JPH11230727A - Shape measuring apparatus - Google Patents

Shape measuring apparatus

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JPH11230727A
JPH11230727A JP3188898A JP3188898A JPH11230727A JP H11230727 A JPH11230727 A JP H11230727A JP 3188898 A JP3188898 A JP 3188898A JP 3188898 A JP3188898 A JP 3188898A JP H11230727 A JPH11230727 A JP H11230727A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a shape measuring apparatus by which a shape is measured so as to be suitable for a measuring purpose, by a method wherein the optical transmittance of filters constituting a two-dimensional filter is controlled individually and the intensity of light used to illuminate an object to be shape-measured is made different according to a place in such a way that a specific place is illuminated to be especially bright or that a specific place is illuminated to be especially dark. SOLUTION: The surface of an object 56 to be shape-measured is irradiated, via a two-dimensional filter 58, a semitransparent mirror 59 and a lens 60, with light which is radiated from a light source 57. Reflected and returned light from the surface of the object 56 is incident on the light receiving face of a CCD camera 61 via the lens 60 and the semitransparent mirror 59, and the surface of the object 56 is imaged so as to be measured three-dimensionally. The optical transmittance of respective filters for the two-dimensional filter 58 can be controlled individually. The intensity of the light which illuminates the object 56 to be shape-measured is made different according to a place, in such a way that a specific place is illuminated to be especially bright, or that a specific place is illuminated to be especially dark. As a result, a shape is measured.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光を使用して形状
を三次元計測する形状計測装置に関する。
The present invention relates to a shape measuring apparatus for three-dimensionally measuring a shape using light.

【0002】[0002]

【従来の技術】図17は第1従来例の形状計測装置の概
念図である。図17中、1は形状計測対象物、2は均一
な照明光を下方向に出射する光源、3は光源2の下方に
配置されたハーフミラー、4はハーフミラー3の下方に
配置されたレンズ、5はCCDカメラである。
2. Description of the Related Art FIG. 17 is a conceptual diagram of a first conventional example of a shape measuring apparatus. In FIG. 17, 1 is a shape measurement object, 2 is a light source that emits uniform illumination light downward, 3 is a half mirror disposed below the light source 2, and 4 is a lens disposed below the half mirror 3. 5 and 5 are CCD cameras.

【0003】第1従来例の形状検査装置は、光源2から
出射された照明光をハーフミラー3及びレンズ4を介し
て形状計測対象物1の表面に照射し、形状計測対象物1
の表面からの反射戻り光をレンズ4及びハーフミラー3
を介してCCDカメラ5の受光面に入射し、CCDカメ
ラ5により形状計測対象物1の表面を撮像し、形状計測
対象物1の表面形状を三次元計測するというものであ
る。
The first conventional example of the shape inspection apparatus irradiates illumination light emitted from a light source 2 onto the surface of a shape measurement object 1 via a half mirror 3 and a lens 4 to thereby form the shape measurement object 1.
Lens 4 and half mirror 3
Then, the light is incident on the light receiving surface of the CCD camera 5 through the CCD, and the surface of the shape measuring object 1 is imaged by the CCD camera 5 to three-dimensionally measure the surface shape of the shape measuring object 1.

【0004】第1従来例の形状計測装置は、例えば、半
導体チップに形成されたバンプの形状計測や、ビルドア
ップ工法により製造される途中にあるプリント配線板に
形成されるビア孔の形状計測などに使用されている。
The shape measuring apparatus of the first conventional example measures the shape of a bump formed on a semiconductor chip, the shape of a via hole formed on a printed wiring board being manufactured by a build-up method, and the like. Used in

【0005】図18はバンプが形成された半導体チップ
の一例を示す概略的斜視図であり、図18中、7はチッ
プ本体、8はチップ本体7の素子形成面にマトリックス
状に形成された半田ボールからなるバンプである。
FIG. 18 is a schematic perspective view showing an example of a semiconductor chip on which bumps are formed. In FIG. 18, reference numeral 7 denotes a chip main body, and 8 denotes a solder formed in a matrix on the element forming surface of the chip main body 7. It is a bump made of a ball.

【0006】このような半導体チップは、バンプ8をプ
リント配線板に形成されている電極に一括して接合する
ことによりプリント配線板に実装されるので、バンプ8
の接合を精度良く行うためには、バンプ8の径や高さが
正確に形成されていなければならず、このため、バンプ
8の接合前に、バンプ8の径や高さを計測する必要があ
り、この場合に、例えば、第1従来例の形状計測装置が
使用されている。
Such a semiconductor chip is mounted on a printed wiring board by bonding the bumps 8 to electrodes formed on the printed wiring board at one time.
In order to perform the bonding with high accuracy, the diameter and height of the bump 8 must be accurately formed. Therefore, it is necessary to measure the diameter and height of the bump 8 before bonding the bump 8. In this case, for example, the shape measuring device of the first conventional example is used.

【0007】また、図19はビルドアップ工法により製
造される途中にあるプリント配線板の一例を示す概略的
部分断面図であり、図19中、10はコア材、11はコ
ア材10の上部に形成された導電層、12は導電層11
の上部に形成された絶縁層、13は絶縁層12に形成さ
れたビア孔である。
FIG. 19 is a schematic partial sectional view showing an example of a printed wiring board being manufactured by the build-up method. In FIG. 19, reference numeral 10 denotes a core material, and 11 denotes an upper part of the core material 10. The formed conductive layer, 12 is the conductive layer 11
Is an insulating layer formed in the upper portion of the substrate, and 13 is a via hole formed in the insulating layer 12.

【0008】ビア孔13は、下層の導電層11と上層の
導電層(図示せず)とを接続するために形成されるもの
であり、ビア孔13の底部では導電層11が規定値以上
の面積で露出されていなければならず、このため、上層
の導電層を形成する前に、ビア孔13の底部の形状を三
次元計測する必要があり、この場合に、たとえば、図1
7に示す第1従来例の形状計測装置が使用されている。
The via hole 13 is formed to connect the lower conductive layer 11 and an upper conductive layer (not shown). At the bottom of the via hole 13, the conductive layer 11 has a predetermined value or more. Therefore, it is necessary to three-dimensionally measure the shape of the bottom of the via hole 13 before forming the upper conductive layer. In this case, for example, FIG.
The shape measuring device of the first conventional example shown in FIG. 7 is used.

【0009】図20は第2従来例の形状計測装置の概念
図である。この第2従来例の形状計測装置は共焦点顕微
鏡からなるものであり、図20中、15は形状計測対象
物、16は点光源、17は点光源16から出射された光
を絞り込んで点光源像を形状計測対象物15の表面に形
成するレンズである。
FIG. 20 is a conceptual diagram of a shape measuring apparatus according to a second conventional example. The shape measuring apparatus of the second conventional example is constituted by a confocal microscope. In FIG. 20, reference numeral 15 denotes a shape measuring object, 16 denotes a point light source, and 17 denotes a point light source by narrowing down light emitted from the point light source 16. This is a lens that forms an image on the surface of the shape measurement target 15.

【0010】また、18は形状計測対象物15からの反
射戻り光を反射するハーフミラー、19はハーフミラー
18で反射された形状計測対象物15からの反射戻り光
の通過を制御するピンホール20が形成されたピンホー
ル板、21はCCDカメラである。
Reference numeral 18 denotes a half mirror for reflecting the reflected return light from the shape measuring object 15, and 19 denotes a pinhole 20 for controlling the passage of the reflected returning light from the shape measuring object 15 reflected by the half mirror 18. Is a pinhole plate, and 21 is a CCD camera.

【0011】この第2従来例の形状計測装置は、光学系
又は形状計測対象物15を光軸方向に所定距離だけ移動
させるごとに、形状計測対象物15の表面に形成される
点光源像を走査すると共に、点光源像の走査位置に対応
させてピンホール20の移動を行い、ピントずれのない
点光源像の反射戻り光のみを完全にピンホール20を通
過させることにより、形状計測対象物15の表面形状を
計測するというものである。
The shape measuring apparatus of the second conventional example generates a point light source image formed on the surface of the shape measuring object 15 every time the optical system or the shape measuring object 15 is moved by a predetermined distance in the optical axis direction. By scanning, the pinhole 20 is moved in accordance with the scanning position of the point light source image, and only the reflected return light of the point light source image having no defocus is completely passed through the pinhole 20 to obtain the shape measurement target. It measures 15 surface shapes.

【0012】図21は第3従来例の形状計測装置の概念
図である。この第3従来例の形状計測装置は、光切断法
を利用するものであり、図21中、23は形状計測対象
物、24は形状計測対象物23が載置された計測台、2
5はスリット光26を出射するスリット光源、27は形
状計測対象物23及び計測台24からの反射光を集光す
るレンズ、28はCCDカメラ、29はCCDカメラ2
8の受光面である。
FIG. 21 is a conceptual diagram of a third conventional example of a shape measuring apparatus. The shape measuring apparatus of the third conventional example uses a light cutting method. In FIG. 21, reference numeral 23 denotes a shape measuring object, 24 denotes a measuring table on which the shape measuring object 23 is mounted, and 2 denotes a measuring table.
5 is a slit light source that emits slit light 26, 27 is a lens that collects reflected light from the shape measuring object 23 and the measuring table 24, 28 is a CCD camera, and 29 is a CCD camera 2.
8 is a light receiving surface.

【0013】この第3従来例の形状計測装置は、スリッ
ト光源25から出射されるスリット光26を形状計測対
象物23及び計測台24に投射し、形状計測対象物23
に形成された反射ライン30の像30A及び計測台24
に形成された反射ライン31、32の像31A、32A
をCCDカメラ28の受光面29に結像し、反射ライン
像30Aの反射ライン像31A、32Aに対する位置関
係から形状計測対象物23の高さを計測するというもの
である。
The shape measuring apparatus of the third prior art projects a slit light 26 emitted from a slit light source 25 onto a shape measuring object 23 and a measuring table 24, and the shape measuring object 23
30A of the reflection line 30 formed on the measuring table 24 and the measuring table 24
31A and 32A of reflection lines 31 and 32 formed on
Is formed on the light receiving surface 29 of the CCD camera 28, and the height of the shape measurement object 23 is measured from the positional relationship between the reflection line image 30A and the reflection line images 31A and 32A.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】図22〜図25は図1
7に示す第1従来例の形状計測装置が有する問題点を説
明するための図であり、図22は形状計測対象物とされ
たプリント配線板の一部分を示しており、36は絶縁基
板、37、38は絶縁基板36に形成された短絡されて
はいけない銅からなる配線、39は配線37、38を短
絡している銅の突起である。
FIG. 22 to FIG. 25 show FIG.
FIG. 22 is a view for explaining a problem of the shape measuring device of the first conventional example shown in FIG. 7, and FIG. 22 shows a part of a printed wiring board which is a shape measuring object; And 38 are wirings made of copper which should not be short-circuited and formed on the insulating substrate 36, and 39 is a copper projection which short-circuits the wirings 37 and 38.

【0015】図23は第1従来例の形状計測装置を使用
して図22に示すプリント配線板の表面形状を計測仮想
線40に沿って計測した場合に得られる反射光信号を示
す図であり、反射光信号のうち、P1、P2、P3の部
分は、それぞれ、配線37、突起39、配線38の部分
に対応している。
FIG. 23 is a view showing a reflected light signal obtained when the surface shape of the printed wiring board shown in FIG. 22 is measured along the measurement imaginary line 40 using the shape measuring device of the first conventional example. , P2, and P3 of the reflected light signal correspond to the wiring 37, the protrusion 39, and the wiring 38, respectively.

【0016】このように、図22に示すプリント配線板
の表面形状の計測に第1従来例の形状計測装置を使用す
ると、配線37、38の部分の反射光信号の強度は強
く、絶縁基板36の部分の反射光信号は弱くなり、配線
37、38と絶縁基板36との判別を行うことができる
が、突起39は細いために反射光量が少なく、このた
め、反射光信号の強度は弱くなり、突起39を検出でき
ない場合があるという問題点があった。
As described above, when the shape measuring device of the first conventional example is used to measure the surface shape of the printed wiring board shown in FIG. 22, the intensity of the reflected light signal at the wirings 37 and 38 is strong, and the insulating substrate 36 The reflected light signal of the portion becomes weak, and it is possible to distinguish between the wirings 37 and 38 and the insulating substrate 36. However, since the protrusion 39 is thin, the amount of reflected light is small, and therefore, the intensity of the reflected light signal is weakened. However, there is a problem that the projection 39 may not be detected.

【0017】また、図24はビルドアップ工法により製
造される途中にあるプリント配線板の一部分を示す概略
的部分断面図であり、図24中、42はコア材、43は
コア材42の上部に形成された導電層、44は導電層4
3の上部に形成された絶縁層、45は絶縁層44に形成
されたビア孔である。
FIG. 24 is a schematic partial sectional view showing a part of the printed wiring board in the course of being manufactured by the build-up method. In FIG. 24, reference numeral 42 denotes a core material, and 43 denotes an upper part of the core material 42. The formed conductive layer, 44 is the conductive layer 4
Reference numeral 45 denotes an insulating layer formed on the upper portion of the insulating layer 3 and via holes formed in the insulating layer 44.

【0018】図25はビア孔45の底部に照射された光
46の反射光の強度及びビア孔45の周辺部に照射され
た光47、48の反射光の強度を示す図であり、実線5
0は光46の反射光の強度、二点鎖線51、52は、そ
れぞれ、光47、48の反射光の強度を示している。
FIG. 25 is a diagram showing the intensity of the reflected light of the light 46 applied to the bottom of the via hole 45 and the intensity of the reflected light of the light 47 and 48 applied to the periphery of the via hole 45.
0 indicates the intensity of the reflected light of the light 46, and the two-dot chain lines 51 and 52 indicate the intensity of the reflected light of the light 47 and 48, respectively.

【0019】このように、図24に示すプリント配線板
に形成されたビア孔45の底部の形状計測に第1従来例
の形状計測装置を使用すると、ビア孔45の底部に照射
された光46の反射光に、ビア孔45の周辺部に照射さ
れた光47、48の反射光が被さってしまい、このた
め、反射光信号のS/N比が下がり、精度の高い計測を
行うことができないというという問題点があった。
As described above, when the shape measuring device of the first conventional example is used to measure the shape of the bottom of the via hole 45 formed in the printed wiring board shown in FIG. Is reflected by the reflected light of the lights 47 and 48 radiated to the peripheral portion of the via hole 45. Therefore, the S / N ratio of the reflected light signal is reduced, and highly accurate measurement cannot be performed. There was a problem that.

【0020】また、図20に示す第2従来例の形状計測
装置においては、形状計測対象物15の表面に形成され
る点光源像の走査位置に対応させてピンホール20の移
動を行う必要があるが、ピンホール20の移動を高速に
行うことができず、このため、計測速度を高めることが
できないという問題点があった。
In the shape measuring apparatus of the second conventional example shown in FIG. 20, it is necessary to move the pinhole 20 in correspondence with the scanning position of the point light source image formed on the surface of the shape measuring object 15. However, there is a problem that the pinhole 20 cannot be moved at a high speed, and thus the measurement speed cannot be increased.

【0021】また、光切断法による形状計測方法は、医
療分野において、例えば、図26に示すように、皮膚の
表面にできた腫れ物54の形状変化を計測する場合や、
人体計測分野において、人間(顔)識別や、個人識別
や、図27に示すように、口の形状計測による言葉読み
込み等に適用することが考えられている。
In the medical field, for example, as shown in FIG. 26, a shape measurement method using the light section method is used to measure a change in shape of a swelling 54 formed on the surface of the skin.
In the field of human body measurement, application to human (face) identification, personal identification, and word reading by mouth shape measurement as shown in FIG. 27 has been considered.

【0022】ところが、光切断法による形状計測を行う
第3従来例の形状計測装置においては、決まった方向の
スリット光26しか出射することができず、形状計測対
象物に対して最適な方向からのスリット光の投射や、形
状計測対象物の形状に適した形状の投射パターンを投射
することができず、このため、高精度の形状計測を行う
ことができないという問題点があった。
However, in the shape measuring apparatus of the third conventional example which performs shape measurement by the light cutting method, only the slit light 26 in a fixed direction can be emitted, and the shape measuring object is directed from the optimum direction. However, there has been a problem that it is not possible to project a slit light or to project a projection pattern having a shape suitable for the shape of a shape measurement target, and therefore, it is not possible to perform highly accurate shape measurement.

【0023】本発明は、かかる点に鑑み、最適な照明を
行い、計測目的に適した形状計測を行うことができるよ
うにした形状計測装置を提供することを第1の目的と
し、形状計測対象物の表面形状の計測を高速に行うこと
ができるようにした共焦点顕微鏡からなる形状計測装置
を提供することを第2の目的とし、光切断法による形状
計測を容易、かつ、高精度に行うことができるようにし
た形状計測装置を提供することを第3の目的とする。
In view of the foregoing, it is a first object of the present invention to provide a shape measuring apparatus capable of performing optimal illumination and performing shape measurement suitable for a measuring purpose. A second object of the present invention is to provide a shape measuring device comprising a confocal microscope capable of measuring a surface shape of an object at high speed, and to easily and highly accurately measure a shape by a light cutting method. It is a third object to provide a shape measuring device capable of performing such operations.

【0024】更に、本発明は、形状計測対象物の表面の
傾き角の計測を高速に行うことができるようにした形状
計測装置を提供することを第4の目的とし、形状計測対
象物が検出対象物であるか否かを容易に判定することが
できるようにした形状計測装置を提供することを第5の
目的とする。
Further, a fourth object of the present invention is to provide a shape measuring apparatus capable of measuring the inclination angle of the surface of a shape measuring object at a high speed so that the shape measuring object can be detected. A fifth object is to provide a shape measuring device capable of easily determining whether or not an object is an object.

【0025】[0025]

【課題を解決するための手段】本発明中、第1の発明
(請求項1記載の形状計測装置)は、光源と、光透過率
を個別に制御可能とされた複数のフィルタを二次元的に
配置して構成され、光源から出射される光の光路に配置
された二次元フィルタとを有し、二次元フィルタを透過
した光で形状計測対象物を照明する照明手段と、形状計
測対象物の表面を観測する観測手段とを備えているとい
うものである。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a shape measuring apparatus comprising a light source and a plurality of filters capable of individually controlling light transmittance in a two-dimensional manner. Illuminating means for illuminating a shape measurement object with light transmitted through the two-dimensional filter, the illumination means having a two-dimensional filter arranged in the optical path of light emitted from the light source, and a shape measurement object And observation means for observing the surface of the object.

【0026】本発明中、第1の発明によれば、二次元フ
ィルタを構成するフィルタの光透過率を個別に制御する
ことにより、特定の場所を特に明るく照明したり、特定
の場所を特に暗く照明する等、形状計測対象物を照明す
る光の強度を場所によって異なるものとすることができ
るので、形状計測対象物に対して、計測目的に応じた最
適な照明を行うことができる。
According to the first aspect of the present invention, by individually controlling the light transmittance of the filters constituting the two-dimensional filter, a particular place is illuminated particularly bright or a particular place is made particularly dark. Since the intensity of light for illuminating the shape measurement target such as illuminating can be made different depending on the location, the shape measurement target can be optimally illuminated according to the measurement purpose.

【0027】本発明中、第2の発明(請求項2記載の形
状計測装置)は、光源と、形状計測対象物に対向させる
ことができるように、光源から出射される光の光路に配
置された対物レンズと、開閉状態を個別に制御可能とさ
れた複数のシャッタを二次元的に配置して構成され、光
源から出射される光の光路上、対物レンズの結像面に配
置された二次元シャッタと、二次元シャッタを介して形
状計測対象物からの反射戻り光を観測する観測手段とを
備えているというものである。
[0027] In the present invention, the second invention (the shape measuring device according to claim 2) is arranged on the optical path of light emitted from the light source so as to be able to face the light source and the object to be measured. An objective lens and a plurality of shutters whose opening and closing states can be individually controlled are arranged two-dimensionally, and are arranged on the optical path of light emitted from the light source and on the imaging surface of the objective lens. It has a two-dimensional shutter and observation means for observing reflected return light from the shape measurement object via the two-dimensional shutter.

【0028】本発明中、第2の発明によれば、二次元シ
ャッタは、光源から出射される光の光路上、対物レンズ
の結像面に配置されているので、例えば、二次元シャッ
タのいずれか1個のシャッタを開状態にすると、開状態
としたシャッタの像を形状計測対象物側に結像させるこ
とができる。
According to the second aspect of the present invention, since the two-dimensional shutter is disposed on the optical path of the light emitted from the light source and on the image plane of the objective lens, for example, When one of the shutters is opened, an image of the shutter that has been opened can be formed on the shape measurement target side.

【0029】ここに、形状計測対象物の光軸方向の位置
によっては、開状態としたシャッタの像は、形状計測対
象物の表面にピントがずれることなく結像されることに
なり、この場合には、形状計測対象物の表面に結像され
たシャッタ像は、開状態としたシャッタの部分にピント
がずれることなく結像され、このシャッタ像を形成する
光は、開状態としたシャッタを略完全に通過することに
なる。
Here, depending on the position of the shape measurement object in the optical axis direction, the image of the shutter in the open state is formed on the surface of the shape measurement object without being out of focus. The shutter image formed on the surface of the shape measurement target is formed without defocusing on the part of the shutter in the open state, and the light forming this shutter image is transmitted through the shutter in the open state. It will pass almost completely.

【0030】これに対して、形状計測対象物の光軸方向
の位置によっては、開状態としたシャッタの像は、形状
計測対象物の表面にピントずれして結像され、この場
合、二次元シャッタの表面には、ピントずれしたシャッ
タ像が結像されることになるので、このピントずれした
シャッタ像を形成する光は、開状態としたシャッタを殆
ど通過しないことになる。
On the other hand, depending on the position of the object to be measured in the optical axis direction, the image of the shutter in the open state is formed out of focus on the surface of the object to be measured. Since the out-of-focus shutter image is formed on the surface of the shutter, the light forming the out-of-focus shutter image hardly passes through the shutter in the open state.

【0031】また、本発明中、第2の発明においては、
シャッタを1個毎に、又は、通過光が相互干渉すること
がない程度に離れている複数のシャッタ毎に、順に択一
的に開状態とすることにより、シャッタ像で形状計測対
象物の表面を高速に走査することができる。
In the present invention, in the second invention,
By selectively opening the shutters one by one or each of a plurality of shutters that are separated so that the passing light does not interfere with each other, the surface of the shape measurement object is obtained by a shutter image. Can be scanned at high speed.

【0032】即ち、本発明中、第2の発明によれば、二
次元シャッタのシャッタを点光源及びピンホールとし、
シャッタからなる点光源及びピンホールを高速に移動さ
せることができる共焦点顕微鏡を構成することができ
る。
That is, according to the second aspect of the present invention, the two-dimensional shutter has a point light source and a pinhole,
A confocal microscope that can move a point light source including a shutter and a pinhole at high speed can be configured.

【0033】そこで、形状計測対象物の光軸方向の位置
を変化させるごとに、シャッタ像で形状計測対象物の表
面を走査し、二次元シャッタを通過する形状計測対象物
からの反射戻り光を観測し、ピントずれのないシャッタ
像を得ることができる場合、即ち、二次元シャッタを介
して強度の強い戻り光を観測できた場合の走査位置と形
状計測対象物の光軸方向の位置を求めることにより、形
状計測対象物の表面形状の三次元計測を高速に行うこと
ができる。
Therefore, each time the position of the shape measurement object in the optical axis direction is changed, the surface of the shape measurement object is scanned with the shutter image, and reflected return light from the shape measurement object passing through the two-dimensional shutter is reflected. Observe and obtain a shutter image without defocus, that is, find the scanning position and the position of the shape measurement object in the optical axis direction when strong return light can be observed through the two-dimensional shutter. Thus, three-dimensional measurement of the surface shape of the shape measurement target can be performed at high speed.

【0034】本発明中、第3の発明(請求項3記載の形
状計測装置)は、光源と、形状計測対象物に対向させる
ことができるように、光源から出射される光の光路に配
置された対物レンズと、開閉状態を個別に制御可能とさ
れた複数のシャッタを二次元的に配置して構成され、光
源から出射される光の光路上、対物レンズの結像面側の
焦点位置に配置された二次元シャッタと、二次元シャッ
タを介して形状計測対象物からの反射戻り光を観測する
観測手段とを備えているというものである。
In the present invention, the third invention (the shape measuring device according to claim 3) is arranged on the optical path of the light emitted from the light source so as to be able to face the light source and the object to be measured. The objective lens and a plurality of shutters whose opening and closing states can be individually controlled are two-dimensionally arranged, and on the optical path of the light emitted from the light source, at the focal position on the imaging surface side of the objective lens. It is provided with a two-dimensional shutter arranged and observation means for observing reflected return light from the shape measurement object via the two-dimensional shutter.

【0035】本発明中、第3の発明によれば、二次元シ
ャッタは、光源から出射される光の光路上、対物レンズ
の結像面側の焦点位置に配置されているので、光源から
出射された光のうち、二次元シャッタを通過して対物レ
ンズから形状計測対象物に照射される光は、光軸に平行
な光となる。
According to the third aspect of the present invention, since the two-dimensional shutter is disposed on the optical path of the light emitted from the light source at the focal position on the image forming surface side of the objective lens, the two-dimensional shutter emits light from the light source. Of the light emitted, the light that passes through the two-dimensional shutter and is irradiated from the objective lens onto the shape measurement target becomes light parallel to the optical axis.

【0036】ここに、形状計測対象物の表面が光軸に直
交している場合には、形状計測対象物の表面からの反射
戻り光も光軸に平行となり、常に開状態とされたシャッ
タを介して観測手段により観測することができる。
Here, when the surface of the shape measuring object is orthogonal to the optical axis, the return light reflected from the surface of the shape measuring object is also parallel to the optical axis. It can be observed by observation means via

【0037】これに対して、形状計測対象物の表面が光
軸に直交していない場合には、形状計測対象物の表面か
らの反射戻り光は、光軸に対して傾きをもつことになる
ので、常に開状態とされるシャッタ以外のシャッタに入
射することになる。
On the other hand, when the surface of the shape measurement object is not orthogonal to the optical axis, the return light reflected from the surface of the shape measurement object has an inclination with respect to the optical axis. Therefore, the light enters the shutters other than the shutter that is always open.

【0038】そこで、二次元シャッタの所定のシャッタ
を常に開状態とし、常に開状態とするシャッタ以外のシ
ャッタを順に択一的に開状態とし、形状計測対象物から
の反射戻り光が通過するシャッタの位置を観測手段によ
り確認することにより、形状計測対象物の表面の傾き角
の計測を高速に行うことができる。
Therefore, a predetermined shutter of the two-dimensional shutter is always opened, and the shutters other than the shutter that is always opened are selectively opened in order, so that the reflected return light from the object to be measured passes. Is confirmed by the observation means, the inclination angle of the surface of the shape measuring object can be measured at high speed.

【0039】本発明中、第4の発明(請求項4記載の形
状計測装置)は、光源と、開閉状態を個別に制御可能と
された複数のシャッタを二次元的に配置して構成され、
光源から出射される光の通過を制御して投射パターンを
形成する二次元シャッタとを有し、投射パターンを形状
計測対象物に投射する投射パターン投射手段と、形状計
測対象物の表面を観測する観測手段とを備えているとい
うものである。
According to a fourth aspect of the present invention, a shape measuring apparatus is configured by two-dimensionally arranging a light source and a plurality of shutters whose opening and closing states can be individually controlled.
A two-dimensional shutter that controls the passage of light emitted from the light source to form a projection pattern, and that projects a projection pattern onto the shape measurement target; and observes the surface of the shape measurement target. It has observation means.

【0040】本発明中、第4の発明によれば、二次元シ
ャッタを構成するシャッタの開閉状態を個別に制御する
ことにより、種々の形状の投射パターンを形成すること
ができるので、光切断法により形状計測対象物の形状計
測を行うに際して、形状計測対象物の表面形状に適した
投射パターンを投射することができる。
According to the fourth aspect of the present invention, a projection pattern of various shapes can be formed by individually controlling the open / close states of the shutters constituting the two-dimensional shutter. Thus, when measuring the shape of the shape measurement target, a projection pattern suitable for the surface shape of the shape measurement target can be projected.

【0041】本発明中、第5の発明(請求項5記載の形
状計測装置)は、第4の発明において、形状計測対象物
に投射パターンを投射した場合に観測できる形状計測対
象物の第1の画像を記憶する第1の画像記憶手段と、形
状計測対象物に投射パターンを投射しない場合に観測で
きる形状計測対象物の第2の画像を記憶する第2の画像
記憶手段と、第1の画像記憶手段が記憶する第1の画像
と、第2の画像記憶手段が記憶する第2の画像との差分
画像を演算する差分画像演算手段とを備えているという
ものである。
According to a fifth aspect of the present invention, in the fourth aspect, the first aspect of the shape measuring object which can be observed when the projection pattern is projected on the shape measuring object in the fourth aspect. A first image storage means for storing an image of the shape measurement object, a second image storage means for storing a second image of the shape measurement object that can be observed when the projection pattern is not projected on the shape measurement object, The image processing apparatus further includes a difference image calculation unit that calculates a difference image between the first image stored in the image storage unit and the second image stored in the second image storage unit.

【0042】本発明中、第5の発明によれば、第4の発
明と同様に、光切断法により形状計測対象物の形状計測
を行うに際して、形状計測対象物の表面形状に適した投
射パターンを投射することができると共に、環境照明の
影響を取り除き、投射パターンのみによる画像を得るこ
とができる。
According to a fifth aspect of the present invention, as in the fourth aspect, a projection pattern suitable for the surface shape of the shape measurement target when measuring the shape of the shape measurement target by the light-section method. Can be projected, and the influence of environmental illumination can be removed to obtain an image using only the projection pattern.

【0043】本発明中、第6の発明(請求項6記載の形
状計測装置)は、光源と、開閉状態を個別に制御可能と
された複数のシャッタを二次元的に配置して構成され、
光源の前方に配置された第1の二次元シャッタと、開閉
状態を個別に制御可能とされた複数のシャッタを二次元
的に配置して構成され、第1の二次元シャッタの前方に
配置された第2の二次元シャッタと、第2の二次元シャ
ッタを通過した光を観測する観測手段とを備えていると
いうものである。
According to a sixth aspect of the present invention (a shape measuring apparatus according to the sixth aspect), a light source and a plurality of shutters whose opening and closing states can be individually controlled are two-dimensionally arranged.
A first two-dimensional shutter arranged in front of the light source and a plurality of shutters whose opening and closing states can be individually controlled are two-dimensionally arranged, and arranged in front of the first two-dimensional shutter. A second two-dimensional shutter, and observation means for observing light passing through the second two-dimensional shutter.

【0044】本発明中、第6の発明によれば、例えば、
第1の二次元シャッタに形状計測対象物の観測画像をポ
ジティブ画像として表示し、第2の二次元シャッタの辞
書画像をネガティブ画像として表示する場合において、
形状計測対象物の観測画像が辞書画像と一致する場合に
は、第1の二次元シャッタを通過した光は、第2の二次
元シャッタで遮断されることになり、形状計測対象物の
観測画像が辞書画像と一致しない場合には、第1の二次
元シャッタを通過した光の一部又は全部は、第2の二次
元シャッタを通過することになる。
According to the sixth aspect of the present invention, for example,
In the case where the observation image of the shape measurement target is displayed as a positive image on the first two-dimensional shutter and the dictionary image of the second two-dimensional shutter is displayed as a negative image,
When the observation image of the shape measurement object matches the dictionary image, the light that has passed through the first two-dimensional shutter is blocked by the second two-dimensional shutter, and the observation image of the shape measurement object is obtained. Does not match the dictionary image, some or all of the light that has passed through the first two-dimensional shutter passes through the second two-dimensional shutter.

【0045】そこで、第1及び第2の二次元シャッタの
一方に形状計測対象物の観測画像を表示すると共に、第
1及び第2の二次元シャッタの他方に辞書画像を、観測
画像をポジティブ画像として表示する場合にはネガティ
ブ画像として表示し、観測画像をネガティブ画像として
表示する場合にはポジティブ画像として表示することに
より、形状計測対象物の形状を辞書画像との比較におい
て計測することができる。
Therefore, an observation image of the shape measurement object is displayed on one of the first and second two-dimensional shutters, a dictionary image is displayed on the other of the first and second two-dimensional shutters, and the observation image is a positive image. By displaying as a negative image when displaying as a negative image and displaying as a positive image when displaying an observed image as a negative image, the shape of the shape measurement object can be measured in comparison with the dictionary image.

【0046】[0046]

【発明の実施の形態】以下、図1〜図16を参照して、
本発明の第1実施形態〜第7実施形態について説明す
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Referring to FIGS.
The first to seventh embodiments of the present invention will be described.

【0047】第1実施形態・・図1〜図3 図1は本発明の第1実施形態の概念図である。図1中、
56は形状計測対象物、57は均一照明光を下方向に出
射する光源、58は光透過率を個別に制御可能とされた
画素をフィルタとしてマトリックス状に配置して構成さ
れ、光源57の下方に配置された投射型の液晶表示パネ
ルからなる二次元フィルタである。
First Embodiment FIGS. 1 to 3 FIG. 1 is a conceptual diagram of a first embodiment of the present invention. In FIG.
Reference numeral 56 denotes a shape measurement target, 57 denotes a light source that emits uniform illumination light in a downward direction, and 58 denotes a matrix in which pixels whose light transmittance can be individually controlled are arranged in a matrix as a filter. Is a two-dimensional filter composed of a projection-type liquid crystal display panel arranged in a.

【0048】また、59は二次元フィルタ58の下方に
二次元フィルタ58と45度の角度をもって配置された
ハーフミラー、60はハーフミラー59の下方に配置さ
れたレンズ、61はCCDカメラである。
Reference numeral 59 denotes a half mirror disposed below the two-dimensional filter 58 at an angle of 45 degrees with the two-dimensional filter 58, reference numeral 60 denotes a lens disposed below the half mirror 59, and reference numeral 61 denotes a CCD camera.

【0049】このように構成された本発明の第1実施形
態においては、光源57から出射された光は、二次元フ
ィルタ58、ハーフミラー59及びレンズ60を介して
形状計測対象物56の表面に照射され、形状計測対象物
56の表面からの反射戻り光は、レンズ60及びハーフ
ミラー59を介してCCDカメラ61の受光面に入射
し、CCDカメラ61により形状計測対象物56の表面
が撮像され、形状計測対象物56の表面形状が三次元計
測される。
In the first embodiment of the present invention configured as described above, the light emitted from the light source 57 is applied to the surface of the shape measurement object 56 via the two-dimensional filter 58, the half mirror 59, and the lens 60. The irradiated and reflected return light from the surface of the shape measuring object 56 is incident on the light receiving surface of the CCD camera 61 via the lens 60 and the half mirror 59, and the surface of the shape measuring object 56 is imaged by the CCD camera 61. The surface shape of the shape measurement object 56 is three-dimensionally measured.

【0050】ここに、二次元フィルタ58の各フィルタ
の光透過率は、個別に制御可能とされているので、本発
明の第1実施形態を使用して、例えば、図22に示すプ
リント配線板の表面形状を計測仮想線40に沿って計測
する場合、CADデータを利用することにより、配線3
7、38以外の部分を配線37、38の部分よりも明る
く照明することができ、このようにする場合には、図2
に実線63で示すような反射光信号を得ることができ
る。なお、破線64は、図23に示す従来例の場合の反
射光信号の強度を示している。
Here, since the light transmittance of each filter of the two-dimensional filter 58 can be individually controlled, the printed wiring board shown in FIG. When measuring the surface shape along the measurement virtual line 40, the CAD 3
The portions other than the portions 7 and 38 can be illuminated brighter than the portions of the wirings 37 and 38. In this case, FIG.
A reflected light signal as shown by a solid line 63 can be obtained. A broken line 64 indicates the intensity of the reflected light signal in the case of the conventional example shown in FIG.

【0051】ここに、反射光信号63のうち、P1、P
2、P3の部分は、それぞれ、配線37、突起39、配
線38の部分に対応しており、このように、本発明の第
1実施形態によれば、突起39の部分の反射光信号の強
度を高め、第1従来例の場合には検出することができな
い場合があった突起39を検出することができることに
なる。
Here, of the reflected light signal 63, P1, P
The portions P2 and P3 correspond to the portions of the wiring 37, the protrusion 39, and the wiring 38, respectively. Thus, according to the first embodiment of the present invention, the intensity of the reflected light signal at the portion of the protrusion 39 is obtained. Is increased, and the projection 39 which could not be detected in the case of the first conventional example can be detected.

【0052】また、本発明の第1実施形態を使用して、
図24に示すプリント配線板のビア孔45の底部の形状
計測を行う場合、CADデータを利用することにより、
ビア孔45の周辺部に照射する光の強度をなくすことが
でき、このようにする場合には、図3に示すような反射
光信号を得ることができる。
Also, using the first embodiment of the present invention,
When measuring the shape of the bottom of the via hole 45 of the printed wiring board shown in FIG. 24, by using CAD data,
The intensity of light applied to the peripheral portion of the via hole 45 can be eliminated. In this case, a reflected light signal as shown in FIG. 3 can be obtained.

【0053】即ち、ビア孔45の底部に照射された光の
反射光にビア孔45の周辺部に照射された光の反射光が
被さるということがなくなり、反射光信号のS/N比の
向上を図ることができる。
In other words, the reflected light of the light applied to the bottom of the via hole 45 is not covered by the reflected light of the light applied to the peripheral portion of the via hole 45, and the S / N ratio of the reflected light signal is improved. Can be achieved.

【0054】このように、本発明の第1実施形態によれ
ば、二次元フィルタ58を構成する各フィルタの光透過
率を個別に制御することにより、特定の場所を特に明る
く照明したり、特定の場所を特に暗く照明する等、形状
計測対象物56を照明する光の強度を場所によって異な
るものとすることができるので、形状計測対象物56に
対して計測目的に応じた最適な照明を行い、計測目的に
適した形状計測を行うことができる。
As described above, according to the first embodiment of the present invention, by individually controlling the light transmittance of each filter constituting the two-dimensional filter 58, a specific place can be illuminated particularly brightly or a specific place can be illuminated. Since the intensity of the light illuminating the shape measurement object 56 can be made different depending on the location, for example, by illuminating the shape measurement object 56 particularly darkly, the shape measurement object 56 is optimally illuminated according to the measurement purpose In addition, shape measurement suitable for the measurement purpose can be performed.

【0055】第2実施形態・・図4 図4は本発明の第2実施形態の概念図である。図4中、
66は形状計測対象物、67は均一照明光を水平方向に
出射する光源、68は光源67から水平方向に出射され
た光を下方向に反射するハーフミラーである。
Second Embodiment FIG. 4 FIG. 4 is a conceptual diagram of a second embodiment of the present invention. In FIG.
66 is a shape measurement object, 67 is a light source that emits uniform illumination light in the horizontal direction, and 68 is a half mirror that reflects light emitted in the horizontal direction from the light source 67 downward.

【0056】また、69は各画素を個別に開閉状態を制
御することができるシャッタとしてマトリックス状に配
置して構成され、ハーフミラー68の下方に配置された
投射型の液晶表示パネルからなる二次元シャッタ(シャ
ッタマトリックス)である。
Reference numeral 69 denotes a two-dimensional shutter composed of a projection type liquid crystal display panel disposed below the half mirror 68 as a shutter capable of individually controlling the open / close state of each pixel. This is a shutter (shutter matrix).

【0057】また、70は二次元シャッタ69の下方に
配置された結像レンズ、71はハーフミラー68の上方
に配置された結像レンズ、72は結像レンズ71の上方
に配置されたCCDカメラである。なお、二次元シャッ
タ69は、光源67から出射される光の光路上、結像レ
ンズ70の結像面に配置されている。
An imaging lens 70 is disposed below the two-dimensional shutter 69, an imaging lens 71 is disposed above the half mirror 68, and a CCD camera 72 is disposed above the imaging lens 71. It is. The two-dimensional shutter 69 is arranged on the optical path of the light emitted from the light source 67 and on the imaging plane of the imaging lens 70.

【0058】このように構成された本発明の第2実施形
態においては、光源67から水平方向に出射された均一
照明光は、ハーフミラー68で下方向に反射されて、二
次元シャッタ69に垂直に入射し、二次元シャッタ69
を通過した光は、結像レンズ70を介して形状計測対象
物66の表面に照射される。
In the second embodiment of the present invention configured as described above, the uniform illumination light emitted in the horizontal direction from the light source 67 is reflected downward by the half mirror 68, and is vertically reflected by the two-dimensional shutter 69. To the two-dimensional shutter 69
The light passing through is irradiated on the surface of the shape measurement target 66 via the imaging lens 70.

【0059】そして、形状計測対象物66の表面からの
反射戻り光は、結像レンズ70を介して二次元シャッタ
69に入射し、二次元シャッタ69を通過した光は、ハ
ーフミラー68及び結像レンズ71を介してCCDカメ
ラ72の受光面に入射する。
The return light reflected from the surface of the shape measuring object 66 enters the two-dimensional shutter 69 via the imaging lens 70, and the light passing through the two-dimensional shutter 69 passes through the half mirror 68 The light enters the light receiving surface of the CCD camera 72 via the lens 71.

【0060】ここに、二次元シャッタ69は、光源67
から出射される光の光路上、結像レンズ70の結像面に
配置されているので、例えば、二次元シャッタ69のい
ずれか1個のシャッタを開状態とすると、開状態とした
シャッタの像を形状計測対象物側66の表面に結像させ
ることができる。
Here, the two-dimensional shutter 69 is
Is arranged on the image plane of the imaging lens 70 on the optical path of the light emitted from the camera, for example, if any one of the two-dimensional shutters 69 is opened, the image of the shutter in the open state Can be imaged on the surface of the shape measurement object side 66.

【0061】ここに、形状計測対象物66の光軸方向の
位置によっては、開状態としたシャッタの像は、形状計
測対象物66の表面にピントがずれることなく結像され
ることになり、この場合には、形状計測対象物66の表
面に結像されたシャッタ像が開状態としたシャッタの部
分にピントがずれることなく結像され、このシャッタ像
を形成する光は、開状態としたシャッタを殆ど完全に通
過することになる。
Here, depending on the position of the shape measurement object 66 in the optical axis direction, the image of the shutter in the open state is formed on the surface of the shape measurement object 66 without being out of focus. In this case, the shutter image formed on the surface of the shape measurement target 66 is formed without defocusing on the portion of the shutter that is in the open state, and the light that forms this shutter image is in the open state. It will pass almost completely through the shutter.

【0062】これに対して、形状計測対象物66の光軸
方向の位置によっては、開状態としたシャッタの像は、
形状計測対象物66の表面にピントずれして結像され、
この場合、二次元シャッタ69の表面には、ピントずれ
したシャッタ像が結像されることになるので、このピン
トずれしたシャッタ像を形成する光は、開状態としたシ
ャッタを殆ど通過しないことになる。
On the other hand, depending on the position of the shape measuring object 66 in the optical axis direction, the image of the shutter in the open state is
The image is formed out of focus on the surface of the shape measurement object 66,
In this case, an out-of-focus shutter image is formed on the surface of the two-dimensional shutter 69, so that light forming the out-of-focus shutter image hardly passes through the shutter in the open state. Become.

【0063】また、本発明の第2実施形態においては、
シャッタを1個毎に、又は、通過光が相互干渉すること
がない程度に離れている複数のシャッタ毎に、順に択一
的に開状態とすることにより、シャッタ像で形状計測対
象物66の表面を走査することができるが、二次元シャ
ッタ69は、液晶表示パネルで構成されているので、開
状態とするシャッタの選択を高速に行うことができる。
In the second embodiment of the present invention,
By selectively opening the shutters one by one, or alternatively, a plurality of shutters that are separated from each other so that passing light does not interfere with each other, the shape of the shape measurement object 66 can be changed by a shutter image. Although the surface can be scanned, the two-dimensional shutter 69 is constituted by a liquid crystal display panel, so that the shutter to be opened can be selected at high speed.

【0064】即ち、本発明の第2実施形態によれば、二
次元シャッタ69のシャッタを点光源及びピンホールと
し、シャッタからなる点光源及びピンホールを高速に移
動させることができる共焦点顕微鏡を構成することがで
きる。
That is, according to the second embodiment of the present invention, a confocal microscope capable of moving the point light source and the pinhole composed of the shutter at a high speed by using the shutter of the two-dimensional shutter 69 as a point light source and a pinhole. Can be configured.

【0065】そこで、形状計測対象物66の光軸方向の
位置を変化させるごとに、シャッタ像で形状計測対象物
66の表面を走査し、二次元シャッタ69を通過する形
状計測対象物66の表面からの反射戻り光をCCDカメ
ラ72で観測することにより、形状計測対象物66の表
面形状の三次元計測を高速に行うことができる。
Therefore, every time the position of the shape measuring object 66 in the optical axis direction is changed, the surface of the shape measuring object 66 is scanned with the shutter image, and the surface of the shape measuring object 66 passing through the two-dimensional shutter 69 is changed. By observing the reflected return light from the CCD camera 72, the three-dimensional measurement of the surface shape of the shape measurement target 66 can be performed at high speed.

【0066】第3実施形態・・図5〜図7 図5は本発明の第3実施形態の概念図である。図5中、
74は形状計測対象物、75は均一照明光を水平方向に
出射する光源、76は光源75から水平方向に出射され
た光を下方向に反射するハーフミラーである。
Third Embodiment FIGS. 5 to 7 FIG. 5 is a conceptual diagram of a third embodiment of the present invention. In FIG.
74 is a shape measurement object, 75 is a light source that emits uniform illumination light in the horizontal direction, and 76 is a half mirror that reflects light emitted in the horizontal direction from the light source 75 downward.

【0067】また、77はハーフミラー76の下方に配
置された投射型の液晶表示パネルからなる二次元シャッ
タ、78は二次元シャッタ77の下方に配置された結像
レンズ、79はハーフミラー76の上方に配置された結
像レンズ、80は結像レンズ79の上方に配置されたC
CDカメラである。
Reference numeral 77 denotes a two-dimensional shutter composed of a projection type liquid crystal display panel disposed below the half mirror 76; 78, an imaging lens disposed below the two-dimensional shutter 77; The imaging lens 80 arranged above, the C 80 arranged above the imaging lens 79
It is a CD camera.

【0068】なお、二次元シャッタ77は、光源75か
ら出射される光の光路上、結像レンズ78の結像面側の
焦点位置に配置され、二次元シャッタ77と結像レンズ
78との間隔は、結像レンズ78の焦点距離fとされて
いる。
The two-dimensional shutter 77 is disposed on the optical path of the light emitted from the light source 75 at the focal position on the image plane side of the image forming lens 78, and the space between the two-dimensional shutter 77 and the image forming lens 78 is provided. Is the focal length f of the imaging lens 78.

【0069】このように構成された本発明の第3実施形
態においては、光源75から水平方向に出射された均一
照明光は、ハーフミラー76で下方向に反射されて、二
次元シャッタ77に垂直に入射し、二次元シャッタ77
を通過した光は、結像レンズ78を介して形状計測対象
物74の表面に照射される。
In the third embodiment of the present invention configured as described above, the uniform illumination light emitted in the horizontal direction from the light source 75 is reflected downward by the half mirror 76 and is vertically reflected by the two-dimensional shutter 77. And the two-dimensional shutter 77
Is irradiated on the surface of the shape measurement object 74 via the imaging lens 78.

【0070】そして、形状計測対象物74の表面からの
反射戻り光は、結像レンズ78を介して二次元シャッタ
77に入射し、二次元シャッタ77を通過した光は、ハ
ーフミラー76及び結像レンズ79を介してCCDカメ
ラ80に入射する。
The return light reflected from the surface of the shape measurement object 74 is incident on the two-dimensional shutter 77 via the imaging lens 78, and the light passing through the two-dimensional shutter 77 is transmitted to the half mirror 76 and the image forming device. The light enters the CCD camera 80 via the lens 79.

【0071】ここに、二次元シャッタ77は、光源75
から出射される光の光路上、結像レンズ78の結像面側
の焦点位置に配置されているので、光源75から出射さ
れ、二次元シャッタ77を通過して結像レンズ78から
形状計測対象物74に照射される光は、光軸に平行な光
となる。
Here, the two-dimensional shutter 77 is
Is located at the focal position on the image plane side of the imaging lens 78 on the optical path of the light emitted from the imaging lens 78, is emitted from the light source 75, passes through the two-dimensional shutter 77, and is subjected to shape measurement from the imaging lens 78. The light applied to the object 74 is light parallel to the optical axis.

【0072】そこで、いずれか1個のシャッタを開状態
とした場合、形状計測対象物74の表面が光軸に直交し
ている場合には、形状計測対象物74の表面からの反射
戻り光も光軸に平行となり、開状態とされたシャッタを
介してCCDカメラ80により観測することができる。
Therefore, when any one of the shutters is opened, and when the surface of the shape measurement object 74 is orthogonal to the optical axis, the reflected light reflected from the surface of the shape measurement object 74 is also reduced. The light is parallel to the optical axis and can be observed by the CCD camera 80 through the shutter that has been opened.

【0073】これに対して、形状計測対象物74の表面
が光軸に直交していない場合には、形状計測対象物74
の表面からの反射戻り光は、光軸に対して傾きをもつこ
とになるので、開状態としたシャッタ以外のシャッタに
入射することになる。
On the other hand, when the surface of the shape measurement object 74 is not orthogonal to the optical axis,
The return light reflected from the surface has an inclination with respect to the optical axis, and is incident on a shutter other than the shutter in the open state.

【0074】そこで、たとえば、図6に示すように、二
次元シャッタ77の中央のシャッタ81を常に開状態と
し、周辺のシャッタを、たとえば、実線82に沿って、
順に択一的に開状態とする。
Therefore, for example, as shown in FIG. 6, the central shutter 81 of the two-dimensional shutter 77 is always opened, and the peripheral shutters are moved along the solid line 82, for example.
The open state is selected alternatively.

【0075】ここに、形状計測対象物74の表面に傾き
がなければ、二次元シャッタ77の中央のシャッタ81
を通過して結像レンズ78から形状計測対象物74の表
面に向かう光は、形状計測対象物74の表面で垂直に反
射し、二次元シャッタ77の中央のシャッタ81を通過
して結像レンズ79を介してCCDカメラ80に入射す
ることになるので、この場合には、反射戻り光が通過し
たシャッタとして二次元シャッタ77の中央のシャッタ
81がCCDカメラ80により観測されることになる。
Here, if the surface of the shape measuring object 74 is not inclined, the central shutter 81 of the two-dimensional shutter 77
The light passing from the imaging lens 78 toward the surface of the shape measurement object 74 after passing through is reflected vertically by the surface of the shape measurement object 74, passes through the central shutter 81 of the two-dimensional shutter 77, and passes through the imaging lens. In this case, the shutter 81 at the center of the two-dimensional shutter 77 is observed by the CCD camera 80 as the shutter through which the reflected return light has passed.

【0076】これに対して、形状計測対象物74の表面
に傾きがある場合には、図7に示すように、形状計測対
象物74に入射する光83は、光軸に対して傾いて反射
し、結像レンズ78で集光され、二次元シャッタ77の
周辺のシャッタを通過して結像レンズ79を介してCC
Dカメラ80に入射することになるので、この場合に
は、反射戻り光が通過したシャッタとして二次元シャッ
タ77の周辺のシャッタがCCDカメラ80により観測
されることになる。
On the other hand, when the surface of the shape measurement object 74 has an inclination, as shown in FIG. 7, the light 83 incident on the shape measurement object 74 is inclined with respect to the optical axis and reflected. Then, the light is condensed by the imaging lens 78, passes through the shutter around the two-dimensional shutter 77,
In this case, the shutter around the two-dimensional shutter 77 is observed by the CCD camera 80 as the shutter through which the reflected return light has passed.

【0077】このように、本発明の第3実施形態によれ
ば、たとえば、二次元シャッタ77の中央のシャッタ8
1を常に開状態とし、周辺のシャッタを順に択一的に開
状態とし、形状計測対象物74の表面からの反射戻り光
が通過するシャッタの位置をCCDカメラ80により観
測することにより、形状計測対象物74の表面の傾き角
の計測を高速に行うことができる。
As described above, according to the third embodiment of the present invention, for example, the shutter 8 at the center of the two-dimensional shutter 77 is used.
1 is always in the open state, the peripheral shutters are selectively opened in order, and the position of the shutter through which the return light reflected from the surface of the shape measurement object 74 passes is observed by the CCD camera 80, so that the shape measurement is performed. The inclination angle of the surface of the object 74 can be measured at high speed.

【0078】第4実施形態・・図8〜図10 図8は本発明の第4実施形態の概念図である。図8中、
84は形状計測対象物、85は均一照明光を出射する光
源、86は光源85の前方に配置された投射型の液晶表
示パネルからなる二次元シャッタ、87は二次元シャッ
タ86の前方に配置されたレンズ、88は形状計測対象
物84の表面からの反射光を集光するためのレンズ、8
9は形状計測対象物84の表面を撮像するためのCCD
カメラである。
Fourth Embodiment FIGS. 8 to 10 FIG. 8 is a conceptual diagram of a fourth embodiment of the present invention. In FIG.
84 is a shape measurement object, 85 is a light source for emitting uniform illumination light, 86 is a two-dimensional shutter composed of a projection type liquid crystal display panel disposed in front of the light source 85, and 87 is disposed in front of the two-dimensional shutter 86. A lens 88 for condensing light reflected from the surface of the shape measuring object 84;
9 is a CCD for imaging the surface of the shape measuring object 84
Camera.

【0079】このように構成された本発明においては、
光源85から出射された光は、二次元シャッタ86及び
レンズ87を介して形状計測対象物84の表面に照射さ
れ、形状計測対象物84の表面からの反射光は、レンズ
88を介して、CCDカメラ89の受光面に入射し、C
CDカメラ89により形状計測対象物84の表面が撮像
され、形状計測対象物84の表面形状が三次元計測され
る。
In the present invention configured as described above,
The light emitted from the light source 85 is applied to the surface of the shape measurement object 84 via the two-dimensional shutter 86 and the lens 87, and the light reflected from the surface of the shape measurement object 84 is transmitted to the CCD via the lens 88. The light enters the light receiving surface of the camera 89, and C
The surface of the shape measurement object 84 is imaged by the CD camera 89, and the surface shape of the shape measurement object 84 is three-dimensionally measured.

【0080】ここに、本発明の第4実施形態において
は、光源85の前方に二次元シャッタ86を配置させて
いるので、開状態とするシャッタを適当に選択すること
により、例えば、図9に示すような平行なスリット光9
1、92、93からなる投射パターン94や、図10に
示すような放射状のスリット光95、96、97、98
からなる投射パターン99等、必要に応じて種々の形状
の投射パターンを形状計測対象物84に投射することが
できる。
Here, in the fourth embodiment of the present invention, since the two-dimensional shutter 86 is disposed in front of the light source 85, by appropriately selecting the shutter to be opened, for example, as shown in FIG. Parallel slit light 9 as shown
A projection pattern 94 composed of 1, 92, 93, and radial slit lights 95, 96, 97, 98 as shown in FIG.
A projection pattern of various shapes, such as a projection pattern 99 made of, can be projected onto the shape measurement target 84 as needed.

【0081】したがって、本発明の第4実施形態によれ
ば、光切断法により形状計測対象物84の形状計測を行
うに際して、形状計測対象物84の表面形状に適した投
射パターンを投射することができるので、形状計測対象
物84の形状計測を容易、かつ、高精度に行うことがで
きる。
Therefore, according to the fourth embodiment of the present invention, when the shape of the shape measuring object 84 is measured by the light cutting method, a projection pattern suitable for the surface shape of the shape measuring object 84 can be projected. Therefore, the shape measurement of the shape measurement object 84 can be performed easily and with high accuracy.

【0082】第5実施形態・・図11〜図13 図11は本発明の第5実施形態の概念図である。図11
中、100は形状計測対象物とされた顔、101は均一
な照明光を出射する光源、102は光源101の前方に
配置された投射パターンを形成するための投射型の液晶
表示パネルからなる二次元シャッタ、103は形状計測
対象物100に投射する投射パターンの倍率を制御可能
とされたレンズ装置、104は形状計測対象物を撮像す
るためのCCDカメラである。
Fifth Embodiment FIGS. 11 to 13 FIG. 11 is a conceptual diagram of a fifth embodiment of the present invention. FIG.
In the figure, 100 is a face to be measured, 101 is a light source for emitting uniform illumination light, and 102 is a projection type liquid crystal display panel for forming a projection pattern disposed in front of the light source 101. A three-dimensional shutter 103 is a lens device capable of controlling the magnification of a projection pattern projected on the shape measurement object 100, and 104 is a CCD camera for imaging the shape measurement object.

【0083】また、105、106は1フレーム分の記
憶容量を持つ画像記憶装置、107はCCDカメラ10
4から出力される画像信号を画像記憶装置105又は画
像記憶装置106に振り分けるためのスイッチである。
Reference numerals 105 and 106 denote image storage devices having a storage capacity for one frame, and 107 denotes a CCD camera 10.
4 is a switch for distributing the image signal output from 4 to the image storage device 105 or the image storage device 106.

【0084】また、108は装置全体を制御するシステ
ムコントローラ、109は画像記憶装置105に記憶さ
れている画像と画像記憶装置106に記憶されている画
像との差分を演算して差分画像を得るための差分画像演
算回路、110は差分画像演算回路109から出力され
る差分画像信号から形状計測対象物の各部の高さを計測
する高さ計測ユニットである。
Reference numeral 108 denotes a system controller for controlling the entire apparatus, and reference numeral 109 denotes a system controller for calculating a difference between an image stored in the image storage device 105 and an image stored in the image storage device 106 to obtain a difference image. Is a height measurement unit that measures the height of each part of the shape measurement target from the difference image signal output from the difference image calculation circuit 109.

【0085】図12は本発明の第5実施形態の動作を説
明するための波形図である。図12(A)はシステムコ
ントローラ108からCCDカメラ104に与えられる
撮像タイミング信号を示しており、CCDカメラ104
は、撮像タイミング信号=Hレベルの場合には撮像状態
とされ、撮像タイミング信号=Lレベルの場合には非撮
像状態とされる。
FIG. 12 is a waveform chart for explaining the operation of the fifth embodiment of the present invention. FIG. 12A shows an imaging timing signal provided from the system controller 108 to the CCD camera 104.
Is set to an imaging state when the imaging timing signal = H level, and is set to a non-imaging state when the imaging timing signal = L level.

【0086】また、図12(B)は二次元シャッタ10
2による投射パターンの投射タイミングを制御する投射
パターン投射タイミング信号を示しており、投射パター
ン投射タイミング信号=Hレベルの場合には、二次元シ
ャッタ102により形成される投射パターンが形状計測
対象物に投射され、投射パターン投射タイミング信号=
Lレベルの場合には、二次元シャッタ102は、全シャ
ッタを閉状態とされ、投射パターンは形成されない。
FIG. 12B shows the two-dimensional shutter 10.
2 shows a projection pattern projection timing signal for controlling the projection timing of the projection pattern according to 2. When the projection pattern projection timing signal = H level, the projection pattern formed by the two-dimensional shutter 102 is projected onto the shape measurement target. And the projection pattern projection timing signal =
In the case of the L level, all the shutters of the two-dimensional shutter 102 are closed, and no projection pattern is formed.

【0087】なお、システムコントローラ108は、C
CDカメラ104が投射パターンを形状計測対象物に投
射した場合に取得した画像信号を出力する場合には、こ
れを画像記憶装置105に伝送し、CCDカメラ104
が投射パターンを形状計測対象物に投射しない場合に取
得した画像信号を出力する場合には、これを画像記憶装
置106に伝送するようにスイッチ107を制御する。
Note that the system controller 108
When the CD camera 104 outputs an image signal obtained when the projection pattern is projected on the shape measurement target, the image signal is transmitted to the image storage device 105 and the CCD camera 104 outputs the image signal.
When outputting the acquired image signal when the projection pattern is not projected on the shape measurement target, the switch 107 is controlled so as to transmit this to the image storage device 106.

【0088】このように構成された本発明の第5実施形
態においては、顔100を形状計測対象物とする場合に
は、例えば、まず、二次元シャッタ102により形成さ
れる投射パターンがレンズ装置103を介して顔100
の表面に投射され、CCDカメラ104により顔100
が撮像され、この場合に得られる画像信号が画像記憶装
置105に記憶される。
In the fifth embodiment of the present invention configured as described above, when the face 100 is used as a shape measurement target, for example, first, the projection pattern formed by the two-dimensional shutter 102 is changed to the lens device 103. Through the face 100
Of the face 100 by the CCD camera 104
Are imaged, and the image signal obtained in this case is stored in the image storage device 105.

【0089】この場合には、例えば、図13(A)に示
すように、環境照明による顔100の画像に投射パター
ン113による顔100の画像が重ね合わされた画像が
画像記憶装置105に記憶されることになる。
In this case, for example, as shown in FIG. 13A, an image in which the image of the face 100 by the projection pattern 113 is superimposed on the image of the face 100 by the environmental illumination is stored in the image storage device 105. Will be.

【0090】次に、二次元シャッタ102の全シャッタ
が閉状態とされ、投射パターンが顔100に投射されな
い状態の下で、CCDカメラ104により顔100が撮
像され、この場合に得られる画像信号が画像記憶装置1
06に記憶される。この場合には、図13(B)に示す
ように、環境照明による顔100の画像が画像記憶装置
106に記憶されることになる。
Next, the face of the face 100 is imaged by the CCD camera 104 in a state where all the shutters of the two-dimensional shutter 102 are closed and the projection pattern is not projected on the face 100, and an image signal obtained in this case is obtained. Image storage device 1
06 is stored. In this case, as shown in FIG. 13B, an image of the face 100 under the environmental illumination is stored in the image storage device 106.

【0091】次に、差分画像演算回路109において、
画像記憶装置105に記憶されている画像から画像記憶
装置106に記憶されている画像との差分が演算され、
差分画像信号が高さ計測ユニット110に伝送される。
以下、同様の動作が繰り返される。
Next, in the difference image calculation circuit 109,
The difference between the image stored in the image storage device 105 and the image stored in the image storage device 106 is calculated,
The difference image signal is transmitted to the height measurement unit 110.
Hereinafter, the same operation is repeated.

【0092】即ち、本発明の第5実施形態においては、
CCDカメラ104が奇数フレーム又は偶数フレームの
いずれかの画像を撮像する場合のみ、二次元シャッタ1
02による投射パターンを形状計測対象物に投射するよ
うに二次元シャッタ102が制御される。
That is, in the fifth embodiment of the present invention,
Only when the CCD camera 104 captures an image of an odd frame or an even frame, the two-dimensional shutter 1
The two-dimensional shutter 102 is controlled so as to project the projection pattern of the object 02 on the shape measurement target.

【0093】したがって、顔100の形状計測を行う場
合には、図13(C)に示すように、図13(A)に示
す環境照明による顔100の画像に投射パターン113
による顔100の画像が重ね合わされた画像から図13
(B)に示す環境照明による顔100の画像が差し引か
れ、図13(C)に示す投射パターン113による顔1
00の画像のみが得られることになる。
Therefore, when measuring the shape of the face 100, as shown in FIG. 13C, the projection pattern 113 is applied to the image of the face 100 by the environmental illumination shown in FIG.
FIG. 13 shows the image of the face 100
The image of the face 100 by the environmental illumination shown in FIG. 13B is subtracted, and the face 1 by the projection pattern 113 shown in FIG.
Only the image of 00 is obtained.

【0094】このように、本発明の第5実施形態によれ
ば、二次元シャッタ102を備えているので、光切断法
により形状計測対象物の形状計測を行うに際して、本発
明の第4実施形態と同様に、形状計測対象物の表面形状
に適した投射パターンを投射することができると共に、
環境照明の影響を取り除く、投射パターンのみによる画
像を得ることができるので、本発明の第4実施形態以上
に、形状計測対象物の形状計測を容易、かつ、高精度に
行うことができる。
As described above, according to the fifth embodiment of the present invention, since the two-dimensional shutter 102 is provided, the fourth embodiment of the present invention is used for measuring the shape of the object to be measured by the light cutting method. Similarly to, it is possible to project a projection pattern suitable for the surface shape of the shape measurement object,
Since it is possible to remove the influence of environmental illumination and obtain an image using only the projection pattern, the shape of the shape measurement target can be measured more easily and with higher precision than in the fourth embodiment of the present invention.

【0095】また、CCDカメラ104が奇数フレーム
又は偶数フレームのいずれかの画像を撮像する場合にの
み、二次元シャッタ102による投射パターンを形状計
測対象物に投射するようにしているので、形状計測対象
物が高速に移動又は変化する場合であっても、形状計測
を行うことができる。
Further, only when the CCD camera 104 captures an image of an odd frame or an even frame, the projection pattern by the two-dimensional shutter 102 is projected on the object to be measured. Even when an object moves or changes at high speed, shape measurement can be performed.

【0096】また、形状計測対象物に投射する投射パタ
ーンの倍率を制御可能とされたレンズ装置103を備え
ているので、形状計測対象物の一部分(たとえば、顔の
中の鼻、口など)にのみ投射パターンを投射し、これを
拡大観測する場合には、形状計測対象物の一部分につい
て詳細な観測を行うことができる。
Further, since the lens device 103 is provided which can control the magnification of the projection pattern projected on the shape measurement object, a part of the shape measurement object (for example, a nose or a mouth in a face) is provided. When only the projection pattern is projected and enlarged observation is performed, detailed observation can be performed on a part of the shape measurement target.

【0097】第6実施形態・・図14、図15 図14は本発明の第6実施形態の概念図である。図14
中、115は均一照明光を出射する光源、116は光源
115の前方に配置された投射型の液晶表示パネルから
なる二次元シャッタ、117は二次元シャッタ116の
前方に密着された二次元シャッタ116と同一構成の二
次元シャッタである。
Sixth Embodiment FIGS. 14 and 15 FIG. 14 is a conceptual diagram of a sixth embodiment of the present invention. FIG.
Reference numeral 115 denotes a light source that emits uniform illumination light, 116 denotes a two-dimensional shutter composed of a projection type liquid crystal display panel disposed in front of the light source 115, and 117 denotes a two-dimensional shutter 116 that is in close contact with the two-dimensional shutter 116. This is a two-dimensional shutter having the same configuration as that of FIG.

【0098】また、118は二次元シャッタ117の前
方に二次元シャッタ117と45度の角度をもって配置
されたハーフミラー、119はハーフミラー118を透
過した光を集光するレンズ、120はレンズ119の結
像面に配置されたスクリーン、121はハーフミラー1
18で反射された光を集光するレンズ、122はレンズ
121の結像面に受光面が位置するように配置された光
検出器である。
Reference numeral 118 denotes a half mirror disposed in front of the two-dimensional shutter 117 at an angle of 45 degrees with the two-dimensional shutter 117, 119 denotes a lens for condensing light transmitted through the half mirror 118, and 120 denotes a lens for the lens 119. Screen arranged on the image plane, 121 is a half mirror 1
Reference numeral 122 denotes a lens that collects the light reflected by 18, and 122 denotes a photodetector that is disposed such that the light receiving surface is located on the image forming surface of the lens 121.

【0099】このように構成された本発明の第6実施形
態においては、例えば、図15に示すように、二次元シ
ャッタ116には、形状計測対象物の観測画像124が
ポジ画像として入力され、二次元シャッタ117には、
検出対象物を検出するための辞書画像125、126、
127、128がネガ画像として順に入力される。
In the sixth embodiment of the present invention configured as described above, for example, as shown in FIG. 15, an observation image 124 of a shape measurement object is input to a two-dimensional shutter 116 as a positive image. The two-dimensional shutter 117 includes:
Dictionary images 125 and 126 for detecting a detection target;
127 and 128 are sequentially input as negative images.

【0100】この結果、二次元シャッタ117から出力
される画像は、観測画像124と、辞書画像125、1
26、127、128との差分画像となり、これら差分
画像が順にスクリーン120に投射されると共に、光検
出器122の受光面に入射される。
As a result, the image output from the two-dimensional shutter 117 includes an observation image 124, a dictionary image 125,
26, 127, and 128, which are sequentially projected on the screen 120 and incident on the light receiving surface of the photodetector 122.

【0101】ここに、観測画像124と、画像が一致す
る辞書画像との比較時には、二次元シャッタ116を通
過した光は、二次元シャッタ117で遮断されることに
なるので、スクリーン120に投射される画像は暗画像
となると共に、光検出器122は入射光を検出しないこ
とになる。
Here, when the observed image 124 is compared with the dictionary image whose image matches, the light that has passed through the two-dimensional shutter 116 is blocked by the two-dimensional shutter 117, and is projected on the screen 120. The image becomes a dark image, and the photodetector 122 does not detect the incident light.

【0102】これに対して、観測画像124と、画像が
一致しない辞書画像との比較時には、二次元シャッタ1
16を通過した光の一部又は全部は、二次元シャッタ1
17を通過することになるので、スクリーン120には
一部又は全部を明とする画像が投射されると共に、光検
出器122は入射光を検出することになる。
On the other hand, when comparing the observed image 124 with the dictionary image whose image does not match, the two-dimensional shutter 1
Part or all of the light passing through the two-dimensional shutter 1
17, an image that is partially or entirely bright is projected on the screen 120, and the light detector 122 detects the incident light.

【0103】したがって、本発明の第6実施形態によれ
ば、形状計測対象物の形状を観測画像124と辞書画像
125〜128との比較において計測することができる
ので、形状計測対象物が検出対象物であるか否かを容易
に判定することができる。
Therefore, according to the sixth embodiment of the present invention, the shape of the object to be measured can be measured by comparing the observed image 124 with the dictionary images 125 to 128. Whether the object is an object can be easily determined.

【0104】第7実施形態・・図16 図16は本発明の第7実施形態の概念図である。図16
中、129は均一照明光を出射する光源、130は光源
129の前方に配置された投射型の液晶表示パネルから
なる二次元シャッタ、131は二次元シャッタ130の
像を結像するレンズ、132はレンズ131の結像面に
配置された二次元シャッタ130と同一構成の二次元シ
ャッタである。
Seventh Embodiment FIG. 16 FIG. 16 is a conceptual diagram of a seventh embodiment of the present invention. FIG.
Among them, 129 is a light source that emits uniform illumination light, 130 is a two-dimensional shutter composed of a projection type liquid crystal display panel disposed in front of the light source 129, 131 is a lens that forms an image of the two-dimensional shutter 130, and 132 is a lens. This is a two-dimensional shutter having the same configuration as the two-dimensional shutter 130 arranged on the image plane of the lens 131.

【0105】また、133は二次元シャッタ132の前
方に二次元シャッタ132と45度の角度をもって配置
されたハーフミラー、134はハーフミラー133を透
過した光を集光するレンズ、135はレンズ134の結
像面に配置されたスクリーン、136はハーフミラー1
33で反射された光を集光するレンズ、137はレンズ
136の結像面に受光面が位置するように配置された光
検出器である。
Reference numeral 133 denotes a half mirror disposed in front of the two-dimensional shutter 132 at an angle of 45 degrees with the two-dimensional shutter 132; 134, a lens for condensing light transmitted through the half mirror 133; 135, a lens 134; The screen 136 arranged on the image plane is a half mirror 1
A lens 137 for condensing the light reflected by 33 is a photodetector arranged such that a light receiving surface is located on an image forming surface of the lens 136.

【0106】このように構成された本発明の第7実施形
態においては、例えば、二次元シャッタ130には、形
状計測対象物の観測画像がポジ画像として入力され、二
次元シャッタ132には、検出対象物を検出するための
辞書画像がネガ画像として順に入力される。
In the seventh embodiment of the present invention thus configured, for example, an observation image of a shape measurement object is input as a positive image to the two-dimensional shutter 130, and a detection image is input to the two-dimensional shutter 132. Dictionary images for detecting an object are sequentially input as negative images.

【0107】この結果、二次元シャッタ130から出力
される画像は、観測画像と、辞書画像との差分画像とな
り、これら差分画像が順にスクリーン135に投射され
ると共に、光検出器137の受光面に入射される。
As a result, the image output from the two-dimensional shutter 130 becomes a difference image between the observed image and the dictionary image, and these difference images are sequentially projected on the screen 135 and simultaneously on the light receiving surface of the photodetector 137. Incident.

【0108】ここに、観測画像と、画像が一致する辞書
画像との比較時には、二次元シャッタ130を通過した
光は、二次元シャッタ132で遮断されることになるの
で、スクリーン135に投射される画像は暗画像となる
と共に、光検出器137は入射光を検出しないことにな
る。
Here, when comparing the observed image with the dictionary image whose image matches, the light that has passed through the two-dimensional shutter 130 is blocked by the two-dimensional shutter 132 and is projected on the screen 135. The image becomes a dark image, and the light detector 137 does not detect the incident light.

【0109】これに対して、観測画像と、画像が一致し
ない辞書画像との比較時には、二次元シャッタ130を
通過した光の一部又は全部は、二次元シャッタ132を
通過することになるので、スクリーン135には一部又
は全部を明とする画像が投射されると共に、光検出器1
37は入射光を検出することになる。
On the other hand, when the observed image is compared with a dictionary image whose image does not match, part or all of the light that has passed through the two-dimensional shutter 130 passes through the two-dimensional shutter 132. The screen 135 is projected with an image that is partially or entirely bright, and the photodetector 1
37 detects incident light.

【0110】したがって、本発明の第7実施形態によれ
ば、本発明の第6実施形態と同様に、形状計測対象物の
形状を観測画像と辞書画像との比較において計測するこ
とができるので、形状計測対象物が検出対象物であるか
否かを容易に判定することができる。
Therefore, according to the seventh embodiment of the present invention, as in the sixth embodiment of the present invention, the shape of the shape measurement object can be measured by comparing the observed image with the dictionary image. It can be easily determined whether or not the shape measurement target is a detection target.

【0111】[0111]

【発明の効果】本発明中、第1の発明(請求項1記載の
形状計測装置)によれば、二次元フィルタを構成するフ
ィルタの光透過率を個別に制御することにより、形状計
測対象物を照明する光の強度を場所によって異なるもの
とすることができるので、形状計測対象物に対して計測
目的に応じた最適な照明を行い、計測目的に適した形状
計測を行うことができる。
According to the first aspect of the present invention, the shape measuring object is controlled by individually controlling the light transmittance of the filters constituting the two-dimensional filter. Since the intensity of the light for illuminating the object can be made different depending on the place, the shape measurement target can be optimally illuminated according to the measurement purpose, and the shape measurement suitable for the measurement purpose can be performed.

【0112】本発明中、第2の発明(請求項2記載の形
状計測装置)によれば、二次元シャッタのシャッタを点
光源及びピンホールとし、シャッタからなる点光源及び
ピンホールを高速に移動させることができる共焦点顕微
鏡を構成することができるので、形状計測対象物の表面
形状の計測を高速に行うことができる。
According to the second aspect of the present invention, the shutter of the two-dimensional shutter is a point light source and a pinhole, and the point light source and the pinhole formed by the shutter are moved at a high speed. Since a confocal microscope that can perform the measurement can be configured, the surface shape of the shape measurement target can be measured at high speed.

【0113】本発明中、第3の発明(請求項3記載の形
状計測装置)によれば、二次元シャッタの所定のシャッ
タを常に開状態とし、常に開状態とするシャッタ以外の
シャッタを順に択一的に開状態とし、形状計測対象物か
らの反射戻り光が透過するシャッタの位置を観測手段に
より確認することにより、形状計測対象物の表面の傾き
角の計測を高速に行うことができる。
According to the third aspect of the present invention, according to the third aspect of the invention, a predetermined two-dimensional shutter is always opened, and shutters other than the shutter that is always opened are sequentially selected. By observing the position of the shutter through which the reflected return light from the shape measurement object is transmitted by the observation means, the inclination angle of the surface of the shape measurement object can be measured at high speed.

【0114】本発明中、第4の発明(請求項4記載の形
状計測装置)によれば、光切断法により形状計測対象物
の形状計測を行うに際して、形状計測対象物の表面形状
に適した投射パターンを投射することができるので、形
状計測対象物の形状計測を容易、かつ、高精度に行うこ
とができる。
According to the fourth aspect of the present invention, according to the fourth aspect of the present invention, when measuring the shape of the shape measuring object by the light cutting method, the shape measuring apparatus is suitable for the surface shape of the shape measuring object. Since the projection pattern can be projected, the shape measurement of the shape measurement target can be performed easily and with high accuracy.

【0115】本発明中、第5の発明(請求項5記載の形
状計測装置)によれば、第4の発明と同様に、光切断法
により形状計測対象物の形状計測を行うに際して、形状
計測対象物の表面形状に適した投射パターンを投射する
ことができると共に、環境照明の影響を取り除き、投射
パターンのみによる画像を得ることができるので、第4
の発明以上に、形状計測対象物の形状計測を容易、か
つ、高精度に行うことができる。
According to the fifth aspect of the present invention, according to the fifth aspect of the present invention, as in the fourth aspect, when measuring the shape of the object to be measured by the light cutting method, the shape is measured. The projection pattern suitable for the surface shape of the target object can be projected, and the influence of environmental illumination can be removed to obtain an image using only the projection pattern.
The shape measurement of the shape measurement target can be performed easily and with high accuracy.

【0116】本発明中、第6の発明(請求項6記載の形
状計測装置)によれば、形状計測対象物の形状を辞書画
像との比較において計測することができるので、形状計
測対象物が検出対象物であるか否かを容易に判定するこ
とができる。
According to the sixth aspect of the present invention, the shape of the shape measuring object can be measured by comparing the shape of the shape measuring object with the dictionary image. Whether or not the object is a detection target can be easily determined.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1実施形態の概念図である。FIG. 1 is a conceptual diagram of a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1実施形態を使用して、図22に示
すプリント配線板の表面形状を計測仮想線に沿って計測
した場合に得られる反射光信号を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a reflected light signal obtained when the surface shape of the printed wiring board shown in FIG. 22 is measured along a measurement virtual line using the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第1実施形態を使用して、図24に示
すプリント配線板のビア孔の底部の形状計測を行った場
合に得られる反射光信号を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a reflected light signal obtained when the shape of the bottom of the via hole of the printed wiring board shown in FIG. 24 is measured using the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第2実施形態の概念図である。FIG. 4 is a conceptual diagram of a second embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第3実施形態の概念図である。FIG. 5 is a conceptual diagram of a third embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第3実施形態が備える二次元シャッタ
の制御方法を説明するための平面図である。
FIG. 6 is a plan view for explaining a control method of a two-dimensional shutter provided in a third embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第3実施形態の動作を説明するための
図である。
FIG. 7 is a diagram for explaining the operation of the third embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第4実施形態の概念図である。FIG. 8 is a conceptual diagram of a fourth embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第4実施形態で形成することができる
投射パターンの例を示す平面図である。
FIG. 9 is a plan view showing an example of a projection pattern that can be formed in the fourth embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第4実施形態で形成することができ
る投射パターンの例を示す平面図である。
FIG. 10 is a plan view showing an example of a projection pattern that can be formed in a fourth embodiment of the present invention.

【図11】本発明の第5実施形態の概念図である。FIG. 11 is a conceptual diagram of a fifth embodiment of the present invention.

【図12】本発明の第5実施形態の動作を説明するため
の波形図である。
FIG. 12 is a waveform chart for explaining the operation of the fifth embodiment of the present invention.

【図13】本発明の第5実施形態の動作を説明するため
の平面図である。
FIG. 13 is a plan view for explaining the operation of the fifth embodiment of the present invention.

【図14】本発明の第6実施形態の概念図である。FIG. 14 is a conceptual diagram of a sixth embodiment of the present invention.

【図15】本発明の第6実施形態の動作を説明するため
の図である。
FIG. 15 is a diagram for explaining the operation of the sixth embodiment of the present invention.

【図16】本発明の第7実施形態の概念図である。FIG. 16 is a conceptual diagram according to a seventh embodiment of the present invention.

【図17】第1従来例の形状計測装置の概念図である。FIG. 17 is a conceptual diagram of a shape measuring device of a first conventional example.

【図18】バンプが形成された半導体チップの一例を示
す概略的斜視図である。
FIG. 18 is a schematic perspective view showing an example of a semiconductor chip on which bumps are formed.

【図19】ビルトアップ工法により製造される途中にあ
るプリント配線板の一例を示す概略的部分断面図であ
る。
FIG. 19 is a schematic partial cross-sectional view showing an example of a printed wiring board being manufactured by a built-up method.

【図20】第2従来例の形状計測装置の概念図である。FIG. 20 is a conceptual diagram of a shape measuring device of a second conventional example.

【図21】第3従来例の形状計測装置の概念図である。FIG. 21 is a conceptual diagram of a shape measuring device of a third conventional example.

【図22】プリント配線板の一部分を示す概略的斜視図
である。
FIG. 22 is a schematic perspective view showing a part of the printed wiring board.

【図23】図22に示すプリント配線板上の計測仮想線
に沿って計測した場合に得られる反射光信号を示す図で
ある。
FIG. 23 is a diagram showing a reflected light signal obtained when measurement is performed along a measurement virtual line on the printed wiring board shown in FIG. 22;

【図24】ビルトアップ工法により製造される途中にあ
るプリント配線板の一例を示す概略的部分断面図であ
る。
FIG. 24 is a schematic partial cross-sectional view showing an example of a printed wiring board in the course of being manufactured by the built-up method.

【図25】図24に示すプリント配線板のビア孔の底部
に照射された光の反射光の強度及びビア孔の周辺部に照
射された光の反射光の強度を示す図である。
25 is a diagram showing the intensity of reflected light of light applied to the bottom of the via hole of the printed wiring board shown in FIG. 24 and the intensity of reflected light of light applied to the periphery of the via hole.

【図26】第3従来例の形状計測装置が有する問題点を
説明するための図である。
FIG. 26 is a diagram for explaining a problem of the shape measuring apparatus of the third conventional example.

【図27】第3従来例の形状計測装置が有する問題点を
説明するための図である。
FIG. 27 is a diagram for explaining a problem of the shape measuring device of the third conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

(図1) 56 形状計測対象物 57 光源 58 二次元フィルタ 59 ハーフミラー 60 レンズ 61 CCDカメラ (図4) 66 形状計測対象物 67 光源 68 ハーフミラー 69 二次元シャッタ 70、71 結像レンズ 72 CCDカメラ (図5) 74 形状計測対象物 75 光源 76 ハーフミラー 77 二次元シャッタ 78、79 結像レンズ 80 CCDカメラ (図14) 115 光源 116、117 二次元シャッタ 118 ハーフミラー 119、121 レンズ 120 スクリーン 122 光検出器 (図16) 129 光源 130、132 二次元シャッタ 131、134、136 レンズ 133 ハーフミラー 135 スクリーン 137 光検出器 (FIG. 1) 56 shape measuring object 57 light source 58 two-dimensional filter 59 half mirror 60 lens 61 CCD camera (FIG. 4) 66 shape measuring object 67 light source 68 half mirror 69 two-dimensional shutter 70, 71 imaging lens 72 CCD camera (FIG. 5) 74 Shape measuring object 75 Light source 76 Half mirror 77 Two-dimensional shutter 78, 79 Imaging lens 80 CCD camera (FIG. 14) 115 Light source 116, 117 Two-dimensional shutter 118 Half mirror 119, 121 Lens 120 Screen 122 Light Detector (FIG. 16) 129 Light source 130, 132 Two-dimensional shutter 131, 134, 136 Lens 133 Half mirror 135 Screen 137 Photodetector

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】光源と、光透過率を個別に制御可能とされ
た複数のフィルタを二次元的に配置して構成され、前記
光源から出射される光の光路に配置された二次元フィル
タとを有し、前記二次元フィルタを透過した光で形状計
測対象物を照明する照明手段と、 前記形状計測対象物の表面を観測する観測手段とを備え
ていることを特徴とする形状計測装置。
1. A two-dimensional filter comprising: a light source; and a plurality of filters whose light transmittances can be individually controlled, two-dimensionally arranged, and a two-dimensional filter arranged in an optical path of light emitted from the light source. A shape measuring apparatus, comprising: an illuminating unit that illuminates a shape measuring object with light transmitted through the two-dimensional filter; and an observing unit that observes a surface of the shape measuring object.
【請求項2】光源と、 形状計測対象物に対向させることができるように、前記
光源から出射される光の光路に配置された対物レンズ
と、 開閉状態を個別に制御可能とされた複数のシャッタを二
次元的に配置して構成され、前記光源から出射される光
の光路上、前記対物レンズの結像面に配置された二次元
シャッタと、 前記二次元シャッタを介して前記形状計測対象物からの
反射戻り光を観測する観測手段とを備えていることを特
徴とする形状計測装置。
2. A light source, an objective lens arranged in an optical path of light emitted from the light source so as to be able to face a shape measuring object, and a plurality of open / close states individually controllable. A two-dimensional shutter arranged two-dimensionally on a light path of light emitted from the light source and arranged on an imaging surface of the objective lens; and the shape measurement object via the two-dimensional shutter. An observation device for observing reflected return light from an object.
【請求項3】光源と、 形状計測対象物に対向させることができるように、前記
光源から出射される光の光路に配置された対物レンズ
と、 開閉状態を個別に制御可能とされた複数のシャッタを二
次元的に配置して構成され、前記光源から出射される光
の光路上、前記対物レンズの結像面側の焦点位置に配置
された二次元シャッタと、 前記二次元シャッタを介して前記形状計測対象物からの
反射戻り光を観測する観測手段とを備えていることを特
徴とする形状計測装置。
3. A light source, an objective lens disposed on an optical path of light emitted from the light source so as to be able to face the shape measurement object, and a plurality of open / close states individually controllable. A two-dimensional shutter arranged two-dimensionally, on a light path of light emitted from the light source, a two-dimensional shutter disposed at a focal position on an image forming surface side of the objective lens, via the two-dimensional shutter An observing means for observing reflected return light from the object to be measured.
【請求項4】光源と、開閉状態を個別に制御可能とされ
た複数のシャッタを二次元的に配置して構成され、前記
光源から出射される光の通過を制御して投射パターンを
形成する二次元シャッタとを有し、前記投射パターンを
形状計測対象物に投射する投射パターン投射手段と、 前記形状計測対象物の表面を観測する観測手段とを備え
ていることを特徴とする形状計測装置。
4. A projection pattern is formed by two-dimensionally arranging a light source and a plurality of shutters whose opening and closing states can be individually controlled, and controlling passage of light emitted from the light source. A shape measuring apparatus, comprising: a two-dimensional shutter; a projection pattern projecting unit for projecting the projection pattern onto a shape measuring object; and an observing unit for observing a surface of the shape measuring object. .
【請求項5】前記形状計測対象物に前記投射パターンを
投射した場合に観測できる前記形状計測対象物の第1の
画像を記憶する第1の画像記憶手段と、 前記形状計測対象物に前記投射パターンを投射しない場
合に観測できる前記形状計測対象物の第2の画像を記憶
する第2の画像記憶手段と、 前記第1の画像記憶手段が記憶する第1の画像と、前記
第2の画像記憶手段が記憶する第2の画像との差分画像
を演算する差分画像演算手段とを備えていることを特徴
とする請求項4記載の形状計測装置。
5. A first image storage means for storing a first image of the shape measurement object that can be observed when the projection pattern is projected on the shape measurement object, and wherein the projection is performed on the shape measurement object. A second image storage unit that stores a second image of the shape measurement target that can be observed when a pattern is not projected; a first image that is stored by the first image storage unit; and the second image 5. The shape measuring apparatus according to claim 4, further comprising: a difference image calculating means for calculating a difference image from the second image stored in the storage means.
【請求項6】光源と、 開閉状態を個別に制御可能とされた複数のシャッタを二
次元的に配置して構成され、前記光源の前方に配置され
た第1の二次元シャッタと、 開閉状態を個別に制御可能とされた複数のシャッタを二
次元的に配置して構成され、前記第1の二次元シャッタ
の前方に配置された第2の二次元シャッタと、 前記第2の二次元シャッタを通過した光を観測する観測
手段とを備えていることを特徴とする形状計測装置。
6. A first two-dimensional shutter, comprising: a light source; and a plurality of shutters whose opening and closing states can be individually controlled. The first two-dimensional shutter is arranged in front of the light source. A plurality of shutters, each of which can be individually controlled, are arranged two-dimensionally, a second two-dimensional shutter arranged in front of the first two-dimensional shutter, and the second two-dimensional shutter And an observing means for observing light passing through the shape measuring device.
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