(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物が配置されるべき合焦位置を検出する焦点検出装置であって、
２つの遮光パターンがその主面上に設けられかつ視野絞り位置付近に配置された平板状の投影パターン板を有し、光源からの照明光を前記被測定物へと導く照明光学系と、
前記被測定物上からの反射光を所定の受光位置へと導く結像光学系と、
前記受光位置にて前記反射光を受光して、前記２つの遮光パターンがそれぞれ投影された２つの評価画像領域を含む前記被測定物の画像を取得する受光手段と、
前記２つの評価画像領域をそれぞれ区分した複数の単位評価画像領域のそれぞれについてのフォーカスの度合いを示すフォーカス評価値を求め、当該フォーカス評価値に基づいて合焦位置を求める処理手段と、
前記合焦位置に対して前記被測定物を相対移動させる移動手段と、
を備え、
前記投影パターン板は、前記投影パターン板の面内における前記２つの遮光パターンの配列方向と前記投影パターン板の面内における当該配列方向に直交する方向とのいずれもが前記照明光学系の光軸に直交しないように、傾斜した状態で配置されることを特徴とする焦点検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の焦点検出装置において、
前記投影パターン板は、前記２つの遮光パターンの相互間において前記光軸方向における位置が同一になる部分が存在するように、傾斜した状態で配置されることを特徴とする焦点検出装置。
【請求項３】
請求項１に記載の焦点検出装置において、
前記投影パターン板は、前記２つの遮光パターンの前記光軸方向における存在範囲が互いに重なるように、傾斜した状態で配置されることを特徴とする焦点検出装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の焦点検出装置において、
前記２つの遮光パターンは、前記光軸を挟むようにして配置されることを特徴とする焦点検出装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の焦点検出装置において、
前記２つの遮光パターンは、平行に配置されることを特徴とする焦点検出装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の焦点検出装置において、
略矩形形状を有する画像の対向する二辺に沿った両端部領域において前記２つの評価画像領域が設けられるように、前記２つの遮光パターンが配置されることを特徴とする焦点検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被測定物に対する光学的な測定を行う際に、被測定物を配置すべき合焦位置を検出する焦点検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体基板上のパターンの検査、生体試料の検査等のように被測定物に対して何らかの光学的測定を行う際には、被測定物を観察するための結像光学系に対して被測定物を焦点の合った位置（以下、「合焦位置」という。）に配置することが必要となる。
【０００３】
被測定物を合焦位置に配置する方法として、被測定物に照明光を照射する際に被測定物にパターンを投影しておき、かつ、被測定物が合焦位置に配置されると投影されるパターンの鮮鋭度（シャープネス）が最大となるようにしておき、被測定物を結像光学系に対して昇降させることで投影パターンの鮮鋭度が最大となる位置を見つけ出すという手法が従来より用いられている。すなわち、被測定物を合焦位置に配置する際には、被測定物を結像光学系から離れた位置から徐々に結像光学系に近づけていき、あるいは被測定物を結像光学系に近い位置から徐々に離していき投影パターンの鮮鋭度が最大になったときの被測定物の位置を合焦位置として検出するようにしている。
【０００４】
ところで、被測定物を微小量ずつ移動しながら被測定物上の投影パターンの鮮鋭度を求めるという手法では、被測定物を配置すべき合焦位置を求める際には被測定物を多数回微小量ずつ移動させる時間と、多数回の鮮鋭度を算出する時間とを要する。また、このような合焦位置の検出を新たに測定される被測定物ごとに行う必要がある。したがって、焦点合わせの動作に長時間がかかってしまうこととなる。
【０００５】
このような問題を解決する従来技術として、特開平１１−１８３７８４号公報に記載の焦点検出装置が存在する。
【０００６】
この従来の焦点検出装置は、照明光学系の視野絞りの位置付近において投影パターン板を有している。この投影パターン板の表面形状は、階段状に形成されており、各階段のステップ部分に遮光パターンが形成されている。各ステップ部分の遮光パターンは、照明光学系の光軸方向に対して異なった位置に設けられている。そして、これらの遮光パターンに関する像を合焦位置近傍において結像光学系の光軸方向に異なる位置に結ばせる。また、この遮光パターンは、結像光学系において設けられた撮像素子（ＣＣＤ）によって撮像される画像内において、左側の１辺に沿った評価画像領域に投影される。
【０００７】
そして、被測定物を合焦位置近傍に配置して、異なる位置の遮光パターンによる像として得られた評価画像領域を区分した複数の単位領域（以下、「単位評価画像領域」と称する）のそれぞれにおけるフォーカスの度合いを求める。各単位評価画像領域においては、フォーカスの度合いが互いに異なった値として得られ、予め求められているフォーカスの度合いと合焦位置からの被測定物のずれ量との関係から被測定物のずれ量を求める。これにより、被測定物を１回撮像するだけで合焦位置からのずれ量を検出することができ、短時間で焦点検出を行うことができる。
【０００８】
すなわち、この技術によれば、照明光学系の光軸方向における異なる位置に複数の遮光領域を有する遮光パターンを設けることによって、短時間に合焦位置を検出することが可能である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来技術では、投影パターン板を階段状に加工することが必要になるため、その製作が困難であるという問題がある。
【００１０】
これに対して、平らな板の表面上に遮光パターンを形成した投影パターン板を用い、投影パターン板の上端および下端がそれぞれ光軸方向において後側および前側に移動するように投影パターン板を傾斜させた状態（言い換えれば、その投影パターンを光軸に垂直な水平軸周りに回転させた状態）で照明光学系の視野絞りの位置付近に配置することも考えられる。
【００１１】
ただし、この場合においては、撮影画像の左端の１辺に沿った評価画像領域に投影された遮光パターンに関するフォーカス評価値に基づいて焦点検出動作が行われるので、フォーカス評価値を得ることができる範囲は、その１辺方向における長さによって制限されるものとなってしまい、測定精度が低下するなどの問題がある。これは、投影パターン板の上下端がそれぞれ光軸方向の前後に移動するように投影パターン板を傾斜させるだけでは、そのフォーカス評価値を得ることができる範囲を広くすることに限界が存在することなどに起因する問題である。
【００１２】
そこで、本発明は前記問題点に鑑み、合焦位置を短時間に精度良く検出することが可能であり、かつ製作が容易な焦点検出装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明は、被測定物が配置されるべき合焦位置を検出する焦点検出装置であって、２つの遮光パターンがその主面上に設けられかつ視野絞り位置付近に配置された平板状の投影パターン板を有し、光源からの照明光を前記被測定物へと導く照明光学系と、前記被測定物上からの反射光を所定の受光位置へと導く結像光学系と、前記受光位置にて前記反射光を受光して、前記２つの遮光パターンがそれぞれ投影された２つの評価画像領域を含む前記被測定物の画像を取得する受光手段と、前記２つの評価画像領域をそれぞれ区分した複数の単位評価画像領域のそれぞれについてのフォーカスの度合いを示すフォーカス評価値を求め、当該フォーカス評価値に基づいて合焦位置を求める処理手段と、前記合焦位置に対して前記被測定物を相対移動させる移動手段と、を備え、前記投影パターン板は、前記投影パターン板の面内における前記２つの遮光パターンの配列方向と前記投影パターン板の面内における当該配列方向に直交する方向とのいずれもが前記照明光学系の光軸に直交しないように、傾斜した状態で配置されることを特徴とする。
【００１４】
請求項２の発明は、請求項１の発明に係る焦点検出装置において、前記投影パターン板は、前記２つの遮光パターンの相互間において前記光軸方向における位置が同一になる部分が存在するように、傾斜した状態で配置されることを特徴とする。
【００１５】
請求項３の発明は、請求項１の発明に係る焦点検出装置において、前記投影パターン板は、前記２つの遮光パターンの前記光軸方向における存在範囲が互いに重なるように、傾斜した状態で配置されることを特徴とする。
【００１６】
請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかの発明に係る焦点検出装置において、前記２つの遮光パターンは、前記光軸を挟むようにして配置されることを特徴とする。
【００１７】
請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれかの発明に係る焦点検出装置において、前記２つの遮光パターンは、平行に配置されることを特徴とする。
【００１８】
請求項６の発明は、請求項１ないし請求項５のいずれかの発明に係る焦点検出装置において、略矩形形状を有する画像の対向する二辺に沿った両端部領域において前記２つの評価画像領域が設けられるように、前記２つの遮光パターンが配置されることを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
＜Ａ．構成＞
＜概略＞
図１はこの発明の実施形態に係る焦点検出装置１の構成を示す図である。この焦点検出装置１は被測定物９の光学的測定に先立って被測定物９を配置すべき合焦位置を検出する装置であり、合焦位置の検出後に被測定物９を合焦位置に配置する焦点合わせの機能（正確には、被測定物９の観察面を合焦位置に配置する機能）も有している。
【００２０】
この焦点検出装置１は被測定物９へ照射される照明光１１Ｌを出射する光源部１１、光源部１１からの照明光１１Ｌを被測定物９へと導く照明光学系２０ａ、被測定物９からの反射光３１Ｌを所定の受光位置に配置された受光部３１へと導く結像光学系２０ｂ、反射光３１Ｌを受光して被測定物９の画像信号を発生する受光部３１、受光部３１からの画像信号を処理する処理部４、被測定物９が載置されるステージ５１、処理部４からの制御信号に基づいて被測定物９を上下方向（図１中に示すＺ方向）に昇降させるとともに水平方向にも移動させるステージ駆動部５２、被測定物９の画像を表示するモニタ６１、および、処理部４へのキー入力や出力表示を行う入出力部６２を有している。
【００２１】
また、図２に示すように処理部４は、受光部３１からの画像信号をデジタル信号に変換する画像入力部４１、画像から後述するフォーカス評価値を求める評価値算出部４２、求められたフォーカス評価値から合焦位置を求める合焦位置算出部４３、およびステージ５１の移動を制御するための信号を生成するステージ制御部４４を有している。また、これらの構成の動作関係を制御するための全体制御部４５も設けられている。
【００２２】
なお、処理部４はこの実施形態ではコンピュータ・システム（以下、「コンピュータ」という。）を利用して構成されており、評価値算出部４２、合焦位置算出部４３および全体制御部４５はプログラムを実行することにより動作する形態となっている。また、画像入力部４１およびステージ制御部４４はコンピュータに設けられた電気的回路として構築されている。これらの構成は全てソフトウェア的に構築されていてもよく、全てハードウェア的に構築されていてもよい。さらには、部分的にのみソフトウェア的に構築されていてもよい。また、全体制御部４５による各構成間の動作関係の調整は、各構成間で担保されていてもよく、いずれかの構成が全体制御部４５の役割を兼ねていてもよい。
【００２３】
＜詳細構成＞
次に、この焦点検出装置１において照明光１１Ｌが被測定物９に照射され、被測定物９からの反射光３１Ｌが受光部３１にて受光される過程について図１を参照しながら説明する。
【００２４】
照明光学系２０ａは、レンズ２１、投影パターン板２２、ハーフミラー２３および対物レンズ２４を有しており、光源部１１から出射された照明光１１Ｌが投影パターン板２２およびレンズ２１を介してハーフミラー２３に入射し、ハーフミラー２３にて反射した照明光１１Ｌが対物レンズ２４を介して被測定物９上に照射されるようになっている。
【００２５】
結像光学系２０ｂはハーフミラー２３および対物レンズ２４を有しており、その光軸と照明光学系２０ａの光軸はハーフミラー２３において交わっている。すなわち、この焦点検出装置１では被測定物９上にて照明光学系２０ａと結像光学系２０ｂとが光軸２４Ｊを共有する同軸落射照明の形態が採用されている。被測定物９からの反射光３１Ｌは対物レンズ２４、ハーフミラー２３およびレンズ２９を順に介して受光部３１へと導かれる。
【００２６】
受光部３１は２次元に配列された受光素子を有するＣＣＤカメラからなり、反射光３１Ｌを受光して被測定物９の画像信号を生成するようになっている。生成されたアナログの画像信号は処理部４へと送られ、その後、画像入力部４１にてデジタルの画像信号に変換される。
【００２７】
この焦点検出装置１の照明光学系２０ａにおいては、投影パターン板２２がおよそ視野絞りの位置に設けられている。ここで、視野絞りの位置とは、被測定物９が配置されるべき合焦位置と光学的に共役な関係にある位置をいう。
【００２８】
図３は、投影パターン板２２を示す図である。投影パターン板２２は、平板状のものであり、その主面（最も面積が広い面）において、視野絞りとしての役割を果たす絞り部２２１と、被測定物９上にその一部を遮光しその他の部分を透光するパターン（以下、「遮光パターン」という。）２２２（後述、図４参照）とを有している。
【００２９】
投影パターン板２２には、２つの遮光パターン２２２が投影パターン板２２の中心ＣＲ（言い換えれば光軸Ａ１）を挟むようにしてかつ平行に描かれている。また、図３においては、被測定物９についての撮影画像領域に相当する領域ＷＰが二点鎖線で仮想的に示されている。２つの遮光パターン２２２は、この領域ＷＰの左右の両端部に重なるように配置されており、遮光パターン２２２は撮像画像の左右両端部に投影されることになる。また、２つの遮光パターン２２２は、互いに同一の大きさおよび同一の形状を有しており、中心ＣＲに関して対称に配置されている。
【００３０】
図４は、１つの遮光パターン２２２を示す拡大図である。ここでは、遮光パターン２２２は、正方形の透光領域（図では白色で示す）ＷＴと正方形の遮光領域（図では黒色で示す）ＢＫとが格子状に交互に配列されたチェック模様として構成される部分ＣＫを有している。また、この部分ＣＫは、Ｙ方向を長手方向とする細長形状（ここでは長方形）を有している。
【００３１】
このようなチェック模様に光が照射されると、透光領域ＷＴにおいては光が透過され、遮光領域ＢＫでは光が遮られる。したがって、被測定物９を撮像した画像のうち、遮光パターン２２２が存在する左右の両端部領域において、この格子状のパターン（チェック模様）が投影されることとなる。なお、チェック模様の右側において縦に伸びる黒色のストライプＳＴは、チェック模様が描かれている部分ＣＫとそれ以外の部分とを区別するための境界線として描画されている。
【００３２】
このような投影パターン板２２は、たとえば、次のようにして作製することができる。すなわち、平板状の石英ガラスの表面において、エマルジョンマスクあるいはクロムマスクを形成することによって遮光パターン２２２を形成し、当該平板状の石英ガラスを所定の大きさに切断すればよい。
【００３３】
また、上記の投影パターン板２２は、載置台２５に載置されている。図５〜図７は、投影パターン板２２を載置台２５に載置した状態を示す図である。このうち、図５は上面図であり、図６は側面図である。また、図７は、正面図であり、投影パターン板２２を光源部１１側から見たときの様子が示されている。
【００３４】
これらの図５〜図７に示すように、載置台２５は、ガラスなどの透光性材料で形成され、傾斜面２５ａを有している。投影パターン板２２は、この傾斜面２５ａに貼り付けられた状態で固定されており、投影パターン板２２は、照明光学系２０ａの光軸Ａ１を法線とする面に対して後述するように傾斜した状態で配置されている。
【００３５】
具体的には、投影パターン板２２は、光軸Ａ１方向が法線方向となるように配置された仮想状態から、まず軸Ａ２周りに回転されることによって、投影パターン板２２の法線が光軸ＡＸ１に対して投影パターン板２２の上下方向において傾斜した状態となる。ここで軸Ａ２は、光軸Ａ１に垂直な平面と、投影パターン板２２の中心ＣＲを通り且つ水平面に平行な平面との交線である。言い換えれば、投影パターン板２２は、投影パターン板２２の面内における２つの遮光パターンの配列方向ＡＸ（図５）に直交する方向ＡＹ（図５，図６）が照明光学系２０ａの光軸ＡＸ１に直交しないように、傾斜した状態で配置されている。そして投影パターン板２２は、この状態からさらに軸Ａ３周りにも回転されることによって、投影パターン板２２の法線が光軸ＡＸ１に対して投影パターン板２２の左右方向においても傾斜した状態となる。ここで軸Ａ３は投影パターン板２２の中心ＣＲを通り、かつ、水平面の法線に平行な軸である。言い換えれば、投影パターン板２２は、投影パターン板２２の面内における２つの遮光パターンの配列方向ＡＸ（図５）が照明光学系２０ａの光軸ＡＸ１にも直交しないように、傾斜した状態で配置されている。投影パターン板２２は、このような傾斜角度を実現する傾斜面２５ａに貼り付けられることによって、上記の傾斜角度を実現することができる。
【００３６】
より詳細には、投影パターン板２２内の領域ＷＰの上端を奥側にａ（＋ａ）、領域ＷＰの下端を手前側にａ（−ａ）移動させるように投影パターン板２２を軸Ａ２周りに回転させた後、さらに投影パターン板２２内の領域ＷＰの左端を手前側にｂ（−ｂ）、領域ＷＰの右端を奥側にｂ（＋ｂ）移動させるように投影パターン板２２を今度は軸Ａ３周りに回転させることによって、投影パターン板２２の面内における２つの遮光パターンの配列方向ＡＸ（図５）と投影パターン板の面内における当該配列方向に直交する方向ＡＹ（図５，図６）とのいずれもが照明光学系２０ａの光軸ＡＸ１に直交しないように、投影パターン板２２を傾斜させた状態で配置することができる。
【００３７】
ただし、上記の図５〜図７においては、理解の容易化のため傾斜状態を強調して示しているが、実際の傾斜状態は小さな角度（数度程度）であることが好ましい。
【００３８】
たとえば、視野絞り位置付近での領域ＷＰのサイズが横３．３ｍｍ、縦２．５ｍｍであるときにおいて、ａ＝８０μｍ、ｂ＝４０μｍとして、上述のように投影パターン板２２を配置した場合を想定する。すなわち、投影パターン板２２内の領域ＷＰの上端を奥側に８０μｍ（＋８０）、領域ＷＰの下端を手前側に８０μｍ（−８０）移動させるように投影パターン板２２を軸Ａ２周りに回転させることによって、投影パターン板２２を、投影パターン板２２の面内における２つの遮光パターンの配列方向に直交する方向ＡＹが照明光学系２０ａの光軸ＡＸ１に直交しないように傾斜した状態とし、その後、さらに投影パターン板２２内の領域ＷＰの左端を手前側に４０μｍ（−４０）、領域ＷＰの右端を奥側に４０μｍ（＋４０）移動させるように投影パターン板２２を今度は軸Ａ３周りに回転させることによって、投影パターン板２２の面内における２つの遮光パターンの配列方向ＡＸと投影パターン板の面内における当該配列方向に直交する方向ＡＹとのいずれもが照明光学系２０ａの光軸ＡＸ１に直交しないように、投影パターン板２２を傾斜させた状態とした場合を想定する。
【００３９】
このとき、領域ＷＰの左下端ＰＡは中心ＣＲに対して手前側に１２０μｍ（−１２０＝−８０−４０＝−ａ−ｂ）の相対位置に存在し、領域ＷＰの左上端ＰＢは中心ＣＲに対して奥側に４０μｍ（＋４０＝＋８０−４０＝＋ａ−ｂ）の相対位置に存在する。同様に、領域ＷＰの右下端ＰＣは中心ＣＲに対して手前側に４０μｍ（−４０＝−８０＋４０＝−ａ＋ｂ）の相対位置に存在し、領域ＷＰの右上端ＰＤは中心ＣＲに対して奥側に１２０μｍ（＋１２０＝＋８０＋４０＝＋ａ＋ｂ）の相対位置に存在する。したがって、軸Ａ１周りの傾斜角度は約２度であり、軸Ａ２周りの傾斜角度は約４度である。また、図７においては、傾斜角度が大きな角度である場合を仮定して投影パターン板２２の左右の両辺が斜めに大きく傾いた状態で示されているが、上記のようなずれ量ａ，ｂの場合には、傾斜角度は小さな角度になるので投影パターン板２２の左右の両辺の傾きも小さなものとなる。
【００４０】
また、遮光パターン２２２内の各位置は、照明光学系２０ａの光軸Ａ１方向において異なる位置に配置されている。具体的には、左側の遮光パターン２２２内に位置する左下端ＰＡから左上端ＰＢへと至る間に、中心ＣＲに対する光軸Ａ１方向の相対位置が（−ａ−ｂ）から（＋ａ−ｂ）へと（たとえば−１２０から＋４０へと）変化する。同様に、右側の遮光パターン２２２内に位置する右下端ＰＣから右上端ＰＤへと至る間に、中心ＣＲに対する光軸Ａ１方向の相対位置が（−ａ＋ｂ）から（＋ａ＋ｂ）へと（たとえば−４０から＋１２０へと）変化する。
【００４１】
そして、投影パターン板２２は、後述するように、中心ＣＲに対する光軸Ａ１方向の相対位置が視野絞りの位置に一致するように調整される。このとき、図５に示すように、投影パターン板２２内の左側の遮光パターン２２２における点ＰＥと、投影パターン板２２内の右側の遮光パターン２２２における点ＰＦと、遮光パターン２２２の中心位置ＣＲとが視野絞りの位置に一致するように遮光パターン２２２が配置されることになる。
【００４２】
また、図４に示すように、左側の遮光パターン２２２は、複数（ここでは８個）の区分領域ＭＲ１〜ＭＲ８に区分されている。投影パターン板２２はおよそ視野絞りの位置に配置されていることから、これらの区分領域ＭＲ１〜ＭＲ８は視野絞りの配置位置付近にて光軸Ａ１方向に互いに異なった位置に設けられていることとなる。同様に、右側の遮光パターン２２２も、複数（ここでは８個）の区分領域ＭＲ９〜ＭＲ１６に区分されており、これらの区分領域ＭＲ９〜ＭＲ１６は、視野絞りの配置位置付近にて光軸Ａ１方向に互いに異なった位置に設けられている。
【００４３】
図８は受光部３１からの画像信号に基づいて画像入力部４１において取得される画像３１１の一例を示す図である。なお、図８においては、傾斜による画像のゆがみは無視して、撮像画像３１１が横長の長方形として得られるものとして描画している。
【００４４】
図８に示すように画像３１１の左辺および右辺にはそれぞれ遮光パターン２２２の像Ｖが映し出されており、画像３１１の中央付近には被測定物９上に存在するパターン９１が映し出されている。遮光パターン２２２の像としての画像領域Ｖは、後述の焦点検出動作におけるフォーカス評価の対象領域となることから、以下、この領域Ｖを「評価画像領域」と称するものとする。なお、図８においては、遮光パターン２２２の像が表れる領域（すなわち評価画像領域）Ｖを斜線で示しているが、この領域は実際にはチェック模様が投影された領域である。
【００４５】
また、この２つの評価画像領域Ｖは、それぞれ、複数の単位領域（以下、「単位評価画像領域」と称する）に区分される。ここでは、左側の評価画像領域Ｖは、８つの単位評価画像領域ＶＩＲ１〜ＶＩＲ８に区分され、右側の評価画像領域Ｖは８つの単位評価画像領域ＶＩＲ９〜ＶＩＲ１６に区分される。図８では各単位評価画像領域ＶＩＲ１〜ＶＩＲ１６をそれぞれ矩形の破線にて示している。
【００４６】
各区分領域ＭＲ１〜ＭＲ１６は、各遮光パターン２２２を区分することによって得られる領域であり、単位評価画像領域ＶＩＲ１〜ＶＩＲ１６は、それぞれ、各区分領域ＭＲ１〜ＭＲ１６が投影された画像領域である。すなわち、単位評価画像領域ＶＩＲ１〜ＶＩＲ１６は、それぞれ、各区分領域ＭＲ１〜ＭＲ１６に対応している。各単位評価画像領域ＶＩＲ１〜ＶＩＲ１６の大きさは、後述のフォーカス評価値Ｆを求めることができるように、複数の遮光領域ＢＫと複数の透光領域ＷＴとを含むような適宜の大きさを有するものとして定められる。
【００４７】
以上、焦点検出装置１における照明光１１Ｌの照射および反射光３１Ｌに基づく画像３１１の取得の様子について説明したが、次に、焦点検出装置１における合焦位置の検出および被測定物９を合焦位置に配置する動作（以下、これらの動作をまとめて「焦点検出動作」という。）の内容について図９ないし図１４を参照しながら説明する。
【００４８】
＜Ｂ．動作＞
＜準備作業＞
焦点検出装置１では焦点検出動作に先立って、合焦位置の検出に必要なデータの取得が準備作業として行われる。この準備作業は、異なる被測定物９のそれぞれに対する複数回の焦点検出動作に先立って、１回だけ行われる作業である。
【００４９】
図９は準備作業における作業者の作業および焦点検出装置１の動作を示すフローチャートである。
【００５０】
準備作業では、まずステップＳ１において、作業者が準備作業用の被測定物９（以下、後述する焦点検出動作に用いられる被測定物と区別するために「被測定物９０」と表記する。）をステージ５１上に載置し、被測定物９０に照明光１１Ｌを照射する。なお、ここで載置される被測定物９０は、複数の被測定物９のうちのいずれの被測定物であってもよい。また、実際に測定される被測定物９ではなくて準備作業専用のダミーの被測定物であってもよい。
【００５１】
次に、ステップＳ２において、ステージ５１を上下方向（Ｚ方向）に移動させて、被測定物９０の表面を合焦位置に配置する。この動作にあたっては、作業者がステージ５１を移動させつつ撮像画像を目視で確認することにより、合焦位置を決定するようにすればよい。あるいは、被測定物９０の表面の中央部に予め遮光パターン２２２と同様の調整用パターンを配置しておき、当該調整用パターンの撮像画像におけるフォーカス評価値Ｆ（後述）が最大となる点を合焦位置として決定するようにしても良い。ステージ５１の高さ方向におけるこの位置は、焦点検出動作時における基準高さ（以下では、「焦点検出基準高さ」とも称する）として記憶される。この焦点検出基準高さは、後述する焦点検出動作においてステージ５１が最初に位置する初期位置の高さである。
【００５２】
さらに、ステップＳ３においては、ステージ５１の高さをそのままに維持することによってこの合焦状態を維持したまま、投影パターン板２２を光軸方向に移動させることによって投影パターン板２２の位置を決定する。そのため、合焦位置に配置された被測定物９０の表面に投影されている遮光パターン２２２を用いる。
【００５３】
具体的には、上記の投影パターン板２２を載置台２５とともに主に光軸Ａ１方向に移動させて、遮光パターン２２２内の点ＰＥ、ＰＦ（図５）の被測定物９上への投影パターンが合焦状態となるように、投影パターン板２２および載置台２５を配置する。合焦状態を検出するに際しては、点ＰＥ，ＰＦを中心とする所定の領域に関するフォーカス評価値Ｆを用いることができる。すなわち、点ＰＥ，ＰＦを中心とする所定の領域に対応する画像領域についてのフォーカス評価値Ｆが最大となるように調整すればよい。
【００５４】
ここで、点ＰＥおよび点ＰＦの位置は、傾き量ａ，ｂに基づいて算出することができる。たとえば、点ＰＥは、領域ＷＰのＹ方向長さ（高さ）Ｈに対して、点ＰＢからＨ／２×（ａ−ｂ）／ａの距離に位置する点として求めることができる。同様に、点ＰＦは、領域ＷＰのＹ方向長さ（高さ）Ｈに対して、点ＰＣからＨ／２×（ａ−ｂ）／ａの距離に位置する点として求めることができる。
【００５５】
そして、このような調整動作によって得られた最適位置に投影パターン板２２および載置台２５を固定する。
【００５６】
さらに、後述する焦点検出動作において利用するため、合焦位置および合焦位置の前後の位置に被測定物９０が存在するときの各領域ＶＩＲ１〜ＶＩＲ１６におけるフォーカス評価値等を求めておく（ステップＳ４〜Ｓ８）。
【００５７】
まず、被測定物９０が合焦位置に存在するときの遮光パターン２２２内の各単位評価画像領域ＶＩＲ１〜ＶＩＲ１６における各フォーカス評価値Ｆ１〜Ｆ１６を算出する（ステップＳ４）。なお、フォーカス評価値Ｆ１〜Ｆ１６のいずれかを示す際には、フォーカス評価値Ｆと表現するものとする。
【００５８】
より詳細には、画像入力部４１は受光部３１からの画像信号に基づいて被測定物９０の画像３１１を取得する。この画像３１１中においては、格子状の遮光パターン２２２が単位評価画像領域ＶＩＲ１〜ＶＩＲ１６に映し出されている。そして、各単位評価画像領域ＶＩＲ１〜ＶＩＲ１６の画像情報が評価値算出部４２へと送られ、評価値算出部４２は、各単位評価画像領域ＶＩＲ１〜ＶＩＲ１６におけるフォーカスの度合いを示すフォーカス評価値を算出する。
【００５９】
この焦点検出装置１ではフォーカス評価値として鮮鋭度を利用するものとする。具体的には、評価値算出部４２は単位評価画像領域ＶＩＲ１〜ＶＩＲ１６のそれぞれにおいて、数１にて示す演算を行ってフォーカス評価値Ｆ１〜Ｆ１６を求める。
【００６０】
【数１】
0003749142.tif 000002
【００６１】
ただし、数１中のＰ(x,y)は図１０中に示す各単位評価画像領域におけるＸ方向にｘ番目、Ｙ方向にｙ番目の画素の画素値（輝度値）を示しており、単位評価画像領域における（＋Ｘ）側端の１列および（＋Ｙ）側端の１行に存在する画素については算入されない。また、ｍは各単位評価画像領域において数１の演算対象となる画素数である。
【００６２】
フォーカス評価値Ｆを求める式は、コントラストや鮮鋭度（シャープネス）等のフォーカスの度合いを表す値であればどのようなものでもよく、例えば数２に示す計算式を用いてもよい。
【００６３】
【数２】
0003749142.tif 000003
【００６４】
数１では図１０に示すように隣接画素との画素値の差分の絶対値の和を画素数ｍで割って得られる値をフォーカス評価値Ｆとしており、数２では隣接画素との画素値の差分の２乗和を画素数ｍで割って得られる値をフォーカス評価値Ｆとしている。
【００６５】
評価値算出部４２においてフォーカス評価値Ｆ１〜Ｆ１６が求められるとこれらのフォーカス評価値はステージ５１のＺ方向に関する位置（以下、「ステージ高さ」という。）とともに記憶される。
【００６６】
ここにおいて、投影パターン板２２は、投影パターン板２２の面内における２つの遮光パターンの配列方向ＡＸ（図５）と投影パターン板の面内における当該配列方向に直交する方向ＡＹ（図５，図６）とのいずれもが照明光学系２０ａの光軸ＡＸ１に直交しないように、傾斜した状態で配置されているので、区分領域ＭＲ１〜ＭＲ８（あるいはＭＲ９〜ＭＲ１６）は、光軸Ａ１方向において互いに異なる位置Ｗに存在する。したがって、各区分領域ＭＲ１〜ＭＲ８（あるいはＭＲ９〜ＭＲ１６）は、互いに異なる結像位置を有することになる。したがって、被測定物９が配置されるべき合焦位置と光学的に共役な関係にある位置（すなわち視野絞りの位置）に存在する区分領域ＭＲの像は、被測定物９の合焦位置に結ばれるが、それ以外の区分領域ＭＲの像については、合焦位置からずれた位置に結ばれる。したがって、異なる区分領域ＭＲに対応する各単位評価画像領域についてのフォーカス評価値は、互いに異なる値を有する。
【００６７】
なお、厳密にいえば、１つの区分領域ＭＲ内においても光軸Ａ１方向の位置が異なる点が含まれているが、各フォーカス評価値Ｆは、各区分領域に対応する各単位評価画像領域についての代表点（たとえば中心点）を中心として所定の広がりを有する領域に関して、フォーカスの度合いを示す指標値として扱うものとする。
【００６８】
図１１は、光軸Ａ１方向の様々な位置Ｗに存在する各単位評価画像領域ＶＩＲ１〜ＶＩＲ１６についての各フォーカス評価値Ｆ１〜Ｆ１６をプロットしたグラフを示す図である。合焦位置算出部４３はこれらのフォーカス評価値Ｆ１〜Ｆ１６を補間してこの補間曲線のピークの位置Ｗを評価値ピーク位置Ｐｋとして求める。ここでは、フォーカス評価値Ｆ１〜Ｆ８の補間曲線ＦＷ１とフォーカス評価値Ｆ９〜Ｆ１６の補間曲線ＦＷ２とが別個に示されている。なお、補間の方法はベジェ曲線によるものであってもよいし、二次曲線等によるものであってもよい。また、位置Ｗに関しては、この合焦状態における評価値ピーク位置Ｐｋの位置Ｗを基準値０とする。
【００６９】
また、上述したように、投影パターン板２２は、投影パターン板２２の面内における２つの遮光パターンの配列方向ＡＸと投影パターン板の面内における当該配列方向に直交する方向ＡＹとのいずれもが照明光学系２０ａの光軸ＡＸ１に直交しないように、傾斜した状態で配置されているので、長手方向に同一長さを有する細長形状の２つの遮光パターン２２２は、それぞれ、位置Ｗに関して異なる範囲を有する。具体的には、図５に示すように、左側の遮光パターン２２２は、（−ａ−ｂ）≦Ｗ≦（＋ａ−ｂ）、たとえば、−１２０≦Ｗ≦＋４０（単位：μｍ）の範囲を有しており、右側の遮光パターン２２２は、（−ａ＋ｂ）≦Ｗ≦（＋ａ＋ｂ）、たとえば、−４０≦Ｗ≦＋１２０（単位：μｍ）の範囲を有している。
【００７０】
したがって、左側の遮光パターン２２２における単位評価画像領域ＶＩＲ１〜ＶＩＲ８についてのフォーカス評価値Ｆ１〜Ｆ８は、図１１のグラフにおいて非対称にプロットされる。また、フォーカス評価値ＦはＦ６とＦ７との間の点（点ＰＥに対応する点）において最大値を有している。同様に、右側の遮光パターン２２２における単位評価画像領域ＶＩＲ９〜ＶＩＲ１６についてのフォーカス評価値Ｆ９〜Ｆ１６も、図１１のグラフにおいて非対称にプロットされる。また、フォーカス評価値ＦはＦ１０とＦ１１との間の点（点ＰＦに対応する点）において最大値を有している。
【００７１】
なお、２つの遮光パターン２２２は、図５および図１１に示すように、（−ａ＋ｂ）≦Ｗ≦（＋ａ−ｂ）、たとえば、−４０≦Ｗ≦＋４０（単位：μｍ）の範囲において、その存在範囲が互いに重なっている。言い換えれば、２つの遮光パターン２２２は、遮光パターン２２２の相互間で光軸Ａ１方向における位置が同一となる部分をこの範囲において有しており、２つの遮光パターン２２２による存在範囲は、互いに離れることなく連続性を確保している。遮光パターン２２２をこのように配置することによって、後述するフォーカス評価値Ｆを用いた合焦位置の検出をより正確に行うことができる。
【００７２】
つぎに、被測定物９０が合焦位置からずれた位置に存在するときの遮光パターン２２２内の各単位評価画像領域ＶＩＲ１〜ＶＩＲ１６におけるフォーカス評価値を算出する（ステップＳ５〜Ｓ８）。具体的には、「データ取得下限位置」から「データ取得上限位置」に至るまでステージ５１を微小量の移動単位である１ピッチずつＺ方向にずらした状態ごとに取得された画像に対してフォーカス評価値を算出することにより行う。
【００７３】
なお、「データ取得下限位置」とは被測定物９０が十分に合焦位置よりも下方に位置するときのステージ５１の位置として予め定められている位置をいう。このデータ取得下限位置は、たとえば、遮光パターン２２２内の左下位置に存在する点ＰＡが合焦状態となるステージ５１の位置として定められる。また、「データ取得上限位置」とは被測定物９０が十分に合焦位置よりも上方に位置するときのステージ５１の位置として予め定められている位置をいう。このデータ取得上限位置は、たとえば、遮光パターン２２２内の右上位置に存在する点ＰＤが合焦状態となるステージ５１の位置として定められる。
【００７４】
そのため、まず、ステージ制御部４４はステージ駆動部５２を駆動してステージ５１をＺ方向に対して下降させ、データ取得下限位置にまで移動させる（ステップＳ５）。
【００７５】
そして、この位置において画像入力部４１が画像３１１を取得し、評価値算出部４２がフォーカス評価値Ｆ１〜Ｆ１６を算出する（ステップＳ６）。得られたフォーカス評価値Ｆは、Ｚ方向位置とともに記憶される。
【００７６】
その後、ステージ制御部４４はステージ駆動部５２を駆動してステージ５１を微小量の移動単位である１ピッチだけ図１中に示すＺ方向に対して上昇させる（ステップＳ８）。そして、この位置において画像入力部４１が画像３１１を取得し、評価値算出部４２がフォーカス評価値Ｆ１〜Ｆ１６を算出する（ステップＳ６）。同様に、得られたフォーカス評価値Ｆは、Ｚ方向位置とともに記憶される。
【００７７】
このようなステージ５１の１ピッチごとの移動動作（ステップＳ８）およびフォーカス評価値の算出動作（ステップＳ６）は、ステージ５１がデータ取得上限位置に到達したことがステップＳ７において確認されるまで繰り返し行われる。
【００７８】
以上の動作により、各単位評価画像領域ＶＩＲ１〜ＶＩＲ１６についてのフォーカス評価値Ｆ１〜Ｆ１６が求められ、これらのフォーカス評価値は合焦位置算出部４３へと送られる。
【００７９】
ここで、フォーカス評価値Ｆ１〜Ｆ１６のそれぞれをステージ高さに関する関数として捉えた場合、各フォーカス評価値は互いに異なったステージ高さにおいて最大値となる関数となる。
【００８０】
図１２は、各状態において補間により得られた評価値ピーク位置Ｐｋの位置Ｗと対応するずれ量Ｅ（合焦位置に対する被測定物９０の相対位置）との関係をプロットしたグラフを示す図である。このグラフに示すように、両者の関係を直線で補間する。このような各状態における各ステージ高さ５１のＺ方向の合焦状態からのずれ量Ｅと各評価値ピーク位置Ｐｋの位置Ｗとの関係は、合焦位置算出部４３のデータ記憶部４３ａに記憶される。
【００８１】
＜焦点検出動作＞
以上、この焦点検出装置１における準備作業について説明してきたが、次に焦点検出装置１による焦点検出動作について説明する。なお、この焦点検出装置１では焦点検出後に合焦位置に被測定物９を配置するように動作するようになっており、焦点合わせ装置としての機能を有している。したがって、図１３に示す焦点検出動作では、合焦位置の検出に続いて被測定物９を合焦位置に配置する焦点合わせ動作が行われるようになっている。
【００８２】
焦点検出に際して、まず、作業者が焦点検出後の焦点合わせの対象となる被測定物９をステージ５１上に載置して照明光１１Ｌを被測定物９に照射する（図１３：ステップＳ３１）。そして、ステージ５１がステップＳ２にて求められた焦点検出基準高さに移動する（ステップＳ３２）。準備作業で用いられた被測定物９０と被測定物９との厚さは同一とは限らないので、この動作により被測定物９の観察面はおよそ合焦位置に配置されることとなる。
【００８３】
次に、準備動作と同様の動作により画像入力部４１が被測定物９の画像３１１を取得し、各単位評価画像領域ＶＩＲ１〜ＶＩＲ１６におけるフォーカス評価値Ｆ１〜Ｆ１６を求める（ステップＳ３３、Ｓ３４）。
【００８４】
図１４は、被測定物９に関して測定された各フォーカス評価値Ｆ１〜Ｆ１６をプロットしたグラフを示す図である。図１４は、図１１と同様の図であるが、被測定物９０ではなく被測定物９に関する測定結果を示す点で図１１と相違している。
【００８５】
そして、合焦位置算出部４３はこれらのフォーカス評価値Ｆ１〜Ｆ１６を補間してこの補間曲線のピークの位置Ｗを評価値ピーク位置Ｐｋ１として求める（ステップＳ３５）。ここでは、フォーカス評価値Ｆ１〜Ｆ８の補間曲線ＦＷ１１とフォーカス評価値Ｆ９〜Ｆ１６の補間曲線ＦＷ１２とが別個に示されている。なお、補間の方法はベジェ曲線によるものであってもよいし、二次曲線等によるものであってもよい。また、このときのピーク位置Ｐｋ１は、合焦状態における評価値ピーク位置Ｐｋから所定量ｗだけずれている。
【００８６】
ステップＳ３５において求められた評価値ピーク位置Ｐｋ１と合焦状態における評価値ピーク位置Ｐｋとの間のずれ量ｗは、図１２に示すグラフを用いることによって、ステージ５１のＺ方向のずれ量Ｅ（Ｅ１）に対応させることができる。
【００８７】
具体的には、合焦位置算出部４３は、データ記憶部４３ａに記憶されたデータ（すなわち図１２に示す関係を表すデータ）を参照することによって、ずれ量ｗに対応するずれ量Ｅ（Ｅ１）を算出する（ステップＳ３６）。このずれ量Ｅは合焦位置からの被測定物９の相対位置を表している。このようにして、焦点検出装置１は被測定物９についての合焦位置を算出する。
【００８８】
そして、このような原理に基づいて求められたずれ量Ｅはステージ制御部４４に送られ、ステージ制御部４４では（ずれ量Ｅ×（−１））だけステージ５１を移動するようにステージ駆動部５２に信号を送る。これにより被測定物９が合焦位置に配置されることとなる（ステップＳ３７）。
【００８９】
以上、焦点検出装置１の焦点検出動作について説明したが、図１３に示した作業および動作の流れのうちステップＳ３２〜Ｓ３６が実際に合焦位置を検出する動作となっており、ステップＳ３７は合焦位置の検出結果に付随して行われる焦点合わせの動作となっている。
【００９０】
以上説明してきたように、この焦点検出装置１では照明光学系２０ａの視野絞りが配置される位置付近に投影パターン板２２を設けて光軸Ａ１方向の異なった位置に区分領域ＭＲ１〜ＭＲ８が設定される。これによりステップＳ３２〜Ｓ３６にて説明したように被測定物９が載置されたステージ５１を焦点検出基準高さに位置させるだけで合焦位置を検出することができるようになっている。したがって、各被測定物９における測定において、ステージを１ピッチずつ移動させながらその都度画像を取得する必要がなく、短時間で焦点検出を行うことができる。また、この焦点検出動作により被測定物９に対する焦点合わせも短時間で完了することができる。
【００９１】
また、投影パターン板は平板状のものであり、階段状のものとして作製する必要がないので、作製が容易である。
【００９２】
さらに、投影パターン板２２は、２つの遮光パターン２２２を有しており、かつ、投影パターン板２２の面内における２つの遮光パターンの配列方向ＡＸ（図５）と投影パターン板の面内における当該配列方向に直交する方向ＡＹ（図５，図６）とのいずれもが照明光学系２０ａの光軸ＡＸ１に直交しないように、傾斜した状態で配置されている。これによって、（−ａ−ｂ）≦Ｗ≦（＋ａ＋ｂ）、たとえば、２つの遮光パターン２２２を用いることによって、−１２０≦Ｗ≦＋１２０（単位：μｍ）という比較的広い範囲の位置Ｗに対応する評価画像領域についてのフォーカス評価値Ｆを得ることが可能である。これに対して、１つの遮光パターンの上下端をそれぞれ光軸方向において前後に移動するように傾斜させた従来技術によれば、これよりも狭い範囲（たとえば、−８０≦Ｗ≦＋８０（単位：μｍ））の位置Ｗに対応する評価画像領域のフォーカス評価値Ｆを得ることしかできない。このように、この実施形態に係る焦点検出装置１によれば、１つの遮光パターンのみを用いる従来技術に比べて、より広い範囲の位置Ｗに対応する評価画像領域のフォーカス評価値Ｆを得ることができるので、より正確に評価値ピーク位置Ｐｋ１を定めることができる。すなわち、合焦位置を精度良く求めることができる。
【００９３】
なお、ここでは、光軸方向における遮光パターン２２２の存在範囲を広く設定することにより合焦位置の検出精度を向上させる場合について説明したが、これに限定されず、遮光パターン２２２の存在範囲を広くする代わりに、従来と同程度の範囲内に存在する２つの遮光パターン２２２を配置することによって、より多くの数の評価画像領域に関するフォーカス評価値を得ることにより、合焦位置を精度良く求めることも可能である。たとえば、−８０≦Ｗ≦＋８０（単位：μｍ）の範囲に２つの遮光パターン２２２を配置し、１６個（８個×２）の区分領域ＭＲ１〜ＭＲ１６に対応する１６個の単位評価画像領域ＶＩＲ１〜ＶＩＲ１６に関するフォーカス評価値Ｆを得ることにより、合焦位置を求めるようにしてもよい。この場合、１つの遮光パターンを用いる場合よりも多くの単位評価画像領域に関するフォーカス値に基づいて合焦位置を求めることになる。すなわち、各単位評価画像領域ＶＩＲに対応する区分領域ＭＲ相互間の間隔が密になる。したがって、補間によってより正確に評価値ピーク位置Ｐｋを求めることが可能である。
【００９４】
また、上記実施形態においては、投影パターン板は、２つの遮光パターンの相互間において光軸方向における位置が同一になる部分が存在するように、傾斜した状態で配置されるので、２つの遮光パターンが光軸方向に少なくとも連続した存在範囲を有する。したがって、合焦位置をより精度良く検出することができる。
【００９５】
さらに、上記実施形態においては、投影パターン板は、２つの遮光パターンの光軸方向における存在範囲が互いに重なるように、傾斜した状態で配置されるので、当該同一になる部分において冗長性を高めることによって、測定精度を向上させることができる。特に、被測定物９の表面においてパターンが描かれている場合において、遮光パターン２２２の像が当該被測定物９の表面パターンと重なることに起因して情報が欠落することを防止できる。たとえば、単位評価画像領域ＶＩＲ５〜ＶＩＲ８に相当する位置の表面パターンが黒色であるために、単位評価画像領域ＶＩＲ５〜ＶＩＲ８に関するフォーカス評価値Ｆが正確に得られないような場合においても、単位評価画像領域ＶＩＲ５〜ＶＩＲ８に相当する位置の表面パターンが無地であるときには、単位評価画像領域ＶＩＲ９〜ＶＩＲ１２の情報を用いることによって、より正確にピーク位置Ｐｋ１を算出することができる。
【００９６】
また、投影パターン板２２は、２つの遮光パターン２２２が光軸Ａ１を挟むように配置されるので、光軸Ａ１を挟まずに配列させる場合に比べて、たとえば、２つの遮光パターンの光軸方向における存在範囲を比較的広く設定することができる。したがって、合焦位置をより精度良く検出することができる。
【００９７】
さらに、２つの遮光パターン２２２は平行に配置されているので、たとえば、２つの遮光パターンの光軸方向における存在範囲を効率的に広く設定することができる。したがって、合焦位置をより精度良く検出することができる。
【００９８】
また、２つの遮光パターン２２２は、略矩形形状を有する画像の対向する二辺に沿った両端部領域において２つの評価画像領域が設けられるように配置されているので、両端部領域に挟まれた中央の領域を通常の撮影領域として用いることができる。したがって、遮光パターン２２２は、撮影の際にも邪魔になりにくい。
【００９９】
＜Ｃ．その他＞
上記実施形態においては、投影パターン板２２の面内における２つの遮光パターンの配列方向ＡＸと投影パターン板の面内における当該配列方向に直交する方向ＡＹとのいずれもが照明光学系２０ａの光軸ＡＸ１に直交しないように、投影パターン板２２を傾斜させるにあたって、投影パターン板２２を２つの軸Ａ２，Ａ３の周りにそれぞれ回転させた状態に傾斜させていたが、これに限定されない。
【０１００】
たとえば、投影パターン板２２を軸Ａ２周りに所定角度回転させた上で、さらに今度は軸Ａ４（図示せず）周りに所定角度回転させることによって、投影パターン板２２の面内における２つの遮光パターンの配列方向ＡＸと投影パターン板の面内における当該配列方向に直交する方向ＡＹとのいずれもが照明光学系２０ａの光軸ＡＸ１に直交しないように、投影パターン板２２を傾斜させるようにしてもよい。ここで、軸Ａ４は、軸Ａ２周りに回転させた状態の投影パターン板２２の面内において軸Ａ２に垂直な軸である。
【０１０１】
あるいは、図１５に示すように、投影パターン板２２を水平軸でもなくかつ垂直軸でもない直線Ａ５周りに所定角度回転させることによっても、投影パターン板２２の面内における２つの遮光パターン２２２の配列方向ＡＸと投影パターン板の面内における当該配列方向に直交する方向ＡＹとのいずれもが照明光学系２０ａの光軸ＡＸ１に直交しないように、投影パターン板２２を傾斜させることが可能である。なお、直線Ａ５は、ここでは、上記の点ＰＥ，ＰＦを通る直線として例示されているが、より一般的には、光軸に垂直な面内において、その法線が光軸Ａ１に一致するように配置された投影パターン板２２上の遮光パターン２２２の配列方向（図１５のＸ方向）とその配列方向に直交する方向（図１５のＹ方向）とのいずれに対しても傾斜している（投影パターン板２２面内の）直線である。
【０１０２】
【発明の効果】
以上のように、請求項１ないし請求項６に記載の発明によれば、処理手段は、受光手段によって取得された画像に含まれる複数の単位評価画像領域のそれぞれについてのフォーカスの度合いを示すフォーカス評価値を求め、当該フォーカス評価値に基づいて合焦位置を求めるので、各被測定物における測定において、ステージを１ピッチずつ移動させながらその都度画像を取得する必要がなく、短時間で焦点検出を行うことができる。また、この焦点検出動作により被測定物に対する焦点合わせも短時間で完了することができる。
【０１０３】
また、投影パターン板は平板状のものであり、階段状のものとして作製する必要がないので、作製が容易である。
【０１０４】
さらに、投影パターン板は、２つの遮光パターンを有しており、かつ、投影パターン板の面内における２つの遮光パターンの配列方向と投影パターン板の面内における当該配列方向に直交する方向とのいずれもが照明光学系の光軸に直交しないように傾斜した状態で配置されているので、１つの遮光パターンのみを用いその上下端が光軸方向において前後に移動するように傾斜させる従来技術に比べて、光軸方向においてより広い存在範囲を有する遮光パターンに対応する評価画像領域のフォーカス評価値を得ることができる。したがって、より正確に合焦位置を測定することができる。
【０１０５】
また、特に請求項２に記載の発明によれば、投影パターン板は、２つの遮光パターンの相互間において光軸方向における位置が同一になる部分が存在するように、傾斜した状態で配置されるので、２つの遮光パターンが光軸方向に少なくとも連続した存在範囲を有する。したがって、合焦位置をより精度良く検出することができる。
【０１０６】
さらに、請求項３に記載の発明によれば、投影パターン板は、２つの遮光パターンの光軸方向における存在範囲が互いに重なるように、傾斜した状態で配置されるので、合焦位置をより精度良く検出することができる。
【０１０７】
また、請求項６に記載の発明によれば、略矩形形状を有する画像の対向する二辺に沿った両端部領域において２つの評価画像領域が設けられるように、２つの遮光パターンが配置されているので、両端部領域に挟まれた中央の領域を通常の撮影領域として用いることができる。すなわち、遮光パターンが撮影の際に邪魔になりにくい。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態に係る焦点検出装置１の構成を示す図である。
【図２】処理部４などの構成を示す図である。
【図３】投影パターン板２２を示す図である。
【図４】１つの遮光パターン２２２を示す拡大図である。
【図５】投影パターン板２２を載置台２５に載置した状態を示す上面図である。
【図６】投影パターン板２２を載置台２５に載置した状態を示す側面図である。
【図７】投影パターン板２２を載置台２５に載置した状態を示す正面図である。
【図８】受光部３１によって取得される画像３１１の一例を示す図である。
【図９】準備作業における作業者の作業および焦点検出装置１の動作を示すフローチャートである。
【図１０】隣接する画素の位置関係を説明する図である。
【図１１】各フォーカス評価値Ｆ１〜Ｆ１６をプロットしたグラフを示す図である。
【図１２】評価値ピーク位置Ｐｋの位置Ｗと対応するずれ量Ｅとの関係をプロットしたグラフを示す図である。
【図１３】焦点検出動作を示すフローチャートである。
【図１４】被測定物９に関して測定された各フォーカス評価値Ｆ１〜Ｆ１６をプロットしたグラフを示す図である。
【図１５】投影パターン板２２の傾斜について説明する図である。
【符号の説明】
１  焦点検出装置
１１  光源部
１１Ｌ  照明光
２０ａ  照明光学系
２０ｂ  結像光学系
２１，２４，２９  レンズ
２２  投影パターン板
２２２  遮光パターン
２３  ハーフミラー
２５  載置台
２５ａ  傾斜面
３１  受光部
３１Ｌ  反射光
５１  ステージ
５２  ステージ駆動部
９，９０  被測定物
ＭＲ１〜ＭＲ１６  区分領域
Ｖ  評価画像領域
ＶＩＲ１〜ＶＩＲ１６  単位評価画像領域
【図１】
0003749142.tif 000004
【図２】
0003749142.tif 000005
【図３】
0003749142.tif 000006
【図４】
0003749142.tif 000007
【図５】
0003749142.tif 000008
【図６】
0003749142.tif 000009
【図７】
0003749142.tif 000010
【図８】
0003749142.tif 000011
【図９】
0003749142.tif 000012
【図１０】
0003749142.tif 000013
【図１１】
0003749142.tif 000014
【図１２】
0003749142.tif 000015
【図１３】
0003749142.tif 000016
【図１４】
0003749142.tif 000017
【図１５】
0003749142.tif 000018