JPH10239027A

JPH10239027A - 膜厚測定装置

Info

Publication number: JPH10239027A
Application number: JP5980697A
Authority: JP
Inventors: Kentaro Asakura; 健太郎朝倉; Isao Terao; 功生寺尾; Yasuhisa Hirohata; 泰久広畑; Sukeji Yamamoto; 資次山本
Original assignee: Central Motor Wheel Co Ltd; Chuo Seiki KK
Current assignee: Central Motor Wheel Co Ltd; Chuo Seiki KK
Priority date: 1997-02-27
Filing date: 1997-02-27
Publication date: 1998-09-11
Anticipated expiration: 2017-02-27
Also published as: JP3745075B2

Abstract

(57)【要約】【課題】定量的に切片の膜厚を画像処理により測定す
ること。【解決手段】試料の切片を撮像する撮像手段２と、こ
の撮像手段２から出力される画像データでの切片が位置
する領域を切片領域として特定する切片位置特定部４
と、この切片位置特定部４によって特定された切片領域
の色情報に基づいて当該切片の厚さを算出する計測部６
とを備えている。しかも、計測部６は、切片位置特定部
４によって特定された切片領域の色情報を各画素毎に読
み出すと共に当該領域内の色の分布を評価する色分布評
価手段８と、この色分布評価手段８によって評価された
色の分布から当該切片の標準的な色を特定すると共に当
該特定色の色情報を厚さ情報に変換する変換処理手段１
０とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、膜厚測定装置に係
り、特に、干渉色を利用して試料の厚さを測定する膜厚
測定装置に関する。生物標本などの試料は、例えば、ウ
ルトラミクロトームを用いて試料切削したものであり、
本発明は、生物標本のほか、干渉色を発現するあらゆる
物質の膜厚をその測定の対象とする。

【０００２】

【従来の技術】従来、このような試料の切片の膜厚の測
定は、光学顕微鏡の接眼レンズを介して干渉色を査者が
直接目視することにより行っていた。薄膜の厚さの変化
に対してその薄膜の干渉色は急激に変化するため、目測
の色の判断で数ｎｍから数１０ｎｍの厚さを特定するこ
とができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、光学顕
微鏡による干渉色の目視では、その多くが経験に基づく
判断であるため、均一な判定が難しく、検査者によって
誤差が生じていた、という不都合があった。

【０００４】すなわち、目視による検査では、検査者の
経験や体調により検査結果がばらつき、正確な膜厚判定
が難しい、という不都合があった。

【０００５】しかも、基準とする色サンプルも長年使用
していると色あせにより色の劣化が生じ、また、汚れに
よって基準そのものが変化してしまい、これによって
も、正確な膜厚の測定が困難であった。

【０００６】さらに、目視による干渉色の測定では、１
つの切片での厚さの変化を面積に応じて判断するのが難
しく、従って、従来例では、膜厚そのものと、切片内の
膜厚の分布とを定量化することができない、という不都
合があった。

【０００７】一方、今日の技術では、種々の目視検査を
画像処理により自動化する事例が増えている。しかしな
がら、干渉色による膜厚の測定は知られておらず、新た
に開発する必要がある。この場合、切片内の干渉色が均
一でない場合に、どのようにして精度良く膜厚を特定す
るのかという処理と、処理速度の高速化とが、開発上の
具体的な課題となる。また、画像中の切片の位置の特定
をどのように行うかも課題となる。

【０００８】

【発明の目的】本発明は、係る従来例の有する不都合を
改善し、特に、定量的に切片の膜厚を画像処理により測
定することのできる膜厚測定装置を提供することを、そ
の目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明では、試
料の切片を撮像する撮像手段と、この撮像手段から出力
される画像データでの前記切片が位置する領域を切片測
定領域として特定する切片位置特定部と、この切片位置
特定部によって特定された切片測定領域の色情報に基づ
いて当該切片の厚さを算出する計測部とを備えている。
しかも、計測部が、切片位置特定部によって特定された
切片測定領域の色情報を各画素毎に読み出すと共に当該
領域内の色の分布を評価する色分布評価手段と、この色
分布評価手段によって評価された色の分布から当該切片
の標準的な色を特定すると共に当該特定した色の色情報
を厚さ情報に変換する変換処理手段とを備えた、という
構成を採っている。これにより、前述した目的を達成し
ようとするものである。

【００１０】計測部は、切片位置特定部によって特定さ
れた切片測定領域の色情報に基づいて当該切片の厚さを
算出する。このとき、色分布評価手段は、切片測定領域
の色情報を各画素毎に読み出すと共に当該領域内の色の
分布を評価する。たとえば、試料の切片が同一の厚さで
あれば色の分布はほぼ均一となるが、ウルトラミクロト
ーム等の切削時になんらかの動作不良があったときに
は、膜厚が均一とならず、この場合には、色の分布が広
がる。このため、色分布評価手段は、膜厚が均一か否か
を評価する。さらに、変換処理手段は、色分布評価手段
によって評価された色の分布から当該切片の標準的な色
を特定すると共に当該特定色の色情報を厚さ情報に変換
する。このため、当該切片の標準的な膜厚が計測され
る。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。

【００１２】図１は、本発明による膜厚測定装置の構成
を示すブロック図である。膜厚測定装置は、試料の切片
を撮像する撮像手段２と、この撮像手段２から出力され
る画像データでの切片が位置する領域を切片測定領域と
して特定する切片位置特定部４と、この切片位置特定部
４によって特定された切片測定領域の色情報に基づいて
当該切片の厚さを算出する計測部６とを備えている。

【００１３】しかも、計測部６は、切片位置特定部４に
よって特定された切片測定領域の色情報を各画素毎に読
み出すと共に当該領域内の色の分布を評価する色分布評
価手段８と、この色分布評価手段８によって評価された
色の分布から当該切片の標準的な色を特定すると共に当
該特定色の色情報を厚さ情報に変換する変換処理手段１
０とを備えている。

【００１４】撮像手段２は、ウルトラミクロトーム等に
より切削された薄膜の切片を撮像する。ミクロトームの
構成によっては、切片が浮遊するボート部分を撮像する
ようにしてもよい。

【００１５】切片位置特定部４は、撮像手段２によって
撮像された画像データでの切片の位置を特定する。この
特定の手法としては、画像処理により自動的に行うもの
と、当該画像データをＣＲＴなどに表示して位置の入力
を受け付ける手法とがあり、切片位置特定部４は、いづ
れかの手法で膜厚測定の対象となる領域を特定する。画
像処理により当該切片位置を特定するには、エッジの抽
出処理とラベリングとを行い、順次ラベルされた領域を
選択する。利用者から入力を受け付けるには、画像デー
タを表示してマウス等のポインティングデバイスにより
座標の入力を受け付ける。また、領域の大きさとして
は、切片の一部としても良いし、切片全体を指定するこ
ととしてもよい。切片の一部とする場合、観察対象領域
を選択するとよい。また、標本を樹脂等で固めた後に、
樹脂とともに切削し、切片としたときには、その標本部
分を切片測定領域とする。

【００１６】計測部６は、干渉色と膜厚との関係を予め
定義した変換用のデータを備えた構成とすると良い。こ
のデータは種々の態様があり、撮像手段で扱う階調や、
求める膜厚の精度などに応じて作成する。

【００１７】色分布評価手段８は、切片測定領域の色の
分布を評価する。具体的には、統計的な手法を用いて当
該切片測定領域内の各画素に現れた色の相違を数値で評
価する。例えば平均色を算出した後に、この平均色を基
準としたときに各画素の誤差を算出する手法や、また、
標準偏差を求める手法や、また、隣り合う画素での色の
変化の率を算出する手法により、評価を行う。

【００１８】この評価は、２通りの利用価値があり、第
１に、その切片内の標準的な色を特定するときに役立
ち、これにより、ノイズの影響を除去することができ
る。第２に、あまりに分布が広い場合には膜厚が極端に
変化していることを意味するから、切片としての使用を
不可とする判断に用いることができる。

【００１９】変換処理手段１０は、色分布評価手段８に
よって評価された切片測定領域内の色の分布に基づい
て、色情報から厚さ情報への変換を行う。例えば、ＲＧ
Ｂ別に２５６階調でＡ／Ｄ変換を行うと、目視では判別
しがたい色の変化であっても精度良くデジタルデータと
して処理することができるため、目視と比較して一般的
に分解能が高まり、さらには、定量的な膜厚の計測を行
うことができる。

【００２０】次に、色分布評価手段８の評価によって、
膜厚の計測を中止する例を説明する。この場合、変換処
理手段１０は、色分布評価手段８によって評価された色
の分布が所定のしきい値を越えてばらついたときには当
該切片測定領域の厚さの算出を中止すると共にエラー情
報を外部表示するエラー処理機能１２を備える。これに
より、ウルトラミクロトームが動作不良を起こしたり、
試料の状態が良くないときに切削され、膜厚が均一でな
く、その後の観測に適さない切片を画像処理により自動
的に検出することができる。また、ウルトラミクロトー
ム本体と連動して、ウルトラミクロトームを切削停止さ
せる制御をすることができる。

【００２１】次に、色分布の評価を誤差により行う実施
形態を説明する。図２に示すように、この実施形態で
は、色分布評価手段８が、切片測定領域内の色情報の平
均値を算出する平均色算出機能１４と、この平均色算出
機能１４によって算出された平均色を基準としたときの
当該切片測定領域内の各画素ごとの誤差を算出する誤差
算出機能１６とを備えている。

【００２２】変換処理手段１０が、誤差算出機能１６に
よって算出された誤差が最も小さい画素の色情報を当該
切片測定領域の標準的な特定色とする誤差別特定機能１
８とを備えている。この後差別特定機能１８により特定
された画素の色情報に基づいて膜厚の計測を行うと、ノ
イズの影響を除去して、当該切片の膜厚を良好に計測す
ることができる。

【００２３】この誤差による例では、エラー処理機能１
２は、最も小さい誤差が所定のしきい値を上回ったとき
にエラー処理を行う。

【００２４】

【実施例】図３は本発明の一実施例の構成を示す説明図
である。図３に示す実施例では、撮像手段２は、膜厚測
定対象物を撮像するＣＣＤカメラ２２と、このＣＣＤカ
メラ２２の出力をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器２４と、
このＡ／Ｄ変換器２４が出力したデジタルデータをＮＴ
ＳＣ信号に変換するＮＴＳＣコンバータ２６とを備えて
いる。

【００２５】しかも、撮像手段２の下流で計測部の上流
に、ＮＴＳＣ信号による画像データを記憶する画像記憶
部２８を備えている。画像記憶部１４は、フロッピーデ
ィスクや、ハードディスクや、ＭＯディスク等の内部又
は外部の記憶装置により構成する。また、オンラインで
処理する場合には、ビデオ信号用ＲＡＭを用いる。

【００２６】また、本実施例では、切片位置特定部は、
利用者に座標の入力を要求し、この入力座標に基づいて
切片測定領域を特定する設定部５と定義される。具体的
には、設定部５は、測定位置の中心となる座標の入力を
要求すると共に当該入力座標に基づいて測定位置を設定
する測定位置設定機能と、この測定位置設定機能によっ
て設定された測定位置に基づいて膜厚や膜厚のばらつき
の測定を行う切片測定領域を特定する切片測定領域特定
機能と、測定する時間の間隔を設定する時間間隔設定機
能と、色の基準値を設定するホワイトバランス設定機能
とを備えている。また、このホワイトバランスの設定に
ついては、ＣＣＤカメラと一体化されたカメラのコント
ロールユニット（ＣＣＵ）によっても行なうことができ
る。

【００２７】この実施例では、切片測定領域は円形や四
角など単純な形状とすることで処理を高速化するため、
切片測定領域特定機能は、測定位置から予め定められた
画素数の半径で構成される円を切片測定領域とし、ま
た、測定位置を中心として予め定められた画素数の四辺
に囲まれた四角形とする。

【００２８】また、ここでは、種々の情報を表示する表
示部３０と、計測結果である膜厚を表示部３０に出力す
る膜厚出力部３２とを、計測部６に併設している。

【００２９】計測部６は、画像記憶部１４に記憶されて
いる画像データから色データの平均値を求める。この画
像データがＲＧＢの色データである場合には、ＲＧＢ毎
に平均値を算出する。

【００３０】計測部６の変換処理手段１０は、膜厚測定
対象物の位置指定した画像の色のデータを測定し、測定
結果より、色データの平均値を算出する。次に、測定対
象領域の各画素（ドット）ごとに、平均値からの誤差を
算出する。ＲＧＢの平均をそれぞれＲａ，Ｇａ，Ｂａと
すると、切片測定領域の各画素（ドット）ごとの誤差ｅ
は、次式（１）で表される。

【００３１】ｅ²＝（Ｒａ−Ｒ）²＋（Ｇａ−Ｇ）²＋（Ｂａ−Ｂ）² ..... 式（１）

【００３２】この誤差ｅが最も小さくなる画素の色に基
づいて、図４に示した変換テーブルを参照して厚さＡを
求める。

【００３３】図５は本実施例のハードウエア資源の構成
を示すブロック図である。図３の画像記憶部２８，計測
部６，設定部５，膜厚出力部３２，表示部３０は、ビデ
オキャプチャーボード３４と、パーソナルコンピュータ
３８とにより実現することができる。これは、パーソナ
ルコンピュータ３８を計測部６等の実行装置とするプロ
グラムを当該パーソナルコンピュータにインストールす
ると、このパーソナルコンピュータは計測部６等として
動作する論理回路となる。

【００３４】このようなプログラムは、ＣＤ−ＲＯＭや
フロッピーディスクなどの記憶媒体に格納して配布する
ことができる。

【００３５】次に、本実施例の動作を図６を参照して説
明する。まず、切片を撮像する（ステップＳ１）。する
と、例えば図７に示す画像データ２ａが得られる。この
とき、通常の蛍光燈や白熱燈ではなく、インバータ方式
の照明を用いると、干渉色を良好に撮影することができ
る。図７に示す例では、ミクロトームのボート４０に複
数の試料Ｓが浮遊している。次いで、膜厚を測定する切
片の位置を入力する（ステップＳ２）。ここでは、ボー
トの中心にある試料Ｓを切片位置として入力したとす
る。すると、設定部５は、切片測定領域Ｒを特定する。
ここでは、切片測定領域を円形としている。この切片測
定領域を特定するための設定は、図８に示す設定ウイン
ドウ５ａを表示部３０に表示し、このラジオボタンや入
力セルへの指定に基づいて行う。図８中測定エリアとあ
るのは、切片測定領域を意味する。

【００３６】さらに、計測部６は、この切片測定領域の
平均色を算出する（ステップＳ３）。さらに、平均色を
基準として、切片測定領域内の各画素の色の誤差を上述
した式（１）により算出する（ステップＳ４）。

【００３７】ここで、当該切片測定領域内の各画素の誤
差のうち最も小さい誤差の値が、予め定められたしきい
値以下か否かを判定する（ステップＳ５）。予め定めら
れたしきい値以上の場合には、膜厚が均一でないため、
エラー処理を行う（ステップＳ６）。一方、しきい値以
下の場合には、その最も誤差が小さかった画素の色情報
を図４に示す厚さ情報に変換する（ステップＳ７）。さ
らに、この厚さ情報を外部出力する（ステップＳ８）。
この厚さ情報の出力は、例えば、図９に示す表示ウイン
ドウ３０ａにより行う。図９に示す例では、表示ウイン
ドウ３０ａの左上のセル４５に厚さの値を表示出力す
る。

【００３８】このようにＣＲＴ上に膜厚の計測結果を出
力すると共に、必要に応じてプリンタに印刷し、あるい
は画像記録部１４にメモリーする。

【００３９】さらに、また、実施例によっては、図９に
示す各種情報を計測して表示するようにしても良い。図
９に示す例では、測定対象となった領域の膜厚を表示す
る厚さ表示セル４５と、膜厚測定対象物の位置指定した
エリア内の膜厚のばらつきを表示する厚さのばらつき表
示セル４３と、膜厚測定対象物の位置指定した位置の試
料の面積を表示する面積表示セル４１と、膜厚測定対象
物の位置指定した位置の試料の欠損の有無を表示する欠
損表示セル４４と、稼働時に切削された試料の枚数を表
示する枚数カウント表示セル４２とを備えている。

【００４０】この例では、エッジの抽出により切片の外
形を特定する。このエッジの抽出に際して、空間微分処
理などを前処理として行うことで、エッジを強調するよ
うにしてもよい。このエッジの抽出を良好に行うため、
切片の背景となる部分を濃度の濃い色としたり、また、
特徴的な反射をする材質で背景部分を構成するようにし
ても良い。

【００４１】エッジで閉空間が形成されている場合、こ
れをラベリングし、切片として扱う。また、この撮像を
一定時間毎に行いラベリングした切片の移動を追跡する
ことで、切片の数をカウントしていくことができる。

【００４２】図７に示すような長方形の切片では、画像
のエッジから閉じた空間を抽出してその４角の座標を特
定すると、その切片の面積を容易に求めることができ
る。さらに、エッジで囲まれた部分があるにもかかわら
ず、この領域が一定面積以下の場合には、切片が折り畳
まれてしまったか、または切削時に欠損が生じたと判定
できる。

【００４３】厚さのばらつきについては、色分布評価手
段８による評価結果に基づいて判定することができる。

【００４４】

【発明の効果】本発明は以上のように構成され機能する
ので、これによると、色分布評価手段が、切片測定領域
の色情報を各画素毎に読み出すと共に当該領域内の色の
分布を評価し、変換処理手段が、色分布評価手段によっ
て評価された色の分布から当該切片の標準的な色を特定
すると共に当該特定色の色情報を厚さ情報に変換するた
め、当該切片の標準的な膜厚を計測することができ、し
かも、色情報を厚さ情報に変換することで計測するた
め、環境や観測者の変化にかかわらず、長期間に渡り定
量的に膜厚を測定することができ、しかも、画像処理に
より膜厚を測定するため、干渉色をデジタル信号として
扱うことができ、このため、目視による場合と比較して
極めて精度良く膜厚を測定することができる従来にない
優れた膜厚計測装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態の構成を示すブロック図で
ある。

【図２】図１に示した計測部の詳細構成を示すブロック
図である。

【図３】本発明の一実施例の構成を示すブロック図であ
る。

【図４】図３に示した計測部が用いる変換テーブルの一
例を示す説明図である。

【図５】図３に示した実施例のハードウエア資源の構成
を示すブロック図である。

【図６】図３に示す実施例の動作を示すフローチャート
である。

【図７】図６に示すステップＳ１で撮像した画像データ
の一例を示す説明図である。

【図８】図６に示す切片測定領域の特定で用いる測定位
置等の設定を行う設定ウインドウを例示する説明図であ
る。

【図９】図６で示す計測結果の表示に用いる表示ウイン
ドウの一例を示す説明図である。

【符号の説明】

２撮像手段４切片位置特定部６計測部８色分布評価手段１０変換処理手段１２エラー処理機能１４平均色算出機能１６誤差算出機能１８誤差別特定機能

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】試料の切片を撮像する撮像手段と、この
撮像手段から出力される画像データでの前記切片が位置
する領域を切片測定領域として特定する切片位置特定部
と、この切片位置特定部によって特定された切片測定領
域の色情報に基づいて当該切片の厚さを算出する計測部
とを備え、前記計測部が、前記切片位置特定部によって特定された
切片測定領域の色情報を各画素毎に読み出すと共に当該
領域内の色の分布を評価する色分布評価手段と、この色
分布評価手段によって評価された色の分布から当該切片
の標準的な色を特定すると共に当該特定した色の色情報
を厚さ情報に変換する変換処理手段とを備えたことを特
徴とする膜厚測定装置。
【請求項２】前記色分布評価手段が、前記切片測定領
域内の色情報の平均値を算出する平均色算出機能と、こ
の平均色算出機能によって算出された平均色を基準とし
たときの当該切片測定領域内の各画素ごとの誤差を算出
する誤差算出機能とを備え、前記変換処理手段が、前記誤差算出機能によって算出さ
れた誤差が最も小さい画素の色情報を当該切片測定領域
の標準的な特定色とする誤差別特定機能とを備えたこと
を特徴とする請求項１記載の膜厚測定装置。
【請求項３】前記変換処理手段が、前記色分布評価手
段によって評価された色の分布が所定のしきい値を越え
てばらついたときには当該切片測定領域の厚さの算出を
中止すると共にエラー情報を外部表示するエラー処理機
能を備えたことを特徴とする請求項１記載の膜厚測定装
置。