JP2005157340A - 立体顕微鏡 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、利用者にとって非常に便利で人間工学上も非常に優れている電気制御コンポーネント付き立体顕微鏡に関する。
【解決手段】、主要コンポーネントにはすべて電気式の動力化ズーム本体ＭＺＫ、フォーカシング装置ＭＦＴ、透過光照明器ＭＤＬ、中間鏡筒ＭＨＺ、マイクロメータ付き接眼レンズＡＯ、透過光照明用冷光源ＫＬＤ、落射光照明用冷光源ＫＬＡ、光線切換器ＬＷ、電子モジュールＥＭ、エルゴノミック操作机ＥＢＰからなり、立体顕微鏡自体の中に、操作机ＥＢＰなど電子モジュールＥＭ内に接続されたコンポーネントのデータが集約され、個別コンポーネントの状態を表わした集約データは、この操作机に、またはここには描かれていない外部ディスプレイ上に、利用者に対し一覧表示することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、利用者にとって非常に便利で人間工学上も非常に優れている電気制御コンポーネント付き立体顕微鏡に関する。

最新型の立体顕微鏡は、様々な設定課題に容易に適合させることができるようにモジュール単位で構成されることが多い。このような立体顕微鏡システムの場合、現状技術では、個別の光学コンポーネント、機械コンポーネントが、それら自体機能的に独立していて、それぞれがコンポーネント単位で取り扱われることもある。しかし、様々なコンポーネントの組み合わせによってコンポーネント間に一部相互作用が生じるため、利用者はそれを認識し、留意しなければならない。例えば、多くの透過光型照明装置の場合では、照明される物体面は、切換え可能な調整光学系を通じて、選択可能な様々な対物レンズに対して手動適合させねばならない。

この適合化の実現に使用されるミラー、絞りなどは、一般には連続移動式なので、正確な調整再現性ができず、利用者が代わる場合、新たな利用者は立体顕微鏡システムをその都度手動調整し直さねばならない。同一利用者でも別な適用例の場合では同じことが当てはまる。

モジュール構成なので、操作素子は通例コンポーネントの間近にあり、そのためほとんどの場合、人間工学上好ましい配置ではない。また、個別コンポーネントに対する操作素子として、遠隔配置によるセパレート操作のものも知られている。その方式では、場合によっては複数の遠隔操作装置が並置されることになり、そのため直接見ないことには相互間の区別がつかず、その上余分な場所も必要となる。

オペレータは、システム全体の状態が視覚チェックでしか掌握できず、様々なコンポーネントの位置および作用に関して、まとまりのある迅速変換可能な情報を得ることができない。

全体の倍率変化と共に顕微鏡の焦点深度も変化する。したがって、倍率変更後も正確で鋭敏なフォーカシングを達成するためには、フォーカシング移動における変換率の変更も必要となる。そのことから、粗調整型および微調整型装置の配備も公知となっている。しかし、この調整方式ではオペレータの要望を満たすことはできない。

そのほか、倍率および／または開口の変更と共に画像明度も変化するので、変更後の明度をそれ相応に手動調整しなければならない。

ＤＥ１０１１３０８４Ａ１には、顕微鏡オートフォーカスシステムのことが記述されている。それによると、フォーカスポジションの再調整に、フィードバックされた画像鮮明度の情報が利用され、また対物レンズ交換器および／またはズーム装置用の制御器が配備されている。

ＤＥ１０１０６６９６Ａ１からは、転向式補正素子の付属する高度調整可能な鏡筒が公知であり、この場合では補正素子の設定高度への照準制御が鏡筒内の然るべきセンサによって行われる。

ＤＥ１０１５７６１３Ａ１には、ライカ社の出願による、立体顕微鏡における画像鮮鋭化用絞り制御の機能拡充について記述されている。それによると、絞りは適用方法および利用者の希望の如何により制御されるが、この場合ではポジションフィードバック用の然るべきセンサおよび取り込まれたデータ用の外部ビデオコントローラや外部オペレーション制御装置との調整および連結のための制御装置が配備されている。絞りの調整に関する利用者別の記憶装置も配備されている。外部ビデオコントローラとの情報交換は、絞り制御状態の表示を通して画像に影響を与えることに限定されている。

同様に、外部オペレーション制御装置との情報交換も左または右の主光路の状態表示に限定される。システムの情報交換はプリセットされたまま固定しており、自動化された環境に使用者側で適合させることはできない。状態についてフィードバックを実行するのは、絞り制御器構成グループ内のセンサだけである。したがって、他のコンポーネントの状態、延いてはシステム全体の状態については取得することも表示することもできない。

ＤＥ１９５３７８６８Ａ１には、照明側の断面径をズーム対物レンズの結像側断面径に適合させた立体顕微鏡用照明装置のことが記述されている。それによると、結像光路内に配置された倍率変更のための調整可能な光学素子と照明の断面径設定のための光学素子との間に固定式連結機構が配備されている。その他コンポーネントとのネットワークが構築されていないことは明らかで、繋がりのない孤立型の解決策である。
ＤＥ １０１１３０８４Ａ１ ＤＥ １０１０６６９６Ａ１ ＤＥ １０１５７６１３Ａ１ ＤＥ １９５３７８６８Ａ１

本発明では、ルーチンワークにおけるオペレータの負担を軽減させ、応用課題の解決に当っては人間工学的観点からも支援し、さらには何時でも内容の拡充ができるように、また自動化された環境に容易に組み込めるように、それ自体変更の可能な立体顕微鏡システムを開発することが基本課題になっている。

この課題は、本発明の独立請求項に記載された特徴によって解決される。従属請求項には有利な改良開発が記載されている。
本発明に基づく立体顕微鏡鏡検システムは、すべての主要コンポーネントが（特に、現状技術では動力化されていないために、これ迄は利用者が手動操作しなければならなかったコンポーネントも含め）電気的に制御または検出できること、関連性ある作動および調整すべてが掌握できること、および各コンポーネントの共同作用下でこれら情報の適切な評価および再処理により、立体顕微鏡鏡検用として全く新しい機能性が生れることを特長としている。その場合、これらのコンポーネントが「固有知能」を有していれば、すなわち、中央機構の命令に反応できるだけでなく、他のコンポーネントからの状況報知を評価し、適合性を持った固有の状態変化へと変換できれば特に有利である。

図１はそのようなシステム全体の立体顕微鏡への適用例であり、以下に構造について説明する。
動力化またはコード化された各コンポーネントは、ＣＡＮバスシステムまたはその他然るべきデータバスシステムを通じてシステム全体と結合している。
実施例では次のコンポーネントがデータ交換と関わっている：
すなわち、動力化ズーム本体ＭＺＫ、動力化フォーカシング装置ＭＦＴ、コード化された３対物レンズ付き対物レンズ交換器ＣＯＷ（もちろん、対物レンズ交換器も完全自動化することができ、コード化形態のものは実施態様の１つに過ぎない）、動力化透過光照明器ＭＤＬ、高度調整可能な動力化中間鏡筒ＭＨＺ、マイクロメータ付き接眼レンズＡＯ、透過光照明用冷光源ＫＬＤ、落射光照明用冷光源ＫＬＡ、光線切換器ＬＷ、電子モジュールＥＭ、エルゴノミック操作机ＥＢＰおよびＰＣである。ここには描かれていないが、システム全体と同様にデータ交換ができる、デジタルカメラ付きデジタル式鏡筒も結合させることができる。適切なインタフェースの使用により、市販のカメラＫもＰＣを通じてシステム全体と情報交換することができる。ＰＣは、例えばインターネットを通じて外部とのコミュニケーションの可能性をも開いている。

立体顕微鏡自体の中に、操作机ＥＢＰなど電子モジュールＥＭ内に接続されたコンポーネントのデータが集約される。個別コンポーネントの状態を表わした集約データは、この操作机に、またはここには描かれていない外部ディスプレイ上に、利用者に対し一覧表示することができる。

電子モジュールＥＭおよび光線切換器ＬＷは、いずれにせよ必要な冷光源ＫＬＤおよびＫＬＡの下方に配置されるので、新たな設置場所は必要でない。冷光源ＫＬＤおよびＫＬＡとしては、例えば、高性能を持つ市販のＳＣＨＯＴＴ冷光源ＫＬ２５００ＬＣＤがあり、これの色温度は既存の遠隔制御ブシュを通じて制御することができる。動力化された透過光装置ＭＤＬおよび光線切換器ＬＷの明度は電子制御方式で制御することができる。

さらに、各コンポーネントはそれぞれのベース機能用に操作素子を持つこともできる。共通の操作机ＥＢＰを利用することにより本発明に基づく方法の利点が実現できる。この操作机ＥＢＰにより、システム全体の中で、制御可能なコンポーネントの状態をすべてチェックして調整することができる。その場合、必要頻度の最も高いフォーカシングおよびズーミング用の操作素子については、それら自体を観察しなくても高い操作安定性のもとで利用することができる。

操作机ＥＢＰはエルゴノミック性の観点から構成されており、操作机ＥＢＰの設置場所は利用者が自由に選択できるので、遠隔制御の取り入れによりエルゴノミック性の大幅に改善された操作状況が達成できる。
例えばフットスイッチまたは音声制御装置など、手を使わない操作素子もシステム内に結合させることができるので、オペレータの手は対象物体への操作用として残しておける。

ＰＣに繋いでネットワーク（例えばインターネットまたはローカルネットワーク）に接続すれば、立体顕微鏡システムは大きな空間距離に亘る遠隔制御も可能になる。このネットワークにより、１つの中央機構から複数の立体顕微鏡を制御することも可能である。これは特に自動化されたサイクル過程などでは有利である。

その上、システムすべてがＰＣでのマクロプログラミング、例えばビジュアルベーシック（登録商標）を通じ直接利用者によって自動化できるので、既存のプロセス監視用プロセスチェーン等を使って大きな負担なしに複数の場所と繋ぐことができる。システムのプログラミングは行動別および／または時間別制御方式で行うことができる。マクロはＰＣを使わなくても操作机ＥＢＰで作成でき、呼び出すこともできる。

そのほか、操作手順を制御ユニットにインプットし、それを操作机ＥＢＰにより選択してスタートさせることができる。
また、一式完備した数台の顕微鏡をネットワークでなくＣＡＮバス経由だけで互いに結合させ、それらを総合システムとして操作机ＥＢＰで中央制御することもできる。

本発明に基づくシステムは、画像生成のための主要コンポーネントの器械状態または調整状態を写真撮影またはデジタル写真撮影のデータと共に保存するが、これはデータバンクによる作業を支援するのに適している。したがって、当システムは記録目的にも適している。すなわち、立体顕微鏡操作中の調整状態は手動操作なしに画像と共に掌握、保存することができ、さらに、追加情報の掌握および保存も可能である。

調整データはすべて利用者別に保存でき、再現することもできる。それにより、特に経験的に求められた調整データの場合、利用者の交代および／または課題切換えの際に時間の短縮および再現調整において精度の向上が得られることになる。良好で迅速な再現性は、特に多種照明の場合には有利であり、これは特に、ＫＬ１５００ＬＣＤ用および動力式透過光装置用の接続部を持つ光ガイドそれぞれ１つに対し複数の出力部を擁する光線切換器ＬＷによって支援されている。この配置により、混合光においても照明の任意組み合わせが実現でき、したがって適当な受光器によれば、連続フィルムでも照明条件を変えながら描き出すことができる。

図１では、同軸配置の落射型照明装置ＺＫＡ用として中間鏡筒に配置された光線切換器ＬＷを通じて、フォーカシング用アタッチメントＬＬＦ付き光ガイドおよび直線光ＬＬＬを持つ光ガイドが配備されている。それに代わり、暗視野照明および明視野照明用の別種光線スリットリング光や、点状リング光、フォーカシング用アタッチメントおよび／またはフィルタなどの付属品付き、または付属品なしの様々な複アーム型光ガイドも使用することができる。
照明には、例えばＤＥ３７３４６９１から公知になっているような構造的ＬＥＤ照明も使用できる。

当システムは、然るべきプログラミングにより固有知能を持つことができるので、オペレータからルーチンワークの一部を引き取ることができ、他方オペレータにとって余分な、または不利益な調整可能性を当初から提案または指示することはあり得ない。この固有知能はオペレータが必要に応じて作用解除することもできる。

システムを人間工学上好ましい覗き込み高さｈに適合させるために用いられる、動力式の高さ調整可能な中間鏡筒ＭＨＺの場合では、一旦プリセットされた覗き込み高さｈは、その後システム全体の実状態データに対する評価を基に中間鏡筒ＭＨＺで調整され、調整領域の枠内で一定に保持される。このようにして、覗き込み高さ再調整のルーチンワークはオペレータ側からシステム側へ移される。

対物レンズの違いによる焦点ブレの補整（焦点位置の等価調整）も同じくシステム側に受け渡すことができる。この場合、対物レンズはコード化（または動力化）された対物レンズ交換器ＣＯＷの位置から認識され、またその対物レンズより当該焦点ブレが明らかになるので、動力式フォーカシング装置により、前回使用の対物レンズに合わせて調整することができる。

フォーカシング移動の感度は、当該時の全体倍率に関するデータ評価から自動的に予備調整でき、そのようにして常に最高度に適合した変換が導き出される。

照明の明度は、然るべき受光器（例えば、露光測定用入手可能データを持つ外部デジタルカメラ、または中間鏡筒に統合されたデジタルカメラ）にとっての最適作動領域における受光信号により調整することができる。その場合、例えば色温度および照明明度は受光器に適合させることができる。色温度の適合化は直接冷光源ＫＬＤおよびＫＬＡに対して、明度の適合化は動力化された透過光照明装置ＭＤＬおよび光線切換器ＬＷ内で行われる。

さらに本システムは、システム全体の状態またはその状態変化についての情報（ズームファクタ、対物レンズファクタ、開口）を、素子ＭＤＬおよびＬＷにおける上記の中性色明度設定を通して評価することにより、使用照明の明度を所望の設定値に一定維持させることができる。そのようにして、明度再調整のルーチンワークはオペレータ側からシステム側へ移される。

本システムは、システム全体の状態についての情報（ズームファクタ、対物レンズファクタ）を、適合光学系、つまり視野または物体面ΦＯＦに結像させる光ズームおよび／または虹彩絞りを通して評価することにより、透過光明視野照明を適合化することができる。それによって、コントラストの異なる散乱光が避けられ、視野への照明適合化というルーチンワークはオペレータ側からシステム側へ受け渡される。

透過光暗視野照明は、システム全体の状態についての情報（対物レンズの作動距離、対物レンズの自由直径）を、使用対物レンズに対する虹彩絞りを通して評価することにより適合化できるので、直接光が対物レンズに入らなくても、可能な最高強度の照明を暗視野照明に利用することができる。両種照明が動力化された共通の透過光照明装置ＭＤＬに配備されている場合、理想例では明視野照明および暗視野照明に対して同一の虹彩絞りを使用することができる。

照明に関して一旦予備構成されたシステムは、然るべき画像受信器（例えばデジタルカメラ）によって得られた画像情報を、自由に設定した独立基準に従い画像処理ソフトウェアを通して評価することにより、特定課題に対し、システムのその他パラメータに関しても最適化された最高の照明方法を選択することができる。例えば、コントラストの豊かな、コントラストの乏しい、反射性、吸光性の物体などに分類することが可能である。画像内の最低、最高強度について、および画像全体の強度分布について評価することができる。

強度の最低、最高間の開きが大きい場合（コントラスト豊かな画像）、暗い領域を明るくする拡散照明が理想であるが、一方コントラストの乏しい画像ではむしろ指向性照明のほうが有利である。吸光性物体は極めて低いレベルの最大値しか示さず、反射性素材は非常に高い最大値を示すので、照明強度はそれに応じて調整することができる。また、照明に関し個別に得た知識は、オペレータが対応のマクロプログラムを用いて照明関係専門の選択ルーチンワークに移し変えることもできる。

そのほか、本システムは、公知のシステムにはない有用情報を利用者に提供する。例えば、（システムの認識した）光学データの考慮下で算出された分解能、あるいはまたセグメント化されたＬＥＤ照明の制御状態も表示することができる。これは接眼レンズへの取り込みまたは操作机ＥＢＰでの表示によって行うことができる。その他自動表示される有用情報として、Ｚ方向での測定に重要な測定上の不確定要素があるが、それは作動状態の呼び出しおよびそれより算出された焦点深度から自動的に求めることができる。

本発明に基づくシステムは、ユーザー側の較正なくともＸＹ平面の測定を可能にする。この較正データが省けるのは、関連コンポーネントの較正がメーカ側でなされて、その較正データがシステム内に保存されていて、作動状態の呼び出しにより関連データがすべて入手できるからである。

動力式物体ボードに関しては、回転軸の追加により使用者の操作簡便性をさらに高めることができる。これもシステムに結合させることができる。
例えば、物体の特性をより明確に際立たせるために、あるいはとにかくまず認識できるようにするために、異なった照明状況下で生成した画像を重畳させること、および／または再処理することが可能である。これはまた仕上りチェックにも繋げることができる。すなわち、結果がまだ不満足な状態であれば、パラメータを変えて新たに仕上りチェックを行う。それに必要なのは、それに合わせてシステム全体をプログラミングすることだけである。

立体顕微鏡では、左右の像が、例えば、それぞれデジタルカメラにより撮影され、それより計算されて真正３次元モデルが生成される。これは、自動化されたシステム全体を通して再処理し、適当な方法により立体表示することもできる（例えば、シャッタ眼鏡または自動立体視覚法による）。立体モデルの生成に必要な立体基線、倍率などの必要データも同様にシステムから呼び出すことができる。

本システムは品質確保のために利用することができる。測定結果や、あるいは、例えば画像処理を通じて利用できる立体顕微鏡像からのその他情報は、自動的に、保存済み製造工程データに対する調整量として用いることができる。すなわち、立体顕微鏡システムは、製造品質改善のために保存済み製造工程データと連結させることができる。この場合、測定または結象した物体とソフトウェア仮想モデルとの比較により迅速な決定が可能になる。それには、２次元測定のみならず３次元測定に基く実測値を、例えばＣＡＤデザインからの設定値と比較することができ、偏差のある場合には生産工程へのフィードバックが実行できる。

図２はシステム全体を系統図に表わした実施例である。なお、図１の符号はそのまま利用している。加えて、さらに次のコンポーネントが描かれている：
それは動力化ズーム本体ＭＺＫ制御のための足踏み制御式操作素子（例えばフットスイッチ）と動力化フォーカシング装置ＭＦＴ制御のための足踏み制御式操作素子（例えばフットスイッチ）である。これらの追加コンポーネントは冷光源ＫＬＤ、ＫＬＡおよび、例えばＲＳ２３２インタフェースを通じて接続可能なＰＣと共に直接電子モジュールＥＭに接続され、そこでＣＡＮバスと固定的に連結される。

しかし、電子モジュールＥＭにおけるＣＡＮバスとのこの固定的連結は、本発明に基づくシステム全体の機能制限を意味するものではない。それは、補充設置されたＣＡＮバスインタフェースＣＡＮｎを通じて、多くのＣＡＮバス機能を持つコンポーネントが任意接続できるからである。したがって、必要な場合には、固定連結されたコンポーネントを操作簡便なＣＡＮバス機能を持つコンポーネントに代えることもできる。

システム全体の本発明に基づく作動は、自明のとおり、上記の固定連結されたコンポーネントなしでも可能である。固定連結されたコンポーネントはプラグ式インタフェースにより電子モジュールに接続される。その場合、当インタフェースがＣＡＮバス用のプラグ式インタフェースと明らかに異なっていれば有利である。

然るべきネットワークアクセスＮＷを持つ接続可能なＰＣにより、ネットワーク（例えばインターネット）を通じてシステム全体を操作することができる。
個別コンポーネントへの給電はＣＡＮバスを通じて、またはセパレート式電圧供給でも行える。

本発明は上記の実施例には拘束されない。本発明の観念を基礎として専門家によりなされた改良開発は、本特許請求の保護領域を逸脱するものではない。

システム全体の立体顕微鏡への適用例 システム全体の系統図

符号の説明

ＭＺＫ ズーム本体
ＭＦＴ ファーカシング装置
ＣＯＷ 対物レンズ交換器
ＭＤＬ 動力化透過光照明器
ＭＨＺ 中間鏡筒
ＡＯ 接眼レンズ
ＫＬＤ 透過光照明用冷光源
ＫＬＡ 落射光照明用冷光源
ＬＷ 光線切換器
ＥＭ 電子モジュール
ＥＢＰ エルゴノミック操作机
Ｋ カメラ
ＺＫＡ 落射
ＬＬＦ フォーカシング用アタッチメント
ＬＬＬ 直線光

Claims (21)

1. 照明装置、フォーカシング装置、ズーム対物レンズなど切換えまたは調整可能な複数のコンポーネントを有し、それらコンポーネントがそれ自体の切換え、調整状態について電気的制御または電気的検知機能を有し、また、制御命令または状態情報の取り交わしのためコンポーネント間が連結されている立体顕微鏡。
2. コンポーネント間の連結が電気系ネットワークによって実現されている請求項１に記載の立体顕微鏡。
3. コンポーネントが、それ自体または他のコンポーネントの発した制御命令および状態情報をプリセットされたプログラムに基づいて処理するための部局装置を有している請求項１または２に記載の立体顕微鏡。
4. 中央装置が、コンポーネントの発した制御命令および状態情報をプリセットされたプログラムに基づいて処理するために、配備されている請求項１〜３の１つに記載の立体顕微鏡。
5. 中央装置が、コンポーネントの調整データを保存することのできるデータメモリを有している請求項４に記載の立体顕微鏡。
6. 中央装置が、データメモリに保存されたコンポーネントの調整データから得られた値に応じて、コンポーネント調整のための制御命令を発することのできる、請求項５に記載の立体顕微鏡。
7. 表示装置が、中央装置と結合して配備されていて、中央装置と結合しているコンポーネントの状態情報を表示することができる請求項４に記載の立体顕微鏡。
8. コンポーネントの状態情報から引き出された情報が、表示装置上に表示できる請求項７に記載の立体顕微鏡。
9. 表示装置が、立体顕微鏡の接眼レンズ内への反射転送装置を擁する、請求項７または８に記載の立体顕微鏡。
10. コンポーネントが、電気的に読み出すことのできる較正データ用メモリを有している請求項１に記載の立体顕微鏡。
11. 中央装置が、コンポーネントの較正データを掌握し、状態情報を発する際にこれを考慮することのできる請求項１０あるいは請求項４〜９の１つに記載の立体顕微鏡。
12. 光学分解能および／または焦点深度またはこれらより導き出された値が表示できる請求項１１に記載の立体顕微鏡。
13. 対物レンズの違いによる焦点ブレの補整（焦点位置の等価調整）が実行できる請求項１１に記載の立体顕微鏡。
14. フォーカシング移動における感度が、コンポーネントの状態情報により決定される当該時の全体倍率に対する中央装置の評価を通して調整できる請求項４〜１３の１つに記載の立体顕微鏡。
15. コンポーネントが、照明明度の測定装置を有し、明度調整が、これらコンポーネントの状態情報の考慮のもと中央装置によって実現させることのできる請求項４〜１４の１つに記載の立体顕微鏡。
16. 明度測定コンポーネントの状態情報が、適切な照明方法の選択に利用され、この照明方法の調整が中央装置によって実施可能である請求項１５に記載の立体顕微鏡。
17. 中央装置により透過光明視野照明を視野または物体面に適合化させることができる請求項４〜１６の１つに記載の立体顕微鏡。
18. 中央装置が、フットスイッチまたは音声コントロールにより制御できる請求項４〜１７の１つに記載の立体顕微鏡。
19. 中央装置が、マクロプログラミングによりコンポーネントを自動制御することのできる請求項４〜１８の１つに記載の立体顕微鏡。
20. 共通の中央装置が、複数の立体顕微鏡に対して１台配備されている請求項４〜１９の１つに記載の立体顕微鏡。
21. 顕微鏡がパソコンで操作できる請求項４〜２０の１つに記載の立体顕微鏡。

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