JP4522668B2

JP4522668B2 - 画像処理装置

Info

Publication number: JP4522668B2
Application number: JP2003158365A
Authority: JP
Inventors: 一仁堀内; 俊輔倉田
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2002-06-03
Filing date: 2003-06-03
Publication date: 2010-08-11
Anticipated expiration: 2023-06-03
Also published as: JP2004062167A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被写体に対して合焦した画像を取得する画像処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、液晶ディスプレイ（以下、ＬＣＤと省略する）又はプラズマディスプレイパネル（以下、ＰＤＰと省略する）に用いられる大型ガラス基板や半導体ウエハなどは、欠陥検査が行なわれる。これら欠陥検査では、画像処理装置によりＣＤＤカメラなどの撮像装置により大型ガラス基板や半導体ウエハを撮像して画像データを取得する。これら画像データは、欠陥検査の精度を向上させるために大型ガラス基板や半導体ウエハに対して撮像装置を合焦させる必要がある。
【０００３】
合焦画像データの取得方法は、例えば、大型ガラス基板又は半導体ウエハなどの被写体をステージ上に載せ、かつ被写体の上方にＣＣＤカメラを被写体に対して対向配置し、ステージをＺ軸方向に移動させてＣＣＤカメラを被写体に対して合焦される。
【０００４】
例えば、ステージのステップ移動停止毎に、ＣＣＤカメラを撮像動作させて複数の画像データを取得する。
【０００５】
被写体を撮像して取得した画像データのコントラストは、被写体に対して合焦になる程高くなる。このことからステージ・ＣＣＤカメラ制御装置は、取得した複数の画像データから最もコントラストの高い画像データを探索し、当該画像データを取得したときのステージの高さ情報を読み出し、この高さ情報に従ってステージを高さ制御する。これにより、ＣＣＤカメラの合焦位置にステージ上の被写体が合わされて、被写体に対して合焦する画像データが取得される。
【０００６】
ＬＣＤ、ＰＤＰ又は半導体ウエハなどの製造分野では、製造のタクトタイムを短縮したい要求がある。これに伴ってＬＣＤ又はＰＤＰに用いられる大型ガラス基板、半導体ウエハなどの欠陥検査に要する時間も短くすることが要求されている。このため、合焦画像データの取得時間を短縮することが必要である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記方法においてステージ・ＣＣＤカメラ制御装置は、ステージの動作とＣＣＤカメラの撮像動作との確認をしながらステージに対する所定ピッチ毎の移動指令の送出と、ＣＣＤカメラへの撮像指令の送出とを行わなければならない。さらに、これら動作と共にステージ・ＣＣＤカメラ制御装置は、画像データを取り込むなどの処理を行わなければならない。このため、ステージ・ＣＣＤカメラ制御装置は、処理量が膨大になり、複数の画像データを取得するのに時間が掛かる。
【０００８】
そこで本発明は、合焦の被写体画像データを探索するまでの時間を速くできる画像処理装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、被写体を載置するステージと、被写体を撮像する撮像装置と、ステージと撮像装置との間隔を可変する移動制御部と、移動制御部によりステージと撮像装置との間隔を可変させながら所定タイミング毎に撮像装置から被写体の各画像データを取り込み、所定タイミング毎に取り込んだ被写体の各画像データのうちコントラストデータが極大値となる被写体の画像データを合焦と判定する合焦処理装置と、合焦と判定された被写体の画像データを記憶する画像情報メモリと、画像情報メモリに記憶されている合焦と判定された被写体の画像データを表示する表示部とを具備した画像処理装置である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１１】
図１は画像処理装置の構成図である。ＸＹＺステージ１上には、被写体として例えばＬＣＤの大型ガラス基板２が載置されている。
【００１２】
ＸＹＺステージ１は、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向にそれぞれ移動するＸ方向モータ、Ｙ方向モータ、Ｚ方向モータを有する。これらモータは、直流モータ又は交流モータである。これらモータは、等速度駆動とマイクロステップ駆動を可能とする。ＸＹＺステージ１は、移動制御部３から発せられる移動指令を受けて駆動制御される。移動制御部３は、ＸＹＺステージ１に対してＺ方向への上昇又は下降の移動指令を送出する。
【００１３】
ＸＹＺステージ１は、Ｚ方向の移動指令を受けたときのＺ方向モータの駆動により、低速かつ等速で連続し、又は所定ピッチでＺ方向に上昇又は下降する。これと共に移動制御部３は、連続して上昇又は下降するＸＹＺステージ１の高さ情報（Ｚ座標）を認識する。
【００１４】
ＸＹＺステージ１の上方には、観察光学系４を介してＣＣＤカメラ５が設けられている。観察光学系４は、光軸ｐ上に配置する対物レンズ６及び各レンズ７、８を有する。照明装置９から出力される照明光がレンズ１０を介してハーフミラー１１に入射する。ハーフミラー１１は、観察光学系４の光軸ｐ上に設けられている。これにより、照明装置９から出力された照明光は、ハーフミラー１１で下方に反射し、レンズ７、対物レンズ６を通して大型ガラス基板２上に照射される。ＣＣＤカメラ５は、ＸＹＺステージ１上に載置されている大型ガラス基板２を撮像して画像信号を出力する。
【００１５】
合焦処理装置１２には、画像情報メモリ１３、ディスプレイ１４及び主制御部１５が接続されている。合焦処理装置１２は、大型ガラス基板２に対して合焦する動作に第１のモードと第２のモードとを有する。
【００１６】
第１のモードについて説明する。
【００１７】
ＸＹＺステージ１は、図２に示すように等速度で連続してＺ方向に上昇する。合焦処理装置１２は、ＸＹＺステージ１の連続上昇中に、ＣＣＤカメラ５から出力される画像信号を入力し、所定タイミング毎に１枚の静止画像を画像キャプチャで取り込む。合焦処理装置１２は、取り込んだ各静止画像データ（以下、被写体画像データと称する）Ｄ_１、Ｄ_２、…、Ｄｋ、…、Ｄｎ（以下、Ｄｎで示す）を画像情報メモリ１３内の画像キャプチャバッファメモリ領域に順次記憶する。
【００１８】
又、他の方法としては、ＸＹＺステージ１を所定ピッチで上昇させながらＣＣＤカメラ５で取り込まれた画像を所定ピッチのタイミングで画像キャプチャバッファメモリ領域に順次記憶することも可能である。
【００１９】
合焦処理装置１２は、画像キャプチャバッファメモリ領域に各被写体画像データＤｎを逐次記憶する毎に、各被写体画像データＤｎの各コントラストデータＣ_１、Ｃ_２、…、Ｃｋ、…、Ｃｎ（以下、Ｃｎで示す）を作成する。
【００２０】
コントラストデータＣｎの作成は、被写体画像データの全体又は被写体画像データ中の予め設定されたサンプリング領域（サンプリングパターン）から画像の濃淡値をサンプリングして算出する。
【００２１】
図３及び図４はコントラストデータ作成時の濃淡値のサンプリングパターンの一例を示す。図３は被写体画像データＤｎの中央部に「×」形状のサンプリングパターンＳ_１を設定している。図４は被写体画像データＤｎの複数箇所、例えば４箇所に「×」形状のサンプリングパターンＳ_２を設定している。
【００２２】
各サンプリングパターンＳ_１、Ｓ_２を用いるのは、次の理由による。大型ガラス基板２の表面上に欠陥部が存在すると、被写体画像データＤｎ上の濃淡値が正常な大型ガラス基板の画像データの濃淡値と相違する。サンプリングパターン上に欠陥部が存在すると、コントラストデータＣｎは、正確に作成されなくなる。このため、欠陥部の影響を受けないように、各サンプリングパターンＳ_１、Ｓ_２が選択される。
【００２３】
又、図４に示すように被写体画像データＤｎの複数箇所に各サンプリングパターンＳ_２を設定した場合、各サンプリングパターンＳ_２毎に作成された各コントラストデータ毎に重み付けを行ってもよい。
【００２４】
サンプリングパターンは、図３及び図４に限らず、任意のパターン形状で、被写体画像データＤｎ中の任意の位置に設定してよい。なお、コントラストデータＣｎの作成は、各被写体画像データＤｎ毎に全画素の濃淡値に基づいて作成してもよい。コントラストデータの作成は、被写体画像データに対して１つ又は複数のスリットを重ね合わせ、このスリット内の各画素の濃淡値に基づいて作成してもよい。コントラスト作成方法は、どのような方法を用いてもよい。
【００２５】
合焦処理装置１２は、各被写体画像データＤｎの各コントラストデータＣｎを作成すると、これらコントラストデータＣｎのうち最終的に一番大きな最大値（これ以降、極大値と称する）を示すコントラストデータ、例えばコントラストデータＣｋの被写体画像データＤｋを合焦と判定する。
【００２６】
合焦処理装置１２は、極大値を示すコントラストデータＣｋの判定を例えば次の通り行う。被写体画像データＤ_１のコントラストデータＣ_１を作成し、コントラストデータＣ_１を画像情報メモリ１３のコントラストメモリ領域に記憶する。この場合、コントラストデータＣ_１は、被写体画像データＤ_１と対応して画像情報メモリ１３に記憶される。
【００２７】
次に、被写体画像データＤ_２のコントラストデータＣ_２を作成すると、既にコントラストメモリ領域に記憶されている被写体画像データＤ_１のコントラストデータＣ_１と今回記憶したコントラストデータＣ_２とを比較する。
【００２８】
この比較の結果、今回記憶したコントラストデータＣ_２がコントラストデータＣ_１よりも大きければ、コントラストメモリ領域には、今回記憶したコントラストデータＣ_２が極大値として更新される。
【００２９】
これ以降、各被写体画像データＤ_３、…、Ｄｋ、…、Ｄｎが逐次取り込まれる毎に、更新された前回のコントラストデータと今回取り込んだ被写体画像データＤ_３、…、Ｄｋ、…、Ｄｎの各コントラストデータＣ_３、…、Ｃｋ、…、Ｃｎとを比較し、大きいコントラストデータを極大値のコントラストデータとして更新する。
【００３０】
この結果、合焦処理装置１２は、最終的に極大値を示すコントラストデータＣｋを合焦と判定する。
【００３１】
合焦処理装置１２は、被写体画像データＤｋを取り込んだときのＸＹＺステージ１のＺ座標Ｚｋを主制御部１５を通して移動制御部３から認識する。合焦処理装置１２は、認識したＸＹＺステージ１の各Ｚ座標Ｚｋを画像情報メモリ１３のＺ座標メモリ領域に記憶する。
【００３２】
合焦処理装置１２は、最終的に極大値を示すコントラストデータＣｋを合焦と判定すると、コントラストデータＣｋに対応する被写体画像データＤｋを画像キャプチャバッファメモリ領域から読み出してディスプレイ１４に表示出力する。
【００３３】
一方、各被写体画像データＤｎを逐次取り込んで極大値を示すコントラストデータＣｎを探索しても、極大値を示すコントラストデータＣｋの被写体画像データＤｋを探索できないことがある。例えば、次の場合である。
【００３４】
図５に示すようにＸＹＺステージ１のＺ座標が極大値のコントラストデータＣｋの被写体画像データＤｋを得るＺ座標Ｚｋよりも高い位置、例えば被写体画像データＤ_ｎ−３を取り込むＺ座標Ｚ_ｎ−３にある場合である。この場合、ＸＹＺステージ１は、極大値のコントラストデータＣｋを得るＺ座標Ｚｋよりも高いＺ座標Ｚ_ｎ−３から上昇する。このため、作成されるコントラストデータＣ_ｎ−３、Ｃ_ｎ−２、…、Ｃｎは、図６に示すように極大値のコントランスデータＣｋから次第に低下する。
【００３５】
この場合、合焦処理装置１２は、各コントラストデータＣｎが所定回数続けて次第に低下していると、既に極大値のコントランスデータＣｋを過ぎていると判断し、ＸＹＺステージ１の昇降を逆方向、例えば上昇動作から下降動作に変更する。合焦処理装置１２から発せられたＸＹＺステージ１の昇降方向の変更指令は、例えば主制御部１５を通して移動制御部３に送られる。
【００３６】
合焦処理装置１２は、図５に示すようにＸＹＺステージ１の下降動作中に、ＣＣＤカメラ５から出力される画像信号を入力し、所定タイミング毎に１枚の静止画像を画像キャプチャで取り込む。
【００３７】
合焦処理装置１２は、取り込んだ被写体画像データＤｎ、Ｄ_ｎ−１、Ｄ_ｎ−２、Ｄ_ｎ−３、…、Ｄｋに対し上記同様に極大値を更新しながら最終的に極大値を示すコントラストデータＣｋを合焦と判断する。この被写体画像データＤｋを画像キャプチャバッファメモリ領域から読み出してディスプレイ１４に表示する。
【００３８】
一方、合焦処理装置１２は、極大値のコントラストデータＣｋを有する被写体画像データＤｋを取得するのみでなく、極大値のコントラストデータＣｋを有する被写体画像データを含む被写界深度の範囲内で被写体画像データを複数枚取得する。これら被写体画像データは、重ね合わせることにより３次元画像データとしてディスプレイ１４に表示される。
【００３９】
合焦処理装置１２は、同一種類の大型ガラス基板２の欠陥検査を実施する場合、又同一大型ガラス基板２上の他の欠陥箇所を検査する場合、コントラストメモリ領域に記憶されている極大値を示すコントラストデータＣｋに対応するＸＹＺステージ１のＺ座標Ｚｋを読み出し、ＸＹＺステージ１をＺ座標Ｚｋに移動させて合焦画像データを取得できる。
【００４０】
又、合焦処理装置１２は、Ｚ座標Ｚｋを読み出し、Ｚ座標Ｚｋを含むＺ方向に小範囲内でＸＹＺステージ１を連続的に昇降させて、極大値となるコントラストデータＣｋとなる被写体画像データＤｋを取得する。
【００４１】
次に、第２のモードについて説明する。
【００４２】
なお、被写体画像データ、コントラストデータ及びＺ座標は、第１のモードと同じ符号Ｄｎ、Ｃｎ、Ｚｎを用いる。
【００４３】
合焦処理装置１２は、ＸＹＺステージ１を所定ピッチ毎に上昇方向にステップ移動させる。合焦処理装置１２は、ステップ移動毎にＣＣＤカメラ５の撮像により取得される各被写体画像データＤｎを取り込む。合焦処理装置１２は、各被写体画像データＤｎの各コントラストデータＣｎから極大値となるコントラストデータＣｋのＺ座標を求める。
【００４４】
合焦処理装置１２は、極大値のコントラストデータＣｋの座標Ｚｋに基づいてＸＹＺステージ１を合焦を得るＺ座標Ｚｋに移動させる。
【００４５】
ＸＹＺステージ１の移動後、合焦処理装置１２は、ＣＣＤカメラ５の撮像により取得される被写体画像データＤｋを取り込んでディスプレイ１４にリアルタイムで表示出力する。
【００４６】
又、合焦処理装置１２は、極大値のコントラストデータＣｋを有する被写体画像データＤｋを取得する前の初期動作として、ＸＹＺステージ１を下限位置から所定距離だけ上昇させてバックラッシュを取り除いたフォーカス開始位置となる初期位置のＺａ座標に設定する。
【００４７】
主制御部１５は、第１のモード又は第２のモードの設定、第１のモードにおけるＸＹＺステージ１の昇降速度の設定、ＸＹＺステージ１の昇降の開始位置（Ｚ座標）の設定、第２のモードにおけるＸＹＺステージ１のステップ移動のピッチの設定、合焦処理装置１２と移動制御部３との間の各種指令やデータの授受を行う。
【００４８】
次に、上記の如く構成された装置の作用について図８に示す合焦画像取得フローチャートに従って説明する。
【００４９】
主制御部１５は、ステップ＃１において、初期設定を行う。初期設定は、第１のモード又は第２のモードの設定、第１のモードにおけるＸＹＺステージ１の昇降速度の設定、ＸＹＺステージ１の昇降の初期位置（Ｚａ座標）の設定、第２のモードにおけるＸＹＺステージ１のステップ移動のピッチの設定を行う。
【００５０】
次に、主制御部１５は、ステップ＃２において、設定されたモードが第１のモード又は第２のモードであるかを判断する。
【００５１】
先ず、第１のモードが設定されたときの動作について説明する。
【００５２】
主制御部１５は、第１のモードであることを移動制御部３及び合焦処理装置１２に通知する。移動制御部３は、ＸＹＺステージ１に対してＺ方向モータを一定の回転数で駆動させてＸＹＺステージ１をＺ方向に移動させる移動指令を送出する。
【００５３】
ＸＹＺステージ１は、ステップ＃３において、低速かつ等速で連続してＺ方向に例えば上昇の動作を開始する。このとき移動制御部３は、ＸＹＺステージ１を上昇動作させたとき、初期位置のＺａ座標からＸＹＺステージ１の高さ情報（Ｚ座標）を認識する。
【００５４】
これと共にＣＣＤカメラ５は、ＸＹＺステージ１によってＺ方向に連続して上昇中の大型ガラス基板２を撮像して画像信号を出力する。
【００５５】
この状態で、合焦処理装置１２は、ステップ＃４において、図２に示すようにＣＣＤカメラ５により撮像される大型ガラス基板２の静止画を画像キャプチャで所定タイミング毎に逐次取り込み、最初の被写体画像データＤ_１を画像情報メモリ１３の画像キャプチャバッファメモリ領域に記憶する。
【００５６】
次に、合焦処理装置１２は、ステップ＃５において、画像キャプチャバッファメモリ領域に記憶された被写体画像データＤ_１のコントラストデータＣ_１を作成して画像情報メモリ１３のコントラストメモリ領域に記憶する。
【００５７】
次に、合焦処理装置１２は、ステップ＃６において、コントラストデータの更新を行う。ここでは未だ被写体画像データＤ_１のコントラストデータＣ_１のみが記憶されているだけなので、ステップ＃７において、コントラストメモリ領域に記憶しているコントラストデータＣ_１から極大値（合焦）が求められるのかの妥当性を判定する。
【００５８】
コントラストデータの妥当性の判定は、次の通り行なわれる。例えば、ＸＹＺステージ１をＺ方向に上昇させて逐次被写体画像データＤ_１、Ｄ_２、…、Ｄｋ、…、Ｄｎを取り込み、各被写体画像データＤ_１、Ｄ_２、…、Ｄｋ、…、Ｄｎの各コントラストデータＣ_１、Ｃ_２、…、Ｃｋ、…、Ｃｎを作成する。
【００５９】
Ｚ座標に対して各被写体画像データＤ_１、Ｄ_２、…、Ｄｋ、…、Ｄｎの各コントラストデータＣ_１、Ｃ_２、…、Ｃｋ、…、Ｃｎをプロットすると、図６に示すようなコントラスト曲線Ｃが得られる。コントラスト曲線Ｃは、ＸＹＺステージ１のＺ方向への上昇と共に始めは高くなり、極大値を過ぎると低下する山型を示す。
【００６０】
合焦処理装置１２は、コントラスト曲線Ｃの変化が始めは高くなり、極大値を過ぎて下降したコントラストデータＣｎを得たときに、焦点位置に相当する極大値を求めることができるとして妥当性があると判定する。
【００６１】
合焦処理装置１２は、最初の１枚の被写体画像データＤ_１を取り込んだ状態では、比較対象となる前回の被写体画像データがないので、ステップ＃８においてコントラストデータＣ_１に妥当性が無いとして、再びステップ＃４に戻る。
【００６２】
次に、合焦処理装置１２は、ステップ＃４において、上昇動作中であるＸＹＺステージ１上の大型ガラス基板２をＣＣＤカメラ５により撮像したときの静止画を画像キャプチャで取り込み、このときの被写体画像データＤ_２を画像キャプチャバッファメモリ領域に記憶する。
【００６３】
次に、合焦処理装置１２は、ステップ＃５において、画像キャプチャバッファメモリ領域に記憶された被写体画像データＤ_２のコントラストデータＣ_２を作成する。
【００６４】
次に、合焦処理装置１２は、ステップ＃６において、既にコントラストメモリ領域に記憶されている前回の被写体画像データＤ_１のコントラストデータＣ_１と今回取り込んだ被写体画像データＤ_２のコントラストデータＣ_２とを比較する。
【００６５】
この比較の結果、今回取り込んだ被写体画像データＤ_２のコントラストデータＣ_２が前回のコントラストデータＣ_１よりも大きければ、合焦処理装置１２は、コントラストデータＣ_２を極大値のコントラストデータとして認識し、極大値のコントラストデータＣ_２を更新する。
【００６６】
次に、合焦処理装置１２は、ステップ＃７において、再びコントラストデータの妥当性を判定する。２枚の被写体画像データＤ_１、Ｄ_２を取り込んだ状態では、未だコントラスト曲線Ｃの変化は極大値を過ぎて下降しない。従って、合焦処理装置１２は、ステップ＃８においてコントラストデータに妥当性が無いと判定する。
【００６７】
これ以降、合焦処理装置１２は、上記ステップ＃４〜＃８を繰り返し、各被写体画像データＤ_１、Ｄ_２、…、Ｄｋ、…、Ｄｎを逐次取り込んで、極大値のコントラストデータを更新する。
【００６８】
合焦処理装置１２は、ステップ＃６において、前回のコントラストデータと今回のコントラストデータとを比較して、小さくなれば図６に示すコントラスト曲線Ｃの極大値を越えたと判断し、コントラストデータＣｎ中に極大値を示すコントラストデータＣｋを含んでいるとして妥当性有りと判定する。
【００６９】
次に、合焦処理装置１２は、ステップ＃９において、第１のモードであると判断するので、ステップ＃１０に移って、ＸＹＺステージ１のモータを停止させる指令を主制御部１５を通して移動制御部３に送出する。これにより、ＸＹＺステージ１は、Ｚ方向への上昇を停止する。
【００７０】
各被写体画像データＤ_１、Ｄ_２、…、Ｄｋ、…、Ｄｎを逐次取り込んでも、極大値を有するコントラストデータＣｋの被写体画像データＤｋを探索できない場合がある。この場合、合焦処理装置１２は、ステップ＃１１において、ステップ＃６で逐次作成されるコントラストデータＣｎの比較の結果、所定回数続けて低下しているか否かを判断する。
【００７１】
この判断結果、各コントラストデータＣｎが所定回数続けて次第に低下していると、合焦処理装置１２は、既に極大値のコントランスデータＣｋを過ぎていると判断し、ＸＹＺステージ１の昇降を逆方向、例えば上昇動作から下降動作に変更する指令を主制御部１５を通して移動制御部３に送る。
【００７２】
再び、合焦処理装置１２は、最初の探索方向に対して逆方向にステップ＃３を実行の後、ステップ＃４〜＃８を繰り返し、ＸＹＺステージ１の下降中に各被写体画像データＤｎ、…、Ｄｋ、…、Ｄ_２、…、Ｄ_１を逐次取り込み、各被写体画像データＤｎ、…、Ｄｋ、…、Ｄ_２、…、Ｄ_１の各コントラストデータを作成し、極大値のコントラストデータＣｋを判定する。
【００７３】
次に、合焦処理装置１２は、ステップ＃１３において第１のモードであることを判断するので、ステップ＃１４に移って、極大値を示すコントラストデータＣｋの被写体画像データＤｋを画像キャプチャバッファメモリ領域から読み出してディスプレイ１４に表示出力する。
【００７４】
これと共に、合焦処理装置１２は、画像キャプチャバッファメモリ領域から極大値のコントラストデータＣｋを有する被写体画像データＤｋを含む複数枚の被写体画像データを取得する。合焦処理装置１２は、取得した複数枚の被写体画像データを重ね合わせてディスプレイ１４上に３次元画像として表示出力することも可能である。
【００７５】
なお、第１のモードにおいて、ＸＹＺステージ１を低速の等速度で連続的にＺ軸方向に下降させると、観察光学系４を通してＣＣＤカメラ５で撮像する画像の合焦位置は、ＸＹＺステージ１上の大型ガラス基板２の表面に対しＺ方向に移動する。
【００７６】
このようにＸＹＺステージ１をＺ軸方向に移動させながらＣＣＤカメラ５により大型ガラス基板２を撮像すれば、図１０に示すような大型ガラス基板２上の欠陥部２０の各Ｚ位置での各被写体画像データＤ_ａ１、Ｄ_ａ２、Ｄ_ａ３、Ｄ_ａ４を取得できる。なお、取得する被写体画像データの枚数は、任意に設定してよい。
【００７７】
従って、合焦処理装置１２は、各被写体画像データＤ_ａ１、Ｄ_ａ２、Ｄ_ａ３、Ｄ_ａ４の位置合わせを行って重ね合わせて表示することによりエクステンドフォーカスの被写体画像データを作成できる。エクステンドフォーカスの被写体画像データからは、大型ガラス基板２上の欠陥部２０を詳細に観察できる。
【００７８】
次に、第２のモードの動作について説明する。
【００７９】
主制御部１５は、第２のモードであることを移動制御部３及び合焦処理装置１２に通知する。これと共に主制御部１５は、移動制御部３に対して下限位置から所定距離だけＸＹＺステージ１を上昇させてバックラッシュを取り除いた初期位置（Ｚａ座標）に合わせる指令を送出する。
【００８０】
移動制御部３は、ステップ＃１５において、例えばＸＹＺステージ１を上昇させて初期位置のＺａ座標に設定する。
【００８１】
次に、移動制御部３は、ステップ＃１６において、ＸＹＺステージ１に対してＺ方向モータを所定の回転角で１ステップずつステップ回転させる移動指令をＸＹＺステージ１に送出する。これにより、ＸＹＺステージ１は、所定ピッチ毎に上昇方向にステップ移動する。
【００８２】
ＣＣＤカメラ５は、ＸＹＺステージ１のステップ移動毎に、当該ＸＹＺステージ１上に載置されて大型ガラス基板２を撮像して画像信号を出力する。
【００８３】
以下、合焦処理装置１２は、上記同様にステップ＃４〜＃８を繰り返し、ステージ１が所定ピッチだけステップ移動する毎に各被写体画像データＤｎを逐次取り込み、各被写体画像データＤｎの各コントラストデータＣｎを作成する。
【００８４】
合焦処理装置１２は、前回のコントラストデータと今回取り込んだ被写体画像データのコントラストデータＣｎとを比較し、大きい方のコントラストデータＣｎを極大値のコントラストデータＣｎと認識して更新する。
【００８５】
次に、合焦処理装置１２は、上記同様にステップ＃９、＃１１〜＃１３の各処理を実行してステップ＃１７に進む。このときステップ＃９からステップ＃１１に進むのは、ＸＹＺステージ１がＺ方向にステップ移動して停止するからである。
【００８６】
合焦処理装置１２は、ステップ＃１７において、Ｚ座標メモリ領域から極大値のコントラストデータＣｋに対応するＺ座標Ｚｋを読み出し、Ｚ座標Ｚｋを主制御部１５を通して移動制御部３に送出する。
【００８７】
移動制御部３は、ＸＹＺステージ１をＺ座標Ｚｋに移動制御する。このとき、移動制御部３は、図７に示すようにバックラッシュ動作する際に、ＸＹＺステージ１を現在の位置であるＺ座標（Ｚ_ｎ−１又はＺ_ｎ−２）から極大値のコントラストデータＣｋに対応するＺ座標Ｚｋよりも下方に下降させる。
【００８８】
例えば、ＸＹＺステージ１を数ピッチ前のＺ座標Ｚｋ−２又は初期位置Ｚａまで下降させる。この後、再びＸＹＺステージ１を上昇させてバックラッシュを取りＺ座標Ｚｋまで移動させる。ＸＹＺステージ１がＺ座標Ｚｋに設定されると、ＣＣＤカメラ５は大型ガラス基板２を撮像して、合焦の被写体画像データＤｋを取得する。
【００８９】
なお、極大値のコントラストデータＣｋの被写体画像データＤｋを取得するＺ座標ＺｋへのＸＹＺステージ１の移動は、次の方法で行ってもよい。図９に示すように所定ピッチ毎の各Ｚ座標Ｚ_ｎ１、Ｚ_ｎ２、Ｚ_ｎ３、Ｚ_ｎ４と各コントラストデータＣ_ｎ１、Ｃ_ｎ２、Ｃ_ｎ３、Ｃ_ｎ４を作成する。
【００９０】
次に、各コントラストデータＣ_ｎ１、Ｃ_ｎ２、Ｃ_ｎ３、Ｃ_ｎ４の補間曲線Ｈを求める。この補間曲線Ｈから真の極大値のコントラストデータＣｍを推定し、コントラストデータＣｍのＺ座標Ｚｍを求める。かくして移動制御部３は、ＸＹＺステージ１を極大値のコントラストデータＣｍをＺ座標Ｚｍに設定する。
【００９１】
このように各コントラストデータＣ_ｎ１、Ｃ_ｎ２、Ｃ_ｎ３、Ｃ_ｎ４の補間曲線Ｈから真の極大値のコントラストデータＣｍを求めることができる。
【００９２】
真の極大値のコントラストデータＣｍに対応するＺ座標ＺｍにＸＹＺステージ１を設定することにより高精度の合焦が得られる。
【００９３】
ＸＹＺステージ１が極大値のコントラストデータ（Ｃｋ又はＣｍ）に対応するＺ座標（Ｚｋ又はＺｍ）に設定される。このとき、合焦処理装置１２は、ＣＣＤカメラ５から出力される画像信号を取り込んで合焦の被写体画像データＤｋをリアルタイムでディスプレイ１４に表示出力する。
【００９４】
このように上記一実施の形態によれば、第１のモードにおいて、大型ガラス基板２を載置するＸＹＺステージ１を低速かつ等速度で連続的に上昇させ、ＣＣＤカメラ５の撮像により逐次得られる各被写体画像データＤｎから極大値のコントラストデータＣｋを探索して、合焦した被写体画像データＤｋを画像キャプチャバッファメモリから読み出してディスプレイ１４に表示させることができる。
【００９５】
合焦位置への設定では、ＸＹＺステージ１とＣＣＤカメラ５及び合焦処理装置１２との間で互いに動作を確認する必要なく独立して動作できるので、合焦処理装置１２は、極大値のコントラストデータＣｋの被写体画像データＤｋを探索する処理を行うだけで処理量を少なくできる。この結果、極大値を示すコントラストデータＣｋを探索する時間、すなわち合焦の被写体画像データＤｋを探索するまでの時間を速くできる。
【００９６】
又、合焦の被写体画像データＤｋを探索すると、被写体画像データＤｋを画像キャプチャバッファメモリ領域から読み出してディスプレイ１４に表示出力するので、合焦の被写体画像データＤｋを探索した時点で直ぐに当該被写体画像データＤｋをディスプレイ１４で観察できる。この場合、合焦の被写体画像データＤｋが画像キャプチャバッファメモリ領域に記憶されているので、ＸＹＺステージ１がＺ座標Ｚｋよりも上昇した位置にあっても、合焦の被写体画像データＤｋを取得するためにＺ座標Ｚｋに戻る必要がなくなる。ＸＹＺステージ１が戻るに必要な時間も短縮できる。
【００９７】
従って、ＬＣＤ又はＰＤＰに用いられる大型ガラス基板２や半導体ウエハなどの欠陥検査の時間を短くできる。これによってＬＣＤ又はＰＤＰ、半導体ウエハなどの製造のタクトタイムを短縮できる。
【００９８】
逐次取り込んだ各コントラストデータが所定回数続けて次第に低下していると判断すると、既に極大値のコントラストデータＣｋが見つけられないと判断し、ＸＹＺステージ１の昇降を逆方向に変更する。これにより、合焦検索前にＸＹＺステージ１の昇降の開始位置が合焦位置に対して上方又は下方にあっても、確実に極大値のコントラストデータＣｋの被写体画像データＤｋを探索できる。
【００９９】
合焦処理装置１２は、極大値のコントラストデータＣｋの被写体画像データＤｋを含む被写界深度の範囲内で、被写体画像データを複数枚取得する。これら取得した複数の被写体画像データを重ね合われることによりエクステントフォーカスの被写体画像が作成できる。これによって３次元の被写体画像データから大型ガラス基板２又は半導体ウエハなどの層方向の欠陥検査ができる。
【０１００】
又、所定枚数単位で大型ガラス基板２の欠陥検査を実施する場合、最初の１枚目の大型ガラス基板２で既に記憶されている極大値のコントラストデータＣｋに対応するＺ座標ＺｋにＸＹＺステージ１を移動、又はＺ座標Ｚｋを含むＺ方向の小範囲内でＸＹＺステージ１を連続的に昇降させて、極大値となるコントラストデータＣｋとなる被写体画像データＤｋを取得する。これにより、再度極大値のコントラストデータＣｋの被写体画像データＤｋを取得する時間をさらに早くできる。
【０１０１】
一方、第２のモードの場合、ＸＹＺステージ１を所定ピッチ移動する毎にＣＣＤカメラ５から被写体画像データＤｎを画像キャプチャで取り込み、各被写体画像データＤｍのコントラストデータＣｍから極大値のコントラストデータＣｋのＺｋ座標を求め、ＸＹＺステージ１をＺｋ座標位置に移動して合焦させる。
【０１０２】
これにより、ＸＹＺステージ１のステップ移動と、ＣＣＤカメラ５及び合焦処理装置１２における被写体画像データＤｎの取り込む動作とを独立して行うことができ、合焦の被写体画像データＤｋを探索する時間を速くできる。
【０１０３】
極大値のコントラストデータＤｋの被写体画像データＤｋを取得するＺ座標ＺｋにＸＹＺステージ１を移動させ、ＣＣＤカメラ５の撮像により取得される被写体画像データＤｋをディスプレイ１４に表示出力するので、リアルタイムで大型ガラス基板２や半導体ウエハなどの画像を観察できる。
【０１０４】
ＸＹＺステージ１をバックラッシュ動作させて極大値のコントラストデータＣｋに対応するＺ座標ＺｋにＸＹＺステージ１を設定する。これにより、ＸＹＺステージ１に機械的なガタがあっても、ＸＹＺステージ１のＺ方向の位置は、Ｚ座標Ｚｋからずれることなく精度高く設定できる。
【０１０５】
なお、本発明は、上記一実施の形態に限定されるものでなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。
【０１０６】
例えば、ＣＣＤカメラ５は、アナログ方式の撮像装置、例えば工業用テレビジョンカメラに代えることができる。工業用テレビジョンカメラに代えた場合は、工業用テレビジョンカメラから出力されるアナログ画像信号をＡ／Ｄ変換器によりディジタル化して合焦処理装置１２に送る。
【０１０７】
ＣＣＤカメラ５の対物レンズを替えて倍率を替えても、極大値のコントラストデータＣｋの被写体画像データＤｋが早く探索できる。対物レンズ６を替えた場合、被写体画像データの明るさが変わるが、大型ガラス基板２を照明する照明装置９の照度を調光することにより対応できる。
【０１０８】
ＸＹＺステージ１とＣＣＤカメラ５とは、ＸＹＺステージ１を昇降させて大型ガラス基板２とＣＣＤカメラ５との間隔を変化させているが、ＣＣＤカメラ５を昇降させたり、又はＸＹＺステージ１とＣＣＤカメラ５とを互いに昇降させて、ＸＹＺステージ１上の大型ガラス基板２とＣＣＤカメラ５と間隔を変化させてもよい。
【０１０９】
ＣＣＤカメラ５からの画像データの取り込みは、ＣＣＤカメラ５を撮像動作中の状態でＣＣＤカメラ５から出力される画像信号を所定の時間間隔毎に取り込んでもよいし、又は所定の時間間隔毎にＣＣＤカメラ５を撮像動作させて画像信号を取り込んでもよい。
【０１１０】
また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
【０１１１】
【発明の効果】
以上詳記したように本発明によれば、合焦の被写体画像データを探索するまでの時間を速くできる画像処理装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる画像処理装置の一実施の形態を示す構成図。
【図２】本発明に係わる画像処理装置の一実施の形態における被写体画像データの取り込みを示す図。
【図３】コントラストデータ作成時の濃淡値のサンプリングパターンを示す図。
【図４】コントラストデータ作成時の濃淡値のサンプリングパターンを示す図。
【図５】本発明に係わる画像処理装置の一実施の形態におけるＸＹＺステージのＺ方向への移動動作を示す図。
【図６】本発明に係わる画像処理装置の一実施の形態におけるＺ座標に対するコントラストデータの変化を示す図。
【図７】本発明に係わる画像処理装置の一実施の形態におけるバックラッシュ動作を示す図。
【図８】本発明に係わる画像処理装置の一実施の形態における合焦画像取得フローチャート。
【図９】本発明に係わる画像処理装置の一実施の形態における極大値のコントラストデータを補間曲線により求める方法を示す図。
【図１０】本発明に係わる画像処理装置の一実施の形態によりエクステンドフォーカスの被写体画像データの作成に用いることの説明図。
【符号の説明】
１：ＸＹＺステージ、２：大型ガラス基板、３：移動制御部、４：観察光学系、５：ＣＣＤカメラ、６：対物レンズ、７，８：レンズ、９：照明装置、１０：レンズ、１１：ハーフミラー、１２：合焦処理装置、１３：画像情報メモリ、１４：ディスプレイ、１５：主制御部。

Claims

被写体を載置するステージと、
前記被写体を撮像する撮像装置と、
前記ステージと前記撮像装置との間隔を可変する移動制御部と、
前記移動制御部により前記ステージと前記撮像装置との間隔を可変させながら所定タイミング毎に前記撮像装置から前記被写体の各画像データを取り込み、前記所定タイミング毎に取り込んだ前記被写体の前記各画像データのうちコントラストデータが極大値となる前記被写体の前記画像データを合焦と判定する合焦処理装置と、
前記合焦と判定された前記被写体の前記画像データを記憶する画像情報メモリと、
前記画像情報メモリに記憶されている前記合焦と判定された前記被写体の前記画像データを表示する表示部と、
を具備したことを特徴とする画像処理装置。
前記移動制御部は、前記ステージと前記撮像装置との間隔を等速度で連続して可変し、
前記合焦処理装置は、前記ステージと前記撮像装置との間隔を等速度で連続して可変させながら前記撮像装置から出力される前記画像データを所定タイミングで取り込む、
ことを特徴とする請求項１記載の画像処理装置。
前記合焦処理装置は、前記撮像装置から出力される前記画像データを所定タイミング毎に各静止画像として取り込むことを特徴とする請求項２記載の画像処理装置。
前記移動制御部は、前記ステージと前記撮像装置との間隔を所定ピッチで可変し、
前記合焦処理装置は、前記ステージと前記撮像装置との間隔を所定ピッチで可変しているときに前記撮像装置から取り込まれる前記画像データを所定ピッチのタイミングで取り込む、
ことを特徴とする請求項１記載の画像処理装置。
前記合焦処理装置は、所定タイミング毎に前記撮像装置からの前記画像データを取り込み、前後のタイミングとなる前記各画像データの各コントラストデータを比較して極大値となる前記コントラストデータに対応する前記被写体の前記画像データを合焦と判定することを特徴とする請求項１記載の画像処理装置。
前記合焦処理装置は、前記撮像装置から取り込んだ前後のタイミングとなる前記各画像データの各コントラストデータを比較しながら前記コントラストデータの極大値を更新して前記コントラストデータの極大値を求めることを特徴とする請求項１記載の画像処理装置。
前記合焦処理装置は、前記コントラストデータの極大値に対応する前記画像データを前記画像情報メモリに保存させることを特徴とする請求項１記載の画像処理装置。
前記合焦処理装置は、極大値の前記コントラストデータに対応する前記画像データを含む複数の前記画像データを前記画像情報メモリに保存させることを特徴とする請求項１記載の画像処理装置。
前記合焦処理装置は、前記画像情報メモリに保存された前記複数の画像データを読み出し、これら画像データを重ね合わせて前記表示部に表示させることを特徴とする請求項１記載の画像処理装置。
前記合焦処理装置は、前記撮像装置から取り込んだ前記被写体の前記画像データの一部に対してサンプリング領域を設定し、前記サンプリング領域に対して前記コントラストデータを作成することを特徴とする請求項１記載の画像処理装置。
前記サンプリング領域は、前記被写体の前記画像データの中心を通る２本の対角線上に線状のサンプリングパターンを設定することを特徴とする請求項１０記載の画像処理装置。
前記サンプリング領域は、前記被写体の前記画像データの複数の箇所にサンプリングパターンを設定することを特徴とする請求項１０記載の画像処理装置。
前記合焦処理装置は、極大値の前記コントラストデータに対応するＺ座標を前記画像情報メモリに保存し、同一の前記被写体上又は同一種類の前記被写体に対応する合焦動作を実施する際に前記画像情報メモリから前記Ｚ座標を読み出して前記移動制御部に変更指令を与えることを特徴とする請求項１記載の画像処理装置。
前記合焦処理装置は、予め前記画像情報メモリに保存した極大値の前記コントラストデータに対応するＺ座標を読み出し、このＺ座標に従って前記ステージと前記撮像装置との間隔を変化させる指令を前記移動制御部に与えて前記コントラストデータが極大値となる前記被写体の前記画像データを取得することを特徴とする請求項１記載の画像処理装置。
前記合焦処理装置は、予め前記画像情報メモリに保存した極大値の前記コントラストデータに対応するＺ座標を読み出し、このＺ座標を含む小範囲内で前記ステージと前記撮像装置との間隔を変化させる指令を前記移動制御部に与え、前記小範囲内で前記コントラストデータが極大値となる前記被写体の前記画像データを取得することを特徴とする請求項１記載の画像処理装置。
前記合焦処理装置は、所定タイミング毎に前記撮像装置から前記画像データを取り込み、前後のタイミングとなる前記各画像データの各コントラストデータを比較した結果、所定回数続けて後の前記画像データの前記コントラストデータが前の前記画像データの前記コントラストデータよりも低いと判断した場合、前記ステージと前記撮像装置との間隔を変化する方向を逆方向に変更する指令を前記移動制御部に与え、再び所定タイミング毎に前記撮像装置から前記画像データを取り込むことを特徴とする請求項１記載の画像処理装置。
前記合焦処理装置は、前記ステージと前記撮像装置との間隔を連続して可変しながら前記撮像装置から出力される画像信号を入力し、所定タイミング毎に静止画像を画像キャプチャで取り込み、前記画像情報メモリの画像キャプチャバッファメモリ領域に記憶することを特徴とする請求項１記載の画像処理装置。
前記合焦処理装置は、前記ステージと前記撮像装置との間隔を連続して可変しながら所定タイミング毎に取り込んだ各被写体画像データの各コントラストデータを逐次求め、前記各コントラストデータから極大値を示す前記コントラストデータを判定し、当該極大値を示す前記コントラストデータに対応する前記被写体画像データを前記画像情報メモリの画像キャプチャバッファメモリ領域に記憶することを特徴とする請求項１記載の画像処理装置。
前記移動制御部は、前記ステージと前記撮像装置との一方を所定ピッチ間隔毎に移動し、
前記合焦処理装置は、ステップ移動毎に前記撮像装置からの前記被写体画像データを取り込み、前記各被写体画像データからコントラストデータが極大値となるＺ座標を求め、極大値の前記Ｚ座標に前記ステージと前記撮像装置との一方を移動して、前記撮像装置により撮像される前記被写体の前記画像データを前記表示部に表示出力する、
ことを特徴とする請求項１記載の画像処理装置。
前記合焦処理装置は、前記被写体と前記撮像装置との一方を所定ピッチ間隔毎に移動して前記各被写体画像データの前記各コントラストデータを作成し、極大値を含む複数の前記コントラストデータから補間曲線を求め、前記補間曲線から極大値のＺ座標を求め、極大値の前記Ｚ座標に前記ステージと前記撮像装置との一方を移動して前記撮像装置により撮像される前記被写体画像データを前記表示部に表示出力することを特徴とする請求項１記載の画像処理装置。
前記移動制御部は、前記被写体と前記撮像装置との一方を極大値に対応するＺ座標より下方に移動させた後に逆方向に移動させてバックラッシュを取り、前記被写体と前記撮像装置との一方を極大値に対応するＺ座標に移動させることを特徴とする請求項１９又は２０記載の画像処理装置。