JP2928548B2

JP2928548B2 - 立体形状検出方法及びその装置

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Publication number: JP2928548B2
Application number: JP1199223A
Authority: JP
Inventors: 泰夫中川; シュリー・ケー・ナイヤー
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1989-08-02
Filing date: 1989-08-02
Publication date: 1999-08-03
Anticipated expiration: 2014-08-03
Also published as: US5151609A; JPH0363507A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、対象物の立体形状を検出する方法及びその
装置に関し、特に、焦点位置が異なる複数の画像から、
任意の対象物の立体形状が精度良好にして検出されるよ
うにした立体形状検出方法及びその装置に関するもので
ある。

〔従来の技術〕

これまで、焦点位置に着目した立体形状検出方法とし
ては、特開昭61−124809号公報に記載されたものが知ら
れている。これによる場合、被検査体としての凹凸パタ
ーンからは焦点位置を変えてそれぞれパターン検出が行
なわれ、これら焦点位置情報とパターン位置情報とから
パターンの平面的および立体的な寸法が算出されるよう
になっている。より具体的には、LSIウエハのパターン
の例として、これより焦点調製機構により焦点面を順次
変化させた画像が検出され、その映像信号の最もシャー
プな部分を抽出、合成することによって、段差パター
ンでの上の段差エッヂ、下の段差エッヂの何れに対して
もピントの合った段差パターンの検出、最もシャープ
な部分を抽出される場合での焦点位置からはパターンの
立体的寸法（厚さ）の検出、フォトレジストのパター
ンの場合、コントラスト最大の映像信号からは、その変
化率最大点としてパターン段差部での上下端位置の検
出、といったことなどが可能となっている。

一方、論文「分散値を利用した画像合成法」（電子通
信学会論文誌'83/10 Vol.J66−D No.10）によれば、焦
点位置の異なる画像から小領域毎の明るさの分散を求
め、これより各画像の中で合焦部分を抽出したうえ合成
することによって、画像全体に亘って焦点の合った画像
が得られるようになっている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、特開昭61−124809号公報によれば、薄
膜パターン段差部での上下端位置など、固有のコントラ
ストや固有な信号波形上の特徴を有する部分の位置を特
定することによって、段差パターン部での上下端位置や
厚さが検出され得ても、段差パターンの平坦部を含む立
体形状全体までは検出され得ないものとなっている。

一方、論文「分散値を利用した画像合成法」では、焦
点位置が異なる画像から全面合焦の画像が得られている
が、それら画像から立体形状を求めることまでは考慮さ
れていないものとなっている。

したがって、これまでは、焦点位置の異なる画像から
立体形状は何等検出されていなく、ましてや高さ方向
（Ｚ方向）に例えばΔｚづつ焦点位置を変化させて得た
画像から、Δｚより細かい高さ分解能をもつようにして
立体形状を検出することは何等考えられていないものと
なっている。

本発明の目的は、焦点位置が異なる画像より、対象物
の立体形状を精度良好にして検出し得る立体形状検出方
法及びその装置を供するにある。

また、本発明の他の第１の目的は、画像間の焦点位置
差よりもより細かい分解能で以て、対象物の立体形状を
検出し得る立体形状検出方法、第２の目的は、拡散表面
や鏡面など、テックスチャをもたない表面を有する対象
物であっても、その対象物の立体形状を検出し得る立体
形状検出方法、第３の目的は、より高速に対象物の立体
形状が検出され得る立体形状検出方法、第４の目的は、
特に第１の目的に関連してより高速に対象物の立体形状
が検出され得る立体形状検出方法をそれぞれ供するにあ
る。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明では、立体形状検
出方法は、光源から出射し多数配列された開口を有する
開口パターンを通過して多数の開口パターン形状に形成
された光パターンを試料の表面に投影し、試料とこの試
料を撮像する撮像手段の光学系の焦点との位置を光学系
の焦点の方向に相対的に変化させながら撮像手段で試料
を撮像して試料に投影された多数の開口パターン形状に
形成された光パターンの焦点位置の異なる多数の画像を
得、この焦点位置の異なる複数の画像の各々の画像につ
いて各々の画像内での合焦点位置を求め、この求めた各
々の画像内での合焦点位置に基づいて試料の立体形状を
求めるようにした。

また、上記目的を達成するために、本発明では、立体
形状検出装置を、光源と、多数配列された開口を有する
開口パターンを有して光源から出射した光を開口パター
ンを通過させて多数の開口パターンの形状に形成する光
パターン形成手段と、この光パターン形成手段により形
成された光パターンを試料の表面に投影する投影手段
と、この投影手段により試料の表面に投影された光パタ
ーンを光学系を介して撮像する撮像手段と、この撮像手
段の光学系の焦点の位置と光パターンが投影された試料
の位置とを光学系の光軸の方向に相対的に変化させる相
対位置変化手段と、この相対位置変化手段で撮像手段の
光学系の焦点の位置と光パターンが投影された試料の位
置とを光学系の光軸の方向に相対的に変化させながら撮
像手段で撮像して得た試料に投影された多数の開口パタ
ーン形状に形成された光パターンの焦点位置の異なる複
数の画像について各々の画像内での合焦点位置を求める
焦点位置算出手段と、この焦点位置算出手段で求めた各
々の画像内での合焦点位置に基づいて試料の立体形状を
求める立体形状算出手段とを備えて構成した。

〔作用〕

要は、対象物上の点各々について焦点位置が異なる複
数の画像を得、合焦測度が最大となる画像の焦点位置を
その点についての高さとして求めようというものであ
る。点各々の高さからは対象物の立体形状が求められる
わけであるが、その際、画像間に合焦点位置を内挿する
場合には、より小さい高さ分解能を以て点各々について
の高さが求められ、対象物の立体形状は精度良好にして
求められるというものである。ところで、画像検出では
対象物上の合焦点位置部分での面粗さやテックスチャを
検出することが重要であるが、その表面にそれらを有し
ない対象物に対しては、マルチスポット像や格子パター
ン、ランダムテックスチャを、合焦点位置面でコントラ
ストが良好なるべく投影するようにすればよい。その表
面にテックスチャがもたらせられることで、立体形状が
検出可能となるものである。また、焦点位置が異なる複
数の画像は、対象物・画像検出光学系間の相対的位置関
係をステップ的に変化せしめることで得られるが、その
相対的位置関係を連続的に変化させつつ例えば一定周期
的毎に画像を得る場合は、焦点位置が異なる複数の画像
はより高速にして得られ、この結果として対象物の立体
形状もまた高速に求められるというものである。更に、
対象物上の点各々について、合焦測度が最大となる画像
の焦点位置を求めるには各種の演算が要されるが、最終
的な途中演算結果をアドレスとしてマトリックスデータ
を参照する場合には、より早く最終的な演算結果、即
ち、点各々についての高さが求められるというものであ
る。

〔実施例〕

以下、本発明を第１図から第９図により説明する。

先ず本発明に係る立体形状検出装置について説明すれ
ば、第１図はその概略構成を対象物１とともに示したも
のである。本例では対象物はその表面が金属粒子の焼結
体など、ランダムで鮮明なテックスチャを有するものと
して仮定されており、その表面の合焦測度が通常の明視
野照明状態下で検出されるようになっている。

即ち、対象物１はランプ６からの照明光が照明レンズ
５、ハーフミラー４を介し照明されている状態で、その
高さが試料台２を介し上下機構３によって上下動されて
いる間に、その画像が結像レンズ７を介しTVカメラや１
次元イメージセンサなどの各種撮像手段としての像検出
器８で検出されるようになっている。結像レンズ７やこ
れを含む画像検出光学系全体を上下動させても同様に画
像が検出されるが、何れにしてもこれにより異なる焦点
位置での画像が複数得られるわけである。本例では説明
の簡単化上、合焦点位置の高さはZ₁,Z₂,Z₃（Z₃−Z₂＝Z₂
−Z₁＝Δｚ（一定）として仮定）として示されており、
また、図示の状態では画像検出光学系の焦点位置はZ₂に
一致するものとして示されたものとなっている。さて、
第２図（ａ）にはそれら高さZ₁,Z₂,Z₃各々に対応する映
像信号V₁,V₂,V₃が例示されているが、一般に映像信号は
合焦点位置部分が最も鮮明であり信号振幅が大きく、し
かもその部分での周波数も大きなものとなっている。再
び第１図に戻り説明すれば、合焦測度検出部９では像検
出器８からのそれら映像信号V₁,V₂,V₃より入力画面上で
の点各々について合焦測度が求められるようになってい
る。ここにいう合焦測度とは、その点での焦点の合い具
合を代表して示す数値として定義されるが、合焦測度は
例えば以下のようにして求められるようになっている。

即ち、合焦点位置の高さZ_i（ｉ＝1,2,…,n）での対象
物からの検出画像をV_i（x,y）とすれば、検出画像V
_i（x,y）からコントラスト画像C_i（x,y）は式（１）に
よって求められるようになっている。

C_i（x,y）＝｜−V_i（ｘ−1,y）＋2V_i（x,y） −V_i（ｘ＋1,y）｜＋｜−V_i（x,y−１）＋2V_i（x,y）−V_i（x,y＋１）｜ ……（１）更にC_i（x,y）からは合焦測度F_i（x,y）が式（２）に
よって求められる。

但し、m,m′は予め定められた定数であり、局部画像
の加算領域を示すものとなっている。

式（２）より明らかなように、本例での合焦測度F
_i（x,y）はコントラスト画像C_i（x,y）の局所加算、即
ち、平滑化に相当したものとなっている。

第３図はその合焦測度検出部の一具体的構成を示した
ものである。図示のように、検出画像V_i（x,y）での映
像信号はA/D変換回路12で順次ディジタル量に変換され
たうえシフトレジスタ（検出画像−走査線分の容量をも
つ）13,14を順次介されることによって、シフトレジス
タ13,14各々からは１走査線前、２走査線前の映像信号
が併せて得られるようになっている。したがって、これ
ら映像信号とA/D変換回路12からの映像信号とをコント
ラスト抽出回路15に入力せしめれば、コントラスト抽出
回路15ではそれら映像信号各々にもとづきその内部で式
（１）に従ってコントラスト画像C_i（x,y）が求められ
るものである。このようにして求められたコントラスト
画像C_i（x,y）はその後A/D変換回路12からの映像信号と
同様にして、シフトレジスタ（検出画像−走査線分の容
量）16,17を順次介され、シフトレジスタ16,17各々から
のものとともに平滑化回路18に入力され、平滑化回路18
では式（２）に従って焦点量F_i（x,y）が求められるも
のである。平滑化回路18への入力は図示のようであるこ
とから、本例では既述の定数ｍ′は１であり、これに応
じてｍの値も１に設定されたものとなっている。以上の
処理はパイプライン的に処理され得ることから、その処
理は実時間的に行なわれ得るものとなっている。

なお、コントラスト画像C_i（x,y）が算出された際
に、その値が予め定められるしきい値T₁以下の場合に
は、C_i（x,y）は以下のように処理されてもよい。

C_i（x,y）＝０（C_i（x,y）≦T₁の場合）……（３）これは、焦点ずれ部分でのノイズ除去のための処理で
ある。また、本例ではコントラスト画像C_i（x,y）は３
（ｘ方向の画素数）×３（ｙ方向の画素数）画素に対す
る２次微分の絶対値和として表現されているが、これに
限定されることなく５×５画素など、より大きな局所画
像範囲内での２次微分であってもよい。２次微分以外に
はラプラシアン、ガウシアンラプラシアン、１次微分、
２×２画素のロバーツグラディエントなど、各種の微分
オペレータをC_i（x,y）算出のために適用し得るものと
なっている。場合によっては、式（４）として示すよう
に、濃度の分数値よりC_i（x,y）が求められてもよいも
のである。

但し、Ｖμ（x,y）は次式で与えられる平均濃度であ
る。

更に、式（２）では平滑化のための局所加算が行なわ
れているが、これは平均値処理や中間値処理であって
も、また、その他のノイズ処理であってもよい。尤も、
検出画像が極めて均質なテックスチャを有し、ノイズ成
分も極めて少ない場合には、その処理は省略可能となっ
ている。

さて、以上のようにして合焦測度F_iが求められるが、
第２図（ｂ）は第２図（ａ）に示す映像信号V₁,V₂,V₃各
々に関連した合焦測度F₁,F₂,F₃を一次元的に示したもの
である。これより合焦点部分に対応した映像信号位置で
は合焦測度が大として検出されるようになっている。

次に合焦測度最大値位置検出について説明すれば、い
ま、対象物上の点各々について第４図（ａ）に示すよう
にF_i（x,y）（ｉ＝1,2……,n）が求められているとし
て、これらF_i（x,y）より合焦測度が最大となる焦点位
置を求めるようにすれば、最終的に対象物の立体形状Ｚ
（x,y）が求められることになる。より具体的に説明す
れば、第４図（ｂ）は第４図（ａ）に示す対象物上のあ
る座標点（x,y）についてのF_iの値をプロットしたもの
であるが、合焦測度Ｆが最大値Fpとなる場合でのｚ座標
Zpを求めるようにすれば、これがその座標点（x,y）で
の高さとして求められるというものである。第１図
（ｃ）は第１図（ｂ）におけるｘ方向任意座標位置Ｘで
のF_iの分布を示すが、この分布より合焦測度Ｆの最大値
F_pを求め、これに対するｚ座標Z_pを求めるようにすれ
ば、このｚ座標Zpが任意座標位置Ｘでの高さとして求め
られ、結果的に対象物の立体形状が検出されるものであ
ることが判る。

以上のように合焦測度Ｆの最大値F_pに対するｚ座標Z_p
を求めることが必要となるが、ｚ座標Z_pは例えば以下の
ようにして求められるものとなっている。

即ち、この方法ではF_i（x,y）のデータ分布は式
（６）に示すように、ガウス分布として仮定されるよう
になっている。

但し、σはＦの分散を示す。

この式（６）にもとづきｚ座標Z_pを求めるには、座標
点（x,y）についてのF_i（x,y）（ｉ＝1,2……,n）の中
より最大値F_mとそのｚ座標Z_m、更にはその前のF_m-1（x,
y）とそのｚ座標Z_m-1、およびその後のF_m+1（x,y）とそ
のｚ座標Z_m+1が求められるようになっている。結果的に
（F_m-1,Z_m-1），（F_m,Z_m），（F_m+1,Z_m+1）F_i（x,y）の
中より求められるものであるが、これらを式（６）中の
F,zに代入すれば、未知数としてのF_P,σ,Z_Pが以下のよ
うに、容易に求められるものである。

したがって、対象物上の座標点（x,y）全てについ
て、式（７）に従って演算すれば、対象物の立体形状Ｚ
（x,y）が求められるわけである。Z_pを求めるのに式
（８），（９）は必ずしも必要とはされないが、F_pの値
が予め設定されているしきい値T₂よりも大きく、しかも
σの値が予め設定されているしきい値T₃よりも小さい場
合のみ式（７）で得られた値をそのままZ_pとして用い、
それ以外の場合はZ_pとして特殊な値、例えば０を用いる
ようにすれば、Z₁からZ_nまでの何れでも焦点が合わない
背景部などを除去し得るものとなっている。

以上の合焦測度最大値位置は合焦測度最大値位置検出
部10で検出されるが、第５図はその具体的構成（但し、
しきい値T₂,T₃による判定処理は含まず）を示したもの
である。これによる場合、３つの連続したF_i（x,y）,F
_i-1（x,y）,F_i-2（x,y）を更新可として記憶するフレー
ムメモリ19,20,21、これらフレームメモリ19,20,21にF_i
（x,y）を選択的に書き込むための選択回路22、フレー
ムメモリ19,20,21の何れか２つからはF_i-2（x,y）,F_i-1
（x,y）を、また、合焦測度検出部９からのF_i（x,y）を
入力としてF_i-1（x,y）が最大か否かを判定する最大値
抽出回路23、任意の座標点（x,y）においてF_i-1（x,y）
が極大であった場合に、F_i-1（x,y）をF_m（x,y）として
書き込むフレームメモリ24、その場合に最大値抽出回路
23内において求められたΔｚ×（ｉ−１）（＝Z_m）をZ_m
として書き込むフレームメモリ24′、その場合にF
_i-2（x,y）をF_m-1（x,y）として書き込むフレームメモ
リ25、その場合にF_i（x,y）をF_m+1（x,y）として書き込
むフレームメモリ26、およびF_m-1（x,y）,F_m（x,y）,F
_m+1（x,y）やZ_m,Z_m+1＝Z_m−Δｚ）,Z_m+1（＝Z_m＋Δｚ）
にもとづき式（７）によりZ_p（x,y）を求める最大値位
置検出回路27より構成されたものとなっている。

この合焦測度最大値位検出部10での動作について説明
すれば、選択回路22では合焦測度検出部９より実時間で
送出されるF_i（x,y）を最も古い２フレーム（検出画
面）前のF_i-2（x,y）が記憶されているフレームメモリ1
9,20,21の何れかに新たなF_i（x,yとして書き込むように
なっている。この結果、フレームメモリ19,20,21の残さ
れた２つにはそのF_i（x,y）に対し１フレーム前、２フ
レーム前のF_i-1（x,y）,F_i-2（x,y）が常に記憶されて
いることになるものである。最大値抽出回路23ではまた
検出画像が得られる度に、フレームメモリ19,20,21の何
れか２つのF_i-1（x,y）,F_i-2（x,y）と合焦測度検出部
９からのF_i（x,y）とにもとづき式（10）で示される関
係が座標点（x,y）各々で成立するか否かが判定されて
いるものである。

F_i-2（x,y）＜F_i-1（x,y）F_i（x,y） ……（10）もしも式（10）が成立した場合には、F_i-1（x,y）が
極大値であると見做して、次には、これがこれまでにフ
レームメモリ24に記憶されているF_m（x,y）よりも大き
いか否かが式（10）によって判定されるようになってい
る。

F_i-1（x,y）＞F_m（x,y） ……（11）もしも、式（11）が成立しない場合は何等の処理も行
なわれないが、成立した場合にはそのF_i-1（x,y）をこ
れまでに得られた最大値であるとして、これを新たなF_m
（x,y）とする更新処理が行なわれるものである。この
更新処理ではそのF_i-1（x,y）がF_m（x,y）としてフレー
ムメモリ24に書き込まれるが、フレーム24′にはその時
点でのｉの値にもとづくZ_m（＝Δ_ｚ×（ｉ−１））が、
また、フレームメモリ25にはその時点でのF_i-2（x,y）
がF_m-1（x,y）として、更にフレームメモリ26にはその
時点でのF_i（x,y）がF_m+1（x,y）として書き込まれるも
のである。

したがって、以上の処理をｉ＝１からｎまで実行すれ
ば、フレームメモリ24,25,26各々には座標点（x,y）全
てについての、合焦測度最大値に係るF_m（x,y）,F
_m-1（x,y）,F_m+1（x,y）が、また、フレームメモリ24′
にはZ_mが記憶されていることになるものである。よっ
て、これらの値にもとづき最大値位置検出回路27を式
（７）として示されている演算が行なわれれば、座標点
（x,y）全てについてZ_p（x,y）が求められるものであ
る。

ところで、以上の処理ではガウス分布の主たる部分で
のデータ３点にもとづきガスウ分布を求め、これよりZ_p
（x,y）が求められているが、ガウス分布近似はこれ以
外にも、第４図（ｂ）に示した全てのデータ点にもとづ
き最小二乗近似によって求められるようになっている。
また、F_p,Z_pの算出はガウス分布近似による場合以外に
も考えられるものとなっている。例えば第６図に示すよ
うに、F_m-1（x,y）,F_m+1（x,y）のうち小さいものとF_m
（x,y）とを直線で結び、この直線の傾き角をαとし
て、F_m-1（x,y）,F_m+1（x,y）のうち大きいものを通る
ようにして傾き角αの直線を引くようにすれば、これら
直線の交点として（F_p,Z_p）を求めてもよいものであ
る。更に第７図に示すように、データ点列を折れ線近似
したうえ適当に設定されたしきい値T₄との交点Ｚ′,Z″
を求めるようにすれば、Z_pは以下のように求められるも
のとなっている。

場合によってはZ_pはデータ点列の重心位置として求め
られてもよいものである。

ところで、また、Z_p（x,y）がガウス分布近似によっ
て式（７）で求められるにしても、Z_pをその都度演算を
行なうのではなく直接的に求めることも可能となってい
る。結局なところ、Z_pをはF_m,F_m-1,F_m+1の関数となるこ
とから、第８図に示すように、座標（F_m,F_m-1,F_m+1）か
らなる３次元メモリに、F_m,F_m-1,F_m+1の全ての組合せに
対するΔＺ＝Z_p−Z_mを予め求め、記憶しておけば、これ
を参照することでZ_pがより高速に求められるものであ
る。その際、F_m,F_m-1,F_m+1を例えばF_mで、また、Z_m,Z
_m+1,Z_m-1をΔｚで正規化しておく場合は、メモリ容量が
少なくて済まされるものである。更に、以上の説明で
は、合焦測度最大値位置検出では画像検出ピッチΔｚよ
りも細かい値でZ_pを求めることに重点がおかれている
が、Δｚピッチ単位にZ_pを求めるのであれば、以下の式
（13）より単純にZ_pは求められるものとなっている。

Z_p（x,y）＝i|max（F_i（x,y）,i＝1,2……,n） ……（13）即ち、座標点（x,y）全てに対してF_i（x,y）が最大と
なる場合でのｉを求め、これをZ_p（x,y）とすればよい
ものである。

以上合焦測度最大値位置検出にもとづいてZ_p（x,y）
が求められたが、これにもとづき立体形状表示部11では
対象物１のその立体形状が表示されるものとなってい
る。立体形状表示部11では合焦測度最大値位置検出部10
からのZ_p（x,y）全てがメモリに一旦記憶されたうえ、
表示管に立体形状として表示されるようになっている
が、その表示には表示管以外にプリンタや、各種の表示
手段を利用し得るものとなっている。また、単に立体形
状を表示するだけではく、Z_p（x,y）は自動検査や形状
収集などに用いられることがあるから、このような場合
には立体形状表示部11は自動検査のための判定回路であ
ったり、あるいは形状収集のための大規模メモリや計算
機であったりすることは明らかである。

最後に本発明の変形態様、あるいはより望ましい実施
態様について説明すれば、対象物の表面でのテックスチ
ャが不鮮明な場合、あるいはテックスチャを有しない拡
散面や鏡面をその表面として有する対象物に対しては、
格子パターンやマルチスポット光を使用することで、テ
ックスチャを有しない拡散面表面に照明によるテックス
チャを形成せしめたり、鏡面からの反射光を多数光源像
にさせることが可能であり、このようにすれば拡散面や
鏡面に対してもその立体形状が検出され得るというもの
である。より詳細に説明すれば、第９図（ａ）では周囲
からのライドガイド（光源部は図示省略）28によってマ
ルチスポット光源が形成され、対象物（図示せず）はそ
れらライドガイド28によって照明されるようになってい
る。また、第９図（ｂ）では格子状光源として照明する
例を示しており、暗視野照明用放物凹面鏡29への照明光
束30によってその鏡面上には格子状パターンが形成され
るようになっている。更に第９図（ｃ）では明視野照明
とされるも、その照明側実像面上にはフイルタ31が挿入
されたものとなっている。フイルタ31としてマルチスポ
ット（多数の円形開口部）フイルタや、格子パターン、
あるいはランダムなテックスチャを有するフイルタなど
を挿入し、合焦面ではそれらが最もコントラスト良好に
投影されるようにすれば、マルチスポット像や格子パタ
ーン、ランダムテックスチャが像検出によって検出され
ることで、対象物の立体形状が検出され得るものであ
る。

次に本例では対象物の上下動をステップ的に行ない、
各停止位置で画像検出が行なわれる場合を想定している
が、より高速に立体形状を検出するために、例えば速度
一定として対象物と画像検出光学系との相対的位置関係
を連続的に変化せしめている間に、周期的に、あるいは
非周期的に一定時間内に亘って対象物の像を平均的に検
出するようにしてもよい。TVカメラを像検出器として用
いる場合など、蓄積型センサでは一定時間（蓄積時間）
内の間に受光部に蓄積、あるいは放電された電荷がその
受光部で受光された光量に対応することから、対象物と
画像検出光学系との間の相対的位置関係を連続的に変化
させつつ蓄積型センサで対象物の画像を検出する場合
は、蓄積時間内での変化量に対応した、平均的な画像が
得られることから、何等不具合は生じないというもので
ある。したがって、そのようにして画像検出を行なう場
合は、焦点位置が異なる複数の画像検出がより高速に検
出され、ひいては対象物の立体形状もまたより高速に求
められるものである。

〔発明の効果〕

以上説明したよう、本発明によれば、任意対象物の立
体形状が、確実に求められる。

また、本発明によれば、焦点位置の差よりも細かく高
精度に対象物の立体形状が求められ、しかもまた、検出
画像数が少ない場合であっても、立体形状が検出される
ことになる。

更に、本発明によれば、対象物の表面が鏡面や拡散面
であっても、対象物の立体形状が求められる。

更にまた、本発明によれば、より高速に立体形状を求
めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る立体形状検出装置の概略構成を
対象物とともに示す図、第２図（ａ），（ｂ），（ｃ）
は、本発明に係る処理内容の概略を説明するための図、
第３図は、その装置における構成要素としての合焦測度
検出部の一具体的構成を示す図、第４図（ａ），（ｂ）
は、画像間に内挿された合焦測度最大値位置を求めるた
めの説明図、第５図は、その装置における構成要素とし
ての合焦測度最大値位置検出部の一具体的構成を示す
図、第６図，第７図は、画像間に内挿された合焦測度最
大値位置を他の方法によって求める場合を説明するため
の図、第８図は、画像間に内挿された合焦測度最大値位
置を求める際に参照されるマトリックスデータを説明す
るための図、第９図（ａ），（ｂ），（ｃ）は、本発明
に係る各種照明方式を説明するための図である。１……対象物、３……上下機構、４……ハーフミラー、
５……照明レンズ、６……ランプ、７……結像レンズ、
８……像検出器、９……合焦測度検出部、10……合焦測
度最大値位置検出部、11……立体形状表示部、28……ラ
イトガイド、29……暗視野照明用放物凹面鏡、31……フ
ィルタ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭60−161512（ＪＰ，Ａ) 特開昭64−54208（ＪＰ，Ａ) 特開昭64−44805（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−75602（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−24116（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−44972（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】光源から出射し多数配列された開口を有す
る開口パターンを通過して多数の開口パターン形状に形
成された光パターンを試料の表面に投影し、前記試料と
該試料を撮像する撮像手段の光学系の焦点との位置を該
光学系の焦点の方向に相対的に変化させながら前記撮像
手段で前記試料を撮像して前記試料に投影された前記多
数の開口パターン形状に形成された光パターンの焦点位
置の異なる多数の画像を得、該焦点位置の異なる複数の
画像の各々の画像について各々の画像内での合焦点位置
を求め、該求めた各々の画像内での合焦点位置に基づい
て前記試料の立体形状を求めることを特徴とする立体形
状検出方法。
【請求項２】前記多数配列された開口を有する開口パタ
ーンを通過して多数の開口パターン形状に形成された光
パターンが、格子状の光パターンまたはマルチスポット
の光パターンであることを特徴とする請求項１記載の立
体形状検出方法。
【請求項３】光源と、多数配列された開口を有する開口
パターンを有して前記光源から出射した光を前記開口パ
ターンを通過させて前記多数の開口パターンの形状に形
成する光パターン形成手段と、該光パターン形成手段に
より形成された光パターンを試料の表面に投影する投影
手段と、該投影手段により前記試料の表面に投影された
前記光パターンを光学系を介して撮像する撮像手段と、
該撮像手段の光学系の焦点の位置と前記光パターンが投
影された試料の位置とを前記光学系の光軸の方向に相対
的に変化させる相対位置変化手段と、該相対位置変化手
段で前記撮像手段の光学系の焦点の位置と前記光パター
ンが投影された試料の位置とを前記光学系の光軸の方向
に相対的に変化させながら前記撮像手段で撮像して得た
前記試料に投影された前記多数の開口パターン形状に形
成された光パターンの焦点位置の異なる複数の画像につ
いて各々の画像内での合焦点位置を求める焦点位置算出
手段と、該焦点位置算出手段で求めた各々の画像内での
合焦点位置に基づいて前記試料の立体形状を求める立体
形状算出手段とを備えたことを特徴とする立体形状検出
装置。
【請求項４】前記光パターン形成手段が、格子状の光パ
ターンまたはマルチスポットの光パターンを形成するこ
とを特徴とする請求項３記載の立体形状検出装置。