JP2010002758A - 共焦点走査型顕微鏡システム - Google Patents

Abstract

【課題】試料の高さ情報の取得作業を、光検出の感度設定が常に適切な状態で行えるようにする。
【解決手段】光検出器１１は、対物レンズ７を介して試料８から到来する光を検出してその光量を示す信号を出力する。ＰＣ１２は、まず、試料８についての高さ情報を、試料８と対物レンズ７との距離と当該光量との関係に基づき生成する。そして、光検出器１１が出力する信号で示される所定の光量を所定値にするために光検出器１１に設定される感度設定値を、その光量に基づき生成した高さ情報に対応付けて記憶しておく。続いて、ＰＣ１２は、この記憶内容に基づき、感度設定値を該距離に応じて調整すると共に、このように調整された光検出器１１により出力される信号に基づき、試料８の共焦点画像を該距離に応じて複数生成し、この複数の共焦点画像から試料８の三次元画像を生成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、顕微鏡の技術に関し、特に、試料表面の高さの情報を取得して当該試料の三次元画像を生成する共焦点走査型顕微鏡の技術に関する。

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共に、試料面からの反射光のうち共焦点絞りを通過したもののみを光検出器により電気信号に変換し、その電気信号から試料面の三次元情報を得ることができる。このような共焦点走査型顕微鏡では、対物レンズの光軸上で焦点の合ったときに、光検出器で検出される光量が最大となり、焦点から外れたところではその検出光量はほぼゼロになる。従って、当該光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、試料面上の各位置の高さ情報を得ることができる。

ところで、試料面は全体に亘って平坦とは限らない。また、面上の位置によっては、その高さの違いから反射率が異なることも多い。このため、このような試料の三次元画像の生成のための高さ情報の取得作業を、光検出の感度設定を一定のままで行うと、試料全体に亘り最適な設定にはならない。すなわち、試料の各高さにおける反射率の違いにより、輝度コントラストが不適切となってしまう場合や、高さ情報が不正確になってしまう場合などが発生し得る。

このような光検出の感度設定の手法に関し、例えば特許文献１には、高さ範囲毎に感度の設定を手動で行うようにし、試料の高さ情報の取得作業の途中で感度設定を切り替える技術が開示されている。

また、例えば特許文献２には、高低２種類の感度設定の下で試料の高さ情報の取得作業を行い、得られた２つのデータのうち適切な方を各画素について選択して輝度画像及び高さ画像の構築を行うという技術が開示されている。
特開２００７−２８６２８４号公報 特開２００７−４１１２０号公報

特許文献１の技術では、試料について得られる画像の画質や高さ情報の精度がユーザのスキルに左右され、また、感度の設定に時間と手間がかかる。
また、特許文献２の技術では、試料の高さ情報の取得作業を２回完全に行うため作業時間が長くなってしまい、また、２種類の感度設定では試料により最適な設定とはいえない場合での作業になってしまうこともある。

本発明は上述した問題に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、試料の高さ情報の取得作業を、光検出の感度設定が常に適切な状態で行えるようにすることである。

本発明の態様のひとつである共焦点走査型顕微鏡システムは、対物レンズを介して試料から到来する光を検出してその光量を示す信号を出力する光検出手段、該試料についての該対物レンズの光軸方向の高さ情報を、該試料と該対物レンズとの距離と該光量との関係に基づき生成しておく高さ情報生成手段、該光検出手段が出力する該信号で示される所定の光量を所定値にするために該光検出手段に設定される感度設定値を、該高さ情報生成手段が該光量に基づき生成した該高さ情報に対応付けて記憶しておく感度設定値記憶手段、該感度設定値記憶手段の記憶内容に基づき、該感度設定値を、該試料と該対物レンズとの距離に応じて調整する感度設定値調整手段、該感度設定値が該距離に応じて該感度設定値調整手段により調整された該光検出手段により出力される該信号に基づき、該試料についての共焦点画像を該距離に応じて複数生成する共焦点画像生成手段、及び複数の該共焦点画像の各々と該距離との関係に基づき該試料についての三次元画像を生成する三次元画像生成手段、を有するというものである。

なお、上述した共焦点走査型顕微鏡システムにおいて、該光検出手段は、該高さ情報生成手段が該高さ情報を生成するためには、該光軸に垂直な方向に設定された１つのライン上の試料面、若しくは、該光軸に垂直であって互いに平行に所定の間隔を空けて設定された複数のライン上の試料面から到来する光のみを検出するように構成することができる。

なお、このとき、該高さ情報生成手段は、とり得る範囲の限点から該距離を単調に変化させつつ該光検出手段により取得された該ライン上の試料面についての該光量に基づき、該高さ情報を生成するように構成することができる。

また、このとき、該ラインは、該試料の形状に基づき設定されるように構成することができる。
また、前述した共焦点走査型顕微鏡システムにおいて、該光検出手段が取得した光量に基づいて該感度設定値を初期設定する感度設定値初期設定手段を更に有し、該高さ情報生成手段は、該感度設定値初期設定手段が該感度設定値を初期設定した該光検出手段により検出された該光の光量に基づき、該高さ情報を生成する、ように構成することができる。

また、前述した共焦点走査型顕微鏡システムにおいて、該感度設定値記憶手段は、該高さ情報を所定の高さ範囲毎にグループ化し、該グループ毎に該感度設定値を対応付けて記憶しておくように構成することができる。

また、前述した共焦点走査型顕微鏡システムにおいて、該共焦点画像生成手段が該共焦点画像を複数生成するときの該距離の変化範囲を指定する距離変化範囲指定手段、及び該距離変化範囲指定手段による該距離の変化範囲の指定内容を示す情報を表示する距離指定範囲表示手段、を更に有するように構成することができる。

また、前述した共焦点走査型顕微鏡システムにおいて、該共焦点画像生成手段が該共焦点画像を複数生成するときの該距離の変化範囲を、該高さ情報生成手段が生成した該高さ情報に基づき設定する距離変化範囲設定手段を更に有するように構成することができる。

また、前述した共焦点走査型顕微鏡システムにおいて、該距離を変化させて該対物レンズにより得られる該試料の像を合焦させる合焦手段を更に有し、該光検出手段は、該高さ情報生成手段による該高さ情報の生成のための該光の検出を、該合焦手段が該試料の像を合焦させたときの該距離から所定値だけ該距離を変化させた範囲内において行う、ように構成することができる。

また、前述した共焦点走査型顕微鏡システムにおいて、該共焦点画像生成手段が該共焦点画像を複数生成するときの該距離の変化範囲を指定する距離変化範囲指定手段、及び該共焦点画像生成手段が該共焦点画像を複数生成するときの該距離の変化範囲を、該距離変化範囲設定手段に設定させるか、あるいは、該距離変化範囲指定手段に指定させるかを選択する選択手段、を更に有するように構成することができる。

また、該感度設定値記憶手段において対応付けられて記憶されている該高さ範囲のグループと該グループ毎の該感度設定値とを表示する感度設定値表示手段、及び該感度設定値記憶手段に記憶されている該感度設定値の変更を行う感度設定値変更手段、を更に有するように構成することができる。

本発明によれば、以上のようにすることにより、光検出の感度設定が常に適切な状態で、試料の高さ情報の取得作業が行えるという効果を奏する。

まず、本発明を実施する共焦点走査型顕微鏡システムの基本的なブロック構成について説明する。
本発明を実施する共焦点走査型顕微鏡システムは、光源と、二次元走査部と、対物光学系と、光検出部と、二次元画像取得部と、相対位置変位部と、代表画素データ取得部と、高さ輝度情報構築部と、分割領域関連情報算出部と、分割領域関連情報格納部と、ゲイン調整部と、三次元画像構築部と、を基本的に備えている。

ここで、光源は、光を照射するものである。二次元走査部は、試料に対して光源より照射された照射光を相対的に二次元方向へ走査させるものである。対物光学系は、二次元走査部により走査された照明光を集光させる。光検出部は、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。二次元画像取得部は、光検出部から出力された検出信号に基づいて二次元画像を取得する。相対位置変位部は、対物光学系に対する試料の位置を相対的に変位させる。

代表画素データ取得部は、試料の測定対象範囲を相対位置変位部により試料を変位させる場合に取得された複数の二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。高さ輝度情報構築部は、代表画素データに基づいて高さ情報と輝度情報を構築する。分割領域関連情報算出部は、高さ輝度情報構築部により取得された高さ情報と輝度情報とから、試料の光軸方向に関する観察範囲となる領域を複数に分割した領域である高さ分割領域と、その高さ分割領域に対応して設定される光検出部のゲインを算出する。分割領域関連情報格納部は、分割領域関連情報算出部により生成された高さ分割領域と、その高さ分割領域に対応するゲインを格納する。ゲイン調整部は、光検出部のゲインを調整する。三次元画像構築部は、代表画素データに基づいて三次元画像を構築する。

以下、本発明を実施する共焦点走査型顕微鏡システムの具体的な構成及び動作について、図面に基づいて説明する。
まず図１について説明する。図１は、本発明を実施する共焦点走査型顕微鏡システムの構成を示している。

図１において、光源１から出射した光は、ビームスプリッタ２を通過した後に、二次元走査機構３に入射する。
二次元走査機構３は、第一の光スキャナ３ａと第二の光スキャナ３ｂとを備えている。この第一の光スキャナ３ａ及び第二の光スキャナ３ｂは例えばガルバノスキャナであり、この振り角をコンピュータ１２が制御することで、収束光を試料８上の任意の位置に照射することができる。このように、二次元走査機構３は、ビームスプリッタ２を通過した光束を二次元に走査する。

この光束は、レボルバ６によって光路上に配置されている対物レンズ７に入射すると、収束光となって出射して試料８の面上を走査する。この収束光が試料８の表面（試料面）で反射すると、入射光とは逆に、対物レンズ７及び二次元走査機構３を経由してビームスプリッタ２に導入される。ビームスプリッタ２はこのときには反射光を反射してその光軸を結像レンズ９に向ける。結像レンズ９はこの反射光をピンホール１０上に集光する。

試料８からの反射光のうち集光点以外からの反射光は、ピンホール１０によりカットされ、ピンホール１０を通過する光、すなわち集光点からの反射光だけが光検出器１１の受光面に届く。光検出器１１は、以上のようにして試料８から対物レンズ７を介して到来する光を検出してその光量を示す信号をコンピュータ１２へ出力する。

なお、試料８は試料台１３上に載置されており、試料台１３はステージ１４に取り付けられている。レボルバ６は、対物レンズ７の光軸方向に移動（上下動）させることができる。従って、レボルバ６を上下動させることで、対物レンズ７と試料８との距離を変化させることができる。

二次元走査機構３、レボルバ６、及び光検出器１１はコンピュータ（ＰＣ）１２によって制御される。
ここで、対物レンズ７による集光位置は、ピンホール１０と光学的に共役な位置に配置されている。従って、試料８が例えば対物レンズ７による集光位置にある場合には、試料８からの反射光はピンホール１０上で集光されて、ピンホール１０を通過する。これに対し、試料８が例えば対物レンズ７による集光位置からずれた位置にある場合には、試料８からの反射光はピンホール１０上で集光せず、ピンホール１０を通過しない。

従って、対物レンズ７と試料８との距離と、光検出器１１の出力とは、試料８が対物レンズ７の集光位置に位置しているときに光検出器１１の出力が最大になる関係を有している。その一方、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の出力が急激に低下する。

この特性を用い、コンピュータ１２は、二次元走査機構３によって集光点を二次元走査し、光検出器１１の出力で示されている光量を画素の輝度値として二次元走査機構３に同期して画像化を行う。すると、試料８表面のある特定の高さ（対物レンズ７と試料８とのある特定の距離）のみが画像化されて、試料８を光学的にスライスしたかのような画像（共焦点画像）を得ることができる。コンピュータ１２は、このようにして生成された共焦点画像をモニタ（表示装置）１５に表示させることができる。

また、コンピュータ１２は、試料８の高さ情報を得ることもできる。このためには、レボルバ６を駆動して対物レンズ７を光軸方向に離散的に上下移動し、各位置において二次元走査機構３を走査して共焦点画像を複数生成する。そして、試料８の各点において光検出器１１の出力信号で示される光量が最大になる対物レンズ７の位置を試料８表面の各位置について検出すればよい。すなわち、コンピュータ１２は、試料８についての対物レンズ７の光軸方向の高さ情報を、試料８と対物レンズ７との距離と、光検出器１１の出力信号で示される光量との関係に基づき生成することができる。

なお、コンピュータ１２は、ごく標準的な構成のコンピュータ、すなわち、制御プログラムの実行によってコンピュータ１２全体の動作制御を司るＭＰＵ等の演算処理装置と、この演算処理装置が必要に応じてワークメモリとして使用するメインメモリと、各種のプログラムや制御データなどを記憶して保存しておく例えばハードディスク装置などの記憶装置と、図１に示したシステムの各構成要素や不図示の入力装置などとの間で行われる各種のデータの授受を管理するインタフェース部と、を有しているコンピュータ、を利用することができる。これより説明する、このコンピュータ１２が行う各種の制御動作は、当該制御動作をコンピュータ１２に行わせるための制御プログラムを当該記憶装置に予め格納しておき、当該演算処理装置が当該制御プログラムを読み出して実行することによって、実現される。

次に、このコンピュータ１２が行う各種の制御動作について説明する。
まず図２について説明する。図２は、コンピュータ１２によって行われる、試料８の三次元画像を生成するための制御処理の第一の例をフローチャートで示したものである。

この第一の例では、まず、試料８の観察領域に対応するＺ方向（対物レンズ７の光軸方向）の範囲を設定し、その設定範囲内で、試料８表面の対象領域についての高さ情報と輝度情報（光検出器１１で検出される当該対象領域からの光の光量の情報）とを取得する。そして、高さ情報を所定の高さ範囲毎にグループ分けし、形成された各グループについて感度設定値を対応付ける。感度設定値とは光検出器１１に設定される値であり、光検出器１１から出力される信号は、光検出器１１で検出される光の光量に、この感度設定値を乗じた値を示す。

その後、試料８と対物レンズ７との距離に応じて感度設定値を調整して、その値が、当該距離に対応する高さ情報の属する高さ範囲グループに対応付けられている値となるようにしながら、試料８の共焦点画像の生成のための信号を光検出器１１から得る。この距離を変化させつつ光検出器１１からこうして出力される信号に基づき試料８の共焦点画像を複数生成し、生成された複数の共焦点画像の各々と当該距離との関係に基づき試料８についての三次元画像を生成する。

図２において、まず、Ｓ２０１では、試料８の画像を生成してモニタ１５に表示させる処理が行われる。このとき、コンピュータ１２は、試料８の画像と共に、図３に示した上下限設定画面３１をモニタ１５に表示させる処理も併せて行う。

システムのユーザは、モニタ１５に表示される画像を観察しながらコンピュータ１２の不図示の入力装置（マウス装置やキーボード装置など）を操作する。そして、モニタ１５での表示画像に試料８が現れなくなる位置まで、レボルバ６を上下両方向（対物レンズ７が試料８から離れる方向と近づく方向）に移動させ、その上限及び下限の位置をコンピュータ１２に指示する。Ｓ２０２では、この指示を取得して、その指示内容を、モニタ１５に表示中の上下限設定画面３１に表示させる処理が行われる。

上記の指示は、図３に示した上下限設定画面３１における上限位置指示部３２及び下限位置指示部３４に対する、例えばマウス装置のクリック操作による押下操作によって行われる。上限位置指示部３２に対する押下操作が検出されると、コンピュータ１２は、このときの対物レンズ７の光軸方向の位置を示す情報を、対物レンズ７と試料８との距離の変化範囲の指定における上限の情報として、上限位置表示部３３に表示する。また、下限位置指示部３４に対する押下操作が検出されると、コンピュータ１２は、このときの対物レンズ７の光軸方向の位置を示す情報を、対物レンズ７と試料８との距離の変化範囲の指定における下限の情報として、下限位置表示部３５に表示する。

次に、システムのユーザは、不図示の入力装置を操作して、試料８の三次元画像の生成動作の開始をコンピュータ１２に指示する。コンピュータ１２は、この開始指示を取得すると、まず、Ｓ２０３として輝度情報の取得及び高さ情報の生成処理を行い、次に、Ｓ２０４として高さ範囲のグループ分け及び感度設定値の対応付け処理を行う。そして次に、Ｓ２０５として三次元画像の構築処理を行い、その後はこの図２の処理を終了する。

次に、このＳ２０３、Ｓ２０４、及びＳ２０５の処理の詳細を説明する。
まず図４について説明する。図４は、図２のＳ２０３の処理である、輝度情報の取得及び高さ情報の生成処理の処理内容をフローチャートで示したものである。この処理では、まず、試料８についての対物レンズ７の光軸方向の高さ情報を、試料８と対物レンズ７との距離と、光検出器１１から出力される、対物レンズ７を介して試料８から到来する光の光量を示す信号とに基づいて生成する処理を行う。そして、その高さ情報と、その信号で示されている光量（輝度）とを対応付けて記憶装置に格納しておく処理を行う。この処理は、三次元画像生成の基礎となる試料８の複数の共焦点画像の取得作業を適切且つ効率的に行えるようにするための前処理である。

図４において、まず、Ｓ３０１では、レボルバ６を下方向に駆動して、下限位置表示部３５に表示されている、対物レンズ７と試料８との距離の変化範囲の指定における下限の位置まで、対物レンズ７を移動させる処理が行われる。なお、「下方向」とは、対物レンズ７の光軸方向であってステージ１４に近づく方向である。

Ｓ３０２では、高さ情報及び輝度情報の取得対象とする、試料８表面上の対象領域を指定する処理が行われる。この対象領域の指定では、試料８表面における、対物レンズ７の光軸に垂直な方向に予め位置が設定されている１つのライン上の領域、若しくは、この光軸に垂直であって互いに平行に所定の間隔を空けて予め位置が設定されている複数のライン上の領域のうちの１つ、または複数を指定する。つまり、光検出器１１は、試料８の高さ情報の生成のためには、試料８表面におけるこのライン上から到来する光のみを検出するようにする。高さ情報及び輝度情報の取得対象とする試料８表面上の領域をこのように一部に限定することにより、試料８表面全体を取得対象とする場合よりも短い時間で高さ情報及び輝度情報の取得動作を完了させることができる。

なお、本実施形態においては、このラインは、Ｘ方向、すなわち、対物レンズ７の光軸に垂直であって、二次元走査機構３の第一の光スキャナ３ａ及び第二の光スキャナ３ｂのうちのどちらか一方による試料８の面上での収束光の走査方向とする。

次に、Ｓ３０３では、レボルバ６を駆動して、対物レンズ７の位置を、現在の位置（対物レンズ７と試料８との距離の変化範囲についてのとり得る値の限点）から、予め設定されている所定距離だけ上方向若しくは下方向に移動させる処理が行われる。例えば、このＳ３０３の処理が、前述したＳ３０１の処理後に初めて行われる場合には、このＳ３０３の処理では、対物レンズ７の位置を、Ｓ３０１の処理により移動させておいた下限位置から予め設定されている所定距離だけ上方向に移動させる処理が行われる。

Ｓ３０４では、対象領域の輝度を取得する処理が行われる。この処理では、Ｓ３０３の処理による移動後の対物レンズ７と試料８との位置関係の下で、二次元走査機構３を制御して、光源１からの収束光を、試料８表面に指定された１ライン上で走査させる処理が行われる。そして、この処理と並行して、このときに光検出器１１から出力される信号で示されている光量を、走査範囲の１ラインを構成する各画素の輝度情報として、この走査に同期して順次取得する処理が行われる。なお、このとき、コンピュータ１２は、光検出器１１に対し、後述する感度設定値として、この図４の処理用に予め用意されている所定値を初期設定しておく。

Ｓ３０５では、各画素の最大輝度値と、そのときの高さ情報とを不図示のメインメモリで保持しておく処理が、１ラインを構成する各画素について行われる。この処理では、Ｓ３０４の処理で取得した輝度情報が、コンピュータ１２が有している不図示の記憶装置に格納されている同一画素についての最大輝度値の情報よりも高い輝度を示している場合に、その輝度情報を保持する。このとき保持された輝度情報が、その画素においての最大輝度値の情報となる。更に、この最大輝度値情報が取得されたときの対物レンズ７の位置情報（これはすなわち試料８の高さ情報）も、画素毎の輝度情報に対応付けて保持する。

Ｓ３０６では、対物レンズ７の現在位置が、対物レンズ７と試料８との距離の変化範囲についてのとり得る値の限点（上限位置表示部３３に表示されている指定の上限位置、若しくは下限位置表示部３５に表示されている指定の下限位置）に達したか否かを判定する処理が行われる。ここで、対物レンズ７の現在位置が上記の限点に達したと判定したとき（判定結果がＹｅｓのとき）にはＳ３０７に処理を進める。一方、対物レンズ７の現在位置が指定の上記の限点に未だ達していないと判定したとき（判定結果がＮｏのとき）にはＳ３０３に処理を戻し、上述したＳ３０３以降の処理を再度行う。なお、このとき、Ｓ３０３では、対物レンズ７の位置を、現在の位置から前述の所定距離だけ、直近のＳ３０３の処理時における移動方向と同一の方向に移動させる処理が行われる。このように同一方向に対物レンズ７を移動させるので、対物レンズ７と試料８との距離は、とり得る範囲の限点から単調に変化する。

Ｓ３０７では、Ｓ３０５の処理で保持しておいた最大輝度値情報を前述の記憶装置に格納して画素毎の輝度情報を更新すると共に、Ｓ３０５の処理で保持した高さ情報を、この輝度情報に対応付けて当該記憶装置に格納する処理が行われる。

以上までのＳ３０２からＳ３０７の処理により、前述した対象領域として試料８表面に指定していた全てのライン上の領域について、画素毎の輝度情報の取得及び高さ情報の生成が完了する。

Ｓ３０８では、前述した対象領域として試料８表面に指定していた全てのライン上の領域について、画素毎の輝度情報の取得及び高さ情報の生成のためのこれらの処理が完了したか否かを判定する処理が行われる。ここで、これらの処理を対象領域の全てについて完了したと判定したとき（判定結果がＹｅｓのとき）には、この図４の処理を終了する。一方、対象領域の一部について、これらの処理が未だ行われていないと判定したとき（判定結果がＮｏのとき）には、Ｓ３０２に処理を戻し、上述したＳ３０２以降の処理を再度行う。

なお、このとき、Ｓ３０２では、対象領域として試料８表面に予め設定していた複数のラインのうち、これらの情報の取得が未だ行われていないものを選択して指定する。また、直近に行われたＳ３０６の処理により、対物レンズ７の現在位置が、対物レンズ７と試料８との距離の変化範囲についてのとり得る値の限点に位置しているので、次に行われるＳ３０３の処理では、図５に示すように、直近に行われたＳ３０３の処理とは逆の方向に対物レンズ７を移動させる処理となる。このようにすることで、画素毎の輝度情報の取得及び高さ情報の生成のための処理の繰り返す際に、対物レンズ７の移動方向を常に同一方向にするために、繰り返しの度に対物レンズ７を前述の上限位置及び下限位置のどちらかに移動させておく動作が不要となる。

以上までの処理が輝度情報の取得及び高さ情報の生成処理である。
次に図６について説明する。図６は、図２のＳ２０４の処理である、高さ範囲のグループ分け及び感度設定値の対応付け処理の処理内容をフローチャートで示したものである。この処理は、光検出器１１が出力する信号で示される所定の光量を所定値にするために光検出器１１に設定される前述の感度設定値を、その光量に基づき図４の処理により生成した高さ情報に対応付けて、コンピュータ１２の記憶装置に記憶させておく処理である。なお、このとき、高さ情報を所定の高さ範囲毎にグループ化し、そのグループ毎に感度設定値を対応付けて記憶装置に記憶させておくようにする。

図６において、まず、Ｓ５０１では、図３に示した処理で記憶装置に格納した画素毎の高さ情報を読み出して取得する処理が行われる。
Ｓ５０２では、Ｓ５０１の処理で読み出した画素毎の高さ情報について、高さ毎の度数分布（ヒストグラム）を作成して記憶装置に格納する処理が行われる。

Ｓ５０３では、Ｓ５０２の処理で作成した度数分布を参照し、高さの低い順に度数（データ数）を１つ読み出す処理が行われる。
Ｓ５０４では、Ｓ５０３の処理で読み出した度数（データ数）を加算してその総和を計数する処理が行われる。

Ｓ５０５では、Ｓ５０４の処理で得られたデータ数の総和が、予め設定されている分割データ数以上となったか否かを判定する処理が行われる。ここで、当該総和が分割データ数以上になったと判定したとき（判定結果がＹｅｓのとき）にはＳ５０７に処理を進め、当該総和が分割データ数未満であると判定したとき（判定結果がＮｏのとき）にはＳ５０６に処理を進める。なお、分割データ数とは、画素毎の高さ情報の全データ数を、予め設定されているゲイン（感度設定値）切替え数で除算した値である。

Ｓ５０６では、Ｓ５０２の処理で作成した度数分布における、次の高さについての度数を参照する処理が行われ、その後はＳ５０３に処理を戻し、上述したＳ５０３以降の処理を再度行う。なお、このとき、Ｓ５０３では、Ｓ５０６の処理で参照している度数を読み込む処理が行われる。

Ｓ５０７では、直近のＳ５０３の処理で読み込んだ度数に対応する高さを、前述した高さ範囲グループの境界を示すもの（分割高さ位置）として記憶装置に格納する処理が行われる。

Ｓ５０８では、Ｓ５０３からＳ５０７にかけての処理を、画素毎の高さ情報の全てについて行ったか否か、より具体的には、Ｓ５０４の処理で得られたデータ数の総和が、画素毎の高さ情報の全データ数に達してか否かを判定する処理が行われる。ここで、上述した処理を画素毎の高さ情報の全てについて行ったと判定したとき（判定結果がＹｅｓのとき）にはＳ５０９に処理を進める。一方、上述した処理を終えていない高さ情報が残されていると判定したとき（判定結果がＮｏのとき）にはＳ５０６に処理を戻して上述した処理を繰り返す。なお、この直後に行われるＳ５０３の処理では、それまで計数していた総和を一旦クリアし、Ｓ５０６の処理により参照される高さについての度数より改めて総和の計数を開始する。

以上のＳ５０８の処理によるＳ５０３からＳ５０７にかけての処理の繰り返しにより、高さ情報の所定の高さ範囲毎のグループ化が行われる。
Ｓ５０９では、Ｓ５０７の処理の繰り返しにより記憶装置に格納した分割高さ位置により特定される高さ範囲グループ（分割高さ範囲グループ）をその高さの低い順に１つ選択し、その分割高さ範囲グループに高さが属する各画素の輝度情報を、記憶装置から読み出す処理が行われる。

Ｓ５１０では、Ｓ５０９の処理により読み出された輝度情報のうち最大のものを最大輝度値として取得する処理が行われる。
Ｓ５１１では、この分割高さ範囲グループにおける感度設定値（「ＨＶ」と表記する）を算出して記憶装置に記憶させる処理が行われる。この感度設定値ＨＶは、以下のようにして算出される。

まず、Ｓ５１０の処理により取得した最大輝度値を「Ｉｍ」と表記し、このときに光検出器１１に設定されていた（すなわち、図３に示した処理が実行されたときに設定されていた）感度設定値の初期設定値を「ＨＶｍ」と表記する。また、最大輝度値「Ｉｍ」を示す信号が出力されたときと同一量の光を、感度設定値ＨＶを設定した光検出器１１が検出したときに出力される信号で示す目標とする輝度値を「Ｉ」とする。このとき、下記の式
Ｉ／ＨＶ^a ＝Ｉｍ／ＨＶｍ^a
が成立する。ここで、ａは使用機器により特定される定数であり、実験等により予め求めておくことができる値である。

従って、上記の式に、Ｉ、ＨＶｍ、Ｉｍ、及びａの値を代入して計算することで、ＨＶの値が算出される。
Ｓ５１２では、以上のようにして算出された感度設定値ＨＶを、この分割高さ範囲グループに対応付けて記憶装置に格納しておく処理が行われる。

Ｓ５１３では、Ｓ５０９からＳ５１２にかけての処理を、全ての分割高さ範囲グループについて行ったか否かを判定する処理が行われる。ここで全ての分割高さ範囲グループについて行ったと判定したとき（判定結果がＹｅｓのとき）にはＳ５１５に処理を進める。一方、未処理の分割高さ範囲グループが残されていると判定したとき（判定結果がＮｏのとき）には、Ｓ５１４に処理を進める。

Ｓ５１４では、次のＳ５０９の処理での分割高さ範囲グループの選択を、直近に行われたＳ５０９の処理で選択していたものより高さが１段階高い範囲のものに移動させる処理が行われ、その後はＳ５０９へと処理を戻してＳ５０９以降の処理を再度行う。

以上のＳ５１３及びＳ５１４の処理によってＳ５０９からＳ５１２にかけての処理が繰り返されることにより、分割高さ範囲グループ毎に感度設定値が対応付けられて記憶装置に記憶される。このときの記憶装置での感度設定値の格納例を図７に示す。

図７の例では、「第一領域」なる分割高さ範囲グループは、高さ情報が０から「２０００」までを高さの範囲とし、このグループに「３００」が感度設定値として対応付けられていることが示されている。また、「第二領域」なる分割高さ範囲グループは、高さ情報が「２０００」から「３５００」までを高さの範囲とし、このグループに「４５０」が感度設定値として対応付けられていることが示されている。

図６の説明へ戻る。
Ｓ５１５からＳ５１９にかけての処理は、高さ順で隣り合っている分割高さ範囲グループの各々に対応付けられている感度設定値の大きさを比較し、両者の差が少ない場合には、その両者の平均値を共通の感度設定値として各分割高さ範囲グループに対応付けておくようにして、感度設定値の調整を行わないようにするものである。

まず、Ｓ５１５では、記憶装置に格納した分割高さ範囲グループをその高さの低い順に１つ選択し、その分割高さ範囲グループに対応付けられている感度設定値を記憶装置から読み出す処理が行われる。

次に、Ｓ５１６では、記憶装置に格納した分割高さ範囲グループにおいて、Ｓ５１５の処理により選択したものに続く次に高さが低い分割高さ範囲グループを選択し、その分割高さ範囲グループに対応付けられている感度設定値を記憶装置から読み出す処理が行われる。

Ｓ５１７では、Ｓ５１５の処理により読み出した感度設定値と、Ｓ５１６の処理により読み出した感度設定値との差を算出し、この差の値が、所定の閾値よりも大きいか否かを判定する処理が行われる。ここで、この差の値が所定の閾値よりも大きいと判定したとき（判定結果がＹｅｓのとき）にはＳ５１９に処理を進める。一方、この差の値が所定の閾値以下であると判定したとき（判定結果がＮｏのとき）にはＳ５１８に処理を進める。

Ｓ５１８では、Ｓ５１５の処理により読み出した感度設定値と、Ｓ５１６の処理により読み出した感度設定値との加算平均値を算出し、得られた値を、Ｓ５１５の処理及びＳ５１６の処理の各々において選択した分割高さ範囲グループに、感度設定値として対応付けて記憶装置に格納して、感度設定値を更新する処理が行われる。

Ｓ５１９では、Ｓ５１５からＳ５１８にかけての処理を、隣接する分割高さ範囲グループの全ての組合せについて行ったか否かを判定する処理が行われる。ここで全ての組合せについて行ったと判定したとき（判定結果がＹｅｓのとき）にはこの図６の処理を終了する。一方、未処理の分割高さ範囲グループの組合せが残されていると判定したとき（判定結果がＮｏのとき）には、Ｓ５１５へと処理を戻し、未処理の組合せに対しＳ５１５以降の処理を再度行う。

以上までの処理が、高さ範囲のグループ分け及び感度設定値の対応付け処理である。
なお、コンピュータ１２は、所定の制御プログラムを実行することで、この図６に示した処理の終了後に、図８に例示する切替えゲイン設定画面５１をモニタ１５に表示させる処理を行うようにしてもよい。

切替えゲイン設定画面５１は、高さ範囲表示部５２、感度設定値表示部５３、及び設定値変更指示部５４を備えている。ここで、高さ範囲表示部５２は、分割高さ範囲グループの表示を行うものであり、ここに表示される数値は、前述した分割高さ位置の表示欄である。また、感度設定値表示部５３は、高さ範囲表示部５２での表示により特定される分割高さ範囲グループに対応付けられて記憶装置に記憶されている感度設定値の表示欄である。

なお、高さ範囲表示部５２及び感度設定値表示部５３の各々に表示される数値は、コンピュータ１２の不図示の入力装置を操作することで、システムのユーザにより変更することができる。ここで、この数値の変更後に、設定値変更指示部５４に対する、例えばマウス装置のクリック操作による押下操作をユーザが行うと、この押下操作を検出したコンピュータ１２は、記憶装置に記憶されている分割高さ位置と感度設定値とを、変更後の数値に変更する処理を行う。

次に図９について説明する。図９は、図２のＳ２０５の処理である、三次元画像の構築処理の処理内容をフローチャートで示したものである。この処理では、図２のＳ２０３及びＳ２０４の処理によって記憶装置に記憶させた内容に基づき、光検出器１１の感度設定値を、試料８と対物レンズ７との距離に応じて調整する。そして、この距離に応じて感度設定値が調整された光検出器１１より出力される信号に基づき、試料８についての二次元共焦点画像を、その距離に応じて複数生成する。そして、生成された複数の共焦点画像の各々とその距離との関係に基づき、試料８についての三次元画像を生成する。

図９において、まず、Ｓ７０１では、レボルバ６を下方向に駆動して、図３に示した上下限設定画面３１における下限位置表示部３５に表示されている、対物レンズ７と試料８との距離の変化範囲の指定における下限の位置まで移動させる処理が行われる。

Ｓ７０２では、高さが最も低い分割高さ範囲グループに対応付けられている感度設定値を記憶装置から読み出し、得られた感度設定値を光検出器１１に設定する処理が行われる。

Ｓ７０３では、光検出器１１に直近に設定された感度設定値に対応付けられている分割高さ範囲グループと、その分割高さ範囲グループに次いで低い高さの分割高さ範囲グループとの境界を示す分割高さ位置を、記憶装置から読み出す処理が行われる。

Ｓ７０４では、この後に行われるＳ７０８の処理による二次元共焦点画像の取得に続く次の二次元共焦点画像を取得するときの対物レンズ７の高さ位置（対物レンズ７と試料８との距離）を、対物レンズ７の現在の高さ位置に基づき予め算出する処理が行われる。なお、二次元共焦点画像を複数取得する際の対物レンズ７の高さ位置の移動間隔は予め設定されているものとする。従って、この移動間隔の値を現在の高さ位置に加算すれば、次の高さ位置が算出される。

Ｓ７０５では、次の高さ位置についてのＳ７０４の処理での算出結果が、Ｓ７０３の処理で読み出された分割高さ位置以上であるか否かを判定する処理が行われる。ここで、次の高さ位置が分割高さ位置以上であると判定したとき（判定結果がＹｅｓのとき）にはＳ７０６に処理を進め、次の高さ位置が分割高さ位置未満であると判定したとき（判定結果がＮｏのとき）にはＳ７０８に処理を進める。

Ｓ７０６では、Ｓ７０３の処理により読み出した分割高さ位置を境界としており、その分割高さ位置以上の高さである分割高さ範囲グループに対応付けられている感度設定値を記憶装置から読み出す処理が行われる。

Ｓ７０７では、Ｓ７０６の処理により読み出した感度設定値を光検出器１１に設定する処理が行われる。
Ｓ７０８では、対物レンズ７の現在の高さ位置において試料８の二次元共焦点画像を取得し、取得した二次元共焦点画像を、この現在の高さ位置（すなわち、試料８と対物レンズ７との距離）に対応付けて記憶装置に記憶させる処理が行われる。

Ｓ７０９では、対物レンズ７の現在の高さ位置が、図３に示した上下限設定画面３１における上限位置表示部３３に表示されている、対物レンズ７と試料８との距離の変化範囲の指定における上限の位置に到達したか否かを判定する処理が行われる。ここで、現在の高さ位置が上限位置に到達したと判定したとき（判定結果がＹｅｓのとき）にはＳ７１１に処理を進める。一方、現在の高さ位置が上限位置に到達していないと判定したとき（判定結果がＮｏのとき）にはＳ７１０に処理を進める。

Ｓ７１０では、レボルバ６を上方向に駆動して、対物レンズ７の高さ位置を前述した移動間隔だけ移動させて、その高さ位置を、Ｓ７０４の処理での算出結果の位置とする処理が行われ、その後はＳ７０３へ処理を戻してＳ７０３以降の処理を繰り返す。

以上のＳ７０３からＳ７１０の処理の繰り返しにより、試料８と対物レンズ７との距離に応じた、光検出器１１に設定されている感度設定値についての記憶装置の記憶内容に基づく調整が行われる。更に、この処理の繰り返しにより、感度設定値がこの距離に応じて調整された光検出器１１により出力される信号に基づいた、試料８についての距離に応じた複数の共焦点画像の生成が行われる。

Ｓ７１１では、試料８の三次元画像を構築する処理が行われる。この処理では、まず、Ｓ７０８の処理の繰り返しによって高さ位置に対応付けられて複数記憶されている試料８の二次元共焦点画像を記憶装置から読み出す処理を行う。そして、この高さ位置と二次元共焦点画像との関係に基づき、同一位置の画素毎に、その輝度が最大となるときの高さ位置を各画素に対応付ける処理を行う。こうして、試料８の三次元画像が構築される。

Ｓ７１２では、レボルバ６を下方向に駆動して、対物レンズ７をＳ７０１の処理によるものと同位置まで移動させる処理が行われ、その後はこの図９の処理を終了する。
以上までの処理が、三次元画像の構築処理である。

以上のように、図１に示した共焦点走査型顕微鏡システムでは、コンピュータ１２が、図２、図４、図６、及び図９に示した処理を行うことにより、光検出の感度設定が常に適切な状態で、試料８の高さ情報の取得作業が行われる。従って、ユーザのスキルに左右されずに、輝度コントラスト画像や高さ画像などの各種の画像を適切且つ正確に得ることが可能となり、また、高い利便性の提供が可能となる。

次に図１０について説明する。コンピュータ１２によって行われる、試料８の三次元画像を生成するための制御処理の第二の例をフローチャートで示したものである。
この第二の例では、ユーザが図１のシステムに対し画像の取り込み開始を指示すると、システムがレボルバ６を駆動して対物レンズ７の焦点位置を試料８の表面に移動させる。そして、この位置で光検出器１１の感度設定値の調整をシステムが行うと共に、試料８の観察領域に対応するＺ方向（対物レンズ７の光軸方向）の範囲をシステムが設定し、その設定範囲内で、試料８表面の対象領域についての高さ情報と輝度情報との取得をシステムが行う。そして、高さ情報を所定の高さ範囲毎にグループ分けし、形成された各グループについて感度設定値を対応付ける。

その後、試料８と対物レンズ７との距離に応じて感度設定値を調整して、その値が、当該距離に対応する高さ情報の属する高さ範囲グループに対応付けられている値となるようにしながら、試料８の共焦点画像の生成のための信号を光検出器１１から得る。このときの当該距離の変化範囲は、高さ情報の最小値をその下限とし、所定の取り込み完了判定を満たした場合をその上限とするようにシステムが決定する。この変化範囲内で当該距離を変化させつつ光検出器１１からこうして出力される信号に基づき試料８の共焦点画像をシステムが複数生成し、生成された複数の共焦点画像の各々と当該距離との関係に基づき試料８についての三次元画像をシステムが生成する。

図１０の処理は、システムのユーザが不図示の入力装置を操作して行われる、試料８の三次元画像の生成動作の開始の指示をコンピュータ１２が検出すると開始される。
図１０において、まず、Ｓ８０１では、試料８の画像を生成してモニタ１５に表示させる処理が行われる。このとき、光検出器１１に設定される感度設定値は、所定の初期値としておく。

Ｓ８０２では、レボルバ６を駆動して、対物レンズ７の焦点位置に試料８の表面が位置するように移動させる処理が行われる。この処理では周知の合焦機能を利用し、例えば、対物レンズ７を介して到来する光の光検出器１１による検出結果に基づき試料８生成される画像のコントラストを、試料８と対物レンズ７との距離を変化させながら順次求め、このコントラストが最大となるように対物レンズ７を移動させることにより行われる。

Ｓ８０３では、感度設定値の初期設定処理が行われる。この処理では、Ｓ８０２の処理後の対物レンズ７の位置においての試料８の二次元画像を生成し、得られた二次元画像を構成する各画素における輝度の最大値を求める。そして、得られた輝度最大値に基づき、試料８の高さ情報の生成のための感度設定値の初期設定値を、以下のようにして算出し、算出した値を光検出器１１に初期設定する。

まず、Ｓ８０２の処理により取得した二次元画像における最大輝度値を「Ｉｍ」と表記し、このときに光検出器１１に設定されていた（すなわち、二次元画像の生成の際に設定されていた）感度設定値の初期値を「ＨＶｍ」と表記する。また、最大輝度値「Ｉｍ」を示す信号が出力されたときと同一量の光を、高さ情報の生成のための感度設定値の初期設定値ＨＶを設定した光検出器１１が検出したときに出力される信号で示す目標とする輝度値を「Ｉ」とする。このとき、下記の式
Ｉ／ＨＶ^a ＝Ｉｍ／ＨＶｍ^a
が成立する。ここで、ａは使用機器により特定される定数であり、実験等により予め求めておくことができる値である。

従って、上記の式に、Ｉ、ＨＶｍ、Ｉｍ、及びａの値を代入して計算することで、ＨＶの値が算出される。
その後、Ｓ８０４として輝度情報の取得及び高さ情報の生成処理を行い、次に、Ｓ８０５として高さ範囲のグループ分け及び感度設定値の対応付け処理を行い、次に、Ｓ８０６として三次元画像の構築処理を行い、その後はこの図１０の処理を終了する。ここで、Ｓ８０５の処理は、図２に示した第一の例におけるＳ２０４の処理と同一であり、具体的には図６に示した処理が行われるので、ここでは詳細な説明は省略し、次に、Ｓ８０４及びＳ８０６の処理の詳細を説明する。

まず図１１について説明する。図１１は、図１０のＳ８０４の処理である、輝度情報の取得及び高さ情報の生成処理の処理内容をフローチャートで示したものである。この処理では、まず、試料８についての対物レンズ７の光軸方向の高さ情報を、試料８と対物レンズ７との距離と、光検出器１１から出力される、対物レンズ７を介して試料８から到来する光の光量を示す信号とに基づいて生成する処理を行う。そして、その高さ情報と、その信号で示されている光量（輝度）とを対応付けて記憶装置に格納しておく処理を行う。

この図１１の処理は、図４に示した処理と同様の処理である。但し、図４の処理では、システムのユーザが、対物レンズ７と試料８との距離の変化範囲の指定を行っていた。これに対し、図１１の処理では、対物レンズ７と試料８との距離の変化範囲を、現在の距離（すなわち、合焦状態である試料８と対物レンズ７との距離）に基づきシステムが設定する。また、図１１の処理は、図１０のＳ８０３の処理に続いて行われるので、試料８の高さ情報の生成が、感度設定値を初期設定した光検出器１１により検出された光の光量に基づいて行われる。

図１１において、まず、Ｓ９０１では、予め用意されている下限移動量と上限移動量とを、システムの光路上に配置されている対物レンズ７の種別に基づき記憶装置から読み出す処理が行われる。この下限移動量及び上限移動量は、対物レンズ７の種別に応じて予め用意されている定数値であり、記憶装置に予め記憶させておくものとする。

Ｓ９０２では、対物レンズ７と試料８との距離の変化範囲の指定における下限位置と上限位置とを求める処理とが行われる。このうち、下限位置は、合焦状態にある対物レンズ７の現在の位置からＳ９０１の処理で読み出した下限移動量を減算することで求まる。また、上限位置は、合焦状態にある対物レンズ７の現在の位置からＳ９０１の処理で読み出した上限移動量を加算することで求まる。

Ｓ９０３では、レボルバ６を下方向に駆動して、Ｓ９０２の処理により得られた下限位置まで対物レンズ７を移動させる処理が行われる。
以降のＳ９０４からＳ９１０にかけての処理は、図４におけるＳ３０２からＳ３０８にかけての処理と基本的に同一であるので、説明を省略する。但し、図４の処理では、対物レンズ７と試料８との距離の変化範囲についてのとり得る値の限点として、図３に示した上下限設定画面３１に表示されている値を用いていたが、この図１１の処理では、この代わりに、Ｓ９０２の処理により得られた下限位置及び上限位置を、限点として用いるようにする。従って、光検出器１１は、高さ情報の生成のための光の検出を、試料８の像が合焦しているときの対物レンズ７と試料８との距離から所定値だけその距離を変化させた範囲内において行われる。

以上までの処理が輝度情報の取得及び高さ情報の生成処理である。
次に図１２について説明する。図１２は、図１０のＳ８０６の処理である、三次元画像の構築処理の処理内容をフローチャートで示したものである。

この処理では、図９の処理と同様、図１０のＳ８０４及びＳ８０５の処理によって記憶装置に記憶させた内容に基づき、光検出器１１の感度設定値を、試料８と対物レンズ７との距離に応じて調整する。そして、この距離に応じて感度設定値が調整された光検出器１１より出力される信号に基づき、試料８についての二次元共焦点画像を、その距離に応じて複数生成する。そして、生成された複数の共焦点画像の各々とその距離との関係に基づき、試料８についての三次元画像を生成する。

但し、図９の処理では、システムのユーザが指定した対物レンズ７と試料８との距離の変化範囲内で試料８についての二次元共焦点画像を生成していた。これに対し、図１２の処理では、対物レンズ７と試料８との距離の変化範囲を、図１０のＳ８０４の処理により生成した試料８についての高さ情報に基づきシステムが設定する。

図１２において、Ｓ１００１では、図１０のＳ８０４の処理により生成した試料８についての高さ情報を記憶装置から全て読み出す処理が行われる。
Ｓ１００２では、Ｓ１００１の処理により読み出された高さ情報のうちの最小のものを取得する処理が行われ、続くＳ１００３において、レボルバ６を下方向に駆動して、この最小の高さ情報に対応する位置まで対物レンズ７を移動させる処理が行われる。

以降のＳ１００４からＳ１０１０にかけての処理は、図９におけるＳ７０２からＳ７０８にかけての処理と基本的に同一であるので、説明を省略する。
次に、Ｓ１０１１では、取り込み判定値の算出処理が行われる。この処理では、まず、Ｓ１０１０の処理の繰り返しにより取得した試料８についての複数の二次元共焦点画像を構成している同一位置の画素の輝度の最大値を各画素について求める。そして、１枚の画像を構成する全画素数に対するこの輝度最大値が求められた画素数の割合を算出して取り込み判定値とする。なお、輝度の最大値を求める処理は、前述した図４のＳ３０５の処理と同様にして行い、ある画素について、その輝度値が最大輝度値の更新がされることなく所定値まで低下した場合に、その画素については輝度最大値が求められたと判定する。

Ｓ１０１２では、Ｓ１０１１の処理により算出された取り込み判定値が、所定の閾値以上となって取り込み完了の判定基準を満たしたか否かを判定する処理が行われる。ここで、取り込み完了の判定基準を満たしたと判定したとき（判定結果がＹｅｓのとき）にはＳ１０１４に処理を進める。一方、取り込み完了の判定基準を満たししていないと判定したとき（判定結果がＮｏのとき）にはＳ１０１３に処理を進める。

Ｓ１０１３では、レボルバ６を上方向に駆動して、対物レンズ７の高さ位置を前述した移動間隔だけ移動させて、その高さ位置を、Ｓ１００６の処理での算出結果の位置とする処理が行われる。その後はＳ１００５へ処理を戻してＳ１００５以降の処理を繰り返す。

Ｓ１０１４では、試料８の三次元画像を構築する処理が行われる。この処理では、まず、Ｓ１０１０の処理の繰り返しによって高さ位置に対応付けられて複数記憶されている試料８の二次元共焦点画像を記憶装置から読み出す処理が行われる。そして、この処理に続き、この高さ位置と二次元共焦点画像との関係に基づき、同一位置の画素毎に、その輝度が最大となるときの高さ位置を各画素に対応付ける処理が行われる。こうして、試料８の三次元画像が構築される。

Ｓ１０１５では、レボルバ６を下方向に駆動して、対物レンズ７をＳ１００３の処理によるものと同位置まで移動させる処理が行われ、その後はこの図１２の処理を終了する。
以上までの処理が、三次元画像の構築処理である。

以上のように、図１に示した共焦点走査型顕微鏡システムでは、コンピュータ１２が、図１０、図１１、図６、及び図１２に示した処理を行うことにより、光検出の感度設定が常に適切な状態で、試料８の高さ情報の取得作業が行われる。従って、ユーザのスキルに左右されずに、輝度コントラスト画像や高さ画像などの各種の画像を適切且つ正確に得ることが可能となり、また、高い利便性の提供が可能となる。

なお、図１に示した共焦点走査型顕微鏡システムにおいて、試料８の三次元画像の生成のためにコンピュータ１２に行われる制御処理の内容を、ユーザが選択できるように構成することも可能である。すなわち、例えば、この制御処理の内容を、図２に示した第一の例によるもの（対物レンズ７と試料８との距離の変化範囲をユーザが指定）にするか、あるいは、図１０に示した第二の例によるものにするか（当該距離の変化範囲をシステムが自動設定）をユーザが選択できるように構成することは可能である。

ここで図１３について説明する。図１３は、コンピュータ１２によって行われる、動作選択処理の処理内容をフローチャートで示したものである。この処理は、共焦点画像を複数生成するときの対物レンズ７と試料８との距離の変化範囲を、図２に示した第一の例におけるもの（すなわち図９の三次元画像の構築処理）にするか、あるいは、図１０に示した第二の例におけるもの（すなわち図１２の三次元画像の構築処理）にするかを選択する処理である。

この処理の開始指示をコンピュータ１２が受け取ると、まずＳ１３０１において、図１４に例示する取り込み高さモード設定画面７１をモニタ１５に表示させる処理が行われる。

図１４に示す取り込み高さモード設定画面７１には、モード選択ラジオボタン７２とＯＫボタン７３とが備えられている。
モード選択ラジオボタン７２は、「手動」及び「自動」と記されている２つのボタンのうちどちらか一方のみ選択が可能である。ここで、「手動」のボタンが選択された場合には、共焦点画像を複数生成するときの対物レンズ７と試料８との距離の変化範囲を、ユーザが指定するようにシステムが動作する（手動取り込みモード）。また、「自動」のボタンが選択された場合には、この距離の変化範囲を、システムが自動設定するようにシステムが動作する（自動取り込みモード）。なお、ＯＫボタン７３は、モード選択ラジオボタン７２による選択内容の確定を指示するために押下操作（マウス装置等をユーザが操作して行うクリック操作）される。

図１３の説明に戻る。
Ｓ１３０２では、ＯＫボタン７３の押下操作を検出したときのモード選択ラジオボタン７２による選択状況を取得する処理が行われる。

Ｓ１３０３では、Ｓ１３０２の処理により取得した選択状況が、手動取り込みモードであったか否かを判定する処理が行われる。ここで、選択状況が手動取り込みモードであったと判定したとき（判定結果がＹｅｓのとき）には、Ｓ１３０４に処理を進めて図２に示した第一の例の制御処理が行われ、その後はこの図１３の処理を終了する。一方、選択状況が自動取り込みモードであったと判定したとき（判定結果がＮｏのとき）には、Ｓ１３０５に処理を進めて図２１０に示した第二の例の制御処理が行われ、その後はこの図１３の処理を終了する。

以上までの処理が動作選択処理である。この処理をコンピュータ１２が行うことにより、図１に示した共焦点走査型顕微鏡システムにおける試料８の三次元画像の生成動作を、対物レンズ７と試料８との距離の変化範囲をユーザが指定するものにするか、あるいは、この変化範囲をシステムが自動設定するものにするかをユーザが選択できるようになる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は、上述した各実施形態に限定されることなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良・変更が可能である。
例えば、図４のＳ３０２及び図１１のＳ９０４の処理である、試料８表面上の対象領域の指定処理では、予め設定された複数のラインの位置のうち取得が未だ行われていないものが自動的に選択されるようにしてもよい。また、１つ若しくは複数のラインの位置を予め設定しておくようにしていた。この代わりに、試料８の形状に基づいてコンピュータ１２がラインの位置を設定するようにしてもよい。例えば、試料８の三次元画像を取得したことがあり、そのときの高さ情報が利用可能である場合には、まず、この三次元画像を構成する画素毎の高さ情報について、高さ毎の度数分布（ヒストグラム）を作成する。そして、このヒストグラムにおいて所定の閾値以上の度数である高さであった画素により形成される領域を、その試料８の形状とみなし、前述したラインは、この領域を通るように位置を設定するようにする。また、このようにして形成された領域全体を、高さ情報及び輝度情報の取得対象領域とすることも可能である。

本発明を実施する共焦点走査型顕微鏡システムの構成を示す図である。 試料の三次元画像を生成するための制御処理の第一の例をフローチャートで示した図である。 上下限設定画面の画面例を示す図である。 図２における輝度情報の取得及び高さ情報の生成処理の処理内容をフローチャートで示した図である。 対物レンズの移動方向の変化を説明する図である。 高さ範囲のグループ分け及び感度設定値の対応付け処理の処理内容をフローチャートで示した図である。 分割高さ範囲グループ毎の感度設定値の格納例を示す図である。 切り替えゲイン設定画面の画面例を示す図である。 図２における三次元画像の構築処理の処理内容をフローチャートで示した図である。 試料の三次元画像を生成するための制御処理の第二の例をフローチャートで示した図である。 図１０における輝度情報の取得及び高さ情報の生成処理の処理内容をフローチャートで示した図である。 図１０における三次元画像の構築処理の処理内容をフローチャートで示した図である。 動作選択処理の処理内容をフローチャートで示した図である。 取り込み高さモード設定画面の画面例を示す図である。

符号の説明

１ 光源
２ ビームスプリッタ
３ 二次元走査機構
３ａ 第一の光スキャナ
３ｂ 第二の光スキャナ
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 コンピュータ
１３ 試料台
１４ ステージ
１５ モニタ
３１ 上下限設定画面
３２ 上限位置指示部
３３ 上限位置表示部
３４ 下限位置指示部
３５ 下限位置表示部
５１ 切替えゲイン設定画面
５２ 高さ範囲表示部
５３ 感度設定値表示部
５４ 設定値変更指示部
７１ 取り込み高さモード設定画面
７２ モード選択ラジオボタン
７３ ＯＫボタン

Claims (11)

1. 対物レンズを介して試料から到来する光を検出してその光量を示す信号を出力する光検出手段、
   前記試料についての前記対物レンズの光軸方向の高さ情報を、前記試料と前記対物レンズとの距離と前記光量との関係に基づき生成しておく高さ情報生成手段、
   前記光検出手段が出力する前記信号で示される所定の光量を所定値にするために前記光検出手段に設定される感度設定値を、前記高さ情報生成手段が該光量に基づき生成した前記高さ情報に対応付けて記憶しておく感度設定値記憶手段、
   前記感度設定値記憶手段の記憶内容に基づき、前記感度設定値を、前記試料と前記対物レンズとの距離に応じて調整する感度設定値調整手段、
   前記感度設定値が前記距離に応じて前記感度設定値調整手段により調整された前記光検出手段により出力される前記信号に基づき、前記試料についての共焦点画像を該距離に応じて複数生成する共焦点画像生成手段、及び
   複数の前記共焦点画像の各々と前記距離との関係に基づき該試料についての三次元画像を生成する三次元画像生成手段、
   を有することを特徴とする共焦点走査型顕微鏡システム。
2. 前記光検出手段は、前記高さ情報生成手段が前記高さ情報を生成するためには、前記光軸に垂直な方向に設定された１つのライン上の試料面、若しくは、該光軸に垂直であって互いに平行に所定の間隔を空けて設定された複数のライン上の試料面から到来する光のみを検出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。
3. 前記高さ情報生成手段は、とり得る範囲の限点から前記距離を単調に変化させつつ前記光検出手段により取得された前記ライン上の試料面についての前記光量に基づき、前記高さ情報を生成することを特徴とする請求項２に記載の共焦点走査型顕微鏡システム。
4. 前記ラインは、前記試料の形状に基づき設定されることを特徴とする請求項２に記載の共焦点走査型顕微鏡システム。
5. 前記光検出手段が取得した光量に基づいて前記感度設定値を初期設定する感度設定値初期設定手段を更に有し、
   前記高さ情報生成手段は、前記感度設定値初期設定手段が前記感度設定値を初期設定した前記光検出手段により検出された前記光の光量に基づき、前記高さ情報を生成する、
   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。
6. 前記感度設定値記憶手段は、前記高さ情報を所定の高さ範囲毎にグループ化し、該グループ毎に前記感度設定値を対応付けて記憶しておく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。
7. 前記共焦点画像生成手段が前記共焦点画像を複数生成するときの前記距離の変化範囲を指定する距離変化範囲指定手段、及び
   前記距離変化範囲指定手段による前記距離の変化範囲の指定内容を示す情報を表示する距離指定範囲表示手段、
   を更に有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。
8. 前記共焦点画像生成手段が前記共焦点画像を複数生成するときの前記距離の変化範囲を、前記高さ情報生成手段が生成した前記高さ情報に基づき設定する距離変化範囲設定手段を更に有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。
9. 前記距離を変化させて前記対物レンズにより得られる前記試料の像を合焦させる合焦手段を更に有し、
   前記光検出手段は、前記高さ情報生成手段による前記高さ情報の生成のための前記光の検出を、前記合焦手段が前記試料の像を合焦させたときの前記距離から所定値だけ該距離を変化させた範囲内において行う、
   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。
10. 前記共焦点画像生成手段が前記共焦点画像を複数生成するときの前記距離の変化範囲を指定する距離変化範囲指定手段、及び
    前記共焦点画像生成手段が前記共焦点画像を複数生成するときの前記距離の変化範囲を、前記距離変化範囲設定手段に設定させるか、あるいは、前記距離変化範囲指定手段に指定させるかを選択する選択手段、
    を更に有することを特徴とする請求項８に記載の共焦点走査型顕微鏡システム。
11. 前記感度設定値記憶手段において対応付けられて記憶されている前記高さ範囲のグループと該グループ毎の前記感度設定値とを表示する感度設定値表示手段、及び
    前記感度設定値記憶手段に記憶されている前記感度設定値の変更を行う感度設定値変更手段、
    を更に有することを特徴とする請求項６に記載の共焦点走査型顕微鏡システム。