WO2023119816A1 - 固体撮像装置、形状測定装置および形状測定方法 - Google Patents

固体撮像装置、形状測定装置および形状測定方法 Download PDF

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WO2023119816A1
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light
pixel
solid
imaging device
state imaging
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PCT/JP2022/038601
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Inventor
宗則 宅見
圭祐 内田
Original Assignee
浜松ホトニクス株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures

Definitions

  • the present disclosure relates to solid-state imaging devices, shape measuring devices, and shape measuring methods.
  • Patent Documents 1 and 2 disclose inventions of solid-state imaging devices that include a light receiving section in which first pixels and second pixels are alternately arranged along a first direction.
  • the width of the first pixel in the first direction gradually narrows from one side toward the other side in the second direction intersecting the first direction, and the width of the second pixel The width in one direction is gradually widened.
  • a solid-state imaging device having a light-receiving part in which a plurality of pixels are arranged two-dimensionally can also be used in shape measurement by the light-section method.
  • the number of pixels is large, it takes a long time to read a signal corresponding to the amount of received light in each pixel.
  • the solid-state imaging device described in Patent Documents 1 and 2 is used in the shape measurement by the light section method, the number of pixels is smaller than that of the area sensor, so the time to read the signal from each pixel can be shortened. It is possible to increase the speed and resolution of shape measurement.
  • the solid-state imaging devices described in Patent Documents 1 and 2 use area sensors because they are the same as linear sensors in that a plurality of pixels (first pixels and second pixels) are arranged one-dimensionally in the light receiving section. Compared to the case, the time for reading out signals from each pixel can be shortened. Further, in the solid-state imaging devices described in Patent Documents 1 and 2, each of the first pixels and the second pixels in the light receiving section has a characteristic structure, so that each pixel in the first direction in which these pixels are arranged At the position, the light incident position in the second direction that intersects with the first direction can be calculated.
  • the solid-state imaging devices described in Patent Documents 1 and 2 can be used in place of an area sensor in shape measurement by the light section method, and compared to the case of using an area sensor, the speed and resolution of shape measurement are increased. is possible.
  • the inventors of the present invention found that the solid-state imaging devices had the following problems. I found out that there is That is, although the solid-state imaging devices described in Patent Documents 1 and 2 can calculate the light incident position in the second direction that intersects the first direction in the light receiving portion, the two-dimensional light incident on the light receiving portion Since the intensity distribution cannot be detected, it cannot be determined whether the optical settings are correct.
  • the light irradiated to the object by the light irradiation unit is in the shape of a narrow line extending in a predetermined direction. Due to the imaging optical system provided between the object and the solid-state imaging device, it is desired that the light-irradiated region of the object and the light-receiving section of the solid-state imaging device have an optically conjugate positional relationship with each other.
  • the reflected light that enters the light receiving unit of the solid-state imaging device from the object through the imaging optical system is parallel to the first direction at the light receiving unit. A linear shape is desired. To realize these, it is necessary that the optical setting state is proper.
  • the solid-state imaging devices described in Patent Documents 1 and 2 is difficult when using If the shape of the object is measured by the light section method when the optical setting state is not proper, the accuracy of the output signal from the solid-state imaging device may deteriorate, and the accuracy of the shape measurement may also deteriorate. Also, since it is difficult to evaluate the optical settings, it is also difficult to adjust and optimize the optical settings.
  • the embodiment is a solid-state imaging device.
  • the solid-state imaging device includes a first light-receiving unit in which a plurality of pixel pairs are arranged along a first direction, and an electric charge corresponding to the amount of received light is generated along a second direction that intersects with the first direction.
  • a second light receiving portion in which a plurality of pixels are arranged, and each of the plurality of pixel pairs of the first light receiving portion includes a first pixel and a second pixel arranged side by side along the first direction.
  • the embodiment is a shape measuring device.
  • a shape measuring device is a device that measures the shape of an object by a light section method, and includes a light irradiation unit that irradiates light on each position on a predetermined line to the object, and a light irradiation unit that irradiates the object with light.
  • An imaging optical system that receives reflected light generated by light irradiation and forms an image, and a solid-state imaging device configured as described above that receives the reflected light that has passed through the imaging optical system.
  • the light incident position in the second direction at each position in the first direction in the first light receiving unit based on the first electrical signal output from the signal processing unit of the solid-state imaging device, and measuring the shape of the object; Based on the second electrical signal output from the signal processing unit of the solid-state imaging device, the light incident intensity distribution in the second direction at the second light receiving unit is obtained, and the light irradiation unit, the imaging optical system, or the optical system of the solid-state imaging device is obtained. Evaluate the setting status.
  • the embodiment is a shape measuring method.
  • the shape measurement method consists of a light irradiation unit that irradiates light onto each position on a predetermined line to the object, and an imaging that forms an image by inputting the reflected light generated by the light irradiation of the object by the light irradiation unit.
  • a method for measuring the shape of an object by a light section method using an optical system and a solid-state imaging device configured as described above for receiving reflected light that has passed through an imaging optical system comprising: a signal processing unit of the solid-state imaging device a measurement step of measuring the shape of the object by obtaining the light incident position in the second direction at each position in the first direction in the first light receiving unit based on the first electrical signal output from the solid-state imaging device; Based on the second electrical signal output from the signal processing section, the optical setting state of the light irradiation section, the imaging optical system, or the solid-state imaging device is determined by obtaining the light incident intensity distribution in the second direction at the second light receiving section. and an evaluation step of evaluating.
  • the embodiment is a correction method.
  • the solid-state imaging device configured as described above is irradiated with light at each position on a predetermined line extending in the first direction, and output from the signal processing unit of the solid-state imaging device
  • the light incident position in the second direction determined based on the first electrical signal is corrected based on the comparison of the light incident position in the second direction determined based on the first electrical signal and the second electrical signal.
  • the embodiment it is possible to provide a solid-state imaging device capable of evaluating and adjusting the optical setting state when used for shape measurement by the light section method.
  • FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a shape measuring device 1.
  • FIG. 2 is a diagram showing a first configuration example of the solid-state imaging device 5.
  • FIG. 3 is a diagram showing a circuit configuration example of the first signal processing section 30.
  • FIG. 4 is a diagram showing a second configuration example of the solid-state imaging device 5.
  • FIG. 5 is a diagram showing a third configuration example of the solid-state imaging device 5.
  • FIG. FIG. 6 is a diagram showing a fourth configuration example of the solid-state imaging device 5. As shown in FIG. FIG. FIG.
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of the intensity distribution of linear light incident on the first light receiving section 10 or the like of the solid-state imaging device 5A (FIG. 2) of the first configuration example, using shading.
  • FIG. 8 is a diagram showing an example of the intensity distribution of linear light incident on the first light receiving section 10 and the like of the solid-state imaging device 5A (FIG. 2) of the first configuration example.
  • FIG. 9 is a diagram showing an example of the intensity distribution of linear light incident on the first light receiving section 10 and the like of the solid-state imaging device 5A (FIG. 2) of the first configuration example.
  • FIG. 10 is a diagram showing an example of the intensity distribution of linear light incident on the first light receiving section 10 and the like of the solid-state imaging device 5D (FIG.
  • FIG. 11 is a diagram for explaining a method of correcting the light incident position in the y direction obtained based on the first electrical signal in the solid-state imaging device 5A (FIG. 2) of the first configuration example.
  • FIG. 12 shows (a) the first pixel 12 and the second A graph showing changes in the value of the first electric signal in each of the two pixels 13 and the converted height value of the object 2 obtained from the value of the first electric signal, and (b) the value obtained from the first electric signal 3 is a graph showing the difference between the height conversion value and the true height of the target object 2.
  • FIG. FIG. 13 is a diagram showing another configuration example of the pixel pair 11 including the first pixel 12 and the second pixel 13. As shown in FIG. FIG. FIG.
  • FIG. 14 is a diagram showing an example in which a plurality of pixel pairs 11A are arranged along the x direction in the first light receiving section 10.
  • FIG. 15 is a diagram showing still another configuration example of the pixel pair 11 including the first pixel 12 and the second pixel 13.
  • FIG. 16 is a diagram showing still another configuration example of the pixel pair 11 including the first pixel 12 and the second pixel 13.
  • FIG. 17 is a diagram showing still another configuration example of the pixel pair 11 including the first pixel 12 and the second pixel 13.
  • FIG. FIG. 18 is a diagram showing still another configuration example of the pixel pair 11 including the first pixel 12 and the second pixel 13. As shown in FIG. FIG. FIG.
  • FIG. 19 is a diagram showing still another configuration example of the pixel pair 11 including the first pixel 12 and the second pixel 13.
  • FIG. 20 is (a) a plan view and (b) a cross-sectional view showing still another configuration example of the pixel pair 11 including the first pixel 12 and the second pixel 13 .
  • FIG. 21 is (a) a plan view and (b) a cross-sectional view showing still another configuration example of the pixel pair 11 including the first pixel 12 and the second pixel 13 .
  • FIG. 22 is a diagram showing still another configuration example of the pixel pair 11 including the first pixel 12 and the second pixel 13. As shown in FIG.
  • FIG. 1 is a diagram showing the configuration of the shape measuring device 1.
  • FIG. A shape measuring device 1 measures the surface shape of an object 2 by a light section method, and includes a light irradiation unit 3 , an imaging optical system 4 , a solid-state imaging device 5 and an adjustment unit 6 .
  • the imaging optical system 4 and the solid-state imaging device 5 constitute an imaging camera that images the surface of the object 2 .
  • the object 2 is placed on the mounting surface S of the moving stage that moves in the direction D1, and moves in the direction D1 as the moving stage moves.
  • This movement speed is, for example, 1 m/s.
  • the mounting surface S is a surface parallel to both the direction D1 and the direction D2.
  • Direction D2 intersects (eg, is orthogonal to) direction D1.
  • the object 2 has a rectangular parallelepiped appearance with the direction D1 as the longitudinal direction in this figure, it is not limited to this.
  • the light irradiation unit 3 irradiates the surface 2a of the object 2 with light at each position on a predetermined line.
  • the light irradiation section 3 includes a light source and an irradiation optical system. It is preferable that the light irradiation unit 3 outputs a laser beam.
  • the light irradiation unit 3 is arranged at a position facing the surface 2a of the object 2 in a direction D3 that intersects (for example, is perpendicular to) both the direction D1 and the direction D2.
  • the light irradiator 3 may irradiate linear light extending along the direction D2.
  • the light irradiation unit 3 includes, for example, a light source that outputs light L1, and a cylindrical lens as an irradiation optical system that condenses and irradiates the light L1 output from the light source onto the linear region ML.
  • the light L1 travels along the direction D3 and passes through the cylindrical lens, and then spreads in the direction D2 and irradiates each position on the linear region ML on the surface 2a of the object 2 at the same time.
  • the light irradiation unit 3 may scan the spot light along the line-shaped area ML.
  • the light irradiation section 3 includes, for example, a light source that outputs light and a scanning means for scanning the line-shaped region ML with the light output from the light source.
  • the imaging optical system 4 receives the reflected light L2 generated by the irradiation of the light L1 to the object 2 by the light irradiation unit 3 and forms an image.
  • the solid-state imaging device 5 receives reflected light L2 that has passed through the imaging optical system 4 .
  • the imaging optical system 4 and the solid-state imaging device 5 constitute an imaging camera that captures the surface of the object 2 by inputting the reflected light L2 generated by the irradiation of the light L1 to the object 2 by the light irradiation unit 3. there is
  • the imaging camera is provided in a tilt direction Db that is tilted with the line-shaped region ML as a starting point with respect to the irradiation direction Da of the light L1 to the line-shaped region ML.
  • the solid-state imaging device 5 sequentially captures the reflected light L2 generated in the linear region ML of the surface 2a of the object 2 at a predetermined frame rate for each position along the direction D1, and acquires the image. It outputs an electrical signal consisting of a data string.
  • the solid-state imaging device 5 has a light-receiving section to which the reflected light L2 generated in the linear region ML is input, and a signal processing section for processing a signal output from the light-receiving section in response to the incidence of the reflected light L2.
  • the object 2 moves relative to the light irradiation unit 3 and the imaging camera along the direction D1 as the moving stage moves in the direction D1.
  • the irradiation of the light L1 to the line-shaped region ML by the light irradiation unit 3 and the imaging of the line-shaped region ML based on the reflected light L2 by the solid-state imaging device 5 are sequentially performed. done. Thereby, the three-dimensional shape of the surface 2a of the object 2 can be measured.
  • the adjustment unit 6 adjusts the optical setting state of the light irradiation unit 3 , the imaging optical system 4 or the solid-state imaging device 5 based on the signal output from the solid-state imaging device 5 .
  • the adjustment unit 6 may be a computer including a processing unit such as a CPU and a storage unit such as a RAM, HDD, SSD, or the like. The details of this adjustment will be described later.
  • FIG. 2 is a diagram showing a first configuration example of the solid-state imaging device 5.
  • the solid-state imaging device 5A of the first configuration example shown in this figure includes a first light receiving section 10, second light receiving sections 20A and 20B, a first signal processing section 30, second signal processing sections 40A and 40B, a computing section 50 and A storage unit 60 is provided.
  • the computing unit 50 and the storage unit 60 may be a computer or an embedded system having a microcomputer, FPGA, or the like.
  • the first light receiving section 10 has a plurality of pixel pairs 11 arranged along the first direction (x direction).
  • Each of the second light receiving portions 20A and 20B has a plurality of pixels 21 arranged along a second direction that intersects with the first direction, each of which generates an amount of charge corresponding to the amount of received light.
  • the second direction may be the y-direction orthogonal to the x-direction.
  • Each of the plurality of pixel pairs 11 of the first light receiving section 10 includes a first pixel 12 and a second pixel 13.
  • the amount of charge generated by the first pixels 12 as the light incident position moves from one side to the other side in the y direction when linear light extending in the x direction is incident on the first light receiving section 10 gradually decreases, and the amount of charge generated by the second pixel 13 gradually increases.
  • the first pixel 12 and the second pixel 13 having such a relationship between the light incident position in the y direction and the amount of generated charge may have various configurations. It is characterized by the shape of That is, the shape of the first pixel 12 is a triangle whose width in the x direction gradually narrows from one side in the y direction to the other side.
  • the shape of the second pixel 13 is a triangle whose width in the x direction gradually widens from one side in the y direction to the other side.
  • this triangle is an isosceles triangle, the width of the base is about 10 ⁇ m, and the height is about several mm.
  • the width in the x direction of each of the first pixel 12 and the second pixel 13 is the width in the x direction of a region (photosensitive region) capable of generating charges in response to incident light in each pixel.
  • the second light receiving section 20A is provided on one side of the first light receiving section 10 in the x direction.
  • the second light receiving section 20B is provided on the other side of the first light receiving section 10 in the x direction.
  • the number of pixels 21 included in the second light receiving section 20A and the number of pixels 21 included in the second light receiving section 20B are preferably the same, and preferably provided at the same position in the y direction.
  • the pixels 21 included in each of the second light receiving section 20A and the second light receiving section 20B may have the same configuration.
  • the first signal processing unit 30 is electrically connected to each of the first pixels 12 and the second pixels 13 of the plurality of pixel pairs 11 of the first light receiving unit 10, and the first pixels 12 and the second pixels 13 are electrically connected to each other. It outputs a first electrical signal of a data string according to the amount of charge generated in each.
  • the second signal processing section 40A is electrically connected to each of the plurality of pixels 21 of the second light receiving section 20A, and outputs a second electrical signal of a data string according to the amount of charge generated in these pixels 21. do.
  • the second signal processing section 40B is electrically connected to each of the plurality of pixels 21 of the second light receiving section 20B, and outputs a second electrical signal of a data string corresponding to the amount of charge generated in these pixels 21. do.
  • the calculation unit 50 is electrically connected to the first signal processing unit 30 . Based on the first electrical signal output from the first signal processing unit 30, the calculation unit 50 obtains the light incident position in the y direction at each position in the x direction in the first light receiving unit 10, and determines the shape of the object 2. is measured (measurement step).
  • the calculation unit 50 calculates the data D12 of the first pixel 12 and the first pixel data D12 based on the first electric signal.
  • Data D13 of two pixels 13 are obtained, and the light incident position in the y direction can be obtained based on the ratio of these two data D12 and D13.
  • the calculation unit 50 is also electrically connected to the second signal processing units 40A and 40B. Based on the second electrical signal output from the second signal processing unit 40A, the calculation unit 50 obtains the light incident intensity distribution in the y direction at the second light receiving unit 20A, and the light irradiation unit 3 and the imaging optical system 4 Alternatively, the optical setting state of the solid-state imaging device 5 is evaluated (evaluation step). Based on the second electrical signal output from the second signal processing section 40B, the calculation section 50 obtains the light incident intensity distribution in the y direction at the second light receiving section 20B.
  • the incident light intensity distribution includes information on the light intensity peak position and information on the width of the distribution (for example, full width at half maximum).
  • a storage unit 60 is preferably provided.
  • the storage unit 60 stores a correction formula for correcting the light incident position in the y direction obtained based on the first electrical signal. If the storage unit 60 is provided, the calculation unit 50 stores the light incident position in the y direction at each position in the x direction on the first light receiving unit 10 based on the first electrical signal. Correction is performed based on the correction formula provided. The details of this correction will be described later.
  • FIG. 3 is a diagram showing a circuit configuration example of the first signal processing section 30. As shown in FIG. In this figure, the first pixel 12 and the second pixel 13 are represented by photodiode circuit symbols.
  • the first signal processing unit 30 includes NMOS transistors 31 , shift registers 32 , charge amplifiers 33 and AD conversion circuits 34 in the same number as the total number of the first pixels 12 and second pixels 13 .
  • Each of the first pixel 12 and the second pixel 13 is electrically connected to the input terminal of the charge amplifier 33 via the corresponding NMOS transistor 31 .
  • the NMOS transistor 31 is used as a switch and is set to either an ON state or an OFF state according to the value of the control signal output from the shift register 32 and given to its gate.
  • the shift register 32 sequentially turns on the plurality of NMOS transistors 31 by applying a control signal to each gate of the plurality of NMOS transistors 31 .
  • the charge amplifier 33 inputs electric charge from the first pixel 12 or the second pixel 13 through the NMOS transistor 31, and inputs a voltage value corresponding to the amount of electric charge.
  • the AD conversion circuit 34 is electrically connected to the charge amplifier 33 .
  • the AD conversion circuit 34 receives the voltage value (analog value) output from the charge amplifier 33 and outputs a digital value corresponding to the voltage value.
  • the first electric charge of the data string corresponding to the amount of charge generated in each of the first pixel 12 and the second pixel 13 of the plurality of pixel pairs 11 is generated.
  • a signal is output from the AD conversion circuit 34 .
  • the second signal processing units 40A and 40B can also have the same configuration as the first signal processing unit 30.
  • the second signal processing units 40A and 40B may output signals during a common period.
  • a shift register may be commonly provided in the second signal processing units 40A and 40B.
  • the first signal processing section 30 and the second signal processing sections 40A and 40B may output signals during a common period.
  • a common shift register may be provided in the first signal processing section 30 and the second signal processing sections 40A and 40B.
  • the first signal processing section 30 and the second signal processing sections 40A and 40B may output signals in different periods.
  • the first signal processing section 30 and the second signal processing sections 40A and 40B may be provided separately, or a common signal processing section may control the output of the first signal and the output of the second signal for different periods. You can go to
  • the signal processing unit shown in FIG. 3 has a PPS (Passive Pixel Sensor) configuration
  • the signal processing unit may have an APS (Active Pixel Sensor) configuration.
  • the signal processing unit shown in FIG. 3 has a rolling shutter configuration for sequentially reading out the signals of each pixel
  • the signal processing unit may have a global shutter configuration for simultaneously reading out the signals of each pixel. .
  • FIG. 4 Another configuration example of the solid-state imaging device 5 will be described with reference to FIGS. 4 to 6.
  • FIG. 4 is a diagrammatic representation of the solid-state imaging device 5
  • FIG. 4 is a diagram showing a second configuration example of the solid-state imaging device 5.
  • a solid-state imaging device 5B of the second configuration example shown in this figure includes a first light receiving section 10, a second light receiving section 20A, a first signal processing section 30, a second signal processing section 40A, a calculation section 50, and a storage section 60.
  • the second light receiving section 20A is provided on one side of the first light receiving section 10 in the x direction, and the second light receiving section 20B is provided on the other side.
  • the second light receiving section 20A is provided only on one side of the first light receiving section 10 in the x direction.
  • FIG. 5 is a diagram showing a third configuration example of the solid-state imaging device 5.
  • a solid-state imaging device 5C of the third configuration example shown in this figure includes a first light receiving section 10 and a second light receiving section 20C, as well as a signal processing section, a calculation section, and a storage section.
  • a signal processing unit, a computing unit, and a storage unit are not shown.
  • the first light receiving section 10 is divided into a first region 10A on one side in the x direction and a second region 10B on the other side.
  • a second light-receiving portion 20C is provided between.
  • the second light receiving section 20C has the same configuration as the second light receiving sections 20A and 20B of the solid-state imaging device 5A (FIG. 2) of the first configuration example.
  • FIG. 6 is a diagram showing a fourth configuration example of the solid-state imaging device 5.
  • a solid-state imaging device 5D of the fourth configuration example shown in this figure includes a first light receiving section 10 and second light receiving sections 20A, 20B, and 20C, as well as a signal processing section, a calculation section, and a storage section.
  • a signal processing unit, a computing unit, and a storage unit are not shown.
  • the second light receiving section 20A is provided on one side of the first light receiving section 10 in the x direction, and the second light receiving section 20B is provided on the other side.
  • the first light receiving section 10 is divided into a first region 10A on one side in the x direction and a second region 10B on the other side, and a second light receiving section 20C is provided between the first region 10A and the second region 10B. is provided.
  • each of the solid-state imaging device 5C (FIG. 5) of the third configuration example and the solid-state imaging device 5D (FIG. 6) of the fourth configuration example the distance between the first region 10A and the second region 10B of the first light receiving section 10
  • the width in the x direction of each pixel 21 of the second light receiving section 20 ⁇ /b>C provided in the second light receiving section 20 ⁇ /b>C can be set to several ⁇ m.
  • a shift register for reading the charge of the second light receiving section 20C can be provided on either side of the first light receiving section 10 in the x direction. Therefore, the gap between the first region 10A and the second region 10B of the first light-receiving section 10 can be narrowed to the extent that it does not pose a serious problem during shape measurement by the light section method.
  • the light incident on the first light receiving section 10 and the second light receiving section 20C may be configured to be incident from the back surface opposite to the front surface of the semiconductor substrate on which these are formed.
  • the wiring between each pixel 21 of the second light receiving section 20C and the shift register does not block the light incidence.
  • the first light receiving portion 10, the second light receiving portion 20C, etc. are formed on one semiconductor substrate, the signal processing portion, etc. are formed on another semiconductor substrate, and these two semiconductor substrates are electrically connected by bumps. It may be configured to be In this case also, the gap between the first region 10A and the second region 10B of the first light receiving section 10 can be narrowed, and the wiring between each pixel 21 of the second light receiving section 20C and the shift register can be reduced. do not block light incidence.
  • FIG. 7 to 9 are diagrams showing an example of the intensity distribution of linear light incident on the first light receiving section 10 or the like of the solid-state imaging device 5A (FIG. 2) of the first configuration example.
  • FIG. 10 is a diagram showing an example of the intensity distribution of linear light incident on the first light receiving section 10 and the like of the solid-state imaging device 5D (FIG. 6) of the fourth configuration example.
  • the light L is incident on a region extending in a direction parallel to the x direction and having a narrow width in the y direction. This is a state in which the optical settings of the light irradiation unit 3, the imaging optical system 4, and the solid-state imaging device 5 in the shape measuring apparatus 1 are appropriate.
  • the second electrical signals output from the second signal processing units 40A and 40B have the same light intensity peak positions in the y direction in the light incident intensity distributions in the y direction in the second light receiving units 20A and 20B. It indicates that the width of the distribution is narrow.
  • the light L is incident on a region extending in a direction parallel to the x direction and having a narrow width in the y direction in the first light receiving unit 10. You can detect what is happening. Furthermore, it can be detected that the optical settings of the light irradiation unit 3, the imaging optical system 4, and the solid-state imaging device 5 in the shape measuring device 1 are in an appropriate state.
  • the light L is incident on a region extending in a direction parallel to the x direction and wide in the y direction.
  • the optical setting of the light irradiation unit 3 is not appropriate (a state in which a wide range of the surface of the object 2 is irradiated with light), or the imaging optical system
  • the second electrical signals output from the second signal processing units 40A and 40B have the same light intensity peak positions in the y direction in the light incident intensity distributions in the y direction in the second light receiving units 20A and 20B. It indicates that the distribution is wide.
  • the light L is incident on a region extending in a direction parallel to the x direction and wide in the y direction in the first light receiving unit 10. You can detect what is happening. Furthermore, it can be detected that the optical setting of the light irradiation unit 3 or the imaging optical system 4 is not in an appropriate state in the shape measuring device 1 .
  • the light L is incident on a region extending in a direction inclined with respect to the x direction and having a narrow width in the y direction. .
  • a state in which the optical setting of the light irradiation unit 3 is not appropriate in the shape measuring apparatus 1 a state in which light is irradiated to the linear region ML inclined with respect to the direction D2 on the surface of the object 2?
  • a state in which the optical setting of the solid-state imaging device 5 is not proper a state in which the orientation around the optical axis is not proper).
  • the second electrical signals output from the second signal processing units 40A and 40B have different light intensity peak positions in the y direction in the light incident intensity distributions in the y direction in the second light receiving units 20A and 20B, respectively, and It indicates that the width of the distribution is narrow.
  • the detection of the y-direction width of the light incident on the first light receiving unit 10 is performed not only by the solid-state imaging device 5A (FIG. 2) of the first configuration example, but also by the solid-state imaging device 5B (FIG. 4) of the second configuration example.
  • the degree of inclination of light incident on the first light receiving unit 10 can be detected not only by the solid-state imaging device 5A (FIG. 2) of the first configuration example, but also by the solid-state imaging device 5D (FIG. 6) of the fourth configuration example. It is possible.
  • the light L is incident on regions extending in a direction inclined with respect to the x direction.
  • this is a state in which the optical setting of the light irradiation unit 3 is not appropriate (a state in which the light is irradiated to the linear region ML inclined with respect to the direction D2 on the surface of the object 2). or the optical setting of the solid-state imaging device 5 is improper (the orientation around the optical axis is improper).
  • the incident area of the light L has a narrow width in the y direction near the center and a wide width in the y direction at both ends. This is because the optical setting of the imaging optical system 4 is appropriate (the imaging focus is appropriate) near the center of the incident area of the light L, but the optical setting of the imaging optical system 4 is appropriate at both ends. It is in a state where it is not (imaging focus is not proper).
  • the second electrical signal output from the second signal processing section has a light intensity peak position in the y direction in the light incident intensity distribution in the y direction in each of the second light receiving sections 20A, 20B, and 20C. Indicates that they are different from each other. Further, the second electrical signal output from the second signal processing section indicates that the width of the light incident intensity distribution in the y direction in the second light receiving section 20C provided in the center is narrow, while the width of the light incident intensity distribution in the y direction is narrow. It shows that the width of the light incident intensity distribution in the y direction in the second light receiving sections 20A and 20B is wide.
  • the shape measuring device 1 it can be detected that the optical settings of the light irradiation unit 3, the imaging optical system 4, or the solid-state imaging device 5 are not in an appropriate state.
  • the calculation unit 50 of the solid-state imaging device 5 obtains the light incident intensity distribution in the y direction on the second light receiving unit based on the second electrical signal output from the second signal processing unit. Then, based on the light incident intensity distribution in the y direction in the second light receiving section, the calculation section 50, as described with reference to FIGS. 5 optical settings can be evaluated (evaluation step).
  • the adjustment unit 6 of the shape measuring device 1 adjusts the optical setting state of the light irradiation unit 3, the imaging optical system 4, or the solid-state imaging device 5 based on the evaluation result by the calculation unit 50 of the solid-state imaging device 5. (adjustment step).
  • the optical setting state of the light irradiation unit 3 is, for example, the relative position and orientation with respect to the object 2 and the state of the optical system between the light source and the object 2 .
  • the optical setting state of the imaging optical system 4 is, for example, the state of focus adjustment.
  • the optical setting state of the solid-state imaging device 5 is, for example, the position or orientation relative to the object 2 .
  • FIG. 11 is a diagram for explaining a method of correcting the light incident position in the y direction obtained based on the first electrical signal in the solid-state imaging device 5A (FIG. 2) of the first configuration example.
  • the light incident position in the y direction is obtained at each position in the x direction of the first light receiving section 10 . Also, the light incident positions in the y direction at the second light receiving sections 20A and 20B are obtained based on the second signal output from the signal processing section. Then, at each position in the y direction, the light incidence position in the y direction obtained based on the first electric signal and the light incidence position in the y direction obtained based on the first electric signal and the second electric signal are compared. Correct the position.
  • the storage unit 60 stores a correction formula for correcting the light incident position in the y direction obtained based on the first electrical signal.
  • a correction formula is obtained for each position in the x-direction.
  • the correction formula converts the light incident position in the y direction determined based on the first electrical signal to the light incident position in the y direction (true light incident position in the y direction) determined based on the second electrical signal. It is a conversion formula for
  • the storage unit 60 may store the coefficients of a certain functional formula when the correction formula is represented by the functional formula. Also, the storage unit 60 may be a lookup table. In this case, the light incident position in the y direction obtained based on the first electrical signal is used as the address of the lookup table, and the data at that address is used as the true light incident position in the y direction.
  • the calculation unit 50 performs correction based on the correction formula stored in the storage unit 60 when obtaining the light incident position in the y direction at each position in the x direction in the first light receiving unit 10 based on the first electrical signal. conduct. Even if the light incident position in the y direction obtained based on the first electrical signal is not accurate, the correct light incident position in the y direction can be obtained by performing such correction.
  • the correction described above is applied not only to the solid-state imaging device 5A (FIG. 2) of the first configuration example, but also to the solid-state imaging device 5B (FIG. 4) of the second configuration example and the solid-state imaging device 5C (FIG. 5) of the third configuration example. ) and the solid-state imaging device 5D (FIG. 6) of the fourth configuration example.
  • FIG. 12A shows the first pixel 12 and the first pixel 12 of one pixel pair 11 of the first light receiving unit 10 of the solid-state imaging device 5 when the height of the object 2 is changed in the shape measuring device 1 .
  • 4 is a graph showing changes in the value of the first electric signal in each of the two pixels 13 and the converted height value of the object 2 obtained from the value of the first electric signal.
  • the horizontal axis of this graph is the actual height of the object 2 set by changing the height of the Z stage on which the object 2 is placed by 1 mm.
  • the increase and decrease in the value of the first electric signal in each of the first pixel 12 and the second pixel 13 have opposite tendencies. . Therefore, the data D12 of the first pixel 12 and the data D13 of the second pixel 13 are obtained based on the first electrical signal, and the light incident position in the y direction (height conversion value) is calculated based on the ratio of these two data D12 and D13. ) can be obtained.
  • FIG. 12(b) shows the difference between the height conversion value of the object 2 obtained from the first electric signal and the true height when the height of the object 2 is changed in the shape measuring device 1. graph.
  • This difference is ideally 0 (or a very small value), but in practice it is a significant non-zero value. Such errors degrade the measurement accuracy of the shape of the object 2 . Therefore, by performing the correction as described above, the light incident position in the y direction in the first light receiving section 10 can be obtained accurately, and the shape of the object 2 can be accurately measured.
  • the amount of charge generated by the first pixels 12 as the light incident position moves from one side to the other side in the y direction when linear light extending in the x direction is incident on the first light receiving section 10 gradually decreases, and the amount of charge generated by the second pixel 13 gradually increases.
  • the first pixel 12 and the second pixel 13, which have such a relationship between the light incident position in the y direction and the amount of charge generation, may have various configurations.
  • the first pixel 12 and the second pixel 13 have a characteristic shape, which is an isosceles triangle.
  • the first pixel 12 and the second pixel 13 are not limited to this, and may be configured as shown in FIGS. 13 to 22.
  • FIG. 1
  • FIG. 13 is a diagram showing another configuration example of the pixel pair 11 including the first pixel 12 and the second pixel 13.
  • FIG. Each pixel pair 11A in the configuration example shown in this figure includes a first pixel 12A and a second pixel 13A.
  • the shape of the first pixel 12A is a right-angled triangle in which the width in the x direction gradually narrows from one side in the y direction to the other side. It is a right-angled triangle whose width in the x direction gradually widens.
  • the first pixel 12A and the second pixel 13A are arranged such that oblique sides of the three sides of each right triangle face each other.
  • the overall shape of each pixel pair 11A can be approximately rectangular.
  • the first pixels 12A and the second pixels 13A may be alternately arranged in the first light receiving section 10 in which a plurality of pixel pairs 11A are arranged along the x direction, They may be arranged as shown in FIG.
  • the first pixel 12A of one pixel pair 11A and the first pixel 12A of the adjacent pixel pair 11A are parallel to the y-direction among the three sides of each right triangle.
  • the second pixel 13A of one pixel pair 11A and the second pixel 13A of the adjacent pixel pair 11A are located on the y The sides parallel to the direction face each other.
  • FIG. 15 is a diagram showing still another configuration example of the pixel pair 11 including the first pixel 12 and the second pixel 13.
  • FIG. Each pixel pair 11B in the configuration example shown in this figure includes a first pixel 12B and a second pixel 13B.
  • the shape of the first pixel 12B is a trapezoid whose width in the x direction gradually narrows from one side in the y direction to the other side. It is a trapezoid whose width in the x direction gradually widens.
  • the overall shape of each pixel pair 11B can be approximately parallelogram as shown in this figure, or can be approximately rectangular.
  • FIG. 16 is a diagram showing still another configuration example of the pixel pair 11 including the first pixel 12 and the second pixel 13.
  • FIG. 16 In the configuration examples described so far, the width in the x direction changes continuously from one side to the other side in the y direction in each of the first pixels 12 and the second pixels 13 .
  • each pixel pair 11C in the configuration example shown in this figure includes a first pixel 12C and a second pixel 13C.
  • the shape of the first pixel 12C is such that the width in the x direction gradually narrows from one side in the y direction to the other side
  • the shape of the second pixel 13C is such that the width in the x direction gradually decreases from one side to the other side in the y direction.
  • the width of the direction widens step by step.
  • the maximum width W1 in the x direction is about 10 ⁇ m
  • the minimum width W2 in the x direction is 1 ⁇ m or less
  • the length in the y direction is several millimeters
  • the y The width in the x-direction increases or decreases stepwise by a constant value (eg, 0.05 ⁇ m to 0.10 ⁇ m) at every constant interval H (eg, 10 ⁇ m to 20 ⁇ m) in the direction.
  • the width in the y-direction of the line-shaped light or the diameter of the spot-shaped light incident on the first light-receiving unit 10 in which a plurality of pixel pairs 11C are arranged along the x-direction is set to, for example, about 20 ⁇ m so as to be larger than the interval H in the y direction at which the width in the x direction changes.
  • FIG. 17 is a diagram showing still another configuration example of the pixel pair 11 including the first pixel 12 and the second pixel 13.
  • FIG. Each pixel pair 11D in the configuration example shown in this figure includes a first pixel 12D and a second pixel 13D.
  • the shape of the first pixel 12D is such that the width in the x direction gradually narrows from one side in the y direction to the other side
  • the shape of the second pixel 13D is such that the width in the x direction gradually decreases from one side to the other side in the y direction.
  • the width of the direction widens step by step.
  • the y-direction position of the line-shaped or spot-shaped light incident on the first light-receiving unit 10 is detected by the signal change of each pixel pair. Detection resolution can be improved by changing in the y direction.
  • the maximum width W1 in the x direction is about 10 ⁇ m
  • the minimum width W2 in the x direction is 1 ⁇ m or less
  • the length in the y direction is several millimeters
  • the y The width in the x direction is stepwise increased or decreased by a constant value (eg, 0.05 ⁇ m to 0.10 ⁇ m) at each constant interval H (eg, 10 ⁇ m to 20 ⁇ m) in the direction.
  • the position of one step in the x direction is moved in the y direction by H/2 with respect to the position of the other step.
  • the width in the y-direction of the line-shaped light or the diameter of the spot-shaped light incident on the first light-receiving unit 10 in which a plurality of pixel pairs 11D are arranged along the x-direction is set to, for example, about 10 ⁇ m so as to be larger than the interval H in the y direction at which the width in the x direction changes.
  • FIG. 18 is a diagram showing still another configuration example of the pixel pair 11 including the first pixel 12 and the second pixel 13.
  • FIG. Each pixel pair 11E in the configuration example shown in this figure includes a first pixel 12E and a second pixel 13E.
  • the shape of the first pixel 12E gradually narrows from one side in the y direction to the other side while the width in the x direction repeatedly increases and decreases.
  • the width in the x direction gradually increases while repeating increases and decreases.
  • the shape of each of the first pixel 12E and the second pixel 13E may be a combination of a plurality of squares arranged along the y direction.
  • FIG. 19 is a diagram showing still another configuration example of the pixel pair 11 including the first pixel 12 and the second pixel 13.
  • FIG. Each pixel pair 11F in the configuration example shown in this figure includes a first pixel 12F and a second pixel 13F.
  • the first pixel 12F is electrically connected to wiring 35 through a plurality of contacts 18 discretely provided along the y direction, and is electrically connected to the first signal processing section 30 through the plurality of contacts 18 and wiring 35. It is connected.
  • the second pixel 13F is electrically connected to the wiring 36 through a plurality of contacts 19 discretely provided along the y direction, and is electrically connected to the first signal processing section 30 through the plurality of contacts 19 and the wiring 36. It is connected.
  • the impedance between the first pixel 12F and the first signal processing unit 30 can be reduced, and the impedance generated at a location far from the first signal processing unit 30 in the first pixel 12F Even if it is an electric charge, the time it takes to reach the first signal processing unit 30 can be shortened, so the electric charge reading speed can be improved.
  • the second pixel 13F the same applies to the second pixel 13F.
  • each of the wirings 35 and 36 in the x direction can be made narrow to the extent that the light reception of each of the first pixel 12F and the second pixel 13F is not affected. Further, if the light incident on the first light receiving section 10 and the like is incident from the back surface opposite to the front surface of the semiconductor substrate on which these are formed, the wiring does not block the light incidence.
  • each pixel pair 11 has characteristic shapes.
  • each pixel pair 11 further includes a light transmission filter or a light shielding film in addition to the first pixel 12 and the second pixel 13 .
  • FIG. 20 is a diagram showing still another configuration example of the pixel pair 11 including the first pixel 12 and the second pixel 13.
  • FIG. FIG. 20(a) is a plan view
  • FIG. 20(b) is a cross-sectional view.
  • Each pixel pair 11G in the configuration example shown in this figure further includes a first filter 14 and a second filter 15 in addition to the first pixel 12G and second pixel 13G.
  • each of the first pixel 12G and the second pixel 13G may be a rectangle having four sides parallel to the x-direction or the y-direction.
  • the first filter 14 is provided covering the entire area of the first pixel 12G, and attenuates the intensity of light incident on the first pixel 12G according to the light transmittance.
  • the second filter 15 is provided covering the entire area of the second pixel 13G, and attenuates the intensity of light incident on the second pixel 13G according to the light transmittance.
  • FIG. 20(a) shows the magnitude of the light transmittance of each of the first filter 14 and the second filter 15 in shades.
  • the light transmittance of the first filter 14 gradually increases as the light incident position moves from one side to the other side in the y direction. Since the light transmittance of the second filter 15 gradually increases, the amount of charge generated by the second pixel 13G gradually increases. To go.
  • FIG. 21 is a diagram showing still another configuration example of the pixel pair 11 including the first pixel 12 and the second pixel 13.
  • FIG. FIG. 21(a) is a plan view
  • FIG. 21(b) is a cross-sectional view.
  • Each pixel pair 11H in the configuration example shown in this figure further includes a first light shielding film 16 and a second light shielding film 17 in addition to the first pixel 12H and the second pixel 13H.
  • each of the first pixel 12H and the second pixel 13H may be a rectangle having four sides parallel to the x-direction or the y-direction.
  • the first light shielding film 16 is provided so as to partially cover the first pixels 12H, and restricts light from entering the first pixels 12H.
  • the second light shielding film 17 is provided so as to partially cover the second pixels 13H, and restricts light from entering the second pixels 13H.
  • the width in the x direction of the portion of the first pixel 12H that is not covered with the first light shielding film 16 gradually narrows from one side in the y direction toward the other side.
  • the width in the x direction of the portion of the pixel 13H that is not covered with the second light shielding film 17 gradually widens.
  • the shape of the portion of the first pixel 12H that is not covered with the first light shielding film 16 is an isosceles shape in which the width in the x direction gradually narrows from one side to the other side in the y direction.
  • the shape of the portion of the second pixel 13H not covered with the second light shielding film 17 is an isosceles triangle whose width in the x direction gradually widens from one side in the y direction to the other side.
  • the first pixels 12H are arranged as the light incident position moves from one side to the other side in the y direction. gradually decreases, and the amount of charge generated by the second pixel 13H gradually increases.
  • FIG. 22 is a diagram showing still another configuration example of the pixel pair 11 including the first pixel 12 and the second pixel 13.
  • FIG. Each pixel pair 11J in the configuration example shown in this figure further includes a first filter 14 and a second filter 15 in addition to the first pixel 12J and second pixel 13J.
  • the configuration example shown in FIG. 22 is different in that each of the first pixel 12J and the second pixel 13J is divided into two regions.
  • the first pixel 12J is divided into a first region 12Ja on one side in the y direction and a second region 12Jb on the other side.
  • the second pixel 13J is divided into a first region 13Ja on one side in the y direction and a second region 13Jb on the other side.
  • the first signal processing unit that reads signals from each pixel of the first light receiving unit 10 includes a first circuit provided on one side of the first light receiving unit 10 in the y direction, Regarding the second circuit provided on the other side in the y direction with respect to one light receiving unit 10, and the same pixel (the first pixel 12J or the second pixel 13J) among the signals output from the first circuit and the second circuit, respectively and a summing circuit for summing the data of .
  • the first circuit reads signals from the first region 12Ja of the first pixel 12J and the first region 13Ja of the second pixel 13J of each pixel pair 11J.
  • the second circuit reads signals from the second regions 12Jb of the first pixels 12J and the second regions 13Jb of the second pixels 13J of each pixel pair 11J.
  • the first electrical signal output from the adder circuit is a data string corresponding to the amount of charge generated in each of the first pixel 12J and the second pixel 13J of the plurality of pixel pairs 11J.
  • each of the first pixel 12J and the second pixel 13J is divided into a region on one side and a region on the other side in the y direction, the first region 12Ja of the first pixel 12J And the signal line between the first region 13Ja of the second pixel 13J and the first circuit can be shortened, and the second region 12Jb of the first pixel 12J and the second region 13Jb of the second pixel 13J and the second circuit can be shortened.
  • the solid-state imaging device, shape measuring device, and shape measuring method are not limited to the above-described embodiments and configuration examples, and various modifications are possible.
  • a configuration in which two or more of the configuration examples described above are combined may be employed.
  • the solid-state imaging device includes a first light receiving section in which a plurality of pixel pairs are arranged along a first direction, and an amount of light corresponding to the amount of received light along a second direction that intersects with the first direction.
  • a second light-receiving portion in which a plurality of pixels that generate electric charges are arranged, and each of the plurality of pixel pairs of the first light-receiving portion includes the first pixel and the first pixel arranged side by side along the first direction.
  • the second light receiving section may be arranged on one side in the first direction with respect to the first light receiving section. Further, the second light receiving section may be provided on both sides in the first direction with respect to the first light receiving section.
  • the first light receiving section is divided into a first area on one side in the first direction and a second area on the other side, and the second light receiving section is divided into the first area and the second area. It is good also as a structure provided in between.
  • the width of the first pixel in the first direction gradually narrows from one side to the other side in the second direction, and the width of the second pixel in the first direction gradually widens. good.
  • each of the plurality of pixel pairs of the first light receiving unit includes a first filter provided covering the first pixel and a second filter provided covering the second pixel,
  • a configuration may be adopted in which the light transmittance of the first filter gradually decreases and the light transmittance of the second filter gradually increases from one side toward the other side in the second direction.
  • each of the plurality of pixel pairs of the first light receiving section includes a first light shielding film provided to partially cover the first pixels and a second light shielding film provided to partially cover the second pixels.
  • 2 light shielding film the width in the first direction of the portion of the first pixel not covered with the first light shielding film gradually narrows from one side to the other side in the second direction, and the second pixel The width in the first direction of the portion not covered with the second light shielding film may gradually widen.
  • the above-described solid-state imaging device outputs the first electric signal of the data string corresponding to the amount of charge generated in each of the first and second pixels of the plurality of pixel pairs of the first light receiving section
  • the configuration may further include a signal processing section that outputs a second electrical signal of a data string corresponding to the amount of charge generated in each of the plurality of pixels.
  • the above-described solid-state imaging device obtains the light incident position in the second direction at each position in the first direction in the first light receiving section based on the first electrical signal, and calculates the second light incident position in the second light receiving section based on the second electrical signal.
  • a configuration may be adopted in which a calculation unit that obtains the light incident intensity distribution in a direction is further provided.
  • the above-described solid-state imaging device further includes a storage section that stores a correction formula for correcting the light incident position in the second direction obtained based on the first electrical signal, and the computing section stores When obtaining the light incident position in the second direction at each position in the first direction in the first light receiving section, the correction may be performed based on the correction formula stored in the storage section.
  • the shape measuring apparatus is an apparatus for measuring the shape of an object by a light section method.
  • a solid-state imaging device comprising: an imaging optical system for inputting reflected light generated by irradiating an object with light and forming an image;
  • the calculation unit obtains the light incident position in the second direction at each position in the first direction in the first light receiving unit based on the first electrical signal output from the signal processing unit of the solid-state imaging device, and determines the shape of the object. is measured, and based on the second electrical signal output from the signal processing unit of the solid-state imaging device, the light incident intensity distribution in the second direction at the second light receiving unit is obtained, and the light irradiation unit, the imaging optical system, or the solid Evaluate the optical settings of the imager.
  • the shape measuring apparatus described above may further include an adjustment section that adjusts the optical setting state of the light irradiation section, the imaging optical system, or the solid-state imaging device based on the evaluation result of the calculation section.
  • the shape measuring method includes a light irradiating unit that irradiates an object with light at each position on a predetermined line;
  • the above shape measurement method may further include an adjustment step of adjusting the optical setting state of the light irradiation unit, the imaging optical system, or the solid-state imaging device based on the evaluation result in the evaluation step.
  • the signal processing unit of the solid-state imaging device Correct the light incident position in the second direction determined based on the first electrical signal based on a comparison of the light incident position in the second direction determined based on each of the first electrical signal and the second electrical signal output from do.
  • the embodiment can be used as a solid-state imaging device capable of evaluating and adjusting the optical setting state when used for shape measurement by the light section method. Further, the embodiments can be used as an apparatus and method capable of measuring the shape of an object at high speed and high resolution by the light section method using the solid-state imaging device.
  • SYMBOLS 1 Shape measuring apparatus, 2... Object, 3... Light irradiation part, 4... Imaging optical system, 5, 5A-5D... Solid-state imaging device, 6... Adjustment part, 10... First light receiving part, 10A... First Area 10B... Second area 11, 11A to 11J... Pixel pair 12, 12A to 12J... First pixel 13, 13A to 13J... Second pixel 14... First filter 15...
  • Second filter 16 1st light-shielding film 17 2nd light-shielding film 20A, 20B, 20C 2nd light receiving section 21 pixel 30 first signal processing section 31 NMOS transistor 32 shift register 33 charge amplifier , 34...AD conversion circuit, 40A, 40B...second signal processing section, 50...calculation section, 60...storage section.

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Abstract

固体撮像装置５Ａは、第１受光部１０および第２受光部２０Ａ，２０Ｂを備える。第１受光部１０は、ｘ方向に沿って複数の画素対１１が配列されている。第２受光部２０Ａ，２０Ｂそれぞれは、ｙ方向に沿って各々受光量に応じた量の電荷を発生させる複数の画素２１が配列されている。各画素対１１は、第１画素１２および第２画素１３を含む。ｘ方向に延在するライン状の光が第１受光部１０に入射したときに、その光入射位置がｙ方向の一方側から他方側へ向かうのに従って、第１画素１２が発生させる電荷の量が次第に減少していき、第２画素１３が発生させる電荷の量が次第に増加していく。これにより、光切断法による形状測定に用いられる場合に光学的設定状態の評価および調整が可能な固体撮像装置が実現される。

Description

固体撮像装置、形状測定装置および形状測定方法
　本開示は、固体撮像装置、形状測定装置および形状測定方法に関するものである。
　特許文献１，２には、第１方向に沿って第１画素と第２画素とが交互に配列された受光部を備える固体撮像装置の発明が開示されている。この固体撮像装置の一つの構成例では、上記第１方向と交差する第２方向の一方側から他方側に向かって、第１画素の第１方向の幅が次第に狭くなり、第２画素の第１方向の幅が次第に広くなっている。また、これらの文献には、この固体撮像装置を用いて光切断法により対象物の形状を測定することができる旨が記載されている。
　光切断法による形状測定において、複数の画素が２次元配列された受光部を備える固体撮像装置（エリアセンサ）を用いることもできる。この場合には、画素数が多いので、各画素において受光量に応じた信号を読み出すのに長時間を要する。これに対して、光切断法による形状測定において、特許文献１，２に記載された固体撮像装置を用いれば、エリアセンサと比べて画素数が少ないので、各画素から信号を読み出す時間を短縮することができ、形状測定の高速化および高解像度化が可能である。
　特許文献１，２に記載された固体撮像装置は、受光部において複数の画素（第１画素、第２画素）が１次元配列されている点でリニアセンサと同じであるので、エリアセンサを用いる場合と比べると、各画素から信号を読み出す時間を短縮することができる。また、特許文献１，２に記載された固体撮像装置は、受光部において第１画素および第２画素それぞれが特徴的な構造を有することにより、これらの画素が配列されている第１方向の各位置において、この第１方向と交差する第２方向についての光入射位置を演算により求めることができる。
　すなわち、特許文献１，２に記載された固体撮像装置は、光切断法による形状測定においてエリアセンサに替えて用いることができ、エリアセンサを用いる場合と比べると形状測定の高速化および高解像度化が可能である。
国際公開第２０１９／０５８８９７号 国際公開第２０１９／０５９２３６号
　本発明者は、特許文献１，２に記載された固体撮像装置を用いて光切断法による形状測定技術の研究開発を行う過程で、この固体撮像装置が次のような問題点を有していることを見出した。すなわち、特許文献１，２に記載された固体撮像装置は、受光部において第１方向と交差する第２方向についての光入射位置を演算により求めることができるものの、受光部における入射光の２次元強度分布を検出することができないことから、光学的設定状態が適正であるか否かを判断することができない。
　例えば、光照射部により対象物に照射される光は、所定方向に延在する幅狭のライン状であることが望まれる。対象物と固体撮像装置との間に設けられた結像光学系により、対象物における光照射領域と固体撮像装置の受光部とは、互いに光学的に共役な位置関係であることが望まれる。また、光切断法により形状測定において対象物が平坦である場合には、対象物から結像光学系を経て固体撮像装置の受光部に入射する反射光は、受光部において第１方向に平行なライン状であることが望まれる。これらを実現するには光学的設定状態が適正であることが必要である。
　しかし、光学的設定状態の評価は、受光部における入射光の２次元強度分布を検出することができるエリアセンサを用いる場合には可能であるものの、特許文献１，２に記載された固体撮像装置を用いる場合には困難である。光学的設定状態が適正でない場合に光切断法により対象物の形状を測定すると、固体撮像装置からの出力信号の精度が悪くなって、形状測定の精度も悪くなる場合がある。また、光学的設定状態の評価が困難であることから、光学的設定状態を調整して適正化することも困難である。
　実施形態は、光切断法による形状測定に用いられる場合に光学的設定状態の評価および調整が可能な固体撮像装置を提供することを目的とする。また、実施形態は、上記の固体撮像装置を用いて光切断法により対象物の形状を高速・高解像度で測定することができる装置および方法を提供することを目的とする。
　実施形態は、固体撮像装置である。固体撮像装置は、第１方向に沿って複数の画素対が配列されている第１受光部と、第１方向と交差する第２方向に沿って各々受光量に応じた量の電荷を発生させる複数の画素が配列されている第２受光部と、を備え、第１受光部の複数の画素対それぞれは、第１方向に沿って並んで配置されている第１画素および第２画素を含み、第１方向に延在するライン状の光が第１受光部に入射したときに、その光入射位置が第２方向の一方側から他方側へ向かうのに従って、第１画素が発生させる電荷の量が次第に減少していき、第２画素が発生させる電荷の量が次第に増加していく。
　実施形態は、形状測定装置である。形状測定装置は、光切断法により対象物の形状を測定する装置であって、対象物に対して所定ライン上の各位置に光を照射する光照射部と、光照射部による対象物への光照射により生じた反射光を入力して結像する結像光学系と、結像光学系を経た反射光を受光する上記構成の固体撮像装置と、を備え、固体撮像装置の演算部は、固体撮像装置の信号処理部から出力される第１電気信号に基づいて、第１受光部における第１方向の各位置において第２方向の光入射位置を求めて、対象物の形状を測定し、固体撮像装置の信号処理部から出力される第２電気信号に基づいて、第２受光部における第２方向の光入射強度分布を求めて、光照射部、結像光学系または固体撮像装置の光学的設定状態を評価する。
　実施形態は、形状測定方法である。形状測定方法は、対象物に対して所定ライン上の各位置に光を照射する光照射部と、光照射部による対象物への光照射により生じた反射光を入力して結像する結像光学系と、結像光学系を経た反射光を受光する上記構成の固体撮像装置と、を用いて、光切断法により対象物の形状を測定する方法であって、固体撮像装置の信号処理部から出力される第１電気信号に基づいて、第１受光部における第１方向の各位置において第２方向の光入射位置を求めて、対象物の形状を測定する測定ステップと、固体撮像装置の信号処理部から出力される第２電気信号に基づいて、第２受光部における第２方向の光入射強度分布を求めて、光照射部、結像光学系または固体撮像装置の光学的設定状態を評価する評価ステップと、を備える。
　実施形態は、補正方法である。補正方法は、第２方向の各位置において、上記構成の固体撮像装置に対し第１方向に延在する所定ライン上の各位置に光を入射させ、固体撮像装置の信号処理部から出力される第１電気信号および第２電気信号それぞれに基づいて求められる第２方向の光入射位置の比較に基づいて、第１電気信号に基づいて求められる第２方向の光入射位置を補正する。
　実施形態によれば、光切断法による形状測定に用いられる場合に光学的設定状態の評価および調整が可能な固体撮像装置を提供することができる。
図１は、形状測定装置１の構成を示す図である。 図２は、固体撮像装置５の第１構成例を示す図である。 図３は、第１信号処理部３０の回路構成例を示す図である。 図４は、固体撮像装置５の第２構成例を示す図である。 図５は、固体撮像装置５の第３構成例を示す図である。 図６は、固体撮像装置５の第４構成例を示す図である。 図７は、第１構成例の固体撮像装置５Ａ（図２）の第１受光部１０等に入射したライン状の光の強度分布の例を濃淡で示す図である。 図８は、第１構成例の固体撮像装置５Ａ（図２）の第１受光部１０等に入射したライン状の光の強度分布の例を濃淡で示す図である。 図９は、第１構成例の固体撮像装置５Ａ（図２）の第１受光部１０等に入射したライン状の光の強度分布の例を濃淡で示す図である。 図１０は、第４構成例の固体撮像装置５Ｄ（図６）の第１受光部１０等に入射したライン状の光の強度分布の例を濃淡で示す図である。 図１１は、第１構成例の固体撮像装置５Ａ（図２）において第１電気信号に基づいて求められるｙ方向の光入射位置を補正する方法について説明する図である。 図１２は、（ａ）形状測定装置１において対象物２の高さを変化させたときに、固体撮像装置５の第１受光部１０の或る１つの画素対１１の第１画素１２および第２画素１３それぞれにおける第１電気信号の値、ならびに、この第１電気信号の値から求められた対象物２の高さ換算値の変化を示すグラフ、及び（ｂ）第１電気信号から求められた対象物２の高さ換算値と真の高さとの差を示すグラフである。 図１３は、第１画素１２および第２画素１３を含む画素対１１の他の構成例を示す図である。 図１４は、第１受光部１０において複数の画素対１１Ａがｘ方向に沿って配列される例を示す図である。 図１５は、第１画素１２および第２画素１３を含む画素対１１の更に他の構成例を示す図である。 図１６は、第１画素１２および第２画素１３を含む画素対１１の更に他の構成例を示す図である。 図１７は、第１画素１２および第２画素１３を含む画素対１１の更に他の構成例を示す図である。 図１８は、第１画素１２および第２画素１３を含む画素対１１の更に他の構成例を示す図である。 図１９は、第１画素１２および第２画素１３を含む画素対１１の更に他の構成例を示す図である。 図２０は、第１画素１２および第２画素１３を含む画素対１１の更に他の構成例を示す（ａ）平面図、及び（ｂ）断面図である。 図２１は、第１画素１２および第２画素１３を含む画素対１１の更に他の構成例を示す（ａ）平面図、及び（ｂ）断面図である。 図２２は、第１画素１２および第２画素１３を含む画素対１１の更に他の構成例を示す図である。
　以下、添付図面を参照して、固体撮像装置、形状測定装置、及び形状測定方法の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。本発明は、これらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
　図１は、形状測定装置１の構成を示す図である。形状測定装置１は、光切断法により対象物２の表面形状を測定するものであって、光照射部３、結像光学系４、固体撮像装置５および調整部６を備える。結像光学系４および固体撮像装置５は、対象物２の表面を撮像する撮像カメラを構成している。
　対象物２は、方向Ｄ１に移動する移動ステージの載置面Ｓ上に置かれており、移動ステージの移動に伴い方向Ｄ１に移動する。この移動速度は例えば１ｍ／ｓである。載置面Ｓは、方向Ｄ１および方向Ｄ２の双方に平行な面である。方向Ｄ２は方向Ｄ１と交差（例えば直交）している。対象物２は、この図では方向Ｄ１を長手方向とする直方体状の外観を有しているが、これに限られない。
　光照射部３は、対象物２の表面２ａに対して所定ライン上の各位置に光を照射する。光照射部３は、光源及び照射光学系を含む。光照射部３はレーザ光を出力するのが好適である。光照射部３は、方向Ｄ１および方向Ｄ２の双方と交差（例えば直交）する方向Ｄ３において対象物２の表面２ａと対向する位置に配置されている。
　光照射部３は、方向Ｄ２に沿って延在するライン状の光を照射してもよい。この場合、光照射部３は、例えば、光Ｌ１を出力する光源と、その光源から出力された光Ｌ１をライン状領域ＭＬに集光照射する照射光学系としてのシリンドリカルレンズと、を含む。光Ｌ１は、方向Ｄ３に沿って進行してシリンドリカルレンズを通過した後、方向Ｄ２に拡がった状態で対象物２の表面２ａのライン状領域ＭＬ上の各位置に同時に照射される。
　また、光照射部３は、スポット光をライン状領域ＭＬに沿って走査してもよい。この場合、光照射部３は、例えば、光を出力する光源と、その光源から出力された光をライン状領域ＭＬに走査するための走査手段と、を含む。
　結像光学系４は、光照射部３による対象物２への光Ｌ１の照射により生じた反射光Ｌ２を入力して結像する。固体撮像装置５は、結像光学系４を経た反射光Ｌ２を受光する。結像光学系４および固体撮像装置５は、光照射部３による対象物２への光Ｌ１の照射により生じた反射光Ｌ２を入力して対象物２の表面を撮像する撮像カメラを構成している。撮像カメラは、ライン状領域ＭＬへの光Ｌ１の照射方向Ｄａに対して、ライン状領域ＭＬを起点として傾斜した傾斜方向Ｄｂに設けられている。
　固体撮像装置５は、方向Ｄ１に沿った各位置について、対象物２の表面２ａのライン状領域ＭＬで生じた反射光Ｌ２を所定のフレームレートで順次重厚して撮像し、その撮像によって取得したデータ列からなる電気信号を出力する。固体撮像装置５は、ライン状領域ＭＬで生じた反射光Ｌ２が入力される受光部と、その反射光Ｌ２の入射に応じて受光部から出力される信号を処理する信号処理部とを有する。
　対象物２は、移動ステージの方向Ｄ１への移動に伴って、光照射部３および撮像カメラに対して方向Ｄ１に沿って相対移動する。これにより、方向Ｄ１に沿った各位置について、光照射部３によるライン状領域ＭＬへの光Ｌ１の照射、および、固体撮像装置５による反射光Ｌ２に基づくライン状領域ＭＬの撮像が、順次に行われる。これによって対象物２の表面２ａの三次元形状を計測することができる。
　調整部６は、固体撮像装置５から出力される信号に基づいて、光照射部３、結像光学系４または固体撮像装置５の光学的設定状態を調整する。調整部６は、例えばＣＰＵ等の処理部とＲＡＭ、ＨＤＤ、ＳＳＤ等の記憶部とを備えるコンピュータであってもよい。この調整の詳細については後述する。
　図２は、固体撮像装置５の第１構成例を示す図である。この図に示される第１構成例の固体撮像装置５Ａは、第１受光部１０、第２受光部２０Ａ，２０Ｂ、第１信号処理部３０、第２信号処理部４０Ａ，４０Ｂ、演算部５０および記憶部６０を備える。
　これらは１つの半導体基板上に形成されていてもよい。或いは、第１受光部１０および第２受光部２０Ａ，２０Ｂが１つの半導体基板上に形成されていて、第１信号処理部３０、第２信号処理部４０Ａ，４０Ｂ、演算部５０および記憶部６０が他の１つの半導体基板上に形成されていてもよい。この場合、これら２つの半導体基板がバンプにより電気的に接続されていてもよい。演算部５０および記憶部６０は、コンピュータ又は、マイコンやＦＰＧＡ等を有する組み込みシステムであってもよい。
　第１受光部１０は、第１方向（ｘ方向）に沿って複数の画素対１１が配列されている。第２受光部２０Ａ，２０Ｂそれぞれは、第１方向と交差する第２方向に沿って各々受光量に応じた量の電荷を発生させる複数の画素２１が配列されている。第２方向は、ｘ方向に直交するｙ方向であってもよい。
　第１受光部１０の複数の画素対１１それぞれは、第１画素１２および第２画素１３を含む。ｘ方向に延在するライン状の光が第１受光部１０に入射したときに、その光入射位置がｙ方向の一方側から他方側へ向かうのに従って、第１画素１２が発生させる電荷の量が次第に減少していき、第２画素１３が発生させる電荷の量が次第に増加していく。
　このようなｙ方向の光入射位置と電荷発生量との間の関係を有する第１画素１２および第２画素１３は、様々な態様の構成があり得るが、この図に示される構成では各画素の形状に特徴を有する。すなわち、第１画素１２の形状は、ｙ方向の一方側から他方側へ向かってｘ方向の幅が次第に狭くなる三角形である。第２画素１３の形状は、ｙ方向の一方側から他方側へ向かってｘ方向の幅が次第に広くなる三角形である。
　例えば、この三角形は、二等辺三角形であり、底辺の幅が１０μｍ程度であり、高さが数ｍｍ程度である。第１画素１２および第２画素１３それぞれのｘ方向の幅とは、各々の画素において光入射に応じて電荷を発生し得る領域（光感応領域）のｘ方向の幅である。
　第２受光部２０Ａは、第１受光部１０に対しｘ方向の一方側に設けられている。第２受光部２０Ｂは、第１受光部１０に対しｘ方向の他方側に設けられている。第２受光部２０Ａに含まれる画素２１と、第２受光部２０Ｂに含まれる画素２１とは、同数であるのが好ましく、ｙ方向の同じ位置に設けられているのが好ましい。第２受光部２０Ａおよび第２受光部２０Ｂそれぞれに含まれる画素２１は、同一構成であってよい。
　第１信号処理部３０は、第１受光部１０の複数の画素対１１の第１画素１２および第２画素１３それぞれと電気的に接続されており、これらの第１画素１２および第２画素１３それぞれで発生した電荷の量に応じたデータ列の第１電気信号を出力する。
　第２信号処理部４０Ａは、第２受光部２０Ａの複数の画素２１それぞれと電気的に接続されており、これらの画素２１で発生した電荷の量に応じたデータ列の第２電気信号を出力する。第２信号処理部４０Ｂは、第２受光部２０Ｂの複数の画素２１それぞれと電気的に接続されており、これらの画素２１で発生した電荷の量に応じたデータ列の第２電気信号を出力する。
　演算部５０は、第１信号処理部３０と電気的に接続されている。演算部５０は、第１信号処理部３０から出力された第１電気信号に基づいて、第１受光部１０におけるｘ方向の各位置においてｙ方向の光入射位置を求めて、対象物２の形状を測定する（測定ステップ）。
　具体的には、演算部５０は、複数の画素対１１それぞれについて（すなわち、第１受光部１０におけるｘ方向の各位置について）、第１電気信号に基づいて第１画素１２のデータＤ１２および第２画素１３のデータＤ１３を求め、これら２つのデータＤ１２，Ｄ１３の比に基づいてｙ方向の光入射位置を求めることができる。
　演算部５０は、第２信号処理部４０Ａ，４０Ｂとも電気的に接続されている。演算部５０は、第２信号処理部４０Ａから出力された第２電気信号に基づいて、第２受光部２０Ａにおけるｙ方向の光入射強度分布を求めて、光照射部３、結像光学系４または固体撮像装置５の光学的設定状態を評価する（評価ステップ）。演算部５０は、第２信号処理部４０Ｂから出力された第２電気信号に基づいて、第２受光部２０Ｂにおけるｙ方向の光入射強度分布を求める。光入射強度分布は、光強度ピーク位置の情報および当該分布の幅（例えば半値全幅）の情報を含む。
　記憶部６０が設けられているのが好ましい。記憶部６０は、第１電気信号に基づいて求められるｙ方向の光入射位置を補正するための補正式を記憶する。記憶部６０が設けられている場合、演算部５０は、第１電気信号に基づいて第１受光部１０におけるｘ方向の各位置においてｙ方向の光入射位置を求める際に、記憶部６０に記憶されている補正式に基づいて補正を行う。この補正の詳細については後述する。
　図３は、第１信号処理部３０の回路構成例を示す図である。この図では、第１画素１２および第２画素１３はフォトダイオードの回路記号で示されている。第１信号処理部３０は、第１画素１２および第２画素１３の総数と同じ個数のＮＭＯＳトランジスタ３１、シフトレジスタ３２、チャージアンプ３３およびＡＤ変換回路３４を含む。
　第１画素１２および第２画素１３それぞれは、対応するＮＭＯＳトランジスタ３１を介して電気的にチャージアンプ３３の入力端に接続されている。ＮＭＯＳトランジスタ３１は、スイッチとして用いられるものであり、シフトレジスタ３２から出力されてゲートに与えられる制御信号の値に応じてオン状態およびオフ状態の何れかに設定される。シフトレジスタ３２は、複数のＮＭＯＳトランジスタ３１それぞれのゲートに制御信号を与えることにより、複数のＮＭＯＳトランジスタ３１を順次にオン状態とする。
　チャージアンプ３３は、第１画素１２または第２画素１３からＮＭＯＳトランジスタ３１を介して電荷を入力し、その電荷の量に応じた電圧値を入力する。ＡＤ変換回路３４は、チャージアンプ３３と電気的に接続されている。ＡＤ変換回路３４は、チャージアンプ３３から出力された電圧値（アナログ値）を入力して、その電圧値に応じたデジタル値を出力する。
　複数のＮＭＯＳトランジスタ３１が順次に１つずつオン状態とされると、そのオン状態とされたＮＭＯＳトランジスタ３１と接続されている第１画素１２または第２画素１３において受光によって発生した電荷がチャージアンプ３３に入力される。そして、その電荷の量に応じた電圧値がチャージアンプ３３から出力され、さらに、チャージアンプ３３から出力された電圧値に応じたデジタル値がＡＤ変換回路３４から出力される。
　複数のＮＭＯＳトランジスタ３１が順次に１つずつオン状態とされることで、複数の画素対１１の第１画素１２および第２画素１３それぞれで発生した電荷の量に応じたデータ列の第１電気信号がＡＤ変換回路３４から出力される。
　第２信号処理部４０Ａ，４０Ｂも、第１信号処理部３０と同様の構成とすることができる。第２信号処理部４０Ａ，４０Ｂは、共通の期間に信号を出力してもよい。この場合、第２信号処理部４０Ａ，４０Ｂにおいてシフトレジスタは共通に設けられてもよい。
　第１信号処理部３０および第２信号処理部４０Ａ，４０Ｂは、共通の期間に信号を出力してもよい。この場合、第１信号処理部３０および第２信号処理部４０Ａ，４０Ｂにおいてシフトレジスタは共通に設けられてもよい。
　第１信号処理部３０および第２信号処理部４０Ａ，４０Ｂは、互いに異なる期間に信号を出力してもよい。この場合には、第１信号処理部３０および第２信号処理部４０Ａ，４０Ｂを別個に設けてもよいし、共通の信号処理部により第１信号の出力および第２信号の出力を互いに異なる期間に行ってもよい。
　図３に示される信号処理部はＰＰＳ（Passive　Pixel　Sensor）の構成であったが、信号処理部はＡＰＳ（Active　Pixel　Sensor）の構成であってもよい。また、図３に示される信号処理部は各画素の信号を順次に読み出すローリングシャッタ方式の構成であったが、信号処理部は各画素の信号を同時に読み出すグローバルシャッタ方式の構成であってもよい。
　次に、固体撮像装置５の他の構成例について、図４～図６を用いて説明する。
　図４は、固体撮像装置５の第２構成例を示す図である。この図に示される第２構成例の固体撮像装置５Ｂは、第１受光部１０、第２受光部２０Ａ、第１信号処理部３０、第２信号処理部４０Ａ、演算部５０および記憶部６０を備える。
　第１構成例の固体撮像装置５Ａ（図２）では第１受光部１０に対しｘ方向の一方側に第２受光部２０Ａが設けられるとともに他方側に第２受光部２０Ｂが設けられていたのに対し、第２構成例の固体撮像装置５Ｂ（図４）では第１受光部１０に対しｘ方向の一方側のみに第２受光部２０Ａが設けられている。
　図５は、固体撮像装置５の第３構成例を示す図である。この図に示される第３構成例の固体撮像装置５Ｃは、第１受光部１０および第２受光部２０Ｃを備える他、信号処理部、演算部および記憶部を備える。なお、信号処理部、演算部および記憶部は、図示されていない。
　第３構成例の固体撮像装置５Ｃでは、第１受光部１０がｘ方向の一方側の第１領域１０Ａと他方側の第２領域１０Ｂとに区分され、第１領域１０Ａと第２領域１０Ｂとの間に第２受光部２０Ｃが設けられている。第２受光部２０Ｃは、第１構成例の固体撮像装置５Ａ（図２）の第２受光部２０Ａ，２０Ｂと同様の構成を有する。
　図６は、固体撮像装置５の第４構成例を示す図である。この図に示される第４構成例の固体撮像装置５Ｄは、第１受光部１０および第２受光部２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃを備える他、信号処理部、演算部および記憶部を備える。なお、信号処理部、演算部および記憶部は、図示されていない。
　第４構成例の固体撮像装置５Ｄでは、第１受光部１０に対しｘ方向の一方側に第２受光部２０Ａが設けられるとともに他方側に第２受光部２０Ｂが設けられている。また、第１受光部１０がｘ方向の一方側の第１領域１０Ａと他方側の第２領域１０Ｂとに区分され、第１領域１０Ａと第２領域１０Ｂとの間に第２受光部２０Ｃが設けられている。
　なお、第３構成例の固体撮像装置５Ｃ（図５）および第４構成例の固体撮像装置５Ｄ（図６）それぞれにおいて、第１受光部１０の第１領域１０Ａと第２領域１０Ｂとの間に設けられた第２受光部２０Ｃの各画素２１のｘ方向の幅は数μｍにすることができる。第２受光部２０Ｃの電荷を読み出すためのシフトレジスタは、第１受光部１０に対しｘ方向の何れか一方側に設けることができる。したがって、第１受光部１０の第１領域１０Ａと第２領域１０Ｂとの間の間隙は、光切断法による形状測定の際に大きな問題とならない程度に狭くすることができる。
　また、第１受光部１０および第２受光部２０Ｃ等へ入射する光を、これらが形成されている半導体基板の表面に対し反対側の裏面から入射させる構成としてもよい。この場合、第２受光部２０Ｃの各画素２１とシフトレジスタとの間の配線が光入射を遮ることはない。
　第１受光部１０および第２受光部２０Ｃ等が１つの半導体基板上に形成され、信号処理部等が他の半導体基板上に形成されていて、これら２つの半導体基板がバンプにより電気的に接続される構成としてもよい。この場合も、第１受光部１０の第１領域１０Ａと第２領域１０Ｂとの間の間隙を狭くすることができ、また、第２受光部２０Ｃの各画素２１とシフトレジスタとの間の配線が光入射を遮ることがないようにすることができる。
　次に、形状測定装置１において各構成例の固体撮像装置５（５Ａ～５Ｄ）を用いた場合の作用効果について、図７～図１０を用いて説明する。図７～図９は、第１構成例の固体撮像装置５Ａ（図２）の第１受光部１０等に入射したライン状の光の強度分布の例を濃淡で示す図である。図１０は、第４構成例の固体撮像装置５Ｄ（図６）の第１受光部１０等に入射したライン状の光の強度分布の例を濃淡で示す図である。
　図７に示される例では、第１受光部１０および第２受光部２０Ａ，２０Ｂにおいて、光Ｌは、ｘ方向に平行な方向に延在しｙ方向の幅が狭い領域に入射している。これは、形状測定装置１において光照射部３、結像光学系４および固体撮像装置５の光学的設定が適正な状態である。
　このとき、第２信号処理部４０Ａ，４０Ｂから出力される第２電気信号は、第２受光部２０Ａ，２０Ｂそれぞれにおけるｙ方向の光入射強度分布においてｙ方向の光強度ピーク位置が互いに等しく且つ当該分布の幅が狭いことを示す。
　すなわち、第２信号処理部４０Ａ，４０Ｂから出力される第２電気信号に基づいて、第１受光部１０においてｘ方向に平行な方向に延在しｙ方向の幅が狭い領域に光Ｌが入射していることを検知することができる。さらに、形状測定装置１において光照射部３、結像光学系４および固体撮像装置５の光学的設定が適正な状態であることを検知することができる。
　図８に示される例では、第１受光部１０および第２受光部２０Ａ，２０Ｂにおいて、光Ｌは、ｘ方向に平行な方向に延在しｙ方向の幅が広い領域に入射している。これは、形状測定装置１において、光照射部３の光学的設定が適正でない状態（対象物２の表面において幅の広い範囲に光を照射している状態）であるか、または、結像光学系４の光学的設定が適正でない状態（撮像のピントが適正でない状態）である。
　このとき、第２信号処理部４０Ａ，４０Ｂから出力される第２電気信号は、第２受光部２０Ａ，２０Ｂそれぞれにおけるｙ方向の光入射強度分布においてｙ方向の光強度ピーク位置が互いに等しく且つ当該分布の幅が広いことを示す。
　すなわち、第２信号処理部４０Ａ，４０Ｂから出力される第２電気信号に基づいて、第１受光部１０においてｘ方向に平行な方向に延在しｙ方向の幅が広い領域に光Ｌが入射していることを検知することができる。さらに、形状測定装置１において光照射部３または結像光学系４の光学的設定が適正な状態でないことを検知することができる。
　図９に示される例では、第１受光部１０および第２受光部２０Ａ，２０Ｂにおいて、光Ｌは、ｘ方向に対し傾斜した方向に延在しｙ方向の幅が狭い領域に入射している。これは、形状測定装置１において、光照射部３の光学的設定が適正でない状態（対象物２の表面において方向Ｄ２に対し傾斜したライン状領域ＭＬに光を照射している状態）であるか、または、固体撮像装置５の光学的設定が適正でない状態（光軸の周りの方位が適正でない状態）である。
　このとき、第２信号処理部４０Ａ，４０Ｂから出力される第２電気信号は、第２受光部２０Ａ，２０Ｂそれぞれにおけるｙ方向の光入射強度分布においてｙ方向の光強度ピーク位置が互いに異なり且つ当該分布の幅が狭いことを示す。
　すなわち、第２信号処理部４０Ａ，４０Ｂから出力される第２電気信号に基づいて、第１受光部１０においてｘ方向に対し傾斜した方向に延在しｙ方向の幅が狭い領域に光Ｌが入射していることを検知することができる。さらに、形状測定装置１において光照射部３または固体撮像装置５の光学的設定が適正な状態でないことを検知することができる。
　なお、第１受光部１０に入射する光のｙ方向の幅の検知は、第１構成例の固体撮像装置５Ａ（図２）だけでなく、第２構成例の固体撮像装置５Ｂ（図４）、第３構成例の固体撮像装置５Ｃ（図５）および第４構成例の固体撮像装置５Ｄ（図６）でも可能である。また、第１受光部１０に入射する光の傾斜の程度の検知は、第１構成例の固体撮像装置５Ａ（図２）だけでなく、第４構成例の固体撮像装置５Ｄ（図６）でも可能である。
　図１０に示される例では、第１受光部１０および第２受光部２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃにおいて、光Ｌは、ｘ方向に対し傾斜した方向に延在する領域に入射している。これは、図９の場合と同様に、光照射部３の光学的設定が適正でない状態（対象物２の表面において方向Ｄ２に対し傾斜したライン状領域ＭＬに光を照射している状態）であるか、または、固体撮像装置５の光学的設定が適正でない状態（光軸の周りの方位が適正でない状態）である。
　また、この例では、光Ｌの入射領域は、中央付近においてｙ方向の幅が狭く、両端においてｙ方向の幅が広い。これは、光Ｌの入射領域の中央付近においては結像光学系４の光学的設定が適正である（撮像のピントが適正である）ものの、両端では結像光学系４の光学的設定が適正でない（撮像のピントが適正でない）状態である。
　図１０に示される例では、第２信号処理部から出力される第２電気信号は、第２受光部２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃそれぞれにおけるｙ方向の光入射強度分布においてｙ方向の光強度ピーク位置が互いに異なることを示す。また、第２信号処理部から出力される第２電気信号は、中央に設けられた第２受光部２０Ｃにおけるｙ方向の光入射強度分布の幅が狭いことを示す一方で、両端に設けられた第２受光部２０Ａ，２０Ｂにおけるｙ方向の光入射強度分布の幅が広いことを示す。
　すなわち、第２信号処理部から出力される第２電気信号に基づいて、第１受光部１０においてｘ方向に対し傾斜した方向に延在する領域に光Ｌが入射していることを検知することができ、また、中央付近ではピントが適正であるものの両端ではピントが適正でないことを検知することができる。さらに、形状測定装置１において光照射部３、結像光学系４または固体撮像装置５の光学的設定が適正な状態でないことを検知することができる。
　固体撮像装置５（５Ａ～５Ｄ）の演算部５０は、第２信号処理部から出力される第２電気信号に基づいて、第２受光部におけるｙ方向の光入射強度分布を求める。そして、演算部５０は、第２受光部におけるｙ方向の光入射強度分布に基づいて、図７～図１０を用いて説明したように、光照射部３、結像光学系４または固体撮像装置５の光学的設定状態を評価することができる（評価ステップ）。
　形状測定装置１の調整部６は、固体撮像装置５の演算部５０による評価の結果に基づいて、光照射部３、結像光学系４または固体撮像装置５の光学的設定状態を調整することができる（調整ステップ）。光照射部３の光学的設定状態とは、例えば、対象物２に対する相対的な位置や方位、および、光源と対象物２との間の光学系の状態である。結像光学系４の光学的設定状態とは、例えば、ピント調整の状態である。固体撮像装置５の光学的設定状態とは、例えば、対象物２に対する相対的な位置や方位である。
　次に、固体撮像装置５（５Ａ～５Ｄ）において第１電気信号に基づいて求められるｙ方向の光入射位置を補正する方法について、図１１を用いて説明する。第１電気信号に基づいて求められるｙ方向の光入射位置が正確でない場合、次に説明するような補正をして、真のｙ方向の光入射位置を求めるのが好適である。図１１は、第１構成例の固体撮像装置５Ａ（図２）において第１電気信号に基づいて求められるｙ方向の光入射位置を補正する方法について説明する図である。
　この補正に際しては、先ず、ｙ方向の各位置において、固体撮像装置５Ａに対しｘ方向に延在する所定ライン上の各位置に光を入射させる。このとき、ｙ方向の各位置において、ｘ方向に延在するライン状の光を入射させてもよいし、図１１に示されるようにｘ方向に沿ってスポット光Ｌｓの入射位置を走査してもよい。
　信号処理部から出力される第１信号に基づいて、第１受光部１０のｘ方向の各位置においてｙ方向の光入射位置を求める。また、信号処理部から出力される第２信号に基づいて、第２受光部２０Ａ，２０Ｂにおけるｙ方向の光入射位置を求める。そして、ｙ方向の各位置において、第１電気信号および第２電気信号それぞれに基づいて求められるｙ方向の光入射位置の比較に基づいて、第１電気信号に基づいて求められるｙ方向の光入射位置を補正する。
　記憶部６０は、第１電気信号に基づいて求められるｙ方向の光入射位置を補正するための補正式を記憶する。補正式は、ｘ方向の各位置について求められる。補正式は、第１電気信号に基づいて求められたｙ方向の光入射位置を、第２電気信号に基づいて求められたｙ方向の光入射位置（真のｙ方向の光入射位置）へ変換するための変換式である。
　記憶部６０は、補正式を或る関数式で表したときに当該関数式の係数を記憶してもよい。また、記憶部６０はルックアップテーブルであってもよい。この場合、第１電気信号に基づいて求められたｙ方向の光入射位置をルックアップテーブルのアドレスとして、そのアドレスにあるデータを真のｙ方向の光入射位置とする。
　演算部５０は、第１電気信号に基づいて第１受光部１０におけるｘ方向の各位置においてｙ方向の光入射位置を求める際に、記憶部６０に記憶されている補正式に基づいて補正を行う。第１電気信号に基づいて求められるｙ方向の光入射位置が正確でない場合であっても、このような補正を行うことにより、正確なｙ方向の光入射位置を求めることができる。
　以上に説明した補正は、第１構成例の固体撮像装置５Ａ（図２）だけでなく、第２構成例の固体撮像装置５Ｂ（図４）、第３構成例の固体撮像装置５Ｃ（図５）および第４構成例の固体撮像装置５Ｄ（図６）でも可能である。
　図１２（ａ）は、形状測定装置１において対象物２の高さを変化させたときに、固体撮像装置５の第１受光部１０の或る１つの画素対１１の第１画素１２および第２画素１３それぞれにおける第１電気信号の値、ならびに、この第１電気信号の値から求められた対象物２の高さ換算値の変化を示すグラフである。このグラフの横軸は、対象物２を載置したＺステージの高さを１ｍｍずつ変えることにより設定した対象物２の実際の高さである。
　このグラフに示されるように、対象物２の高さを変化させたとき、第１画素１２および第２画素１３それぞれにおける第１電気信号の値の増減は、互いに逆の傾向を有している。したがって、第１電気信号に基づいて第１画素１２のデータＤ１２および第２画素１３のデータＤ１３を求め、これら２つのデータＤ１２，Ｄ１３の比に基づいてｙ方向の光入射位置（高さ換算値）を求めることができる。
　図１２（ｂ）は、形状測定装置１において対象物２の高さを変化させたときに、第１電気信号から求められた対象物２の高さ換算値と真の高さとの差を示すグラフである。この差は、理想的には０（または非常に小さい値）であるが、実際には０でない有意の値となる。このような誤差があると、対象物２の形状の測定精度が低下する。そこで、上述したような補正を行うことにより、第１受光部１０におけるｙ方向の光入射位置を正確に求めることができ、対象物２の形状を正確に測定することができる。
　次に、第１受光部１０の複数の画素対１１それぞれの第１画素１２および第２画素１３の他の構成例について説明する。ｘ方向に延在するライン状の光が第１受光部１０に入射したときに、その光入射位置がｙ方向の一方側から他方側へ向かうのに従って、第１画素１２が発生させる電荷の量が次第に減少していき、第２画素１３が発生させる電荷の量が次第に増加していく。
　このようなｙ方向の光入射位置と電荷発生量との間の関係を有する第１画素１２および第２画素１３は、様々な態様の構成があり得る。これまでに説明した構成例では、第１画素１２および第２画素１３は形状に特徴を有し、その形状は二等辺三角形であった。第１画素１２および第２画素１３は、これに限られず、図１３～図２２に示されるような構成例であってもよい。
　図１３は、第１画素１２および第２画素１３を含む画素対１１の他の構成例を示す図である。この図に示される構成例の各画素対１１Ａは、第１画素１２Ａおよび第２画素１３Ａを含む。
　第１画素１２Ａの形状は、ｙ方向の一方側から他方側へ向かってｘ方向の幅が次第に狭くなる直角三角形であり、第２画素１３Ａの形状は、ｙ方向の一方側から他方側へ向かってｘ方向の幅が次第に広くなる直角三角形である。各々の画素対１１Ａにおいて、第１画素１２Ａと第２画素１３Ａとは、各々の直角三角形の３辺のうちの斜辺が互いに対向して配置される。各々の画素対１１Ａの全体としての形状は概略長方形とすることができる。
　図１３に示される構成例では、複数の画素対１１Ａがｘ方向に沿って配列された第１受光部１０において、第１画素１２Ａと第２画素１３Ａとは交互に配列されてもよいし、図１４に示されるように配列されていてもよい。図１４に示される配列では、或る１つの画素対１１Ａの第１画素１２Ａと、隣にある画素対１１Ａの第１画素１２Ａとは、各々の直角三角形の３辺のうちのｙ方向に平行な辺が互いに対向しており、また、或る１つの画素対１１Ａの第２画素１３Ａと、隣にある画素対１１Ａの第２画素１３Ａとは、各々の直角三角形の３辺のうちのｙ方向に平行な辺が互いに対向していている。
　図１５は、第１画素１２および第２画素１３を含む画素対１１の更に他の構成例を示す図である。この図に示される構成例の各画素対１１Ｂは、第１画素１２Ｂおよび第２画素１３Ｂを含む。
　第１画素１２Ｂの形状は、ｙ方向の一方側から他方側へ向かってｘ方向の幅が次第に狭くなる台形であり、第２画素１３Ｂの形状は、ｙ方向の一方側から他方側へ向かってｘ方向の幅が次第に広くなる台形である。各々の画素対１１Ｂの全体としての形状は、この図に示されるように概略平行四辺形とすることができ、また、概略長方形とすることもできる。
　図１６は、第１画素１２および第２画素１３を含む画素対１１の更に他の構成例を示す図である。これまでに説明した構成例では、第１画素１２および第２画素１３それぞれにおいて、ｙ方向の一方側から他方側へ向かってｘ方向の幅が連続的に変化していた。これに対して、この図に示される構成例の各画素対１１Ｃは、第１画素１２Ｃおよび第２画素１３Ｃを含む。
　第１画素１２Ｃの形状は、ｙ方向の一方側から他方側へ向かってｘ方向の幅が段階的に狭くなり、第２画素１３Ｃの形状は、ｙ方向の一方側から他方側へ向かってｘ方向の幅が段階的に広くなる。
　例えば、第１画素１２Ｃおよび第２画素１３Ｃそれぞれにおいて、ｘ方向の最大幅Ｗ１は１０μｍ程度であり、ｘ方向の最小幅Ｗ２は１μｍ以下であり、ｙ方向の長さは数ｍｍであり、ｙ方向の一定間隔Ｈ（例えば１０μｍ～２０μｍ）毎にｘ方向の幅が一定値（例えば０.０５μｍ～０.１０μｍ）だけ段階的に増加または減少する。
　複数の画素対１１Ｃがｘ方向に沿って配列された第１受光部１０に入射するライン状の光のｙ方向の幅またはスポット状の光の径は、第１画素１２Ｃおよび第２画素１３Ｃそれぞれにおいてｘ方向の幅が変化するｙ方向の間隔Ｈより大きくなるように、例えば２０μｍ程度に設定される。
　図１７は、第１画素１２および第２画素１３を含む画素対１１の更に他の構成例を示す図である。この図に示される構成例の各画素対１１Ｄは、第１画素１２Ｄおよび第２画素１３Ｄを含む。
　第１画素１２Ｄの形状は、ｙ方向の一方側から他方側へ向かってｘ方向の幅が段階的に狭くなり、第２画素１３Ｄの形状は、ｙ方向の一方側から他方側へ向かってｘ方向の幅が段階的に広くなる。このとき、第１受光部１０に入射するライン状またはスポット状の光のｙ方向位置は各画素対の信号変化で検出するので、第１画素１２Ｄおよび第２画素１３Ｄそれぞれにおいて、段階の位置をｙ方向に変更することで検出分解能を向上させることができる。
　例えば、第１画素１２Ｄおよび第２画素１３Ｄそれぞれにおいて、ｘ方向の最大幅Ｗ１は１０μｍ程度であり、ｘ方向の最小幅Ｗ２は１μｍ以下であり、ｙ方向の長さは数ｍｍであり、ｙ方向の一定間隔Ｈ（例えば１０μｍ～２０μｍ）毎にｘ方向の幅が一定値（例えば０.０５μｍ～０.１０μｍ）だけ段階的に増加または減少する。
　このとき、各画素においてｘ方向で一方の段階の位置を他方の段階の位置に対しＨ／２だけｙ方向に移動させる。複数の画素対１１Ｄがｘ方向に沿って配列された第１受光部１０に入射するライン状の光のｙ方向の幅またはスポット状の光の径は、第１画素１２Ｄおよび第２画素１３Ｄそれぞれにおいてｘ方向の幅が変化するｙ方向の間隔Ｈより大きくなるように、例えば１０μｍ程度に設定される。
　図１８は、第１画素１２および第２画素１３を含む画素対１１の更に他の構成例を示す図である。この図に示される構成例の各画素対１１Ｅは、第１画素１２Ｅおよび第２画素１３Ｅを含む。
　第１画素１２Ｅの形状は、ｙ方向の一方側から他方側へ向かってｘ方向の幅が増減を繰り返しながらも次第に狭くなり、第２画素１３Ｅの形状は、ｙ方向の一方側から他方側へ向かってｘ方向の幅が増減を繰り返しながらも次第に広くなる。第１画素１２Ｅおよび第２画素１３Ｅそれぞれの形状は、ｙ方向に沿って配置された複数の四角形が順に結合されたものであってもよい。
　図１９は、第１画素１２および第２画素１３を含む画素対１１の更に他の構成例を示す図である。この図に示される構成例の各画素対１１Ｆは、第１画素１２Ｆおよび第２画素１３Ｆを含む。
　第１画素１２Ｆは、ｙ方向に沿って離散的に設けられた複数のコンタクト１８により配線３５と電気的に接続され、これら複数のコンタクト１８および配線３５により第１信号処理部３０と電気的に接続されている。第２画素１３Ｆは、ｙ方向に沿って離散的に設けられた複数のコンタクト１９により配線３６と電気的に接続され、これら複数のコンタクト１９および配線３６により第１信号処理部３０と電気的に接続されている。
　図１９に示される構成例では、第１画素１２Ｆと第１信号処理部３０との間のインピーダンスを小さくすることができ、第１画素１２Ｆのうち第１信号処理部３０から遠い箇所で発生した電荷であっても第１信号処理部３０に到達する時間を短くすることができるので、電荷読み出し速度を向上させることができる。第２画素１３Ｆについても同様である。
　配線３５，３６それぞれのｘ方向の幅は、第１画素１２Ｆおよび第２画素１３Ｆそれぞれの受光に影響がない程度に狭くすることができる。また、第１受光部１０等へ入射する光を、これらが形成されている半導体基板の表面に対し反対側の裏面から入射させれば、配線が光入射を遮ることはない。
　これまでに説明した構成例では、各画素対１１の第１画素１２および第２画素１３は形状に特徴を有するものであった。以降に説明する構成例では、各画素対１１は、第１画素１２および第２画素１３に加えて、光透過フィルタまたは遮光膜を更に含む。
　図２０は、第１画素１２および第２画素１３を含む画素対１１の更に他の構成例を示す図である。図２０（ａ）は平面図であり、図２０（ｂ）は断面図である。この図に示される構成例の各画素対１１Ｇは、第１画素１２Ｇおよび第２画素１３Ｇに加えて、第１フィルタ１４および第２フィルタ１５を更に含む。
　第１画素１２Ｇおよび第２画素１３Ｇそれぞれの形状は、ｘ方向またはｙ方向に平行な４辺を有する長方形であってよい。第１フィルタ１４は、第１画素１２Ｇの全領域を覆って設けられており、光透過率に応じて第１画素１２Ｇに入射する光の強度を減衰させる。第２フィルタ１５は、第２画素１３Ｇの全領域を覆って設けられており、光透過率に応じて第２画素１３Ｇに入射する光の強度を減衰させる。
　図２０に示される構成例では、ｙ方向の一方側から他方側へ向かって、第１フィルタ１４の光透過率は次第に小さくなり、第２フィルタ１５の光透過率は次第に大きくなる。図２０（ａ）は、第１フィルタ１４および第２フィルタ１５それぞれの光透過率の大きさを濃淡で示している。
　ｘ方向に延在するライン状の光が第１受光部１０に入射したときに、その光入射位置がｙ方向の一方側から他方側へ向かうのに従って、第１フィルタ１４の光透過率が次第に小さくなるので第１画素１２Ｇが発生させる電荷の量が次第に減少していき、一方で、第２フィルタ１５の光透過率が次第に大きくなるので第２画素１３Ｇが発生させる電荷の量が次第に増加していく。
　図２１は、第１画素１２および第２画素１３を含む画素対１１の更に他の構成例を示す図である。図２１（ａ）は平面図であり、図２１（ｂ）は断面図である。この図に示される構成例の各画素対１１Ｈは、第１画素１２Ｈおよび第２画素１３Ｈに加えて、第１遮光膜１６および第２遮光膜１７を更に含む。
　第１画素１２Ｈおよび第２画素１３Ｈそれぞれの形状は、ｘ方向またはｙ方向に平行な４辺を有する長方形であってよい。第１遮光膜１６は、第１画素１２Ｈの一部を覆って設けられており、第１画素１２Ｈの一部への光入射を制限する。第２遮光膜１７は、第２画素１３Ｈの一部を覆って設けられており、第２画素１３Ｈの一部への光入射を制限する。
　図２１に示される構成例では、ｙ方向の一方側から他方側へ向かって、第１画素１２Ｈのうち第１遮光膜１６で覆われていない部分のｘ方向の幅が次第に狭くなり、第２画素１３Ｈのうち第２遮光膜１７で覆われていない部分のｘ方向の幅が次第に広くなる。
　この図に示される例では、第１画素１２Ｈのうち第１遮光膜１６で覆われていない部分の形状は、ｙ方向の一方側から他方側へ向かってｘ方向の幅が次第に狭くなる二等辺三角形であり、第２画素１３Ｈのうち第２遮光膜１７で覆われていない部分の形状は、ｙ方向の一方側から他方側へ向かってｘ方向の幅が次第に広くなる二等辺三角形である。
　この構成例においても、ｘ方向に延在するライン状の光が第１受光部１０に入射したときに、その光入射位置がｙ方向の一方側から他方側へ向かうのに従って、第１画素１２Ｈが発生させる電荷の量が次第に減少していき、第２画素１３Ｈが発生させる電荷の量が次第に増加していく。
　図２２は、第１画素１２および第２画素１３を含む画素対１１の更に他の構成例を示す図である。この図に示される構成例の各画素対１１Ｊは、第１画素１２Ｊおよび第２画素１３Ｊに加えて、第１フィルタ１４および第２フィルタ１５を更に含む。
　図２０に示された構成例と比較すると、この図２２に示される構成例では、第１画素１２Ｊおよび第２画素１３Ｊそれぞれが２つの領域に分割されている点で相違する。第１画素１２Ｊは、ｙ方向の一方側の第１領域１２Ｊａと他方側の第２領域１２Ｊｂとに分割されている。第２画素１３Ｊは、ｙ方向の一方側の第１領域１３Ｊａと他方側の第２領域１３Ｊｂとに分割されている。
　図２２に示される構成例では、第１受光部１０の各画素から信号を読み出す第１信号処理部は、第１受光部１０に対しｙ方向の一方側に設けられた第１回路と、第１受光部１０に対しｙ方向の他方側に設けられた第２回路と、第１回路および第２回路それぞれから出力された信号のうち同一の画素（第１画素１２Ｊまたは第２画素１３Ｊ）についてのデータを加算する加算回路と、を含むのが好適である。
　第１回路は、各画素対１１Ｊの第１画素１２Ｊの第１領域１２Ｊａおよび第２画素１３Ｊの第１領域１３Ｊａそれぞれから信号を読み出す。第２回路は、各画素対１１Ｊの第１画素１２Ｊの第２領域１２Ｊｂおよび第２画素１３Ｊの第２領域１３Ｊｂそれぞれから信号を読み出す。加算回路から出力される第１電気信号は、複数の画素対１１Ｊの第１画素１２Ｊおよび第２画素１３Ｊそれぞれで発生した電荷の量に応じたデータ列である。
　図２２に示される構成例では、第１画素１２Ｊおよび第２画素１３Ｊそれぞれがｙ方向の一方側の領域と他方側の領域とに分割されていることから、第１画素１２Ｊの第１領域１２Ｊａおよび第２画素１３Ｊの第１領域１３Ｊａと第１回路との間の信号線を短くすることができ、第１画素１２Ｊの第２領域１２Ｊｂおよび第２画素１３Ｊの第２領域１３Ｊｂと第２回路との間の信号線を短くすることができる。
　固体撮像装置、形状測定装置、及び形状測定方法は、上述した実施形態および構成例に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上述した構成例のうちの２以上のものを組み合わせた構成としてもよい。
　上記実施形態による固体撮像装置は、第１方向に沿って複数の画素対が配列されている第１受光部と、第１方向と交差する第２方向に沿って各々受光量に応じた量の電荷を発生させる複数の画素が配列されている第２受光部と、を備え、第１受光部の複数の画素対それぞれは、第１方向に沿って並んで配置されている第１画素および第２画素を含み、第１方向に延在するライン状の光が第１受光部に入射したときに、その光入射位置が第２方向の一方側から他方側へ向かうのに従って、第１画素が発生させる電荷の量が次第に減少していき、第２画素が発生させる電荷の量が次第に増加していくように構成されている。
　上記の固体撮像装置において、第２受光部は、第１受光部に対し第１方向の一方側に設けられている構成としてもよい。また、第２受光部は、第１受光部に対し第１方向の両側に設けられている構成としてもよい。
　上記の固体撮像装置において、第１受光部は、第１方向の一方側の第１領域と他方側の第２領域とに区分され、第２受光部は、第１領域と第２領域との間に設けられている構成としてもよい。
　上記の固体撮像装置において、第２方向の一方側から他方側へ向かって、第１画素の第１方向の幅が次第に狭くなり、第２画素の第１方向の幅が次第に広くなる構成としてもよい。
　上記の固体撮像装置において、第１受光部の複数の画素対それぞれは、第１画素を覆って設けられた第１フィルタと、第２画素を覆って設けられた第２フィルタと、を含み、第２方向の一方側から他方側へ向かって、第１フィルタの光透過率が次第に小さくなり、第２フィルタの光透過率が次第に大きくなる構成としてもよい。
　上記の固体撮像装置において、第１受光部の複数の画素対それぞれは、第１画素の一部を覆って設けられた第１遮光膜と、第２画素の一部を覆って設けられた第２遮光膜と、を含み、第２方向の一方側から他方側へ向かって、第１画素のうち第１遮光膜で覆われていない部分の第１方向の幅が次第に狭くなり、第２画素のうち第２遮光膜で覆われていない部分の第１方向の幅が次第に広くなる構成としてもよい。
　上記の固体撮像装置は、第１受光部の複数の画素対の第１画素および第２画素それぞれで発生した電荷の量に応じたデータ列の第１電気信号を出力し、第２受光部の複数の画素それぞれで発生した電荷の量に応じたデータ列の第２電気信号を出力する信号処理部を更に備える構成としてもよい。
　上記の固体撮像装置は、第１電気信号に基づいて第１受光部における第１方向の各位置において第２方向の光入射位置を求め、第２電気信号に基づいて第２受光部における第２方向の光入射強度分布を求める演算部を更に備える構成としてもよい。
　上記の固体撮像装置は、第１電気信号に基づいて求められる第２方向の光入射位置を補正するための補正式を記憶する記憶部を更に備え、演算部は、第１電気信号に基づいて第１受光部における第１方向の各位置において第２方向の光入射位置を求める際に、記憶部に記憶されている補正式に基づいて補正を行う構成としてもよい。
　上記実施形態による形状測定装置は、光切断法により対象物の形状を測定する装置であって、対象物に対して所定ライン上の各位置に光を照射する光照射部と、光照射部による対象物への光照射により生じた反射光を入力して結像する結像光学系と、結像光学系を経た反射光を受光する上記構成の固体撮像装置と、を備え、固体撮像装置の演算部は、固体撮像装置の信号処理部から出力される第１電気信号に基づいて、第１受光部における第１方向の各位置において第２方向の光入射位置を求めて、対象物の形状を測定し、固体撮像装置の信号処理部から出力される第２電気信号に基づいて、第２受光部における第２方向の光入射強度分布を求めて、光照射部、結像光学系または固体撮像装置の光学的設定状態を評価する。
　上記の形状測定装置は、演算部による評価の結果に基づいて、光照射部、結像光学系または固体撮像装置の光学的設定状態を調整する調整部を更に備える構成としてもよい。
　上記実施形態による形状測定方法は、対象物に対して所定ライン上の各位置に光を照射する光照射部と、光照射部による対象物への光照射により生じた反射光を入力して結像する結像光学系と、結像光学系を経た反射光を受光する上記構成の固体撮像装置と、を用いて、光切断法により対象物の形状を測定する方法であって、固体撮像装置の信号処理部から出力される第１電気信号に基づいて、第１受光部における第１方向の各位置において第２方向の光入射位置を求めて、対象物の形状を測定する測定ステップと、固体撮像装置の信号処理部から出力される第２電気信号に基づいて、第２受光部における第２方向の光入射強度分布を求めて、光照射部、結像光学系または固体撮像装置の光学的設定状態を評価する評価ステップと、を備える。
　上記の形状測定方法は、評価ステップにおける評価の結果に基づいて、光照射部、結像光学系または固体撮像装置の光学的設定状態を調整する調整ステップを更に備える構成としてもよい。
　上記実施形態による補正方法は、第２方向の各位置において、上記構成の固体撮像装置に対し第１方向に延在する所定ライン上の各位置に光を入射させ、固体撮像装置の信号処理部から出力される第１電気信号および第２電気信号それぞれに基づいて求められる第２方向の光入射位置の比較に基づいて、第１電気信号に基づいて求められる第２方向の光入射位置を補正する。
　実施形態は、光切断法による形状測定に用いられる場合に光学的設定状態の評価および調整が可能な固体撮像装置として利用可能である。また、実施形態は、上記の固体撮像装置を用いて光切断法により対象物の形状を高速・高解像度で測定することができる装置および方法として利用可能である。
　１…形状測定装置、２…対象物、３…光照射部、４…結像光学系、５，５Ａ～５Ｄ…固体撮像装置、６…調整部、１０…第１受光部、１０Ａ…第１領域、１０Ｂ…第２領域、１１，１１Ａ～１１Ｊ…画素対、１２，１２Ａ～１２Ｊ…第１画素、１３，１３Ａ～１３Ｊ…第２画素、１４…第１フィルタ、１５…第２フィルタ、１６…第１遮光膜、１７…第２遮光膜、２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ…第２受光部、２１…画素、３０…第１信号処理部、３１…ＮＭＯＳトランジスタ、３２…シフトレジスタ、３３…チャージアンプ、３４…ＡＤ変換回路、４０Ａ，４０Ｂ…第２信号処理部、５０…演算部、６０…記憶部。

Claims (15)

  1. 　第１方向に沿って複数の画素対が配列されている第１受光部と、
    　前記第１方向と交差する第２方向に沿って各々受光量に応じた量の電荷を発生させる複数の画素が配列されている第２受光部と、
    を備え、
    　前記第１受光部の前記複数の画素対それぞれは、前記第１方向に沿って並んで配置されている第１画素および第２画素を含み、
    　前記第１方向に延在するライン状の光が前記第１受光部に入射したときに、その光入射位置が前記第２方向の一方側から他方側へ向かうのに従って、前記第１画素が発生させる電荷の量が次第に減少していき、前記第２画素が発生させる電荷の量が次第に増加していく、固体撮像装置。
  2. 　前記第２受光部は、前記第１受光部に対し前記第１方向の一方側に設けられている、請求項１に記載の固体撮像装置。
  3. 　前記第２受光部は、前記第１受光部に対し前記第１方向の両側に設けられている、請求項１に記載の固体撮像装置。
  4. 　前記第１受光部は、前記第１方向の一方側の第１領域と他方側の第２領域とに区分され、
    　前記第２受光部は、前記第１領域と前記第２領域との間に設けられている、請求項１～３の何れか１項に記載の固体撮像装置。
  5. 　前記第２方向の一方側から他方側へ向かって、前記第１画素の前記第１方向の幅が次第に狭くなり、前記第２画素の前記第１方向の幅が次第に広くなる、請求項１～４の何れか１項に記載の固体撮像装置。
  6. 　前記第１受光部の前記複数の画素対それぞれは、前記第１画素を覆って設けられた第１フィルタと、前記第２画素を覆って設けられた第２フィルタと、を含み、
    　前記第２方向の一方側から他方側へ向かって、前記第１フィルタの光透過率が次第に小さくなり、前記第２フィルタの光透過率が次第に大きくなる、請求項１～４の何れか１項に記載の固体撮像装置。
  7. 　前記第１受光部の前記複数の画素対それぞれは、前記第１画素の一部を覆って設けられた第１遮光膜と、前記第２画素の一部を覆って設けられた第２遮光膜と、を含み、
    　前記第２方向の一方側から他方側へ向かって、前記第１画素のうち前記第１遮光膜で覆われていない部分の前記第１方向の幅が次第に狭くなり、前記第２画素のうち前記第２遮光膜で覆われていない部分の前記第１方向の幅が次第に広くなる、請求項１～４の何れか１項に記載の固体撮像装置。
  8. 　前記第１受光部の前記複数の画素対の前記第１画素および前記第２画素それぞれで発生した電荷の量に応じたデータ列の第１電気信号を出力し、前記第２受光部の前記複数の画素それぞれで発生した電荷の量に応じたデータ列の第２電気信号を出力する信号処理部を更に備える、請求項１～７の何れか１項に記載の固体撮像装置。
  9. 　前記第１電気信号に基づいて前記第１受光部における前記第１方向の各位置において前記第２方向の光入射位置を求め、前記第２電気信号に基づいて前記第２受光部における前記第２方向の光入射強度分布を求める演算部を更に備える、請求項８に記載の固体撮像装置。
  10. 　前記第１電気信号に基づいて求められる前記第２方向の光入射位置を補正するための補正式を記憶する記憶部を更に備え、
    　前記演算部は、前記第１電気信号に基づいて前記第１受光部における前記第１方向の各位置において前記第２方向の光入射位置を求める際に、前記記憶部に記憶されている前記補正式に基づいて補正を行う、請求項９に記載の固体撮像装置。
  11. 　光切断法により対象物の形状を測定する装置であって、
    　前記対象物に対して所定ライン上の各位置に光を照射する光照射部と、
    　前記光照射部による前記対象物への光照射により生じた反射光を入力して結像する結像光学系と、
    　前記結像光学系を経た前記反射光を受光する請求項９または１０に記載の固体撮像装置と、
    を備え、
    　前記固体撮像装置の前記演算部は、
    　前記固体撮像装置の前記信号処理部から出力される前記第１電気信号に基づいて、前記第１受光部における前記第１方向の各位置において前記第２方向の光入射位置を求めて、前記対象物の形状を測定し、
    　前記固体撮像装置の前記信号処理部から出力される前記第２電気信号に基づいて、前記第２受光部における前記第２方向の光入射強度分布を求めて、前記光照射部、前記結像光学系または前記固体撮像装置の光学的設定状態を評価する、形状測定装置。
  12. 　前記演算部による評価の結果に基づいて、前記光照射部、前記結像光学系または前記固体撮像装置の光学的設定状態を調整する調整部を更に備える、請求項１１に記載の形状測定装置。
  13. 　対象物に対して所定ライン上の各位置に光を照射する光照射部と、
    　前記光照射部による前記対象物への光照射により生じた反射光を入力して結像する結像光学系と、
    　前記結像光学系を経た前記反射光を受光する請求項９または１０に記載の固体撮像装置と、
    を用いて、光切断法により前記対象物の形状を測定する方法であって、
    　前記固体撮像装置の前記信号処理部から出力される前記第１電気信号に基づいて、前記第１受光部における前記第１方向の各位置において前記第２方向の光入射位置を求めて、前記対象物の形状を測定する測定ステップと、
    　前記固体撮像装置の前記信号処理部から出力される前記第２電気信号に基づいて、前記第２受光部における前記第２方向の光入射強度分布を求めて、前記光照射部、前記結像光学系または前記固体撮像装置の光学的設定状態を評価する評価ステップと、
    を備える、形状測定方法。
  14. 　前記評価ステップにおける評価の結果に基づいて、前記光照射部、前記結像光学系または前記固体撮像装置の光学的設定状態を調整する調整ステップを更に備える、請求項１３に記載の形状測定方法。
  15. 　前記第２方向の各位置において、請求項８～１０の何れか１項に記載の固体撮像装置に対し前記第１方向に延在する所定ライン上の各位置に光を入射させ、前記固体撮像装置の前記信号処理部から出力される前記第１電気信号および前記第２電気信号それぞれに基づいて求められる前記第２方向の光入射位置の比較に基づいて、前記第１電気信号に基づいて求められる前記第２方向の光入射位置を補正する、補正方法。
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