(57)【要約】【課題】切断された試料の表面情報を用いて試料内部を立体的に観察する。【解決手段】対物レンズ１、リング照明２等を有する光学系によって、まず切断前の試料Ｗの表面を撮像し、次いで、切削装置２５によって試料Ｗを所定の高さで切断し、切断面Ｓを含む切断後の試料Ｗの表面を撮像する。切断前および切断後の試料Ｗの表面情報を比較して、差がゼロまたはゼロに近い領域の表面情報を背景部として除去し、残りを切断面の輝度値分布を表わす表面情報として制御装置１０に記憶する。光学系のピント調整によって得られる距離情報を切断前後で比較してもよい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
切断した観察対象物の表面を撮像手段によって撮像し、画像による表面情報に基づいて内部を観察する断面観察方法であって、
切断前の観察対象物の表面情報を得る第１工程と、
観察対象物を切断する第２工程と、
切断された観察対象物の表面を撮像し、切断後の観察対象物の表面情報を得る第３工程と、
切断前後の観察対象物の表面情報を比較して差がゼロまたはゼロに近い領域の表面情報を除去し、残りの表面情報を記憶する第４工程と、を有することを特徴とする断面観察方法。
【請求項２】
切断した観察対象物の表面を光学計測手段によって計測し、光学計測値による形状情報および表面情報に基づいて内部を観察する断面観察方法であって、
切断前の観察対象物の形状情報および表面情報を得る第１工程と、
観察対象物を切断する第２工程と、
切断された観察対象物の表面を計測し、切断後の観察対象物の形状情報および表面情報を得る第３工程と、
切断前後の観察対象物の形状情報を比較して差がゼロまたはゼロに近い領域の表面情報を除去し、残りの表面情報を記憶する第４工程と、を有することを特徴とする断面観察方法。
【請求項３】
前記第１ないし第４工程を繰り返すことで立体断面像を構築することを特徴とする請求項１または２記載の断面観察方法。
【請求項４】
前記表面情報として明暗情報または色情報を用いることを特徴とする請求項１ないし３いずれか１項記載の断面観察方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、観察対象物を切断し、現れた内部断面の画像情報等に基づいて立体断面像を構築する断面観察方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、物体の内部を観察する方法としては、特許文献１に記載されているように、観察対象物である試料の表層を順次除去し、試料の表面を含む画像を撮像し、得られた複数枚の画像から立体像を合成する方法があるが、表層を除去された試料の画像には、切断による除去部以外の背景部も含まれており、この背景を含んだ画像を用いて立体像を合成すると、除去部と背景部が入り混じって画質が低下する。
【０００３】
このような問題点を解決する方法として、特許文献２には、輝度の上下限値をもとに除去部と背景部の境界である輪郭を抽出し、自動的に背景画像を取り除くことが記載されている。
【特許文献１】特開平６−２５８５７８号公報
【特許文献２】特開２０００−２９３６９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来例では、切断による除去部と背景部の境界である輪郭を抽出するために輝度の上下限値を用いているため、樹脂の塊など試料の内部と表面の区別がつきにくいものや、形状的に除去部と背景部の区別がつきにくいなだらかな曲面を有する試料などの場合は、切断面の輪郭を安定して抽出することが難しかった。
【０００５】
また、輪郭が抽出できたとしても、背景部と切断面を区別するときに、背景部の面積が最大となることを仮定しており、例えば切断面内に小さな背景部がある場合には、これを背景部として除外することができなかった。
【０００６】
本発明は、上記従来の技術の有する未解決の課題に鑑みてなされたものであって、切断面と背景部の区別がつきにくい試料等についても安定して自動的に背景部を除去し、高画質な立体断面像を構築することのできる断面観察方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するため、本発明の断面観察方法は、切断した観察対象物の表面を撮像手段によって撮像し、画像による表面情報に基づいて内部を観察する断面観察方法であって、切断前の観察対象物の表面情報を得る第１工程と、観察対象物を切断する第２工程と、切断された観察対象物の表面を撮像し、切断後の観察対象物の表面情報を得る第３工程と、切断前後の観察対象物の表面情報を比較して差がゼロまたはゼロに近い領域の表面情報を除去し、残りの表面情報を記憶する第４工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
観察対象物を切断する前の表面情報と、切断後の表面情報を比較し、差が所定値以下である領域を背景部として除去する。これによって、背景部を含まない切断面の表面情報だけを確実に抽出することができる。
【０００９】
あるいは、切断前の観察対象物の立体形状を表す形状情報と、切断後の形状情報とを比較し、差が所定以上ある領域を切断面とすることで、背景部との境界である輪郭が見にくい試料等についても、背景部を除いた切断面の表面情報のみを確実に抽出できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１１】
図１ないし図３は実施例１による断面観察方法を説明するもので、図１の（ａ）に示す装置は、対物レンズ１、リング照明２、リング照明２の照明光によって得られる観察対象物である試料Ｗの画像を電気信号に変換する撮像手段である撮像装置３、撮像装置３からの電気信号を取り込み立体断面像を作成するために装置全体の動作を制御する制御装置１０、対物レンズ１の光軸方向に試料Ｗを移動させるＺステージ２０、対物レンズ１の光軸と垂直な２軸方向に試料Ｗを移動させるＸＹステージ２１、Ｚステージ２０に着脱可能に固定されている試料固定板２２、試料Ｗを対物レンズ１の直下と切削位置の間で往復移動させるための移動ステージ２３およびステージガイド２４を有する。
【００１２】
図１の（ｂ）に示すように、切削面Ｔに沿って試料Ｗの表層を切除し、切断面Ｓを露出させるための切削装置２５は、切削のためのカッター２６と、カッター２６を保持するチャック２７と、チャック２７を介してカッター２６を回転させるモータ２８とで構成されている。ここで、カッター２６の刃先位置は、対物レンズ１の焦点位置に一致するように調整されており、切削装置２５によって切削された切断面Ｓは、高さを変えずに試料Ｗを対物レンズ１の視野に移動させるだけで、対物レンズ１の合焦位置に自動的に位置決めされ、ピントの合った像が撮像装置３に結像される。Ｚステージ２０、ＸＹステージ２１、移動ステージ２３および切削装置２５は制御装置１０によって制御される。
【００１３】
次に、図２のフローチャートに基づいて本実施例の断面観察方法を説明する。ステップ１００で、切削装置２５による切削前の試料Ｗを対物レンズ１の視野に位置決めし、試料Ｗの画像情報を、切断前の表面情報である第１の表面情報として制御装置１０に取り込む。ステップ１０１で、移動ステージ２３を駆動して試料Ｗを切削装置２５による切削位置に移動させ、回転するカッター２６による切削を行い、切削面Ｔに沿って、所定の高さより上に出ている部分を除去する。ステップ１０２で、移動ステージ２３を逆方向に移動させ、試料Ｗを対物レンズ１の視野に位置決めして試料Ｗを撮像し、切断後の表面情報である第２の表面情報を制御装置１０に取り込んだ後に、次の切削工程のために、Ｚステージ２０を駆動し、１回で除去する厚み分だけ試料Ｗを上昇させる。
【００１４】
試料Ｗの最も高い部分が切削装置２５の切削高さより低い場合は、切削が行われず、ステップ１００からステップ１０２の操作を繰り返すが、ここでは、ステップ１０１において試料Ｗの一部が除去されたものとする。
【００１５】
図３の（ａ）、（ｂ）は、ステップ１００とステップ１０２で取り込まれた切断前後の画像情報を示す。これは、切削前後の試料Ｗの表面の輝度値Ｐを計測したもので、図示左右方向をｘ軸方向、上下方向をｙ軸方向として、位置（ｘ、ｙ）における輝度値分布による切断前の第１の表面情報をＰ1 （ｘ、ｙ）、切断後の第２の表面情報をＰ2 （ｘ、ｙ）と表す。図３の（ａ）に示す切削前の試料Ｗの中央部が切削によって除去され、（ｂ）に示すように、輝度値Ｐの低下した切断面Ｓを含む第２の表面情報Ｐ2 となる。
【００１６】
図３の（ａ）、（ｂ）に示す輝度値分布を重ねたものを（ｃ）に示す。すなわち、第１の表面情報Ｐ1 と第２の表面情報Ｐ2 は同じ位置で撮像されたものであるから、図３の（ｃ）に示すように、切断面Ｓの領域以外は一致している。
【００１７】
次に、ステップ１０３で、第１の表面情報Ｐ1 と第２の表面情報Ｐ2 を比較する。図３の（ｄ）はステップ１０３の結果を模式的に表したもので、縦軸は第１の表面情報Ｐ1 と第２の表面情報Ｐ2 の差の絶対値、横軸は同図の（ａ）、（ｂ）において、Ａ−Ａ線に沿ってとった横方向の位置を表しており、除去領域である切断面Ｓに対応する部分が高く、その他の部分は変化がない。従って、ノイズなどを考慮した所定の閾値δを用いて、第１の表面情報Ｐ1 と第２の表面情報Ｐ2 の差の絶対値が閾値δ以上の部分を抽出することで、背景部を除く切断面Ｓの表面情報のみを抽出することができる。
【００１８】
すなわち、ステップ１０４で、第１の表面情報Ｐ1 と第２の表面情報Ｐ2 の差の絶対値が閾値δ以下、すなわち（｜Ｐ1 （ｘ、ｙ）−Ｐ2 （ｘ、ｙ）｜＜δ）の条件を満たす領域の輝度値をゼロにすると、図３の（ｅ）に示すように、切削によって変化した部分だけが残り、切断面Ｓの表面情報が得られる。これを切断面情報データとしてステップ１０５で制御装置１０に記憶し、ステップ１０１へもどり、ステップ１０５までの操作を所定回数繰り返し、ステップ１０６で試料Ｗの全体について除去が完了したら、断面画像の取得は完了し、得られた複数枚の断面画像を合成すれば、立体断面像を構築することができる。
【００１９】
このように、試料の切削前後の画像を比較して差のある領域だけを取り出すことで、観察者による背景処理操作なしで、自動的に立体断面像を作成することができる。
【実施例２】
【００２０】
図４ないし図７は実施例２を説明するもので、本実施例においては、図４に示す光学計測手段である観察光学系を用いる。切削装置および移動ステージは図１の装置と同じであるので省略した。この光学系は、対物レンズ１および照明装置５を有し、投光側ピンホール６の開口部に光がほぼ集光するようになっている。ビームスプリッタ７で照明装置５からの照明光を対物レンズ１に導くとともに、対物レンズ１からの光を受光側ピンホール８を経て受光素子９に導入する。受光素子９は受光側ピンホール８を通過した光の量に対応した電気信号を発生する。
【００２１】
投光側ピンホール６と受光側ピンホール８は、光学的に等価な位置に配置されており、いわゆる共焦点光学系を構成する。
【００２２】
図５の（ａ）に示すように、この共焦点光学系の合焦位置にある試料Ｗと、合焦位置から外れたデフォーカス位置にある試料Ｗx を比較すると、合焦位置にある試料Ｗの場合、反射光は受光側ピンホール８にほぼ集光されほとんどが受光素子９に導かれる。これに対して、デフォーカス位置の試料Ｗx の場合は、破線で示すように、反射光の光束は受光側ピンホール８からはずれた位置に広がりを持って結像され、受光側ピンホール８の位置では一点に集光されず、受光素子９に導かれる光量は減少する。すなわち、図５の（ｂ）に示すように、受光素子９の出力Ｉが最大となるのは、投光側ピンホール６の像が試料Ｗの表面に結像される合焦位置であり、この位置からずれるにしたがって受光素子９の出力は低下する。
【００２３】
そこで、光軸と垂直な平面内の位置（ｘ、ｙ）で、Ｚステージ２０によって試料Ｗと対物レンズ１の距離を変化させて、受光素子９の光学計測値である出力が最大値Ｉｆ（ｘ、ｙ）となる位置Ｚｆ（ｘ、ｙ）を求める。この工程を試料全面について行うと、試料Ｗの表面の高さを表す距離値による形状情報が得られる。また、受光素子９の出力が最大となる位置Ｚｆ（ｘ、ｙ）における受光素子９の出力値を試料全面について求めると、試料表面の輝度値分布による表面情報が得られる。
【００２４】
次に、図６のフローチャートに基づいて本実施例の断面観察方法を説明する。ステップ２００ａおよびステップ２００ｂで、切削前の試料Ｗを対物レンズ１の視野に位置決めし、Ｚステージ２０によって合焦位置Ｚｆ（ｘ、ｙ）を求めるとともに、輝度情報を取得する作業を、ＸＹステージ２１によって走査しながら試料全面について行い、切断前の形状を表す第１の形状情報と、切断前の試料表面の輝度値分布を表す第１の表面情報を得る。ここで、位置（ｘ、ｙ）における形状情報と表面情報は同時に得られるので、互いの情報の位置関係は明白に関連付けられており、ある表面情報に対応する形状情報、また、その逆も１対１で対応している。
【００２５】
ステップ２０１で、試料Ｗを切削装置による切削位置に移動させ、回転するカッターで所定の高さより上に出ている部分を除去する。次に、ステップ２０２ａ、ステップ２０２ｂで試料Ｗを対物レンズ１の視野に位置決めし、切削後の試料表面の高さを表す距離情報による第２の形状情報と、輝度情報による第２の表面情報を取り込む。
【００２６】
図７の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はそれぞれステップ２００ａ、ステップ２００ｂ、ステップ２０２ａ、ステップ２０２ｂで取り込まれた第１の表面情報Ｐ1 、第１の形状情報Ｌ1 、第２の表面情報Ｐ2 、第２の形状情報Ｌ2 を示す。表面情報Ｐ1 、Ｐ2 は、切削前後の試料表面の輝度値分布であり、形状情報Ｌ1 、Ｌ2 は切削前後の表面形状（高さ）を表す距離値によるものである。本実施例では、輝度値による表面情報Ｐ1 、Ｐ2 にはほとんど差がないが、距離値による形状情報Ｌ1 、Ｌ2 の間には切除された部分で大きく異なっている。そこで、ステップ２０３でノイズなどを考慮した所定の閾値δを用いて、第１の形状情報Ｌ1 と第２の形状情報Ｌ2 の差の絶対値が閾値δ以上の領域を抽出する。すなわち、第１の形状情報Ｌ1 、第２の形状情報Ｌ2 の差の絶対値が閾値δ以下（｜Ｌ1 （ｘ、ｙ）−Ｌ2 （ｘ、ｙ）｜＜δ）の領域内の表面情報である輝度値をゼロにして、残りをステップ２０４で切断面情報データとして制御装置１０に記憶し、ステップ２０１へもどり、ステップ２０４までの操作を所定回数繰り返し、ステップ２０５で試料全体について除去が完了したら、データ取得は完了し、得られた複数枚の断面画像を合成して立体断面像を構築する。
【００２７】
本実施例においては、距離値による形状情報を取得する方法として共焦点光学系を用いたが、これに限られるものではなく、例えばいわゆる光切断法などの三角測量の原理を応用した方法を用いてもよいし、白色干渉などの干渉測定を用いてもよい。
【００２８】
本実施例は、試料の切断前後の形状情報を比較して差のある領域の表面情報だけを取り出すようにしたので、例えば電子写真のカラー画像において複数の色のトナーの混ざり・重なり具合を観察する場合のように、観察領域である除去部と背景部間の色・輝度変化より除去部内での変化が大きい場合や、除去部と背景部の色・輝度変化がほとんどない対象物に対しても、観察者による背景処理操作なしで、自動的に立体断面像を作成することができる。
【００２９】
なお、上記の実施例１、２においては、表面情報として輝度情報を用いたが、例えば、実施例１の撮像装置としてカラーカメラを用いれば色情報が取得でき、実施例２の受光素子の前にいわゆるダイクロイックミラーなどの色分別手段を用いて複数の受光素子で受光することで色情報が取得できる。この場合、切除前後の差を求めるときに、各色別に差を求めてもよいし、色情報を合成して輝度や明度に変換してもよい。表面情報として色情報を用いると輝度画像以上の情報が得られるため、より高品位な立体断面像を作成できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】実施例１を説明するもので、（ａ）は断面観察装置の構成を示す模式図、（ｂ）は（ａ）の切削面を説明する図である。
【図２】実施例１の断面観察方法の各工程を説明するフローチャートである。
【図３】実施例１における試料の除去領域を求める方法を説明する図である。
【図４】実施例２の断面観察方法に用いる光学系の構成を示す模式図である。
【図５】図４の光学系によって形状情報を取得する方法を説明する説明図である。
【図６】実施例２の断面観察方法の各工程を説明するフローチャートである。
【図７】実施例２による表面情報および形状情報を説明するグラフである。
【符号の説明】
【００３１】
１    対物レンズ
２    リング照明
３    撮像装置
５    照明装置
６    投光側ピンホール
７    ビームスプリッタ
８    受光側ピンホール
９    受光素子
１０    制御装置
２０    Ｚステージ
２１    ＸＹステージ
２３    移動ステージ
２５    切削装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2006292528.tif 000007
【図６】
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【図７】
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