JP4684646B2 - オートフォーカス方法 - Google Patents

Description

本発明は、平板状の被測定物をＣＣＤカメラ等の撮像手段により測定する装置におけるオ ートフォーカス方法に関するものである。

従来、コントラスト法によるオートフォーカス装置では、被測定物の画像を表示するための第１の撮像素子と、この第１の撮像素子とフォーカス方向においてそれぞれ等距離だけ前後して配置された第２、第３の撮像素子とを備え、第２、第３の撮像素子による被測定物の明るさに関するデータの分散が等しくなる位置に第１〜第３の撮像素子を被測定物に相対移動させることにより、第１の撮像素子が被測定物に対し最適フォーカス位置に設定されるようにしたオートフォーカス装置が知られている（特許文献１参照）。
一方、被測定物の測定面のコントラストを上げるために同測定面に所定のパターンを投影する投影手段と１つの観察光学系（ＣＣＤカメラ）とによって構成されるオートフォーカス装置が知られている（特許文献２参照）。
特開平４−２６００１５号公報 特開平９−３０４６８５号公報

前述の従来技術（特許文献１）では、被測定物の像を撮影してその明るさに関する分散に基づいてフォーカスを制御するものであったので、測定物が移動中には被測定物の像を撮影することができないなどの問題があった。また、フォーカス検知用の撮像素子と、画像表示等用の撮像素子が機能上独立しており、一対のフォーカス検知用の撮像素子のフォーカス方向位置の中間位置に画像表示等用の撮像素子が設置されているため、装置の置かれている温度環境の変化等により、これらの撮像素子の初期の取り付け位置がフォーカス方向上の位置ズレを生じると、フォーカス検知用の撮像素子で得られた最適フォーカスと画像表示用の撮像素子の被測定物に対する最適フォーカス位置が一致しない場合が起こる。

この場合、画像表示用の撮像素子を被測定物に対する最適フォーカス位置に合わせるのに、撮影用の撮像素子を被測定物に対し接近、離間のいずれへ移動調節したらよいか移動方向が不明となるため、撮影用の撮像素子及びフォーカス検知用の撮像素子を、同時に、前記フォーカス検知用の撮像素子で得られた最適フォーカス位置から被測定物に対し前後に移動させ画像表示用の撮像素子の最適フォーカス位置を確認しなければならず、最適フォーカス位置の検知に時間がかかるなどの問題があった。

一方、従来技術（特許文献２）では、被測定物の表面に投影されたパターンの像を１つの観察光学系（ＣＣＤカメラ）で撮影してそのコントラストからフォーカス制御するため、フォーカスがずれている場合には、フォーカスを合わせるのに、観察光学系を被測定物に対し接近、離間のいずれへ移動調節したらよいか移動方向が不明となるため、観察光学系を被測定物に対して前後に移動させて最適フォーカス位置を確認しなければならず、最適フォーカス位置の検知に時間がかかるなどの問題があった。

そして、この方法では、被測定物が移動する場合、被測定物の測定面が傾いていたり、うねっている場合は、最初に測定位置においてフォーカスを合わせても次の測定箇所ではフォーカスが大きくずれてしまい、フォーカスを合わせるための観察光学系の移動方向が全くわからなくなるため、オートフォーカスの制御速度が遅くなってしまう問題があった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、構造が簡単でありかつ高速のオートフォーカスを実現しようとするオートフォーカス装置及びオートフォーカス方法を提供することを目的とする。

本発明は、前記課題を解決するために、以下の点を特徴としている。
即ち、請求項１に係るオートフォーカス方法は、被測定物に対向した対物レンズと、該対物レンズと同軸に配設された結像レンズと、該対物レンズと結像レンズとを介して前記被測定物を撮影する第１の撮像手段と、前記第１の撮像手段と同一の性能を有し、前記結像レンズから前記第１の撮像手段に至る光路を分離した光路上であって、前記第１の撮像手段とフォーカス方向に一定距離隔てた位置に配置されて前記被測定物を撮影する第２の撮像手段と、前記測定物に所定のパターンを投影するためのパターン投影手段と、前記第１の撮像手段及び第２の撮像手段の画像データに基づいて前記被測定物の明るさに関するデータの分布を求める制御手段と、同制御手段の指令によって駆動され、前記対物レンズのみを前記フォーカス方向に移動させる移動手段と、を備えたオートフォーカス装置を使用 し、前記第１の撮像手段又は第２の撮像手段を被測定物に対する最適フォーカス位置に合 わせるオートフォーカス方法において、
前記被測定物の少なくとも一つの設定箇所を前記対物レンズの直下に位置させた後、前記 対物レンズを前記フォーカス方向に移動させながら前記第１の撮像手段及び第２の撮像手 段によって前記設定箇所を撮影することによって得られた前記第１の撮像手段と第２の撮 像手段の画像データに基づいて得られた明るさに関するデータのそれぞれの最大値を求め た後、
前記それぞれの最大値に対応した前記第１の撮像手段及び第２の撮像手段のフォーカス位 置の間に前記設定箇所が挟まれた状態になるように、前記対物レンズを前記フォーカス方 向に移動させた後、
前記設定箇所が挟まれた状態を保ちつつ、前記設定箇所から測定箇所まで前記対物レンズ と、前記第１の撮像手段及び第２の撮像手段と、前記光学系と、前記投影手段と、を被測 定物に平行に相対移動させた後、前記対物レンズを前記第１の撮像手段又は第２の撮像手 段の前記明るさに関するデータが最大値となるフォーカス位置へ移動させることを特徴と している。

請求項２に係るオートフォーカス方法は、請求項１に記載のオートフォーカス方法において、前記被測定物の測定箇所において、前記対物レンズがフォーカス方向に移動される際に、前記測定物の表面に近づくように移動する側の前記第１の撮像手段又は第２の撮像手段を撮影用撮像手段として使用することを特徴としている。

本発明によれば、以下の優れた効果を奏する。
請求項１に係るオートフォーカス方法によれば、２つの撮像手段のうちの１つが撮影用撮像手段を兼ねるため、従来のオートフォーカス用撮像手段と撮影用撮像手段とが別々である装置のようなオートフォーカス検知用の撮像手段と撮影用の撮像手段との経時変化等による機械的位置ズレによって生じる撮影用の撮像手段のフォーカス合わせ方向の判断が不要であり、オートフォーカス動作が極めて短時間に行える。

また、前記被測定物の表面に前記所定のパターンが投影されるため、前記被測定物が高速に相対移動しても、前記第１の撮像手段及び第２の撮像手段によって撮影される前記所定のパターンの画像が流れないため（図３参照）、前記所定のパターンの画像に基づく明るさに関するデータを得ることができて、移動中の被測定物に対しても最適フォーカス位置が容易に得ることができる。

そして、被測定物の測定箇所に各撮像手段を移動させる際に、常に、被測定物の表面が第１の撮像手段及び第２の撮像手段の最適フォーカス位置の間に挟まれた位置になるように、前記対物レンズがフォーカス方向に追従移動されるため、前記測定箇所での第１の撮像手段又は第２の撮像手段のフォーカス合わせを短時間に行うことができる。

請求項２に係るオートフォーカス方法によれば、測定箇所で被測定物の表面が第１の撮像手段及び第２の撮像手段の最適フォーカス位置の間に位置になるように、前記対物レンズがフォーカス方向に追従移動されるため、前記測定箇所において前記表面に近づく側の撮像手段が撮影用撮像手段として使用することによって、前記対物レンズの移動方向を変えることなく撮像手段を被測定物の表面にフォーカスを合わせることができるために、短時間に前記撮影用撮像手段を最適フォーカス位置へ移動させることができる。

以下、本発明の一実施の形態に係るオートフォーカス方法について、添付図を参照して説明する。
まず、本発明の一実施の形態に係るオートフォーカス方法に関するオートフォーカス装置について説明すると、図１に示すように、オートフォーカス装置１は撮像光学系２と、パターン投影手段３と、照明手段４と、移動手段５Ａと、移動手段５Ｂと、制御手段６とを備えている。

そして、撮像光学系２は、たとえば測定装置のＸＹ（図１の紙面に垂直軸）方向に駆動手段（図示せず）によって移動可能なＸＹステージ１Ａの上方に設けられて、ＸＹステージ１Ａに載置された被測定物７に対向した対物レンズ８Ａと、対物レンズ８Ａと同軸に配置された結像レンズ８Ｂと、対物レンズ８Ａと結像レンズ８Ｂとを介して被測定物を撮影する第１の撮像手段９Ａと、第１の撮像手段９Ａとフォーカス方向に一定距離α（図２参照）だけ隔てた位置に配置されて被測定物７を撮影する第２の撮像手段９Ｂとを備える他、結像レンズ８Ｂの上方に配置され撮影光学系１の光路と後述する照明手段４の光路とを分離するためのハーフミラー１０と、ハーフミラー１０の上方で撮影光学系２の光路と後述するパターン投影手段３の光路とを分離するためのハーフミラー１１と、撮影光学系２の第１の撮像手段９Ａの光路と第２の撮像手段９Ｂの光路を分離するためのハーフミラー１２とを備えている。
また、撮影光学系２は後述する移動手段５Ｂによって前記フォーカス方向（対物レンズ８Ａの光軸方向（Ｚ軸方向））に移動可能にされたベース１３に設けられている。
第１の撮像手段９Ａ及び第２の撮像手段９Ｂは焦点深度が数μｍの同一性能のものが好ましく、前記一定距離αの値は数十μｍが好ましい。

また、パターン投影手段３は、ベース１３に設けられており、ハーフミラー１１の上方に配置された、所定の投影用パターンを形成した投影板１４と、投影用光源１５とを備えている。そして、前記所定の投影用パターンが結像レンズ８Ｂと対物レンズ８Ａを介して図３に示すように被測定物７の表面に投影されるようになっており、投影用光源１５のＯＮ−ＯＦＦによって前記所定のパターンの投影が制御されるようになっている。

さらに、照明手段４は、ベース１３に設けられており、ミラー１０Ａと照明用光源１６を備えており、照明用光源１６からの光がミラー１０Ａと、ハーフミラー１０と、結像レンズ８Ｂと、対物レンズ８Ａとを介し被測定物７の表面に照射されるようになっている。

さらにまた、移動手段５Ａは、対物レンズ８Ａのみを前記Ｚ軸方向に移動させるための移動機構１７Ａと、移動機構１７Ａを駆動するためのモータ１８Ａと、対物レンズ８Ａの前記Ｚ軸方向の位置検出器２０Ａとからなり、ベース１３に設けられている。そしてモータ１８Ａはモータドライバ１９Ａにより駆動されるようになっている。
また、移動手段５Ｂは、ベース１３を前記Ｚ軸方向に移動させるための移動機構１７Ｂと、移動機構１７Ｂを駆動するためのモータ１８Ｂと、ベース１３の前記Ｚ軸方向の位置検出器２０Ｂとからなり、モータ２０Ｂはモータドライバ１９Ｂにより駆動されるようになっている。

そして、制御手段６は、ＸＹステージ１Ａの駆動手段（図示せず）と、第１の撮像手段９Ａと、第２の撮像手段９Ｂと、投影用光源１５と、照明用光源１６と、モータドライバ１９Ａ及びモータドライバ１９Ｂが接続されており、第１の撮像手段９Ａ及び第２の撮像手段９Ｂで得られた被測定物７の表面のアナログ画像信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器２１Ａ、２１Ｂと、Ａ／Ｄ変換器２１Ａ、２１Ｂから出力されたデジタル信号の画像データを記憶する画像メモリ２２Ａ、２２Ｂと、画像メモリ２２Ａ、２２Ｂに記憶された画像データを読み出して、同画像データから被測定物７の表面の画像内の明るさに関するデータを作成する画像処理部２３と、画像処理部２３で得たデータに基づいて前記明るさに関するデータの分布を演算して、その最大値を求める演算処理部２４と、演算処理部２４からの出力に基づいて動作し、投影用光源１５と、照明用光源１６と、モータドライバ１９Ａ及びモータドライバ１９Ｂとを制御する制御部２５と、制御手段６を作動させるに必要な指令を設定入力する入力手段３１と、制御手段６を動作させるプログラム及び入力手段２６で入力された各種設定数値や演算処理部２３で得られたデータ等が登録されるメモリ２７を備えている。

次に前記構成のオートフォーカス装置１の作用と共にオートフォーカス装置１によるオートフォーカス方法について図４〜図７も参照して説明する。
まず図４に示すように、ティーチング動作（ステップ１）によって被測定物７が載置された前記測定装置のＸＹステージ１Ａの駆動手段が作動され、被測定物７の選定された一つの設定箇所（ティーチング位置）が対物レンズ８Ａの直下に位置するように移動される。そして予め前記投影板１４がセットされたパターン投影手段４の投影用光源１５が作動されて、ついで移動手段５Ｂによってベース１３が前記フォーカス方向（Ｚ軸方向）の所定の高さまで降下された後、第１の撮像手段９Ａと、第２の撮像手段９Ｂが作動される。
その後、移動手段５Ａのモータ２２Ａが作動され、前記被測定物７の選定された一つの設定箇所の表面に向かって対物レンズ８Ａが前記Ｚ軸方向に一定速度で降下されて、第１の撮像手段９Ａ及び第２の撮像手段９Ｂによるフォーカス位置の初期サーチ処理動作がおこなわれる。

上記サーチ処理動作においては、対物レンズ８Ａが前記フォーカス方向（Ｚ軸方向）に一定の微速で降下される間に第１の撮像手段９Ａ及び第２の撮像手段９Ｂによって上記設定箇所の表面が連続的に撮影されることにより得られた画像データがＡ／Ｄ変換器２１Ａ、２１Ｂを介してデジタル信号として画像メモリ２２Ａ、２２Ｂに、対物レンズ８ＡのＺ軸方向位置検知器２０Ａで検出される対物レンズ８ＡのＺ軸方向位置（図５参照）と対応されて記憶される。そして、画像メモリ２２Ａ、２２Ｂに記憶された対物レンズ８Ａの前記Ｚ軸方向の各位置の前記画像データは画像処理部２３で読み出され、画像処理部２３によって前記画像データから前記被測定物７の設定箇所の表面の明るさに関するデータが作成される。

その後、演算処理部２４によって前記明るさに関するデータの分布が演算され、さらにその最大値が第１の撮像手段９Ａ及び第２の撮像手段９Ｂの前記設定箇所の表面に対する最適フォーカス位置として求められる。

前記明るさに関するデータとは、第１の撮像手段９Ａ及び第２の撮像手段９Ｂによって得られた対物レンズ８ＡのＺ軸方向の各フォーカス位置における被測定物７の画像データを画像処理部２８で処理して、被測定物７の画像内に存在する明部と暗部のコントラスト差を数値化したデータ（以下、「ＡＦＶ」と称する）を意味する。
また、第１の撮像手段９Ａ及び第２の撮像手段９Ｂの画像データに基づいて得られる明るさに関するデータ（ＡＦＶ）の分布は図５のａ、ｂに示すように第１の撮像手段９Ａと第２の撮像手段９Ｂとがフォーカス方向に前記一定距離α（図２参照）だけ隔てられている関係で、対物レンズ８ＡのＺ軸方向位置検知器２０Ａの数値で示される前記Ｚ軸方向の第１の撮像手段９Ａ、第２の撮像手段９Ｂのフォーカス位置Ｚ１、Ｚ２において、それぞれ最大（ＡＦＶｍａｘ）となって現われており、このＺ１、Ｚ２が撮像手段９Ａ及び第２の撮像手段９Ｂの最適フォーカス位置となっている。そして、Ｚ軸方向のＺ１、Ｚ２の位置の差が前記一定距離αに一致している。

そして、前記のようにして求めた第１の撮像手段９Ａ及び第２の撮像手段９Ｂに基づく各ＡＦＶの差がゼロとなるフォーカス位置Ｚ０（図６参照）が演算処理部２９により演算されて求められた後、モータ２２Ａの作動によって対物レンズ８Ａが、フォーカス位置Ｚ０を中心とした前記Ｚ軸方向上下の所定範囲内（初期フォーカス設定範囲）の位置まで移動される。これによって、図６に示すように、被測定物の表面が前記最適フォーカス位置Ｚ１、Ｚ２の間の初期フォーカス設定範囲内に挟まれた状態となる。
尚、前記初期フォーカス設定範囲は対物レンズ８Ａの倍率、被測定物７のうねりの量、オートフォーカスの処理時間などに合わせて最適値が、入力手段２６によって入力される。そして、前記初期フォーカス設定範囲の最大値は前記一定距離αである。

次に、追従動作（ステップ２）によって、前記測定装置のＸＹステージ１Ａの駆動手段により、対物レンズ８Ａの直下に前記被測定物７の測定箇所が位置するように被測定物７が移動される。
この移動中に、第１の撮像手段９Ａ、第２の撮像手段９Ｂの画像データに基づいて得られるＡＦＶが画像処理部２３で作成され、その際、被測定物７が例えば図７に示すように右上がりに傾いている場合は、第１の撮像手段９Ａ、第２の撮像手段９Ｂの画像データに基づいて得られたＡＦＶが互いに異なるので、それらのＡＦＶの差が画像処理部２４で演算されてその差が所定の範囲内（対物レンズ８Ａが初期フォーカス設定範囲内に存在する状態）となるように制御部２５の指令によってモータ１８Ａが作動されて、対物レンズ８Ａが図７で上方に移動されることによって、常に、第１の撮像手段９Ａ、第２の撮像手段９Ｂの最適フォーカス位置Ｚ１、Ｚ２の間の前記初期フォーカス設定範囲内に被測定物７の表面を挟んだ状態が維持される。
被測定物７が右下がりに傾いている場合は、対物レンズ８Ａは図７で下方に移動されて、また被測定物７が傾いていない場合は対物レンズ８ＡはＺ軸方向に移動されず前記初期フォーカス位置で維持されて、常に、第１の撮像手段９Ａ、第２の撮像手段９Ｂの最適フォーカス位置Ｚ１、Ｚ２の間の前記初期フォーカス設定範囲内に被測定物７の表面を挟んだ状態が維持される。

次に、詳細サーチ動作（ステップ３）によって、前記被測定物７の測定箇所において同測定箇所の表面に最適にフォーカス合わせを行うにあたり、まずパターン投影手段３の投影用光源１５をＯＦＦして、ついで照明光学系４の照明用光源１６をＯＮして、被測定物７の表面に照明用の光を照射する。
そして、第１の撮像手段９Ａ又は第２の撮像手段９Ｂのいずれか一方を撮影用撮像手段として前記被測定物７の測定箇所の表面に最適にフォーカス合わせを行う。
この場合、記被測定物７の測定箇所の表面を挟んで、Ｚ軸方向上下に第１の撮像手段９Ａ又は第２の撮像手段９Ｂの最適フォーカス位置が存在しているので、前記Ｚ１とＺ２の間において対物レンズ８ＡをＺ軸方向に移動させることにより、第１の撮像手段９Ａの最適フォーカス位置Ｚ１又は第２の撮像手段９Ｂの最適フォーカス位置Ｚ２を前記被測定物７の測定箇所の表面に合わせることが迅速、的確にできる。

また、ステップ３において、対物レンズ８Ａをフォーカス方向に前記方向に移動させながら、撮影用撮像手段として選定された第１の撮像手段９Ａ又は第２の撮像手段９Ｂによって、前記照明用の光が照射された前記測定箇所の表面を撮影して、得られた画像データに基づいて、演算処理部２４で得られた前記ＡＦＶがＡＦＶｍａｘとなる前記フォーカス方向の位置へ対物レンズ８Ａを移動させることによっても、第１の撮像手段９Ａの最適フォーカス位置Ｚ１又は第２の撮像手段９Ｂの最適フォーカス位置をより正確に被測定物７の前記測定箇所の表面に合わせることが迅速、的確にできる。

なお、前記追従動作（ステップ２）において、第１の撮像手段９Ａ、第２の撮像手段９Ｂの最適フォーカス位置Ｚ１、Ｚ２の間の前記初期フォーカス設定範囲内に被測定物７の表面を挟んだ状態を維持しながら、前記測定装置のＸＹステージ１Ａの駆動手段により、対物レンズ８Ａの直下に前記被測定物７の測定箇所が位置するように被測定物７が移動されるため、その移動中に対物レンズ８Ａの前記Ｚ軸方向の位置調整がモータ１８Ａによって常時なされるので、対物レンズ８Ａの直下に前記被測定物７の測定箇所が位置する直前において、被測定物７に近づく方向にある撮像手段（例えば第１の撮像手段９Ａ）を撮影用撮像手段として選定して、その最適フォーカス位置（Ｚ１）が被測定物７の前記測定箇所の表面に一致するまで、対物レンズ８Ａの移動を維持させるようにすると、対物レンズ８Ａの移動方向を変える必要がないため、短時間に第１の撮像手段９Ａ又は撮像手段９Ｂの最適フォーカス位置Ｚ１、Ｚ２の位置に前記被測定物７の測定箇所の表面を位置させることができる。

前記詳細サーチ動作（ステップ３）によって、被測定物７の１つの測定箇所における第１の撮像手段９Ａ又は撮像手段９Ｂのフォーカス合わせの動作（オートフォーカス動作）と撮影が終了すると、被測定物７の他の測定すべき箇所があるか否かがメモリ２７の登録内容から判断され（ステップ４）、他の測定箇所がある場合には、ステップ２、ステップ３が繰り返された後、被測定物７のすべての測定箇所に対するフォーカス合わせ動作と撮影が終了する。

上述の実施の形態に係るオートフォーカス装置１によれば、被測定物７に対向した対物レンズ８Ａを介して、被測定物７を撮影する第１の撮像手段９Ａと、第１の撮像手段９Ａとフォーカス方向に一定距離αだけ隔てた位置に配置されて被測定物７を撮影する第２の撮像手段９Ｂと、被測定物７の表面に前記投影用パターンを投影するためのパターン投影手段３と、被測定物７からの反射光を対物レンズ８Ａを介して第１の撮像手段及び第２の撮像手段に導く光学系と、第１の撮像手段及び第２の撮像手段の画像データに基づいて被測定物７の前記ＡＦＶの分布を求める制御手段６と、制御手段６の指令によって駆動され、対物レンズ８Ａを前記フォーカス方向に移動させる移動手段５Ａとを備えた構成とされているので、被測定物７の移動中においても前記ＡＦＶを求めることができる。
そして２つの撮像手段９Ａ、９Ｂのうちの１つが撮影用撮像手段を兼ねるため、従来のオートフォーカス用撮像手段と撮影用撮像手段とが別々に用意された装置のように、オートフォーカス用撮像手段と撮影用撮像手段との経時変化等による機械的な位置ずれによって生じる撮影用撮像手段のフォーカス合わせの方向判断が不要であり、オートフォーカス動作が極めて短時間に行える。

上述の実施の形態に係るオートフォーカス方法によれば、被測定物７の１つの設定箇所における第１の撮像手段９Ａと撮像手段９Ｂの画像データに基づいて得られた前記ＡＦＶのＡＦｖｍａｘを演算処理部２４によって求めた後、被測定物７の１つの設定箇所の表面が前記初期フォーカス設定位置Ｚ０を中心としたＺ軸方向上下の所定の範囲内になるように、対物レンズ８Ａがフォーカス方向に移動される。この対物レンズ８Ａのフォーカス方向の位置を維持しながら、被測定物７の測定箇所が対物レンズ８Ａの直下に位置するように被測定物７を移動させた後、前記測定箇所において、対物レンズ８Ａを第１の撮像手段９Ａ又は第２の撮像手段９の最適フォーカス位置に対物レンズ８Ａを移動させるようにしたので、前記測定箇所での第１の撮像手段９Ａ又は第２の撮像手段９のいずれか一方を撮影用撮像手段として最適なフォーカスが短時間に行えるため、その最適フォーカスの状態で、被測定物７の測定箇所の撮影が行える。

なお、前記各実施の形態に係るオートフォーカス装置１においては、対物レンズ８Ａのみを移動手段５Ａのモータ１８Ａの作動によって、前記Ｚ軸方向（フォーカス方向）に移動させているが、移動手段５Ｂのモータ１８Ｂを作動させて、ベース１３を前記Ｚ軸方向に移動させることによって撮影光学系２全体を前記Ｚ軸方向に移動させることにより、対物レンズ８Ａを前記Ｚ軸方向（フォーカス方向）に移動させるようにしてもよい。
また、前記実施の形態では対物レンズ８Ａを移動手段５Ａのモータ１８Ａの作動によって前記フォーカス方向に移動させているが、対物レンズ８Ａと結像レンズ８Ｂの一対のレンズを移動手段５Ａによって一体的にフォーカス方向に移動させるようにしてもよい。
さらに、パターン投影手段３と照明手段４とを別々の時間に作動させているが、同時に作動させるようにしてもよい。
さらに、また、撮像手段１又は撮像手段２のいずれか一方を予め撮影用撮像手段として決めておいてもよく、撮像手段１と撮像手段２の性能が互いに異なるものを使用することも可能である。

本発明の一実施例の装置全体を示す図である。 本発明の第１、第２の撮像手段（ＣＣＤカメラ）と被検査体との光学的位置関係を示す図である。 被測定物が静止中の場合の画像と移動中の場合の画像を示す図である。 本発明の一実施例の装置の動作フローを示す図である。 第１、第２の撮像手段の画像データに基づく被測定物の明るさに関するデータの分散を示す線図である。 第１、第２の撮像手段のティーチング動作時の被測定物表面に対するフォーカス位置の初期設定状態を示す模式図である。 第１、第２の撮像手段の追従動作時の被測定物表面に対するフォーカス位置の設定状態を示す模式図である。

１ オートフォーカス装置
１Ａ ＸＹステージ
２ 撮影光学系
３ パターン投影手段
４ 照明手段
５Ａ 対物レンズ移動手段
５Ｂ ベースの移動手段
６ 制御手段
７ 被測定物
８Ａ 対物レンズ
８Ｂ 結像レンズ
９Ａ 第１の撮像手段
９Ｂ 第２の撮像手段
１０ ハーフミラー
１０Ａ ミラー
１１ ハーフミラー
１２ ハーフミラー
１３ ベース
１４ 投影板
１５ 投影用光源
１６ 照明用光源
１７Ａ、Ｂ 移動機構
１８Ａ、Ｂ モータ
１９Ａ、Ｂ モータドライバ
２０Ａ、Ｂ Ｚ軸方向位置検出器
２１Ａ、Ｂ Ａ／Ｄ変換器
２２Ａ、Ｂ メモリ
２３ 画像処理部
２４ 演算処理部
２５ 制御部
２６ 入力手段
２７ メモリ

Claims (2)

1. 被測定物に対向した対物レンズと、該対物レンズと同軸に配設された結像レンズと、
   該対物レンズと結像レンズとを介して前記被測定物を撮影する第１の撮像手段と、前記第１の撮像手段と同一の性能を有し、前記結像レンズから前記第１の撮像手段に至る光路を分離した光路上であって、前記第１の撮像手段とフォーカス方向に一定距離隔てた位置に配置されて前記被測定物を撮影する第２の撮像手段と、前記測定物に所定のパターンを投影するためのパターン投影手段と、前記第１の撮像手段及び第２の撮像手段の画像データに基づいて前記被測定物の明るさに関するデータの分布を求める制御手段と、同制御手段の指令によって駆動され、前記対物レンズのみを前記フォーカス方向に移動させる移動手段と、を備えたオートフォーカス装置における、前記第１の撮像手段又は第２の撮像手段 を被測定物に対する最適フォーカス位置に合わせるオートフォーカス方法であって、
   前記被測定物の少なくとも一つの設定箇所を前記対物レンズの直下に位置させた後、前記 対物レンズを前記フォーカス方向に移動させながら前記第１の撮像手段及び第２の撮像手 段によって前記設定箇所を撮影することによって得られた前記第１の撮像手段と第２の撮 像手段の画像データに基づいて得られた明るさに関するデータのそれぞれの最大値を求め た後、
   前記それぞれの最大値に対応した前記第１の撮像手段及び第２の撮像手段のフォーカス位 置の間に前記設定箇所が挟まれた状態になるように、前記対物レンズを前記フォーカス方 向に移動させた後、
   前記設定箇所が挟まれた状態を保ちつつ、前記設定箇所から測定箇所まで前記対物レンズ と、前記第１の撮像手段及び第２の撮像手段と、前記光学系と、前記投影手段と、を被測 定物に平行に相対移動させた後、前記対物レンズを前記第１の撮像手段又は第２の撮像手 段の前記明るさに関するデータが最大値となるフォーカス位置へ移動させることを特徴と するオートフォーカス方法。
2. 前記被測定物の測定箇所において、前記対物レンズがフォーカス方向に移動される際に、前記測定物の表面に近づくように移動する側の前記第１の撮像手段又は第２の撮像手段を撮影用撮像手段として使用することを特徴とする請求項１のオートフォーカス方法。
   

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