JP4936841B2 - 共焦点顕微鏡、共焦点顕微鏡操作方法、共焦点顕微鏡操作プログラム及びコンピュータで読み取り可能な記録媒体並びに記録した機器 - Google Patents

Description

本発明は、測定対象物からの光情報に基づいて測定対象物の超深度画像や高さ分布等の情報を取得するための共焦点顕微鏡、共焦点顕微鏡操作方法、共焦点顕微鏡操作プログラム及びコンピュータで読み取り可能な記録媒体並びに記録した機器に関する。

共焦点顕微鏡はレーザ光を使用して測定対象物の表面を走査することから、共焦点レーザ顕微鏡、共焦点走査型顕微鏡等とも呼ばれる。また共焦点顕微鏡で得られる共焦点画像はレーザ画像とも呼ばれる。共焦点顕微鏡では、試料やワーク等の測定対象物からの光が共焦点光学系を介して受光素子で受光され、その受光量に基づいて、試料の超深度画像（焦点深度が非常に深い画像）や高さ分布等の情報が取得される。ステージに載置された試料と対物レンズとの相対距離を光軸方向に変化させると、共焦点光学系を介して受光素子に入射する光の量、すなわち受光量が変化し、試料の表面にピントが合ったときに受光量が最大となる。したがって、最大受光量が得られるときの試料と対物レンズとの相対距離から試料の表面の高さ情報を算出し、試料の表面を光で走査することによって試料の表面の高さ分布を取得することができる。

取得された高さ分布は、例えば三次元表示によって表示装置の画面上に表示される。あるいは、高さ分布を輝度分布や色分布に置き換えたものが画面上に表示される。表示装置としてＣＲＴ（陰極線管）やＬＣＤ（液晶表示装置）が使用され、共焦点顕微鏡に制御用のコントローラ、表示装置、コンソール等が接続されて共焦点顕微鏡が構成される（例えば特許文献１）。

また、試料表面の各点（画素）でピントが合ったときの受光量の情報（すなわち各画素の最大輝度情報）をつなぎ合わせることにより、焦点深度の非常に深い試料表面の白黒画像を得ることができる。この画像がいわゆる超深度画像である。

更に、白色光で照射された試料からの光を共焦点光学系から分離してカラー撮像素子で受光することにより、超深度画像と同じ範囲の試料表面のカラー画像を得ることができる。このカラー画像は超深度画像と異なり焦点深度の浅いものであるが、高さ分布情報に基づいてカラー画像の合焦位置の画素データをつなぎ合わせることにより、非常に焦点深度の深いカラー画像（カラーピーク画像ということもある）、及びカラーピーク画像の輝度信号を超深度画像の輝度信号で置き換えるような合成処理を行うことにより、焦点深度の深いカラー画像を得ることも可能である。

共焦点顕微鏡で試料の超深度画像を観測するには、対物レンズと試料との距離を高さ方向に相対移動させる高さ範囲と、共焦点画像の明るさを設定する必要がある。一方、共焦点顕微鏡は焦点深度が浅いため、高低差の大きい試料の共焦点画像は、高さ方向にステージを合わせていくと、殆どの位置で真っ暗な画像になる。この状態では試料が全く見えないため、試料にピント位置を近づけるべきか遠ざけるべきか判断できず、感覚的なピント合わせが困難であり、特に共焦点顕微鏡の操作に不慣れな初心者には操作が困難であった。また、ピントを外れていなくとも、明るさの調整が適切でない場合も同じく試料が全く見えない。このため、暗い画像が表示される際の原因が、対物レンズの高さにあるのか光量不足にあるのかを判断できない。共焦点顕微鏡で適切な明るさの画像を得るためには、ピント位置と明るさ調整を同時に行う必要があり、非共焦点顕微鏡、すなわち一般の光学顕微鏡と比較してその操作にある程度の熟練を要する。言い換えると、初心者ユーザが最適な高さ範囲や明るさを設定することが困難であるという問題があった。

一方で、非共焦点顕微鏡（普通の光学顕微鏡）は、ピントがあった位置はクッキリと、他はぼけて見えるだけであるので、画像を見ながら直感的にピントを合わせ易く、また明るさの変化も非常に緩やかである。ただ、共焦点顕微鏡のように、ピントが合う位置を各画素毎に検出するのは極めて難しいか、もしくは精度が低くなる。

これら共焦点、非共焦点の両者の利点を一つの顕微鏡で享受すべく、両方の光学系を搭載した複合型の顕微鏡が開発されている（特許文献２参照）。このような複合型の顕微鏡では、まず非共焦点画像を用いて試料の測定したい領域を探して位置決めし、大まかにピントを合わせる作業を行う。次に共焦点画像に切り替え、明るさを適切に調整する。その後、ピント位置をずらしつつ、画面全体が暗くなる所、すなわち完全にピントがボケる位置で上端（下端）を指定し、ピント位置の可動範囲、すなわち測定範囲を決める。共焦点画像ではピント位置により明るさが急激に変化するため、ピント位置をずらしている際に明るさが飽和する等の不具合が出ることがある。その場合は再度明るさ調整を行って、またピント位置をズラす、という作業を繰返し行なう。

しかしながら、このような操作は、共焦点顕微鏡の原理を理解しているユーザにとっても決して簡単とは言い難く、ましてや初めて共焦点顕微鏡に触れたような初心者には非常に敷居が高く、満足のゆく測定結果が得られ難い主要因となる。

また、例えば段差ゲージのように、高さの異なる２平面を持つ試料の場合、一方の平面からピントが外れると画面全体が暗くなる。もう一方の平面をピント位置に捉えるまで、ピント位置を動かしても真っ暗な状態が続くため、操作に慣れていない場合は間違えてそこで上端（下端）の設定をしてしまう可能性がある。この場合、測定を実施してももう一方の平面は当然測定できない。

さらに、共焦点画像では、ピントがわずかにズレただけで画面が急激に暗くなるため、ピント位置が測定したい範囲のすぐ外にあるのか、あるいは大きく離れた所までズレしまっているのか区別することができない。

よって、明るさを調整しながらピントを動かして測定範囲を決める作業において、ピントをずらし過ぎると、ピント位置を調整しても、明るさを調整しても画面が真っ暗のままとなり、測定範囲の設定が不可能となる。この場合は、一度非共焦点画像に立ち戻り、ピントを合わせなおして初めからやり直さなければならない。

このように、共焦点顕微鏡及びその画像の持つ特徴は、試料の高さ形状を測定するために必要であるが、それは逆に共焦点顕微鏡を扱い難くする要因、ユーザに取っては熟練を要する要因となる問題があった。
特開２００２−５３０７１５号公報 特開２００４−１５７４１０号公報

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものである。本発明の主な目的は、熟練を要さずとも超深度画像を容易に測定可能な共焦点顕微鏡、共焦点顕微鏡操作方法、共焦点顕微鏡操作プログラム及びコンピュータで読み取り可能な記録媒体並びに記録した機器を提供することにある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

以上の目的を達成するために本発明の第１の共焦点顕微鏡は、共焦点光学系を介して測定対象物からの光を受光素子で受光し、その受光情報に基づいて測定対象物の表面の高さ情報及び光量情報を取得し、測定対象物の表面の画像を共焦点画像として表示可能な共焦点顕微鏡であって、各測定点において、光学系もしくは測定対象物を高さ方向に変化させながら合焦点位置を明るさに基づいて取得し、測定点を走査して共焦点画像を合成する共焦点光学系と、共焦点光学系と光軸の少なくとも一部を共通にする共焦点光学系と別個の、測定対象物の光学画像を撮像するための非共焦点光学系と、測定対象物を載置するステージと、ステージに載置された測定対象物と、共焦点光学系及び非共焦点光学系との相対位置及び相対距離を調整可能なステージ移動部と、非共焦点光学系で撮像された光学画像、及び／又は共焦点光学系で撮像された共焦点画像を表示するための表示手段と、表示手段上に光学画像を表示させた状態で、相対距離である高さ方向の上限及び下限を設定するための高さ範囲設定部と、表示手段上に共焦点画像を表示させた状態で、高さ範囲設定部で設定された高さ範囲内においてピント位置を所定量ずつずらして、各ピント位置で撮像された共焦点画像の明るさを調整するための明るさ調整手段とを備えることができる。これにより、超深度画像を得るための超深度画像撮像条件の設定に際して、高さ範囲の設定と明るさの設定を分離し、特に高さ範囲の設定には非共焦点光学系で撮像された光学画像を用いるため、ピントが合っていなくとも比較的明るい画像を表示できるので、ユーザはピントの調整等を行い易くできる。
第２の共焦点顕微鏡は、明るさ調整手段を、各ピント位置で撮像された共焦点画像の明るさが飽和したときに明るさを下げるよう調整し、暗い場合は調整を行わないよう構成できる。
第３の共焦点顕微鏡はさらに、高さ範囲設定部により設定された高さ範囲にピントの移動範囲を制限するピント制限手段を備えており、明るさ調整手段は、ピント制限手段により制限されたピントの移動範囲内においてピント位置を所定量ずつずらすよう構成できる。
第４の共焦点顕微鏡はさらに、ピント制限手段により制限された移動範囲外にピント位置を移動させることが可能なボタンを上記表示手段上に表示させ、当該ボタンの押下により、ピント制限手段により制限された移動範囲外にピント位置を移動させる範囲外移動手段を備えることができる。

第５の共焦点顕微鏡はさらに、測定対象物表面の各点における合焦点位置の受光量の情報を合成して焦点深度の深い超深度画像を測定するために、ステージの相対位置の調整、高さ範囲設定部による高さ方向の上限及び下限の設定、明るさ調整手段による共焦点画像の明るさの調整、超深度画像の測定及び測定結果の確認作業を、各作業毎に必要な項目を指示して設定を促すビギナーモードを備えることができる。これにより、共焦点顕微鏡の操作に詳しくないユーザでも、超深度画像を得るために必要な条件の設定を、ガイダンスに従って設定することができ、容易に超深度画像を測定できる利点が得られる。

第６の共焦点顕微鏡は、超深度画像を測定するために必要な項目の設定に際して、ビギナーモードと、超深度画像を測定するために必要なパラメータを直接指定可能なエキスパートモードとを、切り替え可能に構成できる。これにより、ユーザの熟練度や測定目的に応じて、適切なモードをユーザが選択、或いは切り替えることが可能で、幅広い用途に対応できる。

第７の共焦点顕微鏡は、ビギナーモードが、超深度画像を測定するために必要な設定項目をステップ毎に纏め、ユーザにフロー形式で設定項目をステップ毎に順次提示するよう構成できる。これにより、ユーザはフロー形式で示される順に従って必要な設定を行うことができ、設定項目の取り違えをなくし、各工程を明確に区別して確実に設定を行うことができる。

第８の共焦点顕微鏡は、ビギナーモードが、超深度画像を測定するために必要な設定項目をステップ毎に纏め、ユーザに対話形式で設定項目をステップ毎に順次提示するよう構成できる。これにより、ユーザは対話形式で示される順に従って必要な設定を行うことができ、設定項目の取り違えをなくし、各工程を明確に区別して確実に設定を行うことができる。

第９の共焦点顕微鏡はさらに、高さ範囲内で得られる共焦点画像の明るさが飽和しない最大の光量となるように、明るさを自動調整する明るさ自動調整手段を備えることができる。これにより、共焦点画像の明るさ調整を自動化でき、ユーザが手動で明るさを調整する作業や明るさが適正かどうかを判定する手間をさらに省力化できる。

第１０の共焦点顕微鏡はさらに、所望の共焦点画像を観察可能な位置で共焦点光学系の相対位置を基準位置として設定するための基準位置設定手段と、基準位置設定手段で設定された基準位置に共焦点光学系を移動させるための復帰手段とを備えることができる。これにより、共焦点光学系がどのようなピント位置に調整されていても、復帰手段により任意のタイミングで設定された基準位置に戻すことができるので、現在のピント位置を見失ったような場合でも速やかに基準位置に復帰して、作業を滞らせる事態を回避できる。

第１１の共焦点顕微鏡は、高さ範囲設定部で設定された範囲とその近傍を含む相対高さを拡大してバー状に表示し、バー上で上限高さ及び下限高さ、現在位置、基準位置の少なくともいずれかを表示可能に構成できる。これにより、対物レンズの現在の高さを視覚的に把握し易くでき、さらにバー上で上限高さ（位置）、下限高さ（位置）、基準位置と現在の高さの相対関係を確認できるので、感覚的な操作を可能にし、初心者にも使用し易い超深度画像の設定画面が実現される。

第１２の共焦点顕微鏡は、共焦点光学系を介して測定対象物からの光を受光素子で受光し、その受光情報に基づいて測定対象物の表面の高さ情報及び光量情報を取得し、測定対象物の表面の画像を共焦点画像として表示可能な共焦点顕微鏡であって、各測定点において、光学系もしくは測定対象物を高さ方向に変化させながら合焦点位置を明るさに基づいて取得し、測定点を走査して共焦点画像を合成する共焦点光学系と、共焦点光学系と光軸の少なくとも一部を共通にする共焦点光学系と別個の、測定対象物の光学画像を撮像するための非共焦点光学系と、測定対象物を載置するステージと、ステージに載置された測定対象物と、共焦点光学系及び非共焦点光学系との相対位置及び相対距離を調整可能なステージ移動部と、非共焦点光学系で撮像された光学画像、及び／又は共焦点光学系で撮像された共焦点画像を表示するための表示手段と、表示手段上に光学画像を表示させた状態で、相対距離である高さ方向の上限及び下限を設定するための高さ範囲設定部と、高さ範囲設定部で設定された高さ範囲内においてピント位置を所定量ずつずらして、各ピント位置で撮像された共焦点画像の明るさが飽和しない最大の光量となるように、明るさを自動調整する明るさ自動調整手段とを備えることができる。これにより、共焦点画像を表示させることなく超深度画像を得るための超深度画像撮像条件を設定できるので、ユーザは光学顕微鏡を操作する感覚で、より高精度な超深度画像を測定できる。

第１３の共焦点顕微鏡は、非共焦点画像を光学顕微鏡画像とできる。これにより、共焦点画像の高さ範囲設定に光学顕微鏡画像を利用して容易に高さ範囲の上限及び下限を設定することができる。

第１４の共焦点顕微鏡操作方法は、共焦点光学系を介して測定対象物からの光を受光素子で受光し、その受光情報に基づいて測定対象物の表面の高さ情報及び光量情報を取得し、測定対象物の表面の画像を共焦点画像として表示手段に表示する共焦点顕微鏡を用いて、測定対象物表面の各点における合焦点位置の受光量の情報を合成して焦点深度の深い超深度画像を測定可能な共焦点顕微鏡操作方法であって、表示手段上に、共焦点光学系と光軸の少なくとも一部を共通にする非共焦点光学系で撮像した測定対象物の光学画像を表示させた状態で、測定対象物と、共焦点光学系及び非共焦点光学系との相対距離である高さ方向の上限及び下限を設定するよう促す工程と、表示手段上に共焦点画像を表示させた状態で、設定された高さ範囲内においてピント位置を所定量ずつずらして、各ピント位置で撮像された共焦点画像の明るさを調整するよう促す工程とを含むことができる。これにより、超深度画像を得るための超深度画像撮像条件の設定に際して、高さ範囲の設定と明るさの設定を分離し、特に高さ範囲の設定には非共焦点光学系で撮像された光学画像を用いるため、ピントが合っていなくとも比較的明るい画像を表示できるので、ユーザはピントの調整等を行い易くできる。また共焦点顕微鏡の操作に詳しくないユーザでも、超深度画像を得るために必要な条件の設定を、ガイダンスに従って設定することができ、容易に超深度画像を測定できる利点が得られる。

第１５の共焦点顕微鏡操作プログラムは、共焦点光学系を介して測定対象物からの光を受光素子で受光し、その受光情報に基づいて測定対象物の表面の高さ情報及び光量情報を取得し、測定対象物の表面の画像を共焦点画像として表示手段に表示する共焦点顕微鏡を用いて、測定対象物表面の各点における合焦点位置の受光量の情報を合成して焦点深度の深い超深度画像を測定可能な共焦点顕微鏡操作プログラムであって、表示手段上に、共焦点光学系と光軸の少なくとも一部を共通にする非共焦点光学系で撮像した測定対象物の光学画像を表示させた状態で、測定対象物と、共焦点光学系及び非共焦点光学系との相対距離である高さ方向の上限及び下限を設定するよう促す機能と、表示手段上に共焦点画像を表示させた状態で、設定された高さ範囲内においてピント位置を所定量ずつずらして、各ピント位置で撮像された共焦点画像の明るさを調整するよう促す機能とをコンピュータに実現させることができる。これにより、超深度画像を得るための超深度画像撮像条件の設定に際して、高さ範囲の設定と明るさの設定を分離し、特に高さ範囲の設定には非共焦点光学系で撮像された光学画像を用いるため、ピントが合っていなくとも比較的明るい画像を表示できるので、ユーザはピントの調整等を行い易くできる。また共焦点顕微鏡の操作に詳しくないユーザでも、超深度画像を得るために必要な条件の設定を、ガイダンスに従って設定することができ、容易に超深度画像を測定できる利点が得られる。

第１６のプログラムを格納したコンピュータで読み取り可能な記録媒体又は記録した機器は、上記プログラムを格納するものである。記録媒体には、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷやフレキシブルディスク、磁気テープ、ＭＯ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ＋Ｒ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋ＲＷ、Ｂｌｕ−ｒａｙ（登録商標）、ＨＤ ＤＶＤ等の磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、半導体メモリその他のプログラムを格納可能な媒体が含まれる。またプログラムには、上記記録媒体に格納されて配布されるものの他、インターネット等のネットワーク回線を通じてダウンロードによって配布される形態のものも含まれる。さらに記録した機器には、上記プログラムがソフトウェアやファームウェア等の形態で実行可能な状態に実装された汎用もしくは専用機器を含む。さらにまたプログラムに含まれる各処理や機能は、コンピュータで実行可能なプログラムソフトウエアにより実行してもよいし、各部の処理を所定のゲートアレイ（ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ）等のハードウエア、又はプログラムソフトウエアとハードウェアの一部の要素を実現する部分的ハードウエアモジュールとが混在する形式で実現してもよい。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための共焦点顕微鏡、共焦点顕微鏡操作方法、共焦点顕微鏡操作プログラム及びコンピュータで読み取り可能な記録媒体並びに記録した機器を例示するものであって、本発明は共焦点顕微鏡、共焦点顕微鏡操作方法、共焦点顕微鏡操作プログラム及びコンピュータで読み取り可能な記録媒体並びに記録した機器を以下のものに特定しない。また、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。
（実施の形態１）

図１に、本発明の実施の形態１に係る共焦点顕微鏡システムの概略構成を示す。また図２に、このシステム構成の外観斜視図、図３に共焦点顕微鏡本体の斜視図を、それぞれ示す。共焦点顕微鏡システム１００は、共焦点光学系１０及び非共焦点光学系５０を有する共焦点顕微鏡本体１と、共焦点光学系１０及び非共焦点光学系５０で得られたアナログ信号を各々デジタル信号に変換する第１ＡＤ変換器４１、第２ＡＤ変換器４２、及びデジタル信号の信号処理等を行う制御部４３等を含むコントローラ２と、コントローラ２に接続された操作手段３及び表示手段４とを備えている。また操作手段３には入力手段３Ａが接続されている。

まず、共焦点顕微鏡の共焦点光学系１０とその信号処理について説明する。共焦点光学系１０は、試料ＷＫに単色光（例えばレーザ光）を照射するための光源１１、第１コリメートレンズ１２、偏光ビームスプリッタ１３、１／４波長板１４、水平・垂直偏向装置１５、第１リレーレンズ（ｆθレンズ）１６、第２リレーレンズ（チューブレンズ）１７、対物レンズ１８、結像レンズ（ピンホールレンズ）１９、ピンホール板２０、受光素子２１等を含んでいる。

光源１１には、例えば紫色レーザ光や赤色レーザ光を発する半導体レーザが用いられる。光源１１はレーザ駆動回路によって駆動される。レーザ駆動回路は、コントローラ２の制御部４３によって制御される。光源１１から出たレーザ光は、第１コリメートレンズ１２を通り、偏光ビームスプリッタ１３で光路を曲げられ、１／４波長板１４を通過する。この後、水平・垂直偏向装置１５によって水平（横）方向及び垂直（縦）方向に偏向された後、第１リレーレンズ１６及び第２リレーレンズ１７を通過し、対物レンズ１８によってステージ３０上に置かれた試料ＷＫの表面に集光される。

水平・垂直偏向装置１５は、それぞれガルバノミラーで構成され、レーザ光を水平及び垂直方向に偏向させることにより、試料ＷＫの表面をレーザ光で走査する。説明の便宜上、水平方向をＸ方向、垂直方向をＹ方向ということにする。対物レンズ１８は、対物レンズ移動機構によりＺ方向（光軸方向）に駆動される。対物レンズ移動機構も、制御部４３によって制御される。これにより、対物レンズ１８の焦点と試料ＷＫとの光軸方向での相対位置を変化させることができる。

なお、光による試料の走査は、水平偏向及び垂直偏向による二次元走査に限らず、種々の走査方法が考えられる。例えば、シリンドリカルレンズを用いてＸ方向に細長い光（スリット光）を生成し、これをＹ方向に偏向すれば、二次元走査が可能である。

また、対物レンズ１８の焦点と試料ＷＫとの光軸方向での相対位置は、他の方法で変化させることもできる。例えば、対物レンズ１８をＺ軸方向に駆動する代わりに、或いはこれに加えてステージ３０をＺ軸方向に駆動してもよい。または、対物レンズ１８と試料ＷＫとの間に屈折率が変化するレンズを挿入することにより、対物レンズ１８の焦点をＺ軸方向に移動させる構成も可能である。

なお、ステージ３０は、手動操作によってもＸ、Ｙ方向及びＺ方向に変位可能である。本実施の形態では、ステージを手動で移動させるためのステージ手動操作機構３１を備えている。具体的には、図３に示すようにステージをＸ−Ｙ方向に移動させるＸ方向移動摘み３２及びＹ方向移動摘み３３、ステージをＺ方向に移動させるＺ方向移動摘み３４を設けている。Ｘ方向移動摘み３２及びＹ方向移動摘み３３は、摘みの回転を同軸として直径の異なるダイヤル状に構成しており、Ｘ−Ｙ方向の調整を纏めて行い易くしている。一方、Ｚ方向移動摘み３４は、移動量の大きいダイヤルと移動量の小さいダイヤルを同軸に並べており、これにより大まかなピント調整と、ピントの微調整を容易に行える。

試料ＷＫで反射されたレーザ光は、上記の光路を逆に辿る。すなわち、対物レンズ１８、第２リレーレンズ１７及び第１リレーレンズ１６を通り、水平・垂直偏向装置１５を介して１／４波長板１４を再び通る。この結果、レーザ光は偏光ビームスプリッタ１３を透過し、結像レンズ１９によって集光される。集光されたレーザ光は、結像レンズ１９の焦点位置に配置されたピンホール板２０のピンホールを通過して受光素子２１に入射する。受光素子２１は、例えばフォトマルチプライヤチューブ（ＰＭＴ：光電子増倍管）やフォトダイオード（ＰＤ）で構成され、受光量を電気信号に変換する。受光量に相当する電気信号は、出力アンプ及びＰＭＴの受光感度（ＰＭＴゲイン）の制御回路を構成する第１受光信号処理回路２２を介して第１ＡＤ変換器４１に与えられ、デジタル値に変換される。またピンホール板２０はピンホールに代わってスリットを設けることもできる。スリットとＣＣＤ等の受光素子の組み合わせでも疑似的に共焦点画像を得ることができる。

上記のような構成の共焦点光学系１０により、試料ＷＫの高さ（深さ）情報を取得することができる。以下に、その原理を簡単に説明する。上述のように、対物レンズ１８が対物レンズ移動機構４０によってＺ方向（光軸方向）に駆動されると、対物レンズ１８の焦点と試料ＷＫとの光軸方向での相対距離が変化する。そして、対物レンズ１８の焦点が試料ＷＫの表面に結ばれたときに、試料ＷＫの表面で反射されたレーザ光は上記の光路を経て結像レンズ１９で集光され、殆どのレーザ光がピンホール板２０のピンホールを通過する。したがって、このときに受光素子２１の受光量が最大になる。逆に、対物レンズ１８の焦点が試料ＷＫの表面からずれている状態では、結像レンズ１９によって集光されたレーザ光はピンホール板２０からずれた位置に焦点を結ぶので、一部のレーザ光しかピンホールを通過することができない。その結果、受光素子２１の受光量は著しく低下する。

したがって、試料ＷＫの表面の任意の点について、対物レンズ１８をＺ方向（光軸方向）に駆動しながら受光素子２１の受光量を検出すれば、その受光量が最大になるときの対物レンズ１８のＺ方向位置（対物レンズ１８の焦点と試料ＷＫとの光軸方向での相対位置）を高さ情報として一義的に求めることができる。

実際には、対物レンズ１８を１ステップ（１ピッチ）移動するたびに水平・垂直偏向装置１５によって試料ＷＫの表面を走査して受光素子２１の受光量を得る。対物レンズ１８を高さ方向の移動範囲の下端から上端までＺ方向に移動させたとき、走査範囲内の各点（画素）について、Ｚ方向位置に応じて変化する受光量データが得られる。

図４は、対物レンズ１８のＺ方向位置に応じて変化する受光量データの例を示すグラフである。このような受光量データに基づいて、最大受光量とそのときのＺ方向位置が各点（画素）ごとに得られる。したがって、試料ＷＫの表面高さのＸＹ平面での分布が得られる。この処理は、操作手段３の外部コンピュータで実行される。

得られた表面高さの分布情報は、いくつかの方法で操作手段３の表示手段４に表示することができる。例えば３次元表示によって試料の高さ分布（表面形状）を立体的に表示することができる。あるいは、高さデータを輝度データに変換することにより、明るさの二次元分布として表示できる。高さデータを色差データに変換することにより、高さの分布を色の分布として表示することもできる。

また、ＸＹ走査範囲内の各点（画素）について得られた受光量を輝度データとする輝度信号から、試料ＷＫの表面画像（白黒画像）が得られる。各画素における最大受光量を輝度データとして輝度信号を生成すれば、表面高さの異なる各点でピントの合った焦点深度の非常に深い超深度画像が得られる。また、任意の注目画素で最大受光量が得られた高さ（Ｚ方向位置）に固定した場合は、注目画素の部分と高低差が大きい部分の画素の受光量は著しく小さくなるので、注目画素と同じ高さの部分のみが明るい画像が得られる。
（非共焦点光学系５０）

次に、共焦点顕微鏡に備えられた非共焦点光学系５０とその信号処理について説明する。非共焦点光学系５０は、試料ＷＫに白色光（カラー画像撮影用の照明光）を照射するための白色光源５１、第２コリメートレンズ（コンデンサレンズ）５２、第１ハーフミラー５３、第２ハーフミラー５４、第２受光素子５５等を含んでいる。また、非共焦点光学系５０は共焦点光学系１０の対物レンズ１８を共用しており、２つの光学系１０、５０の光軸は部分的に一致している。

白色光源５１には例えば白色ランプが用いられるが、特に専用の光源を設けず、自然光又は室内光を利用してもよい。白色光源５１から出た白色光は、第２コリメートレンズ５２を通り、第１ハーフミラー５３で光路を曲げられ、対物レンズ１８によってステージ３０上に置かれた試料ＷＫの表面に集光される。

試料ＷＫで反射された白色光は、対物レンズ１８、第１ハーフミラー５３、第２リレーレンズ１７を通過し、第２ハーフミラー５４で反射されて第２受光素子５５に入射して結像する。第２受光素子５５は、共焦点光学系１０のピンホール板２０のピンホールと共役又は共役に近い位置に設けられている。第２受光素子５５は、カラーＣＣＤやＣＭＯＳ等のイメージセンサ、エリアセンサが利用できる。第２受光素子５５で撮像されたカラーの光学画像（以下、「カメラ画像」という。）は、第２受光信号処理回路５６によって読み出され、そのアナログ出力信号は第２ＡＤ変換器４２に与えられ、デジタル値に変換される。このようにして得られたカメラ画像は、試料ＷＫの観察用の拡大カラー画像として操作手段３の表示手段４に表示される。

また、共焦点光学系１０で得られた超深度画像と非共焦点光学系５０で得られた通常のカメラ画像とを組み合わせて、すべての画素で略ピントの合った焦点深度の深いカラー超深度画像を生成し、表示することもできる。例えば、非共焦点光学系５０で得られたカメラ画像を構成する輝度信号を共焦点光学系１０で得られた超深度画像の輝度信号で置き換えることにより、簡単にカラー超深度画像を生成することができる。

上記のようなカメラ画像に関する処理についても、操作手段３が司る。操作手段３にはコンソール（操作卓）のような入力手段やＣＲＴ（陰極線管）、ＬＣＤ（液晶表示装置）のような表示手段４が接続されている。また、マウスのようなポインティングデバイスも入力手段として接続される。

また、共焦点顕微鏡システム１００のコントローラ２には、パーソナルコンピュータのような外部コンピュータシステムを接続するインターフェイスが備えられている。顕微鏡システム１００の制御を行なうための専用ソフトウェアをインストールした外部コンピュータシステムを操作手段３としてコントローラ２に接続することにより、取得された試料ＷＫの画像データから超深度画像やカラー超深度画像、高さ分布情報等を求めることができる。
（実施の形態２）

上記の実施の形態１では、白色光源５１と第２コリメートレンズ５２を使用して非共焦点画像を取得している。一方、この例に限られず、非共焦点光学系に白色光源等を使用せず、モノクロの非共焦点画像を得ることもできる。このような構成を採用した実施の形態２に係る共焦点顕微鏡システム２００のブロック図を図５に示す。この図において、図１と同じ部材については同じ番号を付して詳細説明を省略する。

図５の例では、非共焦点画像を取得するのに白色光源を使用せず、共焦点画像を取得するために使用するレーザ光源を、非共焦点画像を取得するためにも共用している。これにより、白色光源とコンデンサレンズを省略でき、光学系をコンパクトに設計することが可能となる。

また図１の例では、非共焦点光学系５０は第２リレーレンズ１７と対物レンズ１８との間に配置されているが、図５の例では非共焦点光学系５０を偏光ビームスプリッタ１３と結像レンズ１９の間に第２ハーフミラー５４を配置している。このように、非共焦点光学系５０を共焦点光学系１０、具体的には第２受光素子５５を受光素子２１に近付けて両者が利用する光学系を共用することで、二つの光学系の光軸合わせ、画像の位置合わせが不要となり、また、収差等の特性も一致するため両画像の不整合も実質起こらない。

これら実施の形態１、２の共焦点顕微鏡システム１００、２００では、共焦点顕微鏡本体１にコントローラ２に接続し、さらにコントローラ２に操作手段３として外部コンピュータを接続してデータ通信を行い、共焦点顕微鏡本体１で測定された共焦点画像やカメラ画像を外部コンピュータで取り込み、加工や処理を行うと共に、共焦点顕微鏡の設定や操作を外部コンピュータから行う。また外部コンピュータのモニタを、表示手段４として利用できる。外部コンピュータには、汎用のコンピュータを使用し、共焦点顕微鏡操作プログラムをインストールすることで、共焦点顕微鏡の操作装置として機能させることができる。なお、上記の例では共焦点顕微鏡本体とコントローラとを別部材としているが、これらを統合することもできる。あるいは、コントローラを操作手段と一体に構成してもよい。
（共焦点顕微鏡操作プログラム）

本明細書において共焦点顕微鏡は、共焦点画像の測定や表示を行うシステムそのもの、ならびに共焦点画像測定や表示に関連する入出力、表示、演算、通信その他の処理をハードウェア的に行う装置や方法に限定するものではない。ソフトウェア的に処理を実現する装置や方法も本発明の範囲内に包含する。例えば汎用の回路やコンピュータにソフトウェアやプログラム、プラグイン、オブジェクト、ライブラリ、アプレット、スクリプレット、コンパイラ、モジュール、特定のプログラム上で動作するマクロ等を組み込んで文章表示や文章表示形式付与設定そのものあるいはこれに関連する処理を可能とした汎用あるいは専用のコンピュータ、ワークステーション、携帯型電子機器その他の電子デバイスも、本発明の共焦点顕微鏡、共焦点顕微鏡操作プログラムの少なくともいずれかに含まれる。また本明細書においては、プログラム自体も共焦点顕微鏡に含むものとする。また本プログラムは単体で使用するものに限られず、特定のコンピュータプログラムやソフトウェア、サービス等の一部として機能する態様や、必要時に呼び出されて機能する態様、ＯＳ等の環境においてサービスとして提供される態様、環境に常駐して動作する態様、バックグラウンドで動作する態様やその他の支援プログラムという位置付けで使用することもできる。
（接続、通信形態）

本発明の実施の形態において使用されるコンピュータやコントローラ、顕微鏡その他これらに接続される操作、制御、入出力、表示、各種処理その他のためのコンピュータ、あるいはプリンタ等その他の周辺機器との接続は、例えばＩＥＥＥ１３９４、ＲＳ−２３２ｘやＲＳ−４２２、ＲＳ−４８５、ＲＳ−２３２ｘ、ＲＳ−４２２、ＲＳ−４２３、ＲＳ−４８５、ＵＳＢ等のシリアル接続、パラレル接続、あるいは１０ＢＡＳＥ−Ｔ、１００ＢＡＳＥ−ＴＸ、１０００ＢＡＳＥ−Ｔ等のネットワークを介して電気的に接続して通信を行うことができる。接続は有線を使った物理的な接続に限られず、ＩＥＥＥ８０２．１ｘ、ＯＦＤＭ方式等の無線ＬＡＮやＢｌｕｅｔｏｏｔｈ等の電波、赤外線、光通信等を利用した無線接続等でもよい。さらにデータの交換や設定の保存等を行うための記録媒体には、メモリカードや磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、半導体メモリ等が利用できる。
（共焦点画像）

以上の共焦点顕微鏡システムを用いて共焦点画像を撮像する。共焦点画像は、試料にピントがあった位置のみ明るく、他は暗くなるという特長がある。このような特長を生かし、ピントを少しずつずらしながら、すなわち、試料と対物レンズとの相対距離を変化させながら複数枚の画像を取得し、画像の各画素毎に最も明るい信号が得られたピント位置を求めることで、試料の高さ形状（光軸すなわちＺ方向の形状）を測定することができる。このような特長は高さ形状を測定する際に非常に有効である。

図６は、光学測定用段差ゲージブロック形の試料ＷＫ２の上面ＷＫ２ａ及び下面ＷＫ２ｃ、並びに中間位置ＷＫ２ｂをピント位置として上方から撮像された共焦点画像を示すイメージ図である。試料ＷＫ２の上面ＷＫ２ａ又は下面ＷＫ２ｃでピントが合っているときは、その部分が明るく見えている。図６（ａ）では、共焦点画像の左半分に示される試料ＷＫ２の上面ＷＫ２ａにピントが合っており、この部分が明るく見え、一方右半分はピントが合っていないため暗い。また図６（ｃ）では下面ＷＫ２ｃにピントが合っているため画面右半分が明るく、左半分は暗い。さらに図６（ｂ）では、中間位置ＷＫ２ｂでどこにもピントが合っていないため、画面全体が真っ暗になっている。この場合、共焦点顕微鏡を操作しているユーザは図６（ｂ）の画像のみを見ているため、ピントが現在どの位置にあるのか、例えば完全にピントがどこかに外れてしまったのか、試料ＷＫ２の上面ＷＫ２ａと下面ＷＫ２ｃの間にあるのかを区別することができない。

さらに図７は、図６の試料ＷＫ２について、ピントをずらしながら撮影した非共焦点画像と共焦点画像とを比較したイメージ図である。非共焦点画像はピントが合っていなくてもピンボケしながら試料ＷＫ２が見えるため、ピントがどの程度外れているかを画像から判断し易い。一方の共焦点画像では上面ＷＫ２ａ、下面ＷＫ２ｃにピントが合った一瞬だけしか画像が見えず、それ以外は真っ暗であるため、ピントがどの辺りにあるのか、画像から判断するのが極めて困難である。

このように、共焦点顕微鏡では合焦位置以外の共焦点画像が殆ど真っ暗であるため、特に共焦点顕微鏡に詳しくないユーザにとっては現在のピント位置を把握し難く、すべての位置でピントのあった超深度画像を測定することが容易でないという問題があった。そこで本実施の形態では、カメラ画像等の非共焦点画像を用いて超深度画像の測定を容易にしている。以下、共焦点顕微鏡を操作するための共焦点顕微鏡操作プログラムを用いて、超深度画像の測定を行う手順について説明する。

図８〜図１３に、共焦点顕微鏡操作プログラムのユーザインターフェース画面の例を示す。この共焦点顕微鏡操作プログラムのユーザインターフェース画面の例において、各入力欄や各ボタン等の配置、形状、表示の仕方、サイズ、配色、模様等は適宜変更できることはいうまでもない。デザインの変更によってより見易く、評価や判断が容易な表示としたり操作し易いレイアウトとすることもできる。例えば詳細設定画面を別ウィンドウで表示させる、複数画面を同一表示画面内で表示する等、適宜変更できる。またこれらのプログラムのユーザインターフェース画面において、仮想的に設けられたボタン類や入力欄に対するＯＮ／ＯＦＦ操作、数値や命令入力等の指定は、共焦点顕微鏡操作プログラムを組み込んだコンピュータに接続された入力手段３Ａ（図２）で行う。本明細書において「押下する」とは、ボタン類に物理的に触れて操作する他、入力手段３Ａによりクリックあるいは選択して擬似的に押下することを含む。入出力デバイスはコンピュータと有線もしくは無線で接続され、あるいはコンピュータ等に固定されている。一般的な入力手段３Ａとしては、例えばマウスやキーボード、スライドパッド、トラックポイント、タブレット、ジョイスティック、コンソール、ジョグダイヤル、デジタイザ、ライトペン、テンキー、タッチパッド、アキュポイント等の各種ポインティングデバイスが挙げられる。またこれらの入出力デバイスは、プログラムの操作のみに限られず、共焦点顕微鏡等のハードウェアの操作にも利用できる。さらに、インターフェース画面を表示する表示手段４のディスプレイ自体にタッチスクリーンやタッチパネルを利用して、画面上をユーザが手で直接触れることにより入力や操作を可能としたり、または音声入力その他の既存の入力手段を利用、あるいはこれらを併用することもできる。

図８〜図１３は、表示手段４に表示された共焦点顕微鏡操作プログラムのユーザインターフェース画面の例である。これらの図に示すように、表示画面の左側は共焦点画像や非共焦点画像を表示するための画像表示領域６１とし、右側を各種操作ボタン等を備えた操作領域６２としている。これら共焦点画像や非共焦点画像は各々別ウィンドウとして構成され、サイズや配置を任意に変更できる。なお、一の焦点顕微鏡操作プログラム操作画面を分割して、画像表示領域６１と操作領域６２を設けることもできることは言うまでもない。
（操作モード）

この共焦点顕微鏡操作プログラムは、各種の操作を行うための操作モードとして、共焦点顕微鏡の操作に慣れたユーザ向けのエキスパートモードと、操作に不慣れなユーザ向けのビギナーモードを備える。図８、図１３に示すように、エキスパートモードとビギナーモードはタブ６３によって切り替えできる。エキスパートモードにおいては、図１３に示すように、共焦点画像を取得するための条件をユーザが各々設定できる。一方、ビギナーモードにおいては、共焦点画像を取得するための条件設定を行い易くするためのガイダンスを提示する。またタブ６３の上には、対物レンズの倍率が表示されると共に、光学ズームの倍率選択欄６４が設けられており、表示倍率を変更できる。
（ビギナーモード）

以下、図８〜図１２に示すビギナーモードでの操作画面が遷移する状態を示したイメージ図に基づき、ビギナーモードで共焦点画像を取得する手順を説明する。ビギナータブ６３ａを選択すると、図８に示すように画面右側の操作領域６２において上から順にフロー図６５、説明図６６、操作部６７が表示される。
（フロー図６５）

フロー図６５は、共焦点画像取得に必要な手順を段階毎に示しており、現在表示中の画面で行うべき手順がハイライト表示される。ここではフロー図６５を水色、選択中のステップを橙色で表示している。このように設定手順をフローチャート状に示すことで、ユーザに対してこれから行うべき手順を段階別に提示して、作業の理解を助けることができ、さらに選択中のステップを色分けして表示することにより、現在行うべき手順を明示することができる。

図８の例では、フロー図６５として「ステージの調整」６５ａ、「高さ範囲の設定」６５ｂ、「レーザの明るさ調整」６５ｃ、「測定を開始」６５ｄ、「測定結果の確認」６５ｅの５つのステップを示しており、さらに「ステージの調整」ステップ６５ａをハイライト表示している。なおハイライト表示は、色分け表示の他、点滅や太字、斜字体等の強調表示、あるいは他のステップをグレーアウトさせる等、他のステップと区別できる表示態様が適宜利用できる。

フロー図６５においては、ステップが提示される順に設定を行うことを基準としているが、ユーザは任意のステップにジャンプして設定を行うこともできる。すなわち、フロー図６５上から、特定のステップをマウス等で選択すると、選択したステップに直接移行することができる。これにより、ユーザは任意の順序で設定を行ったり、あるいは一度設定した内容を修正するために従前の任意のステップに速やかに戻ることができる。また、ビギナーモードの設定中にエキスパートタブ６３ｂを選択し、エキスパートモードに移行することもできる。例えば、ある設定項目についてはビギナーモードを利用し、他の設定項目についてはエキスパートモードで纏めて設定するといった使い方も可能である。このように、ユーザの熟練度に応じてビギナーモード、エキスパートモードを適宜切り替えて設定することも可能である。
（説明図６６）

またフロー図６５の下には、説明図６６が表示される。説明図６６は、フロー図６５上で選択中のステップに対応する説明が文章で説明されると共に、必要に応じてイラストや写真で図示される。これにより、各ステップで行うべき設定の内容をユーザに対して告知できる。図８の例では、「ステージの調整」ステップ６５ａに対応する説明図６６として、「測定位置とピントの調整を行います。画面を見ながら測定したい場所を探し、ピントを合わせてください。調整完了後、「調整完了」ボタンを押してください。」との説明文と、その下に共焦点顕微鏡本体１のイラストを２つ表示している。左側のイラストは、測定位置を調整する様子を、右側のイラストはピントを調整する様子を、それぞれ示している。具体的には、左側のイラストでステージのＸ−Ｙ平面での移動方向と、ステージをＸ−Ｙ方向に移動させるＸ方向移動摘み３２、Ｙ方向移動摘み３３の操作方向を矢印で示し、さらに右側のイラストでピントの調整のためのステージのＺ方向への移動方向と、Ｚ方向移動摘み３４の操作方向を矢印で示している。
（操作部６７）

さらに説明図６６の下には、操作部６７が設けられている。操作部６７の欄には、選択されたステップに対応する操作ボタン類が表示される。図８の例では、実際の操作は共焦点顕微鏡本体１の移動摘みを物理的に操作し、画面上で行う設定項目が存在しないため、特に設けられておらず、本ステップでの設定終了後に押下する「調整完了」ボタン６８が設けられる。また、ボタン類に加えて注意事項や補足説明等のテキスト情報を表示することもできる。図８の例では「現在のレンズ位置が基準位置として保存されます」との説明が表示され、「調整完了」ボタン６８を押下した時点で設定されているレンズの位置（ピント位置）が基準位置として登録されることをユーザに説明している。

このように、ユーザは共焦点画像の撮像に必要な設定手順の全体像と、各ステップで具体的に行うべき設定内容とを画面上で告知されるため、共焦点画像の撮像の仕組みを知らなくても、指示に従って設定を行うことができる。また、操作画面上に直接説明を表示させることで、操作マニュアル等を一々用意して該当頁を開くといった手間も省くことができ、簡便にかつ容易に設定手順を案内される。
（「ステージの調整」ステップ６５ａ）

「ステージの調整」ステップ６５ａにおいては、ユーザは図８の画面を見ながら、説明図６６の指示に従って共焦点顕微鏡本体１に設けられたＸ方向移動摘み３２、Ｙ方向移動摘み３３、Ｚ方向移動摘み３４を操作して、ステージのＸ−Ｙ−Ｚ位置を調整する。画像表示領域６１には非共焦点画像として第２受光素子５５で撮像したカメラ画像が表示されており、ステージの調整に応じて、カメラ画像も更新される。したがってユーザは、画像表示領域６１の表示を確認しながらステージの位置を調整し、所望の視野及びピントに設定する。なおここで設定したピント位置は、基準位置として記憶される。以降の操作画面において異なるピント位置あるいは視野に変更されたとしても、後述する基準位置ボタン７５を押下することで、登録された基準位置に復帰される。このため、ピント位置は視野の全体を把握できる位置に設定することが好ましい。ステージを調整後「調整完了」ボタン６８を押下すると、このステージ位置及びピント位置が基準位置としてメモリに登録されると共に、図９の画面に遷移する。
（「高さ範囲の設定」ステップ６５ｂ）

図９は「高さ範囲の設定」ステップ６５ｂでの操作画面を示している。上述の通り、フロー図６５の欄では「高さ範囲の設定」ステップ６５ｂがハイライト表示され、説明図６６及び操作部６７の欄には、「高さ範囲の設定」ステップ６５ｂに対応する説明や操作ボタン類が表示される。図９の説明図６６は、「測定対象物の測定範囲（高さ）をセットします。レンズを上（下）に移動させ、完全にピントがズレた所で「上（下）限セット」ボタンを押してください。※上下ともにセットしてください。セット終了後、「レーザの明るさ調整に進んでください。」と説明文が表示されると共に、説明文の下には対物レンズを上下に移動させるイラストが表示される。さらに説明図６６の下の操作部６７にはレンズ位置調整欄７０として、左側に対物レンズの上下に移動するためのレンズ移動ボタン群７１が設けられ、その右側に対物レンズの上限位置及び下限位置を設定するための上限セットボタン７２及び下限セットボタン７３が設けられる。

レンズ移動ボタン群７１は、図９の例では上下方向に対物レンズを移動させる矢印ボタンとして「＞」、「＞＞」、「＞＞＞」の３種類をそれぞれ用意し、矢印が多いほど移動量を多くしている。また中央にはマウスボタン７４を設けている。マウスボタン７４を押下するとマウスのスクロールボタンの回転で対物レンズを上下に移動させることができる。ユーザは好みや移動量に応じて、いずれかのボタンを操作して対物レンズを上下方向に移動させる。

また上限セットボタン７２と下限セットボタン７３の間には、基準位置へ復帰するための基準位置ボタン７５が設けられる。加えて、現在の対物レンズの高さ、すなわちＺ位置を示すＺ位置表示欄７６と、上限セットボタン７２及び下限セットボタン７３で各々指定したＺ位置を示す上限Ｚ位置表示欄７７、下限Ｚ位置表示欄７８がそれぞれのセットボタン７２、７３の右側に設けられる。さらにこれらボタン類の下に表示されるテキスト情報として、注意事項を表示している。すなわち「注意！上限・下限セット後は、ステージに触れないでください」とのメッセージを表示して、上限位置、下限位置設定後に手で触れる等の原因で高さが変化しないよう、注意を促している。

なお、上限位置及び下限位置の両方を指定せずとも、上限又は下限のいずれか一方と、対物レンズのレンズの移動距離（ディスタンス）を指定することでも、高さ範囲は指定できる。ただ、直接上限又は下限位置に対物レンズを移動させ、光量の飽和が生じるかどうかをユーザが目視することで、より確実に高さ範囲を適切に設定できる。すなわち、上限と下限という境界を直接指定する方が、一方の境界とディスタンスを指定するよりも直裁的で理解し易いという利点が得られる。

以上の操作ボタン類を操作して、ユーザは対物レンズの移動する高さ範囲を設定する。すなわち、画像表示領域６１に表示されるカメラ画像を見ながら、対物レンズを高さ方向に移動させる範囲の上限と下限を、上限セットボタン７２、下限セットボタン７３で設定する。上限位置及び下限位置を設定後、フロー図６５の「レーザの明るさ調整」ステップ６５ｃを押下すると、「高さ範囲の設定」ステップ６５ｂから図１０に示す「レーザの明るさ調整」ステップ６５ｃに移行する。なお、上限セット、下限セットをいずれも設定した時点で「レーザの明るさ調整」ステップ６５ｃに移行するように設定したり、あるいは上記「ステージの調整」ステップ６５ａと同様に「調整完了」ボタンを設けることもできる。
（「レーザの明るさ調整」ステップ６５ｃ）

図１０に示す「レーザの明るさ調整」ステップ６５ｃでは、画像表示領域６１の表示がカメラ画像から共焦点画像に切り替えられる。また、フロー図６５で「レーザの明るさ調整」ステップ６５ｃがハイライト表示されると共に、説明図６６及び操作部６７の表示が「レーザの明るさ調整」ステップ６５ｃに対応する画面に、それぞれ切り替えられる。具体的には、説明図６６に「レーザ画像の明るさを調整します。明るすぎるとその部分が赤く表示されます。明るさを自動で調整する場合は、「自動調整」ボタンを押してください。手動で調整する場合は、赤い部分が現れるギリギリまでフィルタ、明るさを調整してください。※測定範囲全体で調整してください。調整終了後、「測定を開始」に進んでください。」とのテキスト情報が表示される。また操作部６７には、レンズ位置調整欄７０の下に、明るさ調整手段としてレーザ明るさ調整欄８０が設けられ、明るさ調整部８１とフィルタ選択欄８２が備えられる。明るさ調整部８１は、第１受光信号処理回路２２で受光素子２１の受光感度（ＰＭＴゲイン）を調整することで、共焦点画像の明るさを調整する。ここではスライダ８３による連続的な調整と、プッシュ式の増減ボタン８４による微調整とが併用できる。また、現在設定されている明るさを数値で表示する明るさ表示欄８５を設けている。一方、フィルタ選択欄８２は、ＮＤフィルタによる減衰量の設定を行う。フィルタ選択欄８２はプルダウンメニュー式に、フィルタによる減衰量の効果を選択する。また、明るさ調整部８１の動作をフィルタと連動させることもできる。これにより、フィルタの調整をゲインと別個に行う必要がなく、明るさ調整部８１の調整のみで済ませることができ、使い勝手が良くなる。ユーザは、試料の表面の光反射率等に応じて明るさ調整部８１とフィルタ選択欄８２を操作し、画像表示領域６１に表示された共焦点画像の明るさが、高さ範囲の全体において適切となるように調整する。
（飽和領域表示機能）

また共焦点画像中に、明るさ、すなわち試料表面での反射光量が飽和した領域が存在すると、その部分が着色されて画像表示領域６１に表示される飽和領域表示機能を備えてもよい。図１０の例では、飽和領域を赤く着色して画像表示領域６１に表示している。このような画像処理は、コントローラ２の制御部４３で行うことができる。これにより、赤い領域が発生しないように、すなわちユーザは光量が飽和しない適切な明るさを設定できる。すなわち、赤い領域が発生しない限界の明るさまで、視覚的に容易に設定することができる。
（レンズ位置表示バー７９）

また「レーザの明るさ調整」ステップ６５ｃでは、レンズ位置調整欄７０の表示が「高さ範囲の設定」ステップ６５ｂから変更される。具体的には、レンズ移動ボタン群７１の右側に、対物レンズの高さを示すレンズ位置表示バー７９が表示される。レンズ位置表示バー７９は、対物レンズの移動可能な全域の中で、「高さ範囲の設定」ステップ６５ｂで設定された上限位置と下限位置に挟まれる領域、すなわち測定範囲にほぼ対応する長さを示し、現在の高さに対応する位置を三角形状の矢印７９Ｂで示すと共に、上限位置、下限位置に対応して、これらをレンズ位置表示バー７９上に色分けして表示している。これにより、上端、下端位置を視覚的にマーキングし、ユーザが現在のピント位置を容易に確認、把握可能となる。図１０の例では、高さ範囲内７９ａを緑色、高さ範囲外７９ｂを赤色に表示して、現在の高さと上限、下限との関係を矢印と色分け表示により視覚的に把握できる。さらに、上限位置、下限位置及び現在位置の高さを数値で併記することで、より正確な高さを認識できる。特に「レーザの明るさ調整」ステップ６５ｃでは、高さ範囲のすべての位置で明るさが飽和しないように、明るさを設定する必要があるため、レンズ位置を変化させて明るさを確認する必要がある。このため、対物レンズの位置を把握し易くすることで、ユーザによる設定作業を容易にできる。加えて、先に設定した基準位置をレンズ位置表示バー７９上で青色の矢印７５ｂで表示すると共に、基準位置に戻るするための基準位置ボタン７５を設けている。これにより、対物レンズの高さを変更することで画像表示領域６１で表示される共焦点画像が真っ暗になっても、速やかに基準位置に戻って視認可能な共焦点画像を表示させることができる。特に、画面が真っ暗になり初心者ユーザが位置を見失っても、慌てることなく元の位置に戻ることができるので、共焦点顕微鏡の操作に対する不安を軽減できる効果が得られる。
（ピント限定手段）

一旦上限位置、下限位置が設定されると、対物レンズはこの範囲内でのみ移動可能となる。したがって、上限セットボタン７２、下限セットボタン７３は対物レンズの高さ方向への移動範囲、すなわちピント範囲を制限するピント制限手段として機能する。これにより、ピント可動範囲が自動的に高さ範囲に制限され、明るさ調整のみに集中することができる。図１０の例では、上述の通りレンズ位置表示バー７９においては、対物レンズが移動可能な上限位置と下限位置との間の範囲内７９ａを緑色で表示し、範囲外７９ｂは赤色で表示することで、対物レンズの移動が制限されることを視覚的に示している。特にピントを調整可能な範囲は、レンズ位置表示バー７９が示している範囲よりはるかに広いため、何ら制限がないとユーザがピントを大きく外れた位置に設定してしまう虞がある。ピント制限手段によってユーザはピントの大外しを避けることができるので、明るさ調整に専念できる。

ただ、この範囲を超えて対物レンズを移動させる範囲外移動手段を設けてもよい。図１０の例では、レンズ移動ボタン群７１の内、上下端に配置された＞＞＞ボタン７１Ｘが、範囲外移動手段として機能する。このボタンを押下すると、ピント制限手段で規定された高さ範囲を超えて対物レンズを移動させることが可能となる。これにより、高さ範囲外での共焦点画像を確認できるようになり、範囲の微調整や再設定等に利用できる。現在のレンズの位置はレンズ位置表示バー７９上の左側に三角形７９Ｂで示されており、高さ範囲内にあるときは緑色の三角形７９Ｂで表示される。レンズの位置が高さ範囲外まで移動されると、三角形７９Ｂの色が緑色から赤色に変わる。これによって、ユーザは高さ範囲外にピントが外れていることを容易に知ることができる。また、高さ範囲外に対物レンズを移動させても、基準位置ボタン７５によって速やかに高さ範囲内に戻ることができる。

なお、＞＞＞ボタンＸは、図９の画面では対物レンズの移動量の大きい矢印ボタンとして機能し、図１０の画面では高さ範囲を超えて対物レンズを移動させる範囲外移動手段として機能する。このように、一のボタンを兼用して、選択されたステップに応じてボタンの機能を変更させる構成の他、別途専用の範囲外移動手段を設けることもできる。あるいは、「＞」、「＞＞」、「＞＞＞」のいずれの矢印ボタンでも、設定された高さ範囲を超えて対物レンズを移動させるよう構成してもよい。
（明るさ自動調整手段）

さらに、このような手動による明るさ調整によることなく、明るさ自動調整手段を用いて共焦点画像の明るさを自動調整することもできる。図１０の例では、レーザ明るさ調整欄８０の左上に「自動調整」ボタン８６を設けており、このボタンを押下すると明るさ自動調整が実行される。明るさを高さ範囲全域に渡って最適に自動調整する方法としては、例えば高さ範囲全体を走査し、すべての共焦点画像中から一番明るい位置（画素）を抽出する。そして、この画素が飽和しない、最も高い輝度に調整した後、再度すべての範囲を走査して明るさの飽和が生じないことを確認する。あるいは、あるピント位置でオートゲイン動作を行い、ピントを所定量だけ移動させて飽和する箇所があればゲインを適切な値まで下げ、またピントを所定量移動させる動作を繰返し、高さ範囲の全域を走査する方法等も利用できる。これにより、ユーザは面倒な明るさの調整作業を自動で行わせることができ、大幅な省力化が実現される。すなわち、ユーザの熟練度や観測目的に応じて、マニュアル設定と自動設定とを選択できることで、幅広い用途や要求に対応できる。
（「測定を開始」ステップ６５ｄ）

以上のようにしてレーザの明るさ調整を終了後、フロー図６５から「測定を開始」ステップ６５ｄを押下すると、図１１に示す画面に切り替わる。ここでは、超深度画像の測定に必要な設定が終了したことをユーザに告知し、測定開始を促す。具体的には、説明図６６として「測定を開始します。「測定開始」ボタンを押してください。測定を中止したい場合は「中止」ボタンを押してください。※測定失敗の原因となるため、測定中は顕微鏡本体に触れたり、本パソコンで他の作業をしないで下さい。」との説明と注意を促すメッセージが表示される。また操作欄６７には測定欄として「測定開始」ボタン８７及び測定を中止する「中止」ボタン８８が設けられる。「測定開始」ボタン８７を押下すると、共焦点顕微鏡は高さ範囲を所定のピッチで移動しながら、共焦点画像を複数枚撮像し、これらを合成して超深度画像を合成し、画像表示領域６１に表示する。測定の進捗状況はバーグラフ状８９に表示され、さらに残り時間の概算が表示される。
（「測定結果の確認」ステップ６５ｅ）

複数枚の共焦点画像に基づき白黒の超深度画像が測定され、画像表示領域６１に表示されると、自動的に「測定を開始」ステップ６５ｄから「測定結果の確認」ステップ６５ｅに移行される。図１２に示す「測定結果の確認」ステップ６５ｅでは、得られた超深度画像が適切かどうかを確認する。ここでは、説明図６６において「測定結果の表示方法を選択できます。正しく測定できているか確認してください。※測定はこれで完了です。保存した測定結果は解析ソフトで読み込み、様々な解析を行うことができます。続けて測定する場合は最初の手順に戻ってください。」とメッセージが表示される。また操作部６７には、測定結果表示欄９０が設けられ、測定結果の表示する画像の形態を切り替えることができる。例えば、白黒超深度画像に加えて、超深度画像をカラー化したカラー超深度画像、試料の高さ情報に基づきグレースケール化もしくは色付けした高さ画像、試料の高さ分布を立体的に表示した３Ｄ画像、ピント位置のカメラ画像のみ合成したカラーピーク画像、を表示することができる。ユーザは、測定された白黒超深度画像に加えて、これらの表示に切り替え、所望の画像が正しく得られているかどうかを確認する。得られた画像はデータとして保存することもでき、また解析ソフトで解析することもできる。例えば、プロファイル計測や面粗さ計測、薄膜計測、段差、表面積、体積、複数のプロファイルの比較、傾斜角等の計測が行える。また、このような解析機能を共焦点顕微鏡操作プログラムに備えることもできる。

なお、上記ではビギナーモードにおいてユーザに超深度画像の測定を案内するためにフロー図６５を用いたガイダンスを実現しているが、この方法に限られず、例えばウィザード方式等の対話形式で説明することもできる。また、説明図６６にはイラストに加えて写真を表示させたり、静止画のみならず動画や音声案内を付加することもできる。
（エキスパートモード）

一方、図８の画面からエキスパートタブ６３ｂを選択し、エキスパートモードに切り替えた状態を図１３に示す。エキスパートモードでは、上述した各ステップの設定を一画面で行えるよう、各種の操作ボタン類が配置されている。図１３の例では、操作領域６２の上段にレンズ位置調整欄７０、中段にレーザ明るさ調整欄８０、下段に測定設定欄９１を設けている。さらにレンズ位置調整欄７０の上に、画像表示領域６１で現在表示されている画像の種別を表示する画像種別表示欄９２を設けている。ここでは、カメラ画像が表示されているため、「カメラ」ボタン９２ａがハイライト表示される。この状態から「レーザ」ボタン９２ｂを押下すると、画像表示領域６１の表示が共焦点画像に切り替えられる。同様に「ＲＴ３Ｄ」ボタン９２ｃを押下すると３Ｄ画像が表示される。なお、これらの画像は画像表示領域を分割したり、あるいは画像表示ウィンドウを複数設ける等の方法で、複数を並べて表示することもできる。また、未作成等の理由で表示できない画像については、該当するボタンをグレーアウト表示させて、表示不可能であることを示す。さらに「｜｜」ボタン９２ｄは、ライブ表示の画像を一時停止するためのボタンである。

レンズ位置調整欄７０は、図９とほぼ同じ構成としている。また、下部にはＺ測定距離表示欄９３が設けられ、高さ上限位置と下限位置との間の距離、すなわち高さの測定範囲（距離）が示されている。さらにレーザ明るさ調整欄８０も、図１０とほぼ同じ構成としている。図１３の例では、フィルタによる明るさ調整用とゲインによる明るさ調整用に、フィルタ調整用プルダウンメニュー８２Ｂ、ゲイン調整用スライダ８３をそれぞれ設けており、これらを個別に調整できる。

加えて、測定設定欄９１は、これから測定する超深度画像に対して各種設定を行うためのボタン類を纏めている。図１３の例では、各種の設定をプルダウンメニューで選択可能としており、測定モード９４として表面形状、膜厚等が選択できる。また測定エリア９５として面、ライン等が選択でき、さらに測定品質９６として超高精細、高精細、高速等が選択できる。このように、エキスパートモードでは様々なモードや品質、エリアで超深度画像の取得ができ、共焦点顕微鏡の操作に慣れたユーザは、コンパクトに纏められた画面から所望の操作を行うことができる。

以上のように、本実施の形態によれば非共焦点画像を用いることで、容易に高さ範囲を設定することができ、また適切な明るさ調整を行える。ここで、対比のため従来の共焦点顕微鏡を用いて共焦点画像を得る手順を、図１４に基づいて説明する。まずステップＳ１０１で試料を顕微鏡にセットし、次にステップＳ１０２で試料を非共焦点画像で表示手段上に表示させる。この状態でステップＳ１０３において、ユーザは試料の撮像したい部分を探すよう、ピントを調整する。ここではＣＣＤカメラのカメラ画像を表示しているため、ピントが合っていなくとも全体像の把握ができ、視野探しやピント調整を容易に行える。次にステップＳ１０４で表示手段における表示をカメラ画像から共焦点画像に切り替える。そしてステップＳ１０５で先ず共焦点画像の明るさを調整する。ステップＳ１０６で調整した明るさが適正かどうかを判定し、適正でない場合はステップＳ１０５に戻って再調整を行い、適正な場合はステップＳ１０７に進み、ピントの上下端、すなわち高さ方向の移動範囲を設定する。次いでステップＳ１０８において、設定された高さ範囲で明るさが適正かどうかを判定し、適正でない場合はステップＳ１０５に戻って明るさを再設定する。適正な場合はステップＳ１０９に進み、高さ範囲が適正かどうかを確認する。適正でない場合はステップＳ１０７に戻り高さ範囲を再設定し、適正な場合はステップＳ１１０に進み、共焦点画像を得るための測定を行う。その後ステップＳ１１１で満足な測定結果が得られたかどうかを判定し、不満足の場合はステップＳ１０３に戻って視野探しを行い、満足の場合は処理を終了する。

この方法では、共焦点画像を表示させた状態で明るさと高さ範囲を調整しており、暗い画面での設定を強いられることがある上、明るさと高さ範囲の２つの調整作業が入れ子になっているため、極めて作業が複雑かつ面倒であった。一方で、このような共焦点光学系１０と非共焦点光学系５０とを備える複合型の顕微鏡においては、測定の上端、下端の範囲を決定するために、共焦点画像の使用に固執する必然性はない。いいかえると、通常の光学系にＣＣＤカメラを搭載したカメラ画像等の非共焦点画像を用いて、ピントのボケ具合を観察しながら測定の上端、下端範囲を設定しても、なんら問題はない。非共焦点画像を使用すれば、ピント位置を外しても徐々にぼけていくだけなので、図６に示すような２つの平面を有する段差ゲージ形の試料であっても、確実にその両平面をカバーするように高さ範囲を設定することができる。
（高さ範囲設定方法）

実施の形態２を用いて超深度画像を測定する手順を、図１５のフローチャートに基づいて説明する。なお、この手順はビギナーモード、エキスパートモードのいずれにも適用できる。まずステップＳ２０１において、試料を顕微鏡にセットする。次にステップＳ２０２で、試料を非共焦点画像で表示手段上に表示させる。そしてステップＳ２０３でユーザは試料の撮像したい部分を探すよう、ピントを調整する。ここではＣＣＤカメラ等のカメラ画像を表示しているため、ピントが合っていなくとも全体像の把握ができ、視野探しやピント調整を容易に行える。次にステップＳ２０４で、非共焦点画像を表示させたままピントの上下端、すなわち高さ方向の移動範囲の調整を行う。ここではカメラ画像等の非共焦点画像で高さ方向を設定するため、ピントを合わせ易く、上限と下限を所望の高さに容易に設定できる。そしてステップＳ２０５で高さ範囲が適正かどうかを判定し、適正でない場合はステップＳ２０４に戻って高さ範囲の再設定を行い、適正な場合はステップＳ２０６に進み、表示手段の表示を共焦点画像に切り替える。そしてステップＳ２０７で共焦点画像の明るさを、ユーザが明るさ調整手段を用いて手動で調整する。ここで、設定した高さ範囲内にピント範囲を限定させるピント限定手段を機能させることで、ピント可動範囲が自動的に高さ範囲に制限されるので、ユーザはピントの大外しを避けられ、明るさ調整のみに集中できる。その後ステップＳ２０８に進み、設定された明るさが適正かどうかを判定し、適正でない場合はステップＳ２０７に戻って再設定を行い、一方適正な場合はステップＳ２０９に進み共焦点画像を得るための測定を行う。その後ステップＳ２１０で満足な測定結果が得られたかどうかを判定し、不満足の場合はステップＳ２０３に戻って視野探しを行い、満足の場合は処理を終了する。このように、本実施の形態では測定の上下端範囲に際して非共焦点画像を用いることで、設定を容易に行える。特に非共焦点画像では合焦点位置でなくともある程度の明るさで画像が表示されるため、ピント状態の把握が容易であり、共焦点顕微鏡の仕組みに詳しくないユーザでも容易に高さ範囲を設定できる。また上下範囲の設定は非共焦点画像で行い、明るさの設定は共焦点画像で行うことで、ピント範囲の設定を明確に行える上、その後に明るさを実際の共焦点画像に対して設定できるため、正確かつ容易に、超深度画像を観察するための条件を設定できる。
（実施の形態３）

上記の方法では、共焦点画像の明るさをユーザが明るさ調整手段を用いて手動で調整した。一方、明るさ自動調整手段で共焦点画像の明るさを自動調整することもできる。以下、実施の形態３として明るさ自動調整手段を用いた超深度画像測定手順を図１６のフローチャートに基づいて説明する。ここでは、ステップＳ３０１〜Ｓ３０６まではステップＳ２０１〜Ｓ２０６と同じ手順とする。すなわち、まずステップＳ３０１で試料を顕微鏡にセットし、次いでステップＳ３０２で試料を非共焦点画像で表示手段上に表示させる。そしてステップＳ３０３でユーザは試料の撮像したい部分を探すよう、ピントを調整する。ここでもカメラ画像を利用して、広い焦点範囲で視野探しやピント調整を容易に行える。次にステップＳ３０４でピントの上下端（高さ方向の測定範囲）の調整を行う。ここでも非共焦点画像で高さ方向を設定するため、上限と下限を所望の高さに容易に設定できる。そしてステップＳ３０５で高さ範囲が適正かどうかを判定し、適正でない場合はステップＳ３０４に戻って高さ範囲の再設定を行い、適正な場合はステップＳ３０６に進み、表示手段の表示を共焦点画像に切り替える。そしてステップＳ３０７で、共焦点画像の明るさを明るさ自動調整手段で自動調整する。これにより、ユーザが明るさを手動で調整し、さらに明るさが適正かどうかを判定する手間を省き、より簡単かつ高速に明るさを調整できる。明るさ自動調整手段が自動調整を行う具体的な方法については、後述する。そしてステップＳ３０８に進み、共焦点画像を得るための測定を行う。さらにステップＳ３１０で満足な測定結果が得られたかどうかを判定し、不満足の場合はステップＳ３０３に戻って視野探しを行い、満足の場合は処理を終了する。このように、実施の形態３では明るさ自動調整手段を利用して共焦点画像の明るさを自動調整することにより、ユーザの負担をさらに軽減できる。
（実施の形態４）

さらに、この共焦点画像の明るさ自動調整を利用し、共焦点画像をユーザに提示することなく、共焦点画像を取得することもできる。以下、この手順の一例を実施の形態４として図１７のフローチャートに基づいて説明する。ここでは、ステップＳ４０１〜Ｓ４０５までは上記のステップＳ３０１〜Ｓ３０５と同じ手順とする。ステップＳ４０５までの処理で高さ範囲が設定されると、表示手段の表示を共焦点画像に切り替えることなく、共焦点画像の明るさを明るさ自動調整手段で自動調整し、共焦点画像を得るための測定を行う（ステップ４０６）。以下同様に、満足な測定結果が得られたかどうかをステップＳ４０７で判定し、不満足の場合はステップＳ４０３に戻って視野探しを行い、満足の場合は処理を終了する。このように、実施の形態４では共焦点画像をユーザに一度も見せることなく、共焦点画像の測定動作まで到達することができるため、共焦点画像特有の扱い難さからユーザを完全に解放し、通常の非共焦点型の光学顕微鏡を使う感覚で共焦点画像の測定を実施できるようになる。

このように、ユーザは簡単に共焦点顕微鏡を用いた高さ形状測定を行えるようになる。また、ユーザ個々の技量、慣れの差による測定結果の違いも発生し難くなる。
（明るさ自動調整手順）

明るさ自動調整手段は、共焦点画像の明るさを自動調整する。ここでは、明るさ自動調整手段が、明るさ調整を高さ範囲全域にわたり繰り返す。具体的には、まず初めに特定のピント位置で明るさを適切に調整する。ここでは、明るさを上げる向き、下げる向きのいずれの向きにも調整する。以降、ピントを所定量ずつずらして明るさを調整していく。この際、明るさが飽和した時のみ、明るさを下げる向きに調整し、暗すぎる場合は何もしない。なぜなら、高さ範囲全体に渡って飽和する点を出さないことが目的であるため、あるピント位置で最適な明るさに調整した後は、明るさを上げる向きに調整する必要性がないからである。

以下、明るさ自動調整手段が共焦点画像の明るさを自動調整する手順の一例を、図１８のフローチャートに基づいて説明する。先ずステップＳ５０１で、所定の位置までピントを移動させる。そしてステップＳ５０２で、共焦点画像の明るさを調整する。その結果、ステップＳ５０３で明るさが適正かどうかを判定し、適正でない場合はステップＳ５０２に戻って処理を繰り返し、適正な場合はステップＳ５０４に進んでピントを所定量、上方向に移動させる。次いでステップＳ５０５で、明るさが飽和する箇所があるかどうかを判定し、飽和する箇所が存在する場合はステップＳ５０６に進んで明るさを少し下げた後、再度ステップＳ５０５に戻って処理を繰り返す。一方、飽和する箇所が無い場合はステップＳ５０７にジャンプし、高さ範囲の上限に到達したかどうかを判定する。未だの場合はステップＳ５０４に戻って処理を繰り返し、到達した場合はステップＳ５０８に進み、所定の位置、すなわちステップＳ５０１と同じ位置にピントを移動する。そしてステップＳ５０９で、今度はピントを所定量下方向に移動させる。以降は上記と同様に、ステップＳ５１０で先ず明るさが飽和する箇所があるかどうかを判定し、飽和する箇所が存在する場合はステップＳ５１１に進んで明るさを少し下げた後、再度ステップＳ５１０に戻って処理を繰り返す。一方、飽和する箇所が無い場合はステップＳ５１２にジャンプし、高さ範囲の下限に到達したかどうかを判定する。未だの場合はステップＳ５０９に戻って処理を繰り返し、到達した場合は処理を終了する。

このように、明るさ自動調整手段が、明るさ調整を高さ範囲全域にわたり何度も繰り返すことで、高さ範囲全体の明るさ調整を最適に行うことができる。なお図１８の例では、先にピント位置を所定量上方向に移動させた後、下方向に移動させているが、逆の手順でも同様の結果を得ることができる。

以上反射型の共焦点顕微鏡を説明したが、本発明は透過型の共焦点顕微鏡にも適用できる。透過型の顕微鏡の場合は、試料の裏面から共焦点光学系１０のレーザ光及び非共焦点光学系５０の白色光が照射される。共焦点光学系１０の光源はレーザ光源を含む単色光源はもちろんのこと、複数波長を含むものであってもよい。非共焦点光学系５０の光源は自然光又は室内光で代用することもできる。

本発明の共焦点顕微鏡、共焦点顕微鏡操作方法、共焦点顕微鏡操作プログラム及びコンピュータで読み取り可能な記録媒体並びに記録した機器は、生物細胞の部分的な検査またはイメージング等に好適に利用できる。

本発明の実施の形態１に係る共焦点顕微鏡システムの概略構成を示すブロック図である。 図１の共焦点顕微鏡システムを示す外観斜視図である。 共焦点顕微鏡本体を示す斜視図である。 対物レンズのＺ方向位置に応じて変化する受光量データを示すグラフである。 本発明の実施の形態２に係る共焦点顕微鏡システムを示すブロック図である。 光学測定用段差ゲージブロック形の試料の上面及び下面、並びに中間位置をピント位置として上方から撮像された共焦点画像を示すイメージ図である。 図６の試料について、ピントをずらしながら撮影した非共焦点画像と共焦点画像とを比較したイメージ図である。 「ステージの調整」ステップのユーザインターフェース画面を示すイメージ図である。 「高さ範囲の設定」ステップのユーザインターフェース画面を示すイメージ図である。 「レーザの明るさ調整」ステップのユーザインターフェース画面を示すイメージ図である。 「測定を開始」ステップのユーザインターフェース画面を示すイメージ図である。 「測定結果の確認」ステップのユーザインターフェース画面を示すイメージ図である。 エキスパートモードのユーザインターフェース画面を示すイメージ図である。 従来の共焦点顕微鏡を用いて共焦点画像を得る手順を示すフローチャートである。 実施の形態２で超深度画像を測定する手順を示すフローチャートである。 実施の形態３で超深度画像を測定する手順を示すフローチャートである。 実施の形態４で超深度画像を測定する手順を示すフローチャートである。 明るさ自動調整手段が共焦点画像の明るさを自動調整する手順を示すフローチャートである。

１００、２００…共焦点顕微鏡システム
１…共焦点顕微鏡本体
２…コントローラ
３…操作手段
３Ａ…入力手段
４…表示手段
１０、１０Ｂ…共焦点光学系
１１…光源
１２…第１コリメートレンズ
１３…偏光ビームスプリッタ
１４…１／４波長板
１５…水平・垂直偏向装置
１６…第１リレーレンズ
１７…第２リレーレンズ
１８…対物レンズ
１９…結像レンズ
２０…ピンホール板 非共焦点光学系
２１…受光素子
２２…第１受光信号処理回路
３０…ステージ
３１…ステージ手動操作機構
３２…Ｘ方向移動摘み
３３…Ｙ方向移動摘み
３４…Ｚ方向移動摘み
４１…第１ＡＤ変換器
４２…第２ＡＤ変換器
４３…制御部
５０、５０Ｂ…非共焦点光学系
５１…白色光源
５２…第２コリメートレンズ
５３…第１ハーフミラー
５４、５４Ｂ…第２ハーフミラー
５５…第２受光素子
５６…第２受光信号処理回路
６１…画像表示領域
６２…操作領域
６３…タブ
６３ａ…ビギナータブ
６３ｂ…エキスパートタブ
６４…倍率選択欄
６５…フロー図
６５ａ…「ステージの調整」ステップ
６５ｂ…「高さ範囲の設定」ステップ
６５ｃ…「レーザの明るさ調整」ステップ
６５ｄ…「測定を開始」ステップ
６５ｅ…「測定結果の確認」ステップ
６６…説明図
６７…操作部
６８…「調整完了」ボタン
７０…レンズ位置調整欄
７１…レンズ移動ボタン群
７１Ｘ…＞＞＞ボタン
７２…上限セットボタン
７３…下限セットボタン
７４…マウスボタン
７５…基準位置ボタン
７５ｂ…青色の矢印
７６…Ｚ位置表示欄
７７…上限Ｚ位置表示欄
７８…下限Ｚ位置表示欄
７９…レンズ位置表示バー
７９Ｂ…三角形状の矢印
７９ａ…高さ範囲内
７９ｂ…高さ範囲外
８０…レーザ明るさ調整欄
８１…明るさ調整部
８２…フィルタ選択欄
８２Ｂ…フィルタ調整用プルダウンメニュー
８３…ゲイン調整用スライダ
８４…増減ボタン
８５…明るさ表示欄
８６…「自動調整」ボタン
８７…「測定開始」ボタン
８８…「中止」ボタン
８９…バーグラフ状
９０…測定結果表示欄
９１…測定設定欄
９２…画像種別表示欄
９２ａ…「カメラ」ボタン
９２ｂ…「レーザ」ボタン
９２ｃ…「ＲＴ３Ｄ」ボタン
９２ｄ…「｜｜」ボタン
９３…Ｚ測定距離表示欄
９４…測定モード
９５…測定エリア
９６…測定品質
ＷＫ、ＷＫ２…試料
ＷＫ２ａ…上面
ＷＫ２ｂ…中間位置
ＷＫ２ｃ…下面

Claims (16)

1. 共焦点光学系を介して測定対象物からの光を受光素子で受光し、その受光情報に基づいて前記測定対象物の表面の高さ情報及び光量情報を取得し、前記測定対象物の表面の画像を共焦点画像として表示可能な共焦点顕微鏡であって、
   各測定点において、光学系もしくは測定対象物を高さ方向に変化させながら合焦点位置を明るさに基づいて取得し、測定点を走査して共焦点画像を合成する共焦点光学系と、
   前記共焦点光学系と光軸の少なくとも一部を共通にする共焦点光学系と別個の、測定対象物の光学画像を撮像するための非共焦点光学系と、
   測定対象物を載置するステージと、
   前記ステージに載置された測定対象物と、前記共焦点光学系及び非共焦点光学系との相対位置及び相対距離を調整可能なステージ移動部と、
   前記非共焦点光学系で撮像された光学画像、及び／又は前記共焦点光学系で撮像された共焦点画像を表示するための表示手段と、
   前記表示手段上に光学画像を表示させた状態で、相対距離である高さ方向の上限及び下限を設定するための高さ範囲設定部と、
   前記表示手段上に共焦点画像を表示させた状態で、前記高さ範囲設定部で設定された高さ範囲内においてピント位置を所定量ずつずらして、各ピント位置で撮像された共焦点画像の明るさを自動的に調整するための明るさ調整手段と、
   を備えることを特徴とする共焦点顕微鏡。
2. 請求項１に記載の共焦点顕微鏡であって、
   前記明るさ調整手段は、各ピント位置で撮像された共焦点画像の明るさが飽和したときに明るさを下げるよう調整し、暗い場合は調整を行わないよう構成してなることを特徴とする共焦点顕微鏡。
3. 請求項１又は２に記載の共焦点顕微鏡であって、さらに、
   前記高さ範囲設定部により設定された高さ範囲にピントの移動範囲を制限するピント制限手段を備え、
   前記明るさ調整手段は、前記ピント制限手段により制限されたピントの移動範囲内においてピント位置を所定量ずつずらすよう構成されてなることを特徴とする共焦点顕微鏡。
4. 請求項１から３のいずれか一に記載の共焦点顕微鏡であって、さらに、
   前記ピント制限手段により制限された移動範囲外にピント位置を移動させることが可能なボタンを上記表示手段上に表示させ、当該ボタンの押下により、前記ピント制限手段により制限された移動範囲外にピント位置を移動させる範囲外移動手段を備えることを特徴とする共焦点顕微鏡。
5. 請求項１から４のいずれか一に記載の共焦点顕微鏡であって、
   測定対象物表面の各点における合焦点位置の受光量の情報を合成して焦点深度の深い超深度画像を測定するために、前記ステージの相対位置の調整、前記高さ範囲設定部による高さ方向の上限及び下限の設定、前記明るさ調整手段による共焦点画像の明るさの調整、超深度画像の測定及び測定結果の確認作業を、各作業毎に必要な項目を指示して設定を促すビギナーモードを備えることを特徴とする共焦点顕微鏡。
6. 請求項１から５のいずれか一に記載の共焦点顕微鏡であって、超深度画像を測定するために必要な項目の設定に際して、
   ビギナーモードと、
   超深度画像を測定するために必要なパラメータを直接指定可能なエキスパートモードとを、切り替え可能に構成してなることを特徴とする共焦点顕微鏡。
7. 請求項５又は６に記載の共焦点顕微鏡であって、
   前記ビギナーモードが、超深度画像を測定するために必要な設定項目をステップ毎に纏め、ユーザにフロー形式で設定項目をステップ毎に順次提示するよう構成してなることを特徴とする共焦点顕微鏡。
8. 請求項５又は６に記載の共焦点顕微鏡であって、
   前記ビギナーモードが、超深度画像を測定するために必要な設定項目をステップ毎に纏め、ユーザに対話形式で設定項目をステップ毎に順次提示するよう構成してなることを特徴とする共焦点顕微鏡。
9. 請求項１から８のいずれか一に記載の共焦点顕微鏡であって、さらに、
   高さ範囲内で得られる共焦点画像の明るさが飽和しない最大の光量となるように、明るさを自動調整する明るさ自動調整手段を備えることを特徴とする共焦点顕微鏡。
10. 請求項１から９のいずれか一に記載の共焦点顕微鏡であって、さらに、
    所望の共焦点画像を観察可能な位置で共焦点光学系の相対位置を基準位置として設定するための基準位置設定手段と、
    前記基準位置設定手段で設定された基準位置に共焦点光学系を移動させるための復帰手段と、
    を備えることを特徴とする共焦点顕微鏡。
11. 請求項１から１０のいずれか一に記載の共焦点顕微鏡であって、
    前記高さ範囲設定部で設定された範囲とその近傍を含む相対高さを拡大してバー状に表示し、前記バー上で上限高さ及び下限高さ、現在位置、基準位置の少なくともいずれかを表示可能に構成してなることを特徴とする共焦点顕微鏡。
12. 共焦点光学系を介して測定対象物からの光を受光素子で受光し、その受光情報に基づいて前記測定対象物の表面の高さ情報及び光量情報を取得し、前記測定対象物の表面の画像を共焦点画像として表示可能な共焦点顕微鏡であって、
    各測定点において、光学系もしくは測定対象物を高さ方向に変化させながら合焦点位置を明るさに基づいて取得し、測定点を走査して共焦点画像を合成する共焦点光学系と、
    前記共焦点光学系と光軸の少なくとも一部を共通にする共焦点光学系と別個の、測定対象物の光学画像を撮像するための非共焦点光学系と、
    測定対象物を載置するステージと、
    前記ステージに載置された測定対象物と、前記共焦点光学系及び非共焦点光学系との相対位置及び相対距離を調整可能なステージ移動部と、
    前記非共焦点光学系で撮像された光学画像、及び／又は前記共焦点光学系で撮像された共焦点画像を表示するための表示手段と、
    前記表示手段上に光学画像を表示させた状態で、相対距離である高さ方向の上限及び下限を設定するための高さ範囲設定部と、
    前記高さ範囲設定部で設定された高さ範囲内においてピント位置を所定量ずつずらして、各ピント位置で撮像された共焦点画像の明るさが飽和しない最大の光量となるように、明るさを自動調整する明るさ自動調整手段と、
    を備えることを特徴とする共焦点顕微鏡。
13. 請求項１から１２のいずれか一に記載の共焦点顕微鏡であって、前記非共焦点画像が光学顕微鏡画像であることを特徴とする共焦点顕微鏡。
14. 共焦点光学系を介して測定対象物からの光を受光素子で受光し、その受光情報に基づいて前記測定対象物の表面の高さ情報及び光量情報を取得し、前記測定対象物の表面の画像を共焦点画像として表示手段に表示する共焦点顕微鏡を用いて、測定対象物表面の各点における合焦点位置の受光量の情報を合成して焦点深度の深い超深度画像を測定可能な共焦点顕微鏡操作方法であって、
    前記表示手段上に、共焦点光学系と光軸の少なくとも一部を共通にする非共焦点光学系で撮像した測定対象物の光学画像を表示させた状態で、測定対象物と、共焦点光学系及び非共焦点光学系との相対距離である高さ方向の上限及び下限を設定するよう促す工程と、
    前記表示手段上に共焦点画像を表示させた状態で、設定された高さ範囲内においてピント位置を所定量ずつずらして、各ピント位置で撮像された共焦点画像の明るさを調整するよう促す工程と、
    を含むことを特徴とする共焦点顕微鏡操作方法。
15. 共焦点光学系を介して測定対象物からの光を受光素子で受光し、その受光情報に基づいて前記測定対象物の表面の高さ情報及び光量情報を取得し、前記測定対象物の表面の画像を共焦点画像として表示手段に表示する共焦点顕微鏡を用いて、測定対象物表面の各点における合焦点位置の受光量の情報を合成して焦点深度の深い超深度画像を測定可能な共焦点顕微鏡操作プログラムであって、
    前記表示手段上に、共焦点光学系と光軸の少なくとも一部を共通にする非共焦点光学系で撮像した測定対象物の光学画像を表示させた状態で、測定対象物と、共焦点光学系及び非共焦点光学系との相対距離である高さ方向の上限及び下限を設定するよう促す機能と、
    前記表示手段上に共焦点画像を表示させた状態で、設定された高さ範囲内においてピント位置を所定量ずつずらして、各ピント位置で撮像された共焦点画像の明るさを調整するよう促す機能と、
    をコンピュータに実現させることを特徴とする共焦点顕微鏡操作プログラム。
16. 請求項１５に記載されるプログラムを格納したコンピュータで読み取り可能な記録媒体又は記録した機器。