(57)【要約】【課題】  試料からの反射光の分光特性が変化しても、正確に合焦できるようにする。【解決手段】  自動合焦顕微鏡は、自動合焦方式として瞳分割方式を採用する。この顕微鏡の制御装置５０は、瞳分割プリズム３３で二つに分割された絞り像の相互間隔ｄをＡＦ用ラインセンサ３７からのデータを用いて求めると共に、試料１からの反射光の分光特性を示す代表波長λを分光特性センサ４０からのデータを用いて求める。そして、記憶部５１に記憶されている波長毎の基準間隔のうち、代表波長λに応じた基準間隔ｄ１を抽出し、この基準間隔ｄ１と検出間隔ｄとの偏差が許容値内に収まるように、ステージ駆動機構５９を制御する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料に照明光を照射する照明光学系と、試料の像を結像させる結像光学系と、前記結像光学系の焦点を試料に合わせる合焦機構と、を備えている自動合焦顕微鏡において、
前記試料からの反射光から、合焦に相関関係のある物理量を検出する合焦物理量検出手段と、
試料からの反射光の分光特性と前記物理量が前記合焦していることを示す合焦条件との関係が記憶されている記憶手段と、
前記試料からの反射光の分光特性を検出する分光特性検出手段と、
前記分光特性検出手段で検出された前記反射光の分光特性に対応した合焦条件を前記記憶手段に記憶されている前記関係から求め、前記物理量が該合焦条件を満たすように前記合焦機構を制御する制御手段と、
を備えていることを特徴とする自動合焦顕微鏡。
【請求項２】
請求項１に記載の自動合焦顕微鏡において、
前記合焦物理量検出手段は、前記結像光学系の少なくとも一部を通った光を分岐する分岐手段と、該分岐手段で分岐された光の像を、該像の瞳位置で２分割する分割手段と、該分割手段で分割された各像の間隔を検出する間隔検出手段と、を有し、
前記物理量は、前記間隔である、
ことを特徴とする自動合焦顕微鏡。
【請求項３】
請求項１に記載の自動合焦顕微鏡において、
前記合焦物理量検出手段は、前記結像光学系の少なくとも一部を通った光を分岐する分岐手段と、該分岐手段で分岐された光の像の瞳位置に配置されたナイフエッジと、該ナイフエッジを経てきた光の像の基準位置からの距離を検出する距離検出手段と、を有し、
前記物理量は、前記距離である、
ことを特徴とする自動合焦顕微鏡。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の自動合焦顕微鏡において、
前記分光特性検出手段は、前記試料からの反射光を分光する分光器と、該分光器で分光された各波長域毎の光の量を検出する光量検出手段と、を有する、
ことを特徴とする自動合焦顕微鏡。
【請求項５】
請求項１から３のいずれか一項に記載の自動合焦顕微鏡において、
前記分光特性検出手段は、前記試料からの反射光が入射し、互いに異なる波長領域の光をそれぞれ選択的に透過する複数のフィルタと、複数の該フィルタを透過した光の量を検出する光量検出手段と、を有する、
ことを特徴とする自動合焦顕微鏡。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載の自動合焦顕微鏡と、
前記自動合焦顕微鏡の前記結像光学系で結像された像が入射して、該像のデータを出力する受像手段と、
前記受像手段からの前記像のデータに予め定められた処理を施す画像処理手段と、
を備えていることを特徴とする画像処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料に照明光を照射する照明光学系と、試料の像を結像させる結像光学系と、結像光学系の焦点を試料に合焦させる合焦機構とを備えている自動合焦顕微鏡、及びこれを備えている画像処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の自動合焦顕微鏡としては、例えば、以下の特許文献１，２に開示されているものがある。
【０００３】
これらの特許文献１，２に開示されている自動合焦顕微鏡は、いずれも瞳分割方式と呼ばれる方式で、顕微鏡の結像光学系の焦点を試料に合わせている。この瞳分割方式では、照明光学系に絞りが配置され、結像光学系には、試料からの反射光を分岐するハーフプリズム等の分岐素子が配置されている。この分岐素子で分岐された光の絞り像の瞳位置には、この絞り像を２分割する瞳分割ミラー又は瞳分割プリズム等の像分割素子が配置されている。この像分割素子で分割された各絞り像は、光ラインセンサに入射し、両絞り像の間隔が検知される。この二つの絞り像の間隔は、試料に対する合焦位置が変化すると、これに対応して変化する。そこで、この瞳分割方式では、結像光学系の焦点が試料に合う絞り像の基準間隔を記憶しておき、二つの絞り像の間隔がこの基準間隔になるように合焦機構を制御している。
【０００４】
自動合焦顕微鏡としては、以上の瞳分割方式の他に、ナイフエッジ方式と呼ばれる方式を採用するものもある。このナイフエッジ方式では、前述の絞り像の瞳位置に、ナイフエッジを配置して、このナイフエッジを経た絞り像を光ラインセンサで受けている。ナイフエッジを経た絞り像の位置は、試料に対する合焦位置が変化すると、これに対応して光ラインセンサ上の基準位置からの距離が変化する。そこで、このナイフエッジ方式では、結像光学系の焦点が試料に合う絞り像の位置と基準位置との間の基準距離を記憶しておき、基準位置から絞り像までの距離がこの基準距離になるように合焦機構を制御している。
【０００５】
【特許文献１】特開平06−214150号公報
【特許文献２】特開平10−223517号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、照明光学系からの光を仮に白色光に統一しておいても、試料に応じて、例えば、試料からの反射光が赤味を帯びたり、青味が帯びることがある。このように、反射光の色が変化すると、図１１に示すように、前述の瞳分割方式の基準間隔が変化する。また、図１２に示すように、ナイフエッジ方式の場合には、基準距離が変化する。さらに、反射光の色が変化すると、図１３に示すように、結像光学系による像の結像位置も変化する。このため、従来技術では、装置自身が検出した合焦位置が試料を経た光の分光特性や照明光の波長によって異なるという問題点がある。
【０００７】
本発明は、このような従来技術の問題点に着目し、試料を経た光の分光特性が変化しても同じ位置に合焦させることができる自動合焦顕微鏡及びこれを備えている画像処理システム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】
【０００８】
前記課題を解決するための自動合焦顕微鏡に係る発明は、
試料に照明光を照射する照明光学系と、試料の像を結像させる結像光学系と、前記結像光学系の焦点を試料に合わせる合焦機構と、を備えている自動合焦顕微鏡において、
前記試料からの反射光から、合焦に相関関係のある物理量を検出する合焦物理量検出手段と、
試料からの反射光の分光特性と前記物理量が前記合焦していることを示す合焦条件との関係が記憶されている記憶手段と、
前記試料からの反射光の分光特性を検出する分光特性検出手段と、
前記分光特性検出手段で検出された前記反射光の分光特性に対応した合焦条件を前記記憶手段に記憶されている前記関係から求め、前記物理量が該合焦条件を満たすように前記合焦機構を制御する制御手段と、
を備えていることを特徴とする。
【０００９】
また、前記課題を解決するための画像処理システムに係る発明は、
前記自動合焦顕微鏡と、
前記自動合焦顕微鏡の前記結像光学系で結像された像が入射して、該像のデータを出力する受像手段と、
前記受像手段からの前記像のデータに予め定められた処理を施す画像処理手段と、
を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、試料からの反射光の分光特性を検出し、この分光特性に対応した合焦条件を選んで、この合焦条件を満たすように、合焦機構を制御しているので、試料からの反射光からの分光特性が変化しても、同じ位置に合焦させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明に係る画像処理システムの一実施形態について、図面を用いて説明する。
【００１２】
本実施形態の画像処理システムは、図１に示すように、試料１の拡大像を得る自動合焦顕微鏡と、この自動合焦顕微鏡で得られた像が入射する受光素子６０と、この受光素子６０からの出力データを処理する画像処理装置６１と、を備えている。
【００１３】
自動合焦顕微鏡は、試料１に光を照射する照明光学系２０と、試料１からの反射光を結像させる結像光学系１０と、結像光学系１０の焦点を試料１に合わせるためのデータとして必要な物理量を検出する合焦物理量検出系３０と、試料１からの反射光の分光特性を検出する分光特性センサ４０と、試料１が載るステージ５８と、このステージ５８を上下動させるステージ駆動機構５８と、ステージ駆動機構５８の動作を制御する制御装置５０と、を備えている。
【００１４】
照明光学系２０は、白色光を出力するラインガイド２１と、ラインガイド２１の光路上に位置可能なフィルタ２２と、開口絞り２３と、照明コンデンサレンズ２４と、照明視野絞り２５と、照明リレーレンズ２６と、ラインガイド２１からの照明光を折り曲げて試料１へ向かわせる一方で試料１からの反射光をそのまま直進させる第一ハーフプリズム１２と、第一ハーフプリズム１２からの照明光を試料１に照射する第一対物レンズ１１と、を有している。
【００１５】
また、結像光学系１０は、前述の第一対物レンズ１１と、同じく前述の第一ハーフプリズム１２と、結像絞り１３と、第二対物レンズ１４と、第二対物レンズ１４を通過した反射光の一部を折り曲げると共に残りの一部を直進させる第二ハーフプリズム１５と、第二ハーフミラー１５を直進してきた反射光の一部を折り曲げると共に残りの一部を直進させる第三ハーフプリズム１６と、を有している。なお、第一対物レンズ１１と第一ハーフプリズム１２とは、以上で述べたように、結像光学系１０の構成要素であると共に、照明光学系２０の構成要素でもある。
【００１６】
合焦物理量検出系３０は、前述の第二ハーフプリズム１５と、第二ハーフプリズム１５により曲げられた反射光のフレア防止のためのＡＦ用遮光板３１と、ＡＦ用第一リレーレンズ３２と、照明視野絞り２５の絞り像の瞳位置に配置され、この絞り像を２分割する反射型瞳分割プリズム３３と、全反射ミラー３４と、ＡＦ用第二リレーレンズ３５と、シリンダレンズ３６と、複数の光センサが直線状に並べられているＡＦ用ラインセンサ３７と、を有している。なお、第二ハーフプリズム１５は、結像光学系１０の構成要素であると共に、合焦物理量検出系３０の構成要素でもある。
【００１７】
分光特性センサ４０は、第三ハーフプリズム１６により折り曲げられた反射光を分光する分光素子４１と、分光素子４１で分光された各波長域の光を検出するために複数の光センサが直線状に並べられている光ラインセンサ４２と、図示されていないが、分光素子４１で分光された各波長域の光を光ラインセンサ４２の受光面上に結像させるコンデンサレンズ等の光学素子と、を有している。
【００１８】
制御装置５０は、分光特性センサ４０からのデータで試料１からの反射光の分光特性を示す代表波長λを求める代表波長算出部５２と、ＡＦ用ラインセンサ３７からのデータで２分割された絞り像の相互間隔ｄを求める間隔算出部５３と、反射光の各種分光特性毎λ１，λ2，λ３の後述の基準間隔ｄ１，ｄ2，ｄ３が記憶されている記憶部５１と、この記憶部５１に記憶されている基準間隔ｄ１，ｄ2，ｄ３のうちから反射光の代表波長λに応じた基準間隔ｄ１を抽出する抽出部５４と、抽出部５４で抽出された基準間隔ｄ１と間隔算出部５３で求められた検出間隔ｄとの偏差Δを求める減算器５５と、この偏差Δに応じたステージ駆動量を求め、このステージ駆動量に応じた制御信号を作成する制御信号作成部５６と、を有している。
【００１９】
制御装置５０の記憶部５１には、前述したように、反射光の各種分光特性毎の基準間隔が記憶されている。なお、この基準間隔とは、結像光学系１０の焦点を試料１に合せたときの、前述の２分割された絞り像の相互間隔である。言い換えると、受光素子６０結像光学系１０の観察側の焦点が受光素子６０上に位置しているときの、前述の２分割された絞り像の相互間隔である。
【００２０】
なお、本実施形態において、物理量は二つの絞り像の相互間隔であり、合焦物理量検出手段は合焦物理量検出系３０と制御装置５０の間隔算出部５３とを有して構成され、分光特性検出手段は分光特性センサ４０と制御装置５０の代表波長算出部５２とを有して構成されている。
【００２１】
ここで、前述の基準間隔の求め方について説明する。
【００２２】
この基準間隔を求める際には、まず、例えば、白色光の光源に対して青色（波長λＢ）のみを取り出すフィルタＢ、白色光の光源に対して緑色（波長λＧ）のみ取り出すフィルタＧ、白色光の光源に対して赤色（波長λＲ）のみ取り出すフィルタＲを準備する。さらに、基準試料として、後述するように、合焦状態を検出するためのパターンを有し、表面全体が反射分光特性を有さないミラーで構成された基板を準備する。そして、この基準試料をステージ５８に載せて、フィルタＢを介して青色（波長λＢ）のみを基準試料に照射し、ステージ５８を上下動させて、図３に示すように、受光素子６０の受光面に基準試料からの反射光（波長λＢ）を合焦させ、そのときの２分割された絞り像の間隔ｄＢを求める。この間隔ｄＢが青色（波長λＢ）のときの基準間隔となる。また、フィルタＧを介して緑色（波長λＧ）のみを基準試料に照射し、ステージ５８を上下動させて、図４に示すように、受光素子６０の受光面に基準試料からの反射光（波長λＧ）を合焦させ、そのときの２分割された絞り像の間隔ｄＧを求める。さらに、以上と同様に、フィルタＲを介して赤色（波長λＲ）のみを基準試料に照射し、ステージ５８を上下動させて、受光素子６０の受光面に基準試料からの反射光（波長λＲ）を合焦させ、そのときの２分割された絞り像の間隔ｄＲを求める。
【００２３】
以上の基準間隔を求める際の合焦位置の特定は、例えば、以下のような方法で行う。
【００２４】
まず、前述の基準試料として、図５（ａ）に示すように、僅かな段差を有するものを準備する。この段差部が合焦状態検出パターンとなる。このように僅かな段差を有する基準試料を受光素子６０に結像させ、段差部、つまり合焦状態検出パターンの信号強度は、合焦位置の前後で、図５（ｂ）のような挙動を示す。具体的には、合焦状態の直前状態（前ピン状態）及び直後の状態（後ピン状態）で、段差部を境として、信号強度が波型に大きく変動し、合焦状態では、信号強度が平坦になる。そこで、この挙動を利用し、ステージ５８を上下して撮像素子６０で受光された段差部の信号を検出して、信号の反転前後の信号の平坦になる部位を合焦位置とし、各色光でステージを合焦位置に合わせたときにＡＦラインセンサ３７で検出された２分割された絞り像の相互間隔ｄを求める。なお、この場合には、パターンの段差の中央部の高さ位置が、合焦位置として検出される。
【００２５】
また、別の形態として、図７に示すようなパターンを有する基準試料をステージ５８に戴置してもよい。但し、合焦検出用パターンの場合には、後述のレジスト材料ではなく、パターンを反射分光特性に分布を有さない材料で形成するか、パターンの表面にミラー材をコートする。このようなパターンを用い、後述の方法で外ボックスマークの重心と、内ボックスマークの重心との偏差の値、すなわち重ね合せずれ量を指標に、合焦位置の特定を行う。本パターンにおいては、内マークの側壁の一方が傾斜しているので、色光毎に、重ね合せずれ量が同じ値を示す位置で、ＡＦラインセンサ３７で検出される２分割された絞り像の相互間隔ｄを測定し、色光ごとにこのｄの値を用いて合焦位置を検出することにより、常に同じ高さに合焦させることができる。
【００２６】
なお、基準間隔を求める際に、上記においては、照明光学系に各色光用のフィルタを入れ、反射分光特性を有さない試料を用いて測定を行ったが、もちろん、照明光を白色光とし、試料を、所定の色光のみ反射する特性のものとしてもよい。この場合には、焦点位置検出する色光ごとに試料を用意する。また、基準間隔を求める際に合焦物理量検出系3０に入射させる光の波長は、色光ごとの各帯域としてもよいし、色光の其々を代表する単一波長（例えば各色光帯域の中心波長）でもよい。また、更に波長帯を細かく区分して、各帯域ごとにｄの値を求めたり、波長を連続的に変化させて連続的にｄの値を求めることにより、より精度の高い基準距離の算出が可能となり、高精度な焦点位置検出を行うことができる。
【００２７】
次に、本実施形態における画像処理システムの制御装置５０の動作について、図２に示すフローチャートに従って説明する。
【００２８】
顕微鏡のステージ５８上に試料１が載せられ、照明光学系２０から試料１に対して白色光が照射されると、制御装置５０には、分光特性センサ４０の光ラインセンサ４２から各波長域毎の光量データが送られてくる。制御装置５０の代表波長算出部５２は、この各波長域毎の光量データに基づいて、試料１からの反射光の分光特性を示す代表波長λを求める（Ｓ１）。仮に、各波長域毎の光量データが図６（ａ）に示すように、ある波長のみでピークを示すデータである場合には、このピークを示す波長を代表波長とすることが可能である。しかしながら、反射光は、このような分光特性のものばかりではなく、例えば、同図（ｂ）に示すように、反射光の各波長域の光量データが複数の波長でピークを示すデータである場合もある。このような場合、先に述べたように、単に、ピークを示す波長を代表波長にすることはできない。そこで、ここでは、図６（ａ）（ｂ）に示すように、波長‐光量曲線が示す領域の重心位置の波長を代表波長λにしている。
【００２９】
代表波長λが求められると、制御装置５０の抽出部５４は、記憶部５１に記憶されている各波長毎λ１，λ2，λ３の基準間隔ｄ１，ｄ2，ｄ３のうち、代表波長λに最も近い波長に対する基準間隔を抽出する（Ｓ２）。例えば、図６（ａ）の場合には、代表波長λに最も近い波長として波長λ１を選び、この波長λ１対する基準間隔ｄ１を抽出する。また、同図（ｂ）の場合には、代表波長λに最も近い波長として波長λ２を選び、この波長λ２対する基準間隔ｄ２を抽出する。
【００３０】
制御装置５０には、前述したように、分光特性センサ４０から各波長域毎の光量データが送られてくると共に、合焦物理量検出系３０のＡＦ用ラインセンサ３７からも各受光位置毎の光量データが送られてくる。この光量データは、図３（ｂ）及び図４（ｂ）に示すように、二つの絞り像の位置に関するデータであるから、二つのピークを持ったデータである。制御装置５０の間隔算出部５３は、この光量データから二つのピークの相互間隔、つまり二つの絞り像の相互間隔ｄを求める（Ｓ３）。なお、相互間隔ｄは、二つの絞り像の各々の所定のエッジの間隔と定義してもよい。
【００３１】
基準間隔ｄ１と検出間隔ｄとが求められると、減算器５５は、両者の差、つまり偏差Δを求め、この偏差Δを制御信号作成部５６に渡す（Ｓ４）。制御信号作成部５６は、まず、この偏差Δが予め定められた許容値内であるか否かを判断する（Ｓ５）。この偏差Δが許容値内であれば、合焦していると判断して処理を終了し、この偏差Δが許容値内でなければ、この偏差Δに応じたステージ５８の駆動量を求め、この駆動量見合いの制御信号を作成し（Ｓ６）、この制御信号をステージ駆動機構５８に送って、ステージ５８を上下動させる（Ｓ７）。
【００３２】
このステージ５８の上下動の結果は、検出間隔ｄとして現れ（Ｓ３）、再び、基準間隔ｄ１と検出間隔ｄと偏差Δが求められ（Ｓ４）、最終的に、偏差Δが許容値内に収まるまで、以上のステップ３〜ステップ７の処理が繰り返される。
【００３３】
以上のように、本実施形態では、試料１からの反射光の分光特性を検出し、この分光特性に対応した合焦条件である基準間隔を選んで、検出間隔がこの基準間隔になるように、合焦機構であるステージ駆動機構５９を制御しているので、試料１からの反射光からの分光特性が変化しても、正確に合焦させることができる。
【００３４】
試料１からの反射光は、結像光学系１０を通って、受光素子６０の受光面で結像する。この受光素子６０で捕らえた像のデータは、画像処理装置６１に送られ所定の処理が施される。
【００３５】
例えば、本実施形態の画像処理システムを半導体製造工程における重ね合わせ測定に利用するとする。この重ね合わせ測定では、図７に示すように、例えば、凹部が形成されているシリコン基板２上に薄膜２を形成し、この薄膜２の上にレジスト４を形成した場合に、この薄膜２の凹部の中心Ｃｏに対して、レジスト４の中心Ｃｉが位置しているか否かを測定する。受光素子６０は、このシリコン基板２を上から見た状態の像、つまり、薄膜２とレジスト４の平面像を捕らえる。画像処理装置６１は、この像のデータから、薄膜２の段差境界を示す線を外ボックスマーク５として抽出すると共に、レジスト４の縁の部分を示す線を内ボックスマーク６として抽出し、外ボックスマーク５の重心Ｃｏと内ボックスマーク６の重心Ｃｉとの偏差を求めて、この偏差を出力する。
【００３６】
ところで、このレジスト４に対する顕微鏡の焦点が変わると、この顕微鏡で認識できるレジスト４の縁の位置６ａ，６ｂが変化する。このように、顕微鏡で認識できるレジスト４の縁の位置６ａ，６ｂが変化すると、レジスト４の断面形状が非対称である場合、レジスト４の縁の部分を示す内ボックスマーク６の重心Ｃｉの位置が変わり、外ボックスマーク５の重心Ｃｏと内ボックスマーク６の重心Ｃｉとの偏差も変わってしまう。このため、試料からの反射光の分光特性が変化して、合焦位置が変化すると、この顕微鏡で認識できるレジスト４の縁の位置６ａ，６ｂが変化により、外ボックスマーク５の重心Ｃｏと内ボックスマーク６の重心Ｃｉとの偏差も変り、的確な偏差を得ることができなくなる。
【００３７】
本実施形態では、前述したように、反射光の分光特性が変化しても、試料の像が受光素子６０の受光面上に結像されるので、この受光面と光学的に共役な位置の試料側の焦点位置も、反射光の分光特性が変化しても、実質的に変化しない。このため、本実施形態では、前述したように、レジスト４の断面形状が非対称で、反射光の分光特性が変化しても、この顕微鏡で認識できるレジスト４の縁の位置６が実質的に変化せず、結果として、的確な偏差を得ることができる。
【００３８】
次に、基準間隔の求め方の変形例について、図８を用いて説明する。
【００３９】
この変形例は、各波長毎λ１，λ2，λ３の基準間隔を予め求めておき、このデータから連続する波長に対する基準間隔特性を求め、図８に示すような基準間隔特性曲線Ｌを記憶部５１に記憶させておくものである。抽出部５４では、記憶部５１に記憶されている基準間隔特性曲線Ｌから代表波長λに対応する基準間隔を抽出する。この結果、以上の実施形態よりも、反射光の分光特性に応じた基準間隔をより正確に得ることができる。
【００４０】
次に、分光特性センサの変形例について、図９を用いて説明する。
【００４１】
本変形例の分光特性センサ４２ａは、例えば、赤色フィルタ４１Ｒ、緑色フィルタ４１Ｇ、青色フィルタ４１Ｂを有するターレットフィルタ４１ａと、このターレットフィルタ４１ａのいずれかのフィルタを通過した光の量を検出する光量センサ４２ａとを備えているものである。
【００４２】
このような分光特性センサ４２ａを用いた場合、制御装置５０は、光量センサ４２ａから送られてくる光量データのうち、いずれのフィルタを通過したときの光量データが最大値を示すかを調べ、最大値を示すフィルタの色に応じた波長を代表波長とし、この代表波長に応じた基準間隔を求める。
【００４３】
以上、本変形例では、分光特性センサ４０ａをターレットフィルタ４１ａと光量センサ４２ａで構成したので、分光特性センサ４０を分光器４１とラインセンサ４２とで構成する前述の実施形態よりも、精密な分光特性を得ることができないものの、製造コストを低下させることができる。なお、本発明は、以上の変形例が示すように、反射光の分光特性を検出することができれば、如何なる形態のセンサであってもよいことは言うまでもない。
【００４４】
次に、本発明に係る画像処理システムの第二の実施形態について説明する。
【００４５】
本実施形態の画像処理システムの自動合焦顕微鏡は、背景技術の欄で述べたナイフエッジ方式で自動合焦を行うものである。すなわち、図１に示す自動合焦顕微鏡の瞳分割プリズム３３の替わりにナイフエッジを設け、このナイフエッジを経てきた絞り像を用いて自動合焦を行うものである。
【００４６】
このように自動合焦方式としてナイフエッジ方式を採用する場合、制御装置５０の記憶部５１には、反射光の各種分光特性毎の基準距離を記憶する。この基準距離を求める際には、前述の実施形態と同様に、例えば、白色光の光源に対して青色（波長λＢ）のみを取り出すフィルタＢ、白色光の光源に対して緑色（波長λＧ）のみ取り出すフィルタＧ、白色光の光源に対して赤色（波長λＲ）のみ取り出すフィルタＲを準備する。さらに、基準試料として、図５（ａ）に示す合焦状態検出パターンを有する基準試料を準備する。そして、この基準試料をステージ５８に載せて、フィルタＢを介して青色（波長λＢ）のみを基準試料に照射し、ステージ５８を上下動させて、図１０に示すように、受光素子６０の受光面に基準試料からの反射光（波長λＢ）を合焦させ、そのときの絞り像の基準位置からの距離を求める。そして、この距離を青色（波長λＢ）のときの基準距離として、記憶部５１に記憶する。同様に、フィルタＧ及びフィルタＲを用いたときの基準距離を求めて、これらを記憶部５１に記憶する。
【００４７】
制御装置５０では、ＡＦ用ラインセンサ３７からのデータを用いて、このラインセンサ３７上の基準位置から光量のピーク位置、つまり絞り像の位置までの距離を求める一方で、分光特性センサ４０からデータを用いて、反射光の分光特性を示す代表波長を求める。そして、記憶部５１に記憶されている各波長毎の基準距離のうちから、代表波長に対応した基準距離を抽出して、ＡＦ用ラインセンサ３７からのデータの示す距離が基準距離になるように制御する。
【００４８】
このように、本発明は、先の実施形態のように、自動合焦方式として瞳分割方式を採用するもののみならず、ナイフエッジ方式を採用するものにも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明に係る第一の実施形態としての画像処理システムの構成を示す説明図である。
【図２】本発明に係る第一の実施形態としての制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図３】本発明に係る第一の実施形態における青色反射光のときの試料像の合焦状態（ａ）及びそのときの絞り像間隔（ｂ）を示す説明図である。
【図４】本発明に係る第一の実施形態における赤色反射光のときの試料像の合焦状態（ａ）及びそのときの絞り像間隔（ｂ）を示す説明図である。
【図５】合焦状態の特定を説明するための図で、同（ａ）は合焦検出用の基準試料の断面図で、同（ｂ）は基準試料を用いたときの合焦状態の前後での信号強度特性を示す説明図である。
【図６】本発明に係る第一の実施形態における反射光の分光特性から代表波長λの求め方を示す説明図である。
【図７】重ね合わせ測定の際の試料の断面形状と試料像との関係を示す説明図である。
【図８】本発明に係る第一の実施形態の変形例としての基準間隔の求め方を示す説明図である。
【図９】本発明に係る第一の実施形態の変形例としての分光特性センサの構成を示す説明図である。
【図１０】本発明に係る第二の実施形態における青色反射光のときの試料像の合焦状態（ａ）及びそのときの像距離（ｂ）を示す説明図である。
【図１１】瞳分割方式で、反射光の色が変化したときの基準間隔の変化を示す説明図である。
【図１２】ナイフエッジ方式で、反射光の色が変化したときの基準距離の変化を示す説明図である。
【図１３】従来技術で反射光の色が変化したときの合焦位置の変化を示す説明図である。
【符号の説明】
【００５０】
１：試料、１０：結像光学系、２０：照明光学系、２５：照明視野絞り、３０：合焦物理量検出系、３３：瞳分割プリズム、３７：ＡＦ用ラインセンサ、４０，４０ａ：分光特性センサ、５０：制御装置、５１：記憶部、５２：代表波長算出部、５３：間隔算出部、５４：抽出部、５６：制御信号作成部、５８：ステージ、５９：ステージ駆動機構、６０：受光素子、６１：画像処理装置
【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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【図１２】
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【図１３】
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