JP2000330026A

JP2000330026A - 共焦点顕微鏡

Info

Publication number: JP2000330026A
Application number: JP11136479A
Authority: JP
Inventors: Kotaro Morisono; 幸太郎森園; Yoichi Okamoto; 陽一岡本
Original assignee: Keyence Corp
Current assignee: Keyence Corp
Priority date: 1999-05-17
Filing date: 1999-05-17
Publication date: 2000-11-30
Anticipated expiration: 2019-05-17
Also published as: JP4536845B2

Abstract

(57)【要約】【課題】従来の表示システムを変えることなく、測定
範囲の拡大及び分解能の向上の両方又は一方を実現する
ことが可能な共焦点顕微鏡を提供する。【解決手段】受光素子１９から第１Ａ／Ｄコンバータ
４１を経て得られた共焦点画像の画素ごとの８ビット輝
度データｉは、処理装置４６の第１領域回路５１を経て
輝度メモリＭｉに記憶され、画像信号生成回路５９及び
合成回路５６によって表示用画像信号とされ、表示装置
４７に出力される。一方、受光量（輝度）が最大になる
ときの画素ごとの２０ビット高さデータｈは高さメモリ
５７に記憶される。有効範囲選択回路５８は、高さデー
タｈの最大２０ビット分の範囲のうち、輝度信号に変換
して表示出力すべき８ビット分の有効範囲を選択し、そ
の範囲内の高さデータｈを８ビットデータｈ’に変換し
て画像信号生成回路５９に渡す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、測定対象物の二次
元画像情報だけでなく、測定対象物の表面の高さ又は深
さ情報を含む三次元情報の取得が可能な共焦点顕微鏡に
関する。

【０００２】

【従来の技術】共焦点顕微鏡は、測定の対象物に単色光
（通常はレーザ光）を照射し、対象物からの反射光又は
透過光を対物レンズを含む光学系を通して受光素子で受
光する。通常、受光素子の手前にはピンホールが設けら
れ、対象物の測定面における対物レンズの焦点と、ピン
ホールにおける受光側の焦点とが共焦点を形成するよう
に光学系（共焦点光学系）が形成される。このような構
成によれば、対物レンズの焦点と対象物（すなわち対象
物を載置したステージ）との光軸方向での相対距離を変
化させたときに受光量が最大になる相対距離を求めるこ
とにより、対象物の表面高さ（深さ）の分布データを得
ることができる。対物レンズの焦点と対象物との光軸方
向での相対距離を変化させる方法には、対象物を光軸方
向に変位させる以外に、屈折率が変化するレンズを用い
て、対物レンズの焦点を光軸方向に変化させる方法等が
ある。

【０００３】また、対象物をレーザ光で走査することに
より走査範囲全域にわたって対象物の高さデータが得ら
れる。一次元の走査によれば一次元のラインに沿って高
さデータが得られ、二次元の走査をすれば、二次元平面
全域での高さデータ、すなわち対象物の三次元情報を得
ることができる。レーザ光による対象物の走査は、対象
物を固定してレーザ光を偏向させる方法でもよいし、レ
ーザ光を固定して対象物を変位させる方法でもよい。

【０００４】上記のようにして得られた高さデータの分
布は、輝度信号のような画像情報に変換して視覚的に表
示することができる。例えば、１画素当たり８ビットで
構成される高さデータをそのまま８ビットの輝度データ
としてモニタ画面に表示する。この結果、対象物の表面
の高さが高い箇所は明るく、低い箇所は暗く、あるいは
その逆に、いわば等高線のように画面上に表示されるこ
とになる。これは、測定された対象物の表面高さの変化
を視覚的に分かりやすく表示するための一方法である。
高さデータの分布を輝度信号ではなく、例えば色差信号
に変換し、対象物の表面高さの変化を色相の変化として
表示することも可能である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、高さデ
ータの分布を輝度信号（又は色差信号）のような画像信
号に変換して画面に表示する場合、最も簡単な方法では
一画素当たりの高さデータを構成するビット数と輝度デ
ータを構成するビット数とを合わせる必要がある。上記
の従来の構成では、１画素当たり８ビットで構成される
高さデータをそのまま８ビットの輝度データとして用い
ている。

【０００６】一方、限られたビット数で高さデータを構
成する場合、高さデータのダイナミックレンジ（最大値
と最小値との差）及びその分解能はトレードオフの関係
にある。例えば８ビットデータの場合、区別し得るレベ
ルは２５６ステップであり、ダイナミックレンジすなわ
ち測定範囲を広くしようとすれば１ステップ当たりのレ
ベル差（分解能）が荒くなり、逆に分解能を細かくしよ
うとすれば測定範囲が狭くなってしまう。

【０００７】したがって、測定範囲を広げ、かつ、分解
能を細かくするには、１画素当たりの高さデータ及び画
像データのビット数を多くする必要がある。しかしなが
ら、画像データの１画素当たりのビット数を増加すれ
ば、フレームメモリの容量を大幅に増加する必要があり
装置全体のコストに大きく影響する。そればかりでな
く、表示システムの大幅な設計変更を伴うことになる。

【０００８】本発明は、上記のような従来の問題点に鑑
みてなされたものであり、従来の表示システムを変える
ことなく、測定範囲の拡大及び分解能の向上の両方又は
一方を実現することが可能な共焦点顕微鏡を提供するこ
とを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明による共焦点顕微
鏡の第１の構成は、対象物に光を照射する光源と対象物
からの反射光又は透過光を対物レンズを含む光学系を通
して受光する受光素子とを含む共焦点光学系、対象物を
光で走査するための走査機構、対物レンズの焦点と対象
物との光軸方向での相対距離を変化させる変位機構、受
光素子の受光量が最大になるときの相対距離を対象物の
表面の高さデータとして求める処理装置、走査機構によ
る走査範囲内の複数の画素に関して求められた高さデー
タの分布を記憶するメモリ、及び、メモリから読み出し
た高さデータの分布を画像信号に変換して表示する表示
装置とを備えた共焦点顕微鏡において、高さデータの１
画素当たりのビット数が変換後の画像データの１画素当
たりのビット数より大きいことを特徴とする。

【００１０】上記のような構成によれば、高さデータの
分布を記憶するメモリの容量のみを増加し、画像データ
の１画素当たりのビット数は従来どおりとして、従来の
表示システムを変えることなく、測定範囲の拡大及び分
解能の向上を実現することができる。あるいは、測定範
囲の拡大又は分解能の向上が他方の犠牲なしに実現す
る。

【００１１】例えば、高さデータが８ビット（２５６ス
テップ）で構成されている場合は、０．１μm単位で２
５．６μmの測定範囲であるが、高さデータが２０ビッ
ト（１，０４８，５７６ステップ）で構成されている場
合は、０．０１μm単位で約１０ｍｍの測定範囲が可能
になる。なお、高さデータの分布を画像信号としてモニ
タ画面に表示させるときに必要なビット数は限られてお
り、８ビットもあれば十分である。

【００１２】好ましくは、複数ビットで構成された高さ
データの全ステップ範囲のうち、画像データに変換され
る有効範囲を選択する有効範囲選択回路を更に備えてい
る。これにより、上記構成によって増加した高さデータ
全ステップ範囲（例えば２０ビット分の１，０４８，５
７６ステップ）のうちの一部の範囲（例えば８ビット分
の２５６ステップ）を、最終的にモニタ画面に表示させ
る画像データの範囲として選択することができる。

【００１３】更に好ましくは、有効範囲選択回路が、高
さデータを処理することにより、自動的に適切な有効範
囲を選択する。例えば、有効範囲選択回路は、ピークホ
ールド処理により高さデータの最大値を求め、その最大
値を上限とする領域を、画像データに変換すべき有効範
囲として選択する。あるいは、ヒストグラム処理によっ
て、高さデータの分布の中央領域を、画像データに変換
すべき有効範囲として選択するように有効範囲選択回路
を構成してもよい。

【００１４】本発明による共焦点顕微鏡の第２の構成
は、対象物に光を照射する光源と対象物からの反射光又
は透過光を対物レンズを含む光学系を通して受光する受
光素子とを含む共焦点光学系、対象物を光で走査するた
めの走査機構、対物レンズの焦点と対象物との光軸方向
での相対距離を変化させる変位機構、受光素子の受光量
が最大になるときの相対距離及び最大受光量の少なくと
も一方を求める処理装置、及び、測定開始から測定終了
までに要する測定時間を概算し出力する測定時間出力手
段を備えていることを特徴とする。

【００１５】上記の構成によれば、装置のオペレータ
は、測定を開始する前に測定に要する時間を知ることが
できる。オペレータは、出力された測定時間を参考にし
て、測定条件を変えるといった対応をとることが可能に
なる。特に、上記の第１の構成によって高さデータの１
画素当たりのビット数を増加して測定範囲を広げ、又は
分解能を高めた場合、測定時間が従来より多くかかるこ
とが考えられるので、測定に要する時間を測定開始前に
オペレータに知らせることは有意義である。測定時間を
出力する方法としては、モニタ画面に表示する方法の
他、ＬＥＤ等のバーグラフ表示を用いる方法、音声で出
力する方法等、種々の出力方法が可能である。

【００１６】具体的な構成として、共焦点顕微鏡が、相
対距離を変化させる範囲と、その範囲内における測定ピ
ッチとを含む測定パラメータを設定する設定手段を備
え、測定時間出力手段が、測定パラメータと走査の周期
とに基づいて、全走査範囲における相対距離及び最大受
光量の少なくとも一方を求める測定に要する測定時間を
概算し出力することが好ましい。

【００１７】例えば、高さデータが８ビット（２５６ス
テップ）の場合、１ステップごとの走査周期が０．２秒
かかるとすれば、８ビットの範囲をフルに使用しても測
定時間は約５１秒である。しかし、高さデータが２０ビ
ット（１，０４８，５７６ステップ）になると、２０ビ
ットをフルに使用した場合は、測定時間は約５８時間に
もなる。測定パラメータとして、例えば、相対距離を変
化させる範囲（測定範囲）が１ｍｍ、測定ピッチが０．
１μmに設定された場合、測定時間出力手段は、これら
の測定パラメータ及び走査周期（例えば０．２秒）に基
づいて、測定時間（０．２秒×１ｍｍ／０．１μm＝２
０００秒（約３３分））を算出し出力する。オペレータ
は、出力された測定時間を参考にして、測定時間を短縮
したい場合は、測定範囲を狭め、又は測定ピッチを荒く
するといった具合に測定パラメータを設定し直すことが
できる。

【００１８】また、測定時間出力手段が、全走査範囲に
おける相対距離及び最大受光量の少なくとも一方を求め
る測定に要する測定時間を概算し、測定時間と測定開始
時点からの経過時間との差を測定完了までの残り時間と
して算出し出力することも好ましい。この構成によれ
ば、オペレータは測定完了までの残り時間を知ることが
でき、この情報は他の作業の段取り等のために有意義な
情報となる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。

【００２０】図１に、本発明に係る共焦点顕微鏡の概略
構成を示す。本発明の共焦点顕微鏡は、共焦点光学系１
と、非共焦点光学系２とを備えている。

【００２１】まず、共焦点光学系１について説明する。
共焦点光学系１は、試料ｗに単色光（好ましくはレーザ
光）を照射するための光源１０、第１コリメートレンズ
１１、偏光ビームスプリッタ１２、１／４波長板１３、
水平偏向装置１４ａ、垂直偏向装置１４ｂ、第１リレー
レンズ１５、第２リレーレンズ１６、対物レンズ１７、
結像レンズ１８、ピンホール板ＰＨ、第１受光素子１９
等を含んでいる。

【００２２】光源１０には、例えば赤色レーザ光を発す
る半導体レーザが用いられる。レーザ駆動回路４４によ
って駆動される光源１０から出たレーザ光は、第１コリ
メートレンズ１１を通り、偏光ビームスプリッタ１２で
光路を曲げられ、１／４波長板１３を通過する。この
後、水平偏向装置１４ａ及び垂直偏向装置１４ｂによっ
て水平（横）方向及び垂直（縦）方向に偏向された後、
第１リレーレンズ１５及び第２リレーレンズ１６を通過
し、対物レンズ１７によって試料ステージ３０上に置か
れた試料ｗの表面に集光される。

【００２３】水平偏向装置（第１の偏向機構）１４ａ及
び垂直偏向装置（第２の偏向機構）１４ｂは、それぞれ
ガルバノミラーで構成され、レーザ光を水平及び垂直方
向に偏向させることにより、試料ｗの表面をレーザ光で
走査する。説明の便宜上、水平方向をＸ方向、垂直方向
をＹ方向ということにする。試料ステージ３０は、ステ
ージ制御回路４０によりＺ方向（光軸方向）に駆動され
る。つまり、試料ステージ３０及びステージ制御回路４
０は、対物レンズ１７の焦点と試料（対象物）ｗとの光
軸方向での相対距離を変化させる変位機構を構成してい
る。

【００２４】ただし、対物レンズ１７の焦点と試料ｗと
の光軸方向での相対距離を変化させる変位機構は、他の
構成で実現することもできる。例えば、試料ステージ３
０の位置は固定とし、対物レンズ１７をＺ軸方向に駆動
することにより、その焦点を変化させ、もって、焦点と
試料ｗとの光軸方向での相対距離を変化させることも可
能である。あるいは、対物レンズ１７と試料ｗとの間に
屈折率が変化するレンズを挿入することにより、対物レ
ンズ１７の焦点と試料ｗとの光軸方向での相対距離を変
化させる構成も可能である。なお、試料ステージ３０
は、手動操作によってＸ方向及びＹ方向に変位可能であ
る。

【００２５】試料ｗで反射されたレーザ光は、上記の光
路を逆に辿る。すなわち、対物レンズ１７、第２リレー
レンズ１６及び第１リレーレンズ１５を通り、水平偏向
装置１４ａ及び垂直偏向装置１４ｂ（ガルバノミラー）
を介して１／４波長板１３を再び通る。この結果、レー
ザ光は偏光ビームスプリッタ１２を透過し、結像レンズ
１８によって集光される。集光されたレーザ光は、結像
レンズ１８の焦点位置に配置されたピンホール板ＰＨの
ピンホールを通過して第１受光素子１９に入射する。第
１受光素子１９は、例えばフォトマルチプライヤ又はフ
ォトダイオードで構成され、受光量を電気信号に変換す
る。受光量に相当する電気信号は、出力アンプ及びゲイ
ン制御回路（図示せず）を介して第１Ａ／Ｄコンバータ
４１に与えられ、ディジタル値に変換される。

【００２６】上記のような構成の共焦点光学系１によ
り、試料ｗ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。

【００２７】上述のように、試料ステージ３０がステー
ジ制御回路４０によってＺ方向（光軸方向）に駆動され
ると、対物レンズ１７の焦点と試料ｗとの光軸方向での
相対距離が変化する。そして、対物レンズ１７の焦点が
試料ｗの表面（被測定面）に結ばれたときに、試料ｗの
表面で反射されたレーザ光は上記の光路を経て結像レン
ズ１８で集光され、ほとんどすべてのレーザ光がピンホ
ール板ＰＨのピンホールを通過する。したがって、この
ときに、第１受光素子１９の受光量が最大になる。逆
に、対物レンズ１７の焦点が試料ｗの表面（被測定面）
からずれている状態では、結像レンズ１８によっての集
光されたレーザ光はピンホール板ＰＨ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、第１受光素子１９の受
光量は著しく低下する。

【００２８】したがって、試料ｗの表面の任意の点につ
いて、試料ステージ３０をＺ方向（光軸方向）に駆動し
ながら第１受光素子１９の受光量を検出すれば、その受
光量が最大になるときの試料ステージ３０のＺ方向位置
（対物レンズ１７の焦点と試料ｗとの光軸方向での相対
距離）を高さ情報として一義的に求めることができる。

【００２９】実際には、試料ステージ３０を１ステップ
移動するたびに水平偏向装置１４ａ及び垂直偏向装置１
４ｂによって試料ｗの表面を走査して第１受光素子１９
の受光量を得る。試料ステージ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２に示すようにＺ方向位置に
応じて変化する受光量データが得られる。この受光量デ
ータに基づいて、最大受光量とそのときのＺ方向位置が
各点（画素）ごとに得られる。したがって、試料ｗの表
面高さのＸＹ平面での分布が得られる。この処理は、マ
イクロコンピュータを用いた処理装置４６によって実行
される。

【００３０】得られた表面高さの分布は、例えば高さデ
ータを輝度データに変換することにより、明るさの分布
として表示装置４７のモニタ画面に表示される。あるい
は、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。あるいは、
指定した測定ラインに沿う表面高さの変化を断面形状と
して画面に表示することも可能である。

【００３１】また、走査範囲内の複数の点について得ら
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。各点（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、被写界深度の深い画像、すなわち、表面高さの異な
る各点でピントの合った画像が得られる。また、任意の
注目画素で最大受光量が得られた高さ（Z方向での位
置）に固定した場合は、他の画素の受光量は著しく小さ
くなるので、その注目画素の周辺のみが明るく、注目画
素から離れるにしたがって急激に輝度が低下する画像が
得られる。

【００３２】つぎに、非共焦点光学系２について説明す
る。非共焦点光学系２は、試料ｗに白色光（カラー画像
撮影用の照明光）を照射するための白色光源２０、第２
コリメートレンズ２１、第１のハーフミラー２２、第２
のハーフミラー２３、第２受光素子としてのカラーＣＣ
Ｄ２４等を含んでいる。また、非共焦点光学系２は共焦
点光学系１の対物レンズ１７を共用し、両光学系１，２
の光軸は一致している。

【００３３】白色光源２０には例えば白色ランプが用い
られるが、特に専用の光源を設けず、自然光又は室内光
を利用してもよい。白色光源２０から出た白色光は、第
２コリメートレンズ２１を通り、第１ハーフミラー２２
で光路を曲げられ、対物レンズ１７によって試料ステー
ジ３０上に置かれた試料ｗの表面に集光される。

【００３４】試料ｗで反射された白色光は、対物レンズ
１７、第１ハーフミラー２２、第２リレーレンズ１６を
通過し、第２ハーフミラー２３で反射されてカラーＣＣ
Ｄ２４に入射して結像する。カラーＣＣＤ２４は、共焦
点光学系１のピンホール板ＰＨのピンホールと共役又は
共役に近い位置に設けられている。カラーＣＣＤ２４で
撮像されたカラー画像は、ＣＣＤ駆動回路４３によって
読み出され、そのアナログ出力信号は第２Ａ／Ｄコンバ
ータ４２に与えられ、ディジタル値に変換される。この
ようにして得られたカラー画像は、試料ｗの観察用の拡
大カラー画像として表示装置４７のモニタ画面に表示さ
れる。

【００３５】上述のように、本実施形態の共焦点顕微鏡
は、共焦点光学系による試料の高さ（深さ）の分布の測
定及び表示、共焦点画像の表示、非共焦点光学系による
カラー画像の撮像及び表示、その他種々の機能を備えて
いる。共焦点光学系で得られた被写界深度の深い白黒画
像と非共焦点光学系で得られた通常のカラー画像とを組
み合わせて、被写界深度の深いカラー画像（カラー共焦
点画像）を生成し、表示することもできる。

【００３６】図３は、処理装置４６の内部構成のうち、
共焦点光学系から得られた輝度データ（受光量データ）
と、非共焦点光学系から得られたカラー画像データから
表示用画像信号を生成する部分のブロック図である。

【００３７】処理装置４６は、第１領域回路５１、第２
領域回路５２、輝度変換回路５３、相関器５４等を備え
ている。第１及び第２の領域回路５１，５２は、共焦点
光学系１による撮像領域と非共焦点光学系による撮像領
域の共通領域を映像領域Ａ０として選択する。そして、
第１領域回路５１は、映像領域Ａ０内の各画素につい
て、第１受光素子１９から第１Ａ／Ｄコンバータ４１を
経て入力された輝度データｉを輝度メモリＭｉに記憶さ
せる。一方、第２領域回路５２は、映像領域Ａ０内の各
画素について、カラーＣＣＤ２４からＣＣＤ駆動回路４
３及び第２Ａ／Ｄコンバータ４２を経て入力された赤
（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の色強度データｒｍ，ｇ
ｍ，ｂｍをＲメモリＭｒ、ＧメモリＭｇ、ＢメモリＭｂ
にそれぞれ記憶させる。

【００３８】輝度変換回路５３は、下記の演算式（１）
〜（３）にしたがって、各画素についての色強度デー
タｒｍ，ｇｍ，ｂｍの輝度情報を、輝度データｉの輝度
情報に置換して、変換色強度データｒｏ，ｇｏ，ｂｏを
求め、それらを第２のＲメモリＭｒ’、ＧメモリＭ
ｇ’、ＢメモリＭｂ’にそれぞれ記憶させる。

【００３９】Ｒｏ＝Ｉ・Ｒｍ／（Ｒｍ＋Ｇｍ＋Ｂｍ） …（１）

【００４０】Ｇｏ＝Ｉ・Ｇｍ／（Ｒｍ＋Ｇｍ＋Ｂｍ） …（２）

【００４１】Ｂｏ＝Ｉ・Ｂｍ／（Ｒｍ＋Ｇｍ＋Ｂｍ） …（３）但し、Ｉは輝度データｉの輝度情報であり、Ｒｍ，Ｇ
ｍ，Ｂｍはそれぞれ色強度データｒｍ，ｇｍ，ｂｍの輝
度（強度）情報である。また、Ｒｏ，Ｇｏ，Ｂｏは変換
色強度データｒｏ，ｇｏ，ｂｏの輝度（強度）情報であ
る。

【００４２】上記の処理は、前述の映像領域Ａ０の各画
素について行われる。輝度メモリＭｉと輝度変換回路５
３との間に設けられた相関器５４は、輝度データｉの画
素群と色強度データｒｍ，ｇｍ，ｂｍの画素との対応関
係を求める働きをする。つまり、輝度データｉの解像度
と色強度データｒｍ，ｇｍ，ｂｍの解像度との相違を相
関器５４が調整する。

【００４３】図４（Ａ）及び（Ｂ）は、輝度データｉの
画素と色強度データｒｍ，ｇｍ，ｂｍの画素との対応関
係の例を示している。図４（Ａ）が輝度データｉの６４
画素分の領域を示しており、これと同じ色強度データｒ
ｍ，ｇｍ，ｂｍの領域は図４（Ｂ）に示すように１６画
素で構成されている。この場合、色強度データｒｍ，ｇ
ｍ，ｂｍの１画素は輝度データｉの４画素（画素群）に
対応する。例えば、色強度データｒｍ，ｇｍ，ｂｍの１
つの画素ａは輝度データｉの４つの画素１，２，９，１
０に対応する。

【００４４】また、図１を用いて説明したように、共焦
点光学系１は、水平偏向装置１４ａ及び垂直偏向装置１
４ｂによってレーザ光を偏向させ、試料ｗの表面を二次
元走査する。この偏向角度を変えることにより走査範囲
を拡大又は縮小すると、結果として表示装置のモニタ画
面全体に表示される共焦点画像が縮小又は拡大される。
つまり、光学倍率変換が行われる。この場合も、相関器
５４が拡大・縮小倍率に基づいて共焦点画像とカラー画
像とを対応付ける。

【００４５】例えば、図４（Ａ）に示す輝度データ（共
焦点画像データ）６４画素分の画像領域が、中央の太線
で囲まれた領域を拡大したものであるとする。一方、図
４（Ａ）に示す色強度データ（カラー画像データ）１６
画素分の領域については、拡大倍率は固定であり、光学
倍率変換は行われない。この場合、例えば、色強度デー
タｒｍ，ｇｍ，ｂｍの１つの画素ｆは輝度データｉの１
６個の画素１〜４，９〜１２，１７〜２０，２５〜２８
に対応することになる。

【００４６】相関器５４は、色強度データの１画素（例
えば画素ａ）に対応する輝度データｉの画素群（例えば
画素１〜４）の輝度の平均を求め、これを輝度変換回路
５３に渡す。これにより、輝度変換回路５３は、前述の
ようにして、各画素についての色強度データｒｍ，ｇ
ｍ，ｂｍの輝度を、１対１で対応する輝度データｉの輝
度に置換することができる。あるいは、色強度データの
画素ａを輝度データｉの画素１〜４に対応させて４つの
画素ａ１〜ａ４（ａ１〜ａ４の色強度はそれぞれａの色
強度に等しい）に分けた上で、それぞれ対応する輝度デ
ータｉの輝度に置換することも可能である。

【００４７】このようにして、輝度変換回路５３から出
力され、第２のＲメモリＭｒ’、ＧメモリＭｇ’、Ｂメ
モリＭｂ’にそれぞれ記憶された変換色強度データｒ
ｏ，ｇｏ，ｂｏは、Ｄ／Ａコンバータ５５によって時系
列信号に変換される。この信号は、合成回路５６によっ
て同期信号が付加され、表示用画像信号である複合カラ
ー映像信号となる。この複合カラー映像信号が表示装置
４７に与えられ、試料ｗのカラー共焦点画像がモニタ画
面に表示されることになる。

【００４８】図５は、処理装置４６の内部構成のうち、
共焦点光学系から得られた輝度データ（受光量データ）
又は高さデータｈから表示用画像信号を生成する部分の
ブロック図である。図３に示したブロック図の構成要素
分と同じ構成要素も重複して記載している。

【００４９】処理装置４６は、図３に示した構成要素に
加えて、高さメモリ５７及び有効範囲選択回路５８を備
えている。高さメモリ５７には、第１受光素子１９の受
光量（輝度信号ｉ）が最大になるときの高さデータが各
画素ごとに記憶される。つまり、前述のように、処理装
置４６がステージ制御回路４０を介して試料ステージ３
０のＺ軸方向位置を変化させたときの受光量（輝度信号
ｉ）の変化に基づいて求めた最大受光量に対応するＺ軸
方向位置が高さデータとして記憶される。

【００５０】この高さデータｈは、本実施例では２０ビ
ットで構成されている。高さ測定の分解能を高めながら
十分なダイナミックレンジ（測定範囲）を確保するため
に２０ビット（１，０４８，５７６ステップ）で構成し
た。この結果、例えば、０．０１μm単位で約１０ｍｍ
の測定範囲が可能になる。一方、輝度データｉは８ビッ
トで構成されている。共焦点画像を表示するための輝度
データの分解能及びダイナミックレンジは８ビット（２
５６ステップ）あれば十分であり、コスト上昇を抑える
ために、従来どおり８ビットとした。

【００５１】有効範囲選択回路５８は、２０ビットで構
成される高さデータｈの全ステップ範囲（１，０４８，
５７６ステップ）のうちの８ビット分に相当する２５６
ステップの範囲を有効ビット範囲として選択し、その８
ビット分の高さデータｈ’を画像信号生成回路５９に与
える。有効範囲選択回路５８は、外部から指定された有
効範囲を選択するように構成してもよいが、本実施形態
では後述のように、高さデータのピークホールド処理を
行い、自動的に適切な有効範囲を選択する。

【００５２】画像信号生成回路５９は、有効範囲選択回
路５８から与えられた各画素ごとの８ビットの高さデー
タを各画素ごとの輝度データとして輝度信号（画像信
号）を生成する。あるいは、第１受光素子１９から第１
Ａ／Ｄコンバータ４１及び第１領域回路５１を経て輝度
メモリに記憶された各画素ごとの輝度データを用いて輝
度信号を生成する。生成された輝度信号は、合成回路５
６で同期信号が付加されて表示用画像信号とされ、表示
装置４７に出力される。この結果、表示装置４７のモニ
タ画面には、試料ｗの表面高さの分布が明るさの分布に
変換されて表示される。あるいは、各画素における輝度
データ（受光量）をつないだ共焦点画像（白黒画像）が
表示される。詳しくは後述するように、指定した測定ラ
インに沿っての高さ変化、つまり断面形状を表示するこ
ともできる。

【００５３】図６は、有効範囲選択回路５８の具体構成
の一例を示すブロック図である。２０ビットの高さデー
タのピーク値がピークホールド回路７１にて求められ、
第１演算回路７２にａ入力として与えられる。一方、高
さデータの現在値はｂ入力として第１演算回路７２に与
えられる。第１演算回路７２は、ａ−ｂ＝ｘの値を算出
する。ｘの値が２５５（１６進のＦＦ）を越える場合は
ｘ＝０に置き換える。このｘの値は第２演算回路７３に
与えられ、第２演算回路７３は２５５−Ｘ＝ｈ’を算出
する。このようにして、０〜２５５（１６進の００〜Ｆ
Ｆ）の値をとり得る８ビットの高さデータｈ’が有効範
囲の高さデータとして算出され、出力される。

【００５４】図７は、有効範囲選択回路５８の別の構成
例を示している。この例では、２０ビットの高さデータ
ｈの設定された測定範囲（最大１，０４８，５７６ステ
ップ）が２５６ステップ（８ビット）ずつのグループに
分割され、各グループに属する高さデータｈの個数ｎが
ヒストグラム処理部７５によって求められる。この結果
からｎの値が最大のグループを有効範囲として範囲選択
部７６が選択し、ビット変換部７７が、このグループに
属する高さデータｈを８ビット（０〜２５５ステップ）
の高さデータｈ’に変換して出力する。

【００５５】図８は、高さデータｈの分布の例と、その
ときに上記の２種類の有効範囲選択回路５８によって選
択される有効範囲（高さデータｈ’）を示している。こ
のように、ピークホールドやヒストグラム処理、又は他
の公知技術を用いた有効範囲選択回路５８により、最大
２０ビット分の測定範囲の高さデータｈのうち、輝度信
号等の画像信号に変換してモニタ画面に表示する８ビッ
ト分の有効範囲のデータｈ’が自動的に選択され、画像
信号生成回路５９に与えられる。この結果、輝度メモリ
Ｍｉ、画像信号生成回路５９等の構成は従来通り８ビッ
ト処理の構成を踏襲しながら、高さデータｈの測定範囲
の拡大、解像度の向上を実現することができる。

【００５６】つぎに、本実施形態の共焦点顕微鏡の代表
的な動作モードについて説明する。これらの動作モード
には、被写界深度の深いカラー画像を得る共焦点画像モ
ードＡ、及び被写界深度の浅いカラー画像を得る共焦点
画像モードＢ、試料ｗの表面の高さ（深さ）を所定の領
域にわたって測定し、高さ分布を輝度信号に変換して表
示する三次元形状測定モード、及び、試料ｗの断面形状
を指定した測定ラインに沿って測定し表示する断面形状
測定モードが含まれる。これらの動作モードは、処理装
置４６に接続された操作パネル４８を用いて、表示装置
４７に表示されるガイダンス表示にしたがって行われ
る。

【００５７】図９に、共焦点画像モードＡのフローチャ
ートを示す。まず、ステップ＃１０１において、被写界
深度の深いカラー画像を得たい測定領域を指定する。こ
の指定操作は、表示装置４７のモニタ画面に試料ｗの非
共焦点光学系による拡大カラー画像が表示されている状
態で行う。操作パネル４８のカーソルキー又はマウスを
操作することにより、拡大カラー画像に重畳表示された
矩形を移動し、拡大又は縮小する。このようにして、矩
形で囲まれた任意の測定領域を指定することができる。

【００５８】上記のようにして測定領域が指定されると
（ステップ＃１０１）、水平偏向装置１４ａ及び垂直偏
向装置１４ｂによって、試料ｗの表面の指定された測定
領域を走査するように、レーザ光がＸＹ方向（水平方向
及び垂直方向）に偏向される（ステップ＃１０２）。

【００５９】マイクロコンピュータで構成された処理装
置４６は、測定領域内の各画素の受光量及びＺ方向位置
（高さ）を前述の輝度メモリ（図３のＭｉ）及び高さメ
モリ（図５の５７）に記憶する（ステップ＃１０３）。
各画素の受光量は、前述のように、第１受光素子１９か
らの信号を第１Ａ／Ｄコンバータ４１でディジタル値に
変換したデータである。

【００６０】つぎに、試料ステージ３０を１ピッチ（１
ステップ）上昇させる（ステップ＃１０４）。なお、測
定開始時に、試料ステージ３０の初期位置は測定範囲の
下端位置にセットされている。

【００６１】続いて、試料ｗの表面を測定領域内でＸＹ
方向に再び走査する（ステップ＃１０５）。処理装置４
６は、このときに得られる各画素の新たな受光量を輝度
メモリに記憶されている各画素の光量と比較する（ステ
ップ＃１０６）。新たな受光量が記憶光量より大きけれ
ば、受光量及びＺ方向位置の記憶データを更新する（ス
テップ＃１０７）。新たな受光量が記憶光量より小さい
場合は何もせずにステップ＃１０８に進む。

【００６２】ステップ＃１０８において、処理装置４６
は、試料ステージ３０のＺ方向位置を測定範囲の上端位
置と比較する。上端位置より低ければステップ＃１０４
に戻る。こうして、試料ステージ３０のＺ方向位置が測
定範囲の上端位置に達するまで、ステップ＃１０４〜＃
１０８の処理を繰り返す。

【００６３】試料ステージ３０のＺ方向位置が測定範囲
の上端位置に達した時点で、輝度メモリ及び高さメモリ
には、測定領域内の各画素について、最大受光量とその
ときのＺ方向位置のデータが記憶されている。各画素の
最大受光量を各画素の輝度データとして輝度信号を生成
すれば、前述のように、各点（画素）でピントが合った
被写界深度の深い白黒画像が得られる。したがって、輝
度信号とカラー画像信号とを組み合わせて生成された表
示用画像信号により、被写界深度の深いカラー共焦点画
像が得られる（ステップ＃１０９）。このカラー共焦点
画像を表示装置４７のモニタ画面に表示して（ステップ
＃１１０）、共焦点画像モードＡの処理が終了する。

【００６４】図１０に、共焦点画像モードＢのフローチ
ャートを示す。このモードは、試料ｗの指定したポイン
トのみが明るくピントが合っており、その周辺は急激に
暗くなる被写界深度の浅いカラー共焦点画像を得るモー
ドである。まず、ステップ＃２０１において、ピントを
合わせるＸ，Ｙ位置を指定する。この指定操作は、共焦
点モードＡと同様に、操作パネル４８のカーソルキー又
はマウスを用いて、表示装置４７のモニタ画面上で行
う。

【００６５】Ｘ，Ｙ位置が指定されると（ステップ＃２
０１）、処理装置４６は、試料ステージ３０のＺ方向位
置を初期化（下端に移動）すると共に受光量を輝度メモ
リに記憶する（ステップ＃２０２）。受光量は、前述の
ように、第１受光素子１９からの信号を第１Ａ／Ｄコン
バータ４１でディジタル値に変換したデータである。

【００６６】つぎに、試料ステージ３０を１ピッチ（１
ステップ）上昇させ（ステップ＃２０３）、このときに
得られる新たな受光量を輝度メモリに記憶されている光
量と比較する（ステップ＃２０４）。新たな受光量が記
憶光量より大きければ、受光量及びＺ方向位置の記憶デ
ータを更新する（ステップ＃２０５）。新たな受光量が
記憶光量より小さい場合は何もせずにステップ＃２０６
に進む。

【００６７】ステップ＃２０６において、処理装置４６
は、試料ステージ３０のＺ方向位置を測定範囲の上端位
置と比較する。上端位置より低ければステップ＃２０３
に戻る。こうして、試料ステージ３０のＺ方向位置が測
定範囲の上端位置に達するまで、ステップ＃２０３〜＃
２０６の処理を繰り返す。

【００６８】試料ステージ３０のＺ方向位置が測定範囲
の上端位置に達した時点で、輝度メモリ及び高さメモリ
には、指定されたＸＹ位置の画素について、最大受光量
とそのときのＺ方向位置のデータが記憶されている。

【００６９】続いて、上記のＺ方向位置に試料ステージ
３０を固定し（ステップ＃２０７）、水平偏向装置１４
ａ及び垂直偏向装置１４ｂを用いてレーザ光をＸＹ方向
（水平方向及び垂直方向）に偏向することにより、試料
ｗの表面をレーザ光で走査する（ステップ＃２０８）。
このとき、走査範囲内の各画素の受光量を輝度メモリに
記憶する（ステップ＃２０９）。

【００７０】このようにして得られた各画素の受光量を
各画素の輝度データとして輝度信号を生成すると、前述
のように、指定されたＸＹ位置の画素はピントが合って
いるので最大輝度となるが、その位置から離れるにした
がって急激に輝度が低下する白黒画像が得られる。した
がって、この白黒画像の輝度信号とカラー画像信号とを
組み合わせて生成された表示用画像信号により、被写界
深度の極端に浅いカラー共焦点画像が得られる（ステッ
プ＃２１０）。このカラー共焦点画像を表示装置４７の
モニタ画面に表示して（ステップ＃２１１）、共焦点画
像モードＢの処理が終了する。

【００７１】なお、上記の共焦点画像モードＢの変形例
として、ステップ＃２０１〜＃２０６における処理を省
略してもよい。つまり、ピントを合わせる位置（Ｘ，
Ｙ）の指定と、この位置での高さ（Ｚ方向位置）測定の
処理を省略し、手動で試料ステージをＺ方向に移動させ
るだけでもよい。

【００７２】図１１に、三次元形状測定モードのフロー
チャートを示す。この測定モードでは、試料ｗの表面の
高さ（深さ）を所定の二次元領域にわたって測定し、高
さ分布を輝度信号に変換してモニタ画面に表示する。ま
ず、ステップ＃３０１において、測定領域を指定する。
この操作は、共焦点モードＡと同様に操作パネル４８の
カーソルキー又はマウスを用いて、表示装置４７のモニ
タ画面に表示された試料ｗの拡大カラー画像上で、矩形
領域を指定することによって行われる。

【００７３】この三次元形状測定モードにおいても、前
述の相関器５４の働きにより、モニタ画面に表示されて
いる非共焦点光学系の拡大カラー画像の画素と、共焦点
光学系によって測定される試料ｗの高さデータの画素と
が対応付けられる。したがって、非共焦点光学系による
拡大カラー画像の解像度と共焦点光学系による高さデー
タの解像度とが異なる場合であっても、モニタ画面に表
示された非共焦点光学系の拡大カラー画像上で指定した
測定領域に正確に合致する領域の高さ分布が共焦点光学
系の測定により得られる。

【００７４】測定領域が指定されると（ステップ＃３０
１）、水平偏向装置１４ａ及び垂直偏向装置１４ｂによ
って、試料ｗの表面の指定された測定領域を走査するよ
うに、レーザ光がＸＹ方向（水平方向及び垂直方向）に
偏向される（ステップ＃３０２）。

【００７５】マイクロコンピュータで構成された処理装
置４６は、測定領域内の各画素の受光量及びＺ方向位置
（高さ）を輝度メモリ（図３のＭｉ）及び高さメモリ
（図５の５７）に記憶する（ステップ＃３０３）。各画
素の受光量は、前述のように、第１受光素子１９からの
信号を第１Ａ／Ｄコンバータ４１でディジタル値に変換
したデータである。

【００７６】つぎに、試料ステージ３０を１ピッチ（１
ステップ）上昇させる（ステップ＃３０４）。なお、測
定開始時に、試料ステージ３０の初期位置は測定範囲の
下端位置にセットされている。

【００７７】続いて、試料ｗの表面を測定領域内でＸＹ
方向に再び走査する（ステップ＃３０５）。処理装置４
６は、このときに得られる各画素の新たな受光量をメモ
リに記憶されている各画素の光量と比較する（ステップ
＃３０６）。新たな受光量が記憶光量より大きければ、
受光量及びＺ方向位置の記憶データを更新する（ステッ
プ＃３０７）。新たな受光量が記憶光量より小さい場合
は何もせずにステップ＃３０８に進む。

【００７８】ステップ＃３０８において、処理装置４６
は、試料ステージ３０のＺ方向位置を測定範囲の上端位
置と比較する。上端位置より低ければステップ＃３０４
に戻る。こうして、試料ステージ３０のＺ方向位置が測
定範囲の上端位置に達するまで、ステップ＃３０４〜＃
３０８の処理を繰り返す。

【００７９】試料ステージ３０のＺ方向位置が測定範囲
の上端位置に達した時点で、メモリには、測定領域内の
各画素について、最大受光量とそのときのＺ方向位置の
データが記憶されている。各画素のＺ方向位置の分布を
輝度データの分布として、輝度信号を生成する（ステッ
プ＃３０９）。この結果、モニタ画面には、試料ｗの表
面高さの分布が明るさの分布としていわば等高線のよう
に表示される（ステップ＃３１０）。なお、Ｚ方向位置
の分布を色差信号に変換することにより、試料ｗの表面
高さの分布を色の分布として表示してもよい。

【００８０】図１２に、断面形状測定モードのフローチ
ャートを示す。この測定モードでは、指定した測定ライ
ンに沿って試料ｗの断面形状を測定し表示する。まず、
ステップ＃４０１において、Ｙ方向の位置を決定する。
本実施形態の共焦点顕微鏡では、測定ラインはＸ方向に
延びる直線である。したがって、Ｙ方向の位置を指定す
ることによって測定ラインが指定される。具体的には、
操作パネル４８のカーソルキー等を用いて、つぎのよう
な手順で測定ラインが指定される。

【００８１】図１３に示すように、表示装置４７のモニ
タ画面に、非共焦点光学系１のカラーＣＣＤ２４から得
られた試料ｗの拡大カラー画像６０が表示されている。
この表示例は、半導体集積回路のベアチップの表面パタ
ーンを簡素化して描いたものである。測定範囲（高さデ
ータの最大値と最小値との差）、測定ピッチ（１ステッ
プ当たりの高さ）等の測定条件を設定すると、横方向の
測定ライン６１が試料ｗの拡大カラー画像６０に重畳表
示される。操作パネル４８のカーソルキー又はマウスを
操作することにより、測定ライン６１を画面上で上下方
向（Ｙ方向）に移動させる。例えば、破線６２で示す位
置に測定ライン６１を移動してＹ方向位置を指定する。

【００８２】この断面形状測定モードにおいても、前述
の相関器５４の働きにより、モニタ画面に表示されてい
る非共焦点光学系の拡大カラー画像の画素と、共焦点光
学系によって測定される試料ｗの高さデータの画素とが
対応付けられる。したがって、非共焦点光学系による拡
大カラー画像の解像度と共焦点光学系による高さデータ
の解像度とが異なる場合であっても、モニタ画面に表示
された非共焦点光学系の拡大カラー画像上で指定した測
定ラインに正確に沿った断面形状が共焦点光学系の測定
により得られる。

【００８３】上記のようにして測定ラインのＹ方向位置
が決定されると（ステップ＃４０１）、このＹ方向位置
データが部分偏向停止回路４５に与えられる。部分偏向
停止回路４５は、Ｙ方向位置データにしたがって、垂直
偏向装置１４ｂによるレーザ光の偏向を停止し、そのＹ
方向位置に固定する。具体的には、部分偏向停止回路４
５は、垂直偏向装置１４ｂを構成するガルバノミラーに
与える交流電圧の振幅をゼロにすると共に、上記のＹ方
向位置データに対応する直流電圧を与える。これによ
り、垂直偏向装置１４ｂを構成するガルバノミラーは所
定の角度で停止する。

【００８４】この結果、光源１０から発したレーザ光
は、水平偏向装置１４ａによって水平方向にのみ偏向さ
れ、指定された測定ラインに沿って試料ｗの表面をＸ方
向に走査する（ステップ＃４０２）。

【００８５】マイクロコンピュータで構成された処理装
置４６は、測定ラインに沿う各画素の受光量及びＺ方向
位置（高さ）を前述の輝度メモリ（図３のＭｉ）及び高
さメモリ（図５の５７）に記憶する（ステップ＃４０
３）。各画素の受光量は、前述のように、第１受光素子
１９からの信号を第１Ａ／Ｄコンバータ４１でディジタ
ル値に変換したデータである。

【００８６】つぎに、試料ステージ３０を１ピッチ（１
ステップ）上昇させる（ステップ＃４０４）。なお、測
定開始時に、試料ステージ３０の初期位置は測定範囲の
下端位置にセットされている。

【００８７】続いて、試料ｗの表面を指定された測定ラ
インに沿ってＸ方向に再び走査する（ステップ＃４０
５）。処理装置４６は、このときに得られる各画素の新
たな受光量をメモリに記憶されている各画素の光量と比
較する（ステップ＃４０６）。新たな受光量が記憶光量
より大きければ、受光量及びＺ方向位置の記憶データを
更新する（ステップ＃４０７）。新たな受光量が記憶光
量より小さい場合は何もせずにステップ＃４０８に進
む。

【００８８】ステップ＃４０８において、処理装置４６
は、試料ステージ３０のＺ方向位置を測定範囲の上端位
置と比較する。上端位置より低ければステップ＃４０４
に戻る。こうして、試料ステージ３０のＺ方向位置が測
定範囲の上端位置に達するまで、ステップ＃４０４〜＃
４０８の処理を繰り返す。

【００８９】試料ステージ３０のＺ方向位置が測定範囲
の上端位置に達すれば、測定結果を表示装置４７のモニ
タ画面に表示して（ステップ＃４０９）測定を終了す
る。メモリには、測定ラインに沿う各画素について、最
大受光量とそのときのＺ方向位置のデータが記憶されて
おり、これが測定結果に相当する。各画素のＺ方向位置
をつなぐと、測定ラインに沿う断面形状が得られる。そ
の結果、図１３に示すように、測定ライン６２に沿う断
面形状が輪郭線６３としてモニタ画面に表示される。

【００９０】つぎに、本発明の共焦点顕微鏡のもう１つ
の特徴である測定時間及び残り時間の出力機能について
説明する。前述のように、本発明の共焦点顕微鏡は、高
さデータを従来の８ビットから２０ビットに増加したた
め、従来の共焦点顕微鏡より高分解能で広い範囲の測定
条件を設定することができる。このため、測定条件の設
定内容によっては測定時間が従来の共焦点顕微鏡より長
くなることが考えられる。そこで、処理装置４６は、設
定された測定条件に基づいて、測定終了までにかかる測
定時間を算出し、表示装置４７に表示させる機能を有す
る。また、測定開始後は、測定終了までの残り時間を表
示させる機能をも有する。

【００９１】図１４は、上記の機能の処理を示すフロー
チャートである。まず、オペレータによって操作パネル
４８（設定手段）から測定条件が設定される（ステップ
＃５０１）。この測定条件には、測定範囲ｒ及び測定ピ
ッチｐの値が含まれる。測定範囲ｒは試料ステージ３０
をＺ軸方向に変位させる範囲であり、測定ピッチｐは試
料ステージ３０をＺ軸方向に変位させる際の１ピッチ
（距離）である。

【００９２】処理装置４６は、設定された測定範囲ｒ及
び測定ピッチｐと、走査周期ｔとに基づいて、測定時間
Ｔ＝ｔ（ｒ／ｐ）を算出する（ステップ＃５０２及び＃
５０３）。例えば、ｒ＝１ｍｍ、ｐ＝０．１μm、ｔ＝
０．２秒の場合、Ｔ＝０．２秒×１ｍｍ／０．１μm＝
２０００秒（約３３分）となる。そして、算出した測定
時間Ｔを表示装置４７に表示させる（ステップ＃５０
４）。このとき、表示装置４７には測定条件の設定のた
めの表示ウィンドウが表示されており、この表示ウィン
ドウ内の所定の場所に測定時間Ｔが表示される。

【００９３】ステップ＃５０５でオペレータは測定を開
始するか否か判断し、測定開始の確認をした場合は、ス
テップ＃５０６に移行する。しかし、例えば測定時間が
長すぎる場合は、測定開始の確認をせずに、ステップ＃
５０１へ戻り、測定条件の再設定を行うことができる。

【００９４】測定が開始されると、処理装置４６は経過
時間Ｔｐをカウントし（ステップ＃５０６）、残り時間
Ｔｒ＝Ｔ−Ｔｐを算出する。算出された残り時間Ｔｒは
モニタ画面の測定中の表示ウィンドウの所定の場所に表
示される。測定条件の設定のための表示ウィンドウと測
定中の表示ウィンドウが同じ場合は、測定開始前の測定
時間Ｔの表示を測定開始に伴って残り時間Ｔｒの表示に
切り換えてもよい。この残り時間Ｔｒの表示は、オペレ
ータにとって、測定関連作業又は他の作業の段取りのた
めに有意義な情報となる。

【００９５】なお、上記の実施形態の説明において、考
えられる変形例についても適宜説明したが、本発明は、
その他にも、種々の変形例又は形態による実施が可能で
ある。例えば、光による試料の走査は、水平偏向及び垂
直偏向による二次元走査に限らず、種々の走査方法が提
案されている。例えば、シリンドリカルレンズを用いて
Ｘ方向に細長い光（スリット光）を生成し、これをＹ方
向に偏向すれば、二次元走査が可能である。

【００９６】また、上記の実施形態の共焦点顕微鏡は反
射型の顕微鏡であるが、透過型の共焦点顕微鏡にも本発
明を適用することができる。透過型の顕微鏡の場合は、
試料の裏面から共焦点光学系のレーザ光及び非共焦点光
学系の白色光が照射される。共焦点光学系の光源はレー
ザに限らず、単色光源であればよい。非共焦点光学系の
光源は自然光又は室内光で代用することもできる。

【００９７】また、上記の実施形態では、輝度データ
（画像データ）が８ビットで構成されているのに対して
高さデータが２０ビットで構成されているが、本発明は
これに限らず、高さデータの１画素当たりのビット数が
画像データの１画素当たりのビット数より大きければよ
い。例えば、８ビットの画像データに対して、高さデー
タを１２ビット、あるいは１６ビットで構成してもよ
い。

【００９８】また、測定時間の算出は、上記実施形態の
ような算出方法に限らない。必要に応じて他の要因を考
慮した補正係数を加味して測定時間を算出してもよい。
あるいは、測定条件と測定時間との関係を予め概算して
処理装置４６内にテーブルとして記憶しておき、処理装
置４６内はテーブルルックアップによって測定時間を求
めてもよい。

【００９９】また、算出された測定時間及び残り時間
は、表示装置４７に表示する代わりに、あるいは表示と
共に、ＬＥＤ等を用いたバーグラフ表示によって表示し
てもよい。また、表示に代えて、あるいは表示と共に、
音声出力によってオペレータに知らせることも可能であ
る。

【０１００】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明の共焦点
顕微鏡によれば、従来の表示システムを変えることな
く、測定範囲の拡大及び分解能の向上の両方又は一方を
実現することができる。また、測定範囲等の測定条件の
設定内容によっては測定時間が長くかかる場合に、測定
開始前に測定時間をオペレータに知らせ、必要に応じて
オペレータが測定条件を再設定することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る共焦点顕微鏡の概略構
成を示す図である。

【図２】共焦点光学系によって得られる受光量とＺ方向
位置との関係を例示するグラフである。

【図３】処理装置内の輝度データとカラー画像データか
ら表示画像信号を生成する部分の回路構成を示すブロッ
ク図である。

【図４】輝度データの画素と色強度データの画素との対
応関係の例を示す図である。

【図５】処理装置内の輝度データ又は高さデータから表
示用画像信号を生成する部分のブロック図である。

【図６】有効範囲選択回路の具体構成の一例を示すブロ
ック図である。

【図７】有効範囲選択回路の別の構成の例を示すブロッ
ク図である。

【図８】高さデータの分布の例と、そのときに２種類の
有効範囲選択回路によって選択される有効範囲を示すグ
ラフである。

【図９】共焦点画像モードＡのフローチャートである。

【図１０】共焦点画像モードＢのフローチャートであ
る。

【図１１】三次元形状測定モードのフローチャートであ
る。

【図１２】断面形状測定モードのフローチャートであ
る。

【図１３】断面形状測定モードにおけるモニタ画面の例
を示す図である。

【図１４】測定時間及び残り時間の算出及び表示の処理
を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１共焦点光学系１０光源１４ａ水平偏向装置（走査機構）１４ｂ垂直偏向装置（走査機構）１７対物レンズ１９受光素子３０試料ステージ（変位機構）４０ステージ制御回路（変位機構）４６処理装置（測定時間出力手段、残り時間出力手
段）４７表示装置４８操作パネル（設定手段）５７高さメモリ５８有効範囲選択回路ｗ試料（対象物）

フロントページの続きＦターム(参考） 2H052 AA08 AA13 AB24 AC04 AC05 AC14 AC15 AC27 AC34 AD06 AD18 AD31 AD34 AF06 AF14 AF21 AF25

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】対象物に光を照射する光源と前記対象物か
らの反射光又は透過光を対物レンズを含む光学系を通し
て受光する受光素子とを含む共焦点光学系、前記対象物を前記光で走査するための走査機構、前記対物レンズの焦点と前記対象物との光軸方向での相
対距離を変化させる変位機構、前記受光素子の受光量が最大になるときの前記相対距離
を前記対象物の表面の高さデータとして求める処理装
置、前記走査機構による走査範囲内の複数の画素に関して求
められた前記高さデータの分布を記憶するメモリ、及
び、前記メモリから読み出した高さデータの分布を画像信号
に変換して表示する表示装置を備えた共焦点顕微鏡であ
って、前記高さデータの１画素当たりのビット数が変換後の画
像データの１画素当たりのビット数より大きいことを特
徴とする共焦点顕微鏡。
【請求項２】複数ビットで構成された前記高さデータの
全ステップ範囲のうち、前記画像データに変換される有
効範囲を選択する有効範囲選択回路を更に備えている請
求項１記載の共焦点顕微鏡。
【請求項３】前記有効範囲選択回路が、前記高さデータ
を処理することにより、自動的に適切な有効範囲を選択
する請求項２記載の共焦点顕微鏡。
【請求項４】対象物に光を照射する光源と前記対象物か
らの反射光又は透過光を対物レンズを含む光学系を通し
て受光する受光素子とを含む共焦点光学系、前記対象物を前記光で走査するための走査機構、前記対
物レンズの焦点と前記対象物との光軸方向での相対距離
を変化させる変位機構、前記受光素子の受光量が最大になるときの前記相対距離
及び最大受光量の少なくとも一方を求める処理装置、及
び、測定開始から測定終了までに要する測定時間を概算し出
力する測定時間出力手段を備えている共焦点顕微鏡。
【請求項５】前記相対距離を変化させる範囲と、その範
囲内における測定ピッチとを含む測定パラメータを設定
する設定手段を備え、前記測定パラメータと前記走査の周期とに基づいて、全
走査範囲における前記相対距離及び最大受光量の少なく
とも一方を求める測定に要する測定時間を概算し出力す
る測定時間出力手段を備えている請求項４記載の共焦点
顕微鏡。
【請求項６】前記相対距離を変化させる範囲と、その範
囲内における測定ピッチとを含む測定パラメータを設定
する設定手段を備え、前記測定パラメータと前記走査の周期とに基づいて、全
走査範囲における前記相対距離及び最大受光量の少なく
とも一方を求める測定に要する測定時間を概算し、前記
測定時間と測定開始時点からの経過時間との差を測定完
了までの残り時間として算出し出力する残り時間出力手
段を備えている請求項４記載の共焦点顕微鏡。