(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-02-28
(45)【発行日】2022-03-08
(54)【発明の名称】拡大観察装置
(51)【国際特許分類】
G02B 21/00 20060101AFI20220301BHJP
G02B 21/06 20060101ALI20220301BHJP
G02B 21/26 20060101ALI20220301BHJP
G02B 21/36 20060101ALI20220301BHJP
G02B 7/28 20210101ALI20220301BHJP
G03B 15/00 20210101ALI20220301BHJP
G01B 11/24 20060101ALI20220301BHJP
【ＦＩ】
G02B21/00
G02B21/06
G02B21/26
G02B21/36
G02B7/28 J
G03B15/00 T
G01B11/24 K
【請求項の数】
7
(21)【出願番号】P 2017201375
(22)【出願日】2017-10-17
(65)【公開番号】P2019074667
(43)【公開日】2019-05-16
【審査請求日】2020-09-23
(73)【特許権者】
【識別番号】000129253
【氏名又は名称】株式会社キーエンス
(74)【代理人】
【識別番号】110001427
【氏名又は名称】特許業務法人前田特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】山下 純平
【審査官】堀井 康司
(56)【参考文献】
【文献】特開２００８－０９００７２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－１０９４９２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００８－８３６０１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－１１２９６９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－１４５７９７（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０２Ｂ １９／００－２１／００
Ｇ０２Ｂ ２１／０６－２１／３６
Ｇ０２Ｂ ７／２８
Ｇ０３Ｂ １５／００
Ｇ０１Ｂ １１／２４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
観察対象物を拡大して観察可能にする拡大観察装置において、観察対象物を載置するための載置台と、
観察対象物に向けて光を照射する観察用照明と、
対物レンズを有する非共焦点観察光学系と、
前記対物レンズを有する共焦点観察光学系と、
前記対物レンズと前記載置台との相対距離を変更自在な垂直移動機構と、
高さ情報を検知する高さ情報検知手段と、
観察対象物の画像を取得するために、前記非共焦点観察光学系を介して観察対象物を撮像する第１受光素子と、
前記共焦点観察光学系を介して観察対象物を測定するための第２受光素子と、
前記垂直移動機構による前記相対距離に対応して前記高さ情報検知手段により検知した高さ情報と前記第１受光素子により取得した画像とに基づいてフォーカス探索をする第１フォーカス探索手段と、
前記垂直移動機構による前記相対距離に対応して前記高さ情報検知手段により検知した高さ情報と前記第２受光素子により取得した信号とに基づいてフォーカス探索をする第２フォーカス探索手段と、
前記第１受光素子により取得した画像及び上記第１フォーカス探索手段により探索されたフォーカス位置に基づいて観察対象物の三次元形状を測定する第１三次元形状測定手段と、
前記第２受光素子により取得した信号及び上記第２フォーカス探索手段により探索されたフォーカス位置に基づいて観察対象物の三次元形状を測定する第２三次元形状測定手段と、
前記第１三次元形状測定手段による測定モード用パラメータ設定領域及び前記第２三次元形状測定手段による測定モード用パラメータ設定領域を切り替えて表示可能にするパラメータ表示領域と、前記非共焦点観察光学系を介して前記第１受光素子により取得された観察対象物の時間的変化を示す第１ライブ画像及び前記共焦点観察光学系を介して前記第２受光素子により取得された観察対象物の時間的変化を示す第２ライブ画像を切り替えて表示可能にするライブ画像表示領域とを表示させる表示部と、
前記第１三次元形状測定手段による測定モード用パラメータ設定領域が前記パラメータ表示領域に表示された場合に、前記第１ライブ画像を前記ライブ画像表示領域に表示させ、一方、前記第２三次元形状測定手段による測定モード用パラメータ設定領域が前記パラメータ表示領域に表示された場合に、前記第２ライブ画像を前記ライブ画像表示領域に表示させる制御部とを備えていることを特徴とする拡大観察装置。
【請求項2】
請求項１に記載の拡大観察装置において、前記制御部は、前記パラメータ表示領域に表示される前記測定モード用パラメータ設定領域の切替に連動して前記ライブ画像表示領域に表示されるライブ画像を切り替えるように構成されていることを特徴とする拡大観察装置。
【請求項3】
請求項１または２に記載の拡大観察装置において、前記制御部は、前記第１三次元形状測定手段による測定モード用パラメータ設定領域が前記パラメータ表示領域に表示される場合に、前記第２ライブ画像を前記ライブ画像表示領域に表示させ、一方、前記第２三次元形状測定手段による測定モード用パラメータ設定領域が前記パラメータ表示領域に表示される場合に、前記第１ライブ画像を前記ライブ画像表示領域に表示可能に構成されていることを特徴とする拡大観察装置。
【請求項4】
請求項１から３のいずれか１つに記載の拡大観察装置において、前記ライブ画像表示領域に表示させるライブ画像を、前記第１ライブ画像と前記第２ライブ画像とから選択可能に構成されていることを特徴とする拡大観察装置。
【請求項5】
請求項１から４のいずれか１つに記載の拡大観察装置において、前記測定モード用パラメータ設定領域は、前記第１三次元形状測定手段による照明条件パラメータと、前記第２三次元形状測定手段による照明条件パラメータとを設定可能に構成され、
前記第１ライブ画像を前記ライブ画像表示領域に表示させる場合に、前記第１三次元形状測定手段による照明条件パラメータ設定領域を前記パラメータ表示領域に表示させ、一方、前記第２ライブ画像を前記ライブ画像表示領域に表示させる場合に、前記第２三次元形状測定手段による照明条件パラメータ設定領域を前記パラメータ表示領域に表示させることを特徴とする拡大観察装置。
【請求項6】
請求項１から５のいずれか１つに記載の拡大観察装置において、前記ライブ画像表示領域に表示される第１ライブ画像と第２ライブ画像とが観察対象物の同じ領域を示す画像であることを特徴とする拡大観察装置。
【請求項7】
観察対象物を拡大して観察可能にする拡大観察装置において、観察対象物を載置するための載置台と、
観察対象物に向けて光を照射する観察用照明と、
対物レンズを有する非共焦点観察光学系と、
前記対物レンズを有する共焦点観察光学系と、
前記対物レンズと前記載置台との相対距離を変更自在な垂直移動機構と、
高さ情報を検知する高さ情報検知手段と、
観察対象物の画像を取得するために、前記非共焦点観察光学系を介して観察対象物を撮像する第１受光素子と、
前記共焦点観察光学系を介して観察対象物を測定するための第２受光素子と、
前記垂直移動機構による前記相対距離に対応して前記高さ情報検知手段により検知した高さ情報と前記第１受光素子により取得した画像とに基づいてフォーカス探索をする第１フォーカス探索手段と、
前記垂直移動機構による前記相対距離に対応して前記高さ情報検知手段により検知した高さ情報と前記第２受光素子により取得した信号とに基づいてフォーカス探索をする第２フォーカス探索手段と、
前記第１受光素子により取得した画像及び上記第１フォーカス探索手段により探索されたフォーカス位置に基づいて観察対象物の三次元形状を測定する第１三次元形状測定手段と、
前記第２受光素子により取得した信号及び上記第２フォーカス探索手段により探索されたフォーカス位置に基づいて観察対象物の三次元形状を測定する第２三次元形状測定手段と、
前記第１三次元形状測定手段による測定モード用パラメータ設定領域及び前記第２三次元形状測定手段による測定モード用パラメータ設定領域を切り替えて表示可能にするパラメータ表示領域と、前記非共焦点観察光学系を介して前記第１受光素子により取得された観察対象物の時間的変化を示す第１ライブ画像及び前記共焦点観察光学系を介して前記第２受光素子により取得された観察対象物の時間的変化を示す第２ライブ画像を切り替えて表示可能にするライブ画像表示領域とを表示させる表示部と、
前記第１ライブ画像が前記ライブ画像表示領域に表示された場合に、前記第１三次元形状測定手段による測定モード用パラメータ設定領域を前記パラメータ表示領域に表示させ、一方、前記第２ライブ画像が前記ライブ画像表示領域に表示された場合に、前記第２三次元形状測定手段による測定モード用パラメータ設定領域を前記パラメータ表示領域に表示させる制御部とを備えていることを特徴とする拡大観察装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、観察対象物を拡大して観察可能にする拡大観察装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来より、拡大観察装置としては、レーザー共焦点の原理を使用した共焦点顕微鏡や、いわゆるフォーカス合成の原理を使用した三次元測定装置等が知られている。共焦点顕微鏡は、例えば特許文献１、２等に開示されているように、対物レンズの他に、点光源を構成するレーザー出力部と、共焦点観察光学系と、受光素子を備えている。共焦点観察光学系は、受光素子と観察面との間において観察面と共役になる位置にピンホールが配置されており、観察面にピントが合った時（合焦時）には、観察面からの反射光がピンホールを抜けて受光素子に入り、観察面にピントが合っていない時（非合焦時）には観察面からの反射光がピンホールの周辺部に遮られてほとんど受光素子には入らなくなるように構成されている。この共焦点観察光学系では、対物レンズと観察面との相対距離を変化させると、観察面での合焦の程度に応じて受光素子で検出される光量が大きく変化することになり、受光素子による受光光量が最大になる位置が観察面のある点の高さであると判定することができる。また、レーザー出力部から出力されるレーザー光をＸ方向及びＹ方向に走査することで観察面の所定範囲の高さ情報を得ることができる。
【0003】
一方、フォーカス合成の原理を使用した三次元測定装置としては、例えば特許文献３、４等に開示されているように、対物レンズと観察面との相対距離を変化させながら観察面を撮像素子で撮像していき、観察面の各点において最もピントが合っている画像が撮像された相対距離を各点の高さとすることができるように構成された装置がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開平１１－１４９０７号公報
【文献】特開２００１－８２９３５号公報
【文献】特開平９－９７３３２号公報
【文献】特開２０００－１６２５０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところで、特許文献１、２に開示されている共焦点顕微鏡では、高さ方向に高精度な測定が可能なため、微細形状を有する観察対象物の高精度測定が必要な場合に適している。しかしながら、共焦点顕微鏡には原理的な弱点があり、それは、対物レンズを通して観察面に光を照射しているため、対物レンズのＮＡ（開口数）によって測定できる傾斜の角度が制限されることである。すなわち、対物レンズと観察面とが正対しているときには、対物レンズを通して観察面に照射された光が反射して対物レンズに戻ってくるが、対物レンズの光軸に対して観察面が傾いていると、観察面から反射した光が対物レンズの外に向けて照射されることになり、対物レンズに戻ってこなくなる。この現象は対物レンズのＮＡが小さくなるほど顕著に発生する。一般に、高倍率の対物レンズはＮＡが大きく、低倍率の対物レンズはＮＡが小さくなるので、高倍率側では測定可能な傾斜角度が大きく、測定できない観察対象物は少ないが、低倍率側においては傾斜部のデータが欠損したり、激しくノイズ（偽形状）が出るなど、高精度な測定が困難になる。
【0006】
一方、特許文献３、４に開示されているフォーカス合成の原理を使用した三次元測定装置では、対物レンズの外側からリング照明等を利用して観察面を照明できるので、上述した対物レンズのＮＡによって決まる測定限界よりも急な傾斜面であっても測定が可能になる。
【0007】
ところが、フォーカス合成の原理を使用した場合、ピントが合った位置をその点の高さとみなすので、ピントが合っているがどうか分からない透明体や鏡面の観察対象物の測定が難しい。ただし、このような観察対象物は、共焦点顕微鏡が得意とする観察対象物であることから、レーザー共焦点の原理による測定手法とフォーカス合成の原理による測定手法とを兼ね備えた装置とすることで、測定可能な観察対象物を増やすことができ、汎用性を大きく高めることができる。
【0008】
ここで、いわゆるライブビューと呼ばれている時間的変化を示すライブ画像をディスプレイに表示させることで、使用者は各種設定変更を行う際にライブ画像を見てほぼリアルタイムで変更結果を確認することが可能になるので、利便性を向上させることができる。
【0009】
ところが、対物レンズと載置台との離間距離の上限値及び下限値を設定する際や受光素子のゲインを設定しようとする際に、レーザー共焦点画像をライブ画像として表示させた状態で設定を行っているのか、フォーカス合成画像をライブ画像として表示させて設定を行っているのか、使用者によっては分かり難い場合があり、混乱を招くおそれもある。
【0010】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、非共焦点観察光学系を介した画像と、共焦点観察光学系を介した画像をそれぞれライブ画像として表示可能にする場合に、設定時における使用者の使いやすさを向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【0011】
上記目的を達成するために、第１の発明は、観察対象物を拡大して観察可能にする拡大観察装置において、観察対象物を載置するための載置台と、観察対象物に向けて光を照射する観察用照明と、対物レンズを有する非共焦点観察光学系と、前記対物レンズを有する共焦点観察光学系と、前記対物レンズと前記載置台との相対距離を変更自在な垂直移動機構と、高さ情報を検知する高さ情報検知手段と、観察対象物の画像を取得するために、前記非共焦点観察光学系を介して観察対象物を撮像する第１受光素子と、前記共焦点観察光学系を介して観察対象物を測定するための第２受光素子と、前記垂直移動機構による前記相対距離に対応して前記高さ情報検知手段により検知した高さ情報と前記第１受光素子により取得した画像とに基づいてフォーカス探索をする第１フォーカス探索手段と、前記垂直移動機構による前記相対距離に対応して前記高さ情報検知手段により検知した高さ情報と前記第２受光素子により取得した信号とに基づいてフォーカス探索をする第２フォーカス探索手段と、前記第１受光素子により取得した画像及び上記第１フォーカス探索手段により探索されたフォーカス位置に基づいて観察対象物の三次元形状を測定する第１三次元形状測定手段と、前記第２受光素子により取得した信号及び上記第２フォーカス探索手段により探索されたフォーカス位置に基づいて観察対象物の三次元形状を測定する第２三次元形状測定手段と、前記第１三次元形状測定手段による測定モード用パラメータ設定領域及び前記第２三次元形状測定手段による測定モード用パラメータ設定領域を切り替えて表示可能にするパラメータ表示領域と、前記非共焦点観察光学系を介して前記第１受光素子により取得された観察対象物の時間的変化を示す第１ライブ画像及び前記共焦点観察光学系を介して前記第２受光素子により取得された観察対象物の時間的変化を示す第２ライブ画像を切り替えて表示可能にするライブ画像表示領域とを表示させる表示部と、前記第１三次元形状測定手段による測定モード用パラメータ設定領域が前記パラメータ表示領域に表示された場合に、前記第１ライブ画像を前記ライブ画像表示領域に表示させ、一方、前記第２三次元形状測定手段による測定モード用パラメータ設定領域が前記パラメータ表示領域に表示された場合に、前記第２ライブ画像を前記ライブ画像表示領域に表示させる制御部とを備えていることを特徴とする。
【0012】
この構成によれば、第１受光素子により非共焦点観察光学系を介して観察対象物を撮像し、この第１受光素子により取得した画像に基づいて第１フォーカス探索手段がフォーカス探索を行うと、高さ情報が高さ情報検知手段により検知されてフォーカス位置を取得できる。第１三次元形状測定手段は、第１フォーカス探索手段により探索されたフォーカス位置に基づいて観察対象物の三次元形状を測定することができるので、フォーカス合成の原理を使用した測定手法を実現できる。
【0013】
また、第２受光素子により共焦点観察光学系を介して観察対象物を測定し、この第２受光素子により取得した信号に基づいて第２フォーカス探索手段がフォーカス探索を行うと、高さ情報が高さ情報検知手段により検知されてフォーカス位置を取得できる。第２三次元形状測定手段は、第２フォーカス探索手段により探索されたフォーカス位置に基づいて観察対象物の三次元形状を測定することができるので、共焦点の原理を使用した測定手法を実現できる。
【0014】
表示部には、パラメータ表示領域とライブ画像表示領域とが表示されるので、使用者がライブ画像を見ながら測定モード用パラメータを設定することができる。このとき、パラメータ表示領域には、第１三次元形状測定手段による測定モード用パラメータ設定領域と、第２三次元形状測定手段による測定モード用パラメータ設定領域との一方を表示させて測定パラメータを設定することができる。例えば、使用者が第１三次元形状測定手段による測定モード用パラメータ設定領域を表示させると、ライブ画像表示領域には、非共焦点観察光学系を介して第１受光素子により取得された第１ライブ画像が表示され、また、使用者が第２三次元形状測定手段による測定モード用パラメータ設定領域を表示させると、ライブ画像表示領域には、共焦点観察光学系を介して第２受光素子により取得された第２ライブ画像が表示される。つまり、表示されているライブ画像と、測定モード用パラメータ設定領域とが対応するので、設定時における使用者の使いやすさを向上させることができる。
【0015】
第２の発明は、前記制御部は、前記パラメータ表示領域に表示される前記測定モード用パラメータ設定領域の切替に連動して前記ライブ画像表示領域に表示されるライブ画像を切り替えるように構成されていることを特徴とする。
【0016】
この構成によれば、パラメータ表示領域に表示される測定モード用パラメータ設定領域を切り替えると、ライブ画像表示領域に表示されるライブ画像が自動的に切り替わることになる。
【0017】
第３の発明は、前記制御部は、前記第１三次元形状測定手段による測定モード用パラメータ設定領域が前記パラメータ表示領域に表示される場合に、前記第２ライブ画像を前記ライブ画像表示領域に表示させ、一方、前記第２三次元形状測定手段による測定モード用パラメータ設定領域が前記パラメータ表示領域に表示される場合に、前記第１ライブ画像を前記ライブ画像表示領域に表示可能に構成されていることを特徴とする。
【0018】
第４の発明は、前記ライブ画像表示領域に表示させるライブ画像を、前記第１ライブ画像と前記第２ライブ画像とから選択可能に構成されていることを特徴とする。
【0019】
第５の発明は、前記測定モード用パラメータ設定領域は、前記第１三次元形状測定手段による照明条件パラメータと、前記第２三次元形状測定手段による照明条件パラメータとを設定可能に構成され、前記第１ライブ画像を前記ライブ画像表示領域に表示させる場合に、前記第１三次元形状測定手段による照明条件パラメータ設定領域を前記パラメータ表示領域に表示させ、一方、前記第２ライブ画像を前記ライブ画像表示領域に表示させる場合に、前記第２三次元形状測定手段による照明条件パラメータ設定領域を前記パラメータ表示領域に表示させることを特徴とする。
【0020】
第６の発明は、前記ライブ画像表示領域に表示される第１ライブ画像と第２ライブ画像とが観察対象物の同じ領域を示す画像であることを特徴とする。
【0021】
第７の発明は、観察対象物を拡大して観察可能にする拡大観察装置において、観察対象物を載置するための載置台と、観察対象物に向けて光を照射する観察用照明と、対物レンズを有する非共焦点観察光学系と、前記対物レンズを有する共焦点観察光学系と、前記対物レンズと前記載置台との相対距離を変更自在な垂直移動機構と、高さ情報を検知する高さ情報検知手段と、観察対象物の画像を取得するために、前記非共焦点観察光学系を介して観察対象物を撮像する第１受光素子と、前記共焦点観察光学系を介して観察対象物を測定するための第２受光素子と、前記垂直移動機構による前記相対距離に対応して前記高さ情報検知手段により検知した高さ情報と前記第１受光素子により取得した画像とに基づいてフォーカス探索をする第１フォーカス探索手段と、前記垂直移動機構による前記相対距離に対応して前記高さ情報検知手段により検知した高さ情報と前記第２受光素子により取得した信号とに基づいてフォーカス探索をする第２フォーカス探索手段と、前記第１受光素子により取得した画像及び上記第１フォーカス探索手段により探索されたフォーカス位置に基づいて観察対象物の三次元形状を測定する第１三次元形状測定手段と、前記第２受光素子により取得した信号及び上記第２フォーカス探索手段により探索されたフォーカス位置に基づいて観察対象物の三次元形状を測定する第２三次元形状測定手段と、前記第１三次元形状測定手段による測定モード用パラメータ設定領域及び前記第２三次元形状測定手段による測定モード用パラメータ設定領域を切り替えて表示可能にするパラメータ表示領域と、前記非共焦点観察光学系を介して前記第１受光素子により取得された観察対象物の時間的変化を示す第１ライブ画像及び前記共焦点観察光学系を介して前記第２受光素子により取得された観察対象物の時間的変化を示す第２ライブ画像を切り替えて表示可能にするライブ画像表示領域とを表示させる表示部と、前記第１ライブ画像が前記ライブ画像表示領域に表示された場合に、前記第１三次元形状測定手段による測定モード用パラメータ設定領域を前記パラメータ表示領域に表示させ、一方、前記第２ライブ画像が前記ライブ画像表示領域に表示された場合に、前記第２三次元形状測定手段による測定モード用パラメータ設定領域を前記パラメータ表示領域に表示させる制御部とを備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【0022】
本発明によれば、非共焦点観察光学系を介した画像と、共焦点観察光学系を介した画像をそれぞれライブ画像として表示可能にする場合に、表示されたライブ画像と、パラメータ表示領域に表示されている測定モード用パラメータ設定領域とを対応させることができるので、設定時における使用者の使いやすさを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0023】
【図1】本発明の実施形態に係る拡大観察装置のシステム構成を示す模式図である。
【図2】観察ユニットの斜視図である。
【図3】観察ユニットの光学系及び照明系を示す模式図である。
【図4】拡大観察装置のブロック図である。
【図5】複数の対物レンズが取り付けられた状態の電動レボルバの側面図である。
【図6】制御部のブロック図である。
【図7】１つの画素において観察対象物のＺ方向の位置と受光強度との関係を示す図である。
【図8】測定時の手順を示すフローチャートである。
【図9】起動直後に表示部に表示されるユーザーインターフェースを示す図である。
【図10】共焦点観察光学系を介して光電子倍増管で取得されたライブ画像を表示させるユーザーインターフェースを示す図である。
【図11】照明選択時に表示されるユーザーインターフェースを示す図である。
【図12】同軸落射照明のみで撮像したライブ画像を表示したユーザーインターフェースを示す図である。
【図13】リング照明のみで撮像したライブ画像を表示したユーザーインターフェースを示す図である。
【図14】同軸落射照明及びリング照明で撮像したライブ画像を表示したユーザーインターフェースを示す図である。
【図15】照明光量調整時に表示されるユーザーインターフェースを示す図である。
【図16】対物レンズの変更によって観察光学系の倍率が高倍率化された場合を示す図である。
【図17】ナビゲーション画像を表示したユーザーインターフェースを示す図である。
【図20】基本測定領域を表示したユーザーインターフェースを示す図である。
【図21】分割表示したユーザーインターフェースを示す図である。
【図22】フォーカス合成モードによる測定結果を表示したユーザーインターフェースを示す図である。
【図23】レーザー共焦点モードによる測定結果を表示したユーザーインターフェースを示す図である。
【図24】プロファイル測定領域を表示したユーザーインターフェースを示す図である。
【図25】使用者に確認を求めずにフォーカス合成モードとレーザー共焦点モードで測定する場合の手順を示したフローチャートである。
【図26】測定結果の信頼度によってフォーカス合成モードとレーザー共焦点モードで測定する場合の手順を示したフローチャートである。
【図27】フォーカス合成モードとレーザー共焦点モードで測定するか否かを使用者の判断にゆだねる場合の手順を示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0024】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本発明の技術思想を具体化するための例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
【0025】
（拡大観察装置１の全体構成）
図１は、本発明の実施形態に係る拡大観察装置１のシステム構成を示す模式図である。この拡大観察装置１は、観察対象物ＳＰを拡大して観察可能にするための装置であり、例えば単に顕微鏡と呼ぶことや、デジタルマイクロスコープ、走査顕微鏡等と呼ぶことができる。また、後述するように、観察対象物ＳＰの三次元形状を取得できることから三次元形状測定機と呼ぶこともできる。
図１は、本発明の実施形態に係る拡大観察装置１のシステム構成を示す模式図である。この拡大観察装置１は、観察対象物ＳＰを拡大して観察可能にするための装置であり、例えば単に顕微鏡と呼ぶことや、デジタルマイクロスコープ、走査顕微鏡等と呼ぶことができる。また、後述するように、観察対象物ＳＰの三次元形状を取得できることから三次元形状測定機と呼ぶこともできる。
【0026】
拡大観察装置１は、観察ユニット２と外部ユニット３とで構成することができるが、外部ユニット３を観察ユニット２に組み込んで一体化することもできる。観察ユニット２と外部ユニット３とで拡大観察装置１を構成する場合には、外部ユニット３に、観察ユニット２に電力を供給する電力供給装置３ａを設けることができる。観察ユニット２と外部ユニット３とは、配線２ａによって接続されている。
【0027】
また、拡大観察装置１には、操作用端末４を接続することができる。外部ユニット３に内蔵されている通信部３ｂ（図４に示す）によって操作用端末４の接続が可能になる。操作用端末４は、表示部５、キーボード６、マウス７及び記憶装置８を備えている。操作用端末４は、観察ユニット２や外部ユニット３に組み込んで一体化して拡大観察装置１の構成部材とすることができ、この場合は「操作用端末」ではなく、コントロールユニット等と呼ぶことができるが、この実施形態では、観察ユニット２及び外部ユニット３とは別体としている。
【0028】
表示部５、キーボード６、マウス７及び記憶装置８についても、それぞれ観察ユニット２や外部ユニット３に組み込んで一体化して拡大観察装置１の構成部材とすることができる。つまり、操作用端末４、表示部５、キーボード６、マウス７及び記憶装置８も拡大観察装置１の一部とすることができ、例えば、表示部５付きの拡大観察装置１、キーボード６及びマウス７（操作部）付きの拡大観察装置１とすることもできる。
【0029】
キーボード６及びマウス７は、従来から周知のコンピュータ操作用の機器であり、操作用端末４を操作するための操作部であり、これらによって拡大観察装置１を操作することができる。キーボード６及びマウス７の操作により、各種情報の入力や選択操作、画像の選択操作、領域指定、位置指定等を行うことができる。キーボード６及びマウス７は、操作部としての一例であり、キーボード６及びマウス７の代わり、またはキーボード６及びマウス７に加えて、たとえば、各種ポインティングデバイス、音声入力機器、タッチ操作パネル等のコンピュータ操作用の機器を使用することもできる。
【0030】
表示部５は、例えば、液晶表示パネルや有機ＥＬパネル等のようなカラー表示可能な表示デバイスで構成されている。表示部５に操作部としてのタッチ操作パネルを組み込むようにしてもよい。
【0031】
また、後述する各部材、手段、素子、ユニット等は、観察ユニット２、外部ユニット３、操作用端末４のいずれに設けられていてもよい。
【0032】
拡大観察装置１には、上述した機器や装置以外にも、操作や制御を行うための装置、プリンタ、その他の各種処理を行うためのコンピュータ、記憶装置、周辺機器等を接続することもできる。この場合の接続は、例えば、ＩＥＥＥ１３９４、ＲＳ－２３２ｘやＲＳ－４２２、ＵＳＢ等のシリアル接続、パラレル接続、あるいは１０ＢＡＳＥ－Ｔ、１００ＢＡＳＥ－ＴＸ、１０００ＢＡＳＥ－Ｔ等のネットワークを介して電気的、あるいは磁気的、光学的に接続する方法等を挙げることができる。また、有線接続以外にも、ＩＥＥＥ８０２．ｘ等の無線ＬＡＮやＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等の電波、赤外線、光通信等を利用した無線接続等でもよい。さらにデータの交換や各種設定の保存等を行うための記憶装置に用いる記憶媒体としては、例えば、各種メモリカードや磁気ディスク、光磁気ディスク、半導体メモリ、ハードディスク等を利用することができる。尚、拡大観察装置１は、観察ユニット２及び外部ユニット３と、それら以外の上記各種ユニットや装置、機器を組み合わせて全体を拡大観察システム、デジタルマイクロスコープシステム等ということもできる。
【0033】
（観察ユニット２の全体構成）
観察ユニット２の外観形状は図２等に示すようになっており、作業台等に載置されるベース２０と、ベース２０の奥側部分から上側へ向かって延びる支持部２１と、支持部２１の上部に設けられたヘッド部２２とで構成されている。尚、観察ユニット２の手間側とは、作業者（観察者）が観察ユニット２に対して通常の操作姿勢で向かい合ったときに作業者に近くなる側であり、観察ユニット２の奥側とは、作業者が観察ユニット２に対して通常の操作姿勢で向かい合ったときに作業者から遠くなる側である。これは説明の便宜を図るために定義するだけであり、実際の使用状態を限定するものではない。
観察ユニット２の外観形状は図２等に示すようになっており、作業台等に載置されるベース２０と、ベース２０の奥側部分から上側へ向かって延びる支持部２１と、支持部２１の上部に設けられたヘッド部２２とで構成されている。尚、観察ユニット２の手間側とは、作業者（観察者）が観察ユニット２に対して通常の操作姿勢で向かい合ったときに作業者に近くなる側であり、観察ユニット２の奥側とは、作業者が観察ユニット２に対して通常の操作姿勢で向かい合ったときに作業者から遠くなる側である。これは説明の便宜を図るために定義するだけであり、実際の使用状態を限定するものではない。
【0034】
観察ユニット２は、観察対象物ＳＰを載置するための水平な電動載置台２３と、図３等に示す観察対象物ＳＰに向けて光を照射する観察用照明としての同軸落射照明２４及びリング照明２５と、点光源としてのレーザー出力部２６と、観察光学系としての非共焦点観察光学系３０及び共焦点観察光学系４０と、撮像素子（第１受光素子）５０と、光電子倍増管（第２受光素子）５１とを備えている。観察光学系は、テレセントリック光学系である。
【0035】
電動載置台２３は、図１や図２に示す昇降ダイヤル２３ａの回転操作によって上下方向に移動させることができるようになっている。観察対象物ＳＰの厚みや高さに応じて使用者が昇降ダイヤル２３ａを回転操作するのは、他の光学顕微鏡と同様である。
【0036】
（非共焦点観察光学系３０の構成）
非共焦点観察光学系３０は、従来から光学顕微鏡に使用されている光学系の基本構造と同様に構成することができ、同軸落射照明２４及びリング照明２５を観察用の光源としており、観察対象物ＳＰから反射した光を撮像素子５０によって受光するように構成されている。具体的には、非共焦点観察光学系３０は、観察対象物ＳＰ側から撮像素子５０側に向かって順に配置された対物レンズ２７、電動レボルバ（電動の変倍機構）２８、第１ハーフミラー３１及び第２ハーフミラー３２を少なくとも備えている。第１ハーフミラー３１は無偏光ハーフミラーとすることができる。第１ハーフミラー３１及び第２ハーフミラー３２は、対物レンズ２７の観察光路上に配置されており、観察対象物ＳＰが照明されていると、観察対象物ＳＰで反射された光Ｌ１が、対物レンズ２７、第１ハーフミラー３１及び第２ハーフミラー３２を通って撮像素子５０で受光される。
非共焦点観察光学系３０は、従来から光学顕微鏡に使用されている光学系の基本構造と同様に構成することができ、同軸落射照明２４及びリング照明２５を観察用の光源としており、観察対象物ＳＰから反射した光を撮像素子５０によって受光するように構成されている。具体的には、非共焦点観察光学系３０は、観察対象物ＳＰ側から撮像素子５０側に向かって順に配置された対物レンズ２７、電動レボルバ（電動の変倍機構）２８、第１ハーフミラー３１及び第２ハーフミラー３２を少なくとも備えている。第１ハーフミラー３１は無偏光ハーフミラーとすることができる。第１ハーフミラー３１及び第２ハーフミラー３２は、対物レンズ２７の観察光路上に配置されており、観察対象物ＳＰが照明されていると、観察対象物ＳＰで反射された光Ｌ１が、対物レンズ２７、第１ハーフミラー３１及び第２ハーフミラー３２を通って撮像素子５０で受光される。
【0037】
撮像素子５０は、観察対象物ＳＰの画像を取得するために、非共焦点観察光学系３０を介して観察対象物ＳＰを撮像する。具体的には、撮像素子５０は、非共焦点観察光学系３０を通して得られた光の強度を電気信号に変換するＣＣＤ(charge-coupled device)やＣＭＯＳ（complementary metal oxide semiconductor）等の撮像素子からなるイメージセンサを使用することができるが、これらに限られるものではない。撮像素子５０は、色情報も取得することができるセンサである。また、撮像素子５０の露光時間は任意に調整可能となっている。
【0038】
（同軸落射照明２４の構成）
同軸落射照明２４は、対物レンズ２７を介して観察対象物ＳＰを照明するための光源となる照明ユニットであり、対物レンズ２７の光軸上に照明光路が位置するように観察対象物ＳＰの観察面を照明する。同軸落射照明２４は、例えばＬＥＤ等の発光体２４ａを有するとともに、その発光体２４ａの光が入射するコレクタ２４ｂ、リレーレンズ２４ｃ、ミラー２４ｄ及びレンズ２４ｅを有している。発光体２４ａの光は、コレクタ２４ｂ及びリレーレンズ２４ｃを通った後、ミラー２４ｄによって方向変換されてからレンズ２４ｅに入射する。レンズ２４ｅから出射した光は、第１ハーフミラー３１によって観察対象物ＳＰ方向へ変換されてから対物レンズ２７の観察光軸上に照射され、対物レンズ２７を通って観察対象物ＳＰを照明する。同軸落射照明２４は、後述する照明制御部７２ｃによってＯＮ／ＯＦＦ及びＯＮ時の光量が制御される。
同軸落射照明２４は、対物レンズ２７を介して観察対象物ＳＰを照明するための光源となる照明ユニットであり、対物レンズ２７の光軸上に照明光路が位置するように観察対象物ＳＰの観察面を照明する。同軸落射照明２４は、例えばＬＥＤ等の発光体２４ａを有するとともに、その発光体２４ａの光が入射するコレクタ２４ｂ、リレーレンズ２４ｃ、ミラー２４ｄ及びレンズ２４ｅを有している。発光体２４ａの光は、コレクタ２４ｂ及びリレーレンズ２４ｃを通った後、ミラー２４ｄによって方向変換されてからレンズ２４ｅに入射する。レンズ２４ｅから出射した光は、第１ハーフミラー３１によって観察対象物ＳＰ方向へ変換されてから対物レンズ２７の観察光軸上に照射され、対物レンズ２７を通って観察対象物ＳＰを照明する。同軸落射照明２４は、後述する照明制御部７２ｃによってＯＮ／ＯＦＦ及びＯＮ時の光量が制御される。
【0039】
同軸落射照明２４は、鏡面もしくは鏡面に近い観察面を観察するのに適しており、観察面の反射率の違いをコントラスト高く観察することができるという利点がある。
【0040】
（リング照明２５の構成）
リング照明２５は、図３に模式的に示しているように、対物レンズ２７の周囲を囲むように配置された非同軸落射照明であり、対物レンズ２７の光軸の周囲から観察対象物ＳＰを照明する。図５に示すように、電動レボルバ２８には、対物レンズ２７を取り付けるための複数の取付孔２８ａが回転中心線周りに間隔をあけて形成されており、各取付孔２８ａに倍率の異なる対物レンズ２７Ａ、２７Ｂが取り付けられている。対物レンズ２７Ａは、リング照明２５を有さないレンズであり、対物レンズ２７Ｂは、リング照明２５を有するレンズである。
リング照明２５は、図３に模式的に示しているように、対物レンズ２７の周囲を囲むように配置された非同軸落射照明であり、対物レンズ２７の光軸の周囲から観察対象物ＳＰを照明する。図５に示すように、電動レボルバ２８には、対物レンズ２７を取り付けるための複数の取付孔２８ａが回転中心線周りに間隔をあけて形成されており、各取付孔２８ａに倍率の異なる対物レンズ２７Ａ、２７Ｂが取り付けられている。対物レンズ２７Ａは、リング照明２５を有さないレンズであり、対物レンズ２７Ｂは、リング照明２５を有するレンズである。
【0041】
リング照明２５は、複数のＬＥＤ等の光源（図示せず）を収容したリング形状のケース２５ａと、ケース２５ａの下部に設けられた光透過部材２５ｂとを有している。ケース２５ａは、対物レンズ２７Ｂが有するレンズの周囲を囲むように形成されており、内部に収容されている複数の光源は、対物レンズ２７Ｂが有するレンズの周囲を囲むように配置されている。光源から出射された光は、光透過部材２５ｂによって集光されて電動載置台２３に載置されている観察対象物ＳＰに向けて照射される。電動レボルバ２８の回動位置が、対物レンズ２７Ａを現在の観察用対物レンズとして選択する位置にある場合には、リング照明２５は機能しないが、対物レンズ２７Ｂを現在の観察用対物レンズとして選択する位置である場合には、リング照明２５を機能させることができる。リング照明２５は、後述する照明制御部７２ｃによってＯＮ／ＯＦＦ及びＯＮ時の光量が制御される。
【0042】
また、リング照明２５以外にも、対物レンズ２７の周囲から観察対象物ＳＰの観察面を照明する側射照明や、対物レンズ２７の光軸の周囲から観察対象物ＳＰの観察面を照明する暗視野照明を使用することもできる。これら照明は従来から顕微鏡に使用されている照明であることから詳細な説明は省略する。
【0043】
リング照明２５、側射照明及び暗視野照明の場合、紙などの拡散体や凹凸の大きい観察面を観察するのに適しており、対物レンズ２７の周囲又は光軸の周囲から光を照射するため、同軸落射照明２４では光が返って来ないような傾斜面も明るく照らすことができるという利点がある。また、暗視野対物レンズを使用することもできる。
【0044】
フォーカス合成の原理では、観察対象物ＳＰの観察面にピントが合っているか否かをその点の高さの判定手段として用いているため、同軸落射照明２４よりもリング照明２５（側射照明及び暗視野照明）が適している場合がある。
【0045】
（共焦点観察光学系４０の構成）
図３に示す共焦点観察光学系４０は、従来から共焦点顕微鏡に使用されている光学系の基本構造と同様に構成することができ、レーザー出力部２６を光源としており、観察対象物ＳＰで反射した光を光電子倍増管５１で受光するように構成されている。光電子倍増管５１は、共焦点観察光学系４０を介して観察対象物ＳＰを測定するための部品である。
図３に示す共焦点観察光学系４０は、従来から共焦点顕微鏡に使用されている光学系の基本構造と同様に構成することができ、レーザー出力部２６を光源としており、観察対象物ＳＰで反射した光を光電子倍増管５１で受光するように構成されている。光電子倍増管５１は、共焦点観察光学系４０を介して観察対象物ＳＰを測定するための部品である。
【0046】
共焦点観察光学系４０は、上記非共焦点観察光学系３０の対物レンズ２７と電動レボルバ２８とを有しており、従って、対物レンズ２７と電動レボルバ２８は、共焦点観察光学系４０及び非共焦点観察光学系３０で共通化されている。
【0047】
さらに、共焦点観察光学系４０は、ダイクロイックプリズム４１と、第１レンズ４２と、ＸＹスキャナ部４３と、１／４波長板４４と、偏光ビームスプリッタ４５と、ピンホールレンズ４６と、ピンホール板４７と、減光フィルタ（ＮＤフィルタ）４８とを少なくとも備えている。ダイクロイックプリズム４１は、特定の波長の光を反射し、その他の波長の光を通すように構成された従来から周知の部材であり、対物レンズ２７の観察光軸上に配置されている。この実施形態ではダイクロイックプリズム４１はレーザー出力部２６から出射された光を反射するように構成されている。
【0048】
ダイクロイックプリズム４１の反射光軸上には、第１レンズ４２が配置されている。ＸＹスキャナ部４３は、第１レンズ４２と波長板４４との間に配置されている。また、光電子倍増管５１と偏光ビームスプリッタ４５との間に、ピンホールレンズ４６、ピンホール板４７及び減光フィルタ４８が配置されている。レーザー出力部２６は、偏光ビームスプリッタ４５に向けて光を出射するように配置されている。減光フィルタ４８は、光電子倍増管５１に入射するレーザー光Ｌ２を減衰させるために用いられる。そのため、光電子倍増管５１に入射するレーザー光Ｌ２が十分に弱い場合には減光フィルタ４８が設けられなくてもよい。減光フィルタ４８は、制御ユニット６０によって制御されるようになっており、減光率の変更が可能である。
【0049】
ＸＹスキャナ部４３は、ガルバノミラー４３ａと、レゾナント４３ｂとを有している。ガルバノミラー４３ａ及びレゾナント４３ｂは従来から光を走査する場合に用いられるものであることから詳細な説明は省略する。レーザー出力部２６から出射された光は、偏光ビームスプリッタ４５及び波長板４４を通ってＸＹスキャナ部４３に入射する。ＸＹスキャナ部４３に入射した光は、ガルバノミラー４３ａ及びレゾナント４３ｂの動作によって観察対象物ＳＰの観察面上を二次元的（Ｘ方向及びＹ方向）に走査される。Ｘ方向は、観察ユニット２の左右方向とし、また、Ｙ方向は、観察ユニット２の奥行き方向とすることができるが、これに限られるものではなく、Ｘ方向及びＹ方向は任意に設定することができる。
【0050】
ＸＹスキャナ部４３は、観察対象物ＳＰの観察面上に光を二次元的に走査させることができるように構成されたユニットであればよく、上述した構造に限られるものではない。例えば、２つのガルバノミラーを組み合わせたガルバノスキャナ方式や、ガラスからなる音響光学媒体に圧電素子を接着し、この圧電素子に電気信号を入力して超音波を発生させて音響光学媒体中を通るレーザー光を回折させて光を偏向させる光音響素子方式（レゾナント方式）や、一列ないし多数列のピンホールを螺旋状に持つ円盤を回転させてピンホールを通過した光が観察対象物ＳＰの観察面上を走査するように構成されたニポウディスク方式等であってもよい。
【0051】
また、観察対象物ＳＰで反射されたレーザー光Ｌ２は、対物レンズ２７、第１ハーフミラー３１を通った後、第２ハーフミラー３２で反射されて第１レンズ４２、ＸＹスキャナ部４３、波長板４４を通って偏光ビームスプリッタ４５により反射されてピンホールレンズ４６に向かう。ピンホールレンズ４６に入射したレーザー光Ｌ２はピンホールレンズ４６によって集光されてからピンホール板４７に形成されたピンホールの方向に向かって進み、ピンホールを通過したレーザー光Ｌ２が減光フィルタ４８を通って光電子倍増管５１に入射する。尚、光電子倍増管５１の代わりに、上記のような撮像素子を使用することもできるし、フォトダイオード及び増幅器からなる受光素子を使用することもできる。また、光電子倍増管５１の露光時間は任意に調整可能になっている。
【0052】
共焦点観察光学系４０では、光電子倍増管５１の前において、観察対象物ＳＰの観察面と共役になる位置にピンホールを配置しており、そのピンホールは極めて微小である。従って、レーザー出力部２６から出射されたレーザー光Ｌ２が観察対象物ＳＰの観察面で焦点を結ぶと、その観察面からの反射光は、ピンホールレンズ４６を通ってからピンホール板４７に形成されたピンホールで集光し、これにより、光電子倍増管５１で受光する光量が著しく大きくなるので、光強度値（輝度値）が大きくなる。一方、レーザー光Ｌ２が観察対象物ＳＰの観察面で焦点を結んでいないと、その観察面からの反射光は、ピンホール板４７によって遮光されてピンホールを殆ど通過しないので、光電子倍増管５１で受光する光量が著しく小さくなり、輝度値が小さくなる。
【0053】
従って、ＸＹスキャナ部４３によるレーザー光Ｌ２の二次元的な走査領域（撮像領域、測定領域）のうち、観察対象物ＳＰの観察面で焦点が合った部分については明るく、一方、それ以外の高さの部分については暗くなる。共焦点観察光学系４０では、点光源を用いた光学系であることから分解能に優れた輝度情報を取得することができる。
【0054】
（レーザー出力部２６の構成）
レーザー出力部２６は、対物レンズ２７を介して観察対象物ＳＰを照明するためのレーザー光を生成して射出する機器であり、共焦点観察光学系４０用の光源となるものである。レーザー出力部２６は、例えばＨｅ－Ｎｅガスレーザや半導体レーザ等を使用することができる。また、レーザー出力部２６の代わりに、点光源を生成することができる各種光源を利用することができ、例えば高輝度ランプとスリットの組み合わせ等であってもよい。
レーザー出力部２６は、対物レンズ２７を介して観察対象物ＳＰを照明するためのレーザー光を生成して射出する機器であり、共焦点観察光学系４０用の光源となるものである。レーザー出力部２６は、例えばＨｅ－Ｎｅガスレーザや半導体レーザ等を使用することができる。また、レーザー出力部２６の代わりに、点光源を生成することができる各種光源を利用することができ、例えば高輝度ランプとスリットの組み合わせ等であってもよい。
【0055】
（Ｚ軸移動機構の構成）
観察ユニット２は、対物レンズ２７と電動載置台２３との相対距離を変更自在なＺ軸駆動部（垂直移動機構）５２（図１及び図３に模式的に示す）と、高さ情報を検知する高さ情報検知部（高さ情報検知手段）５３（図４に示す）とを備えている。Ｚ軸駆動部５２は、例えばステッピングモータと、ステッピングモータの出力軸の回転を上下方向の直線運動に変換する運動変換機構とを備えており、ヘッド部２２に設けられている。Ｚ軸駆動部５２のステッピングモータを回転させることにより、電動レボルバ２８が上下方向に移動し、これにより、対物レンズ２７と電動載置台２３との相対距離を変更することができる。対物レンズ２７と電動載置台２３との相対距離の変更ピッチを最小で１ｎｍ程度に設定することができる精度をＺ軸駆動部５２が有している。
観察ユニット２は、対物レンズ２７と電動載置台２３との相対距離を変更自在なＺ軸駆動部（垂直移動機構）５２（図１及び図３に模式的に示す）と、高さ情報を検知する高さ情報検知部（高さ情報検知手段）５３（図４に示す）とを備えている。Ｚ軸駆動部５２は、例えばステッピングモータと、ステッピングモータの出力軸の回転を上下方向の直線運動に変換する運動変換機構とを備えており、ヘッド部２２に設けられている。Ｚ軸駆動部５２のステッピングモータを回転させることにより、電動レボルバ２８が上下方向に移動し、これにより、対物レンズ２７と電動載置台２３との相対距離を変更することができる。対物レンズ２７と電動載置台２３との相対距離の変更ピッチを最小で１ｎｍ程度に設定することができる精度をＺ軸駆動部５２が有している。
【0056】
高さ情報検知部５３は、対物レンズ２７と電動載置台２３との相対距離を検知することができるリニアスケール（リニアエンコーダ）等で構成されている。高さ情報検知部５３は、対物レンズ２７と電動載置台２３との相対距離の変化が１ｎｍであっても検知できるように構成されている。この実施形態では、電動載置台２３がＺ軸方向に移動可能となっているとともに、対物レンズ２７もＺ軸方向に移動可能となっている。そして、フォーカス探索時には、電動載置台２３を固定した状態で対物レンズ２７をＺ軸方向に駆動するので、結果的に、対物レンズ２７と電動載置台２３との相対距離が変化することになる。そのときの対物レンズ２７のＺ軸方向の位置をリニアスケールで検出することにより、高さ情報を検知することができる。尚、対物レンズ２７がＺ軸方向に動かないように固定しておき、フォーカス探索時には、電動載置台２３をＺ軸方向に駆動するようにしてもよい。この場合、電動載置台２３のＺ軸方向の位置をリニアスケールで検出することにより、高さ情報を検知することができる。つまり、フォーカス探索時に電動載置台２３及び対物レンズ２７のいずれをＺ軸方向に駆動しても高さ情報検知部５３によって高さ情報を検知することができる。
【0057】
観察光学系は観察対象物ＳＰにピントを合わせるオートフォーカス機構を備えている。オートフォーカス機構は、Ｚ軸駆動部５２によって構成することができる。すなわち、Ｚ軸駆動部５２により、対物レンズ２７と、電動載置台２３に載置されている観察対象物ＳＰとの相対距離を変化させることができるので、周知のコントラストＡＦ等と同様なアルゴリズムを利用して観察対象物ＳＰにピントが合うまでＺ軸駆動部５２によって対物レンズ２７を上下方向に移動させることで、オートフォーカス機構を実現できる。
【0058】
（ステージ駆動部５４の構成）
ステージ駆動部５４は、電動載置台２３を水平方向（Ｘ方向及びＹ方向）に移動させるための装置である。すなわち、電動載置台２３は、図１に示す載置台支持部材２３Ａとは別体とされており、載置台支持部材２３Ａに対して水平方向に移動可能に支持されている。電動載置台２３は例えばリニアモータ等のアクチュエータを備えており、このアクチュエータにより、載置台支持部材２３Ａ内の所定範囲内で電動載置台２３をＸ方向及びＹ方向に移動させることができる。
ステージ駆動部５４は、電動載置台２３を水平方向（Ｘ方向及びＹ方向）に移動させるための装置である。すなわち、電動載置台２３は、図１に示す載置台支持部材２３Ａとは別体とされており、載置台支持部材２３Ａに対して水平方向に移動可能に支持されている。電動載置台２３は例えばリニアモータ等のアクチュエータを備えており、このアクチュエータにより、載置台支持部材２３Ａ内の所定範囲内で電動載置台２３をＸ方向及びＹ方向に移動させることができる。
【0059】
（制御ユニット６０の構成）
観察ユニット２は制御ユニット６０を有している。制御ユニット６０は、外部ユニット３に設けられていてもよいし、操作用端末４に設けられていてもよい。制御ユニット６０は、拡大観察装置１の各部を制御するとともに各種演算及び処理等を行うためのユニットであり、ＣＰＵやＭＰＵ、システムＬＳＩ、ＤＳＰや専用ハードウェア等で構成することができる。制御ユニット６０は、後述するように様々な機能を搭載しているが、これらは論理回路によって実現されていてもよいし、ソフトウェアを実行することによって実現されていてもよい。以下、制御ユニット６０について詳細に説明する。
観察ユニット２は制御ユニット６０を有している。制御ユニット６０は、外部ユニット３に設けられていてもよいし、操作用端末４に設けられていてもよい。制御ユニット６０は、拡大観察装置１の各部を制御するとともに各種演算及び処理等を行うためのユニットであり、ＣＰＵやＭＰＵ、システムＬＳＩ、ＤＳＰや専用ハードウェア等で構成することができる。制御ユニット６０は、後述するように様々な機能を搭載しているが、これらは論理回路によって実現されていてもよいし、ソフトウェアを実行することによって実現されていてもよい。以下、制御ユニット６０について詳細に説明する。
【0060】
制御ユニット６０には、レーザー出力部２６、同軸落射照明２４、リング照明２５、電動レボルバ２８、ＸＹスキャナ部４３、減光フィルタ４８、撮像素子５０、光電子倍増管５１、Ｚ軸駆動部５２、高さ情報検知部５３及びステージ駆動部５４が接続されている。制御ユニット６０により、レーザー出力部２６、同軸落射照明２４、リング照明２５、電動レボルバ２８、ＸＹスキャナ部４３、減光フィルタ４８、撮像素子５０、光電子倍増管５１、Ｚ軸駆動部５２及びステージ駆動部５４が制御され、また、撮像素子５０、光電子倍増管５１及び高さ情報検知部５３の出力信号は制御ユニット６０に入力される。
【0061】
（電動レボルバ制御部６１の構成）
制御ユニット６０は、観察光学系の倍率を変更するために電動レボルバ２８を制御する電動レボルバ制御部（変倍機構制御部）６１を有している。電動レボルバ制御部６１は、電動レボルバ２８を回転させることによって所望の対物レンズ２７を非共焦点観察光学系３０及び共焦点観察光学系４０の対物レンズ２７とする。予め電動レボルバ２８に取り付けられている複数の対物レンズ２７の中から、使用者がスイッチ、キーボード６、マウス７等の操作によって所望の対物レンズ２７を選択すると、選択された対物レンズ２７が非共焦点観察光学系３０及び共焦点観察光学系４０の対物レンズ２７となるように、電動レボルバ制御部６１が電動レボルバ２８を回転させた後、停止させる。
制御ユニット６０は、観察光学系の倍率を変更するために電動レボルバ２８を制御する電動レボルバ制御部（変倍機構制御部）６１を有している。電動レボルバ制御部６１は、電動レボルバ２８を回転させることによって所望の対物レンズ２７を非共焦点観察光学系３０及び共焦点観察光学系４０の対物レンズ２７とする。予め電動レボルバ２８に取り付けられている複数の対物レンズ２７の中から、使用者がスイッチ、キーボード６、マウス７等の操作によって所望の対物レンズ２７を選択すると、選択された対物レンズ２７が非共焦点観察光学系３０及び共焦点観察光学系４０の対物レンズ２７となるように、電動レボルバ制御部６１が電動レボルバ２８を回転させた後、停止させる。
【0062】
図５に示すように、電動レボルバ２８には倍率の異なる対物レンズ２７Ａ、２７Ｂが取り付けられており、電動レボルバ２８のどの取付孔２８ａにどの対物レンズ２７Ａ、２７Ｂが取り付けられているかは、制御ユニット６０が有する記憶部７３に記憶されている。したがって、電動レボルバ制御部６１は、記憶部７３に記憶されている情報と、使用者による選択情報とに基づいて、上述したように電動レボルバ２８を制御することができる。電動レボルバ２８のどの取付孔２８ａにどの対物レンズ２７Ａ、２７Ｂが取り付けられているかについては、使用者が操作用端末４から入力してもよいし、対物レンズ２７を電動レボルバ２８のセンサによって自動認識させるようにしてもよい。
【0063】
電動レボルバ２８を制御することで、非共焦点観察光学系３０及び共焦点観察光学系４０の倍率を変更することができる。電動レボルバ２８に加えて、または電動レボルバ２８に代えて、電動ズームレンズからなる対物レンズ（図示せず）を設けてもよい。電動ズームレンズは電動の変倍機構であり、電動ズームレンズを作動させることにより、非共焦点観察光学系３０及び共焦点観察光学系４０の倍率を変更することができる。この場合、電動ズームレンズを制御する部分が、変倍機構制御部となる。使用者による選択情報に基づいて変倍機構制御部が電動ズームレンズを制御することで、所望の倍率とすることができる。
【0064】
電動レボルバ２８は、表示部５に表示されるユーザーインターフェースを介して操作することもできるし、観察ユニット２に設けられたスイッチ等で操作することもできる。電動レボルバ２８にすることで使用者が手でレボルバを回す必要が無くなるので、レボルバを回す際に観察対象物ＳＰ上にゴミ等が落ちることがなくなる。
【0065】
（載置台制御部６２の構成）
図４に示すように、制御ユニット６０は、電動載置台２３の水平位置を変更する載置台制御部６２を有している。載置台制御部６２は、ステージ駆動部５４を制御することで電動載置台２３の水平位置を変更することができる。電動載置台２３の水平位置は、例えば電動載置台２３の中心部のＸ座標及びＹ座標で指定することができる。載置台制御部６２が電動載置台２３の水平位置を変更する場合は、例えば、後述するナビゲーション画像を新規で取得する場合、ナビゲーション画像を取得し直す場合、ナビゲーション画像を追加取得する場合等があるが、これらの場合に限らず、使用者が観察範囲や位置を指定した場合にも、指定された範囲を観察することができるように、電動載置台２３の水平位置を載置台制御部６２が変更する。
図４に示すように、制御ユニット６０は、電動載置台２３の水平位置を変更する載置台制御部６２を有している。載置台制御部６２は、ステージ駆動部５４を制御することで電動載置台２３の水平位置を変更することができる。電動載置台２３の水平位置は、例えば電動載置台２３の中心部のＸ座標及びＹ座標で指定することができる。載置台制御部６２が電動載置台２３の水平位置を変更する場合は、例えば、後述するナビゲーション画像を新規で取得する場合、ナビゲーション画像を取得し直す場合、ナビゲーション画像を追加取得する場合等があるが、これらの場合に限らず、使用者が観察範囲や位置を指定した場合にも、指定された範囲を観察することができるように、電動載置台２３の水平位置を載置台制御部６２が変更する。
【0066】
（フォーカス探索手段の構成）
制御ユニット６０は、Ｚ軸駆動部５２による前記相対距離に対応して高さ情報検知部５３により検知した高さ情報と前記撮像素子５０により取得した画像とに基づいてフォーカス探索をする第１フォーカス探索手段６３と、Ｚ軸駆動部５２による前記相対距離に対応して高さ情報検知部５３により検知した高さ情報と前記光電子倍増管５１により取得した信号とに基づいてフォーカス探索をする第２フォーカス探索手段６４とを備えている。ここで、前記相対距離とは、高さ情報検知部５３が検知した高さ情報に基づいて得られた距離である。この相対距離は、対物レンズ２７の先端面と、電動載置台２３の上面との距離とすることができるが、これに限られるものでなく、対物レンズ２７の所定部位と、電動載置台２３の所定部位との上下方向の離間距離とすることができる。
制御ユニット６０は、Ｚ軸駆動部５２による前記相対距離に対応して高さ情報検知部５３により検知した高さ情報と前記撮像素子５０により取得した画像とに基づいてフォーカス探索をする第１フォーカス探索手段６３と、Ｚ軸駆動部５２による前記相対距離に対応して高さ情報検知部５３により検知した高さ情報と前記光電子倍増管５１により取得した信号とに基づいてフォーカス探索をする第２フォーカス探索手段６４とを備えている。ここで、前記相対距離とは、高さ情報検知部５３が検知した高さ情報に基づいて得られた距離である。この相対距離は、対物レンズ２７の先端面と、電動載置台２３の上面との距離とすることができるが、これに限られるものでなく、対物レンズ２７の所定部位と、電動載置台２３の所定部位との上下方向の離間距離とすることができる。
【0067】
第１フォーカス探索手段６３は、同軸落射照明２４及びリング照明２５の少なくとも一方により観察対象物ＳＰを照明し、撮像素子５０により取得した画像に基づいてフォーカス探索を実行する。具体的には、Ｚ軸駆動部５２を制御して対物レンズ２７と電動載置台２３との相対距離を変化させながら、撮像素子５０により取得した画像に基づいて観察対象物ＳＰにピントを合わせる。ピントが合った時に高さ情報検知部５３が検知した高さ情報に基づいて得られた相対距離を記憶部７３に記憶しておく。これが第１フォーカス探索手段６３で取得されたフォーカス位置（合焦位置）となる。
【0068】
第２フォーカス探索手段６４は、レーザー出力部２６により観察対象物ＳＰを照明し、光電子倍増管５１により取得した信号に基づいてフォーカス探索を実行する。具体的には、Ｚ軸駆動部５２を制御して対物レンズ２７と電動載置台２３との相対距離を変化させながら、光電子倍増管５１により取得した信号に基づいて観察対象物ＳＰにピントを合わせる。このとき、上述したように、光電子倍増管５１での受光光量が最も大きくなった時が、観察対象物ＳＰにピントが合っていると判定することができる。この判定手順の詳細については後述する。ピントが合った時に高さ情報検知部５３が検知した高さ情報に基づいて得られた相対距離を記憶部７３に記憶しておく。これが第２フォーカス探索手段６４で取得されたフォーカス位置（合焦位置）となる。
【0069】
（三次元形状測定手段の構成）
制御ユニット６０は、第１フォーカス探索手段６３により探索されたフォーカス位置に基づいて観察対象物ＳＰの三次元形状を測定する第１三次元形状測定手段６５と、第２フォーカス探索手段６４により探索されたフォーカス位置に基づいて観察対象物ＳＰの三次元形状を測定する第２三次元形状測定手段６６とを備えている。観察対象物ＳＰの三次元形状は、観察対象物ＳＰの表面形状、テクスチャと呼ぶこともできる。
制御ユニット６０は、第１フォーカス探索手段６３により探索されたフォーカス位置に基づいて観察対象物ＳＰの三次元形状を測定する第１三次元形状測定手段６５と、第２フォーカス探索手段６４により探索されたフォーカス位置に基づいて観察対象物ＳＰの三次元形状を測定する第２三次元形状測定手段６６とを備えている。観察対象物ＳＰの三次元形状は、観察対象物ＳＰの表面形状、テクスチャと呼ぶこともできる。
【0070】
第１三次元形状測定手段６５は、フォーカス合成の原理を使用して観察対象物ＳＰの観察面の三次元形状を把握できる画像を取得する。第１三次元形状測定手段６５で取得する画像は深度合成画像と呼ぶこともできる。深度合成画像は、観察対象物ＳＰの測定対象部分の高低差が対物レンズ２７の被写界深度を超える場合、高さ方向を異ならせて別々に撮像素子５０で撮像した画像の中から、ピントが合った部分（画素）だけを抜き出して合成した画像である。深度合成画像を生成するためには深度合成処理を行えばよく、この深度合成処理は、Ｚ軸駆動部５２によって対物レンズ２７をＺ軸方向（高さ方向）に移動させながら、複数の静止画像を撮像素子５０で撮像して、ピントが合っている領域を合成することで、画面全域にピントが合っている画像を合成する処理である。この場合は、Ｚ軸方向の範囲や、Ｚ軸方向の位置を変更する変更ピッチ等によって数十から数百の静止画像を使用する。
【0071】
撮像素子５０では色情報を取得できるので、第１三次元形状測定手段６５は、観察対象物ＳＰを示すカラー画像を取得できる。
【0072】
第２三次元形状測定手段６６は、レーザー共焦点の原理を使用して観察対象物ＳＰの観察面の三次元形状を把握できる画像を取得する。第２三次元形状測定手段６６は、次のようにして共焦点画像データを生成する。共焦点画像データは、観察対象物ＳＰ上の単位領域ごとに行われる。単位領域は、対物レンズ２７の倍率により定まる。
【0073】
まず、観察対象物ＳＰのＺ方向の位置が一定の状態で、ＸＹスキャナ部４３により単位領域内のＹ方向の端部でレーザー光Ｌ２がＸ方向に走査される。Ｘ方向の走査が終了すると、レーザー光Ｌ２がＸＹスキャナ部４３によりＹ方向に一定の間隔だけ移動する。この状態でレーザー光Ｌ２がＸ方向に走査される。単位領域でのレーザー光Ｌ２のＸ方向の走査及びＹ方向の移動が繰り返されることにより、単位領域のＸ方向及びＹ方向の走査が終了する。次に、Ｚ軸駆動部５２によって対物レンズ２７をＺ軸方向に移動させる。これにより、対物レンズ２７のＺ方向の位置が前回とは異なる状態になり、この状態で、単位領域のＸ方向及びＹ方向の走査が行われる。その後、対物レンズ２７のＺ方向の位置を後述する所定の変更ピッチで移動させて、単位領域のＸ方向及びＹ方向の走査が行われる。これが繰り返される。
【0074】
共焦点画像データのＸ方向の画素数はＸＹスキャナ部４３によるレーザー光Ｌ２のＸ方向の走査速度とサンプリング周期とによって定まる。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、Ｙ方向の画素数は、Ｘ方向の走査の終了ごとのＸＹスキャナ部４３によるレーザー光Ｌ２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。
【0075】
単位領域のＸ方向及びＹ方向の走査が終了すると、載置台制御部６２がステージ駆動部５４を制御して電動載置台２３をＸ方向またはＹ方向に移動させ、別の単位領域において同様にＸ方向及びＹ方向の走査を行う。これを繰り返して複数の単位領域についてＸ方向及びＹ方向の走査を行う。得られた各単位領域の共焦点画像データを連結して１つの共焦点画像データにすることができる。
【0076】
図７は、１つの画素において観察対象物ＳＰのＺ方向の位置と光電子倍増管５１の受光強度（受光光量）との関係を示す図である。上述したように、共焦点観察光学系４０では、観察対象物ＳＰの観察面が対物レンズ２７の焦点位置にあるときに、観察対象物ＳＰの観察面で反射されたレーザー光Ｌ２がピンホール板４７に形成されたピンホールで集光される。これにより、観察対象物ＳＰの観察面で反射されたレーザー光Ｌ２の大部分がピンホール板４７に形成されたピンホールを通過して光電子倍増管５１に入射するので、光電子倍増管５１の受光強度が最大になる。よって、光電子倍増管５１から出力される受光信号の電圧値が最大になる。
【0077】
一方、観察対象物ＳＰの観察面が対物レンズ２７の焦点位置から外れた位置にあるときには、観察対象物ＳＰの観察面で反射されたレーザー光Ｌ２がピンホール板４７に形成されたピンホールの前または後で集光されるので、光電子倍増管５１から出力される受光信号の電圧値が大幅に低くなる。
【0078】
このように、観察対象物ＳＰの観察面が対物レンズ２７の焦点位置にある状態で光電子倍増管５１の受光強度分布に急峻なピークが現れる。各単位領域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を得ることができる。これにより、画素ごとに受光強度分布のピーク位置（Ｚ座標）とピーク受光強度とを得ることができる。
【0079】
各画素についてＺ方向におけるピーク位置を示すデータを高さ画像データ（三次元形状データ）と呼ぶことができる。この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ことができる。高さ画像は、観察対象物ＳＰの観察面の三次元形状を把握できる画像である。
【0080】
つまり、レーザー共焦点の原理では、例えばピンホール等の選択的遮光手段により、合焦時に光電子倍増管５１による受光量が最も多くなり、合焦状態から離れるにつれ、光電子倍増管５１による受光量が急峻に減少することを利用し、画素毎に上記相対距離を変化させた時の光電子倍増管５１による受光量のピーク位置を合焦位置である判断する。
【0081】
一方、フォーカス合成の原理では、撮像素子５０により取得した画像から、コントラスト、高空間周波成分等に基づいて画素毎に焦点の合っている度合いを示すフォーカス値を算出し、画素毎に上記相対距離を変化させた時のフォーカス値のピーク位置を合焦位置であると判断する。
【0082】
ここで、焦点が合っていないというのは、隣接画素間の輝度差がなくなること（輝度比が１に近づくこと）であり、逆に、焦点が合っているというのは、隣接画素間の輝度差（輝度比）が、焦点が合っていないときに比べ大きい状態である。
【0083】
すなわち、フォーカス合成の原理とレーザー共焦点の原理とでは、合焦判定の方法が違うだけであり、「観察面の各点において最もピントが合っている画像が撮像された相対距離を各点の高さとする高さ画像（三次元形状画像）」を得ることや、「観察面の各点において最もピントが合っている画像を合成して、各点でピントの合った深度合成画像」を得ることについては変わりない。
【0084】
（測定手順）
図８は、拡大観察装置１を用いて観察対象物ＳＰの測定や観察を行う手順を示すフローチャートである。拡大観察装置１を起動した後、ステップＳＡ１では観察対象物ＳＰを電動載置台２３に載置する。その後、ステップＳＡ２では観察対象物ＳＰの測定箇所（観察箇所）を探す。ステップＳＡ３では観察対象物ＳＰの測定箇所にピントを合わせる。これは上述したオートフォーカス機構によって行うことができる。
図８は、拡大観察装置１を用いて観察対象物ＳＰの測定や観察を行う手順を示すフローチャートである。拡大観察装置１を起動した後、ステップＳＡ１では観察対象物ＳＰを電動載置台２３に載置する。その後、ステップＳＡ２では観察対象物ＳＰの測定箇所（観察箇所）を探す。ステップＳＡ３では観察対象物ＳＰの測定箇所にピントを合わせる。これは上述したオートフォーカス機構によって行うことができる。
【0085】
ピントを合わせた後、ステップＳＡ４で対物レンズ２７を選択する。対物レンズ２７を選択すると、電動レボルバ２８が回転して選択した対物レンズ２７による観察が可能になる。次いで、ステップＳＡ５では測定原理を選択する。測定原理とは、フォーカス合成及びレーザー共焦点であり、これらのうち、一方を選択する。ステップＳＡ６では各種パラメータを設定する。そしてステップＳＡ７で観察対象物ＳＰの測定箇所の測定を行う。
【0086】
上記各ステップでは、必要に応じて表示部５にユーザーインターフェースを表示する。以下、表示部５に表示されるユーザーインターフェースについて詳細に説明する。
【0087】
（ＵＩ生成部７２ａの構成）
図４に示すように制御ユニット６０は制御部７２を有している。図６に示すように制御部７２はＵＩ生成部７２ａを有している。ＵＩ生成部７２ａは、表示部５に表示させるユーザーインターフェースを生成する部分である。ＵＩ生成部７２ａで生成されたユーザーインターフェースのデータは、操作用端末４に送られて表示部５に表示される。後述するユーザーインターフェースのデザインは一例であり、各領域、ボタン、メニュー等の表示形態は同様な機能を有する他の形態に変更することが可能である。また、各領域、ボタン、メニュー等の表示位置も図面に示された位置に限定されるものではなく、任意に設定することができる。
図４に示すように制御ユニット６０は制御部７２を有している。図６に示すように制御部７２はＵＩ生成部７２ａを有している。ＵＩ生成部７２ａは、表示部５に表示させるユーザーインターフェースを生成する部分である。ＵＩ生成部７２ａで生成されたユーザーインターフェースのデータは、操作用端末４に送られて表示部５に表示される。後述するユーザーインターフェースのデザインは一例であり、各領域、ボタン、メニュー等の表示形態は同様な機能を有する他の形態に変更することが可能である。また、各領域、ボタン、メニュー等の表示位置も図面に示された位置に限定されるものではなく、任意に設定することができる。
【0088】
ＵＩ生成部７２ａは、拡大観察装置１の起動後に表示部５に表示する起動後ユーザーインターフェース８０を生成する（図９参照）。この起動後ユーザーインターフェース８０には、観察対象物ＳＰの時間的変化を示すライブ画像を表示するためのライブ画像表示領域８０ａと、観察範囲設定用のナビゲーション画像を表示するためのナビゲーション画像表示領域８０ｂとが左右方向に並ぶように設けられている。この実施形態では、ライブ画像表示領域８０ａの方が、ナビゲーション画像表示領域８０ｂに比べて大きくなっている。ライブ画像とは、撮像素子５０で順次取得された観察対象物ＳＰの画像を、順次更新しながら表示される画像のことである。
【0089】
ライブ画像表示領域８０ａには、電動載置台２３に載置された観察対象物ＳＰの画像が略リアルタイムで動画表示されるようになっており、非共焦点観察光学系３０を介して撮像素子５０で取得された観察対象物ＳＰの時間的変化を示す第１ライブ画像と、共焦点観察光学系４０を介して光電子倍増管５１で取得された観察対象物ＳＰの時間的変化を示す第２ライブ画像との一方を選択して表示することができる。ライブ画像は、ライブビューと呼ぶこともできる。ライブ画像を表示部５に表示させることで、使用者は各種設定変更を行う際にライブ画像を見てほぼリアルタイムで変更結果を確認することが可能になるので、利便性を向上させることができる。
【0090】
ここで、非共焦点観察光学系３０を介して撮像素子５０で取得された第１ライブ画像と、共焦点観察光学系４０を介して光電子倍増管５１で取得された第２ライブ画像とについて詳細に説明する。
【0091】
非共焦点観察光学系３０を介して撮像素子５０で取得された第１ライブ画像は、深度合成前の、いわゆる通常の顕微鏡画像であるため、ピントが合わずにボケている領域が広いものの、色やおおよその外観は確認可能な画像である。この第１ライブ画像は、一般的にも見慣れた画像であり、各種パラメータを設定するための参照用画像としては十分である。共焦点観察光学系４０を介して光電子倍増管５１で取得された第２ライブ画像に不慣れな使用者は、第２三次元形状測定手段６６によって観察対象物ＳＰの観察面の三次元形状を把握できる画像を取得する場合であっても、通常の顕微鏡画像（第１ライブ画像）を参照しながら観察対象物ＳＰの観察位置決定や各種パラメータの設定をする方が直観的で好ましいことがある。
【0092】
一方、共焦点観察光学系４０を介して光電子倍増管５１で取得された第２ライブ画像は、深度合成前の共焦点画像のため、ピントの合っていない領域は真っ暗に映り、観察対象物ＳＰの全体像がつかみにくい。また、第２ライブ画像は輝度情報のみであるため、色を確認することができず、観察対象物ＳＰのどの部分が映っているかを把握するには、慣れが必要である。第２三次元形状測定手段６６によって観察対象物ＳＰの観察面の三次元形状を把握できる画像を取得するのであれば、共焦点画像（第２ライブ画像）を見慣れた人にとっては、第２ライブ画像を参照しながら観察対象物ＳＰの観察位置決定やパラメータ設定をするほうが直観的で好ましいことがある。
【0093】
起動後ユーザーインターフェース８０のライブ画像表示領域８０ａの上方には、その左側に「カメラ」ボタン及び「レーザー」ボタンからなるライブ画像選択ボタン８０ｃが表示されており、このライブ画像選択ボタン８０ｃをマウス７等で操作して、「カメラ」ボタンを押下すると、非共焦点観察光学系３０を介して撮像素子５０で取得された第１ライブ画像をライブ画像表示領域８０ａに表示させ、「レーザー」ボタンを押下すると、共焦点観察光学系４０を介して光電子倍増管５１で取得された第２ライブ画像をライブ画像表示領域８０ａに表示させる（図１０参照）。つまり、制御部７２は、第１ライブ画像と第２ライブ画像との一方を選択して表示可能にするライブ画像表示領域８０ａを生成して表示部５に表示させるように構成されている。これは制御ユニット６０が各部を制御することによって実行される。
【0094】
起動後ユーザーインターフェース８０のライブ画像表示領域８０ａの上方には、表示されているライブ画像の明るさを調整する明るさ調整部８０ｄが設けられている。明るさ調整部８０ｄをマウス７等で操作することにより、ライブ画像表示領域８０ａに表示されているライブ画像の明るさを調整することができる。
【0095】
起動後ユーザーインターフェース８０のライブ画像表示領域８０ａの上方には、非共焦点観察光学系３０を介して撮像素子５０で撮像する際の照明を選択するための照明選択ボタン８０ｅが設けられている。照明選択ボタン８０ｅをマウス７等で操作すると、図１１に示すように選択枝が表示される。選択枝は、「同軸＋リング」、「同軸」、「リング」及び「ＯＦＦ」の４つである。「同軸＋リング」を選択すると、制御部７２が有している照明制御部７２ｃ（図６に示す）は、同軸落射照明２４及びリング照明２５の両方を点灯させる。「同軸」を選択すると、照明制御部７２ｃは同軸落射照明２４を点灯させ、リング照明２５を消灯させる。「リング」を選択すると、照明制御部７２ｃは同軸落射照明２４を消灯させ、リング照明２５を点灯させる。「ＯＦＦ」を選択すると、照明制御部７２ｃは同軸落射照明２４及びリング照明２５の両方を消灯させる。
【0096】
図１２は、同軸落射照明２４のみを使用して撮像した第１ライブ画像を示しており、図１３は、リング照明２５のみを使用して撮像した第１ライブ画像を示しており、図１４は、同軸落射照明２４及びリング照明２５の両方を使用して撮像した第１ライブ画像を示している。
【0097】
照明制御部７２ｃは、同軸落射照明２４の光量及びリング照明２５の光量を別々に調整することができるように構成されている。例えば、「同軸＋リング」が選択されていて、同軸落射照明２４及びリング照明２５が同時に観察対象物ＳＰを照明している場合に、同軸落射照明２４の光量及びリング照明２５の光量を独立して調整することが可能になっている。すなわち、「同軸＋リング」を選択すると、図１５に示すように、同軸落射照明２４の光量及びリング照明２５の光量を独立して調整するための光量調整領域８３が表示される。光量調整領域８３では、同軸落射照明２４の光量及びリング照明２５の光量をそれぞれ０～１００の間で変更することができる。値が小さくなるほど光量が減少する。光量調整領域８３は、当該領域に表示されている「ＯＫ」ボタンまたは「キャンセル」ボタンを操作することで消すことができる。調整結果に基づいて照明制御部７２ｃが同軸落射照明２４及びリング照明２５の光量を制御する。
【0098】
同軸落射照明２４及びリング照明２５の制御は使用者が手動で調整することもできるが、照明制御部７２ｃが自動で調整するように構成することもできる。例えば、撮像素子５０で撮像した画像のヒストグラムを制御部７２が解析し、画像が所定の明るさよりも明るい場合には光量を低下させ、一方、画像が所定の明るさよりも暗い場合には光量を増加させるように、照明制御部７２ｃが同軸落射照明２４及びリング照明２５の少なくとも一方を制御する。また、同様にして、同軸落射照明２４及びリング照明２５の両方を点灯させるか、一方を点灯させるかも自動的に設定することができる。
【0099】
また、起動後ユーザーインターフェース８０の右側には、スキャンモード選択ボタン８０ｇが設けられている。この実施形態では、スキャンモードは、フォーカス合成の原理を使用して観察対象物ＳＰの観察面の三次元形状を把握するフォーカス合成モード（第１測定モード）と、レーザー共焦点の原理を使用して観察対象物ＳＰの観察面の三次元形状を把握するレーザー共焦点モード（第２測定モード）とがある。スキャンモード選択ボタン８０ｇを操作することで、フォーカス合成モードとレーザー共焦点モードとのうち、一方を選択することができる。フォーカス合成モードが選択されると、第１三次元形状測定手段６５によって観察対象物ＳＰの観察面の三次元形状を把握できる画像を取得し、一方、レーザー共焦点モードが選択されると、第２三次元形状測定手段６６によって観察対象物ＳＰの観察面の三次元形状を把握できる画像を取得する。
【0100】
また、起動後ユーザーインターフェース８０のナビゲーション画像表示領域８０ｂの上側には、対物レンズ表示領域８０ｈが設けられている。対物レンズ表示領域８０ｈには、現在、電動レボルバ２８に取り付けられている対物レンズ２７がその倍率と共に図で表示されている。使用者が電動レボルバ２８に取り付けた対物レンズ２７の種類（リング照明の有無を含む）を手動で入力することによって制御ユニット６０が対物レンズ２７の種類を記憶し、対物レンズ表示領域８０ｈに表示させることができる。また、対物レンズ表示領域８０ｈには、リング照明２５の有無も表示させることができる。尚、電動レボルバ２８に取り付けた対物レンズ２７の種類を自動認識できるようにして制御ユニット６０に記憶させてもよい。
【0101】
使用者が対物レンズ表示領域８０ｈに表示されている対物レンズ２７を選択すると、その対物レンズ２７が選択されていることが分かるように対物レンズ表示領域８０ｈに表示するとともに、電動レボルバ制御部６１により電動レボルバ２８を制御して選択された対物レンズ２７による観察が可能となるように電動レボルバ２８を回転させる。図１６は高倍率の対物レンズ２７に変更された場合を示している。
【0102】
（ナビゲーション画像作成）
図９に示す起動後ユーザーインターフェース８０のナビゲーション画像表示領域８０ｂの下方には、ナビゲーション画像を作成してナビゲーション画像表示領域８０ｂに表示させるためのナビゲーション画像作成ボタン８０ｆが設けられている。表示部５は、起動後ユーザーインターフェース８０を表示させることにより、後述するようにして取得したナビゲーション画像を表示させることができる。ナビゲーション画像とは、使用者によって観察範囲を設定するための観察範囲設定用の画像のことであり、一般的には、現在選択している対物レンズ２７の視野よりも広い範囲を撮像した画像となる。
図９に示す起動後ユーザーインターフェース８０のナビゲーション画像表示領域８０ｂの下方には、ナビゲーション画像を作成してナビゲーション画像表示領域８０ｂに表示させるためのナビゲーション画像作成ボタン８０ｆが設けられている。表示部５は、起動後ユーザーインターフェース８０を表示させることにより、後述するようにして取得したナビゲーション画像を表示させることができる。ナビゲーション画像とは、使用者によって観察範囲を設定するための観察範囲設定用の画像のことであり、一般的には、現在選択している対物レンズ２７の視野よりも広い範囲を撮像した画像となる。
【0103】
すなわち、制御ユニット６０は、観察用照明により観察対象物ＳＰに光を照射した状態で、ナビゲーション画像を第１の撮像条件で前記撮像素子５０または光電子倍増管５１により取得するナビゲーション画像取得手段６８（図４に示す）を備えており、図９に示すナビゲーション画像作成ボタン８０ｆを操作すると、ナビゲーション画像取得手段６８がナビゲーション画像の作成を開始する。第１の撮像条件には、観察光学系の倍率、観察用照明の照明条件、撮像素子５０及び光電子倍増管５１の露光時間を含んでいる。
【0104】
観察光学系の倍率は、電動レボルバ２８の回転によって選択された対物レンズ２７の倍率と関連付けることができ、また、電動ズームレンズの場合はそのときの倍率とすることができる。観察用照明の照明条件には、同軸落射照明２４とリング照明２５の照明パラメータを含んでいる。照明パラメータには、同軸落射照明２４のみ点灯、リング照明２５のみ点灯、同軸落射照明２４及びリング照明２５の点灯、同軸落射照明２４及びリング照明２５の消灯、同軸落射照明２４及びリング照明２５の光量等が含まれている。撮像素子５０及び光電子倍増管５１の露光時間は制御部７２によって適した露光時間となるように調整される。図４に示すように、制御ユニット６０は撮像条件記憶部７０を備えており、この撮像条件記憶部７０に前記第１の撮像条件が記憶される。
【0105】
ナビゲーション画像取得手段６８は、撮像条件記憶部７０から第１の撮像条件を読み込んだ後、各部を第１の撮像条件となるように制御する。このとき、使用者が撮像条件のうち、１つまたは複数を変更することもできる。
【0106】
その後、ナビゲーション画像取得手段６８は、非共焦点観察光学系３０を介して撮像素子５０により観察対象物ＳＰの第１領域を撮像する。次いで、ナビゲーション画像取得手段６８は、載置台制御部６２によってステージ駆動部５４を制御させ、電動載置台２３をＸ方向またはＹ方向に移動させる。その後、ナビゲーション画像取得手段６８は、非共焦点観察光学系３０を介して撮像素子５０により観察対象物ＳＰの第２領域を撮像する。次いで、ナビゲーション画像取得手段６８が電動載置台２３をＸ方向またはＹ方向に移動させ、非共焦点観察光学系３０を介して撮像素子５０により観察対象物ＳＰの第３領域を撮像する。
【0107】
このようにして観察対象物ＳＰの複数の領域を隙間無く撮像し、撮像した画像を図１７に示すようにナビゲーション画像表示領域８０ｂに表示する。複数の撮像した画像を、撮像した順番でナビゲーション画像表示領域８０ｂに表示させてもよいし、複数の撮像した画像を同時にナビゲーション画像表示領域８０ｂに表示させてもよい。複数の撮像した画像を、撮像した順番でナビゲーション画像表示領域８０ｂに表示させる場合には、横方向（Ｘ方向）や縦方向（Ｙ方向）に順に並ぶように表示させる方法や、渦巻き状に並ぶように表示させる方法等がある。複数の撮像した画像同士の連結は、従来から周知の手法によって隙間ができないように、かつ、重複表示されないようにする。
【0108】
ナビゲーション画像表示領域８０ｂには、使用者が観察する観察位置及び／又は観察視野を示す枠Ａが表示される。枠Ａの大きさは、対物レンズ２７を変更することによって変わる。例えば対物レンズ２７の倍率が高くなると視野が狭くなるので、その分、枠Ａが小さくなる（図１６参照）。
【0109】
ナビゲーション画像は、共焦点観察光学系４０を介して光電子倍増管５１により観察対象物ＳＰの複数の領域を撮像することによって取得するようにしてもよい。
【0110】
（ナビゲーション画像の領域追加）
ナビゲーション画像表示領域８０ｂにナビゲーション画像が表示されると、図１７に示すように、ナビゲーション画像作成ボタン８０ｆが消えて、そのナビゲーション画像作成ボタン８０ｆが表示されていた部分に追加指定ボタン８１が表示される。
ナビゲーション画像表示領域８０ｂにナビゲーション画像が表示されると、図１７に示すように、ナビゲーション画像作成ボタン８０ｆが消えて、そのナビゲーション画像作成ボタン８０ｆが表示されていた部分に追加指定ボタン８１が表示される。
【0111】
例えば、視野の広い低倍率の対物レンズ２７を使用してナビゲーション画像を作成しておき、その後、高倍率の対物レンズ２７に切り替えて観察対象物ＳＰを観察するのが一般的であるが、このような使われ方がされている時、電動載置台２３を使用者がＸＹ方向に動かし、これまでとは別の範囲を観察しようとすることがあり、そうすると作成されていた既存のナビゲーション画像の範囲から観察範囲が外れてしまう場合がある。この場合、使用者が観察対象物ＳＰのどの部分を観察しているのか分からなくなるため、ナビゲーション画像を追加取得したくなる。このときに使用者が追加指定ボタン８１を操作することで、ナビゲーション画像取得手段６８がナビゲーション画像の追加取得を実行する。使用者がマウス７等によって追加指定ボタン８１を操作することは、ナビゲーション画像表示領域８０ｂに既に表示されているナビゲーション画像（既存のナビゲーション画像）への領域の追加指定を行ったことになり、これをナビゲーション画像取得手段６８で検出することができる。
【0112】
ナビゲーション画像取得手段６８は、使用者による既存のナビゲーション画像への領域の追加指定がなされたことを検出すると、その追加指定に基づいて、追加すべき領域（追加領域ともいう。）に対応して載置台制御部６２を制御するとともに、現在の撮像条件が撮像条件記憶部７０に記憶されている第１の撮像条件と異なる場合には、撮像条件を第１の撮像条件に変更して撮像素子５０または光電子倍増管５１により追加すべき領域を取得し、取得した追加すべき領域の画像とナビゲーション画像とを表示部５に表示させるように構成されている。どの領域を追加するかは、枠Ａの位置に基づいて判断することができる。
【0113】
ナビゲーション画像に対する追加すべき領域の画像の追加方向を、ナビゲーション画像が表示された表示部５上の位置の指定に基づいて設定可能となっている。例えば、表示部５上においてナビゲーション画像よりも上方をマウス７等によって指定すると、追加すべき領域の画像の追加方向は「上」となり、観察対象物ＳＰにおける既存のナビゲーション画像よりも上方の領域を撮像し、既存のナビゲーション画像の上方に追加する（図１８参照）。マウス７等による位置指定は、表示部５上においてナビゲーション画像よりも下、右、左、斜め上、斜め下等のように指定することができ、指定された方向に追加する。
【0114】
図１９に示すように、マウス７による選択操作（例：クリック操作等）を行うと、枠Ｂがナビゲーション画像表示領域８０ｂに表示され、この状態でマウス７の右ボタンをクリックすると、メニュー８４がナビゲーション画像表示領域８０ｂに表示される。メニュー８４には、「枠Ｂで囲まれた範囲を観察視野にする」、「枠Ｂで囲まれた範囲において追加領域の連結を行う」、「枠Ｂで囲まれた範囲のナビゲーション画像を取得する」の３つの選択枝が表示される。
【0115】
メニュー８４の「枠Ｂで囲まれた範囲を観察視野にする」を選択すると、観察視野が枠Ｂで囲まれた範囲となるように、載置台制御部６２によってステージ駆動部５４を制御させ、電動載置台２３をＸ方向またはＹ方向に移動させる。これにより、枠Ｂで囲まれた範囲が対物レンズ２７の視野と略一致し、観察視野になる。
【0116】
メニュー８４の「枠Ｂで囲まれた範囲において追加領域の連結を行う」を選択すると、枠Ｂで囲まれた範囲が既存のナビゲーション画像外に位置していれば、既存のナビゲーション画像外の部分について追加すべき領域を取得すべく、電動載置台２３をＸ方向またはＹ方向に移動させて撮像を行う。このようにして取得した追加すべき領域の画像とナビゲーション画像とを表示部５に表示させる。
【0117】
メニュー８４の「枠Ｂで囲まれた範囲のナビゲーション画像を取得する」を選択すると、ナビゲーション画像取得手段６８が、枠Ｂで囲まれた範囲のナビゲーション画像を取得すべく、電動載置台２３をＸ方向またはＹ方向に移動させて撮像を行う。このようにして取得した追加すべき領域の画像とナビゲーション画像とを表示部５に表示させる。また、枠Ｂはマウス７の操作によってドラッグすることができ、これにより枠Ｂの位置を変更できる。また、枠Ｂを形成する位置は、マウス７による初期の選択操作位置に対応する位置とすることができ、マウス７による初期の選択操作の位置によって枠Ｂを形成する位置を変更することができる。
【0118】
ナビゲーション画像が表示された表示部５上の位置の指定に基づいて、ナビゲーション画像の一方向にのみ追加領域の画像を連結することができる。例えば、表示部５上においてナビゲーション画像よりも上方をマウス７等によって指定すると、既存のナビゲーション画像の上方向にのみ追加領域の画像を連結することができる。これにより、使用者が欲しい領域のみナビゲーション画像を追加することができ、追加領域の作成時間が短くて済む。尚、マウス７等による位置指定はどの方向であってもよい。また、マウス７等による位置指定が行われると、特定の方向だけでなく、既存のナビゲーション画像の全周に対して追加領域の画像を連結するようにしてもよい。
【0119】
使用者が指定した位置が、既存のナビゲーション画像から大きく離れている場合がある。このような場合には、追加領域の画像が既存のナビゲーション画像から離れてしまうことがあるが、追加領域の画像と既存のナビゲーション画像との間に追加する補完画像を、ナビゲーション画像取得手段６８が取得し、その補完画像をナビゲーション画像表示領域８０ｂ（表示部５）に表示させる。つまり、既存のナビゲーション画像と、追加領域の画像と、それらの間を補完する補完画像とを表示させることができる。
【0120】
ナビゲーション画像取得手段６８は、撮像素子５０によりナビゲーション画像を取得し、観察画像取得部６９は、光電子増倍管５１により観察画像を取得するように構成することもできる。
【0121】
（測定パラメータ設定部６７の構成）
起動後ユーザーインターフェース８０の上部には各種ボタンが設けられており、そのうち、基本測定ボタン８０ｉを操作すると、図２０に示すように起動後ユーザーインターフェース８０の右側に基本測定表示領域（パラメータ表示領域）８２が表示される。基本測定表示領域８２には、測定パラメータを設定するとともに、フォーカス合成モードとレーザー共焦点モードで共通化された第１設定表示領域８２ａと、照明条件パラメータを設定するとともに、フォーカス合成モードとレーザー共焦点モードで非共通化された第２設定表示領域８２ｂと、フォーカス合成モードとレーザー共焦点モードで共通化された第３設定表示領域８２ｃとを有している。測定パラメータには、撮像素子５０のゲインや、高さに関する測定パラメータ、照明条件パラメータ等が含まれる。第１設定表示領域８２ａ、第２設定表示領域８２ｂ及び第３設定表示領域８２ｃは上下方向に並ぶように設けられており、使用者が各領域を区別することができるようになっている。
起動後ユーザーインターフェース８０の上部には各種ボタンが設けられており、そのうち、基本測定ボタン８０ｉを操作すると、図２０に示すように起動後ユーザーインターフェース８０の右側に基本測定表示領域（パラメータ表示領域）８２が表示される。基本測定表示領域８２には、測定パラメータを設定するとともに、フォーカス合成モードとレーザー共焦点モードで共通化された第１設定表示領域８２ａと、照明条件パラメータを設定するとともに、フォーカス合成モードとレーザー共焦点モードで非共通化された第２設定表示領域８２ｂと、フォーカス合成モードとレーザー共焦点モードで共通化された第３設定表示領域８２ｃとを有している。測定パラメータには、撮像素子５０のゲインや、高さに関する測定パラメータ、照明条件パラメータ等が含まれる。第１設定表示領域８２ａ、第２設定表示領域８２ｂ及び第３設定表示領域８２ｃは上下方向に並ぶように設けられており、使用者が各領域を区別することができるようになっている。
【0122】
高さに関する測定パラメータには、対物レンズ２７と電動載置台２３との離間距離の上限値及び下限値と、フォーカス位置（例えばピントが合ったときのＺ座標）とが含まれる。高さに関する測定パラメータは高さ情報検知部５３で得ることができ、記憶部７３に記憶させておくことができる。
【0123】
第１設定表示領域８２ａには、対物レンズ２７と電動載置台２３との離間距離の上限値及び下限値を個別に設定することができる領域と、オートフォーカスを行うオートフォーカスボタンとが設けられている。これは高さに関する測定パラメータ設定領域である。
【0124】
第２設定表示領域８２ｂには、ライブ画像表示領域８０ａに表示されているライブ画像の明るさを調整する明るさ調整部が設けられている。第２設定表示領域８２ｂの明るさ調整部は、ライブ画像表示領域８０ａの上方の明るさ調整部８０ｄと連動させることができる。
【0125】
第２設定表示領域８２ｂは、フォーカス合成モードとレーザー共焦点モードで異なっており、明るさ調整部はいずれのモードでも設けられる一方、フォーカス合成モードでは、照明選択ボタンと詳細設定ボタンとが設けられ、レーザー共焦点モードでは、照明選択ボタン及び詳細設定ボタンが無く、減光フィルタ選択メニューが設けられている。
【0126】
照明選択ボタンは、上述した照明選択ボタン８０ｅと同様に、「同軸＋リング」、「同軸」、「リング」及び「ＯＦＦ」の中から任意の１つを選択することができるボタンである。詳細設定ボタンは、上述した光量調整領域８３と同様に同軸落射照明２４の光量及びリング照明２５の光量を独立して調整するためのボタンである。減光フィルタ選択メニューは、減光フィルタ４８の適用、非適用の他、適用する場合に減光率を設定するためのものである。減光フィルタ選択メニューによって設定された状態となるように、制御ユニット６０が減光フィルタ４８を制御する。これらは照明条件パラメータである。
【0127】
第３設定表示領域８２ｃは、測定サイズ、測定品質、Ｚ方向の測定ピッチを設定することができる領域である。測定サイズとは、たとえば１０２４×７６８（ピクセル）を標準サイズとしており、第３設定表示領域８２ｃでは標準サイズよりも大きな測定サイズ及び標準サイズよりも小さな測定サイズを選択することができる。具体的には、標準（例えば１０２４×７６８）、高解像度（例えば２０４８×１５３６）、１／１２（例えば１０２４×６４）、１ライン（例えば１０２４×１）等で表示することができる。Ｚ方向の測定ピッチは、フォーカス探索時のＺ軸駆動部５２による相対距離の変更ピッチのことであり、例えば、複数段階に設定することができ、これは高さに関する測定パラメータに含まれる。測定品質とは、精度を重視した「高精度」、速度を重視した「高速」、より高速な「超高速」等の中から選択できる。
【0128】
図１８～図２０は、第１三次元形状測定手段６５による測定モード用パラメータ設定領域を基本測定表示領域８２に表示した場合を示しており、図１１は、第２三次元形状測定手段６６による測定モード用パラメータ設定領域を基本測定表示領域８２に表示した場合を示している。
【0129】
スキャンモード選択ボタン８０ｇの操作により、第１三次元形状測定手段６５による測定モード用パラメータ設定領域と、第２三次元形状測定手段６６による測定モード用パラメータ設定領域とのいずれを基本測定表示領域８２に表示させるか、切替操作を行うことができる。スキャンモード選択ボタン８０ｇでフォーカス合成モードを選択すると、第１三次元形状測定手段６５による測定モード用パラメータ設定領域（フォーカス合成モード用パラメータ設定領域）を基本測定表示領域８２に表示させ、一方、スキャンモード選択ボタン８０ｇでレーザー共焦点モードを選択すると、第２三次元形状測定手段６６による測定モード用パラメータ設定領域（レーザー共焦点モード用パラメータ設定領域）を基本測定表示領域８２に表示させる。
【0130】
フォーカス合成モード用パラメータ設定領域と、レーザー共焦点モード用パラメータ設定領域とでは、第１設定表示領域８２ａと第３設定表示領域８２ｃの表示項目が共通化されているが、第２設定表示領域８２ｂの表示項目が共通化されていない。
【0131】
図４に示すように、制御ユニット６０は、フォーカス合成モードと、レーザー共焦点モードとの各測定モードの測定パラメータを設定可能な測定パラメータ設定部６７を備えている。測定パラメータ設定部６７は、高さに関する測定パラメータ及び照明条件パラメータを含む複数のパラメータを設定可能に構成されている。
【0132】
測定パラメータ設定部６７は、共焦点観察光学系４０用の光源に対するレーザー共焦点モード用の照明条件パラメータと、焦点観察光学系３０用の観察用照明（同軸落射照明２４及びリング照明２５）に対するフォーカス合成モード用の照明条件パラメータとを設定可能に構成されている。フォーカス合成モード用の照明条件パラメータと、レーザー共焦点モード用の照明条件パラメータとは独立して保持され、記憶部７３に記憶しておくことができる。
【0133】
フォーカス合成モード用の照明条件パラメータは、同軸落射照明２４による照明条件パラメータとリング照明２５による照明条件パラメータとを含んでいる。また、レーザー共焦点モード用の照明条件パラメータは、減光フィルタ４８による減光率を含んでいる。
【0134】
測定パラメータ設定部６７は、第１フォーカス探索手段６３によるフォーカス探索時のＺ軸駆動部５２による相対距離の変更ピッチと、第２フォーカス探索手段６４によるフォーカス探索時のＺ軸駆動部５２による相対距離の変更ピッチとは、それぞれ、複数段階に設定可能に構成されている。複数段階とは、例えば、広めのピッチ、中間ピッチ、狭めのピッチ等であり、２段階であってもよいし、４段階以上であってもよい。
【0135】
フォーカス合成モード及びレーザー共焦点モードのうち、一方の測定モードから他方の測定モードに切り替えられた場合、一方の測定モード時に測定パラメータ設定部６７により設定された一方の変更ピッチに対応する変更ピッチが他方の測定モードに適用されるように構成されている。すなわち、フォーカス合成モードに対応している第１フォーカス探索手段６３によるフォーカス探索時の変更ピッチを「広めのピッチ」としている場合には、その後、レーザー共焦点モードに切り替えられたとき、第２フォーカス探索手段６４によるフォーカス探索時の変更ピッチを「広めのピッチ」に自動的に設定する。逆の場合も同様である。また、一方の測定モードで「中間ピッチ」が選択されていれば、他方の測定モードでも「中間ピッチ」に自動的に設定し、一方の測定モードで「狭めのピッチ」が選択されていれば、他方の測定モードでも「狭めのピッチ」に自動的に設定する。尚、変更ピッチの自動適用はキャンセルすることもできる。
【0136】
また、制御部７２は、フォーカス合成モード及びレーザー共焦点モードのうち、一方の測定モードから他方の測定モードに切り替えられた場合、一方の測定モード時に測定パラメータ設定部６７により設定された測定パラメータが他方の測定モードの測定パラメータとして引き継がれるように構成されている。具体的には、フォーカス合成モードで設定した高さに関する測定パラメータは、レーザー共焦点モードにも引き継がれる。高さに関する測定パラメータは、非共焦点観察光学系３０と共焦点観察光学系４０とで変更する必要は殆ど無く、むしろ非共焦点観察光学系３０と共焦点観察光学系４０とで同じにしておいた方が観察しやすいためである。従って、レーザー共焦点モードで設定した高さに関する測定パラメータは、フォーカス合成モードにも引き継がれる。
【0137】
ところが、照明パラメータについては、フォーカス合成モードからレーザー共焦点モード、レーザー共焦点モードからフォーカス合成モードに引き継がれない。非共焦点観察光学系３０と共焦点観察光学系４０とでは、光源が全く異なっているため、照明パラメータを引き継ぐことに利点がないからである。尚、照明パラメータも高さに関する測定パラメータと同様に引き継がれるようにしてもよい。
【0138】
制御部７２は、非共焦点観察光学系３０のフォーカス位置と、共焦点観察光学系４０のフォーカス位置との差分を記憶しておき、フォーカス合成モード及びレーザー共焦点モードのうち、一方の測定モードから他方の測定モードに切り替えられた場合、フォーカス位置の差分を考慮して、対物レンズ２７と電動載置台２３との離間距離の上限値及び下限値を計算するように構成されている。
【0139】
すなわち、この拡大観察装置１では、非共焦点観察光学系３０の光源は自然光に近く、Ｒ、Ｇ、Ｂの波長域を含んでおり、一方、共焦点観察光学系４０の光源は単色レーザー光で波長が短くなっている。また、拡大観察装置１は、ｎｍオーダーの測定が可能であり、観察光の波長の相違による焦点距離の違いは無視できない程大きくなる。このため、非共焦点観察光学系３０のフォーカス位置（フォーカス値が最大となる位置）と、共焦点観察光学系４０のフォーカス位置（光電子倍増管５１の受光量が最大となる位置）とでは、観察光の波長の相違に起因する差が生じることになり、制御部７２はこの差分を記憶しておく。フォーカス合成モードからレーザー共焦点モード、また、レーザー共焦点モードからフォーカス合成モードに切り替えられた場合には、フォーカス位置の差分を考慮して、対物レンズ２７と電動載置台２３との離間距離の上限値及び下限値を再計算する。
【0140】
（ライブ画像及びパラメータ設定領域の表示制御）
制御部７２は、フォーカス合成モード用パラメータ設定領域が基本測定表示領域８２に表示された場合には、非共焦点観察光学系３０を介して撮像素子５０で取得された第１ライブ画像をライブ画像表示領域８０ａに表示させる。制御部７２は、レーザー共焦点モード用パラメータ設定領域が基本測定表示領域８２に表示された場合には、共焦点観察光学系４０を介して光電子倍増管５１で取得された第２ライブ画像を前記ライブ画像表示領域に表示させる。
制御部７２は、フォーカス合成モード用パラメータ設定領域が基本測定表示領域８２に表示された場合には、非共焦点観察光学系３０を介して撮像素子５０で取得された第１ライブ画像をライブ画像表示領域８０ａに表示させる。制御部７２は、レーザー共焦点モード用パラメータ設定領域が基本測定表示領域８２に表示された場合には、共焦点観察光学系４０を介して光電子倍増管５１で取得された第２ライブ画像を前記ライブ画像表示領域に表示させる。
【0141】
基本測定表示領域８２に表示されるフォーカス合成モード用パラメータ設定領域及びレーザー共焦点モード用パラメータ設定領域の切替に連動してライブ画像表示領域８０ａに表示されるライブ画像を切り替えるように構成されている。具体的には、制御部７２は、レーザー共焦点モード用パラメータ設定領域が基本測定表示領域８２に表示される場合に、第２ライブ画像をライブ画像表示領域８０ａに表示させ、一方、フォーカス合成モードモード用パラメータ設定領域が基本測定表示領域８２に表示される場合に、第１ライブ画像をライブ画像表示領域に表示可能に構成されている。
【0142】
また、第１ライブ画像をライブ画像表示領域８０ａに表示させる場合に、フォーカス合成モード用の照明条件パラメータ設定領域（図２０に示す第２設定表示領域８２ｂ）を基本測定表示領域８２に表示させ、一方、第２ライブ画像をライブ画像表示領域８０ａに表示させる場合に、レーザー共焦点モード用の照明条件パラメータ設定領域（図１１に示す第２設定表示領域８２ｂ）をパラメータ表示領域に表示させる。ライブ画像表示領域８０ａに表示される第１ライブ画像と第２ライブ画像とが観察対象物ＳＰの同じ領域を示す画像とすることができるが、異なっていてもよい。
【0143】
制御部７２は、第１ライブ画像がライブ画像表示領域８０ａに表示された後に、フォーカス合成モード用パラメータ設定領域を基本測定表示領域８２に表示させ、一方、第２ライブ画像がライブ画像表示領域８０ａに表示された後に、レーザー共焦点モード用パラメータ設定領域を基本測定表示領域８２に表示させることもできる。
【0144】
また、制御部７２は、第１ライブ画像がライブ画像表示領域８０ａに表示される場合に、レーザー共焦点モード用パラメータ設定領域を基本測定表示領域８２に表示させること、また、第２ライブ画像がライブ画像表示領域８０ａに表示される場合に、フォーカス合成モード用パラメータ設定領域を基本測定表示領域８２に表示させることもできる。
【0145】
尚、拡大観察装置１を使用した測定に慣れた使用者の場合には、例えば基本測定モードとして上述したように連動表示させるのが好ましいが、拡大観察装置１を使用した測定に慣れていない使用者の場合には、例えば簡単モードとして、どの三次元形状測定手段が選択されているかにかかわらず、常に、第１ライブ画像（通常の顕微鏡画像）を表示させる、つまり非連動にすることができるように構成してもよい。簡単モードを設ける理由は、第２ライブ画像は、レーザー共焦点の原理を使用しているためピントが合っていないと暗くなってしまうというのが、測定に不慣れな人にとっては直感的ではなく、わかりづらいからである。基本測定モードと、簡単モードとの切替は使用者が行うことができる。
【0146】
（観察画像取得部６９の構成）
制御ユニット６０は、ナビゲーション画像が表示された表示部５上の位置の指定に基づいて観察位置及び／又は観察視野を決定し、決定した該観察位置及び／又は観察視野に対応して載置台制御部６２及び／又は電動レボルバ制御部６１を制御して、撮像素子５０により観察画像を取得する観察画像取得部６９を有している。表示部５上においてナビゲーション画像上の任意の点にマウス７のポインタを置き、マウス７による範囲選択を行うと、例えば図２０等のナビゲーション画像表示領域８０ｂに表示されているような枠Ａを該ナビゲーション画像表示領域８０ｂに表示することができる。この枠Ａを形成する位置の指定方法は特に限定されるものではないが、マウス７によって行われるのが好ましく、これが観察位置の指定になる。また、枠Ａの大きさの指定もマウス７によって行うことができ、これが観察視野の範囲指定になる。観察位置の指定のみ行うようにしてもよいし、観察視野の範囲指定のみ行うようにしてもよい。このようにマウス７の操作によって観察位置及び／又は観察視野を決定することができる。
制御ユニット６０は、ナビゲーション画像が表示された表示部５上の位置の指定に基づいて観察位置及び／又は観察視野を決定し、決定した該観察位置及び／又は観察視野に対応して載置台制御部６２及び／又は電動レボルバ制御部６１を制御して、撮像素子５０により観察画像を取得する観察画像取得部６９を有している。表示部５上においてナビゲーション画像上の任意の点にマウス７のポインタを置き、マウス７による範囲選択を行うと、例えば図２０等のナビゲーション画像表示領域８０ｂに表示されているような枠Ａを該ナビゲーション画像表示領域８０ｂに表示することができる。この枠Ａを形成する位置の指定方法は特に限定されるものではないが、マウス７によって行われるのが好ましく、これが観察位置の指定になる。また、枠Ａの大きさの指定もマウス７によって行うことができ、これが観察視野の範囲指定になる。観察位置の指定のみ行うようにしてもよいし、観察視野の範囲指定のみ行うようにしてもよい。このようにマウス７の操作によって観察位置及び／又は観察視野を決定することができる。
【0147】
決定された観察位置にある視野範囲が対物レンズ２７の視野に入るように、載置台制御部６２によってステージ駆動部５４を制御させ、電動載置台２３をＸ方向またはＹ方向に移動させる。また、決定された観察位置にある視野範囲が対物レンズ２７の視野に入るように、電動レボルバ制御部６１を制御して電動レボルバ２８を回転させて対物レンズ２７を変更する。
【0148】
観察画像取得部６９は、載置台制御部６２及び電動レボルバ制御部６１の両方を制御することなく、一方のみを制御して撮像素子５０により観察画像を取得することができる。例えば、ナビゲーション画像が表示された表示部５上の位置の指定に基づいて観察位置及び／又は観察視野を決定し、決定した該観察位置及び／又は観察視野に対応して載置台制御部６２を制御して、撮像素子５０または光電子増倍管５１により観察画像を取得することもできる。
【0149】
また、ナビゲーション画像が表示された表示部５上の位置の指定に基づいて、観察視野を包含するように観察光学系の最大倍率を決定可能に構成されている。観察位置及び／又は観察視野が決定されると、観察画像取得部６９は観察視野の大きさを把握することができ、この観察視野が全て入るような倍率を演算して観察光学系の最大倍率として決定する。観察画像取得部６９は、決定された最大倍率と現在の観察光学系の倍率とを比較し、決定された最大倍率と現在の観察光学系の倍率とが異なる場合、決定された最大倍率と現在の観察光学系の倍率とが異なっていることを使用者に報知する。報知する手段としては、表示部５上に表示する方法、音声による方法等を挙げることができるが、どのような方法であっても構わず、決定された観察視野が全て入る最大倍率と、現在の観察光学系の倍率とが異なることを報知できればよい。
【0150】
観察画像取得部６９は、決定された最大倍率となるように電動レボルバ制御部６１を制御する。決定された最大倍率と同じ倍率を実現する対物レンズ２７による観察が可能となるように、電動レボルバ制御部６１が電動レボルバ２８を回転させる。決定された最大倍率と同じ倍率を実現する対物レンズ２７が無い場合には、決定された最大倍率に近い倍率を実現する対物レンズ２７にすればよい。
【0151】
観察画像取得部６９は、観察光学系の倍率が最大倍率に変更された後に、オートフォーカス機構を作動させる。これにより、対物レンズ２７の交換後にピントを自動的に合わせることができる。
【0152】
また、上述した例では、撮像素子５０で取得された非共焦点画像を表示部５に表示させるとともに、表示された非共焦点画像上で使用者による観察範囲の指示を受け付けるように構成されているが、光電子倍増管５１で取得された共焦点画像を表示部５に表示させるとともに、表示された共焦点画像上で使用者による観察範囲の指示を受け付けるように構成されていてもよい。
【0153】
また、図２１に示すように、起動後ユーザーインターフェース８０の画像観察タブ８０ｋを選択して２つの画像表示領域８７ａ、８７ｂを表示させることもできる。例えば、一方の画像表示領域８７ａには同軸落射照明２４で照明した場合の画像を表示させ、他方の画像表示領域８７ｂにはリング照明２５で照明した場合の画像を表示させることができる。
【0154】
（三次元形状測定結果）
図２２は、フォーカス合成モードによる三次元形状測定結果を表示したユーザーインターフェースを示す図であり、図２３は、レーザー共焦点モードによる三次元形状測定結果を表示したユーザーインターフェースを示す図である。
図２２は、フォーカス合成モードによる三次元形状測定結果を表示したユーザーインターフェースを示す図であり、図２３は、レーザー共焦点モードによる三次元形状測定結果を表示したユーザーインターフェースを示す図である。
【0155】
図２０等に示すユーザーインターフェース８０の右下には、測定開始ボタン８８が設けられている。使用者がマウス７等によってスキャンモード選択ボタン８０ｇでスキャンモードを選択した後、測定開始ボタン８８を操作すると、選択されたスキャンモードで三次元形状測定が開始される。フォーカス合成モードが選択されていると、第１三次元形状測定手段６５によって観察対象物ＳＰの観察面の三次元形状を把握できる画像を取得し、図２２に示すように、測定結果表示領域８９に表示される。レーザー共焦点モードが選択されていると、第２三次元形状測定手段６６によって観察対象物ＳＰの観察面の三次元形状を把握できる画像を取得し、図２３に示すように測定結果表示領域８９に表示される。測定結果表示領域８９は、ライブ画像表示領域８０ａであるが、表示内容が異なっているため名称及び符号を変更している。
【0156】
測定結果表示領域８９に表示される画像は、視点を変えた画像にすることができる。例えば、観察対象物ＳＰを真上から見た画像、斜めから見た画像等にすることができ、例示しているのは観察対象物ＳＰを斜めから見た画像である。また、測定結果表示領域８９に表示される画像は、上述したカラー画像とすることもできる。さらに、測定結果表示領域８９に表示される画像は、高さによって色を変えた画像にすることもできる。例えば高い部位は赤にし、低い部位は青にする等である。
【0157】
図２４は、プロファイル測定画面９０を表示したユーザーインターフェース８０を示す図である。観察対象物ＳＰの観察面の三次元形状の測定が完了した後、図２２及び図２３に示す測定ボタン９２を操作すると、図２４に示すようなプロファイル測定領域９０が表示される。プロファイル測定領域９０で例えば任意の２点を指定すると、測定結果表示領域９１に２点間のプロファイルが拡大表示される。尚、これはプロファイルの測定の一例である。
【0158】
（画像生成部７２ｂの構成）
図６に示すように、制御部７２は画像生成部７２ｂを有している。画像生成部７２ｂは、第１三次元形状測定手段６５で取得されたカラー画像と、第２三次元形状測定手段６６で取得された三次元形状データとを合成した合成画像を生成する。ここで生成された合成画像は、表示部５に表示される。表示部５には、画像生成部７２ｂで生成された合成画像と、第１三次元形状測定手段６５で取得されたカラー画像とを同時に表示することもできる。
図６に示すように、制御部７２は画像生成部７２ｂを有している。画像生成部７２ｂは、第１三次元形状測定手段６５で取得されたカラー画像と、第２三次元形状測定手段６６で取得された三次元形状データとを合成した合成画像を生成する。ここで生成された合成画像は、表示部５に表示される。表示部５には、画像生成部７２ｂで生成された合成画像と、第１三次元形状測定手段６５で取得されたカラー画像とを同時に表示することもできる。
【0159】
また、カラーを合成する方法としては次のような方法を採用することも可能である。例えば、電動載置台２３を予め設定した上限高さに配置しておき、そこから下方へ移動させながらレーザー共焦点モードで各画素の高さ情報を得る。その後、電動載置台２３が予め設定した下限高さに到達したら、今度は上方へ移動させながら撮像素子５０で複数回撮像していき、ピントが合ったときの画素の色彩と、レーザー共焦点モードで取得した高さ情報とを合成し、カラー画像を生成することができる。
【0160】
第１フォーカス探索手段６３は、同軸落射照明２４もしくはリング照明２５により観察対象物ＳＰを照明し、撮像素子５０により取得した画像に基づいてフォーカス探索を行うように構成されている。画像生成部７２ｂが合成画像を生成する場合には、第１フォーカス探索手段６３は、同軸落射照明２４により観察対象物ＳＰを照明し、撮像素子５０により取得した画像に基づいてフォーカス探索を行うのが好ましい。これは、レーザー共焦点モードで取得した輝度情報と、撮像素子５０で取得したカラー情報とを合成する場合に、レーザー共焦点モードでのレーザー光の照射方向と実質的に同一となる同軸落射照明２４の方が照明手段として好ましいからである。
【0161】
つまり、同軸落射照明２４を使用して撮像素子５０により画像を取得した場合、観察対象物ＳＰの観察面に凹凸があったとしても、その凹凸による陰影が付きにくく、取得された画像が立体感の無い画像になる。一方、レーザー共焦点の原理では、傾斜面からの反射光量が少なくなるので、取得された画像は結果的に凹凸の輪郭が強調された画像となる。これらを組み合わせると観察するのに適した画像になる。その理由は、同軸落射照明２４を使用して撮像素子５０によりカラー情報を含む画像を取得した場合に、その画像には余計な陰影情報が無く、レーザー共焦点の原理で取得した陰影情報を含んだ画像と合成しても、レーザー共焦点の原理で取得した陰影情報（輝度情報）の邪魔をすることはないからである。従って、合成後に得られたカラー画像は見栄えが良好になる。
【0162】
一方、リング照明２５を使用して撮像素子５０により画像を取得した場合、観察対象物ＳＰの観察面に凹凸があると、その凹凸による陰影が得られやすいので、コントラスト算出に有利である。コントラスト算出に有利であるということは、フォーカス探索しやすいということになる。また、凹凸感（立体感）のあるカラー画像を得るためにも有利であり、結果としてカラー画像の見栄えが良好になる。ただし、レーザー共焦点の原理により取得した輝度情報と組み合わせると、陰影のつき方がそもそも異なるので、観察に不適な画像となってしまい、カラー画像として見栄えが良好であるとは言い難い画像になる。
【0163】
尚、合焦時でも輝度差が無い（輝度比が１に近い）観察対象物ＳＰについては、フォーカス合成の原理は向いていないが、観察対象物ＳＰの表面の色は同一でも、凹凸による陰影があれば、得られる画像としては輝度差がある（輝度比が１より大きい）ものとなるため、フォーカス合成ができることになる。また、リング照明２５による光の照射角により、凹凸のある観察対象物ＳＰの場合には取得された画像に陰影が現れやすく、フォーカス合成がしやすくなる場合がある。この場合にはフォーカス探索しやすくなるので、カラー画像とした場合に、陰影が付き立体感のある画像が得られ、結果的に、カラー画像として見栄えが良好になる。
【0164】
（信頼性指標算出部７２ｄの構成）
図６に示すように、制御部７２は信頼性指標算出部７２ｄを有している。信頼性指標算出部７２ｄは、第１フォーカス探索手段６３によるフォーカス探索の信頼性を示す第１信頼性指標または第２フォーカス探索手段６４によるフォーカス探索の信頼性を示す第２信頼性指標を算出する。信頼性指標算出部７２ｄは、画素毎に前記第１信頼性指標及び前記第２信頼性指標を算出するように構成されている。この実施形態では、前記第１信頼性指標及び前記第２信頼性指標の両方を算出するようにしているが、いずれか一方のみ算出するようにしてもよい。
図６に示すように、制御部７２は信頼性指標算出部７２ｄを有している。信頼性指標算出部７２ｄは、第１フォーカス探索手段６３によるフォーカス探索の信頼性を示す第１信頼性指標または第２フォーカス探索手段６４によるフォーカス探索の信頼性を示す第２信頼性指標を算出する。信頼性指標算出部７２ｄは、画素毎に前記第１信頼性指標及び前記第２信頼性指標を算出するように構成されている。この実施形態では、前記第１信頼性指標及び前記第２信頼性指標の両方を算出するようにしているが、いずれか一方のみ算出するようにしてもよい。
【0165】
第１信頼性指標は、例えば撮像素子５０で取得されたコントラスト値である。コントラスト値が高ければ高いほど第１信頼性指標を高く設定する。第２信頼性指標は、例えば光電子倍増管５１で取得された画素値である。画素値が高ければ高いほど第２信頼性指標を高く設定する。
【0166】
信頼性指標算出部７２ｄは、同軸落射照明２４により照明した観察対象物ＳＰのフォーカス探索結果の信頼性指標と、リング照明２５により照明した観察対象物ＳＰのフォーカス探索結果の信頼性指標とを算出することもできる。
【0167】
（置換判断部７２ｅの構成）
制御部７２は、前記第１信頼性指標及び前記第２信頼性指標に基づいて、第１三次元形状測定手段６５で取得される第１三次元形状データと、第２三次元形状測定手段６６で取得される第２三次元形状データとの置換判断を行う置換判断部（置換判断手段）７２ｅを備えている。
制御部７２は、前記第１信頼性指標及び前記第２信頼性指標に基づいて、第１三次元形状測定手段６５で取得される第１三次元形状データと、第２三次元形状測定手段６６で取得される第２三次元形状データとの置換判断を行う置換判断部（置換判断手段）７２ｅを備えている。
【0168】
置換判断部７２ｅは、前記第１三次元形状データと前記第２三次元形状データとの置換を自動で行うように構成されている。すなわち、第１三次元形状データを構成する各画素の第１信頼性指標を画素の位置に関連付けて取得するとともに、第２三次元形状データを構成する各画素の第２信頼性指標を画素の位置に関連付けて取得する。そして、第１三次元形状データの特定の画素と、その画素と同位置にある第２三次元形状データの画素との信頼性指標を比較する。つまり、同位置にある画素の第１信頼性指標と第２信頼性指標との比較を行う。
【0169】
比較の結果、第１信頼性指標の方が高ければ、第１三次元形状データを構成する画素を有効にして第２三次元形状データを構成する画素を無効にし、第２信頼性指標の方が高ければ、第２三次元形状データを構成する画素を有効にして第１三次元形状データを構成する画素を無効にする。これを全ての画素について行っていくことで、信頼性の高い三次元形状データを構成することができる。
【0170】
第１三次元形状データ及び第２三次元形状データは、上述したように高さ情報を含んでいる。また、第１三次元形状データ及び第２三次元形状データは、色情報を含んでいてもよい。
【0171】
置換判断部７２ｅは、第１三次元形状データと第２三次元形状データとの置換を行うか否かの指示を受け付けるように構成することもできる。例えば、使用者が例えばマウス７等によって操作することで、第１三次元形状データと第２三次元形状データとの置換を行うという指示をすること、第１三次元形状データと第２三次元形状データとの置換を行わないという指示をすることができる。第１三次元形状データと第２三次元形状データとの置換を行わないということは、第１三次元形状データまたは第２三次元形状データをそのまま使用することになる。
【0172】
置換判断部７２ｅは、第１三次元形状データ及び第２三次元形状データの一方を他方よりも優先させる指示を受け付けるように構成されている。例えば、使用者が例えばマウス７等によって操作することで、第１三次元形状データを第２三次元形状データよりも優先して使用するように指示すること、第２三次元形状データを第１三次元形状データよりも優先して使用するように指示することができる。この場合、優先度を設定することができるようにしてもよい。
【0173】
置換判断部７２ｅは、第１三次元形状データと第２三次元形状データとの置換を行うか否かの判断の際に使われる情報を、第１信頼性指標及び第２信頼性指標に基づいて取得している。置換判断部７２ｅは、この情報を使用者に報知するように構成することができる。報知する手段としては、表示部５上に表示する方法、音声による方法等を挙げることができるが、どのような方法であっても構わず、第１三次元形状データと第２三次元形状データとの置換を行うか否かの判断の際に使われる情報を報知できればよい。この情報の具体例としては、例えば、第１信頼性指標及び第２信頼性指標を数値化したものやグラフ化したもの等を挙げることができる。
【0174】
制御部７２は、第１三次元形状データ及び／又は第２三次元形状データで構成されるとともに、観察対象物ＳＰの異なる領域を示した複数の三次元画像を生成し、該複数の三次元画像を連結して１つの三次元画像を構成することができる。すなわち、観察対象物ＳＰの第１領域の第１三次元形状データ及び第２三次元形状データを取得することで、第１領域の三次元画像を生成することができる。この三次元画像は、第１三次元形状データのみで構成されていてもよいし、第２三次元形状データのみで構成されていてもよいし、第１三次元形状データ及び第２三次元形状データで構成されていてもよい。
【0175】
その後、載置台制御部６２がステージ駆動部５４を制御することで電動載置台２３の水平位置を変更して、観察対象物ＳＰの第２領域の第１三次元形状データ及び第２三次元形状データを取得し、第２領域の三次元画像を生成することができる。このようにして複数の三次元画像を生成することができる。生成された複数の三次元画像を連結することで、観察対象物ＳＰの広い範囲の三次元形状を示す１つの三次元画像を構成することができる。
【0176】
（信頼性指標に基づいたフォーカス探索手段の制御）
制御部７２の信頼性指標算出部７２ｄは、上述した手法により、同軸落射照明２４により照明した観察対象物ＳＰのフォーカス探索結果の信頼性指標と、リング照明２５により照明した観察対象物ＳＰのフォーカス探索結果の信頼性指標と算出することが可能に構成されている。具体的には、同軸落射照明２４及びリング照明２５の光を第１の比率で観察対象物ＳＰに照射したときのフォーカス探索結果の信頼性指標を算出し、算出した信頼性指標が所定の基準を満たしているか否かを判定し、所定の基準を満たしていないと判定した場合には、同軸落射照明２４及びリング照明２５の光を前記第１の比率とは異なる第２の比率で観察対象物ＳＰに照射してフォーカス探索を行うように構成されている。「所定の基準」とは、フォーカス探索結果によって三次元形状の測定結果が適切に得られるか否かに基づいて設定することができる。三次元形状の測定結果を適切に得ることができるフォーカス探索結果が所定の基準である。
制御部７２の信頼性指標算出部７２ｄは、上述した手法により、同軸落射照明２４により照明した観察対象物ＳＰのフォーカス探索結果の信頼性指標と、リング照明２５により照明した観察対象物ＳＰのフォーカス探索結果の信頼性指標と算出することが可能に構成されている。具体的には、同軸落射照明２４及びリング照明２５の光を第１の比率で観察対象物ＳＰに照射したときのフォーカス探索結果の信頼性指標を算出し、算出した信頼性指標が所定の基準を満たしているか否かを判定し、所定の基準を満たしていないと判定した場合には、同軸落射照明２４及びリング照明２５の光を前記第１の比率とは異なる第２の比率で観察対象物ＳＰに照射してフォーカス探索を行うように構成されている。「所定の基準」とは、フォーカス探索結果によって三次元形状の測定結果が適切に得られるか否かに基づいて設定することができる。三次元形状の測定結果を適切に得ることができるフォーカス探索結果が所定の基準である。
【0177】
この実施形態では、上述したように、同軸落射照明２４の光量及びリング照明２５の光量を独立して調整することができるようになっており、前記第１の比率及び第２の比率は、例えば百分率で表すことができる。同軸落射照明２４及びリング照明２５を０％～１００％の間で任意に設定できるとともに、同軸落射照明２４を０％とし且つリング照明２５を１００％とすること（リング照明２５のみの照明）や、同軸落射照明２４を１００％とし且つリング照明２５を０％とすること（同軸落射照明２４のみの照明）も可能である。
【0178】
また、制御部７２は、同軸落射照明２４及びリング照明２５の光を第１の比率で観察対象物ＳＰに照射したときのフォーカス探索結果の信頼性指標が所定の基準を満たしていると判定した場合には、前記第１の比率で観察対象物ＳＰを照射して観察対象物ＳＰの三次元形状を測定する。制御部７２は、第１の比率を任意に変更することができる。
【0179】
また、制御部７２は、同軸落射照明２４により照明した観察対象物ＳＰのフォーカス探索結果の信頼性指標と、リング照明２５により照明した観察対象物ＳＰのフォーカス探索結果の信頼性指標と比較し、同軸落射照明２４により照明した場合の前記信頼性指標が、リング照明２５により照明した場合の前記信頼性指標よりも低い場合には、リング照明２５により照明し、撮像素子５０により取得した画像に基づいて前記第１フォーカス探索手段６３がフォーカス探索を行う。
【0180】
また、制御部７２は、同軸落射照明２４及びリング照明２５の光を第１の比率で観察対象物ＳＰに照射したときのフォーカス探索結果の信頼性指標を算出し、算出した信頼性指標が所定の基準を満たしているか否かを判定し、所定の基準を満たしていないと判定した場合には、前記第１の比率を維持したまま、撮像した画像のダイナミックレンジを広げるハイダイナミックレンジ合成（ＨＤＲ）処理を実行するように構成することもできる。ＨＤＲ処理を行う際、照明の比率を第１の比率から変更してもよい。
【0181】
ＨＤＲ処理は、露光時間等を変更しながら複数回撮像して複数の撮像データを取得した後、それらを合成することで広いダイナミックレンジを有する画像にする処理であり、この処理自体は従来のＨＤＲ処理と同じ処理とすることができる。また、単一の露光条件で取得した画像において、ハレーション（白飛び）や黒つぶれが発生している部分についてはフォーカス探索を行うことができないが、ＨＤＲ処理を行うことでハレーションや黒つぶれの発生を抑えることができるため、より正確にフォーカス探索を行えるようになる。
【0182】
また、ＨＤＲ処理を行うことなく、同軸落射照明２４及びリング照明２５の少なくとも一方の光量を変化させてもよいし、露光時間を変化させてもよい。
【0183】
また、制御部７２は、同軸落射照明２４の光を観察対象物ＳＰに照射したときのフォーカス探索結果の信頼性指標と、リング照明２５の光を観察対象物ＳＰに照射したときのフォーカス探索結果の信頼性指標とを算出し、両方の信頼性指標が所定の基準を満たしているか否かを判定し、所定の基準を満たしていないと判定した場合には、第２三次元形状測定手段６６により観察対象物ＳＰの三次元形状を測定するように構成されていることを特徴とする。
【0184】
また、制御部７２は、同軸落射照明２４により照明した観察対象物ＳＰのフォーカス探索結果の信頼性指標と、リング照明２５により照明した観察対象物ＳＰのフォーカス探索結果の信頼性指標とに基づいて、信頼性指標が高い照明に切り替えるように構成することもできる。
【0185】
（衝突推定部７２ｆの構成）
電動レボルバ２８を設けた場合、作動距離（以下、ＷＤという。）の長い対物レンズ２７からＷＤの短い対物レンズ２７に切り替える際には、対物レンズ２７の先端部が観察対象物ＳＰに衝突してしまう危険性がある。一方、レボルバを使用者が手で回す場合には、一般に対物レンズ２７と観察対象物ＳＰとを同時に見ながら回すので、対物レンズ２７と観察対象物ＳＰとが衝突する直前でレボルバの回転を停止させることができ、上述した問題は起こらないと考えられ、よって、上述した問題は電動レボルバ２８に特有の問題となる。
電動レボルバ２８を設けた場合、作動距離（以下、ＷＤという。）の長い対物レンズ２７からＷＤの短い対物レンズ２７に切り替える際には、対物レンズ２７の先端部が観察対象物ＳＰに衝突してしまう危険性がある。一方、レボルバを使用者が手で回す場合には、一般に対物レンズ２７と観察対象物ＳＰとを同時に見ながら回すので、対物レンズ２７と観察対象物ＳＰとが衝突する直前でレボルバの回転を停止させることができ、上述した問題は起こらないと考えられ、よって、上述した問題は電動レボルバ２８に特有の問題となる。
【0186】
このことに対し、この実施形態では、図６に示すように制御部７２に衝突推定部７２ｆを設けている。衝突推定部７２ｆは、電動レボルバ２８が回転を始めるとき、第１三次元形状測定手段６５または第２三次元形状測定手段６６により取得された観察対象物ＳＰの位置及び高さ情報に基づき、電動レボルバ２８が回転した後の対物レンズ２７と観察対象物ＳＰとの衝突を推定する。
【0187】
衝突推定部７２ｆは、第１三次元形状測定手段６５または第２三次元形状測定手段６６により取得された観察対象物ＳＰの位置及び高さ情報を取得することができ、観察対象物ＳＰの位置及び高さ情報を取得した後に、電動レボルバ２８を回転させようとするときには、回転を始める前に、衝突推定部７２ｆが、電動レボルバ２８が回転した後の対物レンズ２７と観察対象物ＳＰとの衝突を推定するように構成されている。観察対象物ＳＰとの衝突は、主に対物レンズ２７の先端部であることから、事前に対物レンズ２７の先端部に関する情報を得て、記憶部７３等に記憶しておく。対物レンズ２７の先端部に関する情報としては、上記ＷＤの他、同焦点距離、対物レンズ２７の長さや外径等を挙げることができる。同焦点距離は、対物レンズ２７の取付面から観察対象物ＳＰの観察面までの距離である。尚、観察対象物ＳＰの位置及び高さ情報を取得する前に電動レボルバ２８を回転させようとするときには、回転を始める前に、観察対象物ＳＰの位置及び高さ情報を取得して衝突の推定を行うようにすればよい。
【0188】
対物レンズ２７の先端部に関する情報に基づいて、電動レボルバ２８が回転した後の対物レンズ２７の先端部の位置を把握することができる。この位置に、観察対象物ＳＰの一部が存在するか否かを判定し、対物レンズ２７の先端部が位置する所に観察対象物ＳＰの一部が存在する場合には、対物レンズ２７と観察対象物ＳＰとが衝突すると推定し、一方、対物レンズ２７の先端部が位置する所に観察対象物ＳＰの一部が存在しない場合には対物レンズ２７と観察対象物ＳＰとが衝突しないと推定する。
【0189】
ナビゲーション画像取得手段６８は、電動レボルバ制御部６１により電動レボルバ２８を制御して非共焦点観察光学系３０の倍率を第１の倍率として、撮像素子５０によりナビゲーション画像を取得するように構成することができる。この第１の倍率は任意に設定することができる。
【0190】
衝突推定部７２ｆは、非共焦点観察光学系３０の倍率を前記第１の倍率よりも高い倍率とするように前記電動レボルバ２８が回転を始めるとき、第１三次元形状測定手段６５または第２三次元形状測定手段６６により取得された観察対象物ＳＰの位置及び高さ情報に基づき、対物レンズ２７と観察対象物ＳＰとの衝突を推定することができる。すなわち、高倍率の対物レンズ２７は、低倍率の対物レンズ２７に比べてＷＤが短い傾向にあり、この場合に、観察対象物ＳＰの位置及び高さ情報に基づいた対物レンズ２７と観察対象物ＳＰとの衝突の推定が特に有効になる。
【0191】
また、ナビゲーション画像取得手段６８は、電動レボルバ制御部６１により電動レボルバ２８を制御して共焦点観察光学系４０の倍率を第１の倍率として、光電子倍増管５１によりナビゲーション画像を取得するように構成することもできる。
【0192】
衝突推定部７２ｆは、共焦点観察光学系４０の倍率を前記第１の倍率よりも高い倍率とするように前記電動レボルバ２８が回転を始めるとき、第１三次元形状測定手段６５または第２三次元形状測定手段６６により取得された観察対象物ＳＰの位置及び高さ情報に基づき、対物レンズ２７と観察対象物ＳＰとの衝突を推定することができる。
【0193】
第１フォーカス探索手段６３、第２フォーカス探索手段６４、第１三次元形状測定手段６５及び第２三次元形状測定手段６６は、衝突推定部７２ｆが利用する観察対象物ＳＰの位置及び高さ情報を測定するための簡易高さ測定条件に従って動作するように構成することができる。例えば、ナビゲーション画像が表示された表示部５上の位置の指定に基づいて決定した観察視野を包含する倍率の対物レンズ２７を、前記簡易高さ測定条件における対物レンズ２７としてもよい。簡易高さ測定条件は、観察時よりも簡易的に設定された測定条件である。
【0194】
衝突推定部７２ｆは、前記簡易高さ測定条件における対物レンズ２７よりも作動距離の短い対物レンズ２７が観察用の対物レンズ２７となるように電動レボルバ２８が回転を始めるとき、前記簡易高さ測定条件に従って取得された観察対象物ＳＰの位置及び高さ情報に基づき、前記作動距離の短い対物レンズ２７と観察対象物ＳＰとの衝突を推定する。
【0195】
衝突推定部７２ｆは、前記簡易高さ測定条件における対物レンズ２７よりも倍率の高い対物レンズ２７が観察用の対物レンズ２７となるように電動レボルバ２８が回転を始めるとき、該倍率の高い対物レンズ２７と観察対象物ＳＰとの衝突を推定するように構成することもできる。
【0196】
衝突推定部７２ｆは、対物レンズ２７と観察対象物ＳＰとが衝突すると推定されるときには使用者に報知するように構成することができる。報知する手段としては、表示部５上に表示する方法、音声による方法等を挙げることができるが、どのような方法であっても構わない。
【0197】
報知後、使用者が電動レボルバ２８の回転をキャンセルできるようにしてもよい。ユーザーインターフェースに、電動レボルバ２８の回転キャンセルボタンを設けておき、使用者が操作できるようにしておく。また、報知後、使用者に対して衝突可能性の低い対物レンズ２７を提示し、選択可能にしてもよい。また、予め対物レンズ２７の使用可能な倍率を使用者に提示しておくこともできる。
【0198】
Ｚ軸駆動部５２は、電動レボルバ２８の回転前に、対物レンズ２７と電動載置台２３との相対距離が現在の距離よりも長くなるように該相対距離を変化させ、その後、載置台制御部６２は、Ｚ軸駆動部５２により対物レンズ２７と電動載置台２３との相対距離を長くした後に、表示部５上の位置の指定に基づいて決定された観察位置及び／又は観察視野に対応して電動載置台２３の水平位置を変更し、衝突推定部７２ｆは、電動載置台２３の水平位置が変更された後、対物レンズ２７と観察対象物ＳＰとの衝突を推定することもできる。
【0199】
制御部７２は、衝突推定部７２ｆが利用する観察対象物ＳＰの高さ情報に基づいて、対物レンズ２７と電動載置台２３との離間距離の上限値及び下限値を設定することができる。
【0200】
オートフォーカス機構は、Ｚ軸駆動部５２により対物レンズ２７とＺ軸駆動部５２との相対距離を短くする過程で、観察対象物ＳＰにピントを自動的に合わせるように構成することができる。
【0201】
ナビゲーション画像取得手段６８がナビゲーション画像を取得するときに、第１三次元形状測定手段６５及び第２三次元形状測定手段６６が観察対象物ＳＰの三次元形状を測定するように構成することもできる。
【0202】
（動作具体例１）
図２５は、使用者に確認を求めずにフォーカス合成モードとレーザー共焦点モードで測定する場合の手順を示したフローチャートである。ステップＳＢ１では、フォーカス合成モードで三次元形状測定データを取得する。ステップＳＢ２では、信頼性指標算出部７２ｄが、ステップＳＢ１で取得した三次元形状測定データの信頼度を計算する。信頼度は、信頼性指標に基づいて得ることができ、信頼性指標が高いほど信頼度が高くなる。また、信頼度と信頼性指標とは同じにしてもよい。
図２５は、使用者に確認を求めずにフォーカス合成モードとレーザー共焦点モードで測定する場合の手順を示したフローチャートである。ステップＳＢ１では、フォーカス合成モードで三次元形状測定データを取得する。ステップＳＢ２では、信頼性指標算出部７２ｄが、ステップＳＢ１で取得した三次元形状測定データの信頼度を計算する。信頼度は、信頼性指標に基づいて得ることができ、信頼性指標が高いほど信頼度が高くなる。また、信頼度と信頼性指標とは同じにしてもよい。
【0203】
ステップＳＢ３では、レーザー共焦点モードで三次元形状測定データを取得する。ステップＳＢ４では、信頼性指標算出部７２ｄが、ステップＳＢ３で取得した三次元形状測定データの信頼度を計算する。ステップＳＢ５では、ステップＳＢ２で計算した三次元形状測定データの信頼度と、ステップＳＢ４で計算した三次元形状測定データの信頼度とを比較する。ステップＳＢ６では、各ピクセル（各画素）において信頼度の高い方のデータを使用して三次元形状測定データを作成する。信頼度が高いか否かは置換判断部７２ｅが行う。その後、ステップＳＢ７に進む。尚、ステップＳＢ１、ＳＢ２と、ステップＳＢ３、ＳＢ４とは入れ替えることができ、この場合、先にレーザー共焦点モードで測定することができる。また、ステップＳＢ２とステップＳＢ４とは並行して行うこともできる。
【0204】
（動作具体例２）
図２６は、測定結果の信頼度によってフォーカス合成モードとレーザー共焦点モードで測定する場合の手順を示したフローチャートである。ステップＳＣ１では、フォーカス合成モードで三次元形状測定データを取得する。ステップＳＣ２では、信頼性指標算出部７２ｄが、ステップＳＣ１で取得した三次元形状測定データの信頼度を計算する。ステップＳＣ３では、ステップＳＣ２で計算した三次元形状測定データの信頼度がしきい値以上であるか否かを判定する。ステップＳＣ２でＮＯと判定されて三次元形状測定データの信頼度がしきい値未満であればステップＳＣ４に進み、一方、ステップＳＣ２でＹＥＳと判定されて三次元形状測定データの信頼度がしきい値以上であればステップＳＣ８に進み、フォーカス合成モードで取得した三次元形状測定データを使用する。
図２６は、測定結果の信頼度によってフォーカス合成モードとレーザー共焦点モードで測定する場合の手順を示したフローチャートである。ステップＳＣ１では、フォーカス合成モードで三次元形状測定データを取得する。ステップＳＣ２では、信頼性指標算出部７２ｄが、ステップＳＣ１で取得した三次元形状測定データの信頼度を計算する。ステップＳＣ３では、ステップＳＣ２で計算した三次元形状測定データの信頼度がしきい値以上であるか否かを判定する。ステップＳＣ２でＮＯと判定されて三次元形状測定データの信頼度がしきい値未満であればステップＳＣ４に進み、一方、ステップＳＣ２でＹＥＳと判定されて三次元形状測定データの信頼度がしきい値以上であればステップＳＣ８に進み、フォーカス合成モードで取得した三次元形状測定データを使用する。
【0205】
ステップＳＣ３でＮＯと判定されて進んだステップＳＣ４では、レーザー共焦点モードで三次元形状測定データを取得する。ステップＳＣ５では、信頼性指標算出部７２ｄが、ステップＳＣ４で取得した三次元形状測定データの信頼度を計算する。ステップＳＣ６では、ステップＳＣ２で計算した三次元形状測定データの信頼度と、ステップＳＣ５で計算した三次元形状測定データの信頼度とを比較する。ステップＳＣ７では、各ピクセル（各画素）において信頼度の高い方のデータを使用して三次元形状測定データを作成する。信頼度が高いか否かは置換判断部７２ｅが行う。その後、ステップＳＣ８に進む。尚、ステップＳＣ１、ＳＣ２と、ステップＳＣ４、ＳＣ５とは入れ替えることができ、この場合、先にレーザー共焦点モードで測定することができる。
【0206】
（動作具体例３）
図２７は、フォーカス合成モードとレーザー共焦点モードで測定するか否かを使用者の判断にゆだねる場合の手順を示したフローチャートである。ステップＳＤ１では、フォーカス合成モードで三次元形状測定データを取得する。ステップＳＤ２では、信頼性指標算出部７２ｄが、ステップＳＤ１で取得した三次元形状測定データの信頼度を計算する。ステップＳＤ３では、ステップＳＤ２で計算した三次元形状測定データの信頼度がしきい値以上であるか否かを判定する。ステップＳＤ２でＮＯと判定されて三次元形状測定データの信頼度がしきい値未満であればステップＳＤ４に進み、一方、ステップＳＤ２でＹＥＳと判定されて三次元形状測定データの信頼度がしきい値以上であればステップＳＤ９に進み、フォーカス合成モードで取得した三次元形状測定データを使用する。
図２７は、フォーカス合成モードとレーザー共焦点モードで測定するか否かを使用者の判断にゆだねる場合の手順を示したフローチャートである。ステップＳＤ１では、フォーカス合成モードで三次元形状測定データを取得する。ステップＳＤ２では、信頼性指標算出部７２ｄが、ステップＳＤ１で取得した三次元形状測定データの信頼度を計算する。ステップＳＤ３では、ステップＳＤ２で計算した三次元形状測定データの信頼度がしきい値以上であるか否かを判定する。ステップＳＤ２でＮＯと判定されて三次元形状測定データの信頼度がしきい値未満であればステップＳＤ４に進み、一方、ステップＳＤ２でＹＥＳと判定されて三次元形状測定データの信頼度がしきい値以上であればステップＳＤ９に進み、フォーカス合成モードで取得した三次元形状測定データを使用する。
【0207】
ステップＳＤ３でＮＯと判定されて進んだステップＳＤ４では、「レーザー共焦点でデータを取得しますか？」というダイアログを表示部５に表示させる。ダイアログはこれに限られるものではなく、使用者に対し、レーザー共焦点モードで測定し直してもよいかどうかを尋ねるダイアログであればよい。
【0208】
ステップＳＤ４において使用者がＮＯと回答を入力するとステップＳＤ９に進み、フォーカス合成モードで取得した三次元形状測定データを使用する。ステップＳＤ４において使用者がＹＥＳと回答を入力するとステップＳＤ５に進み、レーザー共焦点モードで三次元形状測定データを取得する。ステップＳＤ６では、信頼性指標算出部７２ｄが、ステップＳＤ５で取得した三次元形状測定データの信頼度を計算する。ステップＳＤ７では、ステップＳＤ２で計算した三次元形状測定データの信頼度と、ステップＳＤ６で計算した三次元形状測定データの信頼度とを比較する。ステップＳＤ７では、各ピクセル（各画素）において信頼度の高い方のデータを使用して三次元形状測定データを作成する。信頼度が高いか否かは置換判断部７２ｅが行う。その後、ステップＳＤ９に進む。尚、ステップＳＤ１、ＳＤ２と、ステップＳＤ５、ＳＤ５とは入れ替えることができ、この場合、先にレーザー共焦点モードで測定することができる。先にレーザー共焦点モードで測定する場合には、ステップＳＤ４において「フォーカス合成でデータを取得しますか？」というダイアログを表示部５に表示させればよい。
【0209】
動作具体例１～３では、レーザー共焦点モードでの測定と、フォーカス合成モードでの測定を対物レンズ２７の視野の全範囲について行うようにしているが、これに限られるものではない。例えば、フォーカス合成モードでの測定を対物レンズ２７の視野の全範囲について行った後、信頼度の低い画素（領域）のみレーザー共焦点モードで測定し直すことや、レーザー共焦点モードでの測定を対物レンズ２７の視野の全範囲について行った後、信頼度の低い画素（領域）のみフォーカス合成モードで測定し直すこともできる。
【0210】
（実施形態の作用効果）
この実施形態によれば、フォーカス合成の原理を使用した測定手法と、レーザー共焦点の原理を使用した測定手法とを実現することができる。
この実施形態によれば、フォーカス合成の原理を使用した測定手法と、レーザー共焦点の原理を使用した測定手法とを実現することができる。
【0211】
第１三次元形状測定手段６５によるフォーカス合成測定モードと、第２三次元形状測定手段６６によるレーザー共焦点測定モードとの各測定モードの測定パラメータを測定パラメータ設定部６７により設定できる。例えば、フォーカス合成測定モード時に測定パラメータ設定部６７により測定パラメータを設定していて、その後、レーザー共焦点測定モードに切り替えられた場合には、フォーカス合成測定モード時に設定されていた測定パラメータがレーザー共焦点測定モードの測定パラメータとして引き継がれる。レーザー共焦点測定モードからフォーカス合成測定モードに切り替えた場合も同様である。したがって、測定モードを頻繁に切り替えたとしても使用者の操作の負担を軽減することができる。
【0212】
また、表示部５には、パラメータを表示可能な基本測定表示領域８２と、ライブ画像表示領域８０ａとが表示されるので、使用者がライブ画像表示領域８０ａのライブ画像を見ながら測定モード用パラメータを設定することができる。このとき、基本測定表示領域８２には、第１三次元形状測定手段６５による測定モード用パラメータ設定領域と、第２三次元形状測定手段６６による測定モード用パラメータ設定領域との一方を表示させて測定パラメータを設定することができる。例えば、使用者が第１三次元形状測定手段６５による測定モード用パラメータ設定領域を表示させると、ライブ画像表示領域８０ａには、非共焦点観察光学系３０を介して撮像素子５０により取得されたライブ画像が表示され、また、使用者が第２三次元形状測定手段６６による測定モード用パラメータ設定領域を表示させると、ライブ画像表示領域８０ａには、共焦点観察光学系４０を介して光電子倍増管５１により取得されたライブ画像が表示される。つまり、表示されているライブ画像と、基本測定表示領域８２に表示されているパラメータとが対応するので、設定時における使用者の使いやすさを向上させることができる。
【0213】
また、上述したようにフォーカス合成の原理を使用した測定手法と、共焦点の原理を使用した測定手法との両方を兼ね備えた構成にすることができるとともに、フォーカス合成の原理を使用した測定手法の場合には、同軸落射照明２４とリング照明２５とのいずれか一方で照明した状態や、両方で照明した状態で観察対象物ＳＰの三次元形状を測定することができる。これにより、鏡面状の観察対象物ＳＰのみならず、拡散体や凹凸の大きい観察対象物であっても三次元形状を測定することができる。
【0214】
また、第１フォーカス探索手段６３によるフォーカス探索の信頼性を示す第１信頼性指標と、第２フォーカス探索手段６４によるフォーカス探索の信頼性を示す第２信頼性指標が算出されるので、信頼性の高い三次元測定データが得られる。
【0215】
また、使用者が、ナビゲーション画像が表示された表示部５上で位置を指定すると、その位置の指定に基づいて観察位置及び／又は観察視野が決定される。決定された観察位置及び／又は観察視野に対応して電動載置台２３を動かしたり、観察光学系の倍率を変更し、撮像素子５１や光電子倍増管５１により観察画像を取得する。
【0216】
その後、例えば、使用者による観察範囲の変更等によって観察範囲がナビゲーション画像の外となった場合には、ナビゲーション画像への領域の追加が必要になるので、領域の追加指定が行われたことになる。そうすると、ナビゲーション画像取得手段６８は、まず、現在の撮像条件が既存のナビゲーション画像取得時の撮像条件と異なっているか否かを判定し、異なっている場合には、撮像条件を、既存のナビゲーション画像取得時の撮像条件に変更して撮像素子５１や光電子倍増管５１により追加領域を取得し、取得した追加領域の画像と、これまで表示していたナビゲーション画像とが表示部５に同時に表示される。これにより、ナビゲーション画像に新たな領域が追加される。追加された領域の撮像条件がこれまで表示していたナビゲーション画像の撮像条件と同じであることから、自然なナビゲーション画像になる。
【0217】
また、第１三次元形状測定手段６５や第２三次元形状測定手段６６によって取得した観察対象物ＳＰの位置及び高さ情報に基づいて、電動レボルバ２８が回転した後の対物レンズ２７と観察対象物ＳＰとの衝突を推定できる。よって、ＷＤの長い対物レンズ２７からＷＤの短い対物レンズ２７に切り替えるときに、対物レンズ２７が観察対象物ＳＰに衝突してしまう危険性が大幅に減少する。
【0218】
上述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。
【産業上の利用可能性】
【0219】
以上説明したように、本発明は、拡大観察装置、デジタルマイクロスコープ等に適用することができる。
【符号の説明】
【0220】
１ 拡大観察装置
５ 表示部
２３ 電動載置台
２４ 同軸落射照明
２５ リング照明
２７ 対物レンズ
２８ 電動レボルバ
３０ 非共焦点観察光学系
４０ 共焦点観察光学系
５０ 撮像素子（第１受光素子）
５１ 光電子倍増管（第２受光素子）
５２ Ｚ軸駆動部（垂直移動機構）
５３ 高さ情報検知部（高さ情報検知手段）
５４ ステージ駆動部
６２ 載置台制御部
６３ 第１フォーカス探索手段
６４ 第２フォーカス探索手段
６５ 第１三次元形状測定手段
６６ 第２三次元形状測定手段
６７ 測定パラメータ設定部
６８ ナビゲーション画像取得手段
６９ 観察画像取得部
７２ 制御部
７２ｄ 信頼性指標算出部
７２ｅ 置換判断部（置換判断手段）
７２ｆ 衝突推定部
８０ａ ライブ画像表示領域
８０ｂ ナビゲーション画像表示領域
８２ 基本測定表示領域（パラメータ表示領域）
８２ａ 第１設定表示領域
８２ｂ 第２設定表示領域
８２ｃ 第３設定表示領域
ＳＰ 測定対象物
５ 表示部
２３ 電動載置台
２４ 同軸落射照明
２５ リング照明
２７ 対物レンズ
２８ 電動レボルバ
３０ 非共焦点観察光学系
４０ 共焦点観察光学系
５０ 撮像素子（第１受光素子）
５１ 光電子倍増管（第２受光素子）
５２ Ｚ軸駆動部（垂直移動機構）
５３ 高さ情報検知部（高さ情報検知手段）
５４ ステージ駆動部
６２ 載置台制御部
６３ 第１フォーカス探索手段
６４ 第２フォーカス探索手段
６５ 第１三次元形状測定手段
６６ 第２三次元形状測定手段
６７ 測定パラメータ設定部
６８ ナビゲーション画像取得手段
６９ 観察画像取得部
７２ 制御部
７２ｄ 信頼性指標算出部
７２ｅ 置換判断部（置換判断手段）
７２ｆ 衝突推定部
８０ａ ライブ画像表示領域
８０ｂ ナビゲーション画像表示領域
８２ 基本測定表示領域（パラメータ表示領域）
８２ａ 第１設定表示領域
８２ｂ 第２設定表示領域
８２ｃ 第３設定表示領域
ＳＰ 測定対象物
【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20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】