JP2000356513A

JP2000356513A - 対象物の３次元検査装置

Info

Publication number: JP2000356513A
Application number: JP2000118311A
Authority: JP
Inventors: Rudolf Groskopf; グロースコプフルードルフ
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-04-23
Filing date: 2000-04-19
Publication date: 2000-12-26
Also published as: DE19918689A1; US6525828B1; DE19918689C2

Abstract

(57)【要約】【課題】カラー仕様向けに利用可能なマトリクス受光
器の使用下で共焦点画像を撮像できる手段を提供するこ
と。【解決手段】対象物の３次元検査装置において、照
射、照明側及び観測、検出側で、各１つの孔付板（１２
０，１２１）が焦点面内に取り付けられ、孔付板（１２
０，１２１）の後方に、観測、検出側にマトリクスセン
サ（１７）が撮像のため焦点面後方に配されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は請求項１の上位概念
に記載した対象物の３次元検査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】共焦点顕微鏡検査では、対象物がそれ自
体公知の形式で孔付き絞りを介して照射され、そして、
対象物の被照射点がビーム受光器で観測され、このビー
ム受光器の受光面が同様に照射絞りにより生ぜしめられ
た照射点と同じ程度に小さい（Ｍｉｎｓｋｙ，Ｍ.,
ＵＳＰａｔｅｎｔ３０１３４６７及びＭｉｎｓ
ｋｙ，Ｍ., Ｍｅｍｏｉｒｏｎｉｎｖｅｎｔｉｎｇ
ｔｈｅｃｏｎｆｏｃａｌｓｃａｎｎｉｎｇｍｉ
ｃｒｏｓｃｏｐｅ，Ｓｃａｎｎｉｎｇ１０，ｐ．
１２８−１３８）．共焦点型式顕微鏡検査が従従来の顕
微鏡検査に比して有する利点とするところは、共焦点顕
微鏡検査が奥行き分解能（Ｚ座標での測定）を与え、撮
像の際わずかしか散乱光が生じないということである。
対象物のフォーカス合焦状態にある平面のみが明るく照
射される。焦点面の上方及び下方の対象物平面は、受取
る光は遙かにわずかである。画像はスキャン過程プロセ
スにより構成される。１つ又は複数の点を同時に照射
し、観測できる。

【０００３】スキャン過程に対する方法手法が公知であ
る。ミラースキャン（ｓｐｉｅｇｅｌｓｃａｎｎｅ
ｎ）、ニプコウディスク（ｎｉｐｃｏｗｄｉｓｃ;Ｎ
ｉｐｋｏｗｓｃｈｅｉｂｅ）、マトリクス受光器を以て
の電子的スキャンのミラーを以ての、又はニプコウディ
スク（Ｎｉｐｋｏｗｓｃｈｅｉｂｅ）を以てのスキャン
の場合の従来技術は、例えば、下記刊行物中にに記載さ
れている;ＨａｎｄｂｏｏｋｏｆＢｉｏｌｏｇｉｃ
ａｌＣｏｎｆｏｃａｌＭｉｃｒｏｓｃｏｐｙ，Ｐ
ｌｅｎｕｍＰｒｅｓｓ，ＮｅｗＹｏｒｋ，Ｌｏ
ｎｄｏｎ（Ｈｒｓｇ．出版元ＪａｍｅｓＢ．Ｐａ
ｗｌｅｙ）。

【０００４】マトリクス受光器をを以ての画像スキャン
及び孔付き板による共焦点照射付きの共焦点撮像システ
ムは、最初ＤＥ４０３５７９９にて提案された。ここ
で、マトリクス受光器が使用され、このマトリクス受光
器のパイクセルは、当該パイクセルに所属の面の一部
（例えば３０％）の上にてのみ光電性ないし受光性があ
り、照射側にて通常次のような孔付き板が使用される、
即ち、イメージセンサの有する光感受性パイクセルの数
と同数の孔を有する孔付き板が使用される。奥行き情報
は、種々の焦点面からの複数の画像のピックアップ撮像
により、そして、コンピュータにおける種々のパイクセ
ルに対しての個別の輝度最大値の評価により求められ
る。

【０００５】ＤＥ１９６４８３１６に記載されている装
置は、通常、各４つの受光器パイクセルごとに、１つの
照射孔が孔付き板上に設けられている。マトリクス受光
器の直前にプリズムアレイが配されている。プリズムア
レイはビームフォーミング生成エレメントとして作用
し、このビームフォーミング生成エレメントにより各照
射点の光が次のように分解される、即ちフォーカス外に
２つの半月状の画像が生じるように分解される。ＤＥ１
９６５１６６７Ａ１に記載されている装置では、同様
に、通常各４つの受光器パイクセルごとに、１つの照射
孔が孔付き板上に設けられている。マトリクス受光器の
直前にアナモルフィックレンズの１つのマトリクスアレ
イが配されている。各照射平面には１つのレンズが配属
されている。アナモルフィックレンズは、ここでは同様
に、ビームフォーミング生成エレメントとして作用し、
その結果フォーカスのところに照射点スポットが生じ、
フォーカス外のところに照射スポットの１つの長円形画
像が生じる。最後に述べた装置では奥行き情報が隣接す
るパイクセルの光信号の差の評価により取得される。

【０００６】ＤＥ４０３５７９９，ＤＥ１９６４８３１
６，ＤＥ１９６５１６６７Ａ１の装置が有する利点とす
るところは、著しく多くの奥行き観測点を同時にピック
アップできることであり、それの欠点となるのは、カラ
ー画像をピックアップできないことである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の課題
とするところは、カラー仕様向けに利用可能なマトリク
ス受光器の使用下で共焦点画像を撮像できる手段を提供
することにある。前記課題が提起される分解は、就中、
遺伝子工学、癌研究、癌予防検査（スクリーニング）で
ある。ここで、問題となるのは、短時間で多くの組織セ
ルを、小さな（例えば２００ｎｍ）蛍光性又は着色した
個所に従ってスキャンすることである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題の解決のため、
本発明によれば、対象物の３次元検査装置であって、照
射平面内に取り付けられた照明、照射スクリーンラスタ
を有し、１つ又は複数の光学的素子エレメントを有し、
該光学的素子エレメントは、照明、照射スクリーンラス
タを、被測定対象物の個所における焦点面内に結像し、
そこから放射された光を観測平面内に結像し、光電性な
いし受光領域を有する受光器アレイを有し、該受光器ア
レイは、光を捕捉検出するものであり、該光は、光学的
素子エレメントから伝えられ、対象物内に又はそこから
反射されたもの、又は蛍光により発せられたものである
当該の検査装置において、照射、照明側及び観測、検出
側で、各１つの孔付板が焦点面内に取り付けられ、孔付
板の後方に、観測、検出側にマトリクスセンサが撮像の
ため焦点面後方に配されているするものである。即ち、
対象物の焦点面に対して光学的に共役の平面にて照射側
にも、各１つの孔付き板を配し、観測側にある孔付き板
の後方にフォーカス外に、適当な間隔をおいてカラー仕
様向け可能のマトリクス受光器を設けるのである。

【０００９】

【実施例】図に本発明の具体的な実施例を示す。

【００１０】図１中１１は光源、例えばハロゲンランプ
であり、この光源は、コンデンサ１１Kを用いて孔を１
つの層内に照射する。その種の層を公知形式で、例え
ば、クロームからガラス板１２上に作成できる。孔は層
内にスクリーン状に配されている。例えば層は２２μｍ
の間隔及び例えば、４μｍＸ４μｍの孔サイズ２５６＊
２５６の孔を有する。要するに、孔は、それの間隔より
著しく小さい。中央から中央までの領域もしくは孔の間
隔は、スクリーン尺度と称される。

【００１１】被照射孔により層内に生ぜしめられた照
明、照射スクリーンラスタは、照明平面１２０b内に位
置する。この照明平面は、レンズ１３0，１３uにより焦
点面１３f内に結像され、その結果その焦点面１３f内に
て、対象物１４はスクリーン状に配された光点で照射さ
れる。非透明の対象物の場合、表面１４0のみが照射さ
れ得、井歩宇、透明な対象物の場合、層１４をも内部に
て光点で照射され得る。焦点面内の対象物により反射さ
れた光ビームがレンズ１３o,１３uによりビームスプリ
ッタ１６を介して絞り平面１２b内に収束される。

【００１２】前述のビームスプリッタ１６は、反射方式
適用例向けに半透過性のミラーとして構成されている。
蛍光体方式適用例のため、それ自体公知形式でダイクロ
イックミラーが使用される。

【００１３】対象物１４は、調整装置１５により、すべ
ての３つの空間方向で動かされ得、その結果対象物１４
の種々の層１４Sをスキャンできる。ここで、Ｘ−及び
Ｙ方向での運動の大きさを、光点のスクリーン尺度より
小に選定するとよい。勿論Ｚ方向での対象物１４の運動
をも、光学軸１０の方向でのレンズ１３o,１３uの移動
により行い得、同様に、Ｘ方向及びＹ方向での対象物の
運動の代わりに孔を有する層及び受光器アレイ１７を相
応に動かすこともできる。

【００１４】受光器アレイ１７の信号は、接続線路１７
Ｖを介してコンピュータ１８内に伝送され、コンピュー
タ１８は、公知形式で評価を引き受け、画像スクリーン
１８ｂ上に評価の結果を、例えば,グラフィック表示で
再現表示する。コンピュータ１８は、対象物にて焦点面
１３ｆの移動及びＸ−及びＹ方向でのスキャンを制御で
きる。当該の制御を、コンピュータにて固定のプログラ
ムとして収容し、又は、評価の結果に依存して行い得
る。

【００１５】図２ａは、本発明により設けられた２つの
孔付き板１２０，１２１及びマトリクス受光器１７を、
ビームスプリッタキューブ（Strahlteilerwuerfel）２
０と共に１つのコンパクトなモジュール内に配し得る。
図示の例では、孔付き板パターンが直接ビームスプリッ
タキューブ２０の表面上に被着される。ビームスプリッ
タにおけるビームスプリッタ層１６は、すべての光波長
に対して、ビームスプリッタファクタ例えば５０％を有
し得、又は、例えば蛍光体適用例向けにダイクロイック
層６として構成され得る。

【００１６】図２ｂは、ビームスプリッタキューブを図
の視点Ｂとして示してある、要するに照明平面の孔付き
板パターンを示す。実際に、６＊６の孔の再生されたス
クリーンラスタ上より遙かに多くの孔が存在しているこ
とは明らかである。通常例えば、５１２＊５１２の孔が
使用される。

【００１７】図２ｃは、マトリクス受光器を省いた場合
において、図の視点Ｃとしてビームスプリッタキューブ
を示してあり、その結果観測平面の孔付き板パターンが
可視できる。この孔付き板パターンは、照射側の孔付き
板パターンと同じスクリーンラスタ尺度寸法及び同じ孔
数で構成されている。而して、並行に延びるビーム路の
各々に対して、共焦点のビーム路が生じる。要するに、
例えば５１２＊５１２＝２６２１４４の画点が同時にカ
ラーで、そして共焦点型式で検出される。著しく多数の
ビーム路ないし光路の当該の平行な配置は大きなサンプ
ル容積の迅速な検出を可能にする。而して例えば短時間
で多くの癌の疑いのあるセル−それの遺伝子が特異的マ
ークを有する−を、個別のセル内で特異的マークの有無
に付いて調べることができる。

【００１８】癌遺伝子の特異的マークのマーキングのた
めの方法が極く最近開発された。例えば下記大学教授資
格論文の刊行物を参照のこと。

【００１９】“ＳｐｅｋｔｒａｌｅＫａｒｉｏｔｙｐ
ｉｓｉｅｒｕｎｇｕｎｄｖｅｒｇｌｅｉｃｈｅｎｄ
ｅＨｙｂｒｉｄｉｓｉｅｒｕｎｇ−ｎｅｕｅＭｅｔ
ｈｏｄｅｎｚｕｒｕｍｆａｓｓｅｄｅｎＡｎａｌ
ｙｓｅｃｈｒｏｍｏｓｏｍａｌｅｒＡｂｅｒｒａｔ
ｉｏｎｅｎｉｎｄｅｒｋｌｉｎｉｓｃｈ−ｇｅｎ
ｅｔｉｓｃｈｅｎＤｉａｇｎｏｓｔｉｋｕｎｄｄ
ｅｒＴｕｍｏｒｇｅｎｅｔｉｋ”著述Ｅ．Ｓｃｈｒｏ
ｅｃｋ，Ｈｕｍｂｏｌｄｔ−Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔａｅ
ｔ，Ｂｅｒｌｉｎ．。

【００２０】図３ａ，ｂ，ｃは共焦点（confocal）効果
を示す。図３ａには並行ビーム路のうちの１つに対する
ビームスプリッタキューブにおけるビーム路を示し、こ
こで、次のことが仮定してある、即ち、所属の対象物点
がフォーカス状態にあることが仮定してある。照明平面
１２０ｂから発し、対象物点から送り戻されるすべての
光が観測平面１２１ｂ内の所属の孔を通過する。要する
にここで図示してない平面１２１の左方にあるセンサ
は、当該画像要素に対して多くの光を受け取る。

【００２１】図３ｂには並行ビーム路のうちの１つに対
するビームスプリッタキューブにおけるビーム路を示
し、ここで、所属の対象物点がフォーカス外に位置する
ものと仮定してある。照明平面１２０ｂから発せられ、
送り返された光の一部のみが、観測平面１２１ｂ内で所
属の孔を通過し得る。平面１２１内に生じる対象物点の
画像がそれの左方に略示してある。ハッチングで示す領
域は、どの光成分が暗状態になったかを示す。要する
に、ここで図示してない平面１２１の左方に位置するセ
ンサは当該の画像要素に対して、フォーカスの場合にお
けるより、わずかな光を受け取る。

【００２２】図３ｂでは対象物点が、フォーカス位置に
相応する場合におけるよりももっと対物レンズに近くに
位置していることが仮定してあるが、図３ｃでは対象物
点が焦点面におけるよりも対物レンズから遠くに離れて
いることが仮定してある。遮蔽絞り作用は、図中左方に
示すように、図３ｂに相応するずれ偏位の際におけると
同じものである。

【００２３】図４ａは、１つのセンサセル１７ａを示
し、この１つのセンサセル１７ａには、相互に無関係に
読出し可能な４つの相異なる光電性ないし受光領域が配
属されている。そして、それ等の４つの相異なる光電性
ないし受光領域には各１つの光フィルタＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ
が前置されている。光フィルタＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄは種々の
スペクトル光透過性カーブを有し、それ等は図４ｂに示
されている。

【００２４】図５ａは、１つのセンサセル１７ａを示
し、この１つのセンサセル１７ａには、相互に無関係に
読出し可能な４つの相異なる光電性ないし受光領域が配
属されている。ここに示されている光フィルタ装置は、
メーカソニーのマトリクス受光器ＩＣＸ０８４ＡＫのデ
ータページに示されている。ここで、Ｇb及びＧrで示す
部分面は、図５ｂ図中Ｇで示すスペクトル受光器特性を
有する。Ｇb及びＧrは、マトリクス受光器の種々異なる
行に属する。Ｂ（青）及びＲ（赤）で表されたマトリク
ス受光器の領域は、図５ｂに示す所属の光透過カーブＢ
及びＲを有する。

【００２５】図６は、どの位の間隔をおいて、マトリク
ス受光器が有利に受光器側孔パターンの後方に配置され
得るかを示す。当該の間隔は、結像光学系のアパーチャ
角度α及び孔付き板上での孔間隔に依存する。本発明の
有利な実施形態では−前述のように−孔間隔として孔付
き板上に、使用されているマトリクスアレイ上の受光器
セルの間隔とおなじ寸法が選定される。今やカラー撮像
のため各被照射サンプル個所に対して、完全な評価が可
能であるようにするため、所属の観測孔を通る光がセン
サセルのすべての部分面に分布されなければならない。
発散する線２２ａ２２ｂの示すところは、光が孔付き板
平面１２１ｂの左方で間隔と共に一層より大になる面上
へ分布されることである。本発明によれば、マトリクス
受光器を孔付き板平面１２１ｂから次のような間隔をお
くと有利である、即ち、それの受光器平面１７ｂが、隣
接する孔の発散縁ビーム２２ａ，２２ｂの交点と一致す
るような間隔をおくと有利である。而して、受光器セル
が完全に照射され、サンプル光のカラー特性を完全に捕
捉できる。

【００２６】更なる明示のため、図７には、図６の装置
に所属するカラー受光器アレイ１７の部分が示してある
（９０°回転してある）。

【００２７】配置構成は、カラー仕様向け可能のマトリ
クスセンサの使用に限定されない。４つの相異なるスペ
クトル領域を捕捉するセルの代わりに、白黒の光電性な
いし受光性のマトリクスセンサの個々の、相応に大きな
パイクセル−それ等はそれの面全体上で光電性ないし受
光性である−を使用することもできる。そのような構成
では、本発明はマトリクスセンサを以ての共焦点撮像に
用いられ、当該のマトリクスセンサのパイクセルは、そ
れに所属する面全体上で光電性ないし受光性である。

【００２８】有利ではあるが、使用されるマトリクスセ
ンサのスクリーン尺度が孔付き板のスクリーン尺度と等
しいか又は整数倍であることは有利であるが必須ではな
い。共焦点作用は、２つの孔付き板により生ぜしめられ
る。従って、マトリクスセンサのスクリーン尺度は、基
本的に孔付き板のスクリーン尺度と偏差を呈してもよ
い。勿論、エリアシングの効果及びイメージアーチファ
クトは生じ得、それ等は障害的なものであり得る。

【００２９】

【発明の効果】本発明によれば、カラー仕様利用可能な
マトリクス受光器の使用下で共焦点画像を撮像できる手
段を実現することができるという効果が奏される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の撮像装置の配置構成全体の概要図。

【図２】本発明により使用される２つの孔付き板ビーム
スプリッタキューブ及びマトリクスビーム受光器を有す
るモジュールの概要図。

【図３】種々のフォーカス位置にてのビームスプリッタ
キューブにおけるビーム路を示す概要図。

【図４】マトリクス受光器のカラーセル及びパイクセル
に前置された光フィルタエレメントの光透過カーブの概
要図。

【図５】マトリクス受光器のカラーセル及びパイクセル
に前置された光フィルタエレメントの光透過カーブの概
要図。

【図６】共焦点観測絞りの平面から適当な間隔をおいて
のマトリクス受光器の配置構成図。

【図７】図６に所属する、マトリクス受光器の３つのセ
ンサセルの概念図。

【符号の説明】

１０光学軸１１光源１１K コンデンサ１２ｂガラス板１２ｇガラス板１３ｆ焦点面１３ｏレンズ１３ｎレンズ１４対象物１４ｓ層１５調整装置１６ビームスプリッタ１７受光器アレイ１８コンピュータ１８ｂ画像スクリーン２２ａ発散線２２ｂ発散線８２対象物点の画像１２０照明平面、照明、照射スクリーンラスタ、
孔付板１２１照明平面、照明、照射スクリーンラスタ、
孔付板１２１ｂ観測平面、共焦点観測絞りの平面 A 光フィルタ B 光フィルタ C 光フィルタ D 光フィルタＢ青用光フィルタＲ赤用光フィルタＴ光フィルタの透過特性経過 Gr 緑用光フィルタ Gb 緑用光フィルタｓ孔付板とカラー受光器アレイとの間の間隔 α 光波長 λ 結像光学系のアパーチャ角度

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０２Ｂ 21/00 Ｇ０２Ｂ 21/00 21/06 21/06 21/36 21/36

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】対象物の３次元検査装置であって、照射平面内に取り付けられた照明、照射スクリーンラス
タ（１２０）を有し、１つ又は複数の光学的素子エレメント（１３ａ，１３
ｕ）を有し、該光学的素子エレメント（１３o,１３ｕ）
は、照明、照射スクリーンラスタを、被測定対象物（１
４）の個所における焦点面内に結像し、そこから放射さ
れた光を観測平面内に結像するするものであり、光電性
ないし受光領域を有する受光器アレイ（１７）を有し、
該受光器アレイ（１７）は、光学的素子エレメント（１
３o，１３ｕ）から伝えられた光を捕捉検出するもので
あり、該光は、対象物にて、又は対象物内で、反射され
た光、又は蛍光体により発せられた光であるように構成
されている当該の検査装置において、照射、照明側及び観測、検出側で、各１つの孔付板（１
２０，１２１）が焦点面内に取り付けられ、孔付板（１
２０，１２１）の後方に、観測、検出側にマトリクスセ
ンサ（１７）が撮像のため焦点面後方に配されているこ
とを特徴とする対象物の３次元検査装置。
【請求項２】孔付き板（１２１，１２１）は、イメー
ジセンサ（１７）の有するセンサセル（１７ａ）と同じ
数の孔を有し、又はセンサセルの数は孔の数の整数倍で
あることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３】センサセル（１７ａ）は色情報を占め得
るものであることを特徴とする請求項１及び２記載の装
置。
【請求項４】マトリクス受光器（１７）は、照射側の
孔付き板から次のような間隔をおいて配されている、即
ち、照射点のアンシャープ不鮮鋭像がそれぞれ１つのセ
ンサセル（１７ａ）を照射するような間隔をおいて配さ
れていることを特徴とする請求項１記載の装置。