JP2007047447A

JP2007047447A - 焦点検出装置及びこれを備えた顕微鏡装置

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Publication number: JP2007047447A
Application number: JP2005231750A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Watanabe; 広渡邉
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2005-08-10
Filing date: 2005-08-10
Publication date: 2007-02-22

Abstract

【課題】色収差レンズの調整を安価且つ容易に実現し、サンプルの屈折率や厚さの情報がなくても、透明膜や段差サンプルの観察において色収差レンズの再設定なしにＡＦ機能を提供する。
【解決手段】制御部１３３は、対物レンズ１０５により生じる、顕微鏡光源１１０で発光させる観察用の照明光とＬＤ１２０で発光させるＡＦ用の測定光との色収差の補正が必要か否かの判定を行うと共に、当該判定の結果に応じ、色収差補正レンズ１２５を移動させて色収差を補正する。
【選択図】図１

Description

本発明は、顕微鏡の技術に関するものであり、特に、複数の対物レンズを切換えて使用するオートフォーカス（以下、ＡＦと称する）の技術に関するものである。

顕微鏡は、医学・生物学を始めとして、工業分野においても、ＩＣ（集積回路）ウェハや磁気ヘッドの検査、金属組織等の品質管理、新素材等の研究開発といった、種々の分野や用途に使用されている。ところで、このような顕微鏡での合焦は、対物レンズと観察対象であるサンプルとの相対的な位置関係を調整することによって行われるのが一般的であり、合焦機構であるＺステージが、対物レンズ若しくはサンプルを載置するＸ−Ｙステージを対物レンズの光軸方向に移動させて行われる。

最近の顕微鏡では、ＡＦセンサを搭載し、当該ＡＦセンサで検出されたＡＦ信号に基づいてモータを駆動させてＺステージを移動させることにより、自動的に合焦動作を行うＡＦ機能を備えたものが広く用いられている。

ＡＦ方式には、主に赤外光レーザ等の光を標本に照射したときに標本で反射した光に基づいてＡＦ動作を行うアクティブＡＦ方式と、観察画像のコントラストに基づいてＡＦ動作を行うパッシブＡＦ方式とがある。

パッシブＡＦ方式では、例えばベアウェハのようなコントラスト差の小さな標本では合焦動作ができないという理由や、合焦速度が遅いという理由等により、工業用途では余り採用されることがなく、アクティブＡＦ方式が一般的に採用されている。

また、近年では、例えば特許文献１に開示されているように、ＩＣやＬＣＤ（液晶ディスプレイ）等の検査工程の自動化に伴い、検査装置メーカがＡＦ機能を備えた顕微鏡をユニットとして別途購入してＩＣ等の自動検査装置などに組み込み、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）等からコマンド（命令）を送信し、顕微鏡を遠隔操作して使用するという使用形態が増加してきている。

一般的なアクティブＡＦ方式を用いている顕微鏡は、例えば特許文献２に開示されているように、観察光（可視光）とＡＦ光（赤外光）とのピント位置のズレ（色収差）を補正するための色収差補正レンズを備えており、対物レンズを切り換える度に、対物レンズの観察光とＡＦ光とのピントが合う位置へ色収差レンズを移動させることにより、観察者は、低倍から高倍の各種の対物レンズにおいて観察光とＡＦ光とを意識することなくＡＦ動作を行うことが可能である。

しかし、上記の顕微鏡では、初期設定として、観察者が、色収差レンズ操作用ハンドルを操作して、ＡＦ光と観察光とのピントが合うように色収差レンズの位置を移動させ、その位置を対物レンズ毎及び観察法毎に登録する必要がある。この初期設定には多くの時間を必要とし、また、ＡＦに関する知識が必要とされることから、観察者にとって敬遠されてしまう作業であった。特に、前述したような装置組込用の顕微鏡ユニットの場合には、色収差レンズを駆動させるためにはコマンドを送信する必要があり、検査装置メーカにとって大きな作業負担となっていた。

この点に関し、例えば特許文献３には、アクティブＡＦ方式とパッシブＡＦ方式との双方を備えたハイブリッドＡＦが開示されている。この方式では、パッシブＡＦを先に用いて可視光でピントを一旦合わせ、このピント位置と同位置になるようにアクティブＡＦの色収差レンズを移動させて登録するというものである。

また、前述の顕微鏡では、透明膜を備えた標本などでは、ＡＦ後のピントは透明膜の上面に合焦してしまうことがあり、その透明膜の下面の観察を行う場合は、色収差レンズをピント位置（透明膜の上面）から一定量移動（オフセット）させ、透明膜の下面でピントを合わせる必要がある。しかし、上記の顕微鏡では、色収差レンズの位置を倍率毎に１つしか登録することができなかったために、透明膜の厚さが異なる透明膜を観察する際には、また、段差サンプルを観察する際には、観察の度に色収差レンズの再設定を必要としていた。

この点に関し、例えば、特許文献４に開示されているように、ＡＦユニット内部で予め演算して登録しておいた倍率毎の色収差レンズの位置に対し、サンプルの屈折率、温度、位置、サンプルの厚さの少なくとも一つのパラメータに基づいたオフセット量の自動演算を行い、観察者の所望する観察位置へ色収差レンズの位置を自動で移動させるというものがある。この手法は色収差補正用のレンズを備えた対物レンズのアルゴリズムではあるが、ＡＦの色収差レンズにも流用が可能である。
特開２００３−１６７１８３号公報特開平１１−２４９０２７号公報特開２００２−３４１２３４号公報特開２００５−４３６２４号公報

上掲した特許文献３に開示されている技術において採用されているパッシブＡＦは高価であるため、調整のためにのみパッシブＡＦを顕微鏡に装備することは容易なことではない。特に、検査装置メーカにとって、製品コストは最優先課題となるため、この方式の採用は敬遠されがちである。

また、前述したように、パッシブＡＦはコントラスト差の小さい標本では合焦ができないため、ベアウェハなどといった、パターンのない標本には適用することができない。
また、上掲した特許文献４に開示されている技術では、予め、色収差レンズの位置を登録しておかなければならない。また、前述したようなパラメータが不明である場合には実施することができない。一般的に、観察者や検査装置メーカは、サンプルの屈折率の値や、サンプルの透明膜の厚さ等の正確な情報は保有していないことが多く、不正確な情報がＡＦ精度を低下させてしまうことが考えられる。

本発明は上述した問題に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、色収差レンズの調整を安価且つ容易に実現し、サンプルの屈折率や厚さの情報がなくても、透明膜や段差サンプルの観察において色収差レンズの再設定なしにＡＦ機能を提供することである。

本発明の態様のひとつである焦点検出装置は、照明光が投光された試料からの光を結像させて当該試料の像を得る観察光学系を有した顕微鏡に搭載される焦点検出装置において、当該観察光学系内の対物レンズを通して焦点検出のための測定光が投光された当該試料からの反射光に基づいて、当該像を合焦させる制御を行う合焦制御手段と、当該対物レンズによる当該照明光と当該測定光との色収差の補正が必要か否かの判定を行う判定手段と、当該判定の結果に応じて当該色収差を補正する色収差補正手段と、を有することを特徴とするものであり、この特徴によって前述した課題を解決する。

なお、上述した本発明に係る焦点検出装置において、当該判定手段が、当該観察光学系により得られる当該像の合焦時における当該試料の位置に関する情報と、当該合焦制御手段による制御がなされたときにおける当該試料の位置に関する情報とに基づいて当該判定を行うように構成してもよい。

なお、このとき、当該判定手段が、当該観察光学系により得られる当該像の合焦時における当該試料の光軸方向の位置と、当該合焦制御手段による制御がなされたときにおける当該試料の光軸方向の位置との差異が、当該対物レンズの焦点深度よりも大きい場合には、当該補正が必要との判定を下すように構成してもよい。

また、前述した本発明に係る焦点検出装置において、当該判定手段が、当該色収差補正手段による補正後においても当該色収差の更なる補正が必要か否かの判定を繰り返し行い、当該色収差補正手段が、当該色収差の更なる補正が不要との判定を当該判定手段が下す程度まで当該色収差の補正を行う、ように構成してもよい。

また、前述した本発明に係る焦点検出装置において、当該色収差補正手段を、当該測定光の光路に挿入され、当該対物レンズによる当該測定光の焦点位置を変化させるレンズ群としてもよい。

また、前述した本発明に係る焦点検出装置において、当該観察光学系内の対物レンズは交換可能であり、当該色収差補正手段による当該色収差の補正量に関する情報を当該観察光学系で使用される対物レンズ毎に対応付けて記憶しておく記憶手段を更に有する、ように構成しいてもよい。

なお、前述した本発明に係る焦点検出装置を備えた顕微鏡装置についても、本発明に係るものである。

本発明によれば、以上のようにすることにより、色収差レンズの調整を安価且つ容易に実現し、サンプルの屈折率や厚さの情報がなくても、透明膜や段差サンプルの観察において色収差レンズの再設定なしにＡＦ機能を提供できるという効果を奏する。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

まず図１について説明する。同図は、本実施例に係る顕微鏡の概略構成を示している。
図１において、顕微鏡本体１０１では、サンプル１０２を搭載可能なＸ−Ｙステージ１０３に対向する位置に、レボルバユニット１０４が配置されている。レボルバユニット１０４には最大６つまで対物レンズ１０５の設置が可能である。ここでは図示していないレボルバ穴の各々には、番号＃１〜♯６が穴番号として割り当てられている。

レボルバユニット１０４は、対物レンズ１０５を取り付けるマウンタ１０６と、光路上に挿入される対物レンズ１０５を切り替えるためにマウンタ１０６を電動で駆動させるレボルバモータ１０７と、レボルバセンサ群１０８と、を備えて構成されている。レボルバセンサ群１０８は、レボルバユニット１０４が接続されていることを検知するレボルバ接続センサと、現在の穴番号を検知する穴番号センサと、対物レンズ１０５が光軸に挿入されたことを検知する移動完了センサと、を備えて構成されているが、ここでは図示していない。

照明ユニット１０９は、サンプル１０２を照明するための顕微鏡光源１１０を備えている。顕徹鏡光源１１０から出射される観察用の照明光は、例えば可視領域の光（可視光）である。光源１１０からの可視光は照明系レンズ１１１及び光学絞り１１２を通過し、ハーフミラー１１３へと導かれる。ハーフミラー１１３により９０度偏向された光は、対物レンズ１０５を通り、サンプル１０２へ照射される。サンプル１０２で反射した光は、対物レンズ１０５を通過後、ハーフミラー１１３を透過して鏡筒１１４へと導かれる。観察者は、接眼レンズ１１５で直接に、若しくはＣＣＤ（電荷撮像素子）カメラ１１６で得られた画像をここでは図示しないモニタを通じて、サンプル１０２の像を観察することができる。顕微鏡本体１０１における観察光学系はこのように構成されている。

Ｘ−Ｙステージ１０３はサンプル１０２が載置されるものである。Ｘ−Ｙステージ１０３は、対物レンズ１０５の光軸方向に対して垂直であるＸ−Ｙ方向に移動可能になっており、当該光軸方向であるＺ方向に移動可能なＺステージ１１７の上に取り付けられている。観察者はＺステージ１１７を移動させることにより、サンプル１０２を対物レンズ１０５のピント位置へ移動させることができる。また、Ｚステージ１１７は、Ｚステージモータ１３６を電動で駆動させることによっても移動させることができる。

ＡＦユニット１１９は、可視外光である赤外領域の光を発光するレーザダイオード（ＬＤ）１２０と、ＬＤ１２０を駆動する光源駆動部１２１と、を備えている。ＬＤ１２０から発せられたＡＦ光（ＡＦ動作による焦点検出のための測定光）は、コリメートレンズ１３５を通過して平行光束となった後に、当該光束の半分をカットする投光側ストッパ１２２を介して偏光ビームスプリッタ１２３へ入射してＰ偏光成分のみが反射され、集光レンズ１２４へと導かれる。集光レンズ１２４により一旦集光された光束は色収差補正レンズ１２５を通過した後、λ／４板１２６を通過して４５°偏光されてダイクロックミラー１２７により反射される。

色収差補正レンズ１２５は、対物レンズ１０５の持っている、ＡＦ光の赤外波長と、顕微鏡光源１１０の可視波長との焦点位置の不一致を調節するためにＡＦ光の光路に挿入されているレンズ群であり、ＡＦ光の焦点距離を変更するズーム機構１１８を備えて構成されている。

ダイクロックミラー１２７は、赤外波長域のみが反射され、可視域は通過する性質をもっている。従って、赤外レーザ光であるＡＦ光はダイクロックミラー１２７で反射した後、対物レンズ１０５を介してサンプル１０２へと照射される。

サンプル１０２で反射したＡＦ光は、対物レンズ１０５を通過してダイクロックミラー１２７で反射した後、λ／４板１２６を通過する際に４５°偏光されてＳ偏光成分へと切換わる。その後、このＡＦ光は、色収差補正レンズ１２５及び集光レンズ１２４を通過し、偏光ビームスプリッタ１２３へと入射する。前述したように、このＡＦ光の光束はＳ偏光成分となっているので、そのまま偏光ビームスプリッタ１２３を透過し、その後は受光側ストッパ１２８及び受光側集光レンズ１２９を通過して２分割フォトダイオード（以下「２分割ＰＤ」と称する）１３０で結像する。２分割ＰＤ１３０は、後に説明する図５Ａ等に図示されているが、光軸を中心として２個のフォトダイオード（センサＡ及びセンサＢ）が並べられて構成されている光検出器である。

２分割ＰＤ１３０から出力される、結像したスポットの光強度に応じた電流信号は、増幅器１３１によって電流／電圧変換されると共に所定の増幅率で増幅された後、Ａ／Ｄ変換器１３２によってデジタル値へと変換され、制御部１３３で演算処理される。

操作部１３４は、観察者に操作されることによって顕微鏡本体１０１に対する観察者からの各種の指示を取得する。操作部１３４は、図２に示すように、レボルバユニット１０４を時計回り（ＣＷ）若しくは反時計回り（ＣＣＷ）に回転させて対物レンズ１０５を切り換えるＣＷスイッチ２０１及びＣＣＷスイッチ２０２と、Ｚステージ１１７を上下動させるＵＰスイッチ２０３及びＤＯＷＮスイッチ２０４と、ＡＦ動作の実行に関する指示を行うためのワンショットスイッチ２０５及び追従スイッチ２０６と、色収差補正レンズ１２５の位置合せ調整を行うための色収差調整スイッチ２０７と、色収差補正レンズ１２５のオフセット位置を登録するためのオフセット１スイッチ２０８及びオフセット２スイッチ２０９と、を備えて構成されている。色収差調整スイッチ２０７、オフセット１スイッチ２０８、及びオフセット２スイッチ２０９の各々への操作に対する図１の顕微鏡の動作については後述する。

設定部１３５は、レボルバ穴と同じ数（６個）のロータリー式スイッチ３０１を備えて構成されている。図３に示すように、ロータリー式スイッチ３０１ａ〜３０１ｆは各々１６ビットのスイッチである。スイッチ３０１ａはレボルバ穴１に装備される対物レンズ１０５の種類、倍率の設定をし、同様にスイッチ３０１ｂ〜３０１ｆには各々レボルバ穴２〜６に装備される対物レンズ１０５の種類及び倍率の設定をする。

制御部１３３は、図４に示すように、図１に示す顕微鏡の各部の動作制御を司るＣＰＵ（中央演算装置）４０１と、演算データ等の各種のデータを格納して一時的に保持しておくＲＡＭ４０２と、制御プログラムや各種の初期データ等が予め格納されているＲＯＭ４０３と、対物レンズ１０５毎の色収差補正レンズ１２５の位置等を、電力供給を行うことなく記憶しておくことのできる不揮発性メモリ４０４と、レボルバユニット１０４、ＡＦユニット１１９、Ｚステージ１１７、操作部１３４、及び設定部１３５の各々との間でのデータ授受を制御する各種Ｉ／Ｏ４０５ａ〜４０５ｅと、各ユニットのモータを駆動させるための各種ドライバ４０６ａ〜４０６ｃと、を備えて構成されている。

次に、図１の顕微鏡において行われる、アクティブＡＦ方式であるＡＦ動作の原理を簡単に説明する。
図５Ａは、２分割ＰＤ１３０への結像の様子を表している。

まず、サンプル１０２の位置が合焦位置よりも上、すなわち、合焦位置よりも対物レンズ１０５に近い場合を想定する。このとき、ＬＤ１２０で発光させたＡＦ光は、対物レンズ１０５を通過後に、合焦位置よりも手前でサンプル１０２に反射して２分割ＰＤ１３０に結像するので、スポット像６０１ａは、受光側集光レンズ１２９の作用により、中心位置よりもセンサＢ寄りに結像する。

一方、サンプル１０２が合焦位置より下にある場合、すなわち合焦位置よりも対物レンズ１０５から遠い位置にある場合には、２分割ＰＤ１３０に結像するスポット像６０２ａは、中心位置よりもセンサＡ寄りに結像する。

ここで、サンプル１０２が正確に合焦位置にある場合には、スポット像６０３ａは、センサＡとセンサＢとの両者に均等な範囲でほぼ光軸の中心に結像する。しかも、この場合は、２分割ＰＤ１３０は焦点位置に位置することとなるので、スポットの光強度はこの付近で最も高くなる。

図５Ｂは、図５Ａの場合よりも高倍の対物レンズ１０５を使用した場合における２分割ＰＤ１３０への結像の様子を表している。
高倍の対物レンズ１０５は焦点深度が浅いので、サンプル１０２が合焦位置より上及び下にある場合のスポットの形状６０１ｂ及び６０２ｂは、どちらも図５Ａに表したスポット像６０１ａ及び６０２ａに比べて大きくなるが、サンプル１０２が合焦位置にある場合のスポットの形状６０３ｂは、図５Ａに表したスポット像６０３ａと同程度の大きさとなる。

図５Ｃは、図５Ａの場合よりも低倍の対物レンズ１０５を使用した場合における２分割ＰＤ１３０への結像の様子を表している。
低倍の対物レンズ１０５は焦点深度が深いので、サンプル１０２が合焦位置より上及び下にある場合のスポットの形状６０１ｃ及び６０２ｃは、どちらも図５Ａに表したスポット像６０１ａ及び６０２ａに比べて小さくなるが、サンプル１０２が合焦位置にある場合のスポットの形状６０３ｃは、図５Ａに表したスポット像６０３ａと同程度の大きさとなる。

なお、以下の説明においては、図５Ｂ及び図５Ｃの場合との対比により、図５Ａの場合を、中倍の対物レンズ１０５を使用した場合と称することとする。
次に図６Ａ及び図６Ｂについて説明する。図６Ａは、２分割ＰＤ１３０のセンサＡ及びセンサＢ各々の出力信号の変化を表しており、図６Ｂは、この出力信号の値を用いて制御部１３３が行う演算の結果の変化を表しており、センサＡの出力信号値をＡとし、センサＢの出力信号値をＢとしたときにおける、（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）の演算結果の変化を表している。

制御部１３３は、上記のＡとＢとの加算結果（Ａ＋Ｂ）と、上記の（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）演算結果とを用いて合焦の判定を行う。この合焦の判定をより詳しく説明する。
まず、（Ａ＋Ｂ）の値と、不揮発性メモリ４０４に記憶されている、対物レンズ１０５毎に設定されているノイズ判定閾値（ＮＴＨ）との比較を行う。ここで、（Ａ＋Ｂ）＜ＮＴＨであれば、制御部１３３は、サンプル１０２を捕捉していないと判定する。そして、（Ａ＋Ｂ）≧ＮＴＨが成立するように、Ｚステージ１１７を移動させる。

ここで、図６Ａを参照する。同図において、範囲７０１は、低倍の対物レンズ１０５を使用した場合においてサンプル１０２を捕捉したと判定される範囲を示しており、同様に、範囲７０２及び範囲７０３は、それぞれ中倍及び高倍の対物レンズ１０５を使用した場合においてサンプル１０２を捕捉したと判定される範囲を示している。同図より明らかなように、サンプル１０２を捕捉したと判定される範囲は、対物レンズ１０５が高倍である場合が最も狭く、対物レンズ１０５の倍率を下げるほど広くなる。

Ｚステージ１１７の移動により、（Ａ＋Ｂ）≧ＮＴＨが成立すると、制御部１３３は、
−ＦＴＨ＜（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）＜＋ＦＴＨ ………［１］
が成立するようにＺステージ１１７を移動させる。そして、この［１］の成立を検出すると、その位置（図６Ｂにおける範囲７０４の間）でＺステージ１１７の移動を停止させる。ここで、ＦＴＨは合焦判定閾値であり、［１］が成立していればＺステージ１１７が対物レンズ１０５の焦点深度の範囲内に必ず位置するように決められている値である。なお、ＦＴＨは、対物レンズ１０５毎に予め設定されており、不揮発性メモリ４０４内に予め格納されている。

以上のようにして、対物レンズ１０５を通して可視外光が投光されたサンプル１０２からの光に基づいて、サンプル１０２の像を合焦させるＡＦの動作が完了する。
なお、以下の説明においては、以上の一連の動作を「ＡＦ動作」と称することとし、上述した（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）の演算結果を「ＡＦ信号」と称することとする。

次に、ＡＦ動作の動作モードについて説明する。
本実施例において、ＡＦ動作モードには、追従モードとワンショットモードとが設けられている。

追従モードは、ＡＦ動作を開始して合焦が一旦完了しても、ＡＦ動作をその後も継続する動作モードである。追従モードでは、Ｘ−Ｙステージ１０３を移動させてサンプル１０２のピントが合う位置が変化しても、Ｚステージ１１７を常に合焦位へと移動させる。従って、追従モードは、ウェハ等の一定の厚さのサンプルについて、Ｘ−Ｙステージ１０３を移動させながら観察する場合に適している。

一方、ワンショットモードとは、ＡＦ動作を開始して合焦が完了した場合には、ＡＦ動作を終了させる動作モードである。
例えば大きな段差を持っているサンプル１０２の上面のみを観察したいときには、まず、追従モードを使用してＸ−Ｙステージ１０３を移動させれば視野内で常にピントが合うようになる。ところが、ここで、図１７のような段差を有するサンプル１０２の上面である１７Ａ面のみ観察したい場合、Ｘ−Ｙステージ１０３がＸ方向に移動すると、対物レンズ１０５から出射されるＡＦ光は集光点１７０１からＸ方向に移動し、ＡＦ動作によりＺステージ１１７がＺ方向に移動することで、サンプル１０２の１７Ｂ面上の集光点１７０２に一旦合焦してしまう。ここで更にＸ方向に移動すると、ＡＦ光はサンプル１０２の１７Ａ面上の集光点１７０３に移動してこの位置で合焦することになる。つまり、観察者は段差の上面、すなわち１７Ａ面のみの観察を所望しているのにも拘らず、ＡＦ動作の動作モードが追従モードであると、常にＡＦ動作が継続されてＺステージ１１７が駆動されるため、煩わしいばかりでなく、観察効率が低下する。更に、サンプル１０２の段差が対物レンズ１０５の作動距離を超えると、ＡＦ動作によってサンプル１０２と対物レンズ１０５とが衝突する虞がある。ワンショットモードはこのような問題が生じないので、段差のあるサンプル１０２の観察に適している。

次に、図１に示した顕微鏡の具体的な動作について説明する。
まず、顕微鏡本体１０１の電源をＯＮとして電力の各部への供給を開始する前に、レボルバ１０４へ取り付ける対物レンズ１０５の設定を行う。すなわち、設定部１３４のロータリー式スイッチ３０１ａ〜３０１ｆの各々に表されている０からＦの１６進数値に、図７のアサイン表８０１に例示するような、対物レンズ１０５の種類及び倍率を予めアサインしておき（割り当てておき）、観察者は、このアサイン表８０１を見ながらロータリー式スイッチ３０１ａ〜３０１ｆを切り替えて、レボルバ穴毎の対物レンズ１０５の設定を行う。例えば、長作動５０×の対物レンズ１０５をレボルバ穴４へアサインするには、ロータリー式スイッチ３０１ｄを切り替えて「９」にセットすればよい。

その後、顕徹鏡本体１０１の電源をＯＮにする。すると、顕微鏡本体１０１では初期化処理が行われる。顕微鏡本体１０１の電源をＯＮにすると、まず制御部１３３内のＣＰＵ４０１が初期化され、設定部１３４からロータリー式スイッチ３０１ａ〜３０１ｆの各設定値が読み込まれて、図８にメモリテーブルが示されているＲＡＭ４０２におけるＯＢ［１］〜ＯＢ［６］の各番地にセット（格納）される。その後、現在設定されているレボルバ穴番号がレボルバセンサ群１０８の現在位置センサから取得されてＲＡＭ４０２内のＣＯＢ番地にセットされる。この他、周辺の各ユニットの初期化が行われ、顕微鏡本体１０１の初期化が終了する。

次に、色収差補正レンズ１２５の自動調整について、図９に示したフローチャートに沿って説明する。
まず、観察者は、接眼レンズ１１５の像、またはＣＣＤカメラ１１６からの画像を観察し、可視光が投光されているサンプル１０２をピント位置へ配置するべく、ＵＰスイッチ２０３若しくはＤＯＷＮスイッチ２０４を押下操作する。Ｓ１０１では、制御部１３３がこの押下操作を取得し、取得結果に応じてＺステージ１１７を移動させる処理が行われる。

ここで、サンプル１０２が透明膜サンプルや段差サンプルである場合には、色収差補正レンズ１２５の設定位置が通常のものとは異なるため、色収差補正レンズ１２５の位置を通常サンプルとは別なメモリ領域へ登録する必要がある。この場合には、観察する面へピントを合わせた上で、オフセット１スイッチ２０８若しくはオフセット２スイッチ２０９を押下操作することにより、その旨が制御部１３３へ伝えられる。

次に、観察者による色収差調整スイッチ２０７の押下操作が検出されると、Ｓ１０２において、制御部１３３は顕微鏡の動作モードを色収差自動調整モードへと移行させる。続くＳ１０３では、オフセット１スイッチ２０８及びオフセット２スイッチ２０９の押下状態を確認する処理が行われる。ここで、オフセット１スイッチ２０８及びオフセット２スイッチ２０９の両者が共に押下されていなければ、Ｓ１０４ａにおいて、ＲＡＭ４０２内のＯｆｆＮｕｍ番地の値を「０」にセットする処理がＣＰＵ４０１で行われる。一方、ここで、オフセット１スイッチ２０８が押下されていたならば、Ｓ１０４ｂにおいて、ＲＡＭ４０２内のＯｆｆＮｕｍ番地の値を「１」にセットする処理が行われ、オフセット２スイッチ２０９が押下されていたならば、Ｓ１０４ｃにおいて、ＲＡＭ４０２内のＯｆｆＮｕｍ番地の値を「２」にセットする処理が行われる。

なお、以下の説明においては、ロータリー式スイッチ３０１ａによりレボルバ穴１について「ｃ」（長作動５×）に設定され、且つオフセット２スイッチ２０９が押下されている場合を本実施例の場合として説明する。

Ｓ１０５では、現在のＺステージ１１７の位置、すなわち可視光でのピント位置を示す情報をＲＡＭ４０２内のＴＰＯＳ番地にセットする処理がＣＰＵ４０１で行われ、続くＳ１０６において、設定されている対物レンズ１０５の種類、倍率をセットするべく、ＯＢ［ＣＯＢ］番地の値をＲＡＭ４０２内のＯＢＴｙｐｅ番地（図８では不図示）にセットする処理が行われる。なお、本実施例の場合、ＲＡＭ４０２内のＣＯＢ番地の値は「１」、すなわち、現在は、「１」番のレボルバ穴に装備されている対物レンズ１０５が光軸上に位置しているので、ＯＢ［１］の値、すなわち「ｃ」がＲＡＭ４０２内のＯＢＴｙｐｅ番地にセットされる。

以上までの処理により、色収差補正レンズ１２５の自動調整に必要なパラメータの設定が完了したので、Ｓ１０７において、制御部１３３は顕微鏡の動作モードをＡＦ追従モードへ移行させてＡＦ動作を実行する。そして、Ｓ１０８において、ＡＦ動作の成否を判定する処理を行う。ここで、ＡＦが失敗したと判定した場合には、Ｓ１０９において、ＡＦの失敗を示すエラー表示を不図示の表示部で行い、その後はこの図９のフローを抜ける。

一方、ＡＦ動作が成功した場合には、Ｓ１１０において、ＡＦ動作実行後のＺステージ１１７の位置、すなわち、ＡＦ光でのピント位置を示す情報をＲＡＭ４０２内のＣＰＯＳ番地にセットする処理がＣＰＵ４０１で行われる。

続いてＳ１１１では、下記の式の成否を判定して、対物レンズ１０５による可視光と可視外光（ここではＬＤ１２０で発光させるＡＦ光）との色収差の補正が必要か否かを判定する処理が行われる。
（ＴＰＯＳ−ＴＨ［ＯＢＴｙｐｅ］）＜ＣＰＯＳ＜（ＴＰＯＳ＋ＴＨ［ＯＢＴｙｐｅ］）
上記の式において、ＴＨ［ＯＢＴｙｐｅ］は、図１０にメモリテーブルが示されている不揮発性メモリ４０４に予め格納されている値である。この値は対物レンズ１０５により異なるため、この値には対物レンズ１０５の種類に応じた０〜ｆまでの１６種類の値が予め設定されている。本実施例においては、ＲＡＭ４０２内のＯＢＴｙｐｅ番地に「ｃ」がセットされているため、ＴＨ［ＯＢＴｙｐｅ］として、不揮発性メモリ４０４のＴＨ［ｃ］番地の値が適用される。

ＴＨ［ＯＢＴｙｐｅ］の値は、対物レンズ１０５の焦点深度の範囲を表している。つまり、Ｓ１１１において、上掲した式が成立しない（判定結果がＮｏ）ということは、Ｚステージ１１７の現在の位置（ＡＦ光でのピント位置）と、Ｓ１０５の処理においてセットしたＴＰＯＳ（可視光でのピント位置）との差が、対物レンズ１０５の焦点深度以上に異なっているということであり、これはすなわち、可視光とＡＦ光との色収差の補正が必要であるということを意味している。

そこで、Ｓ１１１の判定結果がＮｏの場合には、Ｓ１１２において、ループカウンタｉをインクリメントする処理がＣＰＵ４０１で行われ、続くＳ１１３において、ループカウンタｉが指定回数Ｉに達したか否かを判定する処理が行われる。このＳ１１３の判定処理において、ループカウンタｉが指定回数Ｉに達したと判定されたとき（判定結果がＹｅｓのとき）は、Ｓ１１４において、タイムアウト表示を不図示の表示部で行い、その後はこの図９のフローを抜ける。

一方、Ｓ１１３の判定処理において、ループカウンタｉが未だ指定回数Ｉには達していないと判定されたとき（判定結果がＮｏのとき）には、Ｓ１１５において、下記の式の成否を判定する処理が行われる。

（ＴＰＯＳ−ＴＨ［ＯＢＴｙｐｅ］）≧ＣＰＯＳ
ここで、上記の式が成立するとき（判定結果がＹｅｓのとき）には、Ｓ１１６ａにおいて、制御部１３３がＡＦユニット１１９を制御して色収差補正レンズ１２５をプラスの方向にＰＩＴＣＨ［ＯＢＴｙｐｅ］分移動させる処理が行われ、その後はＳ１１０へと処理を戻し、色収差の更なる補正が必要か否かの判定が繰り返される。一方、上記の式が成立しないとき（判定結果がＮｏのとき）には、Ｓ１１６ｂにおいて、制御部１３３がＡＦユニット１１９を制御して色収差補正レンズ１２５をマイナスの方向にＰＩＴＣＨ［ＯＢＴｙｐｅ］分移動させる処理が行われ、その後はＳ１１０へと処理を戻し、色収差の更なる補正が必要か否かの判定が繰り返される。

ＰＩＴＣＨ［ＯＢＴｙｐｅ］は、色収差補正レンズ１２５の１回当たりの移動量を決める値であり、不揮発性メモリ４０４に予め格納されている値である。この値は対物レンズ１０５の種類によって異なるため、テーブルには０〜ｆまでの値がセットされている。本実施例においては、ＲＡＭ４０２内のＯＢＴｙｐｅ番地に「ｃ」がセットされているため、ＰＩＴＣＨ［ＯＢＴｙｐｅ］として、不揮発性メモリ４０４のＰＩＴＣＨ［ｃ］番地の値が適用される。

ところで、前述したＳ１１１の判定処理において可視光とＡＦ光との色収差の補正が不要である（若しくは更なる補正は不要である）と判定されたとき、すなわち、前掲した式が成立すると判定されたとき（判定結果がＹｅｓのとき）は、Ｓ１１５からＳ１１６ｂにかけての色収差補正のための処理は以降行わずに、Ｓ１１７において、色収差補正レンズ１２５の現在位置を示す値を、不揮発性メモリ４０４のＡＰＯＳ［ＯｆｆＮｕｍ］［ＣＯＢ］番地に格納する処理がＣＰＵ４０１によって行われる。

図１０に示すように、不揮発性メモリ４０４には、この色収差補正レンズ１２５の位置を示す値を、２つのオフセットスイッチ（２０８、２０９）の押下状態とレボルバ穴の数とに対応づけて記憶しておくために、ＡＰＯＳ［０］［１］番地からＡＰＯＳ［２］［６］番地までの３×６＝１８個の格納領域が用意されている。本実施例の場合、ＲＡＭ４０２内のＯｆｆＮｕｍ番地の値は「２」（オフセット２スイッチ２０９が押下されている）であり、ＲＡＭ４０２内のＣＯＢ番地の値は「１」であるので、色収差補正レンズ１２５の現在位置を示す値は不揮発性メモリ４０４のＡＰＯＳ［２］［１］番地に格納される。

以上のようにして、レボルバ穴１に装備された対物レンズ１０５を使用する場合における色収差補正レンズ１２５の自動補正処理が終了する。この自動補正処理をレボルバ穴の数だけ、また、オフセットをかけるサンプル１０２の数だけ実行すれば、色収差補正レンズ１２５の調整は完了する。

次にＡＦ動作のための制御処理について説明する。
まずオフセット１スイッチ２０８及びオフセット２スイッチ２０９の両者が共に押下されていない状態で、レボルバ穴１の対物レンズ１０５が設定されている場合について説明する。

観察者はＡＦ動作を開始させるべく、操作部１３４の追従スイッチ２０６を押下する。この押下操作を検出した制御部１３３は、不揮発性メモリ４０４内のＡＰＯＳ［ＯｆｆＮｕｍ］［ＣＯＢ］番地（本例においてはＡＰＯＳ［０］［１］番地）から色収差補正レンズ１２５の位置情報を読み出し、続けてＡＦＩ／Ｏ４０５ｄへ色収差補正レンズ１２５の駆動指示を与えて、当該位置情報で表されている位置へ色収差補正レンズ１２５を移動させる処理を行う。その後、制御部１３３はＡＦＩ／Ｏ４０５ｄへ光源駆動指示を与えてＬＤ１２０を発光させると共に、また２分割ＰＤ１３０の出力信号データをＡ／Ｄ変換器１３２から受け取る処理を行う。そして、前述した演算を行ってＡＦ信号を算出し、得られたＡＦ信号に基づいてＡＦ処理を行うことにより、ピントの合ったサンプル１０２の画像が得られる。

なお、この状態で、操作部１１７のＣＷスイッチ２０１を押下し、光軸上の対物レンズ１０５をレボルバ穴２に装備されているものへと切り替える指示を観察者が行うと、当該指示を検出した制御部１３３は、今度は不揮発性メモリ４０４内のＡＰＯＳ［０］［２］番地から色収差補正レンズ１２５の位置情報を読み出し、以下同様に、当該位置情報が示す位置へ色収差補正レンズ１２５を移動させてＡＦ動作のための処理を実行する。この処理が実行されることにより、新たに選択された対物レンズ１０５においてもピントの合ったサンプル１０２の画像が得られる。

また、レボルバ穴を同一のものとしたまま（すなわち、対物レンズ１０５を切り替えることなく）、サンプル１０２を透明膜サンプルへと交換した場合には、例えばオフセット１スイッチ２０８を押下の後、追従スイッチ２０６若しくはワンショットスイッチ２０５を押下すると、制御部１３３は、不揮発性メモリ４０４内の今度はＡＰＯＳ［１］［２］番地から色収差補正レンズ１２５の位置情報を読み出し、以下同様に、当該位置情報が示す位置へ色収差補正レンズ１２５を移動させ、ＡＦ処理を実行する。この処理が実行されることにより、透明膜サンプルであってもピントの合ったサンプル１０２の画像が得られる。

以上詳細に説明したように、本実施例によれば、顕微鏡のＡＦにおいての色収差レンズの調整を、安価且つ容易に実現することができ、更に、透明膜や段差サンプルの観察において、当該サンプルの屈折率や高さの情報などが不明であっても、色収差レンズの再設定をすることなく、ＡＦ動作を提供できるようになる。

なお、上述した実施例においては、照明光として可視領域の光を使用し、ＡＦ光として赤外領域の光を使用していたが、これに限らず、この代わりに、例えば、照明光として紫外領域の光を使用し、ＡＦ光として可視領域若しくは赤外領域の光を使用するようにしてもよい。

本実施例は、ＩＣ等の自動検査装置などに組み込まれる顕微鏡ユニットで本発明に係るＡＦ動作を実現するものである。
なお、本実施例においては、前述した実施例１と異なる部分を中心に説明する。

図１１は、本実施例に係る顕微鏡ユニットの概略構成を示している。なお、同図において、図１に示されているものと同一の構成要素に対しては同一の符号を付している。
図１１に示した顕微鏡ユニット１１０１は、例えばＩＣ検査装置に設置されるものである。

顕微鏡ユニット１１０１は、レボルバユニット１０４と、対物レンズ１０５と、照明ユニット１０９と、ＡＦユニット１１９と、鏡筒１１４と、接眼レンズ１１５と、ＣＣＤカメラ１１６と、制御部１１０５と、を備えて構成されている。

ＩＣ検査装置は、顕微鏡ユニット１１０１に加え、Ｘ−Ｙステージ１１０２と、Ｚステージ１１０３と、顕微鏡ユニット１１０１をコマンドで操作するためのＰＣ１１０４を備えている。ＰＣ１１０４には顕微鏡ユニット１１０１の操作用のコマンドを送受信するためのソフトウェアがインストールされている。観察者がこのソフトウェアをＰＣ１１０４上で実行させて顕微鏡ユニット１１０１の操作を行うと、ＰＣ１１０４は、顕微鏡ユニット１１０１を制御する制御部１１０５に対して各種のコマンドによる指示を与える。

制御部１１０５は、図１２に示すように、ＣＰＵ４０１と、ＲＡＭ４０２と、ＲＯＭ４０３と、不揮発性メモリ４０４と、各ユニットとの間でのデータ授受を制御するＩ／Ｏ１３０５ａ〜１３０５ｄと、各ユニットのモータを駆動させるためのドライバ１３０６ａ及び１３０６ｃと、を備えて構成されている。なお、図１２においては、Ｚステージドライバ１３０６ｂは、Ｚステージ１１０３に備えられているものとしている。

次に、図１３について説明する。同図は、ＰＣ１１０４にインストールされているソフトウェアを実行することによって提供される、顕微鏡ユニット１１０１の操作のためのＧＵＩ（グラフィカル・ユーザ・インタフェース）の表示例である。

図１３に示したＧＵＩは、レボルバ操作ボタン群１２０１と、レボルバアサインボタン群１２０２と、ＡＦボタン群１２０３と、ステージ操作ボタン群１２０４と、を備えて構成されており、ＰＣ１１０４に備えられている不図示の表示装置に表示される。

レボルバ操作ボタン群１２０１は、「１」番のレボルバ穴に装備されている対物レンズ１０５を光軸上に位置させるためのレボルバ１操作ボタン１２０１ａと、以下同様の、レボルバ２〜６操作ボタン１２０１ｂ〜１２０１ｆを備えて構成されている。

レボルバアサインボタン群１２０２は、レボルバ穴選択部１２０２ａと、対物レンズ選択部１２０２ｂと、セットボタン１２０２ｃと、を備えて構成されている。レボルバ穴選択部１２０２ａで選択したレボルバ穴に対し、装備する対物レンズ１０５の種類を対物レンズ選択部１２０２ｂで選択した上で、セットボタン１２０２ｃを押下操作すると、ＰＣ１１０４は、コマンド「ＳｅｔＯＢ“ＣＯＢ”，“対物レンズ番号”」を制御部１１０５へ送信する。このコマンドを受信した制御部１１０５では、ＣＰＵ４０１がＲＡＭ４０２のＯＢ［ＣＯＢ］番地へ、対物レンズ１０５の種類と倍率についての情報を格納する。

図１３に示されている例では、レボルバ穴選択部１２０２ａによりレボルバ穴番号が「１」とされ、対物レンズ選択部１２０２ｂにより対物レンズの種類として「ユニバーサル５×」が選択されたので、ＰＣ１１０４は、ＰＣ１１０４内部に予め格納されている図８のアサイン表８０１を参照し、制御部１１０５へ「ＳｅｔＯＢ１，５」なるコマンドを送信する処理を行う。制御部１１０５ではこのコマンドを受信すると、ＣＰＵ４０１がＲＡＭ４０２のＯＢ［１］番地へ「５」を格納する。

ステージ操作ボタン群１２０４は、Ｘ−Ｙステージ操作ボタン群１２０４ａと、Ｚステージ操作ボタン群１２０４ｂとを備えて構成されている。Ｘ−Ｙステージ操作ボタン群１２０４ａへの押下操作を示すコマンドをＰＣ１１０４から受信すると、制御部１１０５は、図示していない、Ｘ−Ｙステージドライバヘコマンドを送信して当該押下操作に応じた方向へＸ−Ｙステージ１１０２を移動させる。また、Ｚステージ操作ボタン群１２０４ｂへの押下操作を示すコマンドをＰＣ１１０４から受信すると、制御部１１０５は、Ｚステージ１１０３に備えられているＺステージドライバ１３０６ｂヘコマンドを送信してＺステージモータ１１３６を駆動させ、当該押下操作に応じた方向へＺステージ１１０３を移動させる。

ＡＦボタン群１２０３は、ワンショットボタン１２０３ａと、追従ボタン１２０３ｂと、色収差調整ボタン１２０３ｃと、オフセット１ボタン１２０３ｄと、オフセット２ボタン１２０３ｅと、を備えて構成されている。

ワンショットボタン１２０３ａへの押下操作を検出すると、ＰＣ１１０４はワンショットモードＡＦを実行するコマンドを制御部１１０５へ送信し、追従ボタン１２０３ｂへの押下操作を検出すると、ＰＣ１１０４は、同様に、追従モードＡＦを実行するコマンドを制御部１１０５へ送信する。制御部１１０５では、受信したコマンドに応じて、ワンショットモードでのＡＦ動作若しくは追従モードでのＡＦ動作を実行する。

また、色収差調整ボタン１２０３ｃへの押下操作を検出すると、ＰＣ１１０４は、オフセット１ボタン１２０３ｄ及びオフセット２ボタン１２０３ｅの状態に応じ、制御部１１０５へ所定のコマンドを送信する。制御部１１０５では、このコマンドを受信すると、色収差補正レンズ１２５の自動調整の制御を、後述のように実行する。

次に、図１１に示した顕微鏡ユニットの具体的な動作について説明する。
まず、顕微鏡ユニット１１０１の電源をＯＮにする。すると、顕微鏡ユニット１１０１では初期化処理が行われる。顕微鏡ユニット１１０１の電源をＯＮにすると、まず制御部１１０５内のＣＰＵ４０１が初期化され、現在設定されているレボルバ穴番号がレボルバセンサ群１０８の現在位置センサから取得されてＲＡＭ４０２内のＣＯＢ番地にセットされる。この他、周辺の各ユニットの初期化が行われ、顕微鏡ユニット１１０１の初期化が終了する。

次に、色収差補正レンズ１２５の調整について、図１４に示したフローチャートに沿って説明する。
まず、観察者は、接眼レンズ１１５の像、またはＣＣＤカメラ１１６からの画像を観察し、可視光が投光されているサンプル１０２をピント位置へ配置するべく、ステージ操作ボタン群１２０４に対する押下操作を行う。Ｓ２０１では、制御部１１０５がこの押下操作の内容をＰＣ１１０４から取得し、取得結果に応じてＺステージ１１０３を移動させる処理が行われる。

ここで、サンプル１０２が透明膜サンプルや段差サンプルである場合には、色収差補正レンズ１２５の設定位置が通常のものとは異なるため、色収差補正レンズ１２５の位置を通常サンプルとは別なメモリ領域へ登録する必要がある。この場合には、観察する面へピントを合わせた上で、オフセット１ボタン１２０３ｄ若しくはオフセット２ボタン１２０３ｅを押下操作することにより、その旨がＰＣ１１０４から制御部１１０５へ伝えられる。

次に、観察者による色収差調整ボタン１２０３ｃへの押下操作がなされると、ＰＣ１１０４では、その押下操作を検出する処理がＳ２０２において行われる。続くＳ２０３では、オフセット１ボタン１２０３ｄ及びオフセット２ボタン１２０３ｅの押下状態を確認する処理が行われる。ここで、オフセット１ボタン１２０３ｄ及びオフセット２ボタン１２０３ｅの両者が共に押下されていなければ、Ｓ２０４ａにおいて、ＲＡＭ４０２内のＯｆｆＮｕｍ番地の値を「０」にセットする処理がＣＰＵ４０１で行われる。一方、ここで、オフセット１ボタン１２０３ｄが押下されていたならば、Ｓ２０４ｂにおいて、ＲＡＭ４０２内のＯｆｆＮｕｍ番地の値を「１」にセットする処理が行われ、オフセット２ボタン１２０３ｅが押下されていたならば、Ｓ２０４ｃにおいて、ＲＡＭ４０２内のＯｆｆＮｕｍ番地の値を「２」にセットする処理が行われる。

その後、Ｓ２０５において、ＰＣ１１０４では、コマンド「ＳｅｔＡｂｅｒＣＯＢ，Ｏｆｆｎｕｍ」を制御部１３３へ送信する処理が行われる。ここで、光軸に現在挿入されている対物レンズ１０５が装備されているレボルバ穴は「１」であり、また、現在はオフセット２ボタン１２０３ｅが押下されているので、送信されるコマンドは、「ＳｅｔＡｂｅｒ１，２」となる。

制御部１３３は、上記のコマンドを受信すると、色収差レンズ自動調整モードでの動作を開始する。以後のＳ２０６からＳ２１７ｂにかけての処理は、実施例１における図９のＳ１０５からＳ１１６ｂにかけての処理と同様であるので、その説明を省略する。

以上のように、本実施例によれば、装置組み込み用のＡＦ機能付き顕微鏡ユニットにおいて、色収差レンズの調整を、安価且つ容易に実現することができ、更に、透明膜や段差サンプルの観察おいて、当該サンプルの屈折率や高さの情報などが不明であっても、色収差レンズの再設定をすることなく、ＡＦ動作を提供できるようになる。

本実施例は、顕微鏡ユニットをコントロールするＰＣ上で制御プログラムを実行することによって、本発明に係るＡＦ動作を実現させるものである。
本実施例に係る顕微鏡ユニットの概略構成は、図１１に示した実施例２に係るものと同様であるので、説明を省略する。また、ＰＣ１１０４にインストールされているソフトウェアを実行することによって提供される、顕微鏡ユニット１１０１の操作のためのＧＵＩの表示例も、図１３に示したものと同様のものである。

まず、本実施例におけるＡＦ動作のための制御処理について説明する。
図１３において、ワンショットボタン１２０３ａ若しくは追従ボタン１２０３ｂへの押下操作を検出すると、ＰＣ１１０４では、押下操作されたボタンの種類に応じてコマンド「ＡＦＯｎｅ」若しくは「ＡＦＴｒａｃｅ」を制御部１１０５へ送信する処理が行われる。顕微鏡ユニット１１０１の動作を制御する制御部１１０５は、このコマンドを受信すると、実施例１で説明したものと同様のＡＦ動作のための制御処理を実行する。そして、ＡＦ動作が正常に終了した場合には正常終了を示すレスボンスをＰＣ１１０４へ送信し、異常終了した場合にはエラーを示すレスポンスをＰＣ１１０４へ送信する。

次に、色収差補正レンズ１２５の調整について、図１５に示したフローチャートを用いて説明する。なお、このフローチャートで示されている処理をＰＣ１１０４に行わせるためには、所定の制御プログラムをＰＣ１１０４で実行させることで可能となる。

まず、観察者は、接眼レンズ１１５の像、またはＣＣＤカメラ１１６からの画像を観察し、可視光が投光されているサンプル１０２をピント位置へ配置するべく、ステージ操作ボタン群１２０４に対する押下操作を行う。Ｓ３０１では、制御部１１０５がこの押下操作の内容をＰＣ１１０４から取得し、取得結果に応じてＺステージ１１０３を移動させる処理が行われる。

次に、観察者による色収差調整ボタン１２０３ｃへの押下操作がなされると、ＰＣ１１０４では、その押下操作を検出する処理がＳ３０２において行われる。続くＳ３０３では、オフセット１ボタン１２０３ｄ及びオフセット２ボタン１２０３ｅの押下状態を確認する処理が行われる。ここで、オフセット１ボタン１２０３ｄ及びオフセット２ボタン１２０３ｅの両者が共に押下されていなければ、Ｓ３０４ａにおいて、図１６にメモリテーブルが示されているＰＣ１１０４内のメモリ（不図示）におけるＯｆｆＮｕｍ番地の値を「０」にセットする処理が行われる。一方、ここで、オフセット１ボタン１２０３ｄが押下されていたならば、Ｓ３０４ｂにおいて、ＰＣ１１０４内のメモリにおけるＯｆｆＮｕｍ番地の値を「１」にセットする処理が行われ、オフセット２ボタン１２０３ｅが押下されていたならば、Ｓ３０４ｃにおいて、ＰＣ１１０４内のメモリにおけるＯｆｆＮｕｍ番地の値を「２」にセットする処理が行われる。

なお、以下の説明においては、レボルバ穴１について「ｃ」（長作動５×）の対物レンズが装備され、且つオフセット２ボタン１２０３ｅが押下されている場合を本実施例の場合として説明する。

Ｓ３０５では、現在のＺステージ１１０３の位置、すなわち可視光でのピント位置を取得するため、Ｚステージ位置確認コマンドを制御部１１０５へ送信し、このコマンドを受信した制御部１１０５から送られてくるＺステージ１１０３の現在位置を示す情報を、ＰＣ１１０４内のメモリにおけるＴＰＯＳ番地にセットする処理が行われ、続くＳ３０６において、設定されている対物レンズ１０５の種類、倍率をセットするべく、ＯＢ［ＣＯＢ］番地の値をＰＣ１１０４内のメモリにおけるＯＢＴｙｐｅ番地（図１６で不図示）にセットする処理が行われる。なお、本実施例の場合、ＰＣ１１０４内のメモリにおけるＣＯＢ番地の値は「１」、すなわち、現在は、「１」番のレボルバ穴に装備されている対物レンズ１０５が光軸上に位置しているので、ＯＢ［１］の値、すなわち「ｃ」がＰＣ１１０４内のメモリにおけるＯＢＴｙｐｅ番地にセットされる。

Ｓ３０７では、ＰＣ１１０４からコマンド「ＡＦＴｒａｃｅ」を制御部１１０５へ送付し、制御部１１０５に顕微鏡ユニット１１０１の制御をさせてＡＦ追従モードでのＡＦ動作を実行させる処理が行われる。そして、Ｓ３０８において、制御部１１０５から送られてきたレスポンスに基づいてＡＦ動作の成否を判定する処理がＰＣ１１０４で行われる。ここで、ＡＦが失敗したと判定した場合には、Ｓ３０９において、ＡＦの失敗を示すエラー表示をＰＣ１１０４の表示装置に表示し、その後はこの図１５のフローを抜ける。

一方、ＡＦ動作が成功した場合には、Ｓ３１０において、Ｚステージ位置確認コマンドをＰＣ１１０４から制御部１１０５へと送信し、このコマンドを受信した制御部１１０５から送られてくるＺステージ１１０３の現在位置、すなわちＡＦ光でのピント位置を示す情報をＰＣ１１０４内のメモリにおけるＣＰＯＳ番地にセットする処理が行われる。

続いてＳ３１１では、下記の式の成否を判定して、対物レンズ１０５による可視光と可視外光（ここではＬＤ１２０で発光させるＡＦ光）との色収差の補正が必要か否かを判定する処理が行われる。
（ＴＰＯＳ−ＴＨ［ＯＢＴｙｐｅ］）＜ＣＰＯＳ＜（ＴＰＯＳ＋ＴＨ［ＯＢＴｙｐｅ］）
本実施例においては、上記の式におけるＴＨ［ＯＢＴｙｐｅ］も、ＰＣ１１０４内のメモリ（図１６）に予め格納されている値である。この値は対物レンズ１０５により異なるため、この値には対物レンズ１０５の種類に応じた０〜ｆまでの１６種類の値が予め設定されている。本実施例においては、ＰＣ１１０４内のメモリにおけるＯＢＴｙｐｅ番地に「ｃ」がセットされているため、ＴＨ［ＯＢＴｙｐｅ］として、不揮発性メモリ４０４のＴＨ［ｃ］番地の値が適用される。

実施例１と同様、ＴＨ［ＯＢＴｙｐｅ］の値は、対物レンズ１０５の焦点深度の範囲を表している。従って、Ｓ３１１において、上掲した式が成立しない（判定結果がＮｏ）ということは、Ｚステージ１１０３の現在の位置（ＡＦ光でのピント位置）と、Ｓ３０５の処理においてセットしたＴＰＯＳ（可視光でのピント位置）との差が、対物レンズ１０５の焦点深度以上に異なっているということであり、これはすなわち、可視光とＡＦ光との色収差の補正が必要であるということを意味している。

そこで、Ｓ３１１の判定結果がＮｏの場合には、Ｓ３１２において、ループカウンタｉをインクリメントする処理がＰＣ１１０４で行われ、続くＳ３１３において、ループカウンタｉが指定回数Ｉに達したか否かを判定する処理が行われる。このＳ３１３の判定処理において、ループカウンタｉが指定回数Ｉに達したと判定されたとき（判定結果がＹｅｓのとき）は、Ｓ３１４において、タイムアウト表示をＰＣ１１０４の表示装置で行い、その後はこの図１５のフローを抜ける。

一方、Ｓ３１３の判定処理において、ループカウンタｉが未だ指定回数Ｉには達していないと判定されたとき（判定結果がＮｏのとき）には、Ｓ３１５において、下記の式の成否を判定する処理が行われる。

（ＴＰＯＳ−ＴＨ［ＯＢＴｙｐｅ］）≧ＣＰＯＳ
ここで、上記の式が成立するとき（判定結果がＹｅｓのとき）には、Ｓ３１６において、ＰＣ１１０４が制御部１１０５へＡＦユニット１１９を制御するための所定のコマンドを送付して、色収差補正レンズ１２５をプラスの方向にＰＩＴＣＨ［ＯＢＴｙｐｅ］分移動させる処理が行われ、その後はＳ３１０へと処理を戻し、色収差の更なる補正が必要か否かの判定が繰り返される。一方、上記の式が成立しないとき（判定結果がＮｏのとき）には、Ｓ３１７において、ＰＣ１１０４が制御部１１０５へＡＦユニット１１９を制御するための所定のコマンドを送付して、色収差補正レンズ１２５をマイナスの方向にＰＩＴＣＨ［ＯＢＴｙｐｅ］分移動させる処理が行われ、その後はＳ３１０へと処理を戻し、色収差の更なる補正が必要か否かの判定が繰り返される。

ＰＩＴＣＨ［ＯＢＴｙｐｅ］は、色収差補正レンズ１２５の１回当たりの移動量を決める値であり、ＰＣ１１０４内のメモリに予め格納しておく値である。この値は対物レンズ１０５の種類によって異なるため、テーブルには０〜ｆまでの値がセットされている。本実施例においては、ＰＣ１１０４内のメモリにおけるＯＢＴｙｐｅ番地に「ｃ」がセットされているため、ＰＩＴＣＨ［ＯＢＴｙｐｅ］として、当該メモリのＰＩＴＣＨ［ｃ］番地の値が適用される。

ところで、前述したＳ３１１の判定処理において、可視光とＡＦ光との色収差の補正が不要である（若しくは更なる補正は不要である）と判定されたとき、すなわち、前掲した式が成立すると判定されたとき（判定結果がＹｅｓのとき）は、Ｓ３１５からＳ３１７にかけての色収差補正のための処理は以降行わずに、Ｓ３１８において、色収差補正レンズ１２５の現在位置を示す値を、ＰＣ１１０４内のメモリにおけるＡＰＯＳ［ＯｆｆＮｕｍ］［ＣＯＢ］番地に格納する処理がＰＣ１１０４によって行われる。

図１６に示すように、ＰＣ１１０４内のメモリには、この色収差補正レンズ１２５の位置を示す値を、２つのオフセットボタン（１２０３ｄ、１２０３ｅ）の押下状態とレボルバ穴の数とに対応づけて記憶しておくために、ＡＰＯＳ［０］［１］番地からＡＰＯＳ［２］［６］番地までの３×６＝１８個の格納領域が用意されている。本実施例の場合、ＰＣ１１０４内のメモリにおけるＯｆｆＮｕｍ番地の値は「２」（オフセット２ボタン１２０３ｅが押下されている）であり、当該メモリにおけるＣＯＢ番地の値は「１」であるので、色収差補正レンズ１２５の現在位置を示す値は当該メモリにおけるＡＰＯＳ［２］［１］番地に格納される。

以上詳細に説明したように、本実施例によれば、顕微鏡ユニットを制御するＰＣに対してソフトウェアを提供することで、既存の顕微鏡ユニットに対してハードウェアの追加や変更を行うことなく本発明の効果、すなわち、色収差レンズの調整を、安価且つ容易に実現することができ、更に、透明膜や段差サンプルの観察おいて、当該サンプルの屈折率や高さの情報などが不明であっても、色収差レンズの再設定をすることなく、ＡＦ動作を提供できるようになる、という効果をもたらすことができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は、上述した各実施形態に限定されることなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良・変更が可能である。
例えば、上述した各実施例において、色収差補正レンズの自動調整は、追従ＡＦを実行の後、色収差補正レンズ１２５を移動させ、予め登録してある観察光学系のピント位置（メモリのＴＰＯＳ番地の値）に対し、
（ＴＰＯＳ−ＴＨ［ＯＢＴｙｐｅ］）＜ＣＰＯＳ＜（ＴＰＯＳ＋ＴＨ［ＯＢＴｙｐｅ］）
の成否を判定し、上記の式が成立したときの位置を色収差補正レンズ１２５の調整値としていた。この代わりに、予め登録してある観察光学系のピント位置（メモリのＴＰＯＳ番地の値）にＺステージ（１１７若しくは１１０３）を固定した状態で、色収差補正レンズ１２５を移動させ、
−ＦＴＨ＜（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）＜＋ＦＴＨ
が成り立つ色収差補正レンズ１２５の位置を色収差補正レンズ１２５の調整値としてもよい。

この他、実施例１では、操作部１３４のみによって顕微鏡に対する操作を行うようにしていたが、外部から送られてくるコマンドによって各種の操作や色収差補正レンズ１２５の自動調整を行えるようにしてもよい。一方、実施例２及び実施例３においては、ＰＣ１１０４によるコマンドの送付のみによって顕微鏡ユニット１１０１に対する各種の操作を行うようにしていたが、例えば実施例１のような操作部を設け、操作部によって顕微鏡ユニット１１０１に対する各種の操作を行えるようにしてもよい。

また、各実施例において、メモリに格納していたＡＰＯＳ番地の値は、位置を特定する絶対値としてもよく、また、基準位置からの相対値としてもよい。
また、実施例１においては、設定部１３５としてロータリー式スイッチ３０１を備えるようにしていたが、その代わりに、レボルバ穴に装備される対物レンズ１０５の種類及び倍率の設定を、操作部１３４から行えるようにしてもよく、また、顕微鏡本体１０１をコントロールするために設けられるＰＣから行えるようにしてもよい。また、設定部１３５には、ロータリー式スイッチ３０１の代わりに、レバー式、シーソー式、トグル式、スライド式、プッシュ式等のスイッチを用いて構成するようにしてもよい。

また、各実施例においては色収差補正レンズ１２５の調整を自動で行うようにしていたが、手動による調整も行えるようにしても勿論かまわない。但し、そのためには、色収差補正レンズ１２５を手動で移動させるための機構を備える必要があることは言うまでもない。

また、各実施例において、メモリに予め格納されているＰＩＴＣＨやＴＨ等の値は固定としていたが、観察者が任意に変更できるものとしてもよい。但し、そのためには、これらの値を変更するための手段を設定部に設ける、あるいは、値変更用のコマンドを別途用意する必要があることは言うまでもない。

また、各実施例において、観察法に応じ、色収差補正レンズ１２５の位置の設定や、ＴＨ、ＰＩＴＣＨ、及びＦＴＨの値の設定を変更できるようにしてもよい。但し、そのためには、観察方法分のテーブルのための記憶領域をメモリに確保する必要があることは言うまでもない。

また、実施例２において、Ｚステージ１１０３の位置制御は制御部１１０５が行うようにしていたが、ＰＣ１１０４が当該制御を直接行えるようにしてもよい。
また、図９、図１４、及び図１５に示した各フローチャートを用いて各動作を説明したが、詳細なフローの順番や各処理ステップでの処理内容についてはこれらの図に示されているもののみに限定されるものではない。

また、各実施例においては、色収差の自動調整を１つの対物レンズ１０５で終える度に、観察者は対物レンズ１０５を別のものへと切換えた上で色収差の自動調整の開始の指示を出すようにしていたが、その代わりに、観察者からの１回のみの指示を受け取ることにより、装備されている対物レンズ１０５の全て、若しくは指定した少なくとも２つ以上の対物レンズ１０５について、自動での対物レンズ１０５の切り替え及び色収差の自動補正を実施する制御を制御部（１１３若しくは１１０５）あるいはＰＣ１１０４が行うようにすることも可能である。

実施例１に係る顕微鏡の概略構成を示す図である。操作部の構成を示す図である。設定部の構成を示す図である。図１における制御部の構成を示す図である。中倍の対物レンズを使用した場合における２分割ＰＤへの結像の様子を示す図である。高倍の対物レンズを使用した場合における２分割ＰＤへの結像の様子を示す図である。低倍の対物レンズを使用した場合における２分割ＰＤへの結像の様子を示す図である。２分割ＰＤのセンサＡ及びセンサＢ各々の出力信号の変化を表した図である。図６Ａの出力信号の値を用いて制御部が行う演算の結果の変化を表した図である。アサイン表の例を示す図である。ＲＡＭのメモリテーブルを示す図である。色収差補正レンズの自動調整の手順の第一の例を示すフローチャートである。不揮発性メモリのメモリテーブルを示す図である。実施例２及び実施例３に係る顕微鏡ユニットの概略構成を示す図である。図１１における制御部の構成を示す図である。顕微鏡ユニットの操作のためのＧＵＩの表示例を示す図である。色収差補正レンズの自動調整の手順の第二の例を示すフローチャートである。色収差補正レンズの自動調整の手順の第三の例を示すフローチャートである。ＰＣ内のメモリのメモリテーブルを示す図である。ワンショットモードの利点を説明する図である。

符号の説明

１０１顕微鏡本体
１０２サンプル
１０３、１１０２Ｘ−Ｙステージ
１０４レボルバユニット
１０５対物レンズ
１０６マウンタ
１０７レボルバモータ
１０８レボルバセンサ群
１０９照明ユニット
１１０顕微鏡光源
１１１照明系レンズ
１１２光学絞り
１１３ハーフミラー
１１４鏡筒
１１５接眼レンズ
１１６ＣＣＤカメラ
１１７、１１０３Ｚステージ
１１８ズーム機構
１１９ＡＦユニット
１２０レーザダイオード
１２１光源駆動部
１２２投光側ストッパ
１２３偏光ビームスプリッタ
１２４集光レンズ
１２５色収差補正レンズ
１２６ λ／４板
１２７ダイクロックミラー
１２８受光側ストッパ
１２９受光側集光レンズ
１３０２分割フォトダイオード
１３１増幅器
１３２Ａ／Ｄ変換器
１３３、１１０５制御部
１３４操作部
１３５設定部
１３６、１１３６Ｚステージモータ
２０１ＣＷスイッチ
２０２ＣＣＷスイッチ
２０３ＵＰスイッチ
２０４ＤＯＷＮスイッチ
２０５ワンショットスイッチ
２０６追従スイッチ
２０７色収差補正スイッチ
２０８オフセット１スイッチ
２０９オフセット２スイッチ
３０１（３０１ａ〜３０１ｆ）ロータリー式スイッチ
４０１ＣＰＵ
４０２ＲＡＭ
４０３ＲＯＭ
４０４不揮発性メモリ
４０５ａ、１３０５ａレボルバユニットＩ／Ｏ
４０５ｂ、１３０５ｂＺステージＩ／Ｏ
４０５ｃ操作部Ｉ／Ｏ
４０５ｄ、１３０５ｄＡＦＩ／Ｏ
４０５ｅ設定部Ｉ／Ｏ
４０６ａ、１３０６ａレボルバドライバ
４０６ｂ、１３０６ｂＺステージドライバ
４０６ｃ、１３０６ｃ色収差レンズドライバ
１１０１顕微鏡ユニット
１１０４ＰＣ
１２０１レボルバ操作ボタン群
１２０１ａ〜１２０１ｆレボルバ操作ボタン
１２０２レボルバアサインボタン群
１２０２ａレボルバ穴選択部
１２０２ｂ対物レンズ選択部
１２０２ｃセットボタン
１２０３ＡＦボタン群
１２０３ａワンショットボタン
１２０３ｂ追従ボタン
１２０３ｃ色収差調整ボタン
１２０３ｄオフセット１ボタン
１２０３ｅオフセット２ボタン
１２０４ステージ操作ボタン群
１２０４ａＸ−Ｙステージ操作ボタン群
１２０４ｂＺステージ操作ボタン群
１３０５ｃコマンドＩ／Ｏ
１７０１、１７０２、１７０３集光点

Claims

照明光が投光された試料からの光を結像させて当該試料の像を得る観察光学系を有した顕微鏡に搭載される焦点検出装置において、
前記観察光学系内の対物レンズを通して焦点検出のための測定光が投光された前記試料からの反射光に基づいて、前記像を合焦させる制御を行う合焦制御手段と、
前記対物レンズによる前記照明光と前記測定光との色収差の補正が必要か否かの判定を行う判定手段と、
前記判定の結果に応じて前記色収差を補正する色収差補正手段と、
を有することを特徴とする焦点検出装置。
前記判定手段は、前記観察光学系により得られる前記像の合焦時における前記試料の位置に関する情報と、前記合焦制御手段による制御がなされたときにおける当該試料の位置に関する情報とに基づいて前記判定を行うことを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。
前記判定手段は、前記観察光学系により得られる前記像の合焦時における前記試料の光軸方向の位置と、前記合焦制御手段による制御がなされたときにおける当該試料の光軸方向の位置との差異が、前記対物レンズの焦点深度よりも大きい場合には、前記補正が必要との判定を下すことを特徴とする請求項２に記載の焦点検出装置。
前記判定手段は、前記色収差補正手段による補正後においても前記色収差の更なる補正が必要か否かの判定を繰り返し行い、
前記色収差補正手段は、前記色収差の更なる補正が不要との判定を前記判定手段が下す程度まで当該色収差の補正を行う、
ことを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。
前記色収差補正手段は、前記測定光の光路に挿入され、前記対物レンズによる当該測定光の焦点位置を変化させるレンズ群であることを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。
前記観察光学系内の対物レンズは交換可能であり、
前記色収差補正手段による前記色収差の補正量に関する情報を前記観察光学系で使用される対物レンズ毎に対応付けて記憶しておく記憶手段を更に有する、
ことを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。
請求項１から６までのうちのいずれか一項に記載の焦点検出装置を備えたことを特徴とする顕微鏡装置。