(57)【要約】【課題】共焦点光学系による観測を迅速に行うことができる光学システムを提供する【解決手段】照明光源２１から出射された照明光を共焦点用微小開口３４ａを介して被検物８に照射し、被検物で反射され共焦点用微小開口３４ａを通過した通過光を得る共焦点光学系３と、通過光を検出する光検出部４１と、被検物に対する共焦点光学系の焦点位置を光軸方向に変位させる変位部５と、焦点位置を変位させた複数の位置において光検出部４１から検出データを読み込んで処理する処理部６０とを備え、処理部が、複数の位置で読み込んだ検出データに基づいて、被検物８に照射される光の強度を調整するように光学システム１を構成する。【選択図】図１
2008046361.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明光を出射する照明光源と、
前記照明光源から出射された前記照明光を共焦点用微小開口を介して被検物に照射し、前記被検物で反射され前記共焦点用微小開口を通過した通過光を得る共焦点光学系と、
前記共焦点光学系において得られた前記通過光を検出する光検出部と、
前記被検物に対する前記共焦点光学系の焦点位置を光軸方向に変位させる変位部と、
前記変位部により前記焦点位置を変位させた複数の位置において前記光検出部から検出データを読み込んで処理する処理部とを備え、
前記処理部が、前記複数の位置で読み込んだ前記検出データに基づいて、前記被検物に照射される光の強度を調整する
ように構成したことを特徴とする光学システム。
【請求項２】
前記処理部は、前記複数の位置で読み込んだ前記検出データから、前記光検出部に検出された前記通過光の光強度と前記光検出部の飽和光強度とを比較して、比較結果に基づいて前記被検物に照射される光の強度を調整するように構成したことを特徴とする請求項１に記載の光学システム。
【請求項３】
前記処理部は、前記複数の位置で読み込んだ前記検出データから、前記被検物の表面と前記共焦点光学系の焦点位置とが一致したときに前記光検出部に検出されるべき前記通過光の最大強度を内挿処理して算出し、算出された前記最大強度に応じて前記被検物に照射される光の強度を調整するように構成したことを特徴とする請求項１に記載の光学システム。
【請求項４】
前記処理部は、前記被検物に照射される光の強度を調整した後に、前記変位部により前記焦点位置を変位させて複数の位置において前記光検出部から検出データを読み込んで前記被検物の高さ情報を取得するように構成したことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の光学システム。
【請求項５】
照明光を出射する照明光源と、前記照明光源から出射された前記照明光を共焦点用微小開口を介して被検物に照射し前記被検物で反射され前記共焦点用微小開口を通過した通過光を得る共焦点光学系と、前記共焦点光学系によって得られた前記通過光を検出する光検出部と、前記被検物に対する前記共焦点光学系の焦点位置を光軸方向に変位させる変位部と、前記変位部により前記焦点位置を変位させ及び前記光検出部から検出データを読み込んで処理する処理部とを備えた光学システムの制御方法であって、
前記照明光源に所定の光強度で前記照明光を出射させ、
前記処理部は前記変位部により前記共焦点光学系の焦点位置を光軸方向に変位させた複数の位置において前記光検出部から検出データを読み込んで、
前記複数の位置において読み込んだ前記検出データに基づいて、前記被検物に照射される光の強度を調整する
ように構成したことを特徴とする光学システムの制御方法。
【請求項６】
前記処理部は、
前記複数の位置で読み込んだ前記検出データから、前記光検出部に撮影された前記通過光の光強度と前記光検出部の飽和光強度とを比較して、
比較結果に基づいて前記被検物に照射される光の強度を調整する
ように構成したことを特徴とする請求項５に記載の光学システムの制御方法。
【請求項７】
前記処理部は、
前記複数の位置で読み込んだ前記検出データから、前記被検物の表面と前記共焦点光学系の焦点位置とが一致したときに前記光検出部に検出されるべき前記反射光の光強度を内挿処理して算出し、
算出された前記光強度に応じて、前記被検物に照射される光の強度を調整する
ように構成したことを特徴とする請求項５に記載の光学システムの制御方法。
【請求項８】
前記処理部は、
前記被検物に照射される光の強度を調整した後に、
前記変位部により前記焦点位置を変位させた複数の位置において前記光検出部が検出した前記通過光の検出データを読み込んで、
前記被検物の高さ情報を取得する
ように構成したことを特徴とする請求項５から請求項７のいずれか一項に記載の光学システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明光源と共焦点光学系及び共焦点光学系において得られた共焦点像を撮影する撮像装置とを備えた光学システム、及び光学システムの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
共焦点光学系と撮像装置とを備えた光学システムとして、例えば、半導体ウェハ基板や、集積素子(ＩＣ)、液晶表示パネルなどの微細パターンを検査する共焦点顕微鏡やエリア高さ測定機などの検査装置がある。これらの検査装置に用いられる共焦点光学系は、照明光を共焦点用微小開口を介して被検物に照射し、被検物からの反射光(点像)を再び共焦点用微小開口を通過させて観測する。共焦点光学系の焦点位置を被検物の表面近傍に設定して焦点位置を光軸方向に相対変位させると、被検物からの反射光のうち、共焦点用微小開口を通過する反射光（以下、通過光という）の強度が増減し、焦点位置が被検物の表面と一致したときに通過光の光強度が最大になる。従って、光検出部で検出される通過射光の強度が最大となるときの高さ位置を検出することで、被検物の各部の高さ測定や形状測定を行うことができる。
【０００３】
このような検査装置に関し、効率的な測定を行うため、被検物に対する焦点面の高さ位置を光軸方向に所定間隔で変位させながら、通過光を二次元の撮像素子（光検出部）で撮影して画像データを読み込み、撮像素子の各画素において検出される離散的な輝度信号のデータから反射光の強度が最大となる高さ位置を内挿処理により算出する方法を用いた装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開９−１２６７３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記のような測定方法を利用した装置は、共焦点光学系の焦点位置が被検物の表面（物体面）と一致した状態において、撮像素子の受光強度（撮像素子から出力される輝度信号）が処理を行い得る必要十分な値であるとともに、飽和していないことが条件となる。しかしながら、焦点位置が被検物の表面近傍になったときに反射光が検出され、焦点位置と被検物表面とが一致したときに受光強度が最大になるという共焦点光学系の特性上、焦点位置を被検物の表面に合わせるまで受光強度が分からず、高さスキャン測定を実施する以前に手動操作で被検物の焦点位置まで移動させ、照明照度の最適化を行う必要があった。
【０００６】
特に、視野内に高さ位置が異なり表面反射率が異なる部位が二箇所以上のある場合に、反射率の高い部位で飽和強度に対して余裕のある明るさに調整すると、反射率の低い部位で測定に十分な光量が得られず、逆に、反射率の低い部位に合わせて照明照度を調整すると反射率の高い部位で受光素子の出力が飽和してしまうなど、撮像素子のダイナミックレンジに合わせて照明光源の照度を調整するのが難しいという問題があった。このような従来技術への対応として、測定対象の複数の部位について手動操作によるサンプリングを行い、各部の画像データを見ながら照明条件を設定するという方法が一般的に行われているが、準備作業が煩雑であるとともに共焦点画像を取得するまでに時間がかかるという課題があった。
【０００７】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、共焦点光学系による観測を迅速に行うことができる光学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】
上記目的達成のため、請求項１に係る発明は光学システムであり、照明光を出射する照明光源と、照明光源から出射された照明光を共焦点用微小開口を介して被検物に照射し、被検物で反射され共焦点用微小開口を通過した通過光を得る共焦点光学系と、共焦点光学系において得られた通過光を検出する光検出部と、被検物に対する共焦点光学系の焦点位置を光軸方向に変位させる変位部と、変位部により焦点位置を変位させた複数の位置において光検出部から検出データを読み込んで処理する処理部とを備え、処理部が、複数の位置で読み込んだ検出データに基づいて、被検物に照射される光の強度を調整するように構成される。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１の光学システムにおいて、処理部は、複数の位置で読み込んだ検出データから、光検出部に検出された通過光の光強度と光検出部の飽和光強度とを比較して、比較結果に基づいて被検物に照射される光の強度を調整するように構成される。
【００１０】
請求項３に係る発明は、請求項１の光学システムにおいて、処理部は、複数の位置で読み込んだ検出データから、被検物の表面と共焦点光学系の焦点位置とが一致したときに光検出部に検出されるべき通過光の最大強度を内挿処理して算出し、算出された最大強度に応じて被検物に照射される光の強度を調整するように構成される。
【００１１】
請求項４に係る発明は、請求項１から請求項３のいずれかの光学システムにおいて、処理部は、被検物に照射される光の強度を調整した後に、変位部により焦点位置を変位させて複数の位置において光検出部から検出データを読み込んで被検物の各部の高さ情報を取得するように構成される。
【００１２】
請求項５に係る発明は光学システムの制御方法であり、照明光を出射する照明光源と、照明光源から出射された照明光を共焦点用微小開口を介して被検物に照射し被検物で反射され共焦点用微小開口を通過した通過光を得る共焦点光学系と、共焦点光学系によって得られた通過光を検出する光検出部と、被検物に対する共焦点光学系の焦点位置を光軸方向に変位させる変位部と、変位部により焦点位置を変位させ及び光検出部から検出データを読み込んで処理する処理部とを備えた光学システムの制御方法であって、照明光源に所定の光強度で照明光を出射させ、処理部は変位部により共焦点光学系の焦点位置を光軸方向に変位させた複数の位置において光検出部から検出データを読み込んで、複数の位置において読み込んだ検出データに基づいて、被検物に照射される光の強度を調整するように構成される。
【００１３】
請求項６に係る発明は、請求項５の光学システムの制御方法において、処理部は、複数の位置で読み込んだ検出データから、光検出部に撮影された通過光の光強度と光検出部の飽和光強度とを比較して、比較結果に基づいて被検物に照射される光の強度を調整するように構成される。処理部は、複数の位置で読み込んだ検出データから、被検物の表面と共焦点光学系の焦点位置とが一致したときに光検出部に検出されるべき反射光の光強度を内挿処理して算出し、算出された光強度に応じて、被検物に照射される光の強度を調整するように構成される。
【００１４】
請求項７に係る発明は、請求項５の光学システムの制御方法において、処理部は、
複数の位置で読み込んだ検出データから、被検物の表面と共焦点光学系の焦点位置とが一致したときに光検出部に検出されるべき反射光の光強度を内挿処理して算出し、算出された光強度に応じて、被検物に照射される光の強度を調整するように構成される。
【００１５】
請求項８に係る発明は、請求項５から請求項７のいずれか一項に記載の光学システムの制御方法において、処理部は、被検物に照射される光の強度を調整した後に、変位部により焦点位置を変位させた複数の位置において光検出部が検出した通過光の検出データを読み込んで、被検物の高さ情報を取得するように構成される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、共焦点光学系による観測を迅速に行うことができる光学システム及び光学システムの制御方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。本発明を適用した光学システムの一例として、被検物表面の微細形状を観測する検査装置１の概要構成を図１に示しており、まずこの検査装置１の構成について説明する。
【００１８】
検査装置１は、照明光学系２と、被検物８の共焦点像を得る共焦点光学系３と、共焦点光学系３によって得た像（共焦点像）を撮影する撮像装置４と、被検物８が載置されたステージ７を昇降駆動するステージ駆動部５２を含み共焦点光学系３の焦点位置を光軸方向に相対変位させる変位機構（変位部）５と、画像撮影の処理を行う処理装置（処理部）６０を含み各部の作動制御を行う制御装置６とを有して構成される。
【００１９】
照明光学系２は、共焦点光学系３の側方に位置し、偏光ビームスプリッタ２３から側方に延びる光軸上に、コンデンサレンズ２２と照明光源２１を有して構成される。照明光源２１は、例えばハロゲンランプやキセノンランプなどが用いられ、輝度（発光強度）が調整可能になっている。共焦点光学系３は、被検物８から上方に延びる光軸上に並んで、１／４λ板３１、対物レンズ系３２、ピンホールディスク３４、偏光ビームスプリッタ２３、リレーレンズ系３５を有して構成される。撮像装置４はリレーレンズ系３５の像面位置に設けられた撮像素子（光検出部）４１を有し、例えば、ＣＣＤやＣＭＯＳなどの二次元の光電素子を用いて構成される。被検物８はステージ７に載置されて共焦点光学系３の焦点近傍位置に配置される。
【００２０】
照明光源２１から出射された光線はコンデンサレンズ２２で平行光に変換され、偏光ビームスプリッタ２３に入射する。偏光ビームスプリッタ２３は、入射した光のうちＰ偏光成分を透過しＳ偏光成分を反射する機能を有しており、反射したＳ偏光の照明光がピンホールディスク３４の上面に照射される。
【００２１】
ピンホールディスク３４は、薄い円板状をなし、反射防止処理が施された遮光性の薄膜に、光を透過する共焦点ピンホール（共焦点用微小開口）３４ａが多数螺旋状に配列されて形成されている（このような構成のピンホールディスクはニッポウディスクとも称される）。ピンホールディスク３４は、偏光ビームスプリッタ２３で反射された照明光を遮るように、共焦点光学系３の光軸に対して直交して配置される。ピンホールディスク３４はモータ３４ｍにより所定の回転速度で回転されており、共焦点ピンホール２４ａを通過した照明光が対物レンズ系３２を介してステージ７に載置された被検物８に共焦点ピンホール３４ａの像（点像）として集光照射される。なお、図１では、２つの共焦点ピンホール３４ａ，３４ａを通る光束を例示している。
【００２２】
被検物８に集光照射された共焦点ピンホール３４ａの像は、被検物８の表面（以下、「物体面Ｏ」と称する）で反射されて再び対物レンズ系３２に入射し、この対物レンズ系３２により集光されてピンホールディスク３４の下面に被検物８の表面の像をつくり、共焦点ピンホール３４ａを通過する。ここで、共焦点ピンホール３４ａを通過した反射光（前記同様に「通過光」という）は、偏光ビームスプリッタ２３によりＳ偏光とされた照明光が１／４λ板２１を２回透過することでＰ偏光に変換されており、偏光ビームスプリッタ２３を透過してリレーレンズ系３５により集光され、撮像素子４１の撮像面に共焦点ピンホール３４ａの像として結像する。
【００２３】
なお、１／４λ板２１と偏光ビームスプリッタ２３とを設け、反射光の偏光成分（Ｐ偏光の光）を撮像装置４に撮影させるように構成することにより、微弱な光強度の通過光を全量透過させる一方、偏光ビームスプリッタ２３よりも被検物側に位置する光学部材の表面反射によるフレア光を遮断することができ、これによりクリアな共焦点像を得ることができる。
【００２４】
そして、多数の共焦点ピンホール３４ａが形成されたピンホールディスク３４をモータ３４ｍにより所定の速度で高速回転させることにより、各共焦点ピンホール３４ａを通過した照明光がスポット光として被検物８の物体面Ｏをスキャンすることとなり、この共焦点ピンホール３４ａを通過した被検物８の反射像（共焦点像）を撮像装置４で撮影し、制御装置６内の処理装置６０で処理することにより、被検物８の各部の高さ情報を含んだ共焦点画像を得ることができる。
【００２５】
すなわち、共焦点光学系３では、物体面Ｏ（被検物の表面）が対物レンズ系３２の焦点面の高さ位置にあるときに、反射光がピンホールディスク３４のピンホール形成面に結像し、反射光のほぼ全量が通過光となって共焦点ピンホール３４ａを通過するが、物体面Ｏが対物レンズ系３２の焦点面の高さ位置からわずかでも外れると、反射光はピンホール形成面に結像せず、一部しか共焦点ピンホール３４ａを通過することができない。
【００２６】
このため、被検物８及び共焦点光学系３の少なくともいずれか一方を光軸方向（図１に座標軸を付記するＺ軸方向）に変位させて物体Ｏに対する焦点面の高さを相対変位させ、被検物８からの反射光をピンホールディスク３４を介して撮像装置４により撮影して、撮像素子４１において検出される通過光の光強度が最大となる高さ位置を撮像素子４１の各画素ごとに求めることにより、各画素に対応する被検物各部の高さ位置を検出することができる。
【００２７】
図２は、対物レンズ系３２の焦点面付近に被検物８の物体面Ｏが位置するようにしてステージ７を光軸方向（Ｚ軸方向）に変位させたときの、ステージ７（物体面Ｏ）のＺ座標位置と撮像素子４１に受光される通過光の光強度Ｉとの変化を模式的に示したものである。検出原理から明らかなように、ステージ７をＺ軸方向（光軸方向）に連続的に変位させると、図中に点線で示すように、通過光の光強度Ｉが滑らかに変化し、対物レンズ系３２の焦点面と物体面Ｏとが一致する高さ位置Ｚ0において通過光の光強度Ｉが最大値Ｉ0となる。
【００２８】
適正な照明条件下においては、通過光の光強度Ｉと撮像装置４から出力される輝度信号との間に一定の比例関係があり、各画素ごとに輝度信号が最大となる高さ位置を求めることで、対応する被検物各部の高さ位置を検出することができる。
【００２９】
従って、制御装置６によりステージ駆動部５２の作動を制御して被検物８を光軸方向に変位させ、このとき撮像素子４１において検出される通過光の強度変化を、撮像装置４から制御装置６に入力される輝度信号により検出し、輝度信号の大きさがピークになったときのステージ７のＺ方向の位置Ｚ0を求めることで、被検物８の表面の高さ位置を特定することができる。そして、このような被検物表面の高さ位置検出を撮像素子４１の各画素について行うことによって、撮像領域全体について被検物８の各部の相対的な高さ位置関係を特定することができ、これにより微細な部分の高さ測定や三次元の立体形状測定を行うことができる。
【００３０】
なお、図示する検査装置１は、被検物８が載置されるステージ７を昇降変位させて共焦点光学系３の焦点面に対する物体面Ｏの高さ位置を光軸方向に変位させる形態を示しており、制御装置６がステージ駆動部５２の作動を制御してステージ７上の被検物８を光軸方向に変位させるように構成している。但し、被検物８が載置されたステージ７を固定して共焦点光学系３全体を光軸方向に変化させ、あるいは対物レンズ系３２における被検物側の対物レンズを光軸方向に変位させて、物体面Ｏに対する共焦点光学系３の焦点面の高さ位置を光軸方向に変位させる構成としても、同様に被検物８の高さ位置を測定することができる。
【００３１】
ここで、被検物８からの通過光を各画素について連続的に、若しくは微細なピッチで検出するとすれば、画素ごとに輝度信号の変化を記憶するメモリの記憶容量が膨大となり、また通過光のピーク位置を算出する処理時間も長時間を要することになる。一方、図２に示した、合焦位置Ｚ0近傍における通過光の強度変化の特性は既に知られており、ガウス関数や点像分布関数等の二次元関数に近似することができる。このため、少なくともＺ方向の二箇所の座標位置において通過光の光強度Ｉが分かれば、このデータを内挿処理（カーブフィット計算）することで合焦位置Ｚ0及びピーク強度Ｉ0を算出することができる。
【００３２】
検査装置１では、通過光の光強度Ｉについて、Ｚ座標上の少なくとも三箇所でサンプリングできるように、サンプリング間隔（高さ間隔）ΔＺが予め設定されており、制御装置６内の処理装置６０が、ステージ駆動部５２の作動を制御してステージ７を高さ間隔ΔＺで光軸方向に変位させ、各高さ位置（図２では、Ｚ1，Ｚ2，Ｚ3）において撮像装置４から読み込んだ輝度信号に基づいて内挿処理を行い、合焦位置Ｚ0及びピーク強度Ｉ0を算出するようになっている。
【００３３】
但し、上記のような内挿処理により合焦位置Ｚ0を算出する前提として、撮像装置４から入力される輝度信号が十分な大きさをもち且つ飽和していないこと、すなわち被検物８に対する照明条件が適正な範囲内にあることが必要になる。ところが、上述したような共焦点光学系の特性上、共焦点光学系３の焦点面と被検物８の物体面Ｏとが一致するまで、通過光の光強度Ｉが分からない。
【００３４】
この結果、撮像素子４１の受光感度との関係で、図３(ａ)に示すように、撮影装置４から処理装置６０に入力される３〜４箇所程度のサンプリングデータの輝度信号値が低すぎて正確な合焦位置を特定しにくい場合や、図３(ｂ)に示すように、サンプリングポイントのうち少なくとも一箇所において通過光の光強度Ｉが撮像素子４１の飽和受光強度ＩSを超えて輝度信号が飽和する場合が生じる。従って、被検物８の立体形状を測定したり、撮像範囲全体が合焦状態の共焦点像（全焦点画像という）を取得するためには、各高さ位置にある被検物の各部に対して適正な照明照度となる照明条件を得る必要がある。
【００３５】
検査装置１では、処理装置６０が、撮像装置４から読み込んだ画像データに基づいて被検物８に照射される光の強度を調整するように構成している。図４に、このような調整制御を行う処理装置６０のブロック図を示しており、以下、処理装置６０の構成、及びこの処理装置６０による検査装置１の制御作動について説明する。
【００３６】
処理装置６０は、ＣＰＵ６１、ステージ駆動部５２の作動を制御する駆動制御部６２、撮像装置４から入力された画像データを記憶する画像データ記憶部６３、被検物８に照射される光の強度を変化させる照度制御部６４、画像データ記憶部６３に記憶された画像データから合焦部分のデータを抽出する画像データ抽出部６５、抽出された画像データを合成して共焦点画像を生成する画像合成部６６などから構成される。
【００３７】
処理装置６０には、撮像装置４から画像データが入力されるとともに、ステージ駆動部５２からステージ７の光軸方向の高さ位置すなわちＺ軸上の座標位置が入力されている。また処理装置６０には、処理結果を出力する出力部６７が設けられており、被検物８の立体形状や全焦点画像を、液晶表示パネルやＣＲＴ等の画像表示装置７１、プリンタ７２等に出力可能になっている。
【００３８】
照明照度を設定するための処理（プレスキャン処理）が開始されると、処理装置６０は照度制御部６４から照明光源２１に指令信号を出力して予め設定された所定の光強度で照明光を出射させる。所定の光強度は、被検物の反射率を測定するための照明照度として処理装置６０内のメモリにパラメータ設定されており、例えば、被検物８の種別（プリント配線基板、ＩＣチップ、半導体ウェハ等）に合わせた照明照度が設定記憶され、検査する被検物に応じて選択設定可能に構成される。
【００３９】
次いで駆動制御部６２からステージ駆動部５２に指令信号を出力してステージ７のＺ方向移動を開始させ、初期設定された画像データの取得開始位置から、高さ間隔ΔＺごとに撮像装置４が撮影した画像データを読み込んで、Ｚ座標位置とともに画像データ記憶部６３に記憶させる。この読み込み及び記憶処理が、予め設定された画像データの取得範囲（高さ範囲あるいは撮影枚数等）について終了すると、処理装置６０内のＣＰＵ６１は、画像データ記憶部６３に記憶された画像データを、各画素ごとに輝度信号が時系列に並ぶ時系列データに並び替え、各画素ごとに輝度信号値が高い３〜４箇所の離散データからなる一群の輝度信号列を抽出する。これが各部位の焦点面近傍における通過光の検出信号である。
【００４０】
照度制御部６４は、抽出された輝度信号列のうち、最も高い輝度信号を含む一群の輝度信号列を基準として照明照度の調整量を算出する。
【００４１】
（第１実施形態）
第１実施形態の調整処理は、通過光の光強度Ｉと撮像素子４１の飽和光強度ＩSとを比較して、比較結果に基づいて被検物８に照射される光の強度を変化させて、被検物８の照明照度を調整する。
【００４２】
例えば、図３(ａ)に示すように、撮像素子４１の飽和光強度ＩSに対して、撮像素子４１に検出された通過光の光強度Ｉ（輝度信号値）が、一群の輝度信号列の全てについて低い場合には、照度制御部６４は、飽和光強度ＩSと検出された最大の光強度Ｉとの強度差ΔＩ＝｜ＩS−Ｉ｜を算出し、この強度差ΔＩに応じた信号を照明光源２１に出力して照明光源２１の輝度（発光強度）を上昇させ、被検物８に照射される光の強度を上昇させる。なお一群の輝度信号データの総和と、飽和強度ＩSとを対比して照度調整を行うように構成しても良い。
【００４３】
一方、図３(ｂ)に示すように、撮像素子４１の飽和光強度ＩSに対して、通過光の光強度Ｉ（輝度信号値）が高く、一群の輝度信号列のいずれかにおいて飽和が生じた場合には、照度制御部６４は、飽和している輝度信号を挟む前後（高さ位置で上下）の輝度信号から、飽和した位置の輝度信号を算出して最大の光強度Ｉを求め、この最大の光強度Ｉと飽和光強度ＩSとの強度差ΔＩ＝｜ＩS−Ｉ｜を算出する。そしてこの強度差ΔＩに応じた信号を照明光源２１に出力して照明光源２１の輝度を低下させ、被検物８に照射される光の強度を低下させる。
【００４４】
ここで、このプレスキャンにおいて、初期設定された照明光の照明照度が既知であることから、撮像素子４１に受光された通過光の光強度Ｉ（輝度信号値）を検出することにより、被検物８における当該部位の反射率を求めることができる。このため、こうして求めた被検物８の反射率と強度差ΔＩに基づいて、上昇または下降させるべき照明照度を算出することができ、照度制御部６４はこのようにして算出した照度に応じた信号を照明光源２１に出力して被検物８の照明照度を上昇または低下させる。
【００４５】
従って、本実施形態の調整処理により、一度のプレスキャンで適正な照明照度を得ることができ、これにより何度も繰り返し調整を行うことなく、次に行う測定スキャンで直ちに被検物８の立体形状や全焦点画像の取得を行うことができる。なお、本実施形態では、通過光の光強度Ｉと撮像素子４１の飽和光強度ＩSとを比較する具体例として、強度差ΔＩを算出する場合について説明したが、強度比（例えばＩ／ＩS）を算出して照明照度を調整するように構成しても良い。
【００４６】
（第２実施形態）
第２実施形態の調整処理は、一群の輝度信号列から、被検物８の表面と共焦点光学系３の焦点位置とが一致したときに撮像素子４１に検出されるべき通過光の最大光強度ＩMAXを内挿処理して算出し、算出された最大光強度ＩMAXに応じて被検物８に照射される光の強度を調整する。すなわち、図２を参照して説明したように、少なくとも二箇所の座標位置において通過光の光強度Ｉ（輝度信号値）が分かれば、この二箇所の座標位置と輝度信号値を内挿処理することにより合焦位置及び最大光強度を算出することができ、このようにして求めた最大光強度ＩMAXに応じて照明照度が調整される。
【００４７】
例えば、図３(ａ)に示すように、通過光の光強度Ｉが低い場合に、照度制御部６４は検出された４箇所の輝度信号データを内挿処理して通過光の最大光強度ＩMAXを算出し、算出された最大光強度ＩMAXと撮像素子４１の飽和光強度ＩSとを対比して、その強度差ΔＩ＝｜ＩS−ＩMAX｜に応じた信号を照明光源２１に出力して照明光源２１の輝度（発光強度）を上昇させ、被検物８に照射される光の強度を上昇させる。
【００４８】
一方、図３(ｂ)に示すように、撮像素子４１の飽和光強度ＩSに対して、通過光の光強度Ｉが高く、一群の輝度信号列のいずれかにおいて飽和が生じた場合に、照度制御部６４は、飽和していない３箇所の輝度信号データを内挿処理して通過光の最大光強度ＩMAXを算出し、算出された最大光強度ＩMAXと撮像素子４１の飽和光強度ＩSとを対比して、その強度差ΔＩ＝｜ＩS−ＩMAX｜に応じた信号を照明光源２１に出力して照明光源２１の輝度を低下させ、被検物８に照射される光の強度を低下させる。
【００４９】
プレスキャンにおいて、被検物８の各部位の反射率を求めることができるのは前述した実施形態と同様であり、被検物８の反射率と強度差ΔＩに基づいて、上昇または低下させるべき照明照度を算出することができ、照度制御部６４はこのようにして算出した照度に応じた信号を照明光源２１に出力して被検物８の照明照度を上昇または低下させる。なお上述した実施形態と同様、強度比（例えばＩMAX／ＩS）に基づいて照明照度を調整するように構成してもよい。
【００５０】
従って、本実施形態の調整処理においても、前述した実施形態と同様に、一度のプレスキャンで適正な照明照度を得ることができ、これにより何度も繰り返し調整を行うことなく、次に行う測定スキャンで直ちに被検物８の立体形状や全焦点画像の取得を行うことができる。さらに、通過光の最大の光強度およびその高さ位置（合焦位置）をプレスキャンで得ることができるため、照明照度をより細かく調整可能であるとともに、測定スキャンにおいて合焦位置のみを選択的に、かつ合焦位置に合わせて正確にスキャンすることも可能であり、測定時間をさらに短縮することができる。
【００５１】
なお、被検物８に照射される光の強度を調整する手段として、照明光源２１の輝度（発光強度）を変化させる構成を例示したが、他の手段、例えば、照明光学系２の光路に複数透過率または透過率が連続的に変化するフィルタを挿抜して、照明光源２１の輝度を一定としつつ被検物８に照射される光の強度を変化させるように構成しても良い。
【００５２】
さて、このようにして被検物８の照明照度を調整するプレスキャン処理が終了すると、処理装置６０は、高さ測定を行うための処理（測定スキャン処理）に移行する。測定スキャン処理が開始されると、処理装置６０は照度制御部６４から照明光源２１に指令信号を出力してプレスキャン処理により求めた光強度で照明光を出射させる。
【００５３】
次いで駆動制御部６２からステージ駆動部５２に指令信号を出力してステージ７のＺ方向移動を開始させ、初期設定された画像データの取得開始位置から、プレスキャンと同じ高さ間隔ΔＺごとに、またはプレスキャンにおいて物体面Ｏが検出された高さ位置について、撮像装置４が撮影した画像データを読み込み、Ｚ座標位置とともに画像データ記憶部６３に記憶させる。このようにして記憶された画像データは適正な照明条件で取得された高さ情報である。
【００５４】
画像データの読み込み及び記憶処理が、予め設定された画像データの取得範囲について終了すると、処理装置６０内のＣＰＵ６１は、画像データ記憶部６３に記憶された画像データを、各画素ごとに輝度信号が時系列に並ぶ時系列データに並び替え、画像データ抽出部６５は、この中から各画素ごとに輝度信号が最大のデータを抽出する。この画素ごとのデータは各画素が対応する被検物の微小部分の合焦状態での共焦点像のデータである。処理装置６０は、既述した内挿処理を行って各画素の対応領域ごとに合焦位置のＺ座標を算出する。
【００５５】
そして、画像データ抽出部６５において抽出された各画素ごとの画像データが画像合成部６６において合成され、撮像範囲全体が合焦状態の全焦点画像が生成される。生成された全焦点画像は、出力部６７から出力され、ＣＲＴや液晶表示パネル等の画像表示装置７１に表示され、プリンタ７２からプリントアウトされる。生成された全焦点画像は、適切な照明条件で撮影された高精細の共焦点画像である。従って、検査装置１によれば、煩雑な照度調整を繰り返し行うことなく適正照度が設定されるため、共焦点光学系３による観測を迅速に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の実施形態として例示する検査装置の概要構成図である。
【図２】物体面ＯのＺ座標位置と通過光の光強度との変化を示す説明図である。
【図３】検査装置の作用を示す説明図である。
【図４】上記検査装置における処理装置のブロック図である。
【符号の説明】
【００５７】
１  検査装置（光学システム）                    ３  共焦点光学系
５  変位機構（変位部）                          ８  被検物
２１  照明光源                                ４１  撮像素子（光検出部）
３４ｍ  共焦点ピンホール（共焦点用微小開口）  ６０  処理装置（処理部）
【図１】
2008046361.tif 000003
【図２】
2008046361.tif 000004
【図３】
2008046361.tif 000005
【図４】
2008046361.tif 000006