JP2005274784A - Image processing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば半導体ウエハや液晶ディスブレイのガラス基板などの試料を顕微鏡等の観察光学系を通して観察するときの合焦画像の取得時間の短縮化を図った画像処理装置に関する。 The present invention relates to an image processing apparatus that shortens the acquisition time of a focused image when a sample such as a semiconductor wafer or a glass substrate of a liquid crystal display is observed through an observation optical system such as a microscope.
図9は画像処理装置における観察光学系の構成図である。試料台1上には、半導体ウエハ等の試料2が載置されている。この試料2の表面3上には、光透過性の保護膜4が形成されている。試料台1の上方には、顕微鏡5の対物レンズ6が設けられている。なお、対物レンズ6からの観察光は、途中の図示を省略するが接眼レンズ7に導かれる。
FIG. 9 is a configuration diagram of an observation optical system in the image processing apparatus. A
試料2の表面3を観察するときは、試料台1を対物レンズ6を通る光軸Pと同一方向に上下移動させて、試料2の表面3を対物レンズ6を有する観察光学系の焦点面Fに一致させる。このような合焦動作をオートフォーカス機構によって行うと、図10に示すように対物レンズ6を有する観察光学系の焦点面Fが保護膜4の表面上に一致してしまうことがある。
When observing the
このような問題を解決するために、特許文献1及び2には、保護膜4を表面3上に形成した試料2でも、その表面3上に合焦させるために、画像データのコントランス値を求め、このコントランス値に基づいて試料台1を位置決めする技術が記載されている。
In order to solve such a problem,
特許文献1には、図11のF1〜F3に示すように試料台1を間欠運動により所定ピッチ毎に下降させ、かつ図12に示すように試料台1の間欠運動のピッチ間隔毎の撮像タイミングで対物レンズ6を通して試料2を撮像する。この試料2の撮像タイミングは、試料台1の間欠運動により試料台1が停止する毎の各時刻t1、t2、…、t10毎に行なわれ、これら撮像により各画像データが取得される。そして、これら画像データ毎にそれぞれ各コントラスト値c1、c2、…、c10が求められる。
In
これらコントラスト値は、対物レンズ6を有する観察光学系の焦点面Fが試料2の表面に一致していれば、画像が鮮明となり、試料2の表面の輪郭が明瞭に現れることから、高い値になる。従って、コントラスト値は、図12に示すように試料台1の間欠運動が進むにつれて高くなり、合焦位置となる時刻t9でピークとなり、その後小さくなる。しかるに、ピーク値を示した時刻t9おいて試料台1と対物レンズ6との間隔のときが、対物レンズ6を有する観察光学系の焦点面Fが試料2の表面に一致したときとなる。これにより、試料台1が時刻t9での試料台1と対物レンズ6との間隔に戻すことにより、合焦動作が完了することが記載されている。
These contrast values are high because the image becomes clear and the contour of the surface of the
特許文献2には、図13に示すように試料台1を一定の速度で連続的に下降し、かつ一定のタイミング毎に対物レンズ6を通して試料2を撮像してその各画像データを記憶する。そして、これら画像データ毎にそれぞれ各コントラスト値c1、c2、…、c10を求め、これらコントラスト値c1、c2、…、c10がピークを越えると、ピーク値を示したときのコントラスト値c9の画像データを読み出して合焦画像データとして表示されたり、使用されることが記載されている。このようにピーク値を示したときの画像データを読み出すので、試料台1を戻す動作が不要になり、特許文献1よりも合焦画像を取得する時間を短くできる。
しかしながら、特許文献1は、試料台1を間欠運動により所定ピッチ毎に下降させる毎に試料2を撮像し、これら撮像により取得された各画像データ毎にコントラスト値c1、c2、…、c10を求める演算を繰り返すために、演算処理の負担が重く、合焦画像を取得するまでの動作が遅くなる。
However,
特許文献2では、試料台1と観察光学系の焦点面Fとが離れていると、合焦動作の開始時にはコントラスト値の低い画像データを取得し続け、試料2が焦点面Fにある程度近付いてから合焦判定に必要なコントラスト値の高い画像データを取得できるようになる。このため、試料台1と観察光学系の焦点面Fとが離れている場合には、合焦判定に必要なコントラスト値の高い画像データを取得できるまでに時間がかかり、合焦動作が遅くなる。
In
本発明は、試料を載置した試料台と、試料の観察像を得る観察光学系と、試料台と観察光学系との間隔を間欠運動させて相対的に変化させる移動駆動部と、観察光学系により得られた観察像を撮像する撮像装置と、撮像装置の撮像により取得された観察像の画像データのコントラスト値を演算し求めるコントラスト演算部と、コントラスト演算部により求められたコントラスト値と予め設定された閾値とを比較し、コントラスト値が閾値を下回っていれば、移動駆動部による試料台と観察光学系との間隔を間欠運動させるときのピッチ間隔を第1のピッチ間隔幅に制御し、コントラスト値が閾値を上回っていれば、ピッチ間隔を第1のピッチ間隔幅よりも狭い第2のピッチ間隔幅に制御するピッチ可変制御部と、試料台と観察光学系との間隔を第2のピッチ間隔幅で間欠運動させる毎に、コントラスト演算部により求められるコントラスト値がピーク値を越えると、移動駆動部を制御してピーク値を得た試料台と観察光学系との間隔に戻して観察光学系により合焦の観察像を得る合焦制御部とを具備した画像処理装置である。 The present invention includes a sample stage on which a sample is placed, an observation optical system that obtains an observation image of the sample, a movement drive unit that relatively changes the distance between the sample stage and the observation optical system by intermittent movement, and observation optics An imaging device that captures an observation image obtained by the system, a contrast calculation unit that calculates and calculates a contrast value of image data of an observation image acquired by imaging of the imaging device, and a contrast value that is obtained in advance by the contrast calculation unit Compared with the set threshold value, if the contrast value is lower than the threshold value, the pitch interval when the interval between the sample stage and the observation optical system by the movement driving unit is intermittently moved is controlled to the first pitch interval width. If the contrast value exceeds the threshold value, the pitch variable control unit that controls the pitch interval to a second pitch interval width narrower than the first pitch interval width, and the interval between the sample stage and the observation optical system When the contrast value obtained by the contrast calculation unit exceeds the peak value every time the intermittent motion is performed with the second pitch interval width, the distance between the sample stage that has obtained the peak value by controlling the movement driving unit and the observation optical system is set. The image processing apparatus includes a focusing control unit that returns and obtains a focused observation image by the observation optical system.
本発明は、試料を載置した試料台と、試料の観察像を得る観察光学系と、試料台と観察光学系との間隔を相対的に定速度で連続的に変化させる移動駆動部と、観察光学系により得られた観察像を一定のタイミング毎に撮像する撮像装置と、撮像装置の撮像により取得された観察像の画像データを記憶する記憶部と、撮像装置の撮像により取得された観察像の画像データのコントラスト値を演算し求めるコントラスト演算部と、コントラスト演算部により求められたコントラスト値と予め設定された閾値とを比較し、コントラスト値が閾値を下回っていれば、移動駆動部による試料台と観察光学系との間隔を連続的に変化させる速度を第1の速度に制御し、コントラスト値が閾値を上回っていれば、速度を第1の速度よりも遅い第2の速度に制御する速度可変制御部と、試料台と観察光学系との間隔を第2の速度で連続的に変化させている状態で、コントラスト演算部により求められるコントラスト値がピーク値を越えると、当該ピーク値を得た試料台と観察光学系との間隔のときの画像データを合焦画像として記憶部から読み出す合焦画像読出部とを具備した画像処理装置である。 The present invention includes a sample stage on which a sample is placed, an observation optical system that obtains an observation image of the sample, a movement drive unit that continuously changes the distance between the sample stage and the observation optical system at a relatively constant speed, An imaging device that captures an observation image obtained by the observation optical system at a certain timing, a storage unit that stores image data of the observation image acquired by imaging of the imaging device, and an observation acquired by imaging of the imaging device The contrast calculation unit that calculates and calculates the contrast value of the image data of the image is compared with the contrast value calculated by the contrast calculation unit and a preset threshold value, and if the contrast value is below the threshold value, the movement drive unit The speed at which the distance between the sample stage and the observation optical system is continuously changed is controlled to the first speed, and if the contrast value exceeds the threshold value, the speed is controlled to the second speed that is slower than the first speed. When the contrast value calculated by the contrast calculation unit exceeds the peak value while the interval between the variable speed control unit, the sample stage and the observation optical system is continuously changed at the second speed, the peak value And an in-focus image reading unit that reads out image data from the storage unit as an in-focus image as the in-focus image.
本発明は、表面に光透過性の膜が形成された試料に対する合焦動作の速い画像処理装置を提供できる。 The present invention can provide an image processing apparatus having a fast focusing operation for a sample having a light-transmitting film formed on the surface.
以下、本発明の第1の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、図9と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。 Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The same parts as those in FIG. 9 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
図1は画像処理装置の構成図である。試料台1には、移動機構10が設けられている。この移動機構10は、合焦動作時に、試料台1を対物レンズ6を通る光軸Pと同一方向(Z方向)にピッチ間隔毎に移動させる、本実施の形態では、下降させる間欠運動を行わせる。この移動機構10は、例えばモータ11の軸にボールネジ12を連結し、このボールネジ12に螺合する摺動体13を試料台1に設けた構成である。モータ11は、モータ駆動部14によって回転駆動する。
FIG. 1 is a configuration diagram of an image processing apparatus. The
対物レンズ6を通る光軸P上には、CCD等の撮像装置15が設けられている。この撮像装置15は、対物レンズ6を有する観察光学系により得られた試料2の観察像を撮像してその画像信号を出力する。
An
画像取り込み部16は、撮像装置15から出力された画像信号を取り込んでその画像データをファイル化する。これらファイル化された画像データは、制御部17の制御によって記憶部18に記憶される。なお、マルチスレッドにすると、コントラスト計算を別スレッドで計算させることができるので、高速化することができる。
The
画像処理部(コントラスト演算部)19は、記憶部18に順次記憶される各画像データを読み出し、これら画像データに対して例えば図3に示すように画像データDを斜め方向に横切るラインL上の輝度値を読み取り、これら輝度値からコントラスト値を演算し求める。
The image processing unit (contrast calculation unit) 19 reads each image data sequentially stored in the
試料2として例えば半導体ウエハや液晶ディスプレイのガラス基板などでは、その表面上に格子状の規則的なパターンが形成されている。このような格子状パターンに対して当該パターン方向と同一方向の各輝度値を読み取ってコントラスト値を求めても、そのコントラスト値は、画像データD全体のコントラスト値を表わさないため、画像データDに対して斜め方向に横切るラインL上の輝度値を読み取ることにより画像データD全体のコントラスト値を求める。なお、画像データD全体のコントラスト値は、斜め方向のラインL上の輝度値を読み取るに限らず、互いに交差する斜め方向の2本のラインL上の輝度値を読み取ってもよく、画像データD中の4隅の各領域内における輝度値を読み取ってもよい。
For example, a semiconductor wafer or a glass substrate of a liquid crystal display as the
制御部17は、画像処理部19により順次求められる各コントラスト値に基づいて試料台1を昇降させるときのピッチ間隔を制御するもので、ピッチ可変制御部20と、合焦制御部21とを有する。
The
ピッチ可変制御部20は、画像処理部19により順次求められる各コントラスト値と予め設定された閾値Thとを比較し、コントラスト値が閾値Thを下回っていれば、図4に示すように試料台1をステップ下降させるときのピッチ間隔を粗くした第1のピッチ間隔幅Haに制御する指令をモータ駆動部14に発し、コントラスト値が閾値Thを上回っていれば、ピッチ間隔を第1のピッチ間隔幅Haよりも狭い第2のピッチ間隔幅Hbに制御する指令をモータ駆動部14に発する。この第2のピッチ間隔幅Hbは、例えば対物レンズ6を有する観察光学系の被写界深度程度以内に設定するのが好適である。
The pitch variable control unit 20 compares each contrast value sequentially obtained by the
合焦制御部21は、試料台1を第2のピッチ間隔幅Hbでステップ下降させる毎に、画像処理部19により順次求められる各コントラスト値がピーク値を越えると、モータ駆動部14に対して逆転の指令を発し、試料台1を第2のピッチ間隔幅Hbでステップ上昇させてコントラスト値がピーク値を得たときの試料台1の高さ位置に戻す。
When each contrast value sequentially obtained by the
次に、上記の如く構成された装置の合焦動作について説明する。 Next, the focusing operation of the apparatus configured as described above will be described.
合焦動作の開始時、試料台1は、上昇し、対物レンズ6に対して接近されている。従って、合焦動作では、試料台1を下降させて対物レンズ6から遠ざける。これにより、試料台1を上昇させたときに対物レンズ6が試料台1に当接するのを予め回避できる。
At the start of the focusing operation, the
ピッチ可変制御部20は、図4に示すように粗い第1のピッチ間隔幅Haで試料台1を下降させる指令をモータ駆動部14に発する。この指令を受けたモータ駆動部14は、第1のピッチ間隔幅Haに対応する期間だけモータ11を回転駆動し、これら回転駆動の後に所定の停止期間Sだけモータ11を停止する間欠運動を行わせる。これにより、モータ11が各時刻t10、t11、t12毎に第1のピッチ間隔幅Haに対応する期間だけ回転駆動すると、この回転によりボールネジ12が回転することにより、このボールネジ12に螺合する摺動体13を介して試料台1が第1のピッチ間隔幅Haでステップ下降する。
As shown in FIG. 4, the variable pitch control unit 20 issues a command to the
試料台1がステップ下降する毎の各停止期間Sになると、撮像装置15は、対物レンズ6を有する観察光学系により得られた試料2の観察像を撮像してその画像信号を出力する。
In each stop period S each time the
画像取り込み部16は、一例として画像処理機能付のコンピュータのインタフェースボードなどが考えられ、撮像装置15から出力される画像信号を取り込んでその画像データをファイル化する。これら画像データは、制御部17の制御によってコンピュータのハードディスクなどの記憶部18に記憶される。なお、撮像装置15が常時、試料2の観察像を撮像してその画像信号を出力するものであれば、画像処理部19は、間欠運動の各停止期間S毎に撮像装置15からの画像信号を取り込んでファイル化する。
As an example, the
画像処理部19は、図2に示す合焦動作フローチャートに従って動作する。画像処理部19は、ステップ#1において、上記の如く撮像装置15から出力される画像信号を取り込んでその画像データをファイル化し、記憶部18に記憶する。
The
画像処理部19は、ステップ#2において、記憶部18に順次記憶される各画像データを読み出し、これら画像データの各コントラスト値c10、c11、c12を順次演算し求め、ステップ#3において、各コントラスト値c10、c11、c12(=ct)や対物レンズ6と試料台1との距離ht、時刻t10、t11、t12などのデータを記憶部18に記憶する。
The
ピッチ可変制御部20は、ステップ#4において、画像処理部19により順次求められる各コントラスト値c10、c11、c12と予め設定された閾値Thとを比較する。この比較の結果、各コントラスト値c10、c11、c12が閾値Thを下回っていれば、ピッチ可変制御部20は、ステップ#5において、図4に示すように試料台1をステップ下降させるときのピッチ間隔を第1のピッチ間隔幅Haに維持する。
In
このように第1のピッチ間隔幅Haで試料台1が順次ステップ下降し、例えば時刻t13において画像取り込み部16により取り込んだ画像データのコントラスト値c13が閾値Thを上回ると、ピッチ可変制御部20は、ステップ#6において、ピッチ間隔を第1のピッチ間隔幅Haよりも狭い第2のピッチ間隔幅Hbに切替え制御する指令をモータ駆動部14に発する。これにより、試料台1は、各時刻t13、t14、…、t16毎に例えば対物レンズ6を有する観察光学系の被写界深度の2〜3倍の範囲内の第2のピッチ間隔幅Hbでステップ下降する。
With such sample table 1 is lowered successively step at a first pitch interval width Ha, the contrast value c 13 of the image data captured by the
試料台1が第2のピッチ間隔幅Hbに切り替えられてステップ下降する状態でも、画像処理部19は、撮像装置15の撮像により取得された各画像データの各コントラスト値c13、c14、…、c16を順次演算し求める。
Even in a state where the
試料台1が第2のピッチ間隔幅Hbで順次ステップ下降すると、撮像装置15により撮像される画像は、図5(a)に示すような不鮮明な状態から、対物レンズ6を有する観察光学系の焦点面Fが試料2の表面に一致すると、同図(b)に示すような試料2の表面の輪郭が明瞭に現れる鮮明な状態になり、再び同図(c)に示すような不鮮明な状態になる。これにより、観察光学系の焦点面Fが試料2の表面に一致したときのコントラスト値がピーク値となる。ここで、図4に示すように試料台1を第2のピッチ間隔幅Hbでステップ下降させたときの各コントラスト値c13、c14、…、c16は、コントラスト値c13、c14、c15と順次高くなり、コントラスト値c16で低下している。
When the
合焦制御部21は、ステップ#8において、画像処理部19により順次求められる各コントラスト値c13、c14、…、c16同士を順次比較して大きいコントラスト値c15をピーク値として記憶すると共に、コントラストのピーク値c15、すなわち合焦位置を越えたものと判断する。そして、合焦制御部21は、ステップ#9において、ピーク値のコントラスト値c15を越えた時刻t16においてモータ駆動部14に対して逆転の指令を発し、試料台1を第2のピッチ間隔幅Hbでステップ上昇させて、ピークのコントラスト値c15を得たときの高さ位置に試料台1を戻す。この結果、時刻t17で対物レンズ6を有する観察光学系の焦点面Fは、試料2の表面に一致して合焦動作が完了する。
このように上記第1の実施の形態によれば、試料台1をステップ下降させたときに順次撮像される各画像データの各コントラスト値c10、c11、c12と予め設定された閾値Thとを比較し、各コントラスト値c10、c11、c12が閾値Thを下回っていれば、試料台1を第1のピッチ間隔幅Haでステップ下降し、コントラスト値c13が閾値Thを上回ると、試料台1を第1のピッチ間隔幅Haよりも狭い第2のピッチ間隔幅Hbに切替えてステップ下降し、コントラスト値がピークを越えると、試料台1を第2のピッチ間隔幅Hbでステップ上昇させてピークのコントラスト値c15を得たときの高さ位置に戻す。
As described above, according to the first embodiment, the contrast values c 10 , c 11 , c 12 of each image data sequentially captured when the
これにより、対物レンズ6を有する観察光学系の焦点面Fを、保護膜4の形成された試料2の表面上に対して一致させる合焦動作の時間を速くできる。例えば、図4に示すように合焦動作を時刻t17において完了することができ、従来での合焦完了時刻t18よりも時間tgだけ短縮できる。
Thereby, the time of the focusing operation | movement which makes the focal plane F of the observation optical system which has the
又、例えば対物レンズ6を有する観察光学系の被写界深度内又は被写界深度数倍、例えば2〜3倍の範囲内で少なくともピーク値を含む3点のコントラスト値を求める第2のピッチ間隔幅Hbでステップ下降させて合焦動作させるので、被写界深度の狭い対物レンズ6を用いても合焦動作ができ、かつ精細な画像を取得したい場合でも、高精度に合焦動作ができてその合焦画像を取得できる。
Further, for example, the second pitch for obtaining the contrast value of at least three points including the peak value within the depth of field of the observation optical system having the
さらに、対物レンズ6を有する観察光学系の焦点面Fと試料2との間隔が離れている状態から合焦動作させても、従来の技術に比べ短時間で合焦画像を得ることができる。
Furthermore, even if the focusing operation is performed from a state where the distance between the focal plane F of the observation optical system having the
次に、本発明の第2の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、図1と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。 Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
図6は画像処理装置の構成図である。この画像処理装置の上記第1の実施の形態と相違するところは、モータ駆動部14は、モータ11に対して定速度で連続的に下降させる指令を発する。
FIG. 6 is a configuration diagram of the image processing apparatus. The difference from the first embodiment of the image processing apparatus is that the
撮像装置15は、対物レンズ6を有する観察光学系により得られた試料2の観察像を一定のタイミング毎に撮像してその画像信号を出力する。なお、画像取り込み部16により撮像装置15から連続して出力される動画の画像信号を一定のタイミング毎に取り込んでもよい。
The
制御部17は、画像処理部19により順次求められる各コントラスト値に基づいて試料台1を昇降させるときの速度を制御するもので、速度可変制御部22と、合焦画像読出部23とを有する。
The
速度可変制御部22は、画像処理部19により順次求められたコントラスト値と予め設定された閾値Thとを比較し、コントラスト値が閾値Thを下回っていれば、モータ駆動部14に対して試料台1の下降速度を通常よりも速い第1の速度v1に制御する指令を発し、コントラスト値が閾値Thを上回っていれば、試料台1の下降速度を第1の速度v1よりも遅い第2の速度v2に変速する指令を発する。
The speed variable control unit 22 compares the contrast value sequentially obtained by the
合焦画像読出部23は、試料台1を第2の速度で連続的に下降させている状態で、画像処理部19により順次求められるコントラスト値がピーク値を越えると、当該ピーク値を得た試料台1の高さ位置のときの画像データを合焦画像として記憶部18から読み出してディスプレイ等に表示出力する。
The focused
次に、上記の如く構成された装置の合焦動作について説明する。 Next, the focusing operation of the apparatus configured as described above will be described.
合焦動作の開始時、速度可変制御部22は、図7に示すように通常よりも速い第1の速度v1で試料台1を連続的に下降させる指令をモータ駆動部14に発する。これにより、試料台1は、通常よりも速い第1の速度v1で連続的に下降する。このとき、撮像装置15は、対物レンズ6を有する観察光学系により得られた試料2の観察像を一定のタイミング毎に撮像してその画像信号を出力する。画像取り込み部16は、撮像装置15からの画像信号を取り込んでその画像データをファイル化して記憶部18に記憶する。画像処理部19は、記憶部18に順次記憶される各画像データを読み出し、これら画像データの各コントラスト値c20、c21、c22を順次演算し求める。
At the start of the focusing operation, the variable speed control unit 22 issues a command to the
このとき各コントラスト値c20、c21、c22は、予め設定された閾値Thを下回っているので、速度可変制御部22は、図7に示すようにモータ駆動部14に対して試料台1の下降速度を通常よりも速い第1の速度v1に制御維持する。そして、これらコントラスト値c20、c21、c22を求めるときの試料台1の各高さ位置の間隔は、試料台1が通常よりも速い第1の速度v1で連続的に下降するので、広くなる。
At this time, since each contrast value c 20 , c 21 , c 22 is lower than a preset threshold value Th, the speed variable control unit 22 makes the sample table 1 with respect to the
試料台1の下降が進んで例えば時刻t23において画像取り込み部16により取り込んだ画像データのコントラスト値c23が閾値Thを上回ると、速度可変制御部22は、図6に示すようにモータ駆動部14に対して試料台1の下降速度を第1の速度v1よりも遅い第2の速度v2に変速する指令を発する。
If the contrast value c 23 of the image data captured by the
これ以降も、撮像装置15は、対物レンズ6を有する観察光学系により得られた試料2の観察像を一定のタイミング毎に撮像するので、画像処理部19は、記憶部18に順次記憶される各画像データの各コントラスト値c24、c25、c26を順次演算し求める。このとき、各コントラスト値c24、c25、c26を求めるときの試料台1の各高さ位置の間隔は、試料台1が第1の速度v1よりも遅い第2の速度v2で連続的に下降するので、狭くなる。そして、この試料台1の各高さ位置の間隔は、対物レンズ6を有する観察光学系の被写界深度以内に設定される。
Since then, the
合焦制御部21は、画像処理部19により順次求められる各コントラスト値c24、c25、c26同士を順次比較して最も大きいコントラスト値c25をピーク値として判断すると、このときに対物レンズ6を有する観察光学系の焦点面Fが試料2の表面に一致したと判断し、当該ピーチ値を得た時刻t25のときにおける試料台1の高さ位置のときの画像データを合焦画像として記憶部18から読み出してディスプレイ等に表示出力する。
When the
このように上記第2の実施の形態によれば、試料台1を連続的に下降させたときに順次撮像される各画像データのコントラスト値が閾値Thを下回っていれば、試料台1の下降速度を通常よりも速い第1の速度v1に制御し、コントラスト値が閾値Thを上回っていれば、試料台1の下降速度を第1の速度v1よりも遅い第2の速度v2に変速し、コントラスト値のピーク値を得た試料台1の高さ位置のときの画像データを合焦画像として記憶部18から読み出してディスプレイ等に表示出力する。
As described above, according to the second embodiment, if the contrast value of each image data sequentially captured when the
これにより、対物レンズ6を有する観察光学系の焦点面Fを、保護膜4の形成された試料2の表面上に対して一致させる合焦動作の時間を、例えば、図7に示すように従来の合焦完了時刻t28からよりも時間thだけ短縮した時刻t25において完了でき、対物レンズ6を有する観察光学系の焦点面Fと試料2との間隔が離れている状態からでも合焦動作させるまでの時間を短縮できる。
Accordingly, the focusing operation time for matching the focal plane F of the observation optical system having the
又、試料台1を比較的遅い第2の速度v2で下降させたときの各コントラスト値を求める試料台1の各高さ位置の間隔を、対物レンズ6を有する観察光学系の被写界深度以内に設定するので、高精度に合焦動作できて、精細な画像を取得できる。
Further, the distance between the height positions of the
さらに、コントラスト値のピーク値を得たときの画像データを記憶部18から読み出してディスプレイ等に表示出力するので、試料台1を戻す動作を行う必要がなく、その分だけ合焦画像を得るまでの時間を短縮できる。
Furthermore, since the image data when the peak value of the contrast value is obtained is read from the
次に、本発明の第3の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、図1及び図6と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。 Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 and 6 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
画像処理部19により順次求められる各画像データの各コントラスト値が低い試料2の場合、対物レンズ6を有する観察光学系の合焦面Fの付近でも各コントラスト値が閾値Thを越えない場合がある。
In the case of the
この場合に対処するために、図1に示す画像処理装置では、合焦制御部21に図8に示すような試料台1の折り返し距離Lrを設定する。この折り返し距離Lrは、対物レンズ6を有する観察光学系の被写界深度の略10〜20倍に設定する。
In order to deal with this case, in the image processing apparatus shown in FIG. 1, the folding distance Lr of the
合焦制御部21は、試料台1をステップ下降させて順次求められた各コントラスト値が折り返し距離Lrを超えても閾値Thを上回らなければ、試料台1のステップ下降を停止して間欠運動方向を反転し、試料台1を第2のピッチ間隔Hbでステップ上昇させる。そして、合焦制御部21は、各コントラスト値が最大値なると、当該最大値を得た試料台1の高さ位置を合焦位置と判定する。この場合、合焦制御部21は、順次求められる各コントラスト値同士を順次比較して大きいコントラスト値をピーク値として記憶し、当該ピーク値すなわち合焦位置を越えたものと判断すると、再度モータ駆動部14に対して逆転の指令を発し、試料台1をピークのコントラスト値を得たときの高さ位置に試料台1を戻す。
If the
一方、図6に示す画像処理装置では、図1に示す画像処理装置と同様に、合焦制御部21に試料台1の折り返し距離Lrを設定する。
On the other hand, in the image processing apparatus illustrated in FIG. 6, the folding distance Lr of the
合焦画像読出部23は、試料台1を連続的に下降させて順次求められた各コントラスト値が折り返し距離Lrを超えても閾値Thを上回らなければ、試料台2の連続的な下降を停止し、試料台2の移動方向を反転して比較的遅い第2の速度v2で連続的に上昇させる。そして、合焦画像読出部23は、各コントラスト値が最大値なると、当該最大値を得た試料台1の高さ位置を合焦位置と判定し、このときの画像データを合焦画像として記憶部18から読み出す。
The focused
このように上記第3の実施の形態によれば、画像データのコントラスト値が低い特殊な試料2であって、コントラスト値が閾値Thを越えなくても、小さな第2のピッチ間隔Haで確実に合焦のピーク点を検出して、対物レンズ6を有する観察光学系の被写界深度以内に高精度に合焦動作できて、精細な画像を取得できる。
As described above, according to the third embodiment, the
なお、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. Further, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, you may combine suitably the component covering different embodiment.
上記第1及び第2の実施の形態では、試料台1をステップ下降させたり、連続的に下降させているが、対物レンズ6を有する観察光学系をステップ上昇させたり、連続的に上昇させてもよい。この場合、観察光学系を上昇させたときにコントラスト値のピークが現れるように、対物レンズ6を下降させて試料台1に接近させた高さ位置から上昇させる。
In the first and second embodiments, the
1:試料台、2:試料、3:試料表面、4:保護膜、5:顕微鏡、6:対物レンズ、7:接眼レンズ、10:移動機構、11:モータ、12:ボールネジ、13:摺動体、14:モータ駆動部、15:撮像装置、16:画像取り込み部、17:制御部、18:記憶部、19:画像処理部(コントラスト演算部)、20:ピッチ可変制御部、21:合焦制御部、22:速度可変制御部、23:合焦画像読出部。 1: sample stage, 2: sample, 3: sample surface, 4: protective film, 5: microscope, 6: objective lens, 7: eyepiece lens, 10: moving mechanism, 11: motor, 12: ball screw, 13: sliding body , 14: motor drive unit, 15: imaging device, 16: image capturing unit, 17: control unit, 18: storage unit, 19: image processing unit (contrast calculation unit), 20: variable pitch control unit, 21: focusing Control unit, 22: speed variable control unit, 23: focused image reading unit.
Claims (7)
前記試料の観察像を得る観察光学系と、
前記試料台と前記観察光学系との間隔を間欠運動させて相対的に変化させる移動駆動部と、
前記観察光学系により得られた前記観察像を撮像する撮像装置と、
前記撮像装置の撮像により取得された前記観察像の画像データのコントラスト値を演算し求めるコントラスト演算部と、
前記コントラスト演算部により求められた前記コントラスト値と予め設定された閾値とを比較し、前記コントラスト値が前記閾値を下回っていれば、前記移動駆動部による前記試料台と前記観察光学系との間隔を間欠運動させるときのピッチ間隔を第1のピッチ間隔幅に制御し、前記コントラスト値が前記閾値を上回っていれば、前記ピッチ間隔を前記第1のピッチ間隔幅よりも狭い第2のピッチ間隔幅に制御するピッチ可変制御部と、
前記試料台と前記観察光学系との間隔を前記第2のピッチ間隔幅で間欠運動させる毎に、前記コントラスト演算部により求められる前記コントラスト値がピーク値を越えると、前記移動駆動部を制御して前記ピーク値を得た前記試料台と前記観察光学系との間隔に戻して前記観察光学系により合焦の前記観察像を得る合焦制御部と、
を具備したことを特徴とする画像処理装置。 A sample stage on which the sample is placed;
An observation optical system for obtaining an observation image of the sample;
A movement drive unit that intermittently moves the distance between the sample stage and the observation optical system to change relatively,
An imaging device for capturing the observation image obtained by the observation optical system;
A contrast calculation unit for calculating a contrast value of image data of the observation image acquired by imaging of the imaging device;
The contrast value obtained by the contrast calculation unit is compared with a preset threshold value, and if the contrast value is below the threshold value, the distance between the sample stage and the observation optical system by the movement driving unit If the contrast value exceeds the threshold value, the pitch interval is controlled to the first pitch interval width, and the pitch interval is narrower than the first pitch interval width. A variable pitch control unit that controls the width;
When the interval between the sample stage and the observation optical system is intermittently moved at the second pitch interval width, and the contrast value obtained by the contrast calculation unit exceeds a peak value, the movement driving unit is controlled. A focusing control unit that obtains the focused observation image by the observation optical system by returning to the interval between the sample stage and the observation optical system obtained the peak value;
An image processing apparatus comprising:
前記試料の観察像を得る観察光学系と、
前記試料台と前記観察光学系との間隔を相対的に定速度で連続的に変化させる移動駆動部と、
前記観察光学系により得られた前記観察像を一定のタイミング毎に撮像する撮像装置と、
前記撮像装置の撮像により取得された前記観察像の画像データを記憶する記憶部と、
前記撮像装置の撮像により取得された前記観察像の画像データのコントラスト値を演算し求めるコントラスト演算部と、
前記コントラスト演算部により求められた前記コントラスト値と予め設定された閾値とを比較し、前記コントラスト値が前記閾値を下回っていれば、前記移動駆動部による前記試料台と前記観察光学系との間隔を連続的に変化させる速度を第1の速度に制御し、前記コントラスト値が前記閾値を上回っていれば、前記速度を前記第1の速度よりも遅い第2の速度に制御する速度可変制御部と、
前記試料台と前記観察光学系との間隔を前記第2の速度で連続的に変化させている状態で、前記コントラスト演算部により求められる前記コントラスト値がピーク値を越えると、当該ピーク値を得た前記試料台と前記観察光学系との間隔のときの前記画像データを合焦画像として前記記憶部から読み出す合焦画像読出部と、
を具備したことを特徴とする画像処理装置。 A sample stage on which the sample is placed;
An observation optical system for obtaining an observation image of the sample;
A movement drive unit for continuously changing the distance between the sample stage and the observation optical system at a relatively constant speed;
An imaging device that captures the observation image obtained by the observation optical system at certain timings;
A storage unit that stores image data of the observation image acquired by imaging of the imaging device;
A contrast calculation unit for calculating a contrast value of image data of the observation image acquired by imaging of the imaging device;
The contrast value obtained by the contrast calculation unit is compared with a preset threshold value, and if the contrast value is below the threshold value, the distance between the sample stage and the observation optical system by the movement driving unit A speed variable control unit that controls the speed for continuously changing the speed to the first speed, and controls the speed to a second speed that is slower than the first speed if the contrast value exceeds the threshold value. When,
When the interval between the sample stage and the observation optical system is continuously changed at the second speed and the contrast value obtained by the contrast calculation unit exceeds the peak value, the peak value is obtained. A focused image reading unit for reading out the image data from the storage unit as a focused image when the distance between the sample stage and the observation optical system;
An image processing apparatus comprising:
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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2004
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