(57)【要約】【課題】簡単な構成で共焦点レーザ走査型顕微鏡によって取得される表面光学像情報と顕微干渉計測法によって取得される高さ情報を関連付けて管理し、広い倍率範囲に渡って高精細、高分解能な試料の３次元形状を容易に取得し、効率的にこの３次元形状を測定、表示する３次元形状測定装置を提供する。【解決手段】共焦点レーザ走査型顕微鏡の光学系４００ａと、顕微干渉計測法の光学系４００ｂを組み合わせ、光学系４００ａから表面光学像情報（全焦点画像８１）を取得する際の視野と光学系４００ｂから高さ情報（高さ画像８２）を取得する際の視野を、光学系４００ａと光学系４００ｂの両方に用いられる対物レンズ３１によって同一にし、全焦点画像８１と高さ画像８２を関連付け、試料１７の３次元空間座標を管理する。【選択図】      図１
2008281492.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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前記レーザ光を偏向して試料に走査する２次元走査機構と、
前記試料から反射した反射レーザ光を受光するレーザ光受光部と、
照明光を出射する照明光源と、
前記２次元走査機構によって偏向された前記レーザ光と、前記照明光源から出射された前記照明光と、を前記試料に結像させる対物レンズと、
前記対物レンズと前記試料の間に配置され、前記照明光源から出射され、前記対物レンズを透過した前記照明光を分岐することで一方の前記照明光を前記試料に向けて透過させ、他方の前記照明光を反射させる光分割部材と、
前記光分割部材によって分岐された光路上に配置され、前記光分割部材から反射された他方の前記照明光によって照射される参照面と、
前記対物レンズ、または前記試料を載置するステージの少なくとも一方を光軸に沿って移動させて、光軸方向における前記対物レンズと前記試料の相対距離を変える駆動機構と、
干渉しあう前記試料から反射する前記照明光と前記参照面から反射する前記照明光を受光する照明光受光部と、
前記レーザ光受光部によって出力される出力信号から前記試料の表面光学像情報を記憶し、前記照明光受光部によって出力される出力信号から前記試料の高さを表す高さ情報を記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶されている前記表面光学像情報と前記高さ情報を前記試料の３次元空間座標に対応させて管理し、管理している前記表面光学像情報と前記高さ情報の少なくとも一方から前記試料の３次元形状を測定する制御部と、
前記制御部によって測定された前記３次元形状を表示する表示部と、
を具備することを特徴とする３次元形状測定装置。
【請求項２】
前記レーザ光源と、前記２次元走査機構と、前記対物レンズと、前記レーザ光受光部は、共焦点レーザ走査型顕微鏡を構成することを特徴とする請求項１に記載の３次元形状測定装置。
【請求項３】
前記対物レンズと、前記参照面と、前記光分割部材は、干渉対物レンズを形成することを特徴とする請求項１に記載の３次元形状測定装置。
【請求項４】
前記駆動機構が前記相対距離を変えた際に、
変えられた前記相対距離において、前記照明光受光部は干渉しあう前記試料から反射する前記照明光と前記参照面から反射する前記照明光を受光し、前記レーザ光受光部は前記反射レーザ光を受光することを特徴とする請求項１に記載の３次元形状測定装置。
【請求項５】
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前記レーザ光を偏向して試料を走査する２次元走査機構と、
前記２次元走査機構によって偏向された前記レーザ光を前記試料に結像させる第１の対物レンズと、
前記第１の対物レンズが光路上に配置された際に、前記試料から反射した反射レーザ光を受光するレーザ光受光部と、
照明光を出射する照明光源と、
前記照明光源から出射された前記照明光を前記試料に結像させる第２の対物レンズと、前記第２の対物レンズと前記試料の間に配置され、前記照明光源から出射された前記照明光を分岐することで一方の前記照明光を前記試料に向けて透過させ、他方の前記照明光を反射させる光分割部材と、前記光分割部材によって分岐された光路上に配置され、前記光分割部材から反射された他方の前記照明光によって照射される参照面と、を有する干渉対物レンズと、
前記干渉対物レンズが前記光路上に配置された際に、干渉しあう前記試料から反射する前記照明光と前記参照面から反射する前記照明光を受光する照明光受光部と、
前記第１の対物レンズが前記光路上に配置された際に、光軸方向における前記第１の対物レンズと前記試料の第１の相対距離を調整し、前記干渉対物レンズが前記光路上に配置された際に、前記光軸方向における前記干渉対物レンズと前記試料の第２の相対距離を変える駆動機構と、
前記レーザ光受光部によって出力される出力信号から前記試料の表面光学像情報を記憶し、前記照明光受光部によって出力される出力信号から前記試料の高さを表す高さ情報を記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶されている前記表面光学像情報と前記高さ情報を前記試料の３次元座標に対応させて管理し、管理している前記表面光学像情報と前記高さ情報の少なくとも一方から前記試料の３次元形状を測定する制御部と、
前記制御部によって測定された前記試料の３次元形状を表示する表示部と、
を具備することを特徴とする３次元形状測定装置。
【請求項６】
前記レーザ光源と、前記２次元走査機構と、前記第１の対物レンズと、前記レーザ光受光部は、共焦点レーザ走査型顕微鏡を構成することを特徴とする請求項５に記載の３次元形状測定装置。
【請求項７】
前記第１の対物レンズと、前記干渉対物レンズを保持し、前記第１の対物レンズと、前記干渉対物レンズのいずれか１つを前記光路上に配置する対物レンズ配置部と、
を具備し
前記対物レンズ配置部が前記前記第１の対物レンズと、前記干渉対物レンズのいずれか１つを前記光路上に配置した際に、前記駆動機構は、前記第１の相対距離、または前記第２の相対距離を変えることを特徴とする請求項５に記載の３次元形状測定装置。
【請求項８】
前記駆動機構は、前記対物レンズ配置部、または前記試料を載置するステージの少なくとも一方を前記光軸に沿って移動させて、前記第１の相対距離、または前記第２の相対距離を変えることを特徴とする請求項７に記載の３次元形状測定装置。
【請求項９】
前記駆動機構が、前記第１の相対距離と、前記第２の相対距離を調整した際に、
変えられた前記第１の相対距離において、前記レーザ光受光部は、前記試料から反射した前記反射レーザ光を受光し、変えられた前記第２の相対距離において、前記照明光受光部は、干渉しあう前記試料から反射する前記照明光と前記参照面から反射する前記照明光を受光することを特徴とする請求項５に記載の３次元形状測定装置。
【請求項１０】
前記照明光源と、前記干渉対物レンズと、前記照明光受光部は、顕微干渉計測法を構成することを特徴とする請求項１及び請求項５に記載の３次元形状測定装置。
【請求項１１】
前記照明光源は、可視域から赤外域までの前記照明光を出射することを特徴とする請求項１及び請求項５に記載の３次元形状測定装置。
【請求項１２】
前記制御部は、前記記憶部に記憶されている前記表面光学像情報を基に前記試料の全焦点画像と、前記記憶部に記憶されている前記高さ情報を基に前記試料の高さを示す高さ画像と、を形成し、
前記表示部は、前記制御部によって形成された前記全焦点画像と前記高さ画像を表示することを特徴とする請求項４及び請求項９に記載の３次元形状測定装置。
【請求項１３】
前記表示部は、前記全焦点画像と前記高さ画像を同時に表示することを特徴とする請求項１２に記載の３次元形状測定装置。
【請求項１４】
前記表示部は、前記全焦点画像と前記高さ画像を並べて表示することを特徴とする請求項１２に記載の３次元形状測定装置。
【請求項１５】
前記制御部は、前記全焦点画像、または前記高さ画像の少なくとも一方から前記試料の３次元形状を測定すること特徴とする請求項１２に記載の３次元形状測定装置。
【請求項１６】
前記制御部は、前記高さ情報を基に前記試料の高さを示すラインを形成し、
前記表示部は、前記ラインを表示することを特徴とする請求項１２に記載の３次元形状測定装置。
【請求項１７】
前記表示部は、前記全焦点画像と前記ラインを同時に表示することを特徴とする請求項１６に記載の３次元形状測定装置。
【請求項１８】
前記表示部は、前記全焦点画像と前記ラインを並べて表示することを特徴とする請求項１６に記載の３次元形状測定装置。
【請求項１９】
前記制御部は、前記記憶部に記憶されている高さ情報から前記試料の３次元形状画像を形成し、形成された前記３次元形状画像に前記全焦点画像を貼り合わせて前記表面光学像情報を有する３次元形状画像を構築し、
前記表示部は、前記制御部によって構築された前記３次元形状画像を表示することを特徴とする請求項１２に記載の３次元形状測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料の３次元形状を測定する３次元形状測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に微細な試料の３次元形状を非接触にて測定する際に、例えば共焦点レーザ走査型顕微鏡や顕微干渉計測法（干渉顕微鏡）などを使用することが知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、共焦点レーザ走査型顕微鏡による試料の３次元形状（画像）の取り込み方法、３次元形状の測定方法について開示されている。この共焦点レーザ走査型顕微鏡は、レーザ光源から出射されたレーザ光を対物レンズによって試料表面に集光させる。次に共焦点レーザ走査型顕微鏡は、集光されたレーザ光を試料に対して平面方向に走査させ、試料から反射した反射レーザ光を受光する。さらに共焦点レーザ走査型顕微鏡は、対物レンズと試料との相対距離を変えながら反射レーザ光を受光する。これにより共焦点レーザ走査型顕微鏡は、試料表面の光学的な特徴である表面光学像情報を有する高精度な観察画像（全焦点画像）を得る。その際、共焦点レーザ走査型顕微鏡は、反射レーザ光の受光強度が最大になったときの対物レンズと試料との相対距離情報（試料の高さ情報）と、上述した全焦点画像と、を合成する。これにより試料の表面光学像情報と高さ情報を有する３次元画像を得る。共焦点レーザ走査型顕微鏡は、この３次元画像から試料の形状を測定する。
【０００４】
一般的に共焦点レーザ走査型顕微鏡は、レーザ光源から出射される光にレーザ光を使用することで試料表面における集光性を増加させている。また共焦点レーザ走査型顕微鏡は、対物レンズによって集光されたレーザ光の集光位置に対する共役な位置にピンホールを配置し、ピンホールを通過した反射レーザ光のみを受光する。これにより共焦点レーザ走査型顕微鏡は、フレアが少なく、コントラストの高い高分解能な３次元画像を得ることができるという利点を有する。
【０００５】
また例えば特許文献２には、顕微干渉計測法による試料の３次元形状の取り込み、３次元形状の測定方法について開示されている。顕微干渉計測法は、可干渉性が抑えられている低コヒーレントな照明光を例えばビームスプリッタ等によって分岐させる。顕微干渉計測法は、分岐した一方の光を対物レンズによって試料表面に集光させ、分岐した他方の光を参照ミラーなどに集光させる。次に顕微干渉計測法は、試料表面から反射した反射光と参照ミラーから反射した反射光を干渉させ、干渉像を取りこむ。顕微干渉計測法は、この干渉像を対物レンズと試料の相対距離を変えながら取り込み、この干渉像の強度分布から高精度な試料の高さ情報を有する観察画像を形成する。顕微干渉計測法は、この画像から試料の形状を測定する。
【０００６】
一般的に顕微干渉計測法は、対物レンズのＮＡに依存しないため、ＮＡの小さい低倍率の対物レンズでも、高精度な高さ情報を得ることができるという利点を有する。
【特許文献１】特開平０９−０６８４１３号公報
【特許文献２】特開２００４−０２８６４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した共焦点レーザ走査型顕微鏡の分解能は、対物レンズのＮＡに依存するため、一般にＮＡが小さい低倍率の対物レンズでは分解能が落ちる。したがって、より高精度な３次元画像を得るためには、一般にＮＡが大きい高倍率の対物レンズを使用する必要がある。しかし高倍率の対物レンズでは一般に試料の観察視野が狭くなるという欠点が生じる。
【０００８】
このように共焦点レーザ走査型顕微鏡において、試料の表面光学像情報及び高さ情報を有する試料の３次元画像を広範囲の領域に渡って高分解能に取得することは容易ではない。
【０００９】
また上述した顕微干渉計測法によって得られる観察画像は、フレアがかかったコントラストの悪い画像になりやすく、また干渉縞によって平面方向における試料表面の状態がわかりにくくなる。また顕微干渉計測法に用いられる光源には、低コヒーレントな白色光を出射する例えば白色光源などが用いられるが、対物レンズを出射した白色光の試料表面における集光性は、レーザ光の集光性に比べて高くはない。そのため顕微干渉計測法と共焦点レーザ走査型顕微鏡で取得される試料の表面光学像情報を比較すると、顕微干渉計測法は観察画像の平面方向の分解能が劣るという欠点が生じる。つまり顕微干渉計測法は、ダイナミックフォーカス的な処理による全焦点画像を構築しても表面光学像情報を高精度に得ることが出来ない。
【００１０】
したがって、試料の３次元形状を広範囲かつ高精度に測定する場合、低い倍率の対物レンズを用いて観察視野を広くさせた状態で、高精度な（高分解能でコントラストの高い）表面光学像情報を有する全焦点画像を取得することができる共焦点レーザ走査型顕微鏡と、高精度な高さ情報を取得することができる顕微干渉計測法を併用する必要がある。そのために、共焦点レーザ走査型顕微鏡と顕微干渉計測法の両方が使用可能となる３次元形状測定装置が望まれている。
【００１１】
しかしながら上述した異なる原理によって取得される全焦点画像と高さ情報には直接の関連が無い。つまり、共焦点レーザ走査型顕微鏡によって取得される全焦点画像は、高精度な表面光学像情報のみであり、表面光学像情報に対する高分解能な高さ情報は包含されていない。また、顕微干渉計測法によって取得される高さ情報は、試料の高さに関して高分解能であるが、面内方向には表面光学像情報などと対応があるわけではない。
【００１２】
実際に試料の３次元形状が観察、測定される際、一般的に使用者は試料表面の所望する部位の光学的な特徴を目印として、観察位置や計測位置を決定している。このような使用状況を考慮すると、表面光学像情報と高さ情報に関連性がないと、同一試料の同一部位の３次元形状を効率的に測定することができない。
【００１３】
よって、本発明は上記事情を鑑みて、共焦点レーザ走査型顕微鏡によって取得される表面光学像情報と顕微干渉計測法によって取得される高さ情報を関連付けて管理し、広い倍率範囲に渡って高精細、高分解能な試料の３次元形状を容易に取得し、効率的にこの３次元形状を測定、表示する３次元形状測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は目的を達成するために、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を偏向して試料を走査する２次元走査機構と、試料から反射した反射レーザ光を受光するレーザ光受光部と、照明光を出射する照明光源と、２次元走査機構によって偏向されたレーザ光と、照明光源から出射された照明光を試料に結像させる対物レンズと、対物レンズと試料の間に配置され、照明光源から出射された照明光を分岐することで一方の照明光を試料に向けて透過させ、他方の照明光を反射させる光分割部材と、光分割部材によって分岐された光路上に配置され、光分割部材から反射された他方の照明光によって照射される参照面と、対物レンズ、または試料を載置するステージの少なくとも一方を光軸に沿って移動させて、光軸方向における対物レンズと試料の相対距離を変える駆動機構と、干渉しあう試料から反射する照明光と参照面から反射する照明光を受光する照明光受光部と、レーザ光受光部によって出力される出力信号から試料の表面光学像情報を記憶し、照明光受光部によって出力される出力信号から試料の高さを表す高さ情報を記憶する記憶部と、記憶部に記憶されている表面光学像情報と高さ情報を試料の３次元空間座標に対応させて管理し、管理している表面光学像情報と高さ情報の少なくとも一方から試料の３次元形状を測定する制御部と、制御部によって測定された３次元形状を表示する表示部と、を具備することを特徴とする３次元形状測定装置を提供する。
【００１５】
本発明は目的を達成するために、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を偏向して試料を走査する２次元走査機構と、２次元走査機構によって偏向されたレーザ光を試料に結像させる第１の対物レンズと、第１の対物レンズが光路上に配置された際に、試料から反射した反射レーザ光を受光するレーザ光受光部と、照明光を出射する照明光源と、照明光源から出射された照明光を試料に結像させる第２の対物レンズと、第２の対物レンズと試料の間に配置され、照明光源から出射された照明光を分岐することで一方の照明光を試料に向けて透過させ、他方の照明光を反射させる光分割部材と、光分割部材によって分岐された光路上に配置され、光分割部材から反射された他方の照明光によって照射される参照面と、を有する干渉対物レンズと、干渉対物レンズが光路上に配置された際に、干渉しあう試料から反射する照明光と参照面から反射する照明光を受光する照明光受光部と、第１の対物レンズが光路上に配置された際に、光軸方向における第１の対物レンズと試料の第１の相対距離を調整し、干渉対物レンズが光路上に配置された際に、光軸方向における干渉対物レンズと試料の第２の相対距離を変える駆動機構と、レーザ光受光部によって出力される出力信号から試料の表面光学像情報を記憶し、照明光受光部によって出力される出力信号から試料の高さを表す高さ情報を記憶する記憶部と、記憶部に記憶されている表面光学像情報と高さ情報を試料の３次元座標に対応させて管理し、管理している表面光学像情報と高さ情報の少なくとも一方から試料の３次元形状を測定する制御部と、制御部によって測定された試料の３次元形状を表示する表示部と、を具備することを特徴とする３次元形状測定装置を提供する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、共焦点レーザ走査型顕微鏡によって取得される表面光学像情報と顕微干渉計測法によって取得される高さ情報を関連付けて管理し、広い倍率範囲に渡って高精細、高分解能な試料の３次元形状を容易に取得し、効率的にこの３次元形状を測定、表示する３次元形状測定装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明に係る実施形態について図面を参照して詳細に説明する。  
図１は、本発明の第１の実施形態に係る３次元形状測定装置１００の構成図である。
【００１８】
本実施形態における３次元形状測定装置１００は、試料１７を載置するステージ２００と、試料１７の上方に配置される干渉対物レンズ３００と、ステージ２００と干渉対物レンズ３００を有する顕微鏡本体４００と、試料１７の３次元形状を測定する際に画像処理を行う画像処理部５００と、から構成されている。
【００１９】
顕微鏡本体４００は、干渉対物レンズ３００の上方に、さらに共焦点レーザ走査型顕微鏡における光学系４００ａと、顕微干渉計測法（干渉顕微鏡）における光学系４００ｂを搭載している。
【００２０】
共焦点レーザ走査型顕微鏡における光学系４００ａについて説明する。この光学系４００ａには、直線偏光の特性を有するレーザ光２を出射するレーザ光源１と、レーザ光源１から出射されたレーザ光２を透過させ、また後述する試料１７から反射したレーザ光２を反射する偏光ビームスプリッタ３と、回動することによって偏光ビームスプリッタ３を透過したレーザ光２を試料１７の表面に対して２次元方向に走査する２次元走査機構４が順次配置されている。偏光ビームスプリッタ３は、レーザ光２が有する偏光特性に応じてレーザ光２を反射、または透過させる。２次元走査機構４は、例えば、レゾナントスキャナやガルバノスキャナなどであり、後述する対物レンズ３１の瞳と共役な位置に配置されている。
【００２１】
また共焦点レーザ走査型顕微鏡の光学系４００ａには、２次元走査機構４によって走査されるレーザ光２の光路上に瞳投影レンズ５と、第１の結像レンズ６と、１／４波長板７と、第１のビームスプリッタ８が順次配置されている。１／４波長板７は、２次元走査機構４によって走査され、瞳投影レンズ５と、第１の結像レンズ６を透過したレーザ光２の偏光方向を１／４波長分だけ変換する。これによりレーザ光源１から出射されたレーザ光２は、円偏光に変換される。第１のビームスプリッタ８は、例えばダイクロイックプリズム、またはダイクロイックミラーであり、レーザ光２を反射し、また後述する試料１７から反射した白色光１３（干渉光）を透過させる。なお第１のビームスプリッタ８の反射透過率特性については後述する。
【００２２】
第１のビームスプリッタ８の反射光路上には、後述する顕微干渉計測法における光学系４００ｂに設けられている第２のビームスプリッタ１４と、干渉対物レンズ３００と、試料１７を載置しているステージ２００が順次配置されている。第２のビームスプリッタ１４は、第１のビームスプリッタ８によって反射されたレーザ光２やサンプル１７から反射したレーザ光２を透過させ、後述する白色光１３を一定の分岐比で分岐（反射、または透過）させる。第２のビームスプリッタ１４の反射透過率特性については後述する。干渉対物レンズ３００に設けられている対物レンズ３１は、レーザ光２を試料１７の表面上に集光（結像）させる。なお干渉対物レンズ３００には、対物レンズ３１の下方にハーフミラー３２が設けられており、ハーフミラー３２はレーザ光２を透過させる。なおハーフミラー３２の反射透過特性については後述する。
【００２３】
またレーザ光２は、試料１７から反射された後、上述した同じ光路を通り、偏光ビームスプリッタ３に戻る。その際、１／４波長板７は、試料１７から反射されたレーザ光２の偏光方向を１／４波長分だけ変換する。これによりレーザ光２は、再び直線偏光に変換される。直線偏光に変換されたレーザ光２は、レーザ光源１から出射されたレーザ光２に対して直交する直線偏光の特性を有する。そのため偏光ビームスプリッタ３は、レーザ光２を反射する。
【００２４】
また共焦点レーザ走査型顕微鏡の光学系４００ａには、偏光ビームスプリッタ３によって反射されるレーザ光２の反射光路上に第２の結像レンズ９と、ピンホール１０と、レーザ光受光部であるレーザ用受光素子１１が順次配置されている。ピンホール１０は、対物レンズ３１の焦点位置と共役な位置に配置されており、対物レンズ３１によって試料１７の表面上に集光され、試料１７の表面上にてピントのあったレーザ光２のみを通過させる。レーザ用受光素子１１は、ピンホール１０を透過したレーザ光２を受光し、受光したレーザ光２の光量に応じて変化する出力信号（レーザ光２の光の強度）を制御部６０に出力する。なおレーザ用受光素子１１には、例えば光電子増倍管やフォトダイオードなどが用いられる。
【００２５】
次に顕微干渉計測法における光学系４００ｂについて説明する。この光学系４００ｂには、可干渉性が抑えられた（低コヒーレントな）照明光である白色光１３を出射する白色（照明）光源１２と、白色光源１２から出射された白色光１３を、白色光１３の波長域に応じて一定の分岐比で分岐する第２のビームスプリッタ１４が順次配置されている。なお白色光源１２は、例えば可視域から赤外域までの広い領域の光を出射するハロゲンランプなどである。第２のビームスプリッタ１４は、分岐した白色光１３の一部を干渉対物レンズ３００に向けて反射させる。
【００２６】
干渉対物レンズ３００において、対物レンズ３１は、白色光１３を試料１７の表面に集光（結像）させる。その際、光分割部材であるハーフミラー３２は、対物レンズ３１を透過した白色光１３を白色光１３の波長域に応じて一定の分岐比にて分岐させる（試料１７に向けて透過または参照板（参照面）３３に向けて反射させる）。ハーフミラー３２の反射透過率特性については後述する。参照板３３は、ハーフミラー３２から反射した白色光１３をハーフミラー３２に向けて反射する。ハーフミラー３２は、参照板３３から反射した白色光１３を対物レンズ３１に向けて反射する。またハーフミラー３２を透過した白色光１３は、試料１７によって反射される。ハーフミラー３２は、試料１７から反射したこの白色光１３を対物レンズ３１に向けて透過させる。これにより試料１７の表面から反射した白色光１３と参照板３３から反射した白色光は、干渉する。
【００２７】
なお上述した第２のビームスプリッタ１４は、この干渉光を一定の分岐比にて分岐（透過）する。また第１のビームスプリッタ８は、第２のビームスプリッタ１４によって分岐された干渉光を透過させる。
【００２８】
また顕微干渉計測法の光学系４００ｂには、第１のビームスプリッタ８を透過した干渉光を結像させる第３の結像レンズ１５と、第３の結像レンズ１５の焦点位置に配置され、試料１７の干渉像（干渉しあう試料１７の表面から反射した白色光１３と参照板３３から反射した白色光）を撮像する撮像素子１６が順次配置されている。第３の結像レンズ１５と撮像素子１６は、第１のビームスプリッタ８の上方（透過光路上）に配置されている。撮像素子１６には、例えばＣＣＤカメラやＣＭＯＳセンサなどが用いられ、撮像素子１６によって撮像される干渉像には試料１７の表面画像に干渉縞（干渉像情報）が重なっている。撮像素子１６は、この干渉像情報を出力信号として制御部６０に出力する。
【００２９】
次に干渉対物レンズ３００の構成について説明する。干渉対物レンズ３００は、上述したようにレーザ光２と白色光１３を試料１７の表面に集光させる対物レンズ３１と、レーザ光２を透過させ、白色光１３を分岐させる（白色光１３の一方を試料１７に向けて透過させ、白色光１３の他方を反射させる）ハーフミラー３２と、ハーフミラー３２から反射される白色光１３によって照射される参照板３３を有している。対物レンズ３１と、ハーフミラー３２と、参照板３３は、干渉対物レンズ３００の光軸上に配置されており、ミラウ型の干渉光学系を構成している。またハーフミラー３２は、対物レンズ３１と試料１７の間に配置されている。参照板３３は、ハーフミラー３２を介して干渉対物レンズ３００の物体側焦点位置と光学的に共役な位置（ハーフミラー３２によって分岐された光路上）に配置されている。参照板３３の表面（ハーフミラー３２に対向する面）は、鏡面であるため、照射された白色光１３をハーフミラー３２に反射する。ハーフミラー３２は、この白色光１３を対物レンズ３１に反射する。
【００３０】
干渉対物レンズ３００における対物レンズ３１は、共焦点レーザ走査型顕微鏡と顕微干渉計測法に対する共通の部材であるため、共焦点レーザ走査型顕微鏡における視野と顕微干渉計測法における視野を同一のものにしている。
【００３１】
なお本実施形態は、ミラウ型の干渉光学系を例としているが図２に示すようにマイケルソン型の干渉光学系でも基本構成、動作、作用は同様である。
【００３２】
図２に示すようにマイケルソン型の干渉対物レンズ３００は、対物レンズ３１と、レーザ光２を透過させ、白色光１３の一方を透過させ、白色光１３の他方を反射させる対物用ビームスプリッタ３４と、対物用ビームスプリッタ３４によって反射された白色光１３によって照射される参照ミラー（参照面）３５を有している。対物レンズ３１と、対物用ビームスプリッタ３４は、干渉対物レンズ３００の光軸上に配置されている。参照ミラー３５は、対物用ビームスプリッタ３４の反射光路上に配置され、対物用ビームスプリッタ３４を介して対物レンズ３１の物体側焦点位置と光学的に共役な位置に配置されている。参照ミラー３５の表面（対物用ビームスプリッタ３４に対向する面）は、鏡面であるため、照射された白色光１３を対物用ビームスプリッタ３４に反射する。対物用ビームスプリッタ３４は、この白色光１３を対物レンズ３１に反射する。対物用ビームスプリッタ３４の反射透過率特性は、後述する。このように対物レンズ３１と、対物用ビームスプリッタ３４と、参照ミラー３５は、マイケルソン型の干渉光学系を構成している。
【００３３】
次に第１のビームスプリッタ８の反射透過率特性（第１のビームスプリッタ８の反射率と透過率と、第１のビームスプリッタ８を反射、または透過する光（レーザ光２と、白色光１３）の波長域の関係）について図３を参照して説明する。また第２のビームスプリッタ１４と、ハーフミラー３２と、対物用ビームスプリッタ３４の反射透過率特性（第２のビームスプリッタ１４と、ハーフミラー３２と、対物用ビームスプリッタ３４の反射率と透過率と、第２のビームスプリッタ１４と、ハーフミラー３２と、対物用ビームスプリッタ３４を反射、または透過する光（レーザ光２と、白色光１３）の波長域の関係）について図４を参照して説明する。図３、図４に示すように第１のビームスプリッタ８と、第２のビームスプリッタ１４と、ハーフミラー３２と、対物用ビームスプリッタ３４は、光の波長域に応じて反射率及び透過率がそれぞれ異なる。このように第１のビームスプリッタ８は、所望する光の波長域に応じて光を反射、または透過させる。また第２のビームスプリッタ１４と、ハーフミラー３２と、対物用ビームスプリッタ３４は、所望する光の波長域に応じて光を透過、または所望する比率にて分岐する。分岐した光は、透過、または反射される。つまり本実施形態における第１のビームスプリッタ８は、レーザ光２を略１００％反射させ、白色光１３を略１００％透過させる分光特性を有する。また本実施形態における第２のビームスプリッタ１４と、ハーフミラー３２と、対物用ビームスプリッタ３４は、レーザ光２を略１００％透過させ、白色光１３を一定の分岐比にて透過及び反射させる分光特性を有する。
【００３４】
次に画像処理部５００の構成について説明する。画像処理部５００には、３次元形状測定装置１００を制御する制御部６０と、ステージコントローラ４０と、顕微鏡コントローラ５０と、入力指示部７０と、表示部８０と、記憶部９０が設けられており、制御部６０は、ステージコントローラ４０と、顕微鏡コントローラ５０と、入力指示部７０と、表示部８０と、記憶部９０と接続している。これら制御部６０と、入力指示部７０と、表示部８０と、記憶部９０は、パーソナルコンピュータを構成する。
【００３５】
ステージコントローラ４０は、ステージ２００と接続し、ステージ２００を面内方向（ＸＹ方向）、または焦点方向（Ｚ方向、光軸方向）に移動させ、試料１７の表面に位置する測定部位の面内方向（ＸＹ方向）位置決めと、焦点方向（Ｚ方向）の位置決めを行う。このようにステージコントローラ４０は、干渉対物レンズ３００と試料１７の相対距離を制御（調整）する。ステージコントローラ４０は、干渉対物レンズ３００と試料１７の相対距離を変える（調整する）ことができればよく、干渉対物レンズ３００と試料１７の相対距離を変える駆動機構である。
【００３６】
顕微鏡コントローラ５０は、レーザ光源１の照明強度と、２次元走査機構４の走査と、レーザ用受光素子１１の感度調節と、白色光源１２の照明強度と、撮像素子１６の感度調節と、撮像素子１６のシャッタ速度などを制御する。
【００３７】
入力指示部７０は、３次元形状測定装置１００の動作指示と、表示部８０に表示する画像のサイズの指示と、３次元形状測定に関連する指示を行い、例えばマウス及びキーボードなどが用いられる。
【００３８】
制御部６０は、レーザ用受光素子１１から出力される出力信号を取得し、この出力信号を輝度情報（Ｉ）として処理する。これにより制御部６０は、試料１７の表面上にてピントのあった部分だけの輝度情報（Ｉ）を得て、この輝度情報（Ｉ）を表面光学像情報として記憶部９０の画像情報メモリ９０ａに記憶させる。
【００３９】
また、制御部６０は、撮像素子１６から出力される出力信号を取得し、撮像素子１６によって撮像される干渉像情報を画像情報メモリ９０ａに記憶させる。また、制御部６０は、後述する動作によって撮像素子１６により取得される試料１７の高さ情報を記憶部９０の高さ情報メモリ９０ｂに記憶させる。この高さ情報は、試料１７の高さを表す。さらに制御部６０は、画像情報メモリ９０ａ、高さ情報メモリ９０ｂに記憶された各情報を表示部８０へ表示させる。
【００４０】
なお制御部６０は、輝度情報（Ｉ）を演算することで試料１７の高さ情報を算出する。この制御部６０は、高さ情報を高さ情報メモリ９０ｂに記憶させる。この高さ情報は、試料１７の高さを表す。しかしながらこの輝度情報（Ｉ）から取得された高さ情報は、対物レンズのＮＡに依存するため、特に低倍率では撮像素子１６により取得される高さ情報に比べて精度が低い。よって制御部６０は、表面光学像情報と、撮像素子１６により取得される高さ情報と、を使用して試料１７の３次元形状を測定する。
【００４１】
また制御部６０は、画像情報メモリ９０ａに記憶されている表面光学像情報を基に試料１７の全焦点画像（図６Ａ参照）と、高さ情報メモリ９０ｂに記憶されている高さ情報を基に高さ画像（図６Ａ参照）を形成する。なお制御部６０は、高さ情報を基に試料１７の高さを示すライン８２ａ（図６Ｂ参照）を形成しても良い。
【００４２】
制御部６０は、表面光学像情報と高さ情報を試料の３次元空間座標に対応させて管理し、管理している表面光学像情報と高さ情報の少なくとも一方から図８に示す試料１７の３次元形状を測定する測定部である。
【００４３】
表示部８０は、３次元形状測定装置１００を使用する使用者が３次元形状測定装置１００への動作指示をする制御画面を有している。また表示部８０は、図６Ａに示すような全焦点画像や高さ画像を同時に、並べて表示する。また表示部８０は、図６Ｂに示すような全焦点画像８１やライン８２ａを同時に、並べて表示する。また表示部は、図８に示す測定された試料１７の３次元形状（測定結果）８５や、図９Ａに示す全焦点画像８１と３次元形状画像８３を貼り合わせて形成された図９Ｂに示すような試料１７の表面光学像情報を有する３次元形状画像８６を表示する。表示部８０は、例えば、液晶ディスプレイまたはＣＲＴディスプレイである。
【００４４】
記憶部９０は、上述したように試料１７の表面光学像情報と、干渉像情報を記憶する画像情報メモリ９０ａと試料１７の高さ情報を記憶する高さ情報メモリ９０ｂを有する。
【００４５】
次に３次元形状測定装置１００が試料１７の３次元形状を測定する際の動作方法について説明する。ここでは試料１７は、例えば、反射率がそれぞれ異なる面１７ａ，１７ｂ，１７ｃ、面１７ｄを有し、図５に示すように段差構造によって各面の高さ位置がそれぞれ異なる。なお各面の反射率は、面１７ｂが一番高く、面１７ｂ，１７ａ，１７ｃ，１７ｄの順で低くなっている。また各面の高さ位置は、面１７ａが一番高く、面１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄの順で低くなっている。
【００４６】
まず本実施形態における共焦点レーザ走査型顕微鏡の動作方法について説明する。  
レーザ光源１から出射されたレーザ光２は、偏光ビームスプリッタ３を透過し、２次元走査機構４によって反射され、試料１７の表面に対して２次元方向に走査される。その際、走査されたレーザ光２は、瞳投影レンズ５を透過し、第１の結像レンズ６によって結像され、１／４波長板７を通過する。１／４波長板７を通過したレーザ光２は、第１のビームスプリッタ８によって反射される。反射されたレーザ光２は、第２のビームスプリッタ１４を透過し、対物レンズ３１によって試料１７の表面上に結像される。なおレーザ光２は、ハーフミラー３２を透過する。
【００４７】
なお直線偏光の特性を有するレーザ光２は、１／４波長板７を通過することで円偏光に変換される。変換されたレーザ光２は、対物レンズ３１によって試料１７に結像され、回折により点（スポット）状の光を生じる。点状の光は、２次元走査機構４によって試料１７上を二次元走査される。この走査範囲は、２次元走査機構４で偏向されるレーザ光２の振れ幅による。
【００４８】
また図３、図４に示すように、レーザ光２は、第１のビームスプリッタ８によって略１００％反射され、第２のビームスプリッタ１４と、ハーフミラー３２を略１００％透過する。
【００４９】
試料１７から反射されたレーザ光２（反射光）は、ハーフミラー３２と、対物レンズ３１と、第２のビームスプリッタ１４を透過し、第１のビームスプリッタ８によって反射され、１／４波長板７を通過する。１／４波長板７を通過したレーザ光２は、第１の結像レンズ６によって結像され、瞳投影レンズ５を透過し、２次元走査機構４を介して偏光ビームスプリッタ３に入射する。
【００５０】
このようにレーザ光２は、試料１７に入射した時と全く同じ経路を逆に通過して偏光ビームスプリッタ３に入射する。円偏光の特性を有するレーザ光２は、１／４波長板７を透過することで再び直線偏光に変換される。直線偏光に変換されたレーザ光２は、レーザ光源１から出射されたレーザ光２に対して直交する直線偏光の特性を有する。よって偏光ビームスプリッタ３に入射したレーザ光２は、偏光ビームスプリッタ３によって反射される。
【００５１】
偏光ビームスプリッタ３により反射されたレーザ光２は、第２の結像レンズ９へと導かれる。また２次元走査機構４は、対物レンズ３１の瞳位置と共役な位置に配置されているため、２次元走査機構４が軸外を走査しても、レーザ光２は第２の結像レンズ９上では動かない。
【００５２】
レーザ光２は、第２の結像レンズ９によって点状に絞られ、ピンホール１０を通過する。上述したようにピンホール１０は、対物レンズ３１を通過したレーザ光２の結像位置（対物レンズ３１の焦点位置）と共役な位置に配置され、試料１７の表面上にピントのあったレーザ光２のみを通過させる。これによりレーザ用受光素子１１には、対物レンズ３１によって試料１７の表面に集光され、試料１７の表面から反射され、ピンホール１０を通過したレーザ光２のみが受光される。このようにレーザ光２は、対物レンズ３１により試料１７にて結像した場合のみ、ピンホール１０によって遮光されることなく、レーザ用受光素子１１にて受光される。レーザ用受光素子１１は、受光したレーザ光２の光量に応じた出力信号を制御部６０に出力する。
【００５３】
制御部６０は、この出力信号を輝度情報（Ｉ）として処理し、この輝度情報（Ｉ）を表面光学像情報として画像情報メモリ９０ａに記憶させる。
【００５４】
次に本実施形態における顕微干渉計測法の動作方法について説明する。  
白色光源１２から出射された白色光１３は、第２のビームスプリッタ１４によって図４に示すように一定の分岐比にて分岐される。分岐によって下方に反射された白色光１３は、対物レンズ３１によって試料１７の表面上にスポット状に結像される。なおこの白色光１３は、ハーフミラー３２によって分岐される。分岐によって透過した一方の白色光１３は、上述したように試料１７の表面上にスポット状に結像される。また分岐によって反射した他方の白色光１３は、参照板３３の表面を照射する。参照板３３の表面は鏡面であるため、この白色光１３は、参照板３３によって反射される。
【００５５】
試料１７から反射した白色光１３は、ハーフミラー３２と、対物レンズ３１を透過する。また参照板３３から反射した白色光１３は、ハーフミラー３２によって反射され、対物レンズ３１を透過する。これにより試料１７の表面から反射した白色光１３と、参照板３３から反射した白色光１３は、干渉する。この干渉している白色光１３（干渉光）は、第２のビームスプリッタ１４によって分岐される。分岐によって第２のビームスプリッタ１４を透過した白色光１３（干渉光）は、第１のビームスプリッタ８を透過した後、第３の結像レンズ１５によって撮像素子１６の撮像面に結像される。この白色光１３は、干渉像情報を有しており、撮像素子１６は、干渉像情報（試料１７の表面画像に干渉縞が重なっている）を有した画像を撮像する。
【００５６】
撮像素子１６は、撮像した画像に含まれる干渉像情報を出力信号として制御部６０に出力する。制御部６０は、この干渉像情報を画像情報メモリ９０ａに記憶させる。
【００５７】
次に本実施形態における画像処理部５００の動作方法について説明する。  
制御部６０は、ステージコントローラ４０によってステージ２００を光軸に沿って移動させ、干渉対物レンズ３００と試料１７の光軸方向における相対距離を一定のピッチだけ変え、整定させる。制御部６０は、レーザ用受光素子１１からこの相対距離における出力信号を取得し、この出力信号から表面光学像情報を取得する。同様に制御部６０は、撮像素子１６からこの相対距離における出力信号を取得し、この出力信号から干渉像情報を取得する。取得された表面光学像情報と干渉像情報は、画像情報メモリ９０ａに記憶される。
【００５８】
さらに制御部６０は、対物レンズ３１によって集光されるスポット状のレーザ光２と白色光１３が、試料１７の表面上の３次元形状に対して十分補足できる（図５に示す試料１７の面１７ａから面１７ｄが包含される）範囲において、ステージコントローラ４０によってステージ２００を移動させ、干渉対物レンズ３００と試料１７の相対距離を変化させながら上述した動作を繰り返す。
【００５９】
この過程で、制御部６０はレーザ用受光素子１１から各画素の出力信号を取得し一時保持する。制御部６０は、保持した出力信号から各画素の最大出力信号（光量）のみを演算し、この最大出力信号に対応する表面光学像情報を画像情報メモリ９０ａに記憶していく。これにより制御部６０は、表面光学像情報を基に共焦点レーザ走査型顕微鏡による平面方向に高分解能で高コントラストな試料１７の全焦点画像を形成する。  
そして制御部６０は、撮像素子１６により取得される試料１７の干渉像情報についても同様の処理を行う。その際、制御部６０は、撮像素子１６から出力信号の各画素に干渉縞の最大値を与えたステージ２００の焦点方向位置座標（高さ情報）をステージコントローラ４０から取得し、焦点方向位置座標を高さ情報メモリ９０ｂに記憶させる。これにより、広視野でＮＡの小さい低倍の対物レンズ３１でも、顕微干渉計測法によって高分解能な試料１７の高さ情報が取得される。制御部６０は、この高さ情報を基に高分解能な試料１７の高さ画像を形成する。
【００６０】
表示部８０には、例えば図６Ａに示すように全焦点画像８１と、高さ画像８２が並べて、同時に表示されている。図６Ａに示す全焦点画像８１において、面１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄの反射率をハッチングによって表している。反射率は、上述したように面１７ｂが一番高く、面１７ｂ，１７ａ，１７ｃ，１７ｄの順で低くなっている。このようにハッチングによって反射率を容易に判別できる。またハッチングではなく、例えば色の明暗によって反射率の高低を表示しても良い。
【００６１】
また表示部８０には、例えば図６Ｂに示すように上述した全焦点画像８１とライン８２ａによって試料１７の高さを表している高さ画像８２が、並べて同時に表示されていてもよい。高さ画像８２には、全焦点画像８１に引かれているライン８１ａの位置における試料１７の高さ位置が表示される。つまり高さ画像８２には、試料１７の面１７ｂ，１７ａ，１７ｃにおける試料１７の高さ位置が表示されている。ライン８２ａは、例えば位置が高いほど、試料１７が高く、ラインが低いほど、試料１７が低いことを示している。なお図６Ｃは、図６Ｂに示す全焦点画像８１に引かれているライン８１ｂの位置における試料１７の高さ位置を表示する高さ画像８２を示している。つまり高さ画像８２には、試料１７の面１７ｂ，１７ａ，１７ｄにおける試料１７の高さ位置が表示されている。
【００６２】
このように図６Ｂ、図６Ｃに示す高さ画像８２は、ラインによって試料１７の断面形状を表示している。
【００６３】
次に３次元形状測定装置１００が試料１７の３次元形状を測定する際に、３次元形状測定装置１００が上述したようにして得られた共焦点レーザ走査型顕微鏡による平面方向に高分解能で高コントラストな試料１７の全焦点画像８１（表面光学像情報）と、顕微干渉計測法による高さ方向に高分解能な試料１７の高さ画像８２（高さ情報）を管理する管理方法について説明する。ここでは図６Ａを基に説明する。
【００６４】
画像情報メモリ９０ａに記憶される表面光学像情報の画像領域（全焦点画像の画像領域）は、試料１７を測定した際の視野（平面）に対応しており、各画素を試料１７のＸＹ平面座標に対応させる。例えば、画像サイズが１０２４画素×７６８ラインから構成されている場合、１ライン目は試料１７の（Ｘ１、Ｙ１）〜（Ｘ１０２４、Ｙ１）に対応し、７６８ライン目は（Ｘ１、Ｙ７６８）〜（Ｘ１０２４、Ｙ７６８）に対応している。
【００６５】
また全焦点画像における画像領域と高さ画像における画像領域（高さ情報メモリ９０ｂに記憶される高さ情報の画像領域）は、共焦点レーザ走査型顕微鏡と顕微干渉計測法の両方に用いられる干渉対物レンズ３００における対物レンズ３１によって同一である。
【００６６】
これにより制御部６０は、高さ画像における画像領域と、全焦点画像における画像領域を１対１に対応させることができる。よって制御部６０は、高さ画像と全焦点画像を関連付けることができる。ステージコントローラ４０によってステージ２００が移動した際に、干渉対物レンズ３００と試料１７の光軸方向における相対距離が１００回変わると（高さ情報が１００ステップ取得されると）、制御部６０は、試料１７の３次元空間座標を図７に示すように（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）〜（Ｘ１０２４、Ｙ７６８、Ｚ１００）の範囲で管理できる。
【００６７】
このように制御部６０は、高さ画像（高さ情報）と全焦点画像（表面光学像情報）を測定する試料１７の３次元空間座標に対応させて管理することができる。
【００６８】
制御部６０は、図示しない外部の記憶装置にこの３次元空間座標を保存する際は、３次元空間座標に画像情報メモリ９０ａに記憶されている輝度情報（Ｉ）を付加し、４次元情報（Ｘｉ、Ｙｊ、Ｚｋ、Ｉ）として保存・管理させる。これにより制御部６０は、表面光学像情報を管理している（Ｘｉ、Ｙｊ、Ｉ）を用いて全焦点画像８１を表示部８０に表示させ、高さ情報を管理している（Ｘｉ、Ｙｊ、Ｚｋ）を用いて高さ画像８２を表示部８０に表示させる。
【００６９】
次に外部の記憶装置が管理している４次元情報を用いて制御部６０が試料１７の３次元形状を測定する方法について説明する。
【００７０】
図８は、表示部８０に表示される測定画面の一例を示している。表示部８０には、左側に共焦点レーザ走査型顕微鏡によって取得された試料１７の全焦点画像８１が表示され、右側には顕微干渉計測法によって取得された試料１７の高さ画像８２が表示されている。ハッチングについては図６Ａと同様である。
【００７１】
ここで、例えば全焦点画像８１において、測定対象にする測定開始ポイント８１ｄが、入力指示部７０（例えばマウスなど）から指定される。これにより全焦点画像８１内でマウスカーソルが十字カーソル８１ｃに切り替わり、測定開始ポイント８１ｄが交点８１ｅとなり、測定開始ポイント８１ｄは指定座標として例えば画像情報メモリ９０ａに登録される。同時に、高さ画像８２にも交点８１ｅに対応する座標を示す十字カーソル８２ｃが表示される。全焦点画像８１に表示される十字カーソル８２ｃと、高さ画像８２に表示される十字カーソル８２ｃは、リンクしている。
【００７２】
次に全焦点画像８１と高さ画像８２において、認識しやすい画像を参照して、測定終了ポイント８１ｆが入力指示部７０によって指定される。そして、測定開始ポイント８１ｄ、測定終了ポイント８１ｆが指定されると、２点間の測定が制御部６０によって行われる。これにより試料１７の３次元形状、例えば２点間の相対距離ΔＸ（μｍ），ΔＹ（μｍ），ΔＺ（μｍ）が制御部６０によって算出され、３次元形状は、測定結果８５として表示部８０に表示される。測定項目にはその他、直線距離（μｍ）、角度（°）など必要な情報を表示すればよい。
【００７３】
このように本実施形態の３次元形状測定装置１００は、共焦点レーザ走査型顕微鏡の光学系４００ａと、顕微干渉計測法の光学系４００ｂを組み合わせている。また本実施形態の３次元形状測定装置１００は、光学系４００ａから表面光学像情報（全焦点画像８１）を取得する際の視野と光学系４００ｂから高さ情報（高さ画像８２）を取得する際の視野を、光学系４００ａと光学系４００ｂの両方に用いられる干渉対物レンズ３００における対物レンズ３１によって同一にしている。また本実施形態の制御部６０は、全焦点画像８１と高さ画像８２を関連付け、試料１７の３次元空間座標を管理する。本実施形態の制御部６０は、管理している高分解能で高コントラストな試料１７の全焦点画像８１（表面光学像情報）と、顕微干渉計測法による高さ方向に高分解能な試料１７の高さ画像８２（高さ情報）から試料１７の３次元形状を測定する。
【００７４】
よって本実施形態は、簡単な構成で表面光学像情報と高さ情報を関連付けて、広い倍率範囲に渡って高精細、高分解能な試料の３次元形状を容易に取得し、効率的にこの３次元形状を測定、表示することができる。
【００７５】
また本実施形態は、全焦点画像８１と高さ画像８２を同時に並べて表示させているために、相補的に利用し、試料１７の３次元形状を効率的に測定することができる。
【００７６】
なお図８では、全焦点画像８１において、測定開始ポイント８１ｄと、測定終了ポイント８１ｆが指定されたが、十字カーソル８１ｃは、全焦点画像８１と、高さ画像８２においてリンクしている。そのため本実施形態は、高さ画像８２において測定開始ポイント８１ｄと、測定終了ポイント８１ｆを指定してもよい。また本実施形態は、測定開始ポイント８１ｄを全焦点画像８１にて指定し、測定終了ポイント８１ｆを高さ画像８２にて指定してもよい。このように本実施形態において制御部６０は、管理している全焦点画像８１と高さ画像８２において、例えば認識しやすい少なくとも一方の画像を参照して測定開始ポイント８１ｄと、測定終了ポイント８１ｆを指定し、３次元形状を測定すればよい。
【００７７】
次に本発明に係る第２の実施形態について図９Ａ、図９Ｂを参照して説明する。  
前述した第１の実施形態と同じ箇所には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。また本実施形態における３次元形状測定装置１００の構成と、共焦点レーザ走査型顕微鏡と顕微干渉計測法と画像処理部５００の動作方法と、表面光学像情報と高さ情報を取得する過程は、前述した第１の実施形態と同様であるために詳細な説明は省略する。
【００７８】
以下に本実施形態における３次元形状測定装置１００が管理している表面光学像情報と、高さ情報から画像を構築する際の構築方法について説明する。図９Ａは、第１の実施形態と同様の全焦点画像８１と、高さ情報を基に形成された試料１７の３次元形状画像８３を示す図である。図９Ｂは、全焦点画像８１と、３次元形状画像８３と、を貼り合わせて（合成して）形成された試料１７の表面光学像情報を有する３次元形状画像８６を示す図である。
【００７９】
上述した第１の実施形態は、全焦点画像８１と高さ画像８２から３次元形状を測定したが、これに限定する必要はない。
【００８０】
例えば入力指示部７０は、画像情報メモリ９０ａに記憶されている表面光学像情報から全焦点画像８１を形成する指示と、画像情報メモリ９０ａに記憶されている干渉縞情報と高さ情報メモリ９０ｂに記憶されている高さ情報から試料１７の３次元形状画像（立体形状）８３を形成する指示を制御部６０に出力する。制御部６０は、表面光学像情報から図９Ａに示すような全焦点画像８１を形成し、高さ情報から図９Ａに示すような試料１７の３次元形状画像８３を形成する。
【００８１】
次に制御部６０は、３次元形状画像８３に全焦点画像８１を貼り合わせ、図９Ｂに示すように試料１７の表面光学像情報を有する３次元形状画像８６を構築する。制御部６０は、貼り合わせる際、各画像の画素を試料１７に対するＸＹ平面内の座標に対応させている。表示部８０は、制御部６０によって構築された３次元形状画像８６を表示する。
【００８２】
本実施形態において、図９Ｂに示す３次元形状画像８６から試料１７の３次元形状を測定する方法は、第１の実施形態と同様である。つまり３次元形状画像において、測定開始ポイント８１ｄと測定終了ポイント８１ｆが入力指示部７０によって指定される。これにより試料１７の測定結果８５である３次元形状、例えば２点間の相対距離ΔＸ（μｍ），ΔＹ（μｍ），ΔＺ（μｍ）が制御部６０によって算出され、測定結果８５として表示部８０に表示される。
【００８３】
このように本実施形態は、試料１７の高さを顕微干渉計測法の特徴を活かして対物レンズの観察倍率に関らず高分解能に取得した高さ情報（３次元形状画像８３）に、共焦点レーザ走査型顕微鏡の面内に高分解能な全焦点画像８１を貼り合わせて試料１７の表面光学像情報を有する３次元形状画像８６を構築することができる。よって本実施形態は、試料１７の表面状態をより実体に近く、高精度に表示することができ、３次元形状を測定する際に幅広く利用することができる。
【００８４】
また本実施形態は、所望であれば、図９Ｂに示した３次元形状画像８６を回転させて、傾けさせて、反転させて表示することも可能である。
【００８５】
なお上述した各実施形態においてステージコントローラ４０は、試料１７と干渉対物レンズ３００の光軸方向における相対距離を調整するためにステージ２００を移動させたが、これに限定する必要はなく、干渉対物レンズ３００を移動させても良い。またステージコントローラ４０は、ステージ２００と干渉対物レンズ３００の両方を移動させても良い。
【００８６】
なお本実施形態において、対物レンズ３１は、共焦点レーザ走査型顕微鏡における光学系４００ａと、顕微干渉計測法における光学系４００ｂの共通の部材であるが、それぞれに設けられていても良い。図１０に示すように例えば光学系４００ａには、光路上に配置された際に２次元走査機構４によって偏向されたレーザ光２を試料１７に結像させる対物レンズ３１ａ（第１の対物レンズ）が設けられ、光学系４００ｂには光路上に配置された際に白色光源１２から出射された白色光１３を試料１７に結像させる対物レンズ３１ｂ（第２の対物レンズ）を有する干渉対物レンズ３００が設けられていても良い。この対物レンズ３１ａと干渉対物レンズ３００に設けられている対物レンズ３１ｂは、測定の際に同一視野（倍率）を有していればよい。図１０に示すように対物レンズ３１ａと干渉対物レンズ３００は、対物レンズ配置である例えばレボルバ４５によって保持され、レボルバ４５が回転することで、どちらか一方が光路上に配置される。
【００８７】
またこの場合、ステージコントローラ４０は、レボルバ４５を光軸に沿って移動させることで試料１７と干渉対物レンズ３００、または試料１７と対物レンズ３１の相対距離を調整できる。またステージコントローラ４０は、第１の実施形態と同様にステージ２００を光軸に沿って移動させて、レボルバ４５によって光軸上に配置されている干渉対物レンズ３００、または対物レンズ３１と試料１７の相対距離を調整することもできる。このようにステージコントローラ４０は、相対距離を変える（調整する）ことができればよい。またステージ２００と、レボルバ４５と、対物レンズ３１と、干渉対物レンズ３００とは電動のみならず手動によって移動させ、相対距離を調整しても良い。
【００８８】
また本発明は、第１の実施形態と第２の実施形態を組み合わせて、第１の実施形態における全焦点画像８１と高さ画像８２と、第２の実施形態における３次元形状画像８６を同時に表示させても良い。
【００８９】
（付記１）
レーザ光源から出射されたレーザ光を２次元走査機構によって走査させつつ、試料に照射し、前記試料から反射した反射レーザ光を受光部に受光させる第１の光学系と、
照明光源から出射された照明光を前記試料と参照面に照射し、前記試料と前記参照面から反射されたそれぞれの反射照明光から像を撮像する第２の光学系と、
前記２次元走査機構によって偏向された前記レーザ光と、前記照明光源から出射された前記照明光が、前記試料を照射する際に、前記レーザ光と前記照明光を前記試料に結像させる対物レンズと、
前記対物レンズ、または前記試料を載置するステージの少なくとも一方を光軸に沿って移動させて、光軸方向における前記対物レンズと前記試料の相対距離を変える駆動機構と、
前記受光部に受光された前記反射レーザ光から前記試料の表面光学像情報を記憶し、前記第２の光学系において受光された前記反射照明光から前記試料の高さを表す高さ情報を記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶されている前記表面光学像情報と前記高さ情報を前記試料の３次元座標に対応させて管理し、管理している前記表面光学像情報と前記高さ情報の少なくとも一方から前記試料の３次元形状を測定する制御部と、
前記制御部によって測定された前記試料の３次元形状を表示する表示部と、
を具備することを特徴とする３次元形状測定装置。
【００９０】
（付記２）
前記駆動機構が前記相対距離を変えた際に、
変えられた前記相対距離において、前記第２の光学系は前記反射照明光を受光し、前記受光部は前記反射レーザ光を受光することを特徴とする付記１に記載の３次元形状測定装置。
【００９１】
（付記３）
前記制御部は、前記記憶部に記憶されている前記表面光学像情報を基に前記試料の全焦点画像と、前記記憶部に記憶されている前記高さ情報を基に前記試料の高さを示す高さ画像と、を形成し、
前記表示部は、前記制御部によって形成された前記全焦点画像と前記高さ画像を表示することを特徴とする付記２に記載の３次元形状測定装置。
【００９２】
（付記４）
前記表示部は、前記全焦点画像と前記高さ画像を同時に表示することを特徴とする付記３に記載の３次元形状測定装置。
【００９３】
（付記５）
前記表示部は、前記全焦点画像と前記高さ画像を並べて表示することを特徴とする付記３に記載の３次元形状測定装置。
【００９４】
（付記６）
前記制御部は、前記全焦点画像、または前記高さ画像の少なくとも一方から前記試料の３次元形状を測定すること特徴とする付記３に記載の３次元形状測定装置。
【００９５】
（付記７）
前記制御部は、前記高さ情報を基に前記試料の高さを示すラインを形成し、
前記表示部は、前記ラインを表示することを特徴とする付記３に記載の３次元形状測定装置。
【００９６】
（付記８）
前記表示部は、前記全焦点画像と前記ラインを同時に表示することを特徴とする付記７に記載の３次元形状測定装置。
【００９７】
（付記９）
前記表示部は、前記全焦点画像と前記ラインを並べて表示することを特徴とする付記７に記載の３次元形状測定装置。
【００９８】
（付記１０）
前記制御部は、前記記憶部に記憶されている高さ情報から前記試料の３次元形状画像を形成し、形成された前記３次元形状画像に前記全焦点画像を貼り合わせて前記表面光学像情報を有する３次元形状画像を構築し、
前記表示部は、前記制御部によって構築された前記３次元形状画像を表示することを特徴とする付記３に記載の３次元形状測定装置。
【００９９】
（付記１１）
前記第１の光学系は、共焦点レーザ走査型顕微鏡を構成することを特徴とする付記１に記載の３次元形状測定装置。
【０１００】
（付記１２）
前記第２の光学系は、顕微干渉計測法を構成することを特徴とする付記１に記載の３次元形状測定装置。
【０１０１】
（付記１３）
前記照明光源は、可視域から赤外域までの前記照明光を出射することを特徴とする付記１に記載の３次元形状測定装置。
【０１０２】
（付記１４）
前記対物レンズと前記試料の間に配置され、前記照明光源から出射された前記照明光を分岐することで一方の前記照明光を前記試料に向けて透過させ、他方の前記照明光を前記参照面に反射させる光分割部材と、
を有し、
前記対物レンズと、前記光分割部材と、前記参照面は、干渉対物レンズを形成することを特徴とする付記１に記載の３次元形状測定装置。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】図１は、第１の実施形態に係る３次元形状測定装置の構成図である。
【図２】図２は、干渉対物レンズの変形例を示し、マイケルソン型の干渉光学系を示している。
【図３】図３は、第１のビームスプリッタの反射透過率特性を示している。
【図４】図４は、第２のビームスプリッタ、ハーフミラー、対物用偏光ビームスプリッタの反射透過率特性を示している。
【図５】図５は、段差構造を有する試料の斜視図である。
【図６Ａ】図６Ａは、画像処理部が動作することで、画像情報メモリから読み出された表面光学像情報を基に形成された全焦点画像と、高さ情報メモリから読み出された高さ情報を基に形成された高さ画像が並べて表示されている表示部８０の一例を示す図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、全焦点画像と、この全焦点画像に引かれているライン８１ａの位置における試料の高さ位置をライン８２ａによって示す高さ画像を示している。
【図６Ｃ】図６Ｃは、図６Ｂに示された全焦点画像に引かれているライン８１ｂの位置における試料の高さ位置をライン８２ａによって示す高さ画像を示している。
【図７】図７は、試料の３次元空間座標（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）〜（Ｘ１０２４、Ｙ７６８、Ｚ１００）を示す図である。
【図８】図８は、表示部に表示される測定画面の一例を示している。
【図９Ａ】図９Ａは、共焦点レーザ走査型顕微鏡によって形成された試料１７の全焦点画像と、顕微干渉計測法によって形成された試料１７の３次元形状画像を示す図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、全焦点画像と３次元形状画像を貼り合わせて形成された試料１７の表面反射情報を有する３次元形状画像を示す図である。
【図１０】図１０は、対物レンズ３１と干渉対物レンズ３００を有するレボルバ４５の構成図である。
【符号の説明】
【０１０４】
１…レーザ光源、２…レーザ光、３…偏光ビームスプリッタ、４…２次元走査機構、５…瞳投影レンズ、６…第１の結像レンズ、７…１／４波長板、８…第１のビームスプリッタ、９…第２の結像レンズ、１０…ピンホール、１１…レーザ用受光素子、１２…白色光源、１３…白色光、１４…第２のビームスプリッタ、１５…第３の結像レンズ、１６…撮像素子、１７…試料、１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ…面、３１…対物レンズ、３２…ハーフミラー、３３…参照板、３４…対物用ビームスプリッタ、３５…参照ミラー、４０…ステージコントローラ、５０…顕微鏡コントローラ、６０…制御部、７０…入力指示部、８０…表示部、８１…全焦点画像、８２…高さ画像、９０…記憶部、９０ａ…画像情報メモリ、９０ｂ…高さ情報メモリ、１００…３次元形状測定装置、２００…ステージ、３００…干渉対物レンズ、４００…顕微鏡本体、４００ａ…共焦点レーザ走査型顕微鏡の光学系、４００ｂ…顕微干渉計測法の光学系、５００…画像処理部。
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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