顕微鏡システム、対象物観察方法および対象物観察プログラム
【課題】複数の単位領域について測定対象物と対物レンズとの間の相対的な距離の範囲を短時間で効率的に設定可能な顕微鏡システム、対象物観察方法および対象物観察プログラムを提供する。
【解決手段】観察範囲の指示に基づいて複数の単位領域が設定される。隣接する単位領域間で重複部分が形成される。各単位領域について、当該単位領域の少なくとも一部に光学系の焦点が合うように光学系と観察対象物との相対的な初期位置が決定される。初期位置から光学系と観察対象物とが近づく方向および遠ざかる方向に光学系と観察対象物とが相対的に移動され、当該単位領域について光学系と観察対象物との相対的な移動範囲が設定される。最初の単位領域を除く各単位領域については、当該単位領域の重複部分についての画素データに基づいて光学系と観察対象物との相対的な初期位置が決定される。
【解決手段】観察範囲の指示に基づいて複数の単位領域が設定される。隣接する単位領域間で重複部分が形成される。各単位領域について、当該単位領域の少なくとも一部に光学系の焦点が合うように光学系と観察対象物との相対的な初期位置が決定される。初期位置から光学系と観察対象物とが近づく方向および遠ざかる方向に光学系と観察対象物とが相対的に移動され、当該単位領域について光学系と観察対象物との相対的な移動範囲が設定される。最初の単位領域を除く各単位領域については、当該単位領域の重複部分についての画素データに基づいて光学系と観察対象物との相対的な初期位置が決定される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、顕微鏡システム、対象物観察方法および対象物観察プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
共焦点顕微鏡では、レーザ光源から出射されたレーザ光が対物レンズにより測定対象物に集光される。測定対象物からの反射光が受光レンズにより集光され、ピンホールを通して受光素子に入射する（例えば、特許文献１参照）。レーザ光は測定対象物の表面で二次元的に走査される。また、測定対象物と対物レンズとの間の相対的な距離を変化させることにより受光素子の受光量の分布が変化する。測定対象物の表面に焦点が合ったときに受光量のピークが現れる。受光量分布のピーク強度に基づいて非常に高い焦点深度を有する超深度画像を得ることができる。また、受光量分布のピーク位置に基づいて測定対象物の表面の高さ分布を示す高さ画像を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−８３６０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
共焦点顕微鏡によれば、測定対象物と対物レンズとの間の相対的な距離を変化させつつレーザ光を測定対象物の表面で二次元的に走査させることにより、測定対象物と対物レンズとの間の相対的な複数の距離に対応する複数の共焦点画像データが生成される。生成された複数の共焦点画像データに基づいて超深度画像データまたは高さ画像データが生成される。超深度画像データまたは高さ画像データに基づいて超深度画像または高さ画像が表示部に表示される。使用者は、測定対象物の観察範囲を指定することができる。
【０００５】
特許文献１に記載の共焦点顕微鏡においては、測定対象物に対する対物レンズの高さ方向の移動範囲（上限位置および下限位置）が使用者により設定される。この場合、使用者は、受光量のピークが移動範囲内に現れるように、移動範囲を適切に設定する必要がある。移動範囲を広く設定すると、受光量のピークが移動範囲内に現れる確率が高くなるが、取得される共焦点画像データの量が多くなる。一方、移動範囲を狭く設定すると、取得される共焦点画像データの量が少なくなるが、受光量のピークが移動範囲内に現れる確率が低くなる。そこで、使用者は、受光量のピークが移動範囲内に現れかつ取得される共焦点画像データの量ができるだけ少なくなるように、対物レンズの移動範囲を適切に設定する必要がある。
【０００６】
使用者が共焦点顕微鏡の観察可能な領域よりも広い範囲を指定した場合には、共焦点顕微鏡のステージが移動することにより測定対象物の複数の領域の超深度画像データまたは高さ画像データがそれぞれ生成される。その後、複数の領域の超深度画像データまたは高さ画像データが連結されることにより測定対象物の広い範囲の超深度画像または高さ画像が作業用メモリを用いて表示部に表示される。
【０００７】
このような場合、測定対象物の領域ごとに表面の高さが異なる可能性がある。そのため、使用者は、各領域ごとに対物レンズの高さ方向の移動範囲を適切に設定する必要がある。したがって、測定対象物と対物レンズとの間の相対的な距離の範囲の設定に多大な時間を要する。
【０００８】
本発明の目的は、複数の単位領域について測定対象物と対物レンズとの間の相対的な距離の範囲を短時間で効率的に設定可能な顕微鏡システム、対象物観察法法および対象物観察プログラムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）第１の発明に係る顕微鏡システムは、観察対象物の表面の状態を観察する顕微鏡システムであって、受光素子と、観察対象物の表面に設定された単位領域に集光しつつ光を照射するとともに、単位領域に照射された光を受光素子に導く光学系と、単位領域に垂直な方向に沿った複数の位置で単位領域内での光学系による光の照射が行われるように光学系と観察対象物とを相対的に移動させる相対的移動部と、観察範囲として複数の単位領域を設定する観察範囲設定部と、観察範囲設定部により設定された複数の単位領域の各々について、光学系と観察対象物との相対的な移動範囲を設定する移動範囲設定処理を行い、光学系および相対的移動部を制御することにより移動範囲設定処理において設定された移動範囲内で光学系と観察対象物とを相対的に移動させるとともに受光素子の出力信号に基づいて当該単位領域についての複数の画素データを取得する測定処理を行う制御部とを備え、観察範囲設定部は、隣接する単位領域間で重複部分が形成されるように複数の単位領域を設定し、制御部は、各単位領域についての移動範囲設定処理において、光学系と観察対象物との相対的な初期位置を決定し、決定された初期位置から光学系と観察対象物とが近づく方向および遠ざかる方向に光学系と観察対象物とを相対的に移動させるとともに複数の画素データを取得し、取得された画素データに基づいて移動範囲を設定し、最初の単位領域を除く各単位領域については、隣接する他の単位領域の測定処理時に取得された画素データのうち当該単位領域の重複部分についての画素データに基づいて当該単位領域の少なくとも一部に光学系の焦点が合うように光学系と観察対象物との相対的な初期位置を決定するものである。
【００１０】
この顕微鏡システムにおいては、観察範囲として複数の単位領域が設定される。このとき、隣接する単位領域間では、重複部分が形成される。複数の単位領域の各々について、移動範囲設定処理により光学系と観察対象物との相対的な移動範囲が設定され、測定処理により当該単位領域に設定された移動範囲内で光学系と観察対象物とが相対的に移動されるとともに受光素子の出力信号に基づいて当該単位領域についての複数の画素データが取得される。
【００１１】
各単位領域についての移動範囲設定処理において、光学系と観察対象物との相対的な初期位置が決定される。決定された初期位置から光学系と観察対象物とが近づく方向および遠ざかる方向に光学系と観察対象物とが相対的に移動されるとともに複数の画素データが取得される。複数の画素データに基づいて当該単位領域について光学系と観察対象物との相対的な移動範囲が設定される。
【００１２】
最初の単位領域を除く各単位領域については、隣接する他の単位領域の測定処理時に取得された画素データのうち当該単位領域の重複部分についての画素データに基づいて、当該単位領域の少なくとも一部に光学系の焦点が合うように光学系と観察対象物との相対的な初期位置が決定される。
【００１３】
これにより、光学系と観察対象物とが初期位置にある状態で、当該単位領域の少なくとも一部から受光素子に光が導かれる。決定された初期位置から光学系と観察対象物とが近づく方向および遠ざかる方向に光学系と観察対象物とが相対的に移動されることにより、当該単位領域の少なくとも一部に光学系の焦点が合う状態から当該単位領域に光学系の焦点が合わなくなるときの光学系と観察対象物との相対的な位置を検出することができる。検出された位置に基づいて当該単位領域について光学系と観察対象物との相対的な移動範囲を適切に設定することができる。
【００１４】
上記のように、最初の単位領域を除く各単位領域については、当該単位領域についての移動範囲設定処理において、重複部分について既に取得された画素データに基づいて初期位置を決定することができる。そのため、初期位置を決定するために画素データを取得する必要がない。したがって、初期位置を短時間で設定することができる。その結果、複数の単位領域についての複数の画素データを短時間で効率的に取得することができる。
【００１５】
（２）制御部は、各単位領域についての移動範囲設定処理において、決定された初期位置から光学系と観察対象物とが近づく方向および遠ざかる方向に光学系と観察対象物とを相対的に移動させるとともに複数の画素データを取得し、取得された画素データに基づいて受光素子の出力信号のレベルが予め定められたレベルよりも高い状態から受光素子の出力信号のレベルが予め定められたレベル以下に変化する時点における光学系と観察対象物との相対的な位置を検出し、検出された相対的な位置に基づいて当該単位領域について移動範囲を設定し、最初の単位領域を除く各単位領域については、相対的な位置が検出されない場合に、隣接する他の単位領域の測定処理時に取得された画素データのうち当該単位領域の重複部分についての画素データに基づいて、当該単位領域の重複部分の各部分にそれぞれ光学系の焦点が合うときの光学系と観察対象物との相対的な複数の位置を含むように当該単位領域についての移動範囲を設定してもよい。
【００１６】
各単位領域についての移動範囲設定処理において、初期位置では、当該単位領域の少なくとも一部に光学系の焦点が合っている。この場合、受光素子の出力信号のレベルは高い。一方、決定された初期位置から光学系と観察対象物とが近づく方向および遠ざかる方向に光学系と観察対象物とを相対的に移動させると、当該単位領域から光学系の焦点が離れるにつれて、受光素子の出力信号のレベルが低くなる。
【００１７】
したがって、受光素子の出力信号のレベルが予め定められたレベルよりも高い状態から予め定められたレベル以下に変化する時点における光学系と観察対象物との相対的な位置を検出することにより当該単位領域について移動範囲を最小限に設定することができる。それにより、測定処理の時間が短縮される。
【００１８】
また、光学系と観察対象物との相対的な位置が検出されない場合でも、光学系と観察対象物との相対的な移動範囲が設定されるので、当該単位領域の測定処理を行うことが可能となる。
【００１９】
（３）制御部は、各単位領域についての移動範囲設定処理において、決定された初期位置から光学系と観察対象物とが近づく方向に光学系と観察対象物とが相対的に移動している場合に、取得された画素データに基づいて、受光素子の出力信号のレベルが予め定められたレベルよりも高い状態から受光素子の出力信号のレベルが予め定められたレベル以下に変化する時点における光学系と観察対象物との相対的な位置を第１の相対位置として検出し、決定された初期位置から光学系と観察対象物とが遠ざかる方向に光学系と観察対象物とが相対的に移動している場合に、取得された画素データに基づいて、受光素子の出力信号のレベルが予め定められたレベルよりも高い状態から受光素子の出力信号のレベルが予め定められたレベル以下に変化する時点における光学系と観察対象物との相対的な位置を第２の相対位置として検出し、検出された第１および第２の相対位置に基づいて当該単位領域についての移動範囲を設定してもよい。
【００２０】
この場合、決定された初期位置から光学系と観察対象物とが近づく方向に光学系と観察対象物とが相対的に移動している場合に、受光素子の出力信号のレベルが予め定められたレベルよりも高い状態から受光素子の出力信号のレベルが予め定められたレベル以下に変化する時点で第１の相対位置が検出される。
【００２１】
また、決定された初期位置から光学系と観察対象物とが遠ざかる方向に光学系と観察対象物とが相対的に移動している場合に、受光素子の出力信号のレベルが予め定められたレベルよりも高い状態から受光素子の出力信号のレベルが予め定められたレベル以下に変化する時点で第２の相対位置が検出される。検出された第１および第２の相対位置に基づいて当該単位領域についての移動範囲が設定される。これにより、移動範囲設定処理の時間を十分に短くすることができる。
【００２２】
（４）制御部は、各単位領域についての移動範囲設定処理において、決定された初期位置から光学系と観察対象物との相対的な距離が第１の距離から第１の距離よりも大きい第２の距離になるまでの予め定められた範囲にわたって光学系と観察対象物とを相対的に移動させ、取得された画素データに基づいて、受光素子の出力信号のレベルが予め定められたレベルよりも高い状態から受光素子の出力信号のレベルが予め定められたレベル以下に変化する複数の時点における光学系と観察対象物との相対的な複数の位置をそれぞれ検出し、検出された複数の位置を含むように当該単位領域についての移動範囲を設定してもよい。
【００２３】
この場合、各単位領域についての移動範囲設定処理において、初期位置から光学系と観察対象物との相対的な距離が第１の距離から第１の距離よりも大きい第２の距離になるまで光学系と観察対象物とが相対的に移動する。受光素子の出力信号のレベルが予め定められたレベルよりも高い状態から予め定められたレベル以下に変化する複数の時点における光学系と観察対象物との相対的な複数の位置がそれぞれ検出される。検出された複数の位置を含むように当該単位領域についての移動範囲が設定される。
【００２４】
これにより、光学系と観察対象物とが第１の距離から第２の距離に移動する間に、受光素子の出力信号のレベルが予め定められたレベルよりも高くなる時点の光学系と観察対象物との相対的な距離が確実に含まれるように移動範囲を設定することができる。したがって、観察対象物の表面の状態によらず、当該単位領域の全面について測定処理を行うことができる。
【００２５】
（５）制御部は、各単位領域についての移動範囲設定処理において、取得された画素データに基づいて受光素子の出力信号のレベルが予め定められたレベルよりも高いか否かを判定し、受光素子の出力信号のレベルが予め定められたレベルよりも大きいときに光学系と観察対象物とを相対的に第１の移動量づつ移動させ、受光素子の出力信号のレベルが予め定められたレベル以下であるときに光学系と観察対象物とを相対的に第２の移動量づつ移動させ、第２の移動量は、第１の移動量よりも大きくてもよい。
【００２６】
受光素子の出力信号のレベルが予め定められたレベル以下であるときには、受光素子の出力信号のレベルが予め定められたレベルよりも高い状態から受光素子の出力信号のレベルが予め定められたレベル以下に変化する時点における光学系と観察対象物との相対的な位置は検出されない。したがって、受光素子の出力信号のレベルが予め定められたレベル以下であるときに、受光素子の出力信号のレベルが予め定められたレベルよりも高い状態に比べて光学系と観察対象物との相対的な移動量を大きくすることにより、移動範囲設定処理の時間を短くすることができる。
【００２７】
（６）制御部は、各単位領域についての移動範囲設定処理において、第１の距離から第２の距離になるまでの予め定められた範囲にわたって光学系と観察対象物とを相対的に移動させても移動範囲が設定されない場合に、決定された初期位置から光学系と観察対象物との相対的な距離が第１の距離よりも小さい第３の距離から第２の距離よりも大きい第４の距離になるまでの予め定められた範囲にわたって光学系と観察対象物とを相対的に移動させ、取得された画素データに基づいて、受光素子の出力信号のレベルが予め定められたレベルよりも高い状態から受光素子の出力信号のレベルが予め定められたレベル以下に変化する複数の時点における光学系と観察対象物との相対的な複数の位置をそれぞれ検出し、検出された複数の位置を含むように当該単位領域についての移動範囲を設定してもよい。
【００２８】
この場合、第１の距離から第２の距離になるまでの予め定められた範囲にわたって光学系と観察対象物とを相対的に移動させても移動範囲が設定されない場合に、初期位置から光学系と観察対象物との相対的な距離が第１の距離よりも小さい第３の距離から第２の距離よりも大きい第４の距離になるまで光学系と観察対象物とが相対的に移動する。受光素子の出力信号のレベルが予め定められたレベルよりも高い状態から予め定められたレベル以下に変化する複数の時点における光学系と観察対象物との相対的な複数の位置がそれぞれ検出される。
【００２９】
このように、移動範囲設定処理において、光学系と観察対象物との相対的な複数の位置を検出するための光学系と観察対象物との相対的な距離範囲が拡大された状態で光学系と観察対象物とが相対的に移動し、光学系と観察対象物との相対的な複数の位置がそれぞれ検出される。これにより、光学系と観察対象物との相対的な複数の位置を広い範囲に渡って検出することができるので、広い範囲に渡って正確に各単位領域についての移動範囲を設定することが可能となる。
【００３０】
（７）第２の発明に係る対象物観察方法は、観察対象物の表面の状態を観察する顕微鏡システムが備える光学系と観察対象物とを相対的に移動させる範囲を設定するための対象物観察方法であって、光学系により観察対象物の表面に設定された単位領域に集光しつつ光を照射するとともに、単位領域に照射された光を受光素子に導くステップと、単位領域に垂直な方向に沿った複数の位置で単位領域内での光学系による光の照射が行われるように光学系と観察対象物とを相対的に移動させるステップと、観察範囲として複数の単位領域を設定するステップと、設定された複数の単位領域の各々について、光学系と観察対象物との相対的な移動範囲を設定する移動範囲設定処理を行い、光学系および相対的移動部を制御することにより移動範囲設定処理において設定された移動範囲内で光学系と観察対象物とを相対的に移動させるとともに受光素子の出力信号に基づいて当該単位領域についての複数の画素データを取得する測定処理を行うステップとを備え、複数の単位領域を設定するステップは、隣接する単位領域間で重複部分が形成されるように複数の単位領域を設定するステップを含み、移動範囲設定処理を行い、測定処理を行うステップは、各単位領域についての移動範囲設定処理において、光学系と観察対象物との相対的な初期位置を決定し、決定された初期位置から光学系と観察対象物とが近づく方向および遠ざかる方向に光学系と観察対象物とを相対的に移動させるとともに複数の画素データを取得し、取得された画素データに基づいて移動範囲を設定し、最初の単位領域を除く各単位領域については、隣接する他の単位領域の測定処理時に取得された画素データのうち当該単位領域の重複部分についての画素データに基づいて当該単位領域の少なくとも一部に光学系の焦点が合うように光学系と初期位置を決定するステップを含むものである。
【００３１】
この対象物観察方法においては、観察範囲として複数の単位領域が設定される。このとき、隣接する単位領域間では、重複部分が形成される。複数の単位領域の各々について、移動範囲設定処理により光学系と観察対象物との相対的な移動範囲が設定され、測定処理により当該単位領域に設定された移動範囲内で光学系と観察対象物とが相対的に移動されるとともに受光素子の出力信号に基づいて当該単位領域についての複数の画素データが取得される。
【００３２】
各単位領域についての移動範囲設定処理において、光学系と観察対象物との相対的な初期位置が決定される。決定された初期位置から光学系と観察対象物とが近づく方向および遠ざかる方向に光学系と観察対象物とが相対的に移動されるとともに複数の画素データが取得される。複数の画素データに基づいて当該単位領域について光学系と観察対象物との相対的な移動範囲が設定される。
【００３３】
最初の単位領域を除く各単位領域については、隣接する他の単位領域の測定処理時に取得された画素データのうち当該単位領域の重複部分についての画素データに基づいて、当該単位領域の少なくとも一部に光学系の焦点が合うように光学系と観察対象物との相対的な初期位置が決定される。
【００３４】
これにより、光学系と観察対象物とが初期位置にある状態で、当該単位領域の少なくとも一部から受光素子に光が導かれる。決定された初期位置から光学系と観察対象物とが近づく方向および遠ざかる方向に光学系と観察対象物とが相対的に移動されることにより、当該単位領域の少なくとも一部に光学系の焦点が合う状態から当該単位領域に光学系の焦点が合わなくなるときの光学系と観察対象物との相対的な位置を検出することができる。検出された位置に基づいて当該単位領域について光学系と観察対象物との相対的な移動範囲を適切に設定することができる。
【００３５】
上記のように、最初の単位領域を除く各単位領域については、当該単位領域についての移動範囲設定処理において、重複部分について既に取得された画素データに基づいて初期位置を決定することができる。そのため、初期位置を決定するために画素データを取得する必要がない。したがって、初期位置を短時間で設定することができる。その結果、複数の単位領域についての複数の画素データを短時間で効率的に取得することができる。
【００３６】
（８）第３の発明に係る対象物観察プログラムは、観察対象物の表面の状態を観察する顕微鏡システムが備える光学系と観察対象物とを相対的に移動させる範囲を設定する処理を処理装置に実行させる対象物観察プログラムであって、光学系により観察対象物の表面に設定された単位領域に集光しつつ光を照射するとともに、単位領域に照射された光を受光素子に導く処理と、単位領域に垂直な方向に沿った複数の位置で単位領域内での光学系による光の照射が行われるように光学系と観察対象物とを相対的に移動させる処理と、観察範囲として複数の単位領域を設定する処理と、設定された複数の単位領域の各々について、光学系と観察対象物との相対的な移動範囲を設定する移動範囲設定処理を行い、光学系および相対的移動部を制御することにより移動範囲設定処理において設定された移動範囲内で光学系と観察対象物とを相対的に移動させるとともに受光素子の出力信号に基づいて当該単位領域についての複数の画素データを取得する測定処理を行う処理とを、処理装置に実行させ、複数の単位領域を設定する処理は、隣接する単位領域間で重複部分が形成されるように複数の単位領域を設定する処理を含み、移動範囲設定処理を行い、測定処理を行う処理は、各単位領域についての移動範囲設定処理において、光学系と観察対象物との相対的な初期位置を決定し、決定された初期位置から光学系と観察対象物とが近づく方向および遠ざかる方向に光学系と観察対象物とを相対的に移動させるとともに複数の画素データを取得し、取得された画素データに基づいて移動範囲を設定し、最初の単位領域を除く各単位領域については、隣接する他の単位領域の測定処理時に取得された画素データのうち当該単位領域の重複部分についての画素データに基づいて当該単位領域の少なくとも一部に光学系の焦点が合うように光学系と初期位置を決定する処理を含むものである。
【００３７】
この対象物観察プログラムにおいては、観察範囲として複数の単位領域が設定される。このとき、隣接する単位領域間では、重複部分が形成される。複数の単位領域の各々について、移動範囲設定処理により光学系と観察対象物との相対的な移動範囲が設定され、測定処理により当該単位領域に設定された移動範囲内で光学系と観察対象物とが相対的に移動されるとともに受光素子の出力信号に基づいて当該単位領域についての複数の画素データが取得される。
【００３８】
各単位領域についての移動範囲設定処理において、光学系と観察対象物との相対的な初期位置が決定される。決定された初期位置から光学系と観察対象物とが近づく方向および遠ざかる方向に光学系と観察対象物とが相対的に移動されるとともに複数の画素データが取得される。複数の画素データに基づいて当該単位領域について光学系と観察対象物との相対的な移動範囲が設定される。
【００３９】
最初の単位領域を除く各単位領域については、隣接する他の単位領域の測定処理時に取得された画素データのうち当該単位領域の重複部分についての画素データに基づいて、当該単位領域の少なくとも一部に光学系の焦点が合うように光学系と観察対象物との相対的な初期位置が決定される。
【００４０】
これにより、光学系と観察対象物とが初期位置にある状態で、当該単位領域の少なくとも一部から受光素子に光が導かれる。決定された初期位置から光学系と観察対象物とが近づく方向および遠ざかる方向に光学系と観察対象物とが相対的に移動されることにより、当該単位領域の少なくとも一部に光学系の焦点が合う状態から当該単位領域に光学系の焦点が合わなくなるときの光学系と観察対象物との相対的な位置を検出することができる。検出された位置に基づいて当該単位領域について光学系と観察対象物との相対的な移動範囲を適切に設定することができる。
【００４１】
上記のように、最初の単位領域を除く各単位領域については、当該単位領域についての移動範囲設定処理において、重複部分について既に取得された画素データに基づいて初期位置を決定することができる。そのため、初期位置を決定するために画素データを取得する必要がない。したがって、初期位置を短時間で設定することができる。その結果、複数の単位領域についての複数の画素データを短時間で効率的に取得することができる。
【発明の効果】
【００４２】
本発明によれば、複数の単位領域について測定対象物と対物レンズとの間の相対的な距離の範囲を短時間で効率的に設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の一実施の形態に係る共焦点顕微鏡システムの構成を示すブロック図である。
【図２】Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向を定義するための図である。
【図３】画素データの取得範囲に４個の単位領域が設定される例を示す図である。
【図４】１つの画素において観察対象物のＺ方向の位置と受光素子の受光強度との関係を示す図である。
【図５】画素データの取得範囲の設定前における表示部の表示例を示す図である。
【図６】１つの画素についての対物レンズのＺ方向の位置と有効な画素データの値との関係を説明するための図である。
【図７】評価値を用いたピーク位置探索処理を説明するための図である。
【図８】高さ画像データおよび超深度画像データの生成時における対物レンズ３のＺ方向の上限位置および下限位置の設定方法を説明するための図である。
【図９】表面に段差を有する観察対象物と対物レンズとの位置関係を示す模式図である。
【図１０】図９の観察対象物に対してレーザ光を走査させることにより得られる対物レンズのＺ方向の位置と評価値との関係を示す図である。
【図１１】共焦点顕微鏡システムにおいて実行される対象物観察処理を示すフローチャートである。
【図１２】共焦点顕微鏡システムにおいて実行される対象物観察処理を示すフローチャートである。
【図１３】図１１の上下限自動設定処理を示すフローチャートである。
【図１４】図１１の上下限自動設定処理を示すフローチャートである。
【図１５】図１１の上下限自動設定処理を示すフローチャートである。
【図１６】図１４および図１５の境界位置探索処理を示すフローチャートである。
【図１７】図１４および図１５の境界位置探索処理を示すフローチャートである。
【図１８】図１４および図１５の境界位置探索処理を示すフローチャートである。
【図１９】境界位置探索処理の他の例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
本発明の一実施の形態に係る顕微鏡システムについて図面を参照しながら説明する。以下では、顕微鏡システムの一例として共焦点顕微鏡システムを説明する。
【００４５】
（１）共焦点顕微鏡システムの基本構成
図１は、本発明の一実施の形態に係る共焦点顕微鏡システム５００の構成を示すブロック図である。図１に示すように、共焦点顕微鏡システム５００は、測定部１００、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）２００、制御部３００および表示部４００を備える。測定部１００は、レーザ光源１０、Ｘ−Ｙスキャン光学系２０、受光素子３０、照明用白色光源４０、カラーＣＣＤ（電荷結合素子）カメラ５０およびステージ６０を含む。ステージ６０上には、観察対象物Ｓが載置される。
【００４６】
レーザ光源１０は、例えば半導体レーザである。レーザ光源１０から出射されたレーザ光は、レンズ１により平行光に変換された後、ハーフミラー４を透過してＸ−Ｙスキャン光学系２０に入射する。なお、レーザ光源１０に代えて水銀ランプ等の他の光源が用いられてもよい。この場合、水銀ランプ等の光源とＸ−Ｙスキャン光学系２０との間に帯域通過フィルタが配置される。水銀ランプ等の光源から出射された光は、帯域通過フィルタを通過することにより単色光となり、Ｘ−Ｙスキャン光学系２０に入射する。
【００４７】
Ｘ−Ｙスキャン光学系２０は、例えばガルバノミラーである。Ｘ−Ｙスキャン光学系２０は、ステージ６０上の観察対象物Ｓの表面上においてレーザ光をＸ方向およびＹ方向に走査する機能を有する。Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向の定義については後述する。Ｘ−Ｙスキャン光学系２０により走査されたレーザ光は、ハーフミラー５により反射された後、ハーフミラー６を透過し、対物レンズ３によりステージ６０上の観察対象物Ｓに集光される。なお、ハーフミラー４〜６に代えて偏光ビームスプリッタが用いられてもよい。
【００４８】
観察対象物Ｓにより反射されたレーザ光は、対物レンズ３およびハーフミラー６を透過した後、ハーフミラー５により反射され、Ｘ−Ｙスキャン光学系２０を透過する。Ｘ−Ｙスキャン光学系２０を透過したレーザ光は、ハーフミラー４により反射され、レンズ２により集光され、ピンホール部材７のピンホールおよびＮＤ（Neutral Density）フィルタ８を透過して受光素子３０に入射する。このように、本実施の形態においては反射型の共焦点顕微鏡システム５００が用いられるが、観察対象物Ｓが細胞等の透明体である場合には、透過型の共焦点顕微鏡システムが用いられてもよい。
【００４９】
ピンホール部材７のピンホールは、レンズ２の焦点位置に配置される。ＮＤフィルタ８は、受光素子３０に入射するレーザ光の強度を減衰させるために用いられる。そのため、レーザ光の強度が十分減衰されている場合には、ＮＤフィルタ８は設けられなくてもよい。
【００５０】
本実施の形態では、受光素子３０は光電子増倍管である。受光素子３０としてフォトダイオードおよび増幅器を用いてもよい。受光素子３０は、受光量に対応するアナログの電気信号（以下、受光信号と呼ぶ）を出力する。制御部３００は、２つのＡ／Ｄ変換器（アナログ／デジタル変換器）、ＦＩＦＯ（First In First Out）メモリおよびＣＰＵ（中央演算処理装置）を含む。受光素子３０から出力される受光信号は、制御部３００の１つのＡ／Ｄ変換器により一定のサンプリング周期でサンプリングされるとともにデジタル信号に変換される。Ａ／Ｄ変換器から出力されるデジタル信号は、ＦＩＦＯメモリに順次蓄積される。ＦＩＦＯメモリに蓄積されたデジタル信号は画素データとして順次ＰＣ２００に転送される。
【００５１】
照明用白色光源４０は、例えばハロゲンランプまたは白色ＬＥＤ（発光ダイオード）である。照明用白色光源４０により発生された白色光は、ハーフミラー６により反射された後、対物レンズ３によりステージ６０上の観察対象物Ｓに集光される。
【００５２】
観察対象物Ｓにより反射された白色光は、対物レンズ３、ハーフミラー６およびハーフミラー５を透過してカラーＣＣＤカメラ５０に入射する。カラーＣＣＤカメラ５０に代えてＣＭＯＳ（相補性金属酸化膜半導体）イメージセンサ等の撮像素子が用いられてもよい。カラーＣＣＤカメラ５０は、受光量に対応する電気信号を出力する。カラーＣＣＤカメラ５０の出力信号は、制御部３００の他の１つのＡ／Ｄ変換器により一定のサンプリング周期でサンプリングされるとともにデジタル信号に変換される。Ａ／Ｄ変換器から出力されるデジタル信号は、カメラデータとして順次ＰＣ２００に転送される。
【００５３】
制御部３００は、画素データおよびカメラデータをＰＣ２００に与えるとともに、ＰＣ２００からの指令に基づいて受光素子３０の受光感度（ゲイン）およびカラーＣＣＤカメラ５０を制御する。また、制御部３００は、ＰＣ２００からの指令に基づいてＸ−Ｙスキャン光学系２０を制御することによりレーザ光を観察対象物Ｓ上でＸ方向およびＹ方向に走査させる。
【００５４】
対物レンズ３は、レンズ駆動部６３によりＺ方向に移動可能に設けられる。制御部３００は、ＰＣ２００からの指令に基づいてレンズ駆動部６３を制御することにより対物レンズ３をＺ方向に移動させることができる。これにより、対物レンズ３に対する観察対象物Ｓの相対的なＺ方向の位置を変化させることができる。
【００５５】
ＰＣ２００は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）２１０、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）２２０、作業用メモリ２３０および記憶装置２４０を含む。ＲＯＭ２２０には、システムプログラムが記憶される。作業用メモリ２３０は、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）からなり、種々のデータの処理のために用いられる。記憶装置２４０は、ハードディスク等からなる。記憶装置２４０には、対象物観察プログラムが記憶されるとともに、制御部３００から与えられる画素データおよびカメラデータ等の種々のデータを保存するために用いられる。対象物観察プログラムの詳細は後述する。
【００５６】
ＣＰＵ２１０は、制御部３００から与えられる画素データに基づいて画像データを生成する。以下、画素データに基づいて生成される画像データを共焦点画像データと呼ぶ。また、共焦点画像データに基づいて表示される画像を共焦点画像と呼ぶ。
【００５７】
ＣＰＵ２１０は、制御部３００から与えられるカメラデータに基づいて画像データを生成する。以下、カメラデータに基づいて生成される画像データをカメラ画像データと呼ぶ。また、カメラ画像データに基づいて表示される画像をカメラ画像と呼ぶ。
【００５８】
ＣＰＵ２１０は、生成した共焦点画像データおよびカメラ画像データに作業用メモリ２３０を用いて各種処理を行うとともに、共焦点画像データに基づく共焦点画像およびカメラ画像データに基づくカメラ画像を表示部４００に表示させる。また、ＣＰＵ２１０は、後述するステージ駆動部６２に駆動パルスを与える。
【００５９】
表示部４００は、例えば液晶ディスプレイパネルまたは有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）パネルにより構成される。
【００６０】
ステージ６０は、Ｘ方向移動機構、Ｙ方向移動機構およびＺ方向移動機構を有する。Ｘ方向移動機構、Ｙ方向移動機構およびＺ方向移動機構には、ステッピングモータが用いられる。
【００６１】
ステージ６０のＸ方向移動機構、Ｙ方向移動機構およびＺ方向移動機構は、ステージ操作部６１およびステージ駆動部６２により駆動される。使用者は、ステージ操作部６１を手動で操作することにより、ステージ６０を対物レンズ３に対して相対的にＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向に移動させることができる。
【００６２】
ステージ駆動部６２は、ＰＣ２００より与えられる駆動パルスに基づいて、ステージ６０のステッピングモータに電流を供給することにより、ステージ６０を対物レンズ３に相対的にＸ方向、Ｙ方向またはＺ方向に移動させることができる。
【００６３】
（２）共焦点画像、超深度画像および高さ画像
図２は、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向を定義するための図である。図２に示すように、対物レンズ３により集光されたレーザ光が観察対象物Ｓに照射される。本実施の形態においては、対物レンズ３の光軸の方向をＺ方向と定義する。また、Ｚ方向と直交する面において、互いに直交する二方向をそれぞれＸ方向およびＹ方向と定義する。Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向を矢印Ｘ，Ｙ，Ｚでそれぞれ示す。
【００６４】
Ｚ方向において対物レンズ３に対する観察対象物Ｓの表面の相対的な位置を観察対象物ＳのＺ方向の位置と呼ぶ。共焦点画像データの生成は、単位領域ごとに行なわれる。単位領域は対物レンズ３の倍率により定まる。
【００６５】
観察対象物ＳのＺ方向の位置が一定の状態で、Ｘ−Ｙスキャン光学系２０により単位領域内のＹ方向の端部でレーザ光がＸ方向に走査される。Ｘ方向の走査が終了すると、レーザ光がＸ−Ｙスキャン光学系２０によりＹ方向に一定の間隔変移される。この状態でレーザ光がＸ方向に走査される。単位領域内でレーザ光のＸ方向の走査およびＹ方向の変移が繰り返されることにより、単位領域のＸ方向およびＹ方向の走査が終了する。次に、対物レンズ３がＺ方向に移動される。それにより、対物レンズ３のＺ方向の位置が前回と異なる一定の状態で、単位領域のＸ方向およびＹ方向の走査が行なわれる。観察対象物ＳのＺ方向の複数の位置で単位領域のＸ方向およびＹ方向の走査が行なわれる。
【００６６】
観察対象物ＳのＺ方向の位置ごとにＸ方向およびＹ方向の走査により共焦点画像データが生成される。これにより、単位領域内でＺ方向の位置が異なる複数の共焦点画像データが生成される。
【００６７】
ここで、共焦点画像データのＸ方向の画素数は、Ｘ−Ｙスキャン光学系２０によるレーザ光のＸ方向の走査速度と制御部３００のサンプリング周期とにより定まる。１回のＸ方向の走査（１本の走査線）におけるサンプリング数がＸ方向の画素数となる。また、単位領域の共焦点画像データのＹ方向の画素数は、Ｘ方向の走査の終了ごとのＸ−Ｙスキャン光学系２０によるレーザ光のＹ方向の変移量により定まる。Ｙ方向における走査線の数がＹ方向の画素数となる。さらに、単位領域の共焦点画像データの数は、観察対象物ＳのＺ方向の移動回数により定まる。単位領域の複数の共焦点画像データに基づいて、後述する方法で超深度画像データおよび高さ画像データが生成される。
【００６８】
図２の例では、まず、ステージ６０の最初の位置で単位領域ｓ１における観察対象物Ｓの複数の共焦点画像データが生成されるとともに単位領域ｓ１の超深度画像データおよび高さ画像データが生成される。続いて、ステージ６０が順次移動することにより単位領域ｓ２〜ｓ４における観察対象物Ｓの複数の共焦点画像データが生成されるとともに単位領域ｓ２〜ｓ４の超深度画像データおよび高さ画像データが生成される。この場合、隣接する単位領域の一部が互いに重なるように、単位領域ｓ１〜ｓ４が設定される。互いに重なる単位領域の一部の超深度画像データおよび高さ画像データを用いてパターンマッチングを行うことにより、複数の単位領域ｓ１〜ｓ４の超深度画像データおよび高さ画像データを高い精度で連結することができる。本実施の形態においては、互いに隣接する複数の単位領域が重なる部分を重複部分と呼ぶ。
【００６９】
図３は、画素データの取得範囲に４個の単位領域ｓ１〜ｓ４が設定される例を示す図である。図３の例では、単位領域ｓ１〜ｓ４が２行２列で設定される。１行目に単位領域ｓ１，ｓ２が並び、２行目に単位領域ｓ３，ｓ４が並ぶ。
【００７０】
この場合、横方向（行方向）において互いに隣接する単位領域ｓ１と単位領域ｓ２との間で重複部分ｏｖが設定される。また、縦方向（列方向）において互いに隣接する単位領域ｓ１と単位領域ｓ３との間で重複部分ｏｖが設定される。さらに、斜め方向において互いに隣接する単位領域ｓ１と単位領域ｓ４との間で重複部分ｏｖが設定される。同様に、互いに隣接する各２つの単位領域間でそれぞれ重複部分ｏｖが設定される。図３では、重複部分ｏｖにハッチングが施されている。
【００７１】
図４は、１つの画素において観察対象物ＳのＺ方向の位置と受光素子３０の受光強度との関係を示す図である。図１に示したように、ピンホール部材７のピンホールはレンズ２の焦点位置に配置される。そのため、観察対象物Ｓの表面が対物レンズ３の焦点位置にあるときに、観察対象物Ｓにより反射されたレーザ光がピンホール部材７のピンホールの位置に集光される。それにより、観察対象物Ｓにより反射されたレーザ光の大部分がピンホール部材７のピンホールを通過して受光素子３０に入射する。この場合、受光素子３０の受光強度は最大になる。それにより、受光素子３０から出力される受光信号の電圧値は最大となる。
【００７２】
一方、観察対象物Ｓが対物レンズ３の焦点位置が外れた位置にあるときには、観察対象物Ｓにより反射されたレーザ光はピンホール部材７のピンホールの前または後の位置に集光される。それにより、観察対象物Ｓにより反射されたレーザ光の多くはピンホール部材７のピンホールの周囲の部分で遮られ、受光素子３０の受光強度は低下する。それにより、受光素子３０から出力される受光信号の電圧値は低下する。
【００７３】
このように、観察対象物Ｓの表面が対物レンズ３の焦点位置にある状態で受光素子３０の受光強度分布にピークが現れる。各単位領域の複数の共焦点画像データから、画素ごとにＺ方向における受光強度分布が得られる。それにより、画素ごとに受光強度分布のピーク位置とピーク強度（ピークの受光強度）とが得られる。
【００７４】
各単位領域に対応する複数の画素についてのＺ方向におけるピーク位置を表すデータを高さ画像データと呼び、高さ画像データに基づいて表示される画像を高さ画像と呼ぶ。高さ画像は、観察対象物Ｓの表面形状を表す。また、各単位領域に対応する複数の画素についてのピーク強度を表すデータを超深度画像データと呼び、超深度画像データに基づいて表される画像を超深度画像と呼ぶ。超深度画像は、観察対象物Ｓの表面のすべての部分にピントが合った状態で得られる画像である。ＰＣ２００は、制御部３００から与えられる単位領域の複数の画素データに基づいて単位領域の複数の共焦点画像データを生成し、複数の共焦点画像データに基づいて単位領域の高さ画像データおよび超深度画像データを生成する。以下、高さ画像データおよび超深度画像データを総称して表面画像データと呼び、高さ画像および超深度画像を総称して表面の画像と呼ぶ。
【００７５】
（３）画素データの取得範囲（観察範囲）の設定
図５は、画素データの取得範囲の設定前における表示部４００の表示例を示す図である。図５に示すように、表示部４００の画面上には、画像表示領域４１０および条件設定領域４２０が表示される。画像表示領域４１０には、共焦点画像データに基づく共焦点画像またはカメラ画像データに基づくカメラ画像が表示される。条件設定領域４２０には、範囲設定ボタン４２１および取得開始ボタン４２２が表示される。
【００７６】
使用者は、図１の共焦点顕微鏡システム５００のステージ６０に観察対象物Ｓを載置する。制御部３００は、カメラデータを順次ＰＣ２００に与える。ＰＣ２００のＣＰＵ２１０は、制御部３００により与えられたカメラデータに基づいてカメラ画像データを生成し、観察対象物Ｓのカメラ画像を表示部４００の画像表示領域４１０に表示させる。この場合、使用者は、ステージ６０をＸ方向またはＹ方向に移動させることにより画像表示領域４１０に表示される観察対象物Ｓのカメラ画像の範囲を変更することができる。
【００７７】
使用者は、ＰＣ２００に接続されたマウス等のポインティングデバイスを用いて条件設定領域４２０の範囲設定ボタン４２１を操作する。これにより、ＰＣ２００のＣＰＵ２１０は、表示部４００に画素データの取得範囲の設定画面（図示せず）を表示させる。使用者は、取得範囲の設定画面が表示された状態で、ポインティングデバイスを用いて画素データの取得範囲を設定する。
【００７８】
ＰＣ２００のＣＰＵ２１０は、設定された取得範囲が単位領域よりも大きい場合、設定された取得範囲にｎ個（ｎは２以上の自然数）の単位領域を設定する。この場合、ＣＰＵ２１０は、互いに隣接する各２つの単位領域間に重複部分ｏｖを設定する。以下では、取得範囲が単位領域よりも大きい場合に設定される複数の単位領域をそれぞれ１番目〜ｎ番目の単位領域と呼ぶ。
【００７９】
画素データの取得範囲が設定された後、使用者は、条件設定領域４２０の取得開始ボタン４２２を操作する。これにより、ＰＣ２００のＣＰＵ２１０は、１番目の単位領域について、本発明の移動範囲設定処理に対応する処理として上下限自動設定処理を実行する。
【００８０】
上下限自動設定処理は、高さ画像データおよび超深度画像データの生成時に移動する対物レンズ３のＺ方向における上限位置および下限位置を設定する処理である。上下限自動設定処理の詳細は後述する。
【００８１】
上下限自動設定処理の実行後、ＰＣ２００のＣＰＵ２１０は、設定された上限位置と下限位置との間のＺ方向の複数の位置でレーザ光をＸ方向およびＹ方向に走査させ、１番目の単位領域における複数の画素データを取得する。これにより、１番目の単位領域内においてＺ方向の異なる複数の位置に対応する複数の共焦点画像データが生成され、生成された複数の共焦点画像データに基づいて表面画像データ（高さ画像データおよび超深度画像データ）が生成される。
【００８２】
続いて、ＰＣ２００のＣＰＵ２１０は、２番目の単位領域について後述する上下限自動設定処理を実行する。また、ＰＣ２００のＣＰＵ２１０は、設定された上限位置と下限位置との間のＺ方向の複数の位置でレーザ光をＸ方向およびＹ方向に走査させ、２番目の単位領域における複数の画素データを取得する。これにより、２番目の単位領域において、Ｚ方向の異なる複数の位置に対応する複数の共焦点画像データが生成され、生成された複数の共焦点画像データに基づいて表面画像データが生成される。
【００８３】
以後同様に、ＰＣ２００のＣＰＵ２１０は、３番目〜ｎ番目の単位領域についても、それぞれ上下限自動設定処理を実行するとともに複数の画素データを取得する。このようにして、全ての単位領域について表面画像データが生成される。
【００８４】
最後に、ＰＣ２００のＣＰＵ２１０は、生成された全て（１番目〜ｎ番目）の単位領域の表面画像データを連結し、連結された表面画像データに基づく観察対象物Ｓの表面の画像を表示部４００に表示させる。
【００８５】
以下、１番目の単位領域について実行される上下限自動設定処理を１番目の上下限自動設定処理と呼び、２番目以降のｍ（ｍは２以上ｎ以下の自然数）番目の単位領域について実行される上下限自動設定処理をｍ番目の上下限自動設定処理と呼ぶ。
【００８６】
本実施の形態において、１番目の上下限自動設定処理は、ｍ番目の上下限自動設定処理とは異なる。ｍ番目の上下限自動設定処理では、ｍ番目の単位領域とそのｍ番目の単位領域に隣接する単位領域との間の重複部分ｏｖにおいて既に取得された複数の画素データが用いられる。それにより、ｍ番目以降の上下限自動設定処理は、１番目の上下限自動設定処理に比べて単純化される。１番目の上下限自動設定処理およびｍ番目の上下限自動設定処理の詳細について説明する。
【００８７】
（４）１番目の上下限自動設定処理
１番目の上下限自動設定処理の詳細を説明する。図６は、１つの画素についての対物レンズ３のＺ方向の位置と有効な画素データの値との関係を説明するための図である。図６において、縦軸は画素データの値を表し、横軸は対物レンズ３のＺ方向の位置を表す。図６の横軸においては、左から右に向かって対物レンズ３のＺ方向の位置が高くなる。
【００８８】
以下では、受光素子３０の出力信号のレベルとして、画素データの値を用いる。また、受光素子３０の出力信号の予め定められたレベルとしてノイズレベルｎｌを用いる。
【００８９】
画素データは受光素子３０から出力される受光信号に対応するデジタル信号である。そのため、画素データの値は、受光素子３０のゲインが大きくなるほど大きく、受光素子３０のゲインが小さくなるほど小さい。また、画素データはＡ／Ｄ変換器から出力される。したがって、画素データの上限値は、Ａ／Ｄ変換器の出力レンジの上限値（以下、出力上限値ｍａｘと呼ぶ）である。
【００９０】
画素データの値が出力上限値ｍａｘで飽和すると、受光素子３０の受光強度に対応する画素データの値を得ることができない。また、画素データの値がノイズレベルｎｌ以下であると、画素データのピークを受光素子３０のノイズから明確に識別することはできない。以下では、出力上限値ｍａｘよりも小さく、ノイズレベルｎｌよりも大きい画素データの値を有効な画素データの値と呼ぶ。
【００９１】
図６においては、有効な画素データの値の範囲が矢印ＨＬで示される。この場合、曲線ｌ１で示すように、受光素子３０に任意の第１のゲインが設定されているときに、１つの画素についての画素データの値は、対物レンズ３がピーク位置ｚ０よりも低い位置ｍａ１からピーク位置ｚ０よりも高い位置ｍｂ１までの範囲にある状態で有効となる。
【００９２】
したがって、１つの画素についての有効な画素データの値を取得するための対物レンズ３のＺ方向の上限位置および下限位置は、出力上限値ｍａｘおよびノイズレベルｎｌに応じて定まる。
【００９３】
図６に曲線ｌ２で示すように、受光素子３０に第１のゲインよりも小さい第２のゲインが設定されると、画素データの値は、受光素子３０に第１のゲインが設定されている場合に比べて全体的に小さくなる。この場合、１つの画素についての画素データの値は、対物レンズ３が位置ｍａ１よりも高い位置ｍａ２から位置ｍｂ１よりも低い位置ｍｂ２までの範囲にある状態で有効となる。このように、受光素子３０に設定されるゲインが変化すると、有効な画素データの値を得ることができる対物レンズ３のＺ方向の上限位置および下限位置も変化する。
【００９４】
１つの画素についての上限位置および下限位置を設定する場合には、ピーク位置ｚ０における画素データの値が出力上限値ｍａｘにできる限り近づくようにゲインを設定する。この場合、画素データのピークがノイズレベルｎｌよりも十分に大きくなる。したがって、画素データのピークを受光素子３０のノイズから明確に識別することが可能となる。
【００９５】
ここで、１つの画素についての上限位置および下限位置を設定する場合には、まず、焦点が観察対象物Ｓの表面に合うように対物レンズ３をＺ方向に移動させる。すなわち、対物レンズ３を初期位置としてピーク位置ｚ０に移動させる。対物レンズ３がピーク位置ｚ０にある場合には、画素データの値が確実に有効となる。この場合、対物レンズ３をピーク位置ｚ０から上に向かう方向および下に向かう方向に移動させることにより、対物レンズ３の焦点が観察対象物Ｓの表面から十分にずれるとき、すなわち画素データの値がノイズレベルｎｌ以下となるときの対物レンズ３の位置を検出することができる。検出された位置に基づいて、対物レンズ３のＺ方向の上限位置および下限位置を適切に設定することができる。
【００９６】
このように、対物レンズ３のＺ方向の上限位置および下限位置を設定することにより、有効な画素データが得られない範囲で対物レンズ３をＺ方向に移動させる必要がなくなる。その結果、対物レンズ３のＺ方向の上限位置および下限位置を設定するための処理の時間を短くすることができる。
【００９７】
また、この場合、対物レンズ３のＺ方向の下限位置は、対物レンズ３の焦点位置が観察対象物Ｓの表面よりも下方に移動し、画素データの値が有効な値からノイズレベルｎｌ以下となる時点の位置に設定される。そのため、対物レンズ３のＺ方向の下限位置が設定されるときに、対物レンズ３が下方に移動しすぎることにより観察対象物Ｓの表面に衝突することが防止される。
【００９８】
本実施の形態では、１番目の上下限自動設定処理時に、後述する評価値を用いて上記のピーク位置ｚ０に対応する対物レンズ３のＺ方向の位置（後述する評価ピーク位置Ｅｚ０）を検出するとともに、受光素子３０のゲインを調整するためのピーク位置探索処理が行われる。
【００９９】
図７は、評価値を用いたピーク位置探索処理を説明するための図である。ここで、評価値は、観察対象物Ｓの表面のうち予め定められた領域についての複数の画素データの値に基づいて算出される値である。本実施の形態では、評価値は、単位領域についての全ての画素データの値の和である。評価値がピーク値を示すときの対物レンズ３のＺ方向の位置を評価ピーク位置Ｅｚ０と呼ぶ。また、Ａ／Ｄ変換器の出力上限値ｍａｘと評価値を算出するための複数の画素データの数（本例では、単位領域の全画素データの数）との乗算値を出力上限値Ｅｍａｘと呼ぶ。さらに、ノイズレベルｎｌと評価値を算出するための複数の画素データの数（本例では、単位領域の全画素データの数）との乗算値をノイズ評価レベルＥｎｌと呼ぶ。
【０１００】
以下では、受光素子３０の出力信号のレベルとして、後述する評価値を用いる。また、受光素子３０の出力信号の予め定められられたレベルとして後述するノイズ評価レベルＥｎｌを用いる。
【０１０１】
図７（ａ）に対物レンズ３のＺ方向の位置と評価値との関係が示される。図７（ａ）において、縦軸は評価値を表し、横軸は対物レンズ３のＺ方向の位置を表す。図７（ａ）の横軸においては、左から右に向かって対物レンズ３のＺ方向の位置が高くなる。
【０１０２】
ピーク位置探索処理の開始時においては、受光素子３０のゲインは、算出される評価値が評価上限値Ｅｍａｘよりも小さくかつノイズ評価レベルＥｎｌよりも十分に大きくなるように設定される。本例では、受光素子３０のゲインは、算出される評価値が評価上限値Ｅｍａｘの１／２になるように設定される。
【０１０３】
その後、図７（ａ）に太い実線の矢印で示すように、対物レンズ３を現在のＺ方向の位置ｚｓ１（評価ピーク位置Ｅｚ０よりも低い位置）から徐々に上に向かう方向に移動させつつ設定されたゲインで単位領域についての全ての画素データを取得するとともに評価値を算出する。
【０１０４】
この場合、評価値は対物レンズ３が評価ピーク位置Ｅｚ０に到達するまでの間、指数関数的に増加する。そこで、このピーク位置探索処理においては、評価値が評価上限値Ｅｍａｘに達するごとに一定量ゲインを減少させる。
【０１０５】
これにより、対物レンズ３がＺ方向の位置ｚｓ１から評価ピーク位置Ｅｚ０に移動するまでの間、指数関数的に増加する評価値が評価上限値Ｅｍａｘで飽和することが防止される。その結果、評価ピーク位置Ｅｚ０の近傍では、最終的に受光素子３０のゲインが適切な値に設定される。
【０１０６】
評価値は受光素子３０のゲインが減少すると小さくなる。そのため、ピーク位置探索処理においては、受光素子３０のゲインの減少回数に基づいて、算出された評価値を補正する。
【０１０７】
本実施の形態では、算出された評価値にピーク位置探索処理の開始後の受光素子３０のゲインの減少回数と評価上限値Ｅｍａｘとの乗算値を加算することにより、評価値の補正を行う。これにより、対物レンズ３のＺ方向の全範囲に渡って、補正後の評価値と受光素子３０の受光強度とを近似的に対応付けることが可能となる。
【０１０８】
図７（ｂ）に対物レンズ３のＺ方向の位置と補正された評価値との関係が示される。図７（ｂ）において、縦軸は補正後の評価値を表し、横軸は対物レンズ３のＺ方向の位置を表す。図７（ｂ）の横軸においては、左から右に向かって対物レンズ３のＺ方向の位置が高くなる。
【０１０９】
図７（ｂ）に示すように、補正後の評価値は、受光素子３０の受光強度と同様に、ピーク値まで指数関数的に増加した後、ピーク値から指数関数的に減少する。これにより、対物レンズ３をＺ方向の一方向（上に向かう方向）に移動させることにより、補正後の評価値の増減が切り替わったか否かを判定する。補正後の評価値の増減が切り替わった場合には、対物レンズ３をＺ方向の一方向（上に向かう方向）にさらに移動させることにより、補正後の評価値がピーク値から予め定められた値ｐｉ２分減少したか否かを判定する。
【０１１０】
補正後の評価値がピーク値から値ｐｉ２分減少した場合には、補正後の評価値の増減が切り替わる前に補正後の評価値が予め定められた値ｐｉ１分増加したか否かを判定する。補正後の評価値が予め定められた値ｐｉ１分増加した場合には、評価値がピーク値を示すときの対物レンズ３の位置を評価ピーク位置Ｅｚ０として検出することができる。
【０１１１】
対物レンズ３のＺ方向に移動可能な範囲は、対物レンズ３の倍率により予め定められている。予め許容された対物レンズ３の下側の位置を下端位置ｚｔ１と呼び、予め許容された対物レンズ３の上側の位置を上端位置ｚｔ２と呼ぶ。
【０１１２】
最初に対物レンズ３が評価ピーク位置Ｅｚ０よりも高い位置ｚｓ２にある場合、対物レンズ３を上に向かう方向に移動させても評価ピーク位置Ｅｚ０を検出することはできない。この場合、図７（ｂ）に太い点線の矢印で示すように、対物レンズ３を上端位置ｚｔ２まで移動させた後、対物レンズ３を逆方向（下に向かう方向）に移動させる。これにより、上記と同様に、評価ピーク位置Ｅｚ０を検出することができる。
【０１１３】
画素データの値は、受光素子３０のノイズの影響により変化する。そこで、上記の値ｐｉ１，ｐｉ２は、例えばノイズレベルｎｌと評価値を算出するための複数の画素データの数（本例では、単位領域の全画素データの数）とのノイズ評価レベルＥｎｌよりも大きい値に設定される。これにより、補正後の評価値が受光素子３０のノイズの影響により変化する場合でも、評価ピーク位置Ｅｚ０が誤って検出されることが防止される。値ｐｉ１，ｐｉ２は、同じ値であってもよいし、互いに異なる値であってもよい。
【０１１４】
１番目の上下限自動設定処理においては、上記のように、ピーク位置探索処理により受光素子３０のゲインが調整されつつ評価ピーク位置Ｅｚ０が探索される。
【０１１５】
本例では、１番目の単位領域に対して対物レンズ３の焦点が合う位置として近似的に評価ピーク位置Ｅｚ０を用いる。対物レンズ３を初期位置として評価ピーク位置Ｅｚ０に移動させ、対物レンズ３のＺ方向の上限位置および下限位置を設定する。この場合、対物レンズ３の焦点位置に観察対象物Ｓの表面が存在する。そのため、後述するように、対物レンズ３のＺ方向の位置を評価ピーク位置Ｅｚ０から上に向かう方向に変化させつつ評価値を算出することにより、評価値がノイズ評価レベルＥｎｌ以下となる位置を、対物レンズ３のＺ方向の上限位置として適切に設定することができる。一方、対物レンズ３のＺ方向の位置を評価ピーク位置Ｅｚ０から下に向かう方向に変化させつつ評価値を算出することにより、評価値がノイズ評価レベルＥｎｌ以下となる位置を、対物レンズ３のＺ方向の下限位置として適切に設定することができる。
【０１１６】
図８は、高さ画像データおよび超深度画像データの生成時における対物レンズ３のＺ方向の上限位置および下限位置の設定方法を説明するための図である。
【０１１７】
この設定方法においては、まず、対物レンズ３をピーク位置探索処理により検出された評価ピーク位置Ｅｚ０に保持した状態で、単位領域のＸ方向およびＹ方向の走査を行い、単位領域についての全ての画素データを取得する。
【０１１８】
いずれかの画素データの値が出力上限値ｍａｘ（図６）である場合には、その画素データの値は有効ではない。そこで、受光素子３０のゲインを一定量減少させる。その後、再び単位領域のＸ方向およびＹ方向の走査を行うことにより、単位領域についての全ての画素データを取得する。
【０１１９】
上記のゲイン調整および画素データの取得を繰り返すことにより、全ての画素データの値が出力上限値ｍａｘ（図６）よりも小さくなった場合に、評価値が所定のしきい値以下であるか否かを判定する。本実施の形態では、所定のしきい値は、ノイズ評価レベルＥｎｌ（図７および図１０）である。評価値がノイズ評価レベルＥｎｌ（図７および図１０）以下でない場合、図８に太い実線の矢印ｎａで示すように、対物レンズ３を一定量上に向かう方向に移動させる。
【０１２０】
続いて、上記のゲイン調整、画素データの取得、画素データの判定動作および対物レンズ３の上に向かう方向への移動を繰り返す。それにより、評価値がノイズ評価レベルＥｎｌ以下であると判定されたときの対物レンズ３のＺ方向の位置を上限位置ＵＰとして設定する。
【０１２１】
受光素子３０のゲインが変化すると、取得される画素データの値も変化する。そこで、上限位置ＵＰの設定後、図８に太い実線の矢印ｎｂで示すように、最後に受光素子３０のゲインが減少された時点の位置Ｅｚ１まで対物レンズ３をＺ方向に移動させる。ピーク位置探索処理後上限位置ＵＰが設定されるまでの間、受光素子３０のゲインが変化しない場合には、対物レンズ３を評価ピーク位置Ｅｚ０までＺ方向に移動させる。この状態で、単位領域のＸ方向およびＹ方向の走査を行うことにより、単位領域についての全ての画素データを取得する。
【０１２２】
この場合においても、上記と同様に、いずれかの画素データの値が出力上限値ｍａｘ（図６）である場合には、受光素子３０のゲインを一定量減少させる。その後、再び単位領域のＸ方向およびＹ方向の走査を行うことにより、単位領域についての全ての画素データを取得する。
【０１２３】
上記のゲイン調整および画素データの取得を繰り返すことにより、全ての画素データの値が出力上限値ｍａｘ（図６）よりも小さくなった場合には、評価値がノイズ評価レベルＥｎｌ以下であるか否かを判定する。
【０１２４】
評価値がノイズ評価レベルＥｎｌ以下でない場合、図８に太い実線の矢印ｎｃで示すように、対物レンズ３を一定量下に向かう方向に移動させる。続いて、上記のゲイン調整、画素データの取得、画素データの判定動作および対物レンズ３の下に向かう方向への移動を繰り返す。それにより、評価値がノイズ評価レベルＥｎｌ以下であると判定されたときの対物レンズ３のＺ方向の位置を下限位置ＢＰとして設定する。
【０１２５】
上記のように、受光素子３０のゲインが変化すると、取得される画素データの値も変化し、有効な画素データの値を得ることができる対物レンズ３のＺ方向の範囲も変化する。すなわち、上限位置ＵＰの設定後下限位置ＢＰが設定されるまでの間に受光素子３０のゲインが変化すると、ゲインの変化量に応じて上限位置ＵＰも変化する。そこで、上限位置ＵＰの設定後の下限位置ＢＰの設定時に受光素子３０のゲインが減少された場合、図８に太い実線の矢印ｎｄで示すように、最後に受光素子３０のゲインが減少された時点の位置Ｅｚ２まで対物レンズ３をＺ方向に移動させる。
【０１２６】
その後、図８に太い実線の矢印ｎｅで示すように、再び上限位置ＵＰの探索を行う。上記のように、一度上限位置ＵＰおよび下限位置ＢＰが設定されている場合には、受光素子３０のゲインは十分に減少していると考えられる。そのため、再度の上限位置ＵＰの探索時には、受光素子３０のゲインはほとんど減少しない。したがって、受光素子３０が下限位置ＢＰの設定時のゲインとほぼ同じゲインに調整された状態で、上限位置ＵＰが再設定される。
【０１２７】
（５）ｍ番目以降の上下限自動設定処理
上述のように、ｍ番目の上下限自動設定処理では、ｍ番目の単位領域とそのｍ番目の単位領域に隣接する単位領域との間の重複部分ｏｖについて既に取得された複数の画素データが用いられる。以下、ｍ番目以降の上下限自動設定処理の詳細を説明する。
【０１２８】
ｍ番目以降の上下限自動設定処理が開始される場合には、ｍ番目の単位領域とそのｍ番目の単位領域に隣接する単位領域との間の重複部分ｏｖについての複数の画素データが既に取得されている。
【０１２９】
例えば、図３の２番目の単位領域ｓ２について２番目の上下限自動設定処理が開始される場合には、１番目の単位領域ｓ１と２番目の単位領域ｓ２との間の重複部分ｏｖについての複数の画素データが既に取得されている。同様に、図３の４番目の単位領域ｓ４について４番目の上下限自動設定処理が開始される場合には、２番目の単位領域ｓ２と４番目の単位領域ｓ４との間の重複部分ｏｖおよび３番目の単位領域ｓ３と４番目の単位領域ｓ４との間の重複部分ｏｖについての複数の画素データが既に取得されている。
【０１３０】
そこで、ｍ番目の上下限自動設定処理では、１番目の単位領域の上下限自動設定処理で実行されるピーク位置探索処理の代わりに、ｍ番目の単位領域とそのｍ番目の単位領域に隣接する単位領域との間の重複部分ｏｖについて既に取得された複数の画素データに基づいて、上限位置ＵＰおよび下限位置ＢＰを探索するためのＺ方向における対物レンズ３の初期位置が決定される。
【０１３１】
重複部分ｏｖについて既に取得された複数の画素データは、有効な画素データである。したがって、これらの複数の有効な画素データを用いることにより、評価値がノイズ評価レベルＥｎｌよりも大きくなるように対物レンズ３の初期位置を決定することができる。その結果、ｍ番目の上下限自動設定処理において、対物レンズ３のＺ方向の上限位置および下限位置を短時間で設定することが可能となる。
【０１３２】
具体的には、初期位置は、次のように決定することができる。単位領域についての複数の画素データが取得されることにより、単位領域の高さ画像データおよび超深度画像データが生成される。したがって、ｍ番目の上下限自動設定処理時には、既にｍ番目の単位領域とそのｍ番目の単位領域に隣接する単位領域との間の重複部分ｏｖについての高さ画像データおよび超深度画像データが生成されている。そこで、ｍ番目の上下限自動設定処理では、既に生成された重複部分ｏｖについての高さ画像データに基づいて、Ｚ方向における重複部分ｏｖの表面のうち最も低い高さ（または最も高い高さ）を求める。求められた高さに焦点位置が一致するときの対物レンズ３のＺ方向の位置を初期位置として決定する。
【０１３３】
または、初期位置は、次のように決定することができる。既に生成された重複部分ｏｖの高さ画像データに基づいて、Ｚ方向における重複部分ｏｖの表面の平均高さを算出する。算出された平均高さに焦点位置が一致するときの対物レンズ３のＺ方向の位置を初期位置として決定する。
【０１３４】
または、初期位置は、次のように決定することができる。既に生成された重複部分ｏｖについての高さ画像データに基づいて、Ｚ方向における重複部分ｏｖの表面の高さについてのヒストグラム（度数分布）を求める。求められたヒストグラムにおいてピークを示す高さに焦点位置が一致するときの対物レンズ３の位置を初期位置として決定する。
【０１３５】
画素データの値がノイズレベルｎｌ以下であると、画素データの値のピークを受光素子３０のノイズから明確に識別することは難しい。そこで、初期位置を決定する場合には、ｍ番目の単位領域とそのｍ番目の単位領域に隣接する単位領域との間の重複部分ｏｖについて既に取得された複数の画素データのうちノイズレベルｎｌを超える画素データを抽出してもよい。この場合、抽出された画素データに基づいて初期位置を決定することにより、有効な画素データに基づいて初期位置を適切に決定することができる。
【０１３６】
なお、ｍ番目の単位領域が複数の単位領域に隣接する場合には、複数の重複部分ｏｖについての複数の画素データに基づいて、対物レンズ３の初期位置が決定されてもよい。
【０１３７】
続いて、対物レンズ３をＺ方向の初期位置に保持した状態で、ｍ番目の単位領域のＸ方向およびＹ方向の走査を行うことにより、単位領域についての全ての画素データを取得する。この状態で、全ての画素データの値が予め定められた規定値以上でない場合、受光素子３０のゲインを一定量増加させる。画素データの取得および受光素子３０のゲインの調整を繰り返し、全ての画素データの値が予め定められた規定値以上になると、初期位置を基準として対物レンズ３の上限位置ＵＰおよび下限位置ＢＰの探索を開始する。
【０１３８】
ｍ番目の上下限自動設定処理における上限位置ＵＰおよび下限位置ＢＰの探索動作は、１番目の上下限自動設定処理における上限位置ＵＰおよび下限位置ＢＰの探索動作と同じである。
【０１３９】
上記のように、ｍ番目の上下限自動設定処理においては、既に取得されている重複部分ｏｖについての画素データに基づいて対物レンズ３の上限位置ＵＰおよび下限位置ＢＰを探索するための初期位置が決定される。したがって、ピーク位置探索処理を実行する必要がない。その結果、上下限自動設定処理の処理時間が十分に短くなる。
【０１４０】
（６）上下限自動設定処理の他の例
図９は、表面に段差を有する観察対象物Ｓと対物レンズ３との位置関係を示す模式図である。図９の例では、観察対象物Ｓの表面に第１、第２および第３の面Ｓａ１，Ｓａ２，Ｓａ３からなる段差が形成されている。第１および第３の面Ｓａ１，Ｓａ３はＸＹ方向に平行であり、第２の面Ｓａ２はＹＺ方向に平行である。Ｚ方向において、第１の面Ｓａ１は第３の面Ｓａ３よりも高い。Ｘ方向において、第２の面Ｓａ２は第１および第３の面Ｓａ１，Ｓａ３の間に位置する。
【０１４１】
図９（ａ）に示すように、Ｚ方向において対物レンズ３の焦点位置ｆｐが第１の面Ｓａ１と第２の面Ｓａ２との交差部に位置するときの対物レンズ３のＺ方向の位置を第１のＺ位置ｚｐ１と呼ぶ。図９（ｂ）に示すように、Ｚ方向において対物レンズ３の焦点位置ｆｐが第２の面Ｓａ２上でかつＺ方向における第１の面Ｓａ１と第３の面Ｓａ３との間に位置するときの対物レンズ３のＺ方向の位置を第２のＺ位置ｚｐ２と呼ぶ。図９（ｃ）に示すように、Ｚ方向において対物レンズ３の焦点位置ｆｐが第２の面Ｓａ２と第３の面Ｓａ３との交差部に位置するときの対物レンズ３のＺ方向の位置を第３のＺ位置ｚｐ３と呼ぶ。
【０１４２】
図９の観察対象物ＳのＺ方向の複数の位置でレーザ光をＸ方向およびＹ方向に走査させる。図１０は、図９の観察対象物Ｓに対してレーザ光を走査させることにより得られる対物レンズ３のＺ方向の位置と評価値との関係を示す図である。図１０の縦軸は評価値を表し、横軸は対物レンズ３のＺ方向の位置を表す。横軸においては、左から右に向かって対物レンズ３のＺ方向の位置が高くなる。また、図１０の横軸には、上述の下端位置ｚｔ１、上端位置ｚｔ２および第１〜第３のＺ位置ｚｐ１〜ｚｐ３が示される。
【０１４３】
図１０に示すように、対物レンズ３のＺ方向の位置が第１のＺ位置ｚｐ１にある場合には、対物レンズ３の焦点位置ｆｐが第１の面Ｓａ１上に位置する（図９（ａ）参照）。この場合、対物レンズ３の焦点位置ｆｐでレーザ光の一部が第１の面Ｓａ１で反射することにより評価値が大きくなる。また、対物レンズ３のＺ方向の位置が第３のＺ位置ｚｐ３にある場合には、対物レンズ３の焦点位置ｆｐが第３の面Ｓａ３上に位置する（図９（ｃ）参照）。この場合、対物レンズ３の焦点位置ｆｐでレーザ光の一部が第３の面Ｓａ３で反射することにより評価値が大きくなる。一方、対物レンズ３が第２のＺ位置ｚｐ２にある場合には、対物レンズ３の焦点位置ｆｐが対物レンズ３の光軸に直交する面（ＸＹ方向に平行な面）上に存在しない。この場合、対物レンズ３の焦点位置ｆｐにはＺ方向にレーザ光を反射する面が存在しない。そのため、評価値が小さくなる。
【０１４４】
本例では、対物レンズ３が下端位置ｚｔ１から位置ｚｎ１までの間の範囲ＡＺ１、位置ｚｎ２から位置ｚｎ３までの間の範囲ＡＺ２、および位置ｚｎ４から上端位置ｚｔ２までの間の範囲ＡＺ３にある場合、評価値が上述のノイズ評価レベルＥｎｌ以下である。第１のＺ位置ｚｐ１は、位置ｚｎ１と位置ｚｎ２との間に位置し、第２のＺ位置ｚｐ２は、位置ｚｎ２と位置ｚｎ３との間に位置し、第３のＺ位置ｚｐ３は、位置ｚｎ３と位置ｚｎ４との間に位置する。
【０１４５】
上記の上下限自動設定処理によれば、対物レンズ３を第１の位置ｚｐ１に移動させた後、ゲイン調整、画素データの取得および対物レンズ３の上に向かう方向への移動を繰り返す。これにより、評価値が最初にノイズ評価レベルＥｎｌ以下となったときの対物レンズ３のＺ方向の位置ｚｎ２が上限位置ＵＰとして設定される。また、上限位置ＵＰの設定後、対物レンズ３を最後に受光素子３０のゲインが減少された時点の位置に移動させた後、ゲイン調整、画素データの取得および対物レンズ３の下に向かう方向への移動を繰り返す。これにより、評価値が最初にノイズ評価レベルＥｎｌ以下となったときの対物レンズ３のＺ方向の位置ｚｎ１が下限位置ＢＰとして設定される。受光素子３０のゲインが変化した場合には、上限位置ＵＰの再探索および再設定が行われる。このように上限位置ＵＰおよび下限位置ＢＰが設定される場合には、第３のＺ位置ｚｐ３が上限位置ＵＰと下限位置ＢＰとの間の範囲から外れる。そのため、使用者は第３の面Ｓａ３を観察することができなくなる。
【０１４６】
そこで、本実施の形態に係る共焦点顕微鏡システム５００においては、上記の図８を用いて説明した上下限自動設定処理に加えて、以下の上下限自動設定処理が行われてもよい。
【０１４７】
本例の上下限自動設定処理においては、対物レンズ３を第１の位置ｚｐ１に移動させた後、対物レンズ３が上端位置ｚｔ２に達するまで、ゲイン調整、画素データの取得および対物レンズ３の上に向かう方向への移動を繰り返す（図１０の太い矢印参照）。評価値が最後にノイズ評価レベルＥｎｌよりも大きい値からノイズ評価レベルＥｎｌ以下となるときの対物レンズ３のＺ方向の位置（本例では位置ｚｎ４）を上限位置ＵＰとして設定する。
【０１４８】
また、上限位置ＵＰの設定後、対物レンズ３を最後に受光素子３０のゲインが減少された時点の位置に移動させた後、対物レンズ３が下端位置ｚｔ１に達するまで、ゲイン調整、画素データの取得および対物レンズ３の下に向かう方向への移動を繰り返す。評価値が最後にノイズ評価レベルＥｎｌよりも大きい値からノイズ評価レベルＥｎｌ以下となるときの対物レンズ３のＺ方向の位置（本例では位置ｚｎ１）を下限位置ＢＰとして設定する。
【０１４９】
受光素子３０のゲインが変化した場合には、対物レンズ３を最後に受光素子３０のゲインが減少された位置に移動させた後、対物レンズ３が上端位置ｚｔ２に達するまで、ゲイン調整、画素データの取得および対物レンズ３の上に向かう方向への移動を繰り返す。評価値が最後にノイズ評価レベルＥｎｌよりも大きい値からノイズ評価レベルＥｎｌ以下となるときの対物レンズ３のＺ方向の位置を上限位置ＵＰとして再設定する。
【０１５０】
この方法によれば、観察対象物Ｓの表面が大きな段差を有する場合でも、使用者は、段差を構成する全ての面（図９の第１および第３の面Ｓａ１，Ｓａ３）を観察することができる。
【０１５１】
上記のように、対物レンズ３のＺ方向に移動可能な範囲は、対物レンズ３の倍率により予め定められている。しかしながら、下限位置ＢＰおよび上限位置ＵＰは、必ずしも対物レンズ３の倍率により予め定められた下端位置ｚｔ１と上端位置ｚｔ２との間に位置するとは限らない。
【０１５２】
したがって、上下限自動設定処理において、下限位置ＢＰおよび上限位置ＵＰが設定できない場合には、上端位置ｚｔ２（図７、図９および図１０）よりも一定距離高い位置を新たな上端位置とし、下端位置ｚｔ１（図７、図９および図１０）よりも一定距離低い位置を新たな下端位置として設定した後、新たに設定された上端位置および下端位置に基づいて上下限自動設定処理を再度行ってもよい。
【０１５３】
このように、上限位置ＵＰおよび下限位置ＢＰが予め定められた対物レンズ３のＺ方向に移動可能な範囲内に設定されない場合に、新たな上端位置および下限位置が設定される。これにより、対物レンズ３のＺ方向に移動可能な範囲が拡大された状態で再度上下限自動設定処理が行われるので、Ｚ方向の広い範囲に渡って上限位置ＵＰおよび下限位置ＢＰを正確に設定することが可能となる。
【０１５４】
上限位置ＵＰおよび下限位置ＢＰの探索時には、実質的に下端位置ｚｔ１から上端位置ｚｔ２までの範囲でゲイン調整および画素データの取得が行われる。そのため、上下限自動設定処理の時間が長くなる。そこで、本例の上下限自動設定処理においては、以下のように上限位置ＵＰおよび下限位置ＢＰを探索してもよい。
【０１５５】
上記のように、上限位置ＵＰまたは下限位置ＢＰの探索時には、評価値が最後にノイズ評価レベルＥｎｌよりも大きい値からノイズ評価レベルＥｎｌ以下となるときの対物レンズ３のＺ方向の位置が上限位置ＵＰまたは下限位置ＢＰとして設定される。したがって、上限位置ＵＰまたは下限位置ＢＰの探索時には、評価値がノイズ評価レベルＥｎｌよりも大きい場合に、対物レンズ３のＺ方向の移動ピッチを小さく設定する。この理由について、移動ピッチの具体的な設定例とともに説明する。
【０１５６】
Ｚ方向において、対物レンズ３から観察対象物Ｓに照射されるレーザ光の強度は、対物レンズ３の焦点位置ｆｐで最も大きくなり、対物レンズ３の焦点位置ｆｐから離れるほど小さくなる。観察対象物Ｓの表面に照射されるレーザ光の強度が小さすぎると、観察対象物Ｓの表面を正確に観察することができない。そのため、上限位置ＵＰまたは下限位置ＢＰの探索時における対物レンズ３のＺ方向の移動ピッチは、単位領域の表面全体に一定強度以上のレーザ光が照射されるように設定される。
【０１５７】
上述のように、１つの画素についての上限位置および下限位置を設定する場合には、ピーク位置ｚ０における画素データの値が出力上限値ｍａｘにできる限り近づくようにゲインが設定される。したがって、観察対象物Ｓの表面にピーク強度の１／２の強度でレーザ光が照射される場合でも、観察対象物Ｓの表面を観察するために十分な反射光を得ることができる。
【０１５８】
ここで、対物レンズ３が固定された状態で、レーザ光の強度がピーク強度の１／２になるときのＺ方向の位置と焦点位置ｆｐとの間の距離を強度半減距離と呼ぶ。本例では、評価値がノイズ評価レベルＥｎｌよりも大きい値である場合に、対物レンズ３のＺ方向の移動ピッチを強度半減距離に設定する。この場合、上限位置ＵＰまたは下限位置ＢＰの探索時において、単位領域の表面全体にピーク強度の１／２以上の強度でレーザ光を照射することができる。これにより、上限位置ＵＰまたは下限位置ＢＰを精度よく設定することができる。
【０１５９】
評価値がノイズ評価レベルＥｎｌ以下である場合（例えば、対物レンズ３の位置が図１０の範囲ＡＺ１，ＡＺ２，ＡＺ３にある場合）には、Ｚ方向の移動ピッチを大きく設定する。この理由について、移動ピッチの具体的な設定例とともに説明する。
【０１６０】
評価値がノイズ評価レベルＥｎｌ以下である状態では、上限位置ＵＰおよび下限位置ＢＰは設定されない。評価値がノイズ評価レベルＥｎｌ以下である場合には、評価値がノイズ評価レベルＥｎｌよりも大きい値に変化したか否かが判定できればよい。
【０１６１】
そこで、本例では、評価値がノイズ評価レベルＥｎｌ以下である場合に、受光素子３０のゲインを一定量大きくする。この場合、取得される複数の画素データの値がそれぞれ大きくなり、評価値が大きくなる。これにより、単位領域の表面に照射されるレーザ光の強度が低い場合でも、評価値とノイズ評価レベルＥｎｌとを比較することが可能となる。それにより、対物レンズ３のＺ方向の移動ピッチを上記の強度半減距離よりも大きく設定することができる。
【０１６２】
このように、評価値がノイズ評価レベルＥｎｌよりも大きい場合に比べて、対物レンズ３のＺ方向の移動ピッチを大きく設定する。これにより、画素データの取得回数を低減することができるので、上下限自動設定処理の時間が短くなる。
【０１６３】
評価値がノイズ評価レベルＥｎｌ以下である場合には、受光素子３０のゲインを一定量増加させる代わりにレーザ光源１０から出射されるレーザ光の光量を一定量増加させてもよい。この場合、上記の強度半減距離が大きくなる。それにより、評価値がノイズ評価レベルＥｎｌよりも大きい値である場合に比べて、対物レンズ３のＺ方向の移動ピッチを大きく設定することができる。
【０１６４】
評価値がノイズ評価レベルＥｎｌ以下である場合には、受光素子３０のゲインを一定量増加させる代わりにＮＤフィルタ８の減衰率を一定量低下させてもよい。この場合、上記の強度半減距離が大きくなる。それにより、評価値がノイズ評価レベルＥｎｌよりも大きい値である場合に比べて、対物レンズ３のＺ方向の移動ピッチを大きく設定することができる。
【０１６５】
上記の例では、上限位置ＵＰの設定後、対物レンズ３を最後に受光素子３０のゲインが減少された時点の位置に移動させた後、対物レンズ３が下端位置ｚｔ１に達するまで、ゲイン調整、画素データの取得および対物レンズ３の下に向かう方向への移動が繰り返され、評価値が最後にノイズ評価レベルＥｎｌよりも大きい値からノイズ評価レベルＥｎｌ以下となるときの対物レンズ３のＺ方向の位置が下限位置ＢＰとして設定される。
【０１６６】
（７）対象物観察処理
共焦点顕微鏡システム５００において、観察対象物Ｓを観察する場合に図１のＰＣ２００のＣＰＵ２１０が行う対象物観察処理について説明する。
【０１６７】
図１１および図１２は、共焦点顕微鏡システム５００において実行される対象物観察処理を示すフローチャートである。図１のＰＣ２００のＣＰＵ２１０は、記憶装置２４０に記憶される対象物観察プログラムに従って動作する。
【０１６８】
以下に説明する対象物観察処理においては、本発明の移動範囲設定処理として上下限自動設定処理（後述するステップＳ４）が実行され、本発明の測定処理として単位領域についての画素データを取得する処理（後述するステップＳ７）が実行される。なお、フローチャートのステップＳ８，Ｓ９では、共焦点画像データおよび表面画像データを画像データと略記する。対象物観察処理には、上記の上下限自動設定処理が含まれる。上記のように、ｍ番目の上下限自動設定処理では、ｍ番目の単位領域とそのｍ番目の単位領域に隣接する単位領域との間の重複部分ｏｖにおいて既に取得された複数の画素データが用いられる。それにより、ｍ番目以降の上下限自動設定処理が１番目の上下限自動設定処理に比べて単純化されるので、ｍ番目の上下限自動設定処理の時間が十分に短くなる。
【０１６９】
まず、ＣＰＵ２１０は、制御部３００により与えられるカメラデータに基づいてカメラ画像データを生成し、カメラ画像データに基づいて観察対象物Ｓのカメラ画像を図５の表示部４００の画像表示領域４１０に表示させる（ステップＳ１）。
【０１７０】
次に、使用者は、ポインティングデバイスを用いて画素データの取得範囲を指示する。ＣＰＵ２１０は、使用者の指示に基づいて、画素データの取得範囲を設定する（ステップＳ２）。本実施の形態では、画素データの取得範囲が単位領域よりも大きい場合に、隣接する単位領域の一部が互いに重なるように、取得範囲内の各単位領域の位置および単位領域の数が決定される。決定された取得範囲内の各単位領域の位置および単位領域の数が作業用メモリ２３０に記憶される。
【０１７１】
続いて、ＣＰＵ２１０は、作業用メモリ２３０に記憶された単位領域の位置に基づいて図１のステージ駆動部６２に駆動パルスを与えることによりステージ６０を移動させる（ステップＳ３）。
【０１７２】
続いて、ＣＰＵ２１０は、上記の上下限自動設定処理を行う（ステップＳ４）。上下限自動設定処理により、対物レンズ３のＺ方向の移動範囲が設定される。上下限自動設定処理の詳細については後述する（図１３〜図１６参照）。その後、ＣＰＵ２１０は、上下限自動設定処理が成功したか否かを判定する（ステップＳ５）。上下限自動設定処理が成功した場合、ＣＰＵ２１０は、制御部３００にＸ方向の走査におけるサンプリング数、走査線数およびＺ方向の移動範囲を通知するとともに単位領域についての画素データの取得を指令する（ステップＳ６）。
【０１７３】
制御部３００は、ＣＰＵ２１０から通知されたＸ方向の走査におけるサンプリング数、走査線数およびＺ方向の移動範囲に基づいて、図１のＸ−Ｙスキャン光学系２０を制御するとともに対物レンズ３のＺ位置（観察対象物ＳのＺ方向の位置）を移動させ、受光素子３０から出力される受光信号に基づいて画素データをＰＣ２００のＣＰＵ２１０に与える。ＣＰＵ２１０は、制御部３００から単位領域についての画素データを取得する（ステップＳ７）。ＣＰＵ２１０は、取得した画素データに基づいて単位領域の複数の共焦点画像データを生成するとともに表面画像データを生成し（ステップＳ８）、記憶装置２４０に記憶する。
【０１７４】
ここで、ＣＰＵ２１０は、全ての単位領域の共焦点画像データおよび表面画像データを生成したか否かを判定する（ステップＳ９）。全ての単位領域の共焦点画像データおよび表面画像データを生成していない場合、ＣＰＵ２１０は、ステップＳ３の処理に戻る。ＣＰＵ２１０は、次の単位領域の共焦点画像データの生成が可能な位置にステージ６０を移動させ、ステップＳ４〜Ｓ９の処理を繰り返す。
【０１７５】
一方、ステップＳ９において、全ての単位領域の共焦点画像データおよび表面画像データを生成した場合、ＣＰＵ２１０は、記憶装置２４０に記憶された複数の単位領域の表面画像データを記憶装置２４０を用いて連結する（ステップＳ１０）。これにより、指示された取得範囲の表面画像データが生成される。画素データの取得範囲内に単位領域が１つしか含まれない場合、ステップＳ１０において表面画像データの連結は行われない。
【０１７６】
その後、ＣＰＵ２１０は、連結された表面画像データに基づく観察対象物Ｓの表面の画像を作業用メモリ２３０を用いて表示部４００に表示させる（ステップＳ１１）。最後に、ＣＰＵ２１０は、連結された表面画像データを記憶装置２４０に記憶し、対象物観察処理を終了する。
【０１７７】
上記のステップＳ５において、上下限自動設定処理が失敗した場合、ＣＰＵ２１０は、画像処理が失敗したことを示す画像を表示部４００に表示させ（ステップＳ１２）、対象物観察処理を終了する。
【０１７８】
このように、図１１および図１２の対象物観察処理においては、ステップＳ５，Ｓ１２により上下限自動設定処理が失敗した場合に対象物観察処理が終了する。これに限らず、ステップＳ５において上下限自動設定処理が失敗した場合に、ＣＰＵ２１０は、上端位置ｚｔ２（図７、図９および図１０）を上限位置ＵＰとして設定し、下端位置ｚｔ１（図７、図９および図１０）を下限位置ＢＰとして設定してもよい。この場合、ＣＰＵ２１０は、下限位置ＢＰおよび上限位置ＵＰの設定後、ステップＳ６の処理に進んでもよい。これにより、上下限自動設定処理が失敗した場合でも、観察対象物Ｓの表面の画像を表示部４００に表示させることが可能となる。
【０１７９】
上記の例に限らず、ステップＳ５において上下限自動設定処理が失敗した場合に、ＣＰＵ２１０は、上端位置ｚｔ２（図７、図９および図１０）よりも一定距離高い位置を新たな上端位置とし、下端位置ｚｔ１（図７、図９および図１０）よりも一定距離低い位置を新たな下端位置として設定した後、新たに設定された上端位置および下端位置に基づいてステップＳ４の上下限自動設定処理を再度行ってもよい。
【０１８０】
上端位置ｚｔ２（図７、図９および図１０）と新たな上端位置との間の一定距離、および下端位置ｚｔ１（図７、図９および図１０）と新たな下端位置との間の一定距離は、等しくてもよいし、互いに異なってもよい。また、これらの一定距離は、対物レンズ３の倍率により予め定められた距離であってもよいし、使用者がＰＣ２００（図１）に接続されたマウス等のポインティングデバイスを用いて設定した距離であってもよい。
【０１８１】
上記のように、上限位置ＵＰおよび下限位置ＢＰが予め定められた対物レンズ３のＺ方向に移動可能な範囲内に設定されない場合に、新たな上端位置および下限位置が設定される。これにより、対物レンズ３のＺ方向に移動可能な範囲が拡大された状態で再度上下限自動設定処理が行われるので、Ｚ方向の広い範囲に渡って上限位置ＵＰおよび下限位置ＢＰを正確に設定することが可能となる。
【０１８２】
なお、ＣＰＵ２１０は、上限位置ＵＰが設定されかつ下限位置ＢＰが設定されない場合に、新たな上端位置のみを設定し、新たに設定された上端位置および下端位置ｚｔ１（図７、図９および図１０）に基づいてステップＳ４の上下限自動設定処理を再度行ってもよい。同様に、ＣＰＵ２１０は、下限位置ＢＰが設定されかつ上限位置ＵＰが設定されない場合に、新たな下端位置のみを設定し、新たに設定された下端位置および上端位置ｚｔ２（図７、図９および図１０）に基づいてステップＳ４の上下限自動設定処理を再度行ってもよい。
【０１８３】
（８）上下限自動設定処理
図１３〜図１５は、図１１の上下限自動設定処理を示すフローチャートである。図１３に示すように、ＣＰＵ２１０は、まず現在の上下限自動設定処理が１番目の上下限自動設定処理であるか否かを判定する（ステップＳ２０）。現在の上下限自動設定処理が１番目の上下限自動設定処理である場合、ＣＰＵ２１０は、上記の評価値を用いたピーク位置探索処理（図７参照）を行うことにより、評価ピーク位置Ｅｚ０を検出する（ステップＳ２１）。続いて、ＣＰＵ２１０は、検出された評価ピーク位置Ｅｚ０を１番目の上下限自動設定処理の初期位置とし、対物レンズ３をその初期位置に移動させる（ステップＳ２２）。
【０１８４】
ｍ番目の上下限自動設定処理が開始される時点では、ｍ番目の単位領域とそのｍ番目の単位領域に隣接する単位領域との間の重複部分ｏｖについての複数の画素データが既に取得されている。そのため、ステップＳ２０において、現在の上下限自動設定処理が１番目以外のｍ番目の上下限自動設定処理である場合、ＣＰＵ２１０は、重複部分ｏｖについての複数の画素データに基づいて上述の初期位置を決定し、決定した初期位置を作業用メモリ２３０に記憶する（ステップＳ２３）。その後、ＣＰＵ２１０は、対物レンズ３をその初期位置に移動させる（ステップＳ２４）。また、ＣＰＵ２１０は、対物レンズ３が初期位置にある状態で、受光素子３０のゲインを調整する（ステップＳ２５）。具体的には、ＣＰＵ２１０は、対物レンズ３が初期位置にある状態で、単位領域についての全ての画素データの値を取得し、取得される全ての画素データの値が予め定められた規定値以上になるように受光素子３０のゲインを調整する。これにより、取得される複数の画素データの値をノイズレベルｎｌよりも十分に大きくすることができる。
【０１８５】
上記のように、ｍ番目の上下限自動設定処理では、ｍ番目の単位領域とそのｍ番目の単位領域に隣接する単位領域との間の重複部分ｏｖにおいて既に取得された複数の画素データが用いられる。それにより、ｍ番目以降の上下限自動設定処理では、評価ピーク位置Ｅｚ０を検出する必要がない。したがって、ｍ番目以降の上下限自動設定処理が１番目の上下限自動設定処理に比べて単純化されるので、ｍ番目の上下限自動設定処理の時間が十分に短くなる。
【０１８６】
ステップＳ２２またはステップＳ２５の処理後、ＣＰＵ２１０は、対物レンズ３が初期位置にある状態で、Ｚ方向の一方向（例えば上に向かう方向）について後述する図１６〜図１８の境界位置探索処理を開始する（ステップＳ２６）。境界位置探索処理は、受光素子３０のゲイン調整を行いつつ上限位置ＵＰまたは下限位置ＢＰを探索する処理である。境界位置探索処理の詳細は後述する。
【０１８７】
続いて、ＣＰＵ２１０は、ステップＳ２８で上限位置ＵＰが設定されたか否か、すなわち境界位置探索処理が成功したか否かを判定する（ステップＳ２７）。境界位置探索処理が失敗した場合、ＣＰＵ２１０は、後述するステップＳ１４９の処理に進む。
【０１８８】
境界位置探索処理においては、後述する図１６のステップＳ８１で受光素子３０のゲインが一定量減少される場合がある。そこで、ステップＳ２７において境界位置探索処理が成功した場合、ＣＰＵ２１０は、ステップＳ２６の境界位置探索処理において受光素子３０のゲインが減少したか否かを判定する（ステップＳ２８）。受光素子３０のゲインが減少していない場合、ＣＰＵ２１０は、対物レンズ３を初期位置に移動させる（ステップＳ２９）。一方、受光素子３０のゲインが減少している場合、ＣＰＵ２１０は、対物レンズ３を後述する境界位置探索処理のステップＳ７１（図１６）またはステップＳ８２（図１６）で最後に記憶された対物レンズ３のＺ位置へ移動させる（ステップＳ３０）。その後、ＣＰＵ２１０は、Ｚ方向の逆方向（例えば下に向かう方向）について後述する図１６〜図１８の境界位置探索処理を開始する（ステップＳ３１）。
【０１８９】
続いて、ＣＰＵ２１０は、ステップＳ３１で下限位置ＢＰが設定されたか否か、すなわち境界位置探索処理が成功したか否かを判定する（ステップＳ３２）。境界位置探索処理が失敗した場合、ＣＰＵ２１０は、後述するステップＳ１４９の処理に進む。
【０１９０】
境界位置探索処理が成功した場合、ＣＰＵ２１０は、ステップＳ２８と同様に、ステップＳ３１の境界位置探索処理において受光素子３０のゲインが減少したか否かを判定する（ステップＳ３３）。
【０１９１】
後述する境界位置探索処理においては、図１７のステップＳ７６の処理で作業用メモリ２３０に対物レンズ３のＺ位置の境界位置が記憶または更新される。ステップＳ３３において受光素子３０のゲインが減少していない場合、ＣＰＵ２１０は、ステップＳ２６で境界位置探索処理により記憶された境界位置に基づいて対物レンズ３の上限位置ＵＰを設定し、ステップＳ３１で境界位置探索処理により記憶された境界位置に基づいて対物レンズ３の下限位置ＢＰを設定し（ステップＳ３４）、上下限自動設定処理を終了する。
【０１９２】
ステップＳ３４において、受光素子３０のゲインが減少している場合には、ＣＰＵ２１０は、対物レンズ３を後述する境界位置探索処理のステップＳ７１（図１６）またはステップＳ８２（図１６）で最後に記憶された対物レンズ３のＺ位置へ移動させる（ステップＳ１４６）。その後、ＣＰＵ２１０は、Ｚ方向の一方向（例えば上に向かう方向）について再度後述する図１６〜図１８の境界位置探索処理を開始する（ステップＳ１４７）。
【０１９３】
続いて、ＣＰＵ２１０は、ステップＳ１４７で上限位置ＵＰが設定されたか否か、すなわち境界位置探索処理が成功したか否かを判定する（ステップＳ１４８）。境界位置探索処理が失敗した場合、ＣＰＵ２１０は、後述するステップＳ１４９の処理に進む。
【０１９４】
境界位置探索処理が成功した場合、ＣＰＵ２１０は、ステップＳ３４の処理に進む。ステップＳ３４において、ＣＰＵ２１０は、ステップＳ１４７で記憶された境界位置に基づいて対物レンズ３の上限位置ＵＰを設定し、ステップＳ３１で記憶された境界位置に基づいて対物レンズ３の下限位置ＢＰを設定する。これにより、受光素子３０のゲインが最適な値に調整された状態で、対物レンズ３の上限位置ＵＰおよび下限位置ＢＰが設定される。
【０１９５】
ステップＳ１４８において、境界位置探索処理が失敗した場合、ＣＰＵ２１０は、現在の上下限自動設定処理が１番目の上下限自動設定処理であるか否かを判定する（ステップＳ１４９）。現在の上下限自動設定処理が１番目の上下限自動設定処理である場合、ＣＰＵ２１０は、図１１のステップＳ１２の処理に進み、画像処理が失敗したことを示す画像を表示部４００に表示させる。
【０１９６】
ｍ番目の上下限自動設定処理が開始される時点では、ｍ番目の単位領域とそのｍ番目の単位領域に隣接する単位領域との間の重複部分ｏｖについての複数の画素データが既に取得されている。そのため、ステップＳ１４９において、現在の上下限自動設定処理が１番目以外のｍ番目の上下限自動設定処理である場合、ＣＰＵ２１０は、重複部分ｏｖについての複数の画素データに基づいて上限位置ＵＰおよび下限位置ＢＰを設定し（ステップＳ１５０）、上下限自動設定処理を終了する。これにより、ｍ番目の上下限自動設定処理においては、後述する境界位置探索処理が失敗した場合でも、既に記憶されている重複部分ｏｖについての複数の画素データに基づいて上限位置ＵＰおよび下限位置ＢＰが設定される。
【０１９７】
ステップＳ１５０において、ＣＰＵ２１０は、重複部分ｏｖの複数の画素データに基づいて、Ｚ方向における重複部分ｏｖの表面のうち最も低い高さを求め、求められた高さに焦点位置が一致するときの対物レンズ３のＺ方向の位置を下限位置ＢＰとして設定してもよい。ＸＹ方向における対物レンズ３の大きさは各単位領域の大きさよりも十分に大きい。したがって、重複部分ｏｖの表面のうち最も低い高さに焦点位置が一致するときの対物レンズ３のＺ方向の位置を下限位置ＢＰとした場合には、複数の画素データの取得時に対物レンズ３が観察対象物Ｓの表面に衝突することが防止される。
【０１９８】
ステップＳ１５０において、ＣＰＵ２１０は、重複部分ｏｖの複数の画素データに基づいて、Ｚ方向における重複部分ｏｖの表面のうち最も高い高さを求め、求められた高さに焦点位置が一致するときの対物レンズ３のＺ方向の位置を上限位置ＢＰとして設定してもよい。
【０１９９】
ステップＳ１５０において、ＣＰＵ２１０は、隣接する単位領域に既に設定された上限位置ＵＰおよび下限位置ＢＰを、それぞれ現在の単位領域の上限位置ＵＰおよび下限位置ＢＰとして設定してもよい。
【０２００】
さらに、ステップＳ１５０において、ＣＰＵ２１０は、隣接する単位領域に既に設定された上限位置ＵＰよりも高い位置に、現在の単位領域の上限位置ＵＰを設定してもよい。また、ＣＰＵ２１０は、隣接する単位領域に既に設定された下限位置ＢＰよりも低い位置に、現在の単位領域の下限位置ＢＰを設定してもよい。
【０２０１】
（９）境界位置探索処理方法
図１６〜図１８は、図１４および図１５の境界位置探索処理を示すフローチャートである。本実施の形態に係る共焦点顕微鏡システム５００においては、境界位置探索処理方法を２つのモードに切り替えることができる。２つのモードのうちの一方は図８を用いて説明した上下限自動設定処理であり、２つのモードのうちの他方は図１０を用いて説明した上下限自動設定処理である。本フローチャートは、図１０を用いて説明した上下限自動設定処理に対応する。
【０２０２】
図１６に示すように、ＣＰＵ２１０は、現在の対物レンズ３のＺ位置を作業用メモリ２３０に記憶する（ステップＳ７０）。
【０２０３】
続いて、ＣＰＵ２１０は、現在の対物レンズ３のＺ位置において、単位領域についての全ての画素データの値を取得し、取得された画素データの値を図１の作業用メモリ２３０に記憶する（ステップＳ７１）。
【０２０４】
次に、ＣＰＵ２１０は、記憶された複数の画素データのうちのいずれかの値が出力上限値ｍａｘ（図６）であるか否かを判定する（ステップＳ７２）。全ての画素データの値が出力上限値ｍａｘ（図６）でない場合、ＣＰＵ２１０は、単位領域についての全ての画素データの値を取得することにより評価値を算出し（ステップＳ７３）、算出された評価値が予め定められたしきい値以下であるか否かを判定する（ステップＳ７４）。ここで、しきい値は、上記のノイズ評価レベルＥｎｌ（図７および図１０）と等しい値に設定されてもよいし、そのノイズ評価レベルＥｎｌ（図７および図１０）よりも大きい値に設定されてもよい。さらに、しきい値は、互いに異なる受光素子３０の複数のゲインにそれぞれ対応するように複数設定されてもよい。この場合、ステップＳ７４において、ＣＰＵ２１０は、算出された評価値が現在設定されている受光素子３０のゲインに対応するしきい値以下であるか否かを判定する。
【０２０５】
後述するステップＳ７７の処理において、対物レンズ３のＺ位置が下端位置ｚｔ１（図７、図９および図１０）または上端位置ｚｔ２（図７、図９および図１０）に達しない場合には、上記のステップＳ７１〜Ｓ７４の処理が繰り返される。算出された評価値がしきい値以下である場合、ＣＰＵ２１０は、前回のステップＳ７４の処理時に評価値がしきい値よりも大きかったか否かを判定する（ステップＳ７５）。前回のステップＳ７４の処理時に評価値がしきい値以下であった場合、ＣＰＵ２１０は後述するステップＳ７７の処理に進む。
【０２０６】
一方、前回のステップＳ７４の処理時に評価値がしきい値よりも大きかった場合、ＣＰＵ２１０は、現在の対物レンズ３のＺ位置をＺ方向の一方向における境界位置として作業用メモリ２３０に記憶する。または、ＣＰＵ２１０は、境界位置が既に作業用メモリ２３０に記憶されている場合、現在の対物レンズ３のＺ位置で境界位置を更新する（ステップＳ７６）。
【０２０７】
続いて、ＣＰＵ２１０は、対物レンズ３のＺ位置が下端位置ｚｔ１または上端位置ｚｔ２に達したか否かを判定する（ステップＳ７７）。対物レンズ３のＺ位置が下端位置ｚｔ１または上端位置ｚｔ２に達した場合に境界位置探索処理が終了する。一方、対物レンズ３のＺ位置が下端位置ｚｔ１または上端位置ｚｔ２に達していない場合、ＣＰＵ２１０は対物レンズ３をＺ方向の一方向に第２のピッチ移動させ（ステップＳ８７）、ステップＳ７１の処理に戻る。第２のピッチは、後述する第１のピッチよりも大きくなるように設定される。第２のピッチが第１のピッチよりも大きく設定されることにより、境界位置探索処理の時間が短くなる。
【０２０８】
ステップＳ７２において、いずれかの画素データの値が出力上限値ｍａｘである場合、ＣＰＵ２１０は、受光素子３０のゲインを一定量減少させるとともにゲインを減少した旨を作業用メモリ２３０に記憶する（ステップＳ８１）。続いて、ＣＰＵ２１０は、現在の対物レンズ３のＺ位置によりステップＳ７０で作業用メモリ２３０に記憶された対物レンズ３のＺ位置を更新し（ステップＳ８２）、ステップＳ７１の処理に戻る。
【０２０９】
ステップＳ７４において、算出された評価値がしきい値よりも大きい場合、ＣＰＵ２１０は対物レンズ３をＺ方向の一方向に第１のピッチ移動させ（ステップＳ８３）、対物レンズ３のＺ位置が下端位置ｚｔ１または上端位置ｚｔ２に達したか否かを判定する（ステップＳ８４）。第１のピッチは、上記の強度半減距離と等しい大きさに設定される。これにより、対物レンズ３の上限位置ＵＰおよび下限位置ＢＰを精度よく設定することが可能となる。
【０２１０】
ステップＳ８４において、Ｚ位置が下端位置ｚｔ１または上端位置ｚｔ２に達していない場合、ＣＰＵ２１０はステップＳ７１の処理に戻る。一方、Ｚ位置が下端位置ｚｔ１または上端位置ｚｔ２に達した場合、図１８に示すように、ＣＰＵ２１０は、ステップＳ７６の処理により作業用メモリ２３０に境界位置が記憶されているか否かを判定する（ステップＳ８５）。
【０２１１】
作業用メモリ２３０に境界位置が記憶されている場合、境界位置探索処理が終了する。一方、作業用メモリ２３０に境界位置が記憶されていない場合、ＣＰＵ２１０は、境界位置探索処理の失敗を判定する（ステップＳ８６）。
【０２１２】
上記のように、図１６〜図１８の境界位置探索処理において、ＣＰＵ２１０は、対物レンズ３のＺ位置が下端位置ｚｔ１または上端位置ｚｔ２に達するまで、対物レンズ３をＺ方向に移動させる。
【０２１３】
上記に対して、ＣＰＵ２１０は、図８を用いて説明した上下限自動設定処理ではステップＳ７５，Ｓ７７，Ｓ８４，Ｓ８７の処理を行わない。すなわち、ＣＰＵ２１０は、図１７のステップＳ７６の処理において、境界位置が作業用メモリ２３０に記憶された時点で境界位置探索処理を終了する。この場合、境界位置探索処理時に下端位置ｚｔ１から上端位置ｚｔ２までの全ての範囲に渡って対物レンズ３をＺ方向に移動させる必要がなくなる。その結果、境界位置探索処理の時間が短くなる。
【０２１４】
（１０）境界位置探索処理方法の他の例
図１９は、境界位置探索処理の他の例を示すフローチャートである。図１９には、図１６〜図１８の境界位置探索処理と異なる処理のみ図示される。
【０２１５】
図１９に示すように、図１７のステップＳ８７の処理後、ＣＰＵ２１０は、図１６〜図１８の境界位置探索処理に加えて以下の処理を行ってもよい。
【０２１６】
ステップＳ８７の処理後、ＣＰＵ２１０は、受光素子３０のゲインを一定量増加させる（ステップＳ９１）。続いて、ＣＰＵ２１０は、現在の対物レンズ３のＺ位置において、単位領域についての全ての画素データの値を取得し、取得された画素データの値を図１の作業用メモリ２３０に記憶する（ステップＳ９２）。
【０２１７】
次に、ＣＰＵ２１０は、ステップＳ９２において取得された画素データの値に基づいて評価値を算出し（ステップＳ９３）、算出された評価値が予め定められたしきい値以下であるか否かを判定する（ステップＳ９４）。
【０２１８】
ここで、ステップＳ９１において受光素子３０のゲインが増加された場合には、算出される評価値が大きくなる。そのため、本例では、ステップＳ９４のしきい値は、ステップＳ９１の処理の前後の受光素子３０のゲインの比と上記のノイズ評価レベルＥｎｌ（図７および図１０）とを乗算した値に設定される。
【０２１９】
算出された評価値がしきい値以下である場合、ＣＰＵ２１０は、図１７のステップＳ８７の処理に進む。一方、算出された評価値が予め定められたしきい値よりも大きい場合、ＣＰＵ２１０は、受光素子３０のゲインを一定量減少させる（ステップＳ９５）。このときのゲインの減少量は、ステップＳ９１におけるゲインの増加量に等しく設定される。その後、ＣＰＵ２１０は、図１６のステップＳ８３の処理に進む。
【０２２０】
上記のように、本例では、評価値がしきい値以下であるときに受光素子３０のゲインが一時的に増加する。それにより、取得される複数の画素データの値が大きくなり、評価値が大きくなる。これにより、単位領域の表面に照射されるレーザ光の強度が低い場合でも、評価値とノイズ評価レベルＥｎｌとを比較することが可能となる。それにより、第２のピッチを第１のピッチに比べて十分に大きく設定することができる。その結果、画素データの取得回数を十分に低減することができるので、境界位置探索処理の時間がさらに短くなる。
【０２２１】
なお、上記のステップＳ９１において、ＣＰＵ２１０は受光素子３０のゲインを一定量増加させる代わりに、レーザ光源１０から出射されるレーザ光の光量を一定量大きく設定してもよいし、ＮＤフィルタ８の減衰率を一定量小さく設定してもよい。この場合、ＣＰＵ２１０は、ステップＳ９５において、ＣＰＵ２１０は受光素子３０のゲインを一定量減少させる代わりに、レーザ光源１０から出射されるレーザ光の光量を一定量小さく設定し、またはＮＤフィルタ８の減衰率を一定量大きく設定する。これらの場合においても、境界位置探索処理の時間をさらに短くすることができる。
【０２２２】
（１１）他の実施の形態
（１１−１）上記の実施の形態では、共焦点顕微鏡システム５００において上下限自動設定処理が実行される。これに限らず、上記の上下限自動設定処理は、観察対象物に投射され、受光素子３０に導かれる光の強さに対応して取得されるデジタル信号に基づいて観察対象物の表面の状態を観察する顕微鏡システムに適用することができる。このような顕微鏡システムとして、例えば光干渉法を用いた顕微鏡システムがある。
【０２２３】
（１１−２）上記の実施の形態において、対物レンズ３がＺ方向に移動されることにより対物レンズ３に対する観察対象物Ｓの相対的なＺ方向の位置が変化されるが、これに限定されない。ステージ６０がＺ方向に移動されることにより対物レンズ３に対する観察対象物Ｓの相対的なＺ方向の位置が変化されてもよい。
【０２２４】
（１１−３）上記の実施の形態において、Ｘ−Ｙスキャン光学系２０が制御されることによりレーザ光が観察対象物Ｓ上でＸ方向およびＹ方向に走査されるが、これに限定されない。ステージ６０が移動されることによりレーザ光が観察対象物Ｓ上でＸ方向およびＹ方向に走査されてもよい。
【０２２５】
また、レーザ光としてライン光（例えばＸ方向に延びる細長い光）が用いられてもよい。この場合、Ｘ−Ｙスキャン光学系２０に代えてＸ方向への走査を行わないＹスキャン光学系が用いられる。また、受光素子３０に代えて、Ｘ方向に対応する方向に配列された複数の受光素子からなるラインＣＣＤカメラ等が用いられる。
【０２２６】
なお、ラインＣＣＤカメラの各受光素子のＹ方向に対応する方向の受光面のサイズは一般的に数１０μｍである。この場合、ラインＣＣＤカメラの受光面がレンズ２の焦点位置に配置される。観察対象物Ｓの表面が対物レンズ３の焦点位置にあるときに、観察対象物Ｓにより反射されたライン光がラインＣＣＤカメラの受光面に集光される。それにより、観察対象物Ｓにより反射されたライン光の大部分がラインＣＣＤカメラの受光面に入射する。
【０２２７】
一方、観察対象物Ｓが対物レンズ３の焦点位置から外れた位置にあるときには、観察対象物Ｓにより反射されたライン光はラインＣＣＤカメラの受光面の前または後の位置に集光される。それにより、観察対象物Ｓにより反射されたライン光の一部のみがラインＣＣＤカメラの受光面に入射する。したがって、ラインＣＣＤカメラの前にピンホール部材７を配置することが不要となる。
【０２２８】
（１１−４）上記の実施の形態において、ＰＣ２００のＣＰＵ２１０が制御部３００の機能を有していてもよい。この場合、制御部３００は設けられなくてもよい。
【０２２９】
（１１−５）上記の実施の形態では、評価値は、単位領域についての全画素データの値の和である。これに限らず、評価値は、単位領域についての全画素データの値の平均値であってもよい。また、評価値は、単位領域内についての一部の画素データの値の和または平均値であってもよい。
【０２３０】
（１２）請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応関係
以下、請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応の例について説明するが、本発明は下記の例に限定されない。
【０２３１】
上記実施の形態においては、観察対象物Ｓが観察対象物の例であり、共焦点顕微鏡システム５００が顕微鏡システムの例であり、受光素子３０が受光素子の例であり、レンズ１，２、対物レンズ３、ピンホール部材７、ＮＤフィルタ８およびレーザ光源１０が光学系の例である。
【０２３２】
また、単位領域ｓ１〜ｓ４が単位領域の例であり、レンズ駆動部６３が相対的移動部の例であり、制御部３００およびＰＣ２００のＣＰＵ２１０が制御部の例であり、ＰＣ２００が観察範囲設定部および処理装置の例である。
【０２３３】
さらに、重複部分ｏｖが重複部分の例であり、上下限自動設定処理が移動範囲設定処理の例であり、上限位置ＵＰおよび下限位置ＢＰにより定められる範囲が移動範囲設定処理により設定される光学系と観察対象物との相対的な移動範囲の例である。
【０２３４】
また、各単位領域において、表面画像データを生成するために複数の画素データを取得する処理が測定処理の例であり、ノイズよりも大きい強度の光、すなわちノイズレベルｎｌよりも大きい画素データの値を得ることができる強度の光が予め定められた強度の光の例である。
【０２３５】
また、下端位置ｚｔ１が予め定められた第１の距離の例であり、上端位置ｚｔ２が予め定められた第２の距離の例であり、第１のピッチが第１の移動量の例であり、第２のピッチが第２の移動量の例である。
【０２３６】
また、図１１のステップＳ５において上下限自動設定処理が失敗した場合に設定される下端位置ｚｔ１（図７、図９および図１０）よりも一定距離低い新たな下端位置が第３の距離の例である。さらに、図１１のステップＳ５において上下限自動設定処理が失敗した場合に設定される上端位置ｚｔ２（図７、図９および図１０）よりも一定距離高い新たな上端位置が第４の距離の例である。
【０２３７】
請求項の各構成要素として、請求項に記載されている構成または機能を有する他の種々の要素を用いることもできる。
【産業上の利用可能性】
【０２３８】
本発明は、種々の顕微鏡システムに有効に利用することができる。
【符号の説明】
【０２３９】
１，２ レンズ
３ 対物レンズ
４〜６ ハーフミラー
７ ピンホール部材
８ ＮＤフィルタ
１０ レーザ光源
２０ Ｘ−Ｙスキャン光学系
３０ 受光素子
４０ 照明用白色光源
５０ カラーＣＣＤカメラ
６０ ステージ
６１ ステージ操作部
６２ ステージ駆動部
６３ レンズ駆動部
２００ ＰＣ
２１０ ＣＰＵ
２２０ ＲＯＭ
２３０ 作業用メモリ
２４０ 記憶装置
３００ 制御部
４００ 表示部
４１０ 画像表示領域
４２０ 条件設定領域
４２１ 範囲設定ボタン
４２２ 取得開始ボタン
５００ 共焦点顕微鏡システム
ＡＺ１，ＡＺ２，ＡＺ３ 範囲
ＢＰ 下限位置
Ｅｍａｘ，ｍａｘ 出力上限値
Ｅｎｌ ノイズ評価レベル
Ｅｚ０ 評価ピーク位置
Ｅｚ１，Ｅｚ２，ｍａ１，ｍａ２，ｍｂ１，ｍｂ２，ｚｎ１，ｚｎ２，ｚｎ３，ｚｎ４，ｚｓ１，ｚｓ２ 位置
ｆｐ 焦点位置
ｎｌ ノイズレベル
ｓ１〜ｓ４ 単位領域
ｏｖ 重複部分
ｐｉ１，ｐｉ２ 値
ＵＰ 上限位置
Ｓ 観察対象物
Ｓａ１ 第１の面
Ｓａ２ 第２の面
Ｓａ３ 第３の面
ｚ０ ピーク位置
ｚｐ１ 第１のＺ位置
ｚｐ２ 第２のＺ位置
ｚｐ３ 第３のＺ位置
ｚｔ１ 下端位置
ｚｔ２ 上端位置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、顕微鏡システム、対象物観察方法および対象物観察プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
共焦点顕微鏡では、レーザ光源から出射されたレーザ光が対物レンズにより測定対象物に集光される。測定対象物からの反射光が受光レンズにより集光され、ピンホールを通して受光素子に入射する（例えば、特許文献１参照）。レーザ光は測定対象物の表面で二次元的に走査される。また、測定対象物と対物レンズとの間の相対的な距離を変化させることにより受光素子の受光量の分布が変化する。測定対象物の表面に焦点が合ったときに受光量のピークが現れる。受光量分布のピーク強度に基づいて非常に高い焦点深度を有する超深度画像を得ることができる。また、受光量分布のピーク位置に基づいて測定対象物の表面の高さ分布を示す高さ画像を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−８３６０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
共焦点顕微鏡によれば、測定対象物と対物レンズとの間の相対的な距離を変化させつつレーザ光を測定対象物の表面で二次元的に走査させることにより、測定対象物と対物レンズとの間の相対的な複数の距離に対応する複数の共焦点画像データが生成される。生成された複数の共焦点画像データに基づいて超深度画像データまたは高さ画像データが生成される。超深度画像データまたは高さ画像データに基づいて超深度画像または高さ画像が表示部に表示される。使用者は、測定対象物の観察範囲を指定することができる。
【０００５】
特許文献１に記載の共焦点顕微鏡においては、測定対象物に対する対物レンズの高さ方向の移動範囲（上限位置および下限位置）が使用者により設定される。この場合、使用者は、受光量のピークが移動範囲内に現れるように、移動範囲を適切に設定する必要がある。移動範囲を広く設定すると、受光量のピークが移動範囲内に現れる確率が高くなるが、取得される共焦点画像データの量が多くなる。一方、移動範囲を狭く設定すると、取得される共焦点画像データの量が少なくなるが、受光量のピークが移動範囲内に現れる確率が低くなる。そこで、使用者は、受光量のピークが移動範囲内に現れかつ取得される共焦点画像データの量ができるだけ少なくなるように、対物レンズの移動範囲を適切に設定する必要がある。
【０００６】
使用者が共焦点顕微鏡の観察可能な領域よりも広い範囲を指定した場合には、共焦点顕微鏡のステージが移動することにより測定対象物の複数の領域の超深度画像データまたは高さ画像データがそれぞれ生成される。その後、複数の領域の超深度画像データまたは高さ画像データが連結されることにより測定対象物の広い範囲の超深度画像または高さ画像が作業用メモリを用いて表示部に表示される。
【０００７】
このような場合、測定対象物の領域ごとに表面の高さが異なる可能性がある。そのため、使用者は、各領域ごとに対物レンズの高さ方向の移動範囲を適切に設定する必要がある。したがって、測定対象物と対物レンズとの間の相対的な距離の範囲の設定に多大な時間を要する。
【０００８】
本発明の目的は、複数の単位領域について測定対象物と対物レンズとの間の相対的な距離の範囲を短時間で効率的に設定可能な顕微鏡システム、対象物観察法法および対象物観察プログラムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）第１の発明に係る顕微鏡システムは、観察対象物の表面の状態を観察する顕微鏡システムであって、受光素子と、観察対象物の表面に設定された単位領域に集光しつつ光を照射するとともに、単位領域に照射された光を受光素子に導く光学系と、単位領域に垂直な方向に沿った複数の位置で単位領域内での光学系による光の照射が行われるように光学系と観察対象物とを相対的に移動させる相対的移動部と、観察範囲として複数の単位領域を設定する観察範囲設定部と、観察範囲設定部により設定された複数の単位領域の各々について、光学系と観察対象物との相対的な移動範囲を設定する移動範囲設定処理を行い、光学系および相対的移動部を制御することにより移動範囲設定処理において設定された移動範囲内で光学系と観察対象物とを相対的に移動させるとともに受光素子の出力信号に基づいて当該単位領域についての複数の画素データを取得する測定処理を行う制御部とを備え、観察範囲設定部は、隣接する単位領域間で重複部分が形成されるように複数の単位領域を設定し、制御部は、各単位領域についての移動範囲設定処理において、光学系と観察対象物との相対的な初期位置を決定し、決定された初期位置から光学系と観察対象物とが近づく方向および遠ざかる方向に光学系と観察対象物とを相対的に移動させるとともに複数の画素データを取得し、取得された画素データに基づいて移動範囲を設定し、最初の単位領域を除く各単位領域については、隣接する他の単位領域の測定処理時に取得された画素データのうち当該単位領域の重複部分についての画素データに基づいて当該単位領域の少なくとも一部に光学系の焦点が合うように光学系と観察対象物との相対的な初期位置を決定するものである。
【００１０】
この顕微鏡システムにおいては、観察範囲として複数の単位領域が設定される。このとき、隣接する単位領域間では、重複部分が形成される。複数の単位領域の各々について、移動範囲設定処理により光学系と観察対象物との相対的な移動範囲が設定され、測定処理により当該単位領域に設定された移動範囲内で光学系と観察対象物とが相対的に移動されるとともに受光素子の出力信号に基づいて当該単位領域についての複数の画素データが取得される。
【００１１】
各単位領域についての移動範囲設定処理において、光学系と観察対象物との相対的な初期位置が決定される。決定された初期位置から光学系と観察対象物とが近づく方向および遠ざかる方向に光学系と観察対象物とが相対的に移動されるとともに複数の画素データが取得される。複数の画素データに基づいて当該単位領域について光学系と観察対象物との相対的な移動範囲が設定される。
【００１２】
最初の単位領域を除く各単位領域については、隣接する他の単位領域の測定処理時に取得された画素データのうち当該単位領域の重複部分についての画素データに基づいて、当該単位領域の少なくとも一部に光学系の焦点が合うように光学系と観察対象物との相対的な初期位置が決定される。
【００１３】
これにより、光学系と観察対象物とが初期位置にある状態で、当該単位領域の少なくとも一部から受光素子に光が導かれる。決定された初期位置から光学系と観察対象物とが近づく方向および遠ざかる方向に光学系と観察対象物とが相対的に移動されることにより、当該単位領域の少なくとも一部に光学系の焦点が合う状態から当該単位領域に光学系の焦点が合わなくなるときの光学系と観察対象物との相対的な位置を検出することができる。検出された位置に基づいて当該単位領域について光学系と観察対象物との相対的な移動範囲を適切に設定することができる。
【００１４】
上記のように、最初の単位領域を除く各単位領域については、当該単位領域についての移動範囲設定処理において、重複部分について既に取得された画素データに基づいて初期位置を決定することができる。そのため、初期位置を決定するために画素データを取得する必要がない。したがって、初期位置を短時間で設定することができる。その結果、複数の単位領域についての複数の画素データを短時間で効率的に取得することができる。
【００１５】
（２）制御部は、各単位領域についての移動範囲設定処理において、決定された初期位置から光学系と観察対象物とが近づく方向および遠ざかる方向に光学系と観察対象物とを相対的に移動させるとともに複数の画素データを取得し、取得された画素データに基づいて受光素子の出力信号のレベルが予め定められたレベルよりも高い状態から受光素子の出力信号のレベルが予め定められたレベル以下に変化する時点における光学系と観察対象物との相対的な位置を検出し、検出された相対的な位置に基づいて当該単位領域について移動範囲を設定し、最初の単位領域を除く各単位領域については、相対的な位置が検出されない場合に、隣接する他の単位領域の測定処理時に取得された画素データのうち当該単位領域の重複部分についての画素データに基づいて、当該単位領域の重複部分の各部分にそれぞれ光学系の焦点が合うときの光学系と観察対象物との相対的な複数の位置を含むように当該単位領域についての移動範囲を設定してもよい。
【００１６】
各単位領域についての移動範囲設定処理において、初期位置では、当該単位領域の少なくとも一部に光学系の焦点が合っている。この場合、受光素子の出力信号のレベルは高い。一方、決定された初期位置から光学系と観察対象物とが近づく方向および遠ざかる方向に光学系と観察対象物とを相対的に移動させると、当該単位領域から光学系の焦点が離れるにつれて、受光素子の出力信号のレベルが低くなる。
【００１７】
したがって、受光素子の出力信号のレベルが予め定められたレベルよりも高い状態から予め定められたレベル以下に変化する時点における光学系と観察対象物との相対的な位置を検出することにより当該単位領域について移動範囲を最小限に設定することができる。それにより、測定処理の時間が短縮される。
【００１８】
また、光学系と観察対象物との相対的な位置が検出されない場合でも、光学系と観察対象物との相対的な移動範囲が設定されるので、当該単位領域の測定処理を行うことが可能となる。
【００１９】
（３）制御部は、各単位領域についての移動範囲設定処理において、決定された初期位置から光学系と観察対象物とが近づく方向に光学系と観察対象物とが相対的に移動している場合に、取得された画素データに基づいて、受光素子の出力信号のレベルが予め定められたレベルよりも高い状態から受光素子の出力信号のレベルが予め定められたレベル以下に変化する時点における光学系と観察対象物との相対的な位置を第１の相対位置として検出し、決定された初期位置から光学系と観察対象物とが遠ざかる方向に光学系と観察対象物とが相対的に移動している場合に、取得された画素データに基づいて、受光素子の出力信号のレベルが予め定められたレベルよりも高い状態から受光素子の出力信号のレベルが予め定められたレベル以下に変化する時点における光学系と観察対象物との相対的な位置を第２の相対位置として検出し、検出された第１および第２の相対位置に基づいて当該単位領域についての移動範囲を設定してもよい。
【００２０】
この場合、決定された初期位置から光学系と観察対象物とが近づく方向に光学系と観察対象物とが相対的に移動している場合に、受光素子の出力信号のレベルが予め定められたレベルよりも高い状態から受光素子の出力信号のレベルが予め定められたレベル以下に変化する時点で第１の相対位置が検出される。
【００２１】
また、決定された初期位置から光学系と観察対象物とが遠ざかる方向に光学系と観察対象物とが相対的に移動している場合に、受光素子の出力信号のレベルが予め定められたレベルよりも高い状態から受光素子の出力信号のレベルが予め定められたレベル以下に変化する時点で第２の相対位置が検出される。検出された第１および第２の相対位置に基づいて当該単位領域についての移動範囲が設定される。これにより、移動範囲設定処理の時間を十分に短くすることができる。
【００２２】
（４）制御部は、各単位領域についての移動範囲設定処理において、決定された初期位置から光学系と観察対象物との相対的な距離が第１の距離から第１の距離よりも大きい第２の距離になるまでの予め定められた範囲にわたって光学系と観察対象物とを相対的に移動させ、取得された画素データに基づいて、受光素子の出力信号のレベルが予め定められたレベルよりも高い状態から受光素子の出力信号のレベルが予め定められたレベル以下に変化する複数の時点における光学系と観察対象物との相対的な複数の位置をそれぞれ検出し、検出された複数の位置を含むように当該単位領域についての移動範囲を設定してもよい。
【００２３】
この場合、各単位領域についての移動範囲設定処理において、初期位置から光学系と観察対象物との相対的な距離が第１の距離から第１の距離よりも大きい第２の距離になるまで光学系と観察対象物とが相対的に移動する。受光素子の出力信号のレベルが予め定められたレベルよりも高い状態から予め定められたレベル以下に変化する複数の時点における光学系と観察対象物との相対的な複数の位置がそれぞれ検出される。検出された複数の位置を含むように当該単位領域についての移動範囲が設定される。
【００２４】
これにより、光学系と観察対象物とが第１の距離から第２の距離に移動する間に、受光素子の出力信号のレベルが予め定められたレベルよりも高くなる時点の光学系と観察対象物との相対的な距離が確実に含まれるように移動範囲を設定することができる。したがって、観察対象物の表面の状態によらず、当該単位領域の全面について測定処理を行うことができる。
【００２５】
（５）制御部は、各単位領域についての移動範囲設定処理において、取得された画素データに基づいて受光素子の出力信号のレベルが予め定められたレベルよりも高いか否かを判定し、受光素子の出力信号のレベルが予め定められたレベルよりも大きいときに光学系と観察対象物とを相対的に第１の移動量づつ移動させ、受光素子の出力信号のレベルが予め定められたレベル以下であるときに光学系と観察対象物とを相対的に第２の移動量づつ移動させ、第２の移動量は、第１の移動量よりも大きくてもよい。
【００２６】
受光素子の出力信号のレベルが予め定められたレベル以下であるときには、受光素子の出力信号のレベルが予め定められたレベルよりも高い状態から受光素子の出力信号のレベルが予め定められたレベル以下に変化する時点における光学系と観察対象物との相対的な位置は検出されない。したがって、受光素子の出力信号のレベルが予め定められたレベル以下であるときに、受光素子の出力信号のレベルが予め定められたレベルよりも高い状態に比べて光学系と観察対象物との相対的な移動量を大きくすることにより、移動範囲設定処理の時間を短くすることができる。
【００２７】
（６）制御部は、各単位領域についての移動範囲設定処理において、第１の距離から第２の距離になるまでの予め定められた範囲にわたって光学系と観察対象物とを相対的に移動させても移動範囲が設定されない場合に、決定された初期位置から光学系と観察対象物との相対的な距離が第１の距離よりも小さい第３の距離から第２の距離よりも大きい第４の距離になるまでの予め定められた範囲にわたって光学系と観察対象物とを相対的に移動させ、取得された画素データに基づいて、受光素子の出力信号のレベルが予め定められたレベルよりも高い状態から受光素子の出力信号のレベルが予め定められたレベル以下に変化する複数の時点における光学系と観察対象物との相対的な複数の位置をそれぞれ検出し、検出された複数の位置を含むように当該単位領域についての移動範囲を設定してもよい。
【００２８】
この場合、第１の距離から第２の距離になるまでの予め定められた範囲にわたって光学系と観察対象物とを相対的に移動させても移動範囲が設定されない場合に、初期位置から光学系と観察対象物との相対的な距離が第１の距離よりも小さい第３の距離から第２の距離よりも大きい第４の距離になるまで光学系と観察対象物とが相対的に移動する。受光素子の出力信号のレベルが予め定められたレベルよりも高い状態から予め定められたレベル以下に変化する複数の時点における光学系と観察対象物との相対的な複数の位置がそれぞれ検出される。
【００２９】
このように、移動範囲設定処理において、光学系と観察対象物との相対的な複数の位置を検出するための光学系と観察対象物との相対的な距離範囲が拡大された状態で光学系と観察対象物とが相対的に移動し、光学系と観察対象物との相対的な複数の位置がそれぞれ検出される。これにより、光学系と観察対象物との相対的な複数の位置を広い範囲に渡って検出することができるので、広い範囲に渡って正確に各単位領域についての移動範囲を設定することが可能となる。
【００３０】
（７）第２の発明に係る対象物観察方法は、観察対象物の表面の状態を観察する顕微鏡システムが備える光学系と観察対象物とを相対的に移動させる範囲を設定するための対象物観察方法であって、光学系により観察対象物の表面に設定された単位領域に集光しつつ光を照射するとともに、単位領域に照射された光を受光素子に導くステップと、単位領域に垂直な方向に沿った複数の位置で単位領域内での光学系による光の照射が行われるように光学系と観察対象物とを相対的に移動させるステップと、観察範囲として複数の単位領域を設定するステップと、設定された複数の単位領域の各々について、光学系と観察対象物との相対的な移動範囲を設定する移動範囲設定処理を行い、光学系および相対的移動部を制御することにより移動範囲設定処理において設定された移動範囲内で光学系と観察対象物とを相対的に移動させるとともに受光素子の出力信号に基づいて当該単位領域についての複数の画素データを取得する測定処理を行うステップとを備え、複数の単位領域を設定するステップは、隣接する単位領域間で重複部分が形成されるように複数の単位領域を設定するステップを含み、移動範囲設定処理を行い、測定処理を行うステップは、各単位領域についての移動範囲設定処理において、光学系と観察対象物との相対的な初期位置を決定し、決定された初期位置から光学系と観察対象物とが近づく方向および遠ざかる方向に光学系と観察対象物とを相対的に移動させるとともに複数の画素データを取得し、取得された画素データに基づいて移動範囲を設定し、最初の単位領域を除く各単位領域については、隣接する他の単位領域の測定処理時に取得された画素データのうち当該単位領域の重複部分についての画素データに基づいて当該単位領域の少なくとも一部に光学系の焦点が合うように光学系と初期位置を決定するステップを含むものである。
【００３１】
この対象物観察方法においては、観察範囲として複数の単位領域が設定される。このとき、隣接する単位領域間では、重複部分が形成される。複数の単位領域の各々について、移動範囲設定処理により光学系と観察対象物との相対的な移動範囲が設定され、測定処理により当該単位領域に設定された移動範囲内で光学系と観察対象物とが相対的に移動されるとともに受光素子の出力信号に基づいて当該単位領域についての複数の画素データが取得される。
【００３２】
各単位領域についての移動範囲設定処理において、光学系と観察対象物との相対的な初期位置が決定される。決定された初期位置から光学系と観察対象物とが近づく方向および遠ざかる方向に光学系と観察対象物とが相対的に移動されるとともに複数の画素データが取得される。複数の画素データに基づいて当該単位領域について光学系と観察対象物との相対的な移動範囲が設定される。
【００３３】
最初の単位領域を除く各単位領域については、隣接する他の単位領域の測定処理時に取得された画素データのうち当該単位領域の重複部分についての画素データに基づいて、当該単位領域の少なくとも一部に光学系の焦点が合うように光学系と観察対象物との相対的な初期位置が決定される。
【００３４】
これにより、光学系と観察対象物とが初期位置にある状態で、当該単位領域の少なくとも一部から受光素子に光が導かれる。決定された初期位置から光学系と観察対象物とが近づく方向および遠ざかる方向に光学系と観察対象物とが相対的に移動されることにより、当該単位領域の少なくとも一部に光学系の焦点が合う状態から当該単位領域に光学系の焦点が合わなくなるときの光学系と観察対象物との相対的な位置を検出することができる。検出された位置に基づいて当該単位領域について光学系と観察対象物との相対的な移動範囲を適切に設定することができる。
【００３５】
上記のように、最初の単位領域を除く各単位領域については、当該単位領域についての移動範囲設定処理において、重複部分について既に取得された画素データに基づいて初期位置を決定することができる。そのため、初期位置を決定するために画素データを取得する必要がない。したがって、初期位置を短時間で設定することができる。その結果、複数の単位領域についての複数の画素データを短時間で効率的に取得することができる。
【００３６】
（８）第３の発明に係る対象物観察プログラムは、観察対象物の表面の状態を観察する顕微鏡システムが備える光学系と観察対象物とを相対的に移動させる範囲を設定する処理を処理装置に実行させる対象物観察プログラムであって、光学系により観察対象物の表面に設定された単位領域に集光しつつ光を照射するとともに、単位領域に照射された光を受光素子に導く処理と、単位領域に垂直な方向に沿った複数の位置で単位領域内での光学系による光の照射が行われるように光学系と観察対象物とを相対的に移動させる処理と、観察範囲として複数の単位領域を設定する処理と、設定された複数の単位領域の各々について、光学系と観察対象物との相対的な移動範囲を設定する移動範囲設定処理を行い、光学系および相対的移動部を制御することにより移動範囲設定処理において設定された移動範囲内で光学系と観察対象物とを相対的に移動させるとともに受光素子の出力信号に基づいて当該単位領域についての複数の画素データを取得する測定処理を行う処理とを、処理装置に実行させ、複数の単位領域を設定する処理は、隣接する単位領域間で重複部分が形成されるように複数の単位領域を設定する処理を含み、移動範囲設定処理を行い、測定処理を行う処理は、各単位領域についての移動範囲設定処理において、光学系と観察対象物との相対的な初期位置を決定し、決定された初期位置から光学系と観察対象物とが近づく方向および遠ざかる方向に光学系と観察対象物とを相対的に移動させるとともに複数の画素データを取得し、取得された画素データに基づいて移動範囲を設定し、最初の単位領域を除く各単位領域については、隣接する他の単位領域の測定処理時に取得された画素データのうち当該単位領域の重複部分についての画素データに基づいて当該単位領域の少なくとも一部に光学系の焦点が合うように光学系と初期位置を決定する処理を含むものである。
【００３７】
この対象物観察プログラムにおいては、観察範囲として複数の単位領域が設定される。このとき、隣接する単位領域間では、重複部分が形成される。複数の単位領域の各々について、移動範囲設定処理により光学系と観察対象物との相対的な移動範囲が設定され、測定処理により当該単位領域に設定された移動範囲内で光学系と観察対象物とが相対的に移動されるとともに受光素子の出力信号に基づいて当該単位領域についての複数の画素データが取得される。
【００３８】
各単位領域についての移動範囲設定処理において、光学系と観察対象物との相対的な初期位置が決定される。決定された初期位置から光学系と観察対象物とが近づく方向および遠ざかる方向に光学系と観察対象物とが相対的に移動されるとともに複数の画素データが取得される。複数の画素データに基づいて当該単位領域について光学系と観察対象物との相対的な移動範囲が設定される。
【００３９】
最初の単位領域を除く各単位領域については、隣接する他の単位領域の測定処理時に取得された画素データのうち当該単位領域の重複部分についての画素データに基づいて、当該単位領域の少なくとも一部に光学系の焦点が合うように光学系と観察対象物との相対的な初期位置が決定される。
【００４０】
これにより、光学系と観察対象物とが初期位置にある状態で、当該単位領域の少なくとも一部から受光素子に光が導かれる。決定された初期位置から光学系と観察対象物とが近づく方向および遠ざかる方向に光学系と観察対象物とが相対的に移動されることにより、当該単位領域の少なくとも一部に光学系の焦点が合う状態から当該単位領域に光学系の焦点が合わなくなるときの光学系と観察対象物との相対的な位置を検出することができる。検出された位置に基づいて当該単位領域について光学系と観察対象物との相対的な移動範囲を適切に設定することができる。
【００４１】
上記のように、最初の単位領域を除く各単位領域については、当該単位領域についての移動範囲設定処理において、重複部分について既に取得された画素データに基づいて初期位置を決定することができる。そのため、初期位置を決定するために画素データを取得する必要がない。したがって、初期位置を短時間で設定することができる。その結果、複数の単位領域についての複数の画素データを短時間で効率的に取得することができる。
【発明の効果】
【００４２】
本発明によれば、複数の単位領域について測定対象物と対物レンズとの間の相対的な距離の範囲を短時間で効率的に設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の一実施の形態に係る共焦点顕微鏡システムの構成を示すブロック図である。
【図２】Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向を定義するための図である。
【図３】画素データの取得範囲に４個の単位領域が設定される例を示す図である。
【図４】１つの画素において観察対象物のＺ方向の位置と受光素子の受光強度との関係を示す図である。
【図５】画素データの取得範囲の設定前における表示部の表示例を示す図である。
【図６】１つの画素についての対物レンズのＺ方向の位置と有効な画素データの値との関係を説明するための図である。
【図７】評価値を用いたピーク位置探索処理を説明するための図である。
【図８】高さ画像データおよび超深度画像データの生成時における対物レンズ３のＺ方向の上限位置および下限位置の設定方法を説明するための図である。
【図９】表面に段差を有する観察対象物と対物レンズとの位置関係を示す模式図である。
【図１０】図９の観察対象物に対してレーザ光を走査させることにより得られる対物レンズのＺ方向の位置と評価値との関係を示す図である。
【図１１】共焦点顕微鏡システムにおいて実行される対象物観察処理を示すフローチャートである。
【図１２】共焦点顕微鏡システムにおいて実行される対象物観察処理を示すフローチャートである。
【図１３】図１１の上下限自動設定処理を示すフローチャートである。
【図１４】図１１の上下限自動設定処理を示すフローチャートである。
【図１５】図１１の上下限自動設定処理を示すフローチャートである。
【図１６】図１４および図１５の境界位置探索処理を示すフローチャートである。
【図１７】図１４および図１５の境界位置探索処理を示すフローチャートである。
【図１８】図１４および図１５の境界位置探索処理を示すフローチャートである。
【図１９】境界位置探索処理の他の例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
本発明の一実施の形態に係る顕微鏡システムについて図面を参照しながら説明する。以下では、顕微鏡システムの一例として共焦点顕微鏡システムを説明する。
【００４５】
（１）共焦点顕微鏡システムの基本構成
図１は、本発明の一実施の形態に係る共焦点顕微鏡システム５００の構成を示すブロック図である。図１に示すように、共焦点顕微鏡システム５００は、測定部１００、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）２００、制御部３００および表示部４００を備える。測定部１００は、レーザ光源１０、Ｘ−Ｙスキャン光学系２０、受光素子３０、照明用白色光源４０、カラーＣＣＤ（電荷結合素子）カメラ５０およびステージ６０を含む。ステージ６０上には、観察対象物Ｓが載置される。
【００４６】
レーザ光源１０は、例えば半導体レーザである。レーザ光源１０から出射されたレーザ光は、レンズ１により平行光に変換された後、ハーフミラー４を透過してＸ−Ｙスキャン光学系２０に入射する。なお、レーザ光源１０に代えて水銀ランプ等の他の光源が用いられてもよい。この場合、水銀ランプ等の光源とＸ−Ｙスキャン光学系２０との間に帯域通過フィルタが配置される。水銀ランプ等の光源から出射された光は、帯域通過フィルタを通過することにより単色光となり、Ｘ−Ｙスキャン光学系２０に入射する。
【００４７】
Ｘ−Ｙスキャン光学系２０は、例えばガルバノミラーである。Ｘ−Ｙスキャン光学系２０は、ステージ６０上の観察対象物Ｓの表面上においてレーザ光をＸ方向およびＹ方向に走査する機能を有する。Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向の定義については後述する。Ｘ−Ｙスキャン光学系２０により走査されたレーザ光は、ハーフミラー５により反射された後、ハーフミラー６を透過し、対物レンズ３によりステージ６０上の観察対象物Ｓに集光される。なお、ハーフミラー４〜６に代えて偏光ビームスプリッタが用いられてもよい。
【００４８】
観察対象物Ｓにより反射されたレーザ光は、対物レンズ３およびハーフミラー６を透過した後、ハーフミラー５により反射され、Ｘ−Ｙスキャン光学系２０を透過する。Ｘ−Ｙスキャン光学系２０を透過したレーザ光は、ハーフミラー４により反射され、レンズ２により集光され、ピンホール部材７のピンホールおよびＮＤ（Neutral Density）フィルタ８を透過して受光素子３０に入射する。このように、本実施の形態においては反射型の共焦点顕微鏡システム５００が用いられるが、観察対象物Ｓが細胞等の透明体である場合には、透過型の共焦点顕微鏡システムが用いられてもよい。
【００４９】
ピンホール部材７のピンホールは、レンズ２の焦点位置に配置される。ＮＤフィルタ８は、受光素子３０に入射するレーザ光の強度を減衰させるために用いられる。そのため、レーザ光の強度が十分減衰されている場合には、ＮＤフィルタ８は設けられなくてもよい。
【００５０】
本実施の形態では、受光素子３０は光電子増倍管である。受光素子３０としてフォトダイオードおよび増幅器を用いてもよい。受光素子３０は、受光量に対応するアナログの電気信号（以下、受光信号と呼ぶ）を出力する。制御部３００は、２つのＡ／Ｄ変換器（アナログ／デジタル変換器）、ＦＩＦＯ（First In First Out）メモリおよびＣＰＵ（中央演算処理装置）を含む。受光素子３０から出力される受光信号は、制御部３００の１つのＡ／Ｄ変換器により一定のサンプリング周期でサンプリングされるとともにデジタル信号に変換される。Ａ／Ｄ変換器から出力されるデジタル信号は、ＦＩＦＯメモリに順次蓄積される。ＦＩＦＯメモリに蓄積されたデジタル信号は画素データとして順次ＰＣ２００に転送される。
【００５１】
照明用白色光源４０は、例えばハロゲンランプまたは白色ＬＥＤ（発光ダイオード）である。照明用白色光源４０により発生された白色光は、ハーフミラー６により反射された後、対物レンズ３によりステージ６０上の観察対象物Ｓに集光される。
【００５２】
観察対象物Ｓにより反射された白色光は、対物レンズ３、ハーフミラー６およびハーフミラー５を透過してカラーＣＣＤカメラ５０に入射する。カラーＣＣＤカメラ５０に代えてＣＭＯＳ（相補性金属酸化膜半導体）イメージセンサ等の撮像素子が用いられてもよい。カラーＣＣＤカメラ５０は、受光量に対応する電気信号を出力する。カラーＣＣＤカメラ５０の出力信号は、制御部３００の他の１つのＡ／Ｄ変換器により一定のサンプリング周期でサンプリングされるとともにデジタル信号に変換される。Ａ／Ｄ変換器から出力されるデジタル信号は、カメラデータとして順次ＰＣ２００に転送される。
【００５３】
制御部３００は、画素データおよびカメラデータをＰＣ２００に与えるとともに、ＰＣ２００からの指令に基づいて受光素子３０の受光感度（ゲイン）およびカラーＣＣＤカメラ５０を制御する。また、制御部３００は、ＰＣ２００からの指令に基づいてＸ−Ｙスキャン光学系２０を制御することによりレーザ光を観察対象物Ｓ上でＸ方向およびＹ方向に走査させる。
【００５４】
対物レンズ３は、レンズ駆動部６３によりＺ方向に移動可能に設けられる。制御部３００は、ＰＣ２００からの指令に基づいてレンズ駆動部６３を制御することにより対物レンズ３をＺ方向に移動させることができる。これにより、対物レンズ３に対する観察対象物Ｓの相対的なＺ方向の位置を変化させることができる。
【００５５】
ＰＣ２００は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）２１０、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）２２０、作業用メモリ２３０および記憶装置２４０を含む。ＲＯＭ２２０には、システムプログラムが記憶される。作業用メモリ２３０は、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）からなり、種々のデータの処理のために用いられる。記憶装置２４０は、ハードディスク等からなる。記憶装置２４０には、対象物観察プログラムが記憶されるとともに、制御部３００から与えられる画素データおよびカメラデータ等の種々のデータを保存するために用いられる。対象物観察プログラムの詳細は後述する。
【００５６】
ＣＰＵ２１０は、制御部３００から与えられる画素データに基づいて画像データを生成する。以下、画素データに基づいて生成される画像データを共焦点画像データと呼ぶ。また、共焦点画像データに基づいて表示される画像を共焦点画像と呼ぶ。
【００５７】
ＣＰＵ２１０は、制御部３００から与えられるカメラデータに基づいて画像データを生成する。以下、カメラデータに基づいて生成される画像データをカメラ画像データと呼ぶ。また、カメラ画像データに基づいて表示される画像をカメラ画像と呼ぶ。
【００５８】
ＣＰＵ２１０は、生成した共焦点画像データおよびカメラ画像データに作業用メモリ２３０を用いて各種処理を行うとともに、共焦点画像データに基づく共焦点画像およびカメラ画像データに基づくカメラ画像を表示部４００に表示させる。また、ＣＰＵ２１０は、後述するステージ駆動部６２に駆動パルスを与える。
【００５９】
表示部４００は、例えば液晶ディスプレイパネルまたは有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）パネルにより構成される。
【００６０】
ステージ６０は、Ｘ方向移動機構、Ｙ方向移動機構およびＺ方向移動機構を有する。Ｘ方向移動機構、Ｙ方向移動機構およびＺ方向移動機構には、ステッピングモータが用いられる。
【００６１】
ステージ６０のＸ方向移動機構、Ｙ方向移動機構およびＺ方向移動機構は、ステージ操作部６１およびステージ駆動部６２により駆動される。使用者は、ステージ操作部６１を手動で操作することにより、ステージ６０を対物レンズ３に対して相対的にＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向に移動させることができる。
【００６２】
ステージ駆動部６２は、ＰＣ２００より与えられる駆動パルスに基づいて、ステージ６０のステッピングモータに電流を供給することにより、ステージ６０を対物レンズ３に相対的にＸ方向、Ｙ方向またはＺ方向に移動させることができる。
【００６３】
（２）共焦点画像、超深度画像および高さ画像
図２は、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向を定義するための図である。図２に示すように、対物レンズ３により集光されたレーザ光が観察対象物Ｓに照射される。本実施の形態においては、対物レンズ３の光軸の方向をＺ方向と定義する。また、Ｚ方向と直交する面において、互いに直交する二方向をそれぞれＸ方向およびＹ方向と定義する。Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向を矢印Ｘ，Ｙ，Ｚでそれぞれ示す。
【００６４】
Ｚ方向において対物レンズ３に対する観察対象物Ｓの表面の相対的な位置を観察対象物ＳのＺ方向の位置と呼ぶ。共焦点画像データの生成は、単位領域ごとに行なわれる。単位領域は対物レンズ３の倍率により定まる。
【００６５】
観察対象物ＳのＺ方向の位置が一定の状態で、Ｘ−Ｙスキャン光学系２０により単位領域内のＹ方向の端部でレーザ光がＸ方向に走査される。Ｘ方向の走査が終了すると、レーザ光がＸ−Ｙスキャン光学系２０によりＹ方向に一定の間隔変移される。この状態でレーザ光がＸ方向に走査される。単位領域内でレーザ光のＸ方向の走査およびＹ方向の変移が繰り返されることにより、単位領域のＸ方向およびＹ方向の走査が終了する。次に、対物レンズ３がＺ方向に移動される。それにより、対物レンズ３のＺ方向の位置が前回と異なる一定の状態で、単位領域のＸ方向およびＹ方向の走査が行なわれる。観察対象物ＳのＺ方向の複数の位置で単位領域のＸ方向およびＹ方向の走査が行なわれる。
【００６６】
観察対象物ＳのＺ方向の位置ごとにＸ方向およびＹ方向の走査により共焦点画像データが生成される。これにより、単位領域内でＺ方向の位置が異なる複数の共焦点画像データが生成される。
【００６７】
ここで、共焦点画像データのＸ方向の画素数は、Ｘ−Ｙスキャン光学系２０によるレーザ光のＸ方向の走査速度と制御部３００のサンプリング周期とにより定まる。１回のＸ方向の走査（１本の走査線）におけるサンプリング数がＸ方向の画素数となる。また、単位領域の共焦点画像データのＹ方向の画素数は、Ｘ方向の走査の終了ごとのＸ−Ｙスキャン光学系２０によるレーザ光のＹ方向の変移量により定まる。Ｙ方向における走査線の数がＹ方向の画素数となる。さらに、単位領域の共焦点画像データの数は、観察対象物ＳのＺ方向の移動回数により定まる。単位領域の複数の共焦点画像データに基づいて、後述する方法で超深度画像データおよび高さ画像データが生成される。
【００６８】
図２の例では、まず、ステージ６０の最初の位置で単位領域ｓ１における観察対象物Ｓの複数の共焦点画像データが生成されるとともに単位領域ｓ１の超深度画像データおよび高さ画像データが生成される。続いて、ステージ６０が順次移動することにより単位領域ｓ２〜ｓ４における観察対象物Ｓの複数の共焦点画像データが生成されるとともに単位領域ｓ２〜ｓ４の超深度画像データおよび高さ画像データが生成される。この場合、隣接する単位領域の一部が互いに重なるように、単位領域ｓ１〜ｓ４が設定される。互いに重なる単位領域の一部の超深度画像データおよび高さ画像データを用いてパターンマッチングを行うことにより、複数の単位領域ｓ１〜ｓ４の超深度画像データおよび高さ画像データを高い精度で連結することができる。本実施の形態においては、互いに隣接する複数の単位領域が重なる部分を重複部分と呼ぶ。
【００６９】
図３は、画素データの取得範囲に４個の単位領域ｓ１〜ｓ４が設定される例を示す図である。図３の例では、単位領域ｓ１〜ｓ４が２行２列で設定される。１行目に単位領域ｓ１，ｓ２が並び、２行目に単位領域ｓ３，ｓ４が並ぶ。
【００７０】
この場合、横方向（行方向）において互いに隣接する単位領域ｓ１と単位領域ｓ２との間で重複部分ｏｖが設定される。また、縦方向（列方向）において互いに隣接する単位領域ｓ１と単位領域ｓ３との間で重複部分ｏｖが設定される。さらに、斜め方向において互いに隣接する単位領域ｓ１と単位領域ｓ４との間で重複部分ｏｖが設定される。同様に、互いに隣接する各２つの単位領域間でそれぞれ重複部分ｏｖが設定される。図３では、重複部分ｏｖにハッチングが施されている。
【００７１】
図４は、１つの画素において観察対象物ＳのＺ方向の位置と受光素子３０の受光強度との関係を示す図である。図１に示したように、ピンホール部材７のピンホールはレンズ２の焦点位置に配置される。そのため、観察対象物Ｓの表面が対物レンズ３の焦点位置にあるときに、観察対象物Ｓにより反射されたレーザ光がピンホール部材７のピンホールの位置に集光される。それにより、観察対象物Ｓにより反射されたレーザ光の大部分がピンホール部材７のピンホールを通過して受光素子３０に入射する。この場合、受光素子３０の受光強度は最大になる。それにより、受光素子３０から出力される受光信号の電圧値は最大となる。
【００７２】
一方、観察対象物Ｓが対物レンズ３の焦点位置が外れた位置にあるときには、観察対象物Ｓにより反射されたレーザ光はピンホール部材７のピンホールの前または後の位置に集光される。それにより、観察対象物Ｓにより反射されたレーザ光の多くはピンホール部材７のピンホールの周囲の部分で遮られ、受光素子３０の受光強度は低下する。それにより、受光素子３０から出力される受光信号の電圧値は低下する。
【００７３】
このように、観察対象物Ｓの表面が対物レンズ３の焦点位置にある状態で受光素子３０の受光強度分布にピークが現れる。各単位領域の複数の共焦点画像データから、画素ごとにＺ方向における受光強度分布が得られる。それにより、画素ごとに受光強度分布のピーク位置とピーク強度（ピークの受光強度）とが得られる。
【００７４】
各単位領域に対応する複数の画素についてのＺ方向におけるピーク位置を表すデータを高さ画像データと呼び、高さ画像データに基づいて表示される画像を高さ画像と呼ぶ。高さ画像は、観察対象物Ｓの表面形状を表す。また、各単位領域に対応する複数の画素についてのピーク強度を表すデータを超深度画像データと呼び、超深度画像データに基づいて表される画像を超深度画像と呼ぶ。超深度画像は、観察対象物Ｓの表面のすべての部分にピントが合った状態で得られる画像である。ＰＣ２００は、制御部３００から与えられる単位領域の複数の画素データに基づいて単位領域の複数の共焦点画像データを生成し、複数の共焦点画像データに基づいて単位領域の高さ画像データおよび超深度画像データを生成する。以下、高さ画像データおよび超深度画像データを総称して表面画像データと呼び、高さ画像および超深度画像を総称して表面の画像と呼ぶ。
【００７５】
（３）画素データの取得範囲（観察範囲）の設定
図５は、画素データの取得範囲の設定前における表示部４００の表示例を示す図である。図５に示すように、表示部４００の画面上には、画像表示領域４１０および条件設定領域４２０が表示される。画像表示領域４１０には、共焦点画像データに基づく共焦点画像またはカメラ画像データに基づくカメラ画像が表示される。条件設定領域４２０には、範囲設定ボタン４２１および取得開始ボタン４２２が表示される。
【００７６】
使用者は、図１の共焦点顕微鏡システム５００のステージ６０に観察対象物Ｓを載置する。制御部３００は、カメラデータを順次ＰＣ２００に与える。ＰＣ２００のＣＰＵ２１０は、制御部３００により与えられたカメラデータに基づいてカメラ画像データを生成し、観察対象物Ｓのカメラ画像を表示部４００の画像表示領域４１０に表示させる。この場合、使用者は、ステージ６０をＸ方向またはＹ方向に移動させることにより画像表示領域４１０に表示される観察対象物Ｓのカメラ画像の範囲を変更することができる。
【００７７】
使用者は、ＰＣ２００に接続されたマウス等のポインティングデバイスを用いて条件設定領域４２０の範囲設定ボタン４２１を操作する。これにより、ＰＣ２００のＣＰＵ２１０は、表示部４００に画素データの取得範囲の設定画面（図示せず）を表示させる。使用者は、取得範囲の設定画面が表示された状態で、ポインティングデバイスを用いて画素データの取得範囲を設定する。
【００７８】
ＰＣ２００のＣＰＵ２１０は、設定された取得範囲が単位領域よりも大きい場合、設定された取得範囲にｎ個（ｎは２以上の自然数）の単位領域を設定する。この場合、ＣＰＵ２１０は、互いに隣接する各２つの単位領域間に重複部分ｏｖを設定する。以下では、取得範囲が単位領域よりも大きい場合に設定される複数の単位領域をそれぞれ１番目〜ｎ番目の単位領域と呼ぶ。
【００７９】
画素データの取得範囲が設定された後、使用者は、条件設定領域４２０の取得開始ボタン４２２を操作する。これにより、ＰＣ２００のＣＰＵ２１０は、１番目の単位領域について、本発明の移動範囲設定処理に対応する処理として上下限自動設定処理を実行する。
【００８０】
上下限自動設定処理は、高さ画像データおよび超深度画像データの生成時に移動する対物レンズ３のＺ方向における上限位置および下限位置を設定する処理である。上下限自動設定処理の詳細は後述する。
【００８１】
上下限自動設定処理の実行後、ＰＣ２００のＣＰＵ２１０は、設定された上限位置と下限位置との間のＺ方向の複数の位置でレーザ光をＸ方向およびＹ方向に走査させ、１番目の単位領域における複数の画素データを取得する。これにより、１番目の単位領域内においてＺ方向の異なる複数の位置に対応する複数の共焦点画像データが生成され、生成された複数の共焦点画像データに基づいて表面画像データ（高さ画像データおよび超深度画像データ）が生成される。
【００８２】
続いて、ＰＣ２００のＣＰＵ２１０は、２番目の単位領域について後述する上下限自動設定処理を実行する。また、ＰＣ２００のＣＰＵ２１０は、設定された上限位置と下限位置との間のＺ方向の複数の位置でレーザ光をＸ方向およびＹ方向に走査させ、２番目の単位領域における複数の画素データを取得する。これにより、２番目の単位領域において、Ｚ方向の異なる複数の位置に対応する複数の共焦点画像データが生成され、生成された複数の共焦点画像データに基づいて表面画像データが生成される。
【００８３】
以後同様に、ＰＣ２００のＣＰＵ２１０は、３番目〜ｎ番目の単位領域についても、それぞれ上下限自動設定処理を実行するとともに複数の画素データを取得する。このようにして、全ての単位領域について表面画像データが生成される。
【００８４】
最後に、ＰＣ２００のＣＰＵ２１０は、生成された全て（１番目〜ｎ番目）の単位領域の表面画像データを連結し、連結された表面画像データに基づく観察対象物Ｓの表面の画像を表示部４００に表示させる。
【００８５】
以下、１番目の単位領域について実行される上下限自動設定処理を１番目の上下限自動設定処理と呼び、２番目以降のｍ（ｍは２以上ｎ以下の自然数）番目の単位領域について実行される上下限自動設定処理をｍ番目の上下限自動設定処理と呼ぶ。
【００８６】
本実施の形態において、１番目の上下限自動設定処理は、ｍ番目の上下限自動設定処理とは異なる。ｍ番目の上下限自動設定処理では、ｍ番目の単位領域とそのｍ番目の単位領域に隣接する単位領域との間の重複部分ｏｖにおいて既に取得された複数の画素データが用いられる。それにより、ｍ番目以降の上下限自動設定処理は、１番目の上下限自動設定処理に比べて単純化される。１番目の上下限自動設定処理およびｍ番目の上下限自動設定処理の詳細について説明する。
【００８７】
（４）１番目の上下限自動設定処理
１番目の上下限自動設定処理の詳細を説明する。図６は、１つの画素についての対物レンズ３のＺ方向の位置と有効な画素データの値との関係を説明するための図である。図６において、縦軸は画素データの値を表し、横軸は対物レンズ３のＺ方向の位置を表す。図６の横軸においては、左から右に向かって対物レンズ３のＺ方向の位置が高くなる。
【００８８】
以下では、受光素子３０の出力信号のレベルとして、画素データの値を用いる。また、受光素子３０の出力信号の予め定められたレベルとしてノイズレベルｎｌを用いる。
【００８９】
画素データは受光素子３０から出力される受光信号に対応するデジタル信号である。そのため、画素データの値は、受光素子３０のゲインが大きくなるほど大きく、受光素子３０のゲインが小さくなるほど小さい。また、画素データはＡ／Ｄ変換器から出力される。したがって、画素データの上限値は、Ａ／Ｄ変換器の出力レンジの上限値（以下、出力上限値ｍａｘと呼ぶ）である。
【００９０】
画素データの値が出力上限値ｍａｘで飽和すると、受光素子３０の受光強度に対応する画素データの値を得ることができない。また、画素データの値がノイズレベルｎｌ以下であると、画素データのピークを受光素子３０のノイズから明確に識別することはできない。以下では、出力上限値ｍａｘよりも小さく、ノイズレベルｎｌよりも大きい画素データの値を有効な画素データの値と呼ぶ。
【００９１】
図６においては、有効な画素データの値の範囲が矢印ＨＬで示される。この場合、曲線ｌ１で示すように、受光素子３０に任意の第１のゲインが設定されているときに、１つの画素についての画素データの値は、対物レンズ３がピーク位置ｚ０よりも低い位置ｍａ１からピーク位置ｚ０よりも高い位置ｍｂ１までの範囲にある状態で有効となる。
【００９２】
したがって、１つの画素についての有効な画素データの値を取得するための対物レンズ３のＺ方向の上限位置および下限位置は、出力上限値ｍａｘおよびノイズレベルｎｌに応じて定まる。
【００９３】
図６に曲線ｌ２で示すように、受光素子３０に第１のゲインよりも小さい第２のゲインが設定されると、画素データの値は、受光素子３０に第１のゲインが設定されている場合に比べて全体的に小さくなる。この場合、１つの画素についての画素データの値は、対物レンズ３が位置ｍａ１よりも高い位置ｍａ２から位置ｍｂ１よりも低い位置ｍｂ２までの範囲にある状態で有効となる。このように、受光素子３０に設定されるゲインが変化すると、有効な画素データの値を得ることができる対物レンズ３のＺ方向の上限位置および下限位置も変化する。
【００９４】
１つの画素についての上限位置および下限位置を設定する場合には、ピーク位置ｚ０における画素データの値が出力上限値ｍａｘにできる限り近づくようにゲインを設定する。この場合、画素データのピークがノイズレベルｎｌよりも十分に大きくなる。したがって、画素データのピークを受光素子３０のノイズから明確に識別することが可能となる。
【００９５】
ここで、１つの画素についての上限位置および下限位置を設定する場合には、まず、焦点が観察対象物Ｓの表面に合うように対物レンズ３をＺ方向に移動させる。すなわち、対物レンズ３を初期位置としてピーク位置ｚ０に移動させる。対物レンズ３がピーク位置ｚ０にある場合には、画素データの値が確実に有効となる。この場合、対物レンズ３をピーク位置ｚ０から上に向かう方向および下に向かう方向に移動させることにより、対物レンズ３の焦点が観察対象物Ｓの表面から十分にずれるとき、すなわち画素データの値がノイズレベルｎｌ以下となるときの対物レンズ３の位置を検出することができる。検出された位置に基づいて、対物レンズ３のＺ方向の上限位置および下限位置を適切に設定することができる。
【００９６】
このように、対物レンズ３のＺ方向の上限位置および下限位置を設定することにより、有効な画素データが得られない範囲で対物レンズ３をＺ方向に移動させる必要がなくなる。その結果、対物レンズ３のＺ方向の上限位置および下限位置を設定するための処理の時間を短くすることができる。
【００９７】
また、この場合、対物レンズ３のＺ方向の下限位置は、対物レンズ３の焦点位置が観察対象物Ｓの表面よりも下方に移動し、画素データの値が有効な値からノイズレベルｎｌ以下となる時点の位置に設定される。そのため、対物レンズ３のＺ方向の下限位置が設定されるときに、対物レンズ３が下方に移動しすぎることにより観察対象物Ｓの表面に衝突することが防止される。
【００９８】
本実施の形態では、１番目の上下限自動設定処理時に、後述する評価値を用いて上記のピーク位置ｚ０に対応する対物レンズ３のＺ方向の位置（後述する評価ピーク位置Ｅｚ０）を検出するとともに、受光素子３０のゲインを調整するためのピーク位置探索処理が行われる。
【００９９】
図７は、評価値を用いたピーク位置探索処理を説明するための図である。ここで、評価値は、観察対象物Ｓの表面のうち予め定められた領域についての複数の画素データの値に基づいて算出される値である。本実施の形態では、評価値は、単位領域についての全ての画素データの値の和である。評価値がピーク値を示すときの対物レンズ３のＺ方向の位置を評価ピーク位置Ｅｚ０と呼ぶ。また、Ａ／Ｄ変換器の出力上限値ｍａｘと評価値を算出するための複数の画素データの数（本例では、単位領域の全画素データの数）との乗算値を出力上限値Ｅｍａｘと呼ぶ。さらに、ノイズレベルｎｌと評価値を算出するための複数の画素データの数（本例では、単位領域の全画素データの数）との乗算値をノイズ評価レベルＥｎｌと呼ぶ。
【０１００】
以下では、受光素子３０の出力信号のレベルとして、後述する評価値を用いる。また、受光素子３０の出力信号の予め定められられたレベルとして後述するノイズ評価レベルＥｎｌを用いる。
【０１０１】
図７（ａ）に対物レンズ３のＺ方向の位置と評価値との関係が示される。図７（ａ）において、縦軸は評価値を表し、横軸は対物レンズ３のＺ方向の位置を表す。図７（ａ）の横軸においては、左から右に向かって対物レンズ３のＺ方向の位置が高くなる。
【０１０２】
ピーク位置探索処理の開始時においては、受光素子３０のゲインは、算出される評価値が評価上限値Ｅｍａｘよりも小さくかつノイズ評価レベルＥｎｌよりも十分に大きくなるように設定される。本例では、受光素子３０のゲインは、算出される評価値が評価上限値Ｅｍａｘの１／２になるように設定される。
【０１０３】
その後、図７（ａ）に太い実線の矢印で示すように、対物レンズ３を現在のＺ方向の位置ｚｓ１（評価ピーク位置Ｅｚ０よりも低い位置）から徐々に上に向かう方向に移動させつつ設定されたゲインで単位領域についての全ての画素データを取得するとともに評価値を算出する。
【０１０４】
この場合、評価値は対物レンズ３が評価ピーク位置Ｅｚ０に到達するまでの間、指数関数的に増加する。そこで、このピーク位置探索処理においては、評価値が評価上限値Ｅｍａｘに達するごとに一定量ゲインを減少させる。
【０１０５】
これにより、対物レンズ３がＺ方向の位置ｚｓ１から評価ピーク位置Ｅｚ０に移動するまでの間、指数関数的に増加する評価値が評価上限値Ｅｍａｘで飽和することが防止される。その結果、評価ピーク位置Ｅｚ０の近傍では、最終的に受光素子３０のゲインが適切な値に設定される。
【０１０６】
評価値は受光素子３０のゲインが減少すると小さくなる。そのため、ピーク位置探索処理においては、受光素子３０のゲインの減少回数に基づいて、算出された評価値を補正する。
【０１０７】
本実施の形態では、算出された評価値にピーク位置探索処理の開始後の受光素子３０のゲインの減少回数と評価上限値Ｅｍａｘとの乗算値を加算することにより、評価値の補正を行う。これにより、対物レンズ３のＺ方向の全範囲に渡って、補正後の評価値と受光素子３０の受光強度とを近似的に対応付けることが可能となる。
【０１０８】
図７（ｂ）に対物レンズ３のＺ方向の位置と補正された評価値との関係が示される。図７（ｂ）において、縦軸は補正後の評価値を表し、横軸は対物レンズ３のＺ方向の位置を表す。図７（ｂ）の横軸においては、左から右に向かって対物レンズ３のＺ方向の位置が高くなる。
【０１０９】
図７（ｂ）に示すように、補正後の評価値は、受光素子３０の受光強度と同様に、ピーク値まで指数関数的に増加した後、ピーク値から指数関数的に減少する。これにより、対物レンズ３をＺ方向の一方向（上に向かう方向）に移動させることにより、補正後の評価値の増減が切り替わったか否かを判定する。補正後の評価値の増減が切り替わった場合には、対物レンズ３をＺ方向の一方向（上に向かう方向）にさらに移動させることにより、補正後の評価値がピーク値から予め定められた値ｐｉ２分減少したか否かを判定する。
【０１１０】
補正後の評価値がピーク値から値ｐｉ２分減少した場合には、補正後の評価値の増減が切り替わる前に補正後の評価値が予め定められた値ｐｉ１分増加したか否かを判定する。補正後の評価値が予め定められた値ｐｉ１分増加した場合には、評価値がピーク値を示すときの対物レンズ３の位置を評価ピーク位置Ｅｚ０として検出することができる。
【０１１１】
対物レンズ３のＺ方向に移動可能な範囲は、対物レンズ３の倍率により予め定められている。予め許容された対物レンズ３の下側の位置を下端位置ｚｔ１と呼び、予め許容された対物レンズ３の上側の位置を上端位置ｚｔ２と呼ぶ。
【０１１２】
最初に対物レンズ３が評価ピーク位置Ｅｚ０よりも高い位置ｚｓ２にある場合、対物レンズ３を上に向かう方向に移動させても評価ピーク位置Ｅｚ０を検出することはできない。この場合、図７（ｂ）に太い点線の矢印で示すように、対物レンズ３を上端位置ｚｔ２まで移動させた後、対物レンズ３を逆方向（下に向かう方向）に移動させる。これにより、上記と同様に、評価ピーク位置Ｅｚ０を検出することができる。
【０１１３】
画素データの値は、受光素子３０のノイズの影響により変化する。そこで、上記の値ｐｉ１，ｐｉ２は、例えばノイズレベルｎｌと評価値を算出するための複数の画素データの数（本例では、単位領域の全画素データの数）とのノイズ評価レベルＥｎｌよりも大きい値に設定される。これにより、補正後の評価値が受光素子３０のノイズの影響により変化する場合でも、評価ピーク位置Ｅｚ０が誤って検出されることが防止される。値ｐｉ１，ｐｉ２は、同じ値であってもよいし、互いに異なる値であってもよい。
【０１１４】
１番目の上下限自動設定処理においては、上記のように、ピーク位置探索処理により受光素子３０のゲインが調整されつつ評価ピーク位置Ｅｚ０が探索される。
【０１１５】
本例では、１番目の単位領域に対して対物レンズ３の焦点が合う位置として近似的に評価ピーク位置Ｅｚ０を用いる。対物レンズ３を初期位置として評価ピーク位置Ｅｚ０に移動させ、対物レンズ３のＺ方向の上限位置および下限位置を設定する。この場合、対物レンズ３の焦点位置に観察対象物Ｓの表面が存在する。そのため、後述するように、対物レンズ３のＺ方向の位置を評価ピーク位置Ｅｚ０から上に向かう方向に変化させつつ評価値を算出することにより、評価値がノイズ評価レベルＥｎｌ以下となる位置を、対物レンズ３のＺ方向の上限位置として適切に設定することができる。一方、対物レンズ３のＺ方向の位置を評価ピーク位置Ｅｚ０から下に向かう方向に変化させつつ評価値を算出することにより、評価値がノイズ評価レベルＥｎｌ以下となる位置を、対物レンズ３のＺ方向の下限位置として適切に設定することができる。
【０１１６】
図８は、高さ画像データおよび超深度画像データの生成時における対物レンズ３のＺ方向の上限位置および下限位置の設定方法を説明するための図である。
【０１１７】
この設定方法においては、まず、対物レンズ３をピーク位置探索処理により検出された評価ピーク位置Ｅｚ０に保持した状態で、単位領域のＸ方向およびＹ方向の走査を行い、単位領域についての全ての画素データを取得する。
【０１１８】
いずれかの画素データの値が出力上限値ｍａｘ（図６）である場合には、その画素データの値は有効ではない。そこで、受光素子３０のゲインを一定量減少させる。その後、再び単位領域のＸ方向およびＹ方向の走査を行うことにより、単位領域についての全ての画素データを取得する。
【０１１９】
上記のゲイン調整および画素データの取得を繰り返すことにより、全ての画素データの値が出力上限値ｍａｘ（図６）よりも小さくなった場合に、評価値が所定のしきい値以下であるか否かを判定する。本実施の形態では、所定のしきい値は、ノイズ評価レベルＥｎｌ（図７および図１０）である。評価値がノイズ評価レベルＥｎｌ（図７および図１０）以下でない場合、図８に太い実線の矢印ｎａで示すように、対物レンズ３を一定量上に向かう方向に移動させる。
【０１２０】
続いて、上記のゲイン調整、画素データの取得、画素データの判定動作および対物レンズ３の上に向かう方向への移動を繰り返す。それにより、評価値がノイズ評価レベルＥｎｌ以下であると判定されたときの対物レンズ３のＺ方向の位置を上限位置ＵＰとして設定する。
【０１２１】
受光素子３０のゲインが変化すると、取得される画素データの値も変化する。そこで、上限位置ＵＰの設定後、図８に太い実線の矢印ｎｂで示すように、最後に受光素子３０のゲインが減少された時点の位置Ｅｚ１まで対物レンズ３をＺ方向に移動させる。ピーク位置探索処理後上限位置ＵＰが設定されるまでの間、受光素子３０のゲインが変化しない場合には、対物レンズ３を評価ピーク位置Ｅｚ０までＺ方向に移動させる。この状態で、単位領域のＸ方向およびＹ方向の走査を行うことにより、単位領域についての全ての画素データを取得する。
【０１２２】
この場合においても、上記と同様に、いずれかの画素データの値が出力上限値ｍａｘ（図６）である場合には、受光素子３０のゲインを一定量減少させる。その後、再び単位領域のＸ方向およびＹ方向の走査を行うことにより、単位領域についての全ての画素データを取得する。
【０１２３】
上記のゲイン調整および画素データの取得を繰り返すことにより、全ての画素データの値が出力上限値ｍａｘ（図６）よりも小さくなった場合には、評価値がノイズ評価レベルＥｎｌ以下であるか否かを判定する。
【０１２４】
評価値がノイズ評価レベルＥｎｌ以下でない場合、図８に太い実線の矢印ｎｃで示すように、対物レンズ３を一定量下に向かう方向に移動させる。続いて、上記のゲイン調整、画素データの取得、画素データの判定動作および対物レンズ３の下に向かう方向への移動を繰り返す。それにより、評価値がノイズ評価レベルＥｎｌ以下であると判定されたときの対物レンズ３のＺ方向の位置を下限位置ＢＰとして設定する。
【０１２５】
上記のように、受光素子３０のゲインが変化すると、取得される画素データの値も変化し、有効な画素データの値を得ることができる対物レンズ３のＺ方向の範囲も変化する。すなわち、上限位置ＵＰの設定後下限位置ＢＰが設定されるまでの間に受光素子３０のゲインが変化すると、ゲインの変化量に応じて上限位置ＵＰも変化する。そこで、上限位置ＵＰの設定後の下限位置ＢＰの設定時に受光素子３０のゲインが減少された場合、図８に太い実線の矢印ｎｄで示すように、最後に受光素子３０のゲインが減少された時点の位置Ｅｚ２まで対物レンズ３をＺ方向に移動させる。
【０１２６】
その後、図８に太い実線の矢印ｎｅで示すように、再び上限位置ＵＰの探索を行う。上記のように、一度上限位置ＵＰおよび下限位置ＢＰが設定されている場合には、受光素子３０のゲインは十分に減少していると考えられる。そのため、再度の上限位置ＵＰの探索時には、受光素子３０のゲインはほとんど減少しない。したがって、受光素子３０が下限位置ＢＰの設定時のゲインとほぼ同じゲインに調整された状態で、上限位置ＵＰが再設定される。
【０１２７】
（５）ｍ番目以降の上下限自動設定処理
上述のように、ｍ番目の上下限自動設定処理では、ｍ番目の単位領域とそのｍ番目の単位領域に隣接する単位領域との間の重複部分ｏｖについて既に取得された複数の画素データが用いられる。以下、ｍ番目以降の上下限自動設定処理の詳細を説明する。
【０１２８】
ｍ番目以降の上下限自動設定処理が開始される場合には、ｍ番目の単位領域とそのｍ番目の単位領域に隣接する単位領域との間の重複部分ｏｖについての複数の画素データが既に取得されている。
【０１２９】
例えば、図３の２番目の単位領域ｓ２について２番目の上下限自動設定処理が開始される場合には、１番目の単位領域ｓ１と２番目の単位領域ｓ２との間の重複部分ｏｖについての複数の画素データが既に取得されている。同様に、図３の４番目の単位領域ｓ４について４番目の上下限自動設定処理が開始される場合には、２番目の単位領域ｓ２と４番目の単位領域ｓ４との間の重複部分ｏｖおよび３番目の単位領域ｓ３と４番目の単位領域ｓ４との間の重複部分ｏｖについての複数の画素データが既に取得されている。
【０１３０】
そこで、ｍ番目の上下限自動設定処理では、１番目の単位領域の上下限自動設定処理で実行されるピーク位置探索処理の代わりに、ｍ番目の単位領域とそのｍ番目の単位領域に隣接する単位領域との間の重複部分ｏｖについて既に取得された複数の画素データに基づいて、上限位置ＵＰおよび下限位置ＢＰを探索するためのＺ方向における対物レンズ３の初期位置が決定される。
【０１３１】
重複部分ｏｖについて既に取得された複数の画素データは、有効な画素データである。したがって、これらの複数の有効な画素データを用いることにより、評価値がノイズ評価レベルＥｎｌよりも大きくなるように対物レンズ３の初期位置を決定することができる。その結果、ｍ番目の上下限自動設定処理において、対物レンズ３のＺ方向の上限位置および下限位置を短時間で設定することが可能となる。
【０１３２】
具体的には、初期位置は、次のように決定することができる。単位領域についての複数の画素データが取得されることにより、単位領域の高さ画像データおよび超深度画像データが生成される。したがって、ｍ番目の上下限自動設定処理時には、既にｍ番目の単位領域とそのｍ番目の単位領域に隣接する単位領域との間の重複部分ｏｖについての高さ画像データおよび超深度画像データが生成されている。そこで、ｍ番目の上下限自動設定処理では、既に生成された重複部分ｏｖについての高さ画像データに基づいて、Ｚ方向における重複部分ｏｖの表面のうち最も低い高さ（または最も高い高さ）を求める。求められた高さに焦点位置が一致するときの対物レンズ３のＺ方向の位置を初期位置として決定する。
【０１３３】
または、初期位置は、次のように決定することができる。既に生成された重複部分ｏｖの高さ画像データに基づいて、Ｚ方向における重複部分ｏｖの表面の平均高さを算出する。算出された平均高さに焦点位置が一致するときの対物レンズ３のＺ方向の位置を初期位置として決定する。
【０１３４】
または、初期位置は、次のように決定することができる。既に生成された重複部分ｏｖについての高さ画像データに基づいて、Ｚ方向における重複部分ｏｖの表面の高さについてのヒストグラム（度数分布）を求める。求められたヒストグラムにおいてピークを示す高さに焦点位置が一致するときの対物レンズ３の位置を初期位置として決定する。
【０１３５】
画素データの値がノイズレベルｎｌ以下であると、画素データの値のピークを受光素子３０のノイズから明確に識別することは難しい。そこで、初期位置を決定する場合には、ｍ番目の単位領域とそのｍ番目の単位領域に隣接する単位領域との間の重複部分ｏｖについて既に取得された複数の画素データのうちノイズレベルｎｌを超える画素データを抽出してもよい。この場合、抽出された画素データに基づいて初期位置を決定することにより、有効な画素データに基づいて初期位置を適切に決定することができる。
【０１３６】
なお、ｍ番目の単位領域が複数の単位領域に隣接する場合には、複数の重複部分ｏｖについての複数の画素データに基づいて、対物レンズ３の初期位置が決定されてもよい。
【０１３７】
続いて、対物レンズ３をＺ方向の初期位置に保持した状態で、ｍ番目の単位領域のＸ方向およびＹ方向の走査を行うことにより、単位領域についての全ての画素データを取得する。この状態で、全ての画素データの値が予め定められた規定値以上でない場合、受光素子３０のゲインを一定量増加させる。画素データの取得および受光素子３０のゲインの調整を繰り返し、全ての画素データの値が予め定められた規定値以上になると、初期位置を基準として対物レンズ３の上限位置ＵＰおよび下限位置ＢＰの探索を開始する。
【０１３８】
ｍ番目の上下限自動設定処理における上限位置ＵＰおよび下限位置ＢＰの探索動作は、１番目の上下限自動設定処理における上限位置ＵＰおよび下限位置ＢＰの探索動作と同じである。
【０１３９】
上記のように、ｍ番目の上下限自動設定処理においては、既に取得されている重複部分ｏｖについての画素データに基づいて対物レンズ３の上限位置ＵＰおよび下限位置ＢＰを探索するための初期位置が決定される。したがって、ピーク位置探索処理を実行する必要がない。その結果、上下限自動設定処理の処理時間が十分に短くなる。
【０１４０】
（６）上下限自動設定処理の他の例
図９は、表面に段差を有する観察対象物Ｓと対物レンズ３との位置関係を示す模式図である。図９の例では、観察対象物Ｓの表面に第１、第２および第３の面Ｓａ１，Ｓａ２，Ｓａ３からなる段差が形成されている。第１および第３の面Ｓａ１，Ｓａ３はＸＹ方向に平行であり、第２の面Ｓａ２はＹＺ方向に平行である。Ｚ方向において、第１の面Ｓａ１は第３の面Ｓａ３よりも高い。Ｘ方向において、第２の面Ｓａ２は第１および第３の面Ｓａ１，Ｓａ３の間に位置する。
【０１４１】
図９（ａ）に示すように、Ｚ方向において対物レンズ３の焦点位置ｆｐが第１の面Ｓａ１と第２の面Ｓａ２との交差部に位置するときの対物レンズ３のＺ方向の位置を第１のＺ位置ｚｐ１と呼ぶ。図９（ｂ）に示すように、Ｚ方向において対物レンズ３の焦点位置ｆｐが第２の面Ｓａ２上でかつＺ方向における第１の面Ｓａ１と第３の面Ｓａ３との間に位置するときの対物レンズ３のＺ方向の位置を第２のＺ位置ｚｐ２と呼ぶ。図９（ｃ）に示すように、Ｚ方向において対物レンズ３の焦点位置ｆｐが第２の面Ｓａ２と第３の面Ｓａ３との交差部に位置するときの対物レンズ３のＺ方向の位置を第３のＺ位置ｚｐ３と呼ぶ。
【０１４２】
図９の観察対象物ＳのＺ方向の複数の位置でレーザ光をＸ方向およびＹ方向に走査させる。図１０は、図９の観察対象物Ｓに対してレーザ光を走査させることにより得られる対物レンズ３のＺ方向の位置と評価値との関係を示す図である。図１０の縦軸は評価値を表し、横軸は対物レンズ３のＺ方向の位置を表す。横軸においては、左から右に向かって対物レンズ３のＺ方向の位置が高くなる。また、図１０の横軸には、上述の下端位置ｚｔ１、上端位置ｚｔ２および第１〜第３のＺ位置ｚｐ１〜ｚｐ３が示される。
【０１４３】
図１０に示すように、対物レンズ３のＺ方向の位置が第１のＺ位置ｚｐ１にある場合には、対物レンズ３の焦点位置ｆｐが第１の面Ｓａ１上に位置する（図９（ａ）参照）。この場合、対物レンズ３の焦点位置ｆｐでレーザ光の一部が第１の面Ｓａ１で反射することにより評価値が大きくなる。また、対物レンズ３のＺ方向の位置が第３のＺ位置ｚｐ３にある場合には、対物レンズ３の焦点位置ｆｐが第３の面Ｓａ３上に位置する（図９（ｃ）参照）。この場合、対物レンズ３の焦点位置ｆｐでレーザ光の一部が第３の面Ｓａ３で反射することにより評価値が大きくなる。一方、対物レンズ３が第２のＺ位置ｚｐ２にある場合には、対物レンズ３の焦点位置ｆｐが対物レンズ３の光軸に直交する面（ＸＹ方向に平行な面）上に存在しない。この場合、対物レンズ３の焦点位置ｆｐにはＺ方向にレーザ光を反射する面が存在しない。そのため、評価値が小さくなる。
【０１４４】
本例では、対物レンズ３が下端位置ｚｔ１から位置ｚｎ１までの間の範囲ＡＺ１、位置ｚｎ２から位置ｚｎ３までの間の範囲ＡＺ２、および位置ｚｎ４から上端位置ｚｔ２までの間の範囲ＡＺ３にある場合、評価値が上述のノイズ評価レベルＥｎｌ以下である。第１のＺ位置ｚｐ１は、位置ｚｎ１と位置ｚｎ２との間に位置し、第２のＺ位置ｚｐ２は、位置ｚｎ２と位置ｚｎ３との間に位置し、第３のＺ位置ｚｐ３は、位置ｚｎ３と位置ｚｎ４との間に位置する。
【０１４５】
上記の上下限自動設定処理によれば、対物レンズ３を第１の位置ｚｐ１に移動させた後、ゲイン調整、画素データの取得および対物レンズ３の上に向かう方向への移動を繰り返す。これにより、評価値が最初にノイズ評価レベルＥｎｌ以下となったときの対物レンズ３のＺ方向の位置ｚｎ２が上限位置ＵＰとして設定される。また、上限位置ＵＰの設定後、対物レンズ３を最後に受光素子３０のゲインが減少された時点の位置に移動させた後、ゲイン調整、画素データの取得および対物レンズ３の下に向かう方向への移動を繰り返す。これにより、評価値が最初にノイズ評価レベルＥｎｌ以下となったときの対物レンズ３のＺ方向の位置ｚｎ１が下限位置ＢＰとして設定される。受光素子３０のゲインが変化した場合には、上限位置ＵＰの再探索および再設定が行われる。このように上限位置ＵＰおよび下限位置ＢＰが設定される場合には、第３のＺ位置ｚｐ３が上限位置ＵＰと下限位置ＢＰとの間の範囲から外れる。そのため、使用者は第３の面Ｓａ３を観察することができなくなる。
【０１４６】
そこで、本実施の形態に係る共焦点顕微鏡システム５００においては、上記の図８を用いて説明した上下限自動設定処理に加えて、以下の上下限自動設定処理が行われてもよい。
【０１４７】
本例の上下限自動設定処理においては、対物レンズ３を第１の位置ｚｐ１に移動させた後、対物レンズ３が上端位置ｚｔ２に達するまで、ゲイン調整、画素データの取得および対物レンズ３の上に向かう方向への移動を繰り返す（図１０の太い矢印参照）。評価値が最後にノイズ評価レベルＥｎｌよりも大きい値からノイズ評価レベルＥｎｌ以下となるときの対物レンズ３のＺ方向の位置（本例では位置ｚｎ４）を上限位置ＵＰとして設定する。
【０１４８】
また、上限位置ＵＰの設定後、対物レンズ３を最後に受光素子３０のゲインが減少された時点の位置に移動させた後、対物レンズ３が下端位置ｚｔ１に達するまで、ゲイン調整、画素データの取得および対物レンズ３の下に向かう方向への移動を繰り返す。評価値が最後にノイズ評価レベルＥｎｌよりも大きい値からノイズ評価レベルＥｎｌ以下となるときの対物レンズ３のＺ方向の位置（本例では位置ｚｎ１）を下限位置ＢＰとして設定する。
【０１４９】
受光素子３０のゲインが変化した場合には、対物レンズ３を最後に受光素子３０のゲインが減少された位置に移動させた後、対物レンズ３が上端位置ｚｔ２に達するまで、ゲイン調整、画素データの取得および対物レンズ３の上に向かう方向への移動を繰り返す。評価値が最後にノイズ評価レベルＥｎｌよりも大きい値からノイズ評価レベルＥｎｌ以下となるときの対物レンズ３のＺ方向の位置を上限位置ＵＰとして再設定する。
【０１５０】
この方法によれば、観察対象物Ｓの表面が大きな段差を有する場合でも、使用者は、段差を構成する全ての面（図９の第１および第３の面Ｓａ１，Ｓａ３）を観察することができる。
【０１５１】
上記のように、対物レンズ３のＺ方向に移動可能な範囲は、対物レンズ３の倍率により予め定められている。しかしながら、下限位置ＢＰおよび上限位置ＵＰは、必ずしも対物レンズ３の倍率により予め定められた下端位置ｚｔ１と上端位置ｚｔ２との間に位置するとは限らない。
【０１５２】
したがって、上下限自動設定処理において、下限位置ＢＰおよび上限位置ＵＰが設定できない場合には、上端位置ｚｔ２（図７、図９および図１０）よりも一定距離高い位置を新たな上端位置とし、下端位置ｚｔ１（図７、図９および図１０）よりも一定距離低い位置を新たな下端位置として設定した後、新たに設定された上端位置および下端位置に基づいて上下限自動設定処理を再度行ってもよい。
【０１５３】
このように、上限位置ＵＰおよび下限位置ＢＰが予め定められた対物レンズ３のＺ方向に移動可能な範囲内に設定されない場合に、新たな上端位置および下限位置が設定される。これにより、対物レンズ３のＺ方向に移動可能な範囲が拡大された状態で再度上下限自動設定処理が行われるので、Ｚ方向の広い範囲に渡って上限位置ＵＰおよび下限位置ＢＰを正確に設定することが可能となる。
【０１５４】
上限位置ＵＰおよび下限位置ＢＰの探索時には、実質的に下端位置ｚｔ１から上端位置ｚｔ２までの範囲でゲイン調整および画素データの取得が行われる。そのため、上下限自動設定処理の時間が長くなる。そこで、本例の上下限自動設定処理においては、以下のように上限位置ＵＰおよび下限位置ＢＰを探索してもよい。
【０１５５】
上記のように、上限位置ＵＰまたは下限位置ＢＰの探索時には、評価値が最後にノイズ評価レベルＥｎｌよりも大きい値からノイズ評価レベルＥｎｌ以下となるときの対物レンズ３のＺ方向の位置が上限位置ＵＰまたは下限位置ＢＰとして設定される。したがって、上限位置ＵＰまたは下限位置ＢＰの探索時には、評価値がノイズ評価レベルＥｎｌよりも大きい場合に、対物レンズ３のＺ方向の移動ピッチを小さく設定する。この理由について、移動ピッチの具体的な設定例とともに説明する。
【０１５６】
Ｚ方向において、対物レンズ３から観察対象物Ｓに照射されるレーザ光の強度は、対物レンズ３の焦点位置ｆｐで最も大きくなり、対物レンズ３の焦点位置ｆｐから離れるほど小さくなる。観察対象物Ｓの表面に照射されるレーザ光の強度が小さすぎると、観察対象物Ｓの表面を正確に観察することができない。そのため、上限位置ＵＰまたは下限位置ＢＰの探索時における対物レンズ３のＺ方向の移動ピッチは、単位領域の表面全体に一定強度以上のレーザ光が照射されるように設定される。
【０１５７】
上述のように、１つの画素についての上限位置および下限位置を設定する場合には、ピーク位置ｚ０における画素データの値が出力上限値ｍａｘにできる限り近づくようにゲインが設定される。したがって、観察対象物Ｓの表面にピーク強度の１／２の強度でレーザ光が照射される場合でも、観察対象物Ｓの表面を観察するために十分な反射光を得ることができる。
【０１５８】
ここで、対物レンズ３が固定された状態で、レーザ光の強度がピーク強度の１／２になるときのＺ方向の位置と焦点位置ｆｐとの間の距離を強度半減距離と呼ぶ。本例では、評価値がノイズ評価レベルＥｎｌよりも大きい値である場合に、対物レンズ３のＺ方向の移動ピッチを強度半減距離に設定する。この場合、上限位置ＵＰまたは下限位置ＢＰの探索時において、単位領域の表面全体にピーク強度の１／２以上の強度でレーザ光を照射することができる。これにより、上限位置ＵＰまたは下限位置ＢＰを精度よく設定することができる。
【０１５９】
評価値がノイズ評価レベルＥｎｌ以下である場合（例えば、対物レンズ３の位置が図１０の範囲ＡＺ１，ＡＺ２，ＡＺ３にある場合）には、Ｚ方向の移動ピッチを大きく設定する。この理由について、移動ピッチの具体的な設定例とともに説明する。
【０１６０】
評価値がノイズ評価レベルＥｎｌ以下である状態では、上限位置ＵＰおよび下限位置ＢＰは設定されない。評価値がノイズ評価レベルＥｎｌ以下である場合には、評価値がノイズ評価レベルＥｎｌよりも大きい値に変化したか否かが判定できればよい。
【０１６１】
そこで、本例では、評価値がノイズ評価レベルＥｎｌ以下である場合に、受光素子３０のゲインを一定量大きくする。この場合、取得される複数の画素データの値がそれぞれ大きくなり、評価値が大きくなる。これにより、単位領域の表面に照射されるレーザ光の強度が低い場合でも、評価値とノイズ評価レベルＥｎｌとを比較することが可能となる。それにより、対物レンズ３のＺ方向の移動ピッチを上記の強度半減距離よりも大きく設定することができる。
【０１６２】
このように、評価値がノイズ評価レベルＥｎｌよりも大きい場合に比べて、対物レンズ３のＺ方向の移動ピッチを大きく設定する。これにより、画素データの取得回数を低減することができるので、上下限自動設定処理の時間が短くなる。
【０１６３】
評価値がノイズ評価レベルＥｎｌ以下である場合には、受光素子３０のゲインを一定量増加させる代わりにレーザ光源１０から出射されるレーザ光の光量を一定量増加させてもよい。この場合、上記の強度半減距離が大きくなる。それにより、評価値がノイズ評価レベルＥｎｌよりも大きい値である場合に比べて、対物レンズ３のＺ方向の移動ピッチを大きく設定することができる。
【０１６４】
評価値がノイズ評価レベルＥｎｌ以下である場合には、受光素子３０のゲインを一定量増加させる代わりにＮＤフィルタ８の減衰率を一定量低下させてもよい。この場合、上記の強度半減距離が大きくなる。それにより、評価値がノイズ評価レベルＥｎｌよりも大きい値である場合に比べて、対物レンズ３のＺ方向の移動ピッチを大きく設定することができる。
【０１６５】
上記の例では、上限位置ＵＰの設定後、対物レンズ３を最後に受光素子３０のゲインが減少された時点の位置に移動させた後、対物レンズ３が下端位置ｚｔ１に達するまで、ゲイン調整、画素データの取得および対物レンズ３の下に向かう方向への移動が繰り返され、評価値が最後にノイズ評価レベルＥｎｌよりも大きい値からノイズ評価レベルＥｎｌ以下となるときの対物レンズ３のＺ方向の位置が下限位置ＢＰとして設定される。
【０１６６】
（７）対象物観察処理
共焦点顕微鏡システム５００において、観察対象物Ｓを観察する場合に図１のＰＣ２００のＣＰＵ２１０が行う対象物観察処理について説明する。
【０１６７】
図１１および図１２は、共焦点顕微鏡システム５００において実行される対象物観察処理を示すフローチャートである。図１のＰＣ２００のＣＰＵ２１０は、記憶装置２４０に記憶される対象物観察プログラムに従って動作する。
【０１６８】
以下に説明する対象物観察処理においては、本発明の移動範囲設定処理として上下限自動設定処理（後述するステップＳ４）が実行され、本発明の測定処理として単位領域についての画素データを取得する処理（後述するステップＳ７）が実行される。なお、フローチャートのステップＳ８，Ｓ９では、共焦点画像データおよび表面画像データを画像データと略記する。対象物観察処理には、上記の上下限自動設定処理が含まれる。上記のように、ｍ番目の上下限自動設定処理では、ｍ番目の単位領域とそのｍ番目の単位領域に隣接する単位領域との間の重複部分ｏｖにおいて既に取得された複数の画素データが用いられる。それにより、ｍ番目以降の上下限自動設定処理が１番目の上下限自動設定処理に比べて単純化されるので、ｍ番目の上下限自動設定処理の時間が十分に短くなる。
【０１６９】
まず、ＣＰＵ２１０は、制御部３００により与えられるカメラデータに基づいてカメラ画像データを生成し、カメラ画像データに基づいて観察対象物Ｓのカメラ画像を図５の表示部４００の画像表示領域４１０に表示させる（ステップＳ１）。
【０１７０】
次に、使用者は、ポインティングデバイスを用いて画素データの取得範囲を指示する。ＣＰＵ２１０は、使用者の指示に基づいて、画素データの取得範囲を設定する（ステップＳ２）。本実施の形態では、画素データの取得範囲が単位領域よりも大きい場合に、隣接する単位領域の一部が互いに重なるように、取得範囲内の各単位領域の位置および単位領域の数が決定される。決定された取得範囲内の各単位領域の位置および単位領域の数が作業用メモリ２３０に記憶される。
【０１７１】
続いて、ＣＰＵ２１０は、作業用メモリ２３０に記憶された単位領域の位置に基づいて図１のステージ駆動部６２に駆動パルスを与えることによりステージ６０を移動させる（ステップＳ３）。
【０１７２】
続いて、ＣＰＵ２１０は、上記の上下限自動設定処理を行う（ステップＳ４）。上下限自動設定処理により、対物レンズ３のＺ方向の移動範囲が設定される。上下限自動設定処理の詳細については後述する（図１３〜図１６参照）。その後、ＣＰＵ２１０は、上下限自動設定処理が成功したか否かを判定する（ステップＳ５）。上下限自動設定処理が成功した場合、ＣＰＵ２１０は、制御部３００にＸ方向の走査におけるサンプリング数、走査線数およびＺ方向の移動範囲を通知するとともに単位領域についての画素データの取得を指令する（ステップＳ６）。
【０１７３】
制御部３００は、ＣＰＵ２１０から通知されたＸ方向の走査におけるサンプリング数、走査線数およびＺ方向の移動範囲に基づいて、図１のＸ−Ｙスキャン光学系２０を制御するとともに対物レンズ３のＺ位置（観察対象物ＳのＺ方向の位置）を移動させ、受光素子３０から出力される受光信号に基づいて画素データをＰＣ２００のＣＰＵ２１０に与える。ＣＰＵ２１０は、制御部３００から単位領域についての画素データを取得する（ステップＳ７）。ＣＰＵ２１０は、取得した画素データに基づいて単位領域の複数の共焦点画像データを生成するとともに表面画像データを生成し（ステップＳ８）、記憶装置２４０に記憶する。
【０１７４】
ここで、ＣＰＵ２１０は、全ての単位領域の共焦点画像データおよび表面画像データを生成したか否かを判定する（ステップＳ９）。全ての単位領域の共焦点画像データおよび表面画像データを生成していない場合、ＣＰＵ２１０は、ステップＳ３の処理に戻る。ＣＰＵ２１０は、次の単位領域の共焦点画像データの生成が可能な位置にステージ６０を移動させ、ステップＳ４〜Ｓ９の処理を繰り返す。
【０１７５】
一方、ステップＳ９において、全ての単位領域の共焦点画像データおよび表面画像データを生成した場合、ＣＰＵ２１０は、記憶装置２４０に記憶された複数の単位領域の表面画像データを記憶装置２４０を用いて連結する（ステップＳ１０）。これにより、指示された取得範囲の表面画像データが生成される。画素データの取得範囲内に単位領域が１つしか含まれない場合、ステップＳ１０において表面画像データの連結は行われない。
【０１７６】
その後、ＣＰＵ２１０は、連結された表面画像データに基づく観察対象物Ｓの表面の画像を作業用メモリ２３０を用いて表示部４００に表示させる（ステップＳ１１）。最後に、ＣＰＵ２１０は、連結された表面画像データを記憶装置２４０に記憶し、対象物観察処理を終了する。
【０１７７】
上記のステップＳ５において、上下限自動設定処理が失敗した場合、ＣＰＵ２１０は、画像処理が失敗したことを示す画像を表示部４００に表示させ（ステップＳ１２）、対象物観察処理を終了する。
【０１７８】
このように、図１１および図１２の対象物観察処理においては、ステップＳ５，Ｓ１２により上下限自動設定処理が失敗した場合に対象物観察処理が終了する。これに限らず、ステップＳ５において上下限自動設定処理が失敗した場合に、ＣＰＵ２１０は、上端位置ｚｔ２（図７、図９および図１０）を上限位置ＵＰとして設定し、下端位置ｚｔ１（図７、図９および図１０）を下限位置ＢＰとして設定してもよい。この場合、ＣＰＵ２１０は、下限位置ＢＰおよび上限位置ＵＰの設定後、ステップＳ６の処理に進んでもよい。これにより、上下限自動設定処理が失敗した場合でも、観察対象物Ｓの表面の画像を表示部４００に表示させることが可能となる。
【０１７９】
上記の例に限らず、ステップＳ５において上下限自動設定処理が失敗した場合に、ＣＰＵ２１０は、上端位置ｚｔ２（図７、図９および図１０）よりも一定距離高い位置を新たな上端位置とし、下端位置ｚｔ１（図７、図９および図１０）よりも一定距離低い位置を新たな下端位置として設定した後、新たに設定された上端位置および下端位置に基づいてステップＳ４の上下限自動設定処理を再度行ってもよい。
【０１８０】
上端位置ｚｔ２（図７、図９および図１０）と新たな上端位置との間の一定距離、および下端位置ｚｔ１（図７、図９および図１０）と新たな下端位置との間の一定距離は、等しくてもよいし、互いに異なってもよい。また、これらの一定距離は、対物レンズ３の倍率により予め定められた距離であってもよいし、使用者がＰＣ２００（図１）に接続されたマウス等のポインティングデバイスを用いて設定した距離であってもよい。
【０１８１】
上記のように、上限位置ＵＰおよび下限位置ＢＰが予め定められた対物レンズ３のＺ方向に移動可能な範囲内に設定されない場合に、新たな上端位置および下限位置が設定される。これにより、対物レンズ３のＺ方向に移動可能な範囲が拡大された状態で再度上下限自動設定処理が行われるので、Ｚ方向の広い範囲に渡って上限位置ＵＰおよび下限位置ＢＰを正確に設定することが可能となる。
【０１８２】
なお、ＣＰＵ２１０は、上限位置ＵＰが設定されかつ下限位置ＢＰが設定されない場合に、新たな上端位置のみを設定し、新たに設定された上端位置および下端位置ｚｔ１（図７、図９および図１０）に基づいてステップＳ４の上下限自動設定処理を再度行ってもよい。同様に、ＣＰＵ２１０は、下限位置ＢＰが設定されかつ上限位置ＵＰが設定されない場合に、新たな下端位置のみを設定し、新たに設定された下端位置および上端位置ｚｔ２（図７、図９および図１０）に基づいてステップＳ４の上下限自動設定処理を再度行ってもよい。
【０１８３】
（８）上下限自動設定処理
図１３〜図１５は、図１１の上下限自動設定処理を示すフローチャートである。図１３に示すように、ＣＰＵ２１０は、まず現在の上下限自動設定処理が１番目の上下限自動設定処理であるか否かを判定する（ステップＳ２０）。現在の上下限自動設定処理が１番目の上下限自動設定処理である場合、ＣＰＵ２１０は、上記の評価値を用いたピーク位置探索処理（図７参照）を行うことにより、評価ピーク位置Ｅｚ０を検出する（ステップＳ２１）。続いて、ＣＰＵ２１０は、検出された評価ピーク位置Ｅｚ０を１番目の上下限自動設定処理の初期位置とし、対物レンズ３をその初期位置に移動させる（ステップＳ２２）。
【０１８４】
ｍ番目の上下限自動設定処理が開始される時点では、ｍ番目の単位領域とそのｍ番目の単位領域に隣接する単位領域との間の重複部分ｏｖについての複数の画素データが既に取得されている。そのため、ステップＳ２０において、現在の上下限自動設定処理が１番目以外のｍ番目の上下限自動設定処理である場合、ＣＰＵ２１０は、重複部分ｏｖについての複数の画素データに基づいて上述の初期位置を決定し、決定した初期位置を作業用メモリ２３０に記憶する（ステップＳ２３）。その後、ＣＰＵ２１０は、対物レンズ３をその初期位置に移動させる（ステップＳ２４）。また、ＣＰＵ２１０は、対物レンズ３が初期位置にある状態で、受光素子３０のゲインを調整する（ステップＳ２５）。具体的には、ＣＰＵ２１０は、対物レンズ３が初期位置にある状態で、単位領域についての全ての画素データの値を取得し、取得される全ての画素データの値が予め定められた規定値以上になるように受光素子３０のゲインを調整する。これにより、取得される複数の画素データの値をノイズレベルｎｌよりも十分に大きくすることができる。
【０１８５】
上記のように、ｍ番目の上下限自動設定処理では、ｍ番目の単位領域とそのｍ番目の単位領域に隣接する単位領域との間の重複部分ｏｖにおいて既に取得された複数の画素データが用いられる。それにより、ｍ番目以降の上下限自動設定処理では、評価ピーク位置Ｅｚ０を検出する必要がない。したがって、ｍ番目以降の上下限自動設定処理が１番目の上下限自動設定処理に比べて単純化されるので、ｍ番目の上下限自動設定処理の時間が十分に短くなる。
【０１８６】
ステップＳ２２またはステップＳ２５の処理後、ＣＰＵ２１０は、対物レンズ３が初期位置にある状態で、Ｚ方向の一方向（例えば上に向かう方向）について後述する図１６〜図１８の境界位置探索処理を開始する（ステップＳ２６）。境界位置探索処理は、受光素子３０のゲイン調整を行いつつ上限位置ＵＰまたは下限位置ＢＰを探索する処理である。境界位置探索処理の詳細は後述する。
【０１８７】
続いて、ＣＰＵ２１０は、ステップＳ２８で上限位置ＵＰが設定されたか否か、すなわち境界位置探索処理が成功したか否かを判定する（ステップＳ２７）。境界位置探索処理が失敗した場合、ＣＰＵ２１０は、後述するステップＳ１４９の処理に進む。
【０１８８】
境界位置探索処理においては、後述する図１６のステップＳ８１で受光素子３０のゲインが一定量減少される場合がある。そこで、ステップＳ２７において境界位置探索処理が成功した場合、ＣＰＵ２１０は、ステップＳ２６の境界位置探索処理において受光素子３０のゲインが減少したか否かを判定する（ステップＳ２８）。受光素子３０のゲインが減少していない場合、ＣＰＵ２１０は、対物レンズ３を初期位置に移動させる（ステップＳ２９）。一方、受光素子３０のゲインが減少している場合、ＣＰＵ２１０は、対物レンズ３を後述する境界位置探索処理のステップＳ７１（図１６）またはステップＳ８２（図１６）で最後に記憶された対物レンズ３のＺ位置へ移動させる（ステップＳ３０）。その後、ＣＰＵ２１０は、Ｚ方向の逆方向（例えば下に向かう方向）について後述する図１６〜図１８の境界位置探索処理を開始する（ステップＳ３１）。
【０１８９】
続いて、ＣＰＵ２１０は、ステップＳ３１で下限位置ＢＰが設定されたか否か、すなわち境界位置探索処理が成功したか否かを判定する（ステップＳ３２）。境界位置探索処理が失敗した場合、ＣＰＵ２１０は、後述するステップＳ１４９の処理に進む。
【０１９０】
境界位置探索処理が成功した場合、ＣＰＵ２１０は、ステップＳ２８と同様に、ステップＳ３１の境界位置探索処理において受光素子３０のゲインが減少したか否かを判定する（ステップＳ３３）。
【０１９１】
後述する境界位置探索処理においては、図１７のステップＳ７６の処理で作業用メモリ２３０に対物レンズ３のＺ位置の境界位置が記憶または更新される。ステップＳ３３において受光素子３０のゲインが減少していない場合、ＣＰＵ２１０は、ステップＳ２６で境界位置探索処理により記憶された境界位置に基づいて対物レンズ３の上限位置ＵＰを設定し、ステップＳ３１で境界位置探索処理により記憶された境界位置に基づいて対物レンズ３の下限位置ＢＰを設定し（ステップＳ３４）、上下限自動設定処理を終了する。
【０１９２】
ステップＳ３４において、受光素子３０のゲインが減少している場合には、ＣＰＵ２１０は、対物レンズ３を後述する境界位置探索処理のステップＳ７１（図１６）またはステップＳ８２（図１６）で最後に記憶された対物レンズ３のＺ位置へ移動させる（ステップＳ１４６）。その後、ＣＰＵ２１０は、Ｚ方向の一方向（例えば上に向かう方向）について再度後述する図１６〜図１８の境界位置探索処理を開始する（ステップＳ１４７）。
【０１９３】
続いて、ＣＰＵ２１０は、ステップＳ１４７で上限位置ＵＰが設定されたか否か、すなわち境界位置探索処理が成功したか否かを判定する（ステップＳ１４８）。境界位置探索処理が失敗した場合、ＣＰＵ２１０は、後述するステップＳ１４９の処理に進む。
【０１９４】
境界位置探索処理が成功した場合、ＣＰＵ２１０は、ステップＳ３４の処理に進む。ステップＳ３４において、ＣＰＵ２１０は、ステップＳ１４７で記憶された境界位置に基づいて対物レンズ３の上限位置ＵＰを設定し、ステップＳ３１で記憶された境界位置に基づいて対物レンズ３の下限位置ＢＰを設定する。これにより、受光素子３０のゲインが最適な値に調整された状態で、対物レンズ３の上限位置ＵＰおよび下限位置ＢＰが設定される。
【０１９５】
ステップＳ１４８において、境界位置探索処理が失敗した場合、ＣＰＵ２１０は、現在の上下限自動設定処理が１番目の上下限自動設定処理であるか否かを判定する（ステップＳ１４９）。現在の上下限自動設定処理が１番目の上下限自動設定処理である場合、ＣＰＵ２１０は、図１１のステップＳ１２の処理に進み、画像処理が失敗したことを示す画像を表示部４００に表示させる。
【０１９６】
ｍ番目の上下限自動設定処理が開始される時点では、ｍ番目の単位領域とそのｍ番目の単位領域に隣接する単位領域との間の重複部分ｏｖについての複数の画素データが既に取得されている。そのため、ステップＳ１４９において、現在の上下限自動設定処理が１番目以外のｍ番目の上下限自動設定処理である場合、ＣＰＵ２１０は、重複部分ｏｖについての複数の画素データに基づいて上限位置ＵＰおよび下限位置ＢＰを設定し（ステップＳ１５０）、上下限自動設定処理を終了する。これにより、ｍ番目の上下限自動設定処理においては、後述する境界位置探索処理が失敗した場合でも、既に記憶されている重複部分ｏｖについての複数の画素データに基づいて上限位置ＵＰおよび下限位置ＢＰが設定される。
【０１９７】
ステップＳ１５０において、ＣＰＵ２１０は、重複部分ｏｖの複数の画素データに基づいて、Ｚ方向における重複部分ｏｖの表面のうち最も低い高さを求め、求められた高さに焦点位置が一致するときの対物レンズ３のＺ方向の位置を下限位置ＢＰとして設定してもよい。ＸＹ方向における対物レンズ３の大きさは各単位領域の大きさよりも十分に大きい。したがって、重複部分ｏｖの表面のうち最も低い高さに焦点位置が一致するときの対物レンズ３のＺ方向の位置を下限位置ＢＰとした場合には、複数の画素データの取得時に対物レンズ３が観察対象物Ｓの表面に衝突することが防止される。
【０１９８】
ステップＳ１５０において、ＣＰＵ２１０は、重複部分ｏｖの複数の画素データに基づいて、Ｚ方向における重複部分ｏｖの表面のうち最も高い高さを求め、求められた高さに焦点位置が一致するときの対物レンズ３のＺ方向の位置を上限位置ＢＰとして設定してもよい。
【０１９９】
ステップＳ１５０において、ＣＰＵ２１０は、隣接する単位領域に既に設定された上限位置ＵＰおよび下限位置ＢＰを、それぞれ現在の単位領域の上限位置ＵＰおよび下限位置ＢＰとして設定してもよい。
【０２００】
さらに、ステップＳ１５０において、ＣＰＵ２１０は、隣接する単位領域に既に設定された上限位置ＵＰよりも高い位置に、現在の単位領域の上限位置ＵＰを設定してもよい。また、ＣＰＵ２１０は、隣接する単位領域に既に設定された下限位置ＢＰよりも低い位置に、現在の単位領域の下限位置ＢＰを設定してもよい。
【０２０１】
（９）境界位置探索処理方法
図１６〜図１８は、図１４および図１５の境界位置探索処理を示すフローチャートである。本実施の形態に係る共焦点顕微鏡システム５００においては、境界位置探索処理方法を２つのモードに切り替えることができる。２つのモードのうちの一方は図８を用いて説明した上下限自動設定処理であり、２つのモードのうちの他方は図１０を用いて説明した上下限自動設定処理である。本フローチャートは、図１０を用いて説明した上下限自動設定処理に対応する。
【０２０２】
図１６に示すように、ＣＰＵ２１０は、現在の対物レンズ３のＺ位置を作業用メモリ２３０に記憶する（ステップＳ７０）。
【０２０３】
続いて、ＣＰＵ２１０は、現在の対物レンズ３のＺ位置において、単位領域についての全ての画素データの値を取得し、取得された画素データの値を図１の作業用メモリ２３０に記憶する（ステップＳ７１）。
【０２０４】
次に、ＣＰＵ２１０は、記憶された複数の画素データのうちのいずれかの値が出力上限値ｍａｘ（図６）であるか否かを判定する（ステップＳ７２）。全ての画素データの値が出力上限値ｍａｘ（図６）でない場合、ＣＰＵ２１０は、単位領域についての全ての画素データの値を取得することにより評価値を算出し（ステップＳ７３）、算出された評価値が予め定められたしきい値以下であるか否かを判定する（ステップＳ７４）。ここで、しきい値は、上記のノイズ評価レベルＥｎｌ（図７および図１０）と等しい値に設定されてもよいし、そのノイズ評価レベルＥｎｌ（図７および図１０）よりも大きい値に設定されてもよい。さらに、しきい値は、互いに異なる受光素子３０の複数のゲインにそれぞれ対応するように複数設定されてもよい。この場合、ステップＳ７４において、ＣＰＵ２１０は、算出された評価値が現在設定されている受光素子３０のゲインに対応するしきい値以下であるか否かを判定する。
【０２０５】
後述するステップＳ７７の処理において、対物レンズ３のＺ位置が下端位置ｚｔ１（図７、図９および図１０）または上端位置ｚｔ２（図７、図９および図１０）に達しない場合には、上記のステップＳ７１〜Ｓ７４の処理が繰り返される。算出された評価値がしきい値以下である場合、ＣＰＵ２１０は、前回のステップＳ７４の処理時に評価値がしきい値よりも大きかったか否かを判定する（ステップＳ７５）。前回のステップＳ７４の処理時に評価値がしきい値以下であった場合、ＣＰＵ２１０は後述するステップＳ７７の処理に進む。
【０２０６】
一方、前回のステップＳ７４の処理時に評価値がしきい値よりも大きかった場合、ＣＰＵ２１０は、現在の対物レンズ３のＺ位置をＺ方向の一方向における境界位置として作業用メモリ２３０に記憶する。または、ＣＰＵ２１０は、境界位置が既に作業用メモリ２３０に記憶されている場合、現在の対物レンズ３のＺ位置で境界位置を更新する（ステップＳ７６）。
【０２０７】
続いて、ＣＰＵ２１０は、対物レンズ３のＺ位置が下端位置ｚｔ１または上端位置ｚｔ２に達したか否かを判定する（ステップＳ７７）。対物レンズ３のＺ位置が下端位置ｚｔ１または上端位置ｚｔ２に達した場合に境界位置探索処理が終了する。一方、対物レンズ３のＺ位置が下端位置ｚｔ１または上端位置ｚｔ２に達していない場合、ＣＰＵ２１０は対物レンズ３をＺ方向の一方向に第２のピッチ移動させ（ステップＳ８７）、ステップＳ７１の処理に戻る。第２のピッチは、後述する第１のピッチよりも大きくなるように設定される。第２のピッチが第１のピッチよりも大きく設定されることにより、境界位置探索処理の時間が短くなる。
【０２０８】
ステップＳ７２において、いずれかの画素データの値が出力上限値ｍａｘである場合、ＣＰＵ２１０は、受光素子３０のゲインを一定量減少させるとともにゲインを減少した旨を作業用メモリ２３０に記憶する（ステップＳ８１）。続いて、ＣＰＵ２１０は、現在の対物レンズ３のＺ位置によりステップＳ７０で作業用メモリ２３０に記憶された対物レンズ３のＺ位置を更新し（ステップＳ８２）、ステップＳ７１の処理に戻る。
【０２０９】
ステップＳ７４において、算出された評価値がしきい値よりも大きい場合、ＣＰＵ２１０は対物レンズ３をＺ方向の一方向に第１のピッチ移動させ（ステップＳ８３）、対物レンズ３のＺ位置が下端位置ｚｔ１または上端位置ｚｔ２に達したか否かを判定する（ステップＳ８４）。第１のピッチは、上記の強度半減距離と等しい大きさに設定される。これにより、対物レンズ３の上限位置ＵＰおよび下限位置ＢＰを精度よく設定することが可能となる。
【０２１０】
ステップＳ８４において、Ｚ位置が下端位置ｚｔ１または上端位置ｚｔ２に達していない場合、ＣＰＵ２１０はステップＳ７１の処理に戻る。一方、Ｚ位置が下端位置ｚｔ１または上端位置ｚｔ２に達した場合、図１８に示すように、ＣＰＵ２１０は、ステップＳ７６の処理により作業用メモリ２３０に境界位置が記憶されているか否かを判定する（ステップＳ８５）。
【０２１１】
作業用メモリ２３０に境界位置が記憶されている場合、境界位置探索処理が終了する。一方、作業用メモリ２３０に境界位置が記憶されていない場合、ＣＰＵ２１０は、境界位置探索処理の失敗を判定する（ステップＳ８６）。
【０２１２】
上記のように、図１６〜図１８の境界位置探索処理において、ＣＰＵ２１０は、対物レンズ３のＺ位置が下端位置ｚｔ１または上端位置ｚｔ２に達するまで、対物レンズ３をＺ方向に移動させる。
【０２１３】
上記に対して、ＣＰＵ２１０は、図８を用いて説明した上下限自動設定処理ではステップＳ７５，Ｓ７７，Ｓ８４，Ｓ８７の処理を行わない。すなわち、ＣＰＵ２１０は、図１７のステップＳ７６の処理において、境界位置が作業用メモリ２３０に記憶された時点で境界位置探索処理を終了する。この場合、境界位置探索処理時に下端位置ｚｔ１から上端位置ｚｔ２までの全ての範囲に渡って対物レンズ３をＺ方向に移動させる必要がなくなる。その結果、境界位置探索処理の時間が短くなる。
【０２１４】
（１０）境界位置探索処理方法の他の例
図１９は、境界位置探索処理の他の例を示すフローチャートである。図１９には、図１６〜図１８の境界位置探索処理と異なる処理のみ図示される。
【０２１５】
図１９に示すように、図１７のステップＳ８７の処理後、ＣＰＵ２１０は、図１６〜図１８の境界位置探索処理に加えて以下の処理を行ってもよい。
【０２１６】
ステップＳ８７の処理後、ＣＰＵ２１０は、受光素子３０のゲインを一定量増加させる（ステップＳ９１）。続いて、ＣＰＵ２１０は、現在の対物レンズ３のＺ位置において、単位領域についての全ての画素データの値を取得し、取得された画素データの値を図１の作業用メモリ２３０に記憶する（ステップＳ９２）。
【０２１７】
次に、ＣＰＵ２１０は、ステップＳ９２において取得された画素データの値に基づいて評価値を算出し（ステップＳ９３）、算出された評価値が予め定められたしきい値以下であるか否かを判定する（ステップＳ９４）。
【０２１８】
ここで、ステップＳ９１において受光素子３０のゲインが増加された場合には、算出される評価値が大きくなる。そのため、本例では、ステップＳ９４のしきい値は、ステップＳ９１の処理の前後の受光素子３０のゲインの比と上記のノイズ評価レベルＥｎｌ（図７および図１０）とを乗算した値に設定される。
【０２１９】
算出された評価値がしきい値以下である場合、ＣＰＵ２１０は、図１７のステップＳ８７の処理に進む。一方、算出された評価値が予め定められたしきい値よりも大きい場合、ＣＰＵ２１０は、受光素子３０のゲインを一定量減少させる（ステップＳ９５）。このときのゲインの減少量は、ステップＳ９１におけるゲインの増加量に等しく設定される。その後、ＣＰＵ２１０は、図１６のステップＳ８３の処理に進む。
【０２２０】
上記のように、本例では、評価値がしきい値以下であるときに受光素子３０のゲインが一時的に増加する。それにより、取得される複数の画素データの値が大きくなり、評価値が大きくなる。これにより、単位領域の表面に照射されるレーザ光の強度が低い場合でも、評価値とノイズ評価レベルＥｎｌとを比較することが可能となる。それにより、第２のピッチを第１のピッチに比べて十分に大きく設定することができる。その結果、画素データの取得回数を十分に低減することができるので、境界位置探索処理の時間がさらに短くなる。
【０２２１】
なお、上記のステップＳ９１において、ＣＰＵ２１０は受光素子３０のゲインを一定量増加させる代わりに、レーザ光源１０から出射されるレーザ光の光量を一定量大きく設定してもよいし、ＮＤフィルタ８の減衰率を一定量小さく設定してもよい。この場合、ＣＰＵ２１０は、ステップＳ９５において、ＣＰＵ２１０は受光素子３０のゲインを一定量減少させる代わりに、レーザ光源１０から出射されるレーザ光の光量を一定量小さく設定し、またはＮＤフィルタ８の減衰率を一定量大きく設定する。これらの場合においても、境界位置探索処理の時間をさらに短くすることができる。
【０２２２】
（１１）他の実施の形態
（１１−１）上記の実施の形態では、共焦点顕微鏡システム５００において上下限自動設定処理が実行される。これに限らず、上記の上下限自動設定処理は、観察対象物に投射され、受光素子３０に導かれる光の強さに対応して取得されるデジタル信号に基づいて観察対象物の表面の状態を観察する顕微鏡システムに適用することができる。このような顕微鏡システムとして、例えば光干渉法を用いた顕微鏡システムがある。
【０２２３】
（１１−２）上記の実施の形態において、対物レンズ３がＺ方向に移動されることにより対物レンズ３に対する観察対象物Ｓの相対的なＺ方向の位置が変化されるが、これに限定されない。ステージ６０がＺ方向に移動されることにより対物レンズ３に対する観察対象物Ｓの相対的なＺ方向の位置が変化されてもよい。
【０２２４】
（１１−３）上記の実施の形態において、Ｘ−Ｙスキャン光学系２０が制御されることによりレーザ光が観察対象物Ｓ上でＸ方向およびＹ方向に走査されるが、これに限定されない。ステージ６０が移動されることによりレーザ光が観察対象物Ｓ上でＸ方向およびＹ方向に走査されてもよい。
【０２２５】
また、レーザ光としてライン光（例えばＸ方向に延びる細長い光）が用いられてもよい。この場合、Ｘ−Ｙスキャン光学系２０に代えてＸ方向への走査を行わないＹスキャン光学系が用いられる。また、受光素子３０に代えて、Ｘ方向に対応する方向に配列された複数の受光素子からなるラインＣＣＤカメラ等が用いられる。
【０２２６】
なお、ラインＣＣＤカメラの各受光素子のＹ方向に対応する方向の受光面のサイズは一般的に数１０μｍである。この場合、ラインＣＣＤカメラの受光面がレンズ２の焦点位置に配置される。観察対象物Ｓの表面が対物レンズ３の焦点位置にあるときに、観察対象物Ｓにより反射されたライン光がラインＣＣＤカメラの受光面に集光される。それにより、観察対象物Ｓにより反射されたライン光の大部分がラインＣＣＤカメラの受光面に入射する。
【０２２７】
一方、観察対象物Ｓが対物レンズ３の焦点位置から外れた位置にあるときには、観察対象物Ｓにより反射されたライン光はラインＣＣＤカメラの受光面の前または後の位置に集光される。それにより、観察対象物Ｓにより反射されたライン光の一部のみがラインＣＣＤカメラの受光面に入射する。したがって、ラインＣＣＤカメラの前にピンホール部材７を配置することが不要となる。
【０２２８】
（１１−４）上記の実施の形態において、ＰＣ２００のＣＰＵ２１０が制御部３００の機能を有していてもよい。この場合、制御部３００は設けられなくてもよい。
【０２２９】
（１１−５）上記の実施の形態では、評価値は、単位領域についての全画素データの値の和である。これに限らず、評価値は、単位領域についての全画素データの値の平均値であってもよい。また、評価値は、単位領域内についての一部の画素データの値の和または平均値であってもよい。
【０２３０】
（１２）請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応関係
以下、請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応の例について説明するが、本発明は下記の例に限定されない。
【０２３１】
上記実施の形態においては、観察対象物Ｓが観察対象物の例であり、共焦点顕微鏡システム５００が顕微鏡システムの例であり、受光素子３０が受光素子の例であり、レンズ１，２、対物レンズ３、ピンホール部材７、ＮＤフィルタ８およびレーザ光源１０が光学系の例である。
【０２３２】
また、単位領域ｓ１〜ｓ４が単位領域の例であり、レンズ駆動部６３が相対的移動部の例であり、制御部３００およびＰＣ２００のＣＰＵ２１０が制御部の例であり、ＰＣ２００が観察範囲設定部および処理装置の例である。
【０２３３】
さらに、重複部分ｏｖが重複部分の例であり、上下限自動設定処理が移動範囲設定処理の例であり、上限位置ＵＰおよび下限位置ＢＰにより定められる範囲が移動範囲設定処理により設定される光学系と観察対象物との相対的な移動範囲の例である。
【０２３４】
また、各単位領域において、表面画像データを生成するために複数の画素データを取得する処理が測定処理の例であり、ノイズよりも大きい強度の光、すなわちノイズレベルｎｌよりも大きい画素データの値を得ることができる強度の光が予め定められた強度の光の例である。
【０２３５】
また、下端位置ｚｔ１が予め定められた第１の距離の例であり、上端位置ｚｔ２が予め定められた第２の距離の例であり、第１のピッチが第１の移動量の例であり、第２のピッチが第２の移動量の例である。
【０２３６】
また、図１１のステップＳ５において上下限自動設定処理が失敗した場合に設定される下端位置ｚｔ１（図７、図９および図１０）よりも一定距離低い新たな下端位置が第３の距離の例である。さらに、図１１のステップＳ５において上下限自動設定処理が失敗した場合に設定される上端位置ｚｔ２（図７、図９および図１０）よりも一定距離高い新たな上端位置が第４の距離の例である。
【０２３７】
請求項の各構成要素として、請求項に記載されている構成または機能を有する他の種々の要素を用いることもできる。
【産業上の利用可能性】
【０２３８】
本発明は、種々の顕微鏡システムに有効に利用することができる。
【符号の説明】
【０２３９】
１，２ レンズ
３ 対物レンズ
４〜６ ハーフミラー
７ ピンホール部材
８ ＮＤフィルタ
１０ レーザ光源
２０ Ｘ−Ｙスキャン光学系
３０ 受光素子
４０ 照明用白色光源
５０ カラーＣＣＤカメラ
６０ ステージ
６１ ステージ操作部
６２ ステージ駆動部
６３ レンズ駆動部
２００ ＰＣ
２１０ ＣＰＵ
２２０ ＲＯＭ
２３０ 作業用メモリ
２４０ 記憶装置
３００ 制御部
４００ 表示部
４１０ 画像表示領域
４２０ 条件設定領域
４２１ 範囲設定ボタン
４２２ 取得開始ボタン
５００ 共焦点顕微鏡システム
ＡＺ１，ＡＺ２，ＡＺ３ 範囲
ＢＰ 下限位置
Ｅｍａｘ，ｍａｘ 出力上限値
Ｅｎｌ ノイズ評価レベル
Ｅｚ０ 評価ピーク位置
Ｅｚ１，Ｅｚ２，ｍａ１，ｍａ２，ｍｂ１，ｍｂ２，ｚｎ１，ｚｎ２，ｚｎ３，ｚｎ４，ｚｓ１，ｚｓ２ 位置
ｆｐ 焦点位置
ｎｌ ノイズレベル
ｓ１〜ｓ４ 単位領域
ｏｖ 重複部分
ｐｉ１，ｐｉ２ 値
ＵＰ 上限位置
Ｓ 観察対象物
Ｓａ１ 第１の面
Ｓａ２ 第２の面
Ｓａ３ 第３の面
ｚ０ ピーク位置
ｚｐ１ 第１のＺ位置
ｚｐ２ 第２のＺ位置
ｚｐ３ 第３のＺ位置
ｚｔ１ 下端位置
ｚｔ２ 上端位置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
観察対象物の表面の状態を観察する顕微鏡システムであって、
受光素子と、
観察対象物の表面に設定された単位領域に集光しつつ光を照射するとともに、単位領域に照射された光を前記受光素子に導く光学系と、
単位領域に垂直な方向に沿った複数の位置で単位領域内での前記光学系による光の照射が行われるように前記光学系と前記観察対象物とを相対的に移動させる相対的移動部と、
観察範囲として複数の単位領域を設定する観察範囲設定部と、
前記観察範囲設定部により設定された複数の単位領域の各々について、前記光学系と前記観察対象物との相対的な移動範囲を設定する移動範囲設定処理を行い、前記光学系および前記相対的移動部を制御することにより前記移動範囲設定処理において設定された移動範囲内で前記光学系と前記観察対象物とを相対的に移動させるとともに前記受光素子の出力信号に基づいて当該単位領域についての複数の画素データを取得する測定処理を行う制御部とを備え、
前記観察範囲設定部は、隣接する単位領域間で重複部分が形成されるように前記複数の単位領域を設定し、
前記制御部は、各単位領域についての前記移動範囲設定処理において、前記光学系と前記観察対象物との相対的な初期位置を決定し、決定された初期位置から前記光学系と前記観察対象物とが近づく方向および遠ざかる方向に前記光学系と前記観察対象物とを相対的に移動させるとともに複数の画素データを取得し、取得された画素データに基づいて前記移動範囲を設定し、最初の単位領域を除く各単位領域については、隣接する他の単位領域の測定処理時に取得された画素データのうち当該単位領域の重複部分についての画素データに基づいて当該単位領域の少なくとも一部に前記光学系の焦点が合うように前記光学系と前記観察対象物との相対的な初期位置を決定することを特徴とする顕微鏡システム。
【請求項２】
前記制御部は、各単位領域についての前記移動範囲設定処理において、前記決定された初期位置から前記光学系と前記観察対象物とが近づく方向および遠ざかる方向に前記光学系と前記観察対象物とを相対的に移動させるとともに複数の画素データを取得し、取得された画素データに基づいて前記受光素子の出力信号のレベルが予め定められたレベルよりも高い状態から前記受光素子の出力信号のレベルが前記予め定められたレベル以下に変化する時点における前記光学系と前記観察対象物との相対的な位置を検出し、検出された相対的な位置に基づいて当該単位領域について前記移動範囲を設定し、最初の単位領域を除く各単位領域については、前記相対的な位置が検出されない場合に、隣接する他の単位領域の測定処理時に取得された画素データのうち当該単位領域の重複部分についての画素データに基づいて、当該単位領域の重複部分の各部分にそれぞれ光学系の焦点が合うときの前記光学系と前記観察対象物との相対的な複数の位置を含むように当該単位領域についての前記移動範囲を設定することを特徴とする請求項１記載の顕微鏡システム。
【請求項３】
前記制御部は、各単位領域についての前記移動範囲設定処理において、前記決定された初期位置から前記光学系と前記観察対象物とが近づく方向に前記光学系と前記観察対象物とが相対的に移動している場合に、取得された画素データに基づいて、前記受光素子の出力信号のレベルが予め定められたレベルよりも高い状態から前記受光素子の出力信号のレベルが前記予め定められたレベル以下に変化する時点における前記光学系と前記観察対象物との相対的な位置を第１の相対位置として検出し、前記決定された初期位置から前記光学系と前記観察対象物とが遠ざかる方向に前記光学系と前記観察対象物とが相対的に移動している場合に、取得された画素データに基づいて、前記受光素子の出力信号のレベルが前記予め定められたレベルよりも高い状態から前記受光素子の出力信号のレベルが前記予め定められたレベル以下に変化する時点における前記光学系と前記観察対象物との相対的な位置を第２の相対位置として検出し、検出された第１および第２の相対位置に基づいて当該単位領域についての前記移動範囲を設定することを特徴とする請求項１または２記載の顕微鏡システム。
【請求項４】
前記制御部は、各単位領域についての前記移動範囲設定処理において、前記決定された初期位置から前記光学系と前記観察対象物との相対的な距離が第１の距離から前記第１の距離よりも大きい第２の距離になるまでの予め定められた範囲にわたって前記光学系と前記観察対象物とを相対的に移動させ、取得された画素データに基づいて、前記受光素子の出力信号のレベルが予め定められたレベルよりも高い状態から前記受光素子の出力信号のレベルが前記予め定められたレベル以下に変化する複数の時点における前記光学系と前記観察対象物との相対的な複数の位置をそれぞれ検出し、検出された複数の位置を含むように当該単位領域についての前記移動範囲を設定することを特徴とする請求項１または２記載の顕微鏡システム。
【請求項５】
前記制御部は、各単位領域についての前記移動範囲設定処理において、前記取得された画素データに基づいて前記受光素子の出力信号のレベルが予め定められたレベルよりも高いか否かを判定し、前記受光素子の出力信号のレベルが前記予め定められたレベルよりも大きいときに前記光学系と前記観察対象物とを相対的に第１の移動量づつ移動させ、前記受光素子の出力信号のレベルが前記予め定められたレベル以下であるときに前記光学系と前記観察対象物とを相対的に第２の移動量づつ移動させ、
前記第２の移動量は、前記第１の移動量よりも大きいことを特徴とする請求項４記載の顕微鏡システム。
【請求項６】
前記制御部は、各単位領域についての前記移動範囲設定処理において、前記第１の距離から前記第２の距離になるまでの予め定められた範囲にわたって前記光学系と前記観察対象物とを相対的に移動させても前記移動範囲が設定されない場合に、前記決定された初期位置から前記光学系と前記観察対象物との相対的な距離が前記第１の距離よりも小さい第３の距離から前記第２の距離よりも大きい第４の距離になるまでの予め定められた範囲にわたって前記光学系と前記観察対象物とを相対的に移動させ、取得された画素データに基づいて、前記受光素子の出力信号のレベルが予め定められたレベルよりも高い状態から前記受光素子の出力信号のレベルが前記予め定められたレベル以下に変化する複数の時点における前記光学系と前記観察対象物との相対的な複数の位置をそれぞれ検出し、検出された複数の位置を含むように当該単位領域についての前記移動範囲を設定することを特徴とする請求項４または５記載の顕微鏡システム。
【請求項７】
観察対象物の表面の状態を観察する顕微鏡システムが備える光学系と前記観察対象物とを相対的に移動させる範囲を設定するための対象物観察方法であって、
前記光学系により観察対象物の表面に設定された単位領域に集光しつつ光を照射するとともに、単位領域に照射された光を前記受光素子に導くステップと、
単位領域に垂直な方向に沿った複数の位置で単位領域内での前記光学系による光の照射が行われるように前記光学系と前記観察対象物とを相対的に移動させるステップと、
観察範囲として複数の単位領域を設定するステップと、
設定された複数の単位領域の各々について、前記光学系と前記観察対象物との相対的な移動範囲を設定する移動範囲設定処理を行い、前記光学系および前記相対的移動部を制御することにより前記移動範囲設定処理において設定された移動範囲内で前記光学系と前記観察対象物とを相対的に移動させるとともに前記受光素子の出力信号に基づいて当該単位領域についての複数の画素データを取得する測定処理を行うステップとを備え、
前記複数の単位領域を設定するステップは、隣接する単位領域間で重複部分が形成されるように前記複数の単位領域を設定するステップを含み、
前記移動範囲設定処理を行い、前記測定処理を行うステップは、各単位領域についての前記移動範囲設定処理において、前記光学系と前記観察対象物との相対的な初期位置を決定し、決定された初期位置から前記光学系と前記観察対象物とが近づく方向および遠ざかる方向に前記光学系と前記観察対象物とを相対的に移動させるとともに複数の画素データを取得し、取得された画素データに基づいて前記移動範囲を設定し、最初の単位領域を除く各単位領域については、隣接する他の単位領域の測定処理時に取得された画素データのうち当該単位領域の重複部分についての画素データに基づいて当該単位領域の少なくとも一部に前記光学系の焦点が合うように前記光学系と前記初期位置を決定するステップを含むことを特徴とする対象物観察方法。
【請求項８】
観察対象物の表面の状態を観察する顕微鏡システムが備える光学系と前記観察対象物とを相対的に移動させる範囲を設定する処理を処理装置に実行させる対象物観察プログラムであって、
前記光学系により観察対象物の表面に設定された単位領域に集光しつつ光を照射するとともに、単位領域に照射された光を前記受光素子に導く処理と、
単位領域に垂直な方向に沿った複数の位置で単位領域内での前記光学系による光の照射が行われるように前記光学系と前記観察対象物とを相対的に移動させる処理と、
観察範囲として複数の単位領域を設定する処理と、
設定された複数の単位領域の各々について、前記光学系と前記観察対象物との相対的な移動範囲を設定する移動範囲設定処理を行い、前記光学系および前記相対的移動部を制御することにより前記移動範囲設定処理において設定された移動範囲内で前記光学系と前記観察対象物とを相対的に移動させるとともに前記受光素子の出力信号に基づいて当該単位領域についての複数の画素データを取得する測定処理を行う処理とを、
前記処理装置に実行させ、
前記複数の単位領域を設定する処理は、隣接する単位領域間で重複部分が形成されるように前記複数の単位領域を設定する処理を含み、
前記移動範囲設定処理を行い、前記測定処理を行う処理は、各単位領域についての前記移動範囲設定処理において、前記光学系と前記観察対象物との相対的な初期位置を決定し、決定された初期位置から前記光学系と前記観察対象物とが近づく方向および遠ざかる方向に前記光学系と前記観察対象物とを相対的に移動させるとともに複数の画素データを取得し、取得された画素データに基づいて前記移動範囲を設定し、最初の単位領域を除く各単位領域については、隣接する他の単位領域の測定処理時に取得された画素データのうち当該単位領域の重複部分についての画素データに基づいて当該単位領域の少なくとも一部に前記光学系の焦点が合うように前記光学系と前記初期位置を決定する処理を含むことを特徴とする対象物観察プログラム。
【請求項１】
観察対象物の表面の状態を観察する顕微鏡システムであって、
受光素子と、
観察対象物の表面に設定された単位領域に集光しつつ光を照射するとともに、単位領域に照射された光を前記受光素子に導く光学系と、
単位領域に垂直な方向に沿った複数の位置で単位領域内での前記光学系による光の照射が行われるように前記光学系と前記観察対象物とを相対的に移動させる相対的移動部と、
観察範囲として複数の単位領域を設定する観察範囲設定部と、
前記観察範囲設定部により設定された複数の単位領域の各々について、前記光学系と前記観察対象物との相対的な移動範囲を設定する移動範囲設定処理を行い、前記光学系および前記相対的移動部を制御することにより前記移動範囲設定処理において設定された移動範囲内で前記光学系と前記観察対象物とを相対的に移動させるとともに前記受光素子の出力信号に基づいて当該単位領域についての複数の画素データを取得する測定処理を行う制御部とを備え、
前記観察範囲設定部は、隣接する単位領域間で重複部分が形成されるように前記複数の単位領域を設定し、
前記制御部は、各単位領域についての前記移動範囲設定処理において、前記光学系と前記観察対象物との相対的な初期位置を決定し、決定された初期位置から前記光学系と前記観察対象物とが近づく方向および遠ざかる方向に前記光学系と前記観察対象物とを相対的に移動させるとともに複数の画素データを取得し、取得された画素データに基づいて前記移動範囲を設定し、最初の単位領域を除く各単位領域については、隣接する他の単位領域の測定処理時に取得された画素データのうち当該単位領域の重複部分についての画素データに基づいて当該単位領域の少なくとも一部に前記光学系の焦点が合うように前記光学系と前記観察対象物との相対的な初期位置を決定することを特徴とする顕微鏡システム。
【請求項２】
前記制御部は、各単位領域についての前記移動範囲設定処理において、前記決定された初期位置から前記光学系と前記観察対象物とが近づく方向および遠ざかる方向に前記光学系と前記観察対象物とを相対的に移動させるとともに複数の画素データを取得し、取得された画素データに基づいて前記受光素子の出力信号のレベルが予め定められたレベルよりも高い状態から前記受光素子の出力信号のレベルが前記予め定められたレベル以下に変化する時点における前記光学系と前記観察対象物との相対的な位置を検出し、検出された相対的な位置に基づいて当該単位領域について前記移動範囲を設定し、最初の単位領域を除く各単位領域については、前記相対的な位置が検出されない場合に、隣接する他の単位領域の測定処理時に取得された画素データのうち当該単位領域の重複部分についての画素データに基づいて、当該単位領域の重複部分の各部分にそれぞれ光学系の焦点が合うときの前記光学系と前記観察対象物との相対的な複数の位置を含むように当該単位領域についての前記移動範囲を設定することを特徴とする請求項１記載の顕微鏡システム。
【請求項３】
前記制御部は、各単位領域についての前記移動範囲設定処理において、前記決定された初期位置から前記光学系と前記観察対象物とが近づく方向に前記光学系と前記観察対象物とが相対的に移動している場合に、取得された画素データに基づいて、前記受光素子の出力信号のレベルが予め定められたレベルよりも高い状態から前記受光素子の出力信号のレベルが前記予め定められたレベル以下に変化する時点における前記光学系と前記観察対象物との相対的な位置を第１の相対位置として検出し、前記決定された初期位置から前記光学系と前記観察対象物とが遠ざかる方向に前記光学系と前記観察対象物とが相対的に移動している場合に、取得された画素データに基づいて、前記受光素子の出力信号のレベルが前記予め定められたレベルよりも高い状態から前記受光素子の出力信号のレベルが前記予め定められたレベル以下に変化する時点における前記光学系と前記観察対象物との相対的な位置を第２の相対位置として検出し、検出された第１および第２の相対位置に基づいて当該単位領域についての前記移動範囲を設定することを特徴とする請求項１または２記載の顕微鏡システム。
【請求項４】
前記制御部は、各単位領域についての前記移動範囲設定処理において、前記決定された初期位置から前記光学系と前記観察対象物との相対的な距離が第１の距離から前記第１の距離よりも大きい第２の距離になるまでの予め定められた範囲にわたって前記光学系と前記観察対象物とを相対的に移動させ、取得された画素データに基づいて、前記受光素子の出力信号のレベルが予め定められたレベルよりも高い状態から前記受光素子の出力信号のレベルが前記予め定められたレベル以下に変化する複数の時点における前記光学系と前記観察対象物との相対的な複数の位置をそれぞれ検出し、検出された複数の位置を含むように当該単位領域についての前記移動範囲を設定することを特徴とする請求項１または２記載の顕微鏡システム。
【請求項５】
前記制御部は、各単位領域についての前記移動範囲設定処理において、前記取得された画素データに基づいて前記受光素子の出力信号のレベルが予め定められたレベルよりも高いか否かを判定し、前記受光素子の出力信号のレベルが前記予め定められたレベルよりも大きいときに前記光学系と前記観察対象物とを相対的に第１の移動量づつ移動させ、前記受光素子の出力信号のレベルが前記予め定められたレベル以下であるときに前記光学系と前記観察対象物とを相対的に第２の移動量づつ移動させ、
前記第２の移動量は、前記第１の移動量よりも大きいことを特徴とする請求項４記載の顕微鏡システム。
【請求項６】
前記制御部は、各単位領域についての前記移動範囲設定処理において、前記第１の距離から前記第２の距離になるまでの予め定められた範囲にわたって前記光学系と前記観察対象物とを相対的に移動させても前記移動範囲が設定されない場合に、前記決定された初期位置から前記光学系と前記観察対象物との相対的な距離が前記第１の距離よりも小さい第３の距離から前記第２の距離よりも大きい第４の距離になるまでの予め定められた範囲にわたって前記光学系と前記観察対象物とを相対的に移動させ、取得された画素データに基づいて、前記受光素子の出力信号のレベルが予め定められたレベルよりも高い状態から前記受光素子の出力信号のレベルが前記予め定められたレベル以下に変化する複数の時点における前記光学系と前記観察対象物との相対的な複数の位置をそれぞれ検出し、検出された複数の位置を含むように当該単位領域についての前記移動範囲を設定することを特徴とする請求項４または５記載の顕微鏡システム。
【請求項７】
観察対象物の表面の状態を観察する顕微鏡システムが備える光学系と前記観察対象物とを相対的に移動させる範囲を設定するための対象物観察方法であって、
前記光学系により観察対象物の表面に設定された単位領域に集光しつつ光を照射するとともに、単位領域に照射された光を前記受光素子に導くステップと、
単位領域に垂直な方向に沿った複数の位置で単位領域内での前記光学系による光の照射が行われるように前記光学系と前記観察対象物とを相対的に移動させるステップと、
観察範囲として複数の単位領域を設定するステップと、
設定された複数の単位領域の各々について、前記光学系と前記観察対象物との相対的な移動範囲を設定する移動範囲設定処理を行い、前記光学系および前記相対的移動部を制御することにより前記移動範囲設定処理において設定された移動範囲内で前記光学系と前記観察対象物とを相対的に移動させるとともに前記受光素子の出力信号に基づいて当該単位領域についての複数の画素データを取得する測定処理を行うステップとを備え、
前記複数の単位領域を設定するステップは、隣接する単位領域間で重複部分が形成されるように前記複数の単位領域を設定するステップを含み、
前記移動範囲設定処理を行い、前記測定処理を行うステップは、各単位領域についての前記移動範囲設定処理において、前記光学系と前記観察対象物との相対的な初期位置を決定し、決定された初期位置から前記光学系と前記観察対象物とが近づく方向および遠ざかる方向に前記光学系と前記観察対象物とを相対的に移動させるとともに複数の画素データを取得し、取得された画素データに基づいて前記移動範囲を設定し、最初の単位領域を除く各単位領域については、隣接する他の単位領域の測定処理時に取得された画素データのうち当該単位領域の重複部分についての画素データに基づいて当該単位領域の少なくとも一部に前記光学系の焦点が合うように前記光学系と前記初期位置を決定するステップを含むことを特徴とする対象物観察方法。
【請求項８】
観察対象物の表面の状態を観察する顕微鏡システムが備える光学系と前記観察対象物とを相対的に移動させる範囲を設定する処理を処理装置に実行させる対象物観察プログラムであって、
前記光学系により観察対象物の表面に設定された単位領域に集光しつつ光を照射するとともに、単位領域に照射された光を前記受光素子に導く処理と、
単位領域に垂直な方向に沿った複数の位置で単位領域内での前記光学系による光の照射が行われるように前記光学系と前記観察対象物とを相対的に移動させる処理と、
観察範囲として複数の単位領域を設定する処理と、
設定された複数の単位領域の各々について、前記光学系と前記観察対象物との相対的な移動範囲を設定する移動範囲設定処理を行い、前記光学系および前記相対的移動部を制御することにより前記移動範囲設定処理において設定された移動範囲内で前記光学系と前記観察対象物とを相対的に移動させるとともに前記受光素子の出力信号に基づいて当該単位領域についての複数の画素データを取得する測定処理を行う処理とを、
前記処理装置に実行させ、
前記複数の単位領域を設定する処理は、隣接する単位領域間で重複部分が形成されるように前記複数の単位領域を設定する処理を含み、
前記移動範囲設定処理を行い、前記測定処理を行う処理は、各単位領域についての前記移動範囲設定処理において、前記光学系と前記観察対象物との相対的な初期位置を決定し、決定された初期位置から前記光学系と前記観察対象物とが近づく方向および遠ざかる方向に前記光学系と前記観察対象物とを相対的に移動させるとともに複数の画素データを取得し、取得された画素データに基づいて前記移動範囲を設定し、最初の単位領域を除く各単位領域については、隣接する他の単位領域の測定処理時に取得された画素データのうち当該単位領域の重複部分についての画素データに基づいて当該単位領域の少なくとも一部に前記光学系の焦点が合うように前記光学系と前記初期位置を決定する処理を含むことを特徴とする対象物観察プログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２０１３−２９５５１（Ｐ２０１３−２９５５１Ａ）
【公開日】平成２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６３６３２（Ｐ２０１１−１６３６３２）
【出願日】平成２３年７月２６日（２０１１．７．２６）
【出願人】（０００１２９２５３）株式会社キーエンス (681)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２６日（２０１１．７．２６）
【出願人】（０００１２９２５３）株式会社キーエンス (681)
【Ｆターム（参考）】
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