複合顕微鏡
【課題】試料に対するより幅広い解析を行うことを可能とすること。
【解決手段】試料５上のＸＹ座標に対応させてＬＳＭ像とＳＰＭ像とをＣＰＵ１８により画像情報メモリ２２ａに記憶し、ＳＰＭ像のＺ座標位置情報ＤｚをＣＰＵ１８により高さ情報メモリ２２ｂに記憶し、ＣＰＵ１８によって高さ情報メモリ２２ｂからＳＰＭ像のＺ座標位置情報Ｄｚを読み出すと共に、画像情報メモリ２２ａに記憶されたＬＳＭ像に含まれる輝度情報Ｄｐを抽出し、これらＺ座標位置情報Ｄｚと輝度情報Ｄｐとを合わせて試料５の三次元画像情報を作成して表示部２３に表示する。
【解決手段】試料５上のＸＹ座標に対応させてＬＳＭ像とＳＰＭ像とをＣＰＵ１８により画像情報メモリ２２ａに記憶し、ＳＰＭ像のＺ座標位置情報ＤｚをＣＰＵ１８により高さ情報メモリ２２ｂに記憶し、ＣＰＵ１８によって高さ情報メモリ２２ｂからＳＰＭ像のＺ座標位置情報Ｄｚを読み出すと共に、画像情報メモリ２２ａに記憶されたＬＳＭ像に含まれる輝度情報Ｄｐを抽出し、これらＺ座標位置情報Ｄｚと輝度情報Ｄｐとを合わせて試料５の三次元画像情報を作成して表示部２３に表示する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料の輝度情報を含む光学像の情報を測定する光学顕微鏡と、試料の高さ情報を含む物性情報を測定する走査型プローブ顕微鏡とを有する複合顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
走査型プローブ顕微鏡（以下、ＳＰＭと称する）ユニットと走査型レーザ顕微鏡（以下、ＬＳＭと称する）ユニットとを組み合わせた装置が例えば特許文献１に開示されている。この特許文献１は、ＬＳＭユニットによってレーザビームを試料上に照射し、試料上に形成されるレーザビームのスポットをガルバノスキャナ等によってラスタスキャンし、試料からの反射光を光検出器で受光してその出力信号をガルバノスキャナ等のスキャン信号に同期した処理を行い試料表面の光学像情報（ＬＳＭ像）を取得し、このＬＳＭ像を例えばＣＲＴディスプレイに表示することを開示している。
【０００３】
又、特許文献１は、例えばジョイスティック又はマウスを操作してＣＲＴディスプレイに表示された画像上でマーカを移動し、このマーカによってＳＰＭユニットの探針の走査領域を指定し、この指定した走査領域にＳＰＭユニットの探針を走査させて原子レベルオーダの試料の高さ情報を含む物性情報すなわちＳＰＭ像を測定することを開示している。
【特許文献１】特許第３１２６０４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って、特許文献１は、ＬＳＭユニットによって取得した試料表面のＬＳＭ像とＳＰＭユニットによって測定された試料のＳＰＭ像とをそれぞれ独立してＣＲＴディスプレイに表示するものであって、オペレータは、試料表面のＬＳＭ像とＳＰＭ像とをそれぞれ別々に表示して試料を観察するものとなる。
【０００５】
試料表面のＬＳＭ像は、試料表面の輝度情報を有しており、オペレータは、ＣＲＴディスプレイに表示されるＬＭＳ像から試料表面の輝度の状態を観察できる。一方、試料表面のＳＰＭ像は、試料表面の高さ情報を有しており、オペレータは、ＣＲＴディスプレイに表示されるＳＰＭ像から試料表面の高さ、すなわち凹凸形状を高精度に観察できる。
【０００６】
しかしながら、試料表面のＬＳＭ像とＳＰＭ像とをそれぞれ別々に表示して試料を観察しなければならないので、ＬＳＭ像の観察結果とＳＰＭ像の観察結果との対応を付けるのが難しく、試料に対する幅広い解析を行うのに困難性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、試料の輝度情報を含む光学像の情報を測定する光学顕微鏡と、試料の高さ情報を含む物性情報を測定する走査型プローブ顕微鏡とを有する複合顕微鏡において、光学顕微鏡により測定された光学像情報と走査型プローブ顕微鏡により測定された物性情報とを記憶する記憶部と、記憶部に記憶された光学像情報に含む輝度情報と物性情報に含む高さ情報とを合わせて試料の三次元画像情報を作成する画像処理部と、画像処理部により作成された三次元画像情報を表示する表示部とを具備した複合顕微鏡である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、試料に対するより幅広い解析を行うことを可能とする複合顕微鏡を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１０】
図１は複合顕微鏡の構成図である。除振台１上には、ＸＹステージ２が設けられている。このＸＹステージ２は、Ｘ軸方向に移動可能なＸステージ３と、Ｘ軸方向に直交するＹ軸方向に移動可能なＹステージ４とを有する。これらＸステージ３とＹステージ４とは、それぞれ独立してＸ軸方向、Ｙ軸方向に移動可能である。このＸＹステージ２上には、試料５が載置される。
【００１１】
位置検出器６がＸＹステージ２に設けられている。この位置検出器６は、ＸＹステージ２の移動位置を検出し、その位置検出信号を出力する。
【００１２】
又、除振台１上には、門型フレーム７が設けられている。この門型フレーム７は、ＸＹステージ２の上方を囲うように設けられる。この門型フレーム７の上部には、試料５の輝度情報を含む光学像の情報を測定する光学顕微鏡としての走査型レーザ顕微鏡（ＬＳＭ）ユニット８と、試料５の高さ情報を含む物性情報を測定する走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）ユニット９とが所定の間隔で設けられている。これらＬＳＭユニット８及びＳＰＭユニット９は、試料５の上方に配置され、試料５と対峙するものとなる。
【００１３】
これらＬＳＭユニット８とＳＰＭユニット９とは、それぞれ例えばＸ軸方向に沿って所定の間隔だけ離れて設けられている。従って、Ｘステージ３のＸ軸方向への移動によって試料５がＬＳＭユニット８又はＳＰＭユニット９の下方に搬送される。
【００１４】
ＬＳＭユニット８は、レーザビームを試料５上にラスタスキャンし、試料５からの反射光を受光して試料５の表面の光学像情報（ＬＳＭ像）を取得する。このＬＳＭユニット８は、その下部にＺ駆動機構１０を介してレボルバ１１が設けられ、このレボルバ１１に複数の対物レンズ１２が取り付けられている。Ｚ駆動機構１０は、レボルバ１１及び複数の対物レンズ１２を一体的にＺ軸方向に昇降させる。
【００１５】
このＺ駆動機構１０には、Ｚ位置検出装置１３が設けられている。このＺ位置検出装置１３は、Ｚ駆動機構１０の駆動による対物レンズ１２のＺ軸方向への移動位置を検出し、その位置検出信号を出力する。
【００１６】
図２はＬＳＭユニット８の構成例を示す。光源８０は、レーザビームを出射する。この光源８０から出射されるレーザビームの光路上には、ビームエキスパンダ８１、ハーフミラー８２が設けられている。ビームエキスパンダ８１は、光源８０から出射されるレーザビームのビーム径を拡大する。ハーフミラー８２は、光源８０からのレーザビームを透過し、かつ試料５からの反射光ビームを反射する。
【００１７】
このハーフミラー８２の透過光路上には、Ｙ軸ガルバノミラー８３が設けられ、このＹ軸ガルバノミラー８３のスキャン方向にＸ軸ガルバノミラー８４が設けられている。Ｙ軸ガルバノミラー８３は、ハーフミラー８２を透過したレーザビームをＹ軸方向にスキャンする。Ｘ軸ガルバノミラー８４は、Ｙ軸ガルバノミラー８３によってＹ軸方向にスキャンされたレーザビームをＸ軸方向にスキャンする。これらＹ軸ガルバノミラー８３及びＸ軸ガルバノミラー８４の各スキャン動作の結果、レーザビームは、ＸＹ軸方向にラスタスキャンされる。このラスタスキャンされるレーザビームの光路上には、対物レンズ１２が配置される。
【００１８】
又、ハーフミラー８２の反射光路上には、結像レンズ８５、ピンホール８６、受光素子８７が設けられている。結像レンズ８５は、ハーフミラー８２で反射した試料５からの反射光ビームを収束する。ピンホール８６は、対物レンズ１２によるレーザビームの収束点と共役な位置に設けられている。受光素子８７は、ピンホール８６を通過した反射光ビームのみ受光してその受光強度に応じた光強度検出信号を出力する。
【００１９】
ＳＰＭユニット９は、門型フレーム７の上部に対してＺ移動機構１４を介して設けられている。このＺ移動機構１４は、ＳＰＭユニット９をＺ軸方向に昇降させる。又、このＺ移動機構１４には、Ｚ位置検出装置１５が設けられている。このＺ位置検出装置１５は、Ｚ移動機構１４の駆動によるＳＰＭユニット９のＺ軸方向への移動位置を検出し、その位置検出信号を出力する。
【００２０】
ＳＰＭユニット９は、探針１６を走査させて原子レベルオーダで試料５の高さ情報を含む物性情報すなわちＳＰＭ像を取得する。すなわち、ＳＰＭユニット９は、その下部にカンチレバー１７が設けられている。このカンチレバー１７の自由端（先端部）に探針１６が設けられている。ＳＰＭユニット９は、カンチレバー１７をＸＹ軸方向にスキャンさせると共にＺ軸方向に変位させる（Ｚサーボ制御）スキャナーと、カンチレバー１７の変位を検出する変位センサとを内蔵する。このうち変位センサは、例えばカンチレバー１７に光ビームを照射する光源と、カンチレバー１７で反射した光ビームの位置を検出する受光素子とを有する光てこ方式が用いられる。
【００２１】
次に、画像処理系の構成について説明する。複合顕微鏡の全体を制御する中央演算処理部（ＣＰＵ）１８が設けられている。このＣＰＵ１８には、ステージコントローラ１９、スキャナコントローラ２０、指示入力部２１、記憶部２２及び表示部２３が接続されている。
【００２２】
ステージコントローラ１９は、位置検出器６から出力されたＸＹステージ２の移動位置を示す位置検出信号と、Ｚ位置検出装置１３から出力される対物レンズ１２のＺ軸方向への移動位置を示す位置検出信号と、Ｚ位置検出装置１５から出力されるＳＰＭユニット９のＺ軸方向への移動位置を示す位置検出信号とを入力し、ＬＳＭユニット８の対物レンズ１２又はＳＰＭユニット９の探針１６が試料５に対峙するようにＸＹステージ３をＸＹ軸方向に移動制御する。
【００２３】
スキャナコントローラ２０は、ＳＰＭユニット９に内蔵されているスキャナー、すなわちカンチレバー１７をＸＹ軸方向にスキャンさせると共にＺ軸方向に変位させるスキャナーを動作制御する。
【００２４】
指示入力部２１としては、例えばＳＰＭユニット９による試料５の表面上における測定領域の指定や表示部２３に表示する画像の指定などの各種指定を行うためのもので、マウス及びキーボードが用いられる。
【００２５】
記憶部２２は、画像情報メモリ２２ａと高さ情報メモリ２２ｂとを有する。
【００２６】
表示部２３は、例えば液晶ディスプレイ又はＣＲＴディスプレイである。
【００２７】
これらＣＰＵ１８、指示入力部２１、記憶部２２及び表示部２３は、パーソナルコンピュータを構成する。
【００２８】
ＣＰＵ１８は、ＬＳＭユニット８の測定により取得される試料５の表面の光学像情報（ＬＳＭ像）とＳＰＭユニット９の測定により取得される物性情報（ＳＰＭ像）とを記憶部２２の画像情報メモリ２２ａに記憶する。このときＣＰＵ１８は、試料５上のＸＹ座標に対応させてＬＳＭ像とＳＰＭ像とを画像情報メモリ２２ａに記憶する。
【００２９】
これと共にＣＰＵ１８は、ＳＰＭユニット９によりＳＰＭ像を取得するときのＸＹ座標位置情報を画像情報メモリ２２ａに記憶し、かつカンチレバー１７のＺ軸方向への変位に応じた高さ情報すなわちＺ座標位置情報を高さ情報メモリ２２ｂに記憶する。
【００３０】
ＬＳＭ像の取得は、例えば次のように行われる。ＣＰＵ１８は、ＬＳＭユニット８のＺ駆動機構１０を駆動して対物レンズ１２をＺ軸方向に所定間隔毎に例えば上昇させ、各Ｚ軸座標の高さ位置毎にＬＳＭユニット８により試料５の各ＬＳＭ像を取得することを繰り返し、これらＬＳＭ像から試料５の全面に合焦する各ＬＳＭ像を抽出（エクステンド画像）し、画像情報メモリ２２ａに記憶する。
【００３１】
又、ＣＰＵ１８は、ＬＳＭユニット８のＺ駆動機構１０を駆動して対物レンズ１２をＺ軸方向の任意の位置に設定し、このＺ軸座標でＬＳＭユニット８により試料５のＬＳＭ像を取得し、すなわち１ショットのＬＳＭ像を取得して画像情報メモリ２２ａに記憶する。
【００３２】
ＣＰＵ１８は、複合顕微鏡全体の一連の動作制御をするもので、予め格納された画像制御表示プログラムを実行することにより画像処理部１８ａを動作させ、又その結果を表示部２３に表示する。
【００３３】
画像処理部１８ａは、高さ情報メモリ２２ｂに記憶されたＳＰＭ像のＺ座標位置情報を読み出すと共に、画像情報メモリ２２ａに記憶されたＬＳＭ像に含まれる輝度情報を抽出し、これらＺ座標位置情報と輝度情報とを合わせて試料５の三次元画像情報を作成する。
【００３４】
表示制御部１８ｂは、画像処理部１８ａにより作成された試料５の三次元画像情報を表示部２３に表示する。
【００３５】
具体的に画像処理部１８ａは、ＳＰＭユニット９により測定されたＳＰＭ像を表示部２３に三次元表示させ、かつ表示部２３に表示されているＳＰＭ像に含まれるＺ座標位置情報に従ってＬＳＭユニット８により取得されたＬＳＭ像に含まれる輝度情報を貼り付けて試料５の三次元画像情報を作成する。この場合、画像処理部１８ａは、試料５上のＸＹ座標に従ってＳＰＭ像に含まれるＺ座標位置情報にＬＳＭ像の輝度情報を貼り付ける。
【００３６】
又、画像処理部１８ａは、ＬＳＭユニット８の測定により取得された試料５の表面のＬＳＭ像とＳＰＭユニット９の測定により取得されたＳＰＭ像とを画像情報メモリ２２ａから読み出し、これらＬＳＭ像とＳＰＭ像とを並列に並べた画像データを作成し、表示制御部１８ｂに渡す。この表示制御部１８ｂは、ＬＳＭ像とＳＰＭ像とを表示部２３に同時に表示する。すなわち、表示制御部１８ｂは、表示部２３の表示画面を例えば２分割し、これら分割画面にそれぞれＬＳＭ像とＳＰＭ像とを表示する。
【００３７】
次に、上記の如く構成された複合顕微鏡の動作について説明する。
【００３８】
ＬＳＭユニット８により試料５のＬＳＭ像を取得する。すなわち、図２に示すように光源８０からレーザビームが出射されると、このレーザビームは、ビームエキスパンダ８１によりビーム径が拡大され、ハーフミラー８２を透過し、Ｙ軸ガルバノミラー８３及びＸ軸ガルバノミラー８４の各スキャン動作によってＸＹ軸方向にラスタスキャンされる。このラスタスキャンされたレーザビームは、対物レンズ１２を通して試料５の表面上をスキャンする。
【００３９】
試料５からの反射光ビームは、Ｘ軸ガルバノミラー８４、Ｙ軸ガルバノミラー８３を戻ってハーフミラー８２に入射し、このハーフミラー８２で反射し、結像レンズ８５により収束される。ピンホール８６は、対物レンズ１２によるレーザビームの収束点と共役な位置に設けられているので、試料５の表面上で合焦した反射光ビームは、ピンホール８６を通過して受光素子８７で受光される。この受光素子８７は、ピンホール８６を通過した反射光ビームを受光してその受光強度に応じた光強度検出信号を出力する。
【００４０】
ＣＰＵ１８は、ＬＳＭユニット８の受光素子８７から出力される光強度検出信号を入力し、ＬＳＭユニット８の測定により取得される試料５の表面のＬＳＭ像として画像情報メモリ２２ａに記憶する。このとき、ＣＰＵ１８は、試料５上のＸＹ座標に対応させてＬＳＭ像を画像情報メモリ２２ａに記憶する。これと共に表示制御部１８ｂは、画像情報メモリ２２ａに記憶された試料５の表面のＬＳＭ像を読み出して表示部２３に表示する。
【００４１】
ＬＳＭユニット８により試料５を測定する場合、試料５の三次元画像を取得する。このとき、ＣＰＵ１８は、ＬＳＭユニット８のＺ駆動機構１０を駆動して対物レンズ１２をＺ軸方向に所定間隔毎に例えば上昇させる。ＣＰＵ１８は、ＬＳＭユニット８のＺ軸位置の高さ毎に上記同様にレーザビームを試料５に対してラスタスキャンし、試料５の表面のＬＳＭ像を取得する。
【００４２】
次に、ＣＰＵ１８は、図３に示すようにＬＳＭユニット８により各Ｚ軸座標の各高さ位置毎に試料５の各ＬＳＭ像Ｌｄ１〜Ｌｄｎを取得することを繰り返し、これらＬＳＭ像Ｌｄ１〜Ｌｄｎから各画素毎の最高輝度情報を抽出し、これに基づいて試料５の全面に合焦したＬＳＭ像を作成し、これをエクステンド画像として画像情報メモリ２２ａに記憶する。
【００４３】
次に、表示制御部１８ｂは、画像情報メモリ２２ａに記憶された試料５の表面のエクステンド画像を読み出して表示部２３に表示する。
【００４４】
又、ＣＰＵ１８は、ＬＳＭユニット８のＺ駆動機構１０を駆動して対物レンズ１２をＺ軸方向の任意の高さ位置に設定する。この状態で、ＣＰＵ１８は、任意の高さ位置に設定されたＺ軸座標でＬＳＭユニット８により試料５のＬＳＭ像を取得する、すなわち１ショットのＬＳＭ像を取得して画像情報メモリ２２ａに記憶する。
【００４５】
オペレータは、表示部２３に表示されている試料５の表面のＬＳＭ像を観察し、指示入力部２１を操作してＬＳＭ像中からＳＰＭユニット９による測定領域を指定する。
【００４６】
ＣＰＵ１８は、指示入力部２１からのＳＰＭユニット９による測定領域の指定を受けると、この測定領域の座標に従ったＸＹ移動指令をステージコントローラ１９に送出する。これによりステージコントローラ１９は、ＸＹステージ２をＸＹ軸方向に駆動制御し、指示入力部２１により指定した試料５中の測定領域をＳＰＭユニット９の探針１６の下方に配置させ、かつＳＰＭユニット９に内蔵されるスキャナーによりカンチレバー１７の探針１６で試料５中の測定領域をＸＹ軸方向にスキャンさせる。
【００４７】
カンチレバー１７の探針１６をスキャンさせたとき、カンチレバー１７は、試料５の表面形状すなわちＺ軸方向の凹凸形状に倣ってＺ軸方向に変位する。この状態で、光源からカンチレバー１７に対して光を照射し、このカンチレバー１７で反射した光ビームの位置を受光素子で検出し、その位置検出信号を出力する。
【００４８】
ＣＰＵ１８は、ＳＰＭユニット９の受光素子から出力される位置検出信号を入力し、ＳＰＭユニット９の測定により取得されるＳＰＭ像を画像情報メモリ２２ａに記憶する。このときＣＰＵ１８は、試料５上のＸＹ座標に対応させてＳＰＭ像を画像情報メモリ２２ａに記憶する。
【００４９】
これと共にＣＰＵ１８は、ＳＰＭユニット９によりＳＰＭ像を取得するときのＸＹ座標位置情報を画像情報メモリ２２ａに記憶し、かつカンチレバー１７のＺ軸方向への変位に応じた高さ情報すなわちＺ座標位置情報を高さ情報メモリ２２ｂに記憶する。
【００５０】
ＳＰＭユニット９よる測定の終了後、オペレータがＳＰＭ像のＺ座標位置情報ＤｚとＬＳＭ像の輝度情報Ｄｐとの合成の指示を指示入力部２１に行うと、画像処理部１８ａは、図４に示すように高さ情報メモリ２２ｂに記憶されたＳＰＭ像のＺ座標位置情報Ｄｚを読み出すと共に、画像情報メモリ２２ａに記憶されたＬＳＭ像に含む輝度情報Ｄｐを抽出する。ＣＰＵ１８は、これらＺ座標位置情報Ｄｚと輝度情報Ｄｐとを合わせて試料５の三次元画像情報を作成する。表示制御部１８ｂは、画像処理部１８ａにより作成された三次元画像情報を表示部２３に表示する。
【００５１】
具体的に画像処理部１８ａは、ＳＰＭユニット９により測定されたＺ座標位置情報Ｄｚを含むＳＰＭ像を表示部２３に三次元表示させる。画像処理部１８ａは、試料５上のＸＹ座標に従い、表示部２３に表示されているＳＰＭ像に含まれるＺ座標位置情報Ｄｚに従ってＬＳＭユニット８により測定されたＬＳＭ像に含まれる輝度情報Ｄｐを貼り付け、これにより作成された三次元画像情報を表示制御部１８ｂに渡して表示部２３に表示させる。
【００５２】
又、オペレータがＳＰＭ像のＺ座標位置情報Ｄｚと１ショットで取得されたＬＳＭ像の輝度情報Ｄｐとの合成の指示を指示入力部２１に行うと、画像処理部１８ａは、高さ情報メモリ２２ｂに記憶されたＳＰＭ像のＺ座標位置情報Ｄｚを読み出すと共に、画像情報メモリ２２ａに記憶された１ショットのＬＳＭ像に含む輝度情報Ｄｐを抽出する。画像処理部１８ａは、これらＺ座標位置情報Ｄｚと輝度情報Ｄｐとを合わせて試料５の三次元画像情報を作成し、この三次元画像情報を表示制御部１８ｂに渡して表示部２３に表示させる。
【００５３】
オペレータがＳＰＭ像とＬＳＭ像との同時表示の指示を指示入力部２１に行うと、画像処理部１８ａは、ＬＳＭユニット８の測定により取得された試料５の表面のＬＳＭ像とＳＰＭユニット９の測定により取得されたＳＰＭ像とを画像情報メモリ２２ａから読み出し、これらＬＳＭ像とＳＰＭ像とを並列に並べた画像データを作成し、表示制御部１８ｂに渡す。
【００５４】
この表示制御部１８ｂは、ＬＳＭ像とＳＰＭ像とを表示部２３に同時に同じレンジで表示する。すなわち、表示制御部１８ｂは、図５に示すように表示部２３の表示画面を例えば２分割し、これら分割画面にそれぞれＬＳＭ像とＳＰＭ像とを表示する。
【００５５】
このように上記一実施の形態によれば、試料５上のＸＹ座標に対応させてＬＳＭ像とＳＰＭ像とを画像情報メモリ２２ａに記憶し、ＳＰＭ像のＺ座標位置情報Ｄｚを高さ情報メモリ２２ｂに記憶し、高さ情報メモリ２２ｂからＳＰＭ像のＺ座標位置情報Ｄｚを読み出すと共に、画像情報メモリ２２ａに記憶されたＬＳＭ像に含まれる輝度情報Ｄｐを抽出し、これらＺ座標位置情報Ｄｚと輝度情報Ｄｐとを貼り合わせて試料５の三次元画像情報を作成して表示部２３に表示する。
【００５６】
これにより、試料５の表面の高さすなわち凹凸形状を高精度に観察できるＳＰＭ像に、ＬＳＭ像に含む試料５の表面の輝度情報を貼り合わせた試料５の三次元画像情報の画像を観察することができ、試料５の表面の状態を幅広く解析できる。そのうえ、ＳＰＭ像と試料５の表面の輝度情報とは、ＸＹ座標を一致させて貼り合わせるので、精度高く試料５の表面状態を解析できる。例えば、ＳＰＭ像に輝度情報を貼り合わせた三次元画像情報の画像のみを観察するだけで、ＳＰＭ像から試料５の表面の微小な凹凸形状を高精度に観察できると共に、試料５の表面の輝度情報すなわち表示部２３の画面上での輝度から試料５の表面における材料の状態の解析が可能になる。
【００５７】
なお、ＬＳＭユニット８は、数十ミクロン程度でスキャン可能であり、ＳＰＭユニット９は、数ナノ程度でスキャン可能なので、ＳＰＭ像にＬＳＭ像の輝度情報を貼り合わせても観察する精度に問題はない。
【００５８】
又、ＬＳＭ像とＳＰＭ像とを表示部２３に同時に表示することによっても、表示部２３の１画面上でＬＳＭ像とＳＰＭ像とを比較観察でき、試料５の表面の状態を幅広く解析することが可能になる。
【００５９】
なお、本発明は、上記一実施の形態に限定されるものではなく、次のように変形してもよい。
【００６０】
ＬＳＭユニット８とＳＰＭユニット９とは、それぞれ別々の各Ｚ駆動機構１０、１４によってＺ軸方向に移動するようにしたが、これに限らず、１つの共用のＺ駆動機構に設けると共に１つのＺ位置検出装置を設け、この共用のＺ駆動機構によってＬＳＭユニット８及びＳＰＭユニット９を一体的にＺ軸方向に昇降させると共にそのＺ軸の高さ位置を１つのＺ位置検出装置により検出する構成にしてもよい。
【００６１】
ＬＳＭユニット８とＳＰＭユニット９とは、門型フレーム７に設けられているが、これに限らず、他の構造体、例えば三次元情報を取得可能な光学顕微鏡における中間鏡筒取付部当にＳＰＭユニット９を取り付けてもよい。
【００６２】
ＬＳＭユニット８とＳＰＭユニット９とは、それぞれ別々の各Ｚ駆動機構１０、１４によってＺ軸方向に移動するようにしたが、これに限らず、レボルバ１１に複数の対物レンズ１２を取り付けると共に、このレボルバ１１にＳＰＭユニット９を取り付けてもよい。このＳＰＭユニット９は、小型化した構造のものを用いる。このような構成であれば、レボルバ１１を回転することにより、複数の対物レンズ１２に切り替えられると共に、ＳＰＭユニット９に切り替えることができる。
【００６３】
表示部２３に表示する画像は、ＳＰＭ像にＬＳＭ像の輝度情報を貼り合わせた三次元画像だけでなく、例えばこの三次元画像とＬＳＭ像又はＳＰＭ像とを同時に表示したり、三次元画像とＬＳＭ像とＳＰＭ像との３つの画像を同時に表示してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明に係る複合顕微鏡の一実施の形態を示す構成図。
【図２】同複合顕微鏡におけるＬＳＭユニットの構成例を示す図。
【図３】同複合顕微鏡のＬＳＭユニットにより取得されるエクステンド画像を示す模式図。
【図４】同複合顕微鏡によるＳＰＭ像とＬＳＭ像との合成表示を示す図。
【図５】同複合顕微鏡によるＳＰＭ像とＬＳＭ像との同時表示を示す図。
【符号の説明】
【００６５】
１：除振台、２：ＸＹステージ、３：Ｘステージ、４：Ｙステージ、５：試料、６：位置検出器、７：門型フレーム、８：走査型レーザ顕微鏡（ＬＳＭ）ユニット、９：走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）ユニット、１０：Ｚ駆動機構、１１：レボルバ、１２：対物レンズ、１３：Ｚ位置検出装置、１４：Ｚ移動機構、１５：Ｚ位置検出装置、１６：探針、１７：カンチレバー、１８：中央演算処理部（ＣＰＵ）、１８ａ：画像処理部、１８ｂ：表示制御部、１９：ステージコントローラ、２０：スキャナコントローラ、２１：指示入力部、２２：記憶部、２２ａ：画像情報メモリ、２２ｂ：高さ情報メモリ、２３：表示部、８０：光源、８１：ビームエキスパンダ、８２：ハーフミラー、８３：Ｙ軸ガルバノミラー、８４：Ｘ軸ガルバノミラー、８５：結像レンズ、８６：ピンホール、８７：受光素子。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料の輝度情報を含む光学像の情報を測定する光学顕微鏡と、試料の高さ情報を含む物性情報を測定する走査型プローブ顕微鏡とを有する複合顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
走査型プローブ顕微鏡（以下、ＳＰＭと称する）ユニットと走査型レーザ顕微鏡（以下、ＬＳＭと称する）ユニットとを組み合わせた装置が例えば特許文献１に開示されている。この特許文献１は、ＬＳＭユニットによってレーザビームを試料上に照射し、試料上に形成されるレーザビームのスポットをガルバノスキャナ等によってラスタスキャンし、試料からの反射光を光検出器で受光してその出力信号をガルバノスキャナ等のスキャン信号に同期した処理を行い試料表面の光学像情報（ＬＳＭ像）を取得し、このＬＳＭ像を例えばＣＲＴディスプレイに表示することを開示している。
【０００３】
又、特許文献１は、例えばジョイスティック又はマウスを操作してＣＲＴディスプレイに表示された画像上でマーカを移動し、このマーカによってＳＰＭユニットの探針の走査領域を指定し、この指定した走査領域にＳＰＭユニットの探針を走査させて原子レベルオーダの試料の高さ情報を含む物性情報すなわちＳＰＭ像を測定することを開示している。
【特許文献１】特許第３１２６０４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って、特許文献１は、ＬＳＭユニットによって取得した試料表面のＬＳＭ像とＳＰＭユニットによって測定された試料のＳＰＭ像とをそれぞれ独立してＣＲＴディスプレイに表示するものであって、オペレータは、試料表面のＬＳＭ像とＳＰＭ像とをそれぞれ別々に表示して試料を観察するものとなる。
【０００５】
試料表面のＬＳＭ像は、試料表面の輝度情報を有しており、オペレータは、ＣＲＴディスプレイに表示されるＬＭＳ像から試料表面の輝度の状態を観察できる。一方、試料表面のＳＰＭ像は、試料表面の高さ情報を有しており、オペレータは、ＣＲＴディスプレイに表示されるＳＰＭ像から試料表面の高さ、すなわち凹凸形状を高精度に観察できる。
【０００６】
しかしながら、試料表面のＬＳＭ像とＳＰＭ像とをそれぞれ別々に表示して試料を観察しなければならないので、ＬＳＭ像の観察結果とＳＰＭ像の観察結果との対応を付けるのが難しく、試料に対する幅広い解析を行うのに困難性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、試料の輝度情報を含む光学像の情報を測定する光学顕微鏡と、試料の高さ情報を含む物性情報を測定する走査型プローブ顕微鏡とを有する複合顕微鏡において、光学顕微鏡により測定された光学像情報と走査型プローブ顕微鏡により測定された物性情報とを記憶する記憶部と、記憶部に記憶された光学像情報に含む輝度情報と物性情報に含む高さ情報とを合わせて試料の三次元画像情報を作成する画像処理部と、画像処理部により作成された三次元画像情報を表示する表示部とを具備した複合顕微鏡である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、試料に対するより幅広い解析を行うことを可能とする複合顕微鏡を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１０】
図１は複合顕微鏡の構成図である。除振台１上には、ＸＹステージ２が設けられている。このＸＹステージ２は、Ｘ軸方向に移動可能なＸステージ３と、Ｘ軸方向に直交するＹ軸方向に移動可能なＹステージ４とを有する。これらＸステージ３とＹステージ４とは、それぞれ独立してＸ軸方向、Ｙ軸方向に移動可能である。このＸＹステージ２上には、試料５が載置される。
【００１１】
位置検出器６がＸＹステージ２に設けられている。この位置検出器６は、ＸＹステージ２の移動位置を検出し、その位置検出信号を出力する。
【００１２】
又、除振台１上には、門型フレーム７が設けられている。この門型フレーム７は、ＸＹステージ２の上方を囲うように設けられる。この門型フレーム７の上部には、試料５の輝度情報を含む光学像の情報を測定する光学顕微鏡としての走査型レーザ顕微鏡（ＬＳＭ）ユニット８と、試料５の高さ情報を含む物性情報を測定する走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）ユニット９とが所定の間隔で設けられている。これらＬＳＭユニット８及びＳＰＭユニット９は、試料５の上方に配置され、試料５と対峙するものとなる。
【００１３】
これらＬＳＭユニット８とＳＰＭユニット９とは、それぞれ例えばＸ軸方向に沿って所定の間隔だけ離れて設けられている。従って、Ｘステージ３のＸ軸方向への移動によって試料５がＬＳＭユニット８又はＳＰＭユニット９の下方に搬送される。
【００１４】
ＬＳＭユニット８は、レーザビームを試料５上にラスタスキャンし、試料５からの反射光を受光して試料５の表面の光学像情報（ＬＳＭ像）を取得する。このＬＳＭユニット８は、その下部にＺ駆動機構１０を介してレボルバ１１が設けられ、このレボルバ１１に複数の対物レンズ１２が取り付けられている。Ｚ駆動機構１０は、レボルバ１１及び複数の対物レンズ１２を一体的にＺ軸方向に昇降させる。
【００１５】
このＺ駆動機構１０には、Ｚ位置検出装置１３が設けられている。このＺ位置検出装置１３は、Ｚ駆動機構１０の駆動による対物レンズ１２のＺ軸方向への移動位置を検出し、その位置検出信号を出力する。
【００１６】
図２はＬＳＭユニット８の構成例を示す。光源８０は、レーザビームを出射する。この光源８０から出射されるレーザビームの光路上には、ビームエキスパンダ８１、ハーフミラー８２が設けられている。ビームエキスパンダ８１は、光源８０から出射されるレーザビームのビーム径を拡大する。ハーフミラー８２は、光源８０からのレーザビームを透過し、かつ試料５からの反射光ビームを反射する。
【００１７】
このハーフミラー８２の透過光路上には、Ｙ軸ガルバノミラー８３が設けられ、このＹ軸ガルバノミラー８３のスキャン方向にＸ軸ガルバノミラー８４が設けられている。Ｙ軸ガルバノミラー８３は、ハーフミラー８２を透過したレーザビームをＹ軸方向にスキャンする。Ｘ軸ガルバノミラー８４は、Ｙ軸ガルバノミラー８３によってＹ軸方向にスキャンされたレーザビームをＸ軸方向にスキャンする。これらＹ軸ガルバノミラー８３及びＸ軸ガルバノミラー８４の各スキャン動作の結果、レーザビームは、ＸＹ軸方向にラスタスキャンされる。このラスタスキャンされるレーザビームの光路上には、対物レンズ１２が配置される。
【００１８】
又、ハーフミラー８２の反射光路上には、結像レンズ８５、ピンホール８６、受光素子８７が設けられている。結像レンズ８５は、ハーフミラー８２で反射した試料５からの反射光ビームを収束する。ピンホール８６は、対物レンズ１２によるレーザビームの収束点と共役な位置に設けられている。受光素子８７は、ピンホール８６を通過した反射光ビームのみ受光してその受光強度に応じた光強度検出信号を出力する。
【００１９】
ＳＰＭユニット９は、門型フレーム７の上部に対してＺ移動機構１４を介して設けられている。このＺ移動機構１４は、ＳＰＭユニット９をＺ軸方向に昇降させる。又、このＺ移動機構１４には、Ｚ位置検出装置１５が設けられている。このＺ位置検出装置１５は、Ｚ移動機構１４の駆動によるＳＰＭユニット９のＺ軸方向への移動位置を検出し、その位置検出信号を出力する。
【００２０】
ＳＰＭユニット９は、探針１６を走査させて原子レベルオーダで試料５の高さ情報を含む物性情報すなわちＳＰＭ像を取得する。すなわち、ＳＰＭユニット９は、その下部にカンチレバー１７が設けられている。このカンチレバー１７の自由端（先端部）に探針１６が設けられている。ＳＰＭユニット９は、カンチレバー１７をＸＹ軸方向にスキャンさせると共にＺ軸方向に変位させる（Ｚサーボ制御）スキャナーと、カンチレバー１７の変位を検出する変位センサとを内蔵する。このうち変位センサは、例えばカンチレバー１７に光ビームを照射する光源と、カンチレバー１７で反射した光ビームの位置を検出する受光素子とを有する光てこ方式が用いられる。
【００２１】
次に、画像処理系の構成について説明する。複合顕微鏡の全体を制御する中央演算処理部（ＣＰＵ）１８が設けられている。このＣＰＵ１８には、ステージコントローラ１９、スキャナコントローラ２０、指示入力部２１、記憶部２２及び表示部２３が接続されている。
【００２２】
ステージコントローラ１９は、位置検出器６から出力されたＸＹステージ２の移動位置を示す位置検出信号と、Ｚ位置検出装置１３から出力される対物レンズ１２のＺ軸方向への移動位置を示す位置検出信号と、Ｚ位置検出装置１５から出力されるＳＰＭユニット９のＺ軸方向への移動位置を示す位置検出信号とを入力し、ＬＳＭユニット８の対物レンズ１２又はＳＰＭユニット９の探針１６が試料５に対峙するようにＸＹステージ３をＸＹ軸方向に移動制御する。
【００２３】
スキャナコントローラ２０は、ＳＰＭユニット９に内蔵されているスキャナー、すなわちカンチレバー１７をＸＹ軸方向にスキャンさせると共にＺ軸方向に変位させるスキャナーを動作制御する。
【００２４】
指示入力部２１としては、例えばＳＰＭユニット９による試料５の表面上における測定領域の指定や表示部２３に表示する画像の指定などの各種指定を行うためのもので、マウス及びキーボードが用いられる。
【００２５】
記憶部２２は、画像情報メモリ２２ａと高さ情報メモリ２２ｂとを有する。
【００２６】
表示部２３は、例えば液晶ディスプレイ又はＣＲＴディスプレイである。
【００２７】
これらＣＰＵ１８、指示入力部２１、記憶部２２及び表示部２３は、パーソナルコンピュータを構成する。
【００２８】
ＣＰＵ１８は、ＬＳＭユニット８の測定により取得される試料５の表面の光学像情報（ＬＳＭ像）とＳＰＭユニット９の測定により取得される物性情報（ＳＰＭ像）とを記憶部２２の画像情報メモリ２２ａに記憶する。このときＣＰＵ１８は、試料５上のＸＹ座標に対応させてＬＳＭ像とＳＰＭ像とを画像情報メモリ２２ａに記憶する。
【００２９】
これと共にＣＰＵ１８は、ＳＰＭユニット９によりＳＰＭ像を取得するときのＸＹ座標位置情報を画像情報メモリ２２ａに記憶し、かつカンチレバー１７のＺ軸方向への変位に応じた高さ情報すなわちＺ座標位置情報を高さ情報メモリ２２ｂに記憶する。
【００３０】
ＬＳＭ像の取得は、例えば次のように行われる。ＣＰＵ１８は、ＬＳＭユニット８のＺ駆動機構１０を駆動して対物レンズ１２をＺ軸方向に所定間隔毎に例えば上昇させ、各Ｚ軸座標の高さ位置毎にＬＳＭユニット８により試料５の各ＬＳＭ像を取得することを繰り返し、これらＬＳＭ像から試料５の全面に合焦する各ＬＳＭ像を抽出（エクステンド画像）し、画像情報メモリ２２ａに記憶する。
【００３１】
又、ＣＰＵ１８は、ＬＳＭユニット８のＺ駆動機構１０を駆動して対物レンズ１２をＺ軸方向の任意の位置に設定し、このＺ軸座標でＬＳＭユニット８により試料５のＬＳＭ像を取得し、すなわち１ショットのＬＳＭ像を取得して画像情報メモリ２２ａに記憶する。
【００３２】
ＣＰＵ１８は、複合顕微鏡全体の一連の動作制御をするもので、予め格納された画像制御表示プログラムを実行することにより画像処理部１８ａを動作させ、又その結果を表示部２３に表示する。
【００３３】
画像処理部１８ａは、高さ情報メモリ２２ｂに記憶されたＳＰＭ像のＺ座標位置情報を読み出すと共に、画像情報メモリ２２ａに記憶されたＬＳＭ像に含まれる輝度情報を抽出し、これらＺ座標位置情報と輝度情報とを合わせて試料５の三次元画像情報を作成する。
【００３４】
表示制御部１８ｂは、画像処理部１８ａにより作成された試料５の三次元画像情報を表示部２３に表示する。
【００３５】
具体的に画像処理部１８ａは、ＳＰＭユニット９により測定されたＳＰＭ像を表示部２３に三次元表示させ、かつ表示部２３に表示されているＳＰＭ像に含まれるＺ座標位置情報に従ってＬＳＭユニット８により取得されたＬＳＭ像に含まれる輝度情報を貼り付けて試料５の三次元画像情報を作成する。この場合、画像処理部１８ａは、試料５上のＸＹ座標に従ってＳＰＭ像に含まれるＺ座標位置情報にＬＳＭ像の輝度情報を貼り付ける。
【００３６】
又、画像処理部１８ａは、ＬＳＭユニット８の測定により取得された試料５の表面のＬＳＭ像とＳＰＭユニット９の測定により取得されたＳＰＭ像とを画像情報メモリ２２ａから読み出し、これらＬＳＭ像とＳＰＭ像とを並列に並べた画像データを作成し、表示制御部１８ｂに渡す。この表示制御部１８ｂは、ＬＳＭ像とＳＰＭ像とを表示部２３に同時に表示する。すなわち、表示制御部１８ｂは、表示部２３の表示画面を例えば２分割し、これら分割画面にそれぞれＬＳＭ像とＳＰＭ像とを表示する。
【００３７】
次に、上記の如く構成された複合顕微鏡の動作について説明する。
【００３８】
ＬＳＭユニット８により試料５のＬＳＭ像を取得する。すなわち、図２に示すように光源８０からレーザビームが出射されると、このレーザビームは、ビームエキスパンダ８１によりビーム径が拡大され、ハーフミラー８２を透過し、Ｙ軸ガルバノミラー８３及びＸ軸ガルバノミラー８４の各スキャン動作によってＸＹ軸方向にラスタスキャンされる。このラスタスキャンされたレーザビームは、対物レンズ１２を通して試料５の表面上をスキャンする。
【００３９】
試料５からの反射光ビームは、Ｘ軸ガルバノミラー８４、Ｙ軸ガルバノミラー８３を戻ってハーフミラー８２に入射し、このハーフミラー８２で反射し、結像レンズ８５により収束される。ピンホール８６は、対物レンズ１２によるレーザビームの収束点と共役な位置に設けられているので、試料５の表面上で合焦した反射光ビームは、ピンホール８６を通過して受光素子８７で受光される。この受光素子８７は、ピンホール８６を通過した反射光ビームを受光してその受光強度に応じた光強度検出信号を出力する。
【００４０】
ＣＰＵ１８は、ＬＳＭユニット８の受光素子８７から出力される光強度検出信号を入力し、ＬＳＭユニット８の測定により取得される試料５の表面のＬＳＭ像として画像情報メモリ２２ａに記憶する。このとき、ＣＰＵ１８は、試料５上のＸＹ座標に対応させてＬＳＭ像を画像情報メモリ２２ａに記憶する。これと共に表示制御部１８ｂは、画像情報メモリ２２ａに記憶された試料５の表面のＬＳＭ像を読み出して表示部２３に表示する。
【００４１】
ＬＳＭユニット８により試料５を測定する場合、試料５の三次元画像を取得する。このとき、ＣＰＵ１８は、ＬＳＭユニット８のＺ駆動機構１０を駆動して対物レンズ１２をＺ軸方向に所定間隔毎に例えば上昇させる。ＣＰＵ１８は、ＬＳＭユニット８のＺ軸位置の高さ毎に上記同様にレーザビームを試料５に対してラスタスキャンし、試料５の表面のＬＳＭ像を取得する。
【００４２】
次に、ＣＰＵ１８は、図３に示すようにＬＳＭユニット８により各Ｚ軸座標の各高さ位置毎に試料５の各ＬＳＭ像Ｌｄ１〜Ｌｄｎを取得することを繰り返し、これらＬＳＭ像Ｌｄ１〜Ｌｄｎから各画素毎の最高輝度情報を抽出し、これに基づいて試料５の全面に合焦したＬＳＭ像を作成し、これをエクステンド画像として画像情報メモリ２２ａに記憶する。
【００４３】
次に、表示制御部１８ｂは、画像情報メモリ２２ａに記憶された試料５の表面のエクステンド画像を読み出して表示部２３に表示する。
【００４４】
又、ＣＰＵ１８は、ＬＳＭユニット８のＺ駆動機構１０を駆動して対物レンズ１２をＺ軸方向の任意の高さ位置に設定する。この状態で、ＣＰＵ１８は、任意の高さ位置に設定されたＺ軸座標でＬＳＭユニット８により試料５のＬＳＭ像を取得する、すなわち１ショットのＬＳＭ像を取得して画像情報メモリ２２ａに記憶する。
【００４５】
オペレータは、表示部２３に表示されている試料５の表面のＬＳＭ像を観察し、指示入力部２１を操作してＬＳＭ像中からＳＰＭユニット９による測定領域を指定する。
【００４６】
ＣＰＵ１８は、指示入力部２１からのＳＰＭユニット９による測定領域の指定を受けると、この測定領域の座標に従ったＸＹ移動指令をステージコントローラ１９に送出する。これによりステージコントローラ１９は、ＸＹステージ２をＸＹ軸方向に駆動制御し、指示入力部２１により指定した試料５中の測定領域をＳＰＭユニット９の探針１６の下方に配置させ、かつＳＰＭユニット９に内蔵されるスキャナーによりカンチレバー１７の探針１６で試料５中の測定領域をＸＹ軸方向にスキャンさせる。
【００４７】
カンチレバー１７の探針１６をスキャンさせたとき、カンチレバー１７は、試料５の表面形状すなわちＺ軸方向の凹凸形状に倣ってＺ軸方向に変位する。この状態で、光源からカンチレバー１７に対して光を照射し、このカンチレバー１７で反射した光ビームの位置を受光素子で検出し、その位置検出信号を出力する。
【００４８】
ＣＰＵ１８は、ＳＰＭユニット９の受光素子から出力される位置検出信号を入力し、ＳＰＭユニット９の測定により取得されるＳＰＭ像を画像情報メモリ２２ａに記憶する。このときＣＰＵ１８は、試料５上のＸＹ座標に対応させてＳＰＭ像を画像情報メモリ２２ａに記憶する。
【００４９】
これと共にＣＰＵ１８は、ＳＰＭユニット９によりＳＰＭ像を取得するときのＸＹ座標位置情報を画像情報メモリ２２ａに記憶し、かつカンチレバー１７のＺ軸方向への変位に応じた高さ情報すなわちＺ座標位置情報を高さ情報メモリ２２ｂに記憶する。
【００５０】
ＳＰＭユニット９よる測定の終了後、オペレータがＳＰＭ像のＺ座標位置情報ＤｚとＬＳＭ像の輝度情報Ｄｐとの合成の指示を指示入力部２１に行うと、画像処理部１８ａは、図４に示すように高さ情報メモリ２２ｂに記憶されたＳＰＭ像のＺ座標位置情報Ｄｚを読み出すと共に、画像情報メモリ２２ａに記憶されたＬＳＭ像に含む輝度情報Ｄｐを抽出する。ＣＰＵ１８は、これらＺ座標位置情報Ｄｚと輝度情報Ｄｐとを合わせて試料５の三次元画像情報を作成する。表示制御部１８ｂは、画像処理部１８ａにより作成された三次元画像情報を表示部２３に表示する。
【００５１】
具体的に画像処理部１８ａは、ＳＰＭユニット９により測定されたＺ座標位置情報Ｄｚを含むＳＰＭ像を表示部２３に三次元表示させる。画像処理部１８ａは、試料５上のＸＹ座標に従い、表示部２３に表示されているＳＰＭ像に含まれるＺ座標位置情報Ｄｚに従ってＬＳＭユニット８により測定されたＬＳＭ像に含まれる輝度情報Ｄｐを貼り付け、これにより作成された三次元画像情報を表示制御部１８ｂに渡して表示部２３に表示させる。
【００５２】
又、オペレータがＳＰＭ像のＺ座標位置情報Ｄｚと１ショットで取得されたＬＳＭ像の輝度情報Ｄｐとの合成の指示を指示入力部２１に行うと、画像処理部１８ａは、高さ情報メモリ２２ｂに記憶されたＳＰＭ像のＺ座標位置情報Ｄｚを読み出すと共に、画像情報メモリ２２ａに記憶された１ショットのＬＳＭ像に含む輝度情報Ｄｐを抽出する。画像処理部１８ａは、これらＺ座標位置情報Ｄｚと輝度情報Ｄｐとを合わせて試料５の三次元画像情報を作成し、この三次元画像情報を表示制御部１８ｂに渡して表示部２３に表示させる。
【００５３】
オペレータがＳＰＭ像とＬＳＭ像との同時表示の指示を指示入力部２１に行うと、画像処理部１８ａは、ＬＳＭユニット８の測定により取得された試料５の表面のＬＳＭ像とＳＰＭユニット９の測定により取得されたＳＰＭ像とを画像情報メモリ２２ａから読み出し、これらＬＳＭ像とＳＰＭ像とを並列に並べた画像データを作成し、表示制御部１８ｂに渡す。
【００５４】
この表示制御部１８ｂは、ＬＳＭ像とＳＰＭ像とを表示部２３に同時に同じレンジで表示する。すなわち、表示制御部１８ｂは、図５に示すように表示部２３の表示画面を例えば２分割し、これら分割画面にそれぞれＬＳＭ像とＳＰＭ像とを表示する。
【００５５】
このように上記一実施の形態によれば、試料５上のＸＹ座標に対応させてＬＳＭ像とＳＰＭ像とを画像情報メモリ２２ａに記憶し、ＳＰＭ像のＺ座標位置情報Ｄｚを高さ情報メモリ２２ｂに記憶し、高さ情報メモリ２２ｂからＳＰＭ像のＺ座標位置情報Ｄｚを読み出すと共に、画像情報メモリ２２ａに記憶されたＬＳＭ像に含まれる輝度情報Ｄｐを抽出し、これらＺ座標位置情報Ｄｚと輝度情報Ｄｐとを貼り合わせて試料５の三次元画像情報を作成して表示部２３に表示する。
【００５６】
これにより、試料５の表面の高さすなわち凹凸形状を高精度に観察できるＳＰＭ像に、ＬＳＭ像に含む試料５の表面の輝度情報を貼り合わせた試料５の三次元画像情報の画像を観察することができ、試料５の表面の状態を幅広く解析できる。そのうえ、ＳＰＭ像と試料５の表面の輝度情報とは、ＸＹ座標を一致させて貼り合わせるので、精度高く試料５の表面状態を解析できる。例えば、ＳＰＭ像に輝度情報を貼り合わせた三次元画像情報の画像のみを観察するだけで、ＳＰＭ像から試料５の表面の微小な凹凸形状を高精度に観察できると共に、試料５の表面の輝度情報すなわち表示部２３の画面上での輝度から試料５の表面における材料の状態の解析が可能になる。
【００５７】
なお、ＬＳＭユニット８は、数十ミクロン程度でスキャン可能であり、ＳＰＭユニット９は、数ナノ程度でスキャン可能なので、ＳＰＭ像にＬＳＭ像の輝度情報を貼り合わせても観察する精度に問題はない。
【００５８】
又、ＬＳＭ像とＳＰＭ像とを表示部２３に同時に表示することによっても、表示部２３の１画面上でＬＳＭ像とＳＰＭ像とを比較観察でき、試料５の表面の状態を幅広く解析することが可能になる。
【００５９】
なお、本発明は、上記一実施の形態に限定されるものではなく、次のように変形してもよい。
【００６０】
ＬＳＭユニット８とＳＰＭユニット９とは、それぞれ別々の各Ｚ駆動機構１０、１４によってＺ軸方向に移動するようにしたが、これに限らず、１つの共用のＺ駆動機構に設けると共に１つのＺ位置検出装置を設け、この共用のＺ駆動機構によってＬＳＭユニット８及びＳＰＭユニット９を一体的にＺ軸方向に昇降させると共にそのＺ軸の高さ位置を１つのＺ位置検出装置により検出する構成にしてもよい。
【００６１】
ＬＳＭユニット８とＳＰＭユニット９とは、門型フレーム７に設けられているが、これに限らず、他の構造体、例えば三次元情報を取得可能な光学顕微鏡における中間鏡筒取付部当にＳＰＭユニット９を取り付けてもよい。
【００６２】
ＬＳＭユニット８とＳＰＭユニット９とは、それぞれ別々の各Ｚ駆動機構１０、１４によってＺ軸方向に移動するようにしたが、これに限らず、レボルバ１１に複数の対物レンズ１２を取り付けると共に、このレボルバ１１にＳＰＭユニット９を取り付けてもよい。このＳＰＭユニット９は、小型化した構造のものを用いる。このような構成であれば、レボルバ１１を回転することにより、複数の対物レンズ１２に切り替えられると共に、ＳＰＭユニット９に切り替えることができる。
【００６３】
表示部２３に表示する画像は、ＳＰＭ像にＬＳＭ像の輝度情報を貼り合わせた三次元画像だけでなく、例えばこの三次元画像とＬＳＭ像又はＳＰＭ像とを同時に表示したり、三次元画像とＬＳＭ像とＳＰＭ像との３つの画像を同時に表示してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明に係る複合顕微鏡の一実施の形態を示す構成図。
【図２】同複合顕微鏡におけるＬＳＭユニットの構成例を示す図。
【図３】同複合顕微鏡のＬＳＭユニットにより取得されるエクステンド画像を示す模式図。
【図４】同複合顕微鏡によるＳＰＭ像とＬＳＭ像との合成表示を示す図。
【図５】同複合顕微鏡によるＳＰＭ像とＬＳＭ像との同時表示を示す図。
【符号の説明】
【００６５】
１：除振台、２：ＸＹステージ、３：Ｘステージ、４：Ｙステージ、５：試料、６：位置検出器、７：門型フレーム、８：走査型レーザ顕微鏡（ＬＳＭ）ユニット、９：走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）ユニット、１０：Ｚ駆動機構、１１：レボルバ、１２：対物レンズ、１３：Ｚ位置検出装置、１４：Ｚ移動機構、１５：Ｚ位置検出装置、１６：探針、１７：カンチレバー、１８：中央演算処理部（ＣＰＵ）、１８ａ：画像処理部、１８ｂ：表示制御部、１９：ステージコントローラ、２０：スキャナコントローラ、２１：指示入力部、２２：記憶部、２２ａ：画像情報メモリ、２２ｂ：高さ情報メモリ、２３：表示部、８０：光源、８１：ビームエキスパンダ、８２：ハーフミラー、８３：Ｙ軸ガルバノミラー、８４：Ｘ軸ガルバノミラー、８５：結像レンズ、８６：ピンホール、８７：受光素子。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料の輝度情報を含む光学像の情報を測定する光学顕微鏡と、前記試料の高さ情報を含む物性情報を測定する走査型プローブ顕微鏡とを有する複合顕微鏡において、
前記光学顕微鏡により測定された前記光学像情報と前記走査型プローブ顕微鏡により測定された前記物性情報とを記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶された前記光学像情報に含まれる前記輝度情報と前記物性情報に含まれる前記高さ情報とを合わせて前記試料の三次元画像情報を作成する画像処理部と、
前記画像処理部により作成された前記三次元画像情報を表示する表示部と、
を具備したことを特徴とする複合顕微鏡。
【請求項２】
前記記憶部に記憶される前記光学像情報は、前記試料と前記光学顕微鏡との間隔を可変する毎に前記試料の測定を繰り返して複数の画像情報を取得し、これら画像情報から前記試料全面に合焦する画像情報を抽出して取得されることを特徴とする請求項１記載の複合顕微鏡。
【請求項３】
前記記憶部に記憶される前記光学像情報は、前記試料と前記光学顕微鏡とを任意の間隔に設定して取得されることを特徴とする請求項１記載の複合顕微鏡。
【請求項４】
前記記憶部には、前記試料上の座標と対応させて前記光学像情報と前記物性情報とが記憶されることを特徴とする請求項１記載の複合顕微鏡。
【請求項５】
前記画像処理部は、前記試料上の座標に従って前記輝度情報と前記高さ情報とを合わせて前記試料の前記三次元画像情報を作成することを特徴とする請求項１記載の複合顕微鏡。
【請求項６】
前記表示部は、前記光学顕微鏡により測定された前記光学像情報と前記走査型プローブ顕微鏡により測定された前記物性情報とを同時に表示することを特徴とする請求項１記載の複合顕微鏡。
【請求項７】
前記光学顕微鏡は、走査型レーザ顕微鏡であることを特徴とする請求項１記載の複合顕微鏡。
【請求項８】
前記画像処理部は、前記走査型プローブ顕微鏡により測定された前記物性情報に含む前記高さ情報を前記表示部に三次元表示させ、かつ前記表示部に表示されている前記高さ情報に前記走査型レーザ顕微鏡により測定された前記光学像情報に含む前記輝度情報を貼り付けて前記表示部に表示させることを特徴とする請求項７記載の複合顕微鏡。
【請求項１】
試料の輝度情報を含む光学像の情報を測定する光学顕微鏡と、前記試料の高さ情報を含む物性情報を測定する走査型プローブ顕微鏡とを有する複合顕微鏡において、
前記光学顕微鏡により測定された前記光学像情報と前記走査型プローブ顕微鏡により測定された前記物性情報とを記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶された前記光学像情報に含まれる前記輝度情報と前記物性情報に含まれる前記高さ情報とを合わせて前記試料の三次元画像情報を作成する画像処理部と、
前記画像処理部により作成された前記三次元画像情報を表示する表示部と、
を具備したことを特徴とする複合顕微鏡。
【請求項２】
前記記憶部に記憶される前記光学像情報は、前記試料と前記光学顕微鏡との間隔を可変する毎に前記試料の測定を繰り返して複数の画像情報を取得し、これら画像情報から前記試料全面に合焦する画像情報を抽出して取得されることを特徴とする請求項１記載の複合顕微鏡。
【請求項３】
前記記憶部に記憶される前記光学像情報は、前記試料と前記光学顕微鏡とを任意の間隔に設定して取得されることを特徴とする請求項１記載の複合顕微鏡。
【請求項４】
前記記憶部には、前記試料上の座標と対応させて前記光学像情報と前記物性情報とが記憶されることを特徴とする請求項１記載の複合顕微鏡。
【請求項５】
前記画像処理部は、前記試料上の座標に従って前記輝度情報と前記高さ情報とを合わせて前記試料の前記三次元画像情報を作成することを特徴とする請求項１記載の複合顕微鏡。
【請求項６】
前記表示部は、前記光学顕微鏡により測定された前記光学像情報と前記走査型プローブ顕微鏡により測定された前記物性情報とを同時に表示することを特徴とする請求項１記載の複合顕微鏡。
【請求項７】
前記光学顕微鏡は、走査型レーザ顕微鏡であることを特徴とする請求項１記載の複合顕微鏡。
【請求項８】
前記画像処理部は、前記走査型プローブ顕微鏡により測定された前記物性情報に含む前記高さ情報を前記表示部に三次元表示させ、かつ前記表示部に表示されている前記高さ情報に前記走査型レーザ顕微鏡により測定された前記光学像情報に含む前記輝度情報を貼り付けて前記表示部に表示させることを特徴とする請求項７記載の複合顕微鏡。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００６−１３３１８３（Ｐ２００６−１３３１８３Ａ）
【公開日】平成１８年５月２５日（２００６．５．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３２５４２３（Ｐ２００４−３２５４２３）
【出願日】平成１６年１１月９日（２００４．１１．９）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年５月２５日（２００６．５．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１１月９日（２００４．１１．９）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
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