JP6166702B2 - Length measuring device and length measuring method - Google Patents

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  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Description

本発明は、測長装置および測長方法に関し、特に、試料表面の凹凸形状や経時変化・熱膨張収縮・膨潤などによる位置変化を推定する測長装置および測長方法に関する。   The present invention relates to a length measuring device and a length measuring method, and more particularly, to a length measuring device and a length measuring method for estimating a concavo-convex shape of a sample surface and a position change due to aging, thermal expansion / shrinkage, swelling, and the like.

試料の形状や位置を測定する装置として、CCDなどの撮像素子を備えた顕微鏡やレーザ変位計がある。図7に、従来の測長装置の構成を示す。この測長装置700は、光源701とセンサ702と駆動部703とスケール704とを備えている。   As a device for measuring the shape and position of a sample, there are a microscope equipped with an image sensor such as a CCD and a laser displacement meter. FIG. 7 shows the configuration of a conventional length measuring device. The length measuring device 700 includes a light source 701, a sensor 702, a drive unit 703, and a scale 704.

測長装置700としては、例えば、撮像素子を備えた顕微鏡の場合、光源701からの入力光として照明光を用い、センサ702としてCCDなどの撮像素子を備え、駆動部703としてレンズを含む光学系を試料に対して近づけたり遠ざけたりするようにZ方向に動かす機構を備えている。   For example, in the case of a microscope equipped with an image sensor, the length measuring device 700 uses illumination light as input light from the light source 701, an image sensor such as a CCD as the sensor 702, and an optical system including a lens as the drive unit 703. Is moved in the Z direction so as to approach or move away from the sample.

センサ702で得られた画像のコントラストを算出して評価量とし、この値が最大となるように試料710とセンサ702との距離を駆動部703で変化させる。尚、対物レンズなどの光学素子を備えている場合は、それらを駆動させて光学距離を変化させてもよいし、センサ702が搭載されている機構を移動させてもよい。評価量が最大となるときの距離をスケールから読み取ることで、試料710表面とセンサ702の撮像面との距離を測定できる。これを試料710の面内方向に繰り返すことで試料710の表面形状を測定することができる。   The contrast of the image obtained by the sensor 702 is calculated as an evaluation amount, and the distance between the sample 710 and the sensor 702 is changed by the driving unit 703 so that this value becomes maximum. In the case where an optical element such as an objective lens is provided, the optical distance may be changed by driving them, or the mechanism on which the sensor 702 is mounted may be moved. By reading the distance when the evaluation amount is maximum from the scale, the distance between the surface of the sample 710 and the imaging surface of the sensor 702 can be measured. By repeating this in the in-plane direction of the sample 710, the surface shape of the sample 710 can be measured.

また、レーザ変位計の場合、光源701として単一波長光を出力するレーザを用い、センサ702としてピンホールを前面に備えたフォトディテクタ、駆動部703としてレンズを備えている(非特許文献2参照)。試料710表面で反射されて戻ってきた光がピンホールを経由してセンサ702に検出されたときの光量を評価量とする。この評価量が最大となるように試料710表面とセンサ702の撮像面との距離を駆動部703で変化させる。この場合も、レンズを駆動し試料表面で焦点を結ぶようにしたときに評価量が最大となる。このときのレンズの位置を読み取ることで、試料710表面とセンサ702の撮像面の距離を測定できる。試料710を搭載した台をレーザ光進行方向に垂直な面内方向に移動させることで形状を測定することができる。   In the case of a laser displacement meter, a laser that outputs single-wavelength light is used as the light source 701, a photodetector having a pinhole on the front surface as the sensor 702, and a lens as the driving unit 703 (see Non-Patent Document 2). . The amount of light when the light reflected and returned from the surface of the sample 710 is detected by the sensor 702 via the pinhole is defined as an evaluation amount. The drive unit 703 changes the distance between the surface of the sample 710 and the imaging surface of the sensor 702 so that the evaluation amount is maximized. In this case, the evaluation amount is maximized when the lens is driven to focus on the sample surface. By reading the position of the lens at this time, the distance between the surface of the sample 710 and the imaging surface of the sensor 702 can be measured. The shape can be measured by moving the stage on which the sample 710 is mounted in an in-plane direction perpendicular to the laser beam traveling direction.

久米秀尚、「縮退続くデジカメ市場 虎の子技術導入で反転へ」、日経エレクトロニクス、8−9頁、2014年3月3日号Hidenao Kume, “The digital camera market continues to shrink and reversal with the introduction of Toranoko technology”, Nikkei Electronics, 8-9, March 3, 2014 issue 「コンフォーカル(共焦点)光学系の原理」、[online]、レーザーテック株式会社、[平成26年8月20日検索]、インターネット<URL:http://www.lasertec.co.jp/products/principle/principle2.html>“Principles of Confocal Optical Systems” [online], Lasertec Corporation, [searched August 20, 2014], Internet <URL: http://www.lasertec.co.jp/products/ principle / principle2.html>

しかしながら、従来の測定方法では、凹凸を有する粗面にこれらの方法を適用した場合は測定精度が劣化するという課題がある。   However, the conventional measurement method has a problem that the measurement accuracy deteriorates when these methods are applied to a rough surface having irregularities.

例えば、顕微鏡を用いた場合、面が平坦であれば図8(a)のようにZ方向の移動量に対して画像のコントラストの値がピークをもつような曲線となり、ピーク値は1つである。しかし、試料710表面のセンサ702に写る範囲に複数の凹凸がある場合、図8(b)のように各凹凸に対応するコントラストが極大となる複数の距離が存在し、それら複数の極大値の中から対象の1つの凹凸に対応する極大値を選ぶことは困難である。したがって、個々の凹凸との距離を測定するのではなく、センサ702に写る範囲の面単位の凹凸程度の測定精度しか得られない。   For example, when a microscope is used, if the surface is flat, a curve having a peak image contrast value with respect to the amount of movement in the Z direction is obtained as shown in FIG. is there. However, when there are a plurality of projections and depressions in the range reflected by the sensor 702 on the surface of the sample 710, there are a plurality of distances at which the contrast corresponding to each projection and projection is a maximum as shown in FIG. It is difficult to select a maximum value corresponding to one unevenness of the object from the inside. Therefore, it is not possible to measure the distance to the individual irregularities, but only to obtain a measurement accuracy of the degree of irregularities in the surface unit in the range reflected in the sensor 702.

同様にレーザ変位系についても、凹凸面のどの部分で合焦させるかに依存し、レーザのビーム径内に含まれる凹凸程度以上の精度は得られない。また、凹凸面であるため入力光は散乱されてしまいセンサ702へ戻る光量が小さくセンサ702の検出精度を低下させている。   Similarly, with respect to the laser displacement system, it is dependent on which part of the concavo-convex surface is focused, and an accuracy higher than that of the concavo-convex included in the laser beam diameter cannot be obtained. Further, since the surface is an uneven surface, the input light is scattered and the amount of light returning to the sensor 702 is small, and the detection accuracy of the sensor 702 is lowered.

さらに、レーザなどで局所的に合焦させ凹凸面水平方向にスキャンしてもよいが、各点で合焦させるために駆動部を調整する必要があるため、凹凸面全体に適用するには精度が落ち時間がかかるという課題がある。   Furthermore, it may be focused locally with a laser or the like and scanned in the horizontal direction of the concavo-convex surface, but it is necessary to adjust the drive unit to focus at each point. There is a problem that it takes time to fall.

また、測定に時間がかかると、測定中に測定装置や試料がドリフトしたり熱変形したりしてさらに精度が劣化するという課題がある。   In addition, when the measurement takes time, there is a problem in that the accuracy is further deteriorated due to drift of the measurement device or the sample or thermal deformation during the measurement.

以上から、従来技術では凹凸面を備えた試料の高さや距離の正確な値を得ることが難しかった。したがって、経時変化・熱膨張収縮・膨潤などによる形状や位置変化をしたことを表面の変位で捉えようとしても、凹凸面で局所的に合焦させれば高さは測定できるが、面全体としてどのように変位したかを高精度に測定することは困難であった。   From the above, it has been difficult to obtain accurate values of the height and distance of a sample having an uneven surface in the prior art. Therefore, even if you try to capture the change in shape and position due to changes over time, thermal expansion / contraction, swelling, etc. by surface displacement, if you focus locally on an uneven surface, you can measure the height, but as a whole surface It was difficult to measure with high accuracy how it was displaced.

本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、合焦させるために撮像素子や光学素子を移動させることなく、撮像素子の撮像面から試料の表面までの距離を推定可能な測長装置および測長方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems, and its object is to move from the imaging surface of the image sensor to the surface of the sample without moving the image sensor or the optical element for focusing. The object is to provide a length measuring device and a length measuring method capable of estimating a distance.

上記の課題を解決するために、本発明は、測長装置であって、撮像素子と、前記撮像素子と台との距離を変更可能な駆動部と、前記撮像素子の撮像面と前記台上に設置された試料の被測定表面との距離を測定するスケールと、前記台上に設置された前記試料の被測定表面を前記撮像素子によって撮影した、前記試料の被測定表面の少なくとも一部に合焦している画像および前記試料の被測定表面の少なくとも一部に合焦している画像が撮影されたときの前記スケールで測定された実測距離値を含む2以上の参照データ、ならびに前記撮像素子が前記試料の被測定表面を撮影した画像を少なくとも含む1以上の対象データを格納する記憶部と、前記記憶部に格納された前記参照データの各画像と前記対象データの各画像との任意の画像処理範囲について、並進および回転移動させながら、前記参照データの各画像と前記対象データの各画像との重なり領域における階調値の差の2乗平均を算出し、並進および回転移動した中で最小の前記2乗平均を前記参照データの各画像と前記対象データの各画像との一致度とし、前記対象データの各画像を撮影したときの前記撮像素子から前記試料の被測定表面までの推定距離値を前記参照データの各画像との前記一致度および対応する前記参照データの実測距離値に基づき推定する、計算部と、を備えたことを特徴とする。   In order to solve the above problems, the present invention provides a length measuring device, an imaging device, a drive unit capable of changing a distance between the imaging device and a table, an imaging surface of the imaging device, and the platform A scale for measuring the distance from the surface to be measured of the sample placed on the surface, and at least part of the surface to be measured of the sample obtained by photographing the surface to be measured of the sample placed on the table with the imaging device Two or more pieces of reference data including an in-focus image and an actual distance value measured at the scale when an image in focus on at least a part of the surface to be measured of the sample is captured, and the imaging A storage unit that stores at least one target data including at least an image obtained by photographing the surface of the sample to be measured, and any of the images of the reference data and the images of the target data stored in the storage unit Image processing range Then, while translating and rotating, calculate the mean square of the difference in gradation value in the overlapping area between each image of the reference data and each image of the target data, the smallest among the translated and rotated The root mean square is the degree of coincidence between each image of the reference data and each image of the target data, and an estimated distance value from the image sensor to the surface to be measured of the sample when each image of the target data is captured. And a calculation unit that estimates based on the degree of coincidence of each of the reference data with each image and the corresponding measured distance value of the reference data.

請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の測長装置において、前記対象データは、前記対象データの各画像を撮影したときの前記スケールで測定された実測距離値を含み、前記計算部は、前記推定距離値と、対応する前記対象データの実測距離値との差として前記試料の被測定表面の位置の変位を計算することを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the length measuring device according to the first aspect, the target data includes an actual distance value measured at the scale when each image of the target data is captured, and the calculation is performed. The unit calculates the displacement of the position of the surface to be measured of the sample as a difference between the estimated distance value and the measured distance value of the corresponding target data.

請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の測長装置において、前記計算部は、前記試料の被測定表面の位置の変位を、前記各対象データの前記実測距離値が前記各対象データの前記推定距離値と前記試料の被測定表面の位置の変位との和と等しいとして回帰分析を行うことで計算することを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the length measuring apparatus according to the second aspect, the calculation unit calculates the displacement of the position of the surface to be measured of the sample, and the measured distance value of the target data indicates the target. It is calculated by performing regression analysis on the assumption that the sum of the estimated distance value of the data and the displacement of the position of the surface of the sample to be measured is equal.

請求項4に記載の発明は、請求項1乃至3のいずれかに記載の測長装置において、前記参照データの前記実測距離値の範囲がz1からz2であるとき、前記対象データの各画像は、前記スケールで測定される距離がz1からz2の間にある位置で撮影されたことを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in the length measuring device according to any one of the first to third aspects, when the range of the measured distance value of the reference data is z1 to z2, each image of the target data is The distance measured with the scale is taken at a position between z1 and z2.

請求項5に記載の発明は、請求項1乃至4のいずれかに記載の測長装置において、前記試料は、前記被測定表面とは異なる基準面を含み、前記スケールは、前記基準面をゼロ基準として前記撮像素子の撮像面と前記試料の被測定表面との距離を算出することを特徴とする。   According to a fifth aspect of the present invention, in the length measuring device according to any one of the first to fourth aspects, the sample includes a reference plane different from the surface to be measured, and the scale has zero the reference plane. The distance between the imaging surface of the imaging device and the surface to be measured of the sample is calculated as a reference.

請求項6に記載の発明は、請求項1乃至5のいずれかに記載の測長装置において、前記計算部は、前記各対象データの前記推定距離値を、前記一致度が最も小さい画像を有する前記参照データの前記実測距離値とすることを特徴とする。   A sixth aspect of the present invention is the length measuring device according to any one of the first to fifth aspects, wherein the calculation unit includes the estimated distance value of the target data and an image having the smallest degree of coincidence. The measured distance value of the reference data is used.

請求項7に記載の発明は、請求項1乃至5のいずれかに記載の測長装置において、前記計算部は、前記各対象データの前記推定距離値を、前記各参照データの前記実測距離値を前記一致度によって重み付けして足し合わせることにより算出することを特徴とする。   The invention according to claim 7 is the length measuring device according to any one of claims 1 to 5, wherein the calculation unit calculates the estimated distance value of each of the target data and the measured distance value of each of the reference data. Is calculated by adding the weights according to the degree of coincidence.

請求項8に記載の発明は、撮像素子と、前記撮像素子と台との距離を変更可能な駆動部と、前記撮像素子の撮像面と前記台上に設置された試料の被測定表面との距離を測定するスケールと、前記撮像素子で撮影された画像および前記スケールで測定された実測距離値を格納する記憶部と、前記画像および前記実測距離値から前記撮像素子の撮像面と前記試料の被測定表面との距離を推定する計算部とを備えた測長装置における測長方法であって、前記試料の被測定表面を前記撮像素子によって撮影した、前記試料の被測定表面の少なくとも一部に合焦している画像および前記試料の被測定表面の少なくとも一部に合焦している画像が撮影されたときの前記スケールで測定された実測距離値を含む2以上の参照データを前記記憶部に格納するステップと、前記撮像素子が前記試料の被測定表面を撮影した画像を少なくとも含む1以上の対象データを前記記憶部に格納するステップと、前記記憶部に格納された前記参照データの画像と前記対象データの画像とについて任意の画像処理範囲を規定するステップと、前記参照データの各画像と前記対象データの各画像とについて、前記画像処理範囲を並進および回転移動させながら、前記参照データの各画像と前記対象データの各画像との重なり領域における階調値の差の2乗平均値を算出し、並進および回転移動した中から最小の前記2乗平均値を求めて前記参照データの各画像と前記対象データの各画像との一致度とするステップと、前記対象データの各画像を撮影したときの前記撮像素子から前記試料の被測定表面までの推定距離値を前記参照データの各画像との前記一致度および対応する前記参照データの実測距離値に基づき推定するステップと、を有することを特徴とする測長方法。   According to an eighth aspect of the present invention, there is provided an imaging device, a drive unit capable of changing a distance between the imaging device and a table, an imaging surface of the imaging device, and a measured surface of a sample placed on the table. A scale for measuring a distance; a storage unit for storing an image photographed by the image sensor and an actual distance value measured by the scale; an imaging surface of the image sensor and the sample from the image and the actual distance value; A length-measuring method in a length-measuring device comprising a calculation unit for estimating a distance from a surface to be measured, wherein at least a part of the surface to be measured of the sample obtained by photographing the surface to be measured of the sample with the imaging device And two or more pieces of reference data including actual distance values measured on the scale when an image focused on at least a part of the surface to be measured of the sample is captured. Stored in the department Storing one or more target data including at least an image obtained by photographing the surface to be measured of the sample by the imaging device in the storage unit; an image of the reference data stored in the storage unit; A step of defining an arbitrary image processing range for the image of the target data; and for each image of the reference data and each image of the target data, each of the reference data A mean square value of a difference in gradation value in an overlapping region between the image and each image of the target data is calculated, and the minimum mean square value is obtained from the translation and rotation movements, and each image of the reference data is obtained. And a degree of coincidence between each image of the target data and an estimated distance value from the imaging element to the surface to be measured of the sample when each image of the target data is captured Measuring method characterized by comprising the steps of: estimating on the basis of the matching degree and the measured distance value of the corresponding reference data and the image of the reference data.

本実施の形態によれば、対象とする試料の領域全体で合焦している必要はなく、合焦させるために駆動部を調整する必要はない。駆動部により試料との距離を変化させて画像を取得するだけであるので短時間で測定が完了し、試料の初期の画像と距離測定値をもとに試料の距離推定値を高い精度で得ることができる。   According to the present embodiment, it is not necessary to focus on the entire area of the target sample, and it is not necessary to adjust the drive unit for focusing. Measurement is completed in a short time since the image is acquired by changing the distance to the sample by the drive unit, and the estimated distance of the sample is obtained with high accuracy based on the initial image and distance measurement value of the sample. be able to.

また、負荷試験などを実施して経時変化後の試料の距離の測定値を得ることで、経時変化による凹凸面の位置変化、すなわち試料の形状変化を高い精度で検出することができる。   Further, by performing a load test or the like and obtaining a measured value of the distance of the sample after the change with time, the position change of the uneven surface due to the change with time, that is, the change in the shape of the sample can be detected with high accuracy.

(a)、(b)は、本発明の実施形態1に係る測長装置の構成を示す図である。(A), (b) is a figure which shows the structure of the length measuring apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention. (a)〜(c)は、試料表面の画像を示す図である。(A)-(c) is a figure which shows the image of the sample surface. 本発明の実施形態1における推定距離の算出工程を示す図である。It is a figure which shows the calculation process of the estimated distance in Embodiment 1 of this invention. 本実施形態の画像処理部における処理工程を示す図である。It is a figure which shows the process process in the image process part of this embodiment. 本発明の実施形態2に係る試料形状の変形量の算出工程を示す図である。It is a figure which shows the calculation process of the deformation amount of the sample shape which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施形態3に係る測長装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the length measuring apparatus which concerns on Embodiment 3 of this invention. 従来の測長装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the conventional length measuring apparatus. (a)、(b)は、Z方向の移動量に対する画像のコントラストを示す図である。(A), (b) is a figure which shows the contrast of the image with respect to the movement amount of a Z direction.

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。・・・   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. ...

[実施形態1]
図1に、本発明の実施形態1に係る測長装置の構成を示す。図1では、光源101、撮像素子102、光学素子103、駆動部104、スケール105とからなる装置を示している。光源101および撮像素子102と試料110との間の光路上には、レンズなどの光学素子103を適宜配置している。光源101、撮像素子102、光学素子103は、駆動部104を介して台106に接続されている。
[Embodiment 1]
In FIG. 1, the structure of the length measuring apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention is shown. In FIG. 1, an apparatus including a light source 101, an image sensor 102, an optical element 103, a drive unit 104, and a scale 105 is shown. An optical element 103 such as a lens is appropriately disposed on the optical path between the light source 101 and the image sensor 102 and the sample 110. The light source 101, the image sensor 102, and the optical element 103 are connected to the table 106 via the drive unit 104.

測定する試料110は台106に搭載され、その表面は光源101からの光で明るくされ、試料110からの反射光が結像した画像は撮像素子102により記録される。光源101と撮像素子102は、台106対して固定された駆動部104によって台面に対して鉛直なz方向に駆動可能とされており、移動した位置をスケール105により記録する。スケール105の位置は撮像素子102の撮像面と台106の台面との距離を示すが、台106上の試料110の厚さが変化しない場合は、撮像素子102の撮像面の試料表面に対する距離を相対的に示していることになる。   A sample 110 to be measured is mounted on a table 106, the surface thereof is brightened by light from the light source 101, and an image in which reflected light from the sample 110 is imaged is recorded by the image sensor 102. The light source 101 and the image sensor 102 can be driven in the z direction perpendicular to the table surface by a driving unit 104 fixed to the table 106, and the moved position is recorded by the scale 105. The position of the scale 105 indicates the distance between the imaging surface of the image sensor 102 and the surface of the table 106. If the thickness of the sample 110 on the table 106 does not change, the distance of the image surface of the image sensor 102 to the sample surface is determined. It shows relatively.

撮像素子102により得られた画像や、スケール105により測定された位置の情報は、図示されていないが、電子データとして記憶部に記録され計算機で画像処理・推定・比較などの処理がなされる。   The image obtained by the image sensor 102 and the position information measured by the scale 105 are not shown, but are recorded in the storage unit as electronic data and processed by the computer for image processing / estimation / comparison.

試料110の表面は、数μmから数10μm程度の凹凸が複数存在する凹凸面である。凹凸面の所定の領域を画像として記録するが、凹凸面であるため領域内全域で焦点が合うことはない。領域内の少なくとも一部が合焦するように距離を調整し、そのときの距離をz=z1とする。   The surface of the sample 110 is an uneven surface having a plurality of unevenness of about several μm to several tens of μm. A predetermined area on the uneven surface is recorded as an image, but since it is an uneven surface, the entire area in the region is not focused. The distance is adjusted so that at least a part of the region is in focus, and the distance at that time is set to z = z1.

例えば、図1(a)のように表面の凹凸のうち凸部に合焦させるようにz=z1を設定して撮像すると、図2(a)のような画像が得られる。図2(a)は例えばデジタル化された電子ファイルであり、約0.1μm角がピクセル1つに対応し、480ピクセル×600ピクセルは48μm×60μmの領域に相当する。ピクセルの画素位置情報に対応して、例えばグレースケールで8ビットの階調値を有している。図2(a)において、領域Aは合焦しておらず画像は不明瞭だが領域Bでは合焦していて画像が明瞭であることがわかる。   For example, as shown in FIG. 1A, when z = z1 is set so as to focus on the convex portion of the surface unevenness, an image as shown in FIG. 2A is obtained. FIG. 2A shows, for example, a digitized electronic file. A square of about 0.1 μm corresponds to one pixel, and 480 pixels × 600 pixels corresponds to a region of 48 μm × 60 μm. Corresponding to the pixel position information of the pixel, for example, it has a grayscale 8-bit gradation value. In FIG. 2A, it can be seen that the region A is not focused and the image is unclear, but the region B is focused and the image is clear.

次に、同一の画像の他の部分領域で合焦するように距離を調整し、そのときの距離をz=z2とする。例えば、図1(b)のように表面の凹凸のうち凹部に合焦させるようにz=z2を設定して撮像すると、図2(b)のような画像が得られる。図2(a)とは異なり、図2(b)では、領域Aにおいて合焦し明瞭な画像が得られる。   Next, the distance is adjusted so as to focus on other partial areas of the same image, and the distance at that time is set to z = z2. For example, as shown in FIG. 1B, when z = z2 is set so as to focus on the concave portion of the surface irregularities, an image as shown in FIG. 2B is obtained. Unlike FIG. 2A, in FIG. 2B, a clear image is obtained by focusing in the area A.

このときのz=z1の値とそのときの画像、同様にz=z2の値とそのときの画像を参照データセットとして記録する。   At this time, the value of z = z1 and the image at that time, and similarly the value of z = z2 and the image at that time are recorded as a reference data set.

その後、同一の領域内で少なくとも一部が合焦するような距離に変更して画像を取得し、これを対象データセットとする。z=z1およびz=z2での参照データセットを取得した後に連続的に画像を取得してもよいし、台106上から試料を一度外して他の測定や環境負荷試験を実施した後に再度台上に搭載して画像を取得してもよい。また、光源と撮像措置と駆動部とを備え、スケール105を備えていない測定装置で画像を取得してもよい。同じ領域内で少なくとも一部が合焦するので、そのときの距離z=Z’3はz1>Z’3>z2となっている。   Thereafter, the image is acquired by changing the distance so that at least a part of the same region is in focus, and this is used as a target data set. Images may be acquired continuously after acquiring the reference data set at z = z1 and z = z2, or once the sample is removed from the table 106 and another measurement or environmental load test is performed, the table is acquired again. It may be mounted on top to acquire images. Further, an image may be acquired by a measuring device that includes a light source, an imaging device, and a drive unit, and does not include the scale 105. Since at least a part is in focus within the same region, the distance z = Z′3 at that time is z1> Z′3> z2.

このときに図2(c)に示す画像が得られる。その後、画像の一致度からZ’3の値を推定する。(以下、推定値には「’」を付記することとする。)
ここで、一致度の算出方法について説明する。先ず、2枚の画像間で画素位置が対応するピクセルの階調値の差をとって2乗し、それを全ピクセルにわたって足し合わせた後にピクセル数で割ることで得られる2乗平均値を求める。そして、一方の画像を他方の画像に対して並進移動または回転させ、2乗平均値の最小値を求め、得られた最小2乗平均値を一致度とする。
At this time, an image shown in FIG. 2C is obtained. Thereafter, the value of Z′3 is estimated from the degree of coincidence of the images. (Hereafter, “'” will be added to the estimated value.)
Here, a method for calculating the degree of coincidence will be described. First, the difference between the gradation values of pixels corresponding to pixel positions between two images is squared, and the result is summed over all the pixels, and then the mean square value obtained by dividing by the number of pixels is obtained. . Then, one image is translated or rotated with respect to the other image, the minimum value of the mean square value is obtained, and the obtained minimum mean square value is set as the degree of coincidence.

対象データセットの画像と、参照データセットの画像のうちの1つとの一致度を計算して2乗平均値が小さいほど、両画像が一致していることになる。例えば、対象データセットの画像である図2(c)と、参照データセットの1つである画像図2(a)の一致度C12を求めると、59であった。一方、画像図2(c)と画像図2(b)との一致度C22は253であった。このことから、Z’3はz2よりもz1に近くZ’3≒z1であることが推定できる。さらに、例えば距離を一致度で重みづけし、Z’3=(C1×z2+C2×z1)/(C1+C2)や、Z’3=(C12×z2+C22×z1)/(C12+C22)と推定してもよい。   The degree of coincidence between the image of the target data set and one of the images of the reference data set is calculated, and the smaller the mean square value, the more the images match. For example, the degree of coincidence C12 between the image of the target data set in FIG. 2C and the image of FIG. 2A as one of the reference data sets is 59. On the other hand, the degree of coincidence C22 between the image FIG. 2C and the image FIG. From this, it can be estimated that Z′3 is closer to z1 than z2 and Z′3≈z1. Further, for example, the distance may be weighted by the degree of coincidence, and Z′3 = (C1 × z2 + C2 × z1) / (C1 + C2) or Z′3 = (C12 × z2 + C22 × z1) / (C12 + C22) may be estimated. .

これらの計算は、画像が電子ファイルとして保存されていれば測定と同時に実施する必要はなく、別々に実施することができる。また、上述の説明では参照データセットを2個とし、対象データセットを1個としたが、参照データセットはN個(N≧2)、対象データセットはM個(M≧1)であってもよい。   These calculations need not be performed simultaneously with the measurement if the image is stored as an electronic file, and can be performed separately. In the above description, there are two reference data sets and one target data set. However, there are N reference data sets (N ≧ 2) and M target data sets (M ≧ 1). Also good.

以上のようにして、画像から、それが撮像された距離を推定することが可能となる。凹凸面であるため、従来技術では領域全体で合焦することができず測定された距離が測定のたびにz2からz1の間でばらついていた。また、レーザなどで局所的に合焦させ凹凸面水平方向にスキャンしてもよいが、各点で合焦させるために駆動部を調整するため、凹凸面全体に適用するには精度が落ち、時間がかかるという課題があった。また、測定に時間がかかると、測定中に測定装置や試料がドリフトしたり熱変形したりして、さらに精度が劣化するという課題があった。   As described above, it is possible to estimate the distance at which the image is captured from the image. Due to the uneven surface, the conventional technique cannot focus on the entire region, and the measured distance varies between z2 and z1 each time measurement is performed. In addition, it may be focused locally with a laser or the like and scanned in the horizontal direction of the concave and convex surface, but because the drive unit is adjusted in order to focus at each point, the accuracy drops when applied to the entire concave and convex surface, There was a problem of taking time. In addition, when the measurement takes time, there is a problem that the measurement apparatus and the sample drift or are thermally deformed during the measurement, and the accuracy is further deteriorated.

しかし、本実施の形態によれば、領域全体で合焦している必要はなく、一部の領域で合焦しているだけでも十分で、合焦させるために駆動部を調整する必要はなく、合焦の有無に関わらず距離を変化させて画像を取得するだけであるので、試料の距離の正確な値を短時間の測定で推定することができる、という効果が得られる。   However, according to the present embodiment, it is not necessary to focus on the entire region, and it is sufficient to focus on a part of the region, and it is not necessary to adjust the drive unit for focusing. Since only the image is acquired by changing the distance regardless of the presence or absence of in-focus, it is possible to obtain an effect that an accurate value of the distance of the sample can be estimated by a short-time measurement.

短時間の測定が可能なので、測定装置のドリフトや熱変形によりスケールが変形して精度が劣化する、ということがない。また、参照データセットにおける撮像素子と台との距離の関係は、試料固有の高さの相対的な位置関係に置き換えることができ、さらに、これを画像と対応づけることで測定装置に依らない試料固有のデータセットとすることができる。したがって、スケールを備えず、光源と撮像装置と駆動部とを備えた他の測定装置でも対象データセットを取得することができ、これにより距離を推定することができる。   Since measurement can be performed in a short time, the scale is not deformed due to drift or thermal deformation of the measuring device, and accuracy is not deteriorated. In addition, the relationship between the distance between the image sensor and the stage in the reference data set can be replaced with the relative positional relationship of the height inherent to the sample, and further, the sample can be correlated with the image to make the sample independent of the measuring device. It can be a unique data set. Therefore, the target data set can be acquired even by another measuring apparatus that does not include a scale and includes a light source, an imaging device, and a drive unit, and thus the distance can be estimated.

図3に、本発明の実施形態1における推定距離の算出工程を示す。この工程は、主に光源101、撮像素子102、光学素子103、駆動部104、スケール105の光学系が行う工程と、主に処理部や記憶部を備える計算機が行う工程とからなる。   In FIG. 3, the calculation process of the estimated distance in Embodiment 1 of this invention is shown. This process mainly includes a process performed by the optical system of the light source 101, the image sensor 102, the optical element 103, the driving unit 104, and the scale 105, and a process performed mainly by a computer including a processing unit and a storage unit.

先ず試料110を台106にセットし(S301)、駆動部104を調整して合焦した凹凸面の一部の範囲を検出して、そのときのスケール105の位置を読み取り、読み取ったスケール105の位置は、撮像素子102の撮像面から試料110の合焦した凹凸面までの実測距離znとそれに対応する画像inを参照データとして記憶部に出力する(S302)。参照データが所望の数であるN個に達するまでS303を繰り返す(S303)。尚、駆動部104の調整範囲の下限および上限の距離を各々zaおよびzbとすると、参照データセットは、距離za≦z1<z2<...<zn<...<zN≦zbを満たすN個の実測距離と、各実測距離に対応する画像i1、i2、...in、...iNとなる。   First, the sample 110 is set on the stage 106 (S301), the drive unit 104 is adjusted to detect a partial range of the uneven surface that is focused, and the position of the scale 105 at that time is read. For the position, the measured distance zn from the imaging surface of the image sensor 102 to the uneven surface on which the sample 110 is focused and the corresponding image in are output as reference data to the storage unit (S302). S303 is repeated until the reference data reaches a desired number N (S303). When the lower limit and the upper limit distance of the adjustment range of the drive unit 104 are respectively za and zb, the reference data set has a distance za ≦ z1 <z2 <. . . <Zn <. . . N measured distances satisfying <zN ≦ zb, and images i1, i2,. . . in,. . . iN.

参照データを所望の数まで取得し終えると、必要に応じて試料110に負荷試験を行い、その後試料110を台106に再設置する(S304)。駆動部104を調整して同一の領域内で少なくとも一部が合焦するような距離に変更して撮影した画像Imを対象データとして記憶部に出力する(S305)。対象データが所望の数であるM個に達するまでS306を繰り返す(S306)。   When the reference data has been acquired to the desired number, a load test is performed on the sample 110 as necessary, and then the sample 110 is re-installed on the table 106 (S304). The drive unit 104 is adjusted to change the distance so that at least a part is in focus within the same region, and the captured image Im is output to the storage unit as target data (S305). S306 is repeated until the target data reaches the desired number M (S306).

対象データを所望の数まで取得し終えると、画像処理部において、画像Imに対して参照データセットの全ての画像in(n=1〜N)との一致度Cnmを画像処理部で計算する(S307)。画像Imに関するN個の一致度C1m〜CNmの内、最小の一致度Cnm_minを求め、推定部において推定距離Z’mを推定する(S308)。推定距離Z’mは、Z’m≒zn_minとしたり、2個の場合と同様に、距離znに一致度Cnmで重みづけをしたりして推定してもよい。   When the target data has been acquired to the desired number, the image processing unit calculates the degree of coincidence Cnm with all the images in (n = 1 to N) of the reference data set for the image Im (see FIG. S307). Among the N matching degrees C1m to CNm related to the image Im, the minimum matching degree Cnm_min is obtained, and the estimation unit estimates the estimated distance Z′m (S308). The estimated distance Z′m may be estimated by setting Z′m≈zn_min or weighting the distance zn with the matching degree Cnm as in the case of two.

図4に、本実施形態の画像処理部における処理工程を示す。画像処理部は、入力部、変換部、抽出部、一致度計算部、判定部、出力部から構成される。入力部では画像内で画像処理する領域を指定する(S401)。変換部では、画像の指定された領域を並進および回転移動する(S402)。抽出部では、参照データと対象データとの2枚の画像を重ね合わせ、重なり領域を抽出する(S403)。一致度計算部では、2枚の画像の階調差から一致度を計算する(S404)。例えば、2枚の画像の対応する画素位置での階調差の2乗を求め、S401で指定した領域内で平均する。判定部は、一致度を定義した画像処理範囲で実施完了したかどうかを判定する(S405)。完了した場合、出力部で一致度が最小となるときの、一致度ならびに並進および回転移動量を推定部に出力する(S 406)。   FIG. 4 shows processing steps in the image processing unit of this embodiment. The image processing unit includes an input unit, a conversion unit, an extraction unit, a matching degree calculation unit, a determination unit, and an output unit. The input unit designates an area for image processing in the image (S401). The conversion unit translates and rotates the designated area of the image (S402). The extraction unit superimposes two images of reference data and target data, and extracts an overlapping area (S403). The coincidence calculation unit calculates the coincidence from the gradation difference between the two images (S404). For example, the square of the gradation difference at the corresponding pixel position of the two images is obtained and averaged within the area designated in S401. The determination unit determines whether the execution has been completed within the image processing range in which the degree of coincidence is defined (S405). If completed, the degree of coincidence and the amount of translation and rotation when the degree of coincidence is minimized at the output unit are output to the estimation unit (S 406).

[実施形態2]
実施形態2は、実施形態1と比較して、対象データセットとして画像のほかに実測距離を取得する点が異なる。同じような画像であっても、経時変化・熱膨張収縮・膨潤などによって試料の厚さや形状が変化し、実測距離が変化する場合がある。
[Embodiment 2]
The second embodiment is different from the first embodiment in that an actually measured distance is acquired in addition to an image as a target data set. Even in the case of similar images, the thickness and shape of the sample may change due to changes over time, thermal expansion / contraction, swelling, etc., and the measured distance may change.

例えば、図2と同様に、参照データセットしてz=z1で図2(a)、z=z2で図2(b)が得られたとし、試料を環境負荷試験にかけた後に対象データの測定を行い、対象データセットとしてz=Z3で図2(a)と同じ画像が得られたとする。この場合、図2(a)の画像は同一であるから表面は同じだが、測定された距離zは異なる。したがって、Z3−z1が環境負荷試験によって凹凸面の位置が変位した量であると考えられる。このように、対象データを測定する際にも距離を実測することにより、試料110の厚さなどの形状の変形量を検出できる。   For example, as in FIG. 2, it is assumed that FIG. 2 (a) is obtained when reference data is set and z = z1, and FIG. 2 (b) is obtained when z = z2, and measurement of target data is performed after the sample is subjected to an environmental load test. And the same image as FIG. 2A is obtained with z = Z3 as the target data set. In this case, since the images in FIG. 2A are the same, the surface is the same, but the measured distance z is different. Therefore, it is considered that Z3-z1 is the amount by which the position of the uneven surface is displaced by the environmental load test. Thus, when measuring the target data, the amount of deformation of the shape such as the thickness of the sample 110 can be detected by actually measuring the distance.

一般には、図2(a)のように同一の画像が得られることは少ないので、実施形態1と同様に一致度から対象データセットの画像が得られた距離Z’3を推定する。例えば、Z’3=(C1×z2+C2×z1)/(C1+C2)である。これからZ3−Z’3を求めると変化量が得られる。なお、参照データセットは参照データがN個(N≧2)であってもよい。   In general, since the same image is rarely obtained as shown in FIG. 2A, the distance Z′3 at which the image of the target data set is obtained is estimated from the degree of coincidence as in the first embodiment. For example, Z′3 = (C1 × z2 + C2 × z1) / (C1 + C2). From this, the amount of change can be obtained by obtaining Z3-Z'3. The reference data set may include N reference data (N ≧ 2).

参照データセットは実施形態1と同様の構成であるが、対象データセットは、M個(M≧1)の画像I1、I2、...、Im、...IMに加えて、それらに対応する実測距離Z1、Z2、Z3、...、Zm、...ZMを含む。実施形態1と同様に推定距離Z’mを推定し、推定距離Z’mと実測距離Zmとの差から試料110の変化量を推定する。   The reference data set has the same configuration as that of the first embodiment, but the target data set includes M (M ≧ 1) images I1, I2,. . . , Im,. . . In addition to IM, the corresponding measured distances Z1, Z2, Z3,. . . , Zm,. . . Includes ZM. The estimated distance Z′m is estimated as in the first embodiment, and the amount of change of the sample 110 is estimated from the difference between the estimated distance Z′m and the measured distance Zm.

試料110の変化量は、例えば、各々の距離の間隔が一定値Δzであるように参照データセットz1、z2、...、zn、...、zNを取得すれば、少なくともΔzの精度での推定が可能となる。また、推定値は対象データの数だけ(M個)算出できるので、対象データの数を増やして推定値を増やして、各推定値に基づいて算出された変化量を平均することで、変化量の推定精度を向上させることができる。   The amount of change of the sample 110 is, for example, the reference data sets z1, z2,. . . , Zn,. . . , ZN can be estimated with an accuracy of at least Δz. Moreover, since the estimated value can be calculated by the number of target data (M), the amount of change is increased by increasing the number of target data, increasing the estimated value, and averaging the amount of change calculated based on each estimated value. The estimation accuracy of can be improved.

また、参照データセットのz1、z2、...zn、...zNは、各々の距離の間隔が異なっていてもよい。この場合は、任意のmに対して、最小一致度Cnm_minとそれに対応する距離zn_minを求め推定値Z’mを求め、対象データセットの測定値(Z1、Z2、...、Zm、...、ZM)に、画像からの推定値(Z’1、Z’2、...、Z’m、...、Z’M)を対応させ、両者をZ(m)=Z’(m)+cとなるように定数cを回帰分析により推定する。この定数cは、試料形状の変形量である。M個のデータ同士を用いた回帰分析を行うことで推定精度を向上させることができる。   Also, z1, z2,. . . zn,. . . zN may have different distance intervals. In this case, for any m, the minimum matching degree Cnm_min and the corresponding distance zn_min are obtained to obtain the estimated value Z′m, and the measured values (Z1, Z2,..., Zm,. , ZM) correspond to the estimated values (Z′1, Z′2,..., Z′m,..., Z′M) from the image, m) The constant c is estimated by regression analysis so that + c. This constant c is the amount of deformation of the sample shape. The estimation accuracy can be improved by performing regression analysis using M pieces of data.

図5に、本発明の実施形態2に係る試料形状の変形量の算出工程を示す。実施形態1との違いは、負荷試験後に試料110を台106に再設置した(S504)後、S505で、対象データとして画像Imに加えて実測距離Zmを記憶部に記録する点と、S509で、新たに追加された比較部で、推定距離Z’mと実測距離Zmの差を取り、凹凸面の位置の変位を計算する点である。S501〜S504、S507、S508は、実施形態1のS301〜305、S307、S308と同じである。   FIG. 5 shows a calculation process of the deformation amount of the sample shape according to the second embodiment of the present invention. The difference from Embodiment 1 is that the sample 110 is re-installed on the table 106 after the load test (S504), and then in S505, the measured distance Zm is recorded in the storage unit in addition to the image Im as target data, and in S509. In the newly added comparison unit, the difference between the estimated distance Z′m and the actually measured distance Zm is calculated and the displacement of the position of the uneven surface is calculated. S501 to S504, S507, and S508 are the same as S301 to S305, S307, and S308 of the first embodiment.

このように、本実施形態では、対象データセットとして距離も実測しているので、参照データセット取得時と、対象データセット取得時の間で起きる試料110の凹凸面の経時変化量を推定することが可能となる。   Thus, in this embodiment, since the distance is also measured as the target data set, it is possible to estimate the amount of change over time of the uneven surface of the sample 110 that occurs between the acquisition of the reference data set and the acquisition of the target data set. It becomes.

[実施形態3]
図6に、本発明の実施形態3に係る測長装置の構成を示す。本実施形態では、実測距離や推定距離のゼロ基準を基準面に取ることができる。
[Embodiment 3]
FIG. 6 shows the configuration of the length measuring apparatus according to the third embodiment of the present invention. In this embodiment, the zero reference of the measured distance or the estimated distance can be taken as the reference plane.

図6においては、台106上に試料110として、凹凸面を有する測定対象111に加えて平坦面を有する基準112を備え、スケール105は基準112の平坦面をゼロ基準としている。環境負荷試験などにより測定対象111の凹凸面の位置が変化した場合でも基準112の平坦面の位置は変化しないとする。基準112の平坦面上にパターンがある場合は、平坦面の画像のコントラストを最大化する位置に光源101と撮像素子102の位置を調整することで、基準112の平坦面の位置を測定することができる。   In FIG. 6, a sample 110 on a table 106 is provided with a reference 112 having a flat surface in addition to a measurement object 111 having an uneven surface, and the scale 105 uses the flat surface of the reference 112 as a zero reference. It is assumed that the position of the flat surface of the reference 112 does not change even when the position of the concavo-convex surface of the measurement object 111 changes due to an environmental load test or the like. If there is a pattern on the flat surface of the reference 112, the position of the flat surface of the reference 112 is measured by adjusting the positions of the light source 101 and the image sensor 102 to a position that maximizes the contrast of the image on the flat surface. Can do.

また基準112の平坦面上にパターンがない場合でも、レーザ光とフォトディテクタを備え、基準112の平坦面で反射されて戻ってきた光がフォトディテクタで検出されるときの光量を最大化する位置に調整することで、基準112の平坦面の位置を測定することができる。   Even if there is no pattern on the flat surface of the reference 112, it is equipped with a laser beam and a photodetector and adjusted to a position that maximizes the amount of light that is reflected by the flat surface of the reference 112 and returned. By doing so, the position of the flat surface of the reference 112 can be measured.

実施形態1および2ではゼロ基準が装置側にあったが、本実施の形態では試料側にある。装置は光源101や撮像素子102は駆動部104など複雑で異なる材料や機構から成るため、基準112を有する試料110に比べると、環境や経時変化の影響を受けやすい。装置よりも経時変化の小さい基準112を試料110に設けることで、より高精度な測定を行うことができる。   In the first and second embodiments, the zero reference is on the apparatus side, but in the present embodiment, it is on the sample side. Since the apparatus is composed of complicated and different materials and mechanisms such as the light source 101 and the image sensor 102 such as the drive unit 104, the apparatus is more susceptible to environmental and temporal changes than the sample 110 having the reference 112. By providing the sample 110 with the reference 112 having a smaller change with time than the apparatus, it is possible to perform measurement with higher accuracy.

100 測長装置
101 光源
102 撮像素子
103 光学素子
104 駆動部
105 スケール
106 台
110 試料
111 測定対象
112 基準
700 測長装置
701 光源
702 センサ
703 駆動部
704 スケール
710 試料
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Length measuring apparatus 101 Light source 102 Image pick-up element 103 Optical element 104 Drive part 105 Scale 106 units 110 Sample 111 Measuring object 112 Reference | standard 700 Length measuring apparatus 701 Light source 702 Sensor 703 Drive part 704 Scale 710 Sample

Claims (8)

撮像素子と、
前記撮像素子と台との距離を変更可能な駆動部と、
前記撮像素子の撮像面と前記台上に設置された試料の被測定表面との距離を測定するスケールと、
前記台上に設置された前記試料の被測定表面を前記撮像素子によって撮影した、前記試料の被測定表面の少なくとも一部に合焦している画像および前記試料の被測定表面の少なくとも一部に合焦している画像が撮影されたときの前記スケールで測定された実測距離値を含む2以上の参照データ、ならびに前記撮像素子が前記試料の被測定表面を撮影した画像を少なくとも含む1以上の対象データを格納する記憶部と、
前記記憶部に格納された前記参照データの各画像と前記対象データの各画像との任意の画像処理範囲について、並進および回転移動させながら、前記参照データの各画像と前記対象データの各画像との重なり領域における階調値の差の2乗平均を算出し、並進および回転移動した中で最小の前記2乗平均を前記参照データの各画像と前記対象データの各画像との一致度とし、前記対象データの各画像を撮影したときの前記撮像素子から前記試料の被測定表面までの推定距離値を前記参照データの各画像との前記一致度および対応する前記参照データの実測距離値に基づき推定する、計算部と、
を備えたことを特徴とする測長装置。
An image sensor;
A drive unit capable of changing a distance between the imaging element and the table;
A scale for measuring the distance between the imaging surface of the imaging device and the surface to be measured of the sample placed on the table;
An image focused on at least a part of the surface to be measured of the sample, and at least a part of the surface to be measured of the sample, taken by the imaging device on the surface to be measured of the sample placed on the table One or more reference data including at least two pieces of reference data including actual distance values measured at the scale when a focused image is photographed, and an image obtained by photographing the measured surface of the sample by the image sensor. A storage unit for storing target data;
With respect to an arbitrary image processing range of each image of the reference data and each image of the target data stored in the storage unit, each image of the reference data and each image of the target data are translated and rotated. Calculating the mean square of the difference between the gradation values in the overlapping region, and the minimum mean square among the translational and rotational movements as the degree of coincidence between each image of the reference data and each image of the target data, Based on the degree of coincidence with each image of the reference data and the corresponding measured distance value of the reference data, the estimated distance value from the image sensor to the measured surface of the sample when each image of the target data is captured Estimating, calculating part,
A length measuring device comprising:
前記対象データは、前記対象データの各画像を撮影したときの前記スケールで測定された実測距離値を含み、
前記計算部は、前記推定距離値と、対応する前記対象データの実測距離値との差として前記試料の被測定表面の位置の変位を計算することを特徴とする請求項1に記載の測長装置。
The target data includes an actual distance value measured on the scale when each image of the target data is taken,
2. The length measurement according to claim 1, wherein the calculation unit calculates a displacement of a position of the surface to be measured of the sample as a difference between the estimated distance value and a measured distance value of the corresponding target data. apparatus.
前記計算部は、前記試料の被測定表面の位置の変位を、前記各対象データの前記実測距離値が前記各対象データの前記推定距離値と前記試料の被測定表面の位置の変位との和と等しいとして回帰分析を行うことで計算することを特徴とする請求項2に記載の測長装置。   The calculation unit calculates the displacement of the position of the surface to be measured of the sample, and the actual distance value of the target data is the sum of the estimated distance value of the target data and the displacement of the position of the surface to be measured of the sample. The length measuring device according to claim 2, wherein the length measurement device calculates by performing regression analysis assuming that 前記参照データの前記実測距離値の範囲がz1からz2であるとき、前記対象データの各画像は、前記スケールで測定される距離がz1からz2の間にある位置で撮影されたことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の測長装置。   When the range of the measured distance value of the reference data is z1 to z2, each image of the target data is taken at a position where the distance measured by the scale is between z1 and z2. The length measuring device according to any one of claims 1 to 3. 前記試料は、前記被測定表面とは異なる基準面を含み、
前記スケールは、前記基準面をゼロ基準として前記撮像素子の撮像面と前記試料の被測定表面との距離を算出することを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の測長装置。
The sample includes a reference plane different from the surface to be measured;
The length measuring apparatus according to claim 1, wherein the scale calculates a distance between an imaging surface of the imaging element and a surface to be measured of the sample with the reference surface as a zero reference.
前記計算部は、前記各対象データの前記推定距離値を、前記一致度が最も小さい画像を有する前記参照データの前記実測距離値とすることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の測長装置。   The said calculation part makes the said estimated distance value of each said object data the said measured distance value of the said reference data which has an image with the said smallest coincidence degree. Length measuring device. 前記計算部は、前記各対象データの前記推定距離値を、前記各参照データの前記実測距離値を前記一致度によって重み付けして足し合わせることにより算出することを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の測長装置。   6. The calculation unit according to claim 1, wherein the calculation unit calculates the estimated distance value of each of the target data by weighting and adding the actually measured distance value of each of the reference data according to the degree of coincidence. The length measuring device according to any one of the above. 撮像素子と、前記撮像素子と台との距離を変更可能な駆動部と、前記撮像素子の撮像面と前記台上に設置された試料の被測定表面との距離を測定するスケールと、前記撮像素子で撮影された画像および前記スケールで測定された実測距離値を格納する記憶部と、前記画像および前記実測距離値から前記撮像素子の撮像面と前記試料の被測定表面との距離を推定する計算部とを備えた測長装置における測長方法であって、
前記試料の被測定表面を前記撮像素子によって撮影した、前記試料の被測定表面の少なくとも一部に合焦している画像および前記試料の被測定表面の少なくとも一部に合焦している画像が撮影されたときの前記スケールで測定された実測距離値を含む2以上の参照データを前記記憶部に格納するステップと、
前記撮像素子が前記試料の被測定表面を撮影した画像を少なくとも含む1以上の対象データを前記記憶部に格納するステップと、
前記記憶部に格納された前記参照データの画像と前記対象データの画像とについて任意の画像処理範囲を規定するステップと、
前記参照データの各画像と前記対象データの各画像とについて、前記画像処理範囲を並進および回転移動させながら、前記参照データの各画像と前記対象データの各画像との重なり領域における階調値の差の2乗平均値を算出し、並進および回転移動した中から最小の前記2乗平均値を求めて前記参照データの各画像と前記対象データの各画像との一致度とするステップと、
前記対象データの各画像を撮影したときの前記撮像素子から前記試料の被測定表面までの推定距離値を前記参照データの各画像との前記一致度および対応する前記参照データの実測距離値に基づき推定するステップと、
を有することを特徴とする測長方法。
An imaging device; a drive unit capable of changing a distance between the imaging device and the table; a scale for measuring a distance between an imaging surface of the imaging device and a surface to be measured of a sample placed on the table; and the imaging A storage unit that stores an image photographed by the element and an actual distance value measured by the scale, and a distance between the imaging surface of the image sensor and the measured surface of the sample is estimated from the image and the actual distance value. A length measuring method in a length measuring device comprising a calculation unit,
An image focused on at least a part of the surface to be measured of the sample and an image focused on at least a part of the surface to be measured of the sample obtained by photographing the surface to be measured of the sample with the imaging device. Storing in the storage unit two or more reference data including actual distance values measured at the scale when the image was taken;
Storing at least one target data including at least an image obtained by photographing the surface of the sample by the image sensor in the storage unit;
Defining an arbitrary image processing range for the image of the reference data and the image of the target data stored in the storage unit;
For each image of the reference data and each image of the target data, a gradation value in an overlapping region between each image of the reference data and each image of the target data is translated and rotated in the image processing range. Calculating a mean square value of the differences, obtaining a minimum mean square value from the translational and rotational movements, and obtaining a degree of coincidence between each image of the reference data and each image of the target data;
Based on the degree of coincidence with each image of the reference data and the corresponding measured distance value of the reference data, the estimated distance value from the image sensor to the measured surface of the sample when each image of the target data is captured Estimating, and
A length measuring method characterized by comprising:
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