JP2007140183A - 共焦点走査型顕微鏡装置 - Google Patents

Abstract

【課題】試料に最適な検鏡法により取得したカラー情報を付加した３次元像を表示することができる共焦点走査型顕微鏡を提供する。
【解決手段】レーザ光を発生するレーザ光源４、レーザ光を対物レンズ１２を介して試料２上で２次元走査するとともに、試料２からの検出光により共焦点画像を取得するレーザ光学系、白色光源１９、白色光源１９より発生する照明光を対物レンズ１２を介して試料２に照射し、試料２からの検出光によりカラー画像を取得する光学顕微鏡光学系を有し、対物レンズ１２と試料２の相対距離を変化しながら光学顕微鏡光学系より取得される複数のカラー画像から焦点合成画像を生成するとともに、レーザ光学系より取得される複数の共焦点画像から前記試料の高さ情報を含む３次元像を生成し、この３次元像に焦点合成画像を組み合わせて表示する。
【選択図】図１

Description

本発明は、試料表面の高さを観察する装置に係り、特に高さ情報を取得して３次元表示する共焦点走査型顕微鏡装置に関するものである。

従来、試料表面の高さ情報を取得し、３次元情報を表示するものとして共焦点走査型顕微鏡が知られている。この共焦点走査型顕微鏡は、光源からの光をスポット状にして試料面を２次元走査するとともに、試料面からの反射光のうち共焦点ピンホールを通過した光のみを光検出器により検出し、電気信号に変換して試料面の３次元情報を得るようにしている。すなわち、このような共焦点走査型顕微鏡では、共焦点ピンホールが対物レンズの集光位置と光学的に共役な位置に配置され、試料面上に焦点が合っている試料面からの光は共焦点ピンホールを通過し、焦点ずれがある試料面からの光は共焦点ピンホールをほとんど通過しないことから、この状態で試料面をＺ軸方向に所定のピッチで移動させながら試料面をスポット光で２次元走査することで、試料の３次元表面形状が得られる。そして、このようにして得られた表面形状は、表示画面上では３次元像としてモニタに表示することができる。

ところで、このような３次元像表示は、そのままでは凹凸の状態認識が困難であり、このため、従来より高さ情報に対して疑似的に割当てたカラーや、高さに応じた輝度パターン等の情報を貼り付けて表面の情報認識をし易くすることが行われている。例えば、特許文献１に開示されるように測定対象物の高さ情報を含む３次元の表面形状の情報を取得するとともに、カラー撮像手段により測定対象物のカラー画像を取得し、このカラー撮像手段から得られる各画素ごとの色情報を表面形状の３次元画像に貼り付けて、試料部位と３次元表示部位の対応関係を分かり易くするようにしたものがある。このような特許文献１のものは、試料と対物レンズとの相対距離を変化させながら共焦点画像とカラー画像を交互に取得するため、共焦点画像とカラー画像の取得には、明視野による検鏡法が用いられている。
特開２００１-８２９３５号公報

ところが、一般に試料は、ウェハやガラスなどの平坦な表面に微小な凹凸を有するものなど様々であり、このような様々な特徴を有する試料に対して明視野による検鏡法のみを用いてカラー画像を取得しても、試料の表面状態の良好な画像を得るのが難しく、このため、このようなカラー画像を表面形状の３次元画像に組み合わせても、試料表面の特徴を強調した３次元像を表示することができないという問題があった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、試料に最適な検鏡法により取得したカラー情報を付加した３次元像を表示することができる共焦点走査型顕微鏡を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、レーザ光を発生するレーザ光源と、前記レーザ光を対物レンズを介して試料上で２次元走査するとともに、前記試料からの検出光により共焦点画像を取得するレーザ光学系と、照明光を発生する照明用光源と、前記レーザ光源から前記試料までの光路又は前記照明用光源から前記試料までの光路に光学素子を挿脱して検鏡法を設定する検鏡法設定手段と、前記検鏡法設定手段により設定された検鏡法に基づいて前記照明用光源より発生する照明光を前記対物レンズを介して前記試料に照射し、前記試料からの検出光によりカラー画像を取得する光学顕微鏡光学系と、前記試料と対物レンズの相対距離を変化させる相対距離移動手段と、前記相対距離移動手段により変化される前記相対距離毎に前記光学顕微鏡光学系より取得される複数のカラー画像から焦点合成画像を生成する第１の画像処理手段と、前記相対距離移動手段により変化される前記相対距離毎に前記レーザ光学系より取得される複数の共焦点画像から前記試料の高さ情報を含む３次元像を生成する第２の画像処理手段と、を具備し、前記高さ情報に基づいた前記試料の３次元像に前記焦点合成画像を組み合わせて表示することを特徴としている。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、光学顕微鏡光学系は、前記前記試料からの検出光を撮像してカラー画像を取得するカラー撮像手段を有することを特徴としている。

請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記検鏡法設定手段による検鏡法の設定のガイダンスを表示可能にしたことを特徴としている。

請求項４記載の発明は、請求項３記載の発明において、前記ガイダンスは、前記検鏡法を切り換えるタイミングを表示するとともに、前記検鏡法を切り換える操作に必要な情報をイラスト表示することを特徴としている。

請求項５記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記検鏡法設定手段の光路への前記光学素子の挿脱操作から、前記第１及び第２の画像処理手段での画像処理動作までを自動化したことを特徴としている。

請求項６記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記検鏡法設定手段により設定される検鏡法は、微分干渉観察法、暗視野観察法、偏光観察法、落射蛍光観察法のうちの一つであることを特徴としている。

請求項７記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記レーザ光学系は、微分干渉用プリズムを更に配置し、前記試料からの反射光によりレーザ微分干渉画像を取得することを特徴としている。

本発明によれば、試料に対し最適な検鏡法により取得したカラー情報を付加した３次元像を表示することができる共焦点走査型顕微鏡を提供できる。

以下、本発明の実施の形態を図面に従い説明する。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る走査型共焦点レーザ顕微鐘の概略構成を示している。この場合、走査型共焦点レーザ顕微鐘は、レーザ画像（共焦点画像）を取得するレーザ光学系と、カラー画像を取得する光学顕微鏡光学系を有している。このうちのレーザ光学系は、レーザ光源４、コリメートレンズ５、偏光ビームスプリッタ６、光スキャナ７、瞳投影レンズ８、１／４波長板９、ビームスプリッタ１０、結像レンズ１１、対物レンズ１２、共焦点ピンホール１６、光検出器１７により構成されている。ここで、レーザ光源４、コリメートレンズ５、偏光ビームスプリッタ６を通る光軸を第３の光軸Ｌ３とする。また、光学顕微鏡光学系は、白色光源１９、レンズ２１、２２、対物レンズ１２、結像レンズ１１、フィールドレンズ２７及びＣＣＤカメラ２８から構成されている。ここで、白色光源１９、各レンズ２１，２２を通る光軸を第1の光軸Ｌ１とする。

また、対物レンズ１２、結像レンズ１１及びビームスプリッタ１０は、レーザ光学系と光学顕微鏡光学系で共通に用いられる光学素子である。ここで、対物レンズ１２、結像レンズ１１、ビームスプリッタ１０と、フィールドレンズ２７及びＣＣＤカメラ２８を通る光軸を第２の光軸Ｌ２とする。

このような走査型共焦点レーザ顕微鐘をさらに説明すると、顕微鏡本体１内部に、レーザ光源４が設けられている。レーザ光源４は、例えば半導体レーザが用いられ、所定波長域のレーザビームが出力されるようになっている。レーザ光源４から出力されるレーザ光の光路上には、コリメートレンズ５、偏光ビームスプリッタ６、光スキャナ７、瞳投影レンズ８、１／４波長板９及びビームスプリッタ１０が配置されている。

コリメートレンズ５は、レーザ光源４から出力されるレーザ光を平行光に変換する。偏光ビームスプリッタ６は、レーザ光源４からのレーザ光を透過し、後述する１／４波長板９で直線偏光の光に変換された試料２からの反射光を分離する。光スキャナ７は、直交する２方向に光を偏向するための不図示の２枚のガルバノミラーを有するもので、これらのミラーによりレーザ光を２次元方向、つまりＸＹ方向に走査する。１／４波長板９は、レーザ光源４からのレーザ光（直線偏光）を円偏光に変換し、円偏光である試料２からの反射光を再び直線偏光の光に変換する。

ビームスプリッタ１０の下方への反射方向の光路上には、結像レンズ１１、対物レンズ１２及び試料２が配置されている。対物レンズ１２は、レボルバ１３に設けられている。レボルバ１３は、顕微鏡本体１に回転可能に設けられるもので、倍率の異なる複数の対物レンズ１２が取り付けられ、レボルバ１３を回転させることによって任意の倍率の対物レンズ１２が選択されて光軸Ｌ２上に配置される。この場合、レボルバ１３は、不図示の移動機構（相対距離移動手段）により光軸Ｌ２に沿ったＺ軸方向に移動可能となっていて、対物レンズ１２と試料２との相対距離を変化させることができるようになっている。また、試料２は試料台３上に載置されており、試料台３によって光軸Ｌ２（Ｚ軸方向）と直交する面に沿ってＸ−Ｙ方向に移動可能となっている。この試料台３は、必要に応じて光軸Ｌ２に沿ったＺ軸方向の移動も可能にしている。

前記偏光ビームスプリッタ６の反射方向の光路上には結像レンズ１４、共焦点ピンホール１６、光検出器１７が設けられている。共焦点ピンホール１６は、対物レンズ１２による集光位置と光学的に共役な位置に配置され、試料２面上に焦点が合っている試料２面からの光を通過し、焦点ずれがある試料２面からの光をほとんど通過しないようになっている。光検出器１７は、共焦点ピンホール１６を通過した光を検出し電気信号として出力するもので、例えば、フォトダイオードまたはフォトマルチプライヤなどが用いられる。

一方、顕微鏡本体１内部には、照明用光源として白色光源１９が設けられている。白色光源１９は、例えば顕微鏡本体１内部まで引き込まれた光ファイバ２０の端部に設けられている。勿論、白色光源１９は、ＬＥＤやハロゲンランプ等の光源自体を顕微鏡本体１内部に設けるようにしてもよい。

白色光源１９から出射される照明光の光路上には、レンズ２１、２２を介して光学素子切換手段としての明・暗視野切換キューブ２３が配置されている。明・暗視野切換キューブ２３は、図示しない明視野用プリズムと暗視野用環状ミラーを具備している。

顕微鏡本体１には、微分干渉(Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｃｏｎｔｒａｓｔ:以下ＤＩＣ)プリズム挿入穴４１、アナライザ挿入穴４３、ポラライザ挿入穴４５がそれぞれ設けられている。このうちＤＩＣプリズム挿入穴４１は、対物レンズ１２と明・暗視野切換キューブ２３との間の光軸Ｌ２上に設けられている。このＤＩＣプリズム挿入穴４１には、不図示のＤＩＣプリズム用スライダに取付けられたＤＩＣプリズム４０が挿脱可能になっていて、光軸Ｌ２上に配置可能になっている。また、アナライザ挿入穴４３は、結像レンズ１１と明・暗視野切換キューブ２３との間の光軸Ｌ２上に設けられている。このアナライザ挿入穴４３には、不図示のスライダに取り付けられたアナライザ４２が挿脱可能になっていて、光軸Ｌ２上に配置可能になっている。ポラライザ挿入穴４５は、レンズ２２と明・暗視野切換キューブ２３との間の光軸Ｌ１上に設けられている。このポラライザ挿入穴４５には、不図示のスライダに取り付けられたポラライザ４４が挿脱可能になっていて、光軸Ｌ１上に配置可能になっている。なお、アナライザ４２のスライダとポラライザ４４のスライダは、挿脱操作を容易にするため、連結されている。

ビームスプリッタ１０の透過方向の光路（光軸Ｌ２）には、フィールドレンズ２７を介してカラー撮像手段としてＣＣＤカメラ２８が配置されている。ＣＣＤカメラ２８は、撮像面２８ａを有しており、この撮像面２８ａ上に結像された試料２の像を撮像してカラー画像信号を出力する。

ＣＣＤカメラ２８には、第１及び第２の画像処理手段としてのコントローラ２９が接続されている。このコントローラ２９には、レーザ光源４、光検出器１７も接続されている。コントローラ２９は、画像処理部２９ａ、画像メモリ２９ｂを有し、ＧＵＩ（Ｇｒａｐｈｉｃ Ｕｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）を有するソフトウェアにより顕微鏡を制御する。画像処理部２９ａは、レーザ光源４から出力されるレーザ光が光スキャナ７により試料２上を走査されるタイミングで光検出器１７の出力信号を画像処理して試料２の共焦点画像を取得し、これを画像メモリ２９ｂに保存するとともに、画像表示部３０に表示する。また、画像処理部２９ａは、ＣＣＤカメラ２８により撮像されたカラー画像信号を処理して試料２のカラー画像を取得し、これを画像メモリ２９ｂに保存するとともに、画像表示部３０に表示する。

次に、このように構成した第１の実施の形態の作用を図２のフローチャートを用いて説明する。
まず、ステップ２０１で、３次元取込条件の設定を行う。具体的には、試料２と対物レンズ１２の相対距離を変化させるための開始位置、終了位置、移動ピッチの設定及びカラー画像撮像のための検鏡法の設定を行なう。図３は、ＧＵＩ設定画面の一例を示すもので、この設定画面は、画像表示部３０上に表示される。ここでは、開始位置、つまりＺ軸走査の下限位置を設定する下限位置設定ボタン３０１、終了位置を設定する終了位置設定ボタン３０２、観察倍率によって予め最適なピッチが設定される移動ピッチ設定部３０３、ＤＩＣによるカラー撮像を指示するＤＩＣ指示スイッチ３０４、操作開始ボタン３０５などが表示されている。また、この場合、レボルバ１３により対物レンズ１２が光軸Ｌ２（Ｚ軸）に沿って下から上方向に移動するものとしているが、試料台３が上下に移動するものであってもよい。

この状態から、操作者は、共焦点観察ライブ画像（共焦点画像取得を繰り返し行ない表示される画像）を見ながら対物レンズ１２を下方に移動させ、観察画面内に焦点が合う部分が無くなるところで、下限位置設定ボタン３０１を押して開始位置、すなわちＺ軸走査の下限位置を設定する。同様に、対物レンズ１２を上方に移動させて観察画面内に焦点が合う部分が無くなるところで終了位置設定ボタン３０２を押して終了位置を設定する。この場合、移動ピッチ設定部３０３には、観察倍率によって予め最適なピッチが設定されている。勿論、観察者が任意のピッチを選択することもできる。また、ＤＩＣ指示スイッチ３０４は、同図（ｂ）に示すように押し込まれた状態で、ＯＮであることを示している。

次に、ステップ２０２で３次元取込を開始する。この場合、ＧＵＩ上で操作開始ボタン３０５を押すことにより開始される。
３次元取込処理が開始されると、ステップ２０３で、ＤＩＣ指示スイッチ３０４がＯＮであるかどうかの判定を行う。ＤＩＣ指示スイッチ３０４がＯＮであれば、ステップ２０４に進み、ＤＩＣ指示スイッチ３０４がＯＦＦであれば、明視野カラー撮像を行うものとしてステップ２０７まで進む。

ステップ２０４では、カラーライブ画像を表示させ、ステップ２０５では検鏡法切換えのガイダンスをＧＵＩ上に表示させる。図４（ａ）は、ＧＵＩ上に表示されるガイダンスの例で、例えば図示（１）〜（４）に示すように検鏡法切換のタイミングを観察者に指示するとともに、操作に必要な情報がイラストで図示され、観察者に対し示される。ここでは、アナライザ挿入穴４３にアナライザ４２、ポラライザ挿入穴４５にポラライザ４４を挿入して、それぞれを光路上に位置させ、カラーライブ画像を見ながらアナライザ４２を回転させて視野が最も暗くなるように調整する。次に、ＤＩＣプリズム挿入穴４１にＤＩＣプリズム４０を挿入して光路上に配置させ、カラーライブ画像を見ながら、ＤＩＣプリズム４０の角度を調整して最もコントラストのよい干渉色に調整する。そして、これらの調整ができたら観察者は、図４（ａ）に示すガイダンス画面上のＯＫボタン４０１を押す。また、３次元取込を中止したい場合は、ガイダンス画面上のキャンセルボタン４０２を押して取込処理を終了させる。

ステップ２０６では、ＯＫボタン４０１とキャンセルボタン４０２のどちらが選択されたかを判断して、次のステップヘ進める。

なお、アナライザ挿入穴４３、ポラライザ挿入穴４５及びＤＩＣプリズム挿入穴４１にマイクロスイッチなどのセンサを設けて各々の挿脱状態をコントローラ２９で判別できるようにしておき、アナライザ挿入穴４３、ポラライザ挿入穴４５及びＤＩＣプリズム挿入穴４１に各別に対応するアナライザ４２、ポラライザ４４及びＤＩＣプリズム４０がすべて挿入され、指定した検鏡法に必要な状態になったらＯＫボタン４０１を押せるようにしてもよい。また、マイクロスイッチなどのセンサで判別したアナライザ４２、ポラライザ４４及びＤＩＣプリズム４０の挿脱状態をイラストで図示し、これらのうちで、さらに操作を必要とするものがあれば、操作を必要とするものを、例えば点灯や点滅などで強調表示をするようにすれば、観察者にとってさらに分かりやすくできる。また、図４（ａ）に示す（１）〜（４）の各操作指示に応じて１画面ずつウィザード形式でガイダンスを表示するようにしてもよい。

ステップ２０６でＯＫと判断された蝪合には、ステップ２０７で、対物レンズ１２をＺ軸上の所定の位置に移動し、ステップ２０８でＣＣＤカメラ２８により撮像したカラー画像をコントローラ２９の画像メモリ２９ｂに保存する。次に、ステップ２０９で対物レンズ１２が終了位置まで到達したかどうかを判断し、まだであればステップ２０７に戻り対物レンズ１２を所定ピッチだけ移動させてステップ２０８でのカラー画像の取得を繰り返し実施する。そして、ステップ２０９で対物レンズ１２が終了位置まで到達したと判断されれば、ステップ２１０に進む。ステップ２１０では、再び検鏡法切換えのガイダンスをＧＵＩ上に表示させて、観察者に対しアナライザ４２、ポラライザ４４及びＤＩＣプリズム４０光路から抜くように促す。図４（ｂ）は、ＧＵＩ上に表示されるガイダンスの例で、例えば図示（１）〜（２）に示すように作業手順が表示される。この場合も、ステップ２０５と同様にセンサで判別した情報をガイダンスに反映させるとよい。

次に、ステップ２１１で、明視野観察状態になっているかどうかを判断する。この状態になっていればステップ２１２に進む。ステップ２１２では、対物レンズ１２をＺ軸上の所定の位置へ移動し、ステップ２１３で画像処理部２９ａによりレーザ画像を取得してコントローラ２９の画像メモリ２９ｂに保存する。

この場合、図１において、レーザ光源４から出射したレーザ光が、コリメートレンズ５、偏光ビームスプリッタ６を透過し、光スキャナ７に入射する。光スキャナ７は、レーザ光を２次元に走査して出力する。２次元走査されたレーザ光は、瞳投影レンズ８、１／４波長板９を透過し、ビームスプリッタ１０を反射され、結像レンズ１１を介して対物レンズ１２に導かれる。対物レンズ１２へ入射したレーザ光は、試料２の表面上を２次元走査する。試料２の表面で反射した光は、再び対物レンズ１２からビームスプリッタ１０、１／４波長板９、瞳投影レンズ８、光スキャナ７を介して偏光ビームスプリッタ６に導入される。ここで、レーザ光源４から射出される光は直線偏光であり、この光は試料２表面に到達する途中で１／４波長板９を通過することにより円偏光に変換される。試料２で反射された光は、１／４波長板９を再び通過することにより、円偏光から直線偏光に変換される。この直線偏光は、レーザ光源４射出された直後の直線偏光に対して直交しているこのため、試料２表面からの反射光のビームは、偏光ビームスプリッタ６で反射される。偏光ビームスプリッタ６で反射した試料２表面からの反射光は、結像レンズ１４によって共焦点ピンホール１６上に集光する。この場合、共焦点ピンホール１６は、対物レンズ１２による集光位置と光学的に共役な位置にあるため、試料２面上に焦点が合っている試料２面からの光は共焦点ピンホール１６を通過し、焦点ずれがある試料２面からの光は共焦点ピンホール１６をほとんど通過しない。これにより、共焦点ピンホール１６を通過した光だけが光検出器１７によって検出され、この検出光の強度に応じた信号がコントローラ２９の画像処理部２９ａに出力される。画像処理部２９ａは、レーザ光が光スキャナ７により試料２上で走査されるタイミングで光検出器１７の出力信号を画像処理して試料２のレーザ画像（共焦点画像）を取得し、これを画像メモリ２９ｂに保存する。

図２に戻って、ステップ２１４で対物レンズ１２が終了位置まで到達したかどうかを判断し、まだであれば、ステップ２１２に戻り対物レンズ１２を所定ピッチ移動させてステップ２１３でのレーザ画像取得を繰り返し実施する。

その後、ステップ２１４で対物レンズ１２が終了位置まで到達したと判断されると、ステップ２１５に進む。ステップ２１５では、ステップ２１２から２１４の繰り返し動作で画像メモリ２９ｂに保存された複数のレーザ画像から、各画素で最高輝度となる輝度とその時の高さ情報を抽出し、この高さ情報を含む３次元像を構築する。これをエクステンド画像と呼ぶ。

次に、ステップ２１６で、ステップ２０７から２０９の動作で画像メモリ２９ｂに保存された複数のカラー画像から、各画素毎にコントラストが最大となる画素データを抽出して焦点合成を行なう。そして、ステップ２１７で、ステップ２１５で構築したエクステンド画像にステップ２１６で構築したカラー焦点合成画像を貼り付けて画像表示部３０に表示する。

図５（ａ）は、カラー画像取得の検鏡法としてＤＩＣにより取得して焦点合成したカラー画像を３次元像であるエクステンド画像の表面に貼り付けた例である。同図（ｂ）は、従来の明視野観察により取得して焦点合成したカラー画像を３次元像であるエクステンド画像の表面に貼り付けた例である。これらの例からも明らかなように、図５（ｂ）のものと比べ、ＤＩＣを採用した例の同図（ａ）のものでは、微小な凹凸の特徴を強調して表示観察することができる。

なお、画像表示部３０での画像表示は３次元表示だけでなく、レーザ輝度画像、高さ画像又はカラー画像は２次元的に表示させたり、画像ファイルとして保存することもでき、視野内に焦点深度を超えるような段差がある試料でもボケの無いＤＩＣカラー画像を得ることができる。

したがって、このようにすれば試料と対物レンズの相対距離を変化させながら複数のカラー画像を取得し、その後、再度試料と対物レンズの相対距離を変化させながら複数の共焦点画像を取得し、これら複数のカラー画像及び共焦点画像から生成された焦点合成画像及び高さ情報を含む３次元像によりカラー表示された３次元像を表示するようにしたので、検鏡法として明視野に限らず、ＤＩＣを用いることが可能となる。そして、このＤＩＣにより取得して焦点合成されたカラー画像を高さ情報を含む３次元像と組み合わせることにより、観察者に対し試料２の３次元的立体像に合わせて表面の凹凸状の特徴を強調したカラーの３次元像を画像表示部３０に表示することができる。この場合、検鏡法としてＤＩＣを用いたことで、特にウェハ、ガラス、セラミックス、フィルムなどの平坦な表面の中に微小な凹凸を持つような試料について、表面状態のコントラストよく３次元観察をすることが可能になる。

（変形例）
上述の説明では、カラー画像取得の検鏡法としてＤＩＣの場合を説明したが、例えば暗視野観察であってもよい。この場合は、ステップ２０５及び２１０で、アナライザ４２、ポラライザ４４及びＤＩＣプリズム４０を挿脱する代わりに、明・暗視野切換キューブ２３の切替えを行なって、不図示の明視野用プリズムと暗視野用環状ミラーを光路に挿入する。このようにすれば、暗視野観察により試料２の欠陥部のみを抽出してカラー画像化することができ、また、暗視野のカラー焦点合成画像を３次元像であるエクステンド画像と組み合わせて表示することにより、欠陥を強調させた試料の立体形状表示を得ることができる。

さらに、カラー画像取得の検鏡法は、暗視野観察以外にも、アナライザ４２とポラライザ４４のみによる簡易偏光や落射蛍光観察としてもよい。さらに、上述の説明では、レーザ画像は、明視野により取得するとして説明したが、レーザ画像をレーザ微分干渉により取得するようにしてもよい。この場合には、ステップ２１０でアナライザ４２を光路から外す。ポラライザ４４は、光路から取外しても外さなくともよい。そして、ＤＩＣプリズム４０を光路上に残しておく。これにより、レーザにより得られる高さ情報にも微細な凹凸情報が得られる。

(第２の実施の形態)
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。
この場合、第２の実施の形態にかかる走査型共焦点レーザ顕微鐘の概略構成は、第１の実施の形態で述べた図１及び図３と同様なので、これら図面を援用するものとする。そして、このような走査型共焦点レーザ顕微鐘において、ＤＩＣプリズム４０、アナライザ４２、ポラライザ４４及び明・暗視野切換キューブ２３は、それぞれに不図示の駆動用モータが設けられ、これら駆動用モータをコントローラ２９の指示により駆動することにより、光路に対する挿脱が自動的に制御されるようになっている。

次に、このように構成した第２の実施の形態の作用を図６のフローチャートを用いて説明する。
この場合、ＤＩＣ観察でのアナライザ４２及びＤＩＣプリズム４０の調整はあらかじめ行われているものとする。
この状態で、まず、第１の実施の形態と同様に、ステップ６０１で、３次元取込条件の設定を行い、ステップ６０２で３次元取込を開始する。次に、ステップ６０３で、ＤＩＣ指示スイッチ３０４がＯＮであるかどうかの判定を行う。ＤＩＣ指示スイッチ３０４がＯＮであれば、ステップ６０４に進み、ＤＩＣ指示スイッチ３０４がＯＦＦであれば、明視野カラー撮像を行うものとしてステップ２０５まで進む。

ステップ６０４では、検鏡法をＤＩＣに切換える。この場合、ＤＩＣプリズム４０、アナライザ４２、ポラライザ４４の各駆動モータがコントローラ２９の指示により制御され、これらＤＩＣプリズム４０、アナライザ４２、ポラライザ４４は、自動的に光路上に挿入される。

次に、ステップ６０５で対物レンズ１２がＺ軸上の所定の位置へ移動し、ステップ６０６でＣＣＤカメラ２８により撮像したカラー画像をコントローラ２９の画像メモリ２９ｂに保存する。次に、ステップ６０７で対物レンズ１２が終了位置まで到達したかどうかを判断し、まだであればステップ６０５に戻り対物レンズ１２を所定ピッチだけ移動させてステップ６０６でのカラー画像の取得を繰り返し実施する。そして、ステップ６０７で対物レンズ１２が終了位置まで到達したと判断されれば、ステップ６０８に進む。

ステップ６０８では、検鏡法を明視野に切換える。この場合もＤＩＣプリズム４０、アナライザ４２、ポラライザ４４の各駆動モータがコントローラ２９の指示により制御され、これらＤＩＣプリズム４０、アナライザ４２、ポラライザ４４は、自動的に光路上から抜き取られる。

次に、ステップ６０９で対物レンズ１２をＺ軸上の所定の位置へ移動し、ステップ６１０で画像処理部２９ａによりレーザ画像を取得してコントローラ２９の画像メモリ２９ｂに保存する。この場合、レーザ画像を取得するまでの動作は、第１の実施の形態で述べたと同様である。

次に、ステップ６１１で対物レンズ１２が終了位置まで到達したかどうかを判断し、まだであればステップ６０９に戻り対物レンズ１２を所定ピッチ移動させてステップ６１０でのレーザ画像取得を繰り返し実施する。

その後、ステップ６１１で対物レンズ１２が終了位置まで到達したと判断されると、ステップ６１２に進む。ステップ６１２では、ステップ６０９から６１１の繰り返し動作で画像メモリ２９ｂに保存された複数のレーザ画像から、各画素で最高輝度となる輝度とその時の高さ情報を抽出し、この高さ情報を含む３次元像を構築する。これをエクステンド画像と呼ぶ。

次に、ステップ６１３で、ステップ６０５から６０７の動作で画像メモリ２９ｂに保存された複数のカラー画像から、各画素毎に周囲とのコントラストが最大となる画素データを抽出して焦点合成を行なう。そして、ステップ６１４で、ステップ６１２で構築したエクステンド画像にステップ６１３で構築したカラー焦点合成画像を貼り付けて画像表示部３０に表示する。

したがって、このようにしても第１の実施の形態と同様な効果を得ることができ、さらに、コントローラ２９により検鏡法の切換えにともなうＤＩＣプリズム４０、アナライザ４２、ポラライザ４４の光路への挿脱から、カラー表示された３次元像の表示までの一連の動作を自動化することができるので、観察者は、簡易な操作によりＤＩＣで焦点合成したカラー画像と、レーザ画像による高さ情報を組み合わせた３次元像を得ることができる。また、このような簡易な操作を実現できることから、観察者の作業負担を大幅に緩和することもできる。

（変形例）
上述の説明では、コントローラ２９の指示により各光学素子の光路への挿脱を始め、ＤＩＣで焦点合成したカラー画像及びレーザ画像による高さ情報の取得などを自動実行させるものとして説明したが、第１の実施の形態で述べたようにガイダンスを表示させ、ガイダンスのＧＵＩに検鏡法を切換える各種ボタンを設けてもよい。また、第１の実施の形態の変形例で述べたと同様に、他の検鏡法との組み合わせも可能であることは勿論である。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものでなく、実施段階では、その要旨を変更しない範囲で種々変形することが可能である。例えば、第１の実施の形態、第２の実施の形態では、カラー画像を取得した後に、レーザ画像を取得するようにしているが、レーザ画像を取得後にカラー画像を取得しても良い。ここで、カラー画像取得の検鏡法としてＤＩＣの場合には、レーザ画像取得後にＤＩＣへの切替が行なわれる。

さらに、上記実施の形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示されている複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出できる。例えば、実施の形態に示されている全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題を解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出できる。

本発明の第１の実施の形態に係る走査型共焦点レーザ顕微鐘の概略構成を示す図。 第１の実施の形態の作用を説明するフローチャート。 第１の実施の形態のＧＵＩ設定画面の一例を示す図。 第１の実施の形態のＧＵＩに表示されるガイダンスの一例を示す図。 第１の実施の形態のＤＩＣにより取得して焦点合成したカラー画像をエクステンド画像の表面に貼り付けた例を示す図。 本発明の第２の実施の形態の作用を説明するフローチャート。

符号の説明

１…顕微鏡本体、２…試料、３…試料台
４…レーザ光源、５…コリメートレンズ
６…偏向ビームスプリッタ、７…光スキャナ
８…瞳投影レンズ、９…１／４波長板
１０…ビームスプリッタ、１１…結像レンズ
１２…対物レンズ、１３…レボルバ
１４…結像レンズ、１６…共焦点ピンホール
１７…光検出器、１９…白色光源
２０…光ファイバ、２１．２２…レンズ
２３…明・暗視野切換キューブ
２７…フィールドレンズ、２８…ＣＣＤカメラ
２８ａ…撮像面、２９…コントローラ
２９ａ…画像処理部、２９ｂ…画像メモリ
３０…画像表示部、４０…ＤＩＣプリズム
４１…ＤＩＣプリズム挿入穴、４２…アナライザ
４３…アナライザ挿入穴、４４…ポラライザ
４５…ポラライザ挿入穴、３０１…下限位置設定ボタン
３０２…終了位置設定ボタン、３０３…移動ピッチ設定部
３０４…ＤＩＣ指示スイッチ、３０５…操作開始ボタン
４０１…ＯＫボタン、４０２…キャンセルボタン

Claims (7)

1. レーザ光を発生するレーザ光源と、
   前記レーザ光を対物レンズを介して試料上で２次元走査するとともに、前記試料からの検出光により共焦点画像を取得するレーザ光学系と、
   照明光を発生する照明用光源と、
   前記レーザ光源から前記試料までの光路又は前記照明用光源から前記試料までの光路に光学素子を挿脱して検鏡法を設定する検鏡法設定手段と、
   前記検鏡法設定手段により設定された検鏡法に基づいて前記照明用光源より発生する照明光を前記対物レンズを介して前記試料に照射し、前記試料からの検出光によりカラー画像を取得する光学顕微鏡光学系と、
   前記試料と対物レンズの相対距離を変化させる相対距離移動手段と、
   前記相対距離移動手段により変化される前記相対距離毎に前記光学顕微鏡光学系より取得される複数のカラー画像から焦点合成画像を生成する第１の画像処理手段と、
   前記相対距離移動手段により変化される前記相対距離毎に前記レーザ光学系より取得される複数の共焦点画像から前記試料の高さ情報を含む３次元像を生成する第２の画像処理手段と、を具備し、
   前記高さ情報に基づいた前記試料の３次元像に前記焦点合成画像を組み合わせて表示することを特徴とする共焦点走査型顕微鏡装置。
2. 前記光学顕微鏡光学系は、前記試料からの検出光を撮像してカラー画像を取得するカラー撮像手段を有することを特徴とする請求項１記載の共焦点走査型顕微鏡装置。
3. 前記検鏡法設定手段による検鏡法の設定のガイダンスを表示可能にしたことを特徴とする請求項１記載の共焦点走査型顕微鏡装置。
4. 前記ガイダンスは、前記検鏡法を切り換えるタイミングを表示するとともに、前記検鏡法を切り換える操作に必要な情報をイラスト表示することを特徴とする請求項３記載の共焦点走査型顕微鏡装置。
5. 前記検鏡法設定手段の光路への前記光学素子の挿脱操作から、前記第１及び第２の画像処理手段での画像処理動作までを自動化したことを特徴とする請求項１記載の共焦点走査型顕微鏡装置。
6. 前記検鏡法設定手段により設定される検鏡法は、微分干渉観察法、暗視野観察法、偏光観察法、落射蛍光観察法のうちの一つであることを特徴とする請求項１記載の共焦点走査型顕微鏡装置。
7. 前記レーザ光学系は、微分干渉用プリズムを更に配置し、前記試料からの反射光によりレーザ微分干渉画像を取得することを特徴とする請求項１記載の共焦点走査型顕微鏡装置。

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