(57)【要約】【課題】  特性の異なる２つの測定手段を用い、かつこれらを有機的に作用させて、測定対象物の寸法や形状を精度よくかつ効率的に測定することができる測定装置を提供することをその課題とする。【解決手段】  第１測定位置２０ａに導入した測定対象物１００を撮像し、撮像画像を画像処理して測定対象物１００の形状や寸法を測定する第１測定手段２０、第２測定位置４０ａに導入した測定対象物１００に対して照射した、測定光の透過光量の変化に基づいて測定対象物の寸法を測定するとともに、第１測定手段２０の視野基準となる、測定対象物１００の視野基準位置を検出可能な第２測定手段４０、測定対象物を、第１測定位置２０ａと第２測定位置４０ａとの間で移動させる移動手段６０、これら各手段を制御する制御手段１５、を備え、制御手段１５は、第２測定手段４０による視野基準位置の検出結果に基づいて、測定対象物１００を第１測定位置２０ａへ移動させるものである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１測定位置に導入した測定対象物を撮像し、撮像された撮像画像を画像処理して前記測定対象物の形状および／または寸法を測定する第１測定手段と、
第２測定位置に導入した前記測定対象物に対して照射した、測定光の透過光量の変化に基づいて当該測定対象物の寸法を測定するとともに、前記第１測定手段の視野基準となる、前記測定対象物の視野基準位置を検出可能な第２測定手段と、
前記測定対象物を、前記第１測定位置と前記第２測定位置との間で移動させる移動手段と、
前記第１測定手段、前記第２測定手段、および前記移動手段を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記第２測定手段による前記視野基準位置の検出結果に基づいて、前記測定対象物を前記第１測定位置へ移動させることを特徴とする測定装置。
【請求項２】
撮像部と当該撮像部に対峙する照明との間の撮像空間に導入した測定対象物に対し、撮像した撮像画像を画像処理して当該測定対象物の形状および／または寸法を測定する第１測定手段と、
発光部と当該発光部に対峙する受光部との間の測定空間に導入した前記測定対象物に対し、前記測定空間の透過光量の変化に基づいて当該測定対象物の寸法を測定する第２測定手段と、を備え、
前記第１測定手段および前記第２測定手段は、前記撮像空間および前記測定空間を互いに共有するように配設されていることを特徴とする測定装置。
【請求項３】
前記測定対象物は、微小な針状物であることを特徴とする請求項１または２に記載の測定装置。
【請求項４】
前記移動手段は、前記測定対象物を回転可能に保持するキャリッジを有し、
前記第１測定手段による測定および前記第２測定手段による測定は、前記キャリッジにより回転する前記測定対象物に対し実行されることを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として針状を為す測定対象物の形状や寸法を測定する測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の測定対象物の形状や寸法を測定する手段として、測定光を測定対象物に照射し、その透過光量の変化に基づいて測定対象物の寸法を測定するというように、光学的に測定を行う測定装置（例えば特許文献１参照）と、測定対象物を撮像し、この撮像画像を画像処理することにより、測定対象物の寸法や形状を測定する測定装置（例えば特許文献２参照）とが開示されている。前者の測定装置は、測定範囲が広域であり、装置構成が簡易であるといったメリットに対し、測定部分が測定対象物の径や幅等に限定されるといったデメリットを有する。一方、後者の測定装置は、複雑な形状でも精度よく測定できるといったメリットに対し、測定範囲（視野）が狭く、また焦点を自動的に合わせる処理（オートフォーカス）が必要となり、撮像を開始するまでに時間がかかるといったデメリットがある。
【特許文献１】特開平５−２２３５３１号公報
【特許文献２】特開平９−１９６６２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
すなわち、前者および後者の測定装置のうちどちらの測定装置が適しているかは、測定対象物の測定箇所に応じて異なることから、一方のみの装置で測定を行うと、その測定に不適切な部分が測定不可能となったり、測定誤差が生じたりする問題が生じていた。係る問題を解消するため、測定対象物をそれぞれの装置で測定すると、１つの対象物の測定に対して２つの装置が必要となり、測定に係る工数が増加し非効率的である。さらに、２つの装置で測定を行うには、測定対象物を装置に再度チャッキングする必要があり、それぞれの測定値における位置的な相関が取得できず測定精度が低下するといった問題があった。
【０００４】
上記の問題に鑑み、本発明は、特性の異なる２つの測定手段を用い、かつこれらを有機的に作用させて、測定対象物の寸法や形状を精度よくかつ効率的に測定することができる測定装置を提供することをその課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の測定装置は、第１測定位置に導入した測定対象物を撮像し、撮像された撮像画像を画像処理して前記測定対象物の形状および／または寸法を測定する第１測定手段と、第２測定位置に導入した前記測定対象物に照射した測定光の透過光量の変化に基づいて当該測定対象物の寸法を測定するとともに、第１測定手段の視野基準となる、測定対象物の視野基準位置を検出可能な第２測定手段と、測定対象物を、第１測定位置と第２測定位置との間で移動させる移動手段と、第１測定手段、第２測定手段、および移動手段を制御する制御手段と、を備え、制御手段は、第２測定手段による視野基準位置の検出結果に基づいて、測定対象物を第１測定位置へ移動させることを特徴とする。
【０００６】
この構成によれば、測定対象物の測定箇所に応じて、第１測定手段および第２測定手段のうち最適な測定手段により測定を行うことによって、測定を効率よく行うことができる。また、第２測定手段による視野基準位置の検出結果に基づいて、測定対象物を第１測定位置へ移動させることから、視野が狭いといった難点を有する第１測定手段でも、効率よく測定対象物の視野基準位置を検出し、短時間で撮像を開始することが可能となる。さらに、別装置でそれぞれの測定を行う場合と比較して、測定物をチャッキングし直す必要がないので、第１測定手段における測定値と、第２測定手段における測定値との位置関係の相関が取得でき、測定精度を低下させる虞がない。また、１台の装置で複数の測定手段を備えることにより、測定対象物を移動させる移動手段、測定対象物を把持する把持部、並びに装置のベース等を複数の測定手段で共有することができるので、装置の製造コストを削減することが可能となる。
【０００７】
また、本発明の他の測定装置は、撮像部とこれに対峙する照明との間の撮像空間に導入した測定対象物に対し、撮像した撮像画像を画像処理して当該測定対象物の形状および／または寸法を測定する第１測定手段と、発光部とこれに対峙する受光部との間の測定空間に導入した前記測定対象物に対し、その透過光量の変化に基づいて当該測定対象物の寸法を測定する第２測定手段と、を備え、第１測定手段および第２測定手段は、撮像空間および測定空間を互いに共有するように配設されていることを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、測定対象物の測定箇所に応じて、第１測定手段および第２測定手段のうち最適な測定手段により測定を行うことによって、測定を効率よく行うことができる。また、上述の第１測定手段および第２測定手段は、撮像空間および測定空間を互いに共有するように配設されているので、測定対象物を第１測定手段と第２測定手段との間で移動させる必要がなく、移動による測定精度の低下を防止できると共に、装置構成を単純化することができる。また、例えば第１測定手段の照明と第２測定手段の測定光とを異なる波長の光とすれば、第１測定手段の測定および第２測定手段の測定を同時に実行することも可能である。
【０００９】
これらの場合、測定対象物は、微小な針状物であることが好ましい。
【００１０】
この構成によれば、第１、第２両測定手段により微小な針状物の全体および部分を適切に測定することができる。
【００１１】
また、この場合、移動手段は、測定対象物を回転可能に保持するキャリッジを有し、第１測定手段による測定および前記第２測定手段による測定は、キャリッジにより回転する測定対象物に対し実行されることが好ましい。
【００１２】
この構成によれば、第１測定手段および第２測定手段による測定において、測定対象物を回転させながら測定を行うので、同一箇所の径や寸法を様々な角度から測定することができる。すなわち、様々な角度から測定した結果得られた複数の測定値の平均値を正式な測定値として採用する等の制御を行い、より正確な測定値を取得することが可能となる。また、測定データの処理により、光学的外乱を排除することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、添付の図面を参照して、本発明の測定装置に係る一実施形態について詳細に説明する。本発明の測定装置は、先端に向かって段階的に細くなる針状の測定対象物（以下対象物と記載）に対し、これを撮像し、撮像画像を画像処理して対象物の形状や寸法を測定する第１測定部と、測定対象物に測定光を照射し、その透過光量の変化に基づいて対象物の寸法を測定する第２測定部とを有するものである。
【００１４】
図１および図２は、本実施形態に係る測定装置１の全体図であり、図１は対象物を上述の第１測定部２０に臨ませた状態を示し、図２は対象物を上述の第２測定部４０に臨ませた状態を示している。両図に示すように、本実施形態の測定装置１は、対象物１００を撮像し、撮像画像を画像処理して対象物の形状や寸法を測定する第１測定部２０と、対象物１００に測定光を照射し、その透過光量の変化に基づいて該対象物の寸法を測定する第２測定部４０と、対象物１００を第１測定部２０の測定位置となる第１測定位置２０ａと第２測定部４０の測定位置となる第２測定位置４０ａとの間で移動させる移動部６０と、第１測定部２０、第２測定部４０、移動部６０を制御する制御装置１０と、から構成されている。また図示では省略したが、少なくとも第１測定部２０、第２測定部４０、および移動部６０は、共通の機台上に載置されている。
【００１５】
第１測定部２０は、対象物１００を撮像するカメラユニット２１と、これに対峙する照明２２と、を備えている。カメラユニット２１は、例えばＣＣＤカメラを有し、第１測定位置２０ａに導入された対象物１００を撮像する。なお、撮像処理に先立ち、制御装置１０（オートフォーカス制御部１２）の制御によって、オートフォーカスが行われる。また、カメラユニット２１は、制御装置１０の制御によって、Ｚ軸方向に自在に移動することが可能となっている。さらに照明２２は、ハロゲンランプ等で構成されている。
【００１６】
一方第２測定部４０は、第２測定位置４０ａに導入された対象物１００に対し、例えばＬＥＤといった光−電変換により測定光を対象物１００に対して照射する発光部４１と、これに対峙する受光部４２と、を備えている。
【００１７】
移動部６０は、対象物１００をＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させるＸＹテーブル６１と、ＸＹテーブル６１に載置されたキャリッジ６２と、を有しており、キャリッジ６２は、対象物を把持するチャック６２ａと、チャック６２ａにより把持された対象物１００を回転させるための回転モータ６２ｂと、回転モータ６２ｂとチャック６２ａとの間に介設した減速器６２ｃと、これらを載置する載置台６２ｄと、を有している。ＸＹテーブル６１は、キャリッジ６２を介して対象物１００をＸ軸方向に移動させるモータ（Ｘ軸モータ）駆動のＸ軸テーブル６１ａと、キャリッジ６２を介して対象物１００をＹ軸方向に移動させるモータ（Ｙ軸モータ）駆動のＹ軸テーブル６１ｂとで構成されている。
【００１８】
制御装置１０は、第１測定部２０において撮像された撮像画像を画像処理するための画像処理ボード１１と、カメラユニット２１のオートフォーカスを行うオートフォーカス制御部１２と、回転モータ６２ｂおよびＸＹテーブル６１（Ｘ軸モータ，Ｙ軸モータ）を制御するモータ制御部１４と、画像処理ボード１１において処理された撮像画像や、第２測定部４０の受光部４２から出力された受光信号に基づいて、測定結果を取得するための測定プログラム１３と、制御装置１０全体を制御する制御部（ＣＰＵ）１５等から構成されている。
【００１９】
すなわち、請求項にいう第１測定手段とは、上述の第１測定部２０の各機構の他、制御装置１０の画像処理ボード１１、オートフォーカス制御部１２、測定プログラム１３等が含まれており、同様に請求項にいう第２測定手段とは、上述の第２測定部４０の各機構の他、制御装置１０の測定プログラム１３が含まれている。そして、請求項にいう制御手段とは、その主要部が制御装置１０の制御部（ＣＰＵ）１５から構成されるものである。
【００２０】
ここで、第１測定部２０、第２測定部４０、および制御装置１０による対象物１００の測定方法について簡単に説明する。第１測定部２０において撮像された撮像画像は、制御装置１０の画像処理ボード１１において画像処理される。この撮像画像は、画素（ピクセル）が２次元で配列しており、個々の画素それぞれから、対象物１００の撮像パターン像に対応する光信号強度レベルが得られる。そして、取得したこの光信号強度レベルに基づいて、制御部１５等が測定プログラム１３に従い演算処理を行うことにより、対象物１００の寸法が出力される。
【００２１】
一方、第２測定部４０の発光部４１には、光源となる発光素子の他、振動ミラー型や回転ミラー型等の偏向器（図示省略）やレンズが配設しており、発光部４１は、光源（発光素子）から照射された長波長の測定光を、偏向器によって光軸が一定角度内で偏向されるビームにし、さらにこのビームをレンズ等によって同一平面上を平行に移動するように走査されたビームにして照射する。
【００２２】
発光部４１から照射されたビームは、受光部４２の例えば集光レンズによって集光され、フォトダイオードまたはフォトトランジスタから成る受光素子により受光される。そして受光素子は、受光した光の強度（透過光量）の変化に基づいて、受光信号を出力する。出力された受光信号は、図示せぬ信号検出回路を経由して２値化され制御装置１０へ送られる。そして、制御部１５等がこの受光信号を元に測定プログラム１３に従って演算処理を行うことにより、対象物１００の寸法が出力される。
【００２３】
続いて、図３を参照し、本実施形態に係る測定装置１の測定対象となる対象物１００について簡単に説明する。本実施形態の対象物１００は、例えば索孔に用いられるポンチの一部であり微小なものである。同図に示すように対象物１００は、先端ポンチ部１１０、補強円柱部１２０およびチャック基部１３０から構成されている。先端ポンチ部１１０は四方形状に突出しており、その径は約２３〜３０μｍｍと極度に細くなっている。また、先端ポンチ部１１０と補強円柱部１２０との間には凸Ｒ部１１５が、補強円柱部１２０とチャック基部１３０との間には凹Ｒ部１２５、およびテーパ部１２６がそれぞれ形成されている。なお、以下の説明では、先端ポンチ部１１０、補強円柱部１２０、およびチャック基部１３０それぞれの径をｄ１，ｄ２，ｄ３と定義し、凸Ｒ部１１５のアーム寸法をＲ１、凹Ｒ部１２５のアール寸法をＲ２、テーパ部１２６のテーパ角度をＴと定義して説明する。また、対象物１００先端から凸Ｒ部１１５までの寸法をａ寸法、対象物１００先端から凹Ｒ部１２５までの寸法をｂ寸法、対象物１００の全寸をｃ寸法と定義する。
【００２４】
このように、本実施形態に係る測定装置１の測定対象となる対象物１００は、様々な形状や径を有する複雑なものであり、また微小であることから高度な測定精度が要求される。従って、本実施形態の測定装置１は、対象物１００の測定箇所に応じて第１測定部２０および第２測定部４０を使い分けて測定を実行する。以下、この制御について具体的に説明する。
【００２５】
まず、図４のフローチャートを参照し、測定開始の命令が下されてから、実際に第１測定部２０または第２測定部４０において測定が開始されるまでの一連の動作フローを説明する。同図に示すように、制御装置１０の制御部（ＣＰＵ）１５から測定開始の命令が下されると（Ｓ０１）、制御装置１０の制御により、まず移動部６０がホーム位置にある対象物１００を第２測定位置４０ａまで移動させる（Ｓ０２）。そして、第２測定部４０において対象物１００の視野基準位置の検出が行われる（Ｓ０３）。なお、「対象物１００の視野基準位置」とは、主に撮像処理の際、視野基準とする対象物１００の所定箇所の位置であり、本実施形態では、視野基準位置として対象物１００の先端ポンチ部１１０先端の位置を検出するものとする。
【００２６】
第２測定部４０において対象物１００の視野基準位置が正常に検出されると（Ｓ０４：Ｙｅｓ）、検出した視野基準位置を一時的に保存する（Ｓ０５）。そして、第１測定部２０で測定を行う場合には（Ｓ０６：Ｙｅｓ）、保存した視野基準位置に基づいて、第１測定位置２０ａまでの対象物１００（ＸＹテーブル６１）の移動量を制御装置１０が算出し（あるいはあらかじめ設定しておき）（Ｓ０７）、制御装置１０の制御により、算出した移動量に基づいて移動部６０が対象物１００を第１測定位置２０ａまで移動する（Ｓ０８）。その後、第１測定部２０において測定処理が開始される（Ｓ０９）。また、第２測定部４０で測定を行う場合には（Ｓ０６：Ｎｏ）、そのまま第２測定部４０において測定処理が開始される（Ｓ１０）。一方、第２測定部４０において対象物１００の視野基準位置が検出できなかった場合（Ｓ０４：Ｎｏ）、何らかのエラーが発生しているとして、異常処理を実行する（Ｓ１１）。
【００２７】
なお、本実施形態の測定装置１では、第１測定位置２０ａへの対象物１００の移動は、上述のように第２測定部４０により検出された視野基準位置に基づいて行われる。これは、第１測定部２０の測定範囲（視野）が、第２測定部４０と比較して極度に狭いことから、第２測定位置４０ａへの移動と同様の手順で移動を行うのでは、位置ずれが大きく、第１測定部２０において撮像を開始する際の視野基準検出が困難となる、あるいは手間がかかるからである。従って、上述のように第２測定部４０により検出された視野基準位置に基づいて、対象物１００を第１測定位置２０ａへ移動させることによって、詳細な位置精度で対象物１００を移動させることが可能となる。すなわち、第１測定部２０での視野基準検出が容易となり処理効率を向上させることができる。
【００２８】
さらに、図３を参照して説明した対象物１００を例に挙げ、具体的な測定の流れについて図５を参照しながら説明する。同図に示すように、対象物１００の測定は、その測定箇所に応じて複数の工程に分けられている。以下第１工程から順に説明する。第１工程では、先端ポンチ部１１０の径ｄ１を測定する。この径は上述のようにおよそ２３〜３０μｍｍであり、第１測定部２０において測定が実行される。続く第２工程では、対象物１００先端から凸Ｒ部１１５までのａ寸法の測定と、凸Ｒ部１１５のアーム寸法Ｒ１の測定が行われる。これらの測定も第１工程同様に第１測定部２０において測定が実行される。また第２工程では、対象物１００を９０°毎に間欠回転させ、同一の位置において４回の測定が行われる。そして、それぞれの測定値の平均値を算出し、算出した平均値を正式な測定値とする。なお、各箇所４回の測定の中で極端な測定結果が生じた場合には、外乱（ノイズ）の可能性があるため、この値をキャンセルして平均値を算出する。
【００２９】
第３工程では、補強円柱部１２０の径ｄ２の測定を行う。この径はおよそ１５０〜２００μｍｍであり、第１工程で測定した径ｄ１と比較してやや太径であることから第２測定部４０において測定が実行される。なお、第３工程でも第２工程同様、対象物１００を９０°毎に間欠回転させ、同一の位置において４回の測定が行われる。
【００３０】
そして、第４工程では、対象物１００先端から補強円柱部１２０までのｂ寸法、対象物の全寸となるｃ寸法、凹Ｒ部１２５のアール寸法Ｒ２、テーパ部１２６のテーパ角度Ｔ、並びにチャック基部１３０の径ｄ３の測定を行う。そして、上記のｂ寸法、ｃ寸法、アール寸法Ｒ２、およびテーパ角度Ｔの測定は、第１測定部２０において行われ、径ｄ３の測定は第２測定部４０において行われる。なお、径ｄ３の測定では、第２および第３工程同様、対象物１００を９０°毎に間欠回転させ、同一の位置において４回の測定が行われる。
【００３１】
このように、本実施形態に係る測定装置１は、測定対象物１００の測定箇所に応じて、第１測定部２０および第２測定部４０のうち最適な測定手段により測定を行うことが実現できる。また、第２測定部４０による視野基準位置の検出結果に基づいて、対象物１００を第１測定位置２０ａへ移動させることから、視野が狭いといった難点を有する第１測定部２０でも、効率よく対象物１００の視野基準位置を検出し、短時間で撮像を開始することが可能となる。
【００３２】
次に、図６を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。この実施形態における測定装置１は、第１測定部２０と第２測定部４０とが、第１測定部２０の撮像空間２０ａと第２測定部４０の測定空間４０ａとを互いに共有するものである。この場合、第１測定部２０と第２測定部４０とが例えば互いに直交するように配設されており、対象物１００は、チャック６２ａにより斜めに把持された状態で、第１測定部２０の撮像空間２０ａまたは第２測定部４０の測定空間４０ａに導入される。この構成によれば、対象物１００を第１測定部２０と第２測定部４０との間で移動させる必要がなく、移動による測定精度の低下を防止できると共に、装置構成を単純化することができる。また、例えば第１測定部２０の照明２２と第２測定部４０の測定光とを異なる波長の光とすれば、第１測定部２０の測定および第２測定部４０の測定を同時に実行することも可能である。
【００３３】
また、上述した実施例によらず、測定装置１の装置構成や処理工程等について、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更も可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】対象物を第１測定部に臨ませた状態を示す測定装置である。
【図２】対象物を第２測定部に臨ませた状態を示す測定装置である。
【図３】対象物の側面図である。
【図４】測定が開始されるまでの動作フローを示すフローチャートである。
【図５】測定処理の工程図である。
【図６】第２実施形態に係る測定装置の外観図である。
【符号の説明】
【００３５】
１・・・測定装置  １０・・・制御装置  １５・・・制御部  ２０・・・第１測定部  ２０ａ・・・第１測定位置  ２１・・・カメラユニット  ２２・・・照明  ４０・・・第２測定部  ４０ａ・・・第２測定位置  ４１・・・発光部  ４２・・・受光部  ６０・・・移動部  ６１・・・ＸＹテーブル  ６２・・・キャリッジ  １００・・・測定対象物
【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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