JP5208292B2 - 対象物の処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、顕微鏡における対象物の処理方法に関するものである。

顕微鏡を含む計測装置に関する従来のシステムとして、特許文献１及び２に記載のものがある。特許文献１では、ウエハ表面のキズや汚れを目視で観察するマクロ検査を行った後に、特徴が確認された箇所を顕微鏡で精査するミクロ検査を行っている。構成としては、キャリアとミクロ検査部との間に、ウエハを回転・傾斜可能なマクロ検査部を設けている。ウエハ検査はマクロ検査装置とミクロ検査装置の別々の装置によって行うことが多いが、こうした構成とすることによって検査工程の簡易化を実現している。

また、特許文献２では、対象物を同一光軸上に挟んだ対物レンズと焦点設定用対物レンズを有し、焦点設定用対物レンズで予備計測を行った後に対物レンズで本計測を行っている。これによって対象物のガラス層の厚さが変更されても高精度に対物レンズの焦点設定を行うことができる。

このように、顕微鏡を含む計測装置では、対象物の諸特性を予め計測することによって観測条件を決定して本計測するシステム構成がとられることが多い。この理由としては、予備計測の結果から予め観測条件を決定しておくことによって、本計測する際に観測以外の作業をできるだけ削減することが出来るからである。

特登録０２９１５８６４ 特登録０３７１５０１３

しかしながら、近年、顕微鏡を用いて大量の対象物を処理する際に、特許文献１及び２のような各対象物の予備計測と本計測（撮像）を順次処理するものよりも短時間で処理することが求められている。

そこで、本発明は、対象物の処理スループットを向上させることが可能な顕微鏡を提供することを目的とする。

本発明の第１の側面は、投影光学系により撮像素子に投影された対象物を撮像する撮像部と、前記撮像部で前記対象物を撮像する際に用いる撮像条件を設定するために前記対象物の計測を行う計測部と、を有する顕微鏡における対象物の処理方法において、対象物を前記計測部により計測を行う位置から前記撮像部により撮像を行う位置へ搬送することに並行して、前記計測部における前記対象物の計測結果を用いて前記撮像部で前記対象物を撮像する際に用いる撮像条件の設定を行うことを特徴とする。

本発明の第２の側面は、投影光学系により撮像素子に投影された検体を含む対象物を撮像する撮像部と、前記撮像部で前記対象物を撮像する際に用いる撮像条件を設定するために前記対象物の計測を行う計測部と、を有する顕微鏡における対象物の処理方法において、前記対象物を撮像する際に用いる撮像条件を設定するために、前記計測部において前記対象物の位置、姿勢、厚さ、うねり、透過量、反射光量の計測、前記検体の形状寸法の計測のうち少なくとも１つを行い、前記計測部での計測に並行して、前記撮像部において前記対象物とは異なる対象物の撮像を行うことを特徴とする。

本発明の第３の側面は、投影光学系により撮像素子に投影された対象物を撮像する撮像部と、前記撮像部で前記対象物を撮像する際に用いる撮像条件を設定するために前記対象物の計測を行う計測部と、を有する顕微鏡における対象物の処理方法において、前記計測部における前記対象物の計測と並行して前記撮像部における前記対象物とは異なる対象物の撮像を行い、前記撮像部で前記対象物を撮像する際に用いる撮像条件として、前記撮像部で前記対象物を撮像する際の前記対象物の位置または姿勢、前記対象物に照明する光の光量または波長、前記対象物を撮像する際の撮像領域、撮像時間、視野遮蔽領域、光路長補正量のうち少なくとも１つを設定することを特徴とする。

本発明によれば、計測部から撮像部へ対象物を搬送する間に撮像条件を設定する動作を行うことで、対象物の処理スループットを向上することが可能となる。また、撮像部における撮像と計測部における計測を並行して処理することで、ある対象物の撮像中に、次の対象物の予備計測を並行して行うことができる。これにより、対象物の処理スループットを向上することが可能となる。

本発明の第１実施形態に係る顕微鏡のシステム構成例 本発明の第１実施形態に係る顕微鏡の計測シーケンス例 本発明の第２実施形態に係る顕微鏡のシステム構成例 本発明の第２実施形態に係る顕微鏡の計測シーケンス例

本発明の好ましい実施の形態では、まず対象物を撮像する際に使用する撮像条件を設定するために対象物を計測部で計測した後、対象物の撮像部への搬送と並行して撮像条件の設定を行う。これにより、対象物の処理スループットを向上することができる。更に好ましくは、その後、撮像部での対象物の撮像と並行して次の対象物を撮像する際に使用する撮像条件を設定するために、次の対象物を計測部で計測する。このことによって、対象物の処理スループットをより一層向上することができる。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態に係る顕微鏡におけるシステム構成例について図面を用いて説明する。

図１と図２に、対象物の撮像と予備計測を並行処理するシステム構成について示す。図１と図２に示すように、対象物を撮像する撮像部１は、第１対象物１０を照明する第１照明ユニット２０、投影ユニット４０を介して得られる投影像を撮像する第１撮像ユニット５０と第１撮像ユニット５０で得られた画像を処理する第１画像処理系５１を含んで構成される。ここで、第１撮像ユニット５０は、複数の撮像素子（ＣＣＤやＣＭＯＳおよび光電管等で、その形状はエリアセンサやラインセンサ等）が並べられたものや、１つの撮像素子によって構成されたものを用いることができる。

第１対象物１０は、第１カバーガラス１１と第１検体１２及び第１スライドガラス１３から構成される（ここで、カバーガラスは無くても構わない）。第１照明ユニット２０は、第１光源２１と第１光源２１からの光束を整形する第１コリメータ２２及び、例えばレンズやミラーを含む第１照明光学系２３等から構成される。第１光源２１には、水銀ランプやＬＥＤ等が用いられる。投影ユニット４０は、投影光学系４１と鏡筒４３から構成される。投影光学系４１には、レンズのみで構成される光学系やレンズとミラーとを組み合わせた光学系が含まれる。また、レンズやミラーなどの位置や姿勢を調整して光学系の収差などの補正を行う光学素子の駆動調整機構４２を用いることができる。さらに、光路長補正用の平行平板４４などの光学素子を鏡筒４３内部や鏡筒４３と第１撮像ユニット５０との間や鏡筒４３と第１対象物１０との間などの光路中に出し入れできる機構を設けることもできる。これにより、例えばカバーガラスの厚さが変更されたときに光路長補正することができる。カバーガラスの厚さが薄い場合には厚い平行平板を配置し、カバーガラスの厚さが厚い場合には薄い平行平板を配置するなどする。

計測部２は、変位計６０や第２照明ユニット２５、第２撮像ユニット６１や第２画像処理系６２、変位信号処理系６３等を含んで構成される。計測部２では、第２対象物１５の予備計測を行うことで、撮像部１で第２対象物１５を撮像する際に用いる撮像条件を決定するためのパラメータを検出する。

第２対象物１５は、第２カバーガラス１６と第２検体１７と第２スライドガラス１８から構成される（ここで、カバーガラスは無くても構わない）。第２照明ユニット２５は、第２光源２６、第２光源２６からの光束を整形する第２コリメータ２７及び、例えばレンズやミラーを含む第２照明光学系２８等から構成される。画像処理系６２は、第２撮像ユニット６１で得られた画像を処理する。ここで、第２撮像ユニット６１は、複数の撮像素子（ＣＣＤやＣＭＯＳおよび光電管等で、その形状はエリアセンサやラインセンサ等）が並べられたものや、１つの撮像素子によって構成されたものを用いることができる。

こうした装置構成からなる撮像部１における撮像と、計測部２における計測を並行処理することによって、複数の対象物を連続処理する際の処理スループットを向上することができる。並行処理を行うための制御は、制御部１００が行う。

また、撮像部１と計測部２の間での対象物の搬送は、回転粗動ステージ７１と、第１微動ステージ７２及び第２微動ステージ７３を含む搬送装置７０によって行われる。第１微動ステージ７２及び第２微動ステージ７３は、真空吸着や機械的な方法によって対象物をそれぞれ保持する。第１微動ステージ７２及び第２微動ステージ７３は、リニアモータ等によって、回転粗動ステージ７１に対してｘ、ｙ、ｚ方向に移動する。回転粗動ステージ７１の駆動源には、リニアモータやＵＳＭ、ＡＣモータ、ＤＣモータ等を用いることができる。ここでは粗微動型ステージによる搬送装置を示すが、回転粗動ステージ７１の位置決め精度で十分であれば、微動ステージを用いない構成であってもよい。また、回転粗動ステージ７１と、第１微動ステージ７２及び第２微動ステージ７３には、照明ユニットからの光が対象物に照明されるように開口が設けられている。

複数の対象物を連続処理する際のシーケンスを図２（ａ）〜（ｅ）に示す。（ａ）Ｓｔｅｐ１では、対象物Ａを第１微動ステージ７２上へ搬入して、計測部２により予備計測を行う。この際、対象物Ａを例えばプレパラートＡとすれば、その位置や姿勢及びうねり等を変位計６０を用いて計測する。変位計６０には、レーザー変位計や超音波変位計あるいはプレパラートへ光を斜入射させた反射光をセンサ内部に取り込む光学式の変位計等を用いることができる。プレパラートを構成するカバーガラスの厚さや透過または反射光量やプレパラートに含まれる検体の形状寸法を第２照明ユニット２５や第２撮像ユニット６１で計測する。

（ｂ）Ｓｔｅｐ２では、搬送装置７０を回転させてプレパラートＡを撮像部１へ搬送した後、プレパラートＢを第２微動ステージ７３上へ搬入する。ここで、制御部１００により、これらの動作と並行してＳｔｅｐ１で予備計測を行ったプレパラートＡの撮像条件を設定する。ここで、撮像条件の設定とは例えば、変位計６０を用いたプレパラートＡのうねり計測結果をもとにプレパラートの位置や姿勢を第１微動ステージ７２を用いて調整して投影光学系４１の合焦点位置へと調整することをいう。また、第２照明ユニット２５と第２撮像ユニット６１から得られた透過光量あるいは反射光量をもとに第１照明ユニット２０の照明光量や波長および撮像時間や視野遮蔽領域の調整を行うことも含む。さらには、プレパラートに含まれる検体の存在領域を撮像素子で処理する撮像領域に設定することや、レンズやミラーなどの位置や姿勢の駆動調整機構４２を用いて収差などの補正を行うことなどが挙げられる。ここで、プレパラートに含まれる検体の存在領域のみを撮像領域として処理すれば、必要な画素の画像処理だけで済むため、さらなる計測スループットの向上を実現できる。このため、第１撮像ユニット５０には、部分読み出し可能なアドレス回路により制御されるＣＭＯＳセンサを採用することが有効である。検体の存在領域はプレパラートＡの透過光量あるいは反射光量から特定することができる。その存在領域を撮像領域として、それに応じた位置にある画素からの信号のみを処理して画像を取得する。

次の（ｃ）Ｓｔｅｐ３において、プレパラートＡの撮像と並行してプレパラートＢを予備計測する。そして、プレパラートＡの撮像とプレパラートＢの予備計測が終了した後、搬送装置７０を回転させることと並行して撮像部１における撮像条件をプレパラートＢに合わせて設定する。この際、搬送装置７０に配線等が設けられている場合、巻きつかないようにＳｔｅｐ２とは回転方向を逆にすることや、スリップリングを用いることが有効である。

次に、（ｄ）Ｓｔｅｐ４でプレパラートＡを搬出してプレパラートＣを搬入する。（ｅ）Ｓｔｅｐ５でプレパラートＢの撮像とプレパラートＣの予備計測を並行して行った後、搬送装置７０を回転させることと並行して撮像部１における撮像条件をプレパラートＣに合わせて設定する。その後は、Ｓｔｅｐ４とＳｔｅｐ５の処理を繰り返し行う。

このように、撮像と予備計測とを並行して行うこと、更には搬送と撮像条件の設定とを並行して行うことで、スループットの向上を図ることができる。

（第２実施形態）
第２実施形態について図３と図４を用いて説明する。ここで示すシステム構成は、第１実施形態とは主に対象物の搬送装置や計測部の構成が異なる。

計測部２は、第３照明ユニット３０やシャックハルトマン・センサ３７、第２撮像ユニット６１や第２画像処理系６２、変位信号処理系６３等を含んで構成される。計測部２では、第２対象物１５の予備計測を行うことで、撮像部１で第２対象物１５を撮像する際に用いる撮像条件を決定するためのパラメータを検出する。

第２対象物１５は、第２カバーガラス１６と第２検体１７と第２スライドガラス１８から構成される。第３照明ユニット３０は、例えば第３光源３１、第３光源３１からの光束を整形する第３コリメータ３２及びビームスプリッタ３４、凸レンズ３５や凹レンズ３６などを含む第３照明光学系３３から構成される。ここで、凸レンズ３５や凹レンズ３６は、照明光の拡大あるいは縮小して収差補正するためのものであり、図示の個数や構成に限定されるものではない。画像処理系６２は、第２撮像ユニット６１で得られた画像を処理する。

搬送装置は、図３に示すように第１搬送装置７５と第２搬送装置７８を有し、それぞれ第１粗動ステージ７６と第１微動ステージ７２、第２粗動ステージ７９と第２微動ステージ７３から構成される。第１粗動ステージ７６と第２粗動ステージ７９はマグネットを有しており、固定子８１に設けられたコイルとによりローレンツ型の平面モータを構成している。第１微動ステージ７２及び第２微動ステージ７３は、リニアモータ等によって、それぞれ第１粗動ステージ７６及び第２粗動ステージ７９に対してｘ、ｙ、ｚ方向に移動する。ここでは、粗微動構成としたが、コイルが複数積層された固定子を用いることで、微動ステージを用いない構成であってもよい。また、第１粗動ステージ７６と第２粗動ステージ７９側にコイルを用い、固定子８１側にマグネットを用いた構成でもよい。さらに、上述したローレンツ型の平面モータではなく、平面パルスモータを用いてもよい。

固定子８１、第１粗動ステージ７６及び第２粗動ステージ７９、第１微動ステージ７２及び第２微動ステージ７３には、照明ユニットからの光が対象物に照明されるように開口が設けられている。その他の点は、第１実施形態と同じなので説明は省略する。

複数の対象物を連続処理する際のシーケンスを、図４（ａ）〜（ｅ）に示す。（ａ）Ｓｔｅｐ１では、対象物Ａを搬送装置上へ搬入して予備計測を行う。この際、対象物ＡをプレパラートＡとすれば、そのうねり等を第３照明ユニット３０とシャックハルトマン・センサ３７等を用いて計測する。そして、プレパラートを構成するカバーガラスの厚さや透過または反射光量を第３照明ユニット３０や第２撮像ユニット６１等を用いて計測する。（ｂ）Ｓｔｅｐ２では、第１搬送装置７５と第２搬送装置７８を水平移動し位置を交換させてプレパラートＡを撮像部１へ搬送した後、プレパラートＢを計測部２へ搬入する。ここで、制御部１００によって、これらの動作と並行してＳｔｅｐ１で予備計測を行ったプレパラートＡの撮像条件を設定する。

次の（ｃ）Ｓｔｅｐ３では、制御部１００によってプレパラートＡの撮像と並行してプレパラートＢを予備計測する。そして、プレパラートＡの撮像とプレパラートＢの予備計測が終了した後、第１搬送装置７５と第２搬送装置７８を水平移動し位置を交換すると並行して撮像部１における撮像条件をプレパラートＢに合わせて設定する。この際、第１搬送装置７５と第２搬送装置７８に配線等が設けられている場合、巻きつかないようにＳｔｅｐ２とは移動方向を逆にすることが有効である。

次に、（ｄ）Ｓｔｅｐ４でプレパラートＡを搬出してプレパラートＣを搬入する。（ｅ）Ｓｔｅｐ５でプレパラートＢの撮像とプレパラートＣの予備計測を制御部１００によって並行して行った後、第１搬送装置７５と第２搬送装置７８を水平移動し位置を交換することと撮像部１における撮像条件をプレパラートＣに合わせて設定することを並行して行う。

その後は、Ｓｔｅｐ４とＳｔｅｐ５の処理を繰り返し行う。上記実施形態では搬送装置としてステージを用いたが、ベルトコンベアやロボットハンド等を用いて搬送することも考えられる。

以上のように、第１実施形態ではプレパラートの移動には回転ステージを用い、予備計測には変位計を用いた構成を説明した。また、第２実施形態ではプレパラートの移動には平面モータを用い、予備計測にはシャックハルトマン・センサを用いた構成を説明した。しかしながら、プレパラートの移動には回転ステージを用い、予備計測にはシャックハルトマン・センサを用いた構成や、プレパラートの移動には平面モータを用い、予備計測には変位計を用いた構成でもよい。

本発明の思想を考慮すれば、一方の対象物の撮像と他方の対象物の予備計測とを並行して行うことができれば、プレパラートの移動や予備計測の構成は特に限定されるものではない。

１ 撮像部
２ 計測部
１０ 第１対象物
１５ 第２対象物
２０ 第１照明ユニット
２５ 第２照明ユニット
３０ 第３照明ユニット
４０ 投影ユニット
５０ 第１撮像ユニット
６１ 第２撮像ユニット
１００ 制御部

Claims (7)

1. 投影光学系により撮像素子に投影された対象物を撮像する撮像部と、前記撮像部で前記対象物を撮像する際に用いる撮像条件を設定するために前記対象物の計測を行う計測部と、を有する顕微鏡における対象物の処理方法において、
   対象物を前記計測部により計測を行う位置から前記撮像部により撮像を行う位置へ搬送することに並行して、前記計測部における前記対象物の計測結果を用いて前記撮像部で前記対象物を撮像する際に用いる撮像条件の設定を行うことを特徴とする対象物の処理方法。
2. 前記撮像条件は、前記撮像部で前記対象物を撮像する際の前記対象物の位置または姿勢、前記対象物に照明する光の光量または波長、前記対象物を撮像する際の撮像領域、撮像時間、視野遮蔽領域、光路長補正量のうち少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１に記載の対象物の処理方法。
3. 投影光学系により撮像素子に投影された検体を含む対象物を撮像する撮像部と、前記撮像部で前記対象物を撮像する際に用いる撮像条件を設定するために前記対象物の計測を行う計測部と、を有する顕微鏡における対象物の処理方法において、
   前記対象物を撮像する際に用いる撮像条件を設定するために、前記計測部において前記対象物の位置、姿勢、厚さ、うねり、透過光量、反射光量の計測、前記検体の形状寸法の計測のうち少なくとも１つを行い、
   前記計測部での計測に並行して、前記撮像部において前記対象物とは異なる対象物の撮像を行うことを特徴とする対象物の処理方法。
4. 前記対象物は、更にカバーガラスを含み、
   前記計測部では、前記対象物の位置、姿勢、厚さ、うねり、透過光量、反射光量の計測、前記検体の形状寸法の計測、前記カバーガラスの厚さの計測のうち少なくとも１つを行うことを特徴とする請求項３に記載の対象物の処理方法。
5. 前記撮像条件は、前記撮像部で前記対象物を撮像する際の前記対象物の位置または姿勢、前記対象物に照明する光の光量または波長、前記対象物を撮像する際の撮像領域、撮像時間、視野遮蔽領域、光路長補正量のうち少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項３または４に記載の対象物の処理方法。
6. 投影光学系により撮像素子に投影された対象物を撮像する撮像部と、前記撮像部で前記対象物を撮像する際に用いる撮像条件を設定するために前記対象物の計測を行う計測部と、を有する顕微鏡における対象物の処理方法において、
   前記計測部における前記対象物の計測と並行して前記撮像部における前記対象物とは異なる対象物の撮像を行い、
   前記撮像部で前記対象物を撮像する際に用いる撮像条件として、前記撮像部で前記対象物を撮像する際の前記対象物の位置または姿勢、前記対象物に照明する光の光量または波長、前記対象物を撮像する際の撮像領域、撮像時間、視野遮蔽領域、光路長補正量のうち少なくとも１つを設定することを特徴とする対象物の処理方法。
7. 前記対象物はプレパラートであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の対象物の処理方法。

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