JP2007286284A - Confocal scanning type microscopic system and observation method using the same - Google Patents

Confocal scanning type microscopic system and observation method using the same Download PDF

Info

Publication number
JP2007286284A
JP2007286284A JP2006112741A JP2006112741A JP2007286284A JP 2007286284 A JP2007286284 A JP 2007286284A JP 2006112741 A JP2006112741 A JP 2006112741A JP 2006112741 A JP2006112741 A JP 2006112741A JP 2007286284 A JP2007286284 A JP 2007286284A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
pixel data
sample
light
range
observation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2006112741A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Wataru Nagata
渉 永田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Olympus Corp filed Critical Olympus Corp
Priority to JP2006112741A priority Critical patent/JP2007286284A/en
Publication of JP2007286284A publication Critical patent/JP2007286284A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Microscoopes, Condenser (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a confocal scanning type optical microscopic system capable of performing measurement without being influenced by a following condition, that is, when a level difference exists on the measurement object surface of a sample, when a part having different reflectance exists or when a transmission surface exists. <P>SOLUTION: The confocal scanning type optical microscopic system sets divided areas that are areas obtained by dividing an area that is the measurement object range of the sample into plurality, and a divided area observation range that is an observation range set corresponding to the divided area in an optical axis direction in terms of the divided area, and acquires representative pixel data that is pixel data as a representative out of the respective pixel data of a two-dimensional image acquired within the divided area observation range by displacing the sample in the divided area observation range by a relative position displacing means. The above-mentioned problem is solved by constructing an observation image based on the representative pixel data. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、試料表面の高さを観察する装置に関するものであり、特に高さ情報を取得する共焦点走査型顕微鏡装置に関するものである。   The present invention relates to an apparatus for observing the height of a sample surface, and more particularly to a confocal scanning microscope apparatus that acquires height information.

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走査するとともに、試料面からの反射光のうち共焦点絞りを通過した光のみを光検出器により電気信号に変換し、試料面の三次元情報を得ることができる。   The confocal scanning microscope scans the sample surface with the light from the light source as a spot, and converts only the light that has passed through the confocal stop out of the reflected light from the sample surface into an electrical signal by a photodetector. Three-dimensional information on the sample surface can be obtained.

このような共焦点走査型顕微鏡では、光軸上で焦点の合ったときに検出される光量は最大となり、焦点から外れたところではその光量はほぼゼロになる。したがって、Z軸方向に所定のピッチで試料面を移動させながら、試料面をスポット光で二次元走査することで、試料の高さ情報を得ることができる。   In such a confocal scanning microscope, the amount of light detected when focused on the optical axis is maximized, and the amount of light is almost zero when it is out of focus. Accordingly, the sample height information can be obtained by two-dimensionally scanning the sample surface with the spot light while moving the sample surface at a predetermined pitch in the Z-axis direction.

また、近年では、赤外光により試料を透過して内部構造物の高さ情報を得られる赤外共焦点走査型顕微鏡が実用化されてきた。
特許第3704387号公報 特開平9−68413号公報
In recent years, an infrared confocal scanning microscope that can obtain the height information of the internal structure by transmitting the sample with infrared light has been put into practical use.
Japanese Patent No. 3704387 JP-A-9-68413

ところで、試料面は全体にわたって平坦とは限らず、面によって反射率が異なることが多い。例えば、特許文献1では、領域を設けて反射率に応じた検出器の利得値を設定し、画像を取得することが開示されている。特許文献1では、測定対象面に反射率の異なる部位が存在する場合でも、この反射率の相違の影響を受けずに測定を行う試みがされている。   By the way, the sample surface is not necessarily flat throughout, and the reflectance often varies depending on the surface. For example, Patent Document 1 discloses that an image is acquired by providing a region, setting a gain value of a detector according to reflectance, and the like. In Patent Document 1, an attempt is made to perform measurement without being affected by the difference in reflectivity even when there are portions having different reflectivities on the measurement target surface.

しかしながら、この技術においては、領域に関わらずそれぞれの取込高さにおいて得られた検出信号が高さ画像構築に使われるため、着目する領域の結果が別の領域のための利得条件の影響を受ける可能性がある。   However, in this technique, the detection signal obtained at each capture height is used for height image construction regardless of the region, so the result of the region of interest influences the gain condition for another region. There is a possibility of receiving.

また、透明膜を観察した場合や赤外光観察の場合に、透過面の上面と下面を区別して画像化することができない。
上記のような事情に鑑み、本発明では、試料の測定対象面に段差が存在する場合、反射率の異なる部位が存在する場合、または透過面が存在する場合においても、これらの影響を受けずに測定を行うことができる共焦点走査型光学顕微鏡システム及びそれを使用した観察方法を提供する。
In addition, when the transparent film is observed or infrared light is observed, the upper surface and the lower surface of the transmission surface cannot be distinguished and imaged.
In view of the above circumstances, in the present invention, even when there is a step on the measurement target surface of the sample, when there is a portion with a different reflectance, or when there is a transmission surface, the sample is not affected by these. The present invention provides a confocal scanning optical microscope system and an observation method using the same.

本発明にかかる共焦点走査型顕微鏡システムは、光を照射する光源と、試料に対して前記光源より照射された照射光を相対的に2次元方向へ走査させる2次元走査手段と、前記走査された照明光を集光させる対物光学系と、前記対物光学系により集光させた照明光を前記試料に照射して反射された反射光を検出し、その検出強度に応じた検出信号を出力する光検出手段と、前記光検出手段から出力された前記検出信号に基づいて、2次元画像を取得する2次元画像取得手段と、前記対物光学系に対する前記試料の位置を相対的に変位させる相対位置変位手段と、前記試料の測定対象範囲を複数の領域に分割して得られる分割領域に対応する光軸方向についての観察範囲である分割領域観察範囲に関する情報が格納された分割領域関連情報格納手段と、前記各分割領域観察範囲において前記相対位置変位手段により前記試料を変位させる場合、該分割領域観察範囲内で取得された前記2次元画像の各画素データから代表となる画素データを取得する代表画素データ取得手段と、前記代表画素データに基づいて、観察画像を構築する観察画像構築手段と、を備えることを特徴とする。   The confocal scanning microscope system according to the present invention includes a light source that emits light, a two-dimensional scanning unit that relatively scans a sample in a two-dimensional direction with irradiation light emitted from the light source, and the scanned light. An objective optical system for condensing the illumination light, and detecting the reflected light reflected by irradiating the sample with the illumination light condensed by the objective optical system, and outputting a detection signal corresponding to the detected intensity A light detection means, a two-dimensional image acquisition means for acquiring a two-dimensional image based on the detection signal output from the light detection means, and a relative position for relatively displacing the position of the sample with respect to the objective optical system Displacement means and division area related information storage in which information related to the division area observation range that is an observation range in the optical axis direction corresponding to the division area obtained by dividing the measurement target range of the sample into a plurality of areas is stored When the sample is displaced by the relative position displacement means in each divided region observation range, representative pixel data is acquired from each pixel data of the two-dimensional image acquired in the divided region observation range. It comprises a representative pixel data acquisition means and an observation image construction means for constructing an observation image based on the representative pixel data.

前記共焦点走査型顕微鏡システムにおいて、前記代表画素データ取得手段は、前記分割領域観察範囲内で取得された前記2次元画像の各画素データのうち、最大の輝度を有する画素データを前記代表画素データとして取得することを特徴とする。   In the confocal scanning microscope system, the representative pixel data acquisition unit converts pixel data having the maximum luminance among the pixel data of the two-dimensional image acquired within the divided region observation range to the representative pixel data. It is characterized by acquiring as.

前記共焦点走査型顕微鏡システムにおいて、前記各分割領域観察範囲において前記相対位置変位手段により前記試料を離散的に変位させた場合、前記代表画素データ取得手段は、前記分割領域観察範囲内で取得された複数の前記2次元画像の各画素データについて、最大の輝度値を有する画素データを含む画素データに基づいて輝度値の変化曲線を算出し、該変化曲線の最大値を前記代表画素データとして取得することを特徴とする。   In the confocal scanning microscope system, when the sample is discretely displaced by the relative position displacement unit in each divided region observation range, the representative pixel data acquisition unit is acquired within the divided region observation range. For each pixel data of the plurality of two-dimensional images, a luminance value change curve is calculated based on pixel data including pixel data having the maximum luminance value, and the maximum value of the change curve is acquired as the representative pixel data It is characterized by doing.

前記共焦点走査型顕微鏡システムは、さらに、前記それぞれの分割領域に応じて、前記光検出手段の検出感度を制御する光検出制御手段と、を備えることを特徴とする。
前記分割領域関連情報格納手段には、さらに、前記分割領域毎に前記光検出手段の検出レベルが格納され、前記光検出制御手段は、前記分割領域関連情報格納手段から前記分割領域毎の検出レベルを取得して、前記光検出手段の検出感度を制御することを特徴とする。
The confocal scanning microscope system further includes light detection control means for controlling detection sensitivity of the light detection means in accordance with the respective divided regions.
The divided area related information storage means further stores the detection level of the light detection means for each divided area, and the light detection control means detects the detection level for each divided area from the divided area related information storage means. And the detection sensitivity of the light detection means is controlled.

前記共焦点走査型顕微鏡システムにおいて、前記光源と、前記対物光学系と、前記光検出手段はそれぞれ、赤外光源、赤外光学系、赤外光検出装置であることを特徴とする。
前記代表画素データには、少なくとも、輝度値と、前記光軸方向についての位置情報とが含まれることを特徴とする。
In the confocal scanning microscope system, the light source, the objective optical system, and the light detection means are an infrared light source, an infrared optical system, and an infrared light detection device, respectively.
The representative pixel data includes at least a luminance value and position information in the optical axis direction.

本発明にかかる表示装置に観察画像が表示される共焦点走査型顕微鏡システムの観察方法は、前記表示装置に表示された試料の測定対象範囲を複数の領域に分割し、光軸方向における前記分割した各領域についての測定範囲を設定し、前記試料と共焦点走査型顕微鏡の対物光学系との相対位置を前記光軸方向に変化させて、前記試料対物光学系により集束させた照明光を2次元方向に走査して前記試料に照射して反射された反射光を検出してその検出強度に応じた検出信号を取得し、前記設定した測定範囲内で取得した検出信号に基づく各画素の輝度情報のうち代表となる輝度情報を有する代表画素データを取得し、前記代表画素データに基づいて、観察画像を構築することを特徴とする。   An observation method of a confocal scanning microscope system in which an observation image is displayed on a display device according to the present invention is a method in which a measurement target range of a sample displayed on the display device is divided into a plurality of regions, and the division in an optical axis direction is performed. A measurement range is set for each of the regions, and the relative position between the sample and the objective optical system of the confocal scanning microscope is changed in the optical axis direction, and illumination light focused by the sample objective optical system is 2 Luminance of each pixel based on the detection signal acquired within the set measurement range by obtaining a detection signal corresponding to the detection intensity by detecting reflected light that is irradiated and reflected on the sample by scanning in the dimension direction Of the information, representative pixel data having representative luminance information is acquired, and an observation image is constructed based on the representative pixel data.

本発明を用いることにより、試料の測定対象面に段差が存在する場合、反射率の異なる部位が存在する場合、または透過面が存在する場合においても、これらの影響を受けずに測定を行うことができる。   By using the present invention, even when there is a step on the measurement target surface of the sample, when there is a part with different reflectance, or when there is a transmission surface, measurement is performed without being affected by these. Can do.

本発明の実施形態にかかる共焦点走査型顕微鏡システムは、光源と、2次元走査手段と、対物光学系と、光検出手段と、2次元画像取得手段と、相対位置変位手段と、分割領域関連情報格納手段と、代表画素データ取得手段と、観察画像構築手段と、を備える。   A confocal scanning microscope system according to an embodiment of the present invention includes a light source, a two-dimensional scanning unit, an objective optical system, a light detection unit, a two-dimensional image acquisition unit, a relative position displacement unit, and a divided region. An information storage unit, a representative pixel data acquisition unit, and an observation image construction unit are provided.

光源(例えば、光源1に対応する)は、光を照射するものである。2次元走査手段(例えば、2次元走査機構3に対応する)は、前記試料に対して前記光源より照射された照射光を相対的に2次元方向へ走査させる。対物光学系(例えば、対物レンズ7に対応する)は、2次元走査手段により走査された照明光を集光させる。   A light source (for example, corresponding to the light source 1) emits light. A two-dimensional scanning unit (for example, corresponding to the two-dimensional scanning mechanism 3) relatively scans the sample with irradiation light irradiated from the light source in a two-dimensional direction. The objective optical system (for example, corresponding to the objective lens 7) collects the illumination light scanned by the two-dimensional scanning means.

光検出手段(例えば、光検出器11に対応する)は、対物光学系により集光させた照明光を試料に照射して反射された反射光を検出してその検出強度に応じた検出信号を出力する。   The light detecting means (for example, corresponding to the light detector 11) detects the reflected light reflected by irradiating the sample with the illumination light condensed by the objective optical system, and outputs a detection signal corresponding to the detected intensity. Output.

2次元画像取得手段(例えば、コンピュータ12に対応する)は、光検出手段から出力された検出信号に基づいて、2次元画像を取得する。相対位置変位手段(例えば、Zレボルバ6に対応する)は、対物光学系に対する試料の位置を相対的に変位させる。   A two-dimensional image acquisition unit (for example, corresponding to the computer 12) acquires a two-dimensional image based on the detection signal output from the light detection unit. Relative position displacement means (for example, corresponding to the Z revolver 6) relatively displaces the position of the sample with respect to the objective optical system.

分割領域関連情報格納手段(例えば、領域高さ範囲設定テーブル30に対応する)には、前記試料の測定対象範囲となる領域を複数に分割した領域である分割領域と、該分割領域に対応して設定される該分割領域についての光軸方向に関する観察範囲である分割領域観察範囲と、に関する情報が格納されている。   The divided region related information storage means (for example, corresponding to the region height range setting table 30) includes a divided region that is a region obtained by dividing the measurement target range of the sample into a plurality of regions, and the divided regions. The information regarding the divided area observation range which is the observation range related to the optical axis direction for the divided area set in this manner is stored.

代表画素データ取得手段(例えば、コンピュータ12に対応する)は、試料の測定対象範囲を相対位置変位手段により試料を変位させる場合、その相対位置がそれぞれの分割領域観察範囲内に入ったら、その分割領域観察範囲内で取得された複数の2次元画像の各画素データ(同一の2次元座標により示される複数の画素データ)から、代表となる画素データ(代表画素データ)を取得する。   When representative pixel data acquisition means (for example, corresponding to the computer 12) displaces the sample in the measurement target range of the sample by the relative position displacement means, if the relative position falls within the respective divided area observation ranges, the division is performed. Representative pixel data (representative pixel data) is acquired from each pixel data (a plurality of pixel data indicated by the same two-dimensional coordinates) of a plurality of two-dimensional images acquired within the region observation range.

観察画像構築手段(例えば、コンピュータ12に対応する)は、代表画素データに基づいて、観察画像を構築する。
このように構成することにより、試料の測定対象面に段差が存在したり、反射率の異なる部位が存在したり、または透過面が存在したりしても、光軸方向について任意に設定した各範囲内での各画素の代表値を得ることができるので、ノイズ成分が除去された観察画像を取得することができる。
An observation image construction unit (for example, corresponding to the computer 12) constructs an observation image based on the representative pixel data.
By configuring in this way, even if there is a step on the measurement target surface of the sample, there is a part with different reflectance, or there is a transmission surface, each arbitrarily set in the optical axis direction Since a representative value of each pixel within the range can be obtained, an observation image from which noise components have been removed can be obtained.

なお、代表画素データは、様々な方法により得ることができる。例えば、代表画素データ取得手段は、それぞれの分割領域観察範囲内で取得された複数の2次元画像の各画素データのうち、最大の画素値を有する画素データを代表画素データとして取得することができる。   The representative pixel data can be obtained by various methods. For example, the representative pixel data acquisition unit can acquire pixel data having the maximum pixel value as representative pixel data among the pixel data of a plurality of two-dimensional images acquired within each divided region observation range. .

このように構成することにより、光軸方向について任意に設定した各範囲内での各画素の最大輝度を有する画素データを得ることができる。
また、代表画素データ取得手段は、分割領域観察範囲内で取得された複数の2次元画像の各画素データについて、最大の輝度値を有する画素データを含む画素データに基づいて輝度値の変化曲線を算出し、該変化曲線の最大値を前記代表画素データとして取得することができる。
With this configuration, pixel data having the maximum brightness of each pixel within each range arbitrarily set in the optical axis direction can be obtained.
Further, the representative pixel data acquisition means calculates a luminance value change curve based on pixel data including pixel data having the maximum luminance value for each pixel data of a plurality of two-dimensional images acquired within the divided region observation range. The maximum value of the change curve can be calculated and acquired as the representative pixel data.

このように構成することにより、光軸方向への移動ステップの間隔を大きくすることができるので、測定に要する時間を短縮することができる。
共焦点走査型顕微鏡システムは、さらに、前記それぞれの分割領域に応じて、光検出手段の検出感度を制御する光検出制御手段(例えば、コンピュータ12に対応する)と、を備える。
With this configuration, the interval between the movement steps in the direction of the optical axis can be increased, so that the time required for measurement can be shortened.
The confocal scanning microscope system further includes light detection control means (for example, corresponding to the computer 12) for controlling the detection sensitivity of the light detection means in accordance with the respective divided regions.

このように構成することにより、各分割領域に応じて、光検出手段のゲインを調整することができる。
分割領域関連情報格納手段には、さらに、分割領域毎に光検出手段の検出レベルが格納され、光検出制御手段は、分割領域関連情報格納手段から分割領域毎の検出レベルを取得して、光検出手段の検出感度を制御することができる。
With this configuration, the gain of the light detection unit can be adjusted according to each divided region.
The divided area related information storage means further stores the detection level of the light detection means for each divided area, and the light detection control means acquires the detection level for each divided area from the divided area related information storage means, and The detection sensitivity of the detection means can be controlled.

このように構成することにより、各分割領域に応じて、光検出手段のゲインを設定することができる。
なお、この共焦点走査型顕微鏡システムは、光源と、対物光学系と、光検出手段にそれぞれ、赤外光源、赤外光学系、赤外光検出装置を用いてもよい。
With this configuration, the gain of the light detection unit can be set according to each divided region.
In this confocal scanning microscope system, an infrared light source, an infrared optical system, and an infrared light detection device may be used for the light source, the objective optical system, and the light detection unit, respectively.

このように構成することにより、試料として例えばシリコン基板を用いた場合に、そのシリコン基板の表面領域と内部透過により得られた面領域とを得ることができる。
また、前記代表画素データには、少なくとも、輝度値と、光軸方向についての位置情報とが含まれる。
With this configuration, when a silicon substrate is used as a sample, for example, a surface region of the silicon substrate and a surface region obtained by internal transmission can be obtained.
The representative pixel data includes at least a luminance value and position information in the optical axis direction.

このように構成することにより、代表画素データ間の差分を取得することにより代表画素データ間の相対距離を得ることができるので、前記試料の段差を容易に得ることができる。   By configuring in this way, the relative distance between the representative pixel data can be obtained by acquiring the difference between the representative pixel data, so that the step of the sample can be easily obtained.

<第1の実施形態>
本実施形態では、試料の測定対象面に段差が存在する場合、各段差に対応した観察領域及びその観察領域に対応するZ方向の範囲を設定し、レボルバを変位させて2次元画像を取得し、その設定範囲での各画素の輝度値のうち最も高い画素値を取得する顕微鏡システムについて説明する。
<First Embodiment>
In this embodiment, when there are steps on the measurement target surface of the sample, an observation region corresponding to each step and a range in the Z direction corresponding to the observation region are set, and the revolver is displaced to acquire a two-dimensional image. A microscope system that acquires the highest pixel value among the luminance values of each pixel in the set range will be described.

図1は、本実施形態における走査型共焦点顕微鏡システムの構成を示す。図1において、走査型共焦点顕微鏡システムは、概して、走査型共焦点顕微鏡と、コンピュータ(以下、PCと称する)12、モニタ15から構成される。   FIG. 1 shows a configuration of a scanning confocal microscope system according to the present embodiment. In FIG. 1, the scanning confocal microscope system generally includes a scanning confocal microscope, a computer (hereinafter referred to as a PC) 12, and a monitor 15.

この走査型共焦点顕微鏡では、光源1から出射した光が、ビームスプリッター2を透過した後、2次元走査機構3に入射する。
2次元走査機構3は、第1の光スキャナ3aと第2の光スキャナ3bとからなる。2次元走査機構3では第1の光スキャナ3aと第2の光スキャナ3bにより、光源1からの光束を2次元に走査し、その光束を対物レンズ7へと導く。
In this scanning confocal microscope, light emitted from the light source 1 passes through the beam splitter 2 and then enters the two-dimensional scanning mechanism 3.
The two-dimensional scanning mechanism 3 includes a first optical scanner 3a and a second optical scanner 3b. In the two-dimensional scanning mechanism 3, the light beam from the light source 1 is two-dimensionally scanned by the first optical scanner 3 a and the second optical scanner 3 b, and the light beam is guided to the objective lens 7.

対物レンズ7へ入射した光束は、集束光となって試料8の表面上を走査する。試料8の表面で反射した光は、再び対物レンズ7から2次元走査機構3を介してビームスプリッター2に導入される。そして、ビームスプリッター2によって反射された光は、結像レンズ9によってピンホール10上に集光される。   The light beam incident on the objective lens 7 becomes focused light and scans the surface of the sample 8. The light reflected from the surface of the sample 8 is again introduced into the beam splitter 2 from the objective lens 7 via the two-dimensional scanning mechanism 3. Then, the light reflected by the beam splitter 2 is condensed on the pinhole 10 by the imaging lens 9.

ピンホール10では、試料8の集光点からの光のみ通過し、試料8の集光点以外からの反射光がカットされる。ピンホール10を通過する光は、光検出器11によって検出される。   In the pinhole 10, only the light from the condensing point of the sample 8 passes, and the reflected light from other than the condensing point of the sample 8 is cut. The light passing through the pinhole 10 is detected by the photodetector 11.

Zレボルバ6は、複数の対物レンズ7を保有しており、所望の倍率の対物レンズ7を2次元走査の光路中に挿入することができる。また、Zレボルバ6は、Z軸方向に移動可能であるので、対物レンズ7の集光位置と試料8の相対位置とを変化させることができる。   The Z revolver 6 has a plurality of objective lenses 7, and the objective lens 7 having a desired magnification can be inserted into the optical path for two-dimensional scanning. Further, since the Z revolver 6 is movable in the Z-axis direction, the condensing position of the objective lens 7 and the relative position of the sample 8 can be changed.

試料8は、試料台13上に載置されており、ステージ14によってXY(光軸に対して垂直方向)方向に移動可能となっている。
PC12は、2次元走査機構3、Zレボルバ6、及び光検出器11等の走査型共焦点顕微鏡の構成要素と接続されている。これらの構成要素は、PC12に記憶された顕微鏡制御プログラムによって制御されている。したがって、使用者は、モニタ15に表示される所定の画面を通じて、走査型共焦点顕微鏡を構成する各部を操作することができる。
The sample 8 is placed on the sample stage 13 and can be moved in the XY (perpendicular direction to the optical axis) direction by the stage 14.
The PC 12 is connected to components of the scanning confocal microscope such as the two-dimensional scanning mechanism 3, the Z revolver 6, and the photodetector 11. These components are controlled by a microscope control program stored in the PC 12. Therefore, the user can operate each unit constituting the scanning confocal microscope through a predetermined screen displayed on the monitor 15.

ここで、対物レンズ7による集光位置は、ピンホール10と共役な位置にある。例えば、試料8が対物レンズ7による集光位置にある場合は、試料8からの反射光がピンホール10上で集光してピンホールを通過する。試料8が対物レンズ7による集光位置からずれた位置にある場合は、試料8からの反射光はピンホールを通過しない。   Here, the condensing position by the objective lens 7 is at a position conjugate with the pinhole 10. For example, when the sample 8 is at a condensing position by the objective lens 7, the reflected light from the sample 8 is condensed on the pinhole 10 and passes through the pinhole. When the sample 8 is located at a position deviated from the condensing position by the objective lens 7, the reflected light from the sample 8 does not pass through the pinhole.

図2は、対物レンズ7と試料8間のZ方向についての相対位置(Z)と、光検出器11の検出信号レベル(I)の関係(I−Zカーブ)を示す。試料8が対物レンズ7の集光位
置Zcにある場合、光検出器11から出力される検出信号レベルは最大となり、この位置から対物レンズ7と試料8の相対位置が離れるに従い、光検出器11の検出信号レベルは急激に低下する。
FIG. 2 shows the relationship (I-Z curve) between the relative position (Z) in the Z direction between the objective lens 7 and the sample 8 and the detection signal level (I) of the photodetector 11. When the sample 8 is at the condensing position Z c of the objective lens 7, the detection signal level output from the photodetector 11 becomes the maximum, and as the relative position between the objective lens 7 and the sample 8 increases from this position, the photodetector The detection signal level of 11 drops rapidly.

この特性により、2次元走査機構3によって集光点を2次元走査し、光検出器11の出力を2次元走査機構3に同期して画像化すれば、試料8のある特定の高さのみが画像化され、試料8を光学的にスライスした画像(共焦点画像)が得られる。そして、上記画像は、モニタ15に上記操作画面と合わせて表示される。   With this characteristic, if the condensing point is two-dimensionally scanned by the two-dimensional scanning mechanism 3 and the output of the photodetector 11 is imaged in synchronization with the two-dimensional scanning mechanism 3, only a certain height of the sample 8 is obtained. An image (confocal image) obtained by imaging and optically slicing the sample 8 is obtained. The image is displayed on the monitor 15 together with the operation screen.

次に、本実施形態を適用した試料情報測定方法について説明する。
図3は、本実施形態を説明するために観察に用いる試料8の一例を示す。同図では、上面A、下面Bの段差がある試料を示す。以下では、この試料8を観察対象として説明する。
Next, a sample information measuring method to which this embodiment is applied will be described.
FIG. 3 shows an example of the sample 8 used for observation in order to explain the present embodiment. In the figure, a sample having a step between an upper surface A and a lower surface B is shown. Hereinafter, the sample 8 will be described as an observation target.

図4は、本実施形態における走査型共焦点顕微鏡により撮像された2次元画像を示す。同図は、走査型共焦点顕微鏡により図3の試料8を上面側(Z軸方向)から撮像して、モニタ15に表示された2次元画像20である。なお、2次元画像は、走査型共焦点顕微鏡の撮像部(図示しないCCD等)より撮像されたものでもよい。   FIG. 4 shows a two-dimensional image captured by the scanning confocal microscope according to the present embodiment. This figure is a two-dimensional image 20 displayed on the monitor 15 by imaging the sample 8 of FIG. 3 from the upper surface side (Z-axis direction) with a scanning confocal microscope. Note that the two-dimensional image may be an image captured by an imaging unit (CCD or the like not shown) of the scanning confocal microscope.

モニタ15に2次元画像20が表示されると、操作者は、PC12の入力デバイス(図示しないマウス等)を用いて、領域設定枠23の位置および大きさを任意に設定することができる。ここでは、図3の上面Aの輪郭に合わせて領域設定枠23を設定している。   When the two-dimensional image 20 is displayed on the monitor 15, the operator can arbitrarily set the position and size of the region setting frame 23 using an input device (such as a mouse (not shown)) of the PC 12. Here, the region setting frame 23 is set in accordance with the contour of the upper surface A in FIG.

本実施形態では、この領域設定枠23で設定された領域内を第1領域21とし、領域設定枠23の範囲外の領域を第2領域22とする。なお、領域設定は、矩形、楕円を含む円形、任意の曲線で囲まれる図形を複数設定することが可能である。   In the present embodiment, the area set in the area setting frame 23 is the first area 21, and the area outside the area setting frame 23 is the second area 22. The area can be set by setting a plurality of rectangles, a circle including an ellipse, and a figure surrounded by an arbitrary curve.

図5は、本実施形態における領域高さ範囲設定テーブルを示す。領域高さ範囲設定テーブル30は、領域毎の取込高さ範囲を設定して記憶させる領域高さ範囲設定テーブルである。領域高さ範囲設定テーブル30には、図4で設定した各領域のZ位置の下限と上限とを設定することができる。領域高さ範囲設定テーブル30は、コンピュータ12の記憶装置(不図示)に格納されている。   FIG. 5 shows a region height range setting table in the present embodiment. The area height range setting table 30 is an area height range setting table for setting and storing a capture height range for each area. In the area height range setting table 30, the lower limit and the upper limit of the Z position of each area set in FIG. 4 can be set. The area height range setting table 30 is stored in a storage device (not shown) of the computer 12.

図6は、本実施形態における試料面高さと領域毎の取込有効範囲の例を示す。同図は、図3の試料8を側面方向から観察した場合を示している。縦軸は、対物レンズ7と試料8間のZ方向についての相対位置を示す。   FIG. 6 shows an example of the sample surface height and the effective capture range for each region in the present embodiment. This figure shows a case where the sample 8 of FIG. 3 is observed from the side surface direction. The vertical axis indicates the relative position in the Z direction between the objective lens 7 and the sample 8.

図6では、取込開始位置40から取込終了位置41の範囲が走査対象範囲である。このうち、実際に画像の取り込みが行われる範囲は、第1領域21のデータ有効範囲42と、第2領域22のデータ有効範囲43で示す部分である。   In FIG. 6, the range from the capture start position 40 to the capture end position 41 is the scanning target range. Among these, the range in which the image is actually captured is a portion indicated by a data valid range 42 in the first area 21 and a data valid range 43 in the second area 22.

図7は、本実施形態におけるZ位置を領域高さ範囲設定テーブル30に設定する処理フローを示す。本フローは、PC12で実行されるものである。ここでは、図4に示した領域の設定は予めされているものとする。   FIG. 7 shows a processing flow for setting the Z position in the region height range setting table 30 in the present embodiment. This flow is executed by the PC 12. Here, it is assumed that the area shown in FIG. 4 has been set in advance.

操作者は、まず、モニタ15により試料8を共焦点画像で観察する(ステップ1。以下、ステップを「S」と称する)。
次に、操作者は、下面Bが見えなくなるまで、Zレボルバ6を下げて、取込開始位置を決定する(S2)。ここでは、操作者は、PC12によりZレボルバ6を制御して、モニタ15を参照しながら、Zレボルバ6を下面Bが見えなくなる位置まで下げる。その後、操作者が例えばPC12の操作画面上で所定ボタンを押すと、Zレボルバ6の停止位置が取込開始位置40として決定される。その時のZ位置情報がPC12に読み込まれて、領域高さ範囲設定テーブル30に記憶される。
The operator first observes the sample 8 with a confocal image on the monitor 15 (step 1. Hereinafter, the step is referred to as “S”).
Next, the operator lowers the Z revolver 6 until the lower surface B becomes invisible, and determines the capture start position (S2). Here, the operator controls the Z revolver 6 with the PC 12 and lowers the Z revolver 6 to a position where the lower surface B cannot be seen while referring to the monitor 15. Thereafter, when the operator presses a predetermined button on the operation screen of the PC 12, for example, the stop position of the Z revolver 6 is determined as the capture start position 40. The Z position information at that time is read into the PC 12 and stored in the area height range setting table 30.

次に、操作者は、上面Aが見えなくなるところまで、Zレボルバ6を上げて、取込終了位置を決定する(S3)。ここでは、操作者は、PC12によりZレボルバ6を制御して、モニタ15を参照しながら、Zレボルバ6を上面Aが見えなくなる位置まで上げる。その後、操作者が例えばPCの操作画面上で所定ボタンを押すと、そのZレボルバ6の停止位置が取込終了位置41として決定される。その時のZ位置情報がPC12に読み込まれて、領域高さ範囲設定テーブル30に記憶される。   Next, the operator raises the Z revolver 6 until the upper surface A becomes invisible, and determines the capture end position (S3). Here, the operator controls the Z revolver 6 by the PC 12 and raises the Z revolver 6 to a position where the upper surface A cannot be seen while referring to the monitor 15. Thereafter, when the operator presses a predetermined button on the operation screen of the PC, for example, the stop position of the Z revolver 6 is determined as the capture end position 41. The Z position information at that time is read into the PC 12 and stored in the area height range setting table 30.

次に、操作者は、PC12によりZレボルバ6を制御して、Zレボルバ6を再び下げて、第1領域21に指定した上面Aが見えなくなる上限及び下限のZ位置(図6で言えば、第1領域21のデータ有効範囲42の上限及び下限)をそれぞれ登録する(S4)。ここでは、観察している状態で、例えば、図5に示すようなテーブルのイメージがモニタ15に表示されて、その画面内の各領域の下限及び上限のZ位置を示すところがボタン状になっていて、それぞれのボタンを押すことでPC12内の領域高さ範囲設定テーブル30に登録されて、モニタ15のZ位置情報が表示されるようにしてもよい。   Next, the operator controls the Z revolver 6 with the PC 12, lowers the Z revolver 6 again, and the upper and lower Z positions at which the upper surface A designated in the first region 21 cannot be seen (in FIG. 6, The upper and lower limits of the data valid range 42 of the first area 21 are registered (S4). In this state, for example, an image of a table as shown in FIG. 5 is displayed on the monitor 15 in an observing state, and the place indicating the lower limit and the upper limit Z position of each area in the screen is a button. The Z position information of the monitor 15 may be displayed by being registered in the area height range setting table 30 in the PC 12 by pressing each button.

さらに、操作者は、PC12によりZレボルバ6を制御して、Zレボルバ6を下げていき、下面Bが見えなくなる上限及び下限のZ位置(図6で言えば、第2領域22のデータ有効範囲43の上限及び下限)をそれぞれ上記同様に登録する(S5)。ここでの処理はS4と同様である。   Furthermore, the operator controls the Z revolver 6 with the PC 12 to lower the Z revolver 6, and the upper and lower Z positions at which the lower surface B cannot be seen (in FIG. 6, the data valid range of the second area 22 43 (upper limit and lower limit) are registered in the same manner as described above (S5). The process here is the same as S4.

なお、図6の例では、取込開始位置40と第1領域21のデータ有効範囲43の下限、取込終了位置41と第2領域22のデータ有効範囲43の上限は同じ位置としているが、これに限定されない。例えば、取込開始位置40と第1領域21のデータ有効範囲43の下限、取込終了位置41と第2領域22のデータ有効範囲43の上限が異なっていてもよい。   In the example of FIG. 6, the lower limit of the data valid range 43 of the capture start position 40 and the first area 21, and the upper limit of the data valid range 43 of the capture end position 41 and the second area 22 are the same position. It is not limited to this. For example, the lower limit of the data valid range 43 of the capture start position 40 and the first area 21 and the upper limit of the data valid range 43 of the capture end position 41 and the second area 22 may be different.

また、図6の例では設定する領域は2つであるが、これに限定されない。例えば、それ以上の領域を設定してもよい。この場合には領域の上限及び下限の登録を更に繰り返す必要がある。なお、図7の手順は一例であり、S2からS5は手順が入れ替わっても良い。   In the example of FIG. 6, there are two areas to be set, but the present invention is not limited to this. For example, a region larger than that may be set. In this case, it is necessary to repeat the registration of the upper limit and the lower limit of the area. Note that the procedure in FIG. 7 is an example, and the procedure from S2 to S5 may be switched.

次に、走査範囲の中から例として、図4に示す第1領域21内の画素(x1,y1)に対する作用を、図8を用いて説明する。
図8は、本実施形態における観察画像を構築するフローを示す。本フローは、PC12の記憶装置に格納されている本実施形態にかかるプログラムが、PC12の制御装置に読み出されて実行される処理である。以下のフローでは、Z位置に関するカウンタ変数をi(初期値:i=0)、画像内の領域を特定するためのカウンタ変数をn(初期値:n=1)、座標(x,y,z)における輝度値をI(x,y,z)、最大の輝度値をImax(初期値:Imax=0)で表す。
Next, as an example from the scanning range, the operation on the pixel (x 1 , y 1 ) in the first region 21 shown in FIG. 4 will be described with reference to FIG.
FIG. 8 shows a flow for constructing an observation image in the present embodiment. This flow is a process in which a program according to the present embodiment stored in the storage device of the PC 12 is read out and executed by the control device of the PC 12. In the following flow, the counter variable relating to the Z position is i (initial value: i = 0), the counter variable for specifying the region in the image is n (initial value: n = 1), and the coordinates (x, y, z). ) Is represented by I (x, y, z), and the maximum luminance value is represented by I max (initial value: I max = 0).

まず、Zレボルバ6をZi位置に移動させる(S11)。当該処理は初回の場合(i=0)、PC12より取込開始の指示がされて、Zレボルバ6は、取込開始位置Z0に移動する。そして、そのZ位置での2次元画像が取得される(S12)。 First, move the Z revolver 6 in Z i position (S11). The process time of the first time (i = 0), is instructed to capture start from PC12, Z revolver 6 moves to the capture start position Z 0. Then, a two-dimensional image at the Z position is acquired (S12).

次に、その取得した2次元画像において、現在着目している画素(x,y)がどの領域に含まれるかが判定される(S13、S14)。例えば、図4の場合では、画素(x1,y1)は第2領域22に含まれると判定される。 Next, in the acquired two-dimensional image, it is determined which region the pixel (x, y) currently focused on is included (S13, S14). For example, in the case of FIG. 4, the pixel (x 1, y 1) is determined to be included in the second region 22.

次に、領域高さ範囲設定テーブル30からS13で判定された領域に対応する取込高さ範囲Rが読み出される。上記の場合、図5の領域高さ範囲設定テーブル30より「第2領域 下限:1000、上限:2400」が取込高さ範囲Rとして取得される。   Next, the capture height range R corresponding to the region determined in S13 is read from the region height range setting table 30. In the above case, “second region lower limit: 1000, upper limit: 2400” is acquired as the capture height range R from the region height range setting table 30 of FIG.

次に、Zレボルバ6の位置ZiがS13で判定された領域の取込高さ範囲Rの範囲内であるか否かが判定される(S16)。上記の場合、Zレボルバ6の位置Ziが第2領域22に対応する取込高さ範囲R内(下限:1000〜上限:2400)かどうかが判定される(S16)。Zレボルバ6の位置Ziが取込高さ範囲R外であれば(S16で「No」へ進む)、S18へ進む。 Next, it is determined whether or not the position Z i of the Z revolver 6 is within the capture height range R of the region determined in S13 (S16). In the above case, it is determined whether the position Z i of the Z revolver 6 is within the capture height range R (lower limit: 1000 to upper limit: 2400) corresponding to the second region 22 (S16). If the position Z i of the Z revolver 6 is outside the capture height range R (proceed to “No” in S16), the process proceeds to S18.

Zレボルバ6の位置Ziが取込高さ範囲R内であれば(S16で「Yes」へ進む)、画素(x,y)の輝度値I(x,y,z)が最大の輝度値Imaxと比較される(S17)。上記の場合、画素(x1,y1)の輝度値I(x1,y1,z0)が最大値Imaxと比較される(S17)。 If the position Z i of the Z revolver 6 is within the capture height range R (proceed to “Yes” in S16), the luminance value I (x, y, z) of the pixel (x, y) is the maximum luminance value. It is compared with I max (S17). In the above case, the luminance value I (x 1 , y 1 , z 0 ) of the pixel (x 1 , y 1 ) is compared with the maximum value I max (S17).

次に、画素(x,y)の輝度値Iが最大値Imaxよりも大きければ(S17で「Yes」へ進む)、その輝度値を最大値Imaxに格納する。同時に、そのときの高さ情報ZiがZpとして記憶される(S18)。 Next, the luminance value I of a pixel (x, y) is (advances in S17 to "Yes") is greater than the maximum value I max, stores the brightness value to the maximum value I max. At the same time, the height information Z i at that time is stored as Z p (S18).

S17の判定で、画素(x,y)の輝度データが最大値Imax以下であれば(S17で「No」へ進む)、S19へ進む。
次に、カウンタ変数iをインクリメントして、予め決められた移動量分Zレボルバが移動するようにZ位置が計算される(S19)。取込終了位置42を越えるまで、S11に戻って同じ処理を繰り返す(S20)。
In the determination of S17, the luminance data of the pixel (x, y) is (advances in S17 to "No") equal to or smaller than the maximum value I max, the processing proceeds to S19.
Next, the counter variable i is incremented, and the Z position is calculated so that the Z revolver moves by a predetermined movement amount (S19). The process returns to S11 and repeats the same process until the capture end position 42 is exceeded (S20).

なお、図8のS13からS18は、説明の便宜上、特定の画素に対する作用を例として示したが、実際には2次元走査範囲の全画素に対して同じ処理が施される。このようにして得られた画素データに基づいて、観察画像を構築することができる。   For convenience of explanation, S13 to S18 in FIG. 8 show the action for a specific pixel as an example, but in practice, the same processing is applied to all the pixels in the two-dimensional scanning range. An observation image can be constructed based on the pixel data thus obtained.

このようにして2次元画像の取込を行った場合、取込高さ範囲Rにおける各領域の各画素の最大輝度値を取得することができる。すなわち、この最大輝度値と、この最大輝度値を有する画素の座標(x,y,z)を代表画素データとして取得する。上記の場合では、画素(x1,y1)に対する輝度データは、第2領域22のデータ有効範囲内のZ位置で取得された輝度データのうち最大の輝度データのみを有効な情報として取得される。   When a two-dimensional image is captured in this way, the maximum luminance value of each pixel in each region in the capture height range R can be acquired. That is, the maximum luminance value and the coordinates (x, y, z) of the pixel having the maximum luminance value are acquired as representative pixel data. In the above case, as the luminance data for the pixel (x1, y1), only the maximum luminance data among the luminance data acquired at the Z position within the data effective range of the second region 22 is acquired as effective information.

なお、本実施形態では、各領域のデータ有効範囲内のZ位置で取得された輝度データのうち最大の輝度データを取得したが、これに限定されない。例えば、特許文献2に示す方法を適用して、Zレボルバ6をZ方向に離散的に変化させ、各相対位置での試料からの光強度をそれぞれ検出し、最大の光強度検出値を含む複数の光強度検出値に基づいて当該光強度が示す変化曲線上の最大値を与える前記相対位値を推定し、その推定した相対位値に対応する輝度値を算出して代表画素データとしてもよい。   In the present embodiment, the maximum luminance data is acquired from the luminance data acquired at the Z position within the data valid range of each region, but the present invention is not limited to this. For example, by applying the method shown in Patent Document 2, the Z revolver 6 is discretely changed in the Z direction, the light intensity from the sample at each relative position is detected, and a plurality of values including the maximum light intensity detection value are included. Based on the detected light intensity value, the relative position value that gives the maximum value on the change curve indicated by the light intensity may be estimated, and the luminance value corresponding to the estimated relative position value may be calculated as representative pixel data. .

また、例えば、特許文献2に示す方法を適用して、Zレボルバ6をZ方向に離散的に変化させ、各相対位置での試料からの光強度をそれぞれ検出し、これら光強度検出値の中から最大の光強度検出値及び最小の光強度検出値を抽出し、この2つの光強度検出値の平均値を挟む前後2点の光強度検出値による直線近似にて当該光強度が示す変化曲線上で平均値を与える2つのZ位置を求め、その2つのZ位置の中点を前記変化曲線上の最大値を与える前記相対位値と推定し、その推定した相対位置に対応する輝度値を算出して代表画素データとしてもよい。   Further, for example, by applying the method shown in Patent Document 2, the Z revolver 6 is discretely changed in the Z direction to detect the light intensity from the sample at each relative position, and among these light intensity detection values. The maximum light intensity detection value and the minimum light intensity detection value are extracted from the above, and the change curve indicated by the light intensity by linear approximation with the two light intensity detection values before and after sandwiching the average value of the two light intensity detection values The two Z positions giving the average value are obtained, the midpoint of the two Z positions is estimated as the relative position value giving the maximum value on the change curve, and the luminance value corresponding to the estimated relative position is calculated. It may be calculated as representative pixel data.

本実施形態によれば、Z方向についてユーザが任意に設定した各観察範囲で各画素の代表値を得ることができる。これにより、着目する表面高さ近傍以外の情報を無視して高さ情報を取得するため、ノイズの影響を受けにくい高さ画像を取得することができる。   According to the present embodiment, the representative value of each pixel can be obtained in each observation range arbitrarily set by the user in the Z direction. Thereby, since information other than the vicinity of the surface height of interest is ignored and the height information is acquired, it is possible to acquire a height image that is hardly affected by noise.

<第2の実施形態>
本実施形態では、反射率の異なる部位が存在する場合または透過面が存在する場合、各部位または面に対応した領域のZ方向について任意に範囲を設定し、そのZ方向の範囲でレボルバを変位させて撮像した画像の各画素の輝度値のうち最も高い画素値を取得する顕微鏡システムについて説明する。なお、本実施形態については、第1の実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
<Second Embodiment>
In this embodiment, when there is a part with different reflectivity or a transmissive surface, an arbitrary range is set for the Z direction of the region corresponding to each part or surface, and the revolver is displaced within the range in the Z direction. A microscope system that acquires the highest pixel value among the luminance values of each pixel of the image captured in this manner will be described. In addition, about this embodiment, only a different part from 1st Embodiment is demonstrated.

図9は、本実施形態における走査型共焦点顕微鏡により撮像された2次元画像を示す。同図は、モニタ15に表示される2次元画像50である。操作者は、モニタ15を参照しながら、図4と同様に、2次元画像50を左右2分割して第1領域51、第2領域52を設定する。後述するが、第2領域52(下側の膜面)の反射率は、第1領域51(上側の膜面)の反射率に比べて低いとする。   FIG. 9 shows a two-dimensional image captured by the scanning confocal microscope according to the present embodiment. This figure is a two-dimensional image 50 displayed on the monitor 15. The operator sets the first region 51 and the second region 52 by dividing the two-dimensional image 50 into left and right parts as in FIG. 4 while referring to the monitor 15. As will be described later, it is assumed that the reflectance of the second region 52 (lower film surface) is lower than the reflectance of the first region 51 (upper film surface).

図10は、本実施形態における試料である透明膜のI−Zカーブ及び試料面高さと領域毎の取込有効範囲を示す。I−Zカーブに示すように、下側の膜面の反射率は、上側の膜面の反射率に比べて低い。   FIG. 10 shows the IZ curve and the sample surface height of the transparent film, which is a sample in this embodiment, and the effective loading range for each region. As shown in the IZ curve, the reflectance of the lower film surface is lower than the reflectance of the upper film surface.

領域の設定は、上述の通り、第1の実施形態と同様に行われる。図9で説明したように、2次元画像50が左右2分割にされて、第1領域51(膜上面側)、第2領域52(膜下面側)が設定される。   As described above, the area is set in the same manner as in the first embodiment. As described with reference to FIG. 9, the two-dimensional image 50 is divided into right and left parts, and a first region 51 (film upper surface side) and a second region 52 (film lower surface side) are set.

さらに、第1の実施形態と同様に、第1領域51のデータ有効範囲62と第2領域52のデータ有効範囲63を決定する。
図11は、本実施形態における領域高さ範囲設定テーブルを示す。領域高さ範囲設定テーブル70は、図5の領域高さ範囲設定テーブル30にデータ項目「ゲイン」を追加したものである。データ項目「ゲイン」には、それぞれの領域に対応して調整される光検出器11のゲインを格納することができる。なお、ここでは、ゲインを取り上げているが、ゲイン以外の撮像に関する設定項目でもよい。領域高さ範囲設定テーブル70は、コンピュータ12の記憶装置に格納されている。
Further, as in the first embodiment, the data valid range 62 of the first area 51 and the data valid range 63 of the second area 52 are determined.
FIG. 11 shows an area height range setting table in the present embodiment. The area height range setting table 70 is obtained by adding a data item “gain” to the area height range setting table 30 of FIG. In the data item “gain”, the gain of the photodetector 11 adjusted corresponding to each region can be stored. Here, although gain is taken up, setting items related to imaging other than gain may be used. The area height range setting table 70 is stored in the storage device of the computer 12.

図12は、本実施形態における観察画像を構築するフローを示す。本フローは、PC12の記憶装置に格納されている本実施形態にかかるプログラムが、PC12の制御装置に読み出されて実行される処理である。以下のフローでは、Z位置に関するカウンタ変数をi(初期値:i=0)、画像内の領域を特定するためのカウンタ変数をn(初期値:n=1)、座標(x,y,z)における輝度値をI(x,y,z)、最大の輝度値をImax(初期値:Imax=0)で表す。 FIG. 12 shows a flow for constructing an observation image in the present embodiment. This flow is a process in which a program according to the present embodiment stored in the storage device of the PC 12 is read out and executed by the control device of the PC 12. In the following flow, the counter variable relating to the Z position is i (initial value: i = 0), the counter variable for specifying the region in the image is n (initial value: n = 1), and the coordinates (x, y, z). ) Is represented by I (x, y, z), and the maximum luminance value is represented by I max (initial value: I max = 0).

まず、Zレボルバ6をZi位置に移動させる(S21)。当該処理は初回の場合(i=0)、PC12より取込開始の指示がされて、Zレボルバ6は、取込開始位置Z0に移動する。そして、そのZ位置での2次元画像が取得される(S22)。 First, the Z revolver 6 is moved to the Z i position (S21). The process time of the first time (i = 0), is instructed to capture start from PC12, Z revolver 6 moves to the capture start position Z 0. Then, a two-dimensional image at the Z position is acquired (S22).

次に、そのZ位置Ziがどの領域の高さ取込範囲Rに含まれるかが判定される(S22、S23)。ここでは、領域高さ範囲設定テーブル70の各領域の上下限と現在のZ位置Ziとを比較して、そのZi位置がどの領域に対応する高さ取込範囲Rの上下限内に入っているか判定される。これにより、現在のZ位置Ziがどの領域に属するかが特定される。 Next, it is determined in which region the height capture range R is included in the Z position Z i (S22, S23). Here, the upper and lower limits of each area in the area height range setting table 70 are compared with the current Z position Z i, and the Z i position falls within the upper and lower limits of the height capture range R corresponding to which area. It is judged whether it is in. Thereby, it is specified which region the current Z position Z i belongs to.

次に、S22で判定された領域に対応するゲインを領域高さ範囲設定テーブル70から取得し、そのゲインを光検出器11に設定する(S24)。その設定されたゲインで2次元画像が取得される(S25)。   Next, a gain corresponding to the region determined in S22 is acquired from the region height range setting table 70, and the gain is set in the photodetector 11 (S24). A two-dimensional image is acquired with the set gain (S25).

その後は、第1の実施形態で前述した図8のS13〜S18と同じ処理が実行される(S26)。
次に、カウンタ変数iをインクリメントして、予め決められた移動量分Zレボルバが移動するようにZ位置が計算される(S27)。
Thereafter, the same processing as S13 to S18 of FIG. 8 described in the first embodiment is executed (S26).
Next, the counter variable i is incremented, and the Z position is calculated so that the Z revolver moves by a predetermined movement amount (S27).

取込終了位置Zを越えるまで、S11に戻って同じ処理を繰り返す(S28)。なお、本フローでは、説明の便宜上、特定の画素に対する作用を例として示したが、実際には2次元走査範囲の全画素に対して同じ処理が施される。このようにして得られた画素データに基づいて、観察画像を構築することができる。   The process returns to S11 and repeats the same process until the capture end position Z is exceeded (S28). In this flow, for the sake of convenience of explanation, the action on a specific pixel is shown as an example. However, in practice, the same processing is performed on all the pixels in the two-dimensional scanning range. An observation image can be constructed based on the pixel data thus obtained.

このようにして取得される画像は、図10に示すように反射率の低い膜下面を含む第2領域52のデータ有効範囲では、反射率の高い膜上面を含む第1領域51のデータ有効範囲よりも高いゲインで取得されるので、十分な光量を持った信号でノイズが少ないという効果を得ることができる。   As shown in FIG. 10, the image acquired in this way is a data effective range of the first region 51 including the upper surface of the film having a high reflectance in the data effective range of the second region 52 including the lower surface of the film having a low reflectance. Since it is acquired with a higher gain than the above, it is possible to obtain an effect that there is little noise with a signal having a sufficient light amount.

なお、図9に示す第1領域51では、図10に示す第1領域51のデータ有効範囲内の輝度データから最高輝度が抽出されるため、膜上面のみが画像化される。図9に示す第2領域52では、図10に示す第2領域52のデータ有効範囲内の輝度データから最高輝度が抽出されるため、膜下面のみが画像化される。   In the first area 51 shown in FIG. 9, since the maximum luminance is extracted from the luminance data within the data valid range of the first area 51 shown in FIG. 10, only the upper surface of the film is imaged. In the second area 52 shown in FIG. 9, since the maximum luminance is extracted from the luminance data within the data valid range of the second area 52 shown in FIG. 10, only the lower surface of the film is imaged.

これによって、1枚の画像中に膜の上面と下面を同時に観察表示可能な画像を1回の取込動作で得ることができる。また、従来はIZプロファイル上で行っていた膜の厚さ測定(I−Zカーブのピーク値の間隔より膜厚を取得することができる)を、上述のように取得した画像上で測定することも可能である。すなわち、図12のフローより、各画素の最大の輝度値を取得するとともに、そのときのZ位置情報も取得している。つまり、図12のフロー後に参照される画像の各画素は輝度値と3次元座標情報を有しているから、画像内の任意の2点間のZ方向の相対距離を容易に算出できる。   As a result, an image capable of simultaneously observing and displaying the upper and lower surfaces of the film in one image can be obtained by a single capture operation. In addition, the measurement of the film thickness (which can be obtained from the interval between the peak values of the I-Z curve) that has been conventionally performed on the IZ profile is measured on the image acquired as described above. Is also possible. That is, the maximum luminance value of each pixel is acquired from the flow of FIG. 12, and the Z position information at that time is also acquired. That is, since each pixel of the image referred to after the flow of FIG. 12 has a luminance value and three-dimensional coordinate information, the relative distance in the Z direction between any two points in the image can be easily calculated.

(変形例)
以下では、第2の実施形態の変形例について説明する。ここでの変形例は、走査型共焦点顕微鏡に代えて、赤外レーザ顕微鏡を用いて観察を行う場合について説明する。
(Modification)
Below, the modification of 2nd Embodiment is demonstrated. In this modification, a case where observation is performed using an infrared laser microscope instead of the scanning confocal microscope will be described.

図13は、本実施形態の変形例における赤外レーザ顕微鏡により撮像された2次元画像を示す。例えば、試料として透明膜の代わりにシリコン基板等を赤外レーザ顕微鏡により観察する場合、図12の処理を実行すると、2次元画像80が得られる。2次元画像80は、試料の表面像81から注目する領域82のみをくり貫いて見たような視覚的に効果のある画像を得ることができる。領域82には、この例では透過されてシリコン基板の裏面の配線パターン像が現れている。   FIG. 13 shows a two-dimensional image captured by an infrared laser microscope in a modification of the present embodiment. For example, when a silicon substrate or the like is observed as a sample instead of a transparent film with an infrared laser microscope, a two-dimensional image 80 is obtained by executing the processing of FIG. The two-dimensional image 80 can obtain a visually effective image as seen through a region 82 of interest from the surface image 81 of the sample. In this example, a wiring pattern image on the back surface of the silicon substrate appears in the region 82 through the transmission.

なお、表面と内部透過により得られた面との間に段差があっても、第1の実施形態と同様に1回の画像取得で、表面領域と内部透過により得られた面領域とを得ることができる。   Even if there is a step between the surface and the surface obtained by internal transmission, the surface region and the surface region obtained by internal transmission are obtained by one image acquisition as in the first embodiment. be able to.

また、一定のサンプルを繰り返し観察するような場合、撮像後に領域毎にノイズ除去や特徴抽出等異なる画像処理を実行することにより、良品判定のための良好な画像が得やすくなる。   In addition, when a certain sample is repeatedly observed, it is easy to obtain a good image for non-defective product determination by executing different image processing such as noise removal and feature extraction for each region after imaging.

また、各領域の中心等でオートフォーカスをかけて合焦高さから上下一定の高さ範囲を有効範囲に設定させることで、操作者の設定負担を軽くすることができる。
本発明によれば、試料の測定対象面に段差が存在する場合、反射率の異なる部位が存在する場合、透過面が存在する場合においても、これらの影響を受けずに測定を行うことができる。
Further, by setting auto focus at the center of each area and setting a certain range of height from the in-focus height to the effective range, the setting burden on the operator can be reduced.
According to the present invention, when there is a step on the measurement target surface of the sample, when there are parts having different reflectivities, and when there is a transmission surface, measurement can be performed without being affected by these. .

なお、本発明は、以上に述べた実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の構成または形態を取ることができる。   The present invention is not limited to the embodiments described above, and can take various configurations or forms without departing from the gist of the present invention.

第1の実施形態における走査型共焦点顕微鏡システムの構成を示す。1 shows a configuration of a scanning confocal microscope system according to a first embodiment. 対物レンズ7と試料8間の相対位置(Z)と、光検出器11の検出信号レベル(I)の関係(I−Zカーブ)を示す。The relationship (I-Z curve) between the relative position (Z) between the objective lens 7 and the sample 8 and the detection signal level (I) of the photodetector 11 is shown. 第1の実施形態を説明するために観察に用いる試料8の一例を示す。An example of the sample 8 used for observation in order to explain the first embodiment is shown. 第1の実施形態における走査型共焦点顕微鏡により撮像された2次元画像を示す。The 2D image imaged with the scanning confocal microscope in 1st Embodiment is shown. 第1の実施形態における領域高さ範囲設定テーブルを示す。The area | region height range setting table in 1st Embodiment is shown. 第1の実施形態における試料面高さと領域毎の取込有効範囲の例を示す。The sample surface height in 1st Embodiment and the example of the taking-in effective range for every area | region are shown. 第1の実施形態におけるZ位置を領域高さ範囲設定テーブル30に設定する処理フローを示す。6 shows a processing flow for setting the Z position in the region height range setting table 30 in the first embodiment. 第1の実施形態における観察画像を構築するフローを示す。5 shows a flow for constructing an observation image in the first embodiment. 第2の実施形態における走査型共焦点顕微鏡により撮像された2次元画像を示す。The two-dimensional image imaged with the scanning confocal microscope in 2nd Embodiment is shown. 第2の実施形態における試料である透明膜のI−Zカーブ及び試料面高さと領域毎の取込有効範囲を示す。The IZ curve of the transparent film which is a sample in 2nd Embodiment, the sample surface height, and the capture effective range for every area | region are shown. 第2の実施形態における領域高さ範囲設定テーブルを示す。The area | region height range setting table in 2nd Embodiment is shown. 第2の実施形態における観察画像を構築するフローを示す。10 shows a flow for constructing an observation image in the second embodiment. 第2の実施形態の変形例における赤外レーザ顕微鏡により撮像された2次元画像を示す。The two-dimensional image imaged with the infrared laser microscope in the modification of 2nd Embodiment is shown.

符号の説明Explanation of symbols

1 光源
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 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 PC
13 試料台
14 ステージ
15 モニタ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Light source 2 Beam splitter 3 Two-dimensional scanning mechanism 3a 1st optical scanner 3b 2nd optical scanner 6 Revolver 7 Objective lens 8 Sample 9 Imaging lens 10 Pinhole 11 Photo detector 12 PC
13 Sample stage 14 Stage 15 Monitor

Claims (8)

光を照射する光源と、
試料に対して前記光源より照射された照射光を相対的に2次元方向へ走査させる2次元走査手段と、
前記走査された照明光を集光させる対物光学系と、
前記対物光学系により集光させた照明光を前記試料に照射して反射された反射光を検出し、その検出強度に応じた検出信号を出力する光検出手段と、
前記光検出手段から出力された前記検出信号に基づいて、2次元画像を取得する2次元画像取得手段と、
前記対物光学系に対する前記試料の位置を相対的に変位させる相対位置変位手段と、
前記試料の測定対象範囲を複数の領域に分割して得られる分割領域に対応する光軸方向についての観察範囲である分割領域観察範囲に関する情報が格納された分割領域関連情報格納手段と、
前記各分割領域観察範囲において前記相対位置変位手段により前記試料を変位させる場合、該分割領域観察範囲内で取得された前記2次元画像の各画素データから代表となる画素データを取得する代表画素データ取得手段と、
前記代表画素データに基づいて、観察画像を構築する観察画像構築手段と、
を備えることを特徴とする共焦点走査型顕微鏡システム。
A light source that emits light;
Two-dimensional scanning means for relatively scanning the irradiation light irradiated from the light source with respect to the sample in a two-dimensional direction;
An objective optical system for condensing the scanned illumination light;
Photodetection means for detecting reflected light reflected by illuminating the sample with illumination light condensed by the objective optical system and outputting a detection signal corresponding to the detection intensity;
Two-dimensional image acquisition means for acquiring a two-dimensional image based on the detection signal output from the light detection means;
Relative position displacement means for relatively displacing the position of the sample with respect to the objective optical system;
A divided region related information storage unit storing information about a divided region observation range that is an observation range in the optical axis direction corresponding to a divided region obtained by dividing the measurement target range of the sample into a plurality of regions;
Representative pixel data for obtaining representative pixel data from each pixel data of the two-dimensional image acquired in the divided region observation range when the sample is displaced by the relative position displacement means in each divided region observation range. Acquisition means;
Observation image construction means for constructing an observation image based on the representative pixel data;
A confocal scanning microscope system comprising:
前記代表画素データ取得手段は、前記分割領域観察範囲内で取得された前記2次元画像の各画素データのうち、最大の輝度を有する画素データを前記代表画素データとして取得する
ことを特徴とする請求項1に記載の共焦点走査型顕微鏡システム。
The representative pixel data obtaining unit obtains pixel data having the maximum luminance among the pixel data of the two-dimensional image obtained within the divided region observation range as the representative pixel data. Item 2. The confocal scanning microscope system according to Item 1.
前記各分割領域観察範囲において前記相対位置変位手段により前記試料を離散的に変位させた場合、前記代表画素データ取得手段は、前記分割領域観察範囲内で取得された複数の前記2次元画像の各画素データについて、最大の輝度値を有する画素データを含む画素データに基づいて輝度値の変化曲線を算出し、該変化曲線の最大値を前記代表画素データとして取得する
ことを特徴とする請求項1に記載の共焦点走査型顕微鏡システム。
When the sample is discretely displaced by the relative position displacing unit in each divided region observation range, the representative pixel data acquisition unit is configured to display each of the plurality of two-dimensional images acquired in the divided region observation range. The pixel data includes calculating a luminance value change curve based on pixel data including pixel data having a maximum luminance value, and acquiring the maximum value of the change curve as the representative pixel data. The confocal scanning microscope system described in 1.
前記共焦点走査型顕微鏡システムは、さらに、
前記それぞれの分割領域に応じて、前記光検出手段の検出感度を制御する光検出制御手段と、
を備えることを特徴とする請求項1に記載の共焦点走査型顕微鏡システム。
The confocal scanning microscope system further comprises:
Light detection control means for controlling the detection sensitivity of the light detection means according to the respective divided areas;
The confocal scanning microscope system according to claim 1, further comprising:
前記分割領域関連情報格納手段には、さらに、前記分割領域毎に前記光検出手段の検出レベルが格納され、
前記光検出制御手段は、前記分割領域関連情報格納手段から前記分割領域毎の検出レベルを取得して、前記光検出手段の検出感度を制御する
ことを特徴とする請求項4に記載の共焦点走査型顕微鏡システム。
The division area related information storage means further stores the detection level of the light detection means for each of the division areas,
The confocal point according to claim 4, wherein the light detection control unit acquires a detection level for each of the divided regions from the divided region related information storage unit, and controls detection sensitivity of the light detection unit. Scanning microscope system.
前記光源と、前記対物光学系と、前記光検出手段はそれぞれ、赤外光源、赤外光学系、赤外光検出装置である
ことを特徴とする請求項1記載の共焦点走査型顕微鏡システム。
2. The confocal scanning microscope system according to claim 1, wherein the light source, the objective optical system, and the light detection means are an infrared light source, an infrared optical system, and an infrared light detection device, respectively.
前記代表画素データには、少なくとも、輝度値と、前記光軸方向についての位置情報とが含まれる
ことを特徴とする請求項1に記載の共焦点走査型顕微鏡システム。
The confocal scanning microscope system according to claim 1, wherein the representative pixel data includes at least a luminance value and position information in the optical axis direction.
表示装置に観察画像が表示される共焦点走査型顕微鏡システムの観察方法であって、
前記表示装置に表示された試料の測定対象範囲を複数の領域に分割し、
光軸方向における前記分割した各領域についての測定範囲を設定し、
前記試料と共焦点走査型顕微鏡の対物光学系との相対位置を前記光軸方向に変化させて、前記試料対物光学系により集束させた照明光を2次元方向に走査して前記試料に照射して反射された反射光を検出してその検出強度に応じた検出信号を取得し、
前記設定した測定範囲内で取得した検出信号に基づく各画素の輝度情報のうち代表となる輝度情報を有する代表画素データを取得し、
前記代表画素データに基づいて、観察画像を構築する
ことを特徴とする観察方法。
An observation method of a confocal scanning microscope system in which an observation image is displayed on a display device,
Dividing the measurement target range of the sample displayed on the display device into a plurality of regions,
Set the measurement range for each of the divided areas in the optical axis direction,
The relative position between the sample and the objective optical system of the confocal scanning microscope is changed in the optical axis direction, and the illumination light focused by the sample objective optical system is scanned in a two-dimensional direction to irradiate the sample. Detecting the reflected light reflected and obtaining a detection signal according to the detected intensity,
Obtaining representative pixel data having representative luminance information among luminance information of each pixel based on the detection signal acquired within the set measurement range;
An observation method characterized in that an observation image is constructed based on the representative pixel data.
JP2006112741A 2006-04-14 2006-04-14 Confocal scanning type microscopic system and observation method using the same Withdrawn JP2007286284A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006112741A JP2007286284A (en) 2006-04-14 2006-04-14 Confocal scanning type microscopic system and observation method using the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006112741A JP2007286284A (en) 2006-04-14 2006-04-14 Confocal scanning type microscopic system and observation method using the same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2007286284A true JP2007286284A (en) 2007-11-01

Family

ID=38758118

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006112741A Withdrawn JP2007286284A (en) 2006-04-14 2006-04-14 Confocal scanning type microscopic system and observation method using the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2007286284A (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010032567A1 (en) * 2008-09-19 2010-03-25 株式会社 日立国際電気 Sample measurement device by means of confocal microscope and method therefor
JP2012203048A (en) * 2011-03-23 2012-10-22 Olympus Corp Microscope
JP2014206749A (en) * 2014-06-13 2014-10-30 株式会社キーエンス Microscope system
CN113433683A (en) * 2021-05-24 2021-09-24 南京工程学院 Microscopic imaging automatic focusing device and method based on time-sharing image

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010032567A1 (en) * 2008-09-19 2010-03-25 株式会社 日立国際電気 Sample measurement device by means of confocal microscope and method therefor
JP2010072491A (en) * 2008-09-19 2010-04-02 Hitachi Kokusai Electric Inc Device and method for measuring height
JP2012203048A (en) * 2011-03-23 2012-10-22 Olympus Corp Microscope
US8958146B2 (en) 2011-03-23 2015-02-17 Olympus Corporation 3D imaging microscope
JP2014206749A (en) * 2014-06-13 2014-10-30 株式会社キーエンス Microscope system
CN113433683A (en) * 2021-05-24 2021-09-24 南京工程学院 Microscopic imaging automatic focusing device and method based on time-sharing image
CN113433683B (en) * 2021-05-24 2023-03-14 南京工程学院 Microscopic imaging automatic focusing device and method based on time-sharing image

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8675062B2 (en) Shape measuring device, observation device, and image processing method
JP5941395B2 (en) Image acquisition device and focus method of image acquisition device
US7205531B2 (en) Sample information measuring method and scanning confocal microscope
JP4812325B2 (en) Scanning confocal microscope and sample information measuring method
JP6132650B2 (en) Confocal microscope
JP5053691B2 (en) Specimen scanner device and specimen position detection method using the device
JP2010286565A (en) Fluorescence observation apparatus
JP2007286284A (en) Confocal scanning type microscopic system and observation method using the same
WO2019123869A1 (en) Image acquisition device and image acquisition method
KR100971582B1 (en) Confocal Microscopy
JP5197685B2 (en) Scanning confocal microscope
WO2010143375A1 (en) Microscope device and control program
JP2008286879A (en) Three-dimensional shape observing apparatus
JP2023176026A (en) Method for determining scan range
JP2007140183A (en) Confocal scanning type microscope device
JP2018146497A (en) Surface shape measurement method and surface shape measurement device
KR100913508B1 (en) Confocal three-dimensional scanning apparatus and scanning method for the same
JP2007304058A (en) Micro height measuring device
JP2018146496A (en) Surface shape measurement method
JP2008046509A (en) Measuring method by scanning type confocal laser microscope and its control system
JP2013088570A (en) Microscope apparatus
JP4398183B2 (en) Confocal microscope
JP2007147756A (en) Optical measuring device
JP2010164635A (en) Confocal microscope
JP2009258187A (en) Optical microscope apparatus and data processor for optical microscope

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20090707