JPH0783620A - レーザ変位計 - Google Patents
レーザ変位計Info
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- JPH0783620A JPH0783620A JP5226299A JP22629993A JPH0783620A JP H0783620 A JPH0783620 A JP H0783620A JP 5226299 A JP5226299 A JP 5226299A JP 22629993 A JP22629993 A JP 22629993A JP H0783620 A JPH0783620 A JP H0783620A
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- laser
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Abstract
(57)【要約】
【目的】段差、反射率変動のある微細な測定物を高速・
高精度に高さ測定する。 【構成】測定対象物１６に対してレーザ光を走査する投
光光学系２と、測定物からの反射レーザ光を受光する受
光光学系１１を備えている。投光光学系２において、ス
キャナー７で走査させられたレーザ光は、レーザ光を所
要のビーム系に収束しかつ走査速度を一定にするテレセ
ントリックなｆθレンズ９と、円形で当分割された領域
の厚さがそれぞれ異なり各領域をレーザ光がスキャナ７
の一周期で通過するように等速回転される回転ガラス１
０とを通り、測定物に対して鉛直方向に照射される。受
光光学系１１は、測定物１６の鉛直方向の反射光を非点
収差をもたせて集光する円筒面レンズ１２と集光レンズ
１３とを通過させて集光レンズ１３の光軸上の二つの像
点の中心に分割軸が円筒面レッズ１３の集光方向と４５
度になるように置かれた四分割センサ１４に入射させ
る。
高精度に高さ測定する。 【構成】測定対象物１６に対してレーザ光を走査する投
光光学系２と、測定物からの反射レーザ光を受光する受
光光学系１１を備えている。投光光学系２において、ス
キャナー７で走査させられたレーザ光は、レーザ光を所
要のビーム系に収束しかつ走査速度を一定にするテレセ
ントリックなｆθレンズ９と、円形で当分割された領域
の厚さがそれぞれ異なり各領域をレーザ光がスキャナ７
の一周期で通過するように等速回転される回転ガラス１
０とを通り、測定物に対して鉛直方向に照射される。受
光光学系１１は、測定物１６の鉛直方向の反射光を非点
収差をもたせて集光する円筒面レンズ１２と集光レンズ
１３とを通過させて集光レンズ１３の光軸上の二つの像
点の中心に分割軸が円筒面レッズ１３の集光方向と４５
度になるように置かれた四分割センサ１４に入射させ
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はレーザ変位計に関し、特
に実装電子部品等の段差、反射率変動のあるプリント基
板のような測定物に対して収束レーザビームを走査して
高速・高精度に測定物の表面の高さを測定するレーザ変
位計に関する。
に実装電子部品等の段差、反射率変動のあるプリント基
板のような測定物に対して収束レーザビームを走査して
高速・高精度に測定物の表面の高さを測定するレーザ変
位計に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のレーザ変位計として例えば、特開
平２−２０６７１１号公報に記載された実装済みプリン
ト基板の検査装置に応用したレーザ変位計がある。
平２−２０６７１１号公報に記載された実装済みプリン
ト基板の検査装置に応用したレーザ変位計がある。
【０００３】図７は、ビームスポット投光用光学系と受
光用光学系群が一体となった従来のレーザ変位計の斜視
図である。垂直入射のレーザ光を中心とする同心円周上
に等間隔で受光レンズ５９〜６６を配置し、同様にレー
ザ光を中心とする同心円周上に位置検出型の光電変換素
子５１〜５８を配置し、レーザ光の実装済みプリント基
板６７の斜め方向の反射光を受光レンズ５９〜６６を通
して光電変換素子５９〜６６上に結像させ、三角測量に
より測定物、すなわち実装済みプリント基板６７の表面
の高さを測定している。
光用光学系群が一体となった従来のレーザ変位計の斜視
図である。垂直入射のレーザ光を中心とする同心円周上
に等間隔で受光レンズ５９〜６６を配置し、同様にレー
ザ光を中心とする同心円周上に位置検出型の光電変換素
子５１〜５８を配置し、レーザ光の実装済みプリント基
板６７の斜め方向の反射光を受光レンズ５９〜６６を通
して光電変換素子５９〜６６上に結像させ、三角測量に
より測定物、すなわち実装済みプリント基板６７の表面
の高さを測定している。
【０００４】図８は、プリント基板の検査装置全体の斜
視図で、図７に示したレーザ変位計が回転円盤７０の円
周上に等間隔で配置されており、円盤を一定速度で回転
すると同時にプリント基板６７を一方向に送ることでレ
ーザビームによりプリント基板上の走査を行っている。
視図で、図７に示したレーザ変位計が回転円盤７０の円
周上に等間隔で配置されており、円盤を一定速度で回転
すると同時にプリント基板６７を一方向に送ることでレ
ーザビームによりプリント基板上の走査を行っている。
【０００５】図７に示した従来のレーザ変位計では、受
光用光学系を８方向に設けているため、実装済みプリン
ト基板６７のはんだ面等の向き、傾きが変化し、反射光
の拡散特性が変化しても、いずれかの受光用光学系で受
光でき、受光量の多い高さ情報を選択・平均化すること
で検査の信頼性を高めている。
光用光学系を８方向に設けているため、実装済みプリン
ト基板６７のはんだ面等の向き、傾きが変化し、反射光
の拡散特性が変化しても、いずれかの受光用光学系で受
光でき、受光量の多い高さ情報を選択・平均化すること
で検査の信頼性を高めている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来のレーザ
変位計は、反射光の反射特性の変化に対応するために複
数方向に複数組の受光用光学系が必要である上、ビーム
走査をレーザ変位計を複数個設置した回転円盤により機
械的に行っているため、装置が複雑化・大型化し高速化
が困難である上、高価になる。また、散乱光受光型の投
光・受光二軸光学系のため反射指向性の高いフラットな
面の測定が困難な上、測定物の面の傾き・反射率変動に
対する許容範囲も比較的せまい。さらに、受光素子の受
光面サイズと光学倍率により測定範囲と測定分解能が決
定されるため、精度と測定範囲がトレードオフの関係に
あり、精度を上げると測定範囲が狭まり、逆に測定範囲
を広くすると精度が悪くなる。
変位計は、反射光の反射特性の変化に対応するために複
数方向に複数組の受光用光学系が必要である上、ビーム
走査をレーザ変位計を複数個設置した回転円盤により機
械的に行っているため、装置が複雑化・大型化し高速化
が困難である上、高価になる。また、散乱光受光型の投
光・受光二軸光学系のため反射指向性の高いフラットな
面の測定が困難な上、測定物の面の傾き・反射率変動に
対する許容範囲も比較的せまい。さらに、受光素子の受
光面サイズと光学倍率により測定範囲と測定分解能が決
定されるため、精度と測定範囲がトレードオフの関係に
あり、精度を上げると測定範囲が狭まり、逆に測定範囲
を広くすると精度が悪くなる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明のレーザ変位計
は、（ａ）測定物を裁置する測定ステージと、（ｂ）レ
ーザと、レーザ光を所要のビーム径に拡大するビーム拡
大器と、前記ビーム拡大器の光軸上にありレーザ光を分
光する偏光ビームスプリッタと、前記偏光ビームスプリ
ッタを直進したレーザ光の光軸上に置かれた四分の一波
長板と、前記四分の一波長板を通過したレーザ光を走査
させるスキャナと、前記スキャナにより走査させられた
レーザ光を前記測定ステージの測定面上で所要のビーム
径に収束しかつ走査速度を一定にするテレセントリック
なｆθレンズと、円形で等分割された扇形の領域の厚さ
がそれぞれ異なりこの領域それぞれをレーザ光が前記ス
キャナの一周期で通過するように等速回転される回転ガ
ラスとで構成されレーザ光を前記測定ステージに対して
鉛直方向から照射し一定方向に走査する投光光学系と、
（ｃ）測定物の鉛直方向の反射光で前記投光光学系の前
記回転ガラス、前記ｆθレンズ、前記スキャナ及び前記
四分の一波長板を通過し前記偏光ビームスプリッタで分
光されたレーザ光を一方向に集光する円筒面レンズと、
前記円筒面レンズとの組み合わせによりレーザ光を非点
収差をもたせて集光する集光レンズと、前記集光レンズ
の光軸上の二つの像点の中心に分割軸が前記円筒面レン
ズの集光方向と４５度になるように置かれた四分割セン
サとで構成される受光光学系と、（ｄ）前記四分割セン
サの４つの出力Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄに対して対向する二組
Ａ、ＣおよびＢ、Ｄにより正規化データ（（Ａ＋Ｃ）−
（Ｂ＋Ｄ））／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）を算出し測定物の高
さを求める第１の高さ演算回路と、前記第１の高さ演算
回路の出力をサンプリングし前記の正規化データ及び光
量出力（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）を格納するメモリ回路と、前
記メモリ回路に格納した前記光量出力を比較し光量出力
が最も高い前記回転ガラスの分割された領域における前
記正規化データを選択する選択回路と、前記選択回路が
選択した正規化データから求まる高さを当該選択した正
規化データを得た前記回転ガラスの分割された領域の厚
さによる影響を較正して測定物の高さを求める第２の高
さ演算回路とで構成される信号処理回路とを含み、前記
投光光学系及び前記受光光学系に対し前記測定ステージ
が前記投光光学系によりレーザ光の走査方向と直交する
方向に走行することを特徴とする。
は、（ａ）測定物を裁置する測定ステージと、（ｂ）レ
ーザと、レーザ光を所要のビーム径に拡大するビーム拡
大器と、前記ビーム拡大器の光軸上にありレーザ光を分
光する偏光ビームスプリッタと、前記偏光ビームスプリ
ッタを直進したレーザ光の光軸上に置かれた四分の一波
長板と、前記四分の一波長板を通過したレーザ光を走査
させるスキャナと、前記スキャナにより走査させられた
レーザ光を前記測定ステージの測定面上で所要のビーム
径に収束しかつ走査速度を一定にするテレセントリック
なｆθレンズと、円形で等分割された扇形の領域の厚さ
がそれぞれ異なりこの領域それぞれをレーザ光が前記ス
キャナの一周期で通過するように等速回転される回転ガ
ラスとで構成されレーザ光を前記測定ステージに対して
鉛直方向から照射し一定方向に走査する投光光学系と、
（ｃ）測定物の鉛直方向の反射光で前記投光光学系の前
記回転ガラス、前記ｆθレンズ、前記スキャナ及び前記
四分の一波長板を通過し前記偏光ビームスプリッタで分
光されたレーザ光を一方向に集光する円筒面レンズと、
前記円筒面レンズとの組み合わせによりレーザ光を非点
収差をもたせて集光する集光レンズと、前記集光レンズ
の光軸上の二つの像点の中心に分割軸が前記円筒面レン
ズの集光方向と４５度になるように置かれた四分割セン
サとで構成される受光光学系と、（ｄ）前記四分割セン
サの４つの出力Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄに対して対向する二組
Ａ、ＣおよびＢ、Ｄにより正規化データ（（Ａ＋Ｃ）−
（Ｂ＋Ｄ））／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）を算出し測定物の高
さを求める第１の高さ演算回路と、前記第１の高さ演算
回路の出力をサンプリングし前記の正規化データ及び光
量出力（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）を格納するメモリ回路と、前
記メモリ回路に格納した前記光量出力を比較し光量出力
が最も高い前記回転ガラスの分割された領域における前
記正規化データを選択する選択回路と、前記選択回路が
選択した正規化データから求まる高さを当該選択した正
規化データを得た前記回転ガラスの分割された領域の厚
さによる影響を較正して測定物の高さを求める第２の高
さ演算回路とで構成される信号処理回路とを含み、前記
投光光学系及び前記受光光学系に対し前記測定ステージ
が前記投光光学系によりレーザ光の走査方向と直交する
方向に走行することを特徴とする。
【０００８】
【実施例】次に、本発明について図面を参照して詳細に
説明する。
説明する。
【０００９】図１は本発明の一実施例の光学系の斜視図
である。
である。
【００１０】本実施例は一軸ステージを有する測定ステ
ージ１に裁置された対象測定物１６に対してレーザ光を
走査する投光光学系２及びこの投光光学系２により走査
されたレーザ光の測定物１６からの反射光を受光する受
光光学系１１を備えている。
ージ１に裁置された対象測定物１６に対してレーザ光を
走査する投光光学系２及びこの投光光学系２により走査
されたレーザ光の測定物１６からの反射光を受光する受
光光学系１１を備えている。
【００１１】この投光光学系２は、レーザ３と、レーザ
３からのレーザ光を所要のビーム系に拡大するビーム拡
大器４と、レーザ光を分光する偏光ビームスプリッタ５
と、偏光ビームスプリッタ５の直進光の光軸上に置かれ
た四分の一波長板６と、レーザ光を走査させるスキャナ
７と、スキャナ７で走査させられたレーザ光を測定ステ
ージ１の測定面に対して鉛直に反射する反射ミラー８
と、走査レーザ光の光軸上にありレーザ光を所要のビー
ム系に収束しかつ走査速度を一定にするテレセントリッ
クなｆθレンズ９と、ｆθレッズ９と測定ステージ１の
間に設置された円形で等分割された扇形の領域の厚さが
それぞれ異なり各領域をレーザ光がスキャナ７の一周期
で通過するように等速回転される回転ガラス１０とで構
成され、レーザ光を測定ステージ１に対して鉛直方向か
ら照射し測定ステージ１の送り方向と直交する方向に走
査させている。
３からのレーザ光を所要のビーム系に拡大するビーム拡
大器４と、レーザ光を分光する偏光ビームスプリッタ５
と、偏光ビームスプリッタ５の直進光の光軸上に置かれ
た四分の一波長板６と、レーザ光を走査させるスキャナ
７と、スキャナ７で走査させられたレーザ光を測定ステ
ージ１の測定面に対して鉛直に反射する反射ミラー８
と、走査レーザ光の光軸上にありレーザ光を所要のビー
ム系に収束しかつ走査速度を一定にするテレセントリッ
クなｆθレンズ９と、ｆθレッズ９と測定ステージ１の
間に設置された円形で等分割された扇形の領域の厚さが
それぞれ異なり各領域をレーザ光がスキャナ７の一周期
で通過するように等速回転される回転ガラス１０とで構
成され、レーザ光を測定ステージ１に対して鉛直方向か
ら照射し測定ステージ１の送り方向と直交する方向に走
査させている。
【００１２】受光光学系１１は、測定物１６からの鉛直
方向の反射光で投光光学系２の回転ガラス１０、ｆθレ
ンズ９、スキャナ７、四分の一波長板６を通過し偏光ビ
ームスプリッタ５で分光されたレーザ光を一方向に集光
する円筒面レンズ１２と、円筒面レンズ１２との組み合
わせによりレーザ光を非点収差をもたせて集光する集光
レンズ１３と、集光レンズ１３の光軸上の二つの像点の
中心に分割軸が円筒面レンズ１３の集光方向と４５度に
なるように置かれた四分割センサ１４とで構成されてい
る。なお、光軸上に置かれた四分の一波長板６は、測定
物１６からの反射光の偏光面を入射光に対して９０度回
転させ、偏光ビームスプリッタ５で分光させる働きをし
ている。
方向の反射光で投光光学系２の回転ガラス１０、ｆθレ
ンズ９、スキャナ７、四分の一波長板６を通過し偏光ビ
ームスプリッタ５で分光されたレーザ光を一方向に集光
する円筒面レンズ１２と、円筒面レンズ１２との組み合
わせによりレーザ光を非点収差をもたせて集光する集光
レンズ１３と、集光レンズ１３の光軸上の二つの像点の
中心に分割軸が円筒面レンズ１３の集光方向と４５度に
なるように置かれた四分割センサ１４とで構成されてい
る。なお、光軸上に置かれた四分の一波長板６は、測定
物１６からの反射光の偏光面を入射光に対して９０度回
転させ、偏光ビームスプリッタ５で分光させる働きをし
ている。
【００１３】図２は、図１に示した光学系による高さ測
定原理を説明するための図である。図１における受光光
学系１１は非点収差を持っているためビームの縦方向と
横方向で焦点位置が異なる。従ってｆθレンズ９と測定
物１６との距離によりビームスポット１７の形状が、横
型の楕円形、円形、縦型の楕円形と変化する。図２
（ａ）は、測定物１６の表面が前焦点近傍にある場合
で、ビームスポット形状は横型の楕円形状になる。こと
時の四分割センサ１４の正規化データ（（Ａ＋Ｃ）−
（Ｂ＋Ｄ））／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）は、プラス値とな
る。なお、四分割センサ１４の各分割面を図２に示すよ
うにＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄとし、各分割面Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの出
力もＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄで表わして説明する。図２（ｂ）
は、測定物１６が前焦点と後焦点の中心にある場合で、
ビームスポット形状はほぼ円形になり正規化データはゼ
ロとなる。図２（ｃ）は、測定物１６が後焦点にある場
合で、ビームスポット形状は縦型の楕円形状になり正規
化出力はマイナスとなる。従って、正規化データ（（Ａ
＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ））／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）を換算する
ことにより測定物１６の高さが測定できる。
定原理を説明するための図である。図１における受光光
学系１１は非点収差を持っているためビームの縦方向と
横方向で焦点位置が異なる。従ってｆθレンズ９と測定
物１６との距離によりビームスポット１７の形状が、横
型の楕円形、円形、縦型の楕円形と変化する。図２
（ａ）は、測定物１６の表面が前焦点近傍にある場合
で、ビームスポット形状は横型の楕円形状になる。こと
時の四分割センサ１４の正規化データ（（Ａ＋Ｃ）−
（Ｂ＋Ｄ））／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）は、プラス値とな
る。なお、四分割センサ１４の各分割面を図２に示すよ
うにＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄとし、各分割面Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの出
力もＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄで表わして説明する。図２（ｂ）
は、測定物１６が前焦点と後焦点の中心にある場合で、
ビームスポット形状はほぼ円形になり正規化データはゼ
ロとなる。図２（ｃ）は、測定物１６が後焦点にある場
合で、ビームスポット形状は縦型の楕円形状になり正規
化出力はマイナスとなる。従って、正規化データ（（Ａ
＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ））／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）を換算する
ことにより測定物１６の高さが測定できる。
【００１４】図３のブロック図に示すように信号処理回
路１５は第１の高さ演算回路１８、メモリ回路１９、選
択回路２０及び第２の演算回路２１で構成されている。
第１の高さ演算回路１８は四分割センサ１４の出力Ａ〜
Ｄから正規化演算を行い測定物１６の高さを求める。測
定物１６の高さは正規化データ（（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋
Ｄ））／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）に比例する。メモリ回路１
９は第１の高さ演算回路１８の出力をセンプリングし回
転ガラス１０の分割走査分（Ｎ走査とする）の正規化デ
ータ及び光量出力（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）を格納する。選択
回路２０はメモリ回路１９の同一走査位置における回転
ガラス１０の各分割領域のＮ個の光量出力（Ａ＋Ｂ＋Ｃ
＋Ｄ）を比較し、光量出力の最も高い時の正規化データ
を選択する。第２の演算回路２１は、選択回路２０によ
り選択した正規化データ及び選択した正規化データを高
さ演算回路１８から得た時のレーザ光が走査している回
転ガラス１０の分割領域の厚さにより高さを較正して一
走査における測定物の高さを求める。
路１５は第１の高さ演算回路１８、メモリ回路１９、選
択回路２０及び第２の演算回路２１で構成されている。
第１の高さ演算回路１８は四分割センサ１４の出力Ａ〜
Ｄから正規化演算を行い測定物１６の高さを求める。測
定物１６の高さは正規化データ（（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋
Ｄ））／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）に比例する。メモリ回路１
９は第１の高さ演算回路１８の出力をセンプリングし回
転ガラス１０の分割走査分（Ｎ走査とする）の正規化デ
ータ及び光量出力（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）を格納する。選択
回路２０はメモリ回路１９の同一走査位置における回転
ガラス１０の各分割領域のＮ個の光量出力（Ａ＋Ｂ＋Ｃ
＋Ｄ）を比較し、光量出力の最も高い時の正規化データ
を選択する。第２の演算回路２１は、選択回路２０によ
り選択した正規化データ及び選択した正規化データを高
さ演算回路１８から得た時のレーザ光が走査している回
転ガラス１０の分割領域の厚さにより高さを較正して一
走査における測定物の高さを求める。
【００１５】回転ガラス１０の分割領域の厚さによる測
定物１９の高さの較正量△Ｈは回転ガラス１０の屈折率
をｎ、レーザ光が通っている分割領域のガラスの厚さの
基準厚さからの差を△ｔとすると △Ｈ＝（ｎ−１）△
ｔ／ｎ となる。従って求める測定物１９の高さは正規
化データ（（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ））／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋
Ｄ）に比例する値に△Ｈを加算した値となる。
定物１９の高さの較正量△Ｈは回転ガラス１０の屈折率
をｎ、レーザ光が通っている分割領域のガラスの厚さの
基準厚さからの差を△ｔとすると △Ｈ＝（ｎ−１）△
ｔ／ｎ となる。従って求める測定物１９の高さは正規
化データ（（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ））／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋
Ｄ）に比例する値に△Ｈを加算した値となる。
【００１６】なお、図示していないが回転ガラス１０に
同期して回転するエンコーダ等により回転ガラス１０の
回転角度を計測し、レーザ光が走査される位置に回転ガ
ラス１０のどの分割領域が位置するかを検出し、その分
割領域のガラスの厚さから上記の△ｔを知ることができ
る。
同期して回転するエンコーダ等により回転ガラス１０の
回転角度を計測し、レーザ光が走査される位置に回転ガ
ラス１０のどの分割領域が位置するかを検出し、その分
割領域のガラスの厚さから上記の△ｔを知ることができ
る。
【００１７】また、回転ガラス１０の分割領域のいずれ
か１つの領域の上面をレーザ光を全反射するようにし、
四分割センサ１４の光量出力（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）が全反
射に相当する値になった時からの経過時間によりどの分
割領域がレーザ光の走査位置にあるかを知るようにする
こともできる。
か１つの領域の上面をレーザ光を全反射するようにし、
四分割センサ１４の光量出力（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）が全反
射に相当する値になった時からの経過時間によりどの分
割領域がレーザ光の走査位置にあるかを知るようにする
こともできる。
【００１８】図４は、測定物１６の高さと四分割センサ
１４への入射光量との関係を説明するための図である。
図４（ａ）は、測定物１６がｆθレンズ９の焦点位置近
傍にある場合で、測定物１６からの反射光２２を集光レ
ンズ１３の焦点位置近傍に置かれた四分割センサ１４上
に集光できる。図４（ｂ）は、測定物１６がｆθレンズ
９の焦点位置より遠くにある場合で、反射光２２は四分
割センサ１４の手前で結像するため、四分割センサ１４
の入射光量が図４（ａ）の場合に比べ減少する。図４
（ｃ）は、測定物１６がｆθレンズ９の焦点位置より近
くにある場合で、反射光２２は四分割センサ１４の後方
で結像するため、四分割センサ１４の入射光量が図４
（ｂ）と同様に図４（ａ）の場合に比べ減少する。
１４への入射光量との関係を説明するための図である。
図４（ａ）は、測定物１６がｆθレンズ９の焦点位置近
傍にある場合で、測定物１６からの反射光２２を集光レ
ンズ１３の焦点位置近傍に置かれた四分割センサ１４上
に集光できる。図４（ｂ）は、測定物１６がｆθレンズ
９の焦点位置より遠くにある場合で、反射光２２は四分
割センサ１４の手前で結像するため、四分割センサ１４
の入射光量が図４（ａ）の場合に比べ減少する。図４
（ｃ）は、測定物１６がｆθレンズ９の焦点位置より近
くにある場合で、反射光２２は四分割センサ１４の後方
で結像するため、四分割センサ１４の入射光量が図４
（ｂ）と同様に図４（ａ）の場合に比べ減少する。
【００１９】図５は、厚さの異なる回転ガラス１０の機
能を説明するための図である。測定物１６からの反射光
２２は、回転ガラス１０のガラス面２３、２４でそれぞ
れ屈折するため、ガラスのない光路２５に比べｆθレン
ズ９の焦点距離を△Ｚずらすことができる。この変位量
△Ｚはガラスの厚さに比例するため、厚さの段階的に異
なるガラスを挿入することにより焦点位置を段階的に変
えることができる。
能を説明するための図である。測定物１６からの反射光
２２は、回転ガラス１０のガラス面２３、２４でそれぞ
れ屈折するため、ガラスのない光路２５に比べｆθレン
ズ９の焦点距離を△Ｚずらすことができる。この変位量
△Ｚはガラスの厚さに比例するため、厚さの段階的に異
なるガラスを挿入することにより焦点位置を段階的に変
えることができる。
【００２０】収束ビームの場合、ビーム径が小さいほど
絞られている範囲は小さくまた焦点から離れるにつれ急
激にビーム径が拡大するため、高さ方向に広い計測範囲
を細いビーム径で分解能よく測定することは困難であ
る。また、一般に四分割センサ１４の正規化出力は、焦
点からずれるにつれ線形性が悪くなる。従って、回転ガ
ラス１０の厚さの異なる分割領域それぞれで同一箇所を
複数回測定し、測定系の焦点が測定物１６の高さの最も
近い状態を光量出力（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）がより大きいこ
とにより選択し測定物の高さを求めることにより、高分
解能・高精度な測定ができる。
絞られている範囲は小さくまた焦点から離れるにつれ急
激にビーム径が拡大するため、高さ方向に広い計測範囲
を細いビーム径で分解能よく測定することは困難であ
る。また、一般に四分割センサ１４の正規化出力は、焦
点からずれるにつれ線形性が悪くなる。従って、回転ガ
ラス１０の厚さの異なる分割領域それぞれで同一箇所を
複数回測定し、測定系の焦点が測定物１６の高さの最も
近い状態を光量出力（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）がより大きいこ
とにより選択し測定物の高さを求めることにより、高分
解能・高精度な測定ができる。
【００２１】図６は、図７に示した従来のレーザ変位計
で用いられた投受光別々の二軸光軸方式と本発明で用い
た投受光単一光軸方式との違いを説明するための図であ
る。図６に示すように高い隣接物２６、２６’が測定物
１６の周囲に存在していた場合、単一光軸方式は鉛直方
向の反射光を受光するため隣接物２６、２６’に遮光さ
れることはほとんどないが、二軸光軸方式は入射とα度
異なる方向への反射光を受光レンズ２８、２８’により
受光するため、隣接物２６、２６’に遮光される範囲が
生まれる。さらに測定物１６の反射光は指向性を持って
おり一般に入射と同一方向に強い反射強度分布２７を有
する。このため単一光軸方式は二軸光軸方式に比べ安定
して反射光を受光でき、凹凸、傾きのある測定物を高精
度に測定できる。
で用いられた投受光別々の二軸光軸方式と本発明で用い
た投受光単一光軸方式との違いを説明するための図であ
る。図６に示すように高い隣接物２６、２６’が測定物
１６の周囲に存在していた場合、単一光軸方式は鉛直方
向の反射光を受光するため隣接物２６、２６’に遮光さ
れることはほとんどないが、二軸光軸方式は入射とα度
異なる方向への反射光を受光レンズ２８、２８’により
受光するため、隣接物２６、２６’に遮光される範囲が
生まれる。さらに測定物１６の反射光は指向性を持って
おり一般に入射と同一方向に強い反射強度分布２７を有
する。このため単一光軸方式は二軸光軸方式に比べ安定
して反射光を受光でき、凹凸、傾きのある測定物を高精
度に測定できる。
【００２２】
【発明の効果】本発明のレーザ変位計は、従来の三角測
量によりレーザ変位計が複数個の受光計を用いて選択的
に測定を行っていたのに代わり、測定物にレーザ光を垂
直に照射する単一光軸方式を用いることにより測定物表
面の高低の差が大きくても、測定物の反射光が垂直上向
きの指向性を有していても受光光学系が測定物からの反
射光を安定して受光でき、測定物を高精度に測定でき
る。またレーザ光に一方向の走査を行わせ、簡単な構造
の装置にすることができる。また、光路中に置かれた各
分割領域で厚さの異なる円形ガラスを高速回転すること
により、測定物の広い測定範囲を高精度にかつ高速に高
さ測定できるという効果がある。
量によりレーザ変位計が複数個の受光計を用いて選択的
に測定を行っていたのに代わり、測定物にレーザ光を垂
直に照射する単一光軸方式を用いることにより測定物表
面の高低の差が大きくても、測定物の反射光が垂直上向
きの指向性を有していても受光光学系が測定物からの反
射光を安定して受光でき、測定物を高精度に測定でき
る。またレーザ光に一方向の走査を行わせ、簡単な構造
の装置にすることができる。また、光路中に置かれた各
分割領域で厚さの異なる円形ガラスを高速回転すること
により、測定物の広い測定範囲を高精度にかつ高速に高
さ測定できるという効果がある。
【図１】本発明の一実施例の光学系を示す斜視図であ
る。
る。
【図２】図１に示した実施例の受光光学計の高さ測定原
理を説明するための図である。
理を説明するための図である。
【図３】図１に示した信号処理回路１５の詳細を示すブ
ロック図である。
ロック図である。
【図４】図１に示した実施例の測定物の高さと光量出力
の変化を説明するための図である。
の変化を説明するための図である。
【図５】図１に示した実施例の回転ガラス１０の作用を
説明するための図である。
説明するための図である。
【図６】図１に示した実施例の受光特性を説明するため
の図である。
の図である。
【図７】従来のレーザ変位計を示す斜視図である。
【図８】図７に示したレーザ変位計を用いたプリント基
板の検査装置の斜視図である。
板の検査装置の斜視図である。
１ 測定ステージ ２ 投光光学系 ３ レーザ ４ ビーム拡大器 ５ 偏光ビームスプリッタ ６ ４分の１波長板 ７ スキャナ ８ 反射ミラー ９ ｆθレンズ １０ 回転ガラス １１ 受光光学系 １２ 円筒面レンズ １３ 集光レンズ １４ ４分割センサ １５ 信号処理回路 １６ 測定物 １７ ビームスポット １８ 第１の高さ演算回路 １９ メモリ回路 ２０ 選択回路 ２１ 第２の高さ演算回路 ２２ 反射光 ２３，２４ ガラス面 ２５ ガラスの無い場合の光路 ２６，２６’ 隣接物 ２７ 反射強度 ５０ ビームスポット投光用光学系 ５１〜５８ 光電変換素子 ５９〜６６ レンズ ６７ 非検査プリント基板 ６８，６９ 走査軌跡 ７０ 回転円盤 ７１〜７４ レーザ変位計
Claims (2)
- 【請求項１】（ａ）測定物を裁置する測定ステージと、 （ｂ）レーザと、レーザ光を所要のビーム径に拡大する
ビーム拡大器と、前記ビーム拡大器の光軸上にありレー
ザ光を分光する偏光ビームスプリッタと、前記偏光ビー
ムスプリッタを直進したレーザ光の光軸上に置かれた四
分の一波長板と、前記四分の一波長板を通過したレーザ
光を走査させるスキャナと、前記スキャナにより走査さ
せられたレーザ光を前記測定ステージの測定面上で所要
のビーム径に収束しかつ走査速度を一定にするテレセン
トリックなｆθレンズと、円形で等分割された扇形の領
域の厚さがそれぞれ異なりこの領域それぞれをレーザ光
が前記スキャナの一周期で通過するように等速回転され
る回転ガラスとで構成されレーザ光を前記測定ステージ
に対して鉛直方向から照射し一定方向に走査する投光光
学系と、 （ｃ）測定物の鉛直方向の反射光で前記投光光学系の前
記回転ガラス、前記ｆθレンズ、前記スキャナ及び前記
四分の一波長板を通過し前記偏光ビームスプリッタで分
光されたレーザ光を一方向に集光する円筒面レンズと、
前記円筒面レンズとの組み合わせによりレーザ光を非点
収差をもたせて集光する集光レンズと、前記集光レンズ
の光軸上の二つの像点の中心に分割軸が前記円筒面レン
ズの集光方向と４５度になるように置かれた四分割セン
サとで構成される受光光学系と、 （ｄ）前記四分割センサの４つの出力Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄに
対して対向する二組Ａ、ＣおよびＢ、Ｄにより正規化デ
ータ（（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ））／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）
を算出し測定物の高さを求める第１の高さ演算回路と、
前記第１の高さ演算回路の出力をサンプリングし前記の
正規化データ及び光量出力（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）を格納す
るメモリ回路と、前記メモリ回路に格納した前記光量出
力を比較し光量出力が最も高い前記回転ガラスの分割さ
れた領域における前記正規化データを選択する選択回路
と、前記選択回路が選択した正規化データから求まる高
さを当該選択した正規化データを得た前記回転ガラスの
分割された領域の厚さによる影響を較正して測定物の高
さを求める第２の高さ演算回路とで構成される信号処理
回路とを含み、前記投光光学系及び前記受光光学系に対
し前記測定ステージが前記投光光学系によりレーザ光の
走査方向と直交する方向に走行することを特徴とするレ
ーザ変位計。 - 【請求項２】（ａ）測定物を裁置する測定ステージと、 （ｂ）レーザと、レーザ光を所要のビーム径に拡大する
ビーム拡大器と、前記ビーム拡大器の光軸上にありレー
ザ光を分光する偏光ビームスプリッタと、前記偏光ビー
ムスプリッタを直進したレーザ光の光軸上に置かれた四
分の一波長板と、前記四分の一波長板を通過したレーザ
光を走査させるスキャナと、前記スキャナにより走査さ
せられたレーザ光を前記測定ステージの測定面上で所要
のビーム径に収束しかつ走査速度を一定にするテレセン
トリックなｆθレンズとで構成されレーザ光を前記測定
ステージに対して鉛直方向から照射し一定方向に走査す
る投光光学系と、 （ｃ）測定物の鉛直方向の反射光で前記投光光学系の前
記回転ガラス、前記ｆθレンズ、前記スキャナ及び前記
四分の一波長板を通過し前記偏光ビームスプリッタで分
光されたレーザ光を一方向に集光する円筒面レンズと、
前記円筒面レンズとの組み合わせによりレーザ光を非点
収差をもたせて集光する集光レンズと、前記集光レンズ
の光軸上の二つの像点の中心に分割軸が前記円筒面レン
ズの集光方向と４５度になるように置かれた四分割セン
サとで構成される受光光学系と、 （ｄ）前記四分割センサの４つの出力Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄに
対して対向する二組Ａ、ＣおよびＢ、Ｄにより正規化デ
ータ（（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ））／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）
を算出し測定物の高さを求める信号処理回路とを含み、
前記投光光学系及び受光光学系に対し前記測定ステージ
が前記投光光学系によりレーザ光の走査方向と直交する
方向に走行することを特徴とするレーザ変位計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5226299A JP2531450B2 (ja) | 1993-09-13 | 1993-09-13 | レ―ザ変位計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5226299A JP2531450B2 (ja) | 1993-09-13 | 1993-09-13 | レ―ザ変位計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0783620A true JPH0783620A (ja) | 1995-03-28 |
| JP2531450B2 JP2531450B2 (ja) | 1996-09-04 |
Family
ID=16843040
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5226299A Expired - Lifetime JP2531450B2 (ja) | 1993-09-13 | 1993-09-13 | レ―ザ変位計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2531450B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007010354A (ja) * | 2005-06-28 | 2007-01-18 | Opcell Co Ltd | 物体の表面形状を観察測定する装置 |
| US7436507B2 (en) | 2006-06-20 | 2008-10-14 | Nec Corporation | Method and apparatus for inspecting a pattern |
| JP2011185608A (ja) * | 2010-03-04 | 2011-09-22 | Yamaha Motor Co Ltd | 検査装置および検査方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5982336A (ja) * | 1982-09-30 | 1984-05-12 | シエル・インタ−ナシヨネイル・リサ−チ・マ−チヤツピイ・ベ−・ウイ | パラジウム触媒によるオレフイン不飽和化合物のカルボニル化法 |
| JPH03115803A (ja) * | 1989-09-29 | 1991-05-16 | Nec Corp | 光ビーム位置検出器 |
| JPH04282407A (ja) * | 1991-03-12 | 1992-10-07 | Nec Corp | 三次元形状測定装置 |
-
1993
- 1993-09-13 JP JP5226299A patent/JP2531450B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5982336A (ja) * | 1982-09-30 | 1984-05-12 | シエル・インタ−ナシヨネイル・リサ−チ・マ−チヤツピイ・ベ−・ウイ | パラジウム触媒によるオレフイン不飽和化合物のカルボニル化法 |
| JPH03115803A (ja) * | 1989-09-29 | 1991-05-16 | Nec Corp | 光ビーム位置検出器 |
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|---|---|---|---|---|
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| US7436507B2 (en) | 2006-06-20 | 2008-10-14 | Nec Corporation | Method and apparatus for inspecting a pattern |
| JP2011185608A (ja) * | 2010-03-04 | 2011-09-22 | Yamaha Motor Co Ltd | 検査装置および検査方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2531450B2 (ja) | 1996-09-04 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19960507 |