CN102439395B - 形状测定装置、观察装置及影像处理方法 - Google Patents

形状测定装置、观察装置及影像处理方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102439395B
CN102439395B CN201080022193.0A CN201080022193A CN102439395B CN 102439395 B CN102439395 B CN 102439395B CN 201080022193 A CN201080022193 A CN 201080022193A CN 102439395 B CN102439395 B CN 102439395B
Authority
CN
China
Prior art keywords
pixel
image
determinand
image data
light
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201080022193.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102439395A (zh
Inventor
西川孝
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nikon Corp filed Critical Nikon Corp
Publication of CN102439395A publication Critical patent/CN102439395A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102439395B publication Critical patent/CN102439395B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/04—Measuring microscopes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02—Interferometers
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00—Microscopes
    • G02B21/0004—Microscopes specially adapted for specific applications
    • G02B21/0016—Technical microscopes, e.g. for inspection or measuring in industrial production processes
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00—Microscopes
    • G02B21/36—Microscopes arranged for photographic purposes or projection purposes or digital imaging or video purposes including associated control and data processing arrangements
    • G02B21/365—Control or image processing arrangements for digital or video microscopes
    • G02B21/367—Control or image processing arrangements for digital or video microscopes providing an output produced by processing a plurality of individual source images, e.g. image tiling, montage, composite images, depth sectioning, image comparison

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Microscoopes, Condenser (AREA)
  • Automatic Focus Adjustment (AREA)
  • Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)

Abstract

提供一种能以高解像力测定被测定物的表面形状的构成的形状测定装置、观察装置及影像处理方法。该形状测定装置，具备：高速影像处理器(34)，是从多个影像中抽出一个对象影像与除了对象影像以外的至少一个参考影像，并使数字运算(OP1)作用于对象影像与参考影像，就抽出的对象影像与参考影像的各组以对象影像的像素单位算出局部聚焦度；以及控制用电脑(35)，是根据以像素单位算出的多个局部聚焦度中依各像素为最大的相对移动位置，求出被测定物的表面高度，数字运算(OP1)，具有在算出局部聚焦度后，对对象影像的瞩目像素的像素值与参考影像中存在于与瞩目像素不同像素位置的相邻像素的像素值赋予权重的系数；局部聚焦度，是通过数字运算(OP1)而产生的瞩目像素的像素值与相邻像素的像素值的微分值。

Description

形状测定装置、观察装置及影像处理方法
技术领域
本发明是关于从一边使被测定物相对摄影装置移动一边拍摄被测定物而取得的影像求出被测定物的表面形状的形状测定装置、观察装置及其影像处理方法。
背景技术
作为观察装置，有一种算出通过光学显微镜观察的被测定物的表面高度以求出该表面高度的装置(参照例如专利文献1)。此种形状测定装置500，例如图14所示，通过压电驱动装置530使物镜540以例如一秒间十五次的比率连续地(既定的上下宽度)往返扫描于上下方向、例如沿显微镜的光轴的方向。一边如上述地往返扫描，一边通过物镜540成像的试料550的影像，因此每1/900秒间一张的比例通过高速摄影机510被拍摄，并转换成数字信号输出至控制用处理器590。控制用处理器590，针对所输入的影像的各像素计算聚焦度(聚焦的程度)，并在往返扫描的上限位置至下限位置的范围内，将已检测出各像素中最高聚焦度的光轴方向位置分别求出作为与各像素对应的点的相对高度。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第3737486号公报
发明内容
本发明需要解决的课题
此外，现有的形状测定装置500中，针对所输入的影像的各像素求出上述聚焦度的手法，例如图15(A)所示，于所取得的影像内抽出3×3像素的像素格B100，以瞩目像素的像素值G05与其周边八像素的各像素值G01～G04，G06～G09为对象，在与数字运算(微分算子)OP100之间进行微分算子，以求出该瞩目像素的聚焦度。
此时，如图15(B)所示，在光学显微镜的焦点附近的光束I的光线密度，在焦点位置理论上并非成为点，而是通过绕射现象成为光的波长(例如约500nm)的等级。因此，高速摄影机510的摄影面的一像素(瞩目像素)内所成像的干涉光的光量分布亦于摄影面内方向扩展成500nm等级的模糊。因此，当考量将摄影面的一像素投影至试料面上时的大小(像素节距)为100nm程度时，恐有瞩目像素的像素值与周边像素的像素值之间几乎不产生浓淡变化(像素值变化)之虞。此情形下，由于即使在光轴方向的焦点位置附近聚焦度亦不会成为最大，或聚焦度的变化会成为平坦，因此即使以高解像力定位表面高度方向并进行测定，亦无法从已算出的聚焦度大小以高解像力决定焦点位置。
本发明有鉴于上述课题，提供能以高解像力测定被测定物的形状的构成的形状测定装置、观察装置及其影像处理方法。
为解决上述课题所采用的手段
为达成上述目的，本发明的形状测定装置，具备：摄影装置，接收来自以照明部照明的被测定物表面的光以拍摄前述被测定物的表面像；相对移动部，沿构成摄影装置的光学系统的光轴使被测定物相对摄影装置移动；以及影像处理部，一边利用相对移动部使被测定物相对摄影装置移动、一边对以摄影装置拍摄而取得的被测定物表面的多个影像进行影像处理；影像处理部，具备：第1运算处理部，从多个影像中抽出一个对象影像与除了对象影像以外的至少一个参考影像，并使微分算子作用于对象影像与参考影像，就抽出的对象影像与参考影像的各组以对象影像的像素单位算出既定的特征量；以及第2运算处理部，根据以像素单位算出的多个特征量中依各像素为最大的相对移动位置，求出被测定物的表面高度；微分算子，具有在算出特征量后，对对象影像的瞩目像素的像素值与参考影像中存在于与瞩目像素不同像素位置的相邻像素的像素值赋予权重的系数；特征量，因此微分算子产生的瞩目像素的像素值与相邻像素的像素值的微分值。
此外，上述形状测定装置中，较佳为进一步具备干涉光学系统，将来自照明部的光分割并分别照射于被测定物与参照面，使来自被测定物与参照面的反射光彼此干涉以产生干涉纹。又，较佳为以相对移动部使被测定物相对摄影装置移动，据以使被测定物的表面与光分割至参照面与被测定物表面的分割位置的距离变动，藉以使干涉纹产生变化。
又，上述形状测定装置中，较佳为摄影装置具备用以形成被测定物的表面像的摄影光学系统、以及拍摄通过摄影光学系统形成的被测定物的表面像的摄影元件；摄影元件的像素较摄影光学系统的光学解像力微细。
又，上述形状测定装置中，较佳为进一步具备移动机构，使被测定物相对摄影装置往与构成摄影装置的光学系统的光轴垂直的方向移动；移动机构，以较像素的宽度小的移动节距进行前述相对移动。
又，上述形状测定装置中，较佳为照明部能射出具有100nm以上的波长带宽的照明光。
又，上述形状测定装置中，较佳为微分算子，具有对对象影像的瞩目像素的像素值、于影像取得间隔中较对象影像先拍摄的第1参考影像中像素位置与瞩目影像一致的像素的周边四像素的像素值、以及于影像取得间隔中较对象影像后拍摄的第2参考影像中像素位置与瞩目影像一致的像素的周边四像素的像素值赋予权重的系数；第1及第2参考影像中的前述周边四像素的像素位置彼此不同。
又，上述形状测定装置中，较佳为影像取得间隔，较从照明部射出的照明光的中心波长区小。
又，本发明的观察装置，具备：成像系统，通过将来自被测定物的某一点的光束在成像面聚光于既定的区域，以将前述被测定物的像在前述成像面形成；摄影装置，在前述成像系统的光轴上的至前述被测定物为止的距离不同的多个位置拍摄前述被测定物的像，并依各距离输出前述影像数据；影像选择部，从自前述摄影装置输出的影像数据中选择至前述被测定物为止的距离不同的第1影像数据与第2影像数据；变化信息输出部，输出构成前述影像选择部所选择的第1影像数据的像素中的各像素与第2影像数据的像素的输出变化，该第2影像数据的像素，以与构成前述第1影像数据的各像素的位置对应的构成第2影像数据的像素的位置为中心，而位于前述光束所聚集的区域内；以及高度信息决定部，根据来自前述变化信息输出部的输出，从构成前述第1影像数据的像素中特定出作为聚焦位置的像素，根据取得前述第1影像数据时的至前述被测定物为止的距离，决定与前述特定出的像素对应的前述被测定物表面的高度信息。
又，上述观察装置较佳为，前述变化信息输出部，输出构成前述影像选择部所选择的前述第1影像数据的像素中的各像素与第2影像数据的像素的输出变化，该第2影像数据的像素，位于与构成前述第1影像数据的各像素的位置对应的构成第2影像数据的像素所相邻的位置。
又，本发明的影像处理方法，使用上述形状测定装置进行的影像处理方法，其具有：第1步骤，在以移动机构使被测定物相对摄影装置每移动移动节距的同时，从多个影像抽出与被测定物表面中同一处相符的部分并求出抽出的部分的表面高度，以求出抽出的部分中表面高度的次数分布；第2步骤，根据次数分布算出表面高度的机率密度函数，求出机率密度函数为最大的表面高度作为抽出的部分的表面高度的真值；以及第3步骤，根据求出为真值的表面高度生成被测定物表面的影像。
发明的效果
根据本发明，能以高解像力测定被测定物的形状。
附图说明
图1是显示本实施形态的形状测定装置的概略构成图。
图2是二光束干涉物镜的概略构成图。
图3是控制用处理器的控制方块图。
图4是显示以像素单位求出表面高度的影像处理方法的流程图。
图5(A)是用以说明取得影像的过程的图，图5(B)是用以说明将影像储存于各数字影像存储器的步骤的图。
图6是用以说明数字运算的卷积运算的图。
图7(A)因此示意方式显示干涉光在相邻的像素位置的光强度变化的图，图7(B)因此示意方式显示在瞩目像素位置信息的光强度变化的图。
图8是显示像素方块的像素值，图8(A)是于像素的共轭区域的光轴上的位置具有表面的情形，图8(B)是位于从表面充分离开的位置的情形，图8(C)是从表面往光轴方向偏移波长的1/4的情形的像素格。
图9是显示干涉光与散射光的加总光束的变化状态的图。
图10是显示数字运算的变更例的图。
图11是显示以次像素区域单位求出表面高度的影像处理方法的流程图。
图12(A)是次像素区域的示意图，图12(B)是用以说明以次像素的大小进行像素偏移后的状态的图。
图13(A)是用以说明对瞩目像素的函数拟合的图，图13(B)是表面高度的次数分布。
图14是现有例的形状测定装置的概略构成图。
图15(A)是用以说明现有聚焦度的算出方法的图，图15(B)是显示焦点附近的光束的光线密度的图。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的较佳实施形态。图1显示本实施形态的形状测定装置的概略构成图，首先，利用此图说明形状测定装置1的整体构成。此形状测定装置1，因此显微镜本体10、摄影部20、控制用处理器30为主体构成。
显微镜本体10具有支撑摄影部20的显微镜底座11、固设于显微镜底座11底部的显微镜用试料台12、以及设于显微镜用试料台12上面的微细驱动载台13。
于微细驱动载台13的上面载置测定对象物即例如形成为平板状的试料5。微细驱动载台13，根据来自构成于控制用处理器30的驱动控制装置36(参照图3)的载台驱动信号，以nm等级高精度地使以上面支撑的试料5相对摄影部20移动于水平方向、亦即与构成摄影部20的摄影光学系统的光轴垂直的方向。于微细驱动载台13内藏有线性编码器13a(参照图3)，此线性编码器13a因此nm等级高精度地检测试料5(微细驱动载台13)的水平方向位置，并将该检测信号往控制用处理器30的控制用电脑35(参照图3)。此外，本实施形态中，如图1所示，是将微细驱动载台13的面内方向称为XY轴方向(水平方向)、将摄影部20的摄影光学系统的光轴方向称为Z轴方向(上下方向)来说明。
摄影部20具有与显微镜用试料台12上方对向设置的具有图2所示构成的二光束干涉物镜21、于下侧安装有二光束干涉物镜21的显微镜用照明装置22、安装于显微镜用照明装置22上侧的显微镜镜筒装置23、安装于显微镜镜筒装置23上侧的高速摄影机24。二光束干涉物镜21，是经由压电驱动装置25(使此二光束干涉物镜21沿朝向该试料5侧的对象物用明视野物镜29的光轴微动)安装于显微镜用照明装置22下侧。
压电驱动装置25具有通过改变施加电压而使长度变化的压电元件(未图示)与驱动压电元件的控制器(未图示)，本实施形态中，能以一秒间多次的比率连续地在既定宽度(例如100μm的宽度)的范围往返移动。由于此压电驱动装置25安装于二光束干涉物镜21与显微镜用照明装置22之间，因此通过压电驱动装置25的驱动力，二光束干涉物镜21沿构成摄影部20的摄影光学系统的光轴的方向(上下方向)往返移动。
此外，压电驱动装置25是根据自构成于控制用处理器30的驱动控制装置36(参照图3)发出的压电元件驱动信号而作动。又，于压电驱动装置25的控制器内藏有检测压电驱动装置25(亦即二光束干涉物镜21)的往返移动位置的感测器25a(参照图3)。此感测器25a检测二光束干涉物镜21在光轴方向的位置，并将该检测信号往控制用处理器30的控制用电脑35(参照图3)输出。
显微镜用照明装置22具有射出照明光的光源(白色光源)22a、仅使特定波长带宽(例如中心波长λ为520nm的波长带宽)的光通过的带通过滤器22b、使通过带通过滤器22b的照明光反射往二光束干涉物镜21的方向且使来自二光束干涉物镜21的光透射的分束器22c等，经由二光束干涉物镜21使照明光照射于试料5表面(上面)的落射照明。此外，带通过滤器22b中，最好使具有至少100nm以上的波长带宽的光通过。
二光束干涉物镜21如图2所示，以分束器26、参照面用明视野物镜27、参照面28、以及对象物用明视野物镜29为主体构成，本实施形态中，例示有林尼克(Linnik)型的光干涉光学系统。显微镜镜筒装置23于其内部具有成像透镜(未图示)而构成，如后所述，与二光束干涉物镜21协同动作，使包含干涉纹的干涉像光成像于高速摄影机24的摄影面上。
高速摄影机24具有CCD或CMOS等摄影元件24a，能以既定的影像撷取数连续进行拍摄，将拍摄成像于摄影元件24a表面的摄影面上的影像(包含干涉纹的试料5的表面影像)而取得的影像信号(亮度信息)转换成数字信号，并往控制用处理器30的第1数字影像存储器31(参照图3)输出。此处，影像的取样间隔(影像取得间隔)ΔP取决于高速摄影机24的影像撷取数与二光束干涉物镜21的扫描宽度，例如以较使用光的中心波长区λ小的间隔设定。
控制用处理器30的主体构成如图3所示，具有将从高速摄影机24取得的影像数据以一画面(一帧框)单位储存的数字影像存储器31，32，33、控制微细驱动载台13及压电驱动装置25的作动的驱动控制装置36、进行于后详述的影像处理的高速影像处理器34、以及统筹控制此等的作动的控制用电脑35。
以上述方式构成的形状测定装置1中，从光源22a射出而通过带通过滤器22b的照明光，在分束器22c往大致90°下方反射后，到达二光束干涉物镜21(参照图1及图2)。接着，射入二光束干涉物镜21的光，在二光束干涉物镜21内的分束器26分割成两个，其中一方通过对象物用明视野物镜29而照射于试料5表面(上面)，且另一方通过参照面用明视野物镜27而照射于参照面28。接着，在试料5表面与参照面28反射的照明光，在二光束干涉物镜21内的分束器26一起透射过分束器22c而成像于高速摄影机24的摄影元件24a的摄影面上，并基于该光路差(相位差)产生干涉纹。高速摄影机24拍摄干涉像光，且将拍摄而取得的影像信号数字转换，往控制用处理器30的第1数字影像存储器31输出。
此时，二光束干涉物镜21通过压电驱动装置25的驱动力以一秒间多次的比率，沿构成摄影部20的摄影光学系统的光轴的方向(上下方向)往返移动，而使光学系统的焦点位置(成像面)于光轴方向连续变化。相对于此，高速摄影机24由于因此摄影部20的取样间隔(往光轴方向的微幅进给节距)ΔP连续进行试料5表面(上面)的摄影，因此能取得与二光束干涉物镜21的往返移动位置对应的多个影像。
此外，控制用处理器30除了被输入来自高速摄影机24的影像信号以外，亦被输入来自内藏于微细驱动载台13的线性编码器13a的检测信号、或来自内藏于压电驱动装置25的控制器的感测器25a的检测信号。因此，能检测拍摄试料5时的微细驱动载台13的水平方向位置(XY方向位置)或二光束干涉物镜21的往返移动位置(Z方向位置)。
本实施形态中，上述干涉纹由于基于来自试料5的表面(上面)的反射光与来自参照面28的反射光的光路差(相位差)而产生，因此控制用处理器30可通过对从高速摄影机24输入的包含干涉纹的多个影像进行既定的影像处理，藉以求出试料5的表面高度。又，关于用以求出试料5的表面高度的影像处理方法，参照图4所示的流程图而说明如下。
控制用电脑35，对驱动控制装置36，连续地输出使压电驱动装置25(二光束干涉物镜21)在既定扫描宽度内往返移动的作动信号，且与此作动信号的输出同步地将以高速摄影机24拍摄且转换成数字信号的影像输入第1数字影像存储器31(步骤S101)。藉此，控制用电脑35可将沿摄影光学系统(构成摄影部20)的光轴方向的移动距离信息与各移动位置中的影像赋予关联关系后保存。
控制用电脑35将从高速摄影机24依序输入的摄影影像以一影像单位分别储存于第1～第3数字影像存储器31，32，33，且在取得次一影像时陆续更新储存影像(步骤S102)。例如，如图5(A)所示，以既定取样间隔ΔP依序取得各一张的影像P1，P2，P3，…Pn的过程中，首先取得第一个(最初)的影像P1后，将此影像P1储存于第1数字影像存储器31。接着，取得次一(第二个)影像P2后，将此影像P2移行至第2数字影像存储器32并加以储存，在此次中该影像P2储存于第1数字影像存储器31。其次，在取得第三个影像P3后，将影像P1移行至第3数字影像存储器33并加以储存，将影像P2移行至第2数字影像存储器32并加以储存，本次输入的影像P3储存于第1数字影像存储器31(参照图5(B))。在取得第四个影像P4后，将此影像P4移行至第1数字影像存储器31并加以储存，将影像P3移行至第2数字影像存储器32并加以储存，将影像P2移行至第3数字影像存储器33并加以储存，最初取得的影像P1从数字影像存储器31～33陆续消失。
如上述，成像面往光轴方向的位置在光轴方向上逐次改变，并于每次取得影像。接着，在成像面每往光轴方向移动时，所输入的影像即依第1数字影像存储器31→第2数字影像存储器32→第3数字影像存储器33的顺序连续地储存且陆续更新。因此，每在输入一张影像时，即将以彼此在上下方向错开取样间隔ΔP而取得的影像逐一储存于各影像存储器31～33。
此时，高速影像处理器34在每取得影像时实施次一动作。最初，设定取得后述的局部聚焦度的像素。此外，以下中，将此取得局部聚焦度的像素称为瞩目像素来说明。其次，根据所设定的像素的位置，从储存于各数字影像存储器31，32，33的影像数据的像素特定出以数字运算(微分算子)OP10，OP20，OP30作用的对象像素。将此数字运算的系数乘以以数字运算OP10，OP20，OP30所作用的像素值，并以既定的运算式取得局部聚焦度。此时，储存于影像存储器32的影像为对象影像，储存于影像存储器31或33的影像为参考影像。
如上述般，从依序取样的三个影像数据的组陆续取得局部聚焦度的候补值，而取得为最大的局部聚焦度。此等因此像素单位求出局部聚焦度(LFS)(步骤S103)。亦即，除了储存于第2数字影像存储器32的影像内的最外周像素以外的所有像素为局部聚焦度的算出对象。
此处，以取样间隔ΔP依序取得影像P1，P2，P3，…Pn的过程中，如图6所示，当将分别储存于数字影像存储器31，32，33的任意影像设为PK10，PK20，PK30时，依储存于第2数字影像存储器32的影像PK20内的各像素(瞩目像素)算出局部聚焦度。
局部聚焦度的算出方式，如图6所示，抽出储存于第2数字影像存储器32的影像PK20中以瞩目像素(像素值G25)为中心的3×3像素的像素格B20、储存于第1数字影像存储器31的影像PK10中像素位置与上述像素格B20对应的3×3像素的像素格B10、储存于第3数字影像存储器33的影像PK30中像素位置与上述像素格B20对应的3×3像素的像素格B30，并在此像素格B10，B20，B30与各自对应的数字运算OP10，OP20，OP30之间进行卷积运算(积和运算)。
此处，像素格B10中瞩目像素(像素值G25)成为运算对象(基准)，像素格B30内3×3像素中位于四角的像素(像素值G31，G33，G37，G39)成为运算对象，像素格B10内3×3像素中位于十字状的像素(像素值G12，G14，G16，G18)成为运算对象。另一方面，数字运算OP10～30中，对瞩目像素(G25)的系数的权重设定为24，对其周边像素(G31，G33，…G12，G14，.)的系数的权重设定为-3。
通过对此等运算对象的九个像素值，使用数字运算OP10～30进行卷积运算，而如次式(1)所示求出瞩目像素的局部聚焦度LFS。
LFS＝24×G25+{-3×(G12+G14+G16+G18)}+{-3×(G31+G33+G37+G39)}
…(1)
控制用电脑35，依各像素算出上述的局部聚焦度(LFS)，并根据所算出的局部聚焦度为最大的对象影像在光轴方向的位置，求出作为与各像素的区域共轭的区域中试料5的表面高度的真值(步骤S104)。此时，在二光束干涉物镜21往返移动中的上限位置至下限位置的范围中，依各像素分别求出取得最高的局部聚焦度时的影像在光轴方向的位置，作为与各像素的区域共轭的区域的试料5的相对高度，并通过此相对高度与已知的试料5(的测定点)的高度基准位置等算出表面高度。
具体而言，控制用电脑35，在使微细驱动载台13停止的状态下，将从最出的三张影像数据的组求出的局部聚焦度依各像素储存于LFS影像存储器37(参照图3)。其后，将每次取得影像所求得的局部聚焦度与储存于LFS影像存储器37的局部聚焦度与对应的各像素比较，当新取得的局部聚焦度较截至目前为止储存于LFS影像存储器37的局部聚焦度为高值时，即仅针对该像素的局部聚焦度陆续换写(陆续更新)LFS影像存储器37。亦即，此LFS影像存储器37，在取得影像的过程中，陆续更新该次最大的局部聚焦度，且仅储存截至目前为止算出的局部聚焦度中最高值的局部聚焦度。
与此同时地，控制用电脑35根据内藏于压电驱动装置25的控制器的感测器25a的检测值，撷取二光束干涉物镜21的位置信息，并将与储存于LFS影像存储器37的局部聚焦度对应的像素的表面高度数据储存于高度影像存储器38(随着LFS影像存储器37的更新而更新高度数据)。
最后，将成为最大的局部聚焦度依各像素储存于LFS影像存储器37，且将与此对应的各像素的表面高度(从相对于已取得最高的局部聚焦度的影像数据的相对高度求出的表面高度)的信息储存于高度影像存储器38。将储存于此高度影像存储器38的局部聚焦度为最大的表面高度作为与各像素共轭的区域的表面高度。
储存于LFS影像存储器37及高度影像存储器38的各信息(LFS影像及高度影像)，通过控制用电脑35往图3所示的外部监视器40输出，并作为试料5的表面高度的测定结果显示于外部监视器40。藉此，能通过外部监视器40观察试料5的表面形状。
此外，图14所示的现有形状测定装置500中，作为针对已输入的影像的各像素求出聚焦度的手法，例如可如图15(A)所示，以一张影像内的瞩目像素的像素值G05与同一像素中其周边八像素的像素值G01～G04，G06～G09为对象，使用数字运算OP100进行微分算子，藉此求出瞩目像素的聚焦度(换言之，仅从一张影像抽出包含瞩目像素的3×3像素的像素格B100，使用二维(仅具有X，Y方向成分的系数)的数字运算OP100进行过滤处理，藉此求出该瞩目像素的聚焦度)。接着，通过依各像素检测聚焦度最高的位置，来测定试料5的表面高度。
此处，如图15(B)所示，在光学显微镜的焦点附近的光束I的光线密度，在焦点位置理论上并非成为点，而通过绕射现象成为光的波长(例如约500nm)的等级。因此，高速摄影机24的摄影面的一像素(瞩目像素)内所成像的干涉像亦于XY方向(对象物面内方向)扩展成约500nm等级的模糊。因此，当考量将摄影面的一像素投影至对象物面上时的大小(像素节距)为100nm程度时，恐有瞩目像素的像素值与周边像素的像素值之间几乎不产生浓淡变化(无法以像素单位检测出干涉像)之虞。又，针对与瞩目像素共轭的试料5的表面区域，来自相邻试料5表面的一点的光束亦射入瞩目像素。因此，与相邻像素共轭的试料表面的干涉光以叠合的方式射入瞩目像素。
此外，图7(A)显示自试料5(与一张影像内(像素格)中任意的瞩目像素共轭)表面起的位置(a点)的干涉光所产生的光强度变化的样子、以及与相邻像素共轭的位置(b点)的干涉光所产生的光强度变化的样子。当与瞩目像素共轭的试料5的表面位置(a点)及与相邻像素共轭的试料5的表面位置(b点)之间有光轴方向上的位置差时，在a点的干涉光与在b点的干涉光的强度变化，其强度在各自的光轴方向上不同。然而，如上所述，由于在形成干涉像的成像透镜有因绕射极限产生的模糊，因此在a点及在b点与除此以外的相邻像素所共轭的位置的干涉光叠合于瞩目像素。又，于相邻像素亦同样地，叠合有与瞩目像素或除此以外的相邻像素共轭的位置的干涉光。其结果，瞩目像素的共轭位置与该相邻像素的共轭位置中的光强度变化会相对光轴方向的变化大致相同地出现，同一像素内(同一光轴方向位置)中相邻的像素位置(例如瞩目像素(G05)与相邻像素(G06)的位置)之间的光强度差是微小差距。因此，在使用现有的过滤处理时，纵使光强度的变化显示原本峰值(最大值)的位置，同一像素内的瞩目像素与其周边像素(相邻的八像素)之间几乎无法取得浓淡变化(像素值变化)，在该像素格B100与数字运算OP100之间进行积合运算而求出的瞩目像素的聚焦度亦成为低值而被算出。因此，使用现有的数字运算OP100的过滤处理中，即使在光轴方向的焦点位置附近聚焦度亦不会成为最高值，或聚焦度的变化会成为平坦，因此即使以高解像力定位表面高度方向并检测出干涉光，亦无法从已算出的聚焦度大小以高解像力决定焦点位置。
另一方面，瞩目像素的共轭位置的干涉光，当如上所述使用中心波长520nm的光时，如图7(B)所示，在成像透镜(未图示)的焦点深度内反复出现半波长周期的峰值(极大点)与谷值(极小点)，强度(振幅)最大的峰值是0次的干涉纹，此出现位置相当于聚焦位置，当以此位置作为基准考量，即使将摄影位置往光轴方向仅偏移中心波长λ的1/25(约20nm)，亦可捕捉为大的光强度变化。进而，当往光轴方向仅偏移中心波长λ的1/4(130nm)时，相邻的峰值与谷值之间捕捉为最大的光强度变化。
此处，图8(A)是例示像素的共轭区域的光轴上的位置位于表面附近时的像素格B70的像素值。又，图8(B)是例示位于从该表面充分离开的位置时的像素格B80的像素值。图8(A)所示的像素格B70的情形，数字运算OP100的微分值为40，图8(B)所示的像素格B80的情形，数字运算OP100的微分值为16。再者，图8(C)是显示假设将往光轴方向偏移波长的1/4时的值代入于瞩目像素以外者时的像素格B90的像素值。此像素格B90的数字运算100的微分值为1480。
由上述例示可清楚得知，当试料面上的一像素大小较500nm小时，或者，当试料面为充分平滑且瞩目像素与相邻像素之间的高度差较波长的1/4充分小时，即不论像素格B70中各像素的像素值是否较大，其微分值均与像素格B80(位于从表面充分离开的位置)的微分值几乎无相异的程度的小值。然而，当于瞩目像素以外的相邻像素代入往光轴方向偏移波长的1/4时的值，其微分值即成为30倍以上的大值。另一方面，当从表面往光轴方向充分离开时，即使于瞩目像素以外的相邻像素代入往光轴方向偏移波长的1/4时的值，由于干涉光无法观测之处因此使数字运算OP100作用的微分值，几乎无变化且相当小。再者，针对以上例示的内容使用次式(2)详述之。干涉光学系统中，观测次式(2)所示的光波。
I＝Hcos(wt+β)…(2)
此处的振幅H及相位差β能以下式表示：
H＝(A2+2Abcosα+B2)1/2
β＝tan-1(Bsinα/(A+Bcosα))
上述A及B是参照光的振幅及反射光的振幅，此等参照光及反射光的光波能以次式表示：
IA＝Acos(wt)
IB＝Bcos(wt+α)
此外，w＝2πC/λ，α是显示相位差，C是显示光速度，λ是显示光的波长，t是显示时间。此时，参照光与反射光的相位差为α＝0时，通过振幅H＝A+B的式则成为最大值。另一方面，当相位差为α＝π时，则是从试料面的真表面偏移波长λ的1/4之处。亦即，采用从与瞩目像素共轭的区域往光轴方向偏移波长λ的1/4程度的值来作为相邻像素的像素值，藉此能稳定地捕捉试料5的表面位置。
又，干涉纹的峰值会随着从聚焦位置离开而成为1次、2次、…的方式，干涉光强度(振幅)一边降低一边逐渐变化。因此，即使是相同的峰值，在0次的峰值位置(聚焦位置)与1次的峰值位置检测出的光强度亦有大差异，即使往光轴方向偏移相同的移动量，在0次的峰值位置(聚焦位置)附近，与1次的峰值位置附近相较，光强度变化亦可捕捉到更大的变化。此处，所谓的1次干涉，是指相较于来自参照面28的反射光其相位延迟1波长量或进而射入的光所产生者，其峰值的位置会因波长相异，因此所观测的1次的峰值的强度较0次低。然而，当照射光的波长带宽成为100nm以下而增加单色性时，高次干涉的峰值强度的降低程度减少，而有可能检测出错误的0次干涉位置。因此，照射光的波长带宽最好是100nm以上。
射入与瞩目像素共轭的区域的光的一部分有时会因微细的凹凸而散射。当光散射时相位关系即会紊乱，如此会导致无法产生参照光与干涉光。此光系即使将位置往光轴方向偏移波长λ的1/4程度(约0.12μm)仍包含于高倍率透镜的焦点深度0.3μm内，因此与瞩目像素共轭的区域与往光轴方向仅偏移些许的区域的光量差分较小。通过光的可加性，干涉光与散射光成为一加总光束到达摄影元件24a的摄影面(图9是示意显示此状况)。为了侦测此散射光为最大的光轴上的点，如后详述的图10所例示的数字运算OP可见，瞩目像素在光轴上的上下像素的权重均为0。上述说明是叙述散射光的检测，若以更一般的表现来说明，即光轴方向中在焦点深度内的反射光量的变化极微小，为了侦测在XY方向变化较大的光学现象，不将光轴上的上下像素的差分作为对象的方式较能提升检测感度。不过，本发明中，通过对位置仅于光轴方向改变、在与光轴垂直的平面内位于相同位置的上下像素的输出值求出差分，以取得局部聚焦度的方式，并未从权利范围中排除。
此处，上述数字运算OP1(OP10～30)中，对瞩目像素的权重为24，在光轴方向上于上下错开1取样间隔ΔP而取得的影像内对周边八像素的权重为-3。另一方面，使用此数字运算OP1对瞩目像素算出的局部聚焦度LFS因此上述式(1)求出，将此式(1)变形后可如次式(3)所表示。
LFS＝24×{G25-1/8×(G31+G12+G33+G14+G16+G37+G18+G39}…(3)
从此式(3)可知，局部聚焦度(LFS)是对象影像内的瞩目像素的像素值G25与相对对象影像在光轴方向的上、下影像内的周边八像素的平均像素值的差的比例值。此点是意指，与瞩目像素在XYZ轴方向相邻的二十六个像素中、与所假定的光学现象共通地，取从十六个像素(除去瞩目像素的受光光量的影像较大的像素、亦即光轴上的上下两像素与正交于光轴的面内位于与瞩目像素在光轴上相同的面内的相邻像素)选择的八像素的平均值与瞩目像素的差。
因此，例如将取样间隔ΔP设定成微小间隔(例如如上所述的使用光的中心波长λ的1/25程度：约20nm)时，依该间隔所取得的影像内各像素的局部聚焦度亦可求得作为大幅变化的量。进而，在算出局部聚焦度后，瞩目像素的像素值与周边八像素的平均像素值的差为最大的摄影位置，由于瞩目像素位置位于干涉光的光强度的峰值位置时，因此能在依各像素局部聚焦度为最大的位置以高解像力检测出焦点位置。
具备如上所述的影像处理机能的本实施形态的形状测定装置1，具有XYZ方向(三维)的成分的原本数字运算OP1(OP10～30)是空间过滤器，其通过兼具对干涉光的光强度变化的XY方向的检测感度与Z方向的非常高的检测感度，并随着接近焦点位置(聚焦位置)而能强调瞩目像素的像素值。另一方面，通过此数字运算OP1求出的局部聚焦度，可作为对象影像的瞩目像素与相对对象影像在光轴方向的上、下影像内的同一像素区域内周边八像素的浓淡变化(像素值变化)大幅反应的特征量而算出。因此，针对各像素，将依取得影像的各像素使用数字运算OP1而取得的局部聚焦度为最大的表面高度，求出作为对应的点的表面高度的真值，藉此能提高表面高度的测定精度，提升试料表面高度的测定解像力。
又，根据本形状测定装置1，例如试料5的表面为光泽面(例如表面粗度0.1μm以下的平滑平面)的情形下所代表者，用于测定的影像信号的S/N比(用于测定的影像的浓淡)极低时，亦可如上所述，通过数字运算OP1使用试料5的表面形状(微细的凹凸)已忠实反应的局部聚焦度来提高表面高度的测定精度。
此外，上述中，虽例示图6所示的数字运算OP1(OP10，OP20，OP30)而求出对瞩目像素的局部聚焦度，但数字运算的情形不限定于此，例如，亦可是数字运算OP10与OP30的要素交替配置的数字运算OP2(参照图10(A))、将运算OP10，OP30的要素汇整配置于一个运算的数字运算OP3，OP4(参照图10(B))、将运算OP10，OP30的要素汇整而均等配置于两个运算的数字运算OP5(参照图10(C))等，又，数字运算内的系数(“8”及“-3”)亦可是其他值，仍能发挥相同的效果。特别是，在数字运算OP3，OP4的情形下，除了对象影像以外所使用的影像是一张的影像。又，除了对象影像以外所使用的具有参考像素的影像，只要是对象影像在光轴方向的摄影位置不同的影像即可，可另外设置可储存一边扫描于光轴方向一边拍摄的影像的影像存储部，并通过控制用电脑从该影像存储部选出任意的一张。又，如前所述，与瞩目像素在XY平面上大致相同的位置，检测出在光轴方向上与位置不同的参照像素的差分，即使该差分值与在光轴上的其他位置拍摄的影像在XY平面上为相同位置的参照像素比较，亦可根据是否具有最大值一事算出局部聚焦度。
又，数字运算的各系数与运算式，只要设定成相对于瞩目像素(G25)各相邻像素或对光轴的位置为相同，且与光轴方向的位置不同的参照像素的差为相同时，即输出某既定值(例如0)，当该差为不同时，则输出不同的值。
再者，本实施形态中，控制用处理器30能通过对从高速摄影机24输入的试料5表面的多个影像进行既定的影像处理，而能取得更提高解像力的试料5的影像。此处，追加参照图11所示的流程图，说明用以取得更提高解像力的试料5的影像的影像处理方法如下。
首先，控制用电脑35，经由驱动控制装置36使微细驱动载台13驱动而定位试料5与摄影部20的位置，以使摄影部20成为能拍摄试料5表面的测定区域的位置(步骤S201)。从此状态执行上述步骤S101～S104，亦即，一边使二光束干涉物镜21往返移动于Z方向、一边使用以高速摄影机24拍摄取得的多个影像，依各像素算出局部聚焦度，求出此局部聚焦度为最大的表面高度作为与各像素共轭的区域中表面高度的真值，并生成试料5的高度影像(步骤S202)。
针对各像素求出表面高度后，即例如图12(A)所示，将试料5的表面影像(高度影像)的一个像素区域K分割成7×7的次像素区域k，k，…，并依各分割的区域k算出表面高度(步骤S203)。
此处，使用图12及图13(A)等说明求出次像素区域中的表面高度的方法。求出在次像素区域的表面高度(相对高度)的方法，首先，在与各像素共轭的区域的中心位置的表面高度由于通过上述步骤S203而取得(将与各像素共轭的区域的表面高度拟制为与该各像素共轭的区域的中心位置(中心的次像素区域)表面高度)，因此使用此等的表面高度，在与像素(包含欲瞩目的次像素区域)共轭的区域的中心位置与相邻于此的像素的共轭区域的中心位置之间进行函数匹配(内插)。接着，根据通过函数匹配而取得的表面高度的曲线C，将像素区域K于像素排列的方向分割成七个，藉以能求出欲瞩目的各次像素区域的表面高度。
接着，判定是否已进行相当于次像素区域k的长度的移动节距Δk的移动既定次数(步骤S204)。本实施形态的情形下，由于将次像素区域设定于49像素(区域)，因此相对摄影部20使试料5的相对移动方向每往X方向移动一次即往Y方向移动七次。又，由于进行七次往X方向的移动，因此合计进行四十九次的移动次数。又，在未进行四十九次的移动时，通过微细驱动载台13以移动节距Δk使试料5相对摄影部纵横相对移动于水平方向(参照图12(B))。藉此，再次执行步骤S201至S203。接着，依内藏于微细驱动载台13的线性编码器13a的各检测值，反复进行步骤S201至步骤S204，而求出合计四十九次的各次像素素区域的表面高度。藉此，在各次像素区域于相当于该一像素内的区域以上述移动节距Δk纵横一循环的期间，每一次像素区域求出四十九个表面高度信息。因此，依各次像素区域抽出与欲瞩目的位置对应的表面高度的次数分布并加以求出(步骤S205)。
依各次像素区域求出试料5表面影像在瞩目的位置的表面高度后，例如图13(B)所示，表面高度的次数分布D可视为产生该表面高度的机率分布。因此，于各次像素区域的次数分布D分别代入正规分布函数，算出机率密度函数E。求出此机率密度函数E为最大的表面高度作为各次像素区域的表面高度的真值(步骤S206)。
接着，根据在步骤S205求出的与各次像素区域对应的点的表面高度，再次生成试料5的高度影像(步骤S207)。藉此，如前所述，例如具有1000×1000的像素的摄影元件中，只要对位于其中心侧的500×500的像素区域进行分割成7×7的次像素区域的处理，即可于原本由500×500的像素构成的高度影像，取得具有3500×3500的像素的解像力高的试料5的高度影像。进而，此高度影像如上述般，求出依各像素使用数字运算OP1而取得的局部聚焦度为最大的表面高度，作为与各像素共轭的区域的表面高度的真值，因此成为试料5的表面高度的测定解像力亦提高的影像，其结果，能于高度方向及面内方向从高解像力的试料5的高度影像测定试料5的表面形状。
如以上所述，根据本实施形态的形状测定装置1，能取得解像力高的试料5的表面影像。特别是能以较光学解像力微细的解像力测定试料5上的区域的形状。又，只要通过本实施形态的形状测定装置1将移动节距Δk缩小至较光学解像力小，即使摄影元件的像素节距未较光学解像力微细，仍能以较光学解像力微细的解像力测定试料5的形状。再者，与以本实施形态的形状测定装置1取得的影像的最小画素对应之、成像于摄影元件的像素的被测定物的面上的区域，由于较摄影光学系统的光学解像力微细，因此能取得高解像力。
至此为止，虽说明了本发明的实施形态，但本发明并不限定于上述实施形态，可在不脱离本发明的技术范围的范围内作适当的改良。
上述实施形态中，虽是通过将微细驱动载台13驱动于水平方向以使试料5相对摄影部20移动，但并不限定于此，亦可使摄影部20整体相对试料5移动，或亦可仅使高速摄影机24的摄影元件(未图示)相对试料5移动。
又，上述实施形态中，虽例示了使用二光束干涉物镜作为生成干涉纹的方法的构成，但并不限定于此，例如亦可是使用微分干涉光学系统生成干涉纹的构成，进而，亦可使用纹投影法来生成纹的构成。
又，由于只要是通过光轴方向的移动使来自被测定物的一点的光束的每一单位面积的光量改变者即可，因此可使来自一点的光束以某聚束角聚束或发散的成像光学系统的构成。又，由于只要形成像者即可，因此能适用于电子显微镜等、使用光以外的能量射线使来自被测定物表面的能量束聚集以形成像的成像系统。
又，上述实施形态中，虽例示通过了带通过滤器22b的中心波长区λ＝520nm的光，但并不限定于此，例如亦可是其他波长带的光。此外，此时最好是具有100nm以上的波长带宽，具有200nm以上的波长带宽则又更佳。其原因在于，干涉光中波形的起伏(峰值)可更明确地出现，而能更加提升测定精度。
又，上述实施形态中，虽自光源22a所射出的白色光通过带通过滤器22b仅使特定波长带宽的光通过，但并不限定于此，例如，亦可不使用带通过滤器22b而使来自光源22a的白色光直接照射。此时，光源22a最好使用向量波形更宽的卤素灯等。
又，上述实施形态中，算出局部聚焦度的瞩目像素，不限定于针对除了摄影元件24a最外周以外的所有像素算出者。例如，亦可特定出以摄影元件24a拍摄的区域中测定者欲取得的区域，就该区域内的像素算出局部聚焦度，取得该区域内的相对高度分布。
又，上述实施形态中，虽例示了将一个像素区域K分割成7×7的次像素区域的情形来说明，但并不限定于此，亦可分割成其他的次像素区域。
符号说明
1形状测定装置(观察装置)
5试料(被测定物)
13微细驱动载台(移动机构)
20摄影部(摄影装置)
21二光束干涉物镜(光干涉光学系统、摄影光学系统、成像系统)
22显微镜用照明装置(照明部)
23显微镜镜筒装置(摄影光学系统、成像系统)
24a摄影元件
25压电驱动装置(相对移动部)
30控制用处理器(影像处理部)
34高速影像处理器(第1运算处理部、影像选择部、变化信息输出部)
35控制用电脑(第2运算处理部、高度信息决定部)
LFS局部聚焦度(特征量)
OP1数字运算(微分算子)

Claims (11)

1.一种形状测定装置，其特征在于，具备：
摄影装置，接收来自以照明部照明的被测定物表面的光以拍摄所述被测定物的表面像；
相对移动部，沿构成所述摄影装置的光学系统的光轴使所述被测定物相对所述摄影装置移动；以及
影像处理部，一边利用所述相对移动部使所述被测定物相对所述摄影装置移动、一边对以所述摄影装置拍摄而取得的所述被测定物表面的多个影像进行影像处理；
所述影像处理部，具备：
第1运算处理部，从所述多个影像中抽出一个对象影像与除了所述对象影像以外的至少一个参考影像，并使微分算子作用于所述对象影像与所述参考影像，就抽出的所述对象影像与所述参考影像的各组以所述对象影像的像素单位算出既定的特征量；以及
第2运算处理部，根据以像素单位算出的多个所述特征量中就各像素为最大的所述相对移动位置，求出所述被测定物的表面高度；
所述微分算子，具有在算出所述特征量后，对所述对象影像的瞩目像素的像素值与所述参考影像中存在于与所述瞩目像素不同像素位置的相邻像素的像素值赋予权重的系数；
所述特征量，以所述微分算子产生的所述瞩目像素的像素值与所述相邻像素的像素值的微分值。
2.如权利要求1所述的形状测定装置，其进一步具备干涉光学系统，将来自所述照明部的光分割并分别照射于所述被测定物与参照面，使来自所述被测定物与参照面的反射光彼此干涉以产生干涉纹。
3.如权利要求2所述的形状测定装置，其中，以所述相对移动部使所述被测定物相对所述摄影装置移动，据以使所述被测定物的表面与光分割至所述参照面与所述被测定物表面的分割位置的距离变动，藉以使所述干涉纹产生变化。
4.如权利要求1至3中任一项所述的形状测定装置，其中，所述摄影装置，具备用以形成所述被测定物的表面像的摄影光学系统、以及拍摄通过所述摄影光学系统形成的所述被测定物的表面像的摄影元件；
所述摄影元件的像素较所述摄影光学系统的光学解像力微细。
5.如权利要求4所述的形状测定装置，其进一步具备移动机构，使所述被测定物相对所述摄影装置往与构成所述摄影装置的光学系统的光轴垂直的方向移动；
所述移动机构，以较所述摄影元件的像素的宽度小的移动节距进行所述相对移动。
6.如权利要求1至3中任一项所述的形状测定装置，其中，所述照明部能射出具有100nm以上的波长带宽的照明光。
7.如权利要求1至3中任一项所述的形状测定装置，其中，所述微分算子，具有对所述对象影像的瞩目像素的像素值、于影像取得间隔中较所述对象影像先拍摄的第1参考影像中像素位置与所述瞩目影像一致的像素的周边四像素的像素值、以及于所述影像取得间隔中较所述对象影像后拍摄的第2参考影像中像素位置与所述瞩目影像一致的像素的周边四像素的像素值赋予权重的系数；
所述第1及第2参考影像中的所述周边四像素的像素位置彼此不同。
8.如权利要求7所述的形状测定装置，其中，所述影像取得间隔，较从所述照明部射出的照明光的中心波长区小。
9.一种使用权利要求5所述的形状测定装置进行的影像处理方法，其特征在于，具有：
第1步骤，在以所述移动机构使所述被测定物相对所述摄影装置每移动所述移动节距的同时，从所述多个影像抽出与所述被测定物表面中同一处相符的部分并求出所述抽出的部分的表面高度，以求出所述抽出的部分中所述表面高度的次数分布；
第2步骤，根据所述次数分布算出所述表面高度的机率密度函数，求出所述机率密度函数为最大的所述表面高度作为所述抽出的部分的所述表面高度的真值；以及
第3步骤，根据求出为所述真值的所述表面高度生成所述被测定物表面的影像。
10.一种观察装置，其特征在于，具备：
成像系统，通过将来自被测定物的某一点的光束在成像面聚光于既定区域，以将所述被测定物的像在所述成像面形成；
摄影装置，在所述成像系统的光轴上至所述被测定物的距离不同的多个位置拍摄所述被测定物的像，并就各距离输出所述影像数据；
影像选择部，从自所述摄影装置输出的影像数据中选择至所述被测定物的距离不同的第1影像数据与第2影像数据；
变化信息输出部，输出构成所述影像选择部选择的所述第1影像数据的像素中的各像素与所述第2影像数据的像素的输出变化，该第2影像数据的像素，以与构成所述第1影像数据的各像素的位置对应的构成第2影像数据的像素的位置为中心，位于所述光束聚集的区域内；以及
高度信息决定部，根据来自所述变化信息输出部的输出，从构成所述第1影像数据的像素中特定出作为聚焦位置的像素，根据取得所述第1影像数据时的至所述被测定物的距离，决定与所述特定出的像素对应的所述被测定物表面的高度信息。
11.如权利要求10所述的观察装置，其中，所述变化信息输出部，输出构成所述影像选择部选择的所述第1影像数据的像素中的各像素与所述第2影像数据的像素的输出变化，该第2影像数据的像素，位于与构成所述第1影像数据的各像素的位置对应的构成第2影像数据的像素相邻的位置。
CN201080022193.0A 2009-05-21 2010-05-20 形状测定装置、观察装置及影像处理方法 Active CN102439395B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009-122762 2009-05-21
JP2009122762 2009-05-21
PCT/JP2010/003385 WO2010134343A1 (ja) 2009-05-21 2010-05-20 形状測定装置、観察装置および画像処理方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102439395A CN102439395A (zh) 2012-05-02
CN102439395B true CN102439395B (zh) 2014-05-07

Family

ID=43126034

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201080022193.0A Active CN102439395B (zh) 2009-05-21 2010-05-20 形状测定装置、观察装置及影像处理方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US8675062B2 (zh)
JP (1) JP5500462B2 (zh)
KR (1) KR101283858B1 (zh)
CN (1) CN102439395B (zh)
TW (1) TWI467127B (zh)
WO (1) WO2010134343A1 (zh)

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103907043B (zh) * 2011-10-28 2016-03-02 富士胶片株式会社 摄像方法
US20140125809A1 (en) * 2012-11-02 2014-05-08 Syntronics, Llc Digital ruvis camera
US10509390B2 (en) 2015-02-12 2019-12-17 Glowforge Inc. Safety and reliability guarantees for laser fabrication
WO2016131021A1 (en) 2015-02-12 2016-08-18 Glowforge Inc. Safety and reliability guarantees for laser fabrication
TWI575221B (zh) * 2015-11-20 2017-03-21 財團法人工業技術研究院 表面粗度檢測系統及其方法
WO2018098399A1 (en) 2016-11-25 2018-05-31 Glowforge Inc. Controlled deceleration of moveable components in a computer numerically controlled machine
WO2018098397A1 (en) 2016-11-25 2018-05-31 Glowforge Inc. Calibration of computer-numerically-controlled machine
CN110226137A (zh) 2016-11-25 2019-09-10 格罗弗治公司 借助图像跟踪进行制造
WO2018098393A1 (en) 2016-11-25 2018-05-31 Glowforge Inc. Housing for computer-numerically-controlled machine
WO2018098398A1 (en) 2016-11-25 2018-05-31 Glowforge Inc. Preset optical components in a computer numerically controlled machine
KR20190056613A (ko) 2017-11-17 2019-05-27 김성호 사용자 행동 정보에 기반하여 전자기기를 제어하는 리모컨 및 방법
JP7227604B2 (ja) * 2019-03-20 2023-02-22 株式会社日立ハイテクサイエンス 三次元形状測定方法および三次元形状測定装置
JP7300871B2 (ja) * 2019-04-05 2023-06-30 キヤノンマシナリー株式会社 測定装置および測定方法
US11698622B2 (en) 2021-03-09 2023-07-11 Glowforge Inc. Previews for computer numerically controlled fabrication

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5151609A (en) * 1989-08-02 1992-09-29 Hitachi, Ltd. Method of detecting solid shape of object with autofocusing and image detection at each focus level
US6490541B1 (en) * 1999-06-25 2002-12-03 Mitutoyo Corporation Method and apparatus for visual measurement
CN1880913A (zh) * 2005-03-31 2006-12-20 阿尔卑斯电气株式会社 三维形状测量装置及三维形状测量方法

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1068616A (ja) * 1996-08-28 1998-03-10 Fuji Xerox Co Ltd 形状計測装置
JPH10253346A (ja) * 1997-01-07 1998-09-25 Nikon Corp 非球面形状測定器および非球面光学部材の製造方法
JPH11183147A (ja) * 1997-12-19 1999-07-09 Dainippon Screen Mfg Co Ltd 光学測定装置および光学測定方法
JP4115624B2 (ja) * 1999-04-27 2008-07-09 オリンパス株式会社 ３次元形状測定装置
JP2001066112A (ja) * 1999-06-25 2001-03-16 Mitsutoyo Corp 画像計測方法及び装置
JP4246326B2 (ja) * 1999-08-27 2009-04-02 東レエンジニアリング株式会社 表面形状測定方法及びその装置
US20040131348A1 (en) 2001-03-30 2004-07-08 Kohtaro Ohba Real-time omnifocus microscope camera
JP2003185420A (ja) 2001-10-10 2003-07-03 Murata Mfg Co Ltd 三次元形状測定方法、三次元形状測定装置
JP3861666B2 (ja) 2001-11-15 2006-12-20 セイコーエプソン株式会社 形状測定方法及び装置
CN1293362C (zh) * 2001-12-31 2007-01-03 沈阳同联集团高新技术有限公司 投影莫尔条纹三维表面形状测量的方法和装置
JP3907518B2 (ja) 2002-05-13 2007-04-18 株式会社神戸製鋼所 形状測定装置
JP2007114071A (ja) * 2005-10-20 2007-05-10 Omron Corp 三次元形状計測装置、プログラム、コンピュータ読み取り可能な記録媒体、及び三次元形状計測方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5151609A (en) * 1989-08-02 1992-09-29 Hitachi, Ltd. Method of detecting solid shape of object with autofocusing and image detection at each focus level
US6490541B1 (en) * 1999-06-25 2002-12-03 Mitutoyo Corporation Method and apparatus for visual measurement
CN1880913A (zh) * 2005-03-31 2006-12-20 阿尔卑斯电气株式会社 三维形状测量装置及三维形状测量方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JP特开2000-310518A 2000.11.07
JP特开平10-68616A 1998.03.10
王小霞等.干涉显微镜在超精密测量中的应用①.《佳木斯大学学报（自然科学版）》.1999,第17卷(第4期),第420-424页. *

Also Published As

Publication number Publication date
WO2010134343A1 (ja) 2010-11-25
JPWO2010134343A1 (ja) 2012-11-08
US20120120232A1 (en) 2012-05-17
US8675062B2 (en) 2014-03-18
JP5500462B2 (ja) 2014-05-21
KR20120025542A (ko) 2012-03-15
TW201122414A (en) 2011-07-01
KR101283858B1 (ko) 2013-07-08
CN102439395A (zh) 2012-05-02
TWI467127B (zh) 2015-01-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102439395B (zh) 形状测定装置、观察装置及影像处理方法
US10466462B2 (en) Phase-contrast microscope and imagine method
US11808929B2 (en) Quantitative phase image generating method, quantitative phase image generating device, and program
CN107003229B (zh) 包括全息确定生物粒子的位置的分析方法及相应的设备
CN110214290A (zh) 显微光谱测量方法和系统
TWI636231B (zh) 物體表面或內部光反射介面三維形貌偵測光學系統與方法
KR20100087103A (ko) 주기적 패턴 조명과 ｔｄｉ를 구비한 이미지 측정 시스템
US11449964B2 (en) Image reconstruction method, device and microscopic imaging device
US20110025837A1 (en) method of imaging a sample
JP7568639B2 (ja) 設定可能焦点オフセットによって試料表面を追跡するための自動焦点調節システム
JP6513507B2 (ja) 位相差顕微鏡および撮像方法
KR101921762B1 (ko) 높이 측정 방법 및 높이 측정 장치
US20170108682A1 (en) Confocal microscope with aperture correlation
CN104049338A (zh) 数字显微镜装置、寻找其聚焦位置的方法、及程序
JP2016099592A (ja) 位相差顕微鏡
JP6594223B2 (ja) 位相差顕微鏡および撮像方法
CN110567959B (zh) 一种自适应像差校正图像扫描显微成像方法
JP6363477B2 (ja) ３次元形状測定装置
JP2006293219A (ja) 走査型共焦点顕微鏡および試料情報測定方法
Heikkinen et al. Remote surface motion measurements using defocused speckle imaging
JP2016224412A (ja) 空間光変調器の制御装置及び制御方法
KR20180104041A (ko) 세포 관찰 장치 및 방법
JP2007286147A (ja) 赤外顕微鏡
JP2024128350A (ja) 生体試料の線維化評価方法
JP5331601B2 (ja) 光学的計測装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant