JP2009258192A - 走査型レーザ顕微鏡 - Google Patents

Abstract

【課題】急峻な傾斜面を有する試料でも高さ情報を精度良く取得できる走査型レーザ顕微鏡を提供する。
【解決手段】対物レンズ５は、レーザ光である照明光を試料６上に集光する。偏光ビームスプリッタ２は、対物レンズ５で集光した該照明光を試料６に照射したときの試料６からの反射光を、対物レンズ５の通過後に該照明光の光路から分離する。光検出器９は、偏光ビームスプリッタ２で分離した該反射光のうち共焦点絞りであるピンホール８を通過したものの強度を検出する。１／４波長板４は、偏光ビームスプリッタ２と試料６との間の光路上に対して挿脱可能であり、該照明光及び該反射光の偏光特性を変換する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、顕微鏡の技術に関し、特に、走査型レーザ顕微鏡の技術に関する。

まず図１０について説明する。図１０は、従来の走査型レーザ顕微鏡の構成を示している。
図１０に示す走査型レーザ顕微鏡において、レーザ光源１０１から出射したレーザ光は、ビームスプリッタ１０２を透過した後に、二次元走査機構１０３に入射する。二次元走査機構１０３は、入射したレーザ光の光束を二次元に走査して対物レンズ１０７へと導く。対物レンズ１０７へ入射した光束は、集束光となって試料１０８の表面上を走査する。

このとき試料１０８の表面で反射したレーザ光は、対物レンズ１０７から二次元走査機構１０３を介してビームスプリッタ１０２に導入されると、ビームスプリッタ１０２によって今度は反射され、結像レンズ１０９によってピンホール１１０上に集光される。ピンホール１１０は対物レンズ１０７の集光位置に対し光学的に共役な位置に配置されている共焦点絞りであり、対物レンズ１０７の集光位置以外からの試料１０８の反射光をカットする。従って、試料１０８における対物レンズ１０７の集光位置で反射したレーザ光のみがピンホール１１０を通過して光検出器１１１に入射し、その入射光の強度が検出される。

試料１０８は、ステージ１１４上の試料台１１３に載置されている。ステージ１１４及び光検出器１１１は、コンピュータ１１２によって制御される。
次に図１１について説明する。図１１は、図１０の走査型レーザ顕微鏡により得られるＩ−Ｚカーブの例を示している。

Ｉ−Ｚカーブは、対物レンズ１０７と試料１０８との相対距離Ｚを、対物レンズ１０７の光軸方向（Ｚ方向）に変化させたときの光検出器１１１の出力（入射光の強度）Ｉとの関係を示した曲線である。

図１１に示すように、試料１０８の表面が対物レンズ１０７の集光位置Ｚ０に位置している場合には光検出器１１１の出力は最大となり、この位置から対物レンズ１０７に対する試料１０８の相対位置が離れるに従い、光検出器１１１の出力は急激に低下する。

このようなＩ−Ｚカーブの特性を利用し、レーザ光の集光点を二次元走査機構１０３によって二次元走査したときの光検出器１１１の出力を、この二次元走査に同期して画像化すると、試料１０８の表面における特定の高さ（Ｚ方向の高さ）の部分のみが画像化されるので、試料１０８を光学的にスライスした画像（共焦点画像）が得られる。更に、ステージ１１４を駆動して試料１０８を対物レンズ１０７の光軸方向に離散的に移動させつつ、各位置でレーザ光の集光点を走査して共焦点画像を取得することで、試料１０８の表面上の各点において光検出器１１１の出力を最大にするステージ１１４の位置を検出すれば、試料１０８表面の高さ（凹凸）情報が得られる。また、この試料１０８表面の各点における光検出器１１１の出力の最大値を、対応する位置の画素の輝度値として画像を構成することにより、全ての面にピントの合った画像（エクステンド画像若しくは全焦点画像）が得られる。

このような構成の走査型レーザ顕微鏡を用いて、図１２に示すような三次元構造を有する試料１０８の高さ情報を取得する場合を考える。
この試料１０８の表面は、微小な凹凸を有する粗面である。このため、この表面で反射した光は、鏡面反射成分と拡散反射成分との両方を含むことになる。ここで、鏡面反射とは、反射面に対し、照明光の入射角と反射光の反射角とが等しい反射をいう。また、拡散反射は、反射面の微小の凹凸に起因して、照明光の入射角とは無関係にあらゆる方向に反射される反射という。特殊な場合（高精度なミラー面等）を除き、ほとんどの試料表面での反射は、両成分を含んでいる。

この鏡面反射成分と拡散反射成分との割合は、試料１０８の表面の特性に依存するものの、一般的には、試料１０８のある面について、その反射光の鏡面反射成分が向かう方向から観察すると、その面が最も明るく見える。従って、図１２において、平坦面１０８ａ、１０８ｃ、及び１０８ｅや、傾斜が緩やかである傾斜面１０８ｄについては、その反射光の鏡面反射成分は、対物レンズ１０７の開口内に向かう。その一方、傾斜が急峻である傾斜面１０８ｂについては、その反射光の鏡面反射成分は対物レンズ１０７の開口外へ向かってしまう。その結果、対物レンズ１０７の開口に届く傾斜面１０８ｂでの反射光は、拡散反射成分のみとなるため、鏡面反射成分と拡散反射成分との両方を含んでいる平坦面１０８ａ、１０８ｃ、及び１０８ｅや傾斜面１０８ｄでの反射光に比べ、微弱なものとなる。このため、ダイナミックレンジが有限である光検出器１１１やデジタル信号処理システムであるコンピュータ１１２では、傾斜が急峻である傾斜面１０８ｂの共焦点画像の取得や高さ情報の取得を適切に行えないという問題があった。

この問題に関し、例えば特許文献１には、開口数の大きい対物レンズ（高ＮＡ対物レンズ）に切り換えて、急峻な傾斜面からの反射光の鏡面反射成分を対物レンズの開口内に取り込むという技術が開示されている。

また、例えば特許文献２は、試料を載せたステージを適宜傾斜させることで試料の傾斜面を光軸方向に向けて画像を取り込むという技術が開示されている。
特開平１０−２０６７３９号公報 特開平１１−３０５１４０号公報

しかしながら、特許文献１のように高ＮＡ対物レンズを用いても、鏡面反射成分を取り込める角度には限界がある。また、高ＮＡ対物レンズは作動距離が短く、倍率にも制約があるため、適用できる試料が限られてしまい、様々な試料に適用することは難しい。

また、特許文献２のように試料を傾斜させるには、ステージの位置制御に極めて高い精度が要求されるため、実用上容易ではない。
本発明は上述した問題に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、急峻な傾斜面を有する試料でも高さ情報を精度良く取得できる走査型レーザ顕微鏡を提供することである。

本発明の態様のひとつである走査型レーザ顕微鏡は、レーザ光である照明光を試料上に集光する対物レンズと、該対物レンズで集光した該照明光を該試料に照射したときの該試料からの反射光を、該対物レンズの通過後に該照明光の光路から分離する偏光ビームスプリッタと、該偏光ビームスプリッタで分離した該反射光のうち共焦点絞りを通過したものの強度を検出する光検出器と、該偏光ビームスプリッタと該試料との間の光路上に対して挿脱可能であり、該照明光及び該反射光の偏光特性を変換する１／４波長板と、を有するというものである。

なお、上述した走査型レーザ顕微鏡において、該試料に照射される照明光を該試料の表面で二次元走査させる二次元走査機構が、該偏光ビームスプリッタと該対物レンズとの間の光路上に配置されており、該１／４波長板は、該二次元走査機構と該試料との間の光路上に対して挿脱可能である、ように構成することができる。

また、前述した走査型レーザ顕微鏡において、該走査型レーザ顕微鏡に対し予め複数設定されている動作モードからそのうちのひとつを選択する指示を取得する動作モード選択指示取得手段と、該動作モード選択指示取得手段が取得した指示に係る該動作モードの選択結果に応じて、該１／４波長板を該光路に対し挿脱する挿脱機構と、を更に有するように構成することができる。

なお、このとき、該動作モード選択指示取得手段が取得した指示に係る該動作モードの選択結果に応じて、該光検出器の検出感度を変更する制御を行う検出感度変更制御手段を更に有するように構成することができる。

本発明の別の態様のひとつである走査型レーザ顕微鏡は、レーザ光である照明光を試料上に集光する対物レンズと、該対物レンズで集光した該照明光を該試料に照射したときの該試料からの反射光を、該対物レンズの通過後に該照明光の光路から分離する無偏光ビームスプリッタと、該無偏光ビームスプリッタで分離した該反射光のうち共焦点絞りを通過したものの強度を検出する光検出器と、該無偏光ビームスプリッタと該光検出器との間の光路上に配置されており、該無偏光ビームスプリッタで分離した該反射光における特定の偏光成分を透過させる偏光板と、を有するというものである。

なお、上述した走査型レーザ顕微鏡において、該偏光板の透過軸が、該無偏光ビームスプリッタから該光検出器への光軸周りに回転可能であるように該偏光板を配置しているように構成することができる。

なお、このとき、該走査型レーザ顕微鏡に対し予め複数設定されている動作モードからそのうちのひとつを選択する指示を取得する動作モード選択指示取得手段と、該動作モード選択指示取得手段が取得した指示に係る該動作モードの選択結果に応じて、該偏光板の透過軸を、該無偏光ビームスプリッタから光検出器への光軸周りに回転させる回転機構と、を更に有するように構成することができる。

本発明の更なる別の態様のひとつである走査型レーザ顕微鏡は、レーザ光である照明光を試料上に集光する対物レンズと、該対物レンズで集光した該照明光を該試料に照射したときの該試料からの反射光を、該対物レンズの通過後に該照明光の光路から分離する無偏光ビームスプリッタと、該無偏光ビームスプリッタで分離した該反射光を第一の偏光成分と第二の偏光成分とに分離する偏光ビームスプリッタと、該偏光ビームスプリッタで分離した該反射光の該第一の偏光成分のうち第一の共焦点絞りを通過したものの強度を検出する第一の光検出器と、該偏光ビームスプリッタで分離した該反射光の該第二の偏光成分のうち第二の共焦点絞りを通過したものの強度を検出する第二の光検出器と、を有するというものである。

なお、上述した走査型レーザ顕微鏡において、該無偏光ビームスプリッタで分離した該反射光の偏光特性を変換する１／２波長板を、該無偏光ビームスプリッタと該偏光ビームスプリッタとの間の光路上に配置しているように構成することができる。

なお、このとき、該１／２波長板の光学軸が、該無偏光ビームスプリッタから該偏光ビームスプリッタへの光軸周りに回転可能であるように該１／２波長板を配置しているように構成することができる。

本発明の更なる別の態様のひとつである走査型レーザ顕微鏡は、レーザ光である照明光を試料上に集光する対物レンズと、該対物レンズで集光した該照明光を該試料に照射したときの該試料からの反射光を、該対物レンズの通過後に該照明光の光路から分離する偏光ビームスプリッタと、該偏光ビームスプリッタで分離した該反射光のうち第一の共焦点絞りを通過したものの強度を検出する第一の光検出器と、該偏光ビームスプリッタと該対物レンズとの間の光路上に配置されており、該試料からの反射光の一部を、該対物レンズの通過後に該照明光の光路から分離する無偏光ビームスプリッタと、該無偏光ビームスプリッタで分離した該反射光の一部における特定の偏光成分を透過させる偏光板と、該反射光の一部における該偏光板を透過した該特定の偏光成分のうち第二の共焦点絞りを通過したものの強度を検出する第二の光検出器と、を有するというものである。

なお、上述した走査型レーザ顕微鏡において、該第一の光検出器若しくは該第二の光検出器により検出された光強度に基づいて該試料の高さ情報を生成する高さ情報生成手段と、該走査型レーザ顕微鏡に対し予め複数設定されている動作モードからそのうちのひとつを選択する指示を取得する動作モード選択指示取得手段と、を更に有し、該高さ情報生成手段は、該第一の光検出器と該第二の光検出器とのうちのどちらか一方を、該動作モード選択指示取得手段が取得した指示に係る該動作モードの選択結果に応じて選択し、選択されたものにより光強度に基づいて該試料の高さ情報を生成する、ように構成することができる。

また、前述した走査型レーザ顕微鏡において、該第一の光検出器と該第二の光検出器とは、検出感度が異なるように構成することができる。
また、前述した走査型レーザ顕微鏡において、該第一の光検出器により検出された光の強度を示す第一の光強度情報と該第二の光検出器により検出された光の強度を示す第二の光強度情報とを記憶する記憶手段と、該試料上の各測定点についての該第一の光強度情報と所定の閾値との大小比較を行い、該測定点毎に該大小比較の結果に応じ、該記憶手段に記憶されている該第一の光強度情報を、該測定点が対応している該第二の光強度情報に置き換える置換手段と、該置換手段による置き換え後の該第一の光強度情報により示されている光の強度に基づいて、該試料の高さ情報を生成する高さ情報生成手段と、を更に有するように構成することができる。

本発明によれば、急峻な傾斜面を有する試料でも高さ情報を精度良く取得できる走査型レーザ顕微鏡の提供を可能にするという効果を奏する。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
まず図１について説明する。図１は、本発明を実施する走査型レーザ顕微鏡の構成の第一の例を示している。

図１において、レーザ光源１から出射されたレーザ光である照明光５０は、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ：Polarization Beam Splitter）２を通過し、照明光５１として二次元走査機構３に入射する。

二次元走査機構３はＰＢＳ２と対物レンズ５との間の光路上に配置されており、コンピュータ１２に接続されている。二次元走査機構３は、入射した照明光５１をコンピュータ１２による制御に従って二次元走査して照明光５２として出射すると、１／４波長板４及び対物レンズ５を介して集束される照明光５３であるスポット光を、ステージ１１上の試料台１０に載置された試料６の表面においてＸＹ方向（互いに直交しており対物レンズ５の光軸に垂直な２方向）に二次元走査させる。

なお、ステージ１１はコンピュータ１２に接続されており、コンピュータ１２による制御に従ってＺ方向（対物レンズ５の光軸方向）に移動する。ステージ１１をＺ方向に移動させると、対物レンズ５が集光したスポット光の試料６上での集光位置がＺ方向に移動する。

一方、対物レンズ５が集光したスポット光を試料６に照射したときに試料６で反射したものである反射光５４は、対物レンズ５及び１／４波長板４の通過後に反射光５５として二次元走査機構３に戻り、更に二次元走査機構３から反射光５６としてＰＢＳ２へ戻される。すると、ＰＢＳ２はこの反射光５６を反射して反射光５７となり、結像レンズ７を透過する。

結像レンズ７を透過した反射光５７のうちピンホール８を通過したものが、光検出器（例えばＰＭＴ：Photo Multiplier Tube ）９に受光される。なお、ピンホール８は対物レンズ５の集光位置に対し光学的に共役な位置に配置されている共焦点絞りであり、試料６表面で反射した光のうち対物レンズ５の集光位置以外からのものをカットする。

光検出器９は、入射した反射光５７の強度を検出し、当該強度に対応した大きさの電気信号をコンピュータ１２へ出力する。コンピュータ１２は、光検出器９から出力される電気信号を取り込み、当該電気信号に基づいて試料６の高さ情報を生成し、その生成結果等をモニタ１３に表示する処理を行う。

なお、二次元走査機構３と対物レンズ５との間の光路上に配置されている１／４波長板４は挿脱機構２０により保持されている。挿脱機構２０は、モータなどの電動駆動により、１／４波長板４を移動させて当該光路上に対して挿脱することを可能としている。なお、挿脱機構２０はコンピュータ１２に接続されており、コンピュータ１２がモニタ１３に表示させるＧＵＩ（Graphical User Interface）設定画面と不図示の入力装置（キーボード装置やマウス装置など）とを通じ、走査型レーザ顕微鏡のユーザが所定の指示を行うと、当該指示を取得したコンピュータ１２の制御により挿脱機構２０が上記の挿脱動作を行う。

なお、コンピュータ１２は、ごく標準的な構成のコンピュータ、すなわち、制御プログラムの実行によってコンピュータ１２全体の動作制御を司るＭＰＵ等の演算処理装置と、この演算処理装置が必要に応じてワークメモリとして使用するメインメモリと、各種のプログラムや制御データなどを記憶して保存しておく例えばハードディスク装置などの記憶装置と、図１に示した走査型レーザ顕微鏡の各構成要素や不図示の入力装置などとの間で行われる各種のデータの授受を管理するインタフェース部と、を有しているコンピュータ、を利用することができる。このコンピュータ１２により行われる各種の処理は、当該処理をコンピュータ１２に行わせるための制御プログラムを当該記憶装置に予め格納しておき、当該演算処理装置が当該制御プログラムを読み出して実行することによって、実現される。

このような構成を有する図１の走査型レーザ顕微鏡における、１／４波長板４が当該光路上に配置されている状態の動作について、まず説明する。なお、この状態は、この走査型レーザ顕微鏡の動作モードのひとつである通常測定モードとしてコンピュータ１２に予め設定されている。この通常測定モードは、平坦面や傾斜の緩やかな傾斜面のみで構成された試料６を、この走査型レーザ顕微鏡での測定対象とする場合に選択される動作モードである。従って、ここでは、このような試料６がステージ１１上に載置されているものとする。

レーザ光源１から出射された照明光５０は、直線偏光の特性を持っており、その偏光方向は、図１の紙面において光の進行方向を示す矢印に垂直な２方向の矢印で表現したように、ここでは当該紙面に平行になるように配置されている。この照明光５０が入射するＰＢＳ２には、当該紙面に平行な偏光成分を透過し、紙面に垂直な成分を反射する特性を持たせておく。従って、ＰＢＳ２に入射した照明光５０はＰＢＳ２を透過しても、この直線偏光の特性を維持したまま照明光５１として二次元走査機構３に入射する。二次元走査機構３が照明光５１を二次元走査して、この直線偏光の特性を維持したまま照明光５２として出射すると、照明光５２は１／４波長板４に入射する。

１／４波長板４は、照明光５２における直線偏光の方向に対し光学軸（速軸と遅軸とのどちらでも構わない）が４５°となるように配置しておく。従って、１／４波長板４に照明光５２を入射させると、偏光特性が変換され、出射する照明光５３の偏光特性が円偏光となる。なお、図１の紙面においては、円偏光の特性を、光の進行方向を示す矢印を中心に回転する方向の矢印により表現している。この照明光５３は、対物レンズ５により集光されて試料６に照射される。

照明光５３であるスポット光を試料６に照射したときに試料６で反射したものである反射光５４には、鏡面反射成分と拡散反射成分とが混在している。但し、前述したように、ここでは、試料６の表面が平坦面や傾斜の緩やかな傾斜面のみで構成されているものとしているので、二次元走査されているスポット光についての試料６上からの鏡面反射成分は、対物レンズ５の開口内に全て反射される。ここで、鏡面反射成分は、その偏光特性が入射光である照明光５３と変化しないので、試料６からの反射光５４は円偏光のままである。

その後、この反射光５４は、対物レンズ５の通過後に再び１／４波長板４に入射する。すると、１／４波長板４は、円偏光である反射光５４の偏光特性を変換し、偏光方向が図１の紙面に対し垂直な直線偏光の特性を有する反射光５５として出射する。なお、図１の紙面においては、当該紙面に対し垂直な直線偏光の特性を、光の進行方向を示す矢印が貫いている黒丸と当該黒丸を囲む丸とにより表現している。

なお、図１における偏光特性の表現は、後に説明する各図においても同様の表現を用いることとする。
その後、反射光５５は、二次元走査機構３を通過した後に、反射光５６としてＰＢＳ２に入射する。ここで、反射光５６は、図１の紙面に対し垂直な直線偏光の特性（反射光５５と同特性）を有しているので、ＰＢＳ２は、入射した反射光５６を反射して照明光５１の光路から分離し、反射光５７として出射する。このようにしてＰＢＳ２が当該光路から分離した反射光５７のうち、結像レンズ７を通過し更にピンホール８を通過したものが光検出器９により検出される。

次に、図１の走査型レーザ顕微鏡における、１／４波長板４が光路上から除かれた状態の動作について、まず説明する。なお、この状態は、この走査型レーザ顕微鏡の動作モードのひとつである急斜面測定モードとしてコンピュータ１２に予め設定されている。この急斜面測定モードは、傾斜の急峻な傾斜面が含まれている試料６を、この走査型レーザ顕微鏡での測定対象とする場合に選択される動作モードである。従って、ここでは、このような試料６がステージ１１上に載置されているものとする。

この場合には、二次元走査機構３から出射した照明光５２は、１／４波長板４を通過しないので、紙面に平行な直線偏光のまま対物レンズ５を透過して試料６上に集光される。従って、試料６で反射した光のうちの鏡面反射成分は、紙面に平行な直線偏光の特性のまま、対物レンズ５及び二次元走査機構３を通過してＰＢＳ２に入射する。ＰＢＳ２は、このような、紙面に平行な直線偏光である鏡面反射成分は反射せずに透過させるので、光検出器９には、この鏡面反射成分は到達しない。

一方、試料６で反射した光のうちの拡散反射成分は、偏光特性が完全な直線偏光ではなく、偏光特性が乱れた部分偏光となっている（試料６表面の粗面の程度が大きい（粗い）ほど、偏光特性がランダムになる）。従って、対物レンズ５及び二次元走査機構３を通過してＰＢＳ２に入射した当該拡散反射成分のうち、そのうちの図１の紙面に垂直な偏光成分には、ＰＢＳ２で反射されて結像レンズ７及びピンホール８を通過し、光検出器９に到達して検出されるものがある。つまり、１／４波長板が光路上から除かれた状態の場合には、試料６で反射した光のうち、鏡面反射成分は光検出器９で検出されず、拡散反射成分のみが光検出器９で検出されることになる。

なお、試料６で反射した光における拡散反射成分は、鏡面反射成分に比べて通常は微弱である。そこで、コンピュータ１２は、走査型レーザ顕微鏡の動作モードとして急斜面測定モードが選択された場合には、光検出器９の検出感度を変更して、通常測定モードにおける検出感度よりも高感度にする制御処理を行い、当該拡散反射成分を良好に検出できるようにする。

以上のような通常測定モード及び急斜面測定モードでの走査型レーザ顕微鏡の動作において、コンピュータ１２は、二次元走査機構３によってスポット光の試料６表面での二次元走査を行うと共に、ステージ１１で試料６をＺ方向に離散的に移動させながら、測定領域の各測定点における光の強度の検出を光検出器９に行わせることで、各測定点における対物レンズ５と試料６との相対位置Ｚと光検出器９の出力Ｉとの関係を示す情報（ＩＺデータ）を取得する処理を行う。

次に図２について説明する。図２は、図１に示した走査型レーザ顕微鏡により取得されるＩＺデータにより表されるＩ−Ｚカーブの例を示したものである。ここで、（ａ）は、通常測定モードでの動作におけるカーブ例を示しており、と（ｂ）急斜面測定モードでの動作におけるカーブ例を示している。

図２の（ａ）における実線のカーブは、試料６における平坦面上の測定点についてＩＺデータを取得した場合についてのものを示している。このカーブから分かるように、試料６における平坦面上では、当該測定点が対物レンズ５の集光位置Ｚ０に位置している場合には、光検出器９の出力は最大となり、この位置から対物レンズ５と試料６の相対位置が離れると、光検出器９の出力は急激に低下する。この特性を利用し、コンピュータ１２は、試料６の各測定点で光検出器６の出力が最大になるステージ１１の位置を検出し、この検出結果から試料６の高さ情報を取得する処理を行う。

このように、試料６が平坦面及び緩やかな傾斜面のみで構成されている場合には、走査型レーザ顕微鏡の動作モードとして通常測定モードを選択することにより、試料６の高さ情報を精度良く取得することができる。

一方、図２の（ａ）における破線のカーブは、試料６における急峻な傾斜面上の測定点についてＩＺデータを取得した場合についてのものを示している。このカーブから分かるように、試料６における急峻な傾斜面上では、当該測定点が対物レンズ５の集光位置Ｚ０に位置している場合でも、光検出器９の出力は雑音レベルに近いほどの低レベルであり、非常にＳ／Ｎが悪いため、高さ情報を精度良く取得することは困難である。

これに対し、図２の（ｂ）における破線のカーブは、急斜面測定モードでの動作を選択したときに、試料６における急峻な傾斜面上の測定点についてＩＺデータを取得した場合についてのものを示している。前述したように、図１に示した走査型レーザ顕微鏡では、急斜面測定モードでの動作時には、１／４波長板４を光路上から除去することで、試料６で反射した光の鏡面反射成分を光検出器９への光路から遮断する制御が行われる。この結果、図２の（ｂ）における実線のカーブで表されているように、試料６における平坦面上の測定点のＩＺデータは通常測定モードでの動作時に比べてＳ／Ｎがやや低下するものの、急峻な傾斜面上の測定点のＩＺデータは、通常測定モードでの動作時に比べてＳ／Ｎが顕著に向上する。なお、急斜面測定モードでの動作時における試料６における平坦面上の測定点のＩＺデータのＳ／Ｎ比の低下は、コンピュータ１２による光検出器９の検出感度の変更制御により補われる。この結果、試料６が平坦面と急峻な傾斜面との両方を含む場合でも、試料６表面の測定領域全体に亘り、高さ情報の取得を精度良く行うことができる。

ところで、前述した通常測定モードや急斜面測定モードといった、走査型レーザ顕微鏡の動作モードの選択は、コンピュータ１２がモニタ１３に表示させるＧＵＩ設定画面と不図示の入力装置（キーボード装置やマウス装置など）とを通じて、走査型レーザ顕微鏡のユーザが行う。コンピュータ１２は、ユーザからの当該選択の指示を取得すると、当該選択の結果に応じて、挿脱機構２０による１／４波長板４の挿脱動作の制御や、光検出器９に対する検出感度の変更制御などといった、走査型レーザ顕微鏡に対する各種の設定の切り換え処理を実行する。

ここで図３について説明する。図３は、コンピュータ１２がモニタ１３に表示させるＧＵＩ設定画面の一例を示している。この設定画面は、走査型レーザ顕微鏡のユーザが不図示の入力装置を操作して所定の設定画面表示指示を行うと、当該指示を入力装置から取得したコンピュータ１２がモニタ１３の表示制御処理を行うことにより表示される。

図３において、測定モード選択ボタン４１は、走査型レーザ顕微鏡に対し予め複数設定されている動作モードのうち、通常測定モード若しくは急斜面測定モードのどちらか一方を選択するいわゆるラジオボタンである。ここで、入力装置に対するユーザの操作により「Ｎｏｒｍａｌ」が選択された場合には、コンピュータ１２は、ユーザによる動作モードの選択指示結果として、通常測定モードを取得する。一方、ここで、入力装置に対するユーザの操作により「Ｓｔｅｅｐ」が選択された場合には、コンピュータ１２は、ユーザによる動作モードの選択指示結果として、急斜面測定モードを取得する。

検出感度設定部４２は、走査型レーザ顕微鏡の各動作モードにおける光検出器９の検出感度を示す数値の設定欄であり、レーザ出力設定部４３は、レーザ光源１から出射されるレーザ光の強度レベルを示す数値の設定欄である。また、高さ情報取得開始ボタン４４は、試料６の高さ情報の取得開始を、コンピュータ１２に指示するために押下操作されるボタンである。

例えば、図３において、測定モード選択ボタン４１が操作されて、その選択状態が、「Ｎｏｒｍａｌ」から「Ｓｔｅｅｐ」へと切り替えられると、この切り替えにより動作モードの通常測定モードから急斜面測定モードへの変更指示を取得したコンピュータ１２は、当該変更指示に係る急斜面測定モードの選択に応じて、挿脱機構２０を制御して１／４波長板４を光路上から外させる処理を行うと共に、光検出器９の検出感度を、検出感度設定部４２において急斜面測定モード用として予め設定されていた感度（通常測定モードよりも高い感度）に変更する制御処理を行う。一方、測定モード選択ボタン４１が操作されて、その選択状態が、「Ｓｔｅｅｐ」から「Ｎｏｒｍａｌ」へと切り替えられると、この切り替えにより動作モードの急斜面測定モードから通常測定モードへの変更指示を取得したコンピュータ１２は、当該変更指示に係る通常測定モードの選択に応じて、挿脱機構２０を制御して１／４波長板４を光路上に挿入させる処理を行うと共に、光検出器９の検出感度を、検出感度設定部４２において通常測定モード用として予め設定されていた感度（急斜面測定モードよりも低い感度）に変更する制御処理を行う。

以上のように、図１に示した走査型レーザ顕微鏡によれば、予め複数設定されている動作モードからそのうちのひとつを選択するという簡単な切り換え指示操作により、急峻な傾斜面を有する試料６でも、高さ情報を精度良く取得することができる。

なお、図１に示した走査型レーザ顕微鏡では、急斜面測定モードでの動作時には、試料６で反射した光のうちの微弱な拡散反射成分を良好に検出するために、光検出器９の検出感度を高感度に設定するようにしていた。この代わりに、レーザ光源１から出射されるレーザ光の強度を強めて、光検出器９にまで到達する拡散反射成分を増やすようにしてもよい。更には、光検出器９の検出感度の制御とレーザ光源１から出射されるレーザ光の強度の制御とを並行して行うようにしてもよい。

また、図１に示した走査型レーザ顕微鏡では、１／４波長板４の光路上に対する挿脱を、コンピュータ１２での制御に基づく挿脱機構２０の電動駆動により行うようにしていた。この代わりに、１／４波長板４の光路上に対する挿脱を、ユーザが手動で行うようにしてもよい。つまり、１／４波長板４を光路上から挿脱可能であるように単純に配置しておき、１／４波長板４の光路上に対する挿脱状態に応じ、ユーザがモニタ１３に表示される観察画像を見ながら、レーザ光源１から出射されるレーザ光の強度や、光検出器９の検出感度を、図３に示したＧＵＩ画面を利用して設定するようにしてもよい。あるいは、１／４波長板４の光路上に対する挿脱状態を検出する図示しないセンサを手動の挿脱機構２０に設け、このセンサの検出信号をコンピュータ１２が取得するように構成し、光検出器９の検出感度、若しくは前述したレーザ光源１から出射されるレーザ光の強度を、コンピュータ１２が、このセンサの検出信号に基づき自動的に変更する制御処理を行うようにしてもよい。

また、図１に示した走査型レーザ顕微鏡では、１／４波長板４を、二次元走査機構３と対物レンズ５との間の光路上で挿脱するようにしていたが、その挿脱の位置は、二次元走査機構３と試料６との間の光路上であれば、どの位置でもよい。更には、１／４波長板４の挿脱の位置は、ＰＢＳ２と試料６との間の光路上であれば、どの位置でもよい。

また、以上までに説明した、図１に示した走査型レーザ顕微鏡の各構成要素間での照明光及び反射光における直線偏光の特性は、その偏光方向が紙面に対し平行若しくは垂直であるとしたが、この変更方向は説明上便宜的に設定したものに過ぎない。すなわち、実際には、その偏光方向が紙面に対し平行若しくは垂直であるとした直線偏光の２つの特性において、それらが空間的に直交する関係が保たれているものであれば、これに限定するものではない。

次に図４について説明する。図４は、本発明を実施する走査型レーザ顕微鏡の構成の第二の例を示している。
なお、図４において、図１に示した第一の例におけるものと実質上同一の構成要素には同一符号を付しており、それらについては詳細な説明を省略する。

図４に示した構成は、図１に示した第一の例の構成において、ＰＢＳ２の位置に、ＰＢＳ２の代わりに、無偏光ビームスプリッタ（ＮＰＢＳ：Non Polarization Beam Splitter）２２を配置すると共に、レーザ光源１とＮＰＢＳ２２との間の光路上に第一の偏光板２１を配置し、更に、ＮＰＢＳ２２と結像レンズ７との間の光路上には、第二の偏光板２３を配置して構成されている。なお、図４の構成では、１／４反射板４は、二次元走査機構３と対物レンズ５との間の光路上に常に配置されており、挿脱機構２０は削除されている。

第一の偏光板２１は、その透過軸が図４の紙面に平行に配置されており、レーザ光源１から出射される図４の紙面に平行な直線偏光の照明光５０を透過する。
ＮＰＢＳ２２は、試料６で反射した光を、１／４波長板４及び二次元走査機構３を通過した後に、透過光と反射光とに（例えば透過光：反射光＝１：１の割合で）分割する。

第二の偏光板２３は回転機構２４により保持されている。回転機構２４は、モータなどの電動駆動により、第二の偏光板２３の透過軸（光の振動を透過させる軸であり、これに平行な方向に振動面を有する光を透過する。）を、ＮＰＢＳ２２からの反射光の光軸周りに回転させることを可能としている。なお、回転機構２４はコンピュータ１２に接続されており、コンピュータ１２の制御により回転機構２４が上記の回転動作を行う。

このような構成を有する図４の走査型レーザ顕微鏡では、回転機構２４で第二の偏光板２３を回転させることで、試料６で反射した光の鏡面反射成分の検出に使用する動作モードである通常測定モードと、当該鏡面反射成分を遮断して当該光の拡散反射成分の検出に使用する動作モードである急斜面測定モードとの切り換えを行うことができる。

まず、図４の走査型レーザ顕微鏡において、表面が平坦面や緩やかな傾斜面で構成されている試料６を測定対象とした動作モードである、通常測定モードでの動作について説明する。

まず、レーザ光源１から出射された図４の紙面に平行な直線偏光の照明光５０は、第一の偏光板２１に入射する。この第一の偏光板２１は、透過軸が図４の紙面に平行に配置されているので照明光５０を透過する。その後、照明光５０は、偏光特性を維持したままＮＰＢＳ２２を透過して照明光５１となる。

次に、照明光５１は二次元走査機構３によって二次元走査されて照明光５２となって１／４波長板４に入射する。１／４波長板４は、照明光５２における直線偏光の方向に対し光学軸（速軸と遅軸とのどちらでも構わない）が４５°となるように配置されているので、１／４波長板４に照明光５２を入射させると、偏光特性が変換され、出射する照明光５３の偏光特性が円偏光となる。この照明光５３が、対物レンズ５により集光されて試料６に照射される。

前述したように、試料６の表面は平坦面や傾斜の緩やかな傾斜面のみで構成されているので、二次元走査されているスポット光についての試料６上からの鏡面反射成分は、対物レンズ５の開口内に全て反射される。ここで、鏡面反射成分は、その偏光特性が入射光である照明光５３と変化しないので、試料６からの反射光５４は円偏光のままである。

この反射光５４は、対物レンズ５の通過後に再び１／４波長板４に入射する。すると、１／４波長板４は、円偏光である反射光５４の偏光特性を変換し、偏光方向が図１の紙面に対し垂直な直線偏光の特性を有する反射光５５として出射する。

その後、反射光５５は、二次元走査機構３を通過した後に、反射光５６としてＮＰＢＳ２２に入射する。ここで、ＮＰＢＳ２２は、反射光５６の一部を反射して照明光５１の光路から分離し、反射光５７として出射する。その後、この反射光５７は、第二の偏光板２３に入射する。

第二の偏光板２３は、通常測定モードでの動作時には、コンピュータ１２が回転機構２４を制御する処理を行うことで、その透過軸が図４の紙面に対し垂直となるように配置される。従って、反射光５７における鏡面反射成分は、第二の偏光板２３を透過し、その後結像レンズ７及びピンホール８を通過することで、光検出器９により検出される。

次に、図４の走査型レーザ顕微鏡において、表面に急峻な傾斜面が含まれている試料６を測定対象とした動作モードである、急斜面測定モードでの動作について説明する。
急斜面測定モードでの動作時には、第二の偏光板２３は、コンピュータ１２が回転機構２４を制御する処理を行うことで、その透過軸が図４の紙面に対し平行となるように配置される。すると、試料６で反射した光のうちの鏡面反射成分は第二の偏光板２３で遮断され、当該光の拡散反射成分のうち特定の偏光成分（第二の偏光板２３に入射する拡散反射成分のうち、図４の紙面に垂直な偏光成分）のみが第二の偏光板２３を透過できる。このときに透過した拡散反射成分は、その後結像レンズ７及びピンホール８を通過することで、光検出器９により検出される。

以上のように、図４に示した走査型レーザ顕微鏡では、通常測定モードと急斜面測定モードとの動作モードの切り替えを、回転機構２４で第二の偏光板２３の透過軸を、ＮＰＢＳ２２からの反射光の光軸周りに回転させて、その透過軸の方向を変化させることで行う。

なお、動作モードの切り替えに伴うその他の動作（例えば、ユーザが不図示の入力装置を操作して、走査型レーザ顕微鏡に対し予め設定されている複数の動作モードからそのうちのひとつを選択する指示を行った場合に、コンピュータ１２が当該指示を取得し、当該指示に係る動作モードの選択結果に応じて、回転機構２４を制御して第二の偏光板２３を回転させて、その透過軸を当該動作モードについて予め設定されている向きとすると共に、光検出器９の検出感度を、当該動作モードについて予め設定されている感度に変更する制御処理動作）については、図１に示した第一の例に係るものと同様に行う。また、高さ情報の取得動作についても、図１に示した第一の例に係るものと同様に行う。

以上のように、図４に示した走査型レーザ顕微鏡では、第二の偏光板２３を光軸周りに回転させて透過軸の方向を変化させることで、図１に示したものと同様、急峻な傾斜面を有する試料６でも、高さ情報を精度良く取得することができる。

なお、図４に示した走査型レーザ顕微鏡では、第二の偏光板２３の回転を、コンピュータ１２での制御に基づく回転機構２４の電動駆動により行うようにしていた。この代わりに、第二の偏光板２３の回転を、ユーザが手動で行うようにしてもよい。また、このようにする場合において、ユーザが、第二の偏光板２３の透過軸の方向に応じて、モニタ１３に表示される観察画像を見ながら、レーザ光源１から出射されるレーザ光の強度や、光検出器９の検出感度を、図３に示したＧＵＩ画面を利用して設定するようにしてもよい。

また、図４に示した走査型レーザ顕微鏡では、第二の偏光板２３を、ＮＰＢＳ２２と結像レンズ７との間の光路上に配置していたが、第二の偏光板２３の配置位置は、ＮＰＢＳ２２と光検出器９との間の光路上であれば、どの位置でもよい。

また、図４に示した走査型レーザ顕微鏡におけるＮＰＢＳ２２による透過光と反射光との分割の割合は、透過光：反射光＝１：１に限らず、この割合を異なるものとしてもよい。

ところで、第一の偏光板２１及び１／４波長板４は、試料６で反射した光のレーザ光源１への戻り光、特に鏡面反射成分を遮断して、当該戻り光がレーザ光源１に入射してレーザ光の励起が不安定になることを防止するために備えている。すなわち、ＮＰＢＳ２２に入射する反射光５６の鏡面反射成分は、図４の紙面に垂直な直線偏光であるので、ＮＰＢＳ２２を透過した鏡面反射成分は、透過軸が紙面に平行となるように配置されている第一の偏光板２１によって遮断され、レーザ光源１には到達できない。

しかし、このレーザ光源１への戻り光の影響を無視できるのであれば、第一の偏光板２１及び１／４波長板４は必ずしも必要ではない。これらを削除した場合には、試料６で反射した光のうち第二の偏光板２３に入射する鏡面反射成分は、図４の紙面に平行な直線偏光になる。従って、この場合には、第二の偏光板２３の透過軸が当該紙面に平行となるように（鏡面反射成分が透過するように）第二の偏光板２３を配置する状態を通常測定モードとし、当該透過軸が当該紙面に対し垂直となるように（鏡面反射成分を遮断するように）第二の偏光板２３を配置する状態を急斜面測定モードとすればよい。

また、図４に示した走査型レーザ顕微鏡では、レーザ光源１は直線偏光の照明光５０を出射するものとしていたが、レーザ光源１の出射する照明光５０は直線偏光でなくてもよい。但し、この場合には、レーザ光源１の出射部には第一の偏光板２１が必須となる。このとき、第一の偏光板２１は、透過軸と平行な直線偏光のみを透過するので、第一の偏光板２１を透過した照明光５１は、図４の紙面に平行な直線偏光となる。

次に図５について説明する。図５は、本発明を実施する走査型レーザ顕微鏡の構成の第三の例を示している。
なお、図５において、図１に示した第一の例におけるもの若しくは図４に示した第二の例におけるものと実質上同一の構成要素には同一符号を付しており、それらについては詳細な説明を省略する。

図５に示した構成は、図４に示した第二の例の構成において、結像レンズ７とピンホール８との間の光路上に偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）２５を配置すると共に、結像レンズ７を透過した反射光５７のうちＰＢＳ２５が反射したものを通過させる第二のピンホール２６と、第二のピンホール２６を通過した光を受光する第二の光検出器２７とを備えて構成されている。なお、図５の構成では、第二の偏光板２３及び回転機構２４は削除されている。

なお、以降の説明では、第二のピンホール２６及び第二の光検出器２７との区別を容易にするために、ピンホール８及び光検出器９を、それぞれ第一のピンホール８及び第一の光検出器９と称することとする。

ＰＢＳ２５は、ＮＰＢＳ２２で分離した反射光５７を２つの偏光成分に分離するものであり、反射光５７における図５の紙面に対し垂直である偏光成分（第一の偏光成分）を透過し、反射光５７における当該紙面に平行な偏光成分（第二の偏光成分）を反射するようにしている。ＰＢＳ２５により分離された反射光５７の第一の偏光成分のうち第一のピンホール８を通過したものが、第一の光検出器９に受光され、ＰＢＳ２５により分離された反射光５７の第二の偏光成分のうち第二のピンホール２６を通過したものが、第二の光検出器２７に受光される。

第二のピンホール２６は、対物レンズ５の集光位置に対し光学的に共役な位置に配置されている共焦点絞りであり、試料６表面で反射した光のうち対物レンズ５の集光位置以外からのものをカットする。

第二の光検出器２７は、第二のピンホール２６を通過した光の強度を検出し、当該強度に対応した大きさの電気信号をコンピュータ１２へ出力する。コンピュータ１２は、光検出器９から出力される電気信号を取り込む処理を行う。

このような構成を有する図５の走査型レーザ顕微鏡では、試料６の高さ情報の生成を、第一の光検出器９から出力される電気信号と、第二の光検出器２７から出力される電気信号とのどちらに基づいて行うかを選択することで、試料６で反射した光の鏡面反射成分の検出に使用する動作モードである通常測定モードと、当該鏡面反射成分を遮断して当該光の拡散反射成分の検出に使用する動作モードである急斜面測定モードとの切り換えを行うことができる。

図５の構成において、ＮＰＢＳ２２によって反射されて結像レンズ７に到達した試料６からの反射光５７の鏡面反射成分は、前述したように、図５の紙面に対し垂直な直線偏光である。従って、この鏡面反射成分はＰＢＳ２５を透過する。一方、結像レンズ７に到達した試料６からの反射光５７の拡散反射成分は、その一部の成分（図５の紙面に平行な偏光成分）がＰＢＳ２５によって反射される。

従って、図５の走査型レーザ顕微鏡を通常測定モードでの動作させる場合には、コンピュータ１２は、試料６の高さ情報の生成処理を、第一の光検出器９から出力される電気信号に基づいて行うようにする。一方、図５の走査型レーザ顕微鏡を急斜面測定モードでの動作させる場合には、コンピュータ１２は、試料６の高さ情報の生成処理を、第二の光検出器２７から出力される電気信号に基づいて行うようにする。

なお、前述したように、試料６で反射した光における拡散反射成分は、鏡面反射成分に比べて通常は微弱である。そこで、コンピュータ１２は、試料６の高さ情報の生成処理の前に予め行っておく検出感度の設定処理において、第二の光検出器２７の検出感度を、第一の光検出器９の検出感度と異なるように（第一の光検出器９の検出感度よりも高感度に）設定しておくようにして、当該拡散反射成分を良好に検出できるようにする。

なお、動作モードの切り替えに伴うその他の動作（例えば、ユーザが不図示の入力装置を操作して、走査型レーザ顕微鏡に対し予め設定されている複数の動作モードからそのうちのひとつを選択する指示を行った場合に、コンピュータ１２が当該指示を取得し、当該指示に係る動作モードの選択結果に応じて、試料６の高さ情報の生成処理において使用する電気信号として、第一の光検出器９と第二の光検出器２７とのどちらから出力されるものを使用するかを選択する制御処理動作）については、図１に示した第一の例に係るものと同様に行う。また、高さ情報の取得動作についても、図１に示した第一の例に係るものと同様に行う。

以上のように、図５に示した走査型レーザ顕微鏡では、第一の光検出器９から出力される電気信号と第二の光検出器２７から出力される電気信号とのどちらかの選択を行い、選択した電気信号に基づいて試料６の高さ情報を生成することで、図１に示したものと同様、急峻な傾斜面を有する試料６でも、高さ情報を精度良く取得することができる。また、光検出器を２つ備えているので、光学素子の挿脱動作や回転動作等の機械的な切り換え無しに、通常測定モードでの試料６の高さ情報の生成と、急斜面測定モードでの試料６の高さ情報の生成とを並行して同時に行うようにすることもできる。

なお、図５に示した走査型レーザ顕微鏡では、ＰＢＳ２５が、試料６で反射した光のうちの鏡面反射成分を透過し、当該光のうちの拡散反射成分を反射するようにとしていたが、直線偏光特性を有するレーザ光源１の光軸方向の向きにより、これらの特性を逆にするように構成することもできる。

また、図５に示した走査型レーザ顕微鏡では、第一の偏光板２１及び１／４波長板４は、試料６で反射した光のレーザ光源１への戻り光、特に鏡面反射成分を遮断して、当該戻り光がレーザ光源１に入射してレーザ光の励起が不安定になることを防止するために備えている。しかし、前述した図４に示したものと同様にすることにより、このレーザ光源１への戻り光の影響を無視できるのであれば、第一の偏光板２１及び１／４波長板４は必ずしも必要ではない。

また、図５に示した走査型レーザ顕微鏡において、図６に示すように、ＮＰＢＳ２２とＰＢＳ２５との間の光路上に、ＮＰＢＳ２２で分離した反射光５７の偏光特性を変換する１／２波長板２８を配置すると共に、１／２波長板２８を保持しており、モータなどの電動駆動により、この１／２波長板２８の光学軸を、ＮＰＢＳ２２からＰＢＳ２５への光軸周りに回転させることが可能な回転機構２９を配置する構成とすることもできる。なお、回転機構２９はコンピュータ１２に接続されており、コンピュータ１２の制御により回転機構２９が上記の回転動作を行う。

このような構成を有する図６の走査型レーザ顕微鏡では、１／２波長板２８の光学軸を回転させることで、１／２波長板２８を透過する直線偏光の方向を任意に設定することができる。

ここで図７について説明する。図７は、１／２波長板２８の光学軸を回転させたときの、試料６で反射した光の偏光特性を図示したものであり、光軸方向から見たときのその振動方向を示したものである。ここで、太線の矢印は、試料６で反射した光の鏡面反射成分の振動方向を表現しており、細線の矢印は、試料６で反射した光の拡散反射成分を表現している。

図７において、（ａ）は、１／２波長板２８の光学軸を回転して、試料６からの反射光５７の鏡面反射成分の直線偏光の方向に一致させた場合を示している。
このとき、１／２波長板２８を透過した反射光５８は、１／２波長板２８に入射した反射光５７と同一の偏光特性を維持している。従って、この後に結像レンズ７を透過してＰＢＳ２５に入射した反射光５８は、図５の走査型レーザ顕微鏡と同様に、ＰＢＳ２５によって鏡面反射成分（反射光５９）と拡散反射成分の一部の成分（反射光６０）とに分離される。

一方、図７において、（ｂ）は、１／２波長板２８の光学軸を回転して、試料６からの反射光５７の鏡面反射成分の直線偏光の方向に対し、θだけ角度を持たせた場合を示している。

このとき、１／２波長板２８を透過した反射光５８の偏光特性は、反射光５７の偏光特性を、光軸周りに２θの角度だけ回転させたものになっている。従って、この後に反射光５８を結像レンズ７の透過後にＰＢＳ２５に入射させると、ＰＢＳ２５を透過した反射光５９は、鏡面反射成分がＰＢＳ２５で減衰されるため、（ａ）の場合における反射光５９に比べて光強度が低下する。一方、ＰＢＳ２５が反射した反射光６０には、鏡面反射成分が拡散反射成分に一部混入するので、（ａ）の場合における反射光６０に比べて光強度が増加する。これはつまり、１／２波長板２８の光学軸を回転させることで、第一の光検出器９及び第二の光検出器２７の各々で受光される鏡面反射成分と拡散反射成分との混合比を、任意に変えることができるということになる（反射光５９にも鏡面反射成分だけではなく拡散反射成分も含まれていることは当然のことである）。

以上のように、図６に示した走査型レーザ顕微鏡では、例えば急斜面測定モードにおいて、試料６で反射した光のうちの鏡面反射成分を完全に遮断して拡散反射成分のみの光強度を第二の光検出器２７で検出するのみではなく、試料６の表面の特性に合わせて、試料６で反射した光のうちの鏡面反射成分を任意の光強度だけ含めた反射光の光強度を第二の光検出器２７で検出することも可能となる。

なお、図６に示した走査型レーザ顕微鏡では、１／２波長板２８の回転を、コンピュータ１２での制御に基づく回転機構２９の電動駆動により行うようにしていた。この代わりに、１／２波長板２８の回転を、ユーザが手動で行うようにしてもよい。

次に図８について説明する。図８は、本発明を実施する走査型レーザ顕微鏡の構成の第四の例を示している。
なお、図８において、図１に示した第一の例におけるもの若しくは図４に示した第二の例におけるものと実質上同一の構成要素には同一符号を付しており、それらについては詳細な説明を省略する。

図４に示した構成は、図１に示した第一の例の構成において、ＰＢＳ２と二次元走査機構３との間の光路上に無偏光ビームスプリッタ（ＮＰＢＳ）３０を配置すると共に、１／４反射板４及び二次元走査機構３を通過した反射光５５のうちＮＰＢＳ３０が反射したものを透過する第二の結像レンズ３２と、第二の結像レンズ３２を透過した光を通過させる第二のピンホール３３と、第二のピンホール３３を通過した光を受光する第二の光検出器３４と備え、更に、ＮＰＢＳ３０と第二の結像レンズ３２との間の光路上に偏光板３１を配置して構成されている。なお、図８の構成では、１／４反射板４は、二次元走査機構３と対物レンズ５との間の光路上に常に配置されており、挿脱機構２０は削除されている。

なお、以降の説明では、第二の結像レンズ３２、第二のピンホール３３、及び第二の光検出器３４との区別を容易にするために、結像レンズ７、ピンホール８、及び光検出器９を、それぞれ、第一の結像レンズ７、第一のピンホール８、及び第一の光検出器９と称することとする。

ＮＰＢＳ３０は、試料６で反射した光を、１／４波長板４及び二次元走査機構３を通過した後に、透過光と反射光とに（例えば透過光：反射光＝１：１の割合で）分割する。
偏光板３１は、その透過軸が図８の紙面に平行に配置されており、ＮＰＢＳ３０で反射した光における図８の紙面に平行な直線偏光成分を透過する。

偏光板３１を透過した光は、その後、第二の結像レンズ３２を透過する。第二の結像レンズ３２を透過した光のうち第二のピンホール３３を通過したものが、第二の光検出器３４に受光される。なお、第二のピンホール３３は対物レンズ５の集光位置に対し光学的に共役な位置に配置されている共焦点絞りであり、試料６表面で反射した光のうち対物レンズ５の集光位置以外からのものをカットする。

第二の光検出器３４は、入射した光の強度を検出し、当該強度に対応した大きさの電気信号をコンピュータ１２へ出力する。コンピュータ１２は、第二の光検出器３４から出力される電気信号を取り込む処理を行う。

このような構成を有する図８の走査型レーザ顕微鏡では、図５に示したものと同様に、試料６の高さ情報の生成を、第一の光検出器９から出力される電気信号と、第二の光検出器３４から出力される電気信号とのどちらに基づいて行うかを選択することで、試料６で反射した光の鏡面反射成分の検出に使用する動作モードである通常測定モードと、当該鏡面反射成分を遮断して当該光の拡散反射成分の検出に使用する動作モードである急斜面測定モードとの切り換えを行うことができる。

図８の構成において、ＮＰＢＳ３０によって反射された試料６からの反射光６１のうちの鏡面反射成分は、図５における反射光５７と同様に、図８の紙面に対し垂直な直線偏光である。従って、透過軸が図８の紙面に平行に配置されている偏光板３１により、反射光６１の鏡面反射成分は遮断される。一方、反射光６１の拡散反射成分のうち特定の偏光成分（偏光板３１に入射する拡散反射成分のうち、図８の紙面に垂直な偏光成分）は偏光板３１を透過し、その後、第二の結像レンズ３２を透過して、第二のピンホール３３を通過したものが第二の光検出器３４によって受光される。

一方、ＮＰＢＳ３０を透過した試料６からの反射光６２は、図１に示した走査型レーザ顕微鏡の通常測定モードでの動作時における反射光５６と同様に、ＰＢＳ２により反射されて照明光５１の光路から分離されて、反射光６３として出射される。このようにしてＰＢＳ２が当該光路から分離した反射光６３のうち、第一の結像レンズ７を通過し更に第一のピンホール８を通過したものが第一の光検出器９により検出される。

従って、図８の走査型レーザ顕微鏡を通常測定モードでの動作させる場合には、コンピュータ１２は、試料６の高さ情報の生成処理を、第一の光検出器９から出力される電気信号に基づいて行うようにする。一方、図８の走査型レーザ顕微鏡を急斜面測定モードでの動作させる場合には、コンピュータ１２は、試料６の高さ情報の生成処理を、第二の光検出器３４から出力される電気信号に基づいて行うようにする。

なお、前述したように、試料６で反射した光における拡散反射成分は、鏡面反射成分に比べて通常は微弱である。そこで、コンピュータ１２は、試料６の高さ情報の生成処理の前に予め行っておく検出感度の設定処理において、第二の光検出器３４の検出感度を、第一の光検出器９の検出感度と異なるように（第一の光検出器９の検出感度よりも高感度に）設定しておくようにして、当該拡散反射成分を良好に検出できるようにする。

なお、動作モードの切り替えに伴うその他の動作（例えば、ユーザが不図示の入力装置を操作して、走査型レーザ顕微鏡に対し予め設定されている複数の動作モードからそのうちのひとつを選択する指示を行った場合に、コンピュータ１２が当該指示を取得し、当該指示に係る動作モードの選択結果に応じて、試料６の高さ情報の生成処理において使用する電気信号として、第一の光検出器９と第二の光検出器３４とのどちらから出力されるものを使用するかを選択する制御処理動作）については、図１に示した第一の例に係るものと同様に行う。また、高さ情報の取得動作についても、図１に示した第一の例に係るものと同様に行う。

以上のように、図８に示した走査型レーザ顕微鏡では、第一の光検出器９から出力される電気信号と第二の光検出器３４から出力される電気信号とのどちらかの選択を行い、選択した電気信号に基づいて試料６の高さ情報を生成することで、図１に示したものと同様、急峻な傾斜面を有する試料６でも、高さ情報を精度良く取得することができる。また、光検出器を２つ備えているので、光学素子の挿脱動作や回転動作等の機械的な切り換え無しに、通常測定モードでの試料６の高さ情報の生成と、急斜面測定モードでの試料６の高さ情報の生成とを並行して同時に行うようにすることもできる。

なお、図８に示した走査型レーザ顕微鏡におけるＮＰＢＳ３０による透過光と反射光との分割の割合は、透過光：反射光＝１：１に限らず、この割合を異なるものとしてもよい。

また、図８に示した走査型レーザ顕微鏡において、前述した図４や図５に示したものと同様にすることができるのであれば、１／４波長板４は必ずしも必要ではない。
なお、前述した、図５、図６、及び図８に構成を示した走査型レーザ顕微鏡において、第一の光検出器９により検出された光強度を示す第一の光強度情報と、第二の光検出器２７（若しくは３４）により検出された光強度を示す第二の光強度情報との両者を選択的に使用して、高さ情報を取得するようにすることもできる。

図９は、上述した走査型レーザ顕微鏡のコンピュータ１２により行われる、第一の光検出器９及び第二の光検出器２７（若しくは３４）によって検出された光強度に基づく光強度情報の編集処理の機能構成の一例を示した図である。

図９に示されているように、コンピュータ１２は、第一のメモリ１２ａ、第二のメモリ１２ｂ、及び画像処理部１２ｃを機能構成として備えている。
第一の光検出器９及び第二の光検出器２７（若しくは３４）から出力される電気信号は、コンピュータ１２の有する不図示のインタフェース部が備えているアナログ−デジタル変換器により、当該電気信号の大きさを示すデジタルデータに逐次変換される。従って、このデジタルデータは、第一の光検出器９及び第二の光検出器２７（若しくは３４）それぞれにより検出された光の強度を表現している。

第一のメモリ１２ａは、第一の光検出器９により検出される光の強度を表現しているデジタルデータを、第一の光強度情報として逐次記憶しておく。また、第二のメモリ１２ｂは、第二の光検出器２７（若しくは３４）により検出される光の強度を表現しているデジタルデータを、第二の光強度情報として逐次記憶しておく。

なお、コンピュータ１２は、第一及び第二の光強度情報を、対物レンズ５と試料６との相対位置Ｚに対応付けて、第一のメモリ１２ａ及び第二のメモリ１２ｂにそれぞれ記憶させる処理を行う。従って、第一のメモリ１２ａには、第一の光検出器９により検出されたＩＺデータが記憶され、第二のメモリ１２ｂには、第二の光検出器２７（若しくは３４）により検出されたＩＺデータが記憶される。

画像処理部１２ｃは、所定の処理開始の指示を受け取ると、第一のメモリ１２ａに記憶されている第一の光強度情報を読み出し、試料６表面の各測定点について、ＩＺデータのピーク値と、予め設定されている閾値（例えばノイズレベル相当の低レベルの値）との大小を比較する処理を行う。そして、当該比較処理の結果として、当該ピーク値が当該閾値以下であると判定したときには、第一のメモリ１２ａに記憶されている、その測定点についてのＩＺデータ（第一の光強度情報）を、第二のメモリ１２ｂに記憶されている、対応する測定点についてのＩＺデータ（第二の光強度情報）に置き換える処理を行う。

その後、画像処理部１２ｃは、上述した置き換えの処理が行われた後の光強度情報を第一のメモリ１２ａから読み出し、この光強度情報に基づいて、試料６の高さ情報を生成する処理を行う。

図９の機能構成による試料６の高さ情報の生成について、更に説明する。
まず、ユーザは、ＧＵＩ設定画面上で、ハイブリッド測定モードを選択する。ハイブリッド測定モードとは、上述した走査型レーザ顕微鏡の動作モードのひとつとしてコンピュータ１２に予め設定されているものであり、上述した第一の光強度情報と第二の光強度情報との両者を選択的に使用して、試料６の高さ情報を取得するように動作する動作モードである。例えば、図３で例示したＧＵＩ設定画面における測定モード選択ボタン４１に、ハイブリッド測定モードの選択用のラジオボタンを追加しておき、ユーザは、このボタンを利用してハイブリッド測定モードの選択を行うようにする。

次に、ユーザによって、試料６の高さ方向の測定範囲、高さ方向の移動間隔（ステージ１１のＺ方向の移動間隔）、及び、試料６表面の測定範囲（二次元走査範囲）等が設定され、続いて高さ情報取得開始ボタン４４（図３）の押下操作等により測定開始が指示される。

すると、この測定開始指示を取得したコンピュータ１２は、当該設定に従ってステージ１１をＺ方向に移動させながら、試料６の各測定点についての反射光の強度を、第一の光検出器９と第二の光検出器２７とで同時に並行して検出させて、各々から出力される電気信号を取り込み、第一の光強度情報及び第二の光強度情報としてそれぞれ第一のメモリ１２ａ及び第二のメモリ１２ｂに記憶させる処理を行う。

その後、ステージ１１の高さ方向への移動が完了し、試料６表面の全測定点での光強度情報、すなわちＩＺデータの第一のメモリ１２ａ及び第二のメモリ１２ｂへの記憶処理が完了すると、コンピュータ１２は、画像処理部１２ｃとしての処理を開始し、まず、第一のメモリ１２ａから第一の光強度情報を読み出す処理を行う。次に、コンピュータ１２は、第一の光強度情報で示されている各測定点でのＩＺデータのピーク値と、前述した閾値との大小を比較する処理を行う。ここで、コンピュータ１２は、当該比較処理の結果として、当該ピーク値が当該閾値以下であると判定したときには、第一のメモリ１２ａに記憶されている、その測定点についてのＩＺデータ（第一の光強度情報）を、第二のメモリ１２ｂに記憶されている、対応する測定点についてのＩＺデータ（第二の光強度情報）に置き換える処理を行う。コンピュータ１２は、このような比較及び置き換えの処理を試料６表面の全測定点に対して行う。すると、この処理後に第一のメモリ１２ａに記憶されている第一の光強度情報は、一部が第二の光強度情報に置き換えられたものになる。

その後、コンピュータ１２は、一部が第二の光強度情報に置き換えられた第一の光強度情報を第一のメモリ１２ａから読み出す処理を行う。そして、読み出した第一の光強度情報により表現されている各測定点のＩＺデータから、試料６の各測定点について、出力データＩ（すなわち光強度）が最大であるときの、対物レンズ１０７と試料１０８との相対位置Ｚを取得し、この相対位置Ｚより、試料６の高さ情報を生成する処理を行う。

以上のようにして試料６の高さ情報が取得される。その後、コンピュータ１２は、必要に応じて、その高さ情報をモニタ１３に表示する処理を行う。
コンピュータ１２が以上の処理を行うと、試料６での反射光のうちの鏡面反射成分を検出できる平坦面や緩やかな傾斜面上の測定点については、通常測定モード用である第一の光検出器９によって取得された第一の光強度情報を採用する一方で、当該鏡面反射成分が殆ど検出されない急峻な傾斜面の部分（通常測定モードでの動作時には、第一の光検出器９から出力される信号が、ノイズに埋もれてしまうほど微弱になってしまう部分）については、急斜面測定モード用である第二の光検出器２７（若しくは３４）によって取得された第二の光強度情報を採用して、試料６の高さ情報の取得が行われることとなる。

以上のように、上述した構成の走査型レーザ顕微鏡において図９に示した機能構成をコンピュータ１２が提供するようにして、通常測定モードと急斜面測定モードとのうち、各測定点の光強度情報から最適な方をコンピュータ１２が自動的に選択し、それらを組み合わせて高さ情報の取得を行うことにより、２つの測定モードの利点を同時に生かすことができる。すなわち、前述したように、通常測定モードでの動作時には、試料６表面における急峻な傾斜面については、反射光の鏡面反射成分を検出できないために高さ情報の取得を精度良く行うことができないが、試料６表面における平坦面や緩やかな傾斜面については、高さ情報の取得を精度良く行える。その一方、前述したように、急斜面測定モードでの動作時には、反射光の鏡面反射成分を遮断することで、急峻な傾斜面に対しては高さ情報の取得を精度良く行うことができるが、試料６表面における平坦面や緩やかな傾斜面については、検出信号のＳ／Ｎを相対的に落とすことになるため、高さ情報の取得を精度良く行うことができない。従って、上述したようにすることで、試料６表面における測定点毎に、通常測定モードと急斜面測定モードとのうち適切である方が選択されるので、精度のよい高さ情報の取得を、試料６表面の測定対象領域全体に亘って行えるようになる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は、上述した各実施形態に限定されることなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良・変更が可能である。

本発明を実施する走査型レーザ顕微鏡の構成の第一の例を示す図である。 図１に示した走査型レーザ顕微鏡により取得されるＩＺデータにより表されるＩ−Ｚカーブの例を示す図である。 コンピュータ１２がモニタ１３に表示させるＧＵＩ設定画面の一例を示す図である。 本発明を実施する走査型レーザ顕微鏡の構成の第二の例を示す図である。 本発明を実施する走査型レーザ顕微鏡の構成の第三の例を示す図である。 図５に示した走査型レーザ顕微鏡の構成の変形例を示す図である。 １／２波長板の光学軸を回転させたときの、試料で反射した光の偏光特性を示した図である。 本発明を実施する走査型レーザ顕微鏡の構成の第四の例を示す図である。 光強度情報の編集処理の機能構成の一例を示す図である。 従来の走査型レーザ顕微鏡の構成を示す図である。 図１０の走査型レーザ顕微鏡により得られるＩ−Ｚカーブの例を示す図である。 平坦面及び傾斜の異なる複数の傾斜面を有する試料の例を示す図である。

符号の説明

１、１０１ レーザ光源
２、２５ 偏光ビームスプリッタ
３、１０３ 二次元走査機構
４ １／４波長板
５、１０７ 対物レンズ
６、１０８ 試料
７ （第一の）結像レンズ
８ （第一の）ピンホール
９ （第一の）光検出器
１０、１１３ 試料台
１１、１１４ ステージ
１２、１１２ コンピュータ
１２ａ 第一のメモリ
１２ｂ 第二のメモリ
１２ｃ 画像処理部
１３、１１５ モニタ
２０ 挿脱機構
２１ 第一の偏光板
２２、３０ 無偏光ビームスプリッタ
２３ 第二の偏光板
２４、２９ 回転機構
２６、３３ 第二のピンホール
２７、３４ 第二の光検出器
２８ １／２波長板
３１ 偏光板
３２ 第二の結像レンズ
４１ 測定モード選択ボタン
４２ 検出感度設定部
４３ レーザ出力設定部
４４ 高さ情報取得開始ボタン
５０、５１、５２、５３ 照明光
５４、５５、５６、５７、５８、５９、６０、６１、６２、６３ 反射光
１０２ ビームスプリッタ
１０９ 結像レンズ
１１０ ピンホール
１１１ 光検出器

Claims (14)

1. レーザ光である照明光を試料上に集光する対物レンズと、
   前記対物レンズで集光した前記照明光を前記試料に照射したときの該試料からの反射光を、該対物レンズの通過後に前記照明光の光路から分離する偏光ビームスプリッタと、
   前記偏光ビームスプリッタで分離した前記反射光のうち共焦点絞りを通過したものの強度を検出する光検出器と、
   前記偏光ビームスプリッタと前記試料との間の光路上に対して挿脱可能であり、前記照明光及び前記反射光の偏光特性を変換する１／４波長板と、
   を有することを特徴とする走査型レーザ顕微鏡。
2. 前記試料に照射される照明光を該試料の表面で二次元走査させる二次元走査機構が、前記偏光ビームスプリッタと前記対物レンズとの間の光路上に配置されており、
   前記１／４波長板は、前記二次元走査機構と前記試料との間の光路上に対して挿脱可能である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の走査型レーザ顕微鏡。
3. 前記走査型レーザ顕微鏡に対し予め複数設定されている動作モードからそのうちのひとつを選択する指示を取得する動作モード選択指示取得手段と、
   前記動作モード選択指示取得手段が取得した指示に係る前記動作モードの選択結果に応じて、前記１／４波長板を前記光路に対し挿脱する挿脱機構と、
   を更に有することを特徴とする請求項１に記載の走査型レーザ顕微鏡。
4. レーザ光である照明光を試料上に集光する対物レンズと、
   前記対物レンズで集光した前記照明光を前記試料に照射したときの該試料からの反射光を、該対物レンズの通過後に前記照明光の光路から分離する無偏光ビームスプリッタと、
   前記無偏光ビームスプリッタで分離した前記反射光のうち共焦点絞りを通過したものの強度を検出する光検出器と、
   前記無偏光ビームスプリッタと前記光検出器との間の光路上に配置されており、該無偏光ビームスプリッタで分離した前記反射光における特定の偏光成分を透過させる偏光板と、
   を有することを特徴とする走査型レーザ顕微鏡。
5. 前記偏光板の透過軸が、前記無偏光ビームスプリッタから前記光検出器への光軸周りに回転可能であるように該偏光板を配置していることを特徴とする請求項４に記載の走査型レーザ顕微鏡。
6. 前記走査型レーザ顕微鏡に対し予め複数設定されている動作モードからそのうちのひとつを選択する指示を取得する動作モード選択指示取得手段と、
   前記動作モード選択指示取得手段が取得した指示に係る前記動作モードの選択結果に応じて、前記偏光板の透過軸を、前記無偏光ビームスプリッタから光検出器への光軸周りに回転させる回転機構と、
   を更に有することを特徴とする請求項５に記載の走査型レーザ顕微鏡。
7. 前記動作モード選択指示取得手段が取得した指示に係る前記動作モードの選択結果に応じて、前記光検出器の検出感度を変更する制御を行う検出感度変更制御手段を更に有することを特徴とする請求項３又は６に記載の走査型レーザ顕微鏡。
8. レーザ光である照明光を試料上に集光する対物レンズと、
   前記対物レンズで集光した前記照明光を前記試料に照射したときの該試料からの反射光を、該対物レンズの通過後に前記照明光の光路から分離する無偏光ビームスプリッタと、
   前記無偏光ビームスプリッタで分離した前記反射光を第一の偏光成分と第二の偏光成分とに分離する偏光ビームスプリッタと、
   前記偏光ビームスプリッタで分離した前記反射光の前記第一の偏光成分のうち第一の共焦点絞りを通過したものの強度を検出する第一の光検出器と、
   前記偏光ビームスプリッタで分離した前記反射光の前記第二の偏光成分のうち第二の共焦点絞りを通過したものの強度を検出する第二の光検出器と、
   を有することを特徴とする走査型レーザ顕微鏡。
9. 前記無偏光ビームスプリッタで分離した前記反射光の偏光特性を変換する１／２波長板を、該無偏光ビームスプリッタと前記偏光ビームスプリッタとの間の光路上に配置していることを特徴とする請求項８に記載の走査型レーザ顕微鏡。
10. 前記１／２波長板の光学軸が、前記無偏光ビームスプリッタから前記偏光ビームスプリッタへの光軸周りに回転可能であるように該１／２波長板を配置していることを特徴とする請求項９に記載の走査型レーザ顕微鏡。
11. レーザ光である照明光を試料上に集光する対物レンズと、
    前記対物レンズで集光した前記照明光を前記試料に照射したときの該試料からの反射光を、該対物レンズの通過後に前記照明光の光路から分離する偏光ビームスプリッタと、
    前記偏光ビームスプリッタで分離した前記反射光のうち第一の共焦点絞りを通過したものの強度を検出する第一の光検出器と、
    前記偏光ビームスプリッタと前記対物レンズとの間の光路上に配置されており、前記試料からの反射光の一部を、該対物レンズの通過後に前記照明光の光路から分離する無偏光ビームスプリッタと、
    前記無偏光ビームスプリッタで分離した前記反射光の一部における特定の偏光成分を透過させる偏光板と、
    前記反射光の一部における前記偏光板を透過した前記特定の偏光成分のうち第二の共焦点絞りを通過したものの強度を検出する第二の光検出器と、
    を有することを特徴とする走査型レーザ顕微鏡。
12. 前記第一の光検出器若しくは前記第二の光検出器により検出された光強度に基づいて前記試料の高さ情報を生成する高さ情報生成手段と、
    前記走査型レーザ顕微鏡に対し予め複数設定されている動作モードからそのうちのひとつを選択する指示を取得する動作モード選択指示取得手段と、
    を更に有し、
    前記高さ情報生成手段は、前記第一の光検出器と前記第二の光検出器とのうちのどちらか一方を、前記動作モード選択指示取得手段が取得した指示に係る前記動作モードの選択結果に応じて選択し、選択されたものにより光強度に基づいて前記試料の高さ情報を生成する、
    ことを特徴とする請求項８又は１１に記載の走査型レーザ顕微鏡。
13. 前記第一の光検出器と前記第二の光検出器とは、検出感度が異なることを特徴とする請求項８又は１１に記載の走査型レーザ顕微鏡。
14. 前記第一の光検出器により検出された光の強度を示す第一の光強度情報と前記第二の光検出器により検出された光の強度を示す第二の光強度情報とを記憶する記憶手段と、
    前記試料上の各測定点についての前記第一の光強度情報と所定の閾値との大小比較を行い、該測定点毎に該大小比較の結果に応じ、前記記憶手段に記憶されている前記第一の光強度情報を、該測定点が対応している前記第二の光強度情報に置き換える置換手段と、
    前記置換手段による置き換え後の前記第一の光強度情報により示されている光の強度に基づいて、前記試料の高さ情報を生成する高さ情報生成手段と、
    を更に有することを特徴とする請求項８又は１１に記載の走査型レーザ顕微鏡。