JP2000310734A

JP2000310734A - 共焦点顕微鏡および調節方法

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Publication number: JP2000310734A
Application number: JP11120185A
Authority: JP
Inventors: Michinori Nishimura; 徹律西村; Shuichi Ishiharada; 秀一石原田
Original assignee: Keyence Corp
Current assignee: Keyence Corp
Priority date: 1999-04-27
Filing date: 1999-04-27
Publication date: 2000-11-07

Abstract

(57)【要約】【課題】カラー画面とレーザによる共焦点白黒画面と
の合成画面が位置ずれを生じた場合に簡単に位置ずれを
解消できる共焦点顕微鏡を提供する。【解決手段】試料に光を照射する光源と前記対象物か
らの反射光または透過光を対物レンズを含む光学系を通
して第１受光素子に受光させる第１光学系と、前記光と
は異なる色情報用の照明光を試料に照射してその応答光
を第２受光素子に受光させる第２光学系と、を備え、前
記第１受光素子からの輝度情報と、前記第２受光素子か
らの色情報に基づいてカラーの共焦点画像を表示画面に
表示する共焦点顕微鏡において、前記輝度情報に基づく
表示画面および前記色情報に基づく表示画面に、調節用
標識をそれぞれ表示し、該調節用標識を用いてまず校正
ワークのカラー画面との調整をし、次に該標識と共焦点
白黒画面との調整をする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、共焦点原理を利用
した顕微鏡に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】共焦点原理を利用した顕微鏡は、対物レ
ンズとピンホールを配設しており、対物レンズの焦点位
置に試料がある場合、このピンホールを通過したレーザ
光を第１受光素子で受光するので、観察したい高さの部
分についての画像、すなわち共焦点画像だけが鮮明に映
し出されるので、解像度が高くなる。このように、共焦
点型光学系では、焦点が合った位置で輝度が最大になる
という特長があり、そのため試料をＺ軸方向に移動さ
せ、映像の各画素で最大の輝度信号を記憶してゆくと全
面に焦点の合った映像が得られる。

【０００３】ところが、かかる共焦点画像は白黒（無彩
色）の映像となるので、本出願人は、この白黒の映像に
第２受光素子からの色情報を用いることによりカラーの
映像を得ることのできる小型で低コストのカラー（有彩
色）の共焦点顕微鏡を発明し、出願している。これによ
れば、Ｈｅ−Ｎｅレーザーを光源とした共焦点型光学系
を採用することにより、通常の光学顕微鏡の限界を超え
た高解像度の映像を第１受光素子からえることができる
共に、第２受光素子からの色情報を用いるのでカラーの
映像が得られ、その結果、傷や付着物の詳細な観察が可
能になった。

【０００４】以下、本発明の基礎となるこのカラー共焦
点顕微鏡について、図５〜図９にしたがって説明する。
図５において、顕微鏡は、レーザ光学系（第１光学系）
１と、白色光光学系（第２光学系）２とを備えている。
レーザ光学系１は、試料ｗの深度に関する情報を検出で
きる共焦点光学系で、たとえば赤色のレーザ光Ｌ１を出
射する He-Neレーザ１０を光源としている。このレーザ
１０の光軸上には、第１のコリメートレンズ１１、偏光
ビームスプリッタ１２、１／４波長板１３、二次元走査
装置１４、第１リレーレンズ１５、第２リレーレンズ１
６および対物レンズ１７が順に配設されている。対物レ
ンズ１７の焦点位置の付近には、試料ステージ３０が配
設されており、対物レンズ１７はレーザ光Ｌ１を試料ｗ
の表面に集光させる。二次元走査装置１４は、たとえば
水平方向を音響光学偏向素子、垂直方向をガルバノミラ
ーで構成し、レーザ光Ｌ１を偏向させることで、試料ｗ
への集光位置を試料ｗの表面に沿って二次元的（Ｘ，Ｙ
方向）にリアルタイムで走査させる。試料ステージ３０
は、ステージ制御回路４０によりＺ（上下）方向に駆動
制御され、Ｘ，Ｙ方向については手動ハンドルで移動可
能となっている。

【０００５】試料ｗで反射されたレーザ光（応答光）Ｌ
１は、対物レンズ１７、第２リレーレンズ１６および第
１リレーレンズ１５を通り、再び、二次元走査装置１４
を介して１／４波長板１３および偏光ビームスプリッタ
１２を透過し、第２の結像レンズ１８に向かう。このレ
ーザ光Ｌ１は、第２の結像レンズ１８によって集光さ
れ、ピンホールを有する光絞り部１９ａを通過して第１
受光素子１９ｂに入射する。第１受光素子１９ｂは、た
とえばフォトマルチプライヤまたはフォトダイオードな
どで構成され、入射したレーザ光Ｌ１を光電変換して、
アナログ光量信号を出力アンプおよびゲイン制御回路
（図示せず）を介して第１のＡ／Ｄ変換回路４１に出力
する。

【０００６】つぎに、レーザ光学系１によって得られる
輝度情報について説明する。光絞り部１９ａは、第２の
結像レンズ１８の焦点位置に配設されており、一方、光
絞り部１９ａのピンホールは極めて微小であるから、レ
ーザ光Ｌ１が試料ｗ上で焦点を結ぶと、その反射光Ｌ１
が光絞り部１９ａのピンホールで結像し、第１受光素子
１９ｂに入射する受光光量が著しく大きくなる。逆に、
レーザ光Ｌ１が試料ｗ上で焦点を結んでいないと、その
反射光Ｌ１は、光絞り部１９ａのピンホールを殆ど通過
しないので、第１受光素子１９ｂの受光光量が著しく小
さくなる。

【０００７】図６は顕微鏡の明るさと解像力の関係を示
す図である。図６（Ａ）は共焦点顕微鏡の明るさと解像
力の関係を示す図、図６（Ｂ）は通常の顕微鏡の明るさ
と解像力の関係を示す図である。図６（Ａ）でわかるよ
うに、共焦点型光学系において焦点が合っている場合に
は光の大部分がピンホールを通過するが、焦点が合って
ない状態ではピンホールを通過する光量が激減すること
である。一方、図６（Ｂ）の通常の顕微鏡においては焦
点位置において解像力はピークになるが、明るさはあま
り変化しない。状態での光量とに差がない。このよう
に、共焦点型光学系において焦点が合っている場合には
焦点位置において明るさと解像力がピークになる。すな
わち、最大輝度と合焦点位置とが一致し、したがって、
焦点の合った部分について明るい映像が得られ、一方、
それ以外の高さの部分については暗い映像が得られるこ
ととなる。このように、共焦点顕微鏡では焦点深度の極
めて浅い画像が得られ、ターゲットとする層のみピント
の合った明るい、それ以外の層は暗い画像が得られるの
で、半導体の積層構造の検査などに利用することができ
る。また、試料をＺ軸方向に移動させ、映像の各画素で
最大輝度信号を記憶すると、全面に焦点の合った映像と
なり、逆に、焦点深度が無限に深い映像を得ることもで
きるようになる。また、走査ラインの各画素において、
焦点の合うＺ軸の高さ情報を記憶することにより、表面
形状を測定することもできる。

【０００８】つぎに、白色光光学系２について説明す
る。白色光光学系２は、白色光（色情報用の照明光）Ｌ
２を出射する白色光源２０を光源としている。この白色
光源２０の光軸上には、第２のコリメートレンズ２１、
第１のハーフミラー２２および前記対物レンズ１７が配
設されており、前記第１のハーフミラー２２において２
つの光学系１，２の光軸が合致するように白色光光学系
２が配設されている。したがって、白色光Ｌ２は、レー
ザ光Ｌ１の走査領域と同一の箇所に集光される。試料ｗ
で反射された白色光（応答光）Ｌ２は、前記対物レンズ
１７、前記第１のハーフミラー２２および第２リレーレ
ンズ１６を透過し、さらに、第２のハーフミラー２３で
反射されてカラーＣＣＤ（第２受光素子）２４の表面で
結像する。すなわち、カラーＣＣＤ２４は、光絞り部１
９ａと共役ないし共役に近い位置に配設されている。な
お、カラーＣＣＤ２４で撮像された画像は、アナログの
カラー撮像情報として、ＣＣＤ駆動回路４３に読み出さ
れて第２のＡ／Ｄ変換回路４２に出力される。

【０００９】つぎに、図７のカラー映像信号作成手段５
について説明する。カラー映像信号作成手段５は、第１
受光素子１９ｂからの輝度情報と、カラーＣＣＤ２４か
らの色情報とを組み合わせて、カラー映像用のデジタル
信号ｒｏ，ｇｏ，ｂｏを作成するものである。前記カラ
ー映像信号作成手段５は、第１および第２領域回路５
１，５２と、輝度変換回路５３などを備えている。この
第１および第２領域回路５１，５２は、図８に示すよう
に、それぞれ、レーザ光学系１の撮像領域Ａ１および白
色光光学系２の撮像領域Ａ２の所定の共通部分を映像領
域Ａ０として選択し、選択した部分についてデジタル信
号を出力する。すなわち、図７の第１領域回路５１は、
前記映像領域Ａ０について、カラーＣＣＤ２４の各画素
に対応した分解能で輝度信号ｉを輝度用メモリＭｉに記
憶させる。一方、前記第２領域回路５２は、前記映像領
域Ａ０について、各画素ごとに赤、緑、青の色強度信号
ｒｍ，ｇｍ，ｂｍを第１色強度メモリＭｒ１，Ｍｇ１，
Ｍｂ１に記憶させる。なお、色強度信号とは、三原色に
ついての輝度（強度）を含む信号をいう。

【００１０】輝度変換回路５３は、下記の演算式(1),
(2),(3) にしたがって、各画素についての前記色強度信
号ｒｍ，ｇｍ，ｂｍの輝度情報を、輝度信号ｉの輝度情
報に置換して、変換色強度信号ｒｏ，ｇｏ，ｂｏを求
め、この変換色強度信号ｒｏ，ｇｏ，ｂｏを第２色強度
メモリＭｒ２，Ｍｇ２，Ｍｂ２に記憶させるものであ
る。Ｒｏ＝Ｉ・Ｒｍ／（Ｒｍ＋Ｇｍ＋Ｂｍ）・・・(1) Ｇｏ＝Ｉ・Ｇｍ／（Ｒｍ＋Ｇｍ＋Ｂｍ）・・・(2) Ｂｏ＝Ｉ・Ｂｍ／（Ｒｍ＋Ｇｍ＋Ｂｍ）・・・(3) ここで、Ｉ：輝度信号ｉの輝度Ｒｍ，Ｇｍ，Ｂｍ：色強度信号ｒｍ，ｇｍ，ｂｍの輝度
（強度）Ｒｏ，Ｇｏ，Ｂｏ：変換色強度信号ｒｏ，ｇｏ，ｂｏの
輝度（強度）なお、第１色強度メモリＭｒ１，Ｍｇ１，Ｍｂ１および
第２色強度メモリＭｒ２，Ｍｇ２，Ｍｂ２はカラーＣＣ
Ｄ２４のうち前述の映像領域Ａ０の部分の画素に対応し
た記憶部を有している。こうして得られた変換色強度信
号ｒｏ，ｇｏ，ｂｏは、カラーＣＣＤ２４からのカラー
撮像情報のうちの輝度情報を、第１受光素子１９ｂから
の輝度情報に置換した信号となる。前記変換色強度信号
ｒｏ，ｇｏ，ｂｏは、前記第２色強度メモリＭｒ２，Ｍ
ｇ２，Ｍｂ２から読み出されて、表示コントローラ７２
を構成するＤ／Ａ変換回路６０に出力され、更に、表示
コントローラ７２を構成する加算器６１において同期信
号ａが付加されて、アナログの複合カラー映像信号ｃと
なる。この複合カラー映像信号ｃは表示装置（モニタ）
６２に出力されて、試料ｗの映像が映し出される。

【００１１】つぎに、本カラー共焦点顕微鏡の用い方に
ついて説明する。本カラー共焦点顕微鏡は、ＣＣＤカメラによる領域探索モード、白黒（無彩色）共焦点画像モード、およびカラー共焦点画像モードの３つのモードのうち１つを選択して用いる。これらの
モードの設定は、表示画面に表示された上記〜のア
イコンを操作部（例えば、マウス）６３で操作して設定
する。

【００１２】の領域探索モードが選択されると、カラ
ー映像信号作成手段５は図５のレーザ駆動回路４４を停
止させると共に、ＣＣＤ駆動回路４３を作動させてカラ
ーＣＣＤ２４により撮像させる。この領域探索モードで
は、図７の第２領域回路５２から第１色強度メモリＭｒ
１，Ｍｇ１，Ｍｂ１に記憶された色強度信号ｒｍ，ｇ
ｍ，ｂｍが、そのまま、Ｄ／Ａ変換回路６０に出力され
て、被写界深度の深い通常の拡大画像がモニタ６２に映
し出される。したがって、図５の試料ステージ３０を
Ｘ，Ｙ方向に移動させることにより、撮像したい領域を
探し出すことができる。

【００１３】また、白黒共焦点画像モードが選択さ
れると、カラー映像信号作成手段５（図７）は、レーザ
光学系１のレーザ駆動回路４４および二次元走査装置１
４などを作動させ、レーザ光学系１により撮像させる。
この白黒共焦点画像モードでは、図７の第１領域回路５
１から輝度用メモリＭｉに記憶された輝度信号ｉが、そ
のまま、Ｄ／Ａ変換回路６０に出力されて、解像度の高
い白黒（無彩色）の拡大画像がモニタ６２に映し出され
る。

【００１４】さらに、カラー共焦点画像モードが選
択されると、レーザ駆動回路４４とＣＣＤ駆動回路４３
とが交互に駆動される。すなわち、このカラー共焦点画
像モードが選択されると、図９のステップＳ９１でステ
ップＳ９２に進み、レーザ光Ｌ１による１画面分の走査
がなされた後、ステップＳ９３に進む。ステップＳ９３
では図５のレーザ駆動回路４４が停止し、レーザ１０か
らレーザ光Ｌ１が出射されなくなる。この状態で図９の
ステップＳ９４に進み、カラーＣＣＤ２４に電荷を蓄積
する。このステップＳ９４で得た図７の色強度信号ｒ
ｍ，ｇｍ，ｂｍは、この信号に含まれている輝度情報が
前記ステップＳ９２で得た輝度信号ｉの輝度情報に置換
され、変換色強度信号ｒｏ，ｇｏ，ｂｏとなる。この変
換色強度信号ｒｏ，ｇｏ，ｂｏは、それぞれ、第２色強
度メモリＭｒ２，Ｍｇ２，Ｍｂ２に記憶された後、Ｄ／
Ａ変換回路６０に出力されてカラーの拡大画像が表示画
面６２に映し出される。なお、図９のステップＳ９４の
後にステップＳ９５に進み、前記レーザ光Ｌ１の走査
と、ＣＣＤ駆動回路４３による電荷の蓄積および読み出
しとが繰り返される。こうして得られるカラー共焦点画
像は、色情報についての解像度が低いので、三原色のレ
ーザ光を用いた従来のカラーレーザ顕微鏡に比べ、若干
解像度が低くなるものの、通常の拡大画像よりも解像度
が高いので、十分利用価値の高い映像が得られる。

【００１５】また、図５の白色光源２０とカラーＣＣＤ
２４を用いた白色光光学系２によって色情報を得るか
ら、三原色のレーザ光を用いた従来のカラーレーザ顕微
鏡に比べ、光学系が著しく簡単な構造になるので、顕微
鏡のコストダウンと小型化を図り得る。また、図５のカ
ラーＣＣＤ２４によって撮像する際には、レーザ駆動回
路４４を停止してレーザ光Ｌ１がカラーＣＣＤ２４に入
射しないようにしているので、レーザ光Ｌ１の色を帯び
た映像になることもなく、試料ｗの実際の色に近い色彩
の映像が得られる。レーザ光Ｌ１がカラーＣＣＤ２４に
入射しないようにする手段としては、レーザ光Ｌ１を遮
光するシャッタを用いたり、あるいは、レーザ光Ｌ１の
走査範囲をカラーＣＣＤ２４の撮像領域外に設定するな
ど種々の方法を採用することができる。

【００１６】図５の第２光学系２の第２受光素子として
カラーＣＣＤ２４を用いたが、他の受光素子を用いても
よい。たとえば、ダイクロイックミラーを使用して反射
光Ｌ２を３原色に分解し、これらの３原色の反射光を３
つの白黒映像用の二次元ＣＣＤに入射させてもよい。ま
た、光学系は異なるが、第２受光素子としてカラーライ
ンＣＣＤを用い、白色応答光を一次元的に走査する一次
元走査装置を設けてもよい。さらに、第２受光素子とし
ては、３つの白黒映像用のラインＣＣＤ（Ｒ，Ｇ，Ｂ
用）を用いることもでき、また、３つの点受光素子
（Ｒ，Ｇ，Ｂ用）を用いることもできる。なお、これら
の場合において、白色応答光を走査する走査装置は、レ
ーザ光Ｌ１を走査する走査装置と兼用することもでき
る。また、第２受光素子としては、カラーＣＣＤの他に
ＭＯＳ型などの他の固体撮像素子や複数の撮像管を組み
合わせたテレビカメラなどを用いることもできる。図５
では、レーザ光Ｌ１および白色光Ｌ２の反射光をそれぞ
れ、第１受光素子１９ｂおよびカラーＣＣＤ２４に受光
させることとしたが、試料ｗを透過した透過光や、前記
反射光を置換した蛍光を受光させるものであってもよ
い。また、ここでは色彩を光の三原色に分解したが、補
色系（黄、シアン、緑）に分解してもよい。また、色情
報として色差信号を用いてもよい。このように、先行発
明による本顕微鏡によれば、レーザ光とは異なる色情報
用の照明光を用いた第２光学系によって色情報を得るか
ら、三原色のレーザ光を用いた従来のカラーレーザ顕微
鏡に比べ、光学系が著しく簡単な構造になるので、コス
トダウンと小型化を図りることができる。

【００１７】なお、上記の説明における走査は試料を静
止させてレーザ光またはラインレーザ光を走査している
が、レーザ光またはラインレーザ光を走査せずに試料を
移動させてもよいし、レーザ光をＸ方向に走査し試料を
Ｙ方向（Ｘ方向に直交する方向）に移動させるようにし
てもよい。また、カラー映像用の信号とは、光の三原色
（赤、緑、青）についての強度からなる映像信号や、輝
度信号および色差信号からなる信号や、水平同期信号お
よびカラーバースト信号を含んだ複合カラー映像信号な
ど、そのまま、または、加工した後、カラーの映像を映
し出すことのできる信号をいう。また、輝度情報とは、
色彩を含まない輝度に関する情報をいい、色情報とは、
たとえば色差信号のように色の強度のバランスに関する
情報をいう。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】このようなカラー共焦
点顕微鏡において、のカラー共焦点画像モードが選択
されると、レーザ駆動回路４４とＣＣＤ駆動回路４３と
が交互に駆動されて、ＣＣＤカメラで得られるカラー画
面とレーザによる共焦点白黒画面とが合成されることと
なる。この場合、前記カラー画面と前記共焦点白黒画面
とは位置ずれしないように、出荷時に調整がなされてい
るものであるが、その後の輸送や長い不使用期間中に温
度ドリフト等により位置ずれすることが起きた。このよ
うな位置ずれが起きると、目的とする綺麗な画像が得ら
れなくなったり、正確な計測ができなくなった。特に、
対象物のエッジ部や画像の両端などに顕著に影響を及ぼ
すことになった。したがって、本発明の目的は上記欠点
を解消するもので、温度ドリフト等によりカラー画面と
共焦点白黒画面との位置ずれが起きたときの、その位置
ずれを簡単に解消できる共焦点顕微鏡を提供することに
ある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本願請求項１記載の発明は、対象物（試料）に光を
照射する光源と前記対象物からの反射光または透過光を
対物レンズを含む光学系を通して第１受光素子に受光さ
せる第１光学系と、前記光とは異なる色情報用の照明光
を試料に照射してその応答光を第２受光素子に受光させ
る第２光学系と、を備え、前記第１受光素子からの輝度
情報と、前記第２受光素子からの色情報に基づいてカラ
ーの共焦点画像を表示画面に表示する共焦点顕微鏡にお
いて、前記輝度情報に基づく表示画面および前記色情報
に基づく表示画面に、調節用標識がそれぞれ表示される
ようにしたことを特徴としている。また、請求項２記載
の発明は、対象物（試料）にレーザ光を照射すると共に
該レーザ光を前記試料表面に沿って相対的に走査させ、
該レーザ光による応答光を第１受光素子に受光させる第
１光学系と、前記レーザ光とは異なる色情報用の照明光
を試料に照射して、その応答光を第２受光素子に受光さ
せる第２光学系と、を備え、前記第１受光素子からの輝
度情報と、前記第２受光素子からの色情報に基づいてカ
ラーの共焦点画像を表示画面に表示する共焦点顕微鏡に
おいて、前記輝度情報に基づく表示画面および前記色情
報に基づく表示画面に、調節用標識がそれぞれ表示され
るようにしたことを特徴としている。さらに、請求項３
記載の発明は、前記第１光学系および第２光学系の少な
くとも位置調節用の各位置調節パラメータを前記表示画
面に重畳表示し、該表示画面に表示された各位置調節パ
ラメータを操作しながら各位置調節を行なう請求項１又
は２記載の共焦点顕微鏡において、前記調節用標識を制
御する各標識制御パラメータも前記表示画面に表示した
ことを特徴としている。そして、請求項４記載の発明
は、変更後の前記各パラメータ値をメモリに格納し、共
焦点顕微鏡用の毎電源投入時に該パラメータ値を自動的
に読み出すことを特徴としている。また、請求項５記載
の発明は、前記調節用標識が格子状模様であることを特
徴としている。さらに、請求項６記載の発明は、前記格
子状模様のうち中央付近の格子を他の格子と識別可能に
したことを特徴としている。

【００２０】そして、請求項７記載の発明は、請求項３
〜６のいずれか１項記載のカラーの共焦点画像を表示画
面に表示する共焦点顕微鏡において、まず、前記第２光学系による色情報に基づいて校正
ワークを画面表示し、次に、当該第２光学系による校正ワークの表示画面
に前記調節用標識を表示させ、重畳表示された前記各標識制御パラメータを操作し
ながら、前記表示画面に表示された前記調節用標識を移
動させて該調節用標識を該校正ワークの所定箇所に一致
させ、一致したら、前記第２光学系による色情報に基づく
校正ワークの表示画面を消して、前記調節用標識をその
状態に保ったまま、代わりに前記第１光学系による輝度
情報に基づく前記校正ワークを画面表示し、重畳表示状態で前記表示画面に表示された前記各位
置調節パラメータを操作しながら、前記表示画面に表示
された画面上の校正ワークを移動させて、前記校正ワー
クの所定箇所を前記調節用標識に一致させることを特徴
としている。

【００２１】以上の構成により、ＣＣＤカメラで得られ
るカラー画面とレーザによる共焦点白黒画面とが合成さ
れた画面が長い不使用期間中に温度ドリフト等により位
置ずれすることが起きた場合、本発明による格子状模様
などの調節用標識を仲立ちとして、まず校正ワークのカ
ラー画面と調節用標識との調整をし、その後、この調節
用標識とレーザによる校正ワークの共焦点白黒画面との
調整をすることにより、結果的に、カラー画面と共焦点
白黒画面との位置ずれを簡単に解消でき、したがって、
目的とする綺麗な画像が簡単に得られ、正確な計測がで
きるようになる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図１
〜図４を用いて説明する。図２は図７の表示装置６２に
表示された基本メニューを表している。画面中の「＋」
はその属するパラメータ値の増加、「−」はパラメータ
値の減少の各ボタンである。マウスのポインタをいずれ
かの「＋」又は「−」ボタンに置いてクリックすると、
そのパラメータ値が増加又は減少することとなる。
「＋」および「−」の各ボタンは、ともに０〜任意の値
まで変えることができる。

【００２３】次に、この基本メニューに表示されている
各種パラメータについて説明する。画面内の点線で囲っ
たＢはレーザ光による白黒共焦点画面の各種調節であ
り、垂直方向の調節はガルバノ振幅パラメータとオフセ
ットパラメータで行ない、水平方向の調節はピクセルク
ロック位相パラメータとレゾナント振幅パラメータと粗
密パラメータとで行なう。Ｂ１１ａはガルバノ振幅パラ
メータである。このガルバノ振幅パラメータＢ１１ａ
は、ビームを垂直方向に走査しているガルバノミラー
（図５の二次元走査装置１４の中にある。）の振幅を変
えるもので、画面中の「＋」の指示により垂直の幅を広
くし、「−」の指示により狭くすることができる。

【００２４】Ｂ１１ｂはオフセットパラメータである。
このオフセットパラメータＢ１１ｂは、これが最適に調
節されている場合、表示画面の垂直方向上から下まで過
不足なく表示されているが、オフセット調節がずれると
表示画面上の垂直位置での開始点が途中からになり下の
画面が切れるか、逆に、開始点が早くなり表示画面の途
中で表示が終わってしまうこととなる。このように、オ
フセットパラメータＢ１１ｂは垂直方向の幅は変えず
に、その開始点を「＋」の指示により早めたり、「−」
の指示により遅くするものである。

【００２５】水平方向の調節の調節はピクセルクロック
位相パラメータとレゾナント振幅パラメータと粗密パラ
メータとで行なう。Ｂ１２ａはピクセルクロック位相パ
ラメータである。このピクセルクロック位相パラメータ
Ｂ１２ａは画面で水平方向の表示開始点を変えるパラメ
ータである。「＋」の指示により開始点を早め、「−」
の指示により遅くする。

【００２６】Ｂ１２ｂはレゾナント振幅パラメータであ
る。このレゾナント振幅パラメータＢ１２ｂはビームを
水平方向に走査している音響光学偏光素子（図５の二次
元走査装置１４の中にある。）の振幅を変えるパラメー
タで、これにより水平方向の幅を広くしたり狭くしたり
することができる。画面中の「＋」の指示により水平の
幅を広くし、「−」の指示により狭くすることができ
る。

【００２７】Ｂ１２ｃは粗密パラメータである。この粗
密パラメータＢ１２ｃは、画面の中央部と画面の周辺部
との単位面積の大きさのバランスを調節するものであ
る。画面中の「＋」の指示により画面の中央部の単位面
積の大きさを周辺部のそれより大きくし、「−」の指示
により逆にすることができる。

【００２８】以上がレーザ光による白黒共焦点画面の各
種調節である。次に、図２の画面でその下の点線で囲っ
たエリアＣはＣＣＤカメラによる表示画面の調節であ
る。Ｃ１０はカラーオフセット調節用のパラメータあ
る。このカラーオフセット調節用パラメータＣ１０はＣ
ＣＤカメラによるカラー表示画面の開始位置を変えるパ
ラメータである。「＋」の指示により開始点を早め、
「−」の指示により遅くする。

【００２９】次に、図２の画面でその下の点線で囲った
エリアＤが、本発明により表示画面に新たに表示させた
格子線の各種調節パラメータである。中央左は縦の格子
線のオフセットを変えるパラメータ（Ｄ１３ｖ１，Ｄ１
３ｖ２）とその幅を変えるパラメータ（Ｄ１３ｖ３，Ｄ
１３ｖ４）である。パラメータＤ１３ｖ１を操作すると
オフセット開始点が遅くなり、パラメータＤ１３ｖ２を
操作するとオフセット開始点が早くなる。また、パラメ
ータＤ１３ｖ３を操作すると幅が広がり、パラメータＤ
１３ｖ４を操作すると幅が狭くなる。

【００３０】中央右は横の格子線のオフセットを変える
パラメータ（Ｄ１３ｈ１，Ｄ１３ｈ２）と横の格子線の
幅を変えるパラメータ（Ｄ１３ｈ３，Ｄ１３ｈ４）であ
る。パラメータＤ１３ｈ１を操作するとオフセット開始
点が遅くなり、パラメータＤ１３ｈ２を操作するとオフ
セット開始点が早くなる。また、パラメータＤ１３ｈ３
を操作すると線の幅が広がり、パラメータＤ１３ｈ４を
操作すると線の幅が狭くなる。

【００３１】さらに、図２の基本メニュー画面の下辺に
並ぶ５個のアイコンは画面表示の切り換えボタンを示し
ている。画面の下辺左から第１〜第３までのアイコン
（Ｅ１５、Ｅ１６、Ｅ１７）は画面表示の切り換え用で
ある。アイコンＥ１５を操作するとＣＣＤカメラの写す
画面が表示され、アイコンＥ１６を操作するとＣＣＤカ
メラの白黒共焦点画面が表示され、アイコンＥ１７を操
作するとＣＣＤカメラによるカラーの共焦点画面が表示
される。

【００３２】また、基本メニュー画面の下辺左から第４
のアイコンＦ１８と第５のアイコンＦ１９は測定開始用
である。アイコンＦ１８を操作すると白黒測定を開始
し、アイコンＦ１９を操作するとカラー測定を開始す
る。

【００３３】図３は本発明の共焦点顕微鏡のブロック図
を示している。図３において、８０は制御部であり、こ
の制御部８０は、ＣＰＵ８１、ＲＡＭ８２、ＲＯＭ８
３、フレームメモリ８４、インタフェース８５、表示コ
ントローラ８６を備えている。また、制御部８０には、
図５において既述の第１Ａ／Ｄ変換器４１と第２Ａ／Ｄ
変換器４２、操作部（例えば、マウス、キーボード、ト
ラックボール等）６３が入力として接続され、同じく、
図５において既述のレーザ光駆動回路４４、二次元走査
装置１４、ステージ制御回路４０、およびＣＲＴ、ＬＣ
Ｄ等の表示装置６２が出力として接続されている。ＣＰ
Ｕ８１は、ＲＯＭ８３内に格納された演算処理手順にし
たがって、ＲＡＭ８２およびフレームメモリ８４の制御
およびデータ処理を行なう。ＲＡＭ８２は、前記ＣＰＵ
８１が処理すべきデータや処理したデータを格納する。
ＲＯＭ８３は、ＣＰＵ８１の演算処理手順を記憶する。
フレームメモリ８４は、インタフェース８５から授受し
た第１Ａ／Ｄ変換回路および第２Ａ／Ｄ変換回路からの
出力値を格納する。表示コントローラ８６は、フレーム
メモリ８４内のビットマップデータを表示装置６２に表
示するよう制御する。ＲＯＭ８７は、図１において既述
の本発明に係る格子線（碁盤目）の表示データを格納す
るためのメモリである。表示装置６２は、フレームメモ
リ８４内のビットマップデータを表示する。操作部６３
は、各種プログラムおよび各種パラメータの書き込み・
読み出し・作成・変更・モニタリング・保存・実行等の
際に使用する。

【００３４】次に、以上の各種パラメータおよび各種ア
イコンを用いてカラー画面と共焦点白黒画面との位置ず
れを解消する方法について、図１の表示画面、図２の基
本メニューおよび図４のフローチャートを用いて説明す
る。まず、校正ワークｗをステージ（図５の３０参照）
の上に乗せる。校正ワークｗには、白黒のコントラスト
のはっきりした模様Ｍを用いるのがよい。ここでは、模
様Ｍとして、図１（Ａ）のような黒色四角形が縦横に定
間隔を置いて配置されているいわゆる「市松模様」を採
用している。もちろん、市松模様に限られるものではな
く、縦横に定間隔を置いて配置されるトンボマーク
「＋」や幾何学模様のもの（例えば、多重円や多重四角
形等の組み合わせ）であってもよい。表示装置（図７の６２参照）の表示画面には図２の
基本メニューが表示されているので、基本メニューの下
辺左部のアイコンＥ１５（ＣＣＤカメラ表示）をマウス
でクリックすると、表示画面には、前記第２光学系（図
７参照）による色情報に基づいて校正ワークが表示され
る。この場合、図１の校正ワーク画面と図２の基本メニ
ュー画面は、表示装置の表示画面にマルチウインドウ
（Multiple Windows）で表示させておくと便利である。
すなわち、表示画面を上下または左右に二分して、一方
に図１の校正ワーク画面を表示させ、他方に図２の基本
メニュー画面を表示させると、オペレータは図１の校正
ワーク画面を見ながら、そのズレを図２の基本メニュー
画面を用いて修正していくことができるので、修正が簡
単にできるようになる。表示画面に表示された校正ワークが斜めになってい
たり、上下左右にずれていたり、ピントが合っていない
場合には調節をする。校正ワークが斜めに表示されてい
る場合の調節は、校正ワークの市松模様の各上辺・下辺
が真横になるまで手で校正ワークを回して行なう。校正
ワークの市松模様が上下左右にずれている場合の調節
は、試料ステージ３０を手動ハンドルでＸ，Ｙ方向に移
動させることにより行なう。また、ピントが合っていな
い場合の調節は、ステージ制御回路４０を使って試料ス
テージ３０をＺ（上下）方向に駆動制御することによっ
て行なう。図１（Ａ）はこのようにして調整された後の
校正ワークのカラー表示の状態を示している（図４のス
テップＳ１）。

【００３５】次に、この校正ワークの表示画面に本
発明による調節用標識Ｇを表示させる。調節用標識Ｇと
しては、上記の市松模様に対応した間隔の横格子線Ｇ１
と縦格子線Ｇ２で構成される格子（グリッド）状（「碁
盤目」）模様がよい。また、複数の縦・横格子線Ｇ１，
Ｇ２のうちとくに中央部の格子Ｎの垂直格子（Ｎ１）と
水平格子（Ｎ２）を他よりも太く表示する（図１（Ｄ）
参照。）と、センター部を合わせやすくできる。もちろ
ん、太く表示する代わりに、色を変えて表示するとか、
鎖線にする等の他より区別できるものにしてもよい。格
子線の表示のさせ方は、マルチウインドウ表示されてい
る図２の基本メニューの中央エリアＤの「格子線調節
用」エリアをマウスでクリックすることにより行なわれ
る。図１（Ｂ）はこの校正ワークの表示画面に調節用標
識を単に表示させた状態を示している。したがって図１
（Ｂ）では市松模様の各辺と格子線がずれている。そこで、市松模様の各辺と格子線のずれをなくする
操作を行なう。ここでは、校正ワークの表示画面はその
ままにして、格子線の方を矢印で示す上下左右方向に移
動させることによって市松模様の各辺と格子線のずれを
なくする手法をとる。そのため、重畳表示された前述の
格子線調節用各パラメータ（図２のＤ１３ｖ１〜Ｄ１３
ｖ４，Ｄ１３ｈ１〜Ｄ１３ｈ４）を操作しながら、前記
表示画面に表示された前記縦横格子線を移動させて、該
縦横格子線が該校正ワークの各辺に一致するまで繰り返
す（図４のステップＳ２とステップＳ３）。調節の順序
としては、まず校正ワークの中央部に縦横格子線の中央
部を合わせ、そのあと上下・左右方向に順次合わせてゆ
くのがよい。

【００３６】図１（Ｃ）は、このようにして格子線
を移動させた結果、市松模様の各辺と縦横格子線が一致
した状態を示している。市松模様の各辺と縦横格子線が
一致したら図４のステップＳ４へ進み、前記第２光学系
による色情報に基づく校正ワークの表示画面を消して、
前記縦横格子線をこの状態（図１（Ｄ）の表示状態。）
に保ったまま、代わりに前記第１光学系（図７参照）に
より校正ワークを白黒測定し白黒共焦点画面を生成して
画面表示する。この表示は、基本メニューの下辺左部の
アイコンＤ１６（白黒表示）をマウスでクリックするこ
とにより行なわれる。図１（Ｅ）は表示された白黒共焦点画面による校正
ワークの各辺と縦横格子線がずれている状態を示してい
る。このように白黒共焦点画面による校正ワークの各辺
と縦横格子線がずれている場合、ずれをなくする操作を
行なう。ここでは、格子線の表示画面はそのままにし
て、白黒共焦点画面による校正ワークの方を矢印で示す
上下左右方向に移動させることによって格子線とのずれ
をなくする。そのため、表示装置６２に重畳表示された
前述の白黒共焦点画面調節用の各パラメータ（図２のＢ
１１ａ〜Ｂ１１ｂ，Ｂ１２ａ〜Ｂ１２ｃ）をマウスで操
作して校正ワークを白黒測定しながら校正ワークの表示
を上下左右に移動させていき、前記校正ワークの各辺と
格子線のずれを無くしていく（図４のステップＳ６，Ｓ
７）。図１（Ｆ）は、このような校正ワークの移動の結
果、校正ワークの各辺と縦横格子線のずれが無くなった
状態を示している。

【００３７】必要に応じて、カラー共焦点画面の位
置を調節する（図４のステップＳ８）。この場合、図２
のＣＣＤカメラオフセット調節用ＣのパラメータＣ１０
も変更することになる。最後に、カラー共焦点測定でずれの無いことを確認
し（図４のステップＳ９）、その状態の各パラメータを
ＲＡＭメモリ（図３の８２）に登録しておく（図４のス
テップＳ１０）。

【００３８】なお、調節後の各パラメータの値はＲＡＭ
メモリの他に、磁気ディスク等の不揮発性メモリにも格
納しておき、電源を切った後、ふたたび電源を入れたと
きまずこの不揮発性メモリの中の各パラメータを読み出
すようにしておくと、電源オフ前の状態を再現すること
ができるので便利である。

【００３９】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれ
ば、レーザ駆動回路とＣＣＤ駆動回路とが交互に駆動さ
れてＣＣＤカメラで得られるカラー画面とレーザによる
共焦点白黒画面とが合成された画面が、長い不使用期間
中に温度ドリフト等により位置ずれすることが起きた場
合、校正ワークを用いるとともに、本発明による縦横格
子線などの調節用標識を仲立ちとして、まず校正ワーク
のカラー画面と調節用標識との調整をし、そのあとこの
調節用標識とレーザによる校正ワークの共焦点白黒画面
との調整をすることにより、結果的に位置ずれを簡単に
解消でき、したがって、目的とする綺麗な画像が簡単に
得られ、正確な計測ができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る格子状模様を用いて位置ずれを調
整する各手順における表示装置に表示された表示画像を
示す図である。

【図２】表示装置に表示された基本メニューを表す図で
ある。

【図３】共焦点顕微鏡の構成ブロックを示す図である。

【図４】カラー画面と共焦点白黒画面との位置ずれを本
発明に係る格子状模様を用いて調整する手順を示すフロ
ーチャートである。

【図５】本発明の基礎となるカラー共焦点顕微鏡の概略
を示す構成図である。

【図６】共焦点顕微鏡の明るさと解像力の関係を示す図
（Ａ）と、通常の顕微鏡の明るさと解像力の関係を示す
図（Ｂ）である。

【図７】共焦点顕微鏡のカラー映像信号作成手段につい
てのブロック図である。

【図８】カラー共焦点顕微鏡の撮像領域を示す平面図で
ある。

【図９】カラー共焦点顕微鏡のレーザ駆動回路とＣＣＤ
駆動回路とが交互に駆動されて合成画面が得られる手順
を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１レーザ光学系（第１光学系）１０レーザ光Ｌ１を出射するレーザ１１第１コリメートレンズ１２偏光ビームスプリッタ１３１／４波長板１４二次元走査装置１５第１リレーレンズ１６第２リレーレンズ１７対物レンズ１８第２結像レンズ１９ａピンホールを有する光絞り部１９ｂ第１受光素子２白色光光学系（第２光学系）２０白色光を出射する白色光源２１第２コリメートレンズ２２第１ハーフミラー２３第２ハーフミラー２４カラーＣＣＤ（第２受光素子）３０試料ステージ４１第１Ａ／Ｄ変換回路４２第２Ａ／Ｄ変換回路４３ＣＣＤ駆動回路５カラー映像信号作成手段５１第１領域回路５２第２領域回路５３輝度変換回路６０Ｄ／Ａ変換回路６１加算器６２表示装置（モニタ）７２表示コントローラ８０制御部８１ＣＰＵ８２ＲＡＭ８３ＲＯＭ８４フレームメモリ８５インタフェース８６表示コントローラ８７格子線データ格納用メモリＬ１反射光Ｌ２白色光Ａ０共通の映像領域Ａ１レーザ光学系の撮像領域Ａ２白色光光学系の撮像領域ｃカラー映像用の信号（複合カラー映像信号）ｉ輝度信号ｗワーク（試料）ｒｏ，ｇｏ，ｂｏカラー映像用のデジタル信号（変換
色強度信号）ｒｍ，ｇｍ，ｂｍ赤、緑、青の色強度信号Ｍｉ輝度用メモリＭｒ１，Ｍｇ１，Ｍｂ１第１色強度メモリＭｒ２，Ｍｇ２，Ｍｂ２第２色強度メモリＢ１１ａ〜Ｂ１１ｂ白黒共焦点画面の垂直方向調節用
の各パラメータＢ１２ａ〜Ｂ１２ｃ白黒共焦点画面の水平方向調節用
の各パラメータＣ１０ＣＣＤカメラオフセット調節用パラメータＤ１３ｖ１〜Ｄ１３ｖ４格子線の縦線調節用各パラメ
ータＤ１３ｈ１〜Ｄ１３ｈ４格子線の横線調節用各パラメ
ータＥ１５ＣＣＤカメラ表示用アイコンＥ１６白黒表示用アイコンＥ１７カラー表示用アイコンＦ１８白黒測定用アイコンＦ１９カラー測定用アイコン

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Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】対象物（試料）に光を照射する光源と前
記対象物からの反射光または透過光を対物レンズを含む
光学系を通して第１受光素子に受光させる第１光学系
と、前記光とは異なる色情報用の照明光を試料に照射し
てその応答光を第２受光素子に受光させる第２光学系
と、を備え、前記第１受光素子からの輝度情報と、前記
第２受光素子からの色情報に基づいてカラーの共焦点画
像を表示画面に表示する共焦点顕微鏡において、前記輝度情報に基づく表示画面および前記色情報に基づ
く表示画面に、調節用標識がそれぞれ表示されるように
したことを特徴とする共焦点顕微鏡。
【請求項２】対象物（試料）にレーザ光を照射すると
共に該レーザ光を前記試料表面に沿って相対的に走査さ
せ、該レーザ光による応答光を第１受光素子に受光させ
る第１光学系と、前記レーザ光とは異なる色情報用の照
明光を試料に照射して、その応答光を第２受光素子に受
光させる第２光学系と、を備え、前記第１受光素子から
の輝度情報と、前記第２受光素子からの色情報に基づい
てカラーの共焦点画像を表示画面に表示する共焦点顕微
鏡において、前記輝度情報に基づく表示画面および前記色情報に基づ
く表示画面に、調節用標識がそれぞれ表示されるように
したことを特徴とするレーザ共焦点顕微鏡。
【請求項３】前記第１光学系および第２光学系の少な
くとも位置調節用の各位置調節パラメータを前記表示画
面に重畳表示し、該表示画面に表示された各位置調節パ
ラメータを操作しながら各位置調節を行なう請求項１又
は２記載の共焦点顕微鏡において、前記調節用標識を制御する各標識制御パラメータも前記
表示画面に表示したことを特徴とする共焦点顕微鏡。
【請求項４】変更後の前記各パラメータ値をメモリに
格納し、共焦点顕微鏡用の毎電源投入時に該パラメータ
値を自動的に読み出すことを特徴とする請求項３記載の
共焦点顕微鏡。
【請求項５】前記調節用標識が格子状模様であること
を特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の共焦点
顕微鏡。
【請求項６】前記格子状模様のうち中央付近の格子を
他の格子と識別可能にしたことを特徴とする請求項５記
載の共焦点顕微鏡。
【請求項７】請求項３〜６のいずれか１項記載のカラ
ーの共焦点画像を表示画面に表示する共焦点顕微鏡にお
いて、まず、前記第２光学系による色情報に基づいて校正
ワークを画面表示し、次に、当該第２光学系による校正ワークの表示画面
に前記調節用標識を表示させ、重畳表示された前記各標識制御パラメータを操作し
ながら、前記表示画面に表示された前記調節用標識を移
動させて該調節用標識を該校正ワークの所定箇所に一致
させ、一致したら、前記第２光学系による色情報に基づく
校正ワークの表示画面を消して、前記調節用標識をその
状態に保ったまま、代わりに前記第１光学系による輝度
情報に基づく前記校正ワークを画面表示し、重畳表示状態で前記表示画面に表示された前記各位
置調節パラメータを操作しながら、前記表示画面に表示
された画面上の校正ワークを移動させて、前記校正ワー
クの所定箇所を前記調節用標識に一致させることを特徴
とする共焦点顕微鏡の第１光学系と第２光学系との位置
ずれ調節方法。