(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から出射される光を試料に対して集束させる対物レンズと、
前記試料への集束光を、前記試料に対し相対的に走査する走査機構と、
前記集束光の光軸方向に沿って、前記対物レンズの集光位置と前記試料の位置を相対的に移動させる焦点移動手段と、
前記対物レンズの集光位置と光学的に共役な位置に配置され、それぞれ絞り径の異なる複数の共焦点絞りと、
前記複数の共焦点絞りをそれぞれ通過する光の強度を検出する複数の光検出器と、
を備える共焦点顕微鏡であって、
前記複数の光検出器からそれぞれ出力される信号を重み付けした上で結合する重み付け結合演算処理手段と、
前記重み付け結合演算処理手段により演算された信号に基づいて、前記試料の全焦点輝度情報と、前記試料の高さ情報を演算する輝度高さ情報演算手段と、
前記対物レンズの種類に応じて、前記複数の光検出器からの信号を少なくとも１つ選択する信号選択手段と、を備え、
前記重み付け結合演算処理手段は、前記信号選択手段により前記複数の光検出器からそれぞれ出力される複数の信号が選択された場合、それら複数の信号のうち信頼性の高い信号を判断し、
前記輝度高さ情報演算手段は、前記重み付け結合演算処理手段により判断された信頼性の高い信号に基づいて、前記試料の全焦点輝度情報と、前記試料の高さ情報を演算する
ことを特徴とする共焦点顕微鏡。
【請求項２】
光源から出射される光を試料に対して集束させる対物レンズと、
前記試料への集束光を、前記試料に対し相対的に走査する走査機構と、
前記集束光の光軸方向に沿って、前記対物レンズの集光位置と前記試料の位置を相対的に移動させる焦点移動手段と、
前記対物レンズの集光位置と光学的に共役な位置に配置され、それぞれ絞り径の異なる複数の共焦点絞りと、
前記複数の共焦点絞りをそれぞれ通過する光の強度を検出する複数の光検出器と、
を備える共焦点顕微鏡であって、
前記複数の光検出器からそれぞれ出力される信号を重み付けした上で結合する重み付け結合演算処理手段と、
前記重み付け結合演算処理手段により演算された信号に基づいて、前記試料の全焦点輝度情報と、前記試料の高さ情報を演算する輝度高さ情報演算手段と、
前記対物レンズの種類に応じて、前記複数の光検出器からの信号を少なくとも１つ選択する信号選択手段と、を備え、
前記信号選択手段により所定の光検出器から出力される１つの信号のみが選択される場合、前記所定の光検出器の感度又はゲインが複数回変更され、前記感度又はゲインが変更される度に前記所定の光検出器から前記重み付け結合演算処理手段に信号が出力され、
前記重み付け結合演算処理手段は、前記所定の光検出器から出力される複数の信号のうち信頼性の高い信号を判断し、
前記輝度高さ情報演算手段は、前記重み付け結合演算処理手段により判断された信頼性の高い信号に基づいて、前記試料の全焦点輝度情報と、前記試料の高さ情報を演算する
ことを特徴とする共焦点顕微鏡。
【請求項３】
請求項２に記載の共焦点顕微鏡であって、
前記重み付け結合演算処理手段は、前記所定の光検出器から出力される複数の信号のうち飽和せず、かつ、信号強度が最も高い信号を前記信頼性の高い信号と判断する
ことを特徴とする共焦点顕微鏡。
【請求項４】
光源から出射される光を試料に対して集束させる対物レンズと、
前記試料への集束光を、前記試料に対し相対的に走査する走査機構と、
前記集束光の光軸方向に沿って、前記対物レンズの集光位置と前記試料の位置を相対的に移動させる焦点移動手段と、
前記対物レンズの集光位置と光学的に共役な位置に配置され、それぞれ絞り径の異なる複数の共焦点絞りと、
前記複数の共焦点絞りをそれぞれ通過する光の強度を検出する複数の光検出器と、
を備える共焦点顕微鏡であって、
前記複数の光検出器からそれぞれ出力される信号を重み付けした上で結合する重み付け結合演算処理手段と、
前記重み付け結合演算処理手段により演算された信号に基づいて、前記試料の全焦点輝度情報と、前記試料の高さ情報を演算する輝度高さ情報演算手段と、
前記対物レンズの種類に応じて、前記複数の光検出器からの信号を少なくとも１つ選択する信号選択手段と、を備え、
前記重み付け結合演算処理手段は、前記信号選択手段により前記複数の光検出器からそれぞれ出力される複数の信号が選択された場合、それら複数の信号を重み付けした上で結合する
ことを特徴とする共焦点顕微鏡。
【請求項５】
光源から出射される光を試料に対して集束させる対物レンズと、
前記試料への集束光を、前記試料に対し相対的に走査する走査手段と、
前記集束光の光軸方向に沿って、前記対物レンズの集光位置と前記試料の位置を相対的に移動させる焦点移動手段と、
前記対物レンズの集光位置と光学的に共役な位置に配置され、それぞれ絞り径の異なる複数の共焦点絞りと、
前記複数の共焦点絞りをそれぞれ通過する光の強度を検出する複数の光検出器と、
を備える共焦点顕微鏡であって、
前記複数の光検出器からそれぞれ出力される信号を、重み付けを含む所定の結合方法で結合する重み付け結合演算処理手段と、
前記複数の光検出器のうち所定の光検出器から出力される信号に基づいて、前記試料の全焦点輝度情報と、前記試料の高さ情報を演算する輝度高さ情報演算手段と、
を備え、
前記重み付け結合演算処理手段は、前記複数の光検出器からそれぞれ出力される信号のうち前記輝度高さ情報演算手段へ出力される信号を所定の判断基準により決め、
前記所定の判断基準及び前記所定の結合方法は、前記高さ情報を演算する場合と、前記全焦点輝度情報を演算する場合とで異なっている、
ことを特徴とする共焦点顕微鏡。
【請求項６】
光源から出射される光を試料に対して集束させる対物レンズと、
前記試料への集束光を、前記試料に対し相対的に走査する走査手段と、
前記集束光の光軸方向に沿って、前記対物レンズの集光位置と前記試料の位置を相対的に移動させる焦点移動手段と、
前記対物レンズの集光位置と光学的に共役な位置に配置され、それぞれ絞り径の異なる複数の共焦点絞りと、
前記複数の共焦点絞りをそれぞれ通過する光の強度を検出する複数の光検出器と、
を備える共焦点顕微鏡であって、
前記複数の光検出器からそれぞれ出力される信号を、重み付けを含む所定の結合方法で結合する重み付け結合演算処理手段と、
前記複数の光検出器のうち所定の光検出器から出力される信号に基づいて、前記試料の全焦点輝度情報と、前記試料の高さ情報を演算する輝度高さ情報演算手段と、
を備え、
前記重み付け結合演算処理手段は、前記複数の光検出器からそれぞれ出力される信号のうち前記輝度高さ情報演算手段へ出力される信号を所定の判断基準により決め、
前記所定の判断基準は、前記複数の光検出器からそれぞれ出力される信号と所定値との関係、前記複数の光検出器からそれぞれ出力される信号同士の差、又は前記複数の光検出器からそれぞれ出力される信号により求められる近似曲線と基準曲線との関係に基づいて設定される、
ことを特徴とする共焦点顕微鏡。
【請求項７】
請求項１、２、４、５、６の何れか１項に記載の共焦点顕微鏡であって、
前記複数の光検出器は、前記複数の共焦点絞りをそれぞれ通過する光の強度を同時に検出する、
ことを特徴とする共焦点顕微鏡。
【請求項８】
請求項１、２、４、５、６の何れか１項に記載の共焦点顕微鏡であって、
前記複数の光検出器からそれぞれ出力される信号は、前記試料の焦点位置での信号強度がそれぞれ同等になるように、光学的又は電気的に調整されている、
ことを特徴とする共焦点顕微鏡。
【請求項９】
請求項１、２、４、５、６の何れか１項に記載の共焦点顕微鏡であって、
前記複数の光検出器からそれぞれ出力される信号は、前記試料の焦点位置での信号強度がそれぞれ所定の割合で異なるように、光学的又は電気的に調整されている、
ことを特徴とする共焦点顕微鏡。
【請求項１０】
請求項１、２、４、５、６の何れか１項に記載の共焦点顕微鏡であって、
前記重み付け結合演算処理手段は、前記複数の光検出器の各感度特性に基づいて、前記複数の光検出器からそれぞれ出力される信号の正規化処理を行う、
ことを特徴とする共焦点顕微鏡。
【請求項１１】
請求項１、２、４、５、６の何れか１項に記載の共焦点顕微鏡であって、
少なくとも２つ以上の互いに異なる比率を設定する重み付け比率設定手段と、
前記輝度高さ情報演算手段により演算される複数の全焦点輝度情報を一画面上に表示する表示手段と、
を備え、
前記重み付け結合演算処理手段は、前記重み付け比率設定手段により設定される２以上の比率毎に、前記複数の信号を重み付けした上で結合し、
前記輝度高さ情報演算手段は、前記重み付け結合演算処理手段により演算された複数の信号に対して、それぞれ、前記全焦点輝度情報を演算する
ことを特徴とする共焦点顕微鏡。
【請求項１２】
請求項１１に記載の共焦点顕微鏡であって、
前記表示手段により表示される複数の全焦点輝度情報のうち、１つの全焦点輝度情報をユーザに選択させる演算結果選択手段と、
前記演算結果選択手段で選択された全焦点輝度情報を演算する際に使用された比率を、次回以降の前記重み付け結合演算処理手段の演算において使用される比率とする重み付け比率指示手段と、
を備えることを特徴とする共焦点顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料からの透過光又は反射光から、試料の情報を取得する共焦点顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
共焦点顕微鏡は、試料を点状照明し、試料からの透過光又は反射光を焦点絞り上に集光させた後、この共焦点絞りを透過する光の強度を光検出器で検出することによって試料の情報を取得する。また、点状照明を種々の方法により試料を走査することにより、試料の広い範囲の情報を取得できる。
【０００３】
図１０は、従来の共焦点顕微鏡の一例としてレーザ走査型の共焦点顕微鏡を示す図である。
図１０に示す共焦点顕微鏡５０は、レーザ光源５１と、ＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）５２と、２次元光スキャナ５３と、複数の対物レンズ５４と、１／４λ板５５と、結像レンズ５６と、ピンホール５７と、光検出器５８と、ピンホールターレット５９と、レボルバ６０と、ＸＹステージ６１と、Ｚステージ６２と、コンピュータ６３と、モニタ６４とを備えて構成されている。
【０００４】
まず、レーザ光源５１から出射した光は、ＰＢＳ５２を透過した後、２次元光スキャナ５３に入射される。２次元光スキャナ５３は、図示しない第１の光スキャナと第２の光スキャナとからなり、光束を２次元に走査し、対物レンズ５４へと導く。対物レンズ５４へ入射した光束は、収束光となって試料６５上を走査する。このとき、試料６５上を走査する光は、１／４λ板５５を通過する際に、直線偏光から円偏光に変換される。試料６５の表面で反射した光は、再び対物レンズ５４を通り、１／４λ板５５を通過する際に、円偏光から入射光と直交する直線偏光に変換され、２次元光スキャナ５３を介してＰＢＳ５２に導入された後、ＰＢＳ５２によって反射され結像レンズ５６によってピンホール５７上に集光する。ピンホール５７は対物レンズ５４と光学的に共役な位置に配置されているため、試料６５からの反射光は焦点の合った光のみピンホール５７を通過し光検出器５８によって検出される。ピンホールターレット５９内には、径の異なる複数のピンホールが配置され、選択可能になっている。レボルバ６０には、複数の対物レンズ５４が搭載され、選択可能になっている。試料６５は、ＸＹステージ６１上に載置されており、Ｚステージ６２によって光軸方向に移動可能になっている。２次元光スキャナ５３、Ｚステージ６２、光検出器５８、ピンホールターレット５９、及びレボルバ６０は、コンピュータ６３によって動作が制御される。
【０００５】
図１１は、対物レンズ５４及び試料６５の相対位置Ｚと、光検出器５８から出力される信号Ｉとの関係を示す図である。以下、このように、対物レンズ及び試料の相対位置Ｚと、光検出器から出力される信号Ｉとの関係をＩ−Ｚカーブという。
【０００６】
図１１に示すように、試料６５が対物レンズ５４の焦点位置Ｚ０にある場合、光検出器５８から出力される信号Ｉは最大になり、この位置から対物レンズ５４と試料６５の相対位置Ｚが離れるに従い、光検出器５８から出力される信号Ｉは急激に低下する。
【０００７】
この特性により、２次元光スキャナ５３によって収束光を２次元走査し、光検出器５８から出力される信号Ｉを２次元光スキャナ５３に同期して画像化すれば、試料６５のある特定の高さのみが画像化され、試料６５を光学的にスライスした画像（共焦点画像）が得られる。そして、得られた画像（共焦点画像）は、モニタ６４に表示される。さらに、試
料６５各点において共焦点画像を取得し、各点で光検出器５８から出力される信号Ｉが最大になるＺステージ６２の位置を検出することにより試料６５の高さ情報が得られる。また、試料６５各点の光検出器５８から出力される信号Ｉの最大値を重ねて表示することにより、全ての面にピントの合った画像（全焦点画像）を得ることができる。
【０００８】
さらに、ピンホールターレット５９により、レボルバ６０で選択可能な対物レンズ５４の性能や、試料６５の特性などに合わせて、適正なピンホールを選択することで、ユーザの求める適正な画像を得ることができる（例えば、特許文献１参照）。
【０００９】
また、高さ計測の最適化を目的として、ピンホール径を可変する共焦点顕微鏡もある（例えば、特許文献２参照）。
また、解像度向上を目的として、複数のピンホール径を用いて、各ピンホールから得られる情報同士の差分をとり、その差分に基づいて画像を得る共焦点顕微鏡もある（例えば、特許文献３参照）。
【００１０】
また、ピンホールを可変させる方法には、ターレット方式のほかに、ピンホール自体の大きさを可変にした可変ピンホール機構や、光路を複数に分割し光路毎に異なる径のピンホールを配置する方法がある。
【特許文献１】特開２００７−１３３４１９号公報
【特許文献２】特開２００５−５５５４０号公報
【特許文献３】特表２００２−５１７７７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、ピンホールの開口部は微小であり、ピンホールを高精度に位置決めする必要があるため、ピンホールを可変にする方法では、ターレット方式や可変ピンホール機構に高精度な位置決め制御が求められ、共焦点顕微鏡が大掛かりで、かつ、高価になるという問題がある。
【００１２】
また、ターレット方式や光路を分割する方法では、ピンホール径を段階的に変えることしかできず、中間的な情報を得ることができないという問題がある。
また、複数のピンホール径を用いた方法では、ターレット方式や光路を分割する方法と同様に、各ピンホールから得られる信号同士の差分のみしか情報が得られず、さらに中間的な情報を得ることができないという問題がある。
【００１３】
そこで、本発明では、簡単かつ安価な構成で、共焦点効果を任意に調整可能な共焦点顕微鏡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】
上記の課題を解決するために本発明では、以下のような構成を採用した。
すなわち、本発明の共焦点顕微鏡は、光源から出射される光を試料に対して集束させる対物レンズと、前記試料への集束光を、前記試料に対し相対的に走査する走査機構と、前記対物レンズの集光位置と光学的に共役な位置に配置され、それぞれ絞り径の異なる複数の共焦点絞りと、前記複数の共焦点絞りをそれぞれ通過する光の強度を検出する複数の光検出器とを備える共焦点顕微鏡であって、前記複数の光検出器からそれぞれ出力される信号を重み付けした上で結合する重み付け結合演算処理手段を備える。
【００１５】
また、前記重み付け結合演算処理手段は、加重平均を行うことにより前記複数の光検出器からそれぞれ出力される信号を重み付けした上で結合するように構成してもよい。
また、上記共焦点顕微鏡において、前記重み付け結合演算処理手段により演算された演
算結果を表示する表示手段と、前記重み付け結合演算処理手段に重みの入力並びに演算及び演算結果の表示の指示を行う指示入力手段とを備え、前記重み付け結合演算処理手段は、前記指示入力手段に入力された重みに基づいて、加重平均を行い、その演算結果を前記表示手段に表示させるように構成してもよい。
【００１６】
また、本発明の共焦点顕微鏡は、光源から出射される光を試料に対して集束させる対物レンズと、前記試料への集束光を、前記試料に対し相対的に走査する走査機構と、前記集束光の光軸方向に沿って、前記対物レンズの集光位置と前記試料の位置を相対的に移動させる焦点移動手段と、前記対物レンズの集光位置と光学的に共役な位置に配置され、それぞれ絞り径の異なる複数の共焦点絞りと、前記複数の共焦点絞りをそれぞれ通過する光の強度を検出する複数の光検出器とを備える共焦点顕微鏡であって、前記複数の光検出器からそれぞれ出力される信号を重み付けした上で結合する重み付け結合演算処理手段と、前記重み付け結合演算処理手段により演算された信号に基づいて、前記試料の全焦点輝度情報と、前記試料の高さ情報を演算する輝度高さ情報演算手段とを備える。
【００１７】
また、上記共焦点顕微鏡において、前記対物レンズの種類に応じて、前記複数の光検出器からの信号を少なくとも１つ選択する信号選択手段を備え、前記重み付け結合演算処理手段は、前記信号選択手段により前記複数の光検出器からそれぞれ出力される複数の信号が選択された場合、それら複数の信号のうち信頼性の高い信号を判断し、前記輝度高さ情報演算手段は、前記重み付け結合演算処理手段により判断された信頼性の高い信号に基づいて、前記試料の全焦点輝度情報と、前記試料の高さ情報を演算するように構成してもよい。
【００１８】
また、上記共焦点顕微鏡において、前記対物レンズの種類に応じて、前記複数の光検出器からの信号を少なくとも１つ選択する信号選択手段を備え、前記信号選択手段により所定の光検出器から出力される１つの信号のみが選択される場合、前記所定の光検出器の感度又はゲインが複数回変更され、前記感度又はゲインが変更される度に前記所定の光検出器から前記重み付け結合演算処理手段に信号が出力され、前記重み付け結合演算処理手段は、前記所定の光検出器から出力される複数の信号のうち信頼性の高い信号を判断し、前記輝度高さ情報演算手段は、前記重み付け結合演算処理手段により判断された信頼性の高い信号に基づいて、前記試料の全焦点輝度情報と、前記試料の高さ情報を演算するように構成してもよい。
【００１９】
また、上記共焦点顕微鏡において、前記対物レンズの種類に応じて、前記複数の光検出器からの信号を少なくとも１つ選択する信号選択手段を備え、前記重み付け結合演算処理手段は、前記信号選択手段により前記複数の光検出器からそれぞれ出力される複数の信号が選択された場合、それら複数の信号を重み付けした上で結合するように構成してもよい。
【００２０】
また、本発明の共焦点顕微鏡は、光源から出射される光を試料に対して集束させる対物レンズと、前記試料への集束光を、前記試料に対し相対的に走査する走査手段と、前記集束光の光軸方向に沿って、前記対物レンズの集光位置と前記試料の位置を相対的に移動させる焦点移動手段と、前記対物レンズの集光位置と光学的に共役な位置に配置され、それぞれ絞り径の異なる複数の共焦点絞りと、前記複数の共焦点絞りをそれぞれ通過する光の強度を検出する複数の光検出器とを備える共焦点顕微鏡であって、前記複数の光検出器からそれぞれ出力される信号を、重み付けを含む所定の結合方法で結合する重み付け結合演算処理手段と、前記複数の光検出器のうち所定の光検出器から出力される信号に基づいて、前記試料の全焦点輝度情報と、前記試料の高さ情報を演算する輝度高さ情報演算手段とを備え、前記重み付け結合演算処理手段は、前記複数の光検出器からそれぞれ出力される信号のうち前記輝度高さ情報演算手段へ出力される信号を所定の判断基準により決める。
【００２１】
また、前記重み付け結合演算処理手段は、画素毎に、前記複数の光検出器からそれぞれ出力される信号のうち前記輝度高さ情報演算手段へ出力される信号を決めるように構成してもよい。
【００２２】
また、前記所定の判断基準及び前記所定の結合方法は、前記高さ情報を演算する場合と、前記全焦点輝度情報を演算する場合とで異なっていてもよい。
また、前記所定の判断基準は、前記複数の光検出器からそれぞれ出力される信号と所定値との関係、前記複数の光検出器からそれぞれ出力される信号同士の差、又は前記複数の光検出器からそれぞれ出力される信号により求められる近似曲線と基準曲線との関係に基づいて設定されてもよい。
【００２３】
また、本発明の共焦点顕微鏡は、光源から出射される光を試料に対して集束させる複数の対物レンズと、前記試料への集束光を、前記試料に対し相対的に走査する走査手段と、前記集束光の光軸方向に沿って、前記対物レンズの集光位置と前記試料の位置を相対的に移動させる焦点移動手段と、前記対物レンズの集光位置と光学的に共役な位置に配置され、それぞれ絞り径の異なる複数の共焦点絞りと、前記複数の共焦点絞りをそれぞれ通過する光の強度を検出する複数の光検出器と、前記対物レンズの種類に応じて、前記複数の光検出器からの信号を少なくとも１つ選択する信号選択手段とを備える。
【００２４】
また、上記共焦点顕微鏡において、前記信号選択手段により選択された複数の信号のうち信頼性の高い信号を判断する重み付け結合演算処理手段と、前記重み付け結合演算処理手段により判断された信頼性の高い信号に基づいて、前記試料の全焦点輝度情報と、前記試料の高さ情報を演算する輝度高さ情報演算手段とを備えるように構成してもよい。
【００２５】
また、上記共焦点顕微鏡において、前記信号選択手段により所定の光検出器から出力される１つの信号のみが選択される場合、前記所定の光検出器の感度又はゲインが複数回変更され、前記感度又はゲインが変更される度に前記所定の光検出器から前記重み付け結合演算処理手段に信号が出力され、前記所定の光検出器から出力される複数の信号のうち信頼性の高い信号を判断する重み付け結合演算処理手段と、前記重み付け結合演算処理手段により判断された信頼性の高い信号に基づいて、前記試料の全焦点輝度情報と、前記試料の高さ情報を演算する輝度高さ情報演算手段とを備えるように構成してもよい。
【００２６】
また、上記共焦点顕微鏡において、前記重み付け結合演算処理手段は、前記所定の光検出器から出力される複数の信号のうち飽和せず、かつ、信号強度が最も高い信号を前記信頼性の高い信号と判断するように構成してもよい。
【００２７】
また、上記共焦点顕微鏡において、前記信号選択手段により選択された複数の信号を重み付けした上で結合する重み付け結合演算処理手段と、前記重み付け結合演算処理手段により演算された信号に基づいて、前記試料の全焦点輝度情報と、前記試料の高さ情報を演算する輝度高さ情報演算手段とを備えるように構成してもよい。
【００２８】
また、前記複数の光検出器は、前記複数の共焦点絞りをそれぞれ通過する光の強度を同時に検出するように構成してもよい。
また、前記複数の光検出器からそれぞれ出力される信号は、前記試料の焦点位置での信号強度がそれぞれ同等になるように、光学的又は電気的に調整されていてもよい。
【００２９】
また、前記複数の光検出器からそれぞれ出力される信号は、前記試料の焦点位置での信号強度がそれぞれ所定の割合で異なるように、光学的又は電気的に調整されていてもよい。
【００３０】
また、前記重み付け結合処理手段は、前記複数の光検出器の各感度特性に基づいて、前記複数の光検出器からそれぞれ出力される信号の正規化処理を行うように構成してもよい。
【００３１】
また、上記共焦点顕微鏡において、少なくとも２つ以上の互いに異なる比率を設定する重み付け比率設定手段と、前記輝度高さ情報演算手段により演算される複数の全焦点輝度情報を一画面上に表示する表示手段とを備え、前記重み付け結合演算処理手段は、前記重み付け比率設定手段により設定される２以上の比率毎に、前記複数の信号を重み付けした上で結合し、前記輝度高さ情報演算手段は、前記重み付け結合演算処理手段により演算された複数の信号に対して、それぞれ、前記全焦点輝度情報を演算するように構成してもよい。
【００３２】
また、上記共焦点顕微鏡において、前記表示手段により表示される複数の全焦点輝度情報のうち、１つの全焦点輝度情報をユーザに選択させる演算結果選択手段と、前記演算結果選択手段で選択された全焦点輝度情報を演算する際に使用された比率を、次回以降の前記重み付け結合演算処理手段の演算において使用される比率とする重み付け比率指示手段とを備えるように構成してもよい。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、共焦点効果の異なる信号同士を、重み付けをした上で結合しているので、簡単かつ安価な構成で、共焦点効果を任意に調整することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の実施形態の共焦点顕微鏡を示す図である。なお、図１０に示す共焦点顕微鏡５０の構成と同じ構成には同じ符号を付している。
【００３５】
図１に示す共焦点顕微鏡１は、レーザ光源５１と、ＰＢＳ５２と、２次元光スキャナ５３と、複数の対物レンズ５４と、１／４λ板５５と、結像レンズ５６と、レボルバ６０と、ＸＹステージ６１と、Ｚステージ６２と、モニタ６４と、ビームスプリッタ２と、ピンホール３、４と、光検出器５、６と、コンピュータ７とを備えて構成されている。なお、ピンホール４の径は、ピンホール３の径よりも大きいものとする。また、レボルバ６０には、対物レンズ５４として、収差性能の優れた高級の対物レンズ、低倍率で安価な汎用の対物レンズ、作動距離の長い長作動対物レンズ等、様々な対物レンズを取り付け可能とする。
【００３６】
図１に示す共焦点顕微鏡１において、図１０に示す従来の共焦点顕微鏡５０と異なる点は、結像レンズ５６の後ろにビームスプリッタ２が配置されて所定の比率で検出光が分割され、その先に径が異なるピンホール３、４が配置され、さらにその先にピンホール３、４を通過した各光をそれぞれ検出する光検出器５、６が配置されている点である。また、コンピュータ７は、光検出器５、６からそれぞれ出力される信号を、重み付けを含む所定の結合方法で結合する重み付け結合演算処理部８を備えている。
【００３７】
図２Ａは、対物レンズ５４及び試料６５の相対位置Ｚと、光検出器５から出力される信号Ｉａとの関係を示す図であり、図２Ｂは、対物レンズ５４及び試料６５の相対位置Ｚと、光検出器６から出力される信号Ｉｂとの関係を示す図である。なお、ピンホール３、４は、互いに開口部が異なるため、互いに共焦点効果が異なり、図２Ａ及び図２Ｂのように、互いに半値幅が異なるＩ−Ｚカーブになる。また、本実施形態では、焦点の合った相対位置Ｚ０での出力Ｉａ、Ｉｂが等しくなるように、電気的に調整されているものとする。
ここで、光検出器５、６に光電子増倍管を用いた場合の電気的な調整方法について説明する。光電子増倍管を用いた場合、電気的に調整する値は、検出感度Ｇとなる。この検出感度Ｇは、光電子増倍管に印加する印加電圧ＨＶを制御することで調整することができ、印加電圧ＨＶと、検出感度Ｇと印加電圧ＨＶの関係を表す係数ｃｏｅと、ダイノード数で決まる係数ｋとの関係により、下記式（１）で表すことができる。
【００３８】
Ｇ＝k×ＨＶ^coe    (１)
なお、係数ｃｏｅは、光電子増倍管の特性として、製造メーカが公表している値を用いても良いし、より厳密には、装置毎に実験的に特性を求めても良い。
【００３９】
また、検出感度Ｇと光検出器からの出力Ｉは、顕微鏡の光学系効率とすると、ｐ×Ｇ＝Ｉの関係が成り立つため、焦点の合った相対位置Ｚ０での光検出器５，６からの信号Ｉａ、Ｉｂは、下記式（２）、（３）で表すことができる。
【００４０】
Ｉａ＝p(a)×k(a)×ＨＶ(a)^coe(a) (２)
Ｉｂ＝p(b)×k(b)×ＨＶ(b)^coe(b) (３)
これにより、信号ＩａとＩｂが等しいとき、下記式（４）で表すことができる。
【００４１】
ＨＶ(b)＝{((p(a)×k(a)/(p(b)×k(b)))*(HV(a))^coe(a)}^(1/coe(b))     (４)
よって、上記式（４）に例えば、光検出器５への印加電圧ＨＶ(a)を入力することで、他方の光検出器６への印加電圧ＨＶ(b)を得ることができ、その結果、焦点の合った相対位置Ｚ０での信号Ｉａ、Ｉｂを等しくすることができる。
【００４２】
なお、焦点の合った相対位置Ｚ０での出力Ｉａ、Ｉｂが等しくなるように調整するその他の方法としては、事前に基準試料を用いて光学的に調整してもよい。また、焦点の合った相対位置Ｚ０での出力Ｉａ、Ｉｂが等しくなるように、光検出器５、６のそれぞれの感度特性に基づいて正規化処理を行ってもよい。このときの正規化処理としては、例えば、光検出器５の感度特性が光検出器６の感度特性の２倍である場合、光検出器６の出力Ｉａを基準にして、光検出器５の出力Ｉｂを１／２にする。
【００４３】
次に、重み付け結合演算処理部８の動作を説明する。
重み付け結合演算処理部８は、重み付けを含む結合方法として下記の式（５）に示す比率ｒの加重平均を行い、光検出器５から出力される信号Ｉａと光検出器６から出力される信号Ｉｂとを重み付けした上で結合した結果である信号Ｉｃを出力する。
【００４４】
Ｉｃ＝ｒ×Ｉａ＋（１−ｒ）×Ｉｂ    （５）
なお、０≦ｒ≦１とする。
図２Ｃは、対物レンズ５４及び試料６５の相対位置Ｚと、比率ｒを任意の値に設定した場合の重み付け結合演算処理部８から出力される信号Ｉｃとの関係を示す図である。
【００４５】
図２Ｃに示す例では、丁度ピンホール径をピンホール３とピンホール４の中間くらいにした場合のＩ−Ｚカーブが得られている。
このように、比率ｒを調整することにより、無段階で中間的なＩ−Ｚカーブ（共焦点効果）を得ることができる。
【００４６】
信号Ｉｃを用いて試料６５の共焦点画像や高さ情報を取得する方法は、上述した共焦点顕微鏡５０における試料６５の共焦点画像や高さ情報の取得方法と同じであるため、説明を省略する。
【００４７】
図３は、共焦点顕微鏡１のモニタ６４に表示される全焦点画像の例を示す図である。図
３において、３０は光検出器５から出力される信号Ｉａにより得られる全焦点画像を示し、３１は光検出器６から出力される信号Ｉｂにより得られる全焦点画像を示し、３２はユーザにより比率調整バー３３で設定された比率ｒが上記式（５）に代入されて演算された結果である信号Ｉｃにより得られる全焦点画像を示している。
【００４８】
なお、図１に示す共焦点顕微鏡１において、光検出器５、６からそれぞれ出力される信号Ｉａ、Ｉｂは、コンピュータ７が同時に取得して処理することが望ましいが、順次取得して処理するように構成してもよい。このように、コンピュータ７が信号Ｉａ、Ｉｂを順次取得する場合は、ビームスプリッタ２の代わりに、例えば、切換ミラーなどを備えてもよい。
【００４９】
また、上記実施形態では、重み付けを含んだ所定の結合方法として、加重平均を用いているが、結合比率が調整可能であれば、重み付けを含んだ相乗平均や調和平均を用いてもよい。
【００５０】
このように、図１に示す共焦点顕微鏡１では、互いに開口部が異なるピンホール３、４と、ピンホール３、４の各通過光を検出する光検出器５、６とを備え、光検出器５、６からそれぞれ出力される信号Ｉａ、Ｉｂに対して加重平均を行っているので、ピンホール３、４のそれぞれの開口部の径を上限値及び下限値にする場合の範囲において任意にピンホールの径を変えたときに得られる共焦点効果により共焦点画像を得ることができる。また、簡単な構成で任意の共焦点効果を得ることができるので、共焦点顕微鏡１の製造コストを抑えることができる。
【００５１】
なお、対物レンズ５４毎に最適な比率ｒを予め用意しておき、レボルバ６０により対物レンズ５４が変換されたときに、その変換された対物レンズ５４に対応する比率ｒが用いられて重み付け結合演算処理部８により信号Ｉｃが演算され、その演算された信号Ｉｃにより共焦点画像を得るように構成してもよい。これにより、対物レンズ５４毎に最適な共焦点画像を得ることができる。
【００５２】
また、予め複数の比率を用意しておき、重み付け結合演算処理部８が複数の比率に対して、それぞれ、重み付け結合演算を行うように構成してもよい。例えば、予め２種類の比率ｒ１、ｒ２を用意しておき、重み付け結合演算処理部８が比率ｒ１、ｒ２に対して、それぞれ、重み付け結合演算を行うようにしてもよい。そして、比率ｒ１、ｒ２に対するそれぞれの重み付け結合演算結果である信号Ｉｃ１、Ｉｃ２を用いて、輝度高さ情報演算部４２が比率ｒ１に対する全焦点画像４６及びその全焦点画像４６全体の高さ情報を求めると共に比率ｒ２に対する全焦点画像４７及びその全焦点画像４７全体の高さ情報を求め、それら全焦点画像４６、４７を、例えば、図４に示すように、モニタ６４（画像表示部）において同一画面上に表示してもよい。
【００５３】
なお、重み付け結合演算処理部８は、下記の式（６）、（７）に示す加重平均をそれぞれ計算することにより信号Ｉｃ１、Ｉｃ２を求めてもよい。
Ｉｃ１＝ｒ１×Ｉａ＋（１−ｒ１）×Ｉｂ    （６）
Ｉｃ２＝ｒ２×Ｉａ＋（１−ｒ２）×Ｉｂ    （７）
なお、０≦ｒ１≦１、０≦ｒ２≦１とする。
【００５４】
また、モニタ６４は、比率選択部も兼ねており、ユーザがモニタ６４に表示される全焦点画像４６、４７を参照した後、モニタ６４の画面をタッチしたりマウスやキーボードを操作したりすることにより、全焦点画像４６、４７のうち選択された方の全焦点画像に対応する比率を、次回以降の重み付け結合演算で使用される比率として重み付け結合演算処理部８に送る。
【００５５】
図５は、予め複数の比率を用意しておく場合において、ユーザによる全焦点画像の表示指示から全焦点画像の表示までの一連の流れにおけるコンピュータ７の動作を説明するためのフローチャートである。
【００５６】
まず、ユーザによる全焦点画像の表示指示があると、コンピュータ７は、光検出器５から出力される信号Ｉａ及び光検出器６から出力される信号Ｉｂを取得する（Ｓ１００１）。
【００５７】
次に、コンピュータ７は、予め保持されている複数の比率のうち１つ目の比率を読み込む（Ｓ１００２）。なお、上記複数の比率はユーザにより任意に設定されてもよい。
次に、コンピュータ７は、読み込んだ比率を輝度高さ情報演算部４２で使用される比率として設定する（Ｓ１００３）。
【００５８】
次に、コンピュータ７は、輝度高さ情報演算部４２により全焦点画像及びその全焦点画像全体の高さ情報を演算させる（Ｓ１００４）。
次に、コンピュータ７は、Ｓ１００４で演算された全焦点画像及び高さ情報を保持する（Ｓ１００５）。
【００５９】
次に、コンピュータ７は、使用した比率の数と、予め保持されている比率の数とが一致するか否かを判断する（Ｓ１００６）。
比率の数が一致しないと判断した場合（Ｓ１００６がＮｏ）、コンピュータ７は、予め保持されている比率のうちまだ使用していない比率を読み込み、Ｓ１００３に戻る。
【００６０】
一方、比率の数が一致すると判断した場合（Ｓ１００６がＹｅｓ）、コンピュータ７は、Ｓ１００５で保持された全ての全焦点画像をモニタ６４の画面上に表示させる（Ｓ１００７）。
【００６１】
なお、図５に示すフローチャートの動作を、レボルバ６０に搭載される全ての対物レンズ５４に対してそれぞれ行ってもよい。
図６は、図５に示すフローチャートの動作を、レボルバ６０に搭載される全ての対物レンズ５４に対して行った際にモニタ６４にされる全焦点画像の一例を示す図である。
【００６２】
図６に示す例では、１０倍の対物レンズ５４に対して、比率ｒ１を用いて求めた全焦点画像４８−１と、比率ｒ２を用いて求めた全焦点画像４８−２と、比率ｒ３を用いて求めた全焦点画像４８−３と、比率ｒ４を用いて求めた全焦点画像４８−４と、比率ｒ５を用いて求めた全焦点画像４８−５と、比率ｒ６を用いて求めた全焦点画像４８−６とがそれぞれモニタ６４の同一画面上に表示されている。
【００６３】
なお、図６に示す表示枠４９−１は現在使用されている対物レンズ５４の倍率が表示されるところである。また、図６に示す表示枠４９−２はユーザにより任意に入力された比率が表示されるところである。また、図６に示す設定ボタン４９−３がユーザにより押されると、表示枠４９−２に表示されている比率に基づいて全焦点画像を求め、その求めた全焦点画像をモニタ６４の画面に表示させる。
【００６４】
このように構成される共焦点顕微鏡１において、モニタ６４の画像に表示される複数の全焦点画像のうち１つの全焦点画像がユーザにより選択され、その選択された全焦点画像を求める際に使用した比率とそのときに使用中の対物レンズ５４の種類とを関連付けて保持しておく。これにより、使用する対物レンズ５４が切り替えられる度にその対物レンズ５４に対応する最適な比率で全焦点画像を求めてモニタ６４の画面に表示することができ
る。
【００６５】
次に、本発明の他の実施形態の共焦点顕微鏡を説明する。
図７は、本発明の他の実施形態の共焦点顕微鏡を示す図である。なお、図１に示す共焦点顕微鏡１の構成と同じ構成には同じ符号を付している。また、図１に示す共焦点顕微鏡１と同様に、ピンホール４の径は、ピンホール３の径よりも大きいものとする。また、図７に示す共焦点顕微鏡４０においても、焦点の合った相対位置Ｚ０での信号Ｉａ、Ｉｂが等しくなるように、前記実施形態と同様の方法で電気的に調整されているものとする。なお、なお、焦点の合った相対位置Ｚ０での出力Ｉａ、Ｉｂが等しくなるように調整するその他の方法としては、事前に基準試料を用いて光学的に調整してもよい。また、焦点の合った相対位置Ｚ０での信号Ｉａ、Ｉｂが等しくなるように、光検出器５、６のそれぞれの感度特性に基づいて正規化処理を行ってもよい。
【００６６】
図７に示す共焦点顕微鏡４０において、図１に示す共焦点顕微鏡１と異なる点は、コンピュータ４１が重み付け結合演算処理部８の他に輝度高さ情報演算部４２を備えている点である。
【００６７】
上記輝度高さ情報演算部４２は、Ｚステージ６２により試料６５をＺ方向に動かしながら、２次元光スキャナ５３によりビームを走査し、各画素で、光検出器５、６からそれぞれ出力される信号Ｉｂ、Ｉｂが最大になったところ、すなわち、焦点が合った相対位置Ｚを試料６５の高さとして高さ情報を得る。また、輝度高さ情報演算部４２は、焦点の合った相対位置Ｚでの輝度情報を集めて、全焦点輝度情報を得る。そして、この全焦点輝度情報に基づいて全焦点画像が得られる。なお、Ｚ方向の移動ピッチを粗くして、焦点近傍の複数の相対位置Ｚに対応する各輝度信号を元に演算により近似曲線を求め、その近似曲線より高さ情報を求めてもよい。
【００６８】
ところで、図２Ａ及び図２Ｂに示す各Ｉ−Ｚカーブは、それぞれ、試料６５の表面の粗さや傾きの影響を受けるが、その影響度はピンホールの径によって異なる。すなわち、ピンホールの径が相対的に大きい方が光の散乱などの影響を受けにくく、試料６５の表面の粗さや傾きに対して鈍感である。具体的には、径がピンホール４よりも小さいピンホール３を使用した場合は、試料６５の表面の粗さや傾きにより焦点位置での信号Ｉａが大きく落ち込むのに対して、径がピンホール３よりも大きいピンホール４を使用した場合は、然程信号Ｉｂが落ちない。すなわち、焦点位置において、信号Ｉｂは、信号Ｉａよりも大きくなる。また、信号Ｉａの信頼性は、相対的に低下する。但し、径がピンホール４よりも小さいピンホール３を使用し、信号Ｉａの信頼性が保てる程度の信号Ｉａが得られている場合の解像度や高さ情報を求める際のＳ／Ｎは、ピンホール４を使用した場合に比べて優れている。
【００６９】
そこで、図７に示す共焦点顕微鏡４０の重み付け結合演算処理部８では、光検出器５、６からそれぞれ出力される信号Ｉａ、Ｉｂの各最大値を比較し、最大値が大きい方の信号Ｉを求める。そして、この信号I を、より信頼性の高い情報と判断する。輝度高さ情報演算部４２は、求めた信号Ｉを取得した相対位置Ｚを試料６５の高さ情報として得る。また、同様に、輝度高さ情報演算部４２は、この大きい方の信号Ｉを出力する光検出器の信号Ｉを画素毎に取得し、これら取得した輝度情報を結合することにより、画像全体にピントの合った画像（全焦点画像）及び画像全体の高さ情報を求める。
【００７０】
図７に示す共焦点顕微鏡４０によれば、試料６５の表面の状態（例えば、粗さや傾きの等）に関わらず、試料６５の表面全域にわたり、より信頼性の高い輝度情報及び高さ情報を得ることができる。
【００７１】
なお、図７に示す共焦点顕微鏡４０の重み付け結合演算処理部８における信号Ｉの判断方法としては以下に示す方法もある。
例えば、光検出器５から出力される信号Ｉａ に対して、閾値（所定値）を設定し、信号Ｉａが所定値以下になった場合、光検出器６から出力される信号Ｉｂをより信頼性の高い情報と判断する。
【００７２】
また、例えば、信号Ｉａから信号Ｉｂを引いた値に対して、閾値（所定値）を設定し、信号Ｉａから信号Ｉｂを引いたときの差（値）が所定値以下になった場合、信号Ｉｂをより信頼性の高い情報と判断する。
【００７３】
また、例えば、焦点近傍の複数の信号Ｉａから求められる近似曲線と基準曲線（想定される近似曲線）との乖離量Ａを求めるとともに、焦点近傍の複数の信号Ｉｂから求められる近似曲線と上記基準曲線との乖離量Ｂを求め、乖離量が小さい方の信号Ｉをより信頼性の高い情報と判断する。
【００７４】
また、これらの判断方法は、高さ情報を求める場合と、全焦点輝度情報を求める場合とで異ならせてもよい。
また、輝度高さ情報演算部４２は、重み付け結合演算処理部８において、信号Ｉａと信号Ｉｂとが加重平均された後の信号Ｉｃの最大値に対応するＺステージ６２の高さに基づいて高さ情報を得るとともに、信号Ｉａと信号Ｉｂとが加重平均された後の信号Ｉｃの最大値に対応する輝度情報を、焦点の合った相対位置Ｚの輝度情報として集めて、全焦点輝度情報を得てもよい。
【００７５】
また、輝度高さ情報演算部４２は、重み付け結合演算処理部８において、上記判断方法により、信頼性の高い情報として判断された信号Ｉの最大値に対応するＺステージ６２の高さに基づいて高さ情報を得るとともに、信号Ｉａと信号Ｉｂとが加重平均された後の信号Ｉｃの最大値に対応する輝度情報を、焦点の合った相対位置Ｚの輝度情報として集めて、全焦点輝度情報を得てもよい。
【００７６】
また、試料６５の表面が粗面又は傾斜面において、光検出器５よりも相対的に信頼性の高い信号Ｉを得ることが可能な光検出器６の感度をより大きく設定してもよい。
なお、このように構成する場合、光検出器５の感度と光検出器６の感度との差は、信号Ｉａの信頼性が低くなる試料６５の表面部分において、信号Ｉｂの信頼性が十分に得られるような値になっているものとする。この場合、信号Ｉａの信頼性が低くなる試料６５の表面部分以外では、信号Ｉｂが飽和してしまう可能性がある。そのため、重み付け結合演算処理部８は、信号Ｉａの信頼性を信号強度、近似曲線形状、又は上記判断基準などにより判断し、信号Ｉａの信頼性が高い場合は、できる限り信号Ｉａを用いて高さ情報を求め、信号Ｉａの信頼性が低い場合は、信号Ｉｂが飽和しない場合に限り、信号Ｉｂを用いて高さ情報を求める。また、全焦点輝度情報を求める場合は、光検出器５の感度と光検出器６の感度との差に基づいて、正規化処理を行った後、全焦点輝度情報を求めるものとする。例えば、光検出器６の感度を光検出器５の感度に対して２倍にした場合、信号Ｉａを基準として、信号Ｉｂを１／２にする。
【００７７】
これにより、試料６５の表面の状態に関わらず、試料６５の表面全域にわたって、図４に示す共焦点顕微鏡４０よりもさらに信頼性の高い輝度情報と高さ情報を得ることができる。
【００７８】
図８は、本発明のさらに他の実施形態の共焦点顕微鏡を示す図である。なお、図７に示す共焦点顕微鏡４０の構成と同じ構成には同じ符号を付しその構成の説明を省略する。また、図７に示す共焦点顕微鏡４０と同様に、ピンホール４の径は、ピンホール３の径より
も大きいものとする。また、図８に示す共焦点顕微鏡４３においても、焦点の合った相対位置Ｚ０での信号Ｉａ、Ｉｂが等しくなるように、前記実施形態と同様の方法で電気的に調整されているものとする。なお、焦点の合った相対位置Ｚ０での出力Ｉａ、Ｉｂが等しくなるように調整するその他の方法としては、事前に基準試料を用いて光学的に調整してもよい。また、焦点の合った相対位置Ｚ０での信号Ｉａ、Ｉｂが等しくなるように、光検出器５、６のそれぞれの感度特性に基づいて正規化処理を行ってもよい。
【００７９】
図８に示す共焦点顕微鏡４３において、図７に示す共焦点顕微鏡４０と異なる点は、ユーザにより選択される対物レンズ５４に応じて、光検出器５、６からそれぞれ出力される信号Ｉａ、Ｉｂの両方又は信号Ｉｂを選択する信号選択部４４をさらに備えている点である。
【００８０】
図８に示す共焦点顕微鏡４３において、ピンホール３の開口部の径は、より共焦点効果を高める為、収差性能が優れた高級の対物レンズ５４に合わせて設定されているものとする。その為、高級の対物レンズ５４と比較して収差性能が劣る汎用の対物レンズ５４をピンホール３に対して用いた場合、収差の影響により、Ｉ−Ｚカーブが、例えば、図２Ｄに示すように、乱れた形状になる。
【００８１】
また、図８に示す共焦点顕微鏡４３において、ピンホール４の開口部の径は、汎用の対物レンズ５４を用いた場合、きれいな形状のＩ−Ｚカーブが得られ、かつ、複数の高級の対物レンズ５４を組み合わせて用いた場合、図２Ａや図２Ｂに示すように、Ｉ−Ｚカーブの特性が十分に異なるように設定されているものとする。
【００８２】
例えば、信号選択部４４は、図９に示すようなテーブル４５を備えており、そのテーブル４５に格納される情報に基づいて、ユーザにより高級の対物レンズＡ〜Ｃの何れかが選択された場合、信号Ｉａ、Ｉｂを選択し、ユーザにより汎用の対物レンズＡ〜Ｃが選択された場合、信号Ｉｂを選択する。
【００８３】
また、図８に示す共焦点顕微鏡４３の重み付け結合演算処理部８は、信号選択部４４が信号Ｉａ、Ｉｂを選択した場合、図７に示す共焦点顕微鏡４０と同様に、信号Ｉａ、Ｉｂの各最大値を比較し、最大値が大きい方の信号Ｉを、より信頼性の高い情報と判断する。
【００８４】
そして、図８に示す共焦点顕微鏡４３の輝度高さ情報演算部４２は、重み付け結合演算処理部８において信頼性の高い情報として判断された信号Ｉ、又は、信号選択部４４において選択された信号Ｉｂに基づいて取得した相対位置Ｚを試料６５の高さ情報とすると共に、重み付け結合演算処理部８において信頼性の高い情報として判断された信号Ｉ、又は、信号選択部４４において選択された信号Ｉｂを輝度情報として画素毎に取得し、これら取得した輝度情報を結合して全焦点画像を求める。
【００８５】
これにより、対物レンズ５４に応じて、最適なピンホールを使用することができるので、対物レンズ５４を切り換えても、精度の良い全焦点画像及び高さ情報を得ることができる。
【００８６】
また、図８に示す共焦点顕微鏡４３において、信号選択部４４により信号Ｉｂが選択された場合、光検出器６の感度又はゲインが複数回変更され、光検出器６の感度又はゲインが変更される度に、光検出器６から重み付け結合演算処理部８に信号Ｉｂが出力されてもよい。このように構成する場合、重み付け結合演算処理部８は、入力される複数の信号Ｉｂのうち信頼性が高い信号Ｉｂを判断してもよい。例えば、感度が低いときの光検出器６の信号Ｉｂを信号Ｉｂ（ｌｏｗ）、感度が高いときの光検出器６の信号Ｉｂを信号Ｉｂ（ｈｉｇｈ）とすると、重み付け結合演算処理部８は、信号Ｉｂが飽和しておらず、かつ、
信号強度が最も高い信号Ｉｂ（ｈｉｇｈ）を信頼性の高い信号と判断し、信号Ｉｂ（ｈｉｇｈ）が飽和している場合、信号Ｉｂ（ｌｏｗ）を信頼性の高い信号と判断する。
【００８７】
これにより、ユーザにより高級の対物レンズ５４が選択された場合、試料６５の表面の状態に関わらず、試料６５の表面全域にわたって、信頼性の高い全焦点画像と高さ情報を得ることができる。また、ユーザにより汎用の対物レンズ５４が選択された場合、高級の対物レンズ５４が選択された場合に比べ効果が劣るものの、試料６５の表面の状態に関わらず、試料６５の表面全域にわたって、信頼性の高い全焦点画像と高さ情報を得ることができる。
【００８８】
なお、図８に示す共焦点顕微鏡４３の重み付け結合演算処理部８における信号Ｉの判断方法としては、図７に示す共焦点顕微鏡４０と同様に、以下に示す方法もある。
例えば、光検出器５から出力される信号Ｉａ に対して、閾値（所定値）を設定し、信号Ｉａが所定値以下になった場合、光検出器６から出力される信号Ｉｂをより信頼性の高い情報と判断する。
【００８９】
また、例えば、信号Ｉａから信号Ｉｂを引いた値に対して、閾値（所定値）を設定し、信号Ｉａから信号Ｉｂを引いたときの差（値）が所定値以下になった場合、信号Ｉｂをより信頼性の高い情報と判断する。
【００９０】
また、例えば、焦点近傍の複数の信号Ｉａから求められる近似曲線と基準曲線（想定される近似曲線）との乖離量Ａを求めるとともに、焦点近傍の複数の信号Ｉｂから求められる近似曲線と上記基準曲線との乖離量Ｂを求め、乖離量が小さい方の信号Ｉをより信頼性の高い情報と判断する。
【００９１】
また、これらの判断方法は、高さ情報を求める場合と、全焦点輝度情報を求める場合とで異ならせてもよい。
また、輝度高さ情報演算部４２は、重み付け結合演算処理部８において、信号Ｉａと信号Ｉｂとが加重平均された後の信号Ｉｃの最大値に対応するＺステージ６２の高さに基づいて高さ情報を得るとともに、信号Ｉａと信号Ｉｂとが加重平均された後の信号Ｉｃの最大値に対応する輝度情報を、焦点の合った相対位置Ｚの輝度情報として集めて、全焦点輝度情報を得てもよい。
【００９２】
また、輝度高さ情報演算部４２は、重み付け結合演算処理部８において、上記判断方法により、信頼性の高い情報として判断された信号Ｉの最大値に対応するＺステージ６２の高さに基づいて高さ情報を得るとともに、信号Ｉａと信号Ｉｂとが加重平均された後の信号Ｉｃの最大値に対応する輝度情報を、焦点の合った相対位置Ｚの輝度情報として集めて、全焦点輝度情報を得てもよい。
【００９３】
また、試料６５の表面が粗面又は傾斜面において、光検出器５よりも相対的に信頼性の高い信号Ｉを得ることが可能な光検出器６の感度をより大きく設定してもよい。
なお、このように構成する場合、光検出器５の感度と光検出器６の感度との差は、信号Ｉａの信頼性が低くなる試料６５の表面部分において、信号Ｉｂの信頼性が十分に得られるような値になっているものとする。この場合、信号Ｉａの信頼性が低くなる試料６５の表面部分以外では、信号Ｉｂが飽和してしまう可能性がある。そのため、重み付け結合演算処理部８は、信号Ｉａの信頼性を信号強度、近似曲線形状、又は上記判断基準などにより判断し、信号Ｉａの信頼性が高い場合は、できる限り信号Ｉａを用いて高さ情報を求め、信号Ｉａの信頼性が低い場合は、信号Ｉｂが飽和しない場合に限り、信号Ｉｂを用いて高さ情報を求める。また、全焦点輝度情報を求める場合は、光検出器５の感度と光検出器６の感度との差に基づいて、正規化処理を行った後、全焦点輝度情報を求めるものとする
。例えば、光検出器６の感度を光検出器５の感度に対して２倍にした場合、信号Ｉａを基準として、信号Ｉｂを１／２にする。
【００９４】
なお、図８に示す共焦点顕微鏡４３において、重み付け結合演算処理部８は、信号選択部４４により信号Ｉａ、Ｉｂが選択された場合、それら信号Ｉａ、Ｉｂを、重み付けを含む所定の結合方法で結合して信号Ｉｃを出力するように構成してもよい。例えば、図１に示す共焦点顕微鏡１の重み付け結合演算処理部８のように、比率ｒの加重平均を行うなどして、信号Ｉａと信号Ｉｂとを重み付けした上で結合し信号Ｉｃを出力する。
【００９５】
このように構成する場合、輝度高さ情報演算部４２は、重み付け結合演算処理部８から出力される信号Ｉｃ、又は、信号選択部４４により選択される信号Ｉｂを輝度情報として画素毎に取得し、それら取得した輝度情報を互いに結合することにより、全焦点画像とすると共に、重み付け結合演算処理部８から出力される信号Ｉｃ、又は、信号選択部４４により選択される信号Ｉｂに対応する相対位置Ｚを試料６５の高さ情報とする。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】本発明の実施形態の共焦点顕微鏡を示す図である。
【図２Ａ】対物レンズ及び試料の相対位置Ｚと、光検出器から出力される信号Ｉａとの関係を示す図である。
【図２Ｂ】対物レンズ及び試料の相対位置Ｚと、光検出器から出力される信号Ｉｂとの関係を示す図である。
【図２Ｃ】対物レンズ及び試料の相対位置Ｚと、信号Ｉｃとの関係を示す図である。
【図２Ｄ】対物レンズ及び試料の相対位置Ｚと、光検出器から出力される信号Ｉａとの関係を示す図である。
【図３】モニタに表示される画面の一例を示す図である。
【図４】モニタに表示される画像の一例を示す図である。
【図５】コンピュータの動作を説明するためのフローチャートである。
【図６】モニタに表示される画像の一例を示す図である。
【図７】本発明の他の実施形態の共焦点顕微鏡を示す図である。
【図８】本発明のさらに他の実施形態の共焦点顕微鏡を示す図である。
【図９】テーブルの一例を示す図である。
【図１０】従来の共焦点顕微鏡を示す図である。
【図１１】対物レンズ及び試料の相対位置Ｚと、光検出器から出力される信号Ｉとの関係を示す図である。
【符号の説明】
【００９７】
１  共焦点顕微鏡
２  ビームスプリッタ
３  ピンホール
４  ピンホール
５  光検出器
６  光検出器
７  コンピュータ
８  重み付け結合演算処理部
４０  共焦点顕微鏡
４１  コンピュータ
４２  輝度高さ情報演算部
４３  共焦点顕微鏡
４４  信号選択部
４５  テーブル
４６  全焦点画像
４７  全焦点画像
４８−１〜４８−６  全焦点画像
４９−１  表示枠
４９−２  表示枠
４９−３  設定ボタン
５０  共焦点顕微鏡
５１  レーザ光源
５２  ＰＢＳ
５３  ２次元光スキャナ
５４  対物レンズ
５５  １／４λ板
５６  結像レンズ
５７  ピンホール
５８  光検出器
５９  ピンホールターレット
６０  レボルバ
６１  ＸＹステージ
６２  Ｚステージ
６３  コンピュータ
６４  モニタ
６５  試料
【図２Ａ】
0005137772.tif 000002
【図２Ｂ】
0005137772.tif 000003
【図２Ｃ】
0005137772.tif 000004
【図２Ｄ】
0005137772.tif 000005
【図５】
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【図９】
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【図１１】
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【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図１０】
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