JP2009204306A - 複数のカメラを用いた撮像方法および計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のカメラ９Ａ，９Ｂを用いて、複数の計測点２ａ，２ａを撮像する場合に、複数の計測点２ａ，２ａが、傾いて正規の位置からずれていても、カメラ９Ａ，９Ｂ全体を個別に移動させることなく、同時に撮像できるようにする。
【解決手段】基板２の計測点２ａ，２ａが傾いているために、Ｘ方向に沿って位置する２台のカメラ９Ａ，９Ｂで、左右の２つの計測点２ａ，２ｂを同時に撮像できないときには、カメラ９Ａ，９Ｂの対物レンズを、Ｙ方向に個別にずらすことにより、各カメラ９Ａ，９Ｂの視野内に、各計測点２ａ，２ａを収めて同時に撮像するようにしている。これによって、カメラ全体を移動させる場合に比べて、機構を簡素化してコストの低減を図る。
【選択図】図５

Description

本発明は、例えば、基板や部品などの撮像対象を、複数のカメラを用いて撮像する方法、および、複数のカメラで撮像した画像に基づいて、位置や寸法などの計測を行う計測装置に関する。

基板などの計測対象の計測点を撮像して画像処理を行なうことにより、計測点のパターンの寸法などを計測する装置がある。かかる計測装置には、複数のカメラを用いて複数の計測点を同時に撮像し、計測時間の短縮を図るようにしたものがある。（例えば、特許文献１参照）。
特開２００６−７８３０３号公報

上記特許文献１の装置では、例えば、図８に示すように、装置のＸ−Ｙ座標のＸ方向に沿って配置されたＸ軸用フレーム２５と、Ｙ方向に沿って配置された一対のＹ軸用フレーム２６，２６とを備え、Ｘ軸用フレーム２５は、Ｙ軸用フレーム２６に沿ってＹ方向に移動可能であり、Ｘ軸用フレーム２５には、例えば、２台のカメラ２７，２８がＸ方向に沿って移動可能に設けられている。

図示しないテーブル上に載置される計測対象としての基板２には、計測すべき複数の計測点２ａが、該基板２の各辺に沿って配列されており、各計測点２ａには、線幅などを計測すべき図示しないパターンが形成されている。

この基板２に対して、２台のカメラ２７，２８を、Ｘ方向およびＹ方向に移動させて、各カメラ２７，２８の視野内に、基板２の左右の各計測点２ａ，２ａをそれぞれ収めて同時に撮像するものである。

基板２が、図８に示すように、テーブル上に傾きなく正規の姿勢で載置されている場合には、基板２の縦横の各辺が、Ｙ方向およびＸ方向にそれぞれ沿うように位置する。この状態では、各カメラ２７，２８を、Ｙ方向およびＸ方向に移動させて各カメラ２７，２８の視野内に、左右の各計測点２ａ，２ａをそれぞれ収めて２台のカメラ２７，２８で同時に撮像することが可能である。

しかしながら、図９に示すように、基板２がテーブル上に傾いて載置されると、基板２の傾きに起因して基板２の左右の各計測点２ａ，２ａが、Ｙ方向にずれることになり、Ｘ方向に沿って位置する２台の各カメラ２７，２８の視野内に同時に収まらず、同時に撮像できない場合が生じる。

かかる場合に、特許文献１の装置では、図示しない移動機構によって、各カメラ２７，２８の全体を、矢符Ｐで示すように、個別にＹ方向に微小範囲で往復移動できるように構成されているので、各カメラ２７，２８の全体を、Ｙ方向に沿ってそれぞれ個別に移動させることにより、左右の計測点２ａ，２ａを、各カメラ２７，２８の視野内にそれぞれ収めて同時に撮像できるようにしている。

なお、基板２上の各計測点２ａ，２ａが、２台の各カメラ２７，２８の視野内に同時に収まらない状態は、基板２が傾いている場合に限らず、例えば、図１０に示すように、基板２のパターン形成領域２ｃが傾いている、すなわち、基板２に対して計測点２ａとなるパターンが傾いて配列形成されている場合にも同様に生じる。

特許文献１の装置では、基板２の計測点２ａとなる各パターンが、装置のＸ−Ｙ座標に対して、傾いて位置するような場合には、上述のように、２台のカメラ２７，２８の全体を、個別にＹ方向に移動させて同時に撮像するようにしているために、２台のカメラ２７，２８の全体を個別にＹ方向に精度よく移動させるための複雑な機構が必要となり、コストが増加するといった課題がある。

本発明は、上述のような点に鑑みて為されたものであって、複数のカメラを用いて、複数の撮像点を撮像する場合に、複数の撮像点が、正規の位置からずれていても、カメラ全体を個別に移動させることなく、同時に撮像できるようにすることを目的としている。

（１）本発明の複数のカメラを用いた撮像方法は、複数の撮像点が配列されている撮像対象と、一方向に沿って位置する複数のカメラとが、相対移動可能であり、複数の前記撮像点を、前記複数のカメラを用いて撮像する方法であって、前記撮像対象と前記複数のカメラとの前記相対移動では、前記複数のカメラで複数の撮像点を同時に撮像できない場合に、各カメラの対物レンズの光軸を、結像レンズを含む光学系の光軸からそれぞれずらして複数の撮像点を撮像するものである。

本発明の撮像方法を用いて撮像した画像に基づいて、例えば、計測を行なってもよく、撮像した画像を表示してもよく、あるいは、撮像した画像からデータを読み取るなどしてもよい。

撮像点とは、カメラによって撮像すべき箇所をいい、例えば、形状や寸法などを計測すべき箇所であるのが好ましく、計測すべき箇所であるときには、計測点と称してもよい。
撮像対象とは、複数の撮像点を有して、カメラによる撮像の対象となるものをいい、例えば、基板や部品などをいう。

複数の撮像点が配列されるとは、複数の撮像点の少なくとも一部の撮像点が並んで位置していることをいい、例えば、或る配列方向に沿って並んで位置している場合などをいう。

一方向に沿って位置する複数のカメラは、一方向に延びるフレームやガントリなどに配置されるのが好ましく、各カメラは、この一方向に沿って移動可能であるのが好ましい。
相対移動可能とは、撮像対象が、複数のカメラに対して移動可能であってもよいし、複数のカメラが、撮像対象に対して移動可能であってもよく、撮像対象および複数のカメラの両者が移動可能であってもよい。

この相対移動は、少なくとも直交する二方向への移動であるのが好ましく、二方向の内の一方が、前記複数のカメラが沿うように位置する前記一方向であるのが好ましい。

複数のカメラで複数の撮像点を同時に撮像できない場合とは、複数のカメラの視野内に、撮像点をそれぞれ収めることができず、同時に撮像できない場合をいう。

本発明の複数のカメラを用いた撮像方法によると、複数のカメラを用いて、複数の撮像点を撮像する場合に、複数の撮像点が正規の位置からずれているために、撮像対象と複数のカメラとの相対移動のみでは、複数のカメラで複数の撮像点を同時にそれぞれ撮像できないときには、従来例のように、各カメラ全体を移動させることなく、各カメラの対物レンズのみをずらして、各カメラの視野内に各撮像点をそれぞれ収めて同時に撮像することが可能になる。したがって、従来例のように、カメラ全体を個別に移動させるための複雑な機構を設ける必要がなく、コストを低減することができる。

（２）本発明の複数のカメラを用いた撮像方法の一つの実施形態では、前記撮像対象と前記複数のカメラとは、前記一方向および該一方向に直交する方向に前記相対移動可能であり、前記各カメラの対物レンズの光軸を、前記直交する方向に所定距離内で、前記光学系の光軸からそれぞれずらして複数の撮像点を同時に撮像するようにしてもよい。

この実施形態によると、一方向に沿って位置する複数のカメラの対物レンズの光軸を、前記一方向に直交する方向にそれぞれ所定距離ずらすことができるので、カメラ毎に、その視野を前記直交する方向にずらすことができ、これによって、複数の撮像点が正規の位置からずれている場合にそのずれを補正して、各カメラの視野内に各撮像点をそれぞれ収めて同時に撮像することが可能となる。

（３）上記（２）の実施形態では、前記各カメラの対物レンズの光軸を、前記所定距離内でそれぞれずらすことによって、前記複数のカメラで複数の撮像点を同時に撮像できるか否かを判定する判定ステップと、前記判定ステップで、前記複数のカメラで複数の撮像点を同時に撮像できると判定されたときに、前記各カメラの対物レンズの光軸を、前記光学系の光軸からそれぞれずらして複数の撮像点を同時に撮像する撮像ステップとを含むようにしてもよい。

判定ステップで、同時に撮像できないと判定されたときには、複数のカメラで、複数の撮像点を順番に撮像すればよい。

この実施形態によると、各カメラの対物レンズの光軸をずらすことによって、複数のカメラで複数の撮像点を同時に撮像できると判定されたときに、各カメラの対物レンズの光軸を、光学系の光軸からそれぞれずらして複数の撮像点を同時に撮像することができる。

（４）上記（３）の実施形態では、前記撮像対象は、テーブル上に載置され、該テーブルと前記複数のカメラとが、前記一方向および前記直交する方向に沿って前記相対移動可能であり、前記判定ステップは、前記一方向に対する前記複数の撮像点の配列方向の傾きを求めるステップと、前記傾きと前記複数の撮像点間の距離とに基づいて、撮像点の前記傾きに起因する前記直交する方向のずれ量を求めるステップと、前記ずれ量と前記対物レンズの光軸をずらすことが可能な前記所定距離とを比較するステップとを含むようにしてもよい。

前記一方向に対する前記複数の撮像点の配列方向の傾きは、前記一方向に直交する方向に対する傾きとして求めてもよい。

複数の撮像点の配列方向の傾きは、撮像対象がテーブルに対して正規の位置から傾いて載置されることによって生じる傾きであってもよいし、撮像対象に対して複数の撮像点の配列方向が傾いていることによって生じる傾きであってもよいし、あるいは、それらを合わせた傾きであってもよい。

複数のカメラは、一方向に沿って位置しているので、この実施形態によると、撮像対象の複数の撮像点の配列方向の前記一方向に対する傾きを求め、この傾きと複数の撮像点間の距離とに基づいて、撮像点の前記傾きに起因する前記直交する方向のずれ量を求め、このずれ量と対物レンズの光軸の前記直交する方向へずらすことが可能な所定距離とを比較して、複数のカメラで複数の撮像点を同時に撮像できるか否かを判定することができる。

(５) 本発明の複数のカメラを用いた撮像方法の一つの実施形態では、前記各カメラの対物レンズの光軸をずらすことが可能な前記所定距離を、前記対物レンズへの入射光束の径および前記光学系の前記結像レンズの有効径に基づいて規定してもよい。

所定距離は、対物レンズへの入射光束の径内であって、結像レンズへの入射光が、該結合レンズの有効径内に収まるように規定するのが好ましい。

この実施形態によると、対物レンズの光軸をずらすことが可能な所定距離を、対物レンズへの入射光束の径および結像レンズの有効径に基づいて規定するので、対物レンズの光軸をずらす範囲内では、撮像した画像に基づく計測処理などに必要な鮮明な画像を得ることができる。

（６）本発明の計測装置は、複数の計測点が配列された計測対象の前記複数の計測点を、複数のカメラで撮像し、撮像した画像を処理して計測を行なう計測装置であって、一方向に沿って位置する前記複数のカメラと、前記計測対象が載置されるテーブルと、前記複数のカメラと前記テーブルとを前記一方向および該一方向に直交する方向に相対移動させる移動手段と、前記カメラおよび前記テーブルの前記相対移動を制御するとともに、前記複数のカメラによる撮像を制御する制御手段とを備え、前記複数の各カメラは、結像レンズを含む光学系の光軸に対して、所定距離内で前記直交する方向に光軸をずらすことが可能な対物レンズをそれぞれ有し、前記制御手段は、前記複数のカメラと前記テーブルとの前記相対移動では、前記複数のカメラで複数の計測点を同時に撮像できない場合に、各カメラの対物レンズの光軸を、前記光学系の光軸からそれぞれずらして、前記複数のカメラで複数の計測点を同時に撮像するものである。

本発明の計測装置によると、複数のカメラを用いて、複数の計測点を撮像する場合に、複数の計測点が正規の位置からずれているために、計測対象と複数のカメラとの相対移動のみでは、複数のカメラで複数の計測点を同時にそれぞれ撮像できないときには、従来例のように、カメラ全体を移動させることなく、各カメラの対物レンズのみをずらすことにより、各カメラの視野内に各計測点をそれぞれ収めて同時に撮像することが可能になる。したがって、従来例のようにカメラ全体を個別に移動させるための複雑な機構を設ける必要がなく、コストを低減することができる。

本発明によれば、複数のカメラを用いて、複数の撮像点を撮像する場合に、複数の撮像点が正規の位置からずれているために、撮像対象と複数のカメラとの相対移動のみでは、複数のカメラで複数の撮像点を同時に撮像できないときには、従来例のように、カメラ全体を移動させることなく、各カメラの対物レンズのみをずらすことにより、各カメラの視野内に各撮像点をそれぞれ収めて同時に撮像することが可能になる。したがって、従来例のようにカメラ全体を個別に移動させるための複雑な機構を設ける必要がなく、コストを低減することができる。

以下、図面によって本発明の実施の形態について詳細に説明する。

（実施の形態１）
以下、図面によって本発明の実施形態について詳細に説明する。

図１は、本発明に係る撮像方法を実施する計測装置の概略構成を示す斜視図である。

この実施形態の計測装置１は、計測対象である基板２の各計測点を撮像して画像を取り込むための画像取り込み装置３と、この画像取り込み装置３に相互に情報伝送可能に接続されて、取り込んだ画像を処理して計測を行なうととともに、各部の制御を行なう制御手段としての制御装置４とを備えており、制御装置４は、画像取り込み装置３を制御する制御プログラムを実行するコンピュータを内蔵している。

画像取り込み装置３は、基台５と、その上に設置された一対のガイドレール６に沿って移動可能なテーブル７と、このテーブル７を跨ぐ形で基台５上の固定位置に架設された門型のガントリ８と、このガントリ８内に設けられた図示しないカメラ移動機構と、カメラ移動機構に支持された２台のカメラ９Ａ，９Ｂとを備えている。

矩形板状のテーブル７は、図示しないリニアモータなどの駆動機構によって図のＹ方向に移動可能である。各カメラ９Ａ，９Ｂは、Ｙ方向に直交する図のＸ方向を可動方向とするカメラ移動機構によって、Ｘ方向に移動可能である。このＸ方向およびＹ方向によってＸ−Ｙ座標系、すなわち、機械座標系が構成される。

基台５上には、テーブル７の移動方向であるＹ方向に沿って延びるリニアスケール１０が設けられる一方、テーブル７には、該テーブル７と一体的に移動する図示しないエンコーダヘッドが設置されており、リニアスケール１０とエンコーダヘッドとによって、テーブル７のＹ方向の移動量を測定するリニアエンコーダが構成される。

各エンコーダヘッドには、投光部と受光部とが備えられ、投光部から出射されてリニアスケール１０で変調された反射光を受光部で受けることにより、テーブル７の移動量に応じた数のパルス信号を得ることができる。また、各リニアスケール１０の１箇所には原点パターンが設けられていることにより、テーブル位置の原点信号を得ることもできる。

ガントリ８に内蔵されるカメラ移動機構は、テーブル７上に載置された基板２を撮像する各カメラ９Ａ，９Ｂを、Ｘ方向に移動させるものである。このカメラ移動機構は、リニアエンコーダを備えており、このリニアエンコーダで各カメラ９Ａ，９ＢのＸ方向の移動量を測定しながら、制御装置４から指令されたＸ座標に各カメラ９Ａ，９Ｂを移動させる。

各カメラ９Ａ，９Ｂは、顕微鏡のように対物レンズを有する構成となっており、エリアセンサとして２次元ＣＣＤ撮像素子を備える。対物レンズの交換により撮像倍率を変更できるようになっている。

制御装置４は、キーボードやマウスなどの入力装置と、ディスプレイなどの表示装置とを備えており、画像取り込み装置３に対してリアルタイムに指令を送ったり、画像取り込み装置３で撮像した画像を観察したり、画像取り込み装置３を制御するプログラムを入力したりできるようになっている。画像取り込み装置３を制御するプログラムは、ネットワークを経由して、外部からダウンロードすることもできる。

図２は、基板２の複数の計測点２ａを示す平面図であり、各計測点２ａには、例えば、線幅を計測すべき図示しないパターンがそれぞれ形成されている。

この図２では、基板２が、テーブル７上に、傾きなく正規の姿勢で載置されたとした場合の前記Ｘ方向および前記Ｙ方向を併せて示している。

図２では、複数の計測点である各パターンは、矩形の基板２の各辺に沿って正規の位置に配列形成されている。矩形の基板２は、テーブル７上に、傾きなく載置された状態では、テーブル７の移動方向である前記Ｙ方向およびカメラ９Ａ，９Ｂの移動方向である前記Ｘ方向に、縦横の各辺がそれぞれ沿うように位置する。この基板２の各辺の長さ、および、基板２における各パターンの正規の位置は、既知である。

また、基板２には、計測点２ａよりも外側に、十字状のアライメントマーク２ｂ−１，２ｂ−２が形成されている。基板２おけるアライメントマーク２ｂ−１，２ｂ−２の位置は、既知であるので、テーブル７に載置された基板２のアライメントマーク２ｂ−１，２ｂ−２を撮像してその座標を求めることによって、テーブル７における基板２の位置を求めることができる。

図２に示される基板２上の各計測点２ａを、各カメラ９Ａ，９Ｂによって後述のようにして撮像し、撮像画像を処理して、例えば、従来公知のパターンマッチングなどの手法を用いて各計測点におけるパターンの線幅などを計測するものである。

この実施形態では、基板２が、テーブル７上に傾いて載置されている場合などに、上述の従来例のようにカメラ全体を個別にＹ方向に移動させることなく、各カメラ９Ａ，９Ｂで同時に各計測点２ａ，２ａをそれぞれ撮像できるようにするために、次のようにしている。

図３は、この実施形態のカメラ９Ａ，９Ｂの概略構成図である。

この実施形態のカメラ９Ａ，９Ｂは、結像レンズ１６と、その上方のエリアセンサ１７としての二次元ＣＣＤ撮像素子と、結像レンズ１６の下方の対物レンズ１８と、両レンズ１６，１８の間に設けたハーフミラー１９とを備えており、図示しない照明器からの照明光が、ハーフミラー１９に入射される。

観察用の光学系を構成する結像レンズ１６、ハーフミラー１９等を設けた鏡胴２０の下端には、光が透過する開口を有する支持体２１が設けられており、この支持体２１には、Ｙ方向に沿って延びる一対のガイドレール２２と、このガイドレール２２に沿って移動可能なスライダ２３と、このスライダ２３をＹ方向に沿って往復移動させるためのサーボモータなどの図示しない駆動源が設けられている。スライダ２３には、対物レンズ１８が支持されており、対物レンズ１８は、スライダ２３と一体に、矢符Ｐ１で示されるＹ方向に沿って所定距離内で往復移動可能である。すなわち、対物レンズ１８の光軸を、結像レンズ１６を含む光学系の光軸から矢符Ｐ１で示すように所定範囲内でずらすことができるように構成されている。

この対物レンズ１８のずらしは、上述の制御装置４によって制御される。

この実施形態では、テーブル７によるＹ方向の移動および各カメラ９Ａ，９ＢのＸ方向の移動によって、２台のカメラ９Ａ，９Ｂの視野内に２つの計測点２ａ，２ａをそれぞれ収めることができない場合であって、かつ、２台のカメラ９Ａ，９Ｂの各対物レンズ１８，１８をＹ方向に沿ってずらすことによって、各カメラ９Ａ，９Ｂの視野内に各計測点２ａ，２ａを収めることができるときには、各対物レンズ１８，１８をそれぞれずらして各計測点２ａ，２ａを各カメラ９Ａ，９Ｂの視野内にそれぞれ収めて同時に撮像するものである。

この対物レンズ１８のＹ方向へずらしが可能な所定距離は、図４（ａ）に示すように、対物レンズ１８への入射光束の明るさが均一である径Ｄ１内であって、かつ、図４（ｂ）に示すように、結像レンズ１６への入射光が、結像レンズ１６の有効径Ｄ２内に収まる範囲である。

ここで、２台のカメラ９Ａ，９Ｂの各対物レンズ１８，１８をＹ方向に沿ってずらすことによって、各カメラ９Ａ，９Ｂの視野内に各計測点２ａ，２ａを収めることができるか否かをどのように判定するかについて、図５および図６に基づいて説明する。なお、図５および図６において、矢符Ｐ２はテーブル７の移動方向を、矢符Ｐ３はカメラ９Ａ，９Ｂの移動方向をそれぞれ示している。

図５は、テーブル７上に、基板２が傾いて載置された状態を示しており、左右の計測点２ａ，２ａが、Ｘ方向に対して傾いて位置することになり、左右の２つの計測点２ａ，２ａ間には、Ｙ方向のずれ量ｃが生じており、このため、Ｘ方向に沿って位置する２台のカメラ９Ａ，９Ｂの視野内に、同時に左右の２つの計測点２ａ，２ａを収めることができない。

この場合、傾きを次のようにして求める。すなわち、基板２のアライメントマーク２ｂ−１，２ｂ−２の位置は、上述のように既知であるので、上下２箇所のアライメントマーク２ｂ−１，２ｂ−２をそれぞれ撮像してその位置を計測することにより、傾きθを次式によって算出する。

θ＝ｔａｎ^−１（ｂ／ａ）
ここで、ａは２箇所のアライメントマーク２ｂ−１，２ｂ−２のＹ方向の距離、ｂは２箇所のアライメントマーク２ｂ−１，２ｂ−２のＸ方向のずれ量である。

次に、図６に示すように、同時に計測すべき左右の２つの計測点２ａ，２ａのＹ方向のずれ量ｃ、すなわち、対物レンズ１８のＹ方向のずらしによって、補正すべき補正量ｃを次式によって算出する。

ｃ＝ｄ×ｔａｎθ
ここで、ｄは、２つの計測点２ａ，２ａのＸ方向の距離である。

上述のように、対物レンズ１８のずらしが可能な所定距離は、対物レンズ１８への入射光束の明るさが均一である径内であって、かつ、結像レンズ１６への入射光が、結像レンズ１６の有効径に収まる範囲内である。

ここでは、対物レンズ１８が、Ｙ方向に移動できる範囲は、対物レンズ１８の光軸と光学系の結像レンズ１６の光軸とが一致した位置を基準として、±αとする。

したがって、２台のカメラ９Ａ，９Ｂの対物レンズ１８，１８を、Ｙ方向に沿って互い逆方向へずらして補正できる最大値は、２αとなる。上述の補正量ｃが、この最大値２αよりも小さければ、対物レンズ１８，１８をそれぞれずらすことによって、各カメラ９Ａ，９Ｂの視野内に各計測点２ａ，２ａを収めて同時に撮像できることになる。

具体的に数値例を示すと、例えば、基板２上に、該基板２のＸ方向に沿って２ｍ離れた位置に２つの計測点２ａ，２ａが存在し、基板２が、テーブル７に対して、０．０５度傾いているとする。このとき、２点の計測点２ａ，２ａは、Ｙ方向に、２×ｓｉｎ（０．０５°）＝０．００１７４５[ｍ]＝１７４５[μｍ]ずれていることになる。光学倍率５０倍に拡大した基板２の像をエリアセンサに映すと、高々１００μｍ角程度の範囲しか観察できない。このため２台のカメラ９Ａ，９Ｂで同時に撮影するためには、対物レンズ１８をＹ方向にずらして、１７４５[μｍ]のズレを補正する必要がある。１台目のカメラ９Ａ（９Ｂ）をマイナス方向に１７４５[μｍ]／２＝８７２．５[μｍ]、２台目のカメラ（９Ａ）９Ｂをプラス方向に１７４５[μｍ]／２＝８７２．５[μｍ]ずらすことで１７４５μｍの差を補正することができる。αが１０００μｍとすれば、これにより１台目および２台目のカメラ９Ａ，９Ｂで同時に各計測点を映すことができる。

次に、この実施形態の計測の手順を、図７のフローチャートに基づいて説明する。

先ず、１点目のアライメントマーク２ｂ−１の機械座標を、計測点や計測方法などの情報を含むレシピファイルより読み込み（ステップｎ１）、１点目のアライメントマーク２ｂ−１がカメラ９Ｂの視野内に収まるように、テーブル７をＹ方向に移動させるとともに、カメラ９ＢをＸ方向に移動させて低倍率で撮像し（ステップｎ２）、撮像した画像内のどの位置にアライメントマーク２ｂ−１が映っているかを画像処理により認識し（ステップｎ３）、アライメントマーク２ｂ−１がある機械座標を求める（ステップｎ４）。同様にして、２点目のアライメントマーク２ｂ−２の機械座標を求める（ステップｎ５）。

１点目のアライメントマーク２ｂ−１を、パターンの原点とし（ステップｎ６）、アライメントマークの１点目と２点目の位置より、機械座標系に対するパターンの傾きを計算する（ステップｎ７）。

予めアライメントマークと計測すべきパターンが存在する計測点との位置関係は、レシピで与えられているので、アライメントマークの位置および傾きから計測点の機械座標系における位置を求める（ステップｎ８）。

次に、計測すべき計測点を、カメラ台数分、この例では、２点選定し（ステップｎ９）、選定した２点が同時に撮像可能であるか否かを判断する（ステップｎ１０）。

この判断は、次のようにして行う。すなわち、対物レンズ１８のＹ方向のずらしによる補正可能範囲を、上述のように±αとし、２点間の距離をｄ、傾き角度をθ、補正量をｃとすると、補正量ｃは、ｃ＝ｄ×ｔａｎθとなり、同時に撮像可能であるか否か、すなわち、２α＞ｃであるか否かを判断するものである。

２α＞ｃであるときには、同時に撮像可能であるので、各カメラ９Ａ，９Ｂの対物レンズ１８，１８をずらし（ステップｎ１１）、テーブル７をＹ方向に移動させるとともに、カメラ９Ａ，９ＢをＸ方向に移動させて各カメラ９Ａ，９Ｂの視野内に各計測点２ａ，２ａを収め（ステップｎ１２）、各カメラで同時に撮像する（ステップｎ１３）。

なお、ステップｎ１０において、補正量ｃが十分小さく、対物レンズ１８を移動させなくても、カメラ９Ａ，９Ｂで同時に撮像できるときには、ステップｎ１１は省略してもよい。

ステップｎ１４では、撮像した画像を処理して各計測点の、例えば、パターンの線幅を計測し、ステップｎ１５では、すべての計測点の計測が完了したか否かを判断し、完了したときには、終了する。

ステップｎ１５において、全ての計測点の計測が完了していないと判断したときには、ステップｎ９に戻る。

ステップｎ１０において、選定した２点が同時に撮像できない、すなわち、２α＞ｃでないと判断したときは、ステップｎ１６に移り、いずれかのカメラ９Ａ，９Ｂが撮影可能な位置になるように、テーブル７およびカメラ９Ａ，９Ｂを移動し、対物レンズ１８のずらしを行うことなく、各カメラ９Ａ，９Ｂ個別の位置でそれぞれ順番に撮像し（ステップｎ１７）、撮像した画像を処理して計測し（ステップｎ１８）、ステップｎ１５に移る。

以上のようにして、計測点となるパターンが傾いている状態で、カメラ９Ａ，９Ｂの対物レンズ１８，１８を移動させることによって、２台のカメラ９Ａ，９Ｂで２つの計測点を同時に撮像できるときには、対物レンズ１８，１８をそれぞれ移動させて同時に撮像する。これによって、個別に撮像する場合に比べて、計測時間を短縮することができる。

しかも、従来例のようにカメラ全体を個別に移動させるのではなく、対物レンズ１８のみをずらすので、例えば、レンズスライダ式の倍率変更機構を流用するといったことが可能となり、従来例のような複雑な機構が不要となって、コストを低減することができる。

上述の実施形態では、撮像画像を処理して計測を行なったけれども、本発明の撮像方法は、計測に限らず、撮像画像を表示したり、撮像画像からデータを読み取るといった他の用途にも適用することができる。

本発明は、撮像した画像を処理して、位置や寸法などを計測する計測装置などに有用である。

本発明の実施形態に係る計測装置の概略構成を示す斜視図である。 図１の基板の計測点を示す平面図である。 カメラの概略構成図である。 対物レンズのずらし可能範囲を説明するための図である。 基板の傾きの算出を説明するための図である。 基板の傾きによるずれ量を説明するための図である。 動作説明に供するフローチャートである。 従来例を示す図である。 基板が傾いているときの従来例を示す図である。 基板に形成されているパターンが傾いている状態を示す図である。

符号の説明

１ 計測装置
２ 基板
４ 制御装置
７ テーブル
８ ガントリ
９Ａ，９Ｂ カメラ
１６ 結像レンズ
１８ 対物レンズ

Claims (6)

1. 複数の撮像点が配列されている撮像対象と、一方向に沿って位置する複数のカメラとが、相対移動可能であり、複数の前記撮像点を、前記複数のカメラを用いて撮像する方法であって、
   前記撮像対象と前記複数のカメラとの前記相対移動では、前記複数のカメラで複数の撮像点を同時に撮像できない場合に、各カメラの対物レンズの光軸を、結像レンズを含む光学系の光軸からそれぞれずらして複数の撮像点を撮像することを特徴とする複数のカメラを用いた撮像方法。
2. 前記撮像対象と前記複数のカメラとは、前記一方向および該一方向に直交する方向に前記相対移動可能であり、前記各カメラの対物レンズの光軸を、前記直交する方向に所定距離内で、前記光学系の光軸からそれぞれずらして複数の撮像点を同時に撮像する請求項１に記載の複数のカメラを用いた撮像方法。
3. 前記各カメラの対物レンズの光軸を、前記所定距離内でそれぞれずらすことによって、前記複数のカメラで複数の撮像点を同時に撮像できるか否かを判定する判定ステップと、
   前記判定ステップで、前記複数のカメラで複数の撮像点を同時に撮像できると判定されたときに、前記各カメラの対物レンズの光軸を、前記光学系の光軸からそれぞれずらして複数の撮像点を同時に撮像する撮像ステップと、
   を含む請求項２に記載の複数のカメラを用いた撮像方法。
4. 前記撮像対象は、テーブル上に載置され、該テーブルと前記複数のカメラとが、前記一方向および前記直交する方向に沿って前記相対移動可能であり、
   前記判定ステップは、前記一方向に対する前記複数の撮像点の配列方向の傾きを求めるステップと、前記傾きと前記複数の撮像点間の距離とに基づいて、撮像点の前記傾きに起因する前記直交する方向のずれ量を求めるステップと、前記ずれ量と前記対物レンズの光軸をずらすことが可能な前記所定距離とを比較するステップとを含む請求項３に記載の複数のカメラを用いた撮像方法。
5. 前記各カメラの対物レンズの光軸をずらすことが可能な前記所定距離が、前記対物レンズへの入射光束の径および前記光学系の前記結像レンズの有効径に基づいて規定される請求項１〜４のいずれか一項に記載の複数のカメラを用いた撮像方法。
6. 複数の計測点が配列された計測対象の前記複数の計測点を、複数のカメラで撮像し、撮像した画像を処理して計測を行なう計測装置であって、
   一方向に沿って位置する前記複数のカメラと、
   前記計測対象が載置されるテーブルと、
   前記複数のカメラと前記テーブルとを前記一方向および該一方向に直交する方向に相対移動させる移動手段と、
   前記カメラおよび前記テーブルの前記相対移動を制御するとともに、前記複数のカメラによる撮像を制御する制御手段とを備え、
   前記複数の各カメラは、結像レンズを含む光学系の光軸に対して、所定距離内で前記直交する方向に光軸をずらすことが可能な対物レンズをそれぞれ有し、
   前記制御手段は、前記複数のカメラと前記テーブルとの前記相対移動では、前記複数のカメラで複数の計測点を同時に撮像できない場合に、各カメラの対物レンズの光軸を、前記光学系の光軸からそれぞれずらして、前記複数のカメラで複数の計測点を同時に撮像することを特徴とする計測装置。

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