ニコン、顕微鏡向け高精度層厚測定ソフトウェアを発表

NIS-Elementsプラットフォームに「層厚測定」モジュールを追加

日本のカメラ大手ニコンの計測部門であるニコン・メトロロジーは、産業用測定顕微鏡などの光学機器を製造しています。同社は、統合ソフトウェアイメージングプラットフォーム「NIS-Elements」に新しい「層厚測定」ソフトウェアモジュールを追加し、断面層の深さや表面形状の幅の検査、分析、レポート作業を効率化しました。このオプションは、様々な機能を半自動化することで品質管理を高速化するだけでなく、特徴認識、結果解釈、数値計算における人為的エラーのリスクを低減することで信頼性も向上させます。用途は製造業、材料研究から医療、鉱物学まで産業界と科学分野全般にわたります。

正確な厚み測定が重要な理由

正確な厚み測定の重要性を示す例は大量生産の現場に数多くあります。自動車業界では、車体の塗膜が薄すぎると高額な保証請求につながり、厚すぎると年間数百万ドルの無駄になります。同じ原理が食品業界でも適用され、酸素バリア性を付与して生鮮食品の賞味期限を延ばすためにプラスチック包装に施される比較的高価なEVOHバリア層にも当てはまります。同様に、プリント基板の導体パターン幅も銅の過剰使用を避けるために精密に制御する必要があります。

層厚測定が重要なその他の用途には、鋼鉄やその他金属の脱炭分析、熱溶射や化学蒸着の分析、密着性や表面摩耗のチェックなどがあります。

NIS-Elementsプラットフォームの概要

ニコン・メトロロジーのNIS-Elementsは、統合ソフトウェアイメージングプラットフォームで、立体または倒立光学顕微鏡（稀に走査型電子顕微鏡）からのデジタル画像を調べ、重要な特徴を高精度で分析できます。画像はライブまたは高解像度カメラでデジタル保存されたものを使用できます。

何より重要なのは、最初に画像を取得するために使用される光学系の品質です。これはニコンの核心的強みであり、サードパーティサプライヤーに頼らず自社でガラスを製造している唯一の顕微鏡メーカーとして知られています。

4つの半自動評価モード

従来のNIS-Elementsソフトウェアでは、画像内の層の測定は完全に手動プロセスでしたが、その機能は残されています。オペレータが層境界を定義し、サンプル上で等間隔の点を選択し、それらの位置で厚み測定を行い、値を記録し、平均厚みを算出するというものです。

層厚測定ソフトウェアは、これらの手動ツールを便利なモジュールに統合し、半自動ワークフローのオプションを提供します。コントラストなどの画像特性に基づく処理技術を用いて、多くの測定機能を自動化します。手術用メス、ノコギリ、ワイヤー放電加工などで断面加工された非透明試料からの反射光（落射照明）で撮影された画像の分析に最適です。また、マイクロトームで作製された極薄の透光性スライスを透過光（透射照明）で撮影した画像の分析にも同様に適用できます。

ソフトウェアには、線状、円形、非定形の層（またはトラック）の測定を支援する3つのモードに加え、研磨球を試料表面に回転させて露出させた円形層を分析してコーティング厚を測定するカロテストをサポートする第4のモードがあります。

使用方法

NIS-Elementsでデジタル画像を取得後、モータードノーズピース搭載顕微鏡の場合は自動的に、それ以外は手動でキャリブレーションを行います。ライブ画像の場合、ドロップダウンリストの該当する対物レンズをクリックしてキャリブレーションします。トップメニューバーの「層を測定」を選択すると、4つの操作モードが表示されます。

「線形」オプションを選択すると、層を水平に整列させるストレートンツールが利用可能になります。測定位置となる5本の等間隔垂直ベクトルが自動生成されますが、間隔数はオペレータが変更可能で、連続測定も可能です。アプリケーションの「バイナリエディタ」領域にある「自動検出」ツールで、オペレータが層を選択して境界を定義できます。閾値コマンドを適用して、画素強度や色で層を区別しやすくすることもできます。

オペレータは、試料内の介在物の存在を無視して層を上から下まで測定することを選択でき、これはほとんどの用途で最適な選択です。その他のオプションでは、いずれかの境界から最初の穴や隙間までの距離、または穴や隙間間の最大距離を測定できます。解析は画像の左から右へ、上から下へ進行します。

測定前に、垂直に引いた2本の線の間のみをソフトウェアが見るように制限を適用することがよくあります。これにより、層の非代表的な領域を除外できます。同様に、層境界の上下にある著しい突起などの懸念領域を画像から除外し、ラインを平滑化するには、「描画」コマンドの各種バイナリツールを選択して異常を埋めます。

結果はミリメートルまたはミクロンで、選択したROI（関心領域）での総層長、最小・最大・平均厚み、標準偏差が自動的に計算され、画像下部に表示されます。測定長に平均幅を乗じることで面積値が得られます。このプロセスを後続の層について繰り返し、各層はオペレータによって命名され、画像上と層測定フィールドで自動的に緑、青などの色が割り当てられます。ユーザーはデフォルトの層色を自由に再割り当てできます。

デジタル画像に円形層が含まれる場合、垂直ベクトルは斜め角度で層を測定することになるため適切ではありません。「円形」オプションを選択すると、オペレータが特徴の周りに弧を簡単に描画し、層を統合・着色できます。層の各点で法線方向に、プリセット数の放射状ベクトル線が角度増分で自動的に画面に表示され、測定位置を定義します。

不定形で不規則な形状の層を示す画像の場合、「一般」オプションを使用できます。「ポイライン定義」を選択して層の周りにパスを描画すると、統合・着色され、円形層と同様にパスに垂直なベクトルが自動的に適用され、測定が行われます。

測定情報は、着色された層とすべてのデータを示すPDF形式の層厚レポートとして自動的にエクスポートできます。またはExcelにエクスポートすることも可能です。標準のデフォルトテンプレートまたは顧客定義のカスタムテンプレートのいずれかに結果を入力できます。

結論

ニコンの層厚測定ソフトウェアモジュールにより、オペレータがすべての測定を手作業で行う場合よりも迅速に試料に関する包括的な情報を取得できます。用途によりますが、収集・分析されるデータ量が同じであれば、検査生産性が最大5倍向上する可能性があります。同じ試料に関連付けられた画像グループや、試料バッチ全体で測定値を簡単かつ迅速に平均化できます。さらに、プロセスがより正確で再現性が高く、装置を使用するオペレータの数に関係なく、人的解釈の減少により品質管理を損なうエラーのリスクが低減されます。

この記事は、ニコン・メトロロジー株式会社（ミシガン州ブライトン）のアシスタントマーケティングマネージャー、メガン・E・マイナート氏によって執筆されました。詳細については、マイナート氏までお問い合わせください。メールアドレスはスパムボットから保護されています。JavaScriptを有効にして表示してください。またはこちら 。