JPH10274508A

JPH10274508A - 画像入力装置

Info

Publication number: JPH10274508A
Application number: JP9080382A
Authority: JP
Inventors: Osamu Arai; 治荒井; Takahiko Matsumoto; 孝彦松本
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1997-03-31
Filing date: 1997-03-31
Publication date: 1998-10-13

Abstract

(57)【要約】【課題】一定の輝度値を有し、且つ位置に対して同期し
た画像データを得ることができる画像入力装置を提供す
る。【解決手段】対象物を撮像して画像信号を出力する一次
元光電変換素子を備えたラインセンサと、ラインセンサ
をその走査方向と直角な方向に移動させる駆動手段と、
ラインセンサの位置を検出する位置検出手段と、ライン
センサから一定周期で画像信号を取得し、画像信号を画
像データとして出力する撮像制御手段と、位置検出手段
によって検出される画像信号出力時のラインセンサの位
置に基づいて画像データの位置を求める画像処理手段と
を備えていることを特徴とする画像入力装置が提供され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一次元光電変換素
子を用いた画像入力装置に関し、例えば、リードフレー
ムや半導体基板の表面検査などに用いられる検査測定用
画像入力装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図６は、従来の画像入力装置の原理を示
す図である。図６によれば、走査方向がＸ方向である一
次元光電変換素子を備えたラインセンサ１７と、Ｘ方向
及びそれと直角な方向であるＹ方向に移動可能なＸＹス
テージ１２とが設けられている。図示されない半導体ウ
エハなどの被測定物は、ＸＹステージ１２上に載置さ
れ、被測定物の像は、対物レンズ２を介してラインセン
サ１７上で結像し、該結像した画像はラインセンサ１７
によって撮像される。該ＸＹステージ１２はそれをＹ方
向に導くガイド３に沿って移動し、ラインセンサ２は、
ＸＹステージ１２がＹ方向に一定距離移動する毎にリニ
アエンコーダ１３から生成される撮像同期信号に同期し
て画像信号を画像データとして出力し、その画像データ
は図示しない記憶手段に記憶される。

【０００３】このように、被測定物は、ＸＹステージ１
２上に載置され、Ｙ方向に一定速度で移動しながら、走
査方向がＸ方向であるラインセンサ１７によって撮像さ
れる。このとき、ＸＹステージ１２が上記一定距離移動
する間にラインセンサ１７のＣＣＤ（電荷結合素子）に
蓄積された電荷が、画像信号として撮像同期信号に同期
して出力される。そして、ＸＹステージ１２が撮像範囲
全体をＹ方向に走査することにより、被測定物の二次元
の画像データを得ることができる。このとき、撮像同期
信号は、ＸＹステージ１２の一定距離移動毎に出力され
るので、得られる画像データは、Ｙ方向の所定間隔毎の
画像データの集合として、位置ずれなく記憶される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図７は、撮
像同期信号とラインセンサ１７のＣＣＤ（電荷結像素
子）が蓄積する電荷量のタイミングチャートを示す。こ
の電荷量は画像データの輝度値に対応する。図７（ａ）
によれば、ＸＹステージ１２が一定速度でＹ方向に所定
距離移動する毎に撮像同期信号が出力される。そして、
ラインセンサ１７のＣＣＤに徐々に蓄積された電荷は、
撮像同期信号に同期して出力され、さらに次の撮像同期
信号が出力されるまでの間、再度蓄積される。

【０００５】このように、上記従来の画像入力装置で
は、所定距離の移動毎にリニアエンコーダ１３から撮像
同期信号が出力されるので、撮像同期信号の周期Ｔ１
は、ＸＹステージ１２の移動速度によって決まる。この
とき、ＸＹステージ１２の移動速度が一定であれば周期
Ｔ１は一定であり、図７（ａ）に示すように画像データ
の輝度値も一定である。尚、この例では被測定物は均一
な輝度を有するものとなる。

【０００６】しかしながら、通常、ＸＹステージ１２の
移動速度は、その機構的な精度の影響により若干の変動
が生じる。そのため、撮像同期信号の周期Ｔ１が変動
し、その結果、１周期毎の撮像時間が変動してしまう。
従って、図７（ｂ）に示すように、本来あらかじめ設定
された一定の基準周期Ｔ２で出力されるはずの画像デー
タが、上記電荷の蓄積時間Ｔ１の変動のため、その輝度
値も変動し、正確な画像データが得られないという問題
点がある。

【０００７】一方、上述のようにリニアエンコーダ１３
がＸＹステージ１２の所定距離の移動を検出する毎に撮
像同期信号が出力されるのではなく、一定周期で撮像同
期信号を出力して撮像を行ってもよい。この場合、ＸＹ
ステージ１２の移動速度が変動しても、撮像時間が一定
のため、常に一定の輝度値を有する画像信号が出力され
る。しかし、移動速度が変動することによって、画像デ
ータ上での位置座標との対応が不正確になり、画像に歪
みが生じるおそれがある。

【０００８】また、ラインセンサ１７をＸＹステージ１
２に対して移動させる場合も同様に速度変動の問題点が
生じる。従って、ラインセンサ１７とＸＹステージ１２
の相対速度が変動する場合に、画像データが不安定にな
る。

【０００９】そこで、本発明の目的は、ＸＹステージ１
２とラインセンサ１７の相対速度が変動して撮像同期信
号が変動した場合であっても、一定の輝度値を有し、且
つ位置に対して同期した画像データを得ることができる
画像入力装置を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の第一の構成は、対象物を撮像して画像信号を
出力する一次元光電変換素子を備えたラインセンサと、
該ラインセンサをその走査方向と直角な方向に移動させ
る駆動手段と、前記ラインセンサの位置を検出する位置
検出手段と、前記ラインセンサから一定周期で前記画像
信号を取得し、該画像信号を画像データとして出力する
撮像制御手段と、前記位置検出手段によって検出される
前記画像信号出力時の前記ラインセンサの位置に基づい
て前記画像データの位置を求める画像処理手段とを備え
ていることを特徴とする画像入力装置である。

【００１１】また、上記目的を達成するための本発明の
第二の構成は、対象物を撮像して画像信号を出力する一
次元光電変換素子を備えたラインセンサと、前記対象物
が載置されるステージと、該ステージを前記ラインセン
サの走査方向と直角な方向に移動させる駆動手段と、前
記ステージの位置を検出する位置検出手段と、前記ライ
ンセンサから一定周期で前記画像信号を取得し、該画像
信号を画像データとして出力する撮像制御手段と、前記
位置検出手段によって検出される前記画像信号出力時の
前記ステージの位置に基づいて前記画像データの位置を
求める画像処理手段とを備えていることを特徴とする画
像入力装置である。

【００１２】そして、本発明の構成による画像入力装置
において、取得された各画像データを、位置検出手段に
より検出された位置の座標を参照して合成することによ
って、被測定物全体の歪みのない画像データを求めるこ
とができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。しかしながら、本発明の技術的範囲がこの
実施の形態に限定されるものではない。

【００１４】図１は、本発明の第一の実施の形態におけ
る画像入力装置のブロック構成図である。画像入力装置
は、画像入力部１０、それを制御する測定制御部２０を
備えている。さらに、画像入力装置はパーソナルコンピ
ュータ３０を有する。このパーソナルコンピュータ３０
は、測定制御部２０の操作及び測定制御部２０から送ら
れる画像データの処理のために用いられる。パーソナル
コンピュータ３０には、プリンタ３１、キーボード３
２、マウス３３、モニタ３４などが接続され、さらに、
測定制御部２０から送られる画像データを処理するため
の画像処理ボード３５を搭載している。

【００１５】画像入力部１０には、まず、ベース１１上
に配置され、被測定物が載置されるＸＹステージ１２が
設けられる。ＸＹステージ１２は、例えばその内部に駆
動部（図示省略）を有し、上述の図５におけるＸ方向及
びＹ方向に移動することができる。そして、撮像同期用
スケールとしてのリニアエンコーダ１３が、ＸＹステー
ジ１２のＹ方向の移動を検出し、一定距離移動毎に撮像
同期信号Ｂを出力する。さらに、撮像部１５が、ベース
１１から上方に延びる支柱１４に取り付けられている。
この撮像部１５は、走査方向がＸ方向である一次元光電
変換素子を備えたラインセンサ１７及び被測定物の像を
一次元光電変換素子の撮像面上に結像する光学系１６を
備えている。そして、光源１８からの光を光ファイバ１
９などで画像入力部１０に導き、ＸＹステージ１２上に
載置された半導体ウエハなどの被測定物の種類に応じ
て、被測定物に光を照射する。即ち、被測定物の上から
落射照明し、または、被測定物の下から透過照明する。

【００１６】測定制御部２０は、ステージ制御信号Ａを
出力してＸＹステージ１２のスキャン移動を制御するス
テージ制御部２１を有する。それによって制御されるＸ
Ｙステージ１２の移動に応じて、リニアエンコーダ１３
からエンコーダ信号Ｂが出力される。

【００１７】エンコーダ信号Ｂは、ＸＹステージ１２が
一定距離移動する毎に出力され、エンコーダ座標検出部
２２に入力される。エンコーダ座標検出部２２は、入力
されたエンコーダ信号Ｂを順次カウントすることによ
り、ＸＹステージ１２のＹ方向の移動距離即ちエンコー
ダ座標（ＸＹステージ１２の位置）を検出することがで
きる。

【００１８】また、撮像開始信号発生部２４には、クロ
ック信号発生部２５から所定の周期のクロック信号Ｄが
入力される。そして、撮像開始信号発生部２４は、例え
ば所定数のクロック信号Ｄの発生毎に撮像開始信号Ｃを
出力する。

【００１９】出力された撮像開始信号Ｃは、撮像制御部
２３及び座標記憶部２６に入力される。まず、撮像制御
部２３は、撮像開始信号Ｃに基づいて撮像制御信号Ｅを
出力して、ラインセンサ１７の撮像を制御する。ライン
センサ１７は、この撮像制御信号Ｅに基づいて、前の撮
像制御信号Ｅから今回の撮像制御信号Ｅの間撮像した画
像信号Ｆを撮像制御部２３に出力する。撮像制御部２３
は、画像信号ＦをＡ／Ｄ変換して画像データ信号Ｈとし
てパーソナルコンピュータ３０に出力する。従って、画
像データ信号Ｈは一定周期毎に出力されるが、ＸＹステ
ージ１２の速度変動に伴う位置のばらつきには対応して
いない。

【００２０】一方、撮像開始信号Ｃが座標記憶部２６に
入力されると、座標記憶部２６は、撮像開始信号Ｃに同
期して、エンコーダ座標検出部２２がカウントしている
ＸＹステージ１２のＹ方向の座標（エンコーダ座標信号
Ｂ’）を読み出して記憶する。そして、座標データ信号
Ｇとしてパーソナルコンピュータ３０に出力する。

【００２１】さらに、測定制御部２０には、光源１８の
ＯＮ／ＯＦＦなどを行う光源制御部２７が設けられてい
る。また、パーソナルコンピュータ３０からは、例え
ば、ＸＹステージ１２の移動速度の設定又は測定の開始
など測定に必要な各種指令信号Ｉが測定制御部２０に送
られる。

【００２２】このような画像入力装置において、本発明
の実施の形態では、一定周期で出力される撮像開始信号
Ｃに基づいてラインセンサ１７から画像信号Ｅが出力さ
れたとき、同時に、座標記憶部２６によって、エンコー
ダ座標検出部２２からＸＹステージ１２のＹ方向の位置
即ちエンコーダ座標が記憶される。そして、撮像制御部
２３から出力される画像データ信号Ｈと座標記憶部２６
から出力される座標データ信号Ｇが同期してパーソナル
コンピュータ３０に入力される。

【００２３】そこで、この画像入力装置によって取得さ
れた画像データを利用して、そのエッジ位置を求める場
合は、画像データ信号Ｈから得られる各画像データが一
定間隔に位置決めされているライン座標に対応するエン
コーダ座標を参照して、補間演算などにより求められ
る。この方法について以下に説明する。

【００２４】図２は、画像データのライン座標とエンコ
ーダ座標の対応を示す図である。図２は、横軸にライン
座標、縦軸にエンコーダ座標を示し、例えば、ライン座
標９ライン目の画像データ信号Ｈに対応する座標データ
信号Ｇが有するエンコーダ座標の位置情報はＰ９である
ことを示す。同様に、１０ライン目、１１ライン目及び
１２ライン目の画像データ信号Ｈに対応する位置はそれ
ぞれＰ１０、Ｐ１１及びＰ１２である。

【００２５】図２によれば、一定の間隔を有するライン
座標において、例えば、９ライン目撮像時のＸＹステー
ジ１２の移動速度より、１０ライン目撮像時の移動速度
が速く、ＸＹステージ１２が一定周期の間により長い距
離を移動するので、エンコーダ座標Ｐ９とＰ１０の間隔
と比較して、エンコーダ座標Ｐ１０とＰ１１の間隔は長
くなる。さらに、１１ライン目撮像時の移動速度は、１
０ライン目撮像時の移動速度より遅いため、エンコーダ
座標Ｐ１０とＰ１１の間隔と比較して、エンコーダ座標
Ｐ１１とＰ１２の間隔は短い。

【００２６】一方、画像データ信号Ｈは、まず、画像処
理ボード３５によって画像処理され、画像データからそ
のエッジの位置などが計測される。その画像エッジのＹ
座標Ｑは、画像データ信号Ｈにおけるライン座標である
ので、そのエッジ位置の実際の位置を求めるときは、そ
のライン座標を座標データ信号Ｇに基づいたエンコーダ
座標に変換する必要がある。このとき、画像エッジ座標
Ｑが例えば9.35として求められたとすると、座標データ
信号Ｇに基づいたエンコーダ座標への変換は、例えば、
Ｐ９とＰ１０と間の距離に比例した直線補間によって行
うことができる。即ち、求められた画像エッジ座標Ｑの
エンコーダ座標における座標Ｐｎは、以下の式によって
求めることができる。Ｐｎ＝Ｐ９＋（Ｐ１０−Ｐ９）×（９．３５−９）この座標Ｐｎは、図２においては、点Ｌと点Ｍを直線で
結び、その直線と画像エッジ座標ＱのＹ座標（9.35）と
の交点Ｎにおけるエンコーダ座標に対応する。

【００２７】このように、ＸＹステージ１２の移動速度
が変動した場合であっても、座標データ信号Ｇの有する
エンコーダ座標に基づいて画像データ信号Ｈの有する画
像データの座標をエンコーダ座標に変換することによっ
て、エンコーダ座標の位置に同期した正確な画像データ
を得ることが可能となる。

【００２８】ところで、図３（ａ）は、ラインセンサ１
７の毎回の撮像における撮像範囲を示す図である。横軸
はエンコーダ座標、縦軸は電荷量を示す。ラインセンサ
１７の一次元光電変換素子（以下ＣＣＤ画素という）の
Ｙ方向の幅が例えばΔｄ、また、エンコーダ座標におけ
る１ラインの幅即ち一回の撮像の間の移動距離である撮
像距離ΔＬも例えばΔｄとすると、ラインセンサ１７に
よる１ラインの撮像は、ＸＹステージ１２をΔＬ即ちΔ
ｄ移動させる間に行われる。図３（ａ）によれば、ライ
ンセンサ１７のＣＣＤ画素がＣ１の位置で９ライン目の
撮像を開始し、Ｃ２の位置で終了する。また、１０ライ
ン目の撮像は、Ｃ２の位置からＣ３の位置まで行われ
る。従って、一回に出力される画像信号Ｆに寄与する撮
像範囲は、図３（ａ）に示すように撮像距離ΔＬをΔｄ
とすると２Δｄとなる。

【００２９】このとき、例えば、９ライン目の撮像によ
る画像信号Ｆに同期して座標記憶部２６が記憶するエン
コーダ座標は、走査開始時のラインセンサ１７の位置で
ある９ライン目の幅ΔＬの画像データの左端Ｐ９であ
る。同様に１０番目及び１１番目の画像信号Ｆに対応す
る座標はＰ１０及びＰ１１である。ところが、図３
（ａ）に示すように、各画像信号Ｆにおいて、取得した
電荷量即ち輝度値が最も大きい位置はその撮像範囲のほ
ぼ中央部であり、上述した画像エッジ座標Ｑは、この撮
像範囲の中央部の座標ＰＴ９に対応する座標である。

【００３０】従って、画像エッジ座標Ｑ（9.35）を撮像
範囲の中央座標ＰＴ９に基づいてエンコーダ座標に変換
することによって、より測定誤差のない正確な画像デー
タを得ることが可能となる。例えば９ライン目及び１０
ライン目の撮像範囲の中央座標ＰＴ９は、ＰＴ９＝（Ｐ９＋Ｐ１０）／２ＰＴ１０＝（Ｐ１０＋Ｐ１１）／２によって求められる。従って、例えば、画像エッジ座標
Ｑ（9.35）のエンコーダ座標への変換は、上述と同様
に、上記撮像範囲の中央座標ＰＴ９及びＰ１０に基づい
て、ＰＴ９とＰＴ１０と間の距離に比例した直線補間に
よって行われる。即ち、求められた画像エッジ座標のエ
ンコーダ座標における座標ＰＴｎは、以下の式によって
求めることができる。ＰＴｎ＝ＰＴ９＋（ＰＴ１０−ＰＴ９）×（９．３５−
９）この座標ＰＴｎは、図３（ｂ）においては、図２の点Ｌ
と点Ｍに相当する点Ｌ’と点Ｍ’を直線で結び、その直
線と画像エッジ座標ＱのＹ座標（9.35）との交点Ｎ’に
おけるエンコーダ座標に対応する。これによって、より
測定誤差のない正確な画像データを得ることが可能とな
る。

【００３１】上記図３（ａ）においては、図面の都合
上、ラインセンサ１７のＣＣＤ画素が移動しているよう
に表示されているが、実際は、ＸＹステージ１２がライ
ンセンサ１７に対して移動する。本発明に実施の形態に
おいては、ラインセンサ１７とＸＹステージ１２が相対
移動すればよいので、ラインセンサ１７のＸＹステージ
１２に対する移動と、ＸＹステージ１２のラインセンサ
１７に対する移動は、実質的に同一の効果を有する。

【００３２】図４は、本発明の第二の実施の形態におけ
る画像入力装置のブロック構成図である。本実施の形態
においては、ＸＹステージ１２に代わって、固定式のス
テージ１２’が設けられ、上記ＸＹステージ１２の移動
に代わって、ラインセンサ１７をＹ方向に移動させる。
具体的には、後述するラインセンサ１７をＹ方向に駆動
する駆動部４０が設けられ、ラインセンサ１７が所定距
離移動する毎にリニアエンコーダ４３からエンコーダＢ
が出力される。この駆動部４０は、測定制御部２０内の
ラインセンサ制御部２８からのラインセンサ制御信号Ｊ
によって制御される。

【００３３】そして、第一の実施の形態と同様に、出力
される画像データ信号Ｈと座標データ信号Ｇに基づい
て、上述と同様な変換処理を行うことにより、リニアエ
ンコーダ１３の位置に対応した画像データを得ることが
可能となる。また、ラインセンサ１７は、ＸＹステージ
１２と比較して軽量であるので、その移動制御が比較的
容易である。従って、その速度変動がより低く抑えら
れ、より精度の高い正確な移動制御を行うことが可能と
なる。但し、その速度に変動があっても、本実施の形態
による画像データ信号Ｈ及び座標データ信号Ｇに基づい
て正確な画像データが得られる。

【００３４】図５は、本実施の形態におけるラインセン
サ１７を移動させるための駆動部４０を示す概略図であ
り、図５（ａ）はその上面図、図５（ｂ）は図５（ａ）
のＡＡ’線に沿った断面図である。

【００３５】図５（ａ）によれば、Ｘ方向に延びたライ
ンセンサ１７は、Ｙ方向に延びたスキャンガイド４１に
沿って移動する。リニアエンコーダ４３が、スキャンガ
イド４１に沿って配置され、ラインセンサ１７の位置
は、ラインセンサ１７に一体となって設けられたエンコ
ーダヘッド４２により読み取られる。また、ラインセン
サ１７は、例えば、超音波モータ４４によって駆動され
る。

【００３６】このように、本発明の実施の形態において
は、ラインセンサ１７と被測定物のどちらか一方を移動
させて、被測定物の画像を撮像する場合において、その
相対移動速度がばらついた場合においても、毎回出力さ
れる画像信号に同期して記憶されるエンコーダ座標に基
づいて画像データ信号の画像処理を行うことにより、撮
像ムラなどのない正確な画像データが得られる。

【００３７】また、本実施の形態の画像入力装置は、図
１に示すように、ＸＹステージ１２が移動し、ラインセ
ンサ１７が固定である場合において、光学系１６はライ
ンセンサ１７と一体となっている、即ちラインセンサと
ともに固定されている第一の構成、及び図４に示すよう
に、ＸＹステージ１２は固定であり、ラインセンサ１７
が移動する場合において、光学系１６はラインセンサ１
７と一体となっている、即ちラインセンサ１７とともに
移動する第二の構成に加えて、ＸＹステージ１２が移動
し、ラインセンサ１７が固定である場合において、光学
系１６はＸＹステージ１２と一体となっている、即ちＸ
Ｙステージ１２とともに移動する第三の構成（図示省
略）、及びＸＹステージ１２は固定であり、ラインセン
サ１７が移動する場合において、光学系１６はＸＹステ
ージ１２と一体となっている、即ちＸＹステージ１２と
ともに固定されている第四の構成（図示省略）の４つの
構成において実現することが可能である。

【００３８】なお、第一の構成におけるステージ１２
は、ラインセンサ１７の走査方向と平行な軸を回転中心
とする回転ドラム型ステージであってもよい。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明によれば、
ラインセンサ又はＸＹステージを移動させて被測定物の
画像を撮像する画像入力装置において、その移動速度に
変動が生じた場合であっても、撮像された画像信号の出
力に同期して記憶されるエンコーダ座標に基づいて、位
置ずれがなく、且つ一定の輝度値を有する正確な画像デ
ータを得ることが可能となる。

【００４０】また、ＸＹステージに代わって、ラインセ
ンサを移動させることにより、その移動速度をより正確
に制御することができるので、速度変動を最小限に抑え
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施の形態における画像入力装
置のブロック構成図である。

【図２】画像データの座標変換処理を説明するための図
である。

【図３】図３（ａ）はラインセンサ１７の毎回の撮像に
おける撮像範囲を示す図であり、図３（ｂ）は、撮像範
囲の中央座標に基づいた座標変換処理を説明するための
図である。

【図４】本発明の第二の実施の形態における画像入力装
置のブロック構成図である。

【図５】駆動部４０を示す概略図である。

【図６】従来の画像入力装置の原理を示す図である。

【図７】従来の撮像同期信号と画像データの輝度値のタ
イミングチャートである。

【符号の説明】

１２ＸＹステージ１３リニアエンコーダ１７ラインセンサ２２エンコーダ座標検出部２３撮像制御部２４撮像開始信号発生部２５クロック信号発生部２６座標記憶部４０駆動部４３リニアエンコーダ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】対象物を撮像して画像信号を出力する一次
元光電変換素子を備えたラインセンサと、該ラインセンサをその走査方向と直角な方向に移動させ
る駆動手段と、前記ラインセンサの位置を検出する位置検出手段と、前記ラインセンサから一定周期で前記画像信号を取得
し、該画像信号を画像データとして出力する撮像制御手
段と、前記位置検出手段によって検出される前記画像信号出力
時の前記ラインセンサの位置に基づいて前記画像データ
の位置を求める画像処理手段とを備えていることを特徴
とする画像入力装置。
【請求項２】対象物を撮像して画像信号を出力する一次
元光電変換素子を備えたラインセンサと、前記対象物が載置されるステージと、該ステージを前記ラインセンサの走査方向と直角な方向
に移動させる駆動手段と、前記ステージの位置を検出する位置検出手段と、前記ラインセンサから一定周期で前記画像信号を取得
し、該画像信号を画像データとして出力する撮像制御手
段と、前記位置検出手段によって検出される前記画像信号出力
時の前記ステージの位置に基づいて前記画像データの位
置を求める画像処理手段とを備えていることを特徴とす
る画像入力装置。