(57)【要約】【課題】ヘッド部を回動した状態における観察画像から計測対象の寸法を正確に計測可能な拡大観察装置を提供する。【解決手段】本発明の拡大観察装置は、試料Ｓを載置するＸＹステージ５と、試料Ｓの光学像を取得する照明光学系および観察光学系と、ＣＣＤカメラ１５と、ヘッド部９と、ヘッド部９を回動可能な回動支持部８と、ヘッド部９の回動角度を検出する角度検出部１９と、ＸＹステージ５を鉛直方向に上下動するＺ方向焦準部７と、ＣＣＤカメラ１５により得た観察画像を表示する表示部４０と、前記観察画像中の計測対象の長さを計測する寸法計測部３２と、ヘッド部９が回動した状態で取得した観察画像において、寸法計測部３２が計測した計測対象の長さと角度検出部１９が検出したヘッド部の角度から実寸を算出する実寸算出部３３と、を備えることを特徴とする。【選択図】図１
2018205560.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料を載置するステージと、
前記試料の光学像を取得する照明光学系および観察光学系と、
前記光学像についての光情報を電気信号に変換する撮像素子部と、
前記照明光学系、前記観察光学系、および前記撮像素子部を内蔵するヘッド部と、
前記ヘッド部を保持しながら、光軸に垂直な軸周りに回動可能な回動支持部と、
前記ヘッド部の回動角度を検出する角度検出部と、
前記ステージを鉛直方向に上下動するＺ方向焦準部と、
前記撮像素子部により得た観察画像を表示する表示部と、
前記観察画像中の計測対象の長さを計測する寸法計測部と、
前記ヘッド部が回動した状態で取得した観察画像において、前記寸法計測部が計測した計測対象の長さと前記角度検出部が検出した前記ヘッド部の角度から実寸を算出する実寸算出部と、
を備えることを特徴とする拡大観察装置。
【請求項２】
前記表示部は、前記実寸算出部が算出した計測対象の実寸を表示することを特徴とする請求項１に記載の拡大観察装置。
【請求項３】
前記寸法計測部は、
計測対象がＸＹ寸法である旨を選択するＸＹ寸法選択部と、
計測対象がＺ寸法である旨を選択するＺ寸法選択部と、有することを特徴とする請求項１または２に記載の拡大観察装置。
【請求項４】
前記計測対象を登録する対象登録部を備え、
前記表示部は、前記対象登録部で登録された計測対象の実寸を逐次表示することを特徴とする請求項３に記載の拡大観察装置。
【請求項５】
前記撮像素子部が撮影した複数の観察画像から全焦点画像を生成する３Ｄ構築部を備え、
前記寸法計測部は、前記３Ｄ構築部が生成した全焦点画像中の計測対象の長さを計測することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の拡大観察装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヘッド部を回動可能な拡大観察装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、試料を上方のみならず、別の角度から観察可能とするために、試料を載置したステージ部を、カメラを搭載したヘッド部の回動中心軸に一致させ、試料の合焦位置に合わせた観察、いわゆるユーセントリック観察を行うスタンド装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−５９５９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１のようなユーセントリック観察では、ヘッド部を回動した場合でも、視野から試料の観察部位を外すことなく観察をおこなうことができる。このようなユーセントリック観察では、試料の観察により欠陥や不良を見つけるだけでなく、試料の特定部位の計測等を行うことがある。ヘッド部を回動した状態では、回動する角度によって寸法が変化するため、観察画像から正しい寸法を計測することはできない。そのため、ヘッド部を試料の上方（回動角が０°の状態）に戻して計測する必要があり、手間を要してしまう。また、試料の形状によっては、上方からでは観察や計測したい箇所が見えない場合がある。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ヘッド部を試料の上方（０°状態）に戻すことなく、ヘッド部を回動した状態における観察画像から計測対象の寸法を正確に計測可能な拡大観察装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる拡大観察装置は、試料を載置するステージと、前記試料の光学像を取得する照明光学系および観察光学系と、前記光学像についての光情報を電気信号に変換する撮像素子部と、前記照明光学系、前記観察光学系、および前記撮像素子部を内蔵するヘッド部と、前記ヘッド部を保持しながら、光軸に垂直な軸周りに回動可能な回動支持部と、前記ヘッド部の回動角度を検出する角度検出部と、前記ステージを鉛直方向に上下動するＺ方向焦準部と、前記撮像素子部により得た観察画像を表示する表示部と、前記観察画像中の計測対象の長さを計測する寸法計測部と、前記ヘッド部が回動した状態で取得した観察画像において、前記寸法計測部が計測した計測対象の長さと前記角度検出部が検出した前記ヘッド部の回動角度から実寸を算出する実寸算出部と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明にかかる拡大観察装置は、上記発明において、前記表示部は、前記実寸算出部が算出した計測対象の実寸を表示することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明にかかる拡大観察装置は、上記発明において、前記寸法計測部は、計測対象がＸＹ寸法である旨を選択するＸＹ寸法選択部と、計測対象がＺ寸法である旨を選択するＺ寸法選択部と、有することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明にかかる拡大観察装置は、上記発明において、前記計測対象を登録する対象登録部を備え、前記表示部は、前記対象登録部で登録された計測対象の実寸を逐次表示することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明にかかる拡大観察装置は、上記発明において、前記撮像素子部が撮影した複数の観察画像から全焦点画像を生成する３Ｄ構築部を備え、前記寸法計測部は、前記３Ｄ構築部が生成した全焦点画像中の計測対象の長さを計測することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ヘッド部を回動した状態で観察画像の計測対象の寸法を正確に計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１にかかる拡大観察装置の全体構成を示す概略図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態１の拡大観察装置の表示部の画像表示画面の一例を示す図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態１にかかる拡大観察装置における計測対象の計測のフローチャートである。
【図４Ａ】図４Ａは、本発明の実施の形態１にかかる拡大観察装置を使用した際の試料の回動角度４５°の観察画像を示す図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、本発明の実施の形態１にかかる拡大観察装置を使用した際の試料の０°状態の観察画像を示す図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態１の変形例にかかる拡大観察装置の表示部の画像表示画面の一例を示す図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態２にかかる拡大観察装置の全体構成を示す概略図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態２にかかる拡大観察装置の表示部の画像表示画面の一例を示す図である。
【図８】図８は、本発明の実施の形態２にかかる拡大観察装置における計測対象の計測のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照し、本発明の好適な実施の形態（以下「実施の形態」という）について詳細に説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付して示している。
【００１４】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１にかかる拡大観察装置１００の全体構成を示す概略図である。本発明の実施の形態にかかる拡大観察装置１００は、ベース部２と、ベース部２上に立設され、試料Ｓを載置するＸＹステージ５を支持する第１支柱３と、ベース部２上に立設され、ヘッド部９を支持する第２支柱４と、を備える。
【００１５】
ヘッド部９は、試料Ｓに光を照射する光源１０と、光源１０から照射された光を平行光とするコレクタレンズ１１と、コレクタレンズ１１からの光を対物レンズ１７に反射するハーフミラー１２と、試料Ｓが反射し、ハーフミラー１２を透過した光の光束を制限する開口絞り１３と、開口絞り１３から入射した光を結像する結像レンズ１４と、試料Ｓを撮像するＣＣＤカメラ１５と、を内蔵する。光源１０としては、白色ＬＥＤ等を使用することができる。
【００１６】
ヘッド部９の下部には、ヘッド部９に対して回動自在に保持されるレボルバ１６が取り付けられている。対物レンズ１７は、試料Ｓに平行光を集光する。
【００１７】
光源１０から照射された光は、照明光学系を構成する、コレクタレンズ１１を通ってハーフミラー１２で反射された後、光軸Ｌに挿入されている対物レンズ１７を介して試料Ｓに照射される。試料Ｓで反射した光は、観察光学系を構成する、対物レンズ１７、ハーフミラー１２、開口絞り１３を通った後に、結像レンズ１４によりＣＣＤカメラ１５の受光面に試料Ｓの光学像が結像される。ＣＣＤカメラ１５は、受光した光学像についての光信号を電気信号に変換する撮像素子部として機能する。ＣＣＤカメラ１５により電気信号に変換された画像データは、後述する制御部３０に送信される。
【００１８】
ヘッド部９は、第２支柱４に支持される回動支持部８に保持されている。回動支持部８は、光軸Ｌに垂直な回動軸Ｃ周りに回動することにより、ヘッド部９を回動する。回動支持部８を回動することにより、ヘッド部９の光軸ＬをＸＹステージ５の載置面ｆに対して鉛直方向から傾け、試料Ｓを斜め方向から観察することができる。
【００１９】
回動支持部８には、ヘッド部９の回動角度θを検出する角度検出部１９が設けられている。角度検出部１９は、ヘッド部９の鉛直方向からの回動角度θを検出する。
【００２０】
ＸＹステージ５は、鉛直方向（以下、Ｚ方向と記する）に移動するＺ方向焦準部７を介して第１支柱３に支持されている。ＸＹステージ５は、図示しないギア等により手動でＸＹ方向（拡大観察装置１００の正面側から見て前後、および左右方向）に移動可能である。Ｚ方向焦準部７は、例えば、ステッピングモーター等から構成され、ＸＹステージ５をＺ方向に移動する。
【００２１】
制御部３０は、拡大観察装置１００の各部の駆動を制御する。制御部３０は、角度検出部１９が検出したヘッド部９の回動角度θを記憶する回動角度記憶部３１と、表示部４０に表示される観察画像中の計測対象の長さを計測する寸法計測部３２と、ヘッド部９が回動した状態で取得した観察画像において、寸法計測部３２が計測した計測対象の長さと角度検出部１９が検出し回動角度記憶部３１が記憶するヘッド部９の回動角度θから計測対象の実寸を算出する実寸算出部３３と、を備える。また、制御部３０は、ＣＣＤカメラ１５が撮影した試料Ｓの画像データを取得し、表示部４０に送信する。
【００２２】
表示部４０は、液晶または有機ＥＬ（Electro  Luminescence）等からなる表示パネルを用いて構成される。表示部４０は、ＣＣＤカメラ１５が生成した画像データに対応する画像を表示する。また、表示部４０は、図２に示すようなＧＵＩ（Graphical  User  Interface）を有し、ＧＵＩ画面から各種の操作の指示を受け付ける。図２は、本発明の実施の形態１の拡大観察装置１００の表示部４０の画像表示画面４１の一例を示す図である。
【００２３】
画像表示画面４１は、ＣＣＤカメラ１５が撮影した試料Ｓの画像データを表示する画像表示部４２と、計測対象の長さの計測を受け付ける寸法計測ボタン４３と、計測対象がＸＹ寸法である旨を選択するＸＹ寸法選択部４４と、計測対象がＺ寸法である旨を選択するＺ寸法選択部４５と、実寸算出部３３での計測対象の実寸の算出指示を受け付ける実寸算出ボタン４６と、Ｚ方向焦準部７による試料Ｓへの合焦指示を受け付けるＺ方向制御ボタン４７と、を有している。ユーザが、寸法計測ボタン４３を押下すると、ポインタ４２Ａが画像表示部４２に表示された画像上に表示され、後述する入力部５０およびポインタ４２Ａを介して計測対象を特定し、ＸＹ寸法選択部４４またはＺ寸法選択部４５で測定対象がＸＹ寸法であるかＺ寸法であるかを選択し、実寸算出ボタン４６で選択した計測対象の実寸の計測を受け付ける。
【００２４】
入力部５０は、キーボードおよびマウス等の入力デバイスを用いて構成され、各種の入力デバイスの操作入力に応じた操作信号を制御部３０へ出力する。
【００２５】
次に、図３を参照して、拡大観察装置１００における計測対象の計測について説明する。図３は、本発明の実施の形態１にかかる拡大観察装置１００における計測対象の計測のフローチャートである。
【００２６】
まず、試料ＳをＸＹステージ５上に載置し（ステップＳ１）、Ｚ方向制御ボタン４７を押下する（ステップＳ２）。Ｚ方向制御ボタン４７が押下されると、Ｚ方向焦準部７は、ＸＹステージ５上の試料Ｓの表面にピントが合うように、ＸＹステージ５を上下動する。
【００２７】
試料Ｓの表面に合焦された後、ヘッド部９を回動支持部８により所望の回動角度θまで回動し、固定する（ステップＳ３）。拡大観察装置１００では、対物レンズ１７の同焦距離が回動軸Ｃに一致しているため、回動後も試料Ｓ表面に合焦されユーセントリック観察が可能である。
【００２８】
角度検出部１９はヘッド部９の回動角度θを検出し、回動角度情報を回動角度記憶部３１に送信し、回動角度記憶部３１は回動角度情報を記憶する（ステップ４）。
【００２９】
寸法計測ボタン４３が押下されると（ステップＳ５）、ポインタ４２Ａを画像表示部４２上に表示させ、入力部５０を介した計測対象の特定を受け付ける（ステップＳ６）。
【００３０】
ＸＹ寸法選択部４４またはＺ寸法選択部４５の押下により、計測対象がＸＹ寸法であるか、Ｚ寸法であるかの選択を受け付ける（ステップＳ７）。
【００３１】
寸法計測部３２は、特定された計測対象の長さを計測し（ステップＳ８）、実寸算出ボタン４６が押下されると（ステップＳ９）、実寸算出部３３が計測対象の実寸を算出し（ステップＳ１０）、画像表示部４２に計測対象の算出した実寸を表示する（ステップＳ１１）。
【００３２】
図４Ａは、本発明の実施の形態１にかかる拡大観察装置１００を使用した際の試料Ｓの回動角度４５°の観察画像、図４Ｂは、０°状態（試料Ｓの上方）の観察画像を示す図である。図４（Ａ）における計測対象ＡはＸＹ寸法であり、ＢはＺ寸法である。
【００３３】
ユーザは、計測対象Ａの長さを計測したい場合、寸法計測ボタン４３を押下して、ポインタ４２Ａにより、図４Ａ中の計測対象Ａを矢印で特定し、計測対象ＡがＸＹ寸法である旨をＸＹ寸法選択部４４の押下により選択する。
【００３４】
図４Ａは、回動角度４５°での試料Ｓの観察画像であり、計測対象Ａの実寸は、図４Ｂの０°状態での計測対象Ａ’の長さであるため、実寸算出部３３は、寸法計測部３２が計測した計測対象Ａの長さと角度検出部１９が検出し回動角度記憶部３１が記憶するヘッド部９の回動角度θから計測対象の実寸（計測対象Ａ’の長さ）を算出する。
【００３５】
計測対象ＡはＸＹ寸法である場合、計測対象Ａの長さＲ１と計測対象Ａ’の長さＲ２との関係は、下記式（１）となる。
Ｒ１＝Ｒ２×ｃｏｓθ      （１）
【００３６】
また、計測対象Ｂの長さを計測したい場合、寸法計測ボタン４３を押下して、ポインタ４２Ａにより、図４Ａ中の計測対象Ｂを矢印で特定し、計測対象ＢがＺ寸法である旨をＺ寸法選択部４５の押下により選択する。
【００３７】
計測対象ＢがＺ寸法である場合、計測対象Ｂの長さＲ３と計測対象Ｂ’の長さＲ４との関係は、下記式（１）となる。
Ｒ３＝Ｒ４×ｓｉｎθ      （２）
【００３８】
計測対象ＢはＺ寸法であるため、実寸での観察画像である図４Ｂでは計測対象Ｂを視認することはできない。計測対象Ｂの実寸は、９０°状態の観察画像で確認することができる。
【００３９】
実施の形態１では、ヘッド部９を回動し、試料Ｓの観察を行う場合でも、回動した状態の観察画像中の計測対象の長さを測定することにより、計測対象の実寸である、ＸＹ寸法や、Ｚ寸法を算出することができる。ヘッド部９を固定した状態で、ＸＹ寸法や、Ｚ寸法を算出できるので、ヘッド部９を０°状態、または９０°状態に戻す必要がない。
【００４０】
なお、上記の実施の形態１では、Ｚ方向焦準部７により試料Ｓの合焦を自動で行っているが、手動で合焦をするものであってもよい。
【００４１】
（実施の形態１の変形例）
実施の形態１では、計測対象について、回動角度を変える度に設定する必要があるが、変形例では、１つの計測対象について回動角度を変えて観察する度に、計測対象を特定する手間を省くことができる。図５は、本発明の実施の形態１の変形例にかかる拡大観察装置の表示部の画像表示画面４１Ｂの一例を示す図である。
【００４２】
画像表示画面４１Ｂは、画像表示部４２と、寸法計測ボタン４３と、ＸＹ寸法選択部４４と、Ｚ寸法選択部４５と、実寸算出ボタン４６と、Ｚ方向制御ボタン４７と、計測対象を登録する対象登録部４８と、を有している。ユーザが、寸法計測ボタン４３を押下して、ポインタ４２Ａ等により計測対象を特定し、ＸＹ寸法選択部４４またはＺ寸法選択部４５で測定対象がＸＹ寸法であるかＺ寸法であるかを選択した後、対象登録部４８を押下して計測対象を登録すると、ヘッド部９を異なる回動角度に回動した場合でも、計測対象は登録されたものとなり、実寸算出部３３で算出した実寸をリアルタイムで得ることができ、画像表示部４２に逐次表示することができる。
【００４３】
（実施の形態２）
実施の形態２では、拡大観察装置１００Ａは、３Ｄ構築部３４を備えている。図６は、本発明の実施の形態２にかかる拡大観察装置１００Ａの全体構成を示す概略図である。
【００４４】
拡大観察装置１００Ａにおいて、制御部３０Ａは、回動角度記憶部３１と、寸法計測部３２と、ヘッド部９が回動した状態で取得した観察画像において、実寸算出部３３と、ＣＣＤカメラ１５が撮影した複数の観察画像から全焦点画像を生成する３Ｄ構築部３４と、を備える。
【００４５】
図７は、本発明の実施の形態２にかかる拡大観察装置１００Ａの表示部４０の画像表示画面４１Ａの一例を示す図である。
【００４６】
画像表示画面４１Ａは、画像表示部４２と、寸法計測ボタン４３と、ＸＹ寸法選択部４４と、Ｚ寸法選択部４５と、実寸算出ボタン４６と、Ｚ方向制御ボタン４７と、全焦点画像の生成の指示を受け付ける３Ｄ画像ボタン４９と、を有している。
【００４７】
図８は、本発明の実施の形態２にかかる拡大観察装置１００Ａにおける計測対象の計測のフローチャートである。
【００４８】
試料ＳをＸＹステージ５上に載置し（ステップＳ１０１）、Ｚ方向制御ボタン４７を押下して（ステップＳ１０２）、試料Ｓの表面に合焦する。
【００４９】
ヘッド部９を回動支持部８により所望の回動角度θまで回動して固定し（ステップＳ１０３）、回動角度記憶部３１は回動角度情報を記憶する（ステップ１０４）。
【００５０】
３Ｄ画像ボタン４９の押下により全焦点画像合成の指示を受け付けると（ステップＳ１０５）、３Ｄ構築部３４は、Ｚ方向焦準部７を駆動して複数の画像を撮像し、撮影した複数の観察画像から全焦点画像を生成し、画像表示部４２に表示する（ステップＳ１０６）。
【００５１】
寸法計測ボタン４３が押下されると（ステップＳ１０７）、ポインタ４２Ａ等により計測対象の特定を受け付けるとともに（ステップＳ１０８）、ＸＹ寸法選択部４４またはＺ寸法選択部４５の押下により、計測対象がＸＹ寸法であるか、Ｚ寸法であるかの選択を受け付ける（ステップＳ１０９）。
【００５２】
寸法計測部３２は、特定された計測対象の長さを計測し（ステップＳ１１０）、実寸算出ボタン４６が押下されると（ステップＳ１１１）、実寸算出部３３が計測対象の実寸を算出し（ステップＳ１１２）、画像表示部４２に計測対象の算出した実寸を表示する（ステップＳ１１３）。
【００５３】
実施の形態２では、焦点深度が浅い対物レンズ１７を使用する場合であっても、全焦点画像から計測対象を特定し、計測するため、計測の精度を向上することができる。
【符号の説明】
【００５４】
２        ベース部
３        第１支柱
４        第２支柱
５        ＸＹステージ
７        Ｚ方向焦準部
８        回動支持部
９        ヘッド部
１０      光源
１１      コレクタレンズ
１２      ハーフミラー
１３      開口絞り
１４      結像レンズ
１５      ＣＣＤカメラ
１６      レボルバ
１７      対物レンズ
１９      角度検出部
３０    制御部
３１  回動角度記憶部
３２  寸法計測部
３３  実寸算出部
３４  ３Ｄ構築部
４０  表示部
４１  画像表示画面
４２  画像表示部
４３  寸法計測ボタン
４４  ＸＹ寸法選択部
４５  Ｚ寸法選択部
４６  実寸算出ボタン
４７  Ｚ方向制御ボタン
４８  対象登録部
４９  ３Ｄ画像ボタン
５０  入力部
１００  拡大観察装置
【図１】
2018205560.tif 000003
【図２】
2018205560.tif 000004
【図３】
2018205560.tif 000005
【図４Ａ】
2018205560.tif 000006
【図４Ｂ】
2018205560.tif 000007
【図５】
2018205560.tif 000008
【図６】
2018205560.tif 000009
【図７】
2018205560.tif 000010
【図８】
2018205560.tif 000011