JP7092619B2 - 拡大観察装置 - Google Patents
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Description
前記ベース部から見て前記搖動軸と同じ高さかそれよりも高い位置である前記第2のスタンド部または前記シャフト部に設けられ、前記第1の撮像手段の光軸が視野内に含まれるように前記載置部または前記観察対象物の方を向き、かつ、前記第1の撮像手段の光軸と異なる光軸を有し、前記載置部を含む第2の画像を取得するように設けられた第2の撮像手段と、
前記第1の撮像手段で取得された前記第1の画像と、前記第2の撮像手段で取得された前記第2の画像とを表示可能な表示部とを備えていることを特徴とする。
図1~3は、本発明の実施形態1に係る拡大観察装置の観察部1を示すものであり、図4は、本発明の実施形態1に係る拡大観察装置Aの全体構成を示す図である。拡大観察装置Aは、例えば微小物体等の試料や電子部品、被加工物等のワーク(以下、これらを観察対象物という。)を拡大して表示することにより、使用者が観察対象物の外観を検査したり、寸法計測等を行う際に使用されるものである。拡大観察装置Aは、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と呼ぶこともできる。観察対象物は、上述した例に限定されるものではなく、各種物体を観察対象物とすることができる。具体的には、載置部30に載置された観察対象物に照明光を照射し、該照明光の観察対象物からの反射光又は透過光の受光量を検出して観察対象物の画像を生成し、拡大観察可能に表示することができるように構成されている。
図1~図3に示すように、観察部1は、ベース部10と、対物レンズ25が取り付けられるスタンド部20と、載置部30とを備えている。この実施形態の説明では、図1~図3に示すように、観察部1の前後方向及び左右方向を定義する。すなわち、使用者と対面する側が観察部1の前側であり、これと反対側が観察部1の後側であり、使用者から見て右側が観察部1の右側であり、使用者から見て左側が観察部1の左側である。尚、前後方向及び左右方向の定義は、説明の理解を助けるためのものであり、実際の使用状態を限定するものではなく、いずれの方向が前となるように使用してもよい。
図8は、本発明の実施形態2に係る観察部1を示すものである。この実施形態2では、ベース部10に側視画像撮像部45が設けられている点で、実施形態1とは異なっており、他の部分は実施形態1と同じであるため、以下、実施形態1と同じ部分には同じ符号を付して説明を省略し、異なる部分について説明する。
図9は、本発明の実施形態3に係る観察部1を示すものである。この実施形態3では、ヘッド部22に側視画像撮像部45が設けられていて、側視画像撮像部45を対物レンズ25と同方向に移動させることが可能に構成されている点で、実施形態1とは異なっており、他の部分は実施形態1と同じであるため、以下、実施形態1と同じ部分には同じ符号を付して説明を省略し、異なる部分について説明する。
図10及び図11は、本発明の実施形態4に係る観察部1を示すものである。実施形態4では、ベース部10に、1つの支持部14(図11に示す)を上方へ突出するように設けている。他の部分は、実施形態1と同じであるため、以下、実施形態1と同じ部分には同じ符号を付して説明を省略し、異なる部分について説明する。
図12及び図13は、本発明の実施形態5に係る観察部1を示すものである。実施形態5では、ベース部10に、1つの支持部15(図13に示す)を上方へ突出するように設けている。以下に説明する部分以外は、実施形態1と同じであるため、以下、実施形態1と同じ部分には同じ符号を付して説明を省略し、異なる部分について説明する。
図14及び図15は、本発明の実施形態6に係る観察部1を示すものである。実施形態6では、ベース部10に、円弧状のレール部材17を設けている。以下に説明する部分以外は、実施形態1と同じであるため、以下、実施形態1と同じ部分には同じ符号を付して説明を省略し、異なる部分について説明する。
観察部1は、ユーセントリック観察が行えるように構成されている。すなわち、拡大観察装置Aにおいては、上記のX方向、Y方向およびZ方向にそれぞれ平行な3つの軸で形成される装置固有の三次元座標系が定義されている。記憶部89には、拡大観察装置Aの三次元座標系における後述する交差位置の座標がさらに記憶されている。交差位置の座標情報は、拡大観察装置Aの工場出荷時に予め記憶部89に記憶されていてもよい。また、記憶部89に記憶される交差位置の座標情報は、拡大観察装置Aの使用者により更新可能であってもよい。
表示部2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画面2aを有しており、外部から電力が供給されるようになっている。表示画面2aにタッチ操作パネル(受付部の一例)を組み込むようにしてもよい。また、この実施形態では、図4に示すように、表示部2に制御部60を組み込んだ例で説明しているが、これに限らず、制御部60は観察部1に組み込むようにしてもよいし、コントローラ部3に組み込むようにしてもよいし、表示部2、観察部1及びコントローラ部3とは別体の外部ユニットとしてもよい。表示部2と、観察部1とはケーブル5によって信号の送受が可能に接続されている。ケーブル5には、側視画像撮像部45による撮像データを送信するケーブル45b(図5に示す)も含まれている。観察部1への電力供給は、ケーブル5によって行ってもよいし、図示しない電源ケーブルによって行ってもよい。
コントローラ部3は制御部60に接続されており、一般的なキーボードやマウスとは異なっており、観察部1を操作したり、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可能な専用の操作デバイスである。尚、この図17に示すように、マウス4及びキーボード6も制御部60に接続されている。マウス4及びキーボード6は、従来から周知のコンピュータ操作用の機器である。
制御部60は、拡大観察装置A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。図17に示すように、制御部60には、画像処理部61、エッジ抽出部62、オートフォーカス部63、表示制御部64、背景影響低減部65、位置指標算出部66、合成処理部67及び水平化部68が設けられている。制御部60を構成している各部は、後述するように様々な機能を実現可能な部分であるが、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し、それらの組み合わせで実現されていてもよい。制御部60を構成している各部は、一部が観察部1に内蔵されていて、他の部分が表示部2に内蔵されていてもよいし、一部がコントローラ部3に内蔵されていてもよい。
エッジ抽出部62は、側視画像に含まれている観察対象物100の上面をエッジとして抽出するエッジ抽出処理を行うように構成されている。エッジとは、広義には観察対象物100の輪郭、外形線と定義できるが、本例では、観察対象物100を側方から見たときの上面をエッジとして抽出する場合について説明する。エッジ抽出処理自体は従来から周知の手法を用いることができ、例えば、画像上の各画素の画素値を取得し、画像上の画素値の変化がエッジ検出用のしきい値以上となる領域が存在する場合に、その境界部分がエッジであるとして抽出する。観察対象物100の上面をエッジとして抽出すると、表示制御部64は、図21に示すように、エッジを観察対象物エッジ表示線71aにて表示するように、表示部2を制御する。観察対象物エッジ表示線71aは、例えば、太線、破線、赤色や黄色等の目立つ色の線等で構成することができるが、これらに限られるものではなく、点滅表示する形態等であってもよい。観察対象物エッジ表示線71aが複数ある場合には、最も上に位置する観察対象物エッジ表示線71aのみ表示させるようにしてもよい。
図22Aに示すように、エッジ抽出処理を行う側視画像には、背景部分(符号72で示す)が含まれていることがある。すなわち、側視画像撮像部45は載置台31や観察対象物100の方を向いており、側視画像撮像部45で取得された側視画像のうち、載置台31や観察対象物100が占める領域は側視画像の一部であり、側視画像の残りの部分には、図22に符号72で示すように観察対象物100よりも遠くにあるもの(載置台31の前端よりも遠くにある背景物)が映り込むことがあり、これが側視画像の背景部分となる。背景部分には、物、人等が含まれることもある。背景部分が側視画像に鮮明に映り込んでいると、載置台31と背景との区別、観察対象物100と背景との区別、対物レンズ25と背景との区別が難しくなり、側視画像において載置台31や観察対象物100、対物レンズ25を把握するのが困難になるおそれがある。特に、背景部分が鮮明に映り込んだ側視画像を使用してエッジ抽出処理を行おうとすると、背景物72の輪郭を抽出してしまう場合があり、観察対象物100や対物レンズ25のエッジを抽出することが困難になる。
図24は、アタッチメント25aが取り付けられた対物レンズ25を含む側視画像の例を示すものである。アタッチメント25aが対物レンズ25の下端部に取り付けられると、その分、載置台31との距離、観察対象物100との距離が短くなる。
図17に示す画像処理部61は、側視画像撮像部45で取得された側視画像に基づいて対物レンズ25と観察対象物100との位置関係情報を取得するように構成されている。具体的には、エッジ抽出部62で抽出されたエッジを使用して、対物レンズ25と観察対象物100との位置関係情報を取得することができ、例えば図21に示すように、最も上に位置する観察対象物エッジ表示線71aと、対物レンズエッジ表示線71bの下端部との上下方向の距離を位置関係情報として取得する。この距離の算出手法としては、例えば、側視画像の1画素当たりの実寸法と、観察対象物エッジ表示線71aと対物レンズエッジ表示線71bとの間の画素数とを乗じる方法等がある。
オートフォーカス部63は、画像処理部61で取得された対物レンズ25と観察対象物100との位置関係情報と、拡大観察画像撮像部50で取得された拡大観察用画像とに基づいて対物レンズZ軸方向駆動部80を制御して対物レンズ25を上下方向に移動させて対物レンズ25の焦点を探索する。例えば、周知の位相差オートフォーカスやコントラストAF等と同様なアルゴリズムを利用して観察対象物100に焦点が合うまで対物レンズZ軸方向駆動部80によって対物レンズ25を上下方向に移動させる。尚、載置部Z方向駆動部83により載置台31を上下方向に移動させることによって焦点を合わせるようにしてもよい。
コントローラ部3、マウス4及びキーボード6は、表示部2に表示された側視画像における使用者による任意の位置の指定を受け付ける受付部である。制御部60は、受付部で受け付けた位置に基づいて拡大観察装置Aを制御するように構成されている。例えば、受付部で受け付けた位置に対物レンズ25の焦点が合うように対物レンズZ軸方向駆動部80を制御する。また、受付部で受け付けた位置に対物レンズ25が移動するように対物レンズZ軸方向駆動部80を制御することもできる。
図17に示す合成処理部67は、拡大観察画像撮像部50の視野内に位置する観察対象物100の高さ方向の所定範囲の全部分に合焦した拡大観察用画像を生成する深度合成処理を行う部分である。深度合成画像は、観察対象物100の高さ方向の所定範囲の高低差が対物レンズ25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拡大観察画像撮像部50で撮像した画像の中から、合焦した部分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従来から周知の深度合成処理を行えばよく、この深度合成処理は、対物レンズZ軸方向駆動部80によって対物レンズ25をZ方向(高さ方向)に移動させながら、複数の静止画像(合成前画像)を拡大観察画像撮像部50で撮像して、合焦している領域を合成することで、画面の広範囲にピントが合っている拡大観察用画像を合成する。この場合は、Z方向の範囲やZ方向の移動ピッチ等によって数十から数百の静止画像を使用する。
位置指標算出部66は、側視画像撮像部45で取得された側視画像に基づいて、対物レンズ25の光軸方向における対物レンズ25と観察対象物100との間の距離、または対物レンズ25と載置台31の上面との間の距離に関係する指標を算出する部分である。指標は、表示部2に表示可能となっており、側視画像と重畳表示することができる。重畳表示とは、側視画像撮像部45で撮像された画像に指標を重ねて表示することである。指標は、ヘッド部22が揺動(傾斜)すると、その揺動角度に対応して傾斜する。
図17に示す表示制御部64は上述したように表示部2を制御する他、対物レンズ25と観察対象物100との間の距離に応じて側視画像の表示倍率を変更して表示部2に表示させるように構成されている。具体的には、対物レンズ25と観察対象物100との間の距離が近づけば近づくほど、側視画像の表示倍率を大きく、即ち拡大して表示する。例えば、対物レンズ25が高倍率のものである場合には図43に示すように作動距離が数mm以下になり、対物レンズ25の下端部と観察対象物100との距離が側視画像上で判りづらくなることがある。このような場合に側視画像の表示倍率を大きくすることで、図44に示すように、表示部2には対物レンズ25の下端部と観察対象物100とが拡大表示されることになり、対物レンズ25の下端部と観察対象物100との距離を把握し易くなる。側視画像の表示倍率は、段階的に大きくしてもよいし、ほぼ無段階で大きくしてもよい。側視画像の表示倍率の変更は、対物レンズ25と観察対象物100との間の距離の変化に連動して行われるようにしてもよいし、使用者が手動で行うようにしてもよい。
図17に示す水平化部68は、ヘッド部22が揺動した状態で、側視画像中の載置台31が略水平となるように画像処理を行う部分である。すなわち、側視画像撮像部45が側視画像を取得する際、例えば図10及び図11に示す実施形態4のように、ヘッド部22の揺動に伴って側視画像撮像部45が軸U回りに変位すると、取得された側視画像においては、載置台31がヘッド部22の揺動角度に対応して傾斜することになる。この場合、側視画像は、水平化部68で載置台31が略水平となるように回動させる画像処理が行われた後、表示部2に表示されるので、観察対象物100を複数の異なる角度から観察する場合に、側視画像を違和感の少ない画像とすることができる。
次に、拡大観察装置Aにより全自動観察を行う場合について説明する。図18のフローチャートに示すように、まず、ステップSA1において使用者は観察対象物100を載置台31にセットする。すると、図16に示すようなユーザーインターフェース70により、拡大観察画像撮像部50で取得された拡大観察用画像が拡大観察画像表示領域70aに表示され、側視画像撮像部45で取得された側視画像が側視画像表示領域70bに表示される。ステップSA2では、使用者が拡大観察画像表示領域70aに表示された拡大観察用画像を見る。ステップSA3では、拡大観察画像表示領域70aに表示された拡大観察用画像がピントの合った画像であるか否かを判定し、ピントの合った画像である場合にはステップSA5に進んで観察を行う。ピントの合った画像でない場合にはステップSA4に進み、観察開始操作を行う。観察開始操作は、コントローラ部3、マウス4及びキーボード6等によって行うことができ、例えば図16に示すユーザーインターフェース70に表示された観察開始ボタン等をクリックする操作であってもよい。
次に、拡大観察装置Aにより半自動観察を行う場合について説明する。図28のフローチャートのステップSC1~SC4は、図18のフローチャートのステップSA1~SA4と同じである。また、図28のフローチャートのステップSC9は、図18のフローチャートのステップSA5と同じである。
次に、拡大観察装置Aにより手動観察を行う場合について説明する。図38のフローチャートのステップSE1~SE3は、図18のフローチャートのステップSA1~SA3と同じである。ステップSE4では、使用者が側視画像を見る。この側視画像には、図40に示す位置指標としてのガイド表示76や図42に示す距離等が重畳表示されている。
対物レンズ25の焦点が合った後、その合焦状態を維持しながら、対物レンズZ軸方向駆動部80によって対物レンズ25を、載置部Z方向駆動部83によって載置台31をそれぞれ移動させてユーセントリック観察が可能な位置に観察対象物100の観察対象部分を配置する。これにより、ヘッド部22を揺動させても、観察対象物100の観察対象部分が拡大観察画像撮像部50の視野から外れなくなり、ユーセントリック観察が可能になる。
図49A及び図49Bは、図16に示すユーザーインターフェース70に表示する表示例であり、補助ウインドウ70cを示している。補助ウインドウ70cでは、ナビ画像と側視画像とを選択的に表示することができるようになっている。ナビ画像とは、観察対象物100を上方から撮像した画像であり、かつ、対物レンズ25の視野よりも広い範囲の画像である。このナビ画像は、載置部XY方向駆動部82によって載置台31をX方向、Y方向に移動させて、都度、撮像した画像を連結処理することによって取得できる。図49Bに示す補助ウインドウ70cの側視画像は、上述した側視画像撮像部45で取得した画像である。撮像する前には、オートフォーカス機能によって焦点を自動で合わせることができる。
側視画像撮像部45で取得した側視画像と、拡大観察画像撮像部50で取得した拡大観察用画像とは、記憶部89に記憶することができるように構成されている。使用者が画像の保存操作を行うと、同一の観察対象物100を撮像して取得された側視画像と拡大観察用画像とが関連付けられて記憶部89に記憶される。記憶部89には、観察日時や観察対象物100の名称等も画像と関連付けて記憶することができる。
次に、拡大観察装置Aを使用した具体的な観察例について説明する。図50は、この例で用いる観察対象物100の斜視図であり、具体的には電子部品である。この観察対象物100は、基板103と、抵抗器104と、コネクタ105と、コンデンサ106とを有している。抵抗器104及びコネクタ105は基板103の上面から突出するように設けられている。一方、コンデンサ106は、基板103に形成された凹部103a内に設けられており、側面からは見えないようになっている。
以上説明したように、この実施形態に係る拡大観察装置Aによれば、観察対象物100からの反射光又は透過光を、対物レンズ25を介して受光する拡大観察画像撮像部50とは別に、観察対象物100の少なくとも上面を含む画像を取得する側視画像撮像部45を設けて、対物レンズ25と観察対象物100との位置関係情報を取得した上でオートフォーカスを実行することができるので、対物レンズ25と観察対象物100との衝突を回避しながら、オートフォーカスの機能を十分に活かすことができる。
2 表示部
3 コントローラ部(受付部)
4 マウス(受付部)
6 キーボード(受付部)
10 ベース部
25 対物レンズ
26 レボルバ
30 載置部
31 載置台
40 揺動軸
45 側視画像撮像部
45b ケーブル
50 拡大観察画像撮像部(第1の撮像手段)
51 同軸落射照明
60 制御部
61 画像処理部
62 エッジ抽出部
63 オートフォーカス部
64 表示制御部
65 背景影響低減部
65a 背景判定部
66 位置指標算出部
67 合成処理部
68 水平化部
80 対物レンズZ軸方向駆動部
83 載置部Z方向駆動部
87 リング照明
89 記憶部
100 観察対象物
A 拡大観察装置
U 軸(揺動軸)
Claims (9)
- 観察対象物に照明光を照射し、該照明光の前記観察対象物からの反射光又は透過光の受光量を検出して前記観察対象物の画像を生成し、拡大観察可能に表示する拡大観察装置において、
ベース部と、
前記ベース部に支持され、前記観察対象物を載置するための載置部と、
前記照明光の前記観察対象物からの反射光又は透過光が入射する対物レンズと、
前記反射光又は透過光を、前記対物レンズを介して受光して第1の画像を取得する第1の撮像手段と、
前記ベース部に支持され、前記ベース部に近い側にある第1のスタンド部と、前記ベース部から遠い側にありかつ前記対物レンズ及び前記第1の撮像手段を支持する第2のスタンド部と、前記第2のスタンド部を前記第1のスタンド部に対して揺動軸回りに揺動させ、前記揺動軸回りの揺動動作によっても前記ベース部に対し揺動せず、水平方向との角度が変わらない中空軸を有し、前記載置部から離間した位置に設けられるシャフト部と、を有する支持部材と、
前記ベース部から見て、前記シャフト部のうち、前記揺動軸回りの揺動動作によっても水平方向との角度が変わらない前記中空軸に設けられ、前記第1の撮像手段の光軸が視野内に含まれるように前記載置部または前記観察対象物の方を向き、かつ、前記第1の撮像手段の光軸と異なる光軸を有し、前記載置部を含む第2の画像を、前記支持部材の揺動動作によっても水平方向の角度が変わらない状態で取得するように設けられた第2の撮像手段と、
前記第1の撮像手段で取得された前記第1の画像と、前記第2の撮像手段で取得された前記第2の画像とを表示可能な表示部とを備えている拡大観察装置。 - 請求項1に記載の拡大観察装置において、
前記揺動軸と、前記第2の撮像手段の光軸とは一致または交差している拡大観察装置。 - 請求項1または2に記載の拡大観察装置において、
前記ベース部から離れて配置可能な制御部を備え、
前記第2の撮像手段から延び、該第2の撮像手段による撮像データを送信するケーブルが前記シャフト部の内部を通り、前記制御部に接続されている拡大観察装置。 - 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、
前記第2の撮像手段は、前記対物レンズを含む第2の画像を取得し、
前記支持部材を揺動動作させた状態で前記第1の撮像手段により取得された前記第1の画像と、前記第2の撮像手段で取得された前記第2の画像とを前記表示部に同時に表示させる表示制御部を備えている拡大観察装置。 - 請求項4に記載の拡大観察装置において、
前記表示制御部は、前記第1の画像を前記第2の画像よりも大きく表示させる拡大観察装置。 - 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、
前記対物レンズを前記載置部に接近する方向と離れる方向とに移動させる対物レンズ駆動部を備え、
前記対物レンズ駆動部は、前記第2の撮像手段を前記対物レンズと同方向に移動させる拡大観察装置。 - 請求項1から6のいずれか1つに記載の拡大観察装置において、
前記対物レンズを前記載置部に接近する方向と離れる方向とに移動させる対物レンズ駆動部を備え、
前記第2の撮像手段は、前記対物レンズ駆動部による前記対物レンズの駆動時に移動しない部材に取り付けられている拡大観察装置。 - 請求項1から7のいずれか1つに記載の拡大観察装置において、
前記載置部は、前記観察対象物を前記対物レンズに接近する方向と離れる方向とに移動させる電動載置台で構成されている拡大観察装置。 - 請求項1から8のいずれか1つに記載の拡大観察装置において、
前記第2の撮像手段は、使用者側とは反対側から前記載置部を撮像するように設けられ、
前記第2の撮像手段で取得された画像を左右反転させて前記表示部に表示させる画像処理部を備えている拡大観察装置。
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