JP2006023820A - 拡大観察装置、画像ファイル生成装置、画像ファイル生成プログラム、3次元画像表示プログラム及びコンピュータで読み取り可能な記録媒体又は記録した機器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】拡大観察装置は、観察対象を撮像して2次元観察画像を取得するための撮像部と、撮像部で取得した複数の2次元観察画像と、撮像時の高さ情報に基づいて、観察対象の3次元の観察画像を生成すると共に、3次元観察画像に対して仮想的に光源を配置し、光源から発する照明光を3次元観察画像に照射して生じる光の反射の状態を表現した反射付3次元観察画像を生成可能な制御部と、光源によって得られる照明の効果を調整可能な照明設定部と、制御部で生成された3次元画像データ及び照明設定部で設定された照明条件データとを任意の2次元画像データに埋め込んで、一の画像データファイルとして生成可能なファイル生成部と、ファイル生成部で生成された画像データファイルを保存するための画像データ記憶部とを備える。
【選択図】図16
Description
以下、図1から図2を用いて、本発明の第1の実施の形態に係る拡大観察装置を説明する。拡大観察装置は、図1に示すように観察対象の試料を照明するための照明部60と、照明部60により照明された試料を撮像する撮像部10と、撮像部10で撮像された拡大画像を表示する表示部52を有する情報処理装置50を備える。さらに図1の拡大観察装置は、試料を固定する試料固定部(試料Sを載置するステージ30)と、光学系11を介して入射する試料固定部に固定された試料Sからの反射光または透過光を電気的に読み取る撮像素子(CCD12)と、試料固定部と光学系11の光軸方向における相対距離を変化させ焦点を調整する焦点調整部(ステージ昇降器20)とを備える。さらにまた情報処理装置50は、図2に示すように、焦点調整部によって焦点を調整したときの試料固定部と光学系11の光軸方向における相対距離に関する焦点距離情報を、光軸方向とほぼ垂直な面内における試料の2次元位置情報と共に記憶する焦点距離情報記憶部(メモリ53)と、撮像素子によって読み取られた画像を表示する表示部52と、表示部52によって表示された画像の一部の領域を少なくとも一つ設定可能な領域設定部(操作部55、ポインティングデバイス55A)と、領域設定部によって設定された領域に対応する試料Sの一部または全部に関する焦点距離情報記憶部に記憶された焦点距離情報に基づいて、領域設定部によって設定された領域に対応する試料Sの光軸方向における平均高さを演算する演算部(制御部51)とを備える。この拡大観察装置は、光学系を介して入射する試料固定部に固定された試料からの反射光または透過光を電気的に読み取る撮像素子を用いて、指定された領域に対応する試料の光軸方向における平均高さ(深さ)を演算できる。
さらに撮像部10は、画素ずらしによってCCD12の持つ解像度以上の高解像度を得るための画素ずらし手段を備えることができる。画素ずらしとは、例えば画素ピッチの半分だけ被写体をずらして撮影した画像と、ずらす前の画像とを合成することにより高解像度化を図るものである。代表的な画像ずらしの機構としては、撮像素子を移動させるCCD駆動方式、LPFを傾斜させるLPF傾斜方式、レンズを移動させるレンズ移動方式等がある。図2においては、ステージ30に固定された試料Sから光学系11を介してCCD12に入射される反射光または透過光の入射光路を、少なくとも一の方向に、その方向におけるCCD12の一画素の間隔よりも小さい距離で光学的にシフトさせる光路シフト部14を備える。本発明の一実施形態において画素ずらしを実現するための機構や手法は、上記の構成に限られず、既知の方法や将来開発される方法が適宜利用できる。
制御手段である制御部51は、撮像した観察画像を、表示部52で表示可能な解像度に変換して表示するよう制御する。図1の拡大観察装置においては、撮像部10がCCD12によって試料Sを撮像した観察画像を表示部52に表示する。一般にCCD等の撮像素子の性能は、表示部での表示能力を上回ることが多いので、撮像した観察画像を一画面に表示するためには画像を間引く等して解像度を一画面で表示可能なサイズまで落とし、縮小表示している。撮像部10で読み取ったときの読取解像度を第一の解像度とすると、表示部52においては第一の解像度よりも低い第二の解像度で表示されることとなる。
次に、本発明の第2の実施の形態に係る拡大観察装置を、図3を用いて説明する。第2の実施の形態の拡大観察装置において、撮像部であるカメラは、試料Sに対して照射された第一の光源(レーザ101)からの光の反射光を第一の光学系100を介して第一の受光素子(フォトダイオード112)によって受光する第一の撮像部と、試料Sに対して照射された第二の光源(白色ランプ201)からの光の反射光を第二の光学系200を介して第二の受光素子(CCD212)によって受光する第二の撮像部とを備える。
また拡大観察装置は、2次元的な画像のみならず、3次元画像を表示させることもできる。3次元データに基づいて3D画像を拡大観察装置の表示部52に再現することで、様々な視点や角度から立体的に画像を観察、評価したり、高さ等表面形状やプロファイルの測定を行うことができる。3次元画像を生成して表示するには、例えば光軸方向における相対距離、すなわち観察対象の試料とレンズの距離を変化させて、画像を複数枚撮像し、同時に画像撮像時の移動量を記録しておく。これによって合成画像を作成する際に観察対象の高さ情報も得ることができるので、取得した画像を3次元データとして構築できる。
[3次元画像表示プログラム]
[2次元画像の保存]
[照明シミュレーション]
(影情報の省略)
(光源の位置表示)
(照明シミュレーション設定部400)
[補助線]
(照射線A)
(平面線B)
(凹凸のみ表示機能)
[反射付2次元画像データの保存]
[画像ファイル生成装置]
(照明設定部560)
(照明シミュレーションの再現)
[第3の実施の形態]
(自動回転機能)
12、212…CCD;13、213…CCD制御回路
14…光路シフト部;20…ステージ昇降器;21…ステッピングモータ
22…モータ制御回路;30…ステージ;
41…スタンド台;42…支柱;43…カメラ取り付け部
50…情報処理装置;51、510…制御部;52、520、620…表示部
53…メモリ;54…インターフェイス
55、550…操作部;55A…ポインティングデバイス
55a…マウス;55b…左ボタン;55c…右ボタン;55d…スクロールボタン
60…照明部;60A…落射照明;60B…透過照明
61…光ファイバー;62…コネクタ;70…コンピュータ
100…第一の光学系;101…レーザ;102…第一のコリメートレンズ
103…偏光ビームスプリッタ;104…1/4波長板
105…水平偏向装置;106…垂直偏向装置
107…第一のリレーレンズ;108…第二のリレーレンズ
109…対物レンズ;110…結像レンズ;111…ピンホール板
112…フォトダイオード;113…A/Dコンバータ;115…レーザ駆動回路
200…第二の光学系;201…白色ランプ;202…第二のコリメートレンズ
203…第1ハーフミラー;204…第2ハーフミラー
300…コントローラ部;310…「3Dファイル比較」欄
312…「比較モード」ボタン;313…「サブ切換」ボタン
314…「連動モード」ボタン;316…「同期セット」ボタン
320…「高さ調整」スライダ;322…「保存」ボタン;324…「リセット」ボタン
340…「ライトON」ボタン;400、630…照明シミュレーション設定部
410…「移動対象」欄;420…「明るさ」欄;430…「表面」欄
440…「ライトOFF」ボタン;450…「ライト表示」欄
460、660…「凹凸のみ表示」欄;470…「背景色」欄;480…「保存」ボタン
500…画像ファイル生成装置;530…入力部;540…ファイル生成部
560…照明設定部;562…光源調整部;564…反射調整部
570…画像データ記憶部;600…ユーザインターフェース画面
631…「ドラッグ対象」欄;632…「大きさ」欄;634…「ライト明るさ」欄
636…「見え方」欄;636B…スライダ;638…「色指定」欄
640…「高さ調整」欄;650…「高さ/SEM像」欄;670…「スケール」欄
680…ボタン類;S…試料;I…光源アイコン;A…照射線;B…平面線
Claims (25)
- 観察対象を撮像して2次元観察画像を取得するための撮像部と、
前記撮像部で取得した複数の2次元観察画像と、撮像時の高さ情報に基づいて、観察対象の3次元の観察画像を生成すると共に、前記3次元観察画像に対して仮想的に光源を配置し、前記光源から発する照明光を3次元観察画像に照射して生じる光の反射の状態を表現した反射付3次元観察画像を生成可能な制御部と、
前記光源によって得られる照明の効果を調整可能な照明設定部と、
前記制御部で生成された3次元画像データ及び前記照明設定部で設定された照明条件データとを任意の2次元画像データに埋め込んで、一の画像データファイルとして生成可能なファイル生成部と、
前記ファイル生成部で生成された画像データファイルを保存するための画像データ記憶部と、
を備えることを特徴とする拡大観察装置。 - 請求項1に記載の拡大観察装置であって、
前記2次元画像データが、所定の照明条件で前記反射付3次元観察画像を特定の姿勢で表示した反射付2次元観察画像であることを特徴とする拡大観察装置。 - 請求項1または2に記載の拡大観察装置であって、
前記制御部が生成する反射付3次元観察画像が、観察対象の3次元観察画像の各部位における照明光の反射状態を、他の部位による影響を考慮することなく独立して演算してなることを特徴とする拡大観察装置。 - 請求項1から3のいずれかに記載の拡大観察装置であって、前記照明設定部が、
前記光源の位置及び/又は角度を変更可能な光源調整部と、
前記光源から前記3次元観察画像に仮想的に照射される照明光の反射状態を調整可能な反射調整部とを含むことを特徴とする拡大観察装置。 - 請求項1から3のいずれかに記載の拡大観察装置であって、
前記照明設定部が、照明条件を構成する照明パラメータとして光源の位置、角度、照明光の明るさ、3次元観察画像の表面の反射率、反射する光束の太さ、反射光の拡散、環境光の明るさの少なくともいずれかを調整可能に構成してなることを特徴とする拡大観察装置。 - 請求項1から3のいずれかに記載の拡大観察装置であって、
前記照明設定部が、予め所定の照明パラメータを設定した複数の照明条件セットに、生成される反射付3次元観察画像のイメージに基づいた名称を付けて選択可能に提示してなることを特徴とする拡大観察装置。 - 請求項1から6のいずれかに記載の拡大観察装置であって、さらに、
前記制御部で生成された3次元観察画像を表示するための表示部を備えることを特徴とする拡大観察装置。 - 請求項7に記載の拡大観察装置であって、
前記表示部において表示される3次元観察画像に、前記光源の位置を表示可能に構成してなることを特徴とする拡大観察装置。 - 請求項8に記載の拡大観察装置であって、
前記光源の位置が照明を表現するイメージ画像で表示されてなることを特徴とする拡大観察装置。 - 請求項9に記載の拡大観察装置であって、
前記照明設定部が、前記照明イメージ画像を操作することで、光源の位置及び/又は角度を調整可能に構成してなることを特徴とする拡大観察装置。 - 請求項8から10のいずれかに記載の拡大観察装置であって、
前記光源の位置から仮想的に照射される照明光の照射方向を示す照射線を、前記表示部上で反射付3次元観察画像に重ねて表示可能に構成してなることを特徴とする拡大観察装置。 - 請求項11に記載の拡大観察装置であって、
前記照射線が反射付3次元観察画像と交差する点まで延長されて表示可能に構成してなることを特徴とする拡大観察装置。 - 請求項12に記載の拡大観察装置であって、
前記照射線と直交する平面を表現する平面線を、前記表示部上で反射付3次元観察画像に重ねて表示可能に構成してなることを特徴とする拡大観察装置。 - 請求項1から13のいずれかに記載の拡大観察装置であって、
前記表示部において表示される3次元観察画像において、表面の形状のみを表示可能に構成してなることを特徴とする拡大観察装置。 - 請求項1から14のいずれかに記載の拡大観察装置であって、
前記出力部で出力される画像データファイルのフォーマットが、汎用の2次元画像データフォーマットであることを特徴とする拡大観察装置。 - 請求項15に記載の拡大観察装置であって、
前記出力部で2次元画像データ中に埋め込まれる3次元画像データに関する情報を、2次元画像データフォーマット中のユーザが利用可能な領域に記録することを特徴とする拡大観察装置。 - 請求項16に記載の拡大観察装置であって、
前記出力部で2次元画像データ中に埋め込まれる前記3次元画像データに関する情報として、3次元画像データを結合していることを示すフラグデータ、3次元画像データの結合領域アドレス、3次元画像データのサイズの少なくともいずれかを含む情報を、2次元画像データフォーマット中のユーザが利用可能な領域に記録することを特徴とする拡大観察装置。 - 請求項15から17のいずれかに記載の拡大観察装置であって、
前記出力部で2次元画像データ中に埋め込まれる3次元画像データのデータ領域を圧縮することを特徴とする拡大観察装置。 - 請求項1から18のいずれかに記載の拡大観察装置であって、
前記出力部で出力される画像データファイルのフォーマットが、jpegまたはtiffのいずれかであることを特徴とする拡大観察装置。 - 3次元観察画像を生成するために必要なデータを取得するための入力部と、
前記入力部で取得したデータに基づいて3次元観察画像を構築し表示するための表示部と、
前記表示部に表示される3次元観察画像に対して仮想的に光源を配置し、前記光源から発する照明光を3次元観察画像に照射して生じる光の反射の状態を表現した反射付3次元観察画像を生成可能な制御部と、
前記光源によって得られる照明の効果を調整可能な照明設定部と、
前記照明設定部で設定された照明条件で前記表示部に表示される反射付3次元観察画像を2次元画像として取得すると共に、該反射付2次元画像データに、元となる反射付3次元観察画像を生成するための3次元画像データ及び照明条件データを埋め込んで、一の画像データファイルとして生成するためのファイル生成部と、
前記ファイル生成部で生成された画像データファイルを保存するための画像データ記憶部と、
を備えることを特徴とする画像ファイル生成装置。 - 2次元画像データと、該2次元画像データ撮像時の高さ情報とを取得するための機能と、
取得した一の観察対象に関する複数の2次元画像データとその高さ情報に基づいて、3次元の観察画像を生成し、表示部に表示する機能と、
前記表示部に表示される前記3次元観察画像に対して仮想的に光源を配置し、前記光源から発する照明光を3次元観察画像に照射して生じる光の反射の状態を表現した反射付3次元観察画像を生成するための照明機能と、
前記光源による照明の条件または3次元観察画像表面の反射の条件の少なくともいずれかを調整可能な照明条件設定機能と、
前記照明条件設定機能で設定された照明条件で前記表示部に表示される反射付3次元観察画像を2次元画像として取得すると共に、該反射付2次元画像データに、元となる反射付3次元観察画像を生成するための3次元画像データ及び照明条件データを埋め込んで、一の画像データファイルとして生成するためのファイル生成機能と、
前記ファイル生成機能で生成された画像データファイルを保存するための画像データ記憶機能と、
をコンピュータに実現させることを特徴とする画像ファイル生成プログラム。 - 2次元画像データフォーマットで構築された画像データファイル中に、2次元観察画像に関する2次元画像データと、3次元観察画像に関する3次元画像データとが記録されており、該画像データファイルに記録された画像データを表示可能な3次元画像表示プログラムであって、
前記画像データファイルを読み込み、該画像データファイルに記録された3次元画像データに基づき、3次元観察画像を表示部に表示すると共に、該3次元観察画像に対して移動、回転、拡大/縮小の少なくともいずれかの操作が可能な表示機能と、
前記画像データファイルが、該画像データファイル中に含まれる3次元画像データに対して仮想的に光源を配置した状態で、前記光源から発する照明光を該3次元観察画像に照射して生じる光の反射の状態を表現した反射付3次元観察画像を生成するための照明条件データを含む場合、前記表示機能で表示される3次元観察画像に対して、前記照明条件データに基づいて反射付3次元観察画像を生成すると共に、照明条件を構成する照明パラメータを変更可能な調整機能と、
をコンピュータに実現させることを特徴とする3次元画像表示プログラム。 - 請求項22に記載の画像ファイル生成装置であって、
前記画像データファイルがさらに、該画像データファイル中に含まれる2次元画像データが、前記3次元画像データ及び照明条件データに基づいて生成される反射付3次元観察画像を2次元画像として表示した反射付2次元観察画像である場合、前記調整機能は、前記3次元画像データ及び照明条件データに基づいて、反射付2次元観察画像と同じ見え方で反射付3次元観察画像を構築可能であることを特徴とする3次元画像表示プログラム。 - 2次元画像データフォーマットで構築された画像データファイル中に、2次元観察画像に関する2次元画像データと、3次元観察画像に関する3次元画像データとが記録されており、該画像データファイルに記録された画像データを表示可能な3次元画像表示プログラムであって、
前記画像データファイルを読み込み、該画像データファイルに記録された3次元画像データに基づき、3次元観察画像を表示部に表示すると共に、該3次元観察画像に対して移動、回転、拡大/縮小の少なくともいずれかの操作が可能な表示機能と、
前記画像データファイルが、該画像データファイル中に含まれる3次元画像データに対して仮想的に光源を配置した状態で、前記光源から発する照明光を該3次元観察画像に照射して生じる光の反射の状態を表現した反射付3次元観察画像を生成するための照明条件データを含む場合、前記表示機能で表示される3次元観察画像に対して、前記照明条件データに基づいて反射付3次元観察画像を生成すると共に、照明条件を構成する照明パラメータを変更可能な調整機能と、
前記調整機能により所望の照明条件に調整された反射付3次元観察画像を2次元画像として取得すると共に、前記画像データファイルに記録された2次元画像データを、該反射付3次元観察画像を表示する反射付2次元画像で更新する2次元画像更新機能と、
をコンピュータに実現させることを特徴とする3次元画像表示プログラム。 - 請求項21から24のいずれかに記載されるプログラムを格納したコンピュータで読み取り可能な記録媒体又は記録した機器。
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