JP3745075B2

JP3745075B2 - 膜厚測定装置

Info

Publication number: JP3745075B2
Application number: JP05980697A
Authority: JP
Inventors: 健太郎朝倉; 功生寺尾; 泰久広畑; 資次山本
Original assignee: Central Motor Wheel Co Ltd
Current assignee: Central Motor Wheel Co Ltd
Priority date: 1997-02-27
Filing date: 1997-02-27
Publication date: 2006-02-15
Anticipated expiration: 2017-02-27
Also published as: JPH10239027A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、膜厚測定装置に係り、特に、干渉色を利用して試料の厚さを測定する膜厚測定装置に関する。生物標本などの試料は、例えば、ウルトラミクロトームを用いて試料切削したものであり、本発明は、生物標本のほか、干渉色を発現するあらゆる物質の膜厚をその測定の対象とする。
【０００２】
【従来の技術】
従来、このような試料の切片の膜厚の測定は、光学顕微鏡の接眼レンズを介して干渉色を査者が直接目視することにより行っていた。薄膜の厚さの変化に対してその薄膜の干渉色は急激に変化するため、目測の色の判断で数ｎｍから数１０ｎｍの厚さを特定することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、光学顕微鏡による干渉色の目視では、その多くが経験に基づく判断であるため、均一な判定が難しく、検査者によって誤差が生じていた、という不都合があった。
【０００４】
すなわち、目視による検査では、検査者の経験や体調により検査結果がばらつき、正確な膜厚判定が難しい、という不都合があった。
【０００５】
しかも、基準とする色サンプルも長年使用していると色あせにより色の劣化が生じ、また、汚れによって基準そのものが変化してしまい、これによっても、正確な膜厚の測定が困難であった。
【０００６】
さらに、目視による干渉色の測定では、１つの切片での厚さの変化を面積に応じて判断するのが難しく、従って、従来例では、膜厚そのものと、切片内の膜厚の分布とを定量化することができない、という不都合があった。
【０００７】
一方、今日の技術では、種々の目視検査を画像処理により自動化する事例が増えている。しかしながら、干渉色による膜厚の測定は知られておらず、新たに開発する必要がある。この場合、切片内の干渉色が均一でない場合に、どのようにして精度良く膜厚を特定するのかという処理と、処理速度の高速化とが、開発上の具体的な課題となる。また、画像中の切片の位置の特定をどのように行うかも課題となる。
【０００８】
【発明の目的】
本発明は、係る従来例の有する不都合を改善し、特に、定量的に切片の膜厚を画像処理により測定することのできる膜厚測定装置を提供することを、その目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明では、試料の切片を撮像する撮像手段と、この撮像手段から出力される画像データでの前記切片が位置する領域を切片測定領域として特定する切片位置特定部と、この切片位置特定部によって特定された切片測定領域の色情報に基づいて当該切片の厚さを算出する計測部とを備えている。
しかも、計測部が、切片位置特定部によって特定された切片測定領域の色情報を各画素毎に読み出すと共に当該領域内の色の分布を評価する色分布評価手段と、この色分布評価手段によって評価された色の分布から当該切片の標準的な色を特定すると共に当該特定した色の色情報を厚さ情報に変換する変換処理手段とを備えた、という構成を採っている。これにより、前述した目的を達成しようとするものである。
【００１０】
計測部は、切片位置特定部によって特定された切片測定領域の色情報に基づいて当該切片の厚さを算出する。このとき、色分布評価手段は、切片測定領域の色情報を各画素毎に読み出すと共に当該領域内の色の分布を評価する。たとえば、試料の切片が同一の厚さであれば色の分布はほぼ均一となるが、ウルトラミクロトーム等の切削時になんらかの動作不良があったときには、膜厚が均一とならず、この場合には、色の分布が広がる。このため、色分布評価手段は、膜厚が均一か否かを評価する。さらに、変換処理手段は、色分布評価手段によって評価された色の分布から当該切片の標準的な色を特定すると共に当該特定色の色情報を厚さ情報に変換する。このため、当該切片の標準的な膜厚が計測される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１２】
図１は、本発明による膜厚測定装置の構成を示すブロック図である。膜厚測定装置は、試料の切片を撮像する撮像手段２と、この撮像手段２から出力される画像データでの切片が位置する領域を切片測定領域として特定する切片位置特定部４と、この切片位置特定部４によって特定された切片測定領域の色情報に基づいて当該切片の厚さを算出する計測部６とを備えている。
【００１３】
しかも、計測部６は、切片位置特定部４によって特定された切片測定領域の色情報を各画素毎に読み出すと共に当該領域内の色の分布を評価する色分布評価手段８と、この色分布評価手段８によって評価された色の分布から当該切片の標準的な色を特定すると共に当該特定色の色情報を厚さ情報に変換する変換処理手段１０とを備えている。
【００１４】
撮像手段２は、ウルトラミクロトーム等により切削された薄膜の切片を撮像する。ミクロトームの構成によっては、切片が浮遊するボート部分を撮像するようにしてもよい。
【００１５】
切片位置特定部４は、撮像手段２によって撮像された画像データでの切片の位置を特定する。この特定の手法としては、画像処理により自動的に行うものと、当該画像データをＣＲＴなどに表示して位置の入力を受け付ける手法とがあり、切片位置特定部４は、いづれかの手法で膜厚測定の対象となる領域を特定する。画像処理により当該切片位置を特定するには、エッジの抽出処理とラベリングとを行い、順次ラベルされた領域を選択する。利用者から入力を受け付けるには、画像データを表示してマウス等のポインティングデバイスにより座標の入力を受け付ける。また、領域の大きさとしては、切片の一部としても良いし、切片全体を指定することとしてもよい。切片の一部とする場合、観察対象領域を選択するとよい。また、標本を樹脂等で固めた後に、樹脂とともに切削し、切片としたときには、その標本部分を切片測定領域とする。
【００１６】
計測部６は、干渉色と膜厚との関係を予め定義した変換用のデータを備えた構成とすると良い。このデータは種々の態様があり、撮像手段で扱う階調や、求める膜厚の精度などに応じて作成する。
【００１７】
色分布評価手段８は、切片測定領域の色の分布を評価する。具体的には、統計的な手法を用いて当該切片測定領域内の各画素に現れた色の相違を数値で評価する。例えば平均色を算出した後に、この平均色を基準としたときに各画素の誤差を算出する手法や、また、標準偏差を求める手法や、また、隣り合う画素での色の変化の率を算出する手法により、評価を行う。
【００１８】
この評価は、２通りの利用価値があり、第１に、その切片内の標準的な色を特定するときに役立ち、これにより、ノイズの影響を除去することができる。第２に、あまりに分布が広い場合には膜厚が極端に変化していることを意味するから、切片としての使用を不可とする判断に用いることができる。
【００１９】
変換処理手段１０は、色分布評価手段８によって評価された切片測定領域内の色の分布に基づいて、色情報から厚さ情報への変換を行う。例えば、ＲＧＢ別に２５６階調でＡ／Ｄ変換を行うと、目視では判別しがたい色の変化であっても精度良くデジタルデータとして処理することができるため、目視と比較して一般的に分解能が高まり、さらには、定量的な膜厚の計測を行うことができる。
【００２０】
次に、色分布評価手段８の評価によって、膜厚の計測を中止する例を説明する。この場合、変換処理手段１０は、色分布評価手段８によって評価された色の分布が所定のしきい値を越えてばらついたときには当該切片測定領域の厚さの算出を中止すると共にエラー情報を外部表示するエラー処理機能１２を備える。これにより、ウルトラミクロトームが動作不良を起こしたり、試料の状態が良くないときに切削され、膜厚が均一でなく、その後の観測に適さない切片を画像処理により自動的に検出することができる。また、ウルトラミクロトーム本体と連動して、ウルトラミクロトームを切削停止させる制御をすることができる。
【００２１】
次に、色分布の評価を誤差により行う実施形態を説明する。図２に示すように、この実施形態では、色分布評価手段８が、切片測定領域内の色情報の平均値を算出する平均色算出機能１４と、この平均色算出機能１４によって算出された平均色を基準としたときの当該切片測定領域内の各画素ごとの誤差を算出する誤差算出機能１６とを備えている。
【００２２】
変換処理手段１０が、誤差算出機能１６によって算出された誤差が最も小さい画素の色情報を当該切片測定領域の標準的な特定色とする誤差別特定機能１８とを備えている。この後差別特定機能１８により特定された画素の色情報に基づいて膜厚の計測を行うと、ノイズの影響を除去して、当該切片の膜厚を良好に計測することができる。
【００２３】
この誤差による例では、エラー処理機能１２は、最も小さい誤差が所定のしきい値を上回ったときにエラー処理を行う。
【００２４】
【実施例】
図３は本発明の一実施例の構成を示す説明図である。図３に示す実施例では、撮像手段２は、膜厚測定対象物を撮像するＣＣＤカメラ２２と、このＣＣＤカメラ２２の出力をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器２４と、このＡ／Ｄ変換器２４が出力したデジタルデータをＮＴＳＣ信号に変換するＮＴＳＣコンバータ２６とを備えている。
【００２５】
しかも、撮像手段２の下流で計測部の上流に、ＮＴＳＣ信号による画像データを記憶する画像記憶部２８を備えている。画像記憶部１４は、フロッピーディスクや、ハードディスクや、ＭＯディスク等の内部又は外部の記憶装置により構成する。また、オンラインで処理する場合には、ビデオ信号用ＲＡＭを用いる。
【００２６】
また、本実施例では、切片位置特定部は、利用者に座標の入力を要求し、この入力座標に基づいて切片測定領域を特定する設定部５と定義される。具体的には、設定部５は、測定位置の中心となる座標の入力を要求すると共に当該入力座標に基づいて測定位置を設定する測定位置設定機能と、この測定位置設定機能によって設定された測定位置に基づいて膜厚や膜厚のばらつきの測定を行う切片測定領域を特定する切片測定領域特定機能と、測定する時間の間隔を設定する時間間隔設定機能と、色の基準値を設定するホワイトバランス設定機能とを備えている。また、このホワイトバランスの設定については、ＣＣＤカメラと一体化されたカメラのコントロールユニット（ＣＣＵ）によっても行なうことができる。
【００２７】
この実施例では、切片測定領域は円形や四角など単純な形状とすることで処理を高速化するため、切片測定領域特定機能は、測定位置から予め定められた画素数の半径で構成される円を切片測定領域とし、また、測定位置を中心として予め定められた画素数の四辺に囲まれた四角形とする。
【００２８】
また、ここでは、種々の情報を表示する表示部３０と、計測結果である膜厚を表示部３０に出力する膜厚出力部３２とを、計測部６に併設している。
【００２９】
計測部６は、画像記憶部１４に記憶されている画像データから色データの平均値を求める。この画像データがＲＧＢの色データである場合には、ＲＧＢ毎に平均値を算出する。
【００３０】
計測部６の変換処理手段１０は、膜厚測定対象物の位置指定した画像の色のデータを測定し、測定結果より、色データの平均値を算出する。次に、測定対象領域の各画素（ドット）ごとに、平均値からの誤差を算出する。ＲＧＢの平均をそれぞれＲａ，Ｇａ，Ｂａとすると、切片測定領域の各画素（ドット）ごとの誤差ｅは、次式（１）で表される。
【００３１】
ｅ²＝（Ｒａ−Ｒ）²＋（Ｇａ−Ｇ）²＋（Ｂａ−Ｂ）² ..... 式（１）
【００３２】
この誤差ｅが最も小さくなる画素の色に基づいて、図４に示した変換テーブルを参照して厚さＡを求める。
【００３３】
図５は本実施例のハードウエア資源の構成を示すブロック図である。図３の画像記憶部２８，計測部６，設定部５，膜厚出力部３２，表示部３０は、ビデオキャプチャーボード３４と、パーソナルコンピュータ３８とにより実現することができる。これは、パーソナルコンピュータ３８を計測部６等の実行装置とするプログラムを当該パーソナルコンピュータにインストールすると、このパーソナルコンピュータは計測部６等として動作する論理回路となる。
【００３４】
このようなプログラムは、ＣＤ−ＲＯＭやフロッピーディスクなどの記憶媒体に格納して配布することができる。
【００３５】
次に、本実施例の動作を図６を参照して説明する。まず、切片を撮像する（ステップＳ１）。すると、例えば図７に示す画像データ２ａが得られる。このとき、通常の蛍光燈や白熱燈ではなく、インバータ方式の照明を用いると、干渉色を良好に撮影することができる。図７に示す例では、ミクロトームのボート４０に複数の試料Ｓが浮遊している。次いで、膜厚を測定する切片の位置を入力する（ステップＳ２）。ここでは、ボートの中心にある試料Ｓを切片位置として入力したとする。すると、設定部５は、切片測定領域Ｒを特定する。ここでは、切片測定領域を円形としている。この切片測定領域を特定するための設定は、図８に示す設定ウインドウ５ａを表示部３０に表示し、このラジオボタンや入力セルへの指定に基づいて行う。図８中測定エリアとあるのは、切片測定領域を意味する。
【００３６】
さらに、計測部６は、この切片測定領域の平均色を算出する（ステップＳ３）。さらに、平均色を基準として、切片測定領域内の各画素の色の誤差を上述した式（１）により算出する（ステップＳ４）。
【００３７】
ここで、当該切片測定領域内の各画素の誤差のうち最も小さい誤差の値が、予め定められたしきい値以下か否かを判定する（ステップＳ５）。予め定められたしきい値以上の場合には、膜厚が均一でないため、エラー処理を行う（ステップＳ６）。一方、しきい値以下の場合には、その最も誤差が小さかった画素の色情報を図４に示す厚さ情報に変換する（ステップＳ７）。さらに、この厚さ情報を外部出力する（ステップＳ８）。この厚さ情報の出力は、例えば、図９に示す表示ウインドウ３０ａにより行う。図９に示す例では、表示ウインドウ３０ａの左上のセル４５に厚さの値を表示出力する。
【００３８】
このようにＣＲＴ上に膜厚の計測結果を出力すると共に、必要に応じてプリンタに印刷し、あるいは画像記録部１４にメモリーする。
【００３９】
さらに、また、実施例によっては、図９に示す各種情報を計測して表示するようにしても良い。図９に示す例では、測定対象となった領域の膜厚を表示する厚さ表示セル４５と、膜厚測定対象物の位置指定したエリア内の膜厚のばらつきを表示する厚さのばらつき表示セル４３と、膜厚測定対象物の位置指定した位置の試料の面積を表示する面積表示セル４１と、膜厚測定対象物の位置指定した位置の試料の欠損の有無を表示する欠損表示セル４４と、稼働時に切削された試料の枚数を表示する枚数カウント表示セル４２とを備えている。
【００４０】
この例では、エッジの抽出により切片の外形を特定する。このエッジの抽出に際して、空間微分処理などを前処理として行うことで、エッジを強調するようにしてもよい。このエッジの抽出を良好に行うため、切片の背景となる部分を濃度の濃い色としたり、また、特徴的な反射をする材質で背景部分を構成するようにしても良い。
【００４１】
エッジで閉空間が形成されている場合、これをラベリングし、切片として扱う。また、この撮像を一定時間毎に行いラベリングした切片の移動を追跡することで、切片の数をカウントしていくことができる。
【００４２】
図７に示すような長方形の切片では、画像のエッジから閉じた空間を抽出してその４角の座標を特定すると、その切片の面積を容易に求めることができる。さらに、エッジで囲まれた部分があるにもかかわらず、この領域が一定面積以下の場合には、切片が折り畳まれてしまったか、または切削時に欠損が生じたと判定できる。
【００４３】
厚さのばらつきについては、色分布評価手段８による評価結果に基づいて判定することができる。
【００４４】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成され機能するので、これによると、色分布評価手段が、切片測定領域の色情報を各画素毎に読み出すと共に当該領域内の色の分布を評価し、変換処理手段が、色分布評価手段によって評価された色の分布から当該切片の標準的な色を特定すると共に当該特定色の色情報を厚さ情報に変換するため、当該切片の標準的な膜厚を計測することができ、しかも、色情報を厚さ情報に変換することで計測するため、環境や観測者の変化にかかわらず、長期間に渡り定量的に膜厚を測定することができ、しかも、画像処理により膜厚を測定するため、干渉色をデジタル信号として扱うことができ、このため、目視による場合と比較して極めて精度良く膜厚を測定することができる従来にない優れた膜厚計測装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示した計測部の詳細構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の一実施例の構成を示すブロック図である。
【図４】図３に示した計測部が用いる変換テーブルの一例を示す説明図である。
【図５】図３に示した実施例のハードウエア資源の構成を示すブロック図である。
【図６】図３に示す実施例の動作を示すフローチャートである。
【図７】図６に示すステップＳ１で撮像した画像データの一例を示す説明図である。
【図８】図６に示す切片測定領域の特定で用いる測定位置等の設定を行う設定ウインドウを例示する説明図である。
【図９】図６で示す計測結果の表示に用いる表示ウインドウの一例を示す説明図である。
【符号の説明】
２撮像手段
４切片位置特定部
６計測部
８色分布評価手段
１０変換処理手段
１２エラー処理機能
１４平均色算出機能
１６誤差算出機能
１８誤差別特定機能

Claims

試料の切片を撮像する撮像手段と、この撮像手段から出力される画像データでの前記切片が位置する領域を切片測定領域として特定する切片位置特定部と、この切片位置特定部によって特定された切片測定領域の色情報に基づいて当該切片の厚さを算出する計測部とを備え、
前記計測部が、前記切片位置特定部によって特定された切片測定領域の色情報を各画素毎に読み出すと共に当該領域内の色の分布を評価する色分布評価手段と、この色分布評価手段によって評価された色の分布から当該切片の標準的な色を特定すると共に当該特定した色の色情報を厚さ情報に変換する変換処理手段とを備えたことを特徴とする膜厚測定装置。
前記色分布評価手段が、前記切片測定領域内の色情報の平均値を算出する平均色算出機能と、この平均色算出機能によって算出された平均色を基準としたときの当該切片測定領域内の各画素ごとの誤差を算出する誤差算出機能とを備え、
前記変換処理手段が、前記誤差算出機能によって算出された誤差が最も小さい画素の色情報を当該切片測定領域の標準的な特定色とする誤差別特定機能とを備えたことを特徴とする請求項１記載の膜厚測定装置。
前記変換処理手段が、前記色分布評価手段によって評価された色の分布が所定のしきい値を越えてばらついたときには当該切片測定領域の厚さの算出を中止すると共にエラー情報を外部表示するエラー処理機能を備えたことを特徴とする請求項１記載の膜厚測定装置。