計測物品表面上的突起或突條的高度的方法及用于該方法的裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及計測物品表面上的突起或突條的高度的方法及用于該方法的裝置，在計測形成在物品表面上的細微的突起或突條的高度時，能夠以非接觸的方式高效并且短時間地計測高度。以形成相對于物品(1)的表面呈小角度的攝影光軸(OA)的方式設(shè)置攝像裝置(20)，在來自照明光源(40)的照明光下通過攝像裝置(20)對物品(1)的表面進行攝影，通過圖像處理裝置(30)計測由攝影而得到的圖像中與突起或突條的高度相當?shù)某叽?，根?jù)攝像裝置(20)的攝影倍率來求得突起的高度。另外，對物品(1)表面呈小角度地照射激光，一邊進行掃描一邊測定由物品(1)表面上的突起或突條產(chǎn)生的散射光的強度，根據(jù)強度分布中峰值的寬度來求得突起或突條的高度。
【專利說明】計測物品表面上的突起或突條的高度的方法及用于該方法的裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及計測物品表面上的突起或突條的高度的方法及用于該方法的裝置，尤其涉及對如太陽能電池表面上突出的電極那樣在對象物及其背景處反射率大為不同的物品進行攝影并通過圖像處理來計測高度的方法及用于該方法的裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]在太陽能電池的制造階段，為了使形成在太陽能電池表面的電極的高度處于規(guī)定范圍內(nèi)而需要計測高度。因此，一般而言，作為凹凸表面的厚度測定的技術(shù)，存在接觸式的使用千分尺、表面粗糙度計的方法。在這樣的接觸式方法中，存在有時會導致計測物品中的瑕疵或者計測所需的時間較長之類的弱點。作為與接觸式類似的方法，有使用原子力顯微鏡(AFM)的方法，但基于該方法的情況下，電極高且計測困難，另外計測所需的時間較長。作為非接觸式的計測方法，存在例如使用激光位移計的方法，但該情況下計測所需的時間也較長。
[0003]作為對太陽能電池等被檢查物進行表面形狀檢查的方法，例如如專利文獻I所記載那樣，是如下方法:使太陽能電池單元的電極所形成的基板多次移動，基于在照明下多個位置處對基板進行攝影后的圖像來檢測電極中的金屬突起。由此能夠檢測電極中的金屬突起那樣的缺陷，但是并不是計測突起或電極的高度的方法，并且為了檢測缺陷而在多個位置對基板進行攝影的過程不可或缺，僅此就使計測需要較長時間。
[0004]另外，作為缺陷檢查裝置，存在(專利文獻2)所記載的裝置。其是檢查鋼板、樹脂膜等片材狀物體表面的瑕疵等缺陷的裝置，是根據(jù)照射并攝像被檢查物而得到的信號的處理來檢查缺陷的裝置。這時，通過將攝影裝置的受光方向配置在相對于照明裝置的照射方向即放射方向位于相同側(cè)，能夠檢測細微缺陷，但是并不測定缺陷等凸部的高度。
[0005]專利文獻1:日本特開2009 - 122036號公報
[0006]專利文獻2:日本特開2002 - 5845號公報
[0007]作為用于計測對象物品表面上的細微的突起或突條的高度的以往的方法，在基于接觸式的千分尺、表面粗糙度計等的接觸式方法中，存在有可能對計測物品造成瑕疵且計測需要較長時間的難點，另外在激光位移計等的非接觸式方法中，計測也需要較長時間。因此，在計測對象物品表面上的突起或突條的高度時，以非接觸式來進行以便不對計測物品造成瑕疵，另外還要求減少計測所需的時間。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明是為了解決上述課題而完成的，本發(fā)明I的計測物品表面上的突起或突條的高度的方法是計測形成在表面反射率低的物品表面上的反射率高的細微的突起或突條的高度的方法，該方法是:在攝影光軸相對于所載放的物品表面成I?40°范圍的角度且對成為計測對象的突起或突條進行攝影的位置處設(shè)置攝像裝置，相對于上述物品表面上的突起或突條在相對于針對物品表面的法線的上述攝像裝置側(cè)配置照明光源，在照明光下利用上述攝像裝置對上述物品表面進行攝影，計測通過攝影而得到的上述物品表面上的突起的圖像中與突起或突條的高度方向相當?shù)某叽纾ㄟ^運算進行根據(jù)通過計測而得到的與突起的高度方向相當?shù)某叽绾蜕鲜鲈O(shè)置的攝像裝置的攝影倍率來求得突起或突條的高度。
[0009]本發(fā)明2的計測物品表面上的突起或突條的高度的方法是如下方法:在本發(fā)明I中，在計測上述突起的圖像中與突起或突條的高度方向相當?shù)某叽鐣r，對該圖像上與突起或突條的高度方向相當?shù)姆较蛏系牧炼瘸蔀橐?guī)定值以上的像素的數(shù)量進行計數(shù)，基于該數(shù)量來求得與突起或突條的高度方向相當?shù)某叽纭?br> [0010]本發(fā)明3的計測物品表面上的突起或突條的高度的方法是如下方法:在本發(fā)明I或2中，上述攝像裝置被設(shè)置在攝影光軸相對于所載放的物品表面成3?10°范圍的角度且對成為計測對象的突起或突條進行攝影的位置。
[0011]本發(fā)明4的計測物品表面上的突起或突條的高度的方法是計測形成在表面反射率低的物品表面上的反射率高的細微的突起或突條的高度的方法，一邊照射按照激光束相對于所載放的物品表面的照射角成I?40°范圍的方式設(shè)定的激光一邊使激光和物品表面相對移動來進行掃描，通過光檢測部檢測由上述突起或突條產(chǎn)生的散射光的強度，求得在上述裝置的過程中檢測到的散射光的強度分布中的峰值的寬度，根據(jù)該峰值的寬度來求得上述突起或突條的高度。
[0012]本發(fā)明5的計測物品表面上的突起或突條的高度的方法是如下方法:在本發(fā)明I?3中任一個中，上述物品表面上的突起或突條是以突出的方式設(shè)置在太陽能電池表面上的金屬制電極。
[0013]本發(fā)明6的物品表面上的突起或突條的高度的計測裝置是形成在表面反射率低的物品表面上的反射率高的細微的突起或突條的高度的計測裝置，具備:攝像裝置，其對形成在所載放的物品表面上的突起或突條進行攝影；圖像處理裝置，其用于對通過該攝像裝置的攝影而取得的圖像進行圖像處理；以及照明光源，其對所載放的物品表面進行照明，上述攝像裝置被設(shè)置在攝影光軸相對于上述物品表面成I?40°范圍的角度且對成為計測對象的突起進行攝影的位置，上述照明光源被配置在相對于上述物品表面上的突起或突條在相對于針對物品表面的法線從上述攝像裝置側(cè)對所述物品表面上的突起或突條進行照明的位置，上述圖像處理裝置計測通過上述攝像裝置的攝影而得到的上述物品表面上的突起或突條的圖像中與突起或突條的高度方向相當?shù)某叽纾⑦M行根據(jù)通過計測而得到的與突起或突條的高度方向相當?shù)某叽绾蜕鲜鲈O(shè)置的攝像裝置的攝影倍率來求得突起或突條的高度的運算。
[0014]本發(fā)明7的物品表面上的突起或突條的高度的計測裝置是如下裝置:在本發(fā)明6中，在上述圖像處理裝置中，對在上述圖像上的與突起或突條的高度方向相當?shù)姆较蛏系牧炼瘸蔀橐?guī)定值以上的像素的數(shù)量進行計數(shù)，基于計數(shù)得到的像素數(shù)來求得上述突起或突條的圖像中的與突起或突條的高度方向相當?shù)某叽纭?br> [0015]本發(fā)明8的物品表面上的突起或突條的高度的計測裝置是如下裝置:在本發(fā)明6或7中，上述攝像裝置被設(shè)置在攝影光軸相對于所載放的物品表面成3?10°范圍的角度且對成為計測對象的突起或突條進行攝影的位置。
[0016]本發(fā)明9的物品表面上的突起或突條的高度的計測裝置是形成在表面反射率低的物品表面上的反射率高的細微的突起或突條的高度的計測裝置，具備:臺部，其載放計測對象的物品；激光，其對載放于該臺上的物品表面以照射角為I?40°范圍的方式照射激光束；光檢測部，其在照射激光束時接收由物品表面上的突起或突條產(chǎn)生的散射光并檢測散射光強度；掃描控制部，其用于在對上述物品表面上照射激光時控制使激光器和物品相對移動的掃描；以及運算處理裝置，其對由上述光檢測部取得的散射光強度的數(shù)據(jù)進行處理，上述運算處理裝置求得在一邊使上述激光和物品相對移動一邊照射激光束時由上述光檢測部取得的散射光的強度分布中的峰值的寬度，進行根據(jù)該峰值的寬度來求得上述突起或突條的高度的運算。
[0017]本發(fā)明10的物品表面上的突起或突條的高度的計測裝置是如下裝置:在本發(fā)明6?9中任一個中，上述物品表面上的突起或突條是以突出的方式設(shè)置在太陽能電池表面上的金屬制電極。
[0018]在本發(fā)明中，在計測形成在表面反射率低的物品表面上的反射率高的細微的突起或突條的高度時，通過對在特定的攝影位置、照明光下而攝影的圖像的圖像處理來求得細微的突起或突條的高度，或者對物品表面照射激光且使激光和物品表面相對移動來一邊掃描并一邊根據(jù)通過光檢測部檢測由突起或突條產(chǎn)生的散射光的強度而得到的散射光的強度分布中的峰值的寬度來求得突起或突條的高度，由此能夠非接觸的方式高效地計測高度。另外，由，在太陽能電池等批量生產(chǎn)的制品情況下也能夠以即時計測高度的方式進行迅速計測。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1的(a)是以切取太陽能電池的一部分的方式表示的立體圖，圖1的(b)是在圖1的(a)的A — A線上所取的一部分的剖面圖。
[0020]圖2的(a)是I個電極的剖面是矩形時的剖面圖，圖2的(b)是I個電極的剖面是梯形時的剖面圖。
[0021]圖3是表示本發(fā)明的計測太陽能電池的電極的高度的裝置方式的示意圖。
[0022]圖4是表示圖3的裝置方式中利用拍攝裝置攝影得到的電極的圖像的圖。
[0023]圖5是表示圖4的圖像中相對于高光部的寬度方向的坐標的亮度值的圖。
[0024]圖6的(a)是示出表示決定閾值的方式的一個例子的電極的圖像中亮度分布的曲線圖，圖6的(b)是表示根據(jù)圖6的(a)的亮度分布求出的二階微分的曲線圖。
[0025]圖7的(a)是在剖面為矩形的電極時對由攝影光軸的傾斜角造成的影響進行說明的圖，圖7的(b)是在剖面為梯形的電極時對由攝影光軸的傾斜角造成的影響進行說明的圖。
[0026]圖8是表示本發(fā)明的測定太陽能電池的電極的高度的裝置的其他方式的示意圖。
[0027]圖9是表示在圖8對太陽能電池表面上照射激光并進行掃描時測定的散射光的強度分布的曲線圖。
[0028]圖10是表示根據(jù)圖9的散射光的強度分布求出的電極高度的曲線圖。
[0029]圖11是從照射激光器側(cè)觀察太陽能電池表面上的電極配置的圖。

【具體實施方式】
[0030]對本發(fā)明的計測物品表面上的細微的突起或突條的形狀尺寸的方法及其裝置的方式進行說明。作為物品，考慮太陽能電池作為代表性物品，并對計測設(shè)置在太陽能電池表面上并形成為突條或突條的形狀的指狀電極的高度的情況進行說明。
[0031]圖1的(a)是以切取太陽能電池的一部分的方式、以立體圖表示的圖。太陽能電池I構(gòu)成為多層半導體，從下側(cè)起依次層疊有背面電極2、P+形層3、P形層4、η形層5，其上側(cè)用防反射膜6覆蓋。各層的導電類型也可以與該例不同。
[0032]在P形層4的上表面?zhèn)韧ㄟ^蝕刻均勻地形成有多個數(shù)百nm左右大小的細微的凹凸部，層疊在其上側(cè)的η形層5、防反射膜6也同樣地形成為多個細微的凹凸部均勻分布的形狀。
[0033]多個細帶狀的指狀電極10平行設(shè)置，下端側(cè)抵達η形層5。另外，在與指狀電極10正交的方向設(shè)置多個比指狀電極10寬度寬的母線電極11。指狀電極10、母線電極11、背面電極2由包括銀、銅、鎳、鋁等的金屬通過絲網(wǎng)印刷法等形成。指狀電極10、母線電極11的設(shè)置方式除了例示的方式之外也考慮其他各種方式。圖1的(b)是圖1的(a)所示的太陽能電池I的A — A線上所取的一部分的剖面圖，以剖面的方式表示各層的結(jié)構(gòu)和指狀電極。
[0034]在圖1的(a)、(b)所示那樣的太陽能電池I中，指狀電極10、母線電極11形成為自被防反射膜6覆蓋的電池表面向上方突出的形狀，作為制品，需要使電極的高度為規(guī)定值，因此在制造階段需要計測電極的高度。
[0035]圖2的(a)表示I個電極10的剖面形狀，太陽能電池的上表面?zhèn)鹊淖苑婪瓷淠?突出的部分形成為寬度《、高度h的矩形形狀。圖2的(b)表示電極10的剖面形狀為梯形的情況。對于這些剖面形狀而言，在制品的規(guī)定制造工序中被制成哪種形狀，通過預先進行抽樣調(diào)查等而提如確認。
[0036]以下對于指狀電極10那樣的突起或突條的高度的計測進行說明。作為計測方法，對以下例子進行說明:使用用攝像裝置攝影照射了照明光的太陽能電池表面而得到的圖像來求得電極的高度的例子；和根據(jù)對太陽能電池照射激光并檢測電極處的散射光而得到的光強度分布來求得電極高度的例子。
[0037](I)基于圖像攝影的高度計測
[0038]圖3是表示通過圖像攝影來測定在太陽能電池I表面上突出的指狀電極的高度的裝置方式的示意圖。太陽能電池I被載放于水平的載放臺(未圖示)上，對太陽能電池表面進行攝影的拍攝裝置20設(shè)置在規(guī)定位置，以使攝影光軸相對于太陽能電池I的表面成角度Θ。拍攝裝置20是通過CCD等攝像元件進行攝影的裝置，攝影透鏡使用焦點深度淺的透鏡。
[0039]通過拍攝裝置20的攝影而取得的圖像信號被傳送至以電纜連接的圖像處理裝置30，被進行圖像處理。40是攝影時對太陽能電池I表面照射照明光L的照明光源，按照照明光L的基準方向關(guān)于相對太陽能電池I表面的法線位于拍攝裝置20側(cè)的方式設(shè)置照明光源40。
[0040]這樣設(shè)置拍攝裝置20、照明光源40，在照明光下對太陽能電池I進行攝影，由此得到圖4那樣的圖像。因拍攝裝置20的攝影透鏡的焦點深度淺，由此得到在照明光下僅聚焦于特定的I個電極的圖像作為高光部H，其前后的電極不顯示在圖像中，另外太陽能電池I表面的上側(cè)的防反射膜具有細微的凹凸，反射光光量也少，基本上朝向與拍攝裝置20的相反側(cè)反射，因而反射光幾乎不反射至拍攝裝置20側(cè)。因此，圖4中的成為電極圖像的高光部以外成為暗的背景部。
[0041]在以圖像為基礎(chǔ)準確地進行計測這一點上，需要太陽能電池表面與電極之間的對比度高的圖像，作為照明光源40，被分配得到這樣的對比度高的圖像的任務(wù)。雖然電極是金屬制的，無論何種波長的光均反射，但電池往往吸收長波長光，所以優(yōu)選紅色系的光。另夕卜，雖然也取決于電池表面的反射率的角度依賴性，但為了提高照明光的指向性，優(yōu)選通過準直透鏡成為模擬平行光。
[0042]通過求得圖4中的圖像上高光部H的寬度，能夠得到電極的高度。圖4中的圖像幾乎成為高光部H和背景部的二值圖像，但實際上，在邊界部分，亮度具有某種程度的梯度而變化，與高光部的方向(在圖4中為橫向)正交的方向(寬度方向)成為與電極高度相對應(yīng)的方向，若將其設(shè)為X方向，并表示在X方向的亮度分布，則如圖5所示。若將縱向設(shè)為亮度BR，則高光部的大部分為最大亮度Btl，但在其寬度的兩側(cè)亮度以急劇的梯度增大、減少。
[0043]據(jù)此，預先決定亮度的閾值Bth，將亮度BR為閾值Bth的部位的X方向坐標設(shè)為X1'X2，將該Xp X2間的距離設(shè)為圖4的電極的圖像中的寬度d是妥當?shù)?。Xp X2間的攝影畫面上的距離d能夠使用計數(shù)與XpX2相當?shù)膱D像間的像素數(shù)、即計數(shù)超過閾值Bth的像素數(shù)而得到的像素數(shù)的值來求得。關(guān)于為了進行攝影而設(shè)置的拍攝裝置的攝像元件，像素的尺寸、像素間的距離已經(jīng)被確定，另外，根據(jù)設(shè)置的拍攝裝置與作為被拍攝體的電極之間的位置關(guān)系，基于拍攝裝置的攝影光學系統(tǒng)的成像倍率也是既定值，所以能夠根據(jù)得到的電極圖像的寬度d和成像倍率，能夠求得與電極的寬度相當?shù)闹怠?br> [0044]實際上在決定閾值時，以適于實測的方式存在幾個決定方法，例如，能夠設(shè)為相對于最大亮度Btl的比例為百分之幾的值、設(shè)為距最小亮度百分之幾以上的值或者設(shè)為半值寬度。另外，在電池的表面?zhèn)?電極的上側(cè))和邊界側(cè)(電極的下側(cè))，亮度的變化不同，在邊界側(cè)有時會成為比表面?zhèn)雀交牧炼茸兓?，所以有時在各個端側(cè)設(shè)置閾值規(guī)定不同的基準是適當?shù)摹?br> [0045]另外，其他作為求得子像素的方法，求二階微分為O的點(零交叉)是有效的。關(guān)于此參照圖6的(a)、(b)進行說明。圖6的(a)以像素作為橫坐標來示出由實測而得到的包括太陽能電池表面上的指狀電極的部分的圖像中的亮度分布。圖6的(b)是以像素作為橫坐標基于(a)的亮度分布來示出二階微分。二階微分O與(a)的曲線圖的拐點相對應(yīng)，雖然可能多于2個，但作為與圖4那樣的圖像中的高光部的寬度相當?shù)亩A微分0，采用兩端側(cè)的2個零交叉點，將其設(shè)為各側(cè)的閾值。
[0046]在求出作為圖4那樣的圖像而得到的電極的高度時，計數(shù)像素數(shù)來求得與圖像中的高光部的寬度相當?shù)牧?，但在圖像中的高光部所占的范圍非常小的情況下，對畫面整體進行圖像處理的操作這作為實際問題往往效率是不高的。該情況下在進行圖像處理時，可以不是將圖像整體作為對象而是選擇成為計測對象的高光部附近，或者也可以根據(jù)情況選擇邊緣位置的部分來進行圖像處理。關(guān)于這些，能夠兼顧魯棒性來適當選擇地實施。
[0047]在不知道像素尺寸、像素間距離的拍攝裝置的情況下，為了求出與電極的寬度相當?shù)闹?，按照與根據(jù)與拍攝裝置之間的位置關(guān)系而攝影的電極的位置成為相同位置的方式來配置標準尺的刻度并用拍攝裝置進行攝影，預先將在標準尺的刻度的圖像上的尺寸存儲在存儲單元，進行將由攝影而得到的圖像上的電極的寬度和標準尺的刻度進行對比的運算。該情況下，也能通過使用像素數(shù)的計數(shù)來得到圖像上的長度。
[0048]在圖3所示的測定指狀電極高度的裝置方式中，太陽能電池的表面與拍攝裝置的攝影光軸之間的角度Θ較小，可以認為通過攝影而得到的圖像的寬度d實質(zhì)上是根據(jù)太陽能電池上的電極高度而得到的，但是實際上認為如果該角度Θ不是那么小，則圖像上的寬度d變得不與電極的寬度幅本身相對應(yīng)。
[0049]關(guān)于這點關(guān)聯(lián)圖7(a)進行說明，矩形的斜線部分表示電極的剖面，PQ側(cè)的側(cè)面成為要攝影的范圍。因為在上邊側(cè)基于照明光的反射光不朝向拍攝裝置側(cè)，所以不參與形成攝影圖像。拍攝裝置的攝影光軸相對于太陽能電池的表面呈角度Θ，所以要攝影的部分的高度是與垂直于攝影光軸的方向上的部分相當?shù)拇笮，即成為h ^ose。如果θ較小則該值大致為1，但若Θ是某種程度的大小，則需要將對上述那樣求得的高度進一步修正了Ι/cos Θ倍后的值設(shè)為高度。
[0050]這樣，雖然可以認為在求出高度方面拍攝裝置的攝影光軸相對于太陽能電池的表面傾斜的角度Θ盡可能小較好，但若Θ非常地小幾乎為0，則如在圖3的測定方式中所觀察的那樣，在多個電極前后排列的情況下，攝影光一部分被比成為對象的電極靠拍攝裝置側(cè)的電極遮蔽，由此不能進行準確的測定。另外，若Θ變大，則在攝影畫面也射入電極的上表面的反射光，從而變得不能觀察到僅是電極側(cè)面的圖像，所以關(guān)于Θ具有上限。這樣，作為攝影光軸相對于太陽能電池表面的角度，被限定于適當?shù)姆秶瑢嶋H上應(yīng)設(shè)為I?40°的范圍且優(yōu)選3?10°的范圍即可。
[0051]圖7(b)是關(guān)于電極的剖面不是矩形而是如圖2的(b)那樣呈梯形形狀，側(cè)面相對于針對太陽能電池表面的法線傾斜時的高度計測進行說明的圖。若設(shè)梯形的側(cè)面與法線所成角度為α，則在α > Θ的情況下，與垂直于攝影光軸的方向上的部分相當?shù)拇笮是PQ長度的cos (α - Θ)倍，高度h是PQ的cos α倍，相對于作為與大小D相當?shù)闹涤蓴z影的圖像所得到的高度，實際的高度h是C0Sa/C0S(a - Θ)倍。因此，進行將根據(jù)上述那樣攝影得到的圖像而求得的高度乘以cosa/cos (α - Θ)倍之類的運算上的操作即可。在α < Θ的情況下，若同樣地考慮，則對于實際的高度h而言，將根據(jù)攝影得到的圖像而求得的高度乘以cosa/cos (Θ - α)倍即可。關(guān)于電極的剖面呈梯形時的側(cè)面相對于太陽能電池表面的法線而成的角度α，如上述那樣，預先通過預先采樣等而求得。
[0052]作為對高度進行計測的對象物品表面上的突起或突條，關(guān)于太陽能電池的電極進行了說明，但作為基于本發(fā)明的計測方法，并不局限于太陽能電池的電極。一般而言，物品的表面上的細微的突起或突條的高度成為計測的對象，但仍具有以下條件:突起部或突條部是金屬等材質(zhì)或者具有金屬光澤的材質(zhì)，物品的其他表面的反射率低或呈粗糙面狀，成為計測對象的突起部或突條部作為相對于其以外的部分具有較高對比度的圖像而被攝影。
[0053]另外，作為對高度進行計測的對象物品表面上的突起或突條，在太陽能電池表面上的指狀電極的情況下，高度為?ο μ m以上，尤其30?40 μ m的高度是對計測而言適當?shù)姆秶?，上限?00 μ m左右。
[0054]要攝影的拍攝裝置需要具有在關(guān)于指狀電極那樣的細微的突起或突條的圖像上能夠識別圖像的分辨率，分辨率即使最低也具有10 μ m/dot，優(yōu)選為I?2μ m/dot的范圍。在0.5ym/dot以下則變成光波長以下，認為檢測困難。另外，在子像素的方法中，即使每個像素的分辨率為I μ m左右，也能夠求出亞微米級的突起的高度。
[0055]作為在圖3所示的計測太陽能電池的電極的高度的裝置中對電池表面進行攝影的拍攝裝置，使用了對圖4所示的關(guān)于電極的畫面進行攝影的通常使用的攝影裝置的拍攝裝置來進行例示，在計測高度方面，并非一定需要攝影圖4那樣的畫面整體。關(guān)于也可以在進行圖像處理時不以圖像整體為對象、而是選擇成為計測對象的高光部附近或者根據(jù)情況選擇邊緣位置的部分來進行圖像處理，之上已經(jīng)進行了敘述，作為電池表面的攝影單元，只要能夠獲得用于高度計測的圖像數(shù)據(jù)即可，所以在制造工序中即時計測電極高度的情況下。利用按照對與如圖4那樣相對于電極的長度方向正交的方向的線狀部分進行攝像的方式設(shè)定的線傳感器攝像而取得圖像數(shù)據(jù)，由此也能通過上述圖像處理來檢測電極高度。
[0056]這樣，作為對電池表面進行攝影的單元，一般而言是具備(XD、CMOS等攝像元件的拍攝裝置，但并不局限于所謂的對畫面進行攝影的面?zhèn)鞲衅餍偷膯卧部梢允褂没谝痪S攝像元件的線傳感器型的攝像單元。
[0057](2)基于散射光檢測的高度計測
[0058]圖8是表示通過散射光的檢測來測定在載放于臺部的太陽能電池I的表面上突出的指狀電極的高度的裝置方式的示意圖。50是在上側(cè)相對于太陽能電池I的表面呈小角度Θ地照射激光束的激光器，60是對在激光束照射的指狀電極處的散射光的強度進行檢測的利用光電二極管等的光檢測部，70是對在光檢測部60檢測到的散射光的強度數(shù)據(jù)進行運算處理而求出電極的高度的運算處理部。并且，雖未圖示，但具備載放太陽能電池I的臺部、以及用于使激光器50及光檢測部60相對(沿箭頭方向)移動的掃描控制部。
[0059]設(shè)由激光器50對太陽能電池I發(fā)射的激光束的照射角Θ為I?40。范圍的角度即可，但更優(yōu)選設(shè)為3?10°。設(shè)在高度測定時是恒定的。基于光電二極管等的光檢測部60配置在垂直于太陽能電池I表面的方向或者比該方向靠激光器50側(cè)，作為接收在電極處的散射光的位置。在照射激光束的狀態(tài)下，在圖8中沿箭頭方向使載放了太陽能電池I的臺部移動并進行掃描，這時由光檢測部60檢測散射光的強度而取得數(shù)據(jù)。通過對太陽能電池I的整個表面進行這樣的掃描并對得到的散射光強度的數(shù)據(jù)進行運算處理來求得電極的高度。
[0060]在遍布太陽能電池I的整個表面來掃描激光束時，采用先進行與圖8的表面垂直的方向的掃描，之后進行箭頭方向的掃描的方式，對縮短掃描所需的時間是有利的。該情況下，在旋轉(zhuǎn)的多棱鏡的表面反射來自激光器50的激光束并對太陽能電池I的表面進行照射，通過多棱鏡的旋轉(zhuǎn)來進行與圖8的表面垂直的方向的掃描。通過相對于太陽能電池I的表面中的掃描范圍，某種程度較大地決定多棱鏡中的反射點與對太陽能電池I表面的入射點之間的距離，由此能夠使激光束對太陽能電池I表面的入射角Θ實際上恒定。
[0061]在太陽能電池I中的電極的間距為2000μπι的情況下，例如根據(jù)Θ =10°時的實測而得到的結(jié)果，在圖8中沿箭頭方向進行掃描而得到的散射光強度成為如圖9那樣的分布，按電極的各個間距而出現(xiàn)散射光的峰值，分別具有寬度S。為了對各峰值確定寬度，例如預先規(guī)定成取半值寬度，但峰值的輪廓會根據(jù)激光光斑直徑等而變化，所以考慮這樣的條件來調(diào)整并確定求出峰寬的基準即可。
[0062]根據(jù)散射光強度分布中的峰值的寬度S來求出電極的高度h。在激光束的照射相對于太陽能電池表面傾斜角度Θ的情況下，需要乘以tan Θ作為修正項,從而h = Stan Θ。根據(jù)圖9那樣的Θ =10°時的散射光強度分布來求得的高度如圖10所示，電極編號與圖9中的各峰值相對應(yīng)。
[0063]根據(jù)對太陽能電池I的整個表面進行激光束的掃描并檢測散射光強度來求出電極的高度，為了針對各太陽能電池求出高度，需要對太陽能電池整個表面進行掃描。如圖8所示，如果激光束相對于電池表面所成的角Θ小，與從電池上方照射激光束的情況相比，相應(yīng)地向箭頭方向的掃描所需的時間變少。但是，角Θ必須具有通過電極頂部的激光束射入至比相鄰的電極更靠更前的程度的大小。
[0064]從激光器50側(cè)觀察的太陽能電池表面上的電極如圖11所示，如果按照成為各電極前后不重疊地接近的狀態(tài)的方式來設(shè)定角Θ，則圖8中的箭頭方向的掃描距離變短，掃描所需的時間變短。在圖11中，若考慮在各電極具有30μπι左右的高度且沿電池表面平行地形成75根長度為150mm的電極的情況下的電池表面的掃描所需的最小時間，則每一電池的最小掃描面積是電極長度X電極高度X根數(shù)即150mmX0.03mmX75根=337.5mm2。
[0065]為了實現(xiàn)最短計測時間/I個電池:10 μ m的分辨率，每一測定點的面積為1ymXlOym= 100 μ m2/點，光檢測部的光電二極管的采樣點數(shù)為3375000點/I個電池。如果能夠使頻率為3.375MHz掃描的速度為33750mm，則用于測定的掃描所需的時間為ls/1個電池。這樣，通過將激光束向電池表面的照射的角Θ設(shè)定得較小，能夠縮短電池表面的掃描所需時間、即測定所需時間，能夠提高吞吐量。在根據(jù)散射光的強度分布來求出高度的方法中，不使用基于透鏡的成像光學系統(tǒng)，所以不必考慮模糊的影響。
[0066]這樣,通過根據(jù)向太陽能電池表面掃描激光束時的測定散射光而得到的強度分布來求出電極的高度，與例如如專利文獻I那樣一邊在面內(nèi)移動太陽能電池一邊進行攝影檢查的以往的檢查方法相比，能夠顯著地縮短計測所需的時間，在通過旋轉(zhuǎn)多棱鏡來進行主掃描的情況下，能夠進一步縮短計測時間。
[0067]附圖標記說明:1…太陽能電池；6…電池表面(防反射膜)；10...指狀電極；11...母線電極；20…拍攝裝置；30...圖像處理裝置；40...照明光源；50...激光器；60…光檢測部；70…運算處理部出…高光部；LB…激光束；SL...散射光；S…峰寬出…高度。
【權(quán)利要求】
1.一種計測物品表面上的突起或突條的高度的方法，是計測形成在表面反射率低的物品表面上的反射率高的細微的突起或突條的高度的方法，其特征在于， 在攝影光軸相對于所載放的物品表面成I?40°范圍的角度且對成為計測對象的突起或突條進行攝影的位置處設(shè)置攝像裝置，相對于所述物品表面上的突起或突條在相對于針對物品表面的法線的所述攝像裝置側(cè)配置照明光源，在照明光下利用所述攝像裝置對所述物品表面進行攝影，計測通過攝影而得到的所述物品表面上的突起或突條的圖像中與突起的高度方向相當?shù)某叽?，通過運算進行根據(jù)通過計測而得到的與突起或突條的高度方向相當?shù)某叽绾退鲈O(shè)置的攝像裝置的攝影倍率來求得突起或突條的高度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的計測物品表面上的突起或突條的高度的方法，其特征在于， 在計測所述突起或突條的圖像中與突起的高度方向相當?shù)某叽鐣r，對該圖像上與突起或突條的高度方向相當?shù)姆较蛏系牧炼葹橐?guī)定值以上的像素的數(shù)量進行計數(shù)，基于該數(shù)量來求得與突起或突條的高度方向相當?shù)某叽纭?br> 3.根據(jù)權(quán)利要求1?2中任一項所述的計測物品表面上的突起或突條的高度的方法，其特征在于， 所述攝像裝置被設(shè)置在攝影光軸相對于所載放的物品表面成3?10°范圍的角度且對成為計測對象的突起或突條進行攝影的位置。
4.一種計測物品表面上的突起或突條的高度的方法，是計測形成在表面反射率低的物品表面上的反射率高的細微的突起或突條的高度的方法，其特征在于， 一邊照射按照激光束相對于所載放的物品表面的照射角為I?40°范圍的方式設(shè)定的激光一邊使激光和物品表面相對移動來進行掃描，通過光檢測部檢測由所述突起或突條產(chǎn)生的散射光的強度，求得在所述裝置的過程中檢測到的散射光的強度分布中的峰值的寬度，根據(jù)該峰值的寬度來求得所述突起或突條的高度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1?4中任一項所述的計測物品表面上的突起或突條的高度的方法，其特征在于， 所述物品表面上的突起或突條是以突出的方式設(shè)置在太陽能電池表面上的金屬制電極。
6.一種物品表面上的突起或突條的高度的計測裝置，是形成在表面反射率低的物品表面上的反射率高的細微的突起或突條的高度的計測裝置，其特征在于，具備: 攝像裝置，其對形成在所載放的物品表面上的突起或突條進行攝影； 圖像處理裝置，其用于對通過該攝像裝置的攝影而取得的圖像進行圖像處理；以及 照明光源，其對所載放的物品表面進行照明， 所述攝像裝置被設(shè)置在攝影光軸相對于所述物品表面成I?40°范圍的角度且對成為計測對象的突起或突條進行攝影的位置， 所述照明光源被配置在相對于所述物品表面上的突起或突條在相對于針對物品表面的法線從所述攝像裝置側(cè)對所述物品表面上的突起或突條進行照明的位置， 所述圖像處理裝置計測通過所述攝像裝置的攝影而得到的所述物品表面上的突起或突條的圖像中與突起或突條的高度方向相當?shù)某叽?，并進行根據(jù)通過計測而得到的與突起或突條的高度方向相當?shù)某叽绾退鲈O(shè)置的攝像裝置的攝影倍率來求得突起或突條的高度的運算。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的物品表面上的突起或突條的高度的計測裝置，其特征在于， 在所述圖像處理裝置中，對所述圖像上的與突起或突條的高度方向相當?shù)姆较蛏系牧炼葹橐?guī)定值以上的像素的數(shù)量進行計數(shù)，基于計數(shù)得到的像素數(shù)來求得所述突起的圖像中的與突起的高度方向相當?shù)某叽纭?br> 8.根據(jù)權(quán)利要求6?7中任一項所述的物品表面上的突起或突條的高度的計測裝置，其特征在于， 所述攝像裝置被設(shè)置在攝影光軸相對于所載放的物品表面成3?10°范圍的角度且對成為計測對象的突起進行攝影的位置。
9.一種物品表面上的突起或突條的高度的計測裝置，是形成在表面反射率低的物品表面上的反射率高的細微的突起或突條的高度的計測裝置，其特征在于，具備: 臺部，其載放計測對象的物品； 激光，其對載放在該臺上的物品表面以照射角為I?40°范圍的方式照射激光束； 光檢測部，其在照射激光束時接收由物品表面上的突起或突條產(chǎn)生的散射光并檢測散射光強度； 掃描控制部，其用于在對所述物品表面上照射激光時控制使激光和物品相對移動的掃描；以及 運算處理裝置，其對由所述光檢測部取得的散射光強度的數(shù)據(jù)進行處理， 所述運算處理裝置求得在一邊使所述激光和物品相對移動一邊照射激光束時由所述光檢測部取得的散射光的強度分布中的峰值的寬度，進行根據(jù)該峰值的寬度來求得所述突起或突條的高度的運算。
10.根據(jù)權(quán)利要求6?9中任一項所述的物品表面上的突起或突條的高度的計測裝置，其特征在于， 所述物品表面上的突起或突條是以突出的方式設(shè)置在太陽能電池表面上的金屬制電極。
【文檔編號】G01B11/02GK104136881SQ201380007820
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2013年2月1日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月3日
【發(fā)明者】蒲原敏浩, 野中一洋, 遠坂啟太 申請人:獨立行政法人產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所