根据一个实施例，一种三维形状测量装置至少包括：提供有多个共焦孔的孔板，所述多个共焦孔被二维设置为具有预定设置周期；以及孔板位移部，其使孔板在垂直于光轴方向的预定方向上以恒定速度产生位移。此外，孔板提供有盖构件，该盖构件与孔板整体地移动并包括透明体，该透明体允许来自光源的光束通过其中并照射到多个共焦孔，并且保护多个共焦孔避免灰尘。此外，考虑到包括盖构件的透明体的整个光学系统的光学特性来设计成像光学系统，每一反射光束通过该成像光学系统引导到光检测器。
【技术实现步骤摘要】
本文说明的实施例总体上涉及一种三维形状测量装置，其通过使用共焦光学系统来测量物体的三维形状。
技术介绍
作为用于测量三维形状，例如物体的表面形状的方法之一，存在通过借助使用共焦光学系统获取与物体的表面上每一点的高度有关的信息来测量该物体的表面形状的方法。在使用共焦光学系统的测量中，原则上针对每一点执行测量，因此用以测量表面积的特殊工具是必需的。作为通过使用共焦光学系统的用于测量诸如物体的表面的表面积的此类技术，在JP-A9-329748中公开了一种技术。JP-A9-329748公开了一种提供有光源和其中形成多个孔的Nipkow盘的共焦显微镜。每一个孔用作点光源和检测器。分别通过多个孔的多个光束由物镜会聚到测量物体的侧面上各自的相应会聚位置。因此，当旋转Nipkow盘时,在测量物体的表面上可以容易地以高速扫描通过多个孔并会聚在测量物体侧面上的多个会聚位置的每一个光束(下文中称为斑点(spot))。然而，在通过使用Nipkow盘在测量物体表面上扫描斑点的方法中，难以避免由Nipkow盘的旋转引起的不利影响。由Nipkow盘的旋转引起的不利影响的示例包括以下事实:按照距盘的中心的距离，根据Nipkow盘的旋转由孔引出的轨迹(trajectory )的曲线的曲率是不同的。轨迹的曲率对于每一个孔都是不同的，由此出现变化，以至于对于每一个孔的扫描速度是不同的。此外，无法避免由于盘的偏心造成的旋转偏差，并且无法避免由盘的连续旋转所产生的振动。
技术实现思路
考虑到以上情形而做出本专利技术，因此本专利技术的目的是提供一种三维形状测量装置，其能够线性扫描测量物体表面上的多个斑点。为了解决上述问题，根据本专利技术方面的三维形状测量装置使用共焦光学系统，并包括孔板、物镜、焦点位置改变单元、光检测器组、孔板位移单元、成像控制单元、高度确定单元、盖构件及成像光学系统。孔板提供有多个共焦孔，该多个共焦孔允许来自光源的光束通过其中并且该多个共焦孔被二维设置为具有预定设置周期。物镜将通过多个共焦孔的每一光束会聚于物侧聚 焦点，并再次将由会聚光束在测量物体处的反射所形成的每一反射光束会聚于各自对应的共焦孔。焦点位置改变单元包括旋转体和驱动部，所述旋转体上提供有多个平行板式构件，所述多个平行板式构件至少在折射率和厚度之一上彼此不同，并沿着旋转方向设置以便与物镜的光轴相交，所述驱动部配置为以预定速度连续地旋转所述旋转体。并且每次由所述旋转体的旋转改变与光轴相交的所述平行板式构件时，焦点位置改变单元不连续地改变物侧聚焦点在光轴方向上的位置。光检测器组包括多个光检测器，每一个光检测器输出与再次通过共焦孔的反射光束的强度相对应的信号。孔板位移单元使所述孔板在垂直于所述光轴方向的预定方向上以恒定速度产生位移，以改变在垂直于所述光轴方向的所述方向上所述物侧聚焦点的所述位置与所述测量物体的位置之间的相对位置关系。成像控制单元使所述光检测器组在所述孔板在垂直于所述光轴方向的所述预定方向上的恒定速度移动时段中多次执行曝光，以及使所述光检测器组在每次成像目标区包括在所述平行板式构件中时执行每一所述曝光。并且，成像控制单元控制所述孔板的移动速度、所述旋转体的旋转速度以及所述光检测器组的曝光时间和曝光时序，以使得所述光检测器组的所述曝光时间与所述孔板移动由所述预定设置周期乘以第一正整数获得的距离所经历的时间一致。高度确定单元基于所述光检测器的对于由所述焦点位置改变单元不连续地改变的所述物侧聚焦点在所述光轴方向上的每一所述位置的所述信号，估计所述测量物体的所述位置，在所述位置处入射到每一所述光检测器上的所述反射光束的强度变为最大。盖构件提供在所述孔板上方，以与所述孔板整体地由所述孔板位移单元产生位移。所述盖构件包括透明体，所述透明体允许所述光源的所述光束通过其中并且允许所述光源的所述光束照射到所述多个共焦孔，并且所述盖构件保护所述多个共焦孔避免灰尘。考虑到包括所述盖构件的所述透明体的整个光学系统的光学特性而设计的成像光学系统，并且成像光学系统将再次通过所 述共焦孔的所述反射光束引导到所述光检测器。使用三维形状测量装置，可以线性地扫描测量物体表面上的多个斑点。附图说明包含在说明书中并组成其一部分的附图示出本专利技术的实施例，连同以上给出的总体说明和以下给出的实施例的详细说明一起用于解释本专利技术的原理。图1是示出根据本专利技术第一实施例的三维形状测量装置的结构示例的示意性总体图；图2是示出孔板的结构示例的平面图；图3是示出焦点位置改变部的结构示例的透视图；图4是示意性地示出图像处理装置的内部结构的示例的方框图；图5A是用于解释由常规方法计算测量物体的Z轴坐标的方法的视图，反射光束的强度在该坐标变为最大值；图5B是用于解释根据本实施例的计算测量物体的Z轴坐标的方法的视图；图6A是根据图1中所示的示例的提供有盖构件的孔板的侧视图；图6B是提供有盖构件的孔板的透视图；图7是不出用于获取清晰图像的时序图的不例的图不说明；图8是示出反作用力机构的结构示例的透视图；图9是根据本专利技术第二实施例的三维形状测量装置的结构示例的示意性总体图；以及图10是用于解释根据第二实施例的计算测量物体的Z轴坐标的方法的视图。具体实施例方式在下文中，将参考附图给出根据本专利技术实施例的三维形状测量装置的说明。根据本专利技术实施例的三维形状测量装置通过使用共焦光学系统测量测量物体的形状，共焦光学系统具有二维阵列型的共焦孔阵列。共焦孔阵列提供为孔被二维地设置在孔板中以具有预定设置周期。测量物体的示例包括大规模生产的诸如IC封装的部件的电极端子(例如，具有几十到几百微米的尺寸)。(第一实施例)图1是示出根据本专利技术第一实施例的三维形状测量装置的结构示例的示意性总体图。注意，在以下说明中，将光轴方向设定为Z轴方向以及将垂直于光轴方向的方向设定为X轴方向与Y轴方向的情况作为示例来进行说明。三维形状测量装置10包括具有光源Ila的照明光学系统11 ;孔板12，设置为其主表面垂直于光轴方向；物镜13 ;焦点位置改变部14 ;安装底座16，用于在其上安装测量物体15。三维形状测量装置10还包括具有用于接收从测量物体15反射的光束的多个光检测器17a的光检测器组17、用于在XYZ的每一方向上移动安装底座16的安装底座驱动部18、支撑安装底座16和安装底座驱动部18的支撑底座19、以及图像处理装置20。安装底座驱动部18包括安装底座Z位移部21和安装底座XY位移部22。例如可以使用例如卤素灯、激光器等作为光源11a。从光源Ila发出的光经由照明透镜23形成平面照明光通量。该光经由偏振分束器24照亮孔板12。图2是示出孔板12的结构示例的平面图。配置孔板12以使得多个共焦孔(在下文中称为孔)25 二维地设置以具有预定设置周期Ad。孔板12由孔板位移部26驱动，以便在垂直于光轴方向的预定方向·上产生位移。在下文中，说明在Y轴方向的正负方向上产生位移的孔板12的情况的示例。通常，为了减小光束之间的串扰，二维设置型的孔阵列的孔25必需设置为彼此由预定间隔距离分开。为此，在具有二维设置型的孔阵列的共焦光学系统中，垂直于光轴的面内方向上的分辨率受到这一间隔距离的限制。另一方面，近年来，对于使用固态成像元件的二维图像传感器而言，已经开发出具有非常大量像本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种使用共焦光学系统的三维形状测量装置，包括：提供有多个共焦孔的孔板，所述多个共焦孔各自允许来自光源的光束从其通过并且所述多个共焦孔被二维设置为具有预定设置周期；物镜，配置为将通过所述多个共焦孔的每一所述光束会聚于物侧聚焦点，并再次将由会聚光束在测量物体处的反射形成的每一反射光束会聚于各自对应的共焦孔；包括旋转体和驱动部的焦点位置改变单元，所述旋转体上提供有多个平行板式构件，所述多个平行板式构件至少折射率和厚度之一彼此不同，并沿着旋转方向设置以便与所述物镜的光轴相交，所述驱动部配置为以预定速度连续地旋转所述旋转体，所述焦点位置改变单元配置为每次由所述旋转体的旋转改变与所述光轴相交的所述平行板式构件时，不连续地改变所述物侧聚焦点在光轴方向上的位置；光检测器组，包括多个光检测器，每一个所述光检测器输出与再次通过所述共焦孔的反射光束的强度相对应的信号；孔板位移单元，配置为使所述孔板在垂直于所述光轴方向的预定方向上以恒定速度产生位移，以改变在垂直于所述光轴方向的所述方向上所述物侧聚焦点的所述位置与所述测量物体的位置之间的相对位置关系；成像控制单元，配置为使所述光检测器组在所述孔板在垂直于所述光轴方向的所述预定方向上的恒定速度移动时段中多次执行曝光，以及使所述光检测器组在每次成像目标区包括在所述平行板式构件中时执行每一所述曝光，以及控制所述孔板的移动速度、所述旋转体的旋转速度以及所述光检测器组的曝光时间和曝光时序，以使得所述光检测器组的所述曝光时间与所述孔板移动由所述预定设置周期乘以第一正整数获得的距离所经历的时间一致；高度确定单元，配置为基于所述光检测器的对于由所述焦点位置改变单元不连续地改变的所述物侧聚焦点在所述光轴方向上的每一所述位置的所述信号，估计所述测量物体的所述位置，在所述位置处入射到每一所述光检测器上的所述反射光束的强度变为最大；盖构件，提供在所述孔板上方，以与所述孔板整体地由所述孔板位移单元产生位移，所述盖构件配置为包括透明体，所述透明体允许所述光源的所述光束从其通过并且允许所述光源的所述光束照射到所述多个共焦孔，并且所述盖构件配置为保护所述多个共焦孔避免灰尘；以及考虑到包括所述盖构件的所述透明体的整个光学系统的光学特性而设计的成像光学系统，并且所述成像光学系统配置为将再次通过所述共焦孔的所述反射光束引导到所述光检测器。...
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：石原满宏，
申请(专利权)人：株式会社高岳制作所，
类型：发明
国别省市：
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