(57)【要約】【課題】試料表面の目的の部分を含む超深度画像又は高さ分布画像を容易に得ることができる測定モードを備えた共焦点顕微鏡システムを提供する。【解決手段】光学倍率によって決まる測定範囲内の試料表面を光で走査し、試料表面からの光を共焦点光学系を介して受光素子で受光し、受光情報を処理して得られる試料表面の画像を表示装置の画面に表示する共焦点顕微鏡システムにおいて、対物レンズ又は試料ステージを試料の高さ方向に所定ピッチで変化させながら試料表面の各点の受光量が最大になるときの高さ及び最大受光量の情報を各点ごとに取得し、取得した情報を処理して得られる超深度画像又は高さ分布画像を表示する測定を短時間で実行し、かつ、停止指令があるまで測定を繰り返すことにより、超深度画像又は高さ分布画像の表示を略リアルタイムで更新する。【選択図】  図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学倍率によって決まる測定範囲内の試料表面を光で走査し、試料表面からの光を共焦点光学系を介して受光素子で受光し、受光情報を処理して得られる前記試料表面の画像を表示装置の画面に表示する共焦点顕微鏡システムであって、
対物レンズの焦点と試料との相対位置を試料の高さ方向に所定ピッチで変化させながら前記試料表面の高さ及び最大受光量の少なくともいずれかの情報を各点ごとに取得し、取得した情報を処理して得られる前記試料表面の画像を表示する測定を停止指令があるまで繰り返し実行する測定反復モードを備えていることを特徴とする共焦点顕微鏡システム。
【請求項２】
前記繰り返し実行される測定は、対物レンズの焦点と試料との相対位置を試料の高さ方向に所定ピッチで変化させながら取得した前記試料表面の各点の最大受光量をつなぎ合わせて得られる前記試料表面の超深度画像を表示する超深度測定であ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】
前記測定反復モードにおいて、前記試料表面の各点の最大受光量を取得するために対物レンズの焦点と試料との相対位置を所定ピッチで変化させる方向が１回の測定ごとに反転し、両方向で交互に測定が繰り返されることを特徴とする
請求項１又は２記載の共焦点顕微鏡システム。
【請求項４】
前記測定反復モードにおいて、試料表面を光で走査する際の走査線の数を減らす方法、水平方向を往復走査とする方法、及び、対物レンズの焦点と試料との相対位置を試料の高さ方向に変化させるピッチを粗くする方法の少なくとも１つを実施することにより１回の測定に要する時間が通常の測定モードより短く、前記画像の画面表示が略リアルタイムで更新されることを特徴とする
請求項１、２又は３記載の共焦点顕微鏡システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学倍率によって決まる測定範囲内の試料表面を光で走査し、試料表面からの光を共焦点光学系を介して受光素子で受光し、その受光情報を処理して得られる試料表面の画像を表示装置の画面に表示する共焦点顕微鏡システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
共焦点顕微鏡では、試料からの光が共焦点光学系を介して受光素子で受光され、その受光量に基づいて、試料の超深度画像（焦点深度が非常に深い画像）や高さ分布等の情報が取得される。対物レンズの焦点と試料との相対位置を光軸方向（すなわち試料の高さ方向）に変化させると、共焦点光学系を介して受光素子に入射する光の量、すなわち受光量が変化し、試料の表面にピントが合ったときに受光量が最大となる。したがって、最大受光量が得られるときの対物レンズの焦点と試料との相対位置から試料の表面の高さ情報を算出し、試料の表面を光で走査することによって試料の表面の高さ分布を取得することができる。
【０００３】
取得された高さ分布は、例えば三次元表示によって表示装置の画面上に表示される。あるいは、高さ分布を輝度分布や色分布に置き換えたものが画面上に表示される。表示装置としてＣＲＴ（陰極線管）やＬＣＤ（液晶表示装置）が使用され、共焦点顕微鏡に制御用のコントローラ、表示装置、コンソール等が接続されて共焦点顕微鏡システムが構成される。
【０００４】
また、対物レンズの焦点と試料との相対位置を光軸方向に所定ピッチで変化させながら試料表面の各点の最大受光量（ピントが合ったときの受光量）を取得し、各点の最大受光量をつなぎ合わせることにより、焦点深度の非常に深い試料表面の白黒画像を得ることができる。この画像がいわゆる超深度画像である。このように、対物レンズの焦点と試料との相対位置を光軸方向に所定ピッチで変化させて各点の最大受光量を取得して超深度画像を生成し画面に表示するまでの一連の処理を超深度測定（又は単に測定）ということがある。各点の受光量が最大になるときの高さ情報を取得して試料の表面の高さ分布を生成し画面に表示するまでの処理も含めて測定ということもある。
【０００５】
また、任意の注目画素で最大受光量が得られるように対物レンズの焦点と試料との相対位置を固定した場合は、注目画素の部分と高低差が大きい部分の画素の受光量は著しく小さくなり、注目画素と同じ高さの部分のみが明るい画像（これをスライス画像という）が得られる。このスライス画像は焦点深度が非常に浅い画像であるがリアルタイムで得られるので、試料表面の目的の部分の共焦点画像を得るために試料の位置決めを行う際に役に立つ。
【０００６】
更に、共焦点光学系と一部の光軸を共通にする非共焦点光学系を備えた共焦点顕微鏡もある。この場合は、白色光で照射された試料からの光を非共焦点光学系を介してカラー撮像素子で受光することにより、超深度画像と同じ範囲の試料表面のカラー画像を得ることができる。このカラー画像は超深度画像と異なり焦点深度の浅いものであるが、試料表面の目的の部分の共焦点画像を得るために試料の位置決めを行う際に役立つ。また、カラー画像の輝度信号を超深度画像の輝度信号で置き換えるような合成処理を行うことにより、焦点深度の深いカラー画像（カラー超深度画像ということもある）を得ることも可能である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような共焦点顕微鏡システムを用いた測定（特に超深度測定）において、１回の測定に要する時間は対物レンズの焦点と試料との相対位置を試料の高さ方向に変化させる範囲及びピッチによって大きく変化するが、精度の高い超深度画像を得るには通常、数十秒の測定時間を要する。つまり、測定開始を指令してから数十秒が経過した後に超深度画像や高さ分布画像が得られる。
【０００８】
一方、光学倍率が大きくなるほど試料表面の測定範囲（観察範囲）が狭くなる。試料表面の広い範囲を観察したい場合は例えば、試料が置かれたＸＹステージ（試料ステージともいう）を手動操作によって動かしながら測定を行う必要がある。試料表面の目的の部分の超深度画像（又は高さ分布画像）が１回の超深度測定で得られなかった場合は、試料の位置を少しずらして再度測定の実行を指令する（測定ボタンを押下する）ことになる。
【０００９】
しかしながら、上記のように１回の測定に時間がかかる場合に測定ボタンを何度も押して再測定を繰り返すことは使用者にとって煩わしく感じられることがある。また、対物レンズの焦点と試料との相対位置を試料の高さ方向に変化させる方向は片方向（例えば対物レンズの上昇又は下降）であり、再度測定を行う際には元の距離まで戻る（例えば対物レンズが元の位置まで戻る）のを待つ必要がある。このことも、再測定を行う場合に使用者がまどろこしく感じる一因である。
【００１０】
前述のスライス画像又は非共焦点光学系で得られたカラー画像を用いて試料表面の目的の部分を探し、試料の位置決めを行った後に測定（超深度測定）を開始する方法がよく採られる。こうすれば、時間のかかる測定の結果得られた超深度画像又は高さ分布画像が目的の部分を含んでいないといった失敗が発生する可能性が小さくなる。
【００１１】
しかし、表面の凹凸変化が大きい試料の場合は、焦点深度の非常に浅いスライス画像を用いて目的の部分を探すことが困難である。カラー画像はスライス画像ほど焦点深度が浅くは無いが、試料の表面の凹凸変化が非常に大きくなるとカラー画像を用いて目的の部分を探すことも困難な場合がある。また、非共焦点光学系を備えていない共焦点顕微鏡の場合はカラー画像で目的の部分を探すことはできない。
【００１２】
上記のようにスライス画像又はカラー画像を用いて試料表面の目的の部分を探すことが困難な場合は、試料（ＸＹステージ）を手動操作によって動かしながら測定（超深度測定）を複数回実行してやっと目的の部分の超深度画像又は高さ分布画像が得られることになる。
【００１３】
本発明は、上記のような従来の課題に鑑み、試料表面の目的の部分を含む超深度画像又は高さ分布画像を容易に得ることができる測定モードを備えた共焦点顕微鏡システムを提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の共焦点顕微鏡システムは、光学倍率によって決まる測定範囲内の試料表面を光で走査し、試料表面からの光を共焦点光学系を介して受光素子で受光し、受光情報を処理して得られる試料表面の画像を表示装置の画面に表示する共焦点顕微鏡システムであって、対物レンズの焦点と試料との相対位置を試料の高さ方向に所定ピッチで変化させながら試料表面の高さ及び最大受光量の少なくともいずれかの情報を各点ごとに取得し、取得した情報を処理して得られる試料表面の画像を表示する測定を停止指令があるまで繰り返し実行する測定反復モードを備えていることを特徴とする。
【００１５】
このような構成によれば、例えば測定ボタンを押すことによって測定を開始すると、停止ボタンを押すまで測定が繰り返されるので、試料ステージを手動で動かして試料表面の測定対象部分を変えたとき（測定範囲を移動したとき）に再度測定ボタンを押す必要が無い。つまり、試料ステージの手動操作ダイアルから手を離さずに測定範囲を変えながら所定時間ごとに更新される表示画像を観察することができる。
【００１６】
好ましい実施形態において、繰り返し実行される測定は、対物レンズの焦点と試料との相対位置を試料の高さ方向に所定ピッチで変化させながら取得した試料表面の各点の最大受光量をつなぎ合わせて得られる試料表面の超深度画像を表示する超深度測定である。超深度画像の代わりに高さ分布画像を表示する測定を繰り返してもよい。
【００１７】
別の好ましい実施形態では、超深度測定反復モードにおいて、試料表面の各点の最大受光量を取得するために対物レンズの焦点と試料との相対位置を所定ピッチで変化させる方向が１回の測定ごとに反転し、両方向で交互に測定が繰り返される。例えば奇数回目の測定で対物レンズが上昇方向に移動し、隅数回目の測定で対物レンズが下降方向に移動する。
【００１８】
このような構成によれば、対物レンズの焦点と試料との相対位置を変化させる方向が片方向である場合のように対物レンズ（又は試料ステージ）が元の位置まで戻るのを待つ必要がなくなるので、測定１回当たりの所要時間が短くなる。したがって、繰り返し測定が行われる場合に表示画像が更新される周期が短くなる。
【００１９】
更に別の好ましい実施形態では、測定反復モードにおいて、試料表面を光で走査する際の走査線の数を減らす方法、水平方向を往復走査とする方法、及び、対物レンズの焦点と試料との相対位置を試料の高さ方向に変化させるピッチを粗くする方法の少なくとも１つを実施することにより１回の測定に要する時間が通常の測定モードより短く、画像の画面表示が略リアルタイムで更新される。
【００２０】
このような構成によれば、測定反復モードを開始した後に試料ステージの手動操作によって試料の位置を動かしたときに、表示画像の更新がほとんど遅れずに手動操作に追従するようになる。その結果、試料表面の目的の部分を探すことが一層容易になる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２２】
図１は、本発明の実施形態に係る共焦点顕微鏡システムの概略構成を示している。共焦点顕微鏡システム１は、共焦点光学系２及び非共焦点光学系３を有する共焦点顕微鏡と、共焦点顕微鏡のレーザ駆動回路４４、受光素子からの信号処理回路４１，４２，４３、対物レンズ移動機構４０、マイクロコンピュータを用いた制御部４６等を含むコントローラと、コントローラに接続された表示装置４７及び入力装置（コンソール）４８とを備えている。
【００２３】
まず、共焦点顕微鏡の共焦点光学系２とその信号処理について説明する。共焦点光学系２は、試料ｗｋに単色光（例えばレーザ光）を照射するための光源１０、第１コリメートレンズ１１、偏光ビームスプリッタ１２、１／４波長板１３、水平偏向装置１４ａ、垂直偏向装置１４ｂ、第１リレーレンズ１５、第２リレーレンズ１６、対物レンズ１７、結像レンズ１８、ピンホール板９、受光素子１９等を含んでいる。
【００２４】
光源１０には、例えば赤色レーザ光を発する半導体レーザが用いられる。レーザ駆動回路４４によって駆動される光源１０から出たレーザ光は、第１コリメートレンズ１１を通り、偏光ビームスプリッタ１２で光路を曲げられ、１／４波長板１３を通過する。この後、水平偏向装置１４ａ及び垂直偏向装置１４ｂによって水平（横）方向及び垂直（縦）方向に偏向された後、第１リレーレンズ１５及び第２リレーレンズ１６を通過し、対物レンズ１７によって試料ステージ３０上に置かれた試料ｗｋの表面に集光される。
【００２５】
水平偏向装置１４ａはレゾナント（共振型）スキャナーで構成され、垂直偏向装置１４ｂはガルバノ（電磁型）スキャナーで構成されている。両者でレーザ光を水平及び垂直方向に偏向させることにより、試料ｗｋの表面をレーザ光で走査する。説明の便宜上、水平方向をＸ方向、垂直方向をＹ方向ということにする。対物レンズ１７は、対物レンズ移動機構４０によりＺ方向（光軸方向）に駆動される。これにより、対物レンズ１７の焦点と試料ｗｋとの光軸方向（すなわち試料ｗｋの高さ方向）での相対位置を変化させることができる。
【００２６】
ただし、対物レンズ１７の焦点と試料ｗｋとの光軸方向での相対位置は、他の方法で変化させることもできる。例えば、対物レンズ１７をＺ方向に駆動する代わりに試料ステージ３０をＺ方向に駆動してもよい。あるいは、対物レンズ１７と試料ｗｋとの間に屈折率が変化するレンズを挿入することにより、対物レンズ１７の焦点をＺ方向に移動させる構成も可能である。
【００２７】
本実施形態の共焦点顕微鏡では、制御部４６からの制御信号によって対物レンズ移動機構４０を介して対物レンズ１７がＺ軸方向に電動で移動可能であると共に、試料ステージ３０は、ステージ手動操作機構３１を介して手動操作によってＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向に変位可能である。また、入力装置４８のキー操作（例えばアップ／ダウンキーの操作）によって制御部４６及び対物レンズ移動機構４０を介して対物レンズ１７を上下動することも可能である。
【００２８】
試料ｗｋで反射されたレーザ光は、上記の光路を逆に辿る。すなわち、対物レンズ１７、第２リレーレンズ１６及び第１リレーレンズ１５を通り、水平偏向装置１４ａ及び垂直偏向装置１４ｂを介して１／４波長板１３を再び通る。この結果、レーザ光は偏光ビームスプリッタ１２を透過し、結像レンズ１８によって集光される。集光されたレーザ光は、結像レンズ１８の焦点位置に配置されたピンホール板９のピンホールを通過して受光素子１９に入射する。受光素子１９は、例えばフォトマルチプライヤチューブ（光電子増倍管）やフォトダイオードで構成され、受光量を電気信号に変換する。受光量に相当する電気信号は、出力アンプ及びゲイン制御回路（図示せず）を介して第１ＡＤ変換器４１に与えられ、ディジタル値に変換される。
【００２９】
上記のような構成の共焦点光学系２により、試料ｗｋの高さ（深さ）情報を取得することができる。以下に、その原理を簡単に説明する。
【００３０】
上述のように、対物レンズ１７が対物レンズ移動機構４０によってＺ方向（光軸方向）に駆動されると、対物レンズ１７の焦点と試料ｗｋとの光軸方向での相対距離が変化する。そして、対物レンズ１７の焦点が試料ｗｋの表面に結ばれたときに、試料ｗｋの表面で反射されたレーザ光は上記の光路を経て結像レンズ１８で集光され、ほとんどすべてのレーザ光がピンホール板９のピンホールを通過する。したがって、このときに、受光素子１９の受光量が最大になる。逆に、対物レンズ１７の焦点が試料ｗｋの表面からずれている状態では、結像レンズ１８によって集光されたレーザ光はピンホール板９からずれた位置に焦点を結ぶので、一部のレーザ光しかピンホールを通過することができない。その結果、受光素子１９の受光量は著しく低下する。
【００３１】
したがって、試料ｗｋの表面の任意の点について、対物レンズ１７をＺ方向（光軸方向）に駆動しながら受光素子１９の受光量を検出すれば、その受光量が最大になるときの対物レンズ１７のＺ方向位置（対物レンズ１７の焦点と試料ｗｋとの光軸方向での相対位置）を高さ情報として一義的に求めることができる。
【００３２】
実際には、対物レンズ１７を１ステップ（１ピッチ）移動するたびに水平偏向装置１４ａ及び垂直偏向装置１４ｂによって試料ｗｋの表面を走査して受光素子１９の受光量を得る。対物レンズ１７をＺ方向での測定範囲の下端から上端まで移動させたとき、走査範囲内の各点（画素）について、Ｚ方向位置に応じて変化する受光量データが得られる。
【００３３】
図２は、対物レンズ１７のＺ方向位置に応じて変化する受光量データの例を示すグラフである。このような受光量データに基づいて、最大受光量とそのときのＺ方向位置が各点（画素）ごとに得られる。したがって、試料ｗｋの表面高さのＸＹ平面での分布が得られる。この処理は、マイクロコンピュータを用いた制御部４６によって実行される。なお、最大受光量が得られるときの試料ｗｋの表面高さを求める方法として、図２に示した受光量変化のピークを直接求める代わりに、受光量変化曲線の一次微分曲線を算出し、その変曲点を求めても良い。
【００３４】
得られた表面高さの分布情報は、いくつかの方法で表示装置４７のモニタ画面に表示することができる。例えば３次元表示によって試料ｗｋの高さ分布（表面形状）を立体的に表示することができる。あるいは、高さデータを輝度データに変換することにより、明るさの二次元分布として表示できる。高さデータを色差データに変換することにより、高さの分布を色の分布として表示することもできる。
【００３５】
また、ＸＹ走査範囲内の各点（画素）について得られた受光量を輝度データとする輝度信号から、試料ｗｋの表面画像（白黒画像）が得られる。各画素における最大受光量を輝度データとして輝度信号を生成すれば、表面高さの異なる各点でピントの合った焦点深度の非常に深い超深度画像が得られる。また、任意の注目画素で最大受光量が得られた高さ（Ｚ方向位置）に固定した場合は、注目画素の部分と高低差が大きい部分の画素の受光量は著しく小さくなり、注目画素と同じ高さの部分のみが明るい画像（すなわちスライス画像）が得られる。
【００３６】
つぎに、共焦点顕微鏡に備えられた非共焦点光学系３とその信号処理について説明する。非共焦点光学系３は、試料ｗｋに白色光（カラー画像撮影用の照明光）を照射するための白色光源２０、第２コリメートレンズ２１、第１ハーフミラー２２、第２ハーフミラー２３、カラーＣＣＤ（イメージセンサー）２４等を含んでいる。また、非共焦点光学系３は共焦点光学系２の対物レンズ１７を共用しており、２つの光学系１，２の光軸は部分的に一致している。
【００３７】
白色光源２０には例えば白色ランプが用いられるが、特に専用の光源を設けず、自然光又は室内光を利用してもよい。白色光源２０から出た白色光は、第２コリメートレンズ２１を通り、第１ハーフミラー２２で光路を曲げられ、対物レンズ１７によって試料ステージ３０上に置かれた試料ｗｋの表面に集光される。
【００３８】
試料ｗｋで反射された白色光は、対物レンズ１７、第１ハーフミラー２２、第２リレーレンズ１６を通過し、第２ハーフミラー２３で反射されてカラーＣＣＤ２４に入射して結像する。カラーＣＣＤ２４は、共焦点光学系２のピンホール板９のピンホールと共役又は共役に近い位置に設けられている。カラーＣＣＤ２４で撮像されたカラー画像は、ＣＣＤ駆動回路４３によって読み出され、そのアナログ出力信号は第２ＡＤ変換器４２に与えられ、ディジタル値に変換される。このようにして得られたカラー画像は、試料ｗｋの観察用の拡大カラー画像として表示装置４７のモニタ画面に表示される。
【００３９】
また、共焦点光学系２で得られた超深度画像と非共焦点光学系３で得られた通常のカラー画像とを組み合わせて、すべての画素で略ピントの合った焦点深度の深いカラー超深度画像を生成し、表示することもできる。例えば、非共焦点光学系３で得られたカラー画像を構成する輝度信号を共焦点光学系２で得られた超深度画像の輝度信号で置き換えることにより、簡易的にカラー超深度画像を生成することができる。
【００４０】
上記のようなカラー画像に関する処理についても、制御部４６を含むコントローラが司る。コントローラにはコンソール（操作卓）のような入力装置４８やＣＲＴ（陰極線管）又はＬＣＤ（液晶表示装置）のような表示装置４７が接続されている。
【００４１】
ユーザは、表示装置４７の画面上に表示されるガイダンスにしたがって入力装置４８を用いて種々の測定用パラメータを設定することができる。例えば、対物レンズ１７のＺ方向移動範囲（測定範囲）や移動ピッチを設定する。あるいは、試料ｗｋの表面の光反射率等に応じて受光素子１９の受光感度（ＰＭＴゲイン）やＮＤフィルタによる減衰量の設定を行うことにより、画面に表示された超深度画像やスライス画像が適当な明るさ（輝度）になるように調整する。また、カラーＣＣＤ２４によるカラー画像の取得のためのシャッタースピードやゲイン及びホワイトバランスの設定を行う。
【００４２】
また、本実施形態の共焦点顕微鏡システム１（のコントローラ）には、パーソナルコンピュータのような外部コンピュータシステムを接続するインターフェイスも備えられている。共焦点顕微鏡システム１の制御を行うための専用ソフトウェアをインストールした外部コンピュータシステムを共焦点顕微鏡システム１に接続することにより、取得された試料ｗｋの画像情報や高さ分布情報等の加工をシームレスに行うことが可能になる。
【００４３】
図３は、共焦点顕微鏡システム１のコントローラに外部コンピュータシステム５０を接続したハードウェア構成例を示すブロック図である。外部コンピュータシステム５０は、ＣＲＴ又はＬＣＤ等の表示装置５１、キーボード５２、マウス（他のポインティングデバイスでもよい）５３、ＲＳ２３２Ｃ、ＵＳＢ（ユニバーサルシリアルバス）、ＩＥＥＥ１３９４等の通信インターフェイス５４、処理装置（ＣＰＵ）５５、半導体記憶媒体である主メモリ５６、補助記憶装置である固定ディスク装置５７及びリムーバブルディスク装置５８を備えている。
【００４４】
共焦点顕微鏡システム１の制御を行うための専用ソフトウェアは、ＣＤ−ＲＯＭのような記憶媒体５９に記憶された状態で供給され、ＣＤ−ＲＯＭドライブ装置のようなリムーバブルディスク装置５８によって記憶媒体５９から読み出され、固定ディスク装置５７にインストールされる。固定ディスク装置５７にインストールされた専用ソフトウェアは、主メモリ５６にロードされ、処理装置５５によって実行される。このような専用ソフトウェアによって実行される処理には、共焦点顕微鏡システム１の測定条件の設定を行うための処理や測定の結果得られた画像の処理等が含まれている。
【００４５】
図４は、専用ソフトウェアによる表示装置５１の画面表示の例を示す図である。表示装置５１に表示される画面表示６０において、左側の画像表示領域６１は共焦点顕微鏡システム１から得られたカラー画像、超深度画像、スライス画像、高さ分布画像等の測定結果を表示するための領域であり、その右側に測定条件の設定のための縦長の操作部領域６２が表示されている。
【００４６】
図５は、図４の画面表示６０における操作部領域６２の拡大図である。操作部領域６２のプッシュボタンやスライドバーの操作及び各プルダウンメニューの選択等をマウス５３を用いて行うことにより、各測定パラメータのマニュアル設定を行うことができる。例えば、ゲイン調整用スライドレバー６３をマウス５３のドラッグ操作によって上下移動すれば、受光素子１９の受光感度（ＰＭＴゲイン）が変化し、画像の明るさ（輝度）を調整することができる。また、その隣のＮＤフィルタ調整用スライドレバー６４を上下移動して光の減衰量を変化させることによっても画像の明るさ（輝度）を調整することができる。
【００４７】
あるいは、ディスタンスの右側の三角マーク６５をマウス５３でクリックしたときに現れるプルダウンメニューから適切な数値を選択することにより、対物レンズ１７のＺ方向移動範囲（測定範囲）を設定することができる。その下のピッチについても同様に、三角マーク６６をクリックしたときに現れるプルダウンメニューから適切な数値を選択することにより、適切なＺ方向移動ピッチを設定することができる。
【００４８】
また、測定モードの三角マーク６８をマウス５３でクリックしたときに現れるプルダウンメニューから超深度画像、カラー超深度画像（カラーピーク）、スライス画像、高さ分布画像等の測定モードを選択することができる。後述するリアルタイム超深度モードの選択もこれで行う。その下のスキャン設定の三角マーク６９をマウス５３でクリックしたときに現れるプルダウンメニューには、「ノーマル」、「パート１／２」、「パート１／３」、「スキップ」、「スキップ１／２」の５種類の走査モードが選択肢として含まれている。ユーザはマウス５３を用いてこれらの選択肢の中から１つの走査モードを選択することができる。
【００４９】
「ノーマル」は通常の走査モードであり、走査範囲が光学倍率によって決まるＸＹ平面における測定範囲の全体であると共に走査線数が最大数（例えば７６８本）である。「パート１／２」では、垂直走査範囲が全体の中央部１／２となり、走査線数もそれに応じて１／２（例えば３８４本）になる。「パート１／３」では、垂直走査範囲が全体の中央部１／３となり、走査線の数もそれに応じて１／３になる。
【００５０】
「スキップ」では、走査範囲は測定範囲の全体であるが、走査線数が１／２になる。つまり、隣接する走査線の間隔が２倍に広がっている。「スキップ１／２」では、隣接する走査線の間隔が２倍に広がり、かつ、垂直走査範囲が全体の中央部１／２となる。したがって、走査線数は１／４になる。なお、いずれの走査モードでも水平走査範囲は変化せず測定範囲全体の水平方向長さに等しい。また、スキップによって隣接する走査線の間隔が２倍に広がる場合は、補間処理によって走査線の間の画素データが生成される。
【００５１】
図５において、「スキャン設定」と表示された箇所の下側に「ダブルスキャン」と表示され、その左側にチェックボックス７０が設けられている。ユーザがマウス５３を用いてこのチェックボックス７０にチェックを入れると水平走査に関して往復走査が設定され、チェックを外すと通常の一方向走査が設定される。
【００５２】
水平走査のための水平偏向装置１４ａはレゾナント（共振型）スキャナーで構成され、所定の電圧を印加すれば自励式にミラーの反射面が所定の周波数で振動する。したがって、往路と復路の所要時間が同じ（半周期）であり位相変化も同等であるので往復走査が可能である。往復走査を行う場合は一方向走査の場合に比べて、一垂直走査当たりの水平走査回数が同じであれば見かけ上２倍の走査線数が得られることになり、その分だけ測定分解能が良くなる。逆に、一垂直走査当たりの水平走査回数を半分に低減しても、見かけ上の走査線数が同じであるので、測定分解能の低下はほとんどないことになる。一垂直走査当たりの水平走査回数が半分に低減されれば、測定全体の所要時間が半分近くまで低減される。
【００５３】
上記のように、ユーザは５通りの走査モードのうちの１つを選択し、かつ、一方向走査又は往復走査を選択することにより、計１０通りの走査方法を設定することができる。
【００５４】
上記のようにして、測定モード、走査モード、対物レンズ１７のＺ方向移動範囲や移動ピッチ等の測定条件を適切に設定した後に、測定ボタン６７を押下すれば自動測定が始まり、所定の測定時間経過後に超深度画像や高さ分布画像が画面表示６０の画像表示領域６１に現れる。測定時間は、上記の対物レンズ１７のＺ方向移動範囲及び移動ピッチ、走査モード、往復走査の有無等によって大きく変化するが、精度の高い超焦点画像を通常の測定モードで得るには通常、数十秒の測定時間がかかる。なお、前述のスライス画像の場合はリアルタイムで表示される。すなわち、例えば手動操作によって試料ステージ３０を上下動させると、画像表示領域６１に表示されているスライス画像がＺ方向位置の変化に追随して変化する。
【００５５】
また、停止ボタン７１は、測定を途中で終了する場合に押下される。特に、以下に説明するリアルタイム超深度モードでは、一旦測定が開始されると停止ボタン７１を押すまで測定が自動的に繰り返される。
【００５６】
次に、本実施形態の共焦点顕微鏡システム１が備えるリアルタイム超深度モードについて説明する。リアルタイム超深度モードは、対物レンズ１７を所定の移動ピッチでＺ方向（高さ方向）に変化させながら試料表面の各点の受光量が最大になるときの高さ及び最大受光量の情報を各点ごとに取得し、取得した情報を処理して得られる超深度画像や高さ分布画像を表示する測定を停止指令があるまで繰り返し実行する測定反復モードである。
【００５７】
しかも、リアルタイム超深度モードでは、走査線の数を減らして往復走査とすると共に、対物レンズ１７の移動ピッチを粗くすることにより、１回の測定時間を１秒未満に短縮している。一実施例において、１秒当たりの走査回数を６０回、対物レンズ１７の移動回数を２０回とすることにより、１回の測定時間を０．３３秒としている。つまり、１秒間に３回画像が更新される。リアルタイム超深度モードで測定を開始すると、例えば試料ステージ３０をＸＹ方向に移動させて試料表面の測定範囲を変化させたときに、略リアルタイムで超深度画像や高さ分布画像が追随して変化する。これにより、広い試料表面の全体の概略を早く観察することができる。あるいは、通常の超深度測定モードによって詳しく観察したい部分をリアルタイム超深度モードによって容易に探し出すことができる。
【００５８】
図６は、リアルタイム超深度モードの処理の例を示すフローチャートである。また比較のために、通常の超深度測定モードの処理のフローチャートを図７に示す。いずれのフローチャートにおいても、細部の設定操作や処理は省略している。また、ユーザの操作に関するステップとコントローラ（制御部４６）が実行する処理との区別は以下の説明の中で明らかにする。まず、図７に沿って通常の超深度測定モードの処理について説明した後に図６のリアルタイム超深度モードの処理について説明する。
【００５９】
図７において、通常の超深度測定モードを選択したユーザは、ステップ＃２０１で対物レンズ１７の下端位置を設定する。なお、この例では下端位置を始点とし上端位置を終点としているが、逆であってもよい。続くステップ＃２０２で対物レンズ１７を上昇して上端位置（終点）を設定し、ステップ＃２０３で対物レンズ１７の移動ピッチを設定する。この例では対物レンズ１７が所定ピッチで上下方向に移動するが、試料ステージ３０が所定ピッチで上下方向に移動する場合は、ステップ＃２０１からステップ＃２０３で始点、終点及び移動ピッチを設定する対象は試料ステージ３０となる。以下のステップでも同様である。以上の設定を含む測定条件を適切に設定した後に、ステップ＃２０４でユーザは測定ボタン６７を押下する。
【００６０】
これにより、制御部４６が測定を開始し、ステップ＃２０５で対物レンズ１７を下端位置（始点）に移動する。そして、ステップ＃２０６で試料表面を光で走査して各点の受光量を取得する。次のステップ＃２０７では、今回の受光量を前回の受光量と比較して、今回の受光量が大きければ最大受光量としてメモリに記憶（更新）すると共に高さデータをも更新する処理を各点ごとに実行する。
【００６１】
次のステップ＃２０８で対物レンズ１７を設定ピッチ分だけ上昇し、終点に到達しなければ（ステップ＃２０９のＮｏ）、ステップ＃２０６に戻ってステップ＃２０６からステップ＃２０９の処理を繰り返す。対物レンズが終点に到達した時点でメモリには試料表面の測定範囲内の最大受光量データとそのとき（ピントがあったとき）の高さデータが各点ごとに記憶されている。これらのデータを用いて、次のステップ＃２１０で超深度画像又は高さ分布画像が生成され、画面に表示される。
【００６２】
これで測定が終了したことになるが、ユーザが同じ測定条件で再測定を行う場合（ステップ＃２１１のＹｅｓ）は、ステップ＃２０４に戻って再度測定ボタンを押下する。例えば試料ｗｋを動かして別の測定範囲を同一測定条件で測定する場合がこれに相当する。
【００６３】
また、異なる測定条件で再測定を行う場合（ステップ＃２１２のＹｅｓ）は、ステップ＃２０１に戻って測定条件の設定からやり直すことになる。例えば、対物レンズ１７の移動ピッチを細かく設定してもっときれいな（精度の高い）超深度画像を得たい場合の再測定がこれに該当する。
【００６４】
次に、図６のリアルタイム超深度モードの処理について説明する。このモードでは、対物レンズ１７（又は試料ステージ３０）が一方向ではなく、両方向に設定ピッチで移動しながらデータが取得される。これにより、測定が繰り返される場合のロス時間（始点への復帰に要する時間）が無くなる。
【００６５】
ユーザは、ステップ＃１０１で対物レンズ１７の移動範囲の一端を設定し、ステップ＃１０２で対物レンズ１７を移動して移動範囲の他端を設定する。対物レンズ１７の移動範囲の上端位置を先に設定してもよいし下端位置を先に設定してもよい。試料ステージ３０が所定ピッチで上下方向に移動する場合は、試料ステージ３０の移動範囲の両端を設定することになる。
【００６６】
続くステップ＃１０３で制御部４６は、対物レンズ１７の移動ピッチ（試料ステージ３０が所定ピッチで移動する場合は試料ステージ３０の移動ピッチ）を自動設定する。前述のように、リアルタイム超深度モードでは１回の測定時間を短くするために、移動ピッチを粗く設定する。一実施例において、手動設定された移動範囲（移動距離）の１／２０を移動ピッチとして２０回の移動が行われるようにする。この場合、通常の超深度測定における１００回程度の移動に比べて、１回の測定時間が１／５程度に短縮される。
【００６７】
続くステップ＃１０４で制御部４６は、走査線数を自動設定すると共に往復走査を自動設定する。走査線数は、前述の手動走査におけるスキップと同様に、通常（ノーマル）の１／２に設定する。更に往復走査とすることにより、ＸＹ走査の時間が通常の１／４に短縮される。上記の移動ピッチを粗く設定することによる効果と併せて１回の測定時間が例えば１／２０程度に短縮される。
【００６８】
この後、ステップ＃１０５でユーザが測定ボタン６７を押下すると、制御部４６が測定を開始し、ステップ＃１０６で試料表面を光で走査して各点の受光量を取得する。次のステップ＃１０７では、今回の受光量を前回の受光量と比較して、今回の受光量が大きければ最大受光量としてメモリに記憶（更新）すると共に高さデータをも更新する処理を各点ごとに実行する。
【００６９】
次のステップ＃１０８で対物レンズ１７を設定ピッチ分だけ移動し、移動端に到達しなければ（ステップ＃１０９のＮｏ）、ステップ＃１０６に戻ってステップ＃１０６からステップ＃１０９の処理を繰り返す。対物レンズ１７が移動端に到達した時点でメモリには試料表面の測定範囲内の最大受光量データとそのとき（ピントがあったとき）の高さデータが各点ごとに記憶されている。これらのデータを用いて、次のステップ＃１１０で超深度画像又は高さ分布画像が生成され、画面に表示される。
【００７０】
続くステップ＃１１１で停止ボタン７１が押下されたか否かがチェックされ、押下されていなければ次のステップ＃１１２で対物レンズ１７の移動方向を反転してステップ＃１０６に戻る。したがって、停止ボタン７１が押下されるまでステップ＃１０６からステップ＃１１２の処理が繰り返される。前述のように、リアルタイム超深度モードでは１回の測定時間が短くなるように対物レンズ１７の移動ピッチ、走査線数及び往復走査が自動設定されており、例えば０．３３秒ごとに超深度画像又は高さ分布画像が生成され、画面表示が更新される。したがって、例えばユーザが試料ステージ３０をＸＹ方向に移動させて試料表面の測定範囲を変化させたときに、略リアルタイムで超深度画像や高さ分布画像が追随して変化する。これにより、広い試料表面の全体の概略を早く観察することができる。あるいは、通常の超深度測定モードによって詳しく観察したい部分をリアルタイム超深度モードによって容易に探し出すことができる。
【００７１】
なお、上記実施形態ではリアルタイム超深度モード（測定反復モード）における１回当たりの測定時間を短縮するために、走査線の数を減らす方法、水平方向を往復走査とする方法、及び、対物レンズ（又は試料ステージ）の移動ピッチを粗くする方法のすべてを実施したが、必ずしもすべてを実施する必要は無く、いずれか１つ又は２つの方法を実施してもよい。また、走査速度や対物レンズの移動速度を早くする等、他の方法によって１回当たりの測定時間を短縮してもよい。
【００７２】
また、上記の実施形態では、外部コンピュータシステムに共焦点顕微鏡システムの制御を行うための専用ソフトウェアをインストールし、外部コンピュータシステムの表示装置の画面上でリアルタイム超深度モードの設定、実行及び停止を実現する場合について説明したが、本発明はそのような実施形態に限られるわけではない。共焦点顕微鏡システム１に標準装備の表示装置４７及び入力装置４８を用いて測定条件の設定や得られた画像の表示を行う場合にも本発明を適用することができる。
【００７３】
また、上記の実施形態の共焦点顕微鏡は反射型の顕微鏡であるが、透過型の共焦点顕微鏡にも本発明を適用することができる。透過型の顕微鏡の場合は、試料の裏面から共焦点光学系のレーザ光及び非共焦点光学系の白色光が照射される。共焦点光学系の光源はレーザ光源を含む単色光源はもちろんのこと、複数波長を含むものであってもよい。非共焦点光学系の光源は自然光又は室内光で代用することもできる。
【００７４】
また、本発明は蛍光型共焦点顕微鏡にも適用することができる。蛍光型共焦点顕微鏡では、レーザ光を励起光として試料に照射したときに励起される蛍光を、励起光を遮断するフィルタを通過させ、共焦点光学系で受光することによって蛍光超深度画像を取得する。そして、波長の異なる複数の光源を備えることにより、複数種類の蛍光に対応することができる。
【００７５】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の測定反復モードを有する共焦点顕微鏡システムによれば、ユーザが測定ボタンを押すことによって測定を開始すると、停止ボタンを押すまで測定が繰り返されるので、試料ステージを手動で動かして試料表面の測定対象部分を変えたときに再度測定ボタンを押す必要が無い。つまり、試料ステージの手動操作ダイアルから手を離さずに測定範囲を変えながら所定時間ごとに又はリアルタイムで更新される表示画像を観察することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る共焦点顕微鏡システムの概略構成を示す図である。
【図２】対物レンズのＺ方向位置に応じて変化する受光量データの例を示すグラフである。
【図３】共焦点顕微鏡システムのコントローラに外部コンピュータシステムを接続したハードウェア構成例を示すブロック図である。
【図４】専用ソフトウェアによる表示装置の画面表示の例を示す図である。
【図５】図４の画面表示における操作部領域の拡大図である。
【図６】リアルタイム超深度モードの処理の例を示すフローチャートである。
【図７】通常の超深度測定モードの処理のフローチャートである。
【符号の説明】
１  共焦点顕微鏡システム
２  共焦点光学系
１９  受光素子
４７，５１  表示装置
６０  画面表示
６１  画像表示領域
６２  操作部領域
ｗｋ  試料
【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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