(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層体の表面に交わる方向に設定された走査線上における距離と相関関係にある数量軸上で所定間隔をおいて並ぶ少なくとも二枚の画像の差分を、画素単位で演算する差分演算手段と、
前記画像上における少なくとも一方向に交わる配列をなす複数の画素についての、前記演算された差分の平均値、前記演算された差分の最大値及び前記演算された差分が閾値以上となる画素の個数のうち少なくとも一つである、差分統計値を、前記一方向に沿った座標軸上の各点に対応付けて演算する差分統計値演算手段と、
該演算された差分統計値を、前記座標軸と前記数量軸とで張られた面に置くことで、解析用画像を生成する解析用画像生成手段と
を備えることを特徴とする層断面計測システム。
【請求項２】
前記生成された解析用画像を、パターン解析するパターン解析手段を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の層断面計測システム。
【請求項３】
前記走査線上に配列された複数の測定点で前記積層体内からの可視光を含む電磁波を受信することで、複数の画像を生成する撮像手段を更に備え、
前記差分演算手段は、前記複数の画像に含まれる前記少なくとも二枚の画像の差分を演算する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の層断面計測システム。
【請求項４】
積層体の表面に交わる方向に設定された走査線上における距離と相関関係にある数量軸上で所定間隔をおいて並ぶ少なくとも二枚の画像の差分を、画素単位で演算する差分演算工程と、
前記画像上における少なくとも一方向に交わる配列をなす複数の画素についての、前記演算された差分の平均値、前記演算された差分の最大値及び前記演算された差分が閾値以上となる画素の個数のうち少なくとも一つである、差分統計値を、前記一方向に沿った座標軸上の各点に対応付けて演算する差分統計値演算工程と、
該演算された差分統計値を、前記座標軸と前記数量軸とで張られた面に置くことで、解析用画像を生成する解析用画像生成工程と
を備えることを特徴とする層断面計測方法。
【請求項５】
コンピュータを、請求項１又は２に記載の層断面計測システムとして機能させることを特徴とするコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば解析対象である積層体の表面に交わる方向に設定された走査線上における距離と相関関係にある数量軸に対して変化する画像における変化状態を解析する層断面計測システム及び方法、並びにコンピュータプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の層断面計測システムを含む画像解析システムは、伝統的な数値化法の一つである「時空間画像法」を用いる。時空間画像法を用いる場合、水平座標軸及び垂直座標軸で張られる二次元平面の濃度値画像を第三軸としての時間軸上に並べることにより得られる時空間画像の水平又は垂直方向で時間軸に沿った方向に切断して得られる時空間断面画像をパターン解析して得られる数値で、動状態を記述している。このような方法の一種である「時系列差分画像法」では特に、時系列上の二枚の画像の差分をとり、画像内の変化のある部分のみを抽出し、その差分画像をパターン解析することにより動状態を数値化している。
【０００３】
従来この種の画像解析システムとしては、例えば車両における自動操縦や操縦支援を行う技術分野において、車載カメラで捕らえた画像中における数値化の対象物を、パターン認識技術によって特定した上で、その対象物の動きを上記数値化方法により数値化するシステムが開発されている（特許文献１参照）。
【０００４】
加えて、このような画像解析システムは、例えば、プラズマディスプレイにおける蛍光体の層厚や層間ギャップの測定、積層フィルムから構成される偏光板の温度による層厚変化の測定など、積層構造の層断面計測システムの主要部としても機能する。ここでは、計測対象物の表面に垂直な方向（言い換えれば、深度方向）を走査方向として、一定走査速度で撮像される複数の表面画像或いは光学界面画像を、上述の如き動画を構成する連続画像に見立ててその動状態を解析すれば、実際には動状態ではなく、複数の表面画像或いは光学界面画像における各層の変化状態を解析できる訳である。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１―１７５８４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した背景技術によれば、画像或いは画像データにおけるS/N（Signal to Noise）比が必ずしも十分高くないという技術的問題点がある。例えば、前述の時系列差分画像法によれば、差分或いは差分値における雑音成分が相対的に大きいため、この雑音成分が大なり小なり差分画像をパターン解析する際の障害となっている。
【０００７】
加えて、前述した層断面計測システムによれば、画像を取得する際に干渉プロファイルを用いるのが通常であり、その感度が一般に悪い或いは信号が微弱であることに起因して、数値化する際の雑音が顕著である。この結果、層厚や層間ギャップを精度良く計測することは困難或いは実践上不可能であるという技術的問題点がある。
【０００８】
本発明は上述の問題点に鑑み成されたものであり、例えば画像の変化状態を高精度で解析可能である層断面計測システム及び方法、並びにコンピュータをそのようなシステムとして機能させるコンピュータプログラムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の層断面計測システムは上記課題を解決するために、積層体の表面に交わる方向に設定された走査線上における距離と相関関係にある数量軸上で所定間隔をおいて並ぶ少なくとも二枚の画像の差分を、画素単位で演算する差分演算手段と、前記画像上における少なくとも一方向に交わる配列をなす複数の画素についての、前記演算された差分の平均値、前記演算された差分の最大値及び前記演算された差分が閾値以上となる画素の個数のうち少なくとも一つである、差分統計値を、前記一方向に沿った座標軸上の各点に対応付けて演算する差分統計値演算手段と、該演算された差分統計値を、前記座標軸と前記数量軸とで張られた面に置くことで、解析用画像を生成する解析用画像生成手段とを備える。
【００１０】
本発明の層断面計測システムによれば、距離と相関関係にある数量軸上で所定間隔をおいて並ぶ少なくとも二枚の画像を含む、複数の画像が層断面解析の対象となる。このような少なくとも二枚の画像は、例えば層断面解析用の走査線（典型的には、積層構造の表面に垂直な方向、即ち深度方向に設定された走査線）に沿って配列された複数の静止画を構成しており、このような走査線に沿って一定速度で連続的或いは間欠的な走査を行うことで取得される複数の表面図或いは光学界面図（典型的には、積層構造における各深度における光学界面図）のうち、相前後して取得される少なくとも二枚の表面図或いは光学界面図である。
【００１１】
解析時には先ず、例えばプロセッサ、メモリ等を備えてなる、差分演算手段によって、例えば透明な多層構造体である、積層体の表面に交わる方向に、例えば垂直に（即ち、積層体における深度方向に沿って）設定された走査線上における距離と相関関係にある数量軸上で、所定間隔をおいて並ぶ少なくとも二枚の画像の差分が、画素単位で演算される。ここに「少なくとも二枚の画像の差分」とは、少なくとも二枚の画像間で、同一画素（即ち、同一位置或いは同一アドレスの画素）における、単色の又はRGB系やCMY系等のカラー各色の、濃度情報、輝度情報、彩度情報、色彩情報、色調情報等の、画像を規定するパラメータの差分或いは差分値を意味する。この際、「二枚の画像の差分」或いは「二枚のみの画像の差分」とは、一の画像における特定画素について、前又は後にある他の画像における同一の特定画素との間での、演算の対象となるパラメータについての差分或いは差分値である。そして「三枚以上の画像の差分」とは、一の画像における特定画素について、前又は後にある他の複数の画像における同一の特定画素との間での、演算の対象となるパラメータについての平均値等の基準値（即ち、３枚以上の画像における特定画素のパラメータに基づく基準値）からのズレとしての、差分或いは差分値である。単純な場合には、二枚の画像間での白黒表示における濃度の差分が、演算される。また、このような差分が演算される画像は、デジタル画像でもよいし、アナログ画像でもよい。更に、本発明に係る「差分」或いは「差分値」とは、数量軸に対する微小変化である「微分」或いは「微分値」を含む概念である。このように本発明に係る「差分」とは、狭義には、二枚の画像間における同一画素についての演算の対象となるパラメータの単純な差分を意味し、広義には、三枚以上の画像間における同一画素についての演算の対象となるパラメータの基準値からの差分或いはズレも意味し得る。
【００１２】
続いて、例えばプロセッサ、メモリ等を備えてなる、差分統計値演算手段によって、画像上における一方向に沿って設定された座標軸の各点において、該一方向に交わる（例えば、直交する）配列をなす複数の画素の差分統計値が演算される。ここに「一方向」は、例えば一枚の画像であるビットマップ画像やラスター画像における、該一枚の画像の水平方向、垂直方向、水平垂直の両方向、斜めなどの任意の方向或いは任意の二方向などであり、好ましくは当該動状態解析システムの解析対象となる動画の性質に応じて適宜に設定される性質のものである。また、このような画素の配列は、典型的には、同一画像、即ち同一時刻の画像或いは同一機会に取得された画像を構成する、画素の配列であり、該一方向に交わる一次元配列（即ち、一列の画素列）でもよいし、このような一次元配列を含む又は同一画像内で平面的に広がる２次元配列（即ち、複数列の画素列又は所定平面エリア内の画素群）であってもよい。言い換えれば、係る画素の配列は、一つの画像上において上記一方向に交わる方向に延びる線分上に少なくとも位置する。
【００１３】
但し、このような画素の配列は、複数の画像を前記数量軸に沿って配列した場合における、該複数の画像に跨るものであってもよい。即ち、このような画素の配列は、典型的には、同一画像上における一次元的な配列又は二次元的な配列であるが、複数の画像に跨る一次元的な配列、二次元的な配列又は三次元的な配列であってもよい。本発明に係る「差分統計値」は、差分の平均値、差分の最大値及び演算された差分が閾値以上となる画素の個数のうち、少なくとも一つである。差分に係る、これら平均値等以外の統計値として知られている既存の統計値を、ここでの差分統計値として用いることも可能である。
【００１４】
続いて、例えばプロセッサ、メモリ等を備えてなる、解析用画像生成手段によって、該演算された差分統計値が、座標軸と数量軸とで張られた面に置かれることで、解析用画像が生成される。ここでは、例えば座標軸と数量軸との二次元平面上の各点に、差分統計値が値により異なる色濃度やカラーなどで示される、解析用画像が生成される。数学的には、係る座標軸と数量軸とを二つの直交軸とする二次元平面上の各点について対応する差分統計値が割り当てられ、言い換えれば、係る二次元平面に対して更にこれに垂直な第３の軸として差分統計値を示す数量軸が設定され、係る二次元平面の各点における差分統計値の大小に応じて変化する色や濃度等が各点に割り当てられることとなり、これにより、色や濃度等のパターンが顕在化される。ここでは特に、例えば、積層構造に係る複数の表面図或いは光学界面図を元として、座標軸（即ち、X軸又はY軸）と、数量軸としての深度方向に延びる軸（即ち、Z軸）とで張られた断面図が、解析用画像として生成されることになる。このように生成される解析用画像を、例えばこの解析用画像をパターン解析するパターン解析手段によって自動で又は解析者の目視によって、パターン解析することで、元となる画像（即ち、一連の静止画からなる動画や、一つの積層構造に係る複数の表面図或いは光学界面図）における変化状態を解析可能となる。
【００１５】
このような一連の処理の中で、差分統計値演算手段によって差分統計値を演算する際には特に、画像或いは画像データにおけるランダムな又はランダム性が相対的に高いノイズ成分を、画像或いは画像データにおけるランダム性が相対的に低い信号成分に対して、相対的に弱めることができる。即ち、平均値、最大値又は差分が閾値以上となる画素の個数である、本発明に係る「差分統計値」は、単なる差分値或いは単なる微分値と比べて、S/N比率が高い。言い換えれば、画像或いは画像データにおける信号成分が微弱であっても、差分統計値を、演算する段階で、信号成分を相対的に強めている。逆に言えば、本発明に係る「差分統計値」は、これら平均値、最大値又は差分が閾値以上となる画素の個数に限らず、多少なりとも差分そのものと比べて、S/N比率が高くなるように或いは信号成分が相対的に強められるように該差分が統計処理された値であればよいことになる。
【００１６】
特に本発明では、差分統計値の一例として差分の「平均」を用いることで、前述の通りS/N比を向上させ、視野内で均一であるが微弱な変化状態を顕著な信号として抽出できる。
【００１７】
差分統計値の他の例として差分の「最大値」を用いることで、視野内で局所的に発生する変化状態を信号として抽出できる。尚、この場合に、差分の「平均」を用いると、変化状態が局所的であるが故に、抽出される信号は弱められてしまう。
【００１８】
更に、差分統計値の他の例として差分に係る「閾値以上となる画素の個数」を用いることで、差分が極端に大きい変化状態の信号と閾値以上で相対的に小さい変化状態の信号とを、同じ重みとして扱うことができるため、相対的に小さい変化状態の信号が、極端に大きい変化状態の信号に隠れてしまうことを防止できる。尚、この場合に、前述の差分の「平均」や「最大値」を用いると、相対的に弱い変化状態の信号が極端に大きい変化状態の信号に隠されてしまう。
【００１９】
以上の結果、解析用画像生成手段により生成される解析用画像上では、元の画像上で各画素の濃度等そのものや、特に二枚の画像間の画素単位での差分そのものを直接解析する場合に比較して、画像或いは画像データにおけるノイズ成分が大きくても、より高精度で、画像の変化状態を解析可能となる。
【００２０】
従って、このような層断面計測システムによれば、高精度で層断面を解析することができ、より具体的には、高精度で層厚や層間ギャップを計測でき、高精度で層厚の温度変化を計測できる。
【００２２】
本発明の層断面計測システムの一態様では、前記生成された解析用画像を、パターン解析するパターン解析手段を更に備える。
【００２３】
この態様によれば、例えばプロセッサ、メモリ等を備えてなる、パターン解析手段によって、解析用画像生成手段により生成された解析用画像を、自動的に解析可能となり、実践上有利である。例えば、パターン解析手段によって、層厚計測、層間ギャップ計測、層厚変化の計測等を、解析用画像上で自動的に実行可能となる。
【００２４】
本発明の層断面計測システムの他の態様では、前記走査線上に配列された複数の測定点で前記積層体内からの可視光を含む電磁波を受信することで、複数の画像を生成する撮像手段を更に備え、前記差分演算手段は、前記複数の画像に含まれる前記少なくとも二枚の画像の差分を演算する。
【００２５】
この態様によれば、例えば、参照光との干渉を利用した光学顕微鏡等を含んでなる撮像手段によって、典型的には透明な多層構造体である、積層体の表面に交わる方向に、例えば垂直に（即ち、積層体における深度方向に沿って）設定された走査線上に配列された複数の測定点で、係る積層体内から電磁波が受信される。このような可視光の受光等の電磁波の受信や受光は、典型的には、撮像手段がその焦点位置や撮像位置を、走査線に沿って等速度或いは規則的に移動することで、連続的或いは断続的に行われる。このような走査を伴う撮像によって、距離と相関関係にある数量軸上で所定間隔或いは一定間隔で並ぶ複数の画像が生成される。すると、差分演算手段によって、係る複数の画像に含まれる少なくとも二枚の画像の差分が各画素について演算され、更に、差分統計値演算手段による演算及び解析用画像生成手段による解析用画像の生成が行われる。従って、高精度で、例えば層断面の解析等を実行可能となる。
【００３０】
本発明の層断面計測方法は上記課題を解決するために、積層体の表面に交わる方向に設定された走査線上における距離と相関関係にある数量軸上で所定間隔をおいて並ぶ少なくとも二枚の画像の差分を、画素単位で演算する差分演算工程と、前記画像上における少なくとも一方向に交わる配列をなす複数の画素についての、前記演算された差分の平均値、前記演算された差分の最大値及び前記演算された差分が閾値以上となる画素の個数のうち少なくとも一つである、差分統計値を、前記一方向に沿った座標軸上の各点に対応付けて演算する差分統計値演算工程と、該演算された差分統計値を、前記座標軸と前記数量軸とで張られた面に置くことで、解析用画像を生成する解析用画像生成工程とを備える。
【００３１】
本発明の層断面計測方法によれば、上述した本発明の層断面計測システムの場合と同様に、より高精度で画像の変化状態を解析可能となる。
【００３２】
尚、本発明の層断面計測方法においても、上述した本発明の層断面計測システムにおける各種態様と同様の各種態様を採ることが可能である。
【００３３】
本発明のコンピュータプログラムは上記課題を解決するために、コンピュータを上述した本発明に係る層断面計測システム（但し、その各種態様を含む）として機能させる。
【００３４】
本実施形態のコンピュータプログラムによれば、当該コンピュータプログラムを格納するＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ等の記録媒体から、当該コンピュータプログラムを、層断面計測システムに備えられたコンピュータに読み込んで実行させれば、或いは、当該コンピュータプログラムを通信手段を介してダウンロードさせた後に実行させれば、上述した本発明に係る層断面計測システムを比較的簡単に構築できる。これにより、上述した本発明に係る層断面計測システムの場合と同様に、より高精度で画像の変化状態を解析可能となる。
【００３５】
本発明の作用及び他の利得は次に説明する実施するための最良の形態から明らかにされよう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００６４】
本発明の層断面計測システム及び方法、或いは、コンピュータを層断面計測システムとして機能させることが可能なコンピュータプログラムに係る実施形態を、図１から図６を参照して説明する。
【００６５】
先ず、図１を参照して、本実施形態に係る層断面計測システムの構成について説明する。図１は、本実施形態に係る層断面計測システムのブロック図である。
【００６６】
図１において、層断面計測システム２００は、制御部２００ｃ、光学顕微鏡装置２０１、及び駆動装置２０４を備える。制御部２００ｃは、光学顕微鏡装置２０１からの画像が取り込まれる画像メモリ２０２と、駆動装置２０４における走査を制御する走査制御装置２０３とを備え、その他、差分演算部１１１、差分統計値演算部１１２、解析用画像生成部１１３、及びパターン解析部１１４を備える。層断面計測システム１００は更に、表示装置１１６、プリンタ１１７、及び記憶装置１１８を備えて構成されている。
【００６７】
光学顕微鏡装置２０１は、本発明に係る「撮像手段」の一例であり、多層構造体８００に光源光を照射し、その反射光と参照光との干渉を利用して、光学的に多層構造体８００内に存在する各反射界面からの微小な反射光を受光することで、各画像を取得する。より具体的には、多層構造体８００の表面に垂直な、即ち多層構造体８００の深度方向を走査方向として、その焦点位置或いは撮像位置が走査方向に沿って走査されつつ、各深度における表面画像或いは光学界面画像を撮像可能に構成されている。
【００６８】
画像メモリ２０２は、このように取得された複数の画像を、少なくとも一枚ずつ或いは複数枚ずつ、走査線に対応付けて、即ち各深度別に逐次に蓄える。より具体的には、画像メモリ２０２は、距離と相関関係にある数量軸上で所定間隔をおいて並ぶ二枚の画像を含む、複数の画像を、少なくとも一枚ずつ或いは複数枚ずつ蓄える。差分演算部１１１は、本発明に係る「差分演算手段」の一例であり、画像メモリ２０２に蓄えられており、距離と相関関係にある数量軸上で所定間隔をおいて並ぶ二枚の画像の差分を、画素単位で演算するように構成されている。差分統計値演算部１１２は、本発明に係る「差分統計値演算手段」の一例であり、画像上における少なくとも一方向に交わる配列をなす複数の画素についての、差分演算部１１１により演算された差分の差分統計値を、係る一方向に沿った座標軸上の各点に対応付けて演算するように構成されている。
【００６９】
駆動装置２０４は、このような走査方向に沿って一定速度で連続的或いは間欠的な走査を行わせるべく、光学顕微鏡装置２０１の焦点位置或いは撮像位置を変更させる駆動を行い、走査制御装置２０３は、駆動装置２０４による駆動動作を、光学顕微鏡装置２０１における撮像動作と同期制御するように構成されている。
【００７０】
尚、駆動装置２０４は、光学顕微鏡装置２０１を多層構造体８００の表面に沿って（即ち、X方向やY方向に）移動可能に構成されてもよく、このように構成すれば、より大きな多層構造体８００の所望の平面位置における断面図を、最終的に得られる解析用画像として、生成可能となる。但し、例えば数ｍｍ角や数百μｍ角など、多層構造体８００がその平面サイズにおいて光学顕微鏡装置２０１の撮像可能な平面範囲と比べて十分に小さければ、このように光学顕微鏡装置２０１を多層構造体８００の表面に沿って移動させる必要はない。
【００７１】
このため、走査制御装置２０３による制御下で、駆動装置２０４により光学顕微鏡装置２０１が一定方向（即ち、深度方向）に連続的又は断続的或いは間欠的に走査されつつ、光学顕微鏡装置２０１による画像取得が順次行われ、距離と相関関係にある数量軸上で所定間隔或いは一定間隔で並ぶ複数の画像が取得される。即ち、各深度の光学界面図が取得される。そして、このように取得された画像或いは画像データが、画像メモリ２０２に走査線に対応付けられて、即ち各深度に対応付けられて逐次に蓄えられる。
【００７２】
ここで本実施形態における差分や差分統計値の演算について、図２を参照して説明を加える。ここに図２は、距離と相関関係にある数量軸上で所定間隔をおいて並ぶ複数の断面画像における、一方向或いは座標軸、及び画素の配列を図式的に示す概念図である。
【００７３】
図２において、光学顕微鏡装置２０１の対物レンズ６００は、太い矢印ARの如き光源光を照射し、その反射光を受光し、参照光との干渉を利用しての光学界面図SVを取得する。この際、駆動装置２０４により駆動されることで、その対物レンズ６００の焦点位置或いは撮像位置は、走査方向（即ち、深度方向或いはZ軸方向）に、図中細い矢印SCNで示したように順次走査され、各深度の光学界面図SV１、SV２、…、SVi、…、SVmを取得することになる。ここで、光学界面図SV1に着目すると、そのｘ軸に沿う方向を本発明に係る「一方向」の一例として、座標軸６０１を光学界面図SV1上に定義すると共にこれに直交する座標軸６０３を光学界面図SV1上に定義する。ここでは特に、光学界面図SV1におけるｙ方向の中心線の位置に、座標軸６０１を定義する。また、本発明に係る「距離と相関関係にある数量軸」の一例を、ここでのz軸と定義する。すると、この光学界面図SV上にある各画素Q（ｘ、ｙ、ｚ１）についての差分は、この画素Q（ｘ、ｙ、ｚ１）の値（例えば、色別の濃度）と一定時間ごとに矢印SCN方向にΔZだけずらして得られる画素（ｘ、ｙ、ｚ２）（但し、ｚ２＝ｚ１＋Δｚ）の値との差となる。即ち、差分演算部１１１（図１参照）により、このような差分が光学界面図SV１上にある座標軸６０３上の各画素Pについて逐次演算されることとなり、更に、差分統計値演算部１１２により、座標軸６０３上にあり且つ座標軸６０１上にある画素Q（x、ｙｃ,ｚ１）についての差分統計値が、座標軸６０３上にある複数の画素Pの差分を用いての差分統計値として演算される。更に、このような座標軸６０１上にある画素Q（x、ｙｃ,ｚ１）の差分統計値の演算を各ｘに対して行うことで、一枚の光学界面図SV１におけるｙ方向の中心線である座標軸６０１上の各画素Q（x、ｙｃ,ｚ１）についての差分統計値が得られる。更に、このような演算を、複数の光学界面図SV１、SV２、…、SVi、…、SVmについて同様に行うことで、最終的には、各光学界面図SViにおけるｙ方向の中心線である座標軸６０１上の各画素Q（x、ｙｃ,ｚ１）についての差分統計値が得られる。
【００７４】
再び図1に戻り、差分統計値演算部１１２は、画素Q（x、ｙｃ,ｚ１）に対する差分統計値として、座標軸６０３上にある複数の画素Qの差分の平均値又は最大値を演算するように構成されている。或いは、座標軸６０３上にある複数の画素Qの中で、差分が閾値以上となる画素の個数を、差分統計値として演算してもよい。解析用画像生成部１１３は、本発明に係る「解析用画像生成手段」の一例であり、差分統計値演算部１１２により演算された差分統計値を、座標軸６０１と数量軸zとで張られた面に置くことで、解析用画像を生成するように構成されている。より具体的には、座標軸６０１上にある各画素Q（x、ｙｃ,ｚ１）の差分統計値を、座標軸６０１（言い換えれば「方向軸」）と、距離と相関関係にある数量軸とで張られる解析用画像の画素の数値とする。更に本実施形態における解析用画像生成部１１３により生成される解析用画像について、図３を参照して説明を加える。ここに図３は、解析用画像を図式的に示す概念図である。
【００７５】
図３において、解析用画像STMは、図２に示したｙ方向の中心線である座標軸６０１のところにｙの値が固定されており、ｘの値及びｚの値をパラメータとする、一枚の解析用画像STM、即ち多層構造体８００のｙ方向の中央断面である。ここでは、図２においてｙ方向に沿って配列された複数の画素についての差分が、座標軸６０１上の画素Q（x、ｙｃ,ｚ）に対する差分統計値を演算するために専ら用いられているので、画素Q（x、ｙｃ,ｚ）における信号成分が相対的に強められる結果となっている。尚、図３中、変化状態パターンPATを粗いドット状で示しているが、実際の変化状態パターンPATは、解析用画像STMの全体に対して、ドットが識別できない程度に細いか、又は或いはドット状ではなく連続的或いはアナログ的なパターンであってもよい。再び図１に戻り、パターン解析部１１４は、本発明に係る「パターン解析手段」の一例であり、解析用画像生成部１１３により生成された解析用画像DTMを、パターン解析し、その解析結果を所定フォーマットの電子データとして生成するように構成されている。表示装置１１６は、例えばLCD（液晶表示装置）、CRT（カソードレイチューブ）等からなり、パターン解析部１１４によるパターン解析結果たる電子データを、所定フォーマットで表示する。プリンタ１１７は、例えばレーザプリンタ、インクジェットプリンタ等からなり、パターン解析部１１４によるパターン解析結果たる電子データを、所定フォーマットで印刷する。記憶装置１１８は、例えばハードディスク装置、光ディスク装置等からなり、パターン解析部１１４によるパターン解析結果たる電子データを、所定フォーマットで記憶するように構成されている。制御部２００ｃは、以上の如き機能を有する、差分演算部１１１、差分統計値演算部１１２、解析用画像生成部１１３、及びパターン解析部１１４をハードウエア的に備えていてもよい。或いは、好ましくはCPU、メモリ等を備えたコンピュータをこれら各部として機能させるコンピュータプログラムが格納されたＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ等の記録媒体からの該コンピュータプログラムのインストールや、或いはインターネット等経由のダウンロードによるインストールなどによって、これら各部がコンピュータ内に論理的に構築されてもよい。
【００７６】
尚、図２及び図３に示したように、差分統計値が演算される画素Qを、ｙ方向の中心線上に固定された座標軸６０１上の画素Qにのみ限定する（その結果として、座標軸６０１に対応する一枚の解析用画像STMのみが最終的に得られる）必要はない。即ち、差分統計値が演算される画素Qを、ｙ軸に沿って所定間隔で配列された複数の座標軸６０１上の画素Qとしてもよい（その結果として、複数の座標軸６０１に対応する複数枚の解析用画像STM（ｙ）が最終的に得られることになる）。
【００７７】
例えば図４に示すように、図２の場合と同様に差分を演算した後に、光学界面図SV1上にある座標軸６０３上の各画素Qについて、その上下において座標軸６０３上で幅６０４（但し、光学界面図のｙ方向の長さより短い幅）内にある複数の画素Qの差分を用いて、夫々演算してもよい。即ち、所定間隔で或いは画素単位で、座標軸６０３上に並ぶ複数の座標Qについての差分統計値を、自らを中心に幅６０４内に位置する他の複数の画素の差分を用いて演算してもよい。このような演算を、座標軸６０１に沿って配列された複数の座標軸６０３について行い、更に、これを複数の光学界面図SVについて行えば、例えば、図５に示したように、変化状態パターンPATを画像として夫々有する複数の解析用画像STM(ｙ)を生成できる。このように図２及び図３の場合と異なり、図４及び図５の場合には、中心線付近についてのみならず、所望のｙ座標における複数の解析用画像STM(ｙ)が得られる。尚、図４及び図５は、図２及び図３と夫々同趣旨の概念図である。
【００７８】
ここで図６を参照して、解析用画像生成部１１３により生成される解析用画像について、具体例を挙げて説明を加える。図６（a）は、本実施形態により生成された解析用画像STMを示す平面図であり、図６（ｂ）は、比較例における同趣旨の平面図である。
【００７９】
図６（a）に示すように、解析用画像STM（y）中では、層７０１〜７０６について、各層の配置や、特に層７０４が薄くなっている層７０３と層７０５との間の層間ギャップGPについても、高い精度で、その層厚が計測可能とされている。これは主に、差分統計値演算部１１２によって差分統計値を演算する際に画像データにおけるランダム性が高いノイズ成分を弱めることにより、達成されるものと考察される。
【００８０】
図６（b）に示すように、本実施形態の構成から差分統計値を演算する処理を除去して、差分をそのまま使って解析用画像を生成した比較例によれば、層７０１〜７０６について、各層の配置が明確ではなく、特に層７０４が薄くなっている領域では、不明確さが顕著であり、層間ギャップGPについても、高精度での層厚計測が不可能である。これは主に、差分統計値演算部１１２によって差分統計値を演算する際に画像データにおけるランダム性が高いノイズ成分を弱めることができていないためと考察される。
【００８１】
以上のように本実施形態によれば、差分統計値演算部１１２によって差分統計値を演算する際に、画像データにおけるランダム性が高いノイズ成分を弱めることができるので、解析用画像上では、より高精度で、画像の変化状態を解析可能となる。また、微小ボイドや微小異物が分布していると想定される透明積層フィルムに対して本実施形態を適用し、この際、差分統計値として前述の「最大値」又は「閾値以上の画素の個数」を用いることにより、その深さ方向の分布状態が解析可能となる。
【００８２】
＜実施例＞
次に以上のように構成された実施形態を適用した実施例について説明する。
【００９５】
前述の実施形態を、層断面計測システムに適用した実施例について、図７及び図８を参照して説明する。ここに図７は、本実施例のシステムのブロック図であり、図８は、本実施例のシステムにより生成される解析用画像である、ｘ−ｚ層断面及びｙ−ｚ層断面である。
【００９６】
図７において、層断面計測システム４０は、透明多層構造体サンプル４３を評価対象とするものであり、光学顕微鏡装置４１と、光学顕微鏡装置４１の焦点位置或いは撮像位置を透明多層構造体サンプル４３の表面に垂直な走査方向に、相対的に順次移動させる駆動装置４４と、計測及び制御用のコンピュータ４５とを備えて構成される。
【００９７】
このように構成されているので、光学顕微鏡装置４１の撮像位置を、透明多層構造体サンプル４３に対して、その表面の法線方向或いは深さ方向に順次に走査させることにより、或いは必要に応じて、更にその表面に沿って順次に走査させることにより、透明多層構造体サンプル４３の連続的な顕微鏡像が、光学顕微鏡装置４１で観測可能となる。ここで撮像される連続的な画像は、時系列でＺ軸を変化させて取得されるので、透明多層構造体サンプル４３の各深度における光学界面画像を表すことになる。この際、前述の差分演算部、差分統計値演算部、解析用画像生成部、及び走査制御部として機能するコンピュータ４５によって、取り込まれた画像の差分の絶対値を算出し、更に差分統計値を算出することで、図８（a）に例示する如き、横軸が原画像のＸ方向の座標であり且つ縦軸が原画像のZ方向の座標である、解析用画像と、図８（ｂ）に例示する如き、横軸が原画像のＹ方向の座標であり且つ縦軸が原画像のZ方向の座標である、解析用画像を作成する。これらの解析用図面上では、積層状態に変化がない箇所、即ち反射界面が存在しない箇所は、基本的に何らのパターンも描かれることの無い平素な箇所或いは領域となり、積層状態に変化がある箇所、即ち反射界面が存在する箇所には、積層パターンが現れることになる。
【００９８】
本実施例によれば、差分統計値を用いて生成された解析用画像により、ミクロンオーダといった非常に薄い層の位置や層厚、層間ギャップ或いは空隙の位置や厚みなどを、高い精度で計測できる。
【００９９】
尚、本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨、或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う動状態数値化システム及び方法、並びにコンピュータプログラムもまた、本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】本発明の実施形態に係る層断面計測システムのブロック図である。
【図２】本発明の実施形態の、数量軸上で並ぶ複数の断面画像における、座標軸及び画素の配列の一例を図式的に示す概念図である。
【図３】本発明の実施形態における解析用画像の一例を図式的に示す概念図である。
【図４】本発明の実施形態の、数量軸上で並ぶ複数の断面画像における、座標軸及び画素の配列の他の例を図式的に示す概念図である。
【図５】本発明の実施形態における解析用画像の他の例を図式的に示す概念図である。
【図６】図６（a）は、本実施形態により生成された解析用画像を示す平面図であり、図６（ｂ）は、比較例における同趣旨の平面図である。
【図７】本発明の実施例のシステムのブロック図である。
【図８】本発明の実施例のシステムにより生成される解析用画像である、ｘ−ｚ層断面及びｙ−ｚ層断面である。
【符号の説明】
【０１０１】
４０…層断面計測システム、２００…層断面計測システム、２０１…光学顕微鏡装置、２００ｃ…制御部、２０２…画像メモリ、２０３…走査制御装置、２０４…駆動装置、１１１…差分演算部、１１２…差分統計値演算部、１１３…解析用画像生成部、１１４…パターン解析部、８００…多層構造体
【要約】
【課題】動状態解析システムにおいて、画像の動状態或いは変化状態を高精度で解析できるようにする。
【解決手段】動状態解析システム（１００）は、時間軸又は時間と相関関係にある数量軸上で所定間隔をおいて並ぶ少なくとも二枚の画像の差分を、画素単位で演算する差分演算部（１１１）と、画像上における少なくとも一方向に交わる配列をなす複数の画素についての、該演算された差分の平均値や最大値などの差分統計値を、前記一方向に沿った座標軸上の各点に対応付けて演算する差分統計値演算手段（１１２）と、該演算された差分統計値を、座標軸と時間軸又は数量軸とで張られた面に置くことで、解析用画像を生成する解析用画像生成手段（１１３）とを備える。
【選択図】図１【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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