JPWO2015016016A1 - 高さ測定装置 - Google Patents

Abstract

太陽電池セル用基板１００に対してＹ方向を向くライン状のレーザ光を照射するレーザ光源と、太陽電池セル用基板１００における撮影領域の画像をＹ方向に対して３個の撮影領域１ａ、１ｂ、１ｃに分割し、分割後の複数の撮影領域１ａ、１ｂ、１ｃの画像の方向をＸ方向に変換した上で、分割後の複数の撮影領域１ａ、１ｂ、１ｃの画像のＺ方向のピッチを縮小する変換光学系と、レンズと、ピッチを縮小した後の分割後の複数の撮影領域の画像をまとめて撮像するＣＣＤ撮像素子１２とを備える。この高さ測定装置においては、太陽電池セル用基板１００の表面からＣＣＤ撮像素子１２までの光路長が、分割後の複数の撮影領域１ａ、１ｂ、１ｃの画像間で同一となっている。

Description

この発明は高さ測定装置に関し、特に、太陽電池セル用基板に形成された複数の表面電極の高さを一括して測定する場合に好適な高さ測定装置に関する。

例えば、太陽電池セル用基板の表面に形成された表面電極のように、微小な物体の高さを測定する場合には、光切断法が使用される。この光切断法は、測定対象物に対してライン状（スリット状）のレーザ光を斜め上方あるいは直上から照射し、レーザ光の照射位置の画像を直上あるいは傾けて撮影することにより、測定対象物の高さや形状を測定するものである（特許文献１および特許文献２参照）。

特開２０００−１９３４２８号公報 特開２００２−３５７４０８号公報

近年、特に、シリコンを材料とした太陽電池セル用基板においては、表面電極による遮光面積を減少させる目的で、表面電極の幅を小さくする方向となっている。このような構成を採用するときには、電気抵抗を小さくするため、表面電極の高さを高くする必要がある。このため、近年においては、スクリーン印刷により電極を重ねて印刷する二重印刷技術を利用して、表面電極の断面形状のアスペクト比を改善するようにしている。しかしながら、スクリーン印刷で電極を形成するときに、スクリーンの目詰まり等で表面電極の形状に異常が生ずると、不適切な太陽電池が製造されることになるため、スクリーン印刷直後において、表面電極の高さ測定を実行することが要請されている。

図１０は、上述した従来の光切断法を、太陽電池セル用基板１００における表面電極１０１の高さ測定に適用したときの構成を示す斜視図であり、図１１は、その側面概要図である。また、図１２は、レーザ光の照射位置であるレーザライン１０２の平面図である。なお、図１０においては、Ｘ方向に延びる表面電極１０１の一部のみを図示している。

光切断法により太陽電池セル用基板１００における表面電極１０１の高さ測定を実行する場合においては、太陽電池セル用基板１００の上方に配置されたレーザ光源１４より太陽電池セル用基板１００の表面に対して斜め上方からライン状のレーザ光を照射する。そして、このときに太陽電池セル用基板１００の表面に表れるレーザ光の照射位置であるレーザライン１０２を、ＣＣＤ撮像素子１２およびレンズ１３よりなる撮像機構１１により撮像する。

太陽電池セル用基板１００の表面においてＸ方向に向けて互いに平行に形成された表面電極１０１の高さがＨであり、レーザ光源１４より照射されるライン状のレーザ光の照射角度が鉛直方向に対してθであった場合には、太陽電池セル用基板１００の表面における表面電極１０１がある場所とない場所とで、図１１および図１２に示すように、レーザ光の照射位置であるレーザライン１０２に、下記の式で表される距離Ｄだけ、位置ずれが生ずることになる。
Ｄ＝Ｈ×ｔａｎθ

この式から距離Ｄをカメラで撮像し測定することにより、太陽電池セル用基板１００の表面に形成された表面電極の高さＨを測定することが可能となる。より具体的には、照射位置であるレーザライン１０２を含むＸ方向に対してＹ方向の寸法が大きい領域の画像を撮影し、撮像した画像のノイズ除去処理および閾値処理を実行した後、Ｘ方向に重心計算を行いレーザラインの中心を算出する。そして、レーザラインの中心位置の変位量を、レーザ光の入射角度θおよびレンズ１３の倍率から換算して、高さ寸法を算出する。

ところで、このような構成により太陽電池セル用基板１００における表面電極１０１の高さ測定を実行する場合を考える。例えば、太陽電池セル用基板１００はその一辺が１５６ｍｍの正方形であり、これをＹ方向のサンプリングピッチ（空間分解能）を１０μｍとして高さ測定を行うことを想定すると、太陽電池セル用基板１００を撮影するためのＣＣＤ撮像素子１２として、例えば、２５メガピクセル（５１２０ピクセル×５１２０ピクセル）のＣＣＤ撮像素子１２を使用する場合には、３個のＣＣＤ撮像素子１２を表面電極１０１の長手方向と直交する方向（図１０に示すＹ方向）に列設する必要がある。

しかしながら、このように複数のＣＣＤ撮像素子１２を使用する構成を採用した場合においては、装置のコストが高額化する。また、このように複数のＣＣＤ撮像素子１２を使用する構成を採用した場合においては、複数のＣＣＤ撮像素子１２を同期して撮像させる必要があるばかりではなく、複数のＣＣＤ撮像素子１２により撮影した画像を別々の画像取得ボードで取得した後、これらを統合し、画像処理を行う必要があることから、装置構成や処理が複雑になるという問題が生ずる。

図１３は、太陽電池セル用基板１００の表面におけるレーザ光の照射位置を含む領域の画像を示す概要図である。ここで、図１３においては、太陽電池セル用基板１００の表面の画像を破線の矩形内に示し、この画像がＣＣＤ撮像素子１２により撮像された状態を矢印の先の実線の矩形内を示している。なお、この図においては、レーザ光の照射位置であるレーザライン１０２に一箇所だけ上述した距離Ｄに相当する位置ずれが生じた状態を図示している。

上述したように、一辺が１５６ｍｍの正方形の太陽電池セル用基板１００を３台のＣＣＤ撮像素子１２により撮影する場合には、太陽電池セル用基板１００の幅に対する余裕を考えて、例えば、５７ｍｍ×５７ｍｍの領域を１個のＣＣＤ撮像素子１２で撮影することになる。このとき、表面電極１０１の高さがその上下変動を含めて４ｍｍであった場合には、上述した角度θを７０度とすれば、上述した距離Ｄは、上下変動を考慮した場合であっても、４ｍｍ×ｔａｎθから１１ｍｍ程度となる。従って、レーザ光の照射位置であるレーザライン１０２の長手方向に対しては５７ｍｍの範囲で画像を撮影する必要があるが、レーザ光の照射位置であるレーザライン１０２の長手方向と直交する方向に対しては、１１ｍｍの範囲でのみ撮影を行えばよいことになる。すなわち、太陽電池セル用基板１００の表面における撮像領域１は、５７ｍｍ×１１ｍｍとなる。

ここで、ＣＣＤ撮像素子１２の撮像領域が２３ｍｍ×２３ｍｍであった場合には、上述した撮像領域１は縮小投影レンズにより０．４倍され、ＣＣＤ撮像素子１２上の撮像領域２は、約２３ｍｍ×４．４ｍｍとなる。このため、ＣＣＤ撮像素子１２の撮像領域に占める撮像領域２の領域は、２０％未満となっており、ＣＣＤ撮像素子１２を効率的に使用しているとは言えないことになる。従って、撮像素子をより効率的に利用することが要請されている。

この発明は上記課題を解決するためになされたものであり、光切断法を利用して測定物の高さ測定を行うときに、Ｘ方向に対してＹ方向の寸法が大きい撮影領域においてレーザ光の照射位置の画像を撮影する場合においても、単一の撮像素子を使用して効率的に撮影領域の撮影を実行することが可能な高さ測定装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、測定対象物に対してライン状の領域にレーザ光を照射し、レーザ光の照射位置の画像をレーザ光の照射方向と異なる方向から撮影することにより、前記測定対象物の高さを測定する高さ測定装置において、前記レーザ光の照射位置の画像を１方向に複数に分割し、分割後の複数の画像を少なくとも一対のミラーで規定される同一平面上にない３つ以上の光路を使って並べ替え、同一平面上に平行にずらして配置するとともに、分割後の複数の撮影領域の画像のピッチを縮小する変換光学系と、ピッチを縮小した後の分割後の複数の撮影領域の画像を、縮小レンズを介してまとめて撮像する撮像素子と、を備え、前記測定対象物から前記撮像素子までの光路長が、前記分割後の複数の撮影領域の画像間で同一であることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記測定対象物から前記撮像素子までの光路長を変更するための光路長変更手段を、前記分割後の複数の撮影領域に備える。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記一対のミラーのうちの一方のミラーと対向配置され、前記一対のミラーのうちの一方のミラーとにより光路長を変更する迂回路を構成するミラーを、前記分割後の複数の撮影領域に備える。

請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の発明において、前記測定対象物は、太陽電池セル用基板に形成された表面電極である。

請求項５に記載の発明は、太陽電池セル用基板におけるＸ方向を向けて互いに平行に形成された複数の表面電極に対して、Ｙ方向を向くライン状の領域にレーザ光を照射してレーザ光の照射位置の画像をレーザ光の照射方向と異なる方向から撮影することにより、前記複数の表面電極のＺ方向の高さを一括して測定する高さ測定装置において、前記レーザ光の照射位置の画像をＹ方向に対して複数に分割し、分割後の複数の画像を少なくとも一対のミラーで規定される同一平面上にない３つ以上の光路を使って並べ替え、同一平面上に平行にずらして配置するとともに、分割後の複数の撮影領域の画像のピッチを縮小する変換光学系と、ピッチを縮小した後の分割後の複数の撮影領域の画像を、縮小レンズを介してまとめて撮像する撮像素子と、を備え、前記太陽電池セル用基板から前記撮像素子までの光路長が、前記分割後の複数の撮影領域の画像間で同一であることを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、光路長を変更するための光路長変更手段を、前記分割後の複数の撮影領域に備える。

請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の発明において、前記一対のミラーのうちの一方のミラーと対向配置され、前記一対のミラーのうちの一方のミラーとにより光路長を変更する迂回路を構成するミラーを、前記分割後の複数の撮影領域に備える。

請求項８に記載の発明は、請求項５から請求項７のいずれかに記載の発明において、前記縮小レンズは、前記分割後の複数の撮影領域に備えられた複数のミラーのうち前記撮像素子側のミラーと前記撮像素子との間に配設され、前記分割後の複数の撮影領域の画像を前記撮像素子に縮小投影するものであり、前記分割後の複数の撮影領域の各々に対応する前記複数のミラーのうちの前記太陽電池セル用基板側のミラーのうち、最も前記太陽電池セル用基板に近いミラーと前記太陽電池セル用基板との距離をＨ１とし、次に前記太陽電池セル用基板に近いミラーと前記太陽電池セル用基板との距離をＨ２とし、前記レンズの開口数をＮＡとしたときに、下記の式で表される距離Ｐが、前記太陽電池セル用基板に形成された複数の表面電極間の距離より小さい。
Ｐ＝Ｈ１×ＮＡ＋Ｈ２×ＮＡ

請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の発明において、前記分割後の複数の撮影領域の各々に対応する前記複数のミラーのうちの前記太陽電池セル用基板側のミラーを、各々、Ｙ方向に移動可能である。

請求項１０に記載の発明は、請求項８に記載の発明において、前記レーザ光の波長が、４００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下である。

請求項１から請求項４に記載の発明によれば、光切断法を利用して測定物の高さ測定を行うときに、測定幅に対して測定高さが小さい撮影領域においてレーザ光の照射位置の画像を撮影する場合においても、単一の撮像素子を使用して効率的に撮影領域の撮影を実行することができ、複数の撮像素子を使用した場合と比較して、装置構成や画像処理を簡易なものとしながら効率的に高さ測定を実行することが可能となる。

請求項５から請求項７に記載の発明によれば、光切断法を利用して太陽電池セル用基板に形成された複数の表面電極の高さ測定を一括して行うときに、測定幅に対して測定高さが小さい撮影領域においてレーザ光の照射位置の画像を撮影する場合においても、単一の撮像素子を使用して効率的に撮影領域の撮影を実行することができ、複数の撮像素子を使用した場合と比較して、装置構成や画像処理を簡易なものとしながら効率的に高さ測定を実行することが可能となる。

請求項８に記載の発明によれば、複数のミラーによる撮影領域間の繋ぎ部分で発生する解像度が低下する領域を、表面電極間の高さ測定が必要のない領域内に納めることが可能となる。

請求項９に記載の発明によれば、複数のミラーによる撮影領域間の繋ぎ部分で発生する解像度が低下する領域と表面電極間の高さ測定が必要のない領域との位置合わせを容易に実行することが可能となる。

請求項１０に記載の発明によれば、太陽電池セル用基板の表面において反射したレーザ光と表面電極の表面で反射したレーザ光との反射画像のコントラストを近似させることにより、正確な高さ測定を実行することが可能となる。

この発明に係る高さ測定装置の基本的な考え方を模式的に示す説明図である。 変換光学系の基本的な構成をレーザ光源１４およびＣＣＤ撮像素子１２ｂとともに示す正面図である。 変換光学系の基本的な構成を示す斜視図である。 この発明の第１実施形態に係る高さ測定装置の正面図である。 この発明の第１実施形態に係る高さ測定装置の側面図である。 この発明の第１実施形態に係る高さ測定装置の斜視図である。 ＣＣＤ撮像素子１２において撮影される撮影領域１ａ、１ｂ、１ｃにおいて解像度が低下する領域９９を示す説明図である。 解像度が低下する領域を調整する方法を説明する説明図である。 この発明の第２実施形態を実施するための迂回路を示す説明図である。 従来の光切断法を太陽電池セル用基板１００における表面電極１０１の高さ測定に適用したときの構成を示す斜視図である。 従来の光切断法を太陽電池セル用基板１００における表面電極１０１の高さ測定に適用したときの構成を示す側面概要図である。 レーザ光の照射位置であるレーザライン１０２の平面図である。 太陽電池セル用基板１００の表面におけるレーザ光の照射位置を含む領域の画像を示す概要図である。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。最初に、この発明の基本的な考え方について説明する。図１は、この発明に係る高さ測定装置の基本的な考え方を模式的に示す説明図である。

この発明に係る高さ測定装置においては、図１０に示す構成と同様、太陽電池セル用基板１００におけるＸ方向を向けて互いに平行に形成された複数の表面電極１０１に対して、Ｙ方向を向くライン状のレーザ光を照射する。Ｘ方向に対して測定するＺ方向の高さが小さいときに必要となるＹ方向の視野は、小さくてよい。このように、Ｘ方向に対してＹ方向の寸法が大きい撮影領域となるレーザ光の照射位置の画像を撮影するときに、この撮影領域の画像を、最初に、Ｙ方向に対して３個の撮影領域１ａ、１ｂ、１ｃに分割する。そして、分割後の複数の撮影領域１ａ、１ｂ、１ｃの画像の方向を、各撮影領域毎に、Ｘ方向に変換する。しかる後、分割後の複数の撮影領域１ａ、１ｂ、１ｃの画像のＺ方向のピッチを縮小した上で、縮小レンズとして機能するレンズ１３を介してＣＣＤ撮像素子１２に縮小投影する。

図２は、上述した撮影領域の分割および方向変換を可能にするための変換光学系の基本的な構成をレーザ光源１４、レンズ１３およびＣＣＤ撮像素子１２ｂとともに示す正面図であり、図３は、変換光学系の基本的な構成を示す斜視図である。なお、図２においては、説明の便宜上、太陽電池セル用基板１００の表面に存在する撮影領域１ａ、１ｂ、１ｃを太陽電池セル用基板１００の表面から突出した状態で図示するとともに、これらの撮影領域１ａ、１ｂ、１ｃを３個に分割された状態で図示している。

この変換光学系においては、図１０に示す構成と同様、太陽電池セル用基板１００におけるＸ方向を向けて互いに平行に形成された複数の表面電極１０１に対して、レーザ光源１４よりＹ方向を向くライン状のレーザ光を照射してその反射画像を撮影するときに、Ｘ方向に対してＹ方向の寸法が大きい撮影領域の画像を、互いにその高さ位置を異ならせた状態で配置された３枚のミラーＭ１、Ｍ２、Ｍ３により、Ｙ方向に対して３個の撮影領域１ａ、１ｂ、１ｃに分割する。そして、撮影領域１ａについては、一対のミラーＭ１およびミラーＭ４の作用により、画像の方向をＸ方向に変換する。また、撮影領域１ｂについては、一対のミラーＭ２およびミラーＭ５の作用により、画像の方向をＸ方向に変換する。さらに、撮影領域１ｃについては、一対のミラーＭ３およびミラーＭ６の作用により、画像の方向をＸ方向に変換する。そして、方向を変換した後の３個の撮影領域１ａ、１ｂ、１ｃの画像を、レンズ１３を介してＣＣＤ撮像素子１２ｂに縮小投影する。

このときには、ミラーＭ１の高さＨ４とミラーＭ２の高さＨ５との差は３個の撮影領域１ａ、１ｂ、１ｃの画像のＹ方向のピッチＬ１と等しく、ミラーＭ２の高さＨ５とミラーＭ３の高さＨ６との差も３個の撮影領域１ａ、１ｂ、１ｃの画像のＹ方向のピッチＬ１と等しくなっている。また、ミラーＭ４、ミラーＭ５、ミラーＭ６からＣＣＤ撮像素子１２ｂまでの距離の差もＬ１となる。これにより、太陽電池セル用基板１００の表面からＣＣＤ撮像素子１２ｂに至る光学系の光路長は、各撮影領域１ａ、１ｂ、１ｃの画像間で同一となる。このとき、太陽電池セル用基板１００の表面における３個の撮影領域１ａ、１ｂ、１ｃの画像のＹ方向のピッチＬ１が、レンズ１３に入射する前の３個の撮影領域１ａ、１ｂ、１ｃの画像のＺ方向のピッチＬ１と等しくなる。

このような構成を採用した場合には、図２および図３に示すように、Ｚ方向のサイズがＸ方向のサイズより大きいＣＣＤ撮像素子１２ｂを使用しないと、３個の撮影領域１ａ、１ｂ、１ｃの画像がレンズ１３により縮小投影された画像２ａ、２ｂ、２ｃを撮像し得ないことになる。

このため、一対のミラーＭ１およびミラーＭ４の高さ位置を図３に示すＨ４より大きくすることにより一対のミラーＭ２およびミラーＭ５の高さ位置であるＨ５に近づけるとともに、一対のミラーＭ３およびミラーＭ６の高さ位置を図３に示すＨ６より小さくすることにより一対のミラーＭ２およびミラーＭ５の高さ位置であるＨ５に近づけることで、３個の撮影領域１ａ、１ｂ、１ｃの画像のＺ方向のピッチをＬ１より小さなものとすることが可能となる。

しかしながら、このような構成を採用した場合においては、太陽電池セル用基板１００の表面からＣＣＤ撮像素子１２ｂに至る光学系の光路長が、各撮影領域１ａ、１ｂ、１ｃの画像間で異なることになる。太陽電池セル用基板１００の表面からＣＣＤ撮像素子１２ｂに至る光学系の光路長が、各撮影領域１ａ、１ｂ、１ｃの画像間において、レンズ１３の焦点深度以上に異なった場合には、各撮影領域１ａ、１ｂ、１ｃの画像を適正に撮影し得ないという問題が生ずる。このため、この発明に係る高さ測定装置においては、各撮影領域１ａ、１ｂ、１ｃ毎に、太陽電池セル用基板１００の表面からＣＣＤ撮像素子１２ｂに至る光学系の光路長を変更する光路長変更手段を採用している。

図４は、この発明の第１実施形態に係る高さ測定装置の正面図であり、図５は、その側面図、図６は、その斜視図である。なお、図４においては、三次元的に配置された複数のミラーを平面的に図示している。また、図５においては、ＣＣＤ撮像素子１２の図示を省略している。さらに、図６においては、レンズ１３の図示を省略している。なお、上述した図２および図３に示す部材と同様の部材については、同一の符号を付与している。また、図４においては、説明の便宜上、太陽電池セル用基板１００の表面に存在する撮影領域１ａ、１ｂ、１ｃを太陽電池セル用基板１００の表面から突出した状態で図示するとともに、これらの撮影領域１ａ、１ｂ、１ｃを３個に分割された状態で図示している。

この発明の第１実施形態に係る高さ測定装置は、図１０と同様、太陽電池セル用基板１００におけるＸ方向を向けて互いに平行に形成された複数の表面電極１０１に対して、Ｙ方向を向くライン状のレーザ光を照射するレーザ光源１４と、太陽電池セル用基板１００における撮影領域の画像をＹ方向に対して３個の撮影領域１ａ、１ｂ、１ｃに分割し、分割後の複数の撮影領域１ａ、１ｂ、１ｃの画像の方向をＸ方向に変換した上で、分割後の複数の撮影領域１ａ、１ｂ、１ｃの画像のＺ方向のピッチを縮小する変換光学系と、レンズ１３と、ピッチを縮小した後の分割後の複数の撮影領域１ａ、１ｂ、１ｃの画像をまとめて撮像するＣＣＤ撮像素子１２とを備える。この高さ測定装置においては、太陽電池セル用基板１００の表面からＣＣＤ撮像素子１２までの光路長が、後述するように、分割後の複数の撮影領域１ａ、１ｂ、１ｃの画像間で同一となっている。

この高さ測定装置においては、レーザ光源１４より、太陽電池セル用基板１００に対してＹ方向を向くライン状のレーザ光を照射する。このとき、このレーザ光源１４としては、出射される波長が、４００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下であるものが採用される。すなわち、太陽電池セル用基板１００の表面には、光の反射率を下げるために、反射防止膜が形成されるとともにテクスチャ処理が施されており、長波長（赤色）領域の可視光の反射率が最も低くなるように構成されている。このため、太陽電池セル用基板１００の表面は、目視では、青色に認識されることが多い。一方、表面電極１０１は、一般に、Ａｇを主成分とした材料で構成されており、太陽電池セル用基板１００の表面と比較して、反射率が高い。このため、上述する光切断法を採用する場合に、レーザ光源１４として波長が４００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下であるものを使用した場合においては、太陽電池セル用基板１００における反射膜で反射した画像と表面電極１０１で反射した画像とのコントラストを近似したものとすることが可能となる。従って、このようなレーザ光源１４を使用することにより、太陽電池セル用基板１００の表面において反射したレーザ光と表面電極１０１の表面で反射したレーザ光との反射画像のコントラストを近似させることができ、これにより、正確な高さ測定を実行することが可能となる。

このようにレーザ光源１４から出射された波長が４００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下のレーザ光による反射画像を撮影するときに、Ｘ方向に対してＹ方向の寸法が大きい撮影領域の画像を、互いにその高さ位置を異ならせた状態で配置された３枚のミラーＭ１、Ｍ２、Ｍ３により、Ｙ方向に対して３個の撮影領域１ａ、１ｂ、１ｃに分割する。そして、撮影領域１ａについては、一対のミラーＭ１、ミラーＭ４およびミラーＭ４と対向配置されたミラーＭ７の作用により、画像の方向をＸ方向に変換する。また、撮影領域１ｂについては、一対のミラーＭ２、ミラーＭ５およびミラーＭ５と対向配置されたミラーＭ８の作用により、画像の方向をＸ方向に変換する。さらに、撮影領域１ｃについては、一対のミラーＭ３、ミラーＭ６およびミラーＭ６と対向配置されたミラーＭ９の作用により、画像の方向をＸ方向に変換する。

一方、この高さ測定装置においては、ミラーＭ１の高さＨ１とミラーＭ２の高さＨ２との差は、３個の撮影領域１ａ、１ｂ、１ｃの画像のＹ方向のピッチＬ１より小さな距離Ｌ２となっている。また、ミラーＭ２の高さＨ５とミラーＭ３の高さＨ６との差も、３個の撮影領域１ａ、１ｂ、１ｃの画像のＹ方向のピッチがＬ１より小さな距離Ｌ２となっている。このため、レンズ１３に入射する前の３個の撮影領域１ａ、１ｂ、１ｃの画像のＺ方向のピッチもＬ２となり、このＬ２の値を適宜調整することにより、レンズ１３により縮小投影されてＣＣＤ撮像素子１２により撮像される画像２ａ、２ｂ、２ｃのＺ方向のピッチを小さなものとすることが可能となる。これにより、撮像範囲が正方形となる一般的なＣＣＤ撮像素子１２を使用した場合においても、画像２ａ、２ｂ、２ｃを好適に撮像することが可能となる。

そして、この高さ測定装置においては、太陽電池セル用基板１００の表面からＣＣＤ撮像素子１２に至る光学系の光路長を、各撮影領域１ａ、１ｂ、１ｃの画像間で同一とすることが可能となる。

すなわち、撮影領域１ａについては、互いに対向配置されたミラーＭ４およびミラーＭ７の作用により迂回路が形成される。また、撮影領域１ｂについては、互いに対向配置されたミラーＭ５およびミラーＭ８の作用により迂回路が形成される。さらに、撮影領域１ｃについては、互いに対向配置されたミラーＭ６およびミラーＭ９の作用により迂回路が形成される。そして、これらの迂回路により形成される距離を適当な距離とすることにより、太陽電池セル用基板１００の表面からＣＣＤ撮像素子１２ｂに至る光学系の光路長を、各撮影領域１ａ、１ｂ、１ｃの画像間で同一とすることが可能となる。

このように、この発明の第１実施形態に係る高さ測定装置においては、分割後の複数の撮影領域１ａ、１ｂ、１ｃの画像の方向をＸ方向に変換した上で、分割後の複数の撮影領域１ａ、１ｂ、１ｃの画像のＺ方向のピッチを縮小することから、一般的なＣＣＤ撮像素子１２により、複数の撮影領域１ａ、１ｂ、１ｃの画像をまとめて撮像することができる。そして、このときに太陽電池セル用基板１００からＣＣＤ撮像素子１２までの光路長を、複数の撮影領域１ａ、１ｂ、１ｃの画像間で同一とすることができる。

なお、この明細書で述べる「光路長が同一」とは、光路長間にレンズ１３の焦点深度より小さな差異がある場合を含む概念である。このようなレンズ１３の焦点深度より小さい距離の誤差が存在しても、画像の焦点合わせには影響がないためである。

一方、このようにＸ方向に対してＹ方向の寸法が大きい撮影領域の画像を、３枚のミラーＭ１、Ｍ２、Ｍ３を利用してＹ方向に対して複数の撮影領域１ａ、１ｂ、１ｃに分割する場合においては、各ミラーＭ１、Ｍ２、Ｍ３間の繋ぎ部分においてケラレが発生し、それに対応する撮影領域１ａ、１ｂ、１ｃにおいて解像度の低下が発生するという問題が生ずる。

図７は、ＣＣＤ撮像素子１２において撮影される撮影領域１ａ、１ｂ、１ｃにおいて解像度が低下する領域９９を示す説明図である。また、図８は、解像度が低下する領域９９を調整する方法を説明する説明図である。なお、図８においては、ミラーＭ１、Ｍ２、Ｍ３以外のミラーの図示を省略している。また、図８においては、複数のミラーにより反射する光路を反射しない状態で表現している。このため、後段のレンズ１３およびＣＣＤ撮像素子１２の配設方向は、図８に矢印で示すＺ方向とは一致していない。

図７に示すように、ＣＣＤ撮像素子１２において撮影される撮影領域１ａ、１ｂ、１ｃのうち、撮影領域１ａの一端、撮影領域１ｂの両端および撮影領域１ｃの一端には、解像度が低下する領域９９が存在する。これは、Ｘ方向に対してＹ方向の寸法が大きい撮影領域の画像がミラーＭ１、ミラーＭ２、ミラーＭ３により複数の撮影領域１ａ、１ｂ、１ｃに分割されるときに、図８に示すミラーＭ１とミラーＭ２と境界、および、ミラーＭ２とミラーＭ３との境界となる領域でケラレが発生するためである。そして、このようなケラレが発生する領域のＹ方向の最大値Ｐは、太陽電池セル用基板１００側に配置されるミラーＭ１、Ｍ２、Ｍ３のうち、最も太陽電池セル用基板１００に近いミラーＭ１と太陽電池セル用基板１００との距離をＨ１とし、次に太陽電池セル用基板１００に近いミラーＭ２と太陽電池セル用基板１００との距離をＨ２とし、レンズ１３の開口数をＮＡとしたときに、下記の式で表される。
Ｐ＝Ｈ１×ＮＡ＋Ｈ２×ＮＡ

一方、太陽電池セル用基板１００における複数の表面電極１０１間の距離は、一般的には、２ｍｍ程度である。このため、上記の式で表される距離Ｐを、太陽電池セル用基板１００に形成された複数の表面電極１０１間の距離より小さくするとともに、この解像度が低くなる領域を太陽電池セル用基板１００に形成された複数の表面電極１０１間に配置することにより、この解像度が低くなる領域が表面電極１０１の高さ測定に影響を与えることを防止することが可能となる。

例えば、レンズ１３の開口数を０．０３とし、太陽電池セル用基板１００における複数の表面電極１０１間の距離を２ｍｍとした場合においては、上記の式によりＨ１＋Ｈ２を６６ｍｍ以下とすることにより、解像度が低くなる領域を複数の表面電極１０１間の距離以下とすることができる。そして、この解像度が低くなる領域を表面電極１０１間に配置するために、この高さ測定装置においては、図８に示すように、太陽電池セル用基板１００側に配置されるミラーＭ１、Ｍ２、Ｍ３を、図示を省略した微動機構により、Ｙ方向に移動可能に構成している。

このような構成を採用することにより、ミラーＭ１とミラーＭ２と境界、および、ミラーＭ２とミラーＭ３との境界となる領域で発生するケラレに起因して発生する解像度が低くなる領域を表面電極１０１間に設定して、この解像度が低くなる領域が、表面電極１０１の高さ測定に影響を与えることを防止することが可能となる。

以上のように、この発明の第１実施形態に係る高さ測定装置においては、光切断法を利用して太陽電池セル用基板１００に形成された複数の表面電極１０１の高さ測定を一括して行うときに、Ｘ方向に対してＹ方向の寸法が大きい撮影領域１ａ、１ｂ、１ｃにおいてレーザ光の照射位置の画像を撮影する場合においても、単一のＣＣＤ撮像素子１２を使用して効率的に各撮影領域１ａ、１ｂ、１ｃの撮影を実行することができ、複数の撮像素子を使用した場合と比較して、装置構成や画像処理を簡易なものとしながら効率的に表面電極１０１の高さ測定を実行することが可能となる。

なお、上述した実施形態においては、図３に示すミラーＭ４に換えて互いに対向配置されたミラーＭ４およびミラーＭ７を使用して迂回路を形成し、ミラーＭ５に換えて互いに対向配置されたミラーＭ５およびミラーＭ８を使用して迂回路を形成し、ミラーＭ６に換えて互いに対向配置されたミラーＭ６およびミラーＭ９を使用して迂回路を形成している。しかしながら、ミラーＭ１，Ｍ２、Ｍ３側で迂回路を形成してもよい。

図９は、このような構成によるこの発明の第２実施形態を実施するための迂回路を示す説明図である。

この第２実施形態においては、図９に示すように、撮影領域１ａに対応させて、図２に示すミラーＭ１に換えて、互いに対向配置されたミラーＭ１１およびミラーＭ１２を採用し、これらのミラーＭ１１およびミラーＭ１２により迂回路を形成している。また、これと同様に、撮影領域１ｂについても、ミラーＭ２に換えて互いに対向配置された一対のミラーを使用し、撮影領域１ｃについても、ミラーＭ３にかえて互いに対向配置された一対のミラーを使用している。このような構成を採用した場合においても、第１実施形態に係る高さ測定装置と同様、単一のＣＣＤ撮像素子１２を使用して効率的に各撮影領域１ａ、１ｂ、１ｃの撮影を実行することが可能となる。

なお、上述した実施形態においては、太陽電池セル用基板１００に形成された表面電極１０１の高さを測定する高さ測定装置にこの発明を適用した場合について説明したが、この発明はそのような構成に限定されるものではない。この発明は、高さ方向の測定範囲がＹ方向の測定範囲に比べて十分小さくＸ方向に対してＹ方向の寸法が大きい撮影領域となる場合においてレーザ光の照射位置の画像を撮影することにより測定対象物のＺ方向の高さを測定する高さ測定装置に対して、好適に適用することが可能となる。

また、上述した実施形態においては、複数の撮影領域１ａ、１ｂ、１ｃの全てに対して、互いに対向配置されたミラーを配設して迂回路を形成しているが、複数の撮影領域１ａ、１ｂ、１ｃのうちの一つを基準とし、他の撮影領域にのみ互いに対向配置されたミラーを配設して迂回路を形成するようにしてもよい。ただし、複数の撮影領域１ａ、１ｂ、１ｃの全てに対して同数のミラーを配設した場合には、ＣＣＤ撮像素子１２に入射する反射光の明るさを同一に維持することができることから、測定精度を向上されることが可能となる。

また、上述した実施形態においては、斜めに照射したレーザ光による太陽電池セル用基板１００からの反射像を上方から観察しているが、直上から照射したレーザ光による反射光を斜め方向から観察するようにしてもよく、斜めに照射したレーザ光を上方からではないレーザ光の照射方向と異なる角度から観察してもよい。

また、上述した実施形態においては、レーザ光源１４からライン状のレーザ光を照射しているが、レーザ光を太陽電池セル用基板１００の表面に対して走査させてもよい。要するに、太陽電池セル用基板１００の表面のライン状の領域にレーザ光を照射できればよい。

さらに、上述した実施形態においては、光路を太陽電池セル用基板１００から垂直にＺ方向に立ち上げ、その後、Ｘ方向に９０度反射させ、迂回路を経てＹ方向に９０度反射させた例を示したが、少なくとも一対以上のミラーで規定される同一平面上にない３つ以上の光路を使って分割後の画像を並べ替える配置であればよく、その角度は９０度に限定されるものではない。

１ａ 撮影領域
１ｂ 撮影領域
１ｃ 撮影領域
１２ ＣＣＤ撮像素子
１３ レンズ
１４ レーザ光源
１００ 太陽電池セル用基板
１０１ 表面電極
Ｍ１ ミラー
Ｍ２ ミラー
Ｍ３ ミラー
Ｍ４ ミラー
Ｍ５ ミラー
Ｍ６ ミラー
Ｍ７ ミラー
Ｍ８ ミラー
Ｍ９ ミラー
Ｍ１１ ミラー
Ｍ１２ ミラー

Claims (10)

1. 測定対象物に対してライン状の領域にレーザ光を照射し、レーザ光の照射位置の画像をレーザ光の照射方向と異なる方向から撮影することにより、前記測定対象物の高さを測定する高さ測定装置において、
   前記レーザ光の照射位置の画像を１方向に複数に分割し、分割後の複数の画像を少なくとも一対のミラーで規定される同一平面上にない３つ以上の光路を使って並べ替え、同一平面上に平行にずらして配置するとともに、分割後の複数の撮影領域の画像のピッチを縮小する変換光学系と、
   ピッチを縮小した後の分割後の複数の撮影領域の画像を、縮小レンズを介してまとめて撮像する撮像素子と、
   を備え、
   前記測定対象物から前記撮像素子までの光路長が、前記分割後の複数の撮影領域の画像間で同一であることを特徴とする高さ測定装置。
2. 請求項１に記載の高さ測定装置において、
   前記測定対象物から前記撮像素子までの光路長を変更するための光路長変更手段を、前記分割後の複数の撮影領域に備える高さ測定装置。
3. 請求項２に記載の高さ測定装置において、
   前記一対のミラーのうちの一方のミラーと対向配置され、前記一対のミラーのうちの一方のミラーとにより光路長を変更する迂回路を構成するミラーを、前記分割後の複数の撮影領域に備える高さ測定装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の高さ測定装置において、
   前記測定対象物は、太陽電池セル用基板に形成された表面電極である高さ測定装置。
5. 太陽電池セル用基板におけるＸ方向を向けて互いに平行に形成された複数の表面電極に対して、Ｙ方向を向くライン状の領域にレーザ光を照射してレーザ光の照射位置の画像をレーザ光の照射方向と異なる方向から撮影することにより、前記複数の表面電極のＺ方向の高さを一括して測定する高さ測定装置において、
   前記レーザ光の照射位置の画像をＹ方向に対して複数に分割し、分割後の複数の画像を少なくとも一対のミラーで規定される同一平面上にない３つ以上の光路を使って並べ替え、同一平面上に平行にずらして配置するとともに、分割後の複数の撮影領域の画像のピッチを縮小する変換光学系と、
   ピッチを縮小した後の分割後の複数の撮影領域の画像を、縮小レンズを介してまとめて撮像する撮像素子と、
   を備え、
   前記太陽電池セル用基板から前記撮像素子までの光路長が、前記分割後の複数の撮影領域の画像間で同一であることを特徴とする高さ測定装置。
6. 請求項５に記載の高さ測定装置において、
   光路長を変更するための光路長変更手段を、前記分割後の複数の撮影領域に備える高さ測定装置。
7. 請求項６に記載の高さ測定装置において、
   前記一対のミラーのうちの一方のミラーと対向配置され、前記一対のミラーのうちの一方のミラーとにより光路長を変更する迂回路を構成するミラーを、前記分割後の複数の撮影領域に備える高さ測定装置。
8. 請求項５から請求項７のいずれかに記載の高さ測定装置において、
   前記縮小レンズは、前記分割後の複数の撮影領域に備えられた複数のミラーのうち前記撮像素子側のミラーと前記撮像素子との間に配設され、前記分割後の複数の撮影領域の画像を前記撮像素子に縮小投影するものであり、
   前記分割後の複数の撮影領域の各々に対応する前記複数のミラーのうちの前記太陽電池セル用基板側のミラーのうち、最も前記太陽電池セル用基板に近いミラーと前記太陽電池セル用基板との距離をＨ１とし、次に前記太陽電池セル用基板に近いミラーと前記太陽電池セル用基板との距離をＨ２とし、前記レンズの開口数をＮＡとしたときに、下記の式で表される距離Ｐが、前記太陽電池セル用基板に形成された複数の表面電極間の距離より小さい高さ測定装置。
   Ｐ＝Ｈ１×ＮＡ＋Ｈ２×ＮＡ
9. 請求項８に記載の高さ測定装置において、
   前記分割後の複数の撮影領域の各々に対応する前記複数のミラーのうちの前記太陽電池セル用基板側のミラーが、各々、Ｙ方向に移動可能である高さ測定装置。
10. 請求項８に記載の高さ測定装置において、
    前記レーザ光の波長が、４００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下である高さ測定装置。

Images