JP7300871B2 - Measuring device and method - Google Patents
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Description
本発明は、測定装置および測定方法に関し、特に、2光束干渉法を用いる測定装置および測定方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a measuring apparatus and measuring method, and more particularly to a measuring apparatus and measuring method using two-beam interferometry.
2光束干渉法を用いる測定装置は、例えば、特許文献1に記載されたものがある。この測定装置(形状測定装置)は、図9に示すように、光源1と、コリメータレンズ2と、ビームスプリッタ3と、参照板4と、結像レンズ5と、CCDカメラ6等を備える。
A measuring device using the two-beam interferometry is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-200316. This measuring apparatus (shape measuring apparatus) includes a
すなわち、光源1から出射された光(白色光)は、コリメータレンズ2でコリメートされ、ビームスプリッタ3で2方向に分割される。一方の分割光は、被測定対象であるワーク7に測定面に照射され、他方の分割光は、参照板4の参照面に照射される。測定面及び参照面に照射からそれぞれ反射された白色光は、ビームスプリッタ3で合成され、その際の干渉光が結像レンズ5を介してCCDカメラ6で撮像される。
That is, light (white light) emitted from the
従来の白色干渉による3次元計を用いる場合、視野を大きくする(倍率を低くする)必要がある。しかしながら、視野を大きくすると、水平分解能が落ちることになる。水平分解能を維持するためには、視野の移動が必要となる。このため、このような白色干渉による3次元計において、必要な水平分解能を維持しながらCCDカメラ(イメージセンサ)6よりも大きな視野を測定する場合、ワーク7又は光学系を移動させて複数視野を撮影して、貼り合わせる必要があった。
A larger field of view (lower magnification) is required when using a conventional white interference three-dimensional meter. However, increasing the field of view reduces horizontal resolution. To maintain horizontal resolution, the field of view must be moved. For this reason, in the case of measuring a field of view larger than that of the CCD camera (image sensor) 6 while maintaining the necessary horizontal resolution in such a three-dimensional meter using white light interference, the
複数視野を撮影して、貼り合わせる場合、視野連結のために視野を移動させる必要があり、移動時間が大となる。また、視野の移動のために、重量物(ワークや光学系)を移動させる必要があり、装置(機器)全体は大型化および複雑化することになる。 When photographing a plurality of fields of view and pasting them together, it is necessary to move the fields of view in order to connect the fields of view, resulting in a long movement time. In addition, it is necessary to move heavy objects (workpieces and optical systems) in order to move the field of view, resulting in an increase in the size and complexity of the entire apparatus (equipment).
本発明は、上記課題に鑑みて、光学系の水平分解能を向上させることができ、しかも、測定時間の短縮を図ることが可能な測定装置および測定方法を提供する。 SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above problems, the present invention provides a measuring apparatus and a measuring method capable of improving the horizontal resolution of an optical system and shortening the measuring time.
本発明の測定装置は、光源からの光を2方向に分割して、一方の分割光を被測定部位に照射するとともに、他方の分割光を参照板に照射し、被測定部位及び参照板から反射された反射光を合成してその干渉光を撮像する撮像手段を有する2光束干渉計を用いた測定装置であって、前記撮像手段は、光電変換部位が1画素面積よりも小さい面積で開口している画素を有するイメージセンサを備え、前記イメージセンサの光電変換部位の開口面積を前記1画素面積の7%以上30%以下として、位置移動手段にて、このイメージセンサと被測定部位とを相対的に移動させて、1画素よりも少なく、前記光電変換部位をずらせるものである。 The measurement apparatus of the present invention splits the light from the light source into two directions, irradiates one of the split beams onto the part to be measured, and irradiates the other split beam onto the reference plate, and irradiates the part to be measured and the reference plate. A measurement apparatus using a two-beam interferometer having imaging means for synthesizing reflected reflected light and imaging interference light, wherein the imaging means has an aperture with a photoelectric conversion site having an area smaller than the area of one pixel. an image sensor having a pixel that is a pixel, and the opening area of the photoelectric conversion portion of the image sensor is set to 7% or more and 30% or less of the one pixel area, and the image sensor and the portion to be measured are moved by the position moving means. By relatively moving, the photoelectric conversion portion is shifted by less than one pixel.
本発明の測定装置によれば、光電変換部位が1画素面積よりも小さい面積で開口している画素を有するイメージセンサを用いるので、イメージセンサの見かけの画素サイズが小さくなって、水平分解能を向上させることができる。しかも、画素サイズを小さくしたことによって計測できない部分(抜け部分)を、イメージセンサと被測定部位との相対移動で補完することができる。 According to the measuring device of the present invention, since the image sensor having the pixels in which the photoelectric conversion sites are open with an area smaller than the area of one pixel is used, the apparent pixel size of the image sensor is reduced and the horizontal resolution is improved. can be made Moreover, a portion (missing portion) that cannot be measured due to the reduction in pixel size can be compensated for by relative movement between the image sensor and the measured portion.
イメージセンサの光電変換部位の開口は、画素に遮光部を設けることによって構成できる。ここで、遮光部として、例えば、黒色顔料(カーボンブラック)が含まれる塗料(樹脂)、金属の蒸着膜、金属板(エッチングや機械加工)等で構成することができる。このように、遮光部としては、種々の簡単な構成で設けることができる。 The aperture of the photoelectric conversion portion of the image sensor can be configured by providing a light shielding portion in the pixel. Here, the light-shielding portion can be composed of, for example, a paint (resin) containing a black pigment (carbon black), a vapor-deposited metal film, a metal plate (etching or machining), or the like. In this way, the light shielding portion can be provided in various simple configurations.
イメージセンサの光電変換部位の開口は、フォトダイオードの受光面にて構成することができる。このようなフォトダイオードを有するイメージセンサを製造すればよく、遮光部を設ける必要がなく、生産性に優れる。 The aperture of the photoelectric conversion portion of the image sensor can be formed by the light receiving surface of the photodiode. It suffices to manufacture an image sensor having such a photodiode, and there is no need to provide a light shielding portion, resulting in excellent productivity.
イメージセンサの光電変換部位の開口面積は、1画素面積の7%以上30%以下とすることができる。このように設定するのが、生産上安定する。 The aperture area of the photoelectric conversion portion of the image sensor can be 7% or more and 30% or less of the area of one pixel. Such setting stabilizes production.
光電変換部位の開口形状が、略円形、略楕円形、略正方形、および略長方形のいずれかであってもよい。ここで、略円形とは、真円はもちろん、ある程度円に近い形状(若干の楕円形状や円周に凹凸を有する形状など)を含む概念である。略楕円形とは、実際の楕円及び楕円に近い形状を含むものであり、楕円に近い形状とは複合円のようなものや円と直線とで形作られたようなものをも含む趣旨である。略正方形とは、実際の正方形及び実質的に正方形に近い形状であり、頂点に丸み等を有する実質的な長方形も含むものである。略長方形とは、実際の長方形及び実質的に長方形に近い形状であり、頂点に丸み等を有する実質的な長方形も含むものである。 The shape of the opening of the photoelectric conversion portion may be substantially circular, substantially elliptical, substantially square, or substantially rectangular. Here, the term “substantially circular” is a concept that includes not only perfect circles but also shapes that are somewhat circular (such as slightly elliptical shapes and shapes having unevenness on the circumference). The substantially elliptical shape includes an actual ellipse and a shape close to an ellipse, and the shape close to an ellipse is meant to include things like compound circles and shapes made up of circles and straight lines. . A substantially square is a shape close to an actual square or a substantially square, and includes a substantially rectangular shape having rounded vertices or the like. A substantially rectangular shape means a shape close to an actual rectangle and a substantially rectangular shape, and also includes a substantially rectangular shape having rounded vertices or the like.
位置移動手段は、イメージセンサを被測定部位に対して移動させる圧電アクチュエータにて構成することができる。ここで、圧電アクチュエータとは、ピエゾ圧電効果を応用したアクチュエータであり、このため、高精度であり、高速応答性であり、停止保持力が高く、低消費電力であり、電磁ノイズがでず、小型で高密度配置が可能であり、構造がシンプルである等の利点がある。 The position moving means can be composed of a piezoelectric actuator that moves the image sensor with respect to the site to be measured. Here, the piezoelectric actuator is an actuator to which the piezoelectric effect is applied. Therefore, it has high accuracy, high-speed response, high stop holding force, low power consumption, and no electromagnetic noise. It has advantages such as small size, high-density arrangement, and simple structure.
被測定部位がボンディングされたワイヤ、その接合部、及び接合させるべき被接合部の少なくともいずれかであってもよい。 The part to be measured may be at least one of a bonded wire, its joint, and a joint to be joined.
光源から照射される光が単色光又は複数色であるのが好ましい。単色光の光源として、レーザ光源やLED光源で構成できる。また、複数色光は、複数種類の単色色が混ざった光である。なお、光源から照射される光として白色光であってもよい。ここで、白色光とは380nmから750nmの波長の光が混じった光である。このため、2光束干渉法を用いれば、それぞれの色の光は、この2つ光路の光路長差が波長の「整数倍」の時に強め合い、「整数倍+半波長」の時に弱め合う。そして、全ての色の光の干渉結果の合成が白色光の干渉結果となり、光路長差が0の時、全ての波長の光が強め合いことになり、白色光の干渉は最も明るくなる。 It is preferable that the light emitted from the light source is monochromatic light or multicolored light. A laser light source or an LED light source can be used as the monochromatic light source. In addition, multi-color light is light in which multiple kinds of monochromatic colors are mixed. Note that the light emitted from the light source may be white light. Here, white light is light in which light with a wavelength of 380 nm to 750 nm is mixed. Therefore, if the two-beam interferometry is used, the light of each color strengthens each other when the optical path length difference between the two optical paths is "integer multiple" of the wavelength, and weakens each other when it is "integer multiple + half wavelength". Then, the synthesis of the interference results of all colors of light is the result of white light interference. When the optical path difference is 0, the lights of all wavelengths reinforce each other, and the interference of white light is the brightest.
本発明の測定方法は、光を2方向に分割して、一方の分割光を被測定部位に照射するとともに、他方の分割光を参照板に照射し、被測定部位及び参照板から反射された反射光を合成してその干渉光を撮像する2光束干渉法を用いた測定方法であって、光電変換部位が1画素面積の7%以上30%以下の小さい面積で開口している画像を有するイメージセンサと、被測定部位とを相対的に移動させて、1画素よりも少なく、前記光電変換部位をずらせて、イメージセンサで被測定対象部を撮像するものである。 In the measuring method of the present invention, light is split into two directions, one of the split beams is applied to a site to be measured, and the other split light is applied to a reference plate, and the light is reflected from the site to be measured and the reference plate. A measurement method using a two-beam interferometry that synthesizes reflected light and images the interference light, and has an image in which the photoelectric conversion site is opened in a small area of 7% or more and 30% or less of the area of one pixel. By relatively moving the image sensor and the part to be measured, the photoelectric conversion part is shifted by less than one pixel, and the image sensor picks up an image of the part to be measured.
本発明の測定方法によれば、電変換部位が1画素面積よりも小さい面積で開口している画像を有するイメージセンサを用いるので、イメージセンサの見かけの画素サイズが小さくなって、水平分解能を向上させることができる。しかも、画素サイズを小さくすることによって計測できない部分(抜け部分)を、イメージセンサと被測定部位との相対移動で補完することができる。 According to the measurement method of the present invention, an image sensor having an image in which the electrical conversion portion is opened with an area smaller than the area of one pixel is used, so the apparent pixel size of the image sensor is reduced and the horizontal resolution is improved. can be made Moreover, the part (missing part) that cannot be measured by reducing the pixel size can be compensated for by the relative movement between the image sensor and the part to be measured.
イメージセンサと被測定部位との相対移動を一定ピッチとしても、任意の不定ピッチで移動させてもよい。X方向及び/又はY方向のイメージセンサと被測定部位との相対位置移動のみを行うものであってもよい。 The image sensor and the site to be measured may be moved relative to each other either at a constant pitch or at an arbitrary irregular pitch. Only relative positional movement between the image sensor and the site to be measured in the X direction and/or the Y direction may be performed.
イメージセンサと被測定部位とのX方向及び/又はY方向の相対位置移動、およびX方向及びY方向と直交するイメージセンサのZ方向のスキャンが可能であって、イメージセンサのZ方向のスキャン中に、X方向及び/又はY方向のイメージセンサの相対移動を行うように設定できる。この場合、例えば、イメージセンサのZ方向のスキャンを複数回(複数ステップ)に分け、1ステップ移動後にイメージセンサと被測定部位との相対位置移動を行い、次の1ステップ移動後にイメージセンサと被測定部位との相対位置移動を行うように設定できる。 Relative positional movement of the image sensor and the site to be measured in the X direction and/or the Y direction and scanning in the Z direction of the image sensor orthogonal to the X direction and the Y direction are possible, and during scanning of the image sensor in the Z direction can be set to provide relative movement of the image sensor in the X and/or Y direction. In this case, for example, the scanning of the image sensor in the Z direction is divided into a plurality of times (multiple steps). It can be set to move relative to the measurement site.
イメージセンサと被測定部位とのX方向及び/又はY方向の相対位置移動、およびX方
向及びY方向と直交するイメージセンサのZ方向のスキャンが可能であって、イメージセ
ンサのZ方向のスキャン後に、X方向及び/又はY方向のイメージセンサと被測定部位と
の相対位置移動を行うように設定できる。この場合、例えば、メージセンサのZ方向プラ
ス側のスキャンを行った後に、イメージセンサと被測定部位との相対位置移動を行い、次
に、イージセンサのZ方向マイナス側のスキャンを行った後に、イメージセンサと被測定
部位との相対位置移動を行うように設定できる。
The image sensor is capable of relative positional movement in the X direction and/or the Y direction between the image sensor and the site to be measured, and scanning in the Z direction of the image sensor perpendicular to the X and Y directions . After scanning in the Z direction, the image sensor and the site to be measured can be moved relative to each other in the X and/or Y directions. In this case, for example, after scanning the positive side of the image sensor in the Z direction, the relative positions of the image sensor and the part to be measured are moved, and then, after scanning the negative side of the easy sensor in the Z direction, the image sensor and the site to be measured can be set to move relative to each other.
前記方法における被測定部位がボンディングされたワイヤ、その接合部、及び接合させるべき被接合部の少なくともいずれかである。 The part to be measured in the above method is at least one of a bonded wire, its joint, and a part to be joined.
本発明では、水平分解能を向上させることができて、精度の高い測定が可能となる。また、相対位置移動の1回の移動量を画素サイズよりも小さくするので、1回の移動時間が短く、スループット(単位時間あたりに処理できる量)を向上させることができる。特に、センサ側を移動させるものでは、移動機構を簡略化することができる。 According to the present invention, horizontal resolution can be improved, and highly accurate measurement becomes possible. In addition, since the amount of movement for one time relative position movement is smaller than the pixel size, the time taken for one movement is short, and the throughput (amount that can be processed per unit time) can be improved. In particular, the moving mechanism can be simplified in the case of moving the sensor side.
以下本発明の実施の形態を図1~図8に基づいて説明する。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 8. FIG.
図1は本発明に係る測定装置を示し、この測定装置は、図8に示すような被測定部位Sに対して、形状、軌跡、寸法、および接合品質等を測定(検出)する装置であり、被測定部位Sとして、ボンディングワイヤ51、ワイヤ接合部52、被接合部53、その他計測領域(図外)である。すなわち、この被測定部位Sを有するワークとして、ボンディングワイヤ51が接続される基板等である。
FIG. 1 shows a measuring device according to the present invention, and this measuring device measures (detects) the shape, trajectory, dimensions, bonding quality, etc. of a site S to be measured as shown in FIG. , a portion S to be measured includes a
測定装置は、図1に示すように、単色光又は複数色光である光源11と、コリメータレンズ12と、ビームスプリッタ13と、参照板14と、結像レンズ15と、撮像手段10を構成するCCDカメラやCMOSカメラ等のカメラ16等を備える。光源11として、光が単色光の場合、紫色や青色や緑や赤等のLED光源やレーザ光源を適用することができる。また、複数色光とは、複数種類の単色色が混ざった光である。なお、光源から照射される光として白色光であってもよい。白色光を用いる場合、キセノンランプ、ハロゲンランプ、水銀ランプ、白色LED等の他の白色光源を採用することができる。また、光として、可視光であっても可視光以外であってもよい。
As shown in FIG. 1, the measurement apparatus includes a
光源11から出射された光は、コリメータレンズ12でコリメートされ、ビームスプリッタ13で2方向に分割される。一方の分割光は、被測定部位SであるワークWの測定面に照射され、他方の分割光は、参照板14の参照面に照射される。測定面及び参照面の照射からそれぞれ反射された光は、ビームスプリッタ13で合成され、その際の干渉光が結像レンズ15を介してCCDカメラ16で撮像される。すなわち、この測定装置は2光束干渉方式である。
Light emitted from the
CCDカメラやCMOSカメラ等のカメラ16は、図2(a)~図2(d)に示すようなイメージセンサ18を備える。イメージセンサ18の画素20は、光電変換を行うフォトダイオード(PD)21で構成される光電変換部位22と、回路等のフォトダイオード以外の部位(非光電変換部位)23とで構成される。そして、CCDカメラ16は、このようなイメージセンサ18が、図6(a)(b)に示すように複数個有するものである。
A
すなわち、このイメージセンサ18は、光電変換部位22が1画素面積よりも小さい面積で開口している画素20を有するものである。この場合、光電変換部位22の開口面積は、1画素面積の7%~30%とすることができる。例えば、画素20を3行3列の9分割とすると、開口面積が1画像の11%程度となり、画素20を2行2列の4分割とすると、開口面積が1画像の25%程度となる。画素を細かく分割すると、開口面積が小さく、暗く(受光効率が低く)なるため、3行3列や2行2列程度の分割が好ましい。このように、電変換部位22の開口面積を、1画素面積の7%~30%に設定するのが生産上安定する。
That is, the
光電変換部位22としては、図2(a)~図2(d)に示すように種々の位置に配置することができる。また、図3(a)~図3(d)は、被測定部位S側のイメージセンサ18の投影図を示す。このため、投影面18Aは、1画素20が4等分(1行1列)され、光電変換部位22が図2(a)に示す位置に配置された場合、光電変換部位22が図3(a)の「1」の区画20aに対応し、図2(b)に示す位置に配置された場合、光電変換部位22が図3(b)の「1」の区画20aに対応し、図2(c)に示す位置に配置された場合、光電変換部位22が図3(c)の「1」の区画20aに対応し、図2(d)に示す位置に配置された場合、光電変換部位22が図3(d)の「1」の区画20aに配置されている。
The
このため、この図2に示す光電変換部位22の開口面積としては、イメージセンサ18の1画素20の25%程度としている。そして、イメージセンサ18は、相互に直交するX・Y方向に、移動手段25を介して移動可能となっている。この場合、移動手段25にて、イメージセンサ18と被測定部位Sとを相対的に移動させて、1画素よりも少なく、画素単位で表す移動量の整数部分を除いた小数部分の量で画素をずらせるものである。すなわち、X方向又はY方向の相対移動量が、1.5pixの場合、(1.5-1)pix=0.5pixがずらし量となる。また、X方向又はY方向の相対移動量が、5.2pixの場合、(5.2-5)pix=0.2pixがずらし量となる
Therefore, the opening area of the
図2(a)に示す場合には、光電変換部位22としては、図3(a)の「1」→「2」→「3」→「4」に移動し、図2(b)に示す場合には、光電変換部位22としては、図3(b)の「1」→「2」→「3」→「4」に移動し、図2(c)に示す場合には、光電変換部位22としては、図3(c)の「1」→「2」→「3」→「4」に移動し、図2(d)に示す場合には、光電変換部位22としては、図3(d)の「1」→「2」→「3」→「4」に移動する。これによって、光電変換部位22は、1画素20全体をカバーすることができる。
In the case shown in FIG. 2(a), the
移動手段25は、例えば、ボールねじ機構、リニアガイド機構、又はシリンダ機構等を用いることができ、それらの駆動源に、ピエゾアクチュエータ(ピエゾモータ)、超音波モータ、サーボモータ、又はステッピングモータ等の種々ものを用いることができる。 The moving means 25 can use, for example, a ball screw mechanism, a linear guide mechanism, or a cylinder mechanism. can use things.
また、被測定部位Sを有するワークWはステージ26上に配置され、このステージ26は、Z方向移動手段27にてZ方向に往復動可能となっている。すなわち、移動手段25は、カメラ16の移動方向であるX・Y方向(水平面上)の移動と直交する方向(鉛直方向)にステージ26を往復動させることができる。このZ方向移動手段27も、前記移動手段25と同様、例えば、ボールねじ機構、リニアガイド機構、又はシリンダ機構等を用いることができ、それらの駆動源に、ピエゾアクチュエータ(ピエゾモータ)、超音波モータ、サーボモータ、又はステッピングモータ等の種々のものを用いることができる。被測定部位に、干渉を越える凹凸部を有する場合等において、被測定部位S側をZ方向に移動させることによって測定可能とすることができる。
A workpiece W having a portion S to be measured is placed on a
ところで、この測定装置は、図1に示すようにZ方向走査手段28を備える。Z方向走査手段28としては、イメージセンサであるカメラ6に設けられる走査回路で構成できる。このように、Z方向走査手段28を有することによって、このカメラの焦点位置をZ方向に上から下へ走査させながら被測定部位Sの画像を取得したり、Z方向に下から上へ走査させながら被測定部位Sの画像を取得したりすることができる。なお、このZ方向走査手段28を、Z方向移動手段27で構成することが可能であり、このZ方向移動手段27を省略することが可能である。
By the way, this measuring apparatus is equipped with a Z-direction scanning means 28 as shown in FIG. The Z-direction scanning means 28 can be configured by a scanning circuit provided in the
そして、各手段25,27,28は図1に示すように制御手段30にて制御される。制御手段30は、例えば、CPU(Central Processing Unit)を中心としてROM(Read Only Memory)やRAM(Random Access Memory)等がバスを介して相互に接続されたマイクロコンピュータである。また、制御手段30には、図示省略の記憶手段が接続されている。記憶手段は、それぞれ、HDD(Hard Disc Drive)やDVD(Digital Versatile Disk)ドライブ、CD-R(Compact Disc-Recordable)ドライブ、EEPROM(Electronically Erasable and Programmable Read Only Memory)等からなる。なお、ROMには、CPUが実行するプログラムやデータが格納されている。 Each means 25, 27 and 28 is controlled by a control means 30 as shown in FIG. The control means 30 is, for example, a microcomputer in which a CPU (Central Processing Unit) as a center and a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), etc. are interconnected via a bus. Further, storage means (not shown) is connected to the control means 30 . Each of the storage means includes an HDD (Hard Disc Drive), a DVD (Digital Versatile Disk) drive, a CD-R (Compact Disc-Recordable) drive, an EEPROM (Electronically Erasable and Programmable Read Only Memory), or the like. The ROM stores programs and data executed by the CPU.
次に図1に示す測定装置を用いてワークWの被測定部位Sを測定する方法を説明する。この場合、イメージセンサ18のX・Y方向の移動と、Z方向走査(Zスキャン)とを組み合わせて測定することになる。例えば、第1の方法として、Zスキャン中にX・Y方向の移動を行い、第2の方法として、Zスキャンの往復動毎にX・Y方向の移動を行うものである。
Next, a method for measuring the measured portion S of the workpiece W using the measuring apparatus shown in FIG. 1 will be described. In this case, measurement is performed by combining movement of the
第1の方法は、具体的には、Zスキャンを上から下とした場合、スキャンを複数段に分け、1ステップ分スキャンした後又はスキャン中に、(Z方向移動が停止してもZ方向移動が停止していなくても、)X・Y方向の移動を行い、さらに1ステップ分スキャンした後、X・Y方向の移動を行う。これを全Zスキャンが完了するまで行う。また、第1の方法において、Zスキャンが下から上であってもよい。 Specifically, when the Z scan is performed from top to bottom, the scan is divided into a plurality of stages, and after or during the scan for one step, (even if the movement in the Z direction stops, Even if the movement is not stopped, the movement in the X and Y directions is performed, and after one step of scanning, the movement in the X and Y directions is performed. This is done until all Z scans are completed. Also, in the first method, the Z scan may be from bottom to top.
第2の方法は、下から上へスキャンした後、X・Y方向の移動、1ピッチを行い、次に、上から下へスキャンして、X・Y方向の移動、1ピッチを行い、1画素20全体をカバーするようにする。また、上から下へスキャンした後、X・Y方向の移動、1ピッチを行い、次に、下から上へスキャンして、X・Y方向の移動、1ピッチを行うようにしてもよい。第1・第2の方法における各X・Y方向の移動(1ピッチの移動)は、図3(a)(b)(c)(d)に示すように、「1」→「2」、「2」→「3」、又は「3」→「4」である。
The second method is to scan from bottom to top, then move in the X and Y directions for one pitch, then scan from top to bottom and move in the X and Y directions for one pitch, then scan from top to bottom. Make sure that the
図4は、イメージセンサ18が1画素20を図5のように3行3列に分割した場合の1区画20aに光電変換部位22が設けられている場合を示している。図5(a)~図5(d)は、被測定部位S側のイメージセンサ18の投影図を示す。図4(a)では、光電変換部位22が、図5(a)の「1」の区画20aに対応し、図4(b)では、光電変換部位22が、図5(b)の「2」の区画20aに対応し、図4(c)では、光電変換部位22が、図5(b)の「3」の区画20aに対応し、図4(d)では、光電変換部位22が、図5(b)の「4」の区画20aに対応し、図4(e)では、光電変換部位22が、図5(b)の「5」の区画20aに対応し、図4(f)では、光電変換部位22が、図5(b)の「6」の区画20aに対応し、図4(g)では、光電変換部位22が、図5(b)の「7」の区画20aに対応し、図4(h)では、光電変換部位22が、図5(b)の「8」の区画20aに対応し、図4(i)では、光電変換部位22が、図5(b)の「9」の区画20aに対応している
FIG. 4 shows a case where one
なお、図5(a)~図5(f)が、図4(a)に示す位置に光電変換部位22が対応する場合のX・Y方向移動順を示している。それぞれ、「1」→「2」→「3」→「4」→「5」→「6」→「7」→「8」→「9」と移動する。また、図4(b)から図4(f)に示す位置に光電変換部位22が対応する場合のX・Y方向移動順としては、全区画20aに移動できる範囲でそれぞれ任意に設定でき、それらの図示を省略している。
5(a) to 5(f) show the order of movement in the X and Y directions when the
ところで、前記実施形態では、光電変換部位22の開口形状を略正方形としていたが、図6に示すような他の形状のものであってもよい。すなわち、図6(a)では略長方形であり、図6(b)では略円形であり、図6(c)では略長円であり、図6(d)では略6角形である。ここで、略円形とは、真円はもちろん、ある程度円に近い形状(若干の楕円形状や円周に凹凸を有する形状など)を含む概念である。略楕円形とは、実際の楕円及び楕円に近い形状を含むものであり、楕円に近い形状とは複合円のようなものや円と直線とで形作られたようなものをも含む趣旨である。略正方形とは、実際の正方形及び実質的に正方形に近い形状であり、頂点に丸み等を有する実質的な長方形も含むものである。略長方形とは、実際の長方形及び実質的に長方形に近い形状であり、頂点に丸み等を有する実質的な長方形も含むものである。略6角形とは、実際の正6角形及び実質的に6角形に近い形状であり、頂点に丸み等を有する実質的な6角形も含むものである
By the way, in the above embodiment, the shape of the opening of the
前記各実施形態の光電変換部位22としては、1画素20面積よりも小さい面積で開口するように設定するのが好ましい。また、各光電変換部位22として、PD21全体で構成しても、図2(a)で示すように、光電変換部位22の受光面に遮光部24を設けることによって、PD21の元の受光面の面積を小さくして、光電変換部位22を設けるようにしてもよい。光電変換部位22の開口面積は、1画素面積の7%以上30%以下の面積とするのが好ましい。
It is preferable to set the
遮光部24を設ける場合、例えば、黒色顔料(カーボンブラック)が含まれる塗料(樹脂)、金属の蒸着膜、金属板(エッチングや機械加工)等で構成することができる。このように、遮光部24としては、種々の簡単な構成で設けることができる。
When the
1画素20面積よりも小さい光電変換部位が開口している画素を有するイメージセンサ18を用いるので、イメージセンサ18の見かけの画素サイズが小さくなって、水平分解能を向上させることができる。しかも、画素サイズを小さくしたことによって計測できない部分(抜け部分)を、イメージセンサ18と被測定部位との相対移動で補完することができる。
Since the
すなわち、本発明では、水平分解能を向上させることができて、精度の高い測定が可能となる。また、相対位置移動の1回の移動量が画素サイズよりも小さくするので、1回の移動時間が短く、スループット(単位時間あたりに処理できる量)を向上させることができる。特に、センサ側を移動させるものでは、移動機構を簡略化することができる。 That is, in the present invention, the horizontal resolution can be improved, and highly accurate measurement becomes possible. In addition, since the amount of movement for one time of relative position movement is smaller than the pixel size, the time for one movement is short, and the throughput (amount that can be processed per unit time) can be improved. In particular, the moving mechanism can be simplified in the case of moving the sensor side.
また、イメージセンサ18と被測定部位SとのX方向及び/又はY方向の相対位置移動、およびX方向及びY方向と直交するイメージセンサ18のZ方向のスキャンが可能であるので、カメラの画素毎の高さデータを得ることができ、また、被測定部位Sの反射率に応じて明るさも取得可能で、輝度画像も取得できる。このため、種々の形状・寸法の測定が可能となる。
In addition, since it is possible to move the
この実施形態では、ボンディングワイヤ51、ワイヤ接合部52、ワイヤ被接合部53、その他計測領域に含まれる3Dデータを取得できる。このため、この3Dデータから、形状、軌跡、寸法、および接合品質等を観察することができる。
In this embodiment, 3D data of the
ところで、前記イメージセンサ18を1個のものについて説明したが、図7に示すように、複数個のイメージセンサ18を備えたものであってもよい。この場合、複数個のイメージセンサ18が1つ列に並んだラインセンサを構成している。図7(a)の状態では、光電変換部位22に対応するH1の範囲を観察(測定)でき、隣合うH1・H1間の範囲の観察ができない。そこで、複数個のイメージセンサを矢印方向に1ピッチ(H1・H1間の範囲に光電変換部位が対応する移動量)だけ移動させることによって、図7(b)に示すように、H1・H1間にH2の観察(測定)可能範囲を形成することができる。このため、観察もれがなくなる。
By the way, although one
複数個のイメージセンサ18を備える場合、図6に示すように1列に並設したものに限るものではなく、複数個のイメージセンサ18はマトリックス状(複数行列状)に配置したエリアセンサであってもよい。
When a plurality of
また、前記実施形態では、Z方向のスキャンを行っていたが、他の実施形態として、このようなZ方向のスキャンを行わないものであってもよい。 Also, in the above embodiment, scanning in the Z direction was performed, but as another embodiment, such scanning in the Z direction may not be performed.
本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、例えば、カードとして、前記実施形態では、X・Y方向に移動させる場合、一定ピッチで、隣り合う区画20aへの移動であるが、ワークの被測定部位Sの形状等によって、一定ピッチで移動させる必要はない。すなわち、図5に示すように区画20aされている場合に、図5(a)の「1」から「3」等に移動してもよい。また、前記実施形態で、X方向又はY方向に移動するものであったが、X方向及びY方向に対して傾斜する方向に移動させてもよい。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications are possible. Regarding the movement, it is not necessary to move at a constant pitch depending on the shape of the portion S to be measured of the workpiece. That is, when the
本発明に係る測定装置に用いる2光束干渉計として、前記実施形態では、マイケルソン干渉方式であったが、ミラウ干渉方式であってもよい。 As the two-beam interferometer used in the measuring apparatus according to the present invention, the Michelson interferometer is used in the above embodiment, but the Mirau interferometer may be used.
ところで、本測定装置及び測定方法では、センサ18よりも大きな視野を観察する(光学倍率1倍以下の光学系)ものが本発明の特有の作用効果を得るのに最適となる。しかしなしながら、センサ18と同一視野を観察するものであっても、センサ18よりも小さな視野を観察するものであってもよい。
By the way, in the present measuring apparatus and measuring method, a field of view larger than that of the sensor 18 (an optical system with an optical magnification of 1 or less) is optimal for obtaining the unique effects of the present invention. However, it may be one that observes the same field of view as the
10 撮像手段
11 光源
14 参照板
16 カメラ
18 イメージセンサ
20 画素
21 光電変換部位
25 移動手段
27 Z方向移動手段
28 Z方向走査手段
51 ボンディングワイヤ
52 ワイヤ接合部
53 被接合部
S 被測定部位
10
Claims (15)
前記撮像手段は、光電変換部位が1画素面積よりも小さい面積で開口している画素を有するイメージセンサを備え、前記イメージセンサの光電変換部位の開口面積を前記1画素面積の7%以上30%以下として、位置移動手段にて、このイメージセンサと被測定部位とを相対的に移動させて、1画素よりも少なく、前記光電変換部位をずらせることを特徴とする測定装置。 The light from the light source is split into two directions, one of the split beams is applied to the part to be measured, and the other split beam is applied to the reference plate, and the reflected light reflected from the part to be measured and the reference plate is synthesized. A measurement apparatus using a two-beam interferometer having imaging means for imaging the interference light by
The imaging means includes an image sensor having a pixel in which a photoelectric conversion site is opened with an area smaller than one pixel area, and the opening area of the photoelectric conversion site of the image sensor is 7% or more and 30% of the one pixel area. A measuring apparatus characterized by moving the image sensor and the portion to be measured relative to each other by position moving means to shift the photoelectric conversion portion by less than one pixel.
光電変換部位が1画素面積の7%以上30%以下の小さい面積で開口している画像を有するイメージセンサと、被測定部位とを相対的に移動させて、1画素よりも少なく、前記光電変換部位をずらせて、イメージセンサで被測定対象部を撮像することを特徴とする測定方法。 Light is split into two directions, one of the split beams is applied to the site to be measured, and the other split light is applied to the reference plate, and the reflected light reflected from the measurement site and the reference plate is combined and combined. A measurement method using a two-beam interferometry for imaging interference light,
An image sensor having an image in which a photoelectric conversion portion is opened in a small area of 7% or more and 30% or less of one pixel area and a portion to be measured are relatively moved so that the photoelectric conversion is performed by less than one pixel. A measurement method characterized in that an image of an object to be measured is captured by an image sensor while the part is shifted.
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