JP4812325B2 - 走査型共焦点顕微鏡および試料情報測定方法 - Google Patents
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すなわち、本発明の一態様によれば、本発明の試料情報測定方法は、対物レンズを通して光源からの光を試料に照射し、上記対物レンズの集光位置と上記試料との相対的な位置を上記集束光の光軸方向に沿って離散的に3次元画像を取得する際のZ走査範囲の間を該Z走査範囲の下限から上限、上限から下限に繰り返し変化させ、各相対位置での上記試料からの光強度情報をそれぞれ取得し、上記取得した光強度情報群から複数の光強度情報を抽出し、上記抽出した複数の光強度情報に適合する変化曲線上のうち最大の光強度情報である最大値と、上記最大値を与える上記相対位置を推定し、上記推定した光強度情報の最大値と相対位置をそれぞれ輝度情報と高さ情報として上記Z走査範囲の下限から上限又は、上限から下限に上記対物レンズの集光位置と上記試料との相対的な位置が変化する毎に連続的に取得し、上記取得した輝度情報と高さ情報とに基づいて作成された上記試料の3次元画像が繰り返し更新表示されている間に上記3次元画像を取得する際のZ走査範囲を変更し、変更された上記Z走査範囲で取得された上記輝度情報と上記高さ情報に基づいて作成された上記3次元画像を表示することを特徴とする。
また、本発明の一態様によれば、本発明の走査型共焦点顕微鏡は、光源からの光を試料に対して集束させて上記試料からの反射光を取り込む対物レンズと、上記光の光軸方向に沿って上記対物レンズの集光位置と上記試料との相対的な位置を離散的に3次元画像を取得する際のZ走査範囲の間を該Z走査範囲の下限から上限、上限から下限に繰り返し変化させるZ走査機構と、上記対物レンズの集光位置と共役な位置に配置される共焦点絞りと、上記共焦点絞りを通過する反射光の強度を検出する光検出器とを備えた走査型共焦点顕微鏡であって、上記対物レンズの集光位置と上記試料の相対位置を変化させることにより、上記光検出器で検出した光強度の最大光強度値を含む複数の光強度情報を取得する光強度情報取得手段と、上記光強度情報取得手段によって取得した光強度情報群から複数の光強度情報を抽出し、上記抽出した複数の光強度情報に適合する変化曲線上のうち最大の光強度情報である最大値と、上記最大値の光強度情報を与える上記相対位置とを推定し、上記推定した光強度情報の最大値と相対位置とを、それぞれ輝度情報と高さ情報として上記Z走査範囲の下限から上限又は、上限から下限に上記対物レンズの集光位置と上記試料との相対的な位置が変化する毎に連続的に取得する光情報演算手段と、上記光情報演算手段によって取得した輝度情報と高さ情報とに基づいて作成された上記試料の3次元画像を表示する表示手段と、上記Z走査機構の走査範囲を設定するZ走査範囲設定手段とを有し、上記Z走査範囲設定手段が、上記取得した輝度情報と高さ情報とに基づいて作成された上記3次元画像が繰り返し更新表示されている間に上記Z走査機構の走査範囲が変更可能であり、上記3次元画像は、変更されたZ走査範囲で取得された上記輝度情報と上記高さ情報に基づいて作成され、上記表示手段で表示されることを特徴とする。
さらに、光検出器により取得された光情報に基づいて演算処理を実施し、Z走査範囲に反映することにより使用者が意識することなく、簡単に正確な3次元画像を取得できる。
図1は、本発明の第1の実施の形態を適用した走査型共焦点顕微鏡の構成を示す図である。
以下この関係をI−Zカーブと呼ぶ。
上記走査型共焦点顕微鏡が計測する試料8として、一方の端から他方の端へa面、b面、c面へと高さ(Z方向への厚さ)が異なり、かつ、厚い(高い)順にb面、c面、a面となる3面を有する試料を考える。
Z走査範囲をゼロ以外の値に設定すると、図3のようにレボルバ6は現在の焦点位置を中心にZ走査範囲の間を上下にステップ移動し始める。
説明を簡単にするため共焦点画像取得は5枚、即ち、Zレボルバ6の移動回数が4回であるとし、それぞれZ(−2)、Z(−1)、Z(0)、Z(1)、Z(2)の位置であるとする。この時、試料8の任意の点の光強度情報を得る。
次に、各点において上記光強度情報を比較し、最大強度となった(I(n)、Z(n))、その前後の値(I(n−1)、Z(n−1))、(I(n+1)、Z(n+1))を抽出する。図3の場合でa面について言えば、最大強度点は、(Ia(−1)、Za(−1))、その前後が(Ia(0)、Za(0))、(Ia(−2)、Za(−2))となる。そして、この3点を通る近似2次曲線を想定し、その極値を求めることで真の最大値Ia[max] と、それを与えるZレボルバ6の位置Za[max]を得ることができる。
図6は、本発明の第1の実施の形態におけるZ走査範囲設定処理の流れを示すフローチャートである。
次に、ステップS5において、ステップS4で抽出されたZ相対位置の最小値からZ走査の下限値を算出する。例えば、図7に示すように、下限値を(Z相対位置の最小値−あらかじめ決められた移動ピッチ×2)とする。また、ステップS6において、ステップS4で抽出されたZ相対位置の最大値からZ走査の上限値を算出する。例えば、図7に示すように、上限値を((Z相対位置の最大値−Z相対位置の最小値)以上の最小移動ピッチの倍数+あらかじめ決められた移動ピッチ×4)とする。
最後に、ステップS8において、表示されている画像が所望の3次元形状画像であればZ走査範囲設定処理を終了させ、所望の3次元形状画像でなければ、ステップS3に戻ってそれ以降の処理を繰り返す。
本第2の実施の形態にかかる走査型共焦点顕微鏡は、上記第1の実施の形態の走査型共焦点顕微鏡に加え、使用者による大まかなZ走査範囲の設定も自動化し、適切な走査範囲を全て自動的に行なうZ走査範囲自動設定手段を具備する構成とした。
上記第1の実施の形態に示した走査型共焦点顕微鏡の構成によって共焦点画像を5枚取得した後、任意の試料8のZ相対位置の最大値と最小値の抽出を行なう。この抽出されたZ相対位置情報に基づいて、Zレボルバ6のZ走査範囲またはZ走査範囲の下限値および上限値を自動的に算出し設定する。
図8は、本発明の第2の実施の形態におけるZ走査範囲設定処理の流れを示すフローチャートである。
次に、ステップS12において、デフォルトの範囲内でZ走査が開始され、エクステンド画像が構築される。そして、ステップS13において、ステップS12で構築された高さ画像からZ相対位置の最小値と最大値とを抽出する。
最後に、ステップS23において、表示されている画像が所望の3次元形状画像であればZ走査範囲設定処理を終了させ、所望の3次元形状画像でなければ、ステップS13に戻ってそれ以降の処理を繰り返す。
これにより、ボタンを押すだけの簡易操作で、最適なZ走査範囲(所望する3次元画像が得られる最低限の走査範囲)を自動的に計算し、設定されるため、3次元画像撮像の際に余計なZ走査範囲が省かれるので、撮像にかかる時間短縮と高さ計測のための高精度な3次元画像取得が可能となる。
2 ビームスプリッター
3 2次元走査機構
3a 第1の光スキャナ
3b 第2の光スキャナ
6 Zレボルバ
7 対物レンズ
8 試料
9 結像レンズ
10 ピンホール
11 光検出器
12 コンピュータ
13 試料台
14 ステージ
15 モニタ
16 操作パネル
Claims (5)
- 対物レンズを通して光源からの光を試料に照射し、
前記対物レンズの集光位置と前記試料との相対的な位置を前記集束光の光軸方向に沿って離散的に3次元画像を取得する際のZ走査範囲の間を該Z走査範囲の下限から上限、上限から下限に繰り返し変化させ、
各相対位置での前記試料からの光強度情報をそれぞれ取得し、
前記取得した光強度情報群から複数の光強度情報を抽出し、
前記抽出した複数の光強度情報に適合する変化曲線上のうち最大の光強度情報である最大値と、前記最大値を与える前記相対位置を推定し、
前記推定した光強度情報の最大値と相対位置をそれぞれ輝度情報と高さ情報として前記Z走査範囲の下限から上限又は、上限から下限に前記対物レンズの集光位置と前記試料との相対的な位置が変化する毎に連続的に取得し、
前記取得した輝度情報と高さ情報とに基づいて作成された前記試料の3次元画像が繰り返し更新表示されている間に前記3次元画像を取得する際のZ走査範囲を変更し、
変更された前記Z走査範囲で取得された前記輝度情報と前記高さ情報に基づいて作成された前記3次元画像を表示する
ことを特徴とする試料情報測定方法。 - 前記設定した走査範囲に基づいて、前記試料の形状を測定することを特徴とする請求項1に記載の試料情報測定方法。
- 光源からの光を試料に対して集束させて前記試料からの反射光を取り込む対物レンズと、
前記光の光軸方向に沿って前記対物レンズの集光位置と前記試料との相対的な位置を離散的に3次元画像を取得する際のZ走査範囲の間を該Z走査範囲の下限から上限、上限から下限に繰り返し変化させるZ走査機構と、
前記対物レンズの集光位置と共役な位置に配置される共焦点絞りと、
前記共焦点絞りを通過する反射光の強度を検出する光検出器とを備えた走査型共焦点顕微鏡であって、
前記対物レンズの集光位置と前記試料の相対位置を変化させることにより、前記光検出器で検出した光強度の最大光強度値を含む複数の光強度情報を取得する光強度情報取得手段と、
前記光強度情報取得手段によって取得した光強度情報群から複数の光強度情報を抽出し、前記抽出した複数の光強度情報に適合する変化曲線上のうち最大の光強度情報である最大値と、前記最大値の光強度情報を与える前記相対位置とを推定し、前記推定した光強度情報の最大値と相対位置とを、それぞれ輝度情報と高さ情報として前記Z走査範囲の下限から上限又は、上限から下限に前記対物レンズの集光位置と前記試料との相対的な位置が変化する毎に連続的に取得する光情報演算手段と、
前記光情報演算手段によって取得した輝度情報と高さ情報とに基づいて作成された前記試料の3次元画像を表示する表示手段と、
前記Z走査機構の走査範囲を設定するZ走査範囲設定手段と、を有し、
前記Z走査範囲設定手段は、前記取得した輝度情報と高さ情報とに基づいて作成された前記3次元画像が繰り返し更新表示されている間に前記Z走査機構の走査範囲が変更可能であり、前記3次元画像は、変更されたZ走査範囲で取得された前記輝度情報と前記高さ情報に基づいて作成され、前記表示手段で表示されること、
を特徴とする走査型共焦点顕微鏡。 - 前記Z走査範囲設定手段は、
入力された前記Z走査機構の走査範囲を設定するZ走査範囲設定部と、
前記Z走査範囲設定部で設定された走査範囲と前記高さ情報とに基づいて、前記Z走査機構が走査するZ走査範囲を調整するZ走査範囲自動調整部と、
を備えることを特徴とする請求項3に記載の走査型共焦点顕微鏡。 - 前記Z走査範囲設定手段は、前記高さ情報に基づいて前記Z走査機構が走査するZ走査範囲を設定するZ走査範囲自動設定部と、
を備えることを特徴とする請求項3に記載の走査型共焦点顕微鏡。
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