(57)【要約】 【課題】  高速かつ高精度なオートフォーカス処理を行うことができるオートフォーカス装置を提供する。【解決手段】  走査方式選択部３４は画像の走査方式を選択する。コントラスト評価値算出部２６は、走査方式がインターレースの場合には、画像情報を奇数フィールドと偶数フィールドに分離して、コントラスト評価値をフィールド毎に算出し、算出した２つのコントラスト評価値を合成する。コントラスト評価値極大値判定部３２は、コントラスト評価値の時系列変化における極大を判定する。コントラスト評価値極大Ｚ位置算出部３３は、極大と判定されたコントラスト評価値に対応するＺ位置に基づいて、画像情報のコントラストが極大となるＺ位置（合焦位置）を算出する。【選択図】    図２
2006308884.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
観察対象物を撮像し、画像情報を生成する撮像手段と、
前記観察対象物と観察光学系との間の距離を変化させる移動制御手段と、
前記距離を検出する検出手段と、
画像の走査方式を指定する走査方式指定手段と、
指定された前記画像の走査方式に合わせ、前記画像情報のコントラストの度合を示すコントラスト評価値を算出し、算出した前記コントラスト評価値を合成して前記画像情報の前記コントラスト評価値とする評価値算出手段と、
前記距離と、前記評価値算出手段によって算出された前記コントラスト評価値とを対応させて記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶されている前記コントラスト評価値の時系列変化における極大を判定する判定手段と、
前記判定手段によって極大と判定された前記コントラスト評価値に対応する前記距離に基づいて、画像のコントラストが極大となる距離を算出する距離算出手段と、
を備えたことを特徴とするオートフォーカス装置。
【請求項２】
前記評価値算出手段は、前記走査方式指定手段によって指定された前記走査方式がインターレースの場合には、前記画像情報を奇数フィールドと偶数フィールドに分離して、前記コントラスト評価値をフィールド毎に算出し、算出した前記コントラスト評価値を合成して前記画像情報の前記コントラスト評価値とすることを特徴とする請求項１に記載のオートフォーカス装置。
【請求項３】
観察対象物を撮像し、画像情報を生成する撮像手段と、
前記観察対象物と観察光学系との間の距離を変化させる移動制御手段と、
前記距離を検出する検出手段と、
前記コントラスト評価値の算出に用いる前記画像情報の色情報を指定する色情報指定手段と、
前記色情報指定手段によって指定された色情報で構成される画像データを用いて、前記画像情報のコントラストの度合を示すコントラスト評価値を算出する評価値算出手段と、
前記距離と、前記評価値算出手段によって算出された前記コントラスト評価値とを対応させて記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶されている前記コントラスト評価値の時系列変化における極大を判定する判定手段と、
前記判定手段によって極大と判定された前記コントラスト評価値に対応する前記距離に基づいて、画像のコントラストが極大となる距離を算出する距離算出手段と、
を備えたことを特徴とするオートフォーカス装置。
【請求項４】
前記移動制御手段は、前記記憶手段によって記憶されている前記コントラスト評価値の時系列変化に基づいて、前記観察対象物と前記観察光学系との間の前記距離の変化の速度を制御することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかの項に記載のオートフォーカス装置。
【請求項５】
前記移動制御手段は、前記評価値算出手段が前記コントラスト評価値の算出に要する時間の変化に基づいて、前記観察対象物と前記観察光学系との間の前記距離の変化の速度を制御することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかの項に記載のオートフォーカス装置。
【請求項６】
前記移動制御手段は、前記観察光学系から推定される焦点深度と、前記評価値算出手段が前記コントラスト評価値の算出に要する時間とに基づいて、前記観察対象物と前記観察光学系との間の前記距離の変化の初速度を設定することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかの項に記載のオートフォーカス装置。
【請求項７】
前記判定手段は、最新の前記コントラスト評価値が、前記記憶手段によって記憶されている前記コントラスト評価値の中の最大値に対して所定の割合以下となったとき、または／および前記最大値が算出されてから、所定の回数連続して前記コントラスト評価値が減少したときに、前記最大値をとる前記コントラスト評価値が極大であると判断することを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかの項に記載のオートフォーカス装置。
【請求項８】
前記距離算出手段は、極大と判定された前記コントラスト評価値の前後に取得された前記コントラスト評価値と、各々の前記コントラスト評価値に対応する前記距離を前記記憶手段から読み出し、読み出した前記コントラスト評価値を補間することによって推定される近似関数に基づいて、画像のコントラストが極大となる前記距離を算出することを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれかの項に記載のオートフォーカス装置。
【請求項９】
前記検出手段が前記距離を検出した第１のタイミングと、前記評価値算出手段が前記コントラスト評価値を算出した第２のタイミングとを取得するタイミング取得手段をさらに備え、前記記憶手段は、前記タイミング取得手段によって取得された前記第１のタイミングを前記距離に対応付けて記憶すると共に、前記第２のタイミングを前記コントラスト評価値に対応付けて記憶することを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれかの項に記載のオートフォーカス装置。
【請求項１０】
前記色情報指定手段は、前記画像情報の色相から、最も頻度の多い色の補色に対応する色情報を指定することを特徴とする請求項３〜請求項９のいずれかの項に記載のオートフォーカス装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、観察対象物を撮像して画像情報（画像データ）を生成し、その画像情報に基づいて、観察光学系の合焦位置を自動で検出するオートフォーカス装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
被検査対象等となる観察対象物をステージに配置して観察する顕微鏡は、フォーカスを自動で合わせるオートフォーカス（ＡＦ）機能が実装されているものが多い。ＡＦ機能を実現するＡＦ処理はアクティブ方式とパッシブ方式に大きく分かれる。アクティブ方式は顕微鏡から半導体レーザを観察対象物に照射し、反射してきた光を利用して合焦位置を見つけるものである。一方、パッシブ方式は、観察対象物の状態をＣＣＤカメラ等で検知したものを利用して合焦位置を見つけるものである。
【０００３】
アクティブ方式では高速な処理を行うことができるが、半導体レーザ等の照射光源や、反射光を検知するセンサを組み込む必要があるため、顕微鏡が高価になってしまう。一方、パッシブ方式は、Ｚ方向の移動制御を行ったり、観察対象物の観察画像を取得したりすることができれば実現可能なので、顕微鏡は安価になるが、Ｚ方向にステージまたは観察系をステップ駆動させ、停止を確認してから画像情報（画像データ）を取得するといった動作が行われることから、処理速度が遅いという欠点がある。そこで、処理速度を改善するための方法が提案されている。
【０００４】
特許文献１に記載の技術では、被検査対象を載せたステージまたは観察系をＺ方向に移動させ、移動中の状態からＺ位置を読み込むと同時に画像情報を取得して、画像のコントラストの度合を示すコントラスト評価値を算出するという処理を、ステージまたは観察系が、予め定められた範囲を移動している間繰り返す。その後、算出された複数のコントラスト評価値を補間してコントラスト最大Ｚ位置を求めることによって、ＡＦ処理の高速化を図っている。
【０００５】
また、特許文献２に記載の技術では、被検査対象を載せたステージまたは観察系をＺ方向に駆動させながら画像情報を取得してコントラスト評価値を算出し、コントラストのピーク（極大）をとるＺ位置を見つけて合焦させるようにしている。この方法では、実際のＡＦ処理の開始前に、予め定められた計測開始点を検出した後、計測開始点にステージまたは観察系が到達したことを認識してからＡＦ処理が開始される。
【０００６】
上記の２例の特許文献で示した方法とは異なり、かつ走査方式を考慮した方法でＡＦ処理の高速化を図っている例もある。特許文献３では、コントラスト評価値を算出する画像として、ＮＴＳＣフォーマット（インターレース）の条件下でフィールド画像情報を用いてＡＦ処理を行う方法が示されており、観察系がＺ方向に移動しながらＺ位置を読みつつ、画像情報のコントラスト評価値を算出している。フレームレートの撮像装置は30フレーム／秒で画像情報を出力するため、ＡＦの処理も最速30回／秒である。また、フィールドレートの撮像装置は60フィールド／秒で画像情報を出力できるため、ＡＦ処理が最速60回／秒で実現できる。
【０００７】
これに対して、特許文献４に記載されるように、本発明の発明者は、被検査対象を載せたステージまたは観察系をＺ方向に相対的に移動させながら画像情報を取得してコントラスト評価値を算出し、コントラスト評価値の極大値が見つかったところで、該当する画像情報（コントラスト極大画像情報）を出力する高速なＡＦ処理方法を提案している。
【特許文献１】特開２００３-３１５６８４号公報
【特許文献２】特開２００３-１６１８７５号公報
【特許文献３】特開平５-２８８９８１号公報
【特許文献４】特開２００４-６２１６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１および特許文献２に記載の技術において、取得される画像情報の状態については開示されていないが、例えば高倍率の観察では、ステージまたは観察系を移動する際に発生する振動が画像情報に影響することが考えられる。さらには、顕微鏡で使用されるインターレース走査方式のカメラで画像情報を取得する場合、振動の影響が、取得した画像情報に現れ、結果としてＡＦ処理が失敗することが考えられる。
【０００９】
例えば、Ｚ方向に駆動するステージまたは観察系に対して、画像情報の走査線と平行方向に振動が発生する場合、プログレッシブ走査方式のカメラで画像を取得すると、振動の振幅が大きい場合に、相応のボケが発生するが、インターレース走査方式のカメラで画像を取得すると、奇数フィールドと偶数フィールドとの間に振動起因の「ずれ」が発生する。この「ずれ」は、振幅が小さくても注視すればわかるものである。この「ずれ」があると、コントラスト評価値の算出において、コントラストが大きいと誤って解釈され、結果的に本来の合焦位置とは異なる位置を合焦と判断する「偽合焦」を起こすことになる。
【００１０】
また、特許文献３に記載の技術では、ＡＦ処理が最速60回／秒で実現できるとしているが、フレームからフィールドにすることは、画像が本来もつ情報量を1/2にすることであり、コントラスト評価値の算出に利用する情報量を少なくして処理の高速化を行っている一方で、合焦位置の精度に課題が残る。
【００１１】
また、特許文献４に記載の技術では、Ｚ位置の変化が合焦位置で停止するわけではないため、オペレータが観察する場合は、従来のステップ駆動によるＡＦ処理を行う必要がある。さらに、画像情報の取得を行うカメラの走査方式の種類には言及されていないので、前述したように、インターレース走査方式では振動の影響が画像に反映され、偽合焦を起こす可能性がある。
【００１２】
さらに、従来、画像情報がカラーである場合、通常の観察とは異なる観察として、撮像系に特定の色のフィルタ（カラーフィルタ）を挿入した状態での特殊な観察がある。例えば、工業用基板（フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）、半導体ウェハ等）の欠陥修復検査において、波長が短い紫外域の光源を利用して欠陥を除去するレーザリペア機能を利用する場合、光学設計が紫外域に合わせて行われるため、可視域の波長では、撮像系のレンズ（対物レンズ等）の収差により、たとえ合焦していてもコントラストがはっきりした状態になるわけではなく、コントラストを強調する目的で緑色のフィルタをつけて、可視域の画像情報のコントラストを向上させることがある。
【００１３】
この場合、画像全体が緑色になることから、画像情報のうち、緑色成分に関する輝度が大きくなることが予想される。そのとき、画像の中で明るい箇所では輝度が飽和する可能性があり、緑色成分の画像情報を使ってＡＦ処理を行うと、輝度の飽和がコントラスト評価値の算出に影響を及ぼす。これによって、ＡＦ処理が誤った結果を導き出すことが考えられる。
【００１４】
本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであって、高速かつ高精度なオートフォーカス処理を行うことができるオートフォーカス装置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】
【００１５】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、観察対象物を撮像し、画像情報を生成する撮像手段と、前記観察対象物と観察光学系との間の距離を変化させる移動制御手段と、前記距離を検出する検出手段と、画像の走査方式を指定する走査方式指定手段と、指定された前記画像の走査方式に合わせ、前記画像情報のコントラストの度合を示すコントラスト評価値を算出し、算出した前記コントラスト評価値を合成して前記画像情報の前記コントラスト評価値とする評価値算出手段と、前記距離と、前記評価値算出手段によって算出された前記コントラスト評価値とを対応させて記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶されている前記コントラスト評価値の時系列変化における極大を判定する判定手段と、前記判定手段によって極大と判定された前記コントラスト評価値に対応する前記距離に基づいて、画像のコントラストが極大となる距離を算出する距離算出手段とを備えたことを特徴とするオートフォーカス装置である。
【００１６】
また、本発明のオートフォーカス装置において、前記評価値算出手段は、前記走査方式指定手段によって指定された前記走査方式がインターレースの場合には、前記画像情報を奇数フィールドと偶数フィールドに分離して、前記コントラスト評価値をフィールド毎に算出し、算出した前記コントラスト評価値を合成して前記画像情報の前記コントラスト評価値とすることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明は、観察対象物を撮像し、画像情報を生成する撮像手段と、前記観察対象物と観察光学系との間の距離を変化させる移動制御手段と、前記距離を検出する検出手段と、前記コントラスト評価値の算出に用いる前記画像情報の色情報を指定する色情報指定手段と、前記色情報指定手段によって指定された色情報で構成される画像データを用いて、前記画像情報のコントラストの度合を示すコントラスト評価値を算出する評価値算出手段と、前記距離と、前記評価値算出手段によって算出された前記コントラスト評価値とを対応させて記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶されている前記コントラスト評価値の時系列変化における極大を判定する判定手段と、前記判定手段によって極大と判定された前記コントラスト評価値に対応する前記距離に基づいて、画像のコントラストが極大となる距離を算出する距離算出手段とを備えたことを特徴とするオートフォーカス装置である。
【００１８】
また、本発明のオートフォーカス装置において、前記移動制御手段は、前記記憶手段によって記憶されている前記コントラスト評価値の時系列変化に基づいて、前記観察対象物と前記観察光学系との間の前記距離の変化の速度を制御することを特徴とする。
【００１９】
また、本発明のオートフォーカス装置において、前記移動制御手段は、前記評価値算出手段が前記コントラスト評価値の算出に要する時間の変化に基づいて、前記観察対象物と前記観察光学系との間の前記距離の変化の速度を制御することを特徴とする。
【００２０】
また、本発明のオートフォーカス装置において、前記移動制御手段は、前記観察光学系から推定される焦点深度と、前記評価値算出手段が前記コントラスト評価値の算出に要する時間とに基づいて、前記観察対象物と前記観察光学系との間の前記距離の変化の初速度を設定することを特徴とする。
【００２１】
また、本発明のオートフォーカス装置において、前記判定手段は、最新の前記コントラスト評価値が、前記記憶手段によって記憶されている前記コントラスト評価値の中の最大値に対して所定の割合以下となったとき、または／および前記最大値が算出されてから、所定の回数連続して前記コントラスト評価値が減少したときに、前記最大値をとる前記コントラスト評価値が極大であると判断することを特徴とする。
【００２２】
また、本発明のオートフォーカス装置において、前記距離算出手段は、極大と判定された前記コントラスト評価値の前後に取得された前記コントラスト評価値と、各々の前記コントラスト評価値に対応する前記距離を前記記憶手段から読み出し、読み出した前記コントラスト評価値を補間することによって推定される近似関数に基づいて、画像のコントラストが極大となる前記距離を算出することを特徴とする。
【００２３】
また、本発明のオートフォーカス装置において、前記検出手段が前記距離を検出した第１のタイミングと、前記評価値算出手段が前記コントラスト評価値を算出した第２のタイミングとを取得するタイミング取得手段をさらに備え、前記記憶手段は、前記タイミング取得手段によって取得された前記第１のタイミングを前記距離に対応付けて記憶すると共に、前記第２のタイミングを前記コントラスト評価値に対応付けて記憶することを特徴とする。
【００２４】
また、本発明のオートフォーカス装置において、前記色情報指定手段は、前記画像情報の色相から、最も頻度の多い色の補色に対応する色情報を指定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、観察対象物と観察光学系との間の距離を変化させながら取得した画像のコントラストを評価してオートフォーカス処理を行うので、高速なオートフォーカス処理を行うことができるという効果が得られる。また、画像の走査方式がインターレース方式である場合に、フィールド別にコントラスト評価値を算出して合成することによって、振動起因の画像の「ずれ」の影響を抑えて、高精度なオートフォーカス処理を行うことができるという効果が得られる。さらに、画像中の特定の色情報を用いてコントラスト評価値を算出することによって、色の影響を最小限にした高精度なオートフォーカス処理を行うことができるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、図面を参照し、本発明を実施するための最良の形態について説明する。本実施形態におけるＡＦ処理は、画像情報（画像データ）を用いたＡＦ処理であり、例えば被検査対象等の観察対象物または観察系をＺ方向に駆動させて画像情報を取得し、エッジ等のようなコントラストを表す評価値（コントラスト評価値）を画像情報から算出し、コントラスト評価値が極大となるＺ位置に検査対象物または観察系を移動させることによって、合焦位置を得るようにしている。
【００２７】
図１は、本発明の第１の実施形態による検査装置の構成を示す概略構成図である。本実施形態による検査装置には顕微鏡が搭載され、顕微鏡に付随して、本発明のオートフォーカス（ＡＦ）処理を行うオートフォーカス（ＡＦ）装置が搭載されている。図１において、ＡＦ装置１２は、ＸＹＺステージ１のＺ方向の移動を制御する移動制御部３と、コントラスト評価値や合焦位置の演算等を行う演算部１３とから構成される。本実施形態においては、本発明のオートフォーカス装置を液晶等のフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）の基板や半導体ウェハ等の基板検査装置もしくはレーザリペア装置へ適用した例を用いて説明を行うが、オートフォーカス装置の適用はこれに限定されるわけではない。
【００２８】
ＸＹＺステージ１上には、被検査対象として例えばＦＰＤガラス基板２（観察対象物）が載置されている。ＸＹＺステージ１は、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向にそれぞれステージを移動させる直流または交流のＸ方向モータ、Ｙ方向モータ、Ｚ方向モータを有する。Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の各モータは等速度駆動とマイクロステップ駆動を可能とする。ＸＹＺステージ１は、ＡＦ装置１２内の移動制御部３から出力される移動指示を受けて、駆動制御される。移動制御部３は、ＸＹＺステージ１に対して、Ｚ方向への上昇または下降の移動指示を出力する。
【００２９】
ＸＹＺステージ１は、Ｚ方向の移動指示を受けたときに、Ｚ方向モータの駆動によって、等速で連続的に、または所定のピッチでＺ方向に上昇または下降する。これと共に移動制御部３は、連続して上昇または下降するＸＹＺステージ１の高さ情報（Ｚ位置）を検出する。ＸＹＺステージ１の上方には観察光学系４を介してカラーの画像情報を得るためのＣＣＤカメラ５が設けられている。なお、本実施形態においては、ＸＹＺステージ１が駆動され、Ｚ方向に移動するとしているが、観察光学系４がＺ方向に移動してもよい。いずれにせよ、観察対象物と観察光学系４との間の距離（間隔）を変更可能なように検査装置が構成されていればよい。
【００３０】
観察光学系４は、光軸p上に配置される対物レンズ６およびリレーレンズ７，８を有する。照明装置９から出力される照明光は照明用リレーレンズ１０を介してハーフミラー１１に入射する。ハーフミラー１１は、観察光学系４の光軸p上に設けられている。これにより、照明装置９から出力された照明光は、ハーフミラー１１で下方に反射され、リレーレンズ７および対物レンズ６を通ってＦＰＤガラス基板２上に照射される。ＣＣＤカメラ５は、ＸＹＺステージ１上に載置されているＦＰＤガラス基板２を撮像して画像情報を生成し、ＡＦ装置１２へ出力する。
【００３１】
ＣＣＤカメラ５から出力される画像情報は、複数の色に関する輝度情報（以降、色別画像情報と称す）から構成され、例えば、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３つの色別画像情報からなるものとする。出力された画像情報はＡＦ装置１２内の演算部１３に入力される。演算部１３において、後述するＡＦ処理を始めとする各種の演算が行われる。ディスプレイ１４にはＣＣＤカメラ５からの画像情報が、演算部１３を介して入力され、ディスプレイ１４は、画像情報に基づいて画像を表示する。
【００３２】
図２は、本実施形態によるＡＦ装置１２の内部構成を示すブロック図である。図２においては、移動制御部３および演算部１３のそれぞれの構成が図示されている。移動制御部３において、駆動モータ用パルス出力部２１は、ＸＹＺステージ１が有するＺ方向モータを駆動するためのパルスをＸＹＺステージ１へ出力する。本実施形態では、単位時間あたりのパルス数をＺ方向モータ駆動のパルスとして定義する。パルスを変更することによって、Ｚ方向モータの速度、すなわちＸＹＺステージ１のＺ方向への移動速度を変更することができる。
【００３３】
駆動モータ用パルス出力部２１にはパルスを制御する信号がＣＰＵ２４から入力され、この信号に基づいて駆動モータ用パルス出力部２１は、ＸＹＺステージ１が有するＺ方向モータへ出力するパルスを制御する。駆動モータ用パルス読み取り部２２は、ＸＹＺステージ１が有するＺ方向モータの現在のパルス数を読み取る。Ｚ位置算出部２３は、駆動モータ用パルス出力部２１に出力されるＣＰＵ２４からのパルス数の指示情報、または駆動モータ用パルス読み取り部２２が読み取ったパルス数を用いて、ＦＰＤガラス基板２と観察光学系４との間の距離に対応した現在のＺ位置を算出する。
【００３４】
演算部１３において、ＣＰＵ２４は演算部１３全体の処理の制御を行う。カメラ画像取り込み部２５は、ＣＣＤカメラ５から出力された画像情報を取り込む。コントラスト評価値算出部２６は、カメラ画像取り込み部２５によって取り込まれた画像から、後述する方法によりコントラスト評価値を算出する。経過時間計測用カウンタ部２７は、経過時間に関するカウンタであり、任意のタイミングでの初期化が可能である。
【００３５】
カウンタ読み取り部２８は、経過時間計測用カウンタ部２７のカウンタの値を読み取る。このカウンタの値は、Ｚ位置算出部２３によるＺ位置の算出のタイミングや、コントラスト評価値算出部２６によるコントラスト評価値の算出のタイミング（より具体的にはコントラスト評価値の算出に用いられる画像情報の取得のタイミング）を示す情報として利用されるものである。Ｚ位置記憶部２９は、Ｚ位置算出部２３によって算出されたＺ位置を記憶するためのメモリである。カウンタ記憶部３０は、カウンタ読み取り部２８によって読み取られたカウンタの値を記憶するためのメモリである。コントラスト評価値記憶部３１は、コントラスト評価値算出部２６によって算出されたコントラスト評価値を記憶するためのメモリである。
【００３６】
コントラスト評価値極大値判定部３２は、複数のコントラスト評価値を用いて、現時点での最大値が極大値として妥当であるか否かを判定する。コントラスト評価値極大Ｚ位置算出部３３は、コントラスト評価値極大値判定部３２によって、極大値が妥当であると判定された場合に、極大値に対応するＺ位置（合焦位置）を算出する。走査方式選択部３４は、ＣＣＤカメラ５から出力される画像情報の走査方式を選択する。本実施形態ではインターレース走査方式とプログレッシブ走査方式のいずれかを選択できるものとする。走査方式の検出は、例えば画像情報から走査方式を検出したり、トリガー信号の間隔を検出したりすることによって行われる。色情報選択部３５は、カメラ画像取り込み部２５によって取り込まれた画像情報に基づいて、コントラスト評価値算出部２６で使用される画像情報の色を選択する。本実施形態ではＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）、Ｃ（シアン）、Ｍ（マゼンダ）、Ｙ（黄）、Ｋ（グレースケール）、Ａ（全ての色）のいずれかを選択できるものとする。
【００３７】
次に、上述した構成による処理の流れを示す。まず、ＣＰＵ２４からカウンタ読み取り部２８を経由して、経過時間計測用カウンタ部２７が初期化される。これと同時に、ＣＰＵ２４は、駆動モータ用パルス出力部２１にＸＹＺステージ１のＺ方向モータの駆動開始を指示する。すなわち、経過時間計測用カウンタ部２７ではＺ方向モータの駆動開始の時点からの経過時間がカウントされる。
【００３８】
続いて、ＣＰＵ２４は、Ｚ位置算出部２３を経由して駆動モータ用パルス読み取り部２２に現在のＺ方向モータのパルス数の読み取りを指示する。これと同時に、カウンタ読み取り部２８は経過時間計測用カウンタ部２７から、現在の経過時間を表すカウンタの値を読み取る。駆動モータ用パルス読み取り部２２で読み取られたパルス数はＺ位置算出部２３へ出力される。Ｚ位置算出部２３は、読み取られたパルス数に対応するＺ位置を算出する。Ｚ位置算出部２３によって算出されたＺ位置、およびカウンタ読み取り部２８によって読み取られたカウンタの値はそれぞれＺ位置記憶部２９およびカウンタ記憶部３０に格納される。その際、Ｚ位置とカウンタの値との時間関係に関して整合がとれるように、例えばカウンタ記憶部３０に格納されるカウンタの値としてＺ位置用およびコントラスト評価値用の２種類を用意して、Ｚ位置およびコントラスト評価値の各々の算出が行われたときのカウンタの値が識別可能に記憶されるようにする。
【００３９】
続いて、ＣＰＵ２４は、コントラスト評価値算出部２６を経由してカメラ画像取り込み部２５に画像情報の取得を指示する。これと同時に、カウンタ読み取り部２８は、経過時間計測用カウンタ部２７から現在の経過時間を表すカウンタの値を読み取る。ＣＣＤカメラ５からカメラ画像取り込み部２５に取り込まれた画像はコントラスト評価値算出部２６へ出力される。コントラスト評価値算出部２６は、画像情報に基づいて、画像のコントラストの度合を示すコントラスト評価値を算出する。
【００４０】
コントラスト評価値の算出は、走査方式選択部３４からコントラスト評価値算出部２６へ出力された走査方式の情報を考慮し、かつ画像情報の中から、色情報選択部３５によって選択された色に該当する色別画像情報（色情報）を用いて行われる。コントラスト評価値算出部２６によって算出されたコントラスト評価値、およびカウンタ読み取り部２８で読み取られたカウンタの値はそれぞれコントラスト評価値記憶部３１およびカウンタ記憶部３０に記憶される。その際、前記したＺ位置を記憶するときと同様に、コントラスト評価値とカウンタの値との時間関係に関して整合がとれるようにする。
【００４１】
コントラスト評価値算出部２６によって算出されたコントラスト評価値がコントラスト評価値記憶部３１に記憶されると、コントラスト評価値極大値判定部３２はコントラスト評価値記憶部３１に記憶されたコントラスト評価値の中で、時系列変化における極大値として妥当な値が存在するか否かを判定する。妥当な極大値の判定基準としては、例えばコントラスト評価値記憶部３１に記憶されたコントラスト評価値の中に最大値が存在し、時系列でコントラスト評価値を見たときに、最新のコントラスト評価値が最大値に対して所定の割合以下（例えば７０％未満）となったとき、または最大値が算出された時点以降に算出されたコントラスト評価値が３回連続して単調減少したとき等に、最大値をとるコントラスト評価値が妥当な極大値であると判断することとする。あるいは、上記の２つの条件が共に満たされた場合に、最大値をとるコントラスト評価値が妥当な極大値であると判断してもよい。コントラスト評価値の極大値が妥当でないと判断された場合は、再度Ｚ位置の取得およびコントラスト評価値の算出が行われた後に、判定が行われる。
【００４２】
コントラスト評価値極大値判定部３２は、コントラスト評価値の極大値を決定した（妥当と判断した）場合、ＣＰＵ２４に極大値の決定を通知する。ＣＰＵ２４はコントラスト評価値極大値判定部３２からの通知を受けて、現在駆動中のＸＹＺステージ１のＺ方向モータを停止する指示を駆動モータ用パルス出力部２１へ出力する。Ｚ方向モータの停止指示は、ＣＰＵ２４から駆動モータ用パルス出力部２１を経由してＸＹＺステージ１に出力される。これと同時にＣＰＵ２４は、カウンタ読み取り部２８を経由して経過時間計測用カウンタ部２７に動作停止を指示する。指示を受けた経過時間計測用カウンタ部２７はカウントを停止する。
【００４３】
続いて、コントラスト評価値極大値判定部３２は、コントラスト評価値極大Ｚ位置算出部３３に対して、画像のコントラストが極大となったＺ位置（合焦位置）の算出を指示する。コントラスト評価値極大Ｚ位置算出部３３は指示を受けて、極大値をとるコントラスト評価値、および時間的に極大値の前後に取得された複数のコントラスト評価値を、コントラスト評価値極大値判定部３２を経由してコントラスト評価値記憶部３１から読み出す。また、コントラスト評価値極大Ｚ位置算出部３３は、取得したコントラスト評価値を算出したタイミングに対応するカウンタの値をカウンタ記憶部３０から読み出し、取得したカウンタの値に近いタイミングで取得された複数のＺ位置もＺ位置記憶部２９から読み出す。
【００４４】
コントラスト評価値極大Ｚ位置算出部３３は、読み出した値を利用して、後述する方法により、コントラストが実質的に極大を示すＺ位置、すなわち合焦位置を算出する。コントラスト評価値極大Ｚ位置算出部３３によって算出された、合焦位置を示すＺ位置はＣＰＵ２４に出力される。ＣＰＵ２４は、指定されたＺ位置にＸＹＺステージ１を動かすように、駆動モータ用パルス出力部２１に指示を出し、ＸＹＺステージ１のＺ方向モータを駆動させる。
【００４５】
次に、コントラスト評価値算出部２６の構成を説明する。図３は、コントラスト評価値算出部２６の内部構成を示すブロック図である。図３は、カメラ画像取り込み部２５から出力された画像情報を用いてコントラスト評価値を算出し、算出結果をコントラスト評価値記憶部３１に出力するまでの処理の流れを主に示しており、例えば図２を用いて説明した、ＣＰＵ２４によって指示されるカメラ画像取り込み部２５の画像情報の取得に関する処理の流れは特に示していない。
【００４６】
カメラ画像取り込み部２５から出力された画像情報は、色情報指定部４１に入力される。色情報指定部４１は、色情報選択部３５によって選択された色に従って、コントラスト評価値の算出に用いる特定の色別画像情報を決定する。例えば画像情報が「Ｒ」、「Ｇ」、「Ｂ」の色別画像情報からなる場合、色情報選択部３５によって「Ｇ（緑）」が指定された場合には、「Ｇ」に関する色別画像情報が、「Ｍ（マゼンダ）」が指定された場合には、「Ｒ」と「Ｇ」に関する色別画像情報が、コントラスト評価値の演算に用いる画像情報として決定され、該当する色別画像情報が出力される。
【００４７】
また、「Ｋ（グレースケール）」が指定された場合には、色情報指定部４１は、グレースケール変換した画像情報を、「Ａ（全ての色）」が指定された場合には、全ての色別画像情報を、それぞれコントラスト評価値の算出に用いることを決定し、入力されたままの画像情報を走査切替部４２へ出力する。これと同時に、色情報指定部４１は、実際のコントラスト評価値の算出で、画像情報に対して事前に変換等の演算が必要であるか否かを示す情報をコントラスト評価値演算部４４へ出力する。コントラスト評価値演算部４４に出力される情報は、例えば全ての色の画像情報を利用する場合に、色情報選択部３５で「Ｋ（グレースケール）」と指定されたときは、事前の変換が必要であるという内容であり、同様に色情報選択部３５で「Ａ（全ての色）」と指定されたときは、事前の変換は必要ないという内容である。
【００４８】
色情報指定部４１から出力された画像情報は走査切替部４２に入力される。走査切替部４２は、走査方式選択部３４から指示される走査方式に従って、画像情報の出力先を変更する。走査切替部４２は、指示された走査方式がインターレースの場合にはフィールド分離部４３に、プログレッシブの場合にはコントラスト評価値演算部４４に画像情報を出力する。
【００４９】
フィールド分離部４３は、走査方式選択部３４によって、画像情報がインターレース走査方式であると指定された場合に動作し、走査切替部４２から出力された画像情報を奇数（Odd）フィールドと偶数（Even）フィールドの２フィールドに分離する。フィールド分離部４３に入力される画像情報は、上述した走査切替部４２の内容から、インターレースの走査方式の画像情報だけである。フィールド分離部４３は、以降のコントラスト評価値の算出をフィールド別に行うために設けられている。
【００５０】
フィールド分離部４３によって分離されたフィールド単位の画像情報、および走査切替部４２から出力された、分離されていないプログレッシブ走査方式の画像情報はコントラスト評価値演算部４４に入力される。コントラスト評価値演算部４４は、入力された画像情報に基づいて、所定の方法に従って、コントラスト評価値を求める演算を行う。演算の際にコントラスト評価値演算部４４は、走査方式選択部３４から指示された走査方式に従って、演算の対象としてフィールド単位の画像情報とプログレッシブ走査方式の画像情報のいずれかを選択して決定する。
【００５１】
さらに、コントラスト評価値演算部４４は、色情報指定部４１から出力された事前の画像情報変換の必要有無に関する情報に基づいて、必要に応じて事前に画像情報の変換を行う等の処理を行う。このうち、画像情報の変換については、全ての色を含む画像情報がコントラスト評価値の演算対象として入力された場合に、色別画像情報毎にコントラスト評価値を求めるのか、それともグレースケールに変換した画像情報を用いてコントラスト評価値を求めるのかを明確にするために、コントラスト評価値演算部４４は色情報指定部４１から、事前の画像情報の変換に関する情報を受け取るようにしている。
【００５２】
なお、入力される画像情報の走査方式が異なっても、コントラスト評価値を演算するアルゴリズムは、画像情報で参照する位置が異なる以外は同じものを用いている。コントラスト評価値演算部４４によって演算されたコントラスト評価値は、それがフィールド単位の画像情報から求められた場合にはフィールド別評価値合成部４５へ出力され、さらに下記の処理が施される。また、コントラスト評価値がプログレッシブ走査方式の画像情報から求められた場合には、コントラスト評価値はそのままＣＰＵ２４およびコントラスト評価値記憶部３１に出力される。
【００５３】
フィールド別評価値合成部４５は、走査方式選択部３４によって、画像情報の走査方式としてインターレースが選択された場合に動作し、コントラスト評価値演算部４４から出力されたフィールド別のコントラスト評価値を合成し、コントラスト評価値算出部２６に入力された画像情報のコントラスト評価値を算出する。各フィールドのコントラスト評価値の合成方法は、奇数（Odd）フィールドのコントラスト評価値をCV_I_odd、偶数（Even）フィールドのコントラスト評価値をCV_I_evenとして、（１）式により画像情報のコントラスト評価値CV_Iを求めるという方法である。
CV_I ＝ α×CV_odd ＋ （１−α）×CV_I_even  ・・・（１）
【００５４】
（１）式のαは重み係数であり、０≦α≦１である。このαを変えることによって、画像情報のコントラスト評価値CV_Iを、どちらか一方のフィールドの画像情報から算出した結果だけとしたり、両者のフィールドの画像情報から算出した結果を平均化した結果としたり等の制御が可能である。（１）式により算出されたコントラスト評価値は、ＣＰＵ２４およびコントラスト評価値記憶部３１に出力される。
【００５５】
なお、CV_I_oddおよびCV_I_evenの算出結果の利用方法は、上述した方法に限定されない。例えば、奇数フィールドと偶数フィールドとの間に振動起因の「ずれ」が発生した場合には、CV_I_oddとCV_I_evenとが著しく異なる可能性があるので、CV_I_oddとCV_I_evenの差が所定値以上の場合には、算出したコントラスト評価値を極大の判定に使用しないようにしてもよい。あるいは、CV_I_oddとCV_I_evenのそれぞれについて、CV_I_oddまたはCV_I_evenの時系列変化における前後の値と比較した結果、異常値であると判定された場合には、その値を使用しないようにしてもよい。
【００５６】
次に、コントラスト評価値算出部２６によるコントラスト評価値の算出方法を説明する。図４は、本実施形態におけるコントラスト評価値の算出に利用するサンプリングラインパターンの一例を示している。図４において、サンプリングラインパターンは、画像情報Imに対して設定されるものである。コントラスト評価値算出部２６によって算出されるコントラスト評価値は、図４に示されるラインＳ１およびＳ２上に位置する画素の輝度情報を利用して算出される。図４（ａ）では画像情報Imの画面中央部に「×」形状のサンプリングパターンＳ１が設定されており、図４（ｂ）では画像情報Imの複数箇所、例えば４箇所に「×」形状のサンプリングパターンＳ２が設定されている。
【００５７】
各サンプリングパターンＳ１、Ｓ２を用いるのは次の理由による。例えば被検査対象であるＦＰＤガラス基板２が欠陥検査を対象としており、欠陥部が画面中央部に存在する場合、欠陥自体がどのようなものであるかを検査する際には、欠陥そのものに焦点を合わせる必要があるため、図４（ａ）のように画面中央にサンプリングパターンＳ１を設定することによって、欠陥自体のコントラスト評価値を見てＡＦ処理が行われる。一方、欠陥が、ＦＰＤガラス基板２の正常パターンに対してどのような影響を及ぼすかを検査する際には、欠陥ではなく正常パターンに焦点を合わせる必要があるため、図４（ｂ）のように画面中心から離れた複数箇所にサンプリングパターンＳ２を設定することによって、正常パターンのコントラスト評価値を見てＡＦ処理が行われる。なおサンプリングパターンはＳ１やＳ２の形状に限らず、任意の画面位置、任意の形状、任意の個数で設定してよい。
【００５８】
以下、図４のサンプリングパターンを用いたコントラスト評価値の算出について述べる。サンプリングパターンがＮ個の画素配列０〜Ｎ−１からなり、ｎ番目の画素に関して、コントラスト評価値の算出に用いられる画像情報の輝度値がIv（n）であるとする。輝度値Iv（n）が、ノイズ除去目的のフィルタリングを既に済ませたものとして、サンプリングパターン上で隣接する画素の輝度値Iv（n-１）との差ΔIv（n）を、（２）式により求める。
ΔIv（n） ＝ ｜Iv（n） −Iv（n-１）｜２  ・・・（２）
【００５９】
（２）式に示される演算をサンプリングパターン上の各画素に対して行い、（３）式で表される値CV_Iをコントラスト評価値とする。
【００６０】
【数１】
2006308884.tif 000003
【００６１】
（３）式の右辺はｎ＝１からＮ−１までのΔIv（n）の和を示す。（３）式は１本のサンプリングパターンに関するものであり、図４のように「×」型で構成される２本１組のサンプリングパターンがある場合は、それぞれのサンプリングパターンに関して（３）式で求めた“CV_I”の和を画像情報全体のコントラスト評価値とすればよい。また、それぞれのサンプリングパターンに関して重みをつける、例えば図４（ｂ）のように「×」型のサンプリングパターンが複数存在する場合は、「×」型のサンプリングパターンの画面位置に応じて重みを変えて加算することによって、画像情報全体のコントラスト評価値を得るようにしてもよい。
【００６２】
次に、本実施形態におけるＡＦ処理を、図５を参照して説明する。図５は、本実施形態におけるＡＦ処理の手順を示すフローチャートである。なお、図５において、既に説明を行った処理に対しては概略的な説明のみを行う。ＣＰＵ２４による指示に基づいて、経過時間計測用カウンタ部２７はカウンタの値を初期化する（ステップＳ１０１）。駆動モータ用パルス出力部２１は、ＸＹＺステージ１に備わっているＺ方向モータの駆動を開始させ、ＸＹＺステージ１をＺ方向に移動させる（ステップＳ１０２）。駆動モータ用パルス読み取り部２２によって読み取られたパルス数に基づいて、Ｚ位置算出部２３は現在のＸＹＺステージ１のＺ位置を算出し、同時にカウンタ読み取り部２８は現在のカウンタの値を取得する。取得されたＺ位置とカウンタの値は１つの組として対応付けられて、それぞれＺ位置記憶部２９およびカウンタ記憶部３０に格納される（ステップＳ１０３）。
【００６３】
コントラスト評価値算出部２６は、コントラスト評価値を算出する画像情報をカメラ画像取り込み部２５から取得する。同時に、ＣＰＵ２４はカウンタ読み取り部２８から現在のカウンタの値を取得する（ステップＳ１０４）。コントラスト評価値算出部２６は、ステップＳ１０４で取得した画像情報に関するコントラスト評価値を算出する。算出されたコントラスト評価値は、ステップＳ１０４で取得されたカウンタの値と１つの組として対応付けられて、それぞれコントラスト評価値記憶部３１およびカウンタ記憶部３０に格納される（ステップＳ１０５）。
【００６４】
コントラスト評価値極大値判定部３２は、現在までに算出されたコントラスト評価値をコントラスト評価値記憶部３１から読み出し、現在のコントラスト評価値の極大値が妥当であるか否かの判定を行う（ステップＳ１０６）。この判定の基準は前述したとおりである。判定の結果はコントラスト評価値極大値判定部３２からＣＰＵ２４に通知される。ＣＰＵ２４は、ステップＳ１０６の結果（コントラスト評価値の極大値が妥当であるか否かの判定結果）に基づいて、以下のいずれの処理を行うべきかを判定する（ステップＳ１０７）。極大値が妥当であった場合には、処理はステップＳ１０８に進み、極大値が妥当でなかった場合には、処理はステップＳ１１１に進む。
【００６５】
コントラスト評価値の極大値が妥当であった場合には、ＣＰＵ２４は駆動モータ用パルス出力部２１に現在駆動中のＺ方向モータの停止を指示し、指示を受けた駆動モータ用パルス出力部２１はＺ方向モータを停止させる（ステップＳ１０８）。コントラスト評価値極大Ｚ位置算出部３３は、コントラスト評価値の極大値に対応した、画像のコントラストが極大となった際のＺ位置、すなわち合焦位置を算出し、算出結果をＣＰＵ２４へ出力する（ステップＳ１０９）。合焦位置の算出の際にコントラスト評価値極大Ｚ位置算出部３３は、コントラスト評価値およびＺ位置と対応付けられているカウンタの値を参照すると共に、コントラスト評価値の極大値だけでなく、その前後の時間に算出されたコントラスト評価値も利用する。ＣＰＵ２４は駆動モータ用パルス出力部２１にＺ方向モータの駆動を指示し、指示を受けた駆動モータ用パルス出力部２１はＺ方向モータを駆動して、ＸＹＺステージ１を、ステップＳ１０９において算出された合焦位置に移動させる（ステップＳ１１０）。
【００６６】
また、コントラスト評価値の極大値が妥当でなかった場合には、ＣＰＵ２４は、最新のコントラスト評価値と最新から１つ前の時間（カウンタの値）に対応するコントラスト評価値とをコントラスト評価値記憶部３１から読み出し、それらの間の変化が所定のしきい値Th1以上であるか否かを判断する（ステップＳ１１１）。２つのコントラスト評価値の間の変化がしきい値Th1以上であった場合には、処理はステップＳ１１２に進み、しきい値Th1未満であった場合には、処理はステップＳ１０３に戻る。
【００６７】
上記のステップＳ１１１の処理は、コントラスト評価値の時間変化に応じて、Ｚ方向モータの駆動速度を変更できるようにするための処理である。しきい値Th1はコントラスト評価値の定義や被検査対象のパターンによって変わるが、例えばコントラスト評価値のとりうる範囲が最小値0、最大値10000であった場合には、しきい値Th1を+3000にする（コントラスト評価値が増加する）というように、時間的に隣接する状態で十分大きな変化であることを踏まえた値に設定する。
【００６８】
コントラスト評価値の時間変化がしきい値Th1以上であった場合、ＣＰＵ２４は、Ｚ方向モータの駆動速度を現在のβ倍（０＜β＜１）にする（減速する）ことを駆動モータ用パルス出力部２１に指示する。指示を受けた駆動モータ用パルス出力部２１はＺ方向モータの駆動速度を上記のように制御する（ステップＳ１１２）。この処理は、コントラスト評価値の増加という変化に伴い、合焦位置が近くなっているという認識に基づいて、コントラスト評価値を算出する画像情報に対応するＺ位置をより細かい間隔で取得できるようにするための処理である。なお、ステップＳ１１２の処理を何回も実行すると、Ｚ方向モータの駆動速度が遅くなり、ＡＦ処理の時間に影響するため、駆動速度が遅くなりすぎない程度の所定の回数Ｑだけ実行されるものとする。例えば、処理開始時のＺ方向モータ駆動速度＝Vz0、β＝0.8とした場合、ステップＳ１１２の処理をｑ回行った時の速度Vzqは（４）式で表される。
Vzq ＝ Vz0×βq  ・・・（４）
【００６９】
（４）式の左辺がVz0のＢ倍未満にならないようにするため、処理を行う回数Ｑを式（５）のように決定する。
Ｑ＝Int（LogＢ／Logβ）  ・・・（５）
（５）式で“Int（X）”はXを超えない最大の整数を表すものとする。例えばβ＝0.8のときにΒ＝0.35とすると、Ｑ＝4となり、ステップＳ１１２の処理は最大で４回まで実行されることとなる。
【００７０】
次に、本実施形態のコントラスト極大値判定部３２による、コントラスト評価値の変化を利用したコントラスト評価値の極大値の妥当性の判断方法、およびＸＹＺステージ１のＺ方向モータの駆動速度の変更方法を説明する。図６（ａ）は、コントラスト評価値の変化を利用した極大値の妥当性の判断方法を説明するための図であり、図６（ｂ）は、ＸＹＺステージ１のＺ方向モータの駆動速度の変更方法を説明するための図である。どちらの図においても、横軸をＺ位置、縦軸をコントラスト評価値としている。
【００７１】
コントラスト評価値の極大値に関する妥当性の判定は、前述した方法で行われる。図６（ａ）において、Ｚ位置が「Ｚmax」のときのコントラスト評価値「CV_Imax」が、現時点までに算出されたコントラスト評価値の極大値であるとすると、妥当性を判定するためのコントラスト評価値に関するしきい値（例えば本実施形態ではコントラスト評価値の極大値の７０％の値）が設定される。
【００７２】
そして、以降の処理において、Ｚ位置が「Ｚm」のときのコントラスト評価値「CV_Im」が極大値の妥当性判断のためのしきい値、すなわち「CV_Imax×0.7」未満であったとすると、この時点でコントラスト評価値「CV_Imax」が極大値として妥当であると判断され、Ｚ方向モータを停止して合焦位置を算出するための処理が行われる。これ以外に妥当性を判定する方法として、例えばコントラスト評価値の極大値が算出されてから連続して３回単調減少したときに、極大値が妥当であると判定される。図６（ａ）の場合には、Ｚ位置が「Ｚm」のときのコントラスト評価値「CV_Im」が算出されたところで、コントラスト評価値「CV_Imax」が極大値として妥当であると判定される。
【００７３】
Ｚ方向モータの駆動速度の変更は、図５を用いて説明した。図６（ｂ）において、Ｚ方向モータの駆動速度Vzが「X[pps]」であるとする。Ｚ位置が「Ｚm」のときのコントラスト評価値が「CV_Im」であり、次に算出された、Ｚ位置が「Ｚm+1」のときのコントラスト評価値が「CV_Im+1」であったとする。ＣＰＵ ２４は、時間的に隣接するコントラスト評価値をコントラスト評価値記憶部３１から読み出してそれらの差ΔCV_Iを算出し、ΔCV_Iが、図５のステップＳ１１１におけるしきい値Th１以上であるか否かを調べる。
【００７４】
コントラスト評価値「CV_Im」とコントラスト評価値「CV_Im+１」の差をΔCV_Imとすると、ΔCV_ImがTh１以上であった場合、ＣＰＵ２４は、合焦位置に近づいてきたと認識し、Ｚ方向モータの駆動速度Vzを現在の速度の1/2、すなわち「X/2[pps]」にすることを決定する。ここで “1/2”は（４）式の“β”に相当する。これによって、以降に算出されるＺ位置の間隔が小さくなり、今までよりも良い精度でコントラスト評価値の算出、すなわち合焦位置の算出が行われる。
【００７５】
なお、図６を用いて示した処理は、コントラスト評価値の特性が、ピーク値から見て比較的「急峻」な特性を示す「山」型になっている前提で述べているが、例えばコントラスト評価値の特性が緩やかな「山」型になる場合は、連続して算出されたコントラスト評価値の差ΔCV_Imが所定のしきい値以上になる状態が連続して所定の回数になったときに、Ｚ方向モータの速度を変更するようにすればよい。また、Ｚ方向モータの駆動速度を変更した後のコントラスト評価値の差ΔCV_Imを調べ、所定の回数分コントラスト評価値の算出を行っても、未だにコントラスト評価値の極大値が妥当であると判定されない場合は、コントラスト評価値の差ΔCV_Imと所定のしきい値を比較して、ΔCV_Imがしきい値未満であればＺ方向モータの駆動速度を変更前の状態に戻す（すなわち速くする）ようにすればよい。
【００７６】
次に、本実施形態のコントラスト評価値極大Ｚ位置算出部３３による合焦位置の算出方法を、図７を用いて説明する。図７において、Ｚ位置が「Ｚm」であるときに算出されたコントラスト評価値「CV_Im」が極大値であると判定された場合、コントラスト評価値極大Ｚ位置算出部３３は、極大値の前後に取得されたＺ位置およびコントラスト評価値をそれぞれＺ位置記憶部２９およびコントラスト評価値記憶部３１から読み出す。コントラスト評価値極大Ｚ位置算出部３３は、それらを用いてコントラスト評価値を補間し、コントラスト評価値の推定曲線を、例えば最小２乗法により２次関数に近似させることによって、コントラスト（コントラスト評価値）が最も大きくなるＺ位置、すなわち合焦位置を推定する。図７では５個のＺ位置（Ｚm-2〜Ｚm+2）およびコントラスト評価値（CV_Im-2〜CV_Im+2）が用いられている。
【００７７】
Ｚ位置とコントラスト評価値の関係が一般の２次関数Ｙ＝Ａ×Ｘ２＋Ｂ×Ｘ＋Ｃ（Ｚ位置をＸ、コントラスト評価値をＹで表記）であれば、最小２乗法によって係数Ａ，Ｂ，Ｃが推定される。そして、２次関数の微分関数Ｙ’＝２×Ａ×Ｘ＋Ｂが０となるＸを求めると、そのＸが合焦のＺ位置に相当する。図７では実際のコントラスト評価値「CV_Im」に対応するＺ位置「Ｚm」から僅かに離れたＺ位置「Ｚmax」が合焦位置として推定される。これによって、粗い間隔でＺ位置の取得やコントラスト評価値の算出を行っても、精度よく合焦位置を求めることができる。なお、Ｚ位置とコントラスト評価値の関係を表す近似関数は２次関数に限定しなくてもよい。また、近似関数の係数を推定する方法も最小２乗法に限定しなくてもよい。
【００７８】
次に、本実施形態におけるＺ位置およびコントラスト評価値とカウンタ値との関連付けを説明する。図８は、カウンタ記憶部３０内のカウンタ値、コントラスト評価値記憶部３１内のコントラスト評価値、およびＺ位置記憶部２９内のＺ位置のそれぞれの記憶部内の関係を示している。Ｚ位置とコントラスト評価値は、それぞれカウンタの値に対応付けられて各記憶部に格納されるため、カウンタ記憶部３０によって記憶されるカウンタの値がＺ位置とコントラスト評価値のどちらに対応しているのかを識別する必要がある。そこで、図８（ａ）に示されるように、カウンタ記憶部３０には、カウンタの値に対して、各カウンタの値に対応した対応インデックス値が付加されて格納されている。対応インデックス値は、対応するカウンタの値がＺ位置、またはコントラスト評価値の何番目のデータに関連付けられているのかを識別するための値である。
【００７９】
そして、Ｚ位置記憶部２９によって記憶されるＺ位置、およびコントラスト評価値記憶部３１によって記憶されるコントラスト評価値は、それぞれカウンタ記憶部３０に記憶されている対応インデックス値に関連付けられて記憶される。これによって、対応するＺ位置とコントラスト評価値のそれぞれのカウンタ値を別々に管理することができる。
【００８０】
次に、より高精度に合焦位置を算出する方法を、図９を用いて説明する。図９は、本実施形態におけるカウンタ値の推移と、Ｚ位置およびコントラスト評価値の変化を示す図である。横軸がカウンタ値、縦軸がＺ位置およびコントラスト評価値である。理想的にはＺ位置の取得と、それに対応する画像のコントラスト評価値の算出（厳密には算出するための画像情報の取得）は全く同じタイミング（時刻）に行われるが、実際には装置全体の処理の負荷等の要因により、Ｚ位置取得と画像情報取得は必ずしも同じタイミングで行われず、両者のタイミングに僅かなタイムラグが生じることがある。
【００８１】
焦点深度が非常に狭い観察系で行われるＡＦ処理等といった高精度なＡＦ処理を考えた場合、Ｚ位置と画像情報の取得のタイムラグが処理の精度に影響することが考えられる。そこで、本実施形態では、以下で説明するように、タイミングを表すカウンタ値を、Ｚ位置の取得と画像情報の取得（コントラスト評価値の算出）との各々のタイミングで取得して、タイムラグの影響を極力減らすようにしている。
【００８２】
図９において、Ｚ方向モータの駆動が開始されると共に、Ｚ位置が取得され、続いて画像情報が取得され、コントラスト評価値が算出される。両者のデータを取得する際には、カウンタ読み取り部２８によって、経過時間計測用カウンタ部２７のカウンタ値が読み取られる。取得または算出された各データは、図８に示されるデータ構造で、該当する記憶部に格納される。この一連の処理は、コントラスト評価値の極大値が妥当であると判定されるまで続けられる。
【００８３】
そして、コントラスト評価値の極大値が妥当であると判定された場合、コントラスト評価値極大Ｚ位置算出部３３は、合焦位置を算出する際に、コントラスト評価値に対応するＺ位置をそのまま使用せず、カウンタ値を利用して「画像情報取得時のＺ位置」を推定し、使用する。画像情報取得時のＺ位置の推定には、コントラスト評価値の算出直後のＺ位置に対応するカウンタ値を利用する。ｍ番目のＺ位置が「Ｚm」、それに対応したカウンタ値が「TC2m」、ｍ番目の画像情報の取得に対応したカウンタ値が「TC2m+1」、次の（m+1）番目のＺ位置が「Ｚm+1」、それに対応したカウンタ値が「TC2m+2」であるとすると、画像情報取得時のＺ位置「Ev_Zm」は（６）式で推定される。
Ev_Zm＝｛Ｚm+1×（TC2m+1− TC2m）＋Ｚm×（TC2m+2−TC2m+1）｝/（TC2m+2− TC2m）  ・・・（６）
合焦位置の算出に用いる複数のコントラスト評価値に対して、（６）式でＺ位置を推定して用いることによって、Ｚ位置と画像情報の取得のタイムラグの影響を減らし、精度の高いＡＦ処理を行うことができる。
【００８４】
本実施形態では顕微鏡に備わっているカラーのＣＣＤカメラ（エリアセンサ）からの画像情報を扱っていたが、画像情報を得る手段は特に限定せず、ラインセンサにも適用可能である。この場合、コントラスト評価値の算出に全画素の輝度情報を利用することによって、図４に示されるサンプリングパターンによる算出方法と同等の処理を実現することができる。また、ＸＹＺステージ１のＺ方向モータのパルスに基づいてＺ位置を取得するようにしていたが、Ｚ位置ではなく、パルスの値、例えばモータのエンコーダから読み取られる値そのものをＺ位置の代用として用いて処理を行ってもよい。
【００８５】
上述したように、本実施形態のオートフォーカス装置は、対象物が配置されたステージまたは観察系をＺ方向に移動させながらＺ位置および画像情報を取得し、画像情報に基づいて算出したコントラスト評価値とＺ位置（観察対象物と観察光学系との間の距離に対応した位置）とを対応付けて記憶しながら、コントラスト評価値が時系列変化の中で極大となったか否かを調べ、極大となったと判定したときに、極大をとるコントラスト評価値に対応するＺ位置、すなわち合焦位置を算出する。Ｚ方向の移動中にＺ位置を読みながら取得した画像のコントラストを評価してＡＦ処理を行うので、逐次駆動と停止を繰り返す従来の駆動方法によるＡＦ処理と比べて高速化を図ることができる。
【００８６】
また、本実施形態のオートフォーカス装置は、コントラスト評価値の算出方法を画像の走査方式（プログレッシブ／インターレース）に適合させ、ＡＦ処理に利用する情報（フィールド／フレーム単位）を分けている。そして、本実施形態のオートフォーカス装置は、特にインターレース方式の場合に、奇数フィールドと偶数フィールドとのフィールド別にコントラスト評価値を算出して両者を合成する。これによって、インターレース方式において、振動を伴う環境下で取得された画像の隣接するフィールド間で、振動に起因して発生する画像の「ずれ」あるいは「ぶれ」の影響を最小限にし、外乱に対して安定であり、かつ精度の高いＡＦ処理を実現することができる。
【００８７】
また、本実施形態のオートフォーカス装置は、画像の色の状態を考慮し、必要に応じて画像中の特定の色情報を用いてコントラスト評価値を算出する。これによって、観察系にカラーフィルタが挿入されている場合やホワイトバランスが特定の色に偏っている場合であっても、色の影響を最小限にした、精度の高いＡＦ処理を実現することができる。
【００８８】
また、コントラスト評価値が小さく、その時系列変化が少ないときのＺ位置は合焦位置から離れているため、本実施形態のオートフォーカス装置はＺ位置の変化の速度を高速にし、コントラスト評価値の時系列変化が大きくなると、合焦位置が近いと判断して、Ｚ位置の変化の速度を低速にする。このように、コントラスト評価値の状況に応じて速度を制御することによって、高速かつ精度の高いＡＦ処理を実現することができる。
【００８９】
また、本実施形態のオートフォーカス装置は、最新のコントラスト評価値が、既に算出して記憶したコントラスト評価値の中の最大値に対して所定の割合以下となったとき、または／および最大値を算出してから、所定の回数連続してコントラスト評価値が減少したときに、最大値をとるコントラスト評価値が極大であると判断する。このように、極大をとるコントラスト評価値が算出された以降のコントラスト評価値の低下の状況に基づいて、極大の妥当性が判断されるので、精度の高いＡＦ処理を実現することができる。
【００９０】
また、本実施形態のオートフォーカス装置は、極大と判定したコントラスト評価値の前後に取得したコントラスト評価値と、各々のコントラスト評価値に対応するＺ位置を用いてコントラスト評価値を補間することによって推定した近似関数に基づいて、コントラストが極大となるＺ位置、すなわち合焦位置を算出する。これによって、高速駆動でコントラスト評価値を算出する状況下でも、低速駆動時と同等の精度を維持できるＡＦ処理を実現することができる。
【００９１】
また、本実施形態のオートフォーカス装置は、Ｚ位置を検出したタイミング（あるいは時刻）とＺ位置とを対応付け、コントラスト評価値を算出したタイミング（あるいは時刻）とコントラスト評価値とを対応付けて記憶する。Ｚ位置およびコントラスト評価値に対してそれぞれの取得タイミングを対応付けることによって、たとえＺ位置の取得タイミングと、そのＺ位置に対応するコントラスト評価値の算出タイミングとがずれていても、両者のタイミングのずれを考慮したコントラスト評価値の極大判定が可能となるので、精度の高いＡＦ処理を実現することができる。
【００９２】
次に、本発明の第２の実施形態を説明する。本実施形態によるオートフォーカス装置の構成は、第１の実施形態と基本的には同じであるので、第１の実施形態と異なる箇所のみ説明する。第１の実施形態と異なる箇所は、ＸＹＺステージ１のＺ方向モータの駆動速度の変更方法と、色情報指定部４１での処理である。
【００９３】
まず、Ｚ方向モータの駆動速度の変更方法を、図１０を用いて説明する。図１０は、本実施形態におけるＡＦ処理の手順を示すフローチャートである。ＡＦ処理の手順は、基本的には図５に示される手順と同じであるが、異なる点はステップＳ１２１およびＳ１２２の処理である。第１の実施形態では最新のコントラスト評価値の変化に基づいて、Ｚ方向モータの速度が変更されるが、本実施形態では画像情報の取得タイミングを示すカウンタの値に基づいて、１つのコントラスト評価値の算出に関する時間がチェックされ、その時間に応じてＺ方向モータの駆動速度が変更される。
【００９４】
ここで、Ｚ方向モータの駆動を開始する際の「初速度」について説明する。Ｚ方向モータが駆動中の状態でコントラスト評価値を算出する場合、時間的に隣接するコントラスト評価値の取得間隔、すなわち画像情報の取得間隔でＸＹＺステージ１がＺ方向にどれだけ移動するのか（Ｚ方向モータがどの程度の速度でＸＹＺステージ１を移動させるのか）ということがＡＦ処理の精度に影響する。そこで、駆動開始時の速度を設定する要素として、観察系の焦点深度をとりあげる。
【００９５】
この観察系の焦点深度とは、対物レンズ６やＣＣＤカメラ５のレンズ等、観察に関わるレンズ全体から決まる焦点深度を指す。すなわち、焦点深度の距離だけＸＹＺステージ１が動く間に、１つの画像情報に関するコントラスト評価値が算出されるようにする。観察系の焦点深度をDOFとし、１つの画像情報に関するコントラスト評価値の算出時間（カウンタ値）をΔTCCとして、Ｚ方向モータ駆動開始時の初速度Vz0を（７）式で与えるようにする。
Vz0＝DOF／ΔTCC  ・・・（７）
【００９６】
（７）式で与えられるコントラスト評価値の算出時間（カウンタ値）ΔTCCは、例えばコントラスト評価値の算出自体が10ミリ秒以下というオーダーで行われる場合には、１つの画像情報を取得する時間を目安に与え、ＣＣＤカメラ５の走査方式がインターレース走査方式である場合には、１フレームの画像の走査時間（33ミリ秒）を目安に与えればよい。
【００９７】
初速度Vz0が設定され、実際に駆動が開始されて、ＡＦ処理が行われていくと、装置内部の処理負荷の増加によって、画像情報を取得する時間の間隔が広がることが考えられる。その場合に、（７）式で設定された速度を維持したままで処理が行われると、コントラスト評価値を算出する時間的間隔が広がり、近似関数で合焦位置を推定するところで精度が低下してしまう懸念がある。そこで、本実施形態ではステップＳ１２１において、ＣＰＵ２４は、最新の画像情報を取得したときのカウンタ値と、最新から時間的に１つ前の画像情報を取得したときのカウンタ値との差を求め、これがしきい値Th2以上であった場合には、コントラスト評価値の算出の間隔が広がっており、このままではＡＦ処理の精度が悪くなると判断する。
【００９８】
カウンタ値の差がしきい値Th2以上であった場合に、ＣＰＵ２４は、ステップＳ１２２において、カウンタ値の差に応じて、Ｚ方向モータの駆動速度を遅くするように制御する。例えば、（７）式で与えられているコントラスト評価値の算出時間（カウンタ値）ΔTCCに対して、カウンタ値の差がどの程度の割合で増加しているか等を目安にして、カウンタ値の差が２フレームの画像の走査時間（66ミリ秒）前後であれば、ＣＰＵ２４は駆動速度を現在の1/2にする等の制御を行う。
【００９９】
次に、本実施形態の色情報指定部４１での処理を、図１１を用いて説明する。図１１は、本実施形態において、画像情報に基づいて、コントラスト評価値の算出に用いる色情報を推定する方法を示している。第１の実施形態では色情報選択部３５がコントラスト評価値の算出に使用する色を選択し、色情報指定部４１が、実際に必要とする色別画像情報を取り出すようにしていたが、本実施形態の色情報指定部４１は、コントラスト評価値の算出に用いる色別画像情報を、画像情報に基づいて自動的に指定する。なお、画像情報はＲＧＢカラーで構成されているものとする。
【０１００】
色情報指定部４１は、カメラ画像取り込み部２５から入力された画像情報に関してHSL変換を行い、色相情報（H）を取り出す。色相は、標準カラーホイールの位置で決まる角度として表され、範囲は0°〜360°である。本実施形態ではＢ（青）を基準（0°および360°）として色相情報が算出される。続いて、色情報指定部４１は、算出した色相情報に関して、図１１のようなヒストグラムを作成する。このヒストグラムは、横軸を色相、縦軸を頻度としたものである。このうち横軸は、色相が６色（Ｒ，Ｇ，Ｂ，Ｃ，Ｍ，Ｙ）に分割され、さらに１つの色について、角度に応じて６個の区間に分割されている。
【０１０１】
図１１は、グリーン系のカラーフィルタが挿入された観察系の画像情報から得られた色相情報のヒストグラムの一例を示している。色情報指定部４１は、１画素の情報につき１つの頻度を計上するが、画面全体の色相の傾向を調べる意味では、例えば隣接する４画素や９画素の平均から１つの色相情報を求めて１つの頻度を計上してもよい。また、グレースケールの画像情報が入力されることを考慮して、HSL変換時に求められる彩度情報（S）を調べた上で、色相情報をヒストグラムに追加するか否かを決めるようにしてもよい。彩度情報を使用する場合、例えば彩度が256階調で表される（最小0が彩度なしのグレー、最大255が純色）として、彩度が25階調以下であれば、同じところで算出された色相情報はヒストグラムには追加しない等といった処理が行われる。
【０１０２】
続いて、色情報指定部４１は、色相情報のヒストグラムに基づいて、頻度が最も多い色相を選ぶ。頻度が最も多い色相は、画像情報において支配的な「色」となる。図１１では「Yellow」（黄）の区間が、最も頻度の多い区間である。これにはグリーン系のカラーフィルタの他に照明光やレンズ等の要因が含まれる。また、グレースケールの画像情報が入力されることを考慮して、頻度がある一定値より少ない区間のヒストグラムが色相の選択には使用されないようにしてもよい。例えば、図１１で横軸（色相）に平行な「有効最小頻度」を設定し、頻度が有効最小頻度未満のものは色相選択の対象から外すようにする。すると、実際には「Yellow」と「Green」（緑）のいずれかから、頻度が最も多い色相が選ばれるようになる。
【０１０３】
続いて、色情報指定部４１は、画像情報において支配的な「色相」に対する「補色」を決定し、これをコントラスト評価値の算出に使用する色別画像情報として決定する。画像情報で支配的な「色」に該当する輝度情報は比較的大きい（明るい）傾向となるため、最大輝度付近に飽和する可能性がある。飽和に近い輝度情報は、階調が十分に再現できていないため、コントラスト評価値の算出にその輝度情報を使用すると、コントラスト評価値を適切に算出することができない。このことを踏まえ、画像情報で支配的な「色」に対して、反対の「色」＝「補色」は、飽和に近い輝度情報が少ないため、「補色」を用いれば適切なコントラスト評価値を算出することができる。例えば、図１１で頻度が最も多い色相が「Yellow」であれば、その補色は「Blue」（青）であるから、ＲＧＢからなる画像情報のうちＢ（青）の色別画像情報を用いてコントラスト評価値が算出される。以降のコントラスト評価値の算出については第１の実施形態と同様の方法がとられる。
【０１０４】
このように画像情報の色相を調べ、画像情報で支配的な「色」の「補色」からなる色別画像情報をコントラスト評価値の算出に利用することによって、画面の色の影響を最小限にした精度の高いＡＦ処理が可能となる。なお、「補色」を決定する処理を、画像情報が入力される度に行う必要はない。例えば、検査装置や顕微鏡のセッティングの段階で基準の被検査対象を用いて１度だけ処理を行う、または最初の検査において被検査対象を撮像した画像情報を用いて１度だけ処理を行う等によって決定した色情報を以降の検査に反映させるようにしてもよい。また、被検査対象の種類や観察方法によって画像情報の「色相」が異なる場合は、検査条件に関する情報を活用すればよい。例えば、別途に色情報に関する記憶部を設け、検査条件に対応した「補色」の情報をその記憶部に記憶させ、実際の検査では検査条件から「補色」の情報を引き当てるようにする等としてもよい。
【０１０５】
上述したように、本実施形態のオートフォーカス装置は、観察系から推定される焦点深度と、コントラスト評価値の算出に要する時間とに基づいて、Ｚ位置の変化の初速度を設定する。これによって、低速駆動と同等の精度を維持しつつ、Ｚ位置を高速に変化させることのできるＡＦ処理を実現することができる。
【０１０６】
また、本実施形態のオートフォーカス装置は、コントラスト評価値の時系列変化に基づいて、Ｚ位置の変化の速度を制御する。装置全体の制御で負荷が増加してしまうことによって、コントラスト評価値の算出時間（コントラスト評価値算出部２６の処理時間）が増加する場合であっても、算出時間の変化の度合に応じてＺ位置の変化の速度を変更することによって、安定した精度を維持できるＡＦ処理を実現することができる。
【０１０７】
また、本実施形態のオートフォーカス装置は、画像情報の色相から、最も頻度の多い支配的な色の補色に対応する色情報を指定し、コントラスト評価値の算出に用いる。画像全体において、占める割合が最も多く支配的な色を画像支配色と定義すると、画像支配色の補色に対応する色情報は、輝度の頻度が明るい方向に偏っていない。これはすなわち、画像のコントラスト評価値に影響する「飽和（白とび）」が最も少ないことを示している。従って、コントラスト評価値の算出に有効となる情報が最も多い色情報を利用することにより、適切な画像のコントラスト評価値を算出することができ、精度の高いＡＦ処理を実現することができる。
【０１０８】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】本発明の第１の実施形態による検査装置の構成を示す概略構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態によるＡＦ装置の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第１の実施形態によるコントラスト評価値算出部の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の第１の実施形態におけるコントラスト評価値の算出に利用するサンプリングラインパターンの一例を示す参考図である。
【図５】本発明の第１の実施形態によるＡＦ装置の動作の手順を示すフローチャートである。
【図６】本発明の第１の実施形態におけるコントラスト評価値の極大値の妥当性の判断方法とＺ方向モータの駆動速度の変更方法を説明するための参考図である。
【図７】本発明の第１の実施形態における合焦位置の算出方法を説明するための参考図である。
【図８】本発明の第１の実施形態におけるＺ位置およびコントラスト評価値とカウンタ値との関連付けを説明するための参考図である。
【図９】本発明の第１の実施形態におけるカウンタの値の推移とＺ位置およびコントラスト評価値の変化とを示す参考図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態によるＡＦ装置の動作の手順を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の第２の実施形態における色情報指定部４１での処理を説明するための参考図である。
【符号の説明】
【０１１０】
１・・・ＸＹＺステージ、２・・・ＦＰＤガラス基板、３・・・移動制御部、４・・・観察光学系、５・・・ＣＣＤカメラ、６・・・対物レンズ、７，８・・・リレーレンズ、９・・・照明装置、１０・・・照明用リレーレンズ、１１・・・ハーフミラー、１２・・・ＡＦ装置、１３・・・演算部、１４・・・ディスプレイ、２１・・・駆動モータ用パルス出力部、２２・・・駆動モータ用パルス読み取り部、２３・・・Ｚ位置算出部、２４・・・ＣＰＵ、２５・・・カメラ画像取り込み部、２６・・・コントラスト評価値算出部、２７・・・経過時間計測用カウンタ部、２８・・・カウンタ読み取り部、２９・・・Ｚ位置記憶部、３０・・・カウンタ記憶部、３１・・・コントラスト評価値記憶部、３２・・・コントラスト評価値極大値判定部、３３・・・コントラスト評価値極大Ｚ位置算出部、３４・・・走査方式選択部、３５・・・色情報選択部、４１・・・色情報指定部、４２・・・走査切替部、４３・・・フィールド分離部、４４・・・コントラスト評価値演算部、４５・・・フィールド別評価値合成部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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