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JP2883627B2 - 光点位置測定装置 - Google Patents

光点位置測定装置

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Publication number
JP2883627B2
JP2883627B2 JP1099340A JP9934089A JP2883627B2 JP 2883627 B2 JP2883627 B2 JP 2883627B2 JP 1099340 A JP1099340 A JP 1099340A JP 9934089 A JP9934089 A JP 9934089A JP 2883627 B2 JP2883627 B2 JP 2883627B2
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JP
Japan
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light
light spot
receiving surface
spot
shielding
Prior art date
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JP1099340A
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JPH02278111A (ja
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哲男 肥塚
義一 柿木
伸治 橋波
雅人 中島
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Measurement Of Optical Distance (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は外観検査装置等に用いられ、検査面に光を照
射して形成された光点の位置を測定する光点位置測定装
置に関する。
[従来の技術] 第6図はチップ部品実装済みプリント配線板の外観検
査装置に用いられる従来の光点高さ位置測定装置を示
す。
検査面10(第6図ではチップ部品の端子の上面)の真
上から入射光束が収束照射されて、検査面10上に形成さ
れた光点L1は、結像レンズ12で光位置検出器(PSD)14
の受光面上に結像され、光点像S1が形成される。PSD14
の一対の端子からは、光電効果により、受光強度及び受
光面上の結像位置に応じた電流I1、I2が取り出される。
電流I1、I2は、それぞれ電流/電圧変換器16、18により
電圧V1、V2に変換されて演算回路20へ供給され、演算回
路20はX=(V1−V2)/(V1+V2)を算出する。この位
置Xは、PSD14の一対の出力端子の一端から他端へ向け
て座標軸Xをとり、受光面の中点を原点とし、Xの範囲
を−1〜+1に規格化したときの受光面上の光点像S1
位置であり、検査面10上の光点L1の高さに対応してい
る。入射光束を検査面10上に走査して高さデータをメモ
リに書き込み、そのデータの処理を行うことにより高さ
欠陥が検知される。
[発明が解決しようとする課題] しかし、第6図に示す如く、入射光束が検査面10上で
2回反射されて光点L1、L2が形成され、光点L1、L2がPS
D14の受光面に結像されて2個の光点像S1、S2が形成さ
れた場合には、演算回路20により求められた光点位置X
は光点像S1と光点像S2の中間位置を示すことになり、正
確な高さを測定することができない。
本発明の目的は、上記問題点に鑑み、1回目の反射に
係る光点位置を測定することが可能な光点位置測定装置
を提供することにある。
[課題を解決するための手段] (1)第1発明 第1図は本第1発明の原理構成を示すブロック図であ
る。
図中、1は光位置検出器(PSD)であり、その受光面
上の光位置及び受光強度に応じた一対の信号を出力す
る。
2は結像光学手段であり、検査面3上で走査される光
点を光位置検出器1の受光面に結像させる。
4は遮光手段であり、例えば、遮光板とこれをスライ
ドさせる機構とで、または液晶シャッターで構成され、
PSD1の受光面上に配置されて結像光の一部を遮光する。
5は遮光制御手段であり、規定範囲外の虚光点L2′か
らの結像光を遮光するために遮光手段4を制御して遮光
範囲を調整する。遮光制御手段5は、該光点の走査位置
における基準高さに基づいて遮光手段4を制御する。
(2)第2発明 第2図は本第2発明の原理構成を示すブロック図であ
る。
図中、1A及び1Bは第1及び第2の光位置検出器(PS
D)であり、それぞれ、その受光面上の光位置及び受光
強度に応じた一対の信号を出力する。
2A及び2Bは第1及び第2の結像光学手段であり、それ
ぞれ検査面3上の光点を第1及び第2のPSD1A、2Aの受
光面に結像させる。この第2結像光学手段2Bはさらに、
光点L1、L2のうち1回目の反射による光点L1をPSD1Bの
受光面の特定位置に結像させる。
6は遮光部材であり、第2PSDの受光面のこの特定位置
上に配置され、該特定位置への結像光を遮光する。
7は光位置演算手段であり、第1PSD1Aの出力に含まれ
ている2回目の反射に係る成分を、第2PSD1Bの出力を用
いて除去することにより、第1回目の反射に係る光点位
置を求める。
[作用] 入射光束が検査面3上で2回反射されて2個の光点
L1、L2が形成されても、第1発明では、2回目の反射に
係る光点L2からの、すなわち、規定範囲外、例えば検査
面3の下限の点より下にある実際には存在しない虚光点
L2′からの結像光を遮光するので、PSD1の受光面には第
1回目の反射に係る光点L1の像S2のみが形成される。
また、第2発明では、これら光点L1、L2のうち1回目
の反射による光点L1が第2PSD1Bの受光面に形成されず、
第2PSD1Bの出力には2回目の反射による光点L2の情報の
みが含まれている。第1PSD1Aの出力に含まれている2回
目の反射に係る成分は、この第2PSD1Bの出力を用いて除
去される。
したがって、これらいずれの発明も、従来測定できな
かった1回目の反射のみに係る光点位置を測定すること
ができる。
[実施例] 以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明する。
(1)第1実施例 第3図は光点高さ位置測定装置の光学系を示す。
検査面10は、X−Yステージ22上に載置されたプリン
ト配線板10aの表面と、このプリント配線板10aに実装さ
れた多数のチップ部品10bの表面とで構成されている。
レーザ24から放射されたレーザ光は、ガルバノミラー
26で反射され、fθレンズ28を通ってプリント配線板10
aに略垂直に検査面10上に照射されて、光点Lが形成さ
れる。電流力計型の角振動器30によりガルバノミラー26
を一定角度範囲で角振動させると、この光点Lが検査面
10上を走査して光切断線32が形成される。
光点Lは、結像レンズ12により、PSD14の受光面に結
像される。光点Lの高さ方向に対応したPSD14の受光面
上の方向をX軸方向とすると、PSD14のX軸方向端部側
には、その受光面に向き合った遮光板34A、34Bが配置さ
れている。遮光板34A、34Bの基端にはそれぞれアーム36
A、36Bが突設されており、これらに形成されたラック38
A、38Bは、それぞれパルスモータ40A、40Bの回転軸に取
り付けられたピニオン42A、42Bと噛合している。したが
って、パルスモータ40A、40Bを駆動することにより、遮
光板34A、34BがPSD14の受光面に平行に移動し、PSD14の
受光面の面積が変化する。
第4図に示す如く、入射光束が検査面10上で2回反射
されて光点L1、L2が形成されると、遮光板34Aが無けれ
ばPSD14の受光面には光点L1、L2の像S1、S2が形成され
る。この光点像S2の位置は、光点L1の真下の実際には存
在しない虚光点L2′の高さ位置に対応している。虚光点
L2′はプリント配線板10a上の点L3よりも下方にあり、
光点L2の結像レンズ12による結像光を遮光板34Aで遮光
してもなんら問題はない。
そこで、プリント配線板10aの小領域内での高さ変動
を見込んで、点L3に対応するPSD14の受光面上の点S3
り僅かX軸正方向側に遮光板34Aの先端が位置するよう
に、遮光板34Aを配置する。
ここで、プリント配線板10aの表面の高さは、その反
りにより最大2mm程度変化する。一方、チップ部品10bの
高さは0.4〜2mm程度である。したがって、光走査位置に
おけるプリント配線板10aの高さに応じて、遮光板34Aを
スライドさせる必要がある。そこで、次のようにしてパ
ルスモータ40Aを制御している。
すなわち、PSD14の一対の端子から出力される電流信
号I1、I2を高さ位置演算回路44へ供給してPSD14の受光
面上の光点像位置Xを求める。この位置Xは第6図で説
明した位置Xと同一であり、また、高さ位置演算回路44
は、第6図に示すI/V変換器16、18及び演算回路20で構
成されている。検査面10上の光点Lの像位置X、すなわ
ち光点高さ位置Xは、プリント配線板10a上の光走査位
置に対応して、高さメモリ46に書き込まれる。プリント
配線板10aの反りによるその表面高さの変化は緩やかで
あるので、例えば、プリント配線板10aのチップ部品10b
が実装されていない端部(各走査ラインの始端)の高さ
を、基準高さデータ選択回路48により高さメモリ46から
読み出し、これをこの走査ラインの基準高さX0として遮
光板制御回路50へ供給する。遮光板制御回路50は、パル
スモータ40Aを駆動して遮光板34Aをスライドさせ、遮光
板34Aの先端を、PSD14の受光面上のこの基準高さX0に対
応した位置よりも僅かX軸正方向側に位置させる。
一方、部品最大高さ設定器52には、チップ部品10bの
最大高さhmが設定されており、この設定値は遮光板制御
回路50へ供給される。X0+hmより高い位置にある光点
は、1回目の反射により形成されないので、遮光板制御
回路50はパルスモータ40Bを駆動して遮光板34Bをスライ
ドさせ、上記同様に、その先端を(X0+hm)に対応した
位置よりも僅かX軸負方向側に位置させる。
なお、本発明は、遮光板34B、ピニオン42B及び部品最
大高さ設定器52を設けない構成であってもよい。
また、上記遮光機構の代わりに、液晶シャッターを用
い、その電圧印加範囲を変えて遮光範囲を調整する構成
であってもよい。
(2)第2実施例 第5図は第2実施例の光点高さ位置測定装置を示す。
入射光束はハーフミラー12Cを透過して検査面10上に
照射され、2回反射されて検査面10上に光点L1、L2が形
成され、これらは結像レンズ12AによりPSD14Aの受光面
に結像されて光点像S11、S12が形成される。また、光点
L1、L2からの反射光は、ハーフミラー12Cで反射され結
像レンズ12Bを通ってPSD14上に結像される。
PSD14Bの受光面中央部には遮光片54が配置されてい
る。光点L1が検査面10上のどの位置にあっても、光点L1
の像S21は必ず遮光片54上に形成される。すなわち、光
点L1の結像光はPSD14Bの受光面に到達しない。これに対
し、光点L2の像S22はこの受光面に形成される。
PSD14Aの一対の出力端子から取り出される電流信号
は、それぞれI/V変換器16A、18Aに供給されて電圧V1、V
2に変換され、これらが加算器56A及び減算器58Aに供給
されて(V1+V2)及び(V1−V2)が得られる。
ここで、光点像S11、S12、S22の位置での受光強度を
それぞれP11、P12、P22とし、PSD14A、14Bの受光面に第
1実施例と同様にX軸をとって光点像S11、S12、S22
位置をそれぞれX1、X2、X3とすると、重ね合わせの原理
により次式が成立する。
V1+V2=a(P11+P12) ・・・(1) V1−V2=a(P11X1+P12X2) ・・・(2) V3+V4=bP22 ・・・(3) V3−V4=bP22X3 ・・・(4) ここに、a、bは定数である。また、P12とP22はほぼ
比例し、X2とX3はほぼ比例する。したがって、定数K1
K2を適当にとると、次式が成立する。
V1+V2−K1(V3+V4)=aP11 ・・・(5) V1−V2−K2(X3−V4)=aP11X1 ・・・(6) よって、検査面10上の1回反射による光点L1の像S11
の位置X1は次式で表される。
X1={V1+V2−K1(V3+V4)}/{V1−V2−K2(V3+V4)} ・・・(7) そこで、加算器56B、減算器58Bの出力値をそれぞれ定
数倍器60、62へ供給してK1倍、K2倍し、加算器56A及び
定数倍器60の出力値を減算器64に供給して上式(5)の
値を求め、減算器58A、定数倍器62の出力値を減算器66
に供給して上式(6)の値を求める。さらに、減算器6
4、66の出力値を除算器68へ供給して上式(7)で示さ
れる光点高さ位置X1を求める。
この第2実施例装置は特に、第1実施例装置において
測定領域を遮光板により限定することが困難な程度に、
第1回目の反射に係る光点と第2回目の反射に係る光点
とが接近して現れる場合に有効である。
なお、マイクロコンピュータを用いて上記演算をソフ
トウエア構成により実行してもよいことは勿論である。
また、光学系の配置により位置X2とX3が比例関係にな
らなくても、両者が一定の関係にあればよい。
[発明の効果] 以上説明したように、入射光束が検査面上で2回反射
されて2個の光点が形成されても、本第1発明に係る光
点位置測定装置では、2回目の反射に係る光点からの結
像光が遮光されるので、PSDの受光面には第1回目の反
射に係る光点の像のみが形成され、本第2発明に係る光
点位置測定装置では、第2PSDの出力には2回目の反射に
よる光点の情報のみが含まれ、第1PSDの出力に含まれて
いる2回目の反射に係る成分はこの第2PSDの出力を用い
て除去されるので、いずれの発明も、従来測定できなか
った1回目の反射のみに係る光点位置を測定することが
できるという優れた効果を奏し、外観検査装置等におけ
る検査面の高さ測定の正確化に寄与するところが大き
い。
【図面の簡単な説明】
第1図は第1発明の原理構成図、 第2図は第2発明の原理構成図である。 第3図及び第4図は本発明の第1実施例に係り、 第3図は光点高さ位置測定装置の光学系構成図、 第4図はこの光点高さ位置測定装置の全体構成図であ
る。 第5図は本発明の第2実施例に係る光点高さ位置測定装
置の構成図である。 第6図は従来の光点高さ位置測定装置の構成図である。 図中、 10は検査面 12、12A、12Bは結像レンズ 14、14A、14BはPSD 34A、34Bは遮光板 38A、38Bはラック 40A、40Bはパルスモータ 42A、42Bはピニオン 50は遮光板制御回路 54は遮光片 56A、56Bは加算器 58A、58B、64、66は減算器 60、62は定数倍器 68は除算器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中島 雅人 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (56)参考文献 特開 昭57−211008(JP,A)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】光位置検出器(1)と、 検査面(3)上で走査される光点を該光位置検出器
    (1)の受光面に結像させる結像光学手段(2)と、 該受光面上に配置され、結像光の一部を遮光する遮光手
    段(4)と、 規定範囲外の虚光点(L2′)からの結像光を遮光するた
    めに該遮光手段(4)を制御して遮光範囲を調整する遮
    光制御手段(5)とを有し、 該遮光制御手段(5)は、該光点の走査位置における基
    準高さに基づいて該遮光手段(4)を制御することを特
    徴とする光点位置測定装置。
  2. 【請求項2】上記遮光手段(4)は、 上記基準高さに基づいて遮光を行うための第1の遮光板
    (34A)と、 最大高さ(hm)に基づいて遮光を行うための第2の遮
    光板(34B)と、 を有することを特徴とする請求項1記載の光点位置測定
    装置。
  3. 【請求項3】第1光位置検出器(1A)と、 検査面(3)上の光点を該第1光位置検出器(1A)の受
    光面に結像させる第1結像光学手段(2A)と、 第2光位置検出器(1B)と、 該検査面(3)上の該光点を該第2光位置検出器(1B)
    の受光面に結像させ、かつ、該光点のうち1回目の反射
    による光点(L1)を該受光面の特定位置に結像させる第
    2結像光学手段(2B)と、 該第2光位置検出器(1B)の該受光面の該特定位置上に
    配置され、該特定位置への結像光を遮光する遮光部材
    (6)と、 該第1光位置検出器(1A)の出力に含まれている2回目
    の反射に係る成分を、該第2光位置検出器(1B)の出力
    を用いて除去することにより、該第1回目の反射に係る
    光点位置を求める光点位置演算手段(7)と、 を有することを特徴とする光点位置測定装置。
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