JP2004517366A - 顕微鏡焦準装置 - Google Patents

Abstract

【課題】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ｚ_１、ｚ_２…ｚ_ｎ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
【解決手段】第１選定ポジションｚ_１から第２選定ポジションｚ_２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ｚ_１、ｚ_２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

【０００１】
【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ｚ_１、ｚ_２…ｚ_ｎ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ｚ_１、ｚ_２…ｚ_ｎ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ｚ_１から第２選定ポジションｚ_２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ｚ_１、ｚ_２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ｚ_１が表示されるように、またそのポジションｚ_１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ｚ_２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ｚ_１にフォーカシングした際に、その第１選定ポジションｚ_１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ｚ_１からポジションｚ_２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ｚ_１、ｚ_２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ｚ_１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ｚ_１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ｚ_２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ｚ_２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ｚ_１、ｚ_２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＝ｚ_１−ｚ_２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)

1. −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ｚ_１、ｚ_２…ｚ_ｎへの焦準用手段、
   −まず始めに第１選定ポジションｚ_１に、次に第２選定ポジションｚ_２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ｚ_１、ｚ_２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。
2. 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。
3. 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。
4. 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ｚ_１の値がそれぞれ「ゼロ」と置かれ、第２選定ポジションｚ_２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。
5. −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。
6. 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ｚ_１、ｚ_２…ｚ_ｎ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。
7. 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ｚ_１、ｚ_２…ｚ_ｎ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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