JPH0961720A - Confocal scanning type optical microscope and measuring method using the microscope - Google Patents

Confocal scanning type optical microscope and measuring method using the microscope

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JPH0961720A
JPH0961720A JP22066895A JP22066895A JPH0961720A JP H0961720 A JPH0961720 A JP H0961720A JP 22066895 A JP22066895 A JP 22066895A JP 22066895 A JP22066895 A JP 22066895A JP H0961720 A JPH0961720 A JP H0961720A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To always perform a correct shape measurement even for a sample whose shape of an observation surface continuously changes and whose reflectivity of the observation surface is largely different depending on the shapes by surely detecting a boundary part of an observation sample. SOLUTION: In a confocal scanning type optical microscope provided with a photodetector 13 receiving the reflected light by a sample 8 and outputting a detection signal corresponding to the intensity of the received light, and a gain adjusting circuit 33 varying the signal level of the detection signal from the photodetector 13, a level discriminating circuit 31 judging whether the signal level of the detection signal of the photodetector 13 is in a previously set proper range or not, and a CPU 30 performing an adjustment so that the signal level becomes to be in the previously set proper range by variably adjusting the gain of the gain adjusting circuit 33 when the signal level of the detection signal is judged to be out of the proper range by the level discriminating circuit 31 are provided.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、観察試料の表面情
報を測定するために使用される共焦点走査型光学顕微鏡
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a confocal scanning optical microscope used for measuring surface information of an observation sample.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、点状光源によって観察試料の
表面を点状に照明し、この照明された試料表面からの透
過光または反射光を再び点状に集光してピンホール開口
を有する検出器に結像させ、この検出器により結像の濃
度情報を得る共焦点走査型光学顕微鏡があった。
2. Description of the Related Art Conventionally, a point light source illuminates the surface of an observation sample in a point shape, and the transmitted light or reflected light from the illuminated sample surface is condensed again in a point shape to have a pinhole opening. There has been a confocal scanning optical microscope in which an image is formed on a detector and the density information of the image is obtained by this detector.

【0003】図8(a)は一般的な共焦点走査型光学顕
微鏡の概略構成図である。同図において、点状光源91
から出射された点状光は、ハーフミラー92を通過した
後に収差が補正された対物レンズ93によって観察試料
94の表面に点状結像される。
FIG. 8A is a schematic configuration diagram of a general confocal scanning optical microscope. In the figure, a point light source 91
The point-like light emitted from the laser beam passes through the half mirror 92 and is then point-formed into an image on the surface of the observation sample 94 by the objective lens 93 whose aberration is corrected.

【0004】そして、この点状照明の上記試料94によ
る反射光は、再び対物レンズ93を通過した後に上記ハ
ーフミラー92で反射されて集光する。この集光位置に
はピンホール95が配設されており、このピンホール9
5を通過した上記反射光が光検出器96によって検出さ
れる。
Then, the light reflected by the sample 94 of the point-like illumination passes through the objective lens 93 again and is reflected by the half mirror 92 to be condensed. A pinhole 95 is provided at this light collecting position.
The reflected light that has passed through 5 is detected by the photodetector 96.

【0005】このような点状照明を観察試料94表面の
測定領域全体にわたって行ない、その反射光の光検出器
96による検出信号をラスタ走査等のように二次元走査
することにより、観察試料94表面の二次元画像が得ら
れるようになっている。
Such point illumination is performed over the entire measurement area of the surface of the observation sample 94, and the detection signal of the reflected light by the photodetector 96 is two-dimensionally scanned, such as raster scanning, to obtain the surface of the observation sample 94. The two-dimensional image of is obtained.

【0006】ところで、観察試料94の表面は全体にわ
たって平坦とは限らず、例えば図8(a)中のLに示す
ように対物レンズ93の集光位置からずれた位置にある
面も存在する。このような面Lから反射した反射光は、
ピンホール95上に集光することはない。したがって、
このような反射光はピンホール95を通過することがで
きず、このため光検出器96で検出されない。すなわ
ち、共焦点走査型光学顕微鏡では、対物レンズ93の集
光位置つまり合焦位置に存在する試料面の光学像のみが
測定できるものである。
By the way, the surface of the observation sample 94 is not necessarily flat over the entire surface, and there is a surface at a position deviated from the condensing position of the objective lens 93 as shown by L in FIG. 8A. The reflected light reflected from such a surface L is
The light is not focused on the pinhole 95. Therefore,
Such reflected light cannot pass through the pinhole 95 and is therefore not detected by the photodetector 96. That is, the confocal scanning optical microscope can measure only the optical image of the sample surface existing at the focusing position of the objective lens 93, that is, the focusing position.

【0007】次に、例えば図8(b)に示すように高さ
の異なる複数の観測面A,B,Cを有する試料94′を
共焦点走査型光学顕微鏡で観察する場合、観測面Aに合
焦させたときには他の観測面B,Cの光学像は全く見え
なくなる。このため、すべての観測面A,B,Cについ
ての合焦画像を同時に観測することは不可能である。
Next, for example, when observing a sample 94 'having a plurality of observation planes A, B and C having different heights with a confocal scanning optical microscope as shown in FIG. When focused, the optical images on the other observation planes B and C are completely invisible. Therefore, it is impossible to simultaneously observe the focused images on all the observation planes A, B, and C.

【0008】しかし、例えば観測面A,B,Cに対し順
次合焦させてその合焦画像を順次画像メモリに格納し、
これらの合焦画像を演算処理により合成することにより
全観測面A,B,Cに合焦した観測画像を得ることがで
きる。なお、この合焦観測画像の合成は、実際には各画
素について明るさが最大となる値を保持させることによ
りなされる。
However, for example, the observation planes A, B, and C are sequentially focused, and the focused images are sequentially stored in the image memory,
By synthesizing these focused images by arithmetic processing, it is possible to obtain an observed image focused on all the observation planes A, B, and C. It should be noted that the combination of the focused observation images is actually performed by holding the value that maximizes the brightness for each pixel.

【0009】以上説明した試料表面の観測方法について
は、例えば「THEORY ANDPRACTICE
OF SCANNING OPTICAL MICRO
SCOPY」(126〜130頁)に開示されている。
すなわち、試料面の一点に集束光を照射した状態で、ま
ずその光軸方向(Z方向)に上記集束光を走査して、か
かる走査中に輝度が最大となる位置(Z位置)を検出し
保存する。次に、上記集束光をX方向に移動させること
により試料面の次の一点に上記集束光の初期照射点を位
置させ、この状態で上記集束光をZ方向へ走査して、か
かる走査中に輝度が最大となる位置(Z位置)を検出し
保存する。
Regarding the method of observing the sample surface described above, for example, "THEORY AND PRACTICE"
OF SCANNING OPTICAL MICRO
SCOPY "(pages 126-130).
That is, in a state where the focused light is irradiated to one point on the sample surface, first, the focused light is scanned in the optical axis direction (Z direction), and a position (Z position) where the brightness is maximum is detected during the scanning. save. Next, by moving the focused light in the X direction, the initial irradiation point of the focused light is positioned at the next point on the sample surface, and in this state, the focused light is scanned in the Z direction, and during the scanning. The position where the brightness is maximum (Z position) is detected and saved.

【0010】以後同様に、集束光の初期照射点の位置を
X方向及びY方向にステップ的に移動させるごとに集束
光をZ方向へ走査し、これらの走査で検出された輝度の
最大値をそれぞれ保存する。かくして、輝度変化に基づ
いて試料の表面情報が測定される。
Similarly, each time the position of the initial irradiation point of the focused light is moved stepwise in the X and Y directions, the focused light is scanned in the Z direction, and the maximum value of the brightness detected by these scannings is determined. Save each. Thus, the surface information of the sample is measured based on the change in brightness.

【0011】ところが、上記のような観測を行なう場合
に、従来の共焦点走査型光学顕微鏡では次のような不具
合が生じていた。すなわち、光検出器により得られた検
出信号は、信号レベルが最適値になるように可変利得増
幅回路において増幅される。この場合、試料の観察もし
くは測定範囲における反射率が一定ならば問題はない。
しかし、試料の観察もしくは測定範囲内に反射率が異な
る複数の部位が存在すると、正確な検出信号が得られな
くなる。
However, when the above-mentioned observation is performed, the following problems occur in the conventional confocal scanning optical microscope. That is, the detection signal obtained by the photodetector is amplified in the variable gain amplifier circuit so that the signal level becomes the optimum value. In this case, there is no problem if the reflectance of the sample in the observation or measurement range is constant.
However, if there are a plurality of regions having different reflectances in the observation or measurement range of the sample, an accurate detection signal cannot be obtained.

【0012】そこで、特願平7−35474号では、試
料が高さによって反射率が大きく異なる観察面を持って
いる場合に、測定範囲の途中で信号レベルを変化させる
ことで、反射率が異なる複数の部位でも観察可能として
いる。
Therefore, in Japanese Patent Application No. 7-35474, when the sample has an observation surface whose reflectance greatly differs depending on the height, the reflectance is changed by changing the signal level in the middle of the measurement range. It can be observed at multiple sites.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
願平7−35474号が想定している反射率が異なる複
数の部位が存在する試料とは、例えば上記図8(b)で
示したような段状形状の試料であり、A面がガラス面、
B面が鏡面、…というように、信号レベルを変化させる
位置をA面とB面の間、B面とC面の間の各垂直な部分
とすることで対処している。
However, a sample having a plurality of portions having different reflectances, which is assumed by Japanese Patent Application No. 7-35474, is a sample as shown in FIG. 8 (b), for example. It is a step-shaped sample, the A side is a glass surface,
This is dealt with by setting the position where the signal level is changed to a vertical portion between the A surface and the B surface, or between the B surface and the C surface, such that the B surface is a mirror surface.

【0014】したがって、例えばV字形の溝がある形状
等のように、平面部と斜面部が連続している試料では、
平面部と斜面部との境界で確実に信号レベルを変化させ
ることができず、その境界部分では正確な観察、測定を
行なうことができないという不具合がある。
Therefore, in the case of a sample in which the flat surface portion and the sloped surface portion are continuous, such as a shape having a V-shaped groove,
There is a problem in that the signal level cannot be reliably changed at the boundary between the flat surface portion and the sloped surface portion, and accurate observation and measurement cannot be performed at the boundary portion.

【0015】本発明は上記のような実情に鑑みてなされ
たもので、観察面の形状が連続的に変化すると共に、観
察面の反射率が形状に依存して大きく異なるような観察
試料であっても、形状が変化する境界部分を確実に検出
し、その位置から信号レベルを適正な値に設定すること
で常に正確な形状測定を行なうことが可能な共焦点走査
型光学顕微鏡及びこの顕微鏡を使用した測定方法を提供
することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and is an observation sample in which the shape of the observation surface continuously changes and the reflectance of the observation surface greatly differs depending on the shape. However, the confocal scanning optical microscope and this microscope that can always accurately measure the shape by accurately detecting the boundary part where the shape changes and setting the signal level to an appropriate value from that position. The purpose is to provide the measurement method used.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は、
試料に対し集束光を照射する対物光学系と、上記集束光
と上記試料とを相対的に二次元方向へ移動走査する二次
元走査手段と、上記対物光学系の焦点位置と上記試料の
位置とを相対的に光軸方向へ移動走査する光軸走査手段
と、上記集束光の上記試料による反射光を受光してその
受光強度に応じた検出信号を出力する光検出手段と、こ
の光検出手段から出力された検出信号の信号レベルを可
変する可変利得形レベル可変手段とを備えた共焦点走査
型光学顕微鏡において、上記光検出手段からの検出信号
の信号レベルが予め設定されている適正範囲にあるか否
かを判断する判断手段と、この判断手段により検出信号
の信号レベルが予め設定されている適正範囲外であると
判断した場合に上記可変利得形レベル可変手段の利得を
可変制御して該信号レベルが予め設定されている適正範
囲内となるように調整する利得制御手段とを具備するよ
うにしている。
According to the first aspect of the present invention,
An objective optical system for irradiating a sample with focused light, a two-dimensional scanning means for moving and scanning the focused light and the sample relatively in a two-dimensional direction, a focus position of the objective optical system and a position of the sample Optical axis scanning means for relatively moving and scanning in the optical axis direction, light detecting means for receiving the reflected light of the focused light by the sample and outputting a detection signal according to the received light intensity, and the light detecting means. In the confocal scanning optical microscope provided with a variable gain type level varying means for varying the signal level of the detection signal output from the above, the signal level of the detection signal from the photodetection means falls within a preset proper range. Determining means for determining whether or not there is any, and when the determining means determines that the signal level of the detection signal is out of a preset proper range, the gain of the variable gain type level varying means is variably controlled. The belief Levels are such that and a gain control means for adjusting to be within a proper range that is set in advance.

【0017】この結果、請求項1記載の発明によれば、
上記光検出手段からの検出信号の信号レベルが予め設定
されている適正範囲にあるか否かを判断手段が随時判断
している。そして、この判断手段により検出信号の信号
レベルが予め設定されている適正範囲外であると判断し
た場合に、利得制御手段が上記可変利得形レベル可変手
段の利得を可変制御して、該信号レベルが予め設定され
ている適正範囲内となるように調整することになる。し
たがって、観察面の形状が連続的に変化し、且つ観察面
の反射率が形状に依存して大きく異なるような観察試料
であっても、形状が変化する境界部分を確実に検出し、
その位置から信号レベルを適正な値に設定することで常
に正確な形状測定を行なうことが可能な共焦点走査型光
学顕微鏡を実現できる。
As a result, according to the first aspect of the present invention,
The judging means judges from time to time whether or not the signal level of the detection signal from the light detecting means is within a preset proper range. When the determination means determines that the signal level of the detection signal is out of the preset proper range, the gain control means variably controls the gain of the variable gain type level variation means to obtain the signal level. Will be adjusted to fall within a preset proper range. Therefore, even in the case of an observation sample in which the shape of the observation surface changes continuously, and the reflectance of the observation surface greatly differs depending on the shape, it is possible to reliably detect the boundary portion where the shape changes,
By setting the signal level to an appropriate value from that position, it is possible to realize a confocal scanning optical microscope capable of always performing accurate shape measurement.

【0018】請求項2記載の発明は、試料に対し集束光
を照射する対物光学系と、上記集束光と上記試料とを相
対的に二次元方向へ移動走査する二次元走査手段と、上
記対物光学系の焦点位置と上記試料の位置とを相対的に
光軸方向へ移動走査する光軸走査手段と、上記集束光の
上記試料による反射光を受光してその受光強度に応じた
検出信号を出力する光検出手段と、この光検出手段から
出力された検出信号の信号レベルを可変する可変利得形
レベル可変手段とを備えた共焦点走査型光学顕微鏡を使
用して上記試料の表面測定を行なうに際し、上記光検出
手段からの検出信号の信号レベルが予め設定されている
適正範囲にあるか否かを判断する判断工程と、この判断
工程により検出信号の信号レベルが予め設定されている
適正範囲外であると判断した場合に上記可変利得形レベ
ル可変手段の利得を可変制御して該信号レベルが予め設
定されている適正範囲内となるように調整する利得制御
工程とを有するようにしている。
According to a second aspect of the present invention, an objective optical system for irradiating a sample with focused light, a two-dimensional scanning means for moving the focused light and the sample relatively in a two-dimensional direction, and the objective. Optical axis scanning means for relatively moving and scanning the focal point position of the optical system and the position of the sample in the optical axis direction, and the reflected light of the focused light of the sample is received and a detection signal corresponding to the received light intensity is received. The surface of the sample is measured by using a confocal scanning optical microscope equipped with a light detecting means for outputting and a variable gain type level varying means for varying the signal level of the detection signal outputted from the light detecting means. At this time, a determination step of determining whether or not the signal level of the detection signal from the photodetection means is within a preset proper range, and an appropriate range in which the signal level of the detection signal is preset by this determination step. Outside The gain of the variable gain type level varying means variably controlled to have to have a gain control step of adjusting so that the proper range the signal level is set in advance when it is determined.

【0019】この結果、上記光検出手段からの検出信号
の信号レベルが予め設定されている適正範囲にあるか否
かを判断工程で随時判断している。そして、この判断工
程により検出信号の信号レベルが予め設定されている適
正範囲外であると判断した場合に、利得制御工程に移行
して上記可変利得形レベル可変手段の利得を可変制御
し、該信号レベルが予め設定されている適正範囲内とな
るように調整することになる。したがって、観察面の形
状が連続的に変化し、且つ観察面の反射率が形状に依存
して大きく異なるような観察試料であっても、形状が変
化する境界部分を確実に検出し、その位置から信号レベ
ルを適正な値に設定することで常に正確な形状測定を行
なうことができる。
As a result, whether or not the signal level of the detection signal from the light detecting means is within the preset proper range is determined at any time in the determination step. When it is determined in this determination step that the signal level of the detection signal is out of the preset proper range, the process proceeds to the gain control step to variably control the gain of the variable gain type level varying means, The signal level is adjusted so as to be within a preset proper range. Therefore, even in the case of an observation sample in which the shape of the observation surface changes continuously and the reflectance of the observation surface varies greatly depending on the shape, the boundary portion where the shape changes can be reliably detected and its position Therefore, by setting the signal level to an appropriate value, accurate shape measurement can always be performed.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施
の一形態を説明する。図1は本発明の実施の一形態に係
る共焦点走査型光学顕微鏡全体のシステム構成を示すも
のである。同図で、1は共焦点走査型光学顕微鏡本体で
あり、この顕微鏡本体1内の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。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows the system configuration of the entire confocal scanning optical microscope according to an embodiment of the present invention. In the figure, 1 is a confocal scanning optical microscope main body, and 2 in the microscope main body 1 is a laser light source which is a light source of scanning light. The laser light as the spot light generated by the laser light source 2 is totally reflected by the mirror 3 and is sent to the two-dimensional scanning mechanism 5 after passing through the half mirror 4.

【0021】ここでレーザ光の強度は、レーザ光源2の
電源であるレーザ電源ユニット26で調整することがで
きると共に、レーザ光源2とミラー3との間に配置した
NDフィルタ27を回転させて、レーザ光の透過量を変
化させることでも調整することができる。
Here, the intensity of the laser beam can be adjusted by the laser power source unit 26, which is the power source of the laser light source 2, and the ND filter 27 disposed between the laser light source 2 and the mirror 3 is rotated, It can also be adjusted by changing the amount of laser light transmission.

【0022】NDフィルタ27は、その詳細な構成は後
述するが、モータ28により回転駆動されてレーザ光の
透過量を可変制御するものであり、モータ28はモータ
駆動回路29からの駆動信号に従うものである。これら
の調整は、コンピュータ17からの命令に対応して画像
処理ユニット14に送出され、この画像処理ユニット1
4内のCPU30が上記レーザ電源ユニット26やモー
タ駆動回路29に制御信号を送出することで行なわれ
る。
The ND filter 27, whose detailed configuration will be described later, is rotatably driven by a motor 28 to variably control the amount of laser light transmission, and the motor 28 follows a drive signal from a motor drive circuit 29. Is. These adjustments are sent to the image processing unit 14 in response to a command from the computer 17, and the image processing unit 1
This is done by sending a control signal to the laser power supply unit 26 and the motor drive circuit 29 by the CPU 30 in the CPU 4.

【0023】上記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軸方向に振ることでスポット光をテレビジョン方
式におけるラスタ走査と同様に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により微動ステージ9上
に載置された試料8に照射される。
The two-dimensional scanning mechanism 5 has, for example, a galvano mirror for X-axis direction scanning and a galvano mirror for Y-axis direction scanning, and the XY scanning control unit 1 to be described later.
Under the control of 6, the two galvanometer mirrors are swung in the X-axis direction and the Y-axis direction to perform XY scanning of the spot light similarly to the raster scanning in the television system. The spot light is applied to the sample 8 mounted on the fine movement stage 9 by the objective lens 7 via the revolver 6.

【0024】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。そして、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.

【0025】レボルバ6に保持される複数の対物レンズ
7のうち、所望の倍率を持つ者をレボルバ6の回転によ
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 plurality of objective lenses 7 held by the revolver 6, a person having a desired magnification is switched by rotating the revolver 6 and is set in the observation optical path of the microscope.
The spot light from the two-dimensional scanning mechanism 5 is transmitted to the sample 8 on the fine movement stage 9 via the objective lens 7 set in this position.
Irradiation can be performed while performing dimension scanning.

【0026】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。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 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. 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 in 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.

【0027】すなわち、光検出器13は、その受光面に
レンズ11及びこのレンズ11の焦点位置にあるピンホ
ール板12とを配するもので、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内の
レベル判定回路31、CPU30からD/A変換回路3
7を介してオフセット値が設定されるオフセット調整回
路32、及び同じくCPU30からD/A変換回路36
を介してゲイン値が設定されるゲイン調整回路33を経
て、A/D変換回路34でカウンタ回路38からのサン
プリングクロックに同期してデジタルデータとされた後
に画像メモリ14aへ送出される。
That is, the photodetector 13 is provided with the lens 11 and the pinhole plate 12 at the focal position of the lens 11 on its light receiving surface, and the light obtained through the pinhole plate 12 is It is converted into an analog electric signal (luminance signal) corresponding to the amount of light, and the level determination circuit 31 in the image processing unit 14 and the CPU 30 to the D / A conversion circuit 3
7, an offset adjustment circuit 32 in which an offset value is set, and a CPU 30 to D / A conversion circuit 36.
The gain value is set via the gain adjusting circuit 33, and the A / D conversion circuit 34 converts the data into digital data in synchronization with the sampling clock from the counter circuit 38, and then sends the digital data to the image memory 14a.

【0028】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、これら画像メモリ
14a,14bはそれぞれ共に1フレーム分の記憶容量
を有している。ここでは、1フレームの記憶容量を例え
ば512画素×512画素×8ビット(256階調/画
素)とする。
The image processing unit 14 has two image memories 14a and 14b, and each of the image memories 14a and 14b has a storage capacity for one frame. Here, the storage capacity of one frame is, for example, 512 pixels × 512 pixels × 8 bits (256 gradations / pixel).

【0029】これら2つの画像メモリ14a,14bの
うちの上記画像メモリ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カウ
ンタ回路38からの書込みタイミング信号に同期して記
憶することで試料8の画像信号を記憶するものである。
Of the two image memories 14a and 14b, the image memory 14a stores the brightness information of the reflected light obtained by the photodetector 13 in the pixel position corresponding to the current XY scanning position of the spot light. The image signal of the sample 8 is stored by storing as 8-bit data in synchronization with the write timing signal from the counter circuit 38.

【0030】この画像メモリ14aへの記憶は、前回の
同走査位置での輝度情報よりも今回の輝度情報の方が大
きな値を有する(明るい)場合に、この走査位置の画像
情報として更新保持することで、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 luminance information of this time has a larger value (brightness) than the luminance information of the previous same scanning position, this image memory 14a is updated and held as the image information of this scanning position. Thus, it is possible to add images having different height positions.

【0031】また、上記他方の画像メモリ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値をカウンタ回路3
8からの書込みタイミング信号に同期して記憶する。
Further, the other image memory 14b has a Z position at the pixel position corresponding to the current XY scanning position of the spot light.
The information on the moving direction, specifically, the number of times the revolver 6 has moved from the Z moving circuit 15 is counted, and the count value is counted.
The data is stored in synchronization with the write timing signal from 8.

【0032】この場合に画像処理ユニット14は、上記
画像メモリ14aで輝度情報を更新保持させた場合、す
なわち、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方が
大きい(明るい)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、記憶保持させる機
能を有するものである。
In this case, when the image processing unit 14 updates and holds the brightness information in the image memory 14a, that is, by referring to the image data in the image memory 14a, this time, rather than the brightness information at that position last time, this time. When the luminance information of 1 is larger (brighter), the image memory 14b has a function of updating the value of the number of times as data and storing and holding the data.

【0033】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、す
なわち高さ位置を示すこととなる情報として記憶され
る。
In this way, when the image memory 14b has information indicating the maximum brightness at each pixel position, the revolver movement count value indicates information in the Z scanning direction, that is, the height position. It is stored as information.

【0034】上記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、すなわち観察光路軸に沿った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14bへ送出する機能とを有してい
る。
The Z moving circuit 15 is a computer 17
Alternatively, the revolver 6 is controlled by the image processing unit 14 to move the revolver 6 in the height direction, that is, Z along the observation optical path axis.
A circuit for performing control so as to move in the axial direction in units of the reference width, a count function of counting position information each time the revolver 6 is moved in the unit of the reference width, and a function of sending the count value to the image memory 14b. And have.

【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。
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.

【0036】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
り表示出力させる。
In addition to the overall control of the XY scanning control unit 16, the Z movement circuit 15 and the image processing unit 14, the computer 17 performs overall control and processing such as storage, reproduction and editing of image data. It plays a central role in displaying necessary information and images on the monitor display 18.

【0037】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.

【0038】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により微動ステー
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 to the sample 8 mounted and supported on the fine movement stage 9 by the objective lens 7 via the revolver 6.

【0039】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を通過して、レンズ2
4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 2
An image is formed on the television camera 25 by the camera 4.

【0040】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,
The observer moves the coarse movement stage 10 while looking at the image on the monitor display 18 to focus. At this time, the observer can know the approximate shape and in-focus position of the sample 8.

【0041】次いで上記実施の一形態の動作として、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。しかるに、試料8の
形状を測定するにあたっては、試料8の形状に起因する
反射率の差が大きくても、確実に信号をとらえることが
できるように、反射率の変化に応じて輝度信号のレベル
を調整する必要がある。ここで、本発明が特徴とする、
後述する形状変化に伴う反射率の変化を検出して輝度信
号のレベルを適正範囲に設定する信号調整機能を用いる
ものである。
Next, as the operation of the above-described 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. However, when measuring the shape of the sample 8, even if there is a large difference in reflectance due to the shape of the sample 8, the level of the luminance signal should be changed according to the change in reflectance so that the signal can be reliably captured. Need to be adjusted. Here, the present invention is characterized by
A signal adjusting function for detecting a change in reflectance due to a change in shape, which will be described later, and setting the level of the luminance signal in an appropriate range is used.

【0042】なお、以下の説明では、試料8の形状とし
て、図2に示すようなV字状の溝を有するものを用いる
ことする。すなわちこの図2で示す試料8は、2つの平
面部A,Aと、これら平面部A,Aに挟まれた一対の斜
面部B,Bとを有している。
In the following description, the sample 8 having a V-shaped groove as shown in FIG. 2 is used. That is, the sample 8 shown in FIG. 2 has two plane portions A, A and a pair of slope portions B, B sandwiched between these plane portions A, A.

【0043】動作当初には、まず、平面部Aと斜面部B
を画像化できるようにその信号レベルを調べる。走査に
先立ってレーザ光源2の出力、NDフィルタ27の値、
ゲイン調整回路33でのゲイン、オフセット調整回路3
2のオフセット値は予め設定されている値(デフォルト
値)となっている。この状態でレーザ走査を開始し、合
焦位置を平面部Aに合わせる。
At the beginning of the operation, first, the flat surface portion A and the sloped surface portion B are
Examine its signal level so that it can be imaged. The output of the laser light source 2 and the value of the ND filter 27 prior to scanning,
Gain and offset adjustment circuit 3 in the gain adjustment circuit 33
The offset value of 2 is a preset value (default value). Laser scanning is started in this state, and the focus position is aligned with the plane portion A.

【0044】図3は試料8のX方向の輝度信号のレベル
を表わすものである。図3(a)はデフォルト値での輝
度信号のレベルを例示するものであり、ハッチングで示
す範囲が予め設定された適正範囲である(以下同様)。
この状態では、平面部A及び斜面部B共に輝度信号が適
正範囲から外れ、特に斜面部Bは合焦位置にないために
輝度信号がゼロレベルとなっていることがわかる。
FIG. 3 shows the level of the luminance signal of the sample 8 in the X direction. FIG. 3A exemplifies the level of the luminance signal at the default value, and the hatched range is a preset proper range (the same applies hereinafter).
In this state, it can be seen that the brightness signals of both the flat surface portion A and the sloped surface portion B are out of the proper range, and in particular, the sloped surface portion B is not at the in-focus position, so that the brightness signal is at the zero level.

【0045】上記図3(a)に示したようなデフォルト
値での輝度信号が得られた場合、観察者は平面部Aの輝
度信号が適正範囲内となるように、ゲイン値の変更を行
なう。ゲイン値の変更はコンピュータ17から画像処理
ユニット14に対してメッセージが出される。
When the luminance signal with the default value as shown in FIG. 3A is obtained, the observer changes the gain value so that the luminance signal of the flat surface portion A is within the proper range. . The computer 17 sends a message to the image processing unit 14 to change the gain value.

【0046】画像処理ユニット14のCPU30は、命
令された数値データをD/A変換回路36でアナログ値
に変換させた後にゲイン調整回路33に与え、新しいゲ
イン値としてセットする。
The CPU 30 of the image processing unit 14 converts the instructed numerical data into an analog value by the D / A conversion circuit 36, and then supplies it to the gain adjusting circuit 33 to set it as a new gain value.

【0047】したがって、得られる輝度信号は新しいゲ
イン値により信号増幅されることとなる。図3(b)は
新しいゲイン値αによる輝度信号を表わしたものであ
り、平面部Aが適正範囲内となっていることがわかる。
Therefore, the obtained luminance signal is amplified by the new gain value. FIG. 3B shows the luminance signal with the new gain value α, and it can be seen that the plane portion A is within the proper range.

【0048】次に、ゲイン調整回路33でのゲイン値を
αとしたままZ移動回路15によりレボルバ6をZ方向
に移動させ、合焦位置を試料8の斜面部Bに合わせる。
この斜面部Bはレーザ光が斜め方向に反射されるため、
光検出器13に戻ってくる量が平面部Aに比して極端に
少なくなる。このため、ゲイン調整回路33でのゲイン
値がαであっても、輝度信号のレベルが適正範囲内に入
らない場合があり、これは斜面部Bの傾きに依存する。
ここでは、傾きが急峻である場合も想定しており、例え
ば図3(c)に示すようなレベルの輝度信号が得られる
ものとする。このとき、平面部Aの輝度信号がゼロレベ
ルとなっているのは、上記レボルバ6の移動により平面
部Aが合焦位置から外れているためである。
Next, the revolver 6 is moved in the Z direction by the Z moving circuit 15 while keeping the gain value in the gain adjusting circuit 33 at α, and the focus position is adjusted to the slope B of the sample 8.
Since the laser light is reflected in the oblique direction on the slope portion B,
The amount returned to the photodetector 13 is extremely smaller than that in the flat surface portion A. Therefore, even if the gain value in the gain adjusting circuit 33 is α, the level of the luminance signal may not fall within the proper range, and this depends on the inclination of the slope portion B.
Here, it is assumed that the inclination is steep, and it is assumed that a luminance signal having a level as shown in FIG. 3C can be obtained, for example. At this time, the luminance signal of the plane portion A is at the zero level because the plane portion A is out of the in-focus position due to the movement of the revolver 6.

【0049】そこで、斜面部Bの輝度信号を適正範囲内
とするために、上記αとは別のゲインβを上記と同様に
してゲイン調整回路33に設定する。ここでは「α<
β」であり、図3(d)はゲインβを設定した場合に得
られる輝度信号のレベルを表わしている。
Therefore, in order to keep the luminance signal of the slope B within the proper range, a gain β different from the above α is set in the gain adjusting circuit 33 in the same manner as above. Here, "α <
β ”, and FIG. 3D shows the level of the luminance signal obtained when the gain β is set.

【0050】当然のことながら、ゲイン値をβとしたま
まで合焦位置を平面部Aに合わせると、図3(e)に示
すように平面部Aの輝度信号のレベルが適正範囲を大き
く上回って飽和レベルとなってしまい、測定に不都合を
生じることとなる。このため、平面部Aと斜面部Bとの
境界を確実に検出するとともに、ゲインをαからβへ、
またはβからαへ切換えなければならない。
As a matter of course, if the focus position is adjusted to the plane portion A with the gain value set to β, the level of the luminance signal of the plane portion A greatly exceeds the appropriate range as shown in FIG. 3 (e). Result in a saturation level, which causes inconvenience in measurement. Therefore, the boundary between the flat surface portion A and the sloped surface portion B is surely detected, and the gain is changed from α to β.
Or you have to switch from β to α.

【0051】上記のようにして平面部Aと斜面部Bの最
適ゲイン値が得られたため、次に測定範囲の設定を行な
う。測定範囲の設定は、前述した如く試料8が合焦位置
から外れると輝度信号がゼロレベルとなる現象を利用し
て行なわれるもので、その始めには、平面部Aが合焦位
置にある位置からレボルバ6を上方向、すなわち対物レ
ンズ7と試料8とが離れる方向に移動させる。
Since the optimum gain values of the flat surface portion A and the sloped surface portion B are obtained as described above, the measurement range is set next. The measurement range is set by utilizing the phenomenon that the luminance signal becomes zero level when the sample 8 deviates from the in-focus position as described above. At the beginning, the position where the plane portion A is in the in-focus position is set. The revolver 6 is moved in the upward direction, that is, the objective lens 7 and the sample 8 are separated from each other.

【0052】すると、平面部Aも合焦位置から外れてく
るために輝度信号が徐々に小さくなり、最後にゼロレベ
ルとなる。この輝度信号がゼロレベルとなったときに、
モニタディスプレイ18には試料8の画像は表示され
ず、真っ黒となる。したがって、観察者はこの位置が測
定範囲の上限であると判別できる。
Then, the plane portion A also moves out of the in-focus position, so that the luminance signal gradually decreases and finally reaches the zero level. When this luminance signal becomes zero level,
The image of the sample 8 is not displayed on the monitor display 18 and becomes black. Therefore, the observer can determine that this position is the upper limit of the measurement range.

【0053】下限位置の設定は、レボルバ6を下方向、
すなわち対物レンズ7と試料8とが近付く方向に移動さ
せ、斜面部Bの画像が消える位置を探せばよい。測定範
囲の設定が終了すると、この範囲をどのくらいの細か
さ、すなわち分解能で測定するのかを決定する。測定範
囲と分解能、移動回数の関係は以下のようになってい
る。すなわち、 測定範囲=分解能×移動回数 例えば、100[μm]の測定範囲を1[μm]の分解
能で測定する場合は、レボルバ6をZ方向に100回移
動させることになる。
The lower limit position is set by moving the revolver 6 downward,
That is, the objective lens 7 and the sample 8 may be moved toward each other to find a position where the image on the slope B disappears. When the setting of the measurement range is completed, it is determined how fine the range is, that is, the resolution. The relationship between the measurement range, resolution, and number of movements is as follows. That is, measurement range = resolution × number of movements For example, when measuring a measurement range of 100 μm with a resolution of 1 μm, the revolver 6 is moved 100 times in the Z direction.

【0054】以上のようにして、測定に必要なパラメー
タが得られる。実際に測定を開始するためには、図4に
示すようなパラメータを設定するソフトウェアを用意し
ておき、モニタディスプレイ18に表示される上記図4
に示したような画面に従って上記パラメータの数値入力
を行なう。なお、この数値入力は個々のパラメータの数
値がわかった時点で個別に入力することも可能である。
As described above, the parameters required for measurement can be obtained. In order to actually start the measurement, the software for setting the parameters as shown in FIG. 4 is prepared and the above-mentioned FIG.
Input the numerical values of the above parameters according to the screen as shown in. It should be noted that this numerical value input can be input individually when the numerical value of each parameter is known.

【0055】以上のようにパラメータの設定を終了する
と、続いて測定が開始される。すなわち測定の開始時に
は、コンピュータ17から画像処理ユニット14、Z移
動回路15に対して測定開始の命令が出される。Z移動
回路15は、測定範囲の上限に対物レンズ7が位置する
ようにレボルバ6をZ方向に移動させる。また画像処理
ユニット14からは、XY走査駆動信号の基となる信号
がカウンタ回路38から出されてXY走査制御ユニット
16に与えられる。
When the parameter setting is completed as described above, the measurement is subsequently started. That is, at the start of measurement, the computer 17 issues a measurement start command to the image processing unit 14 and the Z movement circuit 15. The Z movement circuit 15 moves the revolver 6 in the Z direction so that the objective lens 7 is located at the upper limit of the measurement range. Further, from the image processing unit 14, a signal which is a basis of the XY scanning drive signal is output from the counter circuit 38 and given to the XY scanning control unit 16.

【0056】また、カウンタ回路38からは、上記XY
走査制御ユニット16に対するXY走査に関する信号の
他に、XY走査に同期して輝度信号をデジタル値に変換
するための上述したA/D変換回路34に対するサンプ
リングクロック、画像メモリ14a,14bへの書込み
タイミング信号、XYの走査が1回終了する毎にZ移動
回路15に対するレボルバ6をパラメータで設定された
分解能(基準単位量)で移動させるための信号等がそれ
ぞれ出力される。
From the counter circuit 38, the XY
In addition to signals related to XY scanning to the scanning control unit 16, a sampling clock for the above-mentioned A / D conversion circuit 34 for converting a luminance signal into a digital value in synchronization with XY scanning, and writing timing to the image memories 14a and 14b. A signal, a signal for moving the revolver 6 with respect to the Z moving circuit 15 at a resolution (reference unit amount) set by a parameter, and the like are output each time XY scanning is completed.

【0057】図5で示すように、測定範囲の上限からゲ
イン値αでXY走査及びZ方向への移動が行なわれる。
そして、何回かの移動が終了すると、対物レンズ7の合
焦位置が試料8の平面部Aに一致する。この位置でのX
Y走査が終了すると、合焦位置は基準単位量移動して斜
面部Bに移動する。
As shown in FIG. 5, XY scanning and movement in the Z direction are performed with the gain value α from the upper limit of the measurement range.
When the movement is completed several times, the in-focus position of the objective lens 7 coincides with the flat surface portion A of the sample 8. X at this position
When the Y scanning ends, the focus position moves by the reference unit amount and moves to the slope portion B.

【0058】対物レンズ7の合焦位置がゲイン値αのま
まで斜面部Bに移動すると、得られる輝度信号のレベル
は、前述した図3(c)に示した如く適正範囲外とな
る。この現象がレベル判定回路31によって検出され
る。
When the focus position of the objective lens 7 is moved to the slope B while the gain value α remains the same, the level of the obtained luminance signal is out of the proper range as shown in FIG. 3 (c). This phenomenon is detected by the level determination circuit 31.

【0059】すなわち、レベル判定回路31はコンパレ
ータで構成されており、予め設定された基準信号レベル
より、入力信号、ここでは輝度信号、のレベルが大きい
か否かを判断する回路であり、このコンパレータを2つ
使用して、一方を適正範囲の上限、他方を適正範囲の下
限の検出に使用するものとする。当然のことながら、こ
れら2つのコンパレータに使用する基準信号は上記CP
U30によって自由に設定可能とするものである。
That is, the level judging circuit 31 is composed of a comparator, and is a circuit for judging whether or not the level of the input signal, here the luminance signal, is higher than the preset reference signal level. Two are used, one is used to detect the upper limit of the proper range and the other is used to detect the lower limit of the proper range. As a matter of course, the reference signal used for these two comparators is the CP
It can be freely set by U30.

【0060】このようにして、観察面の状態が変化した
ことはレベル判定回路31からCPU30へ伝えられる
ので、ここでCPU30はゲイン値をαからβに変更す
る。そして、斜面部Bでは、対物レンズ7の合焦位置が
測定範囲の下限位置に到達するまでゲイン値βで画像の
取込みが行なわれる。
In this way, the fact that the state of the observation surface has changed is transmitted from the level determination circuit 31 to the CPU 30, so that the CPU 30 changes the gain value from α to β. Then, at the slope B, the image is captured with the gain value β until the focus position of the objective lens 7 reaches the lower limit position of the measurement range.

【0061】その後、対物レンズ7の合焦位置が測定範
囲の下限位置に到達した時点で測定が終了する。前述し
た如くレベル判定回路31は、輝度信号のレベルが適正
範囲外となることを利用して、観察面の状態が変化した
ことを検出するようになっている。しかしながら、測定
開始直後のZ軸方向での位置では平面部Aが対物レンズ
7の合焦位置と離れており、この位置での輝度信号のレ
ベルも適正範囲外となってしまうため、このままではこ
の位置でゲイン値をαからβに変更してしまうこととな
る。
After that, the measurement ends when the focus position of the objective lens 7 reaches the lower limit position of the measurement range. As described above, the level determination circuit 31 detects that the state of the observation surface has changed by utilizing the fact that the level of the luminance signal is out of the proper range. However, at the position in the Z-axis direction immediately after the start of measurement, the plane portion A is apart from the in-focus position of the objective lens 7, and the level of the luminance signal at this position is also outside the proper range. The gain value will be changed from α to β at the position.

【0062】このような誤動作を避けるためにレベル判
定回路31には、一度適正範囲に入った後の輝度信号に
対してレベル判定を開始するという条件を設けておく。
なお、上記実施の形態の動作ではゲイン値を変化させる
場合について説明したが、上記図4で示したように、他
にもオフセット位置、NDフィルタ値、レーザ出力値に
ついても同様の動作を行なう。
In order to avoid such a malfunction, the level judgment circuit 31 is provided with a condition that the level judgment is started for the luminance signal once it has entered the proper range.
Although the case where the gain value is changed has been described in the operation of the above-described embodiment, the same operation is performed for the offset position, the ND filter value, and the laser output value, as shown in FIG.

【0063】このうち、オフセット値は、図6(a)に
示すように、輝度信号の全体のレベル、すなわち直流成
分が大きく変化し、微小時間内での変化、すなわち交流
成分が小さい場合で、交流成分のみを大きくしたい際な
どに有効である。
Of these, as shown in FIG. 6 (a), the offset value has a large change in the entire level of the luminance signal, that is, the DC component, and a change within a minute time, that is, the AC component is small. This is effective when you want to increase only the AC component.

【0064】これは例えば、図6(a)で示した状態の
ままゲイン値を大きくすると、直流成分の方が大きいた
めに容易に飽和レベルとなってしまうので、オフセット
値を変化させてこの直流成分を差引いて、その後にゲイ
ン値を大きくするようにすれば、図6(b)に示すよう
に交流成分のみを増幅することができるものである。
This is because, for example, if the gain value is increased in the state shown in FIG. 6 (a), the DC component is larger and the saturation level is easily reached. By subtracting the components and then increasing the gain value, only the AC component can be amplified as shown in FIG. 6 (b).

【0065】また、試料8に照射されるレーザ光の光量
が多ければ多い程、光検出器13に戻る反射光の光量も
増えることとなる。例えば、図2に示した形状の試料8
で、レーザ光の照射光量が多いためにゲイン値が最小で
あるにもかかわらず、斜面部Bの輝度信号のレベルが適
正範囲に入ることも考えられる。
Further, the larger the light amount of the laser light applied to the sample 8, the larger the light amount of the reflected light returning to the photodetector 13. For example, the sample 8 having the shape shown in FIG.
However, it is possible that the level of the luminance signal of the slope B falls within the appropriate range even though the gain value is the minimum because the irradiation amount of laser light is large.

【0066】このような状態では、対物レンズ7の合焦
位置が平面部Aに来たときは平面部Aの輝度信号のレベ
ルは飽和状態となっている。しかしながら、ゲイン値は
最小であるので、それ以上小さくすることができなくな
ってしまう。
In such a state, when the focus position of the objective lens 7 reaches the plane portion A, the level of the luminance signal of the plane portion A is saturated. However, since the gain value is the minimum, it cannot be further reduced.

【0067】NDフィルタ値及びレーザ出力値のパラメ
ータはこのような状態のときに可変設定するべく使用す
るものとして用意されている。どちらも試料8に照射さ
れるレーザ光の光量を調整する機能を持っており、この
機能により、平面部Aでの光量を調整して、ゲインが最
小値であっても、輝度信号のレベルを適正範囲内に入れ
ることができるようになるものである。
The parameters of the ND filter value and the laser output value are prepared to be variably set in such a state. Both have a function of adjusting the light amount of the laser light with which the sample 8 is irradiated. With this function, the light amount on the plane portion A is adjusted so that the level of the luminance signal is adjusted even if the gain is the minimum value. It is possible to put it in the proper range.

【0068】具体的には、レベル出力値は画像処理ユニ
ット14のCPU30がレーザ電源ユニット26を直接
制御して加減調整する。また一方、NDフィルタ値は、
図7(a)に示すような同一円周上にその透過率を連続
的に変化するNDフィルタ27aや、図7(b)に示す
如くそれぞれ異なった透過率の複数のNDフィルタ(図
では「ND1」〜「ND5」のように示す)を同一円周
上に配置して構成されているNDフィルタ27bを使用
し、これをCPU30の制御によりモータ28で回転さ
せてレーザ光路中に選択的に挿入することで、結果とし
てレーザ光量を変化させるものである。
Specifically, the level output value is adjusted by the CPU 30 of the image processing unit 14 by directly controlling the laser power supply unit 26. On the other hand, the ND filter value is
As shown in FIG. 7A, the ND filter 27a that continuously changes its transmittance on the same circumference, or a plurality of ND filters having different transmittances as shown in FIG. ND1 "to" ND5 ") are arranged on the same circumference, and the ND filter 27b is used by the motor 28 under the control of the CPU 30 to selectively move the laser beam in the laser optical path. By inserting it, as a result, the laser light amount is changed.

【0069】なお、上記実施の形態では、対物レンズ7
と試料8の相対位置を変化させるためのZ軸方向の移動
をレボルバ6を移動させることで行なったが、これとは
反対に、レボルバ6の位置は固定とし、微動ステージ9
もしくは粗動ステージ10をZ軸方向に移動させるもの
としてもよい。
In the above embodiment, the objective lens 7
The movement of the revolver 6 in the Z-axis direction for changing the relative position of the sample 8 and the sample 8 was performed. On the contrary, the position of the revolver 6 was fixed and the fine movement stage 9
Alternatively, the coarse movement stage 10 may be moved in the Z-axis direction.

【0070】さらに、輝度信号のゲイン値、オフセッ
ト、NDフィルタ値及びレーザ出力値の設定はすべて行
なう必要はなく、必要なものだけを設定するようにして
もよく、装置構成もこれに対応して必要なもののみを選
択して構成するようにしてもよい。
Further, it is not necessary to set all the gain value, offset, ND filter value and laser output value of the luminance signal, and only the necessary values may be set. You may make it select and configure only what is required.

【0071】また、試料8の形状についても、連続的に
観察面の形状が変化していれば対応可能であり、上記図
2で示した形状に限るものではないことは勿論であっ
て、例えば形状の変化により反射率が大きく変化する部
分が2か所以上あるものでも、図4、図5で示した領域
の数をその数に応じて設定することで同様に対応するこ
とができる。
Further, the shape of the sample 8 can be dealt with as long as the shape of the observation surface continuously changes, and it is needless to say that the shape is not limited to the shape shown in FIG. Even if there are two or more portions where the reflectance greatly changes due to a change in shape, it is possible to deal with the same problem by setting the number of regions shown in FIGS. 4 and 5 according to the number.

【0072】[0072]

【発明の効果】以上に述べた如く本発明によれば、観察
面の形状が連続的に変化し、且つ観察面の反射率が形状
に依存して大きく異なるような観察試料であっても、形
状が変化する境界部分を確実に検出し、その位置から信
号レベルを適正な値に設定することで常に正確な形状測
定を行なうことが可能な共焦点走査型光学顕微鏡及びこ
の顕微鏡を使用した測定方法を提供することができる。
As described above, according to the present invention, even with an observation sample in which the shape of the observation surface changes continuously and the reflectance of the observation surface varies greatly depending on the shape, A confocal scanning optical microscope that can always perform accurate shape measurement by reliably detecting the boundary portion where the shape changes and setting the signal level to an appropriate value from that position, and measurement using this microscope A method can be provided.

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

【図1】本発明の実施の一形態に係る共焦点走査型光学
顕微鏡全体のシステム構成を示す図。
FIG. 1 is a diagram showing a system configuration of an entire confocal scanning optical microscope according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1の試料の形状を例示する図。FIG. 2 is a diagram illustrating the shape of the sample of FIG.

【図3】同実施の形態に係る輝度信号のレベルの変化を
例示する図。
FIG. 3 is a diagram exemplifying a change in level of a luminance signal according to the same embodiment.

【図4】同実施の形態に係るパラメータ設定画面を例示
する図。
FIG. 4 is a view showing an example of a parameter setting screen according to the same embodiment.

【図5】同実施の形態に係る合焦動作を説明する図。FIG. 5 is a diagram illustrating a focusing operation according to the same embodiment.

【図6】同実施の形態に係る輝度信号のオフセット値に
よる変化を例示する図。
FIG. 6 is a diagram exemplifying a change in a luminance signal according to the same embodiment, which is caused by an offset value.

【図7】図1のNDフィルタの具体構成を例示する図。FIG. 7 is a diagram illustrating a specific configuration of the ND filter of FIG.

【図8】一般的な共焦点走査型光学顕微鏡の概略構成図
と試料の一例を示した図。
FIG. 8 is a schematic configuration diagram of a general confocal scanning optical microscope and a diagram showing an example of a sample.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…顕微鏡本体 2…レーザ光源 3,23…ミラー 4,21,92…ハーフミラー 5…2次元走査機構 6…レボルバ 7,93…対物レンズ 8,94…観察試料 9…微動ステージ 0…粗動ステージ 11,20,22,24…レンズ 12…ピンホール板 13,96…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) 26…レーザ電源ユニット 27,27a,27b…NDフィルタ 28…モータ 29…モータ駆動回路 30…CPU 31…レベル判定回路 32…オフセット調整回路 33…ゲイン調整回路 34…A/D変換回路 36,37…D/A変換回路 38…カウンタ回路 91…点状光源 95…ピンホール 1 ... Microscope main body 2 ... Laser light source 3, 23 ... Mirror 4, 21, 92 ... Half mirror 5 ... Two-dimensional scanning mechanism 6 ... Revolver 7, 93 ... Objective lens 8, 94 ... Observation sample 9 ... Fine movement stage 0 ... Coarse movement Stage 11, 20, 22, 24 ... Lens 12 ... Pinhole plate 13, 96 ... Photodetector 14 ... Image processing unit 14a, 14b ... Image memory 15 ... Z moving circuit 16 ... XY scanning control unit 17 ... Computer 18 ... Monitor Display 19 ... White light source 25 ... Television camera (TVC) 26 ... Laser power supply unit 27, 27a, 27b ... ND filter 28 ... Motor 29 ... Motor drive circuit 30 ... CPU 31 ... Level determination circuit 32 ... Offset adjustment circuit 33 ... Gain adjustment Circuit 34 ... A / D conversion circuit 36, 37 ... D / A conversion circuit 38 ... Counter circuit 1 ... point light source 95 ... pinhole

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 試料に対し集束光を照射する対物光学系
と、上記集束光と上記試料とを相対的に二次元方向へ移
動走査する二次元走査手段と、上記対物光学系の焦点位
置と上記試料の位置とを相対的に光軸方向へ移動走査す
る光軸走査手段と、上記集束光の上記試料による反射光
を受光してその受光強度に応じた検出信号を出力する光
検出手段と、この光検出手段から出力された検出信号の
信号レベルを可変する可変利得形レベル可変手段とを備
えた共焦点走査型光学顕微鏡において、 上記光検出手段からの検出信号の信号レベルが予め設定
されている適正範囲にあるか否かを判断する判断手段
と、 この判断手段により検出信号の信号レベルが予め設定さ
れている適正範囲外であると判断した場合に上記可変利
得形レベル可変手段の利得を可変制御して該信号レベル
が予め設定されている適正範囲内となるように調整する
利得制御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。
1. An objective optical system for irradiating a sample with focused light, a two-dimensional scanning means for moving and scanning the focused light and the sample relatively in a two-dimensional direction, and a focus position of the objective optical system. Optical axis scanning means for moving and scanning the position of the sample relatively in the optical axis direction, and light detection means for receiving reflected light of the focused light by the sample and outputting a detection signal according to the received light intensity. In a confocal scanning optical microscope equipped with a variable gain type level varying means for varying the signal level of the detection signal output from the light detecting means, the signal level of the detection signal from the light detecting means is preset. And a gain of the variable gain type level varying means when the signal level of the detection signal is determined to be outside the preset proper range by the determining means. Allowed Control to confocal scanning optical microscope, characterized by comprising a gain control means for adjusting so that the proper range the signal level is set in advance.
【請求項2】 試料に対し集束光を照射する対物光学系
と、上記集束光と上記試料とを相対的に二次元方向へ移
動走査する二次元走査手段と、上記対物光学系の焦点位
置と上記試料の位置とを相対的に光軸方向へ移動走査す
る光軸走査手段と、上記集束光の上記試料による反射光
を受光してその受光強度に応じた検出信号を出力する光
検出手段と、この光検出手段から出力された検出信号の
信号レベルを可変する可変利得形レベル可変手段とを備
えた共焦点走査型光学顕微鏡を使用して上記試料の表面
測定を行なうに際し、 上記光検出手段からの検出信号の信号レベルが予め設定
されている適正範囲にあるか否かを判断する判断工程
と、 この判断工程により検出信号の信号レベルが予め設定さ
れている適正範囲外であると判断した場合に上記可変利
得形レベル可変手段の利得を可変制御して該信号レベル
が予め設定されている適正範囲内となるように調整する
利得制御工程とを有したことを特徴とする共焦点走査型
光学顕微鏡を使用した測定方法。
2. An objective optical system for irradiating a sample with focused light, a two-dimensional scanning means for moving and scanning the focused light and the sample relatively in a two-dimensional direction, and a focus position of the objective optical system. Optical axis scanning means for moving and scanning the position of the sample relatively in the optical axis direction, and light detection means for receiving reflected light of the focused light by the sample and outputting a detection signal according to the received light intensity. When performing the surface measurement of the sample using a confocal scanning optical microscope equipped with a variable gain type level varying means for varying the signal level of the detection signal output from the light detecting means, the light detecting means is used. Judgment step for judging whether or not the signal level of the detection signal from is within a preset proper range, and this judgment step judges that the signal level of the detection signal is outside the preset proper range. In case above And a gain control step of variably controlling the gain of the variable gain type level varying means to adjust the signal level so as to be within a preset proper range. The measurement method used.
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Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1997048968A1 (en) * 1996-06-21 1997-12-24 Komatsu Ltd. Confocal optical apparatus
JP2005173555A (en) * 2003-11-21 2005-06-30 Olympus Corp Optical detecting circuit and laser microscope with the same
JP2005331887A (en) * 2004-05-21 2005-12-02 Keyence Corp Fluorescence microscope, display method using fluorescence microscope, fluorescence microscopic image display program, and computer readable recording medium and storage equipment
JP2008523370A (en) * 2004-12-09 2008-07-03 シロナ・デンタル・システムズ・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング Measuring apparatus and method based on basic principle of confocal microscope system
JP2011002715A (en) * 2009-06-19 2011-01-06 Olympus Corp Confocal laser microscope
JP2011085594A (en) * 2003-03-13 2011-04-28 Applied Precision Llc Multi-axis integration system and method
US20120188359A1 (en) * 2011-01-24 2012-07-26 Keyence Corporation Microscope System, Focus Position Detection Method, And Focus Position Detection Program
JP2012155010A (en) * 2011-01-24 2012-08-16 Keyence Corp Microscope system, surface state observation method, and surface state observation program
WO2014020967A1 (en) * 2012-08-02 2014-02-06 オリンパス株式会社 Spectral analysis device using confocal microscope or multiphoton microscope optical system, spectral analysis method, and spectral analysis computer program
JP2015052805A (en) * 2014-12-01 2015-03-19 株式会社キーエンス Confocal microscope system
JP2016040626A (en) * 2015-11-20 2016-03-24 株式会社キーエンス Confocal microscope system

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1997048968A1 (en) * 1996-06-21 1997-12-24 Komatsu Ltd. Confocal optical apparatus
JP2011085594A (en) * 2003-03-13 2011-04-28 Applied Precision Llc Multi-axis integration system and method
JP2005173555A (en) * 2003-11-21 2005-06-30 Olympus Corp Optical detecting circuit and laser microscope with the same
JP2005331887A (en) * 2004-05-21 2005-12-02 Keyence Corp Fluorescence microscope, display method using fluorescence microscope, fluorescence microscopic image display program, and computer readable recording medium and storage equipment
JP2008523370A (en) * 2004-12-09 2008-07-03 シロナ・デンタル・システムズ・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング Measuring apparatus and method based on basic principle of confocal microscope system
JP2011002715A (en) * 2009-06-19 2011-01-06 Olympus Corp Confocal laser microscope
US20120188359A1 (en) * 2011-01-24 2012-07-26 Keyence Corporation Microscope System, Focus Position Detection Method, And Focus Position Detection Program
JP2012155010A (en) * 2011-01-24 2012-08-16 Keyence Corp Microscope system, surface state observation method, and surface state observation program
US9140887B2 (en) * 2011-01-24 2015-09-22 Keyence Corporation Microscope system, focus position detection method, and focus position detection program
WO2014020967A1 (en) * 2012-08-02 2014-02-06 オリンパス株式会社 Spectral analysis device using confocal microscope or multiphoton microscope optical system, spectral analysis method, and spectral analysis computer program
JPWO2014020967A1 (en) * 2012-08-02 2016-07-21 オリンパス株式会社 Optical analyzer using optical system of confocal microscope or multiphoton microscope, optical analysis method, and computer program for optical analysis
JP2015052805A (en) * 2014-12-01 2015-03-19 株式会社キーエンス Confocal microscope system
JP2016040626A (en) * 2015-11-20 2016-03-24 株式会社キーエンス Confocal microscope system

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