JP3552381B2

JP3552381B2 - 画像測定機

Info

Publication number: JP3552381B2
Application number: JP01836596A
Authority: JP
Inventors: 暢且町井
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1996-01-09
Filing date: 1996-01-09
Publication date: 2004-08-11
Anticipated expiration: 2016-01-09
Also published as: JPH09189512A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、被検物の輪郭形状の測定を行なう画像測定機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の画像測定機としては、例えば、直交する２方向に移動可能なステージと、ステージ上に載置された被検物の像を光学系を介して上方から捉え、捉えた像の光強度分布に応じた電気信号を出力するＣＣＤカメラと、前記電気信号を画像処理して被検物の輪郭形状に沿った複数の測定点のエッジを検出し、各測定点のエッジ座標値を表す信号を出力する画像処理手段とを備えたものが知られている。
【０００３】
この画像測定機では、ステージをある位置に固定した状態で被検物の像をＣＣＤカメラで捉え、この捉えた像の光強度分布に応じた電気信号がＣＣＤカメラから出力され、この電気信号が画像処理手段により画像処理される。画像処理手段から出力される各測定点のエッジ座標値を表す信号と、ステージの座標値とから各測定点の座標値が得られる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術では、ステージをある位置に固定した状態で被検物の像をＣＣＤカメラで捉えるので、ＣＣＤカメラで捉えた一つの像内にある被検物の輪郭形状しか測定することができない。そのため、寸法の大きな被検物の場合、あるいはＣＣＤカメラの１画素当たりの寸法を大きくして測定精度を高めるために光学系の拡大倍率を大きくした場合には、被検物の一部分の像しかＣＣＤカメラで捉えることができず、被検物の全輪郭形状の測定を自動で行なうことができないという問題点があった。
この発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、その課題は被検物の一部分の像しか捉えることができない場合でも被検物の全輪郭形状の自動測定が可能な画像測定機を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するため請求項１記載の発明に係る画像測定機は、直交する２方向に移動可能なステージと、前記ステージ上に載置された被検物の像を光学系を介して捉え、捉えた像の光強度分布に応じた電気信号を出力する撮像手段と、前記電気信号を画像処理して被検物の輪郭形状に沿った複数の測定点のエッジを検出し、各測定点のエッジ座標値を表す信号を出力する画像処理手段とを備え、前記輪郭形状の測定を行なう画像測定機において、
前記ステージを、入力される移動指令に基づき前記２方向に移動させるステージ駆動手段と、
前記ステージの座標を検出し、前記各測定点でのステージ座標値を表す信号を出力するステージ座標検出手段と、
前記撮像手段の撮像範囲内のエッジ検出領域を、入力される移動指令に基づき移動させる検出領域移動部と、
前記エッジ検出領域が前記輪郭形状に沿って前記各測定点を順次移動するように、前記ステージ駆動手段及び前記検出領域移動部に移動指令を出力する制御手段と
を備えていることを特徴とする。
【０００６】
エッジ検出領域が被検物の輪郭形状に沿って各測定点を順次移動するように、制御手段がステージ駆動手段及び検出領域移動部に移動指令を出力するので、被検物の一部分の像しか撮像手段で捉えることができない場合でも、各測定点のエッジ座標値及び各測定点でのステージ座標値が自動で検出される。
【０００７】
請求項２記載の発明に係る画像測定機は、前記制御手段は、前記エッジ検出領域の次の移動先である測定目標点が前記撮像範囲内にあるとき、前記エッジ検出領域を前記測定目標点へ移動させるための移動指令を前記検出領域移動部へ出力し、かつ前記測定目標点が前記撮像範囲外に位置したとき、前記測定目標点が前記撮像範囲内の所定位置に位置するように前記ステージを移動させるための移動指令を前記ステージ駆動手段へ出力するように構成されていることを特徴とする。
【０００８】
測定目標点が撮像範囲内にあるとき、エッジ検出領域を測定目標点へ移動させる。これによって、測定目標点が撮像範囲内にある間、エッジ検出領域が輪郭形状に沿って各測定点を順次移動し、各測定点のエッジ座標値が自動で検出される。
測定中に測定目標点が撮像範囲外に位置したとき、測定目標点が撮像範囲内の所定位置に位置するようにステージを移動させ、この移動後にエッジ検出領域を所定位置にある測定目標点へ移動させる。これによって、測定が続行される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１０】
図１はこの発明の一実施形態に係る画像測定機を示すブロック図、図２は同画像測定機を示す概略構成図である。
【００１１】
画像測定機は、図１及び図２に示すように、測定機本体１と制御ユニット２とを備えている。測定機本体１には支持体３が、制御ユニット２にはモニタ４がそれぞれ設けられている。
【００１２】
測定機本体１は、支持体３のベース部３ａ上に設けられたＸＹステージ５と、このステージ５の上方に位置するように支持体３の支柱部３ｂに支持された撮像部６とを備えている。
【００１３】
ＸＹステージ５は、水平面内における直交する２方向（Ｘ軸及びＹ軸方向）に移動可能である。このステージ５の上面に、二次元的な輪郭形状を有しかつ僅かな厚みを有する被検物（例えば図３に示すような被検物）７が載置される。被検物７は、ベース部３ａに設けられた透過照明光学系８又は撮像部６に設けられた落射照明光学系９によって照明される（図２参照）。
【００１４】
ＸＹステージ５には、図１に示すように、入力されるステージ移動指令に基づきＸＹステージ５を２方向に電動で移動させるＸＹステージ駆動部１０と、ＸＹステージ５の座標を検出し、ステージ座標値を表わす信号を出力するステージ位置検出部１１とが設けられている。ＸＹステージ駆動部１０は、ＸＹステージ５をＸ軸及びＹ軸方向にそれぞれ駆動するＸ軸用モータ及びＹ軸用モータ（図示略）を有する。ステージ位置検出部１１は、ＸＹステージ５のＸ軸及びＹ軸方向の位置をそれぞれ検出するＸ軸用エンコーダ及びＹ軸用エンコーダ（図示略）を有する。
【００１５】
撮像部６には、落射照明光学系９の他に、被検物７からの光を結像する結像光学系１２と、この光学系１２により結像された被検物７の像を捉え（受け）、捉えた像の光強度分布に応じた電気信号を出力するＣＣＤカメラ１３とが設けられている。結像光学系１２の拡大倍率は、固定であっても、可変であってもよい。
【００１６】
制御ユニット２は、図１に示すように、ＣＣＤカメラ１３から出力される電気信号が入力される画像処理部２１と、輪郭形状測定部２２と、指標移動部２３と、測定条件テーブル２４と、測定データテーブル２５と、データ出力部２６とを備えている。制御ユニット２は、それぞれ図示を省略したキーボードなどの入力装置、入力回路、出力回路、中央演算処理回路などを有するコンピュータで構成されている。
【００１７】
画像処理部２１は、ＣＣＤカメラ１３の各画素から出力される電気信号を画像処理し、捉えた被検物７の像をモニタ４のモニタ画面４ａ（図４参照）上に画像として表示させるための画像信号をモニタ４へ出力するように構成されている。また、画像処理部２１は、指標移動部２３から出力される指標位置のデータを受け、エッジの検出領域を示す指標１５をモニタ画面４ａ上の前記指標位置のデータに対応する位置に表示させるための信号をモニタ４へ出力するように構成されている。さらに、画像処理部２１は、ＣＣＤカメラ１３から出力される電気信号を画像処理し、指標１５内にある被検物７の輪郭形状７ａのエッジを検出し、検出したエッジ点１６（図４参照）のモニタ画面４ａ内での座標値（エッジ座標値）を輪郭形状７ａに沿った各測定点１７（図３参照）について順次検出し、各エッジ座標値のデータを輪郭形状測定部２２へ出力するように構成されている。
【００１８】
輪郭形状測定部２２は、被検物７の輪郭形状７ａに沿ってある間隔で（例えば一定間隔で）で各測定点１７のエッジ座標値を取り込む輪郭形状測定（スキャニング測定）を実行するように構成されている。輪郭形状測定部２２は、輪郭形状測定を行なうために、指標１５の移動先である測定目標点１８（図６参照）を設定し、この設定した測定目標点１８に対応する指標移動指令及びステージ移動指令を指標移動部２３及びＸＹステージ駆動部１０にそれぞれ出力するように構成されている。
【００１９】
また、輪郭形状測定部２２は、画像処理部２１から出力される各測定点のエッジ座標値と、ステージ位置検出部１１から出力される各測定でのステージ座標値とに基づき各測定点の座標値（測定点座標値）を演算し、その演算結果を測定データテーブル２５へ順次出力する測定点座標値演算部２７を備えている。この演算部２７は、下記の式で表す演算を行なう。
【００２０】
（測定点座標値）＝（ステージ座標値）＋（エッジ座標値×モニタ画面補正値）
ここで、モニタ画面補正値は、ＸＹステージ５上での寸法とモニタ画面４ａ上での寸法との比である。
【００２１】
指標移動部２３は、輪郭形状測定部２２から出力される指標移動指令に基づき、指標１５を目標測定点に移動させるための指標位置のデータを画像処理部２１へ出力するようになっている。
【００２２】
測定条件テーブル２４は、被検物７の輪郭形状７ａの測定開始位置（最初の測定点）及び測定終了位置（最後の測定点）の座標をそれぞれ表すデータ、各測定点１７の間隔（例えば一定間隔）を表すデータなどを含む測定条件が予めキーボードなどにより入力されて記憶されている。
【００２３】
測定データテーブル２５は、輪郭形状測定部２２から出力される各測定点の座標値（測定点座標値）のデータを格納する。
【００２４】
データ出力部２６は、測定終了後に測定データテーブル２５に格納された測定データ（全測定点の座標値）を表示又は印刷して出力するためのものである。
【００２５】
次に、上記構成を有する一実施形態の動作を図５のフローチャート及び図６〜図８に基づいて説明する。図６〜図８において、黒丸の点は測定が終了した測定点を、白丸の点は測定目標点をそれぞれ示している。
【００２６】
図５に示す輪郭形状測定処理が開始されると、ステップ１０１で、予め設定された測定開始位置と測定終了位置の座標値をそれぞれ取り込む。
【００２７】
次のステップ１０２では、ステップ１０１で取り込んだ測定開始位置を、最初の測定目標点（例えば図６に示す点Ｐ１）に設定する。
【００２８】
次のステップ１０３では、ステップ１０２で設定した測定目標点（ここでは最初の測定目標点）がモニタ画面４ａの範囲外か否かを判定する。この判定は例えば次のように行なう。
【００２９】
モニタ画面４ａの中心をＸＹ座標の原点とすると、以下の（１）〜（４）のいずれか一つに該当した場合に、設定した測定目標点がモニタ画面４ａの範囲外にあると判定し、（１）〜（４）のいずれにも該当しない場合には設定した測定目標点がモニタ画面４ａの範囲内にあると判定する。
（１）設定した測定目標点の座標（Ｘｄ、Ｙｄ）のＸ座標値（Ｘｄ）が、モニタ画面４ａの右端とＸ軸の交点の座標のＸ座標値（＋Ｘｍａｘ）以上になったとき。
（２）座標（Ｘｄ、Ｙｄ）のＸ座標値（Ｘｄ）が、モニタ画面４ａの左端とＸ軸の交点の座標のＸ座標値（ーＸｍａｘ）以下になったとき。
（３）座標（Ｘｄ、Ｙｄ）のＹ座標値（Ｙｄ）が、モニタ画面４ａの上端とＹ軸の交点の座標のＹ座標値（＋Ｙｍａｘ）以上になったとき。
（４）座標（Ｘｄ、Ｙｄ）のＹ座標値（Ｙｄ）が、モニタ画面４ａの下端とＹ軸の交点の座標のＹ座標値（ーＹｍａｘ）以下になったとき。
【００３０】
ステップ１０３の判定結果がＮｏの場合、すなわち最初の測定目標点（図６の点Ｐ１）がモニタ画面４ａ内にある場合、ステップ１０５へ進み、最初の測定目標点（Ｐ１）に指標１５がくるように指標１５を移動させる。このとき、最初の測定目標点（Ｐ１）に対応する指標移動指令が輪郭形状測定部２２から指標移動部２３へ出力される。この指標移動指令に応じた指標位置のデータが指標移動部２３から画像処理部２１へ出力される。この指標位置のデータに対応するモニタ画面４ａ内の位置に指標１５を表示させる（移動させる）ための信号が、画像処理部２１からモニタ４へ出力される。これによって、モニタ画面４ａ上において指標１５が最初の測定目標点（Ｐ１）に表示される（図６参照）。
【００３１】
次のステップ１０６では、指標１５内にある輪郭形状７ａのエッジ点座標（最初の測定目標点（Ｐ１）のエッジ座標値）を取り込む。すなわち、画像処理部２１から出力されるエッジ座標値を取り込む。
【００３２】
次のステップ１０７では、ステージ位置検出部１１から出力されるステージ座標値と、ステップ１０６で取り込んだエッジ座標値とに基づき指標１５内にある最初の測定目標点（Ｐ１）の座標値（測定点座標値）を演算する。すなわち、測定点座標値演算部２７で上記式の演算を行なう。
【００３３】
次のステップ１０８では、ステップ１０７で演算した最初の測定目標点（Ｐ１）の測定点座標値を測定データテーブル２５へ出力して保存する（格納する）。
【００３４】
次のステップ１０９では、次の測定目標点を設定する。このとき、測定条件テーブルに予め記憶された記憶された各測定点１７間の一定間隔を表すデータを取り込み、最初の測定目標点（Ｐ１）から一定間隔離れた位置に次の測定目標点を設定する。
【００３５】
この設定後、次のステップ１１０に進み、終了条件を満たしたか否かを判定する。すなわち、ステップ１０９で設定した次の測定目標点の座標がステップ１０１で取り込んだ測定終了位置の座標値（最後の測定目標点の座標値）を越えたか否かを判定する。ここでは、ステップ１０９で設定した次の測定目標点は最初の測定目標点（Ｐ１）の次の点であるので、ステップ１１０の判定結果はＮｏになり、ステップ１０３に戻る。
【００３６】
このとき、ステップ１０３では、ステップ１０９で設定した次の測定目標点（図６の点Ｐ２）がモニタ画面４ａの範囲外か否かを判定する。
【００３７】
このステップ１０３の判定結果がＮｏである間、例えば図６で示すように測定目標点１８がモニタ画面４ａ内にある間、上記ステップ１０３、及びステップ１０５〜１１０を繰り返し、被検物７の輪郭形状７ａに沿って一定間隔で指標１５を移動させながら測定を行ない、各測定点の測定点座標値を演算し、その演算結果を測定データテーブル２５に格納する。
【００３８】
ステップ１０３の判定結果がＹｅｓになると、例えば図７で示すように点Ｐ７まで測定がなされて測定目標点１８がモニタ画面４ａ外にあると判定されると、ステップ１０４へ進む。
【００３９】
このステップ１０４では、モニタ画面４ａ外にある測定目標点１８がモニタ画面４ａの中央にくるようにＸＹステージ５を移動させる。この移動を行なうためのステージ移動指令がＸＹステージ駆動部１０へ出力される。
【００４０】
次のステップ１０５では、モニタ画面４ａの中央にある測定目標点１８に指標１５がくるように指標１５を移動させる。上記ステップ１０４，１０５の結果、測定目標点１８と指標１５とは図８のようにモニタ画面４ａの中央に位置する。
【００４１】
この後、ステップ１０６〜１０９を実行することにより、モニタ画面４ａの中央にある測定目標点１８の測定点座標値を演算し、その演算結果を測定データテーブル２５に保存する。
【００４２】
この後、ステップ１０８を経てステップ１１０に進む。このステップ１１０の判定結果がＮｏである間、上記ステップ１０３〜１１０を繰り返し、被検物７の輪郭形状７ａに沿って一定間隔で指標１５を移動させながら測定を行ない、各測定点の測定点座標値を演算し、その演算結果を測定データテーブル２５に格納する。
【００４３】
ステップ１１０の判定結果がＹｅｓになると、すなわち、ステップ１０９で設定した次の測定目標点の座標がステップ１０１で取り込んだ測定終了位置の座標値（最後の測定目標点の座標値）を越えると、図５の処理を終了する。
【００４４】
このように、上記一実施形態によれば、測定目標点１８がモニタ画面４ａ内にある間、指標１５を測定目標点に移動させることにより、指標１５が被検物７の輪郭形状７ａに沿って各測定点を順次移動し、各測定点のエッジ座標値及び各測定点でのステージ座標値が自動で検出される。測定中に測定目標点１８がモニタ画面４ａ外に位置したとき、測定目標点１８がモニタ画面４ａ内の中央に位置するように、ＸＹステージ５を移動させ、この移動後、指標１５をモニタ画面４ａ内の中央にある測定目標点１８へ移動させ、これによって測定が続行される。したがって、被検物７の一部分の像しか捉えることができない場合でも、被検物７の全輪郭形状の測定を自動で行なうことができる。
【００４５】
また、上記一実施形態によれば、被検物７の一部分の像しか捉えることができない場合でも、被検物７の全輪郭形状の自動測定を行なうことができるので、寸法の大きな被検物を測定することことができると共に、ＣＣＤカメラの１画素当たりの寸法を大きくして結像光学系１２の拡大倍率を大きくすることにより、精度の高い測定を行なうことができる。
【００４６】
さらに、上記一実施形態によれば、測定中に測定目標点１８がモニタ画面４ａ外に位置したとき、測定目標点１８がモニタ画面４ａ内の中央に位置するように、ＸＹステージ５を移動させるので、この移動後に測定される被検物７の輪郭形状７ａがどの方向に変化する場合でも、測定目標点１８がモニタ画面４ａ外に再び位置するまでの時間を十分に確保することができる。
【００４７】
なお、上記一実施形態では、指標１５が輪郭形状７ａに沿って各測定点を順次移動するように、輪郭形状測定部２２がＸＹステージ駆動部１０及び指標移動部２３を制御する具体的な方法として、測定目標点１８がモニタ画面４ａ内にある間、指標１５を測定目標点に移動させ、測定中に測定目標点１８がモニタ画面４ａ外に位置したとき、測定目標点１８がモニタ画面４ａ内の中央に位置するように、ＸＹステージ５を移動させるようにしている。しかし、この発明はこれに限定されるものではない。
【００４８】
例えば、測定目標点１８がモニタ画面４ａ内にある間、指標１５を測定目標点に移動させると共に、測定中に測定目標点１８がモニタ画面４ａ外に位置したとき、測定目標点１８がモニタ画面４ａ内の、測定目標点１８が外れた端部とは反対側にある端部の近くに位置するように、ＸＹステージ５を移動させてもよい。
【００４９】
このように構成した場合には、測定目標点１８がモニタ画面４ａ外に再び位置するまでの時間をより長くすることができる。
【００５０】
エッジ検出領域の移動は、ＸＹステージ５の移動よりも短時間で行なえるので、測定目標点１８がモニタ画面４ａ内にある時間が長い程、効率良く測定が行なえる。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の発明に係る画像測定機によれば、エッジ検出領域が被検物の輪郭形状に沿って各測定点を順次移動するように、制御手段がステージ駆動手段及び検出領域移動部に移動指令を出力するので、被検物の一部分の像しか撮像手段で捉えることができない場合でも、各測定点のエッジ座標値及び各測定点でのステージ座標値が自動で検出される。したがって、被検物の一部分の像しか捉えることができない場合でも、被検物の全輪郭形状の測定を自動で行なうことができる。
【００５２】
請求項２記載の発明に係る画像測定機によれば、測定目標点が撮像範囲内にある間、エッジ検出領域が輪郭形状に沿って各測定点を順次移動して測定が行なわれ、かつ測定中に測定目標点が撮像範囲外に位置したとき、測定目標点が撮像範囲内の所定位置に位置するようにステージを移動させ、この移動後、エッジ検出領域を所定位置にある測定目標点へ移動させて測定が続行される。そのため、測定目標点が撮像範囲内にある間は、ステージを移動させずにエッジ検出領域のみを移動させればよい。したがって、被検物の一部分の像しか捉えることができない場合でも、測定の中断時間の少ない効率的な自動測定を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１はこの発明の第１の実施形態に係る画像測定機の概略構成を示すブロック図である。
【図２】図２は第１の実施形態に係る画像測定機の概略構成図である。
【図３】図３は第１の実施形態に係る画像測定機で測定される被検物を示す平面図である。
【図４】図４は第１の実施形態に係る画像測定機で使用されるモニタのモニタ画面を示す平面図である。
【図５】図５は第１の実施形態に係る画像測定機の動作を示すフローチャートである。
【図６】図６は第１の実施形態に係る画像測定機の動作説明図である。
【図７】図７は図６と同様の動作説明図である。
【図８】図８は図６と同様の動作説明図である。
【符号の説明】
５ＸＹステージ（ステージ）
７被検物
７ａ輪郭形状
１０ＸＹステージ駆動部（ステージ駆動手段）
１１ステージ位置検出部（ステージ座標検出手段）
１３ＣＣＤカメラ（撮像手段）
１５指標（エッジ検出領域）
２１画像処理部（画像処理手段）
２２輪郭形状測定部（制御手段）
２３指標移動部（検出領域移動部）

Claims

直交する２方向に移動可能なステージと、前記ステージ上に載置された被検物の像を光学系を介して捉え、捉えた像の光強度分布に応じた電気信号を出力する撮像手段と、前記電気信号を画像処理して被検物の輪郭形状に沿った複数の測定点のエッジを検出し、各測定点のエッジ座標値を表す信号を出力する画像処理手段とを備え、前記輪郭形状の測定を行なう画像測定機において、
前記ステージを、入力される移動指令に基づき前記２方向に移動させるステージ駆動手段と、
前記ステージの座標を検出し、前記各測定点でのステージ座標値を表す信号を出力するステージ座標検出手段と、
前記撮像手段の撮像範囲内のエッジ検出領域を、入力される移動指令に基づき移動させる検出領域移動部と、
前記エッジ検出領域が前記輪郭形状に沿って前記各測定点を順次移動するように、前記ステージ駆動手段及び前記検出領域移動部に移動指令を出力する制御手段と
を備えていることを特徴とする画像測定機。
前記制御手段は、前記エッジ検出領域の次の移動先である測定目標点が前記撮像範囲内にあるとき、前記エッジ検出領域を前記測定目標点へ移動させるための移動指令を前記検出領域移動部へ出力し、かつ前記測定目標点が前記撮像範囲外に位置したとき、前記測定目標点が前記撮像範囲内の所定位置に位置するように前記ステージを移動させるための移動指令を前記ステージ駆動手段へ出力するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の画像測定機。