JP6372018B2 - Measuring device and measuring method - Google Patents
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Description
本発明は、下地層に積層された媒体層の膜厚を計測する計測装置および計測方法に関する。 The present invention relates to a measuring apparatus and a measuring method for measuring the film thickness of a medium layer laminated on an underlayer.
ある下地層に層状の媒体が積層されている場合において、この媒体の膜厚を計測する手法としては、例えば、放射線方式(β線、γ線、X線、蛍光X線などを用いた手法)、光干渉方式、レーザ方式、静電容量方式、マイクロ波方式、光の吸収を利用した手法など、様々な手法が用いられている。
また、上記手法のそれぞれに用いられる膜厚センサのほとんどは、二次元的に分布する媒体のうちの一点のみを計測可能とするものである(例えば、特許文献1参照)。したがって、多くの場合、当該膜厚センサを空間的に配置若しくは移動(走査)させることで、測定対象とする媒体の二次元的な膜厚分布を取得する。
In the case where a layered medium is laminated on a certain underlayer, for example, a radiation method (a method using β rays, γ rays, X rays, fluorescent X rays, etc.) is used as a method for measuring the thickness of the medium. Various methods such as an optical interference method, a laser method, a capacitance method, a microwave method, and a method using light absorption are used.
Most of the film thickness sensors used in each of the above methods can measure only one point of a two-dimensionally distributed medium (see, for example, Patent Document 1). Therefore, in many cases, a two-dimensional film thickness distribution of a medium to be measured is acquired by spatially arranging or moving (scanning) the film thickness sensor.
これに対し、媒体の膜厚を二次元平面全体で計測可能な計測装置も開示されている(例えば、特許文献2,3)。 On the other hand, a measuring apparatus capable of measuring the film thickness of the medium over the entire two-dimensional plane is also disclosed (for example, Patent Documents 2 and 3).
しかしながら、上述した二次元平面全体の膜厚を計測可能な計測装置は、吸収係数が異なる複数の媒体が含まれるときは平面全体で媒体の膜厚を計測することができない。また、上述した特許文献に記載の計測装置は、計測の対象とする媒体の吸収係数が既知であることが必要である。
このように、既存技術では、二次元平面全体の膜厚の正確な計測に多くの制約が存在するため、適用範囲が限られるばかりでなく、高精度な計測を簡素に行うことが困難であった。
However, the measurement apparatus capable of measuring the film thickness of the entire two-dimensional plane described above cannot measure the film thickness of the medium over the entire plane when a plurality of media having different absorption coefficients are included. In addition, the measuring device described in the above-described patent document needs to have a known absorption coefficient of a medium to be measured.
As described above, in the existing technology, there are many restrictions on the accurate measurement of the film thickness of the entire two-dimensional plane, so that not only the application range is limited, but it is difficult to simply perform high-precision measurement. It was.
そこでこの発明は、上述の課題を解決することのできる計測装置、計測方法を提供することを目的としている。 Then, this invention aims at providing the measuring device and measuring method which can solve the above-mentioned subject.
本発明は、上述の課題を解決すべくなされたもので、下地層に積層された複数の媒体層の膜厚を計測する計測装置であって、前記下地層及び前記媒体層へ光を照射する光照射部と、前記光照射部が照射した光の反射光を集光し、3以上の異なる複数の波長の光それぞれに基づく前記下地層及び前記媒体層の撮像データを取得する撮像部と、前記撮像部が取得した前記撮像データから推定される前記複数の媒体層の、前記波長ごとの吸収係数の比に基づいて、当該複数の媒体層の膜厚を算出する膜厚演算部と、前記下地層そのものの色を示す下地色情報、及び、前記媒体層そのものの色を示す媒体色情報のうちいずれか一方を取得する基本色取得部と、前記基本色取得部が取得した前記下地色情報及び前記媒体色情報のうちのいずれか一方と、前記撮像データを構成する画素ごとの色を示す画素色情報と、に基づいて、前記波長ごとの吸収係数の比を推定する吸収係数推定部と、を備え、前記膜厚演算部は、前記波長ごとの吸収係数と、前記下地層そのものの色及び前記媒体層そのものの色の混合の度合いを示す当該媒体層の不透明度と、当該媒体層の膜厚との関係に基づいて、前記複数の媒体層の膜厚を算出し、前記吸収係数推定部は、前記画素色情報に基づいて前記撮像データを構成する一部または全部の画素の色空間内における座標点を特定するとともに、前記下地色情報と、前記媒体色情報と、前記画素色情報との関係を示すモデル関数に対し、前記特定された座標点の集合に基づく回帰分析処理を行うことによって前記吸収係数の比を推定することを特徴とする計測装置である。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and is a measuring device that measures the film thickness of a plurality of medium layers stacked on an underlayer, and irradiates the underlayer and the medium layer with light. A light irradiation unit, and an imaging unit that collects reflected light of the light irradiated by the light irradiation unit and acquires imaging data of the base layer and the medium layer based on each of three or more different wavelengths of light; and of the plurality of medium layers estimated from the imaging data to which the imaging unit is acquired, based on the ratio of the absorption coefficient for each of the wavelengths, and the film thickness calculating unit that calculates a thickness of the plurality of media layers, wherein A basic color acquisition unit that acquires any one of the background color information indicating the color of the base layer itself and the medium color information indicating the color of the medium layer itself, and the base color information acquired by the basic color acquisition unit And any one of the medium color information, An absorption coefficient estimator that estimates the ratio of the absorption coefficient for each wavelength based on pixel color information that indicates the color of each pixel that constitutes the imaging data, and the film thickness calculator includes the wavelength The plurality of media based on the relationship between the absorption coefficient of each medium, the opacity of the medium layer indicating the degree of mixing of the color of the base layer itself and the color of the medium layer, and the film thickness of the medium layer And calculating the film thickness of the layer, wherein the absorption coefficient estimating unit specifies coordinate points in a color space of some or all of the pixels constituting the imaging data based on the pixel color information, and the background color information And the ratio of the absorption coefficient is estimated by performing a regression analysis process based on the set of specified coordinate points with respect to a model function indicating the relationship between the medium color information and the pixel color information. With a measuring device That.
また本発明は、上述の計測装置において、前記下地層そのものの三次元形状を特定するとともに、前記撮像データについて当該三次元形状による色の陰影成分を除去する画像処理を行う平坦画像取得部をさらに備え、前記膜厚演算部は、前記平坦画像取得部が、前記撮像データから陰影成分を除去した後の画像データから推定される前記複数の媒体層ごとの吸収係数に基づいて、当該複数の媒体層の膜厚を算出することを特徴とする。 According to the present invention, there is further provided a flat image acquisition unit that performs the image processing for identifying the three-dimensional shape of the base layer itself and removing the shadow component of the color due to the three-dimensional shape with respect to the imaging data. The film thickness calculation unit includes a plurality of media based on absorption coefficients for the plurality of media layers estimated from image data after the flat image acquisition unit removes a shadow component from the imaging data. The film thickness of the layer is calculated.
また本発明は、上述の計測装置において、前記照射部が、光をそれぞれ異なる角度から照射し、前記平坦画像取得部は、前記異なる角度から照射された光に基づいて取得された複数の前記撮像データに基づいて、前記画像処理を行うことを特徴とする。 Further, the present invention is the above-described measurement apparatus, wherein the irradiation unit irradiates light from different angles, and the flat image acquisition unit acquires a plurality of the images acquired based on the light irradiated from the different angles. The image processing is performed based on data.
また本発明は、上述の計測装置において、前記光照射部が、白色の光を前記下地層及び前記媒体層へ照射するものであり、前記撮像部は、前記白色の光の反射光を3以上の異なる波長に分光して、当該波長の光ごとに、前記撮像データを取得することを特徴とする。 In the measurement apparatus described above, the light irradiating unit may irradiate the base layer and the medium layer with white light, and the imaging unit may include three or more reflected lights of the white light. The imaging data is acquired for each light of the wavelength.
また本発明は、上述の計測装置において、前記撮像部が、前記撮像部は、前記白色の光の反射光を3以上の異なる波長に分光して、当該波長の光ごとに、前記撮像データを取得し、前記媒体層に入射する光の散乱成分に対する吸収成分の割合を算出するとともに、前記3以上の異なる波長の光から、前記散乱成分が最小となる波長の光を特定する最適波長特定部をさらに備えることを特徴とする。 According to the present invention, in the above-described measurement device, the imaging unit separates the reflected light of the white light into three or more different wavelengths and outputs the imaging data for each light of the wavelength. Obtaining and calculating the ratio of the absorption component to the scattering component of the light incident on the medium layer, and specifying the light having the wavelength that minimizes the scattering component from the light of three or more different wavelengths Is further provided.
また本発明は、下地層に積層された複数の媒体層の膜厚を計測する計測方法であって、光照射部が、前記下地層及び前記媒体層へ光を照射し、撮像部が、前記光照射部が照射した光の反射光を集光し、3以上の異なる複数の波長の光それぞれに基づく前記下地層及び前記媒体層の撮像データを計算取得し、膜厚演算部が、前記撮像部が取得した前記撮像データから推定される前記複数の媒体層の、前記波長ごとの吸収係数の比に基づいて、当該複数の媒体層の膜厚を算出し、基本色取得部が、前記下地層そのものの色を示す下地色情報、及び、前記媒体層そのものの色を示す媒体色情報のうちいずれか一方を取得し、吸収係数推定部が、前記基本色取得部が取得した前記下地色情報及び前記媒体色情報のうちのいずれか一方と、前記撮像データを構成する画素ごとの色を示す画素色情報と、に基づいて、前記波長ごとの吸収係数の比を推定し、前記膜厚演算部は、前記波長ごとの吸収係数の比と、前記下地層そのものの色及び前記媒体層そのものの色の混合の度合いを示す当該媒体層の不透明度と、当該媒体層の膜厚との関係に基づいて、前記複数の媒体層の膜厚を算出し、前記吸収係数推定部は、前記画素色情報に基づいて前記撮像データを構成する一部または全部の画素の色空間内における座標点を特定するとともに、前記下地色情報と、前記媒体色情報と、前記画素色情報との関係を示すモデル関数に対し、前記特定された座標点の集合に基づく回帰分析処理を行うことによって前記吸収係数の比を推定することを特徴とする計測方法である。 Further, the present invention is a measurement method for measuring the thickness of a plurality of medium layers stacked on an underlayer, wherein the light irradiation unit irradiates light to the underlayer and the medium layer, and the imaging unit The reflected light of the light irradiated by the light irradiation unit is collected, and the imaging data of the base layer and the medium layer based on each of three or more different wavelengths of light are calculated and acquired, and the film thickness calculation unit is configured to capture the imaging Calculating a film thickness of the plurality of medium layers based on a ratio of absorption coefficients for each wavelength of the plurality of medium layers estimated from the imaging data acquired by the section; The background color information acquired by the basic color acquisition unit by the acquisition of any one of the background color information indicating the color of the base layer and the medium color information indicating the color of the medium layer itself. And the medium color information, and the imaging data And the ratio of the absorption coefficient for each wavelength based on the pixel color information indicating the color for each pixel constituting the pixel, and the film thickness calculating unit calculates the ratio of the absorption coefficient for each wavelength and the underlying layer. Based on the relationship between the opacity of the medium layer indicating the color of the medium layer itself and the color of the medium layer itself and the film thickness of the medium layer, the film thickness of the plurality of medium layers is calculated, The absorption coefficient estimating unit specifies coordinate points in a color space of some or all of the pixels constituting the imaging data based on the pixel color information, the background color information, the medium color information, and the In the measurement method, the ratio of the absorption coefficient is estimated by performing a regression analysis process based on the specified set of coordinate points with respect to a model function indicating a relationship with pixel color information.
本発明によれば、吸収係数が未知の異なる媒体層が複数積層されている場合であっても、それらの膜厚を簡素に計測できる。 According to the present invention, even when a plurality of medium layers having different absorption coefficients are stacked, their film thicknesses can be simply measured.
(第1の実施形態)
以下、第1の実施形態に係る計測装置について、図面を参照して説明する。
図1は、第1の実施形態に係る計測装置の機能構成を示す図である。この図において、符号1は計測装置である。
図1に示すように、計測装置1は、計測処理部10、光照射部11、及び撮像部12を備えている。計測装置1は、下地層90表面に積層された各媒体層911、912、913の膜厚を、光学的手段により計測する計測装置である。
(First embodiment)
Hereinafter, the measurement apparatus according to the first embodiment will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram illustrating a functional configuration of the measurement apparatus according to the first embodiment. In this figure, reference numeral 1 denotes a measuring device.
As shown in FIG. 1, the measurement apparatus 1 includes a measurement processing unit 10, a light irradiation unit 11, and an imaging unit 12. The measuring device 1 is a measuring device that measures the film thickness of each of the medium layers 911, 912, and 913 stacked on the surface of the base layer 90 by optical means.
図1に示すように、計測装置1が計測の対象とする計測対象物9は、下地層90と、その表面に積層された各媒体層911、912、913からなる。ここで想定する計測対象物9とは、例えば、水彩絵の具で描画された絵画等である。この場合、媒体層911〜913とは、それぞれ異なる色の水彩絵の具の原料(顔料)であり、下地層とは、この顔料で絵画が描かれた紙そのものである。
計測装置1は、この計測対象物9の下地層90が平面である場合に、その平面に対して均一な、白色に対応する波長の光を照射し、撮像部12において取得される各波長の光の反射光に基づいて取得される撮像データに基づいて、各媒体層911、912、913の膜厚を計測する。
As shown in FIG. 1, a measurement object 9 to be measured by the measurement apparatus 1 includes a base layer 90 and medium layers 911, 912, and 913 stacked on the surface thereof. The measurement object 9 assumed here is, for example, a picture drawn with watercolor paint. In this case, the medium layers 911 to 913 are raw materials (pigments) of watercolor paints of different colors, and the base layer is paper itself on which a picture is drawn with this pigment.
When the ground layer 90 of the measurement object 9 is a flat surface, the measuring device 1 irradiates the light with a wavelength corresponding to white that is uniform on the flat surface, and obtains each wavelength acquired by the imaging unit 12. The film thicknesses of the medium layers 911, 912, and 913 are measured based on the imaging data acquired based on the reflected light.
計測処理部10は、計測装置1全体の動作を制御する。具体的には、計測処理部10は、後述する光照射部11、撮像部12に所定の制御信号を出力しながら、光照射部11による光照射処理、撮像部12による撮像処理等を制御する。また、計測処理部10は、撮像部12が取得した計測対象物9の撮像データに基づいて、媒体層911〜913の膜厚を計測するための各種演算処理を行う。計測処理部10の更に詳細な機能構成については後述する。 The measurement processing unit 10 controls the operation of the entire measurement apparatus 1. Specifically, the measurement processing unit 10 controls light irradiation processing by the light irradiation unit 11, imaging processing by the imaging unit 12, and the like while outputting predetermined control signals to the light irradiation unit 11 and the imaging unit 12 described later. . In addition, the measurement processing unit 10 performs various arithmetic processes for measuring the film thickness of the medium layers 911 to 913 based on the imaging data of the measurement target 9 acquired by the imaging unit 12. A more detailed functional configuration of the measurement processing unit 10 will be described later.
光照射部11は、平面である下地層90に対して均一な照明の光を計測対象物9へ向けて照射する。具体的には、図1に示すように、光照射部11は、例えば、複数の光源110、111、112のそれぞれから照射される照射光を組み合わせて、下地層90の平面に対して均一に照射光を照射する。また、各光源110、111、112は、分光分布特性が平坦な白色に対応する波長の光を出射する。各光源110、111、112は、例えば、標準白色版などを用いて、分光分布特性が平坦な光を出射するように校正されている。
なお、図1に示す光照射部11は、例として、3つの光源110、111、112を組み合わせたものとしているが、光照射部11は、下地層90の平面に対して均一な光を照射できる構成であれば、4つ以上の複数の光源を組み合わせたものであってもよいし、単一の光源で構成されるものであってもよい。
The light irradiation unit 11 irradiates the measurement target 9 with uniform illumination light to the underlying layer 90 that is a plane. Specifically, as illustrated in FIG. 1, the light irradiation unit 11 combines the irradiation light irradiated from each of the plurality of light sources 110, 111, and 112, for example, and uniformly with respect to the plane of the base layer 90. Irradiate with irradiation light. In addition, each of the light sources 110, 111, and 112 emits light having a wavelength corresponding to white having a flat spectral distribution characteristic. Each of the light sources 110, 111, and 112 is calibrated to emit light having a flat spectral distribution characteristic using, for example, a standard white plate.
1 is a combination of three light sources 110, 111, and 112 as an example, but the light irradiation unit 11 irradiates the plane of the underlayer 90 with uniform light. As long as it can be configured, a combination of four or more light sources or a single light source may be used.
撮像部12は、光照射部11が計測対象物9へ向けて照射した照射光の、計測対象物9における反射光を集光して、計測対象物9の色を表す撮像データを取得する。撮像部12は、内部に図示しない分光器を有していて、光照射部11が照射する白色光の反射光を異なる3つ以上の波長λ1、λ2、λ3、・・・λn(nは3以上の整数)の光に分光し、当該波長λ1、λ2、λ3、・・・λnの光ごとに、各々に基づくn個の撮像データを取得する。
取得された撮像データは、直ちに、計測処理部10内に備えられた記憶領域に記憶される。ここで「色」とは3つ以上の波長からなる分光反射率を示す。以下、分光反射率を「色」として記載する。
The imaging unit 12 condenses the reflected light from the measurement target 9 of the irradiation light irradiated by the light irradiation unit 11 toward the measurement target 9 and acquires imaging data representing the color of the measurement target 9. The imaging unit 12 has a spectroscope (not shown) inside, and the reflected light of the white light irradiated by the light irradiation unit 11 has three or more different wavelengths λ1, λ2, λ3,... Λn (n is 3 Are divided into light of the above integers), and n pieces of imaging data based on each of the light of the wavelengths λ1, λ2, λ3,.
The acquired imaging data is immediately stored in a storage area provided in the measurement processing unit 10. Here, “color” indicates a spectral reflectance composed of three or more wavelengths. Hereinafter, the spectral reflectance is described as “color”.
なお、本実施形態においては、カメラ(撮像部12)側に分光器(図示せず)をつけて分光する後分光方式を用いるものとして説明しているが、他の実施形態においては、光源を分光してモノクロカメラで撮影する前分光方式を用いてもよい。この場合、光照射部11が上述した3つ以上の異なる波長λ1、λ2、λ3、・・・λnそれぞれからなる光を照射する。 In the present embodiment, a post-spectral method is described in which a spectroscope (not shown) is attached to the camera (imaging unit 12) side to perform spectroscopy, but in other embodiments, a light source is used. You may use the pre-spectroscopy system which carries out spectroscopy and image | photographs with a monochrome camera. In this case, the light irradiation unit 11 irradiates light having each of the three or more different wavelengths λ1, λ2, λ3,.
図2は、第1の実施形態に係る計測処理部の機能構成を示す図である。
次に、計測処理部10の各機能部について、図2を参照しながら詳細に説明する。
図2に示すように、計測処理部10は、CPU(Central Proccess Unit:中央演算装置)100、操作部106、表示部107、外部インターフェイス108、及び、記憶部109を備えている。
FIG. 2 is a diagram illustrating a functional configuration of the measurement processing unit according to the first embodiment.
Next, each functional unit of the measurement processing unit 10 will be described in detail with reference to FIG.
As shown in FIG. 2, the measurement processing unit 10 includes a CPU (Central Processing Unit) 100, an operation unit 106, a display unit 107, an external interface 108, and a storage unit 109.
CPU100は、計測処理部10全体の動作を司る機能部であって、予め用意された所定のプログラムを読み込ませて実行することで種々の機能を発揮する。
操作部106は、例えばキーボード、マウス、タッチパネル等から構成され、各種操作の入力を受け付ける。
表示部107は、例えば液晶ディスプレイ等であって、オペレータの操作を促す画像、計測対象物9の撮像データを示す画像、後述する各演算処理に基づく演算結果や計測データを示す画像などを表示する。
外部インターフェイス108は、光照射部11、撮像部12と情報の送受信を行う接続インターフェイスである。
記憶部109は、撮像データ等の種々の情報が格納される記憶領域である。記憶部109は一般的な記憶手段、例えばHDD(Hard Disk Drive)、SSD(Solid State Drive)等の大容量記憶デバイスで構築される。
計測処理部10は、以上のような機能構成に基づく汎用のPC(Personal Computer)であってよい。なお、計測処理部10は、上述した内容以外の他の機能構成を備えるものであってもよい。
The CPU 100 is a functional unit that controls the overall operation of the measurement processing unit 10, and exhibits various functions by reading and executing a predetermined program prepared in advance.
The operation unit 106 includes, for example, a keyboard, a mouse, a touch panel, and the like, and receives input of various operations.
The display unit 107 is, for example, a liquid crystal display, and displays an image that prompts an operator's operation, an image that indicates imaging data of the measurement object 9, an image that indicates a calculation result or measurement data based on each calculation process to be described later, and the like. .
The external interface 108 is a connection interface that transmits / receives information to / from the light irradiation unit 11 and the imaging unit 12.
The storage unit 109 is a storage area in which various information such as imaging data is stored. The storage unit 109 is constructed by general storage means, for example, a mass storage device such as an HDD (Hard Disk Drive) or an SSD (Solid State Drive).
The measurement processing unit 10 may be a general-purpose PC (Personal Computer) based on the functional configuration as described above. In addition, the measurement process part 10 may be provided with functional structures other than the content mentioned above.
CPU100は、所定の膜厚計測用アプリケーションプログラムを実行することで、撮像制御部101、基本色取得部102、撮像データ解析部103、膜厚演算部104としての機能を発揮する(図2)。 The CPU 100 performs functions as the imaging control unit 101, basic color acquisition unit 102, imaging data analysis unit 103, and film thickness calculation unit 104 by executing a predetermined film thickness measurement application program (FIG. 2).
撮像制御部101は、光照射部11および撮像部12の動作を制御する。撮像制御部101は、例えば、光照射部11に対して光源110、111、112から照射光を照射するように指示するとともに、撮像部12が取得したその反射光に基づく撮像データを取得する。これにより、計測処理部10は、計測対象物9の各波長の光ごとの撮像データを取得することができる。 The imaging control unit 101 controls operations of the light irradiation unit 11 and the imaging unit 12. For example, the imaging control unit 101 instructs the light irradiation unit 11 to irradiate irradiation light from the light sources 110, 111, and 112, and acquires imaging data based on the reflected light acquired by the imaging unit 12. Thereby, the measurement process part 10 can acquire the imaging data for every light of each wavelength of the measurement object 9.
基本色取得部102は、取得した計測対象物9の撮像データから、下地層90そのものの色を示す下地色情報、及び、膜厚の計測対象となる各媒体層911〜913そのものの色を示す媒体色情報のうち、取得可能ないずれか一方を取得する。
ここで「そのものの色」とは、所定の白色光の下、下地層90及び各媒体層911〜913それぞれが、他の色と交じり合うことなく撮像データに取得される色を指す。
以下、下地色と媒体色を総称して「基本色」とも記載し、下地色情報と媒体色情報を総称して「基本色情報」とも記載する。
基本色取得部102の具体的な処理については後述する。
The basic color acquisition unit 102 indicates base color information indicating the color of the base layer 90 itself and the color of each of the medium layers 911 to 913 itself that is the target of film thickness measurement from the acquired imaging data of the measurement target 9. One of the medium color information that can be acquired is acquired.
Here, the “color itself” refers to a color obtained by the underlayer 90 and each of the medium layers 911 to 913 in the imaging data without intermingling with other colors under a predetermined white light.
Hereinafter, the background color and the medium color are collectively referred to as “basic color”, and the background color information and the medium color information are collectively referred to as “basic color information”.
Specific processing of the basic color acquisition unit 102 will be described later.
撮像データ解析部103は、撮像部12に取得された撮像データを読み出して、各種画像解析を行う。例えば、撮像データ解析部103は、下地層90と媒体層911〜913とを分離するとともに、媒体層911〜913の各地点における不透明度を算出する解析処理を行う。また、撮像データ解析部103は、所定のパラメータフィッティング(回帰分析処理)に基づいて、媒体層911〜913の光の吸収係数を推定する。 The imaging data analysis unit 103 reads the imaging data acquired by the imaging unit 12 and performs various types of image analysis. For example, the imaging data analysis unit 103 separates the base layer 90 and the medium layers 911 to 913 and performs an analysis process for calculating opacity at each point of the medium layers 911 to 913. Further, the imaging data analysis unit 103 estimates the light absorption coefficient of the medium layers 911 to 913 based on predetermined parameter fitting (regression analysis processing).
膜厚演算部104は、撮像データ解析部103による撮像データの解析結果に基づいて、計測対象物9における媒体層911〜913の膜厚を二次元的に取得する。膜厚演算部104の具体的な処理については後述する。 The film thickness calculation unit 104 acquires the film thicknesses of the medium layers 911 to 913 in the measurement object 9 two-dimensionally based on the analysis result of the imaging data by the imaging data analysis unit 103. Specific processing of the film thickness calculation unit 104 will be described later.
図3は、第1の実施形態に係る撮像部が取得する計測対象物の撮像データの例である。
図3に示すように、撮像部12が撮像する計測対象物9は、下地層90に異なる媒体層911〜913が積層されている。上述したように、撮像部12は、光照射部11が有する光の反射光を集光、分光して撮像する。取得した撮像データは、一般的な画像データと同様に、マトリクス状に配される複数の画素の集合により構成される。撮像データは、各画素それぞれが画素色情報(異なる波長の反射光の強度に対応する数値の組み合わせ。分光データともいう)を有して、全体として一の画像を形成する。
なお、撮像部12が撮像データを取得した段階では、各媒体層911〜913それぞれの吸収係数は未知である。
FIG. 3 is an example of imaging data of the measurement target acquired by the imaging unit according to the first embodiment.
As shown in FIG. 3, the measurement target 9 imaged by the imaging unit 12 has different medium layers 911 to 913 stacked on the base layer 90. As described above, the imaging unit 12 collects and spectrally separates the reflected light of the light included in the light irradiation unit 11 and captures an image. The acquired imaging data is composed of a set of a plurality of pixels arranged in a matrix, like general image data. Each pixel has pixel color information (a combination of numerical values corresponding to the intensity of reflected light having different wavelengths, also referred to as spectral data), and forms an image as a whole.
Note that, at the stage where the imaging unit 12 acquires the imaging data, the absorption coefficient of each of the medium layers 911 to 913 is unknown.
以下、図面を参照しながら計測処理部10の処理について詳細に説明する。 Hereinafter, the processing of the measurement processing unit 10 will be described in detail with reference to the drawings.
図4は、第1の実施形態に係る基本色取得部の処理を説明する図である。
基本色取得部102は、表示部107に撮像データ(図3)を表示するとともに、上述した下地色情報、及び、媒体色情報のうち、取得可能な何れか一方を取得するためのオペレータの操作を受け付ける。
具体的には、基本色取得部102は、撮像部12が取得した撮像データを表示部107に表示させながら、操作部106を介して、オペレータの撮像データに対する領域指定操作を受け付ける。
ここで、領域指定操作とは、オペレータが撮像データを目視で確認しながらマウス操作等に基づいて、媒体層911〜913そのものの色が撮像されている領域、及び、下地層90そのものの色が撮像されている領域を含むような領域を指定する操作をいう。
例えば、図4に示すように、オペレータは、撮像データの媒体層911が積層されている領域のうち、下地層90の色と混じらずに媒体層911そのものの色が撮像されている部分である媒体色特定点P1を目視で確認しながら、当該媒体色特定点P1を含むようなサンプル領域R1を指定する操作を行う。
同様に、オペレータは、異なる複数の媒体層912,913についても同様に、媒体色特定点P2、P3を含むようなサンプル領域R2、R3をそれぞれ指定する操作を行う。また、オペレータは、媒体層911〜913が積層されていない部分を目視で確認しながら、下地そのものの色が表されている部分を特定する。
FIG. 4 is a diagram for explaining processing of the basic color acquisition unit according to the first embodiment.
The basic color acquisition unit 102 displays the imaging data (FIG. 3) on the display unit 107, and an operator's operation for acquiring any one of the above-described background color information and medium color information that can be acquired. Accept.
Specifically, the basic color acquisition unit 102 receives an area designation operation for the imaging data of the operator via the operation unit 106 while displaying the imaging data acquired by the imaging unit 12 on the display unit 107.
Here, the region designation operation refers to the region where the color of the medium layers 911 to 913 itself is imaged and the color of the base layer 90 itself based on the mouse operation or the like while the operator visually confirms the imaging data. An operation for designating an area including the area being imaged.
For example, as shown in FIG. 4, the operator is a part in which the color of the medium layer 911 itself is captured without being mixed with the color of the base layer 90 in the area where the medium layer 911 of the imaging data is stacked. While visually confirming the medium color specific point P1, an operation for designating the sample region R1 including the medium color specific point P1 is performed.
Similarly, the operator performs operations for designating sample regions R2 and R3 that include medium color specific points P2 and P3, respectively, for a plurality of different medium layers 912 and 913 as well. Further, the operator specifies a portion where the color of the ground itself is expressed while visually confirming a portion where the medium layers 911 to 913 are not stacked.
図5は、第1の実施形態に係る撮像データ解析部の処理を説明する図である。
撮像データ解析部103は、画素色情報(各波長の分光データ)に基づいて、基本色取得部102が指定したサンプル領域に含まれる画素ごとの色空間内における座標点を特定する。
具体的には、撮像データ解析部103は、例として、図5に示すような、縦、横、高さ、のそれぞれに波長λ1,波長λ2,波長λ3の各パラメータのそれぞれを当てはめた色空間内において、画素ごとに、当該画素の画素色情報(各波長λ1、λ2、λ3の分光データ)に基づいた座標点を特定する。なお、色空間内の座標軸は、縦、横、高さの3つに限定されることはなく、分光した波長(λ1、λ2、λ3、λ4・・・)の数に応じて4軸以上の軸をもって表されるものであってよい。
FIG. 5 is a diagram for explaining processing of the imaging data analysis unit according to the first embodiment.
The imaging data analysis unit 103 specifies coordinate points in the color space for each pixel included in the sample region specified by the basic color acquisition unit 102 based on the pixel color information (spectral data of each wavelength).
Specifically, the imaging data analysis unit 103, for example, as illustrated in FIG. 5, a color space in which the parameters of the wavelength λ1, the wavelength λ2, and the wavelength λ3 are applied to the vertical, horizontal, and height, respectively. The coordinate point based on the pixel color information (spectral data of each wavelength λ1, λ2, λ3) of the pixel is specified for each pixel. Note that the coordinate axes in the color space are not limited to three in the vertical, horizontal, and height directions. Four or more axes are used depending on the number of wavelengths (λ1, λ2, λ3, λ4. It may be represented with an axis.
例えば、サンプル領域R3(図4)に含まれる画素それぞれの色空間内における座標点の集合は、図5の破線に示すような座標点の集合を形成する。すなわちサンプル領域R3は、媒体層913そのものの色を示す特定点P3とともに、下地層90の色と媒体層913の色とが交じり合った中間色を示す画素を含んでいる。したがって、サンプル領域R3内の各画素は、色空間内において、媒体層913そのものの色を示す座標点(特定点P3に対応する座標点)から、下地層90そのものの色を示す座標点(特定店P0に対応する座標点)までの間をなだらかに結ぶような座標点の集合を形成する(図5)。
同様に、サンプル領域R1、R2内の各画素は、同一の色空間内においてそれぞれに対応する座標点の集合を形成する。
For example, a set of coordinate points in the color space of each pixel included in the sample region R3 (FIG. 4) forms a set of coordinate points as indicated by a broken line in FIG. That is, the sample region R3 includes pixels indicating an intermediate color in which the color of the base layer 90 and the color of the medium layer 913 intersect together with the specific point P3 indicating the color of the medium layer 913 itself. Therefore, each pixel in the sample region R3 is set in the color space from a coordinate point indicating the color of the medium layer 913 itself (a coordinate point corresponding to the specific point P3) to a coordinate point indicating the color of the ground layer 90 (specific A set of coordinate points is formed so as to gently connect the space up to the coordinate point corresponding to the store P0 (FIG. 5).
Similarly, each pixel in the sample areas R1 and R2 forms a set of coordinate points corresponding to each in the same color space.
各画素の上記色空間内における座標点の集合は、下地色情報及び媒体色情報で示される座標点が含まれている(図5)。したがって、その下地色情報及び媒体色情報で示される座標点の間を連続的に結ぶ座標点の集合に対応する画素の色は、下地そのものの色と媒体層そのものの色が所定の比率で混合された中間色であると推定される。
ここで、下地色情報の各波長成分を(B1,B2,B3)とし、これらを総称してBcと置く。同様に、媒体色情報の各波長成分を(F1,F2,F3)とし、これらを総称してFcと置く。さらに、画素色情報の各波長成分を(I1,I2,I3)とし、これらを総称してIcと置く。
このとき、下地色情報Bcと媒体色情報Fcそれぞれが示す色が所定の比率で混合された中間色を示す画素色情報Icは、Lambert-Beerに基づく層状表面2層の式より、その混合の度合いを示すパラメータφcに基づいて、以下の式(1)で表すことができる。
A set of coordinate points of each pixel in the color space includes coordinate points indicated by the background color information and the medium color information (FIG. 5). Therefore, the color of the pixel corresponding to the set of coordinate points continuously connecting the coordinate points indicated by the background color information and the medium color information is a mixture of the color of the background itself and the color of the medium layer at a predetermined ratio. Estimated to be a neutral color.
Here, each wavelength component of the background color information is (B1, B2, B3), and these are collectively referred to as Bc. Similarly, each wavelength component of the medium color information is (F1, F2, F3), and these are collectively referred to as Fc. Further, each wavelength component of the pixel color information is (I1, I2, I3), and these are collectively referred to as Ic.
At this time, the pixel color information Ic indicating the intermediate color in which the colors indicated by the background color information Bc and the medium color information Fc are mixed at a predetermined ratio is determined by the degree of mixing based on the Lambert-Beer two-layer surface equation. Can be expressed by the following formula (1).
ここでφcは、0≦φc≦1を満たす数値であり、光の波長(λ1,λ2,λ3)ごとに特定される数値である。例えば、波長λ1に対応するφ1は、I1=(1-φ1)B1+φ1・F1を満たす。このφcを媒体層911〜913の不透明度φcと呼ぶ。この不透明度φcは、後述するように、吸収係数μcと媒体層911〜913の膜厚dに依存する。
撮像データ解析部103は、各画素がいずれの集合に属するかを特定することで、画素ごとに下地層90に積層されている媒体層911〜913の別を特定し、その画素ごとの不透明度φcを算出する。
Here, φc is a numerical value satisfying 0 ≦ φc ≦ 1, and is a numerical value specified for each light wavelength (λ1, λ2, λ3). For example, φ1 corresponding to the wavelength λ1 satisfies I1 = (1−φ1) B1 + φ1 · F1. This φc is called the opacity φc of the medium layers 911 to 913. The opacity φc depends on the absorption coefficient μc and the film thickness d of the medium layers 911 to 913, as will be described later.
The imaging data analysis unit 103 identifies which set each pixel belongs to, thereby identifying each of the medium layers 911 to 913 stacked on the base layer 90 for each pixel, and the opacity for each pixel. φc is calculated.
さらに、撮像データ解析部103は、下地色情報及び媒体色情報を含む所定のモデル関数を予め保持している。撮像データ解析部103は、このモデル関数に対し、色空間内における座標点の集合に基づくパラメータフィッティング(回帰分析処理)を行うことで、媒体層911〜913それぞれの吸収係数の比を推定する吸収係数推定部としての機能を有する。具体的には、撮像データ解析部103は、基本色取得部102により媒体色情報Fcが既知となった場合において、サンプルデータである画素色情報Icとの関係を示す関数の式(1)を式(2)、(3)のように変換し、この式(2)、(3)から、非線形最小二乗法Levenberg-Marquardt法を用いて吸収係数μcの比を示す所定のパラメータγ1,γ2を推定する。 Furthermore, the imaging data analysis unit 103 holds a predetermined model function including background color information and medium color information in advance. The imaging data analysis unit 103 performs, for this model function, parameter fitting (regression analysis processing) based on a set of coordinate points in the color space, thereby estimating an absorption coefficient ratio of each of the medium layers 911 to 913. It functions as a coefficient estimator. Specifically, the imaging data analysis unit 103 calculates the function expression (1) indicating the relationship with the pixel color information Ic that is sample data when the medium color information Fc is known by the basic color acquisition unit 102. The equations (2) and (3) are converted, and from these equations (2) and (3), predetermined parameters γ 1 and γ indicating the ratio of the absorption coefficient μc using the non-linear least squares method Levenberg-Marquardt method. 2 is estimated.
ここで、式(2)のG1,G2およびγ1,γ2は、式(3)のように表される。 Here, G 1 , G 2 and γ 1 , γ 2 in Expression ( 2 ) are expressed as in Expression (3).
なお、撮像データ解析部103は、基本色取得部102により下地色情報Bcが既知となった場合においては、関数の式(1)を式(4)、(5)のように変形する。計測の都合によってどちらを使ってγ1,γ2を推定しても同じである。 The imaging data analysis unit 103 transforms the function equation (1) into equations (4) and (5) when the background color information Bc is known by the basic color acquisition unit 102. Whichever is used to estimate γ 1 and γ 2 depending on the convenience of measurement is the same.
式(2)におけるμ1、μ2、μ3は、媒体層911〜913の顔料固有の特性である光の波長ごとの吸収係数である。以下、μ1、μ2、μ3を総称してμcとも記載する。
式(2)、(3)は、下地色情報Bc(B1,B2,B3),媒体色情報Fc(F1,F2,F3),及び、吸収係数μc(μ1,μ2,μ3)をパラメータとした画素色情報Ic(I1,I2,I3)の関連性を示す関数となっている。ここで、画素色情報Icは、撮像部12により、撮像データを構成する画素ごとに取得されている。また、下地色情報Bc及び媒体色情報Fcのうちのいずれか一方のみが基本色取得部102により既知となっている。
In the formula (2), μ1, μ2, and μ3 are absorption coefficients for each wavelength of light, which are characteristics specific to the pigment of the medium layers 911 to 913. Hereinafter, μ1, μ2, and μ3 are collectively referred to as μc.
Expressions (2) and (3) use the base color information Bc (B1, B2, B3), the medium color information Fc (F1, F2, F3), and the absorption coefficient μc (μ1, μ2, μ3) as parameters. This is a function indicating the relevance of the pixel color information Ic (I1, I2, I3). Here, the pixel color information Ic is acquired by the imaging unit 12 for each pixel constituting the imaging data. Only one of the base color information Bc and the medium color information Fc is known by the basic color acquisition unit 102.
撮像データ解析部103は、上述の関数(式(2)、(3))を色空間内にプロットされた各座標点の集合について上記非線形最小二乗法でフィッティングさせて、波長ごとの吸収係数μcの比を推定する処理を行う。ここで、波長ごとの吸収係数μcの比とは、具体的には式(3)におけるγ1,γ2の値である。
具体的には、撮像データ解析部103は、例えば未知のパラメータ(γ1,γ2)を含む式(2)、(3)の関数により色空間内に導出される未知の曲線C(図5)に対し、サンプル領域R3に含まれる画素の集合(図5の破線に囲まれた座標点の集合)に基づく上記非線形最小二乗法を用いたパラメータフィッティングを行う。この曲線Cを描く関数のパラメータは、下地層90そのものの色(下地色情報Bc)及び媒体層913そのものの色(媒体色情報Fc)(これらのうちいずれか一方が既知)と、未知の値である媒体層913の吸収係数μc(γ1,γ2)からなる。よって、撮像データ解析部103は、上記非線形最小二乗法により曲線Cを一意に特定することで、媒体層913における吸収係数μcの比(γ1,γ2)を推定することができる。
撮像データ解析部103は、さらに、色空間内にプロットされた別の集合についても、上述した非線形最小二乗法に基づく最適化手法を行い、媒体層911〜913それぞれの吸収係数μcの比(γ1,γ2)を推定する。具体的には、推定された媒体層911〜913それぞれの曲線生成し、各曲線のどれ一番近いかによって、どの曲線に属するかを判別する。
The imaging data analysis unit 103 fits the above-described functions (Equations (2) and (3)) with respect to a set of coordinate points plotted in the color space by the nonlinear least square method, and absorbs the absorption coefficient μc for each wavelength. The process which estimates the ratio of is performed. Here, the ratio of the absorption coefficient μc for each wavelength is specifically the values of γ1 and γ2 in Equation (3).
Specifically, the imaging data analysis unit 103 applies an unknown curve C (FIG. 5) derived in the color space by the functions of equations (2) and (3) including, for example, unknown parameters (γ1, γ2). On the other hand, parameter fitting is performed using the nonlinear least square method based on a set of pixels included in the sample region R3 (a set of coordinate points surrounded by a broken line in FIG. 5). Parameters of the function to draw the curve C, the underlayer 90 itself color (background color information Bc) and the medium layer 913 itself color (medium color information Fc) (known either one of these), unknown values The absorption coefficient μc (γ1, γ2) of the medium layer 913. Therefore, the imaging data analysis unit 103 can estimate the ratio (γ1, γ2) of the absorption coefficient μc in the medium layer 913 by uniquely specifying the curve C by the nonlinear least square method.
Further, the imaging data analysis unit 103 performs the optimization method based on the above-described nonlinear least square method for another set plotted in the color space, and the ratio (γ1) of the absorption coefficient μc of each of the medium layers 911 to 913 , Γ2). Specifically, the respective curves of the estimated medium layers 911 to 913 are generated, and which curve belongs to which curve is closest is determined.
図6は、第1の実施形態に係る膜厚演算部の処理を説明する図である。
膜厚演算部104は、撮像データ解析部103が推定した媒体層911〜913ごとの吸収係数μcの比(γ1,γ2)に基づいて、媒体層911〜913の膜厚を算出する。具体的には、膜厚演算部104は、不透明度φcと、吸収係数μc及び膜厚dと、の間に成り立つ関係式に基づいて膜厚dを算出する。
FIG. 6 is a diagram for explaining processing of the film thickness calculation unit according to the first embodiment.
Thickness computing unit 104, the ratio of the absorption coefficient for each shooting image data analyzing unit 103 medium layer 911 to 913 were estimated μc (γ1, γ2) based on, for calculating the thickness of the medium layer 911 to 913. Specifically, the film thickness calculating unit 104 calculates the opacity .phi.c, the absorption coefficient μc and the film thickness d, the film thickness d based on the relational expression holds between.
ここで、半透明物体を通る光の透過度は、減衰因子(吸収係数μc)と物質内を通る光路長を掛け合わせたものを指数とする指数関数によって表されることを示すLambert-Beer則によれば、不透明度φcは、式(1)より式(6)のように表される。 Here, the Lambert-Beer law indicates that the transmittance of light passing through a semi-transparent object is expressed by an exponential function with an index obtained by multiplying the attenuation factor (absorption coefficient μc) and the optical path length passing through the substance. According to the equation, the opacity φc is expressed by the equation (6) from the equation (1).
ここで、既知となっているのは下地色情報Bc及び媒体色情報Fcのうちのいずれか一方のみなので、式(1)から直接、不透明度φc(φ1,φ2,φ3)を導き出すことはできない(φ1,φ2,φ3は未知)。他方、媒体層911〜913それぞれの吸収係数μ1、μ2、μ3は、同じく撮像データ解析部103により、その比γ1,γ2が推定されている。ここで、膜厚演算部104は、不透明度φ1、φ2、φ3及び吸収係数μ1、μ2、μ3ごとに式(6)の等式を膜厚dについて解く処理を行う。
具体的には、膜厚演算部104は、A=μc×dと置き、μc=A/|A|を算出する。ここでφc、μcは、それぞれ波長ごとに特定される不透明度(φ1,φ2,φ3)、吸収係数(μ1,μ2,μ3)からなるベクトル量とみなすことができる。また、Aも(d×μ1,d×μ2,d×μ3)からなるベクトル量とみなすことができる。上記の2つの関係式が成り立つということは(μ1 2 +μ2 2 +μ3 2 ) 1/2 =1が成り立つ。
膜厚演算部104は、φcを単位ベクトルとして正規化((φ1 2 +φ2 2 +φ3 2 ) 1/2 =1)することで、μc=A/|A|を算出する。ここで|A|は、(d×μ1,d×μ2,d×μ3)の各成分の二乗の和の平方根で与えられる。
そして膜厚演算部104は、γ1,γ2からμcを特定し、d=|A|を算出することができる。
以上のように、膜厚演算部104は、波長ごとの吸収係数の比(γ1,γ2)と、下地層そのものの色及び媒体層911〜913そのものの色の混合の度合いを示す不透明度φcと、の関係に基づいて、複数の媒体層911〜913の膜厚dを画素ごとに算出する。
そして膜厚演算部104は、図6に示すような、下地層90を基準(膜厚=0)として、その上に積層された媒体層911〜913の膜厚を取得する。
Here, since only one of the background color information Bc and the medium color information Fc is known, the opacity φc (φ1, φ2, φ3) cannot be directly derived from the equation (1). (Φ1, φ2, and φ3 are unknown). On the other hand, the ratios γ1 and γ2 of the absorption coefficients μ1, μ2, and μ3 of the medium layers 911 to 913 are similarly estimated by the imaging data analysis unit 103. Here, the film thickness calculation unit 104 performs processing for solving the equation (6) with respect to the film thickness d for each of the opacity values φ1, φ2, and φ3 and the absorption coefficients μ1, μ2, and μ3.
Specifically, the film thickness calculator 104 sets A = μc × d and calculates μc = A / | A |. Here, φc and μc can be regarded as vector quantities each consisting of opacity (φ1, φ2, φ3) and absorption coefficient (μ1, μ2, μ3) specified for each wavelength. A can also be regarded as a vector quantity composed of (d × μ1, d × μ2, d × μ3). The fact that the above two relational expressions hold satisfies (μ1 2 + μ2 2 + μ3 2 ) 1/2 = 1.
The film thickness calculation unit 104 calculates μc = A / | A | by normalizing ((φ1 2 + φ2 2 + φ3 2 ) 1/2 = 1) using φc as a unit vector. Here, | A | is given by the square root of the sum of the square of each component of (d × μ1, d × μ2, d × μ3).
Then, the film thickness calculator 104 can determine μc from γ1 and γ2, and calculate d = | A |.
As described above, the film thickness calculation unit 104 has the ratio (γ1, γ2) of the absorption coefficient for each wavelength and the opacity φc indicating the degree of mixing of the color of the underlayer itself and the color of the medium layers 911 to 913 itself. Based on the relationship, the film thickness d of the plurality of medium layers 911 to 913 is calculated for each pixel.
Then, the film thickness calculation unit 104 obtains the film thicknesses of the medium layers 911 to 913 stacked on the base layer 90 as a reference (film thickness = 0) as shown in FIG.
図7は、第1の実施形態に係る計測処理部の処理フローを示す図である。
次に、上述した計測処理部10が備える各機能部による処理フローを、図7を参照しながら順を追って説明する。
図7に示す処理フローは、計測装置1の所定の位置に計測対象物9をセットし、オペレータが実際に計測を開始する時点からの処理の流れである。
FIG. 7 is a diagram illustrating a processing flow of the measurement processing unit according to the first embodiment.
Next, a processing flow by each functional unit included in the measurement processing unit 10 described above will be described in order with reference to FIG.
The processing flow shown in FIG. 7 is a processing flow from the time when the measurement object 9 is set at a predetermined position of the measuring device 1 and the operator actually starts measurement.
まず、計測処理部10の撮像制御部101は、操作部106を介して、オペレータによる計測開始の操作入力を受け付けると、光照射部11及び撮像部12を制御して、撮像データを取得する(ステップS1)。具体的には、撮像制御部101は、光照射部11の各光源(光源110、光源111、光源112)から対応する波長の照射光を照射させるとともに、撮像部12にその反射光に基づいて分光された撮像データを取得させる処理を行う。撮像部12は、直ちに取得した撮像データを記憶部109に記憶させる。 First, when the imaging control unit 101 of the measurement processing unit 10 receives an operation input for starting measurement by the operator via the operation unit 106, the imaging control unit 101 controls the light irradiation unit 11 and the imaging unit 12 to acquire imaging data ( Step S1). Specifically, the imaging control unit 101 irradiates the irradiation light of the corresponding wavelength from each light source (the light source 110, the light source 111, and the light source 112) of the light irradiation unit 11, and causes the imaging unit 12 to based on the reflected light. A process for acquiring the spectrally captured image data is performed. The imaging unit 12 stores the acquired imaging data in the storage unit 109 immediately.
次に、基本色取得部102は、取得された撮像データから基本色情報を取得する処理を行う(ステップS2)。具体的には、まず基本色取得部102は、表示部107に撮像データ(図3)を表示するとともに、基本色情報(下地色情報及び媒体色情報のうち取得可能な何れか一方)及びサンプル領域を取得するためのオペレータの操作を受け付ける。オペレータは、撮像データを目視で確認しながら、基本色情報を特定する画素の指定、及び、その画素が含まれるサンプル領域を指定する。ここでオペレータは、撮像データに写された複数の媒体層911〜913それぞれについての媒体色情報が取得可能である場合には、当該媒体飾情報を特定する画素(特定点P1〜P3)が含まれるように、各サンプル領域R1〜R3を指定する(図4参照)。 Next, the basic color acquisition unit 102 performs processing for acquiring basic color information from the acquired imaging data (step S2). Specifically, first, the basic color acquisition unit 102 displays the imaging data (FIG. 3) on the display unit 107, and also includes basic color information ( any one of background color information and medium color information that can be acquired ) and a sample. An operator's operation for acquiring a region is accepted. The operator designates a pixel for specifying basic color information and a sample region including the pixel while visually confirming the imaging data. Here, when the medium color information about each of the plurality of medium layers 911 to 913 captured in the imaging data can be acquired , the operator includes pixels (specific points P1 to P3) that specify the medium decoration information. As shown, each sample region R1 to R3 is designated (see FIG. 4).
次に、撮像データ解析部103は、指定されたサンプル領域に含まれる画素が有する画素色情報(各波長の分光データ)に基づいて、画素ごとに、色空間内に座標点を特定する処理を行う(ステップS3)。サンプル領域R1〜R3は、異なる媒体層911〜913が積層された領域を指定しているので、その領域内の各画素による座標点の集合は、色空間内において、下地色情報に対応する座標点と、各媒体色情報に対応する座標点と、を結ぶ曲線を形成する(図5参照)。 Next, the imaging data analysis unit 103 performs processing for specifying a coordinate point in the color space for each pixel based on pixel color information (spectral data of each wavelength) included in the pixel included in the designated sample region. Perform (step S3). Since the sample areas R1 to R3 specify an area where different medium layers 911 to 913 are stacked, a set of coordinate points by each pixel in the area is a coordinate corresponding to background color information in the color space. A curve connecting points and coordinate points corresponding to each medium color information is formed (see FIG. 5).
撮像データ解析部103は、各画素がこれらの集合の何れに属するかを特定することで、画素ごとに、積層された媒体層911〜913の別を特定する。 The imaging data analysis unit 103 identifies the stacked medium layers 911 to 913 for each pixel by identifying which of these sets each pixel belongs to .
次に、媒体色情報Fcが取得可能であった場合において、撮像データ解析部103は、上述した式(2)、(3)を、色空間内にプロットされた各座標点の集合ごとにフィッティングして、吸収係数の比γ1,γ2を推定する処理を行う(ステップS5)。具体的には、撮像データ解析部103は、既知の値(媒体色情報Fc)を式(2)、(3)に代入するとともに、代入した媒体色情報Fcに対応する集合による非線形最小二乗法を適用することによって、未知の値である媒体層911〜913の、波長ごとの吸収係数の比γ1,γ2を推定する。 Next, when the medium color information Fc can be acquired, the imaging data analysis unit 103 fits the above-described equations (2) and (3) for each set of coordinate points plotted in the color space. Then, the process of estimating the absorption coefficient ratios γ1 and γ2 is performed (step S5). Specifically, the imaging data analysis unit 103 substitutes a known value (medium color information Fc) into Equations (2) and (3) and uses a nonlinear least square method based on a set corresponding to the substituted medium color information Fc. Is used to estimate the absorption coefficient ratios γ1 and γ2 for each wavelength of the medium layers 911 to 913, which are unknown values.
そして、膜厚演算部104は、波長ごとの吸収係数の比γ1,γ2に基づいて、画素ごとの膜厚dを算出する処理を行う(ステップS6)。具体的には、膜厚演算部104は、Lambert-Beer則による不透明度φc、吸収係数μc及び膜厚dの関係式(式(6))を用いて、膜厚dを画素ごとに一意に特定する処理を行う。 Then, the film thickness calculating unit 104, the ratio of the absorption coefficients for each wavelength .gamma.1, based on .gamma.2, processing for calculating the film thickness d of each pixel (step S6). Specifically, the film thickness calculator 104 uniquely determines the film thickness d for each pixel by using a relational expression (equation (6)) of opacity φc, absorption coefficient μc, and film thickness d according to the Lambert-Beer rule. Perform the specified process.
なお、計測処理部10の各処理の内容並びに処理の流れは、上述の内容に限定されない。例えば、上記処理フローの各ステップは、計測処理部10の目的が達成できる範疇で、その処理の順番を変更可能である。 In addition, the content of each process and the flow of a process of the measurement process part 10 are not limited to the above-mentioned content. For example, each step of the processing flow can be changed in the order of processing in a category in which the purpose of the measurement processing unit 10 can be achieved.
また、本実施形態に係る撮像データ解析部103は、基本色取得部102がステップS2で取得した基本色情報に基づいて吸収係数の比γ1,γ2を推定する方法を用いているが、他の実施形態に係る計測処理部10においては、この方法に限定されることはない。
例えば、当該他の実施形態に係る撮像データ解析部103は、色空間内にプロットされた座標点の集合に基づいて、基本色情報を特定してもよい。具体的には、撮像データ解析部103は、色空間内において、下地層90そのものの色から最も離れた座標点を、各媒体層911〜913そのものの色と見なして、媒体色情報を特定する方法を用いてもよい。ここで、媒体層911〜913そのものの色とは、下地層そのものの色が全く混じらない部分の色であるから、色空間内においては、下地層そのものの色を示す座標点から最も離れた座標点に存在する色が媒体層そのものの色と見なすことができる。
The imaging data analysis unit 103 according to the present embodiment uses a method of estimating the absorption coefficient ratios γ1 and γ2 based on the basic color information acquired by the basic color acquisition unit 102 in step S2. The measurement processing unit 10 according to the embodiment is not limited to this method.
For example, the imaging data analysis unit 103 according to the other embodiment may specify basic color information based on a set of coordinate points plotted in the color space. Specifically, the imaging data analysis unit 103 identifies medium color information by regarding the coordinate point farthest from the color of the base layer 90 itself in the color space as the color of each of the medium layers 911 to 913 itself. A method may be used. Here, the color of the medium layers 911 to 913 itself is a color of a portion in which the colors of the base layer itself are not mixed at all. Therefore, in the color space, the coordinate farthest from the coordinate point indicating the color of the base layer itself. The color present at the point can be considered as the color of the media layer itself.
また、撮像データ解析部103は、基本色取得部102により取得された一部の画素(サンプル領域に含まれる画素)の色空間内における座標点を特定し、これに基づくパラメータフィッティングを行うものとして説明したが、他の実施形態に係る撮像データ解析部103は、この態様に限定されることはない。例えば、当該他の実施形態に係る撮像データ解析部103は、計測の対象とする計測対象物9によっては、撮像データを構成する全部の画素の色空間内における座標点を特定し、これに基づくパラメータフィッティングを行ってもよい。 In addition, the imaging data analysis unit 103 specifies coordinate points in the color space of some pixels (pixels included in the sample area) acquired by the basic color acquisition unit 102, and performs parameter fitting based on the coordinate points. As described above, the imaging data analysis unit 103 according to another embodiment is not limited to this mode. For example, the imaging data analysis unit 103 according to the other embodiment specifies the coordinate points in the color space of all the pixels constituting the imaging data depending on the measurement object 9 to be measured, and based on this Parameter fitting may be performed.
このように、第1の実施形態に係る計測装置1は、計測対象物9の1回の撮像と、撮像データに対するサンプル領域の指定操作を要求するだけで、下地層90に積層された媒体層911〜913の膜厚dの面内分布を全て計測することができる。
また、計測装置1は、媒体層の吸収係数が未知であっても、色空間内にプロットされた座標点の集合に基づいて、波長ごとの吸収係数の比γ1,γ2に基づいて、膜厚dを計測することができる。
さらに、計測装置1は、下地層に吸収係数がそれぞれ異なる顔料からなる複数の媒体層が積層されていた場合であっても、面内に存在する全ての媒体層の膜厚dを計測することができる。
As described above, the measuring apparatus 1 according to the first embodiment simply requests a single imaging of the measurement object 9 and specifies a sample area for the imaging data, and the medium layer stacked on the base layer 90. All in-plane distributions of film thickness d of 911 to 913 can be measured.
Further, even if the absorption coefficient of the medium layer is unknown, the measuring device 1 is based on the ratio of absorption coefficients for each wavelength γ 1 and γ 2 based on the set of coordinate points plotted in the color space. The film thickness d can be measured.
Furthermore, the measuring device 1 measures the film thickness d of all the media layers existing in the plane even when a plurality of media layers made of pigments having different absorption coefficients are laminated on the underlayer. Can do.
以上、第1の実施形態に係る計測装置1によれば、吸収係数が未知の異なる媒体層が、下地層上に複数積層されている場合であっても、それらの膜厚を簡素に計測できる。 As described above, according to the measurement apparatus 1 according to the first embodiment, even when a plurality of medium layers having different absorption coefficients are stacked on the base layer, their film thicknesses can be simply measured. .
(第2の実施形態)
第2の実施形態に係る計測装置1Aは、下地層90に凹凸が存在した場合において、その凹凸に基づく陰影による色合いの変化分を除去した平坦画像を取得した上で膜厚の計測を行うことを特徴とする。
(Second Embodiment)
1 A of measuring apparatuses which concern on 2nd Embodiment measure a film thickness, after acquiring the flat image which removed the change of the hue by the shadow based on the unevenness | corrugation based on the unevenness | corrugation in the base layer 90 It is characterized by.
以下、第2の実施形態に係る計測装置について、図面を参照して説明する。
図8は、第2の実施形態に係る計測処理部の機能構成を示す図である。
第2の実施形態に係る計測装置1Aの全体構成は、第1の実施形態で示した計測装置1(図1)と同等のため、図示を省略する。また図8において、第1の実施形態に係る計測処理部10と同一の機能構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。
Hereinafter, a measurement apparatus according to the second embodiment will be described with reference to the drawings.
FIG. 8 is a diagram illustrating a functional configuration of a measurement processing unit according to the second embodiment.
Since the overall configuration of the measurement apparatus 1A according to the second embodiment is the same as that of the measurement apparatus 1 (FIG. 1) shown in the first embodiment, the illustration is omitted. In FIG. 8, the same functional configuration as that of the measurement processing unit 10 according to the first embodiment is denoted by the same reference numeral, and the description thereof is omitted.
図8に示すように、計測処理部10AのCPU100Aは、第1の実施形態に係る各機能に加え、さらに平坦画像取得部105Aとしての機能を発揮する点で、第1の実施形態に係る計測処理部10と異なる。
ここで、まず平坦画像取得部105Aの機能について説明する。平坦画像取得部105Aは、下地層90の表面に凹凸が存在する場合において、その凹凸に応じて撮像データに反映される陰影成分(陰影による色合いの変化分)を除去する処理を行う。
ここで、本実施形態に係る光照射部11では、3つの光源110〜112がそれぞれ異なる位置に配されている。そして、平坦画像取得部105Aは、各光源110〜112の異なる角度から照射される光によって取得された撮像データに基づいて、照度差ステレオ法を利用して、撮像データから下地層90そのものの凹凸(三次元形状)による陰影成分を除去する画像処理を行う。
As shown in FIG. 8, the CPU 100A of the measurement processing unit 10A performs the measurement according to the first embodiment in that the function as the flat image acquisition unit 105A is exhibited in addition to the functions according to the first embodiment. Different from the processing unit 10.
Here, the function of the flat image acquisition unit 105A will be described first. The flat image acquisition unit 105 </ b> A performs processing to remove a shadow component (a change in hue due to the shadow) reflected in the imaging data according to the unevenness when the surface of the base layer 90 has unevenness.
Here, in the light irradiation unit 11 according to the present embodiment, the three light sources 110 to 112 are arranged at different positions. Then, the flat image acquisition unit 105 </ b> A uses the illuminance difference stereo method based on the imaging data acquired from the light irradiated from the different angles of the light sources 110 to 112, and the unevenness of the foundation layer 90 itself from the imaging data. Image processing is performed to remove the shadow component due to (three-dimensional shape).
ここで照度差ステレオ法とは、物体表面の三次元形状を推定するための既知の技術であって、3以上の異なる角度から照射された光によって取得された複数の撮像データから物体表面の凹凸に基づく陰影を解析し、物体表面の傾斜角を特定することで表面全体の三次元形状を推定する方法である。照度差ステレオ法では、3以上の各照射光の投射角度及び反射光を取り込む角度を予め把握しておくことで、3以上の異なる角度からの照射光によって生じた陰影により、物体表面の傾斜角を一意に特定することができる。
また、照度差ステレオ法では物体表面の傾斜角を特定することで、照射光の散乱方向の相違による色合いの変化成分(陰影成分)を除去して、物体表面固有の色のみが抽出された平坦な画像(アルベド画像という)を取得することができる。
Here, the illuminance difference stereo method is a known technique for estimating the three-dimensional shape of the object surface, and the unevenness of the object surface from a plurality of imaging data acquired by light irradiated from three or more different angles. This is a method for estimating the three-dimensional shape of the entire surface by analyzing the shadow based on and specifying the inclination angle of the object surface. In the illuminance difference stereo method, the angle of inclination of the object surface is determined by shading caused by irradiation light from three or more different angles by grasping in advance the projection angle of each of three or more irradiation light and the angle at which reflected light is captured. Can be uniquely identified.
Also, with the illuminance difference stereo method, by specifying the inclination angle of the object surface, the hue change component (shadow component) due to the difference in the scattering direction of the irradiated light is removed, and only the color unique to the object surface is extracted. A simple image (referred to as an albedo image) can be acquired.
平坦画像取得部105Aは、光照射部11の各光源110〜112の照射光の投射角度及び、撮像部12の反射光の取り込み角度を予め把握している。そして、平坦画像取得部105Aは、各光源110〜112からの照射光により取得された複数の撮像データに基づいて、上記照度差ステレオ法による平坦画像を取得する画像処理を行う。
そして、基本色取得部102、撮像データ解析部103及び膜厚演算部104は、平坦画像取得部105Aにより取得された平坦画像について、第1の実施形態で説明した各種処理を実行する。
The flat image acquisition unit 105 </ b> A grasps in advance the projection angle of the irradiation light of each of the light sources 110 to 112 of the light irradiation unit 11 and the capture angle of the reflected light of the imaging unit 12. Then, the flat image acquisition unit 105A performs image processing for acquiring a flat image by the illuminance difference stereo method based on a plurality of imaging data acquired by irradiation light from each of the light sources 110 to 112.
Then, the basic color acquisition unit 102, the imaging data analysis unit 103, and the film thickness calculation unit 104 perform various processes described in the first embodiment on the flat image acquired by the flat image acquisition unit 105A.
図9は、第2の実施形態に係る計測処理部の処理フローを示す図である。
次に、上述した計測処理部10Aが備える各機能部による処理フローを、図9を参照しながら説明する。ただし、図9に示す処理内容のうち、第1の実施形態に係る計測処理部10の処理フローと同一の内容については、同一の符号を付して説明を省略する。
FIG. 9 is a diagram illustrating a processing flow of the measurement processing unit according to the second embodiment.
Next, a processing flow by each functional unit provided in the measurement processing unit 10A described above will be described with reference to FIG. However, among the processing contents shown in FIG. 9, the same contents as the processing flow of the measurement processing unit 10 according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
図9に示す第2の実施形態に係る計測処理部10Aは、撮像データを取得した後(ステップS1)、平坦画像取得部105Aによる平坦画像の取得処理(ステップS1A)を実行する点で、第1の実施形態と異なる。
具体的には、まず撮像制御部101が光照射部11及び撮像部12を制御して撮像データを取得する(ステップS1)。ここで、光照射部11の各光源110〜112がそれぞれ異なる波長、かつ、異なる角度で、計測対象物9に光を照射する。そして、撮像部12は、各光源110〜112から照射された光のそれぞれに基づいて、撮像データを取得する。
The measurement processing unit 10A according to the second embodiment illustrated in FIG. 9 performs the flat image acquisition process (step S1A) by the flat image acquisition unit 105A after acquiring the imaging data (step S1). Different from the first embodiment.
Specifically, first, the imaging control unit 101 controls the light irradiation unit 11 and the imaging unit 12 to acquire imaging data (step S1). Here, each light source 110-112 of the light irradiation part 11 irradiates the measurement object 9 with light at different wavelengths and at different angles. And the imaging part 12 acquires imaging data based on each of the light irradiated from each light source 110-112.
次に、平坦画像取得部105Aは、異なる角度から照射された光に基づいて取得された複数の撮像データに基づいて、上述した照度差ステレオ法を用いて、下地層90そのものの凹凸による陰影成分を除去する画像処理を行う(ステップS1A)。この処理により、平坦画像取得部105Aは、撮像データから陰影成分を除去した平坦画像を取得する。 Next, the flat image acquisition unit 105A uses the illuminance difference stereo method described above based on a plurality of imaging data acquired based on light irradiated from different angles, and the shadow component due to the unevenness of the underlayer 90 itself. Image processing is performed to remove (step S1A). By this processing, the flat image acquisition unit 105A acquires a flat image obtained by removing the shadow component from the imaging data.
以降、ステップS2〜S6については、計測処理部10Aは、ステップS1Aで取得された平坦画像について、第1の実施形態に係る計測処理部10と同様の処理(図7)を行う。 Thereafter, for steps S2 to S6, the measurement processing unit 10A performs the same processing (FIG. 7) as the measurement processing unit 10 according to the first embodiment on the flat image acquired in step S1A.
以下、第2の実施形態に係る計測装置1Aの効果について説明する。
例えば、第1の実施形態に係る計測装置1は、下地層90が平坦であることを前提として各処理を行っている。すなわち、下地層90そのものに凹凸があって、下地層90及び媒体層911〜913の色合いが陰影により本来の色からずれて取得された場合、色空間内にプロットされる各座標点の集合は、式(2)、(3)に基づく曲線に沿うものとならない。そうすると、撮像データ解析部103は、パラメータフィッティングを精度よく行うことが困難となる。
すなわち第1の実施形態に係る計測装置1は、例えば、岩盤に描かれた壁画を分析しようとする場合など、下地層90そのものに凹凸があった場合には、精度よく膜厚を計測することができない。
Hereinafter, the effect of the measurement apparatus 1A according to the second embodiment will be described.
For example, the measurement apparatus 1 according to the first embodiment performs each process on the assumption that the underlayer 90 is flat. That is, when the base layer 90 itself has irregularities and the hues of the base layer 90 and the medium layers 911 to 913 are acquired by shifting from the original color due to shading, the set of coordinate points plotted in the color space is , And does not follow the curve based on the equations (2) and (3). Then, it becomes difficult for the imaging data analysis unit 103 to perform parameter fitting with high accuracy.
That is, the measuring apparatus 1 according to the first embodiment accurately measures the film thickness when the ground layer 90 itself has irregularities, such as when trying to analyze a mural drawn on a rock. I can't.
一方、第2の実施形態に係る計測装置1Aは、まず光照射部11が有する各光源110〜112の位置がそれぞれ異なる3つの位置に配されている。また平坦画像取得部105Aは、予めそれぞれ異なる位置に配された各光源110〜112、撮像部12、及び計測対象物9の位置関係を予め把握し、照度差ステレオ法を用いて、下地層90そのものの凹凸による陰影成分を除去することができる。
これにより、第2の実施形態に係る計測装置1Aは、下地層90に凹凸が存在した場合であっても、精度よく膜厚を計測することができる。
On the other hand, in the measuring apparatus 1A according to the second embodiment, first, the positions of the light sources 110 to 112 included in the light irradiation unit 11 are arranged at three different positions. In addition, the flat image acquisition unit 105A grasps in advance the positional relationship between the light sources 110 to 112, the imaging unit 12, and the measurement object 9 that are arranged in advance at different positions, and uses the illuminance difference stereo method to perform the base layer 90. It is possible to remove the shadow component due to the unevenness.
Thereby, 1 A of measuring devices which concern on 2nd Embodiment can measure a film thickness accurately, even when it is a case where the unevenness | corrugation exists in the base layer 90. FIG.
また、第2の実施形態に係る計測装置1Aは、それぞれ異なる照射方向の光を照射する各光源110〜112を異なる位置に配することで、この3つの光源による撮像で、照度差ステレオ法の適用処理と吸収係数μcの推定処理の両方を実現している。これにより、計測装置1A全体の構成及び膜厚を取得するための処理を簡素化するとともに計測精度を一層高めることができる。 In addition, the measurement apparatus 1A according to the second embodiment arranges the light sources 110 to 112 that irradiate light in different irradiation directions at different positions, so that the illuminance difference stereo method can be used for imaging with the three light sources. Both application processing and absorption coefficient μc estimation processing are realized. Thereby, while simplifying the process for acquiring the structure and film thickness of the whole measuring apparatus 1A, the measurement accuracy can be further enhanced.
以上、第2の実施形態に係る計測装置1Aによれば、凹凸のある下地層に複数の媒体層が積層された場合であっても、その媒体層の膜厚を精度よく計測することができる。また、異なる波長の光を照射する光源をそれぞれ異なる位置に配することで、三次元形状を取得する処理と、各媒体層の膜厚を計測する処理と、を一回の撮像のみで実現することができ、装置全体の構成及び処理を簡素化するとともに膜厚の計測精度を一層高めることができる。 As described above, according to the measurement apparatus 1A according to the second embodiment, even when a plurality of medium layers are stacked on an uneven base layer, the film thickness of the medium layer can be accurately measured. . Also, by arranging light sources that irradiate light of different wavelengths at different positions, the process of acquiring a three-dimensional shape and the process of measuring the film thickness of each medium layer can be realized with only one imaging. In addition, the configuration and processing of the entire apparatus can be simplified, and the film thickness measurement accuracy can be further enhanced.
なお、本実施形態に係る計測装置1Aにおいては、光照射部11が有する各光源110〜112の位置がそれぞれ異なる3つの位置に配されているものとして説明したが、他の実施形態においてはこの態様に限定されない。すなわち、他の実施形態に係る光照射部11は、3つ以上の光源110、111、112、・・・を備えており、それぞれが異なる3つ以上の位置に配されていてもよい。 Note that in the measurement apparatus 1A according to the present embodiment, the light irradiation unit 11 has been described as being disposed at three different positions of the light sources 110 to 112, but in other embodiments, It is not limited to an aspect. That is, the light irradiation unit 11 according to another embodiment includes three or more light sources 110, 111, 112,..., And may be disposed at three or more different positions.
(第3の実施形態)
第3の実施形態に係る計測装置1Bは、下地層90及び媒体層911〜913で光の吸収だけでなく、所定の割合で光の散乱が起きていることを考慮して、膜厚の算出の誤差要因となる散乱の割合が最も小さくなる光の波長を選択して、膜厚を計測することを特徴とする。
(Third embodiment)
The measurement apparatus 1B according to the third embodiment calculates the film thickness in consideration of not only light absorption but also light scattering at a predetermined rate in the base layer 90 and the medium layers 911 to 913. The thickness of the film is measured by selecting the wavelength of the light with the smallest scattering ratio that causes an error in the above.
以下、第3の実施形態に係る計測装置について、図面を参照して説明する。
図10は、第3の実施形態に係る計測処理部の機能構成を示す図である。
第3の実施形態に係る計測装置1Bの全体構成は、第1の実施形態で示した計測装置1(図1)とほぼ同等のため、図示を省略する。また図10において、第1の実施形態に係る計測処理部10と同一の機能構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。
Hereinafter, a measurement apparatus according to the third embodiment will be described with reference to the drawings.
FIG. 10 is a diagram illustrating a functional configuration of a measurement processing unit according to the third embodiment.
Since the overall configuration of the measurement apparatus 1B according to the third embodiment is substantially the same as that of the measurement apparatus 1 (FIG. 1) shown in the first embodiment, the illustration is omitted. In FIG. 10, the same functional configuration as that of the measurement processing unit 10 according to the first embodiment is denoted by the same reference numeral, and the description thereof is omitted.
まず、本実施形態に係る撮像部12は、内部に備える分光器(図示せず)により、少なくとも4以上の異なる波長の光を分光できる機能を有している。
また、図10に示すように、計測処理部10BのCPU100Bは、第1の実施形態に係る各機能に加え、さらに最適波長特定部105Bとしての機能を発揮する点で、第1の実施形態に係る計測処理部10と異なる。
First, the imaging unit 12 according to the present embodiment has a function of allowing at least four or more different wavelengths of light to be dispersed by a spectroscope (not shown) provided therein.
Further, as shown in FIG. 10, the CPU 100B of the measurement processing unit 10B has the function of the optimum wavelength specifying unit 105B in addition to the functions according to the first embodiment, and thus the first embodiment. This is different from the measurement processing unit 10.
以下、最適波長特定部105Bの機能について説明する。
最適波長特定部105Bは、媒体層911〜913に入射する光の散乱成分S(λ)に対する吸収成分K(λ)の割合を算出するとともに、散乱成分S(λ)に対する吸収成分K(λ)の割合が最大となる波長の光を特定する。具体的には、上記4以上の異なる波長全てによって取得された分光の撮像データのうち、媒体層911〜913そのものの色が撮像されている部分から、媒体色情報F(λ)を取得する。ここでλは、撮像部12が取得する複数の光の波長であり、F(λ)は、媒体層911〜913それぞれの固有の色を示す媒体色情報であって、波長λの光ごとに取得された値である。
Hereinafter, the function of the optimum wavelength specifying unit 105B will be described.
The optimum wavelength specifying unit 105B calculates the ratio of the absorption component K (λ) to the scattering component S (λ) of the light incident on the medium layers 911 to 913, and the absorption component K (λ) with respect to the scattering component S (λ). The light having the wavelength with the maximum ratio is specified. Specifically, medium color information F (λ) is acquired from a portion in which the colors of the medium layers 911 to 913 themselves are imaged in the spectral imaging data acquired by all the four or more different wavelengths. Here, λ is a plurality of wavelengths of light acquired by the imaging unit 12, and F (λ) is medium color information indicating a specific color of each of the medium layers 911 to 913, and is for each light of the wavelength λ. The obtained value.
最適波長特定部105Bは、波長λごとに取得された媒体色情報F(λ)に基づいて、式(7)を演算する。 The optimum wavelength specifying unit 105B calculates Expression (7) based on the medium color information F (λ) acquired for each wavelength λ.
ここで、式(7)はKubelka-Munkモデルに基づく式であり、物体表面に照射された光の散乱成分S(λ)と吸収成分K(λ)の比率と、光の波長ごとの反射率(すなわちF(λ))との関係を導く式である。最適波長特定部105Bは、得られたF(λ)ごとに式(7)右辺を演算し、左辺K(λ)/S(λ)が最大となる波長λを特定する。ここで、F(λ)は媒体層911〜913それぞれに取得されるデータであるから、最適波長特定部105Bは、媒体層ごとに、左辺K(λ)/S(λ)の最大となる波長を与える異なる3つ以上の波長λを特定する。 Here, Expression (7) is an expression based on the Kubelka-Munk model, and the ratio of the scattering component S (λ) and the absorption component K (λ) of the light irradiated on the object surface and the reflectance for each wavelength of light. (That is, an expression for deriving the relationship with F (λ)). The optimum wavelength specifying unit 105B calculates the right side of Equation (7) for each obtained F (λ), and specifies the wavelength λ that maximizes the left side K (λ) / S (λ). Here, since F (λ) is data acquired in each of the medium layers 911 to 913, the optimum wavelength specifying unit 105B determines the maximum wavelength of the left side K (λ) / S (λ) for each medium layer. Identify three or more different wavelengths λ that give
図11は、第3の実施形態に係る計測処理部の処理フローを示す図である。
次に、上述した計測処理部10Bが備える各機能部による処理フローを、図11を参照しながら説明する。ただし、図11に示す処理内容のうち、第1の実施形態に係る計測処理部10の処理フローと同一の内容については、同一の符号を付して説明を省略する。
FIG. 11 is a diagram illustrating a processing flow of the measurement processing unit according to the third embodiment.
Next, the processing flow by each function part with which the measurement process part 10B mentioned above is provided is demonstrated, referring FIG. However, among the processing contents shown in FIG. 11, the same contents as the processing flow of the measurement processing unit 10 according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
図10に示す第2の実施形態に係る計測処理部10Bは、サンプル領域及び基本色情報を取得した後(ステップS2)、最適波長特定部105Bによる最適波長の特定処理(ステップS2B)を実行する点で、第1の実施形態と異なる。
具体的には、まず撮像制御部101が撮像部12を制御して撮像データを取得する(ステップS1)。ここで、光照射部11の光源110、111、112が異なる角度で、計測対象物9に光を照射する。そして、撮像部12は、各光源110、111、112から照射された光のそれぞれに基づいて、n種類(nは3以上の整数)の異なる波長の光を分光して得たn枚の撮像データを取得する。
The measurement processing unit 10B according to the second embodiment illustrated in FIG. 10 acquires the sample region and basic color information (step S2), and then performs the optimum wavelength specifying process (step S2B) by the optimum wavelength specifying unit 105B. This is different from the first embodiment.
Specifically, first, the imaging control unit 101 controls the imaging unit 12 to acquire imaging data (step S1). Here, the light sources 110, 111, and 112 of the light irradiation unit 11 irradiate the measurement target 9 with light at different angles. The imaging unit 12 then captures n images obtained by spectrally dividing light of n types (n is an integer of 3 or more) of different wavelengths based on the light emitted from each of the light sources 110, 111, and 112. Get the data.
次に、基本色取得部102が、取得された撮像データから基本色情報を取得する処理を行う(ステップS2)。
次に、最適波長特定部105Bは、ステップS2で取得された媒体層911〜912そのものの色を示す媒体色情報F(λ)を用いて、Kubelka-Munkモデルに基づく式(7)を演算する。そして、その演算結果から、撮像データ全体としてK(λ)/S(λ)が最も大きい上位3つを与える3つ以上の異なる最適波長λ1,λ2,λ3、・・・を特定する(ステップS2B)。
Next, the basic color acquisition unit 102 performs processing for acquiring basic color information from the acquired imaging data (step S2).
Next, the optimum wavelength specifying unit 105B calculates Expression (7) based on the Kubelka-Munk model using the medium color information F (λ) indicating the colors of the medium layers 911 to 912 themselves acquired in Step S2. . Then, from the calculation result, three or more different optimum wavelengths λ1, λ2, λ3,... That give the highest three K (λ) / S (λ) as the entire imaging data are specified (step S2B). ).
以降、ステップS3〜S6で、計測処理部10Aは、ステップS2Bで特定された3つの最適波長を照射する光源110〜11nによって取得された撮像データを用いて、第1の実施形態に係る計測処理部10と同様の処理(図7)を行う。 Thereafter, in steps S3 to S6, the measurement processing unit 10A uses the imaging data acquired by the light sources 110 to 11n that irradiate the three optimum wavelengths specified in step S2B, and performs measurement processing according to the first embodiment. The same processing as that of the unit 10 (FIG. 7) is performed.
以下、第3の実施形態に係る計測装置1Bの効果について説明する。
第1の実施形態に係る計測処理部10が膜厚計測の過程で用いたLambert-Beer則に基づく式(6)は、半透明媒体における光の吸収成分K(λ)に基づいて導出された式であり、光の散乱成分S(λ)は考慮されていない。したがって、計測対象とする媒体層911〜913の散乱成分S(λ)が大きい場合、散乱成分S(λ)によって膜厚計測に誤差を生じてしまい、精度の高い膜厚計測が困難となる。
Hereinafter, the effect of the measurement apparatus 1B according to the third embodiment will be described.
Formula (6) based on the Lambert-Beer rule used by the measurement processing unit 10 according to the first embodiment in the course of film thickness measurement is derived based on the light absorption component K (λ) in the translucent medium. The light scattering component S (λ) is not considered. Therefore, when the scattering component S (λ) of the medium layers 911 to 913 to be measured is large, an error occurs in the film thickness measurement due to the scattering component S (λ), and it becomes difficult to measure the film thickness with high accuracy.
ここで第3の実施形態に係る計測装置1Bによれば、異なる複数の波長の光を照射可能な照射部を備えるとともに、Kubelka-Munkモデルに基づく式(7)を演算することで、散乱成分S(λ)の影響を最小(K(λ)/S(λ)を最大)にする波長の光を特定することができる。これにより計測装置1Bは、精度の高い膜厚の計測を実現できる。 Here, according to the measurement apparatus 1B according to the third embodiment, the scattering component is provided by calculating the equation (7) based on the Kubelka-Munk model while including an irradiation unit that can irradiate light having a plurality of different wavelengths. Light having a wavelength that minimizes the influence of S (λ) (K (λ) / S (λ) is maximized) can be specified. Thereby, the measuring apparatus 1B can realize highly accurate measurement of the film thickness.
なお、上述の計測処理部10、10A、10Bは、内部にコンピュータシステムを有している。そして、上述した計測処理部10、10A、10Bの各処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここで、コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、CD−ROM(Compact Disk Read Only Memory)または半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。 The above-described measurement processing units 10, 10A, 10B have a computer system inside. The processes of the measurement processing units 10, 10A, and 10B described above are stored in a computer-readable recording medium in the form of a program. When the computer reads and executes the program, the above process is performed. Done. Here, the computer-readable recording medium refers to a magnetic disk, a magneto-optical disk, a CD-ROM (Compact Disk Read Only Memory), a semiconductor memory, or the like. Alternatively, the computer program may be distributed to the computer via a communication line, and the computer that has received the distribution may execute the program.
また、上述した実施形態における計測処理部10、10A、10Bの一部、または全部を、LSI(Large Scale Integration)等の集積回路として実現しても良い。計測処理部10、10A、10Bの各機能ブロックは個別にプロセッサ化してもよいし、一部、または全部を集積してプロセッサ化しても良い。また、集積回路化の手法はLSIに限らず専用回路、または汎用プロセッサで実現しても良い。また、半導体技術の進歩によりLSIに代替する集積回路化の技術が出現した場合、当該技術による集積回路を用いても良い。 Further, part or all of the measurement processing units 10, 10A, and 10B in the above-described embodiments may be realized as an integrated circuit such as an LSI (Large Scale Integration). Each functional block of the measurement processing units 10, 10 </ b> A, and 10 </ b> B may be individually made into a processor, or a part or all of them may be integrated into a processor. Further, the method of circuit integration is not limited to LSI, and may be realized by a dedicated circuit or a general-purpose processor. Further, in the case where an integrated circuit technology that replaces LSI appears due to progress in semiconductor technology, an integrated circuit based on the technology may be used.
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものとする。 As mentioned above, although some embodiment of this invention was described, these embodiment is shown as an example and is not intending limiting the range of invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the invention described in the claims and equivalents thereof, as long as they are included in the scope and gist of the invention.
1、1A、1B・・・計測装置
10、10A、10B・・・計測処理部
100、100A、100B・・・CPU
101・・・撮像制御部
102・・・基本色取得部
103・・・撮像データ解析部
104・・・膜厚演算部
105A・・・平坦画像取得部
105B・・・最適波長特定部
106・・・操作部
107・・・表示部
108・・・外部インターフェイス
109・・・記憶部
11・・・光照射部
12・・・撮像部
9・・・計測対象物
90・・・下地層
911、912、913・・・媒体層
1, 1A, 1B ... measuring device 10, 10A, 10B ... measurement processing unit 100, 100A, 100B ... CPU
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ... Imaging control part 102 ... Basic color acquisition part 103 ... Imaging data analysis part 104 ... Film thickness calculating part 105A ... Flat image acquisition part 105B ... Optimum wavelength specific part 106 ... Operation unit 107: Display unit 108 ... External interface 109 ... Storage unit 11 ... Light irradiation unit 12 ... Imaging unit 9 ... Measurement object 90 ... Underlayer 911, 912 913 ... Media layer
Claims (6)
前記下地層及び前記媒体層へ光を照射する光照射部と、
前記光照射部が照射した光の反射光を集光し、3以上の異なる複数の波長の光それぞれに基づく前記下地層及び前記媒体層の撮像データを取得する撮像部と、
前記撮像部が取得した前記撮像データから推定される前記複数の媒体層の、前記波長ごとの吸収係数の比に基づいて、当該複数の媒体層の膜厚を算出する膜厚演算部と、
前記下地層そのものの色を示す下地色情報、及び、前記媒体層そのものの色を示す媒体色情報のうちいずれか一方を取得する基本色取得部と、
前記基本色取得部が取得した前記下地色情報及び前記媒体色情報のうちのいずれか一方と、前記撮像データを構成する画素ごとの色を示す画素色情報と、に基づいて、前記波長ごとの吸収係数の比を推定する吸収係数推定部と、
を備え、
前記膜厚演算部は、
前記波長ごとの吸収係数の比と、前記下地層そのものの色及び前記媒体層そのものの色の混合の度合いを示す当該媒体層の不透明度と、当該媒体層の膜厚との関係に基づいて、前記複数の媒体層の膜厚を算出し、
前記吸収係数推定部は、
前記画素色情報に基づいて前記撮像データを構成する一部または全部の画素の色空間内における座標点を特定するとともに、前記下地色情報と、前記媒体色情報と、前記画素色情報との関係を示すモデル関数に対し、前記特定された座標点の集合に基づく回帰分析処理を行うことによって前記吸収係数の比を推定する
ことを特徴とする計測装置。 A measuring device that measures the thickness of a plurality of media layers stacked on an underlayer,
A light irradiation unit for irradiating light to the underlayer and the medium layer;
An imaging unit that collects reflected light of the light irradiated by the light irradiation unit and acquires imaging data of the base layer and the medium layer based on each of three or more different wavelengths of light; and
A film thickness calculation unit that calculates the film thickness of the plurality of medium layers based on the ratio of the absorption coefficient for each wavelength of the plurality of medium layers estimated from the imaging data acquired by the imaging unit;
A basic color acquisition unit that acquires any one of base color information indicating the color of the base layer itself and medium color information indicating the color of the medium layer;
Based on one of the background color information and the medium color information acquired by the basic color acquisition unit, and pixel color information indicating a color for each pixel constituting the imaging data, for each wavelength. An absorption coefficient estimator for estimating the ratio of absorption coefficients;
With
The film thickness calculator is
Based on the relationship between the ratio of the absorption coefficient for each wavelength, the opacity of the medium layer indicating the degree of mixing of the color of the base layer itself and the color of the medium layer, and the thickness of the medium layer, Calculating the thickness of the plurality of media layers;
The absorption coefficient estimator is
Based on the pixel color information, a coordinate point in the color space of some or all of the pixels constituting the imaging data is specified, and the relationship between the background color information, the medium color information, and the pixel color information A measurement apparatus characterized by estimating a ratio of the absorption coefficients by performing a regression analysis process based on the specified set of coordinate points with respect to a model function indicating:
前記膜厚演算部は、
前記平坦画像取得部が、前記撮像データから陰影成分を除去した後の画像データから推定される前記複数の媒体層ごとの吸収係数に基づいて、当該複数の媒体層の膜厚を算出する
ことを特徴とする請求項1に記載の計測装置。 A flat image acquisition unit that specifies a three-dimensional shape of the underlying layer itself and performs image processing for removing a shadow component of a color due to the three-dimensional shape with respect to the imaging data;
The film thickness calculator is
The flat image acquisition unit calculates the film thickness of the plurality of media layers based on the absorption coefficient for each of the plurality of media layers estimated from the image data after removing the shadow component from the imaging data. The measuring device according to claim 1, wherein
前記平坦画像取得部は、前記異なる角度から照射された光に基づいて取得された複数の前記撮像データに基づいて、前記画像処理を行う
ことを特徴とする請求項2に記載の計測装置。 The light irradiation unit irradiates light from different angles,
The measurement apparatus according to claim 2, wherein the flat image acquisition unit performs the image processing based on a plurality of the imaging data acquired based on the light irradiated from the different angles.
前記撮像部は、前記白色の光の反射光を3以上の異なる波長に分光して、当該波長の光ごとに、前記撮像データを取得する
ことを特徴とする請求項1から請求項3の何れか一項に記載の計測装置。 The light irradiation unit irradiates the base layer and the medium layer with white light,
The imaging unit according to any one of claims 1 to 3, wherein the imaging unit divides the reflected light of the white light into three or more different wavelengths and acquires the imaging data for each light of the wavelength. The measuring device according to claim 1.
前記媒体層に入射する光の散乱成分に対する吸収成分の割合を算出するとともに、前記3以上の異なる波長の光から、前記散乱成分が最小となる波長の光を特定する最適波長特定部をさらに備える
ことを特徴とする請求項4に記載の計測装置。 The imaging unit separates the reflected light of the white light into three or more different wavelengths, and acquires the imaging data for each light of the wavelength,
The optical system further includes an optimum wavelength specifying unit that calculates a ratio of an absorbing component to a scattered component of light incident on the medium layer, and specifies light having a wavelength at which the scattering component is minimum from the light of three or more different wavelengths. The measuring apparatus according to claim 4.
光照射部が、前記下地層及び前記媒体層へ光を照射し、
撮像部が、前記光照射部が照射した光の反射光を集光し、3以上の異なる複数の波長の光それぞれに基づく前記下地層及び前記媒体層の撮像データを計算取得し、
膜厚演算部が、前記撮像部が取得した前記撮像データから推定される前記複数の媒体層の、前記波長ごとの吸収係数の比に基づいて、当該複数の媒体層の膜厚を算出し、
基本色取得部が、前記下地層そのものの色を示す下地色情報、及び、前記媒体層そのものの色を示す媒体色情報のうちいずれか一方を取得し、
吸収係数推定部が、前記基本色取得部が取得した前記下地色情報及び前記媒体色情報のうちのいずれか一方と、前記撮像データを構成する画素ごとの色を示す画素色情報と、に基づいて、前記波長ごとの吸収係数の比を推定し、
前記膜厚演算部は、
前記波長ごとの吸収係数の比と、前記下地層そのものの色及び前記媒体層そのものの色の混合の度合いを示す当該媒体層の不透明度と、当該媒体層の膜厚との関係に基づいて、前記複数の媒体層の膜厚を算出し、
前記吸収係数推定部は、
前記画素色情報に基づいて前記撮像データを構成する一部または全部の画素の色空間内における座標点を特定するとともに、前記下地色情報と、前記媒体色情報と、前記画素色情報との関係を示すモデル関数に対し、前記特定された座標点の集合に基づく回帰分析処理を行うことによって前記吸収係数の比を推定する
ことを特徴とする計測方法。 A measurement method for measuring the thickness of a plurality of media layers stacked on an underlayer,
The light irradiation unit irradiates the base layer and the medium layer with light,
The imaging unit collects reflected light of the light irradiated by the light irradiation unit, calculates and acquires imaging data of the base layer and the medium layer based on each of three or more different wavelengths of light,
The film thickness calculator calculates the film thickness of the plurality of medium layers based on the ratio of the absorption coefficients for each wavelength of the plurality of medium layers estimated from the imaging data acquired by the imaging unit,
The basic color acquisition unit acquires either one of base color information indicating the color of the base layer itself and medium color information indicating the color of the medium layer itself,
The absorption coefficient estimation unit is based on one of the background color information and the medium color information acquired by the basic color acquisition unit, and pixel color information indicating a color for each pixel constituting the imaging data. Estimating the ratio of the absorption coefficient for each wavelength,
The film thickness calculator is
Based on the relationship between the ratio of the absorption coefficient for each wavelength, the opacity of the medium layer indicating the degree of mixing of the color of the base layer itself and the color of the medium layer, and the thickness of the medium layer, Calculating the thickness of the plurality of media layers;
The absorption coefficient estimator is
Based on the pixel color information, a coordinate point in the color space of some or all of the pixels constituting the imaging data is specified, and the relationship between the background color information, the medium color information, and the pixel color information A method of estimating the absorption coefficient ratio by performing a regression analysis process based on the specified set of coordinate points with respect to the model function indicating:
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