特許 7691357 固体撮像装置、形状測定装置および形状測定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-06-03

(45)【発行日】2025-06-11

(54)【発明の名称】固体撮像装置、形状測定装置および形状測定方法

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/25 20060101AFI20250604BHJP

【ＦＩ】

G01B11/25 H

【請求項の数】 15

(21)【出願番号】P 2021206787

(22)【出願日】2021-12-21

(65)【公開番号】P2023091916

(43)【公開日】2023-07-03

【審査請求日】2024-06-11

(73)【特許権者】

【識別番号】000236436

【氏名又は名称】浜松ホトニクス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100140442

【弁理士】

【氏名又は名称】柴山 健一

(74)【代理人】

【識別番号】100110582

【弁理士】

【氏名又は名称】柴田 昌聰

(72)【発明者】

【氏名】宅見 宗則

(72)【発明者】

【氏名】内田 圭祐

【審査官】櫻井 仁

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１９／０５９２３６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許第５５６７９７６（ＵＳ，Ａ）

【文献】特開昭６１－１４０８２７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｂ １１／００－１１／３０

Ｇ０１Ｃ ３／０６

Ｈ０１Ｌ ３１／１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項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。

【請求項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。

【請求項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。

【請求項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。

【請求項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。

【請求項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。

【請求項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。

【請求項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。

【請求項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。

【請求項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。

【請求項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。

【請求項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。

【請求項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。

【請求項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。

【請求項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。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、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。

【背景技術】

【0002】

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。

【0003】

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。

【0004】

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。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】国際公開第２０１９／０５８８９７号

【文献】国際公開第２０１９／０５９２３６号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明者らは、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。

【0007】

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。

【0008】

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。

【0009】

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、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を提供することを目的とする。また、本発明は、上記のような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。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明の固体撮像装置は、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、を備える。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画素を含む。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。

【0011】

本発明の一側面において、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のが好適である。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のも好適である。また、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領域とに区分されていてもよく、この場合、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のも好適である。

【0012】

本発明の一側面において、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のが好適である、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のも好適である。また、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のも好適である。

【0013】

本発明の一側面において、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のが好適である。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のも好適である。また、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のも好適である。

【0014】

本発明の形状測定装置は、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の本発明の固体撮像装置と、を備える。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。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のが好適である。

【0015】

本発明の形状測定方法は、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の本発明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る。形状測定方法は、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。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のが好適である。

【0016】

本発明の補正方法は、第２方向の各位置において、上記の本発明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。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、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。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】図１は、形状測定装置１の構成を示す図である。

【図2】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】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】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】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】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】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】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】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】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】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】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。図１２（ｂ）は、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】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】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】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】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】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】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】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】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。

【図21】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。

【図22】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。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するため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。

【0020】

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。

【0021】

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。

【0022】

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く、この場合、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く、この場合、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。

【0023】

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。

【0024】

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。

【0025】

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。

【0026】

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。

【0027】

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。

【0028】

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く、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。

【0029】

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。

【0030】

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。

【0031】

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り、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。

【0032】

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２０Ａ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。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

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。

【0037】

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。

【0038】

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。

【0039】

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。

【0040】

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、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量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。

【0041】

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く、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く、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く、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。

【0042】

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。

【0043】

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。

【0044】

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。

【0045】

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。

【0046】

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。

【0047】

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れば、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するのも好ましく、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。

【0048】

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。

【0049】

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、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。

【0050】

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、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。

【0051】

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、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。

【0052】

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。

【0053】

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。

【0054】

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て、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。

【0055】

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）。

【0056】

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。

【0057】

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。

【0058】

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、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。

【0059】

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く、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。

【0060】

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。

【0061】

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。

【0062】

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。

【0063】

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。

【0064】

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。

【0065】

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。

【0066】

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。

【0067】

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。

【0068】

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。

【0069】

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。

【0070】

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。

【0071】

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。

【0072】

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。

【0073】

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。

【0074】

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。

【0075】

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。

【0076】

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。

【0077】

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。

【0078】

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。

【0079】

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。

【0080】

固体撮像装置および形状測定装置は、上述した構成例に限られるものではなく、様々な変形が可能であり、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。

【符号の説明】

【0081】

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。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】