JP7170204B2 - レンズ倍率認識方法及び測定装置 - Google Patents

Description

本発明はレンズ倍率認識方法及び測定装置に係り、特にレンズの切り替えが可能な測定装置においてレンズ倍率を認識する方法に関する。

被測定物の形状、表面粗さ等を測定する際には、顕微鏡（例えば、白色干渉顕微鏡）を用いて被測定物の被測定面の画像を拡大表示させて観察する場合がある。一般に、白色干渉顕微鏡は、被測定物に合わせた測定視野及び測定分解能を得るために、倍率が異なる複数の干渉対物レンズを備えている。この複数の干渉対物レンズは、例えば、ターレットに切り替え可能に取り付けられる。

倍率が異なる複数の干渉対物レンズは、レンズ特性がそれぞれ異なる。そのため、被測定物の被測定面の形状、表面粗さ等を測定する際には、表示画面を校正する画素単位に被測定物の実寸法を対応させる校正作業が行われる。この校正作業では、作業者は測定に使用した干渉対物レンズのレンズ倍率を信号処理装置に入力する必要がある。

この校正作業において、干渉対物レンズを切り替えるごとに作業者がレンズ倍率を手動で入力するようにした場合、測定作業が著しく非効率となり、また、作業者のミスも生じ得る。このため、レンズ倍率を自動的に認識する方法が提案されている（例えば、特許文献１から３）。

特開２００８－２３３２０１号公報 特開２００１－０４１７１０号公報 特開２００４－１５７５３４号公報

特許文献１に記載のマイクロスコープには、ズーム倍率を検出するための発信素子及び受信素子が複数対配置されている。特許文献１では、この複数対の発信素子及び受信素子により、ズームレンズの回転駆動筒から複数の反射信号を検出し、この反射信号の組み合わせに基づいて、演算器によりズーム倍率を演算するようになっている。特許文献１では、発信素子及び受信素子を複数対設けることになるため、装置の構成が複雑かつ高価になるという問題がある。

特許文献２に記載のレンズ倍率認識方法では、レンズ倍率認識用パターンをテーブルの面上に貼付して、このパターンの寸法をあらかじめ測定しておき、この測定の結果を利用して被測定物の測定開始時にレンズ倍率を算出するようになっている。しかしながら、白色干渉顕微鏡では、レンズ焦点近傍で干渉縞が観察されるため、レンズ倍率認識用パターンの識別が困難となる。このため、白色干渉顕微鏡には、特許文献２に記載の方法を適用することはできない。

さらに、特許文献３に記載のレンズ識別方法では、識別対象のレンズを用いて得られたカメラ装置の出力及び光源出力制御レベルに基づく被検データと、レンズ識別校正データとを比較して、識別対象のレンズを識別するようになっている。特許文献３では、レンズを識別する際のＺ軸高さは、レンズ識別校正データの取得に用いた基準設定のＺ軸高さとすることが好ましいとされている。また、光源の数及び対象物等についても、Ｚ軸高さと同様に、レンズ識別校正データの取得に用いたものと同じにすることが好ましいとされている。このように、特許文献３に記載の方法は、レンズ識別を行うときの制約が多く、汎用性が低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、白色干渉顕微鏡におけるレンズ倍率の認識を自動的かつ簡便に実施することが可能なレンズ倍率認識方法及び測定装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様に係るレンズ倍率認識方法は、認識対象のレンズを用いて得られた画像を撮像部により撮像するステップと、撮像した画像のイメージサークルを検出するステップと、イメージサークルにおける受光強度分布を取得し、イメージサークルにおける受光強度分布を、レンズ倍率が異なるレンズを用いて撮像された受光強度分布から取得された参照データと比較することにより、認識対象のレンズのレンズ倍率を認識するレンズ倍率認識ステップとを含む。

本発明の第２の態様に係るレンズ倍率認識方法は、第１の態様において、参照データは、レンズ倍率が異なるレンズを用いて撮像された受光強度分布から取得された１次元強度分布に関する情報を含んでおり、レンズ倍率認識ステップは、イメージサークルからイメージサークルのエッジ部を含む方向に沿う１次元強度分布を取得するステップと、１次元強度分布を、参照データと比較することにより、認識対象のレンズのレンズ倍率を認識するステップとを含む。

本発明の第３の態様に係るレンズ倍率認識方法は、第１の態様において、参照データは、レンズ倍率が異なるレンズを用いて撮像された受光強度分布において、イメージサークル内で１次元強度分布の変化の割合が変化する折れ曲がり点の位置に関する情報を含んでおり、レンズ倍率認識ステップは、イメージサークルからイメージサークルのエッジ部を含む方向に沿う１次元強度分布を取得するステップと、イメージサークルから取得された１次元強度分布において、イメージサークル内で１次元強度分布の変化の割合が変化する折れ曲がり点の位置を算出する折れ曲がり点算出ステップと、算出した折れ曲がり点の位置を、参照データに含まれる折れ曲がり点の位置と比較することにより、認識対象のレンズのレンズ倍率を認識するステップとを含む。

本発明の第４の態様に係るレンズ倍率認識方法は、第３の態様において、折れ曲がり点算出ステップは、１次元強度分布において、イメージサークルの中心側領域及びエッジ部側領域の強度分布の近似直線をそれぞれ算出するステップと、近似直線の交点の位置を折れ曲がり点の位置として算出するステップとを含む。

本発明の第５の態様に係るレンズ倍率認識方法は、第１の態様において、参照データは、レンズ倍率ごとの受光強度分布におけるエッジ部の位置に関する情報を含んでおり、レンズ倍率認識ステップは、イメージサークルのエッジ部を検出するステップと、イメージサークルから検出したエッジ部の位置を、参照データに含まれるエッジ部の位置と比較することにより、認識対象のレンズのレンズ倍率を認識するステップとを含む。

本発明の第６の態様に係る測定装置は、認識対象のレンズを用いて得られた画像を撮像する撮像部と、撮像した画像のイメージサークルを検出するイメージサークル検出部と、イメージサークルにおける受光強度分布を取得し、イメージサークルにおける受光強度分布を、レンズ倍率が異なるレンズを用いて撮像された受光強度分布から作成された参照データと比較することにより、認識対象のレンズのレンズ倍率を認識するレンズ倍率認識部とを備える。

本発明によれば、イメージサークルにおける光の１次元強度分布又は２次元強度分布を、レンズ倍率ごとの参照データと比較することにより、レンズ倍率の認識を自動的かつ簡便に実施することが可能となる。

図１は、本発明の一実施形態に係る測定装置を示すブロック図である。 図２は、イメージサークルの例を示す画像である。 図３は、イメージサークルにおける受光強度分布（１次元強度分布）を示すグラフ（理論値）である。 図４は、図３の一部を拡大して示すグラフである。 図５は、図３の一部を拡大して示すグラフである。 図６は、イメージサークルにおける受光強度分布（１次元強度分布）を示すグラフ（実測値）である。 図７は、図６の一部を拡大して示すグラフである。 図８は、図６の一部を拡大して示すグラフである。 図９は、イメージセンサーのサイズとイメージサークルとの関係の例を示す図である。 図１０は、イメージセンサーのサイズとイメージサークルとの関係の例を示す図である。 図１１は、イメージセンサーのサイズとイメージサークルとの関係の例を示す図である。 図１２は、イメージセンサーのサイズとイメージサークルとの関係の例を示す図である。 図１３は、イメージセンサーのサイズとイメージサークルとの関係の例を示す図である。 図１４は、イメージセンサーのサイズとイメージサークルとの関係の例を示す図である。 図１５は、イメージサークルの２次元強度分布において１次微分をとる場合に用いるフィルター（ロバーツフィルター）の例を示す図である。 図１６は、イメージサークルの２次元強度分布において２次微分をとる場合に用いるフィルター（ラプラシアンフィルター）の例を示す図である。 図１７は、本発明の一実施形態に係るレンズ倍率認識方法を示すフローチャートである。 図１８は、１次元強度分布に基づくレンズ倍率認識ステップを示すフローチャートである。 図１９は、２次元強度分布に基づくレンズ倍率認識ステップを示すフローチャートである。

以下、添付図面に従って本発明に係るレンズ倍率認識方法及び測定装置の実施の形態について説明する。

［測定装置の構成］
図１は、本発明の一実施形態に係る測定装置を示すブロック図である。

図１に示すように、本実施形態に係る測定装置１は、被測定物Ｗの形状、表面粗さ等の測定を行うための白色干渉顕微鏡５０と、制御装置１０とを含んでいる。以下の説明では、被測定物Ｗが載置されるステージ７８に沿う平面をＸＹ平面とする３次元直交座標系を用いて説明する。

制御装置１０は、白色干渉顕微鏡５０の各部の制御を行い、白色干渉顕微鏡５０による測定の結果を処理する装置であり、制御部１２、入出力部１４及び信号処理部１６を含んでいる。制御装置１０は、例えば、パーソナルコンピュータ、ワークステーション等の汎用のコンピュータによって実現可能である。

制御装置１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）及びストレージデバイス（例えば、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）等）を含んでいる。制御装置１０では、ＲＯＭ又はストレージデバイスに記憶されている制御プログラム等の各種プログラムがＲＡＭに展開され、ＲＡＭに展開されたプログラムがＣＰＵによって実行されることにより、制御装置１０の各部の機能が実現される。

制御部１２は、入出力部１４を介してオペレーターから操作入力を受け付けて、制御装置１０の各部を制御する。また、制御部１２は、白色干渉顕微鏡５０の光源部５２の出力制御を行って、被測定物Ｗに照射される照明光の光量等を調整する。制御部１２は、ステージ駆動部８０の駆動制御を行ってステージ７８を移動させて、被測定物Ｗの観察対象位置（測定位置）の調整等を行う。制御部１２は、本発明のイメージサークル検出部及びレンズ倍率認識部の一例である。

入出力部１４は、作業者の操作入力を受け付けるための操作部材（例えば、キーボード、ポインティングデバイス等）と、白色干渉顕微鏡５０による被測定物Ｗの測定の結果等を表示するための表示部（例えば、液晶ディスプレイ等）とを含んでいる。

信号処理部１６は、白色干渉顕微鏡５０の検出器７６から検出信号を取得して、この検出信号に対して後述の信号処理を行い、被測定物Ｗの測定に用いられる干渉対物レンズ６６の倍率の認識を行う。

白色干渉顕微鏡５０は、光源部５２、ライトガイド５４及び鏡筒５６を含んでいる。鏡筒５６の下端部にはターレット６２が取り付けられており、鏡筒５６の上端部には検出器７６が取り付けられている。ターレット６２には、複数（図１に示す例では３個）の対物部６４が取り付けられている。複数の対物部６４は、相互にレンズ倍率が異なる干渉対物レンズ６６を含んでおり、ターレット６２を回転させることにより、被測定物Ｗの測定に使用する干渉対物レンズ６６を切り替えることが可能となっている。

光源部５２は、白色光を出力する光源であり、例えば、ハロゲンランプ、レーザー光源又はＬＥＤ（Light Emitting Diode）光源等である。ここで、白色光とは、可視光領域（波長約４００ｎｍ～約７２０ｎｍ）の波長の可視光線を混ぜ合わせた光であり、例えば、赤、緑及び青の３色（３原色）の光を適切な比率で混合した光であってもよい。

ライトガイド５４は、光源部５２から出力された白色光を鏡筒５６に伝播する光路を形成する部材であり、例えば、光ファイバである。

鏡筒５６は、同軸落射型の照明光学系を有している。鏡筒５６には、照明用レンズ５８、ビームスプリッター６０、結像レンズ７２及び絞り７４が配置されている。

照明用レンズ５８は、ライトガイド５４を介して鏡筒５６に入射した白色光（照明光）を干渉対物レンズ６６の瞳位置に導光する（結像させる）光学系を有する。照明用レンズ５８から出力された照明光は、ビームスプリッター６０によって反射されて干渉対物レンズ６６に導光される。

ビームスプリッター６０を介して導光された照明光は、干渉対物レンズ６６により対物部６４の出射側に導光される。対物部６４の出射側に導光された照明光のうちハーフミラー６８を透過した成分は、ステージ７８に載置された被測定物Ｗに導光され、被測定物Ｗの被測定面で反射される。そして、被測定物Ｗの被測定面からの反射光は、ハーフミラー６８を透過して結像レンズ７２に到達する。

一方、対物部６４の出射側に導光された照明光のうちハーフミラー６８に反射された成分は、参照ミラー７０に導光されて反射される。参照ミラー７０からの反射光は、ハーフミラー６８に反射されて結像レンズ７２に到達する。ここで、ハーフミラー６８と参照ミラー７０との間の距離は固定とする。

結像レンズ７２は、被測定物Ｗの被測定面からの反射光と、参照ミラー７０からの反射光とを検出器７６の光検出面に結像させる光学系を有する。

絞り７４は、結像レンズ７２と検出器７６との間に設けられており、結像レンズ７２から検出器７６に導光される反射光の一部を遮光する。

検出器７６は、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）又はＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等の光検出アレイ素子（以下、イメージセンサーという。）を含んでいる。検出器７６は、イメージセンサーの各受光素子が検出した光強度を示すアナログ又はデジタルの検出信号を生成し、信号処理部１６に出力する。検出器７６は、本発明の撮像部の一例である。

検出器７６は、被測定物Ｗの被測定面の形状、表面粗さ等の測定を行う場合に、被測定物Ｗの被測定面からの第１の反射光Ｌ１、及び参照ミラー７０からの第２の反射光Ｌ２を受光して検出信号を生成し、信号処理部１６に出力する。

被測定物Ｗの被測定面とハーフミラー６８との間の距離と、参照ミラー７０とハーフミラー６８との間の距離が変化すると、第１の反射光Ｌ１と第２の反射光Ｌ２との間に位相差が生じる。そして、この位相差に応じて干渉縞が変化する。例えば、被測定物Ｗの被測定面とハーフミラー６８との間の距離と、参照ミラー７０とハーフミラー６８との間の距離が等しい場合には、第１の反射光Ｌ１と第２の反射光Ｌ２との間に位相差が生じないため、干渉縞の振幅が最大になる。

信号処理部１６は、検出器７６から入力された検出信号に基づいて、干渉縞の形状及び振幅等を算出する。

制御部１２は、干渉対物レンズ６６を高さ方向（Ｚ方向）に走査させたときに、信号処理部１６によって算出された干渉縞の形状及び振幅等に基づいて、被測定物Ｗの被測定面の形状、表面粗さ等の測定を行う。制御部１２は、例えば、信号処理部１６によって算出された干渉縞の振幅が最大になるときの干渉対物レンズ６６の高さ方向（Ｚ方向）の位置を取得する。そして、制御部１２は、この干渉対物レンズ６６の位置に基づいて、被測定物Ｗの被測定面の位置を算出し、被測定物Ｗの被測定面の形状、表面粗さ等の測定を行う。制御部１２は、この測定の結果をストレージデバイスに格納したり、入出力部１４の表示部に表示させることが可能となっている。

ステージ駆動部８０は、ステージ７８をＸＹ方向に移動させるための駆動機構（例えば、アクチュエータ等）を備えている。被測定物Ｗにおける光の照射位置（観察対象位置）は、ステージ駆動部８０によりステージ７８をＸＹ方向に移動させることにより変更可能となっている。なお、本実施形態では、ステージ７８をＸＹ方向に移動可能としたが、ステージ７８を固定として鏡筒５６をＸＹ方向に移動可能としてもよいし、鏡筒５６及びステージ７８の両方を移動可能としてもよい。

（干渉対物レンズのレンズ倍率の認識の手順）
次に、干渉対物レンズ６６のレンズ倍率を認識する手順について説明する。

上記のように、干渉対物レンズ６６によって被測定物Ｗの被測定面に結像されて反射された反射光Ｌ１は、結像レンズ７２及び絞り７４を経て検出器７６のイメージセンサーに結像する。この反射光Ｌ１がイメージセンサーにおいて結像する領域（以下、イメージサークルという。図２参照。）は、干渉対物レンズ６６のレンズ倍率に応じて異なる。本実施形態では、干渉対物レンズ６６のレンズ倍率とイメージサークルにおける受光強度分布との関係を利用して、干渉対物レンズ６６のレンズ倍率を認識する。

（１次元強度分布に基づくレンズ倍率の認識）
まず、１次元強度分布に基づくレンズ倍率の認識について説明する。

図２は、イメージサークルの例を示す画像である。図２において、センサー領域ＶＦは、検出器７６のイメージセンサーの受光面であって、画素が形成された領域を示している。図２に示す例では、センサー領域ＶＦは矩形であるが、センサー領域ＶＦの平面形状はこれに限定されない。

本実施形態では、イメージサークルＣの外縁部（エッジ部）がセンサー領域ＶＦの中に含まれるように、イメージセンサーのサイズとイメージサークルＣとの関係が調整される。図２に示す例では、図２の対角線ＤＬ上にイメージサークルＣのエッジ部が検出される。

図３は、イメージサークルにおける受光強度分布（１次元強度分布）を示すグラフ（理論値）である。図４及び図５は、図３の一部を拡大して示すグラフである。図３から図５では、センサー領域ＶＦの中心の画素位置をゼロとする。図３から図５において、符号Ｔ１からＴ３は、それぞれレンズ倍率が１０倍、５０倍及び１００倍の干渉対物レンズ６６を用いた場合のイメージサークルＣの１次元強度分布を示している。図３から図５は、図２の対角線ＤＬに沿う１次元強度分布を示しており、説明の便宜上、イメージサークルＣの中心とセンサー領域ＶＦの中心（画素位置＝０）が一致しているものとする。

図３から図５は、被測定物Ｗの被測定面からの反射光Ｌ１の光強度が被測定面のどの場所でも一様であると仮定した場合の理論値を示している。このため、図３に示すように、イメージサークルＣの１次元強度分布（Ｔ１からＴ３）では、センサー領域ＶＦ内の画素位置によらず光強度が略一定となっており、イメージサークルＣのエッジ部近傍において光強度が低下する。このため、図３の１次元強度分布（Ｔ１からＴ３）は略台形状となっている。図３の１次元強度分布（Ｔ１からＴ３）において、光強度がゼロになる点を結ぶ線分（下底）の長さがイメージサークルＣの直径に相当する。

干渉対物レンズ６６のレンズ倍率が低いほど、反射光Ｌ１のうち絞り７４によって遮光される成分が少なくなる。このため、図３に示すように、レンズ倍率が低いほど、イメージサークルＣの直径が大きくなる。

さらに、図４及び図５に示すように、１次元強度分布（Ｔ１からＴ３）において、イメージサークルＣのエッジ部近傍から光強度が徐々に低下して、エッジ部において光強度がゼロになっている。この光強度が低下し始める点の位置、すなわち、台形状の１次元強度分布（Ｔ１からＴ３）の上底の両端部は、干渉対物レンズ６６のレンズ倍率に応じて異なっている。

実際の測定では、検出器７６のイメージセンサーのノイズフロアの影響により、イメージサークルＣのエッジ部近傍の光強度が弱い部分を検出することは困難である。このため、本実施形態では、イメージサークルＣの１次元強度分布（Ｔ１からＴ３）のうちエッジ部近傍において光強度が比較的強い部分、特に、エッジ部近傍において光強度が低下し始める上底の両端部の点の位置の違いを利用してレンズ倍率の認識を行う。

図６は、イメージサークルにおける受光強度分布（１次元強度分布）を示すグラフ（実測値）である。図７及び図８は、図６の一部を拡大して示すグラフである。図６から図８において、符号Ｄ１からＤ３は、それぞれレンズ倍率が１０倍、５０倍及び１００倍の干渉対物レンズ６６を用いて得られたイメージサークルＣの１次元強度分布を示している。図６から図８は、図２の対角線ＤＬに沿う１次元強度分布を示しており、説明の便宜上、イメージサークルＣの中心とセンサー領域ＶＦの中心（画素位置＝０）が一致しているものとする。

図６から図８は、被測定物Ｗの被測定面からの反射光Ｌ１の光強度が被測定面の場所によらず略一様とした場合の１次元強度分布の実測値を示している。図６に示すように、各１次元強度分布Ｄ１からＤ３は、イメージサークルＣの中心Ｐ０における光強度が一致するように規格化されている。

１次元強度分布Ｄ１からＤ３は、イメージサークルＣの中心で光強度が最大となっており、エッジ部側に向かって略線形に光強度が低下している。そして、１次元強度分布Ｄ１からＤ３のエッジ部の近傍では、光強度が低下するときの傾きの絶対値が大きくなっている。さらに、イメージサークルＣの外側では、ノイズフロアの影響により、光強度がゼロより大きい略一定値となっている。

本実施形態では、レンズ倍率ごとに１次元強度分布Ｄ１からＤ３をあらかじめ測定しておく。そして、被測定物Ｗの被測定面の測定を行う際に得られた１次元強度分布とあらかじめ測定しておいた１次元強度分布とを比較することにより、レンズ倍率の認識を行う。

以下、１次元強度分布Ｄ１からＤ３に基づいてレンズ倍率の認識を行う場合の例について具体的に説明する。

まず、信号処理部１６により、被測定物Ｗの被測定面からの反射光Ｌ１の光強度被測定面の場所によらず略一様とした場合の１次元強度分布Ｄ１からＤ３をあらかじめ測定する。

次に、制御部１２は、図７に示すように、１次元強度分布Ｄ３に対して、中心側領域Ａ３_Ｏとエッジ部側領域Ａ３_Ｉを設定する。そして、制御部１２は、１次元強度分布Ｄ３のうちの中心側領域Ａ３_Ｏにおける光強度のデータを用いて近似直線Ｆ３_Ｏを算出し、エッジ部側領域Ａ３_Ｉにおける光強度のデータを用いて近似直線Ｆ３_Ｉを算出する。近似直線Ｆ３_Ｏ及びＦ３_Ｉは、それぞれ中心側領域Ａ３_Ｏ及びエッジ部側領域Ａ３_Ｉにおける光強度のデータを最小二乗近似することにより算出することが可能である。

ここで、中心側領域Ａ３_Ｏは、イメージサークルＣの中心Ｐ０から、１次元強度分布Ｄ３のエッジ部近傍の変化の割合（傾き）が変化する点（以下、折れ曲がり点という。）の近傍までの領域である。中心側領域Ａ３_Ｏは、例えば、折れ曲がり点の周囲の領域（例えば、折れ曲がり点の周囲の所定の画素数分の領域）Ｍ１を除いた領域とすることができる。なお、中心側領域Ａ３_Ｏは、例えば、中心側領域Ａ３_Ｏにおける光強度データの相関係数が所定値以上になるように設定してもよい。

また、エッジ部側領域Ａ３_Ｉは、折れ曲がり点からイメージサークルＣのエッジ部までの領域である。エッジ部側領域Ａ３_Ｉは、折れ曲がり点の周囲の領域Ｍ１と、イメージサークルＣの外側の領域Ｍ２とを除外した領域としてもよい。なお、エッジ部側領域Ａ３_Ｉは、例えば、エッジ部側領域Ａ３_Ｉにおける光強度データの相関係数が所定値以上になるように設定してもよい。

次に、制御部１２は、近似直線Ｆ３_Ｉと近似直線Ｆ３_Ｏの交点Ｐ３の座標を求める。そして、１次元強度分布Ｄ１及びＤ２についても同様にして、中心側領域及びエッジ部側領域の近似直線の交点Ｐ１及びＰ２をそれぞれ算出する。これにより、ターレット６２に取り付けられた各干渉対物レンズ６６を用いて取得された１次元強度分布に関する情報（より具体的には、イメージサークル内で１次元強度分布の変化の割合が変化する折れ曲がり点の位置に関する情報）が得られる。

認識対象の干渉対物レンズ６６を用いて被測定物Ｗの被測定面の測定を行う際には、制御部１２は、認識対象の干渉対物レンズ６６により得られた１次元強度分布（以下、測定データという。）を取得する。次に、制御部１２は、あらかじめ測定しておいたレンズ倍率ごとの１次元強度分布（以下、参照データという。）と、測定データとを比較する。そして、制御部１２は、参照データ及び測定データにおける交点の座標を比較して、測定時の干渉対物レンズ６６のレンズ倍率を認識する。

上記の例によれば、イメージサークルＣにおける光強度の１次元強度分布を利用することにより、白色干渉顕微鏡５０における干渉対物レンズ６６のレンズ倍率の認識を自動的かつ簡便に実施することが可能となる。

なお、本実施形態では、図７に示す１次元強度分布（Ｄ１からＤ３）の画素位置が負の部分の光強度データを用いて近似直線の交点（Ｐ１からＰ３）を算出してレンズ倍率の認識を行ったが、本発明はこれに限定されない。例えば、図８に示す画素位置が正の部分の光強度データを用いて近似直線の交点を算出してレンズ倍率の認識を行ってもよいし、左右両側の交点の座標に基づいてレンズ倍率の認識を行ってもよい。

また、上記の例では、イメージサークルＣのエッジ部が検出器７６の受光素子のセンサー領域ＶＦに含まれるように、イメージセンサーのサイズとイメージサークルＣとの関係が調整される。図９から図１４は、イメージセンサーのサイズとイメージサークルとの関係の例を示す図である。

図９に示す例では、イメージセンサーのセンサー領域ＶＦ１が正方形であり、イメージサークルＣ１の直径φ１がイメージセンサーの各辺Ｈ１及びＶ１よりも長くなっている（φ１＞Ｈ１＝Ｖ１）。この場合、イメージサークルＣのエッジ部は、センサー領域ＶＦ１の２本の対角線ＤＬ１上に検出される。

図１０に示す例では、イメージセンサーのセンサー領域ＶＦ２が正方形であり、イメージサークルＣ２の直径φ２がイメージセンサーの各辺Ｈ２及びＶ２よりも短くなっている（φ２＜Ｈ２＝Ｖ２）。この場合、イメージサークルＣのエッジ部は、センサー領域ＶＦ２の２本の対角線ＤＬ２上と、センサー領域ＶＦ２の対向する辺の中点同士を結ぶ２本の線分ＨＬ２及びＶＬ２上に検出される。

図１１に示す例では、イメージセンサーのセンサー領域ＶＦ３が長方形であり、イメージサークルＣ３の直径φ３がイメージセンサーの長辺Ｖ３よりも長くなっている（φ３＞Ｖ３＞Ｈ３）。この場合、イメージサークルＣのエッジ部は、センサー領域ＶＦ３の２本の対角線ＤＬ３上に検出される。

図１２に示す例では、イメージセンサーのセンサー領域ＶＦ４が長方形であり、イメージサークルＣ４の直径φ４がイメージセンサーの長辺Ｖ４よりも短く、短辺Ｈ４よりも長くなっている（Ｖ４＞φ４＞Ｈ４）。この場合、イメージサークルＣのエッジ部は、センサー領域ＶＦ４の２本の対角線ＤＬ４上と、センサー領域ＶＦ４の対向する短辺Ｈ４の中点同士を結ぶ線分ＶＬ４上に検出される。

図１３に示す例では、イメージセンサーのセンサー領域ＶＦ５が長方形であり、イメージサークルＣ５の直径φ５がイメージセンサーの長辺Ｈ５よりも長くなっている（φ５＞Ｈ５＞Ｖ５）。この場合、イメージサークルＣのエッジ部は、センサー領域ＶＦ５の２本の対角線ＤＬ５上に検出される。

図１４に示す例では、イメージセンサーのセンサー領域ＶＦ６が長方形であり、イメージサークルＣ６の直径φ６がイメージセンサーの長辺Ｈ６よりも短く、短辺Ｖ６よりも長くなっている（Ｈ６＞φ６＞Ｖ６）。この場合、イメージサークルＣのエッジ部は、センサー領域ＶＦ６の２本の対角線ＤＬ６上と、センサー領域ＶＦ６の対向する短辺Ｖ６の中点同士を結ぶ線分ＨＬ６上に検出される。

本実施形態では、イメージセンサーのサイズとイメージサークルに応じて、エッジ部が存在する１次元強度分布（対角線ＤＬ１からＤＬ６、線分ＶＬ２、ＨＬ２、ＶＬ４又はＨＬ６に沿う１次元強度分布）を求める。そして、図７に示した例と同様に、１次元強度分布の近似直線の交点の座標を算出し、あらかじめ測定しておいたレンズ倍率ごとの１次元強度分布における交点の座標と比較することにより、レンズ倍率の認識を行うことが可能である。

なお、イメージセンサーのサイズとイメージサークルＣとの関係は、図９から図１４に限定されるものではない。例えば、イメージサークルＣの中心とセンサー領域ＶＦの中心が一致していなくてもよく、センサー領域ＶＦ内にイメージサークルＣのエッジ部が少なくとも１つ含まれるようにすればよい。

また、本実施形態では、１次元強度分布Ｄ１からＤ３をそれぞれ中心側領域及びエッジ部側領域に分けてそれぞれの近似直線を算出するようにしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、領域分けを行わずに、１次元強度分布Ｄ１からＤ３を近似した区分線形関数をそれぞれ算出し、その区分線形関数の区分点（折れ曲がり点）の座標を算出し、区分点の座標を比較することによりレンズ倍率の認識を行うようにしてもよい。また、１次元強度分布Ｄ１からＤ３を２次以上の関数で近似し、近似関数の形状又はその折れ曲がり点の座標を比較することによりレンズ倍率の認識を行うようにしてもよい。

（２次元強度分布に基づくレンズ倍率の認識）
上記の例では、１次元強度分布に基づいて干渉対物レンズ６６のレンズ倍率を認識するようにしたが、２次元のイメージサークルＣのエッジ部の位置に基づいて、干渉対物レンズ６６のレンズ倍率を認識することも可能である。

この場合、信号処理部１６により、各干渉対物レンズ６６を使用したときのイメージサークルＣの画像（２次元強度分布）をあらかじめ撮影する。そして、制御部１２により、イメージサークルＣのエッジ部の検出を行う。これにより、レンズ倍率ごとの受光強度分布におけるエッジ部の位置に関する情報を含む参照データが得られる。

次に、被測定物Ｗの被測定面の測定を行う際には、制御部１２は、あらかじめ測定しておいたレンズ倍率ごとの２次元強度分布と、被測定物Ｗの測定時に使用する干渉対物レンズ６６により得られた２次元強度分布とを比較する。そして、制御部１２は、これらの２次元強度分布におけるエッジ部の値に基づいて、測定時の干渉対物レンズ６６のレンズ倍率を認識する。

ここで、２次元強度分布からエッジ部を検出する方法としては、例えば、２次元強度分布の１次微分をとる方法（例えば、ロバート法）又は２次微分をとる方法（例えば、ラプラシアンフィルターを用いる方法）を適用することが可能である。ロバート法では、２次元強度分布の１次微分を算出し、１次微分の大きさ（絶対値）が極大となる点（画素位置）をエッジ部として検出する。ラプラシアンフィルターを用いる方法では、２次元強度分布の２次微分を算出し、２次微分のゼロ点（画素位置）をエッジ部として検出する。

図１５は、イメージサークルの２次元強度分布において１次微分をとる場合に用いるフィルター（ロバーツフィルター）の例を示す図である。

図９から図１４に示すセンサー領域（ＶＦ１からＶＦ６）では、対角線（ＤＬ１からＤＬ６）上にエッジ部がある。このため、センサー領域（ＶＦ１からＶＦ６）の斜め方向における２次元強度分布の１次微分を算出し、１次微分の大きさ（絶対値）が極大となる点（画素位置）をエッジ部として検出する。この場合、図１５に示すフィルターＲＦ１０を用いて、センサー領域（ＶＦ１からＶＦ６）の右上から左下方向の差分をとることにより、エッジ部の検出を行うことが可能である。また、フィルターＲＦ１２を用いて、センサー領域（ＶＦ１からＶＦ６）の左上から右下方向の差分をとることにより、エッジ部の検出を行うことも可能である。

ここで、２次元強度分布をｆ（Ｈ，Ｖ）とすると、画素位置（Ｈ，Ｖ）＝（ｉ，ｊ）における１次微分の大きさｇ（ｉ，ｊ）を差分を用いて表すと式（１）が得られる。そして、ｇ（ｉ，ｊ）が極大となる画素位置を求めることにより、エッジ部を検出することができる。

g(i,j) = [{f(i,j) - f(i+1,j-1)}² + {f(i,j) - f(i-1,j-1)}²]^1/2...(1)
また、図１０及び図１２に示すセンサー領域（ＶＦ２及びＶＦ４）では、Ｖ方向の線分（ＶＬ２及びＶＬ４）上にもエッジ部がある。このため、図１５に示すフィルターＲＦ１４を用いて、Ｖ方向の差分をとることにより、エッジ部の検出を行うことが可能である。

また、図１０及び図１４に示すセンサー領域（ＶＦ２及びＶＦ６）では、Ｈ方向の線分（ＨＬ２及びＨＬ６）上にもエッジ部がある。このため、図１５に示すフィルターＲＦ１６を用いて、Ｈ方向の差分をとることにより、エッジ部の検出を行うことが可能である。

図１６は、イメージサークルの２次元強度分布において２次微分をとる場合に用いるフィルター（ラプラシアンフィルター）の例を示す図である。

図１６のフィルターＬＦ２０は、中心の画素（注目画素）に対して±Ｖ方向及び±Ｈ方向の４画素の２次微分をとるためのフィルター（４近傍ラプラシアンフィルター）である。また、フィルターＬＦ２２は、注目画素に対して±Ｖ方向、±Ｈ方向及び斜め方向の８画素の２次微分をとるためのフィルター（８近傍ラプラシアンフィルター）である。これらのフィルターを用いることにより、エッジ部の検出を行うことが可能である。

上記の例によれば、イメージサークルＣにおける光強度の２次元強度分布のエッジ部を検出することにより、白色干渉顕微鏡５０における干渉対物レンズ６６のレンズ倍率の認識を自動的かつ簡便に実施することが可能となる。

なお、２次元強度分布においてエッジ部を検出する方法は上記に限定されるものではなく、ほかのエッジ検出方法（フィルター）を適用することも可能である。

（レンズ倍率認識方法）
次に、レンズ倍率認識方法について説明する。図１７は、本発明の一実施形態に係るレンズ倍率認識方法を示すフローチャートである。

まず、オペレーターによりターレット６２が回転操作されて干渉対物レンズ６６がセットされた後（ステップＳ１０）、検出器７６のイメージセンサーにより画像が撮像される（ステップＳ１２）。ステップＳ１２では、センサー領域ＶＦ内にイメージサークルＣのエッジ部が少なくとも１か所含まれるように、画角又は絞り７４が調整される。

次に、信号処理部１６は、検出器７６のイメージセンサーを用いて得られた画像からイメージサークルＣを検出する（ステップＳ１４）。制御部１２は、信号処理部１６によるイメージサークルＣの検出結果に基づいて、イメージサークルＣの受光強度分布を取得する（ステップＳ１６）。

次に、制御部１２は、イメージサークルＣの受光強度分布に基づいて、被測定物Ｗの測定に用いる干渉対物レンズ６６のレンズ倍率を認識する（ステップＳ１８）。

次に、１次元強度分布に基づくレンズ倍率認識ステップについて、図１８を参照して説明する。図１８は、１次元強度分布に基づくレンズ倍率認識ステップを示すフローチャートである。

まず、制御部１２は、イメージサークルＣの受光強度分布から、エッジ部が含まれる方向（例えば、対角線方向）の１次元強度分布を作成し、参照データと同様に、強度の最大値に基づいて規格化する（ステップＳ３０）。

次に、制御部１２は、規格化後の１次元強度分布に中心側領域及びエッジ部側領域を設定し、中心側領域及びエッジ部側領域の強度分布のデータからそれぞれ近似直線を算出する（ステップＳ３２）。そして、制御部１２は、中心側領域及びエッジ部側領域の近似直線の交点を算出する（ステップＳ３４：折れ曲がり点算出ステップ）。

次に、制御部１２は、ステップＳ３４において算出した交点の座標を参照データと比較して（ステップＳ３６）、比較結果に基づいて干渉対物レンズ６６のレンズ倍率を認識する（ステップＳ３８）。

次に、２次元強度分布に基づくレンズ倍率認識ステップについて、図１９を参照して説明する。図１９は、２次元強度分布に基づくレンズ倍率認識ステップを示すフローチャートである。

まず、制御部１２は、イメージサークルＣの受光強度分布から２次元強度分布を作成し、エッジ検出を行ってエッジ部を検出し、エッジ部の座標（画素位置）を算出する（ステップＳ５０）。

次に、制御部１２は、ステップＳ５０において算出したエッジ部の座標を参照データと比較して（ステップＳ５２）、比較結果に基づいて干渉対物レンズ６６のレンズ倍率を認識する（ステップＳ５４）。

本実施形態によれば、イメージサークルＣにおける光強度の１次元強度分布又は２次元強度分布を、レンズ倍率ごとの参照データと比較することにより、白色干渉顕微鏡５０における干渉対物レンズ６６のレンズ倍率の認識を自動的かつ簡便に実施することが可能となる。

１…測定装置、１０…制御装置、１２…制御部、１４…入出力部、１６…信号処理部、５０…白色干渉顕微鏡、５２…光源部、５４…ライトガイド、５６…鏡筒、５８…照明用レンズ、６０…ビームスプリッター、６２…ターレット、６４…対物部、６６…干渉対物レンズ、６８…ハーフミラー、７０…参照ミラー、７２…結像レンズ、７４…絞り、７６…検出器、７８…ステージ、８０…ステージ駆動部

Claims (6)

1. 認識対象のレンズを用いて得られた画像を撮像部により撮像するステップと、
   前記撮像した画像のイメージサークルを検出するステップと、
   前記イメージサークルにおける受光強度分布を取得し、前記イメージサークルにおける受光強度分布を、レンズ倍率が異なるレンズを用いて撮像された受光強度分布から取得された参照データと比較することにより、前記認識対象のレンズのレンズ倍率を認識するレンズ倍率認識ステップと、
   を含むレンズ倍率認識方法。
2. 前記参照データは、前記レンズ倍率が異なるレンズを用いて撮像された受光強度分布から取得された１次元強度分布に関する情報を含んでおり、
   前記レンズ倍率認識ステップは、
   前記イメージサークルから前記イメージサークルのエッジ部を含む方向に沿う１次元強度分布を取得するステップと、
   前記１次元強度分布を、前記参照データと比較することにより、前記認識対象のレンズのレンズ倍率を認識するステップと、
   を含む請求項１記載のレンズ倍率認識方法。
3. 前記参照データは、前記レンズ倍率が異なるレンズを用いて撮像された受光強度分布において、前記イメージサークル内で１次元強度分布の変化の割合が変化する折れ曲がり点の位置に関する情報を含んでおり、
   前記レンズ倍率認識ステップは、
   前記イメージサークルから前記イメージサークルのエッジ部を含む方向に沿う１次元強度分布を取得するステップと、
   前記イメージサークルから取得された前記１次元強度分布において、前記イメージサークル内で前記１次元強度分布の変化の割合が変化する折れ曲がり点の位置を算出する折れ曲がり点算出ステップと、
   前記算出した折れ曲がり点の位置を、前記参照データに含まれる折れ曲がり点の位置と比較することにより、前記認識対象のレンズのレンズ倍率を認識するステップと、
   を含む請求項１記載のレンズ倍率認識方法。
4. 前記折れ曲がり点算出ステップは、
   前記１次元強度分布において、前記イメージサークルの中心側領域及びエッジ部側領域の強度分布の近似直線をそれぞれ算出するステップと、
   前記近似直線の交点の位置を前記折れ曲がり点の位置として算出するステップと、
   を含む請求項３記載のレンズ倍率認識方法。
5. 前記参照データは、前記レンズ倍率ごとの受光強度分布におけるエッジ部の位置に関する情報を含んでおり、
   前記レンズ倍率認識ステップは、
   前記イメージサークルのエッジ部を検出するステップと、
   前記イメージサークルから検出したエッジ部の位置を、前記参照データに含まれるエッジ部の位置と比較することにより、前記認識対象のレンズのレンズ倍率を認識するステップと、
   を含む請求項１記載のレンズ倍率認識方法。
6. 認識対象のレンズを用いて得られた画像を撮像する撮像部と、
   前記撮像した画像のイメージサークルを検出するイメージサークル検出部と、
   前記イメージサークルにおける受光強度分布を取得し、前記イメージサークルにおける受光強度分布を、レンズ倍率が異なるレンズを用いて撮像された受光強度分布から作成された参照データと比較することにより、前記認識対象のレンズのレンズ倍率を認識するレンズ倍率認識部と、
   を備える測定装置。

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