(57)【要約】【課題】  高輝度領域の解像度を低下させることなく、低輝度領域の解像度を向上させた共焦点走査型顕微鏡を提供する。【解決手段】  対物レンズ１５を含む共焦点光学系と、共焦点光学系を介して測定対象物２からの検出光を受光し、検出信号を生成する光検出部１８と、測定対象物２に対して検出光を２次元走査するとともに、対物レンズ１５の光軸方向に走査する走査系と、検出信号に基づいて２次元走査面上の各ピクセルの高さ情報及び輝度情報からなるピクセルデータを生成するピクセルデータ生成部１９からなり、検出信号のゲインを調整するゲイン調整手段と、ゲインを異ならせて生成された２以上のピクセルデータについて、ピクセルごとに輝度を所定の閾値と比較する比較部２３と、比較部２３による比較結果に基づいて、上記２以上のピクセルデータを合成し、測定対象物２の３次元形状画像又は光量画像を生成する画像データ生成部２４により構成される。【選択図】  図１
2007041120.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対物レンズを含む共焦点光学系と、
上記共焦点光学系を介して測定対象物からの検出光を受光し、検出信号を生成する光検出手段と、
上記測定対象物に対して上記検出光を２次元走査するとともに、上記対物レンズの光軸方向に走査する走査系と、
上記検出信号に基づいて２次元走査面上の各ピクセルの高さ情報及び輝度情報からなるピクセルデータを生成するピクセルデータ生成手段とからなる共焦点走査型顕微鏡において、
上記検出信号のゲインを調整するゲイン調整手段と、
ゲインを異ならせて生成された２以上の上記ピクセルデータについて、ピクセルごとに輝度を所定の閾値と比較する比較手段と、
上記比較手段による比較結果に基づいて上記２以上のピクセルデータを合成し、上記測定対象物の３次元形状画像又は光量画像を生成する画像データ生成手段とを備えたことを特徴とする共焦点走査型顕微鏡。
【請求項２】
上記ゲイン調整手段が、上記検出信号を増幅する２以上のアンプと、上記各アンプの増幅率を決定するとともに、アンプ間で増幅率を異ならせる増幅率決定手段とからなり、
上記ピクセルデータ生成手段が、上記各アンプによりそれぞれ増幅された検出信号に基づいて各ピクセルデータを生成することを特徴とする請求項１に記載の共焦点走査型顕微鏡。
【請求項３】
上記光検出手段が、検出光を受光して検出信号を出力する２以上の受光素子からなり、
上記ゲイン調整手段が、上記検出光を分光する分光器と、上記各受光素子が上記分光器により分光された上記検出光に基づいてそれぞれ検出信号を生成する際の増幅率を決定するとともに、受光素子間で増幅率を異ならせる増幅率決定手段とからなり、
上記ピクセルデータ生成手段が、上記各受光素子によりそれぞれ出力された検出信号に基づいて各ピクセルデータを生成することを特徴とする請求項１に記載の共焦点走査型顕微鏡。
【請求項４】
上記光検出手段が、検出光を受光して検出信号を出力する２以上の受光素子からなり、
上記ゲイン調整手段が、上記検出光を分光する分光器と、上記分光器が上記検出光を上記各受光素子に分光する際の分光率を決定するとともに、上記受光素子間で受光量を異ならせる分光率決定手段とからなり、
上記ピクセルデータ生成手段が、上記各受光素子によりそれぞれ出力された検出信号に基づいて各ピクセルデータを生成することを特徴とする請求項１に記載の共焦点走査型顕微鏡。
【請求項５】
上記比較手段が、所定のゲインで生成された第１のピクセルデータと、この第１のピクセルデータよりも大きなゲインで生成された第２のピクセルデータについて輝度を閾値と比較し、
上記画像データ生成手段が、上記第１のピクセルデータから輝度が上記閾値以上のピクセル領域を適正輝度領域として抽出するとともに、上記第２のピクセルデータから上記適正輝度領域以外のピクセル領域を抽出し、上記適正輝度領域における上記第１のピクセルデータと、適正輝度領域以外のピクセル領域における上記第２のピクセルデータについて、両領域の境界線からの距離に応じて重みを異ならせる加重平均により３次元形状画像又は光量画像を生成することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の共焦点走査型顕微鏡。
【請求項６】
上記比較手段が、所定のゲインで生成された第１のピクセルデータと、この第１のピクセルデータよりも大きなゲインで生成された第２のピクセルデータについて輝度を閾値と比較し、
上記画像データ生成手段が、上記第１のピクセルデータから輝度が上記閾値以上のピクセル領域を適正輝度領域として抽出するとともに、上記第２のピクセルデータから上記適正輝度領域以外のピクセル領域を抽出し、さらに、第１及び第２のピクセルデータのいずれにおいても輝度が上記閾値以上となるピクセル領域を重複領域として抽出し、この重複領域における各ピクセルデータの輝度情報に基づいて第２のピクセルデータの輝度情報を補正して光量画像を生成することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の共焦点走査型顕微鏡。
【請求項７】
上記光量画像についてガンマ補正を行い、低輝度領域の輝度レベルを高輝度化するガンマ補正手段を備えたことを特徴とする請求項６に記載の共焦点走査型顕微鏡。
【請求項８】
対物レンズを含む共焦点光学系と、
上記共焦点光学系を介して測定対象物からの検出光を受光し、検出信号を生成する光検出手段と、
上記測定対象物に対して上記検出光を２次元走査するとともに、上記対物レンズの光軸方向に走査する走査系と、
上記検出信号に基づいて２次元走査面上の各ピクセルの高さ情報及び輝度情報からなるピクセルデータを生成するピクセルデータ生成手段とからなる共焦点走査型顕微鏡において、
上記測定対象物に照射される照射光を生成する光源装置と、
上記光源装置の出力強度を切り替える出力強度切り替え手段と、
上記出力強度を異ならせて生成された２以上の上記ピクセルデータについて、ピクセルごとに輝度を所定の閾値と比較する比較手段と、
上記比較手段による比較結果に基づいて上記２以上のピクセルデータを合成し、上記測定対象物の３次元形状画像又は光量画像を生成する画像データ生成手段とを備えたことを特徴とする共焦点走査型顕微鏡。
【請求項９】
上記比較手段が、所定の出力強度で生成された第１のピクセルデータと、この第１のピクセルデータよりも大きな出力強度で生成された第２のピクセルデータについて輝度を閾値と比較し、
上記画像データ生成手段が、上記第１のピクセルデータから輝度が上記閾値以上のピクセル領域を適正輝度領域として抽出するとともに、上記第２のピクセルデータから上記適正輝度領域以外のピクセル領域を抽出し、上記適正輝度領域における上記第１のピクセルデータと、適正輝度領域以外のピクセル領域における上記第２のピクセルデータについて、両領域の境界線からの距離に応じて重みを異ならせる加重平均により３次元形状画像又は光量画像を生成することを特徴とする請求項８に記載の共焦点走査型顕微鏡。
【請求項１０】
上記比較手段が、所定の出力強度で生成された第１のピクセルデータと、この第１のピクセルデータよりも大きな出力強度で生成された第２のピクセルデータについて輝度を閾値と比較し、
上記画像データ生成手段が、上記第１のピクセルデータから輝度が上記閾値以上のピクセル領域を適正輝度領域として抽出するとともに、上記第２のピクセルデータから上記適正輝度領域以外のピクセル領域を抽出し、さらに、第１及び第２のピクセルデータのいずれにおいても輝度が上記閾値以上となるピクセル領域を重複領域として抽出し、この重複領域における各ピクセルデータの輝度情報に基づいて第２のピクセルデータの輝度情報を補正して光量画像を生成することを特徴とする請求項８に記載の共焦点走査型顕微鏡。
【請求項１１】
上記光量画像についてガンマ補正を行い、低輝度領域の輝度レベルを高輝度化するガンマ補正手段を備えたことを特徴とする請求項１０に記載の共焦点走査型顕微鏡。
【請求項１２】
上記ゲイン調整手段が、上記検出信号を生成する際の増幅率をピクセルデータに応じて切り替える増幅率切り替え手段からなり、
上記比較手段が、所定の増幅率で生成された第１のピクセルデータと、この第１のピクセルデータよりも大きな増幅率で生成された第２のピクセルデータについて輝度を閾値と比較し、
上記画像データ生成手段が、上記第１のピクセルデータから輝度が上記閾値以上のピクセル領域を適正輝度領域として抽出するとともに、上記第２のピクセルデータから上記適正輝度領域以外のピクセル領域を抽出し、３次元形状画像又は光量画像を生成することを特徴とする請求項１に記載の共焦点走査型顕微鏡。
【請求項１３】
上記第１及び第２のピクセルデータのいずれにおいても輝度が上記閾値以上となるピクセル領域を重複領域として抽出し、この重複領域における各ピクセルデータの高さ情報に基づいて両ピクセルデータに関する高さのずれを検出するずれ検出手段と、
上記ずれ検出手段により検出された高さのずれに基づいて上記第２のピクセルデータの高さ情報を補正する高さ情報補正手段とを備え、
上記画像データ生成手段が、上記高さ情報補正手段により補正された第２のピクセルデータに基づいて３次元形状画像を生成することを特徴とする請求項１２に記載の共焦点走査型顕微鏡。
【請求項１４】
上記比較手段が、所定の出力強度で生成された第１のピクセルデータと、この第１のピクセルデータよりも大きな出力強度で生成された第２のピクセルデータについて輝度を閾値と比較し、
上記画像データ生成手段が、上記第１のピクセルデータから輝度が上記閾値以上のピクセル領域を適正輝度領域として抽出するとともに、上記第２のピクセルデータから上記適正輝度領域以外のピクセル領域を抽出し、３次元形状画像又は光量画像を生成することを特徴とする請求項８に記載の共焦点走査型顕微鏡。
【請求項１５】
上記第１及び第２のピクセルデータのいずれにおいても輝度が上記閾値以上となるピクセル領域を重複領域として抽出し、この重複領域における各ピクセルデータの高さ情報に基づいて両ピクセルデータに関する高さのずれを検出するずれ検出手段と、
上記ずれ検出手段により検出された高さのずれに基づいて上記第２のピクセルデータの高さ情報を補正する高さ情報補正手段とを備え、
上記画像データ生成手段が、上記高さ情報補正手段により補正された第２のピクセルデータに基づいて３次元形状画像を生成することを特徴とする請求項１４に記載の共焦点走査型顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、共焦点走査型顕微鏡に係り、さらに詳しくは、測定対象物に対し検出光を２次元走査するとともに対物レンズの光軸方向に走査して２次元走査面上の各ピクセルの高さ情報及び輝度情報からなるピクセルデータを生成する共焦点走査型顕微鏡の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
測定対象物に光を照射し、測定対象物によって反射された光を受光して測定対象物の表面形状を計測する顕微鏡として、共焦点走査型顕微鏡がある。この共焦点走査型顕微鏡は、共焦点光学系と、共焦点光学系を介して測定対象物からの光（以下、検出光という）を受光し、検出信号を生成する光検出部と、検出光を走査する走査系からなる。共焦点光学系は、検出光を合焦位置からの光だけに絞り込むためのものであり、対物レンズや結像レンズ、スリットなどの光学素子からなる。この様な共焦点走査型顕微鏡を用いれば、測定対象物に対して検出光を２次元走査するとともに、対物レンズの光軸方向、すなわち、測定対象物の高さ方向に走査することにより、測定対象物の表面形状に関する情報として、２次元走査面上の各ピクセルの高さ情報及び輝度情報からなるピクセルデータを生成することができる。
【０００３】
なお、特許文献１には、ピクセルデータに基づいて測定対象物を画面表示する際、カラー撮像手段によって得られるピクセルごとの色情報に従って表面形状の画面表示を着色する技術が記載されている。また、特許文献２には、測定対象物の反射率に応じて感度を異ならせた２つの受光素子を用いて、測定対象物の厚みを精度良く計測する技術が記載されている。
【特許文献１】特開２００１−８２９３５号公報
【特許文献２】特開平７−１２５２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に、測定対象物の表面形状や照射光の強度によっては、受光量が多すぎて受光素子が飽和を起こしてしまったために高さ情報が得られない領域や、受光量が少なすぎて輝度が低いために信号対ノイズ比（Ｓ／Ｎ比）が低下して正確な高さ情報及び輝度情報が得られない領域が生じる場合がある。そこで、従来の共焦点走査型顕微鏡では、受光素子が飽和を起こさないようにゲインを調整してピクセルデータが生成される。しかし、測定対象物表面に反射率の高い領域と、反射率の低い領域が混在する場合、反射率の高い領域に合わせてゲイン調整すると、反射率の低い領域に関する信号対ノイズ比が低下し、当該領域について正確な高さ情報及び輝度情報が得られないという問題があった。なお、ガンマ補正と呼ばれる画像処理により、反射率の低い領域に対応する低輝度領域の解像度（分解能）を向上させることが考えられる。しかし、この方法では、反射率の高い領域に対応する高輝度領域の解像度が低下してしまうという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、高輝度領域の解像度を低下させることなく、低輝度領域の解像度を向上させた共焦点走査型顕微鏡を提供することを目的とする。特に、測定対象物の表面に反射率の高い領域及び反射率の低い領域が混在する場合であっても、正確な高さ情報及び輝度情報が得られる共焦点走査型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】
【０００６】
本発明による共焦点走査型顕微鏡は、対物レンズを含む共焦点光学系と、上記共焦点光学系を介して測定対象物からの検出光を受光し、検出信号を生成する光検出手段と、上記測定対象物に対して上記検出光を２次元走査するとともに、上記対物レンズの光軸方向に走査する走査系と、上記検出信号に基づいて２次元走査面上の各ピクセルの高さ情報及び輝度情報からなるピクセルデータを生成するピクセルデータ生成手段とからなる共焦点走査型顕微鏡であって、上記検出信号のゲインを調整するゲイン調整手段と、ゲインを異ならせて生成された２以上の上記ピクセルデータについて、ピクセルごとに輝度を所定の閾値と比較する比較手段と、上記比較手段による比較結果に基づいて、上記２以上のピクセルデータを合成し、上記測定対象物の３次元形状画像又は光量画像を生成する画像データ生成手段とを備えて構成される。
【０００７】
この共焦点走査型顕微鏡では、ゲインの異なる複数のピクセルデータについて、ピクセルごとに輝度が所定の閾値と比較され、この比較結果に基づいて各ピクセルデータを合成して測定対象物の３次元形状画像又は光量画像が生成される。各ピクセルデータは、例えば、検出信号を生成する際の増幅率をピクセルデータに応じて切り替える増幅率切り替え手段によってゲインが異ならせられる。この様な構成により、各ピクセルデータから適切な輝度のピクセルを抽出して３次元形状画像又は光量画像を形成することができるので、高輝度領域の解像度を低下させることなく、低輝度領域の解像度を向上させることができる。特に、測定対象物の表面に反射率の高い領域及び反射率の低い領域が混在する場合であっても、正確な高さ情報及び輝度情報を得ることができる。
【０００８】
本発明による共焦点走査型顕微鏡は、上記構成に加え、上記ゲイン調整手段が、上記検出信号を増幅する２以上のアンプと、上記各アンプの増幅率を決定するとともに、アンプ間で増幅率を異ならせる増幅率決定手段とからなり、上記ピクセルデータ生成手段が、上記各アンプによりそれぞれ増幅された検出信号に基づいて各ピクセルデータを生成するように構成される。この様な構成によれば、同一の検出信号を増幅する複数のアンプの増幅率をアンプ間で異ならせることによって、各ピクセルデータのゲインが異ならせられるので、１回の走査でゲインの異なる複数のピクセルデータを同時に生成することができる。従って、検出信号を生成する際の増幅率をピクセルデータに応じて切り替えるのに比べ、測定に要する時間を短縮することができる。また、１回の走査でゲインの異なる複数のピクセルデータが同時に生成されるので、温度変化によるドリフトなどの影響を低減させることができる。
【０００９】
また、本発明による共焦点走査型顕微鏡は、上記構成に加え、上記光検出手段が、検出光を受光して検出信号を出力する２以上の受光素子からなり、上記ゲイン調整手段が、上記検出光を分光する分光器と、上記各受光素子が上記分光器により分光された上記検出光に基づいてそれぞれ検出信号を生成する際の増幅率を決定するとともに、受光素子間で増幅率を異ならせる増幅率決定手段とからなり、上記ピクセルデータ生成手段が、上記各受光素子によりそれぞれ出力された検出信号に基づいて各ピクセルデータを生成するように構成される。この様な構成によれば、分光器によって分光された検出光を受光する複数の受光素子がそれぞれ検出信号を生成する際の増幅率を受光素子間で異ならせることによって、各ピクセルデータのゲインが異ならせられるので、１回の走査でゲインの異なる複数のピクセルデータを同時に生成することができる。従って、検出信号を生成する際の増幅率をピクセルデータに応じて切り替えるのに比べ、測定に要する時間を短縮することができる。また、１回の走査でゲインの異なる複数のピクセルデータが同時に生成されるので、温度変化によるドリフトなどの影響を低減させることができる。
【００１０】
また、本発明による共焦点走査型顕微鏡は、上記構成に加え、上記光検出手段が、検出光を受光して検出信号を出力する２以上の受光素子からなり、上記ゲイン調整手段が、上記検出光を分光する分光器と、上記分光器が上記検出光を上記各受光素子に分光する際の分光率を決定するとともに、上記受光素子間で受光量を異ならせる分光率決定手段とからなり、上記ピクセルデータ生成手段が、上記各受光素子によりそれぞれ出力された検出信号に基づいて各ピクセルデータを生成するように構成される。この様な構成によれば、分光器が検出光を複数の受光素子に分光する際の分光率を受光素子間で異ならせることによって、各ピクセルデータのゲインが異ならせられるので、１回の走査でゲインの異なる複数のピクセルデータを同時に生成することができる。従って、検出信号を生成する際の増幅率をピクセルデータに応じて切り替えるのに比べ、測定に要する時間を短縮することができる。また、１回の走査でゲインの異なる複数のピクセルデータが同時に生成されるので、温度変化によるドリフトなどの影響を低減させることができる。
【００１１】
本発明による共焦点走査型顕微鏡は、対物レンズを含む共焦点光学系と、上記共焦点光学系を介して測定対象物からの検出光を受光し、検出信号を生成する光検出手段と、上記測定対象物に対して上記検出光を２次元走査するとともに、上記対物レンズの光軸方向に走査する走査系と、上記検出信号に基づいて２次元走査面上の各ピクセルの高さ情報及び輝度情報からなるピクセルデータを生成するピクセルデータ生成手段とからなる共焦点走査型顕微鏡であって、上記測定対象物に照射される照射光を生成する光源装置と、上記光源装置の出力強度を切り替える出力強度切り替え手段と、上記出力強度を異ならせて生成された２以上の上記ピクセルデータについて、ピクセルごとに輝度を所定の閾値と比較する比較手段と、上記比較手段による比較結果に基づいて上記２以上のピクセルデータを合成し、上記測定対象物の３次元形状画像又は光量画像を生成する画像データ生成手段とを備えて構成される。
【００１２】
また、本発明による共焦点走査型顕微鏡は、上記構成に加え、上記比較手段が、所定のゲイン又は出力強度で生成された第１のピクセルデータと、この第１のピクセルデータよりも大きなゲイン又は出力強度で生成された第２のピクセルデータについて輝度を閾値と比較し、上記画像データ生成手段が、上記第１のピクセルデータから輝度が上記閾値以上のピクセル領域を適正輝度領域として抽出するとともに、上記第２のピクセルデータから上記適正輝度領域以外のピクセル領域を抽出し、上記適正輝度領域における上記第１のピクセルデータと、適正輝度領域以外のピクセル領域における上記第２のピクセルデータについて、両領域の境界線からの距離に応じて重みを異ならせる加重平均により３次元形状画像又は光量画像を生成するように構成される。この様な構成によれば、所定のゲイン又は出力強度で生成された第１のピクセルデータから適正輝度領域を抽出するとともに、第１のピクセルデータよりも大きなゲイン又は出力強度で生成された第２のピクセルデータから適正輝度領域以外のピクセル領域を抽出して３次元形状画像又は光量画像が生成される。その際、３次元形状画像又は光量画像が、各ピクセルデータについて適正輝度領域及び適正輝度領域以外のピクセル領域の境界線からの距離に応じて重みを異ならせる加重平均によって生成される。従って、各ピクセルデータが境界線付近で平滑化されるので、両領域の境界を目立たなくすることができる。
【００１３】
また、本発明による共焦点走査型顕微鏡は、上記構成に加え、上記比較手段が、所定のゲイン又は出力強度で生成された第１のピクセルデータと、この第１のピクセルデータよりも大きなゲイン又は出力強度で生成された第２のピクセルデータについて輝度を閾値と比較し、上記画像データ生成手段が、上記第１のピクセルデータから輝度が上記閾値以上のピクセル領域を適正輝度領域として抽出するとともに、上記第２のピクセルデータから上記適正輝度領域以外のピクセル領域を抽出し、さらに、第１及び第２のピクセルデータのいずれにおいても輝度が上記閾値以上となるピクセル領域を重複領域として抽出し、この重複領域における各ピクセルデータの輝度情報に基づいて第２のピクセルデータの輝度情報を補正して光量画像を生成するように構成される。この様な構成によれば、所定のゲイン又は出力強度で生成された第１のピクセルデータから適正輝度領域を抽出するとともに、第１のピクセルデータよりも大きなゲイン又は出力強度で生成された第２のピクセルデータから適正輝度領域以外のピクセル領域を抽出して光量画像が生成される。その際、光量画像は、各ピクセルデータのいずれにおいても輝度が閾値以上となるピクセル領域を重複領域として抽出し、重複領域における各ピクセルデータの輝度情報に基づいて第２のピクセルデータの輝度情報が補正される。従って、第１のピクセルデータとはゲイン又は出力強度の異なる第２のピクセルデータの輝度情報を第１のピクセルデータに合わせ込むことができるので、適切な光量画像を得ることができる。
【００１４】
また、本発明による共焦点走査型顕微鏡は、上記構成に加え、上記ゲイン調整手段が、上記検出信号を生成する際の増幅率をピクセルデータに応じて切り替える増幅率切り替え手段からなり、上記比較手段が、所定の増幅率で生成された第１のピクセルデータと、この第１のピクセルデータよりも大きな増幅率で生成された第２のピクセルデータについて輝度を閾値と比較し、上記画像データ生成手段が、上記第１のピクセルデータから輝度が上記閾値以上のピクセル領域を適正輝度領域として抽出するとともに、上記第２のピクセルデータから上記適正輝度領域以外のピクセル領域を抽出し、３次元形状画像又は光量画像を生成するように構成される。
【００１５】
また、本発明による共焦点走査型顕微鏡は、上記構成に加え、上記第１及び第２のピクセルデータのいずれにおいても輝度が上記閾値以上となるピクセル領域を重複領域として抽出し、この重複領域における各ピクセルデータの高さ情報に基づいて両ピクセルデータに関する高さのずれを検出するずれ検出手段と、上記ずれ検出手段により検出された高さのずれに基づいて上記第２のピクセルデータの高さ情報を補正する高さ情報補正手段とを備え、上記画像データ生成手段が、上記高さ情報補正手段により補正された第２のピクセルデータに基づいて３次元形状画像を生成するように構成される。この様な構成によれば、所定のゲインで生成された第１のピクセルデータから適正輝度領域を抽出するとともに、第１のピクセルデータよりも大きなゲインで生成された第２のピクセルデータから適正輝度領域以外のピクセル領域を抽出して３次元形状画像が生成される。その際、３次元形状画像は、各ピクセルデータのいずれにおいても輝度が閾値以上となる重複領域を抽出し、重複領域における各ピクセルデータの高さ情報に基づいて両ピクセルデータに関する高さのずれを検出して第２のピクセルデータの高さ情報が補正される。従って、２回の走査によって得られる第１及び第２のピクセルデータ間で温度変化に基づくドリフトなどによりずれが生じても、補正されるので、常に適切な３次元形状画像を得ることができる。
【００１６】
また、本発明による共焦点走査型顕微鏡は、上記構成に加え、上記比較手段が、所定の出力強度で生成された第１のピクセルデータと、この第１のピクセルデータよりも大きな出力強度で生成された第２のピクセルデータについて輝度を閾値と比較し、上記画像データ生成手段が、上記第１のピクセルデータから輝度が上記閾値以上のピクセル領域を適正輝度領域として抽出するとともに、上記第２のピクセルデータから上記適正輝度領域以外のピクセル領域を抽出し、３次元形状画像又は光量画像を生成するように構成される。
【００１７】
また、本発明による共焦点走査型顕微鏡は、上記構成に加え、上記第１及び第２のピクセルデータのいずれにおいても輝度が上記閾値以上となるピクセル領域を重複領域として抽出し、この重複領域における各ピクセルデータの高さ情報に基づいて両ピクセルデータに関する高さのずれを検出するずれ検出手段と、上記ずれ検出手段により検出された高さのずれに基づいて上記第２のピクセルデータの高さ情報を補正する高さ情報補正手段とを備え、上記画像データ生成手段が、上記高さ情報補正手段により補正された第２のピクセルデータに基づいて３次元形状画像を生成するように構成される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明による共焦点走査型顕微鏡によれば、各ピクセルデータから適切な輝度のピクセルを抽出して３次元形状画像又は光量画像を形成することができるので、高輝度領域の解像度を低下させることなく、低輝度領域の解像度を向上させることができる。特に、測定対象物の表面に反射率の高い領域及び反射率の低い領域が混在する場合であっても、正確な高さ情報及び輝度情報を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１による共焦点走査型顕微鏡の一構成例を示したブロック図であり、レーザー光を測定対象物２に照射してその反射光又は散乱光を観測するレーザー顕微鏡装置１が示されている。本実施の形態によるレーザー顕微鏡装置１は、測定対象物２にレーザー光を照射し、測定対象物２によって反射又は散乱された光を受光して測定対象物２の表面形状を計測する顕微鏡であり、被写体表面の３次元形状を示す３次元形状画像や光量を示す光量画像の生成を行っている。
【００２０】
このレーザー顕微鏡装置１は、レーザー光源１１、ハーフミラー１２、２次元走査光学系１３、ミラー１４、共焦点光学系、光検出部１８、ピクセルデータ生成部１９、２次元走査駆動部２０、昇降駆動部２１、可動ステージ２１ａ、増幅率切り替え部２２、比較部２３及び画像データ生成部２４からなる。
【００２１】
レーザー光源１１は、測定対象物２に照射される照射光を生成する光源装置であり、ここでは、エネルギー密度の高い単色光ビームが得られるレーザーが用いられる。なお、照射光を生成する光源装置としては、単色光を生成するものでなくても良い。例えば、白色光を生成するハロゲンランプや水銀ランプなどを光源装置として用いても良い。また、照射光としては、可視光の他に、紫外光や赤外光を用いても良い。
【００２２】
２次元走査光学系１３は、レーザー光源１１からの照射光及び測定対象物２によって反射又は散乱された光（以下、検出光と呼ぶことにする）を測定対象物２に対して２次元走査する光学装置であり、ガルバノミラーなどの光学素子からなる。この２次元走査光学系１３は、照射光及び検出光の伝搬経路上に配置され、２次元走査駆動部２０によって駆動される。
【００２３】
共焦点光学系は、検出光を合焦位置からの光だけに絞り込むためのものであり、検出光の伝搬経路上に配置される。この共焦点光学系は、対物レンズ１５、結像レンズ１６及びスリット１７からなる。
【００２４】
対物レンズ１５は、測定対象物２に対して対向配置される集光レンズであり、レーザー光源１１からの照射光を集光するとともに、測定対象物２からの検出光を拡大する作用を有している。レーザー光源１１からのレーザー光は、この対物レンズ１５によって焦点位置の２次元走査面上にエネルギー密度の高いビームスポットを形成する。つまり、このビームスポットを２次元走査面内で移動させることによって２次元走査が行われる。ここでは、各ビームスポットがピクセルに相当し、各ビームスポットからの検出光に基づいて画像データが生成されるものとする。結像レンズ１６は、検出光をスリット１７上に集光する集光レンズである。
【００２５】
スリット１７は、検出光を対物レンズ１５の焦点位置からの光だけに絞り込む光学素子であり、結像レンズ１６の焦点位置に配置される。具体的には、不透明な平板に微小な貫通孔（ピンホール）を設けたものや、狭小な隙間を設けたものがスリット１７として用いられる。
【００２６】
光検出部１８は、検出光を受光し、検出信号を生成する光センサーであり、受光量に応じた検出信号が出力される。例えば、光電効果を利用して光を検出する光電子増倍管や、ＰＮ接合により光を検出するフォトダイオードが用いられる。ここでは、光を電気信号に変換し、電力増幅して検出信号が生成されるものとする。
【００２７】
レーザー光源１１から出力された照射光は、ハーフミラー１２及び２次元走査光学系１３を介してミラー１４に入力され、伝搬経路が直角に曲げられる。ミラー１４によって伝搬経路が曲げられた照射光は、対物レンズ１５を介して測定対象物２に照射される。一方、測定対象物２からの検出光は、対物レンズ１５、ミラー１４及び２次元走査光学系１３を介してハーフミラー１２に入力され、伝搬経路が直角に曲げられる。ハーフミラー１２によって伝搬経路が曲げられた検出光は、結像レンズ１６及びスリット１７を介して光検出部１８に入力される。
【００２８】
可動ステージ２１ａは、測定対象物２が載置され、対物レンズ１５の光軸方向に昇降可能な作業台である。この可動ステージ２１ａは、対物レンズ１５に対向させて配置され、昇降駆動部２１によって駆動される。ここでは、測定対象物２が載置される可動ステージ２１ａの載置面が水平面となっており、照射光及び検出光は水平面（ｘｙ平面と呼ぶことにする）内を走査されるものとする。特に、対物レンズ１５の焦点位置の水平面を２次元走査面と呼ぶことにする。また、対物レンズ１５の光軸方向が水平面に垂直となっており、可動ステージ２１ａを水平面に垂直な方向（ｚ軸方向と呼ぶことにする）に移動させることにより、照射光及び検出光の光軸方向の走査が行われるものとする。つまり、ｚ軸方向に関する可動ステージ２１ａの位置を変更することにより、対物レンズ１５及び測定対象物２間のｚ軸方向に関する距離を変化させることができ、この距離の変化によって測定対象物２に対する対物レンズ１５の焦点位置を変更することができる。ここでは、この様にして測定対象物２に対する対物レンズ１５の焦点位置を変更させることを、ｚ軸方向、すなわち、対物レンズ１５の光軸方向に関する走査と呼ぶことにする。
【００２９】
ピクセルデータ生成部１９は、光検出部１８によって生成された検出信号に基づいて、測定対象物２に関するピクセルごとの高さ情報及び輝度情報からなるピクセルデータを生成する動作を行っている。具体的には、ｘｙ平面内における照射光及び検出光の走査単位をピクセルとして、１回の２次元走査によってピクセルごとの輝度データからなるフレーム画像が得られる。このフレーム画像は、ｚ軸方向に関する可動ステージ２１ａの位置を変更するごとに生成され、可動ステージ２１ａを下限位置から上限位置まで、或いは、上限位置から下限位置まで移動させる間に多数のフレーム画像が生成される。これらのフレーム画像について、ピクセルごとに最大輝度となるフレーム画像が特定され、最大輝度となるフレーム画像の輝度データから当該ピクセルの輝度情報が決定される。また、上記フレーム画像の生成時における可動ステージ２１ａの位置情報から当該ピクセルの高さ情報が決定される。この様なピクセルごとの高さ情報及び輝度情報からピクセルデータが得られる。
【００３０】
一般に、共焦点光学系を用いた測定では、対物レンズの焦点位置で反射又は散乱される光の受光量が最大となる。従って、最大輝度となるフレーム画像を特定し、可動ステージ２１ａの位置、すなわち、ｚ軸方向に関する対物レンズ１５及び測定対象物２間の距離をピクセルごとに特定することにより、ｚ軸方向に関する測定対象物２表面の高さ情報及び輝度情報を推定することができる。この様に測定対象物２表面の高さ情報及び輝度情報をピクセルごとに推定することによって、ピクセルデータが得られる。ここでは、１回のｚ軸方向の走査によって１フレーム（画面）のピクセルデータが生成されるものとする。
【００３１】
増幅率切り替え部２２は、検出信号のゲインを調整するゲイン調整手段であり、ここでは、光検出部１８が検出信号を生成する際の増幅率をピクセルデータに応じて切り替える動作が行われる。比較部２３は、ゲインを異ならせて生成された複数のピクセルデータについて、ピクセルごとに輝度を所定の閾値と比較する動作を行っている。ここでは、所定の増幅率で生成されたピクセルデータ（以下、第１のピクセルデータと呼ぶことにする）と、このピクセルデータよりも大きな増幅率で生成されたピクセルデータ（以下、第２のピクセルデータと呼ぶことにする）について、輝度を閾値と比較する動作が行われるものとする。
【００３２】
各ピクセルデータのゲイン（ここでは、増幅率）は、測定対象物２の表面形状や反射率、照射光の強度などに基づいて予め定められる。輝度の閾値は、光検出部１８から出力される検出信号に含まれるノイズの輝度に応じた出現状況や、光検出部１８の出力特性に基づいて予め定められる。この様に閾値を定めることにより、輝度が適正な範囲内にある領域をピクセルデータから抽出することができる。
【００３３】
画像データ生成部２４は、比較部２３による比較結果に基づいて、各ピクセルデータを合成し、測定対象物２の３次元形状画像及び光量画像を生成する動作を行っている。この３次元形状画像は、被写体としての測定対象物２表面の３次元形状を示す画像データであり、ピクセルごとの高さ情報からなる。光量画像は、測定対象物２表面の明るさ（光量）を示す画像データであり、ピクセルごとの輝度情報からなる。
【００３４】
具体的には、第１のピクセルデータから輝度が閾値以上となるピクセル領域を適正輝度領域として抽出するとともに、第２のピクセルデータから適正輝度領域以外のピクセル領域を抽出して３次元形状画像及び光量画像が生成される。すなわち、第１のピクセルデータから輝度が閾値以上のピクセルからなる領域を適正輝度領域として切り出し、第２のピクセルデータから適正輝度領域以外の領域を切り出して３次元形状画像が生成される。
【００３５】
光量画像については、第１及び第２のピクセルデータのいずれにおいても輝度が閾値以上となるピクセル領域を重複領域として抽出し、この重複領域における各ピクセルデータの輝度情報に基づいて第２のピクセルデータの輝度情報が補正される。第１のピクセルデータから適正輝度領域として切り出されたピクセルの輝度情報と、適正輝度領域以外のピクセル領域について第２のピクセルデータから切り出されたピクセルの輝度情報とは、各ピクセルデータのゲインが異なるため、そのままでは適切な光量画像を得ることはできない。そこで、重複領域における輝度情報を各ピクセルデータから抽出し、輝度値の比を求めて第２のピクセルデータの輝度情報が補正される。この様にすれば、第２のピクセルデータの輝度情報を第１のピクセルデータに合わせ込むことができるので、適切な光量画像を得ることができる。
【００３６】
ここで、上記重複領域が狭小であり、或いは、存在しない場合、例えば、第２のピクセルデータにおける適正輝度領域内の輝度値が飽和に達しているような場合には、第２のピクセルデータの飽和光量（輝度値）が第１のピクセルデータにおける適正輝度範囲の下限値（閾値）に相当するものとして、上記輝度値の比が求められるものとする。
【００３７】
また、ゲインが異なると、輝度値のオフセット量も異なる。このため、各ピクセルデータから光量画像を生成する際、オフセット量を調整するのが望ましい。具体的には、重複領域における輝度情報を各ピクセルデータから抽出し、輝度値の差分を求めて第２のピクセルデータの輝度情報が補正される。
【００３８】
また、各ピクセルデータから光量画像を生成する際、第２のピクセルデータの輝度情報が第１のピクセルデータに合わせ込まれるので、第２のピクセルデータから切り出された領域が暗くなってしまう場合が生じる。そこで、光量画像について、低輝度領域の輝度レベルを高輝度化するガンマ補正を行うのが望ましい。このガンマ補正は、上に凸な２次関数又は対数関数を用いて、低輝度領域における輝度値を高輝度化するとともに、高輝度領域における輝度値を低輝度化する画像処理である。この様な画像処理を行うことにより、低輝度領域の解像度（分解能ともいう）が向上するので、測定対象物２表面における反射率の低い領域であっても正確に測定することができる。
【００３９】
図２のステップＳ１０１〜Ｓ１１０は、図１のレーザー顕微鏡装置における測定動作の一例を示したフローチャートである。まず、ピクセルデータ生成部１９は、２次元走査駆動部２０及び昇降駆動部２１を制御して照射光をｘｙ方向にスキャンさせるとともに、ｚ軸方向に走査させ、測定対象物２表面の高さ情報及び輝度情報からなる第１のピクセルデータを生成する（ステップＳ１０１，Ｓ１０２）。
【００４０】
次に、ピクセルデータ生成部１９は、増幅率切り替え部２２を制御して増幅率を変更させ、２回目の走査によって第２のピクセルデータを生成する（ステップＳ１０３，Ｓ１０４）。比較部２３は、第１及び第２のピクセルデータがピクセルデータ生成部１９から入力されると、輝度をピクセルごとに閾値と比較する動作を行う（ステップＳ１０５）。
【００４１】
画像データ生成部２４は、第１のピクセルデータから適正輝度領域を抽出し、適正輝度領域における第１のピクセルデータと、適正輝度領域以外のピクセル領域における第２のピクセルデータからピクセルごとの高さ情報からなる３次元形状画像を生成する（ステップＳ１０６，Ｓ１０７）。次に、画像データ生成部２４は、両ピクセルデータから重複領域を抽出し、重複領域における各ピクセルデータの輝度の比に基づいて第２のピクセルデータの輝度情報を補正する（ステップＳ１０８，Ｓ１０９）。
【００４２】
そして、画像データ生成部２４は、適正輝度領域における第１のピクセルデータと、適正輝度領域以外のピクセル領域における補正後の第２のピクセルデータからピクセルごとの輝度情報からなる光量画像を生成する（ステップＳ１１０）。
【００４３】
図３（ａ）〜（ｃ）は、図１のレーザー顕微鏡装置における測定動作の一例を示した図であり、ピクセルごとに得られる高さごとの輝度値が模式的に示されている。図３（ａ）には、適正ゲインで得られた輝度分布が示されている。この例では、輝度の分布曲線が、高さｚ１の位置に鋭いピークを有しており、このピークから離れると、輝度値は極端に低くなっている。この様に輝度が最大となる高さ（ｚ１）から測定対象物表面の高さが定められ、その最大輝度Ｉ１から測定対象物表面の輝度が定められる。
【００４４】
図３（ｂ）には、適正ゲインよりも高いゲインで得られた輝度分布が示されている。この例では、輝度の分布曲線が、高さｚ２からｚ３までの範囲で飽和（輝度値Ｉａ）に達しており、ピーク位置が定まらない。従って、この様な場合には、正確な高さ情報が得られない。
【００４５】
図３（ｃ）には、適正ゲインよりも低いゲインで得られた輝度分布が示されている。この例では、輝度が全体的に低く、輝度の分布曲線が、緩やかな曲線となっている。この様な場合には、輝度値が全体的に低いため、ノイズなどの影響により、ピーク位置ｚ４（輝度値Ｉ２）が必ずしも測定対象物表面を示すとは限らず、高さ情報及び輝度情報は不正確となる。画像全体としては適正なゲインで得られたピクセルデータであっても、測定対象物の表面形状や表面位置による反射率の変化によって、光量が不足気味となる領域（低輝度領域）が生じる場合がある。この様な場合に、ゲインを異ならせた２つのピクセルデータを合成することによって、低輝度領域についても正確な高さ情報及び輝度情報を得ることができる。
【００４６】
図４（ａ）及び（ｂ）は、図１のレーザー顕微鏡装置における測定動作の一例を示した図であり、円筒状の金属ピン２ａを測定対象物として観測する場合の様子が示されている。図４（ａ）には、可動ステージ２１ａ上に載置された金属ピン２ａの様子が示され、図４（ｂ）には、その中心軸方向から見た断面の様子が示されている。この例では、金属ピン２ａの中心軸をｙ軸方向としており、ｚ軸方向から照射光が入射される。
【００４７】
図５（ａ）及び（ｂ）は、図１のレーザー顕微鏡装置における測定動作の一例を示した図であり、図４の金属ピン２ａの側面を観測して得られた光量画像におけるｘ軸方向の輝度分布が示されている。図５（ａ）には、適正ゲインで得られた輝度分布が示され、図５（ｂ）には、適正ゲインでのｘ軸方向に関する高さ情報が示されている。この例では、ｘ軸方向に関する輝度分布が、ピン側面の中央に相当する位置でピークを示しており、ピン側面の両サイドでは輝度が低くなっている。その外側の平坦部分は、照射光が可動ステージで反射されることによるバックグラウンドとなっている。このピン側面の両サイドにおける低輝度領域Ａ１では、輝度が低いことによって高さ情報が不正確になり、ノイズＡ２が生じている。
【００４８】
図６（ａ）及び（ｂ）は、図１のレーザー顕微鏡装置における測定動作の一例を示した図であり、図４の金属ピン２ａの側面を観測して得られた光量画像におけるｘ軸方向の輝度分布が示されている。図６（ａ）には、高ゲインで得られた輝度分布が示され、図６（ｂ）には、高ゲインでのｘ軸方向に関する高さ情報が示されている。この例では、ピン側面の中央部分及びバックグラウンドの輝度が飽和している一方、ピン側面の両サイドにおける低輝度領域の高さ情報に関するノイズは、ゲインを高くしたことによって解消されている。
【００４９】
この様な適正ゲインのピクセルデータと、高ゲインのピクセルデータを合成することにより、ピン側面の中央部分の輝度が飽和することなく、ピン側面の両サイドにおける低輝度領域のノイズを除去することができる。
【００５０】
図７〜図９は、図１のレーザー顕微鏡装置における測定動作の一例を示した図であり、金属ピン２ａの側面を観測した際に各ピクセルデータから得られる３次元形状画像が示されている。図７には、第１のピクセルデータ（１回目の走査によって生成されるピクセルデータ）から得られた３次元形状画像の様子が示されている。この例では、高輝度領域の輝度値が飽和に達しないように、適切なゲインが選択されている。ここでは、ピクセルごとの高さ情報が輝度に変換され、濃淡画像として表示されている。
【００５１】
ピン側面の中央は、高さが高く、白っぽく表示されている。ピン側面の両サイド及びその外側は、高さが低いので、黒っぽくなっている。また、表面の傾斜によって、ピン側面の中央からサイド方向にかけて明るさにグラデーションが生じている。ピン側面の両サイドにおける低輝度領域には、ケシ粒状のノイズが多数生じている。
【００５２】
図８には、第２のピクセルデータ（２回目の走査によって生成されるピクセルデータ）から得られた３次元形状画像の様子が示されている。この例では、第１のピクセルデータよりも画像全体として高いゲインが選択されている。
【００５３】
ピン側面の中央は、輝度値が飽和に達しており、真っ白く表示されている。ピン側面の中央部分の形状は、輝度値の飽和により判別不可能となっている。一方、ピン側面の両サイドにおける低輝度領域のケシ粒状のノイズは、第１のピクセルデータに比べて少なくなっている。
【００５４】
図９には、第１及び第２のピクセルデータを合成して得られた３次元形状画像の様子が示されている。ピン側面の中央部分の解像度は、第１のピクセルデータと同等でありながら、ピン側面の両サイドにおける低輝度領域のケシ粒状のノイズが、第２のピクセルデータ並みに低減されている。
【００５５】
図１０〜図１２は、図１のレーザー顕微鏡装置における測定動作の一例を示した図であり、金属ピン２ａの側面を観測した際に各ピクセルデータから得られる光量画像が示されている。図１０には、第１のピクセルデータから得られた光量画像の様子が示されている。この例では、高輝度領域の輝度値が飽和に達しないように、適切なゲインが選択されている。
【００５６】
ピン側面の中央部分は、白っぽく表示され、表面形状を正確に判別することができる。一方、ピン側面の両サイドにおける低輝度領域は、黒っぽく表示され、表面形状が判別しづらい。
【００５７】
図１１には、第２のピクセルデータから得られた光量画像の様子が示されている。この例では、第１のピクセルデータよりも高いゲインが選択されている。
【００５８】
ピン側面の中央部分は、輝度値の飽和により真っ白く表示され、傷や凹みなどの表面形状の判別が不可能となっている。一方、ピン側面の両サイドにおける低輝度領域は、第１のピクセルデータに比べて明るく、表面形状を判別しやすくなっている。
【００５９】
図１２には、第１及び第２のピクセルデータを合成して得られた光量画像の様子が示されている。この例では、ガンマ補正後の光量画像が示されている。ピン側面の中央部分の解像度は、第１のピクセルデータと同等でありながら、ピン側面の両サイドにおける低輝度領域の解像度が、第２のピクセルデータ並みに改善されている。なお、ガンマ補正により、高輝度領域における解像度が第１のピクセルデータに比べて低下しているため、ピン側面の中央部分の濃淡がつぶれ気味になっている。
【００６０】
図１３及び図１４は、金属ピン２ａの側面を観測した際の表面形状を立体的に示した図である。図１３には、第１のピクセルデータから得られる光量画像の様子が示されている。すなわち、ピクセルごとに、その高さと、濃淡により輝度値が示されている。ピン側面の両サイドにおける低輝度領域では、高さ情報が不正確であるため、３次元形状画像においてケシ粒状に表示されていたノイズが、針状に表示されている。
【００６１】
図１４には、第１及び第２のピクセルデータを合成して得られる光量画像の様子が示されている。ピン側面の両サイドにおける低輝度領域のノイズが、第１のピクセルデータに比べて低減されている。
【００６２】
本実施の形態では、各ピクセルデータから適切な輝度のピクセルを抽出して３次元形状画像及び光量画像を形成することができるので、高輝度領域の解像度を低下させることなく、低輝度領域の解像度を向上させることができる。特に、測定対象物の表面に反射率の高い領域及び反射率の低い領域が混在する場合であっても、正確な高さ情報及び輝度情報を得ることができる。
【００６３】
実施の形態２．
図１５は、本発明の実施の形態２による共焦点走査型顕微鏡の構成例を示したブロック図である。本実施の形態によるレーザー顕微鏡装置１は、図１のレーザー顕微鏡装置と比較すれば、ずれ検出部３１及び高さ情報補正部３２を備えている点で異なる。
【００６４】
ずれ検出部３１は、第１及び第２のピクセルデータのいずれにおいても輝度が閾値以上となるピクセル領域を重複領域として抽出し、この重複領域における各ピクセルデータの高さ情報に基づいて両ピクセルデータに関する高さのずれを検出する動作を行っている。
【００６５】
高さ情報補正部３２は、ずれ検出部３１により検出された高さのずれに基づいて第２のピクセルデータの高さ情報を補正する処理を行っている。
【００６６】
画像データ生成部２４は、高さ情報補正部３２により補正された第２のピクセルデータに基づいて３次元形状画像を生成する。この様な構成によれば、２回の走査によって得られた第１及び第２のピクセルデータ間で温度変化に基づくドリフトなどによりずれが生じても、補正されるので、常に適切な３次元形状画像を得ることができる。例えば、駆動用モーターの発熱により、１回目の走査時と２回目の走査時とで可動ステージ２１ａの位置にずれが生じる場合がある。この様な場合であっても、ｚ軸方向のずれを除去して画像データを生成することができる。
【００６７】
実施の形態３．
図１６は、本発明の実施の形態３による共焦点走査型顕微鏡の構成例を示したブロック図である。本実施の形態によるレーザー顕微鏡装置１は、図１のレーザー顕微鏡装置と比較すれば、増幅率切り替え部２２に代えて、２つのアンプ４１及び増幅率決定部４２を備えている点で異なる。各アンプ４１は、それぞれ光検出部１８からの検出信号を電力増幅する増幅器である。
【００６８】
増幅率決定部４２は、各アンプ４１の増幅率を決定するとともに、アンプ４１間で増幅率を異ならせる動作を行っている。ピクセルデータ生成部１９は、各アンプ４１によりそれぞれ電力増幅された検出信号に基づいて各ピクセルデータを生成する。
【００６９】
この様な構成によれば、同一の検出信号を電力増幅する複数のアンプの増幅率をアンプ間で異ならせることによって、各ピクセルデータのゲインが異ならせられるので、１回の走査でゲインの異なる複数のピクセルデータを同時に生成することができる。従って、検出信号を生成する際の増幅率をピクセルデータに応じて切り替えるのに比べ、測定に要する時間を短縮することができる。また、１回の走査でゲインの異なる複数のピクセルデータが同時に生成されるので、温度変化によるドリフトなどの影響を低減させることができる。
【００７０】
実施の形態４．
図１７は、本発明の実施の形態４による共焦点走査型顕微鏡の構成例を示したブロック図である。本実施の形態によるレーザー顕微鏡装置１は、図１のレーザー顕微鏡装置と比較すれば、光検出部１８及び増幅率切り替え部２２に代えて、分光器５１、２つの受光素子５２及び増幅率決定部５３を備えている点で異なる。分光器５１は、検出光を分光する光学素子である。ここでは、分光器５１がスリット１７の後段、すなわち、検出光の伝搬経路上におけるスリット１７よりも下流側に配置される。
【００７１】
各受光素子５２は、それぞれ分光器５１からの検出光を受光し、検出信号を出力する光センサーである。増幅率決定部５３は、各受光素子５２が分光器５１により分光された検出光に基づいてそれぞれ検出信号を生成する際の増幅率を決定するとともに、受光素子５２間で増幅率を異ならせる動作を行っている。
【００７２】
ピクセルデータ生成部１９は、各受光素子５２によりそれぞれ出力された検出信号に基づいて各ピクセルデータを生成する。この様な構成によれば、分光器５１によって分光された検出光を受光する複数の受光素子５２がそれぞれ検出信号を生成する際の増幅率を受光素子５２間で異ならせることによって、各ピクセルデータのゲインが異ならせられるので、１回の走査でゲインの異なる複数のピクセルデータを同時に生成することができる。従って、検出信号を生成する際の増幅率をピクセルデータに応じて切り替えるのに比べ、測定に要する時間を短縮することができる。また、１回の走査でゲインの異なる複数のピクセルデータが同時に生成されるので、温度変化によるドリフトなどの影響を低減させることができる。また、分光器５１をスリット１７の後段に配置したので、スリット１７の前段に配置するのに比べて、共焦点光学系の構成を簡素化することができる。
【００７３】
実施の形態５．
図１８は、本発明の実施の形態５による共焦点走査型顕微鏡の構成例を示したブロック図である。本実施の形態によるレーザー顕微鏡装置１は、図１のレーザー顕微鏡装置と比較すれば、光検出部１８及び増幅率切り替え部２２に代えて、分光器５１、２つの受光素子５２及び分光率決定部６１を備えている点で異なる。
【００７４】
分光率決定部６１は、分光器５１が検出光を各受光素子５２に分光する際の分光率を決定するとともに、受光素子５２間で受光量を異ならせる動作を行っている。この分光率は、入射光を複数の光線に分離する際のエネルギー配分の比である。ピクセルデータ生成部１９は、各受光素子５２によりそれぞれ出力された検出信号に基づいて各ピクセルデータを生成する。
【００７５】
この様な構成によれば、分光器５１が検出光を複数の受光素子５２に分光する際の分光率を受光素子５２間で異ならせることによって、各ピクセルデータのゲインが異ならせられるので、１回の走査でゲインの異なる複数のピクセルデータを同時に生成することができる。従って、検出信号を生成する際の増幅率をピクセルデータに応じて切り替えるのに比べ、測定に要する時間を短縮することができる。また、１回の走査でゲインの異なる複数のピクセルデータが同時に生成されるので、温度変化によるドリフトなどの影響を低減させることができる。
【００７６】
なお、実施の形態１〜５では、適正輝度領域について第１のピクセルデータから切り出されたデータと、適正輝度領域以外のピクセル領域について第２のピクセルデータから切り出されたデータから３次元形状画像及び光量画像が生成される場合の例について説明したが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、適正輝度領域における第１のピクセルデータと、適正輝度領域以外のピクセル領域における第２のピクセルデータについて、両領域の境界線からの距離に応じて重みを異ならせる加重平均によって３次元形状画像及び光量画像を生成しても良い。この様な構成によれば、各ピクセルデータが境界線付近で平滑化されるので、両領域の境界を目立たなくすることができる。
【００７７】
また、実施の形態１〜５では、ゲインの異なる２つのピクセルデータから３次元形状画像及び光量画像が生成される場合の例について説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、３以上のピクセルデータから３次元形状画像又は光量画像を生成するものであっても良い。また、実施の形態１〜５では、第１のピクセルデータから輝度が閾値以上となるピクセル領域を適正輝度領域として切り出して３次元形状画像及び光量画像が生成される場合の例について説明したが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、第２のピクセルデータから輝度が所定値以上となるピクセル領域を不適正輝度領域として抽出し、不適正輝度領域以外のピクセル領域における第２のピクセルデータと、不適正輝度領域における第１のピクセルデータから３次元形状画像又は光量画像を生成しても良い。
【００７８】
また、実施の形態１〜５では、可動ステージを昇降させることによってｚ軸方向の走査が行われる場合の例について説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、対物レンズを昇降させても良い。また、実施の形態１〜５では、測定対象物によって反射又は散乱された光が観測される場合の例について説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、透過光や、照射光の照射によって測定対象物が発した蛍光を観測するものであっても良い。
【００７９】
また、適切なゲインを設定するために、輝度が所定の閾値以上となる画素を特定の色（例えば、赤色）で着色して光量画像を表示させても良い。また、ｚ軸方向の走査に関してピクセルごとに輝度値をピークホールドすることによって、光量画像又は３次元形状画像を生成しても良い。
【００８０】
なお、実施の形態１及び２では、検出信号を生成する際の増幅率をピクセルデータに応じて切り替えることによってピクセルデータのゲインを異ならせる場合の例について説明したが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、レーザー光源の出力を切り替えることによって照射光の出力強度の異なるピクセルデータを得るようにしても良い。
【００８１】
図１９は、本発明による共焦点走査型顕微鏡の他の構成例を示したブロック図である。このレーザー顕微鏡装置１は、図１のレーザー顕微鏡装置と比較すれば、増幅率切り替え部２２に代えて、出力強度切り替え部７１を備えている点で異なる。出力強度切り替え部７１は、レーザー光源１１の出力強度をピクセルデータごとに切り替える動作を行っている。この様な構成によっても、照射光の出力強度を切り替えて各ピクセルデータを生成することにより、適正ゲインのピクセルデータ及び高ゲインのピクセルデータに相当する画像データが得られるので、３次元形状画像及び光量画像を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明の実施の形態１による共焦点走査型顕微鏡の一構成例を示したブロック図であり、レーザー顕微鏡装置１が示されている。
【図２】図１のレーザー顕微鏡装置における測定動作の一例を示したフローチャートである。
【図３】図１のレーザー顕微鏡装置における測定動作の一例を示した図であり、ピクセルごとに得られる高さごとの輝度値が模式的に示されている。
【図４】図１のレーザー顕微鏡装置における測定動作の一例を示した図であり、円筒状の金属ピン２ａを測定対象物として観測する場合の様子が示されている。
【図５】図１のレーザー顕微鏡装置における測定動作の一例を示した図であり、図４の金属ピン２ａの側面を観測して得られた光量画像におけるｘ軸方向の輝度分布が示されている。
【図６】図１のレーザー顕微鏡装置における測定動作の一例を示した図であり、図４の金属ピン２ａの側面を観測して得られた光量画像におけるｘ軸方向の輝度分布が示されている。
【図７】図１のレーザー顕微鏡装置における測定動作の一例を示した図であり、第１のピクセルデータから得られた３次元形状画像の様子が示されている。
【図８】図１のレーザー顕微鏡装置における測定動作の一例を示した図であり、第２のピクセルデータから得られた３次元形状画像の様子が示されている。
【図９】図１のレーザー顕微鏡装置における測定動作の一例を示した図であり、第１及び第２のピクセルデータを合成して得られた３次元形状画像の様子が示されている。
【図１０】図１のレーザー顕微鏡装置における測定動作の一例を示した図であり、第１のピクセルデータから得られた光量画像の様子が示されている。
【図１１】図１のレーザー顕微鏡装置における測定動作の一例を示した図であり、第２のピクセルデータから得られた光量画像の様子が示されている。
【図１２】図１のレーザー顕微鏡装置における測定動作の一例を示した図であり、第１及び第２のピクセルデータを合成して得られた光量画像の様子が示されている。
【図１３】金属ピン２ａの側面を観測した際の表面形状を立体的に示した図であり、第１のピクセルデータから得られる光量画像の様子が示されている。
【図１４】金属ピン２ａの側面を観測した際の表面形状を立体的に示した図であり、第１及び第２のピクセルデータを合成して得られる光量画像の様子が示されている。
【図１５】本発明の実施の形態２による共焦点走査型顕微鏡の構成例を示したブロック図である。
【図１６】本発明の実施の形態３による共焦点走査型顕微鏡の構成例を示したブロック図である。
【図１７】本発明の実施の形態４による共焦点走査型顕微鏡の構成例を示したブロック図である。
【図１８】本発明の実施の形態５による共焦点走査型顕微鏡の構成例を示したブロック図である。
【図１９】本発明による共焦点走査型顕微鏡の他の構成例を示したブロック図である。
【符号の説明】
【００８３】
１  レーザー顕微鏡装置
２  測定対象物
２ａ  金属ピン
１１  レーザー光源
１２  ハーフミラー
１３  ２次元走査光学系
１４  ミラー
１５  対物レンズ
１６  結像レンズ
１７  スリット
１８  光検出部
１９  ピクセルデータ生成部
２０  ２次元走査駆動部
２１  昇降駆動部
２１ａ  可動ステージ
２２  増幅率切り替え部
２３  比較部
２４  画像データ生成部
３１  ずれ検出部
３２  高さ情報補正部
４１  アンプ
４２  増幅率決定部
５２  受光素子
５３  増幅率決定部
６１  分光率決定部
７１  出力強度切り替え部
【図１】
2007041120.tif 000003
【図２】
2007041120.tif 000004
【図３】
2007041120.tif 000005
【図４】
2007041120.tif 000006
【図５】
2007041120.tif 000007
【図６】
2007041120.tif 000008
【図１５】
2007041120.tif 000009
【図１６】
2007041120.tif 000010
【図１７】
2007041120.tif 000011
【図１８】
2007041120.tif 000012
【図１９】
2007041120.tif 000013
【図７】
2007041120.tif 000014
【図８】
2007041120.tif 000015
【図９】
2007041120.tif 000016
【図１０】
2007041120.tif 000017
【図１１】
2007041120.tif 000018
【図１２】
2007041120.tif 000019
【図１３】
2007041120.tif 000020
【図１４】
2007041120.tif 000021