(57)【要約】【課題】検体の表面に斜め方向から対物レンズを介して投影されるスリット光の投影像を鮮明にすることができる高さ測定装置を提案すること。【解決手段】高さ測定装置１は、検体１０の真上に配置されたカメラ８と、検体１０に斜めからスリット光を投影する投影ユニット１９を有し、投影ユニット１９は、チャート板１９１と、光源１９２と、光源１９２からの発散光をチャート板１９１に集光する集光レンズ１９３と、チャート板１９１を通過したスリット光を検体１０に照射する対物レンズ１９４とから構成される。チャート板１９１は、パターンの描かれた左側面１９１ａを対物レンズ１９４の光軸Ｌから角度θで矢印Ｒ２の方向に傾けられた状態で配置される。このチャート板１９１と検体表面１０ａとは、光軸Ｌに対して直交する直交面３２に対して、面対称の関係とされている。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
検体に斜め上方からスリット光を投影する投影ユニットと、前記検体の上方に配置されたカメラとを有し、前記検体の表面に投影されるスリット光を前記カメラで撮影して当該スリット光の位置を測定することにより前記検体の高さ測定を行うための高さ測定装置であって、
前記投影ユニットは、前記スリット光を形成するためのチャートパターンを備えたチャート板と、
前記チャート板に光を照射するための光源と、
この光源からの出射光を前記チャート板に集光するための集光レンズと、
前記チャート板の前記チャートパターンを透過したスリット光を検体に照射するための対物レンズとを有し、
前記チャート板は、当該チャート板と前記検体の間の光学的中心を通って前記対物レンズの光軸に対して直交する平面を基準にして、前記検体の表面に対して面対称に配置されていることを特徴とする高さ測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、検体の表面の高さを三次元測定するための高さ測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
検体の表面の高さを三次元測定する方法としては、検体の表面に斜め方向からスリット光を投影し、スリット光の投影位置を測定することにより、検体表面の高さを測定することができる光切断法という方法が知られている。
【０００３】
この光切断法を用いた高さ測定装置として、下記の特許文献１には、透明なガラス板などの表面にスリット光のパターンが形成された多線チャート板と、このチャート板を介して検体の表面を斜め方向から照明する照明装置と、検体の真上に配置されたカメラとを有し、検体表面に投影されたチャート板による多線スリット光をカメラで撮影して、検査対象の表面の高さ測定を行う構成のものが提案されている。
【０００４】
ここで、高さ測定の精度を高めるためには、スリット光を鮮明に投影する必要がある。例えば、下記の特許文献２には、検体表面にスリット光を対物レンズを介して投影することにより、検体である撮像素子の検査を行う装置が提案されている。この装置は、検体表面を真上から照射する光源と、光源からの出射光をチャート板に集光するためのコンデンサレンズと、チャート板を透過したスリット光を照射する対物レンズとを有している。チャート板は、対物レンズの光軸に対してチャートのパターン面が直交するように配置され、対物レンズにおけるパターン面の投影像の焦点面が対物レンズの光軸に直交し、検体表面に対して平行な面となる。従って、対物レンズのピントを調節することにより、検体表面にチャート板のパターンをそのまま、スリット光の投影像として鮮明に形成させることができる。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭６３−７３１３９号公報（第２−４頁、図１−３）
【特許文献２】
特開２０００−３４９２７０号公報（第４−９頁、図１−７）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、光切断法による高さ測定装置においては、検体の表面に斜め方向からスリット光を投影するため、対物レンズの光軸に対して、検体表面が傾いた状態であり、対物レンズの光軸に直交して配置されたチャート板を投影したときに対物レンズの焦点面と検体表面が平行にならない。このため、対物レンズのピントを調整して検体表面の投影像を対物レンズの光軸が通る部分で鮮明になるように合わせても、光軸から離れるほど焦点面とのずれが大きくなるため、ピントがずれてしまう。このため、投影像全体を鮮明にすることができない。
【０００７】
そこで、本発明の課題は、検体の表面に斜め方向から対物レンズを介して投影されるスリット光の投影像を鮮明にすることができる高さ測定装置を提案することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明では、検体に斜め上方からスリット光を投影する投影ユニットと、前記検体の上方に配置されたカメラとを有し、前記検体の表面に投影されるスリット光を前記カメラで撮影して当該スリット光の位置を測定することにより前記検体の高さ測定を行うための高さ測定装置であって、前記投影ユニットは、前記スリット光を形成するためのチャートパターンを備えたチャート板と、
前記チャート板に光を照射するための光源と、
この光源からの出射光を前記チャート板に集光するための集光レンズと、
前記チャート板の前記チャートパターンを透過したスリット光を検体に照射するための対物レンズとを有し、
前記チャート板は、当該チャート板と前記検体の間の光学的中心を通って前記対物レンズの光軸に対して直交する平面を基準にして、前記検体の表面に対して面対称に配置されていることを特徴としている。
【０００９】
本発明の高さ測定装置では、チャート板がチャートパターンの形成面を光軸に直交する状態から傾けられた状態で配置されている。このチャート板の傾き配置は、チャート板と検体の間の光学的中心を通って対物レンズの光軸に対して直交する平面を基準にして、検体の表面に対して面対称の配置となっている。すなわち、チャート板は、検体の表面が対物レンズの光軸に対して傾いている状態と同じ角度で逆方向に傾いている。このため、対物レンズを介して照射されるチャートパターンの投影像の焦点面は、検体表面に対して平行な面となる。従って、検体に斜め方向からスリット光を投影しても、対物レンズの焦点を調節することにより、検体表面にチャート板のパターンをそのまま、鮮明に投影することができる。よって、検体表面に寸法精度の良い種々のパターンのスリット光を投影することができるので、精度の高い３次元の測定が可能になる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、本発明を適用した高さ測定装置の実施例を説明する。
【００１１】
図１は、本例の高さ測定装置を示す斜視図である。この図に示すように、高さ測定装置１は、検体１０の表面に斜めから照射したスリット光の位置を測定することにより高さを測定する光切断法に用いるものであり、検体１０を搭載する支持台１１と、検体１０の表面に斜めからスリット光を投影するための投影ユニット１９と、検体１０の上方に配置されたカメラ８とを有している。
【００１２】
支持台１１は、長方形のアルミ製のベースプレート１ａに設置され、検体１０を搭載したステージ１１ａをベースプレート１ａにおける長手方向であるＸ方向および短手方向であるＹ方向の直交する２方向に水平移動させることが可能なものである。ベースプレート１ａの底面には、四隅に表面の水平調整用にねじ込み式の脚２２と、長手方向の縁部分に固定プレート２１とが取り付けられている。固定プレート２１には、外側側面に取手２０が取り付けられている。
【００１３】
ベースプレート１ａの表面には、支持台１１を挟んでＸ方向の両側にカメラ取付用スタンド２と、投影ユニット取付用スタンド１２とが取り付けられている。
【００１４】
カメラ取付用スタンド２は、べースプレート１ａに固定されて直立するシャフト２ａと、このシャフト部分２ａに嵌められて上下方向（Ｚ方向）に摺動可能であるとともに、固定可能なスタンドブラケット３を有している。ブラケット３には、ブラケット取付プレート４を介して上下方向（Ｚ方向）に移動可能なラックピニオンステージ５が取り付けられている。このラックピニオンステージ５には、第１のカメラ取付プレート６が取り付けられている。第１のカメラ取付プレート６の外側には、第２カメラ取付プレート７を挟んでカメラ８が取り付けられている。
【００１５】
次に、投影ユニット取付スタンド１２は、ベースプレート１ａに対して直立するシャフト１２ａを有している。このシャフト１２ａは、ベースプレート１ａに取り付けられたラックピニオンステージ１４にシャフト取付プレート１３を介して固定されている。ラックピニオンステージ１４は、Ｘ方向に移動可能であるので、シャフト１２ａをＸ方向に移動させることができる。
【００１６】
また、シャフト１２ａには、上下方向（Ｚ方向）に摺動および固定が可能なシャフトホルダ１５が嵌められている。シャフトホルダ１５には、ホルダ取付プレート１６を介して回転ステージ１７が取り付けられている。また、回転ステージ１７には、ラックピニオンステージ１８を介して投影ユニット１９が取り付けられている。回転ステージ１７は、Ｚ軸に直交する軸線を中心にして矢印Ｕで示す方向に回転可能となっている。また、ラックピニオンステージ１８は、矢印Ｔで示す方向に移動可能であり、この移動方向Ｔは後述する投影ユニット１９における対物レンズの光軸Ｌの方向に一致している。
【００１７】
図２（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、本例の高さ測定装置１におけるカメラ８および投影ユニット１２の光学配置を示す説明図、投影ユニット１９におけるチャート板の左側面図および投影ユニットからスリット光が投影された検体１０を示す平面図である。
【００１８】
図２（ａ）に示すように、カメラ８は、レンズ９を下に向けて検体１０を真上から撮影する位置に配置されている。検体１０の表面には、斜め方向から投影ユニット１９によってスリット光が投影される。
【００１９】
投影ユニット１９は、スリット光を形成するためのチャート板１９１と、このチャート板１９１に光を照射するための光源１９２と、この光源１９２からの発散光をチャート板１９１に集光するための集光レンズ１９３と、チャート板１９１を通過したスリット光を検体１０に照射するための対物レンズ１９４とを有している。
【００２０】
（チャート板の構成、配置）
チャート板１９１は、透明なガラス板にチャートパターンが描かれたものであり、例えば、図２（ｂ）に示すように、左側面１９１ａに上下方向に平行な複数の線からなるチャートパターン１９１ｂが描かれている。光源１９２からの光が集光レンズ１９３を介してチャート板１９１に照射されると、チャートパターン１９１ｂの描かれていない部分を透過したスリット光が検体１０に照射される。このスリット光により、検体１０の表面１０ａには、図２（ｃ）に示すように、左右方向に平行な複数の線からなる投影像１０ｂが形成される。
【００２１】
ここで、本例のチャート板１９１は、対物レンズ１９４の光軸Ｌに対して直交する状態から傾けられて配置される。すなわち、チャート板１９１は、チャートパターン１９１ｂの形成面である左側面１９１ａが光軸Ｌに直交する状態の直交面３１から傾いており、光軸Ｌを基準にすると角度θで矢印Ｒ２で示す方向に傾いている。このチャート板１９１の傾き状態は、検体１０の表面１０ａが対物レンズ１９４の光軸Ｌに対して角度θで矢印Ｒ１で示す方向に傾いている状態に対して、同じ角度で逆の方向になっている。従って、チャート板１９１と検体表面１０ａとは、これらの間の光学的中心を通って光軸Ｌに直交する平面３２に対して面対称の関係にある。
【００２２】
（高さ測定）
このように形成された高さ測定装置１においては、支持台１１に搭載した検体１０に斜め方向から投影ユニット１９のスリット光を投影し、検体１０の表面に投影される投影像１０ｂをカメラ８で撮影する。カメラ８によって撮影された投影像１０ｂを形成するスリット光の位置を測定することによって、検体１０の高さを測定することができる。
【００２３】
この際、検体１０の表面に対するカメラ８の位置決めは、カメラ取付用スタンド２においてスタンドブラケット３をシャフト２ａに沿って上下させて行い、その上下方向の微調整はラックピニオンステージ５を用いて行う。
【００２４】
また、投影ユニット１９の位置決めは、投影ユニット用スタンド１２においてシャフト１２ａをラックピニオンステージ１４でＸ方向に移動させるとともに、シャフトホルダ１５をシャフト１２ａに沿って上下させて行う。一方、検体１０に対するスリット光の照射角調整は、投影ユニット１９を回転ステージ１７で回転させて行う。また、投影ユニット１９をラックピニオンステージ１８で対物レンズの光軸Ｌの方向である移動方向Ｔに移動させることにより、検体１０の表面１０ａに投影される投影像１０ｂのピント位置を合わせることができる。
【００２５】
（チャート板１９１の投影像）
本例では、チャート板１９１は、チャートパターン１９１ｂの描かれた左側面１９１ａが対物レンズ１９４の光軸Ｌに対して傾いて配置され、その傾きは検体１０の表面１０ａが光軸Ｌに対して傾いているのと、角度が同じで逆方向となっている。このため、対物レンズ１９４によるチャート板１９１の投影像は、検体１０の表面１０ａに平行な焦点面に投影される。従って、投影ユニット１９のピント位置を調整することにより、検体１０の表面１０ａにチャート板１９１のチャートパターン１９１ｂをそのまま、投影することができる。
【００２６】
（実施例の効果）
このように本例の高さ測定装置１では、検体１０に斜め方向からスリット光を投影しても、検体表面１０ａにチャート板１９１のチャートパターン１９１ｂをそのまま、鮮明に投影することができる。従って、検体１０の表面１０ａに寸法精度の良い種々のパターンのスリット光を投影することができるので、精度の高い３次元の測定が可能になる。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の高さ測定装置では、チャート板が検体の表面に対して、チャート板と検体の間の光学的中心を通って対物レンズの光軸に直交する平面を基準として面対称に配置されている。このため、対物レンズを介して投影されるパターン面の投影像の焦点面を検体表面に対して、平行な面とすることができる。従って、検体に斜め方向からスリット光を投影しても、対物レンズの焦点を調節することにより、検体表面にチャート板のパターンをそのまま、鮮明に投影することができる。よって、検体表面に寸法精度の良い種々のパターンのスリット光を投影することができるので、精度の高い３次元の測定が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の高さ測定装置を示す斜視図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、図１の高さ測定装置におけるカメラおよび投影ユニットの光学配置を示す説明図、投影ユニットにおけるチャート板を示す左側面図および投影ユニットからスリット光が投影された検体を示す平面図である。
【符号の説明】
１        高さ測定装置
１ａ      ベースプレート
２        カメラ取付用スタンド
２ａ      シャフト
３        スタンドブラケット
４        ブラケット取付プレート
５        ラックピニオンステージ
６        第１カメラ取付プレート
７        第２カメラ取付プレート
８        カメラ
９        レンズ
１０      検体
１０ａ    表面
１０ｂ    スリット光の投影像
１１      支持台
１２      投影ユニット取付用スタンド
１２ａ    シャフト
１５      シャフトホルダ
１６      ホルダ取付プレート
１７      回転ステージ
１８      ラックピニオンステージ
１９      投影ユニット
１９１    チャート板
１９１ａ  左側面
１９１ｂ  チャートパターン
１９２    光源
１９３    集光レンズ
１９４    対物レンズ
２０      取手
２１      固定プレート
２２      脚
３１      チャート板の左側面が光軸に直交する面
３２      チャート板と検体の間の光学的中心を通り光軸に直交する面
Ｌ        対物レンズの光軸
【図１】
2004219090.tif 000003
【図２】
2004219090.tif 000004