JP5213607B2 - 基板表面変位測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、光センサにより被測定物の表面に光を照射しその表面からの反射光を受けて、その被測定物の表面の高さ方向の変位を非接触で測定する基板表面変位測定装置に関する。特に、被測定物もしくは光センサを駆動機構により移動させて被測定物の表面における照射位置を、順次変えつつ測定するときに、駆動機構の速度が変わっても一定距離間隔で測定データを取得して、変位を測定する技術に係る。

一般的な基板表面変位測定装置として、三角測量の原理に基づき、測定対象物の対象面の変位を測定するものが知られている。その場合の被測定物もしくは光センサによる相対的な移動は、例えば、図８に示すような手順で行われることが多い。図８（ａ）では、例えば、被測定物である基板１０の表面の高さ方向の変位を測定するのに、図で上から順に、Ｘ軸に沿って左から右へ、右から左へ、繰り返しながらＹ軸方向の下部までの全範囲を光センサが移動して測定する。図８（ｂ）では、光センサが一方向に走査する手段を有し、基板１０と光センサの位置を図のＹ軸に沿って上から順に下まで移動し（以下、「主走査」と言う。）、その途中過程でＸ軸に沿って右方向へ光センサによる光学的な走査（光センサのセンシング方向を変えながら走査）を行う（以下、「副走査」と言う。）。

このような被測定物もしくは光センサによる相対的な移動（或いは走査）によって、取得された測定データは、図８の基板１０の例で言えば縦方向であれ、横方向であれ、それぞれ一定の距離間隔における変位データとして扱い処理される。なお変位データの処理にあたっては一定距離間隔或いはそれに対応する一定の時間間隔で処理される。その理由は、今日、光センサからのアナログ信号をＡ／Ｄ変換手段で一定時間間隔のクロックでデジタルのデータに変換し、そのデータの処理をＣＰＵ等で行うことが便利であり、合理的であるからである。

一方、被測定物もしくは光センサによる相対的な移動（光学的走査を除く）を行わせる駆動機構には、一般的に、モータが用いられる。このモータが一定速度で移動させる時間領域を使用して、一定距離間隔の測定データを取得している。
特開２００５−２４１３３６号公報

被測定物もしくは光センサの移動をモータで行う場合は、移動の方向を変える度に、モータは、開始、加速回転、等速回転、減速回転、停止の繰り返しで動作することになる。その動作状態を図９に示す。例えば、図９の加速期間や減速期間では時間Δｔのステップに対して、モータによる移動距離は一定にはならない。ここの加速期間及び減速期間の変位データを一定距離間隔（一定時間間隔）で処理すると、距離に対する誤差が出てしまう。そこで、従来は、変位データを取得する場合は、モータの加速期間を過ぎた等速期間（図９のΔｔ６からｋΔｔの期間）を変位データを取得する有効な移動期間とするような構成を採用していた。

しかしながら、この加速期間や減速期間は、被測定物の測定対象範囲が広くなり、移動の方向を切り替える回数が多いほど、この加速期間や減速期間のトータル的な期間が大きくなり、測定時間の短縮が困難な一要因になっていた。

そこで、本発明は上述した課題を解決するため、光センサの駆動機構による相対的な移動速度の変化に拘わらず変位データを取得し、その後に、一定距離間隔の有効な変位データだけを抽出する（抜き取る）構成とすることで、測定時間の短縮を図れる基板表面変位測定装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、基板の表面に光を照射させ、その反射光を受光する光センサを有し、該光センサの出力を受けて該表面の高さ方向の変位を示すデジタルの変位データを出力する変位測定部（３０）と、該光センサと該基板とを相対的に移動させることにより、該基板に対する該光センサの相対位置を走査する走査部（４０）とを有し、該基板の表面における変位を測定する基板表面変位測定装置において、前記走査部内に備えられ、モータを有し前記光センサ又は前記基板のいずれかを該基板に平行な第１の方向に移動させ、かつ該移動させる速度が変化する移動機構手段（４２）を有し、前記光センサは、該第１の方向と略直交する第２の方向へ、該光センサ又は前記基板が該第１の方向へ移動する時間に比べ早い周期で繰り返し光学的走査をして前記変位を検出するとともに、その周期を表す周期タイミング信号を出力する構成を有し、さらに、前記モータによる移動量に応じた信号を出力する移動データ出力手段（５１）と、該移動データ出力手段からの該信号をカウントして、該移動量の所定間隔を検出する間隔検出用カウンタ（５２）と、前記変位測定部から出力される変位データから、各前記所定間隔における特定の前記周期タイミングにおける前記光学的走査に基づく前記変位データを抽出する抽出手段（５３）と、を含むデータ取得部（５０）と、抽出された該所定間隔毎の変位データを基に、前記基板の表面上の形状を示す画像データを生成する画像生成手段（６０）と、を備えた。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記抽出手段は、前記所定間隔の数をカウントする間隔アドレスカウンタ（５３ｃ）と、該所定間隔内の前記周期タイミングの１周期分の前記変位測定部から出力される変位データをカウントするクロックアドレスカウンタ（５３ｂ）と、該間隔アドレスカウンタとクロックアドレスカウンタのカウント値で決定されるアドレス値に該当するタイミングの変位データを記憶することによって、該変位データを抽出するデータ記憶手段（５３ｄ）とを備えた。
請求項３に記載の発明は、基板の表面に光を照射させ、その反射光を受光する光センサを有し、該光センサの出力を受けて該表面の高さ方向の変位を示すデジタルの変位データをクロックごとに出力する変位測定部（３０）と、該光センサと該基板とを相対的に移動させることにより、該基板に対する該光センサの相対位置を走査する走査部（４０）とを有し、該基板の表面における変位を測定する基板表面変位測定装置において、前記走査部内に備えられ、モータを有し前記光センサ又は前記基板のいずれかを該基板に平行な第１の方向に移動させ、かつ該移動させる速度が変化する移動機構手段（４２）を有し、前記光センサは、該第１の方向と略直交する第２の方向へ、該光センサ又は前記基板が該第１の方向へ移動する時間に比べ早い周期で繰り返し光学的走査をして前記変位を検出するとともに、その周期を表す周期タイミング信号を出力する構成を有し、さらに、前記モータによる移動量に応じた信号を出力する移動データ出力手段（５１）と、該移動データ出力手段からの該信号をカウントして、該移動量の所定間隔を検出する間隔検出用カウンタ（５２）と、前記所定間隔の数をカウントする間隔アドレスカウンタ（５３ｃ）と、前記周期タイミングに同期して前記クロックをカウントするクロックアドレスカウンタ（５３ｂ）を有し、該クロックアドレスカウンタの値と前記間隔アドレスカウンタの値とを、前記クロックに応答して前記変位測定部から出力される前記変位データに付して、又は対応させて前記一時記憶手段（５４ｅｙ）に記憶させて、該一時記憶手段から読み出すときに、予め決められた前記所定間隔にある間隔アドレスカウンタの値に該当する変位データを読み出すことにより抽出する抽出手段（５４）と、を含むデータ取得手段と、抽出された該所定間隔毎の変位データを基に、前記基板の表面上の形状を示す画像データを生成する画像生成手段（６０）と、を備えた。

本発明によれば、駆動機構により光センサを移動（及び走査）させて測定する一方で、その駆動機構による光センサと被測定物間の移動量を基に、移動速度にかかわりなく、測定して得られた変位データから所望のデータを抽出する構成としているので、所望のほぼ一定距離間隔の変位データを取得できる。

以下、本発明に係る基板表面変位測定装置の好適な実施の形態として、印刷はんだ検査装置に適用した構成例を、図面を参照して詳細に説明する。

図１は本発明に係る基板表面変位測定装置の全体の機能構成図である。図２は図１の光センサの詳細構成図である。図３は図１のデータ取得部の一実施形態の機能構成を示す図である。図４は、図１のデータ取得部の他の実施形態の機能構成を示す図である。図５は、図３の一実施形態の動作タイミングを示す図である。図６は、図４におけるデータ記憶手段の動作例を説明するための図である。図７は、図４におけるデータ記憶手段の他の動作例を説明するための図である。図８は走査の移動及び走査の順序（軌跡）を説明するための図である。図９はモータの動作を説明するための図である。図８及び図９は、「背景技術」の欄でも説明している。

図１において、基板１０は、被測定物の一例であるが、ここでは配線パターンのあるプリント板、はんだが印刷されたプリント板、もしくは部品を搭載したプリント板等を検査できる。基板表面変位測定装置は、これらのプリント板の表面の高さ方向（パターン、はんだや部品のある場合はそれらの高さ）の変位を測定する。

台２０は、基板１０を搭載している。基板表面変位測定装置として、変位測定部３０における光センサ３１で一時に測定できる範囲は点（或いは線）状に狭いので、基板１０の表面を幅広く測定する上では、光センサ３１と基板１０の相対的な位置を移動させつつ、測定する必要がある。したがって、少なくとも台２０又は光センサ３１の一方が移動可能にされている。ここでは、光センサ３１が移動可能にされ、走査部４０により制御されて移動するものとして説明する。

光センサ３１は種々のものがあるが、ここでいわゆる三角測量を行う手段を挙げる。光センサ３１が図８（ａ）又は図８（ｂ）のいずれ手順で移動（走査）しながら測定するかで、センサ３１の構成も変わる。図８（ｂ）の場合は、光センサが光学的走査を行う必要があり、図８（ａ）の場合は、それがないからである。

図８（ａ）のように光センサが基板１０の測定範囲、全体を移動しながら測定を行う場合は、例えば、光センサ３１は、一般的な三角測量の手法に用いられるセンサであって、光源からの光を集光して基板１０の測定点を照射し、その測定点からの光を受光部（ＰＳＤ：ＰｏｓｉｔｉｏｎＳｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｄｅｔｅｃｔｏｒで構成される。）に集光させる構成のセンサである（不図示）。例えば、特許第３８９３１３２号公報に記載のセンサヘッド（光センサ）を用いることができる。

図８（ｂ）のように光センサ３１が移動しながら、かつ光学的走査を行う構成の１例を図２に示す。以下、図２の構成について説明する。

図２に示す光センサ３１の構成は、主に基板１０に光を照射する投光系と、基板１０からの反射光を受ける受光系とで略構成されている。投光系は、光源１、偏向器４、レンズ５で概略構成されている。光源１は、例えばレーザダイオード等で構成され、偏向器４に対しミラ−２Ａ、２Ｂを介して光（ビーム）を出射する。偏向器４としては、例えばポリゴンミラーが採用される。ポリゴンミラーは、円盤状の周囲に複数の鏡面部４ａを有し、その回転によって光源１から入射された光を偏向させ、所望の走査対象範囲（図２のＳＬ）を走査する。このポリゴンミラーからなる偏向器４では、光を片道（一方向）走査する。レンズ５は、偏向器４により扇形に走査される光を、平行になるようにして、基板２０を照射する。ここで、光源１からの光を２つに分けて偏光器４にミラー２Ａ及び２Ｂで照射しているのは、特許第４０４３２５８号公報に記載されているように、１つの鏡面部４ａで２つの走査を行うためで、１つの鏡面部４ａで１つの走査を行う場合は、ミラー２Ａ及び２Ｂを介することなく直接に偏光器４に入力させても良い。光学的走査の速度或いは周期は、上記偏光器４を構成するポリゴンミラーのミラーの数、回転速度等で決定される。このポリゴンミラーは、走査部４０による光センサ３１の移動とは関係無く、一定速度で回転している。

受光系は、集光レンズアレイ６、結像レンズ７、受光部８（ＰＳＤ）で構成されている。集光レンズアレイ６は、互いに等しい焦点距離ｆ１（例えば２０ｍｍ）を有する複数（図２では６個）の集光レンズ部６ａ〜６ｆが走査ラインに平行に一列に並ぶように合成樹脂あるいはガラスで形成されている。各集光レンズ部６ａ〜６ｆは、その光軸に直交する面が球面状に形成され、測定光を光軸廻りに均等に絞り込むことができるレンズである。結像レンズ７は、走査の奥行き限界位置である照射点Ｓの走査幅より大きい径を有し、集光レンズアレイ６からのビームを収束して、受光部８の受光面８ａ上に結像させる。

また、図２では、走査終了又は開始の区切りを認識するために、片道走査の終点側となる上記走査対象範囲ＳＬの奥側に検出用ミラー９ａが配されている。走査対象範囲ＳＬの奥側に来た光は、検出用ミラー９ａで折り返され、受光手段を含む走査タイミング検出手段９ｂに入力される。走査タイミング検出手段９ｂは、検出用ミラー９ａからの光を受ける都度、パルスを出力する。このパルスは、先の走査の終了時期であり、かつ次の走査の開始時期に相当するので、走査の周期Ｔｓを示す走査タイミングでもある。これは、後にデータ取得部５０ａで利用される。

走査部４０は、移動制御手段４１と移動機構手段４２備えている。移動制御手段４１は、設計情報記憶部８０に記憶されている被測定物である基板１０の測定範囲を示すレイアウト情報を受けて、その測定範囲を光センサ３１が移動もしくは走査可能に移動機構手段４２を制御する。移動機構手段４２は、この例では回転形のモータ４２ａ、及び光センサ３１に連結されてモータ４２ａからの回転力を伝達して移動させる、ギヤ等で構成される伝達機構（不図示）を備えている。モータ４２ａの回転角と光センサ３１が伝達機構により移動する移動量（移動距離）は、リニアな比例関係にある。

また、モータ４２ａは、光センサ３１を図８（ａ）のように移動させるときは、図８（ａ）で左端（右端）で始動し（１ラインの移動を開始させ）、加速、等速、減速、そして右端（左端）で停止する（１ラインの移動を終了させる）動作を行う。モータ４２ａは、光センサ３１を図８（ｂ）のように移動させるときは、図８（ｂ）で上端で始動し（移動を開始させ）、加速、等速、減速、そして下端で停止する（移動を終了させる）動作を行う。つまり、移動期間中のモータ４２ａの速度が変化している。

変位測定部３０は、上記の光センサ３１の外、測定手段３２を有する。測定手段３２は、変位算出手段３２ａ及びＡ／Ｄ変換手段３２ｂを有する。Ａ／Ｄ変換手段３２ｂは、一定周期Ｔｃのクロックで信号光センサ３１内のＰＳＤ８（受光手段）から逐次出力される２つのアナログデータのそれぞれをデジタルのデータに変換する（この２つをＡとＢとする）。そして、変位算出手段３２ａは、このデジタルデータＡ、Ｂを基に変位示すデータ（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）を算出し、これをデータ取得部５０へ送る。クロック信号の周期Ｔｃは、光センサ３１が図２の構成を採る場合は、光が図２の走査範囲を走査する間（光学的走査の周期Ｔｓ）に複数ポイントのデータを取得するので、それに見合った周期である必要がある。つまり、光学的走査の周期Ｔｓ≧ｎ×クロック周期Ｔｃ（ｎは、２以上の整数）にされている。このｎは、いわば、周期Ｔｓ間に取得するデータのポイント数でもあり、実際は、例えば、２０００ポイントに及ぶことがある。なお、変位算出手段３２ａをオペアンプを使用したアナログ演算で行い、その後に、Ａ／Ｄ変換手段３２ｂでデジタルの変位データに変換しても良い。

このような変位測定部３０では、光センサ３１が図８（ａ）のようにＸ方向及びＹ方向移動して、或いは図８（ｂ）のように光センサ３１がＹ方向に移動しつつ、Ｘ方向に走査して、それぞれ基板１０上の位置（Ｘ、Ｙ）におけるＺ軸方向（高さ方向）の変位を取得することができる。つまり、三次元の変位データを得ることが可能となる。

データ取得部５０ａは、変位測定部３２から受けたデジタルの変位データを、移動機構手段４２が移動するときの移動量を基に、つまりモータ４２ａが回転する回転角（移動量に相当）を基に、或いはモータ４２ａが光センサ３１を移動させた移動量（距離）を基に、移動量の所定間隔毎に取得する。つまり、移動量の所定間隔に対応する変位データだけ抽出する（他の変位データを間引く）。以下、データ取得部５０ａの構成の態様を示す図３、図４を基に、次の（１）、（２）、（３）に分けて詳細を説明する。次の（１）、（２）の例は、主に、光センサ３１の移動，走査が図８（ｂ）と同様な動きとする場合であり、（３）は、図８（ａ）と同様な動作をする場合である。

（１）図３の構成で、図５（ａ）（図８（ｂ）と同様）のように光センサ３１が主走査（移動）し、かつその主走査の過程で副走査（光学的走査）が行われる場合について説明する。図３で、図１、及び図２と同一符号のブロックは同一機能を有する。

図５（ａ）は、光センサ３１の移動方向（主走査方向：図５（ａ）の横方向）と自身の光学的走査方向（副走査方向：図５（ａ）の縦方向）を示す。測定手段３２は、光センサ３１が測定して得たアナログデータをＡ／Ｄ変換手段３２ｂで所定周期Ｔｃのデジタルのデータに変換し、そのデジタルのデータを基に変位算出手段３２ａが算出した変位データをデータ取得部５０ａの抽出手段５３へ送っている。そのＡ／Ｄ変換器３２ｂがクロックでデジタルの変位データにして送るタイミングは、抽出手段５３側の動作タイミングを関係なく独自のタイミングである。その変位データのタイミング（＝クロックのタイミング）を図５（ｂ）（イ）に示す。図５（ｂ）（ロ）は、上記した図２の走査タイミング検出手段９ｂが検出した光学的走査の周期タイミングＴｓを示すパルスである。この周期タイミングの一つのパルス間隔が光学的走査の一周期Ｔｓである。図５（ｂ）（イ）と図５（ｂ）（ロ）とは、光学的走査の一周期内に複数（ｎ固）の変位データが取得されていることを示している。

一方、図３において、データ取得部５０ａは、エンコーダ５１、間隔検出用カウンタ、及び抽出手段５３を備えている。エンコーダ５１（請求項に記載の「移動データ検出手段」に相当）は、移動機構手段４２のモータ４２ａが回転した回転角（請求項に記載の「移動量」に相当）に応じた信号を検出する。エンコーダ５１は、モータ４２ａの回転軸に取り付けられ、回転角を移動量として直接検出してもよいし、モータ４２ａの回転力を光センサ４２ａの直線運動に変えて伝達する途中の伝達機構に設けても良い。高分解能のエンコーダを搭載した市販のモータを利用することもできる。

間隔検出用カウンタ５２は、エンコーダ５１が出力する移動量を受けてその移動量の所定間隔（ΔＬ）毎の変化を検出する。つまり、移動量をカウントし、その移動量が一定量変化する毎にパルスを出力する。モータ４２ａの回転角、つまりエンコーダ５１が出力する移動量と、光センサ３１の移動量（移動距離）とは、リニアに対応しているので、図５（ｂ）に示すように、間隔検出用カウンタ５２は、光センサ３１の移動距離が一定の移動距離間隔ΔＬ（図５（ｂ）（ニ））だけ変化するのを検出して、検出した時点でパルスを出力する（図５（ｂ）（ハ））。その間隔検出用カウンタ５２が出力するパルスの時間間隔Ｔｗは、上記したようにモータ４２ａが、始動、加速、等速、減速、停止の一連の動作を行い、その速度が変化するので、その速度の変化に対応している（図５（ｂ）（ハ）のΔｔ１，Δｔ２，・・・・）。時間間隔Ｔｗは、モータ４２ａが等速回転しているときに、一番小さく値（以下、「ｍｉｎＴｗ」と言う。）となり、等速期間中は一定になる。図５（ｂ）（ハ）のΔｔ４がｍｉｎＴｗに相当する。この最小の時間間隔ｍｉｎＴｗは、光学的走査の周期Ｔｓ（例えば、２５０μｓ）、及びクロック周期Ｔｃ（例えば、２０μｓ）とは次の大小関係がある。
最小時間間隔ｍｉｎＴｗ≧ｍ×光学的走査の周期Ｔｓ（ｍは、２以上の整数）、
光学的走査の周期Ｔｓ≧ｎ×クロック周期Ｔｃ（ｎは、２以上の整数）
なお、予めこの関係が成り立つように、モータ４２ａ、偏光器４を構成するポリゴンミラー、クロックを発生するクロック発生器等の動作条件が設定されている。

間隔アドレスカウンタ５３ｃは、間隔検出用カウンタ５２が出力する、一定間隔の移動距離ΔＬを示すパルスをカウントして、データ記憶手段５３ｄにアドレス情報として出力する（図５（ｂ）（ホ）を参照）。

ゲート手段５３ａは、間隔検出用カウンタ５２が出力するパルスの時間間隔Ｔｗに入る、走査タイミング検出手段９ｂからの周期タイミングＴｓの内、１周期分を抜き取り、その１周期分を示す信号をクロックアドレスカウンタ５３ｂに出力する。この１周期分は、時間間隔Ｔｗに入るｍ個の周期タイミングＴｓの内、いずれでも良い。例えば、ゲート手段５３は、カウンタを備え、そのカウンタに間隔検出用カウンタ５２からのパルスを受けてカウント開始状態にさせ、その後の走査タイミング検出手段９ｂからの周期タイミングＴｓを示すパルスの２個目（１周期分）をカウントして終了し、次の間隔検出用カウンタ５２からのパルスを待つ状態にさせる動作を繰り返えさせれば、間隔検出用カウンタ５２からのパルスを受けた直後の周期タイミングＴｓの１周期分を検出できる（図５（ｂ）（ヘ）を参照）。

クロックアドレスカウンタ５３ｂは、クロックの中から、ゲート手段５３ａが周期タイミングの中から抜き取った周期タイミングＴｓの１周期の期間内のクロックだけをカウントし、それをアドレス情報としてデータ記憶手段５３ｄへ送る。図５（ｂ）（ヘ）に、ゲート手段５３ａが周期タイミングの中から抜き取った１周期の期間内のクロックを示す。図５（ｂ）（ヘ）は、そのクロックに対応する変位データのタイミングでもある。

抽出手段５３のデータ記憶手段５３ｄは、測定手段３２から受ける変位データの内、間隔アドレスカウンタ５３ｃからのアドレス情報とクロックアドレスカウンタ５３ｂからのアドレス情報に対応する変位データだけをそれらのアドレス情報にしたがったアドレスに記憶する。図５（ｂ）（ヘ）のタイミングに相当する変位データが記憶される。なお、抽出手段５３としては、データ記憶手段５３ｄに記憶された変位データが、どの光学的走査（図５（ａ）の主走査の位置、つまり横方向の位置）における何番目のクロック（図５（ａ）の副走査の位置、つまり縦方向の位置）に対応する変位データかを特定できれば良い。つまり、基板１０のどの位置における変位データかを特定できるように記憶できれば良い。したがって、例えば、間隔アドレスカウンタ５３ｃからのアドレス情報を取得データの上位ビット、クロックアドレスカウンタ５３ｂからのアドレス情報を取得データの中位ビット、それらに対応する変位データを取得データの下位ビットとして一連の取得データとして、順次読みだせるように記憶しておく構成であっても良い。

（２）図４の構成で、図５（ａ）（図８（ｂ）と同様）のように光センサ３１が主走査（移動）し、かつその主走査の過程で副走査（光学的走査）が行われる場合について説明する。ただし、上記（１）の場合は、データ記憶手段５３ｄの前でほぼ抽出する変位データの対象を絞って記憶させることにより抽出していたが、（２）の場合は、データ記憶手段５４ｅに全変位データを記憶させ、読み出すときに必要な移動間隔に対応する変位データを抽出（間引き）しようとするものである。図１、図２及び図３と同一符号のブロックは同一機能を有する。図３と異なる部分である、データ取得部５０ｂ内のデータ抽出手段５４を中心に説明する。

なお、時間間隔、最小の時間間隔ｍｉｎＴｗ、光学的走査の周期Ｔｓ、及びクロック周期Ｔｃ並びにそれらの関係も（１）と同一である。

図４におけるクロックアドレスカウンタ５３ｂは、周期タイミングを受ける毎にカウンタ値をセットし、クロックをカウントする。つまり、副走査が行われる毎に、クロックをカウントし、変位データのアドレス情報（１，２，３、・・ｎ−１、ｎ）を生成する。

書込手段５４ｅｘは、周期タイミングを基準として、周期タイミング、クロックアドレスカウンタ５３ｂが出力するアドレス情報、及び間隔アドレスカウンタ５３ｃが出力するアドレス情報で決定されるアドレスに対応する時間の変位データを一時記憶手段５４ｅｙに記憶させる。それを表形式で示した図が図６に記載の書込データである。それぞれのアドレス情報で決定されるアドレスに記憶させる形式でも良いが、変位データ、周期タイミング及び各アドレス情報を対応させて記憶させるようにしてもよい。図６で間隔アドレスは、モータ４２ａが加速度を上げて等速になるにしたがって、同一値を示す期間が長い方から短い方へ変化し、そして一定になる。

読出手段５４ｅｚは、次段の画像生成手段６０からの予め決められた指示、例えば、間隔アドレスが同一値の範囲にある周期タイミングの内、その同一値の範囲の内２番目の周期タイミングにあるクロックアドレスの変位データを取得する指示を受けて、指示の変位データを読み出す。例えば、図６の読出データ○印が付してある欄の変位データ（いわばこれが有効データである。）を読み出して、画像生成手段６０へ送る。

なお、図４に点線で示すように間隔アドレスカウンタ５３ｃを使用せずに、間隔検出用カウンタ５２の値もしくはエンコーダ５１の値を書込手段５４ｅｘに入力して、図７のように間隔検出用カウンタ５２の値もしくはエンコーダ５１の値を対応する時間における周期タイミングや変位データとともに記憶させても良い。この場合は、エンコーダ５１の絶対値を記憶することになるので、読み出し指示は、例えば、図７では、間隔検出用カウンタの値が１０置きに越えたあとの２番目の周期タイミングにおける変位データを読みとる指示であれば良い。つまり、図６では、書込側で読み出し間隔情報も記憶していたが、図７では、読み出し間隔の情報は記憶させないで指示側で指定する行う構成としたものである。

（３）光センサ３１が図８（ａ）と同様に移動して変位を測定する場合
この場合は光センサ３１における光学的走査がないので、いわば図５（ｂ）（ロ）の周期タイミングが無い。そのため例えば、図４の構成では、間隔検出用カウンタ５２の出力がクロックアドレスカウンタ５３ｂに送られる。そして、クロックアドレスカウンタ５３ｂは、間隔検出用カウンタ５２の出力を受けるたびに、リセットして測定手段３２からの変位データをカウントする。

そして、書込手段５４ｅｘは、クロックアドレスカウンタ５３ｂのカウンタ値と間隔アドレスカウンタ５３ｃのカウンタ値で決定されるアドレスに、対応するタイミングにある変位データを一時記憶手段５４ｅに記憶させる。この記憶状態は、いわば、図６及び図７のそれぞれにおいて、周期タイミングの項が無い状態である。読出手段５４ｅｚは、間隔アドレスカウンタ５３ｃのカウンタ値が変化した後（図６の場合）、もしくは間隔検出用カウンタ５２のカウンタ値（出力）が変化した後（図７の場合）の１つの変位データを読み出す指示を受けて読み出せばよい。この場合は、光センサ３１が一定距離間隔ΔＬだけ変化する毎に１つの変位データだけ取得すれば良い。

図１に戻って、画像生成手段６０は、データ取得部５０（５０ａ，５０ｂ）で取得された変位データを受けて、或いは読み出して、変位データが測定されたときの位置情報（Ｘ、Ｙ）で示される座標位置にその変位データに相当する高さ（Ｚ）を有する画像データを生成する。これを各座標について行うことにより、基板１０の表面の形状を測定した画像を三次元画像データとして表す。なお、位置情報は、上記（１）（２）の場合は、間隔アドレスカウンタ５３ｃのカウンタ値（図５（ａ）のＸ軸）とクロックアドレスカウンタ５３ｂのカウンタ値（図５（ａ）のＹ軸）で表されているので、走査部４０による最初の走査開始位置、方向を予め決めて置けば、生成できる。なお、上記（３）の場合は、走査部４０による、図８（ａ）の移動方向、順序、及び変位データの取得時の一定の距離間隔さえ決めておけば、データ取得部で取得した変位データをその順序で、かつ一定距離間隔でプロットしていくことで、生成できる。

判定手段７０は、基板１０の表面の形状が許容範囲にあるかどうかを判定するのである。予め、基板１０のレイアウトに沿って、設計上の（或いは理想的な）表面形状を示す三次元画像データを基準データとして設計情報記憶部８０に記憶されているので、その基準データと、画像生成手段６０が測定値に基づいて作成した三次元データと、を比較して、それらの差が許容値内か否かを判定し、許容値内であれば合格の判定をする。例えば、基板１０がはんだ印刷された基板であれば、そのはんだ箇所毎に合否判定が行われる。

ユーザインタフェース９０は、表示制御手段９１、表示手段９２及び走査手段９３を備えている。表示制御手段９１は、基板１０の合否の判定結果を表示手段９３に表示させるとともに、例えば、不合格と判定されたはんだ箇所あれば、基板１０のはんだ箇所を示すレイアウトを表示するとともに、その不合格と判定された箇所に認識可能な表示（色又はマーク）をする。

また、表示制御手段９１は、測定の案内画面を表示させて、操作者による走査手段９３による操作をガイド、支援する。

設計情報記憶手段８０は、既に上記したように、被測定物である基板１０の寸法、印刷はんだの位置等を示すレイアウト、判定の基準となる基準データ等を記憶している。

本発明は上記のように、光センサによる変位データの取得動作においては、走査部４０の移動速度とは関係なく変位データを取得し、その後で、走査部４０のモータの回転角（移動量）を基に、取得された変位データから所定距離間隔の変位データのみを抽出する構成とした。

本発明に係る基板表面変位測定装置の全体の機能構成図である。 図１の光センサの詳細構成図である。 図１のデータ取得部の一実施形態の機能構成を示す図である。 図１のデータ取得部の他の実施形態の機能構成を示す図である。 図３の一実施形態の動作タイミングを示す図である。 図４におけるデータ記憶手段の動作例を説明するための図である。 図４におけるデータ記憶手段の他の動作例を説明するための図である。 移動及び走査の順序（軌跡）を説明するための図である。 モータの動作を説明するための図である。

符号の説明

１ 投光手段、８ ＰＳＤ（受光手段）、９ａ 検出用ミラー、９ｂ 走査タイミング検出手段、１０ 基板（プリント基板）、２０ 台、３０ 変位測定部、３１ 光センサ、
３２ 測定手段、３２ａ 変位算出手段、３２ｂ Ａ／Ｄ変換手段、４０ 走査部、
４１ 移動制御手段、４２ 移動機構手段、５０、５０ａ、５０ｂ データ取得部、
５１ エンコーダ（移動データ出力手段）、５２ 間隔検出用カウンタ、
５３ 抽出手段、５３ａ ゲート手段、５３ｂ クロックアドレスカウンタ、
５３ｃ 間隔アドレスカウンタ、５３ｄ データ記憶手段、５４ 抽出手段、
５４ｅ データ記憶手段、６０ 画像生成手段、７０ 判定手段、
８０ 設計情報記憶手段、９０ ユーザインタフェース、９１ 表示制御手段、
９２ 表示手段、９３ 操作手段

Claims (3)

1. 基板の表面に光を照射させ、その反射光を受光する光センサを有し、該光センサの出力を受けて該表面の高さ方向の変位を示すデジタルの変位データを出力する変位測定部（３０）と、該光センサと該基板とを相対的に移動させることにより、該基板に対する該光センサの相対位置を走査する走査部（４０）とを有し、該基板の表面における変位を測定する基板表面変位測定装置において、
   前記走査部内に備えられ、モータを有し前記光センサ又は前記基板のいずれかを該基板に平行な第１の方向に移動させ、かつ該移動させる速度が変化する移動機構手段（４２）を有し、
   前記光センサは、該第１の方向と略直交する第２の方向へ、該光センサ又は前記基板が該第１の方向へ移動する時間に比べ早い周期で繰り返し光学的走査をして前記変位を検出するとともに、その周期を表す周期タイミング信号を出力する構成を有し、
   さらに、
   前記モータによる移動量に応じた信号を出力する移動データ出力手段（５１）と、該移動データ出力手段からの該信号をカウントして、該移動量の所定間隔を検出する間隔検出用カウンタ（５２）と、前記変位測定部から出力される変位データから、各前記所定間隔における特定の前記周期タイミングにおける前記光学的走査に基づく前記変位データを抽出する抽出手段（５３）と、を含むデータ取得部（５０）と、
   抽出された該所定間隔毎の変位データを基に、前記基板の表面上の形状を示す画像データを生成する画像生成手段（６０）と、を備えたことを特徴とする基板表面変位測定装置。
2. 前記抽出手段は、前記所定間隔の数をカウントする間隔アドレスカウンタ（５３ｃ）と、該所定間隔内の前記周期タイミングの１周期分の前記変位測定部から出力される変位データをカウントするクロックアドレスカウンタ（５３ｂ）と、該間隔アドレスカウンタとクロックアドレスカウンタのカウント値で決定されるアドレス値に該当するタイミングの変位データを記憶することによって、該変位データを抽出するデータ記憶手段（５３ｄ）とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の基板表面変位測定装置。
3. 基板の表面に光を照射させ、その反射光を受光する光センサを有し、該光センサの出力を受けて該表面の高さ方向の変位を示すデジタルの変位データをクロックごとに出力する変位測定部（３０）と、該光センサと該基板とを相対的に移動させることにより、該基板に対する該光センサの相対位置を走査する走査部（４０）とを有し、該基板の表面における変位を測定する基板表面変位測定装置において、
   前記走査部内に備えられ、モータを有し前記光センサ又は前記基板のいずれかを該基板に平行な第１の方向に移動させ、かつ該移動させる速度が変化する移動機構手段（４２）を有し、
   前記光センサは、該第１の方向と略直交する第２の方向へ、該光センサ又は前記基板が該第１の方向へ移動する時間に比べ早い周期で繰り返し光学的走査をして前記変位を検出するとともに、その周期を表す周期タイミング信号を出力する構成を有し、
   さらに、
   前記モータによる移動量に応じた信号を出力する移動データ出力手段（５１）と、該移動データ出力手段からの該信号をカウントして、該移動量の所定間隔を検出する間隔検出用カウンタ（５２）と、前記所定間隔の数をカウントする間隔アドレスカウンタ（５３ｃ）と、前記周期タイミングに同期して前記クロックをカウントするクロックアドレスカウンタ（５３ｂ）を有し、該クロックアドレスカウンタの値と前記間隔アドレスカウンタの値とを、前記クロックに応答して前記変位測定部から出力される前記変位データに付して、又は対応させて前記一時記憶手段（５４ｅｙ）に記憶させて、該一時記憶手段から読み出すときに、予め決められた前記所定間隔にある間隔アドレスカウンタの値に該当する変位データを読み出すことにより抽出する抽出手段（５４）と、を含むデータ取得手段と、
   抽出された該所定間隔毎の変位データを基に、前記基板の表面上の形状を示す画像データを生成する画像生成手段（６０）と、を備えたことを特徴とする基板表面変位測定装置。

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