JPH0123041B2 - - Google Patents
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- JPH0123041B2 JPH0123041B2 JP56144891A JP14489181A JPH0123041B2 JP H0123041 B2 JPH0123041 B2 JP H0123041B2 JP 56144891 A JP56144891 A JP 56144891A JP 14489181 A JP14489181 A JP 14489181A JP H0123041 B2 JPH0123041 B2 JP H0123041B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- movement
- amount
- measured
- moving table
- optical sensor
- Prior art date
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- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims description 38
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 35
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000026058 directional locomotion Effects 0.000 claims 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 13
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 4
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
Description
【発明の詳細な説明】
<本発明の産業上の利用分野>
本発明は、光センサを用いて被測定物の表面形
状(即ち表面の凹凸)を広い面積にわたつて、極
めて高精度に、かつ、高速で測定できるようにし
た表面形状測定装置に関する。
状(即ち表面の凹凸)を広い面積にわたつて、極
めて高精度に、かつ、高速で測定できるようにし
た表面形状測定装置に関する。
<従来技術>
非接触式に被測定物の表面形状(表面の凹凸)
を測定する方法として、特開昭51−124944号公報
に、2つの光ビームを被測定物体に照射し、その
表面上の2点の高さを同時に測定することによ
り、物体表面の等高線を求める方法が開示されて
いる。
を測定する方法として、特開昭51−124944号公報
に、2つの光ビームを被測定物体に照射し、その
表面上の2点の高さを同時に測定することによ
り、物体表面の等高線を求める方法が開示されて
いる。
<本発明が解決しようとする問題点>
しかしながら、このような従来の方法では、
被測定物表面の極めて微小な凹凸を高精度に測
定しようとして、被測定物をX方向及びY方向に
移動する際、完全なX―Y平面に平行に移動する
ことは不可能で、このX―Y平面に垂直なZ方向
へのずれが不可避である。このずれが測定結果に
加わるため、微小な凹凸を高精度に測定すること
が困難であつた。
定しようとして、被測定物をX方向及びY方向に
移動する際、完全なX―Y平面に平行に移動する
ことは不可能で、このX―Y平面に垂直なZ方向
へのずれが不可避である。このずれが測定結果に
加わるため、微小な凹凸を高精度に測定すること
が困難であつた。
本発明はこの問題点を解決した装置を提供する
ことを目的としている。
ことを目的としている。
<前記問題点を解決するための手段>
前記問題点を解決するために、本発明の表面形
状装置では、 被測定物をX、およびY方向に移動させる移動
テーブルと、 移動テーブルのX、およびY方向の移動量を検
出する検出器と、 被測定物表面に光ビームを照射し、その反射光
点の位置を検出することによつて、被測定物表面
の高さ信号を出力する光センサと、 被測定物をオプテイカルフラツトとした場合に
おける、前記X方向移動量検出器及びY方向移動
量検出器から出力される移動量に対応づけて、前
記光センサから出力される高さ信号を予め記憶設
定する移動テーブルずれ量設定装置と、 前記光センサからの高さ信号から、前記移動テ
ーブルずれ量設定装置に設定されたずれ量を、前
記X方向移動量検出器及びY方向移動量検出器か
ら出力される移動量に対応づけて、減算する減算
装置と を備えたことを特徴としている。
状装置では、 被測定物をX、およびY方向に移動させる移動
テーブルと、 移動テーブルのX、およびY方向の移動量を検
出する検出器と、 被測定物表面に光ビームを照射し、その反射光
点の位置を検出することによつて、被測定物表面
の高さ信号を出力する光センサと、 被測定物をオプテイカルフラツトとした場合に
おける、前記X方向移動量検出器及びY方向移動
量検出器から出力される移動量に対応づけて、前
記光センサから出力される高さ信号を予め記憶設
定する移動テーブルずれ量設定装置と、 前記光センサからの高さ信号から、前記移動テ
ーブルずれ量設定装置に設定されたずれ量を、前
記X方向移動量検出器及びY方向移動量検出器か
ら出力される移動量に対応づけて、減算する減算
装置と を備えたことを特徴としている。
<作用>
このようにしたため、
X―Y平面上の位置に対応したずれ量が、光セ
ンサ出力から減じられるため、X、および、Y方
向移動テーブルの真直度誤差がキヤンセルされ
る。
ンサ出力から減じられるため、X、および、Y方
向移動テーブルの真直度誤差がキヤンセルされ
る。
<本発明の実施例>
以下、図面に基づいて本発明の一実施例を説明
する。
する。
第1〜5図は本発明の一実施例を示している。
図において、1は被測定物Wを据え付ける平板
状の基台であつて、この基台1はX方向移動テー
ブル2上を水平方向(X軸方向)にパルスモータ
3によつて移動可能になつており、このX方向移
動テーブル2はX方向と直交するY方向移動テー
ブル4上を鉛直方向(Y軸方向)にパルスモータ
5によつて移動可能になつている。
状の基台であつて、この基台1はX方向移動テー
ブル2上を水平方向(X軸方向)にパルスモータ
3によつて移動可能になつており、このX方向移
動テーブル2はX方向と直交するY方向移動テー
ブル4上を鉛直方向(Y軸方向)にパルスモータ
5によつて移動可能になつている。
これらの基台1、X方向移動テーブル2、Y方
向移動テーブル4は鉛直に設定されているため、
被測定物Wは基台1の表面に鉛直状態で据え付け
られる。
向移動テーブル4は鉛直に設定されているため、
被測定物Wは基台1の表面に鉛直状態で据え付け
られる。
基台1の前方には光センサ6が固定台7上に固
定設置されている。
定設置されている。
光センサ6は、第2図に示すように、
指向性の良い光束ビームを発する光源61と、
この光束を絞つて被測定物Wの表面に照射する
照射レンズ62と、 光軸が照射レンズ62の光軸からある角度でず
れ、被測定物Wの表面の光点からの反射光束を絞
つて受光素子64の受光面64aに反射光点の像
を結像させる結像レンズ63と、 反射光点が被測定物Wの表面の凹凸によつてZ
方向に変位する場合の軌跡に受光面64aが一致
するように配置され、受光面64aにおける反射
光点の像の位置に応じた二つの信号i1,i2を出力
する受光素子64と、 受光素子64の二つの出力i1,i2から被測定物
Wの表面の高さの変化Z1を Z1=Ki1−i2/i1+i2 (但し、Kは定数) として演算する演算器65と によつて構成されている。
照射レンズ62と、 光軸が照射レンズ62の光軸からある角度でず
れ、被測定物Wの表面の光点からの反射光束を絞
つて受光素子64の受光面64aに反射光点の像
を結像させる結像レンズ63と、 反射光点が被測定物Wの表面の凹凸によつてZ
方向に変位する場合の軌跡に受光面64aが一致
するように配置され、受光面64aにおける反射
光点の像の位置に応じた二つの信号i1,i2を出力
する受光素子64と、 受光素子64の二つの出力i1,i2から被測定物
Wの表面の高さの変化Z1を Z1=Ki1−i2/i1+i2 (但し、Kは定数) として演算する演算器65と によつて構成されている。
第3図に示すように、被測定物Wの表面がZ方
向に変位すると、反射光点の像QはZ′方向に変位
する。
向に変位すると、反射光点の像QはZ′方向に変位
する。
このZ′方向の反射光点の像Qの変位を検出する
ために、前記したように、受光素子64の受光面
64aはZ′方向に即ち、反射光点の像Qの軸跡に
一致させてある。
ために、前記したように、受光素子64の受光面
64aはZ′方向に即ち、反射光点の像Qの軸跡に
一致させてある。
受光素子64としては、例えば第4図に示すよ
うに、Z′方向の変位を電気信号に変換する一次元
の拡散型PINダイオードが用いられる。
うに、Z′方向の変位を電気信号に変換する一次元
の拡散型PINダイオードが用いられる。
なお、第3図に示された光センサ6は、被測定
物Wが散乱面である場合の測定に用いられるタイ
プの光学系を示したものであり、被測定物Wが鏡
面の場合には、鏡面反射をするので、照射光束と
反射光束が、被測定物Wの表面の法線に対して対
称になるようなタイプの光センサが用いられる。
物Wが散乱面である場合の測定に用いられるタイ
プの光学系を示したものであり、被測定物Wが鏡
面の場合には、鏡面反射をするので、照射光束と
反射光束が、被測定物Wの表面の法線に対して対
称になるようなタイプの光センサが用いられる。
X方向移動テーブル2、Y方向移動テーブル4
によるX方向、Y方向の各移動量X,Yは、それ
ぞれパルスモータ3,5を駆動するXドライバ
8、Yドライバ9の駆動出力を受領するX方向移
動量検出器10、Y方向移動量検出器11によつ
て検出される。
によるX方向、Y方向の各移動量X,Yは、それ
ぞれパルスモータ3,5を駆動するXドライバ
8、Yドライバ9の駆動出力を受領するX方向移
動量検出器10、Y方向移動量検出器11によつ
て検出される。
信号処理器12は、第5図の如く構成されてい
る。
る。
121は、被測定物をオプテイカルフラツトと
した場合における、前記X方向移動量検出器10
及びY方向移動量検出器11から出力される移動
量X,Yに対応づけて、前記光センサ6から出力
される高さ信号Z1が予め記憶設定された移動テー
ブルずれ量設定装置である。即ち、オプテイカル
フラツトを測定した場合の光センサ6の出力は
X,Yテーブル移動における各移動位置ごとのZ
方向のずれ量を示している。このずれ量がX―Y
平面の全体について、予め設定してある。
した場合における、前記X方向移動量検出器10
及びY方向移動量検出器11から出力される移動
量X,Yに対応づけて、前記光センサ6から出力
される高さ信号Z1が予め記憶設定された移動テー
ブルずれ量設定装置である。即ち、オプテイカル
フラツトを測定した場合の光センサ6の出力は
X,Yテーブル移動における各移動位置ごとのZ
方向のずれ量を示している。このずれ量がX―Y
平面の全体について、予め設定してある。
122は、前記光センサ6からの高さ信号Z1か
ら、前記移動テーブルずれ量設定装置121に設
定されたずれ量を、前記X方向移動量検出器10
及びY方向移動量検出器11から出力される移動
量に対応づけて、減算する減算装置である。
ら、前記移動テーブルずれ量設定装置121に設
定されたずれ量を、前記X方向移動量検出器10
及びY方向移動量検出器11から出力される移動
量に対応づけて、減算する減算装置である。
123は、この移動テーブルずれ量設定装置1
21への設定動作、減算装置122の動作、及び
X,Yドライバー8,9の動作を制御する制御装
置である。
21への設定動作、減算装置122の動作、及び
X,Yドライバー8,9の動作を制御する制御装
置である。
上記の如く表面状測定装置は構成されているの
で、被測定物Wを基台1上に据え付け、X方向移
動テーブル2及びY方向移動テーブル4によつ
て、基台1をX―Y平面で移動しつつ、光センサ
6の光源61の光ビームを被測定物Wの表面に照
射する。受光素子64からは信号i1,i2が出力さ
れ、演算器65は信号i1,i2を受領して被測定物
Wの表面のZ方向の高さZ1を演算する。
で、被測定物Wを基台1上に据え付け、X方向移
動テーブル2及びY方向移動テーブル4によつ
て、基台1をX―Y平面で移動しつつ、光センサ
6の光源61の光ビームを被測定物Wの表面に照
射する。受光素子64からは信号i1,i2が出力さ
れ、演算器65は信号i1,i2を受領して被測定物
Wの表面のZ方向の高さZ1を演算する。
この高さZ1及びX,Y方向の移動量X,Yは減
算装置122へ出力される。
算装置122へ出力される。
制御装置123に制御されて、移動テーブルず
れ量設定装置121に設定されたX―Y平面の位
置に対応したずれ量が、光センサ6の出力Z1から
減算される。この結果、X、および、Y方向移動
テーブルの真直度誤差がキヤンセルされ、超高精
度の移動テーブルを用いたのと同じく、高精度の
形状測定ができる。
れ量設定装置121に設定されたX―Y平面の位
置に対応したずれ量が、光センサ6の出力Z1から
減算される。この結果、X、および、Y方向移動
テーブルの真直度誤差がキヤンセルされ、超高精
度の移動テーブルを用いたのと同じく、高精度の
形状測定ができる。
第6,7図は、前記光センサ6がZ方向移動テ
ーブル13上をモータ14によつてX―Y平面と
直交するZ軸方向に移動可能に設置された場合を
示している。このZ方向移動テーブル13による
光センサ6のZ方向移動量Zは、周波数安定化さ
れていないHe―Neレーザを使用した干渉測長器
から成るZ方向移動量検出器15によつて行なわ
れる。
ーブル13上をモータ14によつてX―Y平面と
直交するZ軸方向に移動可能に設置された場合を
示している。このZ方向移動テーブル13による
光センサ6のZ方向移動量Zは、周波数安定化さ
れていないHe―Neレーザを使用した干渉測長器
から成るZ方向移動量検出器15によつて行なわ
れる。
第7図の信号処理器12は第8図の如く構成さ
れている。
れている。
第8図において、121は、前に説明した移動
テーブルずれ量設定装置である。
テーブルずれ量設定装置である。
125は、光センサ6からの高さ信号が零に近
づく方向に、前記Z方向移動テーブル13を移動
させる制御信号を出力するZ方向移動制御装置で
ある。
づく方向に、前記Z方向移動テーブル13を移動
させる制御信号を出力するZ方向移動制御装置で
ある。
126は、光センサ6からの高さ信号とZ方向
移動量検出器15からの移動量とを加算すると共
に、移動テーブルずれ量設定装置121に記憶さ
れたずれ量を補正する加算装置である。
移動量検出器15からの移動量とを加算すると共
に、移動テーブルずれ量設定装置121に記憶さ
れたずれ量を補正する加算装置である。
127はこれらの各動作を制御する制御装置で
ある。
ある。
このように構成されているので、被測定物体の
X―Y方向への移動によつて表面の高さが変化す
ると、光センサ6の高さ信号Z1がゼロに近づくよ
うにZドライバー16へ制御信号が出力される。
この結果、光センサ6は表面の凹凸に追随する方
向へZテーブル13によつて移動される。(この
ため、第4図の受光素子64の受光面64aの中
心線l0近傍に常に反射光点のQが近づくようにさ
れる。) この時のZ検出器15からのZ方向移動量と光
センサ6からの高さとが加算装置126で加算さ
れ、さらに、移動テーブルずれ量設定装置121
に記憶されたずれ量を補正する。
X―Y方向への移動によつて表面の高さが変化す
ると、光センサ6の高さ信号Z1がゼロに近づくよ
うにZドライバー16へ制御信号が出力される。
この結果、光センサ6は表面の凹凸に追随する方
向へZテーブル13によつて移動される。(この
ため、第4図の受光素子64の受光面64aの中
心線l0近傍に常に反射光点のQが近づくようにさ
れる。) この時のZ検出器15からのZ方向移動量と光
センサ6からの高さとが加算装置126で加算さ
れ、さらに、移動テーブルずれ量設定装置121
に記憶されたずれ量を補正する。
従つて、凹凸に対する追随が完全に一致しなく
ても、この加算によつて、正確に測定されるか
ら、極めて高精度に測定でき、また、このように
加算で補なうから高速測定が可能となる。しか
も、表面の凹凸の変化量が大きくても、常にPIN
ダイオードの中央l0近くへ光像を近づけるように
制御しているから、測定範囲からはみだすことが
ないため、測定範囲も著しく拡大する。
ても、この加算によつて、正確に測定されるか
ら、極めて高精度に測定でき、また、このように
加算で補なうから高速測定が可能となる。しか
も、表面の凹凸の変化量が大きくても、常にPIN
ダイオードの中央l0近くへ光像を近づけるように
制御しているから、測定範囲からはみだすことが
ないため、測定範囲も著しく拡大する。
なお、被測定物を基台1に固定した場合、その
鉛直固定位置から、ずれる場合がある。
鉛直固定位置から、ずれる場合がある。
このため、信号処理器12で被測定物Wの表面
の三点のZ方向の高さを光センサ6の出力によつ
て記憶し、この三点のZ方向の高さが等しい値と
なるように被測定物Wを仮想的に微小回転させ、
他の任意の点のZ方向高さを演算出力するように
構成すれば、被測定面の形状が明瞭になる。
の三点のZ方向の高さを光センサ6の出力によつ
て記憶し、この三点のZ方向の高さが等しい値と
なるように被測定物Wを仮想的に微小回転させ、
他の任意の点のZ方向高さを演算出力するように
構成すれば、被測定面の形状が明瞭になる。
なお、Z方向の高さからZ方向の等高線の位置
を出力するように構成することもできる。
を出力するように構成することもできる。
<本発明の効果>
以上説明したように本発明では、極めて高精度
に、高速に、微小なオーダーでの表面形状の測定
が可能となる。
に、高速に、微小なオーダーでの表面形状の測定
が可能となる。
また、X―Y方向移動テーブルの蛇行によりZ
方向にずれが生じ真の形状測定に誤差を与える。
テーブルのずれ量をオプテイカルフラツトを用い
て計測記憶し、これを補正テーブルとして差引演
算することにより高精度測定を実現でき、しかも
安価である。
方向にずれが生じ真の形状測定に誤差を与える。
テーブルのずれ量をオプテイカルフラツトを用い
て計測記憶し、これを補正テーブルとして差引演
算することにより高精度測定を実現でき、しかも
安価である。
第1図は本発明の一実施例の表面形状測定装置
の機構部を示す斜視図、第2図はその回路部のブ
ロツク図、第3図は光センサによる測定原理を示
す図、第4図は受光素子の一例を示す説明図、第
5図は第2図の信号処理器の具体的構成を示すブ
ロツク図である。第6図は本発明の他の実施例を
示す斜視図、第7図はその回路部のブロツク図、
第8図はその信号処理部の具体的構成を示すブロ
ツク図である。 W……被測定物、1……基台、2……X方向移
動テーブル、4……Y方向移動テーブル、6……
光センサ、10……X方向移動量検出器、11…
…Y方向移動量検出器、12……信号処理器、1
3……Z方向移動テーブル、15……Z方向移動
量検出器。
の機構部を示す斜視図、第2図はその回路部のブ
ロツク図、第3図は光センサによる測定原理を示
す図、第4図は受光素子の一例を示す説明図、第
5図は第2図の信号処理器の具体的構成を示すブ
ロツク図である。第6図は本発明の他の実施例を
示す斜視図、第7図はその回路部のブロツク図、
第8図はその信号処理部の具体的構成を示すブロ
ツク図である。 W……被測定物、1……基台、2……X方向移
動テーブル、4……Y方向移動テーブル、6……
光センサ、10……X方向移動量検出器、11…
…Y方向移動量検出器、12……信号処理器、1
3……Z方向移動テーブル、15……Z方向移動
量検出器。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 被測定物をX方向に移動させるX方向移動テ
ーブルと、 前記X方向移動テーブルの移動量を検出するX
方向移動量検出器と、 被測定物を前記X方向と直交するY方向に移動
させるY方向移動テーブルと、 前記Y方向移動テーブルの移動量を検出するY
方向移動量検出器と、 被測定物表面に光ビームを照射し、その反射光
点の位置を検出することによつて、被測定物表面
の高さ信号を出力する光センサと、 被測定物をオプテイカルフラツトとした場合に
おける前記X方向移動量検出器及びY方向移動量
検出器から出力される移動量に対応づけて、前記
光センサから出力される高さ信号が予め記憶設定
された移動テーブルずれ量設定装置と、 前記光センサからの高さ信号から、前記移動テ
ーブルずれ量設定装置に設定されたずれ量を、前
記X方向移動量検出器及びY方向移動量検出器か
ら出力される移動量に対応づけて、減算する減算
装置と を備えた表面形状測定装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP14489181A JPS5847209A (ja) | 1981-09-15 | 1981-09-15 | 表面形状測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP14489181A JPS5847209A (ja) | 1981-09-15 | 1981-09-15 | 表面形状測定装置 |
Related Child Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP63246450A Division JPH0726824B2 (ja) | 1988-09-30 | 1988-09-30 | 表面形状測定装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS5847209A JPS5847209A (ja) | 1983-03-18 |
JPH0123041B2 true JPH0123041B2 (ja) | 1989-04-28 |
Family
ID=15372750
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP14489181A Granted JPS5847209A (ja) | 1981-09-15 | 1981-09-15 | 表面形状測定装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS5847209A (ja) |
Families Citing this family (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS60200109A (ja) * | 1984-03-24 | 1985-10-09 | Kanto Jidosha Kogyo Kk | 三次元形状の自動測定方法 |
JPS62235511A (ja) * | 1986-03-11 | 1987-10-15 | Kobe Steel Ltd | 表面状態検査装置 |
JPS63163107A (ja) * | 1986-12-25 | 1988-07-06 | Toshiba Corp | 非接触式真直度測定装置 |
JPS63191011A (ja) * | 1987-02-03 | 1988-08-08 | Mitsubishi Metal Corp | 光学式表面粗さ測定装置 |
JP2541966B2 (ja) * | 1987-03-13 | 1996-10-09 | キヤノン株式会社 | 面形状測定装置 |
JPH0797021B2 (ja) * | 1989-10-20 | 1995-10-18 | 株式会社豊田中央研究所 | 3次元形状計測装置 |
JPH0769151B2 (ja) * | 1990-03-15 | 1995-07-26 | アンリツ株式会社 | 表面形状測定装置 |
JPH0769152B2 (ja) * | 1990-03-20 | 1995-07-26 | アンリツ株式会社 | 形状測定装置 |
JP2002365026A (ja) * | 2001-06-07 | 2002-12-18 | Sigma Technos Kk | 基板検査装置 |
Citations (1)
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---|---|---|---|---|
JPS51124944A (en) * | 1975-04-25 | 1976-10-30 | Nippon Kogaku Kk <Nikon> | Device to detect a tangent line of contour line on a three dimentional object |
-
1981
- 1981-09-15 JP JP14489181A patent/JPS5847209A/ja active Granted
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS51124944A (en) * | 1975-04-25 | 1976-10-30 | Nippon Kogaku Kk <Nikon> | Device to detect a tangent line of contour line on a three dimentional object |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS5847209A (ja) | 1983-03-18 |
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