(57)【要約】【課題】本発明は、撮像手段を移動すること無しに超解像を得ることができる撮像装置および撮像方法に関するものである。【解決手段】被検査体の光学像を複数に分割する光分割手段と、前記光分割手段により分割された光学像を、被検査体との光学距離が一定となる位置で撮像する複数の撮像手段と、前記複数の撮像手段により撮像された複数の画像から、画像補正する画像補正手段と、を有することを特徴とする撮像装置としたものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検査体の光学像を複数に分割する光分割手段と、
前記光分割手段により分割された光学像を、被検査体との光学距離が一定となる位置で撮像する複数の撮像手段と、
前記複数の撮像手段により撮像された複数の画像から画像補正する画像補正手段と、
を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
被検査体の光学像を複数に分割する光分割段階と、
前記光分割段階にて分割された光学像を、被検査体との光学距離が一定となる位置に配置された複数の撮像手段により撮像する撮像段階と、
前記複数の撮像手段により撮像された複数の画像から、画像補正する画像補正段階と、
を有することを特徴とする撮像方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は撮像手段を移動すること無しに、超解像を得ることができる撮像装置および撮像方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、微細加工技術の発展により、ディスプレイ用パネルの基板上のパターンはいっそう微細化している。例えば携帯電話用の液晶パネルを例にとってみると、数年前までは１６０×１２０ピクセルパネルが標準的であったが、今では３２０×２４０ピクセルパネルが標準的となっており、８００×４８０の高解像パネルも見かけるようになってきている。サンプルレベルでは１０２４×７６８ピクセルのパネルも出てきており、今後も微細化はどんどん進むものと考えられる。この間に液晶パネルのピクセルサイズは１０分の１以下に、ブラックマトリックス（ＢＭ）幅も４分の１以下なっている。
【０００３】
このような微細化が進んだ分野の外観検査においては、もはやマクロ検査ではなく微細検査が必要になってくる。例えば、先ほど例に挙げたＢＭ幅は５μｍほどであり、このようなサイズの構造の検査は、すでに顕微鏡が必要な領域に達している。
【０００４】
近年の微細加工技術は、基板上の構造物の面内方向の位置、形状、サイズについては、上述したように、非常に微細な構造物を高い精度で形成可能である。しかしながら、高さ方向の微細化および加工精度は、面内方向ほど進んでいない。
【０００５】
また、これらの構造物を配置する基板自体についても、表面平坦性などは精度が良くなっているものの、例えば基板のそりや、基板厚さの一様性などの精度については、大きく改善されてはいない。つまり基板自体も、厚さ方向については、面内方向に比べて精度が劣っているといえる。
【０００６】
このような状況下での外観検査は、条件が非常に厳しい状態であるといえる。基板上に形成されるパターンの面内方向の微細化が進むと、それに応じて、検査用の画像を高い分解能で撮像することが要求される。
【０００７】
一般的に、高分解能化を行うと
（１）撮像視野が狭くなる。
（２）撮像時の被写界深度が小さくなる。
ということが発生する。特に（２）の被写界深度が小さくなる、ということは高さ方向の許容度が低くなることを意味する。上述のように、基板自体も基板上に形成される構造物も基板厚さ方向の精度が良くない状況では、せっかく高分解能光学系を組んでも、質の良い検査用の画像を得ることができず、検査信頼性を得られない可能性が出てくる。
【０００８】
図２は、低解像度の撮像光学系を概念的に示した図である。一般的に、分解能が低いレンズは被写界深度が大きいので、基板の高さ方向にムラがあったとしても、撮像視野の全体にわたってピントの合った画像を得ることができる。
【０００９】
しかし高解像度の光学系では、図３に示す通りレンズの被写界深度の許容範囲が小さいので、基板の高さ方向のムラに対応しきれず、撮像視野の中でピントがずれる箇所が発生し、結局、高解像度での撮像が困難となってしまう。
【００１０】
また、低解像度レンズを撮像光学系に使った場合、光学系のカメラ側においては、使用したレンズの許容錯乱円よりも精細な分解能は得ることができない。従って使用するカメラのピクセルサイズが許容錯乱円以下であっても、許容錯乱円のサイズと同じ程度の分解能しか得られない。
【００１１】
このような問題を解決する方法のひとつに超解像技術がある。超解像とは、解像度の低い画像を複数枚合成することにより、高解像化を図る技術である。使用する光学系が低解像度なので、被写界深度の制限を受けることなく高解像化が可能である。
【００１２】
超解像を成立させる方法はいろいろあるが、最も一般的な方法は、１つのカメラをｘ方向およびｙ方向に精密に半ピクセル分だけ動かして４枚の画像を取得し、これらを合成するという方法である。
【００１３】
図４は、その方法を模式的に示したものである。撮像素子は精密移動ステージなどに固定されて、ｘ方向およびｙ方向に精密に半ピクセル分ずつ移動する。図４［ａ］〜［ｄ］中の２１ａ〜２１ｄは、半ピクセル分ずつ動かしたときの撮像素子の各ピクセルの位置を模式的に表したものである。図４［ｂ］〜［ｄ］には、撮像素子がどのように動いたかを説明するために２１ａのときの位置を点線で示している。
【００１４】
撮像素子は、図４［ａ］〜［ｄ］中の２１ａ〜２１ｄの位置を順次移動するのと同期しながら、画像を撮像していく。このようにして得られた複数（図４の例では４枚）の画像を解析・合成することによりサブピクセル情報を得、高解像化を図るものである。取得する画像自体は低解像度なので、撮像光学系は被写界深度が大きいものを使用可能である。従って超解像は、高解像画像と広い被写界深度を両立できる技術といえる。
【００１５】
また特許文献１には、同一構成の複数個の固体撮像素子を画素ずらし配置して実効画素数を増加させた多板式固体撮像素子モジュールを用いて、解像度を向上させた撮像装置が記載されている。
【００１６】
【特許文献１】特開２００７−２３５８７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
超解像化には複数の画像が必要であり、例えば分解能を２倍にしようとすると、最低４枚の低解像画像が必要なため測定点１個あたりの測定時間が従来の４倍かかることになり、スループットが落ちてしまう。また一般に、精密移動ステージは非常に高価であり、さらにｘ方向およびｙ方向の２軸が必要となるので、装置そのものも非常に高価になってしまう。
【００１８】
また、特許文献１に記載の撮像装置は、同一構成の複数個の固体撮像素子を精密に画素ずらし配置する必要があり、組み立てに高い精度を要する。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記の課題を解決するため請求項１記載の発明は、被検査体の光学像を複数に分割する光分割手段と、
前記光分割手段により分割された光学像を、被検査体との光学距離が一定となる位置で撮像する複数の撮像手段と、
前記複数の撮像手段により撮像された複数の画像から、画像補正する画像補正手段と、
を有することを特徴とする撮像装置としたものである。
【００２０】
また請求項２記載の発明は、被検査体の光学像を複数に分割する光分割段階と、
前記光分割段階にて分割された光学像を、被検査体との光学距離が一定となる位置に配置された複数の撮像手段により撮像する撮像段階と、
前記複数の撮像手段により撮像された複数の画像から、画像補正する画像補正段階と、
を有することを特徴とする撮像方法としたものである。
【発明の効果】
【００２１】
超解像で必要とされる複数の画像の取得を、光分割手段、および被検査体との光学距離が同じ位置で撮像する複数の撮像手段によって行なうことにより、撮像にかかる時間を短縮できるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
図１は、本発明の撮像装置の概略構成を示した模式図である。
レンズ５は、図示せぬ照明光源によって照明された被検査体６からの光を受光し、光学像を結ぶ。この、被検査体６の光学像は、鏡筒４の中に設置された光分割手段であるビームスプリッターで所定の数に分割する。図１ではビームスプリッターは、３ａ〜３ｄの４個とした場合を示しているが、ビームスプリッターの個数はこれ以外の個数でもかまわないし、後述する撮像手段もそれに合わせた数を設置することが可能である。
【００２３】
ビームスプリッター３ａ〜３ｄそれぞれの後段には、分割された光学像を撮像できるように、撮像手段であるカメラ２ａ〜２ｄおよび１が設置される。この時、撮像対象５からの光学距離が、カメラ１および２ａ〜２ｄの間で同じになるように、各カメラは設置される。これらのカメラで撮像された複数の画像は、図示せぬ画像補正手段に送られる。図示せぬ画像補正手段は、それらの画像から合成画像を生成することにより超解像を成立させることができる。
【００２４】
これら複数のカメラは、被検査体に対して、視野が大きくずれていない状態の大体同じような画像を取得することができるように配置されていればよく、特に従来技術のような厳しい配置条件はない。
【００２５】
次に、図示せぬ画像補正手段により行なわれる画像処理のアルゴリズムを図５に示す。カメラ１で撮像した画像を拡大し、この拡大画像に対して、カメラ２ａ〜２ｄで撮像した画像で補正を行うことにより解像度を上げていく。補正方法としてはウィーンフィルター，ウェーブレット変換等を用いた高解像度化などいろいろな方法が提案されているが特に限定するものではない。この作業を設置カメラ台数分行うことによりピクセル補正され、超解像画像を得ることができる。
【００２６】
本実施形態では補正用カメラが４台の場合について説明したが、これに限るものではない。また補正方法についても、上述の方法以外にも適宜方法を利用可能である。
【実施例】
【００２７】
図１に示した構成の撮像装置を使用して得られた画像を、図７に示す。図７は、メインカメラ１で撮った画像をカメラ２ａ〜２ｄで撮った画像で補正したものである。本実施例では、補正方法としてはマッチングによる輝度修正法を利用した。
【００２８】
また比較のため、カメラ１台（メインカメラ１）の画像のみで、他のカメラの画像による補正をしなかった場合を図８に示す。図７のほうが鮮明な画像であることがわかる。
【００２９】
このように複数のカメラによる画像を使用して画像補正をすると、非常に鮮明な画像を得ることができる。これら複数カメラによる画像は、高解像光学系を使ったわけではないので被写界深度内ならば均等な分解能で撮像されたものであり、そのような画像が本発明の方法には適している。しかし高解像光学系を使った場合は、被写界深度の内と外とでは分解能が異なるため本発明を適用することはできない。
【００３０】
ここでマッチングによる輝度修正法の概略を、図９を使って説明する。この方法は高解像画像が低解像画像の重ねあわせで表すことができるというモデルが基となっている。しかし、どんな画像でも良いわけではなく、それぞれの画像に一種のサブピクセル情報が含まれていることが必要である。
【００３１】
図９の９ａ、９ｂは、それぞれ２×２ピクセルの画像データを模式的に示したものである。９ａ、９ｂは輝度が若干異なっている状態であるが、それ以外は差がない。もちろんマッチング処理しても画像のずれは発生しない。
【００３２】
一方、９ａ、９ｂを４倍に拡大して４×４ピクセルの画像データとしたものがそれぞれ９ｃ，９ｄである。９ｃ，９ｄ間ではマッチングに差が出たとするとマッチングによるずれを考慮して２画像を重ね合わせると９ｅのようになり、９ａ，９ｂより解像度の高い画像が得られる。このような手順を繰り返すことにより解像度を高めてゆく。
【００３３】
例えば、図６［ａ］に元画像を、図６［ｂ］にこの元画像を４×４ピクセルの平均化した平均化画像を、図６［ｃ］にまた異なる基点で４×４ピクセル平均化した平均化画像を示す。［ｂ−１］、［ｃ−１］は、それぞれ［ｂ］、［ｃ］の一部分の拡大図で、このように拡大するとその差がはっきりする。
【００３４】
しかしこの［ｂ］，［ｃ］の画像をマッチング処理して画像ずれ量を算出してもずれ量は検出されない。つまり視覚的には差があっても数学的には差とは認められない。次にこの［ｂ］，［ｃ］の画像を適当な大きさに拡大し拡大画像同士でマッチング処理を行うと条件によってはずれ量が発生する。つまり平均化によって消えたはずのサブピクセル情報はマッチング処理によってよみがえることがあることを示している。
【００３５】
このように撮像条件を変えた画像は複数の画像をミクロで解析するとサブピクセル効果に相当する情報が得られるのである。このサブピクセル効果を利用して超解像画像を得ることができる。
【００３６】
以上の説明のように、複数の補正カメラを有する超解像撮像系は広い被写界深度と高分解能を両立することを可能にした撮像系といえる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の撮像装置の概略構成を示した図である。
【図２】低解像度の撮像光学系の概念図である。
【図３】高解像度の撮像光学系の概念図である。
【図４】撮像素子を半ピクセル分ずつ移動させて撮像する、従来の超解像の方法を模式的に示した説明図である。
【図５】本発明の撮像装置で行われる画像処理の手順を説明した模式図である。
【図６】サブピクセル効果を説明する画像の例。
【図７】本発明の撮像装置により撮像された画像の例。
【図８】従来の撮像方法による画像例。
【図９】マッチングにより輝度修正方法を説明する模式図である。
【符号の説明】
【００３８】
１・・・メインカメラ
２ａ〜２ｄ・・・補正用カメラ
３ａ〜３ｄ・・・ビームスプリッター
４・・・鏡筒
５・・・レンズ
６・・・被検査体
１１ａ、１１ｂ・・・被写界深度
１２ａ、１２ｂ・・・許容錯乱円
１３・・・光線
１４・・・レンズ
２１ａ〜２１ｄ・・・撮像素子の各ピクセルの位置
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図１】
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【図６】
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【図７】
2009290417.tif 000009
【図８】
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【図９】
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