JP6618819B2 - 三次元形状測定装置 - Google Patents
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Description
共焦点顕微鏡法としては、特許文献1に記載されているようなレーザー走査型共焦点顕微鏡が公知である。
図9のレーザー走査型共焦点顕微鏡では、被検物からのレーザー反射光を検出する光センサ901からの信号は、走査制御部906がレーザー走査に合わせたタイミングで出力する同期信号に併せて、撮像制御部902で画素データとしてサンプリングされる。画素データは、レーザーの水平走査1ラインの単位でまとめられ、更に、レーザーの垂直走査ライン数の単位でまとめられる。レーザーの垂直走査ライン数単位でまとめられた1フレーム分の画像データは、高速でデータの転送が可能な広帯域の画像転送路909を通じて、コントローラ912に直ちに転送され、画像として表示される。
駆動機構(図9においては符号「M」により表される機構)により、図10(a)に示すように焦点位置を等速度で移動させるよう制御をしても、駆動機構の送り量や駆動アクチュエータの速度には、ムラが存在する。このため、図10(b)に示すように、実際の画像フレーム内や画像フレーム間の焦点位置の変化量は、均等にはならない。上記のとおり、従来においては、画像フレームごとに焦点位置を取得し、同一面内(同一の画像フレーム内)については、ある焦点位置をその面(フレーム)の代表的な焦点位置として画像を処理している。したがって、駆動機構の速度ムラによりフレーム内の各画素で輝度を取得したときの焦点位置が理論上の(速度ムラがない場合の)値からずれて、図11に示すように、I−Zカーブの推定ピークの位置がゆらぎ、測定誤差の1つの原因となる。
化する画像化部を有する三次元形状測定装置であって、前記画像化部によるセンサ信号の画像化に同期して取得した、前記画像化の時点における前記三次元形状測定装置の状態を表した制御情報を保持する保持部と、前記画像化部において得た画像データの画像転送路への転送タイミングに基づき前記保持部に保持した前記制御情報の画像転送路への転送タイミングを制御して、前記制御情報を前記画像データと対応付けて前記画像転送路に出力させる出力制御部と、を備え、前記保持部は、前記制御情報として、光軸方向の焦点位置を保持し、前記出力制御部は、前記保持部に保持されている光軸方向の焦点位置のデータを、前記焦点位置を取得したタイミングの前記画像データと対応付けて出力させ、前記三次元形状測定装置は、レーザー走査型共焦点顕微鏡であることを特徴とする。
(構成)
図1は、本実施形態に係るレーザー走査型共焦点顕微鏡100の構成例を示す図である。
図1に示すレーザー走査型共焦点顕微鏡100において、光センサ101は、光源(不図示)から照射されたレーザー光の被検物表面からの反射光を検出する光センサである。CCD114は、光源から照射された白色光の被検物表面からの反射光を検出するカラーセンサである。Zスケール104は、対物レンズ113の焦点の光軸すなわちZ軸方向の位置(以下、焦点位置)を検出する位置センサである。Zスケール104は、顕微鏡100の起動時にリセットされ、その後の焦点位置の光軸(Z軸)方向の移動履歴は、図1においては不図示の位置カウンタで保有される。XYスケール116は、被検物を載置する不図示のXYステージのXY面上の位置を検出する位置センサである。XYスケール116は、Zスケール104と同様に、顕微鏡100の起動時にリセットされ、その後のXYステージ位置のX軸及びY軸方向の移動履歴は、同様に図1においては不図示の位置カウンタで保有される。
光学倍率選択部103は、複数の対物レンズを保持した不図示のレボルバの中から適切な倍率の対物レンズ113を選択する。選択された対物レンズ113は、光路上に配置される。
フレーム有効信号FVALは、レーザー走査1フレーム分に相当するタイミング(垂直走査)を通知する垂直同期信号である。ライン有効信号LVALは、レーザー走査の1ライン分に相当するタイミング(水平走査)を通知する水平同期信号である。
システム制御部108は、顕微鏡本体内の各部の連係動作を制御し、機能間通信路110を介して各部と接続されている。詳細は以下に具体的に説明するが、システム制御部108は、サンプリング/メモリ部115から画像データと焦点位置データとを対応付けて画像転送路109に出力する処理についても制御を行う。
図1の構成のレーザー走査型共焦点顕微鏡100が画像データを生成する動作について、以下に説明する。
被検物からのレーザー反射光を検出する光センサ101からの信号は、走査制御部106がレーザー走査に同期したタイミングで出力する同期信号に合わせてサンプリング/メモリ部115で画素データとしてサンプリングされる。この画素データは、レーザーの水平走査1ラインの単位でまとめられ、更に、レーザーの垂直走査ライン数の単位にまとめられる。このようにしてまとめられた1フレーム分の画像データは、高速広帯域の画像転送路109を通じてコントローラ112に向けて直ちに転送される。
図3のサンプリング/メモリ部115は、走査制御部106が生成する図2の同期信号にしたがって、画素データ及び焦点位置データを、それぞれ所定のタイミングで画像転送路109に出力する。図中の太実線は、画素データまたは焦点位置のデータの流れを、細実線は、同期信号の流れを表す。
2×Y(ライン数)/X(画素数)
なお、上式で、端数は切り上げとする。
図5には、焦点位置を変えながら撮像して得られる24のフレームの画像と、撮像中の各時点におけるラインの位置及びフレームの位置を示すグラフとを示す。上記のとおり、本実施形態では、各ラインの開始のタイミングで位置カウンタ306のデータのサンプリングを行い、DPRAM305に保持する。この各ラインの開始タイミングで取得する位置カウンタ306の値を、図5においては、「ライン位置」として示す。図5の「フレーム位置」とは、24のフレーム画像それぞれのZ軸方向の位置座標を表し、各フレームの(1ライン目の)開始タイミングで位置カウンタ306のサンプリングを行うことで得られる値である。ライン位置のグラフに関しては、あるフレーム位置(例えばフレーム番号「1」のフレーム位置)から次のフレーム位置(例えばフレーム番号「2」のフレーム位置)までの間に、フレームのライン数分(例えば1024個)のライン位置が示されている。
上記の実施形態では、各フレームの画像データを送信した後に、各ラインの焦点位置データの転送を行う。しかし、焦点位置データの転送タイミングは、これに限定されるものではない。例えば、各ラインの焦点位置データについては、それぞれ対応するラインの画素データを転送するごとに、これに続けて転送していく構成とすることもできる。
上記の実施形態では、1フレーム分の画素データの転送後に、変形例1では、1ライン分の画素データの転送後に、それぞれ焦点位置データの転送を行っている。本変形例のように、各画素データを転送するごとに対応する焦点位置データを転送する構成とすることもできる。
上記の第1の実施形態に係るレーザー走査型共焦点顕微鏡100では、光センサ101にて得られる画像データのみをコントローラ112に転送している。これに対し、本実施形態においては、光センサ101に加えて、図1のCCD114にて得られる画像データについても、コントローラ112に転送する。また、Zスケール104に加えてXYスケール116からもデータを取得し、コントローラ112に転送する。
(構成)
本実施形態に係るレーザー走査型共焦点顕微鏡の構成は、上記の第1の実施形態のそれと同様であり、図1に示すとおりである。
図7は、本実施形態に係るサンプリング/メモリ部115による焦点位置及びXY座標のDPRAM305への保存の方法及び画像転送路109への出力方法の具体例を示す図である。図7(b)に示すように、Zスケールの位置カウンタ306のデータ長は24bitである。これについては、図4を参照して説明した場合と同様である。但し、ここでは、図7(a)に示すように、画像データの色階調は、RGBそれぞれにつき8bitで表され、図7(c)に示すように、XYスケール116の位置カウンタのデータ長は、X軸及びY軸のそれぞれにつき32bitであることとする。DPRAM305への入出力は、第1の実施形態と同様に入力が24bitであるのに対し、出力は、8bitであるとする。
上記の実施形態では、コントローラ112は、画像転送路109を介して焦点位置データ等の制御情報を受信し、これを用いて三次元画像の生成等の処理を実施している。焦点位置データ等を保持するDPRAM305は、上記のとおり、画像フレームの同期信号のタイミングに合わせて読み出される。
104 Zスケール
113 対物レンズ
114 CCD
116 XYスケール
109 画像転送路
112 コントローラ
115 サンプリング/メモリ部
302 セレクタ
303 画素カウンタ
304 ラインカウンタ
305 DPRAM
306 位置カウンタ
Claims (12)
- 光源、光センサ、及びセンサ信号を画像化する画像化部を有する三次元形状測定装置であって、
前記画像化部によるセンサ信号の画像化に同期して取得した、前記画像化の時点における前記三次元形状測定装置の状態を表した制御情報を保持する保持部と、
前記画像化部において得た画像データの画像転送路への転送タイミングに基づき前記保持部に保持した前記制御情報の前記画像転送路への転送タイミングを制御して、前記制御情報を前記画像データと対応付けて前記画像転送路に出力させる出力制御部と、
を備え、
前記保持部は、前記制御情報として、光軸方向の焦点位置を保持し、
前記出力制御部は、前記保持部に保持されている光軸方向の焦点位置のデータを、前記焦点位置を取得したタイミングの前記画像データと対応付けて出力させ、
前記三次元形状測定装置は、レーザー走査型共焦点顕微鏡である
ことを特徴とする三次元形状測定装置。 - さらに、通信系の通信路と、前記通信路よりも帯域の広い前記画像転送路と、を含む複数の通信路を備える
ことを特徴とする請求項1に記載の三次元形状測定装置。 - 前記保持部は、前記制御情報として、さらに、二次元面内の撮像位置を保持し、
前記出力制御部は、前記保持部に保持されている二次元面内の撮像位置のデータを、前記撮像位置を取得したタイミングの前記画像データと対応付けて出力させる
ことを特徴とする請求項1に記載の三次元形状測定装置。 - 前記レーザー走査型共焦点顕微鏡は、
前記光源から発せられた光を集光する対物レンズと、
被検物を載置するステージと、
前記対物レンズにより集光されて前記被検物上に照明される光を二次元走査するときの同期信号を生成する走査制御部と、
を備える
ことを特徴とする請求項1に記載の三次元形状測定装置。 - 前記保持部は、前記走査制御部が生成した同期信号に基づき各画像フレームのスキャンごとに取得される前記制御情報を保持してゆく
ことを特徴とする請求項4に記載の三次元形状測定装置。 - 前記保持部は、前記走査制御部が生成した同期信号に基づき画像フレームの各ラインのスキャンごとに取得される前記制御情報を保持してゆく
ことを特徴とする請求項4に記載の三次元形状測定装置。 - 前記保持部は、前記走査制御部が生成した同期信号に基づき画像フレームの各画素のスキャンごとに取得される前記制御情報を保持してゆく
ことを特徴とする請求項4に記載の三次元形状測定装置。 - 前記出力制御部は、前記センサ信号の読み出しタイミングを表す同期信号の有効期間を利用して、前記制御情報を前記画像転送路に出力させる
ことを特徴とする請求項1に記載の三次元形状測定装置。 - 前記出力制御部は、前記レーザー走査型共焦点顕微鏡の走査制御部により生成される同期信号のうち、垂直同期信号の有効期間の画像データの転送に使用されていない期間を利用して、各フレームの画像データに前記制御情報を対応付けて出力させる
ことを特徴とする請求項8に記載の三次元形状測定装置。 - 前記出力制御部は、前記レーザー走査型共焦点顕微鏡の走査制御部により生成される同期信号のうち、水平同期信号の有効期間の画像データの転送に使用されていない期間を利用して、フレームの各ラインのデータに前記制御情報を対応付けて出力させる
ことを特徴とする請求項8に記載の三次元形状測定装置。 - 前記出力制御部は、前記レーザー走査型共焦点顕微鏡の走査制御部により生成される同期信号の周期、またはXYスキャンの復路の期間を利用して、各画素のデータに前記制御情報を対応付けて出力させる
ことを特徴とする請求項8に記載の三次元形状測定装置。 - 前記出力制御部により対応付けて転送された前記制御情報及び前記画像データを処理して前記三次元形状測定を行うコントローラと、
を更に備え、
前記出力制御部は、前記保持部に保持されている制御情報を、所定の配置条件にしたがって前記画像データに挿入することにより対応付けを行い、
前記コントローラは、前記所定の配置条件に基づき、前記制御情報を解読して、対応する前記画像データを処理する
ことを特徴とする請求項1に記載の三次元形状測定装置。
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