JP2006039048A - 顕微鏡装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の共焦点顕微鏡において、高解像度の観察画像を取得する場合には、画像全体に亘って高解像度の画像取得を行うため、取得に時間を要していた。
【解決手段】本発明は、レーザビームを複数のレンズやミラーで構成される第１の光学系を通じて２次元に走査して被写体の観察領域へ照射し、その反射光から生成された高解像度の共焦点画像（共焦点データ）と、第１の光学系の一部を共有する第２の光学系を通して結像され、撮像素子により撮像した、共焦点画像よりも低解像度の被写体画像（画像データ）とを得て、低解像度の被写体画像内に高解像度の観察領域を嵌め込んだ観察画像を生成する顕微鏡装置である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体デバイスや工業系材料の表面・内部の形状観察・計測・検査・解析等に利用される顕微鏡装置に関する。

一般に、半導体デバイスや工業系材料の形状及び内部の観察・計測・検査・解析等に共焦点顕微鏡が利用されている。例えば、特許文献１には、図１２に示すような構成から成る共焦点顕微鏡が提案されている。

この構成においては、レーザ光源１から照射されたレーザビーム２を、ビームスプリッタ３、ガルバノメータミラー４、瞳伝送レンズ５，６、ガルバノメータミラー７、瞳投影レンズ８、結像レンズ９及び対物レンズ１０を介して試料１１上に集光している。

この時、レーザビーム２は、ガルバノメータミラー４（Ｘ軸方向に走査）、ガルバノメータミラー７（Ｙ軸方向に走査）により試料１１上で2次元方向に走査される。また、試料１１からの光（反射光）は、同じ経路を逆方向に伝搬され、ビームスプリッタ３で分岐される。

ビームスプリッタ３で分岐された試料１１からの光は、集光レンズ１３で集光され、対物レンズ１０と共役な位置に配置されたピンホール部材１４のピンホールを通過した光が共焦点画像データとして共焦点用検出器１５で検出される。

なお、共焦点用検出器１５は、試料１１上に対物レンズ１１の焦点が合っている場合、ピンホール部材１４のピンホールを全て通過した光を検出することができるが、試料１１に対物レンズ１０の焦点が合っていない場合には、ピンホール部材１４のピンホールを試料１１からの光の大部分は通過できないので、光の大部分は共焦点用検出器１５に検出されない。

共焦点用検出器１５で検出された共焦点データは、共焦点画像を構築するための種々の演算処理を行なうコントローラ１６へ送られる。コントローラ１６で演算処理されて得られた共焦点画像をモニタ１７に表示する。

また、特許文献２は、半導体デバイスの撮像に関して、基板の裏面側から撮像した画像と、基板からの発光を撮像した画像とを重畳加算することにより、基板内部に形成されている半導体デバイスの明瞭な画像を作成する技術が開示されている。
特開平９−１３３８６９号公報 特開２００１−２４０４０公報

前述した特許文献１において、１枚の画像データを取得するためには、画像範囲全域に対してレーザビームを走査させて、画像を取得している。また、試料内のある特定部分のみの情報を得る、例えば長さ計測、角度計測、微小な部位の数量計測、形状の詳細観察等を行なう場合、この特定部分以外は概況程度でよく、解像度もあまり要求されない。

しかし、特許文献１において、所望する解像度を望んだ場合は、その特定部分だけではなく、全体に亘ってレーザビームを走査させて画像データを取得することとなるため、画像データを取得するのに要する時間が長くなる。

また、特許文献２による撮像は、２回の異なる撮像により得られた画像を重畳加算している。このうちの１回は、共焦点顕微鏡による撮像であり、基板全体に亘ってレーザ走査する必要があるため、鮮明な共焦点画像を得ることはできるが時間を要していた。

そこで本発明は、所望する観察領域の高い解像度の画像を得ると共に、その観察領域以外も概略把握できる顕微鏡装置を提供することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために、試料に光を照射し該試料からの光に基づく観察画像を生成する顕微鏡装置であって、前記観察画像内で所望する観察領域を高い解像度にて画像を取得する第１の光学系と、前記観察画像内の領域を前記第１の画像生成部の解像度よりも低い解像度にて画像を取得する第２の光学系と、前記第２の光学系による前記観察画像内の領域に前記第１の光学系による高い解像度の画像を嵌め込む画像処理部と、を具備する顕微鏡装置を提供する。

また本発明は、試料に光を照射し該試料からの光に基づく観察画像を作成する顕微鏡装置であって、前記試料へ光を照射し、前記観察画像内に観察される前記試料に存在する部位を略位置及び略大きさが直視可能な解像度の被写体画像を生成するための光学系及び撮像装置からなる被写体画像生成部と、前記被写体画像生成部により生成された被写体画像内で所望する観察領域を指定し、その指定された前記観察領域内にレーザビームを走査照射して高い解像度の共焦点画像を得る共焦点レーザ顕微鏡からなる共焦点画像生成部と、
前記被写体画像生成部による前記被写体画像内で指定した観察領域に前記共焦点画像生成部による共焦点画像を嵌め込む画像処理部と、を具備する顕微鏡装置を提供する。

以上のような構成の顕微鏡装置は、顕微鏡の観察視野に見える試料をカメラで撮像して低解像度の被写体画像を取得し、さらに観察視野内の所望する観察領域を高解像度の共焦点画像を取得して、被写体画像内で観察領域に相当する領域に共焦点画像を嵌め込み、観察画像を作成する。

本発明によれば、所望する観察領域の高い解像度の画像を得ると共に、その観察領域以外も概略把握できる顕微鏡装置を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る顕微鏡装置の構成図である。
本実施形態は、レーザビームを複数のレンズやミラーで構成される第１の光学系（共焦点顕微鏡光学系）を通じて２次元に走査して試料（被写体）へ照射し、その試料からの光、例えば反射光から生成された高い解像度の共焦点画像（共焦点画像データ）と、第１の光学系の一部を共有する第２の光学系（顕微鏡光学系）を通してＣＣＤ等の撮像素子により撮像した、共焦点画像よりも低い解像度の被写体画像（画像データ）と、を得る顕微鏡装置である。

即ち、本顕微鏡装置は、第２の光学系により取得された解像度があまり高くない（低い解像度）の被写体画像内に対して観察領域が指定されると、指定された観察領域に対応する高い解像度の共焦点画像が第１の光学系により取得され、結果、被写体画像内に指定された観察領域に共焦点画像を嵌め込んだ合成画像（観察画像）を生成するものである。

以下に、本実施形態について詳細に説明を行なう。
始めに、共焦点画像を得るための第１の光学系の構成をレーザビームの光路に沿って説明する。
第１の光学系は、レーザビーム２を照射するレーザ光源１と、レーザビーム２の照射を遮光するシャッタ２３と、レーザビーム２を入射方向に応じて透過若しくは反射させるビームスプリッタ３と、レーザビーム２を所定方向（Ｘ軸方向）に走査するように反射するガルバノメータミラー４と、瞳伝送レンズ５，６と、前記所定方向と直交する方向（Ｙ軸方向）にレーザビーム２を走査するように反射して、レーザビーム２を２次元的に走査（以下、２次元走査ビームと称する）させるガルバノメータミラー７と、瞳投影レンズ８と、結像レンズ９と、ビームスプリッタ１８及び対物レンズ１０と、を具備して構成される。

この２次元走査ビームは、レーザスポットとして集光され、試料１１上で２次元方向に走査される。次に、試料１１からの光（反射光）は、対物レンズ１０からビームスプリッタ３までの同じ光路を逆方向に伝搬される。試料１１からの光（反射光）は、ビームスプリッタ３で分岐され、集光レンズ１３でピンホール部材１４の共焦点絞りとしてのピンホールに集光される。ピンホールを通過した試料１１からの光（反射光）は、共焦点用検出器１５により共焦点画像（共焦点データ）が検出される。

共焦点用検出器１５は、共焦点用検出器１５で検出された共焦点画像への種々の処理や後述する被写体画像と共焦点画像の画像合成（嵌め込み）処理を行なう画像処理部１６ａを備えたコントローラ１６に接続される。

コントローラ１６には、画像処理部１６ａで処理された共焦点画像を表示するモニタ１７と、そのモニタ１７上に表示された画像に指示を与える操作パネル又はキーボード（マウス）などからなる外部入力部２６とが接続される。また、コントローラ１６は、ガルバノメータミラー４，７、及びシャッタ２３，２４を制御する制御部１６ｂも有しているものとする。尚、瞳伝送レンズ５，６及び瞳投影レンズ８は周知なものを用いているものとする。

また、共焦点用検出器１５は、フォトダイオード若しくはフォトマルチプライヤー等の０次元の光を検出できる部材を用いる。
前述した被写体画像を得るための第２の光学系の構成についても同様にレーザビームの光路に沿って説明する。

第２の光学系は、可視光からなる照明光を照射する光源２２と、照明光を遮光するシャッタ２４と、入射方向に応じて透過又は反射するビームスプリッタ２１と、上記ビームスプリッタ１８及び上記対物レンズ１０と、試料１１で反射してビームスプリッタ１８により分岐されて導入され、ビームスプリッタ２１を通過した反射光（被写体光像）を結像する結像レンズ１９と、を具備して構成され、さらに、ＣＣＤ等の撮像素子を搭載するカメラ２０が設けられ、被写体光像を光電変換して被写体画像（画像データ）を生成する。このような構成の光源２２としては、例えば水銀ランプやハロゲンランプ等が用いられるが、これらに限定されるものではない。

このように構成された本発明の顕微鏡装置による撮像を説明する。
まず、第２の光学系による試料１１の解像度の低い被写体画像を撮像する。
光源２２を駆動し、コントローラ１６の制御部１６ｂによりシャッタ２４を開状態とし、シャッタ２３を閉状態とする。

この光源２２からの照明光は、シャッタ２４を通過して、ビームスプリッタ２１へ入射させる。ビームスプリッタ２１で反射された照明光は、ビームスプリッタ１８へ反射される。さらに、この照明光は、ビームスプリッタ１８でも反射されて、第１の光学系の光路に入射する。

第１の光学系において、対物レンズ１０で集光されて試料１１を照明する。試料１１からの光、ここでは反射光は、入射したときの光路を逆方向（試料１１→対物レンズ１０→ビームスプリッタ１８→ビームスプリッタ２１）に戻り、さらに、ビームスプリッタ２１を透過して結像レンズ１９により結像され、カメラ２０で撮像される。

この撮像により図２に示すような解像度の低い試料１１の被写体画像（低い解像度画像）３１が得られると、被写体画像は、コントローラ１６内の図示しないメモリに記憶されると共に、モニタ１７に表示される。

図２では、試料１１上に複数のパターンが交差するように形成された例を示している。 但し、図２に示す被写体画像３１の解像度は、これらのパターンが各ラインとして判別することは難しいが、画面内のどの位置に存在しているかを判別可能な解像度であるものとする。

ユーザは、この被写体画像３１内で詳細な表示により観察したい領域を操作パネル又はキーボード（マウス）などの外部入力部２６を用いて被写体画像３１を見ながら、例えば、図２の点線で囲んだ観察領域の共焦点画像（共焦点データ）３２の取り込みを指示する。

次に、ユーザは、第２の光学系から第１の光学系に切り替える指示をコントローラ１６の制御部１６ｂに与え、シャッタ２３を開状態とし、シャッタ２４を閉状態とした後、光源２２を停止させ、レーザ光源１を駆動させる。

これらは、共焦点顕微鏡光学系による共焦点画像の取得を指示した際に、自動的に切り替わるように構成してもよい。レーザ光源１から出射されたレーザビーム２は、シャッタ２３及びビームスプリッタ３を通過し、ガルバノメータミラー４に入射する。ガルバノメータミラー４は、反射面が回動され、ここに入射したレーザビーム２は、Ｘ軸方向に走査される１次元走査ビームとなる。

この１次元走査ビームは、瞳伝送レンズ５，６を通過させた後、反射面を回動するガルバノメータミラー７に入射されて偏向され、さらにＹ軸方向に走査されて２次元走査ビーム（レーザビーム２）となる。

ガルバノメータミラー４，７は、コントローラ１６の制御部１６ｂで回動の振れ角を駆動周波数により制御できるように構成されており、例えばモニタ１７上で指定された観察領域を座標データとして用い、その観察領域内をレーザビーム２で走査させるようにすればよい。

また、ガルバノメータミラー４，７の回動部分に移動可能なメカニカルなストッパを設けて回動幅を規制するようにしてもよい。尚、指定された観察領域のみに２次元走査ビーム（レーザビーム２）を照射しなければならないのではなく、その観察領域を含む領域に２次元走査ビーム（レーザビーム２）を照射して、画像化する際にその観察領域のみを画像化してもよい。

また、観察する試料１１によっては、試料１１全体に２次元走査ビーム（レーザビーム２）を照射して、所望する観察領域のみを画像化する場合もある。
この２次元走査ビーム（レーザビーム２）は、瞳投影レンズ８、結像レンズ９、ビームスプリッタ１８を介して対物レンズ１０によりレーザスポットとして集光し、このレーザスポットで試料１１の指定された観察領域上をＸ−Ｙの２次元方向に走査させる。

尚、本実施形態の図１において、ガルバノメータミラー４，７は、同一方向にレーザビーム２を偏向するかの如く示してあるが、実際は、試料１１上をＸ軸―Ｙ軸の直交する方向に走査し得るようになっているものとする。この試料１１で反射された光、ここでは検出ビーム１２は、入射した時とは逆方向に同じ光路を通り、ビームスプリッタ３まで戻る。

ビームスプリッタ３で分岐（反射）された検出ビーム１２は、集光レンズ１３により点状に集光され、この集光位置に配置されたピンホール部材１４のピンホールを通過して共焦点用検出器１５へ入射され、この共焦点用検出器１５により高い解像度の共焦点画像３２（共焦点データ）が生成される。

このように取得された共焦点画像３２は、コントローラ１６の画像処理部１６ａに伝送され、既にコントローラ１６の不図示のメモリに記憶されている低い解像度の被写体画像３１の観察領域に画像合成処理される（嵌め込まれる）。

例えば、図２に示すように、始めにカメラ２０で撮像して取り込んだ被写体画像３１に対して操作パネル又はキーボード（マウス）などの外部入力部２６を用いて指定し、指定された観察領域（点線）内に共焦点画像（共焦点データ）３２を嵌め込み、合成画像（観察画像）を作成する。

以上説明したように、第１の実施形態によれば、顕微鏡の観察視野に見える試料１１をカメラ２０により短時間で低い解像度である被写体画像を撮像し、その被写体画像内で所望する観察領域を指定する。

高い解像度の画像として取得するその観察領域は、試料１１全体から見ると狭いため、従来の画像全体を走査して取得するものに対して、短時間の走査時間で所望する画像を取得することができる。尚、試料１１を全体的に低い解像度で表示すると共に、所望する観察領域を高い解像度で表示するようにしたので、所望する領域は高い解像度の観察を行なうことができる。

尚、本実施形態では、低い解像度の被写体画像として撮影した後、高い解像度の共焦点画像を取得する順番で説明しているが、これに限定されるものではなく、試料によっては、先に共焦点画像から取り込むようにしてもよい。

次に、前述した第１の実施形態の変形例について説明する。
図３に示す変形例は、図１に示した第１の実施形態の構成に、試料１１と対物レンズ１０とを相対的に移動させる移動ステージ機構４１や対物レンズ移動機構４２を設けた構成である。

これらのうち、移動ステージ４３は、精密モータ等を用いたステージ駆動部４４により光軸方向（Ｚ軸方向）に高精度に試料１１を移動可能であり、且つその相対位置を検出する機能も有している。

また、対物レンズ移動機構４２は、対物レンズ取り付け台４５及び精密モータ等を用いた取り付け台駆動部４６で構成され、対物レンズ１０を光軸方向（Ｚ軸方向）に高精度に移動可能であり、且つその相対位置を検出する機能も有している。相対位置の検出は、光学的に距離を測定するセンサを用いたり、スケール等を配置して、実測による測定を行なってもよい。

この機構において、光軸方向（Ｚ軸方向）に移動可能な対物レンズ１０又は試料１１を、光軸方向（試料の深さ方向）に移動しながら画像を順次取得すると、図４に示す概略図のように試料１１を横方向（Ｘ−Ｙ面）にスライスしたかの如く深さ方向に内部の画像（５１ａ，５１ｂ，５１ｃ）を取得することができる。ここでは、３枚の画像を例としているが、これに限定されるものではなく、１枚又は複数枚でもよい。

図４に示す例では、光軸方向で深さ（高さ）が異なる３つの位置で試料１１の画像を取得したイメージを示している。
これらの３つの画像５１ａ，５１ｂ，５１ｃのうち、図５（ａ）は一番浅い深さ位置（例えば、表面）で取得した１枚目の画像５１ａを示し、図５（ｂ）はさらに深い位置で取得した２枚目の画像５１ｂを示し、図５（ｃ）は、一番深い位置で取得した３枚目の画像５１ｃをそれぞれ示している。

また、図６はカメラ２０で取得した被写体画像５２を示している。
これらの画像５１ａ，５１ｂ，５１ｃは、それぞれ同じ位置に前述した共焦点画像５３ａ，５３ｂ，５３ｃを含んでいる。これらの共焦点画像５３ａ，５３ｂ，５３ｃは、光軸方向に対して焦点深度が浅いため、焦点位置以外の検出ビーム１２は、共焦点用検出器１５には届かず、画像として検出されることはない。

これらの画像５１ａ，５１ｂ，５１ｃと画像５２の４枚を重ね合わせると、図７に示すような合成画像（観察画像）５４を得ることができる。この合成画像（観察画像）５４は、パソコン等を用いてソフトウェア処理することで、深さ方向、即ち３次元的な立体画像として試料を見ることができ、さらに断面観察や観察する位置を移動（観察する角度を変更可能）させることもできる。例えば、正面から見たり、断面構造を見たりすることもできる。

この変形例によれば、試料を３次元に観察でき、また重ね合わせによる合成画像（観察画像）を作成する場合、重ね合わせる画像が多くなるほど、従来の全面を走査した画像に対して、１枚当りの画像を取得する時間が短いため、画像取得時間が飛躍的に短縮化される。

次に図８は、第２の実施形態に係る顕微鏡装置の構成図を示している。
本実施形態の構成部位について、前述した第１の実施形態と同等の部位には同じ参照符号を付してその詳細な説明は省略する。
この第２の実施形態では、出射されるレーザビーム６２の波長域が赤外線領域のレーザ光源６１と、光源２２とシャッタ２４との間に可視光と赤外光の切り換え機能を有する波長域選択フィルタ２５とが配設されている。

試料１１が例えば、半導体デバイス等であった場合、チップ表面はシリコン膜で覆われているため可視光では内部を見ることは不可能である。しかし赤外光であれば、シリコンを透過する特性を有しているため、この赤外光を光源としたり、赤外線領域のレーザ光源６１とすることでシリコンに覆われた内部を観察することが可能となる。

このような構成によれば、試料１１が半導体デバイスであった場合、第１の光学系により２次元に走査された赤外光レーザビームで半導体デバイス内部の共焦点画像を取得し、第２の光学系により波長域選択フィルタ２５で可視光が選択され、試料１１に可視光を照射させて半導体デバイスの表面の画像を取得することができる。

これら２つの画像を重ね合わせれば、半導体デバイスの表面と内部の形状が観察できる合成画像（観察画像）を高速で取得することができる。または、第１の光学系により２次元に走査された赤外光レーザビームにより半導体デバイス内部の共焦点画像を取得し、第２の光学系による波長域選択フィルタ２５で赤外光を選択することで、試料１１には赤外光が照射されるため、シリコン内部の画像を取得することができる。

これら２つの画像を重ね合わせることで、半導体デバイス内部の合成画像（観察画像）も高速で取得することができる。
次に、第２の実施形態における変形例について説明する。
前述した第２の実施形態で説明した赤外光レーザビームにより共焦点画像データを取得する時には、その赤外光レーザビームは目に見えないため、試料１１上のどの部分を走査しているかは確認できない。

そこで、この変形例では、赤外光レーザビームの光軸と同軸となるように補助的な可視光レーザビームを照射する光源を設ける。この可視光レーザビームを照射することにより、赤外光レーザビームの走査位置を確認可能になる。

従って、共焦点顕微鏡の製造工程で赤外光レーザビームの照射位置を調整するに当たって、赤外光を可視化する治具、例えばＩＲスコープ、ＩＲカード等を用いなくても、ユーザの目視による製造・光学調整が可能となる。

次に図９及び図１０は、第３の実施形態に係る顕微鏡装置の技術思想を説明するための参照図及びブロック図を示している。
本実施形態は、図９（ａ）に示すように、詳細に見たい観察画像７１の画像領域７２が１枚の観察可能範囲を超えている場合で、その他が例えば、図９（ｂ）に示すような画像領域であった場合には、図９（ｃ）に示すように、それらの画像を貼り合わせて１枚の合成画像（観察画像）を作成しようとしたものである。

この合成画像（観察画像）を作成するために本実施形態では、前述した第１，２の実施形態の顕微鏡装置に加えて移動ステージ機構７１及び画像合成処理部７４を備えている。この移動ステージ機構７１は、図１０に示すように、試料１１を載せるステージ７２と、ギヤとモータ等が組み合わされ、ステージ７２をＸＹＺ軸方向の３次元方向に移動させるステージ駆動部７３と、で構成される。

また、画像合成処理部７４は、ステージ７２の位置情報をＸＹ座標データとして検出する位置検出部７５と、各観察画像毎に検出されたＸＹ座標データを記憶して、これらの観察画像を継ぎ目なく合成する（連結する）コンピュータ等からなる画像合成部７６と、で構成されている。

この実施形態は、図９（ａ）に示すように、共焦点画像７２ａを含む左半分の被写体画像７１ａを取得した後、移動ステージ機構によりステージ７２を移動させて、試料１１の位置を１画像分、横方向に移動し同様にして、図９（ｂ）に示す共焦点画像７２ｂを含む右半分の被写体画像７１ｂを取得する。

これらの被写体画像７１ａ，７１ｂを画像合成（貼り合わせ）し、図９（ｃ）に示すような画像を作成することにより、試料１１の全体且つ詳細を画像を切り換えることなく高速に表示することができる。尚、左半分の被写体画像７１ａの右側半分に一部重なりを持つように右半分の被写体画像７１ｂを取得することにより、被写体画像７１ａと被写体画像７１ｂを貼り合わせる際に継ぎ目がスムーズに連結するようにしてもよい。

また、本実施形態では、２枚の画像を１枚に画像合成する際について説明したが、これに限定されるものではなく、３枚でも４枚、それ以上でも同様な作用、効果を得ることができる。

次に図１１は、第４の実施形態に係る顕微鏡装置の構成図を示している。
本実施形態の構成部位について、前述した第１の実施形態と同等の部位には同じ参照符号を付してその詳細な説明は省略する。
本実施形態は、低い解像度の被写体画像をカメラではなく、共焦点用検出器１５と同じ検出器８３を用いた構成である。

本実施形態における第２の光学系は、図１１に示すように試料１１からの光（第４の実施形態では、以下、検出ビームと称する。）１２が通過するビームスプリッタ３と集光レンズ１３との間に設けられたビームスプリッタ８１と、ビームスプリッタ８１で分岐された検出ビーム１２を集光する集光レンズ８２と、で構成される。

この集光レンズで集光された検出ビーム１２は、共焦点用検出器１５と同じ検出器８３に入射される。特に、検出器８３は、共焦点用検出器１５のようにピンホール部材１４を前方に配置せずに検出ビーム１２を取り込むため、焦点が合っていない非共焦点の情報を取り込むことができる。即ち、焦点深度が深い画像を得ることができ、観察対象物が試料表面より深い位置にあるような場合にも好適する。

尚、このような検出器８３で画像を得る場合の２次元走査ビームは、共焦点画像を取得する際の2次元走査ビームに比べて、あたかも間引きしたかのように走査間隔をある程度広くすることが好ましい。即ち、上述した実施形態のカメラ２０で撮像したと同等の解像度の被写体画像（非共焦点画像）が得られればよい。

従って、第４の実施形態によれば検出器８３により得られた低い解像度の被写体画像（非共焦点画像）を参照して、観察領域を指定して、共焦点用検出器１５による高い解像度の共焦点画像を取得する。
この被写体画像（非共焦点画像）に共焦点画像を合成することにより、所望する箇所が高い解像度になっている合成画像（観察画像）を得ることができる。

さらに本実施形態は、試料全体の被写体画像（非共焦点画像）を得るために、共焦点用検出器と同じタイプの検出器を用いているため、カメラによる撮像に必要であった光源やシャッタが不要となり、構成がさらに簡素化される。なお、上述した実施形態では、被写体画像として非共焦点画像を例に説明したが、これに限られるものではなく、間引き走査した共焦点画像であっても良い。

なお、上述した実施形態では、半導体デバイスや工業系材料の表面・内部の形状観察・計測・検査・解析等といった工業系の観察に利用されることを主に説明してきたため、試料からの光も反射光を例にした説明に偏ってしまったが、観察対象は工業系に限られるものではなく、例えば試料からの蛍光等を検出するように構成すれば生物系であっても同様の光学系を用いることができる。

本発明による顕微鏡装置の第１の実施形態に係る共焦点顕微鏡の光学系統による構成図を示す図である。 第１の実施形態による低解像度画像内に高解像度の共焦点画像からなる観察領域が設けられた観察画像の例を示す図である。 第１の実施形態の変形例の構成を示す図である。 第１の実施形態の変形例により得られる合成観察画像について説明するための図である。 第１の実施形態の変形例により得られる各観察画像について説明するための図である。 第１の実施形態の変形例における低解像度画像を示す図である。 第１の実施形態の変形例における合成された観察画像を示す図である。 本発明による顕微鏡装置の第２の実施形態に係る共焦点顕微鏡の光学系統による構成図を示す図である。 第３の実施形態の変形例により得られる合成観察画像について説明するための図である。 本発明による顕微鏡装置の第３の実施形態に係る共焦点顕微鏡の光学系統による構成図を示す図である。 本発明による顕微鏡装置の第４の実施形態に係る共焦点顕微鏡の光学系統による構成図を示す図である。 従来の共焦点光学顕微鏡の構成例を示す図である。

符号の説明

１…レーザ光源、２…レーザビーム、３，１８，２１…ビームスプリッタ、４，７…ガルバノメータミラー、５，６…瞳伝送レンズ、８…瞳投影レンズ、９…結像レンズ、１０…対物レンズ、１１…試料、１２…反射ビーム、１３…集光レンズ、１４…ピンホール部材、１５…共焦点画像用検出器、１６…コントローラ、１６ａ…画像処理部、１６ｂ…制御部、１７…モニタ、１９…撮影レンズ、２０…カメラ、２２…光源、２３，２４…シャッタ、２５…波長域選択フィルタ、２６…外部入力部。

Claims (5)

1. 試料に光を照射し該試料からの光に基づく観察画像を生成する顕微鏡装置であって、
   前記観察画像内で所望する観察領域を高い解像度にて画像を取得する第１の光学系と、
   前記観察画像内の領域を前記第１の画像生成部の解像度よりも低い解像度にて画像を取得する第２の光学系と、
   前記第２の光学系による前記観察画像内の領域に前記第１の光学系による高い解像度の画像を嵌め込む画像処理部と、
   を具備することを特徴とする顕微鏡装置。
2. 前記顕微鏡装置において、
   対物レンズと前記試料を載置するステージとを光軸方向で相対的に移動可能なＺ移動機構と、
   前記対物レンズ又は前記ステージの位置をＺ座標データとして検出するＺ位置検出部と、
   前記Ｚ位置検出部により検出されたＺ座標データに基づき、複数の観察画像を重ね合わせた３次元の合成画像を生成する３次元画像合成部と、
   を備え、
   前記対物レンズ又は前記ステージを光軸方向で移動させつつ、
   前記Ｚ座標データに基づき連続的に作成された観察画像同士を重ね合わせて１つの観察画像を作成することを特徴とする請求項１記載の顕微鏡装置。
3. 前記顕微鏡装置において、
   前記試料を載置し、光軸と直交するＸＹ方向に移動可能なＸＹ移動ステージと、
   前記ＸＹ移動ステージの位置をＸＹ座標データとして検出するＸＹ位置検出部と、
   前記ＸＹ位置検出部により検出されたＸＹ座標データに基づき、複数の観察画像を２次元的に連結合成する２次元画像合成処理部と、
   を備え、
   前記ＸＹ座標データに基づき連続的に作成された観察画像同士を連結して１つの観察画像を作成することを特徴とする請求項１又は２記載の顕微鏡装置。
4. 試料に光を照射し該試料からの光に基づく観察画像を作成する顕微鏡装置であって、
   前記試料へ光を照射し、前記観察画像内に観察される前記試料に存在する部位を略位置及び略大きさが直視可能な解像度の被写体画像を生成するための光学系及び撮像装置からなる被写体画像生成部と、
   前記被写体画像生成部により生成された被写体画像内で所望する観察領域を指定し、その指定された前記観察領域内にレーザビームを走査照射して高い解像度の共焦点画像を得る共焦点レーザ顕微鏡からなる共焦点画像生成部と、
   前記被写体画像生成部による前記被写体画像内で指定した観察領域に前記共焦点画像生成部による共焦点画像を嵌め込む画像処理部と、
   を具備することを特徴とする顕微鏡装置。
5. 前記顕微鏡装置において、
   前記共焦点レーザ顕微鏡に設けられ、前記試料に赤外領域のレーザビームを照射するレーザ光源と、
   前記被写体画像生成部に設けられた前記試料に光を照射する光源の前方の光路上に設けられた該光の通過する波長域を可視光域と赤外光域とのいずれかを選択する波長域選択フィルタと、
   対物レンズと前記試料を載置するステージとを、光軸方向で相対的に移動可能なＺ移動機構と、
   をさらに具備し、
   前記試料の表面の観察画像に加えて、該試料の深さ方向に少なくとも１つ以上の内部観察画像を作成することを特徴とする請求項４記載の顕微鏡装置。

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