(57)【要約】【課題】試料の空孔状態を容易に計測することができる顕微鏡データ処理装置の提供。【解決手段】顕微鏡データ処理装置としての制御・処理装置は、レーザー顕微鏡から出力される試料表面画像データに基づいて一群の試料表面高さデータを生成し取得する試料表面高さデータ取得部３００と、一群の試料表面高さデータから空孔領域の試料表面高さデータを抽出する空孔データ抽出部３０２と、一群の試料表面高さデータのデータ数と空孔領域の試料表面高さデータのデータ数とに基づいて試料内における空孔状態を算出する空状態率演算部３０３と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー顕微鏡から出力される試料表面画像データに基づいて一群の試料表面高さデータを生成し取得する取得部と、
前記一群の試料表面高さデータから空孔領域の試料表面高さデータを抽出する抽出部と、
前記一群の試料表面高さデータのデータ数と前記空孔領域の試料表面高さデータのデータ数とに基づいて試料内における空孔状態を算出する演算部と、を備える顕微鏡データ処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載の顕微鏡データ処理装置において、
前記一群の試料表面高さデータから試料表面のうねりの影響を除去するフィルタ処理部をさらに備え、
前記抽出部は、前記フィルタ処理部でフィルタ処理された前記一群の試料表面高さデータから前記空孔領域の試料表面高さデータを抽出する、顕微鏡データ処理装置。
【請求項３】
請求項２に記載の顕微鏡データ処理装置において、
前記フィルタ処理部は、前記一群の試料表面高さデータの内の任意断面における試料表面高さデータに対して、除去すべきうねりの波長の下限よりも低波長域を通過するフィルタによりフィルタリングする、顕微鏡データ処理装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の顕微鏡データ処理装置において、
前記演算部は、前記空孔状態として、前記一群の試料表面高さデータのデータ数と前記空孔領域の試料表面高さデータのデータ数とに基づいて空孔率を算出する、顕微鏡データ処理装置。
【請求項５】
請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の顕微鏡データ処理装置において、
前記演算部は、前記空孔状態として、前記空孔領域の試料表面高さデータのデータ数に基づいて試料内における空孔分布を算出する、顕微鏡データ処理装置。
【請求項６】
試料表面画像データを出力するレーザー顕微鏡と、
請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の顕微鏡データ処理装置と、を備える顕微鏡システム。
【請求項７】
コンピュータに、
レーザー顕微鏡から出力される試料表面画像データに基づいて一群の試料表面高さデータを生成し取得することと、
前記一群の試料表面高さデータから空孔領域の試料表面高さデータを抽出することと、
前記一群の試料表面高さデータのデータ数と前記空孔領域の試料表面高さデータのデータ数とに基づいて試料内における空孔状態を算出することと、を実現させるための顕微鏡データ処理プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、顕微鏡データ処理装置、顕微鏡システムおよび顕微鏡データ処理プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）は種々の製品の構造体に利用されている。ＣＦＲＰの成形方法の一つにプレス成形法があり、成形サイクルが比較的速く、大量生産ができるという特徴を有している。プレス成形法で作製した熱可塑性ＣＦＲＰ試料の品質評価における構造上の微視的パラメータとして、クラック（樹脂亀裂）、ボイド（空洞）、炭素繊維分布などがある。試料中におけるクラックやボイド（以下では、これらを総称して空孔と呼ぶことにする）の割合である空孔率の評価方法の一つとして、アルキメデス法が知られている（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２０１５−１８７２９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
アルキメデス法は、アルキメデスの原理を利用した手法であって、試料の水中重量と飽水重量と乾燥重量とから空孔率を測定する。そのため、測定に手間がかかると共に、試料を水中から取り出したときの水分の拭き取り方により飽水重量が変動しやすく、それによって測定誤差が生じるという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の好ましい態様による顕微鏡データ処理装置は、レーザー顕微鏡から出力される試料表面画像データに基づいて一群の試料表面高さデータを生成し取得する取得部と、前記一群の試料表面高さデータから空孔領域の試料表面高さデータを抽出する抽出部と、前記一群の試料表面高さデータのデータ数と前記空孔領域の試料表面高さデータのデータ数とに基づいて試料内における空孔状態を算出する演算部と、を備える。
さらに好ましい態様では、前記一群の試料表面高さデータから試料表面のうねりの影響を除去するフィルタ処理部をさらに備え、前記抽出部は、前記フィルタ処理部でフィルタ処理された前記一群の試料表面高さデータから空孔領域の試料表面高さデータを抽出する。
さらに好ましい態様では、前記フィルタ処理部は、前記一群の試料表面高さデータの内の任意断面における試料表面高さデータに対して、除去すべきうねりの波長の下限よりも低波長域を通過するフィルタによりフィルタリングする。
さらに好ましい態様では、前記演算部は、前記空孔状態として、前記一群の試料表面高さデータのデータ数と前記空孔領域の試料表面高さデータのデータ数とに基づいて空孔率を算出する。
さらに好ましい態様では、前記演算部は、前記空孔状態として、前記空孔領域の試料表面高さデータのデータ数に基づいて試料内における空孔分布を算出する。
本発明の好ましい態様による顕微鏡システムは、試料表面画像データを出力するレーザー顕微鏡と、上述した態様のいずれか一に記載の顕微鏡データ処理装置と、を備える。
本発明の好ましい態様による顕微鏡データ処理プログラムは、コンピュータに、レーザー顕微鏡から出力される試料表面画像データに基づいて一群の試料表面高さデータを生成し取得することと、前記一群の試料表面高さデータから空孔領域の試料表面高さデータを抽出することと、前記一群の試料表面高さデータのデータ数と前記空孔領域の試料表面高さデータのデータ数とに基づいて試料内における空孔状態を算出することと、を実現させる。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、試料の空孔状態を容易に計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、レーザー顕微鏡装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、ＣＰＵの機能ブロック図である。
【図３】図３は、試料表面の高さと光検出器出力との関係を示す図である。
【図４】図４は、プレス成形法で作製した熱可塑ＣＦＲＰ試料の断面（研磨面）の一部を示す模式図である。
【図５】図５は、凹凸高さデータのヒストグラムである。
【図６】図６は、空孔率算出の処理手順を示すフローチャートである。
【図７】図７は、モニタ画像の一例を示す図である。
【図８】図８は、変形例２を説明する図である。
【図９】図９は、閾値手動設定用の表示画面を示す図である。
【図１０】図１０は、試料全体の空孔率を説明する図である。
【図１１】図１１は、断面曲線、うねり曲線および粗さ曲線を示す図である。
【図１２】図１２は、フィルタ特性を示す図である。
【図１３】図１３は、第２の実施の形態における空孔率算出の処理手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図を参照して本発明を実施するための形態について説明する。
−第１の実施の形態−
図１は、走査型共焦点レーザー顕微鏡を備える顕微鏡システムの構成を示すブロック図である。レーザー顕微鏡システム１は、走査型共焦点レーザー顕微鏡（以下では、レーザー顕微鏡と呼ぶ）２、制御・処理装置３、モニタ４、入力操作部５および記録媒体読み取り装置６を備えている。
【０００９】
レーザー顕微鏡２は、レーザー光源１８、ミラー７、ダイクロイックミラー８、二次元走査部９、レボルバ１０、対物レンズ１１、試料Ｓが載置されるステージ１２、レンズ１３、ピンホール板１４、増幅部１５、ｚ軸移動制御部１６および光検出器１７を備えている。
【００１０】
レーザー光源１８は、試料Ｓの表面を走査するスポット光としてのレーザー光１９を発生する。レーザー光源１８からのレーザー光１９はミラー７により反射され、ダイクロイックミラー８を介して二次元走査部９に導かれる。図１に示すように紙面右方向にｘ軸、紙面の裏面方向にｙ軸および紙面上方向にｚ軸を定めた場合、二次元走査部９は、制御・処理装置３からの制御信号に基づいて、ミラー７で反射されたレーザー光源１８からのレーザー光１９を試料Ｓ上に二次元走査する。例えば、二次元走査部９は、ｘ軸方向走査用のガルバノミラーとｙ軸方向走査用のガルバノミラーとを備え、これらのガルバノミラーをｘ軸方向およびｙ軸方向に振ることで対物レンズ１１に対するスポット光の光路をｘ方向およびｙ方向に走査する。
【００１１】
レボルバ１０は、倍率の異なる複数の対物レンズ１１を保持する。レボルバ１０の切換えにより、複数の対物レンズ１１のうち所望の倍率を持つ対物レンズ１１を観察光路中に選択挿入することができる。二次元走査部９により二次元走査されたスポット光は、対物レンズ１１を通してステージ１２上の試料Ｓに照射される。ステージ１２は、ｚ軸移動制御部１６によって光軸方向（ｚ方向）に移動させることができる。
【００１２】
試料Ｓからの反射光は、対物レンズ１１を通って二次元走査部９に戻り、二次元走査部９を介してダイクロイックミラー８に戻され、ダイクロイックミラー８によりレンズ１３の方向に反射される。
【００１３】
レーザー顕微鏡２の光学系は共焦点光学系であって、点光源であるレーザー光源１８から出射した光を、対物レンズにより試料Ｓの一点に集光するように照射する。共焦点光学系においては、対物レンズ１１の焦点位置と共役な位置（像位置）に円形の開口（ピンホール）を有するピンホール板１４が配置されている。試料Ｓからの反射光２０はピンホール上に集光される。共焦点光学系では、焦点以外からの反射光はほとんどがピンホール板１４でカットされ、焦点位置からの光のみが光検出器１７によって検出される。
【００１４】
光検出器１７は、ピンホール板１４のピンホールを介して得られる光を、その光量に応じた電気信号に変換する。光検出器１７で得られた電気信号は増幅部１５で増幅された後、画像情報として制御・処理装置３へ出力される。
【００１５】
制御・処理装置３は、ＣＰＵ３０およびメモリ３２等を備えている。ＣＰＵ３０は、レーザー顕微鏡２の制御を行うと共に、レーザー顕微鏡２から入力された画像情報に基づく種々の処理を行う。ＣＰＵ３０は、ＲＯＭ３１またはメモリ３２に格納されている制御プログラムに従いレーザー顕微鏡２を制御する。例えば、光検出器１７で光電変換された電気信号と、二次元走査部９からの走査タイミング信号とから二次元画像情報を生成しメモリ３２に転送するとともに、その二次元画像情報に基づく画像を試料Ｓの表面画像としてモニタ４に表示する。
【００１６】
また、ＣＰＵ３０は、ＲＯＭ３１またはメモリ３２に記憶された画像情報処理プログラムを実行することによって、レーザー顕微鏡２から得られた画像情報に基づいて種々の画像情報処理、例えば、後述する空孔率演算処理を行う。例えば、メモリ３２に画像情報処理プログラムが記憶される構成の場合には、ＣＤ−ＲＯＭのような記録媒体を介して画像情報処理プログラムが提供され、ＣＰＵ３０は、記録媒体に記録されたプログラムを記録媒体読み取り装置６によって読み取り、メモリ３２に記憶させる。
【００１７】
入力操作部５は、キーボードの他にマウスなどのポインティングデバイスを含んでおり、ユーザの操作により種々の指示やパラメータを制御・処理装置３に入力することができる。入力されたパラメータはメモリ３２に記憶される。
【００１８】
なお、図１に示す例では、ステージ１２を光軸方向に（上下に）移動させることで、試料Ｓ上における集光位置を変化させる構成としたが、レボルバ１０を光軸方向に移動させるような構成であっても良い。
【００１９】
図２は、ＣＰＵ３０により実行される空孔率演算処理を説明するための機能ブロック図である。ここでは、ＣＦＲＰ試料の空孔率を算出する場合を例に説明する。図４は、プレス成形法で作製した熱可塑ＣＦＲＰ試料の断面（研磨面）の一部を模式的に示したものである。図４に示す例において、ａ層、ｃ層では炭素繊維１００の方向がｙ方向であって、ｂ層、ｄ層では炭素繊維１００の方向がｚ方向になっている。ＣＦＲＰ試料ではこのように０°層と９０°層とが交互に積層されている。ＣＦＲＰの機械的強度に影響する構造面での要素としては、炭素繊維１００間に充填される樹脂１０１の部分における亀裂１０２や空孔１０３、炭素繊維１００の分布などがある。
【００２０】
本実施の形態では、レーザー顕微鏡２により取得された画像情報に基づいて、ＣＦＲＰ試料の繊維方向に対して垂直に断面した領域における、すなわち図４のｂ層、ｄ層の断面における空孔１０３および亀裂１０２の割合である空孔率を算出する。
【００２１】
（試料表面高さデータ取得部３００）
図２の試料表面高さデータ取得部３００は、レーザー顕微鏡２を制御して試料Ｓの表面の高さデータである試料表面高さデータを取得する。以下では、試料表面高さデータを単に高さデータと呼ぶことにする。上述したように、対物レンズ１１の集光位置はピンホール板１４のピンホールと共役な位置にある。そのため、試料Ｓの表面が対物レンズ１１の集光位置にある場合には、試料表面からの反射光はピンホール板１４上で集光してピンホールを通過する。一方、試料表面が対物レンズ１１の集光位置から上下に（光軸方向に）ずれていた場合、試料Ｓからの反射光はピンホール板１４上では集光しておらず、ピンホールを通過する光の量が著しく低下する。図３は、試料表面の高さと光検出器１７の出力との関係を示す図である。試料表面が対物レンズ１１の集光位置にある場合には光検出器１７の出力は最大となり、試料表面が対物レンズ１１の集光位置から離れるに従い、光検出器１７の出力は急激に低下する。
【００２２】
このような特性により、二次元走査部９によって集光点をｘ、ｙ方向に二次元走査し、光検出器１７の出力を二次元走査部９の走査に同期して画像化すれば、試料表面のある特定の高さのみが画像化され、試料Ｓを光学的にスライス（光軸に垂直な平面でスライス）した画像（共焦点画像）が得られる。さらに、ステージ１２を光軸方向に離散的に移動させ、離散的な各位置において二次元走査部９を走査して共焦点画像を取得し、試料表面の各点で光検出器１７の出力が最大になるステージ位置を計測することにより、試料表面の高さ情報が得られることになる。また、試料表面の各点における光検出器１７の出力の最大値を重ねて表示することにより、全ての面にピントの合った画像（エクステンド画像）を得ることができる。
【００２３】
試料表面高さデータ取得部３００は、レーザー顕微鏡２に対して上述のような制御を行うことにより、試料Ｓの予め定めた所定領域（以下では計測領域と呼ぶ）に関しての画像データをレーザー顕微鏡２から取得して、メモリ３２（図１参照）に記憶させる。なお、計測領域は、入力操作部５をユーザが操作することにより予め設定され、メモリ３２に記憶されている。そして、試料表面高さデータ取得部３００は、取得した画像データから試料表面の高さに関する一群の高さデータを生成する。
【００２４】
（閾値設定部３０１）
閾値設定部３０１は、取得された高さデータが空孔領域（亀裂１０２や空孔１０３の部分の領域）の高さデータか否かを判定するための閾値を設定する。閾値の設定方法としては種々のものが考えられるが、ここでは取得した高さデータに基づいて自動的に設定する場合について説明する。図４のｂ層、ｄ層の断面において亀裂１０２や空孔１０３が生じていない場合であっても、断面には微小な凹凸があり、凹凸の高さデータのヒストグラムは図５に示すような正規分布となる。図５において、縦軸はデータ数であり、横軸は平均値からの偏差を表している。一方、空孔領域の高さは試料表面よりも低いので、空孔領域の高さデータは、正規分布において標準偏差が少なくともマイナス方向に大きくずれた領域（ここでは、空孔データ領域と呼ぶ）のデータに含まれると考えられる。例えば、図５の符号Ａで示す偏差−２σよりも図示左側の領域を、空孔データ領域と設定することができる。そのように−２σを閾値として設定することで、断面（研磨面）の凹凸部分の高さデータをほとんど含まない高さデータが、空孔の高さデータとして抽出されることになる。なお、ここでは、−２σを閾値に設定したが、閾値はこれに限定されない。
【００２５】
このように高さデータの分布に基づいて閾値を設定する方法の他に、例えば、複数のサンプルについて、アルキメデス法で計測した空孔率と一致するような閾値を求め、その値を空孔データ抽出用の閾値として予め設定しておいても良い。その場合、その閾値が閾値設定部３０１で自動的に選ばれる。
【００２６】
（空孔データ抽出部３０２）
空孔データ抽出部３０２は、試料表面高さデータ取得部３００で取得された高さデータのデータ群から、閾値設定部３０１で設定された閾値よりも高さの低い高さデータを空孔領域の高さデータ（以下では、空孔部データと呼ぶ）として抽出する。この空孔部データのデータ数は、計測領域全体の空孔率を求めるための計測領域全領域におけるデータ数として用いられる。また、空孔データ抽出部３０２は、計測領域全領域におけるデータ数とは別に、計測領域を複数の部分領域に分けたときの部分領域毎のデータ数も求める。部分領域毎のデータ数は、空孔の分布状況を表すために用いられる。
【００２７】
（空孔状態演算部３０３）
空孔状態演算部３０３は、試料表面高さデータ取得部３００で取得された計測領域全領域における高さデータのデータ数（ここでは、データ総数と記す）と、空孔データ抽出部３０２で抽出された計測領域全領域における空孔部データのデータ数とから、次式（１）のように空孔率(％)を算出する。ここで、空孔部データのデータ数は空孔部の断面積に相当し、高さデータのデータ総数は計測領域の断面積に相当する。
（空孔率）＝{(空孔部データのデータ数)/(データ総数)}×１００      …（１）
【００２８】
また、空孔状態演算部３０３は、上述した部分領域毎のデータ数に基づいて空孔の分布状況を算出する。空孔の分布状況を表す方法としては、後述する図７の分布図に示すように、各部分領域の空孔部データのデータ数を示しても良いし、各部分領域の空孔率をそれぞれ示すようにしても良い。各部分領域の空孔率は、式（１）における(空孔部データのデータ数)および(データ総数)を、部分領域における(空孔部データのデータ数)および(データ総数)に置き換えることにより算出される。
【００２９】
（モニタ画像生成部３０４）
モニタ画像生成部３０４では、空孔率演算結果をモニタ４に表示するためのモニタ画像を生成する。オペレータは、モニタ４に表示されたモニタ画像を見ることで、空孔率演算結果を確認することができる。図７はモニタ画像の一例を示したものである。画面の上段右側に示す画像は、図４の観察領域Ｃの表面を表す濃淡画像を示したものである。
【００３０】
例えば、図５に示すヒストグラムで、−２σ以下の高さデータを黒色、−２σ〜１σの高さデータを灰色、１σ以上の高さデータを白色で表した場合、黒色（Ｂ）、灰色（斜線領域Ｇ）、白色（Ｗ）で表される濃淡画像（反射輝度画像）の試料表面画像が得られる。図７の濃淡画像は、図４の観察領域Ｃにおいて、炭素繊維１００の部分の高さデータが１σ以上の高さデータに含まれ、樹脂１０１の部分の高さデータが−２σ〜１σの高さデータに含まれ、亀裂１０２および空孔１０３の部分の高さデータが１σ以上の高さデータに含まれるとした場合を模式的に示したものである。
【００３１】
また、図７の画面の上段左側に示す画像は空孔分布を表したものであり、観察領域Ｃにおける空孔部データの分布を数字で表したものである。ここでは、観察領域Ｃを８×１６＝１０４個の部分領域に分割し、各分割領域における空孔部データのデータ数を表示した。これにより、試料断面における空孔の分布を、視覚的および数量的に認識することができる。なお、前述したように、空孔部データのデータ数を示す代わりに、各部分領域の空孔率を示すようにしても良い。
【００３２】
さらに、画面の下段の表は、観察領域Ｃ全体のデータに基づく空孔率をパーセンテージで表示したものである。
【００３３】
図６は、ＣＰＵ３０で実行される空孔率算出に関する一連の処理の手順を示すフローチャートである。ステップＳ１０では、レーザー顕微鏡２を制御して試料表面の高さデータを取得する。ステップＳ２０では、閾値設定部３０１における閾値設定処理を行う。ステップＳ３０で、ステップＳ２０で設定された閾値を使用して、取得された高さデータから空孔領域の高さデータ（空孔部データ）を抽出する。ステップＳ４０では、モニタ画像生成部３０４により図７に示すような処理結果を示すモニタ画像を生成し、ステップＳ５０においてそのモニタ画像をモニタ４に表示させる。
【００３４】
（変形例１）
上述した実施の形態では、集光点の光軸方向位置を離散的に変更して試料Ｓを光学的にスライスした共焦点画像を得ることで、試料表面の各点の高さデータを取得した。一方、変形例１では、集光点の光軸方向位置を一定に維持したままｘｙ方向の二次元走査を行って取得した画像（反射輝度画像）に基づいて高さデータを得るようにする。
【００３５】
図３に示したように集光点の光軸方向位置を一定に保つと、試料表面の高さによって光検出器１７の出力が異なる。試料表面高さが集光位置と一致したときが最も出力値が大きく、試料表面と集光位置との相対位置が大きくなるほど出力値が小さくなる。そのため、試料表面の最も高い位置（例えば、図４のｄ層であれば、炭素繊維１００の断面位置）に集光位置を合わせれば、そこから高さが低くなるほど出力値が小さくなる。そのため、出力値と高さとを対応付けることで、高さデータを得ることができる。
【００３６】
すなわち、光検出器１７の出力値の大きさに基づいて、上述した実施の形態の場合と同様の高さデータを得ることができる。図２に示した試料表面高さデータ取得部３００では、光検出器１７の出力値と図３に示す高さ−出力の相関関係とから、試料表面の高さデータを生成する。それ以後の処理は上述した実施の形態の場合と同様である。
【００３７】
変形例１の場合も、図５に示すヒストグラムで、−２σ以下の高さデータを黒色、−２σ〜１σの高さデータを灰色、１σ以上の高さデータを白色で表した場合、黒色（Ｂ）、灰色（Ｇ）、白色（Ｗ）で表される濃淡画像（反射輝度画像）は、図７に示した濃淡画像と同様である。
【００３８】
（変形例２）
図８は、上述した実施の形態の変形例２を説明する図であり、ＣＰＵ３０で実行される空孔率算出の処理手順を示すフローチャートである。図６に示した空孔率算出処理では、閾値の設定を自動的に行うようにしたが、変形例２では、閾値設定に関して自動設定または手動設定をオペレータが選択できるようにした。図８において、ステップＳ１００〜Ｓ１２０が図６に新たな追加された処理であり、その他のステップは図６に示したものと同一である。
【００３９】
ステップＳ１０でレーザー顕微鏡２を制御して試料表面の高さデータを取得したならば、次いで、ステップＳ１００の処理を実行する。ステップＳ１００では、自動設定か手動設定かを選択させる表示画面をモニタ４に表示し、オペレータの入力操作を待つ。オペレータが入力操作部５（図１参照）を操作して自動設定を選択すると、ステップＳ１１０の判定処理において自動設定が選択されたと判定されてステップＳ２０へ進み、ステップＳ２０からステップＳ６０までの一連の処理が実行される。
【００４０】
一方、手動設定がオペレータにより選択されると、ステップＳ１１０からステップＳ１２０へ進んで手動設定処理が行われる。手動設定処理の一例としては、例えば、図９に示すような手動設定用の表示画面をモニタ４に表示し、オペレータに入力を促す。画面左側には試料の種類を選択させる画面４０を表示し、画面右側には閾値（孔深さに相当）を入力させる画面４１を表示する。
【００４１】
画面４０の試料＃１〜＃８には代表的な試料名が表示され、それらが選択されると、試料名に応じた閾値が設定される。この閾値は、高さデータの平均値からマイナス方向への偏差を表す。図５に示す正規分布の標準偏差σの値は試料の種類によって異なり、標準偏差σが小さい試料ほど、すなわち空孔でない部分の凹凸が小さい試料ほど閾値は小さく設定される。一方、凹凸が比較的大きいものは、表面の凹凸が空孔と誤判定されないように閾値はより大きく設定される。
【００４２】
また、オペレータが、試料の凹凸具合について知見がある場合には、それに基づく閾値を画面４１に手動で入力するようにしても良い。
【００４３】
ステップＳ１２０の手動設定処理が終了すると、ステップＳ３０へ進む。ステップＳ３０では、手動設定処理により設定された閾値に基づく空孔領域の高さデータが抽出される。その後の処理は自動設定の場合と同様であり、説明を省略する。
【００４４】
ところで、上述した空孔率の算出では、試料Ｓの表面（研磨面）の顕微鏡画像に基づいて式（１）のように算出しており、この場合の空孔率は、空孔領域の断面積と計測領域の断面積との面積比を表している。ここでは、このように面積比として求めた空孔率と、試料全体に関する空孔率との関係について、図１０に示すような直方体の試料を例に説明する。
【００４５】
（試料全体の空孔率について）
図１０では、直方体の試料をｚ方向に第１領域から第４領域の４つの部分領域に分けて空孔率を考える。簡単のために、第１領域は直方体形状の材料部（ハッチングを施した部分）と空孔部（白抜きの部分）とを交互に配置した構成になっていると仮定する。この場合、第１領域におけるｘｙ面に平行ないずれの断面においても、面積比で表される空孔率は５０％となっている。また、第１領域全体の空孔率も、面積比で表される空孔率と同じく５０％になっている。
【００４６】
第２領域から第４領域のいずれの領域においても、第１領域と同じように直方体形状の材料部と空孔部とが配置されていて、第２〜第４領域の領域全体の空孔率が順に３０％、２０％、４０％となるように材料部と空孔部とが設けられていると仮定する。そのため、第２〜第４領域のいずれの領域においても、ｘｙ平面に平行な断面における面積比で表される空孔率は、各領域の領域全体の空孔率と同じになる。すなわち、第２領域のｘｙ断面における空孔率は３０％であり、第３領域のｘｙ断面における空孔率は２０％であり、第４領域のｘｙ断面における空孔率は４０％である。
【００４７】
直方体試料の全体の空孔率は第１領域から第４領域までの平均値で表され、（５０＋３０＋２０＋４０）／４＝３５％となる。一方、第１領域から第４領域までのｘｙ断面における空孔率の平均も３５％となる。すなわち、図１０のような構造であった場合、第１領域から第４領域までのｘｙ断面における空孔率の平均は、試料全体の空孔率と同じ値となる。
【００４８】
実際の試料では、各領域におけるｘｙ断面における空孔率は、領域のｚ方向位置よって異なる場合が多い。その場合、ｘｙ断面における空孔率の平均は試料全体の空孔率と完全には一致しないが、ほぼ一致すると考えることができる。すなわち、複数の断面について算出される空孔率の平均値を取ることによって、試料全体の空孔率が得られる。
【００４９】
例えば、図４に示すようなＣＦＲＰ試料の場合、ｚ方向に関する複数の断面の空孔率の平均を取ることでｂ層、ｄ層の全体の空孔率を算出でき、ｙ方向に関する複数の断面の空孔率の平均を取ることでａ層、ｃ層の全体の空孔率を算出できる。さらに、ａ層、ｂ層、ｃ層、ｄ層の空孔率の平均を取ることで、図４に示す試料全体の空孔率を算出することができる。
【００５０】
空孔分布に関しても、図７に示した分布図は一断面における空孔分布を示したものであるが、複数の断面に関してそれぞれの分布を示すことで、立体的な試料における空孔分布を認識することができる。
【００５１】
−第２の実施の形態−
第２の実施の形態では、試料観察領域である試料表面（研磨面）のうねりを考慮した空孔率演算処理について説明する。図１１、１２はうねり除去の概念を説明する図である。図１１（ａ）は、例えば、図４の観察領域Ｃのｙ方向の断面曲線Ｌ１を示す図である。断面曲線Ｌ１には、ツールやワークとの間の振動などによって生じる試料表面のうねりが含まれている。図１１（ｂ）は、断面曲線Ｌ１の含まれるうねり成分を表すうねり曲線Ｌ２を示す図である。なお、断面曲線Ｌ１も破線で示した。さらに、図１１（ｃ）は、粗さ曲線Ｌ３を示したものである。粗さ曲線Ｌ３は、断面曲線Ｌ１からうねり曲線Ｌ２で表されるうねり成分を除去した後の曲線である。粗さ曲線Ｌ３で示す表面形状は、ツールによる切削の跡や、研削・研磨の圧痕などによって生じる。
【００５２】
このように、レーザー顕微鏡２の検出情報によって取得された試料表面の高さデータには、空孔による深さだけでなく図１１（ｂ）のうねり成分および図１１（ｃ）の粗さ成分が含まれている。そのため、図１１（ｂ）の領域Ｄのように試料表面がうねりによって窪んでいる部分の高さデータは、窪んでいる分だけ検出される高さが低くなり、空孔と誤判定されるおそれがある。よって、空孔領域の高さデータを精度良く抽出するためには、高さデータから、うねり曲線Ｌ２のように緩やかに大きく変化するうねり成分を除去する必要がある。
【００５３】
断面曲線Ｌ１からうねり曲線Ｌ２を抽出するためには、高さデータを、図１２の曲線Ｌ１０で示すような特性を有するうねり抽出用フィルタでフィルタリングする。図１２の横軸は波長を表し、縦軸は振幅伝達率である。うねり抽出用フィルタには、カットオフ値λｃからカットオフ値λｆまでを通過域とする帯域通過フィルタが用いられる。カットオフ値λｃは例えば０．２５ｍｍ〜２．５ｍｍ程度に設定され、カットオフ値λｆは例えば８ｍｍ〜１２．５ｍｍ程度に設定される。すなわち、試料表面の凹凸状態が、ほぼカットオフ値λｃからカットオフ値λｆまでの波長域で変化している場合をうねりと称する。
【００５４】
また、断面曲線Ｌ１から粗さ曲線Ｌ３を抽出するためには、高さデータを、図１２の曲線Ｌ１１で示すような特性を有する粗さ抽出用フィルタでフィルタリングする。粗さ抽出用フィルタには、カットオフ値λｃの高域通過フィルタが用いられる。なお、図１１（ａ）に示す断面曲線Ｌ１は、マイクロラフネスと呼ばれる数μｍ以下の凹凸形状を除去した後の形状を表している。マイクロラフネスを除去するためには、カットオフ値λｓ（例えばλｓ＝２．５μｍ〜８μｍ程度）の低域通過フィルタが用いられる。そのため、図１２では、曲線Ｌ１１はカットオフ値λｓからカットオフ値λｃまでを通過域とする帯域通過フィルタとして記載されている。
【００５５】
図４の観察領域Ｃは、ｘ方向およびｙ方向に関する二次元領域なので、ｘ方向に並んだデータ列に関して粗さ抽出用フィルタでフィルタリングすると共に、ｙ方向に並んだデータ列に関して粗さ抽出用フィルタでフィルタリングすることになる。なお、ｘ方向に並んだデータ列はｙ方向に複数あり、ｙ方向に並んだデータ列はｘ方向に複数あるので、複数のデータ列のそれぞれに対してフィルタリングを行う。高さデータに対するこのようなフィルタリングは、図２の試料表面高さデータ取得部３００で行われる。
【００５６】
図１３は、第２の実施の形態においてＣＰＵ３０で実行される空孔率算出の処理手順を示すフローチャートである。図１３のフローチャートは、図６のフローチャートにステップＳ２００の処理を追加したものであり、その他のステップの処理は図６の場合と同様である。
【００５７】
ステップＳ１０では、第１の実施の形態で説明したように、レーザー顕微鏡２を制御して試料表面の高さデータを取得する。ステップＳ２００では、高さデータからうねり成分を除去して図１１（ｃ）に示すような粗さ成分の高さデータとするために、カットオフ値λｃの高域通過フィルタでフィルタリングする。なお、図１２の曲線Ｌ１１のような特性を有する帯域通過フィルタを用いても良い。図２に示した試料表面高さデータ取得部３００は、このようなフィルタリングを行うことによって、取得された高さデータからうねり成分が除去された高さデータを生成する。ステップＳ２０からステップＳ６０までの処理は、第１の実施の形態での説明と同様の処理が行われるので、ここでは説明を省略する。
【００５８】
上述した実施の形態および変形例によれば、次の作用効果が得られる。
（Ｃ１）顕微鏡データ処理装置としての制御・処理装置３は、レーザー顕微鏡２から出力される試料表面画像データ（例えば、複数の共焦点画像や一つの反射輝度画像）に基づいて一群の試料表面高さデータを生成し取得する試料表面高さデータ取得部３００と、一群の試料表面高さデータから空孔領域（例えば、図４の亀裂１０２および空孔１０３の部分の領域）の試料表面高さデータを抽出する空孔データ抽出部３０２と、一群の試料表面高さデータのデータ数と空孔領域の試料表面高さデータのデータ数とに基づいて試料内における空孔状態を算出する空孔状態演算部３０３と、を備える。その結果、レーザー顕微鏡２から出力される試料表面画像データに基づいて、試料の空孔状態を容易に計測することができる。
【００５９】
なお、算出される空孔状態としては、一群の試料表面高さデータのデータ数と空孔領域の試料表面高さデータのデータ数とに基づいて算出される空孔率や、一群の試料表面高さデータのデータ数と空孔領域の試料表面高さデータのデータ数とに基づいて算出される試料内における空孔分布がある。その結果、空孔率や空孔分布を容易に得ることができる。また、従来のアルキメデス法では評価することができない、空孔の分布を算出することができる。
【００６０】
（Ｃ２）また、試料表面高さデータ取得部３００は、一群の試料表面高さデータから試料表面のうねりの影響を除去するフィルタ処理を行うことで、フィルタ処理部としての空孔データ抽出部３０２で抽出された空孔領域の試料表面高さデータにはうねりの影響が含まれておらず、試料内における空孔状態をより精度良く算出することができる。例えば、空孔データ抽出部３０２は、一群の試料表面高さデータの内の任意断面における試料表面高さデータに対して、除去すべきうねりの波長の下限（図１２のカットオフ値λｃ）よりも低波長域を通過するフィルタによりフィルタリングする。
【００６１】
上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。なお、上述した実施の形態では、試料がＣＦＲＰである場合を例に説明したが、上述した空孔率や空孔分布の算出はＣＦＲＰ以外の試料にも適用することができる。
【符号の説明】
【００６２】
１…レーザー顕微鏡システム、２…レーザー顕微鏡、３…制御・処理装置、１０２…亀裂、１０３…空孔、３００…試料表面高さデータ取得部、３０１…閾値設定部、３０２…空孔データ抽出部、３０３…空孔状態演算部、３０４…モニタ画像生成部、Ｓ…試料
【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】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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