JP2004138947A

JP2004138947A - 走査モード選択可能な共焦点顕微鏡システム

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Publication number: JP2004138947A
Application number: JP2002305520A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Fukuda; 福田　昌彦; Satoru Matsushita; 松下　悟
Original assignee: Keyence Corp
Current assignee: Keyence Corp
Priority date: 2002-10-21
Filing date: 2002-10-21
Publication date: 2004-05-13

Abstract

【課題】試料や測定条件に応じて測定時間又は測定精度のいずれを優先するかをユーザが選択できる共焦点顕微鏡システムを提供する。
【解決手段】光学倍率によって決まる測定範囲内の試料表面からの光を共焦点光学系を介して受光素子で受光し、その受光情報に基づいて試料表面の高さ情報及び光量情報を取得し、取得した情報を処理して得られる試料表面の画像を表示装置の画面に表示する。測定範囲の光による試料表面の走査に関して、走査範囲が測定範囲の全体又は一部に切替可能であると共に、走査線の数が最大数又は縮小数に切替可能であり、走査範囲及び走査線の数の組合わせによって決まる複数の走査モードを備え、画面表示においてユーザが測定に際して複数の走査モードのうちの１つを選択できる
【選択図】　図７

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、試料からの光情報に基づいて試料の超深度画像や高さ分布等の情報を取得するための共焦点顕微鏡システムに関し、詳しくは、試料を光で走査する際の走査精度又は走査時間の優先度を選択可能とした共焦点顕微鏡システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
共焦点顕微鏡では、試料からの光が共焦点光学系を介して受光素子で受光され、その受光量に基づいて、試料の超深度画像（焦点深度が非常に深い画像）や高さ分布等の情報が取得される。ステージに載置された試料と対物レンズとの相対距離を光軸方向に変化させると、共焦点光学系を介して受光素子に入射する光の量、すなわち受光量が変化し、試料の表面にピントが合ったときに受光量が最大となる。したがって、最大受光量が得られるときの試料と対物レンズとの相対距離から試料の表面の高さ情報を算出し、試料の表面を光で走査することによって試料の表面の高さ分布を取得することができる。
【０００３】
取得された高さ分布は、例えば三次元表示によって表示装置の画面上に表示される。あるいは、高さ分布を輝度分布や色分布に置き換えたものが画面上に表示される。表示装置としてＣＲＴ（陰極線管）やＬＣＤ（液晶表示装置）が使用され、共焦点顕微鏡に制御用のコントローラ、表示装置、コンソール等が接続されて共焦点顕微鏡システムが構成される。
【０００４】
また、試料表面の各点（画素）でピントが合ったときの受光量の情報（すなわち各画素の最大輝度情報）をつなぎ合わせることにより、焦点深度の非常に深い試料表面の白黒画像を得ることができる。この画像がいわゆる超深度画像である。
【０００５】
更に、白色光で照射された試料からの光を共焦点光学系から分離してカラー撮像素子で受光することにより、超深度画像と同じ範囲の試料表面のカラー画像を得ることができる。このカラー画像は超深度画像と異なり焦点深度の浅いものであるが、その輝度信号を超深度画像の輝度信号で置き換えるような合成処理を行うことにより、焦点深度の深いカラー画像（カラー超深度画像ということもある）を得ることも可能である。
【０００６】
上記のような共焦点顕微鏡を用いた試料の測定では、試料の表面を光学倍率によって決まる測定範囲内でＸ方向及びＹ方向に光で走査して各画素の受光量を検出し記憶する処理を高さ方向（Ｚ方向）に設定ピッチで繰り返し実行する。つまり、試料と対物レンズとの相対距離を設定範囲内で光軸方向（高さ方向）に設定ピッチで変化させながら、高さ方向の各位置における試料のＸＹ平面（断面）の受光量分布が取得される。そして、高さ方向の設定範囲内の測定が完了した時点で、前述のようにＸＹ平面の各画素ごとに高さ方向の位置と受光量との関係がデータ処理によって求められ、最大受光量に対応する高さ方向の位置が求められる。
【０００７】
したがって、１回の測定に要する時間は高さ方向（Ｚ方向）の測定範囲（上限値及び下限値）と測定ピッチ（設定ピッチ）によって変化する。この時間を短縮するには高さ方向の測定範囲を狭くするか測定ピッチを大きく（粗く）する必要がある。しかし、表面の凹凸（高低差）が大きい試料の場合は高さ方向の測定範囲が必然的に大きくなる。また、測定ピッチを粗くすれば、最大受光量に対応する高さ方向の位置の検出精度が悪くなる。したがって、測定ピッチを粗くするにも限界がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
１回の測定に要する時間を短縮するための方法として、ＸＹ平面での光による試料の走査時間を短縮することが考えられる。しかし、特にレゾナント（共振型）スキャナーを用いた場合の走査周波数には物理的な上限があり、それ以上に高くすることは困難である。そこで、ＸＹ平面での走査範囲を狭めたり、走査線のピッチを粗くしたりすることが考えられる。しかし、走査範囲を狭めることは、光学倍率によって決まる試料表面の測定範囲の一部のみを測定対象とすることを意味するので、できるだけ広い範囲の測定結果が優先する測定には不向きである。また、走査線のピッチを粗くすれば、その分だけ実測された画素データ数が少なくなるのでＸＹ平面における測定精度が低下し、得られる画像の精細度が低下する。
【０００９】
本発明は、上記のような従来の課題に鑑み、試料や測定条件に応じて測定時間又は測定精度のいずれを優先するかをユーザが選択できる共焦点顕微鏡システムを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の共焦点顕微鏡システムは、光学倍率によって決まる測定範囲内の試料表面からの光を共焦点光学系を介して受光素子で受光し、その受光情報に基づいて試料表面の高さ情報及び光量情報を取得し、取得した情報を処理して得られる試料表面の画像を表示装置の画面に表示する共焦点顕微鏡システムであって、測定範囲の光による試料表面の走査に関して、走査範囲が測定範囲の全体又は一部に切替可能であると共に、走査線の数が最大数又は縮小数に切替可能であり、走査範囲及び走査線の数の組合わせによって決まる複数の走査モードを備え、画面表示においてユーザが測定に際して複数の走査モードのうちの１つを選択できることを特徴とする。
【００１１】
このような構成によれば、ユーザは、測定精度を優先する場合は走査線数の多い走査モードを選択し、測定時間の短縮を優先するには走査線数の少ない走査モードを選択することができる。また、実質的な測定範囲である走査範囲を狭めることができる場合（例えば、最初の測定の後に対象範囲を絞って更に測定する場合）は、走査範囲を狭めた走査モードを選択することによって更に測定時間を短縮することができる。
【００１２】
また、好ましい実施形態において、光による試料表面の走査に関して水平走査に共振型（レゾナント）スキャナーが使用され、水平走査が一方向走査又は往復走査に切替可能であり、画面表示においてユーザが測定に際して複数の走査モードのうちの１つを選択できると共に一方向走査又は往復走査を選択可能である。
【００１３】
共振型スキャナーの場合は、往路と復路の所要時間が同じ（半周期）であり位相変化も同等であるので往復走査が可能である。上記の構成によれば、通常の走査では測定精度を優先して一方向の走査を行いながら、測定時間の短縮を優先する場合は、往復走査を選択することができる。往復走査によって測定時間を略半分に短縮しながら、測定精度については走査線数を半分に低減する場合に比べて高い測定制度を得ることができる。
【００１４】
【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。
【００１５】
図１は、本発明の実施形態に係る共焦点顕微鏡システムの概略構成を示している。共焦点顕微鏡システム１は、共焦点光学系２及び非共焦点光学系３を有する共焦点顕微鏡と、共焦点顕微鏡のレーザ駆動回路４４、受光素子からの信号処理回路４１，４２，４３、対物レンズ移動機構４０、マイクロコンピュータを用いた制御部４６等を含むコントローラと、コントローラに接続された表示装置４７及び入力装置４８とを備えている。
【００１６】
まず、共焦点顕微鏡の共焦点光学系２とその信号処理について説明する。共焦点光学系２は、試料ｗｋに単色光（例えばレーザ光）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９、受光素子１９等を含んでいる。
【００１７】
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ｗｋの表面に集光される。
【００１８】
水平偏向装置１４ａはレゾナント（共振型）スキャナーで構成され、垂直偏向装置１４ｂはガルバノ（電磁型）スキャナーで構成されている。両者で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ｗｋ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。
対物レンズ１７は、対物レンズ移動機構４０によりＺ方向（光軸方向）に駆動される。これにより、対物レンズ１７の焦点と試料ｗｋとの光軸方向での相対位置を変化させることができる。
【００１９】
ただし、対物レンズ１７の焦点と試料ｗｋとの光軸方向での相対位置は、他の方法で変化させることもできる。例えば、対物レンズ１７をＺ方向に駆動する代わりに試料ステージ３０をＺ方向に駆動してもよい。あるいは、対物レンズ１７と試料ｗｋ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の焦点をＺ方向に移動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、Ｙ方向及びＺ方向に変位可能である。
【００２０】
試料ｗｋ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９のピンホールを通過して受光素子１９に入射する。受光素子１９は、例えばフォトマルチプライヤチューブ（光電子増倍管）や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１ＡＤ変換器４１に与えられ、ディジタル値に変換される。
【００２１】
上記のような構成の共焦点光学系２により、試料ｗｋの高さ（深さ）情報を取得することができる。以下に、その原理を簡単に説明する。
【００２２】
上述のように、対物レンズ１７が対物レンズ移動機構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ｗｋ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ｗｋの表面に結ばれたときに、試料ｗｋ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９のピンホールを通過する。したがって、このときに、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ｗｋの表面からずれている状態では、結像レンズ１８によって集光されたレーザ光はピンホール板９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、受光素子１９の受光量は著しく低下する。
【００２３】
したがって、試料ｗｋの表面の任意の点について、対物レンズ１７をＺ方向（光軸方向）に駆動しながら受光素子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対物レンズ１７のＺ方向位置（対物レンズ１７の焦点と試料ｗｋとの光軸方向での相対位置）を高さ情報として一義的に求めることができる。
【００２４】
実際には、対物レンズ１７を１ステップ（１ピッチ）移動するたびに水平偏向装置１４ａ及び垂直偏向装置１４ｂによって試料ｗｋの表面を走査して受光素子１９の受光量を得る。対物レンズ１７をＺ方向での測定範囲の下端から上端までＺ方向に移動させたとき、走査範囲内の各点（画素）について、Ｚ方向位置に応じて変化する受光量データが得られる。
【００２５】
図２は、対物レンズ１７のＺ方向位置に応じて変化する受光量データの例を示すグラフである。このような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ｗｋ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制御部４６によって実行される。
【００２６】
得られた表面高さの分布情報は、いくつかの方法で表示装置４７のモニタ画面に表示することができる。例えば３次元表示によって試料の高さ分布（表面形状）を立体的に表示することができる。あるいは、高さデータを輝度データに変換することにより、明るさの二次元分布として表示できる。高さデータを色差データに変換することにより、高さの分布を色の分布として表示することもできる。
【００２７】
また、ＸＹ走査範囲内の各点（画素）について得られた受光量を輝度データとする輝度信号から、試料ｗｋの表面画像（白黒画像）が得られる。各画素における最大受光量を輝度データとして輝度信号を生成すれば、表面高さの異なる各点でピントの合った焦点深度の非常に深い超深度画像が得られる。また、任意の注目画素で最大受光量が得られた高さ（Ｚ方向位置）に固定した場合は、注目画素の部分と高低差が大きい部分の画素の受光量は著しく小さくなるので、注目画素と同じ高さの部分のみが明るい画像が得られる。
【００２８】
つぎに、共焦点顕微鏡に備えられた非共焦点光学系３とその信号処理について説明する。非共焦点光学系３は、試料ｗｋ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ハーフミラー２２、第２ハーフミラー２３、カラーＣＣＤ（イメージセンサー）２４等を含んでいる。また、非共焦点光学系３は共焦点光学系２の対物レンズ１７を共用しており、２つの光学系１，２の光軸は部分的に一致している。
【００２９】
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ｗｋの表面に集光される。
【００３０】
試料ｗｋ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ＣＣＤ２４に入射して結像する。カラーＣＣＤ２４は、共焦点光学系２のピンホール板９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２ＡＤ変換器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ｗｋ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。
【００３１】
また、共焦点光学系２で得られた超深度画像と非共焦点光学系３で得られた通常のカラー画像とを組み合わせて、すべての画素で略ピントの合った焦点深度の深いカラー超深度画像を生成し、表示することもできる。例えば、非共焦点光学系３で得られたカラー画像を構成する輝度信号を共焦点光学系２で得られた超深度画像の輝度信号で置き換えることにより、簡易的にカラー超深度画像を生成することができる。
【００３２】
上記のようなカラー画像に関する処理についても、制御部４６を含むコントローラが司る。コントローラにはコンソール（操作卓）のような入力装置４８やＣＲＴ（陰極線管）又はＬＣＤ（液晶表示装置）のような表示装置４７が接続されている。また、マウスのようなポインティングデバイスも入力装置４８として接続される。
【００３３】
また、本実施形態の共焦点顕微鏡システム１（のコントローラ）には、パーソナルコンピュータのような外部コンピュータシステムを接続するインターフェイスも備えられている。共焦点顕微鏡システム１の制御を行うための専用ソフトウェアをインストールした外部コンピュータシステムを共焦点顕微鏡システム１に接続することにより、取得された試料ｗｋの画像情報や高さ分布情報等の加工をシームレスに行うことが可能になる。
【００３４】
図３は、共焦点顕微鏡システム１のコントローラに外部コンピュータシステム５０を接続したハードウェア構成例を示すブロック図である。外部コンピュータシステム５０は、ＣＲＴ又はＬＣＤ等の表示装置５１、キーボード５２、マウス（他のポインティングデバイスでもよい）５３、ＲＳ２３２Ｃ、ＵＳＢ（ユニバーサルシリアルバス）、ＩＥＥＥ１３９４等の通信インターフェイス５４、処理装置（ＣＰＵ）５５、半導体記憶媒体である主メモリ５６、補助記憶装置である固定ディスク装置５７及びリムーバブルディスク装置５８を備えている。
【００３５】
共焦点顕微鏡システム１の制御を行うための専用ソフトウェアは、ＣＤ−ＲＯＭのような記憶媒体５９に記憶された状態で供給され、ＣＤ−ＲＯＭドライブ装置のようなリムーバブルディスク装置５８によって記憶媒体５９から読み出され、固定ディスク装置５７にインストールされる。固定ディスク装置５７にインストールされたプログラムは、主メモリ５６にロードされ、処理装置５５によって実行される。
【００３６】
このような専用ソフトウェアによって実行される処理には、共焦点顕微鏡システム１の測定条件の設定を行うための処理や測定の結果得られた画像の処理等が含まれている。次に、測定条件の設定のための画面表示における走査モードの選択について説明する。
【００３７】
図４は、走査モードの選択を含む測定条件の設定のための画面表示の例を示す図である。表示装置５１に表示される画面表示６０において、左側の領域６１は共焦点顕微鏡システム１の非共焦点光学系３のカラーＣＣＤ２４から得られたカラー画像や共焦点光学系２の受光素子１９から得られた共焦点画像又は高さ分布の測定結果等を表示するための領域であり、その右側に測定条件の設定のための縦長の領域６２が表示されている。
【００３８】
図５は、図４の画面表示６０における測定条件の設定のための領域６２の拡大図である。「スキャン設定」と表示された箇所の右側に走査モードの選択を行うための選択ブロック６３が設けられている。この選択ブロック６３の右端の下向き三角マークをマウス５３でクリックすると、図５に示すようなプルダウンメニュー６４が現れる。プルダウンメニュー６４には、「ノーマル」、「パート１／２」、「パート１／３」、「スキップ」、「スキップ１／２」の５種類の走査モードが選択肢として含まれていおり、ユーザはマウス５３を用いてこれらの選択肢の中から１つの走査モードを選択することができる。
【００３９】
「ノーマル」は通常の走査モードであり、走査範囲が光学倍率によって決まるＸＹ平面における測定範囲の全体であると共に走査線数が最大数（例えば７６８本）である。「パート１／２」では、垂直走査範囲が全体の中央部１／２となり、走査線数もそれに応じて１／２（例えば３８４本）になる。「パート１／３」では、垂直走査範囲が全体の中央部１／３となり、走査線の数もそれに応じて１／３になる。
【００４０】
「スキップ」では、走査範囲は測定範囲の全体であるが、走査線数が１／２になる。つまり、隣接する走査線の間隔が２倍に広がっている。「スキップ１／２」では、隣接する走査線の間隔が２倍に広がり、かつ、垂直走査範囲が全体の中央部１／２となる。したがって、走査線数は１／４になる。なお、いずれの走査モードでも水平走査範囲は変化せず測定範囲全体の水平方向長さに等しい。また、スキップによって隣接する走査線の間隔が２倍に広がる場合は、補間処理によって走査線の間の画素データが生成される。
【００４１】
図５において、プルダウンメニュー６４によって一部隠れているが、「スキャン設定」と表示された箇所の下側に「ダブルスキャン」と表示され、その左側にチェックボックス６５が設けられている。ユーザがマウス５３を用いてこのチェックボックス６５にチェックを入れると水平走査に関して往復走査が設定され、チェックを外すと通常の一方向走査が設定される。
【００４２】
前述のように水平走査のための水平偏向装置１４ａはレゾナント（共振型）スキャナーで構成され、所定の電圧を印加すれば自励式にミラーの反射面が所定の周波数で振動する。したがって、往路と復路の所要時間が同じ（半周期）であり位相変化も同等であるので往復走査が可能である。往復走査を行う場合は一方向走査の場合に比べて、一垂直走査当たりの水平走査回数が同じであれば見かけ上２倍の走査線数が得られることになり、その分だけ測定精度が良くなる。逆に、一垂直走査当たりの水平走査回数を半分に低減しても、見かけ上の走査線数が同じであるので、測定精度の低下はほとんどないことになる。一垂直走査当たりの水平走査回数が半分に低減されれば、測定全体の所要時間が半分近くまで低減される。
【００４３】
上記のように、ユーザは５通りの走査モードのうちの１つを選択し、かつ、一方向走査又は往復走査を選択することにより、計１０通りの走査方法を設定することができる。
【００４４】
図６は、各走査モードにおける垂直走査範囲や走査線数等を例示する図表である。この例では、ノーマル走査モードにおける走査線数（最大数）を１００としている。実際には前述のように例えば７６８本である。また、図６の図表における走査線数は、往復走査の場合は見かけ上の走査線数に相当する。したがって、往復走査の場合の一垂直走査当たりの水平走査回数は一方向走査の場合の半分になる。
【００４５】
垂直走査は、ガルバノスキャナ駆動データ用メモリからＤＭＡ（ダイレクトメモリアクセス）によってＤ／Ａコンバータに駆動データを与え、Ｄ／Ａコンバータの出力電圧が垂直偏向装置１４ｂであるガルバノスキャナの駆動回路に与えられることによって行われる。このときのＤＭＡ回数が図６の図表におけるＤＭＡデータ数に相当する。括弧内の数字は往復走査の場合の値である。なお、一方向走査及び往復走査の両方において、帰線パルス数は１０としている。したがって、一方向走査のＤＭＡデータ数から１０を減算した値の１／２が往復走査のＤＭＡデータ数から１０を減算した値に等しい。
【００４６】
また、垂直走査範囲が１（全体）の場合はＤ／Ａ初期値が０でＤ／Ａ最終値が１００であるが、垂直走査範囲が１／２の場合はＤ／Ａ初期値及び最終値が２５及び７５になっている。同様に、垂直走査範囲が１／３のの場合はＤ／Ａ初期値及び最終値が３３及び６６になっている。つまり、垂直走査方向の途中から走査が始まり途中で走査が終了する。
【００４７】
図７は、走査方法の設定から測定終了までの手順の例を示すフローチャートである。このフローチャートでは、ユーザによる操作と処理装置５５がプログラムにしたがって実行する処理の両方が含まれているが、以下の説明でその区別を明らかにする。
【００４８】
ステップ＃１０１において、ユーザは図４及び図５に示した画面表示６０における測定条件の設定のための領域６２のチェックボックス６５を用いて、一方向走査又は往復走査を選択する。続くステップ＃１０２においてユーザは、同じく領域６２の選択ブロック６３に表示されるプルダウンメニュー６４の中から走査モードを選択する。なお、ステップ＃１０１とステップ＃１０２の選択の順序は逆でもよい。
【００４９】
ステップ＃１０３において処理装置５５は、ガルバノオフセット位置データを算出しＤ／Ａ初期値をセットする。Ｄ／Ａ初期値は図６を用いて説明した通りである。続くステップ＃１０４において、処理装置５５は、ガルバノスキャナ駆動データを作成しメモリに書き込む。更にステップ＃１０５でＤＭＡＣ（ＤＭＡコントローラ）にＤＭＡ回数と先頭アドレスをセットし、ＤＭＡをレディ状態にする。
【００５０】
次のステップ＃１０６で処理装置５５は、ユーザが選択した一方向走査又は往復走査と求めた走査線数を画像取り込み回路にセットし、続くステップ＃１０７でレゾナント発振をイネーブル状態にする。次のステップ＃１０８で発振が安定するまで所定時間待った後、ステップ＃１０９で走査を開始する。設定した回数のＤＭＡが終了したか否かをステップ＃１１０でチェックし、ＤＭＡが終了すればステップ＃１１１で走査を終了してレゾナント発振を停止する。
【００５１】
図８は、ガルバノスキャナを用いた垂直偏向装置１４ｂの制御に関する回路構成を示すブロック図である。処理装置５５に対応するＣＰＵ７０とその制御プログラムが格納されたＲＯＭ７１及びワーキングメモリであるＲＡＭ７２が設けられている。また、ガルバノスキャナ駆動回路７３とそれに駆動データを与えるＤ／Ａコンバータ７４、及びガルバノスキャナ駆動データ用メモリ７５が設けられている。
【００５２】
ガルバノスキャナを用いた垂直偏向（垂直走査）は、ガルバノスキャナ駆動データ用メモリからＤＭＡ（ダイレクトメモリアクセス）によってＤ／Ａコンバータに駆動データを与え、Ｄ／Ａコンバータの出力電圧が垂直偏向装置１４ｂであるガルバノスキャナの駆動回路に与えられることによって行われる。このためにＤＭＡＣ（ＤＡＭコントローラ）７６が設けられている。図７のフローチャートのステップ＃１０５におけるＤＭＡ回数と先頭アドレスのセットは、このＤＭＡＣ７６内のレジスタに対して実行される。また、水平偏向装置１４ａを構成するレゾナントスキャナから正弦波のゼロクロス信号として出力される位置パルスＡ及び位置パルスＢがＯＲゲート７７に入力され、その出力がＤＭＡＣ７６のＤＲＱ端子に入力されている。また、ＤＭＡの完了信号はＤＭＡＣ７６のＤＯＮＥ端子から出力され、ＣＰＵ７０のＩＮＴ（割込）端子に入力されている。
【００５３】
なお、上記の実施形態では外部コンピュータシステム５０に共焦点顕微鏡システム１の制御を行うための専用ソフトウェアをインストールし、外部コンピュータシステム５０の表示装置５１の画面上で走査モード選択等の設定を行う場合について説明したが、本発明はそのような実施形態に限られるわけではない。例えば共焦点顕微鏡システム１のコントローラに内蔵されるＲＯＭ等の記憶媒体に記憶される制御プログラムに上記実施形態のような画像の手動つなぎ合わせのプログラムを組み込み、共焦点顕微鏡システム１に標準装備の表示装置４７及び入力装置４８を用いて画像の手動つなぎ合わせを実施するようにしてもよい。
【００５４】
また、共焦点光学系２による試料ｗｋの表面の高さ情報を取得するために、対物レンズ１７をＺ方向に移動（上下動）させる代わりに、ステージ３０を上下動させてもよい。その他にも、本発明は種々の形態で実施することができる。
【００５５】
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光源を含む単色光源はもちろんのこと、複数波長を含むものであってもよい。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。
【００５６】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の走査モード選択可能な共焦点顕微鏡システムによれば、ユーザは、測定に際して複数の走査モードのうちの１つを選択できる。つまり、測定精度を優先する場合は走査線数の多い走査モードを選択し、測定時間の短縮を優先する場合には走査線数の少ない走査モードを選択することができる。また、実質的な測定範囲である走査範囲を狭めることができる場合は、走査範囲を狭めた走査モードを選択することによって更に測定時間を短縮することができる。更に、往復走査を選択することによって測定時間を略半分に短縮しながら、測定精度については走査線数を半分に低減する場合に比べて高い測定制度を得ることができる。
【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システムの概略構成を示す図である。
【図２】対物レンズのＺ方向位置に応じて変化する受光量データの例を示すグラフである。
【図３】共焦点顕微鏡システムのコントローラに外部コンピュータシステムを接続したハードウェア構成例を示すブロック図である。
【図４】走査モードの選択を含む測定条件の設定のための画面表示の例を示す図である。
【図５】図４の画面表示における測定条件の設定のための領域の拡大図である。
【図６】各走査モードにおける垂直走査範囲や走査線数等を例示する図表である。
【図７】走査方法の設定から測定終了までの手順の例を示すフローチャートである。
【図８】ガルバノスキャナを用いた垂直偏向装置の制御に関する回路構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１　共焦点顕微鏡システム
２　共焦点光学系
１４ａ　水平偏向装置（レゾナント（共振型）スキャナー）
１４ｂ　垂直偏向装置（ガルバノスキャナ）
１９　受光素子
４７，５１　表示装置
６０　画面表示
６４　複数の走査モードを含むプルダウンメニュー
６５　一方向走査又は往復走査を選択するチェックボックス

Claims

光学倍率によって決まる測定範囲内の試料表面からの光を共焦点光学系を介して受光素子で受光し、その受光情報に基づいて前記試料表面の高さ情報及び光量情報を取得し、取得した情報を処理して得られる前記試料表面の画像を表示装置の画面に表示する共焦点顕微鏡システムであって、
前記測定範囲の光による試料表面の走査に関して、走査範囲が前記測定範囲の全体又は一部に切替可能であると共に、走査線の数が最大数又は縮小数に切替可能であり、前記走査範囲及び走査線の数の組合わせによって決まる複数の走査モードを備え、画面表示においてユーザが測定に際して前記複数の走査モードのうちの１つを選択できることを特徴とする共焦点顕微鏡システム。
前記光による試料表面の走査に関して水平走査に共振型スキャナーが使用され、前記水平走査が一方向走査又は往復走査に切替可能であり、前記画面表示においてユーザが測定に際して前記複数の走査モードのうちの１つを選択できると共に前記一方向走査又は往復走査を選択可能であ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。