照射する側を照射側ユニット(1)、対物レンズ及び光学系を配置するボックスを本体ユニット(2)、観察側の素子及び受光センサーを配置する側を受光側ユニット(3)とし、全体図を[図1]に表示する。照射側ユニット(1)の一方より半導体レーザー光もしくは白色光の平行光(4)をピンホール状の小径絞り(5)に照射する。もう一方より(4)とは波長域を変えた白色平行光(6)を暗視野もしくは半透過のスリットフィルター(7)に照射する。(5)と(7)の像(ピンホール像とスリット形状の像)は照射側ユニット(1)に配置したビームスプリッタ(8)を通して同軸上に合成され本体ユニット(2)内に配置した照射側対物レンズ(9)を通して測定対象物上(10)に結像させる。この像は受光側光軸(11)を経て本体ユニット(2)内に配置した受光側対物レンズ(12)を通り受光側ユニット(3)に到達し、同じく(3)内に配置したビームスプリッタ(13)により分岐され、観察素子(14)と受光センサー素子(15)上にそれぞれ結像する。
照射側対物レンズ(9)の光軸と測定対象物上(10)の水平面との交角(16)および受光側対物レンズ(12)の光軸と測定対象物上(10)の水平面との交角(17)は同一で、(9)と(12)は(10)の水平面を中心として互いに全反射で送受光する位置関係となる。
観察素子(14)上の画像は撮像装置等を介して観察及び画像処理の用途に供され、受光センサー素子(15)上の画像は位置データに変換されZ軸駆動系にフィードバックされオートフォーカス駆動させZ軸自動測定に供される。
観察素子上(14)及び受光センサー素子上(15)の画像の状態は[図2]のようになる。この際、画像上のスリット線像(18)と点光像(19)の位置はスリット線の幅の中心と点光の中心が合致するように配置する。(7)で半透過のスリットフィルターを使用した場合は、点光像・スリット光像・対象物の表面像が同時に観察できる。測定対象物(10)が平面の場合においては(20)の通りスリット線像(18)は直線となりその中心と点光像(19)の中心は合致する。測定対象物(10)が段差形状部分(21)をまたぐ地点では段差における画像状態(通常時)(22)の通りスリット線像(18)と点光像(19)の中心点は段差部分上に中心を一致して観察される。段差における画像状態(測定不能時)(23)のようにスリット線像(18)と点光像(19)の中心点が一致しない場合は正確なZ軸測定が行なわれていないことが判別できる。
(2) 本体ユニット
(3) 受光側ユニット
(4) レーザーもしくは白色光の平行光
(5) ピンホール状の小径絞り
(6) (4)とは波長域を変えた白色平行光
(7) 暗視野もしくは半透過のスリットフィルター
(8) ビームスプリッタ
(9) 照射側対物レンズ
(10) 測定対象物
(11) 受光側光軸
(12) 受光側対物レンズ
(13) ビームスプリッタ
(14) 観察素子
(15) 受光センサー素子
(16) 照射側光軸と対象物面との交角
(17) 受光側光軸と対象物面との交角
(18) スリット線像
(19) 点光像
(20) 平面における画像状態
(21) 段差形状部分(斜線部)
(22) 段差における画像状態(通常時)
(23) 段差における画像状態(測定不能時)
Claims (2)
- 個別に配置したスリット光と点光の2つの光像をスリット像の中心に点光像が来るように光軸を一致合わせし、斜め方向から測定対象物面(10)に照射側対物レンズ(9)を通し結像させ、この像を照射側対物レンズ(9)と対象的に置いた拡大系の受光側対物レンズ(12)で受け、観察側の素子上(14)及び受光センサー側の素子上(15)の2つに個別結像させる光学系。
- 光切断法と点光による深さ高さ位置測定法を融合し、スリット像による深さ高さの形状を観察しながら点光位置の測定をリアルタイムで行なうZ軸測定システム。
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