JP2023136296A - 表面形状測定装置及び表面形状測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】設置スペース及び装置のコストの増大を抑止しつつ、精度の高い全焦点画像を得ることができる表面形状測定装置及び表面形状測定方法を提供する。【解決手段】表面形状測定装置は、光学ヘッドにより取得された観察画像を撮影するカメラと、光学ヘッドを測定対象物に対して垂直な走査方向に相対的に走査する走査部と、カメラが撮影した観察画像から測定対象物の三次元形状情報を演算する演算部と、カメラが撮影した観察画像における画素ごとの合焦度に基づいて全焦点画像を生成する全焦点画像生成部と、三次元形状情報に基づいて全焦点画像における各画素の測定対象物の表面に対する法線ベクトルを求め、法線ベクトルに応じて全焦点画像における各画素の輝度値を補正する補正部と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は表面形状測定装置及び表面形状測定方法に関する。

フォーカスバリエーション（Focus Variation：ＦＶ）方式の顕微鏡、共焦点方式の顕微鏡、白色干渉方式の顕微鏡、及びオートフォーカス（Auto Focus：ＡＦ）装置等の走査型の測定装置を用いて、測定対象物の測定面の三次元形状情報及び／又は全焦点画像を取得することで、測定対象物の表面形状を測定する方法が知られている（特許文献１から３参照）。このような測定装置では、カメラ付きの顕微鏡を走査方向に沿って走査しながら一定のピッチごとにカメラにより測定面を撮影し、ピッチごとの観察画像に基づき、各観察画像の画素ごとに合焦度（顕微鏡の焦点位置）を演算或いは画素ごとに高さ情報を演算することで、測定面の三次元形状を測定する。

また、全焦点画像からは表面の色見や反射率の違いから三次元形状からは判断できない表面の情報を得ることができる。

特開２０１６－９９２１３号公報 特開２０１５－８４０５６号公報 特開２０１６－９０５２０号公報

しかしながら、全焦点画像を取得する際には同軸落射照明を用いるため、光軸に対する測定対象物の表面の傾きが視野内で変化していると、全焦点画像に対して明るさの変化として記録される。そのため、従来の方法では測定対象物の真の表面の様子を観察できなかった。

したがって、従来のＦＶ方式、白色干渉方式、又はレーザー共焦点方式の測定装置では全焦点画像が傾きによる輝度変化を含むことを避けるのは困難であった。

そのため、画像による評価用に別のステーションを用意し、無影灯のような特別な照明系を用意して撮像することによって、測定対象物真の表面の情報を得る必要があった。

一方で、別のステーションを用意する必要があるため、（１）撮影された画像と三次元形状情報との位置整合の誤差が大きい、また（２）設置スペースや装置のコストが大きいという問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、設置スペース及び装置のコストの増大を抑止しつつ、精度の高い全焦点画像を得ることができる表面形状測定装置及び表面形状測定方法を提供することを目的とする。

第１態様の光学ヘッドを測定対象物に対して垂直方向に相対的に走査しながら測定対象物の観察画像を取得する表面形状測定装置は、光学ヘッドにより取得された観察画像を撮影するカメラと、光学ヘッドを測定対象物に対して垂直な走査方向に相対的に走査する走査部と、カメラが撮影した観察画像から測定対象物の三次元形状情報を演算する演算部と、カメラが撮影した観察画像における画素ごとの合焦度に基づいて全焦点画像を生成する全焦点画像生成部と、三次元形状情報に基づいて全焦点画像における各画素の測定対象物の表面に対する法線ベクトルを求め、法線ベクトルに応じて全焦点画像における各画素の輝度値を補正する補正部と、を備える。

第２態様の表面形状測定装置において、補正部は、法線ベクトルと光学ヘッドの測定光軸との成す角とに基づいて、全焦点画像における各画素の輝度値を補正する。

第３態様の表面形状測定装置において、各画素における法線の法線ベクトルをｎ（ｘ，ｙ）とし、測定光軸の光軸ベクトルをＶ_Lとし、傾斜角をθ_n（ｘ，ｙ）とした場合、補正部は、次式を用いて各画素の傾斜角を算出する。
θ_n（ｘ，ｙ）＝ｃｏｓ^-1（Ｖ_L・ｎ（ｘ，ｙ））

第４態様の表面形状測定装置において、各画素の法線ベクトルｎ（ｘ，ｙ）は、算出対象の各画素を挟んで第１方向に並んで隣接する画素の座標をＰ₁［ｘ＋１，ｙ，ｚ（ｘ＋１，ｙ）］^T、及びＰ₂［ｘ－１，ｙ，ｚ（ｘ－１，ｙ）］^Tとし、算出対象の各画素を挟んで第１方向に直交する第２方向に並んで隣接する画素の座標をＰ₃［ｘ，ｙ＋１，ｚ（ｘ，ｙ＋１）］^T、及びＰ₄［ｘ，ｙ－１，ｚ（ｘ，ｙ－１）］^Tとし、Ｐ₁とＰ₂とを結ぶベクトルをｄ_xとし、Ｐ₃とＰ₄とを結ぶベクトルをｄ_yとした場合、補正部は、次式を用いて各画素の法線ベクトルｎ（ｘ，ｙ）を算出する。
ｄ_x＝［ｘ＋１，ｙ，ｚ（ｘ＋１，ｙ）］^T－［ｘ－１，ｙ，ｚ（ｘ－１，ｙ）］^T
ｄ_y＝［ｘ，ｙ＋１，ｚ（ｘ，ｙ＋１）］^T－［ｘ，ｙ－１，ｚ（ｘ，ｙ－１）］^T
ｎ（ｘ，ｙ）＝（ｄ_x／｜ｄ_x｜）×（ｄ_y／｜ｄ_y｜）

第５態様の表面形状測定装置において、各画素の輝度値をＩ_org（ｘ，ｙ）とし、各画素の補正後の補正輝度値をＩ_comp（ｘ，ｙ）とした場合、補正部は、次式を用いて各画素の補正輝度値を算出する。
Ｉ_comp（ｘ，ｙ）＝Ｉ_org（ｘ，ｙ）／αｃｏｓβ（θ_n（ｘ，ｙ））
ここで、α及びβは係数である。

第６態様の表面形状測定装置において、光学ヘッドは白色干渉方式、レーザー共焦点方式、又は合焦点方式のいずれかの方式の顕微鏡である。

第７態様の光学ヘッドを測定対象物に対して垂直方向に相対的に走査しながら測定対象物の観察画像を取得する表面形状測定方法は、光学ヘッドを測定対象物に対して垂直な走査方向に相対的に走査しながら、光学ヘッドに備えられるカメラで観察画像を撮影する撮影工程と、カメラが撮影した観察画像から測定対象物の三次元形状情報を演算する演算工程と、カメラが撮影した観察画像における画素ごとの合焦度に基づいて全焦点画像を生成する全焦点画像生成工程と、三次元形状情報に基づいて全焦点画像における各画素の測定対象物の表面に対する法線ベクトルを求め、法線ベクトルに応じて全焦点画像における各画素の輝度値を補正する補正工程と、を備える。

本発明によれば、設置スペース及び装置のコストの増大を抑止しつつ、精度の高い全焦点画像を得ることができる。

図１は表面形状測定装置の概略構成を示す図である。 図２は制御装置のハードウェア構成の一例を示す図である。 図３は演算部による測定対象物の測定面の三次元形状の演算を説明するための説明図である。 図４は全焦点画像の一例を示す図である。 図５は輝度値の補正の手順を示すフローチャートである。 図６は法線の求め方を説明するための図である。 図７は輝度値を補正した後の全焦点画像の一例を示す図である。

以下、添付図面にしたがって本発明の好ましい実施の形態について説明する。
［表面形状測定装置］
図１は、表面形状測定装置１の概略構成を示す図である。なお、図中の互いに直交するＸＹＺ方向のうち、ＸＹ方向は水平方向であり、Ｚ方向は上下方向（垂直方向）である。

図１に示すように、本実施の形態の表面形状測定装置１は、大別して光学ヘッド１０、ステージ１１、駆動機構１６及び制御装置１８を備える。

光学ヘッド１０は、いわゆるＦＶ方式（合焦点方式）の顕微鏡で構成され、焦点位置を変えながら測定対象物Ｗの観察画像を撮影する。図１に示すように、本実施の形態の光学ヘッド１０は、光源部１２、照明光学系１３、結像光学系１４、及びカメラ１５を備える。

光源部１２は、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、水銀ランプ、キセノンランプ、または発光ダイオード（light emitting diode：ＬＥＤ）などが用いられる。

照明光学系１３は、照明レンズ２０、ビームスプリッタ２１、及び対物レンズ２３を備える。光源部１２から放射された光（照明光）は、照明レンズ２０、ビームスプリッタ２１、及び対物レンズ２３を介して、ステージ１１に載置された測定対象物Ｗに照射される。照明光は、光源部１２からライドガイドを用いて照明光学系１３に導く構成とすることもできる。

結像光学系１４は、対物レンズ２３、ビームスプリッタ２１及び結像レンズ２４を備える。ビームスプリッタ２１、及び対物レンズ２３は、照明光学系１３と共用される。測定対象物Ｗで反射された光は、対物レンズ２３、ビームスプリッタ２１及び結像レンズ２４を介して、カメラ１５に入射する。

カメラ１５は、撮像素子を有し、測定対象物Ｗの像を電子的に撮像する。撮像素子には、たとえば、ＣＭＯＳイメージセンサ（complementary metal oxide semiconductor image sensor）、ＣＣＤイメージセンサ（charge-coupled device image sensor）等が用いられる。カメラ１５で撮影された観察画像は、制御装置１８に出力される。

ステージ１１は、測定対象物Ｗを載置する載置面１１ａを有する。載置面１１ａは、平坦な面で構成され、測定の基準面を構成する。具体的には、載置面１１ａにＸ軸及びＹ軸が設定される。Ｘ軸及びＹ軸は、互いに直交する２軸として設定される。

駆動機構１６は、光源部１２、照明光学系１３、結像光学系１４及びカメラ１５を測定光軸に沿って一体的に移動させて、焦点位置を可変させる。測定光軸は、ステージ１１の載置面１１ａに直交して設定される。したがって、光源部１２、照明光学系１３、結像光学系１４及びカメラ１５は、ステージ１１の載置面１１ａに対し、垂直に移動する。測定光軸と平行な軸をＺ軸とする。

駆動機構１６は、本発明の走査部に相当する。駆動機構１６は、公知のリニアモータ或いはモータ駆動機構により構成される。駆動機構１６は、光学ヘッド１０を垂直な走査方向（光学ヘッド１０の測定光軸）であるＺ方向に、測定対象物Ｗに対して相対的に走査自在に保持する。駆動機構１６は、制御装置１８の制御の下、測定対象物Ｗに対して光学ヘッド１０を、設定された走査速度及び走査方向の範囲で、相対的に移動させる。

なお、駆動機構１６は、測定対象物Ｗに対して光学ヘッド１０を走査方向に相対的に走査可能であればよく、例えば、測定対象物Ｗを支持するステージ１１を走査方向に走査させてもよい。

操作部１７は、光学ヘッド１０を操作するための各種操作ボタン類を有し、ユーザからの操作入力を受け付ける。各種操作ボタン類には、タッチパネルが含まれる。

制御装置１８は、光学ヘッド１０を含む表面形状測定装置１の全体の動作を統括制御する。具体的には、光源部１２に対する発光制御、カメラ１５に対する撮影制御、駆動機構１６に対する駆動制御（送り制御）等を行う。制御装置１８は、コンピュータで構成される。すなわち、コンピュータが、所定のプログラムを実行することにより、制御装置１８として機能する。この制御装置１８は、各種のプロセッサ（Processor）及びメモリ等から構成された演算回路を備える。各種のプロセッサには、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、及びプログラマブル論理デバイス［例えばＳＰＬＤ（Simple Programmable Logic Devices）、ＣＰＬＤ（Complex Programmable Logic Device）、及びＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Arrays）］等が含まれる。

図２は、実施形態の制御装置１８の機能ブロック図である。図２に示すように、制御装置１８には、光学ヘッド１０の各部（光源部１２及びカメラ１５）、駆動機構１６、操作部１７が接続されている。

制御装置１８は、不図示の記憶部から読み出した不図示の制御プログラムを実行することで、測定制御部１００及び信号処理部１０２として機能する。信号処理部１０２は、演算部１０４、全焦点画像生成部１０６及び補正部１０８等を備える。

測定制御部１００は、駆動機構１６、光源部１２、及びカメラ１５を制御して、ＦＶ方式のアルゴリズムを適用し測定対象物Ｗの測定面の表面形状を測定する。具体的には測定制御部１００は、光源部１２からの測定光の出射を開始させた後、駆動機構１６を制御して光学ヘッド１０をＺ方向に走査させる。また、測定制御部１００は、駆動機構１６が光学ヘッド１０をＺ方向に走査する間、光学ヘッド１０がＺ方向に一定のピッチだけ移動するごとに、カメラ１５による測定対象物Ｗの観察画像の撮影及び制御装置１８への観察画像の出力を繰り返し実行させる。

図３は、信号処理部１０２の演算部１０４による測定対象物Ｗの三次元形状の演算を説明するための説明図である。なお、図３では、各観察画像３０内の各画素の区別を容易にするため、各画素をチェッカパターン状（市松模様状）に表している。

演算部１０４は、カメラ１５が撮像を行うごとに、このカメラ１５から出力される観察画像３０を取得する。次いで、演算部１０４は、カメラ１５から取得した各観察画像３０の画素ごとに、合焦度（コントラスト、シャープネス）を演算する。例えば演算部１０４は、合焦度を演算する画素を着目画素３２とし、この着目画素３２の輝度値と、着目画素３２を基準とする合焦度計算範囲３４内の各画素の輝度値と、に基づき、公知の方法で合焦度を演算する。演算部１０４は、合焦度の演算処理を各観察画像３０の全ての画素について繰り返し実行することで、各観察画像３０の画素ごとの合焦度を演算する。

演算部１０４は、合焦度の演算後、図中の直線ＺＬで示すように各観察画像３０の同一座標の画素ごと（カメラ１５の撮像素子の画素ごと）の合焦度を比較して、同一座標の画素ごとに合焦度が最大になるＺ方向位置を決定する。そして、演算部１０４は、同一座標の画素ごとに測定対象物Ｗの測定面に対するカメラ１５の焦点位置を決定することで、測定対象物Ｗの測定面の三次元形状（高さ分布）を演算する。なお、ＦＶ方式での測定対象物Ｗの測定面の三次元形状の演算についても公知技術であるので、ここでは詳細な説明は省略する。

全焦点画像生成部１０６は、カメラ１５が撮影した観察画像３０における画素ごとの合焦度に基づいて全焦点画像を生成する。全焦点画像生成部１０６は、最もコントラストが高くなる画素、すなわち、焦点が合っている画素を抽出するので、全焦点画像は、全面に焦点の合った画像を構成する。また、全焦点画像は、画素ごとに測定対象物Ｗの反射光の信号強度に対応する輝度値、及びＲＧＢで表現される色情報を含む。全焦点画像は、公知技術であるので、ここでは詳細な説明は省略する。

図４は、全焦点画像生成部１０６で生成された全焦点画像５０の一例を示す図である。図４に示すように、全焦点画像５０は表面の色見や反射率の違いに基づいて、三次元形状情報からは判断できない表面の情報、例えば（１）メッキの状態、（２）コーティングへの不純物混入、（３）薬品による表面の腐食などを評価できる。

しかしながら、既述したように、全焦点画像５０を取得する際には同軸落射照明を用いるため、測定光軸に対する測定対象物Ｗの表面の傾きが視野内で変化していると、全焦点画像５０に対して明るさ（輝度）の変化として記録される。そのため、従来の方法では真の表面の様子を観察できなかった。全焦点画像５０のなかでも、測定対象物Ｗの傾斜面５２に相当する部分では、全焦点画像５０の輝度値が小さい暗部となり、全焦点画像５０からだけでは、測定対象物Ｗの表面の情報を得ることは難しい。

そこで、表面形状測定装置１は三次元形状情報から得られる測定対象物の表面の傾きを用いて、反射強度の変化を補正することにより、可能な限り真の表面の情報を得るようにするものである。実施形態では、信号処理部１０２の補正部１０８が、演算部１０４が取得した各画素の三次元形状情報に基づいて、各画素の測定対象物Ｗの表面に対する法線ベクトルを求め、法線ベクトルに応じて全焦点画像における各画素の輝度値を補正する。

次に、補正部１０８が、測定対象物Ｗの表面の法線ベクトル応じて、輝度値を補正する方法を説明する。

図５は輝度値の補正の手順を示すフローチャートであり、図６は法線の求め方を説明するための図である。図５に示すように、最初に各画素の法線ベクトルを求め（ステップＳ１）、次に各法線ベクトルと測定光軸の光軸ベクトルとの成す角を求め（ステップＳ２）、最後に全焦点画像の輝度値を補正する（ステップＳ３）。次にそれぞれのステップについて説明する。

ステップＳ１では、補正部１０８が、演算部１０４により演算された三次元形状情報［ｘ，ｙ，ｚ（ｘ，ｙ）］から、各画素に対応した法線ベクトルｎ（ｘ，ｙ）＝［ｎ_x（ｘ，ｙ），ｎ_y（ｘ，ｙ），ｎ_z（ｘ，ｙ）］^Tを求める。

６Ａに示すように、法線ベクトルを求めたい算出対象の画素Ｐ［ｘ，ｙ］に着目する。画素Ｐを挟んでＸ方向（第１方向）に並んで隣接する２つの画素Ｐ₁及びＰ₂を選択し、座標をＰ₁［ｘ＋１，ｙ，ｚ（ｘ＋１，ｙ）］^T、及びＰ₂［ｘ－１，ｙ，ｚ（ｘ－１，ｙ）］^Tとする。６Ａに示すように、画素Ｐ₁、Ｐ及びＰ₂はＸ方向（第１方向）に沿って直線状に並んでいる。

また、画素Ｐを挟んでＸ方向（第１方向）に直交するＹ方向（第２方向）に並んで隣接する画素Ｐ₃及びＰ₄を選択し、座標をＰ₃［ｘ，ｙ＋１，ｚ（ｘ，ｙ＋１）］^T、及びＰ₄［ｘ，ｙ－１，ｚ（ｘ，ｙ－１）］^Tとする。６Ａに示すように、画素Ｐ₃、Ｐ及びＰ₄はＹ方向（第２方向）に沿って直線状に並んでいる。

画素Ｐ₁と画素Ｐ₂とを結ぶベクトルをｄ_xとし、画素Ｐ₃と画素Ｐ₄とを結ぶベクトルをｄ_yとすると、ベクトルｄ_x及びベクトルｄ_yは、下記の式（１）及び式（２）式で表される。
ｄ_x＝［ｘ＋１，ｙ，ｚ（ｘ＋１，ｙ）］^T－［ｘ－１，ｙ，ｚ（ｘ－１，ｙ）］^T・・・（１）
ｄ_y＝［ｘ，ｙ＋１，ｚ（ｘ，ｙ＋１）］^T－［ｘ，ｙ－１，ｚ（ｘ，ｙ－１）］^T・・・（２）
注目画素である画素Ｐ［ｘ，ｙ］に対応する法線ベクトルｎ（ｘ，ｙ）はベクトルｄ_x及びベクトルｄ_yに直交するベクトルであるから、補正部１０８は、外積を使って下記の式（３）により、法線ベクトルｎ（ｘ，ｙ）を算出する。
ｎ（ｘ，ｙ）＝（ｄ_x／｜ｄ_x｜）×（ｄ_y／｜ｄ_y｜）・・・（３）
上述の算出方法は、着目した画素Ｐ［ｘ，ｙ］の法線ベクトルを、隣接する画素（（画素Ｐ₁及び画素Ｐ₂）（画素Ｐ₃及び画素Ｐ₄））の差分に基づいて近似的に算出する。

６Ｂは、各画素Ｐ［ｘ，ｙ］について、補正部１０８が算出した法線ベクトルを示した図である。６Ｂに示すように、各画素Ｐ［ｘ，ｙ］の法線ベクトルｎ（ｘ，ｙ）を隣接する画素から算出することができる。

図５に戻り、ステップＳ２では、補正部１０８が、算出された各画素Ｐ［ｘ，ｙ］の法線ベクトルをｎ（ｘ，ｙ）とし、測定光軸の光軸ベクトルをＶ_Lとし、法線ベクトルｎ（ｘ，ｙ）と光軸ベクトルＶ_Lとの傾斜角をθ_n（ｘ，ｙ）とした場合、以下の式（４）により、傾斜角θ_n（ｘ，ｙ）を算出する。
θ_n（ｘ，ｙ）＝ｃｏｓ^-1（Ｖ_L・ｎ（ｘ，ｙ））・・・（４）

ステップＳ３では、補正部１０８が、各画素Ｐ［ｘ，ｙ］の輝度値をＩ_org（ｘ，ｙ）とし、各画素Ｐ［ｘ，ｙ］の補正後の補正輝度値をＩ_comp（ｘ，ｙ）とした場合、下記式（５）を用いて各画素Ｐ［ｘ，ｙ］の補正輝度値を算出する。
Ｉ_comp（ｘ，ｙ）＝Ｉ_org（ｘ，ｙ）／αｃｏｓβ（θ_n（ｘ，ｙ））・・・（５）
ここで、α、βは光学系に依存した係数であり、使用する表面形状測定装置１又は全焦点画像の取得方法に応じて調整される値である。基本的には、α、βは一旦設定されると、測定の度ごとに調整する必要はない。

式（５）に示すように、画素Ｐ［ｘ，ｙ］の法線ベクトルｎ（ｘ，ｙ）と測定光軸の光軸ベクトルＶ_Lとの成す角が０°、すなわち法線ベクトルｎ（ｘ，ｙ）と光軸ベクトルＶ_Lとが一致する場合、ｃｏｓ（θ_n（ｘ，ｙ））＝１となる。その結果、輝度値Ｉ_org（ｘ，ｙ）は、傾斜角θ_nに大きく影響されることなく、光学系に依存した係数αに基づいて補正輝度値Ｉ_comp（ｘ，ｙ）として算出される。

法線ベクトルｎ（ｘ，ｙ）と測定光軸の光軸ベクトルＶ_Lとの成す角が大きくなるにしたがい、ｃｏｓ（θ_n（ｘ，ｙ））は小さくなる。その結果、法線ベクトルｎと光軸ベクトルの成す角が０°（ｃｏｓ（θ_n（ｘ，ｙ））＝１）の場合と比較して、輝度値Ｉ_org（ｘ，ｙ）は傾斜角θの影響を受け、輝度値を増加する方向の補正輝度値Ｉ_comp（ｘ，ｙ）が算出される。

なお、補正部１０８は、必要に応じて、補正輝度値Ｉ_comp（ｘ，ｙ）を、輝度値を低減する方向の補正輝度として算出する場合もある。

図７は、補正部１０８で補正された補正後の全焦点画像５０Ａの一例を示す図である。図７に示すように、傾斜面５２において、補正前の全焦点画像５０（図４参照）と比較すると、暗部の輝度値を引き上げる補正がなされている。その結果、補正後の全焦点画像５０Ａでは丸印で囲んだ領域でメッキ剥がれが視認できる状態であることが理解できる。

実施形態の表面形状測定装置１は、補正部１０８により、三次元形状情報に基づいて全焦点画像における各画素の測定対象物Ｗの表面に対する法線ベクトルを求め、法線ベクトルに応じて全焦点画像における各画素の輝度値を補正することにより、設置スペース及び装置のコストの増大を抑止しつつ、精度の高い全焦点画像を得ることができる。

光学ヘッド１０が合焦点方式の顕微鏡で構成される場合を例示したが、白色干渉方式、又はレーザー共焦点方式の顕微鏡で構成される場合でもよい。

１…表面形状測定装置、１０…光学ヘッド、１１…ステージ、１１ａ…載置面、１２…光源部、１３…照明光学系、１４…結像光学系、１５…カメラ、１６…駆動機構、１７…操作部、１８…制御装置、２０…照明レンズ、２１…ビームスプリッタ、２３…対物レンズ、２４…結像レンズ、３０…観察画像、３２…着目画素、３４…合焦度計算範囲、５０…全焦点画像、５０Ａ…全焦点画像、５２…傾斜面、１００…測定制御部、１０２…信号処理部、１０４…演算部、１０６…全焦点画像生成部、１０８…補正部

Claims (7)

1. 光学ヘッドを測定対象物に対して垂直方向に相対的に走査しながら前記測定対象物の観察画像を取得する表面形状測定装置であって、
   前記光学ヘッドにより取得された前記観察画像を撮影するカメラと、
   前記光学ヘッドを前記測定対象物に対して垂直な走査方向に相対的に走査する走査部と、
   前記カメラが撮影した前記観察画像から前記測定対象物の三次元形状情報を演算する演算部と、
   前記カメラが撮影した前記観察画像における画素ごとの合焦度に基づいて全焦点画像を生成する全焦点画像生成部と、
   前記三次元形状情報に基づいて前記全焦点画像における各画素の前記測定対象物の表面に対する法線ベクトルを求め、前記法線ベクトルに応じて前記全焦点画像における各画素の輝度値を補正する補正部と、
   を備える、表面形状測定装置。
2. 前記補正部は、前記法線ベクトルと前記光学ヘッドの測定光軸との成す角とに基づいて、前記全焦点画像における各画素の輝度値を補正する請求項１に記載の表面形状測定装置。
3. 各前記画素における法線の法線ベクトルをｎ（ｘ，ｙ）とし、前記測定光軸の光軸ベクトルをＶ_Lとし、傾斜角をθ_n（ｘ，ｙ）とした場合、前記補正部は、次式を用いて各前記画素の前記傾斜角を算出する、
   請求項２に記載の表面形状測定装置。
   θ_n（ｘ，ｙ）＝ｃｏｓ^-1（Ｖ_L・ｎ（ｘ，ｙ））
4. 各前記画素の前記法線ベクトルｎ（ｘ，ｙ）は、算出対象の各前記画素を挟んで第１方向に並んで隣接する画素の座標をＰ₁［ｘ＋１，ｙ，ｚ（ｘ＋１，ｙ）］^T、及びＰ₂［ｘ－１，ｙ，ｚ（ｘ－１，ｙ）］^Tとし、算出対象の各前記画素を挟んで前記第１方向に直交する第２方向に並んで隣接する画素の座標をＰ₃［ｘ，ｙ＋１，ｚ（ｘ，ｙ＋１）］^T、及びＰ₄［ｘ，ｙ－１，ｚ（ｘ，ｙ－１）］^Tとし、前記Ｐ₁と前記Ｐ₂とを結ぶベクトルをｄ_xとし、前記Ｐ₃と前記Ｐ₄とを結ぶベクトルをｄ_yとした場合、前記補正部は、次式を用いて各前記画素の前記法線ベクトルｎ（ｘ，ｙ）を算出する、
   請求項３に記載の表面形状測定装置。
   ｄ_x＝［ｘ＋１，ｙ，ｚ（ｘ＋１，ｙ）］^T－［ｘ－１，ｙ，ｚ（ｘ－１，ｙ）］^T
   ｄ_y＝［ｘ，ｙ＋１，ｚ（ｘ，ｙ＋１）］^T－［ｘ，ｙ－１，ｚ（ｘ，ｙ－１）］^T
   ｎ（ｘ，ｙ）＝（ｄ_x／｜ｄ_x｜）×（ｄ_y／｜ｄ_y｜）
5. 各前記画素の前記輝度値をＩ_org（ｘ，ｙ）とし、各前記画素の補正後の補正輝度値をＩ_comp（ｘ，ｙ）とした場合、前記補正部は、次式を用いて各前記画素の前記補正輝度値を算出する、
   請求項３又は４に記載の表面形状測定装置。
   Ｉ_comp（ｘ，ｙ）＝Ｉ_org（ｘ，ｙ）／αｃｏｓβ（θ_n（ｘ，ｙ））
   ここで、α及びβは係数
6. 前記光学ヘッドは白色干渉方式、レーザー共焦点方式、又は合焦点方式のいずれかの方式の顕微鏡である、
   請求項１から５のいずれか１項に記載の表面形状測定装置。
7. 光学ヘッドを測定対象物に対して垂直方向に相対的に走査しながら前記測定対象物の観察画像を取得する表面形状測定方法であって、
   前記光学ヘッドを前記測定対象物に対して垂直な走査方向に相対的に走査しながら、前記光学ヘッドに備えられるカメラで前記観察画像を撮影する撮影工程と、
   前記カメラが撮影した前記観察画像から前記測定対象物の三次元形状情報を演算する演算工程と、
   前記カメラが撮影した前記観察画像における画素ごとの合焦度に基づいて全焦点画像を生成する全焦点画像生成工程と、
   前記三次元形状情報に基づいて前記全焦点画像における各画素の前記測定対象物の表面に対する法線ベクトルを求め、前記法線ベクトルに応じて前記全焦点画像における各画素の輝度値を補正する補正工程と、
   を備える、表面形状測定方法。

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