(57)【要約】    【課題】  高速かつ正確に非接触で測定対象物の高さを検出できる高さ測定装置を提供する。    【解決手段】  測定対象物５に対する共焦点光学系１０の光軸Ｌ１方向の相対位置を変えて測定対象物５からの光を受光する２次元光検出部３０と、この２次元光検出部３０によって検出された検出結果に基いて測定対象物５の高さを出力する演算制御部４０とを備えている高さ測定装置において、各画素の最大光量を検出する最大光量検出部３３と共焦点光学系１０の光軸方向の相対位置の情報を出力する座標カウンタ５１との出力結果に基いて得られた、最大光量を検出した画素の光軸方向の位置情報をピーク座標ラッチ部３５に保持し、演算制御部４０へ出力するようにした。【選択図】      図１
2005195419.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物に対する共焦点光学系の光軸方向の相対位置を変えて前記測定対象物からの光を受光する２次元光検出手段と、この２次元光検出手段によって検出された検出結果に基いて前記測定対象物の高さを出力する算出手段とを備えている高さ測定装置において、
前記２次元光検出手段は、各画素の最大光量を検出する最大光量検出手段と、前記測定対象物に対する前記共焦点光学系の光軸方向の相対位置の情報を出力する位置情報出力手段と、前記最大光量検出手段と前記位置情報出力手段との出力結果に基いて得られた、最大光量を検出した画素の光軸方向の位置情報を保持しておくピーク座標ラッチ手段とを備えていることを特徴とする高さ測定装置。
【請求項２】
前記最大光量検出手段で検出された各画素の最大光量情報を保持して前記算出手段に出力するピーク光量ラッチ手段を備えていることを特徴とする請求項１記載の高さ測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は高さ測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の高さ測定装置として、測定対象物に対する共焦点光学系の光軸方向の相対位置を変えて測定対象物からの光を受光する２次元光電センサと、この２次元光電センサによって検出された画像に基いて測定対象物の高さを出力する演算処理部とを備えているものが知られている。この共焦点光学系では焦点位置の周辺で点像分布関数の光量が増減する。
【特許文献１】特開平９−１２６７３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
近年、高速で光軸方向へ測定対象物を移動させながら点像分布関数上の数点を取り、これらの点の中から最大光量になる座標を算出することで、測定対象物の高さを高速で測定することが行われている。
【０００４】
ところで、高精度な高さ測定を行うには光学系のＮＡ（開口）が大きい方が有利であるが、共焦点光学系の点像分布関数の幅（光軸方向位置と光量との点像分布関数的な振るまいの幅：Ｚ−Ｉプロファイルという）をＤとしたとき、ＤとＮＡとの間にはＤ＝Ｋ／（ＮＡ2 ）の関係が成立する。なお、Ｋは波長によって決まる定数である。したがって、ＮＡが大きくなると幅Ｄは小さくなる。
【０００５】
離散的に画像を取り込む場合、幅Ｄの数点で離散データを含む画像サンプリングを行う必要があり、ＮＡを大きくすると、幅Ｄの減少に対応した細かな画像サンプリングが必要になる。したがって、測定に多くの時間が必要になる。
【０００６】
この発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、その課題は高速かつ正確に非接触で測定対象物の高さを検出できる高さ測定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため請求項１記載の発明は、測定対象物に対する共焦点光学系の光軸方向の相対位置を変えて前記測定対象物からの光を受光する２次元光検出手段と、この２次元光検出手段によって検出された検出結果に基いて前記測定対象物の高さを出力する算出手段とを備えている高さ測定装置において、前記２次元光検出手段は、各画素の最大光量を検出する最大光量検出手段と、前記測定対象物に対する前記共焦点光学系の光軸方向の相対位置の情報を出力する位置情報出力手段と、前記最大光量検出手段と前記位置情報出力手段との出力結果に基いて得られた、最大光量を検出した画素の光軸方向の位置情報を保持しておくピーク座標ラッチ手段とを備えていることを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の高さ測定装置において、前記最大光量検出手段で検出された各画素の最大光量情報を保持して前記算出手段に出力するピーク光量ラッチ手段を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
この発明の高さ測定装置によれば、高速かつ正確に非接触で測定対象物の高さを検出できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１１】
図１はこの発明の第１実施形態に係る高さ測定装置を示すブロック図である。
【００１２】
高さ測定装置１は共焦点光学系１０と２次元光検出部（２次元光検出手段）３０と、演算制御部（算出手段）４０とを備えている。
【００１３】
共焦点光学系１０は光源１１とハーフプリズム１２と結像レンズ１３とニポウディスク２０と対物レンズ１４とλ／４板１５とを有する。
【００１４】
光源１１は光軸Ｌ２上に配置されている。光源１１としてはハロゲンランプ等が用いられる。
【００１５】
結像レンズ１３はハーフプリズム１２とニポウディスク２０との間に配置され、光源１１から出射され、ハーフプリズム１２で反射された照明光をピンホール２１に集光させる。
【００１６】
ニポウディスク２０には同じ径の複数のピンホール２１が予め定められた間隔で螺旋状に形成されている。ピンホール２１の径は対物レンズ１４のエアリーディスク径に対応している。対物レンズ１４は光源１１からの光を測定対象物５に集光させる。なお、測定対象物５は光軸方向へ移動可能なステージ５０に載置されている。
【００１７】
ニポウディスク２０の中心部はディスク回転用モータ２５の回転軸に固定されている。
【００１８】
λ／４板１５は対物レンズ１４と測定対象物５との間に配置され、光波に位相差（λ／４）を与える。
【００１９】
光源１１から出射された照明光はハーフプリズム１２で反射され、結像レンズ１３に入射し、ピンホール２１に集光される。
【００２０】
ピンホール２１を通った照明光は対物レンズ１４に入射する。対物レンズ１４を通過した照明光はλ／４板１５を通過し、測定対象物５の表面に集光される。
【００２１】
測定対象物５がピンホール２１の位置に対応する合焦位置にあるとき、測定対象物５の表面からの反射光はλ／４板１５を通過し、対物レンズ１４によって再度ピンホール２１に集光される。
【００２２】
ピンホール２１を通った反射光は結像レンズ１３に至り、結像レンズ１３によって２次元光検出部３０のＣ−ＭＯＳセンサ３１（図２参照）の受光面に結像される。
【００２３】
測定対象物５がピンホール２１の位置に対応する合焦位置にないとき、測定対象物５の表面からの反射光はピンホール２１に集光しない。そのため、ピンホール２１を通過する光量が減少し、Ｃ−ＭＯＳセンサ３１に達する反射光が減少する。
【００２４】
図２は２次元光検出部のブロック図である。
【００２５】
２次元光検出部３０はＣ−ＭＯＳセンサ３１とＬＯＧ変換部３２と光量ピーク検出部（最大光量検出手段）３３とピーク座標ラッチ部（ピーク座標ラッチ手段）３４と座標カウンタ（位置情報出力手段）５１とを有する。
【００２６】
Ｃ−ＭＯＳセンサ３１の画素数は１０００×１０００である。
【００２７】
ＬＯＧ変換部３２はＣ−ＭＯＳセンサ３１の出力を画素単位でＬＯＧ変換してダイナミックレンジを広げる。
【００２８】
光量ピーク検出部３３は画素単位で最大光量を検出する。
【００２９】
座標カウンタ５１は測定対象物５に対する共焦点光学系１０の光軸方向の相対位置の情報を出力する。位置の情報はエンコーダ（図示せず）から出力された、例えばステージ５０の光軸方向の移動に対応するパルス信号である。
【００３０】
ピーク座標ラッチ部３４は光量ピーク検出部３３と座標カウンタ５１との出力に基いて得られた、最大光量を検出した画素の光軸方向の位置情報を画素単位で保持する。
【００３１】
例えばステージ５０を上昇させたとき、ステージ５０の移動にしたがって座標カウンタの値が大きくなる。光量ピーク検出部３３では画素単位で最大光量を検出する。ピーク座標ラッチ部３４は座標カウンタ５１のカウンタ値毎に最大光量となった座標（ピーク座標）を画素単位で保持する。ピーク座標が検出されなくなるまで、ステージ５０を移動させる。
【００３２】
その結果、ピーク座標ラッチ部３４には各画素のピーク座標データが画素単位で保持される。このピーク座標は演算処理部４０へ出力される。ピーク座標データは各画素の高さを示す座標データであるので、演算処理部４０では測定対象物５の高さを出力することができる。
【００３３】
この実施形態によれば、従来例のように最大光量点を算出する演算が不要になるので、高速かつ正確に非接触で測定対象物の高さを検出できる。また、従来例のように高さ測定のためのデータとして多数のスライス画像を取得しなくてもよいので、測定時間を短縮できる。更に、ＮＡの大きな光学系でも細かく画像を取得しなくてもよい。
【００３４】
また、従来例のように画像を時間単位で取得する構成でないので、速度ムラに起因して誤った測定結果が生じるおそれはなく、光軸方向の移動機構を簡素化できる。したがって、顕微鏡に２次元光検出部３０を取り付けて手動でステージ５０を光軸方向へ移動させるようにしてもよい。
【００３５】
図３はこの発明の変形例に係る２次元光検出部のブロック図であり、上記実施形態と共通する部分には同一符号を付してその説明を省略する。
【００３６】
２次元光検出部１３０はＣ−ＭＯＳセンサ３１とＬＯＧ変換部３２と光量ピーク検出部（最大光量検出手段）３３とピーク座標ラッチ部（ピーク座標ラッチ手段）３４とピーク光量ラッチ部（ピーク光量ラッチ手段）３５と座標カウンタ（位置情報出力手段）５１とを有する。
【００３７】
ピーク光量ラッチ部３５は各画素の最大光量情報を保持する。
【００３８】
このピーク光量情報はピーク座標情報とともに演算処理部４０へ出力される。
【００３９】
この変形例によれば、上記実施形態と同様の効果を奏するとともに、すべての画素の焦点が合った状態のデータが演算処理部４０へ出力されるので、このデータに基づいて全面で焦点の合った画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】図１はこの発明の第１実施形態に係る高さ測定装置のブロック図である。
【図２】図２は２次元光検出部のブロック図である。
【図３】図３はこの発明の変形例に係る２次元光検出部のブロック図である。
【符号の説明】
【００４１】
５  測定対象物
１０  共焦点光学系
３０，１３０  ２次元光検出部（２次元光検出手段）
３３  光量ピーク検出部（最大光量検出手段）
３４  ピーク座標ラッチ部（ピーク座標ラッチ手段）
３５  ピーク光量ラッチ部（ピーク光量ラッチ手段）
４０  演算制御部（算出手段）
５１  座標カウンタ（位置情報出力手段）
Ｌ１  光軸
【図１】
2005195419.tif 000003
【図２】
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【図３】
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