JPH08201036A - 走査型レーザー変位計 - Google Patents

走査型レーザー変位計

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JPH08201036A
JPH08201036A JP2877895A JP2877895A JPH08201036A JP H08201036 A JPH08201036 A JP H08201036A JP 2877895 A JP2877895 A JP 2877895A JP 2877895 A JP2877895 A JP 2877895A JP H08201036 A JPH08201036 A JP H08201036A
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JP
Japan
Prior art keywords
scanning
displacement meter
measured
laser displacement
parallel
Prior art date
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Pending
Application number
JP2877895A
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English (en)
Inventor
Satoshi Watanabe
慧 渡辺
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S K S KK
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S K S KK
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 従来知られる光学的三角測量方式を用いて被
測定物の表面の2次元形状を測定する走査型レーザー変
位計の測定精度を簡単な構成によって誤差が少なく且つ
測定精度が向上した走査型レーザー変位計を提供する。 【構成】 レーザービームを走査する第1の走査手段
と、前記走査ビームを平行走査ビームに変換するビーム
変換手段と、この平行走査ビームを被測定物の測定面に
対して略垂直方向に走査させ、この平行走査ビームの走
査により前記測定面から反射された拡散光を受けるスキ
ャナミラーを設けた第2の走査手段と、第2の走査手段
の反射光を集光する集光レンズと、集光された光像点の
変位を検出する位置検出手段とを有し、上記第2の走査
手段は第1の走査手段の走査周期と同期している。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、被測定物の表面の2次
元形状を光学的三角測量方式を用いて測定する走査型レ
ーザー変位計に関し、特には、平行走査されたレーザー
ビームを被測定物の測定面に対して横切るように照射
し、その拡散光の一部を位置検出手段に集光させて被測
定物の形状を測定する走査型レーザー変位計に関する。
【0002】
【従来の技術】ICの足曲がりの検査、あるいはプリン
ト基板上に実装した部品の位置ずれの検査、あるいは連
続する面の歪みや反りの測定等、物品の外観検査または
寸法測定を光学機械的に行う装置の一つとして走査型レ
ーザー変位計が知られる。
【0003】一般に知られる2次元測定の走査型レーザ
ー変位計の一例を図4に示す。光源2から射出された光
ビーム3は、投光レンズ4を介して扇状の走査ビーム5
を形成させる所定の回転周期を有する回転ミラー6に反
射される。この走査ビーム5は、対向配置された被測定
物に向かってP1からP2の地点まで走査される。被測
定物に照射された走査ビーム5は乱反射され、この拡散
光10の一部が前記した回転ミラー6の一部に反射し、
次いで集光レンズ7に集光されてPSD(ポジション・
センシティブ・ディテクタ:半導体位置検出素子)8上
に光点像9として結像される。このような構成の走査型
レーザー変位計では光ビーム3を走査ビーム5として走
査させる回転ミラー6を被測定物からの拡散光10を反
射させる回転ミラーとして共用しているため、被測定物
の高さがP1、P2間において一定である場合、どの走
査位置においてもPSD8上の集光される拡散光10の
光点像9は同一ポイントに常に位置する。
【0004】上記した構成の走査型レーザー変位計の測
定原理は、図3に示すように光源2からの光ビーム3が
測定面11aに対して垂直の方向に投射され、測定面1
1aからの拡散光10aが集光レンズ7を介してPSD
8上に結像して光点像9aを形成する。測定すべき面が
測定面11aから測定面11bに変化すると、PSD8
上の光点像が9aから9bの位置に変化する。いわゆる
三角測量方式で測定面(点)の変化量をPSD上の光点
像の変化量ΔXとして検出し、この変化量を不図示の演
算回路により算出することにより被測定物の位置変化が
測定される。
【0005】このような走査型レーザー変位計は扇状の
走査ビーム5を被測定物12に向けて走査しているた
め、常に被測定物12に対して垂直の方向に走査ビーム
5が照射されていない。図5に示すように、測定面の位
置が測定面11aと測定面11bのように変位方向で相
違する被測定物を例にとると、ある走査角度で走査ビー
ム5が被測定物に照射された場合、測定面11aに到達
した走査ビームの走査方向に対する位置P1と測定面1
1bに到達した走査ビームの走査方向に対する位置P2
との間にΔYの差が生じてしまう。即ち、被測定物の測
定面の高さに依存して走査方向の位置が変化してしま
い、正確に変位方向と走査方向の座標を認識することが
できないという問題を有する。
【発明が解決しようとする課題】
【0006】このため、図6に示すように回転ミラー6
と被測定物との間にビーム変換手段13を設けて走査ビ
ーム5を平行走査ビーム14に変換させる。平行走査ビ
ーム14を走査することにより被測定物に対して常に垂
直の方向に走査させることができ、測定精度の向上のた
め望ましい。しかしながら、ビーム変換手段13によっ
て走査ビーム5の走査形が変化したため、即ち、図4に
示す有効走査領域P1、P2が図6に示す有効走査領域
P3、P4間のように短くなったため、回転ミラー6に
より反射する拡散光の反射方向が平行走査ビーム14の
走査方向に対応しておらず、測定面の高さが同一の被測
定物であってもPSD8上の同一ポイントに光点像9と
して結像することができなくなる。
【0007】本発明は、上記した問題点に鑑みてなされ
たものであり、従来知られる走査型レーザー変位計の測
定精度を更に向上させた高精度の走査型レーザー変位計
を簡単な構成により提供することを課題とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】レーザービームを走査す
る第1の走査手段から扇状に走査ビームを走査し、ビー
ム変換手段により前記走査ビームを平行走査ビームに変
換した後、この平行走査ビームを被測定物の測定面に対
して略垂直方向に走査させ、該平行走査ビームの走査に
より前記測定面から反射された拡散光を、前記第1の走
査手段の走査周期と同期して駆動するスキャナミラーを
有する第2の走査手段により、集光レンズを介して位置
検出手段に集光させることを特徴とする。
【0009】また、前記第1の走査手段および前記第2
の走査手段は、レゾナントスキャナまたはガルバノミラ
ースキャナであることを特徴とし、前記位置検出手段
は、該位置検出手段に集光された拡散光の光点像の位置
変位を前記被測定物の高さ変化として検出する半導体位
置検出素子(PSD)もしくはCCDセンサであること
を特徴とする。
【0010】更に、前記第1の走査手段の走査周期と前
記第2の走査手段の走査周期との周波数を同一とさせ、
ほぼリニアリティを有する速度領域を選択して前記第1
の走査手段による走査ビームの形成と前記第2の走査手
段による拡散光の光路変更とを連動させることを特徴と
する
【0011】
【作用】光源から射出された光ビームは第1の走査手段
により扇状の走査ビームに変換する。この走査ビームは
投光レンズ等を介して平行走査ビームに変換し、被測定
物の測定面に対して垂直方向に走査する。この被測定物
表面からの反射された拡散光は、平行走査ビームの走査
位置に応じて駆動する第2の走査手段のスキャナミラー
により集光レンズの方向に光路を変え、位置検出手段に
光点像として集光される。この結果、被測定物の高さ変
化が位置検出手段上における拡散光による光点像の位置
変化として検出され、この信号を演算処理することによ
って被測定物の形状が測定される。
【0012】
【実施例】本発明の好適な実施例を図面に基づいて説明
する。図1は本発明による走査型レーザー変位計の一例
を示すブロック図である。走査型レーザー変位計1は、
光源2から射出される光ビーム3をスキャナミラー20
aによって扇状の走査ビーム5を走査させる第1の走査
手段16と、走査ビーム5を所定の光路に変える反射ミ
ラー15と、扇状の走査ビーム5を平行走査ビーム14
に変換させるビーム変換手段13と、この平行走査ビー
ム14を被測定物12に対して垂直の方向に走査して被
測定物12から反射される拡散光10を前記第1の走査
手段16の走査周期に同期して集光レンズ7の方向に光
路を変更するスキャナミラー20bを含む第2の走査手
段17と、所定の方向に向けられた拡散光10を後述す
る位置検出手段に集光する集光レンズ7と、集光された
拡散光10の位置変化に応じて被測定物の形状を認識す
る位置検出手段18とを有する。また、直接ビーム変換
手段13に走査ビームを走査する場合においては反射ミ
ラー15を設けなくても良い。
【0013】上記した構成の走査型レーザー変位計1は
平行に走査された平行走査ビーム14の平面の有効走査
領域内に被測定物12を位置させ、被測定物12の形状
を測定するものである。即ち、位置検出手段18として
のPSD8上に集光された拡散光10の光点像9の位置
変化を検知することにより被測定物12の高さ変化を認
識もしくは寸法測定するものである。
【0014】第1および第2の走査手段については、レ
ゾナントスキャナが好適に使用される。
【0015】動作について説明すると、被測定物12に
対して垂直の方向から平行走査ビーム14を横切るよう
に走査する。被測定物12は平行走査ビーム14によっ
て乱反射して拡散光10として放出される。この拡散光
10の一部を第2の走査手段17のスキャナミラー20
bにより集光レンズ7に向かうように反射させる。例え
ば、第1の走査手段16によって走査方向に連続的に平
行走査ビーム14が走査されているが、便宜上部分的に
平行走査ビーム14を代表するA、B、Cの各ポイント
に分割する。平行走査ビーム14Aにおいて、第2の走
査手段17のスキャナミラー20bは、被測定物12上
のa点からの拡散光10を集光レンズ7に集光させるよ
うな位置に向いている。また、平行走査ビーム14Bに
おいて、第2の走査手段17のスキャナミラー20b
は、被測定物12上のb点からの拡散光10を集光レン
ズ7に集光させるような位置に向いている。平行走査ビ
ーム14Cについても同様にc点からの拡散光10を集
光レンズ7に集光させるような位置に向いている。この
ように第1の走査手段16のスキャナミラー20aの回
動と第2の走査手段17のスキャナミラー20bの回動
とは同期されており、被測定物12に走査されて反射す
る位置を第2の走査手段のスキャナミラー20bが常時
集光レンズ7に向かうように光路変更を行っている。
【0016】上記した動作において、被測定物の高さが
一定であればPSD8上の集光された光点像9は一定の
場所に位置し、また、被測定物に凹凸があればこの高さ
に応じてPSD8上の光点像9が変位する。この信号を
上述した光学的な三角測量方式に基づいて不図示の制御
回路によって演算処理され、被測定物の高さ変化を測定
する。
【0017】第1の走査手段16のスキャナミラー20
aと第2の走査手段17のスキャナミラー20bとの同
期方法について好適な一例を図2に基づいて説明する。
図2は図7のレゾナントスキャナを使用した時間と走査
角度との関係を表すもので、縦軸にスキャナミラー20
の走査角度θを示し、横軸に時間tを示す。走査角度は
θ0を中心に上下方向に向かうほどスキャナミラー20
の走査角度が広くなり、一周期にかかる時間が一定であ
ればスキャナミラー20の角速度が増加する。ここでス
キャナミラー20の周期を同一とし、走査型レーザー変
位計の機械設計に合わせて走査ビーム5の走査角度およ
び平行走査ビーム14の有効走査領域から第1の走査手
段16の最大走査角度θ2と第2の走査手段17の最大
走査角度θ1を設定する。最もリニアリティを有するほ
ぼ直線部分D1、E1を同一の時間となるように適宜に
選択し、この部分についてのみに走査ビーム5を射出す
るように不図示の制御手段により制御し、あるいはこれ
ら選択した部分以外の部分を遮光すること等によりそれ
ぞれのスキャナミラー20a、20bを同期させる。
【0018】第1の走査手段16および第2の走査手段
17は上記したレゾナントスキャナを用いる方法の他、
ガルバノミラースキャナによっても同様の走査ビーム5
が得られ、この走査ビームを被測定物に照射し、被測定
物から拡散される拡散光を集光させることができる。
【0019】
【発明の効果】被測定物に対して垂直方向から走査し、
第2の走査手段のスキャナミラーが第1の走査手段であ
る平行走査ビームに同期して常に拡散光が集光レンズに
向かうように駆動させるため、集光レンズの収差の影響
がない状態で位置検出手段上に集光され、高精度な被測
定物の測定を行うことができる。また、走査手段のスキ
ャナミラーと集光手段のスキャナミラーとを分離して配
置することが可能であるため、装置本体の機械設計に自
由度をもつことができ、小型化の可能な走査型レーザー
変位計を提供することができる。
【0020】
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明による走査型レーザー変位計の実施例
を示すブロック図。
【図2】 本発明による走査型レーザー変位計のスキャ
ナミラーの走査角度と時間の関係を示す図。
【図3】 光学的三角測定方法を示すブロック図。
【図4】 従来例を示すブロック図。
【図5】 被測定物に走査ビームが走査される図。
【図6】 別の従来例を示すブロック図。
【符号の説明】
1 走査型レーザー変位計 2 光源 3 光ビーム 4 投光レンズ 5 走査ビーム 6 回転ミラー 7 集光レンズ 8 PSD 9、9a、9b光点像 10、10a、10b 拡散光 11a、11b 測定面 12 被測定物 13 ビーム変換手段 14 平行走査ビーム 15 反射ミラー 16 第1の走査手段 17 第2の走査手段 18 位置検出手段 20、20a、20b スキャナミラー

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 レーザービームを走査する第1の走査手
    段から扇状に走査ビームを走査し、ビーム変換手段によ
    り前記走査ビームを平行走査ビームに変換した後、この
    平行走査ビームを被測定物の測定面に対して略垂直方向
    に走査させ、該平行走査ビームの走査により前記測定面
    から反射された拡散光を、前記第1の走査手段の走査周
    期と同期して駆動するスキャナミラーを有する第2の走
    査手段により、集光レンズを介して位置検出手段に集光
    させることを特徴とする走査型レーザー変位計。
  2. 【請求項2】 前記第1の走査手段および前記第2の走
    査手段は、レゾナントスキャナまたはガルバノミラース
    キャナであることを特徴とする請求項1記載の走査型レ
    ーザー変位計。
  3. 【請求項3】 前記位置検出手段は、該位置検出手段に
    集光された拡散光の光点像の位置変位を前記被測定物の
    高さ変化として検出する半導体位置検出素子(PSD)
    であることを特徴とする請求項1または2記載の走査型
    レーザー変位計。
  4. 【請求項4】 前記位置検出手段は、該位置検出手段に
    集光された拡散光の光点像の位置変位を前記被測定物の
    高さ変化として検出するCCDセンサであることを特徴
    とする請求項1または2記載の走査型レーザー変位計。
  5. 【請求項5】 前記第1の走査手段の走査周期と前記第
    2の走査手段の走査周期との周波数を同一とさせ、ほぼ
    リニアリティを有する速度領域を選択して前記第1の走
    査手段による走査ビームの形成と前記第2の走査手段に
    よる拡散光の光路変更とを連動させることを特徴とする
    請求項1乃至4いずれか記載の走査型レーザー変位計。
JP2877895A 1995-01-25 1995-01-25 走査型レーザー変位計 Pending JPH08201036A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014050319A1 (ja) * 2012-09-25 2014-04-03 株式会社日立ハイテクノロジーズ 成膜装置および成膜方法
CN106291919A (zh) * 2015-06-29 2017-01-04 株式会社三丰 光学探针及测量设备

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2014050319A1 (ja) * 2012-09-25 2014-04-03 株式会社日立ハイテクノロジーズ 成膜装置および成膜方法
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JP2017015459A (ja) * 2015-06-29 2017-01-19 株式会社ミツトヨ 光プローブ、及び測定装置
CN106291919B (zh) * 2015-06-29 2020-05-05 株式会社三丰 光学探针及测量设备

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