JP3518923B2 - Automatic image forming equipment for confocal scanning optical microscope - Google Patents

Automatic image forming equipment for confocal scanning optical microscope

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JP3518923B2
JP3518923B2 JP07887195A JP7887195A JP3518923B2 JP 3518923 B2 JP3518923 B2 JP 3518923B2 JP 07887195 A JP07887195 A JP 07887195A JP 7887195 A JP7887195 A JP 7887195A JP 3518923 B2 JP3518923 B2 JP 3518923B2
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sample
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light
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、共焦点走査型光学顕微
鏡の自動画像形成装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an automatic image forming apparatus for a confocal scanning optical microscope.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、点状光源によって観察試料を点状
に照明し、この照明された試料からの透過光または反射
光を再び点状に結像させて、ピンホール開口を有する検
出器で像の濃度情報を得る共焦点光学系を有する顕微鏡
があった。
2. Description of the Related Art Conventionally, a point light source illuminates an observation sample in a point shape, and transmitted light or reflected light from the illuminated sample is imaged again in a point shape, and a detector having a pinhole opening is used. There have been microscopes with confocal optics to obtain image density information.

【0003】以下、この共焦点光学系を有する顕微鏡に
ついて図7を参照して説明する。
A microscope having this confocal optical system will be described below with reference to FIG.

【0004】図7(a)はその概略構成図であって、点
状光源31から出た光は、ハーフミラー32を通過し、
収差の良く補正された対物レンズ33によって観察試料
34上に点として結像され、観察試料34を照明するよ
うになっている。
FIG. 7 (a) is a schematic configuration diagram thereof, in which light emitted from a point light source 31 passes through a half mirror 32,
An image is formed as a point on the observation sample 34 by the objective lens 33 whose aberration is corrected well, and the observation sample 34 is illuminated.

【0005】この観察試料34で反射した光は、再び対
物レンズ33を通った後にハーフミラー32で反射さ
れ、集光する。この集光位置にはピンホール開口を形成
したピンホール板35が配置され、そのピンホール開口
を通過した光は光検出器36で検出される。そして、観
察試料34をテレビのラスター走査と同じように2次元
走査することによって、観察試料34の2次元画像が得
られるようになっている。
The light reflected by the observation sample 34 passes through the objective lens 33 again, and then is reflected by the half mirror 32 to be condensed. A pinhole plate 35 having a pinhole opening is arranged at this condensing position, and light passing through the pinhole opening is detected by a photodetector 36. Then, the two-dimensional image of the observation sample 34 is obtained by two-dimensionally scanning the observation sample 34 in the same manner as the raster scanning of the television.

【0006】ところで、図7(a)中に破線で示す光
は、対物レンズ33の集光位置からずれた位置Lからの
光を示している。このずれた光は、ピンホール板35の
ピンホール開口の位置では集光しないので、ピンホール
板35を通過できず、光検出器36には到達しない。こ
のことから、このような光学系では、対物レンズ33の
集光位置つまり合焦位置のみの画像を得ることが可能に
なる。
By the way, the light shown by the broken line in FIG. 7A is the light from the position L deviated from the condensing position of the objective lens 33. This displaced light is not condensed at the position of the pinhole opening of the pinhole plate 35, so it cannot pass through the pinhole plate 35 and does not reach the photodetector 36. From this, with such an optical system, it is possible to obtain an image only at the focusing position of the objective lens 33, that is, the focusing position.

【0007】これは、観察試料34の観察面が平面状の
場合には有効であるが、図7(b)のように観察面が段
状で高さの異なる部分が複数存在する非平面状の観察試
料34の場合には画像を得ることが困難である。図7
(b)で示す観察試料34は、高さの高い部分Bと、高
さの低い部分Cと、高さの中間部分Aとからなり、いま
例えばAの観察面に合焦した場合、通常の光学顕微鏡で
はBやCの観察面はぼけてしまう。このため、一度の観
察操作によりA,B,Cの全部の観察面に合焦した画像
を得ることは不可能である。
This is effective when the observation surface of the observation sample 34 is flat, but as shown in FIG. 7 (b), the observation surface has a stepped shape and a non-planar shape having a plurality of portions with different heights. In the case of the observation sample 34, it is difficult to obtain an image. Figure 7
The observation sample 34 shown in (b) is composed of a high-height portion B, a low-height portion C, and an intermediate height portion A. When, for example, the observation surface of A is focused, The observation surfaces of B and C are blurred with an optical microscope. Therefore, it is impossible to obtain an image focused on all the observation planes A, B, and C by a single observation operation.

【0008】もちろん、図7(a)の顕微鏡を用いて図
7(b)の観察試料34の観察面の画像を得る場合に
は、例えばAの観察面をピント合わせた画像を保存し、
同じようにして得られたBの観察面の画像と、Cの観察
面の画像と保存してすべてたし合せれば、全面に合焦し
た画像を得ることができる。この場合、実際には、各画
素について、明るさの最大値を保持させればよい。
Of course, when obtaining an image of the observation surface of the observation sample 34 of FIG. 7 (b) using the microscope of FIG. 7 (a), for example, an image obtained by focusing the observation surface of A is stored,
If the image of the B observation surface and the image of the C observation surface obtained in the same manner are stored and added together, an image focused on the entire surface can be obtained. In this case, in practice, the maximum brightness value may be held for each pixel.

【0009】以上の光学的特性を利用して試料の表面形
状を測定することができる。この技術について「THEORY
AND PRACTICE OF SCANNING OPTICAL MICROSCOPY」
(P.126〜P.130)に開示されている。
The surface shape of the sample can be measured by utilizing the above optical characteristics. About this technology "THEORY
AND PRACTICE OF SCANNING OPTICAL MICROS COPY ''
(P.126 to P.130).

【0010】ここでは、試料の1点に集光し、その点に
ついて光軸方向(Z軸方向)に走査を行ない、走査中に
輝度が最高となるZ位置を検出して記憶する。次に、集
光した光をX方向に移動させ、その点位置でZ軸方向に
走査を行なって走査中の輝度が最高となるZ位置を検出
して記憶する。以上の走査を繰返しX方向及びY方向に
行なうことにより、試料の表面の形状(凹凸)を測定す
ることができるものである。
Here, the light is focused on one point of the sample, the point is scanned in the optical axis direction (Z-axis direction), and the Z position at which the brightness is maximized during scanning is detected and stored. Next, the condensed light is moved in the X direction, scanning is performed in the Z axis direction at the point position, and the Z position at which the brightness during scanning is the highest is detected and stored. By repeating the above scanning in the X and Y directions, the surface shape (concavities and convexities) of the sample can be measured.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】上述した共焦点光学系
を有する顕微鏡では、観察試料が対物レンズの焦点位置
から外れると画像が消えてしまうことになる。焦点位置
から外れるということは、そのときの試料の位置が最も
高い場所を過ぎた位置か、もしくは最も低い場所を過ぎ
た位置であることを示している。この特性を利用して、
試料の最も高い位置と最も低い位置を自動的に設定する
ことができる。
In the microscope having the confocal optical system described above, the image disappears when the observation sample deviates from the focus position of the objective lens. Deviating from the focus position indicates that the position of the sample at that time is past the highest position or the lowest position. Utilizing this characteristic,
The highest position and the lowest position of the sample can be set automatically.

【0012】この技術は特開平6−308393号に開
示されている。すなわち、試料が合焦位置からはずれて
いけばいくほど、得られる画像全体が黒くなっていく。
これは、画像を形成している各画素の輝度レベルが零に
近くなると共に、この輝度レベルの画素数が増加してい
くことを示している。特開平6−308393号では、
画像の輝度信号のレベルを設定し、そのレベルの画素が
全体の画素に占める割合を調べることで、試料の最も高
い位置と最も低い位置の判断を行なっている。
This technique is disclosed in JP-A-6-308393. That is, the farther the sample is from the in-focus position, the darker the entire image obtained.
This indicates that the brightness level of each pixel forming an image approaches zero and the number of pixels of this brightness level increases. In Japanese Patent Laid-Open No. 6-308393,
The highest position and the lowest position of the sample are determined by setting the level of the luminance signal of the image and checking the ratio of the pixels of that level to all the pixels.

【0013】しかしながら、例えば上記図7(b)に示
した形状の観察試料34において、A面とB面、もしく
はB面とC面の間の切り立った面の傾斜がきついような
場合、この斜面で反射した光はほとんど対物レンズに戻
らない可能性がある。このため、このような位置での画
像信号は、黒レベルの画像がほとんどになる。この状態
は、試料が合焦位置から外れた状態と酷似している。こ
のため、特開平6−308393号の技術では、合焦位
置が斜面にあるにも拘らず、試料の最も高い位置か最も
低い位置を検出したという、誤った判断をしてしまう可
能性が常にあり、信頼性に乏しいという不具合があっ
た。
However, for example, in the observation sample 34 having the shape shown in FIG. 7B, when the steep surface between the A surface and the B surface or the B surface and the C surface has a steep inclination, The light reflected by may not return to the objective lens. Therefore, most of the image signals at such positions are black level images. This state is very similar to the state where the sample is out of focus. Therefore, in the technique of Japanese Patent Laid-Open No. 6-308393, there is always a possibility of making an erroneous judgment that the highest position or the lowest position of the sample is detected, even though the focus position is on the slope. Yes, there was a problem of poor reliability.

【0014】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、複数の異なった高さの平面を持ち、且つそれぞれの
平面の間の斜面が急峻な形状を有した観察試料を測定す
る場合であっても、その測定範囲の自動設定を正確に行
なうことができ、さらに自動設定中の試料と対物レンズ
との干渉を未然に防ぐことも可能な走査型光学顕微鏡の
自動画像形成装置を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and is for the case of measuring an observation sample having a plurality of planes having different heights and having a steep slope between the planes. Even if there is, it is possible to accurately set the measurement range automatically, and to prevent interference between the sample and the objective lens during automatic setting .
An object is to provide an automatic image forming apparatus .

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は、
ステージ上に載置された観察試料を点状光源によって照
射し、この観察試料に照射された光を再び集光する対物
レンズと、前記対物レンズにより集光された観察試料上
の前記光と前記観察試料とを相対的に走査する走査手段
と、前記観察試料からの反射光を検出する光検出手段
と、前記対物レンズの焦点位置と観察試料との相対的な
位置を光軸方向に移動する移動手段とを有する走査型顕
微鏡であって、前記観察試料の異なる高さの平面領域数
を設定する平面数設定手段と、前記光検出手段の検出信
号のレベルが予め設定された信号レベル以下である画素
数を計数する画素数計数手段と、前記移動手段により光
軸方向に移動させ、前記画素数計数手段からの画素数が
予め設定された画素数以上となったか否かにより観察試
料の走査位置が平面領域であるか否か検出する第1の検
出手段と、前記第1の検出手段の検出結果と、前記平面
数設定手段で設定した平面領域数とに基づいて観察試料
の上限位置と下限位置とを検出する第2の検出手段とを
備えるようにしている。
The invention according to claim 1 is
A point light source illuminates the observation sample placed on the stage.
An objective that refocuses the light emitted from the observation sample.
On the observation sample collected by the lens and the objective lens
Means for relatively scanning the light and the observation sample
And light detection means for detecting the reflected light from the observation sample
And a scanning microscope having moving means for moving a relative position between the focal position of the objective lens and the observation sample in the optical axis direction, wherein the number of plane regions of different heights of the observation sample is set. The plane number setting means and the detection signal of the light detecting means.
Pixels whose signal level is below a preset signal level
The pixel number counting means for counting the number and the moving means
First detecting means that is moved in the axial direction and detects whether or not the scanning position of the observation sample is a flat area by determining whether or not the number of pixels from the pixel number counting means is equal to or more than a preset number of pixels; , the detection result of the first detecting means, so as to comprise a second detection means for detecting the upper limit position and lower limit position of the observation sample based on the plane area number and set in the plane-setting means There is.

【0016】請求項2記載の発明では、請求項1記載の
発明において、前記第2の検出手段は、観察試料の上限
位置を先に検出し、観察試料の下限位置を検出する際の
前記移動手段による移動範囲に制限を与えるようにして
いる。また、請求項3記載の発明では、請求項2記載の
発明において、前記移動範囲の制限は、前記対物レンズ
の動作距離内であるようにしている。
[0016] In a second aspect of the present invention is the invention of claim 1, wherein said second detection means, the upper limit position of the observation sample is detected earlier, in detecting the lower limit position of the observation sample
The moving range of the moving means is limited. In the invention of claim 3, the invention of claim 2
In the invention, the movement range is limited to the objective lens.
Try to be within the operating distance of.

【0017】[0017]

【作用】この結果、請求項1記載の発明によれば、複数
の異なった高さの平面を持ち、且つそれぞれの平面の間
の斜面が急峻な形状を有した観察試料を測定する場合で
あっても、対物レンズの焦点位置と観察試料との相対的
な位置を移動させてその上下限位置を正確に検出し、測
定範囲の自動設定を確実に行なうことができる。
As a result, according to the invention described in claim 1, there is a case of measuring an observation sample having a plurality of planes having different heights and having a steep slope between the planes. However, the relative position between the focus position of the objective lens and the observation sample can be moved to accurately detect the upper and lower limit positions thereof, and the automatic setting of the measurement range can be surely performed.

【0018】また請求項2記載の発明によれば、請求項
1記載の発明の効果に加えて、対物レンズの焦点位置と
観察試料との相対的な位置を移動させて観察試料の上下
限位置を自動設定する際、観察試料と対物レンズとの干
渉を未然に防ぐことができる。
According to the invention of claim 2, in addition to the effect of the invention of claim 1, the relative position between the focal position of the objective lens and the observation sample is moved to set the upper and lower limit positions of the observation sample. When automatically setting, the interference between the observation sample and the objective lens can be prevented in advance.

【0019】[0019]

【実施例】以下本発明の一実施例について図面を参照し
て説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0020】図1は共焦点走査型光学顕微鏡全体のシス
テム構成を示している。同図で1が共焦点走査型光学顕
微鏡であり、2が走査光の光源となるレーザ光源であ
る。このレーザ光源2より発生されたスポット光として
のレーザ光は、ミラー3で全反射され、ハーフミラー4
を介した後に2次元走査機構5に送られる。
FIG. 1 shows the system configuration of the entire confocal scanning optical microscope. In the figure, 1 is a confocal scanning optical microscope, and 2 is a laser light source which is a light source of scanning light. The laser light as the spot light generated from the laser light source 2 is totally reflected by the mirror 3, and the half mirror 4
And then sent to the two-dimensional scanning mechanism 5.

【0021】この2次元走査機構5は、例えばX軸方向
走査用のガルバノミラーとY軸方向走査用のガルバノミ
ラーとを有しており、後述するXY走査制御ユニット1
6からの制御を受けて2つのガルバノミラーをX軸方
向、Y方向に振ることでスポット光をテレビのラスター
走査と同様にXY走査するもので、この2次元走査機構
5により走査されたスポット光は、レボルバ6を介して
対物レンズ7より微動ステージ9上に載置支持された試
料8に照射される。
The two-dimensional scanning mechanism 5 has, for example, a galvano mirror for scanning in the X-axis direction and a galvano mirror for scanning in the Y-axis direction, and the XY scanning control unit 1 to be described later.
Under the control of 6, the two galvano mirrors are swung in the X-axis direction and the Y-direction to scan the spot light in the same way as the raster scan of the television, and the spot light scanned by the two-dimensional scanning mechanism 5 is scanned. Is radiated from the objective lens 7 through the revolver 6 onto the sample 8 mounted and supported on the fine movement stage 9.

【0022】すなわち、レボルバ6は、倍率の異なる複
数の対物レンズ7を保持したものであり、微動ステージ
9は試料8を保持するものである。また、微動ステージ
9は粗動ステージ10上に設けられる。
That is, the revolver 6 holds a plurality of objective lenses 7 having different magnifications, and the fine movement stage 9 holds the sample 8. The fine movement stage 9 is provided on the coarse movement stage 10.

【0023】対物レンズ7のうち、所望の倍率を持つも
のをレボルバ6により切換えて顕微鏡の観察光路中に位
置設定することで、この位置設定された対物レンズ7を
介して2次元走査機構5からのスポット光を微動ステー
ジ9上の試料8に2次元走査しながら照射することがで
きる。
Among the objective lenses 7, one having a desired magnification is switched by the revolver 6 to set the position in the observation optical path of the microscope, and the two-dimensional scanning mechanism 5 is moved from the two-dimensional scanning mechanism 5 via the objective lens 7 set in this position. It is possible to irradiate the sample 8 on the fine movement stage 9 with the spot light while scanning two-dimensionally.

【0024】この照射による反射光は対物レンズ7を通
って2次元走査機構5に戻り、2次元走査機構5からハ
ーフミラー4へと戻される。
The reflected light by this irradiation returns to the two-dimensional scanning mechanism 5 through the objective lens 7 and is returned from the two-dimensional scanning mechanism 5 to the half mirror 4.

【0025】ハーフミラー4は、2次元走査機構5に対
するレーザ光源2の出射光路上に設けられ、2次元走査
機構5を介して得られる試料8からの反射光を検出系に
導くためのもので、ハーフミラー4で得られた試料8か
らの反射光はレンズ11により集光され、所定の径に開
口したピンホール板12を介して光検出器13に送られ
る。
The half mirror 4 is provided on the emission optical path of the laser light source 2 with respect to the two-dimensional scanning mechanism 5, and is for guiding the reflected light from the sample 8 obtained through the two-dimensional scanning mechanism 5 to the detection system. The reflected light from the sample 8 obtained by the half mirror 4 is condensed by the lens 11 and sent to the photodetector 13 via the pinhole plate 12 having an opening of a predetermined diameter.

【0026】すなわち、光検出器13は、その受光面の
前面にレンズ11とピンホール板12とを配し、レンズ
11の焦点位置にピンホール板12が位置するもので、
このピンホール板12を介して得られる光をその光量に
対応したアナログの電気信号(輝度信号)に変換し、画
像処理ユニット14へ送出する。
That is, the photodetector 13 has the lens 11 and the pinhole plate 12 arranged on the front surface of its light receiving surface, and the pinhole plate 12 is located at the focal position of the lens 11.
The light obtained through the pinhole plate 12 is converted into an analog electric signal (luminance signal) corresponding to the amount of light and sent to the image processing unit 14.

【0027】この画像処理ユニット14は、2つの画像
メモリ14A,14Bを有しており、それぞれ1フレー
ム分の記憶容量を有するものであり、ここでは共に、例
えば512画素×512画素×8ビット(256階調)
を1フレーム分として画像を記憶するものとする。
The image processing unit 14 has two image memories 14A and 14B, each of which has a storage capacity for one frame. Here, for example, 512 pixels × 512 pixels × 8 bits ( (256 gradations)
The image is stored as 1 frame.

【0028】このうち画像メモリ14Aは、上記光検出
器13で得られた反射光の輝度情報を、スポット光の現
在のXY走査位置に対応した画素位置に8ビットデータ
として記憶することで画像信号を記憶するものである。
Of these, the image memory 14A stores the brightness information of the reflected light obtained by the photodetector 13 as 8-bit data at a pixel position corresponding to the current XY scanning position of the spot light, thereby generating an image signal. Is to remember.

【0029】この記憶は、前回のその走査位置での輝度
情報よりも今回の輝度情報の方が大きい(明るい)場合
に、その走査画素位置の画像情報として更新保存するこ
とで、高さ位置の異なる画像を足し込むことができるよ
うにしたものである。
When the current brightness information is larger (brighter) than the brightness information at the previous scan position, this memory is updated and saved as the image information at the scan pixel position, so that the height position This is so that different images can be added.

【0030】また画像メモリ14Bは、スポット光の現
在のXY走査位置に対応した画素位置にZ移動方向の情
報、具体的にはZ移動回路15からレボルバ6が何回移
動したかを数えた回数の値が与えられる。
Further, the image memory 14B counts the number of times the revolver 6 has moved from the Z moving circuit 15 to the information on the Z moving direction at the pixel position corresponding to the current XY scanning position of the spot light. The value of is given.

【0031】この場合に画像処理ユニット14は、画像
メモリ14Aの画像データを参照して、前回のその位置
での輝度情報よりも今回の輝度情報のレベルが高い場合
に、画像メモリ14Bに対して上記回数の値をデータと
して更新させ、記憶保存させる機能を持たせてある。
In this case, the image processing unit 14 refers to the image data in the image memory 14A, and when the level of the luminance information of this time is higher than the luminance information of the position at the previous time, the image processing unit 14B is compared with the image memory 14B. A function of updating the value of the number of times as data and storing and storing is provided.

【0032】画像メモリ14Bにはこのようにして、各
画素位置においてその画素位置で最大輝度を示す情報が
あるときのレボルバ移動回数値がZ走査方向の情報(こ
の情報は高さ位置を示すことになる)として記憶され
る。
In this way, when the image memory 14B has information indicating the maximum brightness at each pixel position, the revolver movement count value is the information in the Z scanning direction (this information indicates the height position). Will be stored).

【0033】画像処理ユニット14に対してのスポット
光の現在のXY走査位置情報はXY走査制御ユニット1
6よりコンピュータ17を介して与えられる。画像処理
ユニット14は、上記光検出器13からの出力信号を受
けて自動画像形成の際の自動範囲設定とその設定値のコ
ンピュータ17への伝達とZ移動回路15の制御、後述
する端面検出、合焦位置の移動制御等を行なうと共に、
画像メモリ14A,14Bに記憶したデータを読出して
コンピュータ17に与える処理を行なう。
The current XY scanning position information of the spot light for the image processing unit 14 is the XY scanning control unit 1.
6 through the computer 17. The image processing unit 14 receives the output signal from the photodetector 13 and automatically sets the automatic range at the time of automatic image formation, transmits the set value to the computer 17, controls the Z movement circuit 15, and detects an end face described later. In addition to controlling movement of the focus position,
The data stored in the image memories 14A and 14B are read out and given to the computer 17.

【0034】Z移動回路15は、コンピュータ17また
は上記画像処理ユニット14に制御されて上記レボルバ
6をその高さ方向、すなわちZ軸方向に基準幅単位で移
動させるべく制御を行なう回路であり、レボルバ6を基
準幅単位で移動させる毎にその位置情報をカウントする
カウント機能と、そのカウント値を上記画像メモリ14
Bへ送出する機能とを有している。
The Z moving circuit 15 is a circuit controlled by the computer 17 or the image processing unit 14 so as to move the revolver 6 in the height direction, that is, the Z-axis direction in units of reference width. The count function for counting the position information each time 6 is moved in the unit of the reference width, and the count value are stored in the image memory 14
It has the function of sending to B.

【0035】しかるに、この画像処理ユニット14とZ
移動回路15及び上記2次元走査機構5を制御するXY
走査制御ユニット16を統括制御するものとして、コン
ピュータ17が設けられる。このコンピュータ17は、
上記XY走査制御ユニット16、Z移動回路15及び画
像処理ユニット14の統括制御の他に、画像データの保
存、再生、編集等を行なうなど、全体の制御、処理の中
枢を担うもので、必要な情報や画像等をモニタディスプ
レイ18により表示出力する。
However, the image processing unit 14 and Z
XY for controlling the moving circuit 15 and the two-dimensional scanning mechanism 5
A computer 17 is provided to integrally control the scan control unit 16. This computer 17
In addition to the overall control of the XY scanning control unit 16, the Z movement circuit 15 and the image processing unit 14, it is the center of overall control and processing such as saving, reproducing and editing image data, and is required. Information and images are displayed and output on the monitor display 18.

【0036】さらに、試料8の測定を行なう際に、微動
ステージ9に載せた試料8に対する大まかなピント合わ
せを行なうものとして、テレビ光学系が用意されてい
る。これは、レーザ走査による共焦点画像でピント合わ
せを行なう場合に、焦点深度が極端に浅いためにやや使
いづらい点を考慮して用いられるものである。
Further, a television optical system is prepared for roughly focusing on the sample 8 mounted on the fine movement stage 9 when the sample 8 is measured. This is used in consideration of the point that it is slightly difficult to use because the focal depth is extremely shallow when focusing is performed on a confocal image obtained by laser scanning.

【0037】すなわち、白色光源19で発生された光が
レンズ20を介した後にハーフミラー21で全反射さ
れ、レンズ22を介して、2次元走査機構5とレボルバ
6の間のレーザ光路に挿入されたミラー23で反射され
て、レボルバ6を介して対物レンズ7より微動ステージ
9上に載置支持された試料8に照射される。
That is, the light generated by the white light source 19 is totally reflected by the half mirror 21 after passing through the lens 20, and is inserted into the laser optical path between the two-dimensional scanning mechanism 5 and the revolver 6 through the lens 22. The sample 8 is reflected by the mirror 23 and is radiated from the objective lens 7 through the revolver 6 to the sample 8 mounted and supported on the fine movement stage 9.

【0038】そして、この照射による反射光は対物レン
ズ7を通ってミラー23により反射され、レンズ22を
介した後に上記ハーフミラー21を通過し、レンズ24
によりテレビカメラ25上に結像する。
The light reflected by this irradiation passes through the objective lens 7, is reflected by the mirror 23, passes through the lens 22, and then passes through the half mirror 21, and the lens 24
The image is formed on the television camera 25 by.

【0039】このテレビカメラ25で撮影された試料画
像は、上記モニタディスプレイ18で表示されるもの
で、観察者はこのモニタディスプレイ18の画像を見な
がら粗動ステージ10を動かしてピント合わせを行な
う。このとき観察者は、試料8のおおよその形状と合焦
位置とを知ることができる。
The sample image taken by the television camera 25 is displayed on the monitor display 18, and the observer moves the coarse movement stage 10 while looking at the image on the monitor display 18 for focusing. At this time, the observer can know the approximate shape and in-focus position of the sample 8.

【0040】次に、上記実施例の動作として、レーザ光
源2で発生されたレーザ光によって試料8の形状を測定
する場合の詳細を説明する。試料形状を測定するにあた
っては、高さ方向(Z軸方向)の測定範囲を設定する必
要がある。ここで、本発明による測定範囲の自動設定が
用いられるものである。
Next, as the operation of the above-mentioned embodiment, details of the case where the shape of the sample 8 is measured by the laser light generated by the laser light source 2 will be described. When measuring the sample shape, it is necessary to set the measurement range in the height direction (Z-axis direction). Here, the automatic setting of the measurement range according to the present invention is used.

【0041】以下の説明では、試料8として図2に示す
ような形状のものを用いるものとする。図2(a)で示
す試料8は、高さの高い平面部分A、高さの低い平面部
分E、これらA面とE面との間に位置する高さの中間の
平面部分C、上記A面とC面との間の斜面部分B、上記
C面とE面との間の斜面部分D及び上記E面と試料8底
面との間の斜面部分Fを有し、各斜面部分B,D,Fは
切立った急峻なものとする。
In the following description, it is assumed that the sample 8 has a shape as shown in FIG. The sample 8 shown in FIG. 2 (a) includes a flat portion A having a high height, a flat portion E having a low height, a flat intermediate portion C having a height intermediate between these planes A and E, and the above A. The inclined surface portion B between the surface C and the surface C, the inclined surface portion D between the surface C and the surface E, and the inclined surface portion F between the surface E and the bottom surface of the sample 8 respectively. , F shall be sharp and steep.

【0042】そして、上記テレビ光学系で大まかに合わ
せた合焦位置を同図(a)中の合焦初期位置Xとする。
また、図2(b)に試料8の側面図を併せて示す如く、
合焦初期位置XからA面の方向を上限方向、合焦初期位
置XからE面の方向を下限方向と仮定する。
Then, the focus position roughly adjusted by the television optical system is set as the focus initial position X in FIG.
In addition, as shown in FIG. 2B together with a side view of the sample 8,
It is assumed that the direction from the initial focusing position X to the surface A is the upper limit direction, and the direction from the initial focusing position X to the surface E is the lower limit direction.

【0043】図3及び図4は主として画像処理ユニット
14による動作処理内容を示すもので、その当初には各
パラメータの設定を行なう(ステップS1〜S7)。
FIGS. 3 and 4 mainly show the contents of the operation processing by the image processing unit 14, and at the beginning, each parameter is set (steps S1 to S7).

【0044】まず、検出基準レベルVref の設定を行な
う(ステップS1)。
First, the detection reference level Vref is set (step S1).

【0045】この検出基準レベルVref は、光検出器1
3からの画像信号Vinのレベルとの比較に用いられるも
のである。前述した如く試料8が対物レンズ7の合焦位
置から外れた状態や反射したレーザ光が戻ってこない状
態では、光検出器13からの画像信号Vinが理想的には
零となる。したがって、検出基準レベルVref の値も零
に設定すればよいが、通常、画像信号Vinにはノイズ成
分等が重畳されている場合も多々あるため、零もしくは
零に近いレベルが設定されるものである。
This detection reference level Vref is the photodetector 1
It is used for comparison with the level of the image signal Vin from No. 3. As described above, the image signal Vin from the photodetector 13 is ideally zero when the sample 8 is out of the focus position of the objective lens 7 or when the reflected laser light does not return. Therefore, the value of the detection reference level Vref may be set to zero, but usually, a noise component or the like is often superposed on the image signal Vin, so that a level of zero or a level close to zero is set. is there.

【0046】次に検出基準画素数Nref の設定を行なう
(ステップS2)。
Next, the detection reference pixel number Nref is set (step S2).

【0047】この検出基準画素数Nref は、レーザ画像
を構成する総画素数に対して、画像信号Vinが検出基準
レベルVref 以下であったときの画素数を示すものであ
る。試料8が対物レンズ7の合焦位置から外れた状態や
反射したレーザ光が戻ってこない状態に近付くほど画像
上の黒い領域が増えてくる、すなわち検出基準レベルV
ref 以下の画像信号Vinであった画素の割合が増えてく
るものである。このような性質を踏まえた上で、検出基
準画素数Nref の値が設定されることになる。
This detection reference pixel number Nref indicates the number of pixels when the image signal Vin is below the detection reference level Vref with respect to the total number of pixels forming the laser image. The black area on the image increases as the sample 8 moves away from the in-focus position of the objective lens 7 or the reflected laser light does not return, that is, the detection reference level V.
The proportion of pixels having the image signal Vin equal to or lower than ref increases. Based on such a property, the value of the detection reference pixel number Nref is set.

【0048】次に上限方向の面数Nupの設定を行なう
(ステップS3)。
Next, the number of surfaces Nup in the upper limit direction is set (step S3).

【0049】この上限方向の面数Nupは、合焦初期位置
Xから上限方向にある平面の数を示すもので、本実施例
では図2に示す如く合焦初期位置Xより上限方向にある
平面はA面のみであるので、「Nup=1」となる。
The number of surfaces Nup in the upper limit direction indicates the number of planes located in the upper limit direction from the in-focus initial position X, and in the present embodiment, the planes in the upper limit direction from the in-focus initial position X as shown in FIG. Since there is only the A side, “Nup = 1”.

【0050】次に下限方向の面数Ndownの設定を行なう
(ステップS4)。
Next, the number of surfaces Ndown in the lower limit direction is set (step S4).

【0051】この下限方向の面数Ndownは、合焦初期位
置Xから下限方向にある平面の数を示すもので、本実施
例では図2に示す如く合焦初期位置Xより下限方向にあ
る平面はC面とE面であるので、「Ndown=2」とな
る。
The number of planes Ndown in the lower limit direction indicates the number of planes located in the lower limit direction from the in-focus initial position X, and in this embodiment, the planes in the lower limit direction from the in-focus initial position X as shown in FIG. Is C-plane and E-plane, so "Ndown = 2".

【0052】次に上限方向と下限方向のいずれを先に検
出するか、その検出方向の設定を行なう(ステップS
5)。
Next, which of the upper limit direction and the lower limit direction is detected first is set (step S).
5).

【0053】上下限の方向は、基本的にはどちらから先
に行ってもよいが、対物レンズ7の動作距離よりも測定
範囲(試料8の形状)が広い場合では、試料8と対物レ
ンズ7とが物理的に干渉する危険性がある。そのため、
最初に対物レンズ7と試料8との間隔が広がる方向、す
なわち上限方向を検出するように移動させたほうがよい
ことになる。
Basically, the upper and lower limits may be moved first, but when the measurement range (shape of the sample 8) is wider than the operating distance of the objective lens 7, the sample 8 and the objective lens 7 are moved. There is a risk of physical interference between and. for that reason,
First, it is better to move the objective lens 7 and the sample 8 in such a direction that the distance between them widens, that is, the upper limit direction.

【0054】このように、検出方向を常に上限方向から
開始する場合には、予め内部設定を行なっておくこと
で、観察者によるパラメータ設定の手間を省くようにし
ておいてもよい。
As described above, when the detection direction is always started from the upper limit direction, the internal setting may be made in advance so that the observer can save the parameter setting.

【0055】次に、合焦初期位置Xが平面領域か斜面領
域かの設定を行なう(ステップS6)。
Next, it is set whether the initial focusing position X is a flat area or a slope area (step S6).

【0056】これは、合焦位置が例えば図2の形状の試
料8でA面のような平面領域と、B面のような斜面領域
とでは判断の仕方が異なるために設定されるもので、こ
こでは合焦初期位置XはB面、すなわち斜面領域である
ので、斜面領域を設定する。
This is set because the method of judgment is different between the plane area such as the A surface and the slope area such as the B surface at the focus position of the sample 8 having the shape of FIG. 2, for example. Here, since the initial focus position X is the B surface, that is, the slope area, the slope area is set.

【0057】そしてパラメータの最後に、レボルバ6の
移動量単位の設定を行なう(ステップS7)。
At the end of the parameters, the movement amount unit of the revolver 6 is set (step S7).

【0058】これは、測定範囲の自動設定で対物レンズ
7の合焦位置を移動しながら画像信号を評価するためで
あり、レボルバ6を上下に移動させることでレボルバ6
に取り付けられた対物レンズ7が上下に移動し、その合
焦位置と試料8との相対的な位置を光軸方向(Z方向)
に変化させるものである。
This is to evaluate the image signal while moving the in-focus position of the objective lens 7 in the automatic setting of the measurement range. By moving the revolver 6 up and down, the revolver 6 is moved.
The objective lens 7 attached to the lens moves up and down, and the relative position between the in-focus position and the sample 8 is in the optical axis direction (Z direction).
To change to.

【0059】このレボルバ6の移動量単位は、小さく設
定するとZ方向の移動が細かく行われるので検出精度が
高くなるが、その分時間がかかるというデメリットがあ
る。反対に、レボルバ6の移動量単位を大きく設定する
とZ方向の移動が粗く行われるので検出精度が低くなる
が、その反面、時間を短縮できるので、検出精度と設定
時間のトレードオフにより最適な値が設定される。
If the movement amount unit of the revolver 6 is set small, the movement in the Z direction is finely performed, so that the detection accuracy is high, but there is a demerit that it takes time accordingly. On the other hand, if the movement amount unit of the revolver 6 is set to a large value, the movement in the Z direction will be rough and the detection accuracy will be low. Is set.

【0060】なお、測定範囲を自動設定した後、実際の
測定のために再びレボルバ6を移動させるが、この測定
のためのレボルバ6の移動量単位は別に設定することに
なる。
After automatically setting the measurement range, the revolver 6 is moved again for the actual measurement, but the moving amount unit of the revolver 6 for this measurement is set separately.

【0061】以上のようにして各パラメータの設定を終
了すると、合焦初期位置Xにおいてレーザ光による走査
が開始される(ステップS8)。
When the setting of each parameter is completed as described above, the scanning with the laser beam is started at the initial focusing position X (step S8).

【0062】この走査により試料8で反射した光は光検
出器13で光電変換され、画像を構成する各画素の画像
信号Vinが得られるもので、走査位置の画素毎にこの得
られた画像信号Vinと検出基準レベルVref とにより
「Vin<Vref 」となるかを判断する(ステップS
9)。
The light reflected by the sample 8 by this scanning is photoelectrically converted by the photodetector 13 to obtain an image signal Vin of each pixel forming an image. The obtained image signal is obtained for each pixel at the scanning position. Based on Vin and the detection reference level Vref, it is determined whether “Vin <Vref” is satisfied (step S
9).

【0063】そして、「Vin<Vref 」となるときにの
み、画素数のカウントを行なう(ステップS10)。
Then, only when "Vin <Vref", the number of pixels is counted (step S10).

【0064】以後、1画面の走査が終了したと判断され
るまで(ステップS11)、各画素位置で上記ステップ
S9,S10によるこの「Vin<Vref 」となるときの
みの画素数のカウントが連続して行われるもので、1画
面の走査が終了したと判断されると、この時点で画像を
構成する総画素数のうち検出基準レベルVref より画像
信号Vinが低いと判断された画素数Nが判明する。
Thereafter, until it is judged that the scanning of one screen is completed (step S11), the counting of the number of pixels is continued only at the time of "Vin <Vref" at steps S9 and S10 at each pixel position. When it is determined that the scanning of one screen is completed, the number N of pixels of which the image signal Vin is determined to be lower than the detection reference level Vref out of the total number of pixels forming the image at this point is found. To do.

【0065】ここで、前述した如く平面領域と斜面領域
とでは判断の仕方が異なるので、上記ステップS6によ
り設定した現在の合焦位置が平面領域であるか否かを判
断する(ステップS12)。
Here, as described above, since the determination method is different between the flat area and the slope area, it is determined whether or not the current focus position set in step S6 is the flat area (step S12).

【0066】この時点では合焦初期位置Xは斜面である
B面にあるので、これがステップS12で判断されて、
次にカウントした画素数Nが、予め設定しておいた検出
基準画素数Nref より小さいか否かの判断を行なう(ス
テップS13)。
At this point in time, the initial focusing position X is on the B surface, which is a slope, and this is determined in step S12,
Next, it is determined whether or not the counted pixel number N is smaller than the preset detection reference pixel number Nref (step S13).

【0067】図5に示す如く、合焦初期位置XのあるB
面はほぼ垂直に切立っているため、対物レンズ7から試
料8に照射されたレーザ光はほとんど斜め下に反射され
る。したがって、反射光のほとんどは対物レンズ7に戻
ってこないから、画像のほとんどは真っ黒なものとな
り、結果として検出基準レベルVref 以下の画像信号V
inの画素数が多くなる。
As shown in FIG. 5, B with the initial focusing position X
Since the surface is substantially vertical, the laser light emitted from the objective lens 7 to the sample 8 is reflected almost obliquely downward. Therefore, most of the reflected light does not return to the objective lens 7, and most of the image becomes black, and as a result, the image signal V below the detection reference level Vref.
The number of pixels of in increases.

【0068】このように斜面領域では、1画面の走査を
行なっている間に「N>Nref 」となり、これがステッ
プS13で判断されて、次にレボルバ6の移動方向を決
めるべく、現時点が上限位置を設定中であるか否か判断
する(ステップS15)。
As described above, in the slope area, "N>Nref" while scanning one screen, and this is determined in step S13, and the current position is the upper limit position in order to determine the moving direction of the revolver 6. It is determined whether or not is being set (step S15).

【0069】現時点では上限位置を設定中であるので、
これが判断されて、次にレボルバ6を上限方向に上記ス
テップS7で設定した移動量単位だけZ移動回路15に
より移動させ(ステップS16)、再び上記ステップS
8からの処理に戻って、1画面分の走査を行なわせる。
Since the upper limit position is currently being set,
When this is determined, the revolver 6 is moved in the upper limit direction by the Z movement circuit 15 by the movement amount unit set in step S7 (step S16), and the step S16 is performed again.
Returning to the processing from 8, the scanning for one screen is performed.

【0070】この結果、図6(a)に示す状態から図6
(b)に示すように対物レンズ7の合焦位置が上限方向
に移動し、新しい合焦位置と試料8の位置でレーザ光の
走査が開始されるもので、対物レンズ7の合焦位置が斜
面領域にある間は、上記の処理が繰返し実行される。
As a result, from the state shown in FIG.
As shown in (b), the focus position of the objective lens 7 moves in the upper limit direction, and the laser beam scanning is started at the new focus position and the position of the sample 8. While in the slope area, the above processing is repeatedly executed.

【0071】次に、対物レンズ7の合焦位置が平面領域
に近付いてきた場合について示す。対物レンズ7の合焦
位置が平面領域に近付いてくると、試料8からの反射光
が対物レンズ7に戻ってくるようになる。
Next, the case where the focus position of the objective lens 7 approaches the flat area will be described. When the focus position of the objective lens 7 approaches the plane area, the reflected light from the sample 8 comes back to the objective lens 7.

【0072】したがって、検出基準レベルVref より大
きい画像信号Vinを得た画素の数が増えることとなり、
その結果カウント画素数Nが少なくなって「N<Nref
」となることで、これがステップS13で判断され
て、合焦位置が平面領域に入ったことを宣言する処理を
行なう(ステップS14)。
Therefore, the number of pixels that have obtained the image signal Vin higher than the detection reference level Vref increases.
As a result, the number of count pixels N decreases and “N <Nref
Is determined in step S13, and processing for declaring that the in-focus position has entered the plane area is performed (step S14).

【0073】その後、上限設定中であることを確認した
後(ステップS15)、レボルバ6をさらに移動量単位
だけ上限方向に移動させ(ステップS16)、再び上記
ステップS8からの処理に戻って、1画面分の走査を行
なわせる。
Then, after confirming that the upper limit is being set (step S15), the revolver 6 is further moved in the upper limit direction by the movement amount unit (step S16), and the process returns from the step S8 to 1 Scan the screen.

【0074】1画面分の走査を終え、引き続いて上記と
同様のカウント画素数Nと検出基準画素数Nref との比
較を行なうが、対物レンズ7の合焦位置が平面領域に入
ったため、これがステップS12で判断され、続いてス
テップS20で「N>Nref」であるか否かの判断を行
なう。
After the scanning for one screen is completed, the count pixel number N and the detection reference pixel number Nref similar to the above are compared. However, this is the step because the focusing position of the objective lens 7 is in the plane area. The determination is made in S12, and subsequently in step S20, it is determined whether or not “N> Nref”.

【0075】対物レンズ7の合焦位置が平面領域にある
場合には、前述したように「N<Nref 」となるので、
これがステップS20で判断され、上記ステップS15
を介してステップS16でレボルバ6をさらに移動量単
位だけ上限方向に移動させ、再び上記ステップS8から
の処理に戻って、1画面分の走査を行なわせる。
When the in-focus position of the objective lens 7 is in the plane area, "N <Nref" is satisfied as described above.
This is determined in step S20, and the above step S15
In step S16, the revolver 6 is further moved in the upper limit direction by the movement amount unit, and the process returns from step S8 to scan one screen.

【0076】このレボルバ6の上限方向への移動によ
り、対物レンズ7の合焦位置が平面領域を外れて上限位
置に近付くにつれて、画像信号Vinは小さくなり、試料
8の画像は消えていく。したがってカウント画素数Nが
大きくなり、最終的には「N>Nref 」となる。これが
ステップS20で判断されると、すなわち平面領域を検
出したこととなるので、続いてこの平面領域数をカウン
トしてそのカウント値をMとする(ステップS21)。
Due to the movement of the revolver 6 in the upper limit direction, the image signal Vin becomes smaller and the image of the sample 8 disappears as the focus position of the objective lens 7 moves out of the plane area and approaches the upper limit position. Therefore, the count pixel number N becomes large, and finally "N>Nref". If this is determined in step S20, that is, it means that the plane area has been detected, so that the number of plane areas is counted and the count value is set to M (step S21).

【0077】そして、検出した平面領域が最終検出面で
あるか否かを判断する(ステップS22)。
Then, it is judged whether or not the detected plane area is the final detection surface (step S22).

【0078】これは、検出平面のカウント値Mと上記ス
テップS3,S4で設定した上限方向の面数Nupもしく
は下限方向の面数Ndownの値が一致するか否かにより判
断されるもので、一致した場合には最終面と判断され、
一致しない場合には対物レンズ7の合焦位置が斜面領域
に入ったことを宣言する処理を行なう(ステップS2
3)。
This is determined by whether or not the count value M of the detection plane and the value of the number Nup of faces in the upper limit direction or the number Ndown of faces in the lower limit direction set in steps S3 and S4 match. If it is done, it is judged as the final side,
If they do not match, a process of declaring that the focus position of the objective lens 7 has entered the slope area is performed (step S2).
3).

【0079】ここでは、検出平面のカウント値Mが
「1」であり、上記ステップS3で設定した上限方向の
面数Nupが「1」であるので、検出した平面が最終面で
あるものと判断し(ステップS22)、次にその最終面
が上限位置の最終面か、下限位置の最終面かを判断する
(ステップS24)。
Here, since the count value M of the detected plane is "1" and the number Nup of faces in the upper limit direction set in step S3 is "1", it is determined that the detected plane is the final face. Then, it is determined whether the final surface is the final surface at the upper limit position or the final surface at the lower limit position (step S22).

【0080】ここでは上限位置の最終面であるためにこ
れがステップS24で判断され、次にこの時点でのレボ
ルバ6の位置を測定範囲の上限位置として記憶する(ス
テップS25)。
Since this is the last surface of the upper limit position, this is determined in step S24, and the position of the revolver 6 at this time is stored as the upper limit position of the measurement range (step S25).

【0081】その後、次に測定範囲の下限位置を検出す
るために対物レンズ7の合焦位置が上記合焦初期位置X
となるようにレボルバ6をZ移動回路15により移動さ
せ(ステップS26)、検出方向を下限方向とする設定
を行なった後(ステップS27)、上記ステップS8から
の処理に戻って、上記上限方向の場合と同様にして下限
方向にレボルバ6を移動させながら走査を実行する。
After that, in order to detect the lower limit position of the measurement range, the focus position of the objective lens 7 is set to the above-mentioned focus initial position X.
Then, the revolver 6 is moved by the Z moving circuit 15 (step S26), and the detection direction is set to the lower limit direction (step S27). Then, the process returns from step S8 to the upper limit direction. Similarly to the case, scanning is executed while moving the revolver 6 in the lower limit direction.

【0082】但し、下限方向へのレボルバ6の移動に際
しては、上記した上限方向への移動とは一部異なった処
理を行なう。
However, when moving the revolver 6 in the lower limit direction, a process partially different from the above-described movement in the upper limit direction is performed.

【0083】これはすなわち、対物レンズ7と試料8と
が物理的に干渉してしまうのを防止すべく行なわれるも
ので、上記ステップS15で現時点が上限位置を設定中
ではないと判断した後、対物レンズ7の動作距離WDが
上限位置からのレボルバ6の移動量Lを越えたか否か判
断する(ステップS17)。
This is done in order to prevent the objective lens 7 and the sample 8 from physically interfering with each other. After it is determined in step S15 that the upper limit position is not currently set, It is determined whether the operating distance WD of the objective lens 7 has exceeded the movement amount L of the revolver 6 from the upper limit position (step S17).

【0084】「WD>L」である場合、次にレボルバ6
を下限方向に移動量単位だけZ移動回路15により移動
させ(ステップS18)、再び上記ステップS8からの
処理に戻って、1画面分の走査を行なわせる。
If “WD> L”, then the revolver 6
Is moved in the lower limit direction by the movement amount unit by the Z moving circuit 15 (step S18), and the process is returned from step S8 again to scan one screen.

【0085】しかしながら「WD<L」である場合、す
なわち対物レンズ7の動作距離WDを上限位置からのレ
ボルバ6の移動量Lが越えてしまった場合には、試料8
の一番低い面に対物レンズ7の合焦位置が到達する前
に、試料8の一番高い部分が対物レンズ7に当たってし
まうことになるので、警告を発して例えばモニタディス
プレイ18で表示させ(ステップS19)、レボルバ6
の動作を中止するか、もしくは図示する如くこの図3及
び図4の処理を終了させる。
However, when “WD <L”, that is, when the moving amount L of the revolver 6 from the upper limit position exceeds the operating distance WD of the objective lens 7, the sample 8
Since the highest portion of the sample 8 will hit the objective lens 7 before the in-focus position of the objective lens 7 reaches the lowest surface of the objective lens 7, a warning is issued and, for example, it is displayed on the monitor display 18 (step S19), Revolver 6
3 is stopped, or the processing of FIGS. 3 and 4 is ended as shown in the figure.

【0086】なお、対物レンズ7の動作距離WDにはば
らつきを生じる可能性があるため、余裕を見込んでその
値を設定する際には標準値より若干小さい値を設定して
もよい。
Since there is a possibility that the operating distance WD of the objective lens 7 may vary, a value slightly smaller than the standard value may be set when setting the value in consideration of the margin.

【0087】但し、このステップS17〜S19の処理
は始めに上限位置を検出した後に下限位置を検出する処
理手順をとる場合にのみ有効であり、始めに下限位置を
検出する場合にはほとんど効果が得られない。
However, the processing of steps S17 to S19 is effective only when the processing procedure of first detecting the upper limit position and then detecting the lower limit position is performed, and almost effective when first detecting the lower limit position. I can't get it.

【0088】しかして、B面の斜面領域の検出が終了
し、次にC面の平面領域の検出が行なわれる。このC面
は最終面ではないため、引き続きD面の斜面領域の検出
を行ない、さらにE面の平面領域の検出を行なう。
Thus, the detection of the slope area of the B surface is completed, and then the detection of the flat area of the C surface is performed. Since the C surface is not the final surface, the slope area of the D surface is continuously detected, and the flat area of the E surface is further detected.

【0089】E面の平面領域の検出を終えた時点で検出
平面のカウント値Mが「2」となり、下限方向の面数N
downの値が一致するので、ステップS22で最終面であ
ると判断される。
When the detection of the plane area of the E-plane is completed, the count value M of the detection plane becomes "2", and the number N of planes in the lower limit direction is reached.
Since the values of down match, the final surface is determined in step S22.

【0090】よって、このE面の平面領域が下限方向の
最終面であると判断され(ステップS24)、次にこの
時点でのレボルバ6の位置を測定範囲の下限位置として
記憶し(ステップS28)、以上でこの図3及び図4の
処理を終了する。
Therefore, it is determined that the plane area of the E surface is the final surface in the lower limit direction (step S24), and the position of the revolver 6 at this time is stored as the lower limit position of the measurement range (step S28). Thus, the processing of FIGS. 3 and 4 is completed.

【0091】以上のようにして、試料8の測定範囲の上
限位置と下限位置とが自動的に設定される。自動設定に
使用する各パラメータを、コンピュータ17内のメモリ
に保存できるようにしておけば、様々な試料に応じて設
定が可能であり、試料に応じて保存しているパラメータ
を読出すことで、測定に要する手間をより簡易化するこ
とができる。
As described above, the upper limit position and the lower limit position of the measurement range of the sample 8 are automatically set. If each parameter used for automatic setting can be stored in the memory in the computer 17, it can be set according to various samples, and by reading the stored parameters according to the sample, The labor required for measurement can be further simplified.

【0092】なお、平面領域をカウントする処理(ステ
ップS21)においては、以下のような問題を考慮した
処理が行なわれている。
In the process of counting the plane area (step S21), the following problem is taken into consideration.

【0093】すなわち、図5のように平面領域はある幅
を持っている。したがって、移動単位量の値によっては
この幅の中で焦点位置が2回以上横切る可能性がある。
この場合、「N>Nref 」の判断も2回以上行なわれ、
同じ平面領域にもかかわらず異なる平面領域と判断して
しまうことになる。
That is, the plane area has a certain width as shown in FIG. Therefore, depending on the value of the movement unit amount, the focus position may cross the width twice or more.
In this case, the judgment of "N>Nref" is also performed twice or more,
Even if the same plane area is used, it will be determined as a different plane area.

【0094】このため、ステップS21での処理では一
度「N>Nref 」になった場合は、その後「N>Nref
」になってもカウントが行なわれないようにする。た
だし、このままでは次の平面領域があった場合にそれを
カウントできなくなる。このため、平面領域を過ぎて斜
面領域になり「N>Nref 」になった時、次の平面領域
の検出に備えて再びステップS21でのカウントが行な
われるような処理にしておく。
Therefore, if "N>Nref" is once obtained in the process of step S21, then "N>Nref" is set.
"Do not count. However, if this is left as it is, it will not be possible to count the next plane area. For this reason, the processing is performed such that when the slope area is passed past the flat area and "N>Nref" is satisfied, the count is again performed in step S21 in preparation for the detection of the next flat area.

【0095】次に、最終平面領域を検出した時、その時
のレボルバの位置を上限位置もしくは下限位置として記
憶する処理(ステップS27,S28)においても、以
下の処理が行なわれる。
Next, when the final plane area is detected, the following processing is also performed in the processing of storing the position of the revolver at that time as the upper limit position or the lower limit position (steps S27 and S28).

【0096】上限位置と下限位置は測定範囲に相当す
る。測定時にはこの範囲で再度レボルバを動かして測定
を行なうことになる。ここでレボルバの移動は機械的に
行なわれるため、多少の移動誤差が生じる。このため、
測定範囲をぎりぎりに設定すると、上記の移動誤差によ
って測定範囲が予め設定していた範囲と異なってしまう
恐れがある。
The upper limit position and the lower limit position correspond to the measurement range. At the time of measurement, the revolver is moved again within this range to perform measurement. Here, since the revolver is moved mechanically, some movement error occurs. For this reason,
If the measurement range is set to the minimum, the movement error may cause the measurement range to be different from the preset range.

【0097】このため、ステップS27,S28での処
理においては上記誤差を見込んで、測定範囲を大きめに
設定する処理が組み込まれている。
For this reason, the processing in steps S27 and S28 incorporates processing for setting the measurement range to a larger value in consideration of the above error.

【0098】測定範囲を大きく設定する手段としては以
下の方法が考えられる。
The following methods can be considered as means for setting a large measurement range.

【0099】(1)平面領域を検出した位置に、予め設
定してある量を加えてその位置を上限もしくは下限位置
とする。
(1) A preset amount is added to the position where the plane area is detected, and the position is set as the upper limit or the lower limit position.

【0100】予め設定してある量としては、移動単位量
を数倍した値とする。この数倍の量については、コンピ
ュータなどから観察者が設定できるものとする。
The preset amount is a value obtained by multiplying the moving unit amount by several times. The observer can set the amount of this several times from a computer or the like.

【0101】(2)最終平面領域を過ぎた領域には何も
存在しない。このためこの領域では「N<Nref 」にな
る。したがって、最終平面領域を過ぎてもレボルバを移
動させ、「N<Nref 」になった位置を上限もしくは下
限位置とする。
(2) Nothing exists in the area beyond the final plane area. Therefore, in this area, "N <Nref". Therefore, the revolver is moved even past the final plane area, and the position where “N <Nref” is satisfied is set as the upper limit or the lower limit position.

【0102】なお、上記実施例では、Z移動回路15が
レボルバ6をZ軸方向に移動させて合焦位置の移動を行
なうものとして説明したが、対物レンズ7と試料8との
相対的なZ軸方向での位置が移動すればよいので、例え
ばレボルバ6ではなく微動ステージ9をZ軸方向に移動
させるものとしてもよい。
In the above embodiment, the Z moving circuit 15 moves the revolver 6 in the Z axis direction to move the in-focus position, but the relative Z between the objective lens 7 and the sample 8 is described. Since it suffices to move the position in the axial direction, for example, the fine movement stage 9 may be moved in the Z-axis direction instead of the revolver 6.

【0103】以上、実施例に基づいて説明したが、本発
明中には以下の発明が含まれる。
The above description is based on the embodiments, but the present invention includes the following inventions.

【0104】(1) 点状光源から出た光を観察試料に
集光する対物レンズと、観察試料からの光を検出する光
検出器と、観察試料に集光した光と観察試料とを相対的
に2次元走査する走査機構と、上記対物レンズの焦点位
置と観察試料との相対的な位置を光軸方向に移動する移
動機構とを有する共焦点走査型光学顕微鏡において、上
記検出器の検出信号に対する任意の信号レベルを設定す
るレベル設定手段と、上記観察試料の異なる高さの平面
領域数を設定する平面数設定手段と、上記検出器の検出
信号のレベルが上記レベル設定手段で設定した信号レベ
ル以下となっている画素数を計数する画素数計数手段
と、上記移動機構により光軸方向に移動を行ないながら
上記画素数計数手段からの画素数が予め設定された画素
数以上となったか否かにより観察試料の当該走査位置が
平面領域であるか否かを検出する第1の検出手段と、こ
の第1の検出手段の検出結果と上記平面数設定手段で設
定した平面領域数とに基づいて観察試料の上限位置と下
限位置とを検出する第2の検出手段とを具備したことを
特徴とする共焦点走査型光学顕微鏡の自動画像形成装
置。
(1) An objective lens that collects light emitted from a point light source on an observation sample, a photodetector that detects light from the observation sample, and the light condensed on the observation sample and the observation sample are relative to each other. In the confocal scanning optical microscope having a scanning mechanism for two-dimensionally scanning and a moving mechanism for moving the relative position of the focus position of the objective lens and the observation sample in the optical axis direction, the detection of the detector is performed. Level setting means for setting an arbitrary signal level for the signal, plane number setting means for setting the number of plane regions of different heights of the observation sample, and the level of the detection signal of the detector is set by the level setting means. Pixel number counting means for counting the number of pixels below the signal level, and whether the number of pixels from the pixel number counting means is equal to or greater than a preset number of pixels while moving in the optical axis direction by the moving mechanism. or not On the basis of the first detection means for detecting whether or not the scanning position of the observation sample is a flat area, and the detection result of the first detection means and the number of flat areas set by the flat surface number setting means. An automatic image forming apparatus for a confocal scanning optical microscope, comprising: a second detecting means for detecting an upper limit position and a lower limit position of an observation sample.

【0105】このようにすれば、複数の異なった高さの
平面を持ち、且つそれぞれの平面の間の斜面が急峻な形
状を有した観察試料を測定する場合であっても、対物レ
ンズの焦点位置と観察試料との相対的な位置を移動させ
てその上下限位置を正確に検出し、測定範囲の自動設定
を確実に行なうことができる。
By doing so, even when measuring an observation sample having a plurality of planes of different heights and a steep slope between the planes, the focus of the objective lens can be measured. By moving the relative position between the position and the observation sample, the upper and lower limit positions thereof can be accurately detected, and the automatic setting of the measurement range can be reliably performed.

【0106】(2) (1)記載の共焦点走査型光学顕
微鏡の自動画像形成装置において、上記第2の検出手段
は観察試料の上限位置を先に検出し、観察試料の下限位
置を検出する際の上記移動機構による移動範囲に制限を
与えることを特徴とする。
(2) In the automatic image forming apparatus for a confocal scanning optical microscope described in (1), the second detecting means first detects the upper limit position of the observation sample and detects the lower limit position of the observation sample. In this case, the moving range of the moving mechanism is limited.

【0107】このようにすれば、対物レンズの焦点位置
と観察試料との相対的な位置を移動させて観察試料の上
下源位置を自動設定する際、観察試料と対物レンズとの
干渉を未然に防ぐことができる。
By doing so, when the relative position between the focal point of the objective lens and the observation sample is moved to automatically set the vertical source position of the observation sample, interference between the observation sample and the objective lens is obviated. Can be prevented.

【0108】[0108]

【発明の効果】以上に述べたように本発明によれば、複
数の異なった高さの平面を持ち、且つそれぞれの平面の
間の斜面が急峻な形状を有した観察試料を測定する場合
であっても、対物レンズの焦点位置と観察試料との相対
的な位置を移動させてその上下限位置を正確に検出し、
測定範囲の自動設定を正確に行なうことができ、さらに
自動設定中の試料と対物レンズとの干渉を未然に防ぐこ
とも可能な共焦点走査型光学顕微鏡の自動画像形成装置
を提供することができる。
As described above, according to the present invention, it is possible to measure an observation sample having a plurality of planes having different heights and having a steep slope between the planes. Even if there is, the relative position between the focus position of the objective lens and the observation sample is moved to accurately detect the upper and lower limit positions,
It is possible to provide an automatic image forming apparatus for a confocal scanning optical microscope, which can accurately perform automatic setting of a measurement range and can also prevent interference between a sample and an objective lens during automatic setting. .

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例に係るシステム全体の構成を
示すブロック図。
FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of a system according to an embodiment of the present invention.

【図2】同実施例に係る観察試料の形状を例示する図。FIG. 2 is a diagram illustrating the shape of an observation sample according to the same example.

【図3】同実施例に係る処理内容を示すフローチャー
ト。
FIG. 3 is a flowchart showing the processing contents according to the embodiment.

【図4】同実施例に係る処理内容を示すフローチャー
ト。
FIG. 4 is a flowchart showing the processing content according to the embodiment.

【図5】同実施例に係る動作を説明するための図。FIG. 5 is a view for explaining the operation according to the embodiment.

【図6】同実施例に係る動作を説明するための図。FIG. 6 is a view for explaining the operation according to the embodiment.

【図7】従来の共焦点光学系を有する走査型顕微鏡を説
明するための図。
FIG. 7 is a diagram for explaining a conventional scanning microscope having a confocal optical system.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…共焦点走査型光学顕微鏡 2…レーザ光源 3,23…ミラー 4,21…ハーフミラー 5…2次元走査機構 6…レボルバ 7…対物レンズ 8…試料 9…微動ステージ 10…粗動ステージ 11,20,22,24…レンズ 12…ピンホール板 13…光検出器 14…画像処理ユニット 14A,14B…画像メモリ 15…Z移動回路 16…XY走査制御ユニット 17…コンピュータ 18…モニタディスプレイ 19…白色光源 25…テレビカメラ(TVC) 1 ... Confocal scanning optical microscope 2 ... Laser light source 3,23 ... Mirror 4, 21 ... Half mirror 5 ... Two-dimensional scanning mechanism 6 ... Revolver 7 ... Objective lens 8 ... Sample 9 ... Fine movement stage 10 ... Coarse stage 11, 20, 22, 24 ... Lens 12 ... Pinhole plate 13 ... Photodetector 14 ... Image processing unit 14A, 14B ... Image memory 15 ... Z movement circuit 16 ... XY scanning control unit 17 ... Computer 18 ... Monitor display 19 ... White light source 25 ... Television camera (TVC)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 ステージ上に載置された観察試料を点状
光源によって照射し、この観察試料に照射された光を再
び集光する対物レンズと、 前記対物レンズにより集光された観察試料上の前記光と
前記観察試料とを相対的に走査する走査手段と、 前記観察試料からの反射光を検出する光検出手段と、 前記 対物レンズの焦点位置と観察試料との相対的な位置
を光軸方向に移動する移動手段とを有する走査型顕微鏡
であって、前記 観察試料の異なる高さの平面領域数を設定する平面
数設定手段と、前記光検出手段の検出信号のレベルが予め設定された信
号レベル以下である画素数を計数する画素数計数手段
と、 前記移動手段により光軸方向に移動させ、前記 画素数計
数手段からの画素数が予め設定された画素数以上となっ
たか否かにより観察試料の走査位置が平面領域であるか
否か検出する第1の検出手段と、前記 第1の検出手段の検出結果と、前記平面数設定手段
で設定した平面領域数とに基づいて観察試料の上限位置
と下限位置とを検出する第2の検出手段とを備えたこと
を特徴とする走査型顕微鏡の自動画像形成装置
1. An observation sample placed on a stage is spotted.
Irradiate with the light source and re-illuminate the light with which this observation sample is irradiated.
And an objective lens that collects light, and the light on the observation sample that is collected by the objective lens
Moving said observation sample and scanning means for relatively scanning light detecting means for detecting the reflected light from the observation sample, the relative position between the focus position and the observation sample of the objective lens in the optical axis direction a scanning microscope having a moving means, the plane number setting means for setting the number of planar regions of different heights the observation sample, the level of the detection signal of the light detecting means is preset signal to
Pixel number counting means for counting the number of pixels below the signal level
And whether the scanning position of the observation sample is a flat area by detecting whether or not the number of pixels from the pixel number counting means exceeds a preset number of pixels by moving the moving means in the optical axis direction. to the first detection means, said detection result of the first detecting means, a second detection for detecting the upper limit position and lower limit position of the observation sample on the basis of the planar region at a set number of said plane number setting means And an automatic image forming apparatus for a scanning microscope .
【請求項2】 前記第2の検出手段は、観察試料の上限
位置を先に検出し、観察試料の下限位置を検出する際の
前記移動手段による移動範囲に制限を与えることを特徴
とする請求項1に記載の走査型顕微鏡の自動画像形成装
Wherein said second detection means detects the upper limit position of the observation sample before, in detecting the lower limit position of the observation sample
The automatic image forming apparatus of the scanning microscope according to claim 1, wherein the moving range of the moving unit is limited.
Place
【請求項3】 前記移動範囲の制限は、前記対物レンズ
の動作距離内であることを特徴とする請求項2に記載の
走査型顕微鏡の自動画像形成装置。
3. The objective lens is limited to the moving range.
It is within the operating distance of.
Automatic image forming device for scanning microscope.
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