(57)【要約】【課題】観察対象の高さを正確に測定可能な拡大観察装置等を提供する。【解決手段】拡大観察装置は、試料Ｓを載置するステージ３０と、光学系１１を介して入射する試料Ｓからの反射光または透過光を電気的に読み取るＣＣＤ１２と、焦点を調整するステージ昇降器２０とから構成される撮像部と、焦点を調整したときの焦点距離情報を、光軸方向とほぼ垂直な面内における試料の２次元位置情報と共に記憶するメモリ５３と、ＣＣＤ１２によって読み取られた画像を表示する表示部５２と、表示部５２によって表示された画像の一部の領域を少なくとも一つ設定可能な入力部５５と、焦点距離情報に基づいて、領域設定部によって設定された領域に対応する試料Ｓの光軸方向における平均高さを演算する制御部５１とから構成される情報処理装置とを備える。【選択図】図２
2004239890.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料を撮像するための撮像部と、前記撮像部で取得された信号に基づいて観察画像を表示するための表示部とを備える拡大観察装置であって、
表示部で表示された観察画像の一部の領域を少なくとも一つ設定可能な領域設定部と、
領域設定部によって設定された領域内の平均高さを演算し、所定の基準高さと対比して相対高さを演算するための演算部と、
を備えることを特徴とする拡大観察装置。
【請求項２】
試料を撮像するための撮像部と、前記撮像部で取得された信号に基づいて観察画像を表示するための表示部とを備える拡大観察装置であって、
表示部で表示された観察画像の一部の領域を２以上設定可能な領域設定部と、
領域設定部によって設定された領域内の平均高さをそれぞれ演算し、各領域間の相対高さを演算するための演算部と、
を備えることを特徴とする拡大観察装置。
【請求項３】
演算部で演算される高さは、設定された領域の焦点距離に基づいて演算されることを特徴とする請求項１または２記載の拡大観察装置。
【請求項４】
試料固定部に載置された試料に対して拡大観察画像を取得すべく、試料を照明するための照明部と、試料を撮像するための撮像部と、前記撮像部で取得された信号に基づいて観察画像を表示するための表示部を有する情報処理装置とを備える拡大観察装置であって、前記撮像部は、
照明部から試料固定部上に載置された試料に対して照射された光の透過光または反射光を結像させるための光学系と、
光学系を介して入射する試料からの反射光または透過光を電気的に読み取るための撮像素子と、
試料固定部と光学系との光軸方向における相対距離を変化させ焦点を調整するための焦点調整部と、
を備えており、さらに前記情報処理装置は、
焦点調整部によって焦点を調整した際における試料固定部と光学系との光軸方向における相対距離に関する焦点距離情報を、光軸方向とほぼ垂直な面内における試料の２次元位置情報と共に記憶するための焦点距離情報記憶部と、
表示部によって表示された観察画像の一部の領域を少なくとも一つ設定可能な領域設定部と、
領域設定部によって設定された領域に対応する試料の一部または全部に関する焦点距離情報記憶部に記憶された焦点距離情報に基づいて、領域設定部によって設定された領域に対応する試料の光軸方向における平均高さを演算する演算部と、
を備えることを特徴とする拡大観察装置。
【請求項５】
撮像素子は２次元状に配置された画素毎に受光量を読み取る２次元撮像素子であり、
焦点調整部は領域設定部によって設定された領域に対応する試料の一部または全部に対応する受光量の和に基づいて焦点を調整することを特徴とする請求項４に記載の拡大観察装置。
【請求項６】
前記領域設定部が領域を設定する前に、試料固定部と光学系との光軸方向における相対距離を変化させて取得した複数の観察画像の中から焦点の合った部分を合成して一の観察画像を作成し、合成された観察画像上で領域を設定するよう構成してなることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の拡大観察装置。
【請求項７】
試料を撮像するための撮像部と、前記撮像部で取得された信号に基づいて観察画像を表示するための表示部とを備える拡大観察装置を用いる拡大画像観察方法であって、
表示部で表示された観察画像の一部の領域を少なくとも一つ設定するステップと、
設定された領域内の平均高さを演算し、所定の基準高さと対比して相対高さを演算するステップと、
を備えることを特徴とする拡大画像観察方法。
【請求項８】
試料を撮像するための撮像部と、前記撮像部で取得された信号に基づいて観察画像を表示するための表示部とを備える拡大観察装置を用いる拡大画像観察方法であって、
表示部で表示された観察画像の一部の領域を２以上設定するステップと、
設定された領域内の平均高さをそれぞれ演算し、各領域間の相対高さを演算するステップと、
を備えることを特徴とする拡大画像観察方法。
【請求項９】
高さの演算は、設定された領域の焦点距離に基づいて行われることを特徴とする請求項７または８記載の拡大画像観察方法。
【請求項１０】
試料固定部に載置された試料に対して拡大観察画像を取得すべく、試料を照明するための照明部と、試料を撮像するための撮像部と、前記撮像部で取得された信号に基づいて観察画像を表示するための表示部を有する情報処理装置とを備える拡大観察装置を用いる拡大画像観察方法であって、
表示部によって表示された観察画像の一部の領域を少なくとも一つ設定するステップと、
設定された領域内において試料固定部と光学系との光軸方向における相対距離を変化させ焦点を調整するステップと、
焦点を調整した際における試料固定部と光学系との光軸方向における相対距離に関する焦点距離情報を、光軸方向とほぼ垂直な面内における試料の２次元位置情報と共に記憶するステップと、
設定された領域に対応する試料の一部または全部に関して記憶された焦点距離情報に基づいて、設定された領域に対応する試料の光軸方向における平均高さを演算するステップと、
を備えることを特徴とする拡大画像観察方法。
【請求項１１】
焦点の調整は、設定された領域に対応する試料の一部または全部に対応する受光量の和に基づいて行われることを特徴とする請求項１０に記載の拡大画像観察方法。
【請求項１２】
前記拡大画像観察方法はさらに、領域を設定するステップの前に、試料固定部と光学系との光軸方向における相対距離を変化させて取得した複数の観察画像の中から焦点の合った部分を合成して一の観察画像を作成するステップを備えることを特徴とする請求項７から１１のいずれかに記載の拡大観察方法。
【請求項１３】
試料を撮像するための撮像部と、前記撮像部で取得された信号に基づいて観察画像を表示するための表示部とを備える拡大観察装置を操作するための拡大観察装置操作プログラムであって、コンピュータに
表示部で表示された観察画像の一部の領域を少なくとも一つ設定する機能と、
設定された領域内の平均高さを演算し、所定の基準高さと対比して相対高さを演算する機能と、
を実現させる拡大観察装置操作プログラム。
【請求項１４】
試料を撮像するための撮像部と、前記撮像部で取得された信号に基づいて観察画像を表示するための表示部とを備える拡大観察装置を操作するための拡大観察装置操作プログラムであって、コンピュータに
表示部で表示された観察画像の一部の領域を２以上設定する機能と、
設定された領域内の平均高さをそれぞれ演算し、各領域間の相対高さを演算する機能と、
を実現させる拡大観察装置操作プログラム。
【請求項１５】
高さの演算は、設定された領域の焦点距離に基づいて行われることを特徴とする請求項１３または１４記載の拡大観察装置操作プログラム。
【請求項１６】
試料固定部に載置された試料に対して拡大観察画像を取得すべく、試料を照明するための照明部と、試料を撮像するための撮像部と、前記撮像部で取得された信号に基づいて観察画像を表示するための表示部を有する情報処理装置とを備える拡大観察装置を操作するための拡大観察装置操作プログラムであって、コンピュータに
表示部によって表示された観察画像の一部の領域を少なくとも一つ設定する機能と、
設定された領域内において試料固定部と光学系との光軸方向における相対距離を変化させ焦点を調整する機能と、
焦点を調整した際における試料固定部と光学系との光軸方向における相対距離に関する焦点距離情報を、光軸方向とほぼ垂直な面内における試料の２次元位置情報と共に記憶する機能と、
設定された領域に対応する試料の一部または全部に関して記憶された焦点距離情報に基づいて、設定された領域に対応する試料の光軸方向における平均高さを演算する機能と、
を実現させる拡大観察装置操作プログラム。
【請求項１７】
焦点の調整は、設定された領域に対応する試料の一部または全部に対応する受光量の和に基づいて行われることを特徴とする請求項１６に記載の拡大観察装置操作プログラム。
【請求項１８】
前記拡大観察装置操作プログラムはさらに、試料固定部と光学系との光軸方向における相対距離を変化させて取得した複数の観察画像の中から焦点の合った部分を合成して一の観察画像を作成する機能をコンピュータに実現させることを特徴とする請求項１３から１７のいずれかに記載の拡大観察装置操作プログラム。
【請求項１９】
請求項１３から１８のいずれかに記載される拡大観察装置操作プログラムを格納したコンピュータで読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、拡大した画像を撮像して表示するマイクロスコープのような拡大観察装置、拡大画像観察方法、拡大観察装置操作プログラムおよびコンピュータで読み取り可能な記録媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、共焦点顕微鏡などを用いて画面上に表示される試料等の高さを測定することが行われていた。このような装置では、例えばレーザ光を試料に照射し、共焦点光学系を介して入射するステージに載置された試料からの反射光または透過光を、ステージを光軸方向に移動させてフォトマルチプライヤやフォトダイオード等の受光素子によって受光量を電気的に読み取る。そして、ピント（焦点）が合った最大受光量のときのステージの光軸方向における移動情報に基づいて、試料の表面の光軸方向における高さを演算している。さらに、試料の表面をレーザ光で走査することによって試料の表面の高さ分布が得られる。高さ分布は、３次元表示あるいは高さ情報を輝度情報等に置き換えた２次元表示によって表示部に表示される。また、試料表面の各点（画素）の最大受光量を輝度情報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白黒画像、すなわち、焦点深度の深い共焦点画像が得られる。また、通常の非共焦点光学系で得られる試料表面のカラー画像と上記の共焦点画像とを合成することにより、各画像でピントの合ったカラー画像を得ることも可能である。このような装置は、例えば特許文献１等に記載される。
【０００３】
しかしながら、従来の試料の高さを測定する拡大観察装置においては、試料の高さを測定するポイントは点で指定されるため、例えば表面の粗い試料といったポイントによって高低差の激しい対象物の高さを測定する場合は、指定するポイントによってその値の変動が大きいという問題があった。また精度の高い高さ測定が可能な共焦点顕微鏡システムは、構成価格が高価になるという問題もあった。
【特許文献１】特開２００１−８３４２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものである。本発明の主な目的は、指定された領域の高さ測定を精度良く行うことのできる拡大観察装置、拡大画像観察方法、拡大観察装置操作プログラムおよびコンピュータで読み取り可能な記録媒体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の目的を達成するために、本発明の拡大観察装置は、試料を撮像するための撮像部と、前記撮像部で取得された信号に基づいて観察画像を表示するための表示部とを備える拡大観察装置である。この拡大観察装置は、表示部で表示された観察画像の一部の領域を少なくとも一つ設定可能な領域設定部と、領域設定部によって設定された領域内の平均高さを演算し、所定の基準高さと対比して相対高さを演算するための演算部とを備えることを特徴とする。この構成によって、面積を持つ領域の平均として高さを演算できるため、試料の表面状態などによらず正確な高さを得ることができる。
【０００６】
また、本発明の請求項２に記載される拡大観察装置は、試料を撮像するための撮像部と、前記撮像部で取得された信号に基づいて観察画像を表示するための表示部とを備える拡大観察装置である。この拡大観察装置は、表示部で表示された観察画像の一部の領域を２以上設定可能な領域設定部と、領域設定部によって設定された領域内の平均高さをそれぞれ演算し、各領域間の相対高さを演算するための演算部とを備えることを特徴とする。この構成によって、任意の領域を指定して、領域同士の高低差を容易に得ることができる。
【０００７】
さらに、本発明の請求項３に記載される拡大観察装置は、請求項１または２に加えて、演算部で演算される高さが、設定された領域の焦点距離に基づいて演算されることを特徴とする。この構成によって、簡単な構成で試料の高さを測定することができる。
【０００８】
さらにまた、本発明の請求項４に記載される拡大観察装置は、試料固定部に載置された試料に対して拡大観察画像を取得すべく、試料を照明するための照明部と、試料を撮像するための撮像部と、前記撮像部で取得された信号に基づいて観察画像を表示するための表示部を有する情報処理装置とを備える拡大観察装置である。前記撮像部は、照明部から試料固定部上に載置された試料に対して照射された光の透過光または反射光を結像させるための光学系と、光学系を介して入射する試料からの反射光または透過光を電気的に読み取るための撮像素子と、試料固定部と光学系との光軸方向における相対距離を変化させ焦点を調整するための焦点調整部とを備えている。さらに前記情報処理装置は、焦点調整部によって焦点を調整した際における試料固定部と光学系との光軸方向における相対距離に関する焦点距離情報を、光軸方向とほぼ垂直な面内における試料の２次元位置情報と共に記憶するための焦点距離情報記憶部と、表示部によって表示された観察画像の一部の領域を少なくとも一つ設定可能な領域設定部と、領域設定部によって設定された領域に対応する試料の一部または全部に関する焦点距離情報記憶部に記憶された焦点距離情報に基づいて、領域設定部によって設定された領域に対応する試料の光軸方向における平均高さを演算する演算部とを備える。この構成によって、簡単な構成で試料の高さを測定することができる。また領域設定部は、表示された観察画像における２以上の領域を設定可能としてもよく、その際演算部は領域設定部によって設定された各領域間の光軸方向における平均相対高さを演算することも可能である。この構成によって、一の領域を基準として他の領域の平均相対高さを演算することができる。
【０００９】
さらにまた、本発明の請求項５に記載される拡大観察装置は、請求項４に加えて、撮像素子が２次元状に配置された画素毎に受光量を読み取る２次元撮像素子であり、焦点調整部が領域設定部によって設定された領域に対応する試料の一部または全部に対応する受光量の和に基づいて焦点を調整することを特徴とする。この構成によって、面積を持つ領域の平均として高さを演算できるため、試料の表面状態などによらず正確な高さを得ることができる。
【００１０】
さらにまた、本発明の請求項６に記載される拡大観察装置は、請求項１から５のいずれかに加えて、前記領域設定部が領域を設定する前に、試料固定部と光学系との光軸方向における相対距離を変化させて取得した複数の観察画像の中から焦点の合った部分を合成して一の観察画像を作成し、合成された観察画像上で領域を設定するよう構成してなることを特徴とする。この構成によって、焦点のあった観察画像上で領域指定を行うことができるので、容易に且つ正確に所望の領域を指定できる。
【００１１】
また、本発明の請求項７に記載される拡大画像観察方法は、試料を撮像するための撮像部と、前記撮像部で取得された信号に基づいて観察画像を表示するための表示部とを備える拡大観察装置を用いる拡大画像観察方法である。この拡大画像観察方法は、表示部で表示された観察画像の一部の領域を少なくとも一つ設定するステップと、設定された領域内の平均高さを演算し、所定の基準高さと対比して相対高さを演算するステップとを備えることを特徴とする。この構成によって、面積を持つ領域の平均として高さを演算できるため、試料の表面状態などによらず正確な高さを得ることができる。
【００１２】
さらに、本発明の請求項８に記載される拡大画像観察方法は、試料を撮像するための撮像部と、前記撮像部で取得された信号に基づいて観察画像を表示するための表示部とを備える拡大観察装置を用いる拡大画像観察方法である。この拡大画像観察方法は、表示部で表示された観察画像の一部の領域を２以上設定するステップと、設定された領域内の平均高さをそれぞれ演算し、各領域間の相対高さを演算するステップとを備えることを特徴とする。この構成によって、任意の領域を指定して、領域同士の高低差を容易に得ることができる。
【００１３】
さらにまた、本発明の請求項９に記載される拡大画像観察方法は、請求項７または８に加えて、高さの演算が、設定された領域の焦点距離に基づいて行われることを特徴とする。この構成によって、簡単な構成で試料の高さを測定することができる。
【００１４】
さらにまた、本発明の請求項１０に記載される拡大画像観察方法は、試料固定部に載置された試料に対して拡大観察画像を取得すべく、試料を照明するための照明部と、試料を撮像するための撮像部と、前記撮像部で取得された信号に基づいて観察画像を表示するための表示部を有する情報処理装置とを備える拡大観察装置を用いる拡大画像観察方法である。この拡大画像観察方法は、表示部によって表示された観察画像の一部の領域を少なくとも一つ設定するステップと、設定された領域内において試料固定部と光学系との光軸方向における相対距離を変化させ焦点を調整するステップと、焦点を調整した際における試料固定部と光学系との光軸方向における相対距離に関する焦点距離情報を、光軸方向とほぼ垂直な面内における試料の２次元位置情報と共に記憶するステップと、設定された領域に対応する試料の一部または全部に関して記憶された焦点距離情報に基づいて、設定された領域に対応する試料の光軸方向における平均高さを演算するステップとを備えることを特徴とする。この構成によって、簡単な構成で試料の高さを測定することができる。また領域設定部は、表示された観察画像における２以上の領域を設定可能としてもよく、その際演算部は領域設定部によって設定された各領域間の光軸方向における平均相対高さを演算することも可能である。この構成によって、一の領域を基準として他の領域の平均相対高さを演算することができる。
【００１５】
さらにまた、本発明の請求項１１に記載される拡大画像観察方法は、請求項１０に加えて、焦点の調整が、設定された領域に対応する試料の一部または全部に対応する受光量の和に基づいて行われることを特徴とする。この構成によって、面積を持つ領域の平均として高さを演算できるため、試料の表面状態などによらず正確な高さを得ることができる。
【００１６】
さらにまた、本発明の請求項１２に記載される拡大画像観察方法は、請求項７から１１のいずれかに加えて、さらに領域を設定するステップの前に、試料固定部と光学系との光軸方向における相対距離を変化させて取得した複数の観察画像の中から焦点の合った部分を合成して一の観察画像を作成するステップを備えることを特徴とする。この構成によって、焦点のあった観察画像上で領域指定を行うことができるので、容易に且つ正確に所望の領域を指定できる。
【００１７】
また、本発明の請求項１３に記載される拡大観察装置操作プログラムは、試料を撮像するための撮像部と、前記撮像部で取得された信号に基づいて観察画像を表示するための表示部とを備える拡大観察装置を操作するための拡大観察装置操作プログラムである。このプログラムは、コンピュータに、表示部で表示された観察画像の一部の領域を少なくとも一つ設定する機能と、設定された領域内の平均高さを演算し、所定の基準高さと対比して相対高さを演算する機能とを実現させる。この構成によって、面積を持つ領域の平均として高さを演算できるため、試料の表面状態などによらず正確な高さを得ることができる。
【００１８】
さらに、本発明の請求項１４に記載される拡大観察装置操作プログラムは、試料を撮像するための撮像部と、前記撮像部で取得された信号に基づいて観察画像を表示するための表示部とを備える拡大観察装置を操作するための拡大観察装置操作プログラムである。このプログラムは、コンピュータに、表示部で表示された観察画像の一部の領域を２以上設定する機能と、設定された領域内の平均高さをそれぞれ演算し、各領域間の相対高さを演算する機能とを実現させる。この構成によって、任意の領域を指定して、領域同士の高低差を容易に得ることができる。
【００１９】
さらにまた、本発明の請求項１５に記載される拡大観察装置操作プログラムは、請求項１３または１４に加えて、高さの演算が、設定された領域の焦点距離に基づいて行われることを特徴とする。この構成によって、簡単な構成で試料の高さを測定することができる。
【００２０】
さらにまた、本発明の請求項１６に記載される拡大観察装置操作プログラムは、試料固定部に載置された試料に対して拡大観察画像を取得すべく、試料を照明するための照明部と、試料を撮像するための撮像部と、前記撮像部で取得された信号に基づいて観察画像を表示するための表示部を有する情報処理装置とを備える拡大観察装置を操作するための拡大観察装置操作プログラムであって、コンピュータに表示部によって表示された観察画像の一部の領域を少なくとも一つ設定する機能と、設定された領域内において試料固定部と光学系との光軸方向における相対距離を変化させ焦点を調整する機能と、焦点を調整した際における試料固定部と光学系との光軸方向における相対距離に関する焦点距離情報を、光軸方向とほぼ垂直な面内における試料の２次元位置情報と共に記憶する機能と、設定された領域に対応する試料の一部または全部に関して記憶された焦点距離情報に基づいて、設定された領域に対応する試料の光軸方向における平均高さを演算する機能とを実現させる。この構成によって、簡単な構成で試料の高さを測定することができる。また領域設定部は、表示された観察画像における２以上の領域を設定可能としてもよく、その際演算部は領域設定部によって設定された各領域間の光軸方向における平均相対高さを演算することも可能である。この構成によって、一の領域を基準として他の領域の平均相対高さを演算することができる。
【００２１】
さらにまた、本発明の請求項１７に記載される拡大観察装置操作プログラムは、請求項１６に加えて、焦点の調整が、設定された領域に対応する試料の一部または全部に対応する受光量の和に基づいて行われることを特徴とする。この構成によって、面積を持つ領域の平均として高さを演算できるため、試料の表面状態などによらず正確な高さを得ることができる。
【００２２】
さらにまた、本発明の請求項１８に記載される拡大観察装置操作プログラムは、請求項１３から１７のいずれかに加えて、前記拡大観察装置操作プログラムはさらに、試料固定部と光学系との光軸方向における相対距離を変化させて取得した複数の観察画像の中から焦点の合った部分を合成して一の観察画像を作成する機能をコンピュータに実現させることを特徴とする。この構成によって、焦点のあった観察画像上で領域指定を行うことができるので、容易に且つ正確に所望の領域を指定できる。
【００２３】
また、本発明の請求項１９に記載されたコンピュータで読み取り可能な記録媒体は、請求項１３から１８のいずれかに記載した拡大観察装置操作プログラムを記録したものである。記録媒体には、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷやフレキシブルディスク、磁気テープ、ＭＯ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋Ｒ、ＤＶＤ＋ＲＷ、ｂｌｕ−ｌａｙディスク等の磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、半導体メモリその他のプログラムを格納可能な媒体が含まれる。また上記のプログラムは、ネットワークを介してダウンロード可能な形態も含まれる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の拡大観察装置、拡大画像観察方法、拡大観察装置操作プログラムおよびコンピュータで読み取り可能な記録媒体によれば、観察画像から指定した領域の平均高さや基準との相対高さを容易に得ることができる。特に本発明は、指定した点の高さのみならず、領域で指定した範囲の平均高さ、最大高さ等を測定できるため、指定位置による測定のばらつきを抑え、高低差の激しい試料等においても正確な高さを測定することができる。また本発明は比較的簡易な構成で実現できるため、コスト面でも安価に抑えることができるというメリットも得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための拡大観察装置、拡大画像観察方法、拡大観察装置操作プログラムおよびコンピュータで読み取り可能な記録媒体を例示するものであって、本発明は拡大観察装置、拡大画像観察方法、拡大観察装置操作プログラムおよびコンピュータで読み取り可能な記録媒体を以下のものに特定しない。
【００２６】
また、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。
【００２７】
本発明の実施例において使用される拡大観察装置とこれに接続される操作、制御、表示、その他の処理等のためのコンピュータ、プリンタ、外部記憶装置その他の周辺機器との接続は、例えばＩＥＥＥ１３９４、ＲＳ−２３２ｘやＲＳ−４２２、ＵＳＢ等のシリアル接続、パラレル接続、あるいは１０ＢＡＳＥ−Ｔ、１００ＢＡＳＥ−ＴＸ、１０００ＢＡＳＥ−Ｔ等のネットワークを介して電気的、あるいは磁気的、光学的に接続して通信を行う。接続は有線を使った物理的な接続に限られず、ＩＥＥＥ８０２．１ｘ、ＯＦＤＭ方式等の無線ＬＡＮやＢｌｕｅｔｏｏｔｈ等の電波、赤外線、光通信等を利用した無線接続等でもよい。さらにデータの交換や設定の保存等を行うための記録媒体には、メモリカードや磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、半導体メモリ等が利用できる。なお本明細書において拡大観察装置とは、拡大観察装置本体のみならず、これにコンピュータ、外部記憶装置等の周辺機器を組み合わせた撮像システムも含む意味で使用する。
【００２８】
［第１の実施の形態］
以下、図１から図４を用いて、本発明の第１の実施の形態に係る拡大観察装置を説明する。拡大観察装置は、図１に示すように観察対象の試料を照明するための照明部６０と、照明部６０により照明された試料を撮像する撮像部１０と、撮像部１０で撮像された拡大画像を表示する表示部５２を有する情報処理装置５０を備える。さらに図１の拡大観察装置は、試料を固定する試料固定部（試料Ｓを載置するステージ３０）と、光学系１１を介して入射する試料固定部に固定された試料Ｓからの反射光または透過光を電気的に読み取る撮像素子（ＣＣＤ１２）と、試料固定部と光学系１１の光軸方向における相対距離を変化させ焦点を調整する焦点調整部（ステージ昇降器２０）とを備える。さらにまた情報処理装置５０は、図２に示すように、焦点調整部によって焦点を調整したときの試料固定部と光学系１１の光軸方向における相対距離に関する焦点距離情報を、光軸方向とほぼ垂直な面内における試料の２次元位置情報と共に記憶する焦点距離情報記憶部（メモリ５３）と、撮像素子によって読み取られた画像を表示する表示部５２と、表示部５２によって表示された画像の一部の領域を少なくとも一つ設定可能な領域設定部（入力部５５、ポインティングデバイス５５ａ）と、領域設定部によって設定された領域に対応する試料Ｓの一部または全部に関する焦点距離情報記憶部に記憶された焦点距離情報に基づいて、領域設定部によって設定された領域に対応する試料Ｓの光軸方向における平均高さを演算する演算部（制御部５１）とを備える。この拡大観察装置は、光学系を介して入射する試料固定部に固定された試料からの反射光または透過光を電気的に読み取る撮像素子を用いて、指定された領域に対応する試料の光軸方向における平均高さ（深さ）を演算できる。
【００２９】
撮像部１０は、図２に示すように、試料Ｓを載置する試料固定部の一形態であるステージ３０と、ステージ３０を移動させるステージ昇降器２０と、ステージ３０に固定された試料に光学系を介して入射される光の反射光または透過光を、２次元状に配置された画素毎に電気的に読み取る撮像素子の一形態としてＣＣＤ１２と、ＣＣＤ１２を駆動制御するＣＣＤ制御回路１３とを備える。さらに撮像部１０には、拡大観察装置本体である情報処理装置５０が接続される。情報処理装置５０は、撮像素子によって電気的に読み取られた画像データを記憶する画像データ記憶部の一形態としてメモリ５３と、撮像素子によって電気的に読み取られた画像データに基づいて画像を表示するディスプレイやモニタ等の表示部５２と、表示部５２上に表示される画面に基づいて入力その他の操作を行う入力部５５と、入力部５５によって入力された情報に基づいて画像処理その他各種の処理を行う制御部５１とを備える。表示部５２を構成するディスプレイは、高解像度表示が可能なモニタであり、ＣＲＴや液晶パネル等が利用される。
【００３０】
入力部５５はコンピュータと有線もしくは無線で接続され、あるいはコンピュータに固定されている。一般的な入力部５５としては、例えばマウスやキーボード、スライドパッド、トラックポイント、タブレット、ジョイスティック、コンソール、ジョグダイヤル、デジタイザ、ライトペン、テンキー、タッチパッド、アキュポイント等の各種ポインティングデバイスが挙げられる。またこれらの入力部５５は、拡大観察装置操作プログラムの操作の他、拡大観察装置自体やその周辺機器の操作にも利用できる。さらに、インターフェース画面を表示するディスプレイ自体にタッチスクリーンやタッチパネルを利用して、画面上をユーザが手で直接触れることにより入力や操作を可能としたり、または音声入力その他の既存の入力手段を利用、あるいはこれらを併用することもできる。図１の例では、入力部５５はマウス５５ａで構成される。入力部５５は、後述する領域Ｗ１、Ｗ２等を指定するための領域設定部として機能する。
【００３１】
図１に本発明の実施の形態に係る拡大観察装置の外観図を示す。光学系および撮像素子を有するカメラ１０ａは、スタンド台４１から鉛直方向に延びる支柱４２に固定されたカメラ取り付け部４３に取り付けられる。スタンド台４１には、試料Ｓを載置するステージ３０が上部に取り付けられたステージ昇降器２０が配置される。カメラ１０ａおよびステージ昇降器２０は情報処理装置５０に接続されて制御される。情報処理装置５０は、表示部５２、およびマウス５５ａ等の入力部５５を備える。表示部５２には、観察画像表示部５２Ａ、観察画像５２ａ等が表示される。
【００３２】
また、情報処理装置５０である拡大観察装置にはコンピュータ７０を接続可能であり、コンピュータ７０に別途拡大観察装置操作プログラムをインストールして、コンピュータ７０側からも拡大観察装置を操作することもできる。本明細書において、コンピュータを使って拡大観察装置を操作する拡大観察装置操作プログラムとは、拡大観察装置に外部接続された汎用もしくは専用コンピュータにインストールされる操作プログラムの他、上述した拡大観察装置の制御部である情報処理装置５０に内蔵された操作プログラムも含む。拡大観察装置には、予め拡大観察装置を操作する操作機能あるいは操作プログラムが内蔵されている。この操作プログラムは、書き換え可能なソフトウェア、ファームウェアなどの形態で拡大観察装置に対してインストール、あるいはアップデートすることも可能である。従って、本明細書において拡大観察装置操作プログラムを実行させるコンピュータには、拡大観察装置自体も含まれる。
【００３３】
図２に本発明の実施の形態に係る拡大観察装置のブロック図を示す。情報処理装置５０は、表示部５２と、制御プログラム・焦点距離情報・受光データ・２次元情報等を記憶するメモリ５３と、情報処理装置５０がカメラ１０ａおよびステージ昇降器２０とデータを通信するためのインターフェイス５４と、操作者が拡大観察装置に関する操作を行う入力部５５とから構成される。ステージ昇降器２０は、例えばステッピングモータ２１と、ステッピングモータ２１の昇降を制御するモータ制御部２２とから構成される。撮像部１０は、撮像素子として例えばＣＣＤ１２等の受光素子と、ＣＣＤ１２を駆動制御するＣＣＤ制御回路１３と、照明部６０からステージ３０上に載置された試料Ｓに対して照射された光の透過光や反射光をＣＣＤ１２上に結像させる光学系１１とを備える。
【００３４】
［画素ずらし手段］
さらに撮像部１０は、画素ずらしによってＣＣＤ１２の持つ解像度以上の高解像度を得るための画素ずらし手段を備えることができる。画素ずらしとは、例えば画素ピッチの半分だけ被写体をずらして撮影した画像と、ずらす前の画像とを合成することにより高解像度化を図るものである。代表的な画像ずらしの機構としては、撮像素子を移動させるＣＣＤ駆動方式、ＬＰＦを傾斜させるＬＰＦ傾斜方式、レンズを移動させるレンズ移動方式等がある。図２においては、ステージ３０に固定された試料Ｓから光学系１１を介してＣＣＤ１２に入射される反射光または透過光の入射光路を、少なくとも一の方向に、その方向におけるＣＣＤ１２の一画素の間隔よりも小さい距離で光学的にシフトさせる光路シフト部１４を備える。本発明の一実施形態において画素ずらしを実現するための機構や手法は、上記の構成に限られず、既知の方法や将来開発される方法が適宜利用できる。
【００３５】
情報処理装置５０は、モータ制御回路２２に対してステッピングモータ２１の制御に関する制御データを入力することによって、試料固定部であるステージ３０と、光学系１１および撮像素子であるＣＣＤ１２を有するカメラ１０ａとの光軸方向における相対距離、ここではｚ方向における高さを変化させる。具体的には、情報処理装置５０は、ステージ昇降器２０の制御に必要な制御データをモータ制御回路２２に入力することによってステッピングモータ２１の回転を制御し、ステージ３０の高さｚ（ｚ方向の位置）を昇降させる。ステッピングモータ２１は、回転に応じた回転信号を生成する。情報処理装置５０は、モータ制御回路２２を介して入力される回転信号に基づいて、試料固定部と光学系１１の光軸方向における相対距離に関する情報としてのステージ３０の高さｚを記憶する。なお本実施の形態においては、ステージ３０の高さを変化させることによって試料固定部と光学系の光軸方向における相対距離を変化させる例を示したが、ステージ３０を固定して光学系１１の高さ、例えばカメラ１０ａの高さを変化させてもよい。
【００３６】
ＣＣＤ１２は、ｘ方向およびｙ方向に２次元状に配置された画素毎に受光量を電気的に読み取ることができる。ＣＣＤ１２上に結像された試料Ｓの像は、ＣＣＤ１２の各画素において受光量に応じて電気信号に変換され、ＣＣＤ制御回路１３においてさらにデジタルデータに変換される。情報処理装置５０は、ＣＣＤ制御回路１３において変換されたデジタルデータを受光データＤとして、光軸方向（図２中のｚ方向）とほぼ垂直な面内（図２中のｘ、ｙ方向）における試料の２次元位置情報としての画素の配置情報（ｘ、ｙ）と共にメモリ５３に記憶する。ここで、光軸方向とほぼ垂直な面内とは、厳密に光軸に対して９０°をなす面である必要はなく、その光学系および撮像素子における解像度において試料の形状を認識できる程度の傾きの範囲内にある観察面であればよい。
【００３７】
また、以上の説明では試料固定部の一例として、試料がステージに載置される例を示したが、例えばステージの代わりにアームを取り付け、その先端に試料を固定する構成とすることもできる。さらにカメラ１０ａは、カメラ取り付け部４３に装着して使用する他、脱着可能として手持ち等の方法により所望の位置、角度に配置することもできる。
【００３８】
図１に示す照明部６０は、試料に落射光を照射するための落射照明６０Ａと、透過光を照射するための透過照明６０Ｂを備える。これらの照明は、光ファイバー６１を介して情報処理装置５０と接続される。情報処理装置５０は光ファイバー６１を接続するコネクタ６２を備えると共に、コネクタ６２を介して光ファイバー６１に光を送出するための光源（図示せず）を内蔵する。光源にはハロゲンランプ等が用いられる。
【００３９】
［制御部５１］
制御手段である制御部５１は、撮像した観察画像を、表示部で表示可能な解像度に変換して表示するよう制御する。図１の拡大観察装置においては、撮像部１０がＣＣＤ１２によって試料Ｓを撮像した観察画像を表示部５２に表示する。一般にＣＣＤ等の撮像素子の性能は、表示部での表示能力を上回ることが多いので、撮像した観察画像を一画面に表示するためには画像を間引く等して解像度を一画面で表示可能なサイズまで落とし、縮小表示している。撮像部１０で読み取ったときの読取解像度を第一の解像度とすると、表示部５２においては第一の解像度よりも低い第二の解像度で表示されることとなる。
【００４０】
次に、表示部５２によって表示された画像の一部の領域を設定する一例を図３を用いて説明する。図３は、表示部５２によって表示された画像を示す概略図である。図３では、破線で表された矩形状に設定された二つの領域Ｗ１、Ｗ２が設定されており、その二つの領域の平均高さおよびそれらの高さの相対差等が数値データＨとして表示されている。領域の設定は、例えばポインティングデバイス５５ａによって表示部５２の画像上の２点を対角線として指定することによって矩形状に設定することができる。この構成によって、操作者は表示部５２の画像を見ながら簡単に高さを測定する領域を設定することができる。ここでは、ポインティングデバイス５５ａによって矩形状に領域を設定する例を示したが、楕円状や自由閉曲線等に領域を設定してもよい。また、設定される領域の数は二つに限定されず、少なくとも一つ設定可能であればよい。また、３以上の領域が設定される場合は、各領域間の高さの相対差を表示することができる。
【００４１】
次に、本発明の第１の実施の形態に係る拡大観察装置の動作について説明する。図４は、拡大観察装置の動作を示すフローチャートである。まず、拡大観察装置の起動時に、撮像部１０、ステージ昇降器２０および情報処理装置５０等の初期化が行われる（ステップＳ１）。次に、表示部５２によって表示された画像の一部の領域がポインティングデバイス５５ａによって設定され、領域に対応する画素の配置情報（ｘ、ｙ）がメモリに記憶される（ステップＳ２）。
【００４２】
次に、ステージ昇降器２０によってステージ３０上に載置された試料Ｓを昇降させ、焦点を調整する（ステップＳ３）。さらに、このときのステージ３０の高さｚにおける所定の領域内の画素毎の受光データＤが、情報処理装置５０によって画素の配置情報（ｘ、ｙ）と共に取得される（ステップＳ４）。そして、領域内における画素の受光データＤの総和が最大か否かを判断する（ステップＳ５）。ステップＳ５において、領域内における画素の受光データの総和が最大と判断したとき、このステージ３０の高さｚをその領域の平均高さとして記憶し（ステップＳ６）、さらにステップＳ７に移行する。一方、ステップＳ５において、領域内における画素の受光データの総和が最大でないと判断したときは、高さを記憶することなくステップＳ７に移行する。ステップＳ７では、設定されたすべての領域の高さの測定が終了したかを判断し（ステップＳ７）、測定が終了していないときはステップＳ３に戻り、他の領域について同様のステップを行う。すべての高さ測定が終了したときは、各領域の高さの相対差が演算される（ステップＳ８）。
【００４３】
最後に、演算された測定結果として、表示部５２に各領域の平均高さおよび各領域の高さの相対差が表示される（ステップＳ９）。それぞれの高さは、例えば予め設定されたステッピングモータ２１の基準高さからの差で表示することができる。ここでは、各領域の平均高さおよび各領域の高さの相対差が表示される例を示したが、各領域内のそれぞれの画素の高さを記憶し、その領域内の最大高さおよび最小高さ等をさらに表示してもよい。また、上記の例では領域内の全画素の受光データの和をとる例を示したが、領域設定部によって設定された領域に対応する試料の一部または全部に対応する受光量の和を、例えば所定数の画素ごと、あるいは所定ラインごとに受光データの和を演算し、その最大値を判別し、焦点を調整してもよい。
【００４４】
より具体的には、ステージ３０を測定範囲の下端から上端までｚ方向に移動させ、ステージ３０を１ステップ移動するごとにＣＣＤ１２の受光データＤを、画素の配置情報（ｘ、ｙ）および高さ情報ｚと共にメモリ５３に記憶する。そして、ステージ３０を測定範囲の下端から上端までｚ方向に移動させた後、領域設定部によって設定された領域Ｗ１、Ｗ２の画素に対応する受光データＤの総和が最大となる高さＺｆを制御部５１によって演算し、焦点距離情報としてメモリ５３に記憶する。さらに、制御部５１は焦点距離情報Ｚｆに基づいて領域設定部によって設定された領域Ｗ１、Ｗ２に対応する試料の光軸方向における平均高さを演算する。
【００４５】
［領域指定］
さらに、上記ステップＳ２で領域の設定を行う際に、予めピントの合った画像を取得しておくこともできる。通常の観察では特定の焦点距離（レンズの高さ）のみでしかピントが合わないため、観察対象の試料に高低差があるとピントが一部分しか合わない画像となってしまい、領域の指定が困難となる。特に拡大倍率が大きくなると、焦点深度が浅くなってしまうため、観察したい部位の特定すら困難になることがある。もし画像全体にピントの合った状態とできれば、拡大観察装置の操作に詳しくないユーザでも領域の指定が容易となる。そこで、領域指定を行う前に予めピントの合った画像を簡易的に取得しておくことにより、ユーザは鮮明な画像上で所望の位置や領域を容易にかつ的確に特定できるようになり、これによってより正確で使い易い高低差測定が実現される。
【００４６】
簡易的な撮像には、例えばレンズ高さを順次変更して、高さ毎に画像を撮像し、画像を構成する小領域画像毎にピントの状態を比較して、ピントのよい画像を組み合わせることで深度の深い鮮明画像を合成する。この手順の一例を図７に基づいて説明する。まず上記と同様にステップＳ’１で装置の初期化を行う。次にステップＳ’２で、レンズを移動開始位置に設定する。ここでは、ユーザがレンズの大まかな高さを指定し、この高さから撮像を開始する。例えば、実際に観察中の画面上でピント調節ダイヤルを操作して指定する。このステップは手動で行う他、自動化することもできる。例えば、撮像領域の高さや高低差を検出して、その最大値や最小値、あるいは平均値をレンズ移動開始位置とする。
【００４７】
ステップＳ’３では、設定されたレンズ高さにおける撮像を開始する。撮像は撮像エリア（走査範囲）を順次走査するようにして行われる。このようにして一枚の画像が撮像されると、次のステップＳ’４では、撮像された画像と、すでに撮像された画像とでピント状態を比較する。具体的には、一枚の画像を構成する小領域画像を碁盤の目状に並べたような状態で、小領域毎に新たに撮像された画像と、すでに撮像され保持されている画像とでピント状態を順次比較していく。新たに撮像された画像のピント状態が良くない場合は、ステップＳ’６にジャンプする。逆にすでに保持されている画像よりもピント状態が良い画像が得られている場合は、ステップＳ’５に進み、新たに撮像された画像を旧画像と入れ替える。これによってピントの悪い画像は逐次破棄され、ピントの合った画像のみが抽出されて保存される。ピント状態の比較は、上述のように輝度レベルを周囲の画像と比較することで行われる。また小領域は画像を所定の大きさの矩形状に分割する他、多角形状とすることもできる。そしてステップＳ’６でレンズを次の撮像位置に移動させる。ここでは、所定の移動幅でレンズ高さを変更する。さらにステップＳ’７でレンズの移動が終了位置に到達したか否かを判定し、未だの場合はステップＳ’３に戻って撮像ステップ以降を繰り返し、終了位置に到達した場合は作業を終了する。このようにして、すべての小領域画像について比較を行い、ピントの合った部分のみを書き換えていくことで、画像全体でピントのあう部分を大きくしていき、さらにピント状態のより優れた画像としていく。
【００４８】
これによって、ピントの合った全焦点画像を自動的に撮像できる。特に上記の処理はハードウェアで実行することが可能であり、レンズを移動させながら同時に画像を作成することができ、速やかに画像を得られる。また、３次元情報を使用しないため処理も高速である。上記のステップＳ’１〜Ｓ’７を、図４の工程においてステップＳ２の領域設定の前に行うことで、ユーザはピントの合った鮮明な画像上から領域指定を行うことができる。
【００４９】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態に係る拡大観察装置を、図５を用いて説明する。第２の実施の形態の拡大観察装置において、撮像部であるカメラは、試料Ｓに対して照射された第一の光源（レーザ１０１）からの光の反射光を第一の光学系１００を介して第一の受光素子（フォトダイオード１１２）によって受光する第一の撮像部と、試料Ｓに対して照射された第二の光源（白色ランプ２０１）からの光の反射光を第二の光学系２００を介して第二の受光素子（ＣＣＤ２１２）によって受光する第二の撮像部とを備える。
【００５０】
まず、第一の撮像部について説明する。第一の光学系１００は、試料Ｓに単色光（例えばレーザ光）を照射するレーザ１０１、第一のコリメートレンズ１０２、偏光ビームスプリッタ１０３、１／４波長板１０４、水平偏向装置１０５、垂直偏向装置１０６、第一のリレーレンズ１０７、第二のリレーレンズ１０８、対物レンズ１０９、結像レンズ１１０、ピンホール板１１１、フォトダイオード１１２を有する。
【００５１】
第一の光源には、例えば赤色レーザ光を発する半導体レーザ１０１が用いられる。レーザ駆動回路１１５によって駆動されるレーザ１０１から出射されたレーザ光は、第一のコリメートレンズ１０２を通り、偏光ビームスプリッタ１０３で光路を変えられ、１／４波長板１０４を通過する。この後、水平偏向装置１０５および垂直偏向装置１０６によって水平（横）方向および垂直（縦）方向に偏向された後、第一のリレーレンズ１０７および第二のリレーレンズ１０８を通過し、対物レンズ１０９によってステージ３０上に置かれた試料Ｓの表面に集光される。
【００５２】
水平偏向装置１０５および垂直偏向装置１０６は、それぞれガルバノミラーで構成され、レーザ光を水平および垂直方向に偏向させることにより、試料Ｓの表面をレーザ光で走査する。ステージ３０は、ステージ昇降器２０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１０９の焦点と試料Ｓとの光軸方向での相対距離を変化させることができる。
【００５３】
試料Ｓ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１０９、第二のリレーレンズ１０８および第一のリレーレンズ１０７を通り、水平偏向装置１０５および垂直偏向装置１０６を介して１／４波長板１０４を再び通る。この結果、レーザ光は偏光ビームスプリッタ１０３を透過し、結像レンズ１１０によって集光される。集光されたレーザ光は、結像レンズ１１０の焦点位置に配置されたピンホール板１１１のピンホールを通過してフォトダイオード１１２に入射する。フォトダイオード１１２は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、出力アンプおよびゲイン制御回路（図示せず）を介してＡ／Ｄコンバータ１１３に入力され、デジタルデータに変換される。ここでは、第一の受光素子としてフォトダイオードを用いる例を示したが、フォトマルチプライヤ等を用いてもよい。また、レーザ１０１は赤色レーザに限定されず、青色、紫外光レーザを用いてもよい。このような短波長レーザを用いることによって高解像度の高さデータが得られる。
【００５４】
上記のような構成の第一の撮像部により、試料Ｓの高さ（深さ）情報を得ることができる。以下に、その原理を簡単に説明する。上述のように、ステージ３０がステージ昇降器２０のステッピングモータ２１およびモータ制御回路２２によってｚ方向（光軸方向）に駆動されると、対物レンズ１０９の焦点と試料Ｓとの光軸方向における相対距離が変化する。そして、対物レンズ１０９の焦点が試料Ｓの表面（被測定面）に結ばれたときに、試料Ｓ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１１０で集光され、ほとんどすべてのレーザ光がピンホール板１１１のピンホールを通過する。したがって、このときにフォトダイオード１１２の受光量が最大になる。逆に、対物レンズ１０９の焦点が試料Ｓの表面（被測定面）からずれている状態では、結像レンズ１０９によって集光されたレーザ光はピンホール板１１１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、フォトダイオード１１２の受光量は著しく低下する。
【００５５】
したがって、試料Ｓの表面の任意の点について、ステージ３０をｚ方向（光軸方向）に駆動しながらフォトダイオード１１２の受光量を検出すれば、その受光量が最大になるときのステージ３０の高さを求めることができる。
【００５６】
実際には、ステージ３０を１ステップ移動するたびに水平偏向装置１０５および垂直偏向装置１０６によって試料Ｓの表面を走査してフォトダイオード１１２の受光量を取得する。図６は、１つの点（画素）におけるステージ３０の高さｚに対する受光データＤの変化を示す。ステージ３０を測定範囲の下端から上端までｚ方向に移動させたとき、走査範囲内の複数の点（画素）について、図６に示したように高さｚに応じて変化する受光データＤが得られる。この受光データＤに基づいて、最大受光量とそのときの焦点距離Ｚｆが各点（画素）ごとに得られる。この受光データＤの最大値に対応するステージ３０の高さｚが焦点距離Ｚｆとなる。したがって、この焦点距離Ｚｆに基づいて試料Ｓの表面高さのｘ−ｙ平面での分布が得られる。この処理は、インターフェイス５３を介して入力されると共にメモリ５３に記憶されたＣＣＤ１２の受光データＤを画素の配置情報（ｘ、ｙ）および高さ情報ｚに基づいて、制御部５１によって行われる。
【００５７】
得られた表面高さの分布は、いくつかの方法で表示部５２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２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してもよい。
【００５８】
第２の実施の形態においても、第１の実施の形態と同様に、第一の撮像部によって得られた高さデータに基づき、ポインティングデバイス５５ａ等によって表示部５２の画像上の２点を指定することによって矩形状に領域の設定を行い、領域内の平均高さや各領域間の相対高さを演算し、表示部５２に表示することができる。
【００５９】
また、ｘ−ｙ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ｗ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被写界深度の非常に深い共焦点画像が得られる。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るので、注目画素と同じ高さの部分のみが明るい画像が得られる。
【００６０】
次に、第二の撮像部について説明する。第二の光学系２００は、試料Ｓに白色光（カラー画像撮影用の照明光）を照射するための第二の光源２０１、第二のコリメートレンズ２０２、第１ハーフミラー２０３、第２ハーフミラー２０４、第２受光素子としてのＣＣＤ２１２を有する。また、第二の光学系２００は第一の光学系１００の対物レンズ１０９を共用し、両光学系１００、２００の光軸は一致している。
【００６１】
第二の光源２０１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、自然光または室内光を利用してもよい。第二の光源２０１から出た白色光は、第二のコリメートレンズ２０２を通り、第一のハーフミラー２０３で光路を曲げられ、対物レンズ１０９によってステージ３０上に置かれた試料Ｓの表面に集光される。
【００６２】
試料Ｓで反射された白色光は、対物レンズ１０９、第一のハーフミラー２０３、第二のリレーレンズ１０８を通過し、第二のハーフミラー２０４で反射されてカラーで受光可能なＣＣＤ２１２に入射して結像する。ＣＣＤ２１２は、第一の光学系１００のピンホール板１１１のピンホールと共役または共役に近い位置に設けられている。ＣＣＤ２１２で撮像されたカラー画像は、ＣＣＤ制御回路２１３によって読み出されると共にデジタルデータに変換される。このようにして得られたカラー画像は、試料Ｓの観察用の拡大カラー画像として表示部５２に表示される。
【００６３】
また、第一の撮像部で得られた被写界深度の深い共焦点画像と第二の撮像部で得られた通常のカラー画像とを組み合わせて、すべての画素でピントの合った被写界深度の深いカラー共焦点画像を生成し、表示することもできる。例えば、第二の撮像部で得られたカラー画像を構成する輝度信号を第一の光学系１００で得られた共焦点画像の輝度信号で置き換えることにより、簡易的にカラー共焦点画像を生成することができる。
【００６４】
ここでは、共焦点光学系である第一の光学系１００を有する第一の撮像部と非共焦点光学系である第二の光学系２００を有する第二の撮像部を備える拡大観察装置を示したが、第１の撮像部のみを備える構成とすることもできる。
【００６５】
また、第１の実施の形態に係る拡大観察装置のように、受光素子は２次元状に配置された画素毎に受光量を読み取る２次元撮像素子（例えばＣＣＤ）であり、焦点調整部が領域設定部によって設定された領域に対応する試料の一部または全部に対応する受光量の和に基づいて焦点を調整する構成とした場合、共焦点光学系のような複雑な構成を必要とすることなく、簡単な構成で試料の高さを測定することができる。特に、この拡大観察装置においては、画素単位でなく、操作者によって設定された領域単位、すなわち相当数の画素の相対距離に対する受光データの変化から受光データの最大値を判断すると共に、そのときの平均焦点距離に基づいて平均高さを演算することから、白色光を光源としＣＣＤを受光素子として用いた場合であっても、各画素における受光データの焦点距離に対する変化のばらつきを低減でき、信頼性の高い平均高さの測定を行うことができる。さらに、２次元撮像素子としてカラーＣＣＤを用いる場合は、ＲＧＢの受光データに基づいてその画素の受光データを算出してもよく、またＲＧＢのうちの１または２の色調の受光データに基づいてその画素の受光データとしてもよい。
【００６６】
また、領域設定部によって設定された領域が、試料の大きさよりも大きく試料の全部を含んでいる場合には、試料以外の部分、すなわちステージの上面は平均高さの演算の対象から除外することが好ましい。より正確な試料の高さを演算することができるからである。この場合ステージの上面であるか否かは、その画素とその画素に隣接する画素との高さの差が所定高さ以上あるか否か等によって判別することができる。もちろん、領域設定部によって設定された領域が、試料の一部であっても、ステージの上面が領域に含まれる場合は、平均高さの演算の対象から除外することが好ましい。
【００６７】
また、以上の実施の形態においては、試料固定部に固定された試料からの反射光を電気的に読み取る例を示したが、試料の背面から光を照射してその透過光を電気的に読み取るように構成してもよい。また、以上の説明では、試料固定部の一例として、試料がステージに載置される例を示したが、例えばステージの代わりにアームを取り付けその先端に試料を固定する構成とすることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明の拡大観察装置、拡大画像観察方法、拡大観察装置操作プログラムおよびコンピュータで読み取り可能な記録媒体は、顕微鏡やデジタルマイクロスコープに利用して高さ測定を容易に行える。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の実施の形態に係る拡大観察装置の外観図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る拡大観察装置のブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態における表示部によって表示された画像を示す概略図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る拡大観察装置の動作を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る拡大観察装置のブロック図である。
【図６】高さｚに対する受光データの変化を示すグラフである。
【図７】本発明の他の実施の形態に係る拡大観察装置の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００７０】
１０  ・・・  撮像部
１０ａ・・・  カメラ
１１  ・・・  光学系
１２、２１２  ・・・  ＣＣＤ
１３、２１３  ・・・  ＣＣＤ制御回路
１４  ・・・  光路シフト部
２０  ・・・  ステージ昇降器
２１  ・・・  ステッピングモータ
２２  ・・・  モータ制御回路
３０  ・・・  ステージ
４１  ・・・  スタンド台
４２  ・・・  支柱
４３  ・・・  カメラ取り付け部
５０  ・・・  情報処理装置
５１  ・・・  制御部
５２  ・・・  表示部
５２Ａ  ・・・  観察画像表示部
５２ａ  ・・・  観察画像
５３  ・・・  メモリ
５４  ・・・  インターフェイス
５５  ・・・  入力部
５５ａ  ・・・  ポインティングデバイス
６０  ・・・  照明部
６０Ａ  ・・・  落射照明
６０Ｂ  ・・・  透過照明
６１  ・・・  光ファイバー
６２  ・・・  コネクタ
７０  ・・・  コンピュータ
１００  ・・・  第一の光学系
１０１  ・・・  レーザ
１０２  ・・・  第一のコリメートレンズ
１０３  ・・・  偏光ビームスプリッタ
１０４  ・・・  １／４波長板
１０５  ・・・  水平偏向装置
１０６  ・・・  垂直偏向装置
１０７  ・・・  第一のリレーレンズ
１０８  ・・・  第二のリレーレンズ
１０９  ・・・  対物レンズ
１１０  ・・・  結像レンズ
１１１  ・・・  ピンホール板
１１２  ・・・  フォトダイオード
１１３  ・・・  Ａ／Ｄコンバータ
１１５  ・・・  レーザ駆動回路
２００  ・・・  第二の光学系
２０１  ・・・  白色ランプ
２０２  ・・・  第二のコリメートレンズ
２０３  ・・・  第１ハーフミラー
２０４  ・・・  第２ハーフミラー
Ｓ  ・・・  試料
Ｈ  ・・・  数値データ
Ｗ１、Ｗ２  ・・・  設定された領域
【図１】
2004239890.tif 000003
【図２】
2004239890.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004239890.tif 000006
【図５】
2004239890.tif 000007
【図６】
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【図７】
2004239890.tif 000009