(57)【要約】  光学系を介して撮像される映像の正確度を向上させることができる映像測定装置及びその方法を提供する。光学系を介して撮像された映像を用いて測定対象の高さ情報を測定する装置において、測定物を撮像して出力するＣＣＤカメラと、前記測定物の撮像領域を照明する白色光を発生させる照明部と、前記照明部の点灯を制御する照明制御部と、前記測定物に対する光学系の微小高さを制御する微細駆動部と、前記ＣＣＤカメラを介して撮像された映像を獲得する映像捕獲部と、前記ＣＣＤカメラからイネーブル信号が発生すると、照明制御部と微細駆動部に駆動信号を発生する駆動信号発生部と、前記映像捕獲部から転送されるデータより測定対象の高さ情報を計算する映像信号処理部と、を含む。
2009511932.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学系を介して撮像された映像を用いて測定対象の高さ情報を測定する装置であって、
測定物（Ｐ）を撮像して出力するＣＣＤカメラ（１）と、
前記測定物の撮像領域を照明する白色光を発生させる照明部（２）と、
前記照明部（２）の点灯を制御する照明制御部（３）と、
前記測定物（Ｐ）に対する光学系の微小高さを制御するピー・ジー・ティー（ＰＺＴ）アクチュエータ（４）と、
前記ＣＣＤカメラを介して撮像された映像を獲得する映像捕獲部（６）と、
前記ＣＣＤカメラ（１）からイネーブル信号が発生すると、照明制御部（３）とピー・ジー・ティー（ＰＺＴ）アクチュエータ（４）に駆動信号を発生する駆動信号発生部（５）と、
前記映像捕獲部（６）から転送されるデータから測定対象の高さ情報を計算する映像信号処理部（７１）と、
を含むことを特徴とする、映像測定装置。
【請求項２】
前記駆動信号発生部（５）は、
駆動信号発生を制御する基準データが保存されるメモリー（５１）と、
デジタル／アナログ変換器（５２）と、
前記デジタル／アナログ変換器（５２）を介して出力される信号または前記映像捕獲部（６）により獲得された信号の高周波成分を除去するための低周波通過フィルター（５３）と、
駆動信号を発生する同期信号発生部（５４）と、
を含んで構成されることを特徴とする、請求項１に記載の映像測定装置。
【請求項３】
前記駆動信号発生部（５）は、
カメラ（１）でフレームを撮像する時に、ピー・ジー・ティー（ＰＺＴ）アクチュエータ（４）の駆動時間及び駆動高さ情報を獲得し、獲得されたデータと基準データとを相互比較して補償された駆動信号データを算出し、この補償された駆動信号を、後続フレーム撮像時に出力するように構成されることを特徴とする、請求項１に記載の映像測定装置。
【請求項４】
光学系を介して撮像された映像を用いて測定対象の高さ情報を測定する方法であって、
ＣＣＤカメラからイネーブル信号を検出する段階（Ｓ１０）と、
前記フレームイネーブル信号検出時ごとに、測定物に照射される白色光の点灯のための照明制御信号とピー・ジー・ティー（ＰＺＴ）アクチュエータの駆動信号を発生する段階（Ｓ３０）と、
前記ＣＣＤカメラから出力される映像を獲得する段階（Ｓ４０）と、
前記映像捕獲部で獲得された映像を映像処理部に伝送する段階（Ｓ５０）と、
獲得された映像を受け取って該当のフレームの最大高さ位置データを獲得する段階（Ｓ６０）と、
前記Ｓ１０〜Ｓ６０段階を繰り返した後、測定物のスキャン領域に対する撮影が完了したか否かを判断する段階（Ｓ７０）と、
上記で獲得された最大高さ位置データを用いて３次元形状を獲得する段階（Ｓ８０）と、
を含むことを特徴とする、映像測定方法。
【請求項５】
前記駆動信号を発生する段階の前に、初期撮影モードか否かを確認する段階（Ｓ２０）をさらに含み、
前記初期撮影モード確認結果、初期撮影モードであれば、メモリーに保存された基準データによって駆動信号を発生し（Ｓ３０）、
前記初期撮影モード確認結果、初期撮影モードでなければ、直前フレーム撮像時の微細駆動部の駆動データとメモリーに保存された基準データとを相互比較した後、ピー・ジー・ティー（ＰＺＴ）アクチュエータを制御するための補償された駆動信号を算出する過程と（Ｓ３１）、前記補償された駆動信号によって後続フレームを撮像するように、補償された駆動信号を出力する過程（Ｓ４１）とを含むことを特徴とする、請求項４に記載の映像測定方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
〔技術分野〕
本発明は、光学式映像測定装置及びその方法に係り、より詳細には、光学系を介して撮像される映像の正確度を向上させることができる映像測定装置及びその方法に関する。
【０００２】
〔背景技術〕
電子、機械部品の小型化と精密化が加速しつつあり、このような小型の電子及び機械部品の加工と製造状態を確認するためには、その寸法、形状、表面照度に対する高精度の測定が行われなければならない。
【０００３】
例えば、電子部品である半導体ウエハと、この半導体ウエハ上に加工された集積回路の微細パターンに対する寸法、形状、レーザーマーキング状態、表面照度は、周知の接触式測定装置を用いては測定できなく、触針を用いた接触式表面照度測定機を用いるとしても、触針のチップ(ｔｉｐ)が物体の表面を微細に傷つける他、面積に関する情報を得難いという問題点があった。
【０００４】
そこで、光源から放射される光を基準パターン化して測定物に映写し、その測定物の形状にしたがって変形された光を基準パターンと比較し、測定物の形状を測定する光学顕微鏡を用いた２次元及び３次元測定装置及び方法が開発されてきている。
【０００５】
上記の光学顕微鏡を用いた３次元形状測定方法として、白色光制限干渉(ｗｈｉｔｅ  ｓｃａｎｎｉｎｇ  ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ：以下、‘ＷＳＩ’という。)を用いた方法が提案されたことがある。
【０００６】
一般に、干渉とは、２つの光束が重なった時に、明るさが増減する現象のことをいい、上記ＷＳＩ方法は、微細駆動部、例えば、ＰＺＴ（Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ）アクチュエータを駆動し、基準面を移送しながら映像を獲得して干渉縞が存在する領域を見出した後、可視性が最大となる位置を探して表面照度を獲得し、３次元形状を測定することである。
【０００７】
図５は、従来の光学式形状測定装置での映像獲得過程を説明するためのブロック構成図である。
【０００８】
光学式形状測定システムは、まず、後述する映像捕獲部２０５からのトリガー信号入力時に、被写体の映像を撮像して出力するＣＣＤカメラ１００と、テストしようとする被写体の部位別測定面照度を調節するために、相互に異なる位置に装着されている複数の照明部４００と、照明部４００を制御する照明コントローラ３００と、を含み、照明コントローラ３００は、コンピュータ２００に実装される映像捕獲部２０５から発生するトリガー信号によって照明部４００を制御する。
【０００９】
一方、コンピュータ２００に実装される映像捕獲部２０５は、ＣＣＤカメラ１００から出力される映像を捕獲（ｃａｐｔｕｒｅ）して映像信号処理部２０７に伝送する役割を果たすもので、照明コントローラ３００とＣＣＤカメラ１００を同期させるためのトリガー信号を発生して出力し、ＣＣＤカメラ１００から出力される映像を捕獲する。
【００１０】
このような方法で、測定物Ｐのスキャン領域に対する複数個の高さを求めることによって、測定物Ｐの凹凸形状を測定する。
【００１１】
このように、トリガー信号によって照明灯の点灯がなされ、その度に映像の撮像が行わねばならない理由は、検査目的に合う測定面映像を得るための照明部４００を点灯させながら撮像映像を捕獲すべきであるからである。
【００１２】
ちなみに、映像信号処理部２０７は、捕獲された映像を受け取って表示部２０９上に表示可能な形態の映像信号として出力し、制御部２０３は、データ入力部２０１を介して測定者から映像測定開始命令が入力されると、これを映像捕獲部２０５に伝達する役割を果たす。
【００１３】
上述した構成を持つ光学式形状測定システムでは、ＰＺＴコントローラを用いてＰＺＴ駆動の開始と終了の位置のみを設定した後、等速駆動をするようにし、ＣＣＤカメラが映像捕獲部からトリガー信号発生時ごとに映像を撮像して出力し、後段の映像捕獲部は、ＣＣＤカメラから出力される映像を捕獲して伝送したのち再びトリガー信号を発生するから、映像フレームを獲得するのに時間がかかるという短所があった。
【００１４】
また、ＰＺＴコントローラとカメラの映像撮像を等速駆動することによって測定物Ｐの形状による駆動誤差が発生する恐れがあった。
【００１５】
〔発明の開示〕
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明は上記の従来技術における問題点を解決するためのもので、その目的は、光学系を介して撮像された映像を用いて測定対象の高さ情報を測定する装置において、毎フレーム撮像時に駆動されるＰＺＴアクチュエータ及び照明部を制御する駆動信号を補償して出力することによって、フレームとフレーム間の撮像間隔を調節できるようにした映像測定装置及びその方法を提供することにある。
【００１６】
なお、本発明の他の目的は、測定時に発生するノイズ及びエッジ（ｅｄｇｅ）部から発生する高周波成分を除去できるようにした映像測定装置及びその方法を提供することにある。
【００１７】
〔課題を解決するための手段〕
上記の目的を達成するための本発明は、光学系を介して撮像された映像を用いて測定対象の高さ情報を測定する装置において、測定物を撮像して出力するＣＣＤカメラと、前記測定物の撮像領域を照明する白色光を発生させる照明部と、前記照明部の点灯を制御する照明制御部と、前記測定物に対する光学系の微小高さを制御するピー・ジー・ティー（ＰＺＴ）アクチュエータと、前記ＣＣＤカメラを介して撮像された映像を獲得する映像捕獲部と、前記ＣＣＤカメラからイネーブル信号が発生すると、照明制御部とピー・ジー・ティー（ＰＺＴ）アクチュエータに駆動信号を発生する駆動信号発生部と、前記映像捕獲部から転送されるデータから測定対象の高さ情報を計算する映像信号処理部部と、を含む。
【００１８】
また、本発明は、光学系を介して撮像された映像を用いて測定対象の高さ情報を測定する方法において、ＣＣＤカメラからイネーブル信号を検出する段階と、前記フレームイネーブル信号検出時ごとに測定物に照射される白色光の点灯のための照明制御信号とピー・ジー・ティー（ＰＺＴ）アクチュエータの駆動信号を発生し且つそれに同期してＣＣＤカメラから出力される映像を獲得するように駆動信号を発生する段階と、前記映像捕獲部から獲得された映像を映像処理部に伝送する段階と、獲得された映像を受け取って該当のフレームの最大高さ位置データを獲得する段階と、以上の段階を繰り返した後、測定物のスキャン領域に対する撮影が完了したか否かを判断する段階と、上記で獲得された最大高さ位置データを用いて３次元形状を獲得する段階と、を含む。
【００１９】
〔発明の効果〕
本発明は、フレーム撮像時の微細駆動部の駆動情報を獲得してこれを基準情報と相互比較した後、基準情報と一致しない場合に後続フレーム撮像時のＰＺＴアクチュエータ及び照明駆動を制御するための補償された駆動信号を算出して出力することによってフレームとフレーム間の撮像間隔を調節し、獲得される映像の正確度を向上させることができる。
【００２０】
なお、駆動信号発生部にＤ／Ａ変換器を備えてコンピュータの駆動量を減らし、低周波通過フィルターを備えて測定時に発生するノイズ及びエッジ部より発生する高周波成分を除去することによって、獲得される映像の正確度を向上させることができる。
【００２１】
〔発明を実施するための最良の形態〕
本発明は、添付の図面を参照しつつ後述する好適な実施例によってより明白になる。以下、実施例を用いて当業者が本発明を容易に理解し再現できるように詳細に説明する。
【００２２】
図１は、本発明による映像測定装置の光学系構成図で、これを参照してＷＳＩ方式を用いた３次元表面照度測定方法の基本原理について説明すると、照明部２からの白色光を、第１レンズ２１、第２レンズ２２、第３レンズ２３及び反射ミラー２４を経て光分割器２５に至らせ、光分割器２５から反射された白色光を、対物レンズ８１によって集光し、この白色光を光分割器８３を介して測定物Ｐ上に照射する。
【００２３】
干渉計の光分割器８３では、測定物Ｐに照射される白色光と、基準面８２に照射される白色光とに分離される。基準面８２に照射される白色光は、基準面８２から反射されて光分割器８３に再び到達する。一方、光分割器８３を通過した白色光は、測定物Ｐ上から反射されて光分割器８３に再び到達する。光分割器８３は、基準面８２から反射された白色光と測定物Ｐから反射された白色光とを、再び同じ経路に統合させる。この時、基準面８２から光分割器８３までの距離Ｌ１と光分割器８３から測定物Ｐまでの距離Ｌ２との距離差による干渉現象が発生する。この干渉現象が発生した白色光は、光分割器２５を通過してＣＣＤカメラ１に入射される。
【００２４】
ＣＣＤカメラ１は、干渉現象の発生した白色光と共に測定物Ｐを撮影する。ここで、干渉計の側面に備えられるＰＺＴアクチュエータ４を用いて光分割器８３側のユニットを上下に移動させ、Ｌ１とＬ２との差を変化させることによって、ＣＣＤカメラ１に入射される白色光の波長が強化されて会ったり、弱まって会ったりするようにした後、干渉光強度値変化の波形が最大となる位置を見出し、測定物Ｐの特定位置に対する高さを求める。
【００２５】
このような方法で、測定物Ｐのスキャン領域に対する複数個の高さを求めることによって、測定物Ｐの凹凸形状を測定する。
【００２６】
図２は、本発明による映像測定装置のブロック構成図である。図２を参照すると、本発明の高速映像測定装置は、測定物Ｐを撮像して出力するＣＣＤカメラ１と、測定物の撮像領域を照明する白色光を発生させる照明部２と、照明部２の点灯を制御する照明制御部３と、測定物Ｐに対する光学系の微小高さを制御するＰＺＴアクチュエータ４と、ＣＣＤカメラを介して撮像された映像を獲得する映像捕獲部６と、ＣＣＤカメラ１からイネーブル信号が発生すると、照明制御部３とＰＺＴアクチュエータ４に駆動信号を発生する駆動信号発生部５と、映像捕獲部６から伝送されるデータより測定対象の高さ情報を計算する映像信号処理部７１と、を含んで構成される。
【００２７】
駆動信号発生部５は、駆動信号発生を制御する基準データが保存されるメモリー５１と、デジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）変換器５２と、Ｄ／Ａ変換器５２から出力される信号または映像捕獲部６により獲得された信号の高周波成分を除去する低周波通過フィルター５３と、駆動信号を発生する同期信号発生部５４と、を含んで構成される。
【００２８】
Ｄ／Ａ変換器はコンピュータの駆動量を減らし、低周波通過フィルター５３は測定物の高さ情報測定時に生じるノイズやエッジ（ｅｄｇｅ）部における高周波成分を除去するように構成される。
【００２９】
また、駆動信号発生部５は、カメラ１でフレームを撮像する際に、ＰＺＴアクチュエータ４の駆動時間及び駆動高さ情報を獲得し、獲得されたデータに基づいて後続フレームの撮像時にＰＺＴアクチュエータ４の駆動及び照明制御のための補償された駆動信号を毎フレームごとに出力するように構成されることによって、獲得される映像の正確度を向上させることができる。
【００３０】
例えば、図３に示すように、最初のフレームの撮像時に、ＰＺＴ駆動時間及び高さ情報と基準データとの間にズレがあると、基準データＡと測定データＢを相互比較し、後続フレーム撮像時のＰＺＴ駆動時間と高さ及び照明灯制御のためのデータを補償し、補償されたデータによって駆動信号を発生するように構成される。
【００３１】
映像信号処理部７１は、捕獲された映像を受け取って表示部７３上に表示可能な形態の映像信号として出力し、制御部７４は、データ入力部７２を介して測定者から映像測定開始命令を受信すると、これを駆動信号発生部５に伝達する役割を果たす。
【００３２】
図４は、本発明による映像測定方法を示すフローチャートで、光学系を介して撮像された映像を用いて測定対象の高さ情報を測定する方法において、ＣＣＤカメラからイネーブル信号を検出する段階（Ｓ１０）と、このフレームイネーブル信号検出時ごとに、測定物に照射される白色光の点灯のための照明制御信号とＰＺＴアクチュエータの駆動信号を発生する段階（Ｓ３０）と、ＣＣＤカメラから出力される映像を獲得する段階（Ｓ４０）と、映像捕獲部から獲得された映像を映像処理部に伝送する段階（Ｓ５０）と、獲得された映像を受け取って該当のフレームの最大高さ位置データを獲得する段階（Ｓ６０）と、上記のＳ１０〜Ｓ６０段階を繰り返した後、測定物のスキャン領域に対する撮影が完了したか否かを判断する段階（Ｓ７０）と、以上の段階で獲得された最大高さ位置データを用いて３次元形状を獲得する段階(Ｓ８０)と、を含む。
【００３３】
この時、上記駆動信号を発生する段階の前に、初期撮影モードか否か確認する段階（Ｓ２０）をさらに含み、この初期撮影モード確認結果、初期撮影モードであれば、メモリーに保存された基準データに基づいて駆動信号を発生し（Ｓ３１）、初期撮影モード確認結果、初期撮影モードでなければ、直前のフレーム撮像時にＰＺＴアクチュエータの駆動データを獲得し、これをメモリーに保存された基準データと相互比較した後、ＰＺＴアクチュエータを制御するための補償された駆動信号を算出し、補償された駆動信号によって後続フレームを撮像するように、補償された駆動信号を出力する（Ｓ４１）。
【００３４】
以上では、添付の図面を参照しつつ好適な実施例に挙げて本発明を説明してきたが、これに限定されず、本発明の範ちゅうを逸脱しない限度内で様々な変形が可能であるということは当業者にとっては明らかである。したがって、本発明の範ちゅうは、それらの様々なの変形例を含むように、記述された請求範囲によって解釈されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明による映像測定装置の光学系構成図である。
【図２】本発明による映像測定装置のブロック構成図である。
【図３】本発明の実施例による映像測定装置の微細駆動部の駆動量を示すグラフである。
【図４】本発明による映像測定方法を示すフローチャートである。
【図５】従来の光学式形状測定装置での映像獲得過程を説明するためのブロック構成図である。
【００３６】
〔符号の説明〕
１    カメラ
２    照明部
３    照明制御部
４    ＰＺＴアクチュエータ
５    駆動信号発生部
５１    メモリー
５２    Ｄ／Ａ変換器
５３    低周波通過フィルター
５４    同期信号発生部
６    映像捕獲部
７    コンピュータ
７１    映像信号処理部
７２    データ入力部
７３    表示部
８    干渉計
８１    対物レンズ
８２    基準面
８３    光分割器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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2009511932.tif 000009