(57)【要約】【課題】使用者が広い範囲を観察範囲として指定した場合にも無駄な時間を費やさずに観察対象物の表面の画像を表示可能な共焦点顕微鏡システム、画像処理方法および画像処理プログラムを提供する。【解決手段】使用者により指示された取得範囲内の画素データの総画素数が作業用メモリ２３０の表示処理可能画素数を超える場合には、単位領域の複数の画素データの取得率が調整される。受光素子３０の出力信号に基づいて単位領域の複数の画素データが順次取得される。複数の画素データに基づいて共焦点画像データが生成され、共焦点画像データに基づいて表面画像データが生成される。設定された複数の単位領域について生成された表面画像データが連結される。連結された表面画像データに基づいて観察対象物Ｓの表面の画像が作業用メモリ２３０を用いて表示部４００に表示される。【選択図】図１
2012150335.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
観察対象物の表面の画像を表示する共焦点顕微鏡システムであって、
受光素子と、
観察対象物の表面に設定された単位領域に光を照射するとともに、単位領域に照射された光を前記受光素子に導く共焦点光学系と、
単位領域に垂直な方向に沿った複数の位置で単位領域内での前記共焦点光学系による光の照射が行われるように前記共焦点光学系と前記観察対象物との相対的な距離を変化させる相対的距離変化部と、
前記共焦点光学系および前記相対的距離変化部を制御するとともに、前記受光素子の出力信号に基づいて単位領域内で互いに直交する第１および第２の方向に並ぶ複数の画素に対応する複数の画素データを順次取得する制御部と、
前記制御部により取得された複数の画素データに基づいて単位領域の共焦点画像データを生成するとともに前記共焦点画像データに基づいて観察対象物の表面の画像を表示するための表面画像データを生成する画像データ生成部と、
使用者による観察範囲の指示を受け付ける観察範囲指示受付部と、
前記観察範囲指示受付部により受け付けられた指示に基づいて観察範囲として複数の単位領域を設定する観察範囲設定部と、
前記観察範囲設定部により設定された複数の単位領域について前記画像データ生成部により生成された表面画像データを連結する画像データ処理部と、
前記観察範囲設定部により設定された複数の単位領域に含まれる画素数と予め設定されたしきい値とを比較し、比較結果に基づいて各単位領域について前記制御部により取得される画素データの数を調整するデータ取得量調整部と、
前記画像データ処理部により連結された複数の単位領域の表面画像データに基づいて観察対象物の表面の画像を表示する表示部とを備えることを特徴とする共焦点顕微鏡システム。
【請求項２】
観察対象物の非共焦点画像を取得する非共焦点画像取得部をさらに備え、
前記観察範囲指示受付部は、前記非共焦点画像取得部により取得された非共焦点画像を前記表示部に表示させるとともに、前記表示された非共焦点画像上で使用者による観察範囲の指示を受け付け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】
前記観察範囲指示受付部は、前記表示された非共焦点画像を使用者が指定可能な複数の領域に分割し、使用者により取得除外対象として指定された領域を観察範囲から除外することを特徴とする請求項２記載の共焦点顕微鏡システム。
【請求項４】
前記観察対象物を支持するとともに前記第１および第２の方向に移動可能に設けられた支持部と、
前記表示部に表示される非共焦点画像の範囲の拡大の指示を受け付ける拡大指示受付部と、
前記拡大指示受付部により前記拡大の指示が受け付けられた場合に、前記支持部を移動させることにより前記表示部に表示される非共焦点画像の範囲を拡大させる表示範囲拡大部とをさらに備えた請求項２または３記載の共焦点顕微鏡システム。
【請求項５】
観察対象物の表面の画像を表示する画像処理方法であって、
共焦点光学系により観察対象物の表面に設定された単位領域に光を照射するとともに、単位領域に照射された光を受光素子に導くステップと、
単位領域に垂直な方向に沿った複数の位置で単位領域内での前記共焦点光学系による光の照射が行われるように前記共焦点光学系と観察対象物との相対的な距離を変化させるステップと、
前記受光素子の出力信号に基づいて単位領域内で互いに直交する第１および第２の方向に並ぶ複数の画素に対応する複数の画素データを順次取得するステップと、
取得された複数の画素データに基づいて単位領域の共焦点画像データを生成するとともに前記共焦点画像データに基づいて観察対象物の表面の画像を表示するための表面画像データを生成するステップと、
使用者による観察範囲の指示を受け付けるステップと、
受け付けられた指示に基づいて観察範囲として複数の単位領域を設定するステップと、
設定された複数の単位領域について生成された表面画像データを連結するステップと、
設定された複数の単位領域に含まれる画素数と予め設定されたしきい値とを比較し、比較結果に基づいて各単位領域について取得される画素データの数を調整するステップと、
連結された複数の単位領域の表面画像データに基づいて観察対象物の表面の画像を表示するステップとを含むことを特徴とする画像処理方法。
【請求項６】
観察対象物の表面の画像を表示する画像処理を処理装置に実行させる画像処理プログラムであって、
共焦点光学系により観察対象物の表面に設定された単位領域に光を照射するとともに、単位領域に照射されたレーザ光を受光素子に導く処理と、
単位領域に垂直な方向に沿った複数の位置で単位領域内での前記共焦点光学系による光の照射が行われるように前記共焦点光学系と観察対象物との相対的な距離を変化させる処理と、
前記受光素子の出力信号に基づいて単位領域内で互いに直交する第１および第２の方向に並ぶ複数の画素に対応する複数の画素データを順次取得する処理と、
取得された複数の画素データに基づいて単位領域の共焦点画像データを生成するとともに前記共焦点画像データに基づいて観察対象物の表面の画像を表示するための表面画像データを生成する処理と、
使用者による観察範囲の指示を受け付ける処理と、
受け付けられた指示に基づいて観察範囲として複数の単位領域を設定する処理と、
設定された複数の単位領域について生成された表面画像データを連結する処理と、
設定された複数の単位領域に含まれる画素数と予め設定されたしきい値とを比較し、比較結果に基づいて各単位領域について取得される画素データの数を調整する処理と、
連結された複数の単位領域の表面画像データに基づいて観察対象物の表面の画像を表示する処理とを、
前記処理装置に実行させることを特徴とする画像処理プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、共焦点顕微鏡システム、画像処理方法および画像処理プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
共焦点顕微鏡では、レーザ光源から出射されたレーザ光が対物レンズにより測定対象物に集光される。測定対象物からの反射光が受光レンズにより集光され、ピンホールを通して受光素子に入射する（例えば、特許文献１参照）。レーザ光は測定対象物の表面で二次元的に走査される。また、測定対象物と対物レンズとの間の相対的な距離を変化させることにより受光素子の受光量の分布が変化する。測定対象物の表面に焦点が合ったときに受光量のピークが現れる。受光量分布のピーク強度に基づいて非常に高い焦点深度を有する超深度画像を得ることができる。また、受光量分布のピーク位置に基づいて測定対象物の表面の高さ分布を示す高さ画像を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−８３６０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
共焦点顕微鏡によれば、ステージに載置された測定対象物の一定の領域の共焦点画像データが生成され、生成された共焦点画像データに基づいて超深度画像データまたは高さ画像データが生成される。超深度画像データまたは高さ画像データに基づいて超深度画像または高さ画像が表示部に表示される。使用者は、測定対象物の観察範囲を指定することができる。使用者が共焦点顕微鏡の観察可能な領域よりも広い範囲を指定した場合には、共焦点顕微鏡のステージが移動することにより測定対象物の複数の領域の超深度画像データまたは高さ画像データがそれぞれ生成される。その後、複数の領域の超深度画像データまたは高さ画像データが連結されることにより測定対象物の広い範囲の超深度画像または高さ画像が作業用メモリを用いて表示部に表示される。
【０００５】
しかしながら、使用者が測定対象物の観察範囲としてより広い範囲を指定した場合には、複数の領域の超深度画像データまたは高さ画像データの容量が作業用メモリの使用可能容量を超えてしまう。このような場合は、連結前または後の超深度画像データもしくは高さ画像データを間引いてその画像データの容量を小さくすることにより、連結前または後の超深度画像データもしくは高さ画像データを作業用メモリを用いて表示のための処理を可能にする必要がある。
【０００６】
一方、共焦点顕微鏡は測定対象物と対物レンズとの間の相対的な距離を変化させながら、二次元的に光を走査して１つの領域の超深度画像データおよび高さ画像データを生成する。そのため、使用者が測定対象物の観察範囲としてより広い範囲を指定したために複数の領域の画像データを連結する必要がある場合には、連結された画像データを生成するのには極めて時間がかかる。
【０００７】
本発明の目的は、使用者が広い範囲を観察範囲として指定した場合にも無駄な時間を費やさずに観察対象物の表面の画像を表示可能な共焦点顕微鏡システム、画像処理方法および画像処理プログラムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）第１の発明に係る共焦点顕微鏡システムは、観察対象物の表面の画像を表示する共焦点顕微鏡システムであって、受光素子と、観察対象物の表面に設定された単位領域に光を照射するとともに、単位領域に照射された光を受光素子に導く共焦点光学系と、単位領域に垂直な方向に沿った複数の位置で単位領域内での共焦点光学系による光の照射が行われるように共焦点光学系と観察対象物との相対的な距離を変化させる相対的距離変化部と、共焦点光学系および相対的距離変化部を制御するとともに、受光素子の出力信号に基づいて単位領域内で互いに直交する第１および第２の方向に並ぶ複数の画素に対応する複数の画素データを順次取得する制御部と、制御部により取得された複数の画素データに基づいて単位領域の共焦点画像データを生成するとともに共焦点画像データに基づいて観察対象物の表面の画像を表示するための表面画像データを生成する画像データ生成部と、使用者による観察範囲の指示を受け付ける観察範囲指示受付部と、観察範囲指示受付部により受け付けられた指示に基づいて観察範囲として複数の単位領域を設定する観察範囲設定部と、観察範囲設定部により設定された複数の単位領域について画像データ生成部により生成された表面画像データを連結する画像データ処理部と、観察範囲設定部により設定された複数の単位領域に含まれる画素数と予め設定されたしきい値とを比較し、比較結果に基づいて各単位領域について制御部により取得される画素データの数を調整するデータ取得量調整部と、画像データ処理部により連結された複数の単位領域の表面画像データに基づいて観察対象物の表面の画像を表示する表示部とを備えるものである。
【０００９】
この共焦点顕微鏡システムにおいては、観察対象物の表面に設定された単位領域に光が照射され、単位領域に照射された光が受光素子に導かれる。ここで、単位領域に垂直な方向に沿った複数の位置で単位領域内での共焦点光学系による光の照射が行われるように共焦点光学系と観察対象物との相対的な距離が変化される。受光素子の出力信号に基づいて単位領域内で互いに直交する第１および第２の方向に並ぶ複数の画素に対応する複数の画素データが順次取得される。取得された複数の画素データに基づいて共焦点画像データが生成されるとともに、共焦点画像データに基づいて観察対象物の表面の画像を表示するための表面画像データが生成される。
【００１０】
使用者による観察範囲の指示が受け付けられると、その指示に基づいて観察範囲として複数の単位領域が設定される。設定された複数の単位領域について生成された表面画像データが連結される。連結された複数の単位領域の表面画像データに基づいて観察対象物の表面の画像が表示される。
【００１１】
この場合、設定された複数の単位領域に含まれる画素数と予め設定されたしきい値とが比較され、比較結果に基づいて各単位領域について取得される画素データの数が調整される。そのため、使用者が観察範囲として広い範囲を指定した場合でも、連結された表面画像データの量が表示のために使用可能な作業用メモリの容量を超えることを防止することができる。これにより、観察範囲にかかわらず観察対象物の表面の画像を表示することができる。また、画素データの取得に要する時間を短縮化することができる。
【００１２】
さらに、複数の単位領域についての表面画像データが生成された後に、複数の単位領域についての表面画像データの量が表示のために使用可能な作業用メモリの容量を超えないように使用者が表面画像データを間引く必要がない。そのため、表示できない量の表面画像データの生成に多大な時間を費やす必要がない。その結果、無駄な時間を費やさずに観察対象物の表面の画像を表示することできる。
【００１３】
（２）共焦点顕微鏡システムは、観察対象物の非共焦点画像を取得する非共焦点画像取得部をさらに備え、観察範囲指示受付部は、非共焦点画像取得部により取得された非共焦点画像を表示部に表示させるとともに、表示された非共焦点画像上で使用者による観察範囲の指示を受け付けてもよい。
【００１４】
この場合、観察対象物の非共焦点画像が取得され、取得された非共焦点画像が表示部に表示される。表示された非共焦点画像上で使用者による観察範囲の指示が受け付けられる。これにより、使用者は、観察範囲を容易に指示することができる。
【００１５】
（３）観察範囲指示受付部は、表示された非共焦点画像を使用者が指定可能な複数の領域に分割し、使用者により取得除外対象として指定された領域を観察範囲から除外してもよい。
【００１６】
この場合、表示された非共焦点画像は、使用者が指定可能な複数の領域に分割される。使用者は、複数の領域のいずれかを取得除外対象として指定することができる。取得除外対象として指定された領域は観察範囲から除外される。そのため、指定された領域においては、レーザ光の走査を行う必要がない。これにより、画素データの取得に要する時間を短縮化することができる。
【００１７】
（４）共焦点顕微鏡システムは、観察対象物を支持するとともに第１および第２の方向に移動可能に設けられた支持部と、表示部に表示される非共焦点画像の範囲の拡大の指示を受け付ける拡大指示受付部と、拡大指示受付部により拡大の指示が受け付けられた場合に、支持部を移動させることにより表示部に表示される非共焦点画像の範囲を拡大させる表示範囲拡大部とをさらに備えてもよい。
【００１８】
この場合、観察対象物が支持部により支持される。使用者が表示される非共焦点画像の範囲の拡大を指示すると、支持部が第１および第２の方向に移動することにより表示される非共焦点画像の範囲が拡大される。これにより、使用者は、拡大された範囲の非共焦点画像上で観察範囲を指示することができる。その結果、より広い観察範囲内の画素データを取得することができる。
【００１９】
（５）第２の発明に係る画像処理方法は、観察対象物の表面の画像を表示する画像処理方法であって、共焦点光学系により観察対象物の表面に設定された単位領域に光を照射するとともに、単位領域に照射された光を受光素子に導くステップと、単位領域に垂直な方向に沿った複数の位置で単位領域内での共焦点光学系による光の照射が行われるように共焦点光学系と観察対象物との相対的な距離を変化させるステップと、受光素子の出力信号に基づいて単位領域内で互いに直交する第１および第２の方向に並ぶ複数の画素に対応する複数の画素データを順次取得するステップと、取得された複数の画素データに基づいて単位領域の共焦点画像データを生成するとともに共焦点画像データに基づいて観察対象物の表面の画像を表示するための表面画像データを生成するステップと、使用者による観察範囲の指示を受け付けるステップと、受け付けられた指示に基づいて観察範囲として複数の単位領域を設定するステップと、設定された複数の単位領域について生成された表面画像データを連結するステップと、設定された複数の単位領域に含まれる画素数と予め設定されたしきい値とを比較し、比較結果に基づいて各単位領域について取得される画素データの数を調整するステップと、連結された複数の単位領域の表面画像データに基づいて観察対象物の表面の画像を表示するステップとを含むものである。
【００２０】
この画像処理方法においては、観察対象物の表面に設定された単位領域に光が照射され、単位領域に照射された光が受光素子に導かれる。ここで、単位領域に垂直な方向に沿った複数の位置で単位領域内での共焦点光学系による光の照射が行われるように共焦点光学系と観察対象物との相対的な距離が変化される。受光素子の出力信号に基づいて単位領域内で互いに直交する第１および第２の方向に並ぶ複数の画素に対応する複数の画素データが順次取得される。取得された複数の画素データに基づいて共焦点画像データが生成されるとともに、共焦点画像データに基づいて観察対象物の表面の画像を表示するための表面画像データが生成される。
【００２１】
使用者による観察範囲の指示が受け付けられると、その指示に基づいて観察範囲として複数の単位領域が設定される。設定された複数の単位領域について生成された表面画像データが連結される。連結された複数の単位領域の表面画像データに基づいて観察対象物の表面の画像が表示される。
【００２２】
この場合、設定された複数の単位領域に含まれる画素数と予め設定されたしきい値とが比較され、比較結果に基づいて各単位領域について取得される画素データの数が調整される。そのため、使用者が観察範囲として広い範囲を指定した場合でも、連結された表面画像データの量が表示のために使用可能な作業用メモリの容量を超えることを防止することができる。これにより、観察範囲にかかわらず観察対象物の表面の画像を表示することができる。また、画素データの取得に要する時間を短縮化することができる。
【００２３】
さらに、複数の単位領域についての表面画像データが生成された後に、複数の単位領域についての表面画像データの量が表示のために使用可能な作業用メモリの容量を超えないように使用者が表面画像データを間引く必要がない。そのため、表示できない量の表面画像データの生成に多大な時間を費やす必要がない。その結果、無駄な時間を費やさずに観察対象物の表面の画像を表示することできる。
【００２４】
（６）第３の発明に係る画像処理プログラムは、観察対象物の表面の画像を表示する画像処理を処理装置に実行させる画像処理プログラムであって、共焦点光学系により観察対象物の表面に設定された単位領域に光を照射するとともに、単位領域に照射されたレーザ光を受光素子に導く処理と、単位領域に垂直な方向に沿った複数の位置で単位領域内での共焦点光学系による光の照射が行われるように共焦点光学系と観察対象物との相対的な距離を変化させる処理と、受光素子の出力信号に基づいて単位領域内で互いに直交する第１および第２の方向に並ぶ複数の画素に対応する複数の画素データを順次取得する処理と、取得された複数の画素データに基づいて単位領域の共焦点画像データを生成するとともに共焦点画像データに基づいて観察対象物の表面の画像を表示するための表面画像データを生成する処理と、使用者による観察範囲の指示を受け付ける処理と、受け付けられた指示に基づいて観察範囲として複数の単位領域を設定する処理と、設定された複数の単位領域について生成された表面画像データを連結する処理と、設定された複数の単位領域に含まれる画素数と予め設定されたしきい値とを比較し、比較結果に基づいて各単位領域について取得される画素データの数を調整する処理と、連結された複数の単位領域の表面画像データに基づいて観察対象物の表面の画像を表示する処理とを、処理装置に実行させるものである。
【００２５】
この画像処理プログラムにおいては、観察対象物の表面に設定された単位領域に光が照射され、単位領域に照射された光が受光素子に導かれる。ここで、単位領域に垂直な方向に沿った複数の位置で単位領域内での共焦点光学系による光の照射が行われるように共焦点光学系と観察対象物との相対的な距離が変化される。受光素子の出力信号に基づいて単位領域内で互いに直交する第１および第２の方向に並ぶ複数の画素に対応する複数の画素データが順次取得される。取得された複数の画素データに基づいて共焦点画像データが生成されるとともに、共焦点画像データに基づいて観察対象物の表面の画像を表示するための表面画像データが生成される。
【００２６】
使用者による観察範囲の指示が受け付けられると、その指示に基づいて観察範囲として複数の単位領域が設定される。設定された複数の単位領域について生成された表面画像データが連結される。連結された複数の単位領域の表面画像データに基づいて観察対象物の表面の画像が表示される。
【００２７】
この場合、設定された複数の単位領域に含まれる画素数と予め設定されたしきい値とが比較され、比較結果に基づいて各単位領域について取得される画素データの数が調整される。そのため、使用者が観察範囲として広い範囲を指定した場合でも、連結された表面画像データの量が表示のために使用可能な作業用メモリの容量を超えることを防止することができる。これにより、観察範囲にかかわらず観察対象物の表面の画像を表示することができる。また、画素データの取得に要する時間を短縮化することができる。
【００２８】
さらに、複数の単位領域についての表面画像データが生成された後に、複数の単位領域についての表面画像データの量が表示のために使用可能な作業用メモリの容量を超えないように使用者が表面画像データを間引く必要がない。そのため、表示できない量の表面画像データの生成に多大な時間を費やす必要がない。その結果、無駄な時間を費やさずに観察対象物の表面の画像を表示することできる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、使用者が広い範囲を観察範囲として指定した場合にも無駄な時間を費やさずに観察対象物の表面の画像を表示可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施の形態に係る共焦点顕微鏡システムの構成を示すブロック図である。
【図２】Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向を定義するための図である。
【図３】１つの画素において観察対象物のＺ方向の位置と受光素子の受光強度との関係を示す図である。
【図４】画素データの取得範囲の設定時における表示部の表示例を示す図である。
【図５】画素データの取得範囲の第１の指示方法を実行するための取得範囲設定画面を示す図である。
【図６】画素データの取得範囲の第１の指示方法の実行時における表示部の表示例を示す図である。
【図７】画素データの取得範囲の第２の指示方法を実行するための取得範囲設定画面を示す図である。
【図８】画素データの取得範囲の第２の指示方法の実行時における表示部の表示例を示す図である。
【図９】画素データの取得範囲の第３の指示方法を実行するための取得範囲設定画面を示す図である。
【図１０】画素データの取得範囲の第３の指示方法の実行時における表示部の表示例を示す図である。
【図１１】カラーＣＣＤカメラの撮影領域よりも広い範囲の画素データを取得する場合の表示部の表示例を示す図である。
【図１２】ナビゲーション表示画面を示す図である。
【図１３】ナビゲーション表示画面を示す図である。
【図１４】ナビゲーション表示画面を示す図である。
【図１５】ナビゲーション表示画面を示す図である。
【図１６】複数の撮影領域に含まれる観察対象物Ｓの共焦点画像を示す図である。
【図１７】共焦点顕微鏡システムにおける共焦点画像データの画像処理方法を示すフローチャートである。
【図１８】共焦点顕微鏡システムにおける共焦点画像データの画像処理方法を示すフローチャートである。
【図１９】画素データの取得率が１の場合に生成される共焦点画像データを示す図である。
【図２０】画素データの取得率が１／４の場合に生成される共焦点画像データを示す図である。
【図２１】画素データの取得率が１／１６の場合に生成される共焦点画像データを示す図である。
【図２２】画素データの取得率が１の場合の観察対象物の超深度画像を示す図である。
【図２３】画素データの取得率が１／４の場合の観察対象物の超深度画像を示す図である。
【図２４】画素データの取得率が１／１６の場合の観察対象物の超深度画像を示す図である。
【図２５】画像処理の並行処理のタイミングチャートである。
【図２６】１つの画素についての対物レンズのＺ方向の位置と有効な画素データの値との関係を説明するための図である。
【図２７】高さ画像データおよび超深度画像データの生成時における対物レンズのＺ方向の上限位置および下限位置の設定方法を説明するための図である。
【図２８】評価値のピーク位置探索処理を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の一実施の形態に係る共焦点顕微鏡システムについて図面を参照しながら説明する。
【００３２】
（１）共焦点顕微鏡システムの基本構成
図１は、本発明の一実施の形態に係る共焦点顕微鏡システム５００の構成を示すブロック図である。図１に示すように、共焦点顕微鏡システム５００は、測定部１００、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）２００、制御部３００および表示部４００を備える。測定部１００は、レーザ光源１０、Ｘ−Ｙスキャン光学系２０、受光素子３０、照明用白色光源４０、カラーＣＣＤ（電荷結合素子）カメラ５０およびステージ６０を含む。ステージ６０上には、観察対象物Ｓが載置される。
【００３３】
レーザ光源１０は、例えば半導体レーザである。レーザ光源１０から出射されたレーザ光は、レンズ１により平行光に変換された後、ハーフミラー４を透過してＸ−Ｙスキャン光学系２０に入射する。なお、レーザ光源１０に代えて水銀ランプ等の他の光源が用いられてもよい。この場合、水銀ランプ等の光源とＸ−Ｙスキャン光学系２０との間に帯域通過フィルタが配置される。水銀ランプ等の光源から出射された光は、帯域通過フィルタを通過することにより単色光となり、Ｘ−Ｙスキャン光学系２０に入射する。
【００３４】
Ｘ−Ｙスキャン光学系２０は、例えばガルバノミラーである。Ｘ−Ｙスキャン光学系２０は、ステージ６０上の観察対象物Ｓの表面上においてレーザ光をＸ方向およびＹ方向に走査する機能を有する。Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向の定義については後述する。Ｘ−Ｙスキャン光学系２０により走査されたレーザ光は、ハーフミラー５により反射された後、ハーフミラー６を透過し、対物レンズ３によりステージ６０上の観察対象物Ｓに集光される。なお、ハーフミラー４〜６に代えて偏光ビームスプリッタが用いられてもよい。
【００３５】
観察対象物Ｓにより反射されたレーザ光は、対物レンズ３およびハーフミラー６を透過した後、ハーフミラー５により反射され、Ｘ−Ｙスキャン光学系２０を透過する。Ｘ−Ｙスキャン光学系２０を透過したレーザ光は、ハーフミラー４により反射され、レンズ２により集光され、ピンホール部材７のピンホールおよびＮＤ（Neutral Density）フィルタ８を透過して受光素子３０に入射する。このように、本実施の形態においては反射型の共焦点顕微鏡システム５００が用いられるが、観察対象物Ｓが細胞等の透明体である場合には、透過型の共焦点顕微鏡システムが用いられてもよい。
【００３６】
ピンホール部材７のピンホールは、レンズ２の焦点位置に配置される。ＮＤフィルタ８は、受光素子３０に入射するレーザ光の強度を減衰させるために用いられる。そのため、レーザ光の強度が十分減衰されている場合には、ＮＤフィルタ８は設けられなくてもよい。
【００３７】
本実施の形態では、受光素子３０は光電子増倍管である。受光素子３０としてフォトダイオードおよび増幅器を用いてもよい。受光素子３０は、受光量に対応するアナログの電気信号（以下、受光信号と呼ぶ）を出力する。制御部３００は、２つのＡ／Ｄ変換器（アナログ／デジタル変換器）、ＦＩＦＯ（First In First Out）メモリおよびＣＰＵ（中央演算処理装置）を含む。受光素子３０から出力される受光信号は、制御部３００の１つのＡ／Ｄ変換器により一定のサンプリング周期でサンプリングされるとともにデジタル信号に変換される。Ａ／Ｄ変換器から出力されるデジタル信号は、ＦＩＦＯメモリに順次蓄積される。ＦＩＦＯメモリに蓄積されたデジタル信号は画素データとして順次ＰＣ２００に転送される。
【００３８】
照明用白色光源４０は、例えばハロゲンランプまたは白色ＬＥＤ（発光ダイオード）である。照明用白色光源４０により発生された白色光は、ハーフミラー６により反射された後、対物レンズ３によりステージ６０上の観察対象物Ｓに集光される。
【００３９】
観察対象物Ｓにより反射された白色光は、対物レンズ３、ハーフミラー６およびハーフミラー５を透過してカラーＣＣＤカメラ５０に入射する。カラーＣＣＤカメラ５０に代えてＣＭＯＳ（相補性金属酸化膜半導体）イメージセンサ等の撮像素子が用いられてもよい。カラーＣＣＤカメラ５０は、受光量に対応する電気信号を出力する。カラーＣＣＤカメラ５０の出力信号は、制御部３００の他の１つのＡ／Ｄ変換器により一定のサンプリング周期でサンプリングされるとともにデジタル信号に変換される。Ａ／Ｄ変換器から出力されるデジタル信号は、カメラデータとして順次ＰＣ２００に転送される。
【００４０】
制御部３００は、画素データおよびカメラデータをＰＣ２００に与えるとともに、ＰＣ２００からの指令に基づいて受光素子３０の受光感度（ゲイン）およびカラーＣＣＤカメラ５０を制御する。また、制御部３００は、ＰＣ２００からの指令に基づいてＸ−Ｙスキャン光学系２０を制御することによりレーザ光を観察対象物Ｓ上でＸ方向およびＹ方向に走査させる。
【００４１】
対物レンズ３は、レンズ駆動部６３によりＺ方向に移動可能に設けられる。制御部３００は、ＰＣ２００からの指令に基づいてレンズ駆動部６３を制御することにより対物レンズ３をＺ方向に移動させることができる。これにより、対物レンズ３に対する観察対象物Ｓの相対的なＺ方向の位置を変化させることができる。
【００４２】
ＰＣ２００は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）２１０、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）２２０、作業用メモリ２３０および記憶装置２４０を含む。ＲＯＭ２２０には、システムプログラムが記憶される。作業用メモリ２３０は、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）からなり、種々のデータの処理のために用いられる。記憶装置２４０は、ハードディスク等からなる。記憶装置２４０には、画像処理プログラムが記憶されるとともに、制御部３００から与えられる画素データおよびカメラデータ等の種々のデータを保存するために用いられる。画像処理プログラムの詳細は後述する。
【００４３】
ＣＰＵ２１０は、制御部３００から与えられる画素データに基づいて画像データを生成する。以下、画素データに基づいて生成される画像データを共焦点画像データと呼ぶ。また、共焦点画像データに基づいて表示される画像を共焦点画像と呼ぶ。
【００４４】
ＣＰＵ２１０は、制御部３００から与えられるカメラデータに基づいて画像データを生成する。以下、カメラデータに基づいて生成される画像データをカメラ画像データと呼ぶ。また、カメラ画像データに基づいて表示される画像をカメラ画像と呼ぶ。
【００４５】
ＣＰＵ２１０は、生成した共焦点画像データおよびカメラ画像データに作業用メモリ２３０を用いて各種処理を行うとともに、共焦点画像データに基づく共焦点画像およびカメラ画像データに基づくカメラ画像を表示部４００に表示させる。また、ＣＰＵ２１０は、後述するステージ駆動部６２に駆動パルスを与える。
【００４６】
表示部４００は、例えば液晶ディスプレイパネルまたは有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）パネルにより構成される。
【００４７】
ステージ６０は、Ｘ方向移動機構、Ｙ方向移動機構およびＺ方向移動機構を有する。Ｘ方向移動機構、Ｙ方向移動機構およびＺ方向移動機構には、ステッピングモータが用いられる。
【００４８】
ステージ６０のＸ方向移動機構、Ｙ方向移動機構およびＺ方向移動機構は、ステージ操作部６１およびステージ駆動部６２により駆動される。使用者は、ステージ操作部６１を手動で操作することにより、ステージ６０を対物レンズ３に対して相対的にＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向に移動させることができる。
【００４９】
ステージ駆動部６２は、ＰＣ２００より与えられる駆動パルスに基づいて、ステージ６０のステッピングモータに電流を供給することにより、ステージ６０を対物レンズ３に相対的にＸ方向、Ｙ方向またはＺ方向に移動させることができる。
【００５０】
（２）共焦点画像、超深度画像および高さ画像
図２は、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向を定義するための図である。図２に示すように、対物レンズ３により集光されたレーザ光が観察対象物Ｓに照射される。本実施の形態においては、対物レンズ３の光軸の方向をＺ方向と定義する。また、Ｚ方向と直交する面において、互いに直交する二方向をそれぞれＸ方向およびＹ方向と定義する。Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向を矢印Ｘ，Ｙ，Ｚでそれぞれ示す。
【００５１】
Ｚ方向において対物レンズ３に対する観察対象物Ｓの表面の相対的な位置を観察対象物ＳのＺ方向の位置と呼ぶ。共焦点画像データの生成は、単位領域ごとに行なわれる。単位領域は対物レンズ３の倍率により定まる。
【００５２】
観察対象物ＳのＺ方向の位置が一定の状態で、Ｘ−Ｙスキャン光学系２０により単位領域内のＹ方向の端部でレーザ光がＸ方向に走査される。Ｘ方向の走査が終了すると、レーザ光がＸ−Ｙスキャン光学系２０によりＹ方向に一定の間隔変移される。この状態でレーザ光がＸ方向に走査される。単位領域内でレーザ光のＸ方向の走査およびＹ方向の変移が繰り返されることにより、単位領域のＸ方向およびＹ方向の走査が終了する。次に、対物レンズ３がＺ方向に移動される。それにより、対物レンズ３のＺ方向の位置が前回と異なる一定の状態で、単位領域のＸ方向およびＹ方向の走査が行なわれる。観察対象物ＳのＺ方向の複数の位置で単位領域のＸ方向およびＹ方向の走査が行なわれる。
【００５３】
観察対象物ＳのＺ方向の位置ごとにＸ方向およびＹ方向の走査により共焦点画像データが生成される。これにより、単位領域内でＺ方向の位置が異なる複数の共焦点画像データが生成される。
【００５４】
ここで、共焦点画像データのＸ方向の画素数は、Ｘ−Ｙスキャン光学系２０によるレーザ光のＸ方向の走査速度と制御部３００のサンプリング周期とにより定まる。１回のＸ方向の走査（１本の走査線）におけるサンプリング数がＸ方向の画素数となる。また、単位領域の共焦点画像データのＹ方向の画素数は、Ｘ方向の走査の終了ごとのＸ−Ｙスキャン光学系２０によるレーザ光のＹ方向の変移量により定まる。Ｙ方向における走査線の数がＹ方向の画素数となる。さらに、単位領域の共焦点画像データの数は、観察対象物ＳのＺ方向の移動回数により定まる。単位領域の複数の共焦点画像データに基づいて、後述する方法で超深度画像データおよび高さ画像データが生成される。
【００５５】
図２の例では、まず、ステージ６０の最初の位置で単位領域ｓ１における観察対象物Ｓの複数の共焦点画像データが生成されるとともに単位領域ｓ１の超深度画像データおよび高さ画像データが生成される。続いて、ステージ６０が順次移動することにより単位領域ｓ２〜ｓ４における観察対象物Ｓの複数の共焦点画像データが生成されるとともに単位領域ｓ２〜ｓ４の超深度画像データおよび高さ画像データが生成される。この場合、隣接する単位領域の一部が互いに重なるように、単位領域ｓ１〜ｓ４が設定されてもよい。それにより、パターンマッチングを行うことにより、複数の単位領域ｓ１〜ｓ４の超深度画像データおよび高さ画像データを高い精度で連結することができる。特に、複数の単位領域の合計の面積が後述する画素データの取得範囲よりも大きい場合には、取得範囲からはみ出す部分の面積に相当する部分が重なり部分として設定される。
【００５６】
図３は、１つの画素において観察対象物ＳのＺ方向の位置と受光素子３０の受光強度との関係を示す図である。図１に示したように、ピンホール部材７のピンホールはレンズ２の焦点位置に配置される。そのため、観察対象物Ｓの表面が対物レンズ３の焦点位置にあるときに、観察対象物Ｓにより反射されたレーザ光がピンホール部材７のピンホールの位置に集光される。それにより、観察対象物Ｓにより反射されたレーザ光の大部分がピンホール部材７のピンホールを通過して受光素子３０に入射する。この場合、受光素子３０の受光強度は最大になる。それにより、受光素子３０から出力される受光信号の電圧値は最大となる。
【００５７】
一方、観察対象物Ｓが対物レンズ３の焦点位置が外れた位置にあるときには、観察対象物Ｓにより反射されたレーザ光はピンホール部材７のピンホールの前または後の位置に集光される。それにより、観察対象物Ｓにより反射されたレーザ光の多くはピンホール部材７のピンホールの周囲の部分で遮られ、受光素子３０の受光強度は低下する。それにより、受光素子３０から出力される受光信号の電圧値は低下する。
【００５８】
このように、観察対象物Ｓの表面が対物レンズ３の焦点位置にある状態で受光素子３０の受光強度分布にピークが現れる。各単位領域の複数の共焦点画像データから、画素ごとにＺ方向における受光強度分布が得られる。それにより、画素ごとに受光強度分布のピーク位置とピーク強度（ピークの受光強度）とが得られる。
【００５９】
各単位領域の複数の画素についてのＺ方向におけるピーク位置を表すデータを高さ画像データと呼び、高さ画像データに基づいて表示される画像を高さ画像と呼ぶ。高さ画像は、観察対象物Ｓの表面形状を表す。また、各単位領域の複数の画素についてのピーク強度を表すデータを超深度画像データと呼び、超深度画像データに基づいて表される画像を超深度画像と呼ぶ。超深度画像は、観察対象物Ｓの表面のすべての部分にピントが合った状態で得られる画像である。ＰＣ２００は、制御部３００から与えられる単位領域の複数の画素データに基づいて単位領域の複数の共焦点画像データを生成し、複数の共焦点画像データに基づいて単位領域の高さ画像データおよび超深度画像データを生成する。以下、高さ画像データおよび超深度画像データを総称して表面画像データと呼び、高さ画像および超深度画像を総称して表面の画像と呼ぶ。
【００６０】
（３）画素データの取得範囲（観察範囲）の設定
図４は、画素データの取得範囲の設定前における表示部４００の表示例を示す図である。図４に示すように、表示部４００の画面上には、画像表示領域４１０および条件設定領域４２０が表示される。画像表示領域４１０には、共焦点画像データに基づく共焦点画像またはカメラ画像データに基づくカメラ画像が表示される。条件設定領域４２０には、範囲設定ボタン４２１、取得開始ボタン４２２およびナビゲーション表示ボタン４２３が表示される。
【００６１】
使用者は、図１の共焦点顕微鏡システム５００のステージ６０に観察対象物Ｓを載置する。これにより、制御部３００は、カメラデータを順次ＰＣ２００に与える。ＰＣ２００のＣＰＵ２１０は、制御部３００により与えられたカメラデータに基づいてカメラ画像データを生成し、観察対象物Ｓのカメラ画像を表示部４００の画像表示領域４１０に表示させる。この状態で、使用者は、以下に示す種々の方法により画素データの取得範囲を容易に指示することができる。この場合、使用者は、ステージ６０をＸ方向またはＹ方向に移動させることにより画像表示領域４１０に表示される観察対象物Ｓのカメラ画像の範囲を変更することができる。
【００６２】
（３−１）画素データの取得範囲の第１の指示方法
図５は、画素データの取得範囲の第１の指示方法を実行するための取得範囲設定画面を示す図である。図６は、画素データの取得範囲の第１の指示方法の実行時における表示部４００の表示例を示す図である。
【００６３】
使用者は、ＰＣ２００に接続されたマウス等のポインティングデバイスを用いて図４の条件設定領域４２０の範囲設定ボタン４２１を操作する。これにより、表示部４００に画像表示領域４１０と並ぶように図５の取得範囲設定画面４３０ａが表示される。取得範囲設定画面４３０ａは、指定方法設定欄４３１、指定範囲設定欄４３２、設定値表示欄４３３、次へボタン４３４ａおよび終了ボタン４３４ｂを含む。指定方法設定欄４３１は、チェックボックス４３１ａ，４３１ｂ，４３１ｃを含む。指定範囲設定欄４３２は、上端設定部４３２ａ、左端設定部４３２ｂ、右端設定部４３２ｃおよび下端設定部４３２ｄを含む。
【００６４】
使用者がチェックボックス４３１ｂを指定した場合、表示部４００には取得範囲設定画面４３０ａに代えて後述する図７の取得範囲設定画面４３０ｂが表示される。これにより、後述する画素データの取得範囲の第２の指示方法が実行可能になる。使用者がチェックボックス４３１ｃを指定した場合、表示部４００には取得範囲設定画面４３０ａに代えて後述する図９の取得範囲設定画面４３０ｃが表示される。これにより、後述する画素データの取得範囲の第３の指示方法が実行可能になる。
【００６５】
チェックボックス４３１ａが指定された状態で、図６に示すように、使用者が表示部４００の画像表示領域４１０上で所望の点ｐ１を指定する。次に、使用者が図５の上端設定部４３２ａおよび左端設定部４３２ｂを操作する。これにより、ＣＰＵ２１０は、点ｐ１を画素データの取得範囲の始点として定める。本例において、ＣＰＵ２１０は、点ｐ１を画素データの取得範囲の上端でかつ左端として認識する。
【００６６】
その後、図６に示すように、使用者が表示部４００の画像表示領域４１０上で点ｐ１と異なる所望の点ｐ２を指定する。次に、使用者が図５の右端設定部４３２ｃおよび下端設定部４３２ｄを操作する。これにより、ＣＰＵ２１０は、点ｐ２を画素データの取得範囲の終点として定める。本例において、ＣＰＵ２１０は、点ｐ２を画素データの取得範囲の右端でかつ下端として認識する。
【００６７】
続いて、使用者が図５の次へボタン４３４ａを操作する。これにより、図６に示すように、ＣＰＵ２１０は、点ｐ１，ｐ２を対角の頂点とする矩形状の取得範囲表示枠Ｒを画像表示領域４１０に表示する。図６においては、取得範囲表示枠Ｒは一点鎖線で示される。取得範囲表示枠Ｒの内部のカメラ画像に対応する画素データの部分が取得範囲として設定される。取得範囲設定画面４３０ａの設定値表示欄４３３には、画像表示領域４１０上における始点および終点の座標ならびに取得範囲表示枠Ｒを構成する単位領域の数が表示される。
【００６８】
（３−２）画素データの取得範囲の第２の指示方法
図７は、画素データの取得範囲の第２の指示方法に基づく取得範囲設定画面を示す図である。図８は、画素データの取得範囲の第２の指示方法の実行時における表示部４００の表示例を示す図である。
【００６９】
使用者は、図５の取得範囲設定画面４３０ａまたは後述する図９の取得範囲設定画面４３０ｃにおいて、チェックボックス４３１ｂを指定する。これにより、表示部４００に画像表示領域４１０と並ぶように取得範囲設定画面４３０ａ，４３０ｃに代えて図７の取得範囲設定画面４３０ｂが表示される。取得範囲設定画面４３０ｂは、図５の右端設定部４３２ｃおよび下端設定部４３２ｄに代えて数値を入力可能な長さ指定部４３２ｅ，４３２ｆを含む点を除いて、取得範囲設定画面４３０ａと同様の構成を有する。
【００７０】
使用者がチェックボックス４３１ａを指定した場合、表示部４００には取得範囲設定画面４３０ｂに代えて図５の取得範囲設定画面４３０ａが表示される。これにより、上述の画素データの取得範囲の第１の指示方法が実行可能になる。使用者がチェックボックス４３１ｃを指定した場合、表示部４００には取得範囲設定画面４３０ｂに代えて後述する図９の取得範囲設定画面４３０ｃが表示される。これにより、後述する画素データの取得範囲の第３の指示方法が実行可能になる。
【００７１】
チェックボックス４３１ｂが指定された状態で、図８に示すように、使用者が表示部４００の画像表示領域４１０上で所望の点ｐ１を指定する。次に、使用者が図７の上端設定部４３２ａおよび左端設定部４３２ｂを操作する。これにより、ＣＰＵ２１０は、点ｐ１を画素データの取得範囲の始点として定める。本例において、ＣＰＵ２１０は、点ｐ１を画素データの取得範囲の上端でかつ左端として認識する。
【００７２】
その後、使用者が指定範囲設定欄４３２の長さ指定部４３２ｅに数値を入力する。これにより、ＣＰＵ２１０は、図８に示すように、画像表示領域４１０上において点ｐ１を始点とするＸ方向の線分Ｌｘの長さを定める。また、使用者が指定範囲設定欄４３２の長さ指定部４３２ｆに数値を入力する。これにより、ＣＰＵ２１０は、図８に示すように、画像表示領域４１０上において点ｐ１を始点とするＹ方向の線分Ｌｙの長さを定める。
【００７３】
続いて、使用者が図７の次へボタン４３４ａを操作する。これにより、図８に示すように、ＣＰＵ２１０は、線分Ｌｘ，Ｌｙを直交する２辺とする矩形状の取得範囲表示枠Ｒを画像表示領域４１０に表示する。図８においては、取得範囲表示枠Ｒは一点鎖線で示される。取得範囲表示枠Ｒの内部のカメラ画像に対応する画素データの部分が取得範囲として設定される。取得範囲設定画面４３０ｂの設定値表示欄４３３には、画像表示領域４１０上における始点および終点の座標ならびに取得範囲表示枠Ｒを構成する単位領域の数が表示される。なお、本例においては、取得範囲表示枠Ｒの右端でかつ下端の点が終点となる。
【００７４】
（３−３）画素データの取得範囲の第３の指示方法
図９は、画素データの取得範囲の第３の指示方法に基づく取得範囲設定画面を示す図である。図１０は、画素データの取得範囲の第３の指示方法の実行時における表示部４００の表示例を示す図である。
【００７５】
使用者は、図５の取得範囲設定画面４３０ａまたは図７の取得範囲設定画面４３０ｂにおいて、チェックボックス４３１ｃを指定する。これにより、表示部４００に画像表示領域４１０と並ぶように取得範囲設定画面４３０ａ，４３０ｂに代えて図９の取得範囲設定画面４３０ｃが表示される。取得範囲設定画面４３０ｃは、図５の右端設定部４３２ｃおよび下端設定部４３２ｄに代えて数値を入力可能な単位領域数指定部４３２ｇ，４３２ｈを含む点を除いて、取得範囲設定画面４３０ａと同様の構成を有する。
【００７６】
使用者がチェックボックス４３１ａを指定した場合、表示部４００には取得範囲設定画面４３０ｃに代えて図５の取得範囲設定画面４３０ａが表示される。これにより、上述の画素データの取得範囲の第１の指示方法が実行可能になる。使用者がチェックボックス４３１ｂを指定した場合、表示部４００には取得範囲設定画面４３０ｃに代えて図７の取得範囲設定画面４３０ｂが表示される。これにより、後述する画素データの取得範囲の第２の指示方法が実行可能になる。
【００７７】
チェックボックス４３１ｃが指定された状態で、図１０に示すように、使用者が表示部４００の画像表示領域４１０上で所望の点ｐ１を指定する。次に、使用者が図７の上端設定部４３２ａおよび左端設定部４３２ｂを操作する。これにより、ＣＰＵ２１０は、点ｐ１を含む単位領域を始領域として定める。本例において、ＣＰＵ２１０は、点ｐ１を画素データの取得範囲の上端でかつ左端として認識する。この場合、ＣＰＵ２１０は、始領域の上端でかつ左端の点を始点として定める。
【００７８】
その後、使用者が指定範囲設定欄４３２の単位領域数指定部４３２ｇに数値を入力する。これにより、ＣＰＵ２１０は、図１０に示すように、画像表示領域４１０上において始領域を含むＸ方向の単位領域の取得数Ｎｘを定める。また、使用者が指定範囲設定欄４３２の単位領域数指定部４３２ｈに数値を入力する。これにより、ＣＰＵ２１０は、図１０に示すように、画像表示領域４１０上において始領域を含むＹ方向の単位領域の取得数Ｎｙを定める。
【００７９】
続いて、使用者が図９の次へボタン４３４ａを操作する。これにより、図１０に示すように、ＣＰＵ２１０は、始領域を含めてＸ方向に取得数Ｎｘの単位領域を含みかつ始領域を含めてＹ方向に取得数Ｎｙの単位領域を含むように矩形状の取得範囲表示枠Ｒを画像表示領域４１０に表示する。図１０においては、取得範囲表示枠Ｒは太線で示される。取得範囲表示枠Ｒの内部のカメラ画像に対応する画素データの部分が取得範囲として設定される。取得範囲設定画面４３０ｃの設定値表示欄４３３には、画像表示領域４１０上における始点および終点の座標ならびに取得範囲表示枠Ｒを構成する単位領域の数が表示される。なお、本例においては、取得範囲表示枠Ｒの右端でかつ下端の点が終点となる。
【００８０】
（４）画素データの取得範囲の拡大方法
図１のステージ６０を固定した状態でのカラーＣＣＤカメラ５０の撮影範囲を撮影領域と呼ぶ。使用者は、以下の操作により、カラーＣＣＤカメラ５０の撮影領域よりも広い範囲に対応する画素データを取得することができる。
【００８１】
図１１は、カラーＣＣＤカメラ５０の撮影領域よりも広い範囲の画素データを取得する場合の表示部４００の表示例を示す図である。図１２〜図１５は、ナビゲーション表示画面を示す図である。使用者は、ＰＣ２００に接続されたマウス等のポインティングデバイスを用いて図１１の条件設定領域４２０の撮影範囲設定ボタン４２３を操作する。これにより、表示部４００に画像表示領域４１０と並ぶようにナビゲーション表示画面４４０が表示される。
【００８２】
図１２に示すように、ナビゲーション表示画面４４０は、カメラ画像表示領域４４１、撮影範囲決定ボタン４４２および撮影範囲拡大ボタン４４３を含む。カメラ画像表示領域４４１には、カメラ画像データに基づくカメラ画像が表示される。図１２の例では、カメラ画像表示領域４４１に１つの撮影領域ｒ１に含まれる観察対象物Ｓのカメラ画像が表示されている。
【００８３】
この状態で、使用者が撮影範囲決定ボタン４４２を操作し、カメラ画像表示領域４４１に表示された撮影領域ｒ１内で上述の画素データの取得範囲の第１、第２または第３の指示方法を実行することにより、画素データの取得範囲を指示することができる。
【００８４】
一方、図１２のナビゲーション表示画面４４０において、使用者が撮影範囲拡大ボタン４４３を操作すると、ＣＰＵ２１０は、図１のカラーＣＣＤカメラ５０により撮影領域ｒ１の周囲の領域が撮影されるようにステージ駆動部６２を制御することによりステージ６０を移動させる。それにより、ＣＰＵ２１０は、図１３に示すように、撮影領域ｒ１の周囲の撮影領域ｒ２〜ｒ９のカメラ画像データを取得し、撮影領域ｒ１〜ｒ９のカメラ画像データに基づいて撮影領域ｒ１〜ｒ９のカメラ画像をカメラ画像表示領域４４１に表示させる。
【００８５】
この状態で、使用者が撮影範囲決定ボタン４４２を操作し、カメラ画像表示領域４４１に表示された撮影領域ｒ１〜ｒ９内で上述の画素データの取得範囲の第１、第２または第３の指示方法を実行することにより、画素データの取得範囲を指示することができる。カメラ画像表示領域４４１に表示されている観察対象物Ｓの全体の画素データを取得する場合、使用者は、観察対象物Ｓが含まれている四角形の領域（図１３の例では撮影領域ｒ１〜ｒ９）内で取得範囲表示枠Ｒを指示することができる。
【００８６】
一方、図１３のナビゲーション表示画面４４０において、使用者が撮影範囲拡大ボタン４４３を操作すると、ＣＰＵ２１０は、図１のカラーＣＣＤカメラ５０により撮影領域ｒ１〜ｒ９の周囲の領域が撮影されるようにステージ駆動部６２を制御することによりステージ６０を移動させる。それにより、ＣＰＵ２１０は、図１４に示すように、カメラ画像表示領域４４１に表示されている撮影領域ｒ１〜ｒ９の周囲の撮影領域撮影領域ｒ１０〜ｒ２５のカメラ画像データを取得し、撮影領域ｒ１〜ｒ２５のカメラ画像データに基づいて、撮影領域ｒ１〜ｒ２５のカメラ画像をカメラ画像表示領域４４１に表示させる。
【００８７】
この状態で、使用者が撮影範囲決定ボタン４４２を操作し、カメラ画像表示領域４４１に表示された撮影領域ｒ１〜ｒ２５内で上述の画素データの取得範囲の第１、第２または第３の指示方法を実行することにより、画素データの取得範囲を指示することができる。カメラ画像表示領域４４１に表示されている観察対象物Ｓの全体の画素データを取得する場合、使用者は、観察対象物Ｓが含まれている四角形の領域（図１４の例では撮影領域ｒ１〜ｒ９，ｒ１１〜ｒ１３，ｒ２２〜ｒ２４）内で取得範囲表示枠Ｒを指示することができる。
【００８８】
使用者は、カメラ画像表示領域４４１の任意の撮影領域にマスクを設定することができる。図１４において、観察対象物Ｓが含まれない撮影領域（図１４の例では撮影領域ｒ５，ｒ１３，ｒ２４）が存在する。このような場合、使用者は、撮影領域ｒ５，ｒ１３，ｒ２４を指定することにより、図１５に示すように撮影領域ｒ５，ｒ１３，ｒ２４にマスクＭを設定することができる。マスクＭが設定された撮影領域ｒ５，ｒ１３，ｒ２４においては、画素データの取得時にレーザ光の走査が行われない。これにより、マスクＭが設定された撮影領域は、画素データの取得範囲から除外される。
【００８９】
図１６は、複数の撮影領域に含まれる観察対象物Ｓの共焦点画像を示す図である。図１５のカメラ画像表示領域４４１に表示される画素データの取得範囲において、後述する画像処理方法を実行する。これにより、図１６に示すように、複数の撮影領域に含まれる観察対象物Ｓの画素データを取得することができる。この場合、画素データを取得しない撮影領域にマスクＭを設定することにより、画素データの取得に要する時間を低減することができる。
【００９０】
（５）画像処理方法
図１７および図１８は、共焦点顕微鏡システム５００における画像処理方法を示すフローチャートである。図１のＰＣ２００のＣＰＵ２１０は、記憶装置２４０に記憶される画像処理プログラムに従って画像処理方法を実行する。以下、ＣＰＵ２１０による画像処理方法を説明する。なお、フローチャートのステップＳ１５，Ｓ１６では、共焦点画像データおよび表面画像データを画像データと略記する。
【００９１】
ＣＰＵ２１０は、制御部３００により与えられるカメラデータに基づいてカメラ画像データを生成し、カメラ画像データに基づいて観察対象物Ｓのカメラ画像を図４の表示部４００の画像表示領域４１０に表示させる（ステップＳ１）。
【００９２】
次に、使用者は、上述の画素データの取得範囲の第１、第２または第３の指示方法により画素データの取得範囲を指示する。ＣＰＵ２１０は、使用者の指示に基づいて、画素データの取得範囲を設定する（ステップＳ２）。この場合、取得範囲内の各単位領域の位置および単位領域の数が作業用メモリ２３０に記憶される。
【００９３】
続いて、使用者は、観察対象物Ｓに対する図１の対物レンズ３の相対的なＺ方向の移動範囲を指示する。ＣＰＵ２１０は、使用者の指示に基づいて対物レンズ３のＺ方向の移動範囲を設定する（ステップＳ３）。なお、対物レンズ３のＺ方向の移動範囲の指示画面は、図５、図７または図９の取得範囲設定画面４３０ａ〜４３０ｃにおいて、次へボタン４３４ａが操作されたときに表示される。
【００９４】
その後、使用者は、図６、図８または図１０の表示部４００において、条件設定領域４２０の取得開始ボタン４２２を操作する。ＣＰＵ２１０は、使用者により取得開始ボタン４２２が操作されたことを検出すると、取得範囲表示枠Ｒ内の総画素数を算出する（ステップＳ４）。
【００９５】
次に、ＣＰＵ２１０は、算出された総画素数と予め図１の記憶装置２４０に記憶されたしきい値とを比較する（ステップＳ５）。しきい値は、作業用メモリ２３０において画像データの表示処理に使用可能な容量（表示処理可能画素数）に設定される。しきい値は、例えば５０００×５０００画素または１００００×１００００画素である。算出された総画素数がしきい値以下である場合、ＣＰＵ２１０は、画素データの取得率を１に決定し（ステップＳ６）、ステップＳ１０の処理に移る。
【００９６】
一方、ステップＳ５において、算出された総画素数がしきい値よりも大きい場合、ＣＰＵ２１０は、算出された総画素数としきい値の２倍とを比較する（ステップＳ７）。算出された総画素数がしきい値の２倍以下である場合、ＣＰＵ２１０は、画素データの取得率を１／４に決定し（ステップＳ８）、ステップＳ１０の処理に移る。
【００９７】
一方、ステップＳ７において、算出された総画素数がしきい値の２倍よりも大きい場合、ＣＰＵ２１０は、画素データの取得率を１／１６に決定し（ステップＳ９）、ステップＳ１０の処理に移る。
【００９８】
次に、ＣＰＵ２１０は、ステップＳ６、ステップＳ８またはステップＳ９において決定された画素データの取得率を図１の作業用メモリ２３０に記憶する（ステップＳ１０）。記憶された取得率に基づいてＸ方向の走査におけるサンプリング数および走査線数（Ｘ方向の走査の回数）を算出する（ステップＳ１１）。
【００９９】
続いて、ＣＰＵ２１０は、作業用メモリ２３０に記憶された単位領域の位置に基づいて図１のステージ駆動部６２に駆動パルスを与えることによりステージ６０を移動させる（ステップＳ１２）。その後、ＣＰＵ２１０は、制御部３００にＸ方向の走査におけるサンプリング数、走査線数およびＺ方向の移動範囲を通知するとともに単位領域の画素データの取得を指令する（ステップＳ１３）。
【０１００】
制御部３００は、ＣＰＵ２１０から通知されたＸ方向の走査におけるサンプリング数、走査線数およびＺ方向の移動範囲に基づいて、図１のＸ−Ｙスキャン光学系２０を制御するとともに観察対象物ＳのＺ方向の位置を移動させ、受光素子３０から出力される受光信号に基づいて画素データをＰＣ２００のＣＰＵ２１０に与える。ＣＰＵ２１０は、制御部３００から単位領域の画素データを取得する（ステップＳ１４）。ＣＰＵ２１０は、取得した画素データに基づいて単位領域の複数の共焦点画像データを生成するとともに表面画像データを生成し（ステップＳ１５）、記憶装置２４０に記憶する。
【０１０１】
ここで、ＣＰＵ２１０は、全ての単位領域の共焦点画像データおよび表面画像データを生成したか否かを判定する（ステップＳ１６）。全ての単位領域の共焦点画像データおよび表面画像データを生成していない場合、ＣＰＵ２１０は、ステップＳ１２の処理に戻る。ＣＰＵ２１０は、次の単位領域の共焦点画像データの生成が可能な位置にステージ６０を移動させ、ステップＳ１３〜Ｓ１６の処理を繰り返す。
【０１０２】
一方、ステップＳ１６において、全ての単位領域の共焦点画像データおよび表面画像データを生成した場合、ＣＰＵ２１０は、記憶装置２４０に記憶された複数の単位領域の表面画像データを記憶装置２４０を用いて連結する（ステップＳ１７）。これにより、指示された取得範囲の表面画像データが生成される。取得範囲表示枠Ｒ内に単位領域が１つしか含まれない場合、ステップＳ１７において表面画像データの連結は行われない。
【０１０３】
その後、ＣＰＵ２１０は、連結された表面画像データに基づく観察対象物Ｓの表面の画像を作業用メモリ２３０を用いて表示部４００に表示させる（ステップＳ１８）。最後に、ＣＰＵ２１０は、連結された表面画像データを記憶装置２４０に記憶し、画像処理方法を終了する。
【０１０４】
図１９は、画素データの取得率が１の場合に生成される共焦点画像データを示す図である。図２０は、画素データの取得率が１／４の場合に生成される共焦点画像データを示す図である。図２１は、画素データの取得率が１／１６の場合に生成される共焦点画像データを示す図である。ここで、Ｚ方向の１つの位置で生成される画素データが示される。
【０１０５】
図１９〜図２１においては、共焦点画像データの取得率を視覚的に表現するために、１または複数の単位領域の共焦点画像データを構成する画素データをドットで図示している。
【０１０６】
図１９の例では、１つの単位領域ｓ１の共焦点画像データが生成される。ステップＳ６において画素データの取得率が１に決定された場合、Ｘ方向の走査におけるサンプリング数は取得範囲表示枠Ｒ内のＸ方向の走査における最大サンプリング数に設定され、走査線数は取得範囲表示枠Ｒ内の最大走査線数に設定される。この場合、図１９に示すように、単位領域ｓ１における最大画素数に対応する画素データがＸ方向およびＹ方向において間引きされることなく取得される。
【０１０７】
図２０の例では、４つの単位領域ｓ１〜ｓ４の共焦点画像データが生成される。ステップＳ８において画素データの取得率が１／４に決定された場合、Ｘ方向の走査におけるサンプリング数は取得範囲表示枠Ｒ内のＸ方向の走査における最大サンプリング数の１／２に設定され、走査線数は取得範囲表示枠Ｒ内の最大走査線数の１／２に設定される。この場合、図２０に示すように、単位領域ｓ１〜ｓ４における最大画素数に対応する画素データがＸ方向およびＹ方向において１／２に間引きされて取得される。
【０１０８】
図２１の例では、１６つの単位領域ｓ１の共焦点画像データが生成される。ステップＳ９において画素データの取得率が１／１６に決定された場合、Ｘ方向の走査におけるサンプリング数は取得範囲表示枠Ｒ内のＸ方向の走査における最大サンプリング数の１／４に設定され、走査線数は取得範囲表示枠Ｒ内の最大走査線数の１／４に設定される。この場合、図２１に示すように、単位領域ｓ１〜ｓ１６における最大画素数に対応する画素データがＸ方向およびＹ方向において１／４に間引きされて取得される。
【０１０９】
図２２は、画素データの取得率が１の場合の観察対象物Ｓの超深度画像を示す図である。図２３は、画素データの取得率が１／４の場合の観察対象物Ｓの超深度画像を示す図である。図２４は、画素データの取得率が１／１６の場合の観察対象物Ｓの超深度画像を示す図である。
【０１１０】
図２２〜図２４に示すように、ＣＰＵ２１０は、使用者の指示に基づいて、記憶装置２４０に記憶された超深度画像データに対応する超深度画像を作業用メモリ２３０を用いて表示部４００の画像表示領域４１０に表示させることができる。同様に、ＣＰＵ２１０は、使用者の指示に基づいて、記憶装置２４０に記憶された高さ画像データに対応する高さ画像を作業用メモリ２３０を用いて表示部４００の画像表示領域４１０に表示させることができる。
【０１１１】
なお、本実施の形態では、使用者により指定された画素データの取得範囲内の総画素数と記憶装置２４０に記憶されたしきい値との比較結果に応じて、Ｘ方向のサンプリング数および走査線数の両方が間引かれるが、これに限定されない。使用者により指定された取得範囲内の総画素数と記憶装置２４０に記憶されたしきい値との比較結果に応じて、走査線数のみが間引かれてもよい。
【０１１２】
サンプリング数が間引かれても、Ｘ方向の走査回数および走査間隔は変化しないため、実質的に単位領域の画素データの取得に要する時間はほとんど短縮されない。一方、走査線数が間引かれると、Ｘ−Ｙスキャン光学系２０のＹ方向への走査回数が減少するため、単位領域の画素データの取得に要する時間が大幅に短縮される。
【０１１３】
このように、使用者により指定された取得範囲内の総画素数に相当する画素データの量がＣＰＵ２１０により算出される。算出された画素データの量と表示のために使用可能な作業用メモリ２３０の容量とが比較される。算出された画素データの量が表示のために使用可能な作業用メモリ２３０の容量よりも大きい場合、Ｘ−Ｙスキャン光学系２０の機械的な走査、すなわちＸ方向のサンプリング数および走査線数が間引かれる。これにより、生成される表面画像データの量を削減することができる。また、表面画像データの生成後に間引きを行う場合と異なり、表示できない量の表面画像データの生成に多大な時間を費やす必要がない。その結果、観察対象物Ｓの表面の画像の表示に要する時間を短縮することができる。
【０１１４】
なお、走査線数を間引くことにより表面画像データの量を削減しても、表面画像データの量が表示のために使用可能な作業用メモリ２３０の容量よりも大きくなる場合には、生成された表面画像データを間引くことにより表面画像データの量を表示のために使用可能な作業用メモリ２３０の容量よりも小さくしてもよい。
【０１１５】
（６）画像処理の並行処理
画像処理において、ＣＰＵ２１０は、図１８のステップＳ１２〜Ｓ１６の処理を順次実行するが、これに限定されない。ＣＰＵ２１０は、ステップＳ１２〜Ｓ１６の処理の一部を並行して実行してもよい。
【０１１６】
図２５は、画像処理の取得処理の並行処理のタイミングチャートである。図２５の横軸は時間である。
【０１１７】
１つの単位領域の画像処理は、走査前の処理（以下、前処理と呼ぶ）、走査中の処理（以下、走査中処理と呼ぶ）および走査後の処理（以下、後処理と呼ぶ）からなる。
【０１１８】
前処理は、記憶装置２４０における共焦点画像データの記憶領域の確保、単位領域の位置等のパラメータの設定、ステージ６０の移動、およびＸ−Ｙスキャン光学系２０の安定待ちを含む。走査中処理は、Ｘ−Ｙスキャン光学系２０によるレーザ光の走査、対物レンズ３のＺ方向の移動、制御部３００からＰＣ２００への画素データの転送およびＰＣでの画素データの記憶を含む。後処理は、ＰＣ２００での共焦点画像データの生成、表面画像データの生成および表面画像データの記憶を含む。
【０１１９】
図２５に示すように、１番目の単位領域についての前処理および走査中処理が行われた後、１番目の単位領域についての後処理の開始と同時に２番目の単位領域についての前処理が開始される。２番目の単位領域についての前処理の終了後に２番目の単位領域についての走査中処理および後処理が順に行われる。同様に、２番目の単位領域についての後処理の開始と同時に３番目の単位領域についての前処理が開始される。３番目の単位領域の前処理の終了後に３番目の単位領域の走査中処理および後処理が順に行われる。
【０１２０】
このように、各単位領域の後処理と次の単位領域の走査中処理および後処理を並列して行うことができる。それにより、複数の単位領域の画素データの取得に要する時間を低減することができる。
【０１２１】
（７）対物レンズのＺ方向の移動範囲の自動設定
図１７のステップＳ３においては、対物レンズ３のＺ方向の移動範囲は、使用者により手動で設定されるが、これに限定されない。対物レンズ３のＺ方向の移動範囲は、ＣＰＵ２１０により自動的に設定されてもよい。
【０１２２】
手動設定においては、対物レンズ３のＺ方向の移動範囲は、観察対象物Ｓの表面の最も低い部分および最も高い部分に対応する画素データが適切に取得されるように設定される。したがって、観察対象物Ｓの表面が大きな凹凸または大きな傾斜を含む場合、対物レンズ３のＺ方向の移動範囲を大きくする必要がある。そのため、取得される画素データの容量および画素データの取得に要する時間が増加する。
【０１２３】
一方、自動設定においては、観察対象物Ｓの表面の高低差に対応して単位領域ごとに対物レンズ３のＺ方向の移動範囲が設定される。以下、対物レンズ３のＺ方向の移動範囲を自動設定するための上下限自動設定処理の詳細について説明する。
【０１２４】
図２６は、１つの画素についての対物レンズ３のＺ方向の位置と有効な画素データの値との関係を説明するための図である。図２６において、縦軸は画素データの値を表し、横軸は対物レンズ３のＺ方向の位置を表す。図２６の横軸においては、左から右に向かって対物レンズ３のＺ方向の位置が高くなる。
【０１２５】
画素データは受光素子３０から出力される受光信号に対応するデジタル信号である。そのため、画素データの値は、受光素子３０のゲインが大きくなるほど大きく、受光素子３０のゲインが小さくなるほど小さい。また、画素データはＡ／Ｄ変換器から出力される。したがって、画素データの上限値は、Ａ／Ｄ変換器の出力レンジの上限値（以下、出力上限値と呼ぶ）である。
【０１２６】
画素データの値が出力上限値ｍａｘで飽和すると、受光素子３０の受光強度に対応する画素データの値を得ることができない。また、画素データの値がノイズレベルｎｌ以下であると、画素データのピークを受光素子３０のノイズから明確に識別することはできない。以下では、出力上限値ｍａｘよりも小さく、ノイズレベルｎｌよりも大きい画素データの値を有効な画素データの値と呼ぶ。
【０１２７】
図２６においては、有効な画素データの値の範囲が矢印ＨＬで示される。この場合、曲線ｌ１で示すように、受光素子３０に任意の第１のゲインが設定されているときに、１つの画素についての画素データの値は、対物レンズ３がピーク位置ｚ０よりも低い位置ｍａ１からピーク位置ｚ０よりも高い位置ｍｂ１までの範囲にある状態で有効となる。
【０１２８】
したがって、１つの画素についての有効な画素データの値を取得するための対物レンズ３のＺ方向の上限位置および下限位置は、出力上限値ｍａｘおよびノイズレベルｎｌに応じて定まる。
【０１２９】
図２６に曲線ｌ２で示すように、受光素子３０に第１のゲインよりも小さい第２のゲインが設定されると、画素データの値は、受光素子３０に第１のゲインが設定されている場合に比べて全体的に小さくなる。この場合、１つの画素についての画素データの値は、対物レンズ３が位置ｍａ１よりも高い位置ｍａ２から位置ｍｂ１よりも低い位置ｍｂ２までの範囲にある状態で有効となる。このように、受光素子３０に設定されるゲインが変化すると、有効な画素データの値を得ることができる対物レンズ３のＺ方向の上限位置および下限位置も変化する。
【０１３０】
図２７は、高さ画像データおよび超深度画像データの生成時における対物レンズ３のＺ方向の上限位置および下限位置の設定方法を説明するための図である。
【０１３１】
初めに対物レンズ３をＺ方向の任意の位置ｚｓ１に保持した状態で、単位領域のＸ方向およびＹ方向の走査を行うことにより、単位領域内の全ての画素に対応する画素データを取得する。この状態で、全ての画素データの値が予め定められた規定値以上でない場合、受光素子３０のゲインを一定量増加させる。
【０１３２】
次に、後述する評価値のピーク位置探索処理により、図２７に太い実線の矢印ｎａで示すように、例えば対物レンズ３を一定量ずつＺ方向に移動させつつ評価値を算出し、算出された評価値に基づいて評価ピーク位置Ｅｚ０を探索する。ここで、評価値は、単位領域の全画素に対応する画素データの値の和である。また、評価値がピーク値を示すときの対物レンズ３のＺ方向の位置を評価ピーク位置Ｅｚ０と呼ぶ。この探索時には、算出される評価値が、出力上限値Ｅｍａｘに達するごとに一定量ゲインを減少させる。出力上限値Ｅｍａｘは、Ａ／Ｄ変換器３０の出力上限値ｍａｘと単位領域内の全画素数との乗算値である。これにより、検出される評価ピーク位置Ｅｚ０を基準として対物レンズ３の上限位置ＵＰおよび下限位置ＢＰを探索することができる。
【０１３３】
続いて、対物レンズ３を評価ピーク位置Ｅｚ０に移動させる。この状態で、単位領域のＸ方向およびＹ方向の走査を行うことにより、単位領域内の全ての画素に対応する画素データを取得する。
【０１３４】
いずれかの画素データの値が出力上限値ｍａｘである場合には、その画素データの値は有効ではない。そこで、受光素子３０のゲインを一定量減少させる。その後、再び単位領域のＸ方向およびＹ方向の走査を行うことにより、単位領域内の全ての画素に対応する画素データを取得する。
【０１３５】
上記のゲイン調整および画素データの取得を繰り返すことにより、全ての画素データの値が出力上限値ｍａｘよりも小さくなった場合に、全ての画素データの値がノイズレベルｎｌ以下であるか否かを判定する。
【０１３６】
全ての画素データの値がノイズレベルｎｌ以下でない場合、図２７に太い実線の矢印ｎｂで示すように、対物レンズ３を一定量上方向に移動させる。
【０１３７】
続いて、上記のゲイン調整、画素データの取得、画素データの判定動作および対物レンズ３の上方向への移動を繰り返す。それにより、最終的に、全ての画素データの値がノイズレベルｎｌ以下であると判定されたときの対物レンズ３のＺ方向の位置を上限位置ＵＰとして設定する。
【０１３８】
上限位置ＵＰの設定後、対物レンズ３を最後に受光素子３０のゲインが減少された時点の位置までＺ方向に移動させる。この状態で、単位領域のＸ方向およびＹ方向の走査を行うことにより、単位領域内の全ての画素に対応する画素データを取得する。
【０１３９】
この場合においても、上記と同様に、いずれかの画素データの値が出力上限値ｍａｘである場合には、受光素子３０のゲインを一定量減少させる。その後、再び単位領域のＸ方向およびＹ方向の走査を行うことにより、単位領域内の全ての画素に対応する画素データを取得する。
【０１４０】
上記のゲイン調整および画素データの取得を繰り返すことにより、全ての画素データの値が出力上限値ｍａｘよりも小さくなった場合には、全ての画素データの値がノイズレベルｎｌ以下であるか否かを判定する。
【０１４１】
全ての画素データの値がノイズレベルｎｌ以下でない場合、図２７に太い実線の矢印ｎｃで示すように、対物レンズ３を一定量下方向に移動させる。続いて、上記のゲイン調整、画素データの取得、画素データの判定動作および対物レンズ３の下方向への移動を繰り返す。最終的に、全ての画素データの値がノイズレベルｎｌ以下であると判定されたときの対物レンズ３のＺ方向の位置を下限位置ＢＰとして設定する。
【０１４２】
ここで、受光素子３０のゲインが変化すると、有効な画素データの値を得ることができる対物レンズ３のＺ方向の範囲も変化する。そこで、上限位置ＵＰの設定後の下限位置ＢＰの設定時に受光素子３０のゲインが減少された場合、対物レンズ３を最後に受光素子３０のゲインが減少された時点の位置に移動させた後、図２７に太い実線の矢印ｎｄで示すように、再び上限位置ＵＰを探索する。
【０１４３】
再度の上限位置ＵＰの探索時には、対物レンズ３は初回の上限位置ＵＰの探索時とほぼ同じ範囲でＺ方向に移動する。そのため、受光素子３０のゲインはほとんど減少されない。これにより、受光素子３０が下限位置ＢＰの設定時のゲインとほぼ同じゲインに調整された状態で、上限位置ＵＰが再設定される。
【０１４４】
上記のように、上下限自動設定処理が実行された場合には、ピーク位置探索処理により受光素子３０のゲインが調整されつつ対物レンズ３のピーク位置ｚ０が探索される。この場合、画素データの値が出力上限値ｍａｘで飽和しない。また、画素データの値がノイズレベルｎｌよりも小さくならない。これにより、対物レンズ３が移動することによる画素データの値の変化におけるピークの位置が検出され、ピーク位置ｚ０が自動的に検出される。
【０１４５】
その後、検出されたピーク位置ｚ０に対物レンズ３が移動され、上限位置ＵＰおよび下限位置ＢＰの探索が行われる。これにより、高さ画像データおよび超深度画像データの生成時の対物レンズ３の上限位置ＵＰおよび下限位置ＢＰが設定される。
【０１４６】
次に、評価値のピーク位置探索処理について説明する。図２８は、評価値のピーク位置探索処理を説明するための図である。図２８（ａ）に対物レンズ３のＺ方向の位置と評価値との関係が示される。図２８（ａ）において、縦軸は評価値を表し、横軸は対物レンズ３のＺ方向の位置を表す。図２８（ａ）の横軸においては、左から右に向かって対物レンズ３のＺ方向の位置が高くなる。
【０１４７】
ピーク位置探索処理の開始時においては、受光素子３０のゲインは、算出される評価値が出力上限値Ｅｍａｘよりも小さくかつノイズレベルｎｌよりも十分に大きくなるように設定される。出力上限値Ｅｍａｘは、Ａ／Ｄ変換器の出力上限値ｍａｘと単位領域の画素数との乗算値である。受光素子３０のゲインは、算出される評価値が出力上限値Ｅｍａｘの例えば１／２になるように設定される。
【０１４８】
その後、図２８（ａ）に太い実線の矢印で示すように、対物レンズ３を現在のＺ方向の位置ｚｓ１（評価ピーク位置ｚ０よりも低い位置）から徐々に上に向かう方向に移動させつつ設定されたゲインで単位領域の全画素に対応する画素データを取得するとともに評価値を算出する。
【０１４９】
この場合、評価値は対物レンズ３がピーク位置ｚ０に到達するまでの間、指数関数的に増加する。そこで、このピーク位置探索処理においては、評価値が出力上限値Ｅｍａｘに達するごとに一定量ゲインを減少させる。
【０１５０】
これにより、対物レンズ３がＺ方向の位置ｚｓ１から評価ピーク位置Ｅｚ０に移動するまでの間、指数関数的に増加する画素データの値が出力上限値ｍａｘで飽和することが防止される。その結果、評価ピーク位置Ｅｚ０の近傍では、最終的に受光素子３０のゲインが適切な値に設定される。
【０１５１】
評価値は受光素子３０のゲインが減少すると小さくなる。そのため、ピーク位置探索処理においては、受光素子３０のゲインの減少回数に基づいて、算出された評価値を補正する。
【０１５２】
この補正は、例えば、算出された評価値にピーク位置探索処理の開始後の受光素子３０のゲインの減少回数と出力上限値Ｅｍａｘとの乗算値を加算することにより行う。これにより、対物レンズ３のＺ方向の全範囲に渡って、補正後の評価値と受光素子３０の受光強度とを近似的に対応付けることが可能となる。
【０１５３】
図２８（ｂ）に対物レンズ３のＺ方向の位置と補正された評価値との関係が示される。図２８（ｂ）において、縦軸は補正後の評価値を表し、横軸は対物レンズ３のＺ方向の位置を表す。図２８（ｂ）の横軸においては、左から右に向かって対物レンズ３のＺ方向の位置が高くなる。
【０１５４】
図２８（ｂ）に示すように、補正後の評価値は、受光素子３０の受光強度と同様に、ピーク値まで指数関数的に増加した後、ピーク値から指数関数的に減少する。これにより、対物レンズ３をＺ方向の一方向（上に向かう方向）に移動させることにより、補正後の評価値の増減が切り替わったことが検出され、補正後の評価値の増減の切り替わりの後に補正後の評価値が予め定められた値ｐｉ２分減少したことが検出され、補正後の評価値の増減の切り替わりの前に補正後の評価値が予め定められた値ｐｉ１分増加したことが検出された場合に、評価値がピーク値を示すときの対物レンズ３の位置を評価ピーク位置Ｅｚ０として検出することができる。
【０１５５】
画素データの値は、受光素子３０のノイズの影響により変化する。そこで、上記の値ｐｉ１，ｐｉ２は、例えばノイズレベルｎｌと単位領域の画素数との乗算値よりも大きい値に設定される。これにより、補正後の評価値が受光素子３０のノイズの影響により変化する場合でも、評価ピーク位置Ｅｚ０が誤って検出されることが防止される。上記の値ｐｉ１，ｐｉ２は、後述する第１および第２の識別値にそれぞれ対応する。値ｐｉ１，ｐｉ２は、同じ値であってもよいし、互いに異なる値であってもよい。
【０１５６】
上記のように、ピーク位置探索処理により受光素子３０のゲインが調整されつつ評価ピーク位置Ｅｚ０が探索される。
【０１５７】
このように、単位領域ごとに上下限自動設定処理が行われるので、レーザ光の無駄な走査が低減され、高さ画像データおよび超深度画像データの生成時間が短縮される。
【０１５８】
その後、単位領域ごとに設定されたＺ方向の移動範囲内で対物レンズ３が移動されることにより、単位領域ごとに画素データが取得される。この場合、受光素子３０のゲインは複数の単位領域において同一に設定される。
【０１５９】
（８）実施の形態の効果
本実施の形態に係る共焦点顕微鏡システム５００においては、使用者により画素データの取得範囲が指示されると、その指示に基づいて複数の単位領域が設定されるとともに、取得範囲内の画素データの総画素数が算出される。算出された総画素数と作業用メモリ２３０の表示処理可能画素数とが比較され、算出された総画素数が作業用メモリ２３０の表示処理可能画素数を超える場合、単位領域の複数の画素データの取得率が調整される。そのため、使用者が画素データの取得範囲として広い範囲を指示した場合でも、連結された表面画像データの量が表示のために使用可能な作業用メモリ２３０の容量を超えることを防止することができる。これにより、画素データの取得範囲にかかわらず観察対象物Ｓの表面の画像を表示することができる。また、画素データの取得に要する時間を短縮化することができる。
【０１６０】
さらに、複数の単位領域についての表面画像データが生成された後に、複数の単位領域についての表面画像データの量が表示のために使用可能な作業用メモリ２３０の容量を超えないように使用者が表面画像データを間引く必要がない。そのため、表示できない量の表面画像データの生成に多大な時間を費やす必要がない。その結果、無駄な時間を費やさずに観察対象物Ｓの表面の画像を表示することできる。
【０１６１】
（９）他の実施の形態
（９−１）上記実施の形態において、Ｘ−Ｙスキャン光学系２０が制御されることによりレーザ光が観察対象物Ｓ上でＸ方向およびＹ方向に走査されるが、これに限定されない。ステージ６０が移動されることによりレーザ光が観察対象物Ｓ上でＸ方向およびＹ方向に走査されてもよい。
【０１６２】
また、レーザ光としてライン光（例えばＸ方向に延びる細長い光）が用いられてもよい。この場合、Ｘ−Ｙスキャン光学系２０に代えてＸ方向への走査を行わないＹスキャン光学系が用いられる。また、受光素子３０に代えて、Ｘ方向に対応する方向に配列された複数の受光素子からなるラインＣＣＤカメラ等が用いられる。
【０１６３】
なお、ラインＣＣＤカメラの各受光素子のＹ方向に対応する方向の受光面のサイズは一般的に数１０μｍである。この場合、ラインＣＣＤカメラの受光面がレンズ２の焦点位置に配置される。観察対象物Ｓの表面が対物レンズ３の焦点位置にあるときに、観察対象物Ｓにより反射されたライン光がラインＣＣＤカメラの受光面に集光される。それにより、観察対象物Ｓにより反射されたライン光の大部分がラインＣＣＤカメラの受光面に入射する。
【０１６４】
一方、観察対象物Ｓが対物レンズ３の焦点位置が外れた位置にあるときには、観察対象物Ｓにより反射されたライン光はラインＣＣＤカメラの受光面の前または後の位置に集光される。それにより、観察対象物Ｓにより反射されたライン光の一部のみがラインＣＣＤカメラの受光面に入射する。したがって、ラインＣＣＤカメラの前にピンホール部材７を配置することが不要となる。
【０１６５】
（９−２）上記実施の形態において、対物レンズ３がＺ方向に移動されることにより対物レンズ３に対する観察対象物Ｓの相対的なＺ方向の位置が変化されるが、これに限定されない。ステージ６０がＺ方向に移動されることにより対物レンズ３に対する観察対象物Ｓの相対的なＺ方向の位置が変化されてもよい。
【０１６６】
（９−３）上記実施の形態において、ＰＣ２００のＣＰＵ２１０が制御部３００の機能を有していてもよい。この場合、制御部３００は設けられなくてもよい。
【０１６７】
（１０）請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応関係
以下、請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応の例について説明するが、本発明は下記の例に限定されない。
【０１６８】
観察対象物Ｓが観察対象物の例であり、超深度画像または高さ画像が表面の画像の例であり、共焦点顕微鏡システム５００が共焦点顕微鏡システムの例であり、受光素子３０が受光素子の例である。レンズ１，２、対物レンズ３、ピンホール部材７およびレーザ光源１０が共焦点光学系の例である。単位領域ｓ１〜ｓ１６が単位領域の例であり、撮影領域ｒ１〜ｒ２５が領域の例であり、Ｘ方向が第１の方向の例であり、Ｙ方向が第２の方向の例であり、Ｚ方向が第３の方向の例である。
【０１６９】
レンズ駆動部６３が相対的距離変化部の例であり、制御部３００が制御部の例であり、表示部４００が表示部の例であり、カメラ画像が非共焦点画像の例である。カラーＣＣＤカメラ５０、制御部３００およびＰＣ２００が非共焦点画像取得部の例であり、ステージ６０が支持部の例である。ＰＣ２００が画像データ生成部、観察範囲指示受付部、観察範囲設定部、画像データ処理部、データ取得量調整部、拡大指示受付部、表示範囲拡大部および処理装置の例である。
【０１７０】
請求項の各構成要素として、請求項に記載されている構成または機能を有する他の種々の要素を用いることもできる。
【産業上の利用可能性】
【０１７１】
本発明は、種々の共焦点顕微鏡システム、画像処理方法および画像処理プログラムに有効に利用することができる。
【符号の説明】
【０１７２】
１，２  レンズ
３  対物レンズ
４〜６  ハーフミラー
７  ピンホール部材
８  ＮＤフィルタ
１０  レーザ光源
２０  Ｘ−Ｙスキャン光学系
３０  受光素子
４０  照明用白色光源
５０  カラーＣＣＤカメラ
６０  ステージ
６１  ステージ操作部
６２  ステージ駆動部
６３  レンズ駆動部
１００  測定部
２００  ＰＣ
２１０  ＣＰＵ
２２０  ＲＯＭ
２３０  作業用メモリ
２４０  記憶装置
３００  制御部
４００  表示部
４１０  画像表示領域
４２０  条件設定領域
４２１  範囲設定ボタン
４２２  取得開始ボタン
４２３  ナビゲーション表示ボタン
４３０ａ〜４３０ｃ  取得範囲設定画面
４３１  指定方法設定欄
４３１ａ〜４３１ｃ  チェックボックス
４３２  指定範囲設定欄
４３２ａ  上端設定部
４３２ｂ  左端設定部
４３２ｃ  右端設定部
４３２ｄ  下端設定部
４３２ｅ，４３２ｆ  長さ指定部
４３２ｇ，４３２ｈ  単位領域数指定部
４３３  設定値表示欄
４３４ａ  次へボタン
４３４ｂ  終了ボタン
４４０  ナビゲーション表示画面
４４１  カメラ画像表示領域
４４２  撮影範囲決定ボタン
４４３  撮影範囲拡大ボタン
５００  共焦点顕微鏡システム
ＢＰ  下限位置
Ｅｍａｘ，ｍａｘ  出力上限値
Ｅｚ０  評価ピーク位置
ｆｐ  焦点位置
ＨＬ，ｎａ〜ｎｄ  矢印
Ｌｘ，Ｌｙ  線分
ｌ１，ｌ２  曲線
Ｍ  マスク
ｍａ１，ｍａ２，ｍｂ１，ｍｂ２，ｚｓ１  位置
Ｎｘ，Ｎｙ  取得数
ｎｌ  ノイズレベル
ｐ１，ｐ２  点
ｐｉ１，ｐｉ２  値
Ｒ  取得範囲表示枠
ｒ１〜ｒ２５  撮影領域
Ｓ  観察対象物
ｓ１〜ｓ１６  単位領域
ＵＰ  上限位置
ｚ０  ピーク位置
【図１】
2012150335.tif 000003
【図２】
2012150335.tif 000004
【図３】
2012150335.tif 000005
【図４】
2012150335.tif 000006
【図５】
2012150335.tif 000007
【図６】
2012150335.tif 000008
【図７】
2012150335.tif 000009
【図８】
2012150335.tif 000010
【図９】
2012150335.tif 000011
【図１０】
2012150335.tif 000012
【図１１】
2012150335.tif 000013
【図１２】
2012150335.tif 000014
【図１３】
2012150335.tif 000015
【図１４】
2012150335.tif 000016
【図１５】
2012150335.tif 000017
【図１６】
2012150335.tif 000018
【図１７】
2012150335.tif 000019
【図１８】
2012150335.tif 000020
【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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