(57)【要約】      （修正有）【課題】１回の撮像操作で得られた画像データを用いて被検査体における高さを測定することにより、簡易な装置を用いて、より少ない時間で測定を行い、スループットを高める。【解決手段】撮像装置Ａは撮像レンズ１と、被検査体Ｂからの入射光を二分するビームスプリッタ２と、二分された光をそれぞれ光路長調整手段５、６を介して受けるＣＣＤ３、４とを備えている。被検査体Ｂからの入射光が二分された後にＣＣＤ３、４に結像するように設定した後に光路長調整手段５、６によりＣＣＤ３及び４がそれぞれ結像位置から外れ結像レンズからの光路長がそれぞれｄｑ１、ｄｑ２となるように設定した状態で同時にＣＣＤ３及び４により撮像を行い、演算処理部１１においてｄｑ１、ｄｑ２の位置座標とその間隔ｈ、両位置での光の強度の比Ｒとから被検査体における高さに関する量としてｄｉを求める。【選択図】図３
2008046027.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検査体からの焦点距離ｆの撮像レンズを透過した光をそれぞれ第１及び第２の光路長調整手段を介して同等な第１及び第２の撮像素子で受けるようにした撮像装置で得られた画像データを用いて前記被検査体における高さを測定する方法であって、
前記第１の撮像素子が前記被検査体からの光の結像位置から外れた第１の光学的位置にあるように前記第１の光路長調整手段により設定することと、
前記第２の撮像素子が前記被検査体からの光の結像位置から外れた第２の光学的位置にあるように前記第２の光路調整手段により設定することと、
前記撮像レンズから前記第１及び第２の撮像素子のうちの一方の撮像素子までの光学的距離（ｄｑ１）及び前記第１の光学的位置から前記第２の光学的位置までの光路差（ｈ）を求めることと、
前記撮像装置の撮像動作によりそれぞれ結像位置から外れた光学的位置にある前記第１及び第２の撮像素子で同時に前記被検査体を撮像し、前記第１及び第２の撮像素子でそれぞれ得られた光の強度の比（Ｒ）を画素ごとに求めることと、
求められたｄｑ１、ｈ、Ｒと焦点距離ｆとから、
【数１２】
2008046027.tif 000020
（ただし、ｄｉは撮像レンズから被検査体の基準面までの距離、ｄｏは撮像レンズから被検査体の基準面上の点の結像面までの距離、Δｄｏ１＝ｄｏ−ｄｑ１である。）を用いて前記撮像レンズから前記被検査体までの距離ｄｉを求めることにより被検査体における高さを測定する方法。
【請求項２】
前記第１及び第２の撮像素子を前記被検査体からの光の結像位置に設定してその位置の情報を取得した後に前記第１及び第２の撮像素子の光学的位置をそれぞれ結像位置から外れた第１及び第２の光学的位置に設定することにより前記撮像レンズから前記第１及び第２の撮像素子のうちの一方の光学的位置までの距離（ｄｑ１）及び前記第１の光学的位置から前記第２の光学的位置までの光路差（ｈ）を求めるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の被検査体における高さを測定する方法。
【請求項３】
撮像レンズと、該撮像レンズを透過した光を二分するビームスプリッタと、該ビームスプリッタにより二分された光のうちの一方の光が第１の光路長調整手段を介して結像する位置に配置された第１の撮像素子と、前記二分された光の内の他方の光が第２の光路長調整手段を介して結像する位置に配設された第２の撮像素子と、前記第１及び第２の撮像素子で同時に撮像を行うための撮像動作部と、前記第１及び第２の撮像素子での撮像により得られた画像データを演算処理して被検査体における高さを計算する演算処理部とを備えてなり、前記第１の光路長調整手段は前記二分された光のうちの一方の光を第１の撮像素子の位置に結像させる状態と結像状態から外れた状態とに調整可能であり、前記第２の光路長調整手段は前記二分された光のうちの他方の光を第２の撮像素子の位置に結像させる状態と結像状態から外れた状態とに調整可能であり、前記演算処理部は前記第１及び第２の撮像素子がそれぞれ結像状態から外れた状態において前記撮像動作部により同時に撮像を行うことにより得られた画像データと前記第１及び第２の撮像素子が結像状態から外れた程度を示す光学的距離をもとに演算処理を行うことにより被検査体における高さを求めるようにしたことを特徴とする高さを測定するための装置。
【請求項４】
前記第１及び第２の光路長調整手段は前記撮像レンズから前記ビームスプリッタを経てそれぞれ第１及び第２の撮像素子に至る距離を連続的に可変調節するものであることを特徴とする請求項３に記載の高さを測定するための装置。
【請求項５】
前記第１及び第２光路長調整手段はそれぞれ所定の厚さを有する光学的部材を光路中に挿入し、または取り外すことにより光路長を調整するものであることを特徴とする請求項３に記載の高さを測定するための装置。
【請求項６】
前記演算処理部は、前記撮像レンズの焦点距離をｆ、前記撮像レンズから前記第１及び第２の撮像素子のうちの一方の撮像素子までの光学的距離をｄｑ１、前記第１の撮像素子の光学的位置から前記第２の撮像素子の光学的位置までの光路差をｈ、前記第１及び第２の撮像素子でそれぞれ得られた光の強度の比をＲとして、
【数１２】
2008046027.tif 000021
（ただし、ｄｉは撮像レンズから被検査体の基準面までの距離、ｄｏは撮像レンズから被検査体の基準面上の点の結像面までの距離、Δｄｏ１＝ｄｏ−ｄｑ１である。）を用いて前記撮像レンズから前記被検査体までの距離ｄｉを求めることにより被検査体における距離を測定するようにしたことを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の高さを測定するための装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検査物における高さを測定する方法及びそのための装置に関するものであり、特に、製造工程における半導体素子の面上での凹凸のように、微小な高さを測定するのに適用される被検査物における高さを測定する方法及びそのための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話等の情報端末機器、可搬型の情報処理装置、ゲーム機等種々のデジタル機器において小型化、高機能化が急速に進行しており、これに伴って機器には高密度の実装技術が不可欠となっている。デジタル機器の中枢部であるＣＰＵ、メモリー等のＩＣにおいて、リードの形態はＳＯＰからＢＡＬＬへ、さらにＢＵＭＰへと改良されてきた。ミリメートル単位のリードから数百ミクロンのＢＵＭＰになり、それとともに寸法検査精度への要求が高まり、製造工程での接合においてＢＵＭＰの高さが特に重要になめため、高さを高精度で測定することが求められるようになっている。
【０００３】
ＢＵＭＰ等の高さの測定を行うのに、三角測量法、共焦点法、白色干渉法等が使用されている。このうち三角測量法は数ミクロン程度の測定精度であり、今後さらにＢＵＭＰが小さくなった場合には対応できない。共焦点法や白色干渉法は高い測定精度を有する方法であって研究上では有用であるが、製造工程において用いたとすると、スループットが低くなり実用的でなくなる。
【０００４】
高さの測定方法に関する技術として、次のような文献に記載されている。
【特許文献１】特開２００３−４２７２０号公報
【特許文献２】特開平９−１０５６１５号公報
【特許文献３】特開平２−８７００５号公報
【０００５】
特許文献１には、共焦点顕微鏡の対物レンズの集光位置と試料との相対位置を変えて２枚の共焦点画像を撮像し、それぞれの共焦点画像の対応する画素ごとに光検出器の出力の差／和、または除算値を求めることにより試料の各点における高さを得るようにした高さ測定装置について記載されている。
【０００６】
特許文献２には、試料における異なる複数の高さ位置でそれぞれ共焦点画像を撮像し、各画素ごとに光量がピークとなる高さ位置を求め、最も高いピーク高さ位置をその画素に対応する試料の表面情報とする三次元計測について記載されている。
【０００７】
特許文献３には、計測ビームを被測定物の面上に集光させ、表面の凹凸情報を有する反射光と、これと周波数の異なる参照ビームとを干渉させて計測ビート信号を取り出し、その位相変化に基づいて表面の凹凸形状を測定する表面形状測定装置について記載されている。
【０００８】
特許文献１に記載のものにおいては、試料の各点における高さを得るために、試料の表面を挟む２つの高さ位置での共焦点画像を撮像する必要があり、２回の撮像を行うことが不可欠となる。高さを得るために２回の撮像が不可欠な点については、特許文献２の場合も同様であり、このようにして高さを求める手法では高さを求める過程に要する時間が長くなるため、実際の半導体素子の製造工程において適用する上ではスループットの低下を招くことになる。
【０００９】
特許文献３のような計測ビームと参照ビームの干渉によるものでは、測定精度を高くすることはできるが、そのための光学系や信号処理回路が複雑で大規模のものになり、やはりスループットを高くできない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
このように、製造工程における半導体素子の面上での凹凸のように、微小な高さを測定する際に、２つの異なる位置での共焦点画像を撮像する手法では、高さを求める過程において２回の撮像分の時間を少なくとも要するため、スループットの低下を招くことになり、また、ビームの干渉による手法では装置が大がかりになり、スループットを高めるのに有効でもなかった。このため、比較的簡易な装置を用いて、より少ない時間で高さを測定する手法が求められていた。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、前述した課題を解決すべくなしたものであり、本発明による高さを測定する方法は、被検査体からの焦点距離ｆの撮像レンズを透過した光をそれぞれ第１及び第２の光路長調整手段を介して同等な第１及び第２の撮像素子で受けるようにした撮像装置で得られた画像データを用いて前記被検査体における高さを測定する方法であって、前記第１の撮像素子が前記被検査体からの光の結像位置から外れた第１の光学的位置にあるように前記第１の光路長調整手段により設定することと、前記第２の撮像素子が前記被検査体からの光の結像位置から外れた第２の光学的位置にあるように前記第２の光路調整手段により設定することと、前記撮像レンズから前記第１及び第２の撮像素子のうちの一方の撮像素子までの光学的距離（ｄｑ１）及び前記第１の光学的位置から前記第２の光学的位置までの光路差（ｈ）を求めることと、前記撮像装置の撮像動作によりそれぞれ結像位置から外れた光学的位置にある前記第１及び第２の撮像素子で同時に前記被検査体を撮像し、前記第１及び第２の撮像素子でそれぞれ得られた光の強度の比（Ｒ）を画素ごとに求めることと、求められたｄｑ１、ｈ、Ｒと焦点距離ｆとから、
【数１２】
2008046027.tif 000003
（ただし、ｄｉは撮像レンズから被検査体の基準面までの距離、ｄｏは撮像レンズから被検査体の基準面上の点の結像面までの距離、Δｄｏ１＝ｄｏ−ｄｑ１である。）を用いて前記撮像レンズから前記被検査体までの距離ｄｉを求めることにより被検査体における高さを測定するものである。
【００１２】
前記第１及び第２の撮像素子を前記被検査体からの光の結像位置に設定してその位置の情報を取得した後に前記第１及び第２の撮像素子の光学的位置をそれぞれ結像位置から外れた第１及び第２の光学的位置に設定することにより前記撮像レンズから前記第１及び第２の撮像素子のうちの一方の光学的位置までの距離（ｄｑ１）及び前記第１の光学的位置から前記第２の光学的位置までの光路差（ｈ）を求めるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の被検査体における高さを測定するようにしてもよい。
【００１３】
また、本発明による高さを測定するための装置は、撮像レンズと、該撮像レンズを透過した光を二分するビームスプリッタと、該ビームスプリッタにより二分された光のうちの一方の光が第１の光路長調整手段を介して結像する位置に配置された第１の撮像素子と、前記二分された光の内の他方の光が第２の光路長調整手段を介して結像する位置に配設された第２の撮像素子と、前記第１及び第２の撮像素子で同時に撮像を行うための撮像動作部と、前記第１及び第２の撮像素子での撮像により得られた画像データを演算処理して被検査体における高さを計算する演算処理部とを備えてなり、前記第１の光路長調整手段は前記二分された光のうちの一方の光を第１の撮像素子の位置に結像させる状態と結像状態から外れた状態とに調整可能であり、前記第２の光路長調整手段は前記二分された光のうちの他方の光を第２の撮像素子の位置に結像させる状態と結像状態から外れた状態とに調整可能であり、前記演算処理部は前記第１及び第２の撮像素子がそれぞれ結像状態から外れた状態において前記撮像動作部により同時に撮像を行うことにより得られた画像データと前記第１及び第２の撮像素子が結像状態から外れた程度を示す光学的距離をもとに演算処理を行うことにより被検査体における高さを求めるようにしたものである。
【００１４】
前記高さを測定するための装置において、前記第１及び第２の光路長調整手段は前記撮像レンズから前記ビームスプリッタを経てそれぞれ第１及び第２の撮像素子に至る距離を連続的に可変調節するようにしてもよい。
【００１５】
前記高さを測定するための装置において、前記第１及び第２光路長調整手段はそれぞれ所定の厚さを有する光学的部材を光路中に挿入し、または取り外すことにより光路長を調整するようにしてもよい。
【００１６】
前記高さを測定するための装置において、前記演算処理部は、前記撮像レンズの焦点距離をｆ、前記撮像レンズから前記第１及び第２の撮像素子のうちの一方の撮像素子までの光学的距離をｄｑ１、前記第１の撮像素子の光学的位置から前記第２の撮像素子の光学的位置までの光路差をｈ、前記第１及び第２の撮像素子でそれぞれ得られた光の強度の比をＲとして、
【数１２】
2008046027.tif 000004
（ただし、ｄｉは撮像レンズから被検査体の基準面までの距離、ｄｏは撮像レンズから被検査体の基準面上の点の結像面までの距離、Δｄｏ１＝ｄｏ−ｄｑ１である。）を用いて前記撮像レンズから前記被検査体までの距離ｄｉを求めることにより被検査体における距離を測定するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、２つの撮像素子に１回の撮像操作を行うことにより２つの異なる遠近位置の画像を得て、その画像データから被検査体における高さを計算できるため、スループットは例えば１００００ｃｍ２／ｈ以上と高くなり、精度の面でも数百ｎｍ程度に高い精度が得られ、さらに、比較的簡易な構成で測定できるので、コストが少なくできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
〔結像光学系の特性〕
本発明による高さの測定の手法と、そのための測定装置において顕微鏡光学系を用いるが、その光学系の基本的特性について説明する。
【００１９】
図１は、被検査体の面における高さを測定するために被検査体の面を撮像するのに用いられる光学系を示しており、図１で撮像装置ＡにおけるレンズＬの光軸が縦方向であるとし、レンズＬの基準面（レンズ系としては主面を考える）をαとする。被検査体Ｂ上の点ＰはレンズＬの下方で基準面αから距離ｄｉの位置にある光軸に垂直な面β上にあり、レンズＬにより点Ｐの像がレンズＬの上右で基準面αから距離ｄｏの位置にある光軸に垂直な面γ面上に点Ｑ形成される。結像面γより距離ｄｏ１だけ前方（レンズＬ側）の面をγ１、結像面γより距離ｄｏ２だけ後方の面をγ２とし、基準面αから面γ１までの距離をｄｑ１、基準面αから面γ２までの距離をｄｑ２とする。
【００２０】
ｄｉとｄｏが結像関係の条件を満たす場合に、顕微鏡の点応答関数は、
【数１】
2008046027.tif 000005
となり、また、ｄｏ／ｄｉ＝ｘｏ／ｘｉ＝ｙｏ／ｙｉ＝ｍとして
【数２】
2008046027.tif 000006
のように座標変換をすると、Ｓは
【数３】
2008046027.tif 000007
となる。
さらに、ｎ次の第１種ベッセル関数Ｊｎ（ｘ）の関係式
【数４】
2008046027.tif 000008
を用い、ｘ＝−（２π／λ）ρω、  ｎ＝０として、
【数５】
2008046027.tif 000009
となる。この波面がｄｑ１の位置に作る波面は、Δｄｏ１＝ｄｏ−ｄｑ１とすると、ｄｏの位置からｄｑ１の面までのフーリエ変換で与えられる。ｄｑ１における座標を（ｘｏ１，ｙｏ１）として、
【数６】
2008046027.tif 000010
となる。これは逆フーリエ変換であるから、
【数７】
2008046027.tif 000011
となり、ｇ（ｘｏ１，ｙｏ１）は、半径がＤ／２＝（−ｘｏ１／Δｄｏ１）ｄｏ／２で（つまりｘｏ１＝−ＤΔｄｏ１／ｄｏ）、面積が（１／Δｄｏ１）２に比例した値となる。
【００２１】
このように、Δｄｏ１が小さい範囲では、１点から発して結像レンズを通った光の強度を示す点応答関数ｇｏ１（ｘｏ１，ｙｏ１）は（１／Δｄｏ１）２に比例した値となり、Δｄｏ１とともに像が広がり、Δｄｏ１の２乗に逆比例して強度が減少する。
【００２２】
図２（ａ）は被検査体の１点から発した光が撮像レンズを通った後の受光面における光の強度分布を示しており、横軸は受光面（撮像素子）における位置、縦軸は強度を示す。最もピークが高く広がりが少なくなっている曲線は受光面が撮像レンズの結像位置にある場合であり、受光面が結像位置から外れるにしたがって次第にピークが低く広がった曲線になる。
【００２３】
結被検査体からの光が１点でなく、例えば２０μｍ程度の幅をもっている部分からの光の場合に、１点だけでなく近接する点からの光があるために、光の強度は図２（ｂ）に示すような形になる。図２（ｂ）において、横軸は被検査体の幅方向の位置を示し、幅方向の部分の中心に関して対照的な強度の分布になっている。
【００２４】
図２（ｃ）は、図２（ｂ）において、受光面の位置が結像位置からずれた時に被検査体のある幅方向の位置の部分による反射光の強度がどのように変化するかを示すものであり、横軸は結像位置からの受光面のずれΔｄｏ１、縦軸は強度を示し、この場合Δｄｏ１がそれほど大きくない範囲としている。一番上の曲線は図２（ｂ）において幅方向の中心位置の部分についての強度分布であり、その下側の曲線は幅方向の中心に近接する次の位置の部分の強度分布を示し、以下順次近接する部分の強度分布を示している。それぞれの曲線は強度分布は異なっているが、Δｄｏ１が小さい範囲ではいずれもΔｄｏ１の２乗に逆比例して強度が減少するものである。
【００２５】
〔高さの計算の原理〕
顕微鏡結像光学系による結像面での像の強度は、前述したように、合焦点からの光軸方向の距離をΔｄｏ１として、Δｄｏ１の小さい範囲で（１／Δｄｏ１）２に比例するが、この性質を用いて被検査物における高さを測定することについて説明する。
【００２６】
ＣＣＤ等の複数の画素を有する検出素子で検出される光の強度により高さを測定する場合に、被検査体の面を撮像して得られた画像を構成する各画素ごとに対応する被検査体の部分からの光の強度が検出される。被検査体の面からの各画素に達する光は、被検査体の１画素に対応する面が均一高さの場合と、高さが不均一である場合とがある。
【００２７】
（１）高さが均一の場合
図１において、面γ１における反射強度は（１／Δｄｏ１）２に比例し、面γ２における反射強度は
【数８】
2008046027.tif 000012
であり、２つの面γ１、γ２における強度の比Ｒは
【数９】
2008046027.tif 000013
となるから、ｈ＝｜ｄｑ１−ｄｑ２｜とすると、上式は
【数１０】
2008046027.tif 000014
となる。これから、Δｄｏ１がｈとＲで表され、さらにｄｏ１＝ｄｑ１＋Δｄｏ１もｈとＲで表される。これらの関係とレンズの結像状態を示す
【数１１】
2008046027.tif 000015
とからｄｉが
【数１２】
2008046027.tif 000016
として計算される。このようにして被検査体における高さを特徴づけるｄｉが求められる。
【００２８】
（２）高さが不均一の場合
１つの画素に対応する被検査体における部分の高さが連続的に変化していると仮定し、かつ、その連続的変化において、図１でのｄｉ及びｄｏの変化が微小であるとする。実際、半導体素子における高さを問題とする場合、ｄｉは数十ｍｍ、高さの変化は数十μｍであって、その変化分は１／１０００程度であり、また、ｄｏは数十ｍｍに対して変化分が数百μmであるので、やはり１／１００程度である。
【００２９】
各画素における入射光の強度は対応する被検査体部分の面上の点からの反射光強度の積分で与えられる。いま各画素に対応する被検査体の部分の高さの成分としてｄｏｓからｄｏｅまで含まれるとすると、面γ１において各画素の受ける総光量Ｉ１は
【数１３】
2008046027.tif 000017
であり、また、面γ２において各画素の受ける総光量Ｉ２は
【数１４】
2008046027.tif 000018
となる。したがって、面γ１と面γ２とにおいて受ける強度の比Ｒは
【数１５】
2008046027.tif 000019
である。これは（１）と比較すると、その画素の受ける強度の最大値と最小値との相乗平均になっている。実際に受光素子の各画素が受ける強度はこのような相乗平均として得られるものであるので、高さが不均一の場合にも（１）式を用いてｄｉが求められる。
【００３０】
このように、合焦点の前後での２つの位置、それらの位置の間隔及びそれらの位置における受光強度比から被検査体における高さを示す情報としてのｄｉが求められる。
【００３１】
〔高さの測定のための装置〕
前述した高さの計算の原理を用いて本発明により実際に被検査体における高さの測定を行う場合に、図３に示すような高さを測定する装置を用いる。図３において、高さを測定する装置は、被検査体の撮像部Ａと、撮像部Ａでの撮像のための制御を行うとともに撮像された画像データにより高さを求める演算処理を行う制御・処理部Ｃとを有する。
【００３２】
撮像部Ａは、撮像レンズ１、撮像レンズ１を透過した光を二分するビームスプリッタ２、ビームスプリッタ２を透過した光を受ける撮像素子（ＣＣＤ）３、ビームスプリッタ２で反射した光を受ける撮像素子（ＣＣＤ）４を有しており、ＣＣＤ３は収納部３ａに、ＣＣＤ４は収納部４ａにそれぞれ収納されている。ビームスプリッタ２とＣＣＤ３との間に光路長調整手段５が介在し、また、ビームスプリッタ２とＣＣＤ４との間に光路長調整手段６が介在しており、これらが一体的に筐体に収容され、この筐体には連結部７が一体的に取り付けられている。撮像装置Ａは連結部７により被検査体Ｂを載置するための載置台２０に取り付けられた支柱２１に取り付けられる。連結部７の支柱２１への取り付け部分においては、ラック・ピニオン機構等に位置調整可能にし、それによって載置台２０上に載置された被検査体Ｂに対する撮像装置Ａの位置を光軸方向に調整可能にする。
【００３３】
ＣＣＤ３とＣＣＤ４とは感度、解像度に関して同等のものであり、光路長調整手段５、６は例えばヘリコイドにより光軸方向の長さを連続的に変えられるようにする形態とし、あるいは光路長調整のための光学部材を光路内に挿入しまたは取り外す形態としてもよい。光学部材の挿入・取り外しによる場合光路長の変化は段階的になるが、光学部材として屈折率ないし厚さの異なるものを複数種類用意しておくことにより多段階の調節が可能である。
【００３４】
撮像装置Ａは撮像レンズ１を透過した光がそれぞれＣＣＤ３、ＣＣＤ４の面上に合焦する状態と、合焦状態から外れた状態とに変えられるように調整する機能を有するようにしてある。これは撮像レンズ１からビームスプリッタ２を経てそれぞれのＣＣＤ３、ＣＣＤ４に至る距離を調整できるようにする形態と、撮像レンズ１により合焦調節を行う形態とがあり、ＣＣＤ側を調整する場合には、光路長調節部材５、６を連続的に可変調節するか、光路長調節部材が連続的に可変でないものでは、各ＣＣＤの収納部３ａ、４ａにおいてＣＣＤ３、４をそれぞれ光軸方向に位置調節できるようにしておく。撮像レンズ１により合焦調節を行うものでは、撮像レンズ１によりＣＣＤ３とＣＣＤ４とに同時に合焦できるように設定した上で結像レンズを合焦調節できるようにしておく。これらの位置調節、合焦の調節は手動的に行うようにしてもよいが、調節を行う箇所についてアクチュエータを備えておき駆動制御するようにしてもよい。合焦を自動的に行うようにするには、合焦の検知手段を備え、それに基づいて撮像レンズまたはＣＣＤの位置制御を行うようにする。手動的に合焦位置の調整を行うものでは、モニター画像を見ながら結像レンズまたはＣＣＤの位置調整を行う。撮像装置Ａでは１度のレリーズ動作でＣＣＤ３及びＣＣＤ４により同時に撮像を行うことができるものとし、また、撮像装置としては他に照明手段が備えられる。
【００３５】
制御・処理部ＣはＣＣＤ３及びＣＣＤ４での撮像により得られた画像データに基づき被検査体における高さを求める演算処理部１１と、撮像装置Ａによる撮像の制御を行う制御部１２と、撮像装置Ａによる画像をモニターし演算処理上の必要なデータを表示する表示部１３とを備えている。制御部１２では光路調整手段５、６やＣＣＤ３、ＣＣＤ４の位置調節、結像レンズ１による合焦動作等をアクチュエータにより行い、制御部１１での指令に応じて撮像装置Ａによる撮像を行い、また、制御部１２では撮像装置Ａから光路長等のデータを受け取り演算処理部１１に転送する。演算処理部１２は画像データや光路長のデータの記憶手段を含み、設定されたデータ、入力ないし転送されたデータに基づいて高さを計算する。
【００３６】
図３の装置の形態では撮像装置Ａからの光路長等の調節、撮像の動作を制御・処理部Ｃの制御部１２からの指令に応じて行い、光路長等のデータを制御部１２からさらに演算処理部１１に転送するようにし、光路長等の調整、演算処理を制御・処理部Ｃの側で行うものであるが、光路長の調整等を撮像装置Ａにおいて手動的に行うようにする形態では、制御部１２の機能は撮像装置Ａ側に移り、あるいは省略されたものになる。このような装置形態では、制御・処理部Ｃは演算処理部１１と表示部１３とになり、必要な演算プログラムを有する汎用パーソナルコンピュー（ＰＣ）を用いればよい。この場合、撮像装置Ａにおいて設定された光路長等のデータをＰＣに入力する必要がある。
【００３７】
〔高さの測定の手順〕
図３のような高さの測定のための装置を用いて被検査体における高さの測定を行う方法の手順について説明する。
載置台２０上の被検査体Ｂを載置した後、撮像装置Ａにおいて被検査体Ｂの像がＣＣＤ３及びＣＣＤ４に結像するように調節する。この時の光路長のデータを演算処理部１１における記憶手段に保持しておく。
【００３８】
その後にそれぞれＣＣＤ３、ＣＣＤ４に至る光路長を変えて合焦位置から外れるように調整する。この調整で合焦位置から外す量は高さの演算に関係することになり、ある程度標準的な量としてＣＣＤ３及びＣＣＤ４に関してそれぞれ規定しておくのがよい。光路長調整用の光学部材の挿入、取り外しを行うものでは、このような標準的な合焦位置からずれた光路長を与える光学部材の挿入、取り外しを行う。光路長を調整した時点で、調整された光路長のデータを演算処理部１１に送り、記憶手段にこの光路長のデータを記憶保持する。
【００３９】
合焦位置から外れるように光路長を調整した後、撮像装置Ａでの撮像を行い、ＣＣＤ３及びＣＣＤ４によりそれぞれ得られた被検査体の画像データを演算処理部１１の記憶手段に記憶保持する。
【００４０】
演算処理部１１では、ＣＣＤ３及びＣＣＤ４によりそれぞれ得られた被検査体の画像データと光路長のデータとを用いて高さを計算する。高さの計算は、ＣＣＤ３とＣＣＤ４とのそれぞれ対応する画素での輝度値と光路長差を用いて、式（１）により行う。
【００４１】
本発明により被検査体における高さの測定のフローを図４に示す。このフローでは最初に２つのＣＣＤにそれぞれ被検査体からの光が結像する状態になるようにそれぞれのＣＣＤを位置調整した後に光路長調整手段によりそれぞれのＣＣＤが結像状態から外れるようにしているが、撮像装置を被検査体に対して撮像する位置に設定した後に撮像装置と被検査体とを光軸に垂直な相対的に移動させて被検査体の他の部分における高さを測定する場合には、それぞれの撮像素子における結像の状態は維持されるので、最初の結像位置への調整の際に得られた撮像装置側のデータを演算処理部に記憶保持しておくことにより、以降の高さの測定の際には再び撮像素子を結像状態になるように調整するという過程は省いて高さの測定がなされる。
【００４２】
このように本発明によれば、２つのＣＣＤを有する撮像装置を用いた１度の撮像動作と、それにより得られたデータの演算処理によって被検査体における高さを求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明による高さの測定の光学的な原理を示す図である。
【図２】（ａ）１点からの光が撮像レンズを通った後の受光面における強度の分布を示す図である。（ｂ）幅をもつ物体からの光が撮像レンズを通った後の受光面における強度の分布を示す図である。（ｃ）撮像レンズの結像位置からの受光面の位置のずれに応じて光の強度がどのように変化するかを（ｂ）における物体の幅方向の位置ごとに示す図である。
【図３】本発明による高さの測定を行うための装置の構成を示す図である。
【図４】本発明による高さの測定のフローを示す図である。
【符号の説明】
【００４４】
Ａ  撮像部
Ｂ  被検査体
Ｃ  制御・処理部
１  撮像レンズ
２  ビームスプリッタ
３  ＣＣＤ
４  ＣＣＤ
５  光路長調整手段
６  光路長調整手段
１１  演算処理部
１２  制御部
１３  表示部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【手続補正書】
【提出日】平成18年8月18日(2006.8.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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