JP2004157410A

JP2004157410A - 共焦点顕微鏡システム

Info

Publication number: JP2004157410A
Application number: JP2002324427A
Authority: JP
Inventors: Hideji Shimonaka; 秀二下中; Masahiko Fukuda; 昌彦福田; Seiji Takauchi; 清司高内
Original assignee: Keyence Corp
Current assignee: Keyence Corp
Priority date: 2002-11-07
Filing date: 2002-11-07
Publication date: 2004-06-03

Abstract

【課題】ステージ等の手動操作に応じて変化するピークホールド画像をリアルタイムで表示させる際に、所望の部分に焦点が合った状態を容易に判別できる共焦点顕微鏡システムを提供する。
【解決手段】試料と対物レンズとの相対距離を光軸方向に手動で変化させ、そのときに得られる各画素の受光量のピークホールド値をつなぎ合わせたピークホールド画像を表示する簡易超深度画像表示機能を備えた共焦点顕微鏡システムにおいて、ピークホールド画像７０を表示装置の画面に表示する際に、ピークホールド画像７０に重ねて設定された任意の直線７１に沿う画素の受光量の分布を表すグラフ７２をピークホールド画像７０に重ねてリアルタイム表示する光量プロファイル表示機能を備えている。
【選択図】図６

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する。特に、試料と対物レンズとの相対距離を光軸方向に手動で変化させ、そのときに得られる各画素の受光量のピークホールド値をつなぎ合わせたピークホールド画像を表示する簡易超深度画像表示機能を備え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。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】
また、任意の注目画素で最大受光量が得られるように試料と対物レンズとの相対距離（高さ）を固定した場合は、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り、注目画素と同じ高さの部分のみが明るい画像（これをスライス画像という）が得られる。
【０００６】
更に、簡易超深度画像表示機能を備えた共焦点顕微鏡システムもある。この機能では、試料と対物レンズとの相対距離を光軸方向に手動で変化させ、そのときに得られる各画素の受光量のピークホールド値をつなぎ合わせたピークホールド画像が簡易超深度画像として表示される。
【０００７】
通常の自動測定モードで超深度画像を得る場合は通常、数十秒から数分の時間がかかる。また、得られた画像に問題がある場合は測定条件を設定し直して再度測定する必要がある。これに対して、簡易超深度画像表示機能では、例えばステージを手動で上下動させることにより試料と対物レンズとの相対距離を変化させたときに、表示されるピークホールド画像もリアルタイムで変化する。そして、適切な移動範囲及び移動速度でステージを上下動させれば、ピークホールド画像は次第に超深度画像に近づく。試料表面の概略の拡大画像（簡易超深度画像）を短時間で得たい場合はステージを速く上下動させればよい。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のような簡易超深度画像表示機能を備えた共焦点顕微鏡システムにおいて、ステージ（又は対物レンズ）の光軸方向位置を手動で動かす場合は、移動速度が安定しないために、所望の画像が得られるようになるまでにある程度の操作の習熟が必要である。例えば移動速度が速すぎると、試料表面の観察したい部分に焦点が合う光軸方向位置を飛ばしてしまい、ステージを光軸方向に何度が往復させてやっと所望の画像が得られる場合がある。
【０００９】
これは、ピークホールド画像の表示では、各画素の輝度はそれまでの移動操作における最大輝度を表しており、現在の輝度（受光量）を表していないからである。そのようなピークホールド画像を見ながらステージ（又は対物レンズ）の移動操作を行うので、最大受光量（最大輝度）となる光軸方向位置、すなわち焦点が合ったときの光軸方向位置が画面表示から判断できず、焦点が合っていない範囲でステージを何度も往復させる可能性がある。
【００１０】
本発明は、上記のような従来の課題に鑑み、ステージ等の手動操作に応じて変化するピークホールド画像をリアルタイムで表示させる際に、所望の部分に焦点が合った状態を容易に判別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。
【００１１】
【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、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、試料表面の画像を表示装置の画面に表示する際に、画像に重ねて設定された任意の直線に沿う画素の受光量の分布を表すグラフを画像に重ねて表示する光量プロファイル表示機能を備えていることを特徴とする。
【００１２】
このような光量プロファイル表示機能によれば、試料表面の画像を横切る任意の直線に沿う受光量の分布がグラフで表示されるので、画像からは正確な判断が難しい最大受光量の部分（焦点が合っている部分）をグラフの参照によって容易に判断することができる。
【００１３】
好ましい構成において、本発明の共焦点顕微鏡システムは、試料と対物レンズとの相対距離を光軸方向に手動で変化させ、そのときに得られる各画素の受光量のピークホールド値をつなぎ合わせたピークホールド画像を表示する簡易超深度画像表示機能を備えた共焦点顕微鏡システムであって、ピークホールド画像を表示装置の画面に表示する際に、ピークホールド画像に重ねて設定された任意の直線に沿う画素の受光量の分布を表すグラフをピークホールド画像に重ねてリアルタイム表示する光量プロファイル表示機能を備えていることを特徴とする。
【００１４】
このような光量プロファイル表示機能によれば、試料表面のピークホールド画像を横切る任意の直線に沿う受光量の分布がグラフでリアルタイム表示されるので、ステージ又は対物レンズの光軸方向位置を手動で動かした場合に、ピークホールド画像が変化すると共に、任意の直線に沿う受光量の分布グラフも変化する。したがって、観察したい部分に焦点が合った状態（受光量が最大になった状態）を判別することが容易になる。
【００１５】
【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。
【００１６】
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（コンソール）４８とを備えている。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
本実施形態の共焦点顕微鏡では、制御部４６からの制御信号によって対物レンズ移動機構４０を介して対物レンズ１７がＺ軸方向に電動で移動可能であると共に、試料ステージ３０は、ステージ手動操作機構３１を介して手動操作によってＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向に変位可能である。また、入力装置４８のキー操作（例えばアップ／ダウンキーの操作）によって制御部４６及び対物レンズ移動機構４０を介して対物レンズ１７を上下動することも可能である。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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り、注目画素と同じ高さの部分のみが明るい画像（すなわちスライス画像）が得られる。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
ユーザは、表示装置４７の画面上に表示されるガイダンスにしたがって入力装置４８を用いて種々の測定用パラメータを設定することができる。例えば、対物レンズ１７のＺ方向移動範囲（測定範囲）や移動ピッチを設定する。あるいは、試料ｗｋの表面の光反射率等に応じて受光素子１９の受光感度（ＰＭＴゲイン）やＮＤフィルタによる減衰量の設定を行うことにより、画面に表示された超深度画像やスライス画像が適当な明るさ（輝度）になるように調整する。また、カラーＣＣＤ２４によるカラー画像の取得のためのシャッタースピードやゲイン及びホワイトバランスの設定を行う。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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専用ソフトウェアは、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。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。
【００３９】
図４は、専用ソフトウェアによる表示装置５１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、左側の画像表示領域６１は共焦点顕微鏡システム１から得られたカラー画像、超深度画像、スライス画像、高さ分布画像等の測定結果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操作部領域６２が表示されている。
【００４０】
図５は、図４の画面表示６０における操作部領域６２の拡大図である。操作部領域６２のプッシュボタンやスライドバーの操作及び各プルダウンメニューの選択等をマウス５３を用いて行うことにより、各測定パラメータのマニュアル設定を行うことができる。例えば、ゲイン調整用スライドレバー６３をマウス５３のドラッグ操作によって上下移動すれば、受光素子１９の受光感度（ＰＭＴゲイン）が変化し、画像の明るさ（輝度）を調整することができる。また、その隣のＮＤフィルタ調整用スライドレバー６４を上下移動して光の減衰量を変化させることによっても画像の明るさ（輝度）を調整することができる。
【００４１】
あるいは、ディスタンスの右側の三角マーク６５をマウス５３でクリックしたときに現れるプルダウンメニューから適切な数値を選択することにより、対物レンズ１７のＺ方向移動範囲（測定範囲）を設定することができる。その下のピッチについても同様に、三角マーク６６をクリックしたときに現れるプルダウンメニューから適切な数値を選択することにより、適切なＺ方向移動ピッチを設定することができる。
【００４２】
上記のように対物レンズ１７のＺ方向移動範囲や移動ピッチを適切に設定した後に、「測定」ボタン６７を押下すれば自動測定が始まり、例えば数十秒から数分経過後に超深度画像が画面表示６０の画像表示領域６１に現れる。また、前述のスライス画像の場合は、リアルタイムで表示される。すなわち、例えば手動操作によって試料ステージ３０を上下動させると、画像表示領域６１に表示されているスライス画像がＺ方向位置の変化に追随して変化する。
【００４３】
また、本実施形態の共焦点顕微鏡システム１は、簡易超深度画像表示機能を備えている。この機能では、試料ステージ３０を手動操作で上下動させると、あるいは、入力装置４８のキー操作によって対物レンズ１７を上下動させると、試料ｗｋと対物レンズ１７との相対距離の変化に伴って変化する各画素の受光量のピークホールド値をつなぎ合わせたピークホールド画像が簡易超深度画像として表示される。つまり、試料ｗｋと対物レンズ１７との相対距離を所定範囲内で手動で変化させることにより、自動測定によって得られる超深度画像と同等又は精度の粗い簡易超深度画像を短時間で得ることができる。
【００４４】
この際、試料ステージ３０又は対物レンズ１７の移動操作中（Ｚ方向移動操作中）は、ピークホールド画像が画像表示領域６１にリアルタイム表示される。つまり、Ｚ方向移動操作の開始から現在までの各画素の受光量の変化のうちの最大値（ピーク値）をつなぎ合わせた画像が画像表示領域６１に表示されている。したがって、このピークホールド画像から各画素の現在の受光量を判断することはできず、ピークホールド画像のある部分に焦点が合っているか否かを判断することも困難である。その部分の輝度が上昇中は焦点が合いつつあると判断できるが、輝度が変化しなくなったときには、すでに焦点が合ったＺ方向位置を過ぎていることになる。
【００４５】
そこで、本実施形態の共焦点顕微鏡システム１では、ピークホールド画像のある部分に焦点が合った状態を判断しやすくするための光量プロファイル表示機能を備えている。光量プロファイル表示機能とは、画像表示領域６１に表示されたピークホールド画像に重ねて設定された任意の直線に沿う画素の受光量の分布を表すグラフをピークホールド画像に重ねてリアルタイム表示する機能である。
【００４６】
図６は、光量プロファイル表示機能を有効にしたときに画像表示領域６１に表示される画像の例を示す図である。この表示例のピークホールド画像７０では、暗い背景に複数の明るい円環状部分が所定間隔で並んでいる。そして、複数の円環状部分を横断するように水平方向の直線７１が表示され、その下に直線７１に沿う画素の受光量の分布を表すグラフ７２が表示されている。グラフ７２は、最大受光量を表す直線７２ａ、最小受光量（ゼロ）を表す直線７２ｂ及び直線７１に沿う画素の受光量の分布を表す曲線７２ｃからなる。直線７２ａ及び直線７２ｂは省略可能である。
【００４７】
直線７１は、マウス５３を用いて上下に移動可能である。また、直線７１を回転させて垂直方向や斜め方向に設定できるようにしてもよい。いずれにせよ、直線７１に沿う画素の受光量の分布を表すグラフ７２（曲線７２ｃ）が直線７１に沿ってその近くに表示される。
【００４８】
図７は、光量プロファイル表示機能の有効／無効を選択するための操作部領域６２を示す図である。この図に示すように、メニューバーの「表示」７４をマウス５３でポイント又はクリックしたときに現れるプルダウンメニューの中に、「グラフ」の項目７５があり、この項目７５をマウス５３でクリックすることにより、光量プロファイル表示機能の有効／無効を切り替えることができる。「グラフ」の左にチェックマークのある状態で光量プロファイル表示機能が有効となり、図６に示したように直線７１及びグラフ７２がピークホールド画像７０に重畳表示される。チェックマークを消して光量プロファイル表示機能を無効にすれば、図６中の直線７１及びグラフ７２の表示は消える。
【００４９】
例えば図６において、マウス５３を用いて直線７１を上下に移動し、直線７１がピークホールド画像７０の所望の部分を通るようにする。そして、直線７１に沿う画素の現在の受光量（輝度）の分布を示すグラフ７２（曲線７２ｃ）を見ながら試料ステージ３０又は対物レンズ１７の上下移動操作を行えばよい。所望の部分に焦点が合った状態をピークホールド画像から判断することは難しいが、その部分の受光量（輝度）のピークをグラフ７２（曲線７２ｃ）から判断すれば焦点が合った状態にすることが容易にできる。したがって、試料ステージ３０又は対物レンズ１７を適切な範囲で上下移動させ、所望の簡易超深度画像を短時間で得ることが容易になる。
【００５０】
図８は、共焦点顕微鏡システムに接続されたコンピュータシステムの表示装置において光量プロファイル表示機能を実現するためのハードウェア構成を示すブロック図である。
【００５１】
共焦点顕微鏡システム１のコントローラは、制御部４６、ピークホールド回路７３、フレームメモリ７４、セレクタ７５、ラインメモリ７６、メモリコントローラ７７、パターンジェネレータ７８等によって上記の機能を実現している。各画素の受光量データはピークホールド回路７３に入力され、各画素の受光量のピーク値が求められてフレームメモリ７４に格納される。このデータは、セレクタ７５によって選択され、ピークホールド画像データとしてＩＥＥＥ１３９４等の通信インターフェイスを介してコンピュータシステム５０に転送され、表示装置５１の画面（画像表示領域６１）にピークホールド画像が表示される。
【００５２】
前述のようにして画像表示領域６１のピークホールド画像７０に重ねて表示された直線７１の位置データは、コンピュータシステム５０から共焦点顕微鏡システム１のコントローラの制御部４６に渡される。制御部４６は、その位置データにしたがってメモリコントローラ７７に対してライン位置指定を行う。メモリコントローラ７７は、パターンジェネレータ７８が発生するタイミング信号にしたがって、フレームメモリ７４及びラインメモリ７６の書き込み／読み出し制御を行う。
【００５３】
ラインメモリ７６には、フレームメモリ７４と同様に各画素の受光量データが入力されている。メモリコントローラ７７は、制御部４６のライン位置指定にしたがって、直線７１に沿う１行分の画素の受光量データをラインメモリ７６に記憶させる。制御部４６は、ラインメモリ７６に記憶された直線７１に沿う１行分の画素の受光量データを読み出し、ＩＥＥＥ１３９４等の通信インターフェイスを介してコンピュータシステム５０に転送する。
【００５４】
直線７１に沿う１行分の画素の受光量データを受信したコンピュータシステム５０（の処理装置５５）は、そのデータに基づいて直線７１に沿う画素の受光量の分布を表すグラフ７２を生成し、ピークホールド画像７０に重ねて表示する。以上のようにして、ピークホールド画像７０に重ねて設定された任意の直線７１に沿う画素の受光量の分布を表すグラフ７２がピークホールド画像７０に重ねてリアルタイム表示される。
【００５５】
なお、上記の実施形態では簡易超深度画像としてのピークホールド画像に重ねて任意の直線に沿う画素の受光量の分布を表すグラフをリアルタイム表示する光量プロファイル表示機能を説明したが、これ以外の画像、例えば通常の自動測定モードで得られた超深度画像に重ねて任意の直線に沿う画素の受光量の分布を表すグラフを表示するようにしてもよい。このような光量プロファイル表示機能についても、上記の実施形態で説明した画面構成及びハードウェア構成と同様の構成によって実現することができる。
【００５６】
また、上記の実施形態では、外部コンピュータシステムに共焦点顕微鏡システム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の表示装置の画面上で光量プロファイル表示機能を実現する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。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を用いて測定条件の設定や得られた画像の表示を行う場合にも本発明を適用することができる。
【００５７】
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。
【００５８】
【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システムによれば、試料表面の画像を横切る任意の直線に沿う受光量の分布がグラフで表示されるので、画像からは正確な判断が難しい最大受光量の部分、すなわち焦点が合っている部分をグラフの参照によって容易に判断することができる。したがって、試料ステージ又は対物をレンズ手動で上下動させて簡易超深度画像を得るような場合に、所望の部分で焦点が合った状態を短時間で見つけることができる。
【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】専用ソフトウェアによる表示装置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操作部領域の拡大図である。
【図６】光量プロファイル表示機能を有効にしたときに画像表示領域に表示される画像の例を示す図である。
【図７】光量プロファイル表示機能の有効／無効を選択するための操作部領域を示す図である。
【図８】共焦点顕微鏡システムに接続されたコンピュータシステムの表示装置において光量プロファイル表示機能を実現するためのハードウェア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
１９受光素子
４７，５１表示装置
６０画面表示
６１画像表示領域
７０ピークホールド画像
７１任意の直線
７２受光量の分布を表すグラフ
ｗｋ試料

Claims

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、
前記試料表面の画像を表示装置の画面に表示する際に、前記画像に重ねて設定された任意の直線に沿う画素の受光量の分布を表すグラフを前記画像に重ねて表示する光量プロファイル表示機能を備えていることを特徴とする共焦点顕微鏡システム。
試料と対物レンズとの相対距離を光軸方向に手動で変化させ、そのときに得られる各画素の受光量のピークホールド値をつなぎ合わせたピークホールド画像を表示する簡易超深度画像表示機能を備えた共焦点顕微鏡システムであって、
前記ピークホールド画像を表示装置の画面に表示する際に、前記ピークホールド画像に重ねて設定された任意の直線に沿う画素の受光量の分布を表すグラフを前記ピークホールド画像に重ねてリアルタイム表示する光量プロファイル表示機能を備えていることを特徴とする共焦点顕微鏡システム。