WO2017183191A1 - 画像入力装置および画像入力方法 - Google Patents

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眞悟 加藤
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オリンパス株式会社
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    • H04N1/113—Scanning arrangements, i.e. arrangements for the displacement of active reading or reproducing elements relative to the original or reproducing medium, or vice versa using oscillating or rotating mirrors

Definitions

  • the present invention relates to an image input device and an image input method.
  • the image input device laser light is projected onto the sample via a MEMS (Micro-Electro-Mechanical System) mirror or galvano mirror that is in a resonant motion, and the reflected light from the sample is again reproduced. There is one to obtain via the mirror.
  • the image input device generates an image signal based on a scanning signal obtained by photoelectric conversion of reflected light received from a sample.
  • the image input device includes an induced voltage signal detection circuit and a feedback circuit.
  • the induced electromotive voltage signal detection circuit detects an induced electromotive voltage generated in a drive coil included in the mirror.
  • the feedback circuit includes a feedback circuit for adjusting a phase difference between a zero-cross signal obtained by zero-crossing the detected induced electromotive voltage and a drive pulse signal for driving the drive coil.
  • the feedback circuit aligns the phases of the zero cross signal and the drive pulse signal with the phase of the zero cross signal based on the phase difference. As a result, since the drive frequency approaches the resonance frequency of the mirror, the mirror resonates.
  • the image input device receives the reflected light from the position reciprocating on the sample, and photoelectrically converts the received reflected light to obtain a scanning signal.
  • a change in magnetic flux due to the movement of the mirror generates an induced voltage in the drive coil. From the voltage value of the induced electromotive voltage generated, a zero crossing signal which is zero-crossed is obtained.
  • the obtained zero cross signal has a high voltage signal period (hereinafter referred to as a Hi signal period) in which the voltage value is higher than a predetermined voltage value and a low voltage signal period (hereinafter referred to as a low voltage signal period) Low signal period).
  • the scanning signals in the Hi signal period and the Low signal period are divided into a forward scanning signal and a backward scanning signal. Then, the image input device reads out the backward scan signal by setting the readout direction of the backward scan signal in the reverse direction to the forward scan signal, and sequentially integrates each one forward scan signal and the subsequent backward scan signal read in the reverse direction. Then, an image signal of one frame is generated.
  • the image input device controls the swing angle of the mirror by changing the voltage of the drive pulse supplied to the drive coil of the mirror.
  • the resonance frequency of the mirror also fluctuates.
  • the feedback circuit adjusts the drive frequency to be equal to the resonance frequency of the mirror, but the swing angle of the mirror and the phase of the induced voltage from the induced voltage detection circuit change according to the individual, temperature, and the like. These changes cause an error between the mirror swing angle and the phase of the induced voltage, which in turn causes the resonance frequency to fluctuate.
  • the phase error causes an image shift.
  • Image shift is a phenomenon in which the position of the image indicated by the generated image signal is biased to one side as a whole. Therefore, the image shift does not cause the deterioration of the image quality.
  • the advantages of reciprocal scanning such as improvement of resolution under constant scanning time and shortening of scanning time under constant resolution can not be obtained.
  • an image signal is generated using both the forward scan signal and the backward scan signal, a shift occurs between the forward scan signal and the subsequent backward scan signal, resulting in deterioration of the image quality.
  • a longitudinal stripe test pattern is used as a calibration sample, and the deviation amount between the forward scanning signal and the backward scanning signal obtained by operating in the calibration mode is detected. The Then, the light scanning type image input apparatus sets the detected shift amount in a register, and corrects the shift between the forward scan signal and the backward scan signal obtained using the target sample using this register.
  • the present invention has been made in consideration of such problems, and an image input apparatus and an image input method capable of correcting the deviation between the forward scanning signal and the backward scanning signal without setting the deviation amount in advance. Intended to be provided.
  • An image input apparatus reciprocates a scanning point at which light from a light source is incident on the surface of a sample, and outputs a scanning period end signal indicating the end of the reciprocation scanning period;
  • a scanning signal acquisition unit that acquires an outward scanning signal indicating the intensity of reflected light from the scanning point in the outward path, and a returning scanning signal indicating the intensity of reflected light from the scanning point in the backward, and the scanning period end signal
  • the deviation amount between the forward scanning signal and the backward scanning signal is obtained, and the deviation between the outward scanning signal and the backward scanning signal is corrected based on the deviation amount, and the deviation is corrected.
  • an image generation unit that generates an image signal using the backward scan signal.
  • an amount of a high frequency component which is a component whose frequency is higher than a predetermined frequency from one scanning signal of the forward scanning signal and the backward scanning signal is used.
  • the image generation unit further includes: a feature amount detection unit that detects a feature amount to be indicated; and a period determination unit that determines a period during which the amount of high frequency components indicated by the feature amount is larger than a predetermined amount.
  • the deviation amount may be acquired using one scanning signal, the forward scanning signal, and the other scanning signal of the backward scanning signal.
  • the image generation section further includes a period classification unit which defines a low speed period in which the scanning speed is lower than a predetermined scanning speed. The shift amount between the forward scan signal and the backward scan signal in the low speed period may be calculated.
  • the period classification unit defines a high speed period in which the scanning speed is higher than a predetermined scanning speed
  • the image generation unit The search range may be determined based on the shift amount in the low speed period, and the shift amount between the forward scan signal and the return scan signal in the high speed period may be searched within the search range.
  • An image input method is an image input method in an image input device, which reciprocates a scanning point at which light from a light source is incident on the surface of a sample, and indicates the end of a reciprocating scanning period.
  • a scanning process for outputting a scanning period end signal, a forward scanning signal indicating the intensity of reflected light from the scanning point in the outward route, and a scanning signal for acquiring a backward scanning signal indicating the intensity of reflected light from the scanning point on the backward The deviation amount between the forward scan signal and the backward scan signal is acquired based on the acquisition process and the scan period end signal, and the deviation between the forward scan signal and the backward scan signal is corrected based on the deviation amount.
  • the deviation amount between the forward scanning signal and the backward scanning signal acquired according to the end of the reciprocating scanning period is acquired. Further, an image signal is generated using the forward scanning signal and the backward scanning signal whose deviation has been corrected based on the acquired deviation amount. Therefore, it is possible to acquire an image signal indicating an image whose deviation has been corrected while operating in the normal operation mode using the normal observation sample without acquiring the deviation amount in advance using the specific sample and the operation mode. it can.
  • FIG. 1 is a schematic block diagram showing an example of the configuration of an image input apparatus 1 according to the first embodiment of the present invention.
  • the image input device 1 includes a scanning unit 11, a laser light source 113, a photodetector 121, an A / D 122, a scanning signal acquisition unit 123, and an image generation unit 13.
  • the scanning unit 11 is configured to include a drive circuit 111 and a MEMS mirror 112.
  • the drive circuit 111 generates a scan period end signal and a drive pulse signal.
  • the scanning period end signal is a pulse signal indicating the end of each one round trip scanning period of the MEMS mirror 112.
  • the drive circuit 111 outputs the generated scan period end signal to the deviation detection unit 131 of the image generation unit 13.
  • the drive pulse signal is a pulse signal for driving the MEMS mirror 112.
  • the drive circuit 111 outputs the generated drive pulse signal to a drive coil (not shown) integrally installed on the MEMS mirror 112.
  • a drive pulse signal is input from the drive circuit 111 to the drive coil.
  • permanent magnets (not shown) are arranged on the support (not shown) of the MEMS mirror 112.
  • the current by the drive pulse signal generates Lorentz force in the drive coil that receives the magnetic field generated by the permanent magnet.
  • the generated Lorentz force drives the MEMS mirror 112 together with the drive coil.
  • the magnetic flux from the permanent magnet passing through the drive coil fluctuates with vibration.
  • an induced voltage is generated in the drive coil.
  • the induced electromotive voltage generated is applied to the drive circuit 111.
  • the drive circuit 111 controls the cycle of the drive pulse signal and the scan period end signal so as to approach the cycle of the induced voltage. Further, by setting the period of the drive pulse signal to a period within a predetermined range from the resonance period of the MEMS mirror 112, the MEMS mirror 112 performs a resonant movement.
  • the configuration of the drive circuit 111 will be described later.
  • the MEMS mirror 112 reflects the light beam coming from the laser light source 113.
  • the reflected light from the MEMS mirror 112 is projected on the surface of the sample S.
  • the MEMS mirror 112 is installed integrally with the drive coil in the magnetic field generated by the permanent magnet. According to this configuration, the direction of the reflecting surface that reflects the light beam can be vibrated. By this vibration, the scanning point which is a position on the sample S where the reflected light is incident reciprocates. Therefore, the scanning unit 11 can cause the photodetector 121 to receive the reflected light from the scanning point while reciprocating the scanning point at which the light beam is incident on the surface of the sample S. Thereby, an image representing the state of the surface of the sample S is scanned.
  • a path along which the scanning point moves in a predetermined direction or a vibration of the MEMS mirror 112 which moves the scanning point in the one direction is referred to as an outward path.
  • the vibration of the MEMS mirror 112 that moves the scanning point in the opposite direction to the path in which the scanning point moves in the opposite direction to that one direction or in the opposite direction is called a return path.
  • the moving direction of the scanning point of the first line on the sample S may be defined as the forward direction.
  • the forward scan signal and the backward scan signal obtained by the forward and backward scans respectively represent an odd line image and an even line image.
  • the swing angle and oscillation period of the MEMS mirror 112 are controlled by the strength and period of the drive pulse signal input from the drive circuit 111.
  • the swing angle is the angle of the direction of the reflecting surface at that time from the direction of the reflecting surface at rest.
  • the period of the drive pulse signal is controlled in the drive circuit 111 so as to approach the resonance period of the MEMS mirror 112. Therefore, the MEMS mirror 112 performs resonant movement.
  • the resonant movement of the MEMS mirror 112 can efficiently scan the image of the surface of the sample S.
  • the reflected light reflected from the projection point on the surface of the sample S is incident on the photodetector 121.
  • the photodetector 121 is a photodetector that photoelectrically converts incident reflected light to generate a scanning signal.
  • the photodetector 121 outputs the generated scanning signal to the A / D 122.
  • An A / D (Analog-to-Digital Converter) 122 performs A / D conversion on an analog scanning signal input from the photodetector 121 to generate a digital scanning signal.
  • the A / D 122 outputs the generated digital scan signal to the scan signal acquisition unit 123.
  • the scan signal acquisition unit 123 acquires a scan signal from the A / D 122.
  • the scanning signal acquisition unit 123 includes a forward scanning signal acquisition unit 1231 and a backward scanning signal acquisition unit 1232.
  • the forward scan signal acquisition unit 1231 acquires a forward scan signal from the scan signal input from the A / D 122.
  • the forward scan signal is a scan signal acquired within the forward pass period in which the scanning point moves on the forward pass.
  • the forward scan signal acquisition unit 1231 includes a first-in first-out (FIFO) memory as a storage unit that temporarily stores the forward scan signal acquired for each forward pass.
  • the forward scan signals stored in the FIFO memory are read out in the same order as they are stored.
  • the backward scan signal acquisition unit 1232 acquires a backward scan signal from the scan signal from the A / D 122.
  • the return scan signal is a scan signal acquired within a return pass period in which the scanning point moves on the return pass.
  • the backward scan signal acquisition unit 1232 includes a LIFO (Last-In First-Out) memory as a storage unit that temporarily stores the backward scan signal acquired for each one backward trip.
  • the return scan signals stored in the LIFO memory are read out in the reverse of the order in which they are stored. Therefore, the direction of the backward scan signal read from the LIFO memory is the same as the scan direction of the forward scan signal.
  • the forward scan signal acquisition unit 1231 and the backward scan signal acquisition unit 1232 can identify the forward period and the backward period, respectively, based on the voltage value of the zero cross signal (described later) input from the drive circuit 111.
  • the image generation unit 13 includes a shift detection unit 131 and a shift correction unit 132.
  • the shift detection unit 131 reads the forward scan signal and the backward scan signal from the forward scan signal acquisition unit 1231 and the backward scan signal acquisition unit 1232, respectively.
  • the deviation detection unit 131 performs block matching on the read forward scan signal and the read backward scan signal.
  • the block matching is a process of obtaining an amount of deviation at which both signals are most similar to each other between one signal and the other signal whose position is shifted.
  • the deviation detection unit 131 calculates an index value indicating the similarity between the forward scanning signal and the backward scanning signal whose position is shifted for each of the plurality of deviation amount candidates.
  • the deviation amount candidate means a candidate of the deviation amount.
  • the shift detection unit 131 determines a shift amount candidate giving an index value having the highest similarity as a shift amount between the forward scan signal and the backward scan signal.
  • the index value is, for example, SAD (Sum of Absolute Differences; sum of absolute differences).
  • SAD is an index value indicating that the smaller the value, the higher the similarity.
  • block matching may mean a process of determining a two-dimensional shift amount based on the similarity between images in which a plurality of pixels are two-dimensionally arranged, but in the present embodiment, a plurality of shifts are determined.
  • the quantity candidates are one-dimensional values within the search range of predetermined deviation amounts.
  • the displacement amount candidate is, for example, a pixel-based value that can be a positive value or a negative value.
  • the deviation detection unit 131 is not limited to the SAD as an index value indicating the similarity between the two types of signals, and may use other index values such as, for example, a sum of squared differences (SSD).
  • the shift detection unit 131 applies the index value calculated for each shift amount candidate to a predetermined fitting function in block matching, and the shift amount candidate indicating that the index value interpolated by the fitted function has the highest similarity.
  • the sub-pixel calculation circuit may be provided to calculate The displacement amount candidate to be calculated may have an accuracy of a unit smaller than one pixel (hereinafter referred to as a subpixel unit) as a displacement amount between the forward scan signal and the backward scan signal.
  • the fitting function is, for example, a quadratic function for the displacement amount candidate. When SAD is used as the index value, the quadratic function is a downward convex function. In the function fitting, for example, a regression analysis method such as the least square method can be used.
  • the deviation detection unit 131 outputs a deviation amount signal indicating the determined deviation amount to the deviation correction unit 132.
  • the A / D 122 When the shift detection unit 131 determines the shift amount in units of sub-pixels, the A / D 122 performs sampling clock generated at the time of A / D conversion with a forward scan signal and a return path with a delay amount corresponding to the shift amount.
  • a delay circuit may be provided to delay one of the scanning signals.
  • the scanning signal acquisition unit 123 acquires the forward scanning signal and the backward scanning signal in which the shift amount is corrected in units of subpixels.
  • the scan signal acquisition unit 123 outputs the acquired forward scan signal and return scan signal to the image generation unit 13.
  • the processing unit of block matching performed by the deviation detection unit 131 is not limited to one round-trip scanning as described above.
  • the processing unit of block matching may be, for example, a predetermined number of reciprocal scans, one frame, or the like.
  • the processing unit of block matching is one frame, the number of lines per frame is set not only in the shift correction unit 132 but also in the shift detection unit 131 according to the resolution and the vertical size of the image. Keep it done.
  • the forward scan signal acquisition unit 1231 and the backward scan signal acquisition unit 1232 respectively transmit the forward scan signal and the backward scan signal relating to the number of scans. It has FIFO memory that can be stored, and LIFO memory.
  • the return scan signal acquisition unit 1232 includes a plurality of LIFO memories so that the reading order of the return scan signals is set for each one scan.
  • the individual LIFO memories store line-by-line return scan signals.
  • the deviation correction unit 132 corrects the deviation between the forward scanning signal and the backward scanning signal based on the deviation amount indicated by the deviation amount signal input from the deviation detection unit 131.
  • the shift correction unit 132 includes, for example, a delay circuit that shifts the forward scan signal or the backward scan signal by a delay amount corresponding to the shift amount.
  • the amount of deviation is the amount of deviation of the backward scanning signal determined based on the outward scanning signal is taken as an example.
  • the delay circuit delays the forward scan signal by a delay amount corresponding to the shift amount when the shift amount is a positive value, and when the shift amount is a negative value, by a delay amount according to the absolute value of the shift amount. Delay the backward scan signal.
  • the delay circuit is configured to shift the read address when reading the scanning signal delayed in pixel units.
  • the delay circuit performs an interpolation operation on the signal value of each pixel indicated by the scanning signal, and outputs the signal value of each pixel delayed according to the shift amount. Equipped with
  • the shift correction unit 132 may perform shift correction in units equal to the processing unit of block matching. For example, in the case where block matching is performed for each one round-trip scanning, the deviation correction unit 132 corrects the deviation for each round-trip.
  • the shift correction unit 132 sequentially integrates the forward scan signal and the backward scan signal whose shift has been corrected for each round-trip scan to form an image signal of one frame each.
  • the shift correction unit 132 outputs the formed image signal to the outside of the image input device 1.
  • FIG. 2 is a schematic block diagram showing a configuration example of the drive circuit 111 according to the present embodiment.
  • the drive circuit 111 is configured to include an induced electromotive voltage detection circuit 1111, a zero cross detection unit 1112, a feedback circuit 1113, a drive pulse generation circuit 1114, and an amplifier 1115.
  • the induced electromotive voltage detection circuit 1111 detects the induced electromotive voltage applied from the drive coil.
  • the induced voltage detection circuit 1111 generates an induced voltage signal indicating the applied induced voltage, and outputs the generated induced voltage signal to the zero cross detection unit 1112.
  • the zero cross detection unit 1112 detects a zero cross point of the voltage value indicated by the induced electromotive voltage signal input from the induced electromotive voltage detection circuit 1111, and generates a zero cross signal based on the detected zero cross point.
  • the zero cross signal is a signal in which the voltage value is Hi and Low, respectively, in a period in which the voltage value of the induced voltage signal is higher than 0 and in a low period.
  • Hi and Low are respectively preset voltage values. However, Hi is a voltage value significantly higher than Low.
  • the zero cross detection unit 1112 outputs the generated zero cross signal to the feedback circuit 1113.
  • the induced electromotive force generated in the drive coil in response to the vibration corresponds to the first derivative of the swing angle of the MEMS mirror 112 with respect to time, that is, the angular velocity of the vibration. Therefore, a Hi signal period in which the voltage value of the zero cross signal is Hi and a Low signal period in which the voltage value is Low indicate a forward pass period in which the scanning speed is positive and a return pass period in which the scanning speed is negative.
  • the scanning speed means the moving speed of the scanning point.
  • the sampling reset signal from the drive pulse generation circuit 1114 and the zero cross signal from the zero cross detection unit 1112 are input to the feedback circuit 1113.
  • the feedback circuit 1113 adjusts the phase of the sampling clock signal generated by the unit based on the sampling reset signal and the zero cross signal.
  • the sampling reset signal is a pulse signal having a predetermined voltage value for each predetermined scanning cycle in the drive pulse generation circuit 1114 as described later.
  • the period and phase of the sampling reset signal are equal to the period and phase of the drive pulse signal, respectively. Therefore, the feedback circuit 1113 adjusts the phase of the sampling clock signal generated by the feedback circuit 1113 so that the phase difference between the input sampling reset signal and the zero cross signal approaches zero.
  • the feedback circuit 1113 may adjust the deviation between the forward scanning signal and the backward scanning signal by delaying the input zero cross signal by a delay amount corresponding to the deviation amount detected by the deviation detection unit 131. .
  • the case where the amount of deviation is the amount of deviation of the return scanning signal determined based on the forward scanning signal is taken as an example.
  • the feedback circuit 1113 delays the start point of the Hi signal period by a delay amount corresponding to the amount of deviation.
  • the feedback circuit 1113 delays the start point of the Low signal period by a delay amount corresponding to the absolute value of the amount of deviation.
  • the feedback circuit 1113 is, for example, a PLL (Phase Locked Loop).
  • the PLL includes a PD (Phase Detector), an LPF (Low-Pass Filter), and a VCO (Voltage Control Oscillator).
  • the PD is a circuit that converts the phase difference between the two input signals into a voltage, and outputs the converted voltage as a phase difference signal.
  • the PLL is an analog PLL, for example, an analog multiplier is used as PD.
  • the PLL is a digital PLL, PD includes, for example, an exclusive OR circuit and a charge pump.
  • the PD outputs a phase difference signal representing a phase difference between the zero cross signal from the zero cross detection unit 1112 and the induced electromotive voltage from the drive coil to the LPF.
  • the LPF passes components of frequencies lower than a predetermined cutoff frequency among components of the frequency of the phase difference signal input from the PD, and outputs a phase difference signal including the passed components to the VCO. This avoids oscillation due to amplification of short-period voltage fluctuations that may occur temporarily.
  • the VCO generates a sampling clock signal having a frequency corresponding to the voltage of the phase difference signal input from the LPF. As the voltage of the input phase difference signal is higher, a sampling clock signal having a higher frequency is generated.
  • the VCO is configured to include, for example, a variable capacitance diode. Parameters of circuit elements constituting the VCO are set in advance so that the period of the sampling clock signal given according to the phase difference signal corresponds to the scanning period of each one pixel. The VCO outputs the generated sampling clock signal to the drive pulse generation circuit 1114.
  • the drive pulse generation circuit 1114 generates a drive pulse signal, a scanning period end signal and a sampling reset signal based on the sampling clock signal input from the feedback circuit 1113.
  • the drive pulse signal, the scan period end signal, and the sampling reset signal are pulse signals having a common scan period and phase.
  • the scanning period is a cycle of vibrating the MEMS mirror 112 installed in the drive coil, that is, a cycle of one round of scanning the image on the sample S.
  • the drive pulse signal is, for example, a signal having a predetermined positive voltage value and a predetermined negative voltage value in 1 ⁇ 4 and 3 ⁇ 4 cycles from the start time of each scanning period.
  • the scanning period end signal and the sampling reset signal are signals having predetermined positive voltage values at the end time of each scanning period.
  • the scanning period corresponds to a period obtained by multiplying the period of the sampling clock signal by the number of pixels per one round of scanning.
  • the number of pixels per one round trip scanning is referred to as the number of scanning pixels.
  • the number of scanning pixels is set in the drive pulse generation circuit 1114 in accordance with the resolution and the horizontal size of the image. The horizontal size of the image depends on the maximum swing angle of the MEMS mirror 112.
  • the drive pulse generation circuit 1114 outputs the generated drive pulse signal to the amplifier 1115 and outputs the scanning period end signal to the deviation detection unit 131.
  • the drive pulse generation circuit 1114 includes, for example, a drive system counter, a sampling system counter, and three comparators.
  • the three comparators are hereinafter referred to as comparators 1, 2 and 3, respectively, to distinguish them from one another.
  • the drive system counter sequentially counts the periods of the sampling clock signal input from the feedback circuit 1113.
  • the drive system counter outputs the current count value obtained by counting to each of the comparators 1, 2 and 3.
  • the scanning period end signal is input from the comparator 3 to the drive system counter as a reset signal.
  • the drive system counter resets the count value to 0 when the scanning period end signal is input.
  • the comparator 1 generates a drive pulse signal having a predetermined positive voltage value when the count value input from the drive system counter is equal to the number of pixels corresponding to 1 ⁇ 4 of the scanning cycle.
  • the comparator 1 outputs the generated drive pulse signal to the amplifier 1115.
  • the comparator 2 generates a drive pulse signal having a predetermined negative voltage value when the count value input from the drive system counter is equal to the number of pixels corresponding to 3 ⁇ 4 of the scanning cycle.
  • the comparator 2 outputs the generated drive pulse signal to the amplifier 1115.
  • the comparator 3 generates a scan period end signal having a predetermined voltage value when the count value input from the drive system counter is equal to the number of pixels corresponding to the end time of the scan cycle.
  • the comparator 3 outputs the generated scanning period end signal to the deviation detecting unit 131 and the driving system counter.
  • the number of scanning pixels may be variable according to the set resolution and the maximum swing angle. For example, when the number of scanning pixels is 4000, the number of scanning pixels corresponds to the number of pixels corresponding to 1 ⁇ 4 of the scanning period, the number of pixels corresponding to 3 ⁇ 4 of the scanning period, and the end time of the scanning period.
  • the number of pixels is 1000 pixels, 3000 pixels, and 4000 pixels, respectively.
  • the sampling system counter sequentially counts the periods of the sampling clock signal input from the feedback circuit 1113.
  • the sampling system counter generates a sampling reset signal having a predetermined positive voltage value and resets the count value to 0 when the count value obtained by counting is equal to the number of scanning pixels. Then, the sampling system counter outputs the generated sampling reset signal to the feedback circuit 1113.
  • the amplifier 1115 amplifies the voltage value of the drive pulse signal input from the drive pulse generation circuit 1114 at a predetermined amplification factor.
  • the amplifier 1115 outputs a drive pulse signal obtained by amplifying the voltage value to the drive coil.
  • the drive pulse signal has a predetermined positive signal value and a predetermined negative signal value in 1 ⁇ 4 and 3 ⁇ 4 cycles of the scanning cycle. Therefore, the drive coil is driven at the midpoint between the forward path and the return path.
  • the image input device 1 reciprocates the scanning point where the light from the light source is incident on the surface of the sample, and outputs the scanning period end signal indicating the end of the reciprocation scanning period.
  • a scanning unit 11 is provided.
  • the image input device 1 includes a scanning signal acquisition unit 123 that acquires an outward scanning signal indicating the intensity of reflected light from a scanning point on the outward path and a returning scanning signal indicating the intensity of reflected light from a scanning point on the return path. Further, the image input device 1 acquires the deviation amount between the forward scanning signal and the backward scanning signal based on the scanning period end signal, and corrects the deviation between the outward scanning signal and the backward scanning signal based on the acquired deviation amount.
  • the image generation unit 13 is configured to generate an image signal using the forward scanning signal and the backward scanning signal whose deviation has been corrected.
  • the image input apparatus 1 is an image showing an image in which the deviation is corrected while operating in the normal operation mode using the normal observation sample without acquiring the deviation amount in advance using the specific sample and the operation mode. You can get a signal.
  • FIG. 3 is a schematic block diagram showing a configuration example of the image input apparatus 1A according to the present embodiment.
  • the image input apparatus 1A includes a shift detection unit 131A in place of the shift detection unit 131 in the image input apparatus 1 (FIG. 1), and further includes a feature detection unit 141 and an extraction period determination unit 142. Ru.
  • the feature amount detection unit 141 calculates a feature amount for each block of a predetermined size from the scanning signal input from the A / D 122.
  • the size of the block is set in advance in the feature amount detection unit 141.
  • the size of the block may be a section sufficiently shorter than each one scan.
  • the feature amount is a high frequency component amount representing the amount of high frequency components whose frequency is higher than a predetermined cutoff frequency.
  • the feature amount detection unit 141 includes an HPF (high pass; high pass filter) and an integration circuit. The HPF passes through high frequency components of the scanning signal whose frequency is higher than a predetermined cutoff frequency to generate an HPF signal.
  • the integration circuit integrates the voltage value of the HPF signal for each block, and calculates the integrated value obtained by the integration as the amount of high frequency components.
  • the integration circuit outputs a high frequency component amount signal indicating the high frequency component amount calculated for each block to the extraction period determination unit 142.
  • the extraction period determination unit 142 selects an extraction period for a block in which the amount of high frequency components in each block indicated by the high frequency component signal input from the feature amount detection unit 141 is larger than a predetermined amount.
  • the extraction period determination unit 142 selects, for example, a block having the largest amount of high frequency components among the forward scan signals of each one frame.
  • the extraction period determination unit 142 outputs an extraction period signal indicating the selected extraction period to the deviation detection unit 131A.
  • the deviation detection unit 131A performs block matching between the forward scanning signal in the extraction period indicated by the extraction period signal input from the extraction period determination unit 142 and the return scanning period of the subsequent return path.
  • the processing unit of this block matching is equal to the unit by which the extraction period determination unit 142 selects the extraction period.
  • the deviation detection unit 131A performs block matching for each frame.
  • the shift detection unit 131A outputs a shift amount signal indicating the shift amount obtained by performing block matching to the shift correction unit 132.
  • FIG. 4 is a view showing an example (image Im21) of an image based on a scanning signal.
  • the image Im21 is an image representing the state of the surface of the sample S having a regular pattern in the horizontal direction.
  • the image signal representing the image Im21 is an image signal generated by alternately accumulating the forward scan signal and the backward scan signal forming the scan signal output from the A / D 122 without performing the shift correction.
  • the image Im21 represents a vertically-striped pattern having a dark and light border in the vertical direction at its center. These boundaries are blurred due to the offset between the forward scan signal and the backward scan signal that occurred between the lines.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of an image based on the HPF signal (image Cr21).
  • the image Cr21 is an image signal generated by alternately accumulating the signal of the forward pass section and the signal of the return section among the HPF signals generated by the feature amount detection unit 141 without performing the shift correction.
  • the HPF signal is a signal obtained by passing the HPF through the scanning signal used to generate the image signal representing the image Im21.
  • the image Cr21 represents a vertically striped pattern having a light and dark border in the vertical direction at the center portion thereof. The darker portions indicate larger signal values, and the lighter portions indicate smaller signal values. That is, the image Cr21 indicates that the high frequency component in the horizontal direction is dominant in the section corresponding to the vertically striped portion of the scanning signal indicated by the image Im21. Also, each area separated by a broken line indicates a block.
  • the feature amount detection unit 141 obtains the high frequency component amount for each block.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of the selected block (block Bk21).
  • the block is a rectangular area separated by a broken line.
  • the block Bk21 is a block of the blocks belonging to the line Y in the extraction period determination unit 142 in which the feature amount for each block obtained based on the HPF signal related to the image Cr21 is the largest.
  • X indicates the horizontal coordinate of the block Bk21.
  • the example illustrated in FIG. 6 indicates that the period of the scanning signal related to the block Bk21 including the largest number of regions in which high frequency components are main is selected as the extraction period.
  • the forward scanning signal in the selected extraction period is used for block matching with the subsequent backward scanning signal in the deviation detection unit 131A.
  • FIG. 7 is a view showing an example (image Im22) of an image represented by the image signal subjected to the shift correction.
  • the image Im22 is an image represented by an image signal formed by sequentially accumulating the forward scan signal and the backward scan signal according to the image Im21 by performing shift correction between the forward scan signal and the backward scan signal in the shift correction unit 132. .
  • the deviation correction the deviation amount obtained by the deviation detection unit 131A by block matching between the forward scanning signal and the backward scanning signal in the extraction period is used.
  • the forward scan signal within the extraction period contains more high frequency components than the other periods. This means that the image indicated by the forward scan signal in the extraction period is more in focus than the image indicated by the forward scan signal in another period, and represents a fine pattern on the sample.
  • the deviation detection unit 131A can calculate the degree of similarity with the backward scan signal with high accuracy in block matching.
  • the boundary of the light and shade of the vertical stripe pattern included in the image Im22 is sharper than the image Im21. This indicates that the image quality is improved by the correction based on the displacement amount detected with high accuracy.
  • the image input device 1A includes the feature amount detection unit 141 that detects a feature amount indicating the amount of high frequency components whose frequency is higher than a predetermined frequency from the forward scan signal.
  • the image input device 1A further includes an extraction period determination unit 142 that determines an extraction period in which the amount of high-frequency components indicated by the feature amount is larger than a predetermined amount.
  • the deviation detection unit 131A acquires the deviation amount from the return scanning signal using the forward scanning signal in the extraction period in which the amount of high frequency components is large. Since the forward scanning signal in the extraction period in which the amount of high frequency components is large represents an image having a fine pattern on the sample surface, the shift detection unit 131A can obtain the shift amount with high accuracy. Therefore, the shift correction unit 132 can correct the shift between the forward scan signal and the backward scan signal using the shift amount obtained with high accuracy, and obtain an image signal representing an image of high image quality.
  • the shift detection unit 131A (FIG. 3) of the image input apparatus 1A performs block matching between the forward scan signal and the backward scan signal within the extraction period in which the high frequency component of the scan signal is main.
  • An index value indicating similarity between images in the block matching process also fluctuates in the cycle, and therefore, for an image whose main component is a component with high periodicity in the high frequency band, an integral multiple of the cycle more than the true shift amount, For example, a shift amount which is shifted by one cycle may be detected.
  • Such an image of a sample includes, for example, a wiring pattern of a semiconductor chip regularly applied to the surface thereof.
  • the scanning speed is a sine function with respect to time.
  • the scanning speed is detected as an induced voltage of the induced voltage signal.
  • the sample is a grid pattern having a period, as shown in FIG. 8, the scanning speed immediately after the start of scanning and in the period immediately before the end of scanning is lower than the other periods. Therefore, the period of the signal value of the scanning signal becomes longer than the other periods immediately after the start of scanning and immediately before the end of scanning, and becomes shortest in the central portion. Further, immediately after the start of scanning, the period of the signal value tends to be shortened as time passes, and immediately before the end of the scan, the period of the signal value tends to become longer as time passes, than the central portion.
  • the shift detection unit 131B of the image input device 1B detects the shift amount more accurately by using this characteristic.
  • FIG. 9 is a schematic block diagram showing a configuration example of the image input apparatus 1B according to the present embodiment.
  • the image input apparatus 1B includes a shift detection unit 131B instead of the shift detection unit 131 in the image input apparatus 1 (FIG. 1), and further includes a scanning period classification unit 143.
  • the scanning period classification unit 143 determines a period in which the induced electromotive voltage indicated by the induced electromotive force signal input from the induced electromotive voltage detection circuit 1111 (FIG. 2) of the drive circuit 111 is lower than a predetermined induced electromotive voltage as a low speed period.
  • induced electromotive voltage Ie31 is lower period than the predetermined induced electromotive voltage v 1 is defined as a slow period.
  • the low speed period corresponds to a predetermined period from the start of scanning of each of the forward scanning signal Sc31 and the backward scanning signal Sc32, and a predetermined period from the scanning end to the scanning end.
  • the scanning period classification unit 143 may define a low speed period for each unit, for example, a unit equal to the processing unit of block matching performed by the deviation detection unit 131B.
  • the scan period classification unit 143 only slows down only one of the predetermined period from the start of one scan to the predetermined period from the start of the scan among the forward scan signals, for example, the predetermined period from the start of the scan. It may be defined as a period.
  • the scanning period classification unit 143 outputs a classification signal indicating the determined low speed period to the deviation detection unit 131B.
  • the deviation detection unit 131B performs the above-described block matching between the forward scan signal and the backward scan signal in the low speed period indicated by the classification signal input from the scanning period classification unit 143.
  • the shift detection unit 131B outputs a shift amount signal indicating the shift amount obtained by performing block matching to the shift correction unit 132. Since the periodicity of the signal values is low in the low speed period, the periodicity of the fluctuation of the index value indicating the similarity between the images in the block matching process is also low. Therefore, in the sample S having a pattern with high periodicity, it is possible to avoid erroneous detection of the shift amount which is shifted by an integer period than the original shift amount.
  • the image input apparatus 1B includes the scanning period classification unit 143 which determines the low speed period in which the scanning speed is lower than the predetermined scanning speed. Further, the deviation detection unit 131B calculates the amount of deviation between the forward scanning signal and the backward scanning signal in the low speed period.
  • the deviation detection unit 131B acquires the deviation amount between the forward scanning signal and the backward scanning signal in the low speed period in which the periodicity is lost. Therefore, even when the forward scan signal and the backward scan signal represent an image having periodicity on the sample surface, it is possible to avoid erroneously acquiring a shift amount which is an integral multiple of the cycle. Therefore, the deviation correction unit 132 can correct the deviation between the forward scanning signal and the backward scanning signal using the correctly acquired deviation amount to acquire an image signal representing an image of high image quality.
  • the shift detection unit 131B (FIG. 9) of the image input device 1B performs block matching between the forward scan signal and the backward scan signal in a low speed period in which the periodicity is low.
  • the shift detection resolution is lower in the low speed period than in the high speed period. This is because the change in index value indicating the similarity between the forward scan signal and the backward scan signal in shift detection with respect to the shift amount candidate is slower in the low speed period than in the high speed period, so the error in the index value due to noise becomes large. by.
  • the A / D 122 makes the sampling cycle variable
  • the shift detection unit 131C utilizes this characteristic to make the shift amount highly accurate. To detect.
  • FIG. 10 is a schematic block diagram showing a configuration example of an image input apparatus 1C according to the present embodiment.
  • the image input apparatus 1C is configured to include an offset detection unit 131C and a scan period classification unit 143C instead of the offset detection unit 131B and the scan period classification unit 143 in the image input apparatus 1B (FIG. 9).
  • the scan period classification unit 143C defines a period in which the induced electromotive voltage indicated by the induced electromotive force signal is lower than a predetermined induction voltage as a low-speed period, and further, the second induced electromotive voltage is predetermined. A period higher than the induced electromotive voltage of is determined as a high-speed period.
  • the second induced voltage may be equal to the first induced voltage or may be higher than the first induced voltage as long as the maximum value of the induced voltage indicated by the induced voltage signal is not exceeded.
  • the scanning period classification unit 143C may determine the high speed period in the same processing unit as the low speed period.
  • induced electromotive voltage Ie31 is higher period than the second induced electromotive voltage v 2 is defined as a high-speed period.
  • the high speed period is a period corresponding to a central portion including the middle point of each scan of the forward scan signal Sc31 and the backward scan signal Sc32.
  • the scanning period classification unit 143 outputs classification signals indicating the determined low speed period and high speed period to the deviation detection unit 131C.
  • the deviation detection unit 131C performs the above-described block matching process between the forward scan signal and the backward scan signal in the low speed period indicated by the classification signal input from the scanning period classification unit 143. Then, the shift detection unit 131C includes a search range limitation unit 1311 that limits the search range within a predetermined number of pixels with the shift amount obtained by the block matching process in the low speed period as a center. The deviation detection unit 131C performs block matching processing between the forward scanning signal and the backward scanning period within the high speed period indicated by the classification signal. In this block matching process, the deviation detecting unit 131C sets an index value indicating the similarity between the forward scanning signal and the backward scanning signal in the high speed period for each deviation amount candidate in the search range determined by the search range limiting unit 1311.
  • the shift detection unit 131C determines the shift amount candidate having the smallest calculated index value as the shift amount between the forward scan signal and the backward scan signal in the high speed period.
  • the deviation detection unit 131C outputs a deviation amount signal indicating the determined deviation amount to the deviation correction unit 132.
  • FIG. 11 is a flowchart showing the shift detection process according to the present embodiment.
  • the scan period classification unit 143C determines a period in which the induced electromotive voltage indicated by the induced electromotive force signal from the drive circuit 111 is lower than a predetermined induced electromotive voltage as a low speed period, and uses a predetermined second induced electromotive voltage. Also set the high period as the high-speed period. Thereafter, the process proceeds to step S102.
  • the deviation detection unit 131C performs block matching processing between the forward scanning signal and the backward scanning period in the low speed period to detect the deviation amount. Thereafter, the process proceeds to step S103.
  • Step S103 The search range limitation unit 1311 defines a search range limited to a predetermined search range based on the shift amount within the low speed period detected in step S102. Thereafter, the process proceeds to step S104.
  • Step S104 The deviation detection unit 131C performs block matching processing between the forward scan signal and the backward scan signal in the high speed period. In the block matching process, a shift amount that minimizes the index value indicating the similarity between the forward scan signal and the backward scan signal within the search range determined in step S104 is searched. Thereafter, the process of FIG. 11 is ended.
  • the scanning period classification unit 143C further defines a high speed period in which the scanning speed is higher than a predetermined scanning speed.
  • the shift detection unit 131C determines the search range of the shift amount based on the shift amount between the forward scan signal and the backward scan signal in the low speed period. Further, the deviation detection unit 131C determines the amount of deviation between the forward scanning signal and the backward scanning signal in the high speed period within the determined search range.
  • the shift detection unit 131C determines the search range of the shift amount based on the shift amount between the forward scan signal and the backward scan signal in the low speed period in which the periodicity is lost. Therefore, it is possible to limit the search range based on the shift amount which has been correctly acquired. Then, the shift detection unit 131C determines the shift amount within the search range based on the shift amount between the forward scan signal and the return scan signal in a high speed period in which the resolution of shift detection is high. Therefore, the shift detection unit 131C can determine the shift amount between the forward scan signal and the backward scan signal with high accuracy. Therefore, the shift correction unit 132 can correct the shift between the forward scan signal and the backward scan signal using the acquired high-accuracy shift amount to obtain an image signal representing an image of high image quality.
  • the scanning unit 11 may include another type of mirror such as a galvano mirror that performs resonant movement in response to a drive pulse signal.
  • the drive pulse signal generated by the drive pulse generation circuit 1114 is either a predetermined positive voltage value in a 1 ⁇ 4 cycle from the start time of each scanning period or a predetermined negative voltage value in a 3 ⁇ 4 cycle. It may be a signal having one.
  • the deviation detection unit 131 exemplifies a case where the amount of deviation is determined by displacing the backward scanning signal based on the position of the outward scanning signal in block matching, but the present invention is not limited thereto.
  • the shift detection unit 131 may shift the forward scan signal based on the position of the return scan signal to determine the shift amount.
  • the extraction period determination unit 142 may define an extraction period in the return scanning signal instead of the forward scanning signal. In this case, the shift detection unit 131A shifts the forward scan signal based on the position of the return scan signal in the extraction period to determine the shift amount.
  • the scanning period classification units 143 and 143C may define a low speed period in the return scanning signal instead of the forward scanning signal.
  • the deviation detection units 131B and 131C shift the forward scanning signal based on the position of the backward scanning signal in the low speed period to determine the deviation amount.
  • the scanning period classification unit 143C may define a high-speed period in the return scanning signal instead of the forward scanning signal.
  • the shift detection unit 131C shifts the forward scan signal based on the position of the return scan signal in the high speed period to determine the shift amount.
  • the image input devices 1B and 1C may include the feature amount detection unit 141 and the extraction period determination unit 142, respectively.
  • the scanning period classification units 143 and 143C determine the low speed period from the scanning signal within the extraction period determined by the extraction period determination unit 142.
  • the scanning period classification unit 143C determines the high-speed period from the scanning signal within the extraction period determined by the extraction period determination unit 142.
  • the drive circuit 111 In the image input device 1, 1A, 1B, 1C, the drive circuit 111, the forward scan signal acquisition unit 1231, the backward scan signal acquisition unit 1232, the deviation detection units 131, 131A, 131B, 131C, the deviation correction unit 132, the feature amount detection unit
  • the extraction period determination unit 142 and the scan period classification units 143 and 143C may be configured as one circuit each, or may be an integration of partial combinations thereof or all combinations thereof. It may be configured as a circuit.
  • reciprocal scanning is performed in the normal operation mode using the normal observation sample without acquiring the deviation amount in advance using the specific sample and the operation mode, It is possible to obtain an image signal indicating an image whose displacement has been corrected.

Abstract

画像入力装置は、走査部、走査信号取得部および画像生成部を備える。走査部は、光源からの光が試料の表面に入射する走査点を往復させ、往復の走査期間の終了を示す走査期間終了信号を出力する。走査信号取得部は、往路における前記走査点からの反射光の強度を示す往路走査信号と、復路における前記走査点からの反射光の強度を示す復路走査信号を取得する。画像生成部は、前記走査期間終了信号に基づいて、前記往路走査信号と前記復路走査信号とのずれ量を取得し、前記ずれ量に基づいて前記往路走査信号と前記復路走査信号とのずれを補正し、前記ずれを補正した前記往路走査信号と前記復路走査信号とを用いて画像信号を生成する。

Description

画像入力装置および画像入力方法
　本発明は、画像入力装置および画像入力方法に関する。
　画像入力装置には、共振運動をさせているＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ－Ｅｌｅｃｔｒｏ－Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｓｙｓｔｅｍ；微小電気機械システム）ミラーまたはガルバノミラーを経由してレーザー光を試料上に投影し、試料からの反射光を再び当該ミラーを経由して取得するものがある。当該画像入力装置は、試料から受光した反射光を光電変換して得られた走査信号に基づいて画像信号を生成する。
　当該画像入力装置は、誘導起電圧信号検出回路とフィードバック回路を備える。誘導起電圧信号検出回路は、ミラーが備える駆動コイルにおいて発生する誘導起電圧を検出する。フィードバック回路は、検出された誘導起電圧をゼロクロスして得られるゼロクロス信号と、駆動コイルを駆動する駆動パルス信号との位相差を調整するためのフィードバック回路を備える。フィードバック回路は、その位相差に基づいてゼロクロス信号と駆動パルス信号の位相をゼロクロス信号の位相に合わせる。これにより、駆動周波数がミラーの共振周波数に近づくので、ミラーが共振運動する。
　ミラーが共振運動すると試料に入射するミラーからの光を反射する位置が往復運動する。当該画像入力装置は、試料上を往復運動する位置からの反射光を受光し、受光した反射光を光電変換して走査信号を得る。他方、ミラーの運動による磁束の変化により駆動コイルには誘導起電圧が発生する。発生した誘導起電圧の電圧値からゼロクロスされたゼロクロス信号が得られる。得られたゼロクロス信号は、電圧値が所定の電圧値よりも高い高電圧信号期間（以下、Ｈｉ信号期間、と呼ぶ）と、電圧値が所定の電圧値以下である低電圧信号期間（以下、Ｌｏｗ信号期間、と呼ぶ）を示す。Ｈｉ信号期間内、Ｌｏｗ信号期間内それぞれの走査信号は、往路走査信号、復路走査信号として区分される。そして、画像入力装置は、復路走査信号の読み出し方向を往路走査信号と逆方向にして復路走査信号を読み出し、各１回の往路走査信号と、逆方向に読み出した後続の復路走査信号を順次統合して１フレームの画像信号を生成する。
　他方、画像の入力サイズを調整する際、画像入力装置は、ミラーの駆動コイルに供給する駆動パルスの電圧を変更することによって、ミラーの振り角を制御する。かかる構成のもとで画像の入力サイズを調整する際、駆動パルス電圧を変更すると、ミラーの共振周波数も変動する。フィードバック回路は、ミラーの共振周波数に等しくなるように駆動周波数を調整するが、ミラーの振り角および誘導起電圧検出回路からの誘導起電圧の位相は、個体や温度などに応じて変化する。これらの変化は、ミラーの振り角と誘導起電圧の位相の誤差の原因となり、ひいては、共振周波数の変動要因となる。
　ここで、往路走査信号と復路走査信号の一方のみを採用して画像信号を生成する場合を仮定する。この場合、位相の誤差は、画像シフトを引き起こす。画像シフトは、生成した画像信号が示す画像の位置が全体として一方に偏る現象である。そのため、画像シフトは、画質の劣化原因にはならない。しかしながら、一定の走査時間のもとで解像度の向上、一定の解像度のもとで走査時間の短縮といった往復走査の利点が得られない。他方、往路走査信号と復路走査信号の両者を用いて画像信号を生成すると、往路走査信号と後続する復路走査信号との間でずれが各ライン間で生じるので、画質の劣化をもたらす。
　そこで、特許文献１に記載の光走査型画像入力装置では、キャリブレーション試料として縦縞テストパターンを用い、キャリブレーションモードで動作して得られる往路走査信号と復路走査信号とのずれ量を検出していた。そして、当該光走査型画像入力装置は、検出したずれ量をレジスタに設定し、このレジスタを用いて目的の試料を用いて得られる往路走査信号と復路走査信号とのずれを補正していた。
日本国特開平８－３２７６８号公報
　しかしながら、特許文献１に記載の光走査型画像入力装置では、目的の試料を用いて画像を取得する前に、特定のキャリブレーション試料を用いて、通常の動作モードとは異なるキャリブレーションモードで動作して予めずれ量を設定しておく必要がある。他方、ミラーの共振周波数の変化によってずれ量が随時変動するため、ずれ量の変動は、予め設定した一定のずれ量では解消することができない。
　本発明は、このような課題を考慮してなされたものであり、予めずれ量を設定することなく往路走査信号と復路走査信号とのずれを補正することができる画像入力装置および画像入力方法を提供することを目的とする。
　本発明の第１の態様に係る画像入力装置は、光源からの光が試料の表面に入射する走査点を往復させ、往復の走査期間の終了を示す走査期間終了信号を出力する走査部と、往路における前記走査点からの反射光の強度を示す往路走査信号と、復路における前記走査点からの反射光の強度を示す復路走査信号を取得する走査信号取得部と、前記走査期間終了信号に基づいて、前記往路走査信号と前記復路走査信号とのずれ量を取得し、前記ずれ量に基づいて前記往路走査信号と前記復路走査信号とのずれを補正し、前記ずれを補正した前記往路走査信号と前記復路走査信号とを用いて画像信号を生成する画像生成部と、を備える。
　本発明の第２の態様によれば、上記第１の態様において、前記往路走査信号と前記復路走査信号の一方の走査信号から所定の周波数よりも周波数が高い成分である高域成分の量を示す特徴量を検出する特徴量検出部と、前記特徴量が示す高域成分の量が所定の量よりも大きい期間を定める期間決定部と、を備え、前記画像生成部は、前記期間における前記一方の走査信号と、前記往路走査信号と前記復路走査信号の他方の走査信号とを用いて前記ずれ量を取得してもよい。
　本発明の第３の態様によれば、上記第１の態様または第２の態様において、走査速度が所定の走査速度よりも低い期間である低速期間を定める期間分類部を備え、前記画像生成部は、前記低速期間における前記往路走査信号と前記復路走査信号とのずれ量を算出してもよい。
　本発明の第４の態様によれば、上記第３の態様において、前記期間分類部は、前記走査速度が所定の走査速度よりも高い期間である高速期間を定め、前記画像生成部は、前記低速期間におけるずれ量に基づいて探索範囲を定め、前記探索範囲内で前記高速期間における前記往路走査信号と前記復路走査信号とのずれ量を探索してもよい。
　本発明の第５の態様に係る画像入力方法は、画像入力装置における画像入力方法であって、光源からの光が試料の表面に入射する走査点を往復させ、往復の走査期間の終了を示す走査期間終了信号を出力する走査過程と、往路における前記走査点からの反射光の強度を示す往路走査信号と、復路における前記走査点からの反射光の強度を示す復路走査信号を取得する走査信号取得過程と、前記走査期間終了信号に基づいて、前記往路走査信号と前記復路走査信号とのずれ量を取得し、前記ずれ量に基づいて前記往路走査信号と前記復路走査信号とのずれを補正し、前記ずれを補正した前記往路走査信号と前記復路走査信号とを用いて画像信号を生成する画像生成過程と、を有する。
　本発明の各態様の画像入力装置および画像入力方法によれば、往復の走査期間の終了に応じて取得した往路走査信号と復路走査信号とのずれ量が取得される。また、取得されたずれ量に基づいてずれを補正した往路走査信号と復路走査信号とを用いて画像信号が生成される。そのため、予め特定の試料と動作モードを用いてずれ量を取得せずに、通常の観察試料を用いて通常の動作モードで動作しながら、ずれを補正した画像を示す画像信号を取得することができる。
第１実施形態に係る画像入力装置の構成例を示す概略ブロック図である。 第１実施形態に係る駆動回路の構成例を示す概略ブロック図である。 第２実施形態に係る画像入力装置の構成例を示す概略ブロック図である。 走査信号に基づく画像の一例を示す図である。 ＨＰＦ信号に基づく画像の一例を示す図である。 選択されたブロックの一例を示す図である。 ずれ補正がなされた画像信号が表す画像の一例を示す図である。 走査信号と誘導起電圧信号の一例を示す図である。 第３の実施形態に係る画像入力装置の構成例を示す概略ブロック図である。 第４の実施形態に係る画像入力装置の構成例を示す概略ブロック図である。 第４の実施形態に係るずれ検出処理を示すフローチャートである。
　以下、図面を参照して本発明の実施形態に係る画像入力装置について説明する。
　＜第１実施形態＞
　図１は、本発明の第１実施形態に係る画像入力装置１の構成例を示す概略ブロック図である。
　画像入力装置１は、走査部１１と、レーザー光源１１３と、フォトディテクター１２１と、Ａ／Ｄ１２２と、走査信号取得部１２３と、画像生成部１３とを含んで構成される。
　走査部１１は、駆動回路１１１と、ＭＥＭＳミラー１１２とを含んで構成される。
　駆動回路１１１は、走査期間終了信号と駆動パルス信号とを生成する。走査期間終了信号は、ＭＥＭＳミラー１１２の各１回の往復の走査期間の終了を示すパルス信号である。駆動回路１１１は、生成した走査期間終了信号を画像生成部１３のずれ検出部１３１に出力する。駆動パルス信号は、ＭＥＭＳミラー１１２を駆動させるパルス信号である。駆動回路１１１は、生成した駆動パルス信号をＭＥＭＳミラー１１２に一体に設置された駆動コイル（図示せず）に出力する。駆動コイルには、駆動回路１１１から駆動パルス信号が入力される。また、ＭＥＭＳミラー１１２の支持部（図示せず）には、永久磁石（図示せず）が配置される。駆動パルス信号による電流により、永久磁石が生ずる磁場を受ける駆動コイルには、ローレンツ力が発生する。発生したローレンツ力によりＭＥＭＳミラー１１２が駆動コイルとともに駆動する。
　駆動コイルを通過する永久磁石からの磁束は、振動に伴って変動する。磁束の変動に伴い、駆動コイルには誘導起電圧が発生する。発生した誘導起電圧は、駆動回路１１１に印加される。駆動回路１１１は、駆動パルス信号ならびに走査期間終了信号の周期を、誘導起電圧の周期に近づくように制御する。また、駆動パルス信号の周期を、ＭＥＭＳミラー１１２の共振周期から所定範囲内の周期に設定することで、ＭＥＭＳミラー１１２は共振運動する。駆動回路１１１の構成については後述する。
　ＭＥＭＳミラー１１２は、レーザー光源１１３から到来する光線を反射する。ＭＥＭＳミラー１１２からの反射光は、試料Ｓの表面に投影される。上述したように、ＭＥＭＳミラー１１２は、永久磁石が生じる磁場内において駆動コイルと一体に設置される。この構成により、光線を反射する反射面の向きを振動させることができる。この振動により、試料Ｓ上において反射光が入射する位置である走査点が往復する。従って、走査部１１は、光線が試料Ｓの表面上に入射する走査点を往復させながら、フォトディテクター１２１に走査点からの反射光を受光させることができる。これにより、試料Ｓの表面の状態を表す画像が走査される。以下の説明では、走査点が所定の一方向に移動する経路またはその一方向に走査点を移動させるＭＥＭＳミラー１１２の振動を往路と呼ぶ。また、その一方向とは逆方向に走査点が移動する経路またはその逆方向に走査点を移動させるＭＥＭＳミラー１１２の振動を復路と呼ぶ。例えば、試料Ｓ上の最初のラインの走査点の移動方向を往路の方向として定義しておいてもよい。その場合、往路、復路それぞれの走査によって得られる往路走査信号、復路走査信号は、奇数ライン画像、偶数ライン画像を表す。
　ＭＥＭＳミラー１１２の振り角と振動周期は、駆動回路１１１から入力される駆動パルス信号の強度と周期によって制御される。振り角とは、その時点における反射面の方向の、静止時におけるその反射面の方向からの角度である。駆動パルス信号の周期は、駆動回路１１１においてＭＥＭＳミラー１１２の共振周期に近づくように制御される。そのため、ＭＥＭＳミラー１１２は、共振運動を行う。ＭＥＭＳミラー１１２が共振運動を行うことで、効率よく試料Ｓの表面の像を走査することができる。
　フォトディテクター１２１には、試料Ｓの表面の投影点で反射した反射光が入射する。フォトディテクター１２１は、入射した反射光を光電変換して走査信号を生成する光検出器である。フォトディテクター１２１は、生成した走査信号をＡ／Ｄ１２２に出力する。
　Ａ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ－ｔｏ－Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ；アナログ・ディジタル変換器）１２２は、フォトディテクター１２１から入力されたアナログの走査信号についてＡ／Ｄ変換を行い、ディジタルの走査信号を生成する。Ａ／Ｄ１２２は、生成したディジタルの走査信号を走査信号取得部１２３に出力する。
　走査信号取得部１２３は、Ａ／Ｄ１２２から走査信号を取得する。走査信号取得部１２３は、往路走査信号取得部１２３１と復路走査信号取得部１２３２とを備える。
　往路走査信号取得部１２３１は、Ａ／Ｄ１２２から入力される走査信号から往路走査信号を取得する。往路走査信号は、往路上を走査点が移動する期間である往路期間内に取得される走査信号である。往路走査信号取得部１２３１は、各１回の往路ごとに取得した往路走査信号を一時的に記憶する記憶部としてＦＩＦＯ（Ｆｉｒｓｔ－ｉｎ　Ｆｉｒｓｔ－ｏｕｔ；先入先出）メモリを備える。ＦＩＦＯメモリに記憶される往路走査信号は、記憶される順序と同一の順序で読み出される。
　復路走査信号取得部１２３２は、Ａ／Ｄ１２２からの走査信号から復路走査信号を取得する。復路走査信号は、復路上を走査点が移動する期間である復路期間内に取得される走査信号である。復路走査信号取得部１２３２は、各１回の復路ごとに取得した復路走査信号を一時的に記憶する記憶部としてＬＩＦＯ（Ｌａｓｔ－ｉｎ　Ｆｉｒｓｔ－ｏｕｔ；後入先出）メモリを備える。ＬＩＦＯメモリに記憶される復路走査信号は、記憶される順序とは逆の順序で読み出される。従って、ＬＩＦＯメモリから読み出される復路走査信号の方向は、往路走査信号に係る走査方向と同一の方向になる。
　往路走査信号取得部１２３１、復路走査信号取得部１２３２は、駆動回路１１１から入力されるゼロクロス信号（後述）の電圧値に基づいて、それぞれ往路期間、復路期間を識別することができる。
　画像生成部１３は、ずれ検出部１３１とずれ補正部１３２とを備える。
　ずれ検出部１３１は、駆動回路１１１から走査期間終了信号が入力されるとき、往路走査信号取得部１２３１と復路走査信号取得部１２３２から、それぞれ往路走査信号と復路走査信号を読み出す。ずれ検出部１３１は、読み出した往路走査信号と復路走査信号とについてブロックマッチングを行う。ブロックマッチングは、一方の信号と位置をずらした他方の信号との間で両方の信号が互いに最も類似するずれ量を求める処理である。具体的には、ずれ検出部１３１は、往路走査信号と複数のずれ量候補のそれぞれで位置をずらした復路走査信号との類似性を示す指標値を算出する。ずれ量候補とは、ずれ量の候補を意味する。
　ずれ検出部１３１は、最も類似性が高い指標値を与えるずれ量候補を、往路走査信号と復路走査信号のずれ量として定める。指標値は、例えば、ＳＡＤ（Ｓｕｍ　ｏｆ　Ａｂｓｏｌｕｔｅ　Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ；差分絶対値和）である。ＳＡＤは、その値が小さいほど類似性が高いことを示す指標値である。このように、ずれ検出部１３１は、走査期間終了信号の入力に応じて読み出された往路走査信号と復路走査信号に基づいてずれ量の検出を開始する。そのため、ずれ検出部１３１は、各１回の往復の走査ごとにずれ量を逐次に検出することができる。
　一般に、ブロックマッチングは、複数の画素が２次元的に配置されてなる画像同士の類似度にもとづいて２次元のずれ量を定める処理を意味することがあるが、本実施形態では、複数のずれ量候補は、それぞれ所定のずれ量の探索範囲内の１次元の値である。ずれ量候補は、例えば、正値にも負値にもなりうるピクセル単位の値である。
　なお、ずれ検出部１３１は、２種類の信号の類似性を示す指標値としてＳＡＤに限られず、例えば、ＳＳＤ（Ｓｕｍ　ｏｆ　Ｓｑｕａｒｅｄ　Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ）など他の指標値も利用可能である。
　なお、ずれ検出部１３１は、ブロックマッチングにおいて、ずれ量候補ごとに算出した指標値を所定のフィッティング関数にあてはめ、あてはめた関数により補間される指標値が最も類似性が高いことを示すずれ量候補を算出するサブピクセル計算回路を備えてもよい。算出されるずれ量候補は、往路走査信号と復路走査信号とのずれ量として１画素よりも小さい単位（以下、サブピクセル単位と呼ぶ）の精度を有しうる。フィッティング関数は、例えば、ずれ量候補に対する２次関数である。指標値としてＳＡＤを用いる場合には、２次関数は下に凸な関数である。関数のあてはめにおいて、例えば、最小二乗法等の回帰分析法を用いることができる。ずれ検出部１３１は、定めたずれ量を示すずれ量信号をずれ補正部１３２に出力する。
　ずれ検出部１３１がサブピクセル単位のずれ量を定める場合には、Ａ／Ｄ１２２は、Ａ／Ｄ変換を行う際に生成するサンプリングクロックを、そのずれ量に応じた遅延量で往路走査信号と復路走査信号の一方を遅延させる遅延回路を備えてもよい。これにより、走査信号取得部１２３では、サブピクセル単位でずれ量が補正された往路走査信号と復路走査信号が取得される。走査信号取得部１２３は、取得した往路走査信号と復路走査信号を画像生成部１３に出力する。
　ずれ検出部１３１が実行するブロックマッチングの処理単位は、上述したように各１回の往復の走査に限られない。ブロックマッチングの処理単位は、例えば、所定の回数の往復の走査、１フレームなどでもよい。ブロックマッチングの処理単位が、１フレームである場合には、ずれ補正部１３２のみならず、ずれ検出部１３１にも、１フレーム当たりのライン数を解像度と画像の垂直方向の大きさに応じて設定されておく。ブロックマッチングの処理単位が、複数回数の往復の走査である場合には、往路走査信号取得部１２３１、復路走査信号取得部１２３２は、その回数分の走査に係る往路走査信号、復路走査信号をそれぞれ記憶することができるＦＩＦＯメモリ、ＬＩＦＯメモリを備える。復路走査信号の読み出し順序が各１回の走査ごとに設定されるように、復路走査信号取得部１２３２は、複数のＬＩＦＯメモリを備える。個々のＬＩＦＯメモリには、ラインごとの復路走査信号が記憶される。
　ずれ補正部１３２は、ずれ検出部１３１から入力されたずれ量信号が示すずれ量に基づいて、往路走査信号と復路走査信号のずれを相殺するように補正する。ずれ補正部１３２は、例えば、ずれ量に応じた遅延量で往路走査信号または復路走査信号をずらす遅延回路を備える。ここで、ずれ量が往路走査信号を基準として求められた復路走査信号のずれ量である場合を例にする。遅延回路は、ずれ量が正値であるとき、このずれ量に応じた遅延量で往路走査信号を遅延させ、ずれ量が負値であるとき、このずれ量の絶対値に応じた遅延量で復路走査信号を遅延させる。ずれ量がピクセル単位で定められる場合には、遅延回路は、ピクセル単位で遅延させた走査信号を読み出す際の読み出しアドレスをずらす構成を備える。ずれ量がサブピクセル単位で定められた場合には、遅延回路は、走査信号が示す各ピクセルの信号値について補間演算を行い、ずれ量に応じて遅延させた各ピクセルの信号値を出力する構成を備える。　
　なお、ずれ補正部１３２は、ずれの補正を、ブロックマッチングの処理単位と等しい単位ごとに行えばよい。例えば、ブロックマッチングが各１回の往復の走査ごとに行われる場合には、ずれ補正部１３２は、各１回の往復ごとにずれの補正を行う。ずれ補正部１３２は、ずれを補正した往路走査信号と復路走査信号とを、往復の走査ごとに順次統合して各１フレームの画像信号を形成する。ずれ補正部１３２は、形成した画像信号を画像入力装置１の外部に出力する。
　次に、本実施形態に係る駆動回路１１１の構成について説明する。図２は、本実施形態に係る駆動回路１１１の構成例を示す概略ブロック図である。
　駆動回路１１１は、誘導起電圧検出回路１１１１、ゼロクロス検出部１１１２、フィードバック回路１１１３、駆動パルス生成回路１１１４および増幅器１１１５を含んで構成される。
　誘導起電圧検出回路１１１１には、駆動コイルから印加された誘導起電圧を検出する。誘導起電圧検出回路１１１１は、印加された誘導起電圧を示す誘導起電圧信号を生成し、生成した誘導起電圧信号をゼロクロス検出部１１１２に出力する。
　ゼロクロス検出部１１１２は、誘導起電圧検出回路１１１１から入力される誘導起電圧信号が示す電圧値のゼロクロス点を検出し、検出したゼロクロス点に基づいてゼロクロス信号を生成する。ゼロクロス信号は、誘導起電圧信号の電圧値が０よりも高い期間、低い期間において電圧値がそれぞれＨｉ、Ｌｏｗである信号である。Ｈｉ、Ｌｏｗは、それぞれ予め設定した電圧値である。但し、Ｈｉは、Ｌｏｗよりも有意に高い電圧値である。ゼロクロス検出部１１１２は、生成したゼロクロス信号をフィードバック回路１１１３に出力する。
　振動に応じて駆動コイルに生じる誘導起電圧は、ＭＥＭＳミラー１１２の振り角の時間に対する一次微分、つまり、その振動の角速度に相当する。従って、ゼロクロス信号の電圧値がＨｉであるＨｉ信号期間、この電圧値がＬｏｗであるＬｏｗ信号期間は、それぞれ走査速度が正である往路期間、走査速度が負である復路期間を示す。走査速度は、走査点の移動速度を意味する。
　フィードバック回路１１１３には、駆動パルス生成回路１１１４からサンプリングリセット信号と、ゼロクロス検出部１１１２からゼロクロス信号が入力される。フィードバック回路１１１３は、サンプリングリセット信号とゼロクロス信号に基づいて自部が生成するサンプリングクロック信号の位相を調整する。サンプリングリセット信号は、後述するように駆動パルス生成回路１１１４において、所定の走査周期ごとに所定の電圧値を有するパルス信号である。サンプリングリセット信号の周期と位相は、駆動パルス信号の周期と位相にそれぞれ等しい。従って、フィードバック回路１１１３は、入力されるサンプリングリセット信号とゼロクロス信号との位相差が０に近づくように、自部が生成するサンプリングクロック信号の位相を調整する。よって、駆動パルス信号の位相が、駆動コイルが発生する誘導起電圧の位相に近づくように調整される。
　なお、フィードバック回路１１１３は、ずれ検出部１３１が検出したずれ量に応じた遅延量で、入力されるゼロクロス信号を遅延させることによって、往路走査信号と復路走査信号とのずれを調整してもよい。ずれ量が往路走査信号を基準として求められた復路走査信号のずれ量である場合を例にする。フィードバック回路１１１３は、ずれ量が正値であるとき、このずれ量に応じた遅延量でＨｉ信号期間の開始時点を遅延させる。フィードバック回路１１１３は、ずれ量が負値であるとき、このずれ量の絶対値に応じた遅延量でＬｏｗ信号期間の開始時点を遅延させる。
　フィードバック回路１１１３は、例えば、ＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ　Ｌｏｃｋｅｄ　Ｌｏｏｐ；位相同期回路）である。ＰＬＬは、ＰＤ（Ｐｈａｓｅ　Ｄｅｔｅｃｔｏｒ；位相比較器）、ＬＰＦ（Ｌｏｗ－Ｐａｓｓ　Ｆｉｌｔｅｒ；低域通過フィルタ）およびＶＣＯ（Ｖｏｌｔａｇｅ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ；電圧制御発振器）を含んで構成される。
　ＰＤは、入力された２つの信号の位相差を電圧に変換し、変換した電圧を位相差信号として出力する回路である。ＰＬＬがアナログＰＬＬである場合、ＰＤとして、例えば、アナログ乗算器が用いられる。ＰＬＬがディジタルＰＬＬである場合、ＰＤは、例えば、排他論理和回路とチャージポンプなどを含んで構成される。本実施形態では、ＰＤは、ゼロクロス検出部１１１２からのゼロクロス信号と駆動コイルからの誘導起電圧との位相差を表す位相差信号をＬＰＦに出力する。
　ＬＰＦは、ＰＤから入力された位相差信号の周波数ごとの成分のうち所定のカットオフ周波数より低い周波数の成分を通過し、通過した成分からなる位相差信号をＶＣＯに出力する。これにより、一時的に生じうる短周期の電圧の変動が増幅されることによる発振が回避される。
　ＶＣＯは、ＬＰＦから入力される位相差信号の電圧に応じた周波数を有するサンプリングクロック信号を生成する。入力される位相差信号の電圧が高いほど、高い周波数を有するサンプリングクロック信号が生成される。ＶＣＯは、例えば、可変容量ダイオードを含んで構成される。位相差信号に応じて与えられるサンプリングクロック信号の周期が各１画素の走査期間に相当するように、ＶＣＯを構成する回路素子のパラメータを予め設定しておく。ＶＣＯは、生成したサンプリングクロック信号を駆動パルス生成回路１１１４に出力する。
　駆動パルス生成回路１１１４は、フィードバック回路１１１３から入力されるサンプリングクロック信号に基づいて、駆動パルス信号、走査期間終了信号およびサンプリングリセット信号を生成する。駆動パルス信号、走査期間終了信号およびサンプリングリセット信号は、互いに共通の走査期間と位相を有するパルス信号である。走査期間は、駆動コイルに設置されたＭＥＭＳミラー１１２を振動させる周期、つまり、試料Ｓ上の画像を走査する各１往復の周期である。
　駆動パルス信号は、例えば、各走査期間の開始時刻から１／４周期、３／４周期において、それぞれ所定の正の電圧値、負の電圧値を有する信号である。走査期間終了信号とサンプリングリセット信号は、それぞれ各走査期間の終了時刻において所定の正の電圧値を有する信号である。走査期間は、サンプリングクロック信号の周期を各１往復の走査当たりの画素数で乗じて得られる期間に相当する。以下、１往復の走査当たりの画素数を、走査画素数と呼ぶ。走査画素数は、解像度と画像の水平方向の大きさに応じて駆動パルス生成回路１１１４に設定される。画像の水平方向の大きさは、ＭＥＭＳミラー１１２の最大振り角に依存する。駆動パルス生成回路１１１４は、生成した駆動パルス信号を増幅器１１１５に出力し、走査期間終了信号をずれ検出部１３１に出力する。
　駆動パルス生成回路１１１４は、例えば、駆動系カウンター、サンプリング系カウンター、および３つの比較器を備える。以下、３つの比較器をそれぞれ比較器１、２、３と呼んで相互に区別する。駆動系カウンターは、フィードバック回路１１１３から入力されるサンプリングクロック信号の周期を逐次にカウントする。駆動系カウンターは、カウントして得られるその時点のカウント値を比較器１、２、３のそれぞれに出力する。駆動系カウンターには、比較器３から走査期間終了信号がリセット信号として入力される。駆動系カウンターは、走査期間終了信号が入力されるとき、カウント値を０にリセットする。
　比較器１は、駆動系カウンターから入力されるカウント値が、走査周期の１／４周期に相当する画素数に等しいとき所定の正の電圧値を有する駆動パルス信号を生成する。比較器１は、生成した駆動パルス信号を増幅器１１１５に出力する。
　比較器２は、駆動系カウンターから入力されるカウント値が、走査周期の３／４周期に相当する画素数に等しいとき所定の負の電圧値を有する駆動パルス信号を生成する。比較器２は、生成した駆動パルス信号を増幅器１１１５に出力する。
　比較器３は、駆動系カウンターから入力されるカウント値が、走査周期の終了時刻に相当する画素数に等しいとき所定の電圧値を有する走査期間終了信号を生成する。比較器３は、生成した走査期間終了信号をずれ検出部１３１と駆動系カウンターに出力する。
　走査画素数は、設定される解像度および最大振り角に応じて可変であってもよい。例えば、走査画素数が４０００画素であるとき、走査画素数が走査周期の１／４周期に相当する画素数、走査周期の３／４周期に相当する画素数、走査周期の終了時刻に相当する画素数は、それぞれ、１０００画素、３０００画素、４０００画素である。
　サンプリング系カウンターは、フィードバック回路１１１３から入力されるサンプリングクロック信号の周期を逐次にカウントする。サンプリング系カウンターは、カウントして得られるカウント値が走査画素数に等しいとき、所定の正の電圧値を有するサンプリングリセット信号を生成し、カウント値を０にリセットする。そして、サンプリング系カウンターは、生成したサンプリングリセット信号をフィードバック回路１１１３に出力する。
　増幅器１１１５は、駆動パルス生成回路１１１４から入力される駆動パルス信号の電圧値を所定の増幅率で増幅する。増幅器１１１５は、電圧値を増幅した駆動パルス信号を駆動コイルに出力する。駆動パルス信号は、走査周期の１／４周期、３／４周期において、それぞれ所定の正の信号値、負の信号値を有する。そのため、往路、復路それぞれの中点において駆動コイルが駆動される。
　以上に説明したように、本実施形態に係る画像入力装置１は、光源からの光が試料の表面に入射する走査点を往復させ、往復の走査期間の終了を示す走査期間終了信号を出力する走査部１１を備える。画像入力装置１は、往路における走査点からの反射光の強度を示す往路走査信号と、復路における走査点からの反射光の強度を示す復路走査信号とを取得する走査信号取得部１２３を備える。また、画像入力装置１は、走査期間終了信号に基づいて往路走査信号と復路走査信号とのずれ量を取得し、取得したずれ量に基づいて往路走査信号と復路走査信号とのずれを補正し、ずれを補正した往路走査信号と復路走査信号とを用いて画像信号を生成する画像生成部１３を備える。
　この構成により、往復の走査期間の終了に応じて取得した往路走査信号と復路走査信号とのずれ量が取得される。また、取得されたずれ量に基づいてずれを補正した往路走査信号と復路走査信号とを用いて画像信号が生成される。そのため、画像入力装置１は、予め特定の試料と動作モードを用いてずれ量を取得せずに、通常の観察試料を用いて通常の動作モードで動作しながら、ずれを補正した画像を示す画像信号を取得することができる。
　＜第２実施形態＞
　次に、本発明の第２実施形態について説明する。上述した実施形態と同一の構成については、同一の符号を付してその説明を援用する。
　図３は、本実施形態に係る画像入力装置１Ａの構成例を示す概略ブロック図である。画像入力装置１Ａは、画像入力装置１（図１）について、ずれ検出部１３１に代えてずれ検出部１３１Ａを備え、さらに特徴量検出部１４１と、抽出期間決定部１４２と、を含んで構成される。
　特徴量検出部１４１には、Ａ／Ｄ１２２から入力される走査信号から所定の大きさのブロックごとに特徴量を算出する。ブロックの大きさは、特徴量検出部１４１に予め設定しておく。ブロックの大きさは、各１回の走査よりも十分に短い区間であればよい。特徴量は、周波数が所定のカットオフ周波数よりも高い高域成分の量を表す高域成分量である。特徴量検出部１４１は、ＨＰＦ（ｈｉｇｈ　ｐａｓｓ；高域フィルタ）と積分回路とを含んで構成される。ＨＰＦは、走査信号のうち周波数が所定のカットオフ周波数よりも高い高域成分を通過してＨＰＦ信号を生成する。積分回路は、ブロックごとにＨＰＦ信号の電圧値を積分し、積分により得られた積分値を高域成分量として算出する。積分回路は、ブロックごとに算出した高域成分量を示す高域成分量信号を抽出期間決定部１４２に出力する。
　抽出期間決定部１４２は、特徴量検出部１４１から入力される高域成分信号が示すブロックごとの高域成分量が所定量より大きいブロックに係る抽出期間を選択する。抽出期間決定部１４２は、例えば、各１フレームの往路走査信号のうち高域成分量が最大のブロックを選択する。抽出期間決定部１４２は、選択した抽出期間を示す抽出期間信号をずれ検出部１３１Ａに出力する。
　ずれ検出部１３１Ａは、抽出期間決定部１４２から入力される抽出期間信号が示す抽出期間内の往路走査信号と、その直後の復路の復路走査期間との間でブロックマッチングを行う。このブロックマッチングの処理単位は、抽出期間決定部１４２が抽出期間を選択する単位と等しい。上述した例では、ずれ検出部１３１Ａは、フレームごとにブロックマッチングを行う。ずれ検出部１３１Ａは、ブロックマッチングを行って得られたずれ量を示すずれ量信号をずれ補正部１３２に出力する。
　次に、本実施形態に係る画像入力処理の実行例について説明する。
　図４は、走査信号に基づく画像の一例（画像Ｉｍ２１）を示す図である。画像Ｉｍ２１は、水平方向に規則的なパターンを有する試料Ｓの表面の状態を表す画像である。画像Ｉｍ２１を表す画像信号は、Ａ／Ｄ１２２から出力される走査信号をなす往路走査信号と復路走査信号とをずれ補正を施さずに交互に累積して生成された画像信号である。画像Ｉｍ２１は、その中央部に垂直方向に濃淡の境界を有する縦縞模様を表す。これらの境界は、ライン間で生じた往路走査信号と復路走査信号との間で生じたずれのために不鮮明に表されている。
　図５は、ＨＰＦ信号に基づく画像の一例（画像Ｃｒ２１）を示す図である。画像Ｃｒ２１は、特徴量検出部１４１において生成されたＨＰＦ信号のうち、往路区間の信号と復路区間の信号とをずれ補正を施さずに交互に累積して生成された画像信号である。このＨＰＦ信号は、画像Ｉｍ２１を表す画像信号の生成に用いられた走査信号についてＨＰＦを通過させることにより得られた信号である。画像Ｃｒ２１は、その中央部に垂直方向に濃淡の境界を有する縦縞模様を表す。濃く表されている部分ほど信号値が大きく、明るく表されている部分ほど信号値が小さいことを示す。つまり、画像Ｃｒ２１は、画像Ｉｍ２１が示す走査信号のうち縦縞模様の部分に対応する区間において、水平方向の高域成分が主であることを示す。また、破線で区切られている個々の領域はブロックを示す。ブロックごとに、特徴量検出部１４１によって高域成分量が取得される。
　図６は、選択されたブロックの一例（ブロックＢｋ２１）を示す図である。図６に示す例では、ブロックは破線で区切られている長方形の領域である。ブロックＢｋ２１は、抽出期間決定部１４２において、ラインＹに属するブロックのうち、画像Ｃｒ２１に係るＨＰＦ信号に基づいて得られるブロックごとの特徴量が最大となるブロックである。Ｘは、ブロックＢｋ２１の水平方向の座標を示す。図６に示す例では、高域成分が主である領域を最も多く含むブロックＢｋ２１に係る走査信号の期間が抽出期間として選択されることを示す。選択された抽出期間内の往路走査信号は、ずれ検出部１３１Ａにおいて、後続する復路走査信号とのブロックマッチングに用いられる。
　図７は、ずれ補正がなされた画像信号が表す画像の一例（画像Ｉｍ２２）を示す図である。画像Ｉｍ２２は、ずれ補正部１３２において往路走査信号と復路走査信号との間のずれ補正を行って、画像Ｉｍ２１に係る往路走査信号と復路走査信号を順次累積してなる画像信号が示す画像である。ずれ補正において、ずれ検出部１３１Ａが抽出期間内の往路走査信号と復路走査信号とのブロックマッチングにより得られたずれ量が用いられる。抽出期間内の往路走査信号は、他の期間よりも高域成分を多く含む。このことは、抽出期間内の往路走査信号が示す画像が、他の期間の往路走査信号が示す画像よりもピントが合い、試料上の微細なパターンを表していることを意味する。そのため、ずれ検出部１３１Ａは、ブロックマッチングにおいて復路走査信号との類似度を高い精度で算出することができる。画像Ｉｍ２２が有する縦縞模様の濃淡の境界は、画像Ｉｍ２１よりも鮮明である。このことは、高い精度で検出されたずれ量に基づく補正により、画質が向上することを示す。
　以上に説明したように、本実施形態に係る画像入力装置１Ａは、往路走査信号から所定の周波数よりも周波数が高い高域成分の量を示す特徴量を検出する特徴量検出部１４１を備える。また、画像入力装置１Ａは、特徴量が示す高域成分の量が所定の量よりも大きい抽出期間を定める抽出期間決定部１４２を備える。
　この構成により、ずれ検出部１３１Ａは、高域成分の量が多い抽出期間内の往路走査信号を用いて復路走査信号とのずれ量を取得する。高域成分の量が多い抽出期間内の往路走査信号は、試料表面上の微細なパターンを有する画像を表すため、ずれ検出部１３１Ａは、ずれ量を高い精度で取得することができる。従って、ずれ補正部１３２は、高い精度で取得されたずれ量を用いて往路走査信号と復路走査信号のずれを補正して高い画質の画像を表す画像信号を取得することができる。
　＜第３実施形態＞
　次に、本発明の第３実施形態について説明する。上述した実施形態と同一の構成については、同一の符号を付してその説明を援用する。
　画像入力装置１Ａのずれ検出部１３１Ａ（図３）は、走査信号の高域成分が主である抽出期間内の往路走査信号と復路走査信号とでブロックマッチングを行っていた。ブロックマッチング処理において画像間の類似性を示す指標値も、その周期で変動するので、高域において周期性が高い成分が主である画像については、真のずれ量よりもその周期の整数倍、例えば、１周期ずれたずれ量が検出されることがある。このような試料の画像には、例えば、その表面に規則的に施された半導体チップの配線パターンなどがある。
　他方、ＭＥＭＳミラー１１２の共振運動による走査では、走査速度は時刻に対する正弦関数となる。走査速度は、誘導起電圧信号の誘導起電圧として検出される。試料が周期を有する格子パターンである場合、図８に示すように、走査開始直後および走査終了直前の期間における走査速度は、その他の期間よりも低くなる。そのため、走査信号の信号値の周期は、走査開始直後および走査終了直前において、その他の期間よりも長くなり、中央部において最も短くなる。また、走査開始直後において信号値の周期が時間経過に応じて短くなる傾向と、走査終了直前において信号値の周期が時間経過に応じて長くなる傾向が中央部よりも著しい。
　本実施形態に係る画像入力装置１Ｂのずれ検出部１３１Ｂは、この特性を利用して、ずれ量をより正確に検出する。
　図９は、本実施形態に係る画像入力装置１Ｂの構成例を示す概略ブロック図である。画像入力装置１Ｂは、画像入力装置１（図１）について、ずれ検出部１３１に代えてずれ検出部１３１Ｂを備え、さらに走査期間分類部１４３と、を含んで構成される。
　走査期間分類部１４３は、駆動回路１１１の誘導起電圧検出回路１１１１（図２）から入力される誘導起電力信号が示す誘導起電圧が所定の誘導起電圧よりも低い期間を低速期間として定める。図８に示す例では、誘導起電圧Ｉｅ３１が所定の誘導起電圧ｖ１よりも低い期間が低速期間として定められる。低速期間は、往路走査信号Ｓｃ３１、復路走査信号Ｓｃ３２それぞれの走査開始時から所定期間、走査終了時までの所定期間に相当する。なお、走査期間分類部１４３は、ずれ検出部１３１Ｂで行われるブロックマッチングの処理単位と等しい単位、例えば、各１回の往復ごとに低速期間を定めればよい。ここで、走査期間分類部１４３は、往路走査信号のうち、１回の走査開始時から所定期間と操作終了時までの所定期間のいずれか一方のみ、例えば、走査開始時から所定期間のみを低速期間として定めてもよい。走査期間分類部１４３は、定めた低速期間を示す分類信号をずれ検出部１３１Ｂに出力する。
　ずれ検出部１３１Ｂは、走査期間分類部１４３から入力される分類信号が示す低速期間内の往路走査信号と復路走査信号とで上述したブロックマッチングを行う。ずれ検出部１３１Ｂは、ブロックマッチングを行って得られたずれ量を示すずれ量信号をずれ補正部１３２に出力する。
　低速期間内では、信号値の周期性が低くなるので、ブロックマッチング処理において画像間の類似性を示す指標値の変動の周期性も低くなる。そのため、周期性が高いパターンを有する試料Ｓにおいて、本来のずれ量よりも整数周期ずれたずれ量の誤検出を回避することができる。
　以上に説明したように、本実施形態に係る画像入力装置１Ｂは、走査速度が所定の走査速度よりも低い期間である低速期間を定める走査期間分類部１４３を備える。また、ずれ検出部１３１Ｂは、低速期間における往路走査信号と復路走査信号とのずれ量を算出する。
　この構成により、ずれ検出部１３１Ｂは、周期性が損なわれた低速期間内の往路走査信号と復路走査信号とのずれ量を取得する。そのため、往路走査信号と復路走査信号が試料表面の周期性を有する画像を表すときでも、その周期の整数倍ずれたずれ量を誤って取得することを避けることができる。従って、ずれ補正部１３２は、正しく取得されたずれ量を用いて往路走査信号と復路走査信号とのずれを補正して高い画質の画像を表す画像信号を取得することができる。
　＜第４実施形態＞
　次に、本発明の第４実施形態について説明する。上述した実施形態と同一の構成については、同一の符号を付してその説明を援用する。
　画像入力装置１Ｂのずれ検出部１３１Ｂ（図９）は、周期性が低くなる低速期間内の往路走査信号と復路走査信号とでブロックマッチングを行っていた。しかしながら、低速期間では高速期間よりも、ずれ検出分解能が低くなる。これは、ずれ検出において往路走査信号と復路走査信号との類似性を示す指標値のずれ量候補に対する変化が、低速期間では高速期間よりも緩やかなため、ノイズによる指標値の誤差が大きくなることによる。この点について、Ａ／Ｄ１２２がサンプリング周期を可変にすることも考えられるが、本実施形態に係る画像入力装置１Ｃにおいて、ずれ検出部１３１Ｃは、この特性を利用して、ずれ量を高い精度で検出する。
　図１０は、本実施形態に係る画像入力装置１Ｃの構成例を示す概略ブロック図である。画像入力装置１Ｃは、画像入力装置１Ｂ（図９）について、ずれ検出部１３１Ｂおよび走査期間分類部１４３に代えて、ずれ検出部１３１Ｃおよび走査期間分類部１４３Ｃを含んで構成される。
　走査期間分類部１４３Ｃは、走査期間分類部１４３と同様に、誘導起電力信号が示す誘導起電圧が所定の誘導起電圧よりも低い期間を低速期間として定める他、誘導起電圧が所定の第２の誘導起電圧よりも高い期間を高速期間として定める。第２の誘導起電圧は、第１の誘導起電圧と等しくてもよいし、誘導起電力信号が示す誘導起電圧の最大値を超えなければ第１の誘導起電圧よりも高くてもよい。また、走査期間分類部１４３Ｃは、低速期間と同じ処理単位で、高速期間を決定すればよい。
　図８に示す例では、誘導起電圧Ｉｅ３１が第２の誘導起電圧ｖ２よりも高い期間が高速期間として定められる。高速期間は、往路走査信号Ｓｃ３１、復路走査信号Ｓｃ３２の各走査の中点を含む中央部に対応する期間である。走査期間分類部１４３は、定めた低速期間と高速期間を示す分類信号をずれ検出部１３１Ｃに出力する。
　ずれ検出部１３１Ｃは、走査期間分類部１４３から入力される分類信号が示す低速期間内の往路走査信号と復路走査信号との間で上述したブロックマッチング処理を行う。そして、ずれ検出部１３１Ｃは、低速期間内のブロックマッチング処理で得られたずれ量を中心として所定の画素数の範囲内に探索範囲を限定する探索範囲限定部１３１１を備える。ずれ検出部１３１Ｃは、分類信号が示す高速期間内の往路走査信号と復路走査期間との間で、ブロックマッチング処理を行う。このブロックマッチング処理では、ずれ検出部１３１Ｃは、探索範囲限定部１３１１が定めた探索範囲内のずれ量候補のそれぞれについて高速期間内の往路走査信号と復路走査信号との類似性を示す指標値を算出する。ずれ検出部１３１Ｃは、算出した指標値が最も小さいずれ量候補を、高速期間内の往路走査信号と復路走査信号とのずれ量として定める。ずれ検出部１３１Ｃは、定めたずれ量を示すずれ量信号をずれ補正部１３２に出力する。
（ずれ検出処理）
　次に、本実施形態に係るずれ検出処理について説明する。
　図１１は、本実施形態に係るずれ検出処理を示すフローチャートである。
（ステップＳ１０１）走査期間分類部１４３Ｃは、駆動回路１１１からの誘導起電力信号が示す誘導起電圧が所定の誘導起電圧よりも低い期間を低速期間として定め、所定の第２の誘導起電圧よりも高い期間を高速期間として定める。その後、ステップＳ１０２に進む。
（ステップＳ１０２）ずれ検出部１３１Ｃは、低速期間内の往路走査信号と復路走査期間との間でブロックマッチング処理を行い、ずれ量を検出する。その後、ステップＳ１０３に進む。
（ステップＳ１０３）探索範囲限定部１３１１は、ステップＳ１０２で検出した低速期間内のずれ量を基準とする所定の探索範囲に限定した探索範囲を定める。その後、ステップＳ１０４に進む。
（ステップＳ１０４）ずれ検出部１３１Ｃは、高速期間内の往路走査信号と復路走査信号との間で、ブロックマッチング処理を行う。ブロックマッチング処理において、ステップＳ１０４で定めた探索範囲内で往路走査信号と復路走査信号との類似性を示す指標値を最小とするずれ量を探索する。その後、図１１の処理を終了する。
　以上に説明したように、本実施形態に係る画像入力装置１Ｃにおいて、走査期間分類部１４３Ｃは、走査速度が所定の走査速度よりも高い期間である高速期間をさらに定める。ずれ検出部１３１Ｃは、低速期間における往路走査信号と復路走査信号とのずれ量に基づいてずれ量の探索範囲を定める。また、ずれ検出部１３１Ｃは、定めた探索範囲内で高速期間における往路走査信号と復路走査信号とのずれ量を定める。
　この構成により、ずれ検出部１３１Ｃは、周期性が損なわれた低速期間内の往路走査信号と復路走査信号とのずれ量に基づいてずれ量の探索範囲を定める。そのため、ずれ量の探索範囲を正しく取得されたずれ量に基づいて探索範囲を限定することができる。そして、ずれ検出部１３１Ｃは、ずれ検出の分解能が高い高速期間内の往路走査信号と復路走査信号とのずれ量に基づいて探索範囲内のずれ量を定める。そのため、ずれ検出部１３１Ｃは、高い精度で往路走査信号と復路走査信号とのずれ量を定めることができる。従って、ずれ補正部１３２は、取得された高い精度のずれ量を用いて往路走査信号と復路走査信号のずれを補正して高い画質の画像を表す画像信号を取得することができる。
　＜変形例＞
　以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変形を加えることができる。
　例えば、走査部１１は、ＭＥＭＳミラー１１２に代えて、ガルバノミラーなど、駆動パルス信号に応じて共振運動を行うその他の種別のミラーを備えてもよい。
　また、駆動パルス生成回路１１１４が生成する駆動パルス信号は、各走査期間の開始時刻から１／４周期において所定の正の電圧値と、３／４周期において所定の負の電圧値とのいずれか一方を有する信号であってもよい。
　ずれ検出部１３１は、ブロックマッチングにおいて、往路走査信号の位置を基準とし復路走査信号をずらしてずれ量を定める場合を例にしたが、これには限られない。ずれ検出部１３１は、復路走査信号の位置を基準とし往路走査信号をずらしてずれ量を定めてもよい。
　抽出期間決定部１４２は、往路走査信号に代え、復路走査信号において抽出期間を定めてもよい。その場合、ずれ検出部１３１Ａは、抽出期間内における復路走査信号の位置を基準とし往路走査信号をずらしてずれ量を定める。
　走査期間分類部１４３、１４３Ｃは、往路走査信号に代え、復路走査信号において低速期間を定めてもよい。その場合、ずれ検出部１３１Ｂ、１３１Ｃは、低速期間内における復路走査信号の位置を基準とし往路走査信号をずらしてずれ量を定める。
　走査期間分類部１４３Ｃは、往路走査信号に代え、復路走査信号において高速期間を定めてもよい。その場合、ずれ検出部１３１Ｃは、高速期間内における復路走査信号の位置を基準とし往路走査信号をずらしてずれ量を定める。
　画像入力装置１Ｂ、１Ｃは、それぞれ特徴量検出部１４１と抽出期間決定部１４２を備えてもよい。その場合、走査期間分類部１４３、１４３Ｃは、抽出期間決定部１４２が定めた抽出期間内の走査信号から低速期間を定める。また、走査期間分類部１４３Ｃは、抽出期間決定部１４２が定めた抽出期間内の走査信号から高速期間を定める。
　画像入力装置１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃにおいて、駆動回路１１１、往路走査信号取得部１２３１、復路走査信号取得部１２３２、ずれ検出部１３１、１３１Ａ、１３１Ｂ、１３１Ｃ、ずれ補正部１３２、特徴量検出部１４１、抽出期間決定部１４２および走査期間分類部１４３、１４３Ｃは、それぞれ各１個の回路として構成されてもよいし、それらの一部の所定の組み合わせごと、もしくはそれらの全部の組み合わせからなる集積回路として構成されてもよい。
。
　以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこれら実施形態及びその変形例に限定されることはない。本発明の主旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。
　また、本発明は前述した説明によって限定されることはなく、添付のクレームの範囲によってのみ限定される。
　上記各態様の画像入力装置および画像入力方法によれば、予め特定の試料と動作モードを用いてずれ量を取得せずに、通常の観察試料を用いて通常の動作モードで往復走査を行い、ずれを補正した画像を示す画像信号を取得することができる。
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ…画像入力装置、１１…走査部、１３…画像生成部、１１１…駆動回路、１１２…ＭＥＭＳミラー、１１３…レーザー光源、１２１…フォトディテクター、１２２…Ａ／Ｄ、１２３…走査信号取得部、１３１、１３１Ａ、１３１Ｂ、１３１Ｃ…ずれ検出部、１３２…ずれ補正部、１４１…特徴量検出部、１４２…抽出期間決定部、１４３、１４３Ｃ…走査期間分類部、１１１１…誘導起電圧検出回路、１１１２…ゼロクロス検出部、１１１３…フィードバック回路、１１１４…駆動パルス生成回路、１１１５…増幅器、１２３１…往路走査信号取得部、１２３２…復路走査信号取得部、１３１１…探索範囲限定部

Claims (5)

  1. 　光源からの光が試料の表面に入射する走査点を往復させ、往復の走査期間の終了を示す走査期間終了信号を出力する走査部と、
    　往路における前記走査点からの反射光の強度を示す往路走査信号と、復路における前記走査点からの反射光の強度を示す復路走査信号を取得する走査信号取得部と、
    　前記走査期間終了信号に基づいて、前記往路走査信号と前記復路走査信号とのずれ量を取得し、
    　前記ずれ量に基づいて前記往路走査信号と前記復路走査信号とのずれを補正し、
    　前記ずれを補正した前記往路走査信号と前記復路走査信号とを用いて画像信号を生成する画像生成部と、
    　を備える画像入力装置。
  2. 　前記往路走査信号と前記復路走査信号の一方の走査信号から所定の周波数よりも周波数が高い成分である高域成分の量を示す特徴量を検出する特徴量検出部と、
    　前記特徴量が示す高域成分の量が所定の量よりも大きい期間を定める期間決定部と、を備え、
    　前記画像生成部は、
    　前記期間における前記一方の走査信号と、前記往路走査信号と前記復路走査信号の他方の走査信号とを用いて前記ずれ量を取得する
    　請求項１に記載の画像入力装置。
  3. 　走査速度が所定の走査速度よりも低い期間である低速期間を定める期間分類部を備え、
    　前記画像生成部は、
    　前記低速期間における前記往路走査信号と前記復路走査信号とのずれ量を算出する
    　請求項１または請求項２に記載の画像入力装置。
  4. 　前記期間分類部は、
    　前記走査速度が所定の走査速度よりも高い期間である高速期間を定め、
    　前記画像生成部は、
    　前記低速期間におけるずれ量に基づいて探索範囲を定め、
    　前記探索範囲内で前記高速期間における前記往路走査信号と前記復路走査信号とのずれ量を探索する
    　請求項３に記載の画像入力装置。
  5. 　画像入力装置における画像入力方法であって、
    　光源からの光が試料の表面に入射する走査点を往復させ、往復の走査期間の終了を示す走査期間終了信号を出力する走査過程と、
    　往路における前記走査点からの反射光の強度を示す往路走査信号と、復路における前記走査点からの反射光の強度を示す復路走査信号を取得する走査信号取得過程と、
    　前記走査期間終了信号に基づいて、前記往路走査信号と前記復路走査信号とのずれ量を取得し、
    　前記ずれ量に基づいて前記往路走査信号と前記復路走査信号とのずれを補正し、
    　前記ずれを補正した前記往路走査信号と前記復路走査信号とを用いて画像信号を生成する画像生成過程と、
    　を有する画像入力方法。
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