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振動環境下での波長走査を用いた形状計測方法及び装置 UPDATE 新技術説明会

国内特許コード P140011118
整理番号 2013-057
掲載日 2014年11月19日
出願番号 特願2014-035873
公開番号 特開2015-161544
出願日 平成26年2月26日(2014.2.26)
公開日 平成27年9月7日(2015.9.7)
発明者
  • 安達 正明
出願人
  • 国立大学法人金沢大学
発明の名称 振動環境下での波長走査を用いた形状計測方法及び装置 UPDATE 新技術説明会
発明の概要 【課題】振動環境下での波長走査を用いた形状計測を行うこと。
【解決手段】本発明は、複数枚の画像について、画素別に、最大光強度と最小光強度との差が最も大きな画素を第1測定画素とし、第1測定画素が、最大光強度と最小光強度との和の1/2である画像を特定し、光強度が最も大きな画素を第2測定画素とし、第1測定画素と第2測定画素を1組の測定点として、抽出した複数の画像の位相変化量を算出し、位相変化に対する光強度変化の最小二乗近似を用いて1枚の画像における全ての画素についてのスペックル干渉像の位相を算出する。特定波長として、第1特定波長と第2特定波長を用い、第1特定波長について算出したスペックル干渉像の位相と、第2特定波長について算出したスペックル干渉像の位相との位相変化量を算出し、第1特定波長と第2特定波長との波長変化量と位相変化量とから測定対象物20の粗面の高さを算出する。
【選択図】 図2
従来技術、競合技術の概要


電子基板上に搭載された部品の水平位置をカメラで自動検査する技術は広く実用化されている。近年は、水平位置だけでなく部品の高さ位置の自動検査技術も求められている。高さの計測には光切断法やモアレ法など実用性に優れる方法がある。しかし、基盤の法線方向に対して斜めから光を照射、又は撮影する方法は、影を伴いやすいため、垂直方向から光を照射し計測する方法が理想的である。
波長変更を用いた反射面までの距離計測では、線形的波長走査時の干渉光強度変化に関し、画素毎にその周波数スペクトルを抽出する方法や、その正のスペクトル成分の逆フーリエ変換後の複素偏角をアンラップする方法などが知られている。しかし、垂直振動環境下で距離計測を試みる場合は、計測中の振動が光強度変動に大きく影響してしまうため、それらの方法は使えない。
ところで、垂直方向から光を照射し撮影する高さを計測する手法として、特許文献1で提案された方法がある。
特許文献1は、測定対象物の所定の移動距離である位相シフト量よりも細かくかつ高速に高さ測定することにより、振動がある環境において位相シフト量を補正しながら形状測定している。
特許文献1での位相シフト法による形状測定方法では、位相シフト量が一定である必要がある。そのため、位相シフト法による干渉画像を取得する光学系を共用したレーザー干渉光学系を別に設け、このレーザー干渉光学系により測定対象物の高さ位置を測定しながら、所定の高さ位置毎に位相シフト法による光学系の干渉画像を取り込み、その干渉像から測定対象の高さ位置を正確に求めている。
そして、特許文献1でのレーザー干渉式測定方法は、干渉像の異なる2つの位置A、Bの光強度を利用し、予め振幅の最大値と最小値を求めておくことにより、短時間における2つの位置の光強度の変化から光路差変化量を計算する。光路差変化量を累積した光路差は、係数を掛けて高さ位置情報に変換できる。高さ位置情報を元に所定の位相シフト量に達した高さ位置で、位相シフト法による干渉像を取得することにより、正確な位相シフト量で形状測定が可能となる。ここで、光路差変化量の計算には、2回規格化法を用いている。

産業上の利用分野


本発明は、例えば電子基板上に搭載された部品を測定対象物とした振動環境下での波長走査を用いた形状計測方法及び装置に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
不規則な垂直振動環境下で、垂直方向から複数波長による光を照射して、測定対象物の不連続な粗面の高さを計測する振動環境下での波長走査を用いた形状計測方法であって、
特定波長で複数枚のスペックル干渉像を撮影する撮影ステップと、
前記スペックル干渉像を撮影した複数枚の画像を記憶する記憶ステップと、
前記記憶ステップで記憶された複数枚の前記画像について、前記画像を構成する画素の中から、測定点抽出に用いる複数の前記画素を抽出する画素抽出ステップと、
前記画素抽出ステップで抽出した前記画素別に、最大光強度と最小光強度との差が大きな前記画素の中からいずれかを第1測定画素として抽出する第1測定画素抽出ステップと、
前記第1測定画素が、前記最大光強度と前記最小光強度との和の1/2である前記画像を特定する画像特定ステップと、
前記画像特定ステップで特定した前記画像について、前記最大光強度と前記最小光強度との前記差が大きな前記画素の中で前記光強度が最大光強度となっている前記画素を第2測定画素として抽出する第2測定画素抽出ステップと、
前記第1測定画素と前記第2測定画素を1組の測定点として、2回規格化法を用いて、抽出した複数の前記画像の位相変化量を算出する位相変化量算出ステップと、
前記位相変化量算出ステップで算出した前記位相変化量から、位相変化に対する光強度変化の最小二乗近似を用いて1枚の前記画像における全ての前記画素についての前記スペックル干渉像の位相を算出するスペックル干渉像位相算出ステップと
を備え、
前記特定波長として、第1特定波長と第2特定波長を用い、
前記第1特定波長について算出した前記スペックル干渉像の前記位相と、前記第2特定波長について算出した前記スペックル干渉像の前記位相との位相変化量を算出する波長間位相差算出ステップと、
前記第1特定波長と前記第2特定波長との波長変化量と、前記波長間位相差算出ステップで算出した前記位相変化量とから前記測定対象物の前記粗面の前記高さを算出する形状計算ステップと
を有することを特徴とする振動環境下での波長走査を用いた形状計測方法。

【請求項2】
前記画素抽出ステップから前記位相変化量算出ステップを複数回繰り返して複数組の前記測定点による複数の前記位相変化量を算出し、
前記スペックル干渉像位相算出ステップでは、複数組の前記測定点による複数の前記位相変化量を平均化した平均位相変化量を用いることを特徴とする請求項1に記載の振動環境下での波長走査を用いた形状計測方法。

【請求項3】
前記スペックル干渉像位相算出ステップで算出した、1枚の前記画像における全ての前記画素についての前記スペックル干渉像の位相について、前記高さの基準点となる基準画素を設定し、前記基準画素での波長変更に伴う位相変化量をゼロとする補正処理を行う補正処理ステップを有し、
前記波長間位相差算出ステップでは、前記補正処理ステップで補正処理を行った前記スペックル干渉像の前記位相を用いることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の振動環境下での波長走査を用いた形状計測方法。

【請求項4】
不規則な垂直振動環境下で、垂直方向から複数波長による光を照射して、測定対象物の不連続な粗面の高さを計測する振動環境下での波長走査を用いた形状計測装置であって、
特定波長で複数枚のスペックル干渉像を撮影するスペックル干渉画像撮影手段と、
前記スペックル干渉像を撮影した複数枚の画像を記憶する記憶手段と、
複数枚の前記画像からπ/2の位相差を有する第1測定画素と第2測定画素とを抽出することで、1枚の前記画像における全ての前記画素についての前記スペックル干渉像の位相を算出して前記測定対象物の前記粗面の前記高さを計測する処理手段と
を備え、
前記スペックル干渉画像撮影手段では、前記特定波長として、第1特定波長と第2特定波長を用い、
前記処理手段は、
前記記憶手段で記憶された複数枚の前記画像について、前記画像を構成する画素の中から、測定点抽出に用いる複数の前記画素を抽出する画素抽出部と、
前記画素抽出部で抽出した前記画素別に、最大光強度と最小光強度との差が大きな前記画素の中からいずれかを第1測定画素として抽出する第1測定画素抽出部と、
前記第1測定画素が、前記最大光強度と前記最小光強度との和の1/2である前記画像を特定する画像特定部と、
前記画像特定部で特定した前記画像について、前記最大光強度と前記最小光強度との前記差が大きな前記画素の中で前記光強度が最大光強度となっている前記画素を第2測定画素として抽出する第2測定画素抽出部と、
前記第1測定画素と前記第2測定画素を1組の測定点として、2回規格化法を用いて、抽出した複数の前記画像の位相変化量を算出する位相変化量算出部と、
前記位相変化量算出部で算出した前記位相変化量から、位相変化に対する光強度変化の最小二乗近似を用いて1枚の前記画像における全ての前記画素についての前記スペックル干渉像の位相を算出するスペックル干渉像位相算出部と、
前記スペックル干渉像位相算出部で算出した、1枚の前記画像における全ての前記画素についての前記スペックル干渉像の位相について、前記高さの基準点となる基準画素を設定し、前記基準画素での波長変更に伴う位相変化量をゼロとする補正処理を行う補正処理部と、
前記第1特定波長について前記補正処理部で補正処理を行った前記スペックル干渉像の前記位相と、前記第2特定波長について前記補正処理部で補正処理を行った前記スペックル干渉像の前記位相との位相変化量を算出する波長間位相差算出部と、
前記第1特定波長と前記第2特定波長との波長変化量と、前記波長間位相差算出部で算出した前記位相変化量とから前記測定対象物の前記粗面の前記高さを算出する形状計算部と
を有することを特徴とする振動環境下での波長走査を用いた形状計測装置。

【請求項5】
前記画素抽出部における複数の前記画素の抽出から、前記位相変化量算出部における複数の前記画像の位相変化量の算出までを、複数回繰り返して複数組の前記測定点による複数の前記位相変化量を算出し、
前記スペックル干渉像位相算出部では、複数組の前記測定点による複数の前記位相変化量を平均化した平均位相変化量を用いることを特徴とする請求項4に記載の振動環境下での波長走査を用いた形状計測装置。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2014035873thum.jpg
出願権利状態 公開
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ご興味のある方は、下記「問合せ先」へ整理番号と共にご連絡願います。
なお、既に活用のお申し込み・お打合わせ等の段階に入っている場合もございますので、予めご承知おきください。


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