JP2004279292A - 電磁界解析装置と電磁界解析方法及び記録媒体 - Google Patents
電磁界解析装置と電磁界解析方法及び記録媒体 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】観察装置3で撮像した被観察物2の2次元電子画像データを演算処理装置4に入力する。演算処理装置4のデータ処理部10は入力した2次元電子画像データの各画素ごとの輝度情報を算出する。物質パラメータ算出部11は、算出した各画素ごとの輝度情報を判定して各画素ごとに物質パラメータを対応させる。FDTD処理部12は、対応させた各画素ごとの物質パラメータの分布を使用してFDTD法による計算を実行して被観察物2の電磁場を解析する。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、走査型電子顕微鏡や透過型電子顕微鏡またはX線顕微鏡などで得られた解析対象の電子画像データや、光学顕微鏡やカメラなどの光学的観察手段によって得られた解析対象の電子画像データを解析して観察物体を正確に反映した電磁場を解析する電磁界解析装置と電磁界解析方法及びそのプログラムを格納した記録媒体及びに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
【非特許文献1】橋本 修/阿部 琢美 共著
FDTD時間領域差分法入門
2002年8月30日発行
森北出版株式会社
光や電波などの電磁場(電磁界)と物質との相互作用を数値解析する手段にはモーメント法や有限要素法など各種の方法が採用されているが、近年、時間領域差分法(FDTD;Finite Difference Time Domain)と呼ばれる計算方法が注目されている。FDTD法は、非特許文献1に示すように、マックスウェルの方程式を時間と空間で差分化し、解析空間の電磁界をリープフロッグアルゴリズムを用いて時間的に更新して出力点における時間応答を得る方法であり、定常状態ばかりでなく過渡状態や周波数応答を直接求めることができるなどの特徴があり、その応用範囲は広いと考えられている。
【0003】
FDTD法における解析対象のモデリングの自由度が高いという長所を活かすためには、解析対象となる物体モデルをなるべく現物に近づける必要がある。解析対象のモデリングすなわち解析空間内に計算を実行するために必要なパラメータを配置することを行う方法としては、例えばCADの手法を使って形状データを作成し、これによって生成される形状データ(オブジェクト)と、誘電率や透磁率、導電率など物質パラメータとを関連付けて行ったり、あるいは非特許文献1に示すように、FDTD法のプログラム内において直接物質パラメータの配置を行うなどの手段が用いられている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらFDTD法により電磁場の解析を実行させたい解析対象の現物が存在する場合、上記手法にもとづいてこれを詳細にモデリングすることは煩雑な形状データの入力作業が必要であり容易でない。
【0005】
また、走査型電子顕微鏡(SEM)や透過型電子顕微鏡(TEM)あるはX線顕微鏡などによって得られる解析対象の画像データや、光学顕微鏡やカメラなどの光学的観察手段によって得られた解析対象の電子画像データでは、同じ物質で構成される部分であっても輝度にばらつきがある。このような場合において、一つの輝度に対して一つの物質パラメータを対応させるような方法では計算に必要な物質パラメータの分布は得られないという短所がある。
【0006】
この発明はかかる短所を改善し、解析対象としたい現実の物体形状を容易にモデリングできるようにするとともに、現実の物体を正確に反映した電磁場の解析を行うことができる電磁界解析装置と電磁界解析方法及び記録媒体を提供することを目的とするものである。
【0007】
また、走査型電子顕微鏡(SEM)や透過型電子顕微鏡(TEM)あるはX線顕微鏡などによって得られる解析対象の画像データや、光学顕微鏡やカメラなどの光学的観察手段によって得られた解析対象の電子画像データの、各画素の輝度情報が所定の輝度範囲に収まっているかどうかを判定し、この判定結果を基に物質パラメータを対応させて計算モデルを得るようにすることを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
この発明の電磁界解析装置は、電子的観察装置で撮像した被観察物の2次元電子画像データを入力してFDTD(Finite Difference Time Domain)法を用いて電磁場を解析する電磁界解析装置において、データ処理部と物質パラメータ算出部及びFDTD処理部を有し、前記データ処理部は入力した2次元電子画像データの各画素ごとの輝度情報を算出し、前記物質パラメータ算出部は、前記データ処理部で算出した各画素ごとの輝度情報を判定して各画素ごとに物質パラメータを対応させ、前記FDTD処理部は、前記物質パラメータ算出部で対応させた各画素ごとの物質パラメータの分布を使用してFDTD法による計算を実行して被観察物の電磁場を解析することを特徴とする。
【0009】
この発明の他の電磁界解析装置は、光学的観察装置で撮像した被観察物の2次元電子画像データを入力してFDTD(Finite Difference Time Domain)法を用いて電磁場を解析する電磁界解析装置において、データ処理部と物質パラメータ算出部及びFDTD処理部を有し、前記データ処理部は入力した2次元電子画像データの各画素ごとの輝度情報又は色情報のいずれかあるいは両方の情報を算出し、前記物質パラメータ算出部は、前記データ処理部で算出した各画素ごとの輝度情報又は色情報のいずれかあるいは両方の情報を判定して各画素ごとに物質パラメータを対応させ、前記FDTD処理部は、前記物質パラメータ算出部で対応させた各画素ごとの物質パラメータの分布を使用してFDTD法による計算を実行して被観察物の電磁場を解析することを特徴とする。
【0010】
この発明の電磁場解析方法は、電子的観察装置で撮像した被観察物の2次元電子画像データを入力してFDTD(Finite Difference Time Domain)法を用いて電磁場を解析する電磁場解析方法において、前記観察装置から入力した被観察物の2次元電子画像データの各画素ごとの輝度情報を算出し、算出した各画素ごとの輝度情報を判定して各画素ごとに物質パラメータを対応させ、対応させた各画素ごとの物質パラメータの分布を使用してFDTD法による計算を実行して被観察物の電磁場を解析することを特徴とする。
【0011】
この発明の他の電磁場解析方法は、光学的観察装置で撮像した被観察物の2次元電子画像データを入力してFDTD(Finite Difference Time Domain)法を用いて電磁場を解析する電磁場解析方法において、前記観察装置から入力した被観察物の2次元電子画像データの各画素ごとの輝度情報又は色情報のいずれかあるいは両方の情報を算出し、算出した各画素ごとの輝度情報又は色情報のいずれかあるいは両方の情報を判定して各画素ごとに物質パラメータを対応させ、対応させた各画素ごとの物質パラメータの分布を使用してFDTD法による計算を実行して被観察物の電磁場を解析することを特徴とする。
【0012】
前記算出した各画素ごとの情報を判定して各画素ごとに物質パラメータを対応させるとき、各画素ごとの情報が、あらかじめ設定した範囲に収まっているかどうかを判定する。
【0013】
また、前記2次元電子画像データから得られた2次元空間の物質パラメータの分布から、2次元の解析空間に垂直な方向のすべての位置において前記2次元空間の物質パラメータの分布が配置されるようにして3次元の物質パラメータの分布を得ることもできる。
【0014】
さらに、前記被観察物の直交する2方向から得た2次元電子画像データから各画素ごとの情報を判定して3次元の物質パラメータを対応させても良い。
【0015】
この発明の記録媒体は、前記電磁場解析方法の処理プログラムを記憶し、コンピュータで前記電磁場解析方法を実行できることを特徴とする。
【0016】
【発明の実施の形態】
図1はこの発明の電磁界解析装置の構成図である。電磁界解析装置1は、被観察物2を観察する観察装置3とコンピュータ等の演算処理装置4を有する。観察装置3は、走査型電子顕微鏡や透過型電子顕微鏡あるはX線顕微鏡などの電子的観察手段や、光学顕微鏡やカメラなどの光学的観察手段からなり、被観察物2を観察して演算処理装置4で読取可能な、例えばTIFF形式やJPEG形式やBMP形式あるいはESP形式などの電子画像データを出力する。演算処理装置4は、観察装置3から出力する画像データを入力する画像入力部5と、各種処理を行うCPU6と、CPU6の処理プログラム当を格納したROM7と、入力した画像データを格納するとともに、各種処理を行うときのワークメモリとして使用するRAM8と、キーボードやマウス等を有し、処理結果等を表示する操作表示部9と、データ処理部10と、物質パラメータ算出部11及びFDTD処理部12を有し、観察装置3により得られた電子画像データから解析空間内の物質パラメータの分布を解析する。ここで物質パラメータとは、FDTD法を用いて電磁場の計算を行う際に必要な解析対象である被対象物2の屈折率や透磁率、電気伝導率又は複素誘電率などのパラメータのことであり、どのパラメータを必要とするかは具体的な計算方法に依存する。
【0017】
この電磁界解析装置1で観察装置3として例えば走査型電子顕微鏡を使用し、被観察物2として回折格子を観察し、観察した回折格子をFDTD法により電磁場解析を行う場合について説明する。ここでFDTD法によって行う電磁場の計算は2次元であるとする。
【0018】
例えば走査型電子顕微鏡からなる観察装置3で観察した被観察物2である回折格子の断面画像13は、図2に示すように、回折格子の像領域14と観察されるものがなにもない領域である背景部分15とを有する。また、回折格子は均一な材料で形成されているものとする。走査型電子顕微鏡で観察される画像は光学像ではないので、回折格子の像領域14はグレースケールの画像となる。FDTD法を実行させるためには、この画像13における背景部分15と回折格子の像領域14に所定の物質パラメータを割り当てる必要がある。この操作は、回折格子の像領域14がグレースケールの場合には、各画素の輝度情報例えば8bitグレースケールの場合には、256段階の階調情報をもとに行われる。例えば画像13が空気中にガラス製の回折格子を被観察物2として配置させたものである場合、背景部分15にあたる輝度の値に空気の物質パラメータを、そして回折格子をあらわしている輝度の値にガラスの物質パラメータを対応させるようにする。具体的には、例えば、物質パラメータとして誘電率を対応させる場合、画像13の座標を(i,j)、各座標点に位置する画素の輝度の値をdata(i,j)、FDTD法の計算における解析空間の座標を(x,y)、解析空間の各座標点における誘電率のパラメータをe(x,y)、空気の誘電率をn1、ガラスの誘電率をn2、各画素の輝度data(i,j)が空気を表すかそれともガラスを表しているかを判定するための判定定数をsとした場合、解析空間内の物質パラメータの分布e(x,y)を得る場合について、図3のフローチャートを参照して説明する。
【0019】
まず、走査型電子顕微鏡からなる観察装置3で観察した被観察物2である回折格子の断面画像13の画像データを演算処理装置4の画像入力部5で読み込む(ステップS1)。演算処理装置4のデータ処理部10は入力した画像データを処理して画像13の各座標点(i,j)に位置する画素の輝度data(i,j)を算出する(ステップS2)。物質パラメータ算出部11は、データ処理部10で算出した各画素の輝度data(i,j)と判定定数sを比較し(ステップS3)、輝度data(i,j)が判定定数sと等しければ、この輝度data(i,j)で表される部分が空気であるとみなして、この座標x=i,y=jに対応する解析空間の座標における誘電率パラメータe(x,y)に空気の誘電率n1を代入する(ステップS4)。また、輝度data(i,j)と判定定数sが異なる場合は、この輝度data(i,j)で表される部分が回折格子であるとみなして、この座標x=i,y=jに対応する解析空間の座標における誘電率パラメータe(x,y)にガラスの誘電率n2を代入する(ステップS5)。この処理を各画素ごとに繰り返して(ステップS6,S3〜S6)、画像13の各座標点(i,j)の画素に対する物質パラメータe(x,y)を算出したら、FDTD処理部12で算出した物質パラメータe(x,y)をFDTD法における各セルの計算式に代入して計算を実行する(ステップS7)。この計算を実行するために必要なその他の条件、例えば光の入射の条件である励振条件や周期境界条件やPMLなどの吸収境界条件などの境界条件などは別途設定する必要がある。
【0020】
このようにして解析対象である被対象物2の電子画像データから解析対象の物質パラメータe(x,y)の分布を容易に得ることができるとともに、被対象物2を正確に反映した電磁場の計算を行うことができる。
【0021】
前記説明では各画素の輝度data(i,j)が空気を表すかそれともガラスを表しているかを判定するために判定定数sを設定した場合について説明したが、各画素の輝度data(i,j)が空気を表すかそれともガラスを表しているかを判定するための判定定数として、下限値s1と上限値s2を設定しても良い。この場合の処理を、図4のフローチャートを参照して説明する。
【0022】
走査型電子顕微鏡からなる観察装置3で観察した被観察物2である回折格子の断面画像13の画像データを演算処理装置4の画像入力部5で読み込む(ステップS11)。演算処理装置4のデータ処理部10は入力した画像データを処理して画像13の各座標点(i,j)に位置する画素の輝度data(i,j)を算出する(ステップS12)。物質パラメータ算出部11は、データ処理部10で算出した各画素の輝度data(i,j)が判定定数の下限値s1以上で上限値s2以下の範囲に有るかどうかを判定し(ステップS13)、画素の輝度data(i,j)が判定定数の下限値s1以上で上限値s2以下の範囲にある場合、その画素の部分を空気であるとみなして、この輝度data(i,j)の座標x=i,y=jに対応する解析空間の座標における誘電率パラメータe(x,y)に空気の誘電率n1を代入する(ステップS14)。また、輝度data(i,j)が判定定数の下限値s1以上で上限値s2以下の範囲以外の場合、この輝度data(i,j)で表される部分が回折格子であるとみなして、この座標x=i,y=jに対応する解析空間の座標における誘電率パラメータe(x,y)にガラスの誘電率n2を代入する(ステップS15)。この処理を各画素ごとに繰り返して(ステップS16,S13〜S16)、画像13の各座標点(i,j)の画素に対する物質パラメータe(x,y)を算出したら、FDTD処理部12で算出した物質パラメータe(x,y)をFDTD法における各セルの計算式に代入して計算を実行する(ステップS17)。
【0023】
前記説明では2次元の電子画像データを用いて2次元の電磁場解析を行う場合について説明したが、2次元の画像データを用いて3次元の電磁場解析を行うこともできる。例えば被観察物2は、図2に示す回折格子が紙面に対して垂直な方向に、断面形状を維持して伸びた図5に示す立体形状であり、このモデルに対して3次元的な励振条件、例えばレンズで集光した光を回折格子に照射させたときの計算を行うような場合の励振条件を与えるような場合、3次元の解析空間に配置される物質パラメータをe(x,y,z)、z方向の計算に必要なセル数をNzとすると、図6又は図7のフローチャートに示すように、各セルNz=kごとの各画素の輝度data(i,j)を、判定定数s又は判定定数の下限値s1と上限値s2と比較して物質パラメータe(x,y,z)の分布を得ることにより、3次元の電磁場解析を行うこともできる。
【0024】
また、前記説明では、観察装置3として走査型電子顕微鏡や透過型電子顕微鏡あるはX線顕微鏡などの電子的観察手段を使用した場合について説明したが、光学顕微鏡やカメラなどの光学的観察手段で回折格子等の被観察物2を観察した場合も同様にして物質パラメータe(x,y)の分布や物質パラメータe(x,y,z)の分布を算出して電磁場解析を行うことができる。
【0025】
また、前記各説明では各画素の輝度data(i,j)を、判定定数s又は判定定数の下限値s1と上限値s2と比較して物質パラメータe(x,y)の分布や物質パラメータe(x,y,z)の分布を算出して電磁場解析を行う場合について説明したが、各画素の色情報を判定定数s又は判定定数の下限値s1と上限値s2と比較して物質パラメータe(x,y)の分布や物質パラメータe(x,y,z)の分布を算出して電磁場解析を行うようにしても良い。
【0026】
次に、観察装置3として例えば光学顕微鏡やカメラを使用し、被観察物2である回折格子を撮像して図2に示す断面画像13を得た場合、各画素の色情報から物質パラメータとして誘電率を対応させて物質パラメータe(x,y)の分布を得る場合について図8のフローチャートを参照して説明する。
【0027】
この場合、図2に示した断面画像13の回折格子の像領域14はカラー画像、また、回折格子はガラス基板上に周期形状を有する回折格子が樹脂によって形成されているものとする。FDTD法を実行させるためには、この画像13における背景部分15と回折格子の像領域14及び回折格子の基板のそれぞれの領域に所定の物質パラメータを割り当てる必要がある。この操作はこの画像13の各画素における色別の階調情報、例えば各色ごとに8bitの深度を持ったRGBモードの画像の場合には、R,G、Bそれぞれ256段階の階調情報をもとに行われる。
【0028】
画像13の各座標点(i,j)に位置する画素のR,G,Bの階調の値をそれぞれR(i,j)、G(i,j)、B(i,j)とし、FDTD法の計算における解析空間の座標を(x,y)、FDTD法による計算を実行させる際に必要とする誘電率のパラメータをe(x、y)、空気の誘電率をn1、回折格子の基板材料であるガラスの誘電率をn2、回折格子本体を構成する樹脂部分の誘電率をn3、各画素のR,G,Bの階調がどの物質パラメータに対応するかを判定するための判定定数で、Rの下限値をa1(t)、Rの上限をa2(t)、Gの下限値をb1(t)、Gの上限をb2(t)、Bの下限値をc1(t)、Bの上限をc2(t)とする。ここでtは各物質を特定するパラメータであり、t=1は背景を構成する空気を特定するパラメータ、t=2は回折格子の基板材料であるガラスを特定するパラメータ、t=3は回折格子本体を構成する樹脂部分を特定するパラメータである。
【0029】
例えば光学顕微鏡からなる観察装置3で観察した被観察物2である回折格子の断面画像13の画像データを演算処理装置4の画像入力部5で読み込む(ステップS41)。演算処理装置4のデータ処理部10は入力した画像データを処理して画像13の各座標点(i,j)に位置する画素の階調R(i,j)とG(i,j)とB(i,j)を算出する(ステップS42)。物質パラメータ算出部11は、まず各物質を特定するパラメータtをt=1として(ステップS43)、データ処理部10で算出した各画素の階調R(i,j)が判定定数の下限値a1(t=1)以上で上限値a2(t=1)以下の範囲にあるかどうかと、階調G(i,j)が判定定数の下限値b1(t=1)以上で上限値b2(t)以下の範囲にあるかどうか及び階調B(i,j)が判定定数の下限値c1(t=1)以上で上限値c2(t=1)以下の範囲にあるかどうかを判定する(ステップS44)。この判定の結果、画素(i,j)の階調R(i,j)が判定定数の範囲に含まれる場合、その画素(i,j)の部分を空気であるとみなして、この座標x=i,y=jに対応する解析空間の座標における誘電率パラメータe(x,y)に空気の誘電率n1を代入する(ステップS45)。また、画素(i,j)の階調R(i,j)が判定定数の範囲に含まれない場合は、各物質を特定するパラメータtをt=2として、各画素の階調R(i,j)が判定定数の下限値a1(t=2)以上で上限値a2(t=2)以下の範囲にあるかどうかと、階調G(i,j)が判定定数の下限値b1(t=2)以上で上限値b2(t=2)以下の範囲にあるかどうか及び階調B(i,j)が判定定数の下限値c1(t=2)以上で上限値c2(t=2)以下の範囲にあるかどうかを判定する(ステップS44)。この判定の結果、画素(i,j)の階調R(i,j)が判定定数の範囲に含まれる場合、その画素(i,j)の部分をガラスであるとみなして、この座標x=i,y=jに対応する解析空間の座標における誘電率パラメータe(x,y)にガラスの誘電率n2を代入する(ステップS45)。また、画素(i,j)の階調R(i,j)が判定定数の範囲に含まれない場合は、各物質を特定するパラメータtをt=3として、各画素の階調R(i,j)が判定定数の下限値a1(t=3)以上で上限値a2(t=3)以下の範囲にあるかどうかと、階調G(i,j)が判定定数の下限値b1(t=3)以上で上限値b2(t=3)以下の範囲にあるかどうか及び階調B(i,j)が判定定数の下限値c1(t=3)以上で上限値c2(t=3)以下の範囲にあるかどうかを判定する(ステップS44)。この判定の結果、画素(i,j)の階調R(i,j)が判定定数の範囲に含まれる場合、その画素(i,j)の部分を回折格子本体を構成する樹脂部分とみなして、この座標x=i,y=jに対応する解析空間の座標における誘電率パラメータe(x,y)に樹脂の誘電率n3を代入する(ステップS45)。この処理を各画素ごとに繰り返して(ステップS46,S43〜S46)、画像13の各座標点(i,j)の画素に対する物質パラメータe(x,y)を算出したら、FDTD処理部12で算出した物質パラメータe(x,y)をFDTD法における各セルの計算式に代入して計算を実行する(ステップS47)。
【0030】
このように画素(i,j)の階調から各画素に対する物質パラメータe(x,y)を算出することにより、同じ物質で構成される部分に色のばらつきがあるような場合であっても的確な物質パラメータe(x,y)を対応させることができ、所望の計算モデルを得ることができる。
【0031】
また、2次元の画像データを用いて3次元の電磁場解析を行うこともできる。例えば図5に示す立体形状のモデルに対して3次元的な励振条件を与えるような場合、3次元の解析空間に配置される物質パラメータをe(x,y,z)、z方向の計算に必要なセル数をNzとすると、図9のフローチャートに示すように、各セルNz=kごとの各画素の階調R(i,j)と階調G(i,j)及び階調B(i,j)を、判定定数a1(t)〜c2(t)と比較して物質パラメータe(x,y,z)の分布を得ることにより、3次元の電磁場解析を行うこともできる。
【0032】
前記説明では被観察物2として平面的な回折格子の電磁場解析を行う場合について説明したが、図10の斜視図に示すように、例えばガラスで立体的に形成された被観察物2の電磁場解析を行う場合について説明する。
【0033】
この立体的な被観察物2を例えば走査型電子顕微鏡からなる観察装置3でz軸と平行なA方向から観察した正面の画像20を図11(a)に示し、x軸と平行なB方向から観察した側面の画像21を図11(b)に示す。この画像20,21にFDTD法を実行させるためには、画像20,21における背景である空気の領域と解析対象のそれぞれの領域に所定の物質パラメータを割り当てる必要がある。この操作は、図11に示す画像20,21がグレースケールの場合には、各画素の輝度情報例えば8bitグレースケールの場合には、256段階の階調情報をもとに行われる。すなわち、背景部分22にあたる輝度の値と空気の物質パラメータを対応させ、解析対象23にあたる輝度の値にガラスの物質パラメータを対応させるようにする。例えば、物質パラメータとして誘電率を対応させる場合、図11(a)の画像20の座標を(i,j)とし、(b)の画像21の座標を(j,k)とし、各座標点(i,j)に位置する画素の輝度の値をA(i,j)、各座標点(j,k)に位置する画素の輝度の値をB(j,k)( j , k )とし、FDTD法の計算における解析空間の座標を(x,y,z)、解析空間の各座標点における誘電率のパラメータをe(x,y,z)、空気の誘電率をn1、被観察物2を構成するガラスの誘電率をn2)、輝度A(i,j)と輝度B(j,k)を判定する判定定数の下限値をa1(t)、上限値をa2(t)として、解析空間内の物質パラメータの分布e(x,y,z)を算出して電磁場解析するときの処理を図12のフローチャートを参照して説明する。ここでtは各物質を特定するパラメータであり、t=1は背景を構成する空気を特定するパラメータ、t=2は被観察物2を構成するガラスを特定するパラメータである。
【0034】
例えば走査型電子顕微鏡からなる観察装置3で観察した被観察物2の正面の画像20と側面の画像21を演算処理装置4の画像入力部5で読み込む(ステップS61)。演算処理装置4のデータ処理部10は入力した画像20,21の画像データを処理して各座標点(i,j)に位置する各画素の輝度A(i,j)と各座標点(i,k)に位置する各画素の輝度B(j,k)を算出する(ステップS62)。物質パラメータ算出部11は、各物質を特定するパラメータtをt=1として(ステップS63)、データ処理部10で算出した各画素の輝度A(i,j)が判定定数の下限値a1(t=1)以上で上限値a2(t=1)以下の範囲にあるかどうかと、輝度B(j,k)が判定定数の下限値a1(t=1)以上で上限値a2(t)以下の範囲にあるかどうかを判定する(ステップS64)。この判定の結果、画素(i,j)の輝度A(i,j)と画素(j,k)の輝度B(j,k)が判定定数の範囲に含まれる場合、その画素(i,j,k)の部分を背景部分を構成する空気とみなして、この座標x=i,y=j,z=kに対応する解析空間の座標における誘電率パラメータe(x,y、z)に空気の誘電率n1を代入する(ステップS65)。また、画素(i,j)の輝度A(i,j)と画素(j,k)の輝度B(j,k)が判定定数の範囲に含まれない場合は、各物質を特定するパラメータtをt=2として、画素(i,j)の輝度A(i,j)と画素(j,k)の輝度B(j,k)が判定定数の下限値a1(t=2)以上で上限値a2(t=2)以下の範囲にあるかどうかを判定し、画素(i,j)の輝度A(i,j)と画素(j,k)の輝度B(j,k)が判定定数の範囲に含まれる場合、その画素(i,j,k)の部分を被観察物2を構成するガラスとみなして、この座標x=i,y=j,z=kに対応する解析空間の座標における誘電率パラメータe(x,y、z)にガラスの誘電率n2を代入する(ステップS65)。この処理を各画素ごとに繰り返して(ステップS66,S63〜S66)、画像20,21の各座標点(i,j,k)の画素に対する物質パラメータe(x,y,z)を算出したら、FDTD処理部12で算出した物質パラメータe(x,y,z)をFDTD法における各セルの計算式に代入して計算を実行する(ステップS67)。
【0035】
このようにして被観察物2が、ある方向のどの位置における断面形状も同一であるような3次元形状を有する場合、この断面を表す2次元電子画像データから解析空間内に配置させる物質パラメータの3次元的分布を得ることができ、所望の計算モデルを得ることができる。
【0036】
前記説明では被観察物2が1種類の材料で構成される場合について説明したが、これに限らず複数の材料で構成される場合であっても、判定定数の下限値a1(t)と上限値a2(t)の数を増やして複数の条件分岐を設定することにより、複数の材料で構成された被観察物2の各構成物質の物質パラメータの分布状況を得ることができる。
【0037】
また、前記各説明では演算処理装置4にデータ処理部10と物質パラメータ算出部11及びFDTD処理部12を設け、データ処理部10で入力した画像データをデータ処理部10で処理して各座標点(i,j)に位置する各画素の輝度や階調を算出し、算出した各画素の輝度や階調から物質パラメータ算出部11で各画素の物質パラメータを算出し、算出した物質パラメータをFDTD処理部12でFDTD法における計算式に代入して計算を実行する場合について説明したが、図13のブロック図に示すように、入力した画像データを処理して各座標点(i,j)に位置する各画素の輝度や階調を算出するデータ処理プログラムと、算出した各画素の輝度や階調から各画素の物質パラメータを算出する物質パラメータ算出処理プログラムと、算出した物質パラメータをFDTD法に適用するFDTD処理プログラムを個別又は一体化してCD−ROMやCD−RやDVD−R等の外部記憶媒体30に格納しておき、この外部記憶媒体30に格納した処理プログラムを演算処理装置4に設けた外部記憶媒体インターフェース31で読み出してCPU6で各処理を行うようにしても良い。また、観察装置3で撮像した電子画像データを演算処理装置4に直接入力せずに、図13に示すように、観察装置3で撮像した電子画像データをフレキシブルディスクや光磁気ディスク等の画像記憶装置32に格納し、画像記憶装置32に格納した電子画像データを演算処理装置4の画像入力部5で読み取ることにより、各処理を繰り返して実行することができる。
【0038】
【発明の効果】
この発明は以上説明したように、被観察物の2次元電子画像データを入力してFDTD(Finite Difference Time Domain)法を用いて電磁場を解析するとき、入力した被観察物の2次元電子画像データの各画素ごとの輝度情報や色情報を算出し、算出した各画素ごとの輝度情報や色情報を判定して各画素ごとに物質パラメータを対応させ、対応させた各画素ごとの物質パラメータの分布を使用してFDTD法による計算を実行して被観察物の電磁場を解析するようにしたから、解析対象である被対象物の電子画像データから解析対象の物質パラメータの分布を容易に得ることができるとともに、被対象物を正確に反映した電磁場の計算を行うことができる。
【0039】
また、算出した各画素ごとの情報を判定して各画素ごとに物質パラメータを対応させるとき、各画素ごとの情報が、あらかじめ設定した範囲に収まっているかどうかを判定することにより、的確な物質パラメータを対応させて所望の計算モデルを得ることができる。
【0040】
さらに、2次元電子画像データから得られた2次元空間の物質パラメータの分布から、2次元の解析空間に垂直な方向のすべての位置において前記2次元空間の物質パラメータの分布が配置されるようにして3次元の物質パラメータの分布を得ることもできる。
【0041】
また、被観察物の直交する2方向から得た2次元電子画像データから各画素ごとの情報を判定して3次元の物質パラメータを対応させることにより、被観察物が、ある方向のどの位置における断面形状も同一であるような3次元形状を有する場合、この断面を表す2次元電子画像データから解析空間内に配置させる物質パラメータの3次元的分布を得ることができ、所望の計算モデルを得ることができる。
【0042】
この電磁場解析方法の処理プログラムを記録媒体に記憶し、コンピュータで前記電磁場解析方法を実行できるようにすることにより、コンピュータで被観察物の電磁場解析を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の電磁界解析装置の構成図である。
【図2】被観察物の画像を示す模式図である。
【図3】電磁界解析処理を示すフローチャートである。
【図4】第2の電磁界解析処理を示すフローチャートである。
【図5】第2の被観察物の画像を示す模式図である。
【図6】第3の電磁界解析処理を示すフローチャートである。
【図7】第4の電磁界解析処理を示すフローチャートである。
【図8】第5の電磁界解析処理を示すフローチャートである。
【図9】第6の電磁界解析処理を示すフローチャートである。
【図10】立体の被観察物の構成を示す斜視図である。
【図11】立体の被観察物の直交する2方向の画像を示す模式図である。
【図12】立体の被観察物の電磁界解析処理を示すフローチャートである。
【図13】他の電磁界解析装置の構成図である。
【符号の説明】
1;電磁界解析装置、2;被観察物、3;観察装置、4;演算処理装置、
5;画像入力部、6;CPU、7;ROM、8;RAM、9;操作表示部、
10;データ処理部、11;物質パラメータ算出部、
12;FDTD処理部。
Claims (8)
- 電子的観察装置で撮像した被観察物の2次元電子画像データを入力してFDTD(Finite Difference Time Domain)法を用いて電磁場を解析する電磁界解析装置において、
データ処理部と物質パラメータ算出部及びFDTD処理部を有し、前記データ処理部は入力した2次元電子画像データの各画素ごとの輝度情報を算出し、前記物質パラメータ算出部は、前記データ処理部で算出した各画素ごとの輝度情報を判定して各画素ごとに物質パラメータを対応させ、前記FDTD処理部は、前記物質パラメータ算出部で対応させた各画素ごとの物質パラメータの分布を使用してFDTD法による計算を実行して被観察物の電磁場を解析することを特徴とする電磁界解析装置。 - 光学的観察装置で撮像した被観察物の2次元電子画像データを入力してFDTD(Finite Difference Time Domain)法を用いて電磁場を解析する電磁界解析装置において、
データ処理部と物質パラメータ算出部及びFDTD処理部を有し、前記データ処理部は入力した2次元電子画像データの各画素ごとの輝度情報又は色情報のいずれかあるいは両方の情報を算出し、前記物質パラメータ算出部は、前記データ処理部で算出した各画素ごとの輝度情報又は色情報のいずれかあるいは両方の情報を判定して各画素ごとに物質パラメータを対応させ、前記FDTD処理部は、前記物質パラメータ算出部で対応させた各画素ごとの物質パラメータの分布を使用してFDTD法による計算を実行して被観察物の電磁場を解析することを特徴とする電磁界解析装置。 - 電子的観察装置で撮像した被観察物の2次元電子画像データを入力してFDTD(Finite Difference Time Domain)法を用いて電磁場を解析する電磁場解析方法において、
前記観察装置から入力した被観察物の2次元電子画像データの各画素ごとの輝度情報を算出し、算出した各画素ごとの輝度情報を判定して各画素ごとに物質パラメータを対応させ、対応させた各画素ごとの物質パラメータの分布を使用してFDTD法による計算を実行して被観察物の電磁場を解析することを特徴とする電磁場解析方法。 - 光学的観察装置で撮像した被観察物の2次元電子画像データを入力してFDTD(Finite Difference Time Domain)法を用いて電磁場を解析する電磁場解析方法において、
前記観察装置から入力した被観察物の2次元電子画像データの各画素ごとの輝度情報又は色情報のいずれかあるいは両方の情報を算出し、算出した各画素ごとの輝度情報又は色情報のいずれかあるいは両方の情報を判定して各画素ごとに物質パラメータを対応させ、対応させた各画素ごとの物質パラメータの分布を使用してFDTD法による計算を実行して被観察物の電磁場を解析することを特徴とする電磁場解析方法。 - 前記算出した各画素ごとの情報を判定して各画素ごとに物質パラメータを対応させるとき、各画素ごとの情報が、あらかじめ設定した範囲に収まっているかどうかを判定する請求項3又は4に記載の電磁場解析方法。
- 前記2次元電子画像データから得られた2次元空間の物質パラメータの分布から、2次元の解析空間に垂直な方向のすべての位置において前記2次元空間の物質パラメータの分布が配置されるようにして3次元の物質パラメータの分布を得る請求項3乃至5のいずれかに記載の電磁場解析方法。
- 前記被観察物の直交する2方向から得た2次元電子画像データから各画素ごとの情報を判定して3次元の物質パラメータを対応させる請求項3乃至5のいずれかに記載の電磁場解析方法。
- 請求項3乃至7のいずれかに記載の電磁場解析方法の処理プログラムを記憶したことを特徴とする記録媒体。
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WO2008105177A1 (ja) * | 2007-02-28 | 2008-09-04 | Fujitsu Limited | 金属含有塗料塗布物の電気特性解析装置 |
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