JP2004517366A - 顕微鏡焦準装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】第1選定ポジションz1から第2選定ポジションz2への焦準変更に伴う移動距離△zの測定用として距離計測システムが備えられている。さらには、距離計測システムと連結した選定ポジションz1、z2表示用及び/又は移動距離△zの大きさ表示用の表示装置が装備されている。このようにして実現できる客観的な鮮明度判定法は、本発明では深度測定における精度の向上に利用されている。
【選択図】図1
Description
【発明が属する技術分野】
本発明は、Z座標方向におけるフォーカシング移動用駆動装置と観察対象物内のZ座標上にある、それぞれ位置の異なる複数ポジションz1、z2…znへの焦準用コントローラの付属する顕微鏡、それも特に立体顕微鏡の焦準装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
正確な鏡検観察のための主要前提条件は、試料の表面又は深部における対象領域へのフォーカシング、即ち焦準である。試料の深部には、例えばZ座標方向で重なり合う大なり小なり透明性のある複数の層間に界面領域が存在し得る。焦点深度の浅い顕微鏡を使用すれば、深部で段状になったこの光学界面層の各々に別々にフォーカシングすることができる。
【0003】
その場合、それぞれ界面層から界面層への、あるいはより一般的に言って、焦点位置から焦点位置への移動に必要なフォーカシングは、旧来型構造の顕微鏡では、粗調整及び高度な微調整の可能な手動操作伝動装置によって実現される。例えば、駆動つまみの1mmの回転又は移動により1μm分のフォーカシング移動が達成される。
そのような伝動装置を長さ測定目盛と組み合せば、第1焦点位置から第2焦点位置への位置変化に伴う移動距離の読取又は計算が可能である。このようにして、ある程度の精度レベルまでは鏡検対象物の深部測定が可能である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
この現在の技術状況を踏まえて、本発明では深部測定における鮮明度判定の改善ひいては精度の向上を課題に置いている。
上記種類の顕微鏡、つまりフォーカシング移動用モータ駆動装置と観察対象物内の個別ポジションz1、z2…znへの焦準用コントローラの付属する顕微鏡の場合、本発明では第1選定ポジションz1から第2選定ポジションz2への焦準変更に伴う移動距離△zの測定用として距離計測システムが備えられている。
さらには、距離計測システムと連結した選定ポジションz1、z2表示用及び/又は移動距離△zの大きさ表示用の表示装置が装備されている。
このように、現技術レベルではフォーカシング移動用に想定されているモータ駆動装置が、本発明では深部測定に利用される。
【0005】
さらに、本発明ではモータ駆動装置と距離計測システムが互いに連動するように構成されているが、駆動装置として好ましくは、距離移動△zに必要な駆動ステップ数から移動距離△zの大きさを教示するステップモータが使用される。
駆動ステップ数のカウントには、好ましくも、顕微鏡に元から組み込まれているステップモータ用電子制御素子が使用できる。あるいはこの電子制御素子に、移動距離△zに対応する駆動ステップ数の計測用カウント装置を接続させて補強することもできる。
【0006】
その場合表示装置は、第1選定ポジションz1が表示されるように、またそのポジションz1を離れてもその表示が残るように、その後第2選定ポジションz2に到達した際にはそれも表示されるように構成することができる。表示された2つのポジション値から、その差に相当する移動距離△zの大きさ、即ち求める試料内深さ方向距離が容易に算出できる。
【0007】
これに代わる方法として、距離計測システムを表示装置と連結させ、第1選定ポジションz1にフォーカシングした際に、その第1選定ポジションz1の値が「ゼロ」と設定されるように、当システムを構成することもできる。このポジションz1からポジションz2へフォーカシングを移動させたときの駆動ステップ数から移動距離△zの大きさを求めれば、両者の差を算出することなく、最初からそれを直接深度差として表示することができる。
勿論、ポジションz1、z2だけでなく移動距離△zも表示されるように設定することができる。
【0008】
さらに、ステップモータの代わりに従来型モータを、またステップモータの駆動ステップ計測用カウンタの代わりには回転角指示器を使用することも可能である。その場合、位置移動のあいだ回転角信号が移動距離の尺度として周期的に換算装置に送り込まれて、それがカウントされ、その総和から移動距離△z、即ち求める深さ方向距離が導き出される。
【0009】
その上好ましいことに、フォーカシング移動には足踏切替装置が設けられているほか、移動距離△zの計算は顕微鏡に連結されたパソコンで行なわれるようになっており、パソコンに接続されたモニタが表示装置として使用される。このように、本発明の実施に当ってはコスト的に有利な市販のハードウェア及びソフトウェアが利用可能である。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明は、グリノー(Greenough)原理に従って観察対象物に向けられた2つの顕微鏡光路が立体角αが10°〜15°の角度で互いに傾斜するように配置された、特に立体顕微鏡に対して用いるのが適している。以上のようにして、焦点深度の浅い顕微鏡により、異なった平面に高い精度でフォーカシングすることが可能になる。
【0011】
そのほか、フォーカシング精度の向上には、光路の少なくとも1つに固定した第1十字線とフォーカシング移動と共にそのY座標方向のポジションを変える第2十字線とを設けるという方法も可能である。その場合、変動可能な十字線のY座標ポジションはそれぞれZ座標の何れかのポジションに対応している。即ち、両座標のポジション間にはz=y/sinα/2の関係がある。但し、αは両光路間の立体角である。
【0012】
このような装置を利用した場合、焦準精度はフォーカシング駆動装置の位置決め精度で決まってくる。フォーカシング精度向上のための別な手段として、顕微鏡検査では既に常用されている後からの拡大のほか、グリノーシステムと試料間に補助装置を設置する方法も考えられる。
【0013】
また、両光路が互いに傾斜していることから、三角測量原理に基づいて調整することも可能である。その場合では十字線は両光路内に設定されていて、測定対象物の次の焦点位置にフォーカシングするに際しては、焦点深度内でさらに微調整することにより十字線を重ね合わせるというものである。この場合でも、深度測定、即ち異なった2つのフォーカシング平面間の高度差測定は、フォーカシング表示器の評価に従って、あるいは上で説明した示差法によって行なう。
【0014】
【発明の実施の形態】
図1は顕微鏡本体1を描いたもので、そこにはZ座標方向でのフォーカシング移動用付属装置であるモータ駆動装置2が簡略図示されている。このモータ駆動装置2は、雌ねじ(図には描かれていない)の回転運動をねじ付きスピンドル3の縦運動に変換させるステップモータから成っている。
ねじ付きスピンドル3の縦運動が顕微鏡本体1に伝動し、それによって本体は台架4に対して相対的な、Z座標方向での昇降運動を起こすことになる。試料、つまり観察対象物6を上に載せる試料テーブル5はこの台架4に連結固定されている。
【0015】
顕微鏡本体1の昇降運動は、2つのフットペダル7.1及び7.2の付いた足踏切替装置7の操作によって行なう。フットペダルがステップモータの左右移動、延いては顕微鏡本体1の昇降を起こさせ、フォーカシング・ターゲットへと誘導する。
フォーカシング移動のあいだ観察対象物6を顕微鏡の鏡胴から観察しながら、視覚コントロールによって焦準する。
【0016】
例えば、Z座標方向で数段に重なり合った観察対象物6内の光学界面層の深さ測定、即ち光学軸方向での個別界面間距離の測定は、図示構造の顕微鏡による場合次のようにして行なうことができる:
まず始めに、ポジションz1にある光学界面層にフォーカシングする。この光学界面層への焦準後、手動操作装置9のキー10を操作する。このキーは、駆動装置2と連結する距離計測システム(図には詳しくは描かれていない)を通じて、手動操作装置9に組み込まれているディスプレイ11への、及び/又は顕微鏡本体1に配置されているディスプレイ12へのz1ポジションの表示を指令する。
そのようにして得た値を、RS232インターフェース(図1ではその位置のみ表示)を通じてPCへ送り込み、そこに保存することも考えられる。
【0017】
次に選定した光学界面層、例えばポジションz2までの深度間距離を求めるため、今度はこの第2光学界面層にフォーカシングし直し、その後キー13を押してポジション2をディスプレイ11及び/又は12に表示させる。同時に、このポジションz2をRS232インターフェースからPCへ送り込み、同じようにひとまずそこに保存しておくこともできる。
また、キー14を押してポジションz1、z2間の差を表示することもできる。その計算にはPCが利用できる。この場合本発明に基づく装置は、好ましくも、観察対象である両光学界面層間の深さ方向距離としての差△z=z1−z2もディスプレイ11及び/又はディスプレイ12上で読み取れるように構成されている。
【0018】
個別焦平面への焦準精度を高めるために、立体角αの角度で互いに傾斜した位置に配置した2つの光路を、グリノー原理に従って観察対象物6に向けて照準することができる。その模様は図2に描いているが、そこでは両光路の一方だけを簡略図式化して表わしている。
その場合、光学軸15は装置軸16に対してα/2の角度で傾斜している。図2ではZ座標軸とY座標軸を側線とする平面が図平面に相当する。それ故、光学軸15も装置軸16も図平面内にある。装置軸16はZ座標に平行に位置設定されている。
【0019】
光路の光学軸15には、図3に描かれているように、フォーカシング移動と共にY座標方向でそのポジションを変える十字線17が設けられている。これに準じて同様のことが、ここには描かれていない、立体顕微鏡の別な光路にも当てはまる。
顕微鏡の両光路内に設定された十字線により、焦点深度内において十字線の重なり合う焦点位置を求めることができる。微調整によるこの焦準方法は、本発明においては深度測定精度の改善に利用される。
【0020】
これの関連図として描いた図4aは、立体顕微鏡の接眼レンズを覗いたときの視覚画像であり、十字線の不完全な重なり具合を表わしている。そこでの両十字線間の距離は、フォーカシングがまだ最適状態に到っていないことを指し示している。それに反して、図4bは理想的なフォーカシングにおける両十字線の完全な重なりを表わしている。
【図面の簡単な説明】
【図1】ディスプレイ表示装置及びフォーカシング移動操作用足踏切替装置の装備された本発明の顕微鏡の原理的構造。
【図2】α/2の角度で観察対象物に照準された立体顕微鏡の光路。
【図3】そのポジションをフォーカシング移動と共にY軸方向に変える、図2の光路内に配置設定された十字線。
【図4】(a)立体顕微鏡の接眼レンズを覗いたときの視覚画像、(b)理想的なフォーカシングにおける両十字線の完全な重なりを表わしている
【符号の説明】
1 顕微鏡本体
2 駆動装置
3 ねじ付きスピンドル
4 台架
5 試料テーブル
6 観察対象物
7 足踏切替装置
7.1、7.2 フットペダル
8 鏡胴
9 手動操作装置
10 キー
11、12 ディスプレイ
13、14 キー
15 軸
16 装置軸
17 十字線
X、Y、Z 座標
x、y、z ポジション
△y 変動値
△z 調整距離
α 立体角
Claims (7)
- −Z座標方向でのフォーカシング移動用駆動装置、
−観察対象物内のZ座標上にある、それぞれ位置の異なる複数ポジションz1、z2…znへの焦準用手段、
−まず始めに第1選定ポジションz1に、次に第2選定ポジションz2に焦準した場合の移動距離△zを求めるための距離計測システム、
−距離計測システムと連結した選定ポジションz1、z2表示用及び/又は移動距離△zの大きさ表示用の表示装置、
の付属する顕微鏡、特に立体顕微鏡の焦準用装置。 - 距離計測システムが、モータ駆動装置と連結していることを特徴とする、請求項1に記載の装置。
- 駆動装置として、距離移動△zに必要な駆動ステップ数から移動距離△zの大きさを教示するステップモータが使用されていることを特徴とする、請求項1又は2に記載の装置。
- 距離計測システム及び/又は表示装置が、コンピュータに連結されていて、第1選定ポジションz1の値がそれぞれ「ゼロ」と置かれ、第2選定ポジションz2の位置が移動距離△zの大きさとしてアウトプットされることを特徴とする、先行請求項の1つに記載の装置。
- −フォーカシングの移動操作用として足踏切替装置が装備されていること、
−移動距離△zの計測が顕微鏡に連結されたコンピュータ利用のもとで行なわれること、及び
−PCに接続されたモニタが表示装置として用いられていること、
を特徴とする、先行請求項の1つに記載の装置。 - 両光路内に、フォーカシング移動と共に対象物内Y座標方向でその見掛けポジションの変動する十字線が設置されていて、十字線のy座標方向のポジションがそれぞれポジションz1、z2…znの1つに対応していることを特徴とする、グリノー原理に従って、立体角αが10°〜15°の角度で互いに傾斜するように観察対象物に向けて配置されている2つの顕微鏡光路を持つ立体顕微鏡用の焦準装置。
- 両光路間の立体角をαとするとき、十字線のy座標ポジションと対応するZ座標ポジションz1、z2…zn間にそれぞれz=y/sinαの関係が成立することを特徴とする、請求項6に記載の装置。
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