JP2010210506A - Measuring device and method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、無彩色細胞のコロニーなど、無色透明な物体(位相物体)の透過率分布を測定する測定装置及び測定方法に関する。 The present invention relates to a measuring apparatus and a measuring method for measuring the transmittance distribution of a colorless and transparent object (phase object) such as an achromatic cell colony.
無染色細胞をシャーレで培養し、シャーレ内におけるコロニーの成長過程を観察する際には、位相物体を可視化することのできる観察装置が使用される。この種の観察装置の中で特に特許文献1に記載の観察装置は、視野が広く、コロニーの成長度を一望することができる点で有用性が高い。
When culturing unstained cells in a petri dish and observing the growth process of colonies in the petri dish, an observation apparatus that can visualize a phase object is used. Among these types of observation apparatuses, the observation apparatus described in
但し、細胞のコロニーは、シャーレの底面に沿った方向だけでなく厚さ方向へも成長する。このようなコロニーの厚さ分布を測定するには、例えば特許文献2に記載の厚さ測定方法のように、被観察物の透過率分布を測定し、それを厚さ分布に換算することが考えられる。 However, cell colonies grow not only in the direction along the bottom of the petri dish but also in the thickness direction. In order to measure the thickness distribution of such a colony, for example, as in the thickness measurement method described in Patent Document 2, the transmittance distribution of an object to be observed is measured and converted into the thickness distribution. Conceivable.
しかしながら、特許文献2にも記載されているとおり、通常、透過率分布の測定では、被観察物をレーザ光でスキャンする必要があるので、非常に多くの時間を要する。 However, as described in Patent Document 2, it is usually necessary to scan an object to be observed with a laser beam to measure the transmittance distribution, and therefore it takes a very long time.
そこで本発明は、被観察物の透過率分布を高速に測定することのできる測定装置及び測定方法を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a measuring apparatus and a measuring method capable of measuring the transmittance distribution of an object to be observed at high speed.
本発明の測定装置を例示する一態様は、被観察物から暗視野画像及び明視野画像の双方を取得する観察手段と、前記被観察物の散乱効率を示す情報を予め記憶する記憶手段と、前記観察手段が取得した暗視野画像及び明視野画像と、前記記憶手段が予め記憶した情報とに基づき、前記被観察物の透過率分布を算出する演算手段と、を備えたものである。 One aspect illustrating the measuring apparatus of the present invention is an observation means for acquiring both a dark field image and a bright field image from an observation object, a storage means for storing in advance information indicating the scattering efficiency of the observation object, And a calculation means for calculating a transmittance distribution of the object to be observed based on a dark field image and a bright field image acquired by the observation means and information stored in advance by the storage means.
また、本発明の測定方法を例示する一態様は、被観察物から暗視野画像及び明視野画像の双方を取得する観察手順と、前記被観察物の散乱効率を示す情報を予め記憶する記憶手順と、前記観察手順で取得した暗視野画像及び明視野画像と、前記記憶手段が予め記憶した情報とに基づき、前記被観察物の透過率分布を算出する演算手順と、を含むものである。 In addition, one aspect illustrating the measurement method of the present invention includes an observation procedure for acquiring both a dark field image and a bright field image from an object to be observed, and a storage procedure for previously storing information indicating the scattering efficiency of the object to be observed. And a calculation procedure for calculating the transmittance distribution of the object to be observed based on the dark field image and the bright field image acquired by the observation procedure and the information stored in advance by the storage means.
本発明によれば、被観察物の透過率分布を高速に測定することのできる測定装置及び測定方法が実現する。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the measuring apparatus and measuring method which can measure the transmittance | permeability distribution of to-be-observed object at high speed are implement | achieved.
[実施形態]
以下、本発明の測定装置の実施形態を説明する。
[Embodiment]
Hereinafter, embodiments of the measuring apparatus of the present invention will be described.
先ず、測定装置の構成を説明する。 First, the configuration of the measuring apparatus will be described.
図1は、測定装置の光学系部分を説明する図である。図1に示すとおり、測定装置には、透過型液晶パネル11と、透過型のステージ(標本台)13と、結像光学系15と、撮像素子17とが備えられる。
FIG. 1 is a diagram illustrating an optical system portion of the measuring apparatus. As shown in FIG. 1, the measuring apparatus includes a transmissive
ステージ13には、サンプルとして、可視光に対して透明な培養容器であるシャーレ25が載置される。シャーレ25内は、可視光に対して透明な培養液25bで満たされており、その培養液25bの中で無染色細胞のコロニー25aが生息している。このコロニー25aが本実施形態の被観察物である。
On the
透過型液晶パネル11は、例えばバックライト付きの透過型液晶パネルであって、ステージ13に載置されたシャーレ25の全域を一括に照明することができる。透過型液晶パネル11の発光パターンは、不図示のコントローラによって制御され、図1に示すとおり互いに等しい幅の帯状の暗部(非発光部1d)及び帯状の明部(発光部1b)を交互に配置したパターンに設定される。全ての非発光部1dの輝度は略均一であり、全ての発光部1bの輝度も略均一である。したがって、透過型液晶パネル11は、ストライプ状の面光源としての機能を果たす。
The transmissive
結像光学系15は、透過型液晶パネル11から射出しシャーレ25の全域を透過した光を捉え、撮像素子17の撮像面上にシャーレ25の全体像を形成する。結像光学系15の物体側開口数NAは十分に小さく(例えばNA=0.01)、光軸に対する入射光の最大角度θは、sinθ=θとみなせるほど十分に小さい。
The imaging
図1には描かれていないが、測定装置には焦点調節機構も備えられる。ユーザはその焦点調節機構を駆動することにより、結像光学系15の焦点面をシャーレ25の底面近傍に位置させる。この状態で、コロニー25aの観察が可能となる。
Although not depicted in FIG. 1, the measuring device is also provided with a focus adjustment mechanism. The user drives the focus adjustment mechanism to position the focal plane of the imaging
撮像素子17は、その撮像面上に形成されたシャーレ25の全体像を撮像し、画像を生成する。撮像素子17のピクセル分解能(1ピクセル当たりの物体側距離)は、細胞1個分(例えば10μm)より十分に大きいものとする。但し、コロニー25aの形状を観察可能とするために、ピクセル分解能は、コロニー25aのサイズよりは十分に小さいものとする。よって、例えば撮像素子17のピクセル分解能は、20μmに設定される。なお、撮像素子17が生成した画像は、不図示のコントローラへ取り込まれる。
The
ここで、透過型液晶パネル11の発光パターンは前述したとおりストライプ状なので、撮像素子17が生成する画像はストライプ画像Iとなる。
Here, since the light emission pattern of the transmissive
例えば、ストライプ画像Iの或る明部に位相物体の像が写っており、その隣の暗部に位相物体の像が写っていた場合、その明部及び暗部の輝度分布は、例えば図2のグラフのようになる。 For example, when a phase object image appears in a certain bright part of the stripe image I and a phase object image appears in the adjacent dark part, the luminance distribution of the bright part and the dark part is, for example, the graph of FIG. become that way.
図2の左側に示すとおり、ストライプ画像Iの明部では、位相物体の像wbの輝度が相対的に低くなる。つまり、ストライプ画像Iの明部は、明るい背景中に暗い像の現れる明視野画像となる。この明視野画像は、被観察物(コロニー25a)の厚さ分布測定に利用可能である(詳細は後述)。
As shown on the left side of FIG. 2, in the bright part of the stripe image I, the luminance of the phase object image wb is relatively low. That is, the bright part of the stripe image I is a bright field image in which a dark image appears in a bright background. This bright field image can be used for the thickness distribution measurement of the observation object (
一方、図2の右側に示すとおり、ストライプ画像Iの暗部では、位相物体の像wdの輝度が相対的に高くなる。つまり、ストライプ画像Iの暗部は、暗い背景中に明るい像の現れる暗視野画像である。この暗視野画像は、被観察物(コロニー25a)の形状観察と厚さ分布測定との双方に利用可能である。
On the other hand, as shown on the right side of FIG. 2, in the dark part of the stripe image I, the luminance of the phase object image wd is relatively high. That is, the dark part of the stripe image I is a dark field image in which a bright image appears on a dark background. This dark field image can be used for both shape observation and thickness distribution measurement of the observation object (
なお、図2の中央に示すとおり、ストライプ画像Iの明暗の遷移部では、位相物体の像が不明確となるので、被観察物(コロニー25a)の形状観察や厚さ分布測定には適さない。
As shown in the center of FIG. 2, the phase object image is unclear in the bright and dark transition portion of the stripe image I, and thus is not suitable for shape observation or thickness distribution measurement of the observation object (
そこで、本実施形態の測定装置は、前述した面光源の明暗の位相を1周期変化させながら3枚以上(例えば4枚)のストライプ画像Iを取得し、それらストライプ画像Iの暗部のうち遷移部から外れた有効部のみを切り出して繋ぎ合わせることで、シャーレ25の全域の暗視野画像を取得する。また、本実施形態の測定装置は、それらストライプ画像Iの明部のうち遷移部から外れた有効部のみを切り出して繋ぎ合わせることで、シャーレ25の全域の明視野画像を取得する。
Therefore, the measuring apparatus according to the present embodiment acquires three or more (for example, four) stripe images I while changing the light / dark phase of the surface light source described above by one period, and a transition portion among the dark portions of the stripe images I is obtained. The dark field image of the whole area of the
図3は、コントローラの構成を示すブロック図である。コントローラは、撮像素子制御部35、ステージ制御部29、照明制御部33、メモリ41、CPU37、表示器27、入力器28を備える。
FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the controller. The controller includes an image
撮像素子制御部35は、CPU37からの指示に応じて撮像素子17を駆動し、撮像素子17が取得したストライプ画像Iを取り込む。
The image
照明制御部33は、CPU37からの指示に応じて透過型液晶パネル11へ駆動信号を与えることにより、前述した面光源の明暗の位相を変化させる。
The
メモリ41は、CPU37の動作プログラムや、CPU37の動作中に必要となった情報などを格納する。メモリ41に格納される情報には、後述する本測定に必要なパラメータ(B、C、C’の各値)などがある。これらB、C、C’の各値は、CPU37によって適宜に更新される。
The
入力器28は、ユーザからの各種の指示をCPU37へ入力する。入力器28を介してユーザからCPU37へと入力される指示には、後述する予備測定の開始指示や、後述する本測定の開始指示などがある。
The
CPU37は、メモリ41に格納された動作プログラムに従い、撮像素子制御部35、ステージ制御部29、照明制御部33を統括的に制御することにより、後述する予備測定や本測定を行う。
The
表示器27は、CPU37からの指示に従って情報を表示する。表示器27へ表示される情報には、予備測定や本測定でユーザへ通知する必要の生じた情報や、CPU37が本測定で取得した暗視野画像や厚さ分布などの情報がある。
The
次に、測定装置の原理を説明する。 Next, the principle of the measuring apparatus will be described.
図4は、ストライプ画像Iの暗部を説明する図である。説明では、暗部に写り込む被観察物(コロニー25a)上の任意の点Pに着目し、その点Pに対応する画素の輝度Idarkについて考える。この点Pは、非発光部1dに正対している。
FIG. 4 is a diagram illustrating the dark part of the stripe image I. In the description, attention is paid to an arbitrary point P on the observation object (
先ず、点Pに関する各量を以下のとおり定義する。 First, each quantity regarding the point P is defined as follows.
z:光軸方向における点Pの位置。 z: the position of the point P in the optical axis direction.
x:ストライプのピッチ方向における点Pの位置。 x: The position of the point P in the stripe pitch direction.
y:ストライプのライン方向における点Pの位置。 y: the position of the point P in the line direction of the stripe.
B:被観察物(コロニー25a)が存在しないときに発光部1bが輝度Idarkに与える単位立体角当たりの信号量(シャーレ25及び結像光学系15における光損失も加味した値。)。
B: Signal amount per unit solid angle given to the luminance I dark by the
ωi:点Pへ向かう光線の入射角(ベクトル量)。 ω i : The incident angle (vector amount) of the light beam toward the point P.
ωf:点Pから射出する光線の射出角(ベクトル量)。 ω f : An emission angle (vector amount) of a light ray emitted from the point P.
Ω:発光部1bから点Pに向かう光線の立体角範囲。
Ω: solid angle range of light rays from the
Ωin:点Pから結像光学系15の瞳内に向かう光線の立体角範囲。
Ω in : solid angle range of light rays from the point P toward the pupil of the imaging
h:点Pにおける被観察物(コロニー25a)の厚さ。
h: Thickness of the observation object (
f:被観察物(コロニー25a)の内部へ入射してから点Pへ入射する入射光の到達率。
f: The arrival rate of incident light that enters the observation object (
s:点Pにおける被観察物(コロニー25a)の散乱効率。
s: Scattering efficiency of the observation object (
g:点Pを射出してから被観察物(コロニー25a)の外部へ射出する散乱光の到達率。
g: Arrival rate of scattered light emitted from the point P after being emitted to the outside of the observation object (
したがって、輝度Idarkは、次式(1)で表される。 Therefore, the luminance I dark is expressed by the following equation (1).
ここで、被観察物(コロニー25a)における散乱は、コロニー25a内の個々の細胞の細胞膜や、細胞内の個々のオルガネラ(核、ミトコンドリア等)など、屈折率が不連続となった部分で発生する。そのため、式(1)では、散乱効率sを位置(x、y、z)の関数で表した。
Here, scattering in the object to be observed (
しかし、上述したとおり結像光学系15の物体側開口数は十分に小さく、撮像素子17のピクセル分解能はオルガネラよりも大きくなるので、散乱効率sは、被観察物(コロニー25a)内で一様(つまりx、y、zに依存しない)とみなしても問題ない。同様に、到達率f、gについても被観察物(コロニー25a)内で一様とみなしても問題ない。
However, as described above, the object-side numerical aperture of the imaging
さらに、点Pへ入射する光線及び点Pから射出する光線のうち、輝度Idarkに寄与する光線は何れもz軸からの角度が十分小さいので、式(1)における積”f・g”は、z軸からの角度がゼロである光線が厚さhの被観察物(コロニー25a)を通過したときの透過率、すなわち、点P(x、y)における被観察物(コロニー25a)の透過率と等しいとみなせる。ここで、点Pの透過率は、被観察物(コロニー25a)の吸収係数(減衰係数)をαとおくと、exp(−hα)で表される。
Further, among the light rays incident on the point P and the light rays emitted from the point P, the light rays contributing to the luminance I dark are sufficiently small in angle from the z-axis, so the product “f · g” in the equation (1) is , The transmittance when a light beam whose angle from the z-axis is zero passes through the observation object (
したがって、上式(1)は下式(2)のとおり簡略化される。 Therefore, the above equation (1) is simplified as the following equation (2).
Ωout:立体角範囲Ωから立体角範囲Ωinを除いた立体角範囲。 Ω out : Solid angle range obtained by removing the solid angle range Ω in from the solid angle range Ω.
したがって、輝度Ibrightは、次式(4)で表される。 Therefore, the luminance I bright is expressed by the following equation (4).
式(4)の第一項は、被観察物(コロニー25a)が存在しないときに輝度Idarkに与えられる信号量(シャーレ25及び結像光学系15における光損失も加味した値。)であり、{}内の前半は、被観察物(コロニー25a)で生じた散乱により結像光学系15から外れることになった光量に相当し、{}内の後半は、被観察物(コロニー25a)で生じた散乱により結像光学系15に入射するようになった光量に相当する。
The first term of equation (4) is the amount of signal given to the luminance I dark when the object to be observed (
ここでも、面光源の形状(ここではストライプ状)や結像光学系15が不変であり、かつ被観察物(コロニー25a)の種類も不変である限り、式(4)の{}内は、定数C’で表現することができる。
Again, as long as the shape of the surface light source (here stripes) and the imaging
したがって、上式(4)は下式(5)のとおり簡略化される。 Therefore, the above equation (4) is simplified as the following equation (5).
したがって、本実施形態の測定装置は、点Pに関する2種類の輝度Idark、Ibrightの値を測定し、それらの値を式(6)に当てはめることで、点Pにおける被観察物(コロニー25a)の透過率exp(−hα)の値を算出することができる。
Therefore, the measurement apparatus according to the present embodiment measures two types of luminance values I dark and I bright regarding the point P, and applies these values to the equation (6), thereby observing the object (
さらに、本実施形態の測定装置は、式(6)で算出した透過率exp(−hα)の値と、輝度Idarkの値とを式(3)に当てはめることで、点Pにおける被観察物(コロニー25a)の厚さhの値を算出することができる。
Furthermore, the measuring apparatus according to the present embodiment applies the value of the transmittance exp (−hα) calculated by the equation (6) and the value of the luminance I dark to the equation (3), thereby observing the object at the point P. The value of the thickness h of (
但し、透過率exp(−hα)の値や、厚さhの値を算出するためには、B、C、C’、Ωinの各値は既知となっている必要がある。よって、本実施形態の測定装置は、本測定に先立ち予備測定を行う。 However, the value and the transmittance exp (-hα), in order to calculate the value of thickness h is, B, C, C ', the value of Omega in must be already known. Therefore, the measurement apparatus of the present embodiment performs preliminary measurement prior to the main measurement.
次に、測定装置による予備測定及び本測定を説明する。 Next, preliminary measurement and main measurement by the measuring apparatus will be described.
予備測定及び本測定の条件は共通であり、例えば以下のとおりに設定される。 The conditions of the preliminary measurement and the main measurement are common, and are set as follows, for example.
・面光源のストライプピッチ:2mm。 -Stripe pitch of surface light source: 2 mm.
・発光部1bと非発光部1dとのduty比:1:1。
Duty ratio between the
・透過型液晶パネル11からシャーレ25までの距離:25mm。
-Distance from transmissive
・結像光学系15の焦点面:シャーレ25の底面
・結像光学系15の物体側開口数:0.01
・撮像素子17のピクセル分解能:物体側距離にして20μm程度。
Focal plane of imaging optical system 15: bottom surface of
-Pixel resolution of the image sensor 17: The object side distance is about 20 μm.
また、予備測定に当たり、以下の条件を満たすような予備測定用サンプルが用意される。 In addition, in the preliminary measurement, a preliminary measurement sample that satisfies the following conditions is prepared.
・αは、0である。 Α is 0.
・hは、0である。 H is 0.
・Bが本測定用サンプルのそれと共通である。 -B is the same as that of this measurement sample.
なお、以上の条件を満たす予備測定用サンプルは、例えば、本測定用のシャーレ25と同種のシャーレであって、本測定用の培養液25bと同種の培養液で満たされ、コロニーが全く存在しないものである。よって、以下では、この予備測定用サンプルを、「無コロニーサンプル」と称す。
The preliminary measurement sample that satisfies the above conditions is, for example, the same type of petri dish as the main
また、予備測定に当たり、以下の条件を満たすような予備測定サンプルも用意される。
・exp(−hα)は、1とみなせる。
・hが既知である。
・C、C’が本測定用サンプルのそれと共通である。
In addition, a preliminary measurement sample that satisfies the following conditions is also prepared for the preliminary measurement.
• exp (-hα) can be regarded as 1.
H is known
C and C ′ are the same as those of this measurement sample.
なお、以上の条件を満たす予備測定用サンプルは、例えば、本測定用のシャーレ25と同種のシャーレであって、本測定用の培養液25bと同じ培養液で満たされ、厚さが既知の薄いコロニー(例えば細胞1層分のコロニー)がサンプルの全域に形成されたものである。よって、以下では、この予備測定用サンプルを「薄コロニーサンプル」と称す。
The preliminary measurement sample that satisfies the above conditions is, for example, the same type of petri dish as the main
図6は、CPU37による予備測定のフローチャートである。このフローは、ユーザからの予備測定の開始指示に従って開始される。以下、各ステップを順に説明する。
FIG. 6 is a flowchart of preliminary measurement by the
ステップS11:CPU37は、無コロニーサンプルをステージ13に載置するようユーザへ指示する。なお、CPU37からユーザへの指示は、表示器27へ文字情報を表示することなどにより行われる。無コロニーサンプルがステージ13へ載置された旨の通知をユーザから受け取ると、CPU37は、無コロニーサンプルのストライプ画像Iを1枚取得する。なお、ユーザからCPU37への通知は、入力器28を介して行われる。以下、本ステップで取得されたストライプ画像Iを「ストライプ画像I1」と称す。
Step S11: The
ステップS12:CPU37は、無コロニーサンプルの代わりに薄コロニーサンプルをステージ13に載置するようユーザへ指示すると共に、その薄コロニーの厚さhの値を入力するようユーザへ指示する。薄コロニーサンプルがステージ13へ載置された旨の通知と、薄コロニーの厚さhの値とをユーザから受け取ると、CPU37は、薄コロニーサンプルのストライプ画像Iを1枚取得すると共に、薄コロニーの厚さhの値をメモリ41へ書き込む。以下、本ステップで取得されたストライプ画像Iを「ストライプ画像I21」と称す。
Step S12: The
ステップS13:CPU37は、面光源の明暗の位相を1/2ピッチ分(すなわちπ)だけシフトさせる。
Step S13: The
ステップS14:CPU37は、この状態における薄コロニーサンプルのストライプ画像Iを1枚取得する。以下、本ステップで取得されたストライプ画像Iを「ストライプ画像I22」と称す。なお、このストライプ画像I22と先に取得したストライプ画像I21との間では、明暗の位置が反転している。
Step S14: The
ステップS15:CPU37は、無コロニーサンプルのストライプ画像I1のうち、シャーレ像内に位置する任意の明部の有効部(遷移部から外れた部分)の輝度Ibrightの値を参照する。これによって、コロニー以外の物体(シャーレ25、培養液25b、結像光学系15など)がストライプ画像Iの明部に与える信号量が既知となる。
Step S15: The
そして、CPU37は、参照した輝度Ibrightの値と、無コロニーサンプルの上述した条件(α=0、h=0)とを式(5)へ当てはめることにより、Bの値を算出する。なお、式(5)におけるΩinの値は、例えば測定装置の光学設計データなどから予め既知となっているものとする。
Then, the
また、CPU37は、薄コロニーサンプルのストライプ画像I21のうち、シャーレ像内に位置する任意の明部の有効部(遷移部から外れた部分)の輝度Ibrightの値を参照すると共に、薄コロニーサンプルのストライプ画像I22のうち、その明部と同じ画素座標に位置する暗部の有効部(遷移部から外れた部分)の輝度Idarkの値を参照する。これによって、薄コロニーがストライプ画像Iの明部に与える信号量と、薄コロニーがストライプ画像Iの暗部に与える信号量とが既知となる。
In addition, the
そして、CPU37は、参照した輝度Ibrightの値と、参照した輝度Idarkの値と、薄コロニーサンプルの上述した条件(e−hα=1)と、薄コロニーの厚さhの値(メモリ41に格納)とを式(3)、(5)へ当てはめることにより、C、C’の各値を算出する。
Then, the
その後、CPU37は、本ステップで算出されたB、C、C’の各値をメモリ41へ書き込む。なお、その時点で既にメモリ41にB、C、C’が書き込まれていた場合には、本ステップによりB、C、C’の値が更新される(以上、ステップS15)。
Thereafter, the
ここで、メモリ41に書き込まれたC、C’の値は、被観察物(コロニー25a)の散乱効率を反映した値であるので、測定装置の光学配置とサンプル種類との組み合わせが変更されない限り、更新する必要はない。
Here, since the values of C and C ′ written in the
一方、メモリ41に書き込まれたBの値は、面光源の輝度を示す値であるので、面光源の輝度の変動を考慮するならば、適宜に更新される必要がある。そこで以下では、Bの値が所定期間毎に更新されるものとする。
On the other hand, since the value of B written in the
図7は、CPU37による本測定のフローチャートである。このフローは、ユーザからの本測定の開始指示に従って開始される。以下、各ステップを順に説明する。
FIG. 7 is a flowchart of the main measurement by the
ステップS20:CPU37は、Bの値の前回の更新時から所定期間が経過したか否かを判別し、経過していた場合にはステップS21へ移行し、経過していなかった場合にはステップS23へ移行する。
Step S20: The
ステップS21:CPU37は、無コロニーサンプルをステージ13に載置するようユーザへ指示する。その後、無コロニーサンプルがステージ13へ載置された旨の通知をユーザから受け取ると、CPU37は、無コロニーサンプルのストライプ画像I(すなわち、ストライプ画像I1)を取得する。なお、本ステップS21の動作は、前述したステップS11の動作と同じである。
Step S21: The
ステップS22:CPU37は、無コロニーサンプルのストライプ画像I1のうち、シャーレ像内に位置する任意の明部の有効部(遷移部から外れた部分)の輝度Ibrightの値を参照し、その輝度Ibrightの値と、無コロニーサンプルの条件(α=0、h=0)とを式(5)へ当てはめることにより、Bの値を算出する。そして、CPU37は、本ステップで算出したBの値をメモリ41へ書き込むことにより、Bの値を更新する。なお、本ステップS22のBの更新処理は、前述したステップS25におけるBの更新処理と同じである。
Step S22: The
ステップS23:CPU37は、本測定用サンプルをステージ13に載置するようユーザへ指示する。その後、本測定用サンプルがステージ13へ載置された旨の通知をユーザから受け取ると、CPU37は、本測定用サンプルのストライプ画像Iを1枚取得する。以下、本ステップで取得したストライプ画像Iを「ストライプ画像I3」と称す。
Step S23: The
ステップS24:CPU37は、ステップS23によるストライプ画像I3の取得回数が所定回数に達したか否かを判別し、達していなかった場合にはステップS25へ移行し、達していた場合にはステップS26へ移行する。ここでは、本ステップの判別基準となる所定回数を「4」とする。
Step S24:
ステップS25:CPU37は、面光源の位相を1/4ピッチ分(つまりπ/2)だけシフトさせてからステップS23へ戻る。
Step S25: The
ステップS26:CPU37は、ステップS23〜S25のループで取得された4枚のストライプ画像I3の各々から暗部のみを切り出して繋ぎ合わせることにより本測定用サンプルの全体の暗視野画像Idark(x、y)を作成する。また、CPU37は、それら4枚のストライプ画像I3の各々から明部のみを切り出して繋ぎ合わせることにより本測定用サンプルの全体の明視野画像Ibright(x、y)を作成する。
Step S26:
なお、上記ステップS25における位相シフト量は1/4ピッチ分であったので、本ステップにおける切り出し領域の幅も、1/4ピッチ分とされる。したがって、個々のストライプ画像I3のうち明暗の遷移部から外れた有効部のみが明視野画像Ibright(x、y)及び暗視野画像Idark(x、y)へ反映される。 Since the phase shift amount in step S25 is ¼ pitch, the width of the cutout region in this step is also ¼ pitch. Therefore, only the effective part out of the bright / dark transition part of each stripe image I 3 is reflected in the bright field image I bright (x, y) and the dark field image I dark (x, y).
ステップS27:CPU37は、現時点でメモリ41に格納されているB、C、C’の値を式(6)へ当てはめることにより、透過率exp(−hα)の算出式を取得する。なお、式(6)におけるΩinの値は、例えば測定装置の光学設計データなどから予め既知となっているものとする。
Step S27: The
そして、CPU37は、ステップS26で作成した暗視野画像Idark(x、y)の或る画素の輝度Idarkと、ステップS26で作成した明視野画像Ibright(x、y)の同じ画素の輝度Idarkとをその算出式へ当てはめることにより、被観察物(コロニー25a)のうちその画素に対応する部分の透過率exp(−hα)の値を算出する。そして、CPU37は、この算出を少なくともシャーレ像内に位置する全ての画素に関して行うことにより、本測定用サンプルにおける被観察物(コロニー25a)の透過率分布e−hα(x、y)を算出する。
Then, the
ステップS28:CPU37は、ステップS27で算出した透過率分布e−hα(x、y)のうち、或る画素の透過率e−hαの値を式(3)へ当てはめることにより、被観察物(コロニー25a)のうちその画素に対応する部分の厚さhを算出する。そして、CPU37は、この算出を全ての画素に関して行うことにより、本測定用サンプルにおける被観察物(コロニー25a)の厚さ分布h(x、y)を算出する。
Step S28: The
ステップS29:CPU37は、ステップS26で作成した暗視野画像Idark(x、y)と、ステップS28で算出した厚さ分布h(x、y)とを表示器27へ表示し、フローを終了する。
Step S29: The
以上、本実施形態の測定装置は、本測定用サンプルの全域における被観察物(コロニー25a)の透過率分布e−hα(x、y)を、本測定用サンプルの暗視野画像Idark(x、y)と、本測定用サンプルの明視野画像Ibright(x、y)と、メモリ41に予め格納された、被観察物(コロニー25a)の散乱効率の情報(C、C’)とに基づき算出する。
As described above, the measurement apparatus of the present embodiment uses the transmittance distribution e −hα (x, y) of the observation object (
また、本実施形態の測定装置は、暗視野画像Idark(x、y)及び明視野画像Ibright(x、y)の作成に必要な4枚のストライプ画像I3を撮像素子17により取得するので、本測定用サンプルをビームでスキャンする必要は無い。
In addition, the measuring apparatus of the present embodiment acquires four stripe images I 3 necessary for creating the dark field image I dark (x, y) and the bright field image I bright (x, y) by the
したがって、本実施形態の測定装置は、本測定用サンプルをビームでスキャンする場合と比較して、透過率分布e−hα(x、y)を高速に測定することができる。 Therefore, the measurement apparatus of the present embodiment can measure the transmittance distribution e −hα (x, y) at a higher speed than when the measurement sample is scanned with a beam.
また、本実施形態の測定装置は、暗視野画像Idark(x、y)及び明視野画像Ibright(x、y)の双方を共通の光学系(ストライプ状の面光源、結像光学系、撮像素子)で取得するので、効率的である。 In addition, the measurement apparatus of the present embodiment uses both a dark field image I dark (x, y) and a bright field image I bright (x, y) as a common optical system (striped surface light source, imaging optical system, Since it is acquired by the imaging device), it is efficient.
また、本実施形態の測定装置は、本測定用サンプルのストライプ画像I3を3枚以上取得し、個々のストライプ画像I3の有効部のみを暗視野画像Idark(x、y)及び明視野画像Ibright(x、y)の作成に使用するので、ノイズの影響を受けにくい。
[実施形態の補足]
なお、上述した実施形態では、Bの値の更新を所定期間毎に行ったが、面光源の輝度を監視し、その輝度が一定以上変化する毎に行ってもよい。
In addition, the measurement apparatus of the present embodiment acquires three or more stripe images I 3 of the sample for main measurement, and only the effective portion of each stripe image I 3 is obtained with the dark field image I dark (x, y) and the bright field. Since it is used to create the image I bright (x, y), it is hardly affected by noise.
[Supplement of embodiment]
In the above-described embodiment, the value of B is updated every predetermined period. However, the brightness of the surface light source may be monitored, and may be performed every time the brightness changes more than a certain value.
また、上述した実施形態では、サンプルの全域に亘りBが共通であるとの前提で測定を行ったが、サンプル上の位置によりBが異なるとの前提で測定を行ってもよい。 In the above-described embodiment, the measurement is performed on the premise that B is common over the entire area of the sample. However, the measurement may be performed on the premise that B is different depending on the position on the sample.
また、上述した実施形態のステップS23〜S25では、本測定用サンプルから取得されるストライプ画像の枚数を4としたが、3以上の他の数にしてもよい。なお、取得枚数をnとした場合、各回の位相シフト量は、1/nピッチ分(つまり2π/n)となり、ステップS26における切り出し領域の幅も、1/nピッチ分となる。 Further, in steps S23 to S25 of the above-described embodiment, the number of stripe images acquired from the main measurement sample is four, but may be another number of three or more. When the number of acquired images is n, the phase shift amount for each round is 1 / n pitch (that is, 2π / n), and the width of the cutout area in step S26 is also 1 / n pitch.
また、上述した実施形態の予備測定では、薄コロニーサンプルから取得されるストライプ画像I2の枚数を2としたが、1としてもよい。但し、その場合、薄コロニーがストライプ画像の明部に与える信号量と、薄コロニーがストライプ画像の暗部に与える信号量との双方を1枚のストライプ画像I2の互いに異なる画素座標から取得しなければならないので、薄コロニーの厚さは、完全に均一化されている必要がある。 Also, in the preliminary measurement of the above-described embodiment, although two the number of stripe image I 2 acquired from the thin colonies sample may be 1. However, in that case, the amount of signal thin colonies give a bright portion of the stripe image, required to obtain both the amount of signal thin colonies give the dark portion of the stripe image from one different pixel coordinates of the stripe image I 2 Therefore, the thickness of the thin colony needs to be completely uniform.
また、上述した実施形態の予備測定では、無コロニーサンプルと薄コロニーサンプルとの2つの予備測定用サンプルを使用したが、サンプルの全域に亘りBが共通であるとの前提で測定を行うのであれば、無コロニー領域と薄コロニー領域とを有した1つの予備測定用サンプルを使用してもよい。その場合、コロニー以外の物体がストライプ画像の明部に与える信号量と、薄コロニーがストライプ画像の明部及び暗部に与える信号量との双方を、同一のストライプ画像の互いに異なる領域から取得することになる。 In the preliminary measurement of the above-described embodiment, two preliminary measurement samples, a non-colony sample and a thin colony sample, were used, but the measurement should be performed on the premise that B is common over the entire area of the sample. For example, one preliminary measurement sample having a non-colony region and a thin colony region may be used. In that case, both the signal amount given to the bright part of the stripe image by the object other than the colony and the signal amount given to the bright part and the dark part of the stripe image by the thin colony are acquired from different regions of the same stripe image. become.
17…撮像素子、15…結像光学系、11…透過型液晶パネル 17 ... Imaging device, 15 ... Imaging optical system, 11 ... Transmission type liquid crystal panel
Claims (8)
前記被観察物の散乱効率を示す情報を予め記憶する記憶手段と、
前記観察手段が取得した暗視野画像及び明視野画像と、前記記憶手段が予め記憶した情報とに基づき、前記被観察物の透過率分布を算出する演算手段と、
を備えたことを特徴とする測定装置。 An observation means for acquiring both a dark field image and a bright field image from the object to be observed;
Storage means for storing in advance information indicating the scattering efficiency of the object to be observed;
An arithmetic means for calculating a transmittance distribution of the object to be observed based on a dark field image and a bright field image acquired by the observation means, and information stored in advance by the storage means;
A measuring apparatus comprising:
前記観察手段は、
明部と暗部とを交互に配置した面光源で前記被観察物を照明する照明光学系と、
前記面光源により照明された前記被観察物の画像を取得する撮像手段と、
前記面光源の明暗の位相を変化させながら前記撮像手段を繰り返し駆動する制御手段と、
前記撮像手段が取得した複数の画像の暗部に基づき前記被観察物の暗視野画像を取得すると共に、それら複数の画像の明部に基づき前記被観察物の明視野画像を取得する画像処理手段と、
を備えたことを特徴とする測定装置。 The measuring apparatus according to claim 1,
The observation means includes
An illumination optical system that illuminates the object to be observed with a surface light source in which bright portions and dark portions are alternately arranged;
Imaging means for obtaining an image of the object illuminated by the surface light source;
Control means for repeatedly driving the imaging means while changing the light / dark phase of the surface light source;
Image processing means for acquiring a dark field image of the object to be observed based on dark portions of the plurality of images acquired by the imaging means, and acquiring a bright field image of the object to be observed based on bright parts of the plurality of images; ,
A measuring apparatus comprising:
前記演算手段は、
前記被観察物の透過率分布を前記被観察物の厚さ分布に換算する
ことを特徴とする測定装置。 The measuring apparatus according to claim 2,
The computing means is
The measurement apparatus characterized by converting the transmittance distribution of the observation object into the thickness distribution of the observation object.
前記制御手段は、
前記面光源の明暗の位相が1周期分変化する期間に前記撮像手段を少なくとも3回駆動する
ことを特徴とする測定装置。 The measuring apparatus according to claim 2,
The control means includes
The measuring apparatus, wherein the imaging unit is driven at least three times during a period in which the light / dark phase of the surface light source changes by one period.
前記被観察物の散乱効率を示す情報を予め記憶する記憶手順と、
前記観察手順で取得した暗視野画像及び明視野画像と、前記記憶手段が予め記憶した情報とに基づき、前記被観察物の透過率分布を算出する演算手順と、
を含むことを特徴とする測定方法。 An observation procedure for obtaining both a dark field image and a bright field image from the object to be observed;
A storage procedure for storing in advance information indicating the scattering efficiency of the object to be observed;
A calculation procedure for calculating a transmittance distribution of the object to be observed based on the dark field image and the bright field image acquired in the observation procedure, and information stored in advance by the storage unit,
A measurement method comprising:
前記観察手順は、
明部と暗部とを交互に配置した面光源で前記被観察物を照明する照明手順と、
前記面光源により照明された前記被観察物の画像を取得する撮像手順と、
前記面光源の明暗の位相を変化させながら前記撮像手順を繰り返し実行する制御手順と、
前記撮像手順で取得した複数の画像の暗部に基づき前記被観察物の暗視野画像を取得すると共に、それら複数の画像の明部に基づき前記被観察物の明視野画像を取得する画像処理手順と、
を含むことを特徴とする測定方法。 The measurement method according to claim 5,
The observation procedure is as follows:
An illumination procedure for illuminating the object to be observed with a surface light source in which bright and dark portions are alternately arranged,
An imaging procedure for obtaining an image of the object illuminated by the surface light source;
A control procedure for repeatedly executing the imaging procedure while changing the light / dark phase of the surface light source;
An image processing procedure for acquiring a dark field image of the object to be observed based on the dark part of the plurality of images acquired in the imaging procedure, and acquiring a bright field image of the object to be observed based on the bright part of the plurality of images; ,
A measurement method comprising:
前記演算手順では、
前記被観察物の透過率分布を前記被観察物の厚さ分布に換算する
ことを特徴とする測定方法。 The measurement method according to claim 6,
In the calculation procedure,
A measurement method, wherein the transmittance distribution of the observation object is converted into the thickness distribution of the observation object.
前記制御手順では、
前記面光源の明暗の位相が1周期分変化する期間に前記撮像手順を少なくとも3回実行する
ことを特徴とする測定方法。
The measurement method according to claim 6,
In the control procedure,
The measurement method, wherein the imaging procedure is executed at least three times during a period in which the light / dark phase of the surface light source changes by one period.
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WO2019176044A1 (en) * | 2018-03-15 | 2019-09-19 | オリンパス株式会社 | Observation device |
-
2009
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