JP2018066967A - 拡大観察装置および拡大観察装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】観察対象物上の一部領域を種々の方向から種々の姿勢で容易に観察することが可能な拡大観察装置および拡大観察装置の制御方法を提供する。【解決手段】ステージ１２１の載置面に対する鏡筒部１３０の傾斜角度が変化すると、変化の前後における撮像部１３２の視野中心が観察対象物Ｓ上の同じ観察対象部分に位置しかつその変化の前後における鏡筒部１３０と観察対象物Ｓとの間の光軸Ａ１上の距離の差が０となるように、ステージ１２１および鏡筒部１３０の位置が調整される。ステージ１２１が載置面に直交する回転軸Ａ１０の周りで回転すると、ステージ１２１の回転の前後における撮像部１３２の視野中心が観察対象物Ｓ上の同じ観察対象部分に位置するように、ステージ１２１の位置が調整される。【選択図】図１

Description

本発明は、観察対象物を拡大して観察する拡大観察装置に関する。

観察対象物を拡大して観察するために、拡大観察装置が用いられることがある（例えば特許文献１、２、３および４参照）。特許文献１に記載された顕微鏡においては、ベース上に第１および第２の支持台が取り付けられる。第１の支持台に対して回動可能に回動支柱が設けられる。回動支柱にスライダおよび連結部を介してカメラが取り付けられる。また、第２の支持台にスライダを介してステージが設けられる。ステージの載置面上に観察対象物が載置される。この場合、回動支柱が回動軸を中心として回動されることにより、観察対象物に対する撮像部の角度が変化する。それにより、種々の方向から観察対象物を撮像することができる。

特開２００６−３３７４７０号公報 特開２０１５−１２７７７９号公報 特開２０１１−１４５４７０号公報 米国特許出願公開第２０１６／０２３１５５２号明細書

上記の拡大観察装置においては、観察対象物に対する撮像部の角度を変化させつつ観察対象物を観察する場合、観察対象物の所望の一部領域がカメラの撮像視野から外れないように観察対象物を正確に位置決めする必要がある。この位置決め作業においては、使用者は、まずステージの載置面を回動軸の高さまで移動させる。次に、使用者は、ステージの載置面上に結像光学系の焦点を合わせる。その後、使用者は、観察対象物をステージの載置面上に載置し、観察対象物上の一部領域に結像光学系の焦点が合うようにステージを下方に移動させる。

観察対象物の複数の部分を観察する場合には、観察対象となる部分を変更するごとに上記の位置決め作業を行う必要がある。このような位置決め作業は煩雑である。

また、観察対象物の観察方法においては、観察対象物を種々の姿勢（向き）で観察したいという要望がある。そこで、上記のステージをステージに垂直な軸の周りで回転可能に構成する。この場合、観察の自由度は向上するが、ステージの位置決め作業がさらに煩雑になる。

本発明の目的は、観察対象物上の一部領域を種々の方向から種々の姿勢で容易に観察することが可能な拡大観察装置を提供することである。

（１）第１の発明に係る拡大観察装置は、観察対象物が載置される載置面を有するステージと、載置面上に載置された観察対象物からの光を対物レンズを通して受光することにより観察対象物の画像データを生成する撮像部と、撮像部により生成される画像データに基づく画像を表示する表示部と、対物レンズの光軸と載置面に平行な第１の回転軸との交差位置を一定に維持しつつ載置面に対する光軸の角度が変化するように第１の回転軸を中心として回転可能に撮像部を保持する保持部と、ステージを載置面に平行な面内で移動させる載置面移動部と、撮像部と載置面との間の光軸上の距離を変化させる相対距離変化部と、載置面に対する光軸の角度を検出する光軸角度検出部と、対物レンズと観察対象物との間の光軸上の距離を検出する観察距離検出部と、載置面に対する光軸の角度が変化した場合に、光軸角度検出部により検出される角度および観察距離検出部により検出される距離に基づいて、光軸の角度の変化の前後における撮像部の視野内の特定の位置が観察対象物上の同じ一部領域内に位置しかつ光軸の角度の変化の前後における撮像部と観察対象物との間の光軸上の距離の差が一定の範囲内となるように、載置面移動部および相対距離変化部のうち少なくとも一方を制御可能に構成された傾斜調整部と、ステージを載置面に直交する第２の回転軸を中心として回転させる載置面回転部と、載置面回転部によるステージの回転方向の角度位置を検出する回転検出部と、ステージが第２の回転軸を中心として回転する場合に、回転検出部により検出される角度位置に基づいて、ステージの回転の前後における撮像部の視野内の特定の位置が観察対象物上の同じ一部領域内に位置するように載置面移動部を制御可能に構成された回転調整部とを備える。

その拡大観察装置においては、ステージの載置面上に載置された観察対象物からの光が対物レンズを通して撮像部により受光され、観察対象物の画像データが生成される。生成された画像データに基づく画像が表示部に表示される。使用者は、撮像部を第１の回転軸を中心として回転させることにより、載置面に対する対物レンズの光軸の角度を調整することができる。それにより、観察対象物を種々の方向から観察することができる。

載置面に対する光軸の角度が変化した場合には、光軸角度検出部により検出される角度および観察距離検出部により検出される距離に基づいて、載置面移動部および相対距離変化部のうち少なくとも一方が制御される。それにより、光軸の角度の変化の前後における撮像部の視野内の特定の位置が観察対象物上の同じ一部領域内に位置する。また、撮像部と観察対象物との間の距離の差が一定の範囲内となる。

したがって、使用者は、光軸の角度を調整する際に、撮像部の視野内の特定の位置が観察対象物上の同じ一部領域から外れないようにするための操作を行う必要がない。また、使用者は、光軸の角度の調整の前後における撮像部と観察対象物との間の光軸上の距離の差が一定の範囲内となるようにするための操作を行う必要がない。

また、上記の構成によれば、ステージが第２の回転軸を中心として回転することにより、観察対象物の向きが変化する。したがって、使用者は、ステージを回転させることにより観察対象物を種々の姿勢で観察することができる。

ステージが回転した場合には、回転検出部により検出される角度位置に基づいて、載置面移動部が制御される。それにより、ステージの回転の前後における撮像部の視野内の特定の位置が観察対象物上の同じ一部領域に位置する。

したがって、使用者は、ステージを回転させる際に、撮像部の視野内の特定の位置が観察対象物上の同じ一部領域から外れないようにするための操作を行う必要がない。

これらの結果、観察対象物上の一部領域を種々の方向から種々の姿勢で容易に観察することが可能になる。

（２）光軸の角度が予め定められた角度変化するごとに表示部に表示される画像を更新する画像更新部をさらに備えてもよい。

この場合、載置面に対する対物レンズの光軸の角度を予め定められた角度よりも大きく変化させることにより、複数の方向から視た観察対象物の複数の画像が順次表示される。したがって、拡大観察装置の利便性が向上される。

（３）拡大観察装置は、光軸角度検出部により検出される角度に基づいて載置面に対する光軸の角度が変化したか否かを判定する傾斜判定部をさらに備え、傾斜調整部は、傾斜判定部による判定結果に基づいて載置面移動部および相対距離変化部のうち少なくとも一方の制御を行ってもよい。

この場合、載置面に対する対物レンズの光軸の角度が変化することにより、載置面移動部および相対距離変化部のうち少なくとも一方が自動的に動作する。したがって、煩雑な操作を要することなく観察対象物を種々の方向からより容易に観察することが可能になる。

（４）拡大観察装置は、回転検出部により検出される角度位置に基づいてステージが第２の回転軸を中心として回転したか否かを判定する回転判定部をさらに備え、回転調整部は、回転判定部による判定結果に基づいて載置面移動部の制御を行ってもよい。

この場合、ステージが第２の回転軸を中心として回転することにより、ステージの回転の前後における撮像部の視野内の特定の位置が観察対象物上の同じ一部領域内に位置するように載置面移動部が自動的に動作する。したがって、煩雑な操作を要することなく観察対象物を種々の姿勢でより容易に観察することが可能になる。

（５）光軸角度検出部は、撮像部とともに第１の回転軸を中心として回転するように設けられる加速度センサを含んでもよい。

この場合、簡単な構成で載置面に対する光軸の角度を検出することができる。

（６）観察距離検出部は、撮像部と撮像部により撮像される観察対象物とが撮像視野内に含まれるように配置されるカメラを含んでもよい。

この場合、簡単な構成で対物レンズと観察対象物との間の光軸上の距離を検出することができる。

（７）撮像部の視野内の特定の位置は、撮像部の視野中心であってもよい。

撮像部の視野中心が観察対象物上の一部領域に位置する場合、表示部の画面の中心に観察対象物上の一部領域の拡大画像が表示される。したがって、使用者は、表示部に表示される拡大画像を視認しつつ拡大観察装置を直感的に操作することができる。

（８）拡大観察装置は、撮像部の視野内の特定の位置を指定するために操作される対象指定操作部をさらに備え、傾斜調整部は、対象指定操作部により指定された位置を撮像部の視野内の特定の位置として載置面移動部および相対距離変化部のうち少なくとも一方を制御し、回転調整部は、対象指定操作部により指定された位置を撮像部の視野内の特定の位置として載置面移動部を制御してもよい。

これにより、使用者は対象指定操作部により撮像部の視野内の所望の位置を撮像部の視野内の特定の位置として指定することができる。

（９）傾斜調整部または回転調整部は、対象指定操作部により指定された位置が撮像部の視野中心に位置するように載置面移動部および相対距離変化部のうち少なくとも一方を制御してもよい。

この場合、対象指定操作部により指定された位置が撮像部の視野中心となる。それにより、表示部には、指定された位置を中心とする観察対象物の拡大画像が表示される。したがって、拡大観察装置の利便性が向上する。

（１０）相対距離変化部は、ステージを上下方向に移動させるステージ昇降部と、保持部に保持される撮像部を光軸の方向に移動させる撮像部昇降部とを含み、傾斜調整部は、載置面に対する光軸の角度が変化した場合に、光軸角度検出部により検出される角度および観察距離検出部により検出される距離に基づいて、観察対象物の一部領域が交差位置に移動するように載置面移動部およびステージ昇降部のうち少なくとも一方を制御し、その後光軸の角度の変化の前後における撮像部と観察対象物との間の距離の差が一定の範囲内となるように撮像部昇降部を制御してもよい。

この場合、載置面に対する光軸の角度が変化することにより、観察対象物上の一部領域が対物レンズの光軸と第１の回転軸との交差位置に移動する。観察対象物上の一部領域が交差位置に位置する状態においては、光軸の角度を変化させても撮像部の視野中心が観察対象物上の一部領域から移動しないユーセントリック関係が維持される。この状態で、撮像部と観察対象物との間の距離が調整される。

そのため、観察対象物上の一部領域が一旦対物レンズの光軸と第１の回転軸との交差位置に移動して撮像部と観察対象物との間の距離が調整された後は、載置面に対する光軸の角度が変化しても撮像部の視野中心が観察対象物上の一部領域から移動しない。また、撮像部と観察対象物との間の距離も変化しない。したがって、載置面に対する光軸の角度が複数回変化する場合に、２回目以降の載置面移動部および相対距離変化部の動作量が低減される。それにより、載置面移動部および相対距離変化部の動作に伴う振動の発生が低減される。また、載置面移動部および相対距離変化部を構成する部品の摩擦による塵埃の発生が抑制される。

（１１）載置面回転部は、載置面移動部上に設けられ、載置面移動部は、載置面回転部をステージとともに載置面に平行な面内で移動させてもよい。

上記の構成によれば、載置面移動部による載置面回転部の移動に伴って第２の回転軸が対物レンズの光軸に対して相対的に移動する。このような場合でも、ステージの回転時には撮像部の視野内の特定の位置が観察対象物上の同じ一部領域内に位置する。したがって、観察対象物を種々の姿勢で容易に観察することが可能になる。

（１２）載置面移動部は、第１の移動部および第２の移動部を含むとともに、載置面回転部上に設けられ、第１移動部は、ステージを載置面に平行な第１の軸に沿って移動可能に構成され、第２移動部は、ステージを載置面に平行でかつ第１の軸に直交する第２の軸に沿って移動可能に構成され、載置面回転部は、載置面移動部をステージとともに第２の回転軸を中心として回転させてもよい。

上記の構成によれば、載置面回転部は、載置面移動部により載置面に平行な方向に移動しない。したがって、載置面移動部により撮像部の視野内の特定の位置を第２の回転軸上に位置する観察対象物の一部領域上に合わせることにより、回転調整部による載置面移動部の制御が不要となる。

（１３）拡大観察装置は、観察対象物上の一部領域に合焦した画像データを生成するオートフォーカス処理および撮像部の視野内に位置する観察対象物の全部分に合焦した画像データを生成する深度合成処理を行う処理部と、オートフォーカス処理または深度合成処理の開始を指令するために操作される処理指令操作部をさらに備え、処理部は、処理指令操作部の指令に応答して当該指令に対応する処理を行うことにより、生成された画像データを表示部に表示させてもよい。

この場合、使用者は、処理指令操作部を操作することにより観察対象物上の一部領域に合焦した画像または観察対象物の全部分に合焦した画像により観察対象物を観察することができる。それにより、拡大観察装置の利便性が向上する。

（１４）処理部は、傾斜調整部により載置面移動部および相対距離変化部のうち少なくとも一方が制御された後一定期間経過した場合にオートフォーカス処理または深度合成処理を開始し、回転調整部により載置面移動部が制御された後一定期間経過した場合にオートフォーカス処理または深度合成処理を開始してもよい。

この場合、使用者は、傾斜調整部により載置面移動部および相対距離変化部のうち少なくとも一方が制御されて一定期間経過するごとに、観察対象物上の一部領域に合焦した画像または観察対象物の全部分に合焦した画像を視認することができる。また、使用者は、回転調整部により載置面移動部が制御されて一定期間経過するごとに、観察対象物上の一部領域に合焦した画像または観察対象物の全部分に合焦した画像を視認することができる。

（１５）処理部は、オートフォーカス処理中または深度合成処理中に載置面に対する光軸の角度が変化した場合に当該処理を中断し、オートフォーカス処理中または深度合成処理中にステージが第２の回転軸を中心として回転した場合に当該処理を中断してもよい。

それにより、オートフォーカス処理または深度合成処理の処理不良の発生が防止される。

（１６）第２の発明に係る拡大観察装置の制御方法は、観察対象物が載置される載置面を有するステージと、載置面上に載置された観察対象物からの光を対物レンズを通して受光することにより観察対象物の画像データを生成する撮像部と、撮像部により生成される画像データに基づく画像を表示する表示部と、対物レンズの光軸と載置面に平行な第１の回転軸との交差位置を一定に維持しつつ載置面に対する光軸の角度が変化するように第１の回転軸を中心として回転可能に撮像部を保持する保持部と、ステージを載置面に平行な面内で移動させる載置面移動部と、撮像部と載置面との間の光軸上の距離を変化させる相対距離変化部と、ステージを載置面に直交する第２の回転軸を中心として回転させる載置面回転部とを有する拡大観察装置を用いた拡大観察方法であって、載置面に対する光軸の角度が変化した場合に、載置面に対する光軸の角度および対物レンズと観察対象物との間の光軸上の距離に基づいて、光軸の角度の変化の前後における撮像部の視野内の特定の位置が観察対象物上の同じ一部領域内に位置しかつ光軸の角度の変化の前後における撮像部と観察対象物との間の光軸上の距離の差が一定の範囲内となるように、載置面移動部および相対距離変化部のうち少なくとも一方を制御するステップと、ステージが第２の回転軸を中心として回転する場合に、載置面回転部によるステージの回転方向の角度位置に基づいて、ステージの回転の前後における撮像部の視野内の特定の位置が観察対象物上の同じ一部領域内に位置するように載置面移動部を制御するステップとを備える。

その制御方法においては、載置面に対する光軸の角度が変化した場合には、載置面に対する光軸の角度および対物レンズと観察対象物との間の光軸上の距離に基づいて、載置面移動部および相対距離変化部のうち少なくとも一方が制御される。それにより、光軸の角度の変化の前後における撮像部の視野内の特定の位置が観察対象物上の同じ一部領域内に位置する。また、撮像部と観察対象物との間の距離の差が一定の範囲内となる。

したがって、使用者は、光軸の角度を調整する際に、撮像部の視野内の特定の位置が観察対象物上の同じ一部領域から外れないようにするための操作を行う必要がない。また、使用者は、光軸の角度の調整の前後における撮像部と観察対象物との間の光軸上の距離の差が一定の範囲内となるようにするための操作を行う必要がない。

また、上記の制御方法においては、ステージが回転した場合には、載置面回転部によるステージの回転方向の角度位置に基づいて、載置面移動部が制御される。それにより、ステージの回転の前後における撮像部の視野内の特定の位置が観察対象物上の同じ一部領域に位置する。

したがって、使用者は、ステージを回転させる際に、撮像部の視野内の特定の位置が観察対象物上の同じ一部領域から外れないようにするための操作を行う必要がない。

これらの結果、観察対象物上の一部領域を種々の方向から種々の姿勢で容易に観察することが可能になる。

本発明によれば、観察対象物を種々の方向から種々の姿勢で容易に観察することが可能になる。

本発明の一実施の形態に係る拡大観察装置の構成を示す模式図である。 図１の拡大観察装置の測定ヘッドの正面図である。 図２の測定ヘッドの平面図である。 図２の測定ヘッドの側面図である。 図１の制御装置の構成を示すブロック図である。 （ａ）は測定ヘッドの外観斜視図であり、（ｂ）は鏡筒部が傾斜する状態を示す模式図である。 図５の演算処理部の構成を示すブロック図である。 鏡筒部の傾斜角度が変化する際の図４のステージ駆動部および焦点駆動部の動作の一例を示す模式図である。 鏡筒部の傾斜角度が変化する際の図４のステージ駆動部および焦点駆動部の動作の他の例を示す模式図である。 鏡筒部の傾斜角度が変化する際の図４のステージ駆動部および焦点駆動部の動作の他の例を示す模式図である。 ステージの回転時における図４のステージ駆動部の動作の一例を示す模式図である。 観察対象追従処理の一例を示すフローチャートである。 観察対象追従処理の一例を示すフローチャートである。 使用者が撮像部の視野内の特定の位置を指定する際の表示部の表示状態の一例を示す図である。

以下、本発明の一実施の形態に係る拡大観察装置および拡大観察装置の制御方法について図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の一実施の形態に係る拡大観察装置の構成を示す模式図である。図２は、図１の拡大観察装置１の測定ヘッド１００の正面図である。図３は、図２の測定ヘッド１００の平面図である。図４は、図２の測定ヘッド１００の側面図である。図１に示すように、拡大観察装置１は、測定ヘッド１００および処理装置２００を備える。

［１］測定ヘッド
測定ヘッド１００は、例えば顕微鏡であり、スタンド部１１０、ステージ装置１２０、鏡筒部１３０、投光部１４０および制御基板１５０を含む。図２〜図４においては、鏡筒部１３０および投光部１４０の図示が省略される。

図４に示すように、スタンド部１１０は、縦断面がＬ字形状を有し、設置部１１１、保持部１１２および焦点駆動部１１３を含む。設置部１１１および保持部１１２は、例えば樹脂により形成される。設置部１１１は、水平な平板形状を有し、設置面に設置される。保持部１１２は、設置部１１１の一端部から上方に延びるように設けられ、下保持部１１２Ａおよび上保持部１１２Ｂを含む。下保持部１１２Ａと上保持部１１２Ｂとの間に傾斜機構１０１が設けられている。傾斜機構１０１は、下保持部１１２Ａの上端で上保持部１１２Ｂを保持する。下保持部１１２Ａにおける傾斜機構１０１の近傍部分に距離測定用カメラ１９０が設けられている。距離測定用カメラ１９０は、例えばＣＣＤ（電荷結合素子）カメラを含み、鏡筒部１３０（図１）の一部およびステージ装置１２０が距離測定用カメラ１９０の撮像視野内に含まれるように配置されている。距離測定用カメラ１９０においては、鏡筒部１３０の一部とステージ装置１２０上に載置される観察対象物Ｓとを示す画像データが生成される。生成された画像データは、ケーブル２０３を介して順次処理装置２００に与えられる。傾斜機構１０１の詳細は後述する。

図１に示すように、ステージ装置１２０は、ステージ１２１およびステージ駆動部１２２を含む。ステージ１２１は、ステージ駆動部１２２により支持された状態で設置部１１１上に設けられる。ステージ１２１上には、観察対象物Ｓが載置される。観察対象物Ｓが載置されるステージ１２１上の平面（以下、載置面と呼ぶ。）内で互いに直交する２方向をＸ方向およびＹ方向と定義し、それぞれ矢印Ｘ，Ｙで示す。ステージ１２１の載置面に対して直交する法線の方向をＺ方向と定義し、矢印Ｚで示す。Ｚ方向に平行な軸を中心に回転する方向をθ方向と定義し、矢印θで示す。

図２〜図４に示すように、ステージ駆動部１２２は、回転移動部１２４、載置面移動部１２５および昇降移動部１２６を含む。設置部１１１の上面上に昇降移動部１２６が設けられ、昇降移動部１２６上に載置面移動部１２５が設けられ、載置面移動部１２５上に回転移動部１２４が設けられる。

昇降移動部１２６は、ステッピングモータ等の図示しないアクチュエータを含み、制御基板１５０から与えられる駆動パルスに基づいてステージ１２１、回転移動部１２４および載置面移動部１２５をＺ方向に移動させる。載置面移動部１２５は、ステッピングモータ等の図示しないアクチュエータを含み、制御基板１５０から与えられる駆動パルスに基づいてステージ１２１および回転移動部１２４をＸ方向またはＹ方向に移動させる。

回転移動部１２４は、ステッピングモータ等の図示しないアクチュエータを含み、制御基板１５０から与えられる駆動パルスに基づいてステージ１２１を載置面に直交する回転軸Ａ１０の周りでθ方向に回転させる。回転軸Ａ１０は、ステージ１２１の中心を通るように設定される。載置面移動部１２５により回転移動部１２４がＸ方向またはＹ方向に移動されると、その移動に伴って回転軸Ａ１０もＸ方向またはＹ方向に移動する。

なお、使用者は、上記の駆動パルスによらず、手動によりステージ１２１をＸ方向、Ｙ方向もしくはＺ方向に移動させるか、またはθ方向に回転させることも可能である。

図１に示すように、鏡筒部１３０は、レンズユニット１３１および撮像部１３２を含み、ステージ１２１の上方に配置される。レンズユニット１３１は、観察対象物Ｓの種類に応じて他のレンズユニットと交換可能である。レンズユニット１３１は、対物レンズ１３１ａおよび図示しない複数のレンズにより構成される。対物レンズ１３１ａの光軸Ａ１は、Ｚ方向に平行である。撮像部１３２は、例えばＣＭＯＳ（相補性金属酸化膜半導体）カメラを含む。撮像部１３２は、ＣＣＤカメラ等の他のカメラを含んでもよい。

鏡筒部１３０は、スタンド部１１０の焦点駆動部１１３により上保持部１１２Ｂに取り付けられる。焦点駆動部１１３は、ステッピングモータ等の図示しないアクチュエータを含む。焦点駆動部１１３は、制御基板１５０から与えられる駆動パルスに基づいて、鏡筒部１３０を対物レンズ１３１ａの光軸Ａ１の方向に移動させる。これにより、レンズユニット１３１を通過した光の焦点位置が光軸Ａ１の方向に変化する。

また、上保持部１１２Ｂには、回転方向および回転量を受付可能なダイヤル状の操作部１１４（図２）が設けられる。操作部１１４が回転操作されると、焦点駆動部１１３は、その回転量に対応する距離だけ、光軸Ａ１に平行でかつその回転方向に対応する一方向に鏡筒部１３０を移動させる。これにより、使用者は、手動のような操作性で鏡筒部１３０を対物レンズ１３１ａの光軸Ａ１の方向に移動させることが可能である。

上記の昇降移動部１２６、載置面移動部１２５、回転移動部１２４および焦点駆動部１１３の各々には、図示しないエンコーダが設けられる。各エンコーダの出力は、制御基板１５０を通して処理装置２００に与えられる。

投光部１４０は、対物レンズ１３１ａの光軸Ａ１を取り囲むようにレンズユニット１３１に一体的に取り付けられる。投光部１４０の光軸は、対物レンズ１３１ａの光軸Ａ１と略同一である。投光部１４０からステージ１２１上の観察対象物Ｓに光が照射される。観察対象物Ｓからステージ１２１の上方に反射された光は、レンズユニット１３１により集光および結像された後、撮像部１３２により受光される。撮像部１３２は、各画素の受光量に対応する画素データに基づいて所定周期で画像データを生成する。

図１に示すように、制御基板１５０は、例えばスタンド部１１０の上保持部１１２Ｂ内に設けられ、焦点駆動部１１３、ステージ駆動部１２２および撮像部１３２に接続される。なお、制御基板１５０は、スタンド部１１０の下保持部１１２Ａ内に設けられてもよい。制御基板１５０は、処理装置２００による制御に基づいて焦点駆動部１１３およびステージ駆動部１２２の動作を制御する。撮像部１３２には、処理装置２００から制御信号が入力される。また、撮像部１３２により生成される複数の画像データは、ケーブル２０３を介して順次処理装置２００に与えられる。

［２］処理装置
図１に示すように、処理装置２００は、筐体２１０、光生成部３００および制御装置４００を含む。筐体２１０は、光生成部３００および制御装置４００を収容する。光生成部３００は、ファイバユニット２０１により測定ヘッド１００の投光部１４０に光学的に接続される。ファイバユニット２０１は、図示しない複数の光ファイバを含む。

光生成部３００は、光源３１０を含む。光源３１０は、例えばＬＥＤ（発光ダイオード）である。光源３１０は、ハロゲンランプ等の他の光源であってもよい。光源３１０により出射された光は、ファイバユニット２０１へ入射する。これにより、ファイバユニット２０１を通して測定ヘッド１００の投光部１４０から光が出射される。

図５は、図１の制御装置４００の構成を示すブロック図である。図５に示すように、制御装置４００は、制御部４１０、記憶部４２０、表示部４３０および操作部４４０を含む。制御部４１０は、例えばＣＰＵ（中央演算処理装置）を含む。記憶部４２０は、例えばＲＯＭ（リードオンリメモリ）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）またはＨＤＤ（ハードディスクドライブ）を含む。本実施の形態においては、制御部４１０および記憶部４２０は、パーソナルコンピュータにより実現される。

制御部４１０は、駆動制御部５００および演算処理部６００を含む。記憶部４２０には、制御プログラムが記憶される。また、記憶部４２０は、種々のデータの処理および制御部４１０から与えられる種々のデータの保存のために用いられる。駆動制御部５００および演算処理部６００の機能は、制御部４１０が記憶部４２０に記憶される制御プログラムを実行することにより実現される。

ここで、拡大観察装置１においては、上記のＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向にそれぞれ平行な３つの軸で形成される装置固有の三次元座標系が定義されている。記憶部４２０には、拡大観察装置１の三次元座標系における後述する交差位置ｉｐ（図６）の座標がさらに記憶されている。交差位置ｉｐの座標情報は、拡大観察装置１の工場出荷時に予め記憶部４２０に記憶されていてもよい。また、記憶部４２０に記憶される交差位置ｉｐの座標情報は、拡大観察装置１の使用者により更新可能であってもよい。

駆動制御部５００は、投光制御部５１０、撮像制御部５２０、焦点制御部５３０およびステージ制御部５４０を含む。投光制御部５１０は、ケーブル２０２を通して図１の光生成部３００に接続され、光生成部３００の動作を制御する。撮像制御部５２０、焦点制御部５３０およびステージ制御部５４０は、ケーブル２０３を通して図１の測定ヘッド１００の制御基板１５０に接続される。撮像制御部５２０、焦点制御部５３０およびステージ制御部５４０は、制御基板１５０を通して撮像部１３２、焦点駆動部１１３およびステージ駆動部１２２の動作をそれぞれ制御する。また、撮像制御部５２０は、撮像部１３２により生成された複数の画像データを順次演算処理部６００に与える。

演算処理部６００は、例えば撮像制御部５２０から与えられる画像データに基づく画像を表示部４３０に表示させるとともに、操作部４４０から与えられる指令に応答してその指令に対応する処理を行う。演算処理部６００において取得される画像データは、記憶部４２０に記憶される。演算処理部６００の詳細については後述する。

表示部４３０は、例えばＬＣＤ（液晶ディスプレイ）パネルにより構成される。表示部４３０は、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）パネル等の他の表示部により構成されてもよい。表示部４３０は、記憶部４２０に記憶された画像データまたは演算処理部６００により生成された画像データに基づく画像等を表示する。操作部４４０は、マウス、タッチパネル、トラックボールまたはジョイスティック等のポインティングデバイスおよびキーボードを含み、制御装置４００に後述する観察対象追従処理の開始指令および観察対象追従処理の終了指令を含む各種指令を与えるために使用者により操作される。

［３］鏡筒部の傾斜機構
図６（ａ）は測定ヘッド１００の外観斜視図であり、図６（ｂ）は鏡筒部１３０が傾斜する状態を示す模式図である。図６（ａ）に示すように、本例の測定ヘッド１００においては、下保持部１１２Ａに取り付けられた傾斜機構１０１がステージ１２１の載置面に平行な回転軸Ａ２０を中心として上保持部１１２Ｂを回転可能に保持する。

上記のように、上保持部１１２Ｂには、鏡筒部１３０が焦点駆動部１１３を介して取り付けられる。この状態で、対物レンズ１３１ａの光軸Ａ１は回転軸Ａ２０に交差する。上保持部１１２Ｂが回転軸Ａ２０を中心として回転される際には、鏡筒部１３０も上保持部１１２Ｂとともに回転する。この場合、対物レンズ１３１ａの光軸Ａ１と回転軸Ａ２０との交差位置ｉｐが一定に維持されつつステージ１２１の載置面に対する光軸Ａ１の角度が変化する。このように、傾斜機構１０１によれば、使用者は、上保持部１１２Ｂを回転軸Ａ２０を中心として回転させることにより、鏡筒部１３０をステージ１２１に対して傾斜させることができる。図６（ｂ）においては、傾斜後の鏡筒部１３０が一点鎖線で示される。

例えば、観察対象物Ｓの表面上の観察対象部分が上記の交差位置ｉｐにある場合には、鏡筒部１３０を傾斜させても撮像部１３２の視野中心が同じ観察対象部分から移動しないユーセントリック関係が維持される。したがって、観察対象物Ｓの観察対象部分が撮像部１３２の視野から外れることを防止することができる。

図６（ｂ）に示すように、鏡筒部１３０は、上記のレンズユニット１３１および撮像部１３２に加えて傾斜センサ１３３を含む。傾斜センサ１３３は、加速度センサであり、重力加速度に基づいてステージ１２１の載置面に対する対物レンズ１３１ａの光軸Ａ１の傾斜角度（以下、鏡筒部１３０の傾斜角度と呼ぶ。）αに対応する角度信号を図１の制御基板１５０に出力する。

制御基板１５０は、傾斜センサ１３３により出力された角度信号を図５のケーブル２０３および撮像制御部５２０を介して演算処理部６００に与える。演算処理部６００は、角度信号に基づいて、鏡筒部１３０の傾斜角度αを検出する。演算処理部６００により検出された傾斜角度αは、図５の表示部４３０に表示させることができる。

上記の構成によれば、ステージ１２１の載置面に載置された観察対象物Ｓの平面観察および傾斜観察を選択的に行うことができる。平面観察時には、対物レンズ１３１ａの光軸Ａ１はＺ方向に平行になる。すなわち、鏡筒部１３０の傾斜角度αが９０°になる。一方、傾斜観察時には、鏡筒部１３０の傾斜角度αは、０°よりも大きく９０°よりも小さくなる。または、鏡筒部１３０の傾斜角度αは、９０°よりも大きく１８０°よりも小さくなる。

［４］演算処理部
図７は、図５の演算処理部６００の構成を示すブロック図である。図７に示すように、演算処理部６００は、データ生成部６１０、合焦判定部６２０、検出部６３０、傾斜判定部６４０、傾斜調整部６５０、回転判定部６６０、回転調整部６７０および表示画像更新部６８０を含む。

データ生成部６１０は、例えば図５の操作部４４０からの指令に応答して、図１の撮像部１３２により生成される複数の画像データの連結処理、ダイナミックレンジの調整処理または深度合成処理等を行う。ダイナミックレンジの調整処理は、撮像部１３２の受光時間が複数変化された状態で生成された複数の画像データを選択的に合成することにより、ダイナミックレンジが調整された画像データを生成する処理である。また、深度合成処理は、合焦判定部６２０による後述する合焦度の判定結果に基づいて複数の画像データを画素ごとに選択的に合成することにより、撮像部１３２の撮像視野に位置する観察対象物Ｓの全部分に合焦した画像データを生成する処理である。

合焦判定部６２０は、例えば操作部４４０からオートフォーカス処理の指令を受けた場合に、取得される画像データについて予め定められた領域の合焦度を判定する。合焦度の判定は、予め定められた領域における輝度値に関する情報に基づいて行われる。また、合焦判定部６２０は、例えば操作部４４０から深度合成処理の指令を受けた場合に、複数の画像データについて画素ごとの合焦度を判定する。

検出部６３０は、載置面移動部１２５および昇降移動部１２６に設けられるエンコーダ（リニアエンコーダ）の出力に基づいて、拡大観察装置１の三次元座標系におけるステージ１２１の載置面上の中心の座標位置を検出する。また、検出部６３０は、焦点駆動部１１３に設けられるエンコーダの出力に基づいて、対物レンズ１３１ａの光軸Ａ１上の鏡筒部１３０の位置を検出する。

さらに、検出部６３０は、回転移動部１２４に設けられるエンコーダ（ロータリーエンコーダ）の出力に基づいて、回転軸Ａ１０を中心とするステージ１２１の回転方向の角度位置を検出する。また、検出部６３０は、図４の距離測定用カメラ１９０から与えられる画像データに基づいて、鏡筒部１３０と観察対象物Ｓとの間の対物レンズ１３１ａの光軸Ａ１上の距離を検出する。また、検出部６３０は、図６（ｂ）の傾斜センサ１３３の出力に基づいて、鏡筒部１３０の傾斜角度αを検出する。

図５の記憶部４２０に記憶される制御プログラムは観察対象追従プログラムを含む。演算処理部６００の複数の機能部のうち、傾斜判定部６４０、傾斜調整部６５０、回転判定部６６０、回転調整部６７０および表示画像更新部６８０は、制御部４１０が観察対象追従プログラムを実行することにより実現される。

傾斜判定部６４０は、検出部６３０により検出される傾斜角度αの変化に基づいて、鏡筒部１３０の傾斜角度αが変化したか否かを判定する。傾斜調整部６５０は、鏡筒部１３０の傾斜角度αが変化した場合に、その変化の前後における撮像部１３２の視野中心が観察対象物Ｓ上の同じ観察対象部分に位置しかつその変化の前後における鏡筒部１３０と観察対象物Ｓとの間の光軸Ａ１上の距離の差が０となるように、焦点駆動部１１３およびステージ駆動部１２２の制御情報を生成する。また、傾斜調整部６５０は、生成した制御情報を図５の焦点制御部５３０およびステージ制御部５４０にそれぞれ与える。具体的な制御例については後述する。

回転判定部６６０は、検出部６３０により検出されるステージ１２１の角度位置に基づいてステージ１２１が回転軸Ａ１０を中心として回転したか否かを判定する。回転調整部６７０は、ステージ１２１が回転した場合に、その回転の前後における撮像部１３２の視野中心が観察対象物Ｓ上の同じ観察対象部分に位置するように、ステージ駆動部１２２の制御情報を生成する。また、回転調整部６７０は、生成した制御情報を図５のステージ制御部５４０に与える。具体的な制御例については後述する。

表示画像更新部６８０は、鏡筒部１３０の傾斜角度αが予め定められた角度変化するごとに、撮像部１３２により取得される画像データに基づいて表示部４３０に表示される画像を更新する。また、表示画像更新部６８０は、ステージ１２１の角度位置が予め定められた角度変化するごとに、撮像部１３２により取得される画像データに基づいて表示部４３０に表示される画像を更新する。

［５］鏡筒部の傾斜時における具体的な制御の一例
上記のように、観察対象物Ｓの観察対象部分が交差位置ｉｐにある場合には、鏡筒部１３０の傾斜角度αを変化させても撮像部１３２の視野中心は同じ観察対象部分から移動しない。一方、観察対象物Ｓの観察対象部分が交差位置ｉｐから外れた位置にあると、鏡筒部１３０の傾斜角度αを変化させることにより観察対象部分が撮像部１３２の撮像視野から外れてしまう可能性がある。一つの観察対象部分を観察する場合に、鏡筒部１３０の傾斜角度αを変化させるごとに観察対象部分を撮像部１３２の視野中心に合わせる位置決め作業は煩雑である。

そこで、本実施の形態では、上記の観察対象追従プログラムに基づく観察対象追従処理が行われることにより、鏡筒部１３０の傾斜角度αが変化する場合に、図４のステージ駆動部１２２および焦点駆動部１１３が例えば以下のように動作する。図８は、鏡筒部１３０の傾斜角度αが変化する際の図４のステージ駆動部１２２および焦点駆動部１１３の動作の一例を示す模式図である。図８（ａ）〜（ｄ）の各図では、上段に測定ヘッド１００を図６の回転軸Ａ２０の方向に見た鏡筒部１３０およびステージ１２１の側面図が示され、下段にステージ１２１の平面図が示される。ステージ１２１の平面図では、撮像部１３２の撮像視野ｆｖが点線で示される。

図８（ａ）に示すように、初期状態として例えば鏡筒部１３０がステージ１２１の載置面に対して垂直な状態で観察対象物Ｓの平面観察が行われている場合を想定する。この状態で、ステージ１２１上に載置された観察対象物Ｓの観察対象部分ｏｐに鏡筒部１３０の焦点が合っているものとする。本例では、観察対象部分ｏｐは交差位置ｉｐよりも下方にある。鏡筒部１３０の視野中心が位置する観察対象物Ｓ上の点を視野中心点ｆｃと呼ぶ。また、初期状態において、視野中心点ｆｃは観察対象部分ｏｐにあり、鏡筒部１３０と観察対象物Ｓとの間の光軸Ａ１上の距離は「Ｄ１」であるものとする。ここで、視野中心点ｆｃおよび観察対象部分ｏｐの座標位置が、光軸Ａ１の傾斜角度α、光軸Ａ１上の鏡筒部１３０の位置および鏡筒部１３０と観察対象物Ｓとの間の光軸Ａ１上の距離に基づいて算出される。

図８（ｂ）に太い実線の矢印で示すように、使用者が図４の上保持部１１２Ｂを操作することにより、鏡筒部１３０をステージ１２１の載置面に対して傾斜させる。この場合、鏡筒部１３０の傾斜角度αが変化することにより、視野中心点ｆｃが観察対象部分ｏｐからＸ方向にずれる。

上記のように、拡大観察装置１の三次元座標系における交差位置ｉｐの座標は、予め記憶部４２０に記憶されている。そこで、図４の昇降移動部１２６は、図８（ｃ）に白抜きの矢印で示すように、観察対象部分ｏｐが初期状態で算出された座標位置から交差位置ｉｐに向かうようにステージ１２１をＺ方向（本例では上方向）に移動させる。撮像部１３２の視野中心は常に交差位置ｉｐを通る。それにより、観察対象部分ｏｐが交差位置ｉｐに到達すると、視野中心点ｆｃが観察対象部分ｏｐに位置することになる。このとき、図８（ｃ）に示すように、鏡筒部１３０と観察対象物Ｓとの間の光軸Ａ１上の距離は、初期状態における距離「Ｄ１」よりも小さくなる。そのため、この時点では、観察対象部分ｏｐに鏡筒部１３０の焦点が合っていない。

そこで、図４の焦点駆動部１１３は、図８（ｄ）に白抜きの矢印で示すように、鏡筒部１３０と観察対象物Ｓとの間の光軸Ａ１上の距離が初期状態における距離「Ｄ１」と等しくなるように、鏡筒部１３０を光軸Ａ１の方向に移動させる。

これらの制御により、鏡筒部１３０の傾斜角度αの変化の前後において視野中心点ｆｃが観察対象物Ｓ上の同じ観察対象部分ｏｐに位置することになる。また、鏡筒部１３０の傾斜角度αの変化の前後において鏡筒部１３０と観察対象物Ｓとの間の光軸Ａ１上の距離の差が０となる。

なお、本例では、鏡筒部１３０の傾斜角度αの変化の前後における視野中心点ｆｃが同じ観察対象部分ｏｐに位置するように、ステージ１２１が昇降移動部１２６によりＺ方向に移動されるが、本発明はこれに限定されない。例えば、ステージ１２１がＺ方向に移動する代わりに、ステージ１２１が図４の載置面移動部１２５によりＸ方向に移動されてもよい。すなわち、観察対象部分ｏｐが光軸Ａ１上に位置するようにステージ１２１がＸ方向に移動されてもよい。

また、本例では、鏡筒部１３０の傾斜角度αの変化の前後における鏡筒部１３０と観察対象物Ｓとの間の光軸Ａ１上の距離の差が０となるように、鏡筒部１３０が焦点駆動部１１３により光軸Ａ１の方向に移動されるが、本発明はこれに限定されない。例えば、鏡筒部１３０が焦点駆動部１１３により移動する代わりに、ステージ１２１が図４の載置面移動部１２５および昇降移動部１２６によりＸ方向およびＺ方向に移動されてもよい。

なお、初期状態においては、観察対象物Ｓ上の観察対象部分ｏｐに鏡筒部１３０の焦点が合わされていなくてもよい。この場合においても、鏡筒部１３０の傾斜角度αの変化の前後における鏡筒部１３０と観察対象物Ｓとの間の光軸Ａ１上の距離の差は０に維持される。

［６］鏡筒部の傾斜時における具体的な制御の他の例
図８の例の他、本実施の形態では、上記の観察対象追従処理が行われることにより、鏡筒部１３０の傾斜角度αが変化した場合に、図４のステージ駆動部１２２および焦点駆動部１１３が例えば以下のように動作する。図９および図１０は、鏡筒部１３０の傾斜角度αが変化する際の図４のステージ駆動部１２２および焦点駆動部１１３の動作の他の例を示す模式図である。図９（ａ）〜（ｃ）および図１０（ａ），（ｂ）の各図では、上段に測定ヘッド１００を図６の回転軸Ａ２０の方向に見た鏡筒部１３０およびステージ１２１の側面図が示され、下段にステージ１２１の平面図が示される。ステージ１２１の平面図では、撮像部１３２の撮像視野ｆｖが点線で示される。

本例では、図９（ａ）に示すように、初期状態として例えば鏡筒部１３０の傾斜角度αが４５°に維持された状態で観察対象物Ｓの傾斜観察が行われている場合を想定する。この状態で、ステージ１２１上に載置された観察対象物Ｓの観察対象部分ｏｐに鏡筒部１３０の焦点が合っているものとする。本例では、観察対象部分ｏｐは交差位置ｉｐよりも下方でかつＸ方向にずれた位置にある。また、初期状態において、視野中心点ｆｃは観察対象部分ｏｐにあり、鏡筒部１３０と観察対象物Ｓとの間の光軸Ａ１上の距離は「Ｄ１」であるものとする。ここで、視野中心点ｆｃおよび観察対象部分ｏｐの座標位置が、光軸Ａ１の傾斜角度α、光軸Ａ１上の鏡筒部１３０の位置および鏡筒部１３０と観察対象物Ｓとの間の光軸Ａ１上の距離に基づいて算出される。

図９（ｂ）に太い実線の矢印で示すように、使用者が図４の上保持部１１２Ｂを操作することにより、鏡筒部１３０の傾斜角度αを９０°を超える角度まで大きく変化させる。この場合、鏡筒部１３０の傾斜角度αが変化することにより、視野中心点ｆｃが観察対象部分ｏｐからＸ方向にずれる。

そこで、図４の昇降移動部１２６および載置面移動部１２５は、図９（ｃ）および図１０（ａ）に白抜きの矢印で示すように、観察対象部分ｏｐが初期状態で算出された座標位置から交差位置ｉｐに向かうようにステージ１２１をＺ方向（本例では上方向）およびＸ方向に移動させる。それにより、観察対象部分ｏｐが交差位置ｉｐに到達すると、視野中心点ｆｃが観察対象部分ｏｐ上に位置することになる。このとき、図１０（ａ）に示すように、鏡筒部１３０と観察対象物Ｓとの間の光軸Ａ１上の距離は、初期状態における距離「Ｄ１」よりも小さくなる。そのため、この時点では、観察対象部分ｏｐに鏡筒部１３０の焦点が合っていない。

そこで、図４の焦点駆動部１１３は、図１０（ｂ）に白抜きの矢印で示すように、鏡筒部１３０と観察対象物Ｓとの間の光軸Ａ１上の距離が初期状態における距離「Ｄ１」と等しくなるように、鏡筒部１３０を光軸Ａ１の方向に移動させる。

これらの制御により、鏡筒部１３０の傾斜角度αの変化の前後において視野中心点ｆｃが観察対象物Ｓ上の同じ観察対象部分ｏｐに位置することになる。また、鏡筒部１３０の傾斜角度αの変化の前後において鏡筒部１３０と観察対象物Ｓとの間の光軸Ａ１上の距離の差が０となる。

なお、本例では、鏡筒部１３０の傾斜角度αの変化の前後における視野中心点ｆｃが同じ観察対象部分ｏｐに位置するように、ステージ１２１が昇降移動部１２６および載置面移動部１２５によりＺ方向およびＸ方向に移動されるが、本発明はこれに限定されない。例えば、ステージ１２１がＺ方向およびＸ方向の両方に移動する代わりに、ステージ１２１が図４の載置面移動部１２５または昇降移動部１２６によりＸ方向またはＺ方向のうちいずれか一方にのみ移動されてもよい。すなわち、観察対象部分ｏｐが光軸Ａ１上に位置するようにステージ１２１がＸ方向またはＺ方向のうちいずれか一方にのみ移動されてもよい。

［７］ステージの回転時における具体的な制御の一例
本実施の形態に係る拡大観察装置１においては、図４に示すように、ステージ１２１を回転軸Ａ１０の周りで回転させる回転移動部１２４が載置面移動部１２５上に支持される。回転軸Ａ１０はステージ１２１の中心を通るので、載置面移動部１２５によりステージ１２１がＸ方向およびＹ方向に移動されると、回転軸Ａ１０もＸ方向およびＹ方向に移動する。また、傾斜観察時には、ステージ１２１の載置面に対して鏡筒部１３０が傾斜する。そのため、視野中心点ｆｃを回転軸Ａ１０上に位置させることは難しい。

視野中心点ｆｃが回転軸Ａ１０からずれた位置にあると、回転移動部１２４によるステージ１２１の回転時に観察対象物Ｓの観察対象部分ｏｐが視野中心点ｆｃから外れてしまう。ステージ１２１を回転させるごとに、観察対象部分ｏｐを撮像部１３２の視野中心に合わせる位置決め作業は煩雑である。

そこで、本実施の形態では、上記の観察対象追従処理が行われることにより、ステージ１２１が回転軸Ａ１０を中心として回転する場合に、図４のステージ駆動部１２２が例えば以下のように動作する。図１１は、ステージ１２１の回転時における図４のステージ駆動部１２２の動作の一例を示す模式図である。図１１（ａ）〜（ｃ）の各図では、ステージ１２１の平面図が示される。ステージ１２１の平面図では、撮像部１３２の撮像視野ｆｖが点線で示される。

図１１（ａ）に示すように、初期状態として例えば回転軸Ａ１０が対物レンズ１３１ａの光軸Ａ１からずれた位置にある状態で、観察対象物Ｓの平面観察が行われている場合を想定する。また、初期状態において、視野中心点ｆｃは観察対象部分ｏｐ上にあるものとする。ここで、視野中心点ｆｃおよび観察対象部分ｏｐの座標位置が、光軸Ａ１の傾斜角度α、光軸Ａ１上の鏡筒部１３０の位置および鏡筒部１３０と観察対象物Ｓとの間の光軸Ａ１上の距離に基づいて算出される。また、本例では、ステージ１２１の中心の座標位置が検出される。さらに、視野中心点ｆｃと回転軸Ａ１０との間のＸ方向およびＹ方向のずれ量が、算出された視野中心点ｆｃの座標位置および検出されたステージ１２１の中心の座標位置に基づいて算出される。

図１１（ｂ）に太い実線の矢印で示すように、使用者が図４の回転移動部１２４を操作することにより、ステージ１２１を回転軸Ａ１０の周りで回転させる。この場合、初期状態で視野中心点ｆｃおよび観察対象部分ｏｐが回転軸Ａ１０からずれているので、観察対象物Ｓの観察対象部分ｏｐは視野中心点ｆｃから離れるように移動する。

ここで、ステージ１２１の回転の前後において、ステージ１２１の回転軸Ａ１０を中心とする回転方向の角度位置が検出される。この場合、初期状態における観察対象部分ｏｐの座標位置と、初期状態における視野中心点ｆｃと回転軸Ａ１０との間のＸ方向およびＹ方向のずれ量と、ステージ１２１の回転の前後におけるステージ１２１の角度位置の変化量とに基づいて、ステージ１２１の回転後の観察対象部分ｏｐの座標位置を求めることができる。

そこで、図４の載置面移動部１２５は、図１１（ｃ）に白抜きの矢印で示すように、観察対象部分ｏｐが初期状態で算出された座標位置に向かうようにステージ１２１をＸ方向およびＹ方向に移動させる。それにより、観察対象部分ｏｐが初期状態で算出された座標位置に到達すると、視野中心点ｆｃが観察対象部分ｏｐ上に位置することになる。

［８］観察対象追従処理
図１２および図１３は、観察対象追従処理の一例を示すフローチャートである。以下に示す観察対象追従処理は、制御部４１０が操作部４４０からの観察対象追従処理の開始指令に応答して観察対象追従プログラムを実行することにより開始される。また、制御部４１０は、一度観察対象追従処理の開始指令を受けると、観察対象追従処理の終了指令があるまでの間、以下に示す一連の処理を繰り返す。

図１２に示すように、まず制御部４１０は、傾斜センサ１３３の出力に基づいて鏡筒部１３０の傾斜角度αを検出する（ステップＳ１００）。次に、制御部４１０は、距離測定用カメラ１９０から与えられる画像データに基づいて、鏡筒部１３０と観察対象物Ｓとの間の対物レンズ１３１ａの光軸Ａ１上の距離を検出する（ステップＳ１０１）。

次に、制御部４１０は、光軸Ａ１の傾斜角度α、光軸Ａ１上の鏡筒部１３０の位置および鏡筒部１３０と観察対象物Ｓとの間の光軸Ａ１上の距離に基づいて観察対象物Ｓ上の視野中心点ｆｃおよび観察対象部分ｏｐの座標位置を算出する（ステップＳ１０２）。この時点で視野中心点ｆｃおよび観察対象部分ｏｐの座標位置は一致しているものとする。

次に、制御部４１０は、傾斜センサ１３３の出力に基づいて鏡筒部１３０の傾斜角度αを再度検出することにより、検出された傾斜角度αが直前のステップＳ１００で検出された傾斜角度αから予め定められた角度（例えば１°または５°等）変化したか否かを判定する（ステップＳ１０３）。

ステップＳ１０３で傾斜角度αが変化していないと判定した場合、制御部４１０は、後述するステップＳ１０６の処理に進む。一方、ステップＳ１０３で傾斜角度αが変化したと判定した場合、制御部４１０は、載置面移動部１２５および昇降移動部１２６を制御することにより、観察対象部分ｏｐを初期状態の座標位置から交差位置ｉｐへ移動させる（ステップＳ１０４）。なお、ステップＳ１０４の処理は、傾斜角度αの変化が停止してから一定期間経過後のタイミングで行われてもよい。

次に、制御部４１０は、焦点駆動部１１３を制御することにより、鏡筒部１３０と観察対象物Ｓとの間の光軸Ａ１上の距離を直前のステップＳ１０１で検出された距離に等しくなるように調整する（ステップＳ１０５）。これにより、傾斜角度αの変化の前後において鏡筒部１３０と観察対象物Ｓとの間の光軸Ａ１上の距離の差が０となる。その後、制御部４１０は、撮像部１３２により取得される画像データに基づく画像を表示部４３０に表示させる（ステップＳ１０６）。

次に、制御部４１０は、回転移動部１２４のエンコーダの出力に基づいてステージ１２１の回転方向の角度位置を検出する（ステップＳ１０７）。また、制御部４１０は、ステップＳ１０２の処理と同様に、光軸Ａ１の傾斜角度α、光軸Ａ１上の鏡筒部１３０の位置および鏡筒部１３０と観察対象物Ｓとの間の光軸Ａ１上の距離に基づいて観察対象物Ｓ上の視野中心点ｆｃおよび観察対象部分ｏｐの座標位置を算出する（ステップＳ１０８）。この時点で視野中心点ｆｃおよび観察対象部分ｏｐの座標位置は一致しているものとする。

次に、制御部４１０は、ステージ１２１の中心の座標位置を検出するとともに、検出された座標位置とステップＳ１０８で算出された観察対象部分ｏｐの座標位置とに基づいて、観察対象部分ｏｐと回転軸Ａ１０との間のＸ方向およびＹ方向のずれ量を算出する（ステップＳ１０９）。

次に、制御部４１０は、回転移動部１２４のエンコーダの出力に基づいてステージ１２１の回転方向の角度位置を再度検出することにより、検出された角度位置が直前のステップＳ１０７で検出された角度位置から予め定められた角度（例えば１°または５°等）変化したか否かを判定する（ステップＳ１１０）。

ステップＳ１１０でステージ１２１が回転していないと判定した場合、制御部４１０は、後述するステップＳ１１２の処理に進む。一方、ステップＳ１１０でステージ１２１が回転していると判定した場合、制御部４１０は、回転後の観察対象部分ｏｐの座標位置を算出し、載置面移動部１２５を制御することにより観察対象部分ｏｐを回転前の座標位置へ移動させる（ステップＳ１１１）。これにより、ステージ１２１の回転の前後で視野中心点ｆｃが観察対象物Ｓ上の同じ観察対象部分ｏｐに位置することになる。なお、ステップＳ１１１の処理は、ステージ１２１の回転が停止してから一定期間経過後のタイミングで行われてもよい。

次に、制御部４１０は、ステップＳ１０６の処理と同様に、撮像部１３２により取得される画像データに基づく画像を表示部４３０に表示させ（ステップＳ１１１）、処理を終了する。

［９］効果
（ａ）本実施の形態に係る拡大観察装置１においては、使用者は、図４の上保持部１１２Ｂを操作することにより、鏡筒部１３０の傾斜角度αを調整することができる。それにより、観察対象物Ｓを種々の方向から観察することができる。

上記の観察対象追従処理によれば、鏡筒部１３０の傾斜角度αが変化した場合には、載置面移動部１２５および昇降移動部１２６のうち少なくとも一方が制御されることにより、観察対象物Ｓの観察対象部分ｏｐが光軸Ａ１と回転軸Ａ２０との交差位置ｉｐに移動する。観察対象部分ｏｐが交差位置ｉｐに位置する状態においては、鏡筒部１３０を傾斜させても視野中心点ｆｃが同じ観察対象部分ｏｐから移動しないユーセントリック関係が維持される。この状態で、鏡筒部１３０の傾斜角度αの変化の前後における鏡筒部１３０と観察対象物Ｓとの間の光軸Ａ１上の距離の差が０となるように、鏡筒部１３０が焦点駆動部１１３により光軸Ａ１の方向に移動される。

したがって、使用者は、鏡筒部１３０の傾斜角度αを調整する際に、視野中心点ｆｃが観察対象物Ｓ上の同じ観察対象部分ｏｐから外れないようにするための操作を行う必要がない。また、使用者は、鏡筒部１３０の傾斜角度αの調整の前後における鏡筒部１３０と観察対象物Ｓとの間の光軸Ａ１上の距離の差が０となるようにするための操作を行う必要がない。これらの結果、観察対象物Ｓ上の観察対象部分ｏｐを種々の方向から容易に観察することが可能になる。

（ｂ）また、一度観察対象部分ｏｐが交差位置ｉｐに移動した後は、ユーセントリック関係が維持されるので、鏡筒部１３０の傾斜角度αが変化しても視野中心点ｆｃが観察対象部分ｏｐからずれない。また、鏡筒部１３０と観察対象物Ｓとの間の距離も変化しない。

したがって、鏡筒部１３０の傾斜角度αが複数回変化する場合には、２回目以降の載置面移動部１２５および昇降移動部１２６の動作量が低減される。それにより、載置面移動部１２５および昇降移動部１２６の動作に伴う振動の発生が低減される。また、載置面移動部１２５および昇降移動部１２６を構成する部品の摩擦による塵埃の発生が抑制される。

（ｃ）本実施の形態に係る拡大観察装置１においては、ステージ１２１が回転軸Ａ１０を中心として回転することにより、観察対象物Ｓの向きが変化する。したがって、使用者は、ステージ１２１を回転させることにより観察対象物Ｓを種々の姿勢で観察することができる。

上記の観察対象追従処理によれば、ステージ１２１が回転した場合には、ステージ１２１の回転方向の角度位置に基づいて載置面移動部１２５が制御される。それにより、ステージ１２１の回転の前後における視野中心点ｆｃが観察対象物Ｓ上の同じ観察対象部分ｏｐに位置する。

したがって、使用者は、ステージ１２１を回転させる際に、視野中心点ｆｃが観察対象物Ｓ上の同じ観察対象部分ｏｐから外れないようにするための操作を行う必要がない。その結果、観察対象物Ｓ上の観察対象部分ｏｐを種々の姿勢で容易に観察することが可能になる。

（ｄ）上記の観察対象追従処理においては、鏡筒部１３０の傾斜角度αが変化することにより、載置面移動部１２５および昇降移動部１２６のうち少なくとも一方が自動的に動作し、観察対象部分ｏｐが交差位置ｉｐに移動する。また、ステージ１２１が回転することにより載置面移動部１２５が自動的に動作し、観察対象部分ｏｐが回転前の座標位置へ移動する。したがって、煩雑な操作を要することなく観察対象物Ｓを種々の方向から種々の姿勢でより容易に観察することが可能になる。

（ｅ）さらに、上記の観察対象追従処理によれば、鏡筒部１３０の傾斜角度αが予め定められた角度変化するごとに表示部４３０に表示される画像が更新される（図１２のステップＳ１０６）。また、ステージ１２１が予め定められた角度回転するごとに表示部４３０に表示される画像が更新される（図１３のステップＳ１１２）。したがって、使用者は、拡大観察装置１を操作しつつ、種々の方向から種々の姿勢で観察される観察対象物Ｓの画像を順次確認することができる。したがって、拡大観察装置１の利便性が向上される。

［１０］付加機能
（ａ）上記の拡大観察装置１においては、操作部４４０によるオートフォーカス処理の指令に応答してオートフォーカス処理が行われる。オートフォーカス処理では、例えば焦点駆動部１１３により鏡筒部１３０が対物レンズ１３１ａの光軸Ａ１の方向に所定範囲移動され、光軸Ａ１の方向の複数の位置で複数の画像データが生成される。また、図７の合焦判定部６２０により、光軸Ａ１の方向の複数の位置で取得された複数の画像データについて予め定められた領域の合焦度が判定される。その後、複数の合焦度の判定結果に基づいて、焦点駆動部１１３により光軸Ａ１上の鏡筒部１３０の位置が調整され、鏡筒部１３０の焦点が観察対象物Ｓ上の観察対象部分ｏｐに合わされる。

上記の観察対象追従処理においては、例えば図１２および図１３のステップＳ１０４，Ｓ１０５の処理後、ステップＳ１０６の処理中、ステップＳ１０６の処理後またはステップＳ１１１の処理後、予め定められた一定時間（例えば２秒等）鏡筒部１３０の傾斜角度αが変化せずかつステージ１２１が回転しない場合に、自動的にオートフォーカス処理が行われてもよい。

この場合、観察対象物Ｓを観察する方向または姿勢が変化するごとに鏡筒部１３０の焦点が観察対象物Ｓの観察対象部分ｏｐに合う。それにより、使用者は、観察対象追従処理中、鏡筒部１３０の焦点が観察対象物Ｓ上の観察対象部分ｏｐに合った状態で観察対象部分ｏｐを種々の方向から種々の姿勢で観察することが可能になる。

オートフォーカス処理中に鏡筒部１３０の傾斜角度αが変化した場合に、当該オートフォーカス処理が中断されてもよい。また、オートフォーカス処理中にステージ１２１が回転した場合に、当該オートフォーカス処理が中断されてもよい。それにより、オートフォーカス処理の処理不良の発生が防止される。

（ｂ）また、上記の拡大観察装置１においては、操作部４４０による深度合成処理の指令に応答して深度合成処理が行われる。深度合成処理では、例えば焦点駆動部１１３により鏡筒部１３０が対物レンズ１３１ａの光軸Ａ１の方向に所定範囲移動され、光軸Ａ１の方向の複数の位置で複数の画像データが生成される。また、図７の合焦判定部６２０により、光軸Ａ１の方向の複数の位置で生成された複数の画像データについて画素ごとの合焦度が判定される。その後、画素ごとの合焦度の判定結果に基づいて、複数の画像データが画素ごとに選択的に合成され、撮像部１３２の撮像視野に位置する観察対象物Ｓの全部分に合焦した画像データが生成される。

上記の観察対象追従処理においては、例えば図１２および図１３のステップＳ１０４，Ｓ１０５の処理後、ステップＳ１０６の処理中、ステップＳ１０６の処理後またはステップＳ１１１の処理後、予め定められた一定時間（例えば２秒等）鏡筒部１３０の傾斜角度αが変化せずかつステージ１２１が回転しない場合に、自動的に深度合成処理が行われてもよい。

この場合、観察対象物Ｓを観察する方向または姿勢が変化するごとに、撮像部１３２の撮像視野に位置する観察対象物Ｓの全部分に合焦した画像データが生成され、生成された画像データに基づく画像が表示部４３０に表示される。それにより、使用者は、観察対象追従処理中、種々の方向から種々の姿勢で観察対象物Ｓ上の観察対象部分ｏｐをより詳細に観察することが可能になる。

なお、深度合成処理では、光軸Ａ１の方向の複数の位置で生成された複数の画像データと、複数の画像データがそれぞれ生成されたときの鏡筒部１３０の光軸Ａ１上の位置と、合焦度の判定結果に基づいて観察対象物Ｓの各部分の高さを示す高さデータが生成されてもよい。この場合、高さデータに基づいて、観察対象物Ｓの各部分の高さを示す画像が表示部４３０に表示されてもよい。

深度合成処理中に鏡筒部１３０の傾斜角度αが変化した場合に、当該深度合成処理が中断されてもよい。また、深度合成処理中にステージ１２１が回転した場合に、当該深度合成処理が中断されてもよい。それにより、深度合成処理の処理不良の発生が防止される。

［１１］他の実施の形態
（ａ）上記実施の形態では、鏡筒部１３０の傾斜角度αの変化の前後における視野中心点ｆｃが観察対象物Ｓ上の同じ観察対象部分ｏｐに位置するようにかつその変化の前後における鏡筒部１３０と観察対象物Ｓとの間の光軸Ａ１上の距離の差が０となるように、焦点駆動部１１３およびステージ駆動部１２２が制御されるが、本発明は上記の例に限定されない。

例えば、傾斜角度αの変化後における視野中心点ｆｃの位置が観察対象物Ｓ上の観察対象部分ｏｐを含む一定領域内に位置するように、ステージ駆動部１２２が制御されてもよい。また、傾斜角度αの変化の前後における鏡筒部１３０と観察対象物Ｓとの間の光軸Ａ１上の距離の差が一定範囲内となるように、焦点駆動部１１３が制御されてもよい。

これらの場合においても、上記の一定領域が適切に設定されることにより、傾斜角度αの変化の前後で同じ観察対象部分ｏｐまたはその近傍に視野中心点ｆｃが保持される。また、上記の一定範囲が適切に設定されることにより、傾斜角度αの変化の前後で鏡筒部１３０と観察対象物Ｓとの間の光軸Ａ１上の距離の差が大きく変化しない。したがって、上記実施の形態の例とほぼ同様の効果を得ることができる。

（ｂ）上記実施の形態では、鏡筒部１３０の傾斜角度αの変化の前後における視野中心点ｆｃが観察対象物Ｓ上の同じ観察対象部分ｏｐに位置するようにかつその変化の前後における鏡筒部１３０と観察対象物Ｓとの間の光軸Ａ１上の距離の差が０となるように、焦点駆動部１１３およびステージ駆動部１２２が制御されるが、本発明は上記の例に限定されない。傾斜角度αの変化の前後における撮像部１３２の視野内の特定の位置が観察対象物Ｓ上の観察対象部分ｏｐに位置するように、ステージ駆動部１２２が制御されてもよい。

この場合、図５の操作部４４０は、使用者により撮像部１３２の視野内の特定の位置を指定するために操作可能に構成されてもよく、図７の傾斜調整部６５０は、操作部４４０により指定された位置を撮像部１３２の視野内の特定の位置として載置面移動部１２５および昇降移動部１２６のうち少なくとも一方を制御してもよい。また、図５の操作部４４０は、使用者により撮像部１３２の視野内の特定の位置を指定するために操作可能に構成されてもよく、図７の回転調整部６７０は、操作部４４０により指定された位置を撮像部１３２の視野内の特定の位置として載置面移動部１２５を制御してもよい。これにより、使用者は操作部４４０により撮像部１３２の視野内の所望の位置を撮像部１３２の視野内の特定の位置として指定することができる。

上記のように、使用者が操作部４４０により撮像部１３２の視野内の特定の位置を指定可能とする場合、特定の位置を指定するための操作は図５の表示部４３０に表示される画像に基づいて行われることが好ましい。

図１４は、使用者が撮像部１３２の視野内の特定の位置を指定する際の表示部４３０の表示状態の一例を示す図である。図１４に示すように、使用者は、例えば操作部４４０を操作することにより観察対象物Ｓの画像が表示される表示部４３０の画面上で、所望の位置ＴＰを指定することができる。この場合、表示部４３０に表示される画像上の位置ＴＰに対応する撮像部１３２の視野内の位置が観察対象追従処理の追従対象の位置（撮像部１３２の視野内の特定の位置）として決定される。

ここで、上記のように撮像部１３２の視野内の特定の位置が指定された場合には、指定された画像上の位置ＴＰに対応する観察対象物Ｓ上の部分（位置）に撮像部１３２の視野中心が合うように載置面移動部１２５および昇降移動部１２６のうち少なくとも一方が制御されてもよい。この場合、使用者により指定された画像上の位置ＴＰに対応する観察対象物Ｓ上の部分の画像が表示部４３０の画面中央に移動する。この状態で、上記実施の形態の例と同様の観察対象追従処理が実行されてもよい。

（ｃ）上記実施の形態では、ステージ１２１の回転の前後における視野中心点ｆｃが観察対象物Ｓ上の同じ観察対象部分ｏｐに位置するようにステージ駆動部１２２が制御されるが、本発明は上記の例に限定されない。

例えば、ステージ１２１の回転後における視野中心点ｆｃの位置が観察対象物Ｓ上の観察対象部分ｏｐを含む一定領域内に位置するように、ステージ駆動部１２２が制御されてもよい。

この場合においても、上記の一定領域が適切に設定されることにより、ステージ１２１の回転の前後で同じ観察対象部分ｏｐまたはその近傍に視野中心点ｆｃが保持される。したがって、上記実施の形態の例とほぼ同様の効果を得ることができる。

（ｄ）上記実施の形態では、載置面移動部１２５上に回転移動部１２４が設けられることにより、ステージ１２１が載置面に平行な方向に移動するときに回転移動部１２４がステージ１２１とともに移動するが、本発明はこれに限定されない。上記の例とは逆に、回転移動部１２４上に載置面移動部１２５が支持されてもよい。この場合においても、上記の例と同様の観察対象追従処理を行うことができる。

なお、この場合、回転軸Ａ１０は、平面観察時に光軸Ａ１に一致するように設定されることが好ましい。このように回転軸Ａ１０の位置が設定されることにより、平面観察時に観察対象部分ｏｐが視野中心点ｆｃおよび回転軸Ａ１０からずれない。したがって、平面観察時に図１３のステップＳ１０７〜Ｓ１１２の処理が不要となる。

（ｅ）上記実施の形態では、距離測定用カメラ１９０により生成される画像データに基づいて鏡筒部１３０と観察対象物Ｓとの間の光軸Ａ１上の距離が検出されるが、本発明はこれに限定されない。鏡筒部１３０と観察対象物Ｓとの間の光軸Ａ１上の距離を検出するための構成として、距離測定用カメラ１９０に代えてレーザ変位計等の光学的な距離測定装置が用いられてもよい。

あるいは、撮像部１３２により生成される画像データに基づいて、鏡筒部１３０と観察対象物Ｓとの間の光軸Ａ１上の距離が検出されてもよい。この場合、拡大観察装置１の部品点数が低減される。

（ｆ）上記実施の形態では、鏡筒部１３０に設けられる傾斜センサ１３３の出力に基づいて、鏡筒部１３０の傾斜角度αが検出されるが、本発明はこれに限定されない。上記のように、距離測定用カメラ１９０は、鏡筒部１３０の一部が撮像視野内に含まれるように保持部１１２に取り付けられている。そこで、距離測定用カメラ１９０により生成される画像データに基づいて、鏡筒部１３０の傾斜角度αが算出されてもよい。この場合、拡大観察装置１の部品点数の増加が抑制される。

例えば、ステージ１２１の載置面上に予め傾斜角度αの検出用の指標を設け、当該指標と鏡筒部１３０とが撮像視野内に位置するように距離測定用カメラ１９０を設ける。それにより、距離測定用カメラ１９０により生成される画像データに基づいて、指標と鏡筒部１３０との間の距離を算出することにより、算出された距離に基づいて鏡筒部１３０の傾斜角度αを検出してもよい。あるいは、載置面上の指標に限らず、観察対象物Ｓに顕著な特徴部分があればその特徴部分と鏡筒部１３０との間の距離を算出することにより、算出された距離に基づいて鏡筒部１３０の傾斜角度αを検出してもよい。

（ｇ）上記実施の形態では、観察対象追従処理において鏡筒部１３０の傾斜角度αが変化した場合に、観察対象物Ｓの観察対象部分ｏｐが交差位置ｉｐに移動する。それにより、鏡筒部１３０の傾斜角度αの変化の前後における同じ観察対象部分ｏｐの画像データを取得することができる。この場合、制御部４１０は、鏡筒部１３０の傾斜角度αの変化の前後の画像データに基づいて観察対象部分ｏｐのパターンマッチングを行うことにより、回転軸Ａ２０および交差位置ｉｐが正確な座標位置にあるか否かの確認処理を実行してもよい。さらに、制御部４１０は、確認結果に基づいて、各種設定の校正または各種処理の補正を行ってもよい。

（ｈ）上記実施の形態では、回転軸Ａ１０がステージ１２１の中心を通るので、ステージ１２１の中心の座標位置が検出されることにより回転軸Ａ１０の位置も検出される。それにより、観察対象追従処理のステップＳ１０９において、観察対象部分ｏｐと回転軸Ａ１０との間のＸ方向およびＹ方向のずれ量が算出される。本発明はこれに限定されない。

上記のように、観察対象追従処理においては、ステージ１２１が回転する際に、ステージ１２１の回転の前後における同じ観察対象部分ｏｐの画像データを取得することができる。この場合、制御部４１０は、ステージ１２１の回転の前後の画像データに基づいて観察対象部分ｏｐのパターンマッチングを行うことにより、回転軸Ａ１０の座標位置を算出してもよい。また、制御部４１０は、算出結果に基づいて、観察対象部分ｏｐと回転軸Ａ１０との間のＸ方向およびＹ方向のずれ量を算出してもよい。

（ｉ）上記実施の形態では、観察対象追従処理において鏡筒部１３０の傾斜角度αが変化したか否かが判定される。そこで、鏡筒部１３０の傾斜角度αが変化したときに観察対象部分ｏｐが交差位置ｉｐに自動的に移動され、鏡筒部１３０と観察対象物Ｓとの間の光軸Ａ１上の距離が自動的に調整されるが、本発明はこれに限定されない。

制御部４１０は、鏡筒部１３０の傾斜角度αの調整を開始する指示と、鏡筒部１３０の傾斜角度αの調整を終了する指示とを受付可能に構成されてもよい。この場合、制御部４１０は、例えば傾斜角度αの調整を開始する指示に応答して図１２のステップＳ１００〜Ｓ１０２の処理を行い、傾斜角度αの調整を終了する指示に応答して図１２のステップＳ１０４〜Ｓ１０６の処理を行ってもよい。

（ｊ）上記実施の形態では、観察対象追従処理においてステージ１２１が回転したか否かが判定される。そこで、ステージ１２１が回転したときに観察対象部分ｏｐがステージ１２１の回転前の座標位置に自動的に移動されるが、本発明はこれに限定されない。

制御部４１０は、ステージ１２１の回転を開始する指示と、ステージ１２１の回転を終了する指示とを受付可能に構成されてもよい。この場合、制御部４１０は、例えばステージ１２１の回転を開始する指示に応答して図１３のステップＳ１０７〜Ｓ１０９の処理を行い、ステージ１２１の回転を終了する指示に応答して図１３のステップＳ１１１，Ｓ１１２の処理を行ってもよい。

（ｋ）上記実施の形態では、傾斜機構１０１は使用者の手動操作により鏡筒部１３０の傾斜角度αを調整可能に構成されるが、本発明はこれに限定されない。傾斜機構１０１に鏡筒部１３０の傾斜角度αを変化させる駆動部が設けられるとともに、操作部４４０が鏡筒部１３０の傾斜角度αの調整指令を入力可能に構成されてもよい。

（ｌ）上記実施の形態では、鏡筒部１３０の一部およびステージ装置１２０が距離測定用カメラ１９０の撮像視野内に含まれるように配置されている。そのため、距離測定用カメラ１９０により生成される画像データによれば、鏡筒部１３０と観察対象物Ｓおよびその周辺部材との位置関係を把握することが可能になる。そこで、制御部４１０は、距離測定用カメラ１９０により生成される画像データに基づいて、鏡筒部１３０と観察対象物Ｓおよびその周辺部材とが衝突しないように、ステージ駆動部１２２および焦点駆動部１１３を制御してもよい。

（ｍ）操作部４４０は、使用者が観察対象物Ｓの所望の位置に観察対象部分ｏｐを設定する指令を入力可能に構成されてもよい。また、制御部４１０は、使用者による観察対象部分ｏｐの設定指令を受付可能に構成されてもよい。これらの場合、制御部４１０は、例えば使用者による観察対象部分ｏｐの設定指令に応答して視野中心点ｆｃが観察対象部分ｏｐに位置するようにステージ駆動部１２２を制御してもよい。それにより、拡大観察装置１の利便性がより向上する。

（ｎ）上記実施の形態では、ステージ１２１の載置面上の中心の座標位置は、載置面移動部１２５および昇降移動部１２６に設けられるエンコーダの出力に基づいて検出されるが、本発明はこれに限定されない。例えば、載置面移動部１２５および昇降移動部１２６の各々に、エンコーダに代えてリミットセンサを設けてもよい。この場合、載置面移動部１２５および昇降移動部１２６に設けられるリミットセンサの出力に基づいてステージ１２１の載置面上の中心の座標位置を検出してもよい。

（ｏ）上記実施の形態では、焦点駆動部１１３は、鏡筒部１３０を対物レンズ１３１ａの光軸Ａ１の方向に移動可能に支持するが、本発明はこれに限定されない。焦点駆動部１１３は、鏡筒部１３０を対物レンズ１３１ａの光軸Ａ１の方向に移動可能に支持するとともに、鏡筒部１３０を対物レンズ１３１ａの光軸Ａ１の周りで回転可能に支持してもよい。

この場合、鏡筒部１３０が対物レンズ１３１ａの光軸Ａ１の周りで回転されることにより複数の角度位置に変更される場合に、鏡筒部１３０の回転角度位置に応じて、ステージ１２１の移動方向が変更されてもよい。例えば、鏡筒部１３０の傾斜角度αの変化の前後における視野中心点ｆｃが同じ観察対象部分ｏｐに位置するようにステージ１２１の移動を制御する際に、ステージ１２１がＺ方向およびＸ方向に加えてＹ方向に移動されてもよい。

［１２］請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応関係
以下、請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応の例について説明するが、本発明は下記の例に限定されない。

上記実施の形態では、観察対象物Ｓが観察対象物の例であり、ステージ１２１がステージの例であり、対物レンズ１３１ａが対物レンズの例であり、鏡筒部１３０が撮像部の例であり、対物レンズ１３１ａの光軸Ａ１が対物レンズの光軸の例であり、回転軸Ａ２０が第１の回転軸の例であり、交差位置ｉｐが交差位置の例である。

また、下保持部１１２Ａ、上保持部１１２Ｂおよび傾斜機構１０１を含む保持部１１２が保持部の例であり、載置面移動部１２５が載置面移動部の例であり、焦点駆動部１１３および昇降移動部１２６が相対距離変化部の例であり、鏡筒部１３０の傾斜角度αが載置面に対する光軸の角度の例であり、傾斜センサ１３３および検出部６３０が光軸角度検出部の例である。

また、距離測定用カメラ１９０および検出部６３０が観察距離検出部の例であり、観察対象物Ｓ上の観察対象部分ｏｐが観察対象物上の一部領域の例であり、傾斜調整部６５０が傾斜調整部の例であり、拡大観察装置１が拡大観察装置の例であり、昇降移動部１２６がステージ昇降部の例であり、焦点駆動部１１３が撮像部昇降部の例であり、表示部４３０が表示部の例である。

また、表示画像更新部６８０が画像更新部の例であり、傾斜判定部６４０が傾斜判定部の例であり、回転軸Ａ１０が第２の回転軸の例であり、回転移動部１２４が載置面回転部の例であり、回転移動部１２４のエンコーダおよび検出部６３０が回転検出部の例であり、回転調整部６７０が回転調整部の例であり、回転判定部６６０が回転判定部の例であり、傾斜センサ１３３が加速度センサの例であり、距離測定用カメラ１９０がカメラの例であり、制御部４１０が処理部の例であり、操作部４４０が対象指定操作部および処理指令操作部の例である。

請求項の各構成要素として、請求項に記載されている構成または機能を有する他の種々の要素を用いることもできる。

本発明は、種々の拡大観察装置に有効に利用することができる。

１ 拡大観察装置
１００ 測定ヘッド
１０１ 傾斜機構
１１０ スタンド部
１１１ 設置部
１１２ 保持部
１１２Ａ 下保持部
１１２Ｂ 上保持部
１１３ 焦点駆動部
１１４，４４０ 操作部
１２０ ステージ装置
１２１ ステージ
１２２ ステージ駆動部
１２４ 回転移動部
１２５ 載置面移動部
１２６ 昇降移動部
１３０ 鏡筒部
１３１ レンズユニット
１３１ａ 対物レンズ
１３２ 撮像部
１３３ 傾斜センサ
１４０ 投光部
１５０ 制御基板
１９０ 距離測定用カメラ
２００ 処理装置
２０１ ファイバユニット
２０２，２０３ ケーブル
２１０ 筐体
３００ 光生成部
３１０ 光源
４００ 制御装置
４１０ 制御部
４２０ 記憶部
４３０ 表示部
５００ 駆動制御部
５１０ 投光制御部
５２０ 撮像制御部
５３０ 焦点制御部
５４０ ステージ制御部
６００ 演算処理部
６１０ データ生成部
６２０ 合焦判定部
６３０ 検出部
６４０ 傾斜判定部
６５０ 傾斜調整部
６６０ 回転判定部
６７０ 回転調整部
６８０ 表示画像更新部
Ａ１ 光軸
Ａ１０，Ａ２０ 回転軸
ｆｃ 視野中心点
ｉｐ 交差位置
ｏｐ 観察対象部分
Ｓ 観察対象物
ＴＰ 位置

Claims (16)

1. 観察対象物が載置される載置面を有するステージと、
   載置面上に載置された観察対象物からの光を対物レンズを通して受光することにより観察対象物の画像データを生成する撮像部と、
   前記撮像部により生成される画像データに基づく画像を表示する表示部と、
   前記対物レンズの光軸と前記載置面に平行な第１の回転軸との交差位置を一定に維持しつつ前記載置面に対する前記光軸の角度が変化するように前記第１の回転軸を中心として回転可能に前記撮像部を保持する保持部と、
   前記ステージを前記載置面に平行な面内で移動させる載置面移動部と、
   前記撮像部と前記載置面との間の前記光軸上の距離を変化させる相対距離変化部と、
   前記載置面に対する前記光軸の角度を検出する光軸角度検出部と、
   前記対物レンズと観察対象物との間の前記光軸上の距離を検出する観察距離検出部と、
   前記載置面に対する前記光軸の角度が変化した場合に、前記光軸角度検出部により検出される角度および前記観察距離検出部により検出される距離に基づいて、前記光軸の角度の変化の前後における前記撮像部の視野内の特定の位置が観察対象物上の同じ一部領域内に位置しかつ前記光軸の角度の変化の前後における前記撮像部と観察対象物との間の前記光軸上の距離の差が一定の範囲内となるように、前記載置面移動部および前記相対距離変化部のうち少なくとも一方を制御可能に構成された傾斜調整部と、
   前記ステージを前記載置面に直交する第２の回転軸を中心として回転させる載置面回転部と、
   前記載置面回転部による前記ステージの回転方向の角度位置を検出する回転検出部と、
   前記ステージが前記第２の回転軸を中心として回転する場合に、前記回転検出部により検出される角度位置に基づいて、前記ステージの回転の前後における前記撮像部の視野内の特定の位置が観察対象物上の同じ一部領域内に位置するように前記載置面移動部を制御可能に構成された回転調整部とを備える、拡大観察装置。
2. 前記光軸の角度が予め定められた角度変化するごとに前記表示部に表示される画像を更新する画像更新部をさらに備える、請求項１記載の拡大観察装置。
3. 前記光軸角度検出部により検出される角度に基づいて前記載置面に対する前記光軸の角度が変化したか否かを判定する傾斜判定部をさらに備え、
   前記傾斜調整部は、前記傾斜判定部による判定結果に基づいて前記載置面移動部および前記相対距離変化部のうち少なくとも一方の制御を行う、請求項１または２記載の拡大観察装置。
4. 前記回転検出部により検出される角度位置に基づいて前記ステージが前記第２の回転軸を中心として回転したか否かを判定する回転判定部をさらに備え、
   前記回転調整部は、前記回転判定部による判定結果に基づいて前記載置面移動部の制御を行う、請求項１〜３のいずれか一項に記載の拡大観察装置。
5. 前記光軸角度検出部は、前記撮像部とともに前記第１の回転軸を中心として回転するように設けられる加速度センサを含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の拡大観察装置。
6. 前記観察距離検出部は、前記撮像部と前記撮像部により撮像される観察対象物とが撮像視野内に含まれるように配置されるカメラを含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の拡大観察装置。
7. 前記撮像部の視野内の特定の位置は、前記撮像部の視野中心である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の拡大観察装置。
8. 前記撮像部の視野内の特定の位置を指定するために操作される対象指定操作部をさらに備え、
   前記傾斜調整部は、前記対象指定操作部により指定された位置を前記撮像部の視野内の特定の位置として前記載置面移動部および前記相対距離変化部のうち少なくとも一方を制御し、
   前記回転調整部は、前記対象指定操作部により指定された位置を前記撮像部の視野内の特定の位置として前記載置面移動部を制御する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の拡大観察装置。
9. 前記傾斜調整部または前記回転調整部は、前記対象指定操作部により指定された位置が前記撮像部の視野中心に位置するように前記載置面移動部および前記相対距離変化部のうち少なくとも一方を制御する、請求項８記載の拡大観察装置。
10. 前記相対距離変化部は、
    前記ステージを上下方向に移動させるステージ昇降部と、
    前記保持部に保持される前記撮像部を前記光軸の方向に移動させる撮像部昇降部とを含み、
    前記傾斜調整部は、
    前記載置面に対する前記光軸の角度が変化した場合に、前記光軸角度検出部により検出される角度および前記観察距離検出部により検出される距離に基づいて、観察対象物の前記一部領域が前記交差位置に移動するように前記載置面移動部および前記ステージ昇降部のうち少なくとも一方を制御し、その後前記光軸の角度の変化の前後における前記撮像部と観察対象物との間の距離の差が前記一定の範囲内となるように前記撮像部昇降部を制御する、請求項７または９記載の拡大観察装置。
11. 前記載置面回転部は、前記載置面移動部上に設けられ、
    前記載置面移動部は、前記載置面回転部を前記ステージとともに前記載置面に平行な面内で移動させる、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の拡大観察装置。
12. 前記載置面移動部は、第１の移動部および第２の移動部を含むとともに、前記載置面回転部上に設けられ、
    前記第１移動部は、前記ステージを前記載置面に平行な第１の軸に沿って移動可能に構成され、
    前記第２移動部は、前記ステージを前記載置面に平行でかつ前記第１の軸に直交する第２の軸に沿って移動可能に構成され、
    前記載置面回転部は、前記載置面移動部を前記ステージとともに前記第２の回転軸を中心として回転させる、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の拡大観察装置。
13. 観察対象物上の一部領域に合焦した画像データを生成するオートフォーカス処理および前記撮像部の視野内に位置する観察対象物の全部分に合焦した画像データを生成する深度合成処理を行う処理部と、
    前記オートフォーカス処理または前記深度合成処理の開始を指令するために操作される処理指令操作部をさらに備え、
    前記処理部は、前記処理指令操作部の指令に応答して当該指令に対応する処理を行うことにより、生成された画像データを前記表示部に表示させる、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の拡大観察装置。
14. 前記処理部は、前記傾斜調整部により前記載置面移動部および前記相対距離変化部のうち少なくとも一方が制御された後一定期間経過した場合に前記オートフォーカス処理または前記深度合成処理を開始し、前記回転調整部により前記載置面移動部が制御された後一定期間経過した場合に前記オートフォーカス処理または前記深度合成処理を開始する、請求項１３記載の拡大観察装置。
15. 前記処理部は、前記オートフォーカス処理中または前記深度合成処理中に前記載置面に対する前記光軸の角度が変化した場合に当該処理を中断し、前記オートフォーカス処理中または前記深度合成処理中に前記ステージが前記第２の回転軸を中心として回転した場合に当該処理を中断する、請求項１３または１４記載の拡大観察装置。
16. 観察対象物が載置される載置面を有するステージと、
    載置面上に載置された観察対象物からの光を対物レンズを通して受光することにより観察対象物の画像データを生成する撮像部と、
    前記撮像部により生成される画像データに基づく画像を表示する表示部と、
    前記対物レンズの光軸と前記載置面に平行な第１の回転軸との交差位置を一定に維持しつつ前記載置面に対する前記光軸の角度が変化するように前記第１の回転軸を中心として回転可能に前記撮像部を保持する保持部と、
    前記ステージを前記載置面に平行な面内で移動させる載置面移動部と、
    前記撮像部と前記載置面との間の前記光軸上の距離を変化させる相対距離変化部と、
    前記ステージを前記載置面に直交する第２の回転軸を中心として回転させる載置面回転部とを有する拡大観察装置の制御方法であって、
    前記載置面に対する前記光軸の角度が変化した場合に、前記載置面に対する前記光軸の角度および前記対物レンズと観察対象物との間の前記光軸上の距離に基づいて、前記光軸の角度の変化の前後における前記撮像部の視野内の特定の位置が観察対象物上の同じ一部領域内に位置しかつ前記光軸の角度の変化の前後における前記撮像部と観察対象物との間の前記光軸上の距離の差が一定の範囲内となるように、前記載置面移動部および前記相対距離変化部のうち少なくとも一方を制御するステップと、
    前記ステージが前記第２の回転軸を中心として回転する場合に、前記載置面回転部による前記ステージの回転方向の角度位置に基づいて、前記ステージの回転の前後における前記撮像部の視野内の特定の位置が観察対象物上の同じ一部領域内に位置するように前記載置面移動部を制御するステップとを備える、拡大観察装置の制御方法。

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