KR100971582B1

KR100971582B1 - 공초점 현미경

Info

Publication number: KR100971582B1
Application number: KR1020087009328A
Authority: KR
Inventors: 슈우지 아끼야마; 아끼히로 기따하라
Original assignee: 올림푸스 가부시키가이샤
Priority date: 2006-11-27
Filing date: 2007-11-13
Publication date: 2010-07-20
Also published as: JP4874069B2; WO2008065741A1; KR20080069168A; US20090097109A1; JP2008134339A; US8041097B2

Abstract

관찰 대상으로 되는 시료의 형상을 의식하지 않고 용이하게 관찰 화상의 도입 범위를 결정하여 확장 화상을 취득하는 공초점 현미경을 제공하기 위해, 공초점 현미경에, 공초점 화상을 생성하는 공초점 화상 생성 수단과, 상기 공초점 화상의 각 화소가 갖는 휘도 중, 소정의 레벨 이하의 휘도를 갖는 제1 화소수를 계수하는 제1 계수 수단과, 상기 공초점 화상에 대해 소정의 조건에 일치하는 화소만을 추출하여 얻는 화소수로 제2 화소수를 계수하는 제2 계수 수단과, 상기 제1 및 제2 화소수를 기초로 하여 상기 관찰면이 화상 도입 범위 내인지 여부를 판단하여 경계면을 검출하는 경계면 판단 수단을 구비한다.

공초점 현미경, 확장 화상, 공초점 화상 생성 수단, 계수 수단, 경계면 판단 수단

Description

공초점 현미경 {Confocal Microscopy}

본 발명은 관찰 대상의 시료에 대해 공초점 화상을 취득할 수 있는 공초점 현미경에 관한 것이다.

종래, 점 형상 광원에 의해 관찰 대상의 시료를 점 형상으로 조명하고, 이 조명된 시료로부터의 반사광을 다시 점 형상으로 결상시키고, 핀홀 개구를 통해 검출기에서 상의 농도 정보를 얻는 공초점 광학계를 갖는 현미경(이하,「공초점 현미경」이라 함)이 있다.

도1은 공초점 광학계의 구성의 개략을 도시하고 있다. 도1에 도시하는 바와 같이, 점 형상 광원(701)으로부터 조사된 광은, 수차가 좋게 보정된 대물 렌즈(703)에 의해 관찰 대상의 시료(704) 상의 1점에 집광하고, 시료(704)를 조명한다.

시료(704)의 반사광은 하프 미러(702)를 통해 핀홀(705) 상에 점으로서 결상되고, 이 결상된 점 형상 광을 핀홀(705)을 통해 광검출기(706)에서 검출한다. 그리고, 시료(704)를, 예를 들어, 텔레비전의 래스터 주사와 동일하게 2차원 주사함으로써, 2차원 화상(이하,「공초점(共焦点) 화상」이라 함)이 얻어진다.

여기서, 대물 렌즈(703)의 집광 위치로부터 어긋난 위치(가)에 있어서의 반 사광은, 핀홀(705) 상에 집광되지 않으므로 핀홀(705)을 통과하지 않아 광검출기(706)에서 검출되지 않는다. 따라서, 도1에 도시한 광학계에서는, 대물 렌즈(703)의 집광 위치 즉 포커싱 위치만의 화상을 얻는 것이 가능해진다.

상술한 공초점 광학계는 초점 심도가 얕으므로, 시료(704)의 관찰면이 평면 형상인 경우에는 문제없지만, 도2에 도시한 바와 같이 관찰면의 높이가 다른 요철이 존재하는 비평면 형상의 시료인 경우에는, 핀트의 위치로부터 벗어난 시료면의 화상을 얻을 수 없게 된다.

도2는 관찰면이 비평면 형상인 시료의 예를 나타내고 있다. 도2에 도시하는 시료(800)는, 각각 높이가 a, b 및 c(b ＞ a ＞ c)인 관찰면 A, B 및 C를 갖는 비평면 형상의 시료이다. Z는 광의 조사 방향이다. 예를 들어, 관찰면 A에 포커싱하면 관찰면 B나 C에 대한 관찰 화상은 얻을 수 없다.

따라서, 한 번의 관찰 조작에 의해 관찰면 A, B 및 C의 전부를 관찰하는 것은 불가능하다. 그로 인해, 관찰면 A, B 및 C의 전부를 관찰하기 위해서는, 관찰면 A, B 및 C에 대해 개별로 포커싱하여 얻은 관찰 화상을 합성해야만 한다.

그러나, 예를 들어, 관찰면 A, B 및 C마다의 포커싱 위치에 대한 위치 결정은, 관찰자가 관찰 화상을 보면서 결정해야만 했다. 그로 인해, 도2에 도시한 시료(800)와 같은 시료를 관찰하는 경우, 그때마다, 모든 관찰면으로의 위치 결정을 행해야만 하여, 관찰자에게 큰 부담이 된다고 하는 문제가 있었다.

이 문제를 해결하기 위해, 특허 문헌 1에는, 높이가 다른 관찰면을 갖는 시료에 대한 화상 도입 범위를 자동 설정함으로써, 모든 관찰면으로의 위치 결정을 행하지 않고 시료의 관찰 화상을 얻을 수 있어, 관찰자의 부담을 경감시키는 주사형 광학 현미경에 대해 개시되어 있다.

특허 문헌 1에 기재된 주사형 광학 현미경에 따르면, 사용자가 화상 도입 범위를 설정하지 않아도 제1과 제2 스테이지 위치 사이를 이동하면서 공초점 화상을 도입하여, 전체 측정 영역에서 초점이 맞은 화상(이하,「확장 화상(extend image)」이라 함)을 취득할 수 있다.

그러나, 특허 문헌 1에서는, 임의의 스테이지 위치에서 얻어지는 공초점 화상에 있어서, 소정 레벨 이하의 휘도의 화소수가 미리 설정된 화소수 이상인지 여부로 화상 도입 범위인지 여부를 판정하고 있다. 따라서, 복수의 단차가 있는 시료[예를 들어, 도2에 도시한 시료(800)]에 대해서는, 최초의 단차에서 화상 도입 범위가 종료했다고 판단해 버린다고 하는 문제가 있었다.

이 문제를 해결하기 위해, 특허 문헌 2에서는, 관찰면의 높이가 다른 형상을 갖는 시료라도 화상 도입 범위의 자동 설정을 확실하게 행하는 주사형 현미경에 대해 개시하고 있다.

특허 문헌 2에 기재된 주사형 현미경에서는, 관찰 대상의 시료에 있어서의 관찰면의 수(평면수)가 사용된다. 즉, 포커싱 초기 위치보다 상한 방향에 있는 평면수 Nup와 하한 방향에 있는 평면수 Ndown이 사용된다. 예를 들어, 도2에 도시한 시료(800)에 있어서, 포커싱 초기 위치가 AC 사이에 있었던 경우, 평면수 Nup = 2, 평면수 Ndown = 1로 된다.

그리고, 시료를 적재한 스테이지를 일방향으로 이동하면서, 취득한 공초점 화상의 휘도가 소정 레벨 이하로 되어 있는 화소수를 계수하고, 소정의 화소수 이상으로 되는지 여부로 평면을 판별한다. 그리고, 평면을 검출할 때마다 평면수를 카운트한다.

평면수가 설정한 값(예를 들어, Nup = 2)으로 되는 위치를 제1 스테이지 위치로서 기억한다. 마찬가지로, 시료를 적재한 스테이지를 역방향으로 이동하면서, 관찰 화상에 있어서 휘도가 소정 레벨 이하로 되어 있는 화소수를 계수하고, 소정의 화소수 이상으로 되는지 여부로 평면을 판별한다. 그리고, 평면수를 카운트하고, 평면수가 설정한 값(예를 들어, Ndown = 1)으로 되는 위치를 제2 스테이지 위치로서 기억한다.

이상의 처리에 의해, 관찰면에 복수의 단차가 있는 시료라도, 제1 및 제2 스테이지 위치를 검출하고, 제1 스테이지 위치-제2 스테이지 위치 사이의 공초점 화상을 취득함으로써 확장 화상을 취득하는 것이 가능해진다.

특허 문헌 1 : 일본 특허 공개 평6-308393호 공보

특허 문헌 2 : 일본 특허 공개 평8-278450호 공보

본 발명에 관한 공초점 현미경은, 소정의 높이마다 집광 위치를 이동하여 관찰 시료의 관찰면에 있어서의 공초점 화상을 취득하고, 상기 공초점 화상에 대해 화소마다 최대 휘도의 화소를 추출하고, 상기 집광 위치의 전체 이동 영역에서 초점이 맞은 화상을 생성하는 공초점 현미경에 있어서, 상기 관찰 시료로부터의 반사광을 핀홀을 통해 검출하는 광검출 수단과, 상기 광검출 수단으로부터의 검출 신호에 의해 공초점 화상을 생성하는 공초점 화상 생성 수단과, 상기 공초점 화상의 각 화소가 갖는 휘도 중, 소정의 레벨 이하의 휘도를 갖는 제1 화소수를 계수하는 제1 계수 수단과, 상기 공초점 화상에 대해 소정의 조건에 일치하는 화소만을 추출하여 얻는 제2 화소수를 계수하는 제2 계수 수단과, 상기 제1 및 제2 화소수를 기초로 하여 상기 관찰 시료의 화상 도입의 경계면인지 여부를 판단하는 경계면 판단 수단을 구비한다.

도1은 공초점 광학계의 구성의 개략을 도시하는 도면이다.

도2는 관찰면이 비평면 형상인 시료의 예를 나타내고 있는 도면이다.

도3은 본 발명의 제1 실시예에 관한 공초점 현미경의 구성예를 나타내는 도면이다.

도4는 본 발명의 제1 실시예에 관한 공초점 현미경의 처리를 나타내는 흐름도이다.

도5는 화상 도입 위치와 기준 화소수 B의 관계를 결정하는 그래프의 예를 나타내는 도면이다.

도6은 본 발명의 제2 실시예에 관한 공초점 현미경의 구성예를 나타내는 도면이다.

도7은 본 발명의 제2 실시예에 관한 공초점 현미경의 처리를 나타내는 흐름도이다.

도8은 화상 도입 위치와 기준 화소수 C의 관계를 결정하는 그래프의 예를 나 타내는 도면이다.

종래, 주사형 현미경은 포커싱 초기 위치로부터 상한 및 하한 방향에 있는 관찰면의 수를 미리 설정해 둘 필요가 있기 때문에, 사용자는 시료의 단차 형상을 의식하여 관찰 화상의 도입 조건을 설정할 필요가 있었다.

본 실시예에서는, 상술한 문제에 비추어, 관찰 대상으로 되는 시료의 형상을 의식하지 않고 용이하게 화상 도입 범위를 결정하여 확장 화상을 취득하는 것이 가능한 공초점 현미경에 대해 제시하고 있다.

이하, 본 발명의 실시 형태에 대해 도3 내지 도8을 기초로 하여 설명한다.

(제1 실시예)

도3은 본 발명의 제1 실시예에 관한 공초점 현미경(100)의 구성예를 나타내는 도면이다.

도3에 도시하는 공초점 현미경(100)은, 대물 렌즈(102)와, 대물 렌즈(102)의 절환을 행하는 대물 렌즈 절환부(103)와, 대물 렌즈(102)의 광축 방향에 있어서의 위치(이하,「Z 위치」라 함)를 검출하는 Z 위치 검출부(104)와, 대물 렌즈(102)의 Z 위치를 제어하는 Z 위치 제어부(105)와, 하프 미러(106)와, 광을 검출하는 광검출부(107)와, 미러(108)와, 레이저광을 조사하는 레이저 조명(109)과, 레이저 조명(109)의 제어를 행하는 레이저 조명 제어부(110)와, 정보 처리 장치로부터의 지시에 따라서 각 구성 요소의 제어를 행하는 현미경 제어부(111)와, 현미경 제어부(111)에 대해 지시를 행하여 관찰 화상을 취득하는 정보 처리 장치(112)와, 취득 한 관찰 화상을 표시하는 모니터(113)를 적어도 구비한다.

레이저 조명(109)으로부터 조사된 레이저광은, 미러(108), 대물 렌즈(102)를 통과하여 시료를 조명한다. 시료(101)에서 반사한 레이저광은 대물 렌즈(102), 하프 미러(106)를 통해 광검출부(107)에 집광한다. 집광한 레이저광은, 도시하지 않은 핀홀을 통해 광검출기(107)에서 검출된다.

시료(101)를 조명하는 레이저광을 도시하지 않은 2차원 스캐너 등에서 2차원으로 주사하고, 시료(101)로부터의 반사광을 광검출기(107)에서 검출함으로써 공초점 화상을 얻는다. 이때, 시료(101)에 있어서 초점이 맞지 않은 위치의 반사광은 핀홀에 집광되지 않으므로, 초점이 맞은 위치만의 화상을 얻는다.

또한, 대물 렌즈(102)를 Z 위치 제어부(105)로 구동하여, 시료(101)에 대한 대물 렌즈(102)의 상대 거리를 바꾸어 가고, 각 Z 위치에 있어서의 공초점 화상을 순차 취득해 간다. 그리고, 취득한 복수의 화상으로부터, 화소마다 최대 휘도를 추출함으로써, 전체 측정 영역에서 초점이 맞은 화상(이하,「확장 화상」이라 함)을 얻는다. 또한, 이때의 Z 위치의 이동 범위를「화상 도입 범위」라고 한다.

Z 위치 제어부(105), 광검출부(107) 및 레이저 조명 제어부(110)는 현미경 제어부(111)를 통해 정보 처리 장치(112)와 접속되어 있다.

여기서, 본 실시예에 관한 정보 처리 장치(112)는, 본 실시예에 관한 공초점 현미경(100)을 실현하는 프로그램 등을 실행하는 CPU와, 프로그램 실행에 이용하는 메모리(예를 들어, RAM)와, 외부로부터의 데이터 입력 수단인 입력 장치(예를 들어, 키보드나 마우스)와, 확장 화상이나 조작 화면 등을 모니터(113)에 출력하는 출력 장치와, 프로그램 등을 기억하는 기억 장치와, 공초점 화상을 기억하는 화상 메모리 A(112a)와, 관찰 개시 위치로부터 현재의 Z 위치까지 취득한 공초점 화상 중 최대 휘도의 화소를 추출하여 얻는 화상을 기억하는 화상 메모리 B(112b)를 적어도 구비한다. 또한, CPU, 메모리, 입력 장치, 출력 장치, 기억 장치에 대해서는, 일반적인 구성이므로 도3에 도시하고 있지 않다.

정보 처리 장치(112)는, 소정의 프로그램을 CPU에 실행시킴으로써, 화상 메모리 A(112a)에 기억된 화상의 각 화소에 있어서의 휘도와 소정의 휘도 레벨(이하,「기준 휘도 레벨 A」라 함)을 비교하여 기준 휘도 레벨 A 이하의 화소수를 카운트하는 공초점 화상 휘도 계수 수단(112c)과, 화상 메모리 B(112b)에 기억된 화상의 각 화소에 있어서의 휘도와 소정의 휘도 레벨(이하,「기준 휘도 레벨 B」라 함)을 비교하여 기준 휘도 레벨 B 이상의 화소수를 카운트하는 최대 휘도 계수 수단(112d)과, 공초점 화상 휘도 계수 수단(112c)의 카운트 결과와 최대 휘도 계수 수단(112d)의 카운트 결과로부터 도입 종료 위치를 검출하는 도입 종료 검출 수단(112e)을 구비한다.

사용자는, 모니터(113)에 출력되는 화상을 보면서 하측 초점 위치(또는, 상측 초점 위치)에 대물 렌즈(102)의 Z 위치를 이동시켜 관찰 개시 위치를 결정한다. 그리고, 사용자의 조작에 의해, 관찰 개시 위치로부터 확장 화상의 취득을 개시시키면, 공초점 현미경(100)은, 확장 화상의 도입을 개시한다. 또한, 도입 종료 위치를 자동적으로 검출하여 확장 화상의 도입 처리를 종료한다.

이상의 구성에 있어서, 제1 계수 수단은 공초점 화상 휘도 계수 수단(112c) 에 의해 실현되고, 제2 계수 수단은 최대 휘도 계수 수단(112d)에 의해 실현된다. 또한, 경계면 판단 수단은 도입 종료 검출 수단(112e)에 의해 실현된다.

도4는 본 발명의 제1 실시예에 관한 공초점 현미경(100)의 처리를 나타내는 흐름도이다.

사용자가 입력 장치에 의해 소정의 조작을 행하면, 공초점 현미경(100)은 확장 화상의 도입 처리를 개시하고, 처리를 스텝 S201로 이행한다.

스텝 S201에 있어서, 공초점 현미경(100)은, 동작에 필요한 매개변수(이하,「동작 매개변수」라 함)를, 예를 들어, 정보 처리 장치(112)에 구비되는 기억 장치로부터 판독한다.

여기서, 동작 매개변수라 함은, 예를 들어, 대물 렌즈(102)의 상한 방향(또는, 하한 방향)으로의 최대 이동량(도입 종료 위치는 아님), 대물 렌즈(102)의 Z 방향으로의 이동 피치, 기준 휘도 레벨 A, 기준 휘도 레벨 B, 기준 화소수 A, 기준 화소수 B 등이다. 또한, 기준 레벨 A 및 B, 기준 화소수 A 및 B는 필요에 따라서 미리 설정되는 기준치이다.

스텝 S202에 있어서, 공초점 현미경(100)은, 도3에서 설명한 동작을 행하여 공초점 화상을 취득한다. 그리고, 취득한 공초점 화상을 화상 메모리 A(112a)에 기억한다. 또한, 취득한 공초점 화상의 휘도와 이미 화상 메모리 B(112b)에 기억되어 있는 화상의 휘도를 화소마다 비교하여, 휘도가 큰 쪽의 화소의 화상 데이터를 화상 메모리 B(112b)에 갱신하여 기억한다.

스텝 S203에 있어서, 공초점 현미경(100)은, 화상 메모리 A(112a)에 기억된 공초점 화상의 휘도치와 기준 휘도 레벨 A를 화소마다 비교하여, 기준 휘도 레벨 A 이하의 화소를 추출한다. 그리고, 스텝 S204에 있어서, 공초점 현미경(100)은 스텝 S203에서 추출한 화소를 계수한다. 이하, 이때의 화소수를 제1 화소수라 한다.

스텝 S205에 있어서, 공초점 현미경(100)은, 화상 메모리 B(112b)에 기억된 화상의 휘도치와 기준 휘도 레벨 B를 화소마다 비교하여, 기준 휘도 레벨 B 이상의 화소를 추출한다. 그리고, 스텝 S206에 있어서, 공초점 현미경(100)은 스텝 S205에서 추출한 화소를 계수한다. 이하, 이때의 화소수를 제2 화소수라 한다.

스텝 S207에 있어서, 공초점 현미경(100)은, 스텝 S204에 있어서 계수한 제1 화소수와 미리 설정된 기준 화소수 A를 비교한다. 그리고, 제1 화소수가 기준 화소수 A보다 큰 경우에는 처리를 스텝 S208로 이행하고, 제1 화소수가 기준 화소수 A 이하인 경우에는 처리를 스텝 S209로 이행한다.

스텝 S208에 있어서, 공초점 현미경(100)은, 스텝 S206에서 계수한 제2 화소수와 미리 설정된 기준 화소수 B를 비교한다. 그리고, 제2 화소수가 기준 화소수 B보다 큰 경우에는, 화상 도입 범위의 종료 위치로 판단하고, 처리를 스텝 S210으로 이행한다. 또한, 제2 화소수가 기준 화소수 B 이하인 경우에는 처리를 스텝 S209로 이행한다.

스텝 S209에 있어서, 공초점 현미경(100)은, 동작 매개변수에 설정된 이동 피치만큼 Z축 상방(또는, Z축 하방)으로 Z 위치를 이동한다. 그리고, 처리를 스텝 S202로 이행하여, 스텝 S202 내지 S207 또는 스텝 S202 내지 S209를 실행한다.

스텝 S210에서, 공초점 현미경(100)은 공초점 화상의 취득 처리를 종료하고, 스텝 S211로 이행한다. 그리고, 취득한 공초점 화상으로부터, 확장 화상을 생성하여 처리를 종료한다.

이상에 설명한 바와 같이, 본 실시예에 관한 공초점 현미경(100)은, 화상 메모리 A(112a)에 기억된 공초점 화상의 휘도치와 기준 휘도 레벨 A를 화소마다 비교하여, 기준 휘도 레벨 A 이하의 화소를 계수한 제1 화소수와, 화상 메모리 B(112b)에 기억된 화상의 휘도치와 기준 휘도 레벨 B를 화소마다 비교하여, 기준 휘도 레벨 B 이상의 화소를 계수한 제2 화소수에 따라서 화상 도입 범위의 종료 위치를 판별하므로, 사용자는 관찰 시료의 단차 형상을 의식하지 않고 용이하게 화상 도입 범위를 결정하여 확장 화상을 취득하는 것이 가능해진다.

이상에 설명한 기준 화소수 B에는, 미리 설정된 정수를 사용하고 있지만, 예를 들어, 도5에 도시하는 바와 같이 공초점 화상의 도입 위치에 따라서 기준 화소수 B를 결정해도 좋다.

이 경우, 스텝 S206에 있어서, 공초점 현미경(100)이, 현재의 화상 도입 위치(Z 위치)를 취득하고, 기억 장치 등에 기억한 도5에 도시하는 화상 도입 위치와 기준 화소수 B의 관계를 나타내는 정보(예를 들어, 테이블)를 참조하여, 화상 도입 위치에 관한 기준 화소수 B를 결정하고, 화상 메모리 B(112b)에 기억된 화상의 휘도치와 기준 휘도 레벨 B를 화소마다 비교하여, 기준 휘도 레벨 B 이상의 화소를 추출하면 된다.

그래프 301은, 화상 도입 위치와 기준 화소수 B가 선형식으로 나타내어지는 관계에 있고, 화상 도입 위치의 증가에 따라서 기준 화소수 B가 감소하는 관계의 그래프이다. 화상 도입 위치가 소정의 위치에 도달한 경우에 기준 화소수 B는 0으로 된다.

그래프 302는, 소정의 위치 이하의 화상 도입 위치에서는 기준 화소수 B가 일정치이다. 화상 도입 위치가 소정의 위치를 넘으면, 그래프 301과 같이, 화상 도입 위치의 증가에 따라서 기준 화소수 B가 감소한다. 그리고, 화상 도입 위치가 임의의 위치에 도달했을 때에 기준 화소수 B가 0으로 된다.

그래프 303은, 화상 도입 위치와 기준 화소수 B가 비선형식으로 나타내어지는 관계에 있고, 화상 도입 위치의 증가에 따라서 기준 화소수 B가 감소하는 관계의 그래프이다. 화상 도입 위치가 소정의 위치에 도달한 경우에 기준 화소수 B는 0으로 된다

이상에 설명한 그래프 301 내지 303과 같은 관계로부터 기준 화소수 B를 결정함으로써, 도입 처리(예를 들어, 스텝 S202 내지 S209의 처리)가 언제까지나 완료되지 않는 등의 문제를 방지하는 것이 가능해진다.

(제2 실시예)

도6은 본 발명의 제2 실시예에 관한 공초점 현미경(400)의 구성예를 나타내는 도면이다.

도6에 도시하는 공초점 현미경(400)은, 대물 렌즈(102)와, 대물 렌즈(102)의 절환을 행하는 대물 렌즈 절환부(103)와, 대물 렌즈(102)의 Z 위치를 검출하는 Z 위치 검출부(104)와, 대물 렌즈(102)의 Z 위치를 제어하는 Z 위치 제어부(105)와, 하프 미러(106)와, 광을 검출하는 광검출부(107)와, 미러(108)와, 레이저광을 조사하는 레이저 조명(109)과, 레이저 조명(109)의 제어를 행하는 레이저 조명 제어부(110)와, 정보 처리 장치로부터의 지시에 따라서 각 구성 요소의 제어를 행하는 현미경 제어부(111)와, 현미경 제어부(111)에 대해 지시를 행하여 관찰 화상을 취득하는 정보 처리 장치(401)와, 취득한 관찰 화상을 표시하는 모니터(113)를 적어도 구비한다.

여기서, 본 실시예에 관한 정보 처리 장치(401)는, 본 실시예에 관한 공초점 현미경(400)을 실현하는 프로그램 등을 실행하는 CPU와, 프로그램 실행에 이용하는 메모리(예를 들어, RAM)와, 외부로부터의 데이터 입력 수단인 입력 장치(예를 들어, 키보드나 마우스)와, 확장 화상이나 조작 화면 등을 모니터(113)에 출력하는 출력 장치와, 프로그램 등을 기억하는 기억 장치와, 공초점 화상을 기억하는 화상 메모리 A(112a)와, 관찰 개시 위치로부터 현재의 Z 위치까지 취득한 공초점 화상에 대해 화소마다 휘도치의 적산치를 구하여 얻는 화상을 기억하는 화상 메모리 C(401a)를 적어도 구비한다. 또한, CPU, 메모리, 입력 장치, 출력 장치, 기억 장치에 대해서는, 일반적인 구성이므로 도6에 도시하고 있지 않다.

정보 처리 장치(112)는, 소정의 프로그램을 CPU에 실행시킴으로써, 화상 메모리 A(112a)에 기억된 화상의 각 화소에 있어서의 휘도와 기준 휘도 레벨 A를 비교하여 기준 휘도 레벨 A 이하의 화소수를 카운트하는 공초점 화상 휘도 계수 수단(112c)과, 화상 메모리 C(401a)에 기억된 화상의 각 화소에 있어서의 휘도와 소 정의 휘도 레벨(이하,「기준 휘도 레벨 C」라 함)을 비교하여 기준 휘도 레벨 C 이상의 화소수를 카운트하는 적산 휘도 계수 수단(401b)과, 공초점 화상 휘도 계수 수단(112c)의 카운트 결과와 적산 휘도 계수 수단(401b)의 카운트 결과로부터 도입 종료 위치를 검출하는 도입 종료 검출 수단(401c)을 구비한다.

또한, 상술한 것 이외에는 도3에 도시한 구성과 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.

이상의 구성에 있어서, 제1 계수 수단은 공초점 화상 휘도 계수 수단(112c)에 의해 실현되고, 제2 계수 수단은 적산 휘도 계수 수단(401b)에 의해 실현된다. 또한, 경계면 판단 수단은 도입 종료 검출 수단(401c)에 의해 실현된다.

도7은 본 발명의 제2 실시예에 관한 공초점 현미경(400)의 처리를 나타내는 흐름도이다.

사용자가 입력 장치에 의해 소정의 조작을 행하면, 공초점 현미경(400)은, 확장 화상의 도입 처리를 개시하고, 처리를 스텝 S501로 이행한다. 그리고, 동작 매개변수를, 예를 들어, 정보 처리 장치(112)에 구비되는 기억 장치로부터 판독한다.

여기서, 동작 매개변수라 함은, 예를 들어, 대물 렌즈(102)의 상한 방향(또는, 하한 방향)으로의 최대 이동량(도입 종료 위치는 아님), 대물 렌즈(102)의 Z 방향으로의 이동 피치, 기준 휘도 레벨 A, 기준 휘도 레벨 C, 기준 화소수 A, 기준 화소수 C 등이다. 또한, 기준 레벨 A 및 C, 기준 화소수 A 및 C는 필요에 따라서 미리 설정되는 기준치이다.

스텝 S502에 있어서, 공초점 현미경(400)은, 도3에서 설명한 동작을 행하여 공초점 화상을 취득한다. 그리고, 취득한 공초점 화상을 화상 메모리 A(112a)에 기억한다. 또한, 취득한 공초점 화상의 휘도와 이미 화상 메모리 C(401a)에 기억되어 있는 화상의 휘도를 화소마다 적산하여 얻은 화상 데이터를 화상 메모리 C(401a)에 갱신하여 기억한다.

스텝 S503에 있어서, 공초점 현미경(400)은, 화상 메모리 A(112a)에 기억된 공초점 화상의 휘도치와 기준 휘도 레벨 A를 화소마다 비교하여, 기준 휘도 레벨 A 이하의 화소를 추출한다. 그리고, 스텝 S504에 있어서, 공초점 현미경(400)은 스텝 S503에서 추출한 화소를 계수한다. 이하, 이때의 화소수를 제1 화소수라 한다.

스텝 S505에 있어서, 공초점 현미경(400)은, 화상 메모리 C(401a)에 기억된 화상의 휘도치와 기준 휘도 레벨 C를 화소마다 비교하여, 기준 휘도 레벨 C 이상의 화소를 추출한다. 그리고, 스텝 S506에 있어서, 공초점 현미경(400)은 스텝 S505에서 추출한 화소를 계수한다. 이하, 이때의 화소수를 제3 화소수라 한다.

스텝 S507에 있어서, 공초점 현미경(400)은, 스텝 S504에 있어서 계수한 제1 화소수와 미리 설정된 기준 화소수 A를 비교한다. 그리고, 제1 화소수가 기준 화소수 A보다 큰 경우에는 처리를 스텝 S508로 이행하고, 제1 화소수가 기준 화소수 A 이하인 경우에는 처리를 스텝 S509로 이행한다.

스텝 S508에 있어서, 공초점 현미경(400)은, 스텝 S506에 있어서 계수한 제3 화소수와 미리 설정된 기준 화소수 C를 비교한다. 그리고, 제3 화소수가 기준 화소수 C보다 큰 경우에는, 화상 도입 범위의 종료 위치로 판단하고, 처리를 스텝 S510으로 이행한다. 또한, 제3 화소수가 기준 화소수 C 이하인 경우에는 처리를 스텝 S509로 이행한다.

스텝 S509에 있어서, 공초점 현미경(400)은, 동작 매개변수에 설정된 이동 피치만큼 Z축 상방(또는, Z축 하방)으로 Z 위치를 이동한다. 그리고, 처리를 스텝 S502로 이행하여, 스텝 S502 내지 S507 또는 스텝 S502 내지 S509를 실행한다.

스텝 S510에 있어서, 공초점 현미경(400)은 공초점 화상의 취득 처리를 종료하고, 스텝 S511로 이행한다. 그리고, 확장 화상을 생성하여 처리를 종료한다.

이상에 설명한 바와 같이, 본 실시예에 관한 공초점 현미경(400)은, 화상 메모리 A(112a)에 기억된 공초점 화상의 휘도치와 기준 휘도 레벨 A를 화소마다 비교하여, 기준 휘도 레벨 A 이하의 화소를 계수한 제1 화소수와, 화상 메모리 C(401a)에 기억된 화상의 휘도치와 기준 휘도 레벨 C를 화소마다 비교하여, 기준 휘도 레벨 C 이상의 화소를 계수한 제3 화소수에 따라서 화상 도입 범위의 종료 위치를 판별하므로, 사용자는 관찰 시료의 단차 형상을 의식하지 않고 용이하게 화상 도입 범위를 결정하여 확장 화상을 취득하는 것이 가능해진다.

이상에 설명한 기준 화소수 C에는, 미리 설정된 정수를 사용하고 있지만, 예를 들어, 도8에 도시하는 바와 같이 공초점 화상의 도입 위치에 따라서 기준 화소수 C를 결정해도 좋다.

이 경우, 스텝 S506에 있어서, 공초점 현미경(400)이, 현재의 화상 도입 위치(Z 위치)를 취득하고, 기억 장치 등에 기억한 도8에 도시하는 화상 도입 위치와 기준 화소수 C의 관계를 나타내는 정보(예를 들어, 테이블)를 참조하여, 화상 도입 위치에 관한 기준 화소수 C를 결정하고, 화상 메모리 C(401a)에 기억된 화상의 휘도치와 기준 휘도 레벨 C를 화소마다 비교하여, 기준 휘도 레벨 C 이상의 화소를 추출하면 좋다.

도8은 화상 도입 위치와 기준 화소수 C의 관계를 결정하는 그래프의 예를 나타내는 도면이다.

그래프 601은, 화상 도입 위치와 기준 화소수 C가 선형식으로 나타내어지는 관계에 있고, 화상 도입 위치의 증가에 따라서 기준 화소수 C가 감소하는 관계의 그래프이다. 화상 도입 위치가 소정의 위치에 도달한 경우에 기준 화소수 C는 0으로 된다.

그래프 602는, 소정의 위치 이하의 화상 도입 위치에서는 기준 화소수 C가 일정치이다. 화상 도입 위치가 소정의 위치를 넘으면, 그래프 601과 같이, 화상 도입 위치의 증가에 따라서 기준 화소수 C가 감소한다. 그리고, 화상 도입 위치가 임의의 위치에 도달했을 때에 기준 화소수 C가 0으로 된다

그래프 603은, 화상 도입 위치와 기준 화소수 C가 비선형식으로 나타내어지는 관계에 있고, 화상 도입 위치의 증가에 따라서 기준 화소수 C가 감소하는 관계의 그래프이다. 화상 도입 위치가 소정의 위치에 도달한 경우에 기준 화소수 C는 0으로 된다

이상에 설명한 그래프 601 내지 603과 같은 관계로부터 기준 화소수 C를 결정함으로써, 도입 처리(예를 들어, 스텝 S502 내지 S509의 처리)가 언제까지나 완료되지 않는 등의 문제를 방지하는 것이 가능해진다.

이상에 설명한 제1 및 제2 실시예에 있어서, 관찰 종료 위치의 검출 처리(스텝 S203 내지 S209, 스텝 S503 내지 S509)를 실행하는 영역을 지정하는 영역 지정 수단을 정보 처리 장치(112, 401) 내에 구비해도 좋다.

이 경우, 영역 지정 수단은 정보 처리 장치(112, 401)에 구비되는 입력 장치에 의해 실현할 수 있다. 예를 들어, 사용자가 모니터(113)에 표시되는 관찰 화상에 마우스 등으로 범위를 지정할 수 있도록 하면 좋다.

이와 같이, 관찰 종료 위치의 검출 처리를 실행하는 영역을 지정하고, 지정된 영역에 있어서, 관찰 종료 위치의 검출 처리를 실행함으로써, 예를 들어, 화상 도입 범위의 일부에 단차 형상의 영역이 있는 경우에도, 도입 종료 위치를 자동적으로 단시간에 검출하므로, 도입하고자 하는 영역의 확장 화상을 용이하게 취득하는 것이 가능해진다.

이상에 설명한 제1 및 제2 실시예에서는, 도입 종료 위치만을 자동적으로 검출하고 있지만, 동일한 처리에 의해, 도입 개시 위치와 도입 개시 위치를 자동적으로 검출하도록 해도 좋다.

구체적으로는 이하와 같이 처리를 행하면 좋다.

도4에서 설명한 바와 같이 스텝 S201 내지 S209[단, 대물 렌즈(102)를 Z축 하방으로 이동]를 실행한다. 그리고, 스텝 S210에 있어서, 스텝 S202 내지 S209의 처리에서 검출한 Z 위치를 화상 도입 개시 위치로 한다. 그 후, 도4에서 설명한 스텝 S202 내지 S212[단, S209에서는 대물 렌즈(102)를 Z축 상방으로 이동]를 실행하면 좋다.

이상의 처리에 따르면, 사용자는, 도입 개시 위치와 도입 개시 위치의 어느 것도 의식하지 않고 확장 화상을 도입하는 것이 가능해진다. 즉, 관찰 시료의 단차 형상을 의식하지 않고 용이하게 확장 화상을 도입하는 것이 가능해진다.

이상에 설명한 바와 같이, 제1 또는 제2 실시예에 따르면, 관찰 대상으로 되는 시료의 형상을 의식하지 않고 용이하게 화상 도입 범위를 결정하여 확장 화상을 취득하는 것이 가능한 공초점 현미경을 제공할 수 있다.

Claims

소정의 높이마다 집광 위치를 이동하여 관찰 시료의 관찰면에 있어서의 공초점 화상을 취득하고, 상기 공초점 화상에 대해 화소마다 최대 휘도의 화소를 추출하고, 상기 집광 위치의 전체 이동 영역에서 초점이 맞은 화상을 생성하는 공초점 현미경에 있어서,

상기 관찰 시료로부터의 반사광을 핀홀을 통해 검출하는 광검출 수단과,

상기 광검출 수단으로부터의 검출 신호에 의해 공초점 화상을 생성하는 공초점 화상 생성 수단과,

상기 공초점 화상의 각 화소가 갖는 휘도 중, 소정의 레벨 이하의 휘도를 갖는 제1 화소수를 계수하는 제1 계수 수단과,

상기 공초점 화상에 대해 소정의 조건에 일치하는 화소만을 추출하여 얻는 제2 화소수를 계수하는 제2 계수 수단과,

상기 제1 및 제2 화소수를 기초로 하여 상기 관찰 시료의 화상 도입의 경계면인지 여부를 판단하는 경계면 판단 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 공초점 현미경.
제1항에 있어서, 상기 제2 계수 수단은,

상기 공초점 화상 생성 수단이 생성한 모든 공초점 화상으로부터 화소마다 최고 휘도의 화소를 추출하여 얻은 화상의 각 화소가 갖는 휘도 중, 소정의 레벨 이상의 휘도를 갖는 화소수를 계수하여 제2 화소수를 얻는 것을 특징으로 하는 공초점 현미경.
제1항에 있어서, 상기 제2 계수 수단은,

상기 공초점 화상 생성 수단이 생성한 모든 공초점 화상에 대해 화소마다 휘도치를 적산하여 얻은 화상의 각 화소가 갖는 휘도 중, 소정의 레벨 이상의 휘도를 갖는 화소수를 계수하여 제2 화소수를 얻는 것을 특징으로 하는 공초점 현미경.
제1항에 있어서, 상기 경계면 판단 수단은,

상기 제1 화소수가 상기 제1 화소수에 대응하는 소정의 기준 화소수 이상, 또한, 상기 제2 화소수가 상기 제2 화소수에 대응하는 소정의 기준 화소수 이상으로 된 경우에, 상기 관찰 시료의 화상 도입의 경계면이라고 판단하는 것을 특징으로 하는 공초점 현미경.
제4항에 있어서, 상기 제2 화소수에 대응하는 소정의 기준 화소수는, 상기 높이가 높아지는 동시에 임의의 변화율로 감소하는 것을 특징으로 하는 공초점 현미경.
제1항에 있어서, 상기 공초점 화상 생성 수단에 의해 공초점 화상을 취득하는 영역을 지정하는 영역 지정 수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 공초점 현 미경.
제1항에 있어서, 상기 공초점 화상 취득 수단은, 경계면 판단 수단이 검출한 경계면을 화상 도입 범위의 종료 위치로 판단하는 것을 특징으로 하는 공초점 현미경.
제1항에 있어서, 상기 공초점 화상 취득 수단은, 경계면 판단 수단이 최초로 검출한 경계면을 화상 도입 범위의 개시 위치로 판단하고, 다음에 검출한 경계면을 화상 도입 범위의 종료 위치로 판단하는 것을 특징으로 하는 공초점 현미경.