(57)【要約】【課題】触針式の検出器により得られたデータと比較および照合することが可能なデータが得られる光学式表面形状検出システム、表面形状検出方法および表面形状検出プログラムを提供する。【解決手段】観察対象物の表面に光が照射されるとともにその照射された光が受光素子に導かれる。受光素子の出力信号に基づいて観察対象物の表面形状を表す表面形状データが生成される。また、仮想的に設定された触針ＳＴの形状を表す触針データが記憶される。生成された表面形状データおよび記憶される触針データに基づいて、触針ＳＴが観察対象物の表面に接触しつつ移動する場合における触針ＳＴの基準点ＳＳの軌跡を表す触針検出データが生成される。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
観察対象物の表面形状を検出するための光学式表面形状検出システムであって、
受光素子と、
観察対象物の表面に光を照射するとともに観察対象物に照射された光を前記受光素子に導く光学系と、
前記受光素子の出力信号に基づいて観察対象物の表面形状を表す表面形状データを生成する表面形状データ生成部と、
仮想的に設定された触針の形状を表す触針データを記憶する触針データ記憶部と、
表面形状データ生成部により生成された表面形状データおよび前記触針データ記憶部に記憶される触針データに基づいて、前記触針が観察対象物の表面を移動する場合の前記触針の動きに相当する触針検出データを生成する触針検出データ生成部と備えた、光学式表面形状検出システム。
【請求項２】
前記触針は、基準位置を含む曲面状の先端部を有し、
前記触針データは、前記先端部の曲率に関する曲率情報を含み、
前記触針検出データは、前記触針が観察対象物の表面を移動する場合における前記基準位置の軌跡を表す、請求項１記載の光学式表面形状検出システム。
【請求項３】
前記触針は、前記先端部から連続的に延びるテーパ部をさらに有し、
前記テーパ部は、前記先端部から遠ざかるにつれて増加する直径を有し、
前記触針データは、前記テーパ部がなすテーパ角をさらに含む、請求項２記載の光学式表面形状検出システム。
【請求項４】
前記触針検出データ生成部は、
前記触針データに含まれる前記曲率情報に基づいて、前記先端部が観察対象物の表面に接触しつつ移動する場合の前記基準位置の軌跡を求め、
前記触針データに含まれる前記テーパ部のテーパ角に基づいて、前記求められた軌跡を補正することにより、前記先端部または前記テーパ部のいずれかが観察対象物に接触しつつ移動する場合における前記基準位置の軌跡を表す前記触針検出データを生成する、請求項３記載の光学式表面形状検出システム。
【請求項５】
前記曲率情報を設定するために使用者により操作される曲率情報設定部をさらに備えた、請求項２〜４のいずれか一項に記載の光学式表面形状検出システム。
【請求項６】
前記触針検出データ生成部は、
前記表面形状データから高周波ノイズを除去するためにフィルタリング処理を行い、前記フィルタリング処理後の表面形状データに基づいて前記触針検出データを生成し、
前記触針データに含まれる前記曲率情報に基づいて前記フィルタリング処理における遮断波長を決定する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の光学式表面形状検出システム。
【請求項７】
前記先端部は球面形状を有し、
前記曲率情報は曲率半径を含み、
前記触針検出データ生成部は、
ガウシアンフィルタまたは移動平均フィルタを用いて前記フィルタリング処理を行い、
前記フィルタリング処理における遮断波長を前記先端部の曲率半径の１倍以上８倍以下の値に決定する、請求項６記載の光学式表面形状検出システム。
【請求項８】
前記触針検出データ生成部は、
移動平均フィルタを用いて前記フィルタリング処理を行い、
前記決定された遮断波長に基づいて、移動平均点数を決定する、請求項７記載の光学式表面形状検出システム。
【請求項９】
前記触針検出データ生成部は、
メディアンフィルタを用いて前記フィルタリング処理を行い、
前記フィルタリング処理におけるフィルタサイズを前記曲率情報に応じて決定する、請求項６記載の光学式表面形状検出システム。
【請求項１０】
前記フィルタリング処理の強度を設定するために使用者により操作されるフィルタリング強度設定部をさらに備えた、請求項６〜９のいずれか一項に記載の光学式表面形状検出システム。
【請求項１１】
前記表面形状データに基づいて観察対象物の表面形状を表す光学画像データを生成するとともに、前記触針検出データに基づいて観察対象物の表面形状を表す触針画像データを生成する画像データ生成部と、
前記画像データ生成部により生成された前記光学画像データおよび前記触針画像データのうち一方を選択するために使用者により操作される画像選択部と、
前記画像選択部により選択された前記光学画像データおよび前記触針画像データのうち一方に基づく画像を表示する表示部とをさらに備えた、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の光学式表面形状検出システム。
【請求項１２】
観察対象物の表面形状を検出するための表面形状検出方法であって、
観察対象物の表面に光を照射するとともに観察対象物に照射された光を受光素子に導くステップと、
前記受光素子の出力信号に基づいて観察対象物の表面形状を表す表面形状データを生成するステップと、
仮想的に設定された触針の形状を表す触針データを記憶するステップと、
生成された表面形状データおよび記憶される触針データに基づいて、前記触針が観察対象物の表面を移動する場合の前記触針の動きに相当する触針検出データを生成するステップと備えた、表面形状検出方法。
【請求項１３】
観察対象物の表面形状を検出するための表面形状検出処理を処理装置に実行させる表面形状検出プログラムであって、
観察対象物の表面に光を照射するとともに観察対象物に照射された光を受光素子に導く処理と、
前記受光素子の出力信号に基づいて観察対象物の表面形状を表す表面形状データを生成する処理と、
仮想的に設定された触針の形状を表す触針データを記憶する処理と、
生成された表面形状データおよび記憶される触針データに基づいて、前記触針が観察対象物の表面を移動する場合の前記触針の動きに相当する触針検出データを生成する処理とを、
前記処理装置に実行させる、表面形状検出プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学式表面形状検出システム、表面形状検出方法および表面形状検出プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
観察対象物の表面形状を検出することが可能な表面形状検出器として、共焦点顕微鏡がある。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観察対象物に集光される。観察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。レーザ光は観察対象物の表面で二次元的に走査される。また、観察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。観察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。
【０００３】
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観察対象物の表面形状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、観察対象物の表面形状を高精度で検出することができる（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１５５００９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のような光学式顕微鏡では、検出された表面形状に基づいて観察対象物の表面粗さを求めることができる。観察対象物の表面粗さの測定には、上記のように光学的に観察対象物の表面形状を検出するもののほか、触針を用いて観察対象物の表面粗さを検出する触針式の粗さ計が用いられる。触針式の粗さ計においては、触針が観察対象物の表面上で走査される。その触針の動きに基づいて、観察対象物の表面の粗さが測定される。
【０００６】
上記の光学式顕微鏡により検出される観察対象物の表面粗さは、触針式の粗さ計により検出される観察対象物の表面粗さと異なる。具体的には、触針式の粗さ計では、触針の先端部のサイズに応じて検出限界値が定まり、その検出限界値より小さい凹凸を検出することができない。それに対して、光学式顕微鏡等では、観察対象物に照射する光のスポットの大きさを調整する等により、検出限界値を小さくすることができる。そのため、光学式顕微鏡等により光学的に表面粗さが測定される場合には、触針式の粗さ計により表面粗さが測定される場合に比べて微細な粗さを測定可能であるという利点がある。一方、光学的に表面粗さを測定する場合、触針式の粗さ計と同様の測定結果を得ることはできない。そのため、光学式顕微鏡により得られたデータを触針式の粗さ計により得られたデータと比較および照合することはできない。
【０００７】
本発明の目的は、触針式の粗さ計により得られたデータと比較および照合することが可能なデータが得られる光学式表面形状検出システム、表面形状検出方法および表面形状検出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】
（１）第１の発明に係る光学式表面形状検出システムは、観察対象物の表面形状を検出するための光学式表面形状検出システムであって、受光素子と、観察対象物の表面に光を照射するとともに観察対象物に照射された光を受光素子に導く光学系と、受光素子の出力信号に基づいて観察対象物の表面形状を表す表面形状データを生成する表面形状データ生成部と、仮想的に設定された触針の形状を表す触針データを記憶する触針データ記憶部と、表面形状データ生成部により生成された表面形状データおよび触針データ記憶部に記憶される触針データに基づいて、触針が観察対象物の表面を移動する場合の触針の動きに相当する触針検出データを生成する触針検出データ生成部と備えたものである。
【０００９】
この光学式表面形状検出システムにおいては、観察対象物の表面に光が照射されるとともにその照射された光が受光素子に導かれる。受光素子の出力信号に基づいて表面形状データ生成部により観察対象物の表面形状を表す表面形状データが生成される。また、仮想的に設定された触針の形状を表す触針データが触針データ記憶部に記憶される。生成された表面形状データおよび記憶される触針データに基づいて、触針が観察対象物の表面を移動する場合の触針の動きに相当する触針検出データが触針検出データ生成部により生成される。
【００１０】
このように、観察対象物の表面形状が光学的に検出されることにより高い精度を有する表面形状データが得られる。また、表面形状データに基づいて、触針を用いて観察対象物の表面形状が検出される場合と等価な触針検出データが得られる。この場合、触針検出データを触針式の粗さ計により得られるデータと同等に扱うことができる。それにより、触針検出データと触針式の粗さ計により得られるデータとの比較および照合が可能となる。したがって、表面形状データおよび触針検出データを選択的に用いることにより、種々のデータの比較および照合を効率よく行うことができる。
【００１１】
（２）触針は、基準位置を含む曲面状の先端部を有し、触針データは、先端部の曲率に関する曲率情報を含み、触針検出データは、触針が観察対象物の表面を移動する場合における基準位置の軌跡を表してもよい。
【００１２】
この場合、曲率情報に基づいて触針の基準位置の軌跡を求めることができる。
【００１３】
（３）触針は、先端部から連続的に延びるテーパ部をさらに有し、テーパ部は、先端部から遠ざかるにつれて増加する直径を有し、触針データは、テーパ部がなすテーパ角をさらに含んでもよい。
【００１４】
この場合、曲率情報およびテーパ角に基づいて触針の基準位置の軌跡を求めることができる。また、設定される触針の形状が実際の触針の形状と略等しい。そのため、触針検出データを触針式の粗さ計により得られるデータに近づけることができる。
【００１５】
（４）触針検出データ生成部は、触針データに含まれる曲率情報に基づいて、先端部が観察対象物の表面に接触しつつ移動する場合の基準位置の軌跡を求め、触針データに含まれるテーパ部のテーパ角に基づいて、求められた軌跡を補正することにより、先端部またはテーパ部のいずれかが観察対象物に接触しつつ移動する場合における基準位置の軌跡を表す触針検出データを生成してもよい。
【００１６】
この場合、テーパ部が存在する場合の基準位置の軌跡が直接的に求められる場合に比べて、演算量が大幅に削減される。それにより、処理負荷を増大させることなく迅速に触針検出データを生成することができる。
【００１７】
（５）光学式表面形状検出システムは、曲率情報を設定するために使用者により操作される曲率情報設定部をさらに備えてもよい。
【００１８】
この場合、使用者が曲率情報を所望の値に設定することができる。そのため、使用者が、一般的に用いられる触針と一致するように曲率情報を設定することができるとともに、それと異なるように曲率情報を設定することもできる。
【００１９】
（６）触針検出データ生成部は、表面形状データから高周波ノイズを除去するためにフィルタリング処理を行い、フィルタリング処理後の表面形状データに基づいて触針検出データを生成し、触針データに含まれる曲率情報に基づいてフィルタリング処理における遮断波長を決定してもよい。
【００２０】
この場合、フィルタリング処理により表面形状データから高周波ノイズを適正に除去することができる。また、フィルタリング処理後の表面形状データに基づいて触針検出データが生成されるので、触針検出データを触針式の粗さ計により得られるデータにさらに近づけることができる。
【００２１】
（７）先端部は球面形状を有し、曲率情報は曲率半径を含み、触針検出データ生成部は、ガウシアンフィルタまたは移動平均フィルタを用いてフィルタリング処理を行い、フィルタリング処理における遮断波長を先端部の曲率半径の１倍以上８倍以下の値に決定してもよい。
【００２２】
この場合、表面形状データから高周波ノイズを適正に除去することができる。それにより、触針検出データを触針式の粗さ計により得られるデータにさらに近づけることができる。
【００２３】
（８）触針検出データ生成部は、移動平均フィルタを用いてフィルタリング処理を行い、決定された遮断波長に基づいて、移動平均点数を決定してもよい。
【００２４】
この場合、表面形状データから高周波ノイズを適正に除去することができる。それにより、触針検出データを触針式の粗さ計により得られるデータにさらに近づけることができる。
【００２５】
（９）触針検出データ生成部は、メディアンフィルタを用いてフィルタリング処理を行い、フィルタリング処理におけるフィルタサイズを曲率情報に応じて決定してもよい。
【００２６】
この場合、表面形状データから高周波ノイズを適正に除去することができる。それにより、触針検出データを触針式の粗さ計により得られるデータにさらに近づけることができる。
【００２７】
（１０）光学式表面形状検出システムは、フィルタリング処理の強度を設定するために使用者により操作されるフィルタリング強度設定部をさらに備えてもよい。
【００２８】
この場合、所望の強度でフィルタリング処理を行うことができる。したがって、触針検出データの精度を調整することができる。
【００２９】
（１１）光学式表面形状検出システムは、表面形状データに基づいて観察対象物の表面形状を表す光学画像データを生成するとともに、触針検出データに基づいて観察対象物の表面形状を表す触針画像データを生成する画像データ生成部と、画像データ生成部により生成された光学画像データおよび触針画像データのうち一方を選択するために使用者により操作される画像選択部と、画像選択部により選択された光学画像データおよび触針画像データのうち一方に基づく画像を表示する表示部とをさらに備えてもよい。
【００３０】
この場合、使用者が、表面形状データに基づく観察対象物の表面形状、および触針検出データに基づく観察対象物の表面形状を視覚的に認識することができる。また、使用者が画像選択部を操作することにより、これらの画像を選択的に表示部に表示させることができる。
【００３１】
（１２）第２の発明に係る表面形状検出方法は、観察対象物の表面形状を検出するための表面形状検出方法であって、観察対象物の表面に光を照射するとともに観察対象物に照射された光を受光素子に導くステップと、受光素子の出力信号に基づいて観察対象物の表面形状を表す表面形状データを生成するステップと、仮想的に設定された触針の形状を表す触針データを記憶するステップと、生成された表面形状データおよび記憶される触針データに基づいて、触針が観察対象物の表面を移動する場合の触針の動きに相当する触針検出データを生成するステップと備えたものである。
【００３２】
この表面形状検出方法においては、観察対象物の表面に光が照射されるとともにその照射された光が受光素子に導かれる。受光素子の出力信号に基づいて観察対象物の表面形状を表す表面形状データが生成される。また、仮想的に設定された触針の形状を表す触針データが記憶される。生成された表面形状データおよび記憶される触針データに基づいて、触針が観察対象物の表面を移動する場合の触針の動きに相当する触針検出データが生成される。
【００３３】
このように、観察対象物の表面形状が光学的に検出されることにより高い精度を有する表面形状データが得られる。また、表面形状データに基づいて、触針を用いて観察対象物の表面形状が検出される場合と等価な触針検出データが得られる。この場合、触針検出データを触針式の粗さ計により得られるデータと同等に扱うことができる。それにより、触針検出データと触針式の粗さ計により得られるデータとの比較および照合が可能となる。したがって、表面形状データおよび触針検出データを選択的に用いることにより、種々のデータの比較および照合を効率よく行うことができる。
【００３４】
（１３）第３の発明に係る表面形状検出プログラムは、観察対象物の表面形状を検出するための表面形状検出処理を処理装置に実行させる表面形状検出プログラムであって、観察対象物の表面に光を照射するとともに観察対象物に照射された光を受光素子に導く処理と、受光素子の出力信号に基づいて観察対象物の表面形状を表す表面形状データを生成する処理と、仮想的に設定された触針の形状を表す触針データを記憶する処理と、生成された表面形状データおよび記憶される触針データに基づいて、触針が観察対象物の表面を移動する場合の触針の動きに相当する触針検出データを生成する処理とを、処理装置に実行させるものである。
【００３５】
この表面形状検出方法においては、観察対象物の表面に光が照射されるとともにその照射された光が受光素子に導かれる。受光素子の出力信号に基づいて観察対象物の表面形状を表す表面形状データが生成される。また、仮想的に設定された触針の形状を表す触針データが記憶される。生成された表面形状データおよび記憶される触針データに基づいて、触針が観察対象物の表面を移動する場合の触針の動きに相当する触針検出データが生成される。
【００３６】
このように、観察対象物の表面形状が光学的に検出されることにより高い精度を有する表面形状データが得られる。また、表面形状データに基づいて、触針を用いて観察対象物の表面形状が検出される場合と等価な触針検出データが得られる。この場合、触針検出データを触針式の粗さ計により得られるデータと同等に扱うことができる。それにより、触針検出データと触針式の粗さ計により得られるデータとの比較および照合が可能となる。したがって、表面形状データおよび触針検出データを選択的に用いることにより、種々のデータの比較および照合を効率よく行うことができる。
【発明の効果】
【００３７】
触針式の粗さ計により得られるデータとの比較および照合が可能な触針検出データが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【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】断面曲線データの生成時におけるレーザ光の走査方法を示す図である。
【図６】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７】断面曲線データにより表される断面曲線と触針との関係について説明するための図である。
【図８】断面曲線データにより表される断面曲線と触針との関係について説明するための図である。
【図９】断面曲線データにより表される断面曲線と触針との関係について説明するための図である。
【図１０】断面曲線データにより表される断面曲線と触針との関係について説明するための図である。
【図１１】断面曲線データにより表される断面曲線と触針との関係について説明するための図である。
【図１２】スタイラス検出データにより表される断面曲線を示す図である。
【図１３】触針の形状を表す関数ｇ（ｘ）について説明するための図である。
【図１４】スタイラス断面曲線を表す式について説明するための図である。
【図１５】スタイラス断面曲線を表す式について説明するための図である。
【図１６】断面曲線データにより表される断面曲線の部分拡大図である。
【図１７】図１６の断面曲線データからスタイラス検出データを生成する過程を示す図である。
【図１８】スタイラス検出データにより表されるスタイラス断面曲線の部分拡大図である。
【図１９】表示部の表示例を示す図である。
【図２０】スタイラス設定画像を示す図である。
【図２１】共焦点顕微鏡システムにおける表面形状検出処理を示すフローチャートである。
【図２２】スタイラス検出データの生成方法の他の例について説明するための図である。
【図２３】スタイラス検出データの生成方法の他の例について説明するための図である。
【図２４】スタイラス検出データの生成方法の他の例について説明するための図である。
【図２５】スタイラス初期設定画像の一例を示す図である。
【図２６】触針の他の例を示す図である。
【図２７】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。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下、本発明の一実施の形態に係る光学式表面形状検出システムについて図面を参照しながら説明する。本実施の形態では、本発明に係る光学式表面形状検出システムの一例として、共焦点顕微鏡システムについて説明する。
【００４０】
（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、操作部２５０、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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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、表面形状検出プログラムが記憶される。また、記憶装置２４０は、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。表面形状検出プログラムの詳細は後述する。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
操作部２５０は、例えばキーボードおよびマウスにより構成される。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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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方向およびＺ方向に移動させることができる。
【００５８】
（２）共焦点画像、超深度画像および高さ画像
共焦点顕微鏡システム５００の一動作例について説明する。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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。このように、各単位領域において、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。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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
（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（本例では、ＸＺ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。
【００６９】
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。
【００７０】
図４（ｂ）の粗さ曲線および図４（ｃ）のうねり曲線は、断面曲線データに基づいて生成されてもよく、後述のスタイラス検出データに基づいて生成されてもよい。
【００７１】
なお、表面形状とは、図４（ｂ）に示されるような表面の粗さを意味してもよく、図４（ｃ）に示されるような表面のうねりを意味してもよい。あるいは、表面形状とは、図４（ａ）に示されるような粗さおよびうねりの両方を含む形状を意味してもよい。
【００７２】
（４）断面曲線データの生成
断面曲線データの生成時における共焦点顕微鏡システム５００の動作例について説明する。図５は、断面曲線データの生成時におけるレーザ光の走査方法を示す図である。図６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。
【００７３】
図５に示すように、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（図５では３つ）の帯状領域ｓ１０が画素データの取得範囲として設定される。例えば、観察対象物Ｓのカメラ画像が表示部４００（図１）の画面上に表示され、その画像上で使用者により画素データの取得範囲が設定される。
【００７４】
各帯状領域ｓ１０では、Ｘ方向に平行な複数の測定ライン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ｓ１０の幅は、上記の単位領域のＹ方向の幅より短くてもよく、または単位領域のＹ方向の幅と等しくてもよい。各帯状領域ｓ１０の幅が単位領域のＹ方向の幅より短い場合、各帯状領域ｓ１０に含まれる測定ライン数は、図２の単位領域に含まれる測定ライン数よりも少ない。各帯状領域ｓ１０に含まれる測定ラインの数および各測定ラインの長さは、それぞれ予め定められた一定の値であってもよく、または使用者により適宜設定されてもよい。
【００７５】
複数の帯状領域ｓ１０の全体の長さ（以下、評価長さと呼ぶ）は使用者により設定される。各帯状領域ｓ１０の測定ライン数および評価長さに応じて、帯状領域ｓ１０の数が決定される。
【００７６】
各帯状領域ｓ１０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。取得された複数の画素データに基づいて、各測定ラインのピーク位置が取得される。取得された各測定ラインのピーク位置に基づいて、各測定ラインの断面曲線データが生成される。
【００７７】
図６に示すように、複数（図６では３つ）の帯状領域ｓ１０の断面曲線データが互いに連結される。具体的には、複数の帯状領域ｓ１０間で、Ｙ方向における位置が一致する複数の測定ラインの断面曲線データが連結される。これにより、複数の帯状領域ｓ１０を含む範囲において、測定ライン数分の断面曲線データが生成される。図６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ｓ１０の断面曲線データに基づいて表示される断面曲線が実線で図示される。
【００７８】
なお、本例では、Ｘ方向に一列に並ぶ複数の帯状領域ｓ１０が画素データの取得範囲として設定されるが、これに限らず、Ｘ方向に複数列に並ぶ複数の帯状領域ｓ１０が画素データの取得範囲として設定されてもよい。
【００７９】
（５）スタイラス検出データ
触針式の粗さ計では、触針（スタイラス）が観察対象物Ｓの表面上で走査され、その触針の動きが検出されることにより、観察対象物Ｓの表面形状を表すデータが得られる。本実施の形態では、上記の断面曲線データに基づいて、触針式の粗さ計により得られるデータと等価のデータ（以下、スタイラス検出データと呼ぶ）が生成される。
【００８０】
ここで、スタイラス検出データについて説明する。図７〜図１１は、断面曲線データにより表される断面曲線（以下、光学断面曲線と呼ぶ）と触針との関係とを示す図である。図７〜図１１において、実線は光学断面曲線を示し、一点鎖線は仮想的に設定される触針を示す。図７〜図１１の光学断面曲線は、後述のフィルタリング処理後の断面曲線データにより表される光学断面曲線であり、観察対象物Ｓの実際の断面曲線と高い精度で一致する。図１２は、スタイラス断面曲線を示す図である。図１２において、実線はスタイラス断面曲線を示し、点線は光学断面曲線を示す。
【００８１】
図７に示すように、触針ＳＴの先端部には、下方に向かって漸次小さくなる直径を有するテーパ部ＴＡ、およびそのテーパ部ＴＡの下端部に設けられる球面形状の接触部ＴＥが設けられる。なお、図７〜図１１では、接触部ＴＥが円形で示される。接触部ＴＥの下端中央に基準点ＳＳが設定される。本実施の形態では、２次元（ＸＺ平面上）での触針ＳＴの形状（断面形状）が設定される。触針ＳＴの形状は、例えば、テーパ部ＴＡがなす角度（以下、テーパ角と呼ぶ）θおよび接触部ＴＥの曲率半径（以下、先端半径と呼ぶ）ＴＲを含む。設定された触針ＳＴの形状は、触針データとして図１の作業用メモリ２３０または記憶装置２４０に記憶される。
【００８２】
スタイラス断面曲線ＳＣ（図１２）は、触針ＳＴが観察対象物Ｓの表面に接触しつつ移動する場合の基準点ＳＳの軌跡に相当する。この場合、テーパ部ＴＡの中心および接触部ＴＥの中心を通る触針ＳＴの中心線ＣＬは、Ｚ方向に一致するように設定される。
【００８３】
基準点ＳＳが観察対象物Ｓの表面に接触する場合、その表面の部分を表すスタイラス断面曲線ＳＣ（図１２）は、光学断面曲線ＤＣと一致する。一方、基準点ＳＳが観察対象物Ｓの表面に接触せずに、接触部ＴＥの他の部分またはテーパ部ＴＡが観察対象物Ｓの表面に接触する場合、その表面の部分を表すスタイラス断面曲線ＳＣは、光学断面曲線ＤＣと一致しない。この場合、基準点ＳＳが観察対象物Ｓの上方に位置するので、スタイラス断面曲線ＳＣが光学断面曲線ＤＣの上側に位置する。
【００８４】
図７〜図１１の例では、光学断面曲線ＤＣが、Ｚ方向に垂直な平坦部５１、傾斜部５２ａ，５２ｂを有する凸部５２、および矩形状の凹部５３を含む。図７に示すように、触針ＳＴが平坦部５１上を移動する場合、触針ＳＴの基準点ＳＳが平坦部５１に接触する。それにより、図１２に示すように、平坦部５１を表すスタイラス断面曲線ＳＣの部分は光学断面曲線ＤＣと一致する。
【００８５】
図８に示すように、触針ＳＴが凸部５２の傾斜部５２ａ上を斜め上方に向かって移動する場合、基準点ＳＳが傾斜部５２ａから離間する。図９に示すように、触針ＳＴが凸部５２の上端部（傾斜部５２ａと傾斜部５２ｂとの境界部）に達すると、基準点ＳＳが凸部５２の上端部に接触する。図１０に示すように、触針ＳＴが凸部５２の傾斜部５２ｂ上を斜め下方に向かって移動する場合、基準点ＳＳが傾斜部５２ａから離間する。
【００８６】
これにより、図１２に示すように、凸部５２の傾斜部５２ａ，５２ｂを表すスタイラス断面曲線ＳＣの部分は、光学断面曲線ＤＣと一致せず、凸部５２の上端部を表すスタイラス断面曲線ＳＣの部分は、光学断面曲線ＤＣと一致する。また、接触部ＴＥが球面形状を有するので、凸部５２の上端部を表す光学断面曲線ＤＣの部分が、角をなすように不連続に変化するのに対して、凸部５２の上端部を表すスタイラス断面曲線ＳＣの部分は、円弧を描くように滑らかに変化する。
【００８７】
図１１に示すように、触針ＳＴが凹部５３上を移動する場合、接触部ＴＥの一方側におけるテーパ部ＴＡの部分および接触部ＴＥの他方側におけるテーパ部ＴＡの部分が凹部５３の一方の縁部および他方の縁部にそれぞれ接触する。それにより、触針ＳＴのＺ方向の移動が妨げられ、基準点ＳＳが凹部５３の底部５３ａに到達しない。したがって、凹部５３を表すスタイラス断面曲線ＳＣの部分は、光学断面曲線ＤＣと一致しない。
【００８８】
このように、光学断面曲線ＤＣの細部はスタイラス断面曲線ＳＣに反映されない。また、上記のように、凹部５３内への接触部ＴＥの進入が妨げられる場合があるので、Ｚ方向におけるスタイラス断面曲線ＳＣの変位は、Ｚ方向における光学断面曲線ＤＣの変位よりも小さくなる。スタイラス断面曲線ＳＣの精度は、触針ＳＴの形状によって異なる。
【００８９】
スタイラス断面曲線ＳＣと触針ＳＴの形状との関係について説明する。図１３は、触針ＳＴの形状を表す関数ｇ（ｘ）について説明するための図である。図１３において、ｘ軸はＸ方向に対応し、ｚ軸はＺ方向に対応する。ｘ軸とｚ軸との交点が基準点ＳＳに設定され、ｇ（０）＝０である。関数ｇ（ｘ）に関して、ｘは有限であってもよく、無限であってもよい。ｘが無限の場合、テーパ部ＴＡが無限に延びるように設定されてもよい。
【００９０】
光学断面曲線ＤＣを表す関数をｆ（ｘ）とすると、スタイラス断面曲線ＳＣは、次式で表される。
【００９１】
ｚ（ｘ）＝ｍａｘ｛ｆ（ｘ＋τ）−ｇ（τ）｝…（１）
式（１）において、ｘは、ＸＺ平面におけるＸ方向の位置（座標）を示し、ｚ（ｘ）は、Ｘ方向の位置ｘにおけるＺ方向の位置（座標）を示す。ｍａｘは、図１３の関数ｇ（ｘ）におけるｘの定義域を変数τに与えた場合に取りうる最大値を示す。
【００９２】
図１４および図１５は、式（１）について説明するための図である。図１４において、Ｘ方向における触針ＳＴの基準点ＳＳの位置はｘ１である。基準点ＳＳからＸ方向にτ１（τ１は、負の値）だけ離れた位置Ｐ１において触針ＳＴが光学断面曲線ＤＣに接触する。この場合、位置Ｐ１の高さｈ０は、ｆ（ｘ１＋τ１）で表され、位置Ｐ１の高さｈ０と基準点ＳＳの高さｈ1との差Δｈは、ｇ（τ１）で表される。したがって、基準点ＳＳの高さｈ１は、｛ｆ（ｘ１＋τ１）−ｇ（τ１）｝で表される。
【００９３】
図１５に示すように、ｘの値が維持されつつτの値が変化されることにより、Ｘ方向における触針ＳＴの位置が一定で、かつ触針ＳＴと光学断面曲線ＤＣとの接触位置（交差位置）が異なる場合の基準点ＳＳの高さが求められる。具体的には、基準点ＳＳからＸ方向にτ２（τ２は、負の値）だけ離れた位置Ｐ２において触針ＳＴが光学断面曲線ＤＣに交差する場合、基準点ＳＳの高さｈ２は、｛ｆ（ｘ１＋τ２）−ｇ（τ２）｝で表される。基準点ＳＳからＸ方向にτ３（τ３は、正の値）だけ離れた位置Ｐ３において触針ＳＴが光学断面曲線ＤＣに交差する場合、基準点ＳＳの高さｈ３は、｛ｆ（ｘ１＋τ３）−ｇ（τ３）｝で表される。基準点ＳＳからＸ方向にτ４（τ４は、負の値）だけ離れた位置Ｐ４において触針ＳＴが光学断面曲線ＤＣに交差する場合、基準点ＳＳの高さｈ４は、｛ｆ（ｘ１＋τ４）−ｇ（τ４）｝で表される。この場合、｛ｆ（ｘ１＋τ）−ｇ（τ）｝の最大値である｛ｆ（ｘ１＋τ１）−ｇ（τ１）｝が、スタイラス断面曲線ＳＣにより表される値と一致する。
【００９４】
さらに、ｘの値が変化されることにより、Ｘ方向における触針ＳＴの位置が異なる場合の基準点ＳＳの高さが求められ、その最大値がスタイラス断面曲線ＳＣにより表される値と一致する。したがって、Ｘ方向の任意の位置におけるスタイラス断面曲線ＳＣの値は、ｍａｘ｛ｆ（ｘ＋τ）−ｇ（τ）｝で表される。
【００９５】
（６）スタイラス検出データの生成
スタイラス検出データの生成方法について説明する。図１６は、断面曲線データにより表される断面曲線の部分拡大図である。図１７は、図１６の断面曲線データからスタイラス検出データを生成する過程を示す図である。図１８は、図１６の断面曲線データから生成されたスタイラス検出データにより表されるスタイラス断面曲線ＳＣの部分拡大図である。
【００９６】
図１６の光学断面曲線ＤＣは、高周波ノイズＨＮを含む。高周波ノイズＨＮが含まれたままの断面曲線データＤＣからスタイラス検出データＳＣが生成されると、図１６に点線で示されるように、スタイラス断面曲線ＳＣの精度が低くなる。
【００９７】
そこで、光学断面曲線ＤＣから高周波ノイズＨＮを除去するため、ローパスフィルタにより断面曲線データのフィルタリング処理が行われる。図１７には、フィルタリング処理後の断面曲線データにより表される光学断面曲線ＤＣが示される。上記のように、フィルタリング処理後の光学断面曲線ＤＣは、観察対象物Ｓの実際の断面曲線と高い精度で一致する。以下、高周波ノイズの除去に用いられるローパスフィルタをノイズフィルタと呼ぶ。ノイズフィルタとして、例えば、ガウシアンフィルタ、単純移動平均フィルタまたはメディアンフィルタが用いられる。
【００９８】
ノイズフィルタの遮断波長（遮断周波数）は、触針ＳＴの接触部ＴＥの曲率半径（先端半径）ＴＲまたは直径に応じて決定されることが好ましい。
【００９９】
例えば、ノイズフィルタとしてガウシアンフィルタまたは移動平均フィルタが用いられる場合、遮断波長が、接触部ＴＥの直径の０．５倍以上４倍以下に設定されることが好ましい。遮断波長が接触部ＴＥの直径の０．５倍以上であることにより、高周波ノイズを適正に除去することができる。遮断波長が接触部ＴＥの直径の４倍以下であることにより、断面曲線データから高周波ノイズ以外の成分が除去されることが防止される。
【０１００】
また、移動平均フィルタが用いられる場合、遮断波長が、移動平均点数にサンプリング間隔を乗じるとともにその乗算値を０．４４３で除した値（移動平均点数×サンプリング間隔／０．４４３）に略等しくなるように、移動平均点数が設定されることが好ましい。移動平均点数とは、移動平均の算出に用いられるサンプリング点の数である。サンプリング間隔とは、受光素子３０から出力される受光信号のサンプリング周期である。
【０１０１】
ノイズフィルタとしてメディアンフィルタが用いられる場合、注目点を中心とするフィルタサイズ（点数）が、触針ＳＴの接触部ＴＥの曲率半径（先端半径）ＴＲに応じて決定されることが好ましい。例えば、注目点の一方側および他方側の各々における点数が、接触部ＴＥの直径をサンプリング間隔で除した値（２×先端半径ＴＲ／サンプリング間隔）の０．５倍以上４倍以下であることが好ましい。上記点数が（２×先端半径ＴＲ／サンプリング間隔）の０．５倍以上であることにより、高周波ノイズを適正に除去することができる。上記点数が（２×ＴＲ／サンプリング間隔）の４倍以下であることにより、断面曲線データから高周波ノイズ以外の成分が除去されることが防止される。
【０１０２】
次に、フィルタリング処理後の光学断面曲線ＤＣおよび予め設定された触針データに基づいて、図１８のスタイラス断面曲線ＳＣを表すスタイラス検出データが生成される。スタイラス検出データの生成には、例えば上式（１）が用いられる。この場合、式（１）のｆ（ｘ）として、フィルタリング処理後の断面曲線データにより表される光学断面曲線ＤＣを表す関数が用いられる。
【０１０３】
（７）表示部による表示
断面曲線データにより表される光学断面曲線ＤＣまたはスタイラス検出データにより表されるスタイラス断面曲線ＳＣは、図１の表示部４００の画面上に表示される。図１９は、表示部４００の表示例を示す図である。図１９の例では、表示部４００の画面上に、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、後述の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、複数の測定ラインが表示される。表示される測定ラインは、レーザ光が照射される全測定ラインのうちの予め設定された一部または全部である。
【０１０４】
解析結果表示領域４３０は、断面曲線表示部４３１、輪郭曲線表示部４３２、パラメータ設定部４３３およびパラメータ表示部４３４を含む。使用者は、操作部２５０（図１）を操作することにより画像表示領域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。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つに対応する光学断面曲線またはスタイラス断面曲線が表示される。この場合、断面曲線データに基づいて光学断面曲線に対応する画像データが生成され、その画像データに基づいて光学断面曲線が表示される。また、スタイラス検出データに基づいてスタイラス断面曲線に対応する画像データが生成され、その画像データに基づいてスタイラス断面曲線が表示される。
【０１０５】
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またはうねり曲線が表示される。すなわち、断面曲線表示部４３１に光学断面曲線が表示される場合には、光学断面曲線に対応する粗さ曲線またはうねり曲線が輪郭曲線表示部４３２に表示される。断面曲線表示部４３１にスタイラス断面曲線が表示される場合には、スタイラス断面曲線に対応する粗さ曲線またはうねり曲線が輪郭曲線表示部４３２に表示される。
【０１０６】
なお、断面曲線表示部４３１に光学断面曲線が表示される場合、フィルタリング処理後（図１７参照）の断面曲線データに基づいて光学断面曲線に対応する画像データが生成されてもよい。さらに、フィルタフィング処理後の断面曲線データに基づいて粗さ曲線およびうねり曲線に対応する画像データが生成されてもよい。
【０１０７】
使用者は、操作部２５０（図１）を操作することにより、パラメータ設定部４３３において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。また、パラメータ設定部４３３は、図示しない表示切替部および設定画像表示部を含む。使用者は、操作部２５０（図１）の操作によってパラメータ設定部４３３の表示切替部を選択することにより、光学断面曲線およびスタイラス断面曲線を断面曲線表示部４３１に選択的に表示させることができる。例えば、操作部２５０のマウスの１クリックによって光学断面曲線およびスタイラス断面曲線の表示の切替が行われる。この場合、光学断面曲線およびスタイラス断面曲線の表示を容易に切り替えることができる。また、使用者は、操作部２５０（図１）の操作によってパラメータ設定部４３３の設定画像表示指示部を選択することにより、スタイラス検出データの生成条件を設定するためのスタイラス設定画像を表示部４００の画面上に表示させることができる。
【０１０８】
図２０は、スタイラス設定画像を示す図である。図２０のスタイラス設定画像４４０は、図１９の画像表示領域４１０および解析結果表示領域４３０の少なくとも一部と重なるように、表示部４００の画面上に表示される。図２０に示すように、スタイラス設定画像４４０は、半径設定部４４１、角度設定部４４２およびフィルタ強度設定部４４３を含む。使用者は、操作部２５０（図１）を操作することにより、半径設定部４４１に数値を入力し、触針データとして先端半径ＴＲを設定する。また、使用者は、操作部２５０（図１）を操作することにより、角度設定部４４２に数値を入力し、触針データとしてテーパ角θを設定する。テーパ角θは、例えば６０度に設定される。
【０１０９】
半径設定部４４１および角度設定部４４２において、予め記憶された複数の数値から一の数値が選択されることにより、先端半径ＴＲおよびテーパ角θが設定されてもよい。例えば、先端半径ＴＲとして、ＩＳＯ（国際標準化機構）等において定められた規格である２μｍ、５μｍおよび１０μｍが予め記憶され、これらのうち一の数値が選択可能であってもよい。
【０１１０】
使用者は、操作部２５０（図１）を操作することにより、フィルタ強度設定部４４３においてノイズフィルタの強度を設定する。例えば、「強」、「中」、「弱」および「なし」のうちのいずれかが選択されることにより、ノイズフィルタの強度が設定される。
【０１１１】
例えば、ノイズフィルタとしてメディアンフィルタが用いられる場合、「中」が選択されると、接触部ＴＥの直径をサンプリング間隔で除した値（２×先端半径ＴＲ／サンプリング間隔）がフィルタサイズに設定され、「弱」が選択されると、その２分の１の値がフィルタサイズに設定され、「強」が選択されると、その２倍の値がフィルタサイズに設定される。「なし」が選択されると、フィルタリング処理は行われない。
【０１１２】
スタイラス設定画像４４０において、ノイズフィルタの種類が選択可能であってもよい。例えば、上記のガウシアンフィルタ、移動平均フィルタおよびメディアンフィルタのうちいずれかが選択可能であってもよい。
【０１１３】
使用者がスタイラス設定画像の「ＯＫ」ボタン４４４を選択することにより、上記の各種設定が入力された値および選択された強度に更新されるとともに、スタイラス設定画像が閉じられる。使用者がスタイラス設定画像の「キャンセル」ボタン４４５または「×」ボタン４４６を選択することにより、上記の設定が更新されることなく、スタイラス設定画像が閉じられる。
【０１１４】
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。断面曲線表示部４３１に光学断面曲線が表示される場合には、断面曲線データに基づいて算出された表面性状パラメータがパラメータ表示部４３４に表示される。断面曲線表示部４３１にスタイラス断面曲線が表示される場合には、スタイラス検出データに基づいて算出された表面性状パラメータがパラメータ表示部４３４に表示される。
【０１１５】
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）が表示されてもよい。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、後述する断面曲線データからの不要部分の除去が行われない場合でも、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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
（８）表面形状検出処理
図２１は、共焦点顕微鏡システム５００における表面形状検出処理を示すフローチャートである。図１のＰＣ２００のＣＰＵ２１０は、記憶装置２４０に記憶される表面形状検出プログラムに従って表面形状検出処理を実行する。
【０１１８】
上記のように、制御部３００は、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から一の帯状領域の複数の測定ラインの画素データを取得する（ステップＳ１）。これにより、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Ｓ２）、作業用メモリ２３０に記憶する。
【０１１９】
この場合、各断面曲線データは、各測定ライン上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。
【０１２０】
次に、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Ｓ３）。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Ｓ１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Ｓ１〜Ｓ３の処理を繰り返す。これにより、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。
【０１２１】
次に、ＣＰＵ２１０は、複数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Ｓ４）。これにより、予め設定された取得範囲の断面曲線データが生成される。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Ｓ５）。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の表面形状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、各断面曲線データに基づ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Ｓ６）。次に、ＣＰＵ２１０は、各断面曲線データに対してフィルタリング処理を行う（ステップＳ７）。これにより、各断面曲線データから高周波ノイズが除去される（図１７）。
【０１２３】
次に、ＣＰＵ２１０は、フィルタリング処理後の各断面曲線データに基づいてスタイラス検出データを生成する（ステップＳ８）。次に、ＣＰＵ２１０は、生成された各スタイラス検出データに基づ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とともに表面性状パラメータを算出する（ステップＳ９）。これにより、ＣＰＵ２１０は、表面形状検出処理を終了する。
【０１２４】
このようにして生成された断面曲線データおよびスタイラス検出データに基づいて、表示部４００の画面上に光学断面曲線またはスタイラス断面曲線が表示される（図１９）。また、算出された粗さ曲線データおよびうねり曲線データに基づいて、表示部４００の画面上に粗さ曲線またはうねり曲線が表示される。さらに、算出された表面性状パラメータが表示部４００の画面上に表示される。
【０１２５】
なお、ステップＳ８におけるスタイラス検出データの生成は、断面曲線データの生成直後に行われてもよく、または使用者によりスタイラス断面曲線の表示が選択された際に行われてもよい。ステップＳ９における粗さ曲線データ、うねり曲線データおよび表面性状パラメータの算出は、例えば、スタイラス検出データの生成直後に行われる。
【０１２６】
（９）実施の形態の効果
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、受光素子３０の出力信号に基づいて観察対象物Ｓの断面曲線を表す断面曲線データが生成されるとともに、その断面曲線データに基づいて、スタイラス検出データが生成される。
【０１２７】
スタイラス検出データは、仮想的に設定された触針ＳＴが観察対象物Ｓの表面に接触しつつ移動する場合の触針ＳＴの基準点ＳＳの軌跡を表すので、触針式の粗さ計により得られるデータと等価である。そのため、スタイラス検出データを触針式の粗さ計により得られるデータと同等に扱うことができる。したがって、スタイラス検出データと触針式の粗さ計により得られるデータとの比較および照合が可能となる。また、高精度な断面曲線データとスタイラス検出データとを選択的に用いることにより、種々のデータの比較および照合を効率よく行うことができる。
【０１２８】
また、本実施の形態では、フィルタリング処理により高周波ノイズが除去された後の断面曲線データに基づいてスタイラス検出データが生成される。これにより、スタイラス検出データを触針式の粗さ計により得られるデータに近づけることができる。また、触針ＳＴの先端半径ＴＲに基づいてフィルタリング処理における遮断波長が設定されるので、断面曲線データから高周波ノイズを適正に除去することができる。
【０１２９】
（１０）スタイラス検出データの生成方法の他の例
スタイラス検出データの生成方法の他の例について、図１６〜図１８の例と異なる点を説明する。図２２〜図２４は、スタイラス検出データの生成方法の他の例について説明するための図である。
【０１３０】
本例では、フィルタリング処理により光学断面曲線ＤＣから高周波ノイズが除去された後、図２２（ａ）〜（ｃ）に示すように、接触部ＴＥのみが光学断面曲線ＤＣに接触しつつ移動する場合の基準点ＳＳの軌跡がスタイラス断面曲線ＳＣａとして求められる。本例では、接触部ＴＥが球形（２次元では円形）に設定される。
【０１３１】
テーパ部ＴＡが接触することなく触針ＳＴが移動する光学断面曲線ＤＣの部分に関しては、スタイラス断面曲線ＳＣａが図１８のスタイラス断面曲線ＳＣと一致する。具体的には、図２２（ａ）に示すように、平坦部５１および凸部５２を表すスタイラス断面曲線ＳＣａの部分は、図１８のスタイラス断面曲線ＳＣと一致する。
【０１３２】
一方、テーパ部ＴＡが接触しつつ触針ＳＴが移動する光学断面曲線ＤＣの部分に関しては、スタイラス断面曲線ＳＣａが図１８のスタイラス断面曲線ＳＣと一致しない。上記のように、触針ＳＴが凹部５３上を移動する場合、テーパ部ＴＡが凹部５３の縁部に接触する（図１１）。そのため、凹部５３内への接触部ＴＥの進入が妨げられ、基準点ＳＳが凹部５３の底部５３ａに到達しない。それに対して、図２２（ｂ）および図２２（ｃ）に示すように、テーパ部ＴＡが存在しない場合、接触部ＴＥが凹部５３内に進入可能である。そのため、基準点ＳＳが凹部５３の底部５３ａに接触する。したがって、凹部５３を表すスタイラス断面曲線ＳＣａの部分は、図１８のスタイラス断面曲線ＳＣと一致しない。
【０１３３】
次に、触針データとして設定されたテーパ角θに基づいて、スタイラス断面曲線ＳＣａの補正すべき部分が検出される。本例では、テーパ部ＴＡが存在する場合、Ｚ方向に対する基準点ＳＳの軌跡の角度が、Ｚ方向に対するテーパ部ＴＡの角度（θ／２）よりも小さくなることはない。そのため、Ｚ方向に対して角度（θ／２）よりも小さい角度をなすスタイラス断面曲線ＳＣａの部分が補正すべき部分として検出される。
【０１３４】
具体的には、図２３に示すように、凹部５３を表すスタイラス断面曲線ＳＣａの部分ＰＴ１，ＰＴ２が、Ｚ方向に対して角度（θ／２）よりも小さい角度をなす。したがって、部分ＰＴ１，ＰＴ２が補正すべき部分として検出される。
【０１３５】
次に、検出されたスタイラス断面曲線ＳＣａの部分ＰＴ１，ＰＴ２が補正されることにより、テーパ部ＴＡが存在する場合の基準点ＳＳの軌跡と一致するスタイラス断面曲線ＳＣａが求められる。具体的には、図２４に示すように、Ｚ方向に対する部分ＰＴ１，ＰＴ２の角度が、角度（θ／２）とそれぞれ一致するように、部分ＰＴ１，ＰＴ２が補正される。これにより、図１８のスタイラス断面曲線ＳＣと同様のスタイラス断面曲線ＳＣａが得られる。
【０１３６】
本例のように、接触部ＴＥのみが光学断面曲線ＤＣ上を移動する場合の基準点ＳＳの軌跡を表すスタイラス断面曲線ＳＣａが求められ、そのスタイラス断面曲線ＳＣａが補正されることにより、演算量が大幅に削減される。
【０１３７】
（１１）スタイラス初期設定画像
上記の例では、図１９のパラメータ設定部４３３において、スタイラス断面曲線の表示の有無が切り替えられる。また、図２０のスタイラス設定画像において、スタイラス検出データの生成条件が設定される。これらスタイラス断面曲線の表示の有無およびスタイラス検出データの生成条件の初期設定を行うための初期設定画像（以下、スタイラス初期設定画像と呼ぶ）が表示部４００の画面上に別途表示されてもよい。
【０１３８】
図２５は、スタイラス初期設定画像の一例を示す図である。図２５のスタイラス初期設定画像４５０は、表示設定部４５１、半径設定部４５２、角度設定部４５３およびフィルタ強度設定部４５４を含む。
【０１３９】
使用者は、操作部２５０（図１）を操作することにより、表示設定部４５１において、図１９の断面曲線表示部４３１におけるスタイラス断面曲線の表示の有無を切り替えることができる。例えば、マウスのクリックで表示設定部４５１がチェックされることにより、初期設定として、断面曲線表示部４３１（図１９）にスタイラス断面曲線が表示される。表示設定部４５１がチェックされない場合、初期設定として、断面曲線表示部４３１（図１９）に光学断面曲線が表示される。
【０１４０】
半径設定部４５２、角度設定部４５３およびフィルタ強度設定部４５４においては、図２０の半径設定部４４１、角度設定部４４２およびフィルタ強度設定部４４３と同様に、先端半径ＴＲ、テーパ角θおよびノイズフィルタの強度が入力される。その入力内容を初期設定として、スタイラス検出データが生成される。
【０１４１】
（１１）触針の他の例
上記の例では、触針ＳＴがテーパ部ＴＡおよび接触部ＴＥを有するが、触針ＳＴの形状はこれに限定されない。比較および照合すべきデータに応じて、触針ＳＴの形状を変更することが好ましい。図２６は、触針ＳＴの他の例を示す図である。図２６（ａ）および図２６（ｂ）の触針ＳＴａ，ＳＴｂについて、上記の触針ＳＴと異なる点を説明する。
【０１４２】
図２６（ａ）の触針ＳＴａは、接触部ＴＥおよびテーパ部ＴＡに加えて、側面部ＴＧをさらに含む。側面部ＴＧはＺ方向に平行であり、テーパ部ＴＡの上端部から上方に延びるように設けられる。触針ＳＴａが用いられる場合、触針データとしてテーパ部ＴＡの長さが設定される。テーパ部ＴＡの長さが有限であることにより、Ｚ方向における接触部ＴＥの移動が許容されやすくなる。そのため、スタイラス検出データの精度が高くなる。
【０１４３】
図２６（ｂ）の触針ＳＴｂは、テーパ部ＴＡを含まず、側面部ＴＧを含む。側面部ＴＧは、接触部ＴＥから連続的に延びる。触針ＳＴｂが用いられる場合、テーパ部ＴＡによってＺ方向における接触部ＴＥの移動が妨げられない。そのため、スタイラス検出データの精度がより高くなる。この場合、図２３のスタイラス断面曲線ＳＣａを表すスタイラス検出データが得られる。
【０１４４】
また、上記の触針ＳＴ，ＳＴａ，ＳＴｂにおいては、接触部ＴＥが球面形状を有するが、接触部ＴＥが他の曲面形状を有してもよい。その場合、触針データとして、接触部ＴＥの曲率半径の代わりに、接触部ＴＥの曲率に関する他の曲率情報が設定される。
【０１４５】
（１２）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。そこで、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、ステージ６０の移動補正が行われてもよい。
【０１４６】
図２７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２７（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２７（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。
【０１４７】
図２７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。
【０１４８】
ＣＰＵ２１０は、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。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２７（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。
【０１４９】
本実施の形態においては、図２７（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。
【０１５０】
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てもよく、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てもよい。移動補正量は、例えば、実際にステージ６０が移動された場合のカメラ画像データの変化に基づいて算出される。この場合、ステージ６０の移動方向を正確に検出するため、明瞭な目盛または図柄を有するチャートがステージ６０上に載置されてもよい。
【０１５１】
（１３）断面曲線データの不要部分の推定方法
図２１のステップＳ５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。
【０１５２】
（１３−１）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。
【０１５３】
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。
【０１５４】
（１３−２）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。
【０１５５】
（１３−３）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。
【０１５６】
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。
【０１５７】
（１３−４）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。
【０１５８】
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１９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。
【０１５９】
使用者は、操作部２５０を操作することにより、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。
【０１６０】
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。
【０１６１】
（１４）他の実施の形態
（１４−１）
上記実施の形態では、各帯状領域ｓ１０が複数の測定ラインを含み、その複数の測定ラインの各々に対応する断面曲線データが生成されるが、これに限らない。各帯状領域ｓ１０が一の測定ラインのみを含み、その一の測定ラインに対応する断面曲線データのみが生成されてもよい。この場合、Ｘ方向に並ぶ複数の帯状領域ｓ１０の断面曲線データが連結されることにより、一の断面曲線データが生成される。
【０１６２】
（１４−２）
上記実施の形態では、画素データの取得範囲として複数の帯状領域が設定され、各帯状領域の測定ライン上でレーザ光が走査されることにより、各測定ラインに対応する断面曲線データが生成されるが、断面曲線データの生成方法はこれに限らない。
【０１６３】
例えば、次のようにして断面曲線データが生成されてもよい。図２または図５に示されるように、単位領域または帯状領域毎に複数の共焦点画像データが生成され、その複数の共焦点画像データに基づいて高さ画像データおよび超深度画像データが生成される。生成された高さ画像データまたは超深度画像データに基づいて、高さ画像または超深度画像が表示部４００の画面上に表示される。その画像上で、断面曲線データを取得すべき範囲が設定され、設定された範囲に対応する断面曲線データが上記複数の共焦点画像データに基づいて生成される。
【０１６４】
この場合、予め取得された共焦点画像データに基づいて、所望の範囲の断面曲線データを生成することができ、さらにその断面曲線データに基づいて、スタイラス曲線データを生成することができる。したがって、所望の範囲の光学断面曲線またはスタイラス断面曲線を表示部４００の画面上に容易に表示させることができる。また、それらに対応する粗さ曲線、うねり曲線および表面性状パラメータを表示部４００の画面上に容易に表示させることができる。
【０１６５】
（１４−３）
上記実施の形態では、スタイラス検出データが観察対象物Ｓの表面形状を２次元で表すが、これに限らず、スタイラス検出データが観察対象物Ｓの表面形状を３次元で表してもよい。この場合、触針データとして、触針の形状が３次元で設定される。
【０１６６】
（１４−４）
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。
【０１６７】
（１４−５）
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。
【０１６８】
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。
【０１６９】
（１４−６）
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。
【０１７０】
（１４−７）
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。
【０１７１】
（１４−８）
上記実施の形態は、共焦点顕微鏡システムに本発明を適用した例であるが、他の光学式顕微鏡システムに本発明が適用されてもよい。例えば、干渉顕微鏡または三角測距式顕微鏡を含む光学式顕微鏡システムに本発明が適用されてもよい。
【０１７２】
また、顕微鏡に限らず、光学的に観察対象物の表面形状を検出可能な他の光学式表面状態検出システムに本発明を適用してもよい。
【０１７３】
（１５）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。
【０１７４】
上記実施の形態では、共焦点顕微鏡システム５００が光学式表面形状検出システムの例であり、受光素子３０が受光素子の例であり、レンズ１，２、対物レンズ３およびレーザ光源１０が光学系の例であり、断面曲線データが表面形状データの例であり、記憶装置２４０が触針データ記憶部の例であり、基準点ＳＳが触針の基準位置の例であり、スタイラス検出データが触針検出データの例である。
【０１７５】
また、接触部ＴＥが先端部の例であり、先端半径ＴＲが曲率情報の例であり、テーパ部ＴＡがテーパ部の例であり、テーパ角θがテーパ角の例であり、表示部４００が表示部の例である。また、ＣＰＵ２１０が表面形状データ生成部、触針検出データ生成部および画像データ生成部の例であり、操作部２５０が曲率情報設定部、フィルタリング強度設定部および画像選択部の例である。
【０１７６】
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】
【０１７７】
本発明は、種々の光学式顕微鏡システム等に有効に利用することができる。
【符号の説明】
【０１７８】
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
５００  共焦点顕微鏡システム
ＤＣ  光学断面曲線
Ｓ  観察対象物
ｓ１〜ｓ４  単位領域
ｓ１０  帯状領域
ＳＣ  スタイラス断面曲線
ＳＣａ  スタイラス断面曲線
ＳＳ  基準点
ＳＴ，ＳＴａ，ＳＴｂ  触針
ＴＡ  テーパ部
ＴＥ  接触部
ＴＧ  側面部
【図１】
2015031757.tif 000003
【図２】
2015031757.tif 000004
【図３】
2015031757.tif 000005
【図４】
2015031757.tif 000006
【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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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