(57)【要約】【課題】  反射率が異なる部分を有する対象物について時間をかけずに測定することを可能とする。【解決手段】  対象物からの反射光を分割し、感度補正された二つの撮像装置４１，４２により映像信号に変換する。変位量を取得する手段５３０により、共焦点光学系の対物レンズの焦点位置を対象物に対して光軸方向に相対変位させた変位量を取得する。ピーク検出部５２１により、対象物の測定面が焦点位置に達したことを検出し、データ選択部５２２により、出力が飽和状態でなければ高感度用撮像装置４１のピークを、出力が飽和状態であれば低感度用撮像装置４２のピークを選択して、高さ算出部５２３により、対象物の測定面の高さを、ピーク値に対応して取得した変位量に基づいて算出する。【選択図】図１
2005195538.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物に対して照明光を、対物レンズ系を介して照射して反射光を得る共焦点光学系と、
前記共焦点光学系を介して前記対象物からの反射光を少なくとも二つの光路に分割する光路分割手段と、
前記光路分割手段により分割された少なくとも二つの光路のそれぞれに対応して配置され、分割された各光路の画像を取得する画像取得手段と、
前記共焦点光学系の前記対物レンズの焦点位置を前記対象物に対して光軸方向に相対変位させると共に、変位量を取得する手段と、
異なる前記焦点位置毎に前記画像取得手段において取得した画像と前記変位量とに基づいて、前記対象物の測定面の高さを算出する高さ算出手段と、
前記分割された少なくとも二つの光路において、前記画像取得手段における画像の取得について感度を異ならせる補正を行う感度補正手段と、を備えること
を特徴とする光学測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光学測定装置において、
前記感度補正手段は、前記少なくとも二つの光路のそれぞれから前記画像取得手段に入射する入射光量を変化させるものであることを特徴とする光学測定装置。
【請求項３】
請求項２に記載の光学測定装置において、
前記入射光量を変化させる手段は、透過光量を減ずるフィルタであることを特徴とする光学測定装置。
【請求項４】
請求項１に記載の光学測定装置において、
前記感度補正手段は、前記光路分割手段によって構成され、前記光路分割手段は、光量の分割比率を光路に応じて異なる比率に変えて前記反射光を分割することにより前記少なくとも二つの光路のそれぞれから前記画像取得手段に入射する入射光量を変化させるものであることを特徴とする光学測定装置。
【請求項５】
請求項１に記載の光学測定装置において、
前記感度補正手段は、前記画像取込手段における前記少なくとも二つの光路のそれぞれからの入射光の取込時間を異ならせるものであることを特徴とする光学測定装置。
【請求項６】
請求項１に記載の光学測定装置において、
前記感度補正手段は、前記画像取得手段における画像取得ゲインを前記少なくとも二つの光路に応じて異ならせるものであることを特徴とする光学測定装置。
【請求項７】
請求項１、２、３、４、５および６のいずれか一項に記載の光学測定装置において、
前記対象物の高さを算出する手段は、前記画像取得手段によって得られた画像の明るさのピークを検出するピーク検出部と、感度が相対的に高くなるように補正されている画像について得られたピークが予め定めた上限に達した場合に、感度が相対的に低くなるように補正された画像について得られたピークを測定データとして選択するデータ選択部と、前記変位量を取得する手段から、前記選択されたピークが得られた際の変位量を取得し、当該変位量に基づいて高さを算出する高さ算出部とを有することを特徴とする光学測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、共焦点光学系を利用して高さの測定を行う光学測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
共焦点光学系を利用して高さ測定を行う場合、共焦点光学系を持つヘッドをＺ軸（高さ）方向に変位させて、複数点の共焦点画像を取得することにより高さ測定を行う装置が知られている（特許文献１）。この種の装置では、Ｚ軸（高さ方法）にヘッドを変位させながら、複数の共焦点画像を取得して、撮像したその画像のうち、最も輝度が高い画像が撮像された時のＺ軸の値を用いて高さを測定する。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２-２３６００２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この種の測定において、測定物に反射率が異なる部分が存在する場合には、高反射率部分に照明光の輝度を合わせると、低反射率の部分からの信号の強度が小さくなる。そのため、信号をノイズと区別することが困難となる。一方、低反射率部分に合わせて照明光を高輝度に設定すると、高反射率部分からの信号強度が画像取得を行うＣＣＤ等のセンサのダイナミックレンジを超えることとなる。すなわち、入力に対して出力が飽和状態となる。その結果、取り込んだ複数位置の画像について最大輝度が存在することとなって、反射光の輝度ピークを正確に求めることが困難となる。
【０００５】
そのため、反射率の異なる部分が存在する対象物について測定を行う場合には、照明光を各反射率に対応した輝度に変えて２回測定すること等が考えられるが、測定に時間がかかるという問題点もある。
【０００６】
本発明の目的は、反射率が異なる部分を有する対象物があっても、時間をかけずに測定することが可能な光学測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願の請求項１に係る発明は、
対象物に対して照明光を、対物レンズ系を介して照射して反射光を得る共焦点光学系と、
前記共焦点光学系を介して前記対象物からの反射光を少なくとも二つの光路に分割する光路分割手段と、
前記光路分割手段により分割された少なくとも二つの光路のそれぞれに対応して配置され、分割された各光路の画像を取得する画像取得手段と、
前記共焦点光学系の前記対物レンズの焦点位置を前記対象物に対して光軸方向に相対変位させると共に、変位量を取得する手段と、
異なる前記焦点位置毎に前記画像取得手段において取得した画像と前記変位量とに基づいて、前記対象物の測定面の高さを算出する高さ算出手段と、
前記分割された少なくとも二つの光路において、前記画像取得手段における画像の取得について感度を異ならせる補正を行う感度補正手段と、を備えること
を特徴とする。
【０００８】
本願の請求項２に係る発明は、前記請求項１に記載の光学測定装置において、
前記感度補正手段は、前記少なくとも二つの光路のそれぞれから前記画像取得手段に入射する入射光量を変化させるものであることを特徴とする。
【０００９】
本願の請求項３に係る発明は、前記請求項２に記載の光学測定装置において、
前記入射光量を変化させる手段は、透過光量を減ずるフィルタであることを特徴とする。
【００１０】
本願の請求項４に係る発明は、前記請求項１に記載の光学測定装置において、
前記感度補正手段は、前記光路分割手段によって構成され、前記光路分割手段は、光量の分割比率を光路に応じて異なる比率に変えて前記反射光を分割することにより前記少なくとも二つの光路のそれぞれから前記画像取得手段に入射する入射光量を変化させるものであることを特徴とする。
【００１１】
本願の請求項５に係る発明は、前記請求項１に記載の光学測定装置において、
前記感度補正手段は、前記画像取込手段における前記少なくとも二つの光路のそれぞれからの入射光の取込時間を異ならせるものであることを特徴とする。
【００１２】
本願の請求項６に係る発明は、前記請求項１に記載の光学測定装置において、
前記感度補正手段は、前記画像取得手段における画像取得ゲインを前記少なくとも二つの光路に応じて異ならせるものであることを特徴とする。
【００１３】
本願の請求項７に係る発明は、請求項１、２、３、４、５および６のいずれか一項に記載の光学測定装置において、
前記対象物の高さを算出する手段は、前記画像取得手段によって得られた画像の明るさのピークを検出するピーク検出部と、感度が相対的に高くなるように補正されている画像について得られたピークが予め定めた上限に達した場合に、感度が相対的に低くなるように補正された画像について得られたピークを測定データとして選択するデータ選択部と、前記変位量を取得する手段から、前記選択されたピークが得られた際の変位量を取得し、当該変位量に基づいて高さを算出する高さ算出部とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、反射率が異なる部分を有する対象物があっても、時間をかけずに測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は、本発明の一実施形態に係る光学測定装置の概要を示す説明図である。図２は、高さ測定を行う際の制御および測定情報の処理を行う部分の機能構成を示す説明図である。
【００１６】
図１に示すように、本実施形態の光学測定装置は、対物レンズ系１４を介して対象物Ｍに対して照明光を照射して反射光を得る共焦点光学系１０と、共焦点光学系１０を介して対象物Ｍからの反射光を少なくとも二つの光路に分割する光路分割手段２０と、光路分割手段２０により分割された少なくとも二つの光路のそれぞれに対応して配置され、分割された各光路の画像を取得する画像取得手段４０と、共焦点光学系１０の対物レンズ系１４の焦点位置を対象物Ｍに対して光軸方向に相対変位させると共に、変位量を取得する手段５３０（図２参照）、画像取得手段４０において取得した画像に基づいて、対象物Ｍが焦点位置に達した際における対象物の高さを、変位量を取得する手段５３０において取得された変位量を用いて算出する高さ算出手段５２０（図２参照）、および、ニポーディスクの駆動を制御するニポーディスク制御手段５４０（図２参照）を実現すると共に、これらの動作を制御する中央制御部５１０を実現するコンピュータ５０と、前記分割された少なくとも二つの光路において、前記画像取得手段における画像の取得について感度を異ならせる補正を行う感度補正手段６０とを有する。
【００１７】
共焦点光学系１０は、光源１１、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１２、結像レンズ１３、対物レンズ系１４、および、１／４波長板１５を有する。また、この対物レンズ系１４の下方位置に、高さを測定すべき対象物Ｍを載置すると共に、ＸＹＺの３軸方向に変位可能なＸＹＺステージ５３３が配置される。
【００１８】
光源１１は、例えば、図６に示すように、対象物Ｍの反射率の低い部分ｍ２からの反射光についても測定可能なレベルとなるように、高輝度のものとする必要がある。なお、本実施形態の場合、対象物Ｍからの反射光が二分割されて画像取得手段４０に導かれるため、それぞれの光量が減少することをも考慮して、その輝度を決める必要がある。
【００１９】
対物レンズ系１４は、例えば、対物レンズとチューブレンズとを組み合わせた無限遠補正対物レンズを用いることができる。偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１２と１／４波長板１５とは、これらを用いることにより、対象物からの反射光を光源１１に戻さずに、光路分割手段２０を介して撮像装置４１，４２に導くよう作用する。
【００２０】
光路分割手段２０は、プリズム２１および２２を有し、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１２から出射される光を二つの光路Ｌ１，Ｌ２に分割する。二つの光路Ｌ１，Ｌ２への光量の分割比率は、本実施形態の場合、１：１としてある。光量の分割比率は、これに限られない。なお、この光路分割手段２０において、光量を均等に分割しない場合には、この光路分割手段２０は、後述するように、結果的に、感度補正手段６０としての機能の全部または一部を果たすこととなる。
【００２１】
画像取得手段４０は、分割される光路に対応して、複数の撮像装置を有する。本実施形態の場合、二つの光路Ｌ１，Ｌ２に対応して二つの撮像装置４１、４２を有する。これらの撮像装置４１および４２は、同じ仕様および性能のものを用いている。撮像装置４１，４２は、それぞれ、例えば、ＣＣＤ等の撮像素子と、映像信号増幅器と、Ａ／Ｄ変換器等を有する。この画像取得手段４０では、入力された光信号を受光して電気信号に変換し、さらに、アナログ信号をディジタル信号に変換して出力する。
【００２２】
コンピュータ５０は、中央処理ユニット（ＣＰＵ）５１と、予め与えられたプログラムおよびデータを記憶するリードオンリメモリ（ＲＯＭ）５２と、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）５３とを有する。このコンピュータ５０には、図示していないが、補助記憶装置を設けることができる。補助記憶装置としては、例えば、ハードディスク装置等を用いることができる。ハードディスク装置には、例えば、コンピュータ５０を動作させるためのプログラム、データ等が格納される。また、各種指示、設定等の入力を行うための入力装置、データ、操作画面等を表示するための表示装置等を接続することができる。
【００２３】
感度補正手段６０は、同一輝度の照明下において、画像取得手段４０によって画像を取得する際に、対象物Ｍにおける反射率の低い部分（低反射率部分）ｍ２からの反射光をノイズと区別して検出すること、および、対象物Ｍにおける反射率の高い部分（高反射率部分）ｍ１からの反射光をＣＣＤが出力飽和状態とならない範囲（ダイナミックレンジの範囲）内で検出することを実現するために、画像取得手段４０について、感度を実質的に補正するものである。
【００２４】
ここで、出力の飽和の限界、すなわち、上限は、使用するＣＣＤの性能に依存する。例えば、８ビットのＣＣＤであれば、出力上限が２５５ビットとなる。また、１０ビットのＣＣＤであれば、１０２４ビットとなる。
【００２５】
感度補正手段６０として、具体的には、撮像装置４１，４２への入射光量を変えること、撮像装置４１，４２におけるＣＣＤの画像取込時間を変更すること、撮像装置４１，４２における画像取込時の映像信号増幅のゲインを変えること等が考えられる。いずれの場合も、前述したように、光源１１における照明光の輝度を高くして、対象物Ｍの反射率が低い部分ｍ２においてもノイズレベルを超える輝度の反射光が得られるようにすることが前提となる。その結果、対象物Ｍの反射率が高い部分ｍ１からの反射光によって撮像装置が出力飽和を起こすこととなりうる。感度補正手段６０は、その場合における対策として機能する。
【００２６】
撮像装置４１，４２への入射光量を変える手段として、対応する二つの光路Ｌ１，Ｌ２から当該撮像装置４１，４２に入射する入射光量を変化させる手段が挙げられる。そのため、本実施形態の感度補正手段６０は、第１図に示すように、透過光量を減ずるフィルタ（減光フィルタ）を撮像装置４２の入射面に配置したものを示す。これによれば、撮像装置４２に入射する入射光量が減少するため、高輝度の反射光が入射した場合でも、撮像装置４２については出力飽和状態となることが避けられる。このフィルタの透過率は、例えば、光源１１による照明光の最大輝度と対象物の最大反射率との組合せによる反射光が入射した場合でも、出力飽和状態とならないように決定すればよい。この場合、フィルタが前面に配置された撮像装置４２は、フィルタを含めて考えると、その感度が実質的に低感度となるため、反射率の高い部分ｍ１からの反射光に対応する撮像装置として機能する。一方、フィルタが配置されていない撮像装置４１は、撮像装置４２に対して、実質的に高感度となるため、反射率の低い部分ｍ２からの反射光に対応する撮像装置として機能する。
【００２７】
次に、本実施形態の動作について、コンピュータ５０により実現される各種機能と共に説明する。
【００２８】
本実施形態では、光源１１からの照明光がＰＢＳ１２を介して共焦点光学系１０に導かれ、ＸＹＺステージ上におかれた対象物Ｍ上に落射される。この際、照明光は、結像レンズ１３により絞り込まれ、ニポーディスク５４２に設けられた孔を介して対物レンズ系１４に導かれて、対象物Ｍに落射される。一方、対象物Ｍにおいて反射された反射光は、対物レンズ系１４を経てニポーディスク５４２の孔に至る。ここで、対象物Ｍの反射面が対物レンズ系１４の焦点位置に存在する場合には、反射光は絞り込まれているため、反射光の大部分がこの孔を通って結像レンズ１３に戻る。しかし、対象物Ｍの反射面が対物レンズ系１４の焦点位置にない場合には、反射光は広がりを持つため、その一部のみがニポーディスク５４２の孔を通過するに過ぎない。結果的に、対象物Ｍの反射面が焦点位置にある時は、光量の多い反射光が結像レンズ１３に戻り、そうでない場合には、光量の少ない反射光が戻ることになる。
【００２９】
反射光は、ＰＢＳ１２を通り光路分割手段２０に至る。ここで、反射光がＰＢＳ１２を透過するのは、ＰＢＳ１２と１／４波長板１５の存在により、反射光がＰＢＳを透過する偏光となっているためである。一方、光路分割手段２０のプリズム２１，２２により、反射光は２分割されて撮像装置４１，４２に導かれる。ここで、撮像装置４１に入射する反射光は、その前において、感度補正手段６０を構成するフィルタにより光量が減少される。
【００３０】
撮像装置４１、４２は、それぞれ中央制御部５１０によるサンプリングタイミングに従って、入射光のサンプリングを行う。すなわち、対象物Ｍからの反射光を取り込む。ここで、サンプリングタイミングは、Ｚ軸上でのサンプリング位置に対応して定められる。このＺ軸上でのサンプリング位置は、対物レンズ系１４のＮＡに依存して決定される。例えば、数マイクロメートルから数十マイクロメートルの範囲で定められる。従って、Ｚ軸の変位速度とこのサンプリング位置との関係から、撮像装置４１，４２におけるサンプリングタイミングが決定される。また、撮像装置４１，４２では、反射光を取り込む際の露出時間が定められる。この露出時間は、感度に関係する。ここでは、撮像装置４１，４２共に、例えば、１／１５秒に設定しておく。
【００３１】
撮像装置４１，４２は、反射光を、撮像素子（ＣＣＤ）により、後述するサンプリングタイミングに従って、定められた露出時間受光して、電気信号に変換する。この電気信号は、露出時間と光量とに依存する電荷量として蓄積される。すなわち、撮像装置４１，４２は、対象物Ｍからの反射光を光電変換して、蓄積した電荷量に応じた映像信号とする。また、撮像装置４１，４２は、この映像信号を、映像信号増幅器において予め定められたゲインにより増幅し、さらに、Ａ／Ｄ変換器によりアナログ信号からディジタル信号に変換して、コンピュータ５０に送る。
【００３２】
コンピュータ５０では、中央制御部５１０において、タイミング信号が生成され、それに基づいて、各部の動作が制御される。中央制御部５１０は、具体的には、ＸＹＺステージ制御部５３１、ニポーディスク制御部５４１、撮像装置４１，４２、ピーク検出部５２１ａ、５２１ｂ、データ選択部５２２、および、高さ算出部５２３のそれぞれに対応するタイミング信号を出力する。例えば、対象物のＸＹ方向変位をＸＹＺステージ５３３に行わせるためのタイミング信号をＸＹＺステージ制御部５３１出力する。また、ＸＹＺステージ上の対象物の測定すべき範囲について照明の落射点（観測点）をスキャンさせるためのタイミング信号をニポーディスク制御部５４１に出力する。これにより、スキャンされて照明される各点において、対物レンズ系１４と対象物とをＺ軸方向に相対変位させるためタイミング信号をＸＹＺステージ制御部５３１に出力する。このタイミング信号は、これを計数することで、Ｚ軸の変位量を示すことができる。一方、画像データの取得および処理のためのタイミング信号も生成して出力する。このタイミング信号は、前述したＸＹＺステージの変位のためのタイミング信号と同期している。すなわち、Ｚ軸方向の変位中に、予め定めたＺ軸上でのサンプリング位置に対応するサンプリングタイミング信号が出力される。
【００３３】
また、この中央制御部５１０は、当該コンピュータ５０に対する外部からの指示、データの入力、出力、記憶、読み出し等の、システムの各種動作についての制御も行う。
【００３４】
対象物の高さを算出する手段５２０は、撮像装置４１，４２からの出力信号に基づいてそれらのピーク値を検出するピーク検出部５２１ａ、５１２ｂと、ピーク検出部５２１ａ、５１２ｂにおいて得られたピーク値のいずれを用いるかを選択するデータ選択部５２２と、選択されたピークに対応するＺ軸上の対象物の相対変位量を取得する手段５３０から取得し、当該変位量に基づいて高さを算出する高さ算出部５２３とを有する。
【００３５】
ピーク検出部５２１ａ、５２１ｂは、撮像装置４１，４２によって一定のサンプリング間隔で取得された画像データについて、それぞれの画素値のピークを検出する。ピーク値の検出は、例えば、最新データと１つ前のデータを記憶しておくことにより行う。そして、Peak,(Peak-1),(Peak+1)という３つの値を更新する。最新データが、既に記憶されているPeakの値より大きい場合には、そのPeakの値を１つ前のデータとして置き換え、さらに、その最新データをPeakの値として置き換えて記憶する。
【００３６】
次の最新データとPeakの値とを比較し、この最新データがPeakの値より小さい場合には、この最新データを(Peak+1)の値として記憶する。(Peak+1)の値を更新するのは、１つ前のデータがPeakの値として採用されている（すなわちPeakの値が更新された）ときだけとする。それ以外のときは、(Peak+1)の値を更新しない。そして、この最新データがPeakの値より大きい場合は、１つ前のデータを(Peak-1)の値として記憶し、その最新データをPeakの値として記憶する。これらの手順を全データに対して行い、Peak,(Peak-1),(Peak+1)の３つの値から補間演算を行い、ピーク値を決定する。
【００３７】
ここで、撮像装置４１，４２から出力される信号について、図４を参照して説明する。図４（Ａ）には、対象物Ｍの反射率が低い部分からの反射光を検出している場合における出力信号レベルを示す。一方、図４（Ｂ）には、対象物Ｍの反射率が高い部分からの反射光を検出している場合における出力信号レベルを示す。これらの図において、横軸はサンプリングタイミング（Ｚ軸上のサンプリング位置に相当）を、縦軸は、信号強度をそれぞれ示す。また、黒丸は高感度に設定されている撮像装置４１の出力値を示す。一方、白丸は、感度補正手段６０を用いることより低感度に設定されている撮像装置４２の出力値を示す。
【００３８】
図４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、各出力値は、サンプリング位置に応じて異なり、焦点位置に近くなっていると思われる位置において高い出力値を示す。また、対象物の反射率の低い部分ｍ２からの反射光を低感度の撮像装置４２により受光した場合には、その出力値はノイズレベルと区別することが困難であり、測定値として使用できない。一方、対象物の反射率の高い部分ｍ１からの反射光を高感度の撮像装置４１により受光した場合には、その出力値は、出力飽和レベルに達する場合があり、この場合にも、測定値として使用することができない。結果として、対象物の低い反射率の部分ｍ２からの反射光については、高感度の撮像装置４１による測定値が、また、対象物の高い反射率の部分ｍ１からの反射光については、低感度の撮像装置４２による測定値が、それぞれ使用可能であることがわかる。しかし、対象物からの反射光が、反射率の低い部分からの反射光か、高い部分からの反射光かは、測定時点では不明である。
【００３９】
そこで、本実施形態では、データ選択部５２２において、高感度に設定されている撮像装置４１から出力されるピーク値を優先的に選択する。このようにすることにより、仮に、反射光のレベルが低い場合、図４（Ａ）において黒丸により示すように、高感度の撮像装置４１によりピーク値を検出することができる。そして、図４（Ｂ）において黒丸により示すように、反射光のレベルが高く、出力が飽和することが検出された場合、低感度の撮像装置４２からのデータに切り替えて、ピーク値の検出を行う。その場合には、図４（Ｂ）において白丸により示すように、低感度の撮像装置４２によっても、ノイズレベル以上の反射光の出力を得ることができる。このようにすることにより、１回の測定において、対象物からの反射光が高輝度であるか、低輝度であるかに関わらず、それぞれに対応する測定を行って、ノイズレベルおよび撮像装置の出力飽和を考慮して、適切な撮像装置からの測定値を選択して高さ測定を行う。しかも、測定値の選択に際し、選択の判定は、コンピュータ５０において自動的に行うことができる。従って、２回の測定を行わずにすむ。
【００４０】
次に、高さ算出部５２３において、反射光の出力について得られたピーク値の情報を用いて、当該ピーク値となったＺ軸上の位置を求める。これは、サンプリングタイミングと同期するＺ軸上のサンプリング位置をＸＹＺステージ制御部５３１から取得することにより実現できる。ところで、ピーク値となるタイミングは、サンプリング位置と一致するとは限らない。そこで、補間演算で求められたピーク値に対応するＺ軸上の位置を同様の補間演算により求める。これにより、対象物Ｍの反射面が焦点位置にある場合のＺ軸の値が求まる。従って、予め定めた基準面のＺ軸上の値（Ｚ座標）がわかれば、それを用いて、対象物の反射面の基準面からの高さが求まる。
【００４１】
この後、ニポーディスク５４３を駆動モータ５４２により回動させて、次の測定位置に照明光を照射させて、Ｚ軸方向の変位を開始して、前述した測定を行う。このようにして、すべての測定点について測定を繰り返す。得られた高さ情報は、ＲＡＭ５３に記憶され、必要に応じて出力され、また、ハードディスク等に記録される。
【００４２】
本発明は、前述した実施形態に限られない。以下に、他の例について説明する。ただし、以下では、相違点についてのみ説明する。
【００４３】
撮像装置４１，４２への入射光量を変える第２の手段として、前述した光路分割手段２０に感度補正機能を持たせて、感度補正手段として機能させることができる。具体的には、対象物からの反射光を、プリズム２１，２２を用いて、二つに分割する際、光量についての分割比率を変えることにより、撮像装置４１，４２への入射光量を変えるものである。例えば、対象物からの反射光のうち、８０％を透過して撮像装置４２に導き、２０％を撮像装置４１に導くようにすることができる。この場合には、前述した第１の手段とは逆に、撮像装置４１が低感度用、撮像装置４２が高感度用となる。もちろん、比率はこれに限られない。例えば、透過光量と反射光量とを逆の比率とすることができる。
【００４４】
次に、感度補正手段が撮像装置４１，４２に内蔵される場合について説明する。すなわち、撮像装置４１，４２における画像取込時の映像信号の増幅ゲインを変える例について説明する。この例は、典型的には、撮像装置４１，４２が有する映像信号増幅部のゲインを調整することにより行うことができる。感度を上げるべき撮像装置が、例えば、撮像装置４１であれば、その映像信号増幅部のゲインを上げるよう操作、または、設定を行う。例えば、映像信号増幅部に予めゲインコントロールのためのコントロールボリウム等が設けられている場合には、それを操作することによってゲインの調整を行う。このようにすることによって、対象物の反射率の低い部分からの反射光については、高いゲインで映像信号増幅を行い、一方、対象物の反射率の高い部分からの反射光については、低いゲインで映像信号増幅を行う。これにより、対象物からの反射光の強弱によらず、焦点位置を検出するための信号を確実に取得することができる。図３に、映像信号増幅ゲインを、高感度用を低感度用の２倍とした場合の入力に対する出力の変化例を模式的に示す。
【００４５】
この他に、ガンマ補正により対処することができる。ガンマ補正とは、入力光量に対するビデオ信号の振幅特性を補正することをいう。これは、各撮像装置４１，４２の撮像素子についてγを決めておき、対象物の反射率の高い部分からの反射光について対応させる撮像素子についてはγを小さくし、対象物の反射率の低い部分からの反射光について対応させる撮像素子についてはγを大きくするよう、それぞれ補正する。これにより、対象物からの反射光の強弱によらず、焦点位置を検出するための信号を確実に取得することができる。
【００４６】
次に、感度補正手段が撮像装置４１，４２に内蔵される場合の他の例ついて説明する。すなわち、感度補正手段が撮像装置４１，４２における画像取込時間（露出時間）を変化させる手段として機能する例である。この例では、撮像装置４１の露出時間を撮像装置４２の露出時間より長くすることによって、撮像装置４１によって反射率が低い部分からの反射光を検出し、一方、撮像装置４２によって反射率が高い部分からの反射光を、出力飽和を起こさない範囲で検出することができる。例えば、撮像装置４１について、その露出時間を１／１５秒として高感度用に設定し、一方、撮像装置４２について、その露出時間を１／３０秒として低感度用に設定する。このようにすることによって、光量が少ない部分からの反射光については、高感度用の撮像装置４１により、時間をかけて受光して電荷を蓄積することにより、光量を実質的に増加させて感度を高める。一方、光量が多い部分からの反射光については、低感度用の撮像装置４２により、露出時間を短時間にすることによって、蓄積される電荷量を増加させないことによって、受光量を減らして、実質的に感度を下げる。これにより、前述したように、実質的に異なる感度を有する撮像装置４１，４２を実現することができる。
【００４７】
図５に、対象物の反射率の高低と撮像装置の露出時間との関係を示す。図５（Ａ）には、対象物Ｍの反射率が低い部分からの反射光を検出している場合における出力信号レベルを示す。一方、図５（Ｂ）には、対象物Ｍの反射率が高い部分からの反射光を検出している場合における出力信号レベルを示す。これらの図において、横軸はサンプリングタイミング（Ｚ軸上のサンプリング位置に相当）を、縦軸は、信号強度をそれぞれ示す。また、黒丸は高感度（露出時間１／１５）に設定されている撮像装置４１の出力値を示す。一方、白丸は、低感度（露出時間１／３０）に設定されている撮像装置４２の出力値を示す。
【００４８】
図５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、各出力値は、サンプリング位置に応じて異なり、焦点位置に近くなっていると思われる位置において高い出力値を示す。これは、図４の場合と同様である。また、対象物の反射率の低い部分ｍ２からの反射光を、露出時間の短い低感度の撮像装置４２により受光した場合には、その出力値はノイズレベルと区別することが困難であり、測定値として使用できない。一方、対象物の反射率の高い部分ｍ１からの反射光を、露出時間の長い高感度の撮像装置４１により受光した場合には、その出力値は、出力飽和レベルに達する場合があり、この場合にも、測定値として使用することができない。結果として、対象物の低い反射率の部分ｍ２からの反射光については、高感度の撮像装置４１による測定値が、また、対象物の高い反射率の部分ｍ１からの反射光については、低感度の撮像装置４２による測定値が、それぞれ使用可能であることがわかる。この後の処理については、前述した実施形態と同様である。
【００４９】
この例でも、１回の測定において、対象物からの反射光が高輝度であるか、低輝度であるかに関わらず、それぞれに対応する露出時間によって測定を行って、ノイズレベルおよび撮像装置の出力飽和を考慮して、適切な撮像装置からの測定値を選択して高さ測定を行う。しかも、測定値の選択に際し、選択の判定は、コンピュータ５０において自動的に行うことができる。従って、２回の測定を行わずにすむ。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の一実施形態に係る光学測定装置の概要を示す説明図。
【図２】本発明の一実施形態におけるコンピュータの機能光性の一例を示すブロック図。
【図３】本発明の一実施形態における映像信号増幅ゲインを変更した場合の入出力関係を示すグラフ。
【図４】図４（Ａ）、（Ｂ）は、対象物の反射率の高低と撮像装置の感度の高低との関係を示す説明図。
【図５】図５（Ａ）、（Ｂ）は、対象物の反射率の高低と撮像装置の露出時間との関係を示す説明図。
【図６】対象物に反射率の高い部分と低い部分とが存在することを示す説明図。
【符号の説明】
【００５１】
１０…共焦点光学系、１１…光源、１２…偏光ビームスプリッタ、１３…結像レンズ、１４…対物レンズ系、１５…１／４波長板、２０…光路分割手段、２１，２２…プリズム、４０…画像取得手段、４１，４２…撮像装置、５０…コンピュータ、６０…感度補正手段、５１０…中央制御部、５２０…高さを算出する手段、５２１…ピーク検出部、５２２…データ選択部、５２３…高さ算出部、５３０…変位量を取得する手段、５３１…ＸＹＺステージ制御部、５２２…ＸＹＺステージ駆動部、５２３…ＸＹＺステージ、５４０…ニポーディスク制御手段。
【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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