JP2007256562A

JP2007256562A - 顕微鏡カメラ

Info

Publication number: JP2007256562A
Application number: JP2006080128A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Ito; 哲也伊藤
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2006-03-23
Filing date: 2006-03-23
Publication date: 2007-10-04

Abstract

【課題】被写体やレンズの倍率に依存せず、ノイズの影響が小さい最適な調光を実現する。
【解決手段】顕微鏡４１と、光源の光量を調整する調光器４４と、アンプゲインとシャッタスピードにより調光制御可能な撮像装置４０とを有し、調光器による輝度調整とカメラによる輝度調整とを、映像の輝度値により制御可能で、被写体やレンズ倍率に依存しない調光を行う。
【選択図】図２

Description

本発明は医療用、産業用等に使用する測定装置の調光に関するものである。

従来の測定装置の調光方法について、線幅測定装置を例にとって説明する。線幅測定装置は、主に、半導体の TFT（ Thin Film Transistor ）のマスクパターンの幅等の寸法計測を行う装置である。

図４は、従来の線幅測定装置の簡単な構成を説明するためのブロック図である。図４に示すように、通常、線幅測定装置は、主に、撮像装置（以下、カメラと称する）40 、光学顕微鏡 41 、ステージ 42 、キャプチャボード（以下、FG ：フレームグラバと称する）43 、調光器 44 、光源 45 、PC（ Personal Computer ）46 、モニタ 47 で構成される。ステージ 42 は被写体を載せる試料台であり、手動で水平方向の位置制御、垂直方向の位置制御を行う。なお、PC 46 は、入力装置（ポインティングデバイス、キーボード、等）を備えた CPU（ Central Processor Unit ）であっても良い。

光源 45 からの光は調光器 44 に入力される。調光器 44 は PC 46 から制御されることで、光の強さを調整し、顕微鏡 41 に光を出力する。図４の場合には、顕微鏡 41 に入力された光は、ハーフミラー（図示しない）で反射して対物レンズを通り、顕微鏡 41 の光軸に平行にステージ 42 に固定された被写体に照射される。
そして、被写体の映像が、反射光として、顕微鏡 41 の光軸に平行に、対物レンズとハーフミラーを通過してその焦点面に位置するカメラ 40 の光電変換素子に入力する。

こうして被写体の映像は、顕微鏡 41 からカメラ 40 に入力される。カメラ 40 は、光学像を映像信号（映像データ）に変換して FG 43 へ出力する。FG 43 は、映像データを PC 46 へ出力する。PC 46 のアプリケーションソフトウエアは、この映像データに画像処理を施すことにより、被写体の線幅などを測定し、その結果を PC 46 内の図示しない記憶部（または、外部記憶装置）に記録し、かつ、モニタ 47 に出力する。

光源 45 は、ハロゲンランプタイプの光源を使用するとランプの電圧値により、光量を調節することができる、しかし、水銀タイプあるいはメタルハライドタイプの光源を使用すると、光量を調節することができない。そのため、調光器 44 を入れて光量を調節する。
調光器 44 は、内部に光の透過率の異なるフィルタが複数枚円盤状に配置され、その円盤を回転させることで調光するものや、光を遮断する絞り羽の大きさを変化させることで調光するものがあるが、どちらとも、PC 46 などの外部機器により、その調光を制御する（例えば、特許文献１または特許文献２参照。）。

カメラ 40 は、光を受光する素子（光電変換素子）を内蔵し、それにより光電変換を行い、光を電気に変換して映像信号を生成する。一般的にはカメラ 40 の調光に関するパラメータは、露光時間を決定するシャッタスピード（露光時間）と光電変換後の電気信号を増幅させるアンプゲインである。

従来の線幅測定装置等では、カメラ 40 の設定を、対物レンズの倍率毎に行い、主に調光器 44 によって調光を行ってきた。
図３を参照して、従来の線幅測定装置での調光のシーケンスを説明する。図３は、従来の顕微鏡カメラでの調光手順を示すフローチャートである。調光は、PC 46 のアプリケーションソフトウエアの一部を実行することによって行う。

図３において、まず初めに、初期化ステップ 21 では、現在の対物レンズの倍率に対応するカメラ設定の初期化を行う。初期化するカメラ設定は、例えば、ゲインとシャッタ速度である。例えば、シャッタ速度の初期値を１フレームの露光時間に合せて 1/60（ 60 分の 1 ）秒に設定する。

次に、平均輝度値算出ステップ 22 において、PC 46 は、FG 43 から出力された映像データから、１画像全体の平均輝度値 Y_AVを算出する。
輝度値範囲Ｉ判定ステップ 23 では、平均輝度値算出ステップ 22 で算出した平均輝度値 Y_AVが目標値 Y₁未満であるか否かを判定する。平均輝度値 Y_AV が目標値 Y₁ 未満と判定した場合には、調光器設定最大判定ステップ 24 に進み、平均輝度値 Y_AV が目標値 Y₁ 以上であると判定した場合には、輝度値範囲ＩＩ判定ステップ 26 に進む。

調光器設定最大判定ステップ 24 では、調光器 43 の調整値が最大輝度の設定になっているか否かを判定し、調光器 43 の調整値が最大に設定されていた（ Yes ）場合には、処理を終了する。
また、調光器 43 の調整値がまだ最大に設定されていない（ No ）場合には、調光器設定上げステップ 25 に進む。
調光器設定上げステップ 25 では、平均輝度値 Y_AV が目標値 Y₁ 未満であるので、調光器 43 の設定を一段階上げて、被写体に照射する光の強さを一段階上げ、平均輝度値算出ステップ 22 に移動し、処理を繰り返す。

そして、輝度値範囲ＩＩ判定ステップ 26 では、ステップ 22 で算出された平均輝度値 Y_AVが目標輝度値 Y₂以上（ Yes ）の場合には、調光器設定最小判定ステップ 27 に進み、平均輝度値 Y_AV が目標輝度値 Y₂ 未満（ No ）の場合には、処理を終了する。

調光器設定最小判定ステップ 27 では、調光器 43 の調整値が最小に設定されているか否かを判定し、調光器 43 の調整値が最小に設定されていた（ Yes ）場合には、処理を終わる。また調光器 43 の調整値が最小に設定されていない（ No ）場合には、調光器設定下げステップ 28 に進む。
調光器設定下げステップ 28 では、調光器 43 の設定を一段階下げて、被写体に照射する光の強さを一段階下げ、平均輝度値算出ステップ 22 に移動し、処理を繰り返す。

特開２０００−２８３１９号公報特開平８−２４０４１２号公報

前述の従来技術では、カメラの設定をレンズの倍率毎に設定し、調光器により、調光を行ってきた。そのため、被写体やレンズの組合せによっては映像が必要以上に暗くなったり、明るくなったりするため、カメラの設定をその都度変更する必要があった。また、カメラ設定条件の組合せ方によっては、ノイズの影響が大きな設定になったりして、必ずしも最適な調光ができなかった。
本発明の目的は、上記のような問題を解決し、ノイズの影響が小さい最適な調光を実現することにある。

上記の目的を達成するため、本発明の顕微鏡カメラは、調光器とカメラの設定を組み合わせて調光を行う。
即ち、線幅測定装置等の画像処理を利用した顕微鏡カメラシステムにおいて、顕微鏡と、光源の光量を調整する調光器と、アンプゲインとシャッタスピードにより調光制御可能な撮像装置とを有し、調光器による輝度調整とカメラによる輝度調整とを、映像の輝度値により制御可能で、被写体やレンズ倍率に依存しない調光を行う。
また望ましくは、本発明の顕微鏡カメラは、映像の輝度値が目標とする輝度値よりも小さい時は、（１）調光器、（２）シャッタスピード（露光時間）、（３）アンプゲインの順に輝度調整を行う手段を切替え、逆に映像の輝度値が目標とする輝度値よりも大きい時は、（１）アンプゲイン、（２）シャッタスピード、（３）調光器の順に輝度調整を行う手段を切替えることで、ノイズによる影響を抑える。

本発明によれば、被写体やレンズの倍率に依存せず、ノイズの影響が小さい最適な調光を実現することができる。

以下に示す実施例で述べるように、本発明の顕微鏡カメラシステムは、被写体像を拡大する顕微鏡と、顕微鏡によって拡大された被写体像を撮像するカメラと、カメラに入射する被写体像の光の強さを変更するための調光器とを有し、カメラは撮像した被写体像の映像信号の利得を制御するアンプゲインと露光時間を調整可能なシャッタとを備え、更に、調光器とアンプゲインとシャッタのシャッタ速度をカメラの出力する映像信号の輝度値により制御する制御部とを有する。

本発明の一実施例を図１と図２を参照して説明する。図１は、本発明の顕微鏡カメラでの調光手順の一実施例を示すフローチャートである。図１の手順は、円内の(A) と(B) によって連続した処理フローとなっている。また、図２は、本発明の線幅測定装置での調光の一実施例を説明するためのブロック図である。図２の構成は、図４の構成に対して、PC 46 の代わりに PC 46′を使用し、PC 46′内のアプリケーションソフトが変わっていることを示している。なお、FG 43 は、映像信号から画像を取込む機能を有するもので、例えば、キャプチャーカード、ビデオカード、ビデオキャプチャーカード、等がある。

まず初めに、初期化ステップ 1 では、現在の対物レンズの倍率に対応するカメラ設定の初期化を行う。この初期化ステップ 1 でのカメラの初期化設定では、アンプゲインを最小値に設定し、シャッタ速度（露光時間）最短に設定する。なお、カメラ 40 のアンプゲインとシャッタ速度の制御は、PC 46′が行う。

そして、次に、平均輝度値算出ステップ 2 において、PC 46′は、FG43 から出力された映像データから、１画像全体の平均輝度値 Y_AVを算出する。
そして輝度値範囲Ｉ判定ステップ 3 では、平均輝度値算出ステップ 2 で算出した平均輝度値 Y_AVが目標値 Y₁未満であるか否かを判定する。平均輝度値 Y_AV が目標値 Y₁ 未満と判定した場合には、調光器設定最大判定ステップ 4 に進み、平均輝度値 Y_AV が目標値 Y₁ 以上であると判定した場合には、輝度値範囲ＩＩ判定ステップ 10 に進む。

調光器設定最大判定ステップ 4 では、調光器 43 の調整値が最大に設定されているか否かを判定し、調光器 43 の調整値が最大に設定されていた（ Yes ）場合には、シャッタ速度Ｉ判定ステップ 6 に進む。
また、調光器 43 の調整値がまだ最大に設定されていない（ No ）場合には、調光器設定上げステップ 5 に進む。
調光器設定上げステップ 5 では、平均輝度値 Y_AV が目標値 Y₁ 未満であるので、調光器 43 の設定を一段階上げて、被写体に照射する光の強さを一段階上げ、平均輝度値算出ステップ 2 に移動し、処理を繰り返す。
なお、調光器 43 の調整値が最大の設定とは、その調光器 43 から出力される光の強さが最大ということで、逆に、調整値が最小とは、調光器 43 から出力される光の強さが最小ということである。

シャッタ速度Ｉ判定ステップ 6 では、シャッタ速度 T が最長の設定であるか否かを判定し、シャッタ速度 T が最長（露光時間が最長）の設定である（ Yes ）場合には、ゲインＩ判定ステップ 8 に進む。
また、シャッタ速度 T が最長の設定でない（ No ）場合には、シャッタ速度下げステップ 7 に進む。
シャッタ速度下げステップ 7 では、シャッタ速度 T を一段階長い時間に設定して平均輝度値算出ステップ 2 に移動し、処理を繰り返す。

次に、ゲインＩ判定ステップ 8 では、カメラ 40 のアンプゲイン G が最大か否かを判定する。カメラ 40 のアンプゲイン G が最大設定である（ Yes ）場合には、処理を終わる。そして、これ以上輝度を上げることができないことを記録し、モニタ 47 に、例えば、「輝度最大」と表示する。また更に、そのときの平均輝度値 Y_AV を表示したり、エラー表示しても良いし、警告音を出力したり、警告灯を点滅させたりしても良い。
また、カメラ 40 のアンプゲイン G がまだ最大設定でない（ No ）場合には、ゲイン上げステップ 9 に進む。
ゲイン上げステップ 9 では、カメラ 40 のアンプゲイン G を一段階上げ、平均輝度値算出ステップ 2 に進み、処理を繰り返す。

次に、輝度値範囲ＩＩ判定ステップ 10 では、平均輝度値算出ステップ 2 で算出した平均輝度値 Y_AVが目標値 Y₂以上であるか否かを判定する。平均輝度値 Y_AV が目標値 Y₂ 以上（ Yes ）と判定した場合には、ゲインＩＩ判定ステップ 11 に進み、平均輝度値 Y_AV が目標値 Y₂ 未満である（ No ）と判定した場合には、処理を終えたことを記録し、モニタ 47 に輝度値が目標の範囲に入ったことを、例えば、「輝度値設定終了」と表示し、また更に、同時に輝度値を表示することで判別できる。そして更には、線幅測定装置の場合には測定を開始したりする。

ゲインＩＩ判定ステップ 11 では、カメラ 40 のアンプゲイン G が最小設定か否かを判定する。カメラ 40 のアンプゲイン G が最小設定はでない（ No ）場合には、ゲイン下げステップ 12 に進む。また、カメラ 40 のアンプゲイン G が最小設定である（ Yes ）場合には、シャッタ速度ＩＩ判定ステップ 13 に進む。
ゲイン下げステップ 12 では、アンプゲイン G を一段階下げ、平均輝度値算出ステップ 2 に進み、処理を繰り返す。

シャッタ速度ＩＩ判定ステップ 13 では、シャッタ速度 T が最短の設定であるか否かを判定し、シャッタ速度 T が最短の設定である（ Yes ）場合には、調光器設定最小判定ステップ 15 に進む。また、シャッタ速度 T が最短の設定でない（ No ）場合には、シャッタ速度上げステップ 14 に進む。
シャッタ速度上げステップ 14 では、シャッタ速度 T を一段階短い時間に設定して平均輝度値算出ステップ 2 に移動し、処理を繰り返す。

調光器設定最小判定ステップ 15 では、調光器 43 の調整値が最小に設定されているか否かを判定し、調光器 43 の調整値が最小に設定されていた（ Yes ）場合には、処理を終わる。そして、これ以上輝度を下げることができないことを記録し、モニタ 47 に、例えば、「輝度をこれ以上下げられません。エラーです。」と表示する。また、警告音を出力したり、警告灯を点滅させる。また調光器 43 の調整値が最小に設定されていない（ No ）場合には、調光器設定下げステップ 16 に進む。
調光器設定下げステップ 16 では、調光器 43 の設定を一段階下げて、被写体に照射する光の強さを一段階下げ、平均輝度値算出ステップ 2 に移動し、処理を繰り返す。

上述のように、本発明によれば、レンズと被写体の組み合わせにより、カメラのアンプゲインやシャッタスピードをその都度設定することなく、調光を行うことができる。また、図１のフローチャートのように、平均輝度値が目標輝度の範囲より小さい場合には（１）調光器、（２）シャッタスピード（露光時間）、（３）アンプゲインの順に調光を行い、逆に、平均輝度値が目標輝度の範囲より大きい場合には（１）アンプゲイン、（２）シャッタ速度（露光時間）、（３）調光器の順に制御を行うことで、アンプゲインによるノイズの影響を抑えた調光を行うことができる。

なお、上記実施例では、調光器を光源の出口に設けたが、カメラの光電変換素子に入射する前に設けても良い。
また、上記実施例では、同軸落射（反射）方式の顕微鏡カメラで説明したが、透過方式の顕微鏡カメラであっても良いし、反射方式と透過方式を併用する顕微鏡カメラでも適用できることは自明である。
また、本発明の映像輝度の調整方法は、線幅測定装置に限らず、顕微鏡と撮像装置を組合せた観察方式すべてに適用できることは自明である。

なお、上記実施例では、アンプゲイン、シャッタ速度、調光器の３種類について、その設定を一段階ずつ上げたり下げたりして輝度の調整を行っている。しかし、それぞれの設定範囲をそれぞれ複数の段階の分割する場合に、等分である必要はなく、また、一段階ずつ上げ下げせず、１度に二段階以上変えても良い。

本発明の顕微鏡カメラでの調光手順の一実施例を示すフローチャート。本発明の線幅測定装置での調光の一実施例を説明するためのブロック図。従来の顕微鏡カメラでの調光手順を示すフローチャート。従来の線幅測定装置の簡単な構成を説明するためのブロック図。

符号の説明

1，21：初期化ステップ、 2，22：平均輝度値算出ステップ、 3，23：輝度値範囲Ｉ判定ステップ、 4，24：調光器設定最大判定ステップ、 5，25：調光器設定上げステップ、 6：シャッタ速度Ｉ判定ステップ、 7：シャッタ速度上げステップ、 8：ゲインＩ判定ステップ、 9：ゲイン上げステップ、 10，26：輝度値範囲ＩＩ判定ステップ、 11：ゲインＩＩ判定ステップ、 12：ゲイン下げステップ、 13：シャッタ速度ＩＩ判定ステップ、 14：シャッタ速度上げステップ、 15，27：調光器設定最小判定ステップ、 16，28：調光器設定下げステップ、 40：カメラ、 41：光学顕微鏡、 42：ステージ、 43：FG、 44：調光器、 45：光源、 46，46′：PC、 47：モニタ。

Claims

顕微鏡カメラにおいて、被写体像を拡大する顕微鏡と、上記顕微鏡によって拡大された被写体像を撮像するカメラと、上記カメラに入射する被写体像の光の強さを変更するための調光器とを有し、上記カメラは撮像した上記被写体像の映像信号の利得を制御するアンプゲインと露光時間を調整可能なシャッタとを備え、更に、上記調光器と上記アンプゲインと上記シャッタのシャッタ速度を上記カメラの出力する映像信号の輝度値により制御する制御部とを有することを特徴とする顕微鏡カメラ。
請求項１記載の顕微鏡カメラにおいて、映像の輝度値が目標とする輝度値よりも、小さい時は調光器、シャッタスピード、アンプゲインの順に調光を行う機能を有し、逆に映像の輝度値が目標とする輝度値よりも、大きい時はアンプゲイン、シャッタスピード、調光器の順に調光を行うことを特徴とする顕微鏡カメラ。