JPH09113235A - 三次元計測方法および表示方法、ならびに三次元計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高さ方向における試料の相対移動量を小さく
することなく、高分解能で試料の表面形状を計測するこ
とができる三次元計測方法および装置を提供する。 【解決手段】 試料の高さ方向において互いに異なる複
数の高さ位置で共焦点画像がそれぞれ撮像され、これら
の共焦点画像に基づき、各画素ごとに以下のようにして
当該画素に対応する試料の表面情報としての表面高さデ
ータＨ（ｘ，ｙ）が求められる。まず、高さ方向におい
て光量が最大となる第１高さ位置Ｄ（ｍ）が求めるとと
もに、第１高さ位置Ｄ（ｍ）での第１光量Ｆm（ｘ，
ｙ）と、第１高さ位置Ｄ（ｍ）の上方側および下方側で
それぞれ近接する第２および第３高さ位置Ｄ（ｍ−
１），Ｄ（ｍ＋１）での第２および第３光量Ｆm-1
（ｘ，ｙ），Ｆm+1（ｘ，ｙ）が求められる。そして、
これらに基づき、高さ位置に対する光量の変化を示す２
次曲線が求められ、この２次曲線から光量の極値が求め
られる。さらに、この極値に対応する高さ位置Ｄmaxが
表面高さデータＨ（ｘ，ｙ）となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、試料の高さ方向
において互いに異なる複数の高さ位置で複数の画素より
なる水平面の共焦点画像をそれぞれ撮像し、これら複数
の共焦点画像に基づき前記試料の表面情報を求める三次
元計測方法および装置に関する。また、この発明は、上
記三次元計測方法により求められた表面情報などに基づ
き試料の表面形状を表示する三次元表示方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体装置や液晶装置の製造に関
する技術分野では、デバイス（装置）の微細化や製造工
程の複雑化に伴い、基板表面の三次元構造を観察した
り、測定したいというニーズが高まっている。これは、
三次元的にデバイス観察を行うことで、製造プロセスの
把握がより容易になるとともに、デバイスに生じる欠陥
の種類や発生原因を突き止めることができる等の理由か
らである。また、バイオテクノロジに関する技術分野に
おいても、細胞や分子の三次元構造に対する関心の高ま
りにつれて、当該三次元構造を観察したり、測定したい
というニーズが高くなっている。

【０００３】このようなニーズに対応するべく、従来よ
り、共焦点の原理を利用した共焦点顕微鏡が提案されて
いる。例えば、特開平６−３０８３９０号公報に記載さ
れた共焦点顕微鏡は、試料を高さ方向に移動させなが
ら、その高さ方向において互いに異なる複数の高さ位置
で水平面の共焦点画像をそれぞれ撮像する構成を有して
いる。そして、画素ごとに光量が最大となる光軸位置、
つまり高さ方向における高さ位置を求め、これを試料表
面を表す表面情報としている。

【０００４】また、このようにして試料の三次元計測を
行うとともに、この計測により求められた表面情報に基
づき、ＣＲＴなどの表示モニタに当該試料の表面形状を
表示し、オペレータなどの観察に供している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記三次元
計測においては、光軸方向の分解能を高めるためには、
試料の移動量を小さくする必要がある。したがって、大
きな測定範囲で高分解能を達成するためには、計測に多
大な時間を要するという問題がある。

【０００６】また、上記従来例によれば、高分解能で試
料の表面情報を計測し、その表面情報に基づき表示モニ
タに試料の表面形状を表示しているので、試料の表面形
状を正確に表示することができるが、表示モニタ上での
試料表面の明度や色相について考慮がなされておらず、
表示モニタに映し出される試料表面が明度などの点で実
際の試料表面と異なり、表示モニタを介して試料を観察
するオペレータが試料表面を誤認識するおそれがある。
したがって、単に試料の表面形状を正確に表示するのみ
にならず、表示モニタに試料の表面状態を正確に表示す
ることが望まれている。

【０００７】そこで、この発明は、上記課題を解決する
ためになされたもので、高さ方向における試料の相対移
動量を小さくすることなく、高分解能で試料の表面形状
を計測することができる三次元計測方法および装置を提
供することを第１の目的とする。

【０００８】また、この発明は、試料の表面形状のみな
らず、表面状態も正確に表示することができる三次元表
示方法を提供することを第２の目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、試料
の高さ方向において互いに異なる複数の高さ位置で複数
の画素よりなる水平面の共焦点画像を撮像手段によりそ
れぞれ撮像し、これら複数の共焦点画像に基づき前記試
料の表面情報を求める三次元計測方法であって、上記第
１の目的を達成するため、前記複数の共焦点画像に基づ
き、各画素ごとに前記高さ方向において光量が最大とな
る高さ位置を第１高さ位置として求める工程と、各画素
ごとに、前記第１高さ位置での第１光量と、前記第１高
さ位置の上方側で近接する第２高さ位置での第２光量
と、前記第１高さ位置の下方側で近接する第３高さ位置
での第３光量とをそれぞれ求め、前記第１ないし第３高
さ位置および前記第１ないし第３光量に基づき、高さ位
置に対する光量の変化を２次曲線近似し、当該２次曲線
から光量の極値を求め、さらに当該極値に対応する高さ
位置を当該画素に対応する試料の表面情報として求める
工程と、を備えている。

【００１０】請求項２の発明は、請求項１の三次元計測
方法により得られる前記複数の共焦点画像、前記第１な
いし第３高さ位置および前記表面情報に基づき、各画素
に対応して試料表面を示すカラーの印を付して試料の表
面形状を表示する三次元表示方法であって、上記第２の
目的を達成するため、前記複数の共焦点画像を複数の色
成分に分解する工程と、各画素ごとに、前記第１ないし
第３高さ位置での各色成分の光量を求め、高さ位置に対
する光量の変化を各色成分ごとに２次曲線近似し、さら
に当該２次曲線から前記表面情報に対応する補正済光量
を各色成分ごとに求める工程と、前記印の色成分の光量
の比を前記補正済光量の比と一致させる工程と、を備え
ている。

【００１１】請求項３の発明は、請求項１の三次元計測
方法により求められた２次曲線および表面情報に基づ
き、各画素に対応して試料表面を示す印を付して試料の
表面形状を表示する三次元表示方法であって、上記第２
の目的を達成するため、前記２次曲線から前記表面情報
に対応する光量を求め、当該光量に基づき前記印の輝度
を調整している。

【００１２】請求項４の発明は、上記第１の目的を達成
するため、試料の高さ方向において互いに異なる複数の
高さ位置で複数の画素よりなる水平面の共焦点画像をそ
れぞれ撮像する撮像手段と、前記複数の高さ位置で前記
撮像手段によりそれぞれ撮像された複数の共焦点画像に
基づき、各画素ごとに前記高さ方向において光量が最大
となる高さ位置を第１高さ位置として求めた後、各画素
ごとに、前記第１高さ位置での第１光量と、前記第１高
さ位置の上方側で近接する第２高さ位置での第２光量
と、前記第１高さ位置の下方側で近接する第３高さ位置
での第３光量とをそれぞれ求め、前記第１ないし第３高
さ位置および前記第１ないし第３光量に基づき、高さ位
置に対する光量の変化を２次曲線近似し、当該２次曲線
から光量の極値を求め、さらに当該極値に対応する高さ
位置を当該画素に対応する試料の表面情報として求める
表面情報決定手段と、を備えている。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１は、この発明にかかる三次元
計測装置の一実施形態を示す図である。この三次元計測
装置では、顕微鏡ステージ１１が高さ方向Ｚに移動自在
に設けられるとともに、装置全体を制御する制御部２０
からの信号に応じて駆動するモータ１２と連結されてい
る。したがって、顕微鏡ステージ１１の上面に試料ＯＢ
を載置した後モータ１２を適当に制御することで、試料
ＯＢを高さ方向Ｚの任意の高さ位置に位置決めすること
ができる。このように、この実施形態では、顕微鏡ステ
ージ１１とモータ１２とで、試料ＯＢを高さ方向Ｚにお
いて互いに異なる複数の高さ位置に位置決めする移動手
段が構成されている。

【００１４】また、顕微鏡ステージ１１の上方位置にお
いて、試料ＯＢの共焦点画像を撮像するための撮像ユニ
ット３０が配置されている。この撮像ユニット３０は、
キセノンランプなどの光源３１と、共焦点用光スキャナ
３２と、対物レンズ３３と、カラーＣＣＤカメラ３４と
で備えており、上記のようにして所定の高さ位置に位置
決めされた試料ＯＢの水平面ＸＹの共焦点画像をカラー
ＣＣＤカメラ３４で撮像し、赤、緑および青成分ごとに
当該画像に関連するアナログ画像信号を制御部２０のビ
デオキャプチャ２１に与える。

【００１５】制御部２０では、ビデオキャプチャ２１に
与えられたアナログ画像信号がディジタル信号に変換さ
れ、後で詳述する三次元計測処理のためにＣＰＵ２２に
与える。このＣＰＵ２２は図示を省略する入出力ポート
を介してモータ１２と接続されており、モータ１２を制
御して試料ＯＢを高さ方向Ｚに互いに異なる高さ位置に
位置決めしながら各高さ位置での水平面ＸＹの共焦点画
像を得るとともに、これら複数の共焦点画像に基づき後
で詳説する三次元計測処理を実行して試料ＯＢの表面を
表す表面情報を求める。このように本実施形態では、制
御部２０が試料ＯＢの表面情報を決定する表面情報決定
手段として機能する。また、ＣＰＵ２２は入出力ポート
を介して表示モニタ４０と接続されており、求められた
表面情報や内部情報に基づき試料ＯＢの表面形状や断面
形状を表示モニタ４０上に表示する。なお、同図におけ
る符号２３は画像データ等を一時的に記憶したり、後述
の三次元計測処理を実行するためのプログラムなどを記
憶するメモリである。

【００１６】なお、この実施形態では、撮像ユニット３
０を固定し、顕微鏡ステージ１１を高さ方向Ｚに移動さ
せているが、顕微鏡ステージ１１を固定しておき、撮像
ユニット３０、あるいは対物レンズ３３を高さ方向Ｚに
移動させる形態であっても試料ＯＢの共焦点画像を異な
る高さ位置で複数得ることができる。

【００１７】図２ないし図４は上記のように構成された
三次元計測装置の動作を示すフローチャートである。

【００１８】まず、オペレータが制御部２０に設けられ
たキーボード（図示省略）を介して顕微鏡ステージ１１
の下限高さＺl、上限高さＺhおよび取り込み画像枚数ｎ
（ｎ＞２）を入力する（ステップＳ１）。ここで、「取
り込み画像枚数ｎ」とは、顕微鏡ステージ１１を何段階
に位置決めしながら各高さ位置で試料ＯＢの共焦点画像
を撮像するかを示す値である。

【００１９】そして、ステップＳ１で与えられた値を次
式、 ΔＺ＝（Ｚh−Ｚl）／（ｎ−１） に代入してステージ移動ピッチΔＺを演算し、メモリ２
３に記憶する（ステップＳ２）。

【００２０】それに続いて、制御部２０からモータ１２
に駆動指令信号を与えて、顕微鏡ステージ１１を下限高
さＺl（高さ位置Ｄ（１））に位置決めする（図５
（ａ））とともに、カウント値ｊを「１」に初期化する
（ステップＳ３）。このカウント値ｊは顕微鏡ステージ
１１の高さ位置に関連するものであり、「１」から
「ｎ」までの整数値をとる。

【００２１】次に、ステップＳ４〜Ｓ７をｎ回実行して
顕微鏡ステージ１１を下限高さＺlから上限高さＺhの範
囲内で互いに異なる高さ位置に位置決めしながら、各高
さ位置で水平面ＸＹの共焦点画像Ｆjを撮像し、メモリ
２３に記憶する。すなわち、ステップＳ４で試料ＯＢの
相対高さ位置Ｄ（ｊ）を次式、 Ｄ（ｊ）＝Ｚh−Ｚl−ΔＺ×（ｊ−１） にしたがって演算する。また、ステップＳ５で、その高
さ位置Ｄ（ｊ）での共焦点画像Ｆjを撮像し、メモリ２
３に格納する。このことを概念的に示したのが、図６で
あり、例えば下限高さ位置Ｄ（１）では共焦点画像Ｆ1
が、また高さ位置Ｄ（２）では共焦点画像Ｆ2が、さら
に図５（ｂ）に示す上限高さ位置Ｄ（ｎ）では共焦点画
像Ｆnがそれぞれ撮像され、メモリ２３に格納される。
そして、ステップＳ６で画像取り込みをｎ回実行したか
どうかを判別する。このステップＳ６で「Ｎｏ」と判断
される間、ステップＳ７で顕微鏡ステージ１１をステー
ジ移動ピッチΔＺだけ上昇させるとともに、カウント値
ｊを「１」だけインクリメントする。一方、ステップＳ
６で「Ｙｅｓ」と判別されると、ステップＳ４〜Ｓ７の
処理ループを抜け出し、ステップＳ８に進む。

【００２２】ステップＳ８では、共焦点画像を構成する
画素のＸ，Ｙ座標をそれぞれ示すカウンタ値ｘ，ｙを
「１」，「１」に初期化する。

【００２３】また、ステップＳ９では、カウント値ｊ，
ｍをそれぞれ「２」、「１」に初期化するとともに、比
較値Ｖとして共焦点画像Ｆ1の画素（ｘ，ｙ）での赤、
緑および青成分の光量を足し合わせた光量Ｆ1（ｘ，
ｙ）を与える。ここで、カウンタ値ｍは当該画素（ｘ，
ｙ）で光量が最大となる高さ位置を示す値であり、次に
説明するように求められる。

【００２４】なお、以下における説明の便宜から、高さ
位置Ｄ（ｊ）での画素（ｘ，ｙ）の各色成分（赤、緑お
よび青）の光量をそれぞれ符号「ＦＲj（ｘ，ｙ）」，
「ＦＧj（ｘ，ｙ）」，「ＦＢj（ｘ，ｙ）」で示すとと
もに、これらの光量ＦＲj（ｘ，ｙ），ＦＧj（ｘ，
ｙ），ＦＢj（ｘ，ｙ）を足し合わせた光量を符号「Ｆj
（ｘ，ｙ）」で示すこととする。

【００２５】ステップＳ１０では、共焦点画像Ｆjの画
素（ｘ，ｙ）での光量Ｆj（ｘ，ｙ）が比較値Ｖよりも
大きいかどうかを判別する。ここで、「Ｙｅｓ」と判別
されると、比較値ＶをＦj（ｘ、ｙ）に更新し、カウン
ト値ｍをカウント値ｊと一致させた（ステップＳ１１）
後、次のステップＳ１２に進む。一方、ステップＳ１０
で「Ｎｏ」と判別されると、ステップＳ１１の処理を実
行することなく、直ちに次のステップＳ１２に進む。

【００２６】次のステップＳ１２では、カウント値ｊが
ステップＳ１で入力された取り込み画像枚数ｎよりも小
さいかどうかを判別し、「Ｙｅｓ」と判別される間、ス
テップＳ１３でカウント値ｊを「１」だけインクリメン
トした後、上記ステップＳ１０，Ｓ１１の処理を繰り返
す。このように、ステップＳ１０〜Ｓ１３を繰り返すこ
とにより当該画素（ｘ，ｙ）で最大光量をとる高さ位
置、つまり第１高さ位置を求める（第１高さ位置決定処
理）。一方、ステップＳ１２で「Ｎｏ」と判別される
と、この第１高さ位置決定処理から抜け出し、ステップ
Ｓ１４を実行する。

【００２７】このステップＳ１４では、上記のようにし
て求められたカウンタ値ｍでの第１高さ位置Ｄ（ｍ）で
の第１光量Ｆm（ｘ，ｙ）を求めるとともに、第１高さ
位置Ｄ（ｍ）の上方側で近接する第２高さ位置Ｄ（ｍ−
１）での第２光量Ｆm-1（ｘ，ｙ）と、第１高さ位置Ｄ
（ｍ）の下方側で近接する第３高さ位置Ｄ（ｍ＋１）で
の第３光量Ｆm+1（ｘ，ｙ）とをそれぞれ求める。そし
て、これらのデータ組み合わせ Ｄ（ｍ−１），Ｆm-1（ｘ，ｙ）、 Ｄ（ｍ ），Ｆm （ｘ，ｙ）、 Ｄ（ｍ＋１），Ｆm+1（ｘ，ｙ）、 に対する２次曲線（図７）を求めた後、この２次曲線か
ら光量の極値を求め、その極値に対応する高さ位置Ｄma
xを求める。そして、このようにして求まった高さ位置
Ｄmaxを表面情報たる表面高さデータ（ｘ，ｙ）に与え
る（ステップＳ１５）。

【００２８】このように、この実施形態では、従来例と
同様にして画素（ｘ，ｙ）での光量が最大となる高さ方
向Ｚにおける高さ位置（上記実施形態での第１高さ位置
Ｄ（ｍ）に相当する）を求めるのみならず、その高さ位
置Ｄ（ｍ）と、その高さ位置Ｄ（ｍ）と上下側でそれぞ
れ近接する第２および第３高さ位置Ｄ（ｍ−１），Ｄ
（ｍ＋１）と、さらに各高さ位置Ｄ（ｍ），Ｄ（ｍ−
１），Ｄ（ｍ＋１）での第１ないし第３光量Ｆm（ｘ，
ｙ），Ｆm-1（ｘ，ｙ），Ｆm+1（ｘ，ｙ）とに基づき表
面高さ位置Ｈ（ｘ，ｙ）、つまり表面情報を補正してい
る。このため、この実施形態によれば、試料ＯＢの移動
量（ステージ移動ピッチΔＺ）を小さくすることなく、
高分解能で試料ＯＢの表面情報たる表面高さデータ
（ｘ，ｙ）を求めることができる。

【００２９】上記のようにして画素（ｘ，ｙ）に対する
表面高さデータＨ（ｘ，ｙ）が求まると、ステップＳ１
６〜Ｓ２１を実行して高さ位置Ｄmaxでの各色成分の光
量ＩR（ｘ，ｙ），ＩG（ｘ，ｙ），ＩB（ｘ，ｙ）を各
色成分ごとの補正済光量としてそれぞれ求める。すなわ
ち、ステップＳ１６で、第１ないし第３高さ位置Ｄ
（ｍ），Ｄ（ｍ−１），Ｄ（ｍ＋１）での赤成分の光量
ＦＲm（ｘ，ｙ），ＦＲm-1（ｘ，ｙ），ＦＲm+1（ｘ，
ｙ）をそれぞれ求め、これらのデータ組み合わせ Ｄ（ｍ−１），ＦＲm-1（ｘ，ｙ）、 Ｄ（ｍ ），ＦＲm （ｘ，ｙ）、 Ｄ（ｍ＋１），ＦＲm+1（ｘ，ｙ）、 に対する２次曲線（図８）を求める。そして、ステップ
Ｓ１７で、その２次曲線より高さ位置（表面高さ位置）
Ｄmaxでの光量ＦＲ（ｘ，ｙ）を赤成分の光量ＩR（ｘ，
ｙ）として求め、メモリ２３に記憶する。

【００３０】それに続いて、赤成分に対して行ったと同
様の処理（ステップＳ１６，Ｓ１７）を、緑および青成
分に対して行う。

【００３１】つまり、ステップＳ１８で、第１ないし第
３高さ位置Ｄ（ｍ），Ｄ（ｍ−１），Ｄ（ｍ＋１）での
緑成分の光量ＦＧm（ｘ，ｙ），ＦＧm-1（ｘ，ｙ），Ｆ
Ｇm+1（ｘ，ｙ）をそれぞれ求め、これらのデータ組み
合わせ Ｄ（ｍ−１），ＦＧm-1（ｘ，ｙ）、 Ｄ（ｍ ），ＦＧm （ｘ，ｙ）、 Ｄ（ｍ＋１），ＦＧm+1（ｘ，ｙ）、 に対する２次曲線（図９）を求めた後、次のステップＳ
１９で、その２次曲線より高さ位置（表面高さ位置）Ｄ
maxでの光量ＦＧ（ｘ，ｙ）を緑成分の光量ＩG（ｘ，
ｙ）として求め、メモリ２３に記憶する。

【００３２】また、ステップＳ２０で、第１ないし第３
高さ位置Ｄ（ｍ），Ｄ（ｍ−１），Ｄ（ｍ＋１）での青
成分の光量ＦＢm（ｘ，ｙ），ＦＢm-1（ｘ，ｙ），ＦＢ
m+1（ｘ，ｙ）をそれぞれ求め、これらのデータ組み合
わせ Ｄ（ｍ−１），ＦＢm-1（ｘ，ｙ）、 Ｄ（ｍ ），ＦＢm （ｘ，ｙ）、 Ｄ（ｍ＋１），ＦＢm+1（ｘ，ｙ）、 に対する２次曲線（図１０）を求めた後、次のステップ
Ｓ２１で、その２次曲線より高さ位置Ｄmaxでの光量Ｆ
Ｂ（ｘ，ｙ）を青成分の光量ＩB（ｘ，ｙ）として求
め、メモリ２３に記憶する。

【００３３】上記のようにして、画素（ｘ，ｙ）に対す
る表面高さデータＨ（ｘ，ｙ）、各色成分ごとの補正済
光量ＩR（ｘ，ｙ），ＩG（ｘ，ｙ），ＩB（ｘ，ｙ）が
求まると、次のステップＳ２２で、ｘ＝ｘmaxかつｙ＝
ｙmaxが満足されているかどうか、つまりすべての画素
（ｘ，ｙ）について表面高さデータＨ（ｘ，ｙ）および
補正済光量ＩR（ｘ，ｙ），ＩG（ｘ，ｙ），ＩB（ｘ，
ｙ）を求めたかどうかを判別し、このステップＳ２２で
の判別の結果が「Ｎｏ」の間、ステップＳ２３でカウン
タ値（座標値）ｘ，ｙを適当に設定することで対象画素
をずらした後、上記処理（ステップＳ９〜Ｓ２１）を繰
り返す。こうして、すべての画素（ｘ，ｙ）について試
料ＯＢの表面高さ位置を表す表面高さデータＨ（ｘ，
ｙ）および補正済光量ＩR（ｘ，ｙ），ＩG（ｘ，ｙ），
ＩB（ｘ，ｙ）を求める。

【００３４】そして、ステップＳ２４で、表面高さデー
タＨ（ｘ，ｙ）に基づき各画素に対応して試料表面を表
すカラーの印を付すことで表示モニタ４０上に試料ＯＢ
の表面形状を表示する。この際、印の色成分の光量を、
その光量の比が補正済光量ＩR（ｘ，ｙ），ＩG（ｘ，
ｙ），ＩB（ｘ，ｙ）の比と一致するように、調整す
る。これによって、実際に観察される共焦点画像と同一
の色相で試料ＯＢの表面を表示モニタ４０に映し出すこ
とができ、試料ＯＢの表面形状を正確に表示することは
もちろん、試料の表面状態も正確に表示することができ
る。

【００３５】なお、上記実施形態では、第１高さ位置Ｄ
（ｍ）を中心として上方側および下方側で近接する高さ
位置をそれぞれ１つずつ選択して、３つのデータ組み合
わせにより２次曲線を求めているが、上方側および下方
側で選択する高さ位置の数は任意である。

【００３６】また、上記実施形態では、試料ＯＢの表面
を表す印をカラーの印としているが、モノクロの印を使
用してもよい。この場合、ステップＳ１６〜Ｓ２１を実
行する代わりに、図７に示すようにステップＳ１４にお
いて求められた２次曲線より高さ位置Ｄmaxでの光量Ｆ
（ｘ，ｙ）を補正済光量として求め、この補正済光量に
基づき表示モニタ４０に表示する印の輝度を調整する。
このように印の輝度を調整することで、実際に観察され
る共焦点画像と同一の明度で試料ＯＢの表面を表示モニ
タ４０に映し出すことができ、試料の表面状態も正確に
表示することができる。

【００３７】

【発明の効果】請求項１および４の発明によれば、試料
の高さ方向において互いに異なる複数の高さ位置で共焦
点画像をそれぞれ撮像し、これらの共焦点画像に基づ
き、各画素ごとに高さ方向において光量が最大となる高
さ位置を第１高さ位置として求めた後、各画素ごとに、
第１高さ位置での第１光量と、第１高さ位置の上方側で
近接する第２高さ位置での第２光量と、第１高さ位置の
下方側で近接する第３高さ位置での第３光量とをそれぞ
れ求め、第１ないし第３高さ位置および第１ないし第３
光量に基づき、高さ位置に対する光量の変化を２次曲線
近似し、この２次曲線から光量の極値を求め、この極値
に対応する高さ位置を当該画素に対応する試料の表面情
報として求めている。このため、試料の移動量を小さく
することなく、高分解能で試料の表面情報を求めて試料
の表面形状を計測することができる。

【００３８】請求項２の発明によれば、請求項１の三次
元計測方法において求められた複数の共焦点画像を複数
の色成分に分解した後、各画素ごとに、第１ないし第３
高さ位置での各色成分の光量を求め、高さ位置に対する
光量の変化を各色成分ごとに２次曲線近似し、さらに当
該２次曲線から表面情報に対応する補正済光量を各色成
分ごとに求め、さらに試料表面を示す印の色成分の光量
の比が補正済光量の比と一致するように調整しながら各
画素に対応して印を付して試料の表面形状を表示してい
るので、実際の試料表面の色相で表示することができ、
試料の表面を正確に表示することができる。

【００３９】請求項３の発明によれば、請求項１の三次
元計測方法により求められた２次曲線から表面情報に対
応する光量を求め、当該光量に基づき試料表面を示す印
の輝度を調整しながら各画素に対応して印を付して試料
の表面形状を表示しているので、実際の試料表面の明度
で表示することができ、試料の表面状態を正確に表示す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明にかかる三次元計測装置の一実施形態
を示す図である。

【図２】図１の三次元計測装置の動作を示すフローチャ
ートである。

【図３】図１の三次元計測装置の動作を示すフローチャ
ートである。

【図４】図１の三次元計測装置の動作を示すフローチャ
ートである。

【図５】図１の三次元計測装置の動作を示す模式図であ
る。

【図６】高さ位置Ｄ（ｊ）と、各高さ位置Ｄ（ｊ）での
共焦点画像Ｆjとの関係を示す概念図である。

【図７】高さ位置Ｄ（ｍ）の近傍での、高さ位置と光量
との関係を示す図である。

【図８】高さ位置Ｄ（ｍ）の近傍での、高さ位置と赤成
分の光量との関係を示す図である。

【図９】高さ位置Ｄ（ｍ）の近傍での、高さ位置と緑成
分の光量との関係を示す図である。

【図１０】高さ位置Ｄ（ｍ）の近傍での、高さ位置と青
成分の光量との関係を示す図である。

【符号の説明】

１１ 顕微鏡ステージ １２ モータ ２０ 制御部 ３０ 撮像ユニット ４０ 表示モニタ Ｄ（ｍ） （第１）高さ位置 Ｄ（ｍ−１） （第２）高さ位置 Ｄ（ｍ＋１） （第３）高さ位置 Ｆ1，Ｆ2，…，Ｆj，…，Ｆn 共焦点画像 Ｆ（ｘ，ｙ） 赤、緑および青成分の光量を足し合わせ
た光量 ＦＢ（ｘ，ｙ） 青成分の光量 ＦＢm（ｘ，ｙ） 青成分の第１光量 ＦＢm-1（ｘ，ｙ） 青成分の第２光量 ＦＢm+1（ｘ，ｙ） 青成分の第３光量 ＦＧ（ｘ，ｙ） 緑成分の光量 ＦＧm（ｘ，ｙ） 緑成分の第１光量 ＦＧm-1（ｘ，ｙ） 緑成分の第２光量 ＦＧm+1（ｘ，ｙ） 緑成分の第３光量 ＦＲ（ｘ，ｙ） 赤成分の光量 ＦＲm（ｘ，ｙ） 赤成分の第１光量 ＦＲm-1（ｘ，ｙ） 赤成分の第２光量 ＦＲm+1（ｘ，ｙ） 赤成分の第３光量 Ｉ，ＩB，ＩG，ＩR 補正済光量 Ｈ（ｘ，ｙ） 表面高さデータ（表面情報） ＯＢ 試料 Ｚ 高さ方向

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試料の高さ方向において互いに異なる複
   数の高さ位置で複数の画素よりなる水平面の共焦点画像
   を撮像手段によりそれぞれ撮像し、これら複数の共焦点
   画像に基づき前記試料の表面情報を求める三次元計測方
   法において、 前記複数の共焦点画像に基づき、各画素ごとに前記高さ
   方向において光量が最大となる高さ位置を第１高さ位置
   として求める工程と、 各画素ごとに、前記第１高さ位置での第１光量と、前記
   第１高さ位置の上方側で近接する第２高さ位置での第２
   光量と、前記第１高さ位置の下方側で近接する第３高さ
   位置での第３光量とをそれぞれ求め、前記第１ないし第
   ３高さ位置および前記第１ないし第３光量に基づき、高
   さ位置に対する光量の変化を２次曲線近似し、当該２次
   曲線から光量の極値を求め、さらに当該極値に対応する
   高さ位置を当該画素に対応する試料の表面情報として求
   める工程と、を備えたことを特徴とする三次元計測方
   法。
2. 【請求項２】 請求項１の三次元計測方法により得られ
   る前記複数の共焦点画像、前記第１ないし第３高さ位置
   および前記表面情報に基づき、各画素に対応して試料表
   面を示すカラーの印を付して試料の表面形状を表示する
   三次元表示方法であって、 前記複数の共焦点画像を複数の色成分に分解する工程
   と、 各画素ごとに、前記第１ないし第３高さ位置での各色成
   分の光量を求め、高さ位置に対する光量の変化を各色成
   分ごとに２次曲線近似し、さらに当該２次曲線から前記
   表面情報に対応する補正済光量を各色成分ごとに求める
   工程と、 前記印の色成分の光量の比を前記補正済光量の比と一致
   させる工程と、を備えたことを特徴とする三次元表示方
   法。
3. 【請求項３】 請求項１の三次元計測方法により求めら
   れた２次曲線および表面情報に基づき、各画素に対応し
   て試料表面を示す印を付して試料の表面形状を表示する
   三次元表示方法であって、 前記２次曲線から前記表面情報に対応する光量を求め、
   当該光量に基づき前記印の輝度を調整することを特徴と
   する三次元表示方法。
4. 【請求項４】 試料の高さ方向において互いに異なる複
   数の高さ位置で複数の画素よりなる水平面の共焦点画像
   をそれぞれ撮像する撮像手段と、 前記複数の高さ位置で前記撮像手段によりそれぞれ撮像
   された複数の共焦点画像に基づき、各画素ごとに前記高
   さ方向において光量が最大となる高さ位置を第１高さ位
   置として求めた後、各画素ごとに、前記第１高さ位置で
   の第１光量と、前記第１高さ位置の上方側で近接する第
   ２高さ位置での第２光量と、前記第１高さ位置の下方側
   で近接する第３高さ位置での第３光量とをそれぞれ求
   め、前記第１ないし第３高さ位置および前記第１ないし
   第３光量に基づき、高さ位置に対する光量の変化を２次
   曲線近似し、当該２次曲線から光量の極値を求め、さら
   に当該極値に対応する高さ位置を当該画素に対応する試
   料の表面情報として求める表面情報決定手段と、を備え
   たことを特徴とする三次元計測装置。