(57)【要約】【課題】多重波長を用いた３次元形状の測定装置及び測定方法を提供すること。【解決手段】本発明の多重波長を用いた３次元形状の測定装置は、検査対象物を測定位置に移送させる移送ステージと、検査対象物に対して第１等価波長を有する第１パターン光を第１方向に照射する第１プロジェクターと、検査対象物に対して第１等価波長と波長が異なる第２等価波長を有する第２パターン光を第２方向に照射する第２プロジェクターと、移送ステージの検査対象物から反射される第１パターン光による第１パターンイメージと前記第２パターン光による第２パターンイメージとを撮影するカメラ部と、第１プロジェクターと第２プロジェクターとを制御し、第１パターンイメージと第２パターンイメージとがカメラ部で撮影されると、第１パターンイメージ及び第２パターンイメージを受信して検査対象物の３次元形状を算出する制御部と、を含むことを特徴とする。【選択図】図１
2010091570.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査対象物を測定位置に移送させる移送ステージと、
前記検査対象物に対して第１等価波長を有する第１パターン光を第１方向に照射する第１プロジェクターと、
前記検査対象物に対して第１等価波長と波長が異なる第２等価波長を有する第２パターン光を第２方向に照射する第２プロジェクターと、
前記移送ステージの前記検査対象物から反射される前記第１パターン光による第１パターンイメージと前記第２パターン光による第２パターンイメージとを撮影するカメラ部と、
前記第１プロジェクターと前記第２プロジェクターとを制御し、前記第１パターンイメージと前記第２パターンイメージとが前記カメラ部で撮影されると、前記第１パターンイメージ及び前記第２パターンイメージを受信して前記検査対象物の３次元形状を算出する制御部と、を含むことを特徴とする３次元形状の測定装置。
【請求項２】
前記第１プロジェクターは、
光を発生させる照明部と、
前記照明部の一側に設置され、光を、前記第１等価波長を有する前記第１パターン光に変換させる第１格子部と、を含み、
前記第１格子部は、第１ピッチを有する複数の第１パターンが配列されて形成され、光を、前記第１等価波長を有する前記第１パターン光に変換させる第１格子と、前記第１格子に連結され、前記第１格子を一定の間隔に移送させる格子移送器を含むことを特徴とする請求項１に記載の３次元形状の測定装置。
【請求項３】
前記第２プロジェクターは、
光を発生させる照明部と、
前記照明部の一側に設置され、光を、前記第２等価波長を有する前記第２パターン光に変換させる第２格子部と、を含み、
前記第２格子部は、第２ピッチを有する複数の第２パターンが配列されて形成され、光を、前記第２等価波長を有する前記第２パターン光に変換させる第２格子と、前記第２格子に連結され、前記第２格子を一定の間隔に移送させる格子移送器を含むことを特徴とする請求項１に記載の３次元形状の測定装置。
【請求項４】
前記第１プロジェクターまたは前記第２プロジェクターは、前記照明部から入射された光を集める集光レンズを更に含むことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の３次元形状の測定装置。
【請求項５】
前記格子部は、格子プレートモジュール、液晶ディスプレイ、及びデジタルミラーのいずれか一つが適用されることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の３次元形状の測定装置。
【請求項６】
前記カメラ部は、前記第１パターンイメージ及び前記第２パターンイメージを受信して結像させる結像レンズと、
前記結像レンズの一側に設置され、前記結像レンズに結像された前記第１パターンイメージ及び前記第２パターンイメージを撮影するカメラと、で構成され、
前記カメラは、ＣＣＤカメラまたはＣＭＯＳカメラが適用されることを特徴とする請求項１に記載の３次元形状の測定装置。
【請求項７】
前記カメラ部は、検査対象物の２次元検査のための光を発生させる２次元検査照明部を更に含み、前記２次元検査照明部は、複数の発光ダイオードまたは円形ランプを含むことを特徴とする請求項１に記載の３次元形状の測定装置。
【請求項８】
検査対象物を測定位置に移送させる移送ステージと、
第１等価波長を有する第１パターン光を発生させて、前記検査対象物に対してそれぞれ照射する複数の第１プロジェクターと、
前記第１等価波長と波長が異なる第２等価波長を有する第２パターン光を前記検査対象物に対してそれぞれ照射する複数の第２プロジェクターと、
前記検査対象物によって反射される前記第１パターン光による第１パターンイメージと前記第２パターン光による第２パターンイメージとを撮影するカメラ部と、
前記複数の第１プロジェクターと前記複数の第２プロジェクターとをそれぞれ制御して前記検査対象物の第１方向及び第２方向に前記複数の第１パターン光及び前記複数の第２パターン光を照射し、それぞれ前記第１パターン光及び前記第２パターン光により前記複数の第１パターンイメージと前記複数の第２パターンイメージとが前記カメラ部で撮影されると、前記第１パターンイメージ及び前記第２パターンイメージを受信して検査対象物の３次元形状を算出する制御部と、を含むことを特徴とする３次元形状の測定装置。
【請求項９】
前記複数の第１プロジェクターは互いに隣接するように設置されることを特徴とする請求項８に記載の３次元形状の測定装置。
【請求項１０】
前記複数の第１プロジェクターと前記複数の第２プロジェクターとは互いに対向するように設置されることを特徴とする請求項８に記載の３次元形状の測定装置。
【請求項１１】
第１プロジェクターの第１格子を移送しながら第１等価波長を有する第１パターン光を、検査対象物に対して第１方向に照射し、反射される複数の第１パターンイメージを取得し、取得された複数の第１パターンイメージを用いて第１位相を算出し、
第２プロジェクターの第２格子を移送しながら前記第１等価波長とは異なる波長の第２等価波長を有する第２パターン光を、前記検査対象物に対して第２方向に照射し、反射される複数の第２パターンイメージを取得し、取得された複数の第２パターンイメージを用いて第２位相を算出し、
前記第１等価波長及び前記第２等価波長により第３位相を算出し、
前記第１位相、前記第２位相、及び前記第３位相を用いて前記検査対象物の統合された高さ情報を算出することを含むことを特徴とする３次元形状の測定方法。
【請求項１２】
前記第３位相は、前記第１位相と前記第２位相との相対的な値を用いて算出することを含むことを特徴とする請求項１１に記載の３次元形状の測定方法。
【請求項１３】
前記第３位相を用いて、前記第１位相の第１次数と前記第２位相の第２次数とを算出することを含むことを特徴とする請求項１２に記載の３次元形状の測定方法。
【請求項１４】
前記第１次数及び前記第２次数と、前記第１位相及び前記第２位相とを用いて、第１高さ情報及び第２高さ情報を算出することを含むことを特徴とする請求項１３に記載の３次元形状の測定方法。
【請求項１５】
前記第１次数及び前記第２次数と、前記第１高さ情報及び前記第２高さ情報を用いて、影領域またはノイズを除去した後、統合された高さ情報を算出することを含むことを特徴とする請求項１４に記載の３次元形状の測定方法。
【請求項１６】
前記第１位相を算出することは、
前記第１プロジェクターをオンし、
前記第１プロジェクターの前記第１格子を移送しながら前記第１等価波長を有する前記第１パターン光を、前記検査対象物に対して前記第１方向に照射し、反射される前記複数の第１パターンイメージを取得し、
前記複数の第１パターンイメージをＮ−バケットアルゴリズムを用いて前記第１位相を算出することを含むことを特徴とする請求項１１に記載の３次元形状の測定方法。
【請求項１７】
前記第２位相を算出することは、
前記第２プロジェクターをオンし、
前記第２プロジェクターの前記第２格子を移送しながら前記第１等価波長と異なる波長の前記第２等価波長を有する前記第２パターン光を、前記検査対象物に対して前記第２方向に照射し、反射される前記複数の第２パターンイメージを取得し、
前記複数の第２パターンイメージをＮ−バケットアルゴリズムを用いて前記第２位相を算出することを含むことを特徴とする請求項１１に記載の３次元形状の測定方法。
【請求項１８】
前記統合された高さ情報を用いて前記検査対象物の基準面の高さ情報を算出して、前記基準面の高さ情報を用いて前記検査対象物の反りの情報を算出することを更に含むことを特徴とする請求項１１に記載の３次元形状の測定方法。
【請求項１９】
前記反りの情報と前記基準面の高さ情報とを用いて前記基準面に対する前記検査対象物の高さ情報を算出することを更に含むことを特徴とする請求項１８に記載の３次元形状の測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多重波長（ｍｕｌｔｉ−ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ）を用いた３次元形状の測定装置及び測定方法に関し、より詳細には、検査対象物の３次元形状の測定時に、測定可能な高さ（ｈｅｉｇｈｔ）の最大値を増加させ、検査対象物の反りの情報（ｗａｒｐａｇｅ  ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）を算出し、影領域を除去しうる多重波長を用いた３次元形状の測定装置及び測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
検査対象物の３次元形状を測定するための方法として、モアレパターンの投影（ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｍｏｉｒｅ  ｐａｔｔｅｒｎ）を用いる３次元測定方法がある。モアレパターンの投影を用いる３次元測定方法は、パターン光（ｐａｔｔｅｒｎ  ｌｉｇｈｔ）を検査対象物に照射した後、反射されて形成されるパターンイメージを用いて検査対象物の３次元形状を測定する。パターンイメージを用いた検査対象物の３次元形状の測定方法としては位相シフト法(ｐｈａｓｅ  ｓｈｉｆｔｉｎｇ  ｍｅｔｈｏｄ)がある。
【０００３】
位相シフト法は、検査対象物の基準面を移動させながら干渉信号によって複数のパターンイメージを取得し、取得されたパターンイメージは、各測定点での干渉信号の形態と高さとの数学的関係を算出して解析され、検査対象物の３次元形状が測定される。このような位相シフト法を用いて検査対象物の３次元形状を測定する場合に、２π曖昧性（２π  ａｍｂｉｇｕｉｔｙ）という問題が発生しうる。
【０００４】
２π曖昧性は、隣接した二つの測定点の高さの差が光源の等価波長の整数倍より大きい場合に測定誤差が発生することにより、回折格子の縞ピッチにより検査対象物の測定範囲が制限されるという問題である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のように位相シフト法を用いて検査対象物の３次元形状を測定するときに、モアレの投影を用いた３次元形状の測定装置により、測定範囲の異なる検査対象物を測定しようとする場合は、２π曖昧性の問題によって、各検査対象物の測定範囲に対応した回折格子に変更しなければならないという不便な問題があった。
【０００６】
そこで、本発明は、前記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、多重波長を用いて検査対象物の３次元形状を測定することで、検査対象物の測定可能な高さの最大値を増加させることができ、新規かつ改良された多重波長を用いた３次元形状の測定装置及び測定方法を提供することにある。
【０００７】
本発明の他の目的は、複数のプロジェクター（ｐｒｏｊｅｃｔｏｒ）にそれぞれ異なる等価波長を有するパターン光を発生させて、検査対象物に照射させることによって、検査対象物の測定可能な高さの最大値を増加させ、検査対象物の反りの情報を算出し、影領域を除去しうる多重波長を用いた３次元形状の測定装置及び測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の多重波長を用いた３次元形状の測定装置は、検査対象物を測定位置に移送させる移送ステージ（ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｓｔａｇｅ）と、移送ステージの上側に設置されて第１等価波長を有する第１パターン光を発生させて検査対象物の第１方向に照射する第１プロジェクターと、移送ステージの上側に第１プロジェクターと対向するように設置され、第１等価波長と波長の異なる第２等価波長を有する第２パターン光を検査対象物の第２方向に照射する第２プロジェクターと、移送ステージの上側に設置されて検査対象物で反射される第１パターン光による第１パターンイメージと第２パターン光による第２パターンイメージとをそれぞれ順次に撮影するカメラ部と、第１プロジェクターと第２プロジェクターとをそれぞれ制御して検査対象物の第１方向及び第２方向に複数の第１パターン光及び複数の第２パターン光が照射されるようにして、それぞれの第１パターン光及び第２パターン光による複数の第１パターンイメージと複数の第２パターンイメージとがカメラ部で撮影されると、第１パターンイメージ及び第２パターンイメージを受信して検査対象物の３次元形状を測定する制御部とを含むことを特徴とする。
【０００９】
本発明の多重波長を用いた３次元形状の測定方法は、第１プロジェクターの第１格子を順次に移送しながら第１等価波長を有する第１パターン光を検査対象物の第１方向に照射し、反射される複数の第１パターンイメージを取得し、取得された複数の第１パターンイメージをＮ−バケットアルゴリズムを用いて第１位相を算出するし、第１位相が算出されると、第２プロジェクターの第２格子を順次に移送しながら第１等価波長と異なる波長の第２等価波長を有する第２パターン光を検査対象物の第２方向に照射し、反射される複数の第２パターンイメージを取得し、取得された複数の第２パターンイメージをＮ−バケットアルゴリズムを用いて第２位相を算出し、第１等価波長及び第２等価波長のうなり現象による第３位相を算出し、第３位相を用いて第１位相の第１次数と第２位相の第２次数とを算出し、第１次数及び第２次数と第１位相及び第２位相とを用いて第１高さ情報及び第２高さ情報を算出し、第１次数及び第２次数と第１高さ情報及び第２高さ情報とを用いて検査対象物の３次元形状を算出することを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の多重波長を用いた３次元形状の測定装置及び測定方法によれば、多重波長を用いて検査対象物の３次元形状を測定することによって、検査対象物の測定可能な高さの最大値を増加させることができ、検査対象物の反りの情報を測定し、影領域を除去して３次元形状を測定することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の多重波長を用いた３次元形状の測定装置の構成図である。
【図２】図１に示した多重波長を用いた３次元形状の測定装置の平面図である。
【図３】本発明の多重波長を用いた３次元形状の測定装置の他の実施例を示す平面図である。
【図４】本発明の多重波長を用いた３次元形状の測定装置の他の実施例を示す平面図である。
【図５】本発明の多重波長を用いた３次元形状の測定方法を示すフローチャートである。
【図６】多重波長を用いた検査対象物の測定方法を示す図である。
【図７】多重波長を用いた検査対象物の測定方法を示す図である。
【図８】多重波長を用いた検査対象物の測定方法を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の多重波長を用いた３次元形状の測定装置を添付する図面を参照して説明する。
【００１３】
図１は、本発明の多重波長を用いた３次元形状の測定装置の構成を表す図であり、図２は、図１に示した多重波長を用いた３次元形状の測定装置の平面図である。
【００１４】
図１及び図２に示すように、本発明の多重波長を用いた３次元形状の測定装置は、移送ステージ１０、第１プロジェクター２０、第２プロジェクター３０、カメラ部４０、及び制御部５０で構成され、各構成について説明すると以下のようである。
【００１５】
移送ステージ１０は、検査対象物１が固着されるＸ／Ｙステージ１１と、Ｘ／Ｙステージ１１をＸ／Ｙ軸方向に移送させ、検査対象物１を移送させるステージ移送器１２を含み、検査対象物１を測定位置に移送させる。ステージ移送器１２は、制御部５０のステージ制御器５２の制御により、Ｘ／Ｙステージ１１をＸ／Ｙ軸方向に移動させて検査対象物１を移送させる。
【００１６】
第１プロジェクター２０は、移送ステージ１０の上側に設置され、第１等価波長を有する第１パターン光を発生させて検査対象物１の第１方向に照射する。このような第１プロジェクター２０は、照明部２１、第１格子部２２、及び集光レンズ２３で構成される。
【００１７】
照明部２１は、光源２１ａ及びレンズ(２１ｂ、２１ｃ)を含み、光を発生させる。第１格子部２２は、照明部２１の下側に設置され、光を、第１等価波長を有する第１パターン光に変換させる。光を第１パターン光に変換させる第１格子部２２は、格子プレートモジュール（ｇｒａｔｉｎｇ  ｐｌａｔｅ  ｍｏｄｕｌｅ）(２２ａ、２２ｂ)、液晶ディスプレイ、及びデジタルミラーのうち、いずれか一つが適用されてもよい。格子プレートモジュール(２２ａ、２２ｂ)は、第１格子２２ａ及び格子移送器２２ｂを含み、第１格子２２ａは、図２に示すように第１ピッチ(ｐ１)を有する複数の第１パターン２０ａが配列されるように形成され、光を、第１等価波長を有する第１パターン光に変換させる。液晶ディスプレイ(図示せず)は、格子プレートモジュール(２２ａ、２２ｂ)の代わりに用いてもよい。また、反射面を有するマイクロミラーと、マイクロミラーに均一な光を照射する光投影部とで構成されたデジタルミラー(図示せず)を用いてもよい。
【００１８】
格子移送器２２ｂは、第１格子２２ａに連結されて第１格子２２ａを一定の間隔に移送する。例えば、格子移送器２２ｂは、第１格子２２ａの複数の第１パターン２０ａが第１ピッチ(ｐ１)を有する場合に、第１ピッチ(ｐ１)の４等分の間隔に第１格子２２ａを移送する。このように、第１格子２２ａを微細な動きをもって移送しうるように、格子移送器２２ｂはＰＺＴアクチュエータ(ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  ａｃｔｕａｔｏｒ)が適用されてもよい。集光レンズ２３は、第１格子部２２の下側に設置され、第１パターン光が照射されると、第１パターン光を集光して検査対象物１の第１方向に照射する。
【００１９】
第２プロジェクター３０は、移送ステージ１０の上側に第１プロジェクター２０と対向するように設置され、第１等価波長と波長の異なる第２等価波長とを有する第２パターン光を、検査対象物１の第２方向に照射する。このような第２プロジェクター３０は、照明部３１、第２格子部３２、及び集光レンズ３３で構成される。
【００２０】
照明部３１は、光源３１ａ及びレンズ(３１ｂ、３１ｃ)を含み、光を発生し、光源３１ａは、第１プロジェクター２０に具備される光源２１ａと同一の光が用いられてもよい。例えば、第１プロジェクター２０の光源２１ａに白色光を用いる場合、第２プロジェクター３０の光源３１ａも白色光を用いる。第２格子部３２は照明部３１の下側に設置され、光を、第２等価波長を有する第２パターン光に変換させる。第２パターン光に変換させる第２格子部３２は、第２格子３２ａ及び格子移送器３２ｂを含む。
【００２１】
第２格子３２ａは、図２に示すように第２ピッチ(ｐ２)を複数の第２パターン３０ａが配列されるように形成して、光を、第２等価波長を有する第２パターン光に変換し、格子移送器３２ｂは、第２格子３２ａに連結されて第２格子３２ａを一定の間隔に移送する。例えば、格子移送器３２ｂは、第２格子３２ａの複数の第２パターン３０ａが第２ピッチ(ｐ２)を有する場合、第２ピッチ(ｐ２)の４等分の間隔に第２格子３２ａを移送する。このように、第２格子３２ａを微細な動きをもって移送しうるように、格子移送器３２ｂはＰＺＴアクチュエータが適用されてもよい。集光レンズ３３は、第２格子部３２の下側に設置され、第２パターン光が照射されると、第２パターン光を集光して検査対象物１の第２方向に照射する。
【００２２】
カメラ部４０は、移送ステージ１０の上側に設置され、検査対象物１で反射される第１パターン光による第１パターンイメージと第２パターン光による第２パターンイメージとをそれぞれ順次に撮影する。第１パターンイメージ及び第２パターンイメージを撮影するカメラ部４０は、フィルター４１、結像レンズ４２、及びカメラ４３で構成される。
【００２３】
フィルター４１は、検査対象物１で反射される第１パターンイメージ及び第２パターンイメージを、フィルタリングする。例えば、このようなフィルター４１は、周波数フィルター（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｆｉｌｔｅｒ）、カラーフィルター、光強度調節フィルター（ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ−ａｄｊｕｓｔｉｎｇ  ｆｉｌｔｅｒ）のいずれが適用されてもよい。結像レンズ４２は、フィルター４１の上側に設置され、フィルター４１でフィルタリングされた第１パターンイメージや第２パターンイメージを受信して結像させる。カメラ４３は、結像レンズ４２の上側に設置され、結像レンズ４２により結像された第１パターンイメージ及び第２パターンイメージを撮影する。このようなカメラ４３は、ＣＣＤカメラやＣＭＯＳカメラのいずれか一つが適用されてもよい。カメラ部４０は、また、検査対象物１の２次元検査のための光を発生する２次元検査照明部４４が更に具備されてもよい。２次元検査照明部４４は、複数の発光ダイオードまたは円形ランプのいずれかを用いてもよく、検査対象物１の２次元撮影や特異形状を撮影する場合に用いてもよい。
【００２４】
制御部５０は、第１プロジェクター２０と第２プロジェクター３０とをそれぞれ制御し、検査対象物１の第１方向及び第２方向に複数の第１パターン光及び複数の第２パターン光が照射されるようにし、それぞれの第１パターン光及び第２パターン光による複数の第１パターンイメージ及び複数の第２パターンイメージがカメラ部４０で撮影されると、第１パターンイメージ及び第２パターンイメージを受信して検査対象物１の３次元形状を測定する。
【００２５】
制御部５０は、本発明の多重波長を用いた３次元形状の測定装置を全般的に制御するために、メイン制御器５１、ステージ制御器５２、格子制御器５３、照明制御器５４、及びイメージ取得部５５で構成される。
【００２６】
メイン制御器５１は、ステージ制御器５２、格子制御器５３、照明制御器５４、及びイメージ取得部５５を制御して検査対象物１の３次元形状を測定し、ステージ制御器５２は、移送ステージ１０を制御する。格子制御器５３は、第１プロジェクター２０及び第２プロジェクター３０にそれぞれ具備される格子移送器２２ｂや格子移送器３２ｂをそれぞれ制御して第１格子２２ａ及び第２格子３２ａが一定の間隔に移送されるように制御する。照明制御器５４は、第１プロジェクター２０及び第２プロジェクター３０にそれぞれ具備される照明部２１及び照明部３１をそれぞれ制御してオン／オフさせる。イメージ取得部５５は、カメラ部４０で撮影された複数の第１パターンイメージ及び複数の第２パターンイメージを処理してメイン制御器５１に送る。
【００２７】
前記構成を有する本発明の多重波長を用いた３次元形状の測定装置の他の実施例について、添付する図３及び図４を参照して説明する。
【００２８】
図３及び図４は、本発明の多重波長を用いた３次元形状の測定装置の他の実施例を示す平面図である。
【００２９】
図３及び図４に示すように、本発明の多重波長を用いた３次元形状の測定装置の他の実施例としては、移送ステージ１０、複数の第１プロジェクター２０、複数の第２プロジェクター３０、カメラ部４０、及び制御部５０で構成される。
【００３０】
移送ステージ１０は、検査対象物１を測定位置に移送させ、複数の第１プロジェクター２０は、それぞれ移送ステージ１０の上側に設置されて、第１等価波長を有する第１パターン光を発生させて検査対象物１に照射する。このような複数の第１プロジェクター２０は、互いに隣接するように設置される。複数の第２プロジェクター３０は、それぞれ移送ステージ１０の上側に複数の第１プロジェクター２０とそれぞれ対向するように設置され、第１等価波長と波長の異なる第２等価波長を有する第２パターン光を検査対象物１にそれぞれ照射する。このような複数の第２プロジェクター３０は、複数の第１プロジェクター２０と対向するとともに互いに隣接するように設置される。例えば、図３及び図４に示したように、複数の第１プロジェクター２０のうち、いずれか一つが検査対象物１の第１方向に第１パターン光を照射する場合、第１プロジェクター２０と対向するように設置される複数の第２プロジェクター３０のうち、いずれか一つの第２プロジェクター３０は、第１方向と対向する検査対象物１の第２方向に第２パターン光を照射する。
【００３１】
カメラ部４０は、移送ステージ１０の上側に設置され、検査対象物１で反射される第１パターン光による第１パターンイメージと、第２パターン光による第２パターンイメージとをそれぞれ順次に撮影する。制御部５０は、複数の第１プロジェクター２０と複数の第２プロジェクター３０とをそれぞれ制御して検査対象物１に複数の第１パターン光及び複数の第２パターン光が照射されるようにし、それぞれの第１パターン光及び第２パターン光による複数の第１パターンイメージ及び複数の第２パターンイメージがカメラ部４０で撮影されると、第１パターンイメージ及び第２パターンイメージを受信して検査対象物１の３次元形状を測定する。
【００３２】
前記の構成を有する本発明の多重波長を用いた３次元形状の測定方法を添付する図面を参照して説明する。
【００３３】
図４は、本発明の多重波長を用いた３次元形状の測定方法を示すフローチャートである。
【００３４】
図４に示すように本発明の多重波長を用いる３次元形状の測定方法は、まず、第１プロジェクター２０と第２プロジェクター３０が図２のようにそれぞれ一つのみ具備される場合には、第１プロジェクター２０及び第２プロジェクター３０を選択するが、図３及び図４に示すように第１プロジェクター２０と第２プロジェクター３０が、それぞれ複数具備される場合には、複数の第１プロジェクター２０及び複数の第２プロジェクター３０のうち、いずれか一つのプロジェクターを選択する(ステップＳ１０)。
【００３５】
第１プロジェクター２０が選択されると、第１プロジェクター２０の第１格子を順次に移送しながら第１等価波長を有する第１パターン光を検査対象物１の第１方向に照射して、反射される複数の第１パターンイメージを取得し、取得された複数の第１パターンイメージをＮ−バケットアルゴリズム（Ｎ−ｂｕｃｋｅｔ  ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）を用いて第１位相を算出する(ステップＳ２０)。
【００３６】
第１位相を算出する方法は、まず、複数の第１プロジェクター２０を順次にオンさせる(ステップＳ２１)。複数の第１プロジェクター２０のうち、オンされた第１プロジェクター２０の第１格子を順次に移送しながら、第１等価波長を有する第１パターン光を検査対象物１の第１方向に照射し、反射される複数の第１パターンイメージを取得する(ステップＳ２２)。複数の第１パターンイメージが取得されると、複数の第１パターンイメージをＮ−バケットアルゴリズムを用いて第１位相を算出する(ステップＳ２３)。
【００３７】
第１位相が算出されると、第２プロジェクター３０の第２格子を順次に移送しながら第１等価波長と異なる波長の第２等価波長を有する第２パターン光を検査対象物１の第２方向に照射して、反射される複数の第２パターンイメージを取得し、取得された複数の第２パターンイメージをＮ−バケットアルゴリズムを用いて第２位相を算出する(ステップＳ３０)。
【００３８】
第２位相を算出する方法は、まず、複数の第２プロジェクター３０を順次にオンさせる(ステップＳ３１)。複数の第２プロジェクター３０のうち、オンされた第２プロジェクター３０の第２格子を順次に移送しながら第１等価波長と異なる波長の第２等価波長を有する第２パターン光を検査対象物１の第２方向に照射して、反射される複数の第２パターンイメージを取得する(ステップＳ３２)。複数の第２パターンイメージが取得されると、複数の第２パターンイメージをＮ−バケットアルゴリズムを用いて第２位相を算出する(ステップＳ３３)。
【００３９】
第１及び第２位相が算出されると、第１等価波長及び第２等価波長のうなり現象（ｂｅａｔ）による第３位相を算出する(ステップＳ４０)。第３位相を算出する方法は、φ１２(ｘ，ｙ)=φ１(ｘ，ｙ)−φ２(ｘ，ｙ)＝２π(ｈ(ｘ、ｙ)/λ１２)を用いて算出する。ここで、φ１２(ｘ，ｙ)は第３位相であり、φ１(ｘ，ｙ)は第１位相であり、φ２(ｘ，ｙ)は第２位相であり、ｈ(ｘ，ｙ)は測定点の高さであり、λ１２はうなりが生じた等価波長（ｂｅａｔｅｎ  ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ  ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ）を示す。うなりが生じた等価波長λ１２は、第１等価波長が５７８μｍであり、第２等価波長が７１３μｍの場合に、前記第３位相(φ２１(ｘ，ｙ))を算出する式を用いて算出すると、３３２１μｍとなる。
【００４０】
第３位相が算出されると、第３位相を用いて第１位相の第１次数及び第２位相の第２次数を算出する(ステップＳ５０)。ここで、図６及び図７に示したように、第１次数をＭとし、第２次数をＮとすると、第１次数Ｍは、φ１(ｘ，ｙ)＝２πｈ１／λ１＋Ｍ・２πを用いて算出し、第２次数Ｎは、φ２(ｘ，ｙ)＝２πｈ２／λ２＋Ｎ・２πを用いて算出する。ここで、λ１は第１パターン光の第１等価波長であり、ｈ１はλ１に対応する測定点の高さであり、λ２は第２パターン光の第２等価波長であり、ｈ２はλ２に対応する測定点の高さを示す。
【００４１】
次に、第１及び第２次数と第１及び第２位相とを用いて第１及び第２高さ情報を算出する(ステップＳ６０)。このように、第１及び第２次数を算出した後、第１及び第２位相を用いて第１及び第２高さ情報を算出することによって、２π曖昧性を除去して検査対象物の測定可能な高さの最大値を増加させることができる。ここで、測定可能な高さの最大値は、ｈ(ｘ，ｙ)＝(φ１２(ｘ，ｙ)／２π)λ１２を用いて算出する。即ち、図６及び図７で示したようにうなりが生じた等価波長λ１２の、Ｐ＝０次範囲にある第１等価波長の第１次数Ｍ＝−２、−１、０、１、２を算出し、第２等価波長の第２次数Ｎ＝−１、０、１を算出することによって、それぞれの次数による２π曖昧性を除去することができる。
【００４２】
第１及び第２高さ情報が算出されると、第１及び第２次数と、第１及び第２高さ情報とを用いて検査対象物１の３次元形状を算出する(ステップＳ７０)。検査対象物１の３次元形状を測定する方法は、まず、第１及び第２次数と第１及び第２高さ情報とを用いて、図７に示した影領域１ｃ及びノイズを除去した後、統合された高さの情報を算出する(ステップＳ７１)。
【００４３】
統合された高さの情報が算出されると、統合された高さ情報を用いて検査対象物１の基準面の高さ情報を算出し、基準面の高さ情報を用いて検査対象物１の反りの情報を算出する(ステップＳ７２)。即ち、うなりが生じた等価波長λ１２を用いることによって測定可能な高さの最大値が増加し、検査対象物１が図８に点線で示したように凹んで反るか、或いは膨らんで反る場合にも＋λ１２／２〜−λ１２／２の範囲内にあるため、検査対象物１の高さの測定が可能であるため、全体的に検査対象物１の反りの情報を算出できることになる。ここで、検査対象物１は、図６及び図７のように３次元形状測定のための測定部位１ｂと基板１ａを含み、基準面は基板１ａの底面に設定する。
【００４４】
このように、反りの情報が算出されて基準面の高さ情報が算出されると、反りの情報と基準面の高さ情報とを用いて基準面に対する検査対象物１の高さ情報を算出して(ステップＳ７３)、検査対象物１の３次元形状を測定する。
【００４５】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範囲内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと理解される。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明の多重波長を用いた３次元形状の測定装置及び測定方法は、印刷回路基板、はんだボール、または電子部品などの３次元形状の測定分野に適用することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１０    移送ステージ
１１    Ｘ／Ｙステージ
１２    ステージ移送器
２０    第１プロジェクター
２１、３１    照明部
２３、３３    集光レンズ
２２    第１格子部
３０    第２プロジェクター
３２    第２格子部
４０    カメラ部
５０    制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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