JP6161678B2 - 共焦点顕微鏡システム - Google Patents
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(1)本発明に係る共焦点顕微鏡システムは、観察対象物にレーザ光を出射するレーザ光源と、レーザ光源から出射されたレーザ光を二次元走査する走査光学系と、走査光学系にて走査されたレーザ光を観察対象物に集光する対物レンズと、観察対象物からのレーザ光の反射光を受光する受光素子と、受光素子の出力信号に基づいて、複数の画素に対応する画素データを出力する画素データ出力部と、レーザ光源および受光素子の少なくとも1つを制御することにより、画素データの値を調整するための感度パラメータを設定する感度設定部と、対物レンズの光軸方向に沿って対物レンズと観察対象物との間の相対的な距離を変化させながら画素データ出力部から出力される画素データに基づいて、画素ごとに対物レンズの光軸方向における受光強度分布のピーク強度を示す超深度画像データを生成する画像データ生成部と、を備える共焦点顕微鏡システムであって、画像データ生成部は、超深度画像データの取得開始指令を契機として、感度設定部により感度パラメータが第1の感度値に設定された状態で、対物レンズと観察対象物との間の相対的な距離を変化させて超深度画像データを第1の超深度画像データとして生成し、第1の超深度画像データの各画素が示すピーク強度に基づいて判定値を生成し、該判定値に基づいて感度パラメータを第1の感度値よりも大きい感度値に設定するか否かを判定し、感度パラメータを第1の感度値よりも大きい感度値に設定すると判定された場合に、感度設定部により感度パラメータを第1の感度値よりも大きい感度値に設定し、感度パラメータが第1の感度値よりも大きい感度値に設定された状態で、対物レンズと観察対象物との間の相対的な距離を変化させて超深度画像データを第2の超深度画像データとして生成する。
(1)第1の参考形態に係る顕微鏡システムは、観察対象物の表面の状態を観察する顕微鏡システムであって、光を出射する光源と、受光素子と、観察対象物の表面に設定された単位領域内で、光源から出射された光を集光しつつ観察対象物に照射するとともに、観察対象物に照射された光を受光素子に導く光学系と、受光素子の出力信号に基づいて複数の画素に対応する画素データを出力する画素データ出力部と、光源、光学系および受光素子の少なくとも1つを制御することにより、画素データの値を調整するための感度パラメータを設定する感度設定部と、感度設定部により感度パラメータが第1の値に設定された状態で画素データ出力部により出力される画素データに基づいて観察対象物の表面の状態を示す画素ごとの画像データを生成する第1の測定および感度設定部により感度パラメータが第1の値よりも大きい第2の値に設定された状態で画素データ出力部により出力される画素データに基づいて観察対象物の表面の状態を示す画素ごとの画像データを生成する第2の測定を行うための画像データ生成部とを備え、画像データ生成部は、単位領域ごとに、第1の測定時に生成される画像データに基づいて第2の測定を行うか否かを判定するための判定値を生成し、生成された判定値に基づいて第1の測定の結果が予め定められた条件を満足するか否かを判定し、第1の測定の結果が条件を満足しない場合に第2の測定を行い、第1の測定時に生成された画像データと第2の測定時に生成された画像データとを合成することにより観察対象物の表面の状態を示す表面画像データを生成し、第1の測定の結果が条件を満足する場合に第2の測定を行わず、第1の測定時に生成された画像データに基づいて表面画像データを生成し、単位領域ごとに生成された表面画像データ同士を連結することにより、単位領域よりも大きい面積の画像データを生成するものである。
図1は、本発明の一実施の形態に係る共焦点顕微鏡システム500の構成を示すブロック図である。図1に示すように、共焦点顕微鏡システム500は、測定部100、PC(パーソナルコンピュータ)200、制御部300および表示部400を備える。測定部100は、レーザ光源10、X−Yスキャン光学系20、受光素子30、照明用白色光源40、カラーCCD(電荷結合素子)カメラ50およびステージ60を含む。ステージ60上には、観察対象物Sが載置される。
図2は、X方向、Y方向およびZ方向を定義するための図である。図2に示すように、対物レンズ3により集光されたレーザ光が観察対象物Sに照射される。本実施の形態においては、対物レンズ3の光軸の方向をZ方向と定義する。また、Z方向と直交する面において、互いに直交する二方向をそれぞれX方向およびY方向と定義する。X方向、Y方向およびZ方向を矢印X,Y,Zでそれぞれ示す。
図4は、ピーク強度と観察対象物Sの形状との関係を説明するための図である。図4(a)に示すように、例えば円柱形状を有する観察対象物Sをその観察対象物Sの中心軸SCがY方向に平行となるように配置する。この状態で、観察対象物Sの上側の外周面の周方向に沿う線SL上の高さ画像データおよび超深度画像データを生成する。
図5は、ワイドダイナミックレンジ処理を説明するための図である。ワイドダイナミックレンジ処理においては、まず取得される複数の画素データの値が出力上限値maxよりも小さくなるように感度パラメータを設定する。以下では、ワイドダイナミックレンジ処理の開始後、初めに設定される感度パラメータの値を第1の感度値と呼ぶ。
図6は、表示部400の一表示例を示す図である。図6に示すように、表示部400の画面上には、画像表示領域410および条件設定領域420が表示される。画像表示領域410には、共焦点画像データに基づく共焦点画像またはカメラ画像データに基づくカメラ画像が表示される。画像表示領域410に、図4の観察対象物Sの上側の外周面を表す共焦点画像SVが表示される。条件設定領域420には、取得開始ボタン425および第1の感度パラメータ設定枠430が表示される。
図9〜図12は、表面状態観察処理のフローチャートである。上記のワイドダイナミックレンジ処理は表面状態観察処理の一部を構成する。表面状態観察処理は、使用者により図6および図7の第1の感度パラメータ設定枠430が操作されることにより開始される。図1のCPU210は、記憶装置240に記憶される表面状態観察プログラムを実行することにより表面状態観察処理を行う。
(7−1)上記実施の形態では、第1の高さ画像データおよび第1の超深度画像データの生成後に第2の感度値により複数の画素データを取得すべきか否かを判定するための判定値として無効画素比率が用いられるが、無効画素比率とは異なる値を判定値として用いることもできる。
以下、請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応の例について説明するが、本発明は下記の例に限定されない。
3 対物レンズ
4〜6 ハーフミラー
7 ピンホール部材
8 NDフィルタ
10 レーザ光源
20 X−Yスキャン光学系
30 受光素子
40 照明用白色光源
50 カラーCCDカメラ
60 ステージ
61 ステージ操作部
62 ステージ駆動部
63 レンズ駆動部
100 測定部
200 PC
210 CPU
220 ROM
230 作業用メモリ
240 記憶装置
300 制御部
400 表示部
410 画像表示領域
420 条件設定領域
425 取得開始ボタン
430 第1の感度パラメータ設定枠
431 第1の感度値自動設定ボタン
432 ゲイン手動調整バー
433 フィルタ手動調整欄
434,441 チェックボックス
435 ワイドダイナミックレンジ設定ボタン
432a,442a スライダ
432b,442b 左ボタン
432c,442c 右ボタン
440 第2の感度パラメータ設定ウィンドウ
442 ゲイン手動調整バー
443 フィルタ手動調整欄
444 OKボタン
500 共焦点顕微鏡システム
nl ノイズレベル
S 観察対象物
s1〜s4 単位領域
SC 中心軸
SE1,SE2 両側端部分
SL 線
SU 上端部分
SUV 略中央部分
SV 共焦点画像
SV1,SV2,SV3 画像
tp1,tp2,tp3,α,β 値
V1〜V3 超深度画像
E1V,E2V 両側辺
SA1,SA2,SB1,SB2,SZ 領域
Claims (15)
- 観察対象物にレーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光源から出射されたレーザ光を二次元走査する走査光学系と、
前記走査光学系にて走査されたレーザ光を観察対象物に集光する対物レンズと、
観察対象物からのレーザ光の反射光を受光する受光素子と、
前記受光素子の出力信号に基づいて、複数の画素に対応する画素データを出力する画素データ出力部と、
前記レーザ光源および前記受光素子の少なくとも1つを制御することにより、画素データの値を調整するための感度パラメータを設定する感度設定部と、
前記対物レンズの光軸方向に沿って前記対物レンズと観察対象物との間の相対的な距離を変化させながら前記画素データ出力部から出力される画素データに基づいて、画素ごとに前記対物レンズの光軸方向における受光強度分布のピーク強度を示す超深度画像データを生成する画像データ生成部と、を備える共焦点顕微鏡システムであって、
前記画像データ生成部は、
前記超深度画像データの取得開始指令を契機として、前記感度設定部により前記感度パラメータが第1の感度値に設定された状態で、前記対物レンズと観察対象物との間の相対的な距離を変化させて前記超深度画像データを第1の超深度画像データとして生成し、
前記第1の超深度画像データの各画素が示すピーク強度に基づいて判定値を生成し、該判定値に基づいて前記感度パラメータを前記第1の感度値よりも大きい感度値に設定するか否かを判定し、
前記感度パラメータを前記第1の感度値よりも大きい感度値に設定すると判定された場合に、前記感度設定部により前記感度パラメータを前記第1の感度値よりも大きい感度値に設定し、前記感度パラメータが前記第1の感度値よりも大きい感度値に設定された状態で、前記対物レンズと観察対象物との間の相対的な距離を変化させて前記超深度画像データを第2の超深度画像データとして生成することを特徴とする共焦点顕微鏡システム。 - 前記第1の超深度画像データを生成する処理のみを実行する第1の処理と、前記第1の超深度画像データを生成して前記判定を行うことにより前記感度パラメータを前記第1の感度値よりも大きい感度値に設定すると判定された場合に前記第2の超深度画像データを生成する処理を実行する第2の処理とのいずれかを指定するために使用者により操作される第1の指定手段をさらに備え、
前記画像データ生成部は、前記第1の処理が指定された場合に前記超深度画像データの取得開始指令を契機として、前記第1の超深度画像データを生成する処理のみを実行し、前記第2の処理が指定された場合に前記超深度画像データの取得開始指令を契機として、前記第1の超深度画像データを生成して前記判定を行うことにより前記感度パラメータを前記第1の感度値よりも大きい感度値に設定すると判定された場合に前記第2の超深度画像データを生成する処理を実行する請求項1記載の共焦点顕微鏡システム。 - 前記画像データ生成部は、前記感度パラメータを前記第1の感度値よりも大きい感度値に設定すると判定された場合に、前記感度パラメータを前記感度設定部により自動的に前記第1の感度値よりも大きい感度値に設定する請求項1または2記載の共焦点顕微鏡システム。
- 前記画像データ生成部は、前記第1の感度値で取得される複数の画素データに基づいて前記感度設定部により前記感度パラメータを自動的に前記第1の感度値よりも大きい感度値に設定する請求項3記載の共焦点顕微鏡システム。
- 前記第1の感度値よりも大きい感度値に設定するために使用者により操作される感度値調整手段をさらに備え、
前記画像データ生成部は、前記感度パラメータを前記第1の感度値よりも大きい感度値に設定すると判定された場合に、前記感度パラメータを前記感度設定部により前記感度値調整手段の操作に基づく感度値に設定する請求項1または2記載の共焦点顕微鏡システム。 - 前記第1の感度値を設定するために使用者により操作される第1の感度値調整手段と、
前記第1の感度値の自動設定および前記第1の感度値調整手段の操作による前記第1の感度値の手動設定のいずれかを指定するために使用者により操作される第2の指定手段とをさらに備え、
前記画像データ生成部は、前記第1の感度値の自動設定が指定された場合に、前記感度設定部により前記感度パラメータを自動的に第1の感度値に設定し、前記第1の感度値の手動設定が指定された場合に、前記感度設定部により前記感度パラメータを前記第1の感度値調整手段の操作に基づく第1の感度値に設定する請求項1〜5のいずれか一項に記載の共焦点顕微鏡システム。 - 前記対物レンズを光軸方向に移動させるレンズ駆動部をさらに備え、
前記画像データ生成部は、前記レンズ駆動部を制御することにより、前記対物レンズと観察対象物との間の相対的な距離を変化させることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の共焦点顕微鏡システム。 - 前記画像データ生成部は、所定値以下のピーク強度を有する画素に関する値を前記判定値として生成し、生成した判定値と予め定められたしきい値とを比較して前記判定を行うことを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の共焦点顕微鏡システム。
- 前記画像データ生成部は、前記感度パラメータを前記第1の感度値よりも大きい感度値に設定しないと判定された場合に、前記感度設定部により前記感度パラメータを前記第1の感度値から前記第1の感度値よりも大きい感度値に変更しないとともに、前記第2の超深度画像データを生成しないことを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載の共焦点顕微鏡システム。
- 前記画像データ生成部は、前記感度パラメータを前記第1の感度値よりも大きい感度値に設定すると判定された場合に、前記感度設定部により前記感度パラメータを前記第1の感度値から前記第1の感度値よりも大きい感度値に自動的に変更することを特徴とする請求項1〜9のいずれか一項に記載の共焦点顕微鏡システム。
- 前記感度設定部は、前記受光素子のゲインを制御することにより前記感度パラメータを前記第1の感度値から前記第1の感度値よりも大きい感度値に変更することを特徴とする請求項1〜10のいずれか一項に記載の共焦点顕微鏡システム。
- 前記感度設定部は、前記レーザ光源から出射されるレーザ光の量を前記受光素子のゲインよりも優先的に制御することにより、前記感度パラメータを前記第1の感度値から前記第1の感度値よりも大きい感度値に変更することを特徴とする請求項1〜11のいずれか一項に記載の共焦点顕微鏡システム。
- 観察対象物からのレーザ光の反射光を前記受光素子に導く受光光学系をさらに備え、
前記感度設定部は、前記レーザ光源、前記受光素子および前記受光光学系のうち少なくとも1つを制御することにより、前記感度パラメータを設定することを特徴とする請求項1〜12のいずれか一項に記載の共焦点顕微鏡システム。 - 前記画像データ生成部は、画素ごとに前記対物レンズの光軸方向における受光強度分布のピーク位置を示す高さデータを生成することを特徴とする請求項1〜13のいずれか一項に記載の共焦点顕微鏡システム。
- 前記走査光学系は、前記レーザ光源から出射されたレーザ光を観察対象物の表面に設定された単位領域内で二次元走査し、
前記画像データ生成部は、単位領域ごとに表面画像データを生成し、単位領域ごとに生成された表面画像データ同士を連結することにより、単位領域よりも大きい面積の画像データを生成することを特徴とする請求項1〜14のいずれか一項に記載の共焦点顕微鏡システム。
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