測定装置および方法
【課題】 本発明は、検査対象の表面形状および表面上の微細構造に関する情報を抽出することを目的とする。
【解決手段】 測定対象の表面上に構成される測定されるべき微細構造に応じた光特性の照明光を設定する照明光設定手段と、前記照明光を前記測定対象に照射したときの反射光を測定する測定手段と、前記測定された反射光から、前記測定対象の表面の形状と、前記表面上に構成される微細構造とに関する情報を抽出する抽出手段とを有することを特徴とする。
【解決手段】 測定対象の表面上に構成される測定されるべき微細構造に応じた光特性の照明光を設定する照明光設定手段と、前記照明光を前記測定対象に照射したときの反射光を測定する測定手段と、前記測定された反射光から、前記測定対象の表面の形状と、前記表面上に構成される微細構造とに関する情報を抽出する抽出手段とを有することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検査対象の表面からの反射光を測定する測定装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
測定対象物に照明光を照射した場合、測定対象物の表面からの反射光には、散乱光が含まれることがある。散乱光は、光の入射角に対して正反射方向ではなく、様々な方向に散乱する。散乱光は、測定対象物表面に形成される７６０ｎｍ以下の微細な構造に起因するものである。
【０００３】
散乱光を測定する装置として、ＢＲＤＦ測定装置がある。ＢＲＤＦとは「Ｂｉ−ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ Ｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ」の略であり、双方向反射率分布関数を意味する。
【０００４】
ＢＲＤＦは、光の入射角や波長を引数として光の反射角を返す関数であり、所定の物質の材質や微細な構造により変化する。ＢＲＤＦは、主に所定の物質の表面状態や質感を仮想空間上で表現するために用いられている。
【０００５】
特許文献１には、４色以上の色成分から成るマルチバンド対応のＢＲＤＦ測定装置が開示されている。
【特許文献１】特開２００６−２７５９５５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年、測定対象の表面形状を測定すると共に、測定対象の表面上に構成される微細構造の測定も望まれている。従来のＢＲＤＦ装置では、測定対象物の表面のＢＲＤＦを測定することは出来るが、測定対象の表面形状を測定するという思想はなかった。
【０００７】
本発明は、上記課題を鑑み、検査対象の表面形状および表面上の微細構造に関する情報を抽出することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、測定対象の表面上に構成される測定されるべき微細構造に応じた光特性の照明光を設定する照明光設定手段と、前記照明光を前記測定対象に照射したときの反射光を測定する測定手段と、前記測定された反射光から、前記測定対象の表面の形状と、前記表面上に構成される微細構造とに関する情報を抽出する抽出手段とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、検査対象の表面形状および表面上の微細構造に関する情報を抽出することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
（第一の実施形態）
以下、図面を参照して本発明の第一の実施形態を説明する。
【００１１】
図１は、本実施形態における測定装置の構成を示す図である。
【００１２】
測定対象物１０１は、本実施形態における測定装置で測定される測定対象である。
【００１３】
測定対象物１０１は、例えば、複写機などに搭載される帯電ローラー、カメラなどに搭載されるレンズなどである。これらは、表面にキズなどがあると製品機能に不具合が生じる可能性があるため、表面測定が必要になる。
【００１４】
照明部１０２は、測定対象物１０１を照明するための手段である。
【００１５】
光照射部１０３は、照明部１０２に搭載され、測定対象物１０１を照射する。光照明部１０３は、電球、ハロゲンランプ、球状ストロボＸｅ管などを有する。
【００１６】
光特性設定部１０４は、光照明部１０３から照射される照明光の光特性を設定する。光特性は、ユーザーの測定要求、測定対象物１０１の表面上の微細構造に基づき設定される。光特性は、測定対象物１０１を測定する際に必要な測定精度に対応させる。本実施形態における光特性は、光の波長、光の偏光性、光の指向性である。ここで、測定対象物の測定精度と、照明光の光特性との関係について説明する。
【００１７】
最初に、光特性の一つである光の波長について説明する。
【００１８】
図２は、測定対象物１０１の表面構造を示した図である。図２（ａ）は、照明光の波長よりも大きいオーダーの検査対象物の表面構造を示した図である。図２（ａ）に示すように、一般的に検査対象物の表面には、多くの凹凸がある。図２（ａ）の凹凸は、十数μｍ程度から数十μｍ程度の構造である。反射面の凹凸の大きさと、光の波長とが同程度である場合、反射光の波の性質が顕在化し、散乱光となる。しかし、光の波長は数百ｎｍ程度であるため、図２（ａ）に示される凹凸は、反射光の散乱にはあまり影響しない。
【００１９】
図２（ｂ）は、照明光の波長と同程度の検査対象物の表面構造を示した図である。図２（ｂ）の凹凸は、図２（ａ）の表面構造２０１の部分を拡大表示したものである。図２（ｂ）に示される凹凸は数百ｎｍ程度の微細構造であり、光の波長と同程度である。従って、図２（ｂ）に示される凹凸からの反射光は、散乱光となる。
【００２０】
図３は、照明光の波長と反射光の散乱との関係を示した図である。図３（ａ）は、反射光の幾何光学的成分を示した図である。反射光の幾何光学的成分とは、測定対象物１０１の十数μｍ程度から数十μｍ程度の構造に起因する反射光成分を示す。これは、測定対象物１０１における光学現象を、幾何光学で説明することが出来るからである。図３（ａ）に示すように、反射光の幾何光学的成分は、正反射する。
【００２１】
図３（ｂ）は、反射光の波動光学的成分を示した図である。反射光の波動光学的成分とは、測定対象物１０１の数百ｎｍ程度の構造に起因する反射光成分を示す。これは、測定対象物１０１における光学現象を、波動光学で説明することが出来るからである。図３（ｂ）に示すように、反射光の波動光学的成分は、測定対象物１０１の数百ｎｍ程度の構造に起因し、主に正反射以外の方向に反射する。
【００２２】
以上、説明したように、測定対象物１０１からの反射光は、照射光に含まれる波長と測定対象物１０１の表面構造との関係に応じて、変化する。よって、光特性設定部１０４は、測定精度に応じた波長を含む照明光を設定する。
【００２３】
次に、光特性の内、光の偏光性について説明する。光の偏光性とは、光波の振動する方向の規則性を示すものである。
【００２４】
図４は、二種類の振動方向の波を有する照明光を示した図である。ｘ軸は、光の照射方向を示している。
【００２５】
ｘｙ波４０１は、図４に示すｘｙ平面上で振動する照明光の波を示している。ｘｚ波４０２は、図４に示すｘｚ平面上で振動する照明光の波を示している。また、ｘｙ平面、ｘｚ平面以外の平面上で振動する照明光の波が照明光に含まれる場合もある。実際の照明光には、複数種類の波が含まれ、含まれる波の種類によって、反射光の強度分布が変化することがある。よって、光特性設定部１０４は、測定精度に応じた偏光性の照明光を設定する。
【００２６】
最後に、光特性の内、光の指向性について説明する。光の指向性とは、光照明部１０３から照射された光の広がり具合を表したものである。光の指向性が高いほど、平行光に近くなる。
【００２７】
図５は、照明光の指向性に応じた反射を示した図である。
【００２８】
図５（ａ）は、指向性が高い照明光を照射した場合を示した図である。照明光５０１は、指向性が高い照明光である。ポイント５０２は、照明光５０１が当たる測定対象物１０１上の場所である。照明光の指向性が高い場合、照明光５０１の発生源からポイント５０２方向へ照射された照明光５０１は、他方向にほとんど拡散しない。よって、ポイント５０１に照射される照明光５０２の同方向の光量が多くなり、正方向の反射光５０３の光量も多くなる。測定位置と反射光量との関係は、図５（ｃ）のようになる。
【００２９】
図５（ｂ）は、指向性が低い照明光を照射した場合を示す図である。照明光５０４は、指向性が低い照明光である。ポイント５０５は、照明光５０４が当たる測定対象物１０１上の場所である。照明光の指向性が低い場合、照明光５０４の発生源からポイント５０５方向へ照射された照明光５０１は、他の方向に拡散する。よって、ポイント５０５に照射される反射光５０２は、互いに異なる方向からの光量が多くなり、反射光５０６も拡散する。測定位置と反射光量との関係は、図５（ｄ）のようになる。よって、光特性設定部１０４は、測定対象物１０１の構造に応じた指向性の照明光を設定する。以上が、光特性設定部１０４における光特性の設定である。
【００３０】
反射光測定部１０５は、測定対象物１０１からの反射光を測定する。反射光測定部１０５は、測定対象物１０１からの反射光を検出する光センサなどを備える。
【００３１】
反射光抽出部１０６は、反射光測定部１０５で測定された反射光から、測定対象物１０１の表面の形状に起因する反射光と、表面上の微細構造による散乱特性に起因する反射光それぞれに関する情報を抽出する。反射光抽出部１０６は、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＶＲＡＭ（Ｖｉｄｅｏ ＲＡＭ）などを備え、ＶＲＡＭに格納された反射光測定部１０の反射光のデータをＧＰＵが解析する。解析の結果、反射光のデータは、表面構造に起因する反射光データと散乱特性に起因する反射光データとが抽出される。それぞれの反射光データの抽出方法は、後述する。
【００３２】
出力部１０７は、反射光抽出部１０６による抽出結果を出力する。出力部１０７は、抽出結果を表示するためのモニタ、プリンタなどを有する。
【００３３】
記録部１０８は、反射光抽出部１０６による抽出結果を記録するための手段である。記録部１０８は、抽出結果のデータを記録するためのハードディスク、フラッシュメモリなどを備える。
【００３４】
制御部１０９は、照明部１０２、反射光測定部１０５、反射光抽出部１０６、出力部１０７、記録部１０８の動作を制御する。制御部１０９は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、各種制御プログラムが格納されたＲＯＭなどを備える。
【００３５】
ＲＯＭに格納された各種プログラムは、照明部１０２が照射する照射光を制御するための制御プログラム、反射光測定部１０５を制御するための制御プログラムなどが含まれる。
【００３６】
また、各種プログラムには、反射光抽出部１０６を制御するための制御プログラム、出力部１０７を制御するための制御プログラム、記録部１０８を制御するための制御プログラムなどが含まれても良い。以上が、本実施形態における測定装置の構成である。尚、図１に示した構成の一部は、一般的なパーソナルコンピュータなどに置き換え可能である。
【００３７】
図６は、本実施形態における測定装置の処理の流れを示した図である。図６を用いて、本実施形態における処理の流れを説明する。
（ステップ６０１）ステップ６０１では、制御部１０９が照明光設定手段として機能し、照明部１０２が測定対象物１０１に照射する照明光の光特性を設定する。設定する光特性は、前述した照明光の波長、偏光性、指向性である。光特性の設定は、あらかじめ設定された測定精度に基づき設定される。例えば、測定対象物１０１の表面上の微細構造を測定する場合は、短い波長を多く含む照明光を照射するように設定する。また、高い測定精度が要求される場合には、照明光の偏光性、指向性を高く設定する。また、不図示の指示手段により入力されたユーザの指示に基づき、適切な照明光の光特性を設定しても良い。
（ステップ６０２）ステップ６０２では、照明部１０２が測対象物１０１に対して照明光を照射する。照射される照明光の光特性は、ステップ５０１で設定された光特性である。
照明部１０２が照射するタイミングは、制御部１０９が制御する。
（ステップ６０３）ステップ６０３では、制御部１０９が反射光測定部１０５に、測定対象物１０１の反射光を測定させる。
（ステップ６０４）ステップ６０４では、反射光抽出部１０６が、抽出手段として機能し、測定対象物１０１の表面の形状に関する情報を抽出する。ここで抽出される測定対象物１０１の表面の形状は、照明光の波長よりも十分に大きいオーダーの構造である。測定対象物１０１の表面の形状の具体的な抽出方法については、後述する。
（ステップ６０５）ステップ６０５では、反射光抽出部１０６が、抽出手段として機能し、反射光から測定対象物１０１の表面のＢＲＤＦを抽出する。ＢＲＤＦの具体的な抽出方法については、後述する。
（ステップ６０６）ステップ６０６では、制御部１０９の制御により、出力部１０７および記録部１０８が、測定対象物１０１の構造およびＢＲＤＦの抽出結果の出力と記録を行う。記録部１０８は、測定対象物１０１の構造およびＢＲＤＦの抽出結果をデジタルデータとして、ハードディスク、フラッシュメモリなどに格納する。出力部１０７は、測定対象物１０１の構造およびＢＲＤＦの抽出結果をモニタなどに表示する。
【００３８】
（測定対象物の表面形状の抽出方法）
以下に、ステップ６０４における測定対象物１０１の表面形状の抽出方法について説明する。抽出には、反射光のデータを用いる。
【００３９】
図７は、測定対象物１０１に対して照明光を照射したときの反射光を示した図である。
【００４０】
図７における照明光は、照明部１０２から照射された平行光である。また、図７で示される反射光は、照明光の波長に対して十分に大きいオーダーの構造に起因する反射光である。例えば、入射光７０３に対する反射光は反射光７０２である。同様に、入射光７０５に対しては反射光７０６、入射光７０７に対しては反射光７０８が対応する。
【００４１】
また、入射光７０１に対する入射角および反射角はθｉａ、入射光７０３に対する入射角および反射角はθｉｂ、入射光７０５に対する入射角および反射角はθｉｃ、入射光７０７に対する入射角および反射角はθｉｄになる。入射角と反射角との和は、入射光と反射光との相対角になる。本実施形態では、測定対象物１０１の構造を算出するために、まず、測定対象物１０１上に照明光を照射したときの相対角を算出する。そして、相対角から測定対象物１０１の表面の各点における傾きを算出し、測定対象物１０１の構造を算出する。
【００４２】
図８は、測定対象物１０１の表面の各点における傾きから、測定対象物１０１の構造を算出する方法を示した図である。図８から分かるように、測定対象物１０１の傾き８０１の値が正であれば、測定対象物１０１の高さ８０２は高くなる。測定対象物１０１の傾き８０１が負の場合は、逆である。図８の関係を用いれば、測定対象物１０１の表面の各点における傾きから、測定対象物１０１の構造を算出することが出来る。
【００４３】
また、入射光と反射光との相対角を算出するためには、入射光の方向と反射光の方向とが分かれば良い。算出方法としては、例えば、入射光の方向ベクトルと反射光の方向ベクトルとの内積から角度を算出する方法がある。入射光の方向は、照射部１０２の位置姿勢から求めることが出来る。反射光の方向を算出する方法を次に説明する。
【００４４】
図９は、図７のｚ軸方向上部に、反射光測定部１０５を配置し、反射光測定部１０５によって撮像された撮像画像を示した図である。反射光測定部１０５は、測定対象物１０１に対して十分に大きな撮像面を備えており、図７に示す測定対象物１０１の全表面を一度に撮像することが出来るものとする。
【００４５】
図１０は、測定対象物１０１に対して十分に大きな撮像面を備えた反射光測定部１０５の例を示した図である。図１０に示すように、測定対象物１０１に対して円弧状の反射光測定部１０５を配置することにより、測定位置１００１から測定位置１００４それぞれの反射光を測定することが出来る。反射光には、幾何光学的に成分による反射光と波動光学的成分による反射光が含まれる。
【００４６】
図１１は、反射光に含まれる幾何光学的成分による反射光と波動光学的成分による反射光との割合を示した図である。図１１に示すように、正反射方向の測定位置１００４に近づくに従い、幾何光学的成分による反射光が支配的になっている。また、正反射方向の測定位置１００４に近づくに従い、輝度値が高くなる。
【００４７】
撮像画像９０１上における幾何光学的成分による反射光３０２の位置は、反射光測定部１０５と正反射光とが交わる位置になる。よって、幾何光学的成分による反射光３０２の位置を検出することにより、反射光測定部１０５の位置姿勢から反射光の方向を算出することが出来る。撮像画像９０１から幾何光学的成分による反射光３０２の位置を抽出する方法としては、様々な方法がある。例えば、画像処理により撮像画像９０１中の輝度値の分布を算出し、輝度値が所定値以上の領域を抽出する。正反射光の領域は、他の領域よりも輝度値が高くなっているはずなので、輝度値が所定値以上の領域が幾何光学的成分による反射光３０２の位置であるとみなすことが出来る。尚、ここで用いる所定値は、測定対象物１０１からの反射光を測定実験することにより設定可能である。
【００４８】
また、より正確に幾何光学的成分による反射光３０２の位置を算出するため、輝度値が所定値以上の領域の重心を算出し、重心の位置を反射光３０２の位置としてもよい。以上の処理で反射光３０２の位置を算出することにより、反射光の方向を算出することが出来る。
【００４９】
反射光の方向を算出する別の方法として、反射光測定部１０５を移動させる方法がある。
【００５０】
これは、輝度値が最も高い反射光を測定出来る位置姿勢まで、不図示の移動手段により反射光測定部１０５を移動させる方法である。最も高い反射光を測定出来る位置まで反射光測定部１０５を移動させる方法は、様々な方法が提案されているため説明を省略する。
【００５１】
正反射光と反射光測定部１０５が交わる位置は、輝度が最も高くなるはずなので、輝度値が最も高い反射光を測定出来る位置が正反射光と反射光測定部１０５が交わる位置になる。正反射光と反射光測定部１０５が交わる位置を算出することにより、前述した方法と同様に、反射光の方向を算出することが出来る。反射光測定部１０５の位置姿勢を移動させる場合、反射光測定部１０５の撮像面を大きくする必要はなく、一般的なカメラなどの撮像装置を用いることも可能である。以上が本実施形態における測定対象物の構造の算出方法である。
【００５２】
（ＢＲＤＦの抽出方法）
次に、ステップ６０５における微細構造に関する情報であるＢＲＤＦの抽出方法について説明する。測定対象物の構造の算出と同様に、図９の撮像画像９０１を用いて説明する。図９から分かるように、幾何光学的成分による反射光３０２の周りには、波動光学的成分による反射光３０４が現れている。幾何光学的成分による反射光３０２の輝度には及ばないが、波動光学的成分による反射光３０４による領域も他の領域に比べて輝度が大きくなっているはずである。よって、撮像画像９０１から、所定の輝度値以上の領域を抽出することにより、波動光学的成分３０４による領域を抽出することが出来る。尚、ここで用いる所定値は、幾何光学的成分による反射光３０２の場合と同様に、測定対象物１０１からの反射光を測定実験することにより設定可能である。抽出した領域と、照明光の入射角および反射光測定部１０５の位置姿勢から、測定対象物１０１のＢＲＤＦを算出することが出来る。尚、本実施形態では、測定対象物１０１の散乱特性を表現する関数としてＢＲＤＦを算出したが、測定の目的に応じて他の散乱特性を算出しても良い。
【００５３】
また、上記ＢＲＤＦの抽出方法は、反射光測定部１０５を移動させて反射光の方向を算出する場合にも、同様に適用可能である。最も高い反射光を測定出来る位置姿勢における反射光測定部１０５の撮像画像上で、同様に輝度値が所定値以上の領域を抽出することにより、波動光学的成分３０４による領域を抽出することが出来る。以上が、本実施形態におけるＢＲＤＦの抽出方法である。
【００５４】
以上、説明したように、適切な光特性の照明光を照射し、反射光を測定することにより、表面の形状と、前記表面上に構成される微細構造とに関する情報を求めることが出来る。
【００５５】
また、上記説明のように、反射光測定部１０５が第一の相対位置にあるときの第一の反射光と、第二の相対位置における第二の反射光との差分情報から、抽出処理を行うことにより、反射光測定部１０５の大きさを小さくすることが出来る。
【００５６】
（第二の実施形態）
以下、図面を参照して第二の実施形態について説明する。第一の実施形態と異なる点は、フィードバック制御を行うことである。
【００５７】
図１２は、本実施形態における装置を示したものである。装置の構成は、第一の実施形態における図１の装置の構成とほぼ同じである。以下に、異なる点を説明する。
【００５８】
相対位置変更部１２０１は、照明部１０２もしくは反射光測定部１０５の位置を変更するための変更手段である。相対位置変更部１２０１は、モータなどの駆動手段を備え、照明部１０２もしくは反射光測定部１０５を移動させる。
【００５９】
また、制御部１０９は相対位置変更部１２０１の駆動を制御するために、相対位置変更部１２０１と接続されている。制御部１０９のＲＯＭには、相対位置変更部１２０１の駆動を制御するための駆動プログラムも格納されている。
【００６０】
また、反射光抽出部１０６は、抽出結果に応じて光特性設定部１０４の設定を変更するために、光特性設定部１０４に接続されている。
【００６１】
次に、本実施形態における処理の流れを説明する。
【００６２】
図１３は、本実施形態における処理の流れを示したものである。
【００６３】
ステップ１３０１からステップ１３０６までは、第一の実施形態における図６のステップ６０１からステップ６０６に対応し、同様の処理を行う。以下に、第一の実施形態の処理とは異なるステップ１３０７から１３１１までの処理の説明をする。
（ステップ１３０７）ステップ１３０７では、相対位置変更部１２０１が照明部１０２もしくは反射光測定部１０５の相対位置を変更する。測定対象物１０１の構造を算出するためには、反射光測定部１０５と照明部１０２とを正反射光が測定できる相対位置に設定する必要がある。以下に、相対位置の変更例を説明する。
【００６４】
図１４は、反射光測定部１０５を固定し、照明部１０２の位置を変更する場合を示した図である。図１４（ａ）〜（ｄ）のように、様々な位置に照明部１０２の位置を変更し、反射光測定部１０５により反射光を測定する。測定結果は、図１４（ｅ）のようになる。図１４（ｅ）で最も反射輝度が高くなっているときに、反射光測定部１０５は正反射光を測定しているとみなすことが出来る。よって、図１４（ｅ）の関係から、正反射光を測定することが出来る反射光測定部１０５と照明部１０２との相対位置を設定することが出来る。
【００６５】
図１５は、照明部１０２の位置を固定し、反射光測定部１０５の位置を変更する場合を示した図である。図１５（ｅ）では、測定対象物１０２を中心として円弧状に反射光測定部１０５を移動させている。円弧状に反射光測定部１０５を移動させることにより、様々な角度から測定対象物１０１から等距離で、反射光を測定することが出来る。また、等距離で測定しない場合と比べて、等距離で反射光を測定することにより測定精度を向上させることが出来る。図１５（ａ）〜（ｄ）は、図１５（ｅ）の方法で反射光を測定した場合の測定位置と反射輝度の対応を示した図である。前述したように正反射光を測定している場合、反射輝度は高くなるはずである。よって、正反射光を測定している相対位置は、図１５（ｃ）の位置であるとみなすことが出来るため、相対位置を設定することが出来る。
【００６６】
図１６は、図１５の場合と同様に、照明部１０２の位置を固定し、反射光測定部１０５の位置を変更する場合を示した図である。図１６（ｅ）では、図１５（ｅ）の場合と異なり、反射光測定部１０５を測定対象物１０１に対して平行移動させる。平行移動させることによって、相対位置変更部１２０１の制御は簡単になり、また装置構成を簡略化することが出来る。図１６（ａ）〜（ｄ）は、それぞれの相対位置と反射輝度との対応を示した図である。図１５の場合と同様に、反射輝度が高い図１６（ｃ）の相対位置は、正反射光を測定している相対位置とみなすことが出来るため、相対位置を設定することが出来る。
【００６７】
以上、照明部１０２もしくは反射光測定部１０５の相対位置の変更例である。相対位置を変更したら、ステップ１３０８へ処理を進める。
（ステップ１３０８）ステップ１３０８では、制御部１０９が位置変更判定手段として機能し、反射光測定部１０５の相対位置は測定基準を十分に満たしているか否かを判定する。判定方法としては、例えば、ステップ１３０７で設定した相対位置で測定した輝度値が所定値以下である場合、相対値変更部１２０１による相対位置変更の分解能を細かく設定し直し、ステップ１３０８に処理を戻す。ステップ１３０７で設定した相対位置で測定基準を十分に満たしている場合は、ステップ１３０９に処理を進める。
（ステップ１３０９）ステップ１３１０では、制御部１０９が判定手段として機能し、ステップ１３０１で設定した照明光の光特性で測定基準を十分に満たしているか否かを判定する。判定方法としては、例えば、反射輝度値が所定値以上か否かで判定することが出来る。ここで、例として光特性の一つである指向性について説明する。
【００６８】
図１７は、測定基準を満たしている指向性の照明光による測定結果を示した図である。
【００６９】
図１７（ａ），（ｂ），（ｃ）から分かるように、十分に高い指向性の照明光の場合、照明部１０２と反射光測定部１０５との相対位置が正反射光を測定することが出来る位置では、反射輝度が高くなる。よって、照明部１０２と反射光測定部１０５との相対位置から、第一の実施形態の図８の方法と同様に、図１７（ｄ）から、精度良く測定対象物１０１の構造を算出することが出来る。
【００７０】
一方、図１８は、測定基準を満たしていない指向性の照明光による測定結果を示した図である。図１８（ａ），（ｂ），（ｃ）から分かるように、照明光の指向性が十分に高くない場合、照明部１０２と反射光測定部１０５との相対位置が正反射光を測定することが出来る位置でも、反射輝度があまり高くならない。よって、図１８（ｄ）に示すように、測定対象物１０１の構造を精度良く算出することは出来ない。
【００７１】
図１７と図１８から分かるように、反射輝度値を所定値以上か否かに基づき、光特性の設定が不十分であるとみなすことが出来る。
【００７２】
以上の処理により、光特性の設定が十分でないと判定された場合、ステップ１３１０に処理を進める。また、光特性の設定が十分であると場合、ステップ１３０４およびステップ１３０５に処理を進める。
（ステップ１３１０）ステップ１３１０では、反射光抽出部１０６もしくは制御部１０９が、光特性算出手段として機能し、設定すべき光特性を算出する。例えば、ステップ１３０９で算出された反射輝度値が低い場合、光特性の一つの指向性を向上させる。
（ステップ１３１１）ステップ１３１１では、反射光抽出部１０６もしくは制御部１０９が、光特性変更手段として機能し、光特性設定部１０４で設定された光特性を変更する。
変更後は、ステップ１３０２に処理を戻す。
【００７３】
以上が本実施形態における処理の流れである。以上で説明したように、ステップ１３０７からステップ１３０８と、ステップ１３０９からステップ１３１１とでフィードバック処理を行うことにより、自動的かつ正確に、測定対象物１０１の構造および散乱特性を算出することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】第一の実施形態における測定装置の構成を示す図
【図２】測定対象物の表面構造を示す図
【図３】照明光の波長と反射光の散乱との関係を示す図
【図４】二種類の振動方向の波を有する照明光を示す図
【図５】照明光の指向性に応じた反射を示す図
【図６】第一の実施形態における測定装置の処理の流れを示す図
【図７】測定対象物に対して照明光を照射したときの反射光を示す図
【図８】測定対象物の表面の傾きから、測定対象物の構造を算出する方法を示す図
【図９】反射光測定部によって撮像された撮像画像を示す図
【図１０】測定対象物に対して大きな撮像面を備えた反射光測定部を示す図
【図１１】幾何光学的成分の反射光と波動光学的成分の反射光との割合を示す図
【図１２】第二の実施形態における測定装置の構成を示す図
【図１３】第二の実施形態における測定装置の処理の流れを示す図
【図１４】反射光測定部を固定して照明部の位置を変更する場合を示す図
【図１５】照明部の位置を固定して反射光測定部の位置を変更する場合を示す図
【図１６】照明部の位置を固定して反射光測定部の位置を変更する場合を示す図
【図１７】測定基準を満たしている指向性の照明光による測定結果を示す図
【図１８】測定基準を満たしていない指向性の照明光による測定結果を示す図
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検査対象の表面からの反射光を測定する測定装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
測定対象物に照明光を照射した場合、測定対象物の表面からの反射光には、散乱光が含まれることがある。散乱光は、光の入射角に対して正反射方向ではなく、様々な方向に散乱する。散乱光は、測定対象物表面に形成される７６０ｎｍ以下の微細な構造に起因するものである。
【０００３】
散乱光を測定する装置として、ＢＲＤＦ測定装置がある。ＢＲＤＦとは「Ｂｉ−ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ Ｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ」の略であり、双方向反射率分布関数を意味する。
【０００４】
ＢＲＤＦは、光の入射角や波長を引数として光の反射角を返す関数であり、所定の物質の材質や微細な構造により変化する。ＢＲＤＦは、主に所定の物質の表面状態や質感を仮想空間上で表現するために用いられている。
【０００５】
特許文献１には、４色以上の色成分から成るマルチバンド対応のＢＲＤＦ測定装置が開示されている。
【特許文献１】特開２００６−２７５９５５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年、測定対象の表面形状を測定すると共に、測定対象の表面上に構成される微細構造の測定も望まれている。従来のＢＲＤＦ装置では、測定対象物の表面のＢＲＤＦを測定することは出来るが、測定対象の表面形状を測定するという思想はなかった。
【０００７】
本発明は、上記課題を鑑み、検査対象の表面形状および表面上の微細構造に関する情報を抽出することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、測定対象の表面上に構成される測定されるべき微細構造に応じた光特性の照明光を設定する照明光設定手段と、前記照明光を前記測定対象に照射したときの反射光を測定する測定手段と、前記測定された反射光から、前記測定対象の表面の形状と、前記表面上に構成される微細構造とに関する情報を抽出する抽出手段とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、検査対象の表面形状および表面上の微細構造に関する情報を抽出することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
（第一の実施形態）
以下、図面を参照して本発明の第一の実施形態を説明する。
【００１１】
図１は、本実施形態における測定装置の構成を示す図である。
【００１２】
測定対象物１０１は、本実施形態における測定装置で測定される測定対象である。
【００１３】
測定対象物１０１は、例えば、複写機などに搭載される帯電ローラー、カメラなどに搭載されるレンズなどである。これらは、表面にキズなどがあると製品機能に不具合が生じる可能性があるため、表面測定が必要になる。
【００１４】
照明部１０２は、測定対象物１０１を照明するための手段である。
【００１５】
光照射部１０３は、照明部１０２に搭載され、測定対象物１０１を照射する。光照明部１０３は、電球、ハロゲンランプ、球状ストロボＸｅ管などを有する。
【００１６】
光特性設定部１０４は、光照明部１０３から照射される照明光の光特性を設定する。光特性は、ユーザーの測定要求、測定対象物１０１の表面上の微細構造に基づき設定される。光特性は、測定対象物１０１を測定する際に必要な測定精度に対応させる。本実施形態における光特性は、光の波長、光の偏光性、光の指向性である。ここで、測定対象物の測定精度と、照明光の光特性との関係について説明する。
【００１７】
最初に、光特性の一つである光の波長について説明する。
【００１８】
図２は、測定対象物１０１の表面構造を示した図である。図２（ａ）は、照明光の波長よりも大きいオーダーの検査対象物の表面構造を示した図である。図２（ａ）に示すように、一般的に検査対象物の表面には、多くの凹凸がある。図２（ａ）の凹凸は、十数μｍ程度から数十μｍ程度の構造である。反射面の凹凸の大きさと、光の波長とが同程度である場合、反射光の波の性質が顕在化し、散乱光となる。しかし、光の波長は数百ｎｍ程度であるため、図２（ａ）に示される凹凸は、反射光の散乱にはあまり影響しない。
【００１９】
図２（ｂ）は、照明光の波長と同程度の検査対象物の表面構造を示した図である。図２（ｂ）の凹凸は、図２（ａ）の表面構造２０１の部分を拡大表示したものである。図２（ｂ）に示される凹凸は数百ｎｍ程度の微細構造であり、光の波長と同程度である。従って、図２（ｂ）に示される凹凸からの反射光は、散乱光となる。
【００２０】
図３は、照明光の波長と反射光の散乱との関係を示した図である。図３（ａ）は、反射光の幾何光学的成分を示した図である。反射光の幾何光学的成分とは、測定対象物１０１の十数μｍ程度から数十μｍ程度の構造に起因する反射光成分を示す。これは、測定対象物１０１における光学現象を、幾何光学で説明することが出来るからである。図３（ａ）に示すように、反射光の幾何光学的成分は、正反射する。
【００２１】
図３（ｂ）は、反射光の波動光学的成分を示した図である。反射光の波動光学的成分とは、測定対象物１０１の数百ｎｍ程度の構造に起因する反射光成分を示す。これは、測定対象物１０１における光学現象を、波動光学で説明することが出来るからである。図３（ｂ）に示すように、反射光の波動光学的成分は、測定対象物１０１の数百ｎｍ程度の構造に起因し、主に正反射以外の方向に反射する。
【００２２】
以上、説明したように、測定対象物１０１からの反射光は、照射光に含まれる波長と測定対象物１０１の表面構造との関係に応じて、変化する。よって、光特性設定部１０４は、測定精度に応じた波長を含む照明光を設定する。
【００２３】
次に、光特性の内、光の偏光性について説明する。光の偏光性とは、光波の振動する方向の規則性を示すものである。
【００２４】
図４は、二種類の振動方向の波を有する照明光を示した図である。ｘ軸は、光の照射方向を示している。
【００２５】
ｘｙ波４０１は、図４に示すｘｙ平面上で振動する照明光の波を示している。ｘｚ波４０２は、図４に示すｘｚ平面上で振動する照明光の波を示している。また、ｘｙ平面、ｘｚ平面以外の平面上で振動する照明光の波が照明光に含まれる場合もある。実際の照明光には、複数種類の波が含まれ、含まれる波の種類によって、反射光の強度分布が変化することがある。よって、光特性設定部１０４は、測定精度に応じた偏光性の照明光を設定する。
【００２６】
最後に、光特性の内、光の指向性について説明する。光の指向性とは、光照明部１０３から照射された光の広がり具合を表したものである。光の指向性が高いほど、平行光に近くなる。
【００２７】
図５は、照明光の指向性に応じた反射を示した図である。
【００２８】
図５（ａ）は、指向性が高い照明光を照射した場合を示した図である。照明光５０１は、指向性が高い照明光である。ポイント５０２は、照明光５０１が当たる測定対象物１０１上の場所である。照明光の指向性が高い場合、照明光５０１の発生源からポイント５０２方向へ照射された照明光５０１は、他方向にほとんど拡散しない。よって、ポイント５０１に照射される照明光５０２の同方向の光量が多くなり、正方向の反射光５０３の光量も多くなる。測定位置と反射光量との関係は、図５（ｃ）のようになる。
【００２９】
図５（ｂ）は、指向性が低い照明光を照射した場合を示す図である。照明光５０４は、指向性が低い照明光である。ポイント５０５は、照明光５０４が当たる測定対象物１０１上の場所である。照明光の指向性が低い場合、照明光５０４の発生源からポイント５０５方向へ照射された照明光５０１は、他の方向に拡散する。よって、ポイント５０５に照射される反射光５０２は、互いに異なる方向からの光量が多くなり、反射光５０６も拡散する。測定位置と反射光量との関係は、図５（ｄ）のようになる。よって、光特性設定部１０４は、測定対象物１０１の構造に応じた指向性の照明光を設定する。以上が、光特性設定部１０４における光特性の設定である。
【００３０】
反射光測定部１０５は、測定対象物１０１からの反射光を測定する。反射光測定部１０５は、測定対象物１０１からの反射光を検出する光センサなどを備える。
【００３１】
反射光抽出部１０６は、反射光測定部１０５で測定された反射光から、測定対象物１０１の表面の形状に起因する反射光と、表面上の微細構造による散乱特性に起因する反射光それぞれに関する情報を抽出する。反射光抽出部１０６は、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＶＲＡＭ（Ｖｉｄｅｏ ＲＡＭ）などを備え、ＶＲＡＭに格納された反射光測定部１０の反射光のデータをＧＰＵが解析する。解析の結果、反射光のデータは、表面構造に起因する反射光データと散乱特性に起因する反射光データとが抽出される。それぞれの反射光データの抽出方法は、後述する。
【００３２】
出力部１０７は、反射光抽出部１０６による抽出結果を出力する。出力部１０７は、抽出結果を表示するためのモニタ、プリンタなどを有する。
【００３３】
記録部１０８は、反射光抽出部１０６による抽出結果を記録するための手段である。記録部１０８は、抽出結果のデータを記録するためのハードディスク、フラッシュメモリなどを備える。
【００３４】
制御部１０９は、照明部１０２、反射光測定部１０５、反射光抽出部１０６、出力部１０７、記録部１０８の動作を制御する。制御部１０９は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、各種制御プログラムが格納されたＲＯＭなどを備える。
【００３５】
ＲＯＭに格納された各種プログラムは、照明部１０２が照射する照射光を制御するための制御プログラム、反射光測定部１０５を制御するための制御プログラムなどが含まれる。
【００３６】
また、各種プログラムには、反射光抽出部１０６を制御するための制御プログラム、出力部１０７を制御するための制御プログラム、記録部１０８を制御するための制御プログラムなどが含まれても良い。以上が、本実施形態における測定装置の構成である。尚、図１に示した構成の一部は、一般的なパーソナルコンピュータなどに置き換え可能である。
【００３７】
図６は、本実施形態における測定装置の処理の流れを示した図である。図６を用いて、本実施形態における処理の流れを説明する。
（ステップ６０１）ステップ６０１では、制御部１０９が照明光設定手段として機能し、照明部１０２が測定対象物１０１に照射する照明光の光特性を設定する。設定する光特性は、前述した照明光の波長、偏光性、指向性である。光特性の設定は、あらかじめ設定された測定精度に基づき設定される。例えば、測定対象物１０１の表面上の微細構造を測定する場合は、短い波長を多く含む照明光を照射するように設定する。また、高い測定精度が要求される場合には、照明光の偏光性、指向性を高く設定する。また、不図示の指示手段により入力されたユーザの指示に基づき、適切な照明光の光特性を設定しても良い。
（ステップ６０２）ステップ６０２では、照明部１０２が測対象物１０１に対して照明光を照射する。照射される照明光の光特性は、ステップ５０１で設定された光特性である。
照明部１０２が照射するタイミングは、制御部１０９が制御する。
（ステップ６０３）ステップ６０３では、制御部１０９が反射光測定部１０５に、測定対象物１０１の反射光を測定させる。
（ステップ６０４）ステップ６０４では、反射光抽出部１０６が、抽出手段として機能し、測定対象物１０１の表面の形状に関する情報を抽出する。ここで抽出される測定対象物１０１の表面の形状は、照明光の波長よりも十分に大きいオーダーの構造である。測定対象物１０１の表面の形状の具体的な抽出方法については、後述する。
（ステップ６０５）ステップ６０５では、反射光抽出部１０６が、抽出手段として機能し、反射光から測定対象物１０１の表面のＢＲＤＦを抽出する。ＢＲＤＦの具体的な抽出方法については、後述する。
（ステップ６０６）ステップ６０６では、制御部１０９の制御により、出力部１０７および記録部１０８が、測定対象物１０１の構造およびＢＲＤＦの抽出結果の出力と記録を行う。記録部１０８は、測定対象物１０１の構造およびＢＲＤＦの抽出結果をデジタルデータとして、ハードディスク、フラッシュメモリなどに格納する。出力部１０７は、測定対象物１０１の構造およびＢＲＤＦの抽出結果をモニタなどに表示する。
【００３８】
（測定対象物の表面形状の抽出方法）
以下に、ステップ６０４における測定対象物１０１の表面形状の抽出方法について説明する。抽出には、反射光のデータを用いる。
【００３９】
図７は、測定対象物１０１に対して照明光を照射したときの反射光を示した図である。
【００４０】
図７における照明光は、照明部１０２から照射された平行光である。また、図７で示される反射光は、照明光の波長に対して十分に大きいオーダーの構造に起因する反射光である。例えば、入射光７０３に対する反射光は反射光７０２である。同様に、入射光７０５に対しては反射光７０６、入射光７０７に対しては反射光７０８が対応する。
【００４１】
また、入射光７０１に対する入射角および反射角はθｉａ、入射光７０３に対する入射角および反射角はθｉｂ、入射光７０５に対する入射角および反射角はθｉｃ、入射光７０７に対する入射角および反射角はθｉｄになる。入射角と反射角との和は、入射光と反射光との相対角になる。本実施形態では、測定対象物１０１の構造を算出するために、まず、測定対象物１０１上に照明光を照射したときの相対角を算出する。そして、相対角から測定対象物１０１の表面の各点における傾きを算出し、測定対象物１０１の構造を算出する。
【００４２】
図８は、測定対象物１０１の表面の各点における傾きから、測定対象物１０１の構造を算出する方法を示した図である。図８から分かるように、測定対象物１０１の傾き８０１の値が正であれば、測定対象物１０１の高さ８０２は高くなる。測定対象物１０１の傾き８０１が負の場合は、逆である。図８の関係を用いれば、測定対象物１０１の表面の各点における傾きから、測定対象物１０１の構造を算出することが出来る。
【００４３】
また、入射光と反射光との相対角を算出するためには、入射光の方向と反射光の方向とが分かれば良い。算出方法としては、例えば、入射光の方向ベクトルと反射光の方向ベクトルとの内積から角度を算出する方法がある。入射光の方向は、照射部１０２の位置姿勢から求めることが出来る。反射光の方向を算出する方法を次に説明する。
【００４４】
図９は、図７のｚ軸方向上部に、反射光測定部１０５を配置し、反射光測定部１０５によって撮像された撮像画像を示した図である。反射光測定部１０５は、測定対象物１０１に対して十分に大きな撮像面を備えており、図７に示す測定対象物１０１の全表面を一度に撮像することが出来るものとする。
【００４５】
図１０は、測定対象物１０１に対して十分に大きな撮像面を備えた反射光測定部１０５の例を示した図である。図１０に示すように、測定対象物１０１に対して円弧状の反射光測定部１０５を配置することにより、測定位置１００１から測定位置１００４それぞれの反射光を測定することが出来る。反射光には、幾何光学的に成分による反射光と波動光学的成分による反射光が含まれる。
【００４６】
図１１は、反射光に含まれる幾何光学的成分による反射光と波動光学的成分による反射光との割合を示した図である。図１１に示すように、正反射方向の測定位置１００４に近づくに従い、幾何光学的成分による反射光が支配的になっている。また、正反射方向の測定位置１００４に近づくに従い、輝度値が高くなる。
【００４７】
撮像画像９０１上における幾何光学的成分による反射光３０２の位置は、反射光測定部１０５と正反射光とが交わる位置になる。よって、幾何光学的成分による反射光３０２の位置を検出することにより、反射光測定部１０５の位置姿勢から反射光の方向を算出することが出来る。撮像画像９０１から幾何光学的成分による反射光３０２の位置を抽出する方法としては、様々な方法がある。例えば、画像処理により撮像画像９０１中の輝度値の分布を算出し、輝度値が所定値以上の領域を抽出する。正反射光の領域は、他の領域よりも輝度値が高くなっているはずなので、輝度値が所定値以上の領域が幾何光学的成分による反射光３０２の位置であるとみなすことが出来る。尚、ここで用いる所定値は、測定対象物１０１からの反射光を測定実験することにより設定可能である。
【００４８】
また、より正確に幾何光学的成分による反射光３０２の位置を算出するため、輝度値が所定値以上の領域の重心を算出し、重心の位置を反射光３０２の位置としてもよい。以上の処理で反射光３０２の位置を算出することにより、反射光の方向を算出することが出来る。
【００４９】
反射光の方向を算出する別の方法として、反射光測定部１０５を移動させる方法がある。
【００５０】
これは、輝度値が最も高い反射光を測定出来る位置姿勢まで、不図示の移動手段により反射光測定部１０５を移動させる方法である。最も高い反射光を測定出来る位置まで反射光測定部１０５を移動させる方法は、様々な方法が提案されているため説明を省略する。
【００５１】
正反射光と反射光測定部１０５が交わる位置は、輝度が最も高くなるはずなので、輝度値が最も高い反射光を測定出来る位置が正反射光と反射光測定部１０５が交わる位置になる。正反射光と反射光測定部１０５が交わる位置を算出することにより、前述した方法と同様に、反射光の方向を算出することが出来る。反射光測定部１０５の位置姿勢を移動させる場合、反射光測定部１０５の撮像面を大きくする必要はなく、一般的なカメラなどの撮像装置を用いることも可能である。以上が本実施形態における測定対象物の構造の算出方法である。
【００５２】
（ＢＲＤＦの抽出方法）
次に、ステップ６０５における微細構造に関する情報であるＢＲＤＦの抽出方法について説明する。測定対象物の構造の算出と同様に、図９の撮像画像９０１を用いて説明する。図９から分かるように、幾何光学的成分による反射光３０２の周りには、波動光学的成分による反射光３０４が現れている。幾何光学的成分による反射光３０２の輝度には及ばないが、波動光学的成分による反射光３０４による領域も他の領域に比べて輝度が大きくなっているはずである。よって、撮像画像９０１から、所定の輝度値以上の領域を抽出することにより、波動光学的成分３０４による領域を抽出することが出来る。尚、ここで用いる所定値は、幾何光学的成分による反射光３０２の場合と同様に、測定対象物１０１からの反射光を測定実験することにより設定可能である。抽出した領域と、照明光の入射角および反射光測定部１０５の位置姿勢から、測定対象物１０１のＢＲＤＦを算出することが出来る。尚、本実施形態では、測定対象物１０１の散乱特性を表現する関数としてＢＲＤＦを算出したが、測定の目的に応じて他の散乱特性を算出しても良い。
【００５３】
また、上記ＢＲＤＦの抽出方法は、反射光測定部１０５を移動させて反射光の方向を算出する場合にも、同様に適用可能である。最も高い反射光を測定出来る位置姿勢における反射光測定部１０５の撮像画像上で、同様に輝度値が所定値以上の領域を抽出することにより、波動光学的成分３０４による領域を抽出することが出来る。以上が、本実施形態におけるＢＲＤＦの抽出方法である。
【００５４】
以上、説明したように、適切な光特性の照明光を照射し、反射光を測定することにより、表面の形状と、前記表面上に構成される微細構造とに関する情報を求めることが出来る。
【００５５】
また、上記説明のように、反射光測定部１０５が第一の相対位置にあるときの第一の反射光と、第二の相対位置における第二の反射光との差分情報から、抽出処理を行うことにより、反射光測定部１０５の大きさを小さくすることが出来る。
【００５６】
（第二の実施形態）
以下、図面を参照して第二の実施形態について説明する。第一の実施形態と異なる点は、フィードバック制御を行うことである。
【００５７】
図１２は、本実施形態における装置を示したものである。装置の構成は、第一の実施形態における図１の装置の構成とほぼ同じである。以下に、異なる点を説明する。
【００５８】
相対位置変更部１２０１は、照明部１０２もしくは反射光測定部１０５の位置を変更するための変更手段である。相対位置変更部１２０１は、モータなどの駆動手段を備え、照明部１０２もしくは反射光測定部１０５を移動させる。
【００５９】
また、制御部１０９は相対位置変更部１２０１の駆動を制御するために、相対位置変更部１２０１と接続されている。制御部１０９のＲＯＭには、相対位置変更部１２０１の駆動を制御するための駆動プログラムも格納されている。
【００６０】
また、反射光抽出部１０６は、抽出結果に応じて光特性設定部１０４の設定を変更するために、光特性設定部１０４に接続されている。
【００６１】
次に、本実施形態における処理の流れを説明する。
【００６２】
図１３は、本実施形態における処理の流れを示したものである。
【００６３】
ステップ１３０１からステップ１３０６までは、第一の実施形態における図６のステップ６０１からステップ６０６に対応し、同様の処理を行う。以下に、第一の実施形態の処理とは異なるステップ１３０７から１３１１までの処理の説明をする。
（ステップ１３０７）ステップ１３０７では、相対位置変更部１２０１が照明部１０２もしくは反射光測定部１０５の相対位置を変更する。測定対象物１０１の構造を算出するためには、反射光測定部１０５と照明部１０２とを正反射光が測定できる相対位置に設定する必要がある。以下に、相対位置の変更例を説明する。
【００６４】
図１４は、反射光測定部１０５を固定し、照明部１０２の位置を変更する場合を示した図である。図１４（ａ）〜（ｄ）のように、様々な位置に照明部１０２の位置を変更し、反射光測定部１０５により反射光を測定する。測定結果は、図１４（ｅ）のようになる。図１４（ｅ）で最も反射輝度が高くなっているときに、反射光測定部１０５は正反射光を測定しているとみなすことが出来る。よって、図１４（ｅ）の関係から、正反射光を測定することが出来る反射光測定部１０５と照明部１０２との相対位置を設定することが出来る。
【００６５】
図１５は、照明部１０２の位置を固定し、反射光測定部１０５の位置を変更する場合を示した図である。図１５（ｅ）では、測定対象物１０２を中心として円弧状に反射光測定部１０５を移動させている。円弧状に反射光測定部１０５を移動させることにより、様々な角度から測定対象物１０１から等距離で、反射光を測定することが出来る。また、等距離で測定しない場合と比べて、等距離で反射光を測定することにより測定精度を向上させることが出来る。図１５（ａ）〜（ｄ）は、図１５（ｅ）の方法で反射光を測定した場合の測定位置と反射輝度の対応を示した図である。前述したように正反射光を測定している場合、反射輝度は高くなるはずである。よって、正反射光を測定している相対位置は、図１５（ｃ）の位置であるとみなすことが出来るため、相対位置を設定することが出来る。
【００６６】
図１６は、図１５の場合と同様に、照明部１０２の位置を固定し、反射光測定部１０５の位置を変更する場合を示した図である。図１６（ｅ）では、図１５（ｅ）の場合と異なり、反射光測定部１０５を測定対象物１０１に対して平行移動させる。平行移動させることによって、相対位置変更部１２０１の制御は簡単になり、また装置構成を簡略化することが出来る。図１６（ａ）〜（ｄ）は、それぞれの相対位置と反射輝度との対応を示した図である。図１５の場合と同様に、反射輝度が高い図１６（ｃ）の相対位置は、正反射光を測定している相対位置とみなすことが出来るため、相対位置を設定することが出来る。
【００６７】
以上、照明部１０２もしくは反射光測定部１０５の相対位置の変更例である。相対位置を変更したら、ステップ１３０８へ処理を進める。
（ステップ１３０８）ステップ１３０８では、制御部１０９が位置変更判定手段として機能し、反射光測定部１０５の相対位置は測定基準を十分に満たしているか否かを判定する。判定方法としては、例えば、ステップ１３０７で設定した相対位置で測定した輝度値が所定値以下である場合、相対値変更部１２０１による相対位置変更の分解能を細かく設定し直し、ステップ１３０８に処理を戻す。ステップ１３０７で設定した相対位置で測定基準を十分に満たしている場合は、ステップ１３０９に処理を進める。
（ステップ１３０９）ステップ１３１０では、制御部１０９が判定手段として機能し、ステップ１３０１で設定した照明光の光特性で測定基準を十分に満たしているか否かを判定する。判定方法としては、例えば、反射輝度値が所定値以上か否かで判定することが出来る。ここで、例として光特性の一つである指向性について説明する。
【００６８】
図１７は、測定基準を満たしている指向性の照明光による測定結果を示した図である。
【００６９】
図１７（ａ），（ｂ），（ｃ）から分かるように、十分に高い指向性の照明光の場合、照明部１０２と反射光測定部１０５との相対位置が正反射光を測定することが出来る位置では、反射輝度が高くなる。よって、照明部１０２と反射光測定部１０５との相対位置から、第一の実施形態の図８の方法と同様に、図１７（ｄ）から、精度良く測定対象物１０１の構造を算出することが出来る。
【００７０】
一方、図１８は、測定基準を満たしていない指向性の照明光による測定結果を示した図である。図１８（ａ），（ｂ），（ｃ）から分かるように、照明光の指向性が十分に高くない場合、照明部１０２と反射光測定部１０５との相対位置が正反射光を測定することが出来る位置でも、反射輝度があまり高くならない。よって、図１８（ｄ）に示すように、測定対象物１０１の構造を精度良く算出することは出来ない。
【００７１】
図１７と図１８から分かるように、反射輝度値を所定値以上か否かに基づき、光特性の設定が不十分であるとみなすことが出来る。
【００７２】
以上の処理により、光特性の設定が十分でないと判定された場合、ステップ１３１０に処理を進める。また、光特性の設定が十分であると場合、ステップ１３０４およびステップ１３０５に処理を進める。
（ステップ１３１０）ステップ１３１０では、反射光抽出部１０６もしくは制御部１０９が、光特性算出手段として機能し、設定すべき光特性を算出する。例えば、ステップ１３０９で算出された反射輝度値が低い場合、光特性の一つの指向性を向上させる。
（ステップ１３１１）ステップ１３１１では、反射光抽出部１０６もしくは制御部１０９が、光特性変更手段として機能し、光特性設定部１０４で設定された光特性を変更する。
変更後は、ステップ１３０２に処理を戻す。
【００７３】
以上が本実施形態における処理の流れである。以上で説明したように、ステップ１３０７からステップ１３０８と、ステップ１３０９からステップ１３１１とでフィードバック処理を行うことにより、自動的かつ正確に、測定対象物１０１の構造および散乱特性を算出することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】第一の実施形態における測定装置の構成を示す図
【図２】測定対象物の表面構造を示す図
【図３】照明光の波長と反射光の散乱との関係を示す図
【図４】二種類の振動方向の波を有する照明光を示す図
【図５】照明光の指向性に応じた反射を示す図
【図６】第一の実施形態における測定装置の処理の流れを示す図
【図７】測定対象物に対して照明光を照射したときの反射光を示す図
【図８】測定対象物の表面の傾きから、測定対象物の構造を算出する方法を示す図
【図９】反射光測定部によって撮像された撮像画像を示す図
【図１０】測定対象物に対して大きな撮像面を備えた反射光測定部を示す図
【図１１】幾何光学的成分の反射光と波動光学的成分の反射光との割合を示す図
【図１２】第二の実施形態における測定装置の構成を示す図
【図１３】第二の実施形態における測定装置の処理の流れを示す図
【図１４】反射光測定部を固定して照明部の位置を変更する場合を示す図
【図１５】照明部の位置を固定して反射光測定部の位置を変更する場合を示す図
【図１６】照明部の位置を固定して反射光測定部の位置を変更する場合を示す図
【図１７】測定基準を満たしている指向性の照明光による測定結果を示す図
【図１８】測定基準を満たしていない指向性の照明光による測定結果を示す図
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象の表面上に構成される測定されるべき微細構造に応じた光特性の照明光を設定する照明光設定手段と、
前記照明光を前記測定対象に照射したときの反射光を測定する測定手段と、
前記測定された反射光から、前記測定対象の表面の形状と、前記表面上に構成される微細構造とに関する情報を抽出する抽出手段とを有することを特徴とする測定装置。
【請求項２】
前記光特性は、前記照明光の波長、偏光性、指向性のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
【請求項３】
前記照明光と前記測定対象との相対位置を変更する相対位置変更手段を有することを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
【請求項４】
前記相対位置変更手段は、前記照明光と前記測定対象との相対位置を第一の相対位置から第二の相対位置に変更し、
前記抽出手段は、前記第一の相対位置の反射光と前記第二の相対位置の反射光との差分情報から、前記測定対象の表面の形状に関する情報を抽出することを特徴とする請求項３に記載の測定装置。
【請求項５】
前記照明光設定手段は、ユーザーの指示に基づく光特性の照明光を設定することを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
【請求項６】
前記測定された反射光に基づき、前記照明光の光特性を変更する光特性変更手段を有することを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
【請求項７】
測定対象の測定要求に応じた波長の照明光を設定する照明光設定手段と、
前記照明光と前記測定対象との相対位置が第一の相対位置で、前記照明光を前記測定対象に照射したときの第一の反射光と、
前記照明光と前記測定対象との相対位置が第二の相対位置で、前記照明光を前記測定対象の照射したときの第二の反射光とを測定する測定手段と、
前記測定された第一の反射光と第二の反射光とから、前記測定対象の表面の形状と、前記表面上に構成される微細構造とに関する情報を抽出する抽出手段とを有することを特徴とする測定装置。
【請求項８】
照明光設定手段が、測定対象の表面上に構成される測定されるべき微細構造に応じた光特性の照明光を設定する照明光設定工程と、
測定手段が、前記照明光を前記測定対象に照射したときの反射光を測定する測定工程と、
抽出手段が、前記測定された反射光から、前記測定対象の表面の形状と、前記表面上に構成される微細構造とに関する情報を抽出する抽出手段とを有することを特徴とする測定方法。
【請求項９】
コンピュータを、
測定対象の表面上に構成される測定されるべき微細構造に応じた光特性の照明光を設定する照明光設定手段と、
前記照明光を前記測定対象に照射したときの反射光を測定する測定手段と、
前記測定された反射光から、前記測定対象の表面の形状と、前記表面上に構成される微細構造とに関する情報を抽出する抽出手段として機能させるためのプログラム。
【請求項１】
測定対象の表面上に構成される測定されるべき微細構造に応じた光特性の照明光を設定する照明光設定手段と、
前記照明光を前記測定対象に照射したときの反射光を測定する測定手段と、
前記測定された反射光から、前記測定対象の表面の形状と、前記表面上に構成される微細構造とに関する情報を抽出する抽出手段とを有することを特徴とする測定装置。
【請求項２】
前記光特性は、前記照明光の波長、偏光性、指向性のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
【請求項３】
前記照明光と前記測定対象との相対位置を変更する相対位置変更手段を有することを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
【請求項４】
前記相対位置変更手段は、前記照明光と前記測定対象との相対位置を第一の相対位置から第二の相対位置に変更し、
前記抽出手段は、前記第一の相対位置の反射光と前記第二の相対位置の反射光との差分情報から、前記測定対象の表面の形状に関する情報を抽出することを特徴とする請求項３に記載の測定装置。
【請求項５】
前記照明光設定手段は、ユーザーの指示に基づく光特性の照明光を設定することを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
【請求項６】
前記測定された反射光に基づき、前記照明光の光特性を変更する光特性変更手段を有することを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
【請求項７】
測定対象の測定要求に応じた波長の照明光を設定する照明光設定手段と、
前記照明光と前記測定対象との相対位置が第一の相対位置で、前記照明光を前記測定対象に照射したときの第一の反射光と、
前記照明光と前記測定対象との相対位置が第二の相対位置で、前記照明光を前記測定対象の照射したときの第二の反射光とを測定する測定手段と、
前記測定された第一の反射光と第二の反射光とから、前記測定対象の表面の形状と、前記表面上に構成される微細構造とに関する情報を抽出する抽出手段とを有することを特徴とする測定装置。
【請求項８】
照明光設定手段が、測定対象の表面上に構成される測定されるべき微細構造に応じた光特性の照明光を設定する照明光設定工程と、
測定手段が、前記照明光を前記測定対象に照射したときの反射光を測定する測定工程と、
抽出手段が、前記測定された反射光から、前記測定対象の表面の形状と、前記表面上に構成される微細構造とに関する情報を抽出する抽出手段とを有することを特徴とする測定方法。
【請求項９】
コンピュータを、
測定対象の表面上に構成される測定されるべき微細構造に応じた光特性の照明光を設定する照明光設定手段と、
前記照明光を前記測定対象に照射したときの反射光を測定する測定手段と、
前記測定された反射光から、前記測定対象の表面の形状と、前記表面上に構成される微細構造とに関する情報を抽出する抽出手段として機能させるためのプログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２００９−５２９５６（Ｐ２００９−５２９５６Ａ）
【公開日】平成２１年３月１２日（２００９．３．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２１８３８２（Ｐ２００７−２１８３８２）
【出願日】平成１９年８月２４日（２００７．８．２４）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年３月１２日（２００９．３．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年８月２４日（２００７．８．２４）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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