JP2006162462A - 画像測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 測定の精度を落とすことなく、測定時間を短縮化する。
【解決手段】 被検物Ｍの像を取得する４台の撮像装置２０と、４台の撮像装置２０の各撮像領域よりも広い視野で、被検物Ｍからの光を結像させる共焦点光学系１０と、共焦点光学系１０の光路を変える３枚のミラー３１と、各ミラー３１をそれぞれ共焦点光学系１０の光軸上に位置している光路変更位置と、この光軸から退避している退避位置とに移動させるミラー移動源３２と、を備えている。各ミラー３１をそれぞれ退避位置と光路変更位置とに移動させて、共焦点光学系１０の視野のうちの互いに異なる領域の像を順次複数の４台の撮像装置２０に導く。
【選択図】 図１

Description

被検物の画像を取得して、この画像に基づいて被検物を測定する画像測定装置に関する。

従来の画像測定装置としては、例えば、以下の特許文献１に記載されているものがある。

この画像測定装置は、共焦点光学系を有し、被検物の表面上に共焦点光学系の焦点を合わせ、そのときに得られる被検物の画像を処理して、被検物の高さを測定するものである。共焦点光学系は、光源から発せられるレーザ光を結像させる結像レンズと、結像レンズからの光を被検物の表面上に結像させる対物レンズと、結像レンズと対物レンズとの間に配置されているピンホールとを有している。この共焦点光学系は、被検物の表面が対物レンズの焦点面にある場合、ピンホールを通して検出される被検物からの反射光の輝度（光量）が最大となり、被検物表面が対物レンズの焦点面から僅かに光軸方向にズレると、撮像素子が検出する戻り光の輝度が急激に減少する性質を持つ。この画像測定装置は、以上のような共焦点光学系の性質を利用して、被検物の高さ等を精密に測定する。

このような画像測定装置は、撮像視野よりも広い範囲の測定を行うために、被検物が載置されているステージを共焦点光学系の光軸と垂直な方向に順次移動させて、被検物の撮像を繰り返している。

特開2002-236002号公報

一般的に、画像測定装置で何らかの検査を行う場合、被検物の撮像による測定時間の短縮化が要求される。そこで、従来の画像測定装置で、測定時間の短縮化を図ろうとすると、ステージ移動を高速に行う方法が考えられるが、ステージ移動を高速に行うと、ステージに対する被検物の相対位置がズレるおそれがあり、正確な測定ができないことがあるという問題点がある。

本発明は、このような従来技術の問題点に着目し、測定の精度を落とすことなく、測定時間を短縮化することができる画像測定装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するための請求項１に係る発明の画像測定装置は、
それぞれが被検物の異なる領域の画像を取得する複数の画像取得手段と、前記複数の画像取得手段により取得された複数の画像に基づいて、前記被検物の測定を行う測定手段と、前記複数の画像取得手段のそれぞれが取得する各画像の領域よりも広い視野で、前記被検物からの光を結像させる光学系と、前記光学系により前記被検物からの光が結像される面と該光学系との間の光路中に設けられ、該光路を変更する光路変更手段と、前記複数の画像取得手段と前記光路変更手段とのうち、少なくとも一方を順次移動させて、前記被検物からの光を前記複数の画像取得手段のそれぞれに導く移動手段と、を備えていることを特徴とする。

請求項2に係る発明の画像測定装置は、
請求項１に記載の画像測定装置において、
前記光路変更手段は、前記複数の画像取得手段の数に応じた数量の光路変更素子を有し、前記移動手段は、複数の光路変更素子のそれぞれの位置を、前記光学系の光路上に位置して該光学系の光路を変える位置と、該光学系の光路上から退避した位置であって該光学系の光路を変えない位置とに、移動させることを特徴とする。

請求項3に係る発明の画像測定装置は、
請求項１に記載の画像測定装置において、
前記光路変更手段は、少なくとも一の光路変更素子を有し、前記移動手段は、前記光学系の光路内で、前記光路変更素子を回転又は平行移動させることを特徴とする。

請求項4に係る発明の画像測定装置は、
請求項１に記載の画像測定装置において、
前記光路変更手段は、光路変更方向が互いに異なり、前記複数の画像取得手段と同じ数量の光路変更素子を有し、前記移動手段は、前記複数の光路変更素子のそれぞれを、前記光学系の光路内へ順次移動させることを特徴とする。

請求項5に記載の画像測定装置は、
請求項１に記載の画像測定装置において、
前記光路変更手段は、少なくとも１つの光路変更素子を有し、前記移動手段は、前記複数の画像取得手段を一体的に回転又は平行移動させて、該複数の画像取得手段のそれぞれを順次前記光路内に位置させることを特徴とする。

請求項6に係る発明の画像測定装置は、
請求項１に記載の画像測定装置において、
前記光路変更手段は、前記複数の画像取得手段と同じ数量の光路変更素子を有し、複数の該光路変更素子のそれぞれは、対応する前記画像取得手段に対して相対位置が変化しないよう設けられ、前記移動手段は、前記光学系の光路内に前記複数の前記光路変更素子のそれぞれを順次移動させることを特徴とする。

また、前記目的を達成するための他の発明の画像測定装置は、
被検物の画像を取得して、該画像に基づいて該被検物を測定する画像測定装置において、
前記被検物の像を取得する複数の撮像媒体と、複数の前記撮像媒体のそれぞれの撮像領域よりも広い視野で、前記被検物からの光を結像させる光学系と、前記光学系の光路を変える光路変更手段と、複数の前記撮像媒体と前記光路変更手段とのうち、少なくとも一方を順次移動させて、前記光学系の視野のうちの互いに異なる領域の像を順次複数の前記撮像媒体に導く移動機構と、を備えていることを特徴とする。

本発明によれば、測定精度を落とすことなく測定時間を短縮化することができる。

以下、本発明に係る画像測定装置の実施形態について図面を用いて説明する。

まず、図１〜図３を用いて、本発明に係る画像測定装置の第1の実施形態について説明する。

本実施形態の画像測定装置は、図１に示すように、画像取得系と、この画像取得系で取得された画像を処理すると共に画像取得系を制御する画像処理・制御系とを備えている。

画像取得系は、４台の撮像装置２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄと、共焦点光学系１０と、この共焦点光学系１０の光路を変更して共焦点光学系１０からの像を各撮像装置２０に順次導く光路変更機構３０と、被検物Ｍが載せられるＸＹＺステージ４０とを有している。

撮像装置２０は、ＣＣＤ等の撮像媒体２１と、撮像媒体２１からのアナログ信号を増幅する増幅器と、増幅器で増幅されたアナログ信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器とを有している。

共焦点光学系１０は、光源１１と、偏光ビームスプリンタ１２と、光源１１からのレーザ光を結像させる結像レンズ１３と、結像レンズ１３からの光を再び結像させる対物レンズ系１４と、1/4波長板１５と、複数のピンポールが形成されているニポーディスク１６と、このニポーディスク１６を回転させるディスク駆動機構１７と、を有している。対物レンズ系１４としては、例えば、対物レンズとチューブレンズとを組み合わせた無限遠補正対物レンズを用いることができる。光源１１からのレーザ光は、偏光ビームスプリッタ１２で反射されて、この結像レンズ１３で結像される。結像レンズ１３を通過した光は、対物レンズ系１４で再び結像され、被検物Ｍに照射される。被検物Ｍからの反射光は、1/4波長板１５、対物レンズ系１４、結像レンズ１３を経て、偏光ビームスプリッタ１２を通過して、光路変更機構３０に向う。ここで、被検物Ｍからの反射光が偏光ビームスプリッタ１２を通過するのは、1/4波長板１５により、反射光が偏光ビームスプリッタ１２を通過する偏光になっているためである。

光路変更機構３０は、複数の撮像装置２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄの数量に応じた数量の平面ミラー（光路変更素子）３１ａ，３１ｂ，３１ｃと、各ミラー３１ａ，３１ｂ，３１ｃをそれぞれ駆動するミラー移動機構３２ａ，３２ｂ，３２ｃと、を備えている。本実施形態において、ミラー３１の数量は、撮像装置２０の数量である４から１を引いた数量である３枚である。各ミラー３１は、ミラー移動機構３２により、共焦点光学系１０の光路上に位置してこの光路の向きを変える光路変更位置と、共焦点光学系の光路上から退避している退避位置との間で、移動させられる。

４台の撮像装置２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄのうち、撮像装置２０ａは、全てのミラー３１が退避位置のときに、共焦点光学系１０による像を捕らえられる位置に配置され、撮像装置２０ｂは、共焦点光学系１０から最も離れた第１ミラー３１ａのみが光路変更位置のときに、共焦点光学系１０による像を捕らえられる位置に配置され、撮像装置２０ｃは、第１ミラー３１ａよりも共焦点光学系側に配置された第２ミラー３１ｂのみが光路変更位置のときに、共焦点光学系１０による像を捕らえられる位置に配置され、撮像装置２０ｄは、共焦点光学系１０に最も近い第３ミラー３１ｃのみが光路変更位置のときに、共焦点光学系１０による像を捕らえられる位置に配置されている。

共焦点光学系１０の結像位置における視野Ｆは、図２に示すように、各撮像装置２０の撮像媒体２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄの撮像領域よりも広く、各撮像媒体２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄは、共焦点光学系１０の結像位置における視野Ｆ内の互いに異なる領域をカバーできるように配置されている。具体的には、各撮像媒体２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄは、共焦点光学系の中心Ｃとその縁との間の領域をカバーできるように配置され、撮像装置２０ｂの撮像媒体２１ｂは撮像装置２０ａの撮像媒体２１ａがカバーする領域の下の領域をカバーし、撮像装置２０ｄの撮像媒体２１ｄは撮像装置２０ａの撮像媒体２１ａがカバーする領域の右の領域をカバーし、撮像装置２０ｃの撮像媒体２１ｃは撮像装置２０ａの撮像媒体２１ａがカバーする領域の右下の領域をカバーしている。各撮像媒体２１がカバーする領域は、部分的に互いに重複している。

画像処理・制御系は、図１に示すように、コンピュータ５０で構成されている。この実施形態において、コンピュータ５０は、コンピュータ本体５１と、入力装置５５と、ディスプレイ装置５６と、を備えている。コンピュータ本体５１は、各種演算を行うＣＰＵ５２と、各種プログラムやデータが予め記憶されているＲＯＭ５３と、各種データが一時的に記憶されるＲＡＭ５４とを有している。

コンピュータ本体５１は、機能的に、図３に示すように、各ミラー移動機構３２の動作を制御するミラー制御部６１と、ＸＹＺステージ４０のステージ駆動機構４１の動作を制御するＸＹＺ制御部６２と、ニポーディスク１６のディスク駆動機構１７の動作を制御するニポーディスク制御部６３と、各撮像装置２０からの信号を受信してピークを検出するピーク検出部６４と、ピーク検出部６４でのピーク検出時のＸＹＺステージ４０のＺ方向の移動量からピークの高さを求める高さ算出部６５と、高さ算出部６５で求められた各位置の高さと各撮像装置２０で得られた平面的な画像とから、被検物表面の３Ｄ画像を合成する画像合成部６６と、これらの各部６１〜６６を制御する主制御部６７と、を有している。これらの各機能部は、いずれも、ＲＯＭ５３に記憶されているプログラムをＣＰＵ５２が実行することで達成される。なお、本実施形態において、Ｚ方向は共焦点光学系１０の光軸と平行な方向で、Ｙ，Ｘ方向は、Ｚ方向に対して垂直な平面内で互いに垂直な方向である。

次に、本実施形態の画像測定装置の動作について説明する。

まず、ＸＹＺステージ４０上に被検物Ｍを置いてから、コンピュータ５０の入力装置５５を操作して、動作開始を入力する。なお、このとき、全てのミラー３１は、退避位置にある。

コンピュータ５０が動作開始指示を受け付けると、コンピュータ５０の主制御部６７からの制御信号で、光源１１が発光すると共に、撮像装置２０ａによる撮像が開始される。この光源１１からの光は、偏光ビームスプリンタ１２、結像レンズ１３、ニポーディスク１６のピンポール、対物レンズ系１４、1/4波長板１５を経て、ステージ５０上の被検物Ｍに照射される。被検物Ｍからの反射光は、逆に、1/4波長板１５、対物レンズ系１４、ニポーディスク１６のピンポール、結像レンズ１３、偏光ビームスプリンタ１２に至る。反射光は、前述したように、1/4波長板１５により偏光させられているため、偏光ビームスプリッタ１２を通過し、共焦点光学系１０の光軸上に位置している撮像装置２０ａに入射する。被検物Ｍからの反射光のうち、被検物Ｍの表面上で共焦点光学系１０の焦点に合っている部分からの反射光は、ニポーディスク１６のピンホールの位置で最も絞り込まれるので、そのほとんどがピンホールを通過する。一方、被検物Ｍからの反射光のうち、被検物Ｍの表面上で共焦点光学系１０の焦点に合っていない部分からの反射光は、ニポーディスク１６のピンホールの位置であまり絞り込まれていないため、反射光の一部のみがピンホールを通過する。この結果、撮像装置２０ａでは、被検物Ｍの表面上で被検物Ｍの表面上で共焦点光学系１０の焦点に合っている部分が明るくとらえられ、被検物Ｍの表面上で共焦点光学系１０の焦点に合っていない部分が暗くとらえられる。

撮像装置２０ａがとらえた画像は、コンピュータ５０のピーク検出部６４に送られ、ここで、画像中で最も光量の多い部分を抽出する。高さ算出部６５では、撮像時のＸＹＺステージ４０のＺ方向の位置から、ピーク検出部６４で抽出された部分の高さを求める。一旦、被検物Ｍが撮像されると、ＸＹＺステージ４０が駆動して、被検物ＭのＺ方向の位置が変わり、この状態で再び被検物Ｍの表面が撮像装置２０ａにより撮像される。この画像も、コンピュータ５０に送られ、同様に処理される。

以上の処理が連続して行われ、撮像装置２０ａが撮像した画像の全体が暗くなると、言い換えると、光量の多い部分がなくなると、撮像装置２０ａの撮像領域中の高さ検出は終了する。

撮像装置２０ａの撮像領域中の高さ検出が終了すると、コンピュータ５０の主制御部６７は、ミラー制御部６１に指示を与え、第１ミラー３１ａのみを光路偏光位置に移動させる。すると、共焦点光学系１０からの光は、撮像装置２０ｂに入射するようになる。この撮像装置２０ｂによる撮像でも、撮像装置２０ａによる撮像時と同様の処理を行って、撮像装置２０ｂで撮像した領域の各地点の高さを検出する。この撮像装置２０ｂの撮像媒体２１ｂは、前述したように、共焦点光学系１０の視野Ｆ内で、像装置２０ａの撮像媒体２１ａが撮像する領域とは異なる領域を撮像するので、この撮像装置２０ａの撮像した領域と異なる領域の高さが検出される。

撮像装置２０ｂの撮像領域中の高さ検出が終了すると、第１ミラー３１ａが退避位置に戻り、第２ミラー３１ｂのみが光路偏光位置に移動して、被検物Ｍの表面像が撮像装置２０ｃに撮像され、この撮像装置ｃで撮像された領域の各地点の高さが検出される。さらに、撮像装置２０ｃの撮像領域中の高さ検出が終了すると、第２ミラー３１ｂが退避位置に戻り、第３ミラー３１ｃのみが光路偏光位置に移動して、被検物Ｍの表面像が撮像装置２０ｃに撮像され、この撮像装置ｃで撮像された領域の各地点の高さが検出される。

各撮像装置２０で得られた各撮像領域内の各地点の高さデータ（Ｚデータ）は、各地点のＸＹデータと共に、画像合成部６６に送られ、４台の撮像装置２０の撮像された被検物Ｍの表面上の３Ｄ画像が合成され、これがディスプレイ装置５６に表示される。

以上の処理で、被検物Ｍの全表面の高さ検出が終了していない場合には、ＸＹＺステージ４０を駆動して、被検物ＭをＸＹ方向に移動し、被検物Ｍ上の新たな領域を４台の撮像装置２０で撮像する。

以上のように、本実施形態では、ＸＹＺステージで被検物ＭをＸＹ方向に移動させることなく、４台の撮像装置２０で被検物Ｍ上の異なる領域を撮像しているので、被検物Ｍを広い領域に渡って、短時間で正確に高さ検出を行うことができる。

なお、以上の実施形態では、４台の撮像装置４０からの各画像を合成しているが、各画像を合成しなくてもよい。また、以上の実施形態では、画像処理・制御系を１台のコンピュータ５０で構成しているが、画像取得系で取得された画像を処理する画像処理系と、画像取得系を制御する制御系とを異なるコンピュータで構成してもよい。また、共焦点光学系１０の光路を変更するミラーとしては、ガルバノミラーを用いてもよい。

次に、本発明に係る画像測定装置の光路変更機構の各種実施形態について説明する。

まず、光路変更機構の第２の実施形態について、図４を用いて説明する。

本実施形態の光路変更機構３０ａは、第１の実施形態の光路変更機構３０の変形例で、第１の実施形態と同様に、４台の撮像装置２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄに対応して３枚の平面ミラー３１ａ，３１ｂ，３１ｃと、各ミラー３１ａ，３１ｂ，３１ｃをそれぞれ駆動するミラー移動機構３２ａ，３２ｂ，３２ｃと、を備えている。

３枚のミラー３１ａ，３１ｂ，３１ｃのうち、第１ミラー３１ａ及び第２ミラー３１ｂは、光路変更位置のときに共焦点光学系１０の光軸上に位置し、退避位置のときに共焦点光学系１０の光路上から外れる。また、第３ミラー３１ｃは、光路変更位置のときに、光路変更位置の第２ミラー３１ｂにより変更された共焦点光学系１０の光路上に位置する。

４台の撮像装置２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄのうち、撮像装置２０ａは、全てのミラー３１が退避位置のときに、共焦点光学系１０による像を捕らえられる位置に配置され、撮像装置２０ｂは、共焦点光学系１０から第１ミラー３１ａのみが光路変更位置のときに、共焦点光学系１０による像を捕らえられる位置に配置され、撮像装置２０ｃは、第２ミラー３１ｂのみが光路変更位置のときに、共焦点光学系１０による像を捕らえられる位置に配置され、撮像装置２０ｄは、第２ミラー３１ｂが光路変更位置で且つ第３ミラー３１ｃが光路変更位置のときに、共焦点光学系１０による像を捕らえられる位置に配置されている。

以上のように、共焦点光学系１０の光路を変更する各ミラー３１は、第１の実施形態のように、共焦点光学系１０の光軸に沿っても設ける必要性はなく、装置の小型化等を考慮して適宜レイアウトを変更してもよい。

次に、光路変更機構の第３の実施形態について、図５を用いて説明する。

本実施形態の光路変更機構３０ｂは、１枚の平面ミラー３１ａと、このミラー３１ａを共焦点光学系１０の光軸に沿って平行移動させるミラー移動機構３３とを備えている。ミラー移動機構３３は、共焦点光学系１０の光軸と平行なガイドレール３３ａと、ミラー３１ａが固定され、このミラー３１ａをガイドレール３３ａに沿って移動させるミラー移動源３３ｂとを有している。ミラー３１ａは、このミラー移動機構３３により、光軸上の第１の位置、第２の位置、第３の位置、第４の位置に移動することができる。

４台の撮像装置２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄのうち、撮像装置２０ａは、ミラー３１ａが第１の位置のときに、共焦点光学系１０による像を捕らえられる位置に配置され、撮像装置２０ｂは、ミラー３１ａが第２の位置のときに、共焦点光学系１０による像を捕らえられる位置に配置され、撮像装置２０ｃは、ミラー３１ａが第３の位置のときに、共焦点光学系１０による像を捕らえられる位置に配置され、撮像装置２０ｄは、ミラー３１ａが第４位置のときに、共焦点光学系１０による像を捕らえられる位置に配置されている。

本実施形態では、まず、ミラー３１ａが第１の位置に位置して、撮像装置２０ａにより被検物が撮像され、この撮像装置２０ａの撮像領域中の高さが検出される。以下、ミラー３１ａが第２の位置、第３の位置、第４の位置へと順次移動し、ミラー３１ａが各位置に位置しているときに、各撮像装置２０ｂ，２０ｃ，２０ｄにより、被検物が撮像されて、各撮像装置２０ｂ，２０ｃ，２０ｄの撮像領域中の高さが検出される。

このように、１枚のミラー３１ａを共焦点光学系１０の光路内で順次移動させても、第１の実施形態と同様に、ＸＹＺステージ４０で被検物ＭをＸＹ方向に移動させることなく、４台の撮像装置２０で被検物Ｍ上の異なる領域を撮像することができる。

次に、光路変更機構の第４の実施形態について、図６を用いて説明する。なお、同図以下の図７〜図１０において、（ａ）は光路変更機構のＺ方向から見た構成を示し、（ｂ）は光路変更機構のＹ方向から見た構成を示している。

本実施形態の光路変更機構３０ｃは、４枚の平面ミラー３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄと、これらミラー３１を共焦点光学系１０の光軸に対して垂直なＸＹ平面内で平行移動させるミラー移動機構３４とを備えている。ミラー移動機構３４は、ＸＹ平面に平行なガイドレール３４ａと、このガイドレール３４ａに沿って移動可能なミラー固定板３４ｃと、ミラー固定板３４ｃをガイドレール３４ａに沿って移動させるミラー移動源３４ｂとを有している。ミラー固定板３４ｃには、ガイドレール３４ａが伸びている方向に４枚のミラー３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄが並んで固定されている。各ミラー３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄは、ＸＹ平面内での向きが９０°ずつ異なっている。

４台の撮像装置２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄは、共焦点光学系１０の光軸を中心として、ＸＹ平面内において９０°間隔で配置されている。

本実施形態では、まず、第１のミラー３１ａが共焦点光学系１０の光路中に位置して、撮像装置２０ａにより被検物が撮像され、この撮像装置２０ａの撮像領域中の高さが検出される。以下、第２のミラー３１ｂ，第３のミラー３１ｃ，第４のミラー３１ｄが順次、共焦点光学系１０の光路中に移動して、各ミラーが光路中に位置しているときに、各撮像装置２０ｂ，２０ｃ，２０ｄにより、被検物が撮像されて、各撮像装置２０ｂ，２０ｃ，２０ｄの撮像領域中の高さが検出される。

このように、複数のミラー３１を共焦点光学系１０の光路内に順次移動させても、第１の実施形態と同様に、ＸＹＺステージで被検物ＭをＸＹ方向に移動させることなく、４台の撮像装置２０で被検物Ｍ上の異なる領域を撮像することができる。

次に、光路変更機構の第５の実施形態について、図７を用いて説明する。

本実施形態の光路変更機構３０ｄは、１枚の平面ミラー３１ａと、このミラー３１ａを共焦点光学系１０の光路内で回転させるミラー移動機構３５とを備えている。すなわち、本実施形態は、第３の実施形態の変形例で、第３の実施形態が１枚のミラー３１ａを共焦点光学系１０の光路内で平行移動させるのに対して、本実施形態は１枚のミラー３１ａを共焦点光学系１０の光路内で回転させるものである。

ミラー移動機構３５は、共焦点光学系１０の光軸上の回転軸を有するミラー固定板３５ａと、このミラー固定板３５ａを回転させるミラー回転源３５ｂとを有している。ミラー固定板３５ａに固定されたミラー３１ａは、このミラー移動機構３５により、共焦点光学系１０の光軸を中心として、ＸＹ平面内で３６０°回転する。

４台の撮像装置２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄは、Ｚ方向において、ミラー３１ａが設置されているレベルと同じレベルに、共焦点光学系１０の光軸を中心として９０°間隔で設置されている。

本実施形態では、まず、ミラー３１ａの反射面が撮像装置２０ａ側を向いているときに、この撮像装置２０ａにより被検物が撮像され、この撮像装置２０ａの撮像領域中の高さが検出される。以下、ミラー３１ａが共焦点光学系１０の光軸を中心として回転して、その反射面が撮像装置２０ｂ、撮像装置２０ｃ、撮像装置２０ｄ側を向き、各撮像装置２０ｂ，２０ｃ，２０ｄにより、被検物が撮像されて、各撮像装置２０ｂ，２０ｃ，２０ｄの撮像領域中の高さが検出される。

このように、１枚のミラー３１ａを共焦点光学系１０の光路内で回転させても、第１の実施形態と同様に、ＸＹＺステージで被検物ＭをＸＹ方向に移動させることなく、４台の撮像装置２０で被検物Ｍ上の異なる領域を撮像することができる。

次に、光路変更機構の第６の実施形態について、図８を用いて説明する。

本実施形態の光路変更機構３０ｅは、共焦点光学系１０の光軸上に固定された１枚の平面ミラー３１ａと、このミラー３１ａを中心としてＸＹ平面内で４台の撮像装置２０を回転移動させる撮像装置移動機構３６とを備えている。すなわち、本実施形態は、以上の実施形態のように、ミラーを移動又は回転させるものではなく、逆に、撮像装置２０を回転移動させるものである。

撮像装置移動機構３６は、共焦点光学系１０の光軸を回転中心とする撮像装置固定板３６ｃと、この撮像装置固定板３６ｃを光軸を中心にして回転させるためのガイドローラ３６ａと、この撮像装置固定板３６ｃを回転させる撮像装置回転源３６ｂとを有している。撮像装置固定板３６ｃは、リング状を成し、共焦点光学系１０の光軸が中心となるように、ＸＹ平面と平行に配置されている。４台の撮像装置２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄは、Ｚ方向において、ミラー３１ａが設置されているレベルと同じレベルに、共焦点光学系１０の光軸を中心として、撮像装置固定板３６ｃ上に９０°間隔で設置されている。この４台の撮像装置２０は、撮像装置回転源３６ｂの駆動で、共焦点光学系１０の光軸を中心として、ＸＹ平面内で３６０°回転する。

本実施形態では、共焦点光学系１０の光軸上に固定されているミラー３１ａに、撮像装置２０ａが向いているときに、この撮像装置２０ａにより被検物が撮像され、この撮像装置２０ａの撮像領域中の高さが検出される。以下、撮像装置固定板３６ｃが共焦点光学系１０の光軸を中心として回転して、ミラー３１ａに撮像装置２０ｂ、撮像装置２０ｃ、撮像装置２０ｄが向いているときに、各撮像装置２０ｂ，２０ｃ，２０ｄにより、被検物が撮像されて、各撮像装置２０ｂ，２０ｃ，２０ｄの撮像領域中の高さが検出される。

このように、固定されている１枚のミラー３１ａに対して、複数の撮像装置２０を回転移動させても、第１の実施形態と同様に、ＸＹＺステージで被検物ＭをＸＹ方向に移動させることなく、４台の撮像装置２０で被検物Ｍ上の異なる領域を撮像することができる。

なお、本実施形態では、１枚のミラー３１ａを中心として、固定板に固定された４台の撮像装置２０を回転移動させているが、１枚のミラー３１ａに対して、固定板に固定された４台の撮像装置４０を平行移動させてもよい。

次に、光路変更機構の第７の実施形態について、図９を用いて説明する。

本実施形態の光路変更機構３０ｆは、４枚の平面ミラー３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄと、これらミラー３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄと４台の撮像装置２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄとを一体的にＸＹ平面上で平行移動させる移動機構３７とを備えている。すなわち、本実施形態は、以上の実施形態のように、ミラー３１と撮像装置２０とのうちの一方を移動又は回転させるものではなく、ミラー３１と撮像装置２０とを移動させるものである。

移動機構３７は、共焦点光学系１０の光軸に対して垂直なＹ方向に伸びているガイドレール３７ａと、このガイドレール３７ａに沿って移動する固定板３７ｃと、この固定板３７ｃをガイドレール３７ａに沿って移動させる移動源３７ｂとを有している。固定板３７ｃ上には、４枚のミラー３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄがＹ方向に並んで固定されていると共に、各ミラーに向かい合うように４台の撮像装置２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄが固定されている。

本実施形態では、第１のミラー３１ａが共焦点光学系１０の光軸上に位置しているときに、この第１のミラー３１ａと向かい合っている撮像装置２０ａにより被検物が撮像され、この撮像装置２０ａの撮像領域中の高さが検出される。以下、固定板３７ｃがＹ方向に移動し、各ミラー３１ｂ，３１ｃ，３１ｄが共焦点光学系１０の光軸上に位置しているときに、各撮像装置２０ｂ，２０ｃ，２０ｄにより、被検物が撮像されて、各撮像装置２０ｂ，２０ｃ，２０ｄの撮像領域中の高さが検出される。

このように、複数枚のミラー３１及び複数の撮像装置２０を平行移動させても、第１の実施形態と同様に、ＸＹＺステージで被検物ＭをＸＹ方向に移動させることなく、４台の撮像装置２０で被検物Ｍ上の異なる領域を撮像することができる。

次に、光路変更機構の第８の実施形態について、図１０を用いて説明する。

本実施形態の光路変更機構３０ｇは、４枚の平面ミラー３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄと、これらミラーと４台の撮像装置２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄとを一体的にＸＹ平面上で回転移動させる移動機構３８とを備えている。すなわち、本実施形態は、複数のミラー及び複数の撮像装置を一体的に平行移動させる第９の実施形態の変形例である。

移動機構３８は、４枚のミラー３１及び４台の撮像装置２０が固定されている固定板３８ｃと、この固定板３８ｃをＸＹ平面内で回転させるためのガイドローラ３８ａと、この固定板３８ｃをＸＹ平面内で回転させる回転源３８ｂとを有している。固定板３８ｃは、円板状を成し、その中心から一定の距離の箇所に、９０°間隔で４つ貫通孔が形成されている。各貫通孔の縁には、貫通孔を望むようにミラー３１が固定されている。また、この固定板３８ｃ上であって、各ミラー３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄと対向する位置に、各撮像装置２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄが固定されている。この固定板３０ｃの回転中心は、固定板３０ｃが回転する過程で、この固定板３０ｃに固定されている各ミラー３１が順次、共焦点光学系１０の光軸上に位置するように、設定されている。

本実施形態では、第１のミラー３１ａが共焦点光学系１０の光軸上に位置しているときに、この第１のミラー３１ａと向かい合っている撮像装置２０ａにより被検物が撮像され、この撮像装置２０ａの撮像領域中の高さが検出される。以下、固定板３８ｃが回転し、各ミラー３１ｂ，３１ｃ，３１ｄが共焦点光学系１０の光軸上に位置しているときに、各撮像装置２０ｂ，２０ｃ，２０ｄにより、被検物が撮像されて、各撮像装置２０ｂ，２０ｃ，２０ｄの撮像領域中の高さが検出される。

このように、複数枚のミラー３１及び複数の撮像装置２０を回転移動させても、第１の実施形態と同様に、ＸＹＺステージで被検物ＭをＸＹ方向に移動させることなく、４台の撮像装置２０で被検物Ｍ上の異なる領域を撮像することができる。

なお、以上の各実施形態は、いずれも４台の撮像装置２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄを用いているが、本発明はこれに限定されるものではく、より多くの撮像装置を用いても、逆により少ない撮像装置を用いてもよい。また、以上の各実施形態では、共焦点光学系１０を有して、被検物Ｍの高さを検出するものであるが、被検物Ｍを光学系を介して撮像媒体で撮像するものであれば如何なるものに、本発明を適用してもよい。例えば、被検物Ｍの表面を光学系で拡大して、被検物Ｍの表意面上の傷等を検出するものに、本発明を適用してもよい。

本発明に係る第１の実施形態としての画像測定装置の構成を示す説明図である。 本発明に係る第１の実施形態の共焦点光学系の視野と各撮像媒体の撮像領域と関係を示す説明図である。 本発明に係る第１の実施形態としての画像測定装置のコンピュータの機能ブロック図である。 本発明に係る第２の実施形態としての光路変更機構の構成を示す説明図である。 本発明に係る第３の実施形態としての光路変更機構の構成を示す説明図である。 本発明に係る第４の実施形態としての光路変更機構の構成を示す説明図である。 本発明に係る第５の実施形態としての光路変更機構の構成を示す説明図である。 本発明に係る第６の実施形態としての光路変更機構の構成を示す説明図である。 本発明に係る第７の実施形態としての光路変更機構の構成を示す説明図である。 本発明に係る第８の実施形態としての光路変更機構の構成を示す説明図である。

符号の説明

１０：共焦点光学系 ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ：撮像装置
２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ：撮像媒体
３０，３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ，３０ｅ，３０ｆ，３０ｇ：光路変更機構
３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ：平面ミラー
４０：ＸＹＺステージ ５０：コンピュータ

Claims (6)

1. それぞれが被検物の異なる領域の画像を取得する複数の画像取得手段と、
   前記複数の画像取得手段により取得された複数の画像に基づいて、前記被検物の測定を行う測定手段と、
   前記複数の画像取得手段のそれぞれが取得する各画像の領域よりも広い視野で、前記被検物からの光を結像させる光学系と、
   前記光学系により前記被検物からの光が結像される面と該光学系との間の光路中に設けられ、該光路を変更する光路変更手段と、
   前記複数の画像取得手段と前記光路変更手段とのうち、少なくとも一方を順次移動させて、前記被検物からの光を前記複数の画像取得手段のそれぞれに導く移動手段と、
   を備えていることを特徴とする画像測定装置。
2. 請求項１に記載の画像測定装置において、
   前記光路変更手段は、前記複数の画像取得手段の数に応じた数量の光路変更素子を有し、
   前記移動手段は、複数の光路変更素子のそれぞれの位置を、前記光学系の光路上に位置して該光学系の光路を変える位置と、該光学系の光路上から退避した位置であって該光学系の光路を変えない位置とに、移動させる、
   ことを特徴とする画像測定装置。
3. 請求項１に記載の画像測定装置において、
   前記光路変更手段は、少なくとも一の光路変更素子を有し、
   前記移動手段は、前記光学系の光路内で、前記光路変更素子を回転又は平行移動させる、
   ことを特徴とする画像測定装置。
4. 請求項１に記載の画像測定装置において、
   前記光路変更手段は、光路変更方向が互いに異なり、前記複数の画像取得手段と同じ数量の光路変更素子を有し、
   前記移動手段は、前記複数の光路変更素子のそれぞれを、前記光学系の光路内へ順次移動させる、
   ことを特徴とする画像測定装置。
5. 請求項１に記載の画像測定装置において、
   前記光路変更手段は、少なくとも１つの光路変更素子を有し、
   前記移動手段は、前記複数の画像取得手段を一体的に回転又は平行移動させて、該複数の画像取得手段のそれぞれを順次前記光路内に位置させる、
   ことを特徴とする画像測定装置。
6. 請求項１に記載の画像測定装置において、
   前記光路変更手段は、前記複数の画像取得手段と同じ数量の光路変更素子を有し、複数の該光路変更素子のそれぞれは、対応する前記画像取得手段に対して相対位置が変化しないよう設けられ、
   前記移動手段は、前記光学系の光路内に前記複数の前記光路変更素子のそれぞれを順次移動させる、
   ことを特徴とする画像測定装置。

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