(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
観察対象物にレーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光源から出射されたレーザ光の走査可能な領域を示す単位領域内で、第１の方向に平行な測定ライン上において当該単位領域の一端から他端までレーザ光を１次元走査し、前記第１の方向に直交する第２の方向に所定間隔ずつ順次移動させながら前記１次元走査を繰り返す走査光学系と、
前記走査光学系により走査されたレーザ光を観察対象物に集光する対物レンズと、
観察対象物により反射されたレーザ光を受光する受光素子と、
前記受光素子の出力信号に基づいて各測定ラインについての複数の画素データを順次取得する制御部と、
を有する共焦点顕微鏡システムであって、
観察対象物の表面のカメラ画像を取得する画像取得部と、
前記画像取得部により取得されたカメラ画像を表示する表示部と、
前記走査光学系が前記１次元走査を繰り返す数を示す測定ライン数を設定する手段と、
前記表示部に表示されたカメラ画像上において、前記第１の方向に前記単位領域の幅を有しかつ前記第２の方向に前記単位領域よりも狭く前記測定ライン数に対応する幅を有する帯状領域の位置を設定する手段と、
設定された前記帯状領域の位置を基準とし、複数の前記帯状領域を前記第１の方向に並べた範囲を示す画素データ取得範囲を設定する手段と、
設定された前記画素データ取得範囲を構成する前記帯状領域の各々において、前記１次元走査を前記測定ライン数繰り返し、前記対物レンズの光軸方向に沿って前記対物レンズと観察対象物との相対的な距離を変化させつつ前記制御部により取得される各画素データに基づいて、画素ごとに前記対物レンズの光軸方向における受光強度分布のピーク強度を表し、前記画素データ取得範囲に対応する第１の２次元データと、画素ごとに当該受光強度分布のピーク位置を表し、前記画素データ取得範囲に対応する第２の２次元データとを生成するデータ生成部と、
前記データ生成部により生成された前記第１の２次元データおよび前記第２の２次元データを記憶するデータ記憶部と、
前記データ記憶部に記憶された前記第１の２次元データに基づく線状画像が前記表示部に表示された状態で、当該線状画像上において観察対象物の断面曲線を観察するための観察用ラインを指定する指定部と、
を備え、
前記表示部は、前記データ記憶部に記憶された前記第２の２次元データに基づいて、前記指定部により指定された観察用ラインの位置に応じた断面曲線を表示することを特徴とする共焦点顕微鏡システム。
【請求項２】
前記帯状領域を前記第１の方向に連結する連結数を設定する手段をさらに備え、
前記画素データ取得範囲は、前記連結数に基づいて設定されることを特徴とする請求項１記載の共焦点顕微鏡システム。
【請求項３】
前記画素データ取得範囲の前記第１の方向における評価長さを指定する評価長さ指定部をさらに備え、
前記連結数は、前記評価長さ指定部により指定された評価長さに基づいて設定されることを特徴とする請求項２記載の共焦点顕微鏡システム。
【請求項４】
前記表示部は、前記評価長さ指定部により指定された評価長さに基づいて前記連結数が設定されたときに、当該連結数を表示することを特徴とする請求項３記載の共焦点顕微鏡システム。
【請求項５】
観察対象物の表面性状を表す表面性状パラメータを算出するように構成されたデータ処理部をさらに備え、
前記表示部は、前記断面曲線とともに前記データ処理部により算出された表面性状パラメータを表示することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の共焦点顕微鏡システム。
【請求項６】
前記第１の方向および前記第２の方向に移動可能であって、観察対象物が載置されるステージと、
前記画素データ取得範囲を記憶する手段と、
記憶された前記画素データ取得範囲に基づいて、前記画素データ取得範囲を構成する前記帯状領域の各々に対応する位置に前記ステージを移動させるステージ駆動部と、
をさらに備え、
前記データ生成部は、前記ステージ駆動部により前記ステージを移動させつつ前記第１の２次元データおよび前記第２の２次元データを生成することを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の共焦点顕微鏡システム。
【請求項７】
前記表示部は、当該表示部に表示されたカメラ画像上において前記第２の方向に移動可能な指示範囲を表示し、
前記画素データ取得範囲は、前記表示部に表示された指示範囲に基づいて設定されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の共焦点顕微鏡システム。
【請求項８】
前記制御部は、
複数の前記単位領域内で前記第２の方向に沿って所定間隔ずつ並ぶ複数の測定ラインにレーザ光が照射されるように前記走査光学系を制御する第１の動作モードの制御と、
前記画素データ取得範囲内で前記第２の方向に沿って所定間隔ずつ並ぶ複数の測定ラインにレーザ光が照射されるように前記走査光学系を制御する第２の動作モードの制御と、を選択的に実行し、
前記画素データ取得範囲が設定された場合に、前記第２の動作モードの制御を行うことを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の共焦点顕微鏡システム。
【請求項９】
前記線状画像は、２次元パターンマッチングにより連結されることを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の共焦点顕微鏡システム。
【請求項１０】
前記制御部は、前記画素データ取得範囲内の複数の測定ラインについて生成された前記第２の２次元データを前記第１の方向に沿って連続する測定ラインごとに連結することを特徴とする、請求項１〜９のいずれかに記載の共焦点顕微鏡システム。
【請求項１１】
レーザ光源から出射されたレーザ光の走査可能な領域を示す単位領域内で、走査光学系により第１の方向に平行な測定ライン上において当該単位領域の一端から他端までレーザ光を１次元走査し、前記第１の方向に直交する第２の方向に所定間隔ずつ順次移動させながら前記１次元走査を繰り返すステップと、
前記走査光学系により走査されたレーザ光を対物レンズにより観察対象物に集光するステップと、
観察対象物により反射されたレーザ光を受光素子により受光するステップと、
前記受光素子の出力信号に基づいて各測定ラインについての複数の画素データを順次取得するステップと、
観察対象物の表面のカメラ画像を取得するステップと、
取得されたカメラ画像を表示部に表示するステップと、
前記走査光学系が前記１次元走査を繰り返す数を示す測定ライン数を設定するステップと、
前記表示部に表示されたカメラ画像上において、前記第１の方向に前記単位領域の幅を有しかつ前記第２の方向に前記単位領域よりも狭く前記測定ライン数に対応する幅を有する帯状領域の位置を設定するステップと、
設定された前記帯状領域の位置を基準とし、複数の前記帯状領域を前記第１の方向に並べた範囲を示す画素データ取得範囲を設定するステップと、
設定された前記画素データ取得範囲を構成する前記帯状領域の各々において、前記１次元走査を前記測定ライン数繰り返し、前記対物レンズの光軸方向に沿って前記対物レンズと観察対象物との相対的な距離が変化されつつ取得される各画素データに基づいて、画素ごとに前記対物レンズの光軸方向における受光強度分布のピーク強度を表し、前記画素データ取得範囲に対応する第１の２次元データと、画素ごとに当該受光強度分布のピーク位置を表し、前記画素データ取得範囲に対応する第２の２次元データとを生成するステップと、
生成された前記第１および第２の２次元データを記憶するステップと、
記憶された前記第１の２次元データに基づく線状画像が前記表示部に表示された状態で、当該線状画像上において観察対象物の断面曲線を観察するための観察用ラインを指定するステップと、
記憶された前記第２の２次元データに基づいて、指定された観察用ラインの位置に応じた断面曲線を前記表示部に表示するステップとを含むことを特徴とする画像処理方法。
【請求項１２】
観察対象物の表面を観察するための画像処理を処理装置に実行させる画像処理プログラムであって、
レーザ光源から出射されたレーザ光の走査可能な領域を示す単位領域内で、走査光学系により第１の方向に平行な測定ライン上において当該単位領域の一端から他端までレーザ光を１次元走査し、前記第１の方向に直交する第２の方向に所定間隔ずつ順次移動させながら前記１次元走査を繰り返す処理と、
前記走査光学系により走査されたレーザ光を対物レンズにより観察対象物に集光する処理と、
観察対象物により反射されたレーザ光を受光素子により受光する処理と、
前記受光素子の出力信号に基づいて各測定ラインについての複数の画素データを順次取得する処理と、
観察対象物の表面のカメラ画像を取得する処理と、
取得されたカメラ画像を表示部に表示する処理と、
前記走査光学系が前記１次元走査を繰り返す数を示す測定ライン数を設定する処理と、
前記表示部に表示されたカメラ画像上において、前記第１の方向に前記単位領域の幅を有しかつ前記第２の方向に前記単位領域よりも狭く前記測定ライン数に対応する幅を有する帯状領域の位置を設定する処理と、
設定された前記帯状領域の位置を基準とし、複数の前記帯状領域を前記第１の方向に並べた範囲を示す画素データ取得範囲を設定する処理と、
設定された前記画素データ取得範囲を構成する前記帯状領域の各々において、前記１次元走査を前記測定ライン数繰り返し、前記対物レンズの光軸方向に沿って前記対物レンズと観察対象物との相対的な距離が変化されつつ取得される各画素データに基づいて、画素ごとに前記対物レンズの光軸方向における受光強度分布のピーク強度を表し、前記画素データ取得範囲に対応する第１の２次元データと、画素ごとに当該受光強度分布のピーク位置を表し、前記画素データ取得範囲に対応する第２の２次元データとを生成する処理と、
生成された前記第１および第２の２次元データを記憶する処理と、
記憶された前記第１の２次元データに基づく線状画像が前記表示部に表示された状態で、当該線状画像上において観察対象物の断面曲線を観察するための観察用ラインを指定する処理と、
記憶された前記第２の２次元データに基づいて、指定された観察用ラインの位置に応じた断面曲線を前記表示部に表示する処理とを、
前記処理装置に実行させることを特徴とする画像処理プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、共焦点顕微鏡システム、画像処理方法および画像処理プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
共焦点顕微鏡では、レーザ光源から出射されたレーザ光が対物レンズにより測定対象物に集光される。測定対象物からの反射光が受光レンズにより集光され、ピンホールを通して受光素子に入射する。レーザ光は測定対象物の表面で二次元的に走査される。また、測定対象物と対物レンズとの間の相対的な距離を変化させることにより受光素子の受光量の分布が変化する。測定対象物の表面に焦点が合ったときに受光量のピークが現れる。受光量分布のピーク強度に基づいて非常に高い焦点深度を有する超深度画像を得ることができる。また、受光量分布のピーク位置に基づいて測定対象物の表面の高さ分布を示す高さ画像を得ることができる。このような共焦点顕微鏡を用いることにより、測定対象物の表面の高さプロファイルを測定することができる（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に記載された光学共焦点顕微鏡装置においては、ステージを所定幅ずつ移動させながら、測定対象物の高さプロファイルを複数取得し、対応する高さプロファイル同士を連結することにより、対物レンズにより規定される視野範囲よりも広い範囲の高さプロファイルを取得することができる。
【０００４】
また、触針プローブまたは光プローブ等を用いて、測定対象物の表面を一方向に連続的に走査することにより、広い範囲の高さプロファイルを取得する粗さ計測器等も知られている（例えば特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２５８１８７号公報
【特許文献２】特開２００２−２１３９４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の光学共焦点顕微鏡装置によれば、複数の高さ画像を取得して連結するため、使用者の所望の位置の高さプロファイルを取得するのに極めて時間がかかる。また、特許文献２の粗さ計測装置によれば、例えば測定対象物の走査する測定ライン上に塵埃等が付着している場合、塵埃等の影響により表面性状を示すパラメータが大きく変化する。そのため、安定に表面性状を示すパラメータを測定できない。
【０００７】
本発明の目的は、観察対象物の表面の断面曲線を正確でかつ高速に検出することが可能な共焦点顕微鏡システム、画像処理方法および画像処理プログラムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
［Ａ］本発明
（１）第１の発明に係る共焦点顕微鏡システムは、観察対象物にレーザ光を出射するレーザ光源と、レーザ光源から出射されたレーザ光の走査可能な領域を示す単位領域内で、第１の方向に平行な測定ライン上において当該単位領域の一端から他端までレーザ光を１次元走査し、第１の方向に直交する第２の方向に所定間隔ずつ順次移動させながら１次元走査を繰り返す走査光学系と、走査光学系により走査されたレーザ光を観察対象物に集光する対物レンズと、観察対象物により反射されたレーザ光を受光する受光素子と、受光素子の出力信号に基づいて各測定ラインについての複数の画素データを順次取得する制御部と、を有する共焦点顕微鏡システムであって、観察対象物の表面のカメラ画像を取得する画像取得部と、画像取得部により取得されたカメラ画像を表示する表示部と、走査光学系が１次元走査を繰り返す数を示す測定ライン数を設定する手段と、表示部に表示されたカメラ画像上において、第１の方向に単位領域の幅を有しかつ第２の方向に単位領域よりも狭く測定ライン数に対応する幅を有する帯状領域の位置を設定する手段と、設定された帯状領域の位置を基準とし、複数の帯状領域を第１の方向に並べた範囲を示す画素データ取得範囲を設定する手段と、設定された画素データ取得範囲を構成する帯状領域の各々において、１次元走査を測定ライン数繰り返し、対物レンズの光軸方向に沿って対物レンズと観察対象物との相対的な距離を変化させつつ制御部により取得される各画素データに基づいて、画素ごとに対物レンズの光軸方向における受光強度分布のピーク強度を表し、画素データ取得範囲に対応する第１の２次元データと、画素ごとに当該受光強度分布のピーク位置を表し、画素データ取得範囲に対応する第２の２次元データとを生成するデータ生成部と、データ生成部により生成された第１の２次元データおよび第２の２次元データを記憶するデータ記憶部と、データ記憶部に記憶された第１の２次元データに基づく線状画像が表示部に表示された状態で、当該線状画像上において観察対象物の断面曲線を観察するための観察用ラインを指定する指定部と、を備え、表示部は、データ記憶部に記憶された第２の２次元データに基づいて、指定部により指定された観察用ラインの位置に応じた断面曲線を表示するものである。
【００１３】
（２）帯状領域を第１の方向に連結する連結数を設定する手段をさらに備え、画素データ取得範囲は、連結数に基づいて設定されてもよい。
【００１４】
（３）画素データ取得範囲の第１の方向における評価長さを指定する評価長さ指定部をさらに備え、連結数は、評価長さ指定部により指定された評価長さに基づいて設定されてもよい。
【００１５】
（４）表示部は、評価長さ指定部により指定された評価長さに基づいて連結数が設定されたときに、当該連結数を表示してもよい。
【００１６】
（５）共焦点顕微鏡システムは、観察対象物の表面性状を表す表面性状パラメータを算出するように構成されたデータ処理部をさらに備え、表示部は、断面曲線とともにデータ処理部により算出された表面性状パラメータを表示してもよい。
【００１７】
（６）共焦点顕微鏡システムは、第１の方向および第２の方向に移動可能であって、観察対象物が載置されるステージと、画素データ取得範囲を記憶する手段と、記憶された画素データ取得範囲に基づいて、画素データ取得範囲を構成する帯状領域の各々に対応する位置にステージを移動させるステージ駆動部と、をさらに備え、データ生成部は、ステージ駆動部によりステージを移動させつつ第１の２次元データおよび第２の２次元データを生成してもよい。
【００１８】
（７）表示部は、当該表示部に表示されたカメラ画像上において第２の方向に移動可能な指示範囲を表示し、画素データ取得範囲は、表示部に表示された指示範囲に基づいて設定されてもよい。
【００１９】
（８）制御部は、複数の単位領域内で第２の方向に沿って所定間隔ずつ並ぶ複数の測定ラインにレーザ光が照射されるように走査光学系を制御する第１の動作モードの制御と、画素データ取得範囲内で第２の方向に沿って所定間隔ずつ並ぶ複数の測定ラインにレーザ光が照射されるように走査光学系を制御する第２の動作モードの制御と、を選択的に実行し、画素データ取得範囲が設定された場合に、第２の動作モードの制御を行ってもよい。
【００２０】
（９）線状画像は、２次元パターンマッチングにより連結されてもよい。
【００２１】
（１０）制御部は、画素データ取得範囲内の複数の測定ラインについて生成された第２の２次元データを第１の方向に沿って連続する測定ラインごとに連結してもよい。この場合、隣接する帯状領域の複数の測定ラインについての断面曲線をさらに正確に連結することができる。
【００２２】
（１１）第２の発明に係る画像処理方法は、レーザ光源から出射されたレーザ光の走査可能な領域を示す単位領域内で、走査光学系により第１の方向に平行な測定ライン上において当該単位領域の一端から他端までレーザ光を１次元走査し、第１の方向に直交する第２の方向に所定間隔ずつ順次移動させながら１次元走査を繰り返すステップと、走査光学系により走査されたレーザ光を対物レンズにより観察対象物に集光するステップと、観察対象物により反射されたレーザ光を受光素子により受光するステップと、受光素子の出力信号に基づいて各測定ラインについての複数の画素データを順次取得するステップと、観察対象物の表面のカメラ画像を取得するステップと、取得されたカメラ画像を表示部に表示するステップと、走査光学系が１次元走査を繰り返す数を示す測定ライン数を設定するステップと、表示部に表示されたカメラ画像上において、第１の方向に単位領域の幅を有しかつ第２の方向に単位領域よりも狭く測定ライン数に対応する幅を有する帯状領域の位置を設定するステップと、設定された帯状領域の位置を基準とし、複数の帯状領域を第１の方向に並べた範囲を示す画素データ取得範囲を設定するステップと、設定された画素データ取得範囲を構成する帯状領域の各々において、１次元走査を測定ライン数繰り返し、対物レンズの光軸方向に沿って対物レンズと観察対象物との相対的な距離が変化されつつ取得される各画素データに基づいて、画素ごとに対物レンズの光軸方向における受光強度分布のピーク強度を表し、画素データ取得範囲に対応する第１の２次元データと、画素ごとに当該受光強度分布のピーク位置を表し、画素データ取得範囲に対応する第２の２次元データとを生成するステップと、生成された第１および第２の２次元データを記憶するステップと、記憶された第１の２次元データに基づく線状画像が表示部に表示された状態で、当該線状画像上において観察対象物の断面曲線を観察するための観察用ラインを指定するステップと、記憶された第２の２次元データに基づいて、指定された観察用ラインの位置に応じた断面曲線を表示部に表示するステップとを含むものである。
【００２８】
（１２）第３の発明に係る画像処理プログラムは、観察対象物の表面を観察するための画像処理を処理装置に実行させる画像処理プログラムであって、レーザ光源から出射されたレーザ光の走査可能な領域を示す単位領域内で、走査光学系により第１の方向に平行な測定ライン上において当該単位領域の一端から他端までレーザ光を１次元走査し、第１の方向に直交する第２の方向に所定間隔ずつ順次移動させながら１次元走査を繰り返す処理と、走査光学系により走査されたレーザ光を対物レンズにより観察対象物に集光する処理と、観察対象物により反射されたレーザ光を受光素子により受光する処理と、受光素子の出力信号に基づいて各測定ラインについての複数の画素データを順次取得する処理と、観察対象物の表面のカメラ画像を取得する処理と、取得されたカメラ画像を表示部に表示する処理と、走査光学系が１次元走査を繰り返す数を示す測定ライン数を設定する処理と、表示部に表示されたカメラ画像上において、第１の方向に単位領域の幅を有しかつ第２の方向に単位領域よりも狭く測定ライン数に対応する幅を有する帯状領域の位置を設定する処理と、設定された帯状領域の位置を基準とし、複数の帯状領域を第１の方向に並べた範囲を示す画素データ取得範囲を設定する処理と、設定された画素データ取得範囲を構成する帯状領域の各々において、１次元走査を測定ライン数繰り返し、対物レンズの光軸方向に沿って対物レンズと観察対象物との相対的な距離が変化されつつ取得される各画素データに基づいて、画素ごとに対物レンズの光軸方向における受光強度分布のピーク強度を表し、画素データ取得範囲に対応する第１の２次元データと、画素ごとに当該受光強度分布のピーク位置を表し、画素データ取得範囲に対応する第２の２次元データとを生成する処理と、生成された第１および第２の２次元データを記憶する処理と、記憶された第１の２次元データに基づく線状画像が表示部に表示された状態で、当該線状画像上において観察対象物の断面曲線を観察するための観察用ラインを指定する処理と、記憶された第２の２次元データに基づいて、指定された観察用ラインの位置に応じた断面曲線を表示部に表示する処理とを、処理装置に実行させるものである。
【００３４】
［Ｂ］参考形態
（１）第１の参考形態に係る共焦点顕微鏡システムは、観察対象物の表面を観察するための共焦点顕微鏡システムであって、受光素子と、観察対象物の表面に設定された単位領域内で第１の方向に平行な測定ラインに光を照射するとともに測定ラインに照射された光を受光素子に導き、光の照射位置を第１の方向に直交する第２の方向に一定間隔ずつ順次移動させることにより、第２の方向に並ぶ複数の測定ラインに光を照射可能に構成された共焦点光学系と、第１および第２の方向に直交する第３の方向における複数の位置で共焦点光学系による光の照射が行われるように共焦点光学系と観察対象物との相対的な距離を変化させる相対距離変化部と、第１の動作モードおよび第２の動作モードの制御を選択的に実行可能に構成され、第１の動作モード時に、単位領域の第２の方向における一端から他端に渡って並ぶ複数の測定ラインに光が照射されるように共焦点光学系を制御し、受光素子の出力信号に基づいて単位領域についての複数の画素データを順次取得し、第２の動作モード時に、第２の方向において単位領域よりも小さい幅を有する帯状領域の第２の方向における一端から他端に渡って並ぶ複数の測定ラインに光が照射されるように共焦点光学系を制御するとともに相対距離変化部を制御し、受光素子の出力信号に基づいて各測定ラインについての複数の画素データを順次取得する制御部と、第２の動作モード時に、制御部により取得された複数の画素データに基づいて帯状領域内の各測定ラインについて観察対象物の表面の断面曲線を表す断面曲線データを生成するデータ生成部と、使用者による観察対象物の断面曲線データの取得範囲の指示を受け付ける取得範囲指示受付部と、取得範囲指示受付部により受け付けられた指示に基づいて観察対象物の断面曲線データの取得範囲として第１の方向に沿って連続的に並ぶ複数の帯状領域内に複数の測定ラインを設定する取得範囲設定部と、取得範囲設定部により設定された複数の測定ラインについてデータ生成部により生成された断面曲線データを第１の方向に沿って連続する測定ラインごとに連結することにより、連結された複数の断面曲線データを得るデータ処理部とを備え、単位領域についての複数の画素データから単位領域の画像データが生成され、複数の帯状領域内の複数の測定ラインを第１の方向に沿って連続する測定ラインごとに連結することにより連続する単位領域の画像データが連結されるものである。
【００３５】
この共焦点顕微鏡システムにおいては、観察対象物の表面に設定された単位領域内で第１の方向に平行な測定ラインに光が照射され、測定ラインに照射された光が受光素子に導かれる。光の照射位置が第２の方向に一定間隔ずつ順次移動されることにより、第２の方向に並ぶ複数の測定ラインに光が照射される。また、第３の方向における複数の位置で共焦点光学系による光の照射が行われるように共焦点光学系と観察対象物との相対的な距離が変化される。
【００３６】
第１の動作モード時には、共焦点光学系により単位領域の第２の方向における一端から他端に渡って並ぶ複数の測定ラインに光が照射される。受光素子の出力信号に基づいて単位領域についての複数の画素データが順次取得される。
【００３７】
第２の動作モード時には、共焦点光学系により第２の方向において単位領域よりも小さい幅を有する帯状領域の第２の方向における一端から他端に渡って並ぶ複数の測定ラインに光が照射される。受光素子の出力信号に基づいて各測定ラインについての複数の画素データが順次取得される。取得された複数の画素データに基づいて帯状領域内の各測定ラインについての断面曲線データが生成される。
【００３８】
使用者による観察対象物の断面曲線データの取得範囲の指示が受け付けられると、その指示に基づいて観察対象物の断面曲線データの取得範囲として第１の方向に沿って連続的に並ぶ複数の帯状領域内に複数の測定ラインが設定される。設定された複数の測定ラインについて生成された断面曲線データが第１の方向に沿って連続する測定ラインごとに連結されることにより、連結された複数の断面曲線データが得られる。また、単位領域についての複数の画素データから単位領域の画像データが生成される。複数の帯状領域内の複数の測定ラインを第１の方向に沿って連続する測定ラインごとに連結することにより連続する単位領域の画像データが連結される。
【００３９】
このように、第２の動作モード時には、第２の方向において単位領域よりも小さい幅を有する帯状領域内で複数の測定ラインに光が照射される。そのため、複数の測定ラインに対応する複数の断面曲線データの生成を高速で行うことができる。その結果、複数の測定ラインに対応する複数の断面曲線データに基づいて観察対象物の表面の断面曲線を正確でかつ高速に検出することができる。
【００４０】
（２）共焦点顕微鏡システムは、観察対象物の表面の画像を取得する画像取得部と、画像取得部により取得された画像を表示する第１の表示部とをさらに備え、取得範囲指示受付部は、第１の表示部に表示された画像上で使用者による観測対象物の断面曲線データの取得範囲の指示を受け付けてもよい。
【００４１】
この場合、観察対象物の表面の画像が取得され、取得された画像が第１の表示部に表示される。表示された画像上で使用者による断面曲線データの取得範囲の指示が受け付けられる。これにより、使用者は、断面曲線データの取得範囲を容易に指示することができる。
【００４２】
（３）データ処理部は、連結された断面曲線データを得る前または後に各断面曲線データから不要部分を除去し、連結された各断面曲線データに基づいて観察対象物の表面性状を表す表面性状パラメータを第１の方向に沿って連続する測定ラインごとに算出し、共焦点顕微鏡システムは、データ処理部により連結された各断面曲線データに基づいて第１の方向に沿って連続する測定ライン上での断面曲線を表示する第２の表示部をさらに備えてもよい。
【００４３】
この場合、連結された断面曲線データから不要部分が除去される。それにより、複数の測定ラインの一部の上に塵埃、傷または穴が存在する場合でも、不要部分が除去された断面曲線データに基づいて観察対象物の表面の断面曲線をより正確に検出することができる。
【００４４】
また、複数の測定ラインに対応する複数の表面性状パラメータが算出されるので、観察対象物の表面性状を正確に検出することができる。さらに、連結された各断面曲線データに基づく断面曲線および算出された表面性状パラメータが第２の表示部に表示される。これにより、使用者は観察対象物の表面の断面曲線および表面性状パラメータを視覚的に認識することができる。
【００４５】
（４）共焦点顕微鏡システムは、観察対象物を支持するとともに第４および第５の方向に移動可能に設けられた支持部をさらに備え、制御部は、第４および第５の方向がそれぞれ第１および第２の方向に一致する場合に、各帯状領域についての共焦点光学系による光の照射の終了ごとに、支持部を第４の方向に移動させ、第４および第５の方向がそれぞれ第１および第２の方向と異なる場合に、各帯状領域についての共焦点光学系による光の照射の終了ごとに、当該帯状領域内の複数の測定ラインの終点と次の帯状領域内の複数の測定ラインの始点とが連続するように支持部を第４および第５の方向に移動させてもよい。
【００４６】
この場合、観察対象物を支持する支持部の移動方向が第１および第２の方向と一致している場合だけでなく、支持部の移動方向が第１および第２の方向に対して傾斜している場合にも、一の帯状領域の複数の測定ラインについての断面曲線データと隣接する帯状領域の複数の測定ラインについての断面曲線データとが高い精度で連結される。観察対象物の表面の断面曲線をより正確に検出することができる。
【００４７】
（５）データ処理部は、隣接する帯状領域の複数の測定ラインについての断面曲線データを２次元パターンマッチングにより連結してもよい。この場合、隣接する帯状領域の複数の測定ラインについての断面曲線データをさらに正確に連結することができる。
【００４８】
（６）第２の参考形態に係る画像処理方法は、観察対象物の表面を観察するための画像処理方法であって、共焦点光学系により観察対象物の表面に設定された単位領域内で第１の方向に平行な測定ラインに光を照射するとともに測定ラインに照射された光を受光素子に導き、光の照射位置を第１の方向に直交する第２の方向に一定間隔ずつ順次移動させることにより、第２の方向に並ぶ複数の測定ラインに光を照射するステップと、第１および第２の方向に直交する第３の方向における複数の位置で共焦点光学系による光の照射が行われるように共焦点光学系と観察対象物との相対的な距離を変化させるステップと、第１の動作モード時に、単位領域の第２の方向における一端から他端に渡って並ぶ複数の測定ラインに光が照射されるように共焦点光学系を制御し、受光素子の出力信号に基づいて単位領域についての複数の画素データを順次取得するステップと、第２の動作モード時に、第２の方向において単位領域よりも小さい幅を有する帯状領域の第２の方向における一端から他端に渡って並ぶ複数の測定ラインに光が照射されるように共焦点光学系を制御するステップと、受光素子の出力信号に基づいて各測定ラインについての複数の画素データを順次取得するステップと、第２の動作モード時に、取得された複数の画素データに基づいて帯状領域内の各測定ラインについて観察対象物の表面の断面曲線を表す断面曲線データを生成するステップと、使用者による観察対象物の断面曲線データの取得範囲の指示を受け付けるステップと、受け付けられた指示に基づいて観察対象物の断面曲線データの取得範囲として第１の方向に沿って連続的に並ぶ複数の帯状領域内に複数の測定ラインを設定するステップと、設定された複数の測定ラインについて生成された断面曲線データを第１の方向に沿って連続する測定ラインごとに連結することにより、連結された複数の断面曲線データを得るステップと、単位領域についての複数の画素データから単位領域の画像データを生成するステップと、複数の帯状領域内の複数の測定ラインを第１の方向に沿って連続する測定ラインごとに連結することにより連続する単位領域の画像データを連結するステップとを含むものである。
【００４９】
この画像処理方法においては、観察対象物の表面に設定された単位領域内で第１の方向に平行な測定ラインに光が照射され、測定ラインに照射された光が受光素子に導かれる。光の照射位置が第２の方向に一定間隔ずつ順次移動されることにより、第２の方向に並ぶ複数の測定ラインに光が照射される。また、第３の方向における複数の位置で共焦点光学系による光の照射が行われるように共焦点光学系と観察対象物との相対的な距離が変化される。
【００５０】
第１の動作モード時には、共焦点光学系により単位領域の第２の方向における一端から他端に渡って並ぶ複数の測定ラインに光が照射される。受光素子の出力信号に基づいて単位領域についての複数の画素データが順次取得される。
【００５１】
第２の動作モード時には、共焦点光学系により第２の方向において単位領域よりも小さい幅を有する帯状領域の第２の方向における一端から他端に渡って並ぶ複数の測定ラインに光が照射される。受光素子の出力信号に基づいて各測定ラインについての複数の画素データが順次取得される。取得された複数の画素データに基づいて帯状領域内の各測定ラインについての断面曲線データが生成される。
【００５２】
使用者による観察対象物の断面曲線データの取得範囲の指示が受け付けられると、その指示に基づいて観察対象物の断面曲線データの取得範囲として第１の方向に沿って連続的に並ぶ複数の帯状領域内に複数の測定ラインが設定される。設定された複数の測定ラインについて生成された断面曲線データが第１の方向に沿って連続する測定ラインごとに連結されることにより、連結された複数の断面曲線データが得られる。また、単位領域についての複数の画素データから単位領域の画像データが生成される。複数の帯状領域内の複数の測定ラインを第１の方向に沿って連続する測定ラインごとに連結することにより連続する単位領域の画像データが連結される。
【００５３】
このように、第２の動作モード時には、第２の方向において単位領域よりも小さい幅を有する帯状領域内で複数の測定ラインに光が照射される。そのため、複数の測定ラインに対応する複数の断面曲線データの生成を高速で行うことができる。その結果、複数の測定ラインに対応する複数の断面曲線データに基づいて観察対象物の表面の断面曲線を正確でかつ高速に検出することができる。
【００５４】
（７）第３の参考形態に係る画像処理プログラムは、観察対象物の表面を観察するための画像処理を処理装置に実行させる画像処理プログラムであって、共焦点光学系により観察対象物の表面に設定された単位領域内で第１の方向に平行な測定ラインに光を照射するとともに測定ラインに照射された光を受光素子に導き、光の照射位置を第１の方向に直交する第２の方向に一定間隔ずつ順次移動させることにより、第２の方向に並ぶ複数の測定ラインに光を照射する処理と、第１および第２の方向に直交する第３の方向における複数の位置で共焦点光学系による光の照射が行われるように共焦点光学系と観察対象物との相対的な距離を変化させる処理と、第１の動作モード時に、単位領域の第２の方向における一端から他端に渡って並ぶ複数の測定ラインに光が照射されるように共焦点光学系を制御し、受光素子の出力信号に基づいて単位領域についての複数の画素データを順次取得する処理と、第２の動作モード時に、第２の方向において単位領域よりも小さい幅を有する帯状領域の第２の方向における一端から他端に渡って並ぶ複数の測定ラインに光が照射されるように共焦点光学系を制御する処理と、受光素子の出力信号に基づいて各測定ラインについての複数の画素データを順次取得する処理と、第２の動作モード時に、取得された複数の画素データに基づいて帯状領域内の各測定ラインについて観察対象物の表面の断面曲線を表す断面曲線データを生成する処理と、使用者による観察対象物の断面曲線データの取得範囲の指示を受け付ける処理と、受け付けられた指示に基づいて観察対象物の断面曲線データの取得範囲として第１の方向に沿って連続的に並ぶ複数の帯状領域内に複数の測定ラインを設定する処理と、設定された複数の測定ラインについて生成された断面曲線データを第１の方向に沿って連続する測定ラインごとに連結することにより、連結された複数の断面曲線データを得る処理と、単位領域についての複数の画素データから単位領域の画像データを生成する処理と、複数の帯状領域内の複数の測定ラインを第１の方向に沿って連続する測定ラインごとに連結することにより連続する単位領域の画像データを連結する処理とを、処理装置に実行させるものである。
【００５５】
この画像処理プログラムにおいては、観察対象物の表面に設定された単位領域内で第１の方向に平行な測定ラインに光が照射され、測定ラインに照射された光が受光素子に導かれる。光の照射位置が第２の方向に一定間隔ずつ順次移動されることにより、第２の方向に並ぶ複数の測定ラインに光が照射される。また、第３の方向における複数の位置で共焦点光学系による光の照射が行われるように共焦点光学系と観察対象物との相対的な距離が変化される。
【００５６】
第１の動作モード時には、共焦点光学系により単位領域の第２の方向における一端から他端に渡って並ぶ複数の測定ラインに光が照射される。受光素子の出力信号に基づいて単位領域についての複数の画素データが順次取得される。
【００５７】
第２の動作モード時には、共焦点光学系により第２の方向において単位領域よりも小さい幅を有する帯状領域の第２の方向における一端から他端に渡って並ぶ複数の測定ラインに光が照射される。受光素子の出力信号に基づいて各測定ラインについての複数の画素データが順次取得される。取得された複数の画素データに基づいて帯状領域内の各測定ラインについての断面曲線データが生成される。
【００５８】
使用者による観察対象物の断面曲線データの取得範囲の指示が受け付けられると、その指示に基づいて観察対象物の断面曲線データの取得範囲として第１の方向に沿って連続的に並ぶ複数の帯状領域内に複数の測定ラインが設定される。設定された複数の測定ラインについて生成された断面曲線データが第１の方向に沿って連続する測定ラインごとに連結されることにより、連結された複数の断面曲線データが得られる。また、単位領域についての複数の画素データから単位領域の画像データが生成される。複数の帯状領域内の複数の測定ラインを第１の方向に沿って連続する測定ラインごとに連結することにより連続する単位領域の画像データが連結される。
【００５９】
このように、第２の動作モード時には、第２の方向において単位領域よりも小さい幅を有する帯状領域内で複数の測定ラインに光が照射される。そのため、複数の測定ラインに対応する複数の断面曲線データの生成を高速で行うことができる。その結果、複数の測定ラインに対応する複数の断面曲線データに基づいて観察対象物の表面の断面曲線を正確でかつ高速に検出することができる。
【発明の効果】
【００６０】
本発明の目的は、観察対象物の表面の断面曲線を正確でかつ高速に検出することが可能な共焦点顕微鏡システム、画像処理方法および画像処理プログラムを提供することである。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の一実施の形態に係る共焦点顕微鏡システムの構成を示すブロック図である。
【図２】Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向を定義するための図である。
【図３】１つの画素において観察対象物のＺ方向の位置と受光素子の受光強度との関係を示す図である。
【図４】観察対象物の表面形状を示す図である。
【図５】画素データの取得範囲の設定時における表示部の表示例を示す図である。
【図６】条件設定領域に表示される測定点設定部および測定長さ設定部を示す図である。
【図７】条件設定領域に表示される測定高さ設定部および測定開始指示部を示す図である。
【図８】共焦点顕微鏡システムにおける画像処理方法を示すフローチャートである。
【図９】共焦点顕微鏡システムにおける画像処理方法を示すフローチャートである。
【図１０】複数の帯状領域におけるレーザ光の走査方法を示す図である。
【図１１】複数の帯状領域における断面曲線データの連結方法を示す図である。
【図１２】レーザ光の走査方向およびステージの実際の移動方向を示す図である。
【図１３】ステージの傾き補正量算出処理を示すフローチャートである。
【図１４】ステージの傾き補正量算出処理実行時における表示部の表示例を示す図である。
【図１５】ステージの傾き補正量算出処理実行時における表示部の表示例を示す図である。
【図１６】連結されたチャートの超深度線状画像を示す図である。
【図１７】解析結果表示時における表示部の表示例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００６２】
以下、本発明の一実施の形態に係る共焦点顕微鏡システムについて図面を参照しながら説明する。
【００６３】
（１）共焦点顕微鏡システムの基本構成
図１は、本発明の一実施の形態に係る共焦点顕微鏡システム５００の構成を示すブロック図である。図１に示すように、共焦点顕微鏡システム５００は、測定部１００、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）２００、制御部３００および表示部４００を備える。測定部１００は、レーザ光源１０、Ｘ−Ｙスキャン光学系２０、受光素子３０、照明用白色光源４０、カラーＣＣＤ（電荷結合素子）カメラ５０およびステージ６０を含む。ステージ６０上には、観察対象物Ｓが載置される。
【００６４】
レーザ光源１０は、例えば半導体レーザである。レーザ光源１０から出射されたレーザ光は、レンズ１により平行光に変換された後、ハーフミラー４を透過してＸ−Ｙスキャン光学系２０に入射する。なお、レーザ光源１０に代えて水銀ランプ等の他の光源が用いられてもよい。この場合、水銀ランプ等の光源とＸ−Ｙスキャン光学系２０との間に帯域通過フィルタが配置される。水銀ランプ等の光源から出射された光は、帯域通過フィルタを通過することにより単色光となり、Ｘ−Ｙスキャン光学系２０に入射する。
【００６５】
Ｘ−Ｙスキャン光学系２０は、例えばガルバノミラーである。Ｘ−Ｙスキャン光学系２０は、ステージ６０上の観察対象物Ｓの表面上においてレーザ光をＸ方向およびＹ方向に走査する機能を有する。Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向の定義については後述する。Ｘ−Ｙスキャン光学系２０により走査されたレーザ光は、ハーフミラー５により反射された後、ハーフミラー６を透過し、対物レンズ３によりステージ６０上の観察対象物Ｓに集光される。なお、ハーフミラー４〜６に代えて偏光ビームスプリッタが用いられてもよい。
【００６６】
観察対象物Ｓにより反射されたレーザ光は、対物レンズ３およびハーフミラー６を透過した後、ハーフミラー５により反射され、Ｘ−Ｙスキャン光学系２０を透過する。Ｘ−Ｙスキャン光学系２０を透過したレーザ光は、ハーフミラー４により反射され、レンズ２により集光され、ピンホール部材７のピンホールおよびＮＤ（Neutral Density）フィルタ８を透過して受光素子３０に入射する。このように、本実施の形態においては反射型の共焦点顕微鏡システム５００が用いられるが、観察対象物Ｓが細胞等の透明体である場合には、透過型の共焦点顕微鏡システムが用いられてもよい。
【００６７】
ピンホール部材７のピンホールは、レンズ２の焦点位置に配置される。ＮＤフィルタ８は、受光素子３０に入射するレーザ光の強度を減衰させるために用いられる。そのため、レーザ光の強度が十分減衰されている場合には、ＮＤフィルタ８は設けられなくてもよい。
【００６８】
本実施の形態では、受光素子３０は光電子増倍管である。受光素子３０としてフォトダイオードおよび増幅器を用いてもよい。受光素子３０は、受光量に対応するアナログの電気信号（以下、受光信号と呼ぶ）を出力する。制御部３００は、２つのＡ／Ｄ変換器（アナログ／デジタル変換器）、ＦＩＦＯ（First In First Out）メモリおよびＣＰＵ（中央演算処理装置）を含む。受光素子３０から出力される受光信号は、制御部３００の１つのＡ／Ｄ変換器により一定のサンプリング周期でサンプリングされるとともにデジタル信号に変換される。Ａ／Ｄ変換器から出力されるデジタル信号は、ＦＩＦＯメモリに順次蓄積される。ＦＩＦＯメモリに蓄積されたデジタル信号は画素データとして順次ＰＣ２００に転送される。
【００６９】
照明用白色光源４０は、例えばハロゲンランプまたは白色ＬＥＤ（発光ダイオード）である。照明用白色光源４０により発生された白色光は、ハーフミラー６により反射された後、対物レンズ３によりステージ６０上の観察対象物Ｓに集光される。
【００７０】
観察対象物Ｓにより反射された白色光は、対物レンズ３、ハーフミラー６およびハーフミラー５を透過してカラーＣＣＤカメラ５０に入射する。カラーＣＣＤカメラ５０に代えてＣＭＯＳ（相補性金属酸化膜半導体）イメージセンサ等の撮像素子が用いられてもよい。カラーＣＣＤカメラ５０は、受光量に対応する電気信号を出力する。カラーＣＣＤカメラ５０の出力信号は、制御部３００の他の１つのＡ／Ｄ変換器により一定のサンプリング周期でサンプリングされるとともにデジタル信号に変換される。Ａ／Ｄ変換器から出力されるデジタル信号は、カメラデータとして順次ＰＣ２００に転送される。
【００７１】
制御部３００は、画素データおよびカメラデータをＰＣ２００に与えるとともに、ＰＣ２００からの指令に基づいて受光素子３０の受光感度（ゲイン）およびカラーＣＣＤカメラ５０を制御する。また、制御部３００は、ＰＣ２００からの指令に基づいてＸ−Ｙスキャン光学系２０を制御することによりレーザ光を観察対象物Ｓ上でＸ方向およびＹ方向に走査させる。
【００７２】
対物レンズ３は、レンズ駆動部６３によりＺ方向に移動可能に設けられる。制御部３００は、ＰＣ２００からの指令に基づいてレンズ駆動部６３を制御することにより対物レンズ３をＺ方向に移動させることができる。これにより、対物レンズ３に対する観察対象物Ｓの相対的なＺ方向の位置を変化させることができる。
【００７３】
ＰＣ２００は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）２１０、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）２２０、作業用メモリ２３０および記憶装置２４０を含む。ＲＯＭ２２０には、システムプログラムが記憶される。作業用メモリ２３０は、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）からなり、種々のデータの処理のために用いられる。記憶装置２４０は、ハードディスク等からなる。記憶装置２４０には、画像処理プログラムが記憶されるとともに、制御部３００から与えられる画素データおよびカメラデータ等の種々のデータを保存するために用いられる。画像処理プログラムの詳細は後述する。
【００７４】
ＣＰＵ２１０は、制御部３００から与えられる画素データに基づいて画像データを生成する。以下、画素データに基づいて生成される画像データを共焦点画像データと呼ぶ。また、共焦点画像データに基づいて表示される画像を共焦点画像と呼ぶ。
【００７５】
ＣＰＵ２１０は、制御部３００から与えられるカメラデータに基づいて画像データを生成する。以下、カメラデータに基づいて生成される画像データをカメラ画像データと呼ぶ。また、カメラ画像データに基づいて表示される画像をカメラ画像と呼ぶ。
【００７６】
ＣＰＵ２１０は、生成した共焦点画像データおよびカメラ画像データに作業用メモリ２３０を用いて各種処理を行うとともに、共焦点画像データに基づく共焦点画像およびカメラ画像データに基づくカメラ画像を表示部４００に表示させる。また、ＣＰＵ２１０は、後述するステージ駆動部６２に駆動パルスを与える。
【００７７】
表示部４００は、例えば液晶ディスプレイパネルまたは有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）パネルにより構成される。
【００７８】
ステージ６０は、Ｘ方向移動機構、Ｙ方向移動機構およびＺ方向移動機構を有する。Ｘ方向移動機構、Ｙ方向移動機構およびＺ方向移動機構には、ステッピングモータが用いられる。
【００７９】
ステージ６０のＸ方向移動機構、Ｙ方向移動機構およびＺ方向移動機構は、ステージ操作部６１およびステージ駆動部６２により駆動される。使用者は、ステージ操作部６１を手動で操作することにより、ステージ６０を対物レンズ３に対して相対的にＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向に移動させることができる。
【００８０】
ステージ駆動部６２は、ＰＣ２００より与えられる駆動パルスに基づいて、ステージ６０のステッピングモータに電流を供給することにより、ステージ６０を対物レンズ３に相対的にＸ方向、Ｙ方向またはＺ方向に移動させることができる。
【００８１】
共焦点顕微鏡システム５００は、後述する第１の動作モードおよび第２の動作モードで動作可能に構成されている。
【００８２】
（２）共焦点画像、超深度画像および高さ画像
以下、第１の動作モードにおける共焦点顕微鏡システム５００の動作を説明する。
【００８３】
図２は、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向を定義するための図である。図２に示すように、対物レンズ３により集光されたレーザ光が観察対象物Ｓに照射される。本実施の形態においては、対物レンズ３の光軸の方向をＺ方向と定義する。また、Ｚ方向と直交する面において、互いに直交する二方向をそれぞれＸ方向およびＹ方向と定義する。Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向を矢印Ｘ，Ｙ，Ｚでそれぞれ示す。
【００８４】
Ｚ方向において対物レンズ３に対する観察対象物Ｓの表面の相対的な位置を観察対象物ＳのＺ方向の位置と呼ぶ。共焦点画像データの生成は、単位領域ごとに行なわれる。単位領域は対物レンズ３の倍率により定まる。
【００８５】
観察対象物ＳのＺ方向の位置が一定の状態で、Ｘ−Ｙスキャン光学系２０により単位領域内のＹ方向の端部でレーザ光がＸ方向に走査される。Ｘ方向の走査が終了すると、レーザ光がＸ−Ｙスキャン光学系２０によりＹ方向に一定の間隔変移される。この状態でレーザ光がＸ方向に走査される。単位領域内でレーザ光のＸ方向の走査およびＹ方向の変移が繰り返されることにより、単位領域のＸ方向およびＹ方向の走査が終了する。次に、対物レンズ３がＺ方向に移動される。それにより、対物レンズ３のＺ方向の位置が前回と異なる一定の状態で、単位領域のＸ方向およびＹ方向の走査が行なわれる。観察対象物ＳのＺ方向の複数の位置で単位領域のＸ方向およびＹ方向の走査が行なわれる。
【００８６】
観察対象物ＳのＺ方向の位置ごとにＸ方向およびＹ方向の走査により共焦点画像データが生成される。これにより、単位領域内でＺ方向の位置が異なる複数の共焦点画像データが生成される。
【００８７】
ここで、共焦点画像データのＸ方向の画素数は、Ｘ−Ｙスキャン光学系２０によるレーザ光のＸ方向の走査速度と制御部３００のサンプリング周期とにより定まる。１回のＸ方向の走査（１本の走査線）におけるサンプリング数がＸ方向の画素数となる。また、単位領域の共焦点画像データのＹ方向の画素数は、Ｘ方向の走査の終了ごとのＸ−Ｙスキャン光学系２０によるレーザ光のＹ方向の変移量により定まる。Ｙ方向における走査線の数がＹ方向の画素数となる。さらに、単位領域の共焦点画像データの数は、観察対象物ＳのＺ方向の移動回数により定まる。単位領域の複数の共焦点画像データに基づいて、後述する方法で超深度画像データおよび高さ画像データが生成される。
【００８８】
図２の例では、まず、ステージ６０の最初の位置で単位領域ｓ１における観察対象物Ｓの複数の共焦点画像データが生成されるとともに単位領域ｓ１の超深度画像データおよび高さ画像データが生成される。続いて、ステージ６０が順次移動することにより単位領域ｓ２〜ｓ４における観察対象物Ｓの複数の共焦点画像データが生成されるとともに単位領域ｓ２〜ｓ４の超深度画像データおよび高さ画像データが生成される。この場合、隣接する単位領域の一部が互いに重なるように、単位領域ｓ１〜ｓ４が設定されてもよい。それにより、パターンマッチングを行うことにより、複数の単位領域ｓ１〜ｓ４の超深度画像データおよび高さ画像データを高い精度で連結することができる。特に、複数の単位領域の合計の面積が後述する画素データの取得範囲よりも大きい場合には、取得範囲からはみ出す部分の面積に相当する部分が重なり部分として設定される。
【００８９】
図３は、１つの画素において観察対象物ＳのＺ方向の位置と受光素子３０の受光強度との関係を示す図である。図１に示したように、ピンホール部材７のピンホールはレンズ２の焦点位置に配置される。そのため、観察対象物Ｓの表面が対物レンズ３の焦点位置にあるときに、観察対象物Ｓにより反射されたレーザ光がピンホール部材７のピンホールの位置に集光される。それにより、観察対象物Ｓにより反射されたレーザ光の大部分がピンホール部材７のピンホールを通過して受光素子３０に入射する。この場合、受光素子３０の受光強度は最大になる。それにより、受光素子３０から出力される受光信号の電圧値は最大となる。
【００９０】
一方、観察対象物Ｓが対物レンズ３の焦点位置が外れた位置にあるときには、観察対象物Ｓにより反射されたレーザ光はピンホール部材７のピンホールの前または後の位置に集光される。それにより、観察対象物Ｓにより反射されたレーザ光の多くはピンホール部材７のピンホールの周囲の部分で遮られ、受光素子３０の受光強度は低下する。それにより、受光素子３０から出力される受光信号の電圧値は低下する。
【００９１】
このように、観察対象物Ｓの表面が対物レンズ３の焦点位置にある状態で受光素子３０の受光強度分布にピークが現れる。各単位領域の複数の共焦点画像データから、画素ごとにＺ方向における受光強度分布が得られる。それにより、画素ごとに受光強度分布のピーク位置とピーク強度（ピークの受光強度）とが得られる。
【００９２】
各単位領域の複数の画素についてのＺ方向におけるピーク位置を表すデータを高さ画像データと呼び、高さ画像データに基づいて表示される画像を高さ画像と呼ぶ。高さ画像は、観察対象物Ｓの表面形状を表す。また、各単位領域の複数の画素についてのピーク強度を表すデータを超深度画像データと呼び、超深度画像データに基づいて表される画像を超深度画像と呼ぶ。超深度画像は、観察対象物Ｓの表面のすべての部分にピントが合った状態で得られる画像である。ＰＣ２００は、制御部３００から与えられる単位領域の複数の画素データに基づいて単位領域の複数の共焦点画像データを生成し、複数の共焦点画像データに基づいて単位領域の高さ画像データおよび超深度画像データを生成する。
【００９３】
（３）断面曲線
図４は、観察対象物Ｓの表面形状を示す図である。図４（ａ）に示すように、観察対象物Ｓの表面は、起伏が連続する形状を有する。観察対象物Ｓの表面上を垂直な平面で切断したとき、その切断面に現れる観察対象物Ｓの表面上の曲線を断面曲線と呼ぶ。また、断面曲線を表すデータを断面曲線データと呼ぶ。図４（ｂ）に示すように、観察対象物Ｓの表面において、起伏の周期が比較的短く、起伏の深さに比べて起伏の間隔が比較的小さい断面形状を粗さと呼ぶ。断面曲線から所定のカットオフ波長λｃよりも短い波長を有する成分を抽出することにより得られる曲線を粗さ曲線と呼ぶ。図４（ｃ）に示すように、観察対象物Ｓの表面において、粗さの起伏の周期よりも長い起伏の周期を有する断面形状をうねりと呼ぶ。断面曲線から所定のカットオフ波長λｃよりも長い波長を有する成分を抽出することにより得られる曲線をうねり曲線と呼ぶ。後述するように、観察対象物Ｓの断面曲線データを生成し、その断面曲線データの解析を行うことにより、観察対象物Ｓの表面性状を表す表面性状パラメータを算出することができる。
【００９４】
（４）画素データの取得範囲の設定
以下、第２の動作モードにおける共焦点顕微鏡システム５００の動作を説明する。
【００９５】
断面曲線データの生成時には、Ｘ方向に沿って連続する複数の帯状領域が画素データの取得範囲として設定される。各帯状領域では、Ｘ方向に平行な複数の測定ライン（走査線）上でレーザ光が走査される。それにより、ＰＣ２００は、複数の測定ラインに基づく画素データを制御部３００から取得する。各帯状領域の幅は、上記の単位領域のＹ方向の幅よりも短い。したがって、各帯状領域に含まれる測定ライン数は、単位領域に含まれる測定ライン数よりも少ない。
【００９６】
図５は、画素データの取得範囲の設定時における表示部４００の表示例を示す図である。図５に示すように、表示部４００の画面上には、画像表示領域４１０および条件設定領域４２０が表示される。画像表示領域４１０には、共焦点画像データに基づく共焦点画像またはカメラ画像データに基づくカメラ画像が表示される。条件設定領域４２０には、測定点設定部４２１、測定長さ設定部４２２、測定高さ設定部４２３および測定開始指示部４２４が表示される。
【００９７】
使用者は、図１の共焦点顕微鏡システム５００のステージ６０に観察対象物Ｓを載置する。これにより、制御部３００は、カメラデータを順次ＰＣ２００に与える。ＰＣ２００のＣＰＵ２１０は、制御部３００により与えられたカメラデータに基づいてカメラ画像データを生成し、観察対象物Ｓのカメラ画像を表示部４００の画像表示領域４１０に表示させる。この状態で、使用者は、以下に示す方法により画素データの取得範囲を指示することができる。この場合、使用者は、ステージ６０をＸ方向またはＹ方向に移動させることにより画像表示領域４１０に表示される観察対象物Ｓのカメラ画像の範囲を変更することができる。
【００９８】
上記のように、断面曲線データの生成時には、Ｘ方向に沿って連続する複数の帯状領域が画素データの取得範囲として設定される。この場合、各帯状領域におけるＸ方向の測定ラインの長さを単位長Ｌと呼ぶ。単位長Ｌは、各帯状領域のＸ方向におけるレーザ光の走査長さである。また、各帯状領域における測定ラインの数を測定ライン数Ｎと呼ぶ。また、連結された複数の帯状領域の全体の長さが評価長さとなる。
【００９９】
各帯状領域の測定ライン数Ｎは３０以上１００以下であることが好ましい。測定ライン数Ｎが３０以上である場合、複数の測定ラインに対応する複数の表面性状パラメータが算出されるので、観察対象物Ｓの表面性状を正確に検出することができる。また、後述するように、観察対象物Ｓの表面性状パラメータの算出結果に対して信頼性が向上する種々の処理を行うことができる。さらに、各帯状領域の断面曲線データと隣接する帯状領域の断面曲線データとを連結する際に、Ｙ方向においてパターンマッチングを行うことができる。一方、測定ライン数Ｎが１００以下である場合、取得される画素データの量を低減することができる。また、画素データの取得に要する時間を短縮化することができる。
【０１００】
図６は、条件設定領域４２０に表示される測定点設定部４２１および測定長さ設定部４２２を示す図である。図６に示すように、測定点設定部４２１は、始点設定ボタン４２１ａを含む。測定長さ設定部４２２は、評価長さ指定部４２２ａおよび連結数表示部４２２ｂを含む。図７は、条件設定領域４２０に表示される測定高さ設定部４２３および測定開始指示部４２４を示す図である。図７に示すように、測定高さ設定部４２３は、上限設定部４２３ａおよび下限設定部４２３ｂを含む。測定開始指示部４２４は、測定開始ボタン４２４ａを含む。
【０１０１】
使用者は、図１のＰＣ２００に接続されたマウス等のポインティングデバイスを用いて、図５の表示部４００に表示される図示しない測定ライン数入力部に測定ライン数Ｎを入力する。測定ライン数Ｎは、例えば６４である。
【０１０２】
次に、使用者は、観察対象物Ｓの表面の測定したい部分が図５の画像表示領域４１０の略中央に表示されるように図１のステージ６０を調整する。ここで、使用者は、測定点設定部４２１の始点設定ボタン４２１ａを操作する。これにより、画像表示領域４１０の略中央に表示されている観察対象物Ｓの表面の部分が測定ラインの始点として設定される。
【０１０３】
続いて、使用者は、評価長さ指定部４２２ａに数値を入力することにより評価長さを指定する。使用者は、プルダウンメニューの複数の値のいずれかを選択することにより評価長さを指定することもできる。連結数Ｍは、連結される複数の帯状領域の数であり、評価長さと単位長Ｌとの比により定まる。断面曲線データの連結のためにパターンマッチングを行う場合、評価長さは、単位長Ｌと連結数Ｍとの積から隣接する帯状領域の重なり部分の合計が減算された値となる。連結数表示部４２２ｂには、入力された評価長さに基づいて連結数Ｍが表示される。
【０１０４】
その後、使用者は、観察対象物Ｓに対する図１の対物レンズ３の相対的なＺ方向の移動範囲を指示する。対物レンズ３のＺ方向の移動範囲の上限および下限は、上限設定部４２３ａおよび下限設定部４２３ｂにそれぞれ数値を入力することにより行われる。これにより、対物レンズ３のＺ方向の移動範囲の上限および下限が設定される。対物レンズ３のＺ方向の移動範囲の上限および下限は、図１のＣＰＵ２１０により自動的に設定されてもよい。
【０１０５】
上記の測定ラインの始点の設定、測定長さの設定および測定高さの設定が行われた後、使用者は測定開始ボタン４２４ａを操作する。これにより、画素データの取得処理が実行される。なお、測定ラインの始点の設定、測定長さの設定および測定高さの設定の順序は上記の順序に限定されない。
【０１０６】
また、使用者は、マウス等のポインティングデバイスを用いて、画像表示領域４１０に表示された観察対象物Ｓのカメラ画像または共焦点画像上で画素データの取得範囲を指示することもできる。これにより、使用者は、断面曲線データの取得範囲を容易に指示することができる。
【０１０７】
さらに、使用者は、ポインティングデバイスを用いて、画像表示領域４１０に表示された観察対象物Ｓのカメラ画像または共焦点画像上の帯状領域または複数の測定ラインをＹ方向に移動させることができる。これにより、使用者は、観察対象物Ｓ上のＹ方向における帯状領域または複数の測定ラインの位置を指示することができる。
【０１０８】
（５）画像処理方法
図８および図９は、共焦点顕微鏡システム５００における画像処理方法を示すフローチャートである。図１０は、複数の帯状領域におけるレーザ光の走査方法を示す図である。図１１は、複数の帯状領域における断面曲線データの連結方法を示す図である。図１のＰＣ２００のＣＰＵ２１０は、記憶装置２４０に記憶される画像処理プログラムに従って画像処理方法を実行する。以下、図８〜図１１を用いてＣＰＵ２１０による画像処理方法を説明する。なお、図１０および図１１においては、連結数Ｍを３として図示している。
【０１０９】
ＣＰＵ２１０は、制御部３００により与えられるカメラデータに基づいてカメラ画像データを生成し、カメラ画像データに基づいて観察対象物Ｓのカメラ画像を図５の表示部４００の画像表示領域４１０に表示させる（ステップＳ１）。
【０１１０】
ここで、使用者は、測定ライン数Ｎを指示する。ＣＰＵ２１０は、使用者の指示に基づいて、測定ライン数Ｎを設定する（ステップＳ２）。設定された測定ライン数Ｎは作業用メモリ２３０に記憶される。なお、測定ライン数Ｎは、固定値として記憶装置２４０に記憶されていてもよい。その場合、ステップＳ２の処理は省略される。
【０１１１】
次に、使用者は、測定ラインの始点を指示する。ＣＰＵ２１０は、使用者の指示に基づいて測定ラインの始点を設定する（ステップＳ３）。設定された測定ライン数の始点は作業用メモリ２３０に記憶される。
【０１１２】
続いて、使用者は、評価長さを指示する。ＣＰＵ２１０は、使用者の指示に基づいて評価長さを設定するとともに、評価長さに基づいて連結数Ｍを設定する（ステップＳ４）。設定された評価長さおよび連結数Ｍは作業用メモリ２３０に記憶される。また、ＣＰＵ２１０は、設定された連結数Ｍを図６の連結数表示部４２２ｂに表示する。
【０１１３】
その後、使用者は、観察対象物Ｓに対する図１の対物レンズ３の相対的なＺ方向の移動範囲を指示する。ＣＰＵ２１０は、使用者の指示に基づいて対物レンズ３のＺ方向の移動範囲を設定する（ステップＳ５）。
【０１１４】
次に、使用者は、測定開始を指示する。ＣＰＵ２１０は、使用者により測定開始を指示されると、作業用メモリ２３０に記憶された測定ライン数Ｎ、測定ラインの始点、評価長さおよび連結数Ｍに基づいて、帯状領域の位置および画素データの取得範囲を設定する（ステップＳ６）。設定された帯状領域の位置および画素データの取得範囲は作業用メモリ２３０に記憶される。
【０１１５】
続いて、ＣＰＵ２１０は、作業用メモリ２３０に記憶された帯状領域の位置に基づいて図１のステージ駆動部６２にＸ方向への移動用の駆動パルスおよびＹ方向への移動用の駆動パルスの一方または両方を与えることによりステージ６０の移動を指令する（ステップＳ７）。１番目の帯状領域の断面曲線データの生成時には、ＣＰＵ２１０は１番目の帯状領域においてレーザ光の走査が可能なようにステージ駆動部６２にステージ６０のＸ方向およびＹ方向のうち一方向または両方向への移動を指令する。２番目以降の帯状領域の断面曲線データの生成時には、ＣＰＵ２１０はステージ駆動部６２にステージ６０のＸ方向への移動を指令する。
【０１１６】
その後、ＣＰＵ２１０は、制御部３００にＸ方向の走査におけるサンプリング数、測定ライン数ＮおよびＺ方向の移動範囲を通知するとともに帯状領域の複数の画素データの取得を指令する（ステップＳ８）。
【０１１７】
制御部３００は、ＣＰＵ２１０から通知されたＸ方向の走査におけるサンプリング数、測定ライン数ＮおよびＺ方向の移動範囲に基づいて、図１のＸ−Ｙスキャン光学系２０を制御するとともに対物レンズ３のＺ方向の位置を移動させ、受光素子３０から出力される受光信号に基づいて画素データをＰＣ２００のＣＰＵ２１０に与える。ＣＰＵ２１０は、制御部３００から帯状領域の複数の画素データを取得する（ステップＳ９）。これにより、図１０に示すように、一の帯状領域の複数の測定ラインにおいて、Ｚ方向の位置が異なる複数の画素データが取得される。ＣＰＵ２１０は、取得した複数の測定ラインの画素データに基づいて帯状領域の複数の断面曲線データを生成し（ステップＳ１０）、作業用メモリ２３０に記憶する。
【０１１８】
この場合、各断面曲線データは、各測定ライン上の複数の複数の画素についてのＺ方向におけるピーク位置を表す。また、断面曲線は、測定ライン上の表面形状を表す。このとき、帯状領域の複数の測定ラインに対応する複数の超深度線状データが生成される。超深度線状データは、各測定ライン上の複数の画素についてのピーク強度を表すデータである。超深度線状データに基づいて表示される画像を超深度線状画像と呼ぶ。
【０１１９】
ここで、ＣＰＵ２１０は、全ての帯状領域の断面曲線データを生成したか否かを判定する（ステップＳ１１）。全ての帯状領域の断面曲線データを生成していない場合、ＣＰＵ２１０は、ステップＳ７の処理に戻る。ＣＰＵ２１０は、次の帯状領域の断面曲線データの生成が可能な位置にステージ６０を移動させ、ステップＳ８〜Ｓ１１の処理を繰り返す。これにより、図１０に示すように、全ての帯状領域の複数の測定ラインにおいて、Ｚ方向の位置が異なる複数の画素データが取得される。ＣＰＵ２１０は、取得した複数の測定ラインの画素データに基づいて帯状領域の複数の断面曲線データを生成し、作業用メモリ２３０に記憶する。
【０１２０】
その後、ＣＰＵ２１０は、作業用メモリ２３０に記憶された連結数Ｍの帯状領域の断面曲線データを作業用メモリ２３０を用いて連結する（ステップＳ１２）。これにより、図１１に示すように、指示された取得範囲の断面曲線データが生成される。図１１においては、断面曲線データを視覚的に表現するために、各帯状領域の断面曲線データに基づいて表示される断面曲線を実線で図示している。なお、連結数Ｍが１の場合、ステップＳ１２において断面曲線データの連結は行われない。
【０１２１】
次に、ＣＰＵ２１０は、観察対象物Ｓに塵埃等が付着している断面曲線データの部分を不要部分として推定し、断面曲線データから推定された不要部分を除去する（ステップＳ１３）。これにより、複数の測定ラインの一部の上に塵埃、傷または穴が存在する場合でも、不要部分が除去された断面曲線データに基づいて観察対象物Ｓの表面の断面曲線をより正確に検出することができる。断面曲線データの不要部分の推定方法については後述する。
【０１２２】
続いて、ＣＰＵ２１０は、複数の断面曲線データの各々について、粗さ曲線データおよびうねり曲線データを算出するとともに表面性状パラメータを算出する（ステップＳ１４）。表面性状パラメータについては後述する。最後に、生成された断面曲線データに基づく断面曲線、算出された粗さ曲線データに基づく粗さ曲線および算出されたうねり曲線データに基づくうねり曲線ならびに表面性状パラメータを表示部４００に表示し（ステップＳ１５）、画像処理方法を終了する。
【０１２３】
（６）ステージの移動補正
ステージ６０の取り付け誤差等のため、図１のＸ−Ｙスキャン光学系２０によるレーザ光の走査方向とステージ６０の実際の移動方向とが完全に一致していない場合がある。ステージ６０の実際の移動方向がレーザ光の走査方向に対して傾いている場合には、以下に説明するステージ６０の移動補正を行う。
【０１２４】
図１２は、レーザ光の走査方向およびステージ６０の実際の移動方向を示す図である。図１２（ａ）には、ステージ６０の移動補正が行われない場合のステージ６０の移動が示され、図１２（ｂ）には、ステージ６０の移動補正が行われる場合のステージ６０の移動が示される。ここで、レーザ光の走査方向をＸ方向とし、レーザ光の走査方向に直交する方向をＹ方向とする。また、ステージ６０のＸ方向への移動指令時にステージ６０が実際に移動する方向をＸ’方向とし、ステージ６０のＹ方向への移動指令時にステージ６０が実際に移動する方向をＹ’方向とする。
【０１２５】
図１２では、移動前のステージ６０を実線で示し、移動後のステージ６０を点線で示している。ステージ６０の移動前にレーザ光のＸ方向の走査により始点ＳＰ１および終点ＥＰ１を有する測定ラインＳＬ１が形成される。また、ステージ６０の移動後にレーザ光のＸ方向の走査により始点ＳＰ２および終点ＥＰ２を有する測定ラインＳＬ２が形成される。
【０１２６】
図８のステップＳ７において、ＣＰＵ２１０がステージ６０のＸ方向への距離Ｌｘ分の移動を指令すると、図１２（ａ）に示すように、ステージ６０は実際にはＸ’方向に距離Ｌｘ分移動する。また、ステージ６０はＸ方向の軸からＹ’方向に距離Ｌｙ分移動する。この場合、ステージ６０はＸ方向に移動するとともにＹ方向にも移動する。そのため、ステージ６０の移動前の測定ラインＳＬ１の終点ＥＰ１とステージ６０の移動後の測定ラインＳＬ２の始点ＳＰ２とが一致しない。
【０１２７】
本実施の形態においては、図１２（ｂ）に示すように、ＣＰＵ２１０は、ステージ６０のＸ方向への距離Ｌｘ分の移動を指令するとともに−Ｙ方向への距離Ｌｙ分の移動を指令する。それにより、ステージ６０は実際にはＸ’方向に距離Ｌｘ分移動するとともに−Ｙ’方向に距離Ｌｙ分移動する。この場合、ステージ６０はＸ方向に移動し、Ｙ方向には移動しない。このようなステージ６０の移動補正により、ステージ６０の移動前の測定ラインＳＬ１の終点ＥＰ１とステージ６０の移動後の測定ラインＳＬ２の始点ＳＰ２とが一致する。
【０１２８】
ステージ６０の実際の移動方向がレーザ光の走査方向に対して傾いているか否かは、共焦点顕微鏡システムの製造時に作業者により予め判定され、または使用者により断面曲線データの生成前に判定される。それにより、予め以下に示す方法で傾き補正量が算出される。
【０１２９】
図１３は、ステージ６０の傾き補正量算出処理を示すフローチャートである。図１４および図１５は、ステージ６０の傾き補正量算出処理実行時における表示部４００の表示例を示す図である。以下、図１３〜図１５を用いてＣＰＵ２１０によるステージ６０の傾き補正量算出処理を説明する。
【０１３０】
図１４に示すように、表示部４００の画面上には、画像表示領域４１０および条件設定領域４２０が表示される。画像表示領域４１０には、カメラ画像データに基づくカメラ画像が表示される。条件設定領域４２０には、次へボタン４２５およびキャンセルボタン４２６が表示される。
【０１３１】
使用者は、図１の共焦点顕微鏡システム５００のステージ６０にチャートＣを載置する。チャートＣは、ステージ６０の傾き補正量算出処理に用いられる観察対象物Ｓである。チャートＣの表面上には、互いに直交する複数の線分および斜め方向の複数の線分を含む複数の線図が描かれている。ＣＰＵ２１０は、制御部３００により与えられるカメラデータに基づいてカメラ画像データを生成し、カメラ画像データに基づいてチャートＣのカメラ画像を表示部４００の画像表示領域４１０に表示させる（ステップＳ２１）。
【０１３２】
画像表示領域４１０の任意の位置（図１４の例では左上）に特徴点指定枠Ｒが表示される。使用者は、マウス等のポインティングデバイスを用いて、特徴点指定枠Ｒに含まれるチャートＣの表面上の任意の点を特徴点Ｆとして指定する。次に、使用者は、条件設定領域４２０の次へボタン４２５を操作する。ＣＰＵ２１０は、使用者により指定された特徴点Ｆの座標（ＸＡ，ＹＡ）を算出する（ステップ２２）。算出された特徴点Ｆの座標（ＸＡ，ＹＡ）は作業用メモリ２３０に記憶される。なお、使用者は、次へボタン４２５を操作するまで何度でも特徴点Ｆを指定し直すことができる。また、使用者によりキャンセルボタン４２６が操作されると、ＣＰＵ２１０はステージ６０の傾き補正量算出処理を中止する。
【０１３３】
次に、ＣＰＵ２１０は、ステージ６０のＸ方向への距離ＬＸ分の移動を指令する（ステップＳ２３）。距離ＬＸは任意に設定される。この場合、ステージ６０は実際にはＸ’方向に距離ＬＸ分移動する。
【０１３４】
それにより、図１５に示すように、画像表示領域４１０において、ステージ６０の移動後の位置に対応する位置（図１５の例では右上）に特徴点指定枠Ｒが表示される。また、条件設定領域４２０には、次へボタン４２５に代えて終了ボタン４２７および戻るボタン４２８が表示される。
【０１３５】
ここで、使用者は、特徴点指定枠Ｒに上述の特徴点Ｆが含まれていることを確認し、ポインティングデバイスを用いてその特徴点Ｆを指定する。次に、使用者は、条件設定領域４２０の終了ボタン４２７を操作する。ＣＰＵ２１０は、使用者により指定された特徴点Ｆの座標（ＸＢ，ＹＢ）を算出する（ステップ２４）。算出された特徴点Ｆの座標（ＸＢ，ＹＢ）は作業用メモリ２３０に記憶される。
【０１３６】
なお、使用者は、終了ボタン４２７を操作するまで何度でも特徴点Ｆを指定し直すことができる。また、使用者により戻るボタン４２８が操作されると、ＣＰＵ２１０はステップＳ２１の処理に戻る。
【０１３７】
最後に、ＣＰＵ２１０は、作業用メモリ２３０に記憶された移動前の特徴点Ｆの座標（ＸＡ，ＹＡ）および作業用メモリ２３０に記憶された移動後の特徴点Ｆの座標（ＸＢ，ＹＢ）を用いて次式により傾き補正量Ｋを算出し（ステップＳ２５）、ステージの傾き補正量算出処理を終了する。
【０１３８】
Ｋ＝（ＹＢ−ＹＡ）／（ＸＢ−ＸＡ）
上式において、（ＸＢ−ＸＡ）は、ステージ６０のＸ方向への距離ＬＸの移動指令によりＸ方向へ実際に移動した距離を示す。また、（ＹＢ−ＹＡ）は、ステージ６０のＸ方向への距離ＬＸの移動指令によりＹ方向へ実際に移動した距離を示す。各帯状領域での断面曲線データの生成終了ごとにステージ６０のＸ方向への移動を指令する際の距離Ｌｘに傾き補正量Ｋを乗算することによりステージ６０の−Ｙ方向への移動を指令する距離Ｌｙを算出することができる。
【０１３９】
なお、傾き補正量Ｋの算出時のステージ６０のＸ方向への移動指令の距離ＬＸが各帯状領域での断面曲線データの生成終了ごとにステージ６０のＸ方向への移動を指令する距離Ｌｘと等しい場合には、ステージ６０の−Ｙ方向への移動を指令する距離Ｌｙは（ＹＢ−ＹＡ）となる。
【０１４０】
傾き補正量Ｋは、記憶装置２４０に記憶され、次にステージ６０の傾き補正量算出処理が行われるまでステージ６０の移動補正に用いられる。
【０１４１】
ＣＰＵ２１０は、図８のステップＳ７においてステージ６０のＸ方向への距離Ｌｘの移動を指令する際に、距離Ｌｘと記憶装置２４０に記憶された傾き補正量Ｋとの乗算値（＝Ｌｙ）を算出するとともに、ステージ６０の−Ｙ方向への距離Ｌｙの移動を指令する。これにより、レーザ光の走査方向（Ｘ方向）とステージ６０の実際の移動方向（Ｘ’方向）とが完全に一致しない場合でも、ステージ６０移動前の測定ラインＳＬ１の終点ＥＰ１とステージ６０移動後の測定ラインＳＬ２の始点ＳＰ２とを一致させることができる。
【０１４２】
なお、上記の例では、傾き補正量Ｋの算出時にステージ６０のＸ方向への移動を指令しているが、これに限定されない。例えば、傾き補正量Ｋの算出時にステージ６０のＹ方向への移動を指令してもよく、ステージ６０のＸ方向およびＹ方向への移動を指令してもよい。この場合にも、ステージ６０の移動前の特徴点の座標と移動後の特徴点の座標とから、レーザ光の走査方向に対するステージ６０の実際の移動方向の傾きを算出し、算出結果に基づいてステージ６０の移動補正を行う。
【０１４３】
図１６は、連結されたチャートＣの超深度線状画像を示す図である。図１６（ａ）〜図１６（ｃ）において、３つの帯状領域における超深度線状画像が、矢印Ａおよび矢印Ｂの位置で連結されている。
【０１４４】
図１６（ａ）は、ステージ６０の移動補正が行われない場合において連結されたチャートＣの超深度線状画像である。図１６（ａ）に示すように、チャートＣの表面上におけるＸ方向の複数の線分が矢印Ａおよび矢印Ｂの位置で連続しない。それにより、ステージ６０の移動補正が行われない場合には、３つの帯状領域における超深度線状画像が正確な位置で連結されないことが確認される。
【０１４５】
図１６（ｂ）は、ステージ６０の移動補正が行われた場合において連結されたチャートＣの超深度線状画像を示す。図１６（ｂ）に示すように、チャートＣの表面上におけるＸ方向の複数の線分が矢印Ａの位置でほぼ連続している。また、チャートＣの表面上におけるＸ方向の複数の線分が矢印Ｂの位置で連続している。ステージ６０の移動補正が行われた場合には、３つの帯状領域における超深度線状画像がほぼ正確な位置で連結されることが確認される。この場合、一の帯状領域の複数の測定ラインと隣接する帯状領域の複数の測定ラインとをより高い精度で連結することができる。その結果、観察対象物Ｓの表面の断面曲線をより正確に検出することができる。
【０１４６】
図１６（ｃ）は、ステージ６０の移動補正が行われた場合において２次元のパターンマッチングにより連結されたチャートＣの超深度線状画像を示す。図１６（ｃ）に示すように、チャートＣの表面上におけるＸ方向の複数の線分が矢印Ａおよび矢印Ｂの位置で連続している。それにより、ステージ６０の移動補正が行われかつ２次元のパターンマッチングが行われた場合には、３つの帯状領域における超深度線状画像が正確な位置で連結されることが確認される。この場合、隣接する帯状領域の複数の測定ラインについての断面曲線データをさらに正確に連結することができる。その結果、観察対象物Ｓの表面の断面曲線をさらに正確に検出することができる。
【０１４７】
（７）断面曲線データの不要部分の推定方法
図９のステップＳ１３において、断面曲線データの不要部分は、以下に示す種々の方法により推定される。
【０１４８】
（７−１）断面曲線データに基づく推定方法
塵埃等の付着物が存在する観察対象物Ｓの部分の高さは、付着物が存在しない観察対象物Ｓの表面の凹凸の高さに比べて高い。そのため、付着物が存在する観察対象物Ｓの部分に対応する断面曲線データは、付着物が存在しない観察対象物Ｓの部分に対応する断面曲線データよりも高い値を有する。ＣＰＵ２１０は、断面曲線データを適切なしきい値で“１”と“０”とに２値化する。それにより、付着物が存在しない観察対象物Ｓの部分に対応する２値化データが“０”となり、付着物が存在する観察対象物Ｓの部分に対応する２値化データが“１”となる。この場合、ＣＰＵ２１０は、“１”の２値化データに対応する断面曲線データの部分を不要部分と推定することができる。
【０１４９】
また、観察対象物Ｓの表面の傷または穴の深さは、観察対象物Ｓの表面の凹凸の深さに比べて大きい。ＣＰＵ２１０は、断面曲線データを適切なしきい値で“１”と“０”とに２値化する。それにより、傷または穴の部分に対応する２値化データが“０”となり、傷または穴が存在しない観察対象物Ｓの部分に対応する２値化データが“１”となる。この場合、ＣＰＵ２１０は、“０”の２値化データに対応する断面曲線データの部分を不要部分と推定することができる。
【０１５０】
（７−２）超深度線状データに基づく推定方法
一般に、金属等からなる観察対象物Ｓの表面は高い反射率を有するため、塵埃等の付着物が存在しない観察対象物Ｓの部分に対応する超深度線状データは高い値を有する。一方、塵埃等の付着物が存在する観察対象物Ｓの部分は金属等よりも低い反射率を有するため、塵埃等の付着物が存在する観察対象物Ｓの部分に対応する超深度線状データは低い値を有する。ＣＰＵ２１０は、超深度線状データを適切なしきい値で“１”と“０”とに２値化する。それにより、付着物が存在しない観察対象物Ｓの部分に対応する２値化データが“１”となり、付着物が存在する観察対象物Ｓの部分に対応する２値化データが“０”となる。この場合、ＣＰＵ２１０は、“０”の２値化データに対応する断面曲線データの部分を不要部分と推定することができる。
【０１５１】
（７−３）カメラ画像データに基づく推定方法
断面曲線データおよび超深度線状データに基づく推定の場合と同様に、ＣＰＵ２１０がカメラ画像データを適切なしきい値で２値化することにより、断面曲線データの不要部分を推定することができる。
【０１５２】
また、ＣＰＵ２１０がカメラ画像データの画像処理により塵埃等の付着物、傷および穴等による断面曲線データの不要部分を推定することができる。
【０１５３】
（７−４）その他の推定方法
断面曲線データの不要部分は、上記の推定方法のうち、２つ以上の推定方法を組み合わせることにより推定されてもよい。これにより、より確実に断面曲線データの不要部分を推定することができる。
【０１５４】
また、断面曲線データの不要部分の推定は、使用者の目視により行われてもよい。この場合、図５の表示部４００の画像表示領域４１０には、断面曲線データに基づく観察対象物Ｓの断面曲線、超深度線状データに基づく観察対象物Ｓの超深度線、またはカメラ画像データに基づく観察対象物Ｓのカメラ画像が表示される。
【０１５５】
使用者は、マウス等のポインティングデバイスを用いて、画像表示領域４１０に表示される断面曲線、超深度線またはカメラ画像上の不要部分を指示することができる。ＣＰＵ２１０は、使用者の指示に基づいて、断面曲線、超深度線またはカメラ画像上の不要部分に対応する断面曲線データの部分を不要部分と推定することができる。
【０１５６】
断面曲線データの不要部分の推定が使用者の目視により行われることにより、低い反射率を有する観察対象物Ｓまたは大きな凹凸もしくは大きな傾斜を含む観察対象物Ｓについても、適切に断面曲線データの不要部分を推定することができる。
【０１５７】
（８）解析結果の表示
図９のステップＳ１５において、ＣＰＵ２１０は、生成された断面曲線データに基づく断面曲線、算出された粗さ曲線データに基づく粗さ曲線および算出されたうねり曲線データに基づくうねり曲線ならびに算出された表面性状パラメータ等を含む解析結果を表示部４００に表示させる。これにより、使用者は観察対象物Ｓの表面の断面曲線等を視覚的に認識することができる。
【０１５８】
図１７は、解析結果表示時における表示部４００の表示例を示す図である。図１７に示すように、表示部４００の画面上には、画像表示領域４１０および解析結果表示領域４３０が表示される。画像表示領域４１０には、連結された超深度線状データに基づく超深度線状画像が表示される。また、超深度線状画像上には、図８のステップＳ２〜Ｓ４で設定された複数の測定ラインが表示される。
【０１５９】
解析結果表示領域４３０には、断面曲線表示部４３１、輪郭曲線表示部４３２、パラメータ表示部４３４およびパラメータ設定部４３３が表示される。使用者が画像表示領域４１０に表示される超深度線状画像上の複数の測定ラインの１つを指定することにより、断面曲線表示部４３１には、使用者により指定された複数の測定ラインの１つに対応する断面曲線が表示される。
【０１６０】
輪郭曲線表示部４３２には、断面曲線表示部４３１に表示される断面曲線に対応する粗さ曲線が表示される。輪郭曲線表示部４３２には、使用者の選択によりうねり曲線を表示することもできる。使用者は、パラメータ設定部４３３を操作することにより、粗さ曲線とうねり曲線とを識別するカットオフ波長λｃ、粗さ曲線の下限波長λｓおよびうねり曲線の上限波長λｆを設定することができる。
【０１６１】
パラメータ表示部４３４には、複数の測定ラインの各々について算出された表面性状パラメータが表示される。表面性状パラメータは、最大山高さＲｐ、最大谷深さＲｖ、最大高さＲｚ、平均高さＲｃおよび算術平均粗さＲａ等の種々のパラメータを含む。また、パラメータ表示部４３４には、複数の測定ラインについて算出された表面性状パラメータの平均値、最大値、最小値、最大値と最小値との差、標準偏差（σ）および３倍された標準偏差（３σ）が表示される。複数の測定ラインについて算出された表面性状パラメータの平均値を算出することにより、図９のステップＳ１３において、観察対象物Ｓに塵埃等が付着している断面曲線データの不要部分が除去されない場合でも、算出される表面性状パラメータの信頼性を向上させることができる。
【０１６２】
パラメータ表示部４３４には、表面性状パラメータの平均値等の他に、複数の測定ラインについて算出された表面性状パラメータの中心値が表示されてもよく、中心値周辺の数個の数値の平均値が表示されてもよい。また、パラメータ表示部４３４には、平均値からの乖離が大きい数値が除去され、残りの数値の平均値が表示されてもよい。このような処理を行うことにより、図９のステップＳ１３において、観察対象物Ｓに塵埃等が付着している断面曲線データの不要部分が除去されない場合でも、算出される表面性状パラメータの信頼性を向上させることができる。
【０１６３】
（９）効果
本実施の形態に係る共焦点顕微鏡システム５００においては、第２の動作モード時に、Ｙ方向において単位領域よりも小さい幅を有する帯状領域内でＸ方向に平行な複数の測定ラインに光が照射される。そのため、複数の測定ラインに対応する複数の断面曲線データの生成を高速で行うことができる。その結果、複数の断面曲線データに基づいて観察対象物Ｓの表面の断面曲線を正確でかつ高速に検出することができる。
【０１６４】
（１０）他の実施の形態
（１０−１）上記実施の形態において、ＰＣ２００のＣＰＵ２１０が制御部３００の機能を有していてもよい。この場合、制御部３００は設けられなくてもよい。
【０１６５】
（１０−２）上記実施の形態において、レーザ光の走査方向とステージ６０の実際の移動方向と一致する場合には、共焦点顕微鏡システム５００は、ステージ６０の傾き補正量算出処理を実現する機能を有さなくてもよい。
【０１６６】
（１０−３）上記実施の形態において、Ｘ−Ｙスキャン光学系２０が制御されることによりレーザ光が観察対象物Ｓ上でＸ方向およびＹ方向に走査されるが、これに限定されない。ステージ６０が移動されることによりレーザ光が観察対象物Ｓ上でＸ’方向およびＹ’方向に走査されてもよい。この場合、共焦点顕微鏡システム５００は、ステージ６０の傾き補正量算出処理を実現する機能を有さなくてもよい。
【０１６７】
また、レーザ光としてライン光（例えばＸ方向に延びる細長い光）が用いられてもよい。この場合、Ｘ−Ｙスキャン光学系２０に代えてＸ方向への走査を行わないＹスキャン光学系が用いられる。また、受光素子３０に代えて、Ｘ方向に対応する方向に配列された複数の受光素子からなるラインＣＣＤカメラ等が用いられる。
【０１６８】
なお、ラインＣＣＤカメラの各受光素子のＹ方向に対応する方向の受光面のサイズは一般的に数１０μｍである。この場合、ラインＣＣＤカメラの受光面をレンズ２が焦点位置に配置される。観察対象物Ｓの表面が対物レンズ３の焦点位置にあるときに、観察対象物Ｓにより反射されたライン光がラインＣＣＤカメラの受光面に集光される。それにより、観察対象物Ｓにより反射されたライン光の大部分がラインＣＣＤカメラの受光面に入射する。
【０１６９】
一方、観察対象物Ｓが対物レンズ３の焦点位置が外れた位置にあるときには、観察対象物Ｓにより反射されたライン光はラインＣＣＤカメラの受光面の前または後の位置に集光される。それにより、観察対象物Ｓにより反射されたライン光の一部のみがラインＣＣＤカメラの受光面に入射する。したがって、ラインＣＣＤカメラの前にピンホール部材７を配置することが不要となる。
【０１７０】
（１０−４）上記実施の形態において、対物レンズ３がＺ方向に移動されることにより対物レンズ３に対する観察対象物Ｓの相対的なＺ方向の位置が変化されるが、これに限定されない。ステージ６０がＺ方向に移動されることにより対物レンズ３に対する観察対象物Ｓの相対的なＺ方向の位置が変化されてもよい。
【０１７１】
（１０−５）上記実施の形態において、観察対象物Ｓに塵埃等が付着している断面曲線データの部分が不要部分として除去されるが、これに限定されない。算出される表面性状パラメータの信頼性が高い場合には、観察対象物Ｓに塵埃等が付着している断面曲線データの部分が不要部分として除去されなくてもよい。この場合、図９のステップＳ１３の処理は省略される。
【０１７２】
（１１）請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応関係
以下、請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応の例について説明するが、本発明は下記の例に限定されない。
【０１７３】
上記実施の形態においては、観察対象物Ｓが観察対象物の例であり、レーザ光源１０がレーザ光源の例であり、単位領域ｓ１〜ｓ４が単位領域の例であり、共焦点顕微鏡システム５００が共焦点顕微鏡システムの例である。受光素子３０が受光素子の例であり、Ｘ−Ｙスキャン光学系２０が走査光学系の例であり、対物レンズ３が対物レンズの例であり、Ｘ方向が第１の方向の例であり、Ｙ方向が第２の方向の例であり、制御部３００が制御部の例である。ＣＰＵ２１０が指示受付部、指定部、データ処理部および処理装置の例であり、カラーＣＣＤカメラ５０、制御部３００およびＰＣ２００が画像取得部の例であり、記憶装置２４０がデータ記憶部の例であり、表示部４００が表示部の例である。
【０１７４】
請求項の各構成要素として、請求項に記載されている構成または機能を有する他の種々の要素を用いることもできる。
【産業上の利用可能性】
【０１７５】
本発明は、種々の共焦点顕微鏡システム、画像処理方法および画像処理プログラムに有効に利用することができる。
【符号の説明】
【０１７６】
１，２  レンズ
３  対物レンズ
４〜６  ハーフミラー
７  ピンホール部材
８  ＮＤフィルタ
１０  レーザ光源
２０  Ｘ−Ｙスキャン光学系
３０  受光素子
４０  照明用白色光源
５０  カラーＣＣＤカメラ
６０  ステージ
６１  ステージ操作部
６２  ステージ駆動部
６３  レンズ駆動部
１００  測定部
２００  ＰＣ
２１０  ＣＰＵ
２２０  ＲＯＭ
２３０  作業用メモリ
２４０  記憶装置
３００  制御部
４００  表示部
４１０  画像表示領域
４２０  条件設定領域
４２１  測定点設定部
４２１ａ  始点設定ボタン
４２２  測定長さ設定部
４２２ａ  評価長さ指定部
４２２ｂ  連結数表示部
４２３  測定高さ設定部
４２３ａ  上限設定部
４２３ｂ  下限設定部
４２４  測定開始指示部
４２４ａ  測定開始ボタン
４２５  次へボタン
４２６  キャンセルボタン
４２７  終了ボタン
４２８  戻るボタン
４３０  解析結果表示領域
４３１  断面曲線表示部
４３２  輪郭曲線表示部
４３３  パラメータ設定部
４３４  パラメータ表示部
５００  共焦点顕微鏡システム
Ａ，Ｂ  矢印
Ｃ  チャート
ＥＰ１，ＥＰ２  終点
Ｆ  特徴点
ＬＸ，ＬＹ，Ｌｘ，Ｌｙ  距離
Ｒ  特徴点指定枠
Ｓ  観察対象物
ＳＰ１，ＳＰ２  始点
ＳＬ１，ＳＬ２  測定ライン
ｓ１〜ｓ４  単位領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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