JP2009053485A - オートフォーカス装置、オートフォーカス方法および計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】計測対象の反射率などによらず、フォーカスを合わせて、計測対象の撮影を可能にする。
【解決手段】計測対象である基板２に投影されるパターンを、ビームスプリッタ１６で分岐し、ラインセンサ１９で検出してオートフォーカスを行うオートフォーカス時と、基板２を、二次元ＣＣＤで撮影する撮影時とで、照明用光源１１の光源１１ａ〜１１ｃを切り替え選択できるようにし、オートフォーカス時には、投影パターンのコントラストが十分得られるようにする一方、撮影時には、基板２の画像が鮮明に得られるようにしている。
【選択図】図５

Description

本発明は、オートフォーカス装置、オートフォーカス方法およびそれを用いた計測装置に関し、更に詳しくは、例えば、基板や部品などの計測対象を撮影して位置や寸法などの計測を行う計測装置およびこの計測装置などに好適なオートフォーカス装置、オートフォーカス方法に関する。

従来、計測対象の寸法や形状を測定する画像測定機などに利用されるオートフォーカス装置がある（例えば、特許文献１参照）。

この特許文献１のオートフォーカス装置は、計測対象の測定面に所定のパターンを投影し、この投影パターンのコントラストに基づいてフォーカスを合わせ、計測対象の画像から計測対象の寸法や形状を測定するものである。
特開平９−３０４６８５号公報

上記のような従来のオートフォーカス装置では、照明用の光源は、例えば、ハロゲンランプなどの単一の光源を用いて、投影パターンに基づいてオートフォーカスを行う一方、寸法等の測定のための計測対象の撮影を行っている。

かかるオートフォーカス装置では、計測対象、例えば、導体パターンが形成された基板の反射率が低いような場合には、基板に投影される投影パターンのコントラストが不十分となって、フォーカスを合わせることができない場合があるという課題がある。

かかる場合に、光源の光量を強くして投影パターンのコントラストを高めることが考えられるが、光量を強くすると、基板に形成されている導体パターンの部分の光量が飽和してしまい、導体パターンの寸法や形状の測定が困難となる。

本発明は、上述のような点に鑑みて為されたものであって、計測対象の反射率などに関らず、フォーカスを合わせることができるようにし、更に、撮影した画像に基づいて計測を行えるようにすることを目的とする。

（１）本発明のオートフォーカス装置は、照明用光源によって対物レンズを介して、計測対象にパターンを投影し、前記計測対象からの反射光を分岐して、計測対象を撮影する撮像素子と、オートフォーカス用のセンサとに導き、投影された前記パターンの像を受光する前記センサの出力に基づいて、前記対物レンズを移動させてオートフォーカスを行うオートフォーカス装置であって、前記照明用光源の照明条件を、前記撮像素子による計測対象の撮影用と、前記センサによって前記パターンの像を受光して前記対物レンズを移動させるオートフォーカス用とで、選択可能としている。

計測対象とは、位置や寸法などを計測する対象をいい、例えば、基板、部品などをいう。

計測対象に投影するパターンは、コントラストが得られるパターンが好ましく、例えば、縞状、格子状、波状、その他の形状のパターンであってもよい。

パターンが投影される計測対象の領域は、撮像素子によって撮影される領域と重なってもよいし、異なる領域としてもよい。

投影されるパターンの像を受光するオートフォーカス用のセンサは、ラインセンサであってもよいし、エリアセンサであってもよい。

照明条件とは、照明の条件であり、例えば、照明の光量、照明に使用する光源の種類、光学フィルタの使用の可否などの条件である。

本発明のオートフォーカス装置によると、計測対象の撮影用と、オートフォーカス用とで、照明用光源の照明条件を選択できるので、例えば、計測対象の反射率の大小などに応じて、計測対象の撮影時には、計測対象の画像が鮮明に得られる照明条件を選択し、オートフォーカス時には、投影パターンのコントラストが十分に得られる照明条件を選択することができ、これによって、従来例のように、計測対象の反射率が低いために、投影パターンのコントラストが十分得られず、フォーカスを合わせることができないといったことがない。

（２）本発明のオートフォーカス装置の一つの実施形態では、前記照明条件が、前記照明用光源の光量である。

この実施形態によると、計測対象の反射率の大小などに応じて、計測対象の撮影時には、計測対象の画像が鮮明に得られる光量を選択し、オートフォーカス時には、投影パターンのコントラストが十分に得られる光量を選択することができ、これによって、計測対象の反射率などによらず、フォーカスを合わせて、計測対象を撮影することができる。

（３）本発明のオートフォーカス装置の他の実施形態では、前記照明用光源は、複数の光源を備え、前記照明条件が、前記複数の光源の内、いずれの光源を使用するかである。
この実施形態によると、計測対象の反射率の大小などに応じて、計測対象の撮影時には、計測対象の画像が鮮明に得られる光源を選択し、オートフォーカス時には、投影パターンのコントラストが十分に得られる光源を選択することができ、これによって、計測対象の反射率などによらず、フォーカスを合わせて、計測対象を撮影することができる。

（４）上記（３）の実施形態では、前記複数の光源は、波長の異なる光源であり、前記照明条件は、波長の相違に応じた前記対物レンズのフォーカス移動量を含むものである。
異なる波長（色）の光源を、照明用光源として選択すると、結像位置がずれる、いわゆる色収差が生じるが、この実施形態によると、照明条件として、波長の相違に応じたフォーカス移動量を用いて、結像位置のずれを補正することができる。

（５）本発明のオートフォーカス装置の他の実施形態では、前記パターンが、前記計測対象の、前記撮像素子による撮影領域とは異なる領域に投影され、前記センサが、ラインセンサである。

この実施形態によると、計測対象の撮影領域とは異なる領域に投影されたパターンをラインセンサによって検出するので、エリアセンサを用いて投影パターンを検出してオートフォーカスする場合に比べて、高速なオートフォーカスが可能となる。

（６）本発明のオートフォーカス方法は、照明用光源によって対物レンズを介して、計測対象にパターンを投影し、前記計測対象からの反射光をセンサで受光し、該センサの出力に基づいて、前記対物レンズを移動させてオートフォーカスを行うオートフォーカスステップと、前記照明用光源からの光を、前記対物レンズを介して前記計測対象に集光し、前記計測対象からの反射光に基づいて、計測対象を撮像素子で撮影する撮影ステップとを含むオートフォーカス方法であって、前記オートフォーカスステップと前記撮影ステップとに応じて、前記照明用光源の照明条件を、選択可能としている。

本発明のオートフォーカス方法によると、計測対象の撮影用と、オートフォーカス用とで、照明用光源の照明条件を選択できるので、例えば、計測対象の反射率の大小などに応じて、計測対象の撮影時には、計測対象の画像が鮮明に得られる照明条件を選択し、オートフォーカス時には、投影パターンのコントラストが十分に得られる照明条件を選択することができ、これによって、計測対象の反射率の大小などに関わらず、フォーカスを合わせて、計測対象を撮影することができる。

（７）本発明の計測装置は、計測対象を撮影した計測画像に基づいて、計測を行う計測装置であって、照明用光源によって対物レンズを介して、前記計測対象にパターンを投影し、前記計測対象からの反射光を分岐して、前記計測対象を撮影する撮像素子と、オートフォーカス用のセンサとに導き、投影された前記パターンの像を受光する前記センサの出力に基づいて、前記対物レンズを移動させてオートフォーカスを行うオートフォーカス手段を備え、前記照明用光源による照明条件を、前記撮像素子による計測対象の撮影用と、前記センサによって前記パターンの像を受光して前記対物レンズを移動させるオートフォーカス用とで、選択可能としている。

本発明の計測装置によると、計測対象の撮影用と、オートフォーカス用とで、照明用光源の照明条件を選択できるので、例えば、計測対象の反射率の大小などに応じて、計測対象の撮影時には、計測対象の画像が鮮明に得られる照明条件を選択し、オートフォーカス時には、投影パターンのコントラストが十分に得られる照明条件を選択することができ、これによって、計測対象の反射率の大小などに関わらず、フォーカスを合わせて、計測対象を撮影して計測することが可能となる。

本発明によれば、計測対象を撮影する撮影用と、計測対象に投影されるパターンを検出してオートフォーカスを行うオートフォーカス用とで、照明条件を選択できるので、計測対象の反射率の大小などに応じて、計測対象の撮影時には、計測対象の画像が鮮明に得られる照明条件を選択し、オートフォーカス時には、投影パターンのコントラストが十分に得られる照明条件を選択することができ、これによって、計測対象の反射率の大小などに関わらず、フォーカスを合わせて計測対象を撮影することができる。

以下、図面によって本発明の実施の形態について詳細に説明する。

（実施の形態１）
以下、図面によって本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の一つの実施の形態に係る計測装置の概略構成を示す斜視図である。

この実施形態の計測装置１は、計測対象である基板２の計測領域を撮影して画像を取り込むための画像取り込み装置３と、この画像取り込み装置３に相互に情報伝送可能に接続されて、取り込んだ画像を処理して計測を行なうととともに、各部の制御を行なう制御装置４とを備えており、制御装置４は、画像取り込み装置３を制御する制御プログラムを実行するコンピュータを内蔵している。

画像取り込み装置３は、基台５と、その上に設置された一対のガイドレール６に沿って移動可能なステージ７と、このステージ７を跨ぐ形で基台５上の固定位置に架設された門型の架台８と、この架台８内に設けられた図示しないカメラ移動機構と、カメラ移動機構に支持されたオートフォーカス機能を有するカメラ９とを備えている。

矩形板状のステージ７は、図示しないリニアモータなどの駆動機構によって図のｙ方向に移動可能である。カメラ９は、ｙ方向に直交する図のｘ方向を可動方向とするカメラ移動機構によって、ｘ方向に移動可能である。

基台５上には、ステージ７の移動方向であるｙ方向に沿って延びるリニアスケール１０が設けられる一方、ステージ７には、該ステージ７と一体的に移動する図示しないエンコーダヘッドが設置されており、リニアスケール１０とエンコーダヘッドとによって、ステージ７のｙ方向の移動量を測定するリニアエンコーダが構成される。

各エンコーダヘッドには、投光部と受光部とが備えられ、投光部から出射されてリニアスケール１０で変調された反射光を受光部で受けることにより、ステージ７の移動量に応じた数のパルス信号を得ることができる。また、各リニアスケール１０の１箇所には原点パターンが設けられていることにより、ステージ位置の原点信号を得ることもできる。

架台８に内蔵されるカメラ移動機構は、ステージ７上に載置された基板２を撮影するカメラ９を、ｘ方向に移動させるものである。このカメラ移動機構は、リニアエンコーダを備えており、このリニアエンコーダでカメラ９のｘ方向の移動量を測定しながら、制御装置４から指令されたｘ座標にカメラ９を移動させる。

カメラ９は、顕微鏡のように対物レンズを有する構成となっており、基板２の計測領域を撮影するための２次元ＣＣＤを備えるとともに、オートフォーカス用のラインセンサを備えている。このカメラ９は、対物レンズの交換により撮像倍率を変更できるようになっている。

制御装置４は、キーボードやマウスなどの入力装置２０と、予め計測位置を教示するための教示用画像や後述のように照明用光源を選択して手動でフォーカスする際の撮影画像などが表示される液晶ディスプレイなどの表示装置２１とを備えており、画像取り込み装置３に対してリアルタイムに指令を送ったり、画像取り込み装置３で撮像した画像を観察したり、画像取り込み装置３を制御するプログラムを入力したりできるようになっている。画像取り込み装置３を制御するプログラムは、ネットワークを経由して、外部からダウンロードすることもできる。

図２は、カメラ９の光学系の構成を示す図である。

この実施形態のカメラ９は、複数の光源からなる照明用光源１１と、基板２に投影されるオートフォーカス用の縞状のパターンを有する投影板１２と、照明用光源１１から出射された光を、対物レンズ１３の光軸に向かって反射するミラー１４と、このミラー１４からの反射光を、対物レンズ１３に向かって反射するハーフミラー１５と、基板２から対物レンズ１３およびハーフミラー１５を介して与えられる反射光を分岐するビームスプリッタ１６と、対物レンズ１３の光軸上に配置されて、基板２の計測領域を撮影する二次元ＣＣＤ１７と、ビームスプリッタ１６で分岐されて光路差プリズム１８を介して与えられる光を受光するオートフォーカス用のラインセンサ１９と、このラインセンサ１９の出力に基づいて、オートフォーカス（ＡＦ）駆動部２２を介して対物レンズ１３を光軸方向に移動させてフォーカスを合わせるオートフォーカス（ＡＦ）コントローラ２３とを備えている。

図３（ａ）は、二次元ＣＣＤ１７による撮影領域および投影パターンを、図３（ｂ）は、オートフォーカス用のラインセンサ１９によって検出される投影パターンの輝度信号をそれぞれ示すものである。

投影板１２の縦縞状のパターン２４が、図３（ａ）に示すように、基板２上の矩形の撮影領域Ａの下方の領域Ｂに投影される。

この投影パターン２４の像が、図２の対物レンズ１３、ハーフミラー１５、ビームスプリッタ１６および光路差プリズム１８を介してラインセンサ１９によって検出され、これに基づいて、オートフォーカスが行われる。

また、図３（ａ）の投影パターンの上方の撮影領域Ａが、対物レンズ１３、ハーフミラー１５およびビームスプリッタ１６を介して二次元ＣＣＤ１７によって撮影され、この基板２を撮影した計測画像に基づいて、基板２上の導体パターンなどの寸法や形状などの計測が行われる。

ここで、計測画像に基づく基板２上の導体パターンの計測について説明する。

この実施形態では、予め、基板２の計測領域を撮影した教示用画像と、テンプレート画像とのテンプレートマッチングを行い、マッチングしたときの位置を基準として、教示用の画像内における計測位置、例えば、基板２上の導体パターンの幅などの計測すべき位置を教示する。

この教示用画像としては、例えば、導体パターンの形状などが同等であるものが多数存在する基板２を撮影した画像を用いるのが好ましい。また、テンプレート画像は、計測領域に含まれる特徴的なパターンの画像であるのが好ましく、このテンプレート画像は、予め登録される。

次に、実際の計測対象の基板２の計測では、基板２の計測領域を撮影し、その撮影した計測画像と、上述のテンプレート画像とを、テンプレートマッチングし、マッチングしたときの位置を基準として、上述の教示用画像を用いて教示された計測位置を検出し、基板２上の導体パターンの幅などを計測するものである。

なお、計測画像に基づく寸法等の計測は、他の公知の手法を用いてもよい。

上述の従来例のように、照明用光源が、ハロゲンランプなどの単一の光源では、例えば、図４（ａ）に示すように、投影パターン２４の背景となる基板２の反射率が低いような場合には、図４（ｂ）に示すように、ラインセンサ１９によって検出される投影パターン２４の輝度信号のレベルが閾値Ｌに達せず、フォーカスを合わせることができない。なお、投影パターン２４の上方の撮影領域では、計測すべきＬ字状の導体パターン２５が鮮明に映っている。

この実施形態では、基板２の反射率の大小などに関らず、フォーカスを合わせることができるとともに、鮮明な計測画像を撮影できるようにするために、次のようにしている。

図５は、オートフォーカスおよび計測のための要部の機能ブロック図であり、図２に対応する部分には、同一の参照符号を付す。

この実施形態の照明用光源１１は、３つの第１〜第３の光源１１ａ〜１１ｃを備えており、第１〜第３の光源１１ａ〜１１ｃは、例えば、赤色光源、青色光源および白色光源からなる。

これら光源１１ａ〜１１ｃは、光源制御部２６によって、少なくともいずれか一つの光源が選択されて駆動される。

各光源１１ａ〜１１ｃからの光は、集光器２７によって集光されて、上述のように、対物レンズ１３等を介して基板２に照射される。

基板２からの反射光は、上述のように、対物レンズ１３等を介してビームスプリッタ１６に与えられて光路が分岐され、一方は、基板２の計測領域の撮影用の二次元ＣＣＤ１７に導かれ、この二次元ＣＣＤ１７に出力に基づいて、計測処理部２８によって、導体パターンの寸法等の計測が行われる。

また、ビームスプリッタ１６で分岐された他方は、ラインセンサ１９に導かれ、このラインセンサ１９の出力を、センサ信号処理部２９で処理し、基板２上に投影された縞状のパターンの像のコントラストが最大になるように、ＡＦ駆動コントローラ２３およびＡＦ駆動部２２を介して対物レンズ１３を光軸方向に移動させてフォーカスを合わせる。

この実施形態では、反射率などが異なる基板であっても、オートフォーカスおよび計測を可能とするために、オートフォーカス時と、基板２の計測領域の撮影時とで、照明用光源１１の第１〜第３の光源１１ａ〜１１ｃのいずれかを切替え選択できるようにしている。

図６および図７は、この実施形態の動作説明に供するフローチャートである。

この実施形態の計測装置では、図６に示される手順に従って、予め計測位置や計測条件などの教示が行われ、次に、図７に示される手順に従って、教示に基づいて、実際の計測が行われる。

ここでは、先ず、基板２が通常の反射率を有し、同一の光源を用いて、オートフォーカスおよび計測領域の撮影を行う場合の処理について説明する。

図６に示すように、ステージ７上の基板２の計測位置（計測領域）が教示され（ステップｎ１）、教示された計測位置へステージ７およびカメラ９を移動し（ステップｎ２）、オートフォーカス用の光源を選択する（ステップｎ３）。オートフォーカス用の光源としては、通常は、例えば、第１の光源１１ａが選択されている。

次に、オートフォーカス用の光量の設定を行う（ステップｎ４）。この光量の設定は、例えば、ラインセンサ１９が受光している受光量のパワー表示などに基づいて行われる。
次に、オートフォーカス実行のための操作を行ってオートフォーカスを実行し（ステップｎ５）、オートフォーカスが成功したか否かを判断する（ステップｎ６）。オートフォーカスの実行は、所定のキー操作などによって行われ、オートフォーカスの成否が表示される。

オートフォーカスに成功したときには、撮影用の光源を選択する（ステップｎ７）。この撮影用の光源は、通常は、オートフォーカス用と同じ光源、例えば、第１の光源１１ａが選択されている。このとき、基板２の撮影画像を、図１の表示装置２１で確認することができる。

次に、撮影用の光源の光量を設定する（ステップｎ８）。通常は、オートフォーカスと同じ光量が選択されている。

次に、オートフォーカス用の光源と撮影用の光源とが同じであるか否か判断し（ステップｎ９）、この例では、第１の光源１１ａで同じであるので、教示用画像を撮影し（ステップｎ１２）、その画像内の計測位置、例えば、上述の図４の撮影画像内の導体パターン２５のパターン幅の計測位置などを教示する（ステップｎ１３）。

この教示は、上述のように、撮影した教示用画像と、予め登録されているテンプレート画像とのテンプレートマッチングを行い、マッチングしたときの位置を基準として、画像内における計測位置を指定することにより、行われる。

以上の教示を、ステージ７上の基板２の計測領域毎に行う、すなわち、ステージ７およびカメラ９を移動させて基板２を撮影する撮影箇所毎に行う。

以上の教示が終了した後の実際の計測用の基板２の計測では、図７に示されるように、教示された計測位置へステージ７およびカメラ９を移動し（ステップｎ１４）、教示されたオートフォーカス用の光源を選択し（ステップｎ１５）、教示されたオートフォーカス用の光量を設定し（ステップｎ１６）、オートフォーカスを実行する（ステップｎ１７）。

次に、教示された撮影用の光源を選択し（ステップｎ１８）、教示された撮影用の光量を設定し（ステップｎ１９）、オートフォーカス用の光源と撮影用の光源とが同じであるか否かを判断し（ステップｎ２０）、この例では、同じであるので、計測用の画像を撮影し（ステップｎ２２）、撮影した計測画像に基づいて、基板２の導体パターン等の計測を行う（ステップｎ２３）。

この計測は、上述のように、撮影した計測画像と、上述のテンプレート画像とを、テンプレートマッチングし、マッチングしたときの位置を基準として、教示された計測位置を検出し、基板２上の導体パターンの幅などを計測することにより、行われる。

以上の計測を、教示された計測領域毎に行う。

この例は、同じ光源、例えば、第１の光源１１ａを用いてオートフォーカスおよび計測画像の撮影が行われた場合の処理である。

次に、上述の図４に示すように、基板２の反射率が低く、第１の光源１１ａでは、投影パターン２４のコントラストが十分に得られず、オートフォーカスに失敗した場合の処理について説明する。

上述の図６のステップｎ３〜ｎ５で第１の光源１１ａを選択し、光量を選択し、オートフォーカスを実行し、ステップｎ６で、オートフォーカスに失敗した場合には、ステップｎ３に戻り、オートフォーカス用の光源を切替え選択する。例えば、第１の光源１１ａから第２の光源１１ｂに切替える。

第２の光源１１ｂは、第１の光源１１ａとは波長が異なり、上述の図４に示すように、第１の光源では、投影パターン２４のコントラストが十分に得られず、オートフォーカスに失敗する場合であっても、第２の光源１１ｂでは、図８に示すように、投影パターン２４の背景からの反射が大きくなり、ラインセンサ１９で検出される投影パターンの輝度信号のレベルが、閾値Ｌを越えることになり、オートフォーカスが可能になる。なお、第２の光源１１ｂでは、基板２からの反射が大きくなる結果、撮影領域におけるＬ字状の導体パターン２５からの反射光が飽和し、導体パターン２５が不鮮明となっている。

図６のステップｎ３において、光源を、第１の光源１１ａから第２の光源１１ｂに切換えた後、オートフォーカス用の光源の光量を設定し（ステップｎ４）、オートフォーカスを実行し（ステップｎ５）、オートフォーカスが成功したか否かを判断する（ステップｎ６）。

ステップｎ６において、オートフォーカスに成功した場合には、撮影用の光源を選択する（ステップｎ７）。

第２の光源１１ｂは、上述の図８に示すように、投影パターン２４のコントラストが十分得られ、オートフォーカスが可能となるが、計測すべき導体パターン２５では、反射光量が飽和して不鮮明となっており、基板２を撮影しても導体パターン２５の寸法等を計測するのが困難である。この基板２の撮影画像は、図１の表示装置２１で確認することができる。

そこで、撮影用の光源として、例えば、第１の光源１１ａを選択する。第１の光源１１ａは、上述の図４に示すように、投影パターン２５のコントラストが不十分で、オートフォーカスができないけれども、計測すべき導体パターン２５は鮮明である。

次に、撮影用の光源である第１の光源１１ａの光量を設定し（ステップｎ８）、オートフォーカス用の光源と撮影用の光源とが同じであるか否かを判断する（ステップｎ９）。

この例では、オートフォーカス用の光源は、第２の光源１１ｂであり、撮影用の光源は、第１の光源１１ａであり、光源が異なるので、手動でフォーカスを合わせる（ステップｎ１０）。

すなわち、第２の光源１１ｂを用いてオートフォーカスを行った合焦位置と、第２の光源１１ｂとは波長（色）が異なる第１の光源１１ａを用いた合焦位置では、ずれが生じる、すなわち、色収差が生じることになる。

そこで、ユーザは、撮影用の光源である第１の光源１１ａによる撮影画像を確認しながら合焦位置になるようにフォーカスを手動で調整し、その調整値を、フォーカスオフセット値として記憶させる（ステップｎ１１）。

次に、撮影用の光源である第１の光源１１ａを用いて、教示用画像を撮影し（ステップｎ１２）、その画像内の計測位置を教示する（ステップｎ１３）。

以上の教示を、ステージ７上の基板２の計測領域毎に行う。

教示が終了した後の実際の計測では、図７に示されるように、教示された計測位置へステージ７およびカメラ９を移動し（ステップｎ１４）、教示されたオートフォーカス用の光源、すなわち、第２の光源１１ｂを選択し（ステップｎ１５）、教示されたオートフォーカス用の光量を設定し（ステップｎ１６）、オートフォーカスを実行する（ステップｎ１７）。

次に、教示された撮影用の光源、すなわち、第１の光源１１ａを選択し（ステップｎ１８）、教示された撮影用の光量を設定し（ステップｎ１９）、オートフォーカス用の光源と撮影用の光源とが同じであるか否かを判断し（ステップｎ２０）、この例では、光源が異なるので、図６のステップｎ１１のフォーカスオフセット値分だけ対物レンズ１３を移動させ（ステップｎ２１）、計測用の画像を撮影し（ステップｎ２２）、撮影した計測画像に基づいて、基板２の導体パターン等の計測を行う（ステップｎ２３）。

以上のように、オートフォーカス用の光源と、基板２の撮影用の光源とを、切替え選択できるので、投影パターンのコントラストが十分得られる光源を、オートフォーカス用の光源として選択し、計測すべき導体パターンが鮮明となる光源を、基板２の撮影用の光源として使用できることになる。これによって、反射率が異なる基板２であっても、オートフォーカスが可能になるとともに、鮮明な画像の撮影が可能となり、基板２の導体パターン２５の寸法等の計測が可能となる。

なお、上述の説明では、光源として、第１，第２の光源１１ａ，１１ｂを使用したけれども、第１，第２の光源１１ａ，１１ｂを使用しても、オートフォーカスに失敗し、あるいは、鮮明な画像が得られない場合には、更に、第３の光源１１ｃを選択すればよく、また、複数の光源を組み合わせるようにしてもよい。

更に、各光源についての光量の設定を選択するようにしてもよい。

（実施の形態２）
図９および図１０は、本発明の他の実施形態の動作説明に供するフローチャートであり、上述の図６および図７に対応するものである。

上述の実施形態では、照明用光源１１として、複数の光源１１ａ〜１１ｃを備え、いずれかの光源を選択したけれども、この実施形態では、単一の光源を備え、その光量を可変するものである。

先ず、図９に示すように、ステージ７上の基板２の計測位置が教示され（ステップｎ１）、教示された計測位置へステージ７およびカメラ９を移動し（ステップｎ２）、オートフォーカス用の光量の設定を行う（ステップｎ３）。この光量の設定は、例えば、ラインセンサ１９が受光している受光量のパワー表示などに基づいて行われる。

次に、オートフォーカス実行のための操作を行ってオートフォーカスを実行し（ステップｎ４）、オートフォーカスが成功したか否かを判断する（ステップｎ５）。

例えば、設定した光量では、基板２の反射率が低いために、上述の図４に示すように、投影パターン２４のコントラストが十分得られず、オートフォーカスに失敗した場合には、ステップｎ３に戻り、光量を高く設定し、再度、オートフォーカスを実行する（ステップｎ５）。

オートフォーカスに成功したときには、撮影用の光量を設定する（ステップｎ６）。

例えば、ステップｎ３で光量を高く設定したために、投影パターンのコントラストが十分得られ、オートフォーカスに成功したものの、上述の図８に示すように、計測すべき導体パターン２５からの反射が大きくなって光量が飽和して導体パターン２５が不鮮明になるように場合には、その撮影画像を確認して光量を低く設定する。

次に、教示用画像を撮影し（ステップｎ７）、その画像内の計測位置を教示する（ステップｎ８）。

以上の教示を、ステージ７上の基板２の計測箇所毎に行う。

教示が終了した後の実際の計測では、図１０に示すように、教示された計測位置へステージ７およびカメラ９を移動し（ステップｎ９）、教示されたオートフォーカス用の光量を設定し（ステップｎ１０）、オートフォーカスを実行する（ステップｎ１１）。

次に、教示された撮影用の光量を設定し（ステップｎ１２）、計測用の画像を撮影し（ステップｎ１３）、撮影した計測画像に基づいて、基板２の導体パターン等の計測を行う（ステップｎ１４）。

以上のように、オートフォーカス用の光量と、計測画像の撮影用の光量と
を、切替え選択できるので、投影パターンのコントラストが十分得られる光量を、オートフォーカス用の光量として設定し、計測すべき導体パターンが鮮明となる光量を、計測画像の撮影用の光量として設定できることになる。これによって、反射率が異なる基板２であっても、オートフォーカスおよび鮮明な計測画像の撮影が可能となり、基板２の導体パターン２５の寸法等の計測が可能となる。

本発明は、計測画像に基づいて、位置や寸法などを計測する計測装置などに有用である。

本発明の実施形態に係る計測装置の概略構成を示す斜視図である。 図１のカメラ９の光学系の構成を示す図である。 二次元ＣＣＤによる撮影画面、投影パターンおよびラインセンサによって検出される投影パターンの輝度信号を示す図である。 反射率が低い基板の場合の図３に対応する図である。 オートフォーカスおよび計測のための要部の機能ブロック図である。 教示の際のオートフォーカスおよび計測対象の撮影の動作説明に供するフローチャートである。 実際の計測の際のオートフォーカスおよび計測対象の撮影の動作説明に供するフローチャートである。 光源を切替えた場合の図３に対応する図である。 他の実施形態の図６に対応するフローチャートである。 他の実施形態の図７に対応するフローチャートである。

符号の説明

１ 計測装置
２ 基板
９ カメラ
１１ 照明用光源
１７ 二次元ＣＣＤ
１９ ラインセンサ

Claims (7)

1. 照明用光源によって対物レンズを介して、計測対象にパターンを投影し、前記計測対象からの反射光を分岐して、前記計測対象を撮影する撮像素子と、オートフォーカス用のセンサとに導き、投影された前記パターンの像を受光する前記センサの出力に基づいて、前記対物レンズを移動させてオートフォーカスを行うオートフォーカス装置であって、
   前記照明用光源の照明条件を、前記撮像素子による計測対象の撮影用と、前記センサによって前記パターンの像を受光して前記対物レンズを移動させるオートフォーカス用とで、選択可能としたことを特徴とするオートフォーカス装置。
2. 前記照明条件が、前記照明用光源の光量である請求項１に記載のオートフォーカス装置。
3. 前記照明用光源は、複数の光源を備え、
   前記照明条件が、前記複数の光源の内、いずれの光源を使用するかである請求項１または２に記載のオートフォーカス装置。
4. 前記複数の光源は、波長の異なる光源であり、
   前記照明条件は、波長の相違に応じた前記対物レンズのフォーカス移動量を含む請求項３に記載のオートフォーカス装置。
5. 前記パターンが、前記計測対象の、前記撮像素子による撮影領域とは異なる領域に投影され、
   前記センサが、ラインセンサである請求項１〜４のいずれか一項に記載のオートフォーカス装置。
6. 照明用光源によって対物レンズを介して、計測対象にパターンを投影し、前記計測対象からの反射光をセンサで受光し、該センサの出力に基づいて、前記対物レンズを移動させてオートフォーカスを行うオートフォーカスステップと、
   前記照明用光源からの光を、前記対物レンズを介して前記計測対象に集光し、前記計測対象からの反射光に基づいて、計測対象を撮像素子で撮影する撮影ステップとを含むオートフォーカス方法であって、
   前記オートフォーカスステップと前記撮影ステップとに応じて、前記照明用光源の照明条件を、選択可能としたことを特徴とするオートフォーカス方法。
7. 計測対象を撮影した計測画像に基づいて、計測を行う計測装置であって、
   照明用光源によって対物レンズを介して、前記計測対象にパターンを投影し、前記計測対象からの反射光を分岐して、前記計測対象を撮影する撮像素子と、オートフォーカス用のセンサとに導き、投影された前記パターンの像を受光する前記センサの出力に基づいて、前記対物レンズを移動させてオートフォーカスを行うオートフォーカス手段を備え、
   前記照明用光源による照明条件を、前記撮像素子による計測対象の撮影用と、前記センサによって前記パターンの像を受光して前記対物レンズを移動させるオートフォーカス用とで、選択可能としたことを特徴とする計測装置。