DE102012200885A1

DE102012200885A1 - Mikroskopsystem, Fokusposition-Erfassungsverfahren, und Fokusposition-Erfassungsprogramm

Info

Publication number: DE102012200885A1
Application number: DE102012200885A
Authority: DE
Inventors: Takuya Karube
Original assignee: Keyence Corp
Current assignee: Keyence Corp
Priority date: 2011-01-24
Filing date: 2012-01-23
Publication date: 2012-07-26
Also published as: US20120188359A1; JP5732265B2; US9140887B2; JP2012155011A

Abstract

Um ein Mikroskopsystem bereitzustellen, das in der Lage ist, eine Position eines Fokus eines optischen Systems relativ zu einem Beobachtungsobjekt automatisch zu erfassen. Ein von einer Laserlichtquelle ausgestrahltes Licht wird auf ein Beobachtungsobjekt gestrahlt, und das durch das Beobachtungsobjekt reflektierte Licht wird zu einem Lichtempfangselement geführt. Ein Auswertungswert basierend auf einer Vielzahl von Bildpunktdaten wird eingestellt, um kleiner als ein Ausgangshöchstwert Emax und größer als ein Multiplikationswert En1 eines Rauschpegels zu sein. Der Auswertungswert wird mit der eingestellten Verstärkung berechnet, während die Objektivlinse in Aufwärtsrichtung von einer aktuellen Position zs1 bewegt wird. Die Verstärkung wird um einen konstanten Betrag reduziert jedes Mal, wenn der Auswertungswert den Ausgangshöchstwert Emax erreicht. Die Position in der Z-Richtung der Objektivlinse, wenn der Auswertungswert einen Höhepunkt annimmt, wird erfasst.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Mikroskopsystem, Fokuspositions-Erfassungsverfahren und ein Fokuspositions-Erfassungsprogramm.
2. Beschreibung des Stands der Technik
In einem konfokalen Mikroskop wird das von einer Laserlichtquelle auf einem Messobjekt (Messziel) ausgestrahlte Laserlicht mittels einer Objektivlinse gesammelt. Das reflektierte Licht von dem Messobjekt wird mittels einer Lichtempfangslinse gesammelt und in ein Lichtempfangselement durch eine Lochblende eingegeben (siehe z. B. japanische offengelegte Patentveröffentlichung Nr. 2008-83601 ). Das Laserlicht wird zweidimensionale auf der Oberfläche des Messobjekts abgetastet. Die Verteilung der Lichtempfangsmenge des Lichtempfangselements ändert sich durch Ändern des relativen Abstands zwischen dem Messobjekt und der Objektivlinse. Ein Höhepunkt (Peak) der Lichtempfangsmenge tritt auf, wenn auf die Oberfläche des Messobjekts fokussiert wird. Ein Ultratiefbild mit einer sehr großen Tiefenschärfe kann basierend auf einer Höhepunkts-Intensität der Verteilung der Lichtempfangsmenge erhalten werden. Weiterhin kann eine Höhenverteilung der Oberfläche des Messobjekts basierend auf der Höhepunktsposition der Verteilung der Lichtempfangsmenge erhalten werden.
[Patentdokument 1] Japanische offengelegte Patentpublikation Nr. 2008-83601
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ein Ausgangssignal eines Lichtempfangselements des konfokalen Mikroskops wird in ein digitales Signal mittels eines A/D-Umwandlers (Analog/Digital-Umwandler) umgewandert und als Bildpunktdaten entsprechend jedem Bildpunkt (Pixel) ausgegeben. Konfokale Bilddaten werden basierend auf Bildpunktdaten eines konstanten Bereichs eines Messobjekts erzeugt, und ein konfokales Bild eines Beobachtungsobjekts (Beobachtungsziel) wird auf einer Anzeigeeinheit basierend auf den konfokalen Bilddaten angezeigt. Der Benutzer kann einen Fokus einer Objektivlinse auf einen gewünschten Bereich des Beobachtungsobjekts durch relatives Hoch und Herunterbewegen eines Gestells bezüglich der Objektivlinse fokussieren. Ein konfokales Bild, das auf den gewünschten Bereich fokussiert ist, kann so auf der Anzeigeeinheit angezeigt werden.
Wenn die Verstärkung des Lichtempfangselements in der Fokussierung zu groß ist, sättigt jedoch das Ausgangssignal des Lichtempfangselements. In einem solchen Fall tritt ein Höhepunkt (Ausschlag) in der Änderung in den Bildpunktdaten, die durch Bewegen des Gestells in die Hoch- und Runterrichtung erhalten wurden, nicht auf. Wenn die Verstärkung des Lichtempfangselements zu klein ist, kann der Höhepunkt in der Änderung in den Bildpunktdaten, die durch Bewegen des Gestells in die Hoch- und Runterrichtung erhalten wurden, nicht von dem Rauschen identifiziert werden. In solch einem Fall kann der Fokus der Objektivlinse nicht auf den gewünschten Bereich des Beobachtungsobjekts fokussiert werden.
Deshalb muss der Benutzer wiederholt eine Tätigkeit ausführen zum Hoch- und Runterbewegen des Gestells, während er die Verstärkung des Lichtempfangselements anpasst.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Mikroskopsystem, ein Fokuspositions-Erfassungsverfahren und ein Fokuspositions-Erfassungsprogramm bereitzustellen, das in der Lage ist, eine Position eines Fokus eines optischen Systems relativ zu einem gewünschten Bereich eines Beobachtungsobjekts automatisch zu erfassen.

(1) Ein Mikroskopsystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf Ein Mikroskopsystem zum Beobachten eines Zustands einer Oberfläche eines Beobachtungsobjekts, wobei das Mikroskopsystem eine Lichtquelle zum Ausstrahlen eines Lichts beinhaltet; ein Lichtempfangselement; ein optisches System zum Strahlen des von der Lichtquelle emittierten Lichts auf das Beobachtungsobjekt, während das Licht gesammelt wird, und Führen des auf das Beobachtungsobjekt gestrahlten Lichts zu dem Lichtempfangselement; eine Bildpunktdaten-Ausgabeeinheit zum Ausgeben von Bilddaten, die einer Vielzahl von Bilddaten entsprechend, basierend auf einem Ausgangssignal des Lichtempfangselements; und eine Steuereinheit zum Einstellen eines Sensitivitätsparameters zum Anpassen eines Wertes der Bildpunktdaten durch Steuern der Lichtquelle, des optischen Systems und/oder des Lichtempfangselements und Bewegen eines Fokus des optischen Systems relativ zu der Oberfläche des Beobachtungsobjekts zu einer Vielzahl von Positionen in einer optischen Achsenrichtung des optischen Systems; wobei die Steuereinheit einen Auswertungswert berechnet unter Verwendung eines Wertes der Bildpunktdaten entsprechend einer vorbestimmten Anzahl von Bildpunkten der Bildpunktdaten, die von der Bildpunktdaten-Ausgabeeinheit ausgegeben werden, an jeder Position des Fokus des optischen Systems, den berechneten Auswertungswert als den Auswertungswert übernimmt, der der Position entspricht, wenn der berechnete Auswertungswert innerhalb eines Bereichs zwischen einem im Voraus definierten Höchstwert und einem im Voraus definierten Tiefstwert, den gestellten Sensitivitätsparameter so ändert, dass der berechnete Auswertungswert innerhalb des Bereichs ist, wenn der berechnete Auswertungswert nicht innerhalb des Bereichs ist, den Auswertungswert korrigiert, der an jeder Position des Fokus des optischen Systems berechnet wird, nach Ändern des Sensitivitätsparameters entsprechend der Änderung des Sensitivitätsparameters, um den korrigierten Auswertungswert als den Auswertungswert zu haben, der jeder Position entspricht, und die Position des Fokus des optischen Systems erfasst, die einen Höhepunktswert in einer Verteilung einer Vielzahl von Auswertungswerten anzeigt, die einer Vielzahl von Positionen des Fokus des optischen Systems entsprechen.

In solch einem Mikroskopsystem wird das von der Lichtquelle ausgestrahlte Licht auf das Beobachtungsobjekt gestrahlt, während es von dem optischen System gesammelt wird, und das auf das Beobachtungsobjekt gestrahlte Licht wird zu dem Lichtempfangselement geführt. Bildpunktdaten entsprechend einer Vielzahl von Bildpunkten werden basierend auf dem Ausgangssignal des Lichtempfangselements ausgegeben.
Der Fokus des optischen Systems relativ zu der Oberfläche des Beobachtungsobjekts wird zu einer Vielzahl von Positionen in der optischen Achsenrichtung durch die Steuereinheit bewegt. Der Auswertungswert, der den Wert der Bildpunktdaten verwendet, die einer vorbestimmten Anzahl von Bildpunkten der Bildpunktdaten entsprechen, die von der Bildpunktdaten-Ausgabeeinheit ausgegeben werden, wird an jeder Position des Fokus des optischen Systems berechnet.
Wenn der berechnete Auswertungswert innerhalb eines Bereichs zwischen einem im Voraus definierten Höchstwerts und eines im Voraus definierten Tiefstwerts ist, wird der berechnete Auswertungswert der Auswertungswert, der der relevanten Position entspricht. Wenn der Auswertungswert nicht innerhalb des Bereichs ist, wird der Sensitivitätsparameter andererseits so geändert, dass der berechnete Auswertungswert innerhalb des Bereichs ist und der Auswertungswert, der an jeder Position des Fokus des optischen Systems nach Ändern des Sensitivitätsparameters berechnet wird, wird gemäß der Änderung des Sensitivitätsparameters korrigiert. Der korrigierte Auswertungswert wird der Auswertungswert, der jeder Position entspricht.
Der Auswertungswert sättigt nicht an dem Höchstwert, und der Sensitivitätsparameter wird automatisch eingestellt und so geändert, dass der Höhepunkt des Auswertungswerts nicht kleiner als der Tiefstwert wird. Wenn der Sensitivitätsparameter geändert ist, wird der nach der Änderung berechnete Auswertungswert korrigiert. Die Verteilung der Vielzahl von Auswertungswerten, die der Vielzahl von Positionen des Fokus des optischen Systems entsprechen, werden auf solch eine Weise erhalten.
Deshalb kann die Position des Fokus des optischen Systems, die einen Höhepunktswert in einer Verteilung der Vielzahl von Auswertungswerten anzeigt, die in der Vielzahl von Positionen des Fokus des optischen Systems entsprechen, genau erfasst werden. Als ein Ergebnis wird der Sensitivitätsparameter automatisch auf einen geeigneten Wert eingestellt und die Position des Fokus des optischen Systems relativ zu dem gewünschten Bereich des Beobachtungsobjekts wird automatisch erfasst.

(2) Die Steuereinheit kann den Sensitivitätsparameter einstellen durch Steuern wenigstens eines von einer Menge eines von der Lichtquelle ausgestrahlten Lichts, eines Dämpfungsbetrags des Lichts in dem optischen System und einer Verstärkung des Lichtempfangselements. In diesem Fall wird der Sensitivitätsparameter automatisch gesetzt und durch die Steuereinheit geändert.
(3) Die Steuereinheit kann den Auswertungswert an einer Vielzahl von Positionen in der optischen Achsenrichtung des optischen Systems berechnen durch Bewegen des Fokus des optischen Systems in eine Richtung nach Einstellen des Sensitivitätsparameters, so dass der Auswertungswert innerhalb eines Bereichs zwischen dem Höchstwert und dem Tiefstwert an einer Anfangsposition des Fokus des optischen Systems ist, und die Position des Fokus des optischen Systems in einer Richtung entgegengesetzt zu der einen Richtung bewegen, wenn ein Höhepunktswert nicht in der Verteilung der Vielzahl von Auswertungswerten angezeigt wird, die der Vielzahl von Positionen des Fokus des optischen Systems durch die Bewegung in die eine Richtung entsprechen.

In diesem Fall kann die Position des Fokus des optischen Systems, die den Höhepunktswert anzeigt, genau in der Verteilung der Vielzahl von Auswertungswerten erfasst werden, die der Vielzahl von Positionen des Fokus des optischen Systems entsprechen, ohne Rücksicht auf die Anfangspositionen des Fokus des optischen Systems.

(4) Die Steuereinheit kann den Sensitivitätsparameter reduzieren, wenn der Auswertungswert den Höchstwert durch Bewegen des Fokus des optischen Systems in der optischen Achsenrichtung erreicht.

In diesem Fall kann die Steuereinheit den Auswertungswert mit einem einfachen Prozess von einer Sättigung abhalten.

(5) Das Mikroskopsystem beinhaltet weiterhin eine Bilddaten-Erzeugungseinheit zum Erzeugen von Bilddaten basierend auf den von der Bildpunktdaten-Ausgabeeinheit ausgegebenen Bildpunktdaten; und eine Anzeigeeinheit zum Anzeigen eines Bildes basierend auf den von der Bilddaten-Erzeugungseinheit erzeugten Bilddaten; wobei die Steuereinheit den Fokus des optischen Systems so bewegen kann, dass der Fokus des optischen Systems mit einer erfassten Position übereinstimmt.

In diesem Fall wird das Bild auf der Anzeigeeinheit mit dem Fokus des optischen Systems fokussiert auf den Bereich entsprechend einer vorbestimmten Anzahl von Bildpunkten. Somit kann der Benutzer das Bild des Beobachtungsobjekts beobachten, in dem der Fokus des optischen Systems auf den gewünschten Bereich fokussiert ist, ohne die beschwerliche Fokussierungstätigkeit durchzuführen.

(6) Die Steuereinheit kann den Auswertungswert an einer Vielzahl von Positionen in der optischen Achsenrichtung des optischen Systems berechnen durch Bewegen des Fokus des optischen Systems in eine Richtung von der erfassten Position, die Positionen des Fokus des optischen Systems als Bewertungsgrenzposition auf einer Seite zu einem Zeitpunkt bestimmen, zu dem der Auswertungswert kleiner oder gleich einem im Voraus definierten Erfassungsgrenzwert wird, den Auswertungswert an einer Vielzahl von Positionen der optischen Achsenrichtung des optischen Systems berechnen durch Bewegen der Position des Fokus des optischen Systems in eine Richtung entgegengesetzt der einen Richtung von der erfassten Position, und die Position des Fokus des optischen Systems als eine Bewegungsgrenzposition auf einer anderen Seite zu einem Zeitpunkt bestimmen, zu dem der berechnete Auswertungswert kleiner oder gleich dem Erfassungsgrenzwert wird.

In diesem Fall kann die Position des Fokus des optischen Systems, in der die Bildpunktdaten den Höhepunktswert anzeigen, für jede der Vielzahl von Bildpunkten erfasst werden durch Bewegen der Position des Fokus des optischen Systems innerhalb eines Bereichs der Bewegungsgrenzposition auf einer Seite und der Bewegungsgrenzposition auf der anderen Seite. Als ein Ergebnis kann der Fokus des optischen Systems auf der Oberfläche des Beobachtungsobjekts für jede der Vielzahl von Bildpunkten fokussiert werden.

(7) Ein Fokuspositions-Erfassungsverfahren entsprechend einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf ein Fokuspositions-Erfassungsverfahren zum Erfassen einer Position eines Fokus eines optischen Systems, das in einem Mikroskopsystem angeordnet ist, wobei das Verfahren die Schritte umfasst Strahlen eines von einer Lichtquelle ausgestrahlten Lichts auf ein Beobachtungsobjekt, während das Licht durch das optische System gesammelt wird, und Führen des auf das Beobachtungsobjekt gestrahlten Lichts zu einem Lichtempfangselement; Ausgeben von Bildpunktdaten, die einer Vielzahl von Bildpunkten entsprechen, basierend auf einem Ausgangssignal des Lichtempfangselements; und Einstellen eines Sensitivitätsparameters zum Anpassen eines Wertes der Bildpunktdaten durch Steuern der Lichtquelle, dem optischen System und/oder dem Lichtempfangselement durch eine Steuereinheit, und Bewegen eines Fokus des optischen Systems relativ zu der Oberfläche des Beobachtungsobjekts zu einer Vielzahl von Positionen in einer optischen Achsenrichtung des optischen Systems durch die Steuereinheit; wobei der Schritt Bewegen enthält, Berechnen eines Auswertungswerts unter Verwendung eines Werts der Bildpunktdaten, die einer vorbestimmten Anzahl von Bildpunkten der Bildpunktdaten entsprechen, die von der Bildpunktdaten-Ausgabeeinheit ausgegeben werden, an jeder Position des Fokus des optischen Systems durch die Steuereinheit, Übernehmen des berechneten Auswertungswerts als den Auswertungswert, der der Position entspricht, wenn der berechnete Auswertungswert innerhalb eines Bereichs zwischen einem im Voraus definierten Höchstwert und einem im Voraus definierten Tiefstwert ist, Ändern des eingestellten Sensitivitätsparameters, so dass der berechnete Auswertungswert innerhalb des Bereichs ist, wenn der berechnete Auswertungswert nicht innerhalb des Bereichs ist, Korrigieren des Auswertungswerts, der an jeder Position des Fokus des optischen Systems berechnet wurde, nach Ändern des Sensitivitätsparameters gemäß der Änderung des Sensitivitätsparameters, um den korrigierteb Auswertungseert als den jeder Position entsprechenden Auswertungswert zu haben, und Erfassen der Position des Fokus des optischen Systems, die einen Höhepunktswert in einer Verteilung einer Vielzahl von Auswertungswerten anzeigt, die der Vielzahl von Positionen des Fokus des optischen Systems entsprechen, durch die Steuereinheit.

In dem Fokuspositions-Erfassungsverfahren wird das von der Lichtquelle ausgestrahlte Licht auf ein Beobachtungsobjekt gestrahlt, während es durch das optische System gesammelt wird, und das auf das Beobachtungsobjekt gestrahlte Licht wird zu einem Lichtempfangselement geführt. Die Bildpunktdaten, die einer Vielzahl von Bildpunkten entsprechen, werden basierend auf einem Ausgangssignal des Lichtempfangselements ausgegeben.
Der Fokus des optischen Systems relativ zu der Oberfläche des Beobachtungsobjekts wird zu einer Vielzahl von Positionen in der optischen Achsenrichtung durch die Steuereinheit bewegt. Der Auswertungswert, der den Wert der Bildpunktdaten verwendet, die einer vorbestimmten Anzahl von Bildpunkten der von der Bildpunktdaten-Ausgabeeinheit ausgegebenen Bildpunktdaten entsprechen, wird an jeder Position des Fokus des optischen Systems berechnet.
Wenn der berechnete Auswertungswert innerhalb eines Bereichs zwischen einem im Voraus definierten Höchstwert und einem im Voraus definierten Tiefstwert ist, wird der berechnete Auswertungswert der Auswertungswert, der der relevanten Position entspricht. Wenn der berechnete Auswertungswert nicht innerhalb des Bereichs ist, wird der Sensitivitätsparameter andererseits so geändert, dass der berechnete Auswertungswert innerhalb des Bereichs ist, und der Auswertungswert, der an jeder Position des Fokus des optischen Systems nach Änderung des Sensitivitätsparameters berechnet wird, wird gemäß der Änderung des Sensitivitätsparameters korrigiert. Der korrigierte Auswertungswert wird der Auswertungswert, der jeder Position entspricht.
Der Auswertungswert sättigt somit nicht an dem Höchstwert, und der Sensitivitätsparameter wird automatisch eingestellt und so geändert, dass der Höhepunkt des Auswertungswertes nicht kleiner als der Tiefstwert wird. Wenn der Sensitivitätsparameter geändert ist, wird der nach der Änderung berechnete Auswertungswert korrigiert. Die Verteilung der Vielzahl von Auswertungswerten, die der Vielzahl von Positionen des Fokus des optischen Systems entsprechen, werden auf solch eine Weise erhalten.
Deshalb kann die Position des Fokus des optischen Systems, die einen Höhepunktswert in einer Verteilung der Vielzahl von Auswertungswerten anzeigt, die der Vielzahl von Positionen des Fokus des optischen Systems entsprechen, genau bestimmt werden. Als ein Ergebnis wird der Sensitivitätsparameter automatisch auf einen geeigneten Wert eingestellt und die Position des Fokus des optischen Systems relativ zu dem gewünschten Bereich des Beobachtungsobjekts kann automatisch erfasst werden.

(8) Ein Fokuspositions-Erfassungsprogramm gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf ein Fokuspositions-Erfassungsprogramm zum Veranlassen einer Verarbeitungsvorrichtung, einen Fokuspositions-Erfassungsprozess auszuführen, zum Erfassen einer Position eines Fokus eines optischen Systems, das in einem Mikroskopsystem angeordnet ist, wobei das Programm die Verarbeitungsvorrichtung veranlasst, den Prozess auszuführen Strahlen eines von einer Lichtquelle ausgestrahlten Lichts auf ein Beobachtungsobjekt, während das Licht durch das optische System gesammelt wird, und Führen des auf das Beobachtungsobjekt gestrahlten Lichts zu einem Lichtempfangselement; Ausgeben von Bildpunktdaten, die einer Vielzahl von Bildpunkten entsprechen, basierend auf einem Ausgangssignal des Lichtempfangselements; und Einstellen eines Sensitivitätsparameters zum Anpassen eines Wertes der Bildpunktdaten durch Steuern der Lichtquelle, dem optischen System und/oder dem Lichtempfangselement durch eine Steuereinheit, und Bewegen eines Fokus des optischen Systems relativ zu der Oberfläche des Beobachtungsobjekts zu einer Vielzahl von Positionen in einer optischen Achsenrichtung des optischen Systems durch die Steuereinheit; wobei der Schritt Bewegen enthält, Berechnen eines Auswertungswerts unter Verwendung eines Werts der Bildpunktdaten, die einer vorbestimmten Anzahl von Bildpunkten der Bildpunktdaten entsprechen, die von der Bildpunktdaten-Ausgabeeinheit ausgegeben werden, an jeder Position des Fokus des optischen Systems durch die Steuereinheit, Übernehmen des berechneten Auswertungswerts als den Auswertungswert, der der Position entspricht, wenn der berechnete Auswertungswert innerhalb eines Bereichs zwischen einem im Voraus definierten Höchstwert und einem im Voraus definierten Tiefstwert ist, Ändern des eingestellten Sensitivitätsparameters, so dass der berechnete Auswertungswert innerhalb des Bereichs ist, wenn der berechnete Auswertungswert nicht innerhalb des Bereichs ist, Korrigieren des Auswertungswerts, der an jeder Position des Fokus des optischen Systems berechnet wurde, nach Ändern des Sensitivitätsparameters gemäß der Änderung des Sensitivitätsparameters, um den korrigierteb Auswertungseert als den jeder Position entsprechenden Auswertungswert zu haben, und Erfassen der Position des Fokus des optischen Systems, die einen Höhepunktswert in einer Verteilung einer Vielzahl von Auswertungswerten anzeigt, die der Vielzahl von Positionen des Fokus des optischen Systems entsprechen, durch die Steuereinheit.

In dem Fokuspositions-Erfassungsprogramm, wird das von der Lichtquelle ausgestrahlte Licht auf ein Beobachtungsobjekt gestrahlt, während es durch das optische System gesammelt wird, und das auf das Beobachtungsobjekt gestrahlte Licht wird zu einem Lichtempfangselement geführt. Die Bildpunktdaten, die einer Vielzahl von Bildpunkten entsprechen, werden basierend auf einem Ausgangssignal des Lichtempfangselements ausgegeben.
Der Fokus des optischen Systems relativ zu der Oberfläche des Beobachtungsobjekts wird zu einer Vielzahl von Positionen in der optischen Achsenrichtung durch die Steuereinheit bewegt. Der Auswertungswert, der den Wert der Bildpunktdaten verwendet, die einer vorbestimmten Anzahl von Bildpunkten der von der Bildpunktdaten-Ausgabeeinheit ausgegebenen Bildpunktdaten entsprechen, wird an jeder Position des Fokus des optischen Systems berechnet.
Wenn der berechnete Auswertungswert innerhalb eines Bereichs zwischen einem im Voraus definierten Höchstwert und einem im Voraus definierten Tiefstwert ist, wird der berechnete Auswertungswert der Auswertungswert, der der relevanten Position entspricht. Wenn der berechnete Auswertungswert nicht innerhalb des Bereichs ist, wird der Sensitivitätsparameter so geändert, dass der berechnete Auswertungswert innerhalb des Bereichs ist, und der Auswertungswert, der an jeder Position des Fokus des optischen Systems nach Ändern des Sensitivitätsparameters berechnet wird, wird gemäß der Änderung des Sensitivitätsparameters korrigiert. Der korrigierte Auswertungswert wird der Auswertungswert, der jeder Position entspricht.
Der Auswertungswert sättigt nicht an dem Höchstwert und der Sensitivitätsparameter wird automatisch gesetzt und so geändert, dass der Höhepunkt des Auswertungswerts nicht kleiner als der Tiefstwert wird. Wenn der Sensitivitätsparameter geändert wird, wird der nach der Änderung berechnete Auswertungswert korrigiert. Die Verteilung der Vielzahl von Auswertungswerten, die der Vielzahl von Positionen des Fokus des optischen Systems entsprechend, wird auf solch eine Weise erhalten.
Deshalb kann die Position des Fokus des optischen Systems, die einen Höhepunktswert in einer Verteilung der Vielzahl von Auswertungswerten anzeigt, die der Vielzahl von Positionen des Fokus des optischen Systems entsprechen, genau bestimmt werden. Als ein Ergebnis wird der Sensitivitätsparameter automatisch auf einen geeigneten Wert eingestellt und die Position des Fokus des optischen Systems relativ zu dem gewünschten Bereich des Beobachtungsobjekts wird automatisch erfasst.
Gemäß der vorliegenden Erfindung, wird die Position des Fokus des optischen Systems relativ zu dem gewünschten Bereich des Beobachtungsobjekts automatisch erfasst.
KURZE BESCHREIBUNG DER ABBILDUNGEN
1 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration eines konfokalen Mikroskopsystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist eine Ansicht zum Definieren einer X-Richtung, einer Y-Richtung und einer Z-Richtung;
3 ist eine Ansicht, die einen Zusammenhang einer Position in einer Z-Richtung des Beobachtungsobjekts und der Lichtempfangsintensität des Lichtempfangselements für jeden Bildpunkt zeigt;
4 ist eine Ansicht, die ein Anzeigebeispiel der Anzeigeeinheit 400 zeigt;
5A bis 5D sind Ansichten zum Beschreiben eines Zusammenhangs zwischen der Position in der Z-Richtung der Objektivlinse und der Lichtempfangsintensität des Lichtempfangselements für jeden Bildpunkt;
6 ist eine Ansicht zum Beschreiben des Konzepts des Erfassungsverfahrens der Höhepunktsposition;
7A bis 7C sind Ansichten zum Beschreiben der Verstärkungseinstellung des Lichtempfangselements zur Zeit der Erfassung der Höhepunktsposition;
8A und 8B sind Ansichten zum Beschreiben des Höhepunktspositions-Suchprozesses unter Verwendung eines Auswertungswerts;
9 ist eine Ansicht zum Beschreiben eines Zusammenhangs der Position in der Z-Richtung der Objektivlinse und des Wertes der gültigen Bildpunktdaten für ein Bildpunkt;
10 ist eine Ansicht zum Beschreiben des Einstellverfahrens der oberen Grenzposition und der unteren Grenzposition in der Z-Richtung der Objektivlinse zur Zeit der Erzeugung der Höhenbilddaten und der Ultratiefbilddaten;
11 ist ein Flussdiagramm eines Autofokusprozesses;
12 ist ein Flussdiagramm eines Höhepunktspositions-Suchprozesses;
13 ist ein Flussdiagramm des Höhepunktspositions-Suchprozesses;
14 ist ein Flussdiagramm des Höhepunktspositions-Suchprozesses;
15 ist ein Flussdiagramm eines oberen und unteren Automatikeinstellprozesses;
16 ist ein Flussdiagramm des oberen und unteren Automatikeinstellprozesses; und
17 ist ein Flussdiagramm eines Grenzpositions-Suchprozesses.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ein Mikroskopsystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf die Abbildungen beschrieben. Nachstehend wird ein konfokales Mikroskopsystem als ein Beispiel des Mikroskopsystems beschrieben.
(1) Grundlegende Konfiguration eines konfokalen Mikroskopsystems
1 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration eines konfokalen Mikroskopsystems 500 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie in 1 gezeigt, beinhaltet das konfokale Mikroskopsystem 500 eine Messeinheit 100, einen PC (Personalcomputer) 200, eine Steuereinheit 300 und eine Anzeigeeinheit 400. Die Messeinheit 100 beinhaltet eine Laserlichtquelle 10, ein X-Y-Abtastoptiksystem 20, ein Lichtempfangselement 30, eine Beleuchtungs-Weißlichtquelle 40, eine Farb-CCD (Charge Coupled Device) Kamera 50 und ein Gestell 60. Ein Beobachtungsobjekt S ist auf dem Gestell 60 montiert.
Die Laserlichtquelle 10 ist zum Beispiel ein Halbleiterlaser. Das von der Laserlichtquelle 10 ausgestrahlte Laserlicht wird in ein paralleles Licht durch die Linse 1 umgewandelt und dann durch den Halbspiegel 4 gesendet, um in das X-Y-Abtastoptiksystem 20 einzutreten. Andere Lichtquellen, wie z. B. eine Quecksilberlampe, können anstelle der Laserlichtquelle 10 verwendet werden. In diesem Fall ist ein Bandpassfilter zwischen der Lichtquelle, wie z. B. eine Quecksilberlampe, und dem X-Y-Abtastoptiksystem 20 angeordnet. Das Licht, das von der Lichtquelle wie der Quecksilberlampe ausgestrahlt wird, wird ein monochromatisches Licht durch Durchlaufen des Bandpassfilters und tritt dann in das X-Y-Abtastoptiksystem 20 ein.
Das X-Y-Abtastoptiksystem 20 ist zum Beispiel ein Galvano-Spiegel. Das X-Y-Abtastoptiksystem 20 hat eine Funktion zum Abtasten des Laserlichts in der X-Richtung und der Y-Richtung auf der Oberfläche des Beobachtungsobjekts S auf dem Gestell 60. Die Definition der X-Richtung, der Y-Richtung und der Z-Richtung wird später vorgenommen. Das durch das X-Y-Abtastoptiksystem 20 abgetastete Laserlicht wird durch den Halbspiegel 6 reflektiert und dann durch einen Halbspiegel 6 gesendet und auf dem Beobachtungsobjekt S auf dem Gestell 60 durch ein Objektivlinse 3 gesammelt. Ein Polarisationsstrahlteiler kann anstelle der Halbspiegel 4 bis 6 verwendet werden.
Das durch das Beobachtungsobjekt S reflektierte Laserlicht wird durch die Objektivlinse 3 und den Halbspiegel 6 gesendet und dann von dem Halbspiegel 5 reflektiert und durch das X-Y-Abtastoptiksystem 20 gesendet. Das durch das X-Y-Abtastoptiksystem 20 gesendete Laserlicht wird durch den Halbspiegel 4 reflektiert, von der Linse 2 gesammelt und durch eine Lochblende eines Lochblendenelements 7 und ein ND-(Neutraldichte) Filter 8 gesendet, um in das Lichtempfangselement 30 einzutreten. Dementsprechend wird ein reflektives konfokales Mikroskopsystem 500 in der vorliegenden Ausführungsform verwendet, es kann aber auch ein durchlässiges konfokales Mikroskopsystem verwendet werden, wenn das Beobachtungsobjekt S ein transparenter Körper wie z. B. eine Zelle ist.
Die Lochblende des Lochblendenelements 7 ist in einer Fokusposition der Linse 2 angeordnet. Der ND-Filter 8 wird verwendet, um die Intensität des Laserlichts zu dämpfen, das in das Lichtempfangselement 30 eintritt. Deshalb muss der ND-Filter 8 nicht eingebaut werden, wenn die Intensität des Laserlichts genügend gedämpft ist.
In der vorliegenden Ausführungsform ist das Lichtempfangselement 30 ein Photomultiplier. Eine Photodiode und ein Verstärker können als Lichtempfangselement 30 verwendet werden. Das Lichtempfangselement gibt ein analoges elektrisches Signal (nachstehend als Lichtempfangssignal bezeichnet) entsprechend der Lichtempfangsqualität aus. Die Steuereinheit 300 beinhaltet zwei A/D-Umwandler (Analog/Digital-Umwandler), ein FIFO-(First In First Out) Speicher und eine CPU (zentrale Verarbeitungseinheit). Das von dem Lichtempfangselement 30 ausgegebene Lichtempfangssignal wird mit einer konstanten Abtastperiode abgetastet und in digitales Signal durch einen A/D-Umwandler der Steuereinheit 300 umgewandelt. Das Digitalsignal, das von dem A/D-Umwandler ausgegeben wird, wird sequentiell in dem FIFO-Speicher angesammelt. Das digitale Signal, das in dem FIFO-Speicher angesammelt wird, wird sequentiell an den PC 200 als Bildpunktdaten übertragen.
Die Beleuchtungs-Weißlichtquelle 40 ist zum Beispiel eine Halogenlampe oder eine weiße LED (light emitting diode; Leuchtdiode). Das durch die Beleuchtungs-Weißlichtquelle 40 erzeugte weiße Licht wird durch den Halbspiegel 6 reflektiert und dann auf dem Beobachtungsobjekt S auf dem Gestell 60 durch die Objektivlinse 3 gesammelt.
Das durch das Beobachtungsobjekt S reflektierte weiße Licht wird durch die Objektivlinse 3, den Halbspiegel 6 und den Halbspiegel 5 gesendet und tritt in die Farb-CCD-Kamera 50 ein. Ein abbildendes Element wie zum Beispiel ein CMOS-(Complementary Metal Oxide Semiconductor; komplementärer Metalloxidhalbleiter) Bildsensor kann anstelle der Farb-CCD-Kamera verwendet werden. Die Farb-CCD-Kamera 50 gibt ein elektrisches Signal entsprechend der Lichtempfangsmenge aus. Das Ausgangssignal der Farb-CCD-Kamera 50 wird mit einer konstanten Abtastperiode abgetastet und in ein digitales Signal durch den anderen A/D-Umwandler der Steuereinheit 300 umgewandelt. Das von dem A/D-Umwandler ausgegebene digitale Signal wird sequentiell an den PC 200 als Kameradaten übertragen.
Die Steuereinheit stellt die Bildpunktdaten und die Kameradaten an den PC 200 bereit und steuert auch die Farb-CCD-Kamera 50 basierend auf einem Befehl von dem PC 200. Die Steuereinheit 300 steuert die Verstärkung (Lichtempfangssensitivität) des Lichtempfangselements 30 als den Sensitivitätsparameter basierend auf einem Befehl von dem PC 200. Der Sensitivitätsparameter ist der Parameter zum Anpassen des Wertes der Bildpunktdaten, die durch die Steuereinheit 300 in einem Zustand (Reflexivität, Richtung, Rauigkeit, Farbe, etc.) der Oberfläche des Beobachtungsobjekts S unter einer konstanten Bedingung zu erfassen sind.
Weiterhin steuert die Steuereinheit 300 das X-Y-Abtast-Optiksystem basierend auf dem Befehl von dem PC 200, um das Laserlicht in der X-Richtung und der Y-Richtung auf dem Beobachtungsobjekt S abzutasten.
Die Objektivlinse 3 ist angeordnet, um in der Z-Richtung mittels einer Linsenantriebseinheit 63 bewegbar zu sein. Die Steuereinheit 300 steuert die Linsenantriebseinheit 63 basierend auf einem Befehl von dem PC 200, um die Objektivlinse 3 in der Z-Richtung zu bewegen. Die relative Position in der Z-Richtung des Beobachtungsobjekts S bezüglich der Objektivlinse 3 kann dann verändert werden.
Der PC 200 beinhaltet eine CPU (zentrale Verarbeitungseinheit) 210, einen ROM (Read Only Memory; Nurlesespeicher) 220, einen Arbeitsspeicher 230 und eine Speichervorrichtung 240. Das ROM 220 speichert ein Systemprogramm. Der Arbeitsspeicher 230 beinhaltet einen RAM (Random Access Memory) und wird für die Verarbeitung von verschiedenen Daten verwendet. Die Speichervorrichtung 42 beinhaltet eine Festplatte und dergleichen. Die Speichervorrichtung 240 speichert ein Fokuspositionserfassungsprogramm und wird verwendet, um verschiedene Daten zu speichern, wie z. B. die Bildpunktdaten und die von der Steuereinheit 300 bereitgestellten Kameradaten. Die Einzelheiten des Fokuspositionserfassungsprogramms werden später beschrieben.
Die CPU 210 erzeugt Bilddaten basierend auf den von der Steuereinheit 300 bereitgestellten Bildpunktdaten. Nachstehend werden die Bilddaten, die basierend auf den Bildpunktdaten erzeugt werden, als konfokale Bilddaten bezeichnet. Ein Bild, das basierend auf den konfokalen Bilddaten angezeigt wird, wird als konfokales Bild bezeichnet.
Die CPU 210 erzeugt Bilddaten basierend auf den von der Steuereinheit 300 bereitgestellten Kameradaten. Nachstehend werden die Bilddaten, die basierend auf den Kameradaten erzeugt werden, als Kamera-Bilddaten bezeichnet. Ein Bild, das basierend auf den Kamera-Bilddaten angezeigt wird, wird als Kamerabild bezeichnet.
Die CPU 210 führt verschiedene Arten von Verarbeitung unter Verwendung des Aufgabenspeichers 230 auf den erzeugten konfokalen Bilddaten und Kamera-Bilddaten aus und veranlasst die Anzeigeeinheit 400, das konfokale Bild basierend auf den konfokalen Bilddaten und das Kamerabild basierend auf den Kamera-Bilddaten anzuzeigen. Die CPU 210 stellt einen Antriebsimpuls an einer Gestell-Antriebseinheit 62 bereit, wie später beschrieben wird.
Die Anzeigeeinheit 400 ist zum Beispiel durch ein Flüssigkristall-Anzeigefeld oder ein organisches EL-(Elektro-Lumineszenz) Feld konfiguriert.
Das Gestell 60 weist einen X-Richtungs-Bewegungsmechanismus, einen Y-Richtungs-Bewegungsmechanismus und einen Z-Richtungs-Bewegungsmechanismus auf. Ein Schrittmotor wird für den X-Richtungs-Bewegungsmechanismus, dem Y-Richtungs-Bewegungsmechanismus und den Z-Richtungs-Bewegungsmechanismus verwendet.
Der X-Richtungs-Bewegungsmechanismus, der Y-Richtungs-Bewegungsmechanismus und der 2-Richtungs-Bewegungsmechanismus des Gestells 60 werden durch eine Gestell-Betriebseinheit 61 und eine Gestell-Antriebseinheit 62 angetrieben. Der Benutzer betreibt die Gestell-Betriebseinheit 61 manuell, um das Gestell relativ zu der Objektivlinse 3 in der X-Richtung, der Y-Richtung und der Z-Richtung zu bewegen.
Die Gestell-Antriebseinheit 62 versorgt den Schrittmotor des Gestells 60 mit Leistung basierend auf dem durch den PC 200 bereitgestellten Antriebspuls, um das Gestell 60 relativ zu der Objektivlinse 3 in der X-Richtung, der Y-Richtung und der Zeitraum zu bewegen.
(2) Konfokales Bild, Ultratiefbild und Höhenbild
2 ist eine Ansicht zum Definieren der X-Richtung, der Y-Richtung und der Z-Richtung. Wie in 2 gezeigt, wird das durch die Objektivlinse 3 gesammelte Laserlicht auf das Beobachtungsobjekt S gestrahlt. In der vorliegenden Ausführungsform wird die Richtung der optischen Achse der Objektivlinse 3 als die Z-Richtung definiert. In einer Ebene orthogonal zu der Z-Richtung werden zwei Richtungen orthogonal zueinander jeweils als die X-Richtung und die Y-Richtung definiert. Die X-Richtung, die Y-Richtung und die Z-Richtung sind jeweils mit Pfeilen X, Y und Z gezeigt.
Die relative Position der Oberfläche des Beobachtungsobjekts S bezüglich der Objektivlinse 3 in der Z-Richtung wird als eine Position in der Z-Richtung des Beobachtungsobjekts S bezeichnet. Die konfokalen Bilddaten werden für jeden Einheitsbereich erzeugt. Der Einheitsbereich wird durch die Vergrößerung der Objektivlinse 3 definiert.
Das Laserlicht wird in der X-Richtung am Ende der Y-Richtung in dem Einheitsbereich durch das X-Y-Abtastoptiksystem 20 abgetastet, wobei die Position in der Z-Richtung des Beobachtungsobjekts S konstant ist. Nachdem das Abtasten in der X-Richtung beendet ist, wird das Laserlicht um ein konstantes Intervall in der Y-Richtung durch das X-Y-Abtastoptiksystem 20 verschoben. Das Laserlicht wird in der X-Richtung in einem solchen Zustand abgetastet. Das Abtasten in der X-Richtung und der Y-Richtung des Einheitsbereichs wird beendet durch Wiederholen des Abtastens in der X-Richtung und der Verschiebung in der Y-Richtung des Laserlichts in dem Einheitsbereich. Die Objektivlinse 3 wird dann in die Z-Richtung bewegt. Das Abtasten in der X-Richtung und der Y-Richtung des Einheitsbereichs wird dadurch in einem konstanten Zustand ausgeführt, indem die Position in der Z-Richtung der Objektivlinse 3 sich von dem vorhergehenden Mal unterscheidet. Das Abtasten in der X-Richtung und der Y-Richtung des Einheitsbereichs wird an einer Vielzahl von Positionen in der Z-Richtung des Beobachtungsobjekts S ausgeführt.
Die konfokalen Bilddaten werden durch Abtasten in der X-Richtung und der Y-Richtung für jede Position in der Z-Richtung des Beobachtungsobjekts S erzeugt. Eine Vielzahl von konfokalen Bilddaten, in denen die Position in der Z-Richtung sich in dem Einheitsbereich unterscheidet, wird dadurch erzeugt.
Die Anzahl von Bildpunkten in der X-Richtung der konfokalen Bilddaten wird durch die Abtastgeschwindigkeit in der X-Richtung des Laserlichts durch das X-Y-Abtastoptiksystem 20 und die Abtastperiode der Steuereinheit 300 definiert. Die Anzahl von Abtastungen in einem Scan (eine Abtastlinie) in der X-Richtung wird die Anzahl von Bildpunkten in der X-Richtung. Die Anzahl von Bildpunkten in der Y-Richtung der konfokalen Bilddaten des Einheitsbereichs wird durch die Größe der Verschiebung in der Y-Richtung des Laserlichts durch das X-Y-Abtastoptiksystem 20 definiert jedes Mal, wenn das Abtasten in der X-Richtung beendet ist. Die Anzahl von Abtastlinien in der Y-Richtung wird die Anzahl von Bildpunkten in der Y-Richtung. Die Anzahl von konfokalen Bilddaten des Einheitsbereichs wird definiert durch die Anzahl von Bewegungen der Objektivlinse 3 in der Z-Richtung. Die Ultratiefbilddaten und die Höhenbilddaten werden durch ein Verfahren, das später beschrieben wird, basierend auf der Vielzahl von konfokalen Bilddaten des Einheitsbereichs erzeugt.
In dem Beispiel von 2 wird eine Vielzahl von konfokalen Bilddaten des Beobachtungsobjekts S in einem Einheitsbereich S1 in einer ersten Position des Gestells 60 erzeugt. Dann wird das Gestell 60 sequentiell bewegt, so dass die Vielzahl von konfokalen Bilddaten des Beobachtungsobjekts S im Einheitsbereich in s2 bis s4 und die Ultratiefbilddaten und die Höhenbilddaten der Einheitsbereiche s2 bis s4 erzeugt werden. In diesem Fall können die Einheitsbereiche s1 bis s4 so eingerichtet werden, dass ein Teil der benachbarten Einheitsbereiche miteinander überlappen. Dadurch können die Ultratiefbilddaten und die Höhenbilddaten der Vielzahl von Einheitsbereichen s1 bis s4 mit hoher Genauigkeit durch Durchführen von Musterabgleich gekoppelt werden. Speziell, wenn die Gesamtfläche der Vielzahl von Einheitsbereichen größer ist als ein Erfassungsbereich der Bildpunktdaten, die später beschrieben werden, wird der Abschnitt, der der Fläche des Abschnitts entspricht, der aus dem Erfassungsbereich heraus läuft, als der Überlappungsabschnitt eingestellt.
3 ist eine Ansicht, die einen Zusammenhang der Position in der Z-Richtung des Beobachtungsobjekts S und der Empfangsintensität des Lichtempfangselements 30 für einen Bildpunkt zeigt. Wie in 1 gezeigt, ist die Lochblende des Lochblendenelements 7 in der Fokusposition der Linse 2 angeordnet. Wenn die Oberfläche des Beobachtungsobjekts S in der Fokusposition der Objektivlinse 3 ist, wird deshalb das durch das Beobachtungsobjekt S reflektierte Laserlicht an der Position der Lochblende des Lochblendenelements 7 gesammelt. Deshalb durchläuft der Großteil des durch das Beobachtungsobjekt S reflektierten Laserlichts die Lochblende des Lochblendenelements 7, um in das Lichtempfangselement 30 einzutreten. In diesem Fall nimmt die Lichtempfangsintensität des Lichtempfangselements 30 ein Maximum an. Der Spannungswert des Lichtempfangssignals, der von dem Lichtempfangselement 30 ausgegeben wird, nimmt dadurch ein Maximum an.
Wenn die Oberfläche des Beobachtungsobjekts S an einer Position ist, die von der Fokusposition der Objektivlinse 3 abweicht, wird das durch das Beobachtungsobjekt S reflektierte Laserlicht an der Position vor oder hinter der Lochblende des Lochblendenelements 7 gesammelt. Deshalb wird der größte Teil des durch das Beobachtungsobjekt S reflektierten Laserlichts an dem Umgebungsabschnitt der Lochblende des Lochblendenelements abgeschirmt und die Lichtempfangsintensität des Lichtempfangselements 30 verringert sich. Somit verringert sich der Spannungswert des von dem Lichtempfangselement 30 ausgegebenen Lichtempfangssignals.
Deshalb tritt ein Höhepunkt in der Verteilung der Lichtempfangsintensität des Lichtempfangselements 30 bei der Oberfläche des Beobachtungsobjekts S an der Fokusposition der Objektivlinse 3 auf. Die Verteilung der Lichtempfangsintensität in der Z-Richtung wird für jeden Bildpunkt aus der Vielzahl von konfokalen Bilddaten jedes Einheitsbereichs erhalten. Somit werden die Höhepunktsposition und die Höhepunktsintensität (Lichtempfangsintensität am Höhepunkt) der Lichtempfangsintensitätsverteilung für jeden Bildpunkt erhalten.
Die Daten, die die Höhepunktsposition in der Z-Richtung für eine Vielzahl von Bildpunkten jedes Einheitsbereichs darstellen, werden als Höhenbilddaten bezeichnet, und das Bild, das basierend auf den Höhenbilddaten angezeigt wird, wird als Höhenbild bezeichnet. Das Höhenbild stellt die Oberflächenform des Beobachtungsobjekts S dar. Die Daten, die die Höhepunktsintensität für eine Vielzahl von Bildpunkten jedes Einheitsbereichs darstellen, werden als Ultratiefbilddaten bezeichnet und das Bild, das basierend auf den Ultratiefbilddaten angezeigt wird, wird als Ultratiefbild bezeichnet. Das Ultratiefbild ist ein Bild, das mit dem Fokus der Objektivlinse 3 auf alle Abschnitte der Oberfläche des Beobachtungsobjekts S erhalten wird. Der PC 200 erzeugt eine Vielzahl von konfokalen Bilddaten des Einheitsbereichs basierend auf einer Vielzahl von Bildpunktdaten des Einheitsbereichs, bereitgestellt von der Steuereinheit 300, und erzeugt die Höhenbilddaten und die Ultratiefbilddaten des Einheitsbereichs basierend auf einer Vielzahl von konfokalen Bilddaten.
(3) Autofokusprozess und oberer und unterer Grenzautomatik-Einstellprozess
4 ist eine Ansicht, die ein Anzeigebeispiel der Anzeigeeinheit 400 zeigt. Wie in 4 gezeigt, wird ein Bildanzeigebereich 410 und ein Bedingungseinstellbereich 420 auf einem Bildschirm der Anzeigeeinheit 400 angezeigt. Ein konfokales Bild basierend auf den konfokalen Bilddaten und ein Kamerabild basierend auf den Kamera-Bilddaten werden in dem Bildanzeigebereich 410 angezeigt. Der Bildanzeigebereich 420 zeigt einen konfokalen Bildknopf 422, einen Autofokusknopf 423, einen oberen und unteren Grenzautomatik-Einstellknopf 424 und einen Erfassungsstartknopf 425 an.
Der Benutzer montiert das Beobachtungsobjekt S auf dem Gestell 60 des konfokalen Mikroskopsystems 500 der 1. Der Benutzer betätigt den konfokalen Bildknopf 422 des Bedingungseinstellbereichs 420 der 4 unter Verwendung einer Zeigevorrichtung wie z. B. einer mit dem PC 200 verbundenen Maus. Die Steuereinheit 300 stellt dabei die Bildpunktdaten sequentiell an den PC 200 bereit. Die CPU 210 des PCs 200 erzeugt die konfokalen Bilddaten basierend auf den von der Steuereinheit bereitgestellten Bildpunktdaten und veranlasst den Bildanzeigebereich 410 der Anzeigeeinheit 400, das konfokale Bild SV des Beobachtungsobjekts S anzuzeigen.
Wenn der Benutzer den Autofokusknopf 423 des Bedingungseinstellbereichs 420 betätigt, wobei das konfokale Bild SV auf der Anzeigeeinheit 400 angezeigt wird, wird der Autofokusprozess, der später beschrieben wird, ausgeführt.
Der Autofokusprozess ist ein Prozess zum automatischen Anpassen der Position in der Z-Richtung der Objektivlinse 3, um die Fokuspositionen der Objektivlinse 3 mit einem Teil der Oberfläche des Beobachtungsobjekts S abzugleichen. Der Benutzer kann dann das konfokale Bild SV mit dem Fokus auf einen Teil der Oberfläche des Beobachtungsobjekts S beobachten. Die Einzelheiten des Autofokusprozesses werden später beschrieben.
Wenn der Benutzer den oberen und unteren Grenzautomatik-Einstellknopf 424 des Bedingungseinstellbereichs 420 benutzt, wird der obere und untere Grenzautomatik-Einstellprozess, der später beschrieben wird, ausgeführt.
Der obere und untere Grenzautomatik-Einstellprozess ist ein Prozess zum Einstellen der oberen Grenzposition und der unteren Grenzposition in der Z-Richtung der Objektivlinse 3, die sich zur Zeit der Erzeugung der Höhenbilddaten und der Ultratiefbilddaten bewegt. Die Einzelheiten des oberen und unteren Grenzautomatik-Einstellprozesses werden später beschrieben.
Wenn der Benutzer den Erfassungsstartknopf 425 des Bedingungseinstellbereichs betreibt, nachdem der obere und untere Grenzautomatik-Einstellprozess ausgeführt wurde, wird das Laserlicht in der X-Richtung und der Y-Richtung des Einheitsbereichs an einer Vielzahl von Positionen in der Z-Richtung zwischen der eingestellten oberen Grenzposition und der unteren Grenzposition abgetastet, so dass mehrer Bildpunktdaten erfasst werden. Eine Vielzahl von konfokalen Bilddaten entsprechend einer Vielzahl von unterschiedlichen Positionen in der Z-Richtung wird in dem Einheitsbereich erzeugt, und die Höhenbilddaten und die Ultratiefbilddaten werden basierend auf der Vielzahl von erzeugten konfokalen Bilddaten erzeugt.
(4) Einzelheiten eines Autofokusprozesses
(4-1) Position der Objektivlinse in Z-Richtung
5A bis 5D sind Ansichten zum Beschreiben einer Beziehung der Position in der Z-Richtung der Objektivlinse 3 und der Lichtempfangsintensität des Lichtempfangselements für einen Bildpunkt. 5D zeigt einen Zusammenhang der Position in der Z-Richtung der Objektivlinse 3 und der Lichtempfangsintensität des Lichtempfangselements 30. In 5D zeigt die vertikale Achse die Lichtempfangsintensität des Lichtempfangselements 30 und die Horizontalachse zeigt die Position in der Z-Richtung der Objektivlinse 3.
Wie in 5A gezeigt, weist die Lichtempfangsintensität des Lichtempfangselements einen Höhepunkt auf, wenn die Fokusposition fp der Objektivlinse 3 sich an einem Teil ST der Oberfläche des Beobachtungsobjekts S befindet. Die Position in der Z-Richtung der Objektivlinse 3, an der die Lichtempfangsintensität einen Höhepunkt annimmt, wird als Höhepunktsposition z0 bezeichnet.
5B zeigt einen Zustand, in dem die Objektivlinse 3 an einer Position z1 näher als der Höhepunktsposition z0 bezüglich des Beobachtungsobjekts S ist. In diesem Fall ist die Lichtempfangsintensität des Lichtempfangselements 30 ausreichend kleiner als der Höhepunkt, wie in 5D gezeigt, da die Oberfläche des Beobachtungsobjekts S an einer Position ist, die von der Fokusposition fp in der Objektivlinse 3 abweicht.
5c zeigt einen Zustand, in dem die Objektivlinse 3 an einer Position z2 weiter als die Höhepunktsposition z0 bezüglich des Beobachtungsobjekts S ist. In diesem Fall ist die Lichtempfangsintensität des Lichtempfangselements 30 ausreichend kleiner als der Höhepunkt, wie in 5B gezeigt, da die Oberfläche des Beobachtungsobjekts S an einer Position ist, die von der Fokusposition fp der Objektivlinse 3 abweicht.
Wie in 5D gezeigt, wird die Lichtempfangsintensität des Lichtempfangselements 30 größer, wenn die Objektivlinse 3 sich näher an die Höhepunktsposition z0 aus der Position nahe dem Beobachtungsobjekt S bewegt. Weiterhin wird die Lichtempfangsintensität des Lichtempfangselements 30 kleiner, wenn die Objektivlinse sich von der Höhepunktsposition z0 bezüglich des Beobachtungsobjekts S weg bewegt. Weiterhin ändert sich die Lichtempfangsintensität des Lichtempfangselements stark, wenn sich die Objektivlinse 3 um die Höhepunktsposition z0 bewegt.
(4-2) Erfassung einer Höhepunktsposition
6 ist eine Ansicht zum Beschreiben des Konzepts des Erfassungsverfahrens der Höhepunktsposition z0. 6 zeigt einen Zusammenhang der Position in der Z-Richtung der Objektivlinse 3 und der Lichtempfangsintensität des Lichtempfangselements 30 für einen Bildpunkt. In 6 zeigt die vertikale Achse die Lichtempfangsintensität des Lichtempfangselements 30 und die Horizontalachse zeigt die Position in der Z-Richtung der Objektivlinse 3. Auf der horizontalen Achse in 6 wird die Position in der Z-Richtung der Objektivlinse 3 von links nach rechts größer.
Wie oben beschrieben, weist die Lichtempfangsintensität des Lichtempfangselements einen Höhepunktswert auf, wenn die Fokusposition der Objektivlinse 3 sich auf der Oberfläche des Beobachtungsobjekts S befindet, und ändert sich stark, wenn sich die Objektivlinse 3 um die Höhepunktsposition z0 bewegt.
Die Lichtempfangsintensität des Lichtempfangselements 30 wird erfasst, während die Objektivlinse schrittweise, zum Beispiel in die Aufwärtsrichtung, von der aktuellen Position zs1 (Position niedriger als die Höhepunktsposition z0) in die Z-Richtung bewegt wird, wie mit dem fetten, durchgezogenen Linienpfeil in 6 gezeigt.
Die erfasste Lichtempfangsintensität des Lichtempfangselements vergrößert sich exponentiell bis zu dem Höhepunktswert und verkleinert sich dann exponentiell von dem Höhepunktswert. Das Umschalten von Verkleinern und Vergrößern der Lichtintensität kann durch Bewegen der Objektivlinse in eine Richtung (Aufwärtsposition) der Z-Richtung erfasst werden. Die Position der Objektivlinse, wenn die Lichtempfangsintensität einen Höhepunktswert anzeigt, kann dadurch als die Höhepunktsposition z0 bestimmt werden.
Der bewegbare Bereich in der Z-Richtung der Objektivlinse 3 wird im Voraus durch die Vergrößerung der Objektivlinse 3 definiert. Die Position auf der unteren Seite der Objektivlinse, die im Voraus zugelassen ist, wird als untere Endposition zt1 bezeichnet, und die Position auf der oberen Seite der Objektivlinse 3, die im Voraus zugelassen ist, wird als obere Endposition zt2 bezeichnet.
Wie mit dem fetten gestrichelten Pfeil in 6 gezeigt, kann die Höhepunktsposition z0 selbst dann nicht erfasst werden, wenn die Objektivlinse 3 in die Aufwärtsrichtung bewegt wird, wenn die Objektivlinse 3 zunächst in einer Position zs2 höher als die Höhepunktsposition z0 ist. In diesem Fall wird die Objektivlinse 3 zu der oberen Endposition zt2 bewegt, und nun wird die Objektivlinse 3 in die entgegen gesetzte Richtung (Abwärtsrichtung) bewegt. Die Höhepunktsposition z0 kann dann ähnlich wie oben erfasst werden.
(4-3) Wert von Bildpunktdaten
In der obigen Beschreibung wurde das Verfahren zum Erfassen der Höhepunktsposition z0 basierend auf der Lichtempfangsintensität des Lichtempfangselements beschrieben, aber die Höhepunktsposition z0 wird tatsächlich basierend auf dem Wert der Bildpunktdaten erfasst.
Die Bildpunktdaten sind ein digitales Signal, das dem von dem Lichtempfangselement 30 ausgegebenen Lichtempfangssignal entspricht. Deshalb wird der Wert der Bildpunktdaten größer, wenn die Verstärkung des Lichtempfangselements 30 größer wird, und wird kleiner, wenn die Verstärkung des Lichtempfangselements kleiner wird. Die Bildpunktdaten werden von dem A/D-Umwandler ausgegeben. Deshalb ist der Höchstwert der Bildpunktdaten der Höchstwert (nachstehend aus Ausgangs-Höchstwert bezeichnet) des Ausgangsbereichs des A/D-Unwandlers.
Wenn die Höhepunktsposition z0 erfasst wird, wird die Verstärkung des Lichtempfangselements 30 auf die folgende Weise eingestellt. 7A bis 7C sind Ansichten zum Beschreiben der Verstärkungseinstellung des Lichtempfangselements 30 zur Zeit der Erfassung der Höhepunktsposition z0.
7A zeigt den Zusammenhang der Position in der Z-Richtung der Objektivlinse 3 und des Wertes der Bildpunktdaten, wenn die Verstärkung des Lichtempfangselements angemessen ist. In 7A zeigt die Vertikalachse den Wert der Bildpunktdaten an, und die Horizontalachse zeigt die Position in der Z-Richtung der Objektivlinse 3 an.
In dem Beispiel der 7A ist der Höhepunktswert der Bildpunktdaten kleiner als der Ausgangshöchstwert max und ausreichend größer als der digitale Wert (nachstehend bezeichnet als Rauschpegel n1) des Rauschens des Lichtempfangselements 30. In diesem Fall sättigen die Bildpunktdaten nicht an dem Ausgangshöchstwert max, und der Höhepunkt der Bildpunktdaten kann klar von dem Rauschen des Lichtempfangselements identifiziert werden. Der Höhepunktswert der Bildpunktdaten und die Höhepunktsposition z0 können somit einfach und genau erfasst werden.
7B zeigt den Zusammenhang der Position in der Z-Richtung der Objektivlinse 3 und des Werts der Bildpunktdaten, wenn die Verstärkung des Lichtempfangselements 30 sehr klein ist. In dem Beispiel der 7B ist der Höhepunktswert der Bildpunktdaten kleiner oder gleich dem Rauschpegel n1. In diesem Fall kann der Höhepunkt der Bildpunktdaten nicht von dem Rauschen identifiziert werden. Deshalb kann der Höhepunktswert der Bildpunktdaten und die Höhepunktsposition nicht genau erfasst werden.
7C zeigt den Zusammenhang der Position in der Z-Richtung der Objektivlinse 3 und dem Wert der Bildpunktdaten, wenn die Verstärkung des Lichtempfangselements 30 sehr groß ist. In dem Beispiel der 7C sind die Bildpunktdaten an dem Ausgangshöchstwert max über einen Teil der Position in der Z-Richtung der Objektivlinse 3 gesättigt. Deshalb können der Höhepunktswert der Bildpunktdaten und die Höhepunktsposition nicht genau erfasst werden.
Der Benutzer erkennt die Lichtempfangsintensität des Lichtempfangselements 30 an der Höhepunktsposition z0 zum Zeitpunkt des Beginns der Erfassung der Höhepunktsposition z0 nicht. Deshalb ist es schwer, die Verstärkung der Lichtempfangselements im Voraus vor dem Beginn der Erfassung der Höhepunktsposition z0 einzustellen, in der vorliegenden Ausführungsform wird die Höhepunktsposition z0 gesucht, während die Verstärkung des Lichtempfangselements 30 angepasst wird. Der Prozess zum Suchen der Höhepunktsposition z0 während die Verstärkung des Lichtempfangselements 30 angepasst wird, wird nachstehend als der Höhepunktspositions-Suchprozess bezeichnet.
Der Wert der Bildpunktdaten ändert sich auch, wenn sich die Lichtmenge des von der Laserlichtquelle 10 ausgestrahlten Laserlichts oder die Dämpfungsrate des ND-Filters 8 ändert. Deshalb kann die Bildpunktsposition z0 gesucht werden, während die Lichtmenge des von der Laserlichtquelle 10 ausgestrahlten Laserlichts oder die Dämpfungsrate des ND-Filters 8 geändert wird, und für den Sensitivitätsparameter eingestellt werden. Weiterhin kann die Höhepunktsposition z0 gesucht werden, während zwei oder mehr aus der Gruppe bestehend aus der Verstärkung der Lichtempfangselements, der Lichtmenge des von der Laserlichtquelle 10 ausgestrahlten Laserlichts und der Dämpfungsrate des ND-Filters 8 geändert werden und als der Sensitivitätsparameter gesetzt werden.
(4-4) Höhepunktspositions-Suchprozess
Der Höhepunktpositions-Suchprozess unter Verwendung eines Auswertungswerts wird nun beschrieben. 8A und 8B sind Ansichten zum Beschreiben des Höhepunktspositions-Suchprozesses unter Verwendung eines Auswertungswerts. Der Auswertungswert ist ein Wert, der berechnet wird basierend auf dem Wert einer Vielzahl von Bildpunktdaten, die einer Vielzahl von Bildpunkten in dem im Voraus definierten Bereich der Oberfläche des Beobachtungsobjekts S entsprechend. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Auswertungswert die Summe der Werte der Bildpunktdaten einer Vielzahl von Bildpunkten (zum Beispiel fünf Bildpunkte oder zehn Bildpunkte, etc.) in dem im Voraus definierten Bereich. Die Position in der Z-Richtung der Objektivlinse 3, wenn der Auswertungswert einen Höhepunktswert anzeigt, wird als Auswertungs-Höhepunktsposition Ez0 bezeichnet. Ein Multiplikationswert des Ausgangshöchstwert max des A/D-Umwandlers und der Anzahl der Vielzahl von Bildpunkten zum Berechnen des Auswertungswerts wird als Ausgangshöchstwert Emax bezeichnet.
8A zeigt einen Zusammenhang der Position in der Z-Richtung der Objektivlinse 3 und des Auswertungswerts. In 8A zeigt die Vertikalachse den Auswertungswert und die Horizontalachse zeigt die Position in der Z-Richtung der Objektivlinse 3 an. Auf der horizontalen Achse der 8A wird die Position in der Z-Richtung der Objektivlinse 3 von links nach rechts größer.
Zum Beginn des Höhepunktspositions-Suchprozesses wird die Verstärkung des Lichtempfangselements so eingestellt, dass der berechnete Auswertungswert kleiner als der Ausgangshöchstwert Emax und ausreichend größer als der Multiplikationswert En1 des Rauschpegels n1 und der Anzahl einer Vielzahl von Bildpunkten zum Berechnen des Auswertungswerts. Die Verstärkung des Lichtempfangselements 30 wird so eingestellt, dass der berechnete Auswertungswert größer als zum Beispiel 1/2 des Ausgangshöchstwert Emax wird.
Danach, wie mit dem fetten durchgezogenen Linienpfeil in 8A gezeigt, werden die Bildpunktdaten erfasst, die der Vielzahl von Bildpunkten zum Berechnen des Auswertungswerts der eingestellten Verstärkung entsprechen, während die Objektivlinse 3 schrittweise in die Aufwärtsrichtung von der aktuellen Objekt zs1 (Position niedriger als die Auswertungs-Höhepunktsposition Ez0) in die z-Richtung bewegt wird, und der Auswertungswert wird berechnet.
In diesem Fall vergrößert sich der Auswertungswert exponentiell, während die Objektivlinse 3 die Auswertungs-Höhepunktsposition Ez0 erreicht. In dem Höhepunktspositions-Suchprozess wird die Verstärkung um einen konstanten Betrag reduziert jedes Mal, wenn der Auswertungswert den Ausgangshöchstwert Emax erreicht.
Der Auswertungswert, der sich exponentiell vergrößert, wird von einer Sättigung an dem Ausgangshöchstwert Emax abgehalten, während die Objektivlinse 3 von der Position zs1 in die Z-Richtung zu der Auswertungs-Höhepunktsposition Ez0 bewegt wird. Als ein Ergebnis wird die Verstärkung des Lichtempfangselements 30 schließlich auf einen geeigneten Wert in der Nähe der Auswertungs-Höhepunktsposition Ez0 eingestellt.
Der Auswertungswert wird klein, wenn sich die Verstärkung des Lichtempfangselements 30 reduziert. In dem Höhepunktspositions-Suchprozess wird der berechnete Auswertungswert deshalb basierend auf der Anzahl von Reduktionen der Verstärkung des Lichtempfangselements 30 korrigiert.
Auf der horizontalen Achse der 5B entspricht der Wert tp3 der Höhepunktsintensität dem Rauschpegel n1, wenn der zweite Sensitivitätswert als Sensitivitätsparameter eingestellt ist. Der Wert tp3 der Höhepunktsintensität ist zum Beispiel Drei.
In diesem Fall wird der Auswertungswert zur Zeit der Reduktion der Verstärkung in einen Wert größer oder gleich dem Ausgangshöchstwert Emax korrigiert durch Ausführen einer vorbestimmten Berechnung des Auswertungswerts zu dem Zeitpunkt der Reduzierung der Verstärkung des Lichtempfangselements. Wenn dieselbe Berechnung mit einer Vielzahl von Auswertungswerten von nach dem Zeitpunkt der Reduktion der Verstärkung bis vor dem Zeitpunkt der nächsten Reduktion der Verstärkung berechnet wird, können diese Auswertungswerte korrigiert werden. Zum Beispiel wird der Ausgangshöchstwert max zu dem Auswertungswert zum Zeitpunkt der Reduktion der Verstärkungen des Lichtempfangselements 30 addiert, und derselbe Ausgangshöchstwert max wird zu jeder der Vielzahl von Auswertungswerten von nach dem Zeitpunkt der Reduktion der Verstärkung bis vor den Zeitpunkt der nächsten Reduktion in der Verstärkung addiert. Alternativ werden ein Verhältnis der Verstärkung nach der Reduktion und der Verstärkung vor der Reduktion zu dem Auswertungswert zum Zeitpunkt der Reduktion der Verstärkung des Lichtempfangselements multipliziert, und dasselbe Verhältnis wird mit jedem der Vielzahl von Auswertungswerten von nach dem Zeitpunkt der Reduktion der Verstärkung bis vor dem Zeitpunkt der nächsten Reduktion der Verstärkung multipliziert.
In der vorliegenden Ausführungsform wird der Multiplikationswert der Anzahl von Reduktionen der Verstärkung des Lichtempfangselements 30 nach Beginn des Höhepunktspositions-Suchprozesses und der Ausgangshöchstwert max zu dem berechneten Auswertungswert addiert. Der Erwartungswert nach der Korrektur und die Lichtempfangsintensität des Lichtempfangselements 30 können dadurch annähernd über die gesamte Breite der Z-Richtung der Objektivlinse in Übereinstimmung gebracht werden. Alternativ können das Verhältnis der Verstärkung der Lichtempfangselements 30 zum Beginn des Höhepunktspositions Suchprozesses und die Verstärkung zur Zeit der Erfassung der Bildpunktdaten, die in der Berechnung jedes Auswertungswertes verwendet werden, zu dem berechneten Auswertungswert multipliziert werden. Der Auswertungswert nach Korrektur und die Lichtempfangsintensität des Lichtempfangselements 30 können dadurch genau über den gesamten Bereich in der Z-Richtung der Objektivlinse 3 in Übereinstimmung gebracht werden.
8B zeigt den Zusammenhang der Position in der Z-Richtung der Objektivlinse 3 und des korrigierten Auswertungswerts. In 8B zeigt die Vertikalachse den korrigierten Auswertungswert an und die Horizontalachse zeigt die Position in der Z-Richtung der Objektivlinse 3 an. Auf der horizontalen Achse der 8B wird die Position in der Z-Richtung der Objektivlinse 3 von links nach rechts höher.
Wie in 8B gezeigt, vergrößert sich der Auswertungswert nach der Korrektur exponentiell zu dem Höhepunktswert und verkleinert sich dann exponentiell von dem Höhepunktswert, ähnlich wie die Lichtempfangsintensität des Lichtempfangselements 30. Durch Bewegen der Objektivlinse 3 in eine Richtung (Aufwärtsrichtung) der Z-Richtung wird deshalb das Umschalten von der Verkleinerung und Vergrößerung des Auswertungswerts nach der Korrektur erfasst, und die Position der Objektivlinse 3, wenn der Auswertungswert einen Höhepunktswert anzeigt, kann als die Auswertungs-Höhepunktsposition Ez0 erfasst werden, wenn die Reduktion des Auswertungswerts nach der Korrektur durch den im Voraus definierten Wert pi2 erfasst wird, nach dem Umschalten der Vergrößerung und Verkleinerung des Auswertungswerts nach der Korrektur, und die Vergrößerung des Werts der Bildpunktdaten nach der Korrektur durch den im Voraus definierten Wert pi1 wird erfasst vor dem Umschalten von der Vergrößerung und Verkleinerung des Auswertungswerts nach der Korrektur.
Der Wert der Bildpunktdaten ändert sich durch den Einfluss des Rauschens des Lichtempfangselements 30. Die Werte pi1, pi2 werden zum Beispiel auf Werte größer als der Multiplikationswert En1 des Rauschpegels n1 und die Anzahl einer Vielzahl von Bildpunkten zum Berechnen des Auswertungswertes eingestellt. Deshalb wird die Auswertungs-Höhepunktsposition Ez0 von einer fehlerhaften Erfassung abgehalten, sogar dann, wenn der Auswertungswert von nach den Korrekturänderungen durch den Einfluss des Rauschens des Lichtempfangselements 30 geändert wird. Die Werte pi1, pi2 entsprechend ersten bzw. zweiten Identifikationswerten. Die Werte pi1 und pi2 können der gleiche Wert sein oder können verschiedene Werte sein.
Wie oben beschrieben, wenn der Autofokusprozess ausgeführt wird, wird die Auswertungs-Höhepunktsposition Ez0 gesucht, während die Verstärkung des Lichtempfangselements 30 durch den Höhepunktspositions-Suchprozess angepasst wird. In diesem Fall sättigt der Auswertungswert nicht an dem Ausgangshöchstwert Emax. Der Auswertungswert wird nicht kleiner als der Multiplikationswert En1 des Rauschpegels n1 und der Anzahl einer Vielzahl von Bildpunkten zum Berechnen des Auswertungswerts. Deshalb wird die Position des Höhepunkts in der Änderung in dem Auswertungswert aufgrund der Bewegung der Objektivlinse erfasst, und die Auswertungs-Höhepunktsposition Ez0 wird automatisch erfasst. Danach wird die Objektivlinse 3 an die detektierte Auswertungs-Höhepunktsposition Ez0 in dem Autofokusprozess bewegt.
Deshalb wird die Verstärkung des Lichtempfangselements 30 automatisch eingestellt und die Auswertungs-Höhepunktsposition Ez0 wird automatisch erfasst. Der Benutzer kann somit das konfokale Bild des Beobachtungsobjekts S beobachten mit dem Fokus der Objektivlinse 3 fokussiert auf den gewünschten Bereich ohne Durchführen der beschwerlichen Tätigkeit des Fokussierens.
In der obigen Beschreibung wurde ein Beispiel zum Reduzieren der Verstärkung durch einen konstanten Betrag jedes Mal wenn der Auswertungswert den Ausgangshöchstwert Emax erreicht, beschrieben, aber die Verstärkung des Lichtempfangselements 30 kann um einen konstanten Betrag vergrößert werden, wenn der Auswertungswert den Multiplikationswert En1 erreicht. In diesem Fall wird der Auswertungswert zum Zeitpunkt einer Vergrößerung der Verstärkung zu einem Wert kleiner gleich dem Multiplikationswert En1 korrigiert durch Durchführen. einer vorbestimmten Berechnung mit dem Auswertungswert zum Zeitpunkt der Vergrößerung der Verstärkung des Lichtempfangselements 30. Mit derselben Berechnung, die mit einer Vielzahl von Auswertungswerten von nach dem Zeitpunkt der Erhöhung der Verstärkung bis von dem Zeitpunkt der nächsten Erhöhung der Verstärkung ausgeführt wird, können Auswertungswerte korrigiert werden. Zum Beispiel wird der Ausgangshöchstwert max von dem Auswertungswert zum Zeitpunkt der Vergrößerung der Verstärkung des Lichtempfangselements subtrahiert und der gleiche Ausgangshöchstwert max wird von jedem der Vielzahl Auswertungswerten von nach dem Zeitpunkt der Erhöhung der Verstärkung bis von dem Zeitpunkt der nächsten Erhöhung der Verstärkung subtrahiert. Alternativ wird ein Verhältnis der Verstärkung nach der Vergrößerung und das Verhältnis vor der Vergrößerung zu dem Auswertungswert zum Zeitpunkt der Vergrößerung der Verstärkung des Lichtempfangselements 30 multipliziert, und das gleiche Verhältnis wird mit jedem der Vielzahl von Auswertungswerten von nach dem Zeitpunkt der Erhöhung der Verstärkung bis von dem Zeitpunkt der nächsten Vergrößerung der Verstärkung multipliziert. Der Auswertungswert von nach der Korrektur und die Lichtempfangsintensität des Lichtempfangselements 30 können so über den gesamten Bereich in der Z-Richtung der Objektivlinse 3 in Übereinstimmung mitgebracht werden.
(5) Einzelheiten des oberen und unteren Grenzautomatik-Einstellprozesses
9 ist eine Ansicht zum Beschreiben eines Zusammenhangs der Position in der Z-Richtung der Objektivlinse 3 und des Werts der gültigen Bildpunktdaten für einen Bildpunkt. In 9 zeigt die vertikale Achse den Wert der Bildpunktdaten an und die horizontale Achse zeigt die Position in der Z-Richtung der Objektivlinse 3 an. Auf der horizontalen Achse der 9 wird die Position in der Z-Richtung der Objektivlinse 3 von links nach rechts höher.
Der Wert der Bildpunktdaten, der der Lichtempfangsintensität des Lichtempfangselements 30 entspricht, kann nicht erfasst werden, wenn der Wert der Bildpunktdaten an dem Ausgangshöchstwert max sättigt. Wenn der Wert der Bildpunktdaten kleiner oder gleich dem Rauschpegel n1 ist, kann der Höhepunkt der Bildpunktdaten nicht klar von dem Rauschen des Lichtempfangselements 30 identifiziert werden. Der Wert der Bildpunktdaten kleiner als der Ausgangshöchstwert max und größer als der Rauschpegel n1 wird nachstehend als der Wert der gültigen Bildpunktdaten bezeichnet.
In 9 ist der Bereich der Werte der gültigen Bildpunktdaten mit einem Pfeil HL gezeigt. In diesem Fall, wenn eine willkürliche erste Verstärkung in dem Lichtempfangselement 30 eingestellt ist, wie in einer Kurve 11 gezeigt, ist der Wert der Bildpunktdaten für einen Bildpunkt gültig in einem Zustand der Objektivlinse in einem Bereich von der Position mal kleiner als die Höhepunktsposition z0 und die Position mb1 höher als die Höhepunktsposition z0.
Deshalb werden die obere Grenzposition und die untere Grenzposition in der Z-Richtung der Objektivlinse 3 zum Erfassen des Werts der gültigen Bildpunktdaten für einen Bildpunkt gemäß dem Ausgangshöchstwert max und dem Rauschpegel n1 definiert.
Wie mit einer Kurve 12 in 9 gezeigt, wenn die zweite Verstärkung kleiner als die erste Verstärkung in dem Lichtempfangselement 30 eingestellt wird, wird der Wert der Bildpunktdaten als gesamtes klein verglichen mit wenn die erste Verstärkung in dem Leistungspegeleinstellung 30 eingestellt ist. In diesem Fall ist der Wert der Bildpunktdaten für einen Bildpunkt gültig in einem Zustand, in dem die Objektivlinse 3 in einem Bereich von der Position mal höher als die Position mal bis zu der Position mb2 niedriger als die Position mb1 ist. Wenn die eingestellte Verstärkung in dem Lichtempfangselement 30 geändert wird, ändern sich somit auch die obere Grenzposition und die untere Grenzposition in der Z-Richtung der Objektivlinse 3, an welchen der Wert der gültigen Bildpunktdaten erfasst werden kann.
10 ist eine Ansicht zum Beschreiben des Einstellverfahrens der oberen Grenzposition und der unteren Grenzposition in der Z-Richtung der Objektivlinse 3 zur Zeit der Erzeugung der Höhenbilddaten und der Ultratiefbilddaten.
Die Bildpunktdaten, die allen Bildpunkten in dem Einheitsbereich entsprechend, werden zunächst erfasst durch Ausführen des Abtastens in der X-Richtung und der Y-Richtung des Einheitsbereichs, wobei die Objektivlinse 3 in einer willkürlichen zs1-Position in der Z-Richtung gehalten wird. In solch einem Zustand wird die Verstärkung des Lichtempfangselements 30 um einen konstanten Betrag vergrößert, wenn die Werte aller Bildpunktdaten nicht größer oder gleich dem definierten Wert ist, der im Voraus definiert ist.
Der Auswertungswert wird dann berechnet, während die Obiektivlinse 3 in der Z-Richtung um einen konstanten Betrag bewegt wird, und die Auswertungs-Böhepunktsposition Ez0 wird basierend auf dem berechneten Auswertungswert gesucht, zum Beispiel wie mit dem fetten durchgezogenen Linienpfeil na in 10 durch den Höhepunktspositions-Suchprozess unter Verwendung des Auswertungswerts. Der Auswertungswert ist die Summe der Werte der Bildpunktdaten, die allen Bildpunkten des Einheitsbereichs entsprechend. Während der Suche wird die Verstärkung um einen konstanten Betrag reduziert jedes Mal, wenn der berechnete Auswertungswert den Ausgangshöchstwert Emax erreicht. Der Ausgangshöchstwert Emax ist in diesem Fall der Multiplikationswert des Ausgangshöchstwerts max des A/D-Umwandlers 30 und der Anzahl aller Bildpunkte in dem Einheitsbereich. Die obere Grenzposition UP und die untere Grenzposition BP der Objektivlinse 3 können somit mit der erfassten Auswertungs-Höhepunktsposition Ez0 als eine Referenz gesucht werden.
Die Objektivlinse 3 wird dann zu der Auswertungs-Höhepunktsposition Ez0 bewegt. Das Abtasten in der X-Richtung und der Y-Richtung des Einheitsbereichs wird in einem solchen Zustand ausgeführt, um die Bildpunktdaten, die allen Bildpunkten in dem Einheitsbereich entsprechend, zu erfassen.
Wenn der Wert einer der Bildpunktdaten der Ausgangshöchstwert max ist, ist der Wert solcher Bildpunktdaten nicht gültig. Die Verstärkung des Lichtempfangselements 30 wird somit um einen konstanten Betrag reduziert. Danach wird die Abtastung in der X-Richtung und der Y-Richtung des Einheitsbereichs erneut ausgeführt, um die Bildpunktdaten, die allen Bildpunkten in dem Einheitsbereich entsprechen, zu erfassen.
Die Verstärkungsanpassung und die Erfassung der Bildpunktdaten wird wiederholt, um zu bestimmen, ob die Werte aller Bildpunktdaten kleiner oder gleich dem Rauschpegel n1 sind oder nicht, wenn die Werte aller Bildpunktdaten kleiner als der Ausgangshöchstwert max werden.
Wenn die Werte aller Bildpunktdaten nicht kleiner oder gleich dem Rauschpegel n1 sind, wird die Objektivlinse 3 in die Aufwärtsrichtung um einen konstanten Betrag bewegt, wie mit dem fetten durchgezogenen Linienpfeil nb in 10 gezeigt.
Dann werden die Verstärkungsanpassung, die Erfassung der Bildpunktdaten, der Bestimmungsbetrieb der Bildpunktdaten und die Bewegung der Objektivlinse 3 in die Aufwärtsrichtung wiederholt. Die Position in der Z-Richtung der Objektivlinse 3, wenn die Werte aller Bildpunktdaten bestimmt wurden, kleiner oder gleich dem Rauschpegel n1 zu sein, wird schließlich als die obere Grenzposition UP eingestellt.
Nach Einstellen der oberen Grenzposition UP, wird die Objektivlinse 3 in der Z-Richtung bis zu der Position des Zeitpunkts bewegt, in dem die Verstärkung des Lichtempfangselements als Letztes reduziert wurde. Das Abtasten in der X-Richtung und der Y-Richtung des Einheitsbereichs wird in einem solchen Zustand ausgeführt, um die Bildpunktdaten, die allen Bildpunkten in dem Einheitsbereich entsprechen, zu erfassen.
In diesem Fall wird die Verstärkung des Lichtempfangselements 30 auch um einen konstanten Betrag reduziert, wenn der Wert eines der Bildpunktdaten der Ausgangshöchstwert max ist, ähnlich wie oben. Danach wird das Abtasten in der X-Richtung und der Y-Richtung des Einheitsbereichs erneut ausgeführt, um die Bildpunktdaten, die allen Bildpunkten in dem Einheitsbereich entsprechen, zu erfassen.
Die Verstärkungsanpassung und die Erfassung der Bildpunktdaten werden wiederholt, um zu bestimmen, ob die Werte aller Bildpunktdaten kleiner oder gleich dem Rauschpegel n1 sind, wenn die Werte aller Bildpunktdaten kleiner als der Ausgangshöchstwert max ist.
Wenn die Werte aller Bildpunktdaten nicht kleiner oder gleich dem Rauschpegel n1 sind, wird die Objektivlinse 3 in der Abwärtsrichtung um einen konstanten Betrag bewegt, wie mit dem fetten durchgezogenen Linienpfeil nc in 10 gezeigt. Dann werden die Verstärkungsanpassung, die Erfassung der Bildpunktdaten, der Bestimmungsbetrieb der Bildpunktdaten und die Bewegung der Objektivlinse in der Abwärtsrichtung wiederholt. Die Position in der Z-Richtung der Objektivlinse 3, wenn die Werte aller Bildpunktdaten bestimmt wurden, kleiner oder gleich dem Rauschpegel n1 zu sein, wird schließlich als die untere Grenzposition BP eingestellt.
Wenn sich die Verstärkung des Lichtempfangselements 30 ändert, ändert sich auch der Bereich in der Z-Richtung der Objektivlinse 3, in dem der Wert der gültigen Bildpunktdaten erfasst werden kann. Wenn die Verstärkung des Lichtempfangselements 30 zur Zeit der Einstellung der unteren Grenzposition BP nach dem Einstellen der oberen Grenzposition UP reduziert wird, wird die Objektivlinse 3 zu der Position des Zeitpunkts bewegt, an dem die Verstärkung des Lichtempfangselements zuletzt reduziert wurde, und dann wird die obere Grenzposition UP erneut gesucht, wie mit dem fetten durchgezogenen Linienpfeil nd in 10 gezeigt.
Durch erneutes Suchen der oberen Grenzposition UP bewegt sich die Objektivlinse 3 in der Z-Richtung in dem Bereich, der im Wesentlichen gleich dem in der ersten Suche der oberen Grenzposition UP ist. Deshalb wird die Verstärkung des Lichtempfangselements 30 kaum reduziert. Die obere Grenzposition UP wird somit zurückgesetzt, wobei das Lichtempfangselement 30 auf eine Verstärkung eingestellt ist, die im Wesentlichen die gleiche Verstärkung zur Zeit der Einstellung der oberen Grenzposition BP ist.
Wie oben beschrieben, wenn der oberen und unteren Automatikeinstellprozess ausgeführt wird, wird die Auswertungs-Höhepunktsposition Ez0 der Objektivlinse 3 gesucht, während die Verstärkung des Lichtempfangselements durch den Höhepunktspositions-Suchprozess angepasst wird. In diesem Fall sättigt der Auswertungswert nicht an dem Ausgangshöchstwert Emax. Weiterhin wird der Auswertungswert nicht kleiner als der Multiplikationswert En1 des Rauschpegels n1 und der Anzahl aller Bildpunkte in dem Einheitsbereich. Die Position des Höhepunkts in der Änderung des Auswertungswerts aufgrund der Bewegung der Objektivlinse 3 wird dadurch erfasst und die Auswertungs-Höhepunktsposition Ez0 wird automatisch erfasst.
Anschließend wird die Objektivlinse 3 zu der erfassten Auswertungs-Höhepunktsposition Ez0 bewegt und die Suche der oberen Grenzposition UP und der unteren Grenzposition BP wird ausgeführt. Die obere Grenzposition UP und die untere Grenzposition BP der Objektivlinse 3 zur Zeit der Erzeugung der Höhenbilddaten und der Ultratiefbilddaten werden dabei eingestellt.
In diesem Fall wird die Objektivlinse 3 innerhalb des Bereichs der oberen Grenzposition UP und der unteren Grenzposition BP bewegt, so dass die Höhepunktsposition z0 für jeden Bildpunkt in dem Einheitsbereich erfasst werden kann. Deshalb kann der Fokus der Objektivlinse 3 auf der Oberfläche des Beobachtungsobjekts S für jeden Bildpunkt in dem Einheitsbereich fokussiert werden. Die Verstärkung des Lichtempfangselements 30 zur Zeit der Erzeugung der Herstellungsbedingung und der Ultratiefbilddaten wird auch auf den am meisten geeigneten Wert eingestellt. Aus solchen Ergebnissen kann der Benutzer das stabile Höhenbild und Ultratiefbild beobachten, ohne die beschwerliche Einstelltätigkeit der oberen Grenzposition UP und der unteren Grenzposition BP auszuführen.
Da die Objektivlinse 3 nicht über die obere Grenzposition UP und der untere Grenzposition BP hinaus bewegt wird, wird weiterhin das verschwenderische Abtasten des Laserlichts reduziert und die Erzeugungszeit der Höhenbilddaten und der Ultratiefbilddaten wird reduziert.
(6) Autofokusprozess
11 ist ein Flussdiagramm Autofokusprozesses. Wie oben beschrieben, beginnt der Autofokusprozess, wenn der Benutzer den Autofokusknopf 423 des Zustandseinstellbereichs 420 der 4 betätigt. Die CPU 210 der 1 führt ein Fokuspositions-Erfassungsprogramm, das in der Speichervorrichtung 240 gespeichert ist, aus, um den Autofokusprozess durchzuführen. In der folgenden Beschreibung wird die Position der Objektivlinse 3 in der Z-Richtung als Z-Position bezeichnet.
Wie in 11 gezeigt, berechnet die CPU 210 zuerst den Auswertungswert durch Erfassen des Werts der Bildpunktdaten, die einer Vielzahl von Bildpunkten an der Anfangs-Z-Position der Objektivlinse 3 entsprechend, und speichert den berechneten Auswertungswert in dem Arbeitsspeicher 230 der 1 (Schritt S1). Die Bildpunktdaten, die einer Vielzahl von Bildpunkten (zum Beispiel fünf Bildpunkten oder zehn Bildpunkten etc.) in der Mitte entsprechen, die in dem Bildanzeigebereich 410 der 4 angezeigt werden, werden als die Bildpunktdaten verwendet, die der Vielzahl von Bildpunkten zum Berechnen des Auswertungswerts entsprechend.
Danach bestimmt die CPU 210, ob der gespeicherte Auswertungswert größer oder gleich dem definierten Wert, der im Voraus definiert ist, ist oder nicht (Schritt S2). Der definierte Wert wird eingestellt, kleiner als der Wert zu sein, der durch Multiplizieren der Anzahl von Bildpunkten zum Berechnen des Auswertungswerts mit dem Ausgangshöchstwert max erhalten wird. Der definierte Wert wird auch eingestellt, größer als der Wert zu sein, der erhalten wird durch Multiplizieren der Anzahl von Bildpunkten zum Berechnen des Auswertungswerts mit dem addierten Wert der ersten oder zweiten Identifikationswerte verwendet in den Schritten S22, S23 des Höhepunktspositions-Suchprozesses, der später beschrieben wird, und des Rauschpegels n1.
Wenn der Auswertungswert größer oder gleich dem definierten Wert ist, führt die CPU 210 den Höhepunktspositions-Suchprozess der 12 bis 14 aus, der später beschrieben wird, für eine Richtung (zum Beispiel Aufwärtsrichtung) der Z-Richtung (Schritt S3).
Die CPU 210 bestimmt dann, ob die Auswertungs-Höhepunktsposition Ez0 in Schritt S3 bestimmt wird (Schritt S4). Wenn die Auswertungs-Höhepunktsposition Ez0 bestimmt wird, bewegt die CPU 210 die Objektivlinse zu der erfassten Auswertungs-Höhepunktsposition Ez0 (Schritt S5) und beendet den Autofokusprozess.
Wenn der gespeicherte Auswertungswert kleiner als der definierte Wert in Schritt S2 ist, vergrößert die CPU 210 die Verstärkung des Lichtempfangselements 30 um einen konstanten Betrag (Schritt S9) und kehrt zu dem Prozess des Schritts S1 zurück.
Wenn die Auswertungs-Höhepunktsposition Ez0 nicht in Schritt S4 erfasst wird, führt die 21 den Höhepunktspositions-Suchprozess der 12 bis 14 durch, der später beschrieben wird, für die entgegengesetzte Richtung (zum Beispiel Abwärtsrichtung) der Z-Richtung.
Die CPU 210 bestimmt, ob die Auswertungs-Höhepunktsposition Ez0 in Schritt S6 erfasst wird oder nicht (Schritt S7). Wenn die Auswertungs-Höhepunktsposition Ez0 erfasst wird, bewegt die CPU 210 die Objektivlinse 3 zu der erfassten Auswertungs-Höhepunktsposition Ez0 (Schritt S5) und beendet den Autofokusprozess.
Wenn die Auswertungs-Höhepunktsposition Ez0 nicht in Schritt S7 erfasst wird, bewegt die CPU 210 die Objektivlinse 3 zu der Anfangs-Z-Position (Schritt S8) und beendet den Autofokusprozess. In diesem Fall kann die CPU 210 eine Anzeige auf der Anzeigeeinheit 400 machen, die benachrichtigt, dass der Autofokusprozess nicht normal ausgeführt wird.
(7) Höhepunktspositions-Suchprozessfluss
12 bis 14 sind Flussdiagramme des Höhepunktspositions-Suchprozesses. Der Höhepunktspositions-Suchprozess konfiguriert einen Teil des Autofokusprozesses und des oberen und unteren Grenzautomatik-Einstellprozesses.
Der Höhepunktspositions-Suchprozess beginnt zur Zeit der Prozesse der Schritte S3, S6 des Autofokusprozesses. Der Höhepunktspositions-Suchprozess beginnt auch zur Zeit der Prozesse der Schritte S32, S34, die später beschrieben werden, des oberen und unteren Grenzwertautomatik-Einstellprozesses, der später beschrieben wird.
Wie in 12 gezeigt, berechnet die CPU 210 als Erstes den Auswertungswert durch Erfassen des Wertes der Bildpunktdaten, die einer Vielzahl von Bildpunkten in der Anfangs-Z-Position der Objektivlinse 3 entsprechen (Schritt S11). Die CPU 210 speichert dann den berechneten Auswertungswert in dem Arbeitsspeicher 230 der 1 als den Anfangs-Auswertungswert und den Maximal-Auswertungswert (Schritt S12).
Wie oben beschrieben, werden in dem Höhepunktspositions-Suchprozess während des Autofokusprozesses die Bildpunktdaten, die einer Vielzahl von Bildpunkten (fünf Bildpunkten oder zehn Bildpunkten etc.) in der Mitte, gezeigt in dem Bildanzeigebereich 410 entspricht, für die Bildpunktdaten verwendet, die der Vielzahl von Bildpunkten zum Berechnen des Auswertungswerts entsprechen. In dem Höhepunktspositions-Suchprozess während des oberen und unteren Grenzautomatik-Einstellprozesses, der später beschrieben wird, werden die Bildpunktdaten, die allen Bildpunkten in dem Einheitsbereich entsprechen, andererseits für die Bildpunktdaten verwendet, die der Vielzahl von Bildpunkten zum Berechnen des Auswertungswerts entsprechen.
Danach bewegt die CPU 210 die Objektivlinse 3 um einen konstanten Betrag in eine Richtung (zum Beispiel Aufwärtsrichtung) der Z-Richtung (Schritt S13) und erfasst erneut die Werte der Bildpunktdaten, die der Vielzahl von Bildpunkten der Z-Position der Objektivlinse 3 nach der Bewegung entsprechen, um den Auswertungswert zu berechnen (Schritt S14).
Die CPU 210 korrigiert dann den berechneten Auswertungswert (Schritt S15). Diese Korrektur wird vorgenommen durch Addieren des Auswertungswerts, der in dem Schritt S14 berechnet wird, zu dem Multiplikationswert der Anzahl von Reduktionen der Verstärkung des Lichtempfangselements in Schritt S21, wie später beschrieben, und dem Ausgangshöchstwert Emax.
Danach bestimmt die CPU 210, ob der korrigierte Auswertungswert größer oder gleich dem maximalen Auswertungswert, der in dem Arbeitsspeicher 230 gespeichert ist, ist oder nicht (Schritt S16). Ob das Umschalten von der Verkleinerung und Vergrößerung der Lichtempfangsintensität des Lichtempfangselements durchgeführt wird oder nicht, kann dann bestimmt werden.
Wenn der korrigierte Auswertungswert größer oder gleich dem maximalen Auswertungswert ist (wenn Verkleinern und Vergrößern der Lichtempfangsintensität des Lichtempfangselements 30 nicht umgeschaltet wird), aktualisiert die CPU 210 den maximalen Auswertungswert, der in dem Arbeitsspeicher 230 gespeichert ist, mit dem korrigierten Auswertungswert (Schritt S17).
Die CPU 210 bestimmt, ob einer der Werte der Vielzahl von Bildpunktdaten, die erfasst werden, wenn der Auswertungswert in Schritt S14 berechnet wird, der Ausgangshöchstwert max ist oder nicht (Schritt S18).
Wenn die Werte aller Bildpunktdaten nicht der Ausgangshöchstwert max sind, bestimmt die CPU 210, ob die Z-Position in der Objektivlinse 3 außerhalb des Suchbereichs ist oder nicht (Schritt S19). Der hier bezeichnete Suchbereich ist der Bereich, der in der Z-Richtung der Objektivlinse 3 beweglich ist, der im Voraus durch die Vergrößerung der Objektivlinse, und entsprechend dem Bereich von der unteren Endposition zt1 zu der oberen Endposition zt2 der 6.
Wenn die Z-Position der Objektivlinse 3 außerhalb des Suchbereichs ist, bestimmt die CPU 210, dass der Höhepunktspositions-Suchprozess fehlgeschlagen ist (Schritt S20). Wenn die Z-Position der Objektivlinse nicht außerhalb des Suchbereichs ist, kehrt die CPU 210 zu dem Prozess des Schritts S13 zurück.
Wenn einer der Werte der Vielzahl von Bildpunktdaten der Ausgangshöchstwert max in Schritt S18 ist, reduziert die CPU 210 die Verstärkung des Lichtempfangselements 30 um einen konstanten Betrag (Schritt S21), und fährt mit dem Prozess des Schritts S19 fort.
Wenn der korrigierte Auswertungswert kleiner als der gespeicherte Maximal-Auswertungswert im Schritt S16 ist (wenn Vergrößerung und Verkleinerung der Lichtempfangsintensität des Lichtempfangselements 30 umgeschaltet wird), bestimmt die CPU 210, ob die Differenz des korrigierten Auswertungswerts und des maximalen Auswertungswerts größer oder gleich einem im Voraus definierten ersten Identifikationswert ist (Schritt S22). Der erste Identifikationswert entspricht dem Wert pi2 der 8. Der erste Identifikationswert wird größer als der Wert eingestellt, der durch Multiplizieren der Anzahl von Bildpunkten zum Berechnen des Auswertungswerts mit dem Wert des Rauschpegels n1 erhalten wird.
Wenn die Differenz des korrigierten Auswertungswerts und des maximalen Auswertungswerts größer oder gleich dem ersten Identifikationswert ist, bestimmt die CPU 210, ob die Differenz des Anfangs-Auswertungswerts und des maximalen Auswertungswerts, der n dem Arbeitsspeicher gespeichert ist, größer oder gleich einem zweiten im Voraus definierten Identifikationswert ist (Schritt S22). Der zweite Identifikationswert entspricht dem Wert i1 der 8. Der zweite Identifikationswert wird auch eingestellt, um größer als der Wert zu sein, der erhalten wird durch Multiplizieren der Anzahl von Bildpunkten zum Berechnen des Auswertungswerts mit dem Wert des Rauschpegels, ähnlich dem ersten Identifikationswert. Die ersten und zweiten Identifikationswerte können die gleichen Werte sein oder können verschiedene Werte sein.
Wenn die Differenz des Anfangs-Auswertungswerts und des maximalen Auswertungswerts größer oder gleich dem zweiten Identifikationswert ist, erfasst die CPU 210 die Z-Position der Objektivlinse 3, wenn der Maximal-Auswertungswert als die Auswertungs-Höhepunktsposition Ez0 berechnet wird (Schritt S24). Wie oben beschrieben, werden die ersten und zweiten Identifikationswerte eingestellt, größer zu sein als der Wert, der erhalten wird durch Multiplizieren der Anzahl von Bildpunkten zum Berechnen des Auswertungswerts mit dem Wert des Rauschpegels n1. Die Auswertungs-Höhepunktsposition Ez0 wird dadurch davon abgehalten, fälschlicherweise erfasst zu werden, sogar wenn der Auswertungswert durch Einfluss des Rauschens des Lichtempfangselements geändert wird.
Wenn die Differenz des korrigierten Auswertungswerts und des maximalen Auswertungswerts kleiner als der erste Identifikationswert in Schritt S22 ist, fährt die CPU 210 mit dem Prozess des Schritts S19 fort.
Wenn die Differenz des Anfangs-Auswertungswerts und des maximalen Auswertungswerts kleiner als der zweite Identifikationswert im Schritt S23 ist, bestimmt die CPU 210, dass die Auswertungs-Höhepunktsposition Ez0 an der Position in der entgegen gesetzten Richtung (zum Beispiel Abwärtsposition) der Z-Richtung existiert bezüglich der Anfangs-Z-Position der Objektivlinse 3 (Schritt S25).
In den Schritten S4, S7 des Autofokusprozesses und den Schritten S33, S42 des oberen und unteren Grenzwertautomatik-Einstellprozesses (der später beschrieben wird), kann somit bestimmt werden, dass die Auswertungs-Höhepunktsposition Ez0 erfasst wird, durch Ausführen des Prozesses der Schritts S24 des Höhepunktspositions-Suchprozesses. Es wird bestimmt, dass die Auswertungs-Höhepunktsposition Ez0 nicht erfasst wird durch Ausführen des Prozesses der Schritte S20, S25 des Höhepunktspositions-Suchprozesses.
(8) Oberer und unterer Grenzwertautomatik-Einstellprozessfluss
15 und 16 sind Flussdiagramme des oberen und unteren Grenzwertautomatik-Einstellprozesses. Wie oben beschrieben, beginnt der obere und untere Grenzwertautomatik-Einstellprozess, wenn der Benutzer den oberen und unteren Grenzwertautomatik-Einstellknopf 424 des Bedingungseinstellbereichs 420 der 4 betätigt. Die CPU 210 in 1 fuhrt das Fokuspositions-Erfassungsprogramm, das in der Speichervorrichtung 240 gespeichert ist, aus, um den oberen und unteren Automatikeinstellprozess auszuführen.
Wie in 15 gezeigt, erfasst die CPU 210 zunächst die Werte der Bildpunktdaten, die Bildpunkten in dem Einheitsbereich an der Anfangs-Z-Position der Objektiv1inse 3 entsprechen, und speichert die erfassten Werte der Bildpunktdaten in dem Arbeitsspeicher 230 der 1 (Schritt S30).
Die CPU 210 bestimmt dann, ob die Werte aller gespeicherten Bildpunktdaten größer oder gleich dem definierten Wert, der im Voraus definiert ist, ist oder nicht (Schritt S31). Der definierte Wert ist eingestellt, kleiner als der Ausgangshöchstwert max zu sein. Der definierte Wert ist auch eingestellt, größer als der addierte Wert der ersten oder zweiten Identifikationswerte, die in den Schritten S22, S23 des Höhepunktspositions-Suchprozesses verwendet werden, und des Rauschpegels n1 zu sein.
Wenn die Werte aller Bildpunktdaten größer oder gleich dem definierten Wert sind, führt die CPU 210 den Höhepunktspositions-Suchprozess der 12 bis 14 für eine Richtung (z. B. Aufwärtsrichtung) der Z-Richtung aus (Schritt S32).
Die CPU 210 bestimmt dann, ob die Auswertungs-Höhepunktsposition Ez0 in Schritt S32 erfasst wurde oder nicht (Schritt S33). Wenn die Auswertungs-Höhepunktsposition Ez0 erfasst wurde, speichert die CPU 210 die erfasste Auswertungs-Höhepunktsposition Ez0 in dem Arbeitsspeicher 230 (Schritt S34).
Die CPU 210 bewegt dann die Objektivlinse 3 zu der Auswertungs-Höhepunktsposition Ez0 (Schritt S35). Die CPU 210 führt einen Grenzpositions-Suchprozess der 17, der später beschrieben wird, für eine Richtung (z. B. Aufwärtsrichtung) der Z-Richtung aus (Schritt S36) aus. Der Grenzpositions-Suchprozess ist ein Prozess zum Suchen der oberen Grenzposition UP oder der unteren Grenzposition BP, während die Verstärkungsanpassung des Lichtempfangselements 30 ausgeführt wird. Die Einzelheiten des Grenzpositions Suchprozesses werden später beschrieben.
In dem Grenzpositions-Suchprozess wird die Verstärkung des Lichtempfangselements 30 manchmal um einen konstanten Betrag in Schritt S61 der 17 reduziert. Die CPU 210 bestimmt, ob die Verstärkung des Lichtempfangselements 30 reduziert wird oder nicht in dem Grenzpositions-Suchprozess des Schritts S36 (Schritt S37). Wenn die Verstärkung des Lichtempfangselements 30 nicht reduziert wird, führt die CPU 210 den Grenzpositions-Suchprozess der 17 für die entgegen gesetzte Richtung (z. B. Abwärtsposition) der Z-Richtung aus (Schritt S38).
Die CPU 210 bestimmt dann, ob die Verstärkung des Lichtempfangselements 30 reduziert wird oder nicht in dem Grenzpositions-Suchprozess des Schritts S38 (Schritt S39), ähnlich dem Schritt S37.
In dem Grenzpositions-Suchprozess, der später beschrieben wird, wird die Grenzposition der Z-Richtung der Objektivlinse 3 in dem Arbeitsspeicher 230 in dem Prozess des finalen Schritts S57 gespeichert. Wenn die Verstärkung des Lichtempfangselements 30 nicht im Schritt S39 reduziert wird, stellt die CPU 210 die obere Grenzposition UP der Objektivlinse 3 ein basierend auf der Grenzposition, die durch den Grenzpositions-Suchprozess im Schritt S36 gespeichert wird, und stellt die untere Grenzposition BP der Objektivlinse 3 ein basierend auf der Grenzposition, die durch den Grenzpositions-Suchprozess in Schritt S38 gespeichert wird (Schritt S50). Der obere und untere Grenzautomatik-Einstellprozess wird dadurch beendet.
Wenn die Auswertungs-Höhepunktsposition Ez0 nicht in Schritt S33 erfasst wird, führt die CPU 210 den Höhepunktspositions-Suchprozess der 12 bis 14 für die entgegen gesetzte Richtung (z. B. Abwärtsrichtung) der Z-Richtung aus, (Schritt S41).
Die CPU 210 bestimmt dann, ob die Auswertungs-Höhepunktsposition Ez0 in Schritt S41 erfasst wird (Schritt S42). Wenn die Auswertungs-Höhepunktsposition Ez0 erfasst wird, fährt die CPU 210 mit dem Prozess des Schritts S34 fort. Wenn die Auswertungs-Höhepunktsposition Ez0 nicht erfasst wird, stellt die CPU 210 eine Anzeige auf der Anzeigeeinheit 400 dar, die benachrichtigt, dass die obere und untere Grenzwertautomatik-Einstellung fehlgeschlagen ist (Schritt S43), und beendet den oberen und unteren Automatikeinstellprozess.
Wenn die Verstärkung des Lichtempfangselements 30 in Schritt S37 reduziert wird, bewegt die CPU 210 die Objektivlinse 3 an die Z-Position der Objektivlinse 3, die als Letztes in dem Schritt S52 oder dem Schritt S62 des Grenzpositions-Suchprozesses, der später beschrieben wird, gespeichert wird (Schritt S44).
Wenn die Verstärkung des Lichtempfangselements 30 in dem Schritt S39 reduziert wird, bewegt die CPU 210 ähnlich die Objektivlinse 3 zu der Z-Position der Objektivlinse 3, die als letzte in dem Schritt S52 oder Schritt S62 des Grenzpositions-Suchprozesses, der später beschrieben wird, gespeichert wird (Schritt S45). Danach führt die CPU 210 den Grenzpositions-Suchprozess der 17, der später beschrieben wird, für eine Richtung (z. B. Aufwärtsrichtung) der Z-Richtung aus (Schritt S46).
Die CPU 210 fährt dann mit dem Prozess des Schritts S50 fort. Im Schritt S50, wenn der Prozess des Schritts S46 ausgeführt wird, setzt die CPU 210 die obere Grenzposition UP der Objektivlinse 3 zurück basierend auf der Grenzposition, die durch den Grenzpositions-Suchprozess in Schritt S46 gespeichert wird, und stellt die obere Grenzposition BP der Objektivlinse 3 ein basierend auf der Grenzposition, die durch den Grenzpositions-Suchprozess in Schritt S38 gespeichert wird. Die obere Grenzposition UP und die untere Grenzposition BP der Objektivlinse 3 werden eingestellt, wobei die Verstärkung des Lichtempfangselements 30 auf einen optimalen Wert angepasst ist.
(9) Grenzpositions-Suchprozessfluss
17 ist ein Flussdiagramm des Grenzpositions-Suchprozesses. Wie oben beschrieben, beginnt der Grenzpositions-Suchprozess zur Zeit der Prozesse der Schritte S36, S38, S46 des oberen und unteren Automatikeinstellprozesses.
Wie in 17 gezeigt, speichert die CPU 210 die aktuelle Z-Position der Objektivlinse 3 in de Arbeitsspeicher 230 (Schritt S52).
Die CPU 210 erfasst dann den Wert der Bildpunktdaten, die allen Bildpunktdaten in dem Einheitsbereich an der aktuellen Z-Position der Objektivlinse 3 entsprechen, und speichert die erfassten Werte der Bildpunktdaten in dem Arbeitsspeicher 230 der 1 (Schritt S53).
Die CPU 210 bestimmt, ob einer der Werte der Vielzahl von gespeicherten Bildpunktdaten der Ausgangshöchstwert max ist oder nicht (Schritt S54). Wenn der Wert aller Bildpunktdaten nicht der Ausgangshöchstwert max ist, berechnet die CPU 210 den Auswertungswert durch Erfassen des Werts der Bildpunktdaten, die allen Bildpunkten in dem Einheitsbereich entsprechen (Schritt S55), und bestimmt, ob der berechnete Auswertungswert kleiner oder gleich einem im Voraus definierten Schwellwert ist oder nicht (Schritt S56). Der Schwellwert kann eingestellt werden auf einen Wert gleich dem Multiplikationswert des Rauschpegels n1 und der Anzahl einer Vielzahl von Bildpunkten (Gesamtanzahl von Bildpunkten in der Einheitsregion in dem vorliegenden Beispiel) zum Berechnen des Auswertungswerts, oder kann eingestellt werden auf einen Wert größer als der Multiplikationswert. Weiterhin kann der Schwellwert mehrfach eingestellt werden, um jeder einer Vielzahl von Verstärkungen des Lichtempfangselements verschieden voneinander zu entsprechend. In diesem Fall bestimmt die CPU 210, ob der berechnete Auswertungswert kleiner oder gleich dem Schwellwert ist, der der aktuell eingestellten Verstärkung des Lichtempfangselements in Schritt S56 entspricht.
Wenn der berechnete Auswertungswert kleiner oder gleich dem Schwellwert ist, speichert die CPU 210 die aktuelle Z-Position der Objektivlinse 3 in dem Arbeitsspeicher 230 als die Grenzposition (z. B. obere Grenzposition UP oder untere Grenzposition BP) in einer Richtung der Z-Richtung (Schritt S57).
Wenn der Wert einer der Bildpunktdaten der Ausgangshöchstwert max in Schritt S54 ist, reduziert die CPU 210 die Verstärkung des Lichtempfangselements 30 um einen konstanten Betrag und speichert die Tatsache, dass die Verstärkung reduziert wurde in dem Arbeitsspeicher 230 (Schritt S61). Deshalb wird in den Schritten S37 und S38 in dem oberen und unteren Grenzautomatik-Einstellprozess bestimmt, ob die Tatsache, dass die Verstärkung reduziert wird, in dem Arbeitsspeicher gespeichert ist oder nicht, um zu bestimmen, ob die Verstärkung des Lichtempfangselements 30 reduziert wird oder nicht.
Die CPU 210 aktualisiert dann die Z-Position der Objektivlinse 3, die in dem Arbeitsspeicher 230 in Schritt S52 gespeichert wird, mit der aktuellen Z-Position der Objektivlinse 3 (Schritt S62), und kehrt zu dem Prozess des Schritts S53 zurück.
Wenn der berechnete Auswertungswert größer als der Schwellwert in Schritt S56 ist, bewegt die CPU 210 die Objektivlinse 3 um einen konstanten Betrag in eine Richtung der Z-Richtung (Schritt S63) und kehrt zu dem Prozess des Schritts S53 zurück.
(10) Weitere Ausführungsformen

(10-1) In der oben vorgenommenen Beschreibung, werden der Autofokusprozess, der Höhepunktspositions-Suchprozess, der obere und untere Grenzwertautomatik-Einstellprozess und der Grenzpositions-Suchprozess in dem konfokalen Mikroskopsystem 500 ausgeführt.

Nicht darauf begrenzt, können der Autofokusprozess, der Höhepunktspositions-Suchprozess, der obere und untere Grenzwertautomatik-Einstellprozess und der Grenzpositions-Suchprozess in einem Mikroskopsystem angewandt werden zum Beobachten des Zustands der Oberfläche des Beobachtungsobjekts basierend auf einem digitalen Signal, das erfasst wird in Übereinstimmung mit der Lichtintensität eines Lichts, das auf das Beobachtungsobjekt projiziert wird und zu der Lichtempfangselement 30 geführt wird. Solch ein Mikroskopsystem beinhaltet ein Mikroskopsystem unter Verwendung von optischer Interferometrie und dergleichen.

(10-2) In der oben beschriebenen Ausführungsform, wird die relative Position in der Z-Richtung des Beobachtungsobjekts S bezüglich der Objektivlinse 3 geändert, wenn die Objektivlinse 3 in der Z-Richtung bewegt wird, dies ist jedoch nicht der einzige Fall. Die relative Position in der Z-Richtung des Beobachtungsobjekts S bezüglich der Objektivlinse 3 kann geändert werden durch Bewegen des Gestells 60 in der Z-Richtung.
(10-3) In der oben beschriebenen Ausführungsform, wird das Laserlicht in der X-Richtung und der Y-Richtung auf dem Beobachtungsobjekt S abgetastet durch Steuern des X-Y-Abtast-Optiksystems 20, dies ist jedoch nicht der einzige Fall. Das Laserlicht kann in der X-Richtung und der Y-Richtung auf dem Beobachtungsobjekt S abgetastet werden durch Bewegen des Gestells 60.

Ein Linienlicht (z. B. verlängertes Licht, das sich in der X-Richtung ausbreitet) kann als das Laserlicht verwendet werden. In diesem Fall wird ein Y-Abtastoptiksystem, das das Abtasten in der X-Richtung nicht durchführt, anstelle des XY-Abtastoptiksystem 20 verwendet. Weiterhin wird eine Linien-CCD-Kamera oder dergleichen, die eine Vielzahl von Lichtempfangselementen angeordnet in einer Richtung entsprechend der X-Richtung anstelle des Lichtempfangselements 30 verwendet.
Die Größe der Lichtempfangsoberfläche in der Richtung entsprechend der Y-Richtung jedes Lichtempfangselements der Linien-CCD-Kamera ist im Allgemeinen wenige Dutzend um. In diesem Fall ist die Lichtempfangsoberfläche der Linien-CCD-Kamera in der Fokusposition der Linse 2 angeordnet. Wenn die Oberfläche des Beobachtungsobjekts an der Fokusposition der Objektivlinse 3 ist, wird das durch das Beobachtungsobjekt S reflektierte Linienlicht auf der Lichtempfangsoberfläche der Linien-CCD-Kamera gesammelt. Das Meiste des durch das Beobachtungsobjekt S reflektierten Linienlichts tritt dadurch in die Lichtempfangsoberfläche der Linien-CCD-Kamera ein.
Wenn das Beobachtungsobjekt S an einer Position ist, die von der Fokusposition der Objektivlinse 3 abweicht, wird das durch das Beobachtungsobjekt S reflektierte Linienlicht an einer Position vor oder hinter der Lichtempfangsoberfläche der Linien-CCD-Kamera gesammelt. Nur ein Teil des durch das Beobachtungsobjekt S reflektierten Linienlichts tritt dadurch auf die Lichtempfangsoberfläche der Linien-CCD-Kamera ein. Deshalb muss das Lochblendenelement 7 nicht vor der Linien-CCD-Kamera angeordnet werden.

(10-4) In der oben beschriebenen Ausführungsform kann die CPU 210 des PCs 200 die Funktion der Steuereinheit 300 haben. In diesem Fall muss die Steuereinheit 300 nicht angeordnet werden.
(10-5) In dem Höhepunktspositions-Suchprozess kann die CPU 210 den Auswertungswert berechnen und den berechneten Auswertungswert und die Verstärkung des Lichtempfangselements 30 zur Zeit der Berechnung in dem Arbeitsspeicher 230 speichern jedes Mal, wenn die Objektivlinse 3 um einen konstanten Betrag in der Z-Richtung bewegt wird, bis die Z-Position der Objektivlinse 3 den Suchbereich übersteigt. In diesem Fall zu dem Zeitpunkt, wenn die Z-Position der Objektivlinse 3 den Suchbereich übersteigt, kann die CPU 210 zum Beispiel jeden Auswertungswert korrigieren basierend auf der Vielzahl von gespeicherten Auswertungswerten und der Verstärkung des Lichtempfangselements 30 zu der Zeit jeder Berechnung, und den maximalen Auswertungswert erfassen basierend auf der Vielzahl von korrigierten Auswertungswerten.
(10-6) Der Auswertungswert kann ein Mittelwert der Werte der Vielzahl von Bildpunktdaten sein, die der Vielzahl von Bildpunkten in dem im Voraus definierten Bereich entsprechen.

(11) Entsprechungszusammenhang jedes konfigurierenden Elements der Ansprüche und jeder Einheit der Ausführungsform
Nachstehend wird ein Entsprechungsbeispiel jedes konfigurierenden. Elements der Ansprüche und jeder Einheit der Ausführungsform beschrieben, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf das folgende Beispiel eingeschränkt.
Das Beobachtungsobjekt S dient als ein Beobachtungsobjekt, das konfokale Mikroskopsystem 500 dient als ein Mikroskopsystem, die Laserlichtquelle 10 dient als eine Lichtquelle, das Lichtempfangselement 30 dient als eine Lichtempfangselement, die Linsen 1, 2, die Objektivlinse 3, das Lochblendenelement 7 und der ND-Filter 8 dienen als ein optisches System.
Die Steuereinheit 300 dient als eine Bildpunktdaten-Ausgabeeinheit und die Steuereinheit, der Ausgangshöchstwert Emax dient als ein Höchstwert, der Multiplikationswert En1 des Rauschpegels n1 und die Anzahl der Vielzahl von Bildpunkten zum Berechnen des Auswertungswerts dient als ein Tiefstwert, und der Schwellwert dient als ein Erfassungsgrenzwert.
Weiterhin dient der PC 200 als eine Bilddaten-Erzeugungseinheit, die Anzeigeeinheit 400 dient als eine Anzeigeeinheit, die unter Grenzposition UP dient als eine Bewegungsgrenzposition auf einer Seite, die untere Grenzposition BP dient als eine Bewegungsgrenzposition auf der anderen Seite und der PC 200 dient als eine Verarbeitungsvorrichtung.
Verschiedene andere Elemente mit der Konfiguration oder der Funktion, die in den Ansprüchen beschrieben werden, können für jedes konfigurierende Element der Ansprüche verwendet werden.
Die vorliegende Erfindung kann effektiv in verschiedenen Mikroskopsystemen verwendet werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2008-83601 [0002, 0002]

Claims

Mikroskopsystem (500) zum Beobachten eines Zustands einer Oberfläche eines Beobachtungsobjekts (S), wobei das Mikroskopsystem (500) umfasst: eine Lichtquelle (10) zum Ausstrahlen eines Lichts; ein Lichtempfangselement (30); ein optisches System (1, 2, 3, 7, 8) zum Strahlen des von der Lichtquelle (10) ausgestrahlten Lichts auf das Beobachtungsobjekt (5), während das Licht gesammelt wird, und Führen des auf das Beobachtungsobjekt (S) gestrahlten Lichts zu dem Lichtempfangselement (30); eine Bildpunktdaten-Ausgabeeinheit (300) zum Ausgeben von Bildpunktdaten, die einer Vielzahl von Bildpunkten entsprechen, basierend auf einem Ausgangssignal des Lichtempfangselements (30); und eine Steuereinheit (300) zum Einstellen eines Sensitivitätsparameters zum Anpassen eines Wertes der Bildpunktdaten durch Steuern der Lichtquelle (10) und/oder des optischen Systems und/oder des Lichtempfangselements (30) und Bewegen eines Fokus des optischen Systems relativ zu der Oberfläche des Beobachtungsobjekts (S) an eine Vielzahl von Positionen in einer Richtung der optischen Achse des optischen Systems; wobei die Steuereinheit (300) einen Auswertungswert berechnet unter Verwendung eines Wertes der Bildpunktdaten entsprechend einer vorbestimmten Anzahl von Bildpunkten der Bildpunktdaten, die von der Bildpunktdaten Ausgabeeinheit ausgegeben werden, an jeder Position des Fokus des optischen Systems, den berechneten Auswertungswert als den Auswertungswert übernimmt, der der Position entspricht, wenn der berechnete Auswertungswert innerhalb eines Bereichs zwischen einem im Voraus definierten Höchstwert und einem im Voraus definierten Tiefstwert, den eingestellten Sensitivitätsparameter so ändert, dass der berechnete Auswertungswert innerhalb des Bereichs ist, wenn der berechnete Auswertungswert nicht innerhalb des Bereichs ist, den Auswertungswert korrigiert, der an jeder Position des Fokus des optischen Systems berechnet wird, nach Ändern des Sensitivitätsparameters entsprechend der Änderung des Sensitivitätsparameters, um den korrigierten Auswertungswert als den Auswertungswert zu haben, der jeder Position entspricht, und die Position des Fokus des optischen Systems erfasst, die einen Höhepunktswert in einer Verteilung einer Vielzahl von Auswertungswerten anzeigt, die einer Vielzahl von Positionen des Fokus des optischen Systems entsprechen.
Mikroskopsystem nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit (300) den Sensitivitätsparameter durch Steuern einer Menge des von der Lichtquelle (10) ausgestrahlten Lichts und/oder eines Dämpfungsbetrags des Lichts in dem optischen System und/oder einer Verstärkung des Lichtempfangselements (30) einstellt.
Mikroskopsystem nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit (300) den Auswertungswert an einer Vielzahl von Positionen der Richtung der optischen Achsen des optischen Systems berechnet durch Bewegen des Fokus des optischen Systems in einer Richtung nach Einstellen des Sensitivitätsparameters, so dass der Auswertungswert innerhalb eines Bereichs zwischen dem Höchstwert und dem Tiefstwert an einer Anfangsposition des Fokus des optischen Systems ist, und die Position des Fokus des optischen Systems in einer Richtung entgegen der einen Richtung bewegt, wenn ein Höhepunktswert nicht in der Verteilung der Vielzahl von Auswertungswerten, die der Vielzahl von Positionen des Fokus des optischen Systems durch Bewegen in die eine Richtung entsprechen, angezeigt ist.
Mikroskopsystem nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit (300) den Sensitivitätsparameter reduziert, wenn der Auswertungswert den Höchstwert erreicht, durch die Bewegung des Fokus des optischen Systems in die optische Achsenrichtung.
Mikroskopsystem nach Anspruch 1, weiterhin umfassend: eine Bilddaten-Erzeugungseinheit (200) zum Erzeugen von Bilddaten basierend auf den Bildpunktdaten, die von der Bildpunktdaten-Ausgabeeinheit (300) ausgegeben werden; und eine Anzeigeeinheit (400) zum Anzeigen eines Bildes basierend auf den von der Bilddaten-Erzeugungseinheit (200) erzeugten Bilddaten; wobei die Steuereinheit (300) den Fokus des optischen Systems bewegt, so dass der Fokus des optischen Systems mit der erfassten Position übereinstimmt.
Das Mikroskopsystem nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit (300) dem Auswertungswert an einer Vielzahl von Positionen in der optischen Achsenrichtung des optischen Systems berechnet durch Bewegen des Fokus des optischen Systems in eine Richtung von der erfassten Position, die Position des Fokus des optischen Systems zu einem Zeitpunkt bestimmt, zu dem der berechnete Auswertungswert kleiner oder gleich einem im Voraus definierten Erfassungswert wird, als eine Bewegungsgrenzposition auf eine Seite, den Auswertungswert an einer Vielzahl von Positionen in der Richtung der optischen Achse des optischen Systems berechnet durch Bewegen der Position des Fokus des optischen Systems in einer Richtung entgegen der einen Richtung von der erfassten Position, und die Position des Fokus des optischen Systems zu einem Zeitpunkt, wenn der berechnete Auswertungswert kleiner oder gleich dem Erfassungswert wird, als eine Bewegungsgrenzposition auf einer anderen Seite bestimmt.
Fokuspositions-Erfassungsverfahren zum Erfassen einer Position eines Fokus eines optischen Systems (1, 2, 3, 7, 8), das in einem Mikroskopsystem (500) angeordnet ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Strahlen eines von einer Lichtquelle (10) ausgestrahlten Lichts auf ein Beobachtungsobjekt (S), während das Licht durch das optische System gesammelt wird, und Führen des auf das Beobachtungsobjekt (S) gestrahlten Lichts zu einem Lichtempfangselement (30); Ausgeben von Bildpunktdaten, die einer Vielzahl von Bildpunkten entsprechen, basierend auf einem Ausgangssignal des Lichtempfangselements (30); und Einstellen eines Sensitivitätsparameters zum Anpassen eines Wertes der Bildpunktdaten durch Steuern der Lichtquelle (10) und/oder des optischen Systems und/oder dem Lichtempfangselement (30) durch eine Steuereinheit (300), und Bewegen eines Fokus des optischen Systems relativ zu der Oberfläche des Beobachtungsobjekts (S) zu einer Vielzahl von Positionen in einer Richtung der optischen Achse des optischen Systems durch die Steuereinheit (300); wobei der Schritt Bewegen enthält, Berechnen eines Auswertungswerts unter Verwendung eines Werts der Bildpunktdaten, die einer vorbestimmten Anzahl von Bildpunkten der Bildpunktdaten entsprechen, die von der Bildpunktdaten-Ausgabeeinheit (300) ausgegeben werden, an jeder Position des Fokus des optischen Systems durch die Steuereinheit (300), Übernehmen des berechneten Auswertungswerts als den Auswertungswert, der der Position entspricht, wenn der berechnete Auswertungswert innerhalb eines Bereichs zwischen einem im Voraus definierten Höchstwert und einem im Voraus definierten Tiefstwert ist, Ändern des eingestellten Sensitivitätsparameters, so dass der berechnete Auswertungswert innerhalb des Bereichs ist, wenn der berechnete Auswertungswert nicht innerhalb des Bereichs ist, Korrigieren des Auswertungswerts, der an jeder Position des Fokus des optischen Systems berechnet wurde, nach Ändern des Sensitivitätsparameters gemäß der Änderung des Sensitivitätsparameters, um den korrigierteb Auswertungseert als den jeder Position entsprechenden Auswertungswert zu haben, und Erfassen der Position des Fokus des optischen Systems, die einen Höhepunktswert in einer Verteilung einer Vielzahl von Auswertungswerten anzeigt, die der Vielzahl von Positionen des Fokus des optischen Systems entsprechen, durch die Steuereinheit.
Fokuspositions-Erfassungsprogramm zum Veranlassen einer Verarbeitungsvorrichtung, einen Fokuspositions-Erfassungsprozess auszuführen, zum Erfassen einer Position eines Fokus eines optischen Systems, das in einem Mikroskopsystem angeordnet ist, wobei das Programm die Verarbeitungsvorrichtung veranlasst, die folgenden Prozesse auszuführen: Strahlen eines von einer Lichtquelle (10) ausgestrahlten Lichts auf ein Beobachtungsobjekt (5), während das Licht durch das optische System gesammelt wird, und Führen des auf das Beobachtungsobjekt (S) gestrahlten Lichts zu einem Lichtempfangselement (30); Ausgeben von Bildpunktdaten, die einer Vielzahl von Bildpunkten entsprechen, basierend auf einem Ausgangssignal des Lichtempfangselements (30); und Einstellen eines Sensitivitätsparameters zum Anpassen eines Wertes der Bildpunktdaten durch Steuern der Lichtquelle (10), dem optischen System und/oder dem Lichtempfangselement (30) durch eine Steuereinheit (300), und Bewegen eines Fokus des optischen Systems relativ zu der Oberfläche des Beobachtungsobjekts (S) zu einer Vielzahl von Positionen in einer optischen Achsenrichtung des optischen Systems durch die Steuereinheit (300); wobei der Prozess des Bewegens enthält, Berechnen eines Auswertungswerts unter Verwendung eines Werts der Bildpunktdaten, die einer vorbestimmten Anzahl von Bildpunkten der Bildpunktdaten entsprechen, die von der Bildpunktdaten-Ausgabeeinheit (300) ausgegeben werden, an jeder Position des Fokus des optischen Systems durch die Steuereinheit (300), Übernehmen des berechneten Auswertungswerts als den Auswertungswert, der der Position entspricht, wenn der berechnete Auswertungswert innerhalb eines Bereichs zwischen einem im Voraus definierten Höchstwert und einem im Voraus definierten Tiefstwert ist, Ändern des eingestellten Sensitivitätsparameters, so dass der berechnete Auswertungswert innerhalb des Bereichs ist, wenn der berechnete Auswertungswert nicht innerhalb des Bereichs ist, Korrigieren des Auswertungswerts, der an jeder Position des Fokus des optischen Systems berechnet wurde, nach Ändern des Sensitivitätsparameters gemäß der Änderung des Sensitivitätsparameters, um den korrigierteb Auswertungseert als den jeder Position entsprechenden Auswertungswert zu haben, und Erfassen der Position des Fokus des optischen Systems, die einen Höhepunktswert in einer Verteilung einer Vielzahl von Auswertungswerten anzeigt, die der Vielzahl von Positionen des Fokus des optischen Systems entsprechen, durch die Steuereinheit.