(57)【要約】  撮影制御部（１１）は１枚の画像毎に、レーザ光スポットの撮影に適した第１撮影条件とカンチレバーの撮影に適した第２撮影条件とを切り替えながら撮影を行うようにビデオカメラ（８）を制御する。画像合成部（１５）は連続する２枚の画像に各々明瞭に現れるレーザ光スポット像とカンチレバー像とを合成した画像を作成し表示部（９）に表示する。レーザ光中心位置検出部（１３）、カンチレバー先端位置検出部（１４）及び位置調整量演算部（１６）は、連続する２枚の画像から各々画像処理により求めたレーザ光中心位置とカンチレバー先端位置とから光軸調整のための位置調整量を算出し、その数値も表示部（９）に表示する。作業者はこれら画像と調整量を見ながら操作部（７）を操作して光軸調整を実行する。これにより、通常の撮影では十分に見ることができない実観察画像に基づいて、光軸調整を容易に且つ確実に行うことができる。
2016189575.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
探針が設けられた可撓性を有するカンチレバーと、レーザ光源部、該レーザ光源部から発したレーザ光を反射させて前記カンチレバーに照射する反射鏡、及び、その照射光に対して前記カンチレバーから反射して来た光を検出する検出器、を含むカンチレバー変位検出部と、該カンチレバー変位検出部における光軸調整のために前記反射鏡又は前記レーザ光源部の少なくともいずれか一方を移動させる駆動部と、前記光軸調整のために前記カンチレバーに光が照射される部位付近を撮影する撮像部と、を具備する走査型プローブ顕微鏡において、
a)前記カンチレバーへのレーザ光の照射により形成されるレーザ光スポットを撮影するのに適した第１の撮影条件と、該カンチレバーを撮影するのに適した第２の撮影条件と、を切り替えながら前記撮像部による撮影を実行する撮影制御部と、
b)前記第１の撮影条件の下で撮影された画像と前記第２の撮影条件の下で撮影された画像とを合成する処理を行うことで、レーザ光スポット像とカンチレバー像とが共に現れている画像を作成する合成画像作成部と、
c)前記駆動部を利用した光軸調整を作業者が行うために又はその光軸調整の結果を作業者が確認するために、前記合成画像作成部で作成された画像を表示する表示部と、
を備えることを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。
【請求項２】
請求項１に記載の走査型プローブ顕微鏡であって、
前記第１の撮影条件の下で撮影された画像に基づいてレーザ光スポットの中心位置を検出するとともに、前記第２の撮影条件の下で撮影された画像に基づいてカンチレバーの先端位置を検出し、検出されたレーザ光スポット中心位置及びカンチレバー先端位置に基づいてレーザ光スポットをカンチレバーの所定位置まで移動させるための調整量を算出する調整量算出部をさらに備え、前記表示部は、前記合成画像作成部で作成された画像と併せて前記調整量算出部で算出された調整量を表示することを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。
【請求項３】
請求項１に記載の走査型プローブ顕微鏡であって、
前記第１の撮影条件の下で撮影された画像に基づいてレーザ光スポットの中心位置を検出するとともに、前記第２の撮影条件の下で撮影された画像に基づいてカンチレバーの先端位置を検出し、検出されたレーザ光スポット中心位置及びカンチレバー先端位置に基づいてレーザ光スポットをカンチレバーの所定位置まで移動させるための調整量を算出する調整量算出部と、
前記調整量算出部で算出された調整量に基づいて前記駆動部を動作させることにより、レーザ光スポットをカンチレバーの所定位置まで移動させる光軸調整制御部と、
をさらに備えることを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の走査型プローブ顕微鏡であって、
前記撮影制御部は、第１の撮影条件の下での撮影と第２の撮影条件の下での撮影を画像１枚毎に交互に実行し、前記合成画像作成部は、前記撮影部により１枚の新たな画像が得られる毎に、連続する、第１の撮影条件の下で撮影された１枚の画像と第２の撮影条件の下で撮影された１枚の画像とを合成する処理を行って合成画像を作成し、前記表示部はその合成画像を表示することを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。
【請求項５】
請求項２又は３に記載の走査型プローブ顕微鏡であって、
前記調整量算出部は、前記第１の撮影条件の下で撮影された画像に基づいてレーザ光スポットの中心位置を検出する際に、モフォロジー演算処理によるオープニング処理を用いたノイズ除去を実施することを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は走査型プローブ顕微鏡に関し、さらに詳しくは、探針が設けられたカンチレバーの機械的な変位を光学的に検出する変位検出部を備える走査型プローブ顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属、半導体、セラミック、合成樹脂等の表面観察や表面粗さ等の測定を行う装置として、探針（プローブ）と試料表面間に作用する原子間力を測定する原子間力顕微鏡（ＡＦＭ＝Atomic Force Microscope）を代表とする走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ＝Scanning Probe Microscope）が広く知られている。原子間力顕微鏡ではいくつかの測定モードが用いられるが、最近では、探針を設けたカンチレバーをその共振点付近で振動させ、その状態で探針に働く試料表面との間の相互作用をカンチレバーの振動の振幅、位相、或いは周波数の変化に変換して検出する、ノンコンタクトモードやダイナミックモードと呼ばれる方法が用いられることが多い。【０００３】
図７は一般的な走査型プローブ顕微鏡の要部の構成図である。観察対象である試料１は略円筒形状のスキャナ３の上に設けられた試料台２の上に保持される。スキャナ３は、試料１を互いに直交するＸ、Ｙの２軸方向に走査するＸＹスキャナ３１とＸ軸及びＹ軸に対し直交するＺ軸方向に微動させるＺスキャナ３２とを含み、それぞれ外部から印加される電圧によって変位を生じる圧電素子を駆動源としている。試料１の上方には先端に探針５を備えるカンチレバー４が配置され、このカンチレバー４は図示しない圧電素子を含む励振部により振動される。【０００４】
カンチレバー４のＺ軸方向の変位を検出するために、カンチレバー４の上方には、レーザ光源６１、ハーフミラー６３、ミラー６４、及び光検出器６５を含む光学的変位検出部６が設けられている。光学的変位検出部６では、レーザ光源６１から出射したレーザ光をハーフミラー６３で略垂直に反射させ、カンチレバー４の先端部背面に設けられた反射面４ａに照射する。このカンチレバー４の反射面４ａで反射された光はミラー６４を経て光検出器６５に入射する。光検出器６５は例えば、Ｚ軸方向及びＹ軸方向に４分割された受光面を有する４分割光検出器である。カンチレバー４がＺ軸方向に変位すると複数の受光面に入射する光量の割合が変化し、その複数の受光光量に応じた検出信号を演算処理することで、カンチレバー４の変位量を算出することができる。【０００５】
上記構成の走査型プローブ顕微鏡におけるノンコンタクトモードでの測定動作を簡単に説明する。
図示しない励振部により、カンチレバー４はその共振点付近の周波数でＺ軸方向に振動される。このとき探針５と試料１表面との間に引力又は斥力が作用すると、カンチレバー４の振動振幅が変化する。光検出器６５での検出信号によって振動振幅の微小な変化量が検知され、その変化量をゼロにする、つまり振動振幅を一定に維持するように試料１をＺ軸方向に移動させるべく、Ｚスキャナ３２の圧電素子はフィードバック制御される。そうした状態でＸＹスキャナ３１の圧電素子を制御することで試料１をＸ−Ｙ面内で走査すると、上述したＺ軸方向に関するフィードバック制御量は試料１の表面の微小な凹凸を反映したものとなる。そこで、図示しないデータ処理部は、このフィードバック制御量を示す信号を用いて試料１の表面画像を作成する。【０００６】
こうした走査型プローブ顕微鏡では、カンチレバー４に撓みがない状態で、カンチレバー４の反射面４ａで反射された、強度が最も強いレーザ光が光検出器６５の４分割受光面の中央に入射するように、レーザ光源６１と光検出器６５の位置の調整がそれぞれ行われるようになっている。走査型プローブ顕微鏡におけるこうした調整は、「光軸調整」と呼ばれている（特許文献１、２など参照）。【０００７】
従来の一般的な光軸調整の手順は次のとおりである。
即ち、まず、光学顕微観察が可能であるビデオカメラ８でカンチレバー４の先端部付近を真上から撮影した画像を表示部９の画面上に表示させる。図８（ａ）は光軸調整時の理想的な撮影画像を示す図である。作業者はこの画像を確認しながら、画像上でレーザ光スポット像６ａがカンチレバー４先端の適宜の位置に来るように操作部７により所定の操作を行い、駆動機構６２によりレーザ光源６１の位置を調整する。好ましくは、特許文献１に記載のように、光検出器６５の手前に置いた紙片にレーザ光を投影し、その投影像でレーザ光が最も明るく映るようにレーザ光源６１の位置を微調整するとよい。レーザ光源６１の位置が決まったならば、そのあと、カンチレバー４で反射したレーザ光のスポットが光検出器６５の４分割受光面の中央に来るように、光検出器６５の位置を調整する。【０００８】
このように従来一般に、走査型プローブ顕微鏡における光軸調整は作業者が光軸調整用に撮影した画像を目視で確認しながらマニュアルで行われている。しかしながら、特許文献１でも指摘されているように、レーザ光スポットの輝度はかなり高いため、図８（ｂ）に一例を示すように、レーザ光スポット像６ａとカンチレバー４とが共に収まるように撮影された画像では、カンチレバー４の部分がかなり暗くなってしまう。こうした画像からカンチレバー４の位置を作業者が適切に把握することは困難であり、これが光軸調整の作業を難しくする一因となっていた。【０００９】
特許文献１ではこうした課題を解決するために、カンチレバーの位置を示すマーカとレーザ光の輝度重心位置を示すマーカとを画像上に表示し、これらマーカを用いて光軸調整が行われるようになっている。もちろん、こうした方法でも光軸調整は可能であるものの、従来の光軸調整作業に慣れた作業者にとっては、マーカを用いた位置の調整は直感的に理解しにくい場合がある。そのため、画像上に表示されたマーカではなく、実際に撮影された物体像を観察しながら位置調整を行いたいという要望も強い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１２−２２５７２２号公報
【特許文献２】特開２０１４−４４１４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は上記課題を解決するために成されたものであり、その第１の目的は、作業者がカンチレバーとレーザ光スポットとを実観察画像上で観察しながら的確に光軸調整を行うことができる走査型プローブ顕微鏡を提供することである。
また本発明の第２の目的は、カンチレバーの先端位置とレーザ光スポットの位置との正確な把握に基づいて正確な光軸調整を自動的に行うことができる走査型プローブ顕微鏡を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために成された本発明は、探針が設けられた可撓性を有するカンチレバーと、レーザ光源部、該レーザ光源部から発したレーザ光を反射させて前記カンチレバーに照射する反射鏡、及び、その照射光に対して前記カンチレバーから反射して来た光を検出する検出器、を含むカンチレバー変位検出部と、該カンチレバー変位検出部における光軸調整のために前記反射鏡又は前記レーザ光源部の少なくともいずれか一方を移動させる駆動部と、前記光軸調整のために前記カンチレバーに光が照射される部位付近を撮影する撮像部と、を具備する走査型プローブ顕微鏡において、
a)前記カンチレバーへのレーザ光の照射により形成されるレーザ光スポットを撮影するのに適した第１の撮影条件と、該カンチレバーを撮影するのに適した第２の撮影条件と、を切り替えながら前記撮像部による撮影を実行する撮影制御部と、
b)前記第１の撮影条件の下で撮影された画像と前記第２の撮影条件の下で撮影された画像とを合成する処理を行うことで、レーザ光スポット像とカンチレバー像とが共に現れている画像を作成する合成画像作成部と、
c)前記駆動部を利用した光軸調整を作業者が行うために又はその光軸調整の結果を作業者が確認するために、前記合成画像作成部で作成された画像を表示する表示部と、
を備えることを特徴としている。【００１３】
本発明に係る走査型プローブ顕微鏡において、第１の撮影条件と第２の撮影条件とは例えば露出条件が異なるものとすることができる。上記撮影制御部が撮像部に第１の撮影条件を設定して撮影を行うと、カンチレバーの部分は露出不足で暗くなり殆ど見えないものの、輝度の高いレーザ光スポット像が鮮明に現れる画像が得られる。一方、撮影制御部が撮像部に第２の撮影条件を設定して撮影を行うと、レーザ光スポットの部分は露出過剰で明るくなりすぎて殆ど見えないものの、カンチレバーの像が鮮明に現れる画像が得られる。合成画像作成部は、第１の撮影条件の下で撮影された画像に明瞭に現れるレーザ光スポット像と第２の撮影条件の下で撮影された画像に明瞭に現れるカンチレバー像とを合成した画像を作成し、表示部はその画像を表示する。【００１４】
こうして表示される画像は、それに映っているレーザ光スポットとカンチレバーそれぞれに対して露出が適正に調整された状態での画像であり、それらの像はいずれも鮮明である。したがって、駆動部を利用した光軸調整を作業者がマニュアルで行う場合に、表示された画像からレーザ光スポットとカンチレバーとの位置関係を的確に把握し、容易に且つ確実に光軸調整を行うことができる。また、後述するように光軸調整が自動的に行われる場合には、作業者は、表示された画像に基づいて的確に光軸調整が行われたか否かを確認することができる。【００１５】
また本発明に係る走査型プローブ顕微鏡において、好ましくは、
前記撮影制御部は、第１の撮影条件の下での撮影と第２の撮影条件の下での撮影を画像１枚毎に交互に実行し、前記合成画像作成部は、前記撮影部により１枚の新たな画像が得られる毎に、連続する、第１の撮影条件の下で撮影された１枚の画像と第２の撮影条件の下で撮影された１枚の画像とを合成する処理を行って合成画像を作成し、前記表示部はその合成画像を表示する構成とするとよい。【００１６】
この構成によれば、光軸調整のために駆動部によりレーザ光源部や反射鏡が駆動され、レーザ光スポットの位置が移動する際に、その移動に追従した最新の画像が表示部に表示される。したがって、マニュアル調整、自動調整のいずれの場合でも、作業者はレーザ光スポットとカンチレバーとの位置関係の最新の状態を画像で確認し、調整が適切であるか否かを即座に把握したり判定したりすることができる。【００１７】
本発明の第１の態様の走査型プローブ顕微鏡では、前記第１の撮影条件の下で撮影された画像に基づいてレーザ光スポットの中心位置を検出するとともに、前記第２の撮影条件の下で撮影された画像に基づいてカンチレバーの先端位置を検出し、検出されたレーザ光スポット中心位置及びカンチレバー先端位置に基づいてレーザ光スポットをカンチレバーの所定位置まで移動させるための調整量を算出する調整量算出部をさらに備え、前記表示部は、前記合成画像作成部で作成された画像と併せて前記調整量算出部で算出された調整量を表示する構成とすることができる。【００１８】
また本発明の第２の態様の走査型プローブ顕微鏡では、前記第１の撮影条件の下で撮影された画像に基づいてレーザ光スポットの中心位置を検出するとともに、前記第２の撮影条件の下で撮影された画像に基づいてカンチレバーの先端位置を検出し、検出されたレーザ光スポット中心位置及びカンチレバー先端位置に基づいてレーザ光スポットをカンチレバーの所定位置まで移動させるための調整量を算出する調整量算出部と、
前記調整量算出部で算出された調整量に基づいて前記駆動部を動作させることにより、レーザ光スポットをカンチレバーの所定位置まで移動させる光軸調整制御部と、
をさらに備える構成とすることができる。【００１９】
上記第１及び第２の態様の走査型プローブ顕微鏡において、調整量算出部は、第１の撮影条件の下で撮影された画像に基づいてレーザ光スポットの中心位置を検出するとともに、第２の撮影条件の下で撮影された画像に基づいてカンチレバーの先端位置を検出する。なお、レーザ光スポットの中心位置は例えば多値の重心を求める演算によって得ることができるが、光の回折や散乱などの影響が大きい場合には、モフォロジー演算処理によるオープニング処理等を用いたノイズ除去を行い、そのあとに多値重心を求める演算を行えばよい。そして調整量算出部は、レーザ光スポットの中心位置の座標とカンチレバーの先端位置の座標とに基づいて、レーザ光スポットをカンチレバーの所定位置（例えば先端位置）まで移動させるための調整量を算出する。この調整量は例えば画像の面内で互いに直交する二軸方向のそれぞれの距離などとすればよい。【００２０】
第１の態様の走査型プローブ顕微鏡では、上記のように算出された調整量が例えば数値として画像と併せて表示される。したがって、作業者は表示された画像を見ながらおおまかに光軸調整を行いつつ、表示された調整量を参照してより細かい光軸調整を行うことができる。【００２１】
一方、第２の態様の走査型プローブ顕微鏡では、上記のように算出された調整量に基づいて、光軸調整制御部が駆動部を動作させることで、自動的に光軸調整が達成される。したがって、作業者自身が光軸調整に関して面倒な操作を行う必要がなくなり、表示された画像を見て光軸調整が適切であるか否かの最終的な確認のみを行えばよい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る走査型プローブ顕微鏡によれば、光軸調整の際に、通常の撮影によっては明瞭に映らないレーザ光スポットとカンチレバーの両方が明瞭に観察可能である画像を、作業者は確認することができる。それによって、光軸調整をマニュアルで行う場合には、その作業が容易であり、且つ正確に行えるようになる。また、光軸調整を自動で行う場合にも、その自動調整の結果を作業者が容易に確認できるようになる。【００２３】
また本発明に係る第１の態様の走査型プローブ顕微鏡によれば、正確な光軸調整を作業者が簡単に行うことができる。したがって、例えば、そうした作業に不慣れな者であっても作業にあたることができるようになる。また、作業者毎の光軸調整のばらつきを軽減することができる。また本発明に係る第２の態様の走査型プローブ顕微鏡によれば、面倒な光軸調整が自動化されるので、作業者の負担が軽減され、作業者毎の光軸調整のばらつきもなくすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施例による走査型プローブ顕微鏡の要部の構成図。
【図２】本実施例の走査型プローブ顕微鏡における光軸調整のための画像合成処理の説明図。
【図３】本実施例の走査型プローブ顕微鏡において光軸調整用制御・処理部で実施される処理の説明図。
【図４】本実施例の走査型プローブ顕微鏡における光軸調整のためのカンチレバー先端位置検出処理の説明図。
【図５】本実施例の走査型プローブ顕微鏡における光軸調整量算出処理の手順を示すフローチャート。
【図６】本発明の他の実施例による走査型プローブ顕微鏡の要部の構成図。
【図７】一般的な走査型プローブ顕微鏡の要部の構成図。
【図８】光軸調整時の理想的な撮影画像を示す図（ａ）及び実際に得られる画像の一例を示す図（ｂ）。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の一実施例である走査型プローブ顕微鏡について、添付図面を参照して説明する。図１は本実施例による走査型プローブ顕微鏡の要部の構成図である。図７に示した従来の走査型プローブ顕微鏡と同じ構成要素には同じ符号を付して詳しい説明を省略する。
【００２６】
本実施例の走査型プローブ顕微鏡は、従来の装置にない構成要素として、ビデオカメラ８を制御するとともにビデオカメラ８で撮影された画像データを処理する機能を有する光軸調整用制御・処理部１０を備える。この光軸調整用制御・処理部１０は、撮影制御部１１と、画像分離部１２と、レーザ光中心位置検出部１３と、カンチレバー先端位置検出部１４と、画像合成部１５と、位置調整量演算部１６と、を機能ブロックとして含み、画像合成部１５及び位置調整量演算部１６の出力が表示部９の画面上に表示されるようになっている。
【００２７】
本実施例の走査型プローブ顕微鏡における特徴的な動作について説明する。図３は光軸調整用制御・処理部１０において実施される処理を説明するための模式図である。
撮影制御部１１は、レーザ光スポットを撮影するのに適した第１の撮影条件の下での撮影と、カンチレバー４を撮影するのに適した第２の撮影条件の下での撮影とが、１フレーム毎に交互に実行されるようにビデオカメラ８の撮像動作を制御する。通常、第１、第２の撮影条件の相違は露出の相違である。即ち、レーザ光スポット像は輝度がかなり高いのに対しカンチレバー４には光があまり当たらないので輝度がかなり低い。そこで、第１の撮影条件は第２の撮影条件に比べて露出を大幅に下げたものとする。各撮影条件における適正な露出は装置メーカが予め決めたデフォルト値を用いてもよいが、各ユーザが実験的に予め決めておくほうが、より適切な撮影が行える。したがって、第１、第２の撮影条件は図示しない入力部などによりユーザが設定できるようにしておくとよい。
【００２８】
光軸調整を行うために作業者が図示しない入力部から所定の指示を行うと、撮影制御部１１の制御の下で、ビデオカメラ８はカンチレバー４の反射面４ａ付近の所定の２次元範囲に対する連続的な撮影を開始する。撮影によって１フレームの画像が得られる毎に撮影条件（つまりは露出）が交互に切り替えられるため、第１の撮影条件の下で得られた画像データと第２の撮影条件の下で得られた画像データとがビデオカメラ８から交互に出力される。
【００２９】
図２（ａ）は第１の撮影条件の下で得られる画像＃１の一例、図２（ｂ）は第２の撮影条件の下で得られる画像＃２の一例である。第１の撮影条件はレーザ光スポットに対し適正な露出となっているため、レーザ光スポット像６ａは明瞭に映るものの、カンチレバー４に対しては露出アンダーのためにその像は暗く殆ど見えない状態である。一方、第２の撮影条件はカンチレバー４に対して適正な露出となっているため、カンチレバー４の像は明瞭に映るものの、レーザ光スポットに対しては露出オーバーのために明るすぎてその像は殆ど見えない。
【００３０】
ビデオカメラ８から交互に出力される二種類の画像＃１、＃２を構成するデータは順次画像合成部１５に入力される。画像合成部１５は１フレーム毎に、時間的に連続する２フレーム分の画像データに基づいて、レーザ光スポット像６ａとカンチレバー４の像とを合成した画像を作成する。
具体的には、図２（ａ）に示したように、第１の撮影条件の下で得られた画像＃１には実質的にレーザ光スポット像６ａしか現れていないから、例えばその画像全体の明度を上げることでレーザ光スポット像６ａ以外の部分を明るくしたうえで、その画像に第２の撮影条件の下で得られた画像＃２を合成する。それによって、図２（ｃ）に示すような、レーザ光スポット像６ａとカンチレバー４の像との両方が明瞭に現れる画像が得られる。こうして合成された画像データが表示部９に送られ、表示部９の画面上に表示される。図３に示すように、２フレーム分の画像の合成処理は１フレーム毎に行われるから、表示部９には、常に最新の撮影によって得られた画像が表示されることになる。
【００３１】
一方、ビデオカメラ８から交互に出力される二種類の画像＃１、＃２を構成するデータは画像分離部１２にも入力される。画像分離部１２は１フレーム毎交互に画像データを振り分ける。そして、第１の撮影条件の下で得られた画像＃１を構成するデータはレーザ光中心位置検出部１３に入力され、第２の撮影条件の下で得られた画像＃２を構成するデータはカンチレバー先端位置検出部１４に入力される。レーザ光中心位置検出部１３、カンチレバー先端位置検出部１４、及び位置調整量演算部１６は、図５に示したフローチャートに沿って、光軸調整のための位置調整量を算出する。
【００３２】
即ち、レーザ光中心位置検出部１３は、図２（ａ）に示したようなレーザ光スポット像６ａが現れている画像＃１から、本来のレーザ光スポット以外の部分を遮蔽するマスク画像を作成する（ステップＳ１）。マスク画像を作成するのは、撮影された画像に映っているレーザ光スポット像には、回折や散乱、さらにそれ以外の外乱の影響により本来のレーザ光スポットではないノイズと呼べる偽の像が現れているからである。図２（ａ）では分かりにくいが、図８（ｂ）ではこうした偽の像が縦方向に並ぶように複数重なって出現していることが分かる。
【００３３】
マスク画像を作成するには画像処理で一般に利用されている様々な方法を用いることができる。マスク画像作成の第１の方法は、モフォロジー演算処理によるオープニング処理を利用した方法である。この処理ではＮ回の収縮処理とＮ回の膨張処理とを組み合わせることで、目的とする対象画像の周囲のノイズを除去することができる。それによって、回折や散乱の影響等によるノイズ部分を遮蔽するようなマスク画像が得られる。また、マスク画像作成の第２の方法は、ラプラシアンフィルタを用いたエッジ（輪郭）検出とガウシアンフィルタを用いた平滑化とを組み合わせる方法である。またそれ以外にも、ラベリングを利用したノイズ除去なども利用可能である。
【００３４】
マスク画像が得られたならば、次にレーザ光中心位置検出部１３は、元の画像とマスク画像とを画素毎に論理積をとって本来（と推定される）のレーザ光スポット像のみが現れている修正スポット画像を作成する（ステップＳ２）。そして、この修正スポット画像においてレーザ光スポット像部分の多値重心を計算し、算出された重心の位置座標をレーザ光スポットの中心位置として決定する（ステップＳ３）。
【００３５】
一方、カンチレバー先端位置検出部１４は、図２（ｂ）に示したようなカンチレバー４の像が現れている画像＃２から、尖ったカンチレバー最先端部の位置を求める（ステップＳ４）。
図３はカンチレバー先端位置検出処理の説明図である。ここでは、多くのカンチレバーの先端形状が三角形状であることを利用し、まずカンチレバーが映り込んだ画像＃２から画像認識などによりカンチレバー部分を切り出す。次に、切り出した画像から、カンチレバーの外形の輪郭に沿った三角形の二辺の直線を算出する。そして、この二辺の直線の交点の位置がカンチレバーの最先端位置であると決定する。
【００３６】
こうしてレーザ光スポットの中心位置とカンチレバーの最先端位置とが求まるから、位置調整量演算部１６はその二つの位置情報から、光軸調整のために必要な位置調整量を算出する（ステップＳ５）。具体的には、画像の面内の直交する二軸方向、つまりＸ方向とＹ方向とについてそれぞれ、二つの位置情報の差分を計算し、これを位置調整量とすればよい。また、これを実際の長さに換算したものを位置調整量としてもよい。こうして算出された位置調整量の値も表示部９に送られ、表示部９の画面上に上記画像と併せて表示される。位置調整量の算出も画像の合成処理と同様に１フレーム毎に行われるから、表示部９には、常に最新の撮影によって得られた画像に基づく位置調整量が表示されることになる。
【００３７】
作業者は表示部９の画面上に表示された画像及び位置調整量の数値を見ながら操作部７を操作する。この操作に応じて駆動機構６２がレーザ光源６１を移動させるから、ハーフミラー６３で反射されたレーザ光によって形成されるスポットの位置も移動する。表示された画像上で、レーザ光スポット像６ａがカンチレバー４の先端におおよそ来るように粗く調整し、最終的には位置調整量の数値を見ながら細かい調整を行うことで、カンチレバー４の反射面４ａにレーザ光が適切に当たるように光軸調整を行うことができる。
【００３８】
次に、本発明の他の実施例である走査型プローブ顕微鏡について、添付図面を参照して説明する。図６は本実施例による走査型プローブ顕微鏡の要部の構成図である。図１に示した本実施例の走査型プローブ顕微鏡と同じ構成要素には同じ符号を付して詳しい説明を省略する。
【００３９】
上記実施例の走査型プローブ顕微鏡では、作業者がマニュアル操作でレーザ光源６１の位置を調整していたが、本実施例の走査型プローブ顕微鏡では、そうした調整を自動的に行うために光軸調整制御部１７が光軸調整用制御・処理部１０に設けられている。
即ち、上記実施例において説明したように、位置調整量演算部１６が位置調整量を算出すると、光軸調整制御部１７はその位置調整量を駆動機構６２の駆動量に変換する。そして、駆動機構６２を介してレーザ光源６１を所定量だけ移動させ、レーザ光スポットがカンチレバー４の反射面４ａの所定位置に来るようにする。これにより、作業者が面倒な調整作業を行うことなく光軸調整が達成される。もちろん、上記実施例と同様に、合成された画像が表示部９の画面上に表示されるから、作業者はこの画像を見て光軸調整に問題がないかどうかを確認することができる。
【００４０】
なお、上記実施例ではカンチレバーの先端部の形状が三角形状であるとして先端位置を検出していたが、先端部の形状が他の形状でも別の方法で先端位置を容易に検出することができる。例えば先端形状が矩形状である場合には、最先端部を含む一辺を求め、その一辺の中央部が最先端位置であるとみなせばよい。
【００４１】
また、上記実施例ではレーザ光源６１の位置を調整することで光軸調整を行っていたが、ハーフミラー６３の位置や傾き角を調整することでもレーザ光スポットが形成される位置が変わるため、これによって光軸調整を行うことができる。
【００４２】
さらにまた上記実施例は本発明の一例に過ぎず、本発明の趣旨の範囲で適宜に修正、変更、追加などを行っても本願請求の範囲に包含されることは明らかである。
【符号の説明】
【００４３】
１…試料
２…試料台
１０…光軸調整用制御・処理部
１１…撮影制御部
１２…画像分離部
１３…レーザ光中心位置検出部
１４…カンチレバー先端位置検出部
１５…画像合成部
１６…位置調整量演算部
１７…光軸調整制御部
３…スキャナ
４…カンチレバー
４ａ…反射面
５…探針
６…光学的変位検出部
６１…レーザ光源
６２…駆動機構
６３…ハーフミラー
６４…ミラー
６５…光検出器
６ａ…レーザ光スポット
７…操作部
８…ビデオカメラ
９…表示部
【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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【国際調査報告】
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