(57)【要約】【課題】  基盤に配された半球状の被検体表面を測定面とし、その形状を検出して標準形状と比較し判定する。【解決手段】レーザ光源からの走査光束を被検体５の半球状測定面に向かわせ、その測定面からの反射光を受光部に投影し高さ検出信号１０を出力する高さ測定ユニット１１０を設置する。また被検体５測定面を多層の円状光源で構成した照明部１３１で照明し、発生した光源毎の円状反射光をレンズ部１３２で検出して受光部に投影し等高線画像検出信号１９を出力する形状測定ユニット１３０を設置する。両ユニット１１０、１３０からの信号を受けて被検体５の高さと等高線の形状を基準値と比較判定すると共に、検出した等高線を１つに重ね合わせて等高線群とする制御ユニット１２０を設置する。この等高線群と判定結果を表示ユニット１４０に表示する。  【選択図】      図１
2010256201.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ方向に走査するレーザ光源からの光束を、Ｙ方向に移動するステージ上の基盤に配された複数被検体に向かわせ、その測定面毎に発生した反射光を被検体高さ検出信号として送り出す高さ測定ユニットと、円状光源による照明部でその照明域に位置したステージ上の基盤を照明し、各被検体測定面で発生した円状反射光をテレセントリックレンズによるレンズ部に向かわせて検出し、各被検体測定面の水平方向形状を等高線画像検出信号として送り出す形状測定ユニットと、高さ測定ユニットからの高さ検出信号を受けて予め設定した基準値と比較し被検体高さの合否を判定すると共に、形状測定ユニットからの等高線画像検出信号を受けて等高線毎のパターン形状と予め設定した基準パターン形状を比較して被検体パターン形状の合否を判定する制御ユニットと、制御ユニットが判定した高さとパターン形状の判定結果と、被検体毎に等高線を群として集約し表示する表示ユニット、とで構成したことを特徴とする形状測定装置。
【請求項２】
円状光源をその中心を合わせて複数個、多層に配置した周辺部光源と、この周辺部光源の中心域を垂直落射照明するようにして配置した中心部光源で照明部を構成し、被検体測定面の頂部付近を中心部光源で、周辺部を多層に配置した周辺部光源で順次水平方向に分割照明し、発生した光源毎の円状反射光を等高線画像検出信号として制御ユニットに送り出すようにした形状測定ユニット、としたことを特徴とする請求項１記載の形状測定装置。
【請求項３】
基盤に配した複数の被検体を照明部で一度に照明し、発生した各被検体測定面でからの反射光を等高線画像検出信号として同時に制御ユニットに送り出すようにした形状測定ユニットとしたことを特徴とする請求項１記載の形状測定装置。
【請求項４】
光源子を連続的に接続して円状光源を構成し、任意位置にある光源子を発光して被検体測定面の対応する部位を照明し、発生した反射光を等高線画像の断片検出信号として制御ユニットに送り出すようにした形状測定ユニットとしたことを特徴とする請求項１記載の形状測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は形状測定装置に関するもので、基盤表面に形成した半球状、或いは円錐状の凸部を被検体とし、この被検体の表面を測定面としてその高さと水平方向断面形状を検出し、予め設定した夫々の基準値と比較して測定するようにしたものである。
【背景技術】
【０００２】
金属やセラミックス、プラスチックなど各種材料を基盤とし、この基盤表面に各種の半球状、或いは円錐状の凸部（以下、単に半球状、又は円錐状と表現するときがある）を形成した部材が多分野で使用されている。例えば各種パーツを取り付けたプリント基板の半田部分や、このプリント基板を作成する際のバンプ等が知られている。プリント基板やバンプの作成時には、そのプリント基板などが組み込まれる装置の精度を左右することになるので、多くの項目について検査や測定が事前に実施されている。しかしこれまでの検査や測定では、１つのプリント基板やバンプに実装されている数多くの半田、バンプを、高精度に、それも短時間のうちに測定していくには困難があった。例えば基板内の１個のバンプや半田の頂部、中間部、底部というような水平方向の部分ごとの分割断面（パターン）形状を測定対象とするには多くの困難があった。また１つの基板に数多くの半田、バンプが実装されている場合に、それらのすべてについて同じ精度で短時間のうちに測定するには困難があった。
【０００３】
上記のように半球状の凸部を被検体とするバンプ検査装置として特許文献１が知られている。この文献１には１系統の光学系でバンプにレーザ光を照射し、バンプの高さと径を検査する装置が示されている。特にバンプの縦、横方向に伸びる影を利用してバンプ径を測定すると記されている。また特許文献２にはカメラから供給されるバンプの画像データと画像処理部に予め登録されている辞書データを比較し、相関関係を算出し、その相関関係が所定のしきい値以上であれば良品とし、しきい値以下であれば不良品にするという検査装置が示されている。さらに特許文献３では光軸と平行な同軸照明と斜方光であるリング照明を併用し、同軸照明は白色光、リング照明は青色光としたバンプの照明手段が示されている。そしてこの照明手段を用いればアルミパッドと金バンプの反射率差が利用できるので金バンプ有無判定を容易にすることが出来ると示されている。
このようにバンプの高さや径を光学的に検出して測定したり、バンプを画像データとして取り込み辞書データと比較して良品と不良品の判定をしたり、或いはリング状照明と同軸照明という２種の照明を、発光色を異ならせてバンプに与え、金バンプの存在を判定するというようなことは前記特許文献に開示されている。しかしこれら開示されている内容は、１個のバンプ全体を検査、測定するものであって、１個のバンプを頂部、中間部、底部というような水平方向の部分について分割し、その形状を測定するための方法、手段については触れられていない。また大量に実装されているバンプなどを同じ基準で短時間のうちに高精度で測定していくことについても触れられていない。また多数配置されているバンプの形状や高さを個々に視覚で捉えて確認していくという点についても触れられていない。
【特許文献１】特開平１０−８９９２７号公報
【特許文献２】特開平１１−８７４３６号公報
【特許文献３】特開２０００−２２１０１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本願発明の課題は上記問題を解決して、半田部分やパンプなど基盤上に配された多数の半球状、円錐状の凸部高さと測定面の表面形状を１度に光学的に検出し、しかもその検出する測定面の表面形状は例えば頂部、中間部、底部というような水平方向の部分に分割して測定し、その結果で全体についての合否を判定できるようにすることである。それも複数被検体の測定面形状をほぼ同時に検出して測定し、その結果と測定面形状を画面で画像として確認できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するため本発明は、Ｘ方向に走査するレーザ光源からの光束を、Ｙ方向に移動するステージ上の基盤に配された複数被検体に向かわせ、その測定面毎に発生した反射光を被検体高さ検出信号として送り出す高さ測定ユニットと、円状光源による照明部でその照明域に位置したステージ上の基盤を照明し、各被検体測定面で発生した円状反射光をテレセントリックレンズによるレンズ部に向かわせて検出し、各被検体測定面の水平方向形状を等高線画像検出信号として送り出す形状測定ユニットと、高さ測定ユニットからの高さ検出信号を受けて予め設定した基準値と比較し被検体高さの合否を判定すると共に、形状測定ユニットからの等高線画像検出信号を受けて等高線毎のパターン形状と予め設定した基準パターン形状を比較して被検体パターン形状の合否を判定する制御ユニットと、制御ユニットが判定した高さとパターン形状の判定結果と、被検体毎に等高線を群として集約し表示する表示ユニット、とで構成したことを特徴とする。
請求項２の発明によるものは請求項1記載の形状測定装置において、円状光源をその中心を合わせて複数個、多層に配置した周辺部光源と、この周辺部光源の中心域を垂直落射照明するようにして配置した中心部光源で照明部を構成し、被検体測定面の頂部付近を中心部光源で、周辺部を多層に配置した周辺部光源で順次水平方向に分割照明し、発生した光源毎の円状反射光を等高線画像検出信号として制御ユニットに送り出すようにした形状測定ユニット、としたことを特徴とする。
請求項３の発明によるものは請求項1記載の形状測定装置において、基盤に配した複数の被検体を照明部で一度に照明し、発生した各被検体測定面でからの反射光を等高線画像検出信号として同時に制御ユニットに送り出すようにした形状測定ユニットとしたことを特徴とする。
請求項４の発明によるものは請求項1記載の形状測定装置において、光源子を連続的に接続して円状光源を構成し、任意位置にある光源子を発光して被検体測定面の対応する部位を照明し、発生した反射光を等高線画像の断片検出信号として制御ユニットに送り出すようにした形状測定ユニットとしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本願発明による形状測定装置は、高さ測定ユニットと形状測定ユニットを設け、前者で被検体の高さを検出し、後者で被検体円錐状測定面の表面形状を等高線として分割検出し、両ユニットからの検出信号を制御ユニットに送って予め設定した基準値と比較して合否を判定し、この判定結果と被検体円錐状測定面の表面形状を等高線の群として表示部に送り表示するようにしている。それによって被検体が基盤上で１つの場合でも、数個から数百の複数個の場合であっても一様に形状と高さの測定をほぼ同時に短時間のうちに実行することが出来る。それも１つの被検体表面を頂部、中間部、底部というような部分ごとのパターン形状に分割して測定するので、精度の高い結果を得ることが出来る。また被検体測定面形状は表示部の画面で被検体ごとに等高線の群として直接視覚で確認することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下にこの発明による形状測定装置について添付図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【０００８】
図１は本願による形状測定装置をブロック図として示した説明図である。キャリアユニット１００にはＹ方向に移動するステージ６が設置され、このステージ６には被検体５が配されている基盤７が取り付けられている。高さ測定ユニット１１０は、ユニット１１０内のレーザ光源からの走査光をキャリアユニット１００内の矢印１２方向（Ｙ方向）に移動するステージ６上に設置した基盤７の被検体５に向かわせ、その測定面で発生した反射光を検出し、被検体高さ検出信号１０として制御ユニット１２０に送り出す。形状測定ユニット１３０は照明部１３１とレンズ部１３２で構成され、キャリアユニット１００のステージ６上に取り付けた基盤７が照明部１３１の照明域に位置したとき照明され、被検体円錐状測定面で反射した光をテレセントリックレンズで構成したレンズ部１３２で画像として検出する。そしてその画像検出信号１９を測定面の水平方向形状を表す等高線画像検出信号として制御ユニット１２０に送り出す。制御ユニット１２０は高さ測定ユニット１１０からの高さ検出信号１０と、形状測定ユニット１３０からの等高線画像検出信号１９を受けて予め設定した基準値を比較し被検体５の合否を判定する。この制御ユニット１２０は装置全体を制御し、キーボードやマウスなどの入力部１２１、プリンタや各種の外部記憶装置などによる出力部１２２が接続されており、所定の指令を入力したり結果を出力することが出来る。表示ユニット１４０は制御ユニット１２０からの高さと形状の判定結果と、群として集約した被検体毎の等高線を表示画面に表示する。次にこれら各ユニットについて説明する。
【０００９】
図２はキャリアユニット１００と高さ測定ユニット１１０の説明図である。高さ測定ユニット１１０には制御ユニット１２０からの指令を受けて発光するレーザ光源１が設置されている。レーザ光源１からの光束ｂは回転するポリゴンミラー２で反射してＸ方向の走査光となり、固定ミラー３、ｆθレンズ４を経て被検体５に向かう。この被検体５はキャリアユニット１００のステージ６上に設置された基盤７表面に半球状の凸部として形成され、その半球状凸部表面が測定面となる。図では１つの被検体５が例示されているが複数個配置されている。レーザ光源１からの走査光束ｂは、この各被検体５に任意の一定角度で入射し、その測定面で反射してレンズ８を経てＰＳＤなどで構成した受光部９に達する。受光部９に投影された反射光束は後に説明する被検体５の高さ検出信号１０となって制御ユニット１２０に送り出される。
【００１０】
キャリアユニット１００のステージ６は、制御ユニット１２０からの指令によって動作する駆動部１１ｙによって矢印１２方向に移動する。そのためステージ６上の基盤７はＸ方向に走査するレーザ光束ｂに対してＹ方向に進む。このレーザ光束ｂのＸ方向走査とステージ６のＹ方向の移動によって各被検体５の半球状凸部測定面は順次走査され、その頂部付近反射光が受光部９に向かい高さ検出信号１０として制御ユニット１２０に送り出される。また基盤７は駆動部１１ｘによってＸ方向に移動できる。それによって基盤７は、２つの駆動部１１ｘ、１１ｙによってレーザ光源１からの光束ｂに対する所定の位置に設定される。
【００１１】
図３は被検体５と走査光束ｂについて説明する図である。図において基盤７上の被検体５は半球状の形状をしており、その表面が測定面として光束ｂで走査される。光束ｂは基盤７に対してＸ方向に走査するが、この図では基盤７を矢印１２方向に移動した状態として示してある。最初の走査光束ｂｘ１に続いて光束ｂｘ２、ｂｘ３が基盤７上を走査し、光束ｂｘ４が被検体５の測定面底部位置を走査する。そして光束ｂｘ５、ｂｘ６が被検体５測定面の中部位置付近を走査し、光束ｂｘ７が被検体５の測定面頂部位置付近を走査する。このようにして光束ｂは被検体５を順次走査していく。本願発明では上記の底部位置と中部位置を合わせて周辺部と呼ぶ。
【００１２】
図４は別の基盤７ａ例を示す説明図で、被検体が４つの例となっている。Ａは斜視図、Ｂはその一部の説明用平面図である。図Ａにおいて基盤７ａには４つの被検体５ｕ１&#12316;５ｕ４が配されていて、この基盤７ａが図２のキャリアユニット１００で矢印１２方向に順次移動し、光源１からのレーザ光束ｂを受ける。図Ａでは光束ｂｘ１、ｂｘ２、ｂｘ３が示されている。そして図Ｂのように光束ｂｘｎ１になると被検体５ｕ２、５ｕ３の底部位置が走査され、光束ｂｘｎ２、ｂｘｎ３になると被検体５の中部位置付近が走査される。光束ｂｘｎ４になると被検体５の頂部位置付近が走査される。光束ｂｘｎ１&#12316;ｂｘｎ４が走査する被検体５ｕ２、５ｕ３上の任意点５ａ&#12316;５ｄをここでは測定点と呼ぶ。
【００１３】
図５は別の基盤７ｂ例を示す説明図で、図４よりさらに多くの被検体５が配されている。この図５のような場合も図４の場合と同じように走査光束ｂが各被検体５をＸ方向に走査し、ステージ６の移動が基盤７ｂをＹ方向に走査する。それによって各被検体５は周辺部位置（底部、中部位置）、頂部位置での走査が実施される。一般的なバンプの場合、各被検体５の底部面積は凡そ５&#12316;１００μｍ程度である。このような被検体５が多数基盤７に配された場合でも、被検体５はみな一様に光源１からの光束ｂによって高速に走査される。そしてその各被検体からの反射光はみな一様に受光部９に投影され高さ検出信号１０として制御ユニット１２０に送られていく。
【００１４】
図６は被検体５の高さ検出の原理について説明する図である。図２の光源１からの光ｂはポリゴンミラー２を経て光束ｂｘとなり、図６のｆθレンズ４を経て基盤７に向かう。そしてこの光束ｂｘは基盤７の任意位置７ｐ１の表面で反射し、入射角θ１と同じ角度でレンズ８を経て受光部９に向かい、受光部９の位置９ｐ０に投影される。基盤７が矢印１２方向に移動し、被検体５の頂点付近が位置７ｐ２に移動すると、光束ｂｘはその頂点付近で反射し、レンズ８で受光部９の位置９ｐ１に投影される。つまり被検体５の高さＨが受光部９上での投影位置を９ｐ０から９ｐ１に変化させる。従がって位置９ｐ０から９ｐ１までの距離Ｄを測定することで被検体５の高さＨを求めることが出来る。
【００１５】
図７、８を用いて高さ検出についてさらに説明する。図７Ａは基盤７が時間ｔの経過によって矢印１２方向に移動し、走査光束ｂが被検体測定面で反射する状態を正面から見たときの説明図として示してある。同図の最上欄１３は、任意の時間ｔ１（ｔは時間軸を示している）のときの被検体５と図３、図４Ａの走査光束ｂｘ３の関係を示している。光束ｂｘ３は基盤７に任意角度θ１で入射し、その表面で反射して同じ角度θ１で反射し光束ｂｒ３として受光部９に向かう。反射光束ｂｒ３は走査光束ｂｘ３が図３のように基盤７表面上を走査する長さＬと同じ長さ分だけ発生し、図２のレンズ８を経て受光部９に向かう。９ａは受光部９の前面に設置したマスク板である。尚、この図では煩雑さを避けるため図６などに示したレンズ４、８を省いたものとしてある。
図７Ｂは受光部９の受光面を示しており、基盤７上の反射点からの反射光束ｂｒ３が位置９ｐ０に投影されている。そしてこの投影位置９ｐ０で受光した信号が図２の高さ検出信号１０となって制御ユニット１２０に伝えられる。この場合、位置９ｐ０からの信号は制御ユニット１２０で高さ「０」と判定される。
【００１６】
図７Ａの欄１４は、時間ｔ２となって基盤７が矢印１２方向に移動し、図３の走査光束ｂｘ４（図４Ｂのｂｘｎ１）がθ１の角度で測定面５の底部位置付近に向かい、その測定点５ａで反射した状態を示している。この底部測定点５ａに入射角θ１で向かった光束は測定点５ａで反射するが測定点５ａが持つ面角度によってその反射方向は受光部９に向かうことが出来ず、高さ検出信号１０を受光部９は発生することが出来ない。反射光束ｂｒ４は測定点５ａ以外からも走査光束ｂｘ４の長さＬ（図３）相当分だけ発生するが、いずれも受光部９に向かうことは出来ない。結局この反射光束ｂｒ４全体による高さ検出信号１０は発生しない。制御ユニット１２０は時間ｔ１から時間ｔ２に進行するにしたがって受光部９からの高さ検出信号１０の変化状況を順次検出していくが、上記のように検出信号１０は発生しないので測定点５ａは高さ方向の変化がないと認識する。
欄１５になると時間ｔ３となり、基盤７が矢印１２方向に進んで走査光束ｂｘ５（図４Ｂのｂｘｎ２）が測定面の中部位置にある測定点５ｂに角θ１で向かって反射する。測定点５ｂで反射した光束ｂｒ５は、その面角度によって受光部９に向かうことが出来ず、制御ユニット１２０は高さ検出信号１０を受け取ることが出来ない。そのため制御ユニット１２０は時間ｔ２がｔ３に変化して測定面の測定点が５ａから５ｂに変化しても高さ方向に変化がないと判断する。測定点５ｂ以外から発生した反射光束ｂｒ５も全て受光部９に向かうことは出来ないから、結局この反射光束ｂｒ５全体による高さ検出信号１０は発生しない。
【００１７】
欄１６になると時間ｔ５となり、走査光束ｂｘ７（図４Ｂのｂｘｎ４）は測定面５の頂部位置付近の測定点５ｄで反射する。測定点５ｄで反射した光束ｂｒ７は入射角θ１と対応する角度で受光部９に向かい、図７Ｂの位置９ｐ１に投影される。受光部９は投影位置９ｐ０が位置９ｐ１に変化していく状況を高さ検出信号１０として制御ユニット１２０に伝えていく。すると制御ユニット１２０は位置９ｐ０から９ｐ１までの距離Ｄによって測定点５ｄの高さがＨであると認識し、後に説明する図８Ｂの記憶部ＨＭに記憶する。測定点５ｄ以外からの反射光ｂｒ７は受光部９に向かうことは出来ないから、測定点５ｄからの反射光だけが高さＨの検出信号１０となり上記記憶部ＨＭに記憶される。
欄１７になると時間ｔ６となり、走査光束ｂｘ８は測定面の頂部付近測定点５ｄを通り過ぎた測定点５ｅで反射する。測定点５ｅで反射した光束ｂｒ８はその面角度から受光部９に向かうことが出来ず、高さ検出信号１０を制御ユニット１２０は受け取ることが出来ない。そのため制御ユニット１２０はこの被検体５の最終高さ（ピーク値）をＨと判定し、記憶部ＨＭはその記憶内容をそのまま保持する。尚、欄１４&#12316;１７に点線で示した反射光束ｂｒ３は比較参照用のものである。
【００１８】
図８も被検体５の高さ検出を説明する図である。図Ａは３つの被検体５ｕ１、５ｕ２、５ｕ３を基盤７ｃ上で直線状に配したときの状態を正面図として示している。まず被検体５ｕ１の頂部位置付近測定点５ｄを図３、図７Ａの光束ｂｘ７が走査すると、反射光束ｂｒ７となって図２や図６、図７Ａの受光部９に向かう。そして制御ユニット１２０に高さ検出信号１０として伝えられて図８Ｂの記憶部ＨＭに高さＨとして記憶される。次に図８Ａの基盤７ｃが矢印１２方向に移動し、被検体５ｕ２の頂部位置付近測定点５ｄａを光束ｂｘ７ａが走査すると、反射光束ｂｒ７ａとなって受光部９に向かい、制御ユニット１２０に伝えられて図Ｂの記憶部ＨＭに高さＨ１として記憶される。同様に基盤７ｃが矢印１２方向に移動して被検体５ｕ３の頂部位置測定点５ｄｂを光束ｂｘ７ｂが走査すると、反射光束ｂｒ７ｂとなって受光部９に向かい、制御ユニット１２０の記憶部ＨＭに高さＨ２として記憶される。こうして各被検体５ごとに持つ夫々の高さＨ&#12316;Ｈ２は記憶部ＨＭに記憶され、別に用意した記憶部ＨＱに予め設定してある基準値と比較されて合否が判定される。そしてその結果は図８Ｂの記憶部３８ａに送られ記憶される。例えば被検体５ｕ１の高さＨは基準値と比較されて合格「○」と判定され、他の被検体５ｕ２、５ｕ３の高さＨ１、Ｈ２は不合格「×」と判定され、夫々記憶部３８ａに記憶される。
上記の例は３つの被検体５ｕ１&#12316;５ｕ３が夫々異なる高さＨを有しており、各被検体をそれぞれ異なる走査光束ｂｘ７、ｂｘ７ａ、ｂｘ７ｂで走査した例となっている。図５のように基盤７ｂ全体に各被検体５が多数配されている場合も、図２の光束ｂによって一様に走査され、夫々個々の高さＨが検出され一旦記憶部ＨＭに記憶される。そして基準値を記憶した記憶部ＨＱの内容と夫々比較してその結果を記憶部３８ａに記憶していく。こうして被検体５全体の高さＨを光学的に検出し測定し判定していく。
【００１９】
次に図９を用いて形状測定ユニット１３０について説明する。形状測定ユニット１３０は図１でも説明したように被検体５を照明する照明部１３１と、照明された被検体５からの反射光を取り込んで形状検出信号１９として制御ユニット１２０に送り出すレンズ部１３２とからなる。まず図１に示したキャリアユニット１００のステージ６を駆動部１１ｙの動作によって矢印１２方向に移動し、図１で説明した高さ測定ユニット１１０の走査を受ける位置から照明部１３１の照明を受ける照明域まで移動する。つまり図２、６、７などで説明した高さＨ検出のための作業が終ると、制御ユニット１２０からの指令によって駆動部１１ｙを動作し、ステージ６を照明部１３１の照明を受ける位置まで移動する。そしてステージ６を所定の位置で停止し、その位置を規定すると形状測定ユニット１３０による被検体５の形状測定を開始する。
【００２０】
この例による照明部１３１は３つの周辺部光源Ｌｇ１、Ｌｇ２、Ｌｇ３と、１つの中心部光源Ｌｇ４で構成される。中心部光源Ｌｇ４はＬＥＤなどで構成され、その照明光束１８はレンズ２０を経てミラー２１で反射され、垂直落射照明として基盤７上の被検体５に向かい、その頂部位置付近を照明する。周辺部光源Ｌｇ１&#12316;Ｌｇ３はこの例では半径の異なる円状の光源Ｌｇが、その中心をほぼ一致するようにして多層に配置されて構成され、被検体測定面の周辺部を照明する。そしてこの各円状光源Ｌｇ１&#12316;Ｌｇ３の夫々は例えばＬＥＤを連結して構成され、各光源Ｌｇ１&#12316;Ｌｇ４は制御ユニット１２０からの指令によって順に発光タイミングをずらして発光する。それによって各被検体５は周辺部光減Ｌｇ１&#12316;Ｌｇ３からの円状照明で測定面を水平方向に輪切りにするようにして分割照明される。そしてこの円状照明光のほぼ中心を中心部光源Ｌｇ４からの垂直落射照明が被検体５の頂部位置付近を照明する。これによって被検体５はその測定面周辺部からは円状の反射光が光源Ｌｇ１&#12316;Ｌｇ３毎に発生し、被検体頂部位置からは点状、若しくは近似形状の反射光が発生する。尚、前記したように各被検体５はμｍの単位の大きさであるのに対し、光源Ｌｇの径は数十ｃｍ単位の大きさであるから、図５のように多数の被検体５が施されている基盤７であっても一度の照明で各被検体からの円状反射光と頂部付近位置からの点状反射光を得ることが出来る。
【００２１】
レンズ部１３２はテレセントリックレンズとして構成されるレンズ２２と、ＣＣＤなどによる受光部２３で構成される。テレセントリックレンズ２２は被検体５の測定面で発生した光源毎の円状反射光を検出して受光部２３に投影する。受光部２３はこの投影された円状反射光を夫々等高線として検出し、測定面水平方向形状の画像検出信号１９として制御ユニット１２０に送り出す。こうして制御ユニット１２０が照明部１３１の照明域で静止している基盤７上の被検体測定面から等高線画像検出信号１９を受け取ると、それを画像処理して順次記憶し、被検体ごとに等高線を重ね合わせて１つの等高線群として集約する。等高線群として集約された１つの被検体測定面は、表示ユニット１４０に送られて被検体ごとの形状として表示される。
実際の被検体測定に際しては、全光源Ｌｇ１&#12316;Ｌｇ４を点灯して基盤７全体を照明し、その全被検体からの反射光をレンズ部１３２から制御ユニット１２０に伝え、被検体群として表示ユニット１４０に表示する。そしてその表示像を確認し、必要に応じて図２の駆動部１１ｘ、ｙを動作して基盤７の位置を調整し、照明部１３１に対する基盤位置を調整する。こうして基盤７の位置が規定されたら全光源Ｌｇを消灯して駆動部１１ｙを動作し、ステージ６を図２の高さ測定ユニット１１０の原点位置に戻し高さ方向の測定を開始する。その後、前記したようにして形状測定ユニット１３０の照明域に戻し、被検体測定面の形状測定を開始する。このようにすれば基盤７全体の状況を事前に表示ユニット１４０の画面で確認し、測定する位置を得ることが出来る。
レンズ部１３２と照明部１３１は夫々矢印２４、２５で示した光軸方向に移動自在に設けられる。照明部１３１の移動２５は、被検体５に対する照明部１３１の位置を調整し最適照明位置を求める。レンズ部１３２の移動２４も照明部１３１や被検体５に対する位置を調整しピントや明るさを求める。
【００２２】
光源Ｌｇ１&#12316;Ｌｇ４は制御ユニット１２０内の発光制御ｃｔ１&#12316;ｃｔ４によって発光タイミングが管理される。例えば光源Ｌｇ１が最初に発光し、次いで光源Ｌｇ２、光源Ｌｇ３と続き、最後に光源Ｌｇ４が発光する。すると被検体測定面は下部底面側から順次頂部方向に向かって円状に分割照明され、円状の反射光を発生する。従がってこの光源Ｌｇ１&#12316;Ｌｇ４による円状反射光を順次検出していけば、水平方向に分割された等高線の画像検出信号１９を制御ユニット１２０に送り出すことが出来る。図では省略されているが各光減Ｌｇから被検体５へ向かう照明光を加工するため、例えば各光源Ｌｇ周辺に拡散板を設置したり、各光源Ｌｇ間にシェードを取り付けるなどの手段を設置すれば、反射光のギラツキを抑えたり、光量の強化、照明光の方向などを調節することが出来る。また周辺部光源Ｌｇ１&#12316;Ｌｇ３を夫々単独に矢印２５で示した方向に移動出来るようにしておけば、被検体に応じた等高線の検出に望ましい位置を得ることが出来る。
【００２３】
図１０は照明部１３１内に設置した各光源Ｌｇからの照明光１８と、被検体５からの反射光２７について説明する図である。図において光源Ｌｇ１が発光すると照明光１８ａは一旦、基盤７上で反射して被検体５の測定点２６ａ付近を照明し、反射光２７ａとなってレンズ部１３２に向かう。図では便宜上、照明光１８ａと反射光２７ａを夫々左右２本の光束で表現しているが、実際には図９のように光源Ｌｇ１は円状となっているので、光源Ｌｇ１全体から発生した円状の照明光１８ａが被検体５に向かい、それが測定点２６ａ付近で反射して円状の反射光２７ａとなる。また前記したように光源Ｌｇ１&#12316;Ｌｇ３の直径に対して被検体５は充分に小さな値であるから、図５のように多数の被検体５が配されている場合でも、各測定面は各光源Ｌｇ１&#12316;Ｌｇ３からの照明を受けて一斉に反射光を発生する。レンズ部１３２のテレセントリックレンズ２２は、この反射光２７からレンズ２２の光軸と平行な光束だけを検出し、それを図９の受光部２３に送り出す。被検体は鏡面に近い表面形状となっているから、その正反射光が受光部２３に向かうことになる。従って全被検体５は光源Ｌｇ１の発光によって同時に一様に照明され、その反射光はレンズ部１３２で検出され同じ条件で受光部２３に投影される。そのため全ての被検体測定面の測定点２６ａ付近からの反射光は、同じ条件を持った検出信号１９として制御ユニット１２０に伝えられる。
光源Ｌｇ１が消灯し光源Ｌｇ２が発光すると照明光１８ｂが被検体の測定点２６ｂ付近を照明し、反射光２７ｂとなってレンズ部１３２に向かう。同じように光源Ｌｇ２が消灯し光源Ｌｇ３が発光すると照明光１８ｃが被検体の測定点２６ｃ付近を照明し、反射光２７ｃとなってレンズ部１３２に向かう。そして光源Ｌｇ３が消灯し光源Ｌｇ４が発光すると、その照明光１８はミラー２１で反射し被検体５の頂部測定点２６ｄ付近を照明し、反射光２７ｄとなってレンズ部１３２に向かう。ミラー２１はハーフミラーとしてあるので被検体５からの反射光２７ａ&#12316;２７ｄはテレセントリックレンズ２２を経て、図９の受光部２３に向かう。受光部２３は各反射光２７ａ&#12316;２７ｄを受けると夫々同じ条件の画像測定検出信号１９として制御ユニット１２０に送り出し、表示ユニット１４０にそれを等高線として表示する。
【００２４】
図１１は表示ユニット１４０の表示画面２８に表示された各反射光束２７ａ&#12316;２７ｄによる等高線ｍの画像を示していて、ｍｄ０&#12316;ｍｄ４はその直径である。図において等高線ｍ１は図１０の光源Ｌｇ１が発光して測定点２６ａ付近から反射した光束２７ａによって形成されたもの。等高線ｍ２は光源Ｌｇ２の発光で照明された測定点２６ｂ付近で反射した光束２７ｂによって形成されたもの。同様に等高線ｍ３は光源Ｌｇ３の発光で照明された測定点２６ｃ付近で反射した光束２７ｃによって形成されたものである。等高線ｍ４は光源Ｌｇ４の発光で照明された測定面の頂点位置付近の測定点２６ｄで反射した光束２７ｄによって形成されたものである。等高線ｍ０は被検体５底部測端縁を、例えば光源Ｌｇ１発光時にレンズ部１３２が捉えたもので、基盤７と被検体５の材質差による反射率の違いなども利用することが出来る。従がってこの例の場合、等高線ｍ０とｍ１は光源Ｌｇ１の発光によって同時に画面２８に表示される。各等高線ｍは上記のように被検体５の測定面を水平方向に輪切りにするようにして分割検出され、そしてその検出された等高線ｍ０&#12316;ｍ４は被検体５ごとに１つに重ね合わされて集約され、等高線群Ｍとして画面２８に表示される。
【００２５】
図１２は表示ユニット１４０の表示画面２８に表示される等高線群Ｍと被検体測定面形状を説明する図である。図の縦列左側は表示ユニット１４０の表示画面２８に表示された等高線群Ｍを示していて、右側は被検体５の測定面を示している。１番目の横欄３０は被検体測定面が標準型の場合で、光源Ｌｇ１&#12316;Ｌｇ４で測定点２６ａ&#12316;２６ｄ付近が順次照明され、その反射光が等高線の画像ｍ０&#12316;ｍ４として画面２８に表示されている。この例による等高線群Ｍの各等高線ｍ０&#12316;ｍ４間隔は、ほぼ均等な間隔となっていて、このような均等間隔表示像を画面２８で確認することで、被検体５の測定面形状は高さ方向にほぼ一定に変位している半球状であると確認でき合格と判定する。このような形状の被検体をここでは標準型という。
【００２６】
２番目の横欄３１以降は異常型の測定面を持った被検体の例であり、不合格と判定される。横欄３１の被検体５−２は、頂部と中間部に平坦面３２が生じている。測定点２６ａと２６ｂ間に生じている中間部平坦面３２からの反射光は、画面２８上で等高線ｍ１とｍ２間の平坦面３２ａとなって表示され、図では斜線で示してある。本来、等高線ｍ２は等高線ｍ１と同じ面にあるので発生しないはずであが、平坦面３２ａの発生によってあたかも等高線ｍ２のように作用している。同じように光源Ｌｇ４からの照明光１８で照明された頂部測定点２６ｄ付近の平坦面３２からの反射光は、画面２８に斜線で示したように等高線ｍ３と一緒になって平坦面３２ｂとして表示される。このような平坦面３２ａ、３２ｂが画面２８に表示されれば異常型と視認出来る。
横欄３３の被検体５−３は底部側が楕円状になっていて、頂部側が底部側に比して細く、しかも一方に偏奇している例となっている。そのため等高線ｍ間のピッチに粗密が生じ、測定点２６ｃ付近では測定点２６ｄ付近と区別することが出来ず、等高線ｍ３も発生していない。このように真円性、真直性から外れているものは等高線を視認することで異常型と判定できる。非真円性とは等高線が楕円になったり、次に説明するクラック部３５が発生しているような場合で、非真直性とは等高線ｍを重ねたとき一方に偏奇しているような場合をここでは言う。
横欄３４では被検体５−４測定面の一部に亀裂したクラック部３５が生じている。このようなクラック部３５が生じていれば、各等高線ｍもクラック部３５の状態を表現するものとなり、画面２８でそれを確認することが出来る。このように基盤７上の全被検体測定面形状を等高線ｍとして水平方向に分割検出し、それを被検体ごとに重ね合わせて群Ｍとして集約し、表示部１４０に表示すれば、それを視認することで形状判断を行っていくことが出来る。標準型の被検体であれば等高線間のピッチはほぼ一定であり、異常型であればピッチに粗密や等高線の線幅に差異が発生する。
【００２７】
図１３、１４は被検体のパターン形状検出と比較について説明する図である。このパターン形状検出と比較は、形状測定ユニット１３０が検出した等高線の画像検出信号１９を制御ユニット１２０に送ってそれを等高線毎のパターン形状とし、この検出したパターン形状と予め設定してある基準パターン形状とを比較して合否を判定し、その結果を表示ユニット１４０に送り出して表示し、確認出来るようにするものである。
【００２８】
図１３において被検体５が形状測定ユニット１３０の光源Ｌｇ１によって照明されると、その反射光が受光部２３に等高線ｍ１として投影される。この例で被検体は基盤７ｄに５ｕｎ１&#12316;５ｕｎ８が配されているので、その全被検体からの各等高線ｍ１が同時に受光部２３に投影される。するとその検出信号１９は制御ユニット１２０に送られ、細線化やごみ取りなど各種画像処理が施され、鮮明化した等高線ｍ１として記憶部ＰＭに被検体５の配置位置に応じ記憶される。等高線ｍ１が記憶されると、先の例にならえば等高線ｍ０も一緒に検出されて記憶されるから、記憶部ＰＭには図のように全被検体５ｕｎ１&#12316;５ｕｎ８の等高線ｍ０、ｍ１が記憶される。するとこの記憶部ＰＭに記憶されたデータは１つが記憶部ＰＭ１に、もう１つは基準パターン形状を記憶した記憶部ＰＱに送られてその内容と比較され、等高線ｍ０の比較結果が記憶部ＰＲ０に、等高線ｍ１との比較結果が記憶部ＰＲ１に記憶される。記憶部ＰＱに記憶される基準パターン形状は図１１の等高線直径ｍｄや、この直径ｍｄによって算出される面積、図１２で説明した被検体５の非真円性、非真直性などを考慮して設定される。このこのようにして設定される基準パターン形状が等高線ｍ０&#12316;ｍ４に応じて記憶部ＰＱの夫々の番地に記憶されている。図では等高線ｍ０&#12316;ｍ４の基準パターン形状を表す値としてｄｎ０&#12316;ｄｎ４が記憶部ＰＱの各番地に記憶された状態となっている。記憶部ＰＭ１に記憶されたデータは表示ユニット１４０に送られて、その画面２８に全被検体５ｕｎ１&#12316;５ｕｎ８毎の等高線ｍ０、ｍ１を基盤７ｄ上の被検体配置に応じて像３９として表示する。
【００２９】
上記のようにして記憶部ＰＭに記憶した等高線ｍ０、ｍ１と基準パターン形状記憶部ＰＱの「ｄｎ０」、「ｄｎ１」を比較する。そしてその結果、等高線ｍ０、ｍ１の形状と、基準パターン形状「ｄｎ０」、「ｄｎ１」が夫々一致、或いは近似していれば合格と判定し、一致していなければ不合格と判定して、その結果を記憶部ＰＲ０、ＰＲ１に送って夫々記憶する。例えば等高線ｍ０と基準パターン形状「ｄｎ０」が一致せず不合格であれば記憶部ＰＲ０に「×」が記憶され、等高線ｍ１と基準パターン形状「ｄｎ１」が一致、或いは近似していれば合格として記憶部ＰＲ１に「○」が記憶される。図では被検体５ｕｎ４の等高線ｍ０が「×」として記憶部ＰＲ０に記憶され、被検体５ｕｎ３の等高線ｍ１が「×」として記憶部ＰＲ１に記憶された状態となっている。
記憶部ＰＲ０、ＰＲ１に等高線ｍ０、ｍ１の比較結果が記憶されると、制御ユニット１２０は記憶部ＰＭの内容を消去し、形状測定ユニット１３０の２層目の光源Ｌｇ２に発光指令を出す。すると基盤７ｄ上の全被検体５ｕｎ１&#12316;５ｕｎ８
から反射光が検出され、等高線ｍ２の画像検出信号１９として制御ユニット１２０に伝えられる。制御ユニット１２０はこの信号を記憶部ＰＭに記憶し、一方は基億部ＰＭ１に送って先のデータｍ０、ｍ１に上書きして記憶する。上書きされたデータｍ０、ｍ１、ｍ２は表示ユニット１４０の画面２８に送られて全被検体を夫々３つの等高線ｍ０、ｍ１、ｍ２の像３９として表示する。記憶部ＰＭからのもう一方のデータは基準パターン形状記憶部ＰＱの「ｄｎ２」と比較される。そしてその結果、両者の形状が一致、或いは近似していれば合格と判定され、記憶部ＰＲ２に「○」と記憶される。不合格と判定されれば「×」が記憶部ＰＲ２に記憶される。
【００３０】
記憶部ＰＲ２に等高線ｍ２の比較結果が記憶されると、制御ユニット１２０は記憶部ＰＭの内容を消去し、形状測定ユニット１３０の３層目の光源Ｌｇ３に発光指令を出す。すると基盤７ｄ上の全被検体５ｕｎ１&#12316;５ｕｎ８から等高線ｍ３の画像検出信号１９が制御ユニット１２０に伝えられる。制御ユニット１２０はこの信号を記憶部ＰＭに記憶し、一方は基億部ＰＭ１に送って先のデータｍ０&#12316;ｍ２に上書きして記憶する。上書きされたデータｍ０&#12316;ｍ３は表示ユニット１４０の画面に送られて全被検体を夫々４つの等高線ｍ０&#12316;ｍ３の像３９として表示する。記憶部ＰＭからのもう一方のデータは基準パターン形状記憶部ＰＱの「ｄｎ３」と比較される。そしてその結果、両者の形状が一致、或いは近似していれば合格と判定され、記憶部ＰＲ３に「○」と記憶される。不合格と判定されれば「×」と記憶部ＰＲ３に記憶される。
以下同じように等高線ｍ４が制御ユニット１２０の記憶部ＰＭに記憶されると、一方は基億部ＰＭ１に送られて先のデータｍ０&#12316;ｍ３に上書き記憶する。上書きされたデータｍ０&#12316;ｍ４は表示ユニット１４０の画面に送られて全被検体を夫々５つの等高線ｍ０&#12316;ｍ４の像３９として表示する。記憶部ＰＭからのもう一方のデータは基準パターン形状記憶部ＰＱの「ｄｎ４」と比較される。そしてその結果、両者の形状が一致、或いは近似していれば合格と判定され、記憶部ＰＲ４に「○」と記憶される。不合格と判定されれば「×」と記憶部ＰＲ４に記憶される。
【００３１】
このようにして各被検体５を等高線ｍで水平方向に分割し、等高線毎のパターン形状と基準パターン形状と比較して底部、中間部、頂部という測定面の形状を判定し、その結果を記憶部ＰＲ０&#12316;ＰＲ４に送って記憶する。制御ユニット１２０はその記憶部ＰＲ０&#12316;ＰＲ４の内容に基づいて各被検体の最終合否を判定する。図の例で等高線ｍ０は被検体５ｕｎ４が「×」、他の被検体は「○」として記憶部ＰＲ０に記憶され、等高線ｍ１は被検体５ｕｎ３が「×」、他の被検体は「○」として記憶部ＰＲ１に記憶されている。残りの等高線ｍ２&#12316;ｍ４は全て「○」として各記憶部ＰＲ２、３、４に記憶されている。従がってこの例では被検体５ｕｎ４の等高線ｍ０と被検体５ｕｎ３の等高線ｍ１が異常値として検出されたことになる。制御ユニット１２０は、このような記憶内容に対して最終判定をして被検体５ｕｎ３は不合格の「×」、他の被検体は合格「○」として記憶部３８ｂに記憶する。この最終判定時のしきい値は事前に設定しておけばよいが、このような作業を基盤７ｄ上に配された全被検体について実施して合否を判定し、その結果を記憶部３８ｂに記憶していく。但し、この最終判定に際しては、図１２で説明した異常型の被検体５−２、５−３、５−４であれば記憶部ＰＱの基準パターン形状や、しきい値に関係なく不合格と判定するようにしておけば記憶部３８ｂには「×」が記憶される。
【００３２】
上記のようにして検出した各等高線ｍと予め設定した基準パターン形状との比較を行って合否を判定していく。こうして得た最終判定結果は等高線ｍによって水平方向に分割された被検体の底部、中間部、頂部の各断面の面積を積み上げて加算して得た体積の比較とみなすことが出来る。従がって平面的なパターン形状の判定が被検体全体の立体的な判定となり、それはあたかも体積を判定したかのようになる。これは等高線検出時の二値化に伴って発生する各種の誤差や画像処理時のゆがみなどを吸収して判定結果の精度を高めることになる。尚、図１３において記憶部ＰＭ１に被検体ごとに上書きされた各等高線ｍ０&#12316;ｍ４は結果として集約されることになり、それが表示ユニット１４０上で等高線群Ｍとして表示される。この表示された像３９を確認すれば異常被検体５−２、５−３、５−４は容易に判別することが出来る。また記憶部ＰＭの内容は前記したように検出した等高線ｍと基億部ＰＱの内容が比較され、その結果が記憶部ＰＲに記憶されると消去される。そして図８Ｂに示した記憶部ＨＭの内容は記憶部ＨＱの内容と比較され、その結果が記憶部３８ａに記憶されると消去される。そしてまたこの実施例では高さ測定の作業が終了してから形状測定の作業が実施されるから、記憶部ＨＭとＰＭを共通化して使用することができる。それによって高さ測定用の記憶部ＨＭは、高さ測定の作業が終了後に形状測定用の記憶部ＰＭとして利用される。
【００３３】
図１４は図１３に示した記憶部３８ｂと図８Ｂに示した記憶部３８ａに基づいて行う総合判定について説明する図である。図１４Ａにおいて基盤７ｄには図１３と同じように被検体５ｕｎ１&#12316;５ｕｎ８が配されている。このような基盤７ｄの各被検体を高さ測定ユニット１１０で測定し、検出した高さＨを検出信号１０として制御ユニット１２０内の記憶部ＨＭ（図８Ｂ）に送り出し、別の記憶部ＨＱに設定してある基準値と比較して合否を判定する。その判定結果を図１４Ａの記憶部３８ａに記憶する。図では被検体５ｕｎ３と５ｕｎ５が不合格で「×」、他の被検体は合格で「○」として記憶されている。
高さ測定の終了した基盤７ｄは形状測定ユニット１３０の照明域に移動され、パターン形状の測定が実施される。まず被検体ごとに等高線ｍが検出され、信号１９として図１３の記憶部ＰＭに送り出される。そしてその記憶した等高線のパターン形状を記憶部ＰＱの基準パターン形状と比較し、比較結果を等高線ｍ毎に記憶部ＰＲ０&#12316;ＰＲ４に記憶する。この記憶部ＰＲの内容に基づいて最終判定をしてその結果を被検体５の配列に応じて図１４Ａ、図１３の記憶部３８ｂに記憶する。図では被検体５ｕｎ３のパターン形状判定結果は「×」で不合格、他の被検体は「○」で合格となっている。
上記のようにして等高線ｍのパターン形状判定が終了すると、制御ユニット１２０は記憶部３８ａと３８ｂの内容を比較し、その結果を総合判定結果として図１４Ａの記憶部３８ｃに記憶する。被検体５ｕｎ５は記憶部３８ａで「×」として記憶され、記憶部３８ｂでは「○」として記憶されているから、総合判定では不合格と判定され記憶部３８ｃに「Ｎ」と記憶される。また被検体５ｕｎ３は記憶部３８ａで「×」、記憶部３８ｂでも「×」として記憶されているので総合判定では不合格となり、記憶部３８ｃに「Ｎ」が記憶される。他の被検体５は「Ｇ」と記憶され合格と判定されている。この記憶部３８ｃの総合判定結果を表示ユニット１４０の画面２８に送って表示するが、それは図１４Ｂのようになる。
【００３４】
図１４Ｂは表示画面２８に表示された被検体５ｕｎ１&#12316;５ｕｎ８の表示像３９ｎ１&#12316;３９ｎ８を示している。この画面２８で像３９ｎ３、３９ｎ５は記憶部３８ｃで「Ｎ」と記憶された被検体５ｕｎ３、５ｕｎ５に相当し、図では斜線で示してある。実際の画面２８上では「Ｎ」の像を例えば赤で表示するようにすれば識別が容易となる。さらに各記憶部３８ａ、３８ｂごとの不合格要因である高さと形状に応じて表示色を指定して記憶部３８ｃに伝えるようにしておけば、画面２８で不合格要因を確認することが出来る。表示像３９の倍率を変えるときは図１の入力部１２１から指令して、内部の画像処理で実施出来るが、図９のレンズ２２ａの倍率を変換することでも実施出来る。
【００３５】
図１５、１６は以上説明した各ユニット１００、１１０、１２０、１３０、１４０で行われる作業をフロー図として示した説明図である。図１５の工程４０で被検体の高さＨ検出開始の指令が入力部１２１から制御ユニット１２０を経て高さ測定ユニット１１０に伝えられる。すると図２のポリゴンミラー２が回転しレーザ光源１が発光する。発光した光束ｂは被検体５に向かいＸ方向の走査をする。一方、駆動部１１ｙは制御ユニット１２０からの指令を受けて動作し、図１５の工程４１でステージ６を移動し、図２で矢印１２方向に進んでＹ方向の走査をする。こうして工程４２でＸ、Ｙの走査が実施され、得られた走査光束は受光部９に向かい、高さ検出信号１０として制御ユニット１２０に送り出される（工程４３）。制御ユニット１２０に送り出された高さ検出信号１０は工程４４で図８Ｂの記憶部ＨＱに予め設定されている基準値と比較され、その判定結果を図１４Ａの記憶部３８ａに記憶する。こうして高さ検出信号１０の最終出力が出されると形状測定ユニット１３０に指令が伝えられ、図１５の工程４５で等高線ｍの検出が開始される。
【００３６】
工程４６でステージ６が矢印１２のＹ方向に移動して図９の照明部１３１の照明域に位置すると、Ｙ方向移動は停止してその位置が規定される。すると制御ユニット１２０は光源発光制御ｃｔ１に指令を送り、工程４７で照明用光源Ｌｇ１を発光させる。すると照明された被検体測定面からの円状反射光がレンズ部１３２で検出され受光部２３に投影される。そして工程４８で等高線ｍ１の画像検出信号１９が制御ユニット１２０に送り出される。送り出された検出信号１９は工程４９で等高線ｍ１の細線化等が実施され重心が求められる。また二値化の際に発生したごみなどを取り除く画像処理が行われ、鮮明化した等高線ｍ１として図１３の記憶部ＰＭに記憶される。この工程４８、４９のとき等高線ｍ０も一緒に検出され、ｍ１と同様にして記憶部ＰＭに記憶される。記憶された等高線ｍ０、ｍ１のデータは記憶部ＰＭ１を経て表示ユニット１４０の画面２８に送られて図１６の工程５０で表示されると共に、工程５１で記憶部ＰＱに記憶した基準パターン形状と比較される。そして比較結果が図１３の記憶部ＰＲ０、ＰＲ１に夫々記憶される。
【００３７】
次に図９の発光制御ｃｔ２が指令を受けると、図１３の記憶部ＰＭの内容を消去し図１５の工程５２で２層目の光源Ｌｇ２が発光する。すると被検体測定面で発生した円状反射光は図９のレンズ部１３２で受光部２３に投影され、工程５３で等高線ｍ２の画像検出信号１９が検出され制御ユニット１２０に送り出される。送り出された検出信号１９は工程４９で細線化などの画像処理がされ、等高線ｍ２として記憶部ＰＭに記憶される。するとこの記憶された等高線ｍ２のデータは記憶部ＰＭ１に上書きされ、先のデータｍ０、ｍ１と共に表示画面２８に送られて工程５０で表示する。同時に等高線ｍ２のデータは工程５１で記憶部ＰＱに記憶した基準パターン形状と比較され、その結果が図１３の記憶部ＰＲ２に記憶される。以下同じようにして等高線ｍ３が表示画面２８に表示され、基準パターン形状と比較されて図１３の記憶部ＰＲ３にその結果が記憶されると、制御ユニット１２０は図９の発光制御ｃｔ４に指令を送り、工程５４で４層目の光源Ｌｇ４を発光させる。すると被検体頂部付近で発生した反射光はレンズ部１３２で受光部２３に投影され、工程５５で等高線ｍ４の検出信号１９として出力され制御ユニット１２０に送り出される。この検出信号１９は工程４９で線細化などの画像処理がされ、等高線ｍ４として記憶部ＰＭに記憶される。そして記憶部ＰＭ１にｍ４のデータを上書きして表示画面２８に送り出し、工程５０で全等高線ｍ０&#12316;ｍ４を群Ｍとして表示する。一方、等高線ｍ４のデータは図１６の工程５１で基準パターン形状と比較され、その結果が図１３の記憶部ＰＲ４に送られて記憶される。こうして全ての等高線ｍ０&#12316;ｍ４が記憶部ＰＲ０&#12316;ＰＲ４に記憶されると、図１６の工程５６に進み、各等高線ｍ０&#12316;ｍ４を１つに重ね合わせて等高線群Ｍとしたときの最終判定を行い、その比較結果を図１３の記憶部３８ｂに記憶する。
【００３８】
こうして各等高線ｍのパターン形状比較と記憶が終了すると図１６の工程５７に進み、図１４Ａの記憶部３８ａに記憶された高さの判定結果と基億部３８ｂの形状の判定結果に基づいて被検体全体の総合判定を行い、記憶部３８ｃにその結果を記憶する。次いで工程５０で記憶部３８ｃの内容を読み出して表示ユニット１４０に送り、図１４Ｂのように等高線群Ｍと併せて画面２８に表示する。これで表示画面２８には被検体の高さと形状の総合判定結果と等高線群Ｍが表示される。
【実施例２】
【００３９】
図１７は実施例２の説明図である。実施例１では高さ測定の終了した基盤７を形状測定ユニット１３０の照明域に移動してから被検体測定面の形状を測定するようにしている。この実施例２は高さを測定する位置から形状を測定する位置までの基盤移動という工程を省くようにしたものである。図において実施例１と同じ要素には同じ符号を付してあるので重複する部分の説明は省略する。キャリアユニット１００は実施例１と同じように基盤７のＹ方向１２走査移動が出来るよう準備されている。高さ測定ユニット１１０は光源１によるＸ方向走査と基盤７のＹ方向１２移動で検出した高さ検出信号１０を制御ユニット１２０に送り出す。形状測定ユニット１３０は光源１からの光束ｂがポリゴンミラー２で反射し、ｆθレンズ４を経て被検体５に向かう光束ｂｘと、この光束ｂｘが被検体測定面で反射し、光束ｂｒとなってレンズ８を経て受光部９に向かう光束の基盤７（被検体５）上部位置に位置するよう設置される。従がって基盤７上の被検体５は高さ測定作業の終了後、基盤７に原点復帰程度の移動をさせれば形状測定ユニット１３０による照明を直ちに受けることが出来る。この照明で発生した反射光を等高線画像検出信号１９として制御ユニット１２０に伝えれば、求める等高線群Ｍを得ることが出来る。
このようにこの実施例２では高さ測定ユニット１１０と形状測定ユニット１３０を重ねるように配置し構成したので、装置全体のコンパクト化と作業時間の短縮化を図ることが出来る。尚、形状測定ユニット１３０全体を矢印２５ａで示した上下方向に移動出来るようにしておけば、基盤７をステージ６上に設置するときの操作性を向上することが出来る。
【実施例３】
【００４０】
図１８は実施例３の説明図で、形状測定ユニット１３０の変形例となっている。実施例１、２における形状測定ユニット１３０の照明部１３１は、多層に配置した円状光源Ｌｇ１&#12316;Ｌｇ３のいずれかを発光して被検体を照明するようにしている。そのため１つの等高線ｍ画像検出信号１９は、１つの光源Ｌｇが１回発光すれば得ることが出来る。この実施例３によるものは１つの円状光源Ｌｇを任意部分でも発光出来るようにしたもので、部分発光部として機能させることが出来る。それによって被検体測定面の対応する部位を断片的に照明し、その任意断片の等高線画像を検出信号として求められるようにした。
【００４１】
図１８Ａは１つの円状光源、例えばＬｇ１を示しており、この光源Ｌｇ１は１つ、若しくは複数のＬＥＤなどで形成した光源子Ｌｇｇを連続して接続して構成される。図の例では光源Ｌｇ１全体を４つに分割し、夫々を光源片Ｌｇｇａ&#12316;Ｌｇｇｄとしてあり、各光源片はａ１&#12316;ａｎ、ｂ１&#12316;ｂｎ、ｃ１&#12316;ｃｎ、ｄ１&#12316;ｄｎの光源子Ｌｇｇで構成される。
上記のような光源Ｌｇ１によって照明される被検体測定面について図１８Ｂを用いて説明する。まず任意の光源片、例えばＬｇｇａの最初の光源子Ｌｇｇａ１を発光すると、その照明光は図１８Ｂの欄６１左側に示したように光源子ａ１と対応する測定面の部位ｍａ１を照明する。照明された部位からの反射光は図９、１７の受光部２３を介して等高線、例えばｍ１の断片的な画像となる検出信号として制御ユニット１１０に伝えられる。次に図Ａの光源子ａ１に続いて接続されている光源子ａ２を発光すると、その照明光は図Ｂの欄６１、中央部に示したように光源子ａ２と対応する測定面の部位ｍａ２が照明され、その反射光は受光部２３を経て等高線ｍ１の断片的な画像検出信号として制御ユニット１２０に伝えられる。同じように図Ａの光源片Ｌｇｇａ全体を発光させると、光源子Ｌｇｇａ１&#12316;ａｎによる照明光が図Ｂの欄６１、右側に示したように光源片Ｌｇｇａと対応する部位ｍａ１&#12316;ｍａｎ全体が照明され、その反射光は受光部２３から等高線ｍ１の断片的な画像検出信号として制御ユニット１１０に伝えられる。
【００４２】
同様に図Ａに示した光源片Ｌｇｇｂの最初の光源子Ｌｇｇｂ１を発光すると、図１８Ｂの欄６２左側に示したようにその照明光は光源子ｂ１と対応する測定面の部位ｍｂ１が照明され、その反射光は受光部２３を経て等高線ｍ１の断片的な画像検出信号となる。図Ａの光源片Ｌｇｇｂ全体を発光させると、光源子Ｌｇｇｂ１&#12316;ｂｎによる照明光が図Ｂの欄６２、右側に示したように光源片Ｌｇｇｂと対応する部位ｍｂ１&#12316;ｍｂｎ全体が照明され、その反射光は等高線ｍ１の断片的な画像検出信号として制御ユニット１１０に伝えられる。
同様にして図Ｂの欄６３左側は、図Ａに示した光源片Ｌｇｇｃの最初の光源子Ｌｇｇｃ１を発光させたときに照明された部位ｍｃ１を示しており、右側は光源片Ｌｇｇｃ全体を発光させたときに光源子Ｌｇｇｃ１&#12316;ｃｎによって照明された部位ｍｃ１&#12316;ｍｃｎを示している。欄６４は、光源片Ｌｇｇａ&#12316;Ｌｇｇｃまでを発光させたとき、その各光源子Ｌｇｇａ１&#12316;ｃｎによって照明された部位ｍａ１&#12316;ｍｃｎを示している。そして欄６５は光源片Ｌｇｇａ&#12316;Ｌｇｇｄまでを同時に発光させ、１つの等高線ｍ１全体の画像検出信号１９として制御ユニット１１０に伝えたときの被検体測定面の照明部位を示している。この欄６５のときは全光源片を発光させるので、実施例１、２の照明部１３１と同じ円状光源Ｌｇ１として機能する。
【００４３】
上記のようにこの実施例３では光源子Ｌｇｇを連続接続して光源片を形成し、この光源片を連続接続して１つの円状光源Ｌｇを構成する。そして各光源子と光源片は夫々単独で発光できるようにしたので、被検体測定面の必要とする部位だけを照明することが出来る。つまり被検体測定面の異なる部位を断片的に照明し、発生した反射光を等高線画像の断片検出信号として制御ユニット１１０に送り出すことが出来る。それによって例えば図１２の欄３４に示したクラック部３５だけを照明し、その部位だけを表示ユニット１４０の画面２８で確認することが出来る。このようにこの実施例では確認したい部位だけを照明することが出来る。
【００４４】
以上、本願発明の形状測定装置について実施例に基づいて説明してきたが、各種の変形例を得ることが出来る。例えば図９に示した円状光源Ｌｇの数を増減すれば検出する等高線ｍの数を増減することが出来、被検体測定面の形状検出精度を調整することが出来る。これは多層に配置した光源Ｌｇ内から、発光させる光源を選択出来ることにもなるので、測定精度を被検体に応じた選択できるということになる。また上記して来た説明は全て高さ測定ユニット１１０の作業を実施してから形状測定ユニット１３０の作業に進むようになっているが、本願の趣旨からして逆にして作業してもよいことは明らかである。また制御ユニット１２０や表示ユニット１４０は一般のパソコンに置き換えることが出来るから、図１３で説明した各記憶部の構成などは適宜に設計することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本願による形状測定装置をブロック図として示した説明図。
【図２】キャリアユニットと高さ測定ユニットの説明図。
【図３】被検体と走査光束を説明する図。
【図４】基盤の他の例を示す説明図。
【図５】基盤の他の例を示す説明図。
【図６】被検体の高さ検出の原理について説明する図。
【図７】被検体の高さ検出について説明する図。
【図８】被検体の高さ検出について説明する図。
【図９】形状測定ユニットの説明図。
【図１０】形状測定ユニットの照明光と反射光について説明する図。
【図１１】表示画面の等高線を説明する図。
【図１２】等高線と被検体測定面形状について説明する図。
【図１３】被検体のパターン形状検出について説明する図。
【図１４】被検体の総合判定について説明する図。
【図１５】全体の作業を説明するフロー図。
【図１６】全体の作業を説明するフロー図。
【図１７】実施例２の説明図。
【図１８】実施例３の説明図。
【符号の説明】
【００４６】
１００・・・キャリアユニット      １１０・・・高さ測定ユニット            １２０・・・制御ユニット      １２１・・・入力部      １２２・・・出力部      １３０・・・形状測定ユニット      １３１・・・照明部      １３２・・・レンズ部      １４０・・・表示ユニット      ＨＭ、ＨＱ・・・記憶部      Ｌｇ・・・光源      Ｌｇｇ・・・光源子      Ｍ・・・等高線群      ＰＭ、ＰＱ、ＰＲ・・・記憶部      ｃｔ・・・光源制御      ｍ・・・等高線      １・・・レーザ光源      ２・・・ポリゴンミラー      ４・・・ｆθレンズ    ５・・・被検体      ６・・・ステージ      ７・・・基盤    ９・・・受光部      １０・・・高さ検出信号      １１・・・駆動部      １９・・・等高線画像検出信号      ２２・・・テレセントリックレンズ      ２３・・・受光部      ２８・・・表示画面      ３２・・・平坦面      ３５・・・クラック部      ３８・・・記憶部      ３９・・・表示像
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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