JP2014035266A - 共焦点顕微鏡 - Google Patents

Abstract

【課題】柔軟に測定精度や測定速度を変更することができる共焦点顕微鏡を提供する。
【解決手段】光源１０１と、光源１０１からの光を予め選択された一部の領域のみで被測定物Ｗに向かう光路上に反射させるＤＭＤ１０３と、ＤＭＤ１０３を制御するＤＭＤ制御部１０４と、ＤＭＤ１０３により光路上に反射された光と被測定物Ｗにて反射された戻り光とを通過させる対物レンズ１０８と、被測定物Ｗと対物レンズ１０８の相対距離を変化させて、被測定物Ｗに対する光の照射位置を決定する三軸駆動装置１１２と、決定された照射位置毎に被測定物Ｗからの戻り光に基づいて画像を撮像する光検出器１１０と、撮像された複数の画像に基づいて被測定物Ｗの三次元形状データを生成する演算部１１１と、を備え、ＤＭＤ制御部１０４は、ＤＭＤ１０３を制御して、前記一部の領域を順次切り替える。
【選択図】図１

Description

本発明は、共焦点顕微鏡に関する。

従来、高解像度のイメージと三次元情報の再構築が可能な共焦点顕微鏡が知られている。共焦点顕微鏡は、従来の一般的な光学顕微鏡と比べて、観察像のコントラストが良好で鮮明な画像が得られる、分解能が高い、被測定物の断面像等三次元方向の画像が得られる、といった特徴を有している。

上記の共焦点顕微鏡の一例として、螺旋状に複数個のピンホールが形成されたニポウディスクを用いた共焦点顕微鏡が知られている（例えば、特許文献１参照）。ニポウディスクを用いた共焦点顕微鏡において、光源からの光は、ニポウディスクのピンホールを通過し、対物レンズを介して被測定物に照射される。そして、被測定物からの反射光は、再度対物レンズ及びニポウディスクのピンホールを通過して検出器に入射する。被測定物が合焦面にあるときには、被測定物からの反射光のほとんどがニポウディスクのピンホールを通過するため、このニポウディスクを回転させることにより、ピンホールを高速で走査して、被測定物の表面の全域にわたる合焦面上の情報の取得が可能となる。さらに、合焦面上の情報の取得をＺ軸方向（被測定物の観察面に対して垂直な方向）に複数回実行することにより、被測定物の三次元形状測定を行うことができる。

特開２０１０−２６３４４号公報

しかしながら、上記従来のニポウディスクを用いた共焦点顕微鏡では、ＸＹ軸方向（被測定物の観察面に対して平行な方向）の測定精度や測定速度がニポウディスクの形状に依存するため、柔軟に測定精度や測定速度を変更することができないという問題がある。

本発明は、柔軟に測定精度や測定速度を変更することができる共焦点顕微鏡を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、上記目的を達成するためになされたものであり、
共焦点顕微鏡において、
光源と、
前記光源により出射された光を、当該光を反射させる領域のうち予め選択された一部の領域のみで、被測定物に向かう光路上に反射させる光反射手段と、
前記光反射手段による前記光源により出射された光の反射を制御する光反射制御手段と、
前記光反射手段と前記被測定物との間に配置され、前記光反射手段により前記光路上に反射された光と、前記被測定物の表面にて反射された戻り光と、を通過させる対物レンズと、
前記被測定物と前記対物レンズとの間の相対距離を変化させて、前記被測定物に対する前記光の照射位置を決定する照射位置決定手段と、
前記照射位置決定手段により決定された照射位置毎に、前記被測定物の表面にて反射された戻り光に基づいて前記被測定物の画像を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段により撮像された複数の画像に基づいて、前記被測定物の三次元形状データを生成する演算手段と、
を備え、
前記光反射制御手段は、前記光反射手段を制御して、前記一部の領域を順次切り替えることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の共焦点顕微鏡において、
前記光反射手段は、格子状に配列された複数のマイクロミラーを備えるＤＭＤ（Digital Mirror Device）であり、
前記光反射制御手段は、前記複数のマイクロミラーを所定の枚数ずつ順次前記光源により出射された光を前記光路上に反射させるように制御するとともに、残りのマイクロミラーを、前記光源により出射された光を前記光路上に反射させないように制御することを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の共焦点顕微鏡において、
前記光反射手段は、前記被測定物の表面にて反射された戻り光を、前記撮像手段に向かう光路上に反射させる位置に配置されていることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の共焦点顕微鏡において、
前記対物レンズと前記撮像手段との間に配置され、前記被測定物の表面にて反射された戻り光を二つの方向に分岐させる光分岐手段を更に備え、
前記撮像手段は、
前記光分岐手段により分岐された戻り光のうち一方の戻り光に基づいて前記被測定物の画像を撮像する第１の撮像手段と、
他方の戻り光に基づいて前記被測定物の画像を撮像する第２の撮像手段と、を備え、
前記演算手段は、前記第１の撮像手段により撮像された複数の画像及び前記第２の撮像手段により撮像された複数の画像に基づいて、前記被測定物の三次元形状データを生成することを特徴とする。

本発明によれば、光反射手段による光の反射パターンを自在且つ容易に変更することができることとなって、ユーザのニーズに合わせて測定精度や測定速度を柔軟に変更することができる。

第１実施形態に係る共焦点顕微鏡の構成を示す模式図である。 第１実施形態に係る共焦点顕微鏡の制御構成を示すブロック図である。 ＤＭＤのマイクロミラーの制御の一例を示す図である。 光検出器で取得される画像の一例を示す図である。 光検出器で取得された画像を、Ｚ軸方向における相対的な取得位置毎に配置した一例を示す図である。 第２実施形態に係る共焦点顕微鏡の構成を示す模式図である。 第３実施形態に係る共焦点顕微鏡の構成を示す模式図である。 第３実施形態に係る共焦点顕微鏡の制御構成を示すブロック図である。 光検出器で取得された画像を、Ｚ軸方向における相対的な取得位置毎に配置した一例を示す図である。 ＤＭＤのマイクロミラーの制御の一変形例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

（第１実施形態）
まず、第１実施形態に係る共焦点顕微鏡１００の構成について説明する。
第１実施形態に係る共焦点顕微鏡１００は、図１，２に示すように、光源１０１と、ミラー１０２と、ＤＭＤ（Digital Mirror Device：登録商標）１０３と、ＤＭＤ制御部１０４と、ミラー１０５、１０６、１０７と、対物レンズ１０８と、チューブレンズ１０９と、光検出器１１０と、演算部１１１と、三軸駆動装置１１２と、制御部１１３と、を備えて構成されている。
なお、第１実施形態においては、図１に示すように、光源１０１からミラー１０２に向かう方向をＺ方向（高さ方向）、ミラー１０６からミラー１０７に向かう方向をＸ方向（左右方向）、Ｘ方向及びＺ方向に直交する方向をＹ方向（前後方向）とする。

光源１０１は、例えば、放電灯、発光ダイオード、レーザ等で構成され、光ビームを発生させて出射する。光源１０１から出射された光（出射光）は、光源１０１のＺ方向下側に配置されたミラー１０２に照射される。

ミラー１０２は、光源１０１から入射した光を、図１における右下側に配置されたＤＭＤ１０３に向かって反射させる。ミラー１０２により反射された光は、図１における左上方からＤＭＤ１０３に照射される。

ＤＭＤ１０３は、数十万〜数百万個のマイクロミラーが格子状に敷き詰められたＩＣ（Integrated Circuit）を備えた光学デバイスであり、ミラー１０２から入射した光を反射する。ＤＭＤ制御部１０４は、ＤＭＤ１０３に備えられた各マイクロミラーの傾斜を制御することにより、「明」と「暗」の二つの状態を制御することができる。ここで、マイクロミラーが「明」の状態のときは、ミラー１０２から入射した光を被測定物Ｗに向かう光路上、即ち、図１における左下側に向けて反射し、当該左下側に配置されたミラー１０５に照射させる。一方、マイクロミラーが「暗」の状態のときは、ミラー１０２から入射した光を、被測定物Ｗに向かう光路上ではなく共焦点顕微鏡１００内部の図示しない吸収体等に反射するため、マイクロミラーが反射した光がミラー１０５に照射されることはない。従って、ＤＭＤ制御部１０４の働きにより各マイクロミラーの傾斜を個別に制御することにより、マイクロミラー単位で光の反射を制御することができる。
即ち、ＤＭＤ１０３は、光源１０１により出射され、ミラー１０２により反射された光を、当該光を反射させる領域のうち予め選択された一部の領域のみで、被測定物Ｗに向かう光路上に反射させる光反射手段として機能する。また、ＤＭＤ制御部１０４は、ＤＭＤ１０３による光源１０１により出射された光の反射を制御する光反射制御手段として機能する。

ミラー１０５は、ＤＭＤ１０３から入射した光を、Ｚ方向下側に配置されたミラー１０６に向かって反射させる。ミラー１０５により反射された光は、Ｚ方向上方からミラー１０６に照射される。
ミラー１０６は、ミラー１０５から入射した光を、Ｘ方向右側に配置されたミラー１０７に向かって反射させる。ミラー１０６により反射された光は、Ｘ方向左方からミラー１０７に照射される。

ミラー１０７は、ミラー１０６から入射した光を、Ｚ方向下側に配置された対物レンズ１０８に向かって反射させる。ミラー１０７により反射された光は、Ｚ方向上方から対物レンズ１０８に照射される。
また、ミラー１０７は、被測定物Ｗの表面にて反射され、Ｚ方向下方から対物レンズ１０８を透過して進んできた戻り光を透過する。ミラー１０７を透過した戻り光は、Ｚ方向上方に配置されたチューブレンズ１０９に照射される。

対物レンズ１０８は、被測定物Ｗに対向するように設けられ、ミラー１０７から入射した光を透過する。対物レンズ１０８を透過した光は、Ｚ方向上方から被測定物Ｗに照射される。
また、対物レンズ１０８は、被測定物Ｗの表面にて反射された戻り光を透過する。対物レンズ１０８を透過した戻り光は、Ｚ方向上方に配置されたミラー１０７に照射され、当該ミラー１０７を透過する。
即ち、対物レンズ１０８は、ＤＭＤ１０３と被測定物Ｗとの間に配置され、ＤＭＤ１０３により被測定物に向かう光路上に反射された光と、被測定物Ｗの表面にて反射された戻り光と、を通過させる。

チューブレンズ１０９は、ミラー１０７を透過した戻り光の光路上に配置され、当該戻り光を所定の倍率に変倍して透過する。チューブレンズ１０９を透過した戻り光は、Ｚ方向上方に配置された光検出器１１０に照射される。

光検出器１１０は、被測定物Ｗからの戻り光を撮像して画像を取得するＣＣＤカメラ等で構成され、取得した画像に基づく画像信号を、各種画像処理を行うための演算部１１１に出力する。即ち、光検出器１１０は、被測定物Ｗの表面にて反射された戻り光に基づいて、被測定物Ｗの画像を撮像する撮像手段として機能する。
演算部１１１は、光検出器１１０から出力された画像信号に基づいて、被測定物Ｗの三次元形状データを生成する。即ち、演算部１１１は、光検出器１１０により撮像された画像に基づいて、被測定物Ｗの三次元形状データを生成する演算手段として機能する。演算部１１１で生成された被測定物Ｗの三次元形状データは、制御部１１３に出力され、記憶部１１６に記憶される。

三軸駆動装置１１２は、制御部１１３から出力される制御信号に応じて共焦点顕微鏡１００をＸ、Ｙ、Ｚ方向に移動させるとともに、共焦点顕微鏡１００のＸ、Ｙ、Ｚ方向における位置（位置座標）を制御部１１３に出力する。例えば、三軸駆動装置１１２は、被測定物Ｗと対物レンズ１０８との間のＺ方向における相対距離を変化させることにより、被測定物Ｗに対する光の照射位置を決定することができる。即ち、三軸駆動装置１１２は、被測定物Ｗと対物レンズ１０８との間の相対距離を変化させて、被測定物Ｗに対する光の照射位置を決定する照射位置決定手段として機能する。
従って、共焦点顕微鏡１００は、三軸駆動装置１１２により決定された照射位置毎に、被測定物Ｗの画像を取得することができるようになっている。

制御部１１３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１１４、ＲＡＭ（Random Access Memory）１１５、記憶部１１６等を備えて構成され、光源１０１、ＤＭＤ制御部１０４、光検出器１１０、演算部１１１、三軸駆動装置１１２等と接続されている。
ＣＰＵ１１４は、記憶部１１６に記憶されている各種処理プログラム等を読み出してＲＡＭ１１５に展開し、この展開されたプログラムとの協働で各種処理を実行することにより、共焦点顕微鏡１００全体の制御を行う。
ＲＡＭ１１５は、ＣＰＵ１１４により実行された処理プログラム等を、ＲＡＭ１１５のプログラム格納領域に展開するとともに、入力データや上記処理プログラムが実行される際に生じる処理結果等をデータ格納領域に格納する。
記憶部１１６は、例えば、不揮発性の半導体メモリで構成され、ＣＰＵ１１４によって実行可能なシステムプログラムや、そのシステムプログラムで実行可能な各種処理プログラム、これら各種処理プログラムを実行する際に使用されるデータ、ＣＰＵ１１４によって演算処理された各種処理結果のデータなどを記憶する。なお、プログラムは、コンピュータが読み取り可能なプログラムコードの形で記憶部１１６に記憶されている。また、記憶部１１６は、演算部１１１で生成された被測定物Ｗの三次元形状データを記憶する。

また、制御部１１３は、ＤＭＤ制御部１０４を制御して、ＤＭＤ１０３が備える複数のマイクロミラーの傾斜をマイクロミラー毎に制御させることにより、光源１０１により出射され、ミラー１０２により反射された光を、予め選択された一部の領域（マイクロミラー）のみで、被測定物Ｗに向かう光路上に反射させる。具体的には、ＤＭＤ制御部１０４は、複数のマイクロミラーを１枚ずつ順次光源１０１により出射された光を被測定物Ｗに向かう光路上に反射させるように制御するとともに、残りのマイクロミラーを、光源１０１により出射された光を被測定物Ｗに向かう光路上に反射させないように制御する。このように、ＤＭＤ制御部１０４は、ＤＭＤ１０３が備えるマイクロミラーのうち、ミラー１０２により反射された光を被測定物Ｗに向かう光路上、即ち、ミラー１０５の方向に反射させるマイクロミラーを順次切り替える。

次に、第１実施形態に係る共焦点顕微鏡１００の作用について説明する。
まず、共焦点顕微鏡１００の光源１０１から光が出射される。光源１０１から出射された光は、ミラー１０２により反射され、ＤＭＤ１０３に照射される。
次に、ＤＭＤ１０３に入射した光は、ＤＭＤ制御部１０４の制御により、ＤＭＤ１０３に備えられたマイクロミラー単位で反射が制御される。
具体的には、ＤＭＤ制御部１０４は、図３に示すように、ＤＭＤ１０３が備えるマイクロミラーを１枚ずつ順次「明」状態とするとともに、残りのマイクロミラーを「暗」状態とする。即ち、マイクロミラーは、常に１枚のマイクロミラーのみが「明」状態となっており、ＤＭＤ１０３に入射した光は、この「明」状態のマイクロミラーのみにおいてミラー１０５の方向に反射される。ＤＭＤ１０３が備える全てのマイクロミラーが「明」状態となった場合、このＤＭＤ制御部１０４による制御を完了する。即ち、図３において、（Ａ）の状態からスタートして、（Ｂ）→（Ｃ）→…→（Ｄ）→（Ｅ）と順次経過していき、（Ｆ）の状態に到達した時点で制御が完了する。
そして、ＤＭＤ１０３に備えられたマイクロミラーにより反射された光が、ミラー１０５、１０６、１０７を介して対物レンズ１０８を通過し、被測定物Ｗに照射される。
被測定物Ｗに照射された光は、被測定物Ｗの表面で反射され、対物レンズ１０８及びミラー１０７を介して、チューブレンズ１０９を通過し、光検出器１１０に照射される。

光検出器１１０では、三軸駆動装置１１２により決定された照射位置毎に、被測定物Ｗの表面にて反射された戻り光が撮像されて画像が取得され、当該取得された画像に基づく画像信号が演算部１１１に出力される。光検出器１１０で取得される画像は、図４（Ａ）に示すように、デフォーカス位置で取得されたものは一面「黒」に近い灰色であるのに対し、図４（Ｂ）に示すように、フォーカス位置で取得されたものは被測定物Ｗの表面からの戻り光の受光位置Ｐが「白」に近い灰色で表現されている。

演算部１１１では、光検出器１１０から出力された画像信号に基づいて、被測定物Ｗの三次元形状データが生成される。具体的には、演算部１１１は、光検出器１１０で撮像された複数の画像に基づいて、フォーカス位置データの数値解析を行うことでピーク値を算出し、各画素でのＺ軸方向における上記ピーク値を結ぶことで、ＸＹＺ軸方向の三次元形状測定を行う。なお、図５は、Ｚ軸方向における相対的な照射位置毎に、光検出器１１０で取得された画像を配置したものであり、図中のＴは、光検出器１１０での画像の取得間隔を示している。光検出器１１０は、図５（Ａ）に示すように、シャッター速度の制限により、図中Ｔに相当する照射位置において画像を取得することができないため、演算部１１１は、図５（Ｂ）に示すように、光検出器１１０で取得された複数の画像を基に、演算によって補正されたデータＤにより不足分を補うようになっている。

以上のように、第１実施形態に係る共焦点顕微鏡１００によれば、光源１０１と、光源１０１により出射された光を、当該光を反射させる領域のうち予め選択された一部の領域のみで、被測定物Ｗに向かう光路上に反射させるＤＭＤ１０３と、ＤＭＤ１０３による光源１０１により出射された光の反射を制御するＤＭＤ制御部１０４と、ＤＭＤ１０３と被測定物Ｗとの間に配置され、ＤＭＤ１０３により被測定物Ｗに向かう光路上に反射された光と、被測定物Ｗの表面にて反射された戻り光と、を通過させる対物レンズ１０８と、被測定物Ｗと対物レンズ１０８との間の相対距離を変化させて、被測定物Ｗに対する光の照射位置を決定する三軸駆動装置１１２と、三軸駆動装置１１２により決定された照射位置毎に、被測定物Ｗの表面にて反射された戻り光に基づいて被測定物Ｗの画像を撮像する光検出器１１０と、光検出器１１０により撮像された複数の画像に基づいて、被測定物Ｗの三次元形状データを生成する演算部１１１と、を備え、ＤＭＤ制御部１０４は、ＤＭＤ１０３を制御して、前記一部の領域を順次切り替えるので、ＤＭＤ１０３による光の反射パターンを自在且つ容易に変更することができることとなって、ユーザのニーズに合わせて測定精度や測定速度を柔軟に変更することができる。

（第２実施形態）
まず、第２実施形態に係る共焦点顕微鏡２００の構成について説明する。
第２実施形態に係る共焦点顕微鏡２００は、図６に示すように、光源１０１と、ミラー２０１、２０２、２０３と、ＤＭＤ１０３と、ＤＭＤ制御部１０４と、ミラー２０４と、対物レンズ１０８と、チューブレンズ１０９と、光検出器１１０と、演算部１１１と、三軸駆動装置１１２と、制御部１１３と、を備えて構成されている。
なお、説明の簡略化のため、第１実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。

ミラー２０１は、光源１０１から入射した光を、Ｘ方向右側に配置されたミラー２０２に向かって反射させる。ミラー２０１により反射された光は、Ｘ方向左方からミラー２０２に照射される。

ミラー２０２は、ミラー２０１から入射した光を、Ｚ方向下側に配置されたミラー２０３に向かって反射させる。ミラー２０２により反射された光は、Ｚ方向上方からミラー２０３に照射される。
また、ミラー２０２は、被測定物Ｗの表面にて反射され、ミラー２０３により反射された戻り光を透過する。ミラー２０２を透過した戻り光は、Ｚ方向上方に配置されたチューブレンズ１０９に照射される。

ミラー２０３は、ミラー２０２から入射した光を、図６における右下側に配置されたＤＭＤ１０３に向かって反射させる。ミラー２０３により反射された光は、図６における左上方からＤＭＤ１０３に照射される。
また、ミラー２０３は、被測定物Ｗの表面にて反射され、ＤＭＤ１０３により反射された戻り光を、Ｚ方向上側に配置されたミラー２０２に向かって反射させる。ミラー２０３により反射された戻り光は、Ｚ方向下方からミラー２０２に照射される。

ＤＭＤ１０３は、ＤＭＤ制御部１０４の働きにより各マイクロミラーの傾斜を個別に制御することにより、マイクロミラー単位で光の反射を制御する。
具体的には、マイクロミラーが「明」の状態のときは、ミラー２０３から入射した光を図６における左下側に向けて反射し、当該左下側に配置されたミラー２０４に照射させる。また、マイクロミラーが「明」の状態のときは、被測定物Ｗの表面にて反射され、ミラー２０４により反射された戻り光を図６における左上側に向けて反射し、当該左上側に配置されたミラー２０３に照射させる。即ち、ＤＭＤ１０３は、被測定物Ｗの表面にて反射された戻り光を、光検出器１１０に向かう光路上に反射させる位置に配置されている。
一方、マイクロミラーが「暗」の状態のときは、ミラー２０３から入射した光を共焦点顕微鏡２００内部の図示しない吸収体等に反射するため、マイクロミラーが反射した光がミラー２０４に照射されることはない。従って、マイクロミラーが「暗」の状態のときに反射した光は、被測定物Ｗの表面にて反射された戻り光に含まれることはない。
上記のように、第２実施形態に係る共焦点顕微鏡２００は、被測定物Ｗの表面にて反射された戻り光を再度ＤＭＤ１０３に照射させるように構成されており、被測定物Ｗの表面にて反射された戻り光は再度「明」の状態のマイクロミラーに入射して、ミラー２０３の方向に反射されることとなる。従って、例えば、被測定物Ｗの表面にて反射された戻り光に被測定物Ｗからの散乱光が混じっているような場合であっても、この散乱光は「明」の状態のマイクロミラーに入射するわけではないため、ミラー２０３の方向に反射されることはなく、光検出器１１０に照射されることはない。従って、第２実施形態に係る共焦点顕微鏡２００によれば、被測定物Ｗからの散乱光の影響を排除することができるので、高精度の測定を行うことができる。

ミラー２０４は、ＤＭＤ１０３から入射した光を、Ｚ方向下側に配置された対物レンズ１０８に向かって反射させる。ミラー２０４により反射された光は、Ｚ方向上方から対物レンズ１０８に照射される。
また、ミラー２０４は、被測定物Ｗの表面にて反射され、Ｚ方向下方から対物レンズ１０８を透過して進んできた戻り光を、図６における右上側に配置されたＤＭＤ１０３に向かって反射させる。ミラー２０４により反射された戻り光は、図６における左下方からＤＭＤ１０３に照射される。

次に、第２実施形態に係る共焦点顕微鏡２００の作用について説明する。
まず、共焦点顕微鏡２００の光源１０１から光が出射される。光源１０１から出射された光は、ミラー２０１、２０２、２０３を介して、ＤＭＤ１０３に照射される。
次に、ＤＭＤ１０３に入射した光は、ＤＭＤ制御部１０４の制御により、ＤＭＤ１０３に備えられたマイクロミラー単位で反射が制御される。
そして、ＤＭＤ１０３に備えられたマイクロミラーにより反射された光が、ミラー２０４を介して対物レンズ１０８を通過し、被測定物Ｗに照射される。
被測定物Ｗに照射された光は、被測定物Ｗの表面で反射され、対物レンズ１０８及びミラー２０４を介して、再度ＤＭＤ１０３に照射される。被測定物Ｗの表面にて反射された戻り光は、ＤＭＤ１０３に備えられたマイクロミラーにより、ミラー２０３の方向に反射される。被測定物Ｗの表面にて反射された戻り光に被測定物Ｗからの散乱光が混じっているような場合、この散乱光はミラー２０３の方向に反射されることはなく、光検出器１１０に照射されることはない。
ＤＭＤ１０３により反射された戻り光は、ミラー２０３、２０２を介して、チューブレンズ１０９を通過し、光検出器１１０に照射される。

光検出器１１０では、三軸駆動装置１１２により決定された照射位置毎に、被測定物Ｗの表面にて反射された戻り光が撮像されて画像が取得され、当該取得された画像に基づく画像信号が演算部１１１に出力される。
演算部１１１では、光検出器１１０から出力された画像信号に基づいて、被測定物Ｗの三次元形状データが生成される。具体的には、演算部１１１は、光検出器１１０で撮像された複数の画像に基づいて、フォーカス位置データの数値解析を行うことでピーク値を算出し、各画素でのＺ軸方向における上記ピーク値を結ぶことで、ＸＹＺ軸方向の三次元形状測定を行う。

以上のように、第２実施形態に係る共焦点顕微鏡２００によれば、ＤＭＤ１０３は、被測定物Ｗの表面にて反射された戻り光を、光検出器１１０に向かう光路上に反射させる位置に配置されているので、被測定物Ｗの表面にて反射された戻り光に被測定物Ｗからの散乱光が混じっているような場合であっても、被測定物Ｗからの散乱光の影響を排除することができることとなって、高精度の測定を行うことができる。

（第３実施形態）
まず、第３実施形態に係る共焦点顕微鏡３００の構成について説明する。
第３実施形態に係る共焦点顕微鏡３００は、図７、８に示すように、光源１０１と、ミラー１０２と、ＤＭＤ１０３と、ＤＭＤ制御部１０４と、ミラー１０５、１０６、１０７と、対物レンズ１０８と、ビームスプリッタ３０１と、ミラー３０２と、チューブレンズ１０９、１０９Ａと、光検出器１１０、１１０Ａと、演算部１１１と、三軸駆動装置１１２と、制御部１１３と、を備えて構成されている。
なお、説明の簡略化のため、第１実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。

ビームスプリッタ３０１は、ミラー１０７のＺ方向上側に配置され、Ｚ方向下方から対物レンズ１０８及びミラー１０７を透過して進んできた被測定物Ｗの表面からの戻り光を、そのまま透過させる方向とＺ方向左側に反射させる方向の二つの方向に分岐させる。即ち、ビームスプリッタ３０１は、対物レンズ１０８と光検出器１１０との間に配置され、被測定物Ｗの表面にて反射された戻り光を二つの方向に分岐させる光分岐手段として機能する。
ビームスプリッタ３０１を透過した戻り光は、Ｚ方向上方に配置されたチューブレンズ１０９に照射される。チューブレンズ１０９を透過した戻り光は、Ｚ方向上方に配置された光検出器１１０に照射される。光検出器１１０は、ビームスプリッタ３０１により分岐された戻り光のうち一方の戻り光に基づいて被測定物Ｗの画像を撮像する第１の撮像手段として機能する。
一方、ビームスプリッタ３０１によりＺ方向左側に反射された戻り光は、Ｚ方向左側に配置されたミラー３０２に照射される。

ミラー３０２は、ビームスプリッタ３０１から入射した戻り光を、Ｚ方向上側に配置されたチューブレンズ１０９Ａに向かって反射させる。ミラー３０２により反射された戻り光は、Ｚ方向下方からチューブレンズ１０９Ａに照射される。

チューブレンズ１０９Ａは、ミラー３０２により反射された戻り光を所定の倍率に変倍して透過する。チューブレンズ１０９Ａを透過した戻り光は、Ｚ方向上方に配置された光検出器１１０Ａに照射される。

光検出器１１０Ａは、被測定物Ｗからの戻り光を撮像して画像を取得するＣＣＤカメラ等で構成され、取得した画像に基づく画像信号を、各種画像処理を行うための演算部１１１に出力する。即ち、光検出器１１０Ａは、ビームスプリッタ３０１により分岐された戻り光のうち他方の戻り光に基づいて被測定物Ｗの画像を撮像する第２の撮像手段として機能する。

演算部１１１は、光検出器１１０から出力された画像信号及び光検出器１１０Ａから出力された画像信号に基づいて、被測定物Ｗの三次元形状データを生成する。演算部１１１で生成された被測定物Ｗの三次元形状データは、制御部１１３に出力され、記憶部１１６に記憶される。

制御部１１３は、図８に示すように、ＣＰＵ１１４、ＲＡＭ１１５、記憶部１１６等を備えて構成され、光源１０１、ＤＭＤ制御部１０４、光検出器１１０、１１０Ａ、演算部１１１、三軸駆動装置１１２等と接続されている。

次に、第３実施形態に係る共焦点顕微鏡３００の作用について説明する。
まず、共焦点顕微鏡３００の光源１０１から光が出射される。光源１０１から出射された光は、ミラー１０２により反射され、ＤＭＤ１０３に照射される。
次に、ＤＭＤ１０３に入射した光は、ＤＭＤ制御部１０４の制御により、ＤＭＤ１０３に備えられたマイクロミラー単位で反射が制御される。
そして、ＤＭＤ１０３に備えられたマイクロミラーにより反射された光が、ミラー１０５、１０６、１０７を介して対物レンズ１０８を通過し、被測定物Ｗに照射される。
被測定物Ｗに照射された光は、被測定物Ｗの表面で反射され、対物レンズ１０８及びミラー１０７を介して、ビームスプリッタ３０１に照射される。
ビームスプリッタ３０１に入射した被測定物Ｗの表面からの戻り光は、ビームスプリッタ３０１にてそのまま透過される方向とＺ方向左側に反射される方向の二つの方向に分岐される。
ビームスプリッタ３０１を透過した戻り光は、チューブレンズ１０９を通過し、光検出器１１０に照射される。一方、ビームスプリッタ３０１によりＺ方向左側に反射された戻り光は、ミラー３０２を介してチューブレンズ１０９Ａを通過し、光検出器１１０Ａに照射される。このように、ビームスプリッタ３０１で二つの方向に分岐された戻り光は、それぞれ光検出器１１０及び光検出器１１０Ａに到達することとなる。

光検出器１１０では、三軸駆動装置１１２により決定された照射位置毎に、被測定物Ｗの表面にて反射され、チューブレンズ１０９を通過した戻り光が撮像されて画像が取得され、当該取得された画像に基づく画像信号が演算部１１１に出力される。また、光検出器１１０Ａでは、三軸駆動装置１１２により決定された照射位置毎に、被測定物Ｗの表面にて反射され、チューブレンズ１０９Ａを通過した戻り光が撮像されて画像が取得され、当該取得された画像に基づく画像信号が演算部１１１に出力される。
ここで、第３実施形態では、制御部１１３の制御により、光検出器１１０及び光検出器１１０Ａによる画像の取得タイミングを異ならせるようにしている。具体的には、光検出器１１０Ａは、光検出器１１０での画像の取得間隔に相当する時間に画像を取得するように制御されている。

演算部１１１では、光検出器１１０から出力された画像信号及び光検出器１１０Ａから出力された画像信号に基づいて、被測定物Ｗの三次元形状データが生成される。具体的には、演算部１１１は、光検出器１１０で撮像された複数の画像及び光検出器１１０Ａで撮像された複数の画像に基づいて、フォーカス位置データの数値解析を行うことでピーク値を算出し、各画素でのＺ軸方向における上記ピーク値を結ぶことで、ＸＹＺ軸方向の三次元形状測定を行う。なお、図９（Ａ）は、Ｚ軸方向における相対的な照射位置毎に、光検出器１１０で取得された画像を配置したものであり、図中のＴは、光検出器１１０での画像の取得間隔を示している。また、図９（Ｂ）は、Ｚ軸方向における相対的な照射位置毎に、光検出器１１０Ａで取得された画像を配置したものである。図９（Ａ）及び図９（Ｂ）に示すように、光検出器１１０及び光検出器１１０Ａでは、制御部１１３の制御により、互いにタイミングをずらして画像が取得されるようになっている。そうすることで、図９（Ｃ）に示すように、光検出器１１０及び光検出器１１０Ａでそれぞれタイミングを異ならせて取得された画像を合成することができ、１台の光検出器１１０で画像を取得する場合と比べ、画像の取得間隔におけるデータの不足分を補うことができるようになっている。

特に、三軸駆動装置１１２が静止することなく連続的に照射位置を移動させるような場合、１台の光検出器１１０で画像を取得しようとするとどうしても画像の取得間隔が空いてしまうため、データが不足してしまうこととなるが、第３実施形態では、２台の光検出器１１０及び光検出器１１０Ａで画像を取得することができるので、画像の取得間隔にも十分に対応することができ、１台の光検出器１１０で画像を取得する場合と比べ、高精度の測定を行うことが可能となる。

以上のように、第３実施形態に係る共焦点顕微鏡３００によれば、対物レンズ１０８と撮像手段（光検出器１１０及び光検出器１１０Ａ）との間に配置され、被測定物Ｗの表面にて反射された戻り光を二つの方向に分岐させるビームスプリッタ３０１を更に備え、撮像手段は、ビームスプリッタ３０１により分岐された戻り光のうち一方の戻り光に基づいて被測定物Ｗの画像を撮像する光検出器１１０と、他方の戻り光に基づいて被測定物Ｗの画像を撮像する光検出器１１０Ａと、を備え、演算部１１１は、光検出器１１０により撮像された複数の画像及び光検出器１１０Ａにより撮像された複数の画像に基づいて、被測定物Ｗの三次元形状データを生成するので、光検出器１１０及び光検出器１１０Ａでそれぞれ取得された画像を合成することができることとなって、１台の光検出器１１０で画像を取得する場合と比べ、画像の取得間隔におけるデータの不足分を補うことができ、高精度の測定を行うことができる。

なお、第２実施形態に係る共焦点顕微鏡２００において、第３実施形態のように、２台の光検出器１１０及び光検出器１１０Ａで画像を取得する構成とすることも当然に可能である。この場合、第３実施形態のように、ビームスプリッタ３０１、ミラー３０２及びチューブレンズ１０９Ａを備える構成にするとよい。

以上、本発明に係る実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。

例えば、上記実施形態では、図３及び図４に示すように、複数のマイクロミラーを１枚ずつ順次「明」状態とするとともに、残りのマイクロミラーを「暗」状態とする投影パターンを採用しているが、これに限定されるものではなく、例えば、図１０に示すように、複数のマイクロミラーを１列ずつ順次「明」状態とするとともに、残りの列のマイクロミラーを「暗」状態とする投影パターンを採用するようにしてもよい。そうすることで、１枚ずつ順次「明」状態とする投影パターンと比べ、全てのマイクロミラーを「明」状態とする時間を大幅に短縮することができるので、光検出器１１０による画像取得を高速化することができる。なお、１列ずつ順次「明」状態とする投影パターンの代わりに、複数のマイクロミラーを複数枚ずつ（例えば、２枚ずつ）順次「明」状態とする投影パターンや、複数列ずつ（例えば、２列ずつ）順次「明」状態とする投影パターンを採用した場合も、同様に光検出器１１０による画像取得を高速化することができる。
上記のように、ＤＭＤ１０３による光の反射パターン（投影パターン）を制御することにより、ユーザのニーズに合わせて測定精度や測定速度を柔軟に変更することができる。

また、上記実施形態では、光反射手段としてＤＭＤ１０３を例示して説明しているが、これに限定されるものではなく、例えば、光反射手段としてＭＥＭＳミラーアレイを用いるようにしてもよい。

また、上記実施形態では、三軸駆動装置１１２が対物レンズ１０８を含む共焦点顕微鏡１００全体をＸ、Ｙ、Ｚ方向に移動させることにより、被測定物Ｗと対物レンズ１０８との間のＺ方向における相対距離を変化させるようにしているが、これに限定されるものではなく、例えば、被測定物ＷをＸ、Ｙ、Ｚ方向に移動可能なステージ上に載置する等して、被測定物Ｗの側をＸ、Ｙ、Ｚ方向に移動させるようにしてもよい。

また、第１及び第２実施形態では、シャッター速度の制限により画像が取得できなかった場合に、演算によって補正されたデータＤを利用して不足分を補正するようにしているが、これに限定されるものではなく、例えば、取得できた画像のみを用いて三次元形状測定を行うようにしてもよい。

その他、共焦点顕微鏡を構成する各装置の細部構成及び細部動作に関しても、本発明の趣旨を逸脱することのない範囲で適宜変更可能である。

１００、２００、３００ 共焦点顕微鏡
１０１ 光源
１０２、１０５、１０６、１０７ ミラー
２０１、２０２、２０３、２０４ ミラー
３０２ ミラー
１０３ ＤＭＤ（光反射手段）
１０４ ＤＭＤ制御部（光反射制御手段）
１０８ 対物レンズ
３０１ ビームスプリッタ（光分岐手段）
１０９、１０９Ａ チューブレンズ
１１０ 光検出器（撮像手段；第１の撮像手段）
１１０Ａ 光検出器（第２の撮像手段）
１１１ 演算部（演算手段）
１１２ 三軸駆動装置（照射位置決定手段）
１１３ 制御部
Ｗ 被測定物

Claims (4)

1. 光源と、
   前記光源により出射された光を、当該光を反射させる領域のうち予め選択された一部の領域のみで、被測定物に向かう光路上に反射させる光反射手段と、
   前記光反射手段による前記光源により出射された光の反射を制御する光反射制御手段と、
   前記光反射手段と前記被測定物との間に配置され、前記光反射手段により前記光路上に反射された光と、前記被測定物の表面にて反射された戻り光と、を通過させる対物レンズと、
   前記被測定物と前記対物レンズとの間の相対距離を変化させて、前記被測定物に対する前記光の照射位置を決定する照射位置決定手段と、
   前記照射位置決定手段により決定された照射位置毎に、前記被測定物の表面にて反射された戻り光に基づいて前記被測定物の画像を撮像する撮像手段と、
   前記撮像手段により撮像された複数の画像に基づいて、前記被測定物の三次元形状データを生成する演算手段と、
   を備え、
   前記光反射制御手段は、前記光反射手段を制御して、前記一部の領域を順次切り替えることを特徴とする共焦点顕微鏡。
2. 前記光反射手段は、格子状に配列された複数のマイクロミラーを備えるＤＭＤ（Digital Mirror Device）であり、
   前記光反射制御手段は、前記複数のマイクロミラーを所定の枚数ずつ順次前記光源により出射された光を前記光路上に反射させるように制御するとともに、残りのマイクロミラーを、前記光源により出射された光を前記光路上に反射させないように制御することを特徴とする請求項１に記載の共焦点顕微鏡。
3. 前記光反射手段は、前記被測定物の表面にて反射された戻り光を、前記撮像手段に向かう光路上に反射させる位置に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の共焦点顕微鏡。
4. 前記対物レンズと前記撮像手段との間に配置され、前記被測定物の表面にて反射された戻り光を二つの方向に分岐させる光分岐手段を更に備え、
   前記撮像手段は、
   前記光分岐手段により分岐された戻り光のうち一方の戻り光に基づいて前記被測定物の画像を撮像する第１の撮像手段と、
   他方の戻り光に基づいて前記被測定物の画像を撮像する第２の撮像手段と、を備え、
   前記演算手段は、前記第１の撮像手段により撮像された複数の画像及び前記第２の撮像手段により撮像された複数の画像に基づいて、前記被測定物の三次元形状データを生成することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の共焦点顕微鏡。

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