JP3874893B2 - 走査顕微鏡 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、共焦点原理を利用した走査顕微鏡に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、共焦点原理を利用した走査顕微鏡がある。該走査顕微鏡は、対物レンズとピンホールを配設しており、対物レンズの焦点位置に試料がある場合、該ピンホールを通過したレーザ光を第１受光素子で受光するので、観察したい高さの部分についての画像（共焦点画像）だけが、鮮明に映し出される（解像度が高くなる）。かかる共焦点画像は白黒（無彩色）の映像となる。しかし、かかる白黒の映像では情報が少なく、つまり、試料の色彩に関する情報が得られず、傷や付着物の種類の判別など詳細な観察が困難となる場合がある。そのため、従来より、カラー（有彩色）の走査顕微鏡がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のカラーの走査顕微鏡は、３つの光源からの３原色のレーザ光を用いて試料表面を走査する。そのため、光学系が複雑になって、顕微鏡が高価になるうえ大型になる。
【０００４】
したがって、本発明の目的は、カラーの走査顕微鏡のコストダウンと小型化を図ることである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明は、レーザ光を用いた第１光学系の第１受光素子からの輝度情報と、色情報用の照明光を用いた第２光学系の第２受光素子からの色情報に基づいて、カラー映像信号を得る。
【０００６】
本発明によれば、レーザ光を用いた第１光学系からの輝度情報を用いるので、白色光を用いた単なる拡大画像に比べ解像度が高くなると共に、第２受光素子からの色情報を用いるので、カラーの映像が得られ、その結果、傷や付着物の詳細な観察が可能になる。
【０００７】
本発明において、集光したレーザ光が点状である場合は、該レーザ光を試料表面に沿って二次元的に相対的に走査する。一方、集光したレーザ光が線状のラインレーザ光である場合は、該集光したラインレーザ光に略直交する方向に、該ラインレーザ光を試料表面に沿って相対的に走査する。なお、「試料表面に沿って相対的に走査する」とは、試料を静止させてレーザ光またはラインレーザ光を走査する場合と、レーザ光またはラインレーザ光を走査せずに、試料を移動させて走査する場合と、レーザ光をＸ方向に走査し試料をＹ方向（Ｘ方向に直交する方向）に移動させる場合の少なくとも３つの場合があることを意味する。また、本発明に係る走査顕微鏡は、レーザ光を対物レンズにより試料に集光させると共に前記レーザ光を試料表面に沿って相対的に走査させ、その応答光を第１受光素子に受光させる第１光学系と、前記レーザ光とは異なるカラー撮像情報用の照明光を試料に照射して、その応答光を第２受光素子に受光させる第２光学系と、前記対物レンズから前記試料までの距離を変化させながら、前記第１光学系によって輝度情報を得る手段と、前記第２光学系によってカラー撮像情報を得る手段を備えると共に、走査領域における各撮像単位ごとの前記輝度情報に基づいて、前記カラー撮像情報のうち前記各撮像単位ごとに焦点の合ったものを用いて、カラー映像用の信号を得るカラー映像信号作成手段とを備える。
【０００８】
本発明において、「カラー映像用の信号」とは、光の三原色（赤、緑、青）についての強度からなる映像信号や、輝度信号および色差信号からなる信号や、水平同期信号およびカラーバースト信号を含んだ複合カラー映像信号など、そのまま、または、加工した後、カラーの映像を映し出すことのできる信号をいう。また、「輝度情報」とは、色彩を含まない輝度に関する情報をいい、「色情報」とは、たとえば色差信号のように、色の強度のバランスに関する情報をいう。
【０００９】
また、「第１受光素子からの輝度情報と、第２受光素子からの色情報に基づいて」とは、以下のようにして、カラー映像用の信号を得る場合を含むことを意味する。
【００１０】
すなわち、カラー映像用の信号には、第１受光素子からの輝度情報と、第２受光素子からのカラー撮像情報のうちの色情報とが含まれている場合がある。なお、「カラー撮像情報」とは、撮像した情報であって、前記「輝度情報」および「色情報」を含む情報をいう。
また、カラー映像用の信号には、第１受光素子からの輝度情報に基づく補正輝度情報と、第２受光素子からのカラー撮像情報のうちの色情報とが含まれている場合がある。
さらに、カラー映像用の信号には、第１受光素子からの輝度情報と、第２受光素子からのカラー撮像情報のうちの色情報に基づく補正色情報とが含まれている場合がある。
また、カラー映像用の信号には、前記補正輝度情報と補正色情報とが含まれている場合がある。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面にしたがって説明する。
図１〜図４は第１実施形態を示す。
図１において、走査顕微鏡は、レーザ光学系（第１光学系）１と、白色光光学系（第２光学系）２とを備えている。
【００１２】
まず、レーザ光学系１について説明する。
レーザ光学系１は、試料ｗの深度に関する情報を検出できる共焦点光学系で、たとえば赤色のレーザ光Ｌ１を出射する He-Neレーザ１０を光源としている。該レーザ１０の光軸上には、第１のコリメートレンズ１１、偏光ビームスプリッタ１２、 1/4波長板１３、二次元走査装置１４、第１リレーレンズ１５、第２リレーレンズ１６および対物レンズ１７が順に配設されている。対物レンズ１７の焦点位置の付近には、試料ステージ３０が配設されており、対物レンズ１７はレーザ光Ｌ１を試料ｗの表面に集光させる。前述の二次元走査装置１４は、たとえば２枚のガルバノミラーから構成され、レーザ光Ｌ１を偏向させることで、試料ｗへの集光位置を試料ｗの表面に沿って二次元的（Ｘ，Ｙ方向）に走査させる。
なお、試料ステージ３０は、ステージ制御回路４０によりＺ（上下）方向に駆動制御され、Ｘ，Ｙ方向については手動ハンドルで移動可能となっている。
【００１３】
試料ｗで反射されたレーザ光（応答光）Ｌ１は、対物レンズ１７、第２リレーレンズ１６および第１リレーレンズ１５を通り、再び、二次元走査装置１４を介して 1/4波長板１３および偏光ビームスプリッタ１２を透過し、第２の結像レンズ１８に向かう。該レーザ光Ｌ１は、第２の結像レンズ１８によって集光され、ピンホールを有する光絞り部１９ａを通過して第１受光素子１９ｂに入射する。第１受光素子１９ｂは、たとえばフォトマルチプライヤまたはフォトダイオードなどで構成され、入射したレーザ光Ｌ１を光電変換して、アナログ光量信号を、出力アンプおよびゲイン制御回路（図示せず）を介して第１Ａ／Ｄコンバータ４１に出力する。
【００１４】
つぎに、レーザ光学系１によって得られる輝度情報について説明する。
前述の光絞り部１９ａは、第２の結像レンズ１８の焦点位置に配設されており、一方、光絞り部１９ａのピンホールは極めて微小であるから、レーザ光Ｌ１が試料ｗ上で焦点を結ぶと、その反射光Ｌ１が光絞り部１９ａのピンホールで結像し、第１受光素子１９ｂに入射する受光光量が著しく大きくなり、逆に、レーザ光Ｌ１が試料ｗ上で焦点を結んでいないと、その反射光Ｌ１は、光絞り部１９ａのピンホールを殆ど通過しないので、第１受光素子１９ｂの受光光量が著しく小さくなる。したがって、レーザ光学系１による撮像領域（走査領域）のうち、焦点の合った部分（合焦点の撮像単位）について明るい映像が得られ、一方、それ以外の高さの部分については暗い映像が得られる。なお、レーザ光学系１は単色のレーザ光Ｌ１を用いた共焦点光学系であるから、分解能に優れた輝度情報が得られる。
【００１５】
つぎに、白色光光学系２について説明する。
白色光光学系２は、白色光（色情報用の照明光）Ｌ２を出射する白色光源２０を光源としている。該白色光源２０の光軸上には、第２のコリメートレンズ２１、第１のハーフミラー２２および前記対物レンズ１７が配設されており、前記第１のハーフミラー２２において２つの光学系１，２の光軸が合致するように白色光光学系２が配設されている。したがって、白色光Ｌ２は、レーザ光Ｌ１の走査領域と同一の箇所に集光される。試料ｗで反射された白色光（応答光）Ｌ２は、対物レンズ１７、第１のハーフミラー２２および第２リレーレンズ１６を透過し、さらに、第２のハーフミラー２３で反射されてカラーＣＣＤ（第２受光素子）２４の表面で結像する。すなわち、カラーＣＣＤ２４は、光絞り部１９ａと共役ないし共役に近い位置に配設されている。なお、カラーＣＣＤ２４で撮像された画像は、アナログのカラー撮像情報として、ＣＣＤ駆動回路４３に読み出されて第２Ａ／Ｄコンバータ４２に出力される。
【００１６】
つぎに、後述するカラー共焦点画像モードにおいて作動する図２のカラー映像信号作成手段５について説明する。
カラー映像信号作成手段５は、第１受光素子１９ｂからの輝度情報と、カラーＣＣＤ２４からの色情報とを組み合わせて、カラー映像用のデジタル信号ｒｏ，ｇｏ，ｂｏを作成するものである。前記カラー映像信号作成手段５は、第１および第２領域回路５１，５２と、輝度変換回路５３などを備えている。
【００１７】
前記第１および第２領域回路５１，５２は、図３に示すように、それぞれ、レーザ光学系１および白色光光学系２の撮像領域Ａ１，Ａ２の所定の共通部分を映像領域Ａ０として選択し、選択した部分についてデジタル信号を出力する。すなわち、図２の第１領域回路５１は、前記映像領域Ａ０について、カラーＣＣＤ２４の各画素に対応した分解能で輝度信号ｉを輝度用メモリＭｉに記憶させる。一方、前記第２領域回路５２は、前記映像領域Ａ０について、各画素ごとに赤、緑、青の色強度信号ｒｍ，ｇｍ，ｂｍを第１色強度メモリMr1,Mg1,Mb1 に記憶させる。なお、色強度信号とは、三原色についての輝度（強度）を含む信号をいう。
【００１８】
前記輝度変換回路５３は、下記の演算式(1),(2),(3) にしたがって、各画素についての前記色強度信号ｒｍ，ｇｍ，ｂｍの輝度情報を、輝度信号ｉの輝度情報に置換して、変換色強度信号ｒｏ，ｇｏ，ｂｏを求め、該信号を第２色強度メモリMr2,Mg2,Mb2 に記憶させるものである。
Ｒｏ＝Ｉ・Ｒｍ／（Ｒｍ＋Ｇｍ＋Ｂｍ） …(1)
Ｇｏ＝Ｉ・Ｇｍ／（Ｒｍ＋Ｇｍ＋Ｂｍ） …(2)
Ｂｏ＝Ｉ・Ｂｍ／（Ｒｍ＋Ｇｍ＋Ｂｍ） …(3)
Ｉ：輝度信号ｉの輝度
Ｒｍ，Ｇｍ，Ｂｍ：色強度信号ｒｍ，ｇｍ，ｂｍの輝度（強度）
Ｒｏ，Ｇｏ，Ｂｏ：変換色強度信号ｒｏ，ｇｏ，ｂｏの輝度（強度）
なお、第１および第２色強度メモリMr1 〜Mb1,Mr2 〜Mb2 は、カラーＣＣＤ２４のうち前述の映像領域Ａ０の部分の画素に対応した記憶部を有している。
【００１９】
こうして得られた変換色強度信号ｒｏ，ｇｏ，ｂｏは、カラーＣＣＤ２４からのカラー撮像情報のうちの輝度情報を、第１受光素子１９ｂからの輝度情報に置換した信号となる。前記変換色強度信号ｒｏ，ｇｏ，ｂｏは、前記第２色強度メモリMr2,Mg2,Mb2 から読み出されて、Ｄ／Ａコンバータ６０に出力され、更に、加算器６１において同期信号ａが付加されて、アナログの複合カラー映像信号ｃとなる。該複合カラー映像信号ｃはモニタ６２に出力されて、試料ｗの映像が映し出される。
【００２０】
つぎに、本走査顕微鏡の用い方について説明する。
本走査顕微鏡は、領域探索モード、白黒（無彩色）共焦点画像モードおよびカラー共焦点画像モードの３つのモードのうち１つを選択して用いる。これらのモードの設定は、操作部６３を操作して設定する。
【００２１】
領域探索モードが選択されると、カラー映像信号作成手段５は図１のレーザ駆動回路４４を停止させると共に、ＣＣＤ駆動回路４３を作動させてカラーＣＣＤ２４により撮像させる。この領域探索モードでは、図２の第２領域回路５２から第１色強度メモリMr1,Mg1,Mb1 に記憶された色強度信号ｒｍ，ｇｍ，ｂｍが、そのまま、Ｄ／Ａコンバータ６０に出力されて、被写界深度の深い通常の拡大画像がモニタ６２に映し出される。したがって、図１の試料ステージ３０をＸ，Ｙ方向に移動させることにより、撮像したい領域を探し出すことができる。
【００２２】
白黒共焦点画像モードが選択されると、カラー映像信号作成手段５（図２）は、レーザ光学系１のレーザ駆動回路４４および二次元走査装置１４などを作動させ、レーザ光学系１により撮像させる。この白黒共焦点画像モードでは、図２の第１領域回路５１から輝度用メモリＭｉに記憶された輝度信号ｉが、そのまま、Ｄ／Ａコンバータ６０に出力されて、解像度の高い白黒（無彩色）の拡大画像がモニタ６２に映し出される。
【００２３】
カラー共焦点画像モードが選択されると、以下に説明するように、レーザ駆動回路４４とＣＣＤ駆動回路４３とが交互に駆動される。
すなわち、図４のステップＳ１で該モードが選択されると、ステップＳ２に進み、レーザ光Ｌ１による１画面分の走査がなされた後、ステップＳ３に進む。ステップＳ３では図１のレーザ駆動回路４４が停止し、レーザ１０からレーザ光Ｌ１が出射されなくなる。この状態で図４のステップＳ４に進み、カラーＣＣＤ２４に電荷を蓄積する。該ステップＳ４で得た図２の色強度信号ｒｍ，ｇｍ，ｂｍは、該信号に含まれている輝度情報が前記ステップＳ２で得た輝度信号ｉの輝度情報に置換され、変換色強度信号ｒｏ，ｇｏ，ｂｏとなる。該変換色強度信号ｒｏ，ｇｏ，ｂｏは、それぞれ、第２色強度メモリMr2,Mg2,Mb2 に記憶された後、Ｄ／Ａコンバータ６０に出力されてカラーの拡大画像がモニタ６２に映し出される。
なお、図４のステップＳ４の後にステップＳ５に進み、前記レーザ光Ｌ１の走査と、ＣＣＤ駆動回路４３による電荷の蓄積および読み出しが繰り返される。
【００２４】
こうして得られるカラー共焦点画像は、色情報についての解像度が低いので、三原色のレーザ光を用いた従来のカラーレーザ顕微鏡に比べ、若干解像度が低くなるものの、通常の拡大画像よりも解像度が高いので、十分利用価値の高い映像が得られる。
【００２５】
また、図１の白色光源２０とカラーＣＣＤ２４を用いた白色光光学系２によって色情報を得るから、三原色のレーザ光を用いた従来のカラーレーザ顕微鏡に比べ、光学系が著しく簡単な構造になるので、走査顕微鏡のコストダウンと小型化を図り得る。
【００２６】
また、本実施形態の場合、図１のカラーＣＣＤ２４によって撮像する（カラーＣＣＤ２４に電荷を蓄積する）際には、レーザ駆動回路４４を停止してレーザ光Ｌ１がカラーＣＣＤ２４に入射しないようにしている。したがって、レーザ光Ｌ１の色を帯びた映像になることもなく、試料ｗの実際の色に近い色彩の映像が得られる。
【００２７】
なお、レーザ光Ｌ１がカラーＣＣＤ２４に入射しないようにする手段としては、レーザ光Ｌ１を遮光するシャッタを用いたり、あるいは、レーザ光Ｌ１の走査範囲をカラーＣＣＤ２４の撮像領域外に設定するなど種々の方法を採用することができる。また、レーザ光Ｌ１がカラーＣＣＤ２４に入射して、レーザ光Ｌ１の色を帯びても、カラーの映像が得られるので、本発明の範囲に含まれる。
【００２８】
ところで、図１の試料ｗの色とレーザ光Ｌ１の色が同系色であると、試料ｗにおける反射光Ｌ１の光量（式(1) 〜(3) の輝度Ｉ）が大きくなるので、第１受光素子１９ｂに入射する光量が増大する。そのため、このような場合、映像が実際の試料ｗの色よりも白っぽくなる。そこで、図５に示す第２実施形態では、かかる同系色の場合でも、実際の試料の色彩に近い色彩が得られる機能を備えている。
【００２９】
図５の第２実施形態では、輝度変換回路５３が判別手段５３ａおよび３つの補正変数を記憶する補正変数記憶部５３ｂを備えている点において前記第１実施形態と異なっている。
本実施形態では、輝度変換回路５３が下記の演算式(11)〜(13)にしたがって、色強度信号ｒｍ，ｇｍ，ｂｍの輝度Ｒｍ，Ｇｍ，Ｂｍを補正して変換色強度信号ｒｏ，ｇｏ，ｂｏの輝度（強度）Ｒｏ，Ｇｏ，Ｂｏを求める。
Ｒｏ＝Ｋｒ・Ｉ・Ｒｍ／（Ｒｍ＋Ｇｍ＋Ｂｍ） …(11)
Ｇｏ＝Ｋｇ・Ｉ・Ｇｍ／（Ｒｍ＋Ｇｍ＋Ｂｍ） …(12)
Ｂｏ＝Ｋｂ・Ｉ・Ｂｍ／（Ｒｍ＋Ｇｍ＋Ｂｍ） …(13)
Ｋｒ，Ｋｇ，Ｋｂ：補正変数
【００３０】
前記輝度変換回路５３の判別手段５３ａは、下記の(14)式に示す赤色比Ｒｃと所定の閾値Ｓｒとを比較して、試料ｗの撮像領域における各撮像単位（カラーＣＣＤ２４の各画素）ごとに、当該各撮像単位の部分が、所定の閾値Ｓｒよりも赤っぽいか否かを判別するものである。
Ｒｃ＝Ｒｍ／（Ｒｍ＋Ｇｍ＋Ｂｍ） …(14)
すなわち、判別手段５３ａは、カラーＣＣＤ２４の各画素が受光した赤色の輝度Ｒｍが、当該３色の輝度の合計値（Ｒｍ＋Ｇｍ＋Ｂｍ）に対して大きいときは、当該撮像単位の部分が赤っぽいと判断するものである。
【００３１】
前記輝度変換回路５３は、前記(14)式の赤色比Ｒｃが閾値Ｓｒよりも小さい場合は、Ｋｒ＝Ｋｇ＝Ｋｂ＝１に設定して、前述の第１実施形態と同様に変換色強度信号ｒｏ，ｇｏ，ｂｏを得る。一方、輝度変換回路５３は、赤色比Ｒｃが前記閾値Ｓｒ以上の場合は、補正変数記憶部５３ｂから補正変数Ｋｒ，Ｋｇ，Ｋｂを読み出し、前記(11)〜(13)式にしたがって変換色強度信号ｒｏ，ｇｏ，ｂｏを得る。
【００３２】
図５（ｂ）は前記補正変数Ｋｒ，Ｋｇ，Ｋｂを示すグラフである。
各補正変数Ｋｒ，Ｋｇ，Ｋｂは、たとえば、試料ｗの撮像単位の赤色比Ｒｃが大きい程“1.0"よりも小さくなるように設定されている。したがって、前記(11)〜(13)式のように補正変数Ｋｒ，Ｋｇ，Ｋｂを乗算することで、輝度が小さくなるから、赤色比Ｒｃが大きい場合にも、映像が白っぽくならず、実際の試料ｗの色彩に近い色彩の映像が得られる。
【００３３】
ところで、前述のカラー共焦点画像モードで凹凸のある試料ｗを観察すると、焦点（高さ）の合っていない部分の映像が暗くなる。そこで、図６および図７に示す第３実施形態では、かかる凹凸のある試料ｗの観察に適した凹凸用カラー共焦点画像モードを備えている。
【００３４】
つぎに、前記凹凸用カラー共焦点画像モードを備えた第３実施形態の構成について説明する。
図６に示すように、本第３実施形態では、カラー映像信号作成手段５が最大輝度記憶部Ｍmax およびＺ座標記憶部Ｍｚからなるメモリを備えている。前記最大輝度記憶部Ｍmax は、走査領域における各撮像単位（カラーＣＣＤ２４の各画素に対応する単位）ごとに、第１受光素子１９ｂ（図５）が受光した最大輝度Ｉmax を記憶するものである。前記Ｚ座標記憶部Ｍｚは、輝度Ｉが最大輝度Ｉmax となったときのＺ座標（試料ステージ３０の高さ）を各撮像単位ごとに記憶するものである。前記第２色強度メモリMr2,Mg2,Mb2 は合成撮像情報記憶部を構成しており、前記Ｚ座標記憶部Ｍｚに記憶されたＺ座標においてカラーＣＣＤ２４の各画素が受光したカラー撮像情報を記憶する。つまり、第２色強度メモリMr2,Mg2,Mb2 は、図１の試料ステージ３０の高さが変化して第１光学系１が合焦点となったときのカラー撮像情報を各画素（撮像単位）ごとに記憶する。
【００３５】
前記輝度変換回路５３は輝度比較手段５３ｃを備えている。該輝度比較手段５３ｃは、最大輝度記憶部Ｍmax に記憶されている最大輝度Ｉmax と、輝度用メモリＭｉに新たに記憶された輝度Ｉとを各撮像単位ごとに比較するものである。輝度変換回路５３は、前記比較の結果、各撮像単位ごとに、輝度用メモリＭｉに新たに記憶された輝度Ｉが最大輝度Ｉmax よりも大きければ、当該輝度Ｉを最大輝度として最大輝度記憶部Ｍmax に記憶させる。
なお、その他の構成は前述の図５の第２実施形態と同様であり、その詳しい説明および図示を省略する。
【００３６】
つぎに、凹凸用カラー共焦点画像モードについて説明する。
図７において、まず、ステップＳ１１で図１の試料ステージ３０を上昇端まで移動させる。つぎに、ステップＳ１２で、第２光学系２によって撮像し、カラーＣＣＤ２４に電荷を蓄積してカラー撮像情報を得る。つづいて、図７のステップＳ１３に進み、第１光学系１によってレーザ光Ｌ１を走査して撮像することで、輝度情報を得、この内容を図６の最大輝度記憶部Ｍmax に、各撮像単位（カラーＣＣＤ２４の画素に対応する単位）ごとに記憶させ、当該撮像時のＺ座標をＺ座標記憶部Ｍｚに記憶させると共に、輝度変換を行った変換色強度信号ｒｏ，ｇｏ，ｂｏを第２色強度メモリMr2,Mg2,Mb2 に記憶させる。
【００３７】
つづいて、ステップＳ１４に進み、試料ステージ３０（図１）を１段階下降させた後、図７のステップＳ１５に進む。
ステップＳ１５では、再び、第２光学系２によってカラー撮像情報を得、この内容を図６の第１色強度メモリMr1,Mg1,Mb1 に各画素ごとに記憶させ、図７のステップＳ１６に進む。
【００３８】
ステップＳ１６では、第１光学系１によってレーザ光Ｌ１を走査しながら、以下に説明するように、最大輝度記憶部Ｍmax の最大輝度Ｉmax を更新記憶させると共に、最大輝度Ｉmax を更新した撮像単位については第２色強度メモリMr2,Mg2,Mb2 に記憶させていた変換色強度信号ｒｏ，ｇｏ，ｂｏを更新記憶させる。すなわち、レーザ光Ｌ１を走査して新たに図６の輝度用メモリＭｉに記憶された輝度Ｉと、最大輝度記憶部Ｍmax に記憶されている最大輝度Ｉmax とを、各撮像単位ごとに、輝度比較手段５３ｃが比較する。該比較の結果、Ｉ＞Ｉmax であれば、当該撮像単位については、輝度変換回路５３が当該輝度Ｉを新たな最大輝度Ｉmax として最大輝度記憶部Ｍmax に記憶させると共に、第１色強度メモリMr1,Mg1,Mb1 に記憶されている色強度信号ｒｍ，ｇｍ，ｂｍ、つまり、カラー撮像情報を輝度変換して、変換色強度信号ｒｏ，ｇｏ，ｂｏとして第２色強度メモリMr2,Mg2,Mb2 の当該撮像単位のアドレスに更新記憶させる。一方、前記比較の結果、輝度Ｉが最大輝度Ｉmax 以下であれば、当該撮像単位については、最大輝度Ｉmax および変換色強度信号ｒｏ，ｇｏ，ｂｏの更新をしない。
【００３９】
つづいて、図７のステップＳ１７に進み、試料ステージ３０が下降端でなければ、ステップＳ１４に戻り、一方、試料ステージ３０が下降端であれば、ステップＳ１８に進んで、変換色強度信号ｒｏ，ｇｏ，ｂｏがＤ／Ａコンバータ６０（図５）に出力された後、複合カラー映像信号ｃ（図５）が得られる。つまり、図７のステップＳ１４〜ステップＳ１７を繰り返すことで、前記図６の最大輝度記憶部Ｍmax の最大輝度Ｉmax と、変換色強度信号ｒｏ，ｇｏ，ｂｏの更新を繰り返す。したがって、ステップＳ１８で出力される変換色強度信号ｒｏ，ｇｏ，ｂｏの輝度は、前述の式(11)〜(13)と同様な下記の式(21)〜(23)で表される。
Ｒｏ＝Ｋｒ・Ｉmax ・Ｒｍ／（Ｒｍ＋Ｇｍ＋Ｂｍ） …(21)
Ｇｏ＝Ｋｇ・Ｉmax ・Ｇｍ／（Ｒｍ＋Ｇｍ＋Ｂｍ） …(22)
Ｂｏ＝Ｋｂ・Ｉmax ・Ｂｍ／（Ｒｍ＋Ｇｍ＋Ｂｍ） …(23)
なお、図７のステップＳ１９でモードOFF であれば、当該モードを終了する。
【００４０】
このように、本実施形態では、図１のカラーＣＣＤ２４の各画素ごとに、第１光学系１が合焦点となった際のＺ座標についてのカラー撮像情報を用いるので、凹凸があっても各画素ごとに焦点の合った映像が得られるから、通常のカラーの拡大画像よりもピントの合った映像が得られる。
【００４１】
ところで、前記各実施形態では、輝度変換を行ったが、本発明では輝度変換を必ずしも行う必要はない。
すなわち、前述の図７のステップＳ１３およびステップＳ１６で輝度変換を行わずに、第１色強度メモリMr1,Mg1,Mb1 に記憶されているカラー撮像情報を第２色強度メモリMr2,Mg2,Mb2 に出力して、つまり、下記の式(31)〜(33)に従って、複合カラー映像信号ｃを得てもよい。
Ｒｏ＝Ｒｍ …(31)
Ｇｏ＝Ｇｍ …(32)
Ｂｏ＝Ｂｍ …(33)
【００４２】
この場合も、第３実施形態と同様に、図１のカラーＣＣＤ２４の各画素ごとに第１光学系１が合焦点となった際のＺ座標についてのカラー撮像情報を用いるので、通常のカラー拡大画像と異なり、厳密にピントの合った映像が得られる。
【００４３】
ところで、前記各実施形態では、試料ｗの表面および第１受光素子１９ｂにおいて点状に集光するレーザ光Ｌ１を用いたが、本発明では、試料ｗの表面および第１受光素子１９ｂにおいて線状に集光するラインレーザ光Ｌ１を用いることもできる。すなわち、図８のように、レーザ光Ｌ１に代えてＹ方向に長いラインレーザ光Ｌ１を用いると共に、点状の第１受光素子１９ｂに代えてＹ方向に長い一次元ＣＣＤ１９Ａを用い、更に、二次元走査装置１４に代えて一次元走査装置１４Ａを用いる。この場合、図８（ｂ）のように、ラインレーザ光Ｌ１が試料ｗの表面で集光した際の長手方向に直交する方向に、ラインレーザ光Ｌ１を走査する。なお、光絞り部１９ａはスリット状（溝状）にする。
【００４４】
ところで、前記各実施形態では、図１のレーザ光学系１の第１受光素子１９ｂの前方に光絞り部１９ａを設けたが、該光絞り部１９ａは必ずしも設ける必要はない。
たとえば、図９のように、第２の結像レンズ１８の焦点の位置に白黒用の一次元ＣＣＤ１９Ａを設けてもよい。この場合、第１の一次元走査装置１４Ａを第１のコリメートレンズ１１と偏光ビームスプリッタ１２の間に設け、第２の一次元走査装置１４Ｂを 1/4波長板１３と第１リレーレンズ１５との間に設ける。
【００４５】
また、前記各実施形態では、図１の第２光学系２の第２受光素子としてカラーＣＣＤ２４を用いたが、他の受光素子を用いてもよい。
たとえば、ダイクロイックミラーを使用して反射光Ｌ２を３原色に分解し、これらの３原色の反射光を３つの白黒映像用の二次元ＣＣＤに入射させてもよい。また、光学系は異なるが、第２受光素子としてカラーラインＣＣＤを用い、白色応答光を一次元的に走査する一次元走査装置を設けてもよい。さらに、第２受光素子としては、３つの白黒映像用のラインＣＣＤ（Ｒ，Ｇ，Ｂ用）を用いることもでき、また、３つの点受光素子（Ｒ，Ｇ，Ｂ用）を用いることもできる。なお、これらの場合において、白色応答光を走査する走査装置は、レーザ光Ｌ１を走査する走査装置と兼用することもできる。
【００４６】
また、第２受光素子としては、カラーＣＣＤの他にＭＯＳ型などの他の固体撮像素子や複数の撮像管を組み合わせたテレビカメラなどを用いることもできる。
【００４７】
ところで、前記図１の実施形態では、レーザ光Ｌ１および白色光Ｌ２の反射光を、それぞれ、第１受光素子１９ｂおよびカラーＣＣＤ２４に受光させることとしたが、本発明では、試料ｗを透過した透過光や、前記反射光を置換した蛍光を受光させるものであってもよい。
【００４８】
また、前記実施形態では、色彩を光の三原色に分解したが、本発明では補色系（黄、シアン、緑）に分解してもよい。また、色情報として色差信号を用いてもよい。
【００４９】
また、前記各実施形態では、レーザ光学系１および白色光光学系２に第２リレーレンズ１６を設けて無限補正系を採用したが、第２リレーレンズ１６を設けずに有限補正系を採用してもよい。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、本走査顕微鏡によれば、レーザ光とは異なる色情報用の照明光を用いた第２光学系によって色情報を得るから、三原色のレーザ光を用いた従来のカラーレーザ顕微鏡に比べ、光学系が著しく簡単な構造になるので、コストダウンと小型化を図り得る。
なお、本走査顕微鏡は、従来のカラーレーザ顕微鏡に比べ色情報についての解像度が低いが、レーザ光によって輝度情報を得ているから、通常の拡大画像よりも解像度が高いので、十分利用価値が高い。
【００５１】
また、請求項７ないし９の発明では、対物レンズから試料までの距離を変化させながら、第１受光素子に入射した応答光の最大輝度を求め、該最大輝度を輝度情報として用いるので、凹凸の大きい試料でも、映像の一部が著しく暗くなるおそれがない。
【００５２】
また、第２受光素子によって撮像する際に、レーザ光が該撮像素子に入射しないようにすれば、レーザ光の色を帯びた映像となるおそれもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の走査顕微鏡の第１実施形態を示す概略構成図である。
【図２】ブロック図である。
【図３】撮像領域を示す平面図である。
【図４】フローチャートである。
【図５】第２実施形態にかかるブロック図および補正変数を示す図である。
【図６】第３実施形態にかかるカラー映像信号作成手段のブロック図である。
【図７】フローチャートである。
【図８】走査顕微鏡の第４実施形態を示す概略構成図である。
【図９】走査顕微鏡の第５実施形態を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１：第１光学系
１７：対物レンズ
１９ｂ：第１受光素子
１９Ａ：第１受光素子
２：第２光学系
２０：色情報用の照明光（白色光源）
２４：第２受光素子
Ｌ１：レーザ光
Ｌ２：照明光
ｒｏ，ｇｏ，ｂｏ：カラー映像用の信号
ｃ：カラー映像用の信号（複合カラー映像信号）
【発明の属する技術分野】
本発明は、共焦点原理を利用した走査顕微鏡に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、共焦点原理を利用した走査顕微鏡がある。該走査顕微鏡は、対物レンズとピンホールを配設しており、対物レンズの焦点位置に試料がある場合、該ピンホールを通過したレーザ光を第１受光素子で受光するので、観察したい高さの部分についての画像（共焦点画像）だけが、鮮明に映し出される（解像度が高くなる）。かかる共焦点画像は白黒（無彩色）の映像となる。しかし、かかる白黒の映像では情報が少なく、つまり、試料の色彩に関する情報が得られず、傷や付着物の種類の判別など詳細な観察が困難となる場合がある。そのため、従来より、カラー（有彩色）の走査顕微鏡がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のカラーの走査顕微鏡は、３つの光源からの３原色のレーザ光を用いて試料表面を走査する。そのため、光学系が複雑になって、顕微鏡が高価になるうえ大型になる。
【０００４】
したがって、本発明の目的は、カラーの走査顕微鏡のコストダウンと小型化を図ることである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明は、レーザ光を用いた第１光学系の第１受光素子からの輝度情報と、色情報用の照明光を用いた第２光学系の第２受光素子からの色情報に基づいて、カラー映像信号を得る。
【０００６】
本発明によれば、レーザ光を用いた第１光学系からの輝度情報を用いるので、白色光を用いた単なる拡大画像に比べ解像度が高くなると共に、第２受光素子からの色情報を用いるので、カラーの映像が得られ、その結果、傷や付着物の詳細な観察が可能になる。
【０００７】
本発明において、集光したレーザ光が点状である場合は、該レーザ光を試料表面に沿って二次元的に相対的に走査する。一方、集光したレーザ光が線状のラインレーザ光である場合は、該集光したラインレーザ光に略直交する方向に、該ラインレーザ光を試料表面に沿って相対的に走査する。なお、「試料表面に沿って相対的に走査する」とは、試料を静止させてレーザ光またはラインレーザ光を走査する場合と、レーザ光またはラインレーザ光を走査せずに、試料を移動させて走査する場合と、レーザ光をＸ方向に走査し試料をＹ方向（Ｘ方向に直交する方向）に移動させる場合の少なくとも３つの場合があることを意味する。また、本発明に係る走査顕微鏡は、レーザ光を対物レンズにより試料に集光させると共に前記レーザ光を試料表面に沿って相対的に走査させ、その応答光を第１受光素子に受光させる第１光学系と、前記レーザ光とは異なるカラー撮像情報用の照明光を試料に照射して、その応答光を第２受光素子に受光させる第２光学系と、前記対物レンズから前記試料までの距離を変化させながら、前記第１光学系によって輝度情報を得る手段と、前記第２光学系によってカラー撮像情報を得る手段を備えると共に、走査領域における各撮像単位ごとの前記輝度情報に基づいて、前記カラー撮像情報のうち前記各撮像単位ごとに焦点の合ったものを用いて、カラー映像用の信号を得るカラー映像信号作成手段とを備える。
【０００８】
本発明において、「カラー映像用の信号」とは、光の三原色（赤、緑、青）についての強度からなる映像信号や、輝度信号および色差信号からなる信号や、水平同期信号およびカラーバースト信号を含んだ複合カラー映像信号など、そのまま、または、加工した後、カラーの映像を映し出すことのできる信号をいう。また、「輝度情報」とは、色彩を含まない輝度に関する情報をいい、「色情報」とは、たとえば色差信号のように、色の強度のバランスに関する情報をいう。
【０００９】
また、「第１受光素子からの輝度情報と、第２受光素子からの色情報に基づいて」とは、以下のようにして、カラー映像用の信号を得る場合を含むことを意味する。
【００１０】
すなわち、カラー映像用の信号には、第１受光素子からの輝度情報と、第２受光素子からのカラー撮像情報のうちの色情報とが含まれている場合がある。なお、「カラー撮像情報」とは、撮像した情報であって、前記「輝度情報」および「色情報」を含む情報をいう。
また、カラー映像用の信号には、第１受光素子からの輝度情報に基づく補正輝度情報と、第２受光素子からのカラー撮像情報のうちの色情報とが含まれている場合がある。
さらに、カラー映像用の信号には、第１受光素子からの輝度情報と、第２受光素子からのカラー撮像情報のうちの色情報に基づく補正色情報とが含まれている場合がある。
また、カラー映像用の信号には、前記補正輝度情報と補正色情報とが含まれている場合がある。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面にしたがって説明する。
図１〜図４は第１実施形態を示す。
図１において、走査顕微鏡は、レーザ光学系（第１光学系）１と、白色光光学系（第２光学系）２とを備えている。
【００１２】
まず、レーザ光学系１について説明する。
レーザ光学系１は、試料ｗの深度に関する情報を検出できる共焦点光学系で、たとえば赤色のレーザ光Ｌ１を出射する He-Neレーザ１０を光源としている。該レーザ１０の光軸上には、第１のコリメートレンズ１１、偏光ビームスプリッタ１２、 1/4波長板１３、二次元走査装置１４、第１リレーレンズ１５、第２リレーレンズ１６および対物レンズ１７が順に配設されている。対物レンズ１７の焦点位置の付近には、試料ステージ３０が配設されており、対物レンズ１７はレーザ光Ｌ１を試料ｗの表面に集光させる。前述の二次元走査装置１４は、たとえば２枚のガルバノミラーから構成され、レーザ光Ｌ１を偏向させることで、試料ｗへの集光位置を試料ｗの表面に沿って二次元的（Ｘ，Ｙ方向）に走査させる。
なお、試料ステージ３０は、ステージ制御回路４０によりＺ（上下）方向に駆動制御され、Ｘ，Ｙ方向については手動ハンドルで移動可能となっている。
【００１３】
試料ｗで反射されたレーザ光（応答光）Ｌ１は、対物レンズ１７、第２リレーレンズ１６および第１リレーレンズ１５を通り、再び、二次元走査装置１４を介して 1/4波長板１３および偏光ビームスプリッタ１２を透過し、第２の結像レンズ１８に向かう。該レーザ光Ｌ１は、第２の結像レンズ１８によって集光され、ピンホールを有する光絞り部１９ａを通過して第１受光素子１９ｂに入射する。第１受光素子１９ｂは、たとえばフォトマルチプライヤまたはフォトダイオードなどで構成され、入射したレーザ光Ｌ１を光電変換して、アナログ光量信号を、出力アンプおよびゲイン制御回路（図示せず）を介して第１Ａ／Ｄコンバータ４１に出力する。
【００１４】
つぎに、レーザ光学系１によって得られる輝度情報について説明する。
前述の光絞り部１９ａは、第２の結像レンズ１８の焦点位置に配設されており、一方、光絞り部１９ａのピンホールは極めて微小であるから、レーザ光Ｌ１が試料ｗ上で焦点を結ぶと、その反射光Ｌ１が光絞り部１９ａのピンホールで結像し、第１受光素子１９ｂに入射する受光光量が著しく大きくなり、逆に、レーザ光Ｌ１が試料ｗ上で焦点を結んでいないと、その反射光Ｌ１は、光絞り部１９ａのピンホールを殆ど通過しないので、第１受光素子１９ｂの受光光量が著しく小さくなる。したがって、レーザ光学系１による撮像領域（走査領域）のうち、焦点の合った部分（合焦点の撮像単位）について明るい映像が得られ、一方、それ以外の高さの部分については暗い映像が得られる。なお、レーザ光学系１は単色のレーザ光Ｌ１を用いた共焦点光学系であるから、分解能に優れた輝度情報が得られる。
【００１５】
つぎに、白色光光学系２について説明する。
白色光光学系２は、白色光（色情報用の照明光）Ｌ２を出射する白色光源２０を光源としている。該白色光源２０の光軸上には、第２のコリメートレンズ２１、第１のハーフミラー２２および前記対物レンズ１７が配設されており、前記第１のハーフミラー２２において２つの光学系１，２の光軸が合致するように白色光光学系２が配設されている。したがって、白色光Ｌ２は、レーザ光Ｌ１の走査領域と同一の箇所に集光される。試料ｗで反射された白色光（応答光）Ｌ２は、対物レンズ１７、第１のハーフミラー２２および第２リレーレンズ１６を透過し、さらに、第２のハーフミラー２３で反射されてカラーＣＣＤ（第２受光素子）２４の表面で結像する。すなわち、カラーＣＣＤ２４は、光絞り部１９ａと共役ないし共役に近い位置に配設されている。なお、カラーＣＣＤ２４で撮像された画像は、アナログのカラー撮像情報として、ＣＣＤ駆動回路４３に読み出されて第２Ａ／Ｄコンバータ４２に出力される。
【００１６】
つぎに、後述するカラー共焦点画像モードにおいて作動する図２のカラー映像信号作成手段５について説明する。
カラー映像信号作成手段５は、第１受光素子１９ｂからの輝度情報と、カラーＣＣＤ２４からの色情報とを組み合わせて、カラー映像用のデジタル信号ｒｏ，ｇｏ，ｂｏを作成するものである。前記カラー映像信号作成手段５は、第１および第２領域回路５１，５２と、輝度変換回路５３などを備えている。
【００１７】
前記第１および第２領域回路５１，５２は、図３に示すように、それぞれ、レーザ光学系１および白色光光学系２の撮像領域Ａ１，Ａ２の所定の共通部分を映像領域Ａ０として選択し、選択した部分についてデジタル信号を出力する。すなわち、図２の第１領域回路５１は、前記映像領域Ａ０について、カラーＣＣＤ２４の各画素に対応した分解能で輝度信号ｉを輝度用メモリＭｉに記憶させる。一方、前記第２領域回路５２は、前記映像領域Ａ０について、各画素ごとに赤、緑、青の色強度信号ｒｍ，ｇｍ，ｂｍを第１色強度メモリMr1,Mg1,Mb1 に記憶させる。なお、色強度信号とは、三原色についての輝度（強度）を含む信号をいう。
【００１８】
前記輝度変換回路５３は、下記の演算式(1),(2),(3) にしたがって、各画素についての前記色強度信号ｒｍ，ｇｍ，ｂｍの輝度情報を、輝度信号ｉの輝度情報に置換して、変換色強度信号ｒｏ，ｇｏ，ｂｏを求め、該信号を第２色強度メモリMr2,Mg2,Mb2 に記憶させるものである。
Ｒｏ＝Ｉ・Ｒｍ／（Ｒｍ＋Ｇｍ＋Ｂｍ） …(1)
Ｇｏ＝Ｉ・Ｇｍ／（Ｒｍ＋Ｇｍ＋Ｂｍ） …(2)
Ｂｏ＝Ｉ・Ｂｍ／（Ｒｍ＋Ｇｍ＋Ｂｍ） …(3)
Ｉ：輝度信号ｉの輝度
Ｒｍ，Ｇｍ，Ｂｍ：色強度信号ｒｍ，ｇｍ，ｂｍの輝度（強度）
Ｒｏ，Ｇｏ，Ｂｏ：変換色強度信号ｒｏ，ｇｏ，ｂｏの輝度（強度）
なお、第１および第２色強度メモリMr1 〜Mb1,Mr2 〜Mb2 は、カラーＣＣＤ２４のうち前述の映像領域Ａ０の部分の画素に対応した記憶部を有している。
【００１９】
こうして得られた変換色強度信号ｒｏ，ｇｏ，ｂｏは、カラーＣＣＤ２４からのカラー撮像情報のうちの輝度情報を、第１受光素子１９ｂからの輝度情報に置換した信号となる。前記変換色強度信号ｒｏ，ｇｏ，ｂｏは、前記第２色強度メモリMr2,Mg2,Mb2 から読み出されて、Ｄ／Ａコンバータ６０に出力され、更に、加算器６１において同期信号ａが付加されて、アナログの複合カラー映像信号ｃとなる。該複合カラー映像信号ｃはモニタ６２に出力されて、試料ｗの映像が映し出される。
【００２０】
つぎに、本走査顕微鏡の用い方について説明する。
本走査顕微鏡は、領域探索モード、白黒（無彩色）共焦点画像モードおよびカラー共焦点画像モードの３つのモードのうち１つを選択して用いる。これらのモードの設定は、操作部６３を操作して設定する。
【００２１】
領域探索モードが選択されると、カラー映像信号作成手段５は図１のレーザ駆動回路４４を停止させると共に、ＣＣＤ駆動回路４３を作動させてカラーＣＣＤ２４により撮像させる。この領域探索モードでは、図２の第２領域回路５２から第１色強度メモリMr1,Mg1,Mb1 に記憶された色強度信号ｒｍ，ｇｍ，ｂｍが、そのまま、Ｄ／Ａコンバータ６０に出力されて、被写界深度の深い通常の拡大画像がモニタ６２に映し出される。したがって、図１の試料ステージ３０をＸ，Ｙ方向に移動させることにより、撮像したい領域を探し出すことができる。
【００２２】
白黒共焦点画像モードが選択されると、カラー映像信号作成手段５（図２）は、レーザ光学系１のレーザ駆動回路４４および二次元走査装置１４などを作動させ、レーザ光学系１により撮像させる。この白黒共焦点画像モードでは、図２の第１領域回路５１から輝度用メモリＭｉに記憶された輝度信号ｉが、そのまま、Ｄ／Ａコンバータ６０に出力されて、解像度の高い白黒（無彩色）の拡大画像がモニタ６２に映し出される。
【００２３】
カラー共焦点画像モードが選択されると、以下に説明するように、レーザ駆動回路４４とＣＣＤ駆動回路４３とが交互に駆動される。
すなわち、図４のステップＳ１で該モードが選択されると、ステップＳ２に進み、レーザ光Ｌ１による１画面分の走査がなされた後、ステップＳ３に進む。ステップＳ３では図１のレーザ駆動回路４４が停止し、レーザ１０からレーザ光Ｌ１が出射されなくなる。この状態で図４のステップＳ４に進み、カラーＣＣＤ２４に電荷を蓄積する。該ステップＳ４で得た図２の色強度信号ｒｍ，ｇｍ，ｂｍは、該信号に含まれている輝度情報が前記ステップＳ２で得た輝度信号ｉの輝度情報に置換され、変換色強度信号ｒｏ，ｇｏ，ｂｏとなる。該変換色強度信号ｒｏ，ｇｏ，ｂｏは、それぞれ、第２色強度メモリMr2,Mg2,Mb2 に記憶された後、Ｄ／Ａコンバータ６０に出力されてカラーの拡大画像がモニタ６２に映し出される。
なお、図４のステップＳ４の後にステップＳ５に進み、前記レーザ光Ｌ１の走査と、ＣＣＤ駆動回路４３による電荷の蓄積および読み出しが繰り返される。
【００２４】
こうして得られるカラー共焦点画像は、色情報についての解像度が低いので、三原色のレーザ光を用いた従来のカラーレーザ顕微鏡に比べ、若干解像度が低くなるものの、通常の拡大画像よりも解像度が高いので、十分利用価値の高い映像が得られる。
【００２５】
また、図１の白色光源２０とカラーＣＣＤ２４を用いた白色光光学系２によって色情報を得るから、三原色のレーザ光を用いた従来のカラーレーザ顕微鏡に比べ、光学系が著しく簡単な構造になるので、走査顕微鏡のコストダウンと小型化を図り得る。
【００２６】
また、本実施形態の場合、図１のカラーＣＣＤ２４によって撮像する（カラーＣＣＤ２４に電荷を蓄積する）際には、レーザ駆動回路４４を停止してレーザ光Ｌ１がカラーＣＣＤ２４に入射しないようにしている。したがって、レーザ光Ｌ１の色を帯びた映像になることもなく、試料ｗの実際の色に近い色彩の映像が得られる。
【００２７】
なお、レーザ光Ｌ１がカラーＣＣＤ２４に入射しないようにする手段としては、レーザ光Ｌ１を遮光するシャッタを用いたり、あるいは、レーザ光Ｌ１の走査範囲をカラーＣＣＤ２４の撮像領域外に設定するなど種々の方法を採用することができる。また、レーザ光Ｌ１がカラーＣＣＤ２４に入射して、レーザ光Ｌ１の色を帯びても、カラーの映像が得られるので、本発明の範囲に含まれる。
【００２８】
ところで、図１の試料ｗの色とレーザ光Ｌ１の色が同系色であると、試料ｗにおける反射光Ｌ１の光量（式(1) 〜(3) の輝度Ｉ）が大きくなるので、第１受光素子１９ｂに入射する光量が増大する。そのため、このような場合、映像が実際の試料ｗの色よりも白っぽくなる。そこで、図５に示す第２実施形態では、かかる同系色の場合でも、実際の試料の色彩に近い色彩が得られる機能を備えている。
【００２９】
図５の第２実施形態では、輝度変換回路５３が判別手段５３ａおよび３つの補正変数を記憶する補正変数記憶部５３ｂを備えている点において前記第１実施形態と異なっている。
本実施形態では、輝度変換回路５３が下記の演算式(11)〜(13)にしたがって、色強度信号ｒｍ，ｇｍ，ｂｍの輝度Ｒｍ，Ｇｍ，Ｂｍを補正して変換色強度信号ｒｏ，ｇｏ，ｂｏの輝度（強度）Ｒｏ，Ｇｏ，Ｂｏを求める。
Ｒｏ＝Ｋｒ・Ｉ・Ｒｍ／（Ｒｍ＋Ｇｍ＋Ｂｍ） …(11)
Ｇｏ＝Ｋｇ・Ｉ・Ｇｍ／（Ｒｍ＋Ｇｍ＋Ｂｍ） …(12)
Ｂｏ＝Ｋｂ・Ｉ・Ｂｍ／（Ｒｍ＋Ｇｍ＋Ｂｍ） …(13)
Ｋｒ，Ｋｇ，Ｋｂ：補正変数
【００３０】
前記輝度変換回路５３の判別手段５３ａは、下記の(14)式に示す赤色比Ｒｃと所定の閾値Ｓｒとを比較して、試料ｗの撮像領域における各撮像単位（カラーＣＣＤ２４の各画素）ごとに、当該各撮像単位の部分が、所定の閾値Ｓｒよりも赤っぽいか否かを判別するものである。
Ｒｃ＝Ｒｍ／（Ｒｍ＋Ｇｍ＋Ｂｍ） …(14)
すなわち、判別手段５３ａは、カラーＣＣＤ２４の各画素が受光した赤色の輝度Ｒｍが、当該３色の輝度の合計値（Ｒｍ＋Ｇｍ＋Ｂｍ）に対して大きいときは、当該撮像単位の部分が赤っぽいと判断するものである。
【００３１】
前記輝度変換回路５３は、前記(14)式の赤色比Ｒｃが閾値Ｓｒよりも小さい場合は、Ｋｒ＝Ｋｇ＝Ｋｂ＝１に設定して、前述の第１実施形態と同様に変換色強度信号ｒｏ，ｇｏ，ｂｏを得る。一方、輝度変換回路５３は、赤色比Ｒｃが前記閾値Ｓｒ以上の場合は、補正変数記憶部５３ｂから補正変数Ｋｒ，Ｋｇ，Ｋｂを読み出し、前記(11)〜(13)式にしたがって変換色強度信号ｒｏ，ｇｏ，ｂｏを得る。
【００３２】
図５（ｂ）は前記補正変数Ｋｒ，Ｋｇ，Ｋｂを示すグラフである。
各補正変数Ｋｒ，Ｋｇ，Ｋｂは、たとえば、試料ｗの撮像単位の赤色比Ｒｃが大きい程“1.0"よりも小さくなるように設定されている。したがって、前記(11)〜(13)式のように補正変数Ｋｒ，Ｋｇ，Ｋｂを乗算することで、輝度が小さくなるから、赤色比Ｒｃが大きい場合にも、映像が白っぽくならず、実際の試料ｗの色彩に近い色彩の映像が得られる。
【００３３】
ところで、前述のカラー共焦点画像モードで凹凸のある試料ｗを観察すると、焦点（高さ）の合っていない部分の映像が暗くなる。そこで、図６および図７に示す第３実施形態では、かかる凹凸のある試料ｗの観察に適した凹凸用カラー共焦点画像モードを備えている。
【００３４】
つぎに、前記凹凸用カラー共焦点画像モードを備えた第３実施形態の構成について説明する。
図６に示すように、本第３実施形態では、カラー映像信号作成手段５が最大輝度記憶部Ｍmax およびＺ座標記憶部Ｍｚからなるメモリを備えている。前記最大輝度記憶部Ｍmax は、走査領域における各撮像単位（カラーＣＣＤ２４の各画素に対応する単位）ごとに、第１受光素子１９ｂ（図５）が受光した最大輝度Ｉmax を記憶するものである。前記Ｚ座標記憶部Ｍｚは、輝度Ｉが最大輝度Ｉmax となったときのＺ座標（試料ステージ３０の高さ）を各撮像単位ごとに記憶するものである。前記第２色強度メモリMr2,Mg2,Mb2 は合成撮像情報記憶部を構成しており、前記Ｚ座標記憶部Ｍｚに記憶されたＺ座標においてカラーＣＣＤ２４の各画素が受光したカラー撮像情報を記憶する。つまり、第２色強度メモリMr2,Mg2,Mb2 は、図１の試料ステージ３０の高さが変化して第１光学系１が合焦点となったときのカラー撮像情報を各画素（撮像単位）ごとに記憶する。
【００３５】
前記輝度変換回路５３は輝度比較手段５３ｃを備えている。該輝度比較手段５３ｃは、最大輝度記憶部Ｍmax に記憶されている最大輝度Ｉmax と、輝度用メモリＭｉに新たに記憶された輝度Ｉとを各撮像単位ごとに比較するものである。輝度変換回路５３は、前記比較の結果、各撮像単位ごとに、輝度用メモリＭｉに新たに記憶された輝度Ｉが最大輝度Ｉmax よりも大きければ、当該輝度Ｉを最大輝度として最大輝度記憶部Ｍmax に記憶させる。
なお、その他の構成は前述の図５の第２実施形態と同様であり、その詳しい説明および図示を省略する。
【００３６】
つぎに、凹凸用カラー共焦点画像モードについて説明する。
図７において、まず、ステップＳ１１で図１の試料ステージ３０を上昇端まで移動させる。つぎに、ステップＳ１２で、第２光学系２によって撮像し、カラーＣＣＤ２４に電荷を蓄積してカラー撮像情報を得る。つづいて、図７のステップＳ１３に進み、第１光学系１によってレーザ光Ｌ１を走査して撮像することで、輝度情報を得、この内容を図６の最大輝度記憶部Ｍmax に、各撮像単位（カラーＣＣＤ２４の画素に対応する単位）ごとに記憶させ、当該撮像時のＺ座標をＺ座標記憶部Ｍｚに記憶させると共に、輝度変換を行った変換色強度信号ｒｏ，ｇｏ，ｂｏを第２色強度メモリMr2,Mg2,Mb2 に記憶させる。
【００３７】
つづいて、ステップＳ１４に進み、試料ステージ３０（図１）を１段階下降させた後、図７のステップＳ１５に進む。
ステップＳ１５では、再び、第２光学系２によってカラー撮像情報を得、この内容を図６の第１色強度メモリMr1,Mg1,Mb1 に各画素ごとに記憶させ、図７のステップＳ１６に進む。
【００３８】
ステップＳ１６では、第１光学系１によってレーザ光Ｌ１を走査しながら、以下に説明するように、最大輝度記憶部Ｍmax の最大輝度Ｉmax を更新記憶させると共に、最大輝度Ｉmax を更新した撮像単位については第２色強度メモリMr2,Mg2,Mb2 に記憶させていた変換色強度信号ｒｏ，ｇｏ，ｂｏを更新記憶させる。すなわち、レーザ光Ｌ１を走査して新たに図６の輝度用メモリＭｉに記憶された輝度Ｉと、最大輝度記憶部Ｍmax に記憶されている最大輝度Ｉmax とを、各撮像単位ごとに、輝度比較手段５３ｃが比較する。該比較の結果、Ｉ＞Ｉmax であれば、当該撮像単位については、輝度変換回路５３が当該輝度Ｉを新たな最大輝度Ｉmax として最大輝度記憶部Ｍmax に記憶させると共に、第１色強度メモリMr1,Mg1,Mb1 に記憶されている色強度信号ｒｍ，ｇｍ，ｂｍ、つまり、カラー撮像情報を輝度変換して、変換色強度信号ｒｏ，ｇｏ，ｂｏとして第２色強度メモリMr2,Mg2,Mb2 の当該撮像単位のアドレスに更新記憶させる。一方、前記比較の結果、輝度Ｉが最大輝度Ｉmax 以下であれば、当該撮像単位については、最大輝度Ｉmax および変換色強度信号ｒｏ，ｇｏ，ｂｏの更新をしない。
【００３９】
つづいて、図７のステップＳ１７に進み、試料ステージ３０が下降端でなければ、ステップＳ１４に戻り、一方、試料ステージ３０が下降端であれば、ステップＳ１８に進んで、変換色強度信号ｒｏ，ｇｏ，ｂｏがＤ／Ａコンバータ６０（図５）に出力された後、複合カラー映像信号ｃ（図５）が得られる。つまり、図７のステップＳ１４〜ステップＳ１７を繰り返すことで、前記図６の最大輝度記憶部Ｍmax の最大輝度Ｉmax と、変換色強度信号ｒｏ，ｇｏ，ｂｏの更新を繰り返す。したがって、ステップＳ１８で出力される変換色強度信号ｒｏ，ｇｏ，ｂｏの輝度は、前述の式(11)〜(13)と同様な下記の式(21)〜(23)で表される。
Ｒｏ＝Ｋｒ・Ｉmax ・Ｒｍ／（Ｒｍ＋Ｇｍ＋Ｂｍ） …(21)
Ｇｏ＝Ｋｇ・Ｉmax ・Ｇｍ／（Ｒｍ＋Ｇｍ＋Ｂｍ） …(22)
Ｂｏ＝Ｋｂ・Ｉmax ・Ｂｍ／（Ｒｍ＋Ｇｍ＋Ｂｍ） …(23)
なお、図７のステップＳ１９でモードOFF であれば、当該モードを終了する。
【００４０】
このように、本実施形態では、図１のカラーＣＣＤ２４の各画素ごとに、第１光学系１が合焦点となった際のＺ座標についてのカラー撮像情報を用いるので、凹凸があっても各画素ごとに焦点の合った映像が得られるから、通常のカラーの拡大画像よりもピントの合った映像が得られる。
【００４１】
ところで、前記各実施形態では、輝度変換を行ったが、本発明では輝度変換を必ずしも行う必要はない。
すなわち、前述の図７のステップＳ１３およびステップＳ１６で輝度変換を行わずに、第１色強度メモリMr1,Mg1,Mb1 に記憶されているカラー撮像情報を第２色強度メモリMr2,Mg2,Mb2 に出力して、つまり、下記の式(31)〜(33)に従って、複合カラー映像信号ｃを得てもよい。
Ｒｏ＝Ｒｍ …(31)
Ｇｏ＝Ｇｍ …(32)
Ｂｏ＝Ｂｍ …(33)
【００４２】
この場合も、第３実施形態と同様に、図１のカラーＣＣＤ２４の各画素ごとに第１光学系１が合焦点となった際のＺ座標についてのカラー撮像情報を用いるので、通常のカラー拡大画像と異なり、厳密にピントの合った映像が得られる。
【００４３】
ところで、前記各実施形態では、試料ｗの表面および第１受光素子１９ｂにおいて点状に集光するレーザ光Ｌ１を用いたが、本発明では、試料ｗの表面および第１受光素子１９ｂにおいて線状に集光するラインレーザ光Ｌ１を用いることもできる。すなわち、図８のように、レーザ光Ｌ１に代えてＹ方向に長いラインレーザ光Ｌ１を用いると共に、点状の第１受光素子１９ｂに代えてＹ方向に長い一次元ＣＣＤ１９Ａを用い、更に、二次元走査装置１４に代えて一次元走査装置１４Ａを用いる。この場合、図８（ｂ）のように、ラインレーザ光Ｌ１が試料ｗの表面で集光した際の長手方向に直交する方向に、ラインレーザ光Ｌ１を走査する。なお、光絞り部１９ａはスリット状（溝状）にする。
【００４４】
ところで、前記各実施形態では、図１のレーザ光学系１の第１受光素子１９ｂの前方に光絞り部１９ａを設けたが、該光絞り部１９ａは必ずしも設ける必要はない。
たとえば、図９のように、第２の結像レンズ１８の焦点の位置に白黒用の一次元ＣＣＤ１９Ａを設けてもよい。この場合、第１の一次元走査装置１４Ａを第１のコリメートレンズ１１と偏光ビームスプリッタ１２の間に設け、第２の一次元走査装置１４Ｂを 1/4波長板１３と第１リレーレンズ１５との間に設ける。
【００４５】
また、前記各実施形態では、図１の第２光学系２の第２受光素子としてカラーＣＣＤ２４を用いたが、他の受光素子を用いてもよい。
たとえば、ダイクロイックミラーを使用して反射光Ｌ２を３原色に分解し、これらの３原色の反射光を３つの白黒映像用の二次元ＣＣＤに入射させてもよい。また、光学系は異なるが、第２受光素子としてカラーラインＣＣＤを用い、白色応答光を一次元的に走査する一次元走査装置を設けてもよい。さらに、第２受光素子としては、３つの白黒映像用のラインＣＣＤ（Ｒ，Ｇ，Ｂ用）を用いることもでき、また、３つの点受光素子（Ｒ，Ｇ，Ｂ用）を用いることもできる。なお、これらの場合において、白色応答光を走査する走査装置は、レーザ光Ｌ１を走査する走査装置と兼用することもできる。
【００４６】
また、第２受光素子としては、カラーＣＣＤの他にＭＯＳ型などの他の固体撮像素子や複数の撮像管を組み合わせたテレビカメラなどを用いることもできる。
【００４７】
ところで、前記図１の実施形態では、レーザ光Ｌ１および白色光Ｌ２の反射光を、それぞれ、第１受光素子１９ｂおよびカラーＣＣＤ２４に受光させることとしたが、本発明では、試料ｗを透過した透過光や、前記反射光を置換した蛍光を受光させるものであってもよい。
【００４８】
また、前記実施形態では、色彩を光の三原色に分解したが、本発明では補色系（黄、シアン、緑）に分解してもよい。また、色情報として色差信号を用いてもよい。
【００４９】
また、前記各実施形態では、レーザ光学系１および白色光光学系２に第２リレーレンズ１６を設けて無限補正系を採用したが、第２リレーレンズ１６を設けずに有限補正系を採用してもよい。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、本走査顕微鏡によれば、レーザ光とは異なる色情報用の照明光を用いた第２光学系によって色情報を得るから、三原色のレーザ光を用いた従来のカラーレーザ顕微鏡に比べ、光学系が著しく簡単な構造になるので、コストダウンと小型化を図り得る。
なお、本走査顕微鏡は、従来のカラーレーザ顕微鏡に比べ色情報についての解像度が低いが、レーザ光によって輝度情報を得ているから、通常の拡大画像よりも解像度が高いので、十分利用価値が高い。
【００５１】
また、請求項７ないし９の発明では、対物レンズから試料までの距離を変化させながら、第１受光素子に入射した応答光の最大輝度を求め、該最大輝度を輝度情報として用いるので、凹凸の大きい試料でも、映像の一部が著しく暗くなるおそれがない。
【００５２】
また、第２受光素子によって撮像する際に、レーザ光が該撮像素子に入射しないようにすれば、レーザ光の色を帯びた映像となるおそれもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の走査顕微鏡の第１実施形態を示す概略構成図である。
【図２】ブロック図である。
【図３】撮像領域を示す平面図である。
【図４】フローチャートである。
【図５】第２実施形態にかかるブロック図および補正変数を示す図である。
【図６】第３実施形態にかかるカラー映像信号作成手段のブロック図である。
【図７】フローチャートである。
【図８】走査顕微鏡の第４実施形態を示す概略構成図である。
【図９】走査顕微鏡の第５実施形態を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１：第１光学系
１７：対物レンズ
１９ｂ：第１受光素子
１９Ａ：第１受光素子
２：第２光学系
２０：色情報用の照明光（白色光源）
２４：第２受光素子
Ｌ１：レーザ光
Ｌ２：照明光
ｒｏ，ｇｏ，ｂｏ：カラー映像用の信号
ｃ：カラー映像用の信号（複合カラー映像信号）
Claims (10)
- レーザ光を対物レンズにより試料に集光させると共に前記レーザ光を試料表面に沿って相対的に走査させ、その応答光を第１受光素子に受光させる第１光学系と、
前記レーザ光とは異なる色情報用の照明光を試料に照射して、その応答光を第２受光素子に受光させる第２光学系と、
前記第１受光素子からの輝度情報と、前記第２受光素子からの色情報に基づいて、カラー映像用の信号を得るカラー映像信号作成手段とを備えたことを特徴とする走査顕微鏡。 - 請求項１記載の走査顕微鏡において、
前記レーザ光を試料表面に沿って二次元的に相対的に走査させる手段を備えたことを特徴とする走査顕微鏡。 - 請求項１記載の走査顕微鏡において、
前記レーザ光としてラインレーザ光を用い、そのレーザ光を対物レンズにより試料に線状に集光させる手段を備えたことを特徴とする走査顕微鏡。 - 請求項１ないし請求項３のいずれか１項記載の走査顕微鏡において、
前記カラー映像用の信号には、前記第１受光素子からの輝度情報と、前記第２受光素子からのカラー撮像情報のうちの色情報とが含まれていることを特徴とする走査顕微鏡。 - レーザ光を対物レンズにより試料に集光させると共に前記レーザ光を試料表面に沿って相対的に走査させ、その応答光を第１受光素子に受光させる第１光学系と、
前記レーザ光とは異なるカラー撮像情報用の照明光を試料に照射して、その応答光を第２受光素子に受光させる第２光学系と、
前記対物レンズから前記試料までの距離を変化させながら、前記第１光学系によって輝度情報を得る手段と、前記第２光学系によってカラー撮像情報を得る手段を備えると共に、
走査領域における各撮像単位ごとの前記輝度情報に基づいて、前記カラー撮像情報のうち前記各撮像単位ごとに焦点の合ったものを用いて、カラー映像用の信号を得るカラー映像信号作成手段とを備えたことを特徴とする走査顕微鏡。 - 請求項５記載の走査顕微鏡において、
前記第２受光素子がカラーＣＣＤであり、
前記カラー映像信号作成手段が、前記カラーＣＣＤの各画素ごとに前記第１光学系の前記輝度情報が最大輝度となったときの前記カラー撮像情報を用いて前記カラー映像信号を得ることを特徴とする走査顕微鏡。 - 請求項１ないし請求項３のいずれか１項記載の走査顕微鏡において、
前記対物レンズから前記試料までの距離を変化させながら、前記第１光学系によって輝度情報を得る手段と、前記第２光学系によってカラー撮像情報を得る手段を備えると共に、
走査領域における各撮像単位ごとに前記第１受光素子からの最大輝度を記憶する最大輝度記憶部と、
前記最大輝度が得られたときの前記距離における前記第２受光素子のカラー撮像情報を前記各撮像単位ごとに記憶する合成撮像情報記憶部と、
を備えたことを特徴とする走査顕微鏡。 - 請求項７項記載の走査顕微鏡において、
前記カラー映像信号作成手段が、前記各撮像単位ごとに、前記最大輝度記憶部に記憶された前記最大輝度と、
前記合成撮像情報記憶部に記憶されたカラー撮像情報のうちの色情報とを用いて、
前記カラー映像用の信号を得ることを特徴とする走査顕微鏡。 - 請求項８項記載の走査顕微鏡において、
前記合成撮像情報記憶部に記憶されたカラー撮像情報を前記カラー映像用の信号とした走査顕微鏡。 - 請求項１ないし９のいずれか１項記載の走査顕微鏡において、前記第２受光素子によって撮像する際には、前記レーザ光が前記第２受光素子に入射しない手段を備えた走査顕微鏡。
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