JP4847295B2 - 共焦点顕微鏡 - Google Patents

Description

本発明は、観察対象の試料について全焦点画像を取得することができる共焦点顕微鏡に関する。

共焦点顕微鏡は、光源からの光をスポット状にして試料面を走査するとともに、試料面からの反射光のうち共焦点絞りを通過した光のみを光検出器により電気信号に変換し、試料面の三次元情報を得る。

共焦点顕微鏡は、光軸上で焦点の合ったときに検出される光量が最大となり焦点から外れたところではほぼゼロになるので、Ｚ軸（光軸）方向に所定のピッチで試料面を移動させながら、試料面をスポット光で二次元走査し、画素毎に光量が最大となる光量（最大輝度）情報と、この時のＺ軸（光軸）方向の位置情報（高さ情報）を得る。また、この最大輝度情報のみを用いて画像を生成すると、画面全体に対して焦点が合っている全焦点画像を得る。

したがって、共焦点顕微鏡において良好な全焦点画像を得るためには、画像を取得する時に最適なコントラストが得られるように装置の光源強度、検出器感度、電気信号オフセット等の設定を調整する必要がある。

しかし、Ｚ軸方向に試料面を移動させながら上記設定を最適な状態に調整するには観察者の熟練や手間を要する。また、観察者によって調整状態に差異が生じやすい。
そこで、二次元走査する画像に対して、取得した画像から光源強度や検出器感度を自動調整して適切なコントラストを得ようとする試みが以前から行われている。例えば、特許文献１には、共焦点顕微鏡のゲインをソフトレベルで短時間かつ確実に自動調整できるゲインの調整方法について開示されている。
特開２０００−３２１５０３号公報

しかし、上述の方法では、ある特定のＺ位置におけるコントラストを最適に調整することは可能であるが、全焦点画像に対して最適なコントラストに調整することは難しいという問題があった。

また、一般に、取得済みの画像に対してコントラスト強調を行う画像処理の手法としては、ヒストグラム伸張、ヒストグラム平均化といった手法やその応用手法が広く知られている。

例えば、共焦点顕微鏡では、視野内に反射率の異なる材質が存在する場合、それらは濃淡のコントラストとなって観察される。このように、画像取得時に良好なコントラストがついている時には、一般的なコントラスト強調による強調効果は少なく処理され、最適なコントラストに調整することが可能である。また、逆に、画像取得時に光源強度や検出器感度が不足して、コントラストが低い画像が取得された場合も、全体的にコントラスト強調処理がなされるため、最適なコントラストに調整することが可能である。

しかし、このような汎用的な画像処理を全ての全焦点画像に適用すると、試料形状に寄らず一様の処理が施され、試料によっては余計な強調がされてしまう。
例えば、ミラーなどの平坦な表面内に微少な傷や異物等がある場合、その部分にはコントラストが必要だが、他の大部分の表面領域には、コントラストの少ない平坦なものとして観察できることが望ましい。

しかし、一般的なコントラスト強調処理を施すと、特定部位に集中した輝度を全体に分散するため、処理前には目立たなかった光学的なムラ等が過度に強調され、結果として観察者が求めるような良好な観察画像が得られない場合があった。

本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、最適なコントラストに調整された全焦点画像を取得することができる共焦点顕微鏡を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明に係る共焦点顕微鏡は、対物レンズを介して試料に集束光を照射する光照射手段と、前記試料に対する前記対物レンズの集光位置を前記集束光の光軸方向にそって任意の範囲で変動させる集光位置変動手段と、該集光位置毎に前記光軸方向に直交する所定の平面内を走査し、前記集束光の前記試料による反射光を受光して共焦点画像を取得する共焦点画像取得手段と、該共焦点画像から各画素について最大輝度値を抽出して全焦点画像を生成する全焦点画像生成手段と、該最大輝度値を取得した集光位置から該集光位置における前記試料の高さを取得して高さマップ画像を生成する高さマップ画像生成手段と、該高さマップ画像から得られる試料の状態に応じて、前記全焦点画像に対して施すコントラストの強調レベルを決定する強調レベル制御手段と、該強調レベル制御手段が決定した強調レベルにしたがって前記全焦点画像に対してコントラスト強調処理を行う画像処理部と、を備える。

以上に説明したように、本発明によると、最適なコントラストに調整された全焦点画像を取得することができる共焦点顕微鏡を提供することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について図１〜図７に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施例に係る共焦点顕微鏡１００の構成例を示す図である。
光源１０１から出射した光は、ビームスプリッタ１０２を透過して２次元走査機構１０３に入射する。２次元走査機構１０３は、第１の光スキャナ１０３ａと第２の光スキャナ１０３ｂとを備え、光束を２次元に走査して対物レンズ１０５へと導く。

対物レンズ１０５へ入射した光束は、集束光となって試料１０６の表面上を走査する。試料１０６の表面で反射した光は、再び対物レンズ１０５から２次元走査機構１０３を介してビームスプリッタ１０２に導入された後、ビームスプリッタ１０２によって反射され結像レンズ１０７を介してピンホール１０８上に集光する。

ピンホール１０８は、試料１０６の集光点以外からの反射光をカットするので、ピンホール１０８を通過する光だけが光検出器１０９によって検出される。
Ｚレボルバ１０４は、複数の対物レンズ１０５を備え、所望の倍率の対物レンズ１０５を２次元走査の光路中に挿入することができる。また、Ｚ軸方向（光軸方向）に移動可能となっており、対物レンズ１０５の集光位置と試料８の相対位置（以下、単に「相対位置」という）とを変化させることができる。

試料１０６は、試料台１１１上に載置され、ステージ１１２によってＸＹ方向（光軸に垂直に交わる平面方向）に移動可能となっている。
対物レンズ１０５による集光位置は、ピンホール１０８と共役な位置にあり、試料１０６が対物レンズ１０５による集光位置にある場合は、試料１０６からの反射光がピンホール１０８上で集光してピンホールを通過するが、試料１０６が対物レンズ１０５による集光位置からずれた位置にある場合は、試料１０６からの反射光はピンホールを通過しない。

ここで、対物レンズ１０５と試料１０６との相対位置（Ｚ）と光検出器１０９の出力（Ｉ）の関係を示すＩ−Ｚカーブのとおり、試料１０６が対物レンズ１０５の集光位置にある場合、光検出器１０９の出力は最大となり、この位置から対物レンズ１０５と試料１０６の相対位置が離れるに従い光検出器の出力は急激に低下する。

したがって、２次元走査機構１０３によって集光点を２次元走査し、光検出器１０９の出力を２次元走査機構１０３に同期して画像化すれば、試料１０６に対してある特定の高さ（焦点位置）の出力のみ画像化され、試料１０６を光学的に２次元方向にスライスした画像（共焦点画像）が得られる。

さらに、共焦点画像を取得する毎に各画素について、最高輝度値とその時の相対位置を検出することにより、全焦点画像データおよび高さマップ画像データを得ることができる。なお、最高輝度とその時の相対位置の抽出には、測定したデータをそのまま使用する方法と、理想曲線に近似して求める方法があるがいずれを使用してもよい。

したがって、全焦点画像データは、全焦点画像の各画素についての輝度値を少なくとも構成要素とするデータである。また、高さマップ画像データは、全焦点画像の各画素における輝度値を取得した焦点位置（以下、単に「高さ」という）を少なくとも構成要素とするデータである。

以上のようにして得られた全焦点画像データおよび高さマップ画像データは、モニタ１１３に出力される。モニタ１１３は、上記操作画面とともに全焦点画像および高さマップ画像を表示する。

コンピュータ１１０は、２次元走査機構１０３、Ｚレボルバ１０４および光検出器１０９等を制御して本実施例に係る共焦点顕微鏡１００を実現するプログラムを実行するＣＰＵと、プログラム実行に用いる揮発性メモリ（例えば、ＲＡＭ）と、外部からのデータ入力手段である入力装置（例えば、キーボードやマウス）と、全焦点画像や操作画面等をモニタ１１３に出力する出力装置と、プログラム、全焦点画像データ、高さマップ画像データ及びレベル制御テーブル１１０ａ等を記憶する記憶装置と、を少なくとも備える情報処理装置である。

そして、全焦点画像および高さマップ画像に応じてコントラストの強調レベルを定義するレベル制御テーブル１１０ａと、このレベル制御テーブル１１０ａに基づいてコントラストの強調レベルを決定する処理レベル制御手段１１０ｂと、全焦点画像に対してコントラスト強調等の画像処理を施す画像処理手段１１０ｃと、を少なくとも備える。

機器使用者はモニタ１１３に表示される画面にしたがって入力装置を操作することで、共焦点顕微鏡１００の各部を操作することができる。
図２は、本発明の実施例に係るコントラスト強調処理について説明する図である。

図２に示すヒストグラム２００は、全焦点画像における輝度分布を示すヒストグラムの例である。横軸は輝度値を示し、縦軸は頻度を示す。
ヒストグラム２００は、輝度値が広く均一に分布するほどコントラストが強い画像であることを示す。したがって、輝度値の下限レベルａと上限レベルｂに挟まれる領域の輝度分布をダイナミックレンジの範囲内で広げる（又は狭める）ことにより、コントラストの強弱を調整することが可能となる。

本実施例では、下限レベルａにおける輝度値と上限レベルｂにおける輝度値とを直線で結んでできる傾きｃを変更することにより、下限レベルａと上限レベルｂとで挟まれる領域を操作してコントラストの強弱を調整する。

なお、傾きｃを変更する場合、ダイナミックレンジの中心を軸にして変更してもよいし、輝度値の平均値や中央値を軸に変更してもよい。
図３は、本発明の実施例に係るレベル制御テーブル１１０ａの例を示している。

レベル制御テーブル３０１は、コントラストの「強調レベル」と、観察する試料１０６の「高さ」と、コントラストの「強調度」と、を備え、観察する試料１０６の高さに応じて強調レベルおよび強調レベルに対応する強調度を定義する。

本実施例に係る強調度には、図２に示した傾きｃの値を使用する。例えば、強調度が１．３の場合、傾きｃが１．３から１．０になるまで下限レベルａと上限レベルｂに挟まれる領域の輝度分布を広げる処理を行う。

したがって、強調度１．０は、強調処理を実行しないことを示し、強調度の数値が大きくなるほどコントラスト強調効果が大きくなることを示す。
レベル制御テーブル３０２は、コントラストの「強調レベル」と、観察する試料１０６の表面の「凹凸度」と、コントラストの「強調度」と、を備え、観察する試料１０６の表面の凹凸度に応じて強調レベルおよび強調レベルに対応する強調度を定義する。

ここで、試料１０６における任意の断面とその平均面の例を図４に示す。図４は、横軸を画像の画素位置、縦軸を高さ位置とした場合における高さマップ画像から得られる試料１０６の断面プロファイルｄとその平均面ｅを示している。

本実施例に係る凹凸度は、断面プロファイルｄにおける平均面ｅを求め、各画素について「断面プロファイルｄの高さ」と「平均面ｅの高さ」との差を求めて積算した値を全画素数で除することによって得る。すなわち、凹凸度は、以下の式で求められる。

「凹凸度」 ＝ Σ（「断面プロファイルｄの高さ」−「平均面ｅの高さ」）／「画素数」
・・・（１）
なお、平均面を抽出する方法としては、例えば、最小自乗方法を用いる。

レベル制御テーブル３０３は、コントラストの「強調レベル」と、試料１０６の断面プロファイルｄの変化を表す「微分値」と、輝度分布についての偏差からコントラスト強調処理の適否を判別するために使用する「偏差閾値」と、コントラストの「強調度」と、を備え、微分値に応じて強調レベルおよび強調レベルに対応する強調度を定義する。

上記微分値は、高さマップ画像から得る高さを各画素について微分することによって求める。また、輝度の偏差は、全焦点画像の輝度ヒストグラムから求める。
以上に説明した強調度には１．０以上の値を使用しているが、１．０より小さい値を使用してもよい。例えば、強調度が０．５の場合、傾きが０．５から１．０になるまで下限レベルａと上限レベルｂに挟まれる領域の輝度分布を狭める処理を行えばよい。

また、強調度には傾きｃを使用しているが、傾きｃにかえて下限レベルａおよび上限レベルｂを使用してもよい。
また、凹凸度には、各画素について「実際の高さ」と「平均面の高さ」との差を求めて積算した値の自乗平均平方根等を使用してもよい。

以下、レベル制御テーブル３０１を使用した場合を第１の実施例、レベル制御テーブル３０２を使用した場合を第２の実施例、レベル制御テーブル３０３を使用した場合を第３の実施例として説明する。
（第１の実施例）
図５は、本発明の第１の実施例に係る共焦点顕微鏡の処理を示すフローチャートである。

機器使用者が入力装置を介して所定の操作をすることにより、共焦点顕微鏡１００は試料１０６の共焦点画像を取得する処理を開始する。
ステップＳ５０１において、共焦点顕微鏡１００は、図１で説明した動作により試料１０６の全焦点画像データ及び高さマップ画像データを取得し、例えば、共焦点顕微鏡１００に備わる記憶装置に記憶する。そして、処理をステップＳ５０２に移行する。

ステップＳ５０２において、共焦点顕微鏡１００は、記憶装置に記憶されている高さマップ画像データを参照する。そして、高さマップ画像データについて孤立点ノイズの除去を行う。以後の処理においてノイズが原因で誤った判断（処理）が行われること防止するためである。

ここで、孤立点ノイズを除去する方法としては、メディアンフィルタを利用してノイズを除去する方法が一般的であるが、必要に応じて、単純平均フィルタや閾値型平均フィルタ等を利用してノイズを除去しても良い。

ステップＳ５０３において、共焦点顕微鏡１００は、ステップＳ５０２と同様に、高さマップ画像データを参照する。そして、高さマップ画像データから高さの最高値と最小値を抽出する。さらに、最高値と最小値との差を算出する。そして、この差を試料１０６の高さ（以下、「第１の高さ」という）とする。

ステップＳ５０４において、共焦点顕微鏡１００は、レベル番号を保持する変数ｎを０に初期化する。そして、処理をステップＳ５０５に移行する。
ステップＳ５０５において、共焦点顕微鏡１００は、例えば、記憶装置の所定のアドレスに記憶されているレベル制御テーブル３０１を参照し、レベル番号ｎ＝０と一致する「強調レベル」の「高さ」（以下、「第２の高さ」という）を取得する。そして、第１の高さと第２の高さとを比較する。

第２の高さが第１の高さ以下の場合、共焦点顕微鏡１００は、処理をステップＳ５０６に移行する。
ステップＳ５０６において、共焦点顕微鏡１００は、レベル番号ｎを１だけインクリメントする。そして、レベル番号ｎと、レベル制御テーブル３０１の終わりを示すレベル番号Ｎとを比較する。レベル番号ｎがＮ以下の場合には、処理をステップＳ５０５に移行する。また、レベル番号nがＮより大きい場合には、処理をステップＳ５０９に移行する。

ステップＳ５０５及びＳ５０６の処理により、第１の高さ（試料１０６の高さ）に応じた強調レベル（レベル番号）ｎが決まることとなる。
ステップＳ５０７において、共焦点顕微鏡１００は、記憶装置に記憶されているレベル制御テーブル３０１を参照する。そして、ステップＳ５０５及びＳ５０６の処理によって決定した強調レベルｎの「強調度」を取得する。

ステップＳ５０８において、共焦点顕微鏡１００は、ステップＳ５０７で取得した強調度を傾きｃとする。そして、図３で説明したように、ステップＳ５０１で取得した全焦点画像データの輝度分布について、傾きｃが１．０となるように下限レベルａと上限レベルｂに挟まれる領域の輝度分布を広げる処理を行う。これにより、コントラストの強調処理が行われる。

以上のコントラスト強調処理が完了すると、共焦点顕微鏡１００は、処理をステップＳ５０９に移行する。
ステップＳ５０９において、共焦点顕微鏡１００は、全焦点画像データをモニタ１１３に出力して全焦点画像を表示する。

以上に説明したように、第１の実施例に係る共焦点顕微鏡１００は、試料１０６から全焦点画像データを取得した高さ（第１の高さ）に応じて、全焦点画像に対するコントラストの強調レベル（強調度）を最適なレベルに制御する。

その結果、例えば、ミラー表面のように輝度分布が局所的に集中する試料を観察する場合でも、過度なコントラストの強調を行うことがないので、光学ムラが強調されることなく良好な観察画像を得ることが可能となる。

また、試料１０６に高低差がある場合でも、その境界部分に十分なコントラスト強調処理が行われるように強調レベル（強調度）を最適なレベルに制御できるので、画像取得時の全焦点画像が低コントラストであっても最適なコントラスト強調が施された観察画像を得ることが可能となる。

以上のように、観察者は観察している試料１０６の状態を気にすることなく、最適なコントラストの画像を得ることが可能となる。
なお、以上の説明した第１の高さには、高さマップ画像データにおける高さの最大値と最小値との差を用いているが、例えば、ステップＳ５０１において機器使用者が全焦点画像データを取得する試料の範囲（高さの範囲）を指定する場合、当該範囲を第１の高さとして用いてもよい。
（第２の実施例）
図６は、本発明の第２の実施例に係る共焦点顕微鏡の処理を示すフローチャートである。

機器使用者が入力装置を介して所定の操作をすることにより、共焦点顕微鏡１００は試料１０６の共焦点画像を取得する処理を開始する。
ステップＳ６０１において、共焦点顕微鏡１００は、図１で説明した動作により試料１０６の全焦点画像データ及び高さマップ画像を取得し、例えば、共焦点顕微鏡１００に備わる記憶装置に記憶する。そして、処理をステップＳ６０２に移行する。

ステップＳ６０２において、共焦点顕微鏡１００は、記憶装置に記憶されている高さマップ画像データを参照する。そして、高さマップ画像データについて孤立点ノイズの除去を行い、以後の処理においてノイズが原因で誤った判断（処理）が行われること防止する。孤立点ノイズを除去する方法は、第１の実施例と同様である。

ステップＳ６０３において、共焦点顕微鏡１００は、ステップＳ６０２と同様に、高さマップ画像データを参照する。そして、高さマップ画像データから、試料１０６における任意の断面プロファイルｄについての平均面ｅを抽出する。なお、本実施例では、図４に示したように、最小自乗法を用いて平均面ｅを抽出しているが、ｎ次のスプライン補完関数等を用いて平均面ｅを求めてもよい。

ステップＳ６０４において、共焦点顕微鏡１００は、図４で説明したように、断面プロファイルｄの高さとステップＳ６０３で求めた平均面ｅの高さを式（１）に代入することによって凹凸度（以下、「第１の凹凸度」という）を求める。

ステップＳ６０５において、共焦点顕微鏡１００は、レベル番号を保持する変数ｎを０に初期化する。そして、処理をステップＳ６０６に移行する。
ステップＳ６０６において、共焦点顕微鏡１００は、例えば、記憶装置の所定のアドレスに記憶されているレベル制御テーブル３０２を参照し、レベル番号ｎ＝０と一致する「強調レベル」の「凹凸度」（以下、「第２の凹凸度」という）を取得する。そして、第１の凹凸度と第２の凹凸度とを比較する。

第２の凹凸度が第１の凹凸度以下の場合、共焦点顕微鏡１００は、処理をステップＳ６０７に移行する。
ステップＳ６０７において、共焦点顕微鏡１００は、レベル番号ｎを１だけインクリメントする。そして、レベル番号ｎと、レベル制御テーブル３０２の終わりを示すレベル番号Ｎとを比較する。レベル番号ｎがＮ以下の場合には、処理をステップＳ６０６に移行する。また、レベル番号ｎがＮより大きい場合には、処理をステップＳ６１０に移行する。

ステップＳ６０６及びＳ６０７の処理により、第１の凹凸度に応じた強調レベル（レベル番号）ｎが決まることとなる。
ステップＳ６０８において、共焦点顕微鏡１００は、記憶装置に記憶されているレベル制御テーブル３０２を参照する。そして、ステップＳ６０６及びＳ６０７の処理によって決定した強調レベルｎの「強調度」を取得する。

ステップＳ６０９において、共焦点顕微鏡１００は、ステップＳ６０８で取得した強調度を傾きｃとする。そして、図３で説明したように、ステップＳ６０１で取得した全焦点画像データの輝度分布について、傾きｃが１．０となるように下限レベルａと上限レベルｂに挟まれる領域の輝度分布を広げ、コントラストの強調処理を行う。

以上のコントラスト強調処理が完了すると、共焦点顕微鏡１００は、処理をステップＳ６１０に移行する。そして、共焦点顕微鏡１００は、全焦点画像データをモニタ１１３に出力して全焦点画像を表示する。

以上に説明したように、第２の実施例に係る共焦点顕微鏡１００は、試料１０６の任意の断面（表面）における凹凸度に応じて、全焦点画像に対するコントラストの強調レベル（強調度）を最適なレベルに制御する。

その結果、第１の実施例と同様に、ミラー表面のように輝度分布が局所的に集中する試料を観察する場合でも、過度なコントラストの強調を抑え、光学ムラが強調されることなく良好な観察画像を得ることが可能となる。

また、試料１０６に高低差がある場合も、その境界部分に十分なコントラスト強調処理が行われるように強調レベル（強調度）を最適なレベルに制御できるので、画像取得時の全焦点画像が低コントラストであっても最適なコントラスト強調が施された観察画像を得ることが可能となる。

また、第２の実施例に係る共焦点顕微鏡１００は、試料１０６の任意の断面（表面）における凹凸度に応じて、全焦点画像に対するコントラストの強調レベル（強調度）を最適なレベルに制御するので、図４のように傾いている試料１０６について全焦点画像データを取得する場合でも、最適なコントラスト強調が施された全焦点画像を得ることが可能となる。

以上のように、観察者は観察している試料１０６の状態を気にすることなく、最適なコントラストの画像を得ることが可能となる。
（第３の実施例）
図７は、本発明の第３の実施例に係る共焦点顕微鏡の処理を示すフローチャートである。

機器使用者が入力装置を介して所定の操作をすることにより、共焦点顕微鏡１００は試料１０６の共焦点画像を取得する処理を開始する。
ステップＳ７０１において、共焦点顕微鏡１００は、図１で説明した動作により試料１０６の全焦点画像データ及び高さマップ画像を取得し、例えば、共焦点顕微鏡１００に備わる記憶装置に記憶する。そして、処理をステップＳ７０２に移行する。

ステップＳ７０２において、共焦点顕微鏡１００は、記憶装置に記憶されている高さマップ画像データを参照する。そして、高さマップ画像データについて孤立点ノイズの除去を行い、以後の処理においてノイズが原因で誤った判断（処理）が行われること防止する。孤立点ノイズを除去する方法は、第１の実施例と同様である。

ステップＳ７０３において、共焦点顕微鏡１００は、ステップＳ７０２と同様に、高さマップ画像データを参照する。そして、高さマップ画像データから、試料１０６における任意の断面プロファイルｄについての高さデータを取得する。そして、各画素における高さデータの微分値を算出する。

ステップＳ７０４において、共焦点顕微鏡１００は、ステップＳ７０３で算出した微分値と、あらかじめ決められた閾値Ｍと、を比較する。そして、閾値Ｍ以上の微分値について２乗の総和（以下、「第１の微分値」という）を求める。

なお、ステップＳ７０３及びＳ７０４の処理は、試料１０６の表面全体について行ってもよいが、本実施例では、計算量を削減するために試料１０６の部分的領域（任意の断面プロファイルｄ）について行っている。また、ステップＳ７０４では、２乗の総和ではなく、各画素における微分値を当該画素の輝度値で割った値の総和を用いてもよい。

ステップＳ７０５において、共焦点顕微鏡１００は、レベル番号を保持する変数ｎを０に初期化する。そして、処理をステップＳ７０６に移行する。
ステップＳ７０６において、共焦点顕微鏡１００は、例えば、記憶装置の所定のアドレスに記憶されているレベル制御テーブル３０３を参照し、レベル番号ｎ＝０と一致する「強調レベル」の「微分値」（以下、「第２の微分値」という）を取得する。そして、第１の微分値と第２の微分値とを比較する。

第２の微分値が第１の微分値以下の場合、共焦点顕微鏡１００は、処理をステップＳ７０７に移行する。
ステップＳ７０７において、共焦点顕微鏡１００は、レベル番号ｎを１だけインクリメントする。そして、レベル番号ｎと、レベル制御テーブル３０３の終わりを示すレベル番号Ｎとを比較する。レベル番号ｎがＮ以下の場合には、処理をステップＳ７０６に移行する。また、レベル番号ｎがＮより大きい場合には、処理をステップＳ７１２に移行する。

ステップＳ７０６及びＳ７０７の処理により、第１の微分値に応じた強調レベル（レベル番号）ｎが決まることとなる。
ステップＳ７０８において、共焦点顕微鏡１００は、ステップＳ７０１で取得した全焦点画像データの輝度ヒストグラムから輝度偏差σを求める。そして、処理をステップＳ７０９に移行する。

ステップＳ７０９において、共焦点顕微鏡１００は、ステップＳ７０６と同様に、レベル制御テーブル３０３を参照し、レベル番号ｎと一致する偏差閾値を取得する。そして、ステップＳ７０８で求めた輝度偏差σと偏差閾値とを比較する。

輝度偏差σが偏差閾値以下の場合には、処理をステップＳ７１２に移行する。また、輝度偏差σが偏差閾値より大きい場合には、処理をステップＳ７１０に移行する。
ステップＳ７１０において、共焦点顕微鏡１００は、記憶装置に記憶されているレベル制御テーブル３０３を参照する。そして、ステップＳ７０６及びＳ７０７の処理によって決定した強調レベルｎの「強調度」を取得する。

ステップＳ７１１において、共焦点顕微鏡１００は、ステップＳ１０で取得した強調度を傾きｃとする。そして、図３で説明したように、ステップＳ７０１で取得した全焦点画像データの輝度分布について、傾きｃが１．０となるように下限レベルａと上限レベルｂに挟まれる領域の輝度分布を広げ、コントラストの強調処理を行う。

以上のコントラスト強調処理が完了すると、共焦点顕微鏡１００は、処理をステップＳ７１２に移行する。そして、共焦点顕微鏡１００は、全焦点画像データをモニタ１１３に出力して全焦点画像を表示する。

以上に説明したように、第３の実施例に係る共焦点顕微鏡１００は、試料１０６の任意の断面（表面）における微分値に応じて、全焦点画像に対するコントラストの強調レベル（強調度）を最適なレベルに制御する。

その結果、第１の実施例と同様に、ミラー表面のように輝度分布が局所的に集中する試料を観察する場合でも、過度なコントラストの強調を抑え、シェーディング等の光学ムラのない良好な観察画像を得ることが可能となる。

また、試料１０６に高低差がある場合も、その境界部分に十分なコントラスト強調処理が行われるように強調レベル（強調度）を最適なレベルに制御できるので、画像取得時の全焦点画像が低コントラストであっても最適なコントラスト強調が施された観察画像を得ることが可能となる。

さらに、輝度偏差σが偏差閾値以下の場合（ミラー等の表面と判断した場合）には、コントラストの強調処理を行わないことにより、ミラー等の表面に対する過度なコントラストの強調により生じるシェーディング等の光学ムラを確実に防ぐことが可能となる。

以上のように、観察者は観察している試料１０６の状態を気にすることなく、最適なコントラストの画像を得ることが可能となる。
なお、第１および第２の実施例では、それぞれ「高さ」、「凹凸度」に応じて全焦点画像に対するコントラストの強調レベル（強調度）を最適なレベルに制御している例を示したが、第３の実施例と同様に、「偏差閾値」を組み合わせて使用してもよい。

例えば、第１の実施例では「高さ」及び「偏差閾値」、第２の実施例では「凹凸度」及び「偏差閾値」の組合わせのレベル制御テーブルを用いて、全焦点画像に対するコントラストの強調レベル（強調度）を最適なレベルに制御してもよい。

この場合、図５及び図６に示したフローチャートにステップＳ７０８及びＳ７０９の処理を追加すればよい。
また、第１〜第３の実施例では、ステップＳ５０１（Ｓ６０１、Ｓ７０１）で取得した全焦点画像データに直接コントラスト強調処理を施す場合について説明している（この場合、全焦点画像データ自体が変更される）が、当該全焦点画像データ自体は変更せずに、当該全焦点画像データに対してコントラスト強調を施した表示用データを新たに生成してモニタ１１３に出力してもよい。

この場合、全焦点画像データは取得時の生データを維持しているため、観察者は、良好なコントラストで画像を観察できるとともに、生データを基準とするような画像処理や画像計測、解析を施すことができる。

本発明の実施例に係る共焦点顕微鏡の構成例を示す図である。 本発明の実施例に係るコントラスト強調処理について説明する図である。 本発明の実施例に係るレベル制御テーブルの例を示している。 試料における任意の断面についての高さマップ画像とその平均面の例を示す図である。 本発明の第１の実施例に係る共焦点顕微鏡の処理を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施例に係る共焦点顕微鏡の処理を示すフローチャートである。 本発明の第３の実施例に係る共焦点顕微鏡の処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１００ ・・・ 共焦点顕微鏡
１０１ ・・・ 光源
１０２ ・・・ ビームスプリッタ
１０３ ・・・ ２次元走査機構
１０４ ・・・ Ｚレボルバ
１０５ ・・・ 対物レンズ
１０６ ・・・ 試料
１０７ ・・・ 結像レンズ
１０８ ・・・ ピンホール
１０９ ・・・ 光検出器
１１０ ・・・ コンピュータ
１１１ ・・・ 試料台
１１２ ・・・ ステージ
１１３ ・・・ モニタ
２００ ・・・ 輝度分布を示すヒストグラム
３０１〜３０３ ・・・ レベル制御テーブル

Claims (6)

1. 対物レンズを介して試料に集束光を照射する光照射手段と、
   前記試料に対する前記対物レンズの集光位置を前記集束光の光軸方向にそって任意の範囲で変動させる集光位置変動手段と、
   該集光位置毎に前記光軸方向に直交する所定の平面内を走査し、前記集束光の前記試料による反射光を受光して共焦点画像を取得する共焦点画像取得手段と、
   該共焦点画像から各画素について最大輝度値を抽出して全焦点画像を生成する全焦点画像生成手段と、
   該最大輝度値を取得した集光位置から該集光位置における前記試料の高さを取得して高さマップ画像を生成する高さマップ画像生成手段と、
   該高さマップ画像から得られる試料の状態に応じて、前記全焦点画像に対して施すコントラストの強調レベルを決定する強調レベル制御手段と、
   該強調レベル制御手段が決定した強調レベルにしたがって前記全焦点画像に対してコントラスト強調処理を行う画像処理部と、
   を備えることを特徴とする共焦点顕微鏡。
2. 前記試料の状態に応じた前記強調レベルを定義するレベル制御情報を記憶するレベル制御情報記憶手段をさらに有し、
   前記強調レベル制御手段は、該レベル制御情報記憶手段から前記レベル制御情報を読出して参照し、前記高さマップ画像から得られる試料の状態に該当する強調レベルを取得する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の共焦点顕微鏡。
3. 前記試料の状態には、前記高さマップ画像から得られる前記試料の高さの最大値と最小値の差を用いることを特徴とする請求項２に記載の共焦点顕微鏡。
4. 前記試料の状態には、前記高さマップ画像から得られる前記試料の任意の表面の凹凸度を用いることを特徴とする請求項２に記載の共焦点顕微鏡。
5. 前記試料の状態には、前記高さマップ画像から得られる前記試料の任意の表面の変化率を用いることを特徴とする請求項２に記載の共焦点顕微鏡。
6. 前記強調レベル制御手段は、前記全焦点画像から輝度偏差を算出し、該輝度偏差とあらかじめ設定された偏差閾値とを比較し、前記輝度偏差が前記偏差閾値より大きい場合のみ、レベル制御情報から強調レベルを取得して前記画像処理部にコントラスト強調処理を実行させることを特徴とする請求項２に記載の共焦点顕微鏡。