JP4071882B2 - 顕微鏡システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、サンプル保護対策を図った顕微鏡システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、顕微鏡によりサンプルを観察するには、まず、サンプルを顕微鏡ステージに載置し、接眼レンズやＴＶモニタを見ながら対物レンズとサンプルの相対位置を調整してピント合わせを行ない、次いで、ステージを光軸と直交する水平方向に移動しながら観察したいサンプル位置が視野やＴＶモニタに入るように調整し、さらにステージやサンプルの傾きによりピントがずれた場合は、再度対物レンズとサンプルの相対位置を調整したのちサンプル観察を行なうようになる。
【０００３】
ところで、このようなサンプル観察の際の対物レンズとサンプルとの相対距離は、対物レンズの作動距離（以下、ＷＤと称する。）によって決定されるが、このＷＤは、一般に高解像で拡大観察するほど短くなる傾向があり、例えば、１００倍程度の高倍観察におけるＷＤは、０．２ｍｍ以下となる場合がある。
【０００４】
このため、このような高倍観察では、上述した対物レンズとサンプルの相対位置を調整してピント合わせの際に、操作をわずかでも誤ると、サンプルと対物レンズが接触したり、また、サンプルに０．２ｍｍ以上の大きな傾きや凹凸があると、ステージを水平方向に移動するだけでサンプルと対物レンズが接触する可能性がある。また、サンプルと対物レンズの接触は、対物レンズにおけるＷＤや焦点距離の違いや焦点深度により対物レンズの交換時にも生じることがある。
【０００５】
そして、このようなサンプルと対物レンズの接触が生じると、サンプルが半導体ウェハのように薄いものであれば、完全に破損して廃棄処分になったり、破損まで達しない場合でも微細なパターンが破損することで、後工程において、その部分の除去、あるいは歩留まりが低下するなど、廃棄するウェハだけでなく、その処理に要する時間を考慮すると多大な損失を招くことになる。
【０００６】
そこで、従来、このようなサンプルと対物レンズの接触を回避するため、特開昭５９−６６２３４号公報に開示されるようにステージと対物レンズの相対距離が所定の距離以下に接近しないようにしたり、対物レンズ交換時には、ステージを安全な位置まで自動的に待避させるようにしたものが考えられている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような対策を講じても、完全なサンプル保護をするには、以下述べるような問題があった。
【０００８】
図１１（ａ）（ｂ）は、サンプルＳに凹凸のような高低差がある場合で、このような高低差を有するサンプルＳの観察を行なうシステムのモデルを示すもので、同図において、サンプルＳの高低部分の低い部分を（ア）、高い部分を（イ）とすると、いま、同図（ａ）に示すように、低い部分（ア）のサンプル位置でステージ上限Ａを設定すると、サンプルＳの高い部分（イ）を観察しようとしてサンプルＳを水平方向に移動すると、対物レンズＯＢがサンプルＳの高い部分（イ）で接触してしまう。
【０００９】
また、これを回避するため、同図（ｂ）に示すように、高い部分（イ）のサンプル位置でステージ上限Ｂを設定すると、サンプルＳの低い部分（ア）を観察しようとすると、低い部分（ア）のピント位置Ｆに対して対物レンズＯＢは、さらに上方に位置されるため、サンプル観察ができないことになる。
【００１０】
また、サンプルＳの厚みが変化した場合も同様の結果となる。このことから、上限位置を設定する方法では、完全にサンプル保護を行なおうとすると、サンプル位置によって観察できない状態になったり、上限位置の設定場所を誤ると、サンプルＳ自身を破損したりすることになる。
【００１１】
一方、図１２は、ステージ待避を行なうシステムのモデルを示すもので、対物レンズＯＢでサンプルＳの位置（ア）を観察している状態から、ステージ待避動作を伴って異なる焦点距離や焦点深度を持つ対物レンズＯＢ’に交換すると、対物レンズ交換時に、ステージ位置（イ）まで待避させただけでは、交換中においては、サンプルＳと対物レンズＯＢ’との接触は回避できるが、再びステージとともにサンプルＳを位置（ア）まで戻すと、対物レンズＯＢ’がサンプルＳに接触してしまう。
【００１２】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、確実なサンプル保護を実現できる顕微鏡システムを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、サンプルを載置するステージと対物レンズとの光軸方向の相対距離を変化させる駆動手段と、前記光軸上の対物レンズの交換を行うレボルバと、前記対物レンズの外周に取付けられる支持体と、前記対物レンズの先端部付近で前記支持体に設けられ、前記サンプルに対する接触または所定距離まで接近した状態を検知して検知信号を出力する状態検知手段と、前記支持体の前記レボルバに対する当接部に設けられる第１の端子と、前記レボルバに設けられ、前記レボルバに対して前記対物レンズが取付けられた状態で前記第１の端子と接触するとともに、前記対物レンズの光軸を中心として円環状に形成される第２の端子と、前記状態検知手段からの前記検知信号に基づいて、前記駆動手段又は前記レボルバの動作を制御する制御手段と、を有し、前記レボルバは、前記対物レンズを保持するとともに前記光軸上で前記対物レンズを選択配置する回転部と、前記回転部を回転可能に保持する固定部と、前記第２の端子に電気的に接続され、前記回転部に設けられる第３の端子と、前記固定部に設けられ、前記回転部が回転しても常に前記第３の端子に接触するように設けられる第４の端子と、を備え、 前記状態検知手段は、前記第１乃至第４の端子を通して前記制御手段に電気的に接続されていることを特徴としている。
【００１４】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記支持体は、前記対物レンズの枠部に固定可能な固定手段と、前記対物レンズの先端周囲に沿って配置される環状の支持部とを有し、前記支持部に複数の前記状態検知手段を保持することを特徴としている。
【００１５】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明におい、前記支持体は、前記対物レンズの先端部で前記光軸に対して所定の角度をもって形成された傾斜面を有し、前記状態検知手段は、前記傾斜面に沿って設けられることを特徴としている。
請求項４記載の発明は、請求項１記載の発明におい、前記支持体は、前記第１の端子を前記第２の端子に対して突出するように付勢する付勢手段をさらに有することを特徴としている。
請求項５記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記支持体は、前記対物レンズの枠体と一体に形成されていることを特徴としている。
請求項６記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記制御手段は、前記状態検知手段が前記サンプルと前記対物レンズとの接触を検知した場合、前記対物レンズ交換手段に対して接触前の回転方向と逆方向に回転させる制御を行うことを特徴としている。
請求項７記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記制御手段は、前記状態検知手段が前記サンプルと前記対物レンズとの接触を検知した場合、前記駆動手段に対して前記サンプルと前記対物レンズとの相対距離を大きくするように退避移動させる制御を行うことを特徴としている。
請求項８記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記ステージは、前記対物レンズの光軸と直交する平面内で前記サンプルを移動させる移動手段を有し、前記制御手段は、前記状態検知手段が前記サンプルと前記対物レンズとの接触を検知した場合、前記移動手段に対して接触前の移動方向と逆方向に退避移動させる制御を行うことを特徴としている。
請求項９記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記サンプルに対して合焦検出信号を演算し、この合焦検出信号に基づいて前記サンプルに対する自動合焦動作を行うオートフォーカス手段を有し、前記自動合焦動作中に前記検知信号に基づいて前記サンプルに対する接触または所定距離まで接近した状態を検知した場合、前記駆動手段の駆動速度を粗動から微動に切換えることを特徴としている。
請求項１０記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記状態検知手段の感度を調整する感度調整機構をさらに有することを特徴としている。
請求項１１記載の発明は、サンプルを載置するステージと対物レンズとの光軸方向の相対距離を変化させる駆動手段と、前記光軸上の対物レンズの交換を行うレボルバと、前記対物レンズの枠体の先端部に一体に設けられ、前記サンプルに対する接触または所定距離まで接近した状態を検知して検知信号を出力する状態検知手段と、前記枠体の前記レボルバに対する当接部に設けられる第１の端子と、前記レボルバに設けられ、前記レボルバに対して前記対物レンズが取付けられた状態で前記第１の端子と接触するとともに、前記対物レンズの光軸を中心として円環状に形成される第２の端子と、前記状態検知手段からの前記検知信号に基づいて前記駆動手段又は前記レボルバの動作を制御する制御手段と、を有し、前記レボルバは、前記対物レンズを保持するとともに前記光軸上で前記対物レンズを選択配置する回転部と、前記回転部を回転可能に保持する固定部と、前記第２の端子に電気的に接続され、前記回転部に設けられる第３の端子と、前記固定部に設けられ、前記回転部が回転しても常に前記第３の端子に接触するように設けられる第４の端子と、を備え、前記状態検知手段は、前記第１乃至第４の端子を通して前記制御手段に電気的に接続されていることを特徴としている。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に従い説明する。
【００２０】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明が適用される顕微鏡システムの概略構成を示している。
【００２１】
図において、１は顕微鏡本体で、この顕微鏡本体１には、被写体であるサンプルＳを載置するステージ２を設けている。このステージ２は、顕微鏡本体１に内蔵されたステージモータ３により光軸方向に沿って上下動可能になっているとともに、ステージＸＹハンドル４の操作により光軸と直交する水平方向にＸＹ駆動可能になっている。
【００２２】
顕微鏡本体１には、ステージ２に対向してレボルバ５を設けている。このレボルバ５は、詳細は後述するが、複数の対物レンズ６を有するもので、レボルバ５に内蔵されたレボルバモータ７により所望する対物レンズ６を光軸上に挿入させるようにしている。
【００２３】
この場合、レボルバ５により光軸上に挿入される対物レンズ６は、光源８からの照明光が開口絞り９、視野絞り１０、コーナキューブ１１を介して入射されると、この照明光をステージ２上のサンプルＳに照射するとともに、サンプルＳからの反射光をコーナキューブ１１を介して接眼レンズ１２に投影し検鏡者によるサンプルＳの観察を可能にしている。
【００２４】
レボルバ５上の各対物レンズ６の先端部には、状態検知手段として触覚センサ１３を設けている。この触覚センサ１３は、サンプルＳとの僅かな接触状態を検知するもので、ここでは、ピエゾ圧電素子を使用している。
【００２５】
図２（ａ）は、触覚センサ１３を対物レンズ６へ取付けるためのセンサ支持体１４の概略構成を示している。この場合、センサ支持体１４は、対物レンズ６の形状・長さに対応した大きさをなすもので、基端部に環状の固定部１４ａを有し、この環状の固定部１４ａ中に対物レンズ６を挿入した状態で、固定ネジ１５により対物レンズ６に固定可能にしている。この時、センサ支持体１４の当接面１４ｃは、対物レンズ６の胴付面６ｂと同じかそれよりも下に位置している。また、先端部に対物レンズ６の先端周囲に沿って配置される環状のセンサ支持部１４ｂを有し、この環状のセンサ支持部１４ｂに沿って複数の触覚センサ１３を接着剤などにより傾斜させて取付けている。この場合、各触覚センサ１３は、それぞれの先端が対物レンズ６の先端面６ｃよりもＷＤが許す範囲で突出している。
【００２６】
そして、センサ支持部１４ｂに沿って複数個配置された触覚センサ１３は、それぞれリード線１３ａを介して接触子１６に接続している。これら接触子１６は、レボルバ５に対応するセンサ支持体１４の当接面１４ｃにバネ１７を介在させて配置したもので、その先端を対物レンズ６の胴付面６ｂより僅かに突出するようにしている。一方、レボルバ５側のセンサ支持体１４に対応する当接面５ａには、接触子１６が接触される複数の接触片１８を配置している。これら接触片１８は、図２（ｂ）に示すようにリング状をなすとともに、同心円状に配置されたもので、センサ支持体１４を装着した対物レンズ６の取付けネジ部６ａをレボルバ５の取付け穴５ｂにねじ込んだ状態（図２（ｃ））で、センサ支持体１４側の接触子１６がリング状の接触片１８に接触可能になっている。
【００２７】
そして、レボルバ５側の接触片１８は、リード線１９を介してオアゲート２０に入力され、さらに、図１に示すＣＰＵ２１に入力される。
【００２８】
図３は、このようなレボルバ５の概略構成を概略構成を示している。
【００２９】
この場合、レボルバ５は、固定部５０１と回転部５０２を有するもので、固定部５０１の中央部に突起５０１ａが形成され、回転部５０２の回転中心に中心穴５０２ａが形成されている。また、回転部５０２は、中心穴５０２ａの周囲に沿って複数の取付け穴５ｂを形成し、これら取付け穴５ｂにセンサ支持体１４を装着した対物レンズ６を取付けるとともに、各取付け穴５ｂ周囲にそれぞれリング状の接触片１８を配置し、これら接触片１８を回転部５０２の中心穴５０２ａ側面に配置した接触子２２より固定部５０１の突起５０１ａ側面に配置した接触子２３を介して固定部５０１側のリード線１９に電気的に接続するようにしている。さらに、回転部５０２は、外周部に歯車５０２ｂを有し、固定部５０１に設けられるレボルバモータ７の回転軸７ａの歯車７ｂと噛み合わせることで、レボルバモータ７により電動駆動可能として、所望する取付け穴５ｂの対物レンズ６を観察光軸上に位置させることができるようになっている。
【００３０】
図１に戻って、ＣＰＵ２１は、オアゲート２０を介して入力される触覚センサ１３からの検知信号により、対物レンズ６がサンプルＳと接触したかを検出するとともに、これらの検知信号に応じてステージモータ３およびレボルバモータ７の駆動を制御するようにしている。
【００３１】
また、ＣＰＵ２１には、操作ユニット２４を接続している。この操作ユニット２４は、図４に示すようにピント合わせのためステージモータ３によりステージ２を光軸方向に移動させるための焦準ハンドル２４ａ、対物レンズ切換えのためレボルバモータ７を駆動させるための対物切換え用スイッチ２４ｂ、オートフォーカス動作を行うためのＡＦスイッチ２４ｃおよびＳＥＡＣＨスイッチ２４ｄ、観察中の顕微鏡異常を警告する警告用ランプ２４ｅなどを有するものである。
【００３２】
次に、以上のように構成した実施の形態の動作を説明する。
【００３３】
この場合、このような顕微鏡システムでは、サンプルＳが触覚センサ１３に接触するケースとして対物レンズ交換中とそれ以外が考えられるので、これらを分けて説明する。
【００３４】
まず、レボルバ５を回転させて対物レンズ６の交換を行なっている際に、サンプルＳが触覚センサ１３の下方向または横方向から接触し、対物レンズ６との接触を検知すると、触覚センサ１３からの検知信号は、リード線１３ａを介して接触子１６よりレボルバ５側の接触片１８に送られ、さらにリード線１９を介してＣＰＵ２１に入力される。
【００３５】
すると、ＣＰＵ２１は、変換中の対物レンズ６の触覚センサ１３がサンプルＳと接触したかを検出するとともに、レボルバモータ７によりレボルバ５の回転方向を逆転させて、サンプルＳとの接触状態を解除し、その後、レボルバモータ７を停止して対物レンズ交換動作を中止させる。
【００３６】
また、ＣＰＵ２１は、ステージモータ３を駆動して、ステージ２を対物レンズ６より遠ざける方向に移動させ、同時に、操作ユニット２４の警告用ランプ２４ｅを点灯するとともに、図示しない警告用ブザーを鳴して、検鏡者にその旨を報知する。
【００３７】
次に、サンプルＳの観察のためステージ２の移動やオートフォーカスなどの対物レンズ交換以外の時に、サンプルＳが触覚センサ１３に接触し、対物レンズ６との接触を検知すると、この場合も、触覚センサ１３からの検知信号は、リード線１３ａを介して接触子１６よりレボルバ５側の接触片１８に送られ、さらにリード線１９を介してＣＰＵ２１に入力される。
【００３８】
すると、ＣＰＵ２１は、ステージモータ３の駆動を制御し、サンプルＳが対物レンズ６に近づく方向のステージ２の移動を規制し、同時に、操作ユニット２４の警告用ランプ２４ｅを点灯するとともに、図示しない警告用ブザーを鳴して、検鏡者にその旨を報知する。
【００３９】
次に、オートフォーカスの場合で、ステージ２の上下動によりサンプルＳを補足するまでに、サンプルＳが対物レンズ６に接触することがある場合を図５に従い説明する。
【００４０】
まず、ステップ５０１で、オートフォーカスを開始すると、ステップ５０２で、サンプルＳをサーチするためにステージ２を上昇させる。このステージ２の上昇によりステップ５０３で、サンプルＳを補足すると、ステップ５０４に進み、ピントの合わせ込み、いわゆるファインモードの制御に移行する。
【００４１】
一方、ステップ５０３で、サンプルＳが補足されなければ、ステップ５０５で、ステージ２がサンプルＳのサーチ範囲の上限位置に達したかを判断し、上限位置に達していなければ、ステップ５０６で、触覚センサ１３からの検知信号の有無を判断する。
【００４２】
ここで、サンプルＳが触覚センサ１３に接触し、対物レンズ６との接触を検知すると、ステップ５０７で、ＣＰＵ２１は、ステージモータ３を反転駆動し、対物レンズ６よりサンプルＳを遠ざける方向にステージ２を下降動作させ、再度サンプルＳをサーチする。そして、このステージ２の下降によりステップ５０８で、サンプルＳを補足すると、ステップ５０４のファインモードの制御に移行する。
【００４３】
一方、ステージ２の上昇中に、ステップ５０６で、触覚センサ１３からの検知信号が検出されなければ、ステップ５０３に戻って、サンプルＳの補足を検知しながら、ステップ５０５で、ステージ２の上限位置を検出し、ここで、上限位置を検出すると、ステップ５０７に進んで、ステージ２を下降動作させ、再度サンプルＳをサーチする。そして、このステージ２の下降により、ステップ５０８で、サンプルＳを補足すると、ステップ５０４のファインモードの制御に移行する。
【００４４】
一方、ステップ５０８で、サンプルＳを補足できない場合は、ステップ５０９でエラー処理する。
【００４５】
従って、このようにすれば、対物レンズ交換中やオートフォーカスなどの、あらゆる状況下においても、サンプルＳにダメージを与えるような対物レンズ６とサンプルＳの強い接触を皆無にできるので、サンプルＳの破損を確実に防止できる。また、対物レンズ６とサンプルＳの強い接触を回避できることから、サンプルＳの破損を恐れて、ステージ２の操作速度を低速度で行うようなこともなくなり、検鏡作業の効率を飛躍的に高めることができる。さらに、サンプルＳの歩留まりの向上といった生産性を高めることも可能になる。
【００４６】
また、対物レンズ６に装着されるセンサ支持体１４のセンサ支持部１４ｂに取付けられる触覚センサ１３は、傾斜して設けられているので、図６に示すようにサンプルＳの高さが（ア）から（イ）に変化するようなものの場合、サンプルＳが触覚センサ１３の下方向から接触する場合は勿論、ステージ２の図示矢印の水平方向の移動によりサンプルＳが触覚センサ１３の横方向から接触する場合も検知が可能となり、精度の高い接触検出を行うことができる。
【００４７】
なお、上述した第１の実施の形態では、センサ支持体１４を対物レンズ６に装着した後、レボルバ５の取付け穴５ｂにねじ込むことで、触覚センサ１３をＣＰＵ２１と電気的に接続するようにしたが、レボルバ５の取付け穴５ｂに予め装着されている対物レンズ６に対して触覚センサ１３を固定ネジなどにより取付け、これら触覚センサ１３をＣＰＵ２１に電気的に接続するような構成とすることもできる。
【００４８】
また、センサ支持体１４の長さ寸法を、短めの対物レンズ６の長さに合わせるとともに、センサ支持体１４の当接面１４ｃに設けられた接触子１６のバネ１７による可動範囲を大きくするような構成にすれば、接触子１６の先端が対物レンズ６の胴付面６ｂより突出する範囲ならば、対物レンズ６の種類により長さが大きなものであっても対応することができる。
【００４９】
さらに、触覚センサ１３の感度を調整する機構を設ければ、サンプルＳの種類や対物レンズ６のＷＤに併せてサンプルＳの保護レベルを微調整するようにもできる。
【００５０】
（第２の実施の形態）
第１の実施の形態では、対物レンズ６にそれぞれ状態検知手段としての触覚センサ１３を取付けるようにしたが、この第２の実施の形態では、レボルバ５側に触覚センサ１３を設け、各対物レンズ６に対して共用化を図るようにしている。
【００５１】
この第２の実施の形態に適用される顕微鏡システムの構成は、第１の実施の形態とほぼ同様であるため、図７に第２の実施の形態の要部であるレボルバ部分のみを示している。なお、図７は、図３と同一部分には、同符号を付している。
【００５２】
この場合、レボルバ５の固定部５０１および回転部５０２の回転中心に貫通穴５０３を形成し、この貫通穴５０３に中空のセンサ支持腕３１を貫通して配置している。
【００５３】
センサ支持腕３１は、基端部に折曲げ部３１ａを有し、この折曲げ部３１ａにネジ部を有する位置調整軸３２を設けている。この位置調整軸３２は、固定部５０１に固定したセンサ位置調整モータ３３の回転軸３３ａを直結していて、センサ位置調整モータ３３の回転により位置調整軸３２を回転させることで、センサ支持腕３１を上下動可能にしている。また、センサ支持腕３１の先端部には、光軸上に位置される対物レンズ６の先端周囲に沿って配置される環状のセンサ支持部３１ｂを設けていて、このセンサ支持部３１ｂに沿って複数の触覚センサ１３を接着剤などにより傾斜させて取付けている。これら触覚センサ１３のリード線１３ａは、センサ支持腕３１の中空部を介して図１に示すＣＰＵ２１に接続している。
【００５４】
このような構成において、光軸上に位置される対物レンズ６を交換する場合、レボルバ５の回転部５０２を回転させる前に、センサ位置調整モータ３３により位置調整軸３２を回転させてセンサ支持腕３１を下方向に移動し、センサ支持腕３１先端のセンサ支持部３１ｂが対物レンズ６に接触しない位置まで移動させる。
【００５５】
そして、レボルバ５の回転部５０２を回転させて光軸上の対物レンズ６の交換を終了すると、今度は、センサ位置調整モータ３３により位置調整軸３２を回転させつつ、この時の対物レンズ６の長さに合わせてセンサ支持腕３１を上方向に移動し、センサ支持部３１ｂに取付けた触覚センサ１３が、対物レンズ６の先端周囲に沿って配置されるようにする。この場合、それぞれの触覚センサ１３は、各先端が対物レンズ６の先端面６ｃよりもＷＤが許す範囲で突出するまで位置調整される。
【００５６】
そして、この状態から、上述したような検鏡動作が行われるが、ここでのサンプルＳが触覚センサ１３に接触した場合の動作は、第１の実施の形態で述べたのと同様である。
【００５７】
従って、このようにしても、サンプルＳにダメージを与えるような対物レンズ６とサンプルＳの接触を確実に防止でき、上述した第１の実施の形態と同様な効果を期待できる。
【００５８】
また、サンプルＳと対物レンズ６の接触を検知するための触覚センサ１３をレボルバ５側に設け、各対物レンズ６に対して共用化を図るようにしているので、各対物レンズ６ごとに触覚センサ１３を取付ける場合と比べて触覚センサ１３の必要個数を減らすことができ、価格的に安価にできる。
【００５９】
なお、各対物レンズ６ごとのセンサ支持腕３１の位置調整は、例えば検鏡者が予め光路中に対物レンズ６を挿入しながら、各対物レンズ６の長さごとに対応したセンサ位置を設定しておき、それぞれのセンサ位置設定後は、対物レンズ６が光軸中に挿入されると、自動的にセンサ位置を変更する制御方式や、センサ支持腕３１（またはレボルバ自体）に対物レンズ６の種類を自動的に読み取る種類判定手段３４を設け、対物レンズ６の種類から対物レンズ６の長さに応じてセンサ位置を自動的に調整するようにしてもよい。
【００６０】
また、対物レンズ６の交換の際にステージ待避動作を併用したり、または、ＷＤが短い対物レンズの交換で、センサ支持腕３１の光軸方向の位置を下げることができないような場合にのみステージ待避動作を実行させるようにすれば、サンプルＳに対してさらに安全な動作を期待できる。
【００６１】
さらに、本実施の形態では、装着している対物レンズのセンサ出力をオアゲートを介して取り出しているが、光路中の対物レンズのセンサ出力のみを抽出する構成にしてもよい。
【００６２】
（第３の実施の形態）
第１および第２の実施の形態では、状態検知手段として触覚センサ１３を用いたが、この第３の実施の形態では、触覚センサ１３に代わって近接センサを用いている。
【００６３】
図８（ａ）（ｂ）は、第３の実施の形態の要部の概略構成を示すもので、図２および図７と同一部分には、同符号を付している。
【００６４】
この場合、図８（ａ）は、図２で述べたセンサ支持体１４のセンサ支持部１４ｂに複数の近接センサ４１を取付けた例で、また、図８（ｂ）は、図７で述べたセンサ支持腕３１のセンサ支持部３１ｂに複数の近接センサ４１を取付けた例である。この場合、近接センサ４１の先端は、対物レンズ６の先端面６ｃと同一面か、それより僅かに上方に位置している。なお、ここでの近接センサ４１には、例えば静電容量型のものが用いられる。
【００６５】
このような構成とすれば、近接センサ４１に対してサンプルＳが下方向または横方向から接近すると、近接センサ４１との間の静電容量が、これら近接センサ４１とサンプルＳとの間の距離により変化していく。そして、この静電容量が、予め設定されている近接センサ４１の作動距離、つまり予め設定されている静電容量値に達すると、近接センサ４１から検知信号が出力される。これにより、近接センサ４１からの検知信号を受け取るＣＰＵ２１により、対物レンズ６がサンプルＳに接触する前に、ステージ待避や対物レンズ交換の中止などの緊急待避動作が実行される。
【００６６】
これらの緊急待避動作については、第１および第２の実施の形態で述べたと同様である。
【００６７】
従って、このようにすれば、顕微鏡観察における如何なる状況下においても、対物レンズ６がサンプルＳに接触するのを確実に防止でき、さらに、上述した第１および第２の実施の形態と同様な効果を期待できる。
【００６８】
（第４の実施の形態）
図９は、本発明の第４の実施の形態の要部の概略構成を示すもので、図２と同一部分には、同符号を付している。
【００６９】
この場合、対物レンズ６は、外枠６ｄの先端部に複数の触覚センサ１３を一体に設けている。これら触覚センサ１３は、リード線１３ａを介して対物レンズ６の胴付面６ｂにバネ１７を介在して配置された接触子１６に接続している。これら接触子１６は、対物レンズ６の胴付面６ｂより僅かに突出するようにしている。そして、対物レンズ６の取付けネジ部６ａをレボルバ５の取付け穴５ｂにねじ込むことにより、対物レンズ６の接触子１６がレボルバ５のリング状の接触片１８に接触するようにしている。
【００７０】
従って、このようにしても、上述した第１の実施の形態と同様な効果を期待でき、さらに対物レンズ６周囲に付加構成が一切存在しないので、システム全体を簡潔化できるとともに、サンプルＳの接触に対して、さらに安全に構成できる。
【００７１】
なお、上述した各実施の形態において、触覚センサ１３や近接センサ４１の感度を調整してやれば、サンプルＳの種類や対物レンズ６のＷＤに応じてサンプルＳの保護レベルを微調整することができる。
【００７２】
また、触覚センサ１３および近接センサ４１の外形寸法や、近接センサ４１の作動範囲が対物レンズ６のＷＤよりも大きい場合は、例えば、図２で述べたセンサ支持体１４のセンサ支持部１４ｂに複数の触覚センサ１３（または近接センサ４１）を取付けたものでは、図１０（ａ）に示すようにセンサ支持腕３１のセンサ支持部３１ｂを対物レンズ６の先端面６ｃより上方に位置させ、触覚センサ１３（または近接センサ４１）が適正な位置になるようにすればよく、また、図７で述べたセンサ支持腕３１のセンサ支持部３１ｂに複数の触覚センサ１３（または近接センサ４１）を取付けたものでは、図１０（ｂ）に示すようにセンサ支持腕３１のセンサ支持部３１ｂを対物レンズ６の先端面６ｃより上方に位置させ、触覚センサ１３（または近接センサ４１）が適正な位置になるようにすればよい。
【００７３】
さらに、上述した全ての実施の形態では、サンプルＳの光軸方向の移動をステージ２の上下動作により行うようにしたが、対物レンズ６を装着するレボルバ５側を上下動させるレボルバ上下方式でも同様な効果を期待できる。
【００７４】
さらにまた、上述した各実施の形態では、状態検知手段として、触覚センサ１３や近接センサ４１を使用する例を述べたが、例えば、特開平８−２６１９１５号公報に開示されるようなコルピッツ回路を用いた、大きさが１．５×１．５×０．１２ｍｍまたは、０．８×０．８×０．０８ｍｍといった微小な触覚センサを用いれば、センサ自体を対物レンズ６に内蔵させるなど、さらに小型化を実現できる。
【００７５】
【発明の効果】
以上のべたように、本発明によれば、対物レンズ交換中やオートフォーカスなどの、あらゆる状況下においても、サンプルにダメージを与えるような対物レンズとサンプルの接触を防止できるので、サンプルの破損を確実に防止できる。また、対物レンズとサンプルが接触し、破損してしまうことから回避できるため、サンプルの破損を恐れて、ステージの操作速度を低速度で行うようなこともなくなり、検鏡作業の効率を飛躍的に高めることができ、さらに、サンプルの歩留まりの向上といった生産性を高めることも可能になる。
【００７６】
また、対物レンズ交換手段に状態検知手段が設けられるので、状態検知手段の必要個数を最小限にでき、価格的に安価にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の概略構成を示す図。
【図２】第１の実施の形態に用いられる触覚センサを支持するセンサ支持体の概略構成を示す図。
【図３】第１の実施の形態に用いられるレボルバの概略構成を示す図。
【図４】第１の実施の形態に用いられる操作ユニットの概略構成を示す図。
【図５】第１の実施の形態の動作を説明するためのフローチャート。
【図６】第１の実施の形態の動作を説明するための図。
【図７】本発明の第２の実施の形態の要部であるレボルバ部分の概略構成を示す図。
【図８】本発明の第３の実施の形態の要部の概略構成を示す図。
【図９】本発明の第４の実施の形態の要部の概略構成を示す図。
【図１０】本発明のさらに異なる実施の形態の要部の概略構成を示す図。
【図１１】従来の顕微鏡システムの問題点を説明するための図。
【図１２】従来の顕微鏡システムの問題点を説明するための図。
【符号の説明】
Ｓ…サンプル
１…顕微鏡本体
２…ステージ
３…ステージモータ
４…ＸＹハンドル
５…レボルバ
５ａ…当接面
５ｂ…取付け穴
５０１…固定部
５０１ａ…突起
５０２…回転部
５０２ａ…中心穴
５０２ｂ…歯車
５０３…貫通穴
６…対物レンズ
６ａ…取付けネジ部
６ｂ…胴付面
６ｃ…先端面
６ｄ…外枠
７…レボルバモータ
７ａ…回転軸
７ｂ…歯車
８…光源
９…開口絞り
１０…視野絞り
１１…コーナキューブ
１２…接眼レンズ
１３…触覚センサ
１３ａ…リード線
１４…センサ支持体
１４ａ…固定部
１４ｂ…センサ支持部
１４ｃ…当接面
１５…固定ネジ
１６…接触子
１７…バネ
１８…接触片
１９…リード線
２０…オアゲート
２１…ＣＰＵ
２２．２３…接触子
２４…操作ユニット
２４ａ…焦準ハンドル
２４ｂ…対物切換え用スイッチ
２４ｃ…ＡＦスイッチ
２４ｄ…ＳＥＡＣＨスイッチ
２４ｅ…警告用ランプ
３１…センサ支持腕
３１ａ…折曲げ部
３１ｂ…センサ支持部
３２…位置調整軸
３３…センサ位置調整モータ
３３ａ…回転軸
３４…種類判定手段
４１…近接センサ
【発明の属する技術分野】
本発明は、サンプル保護対策を図った顕微鏡システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、顕微鏡によりサンプルを観察するには、まず、サンプルを顕微鏡ステージに載置し、接眼レンズやＴＶモニタを見ながら対物レンズとサンプルの相対位置を調整してピント合わせを行ない、次いで、ステージを光軸と直交する水平方向に移動しながら観察したいサンプル位置が視野やＴＶモニタに入るように調整し、さらにステージやサンプルの傾きによりピントがずれた場合は、再度対物レンズとサンプルの相対位置を調整したのちサンプル観察を行なうようになる。
【０００３】
ところで、このようなサンプル観察の際の対物レンズとサンプルとの相対距離は、対物レンズの作動距離（以下、ＷＤと称する。）によって決定されるが、このＷＤは、一般に高解像で拡大観察するほど短くなる傾向があり、例えば、１００倍程度の高倍観察におけるＷＤは、０．２ｍｍ以下となる場合がある。
【０００４】
このため、このような高倍観察では、上述した対物レンズとサンプルの相対位置を調整してピント合わせの際に、操作をわずかでも誤ると、サンプルと対物レンズが接触したり、また、サンプルに０．２ｍｍ以上の大きな傾きや凹凸があると、ステージを水平方向に移動するだけでサンプルと対物レンズが接触する可能性がある。また、サンプルと対物レンズの接触は、対物レンズにおけるＷＤや焦点距離の違いや焦点深度により対物レンズの交換時にも生じることがある。
【０００５】
そして、このようなサンプルと対物レンズの接触が生じると、サンプルが半導体ウェハのように薄いものであれば、完全に破損して廃棄処分になったり、破損まで達しない場合でも微細なパターンが破損することで、後工程において、その部分の除去、あるいは歩留まりが低下するなど、廃棄するウェハだけでなく、その処理に要する時間を考慮すると多大な損失を招くことになる。
【０００６】
そこで、従来、このようなサンプルと対物レンズの接触を回避するため、特開昭５９−６６２３４号公報に開示されるようにステージと対物レンズの相対距離が所定の距離以下に接近しないようにしたり、対物レンズ交換時には、ステージを安全な位置まで自動的に待避させるようにしたものが考えられている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような対策を講じても、完全なサンプル保護をするには、以下述べるような問題があった。
【０００８】
図１１（ａ）（ｂ）は、サンプルＳに凹凸のような高低差がある場合で、このような高低差を有するサンプルＳの観察を行なうシステムのモデルを示すもので、同図において、サンプルＳの高低部分の低い部分を（ア）、高い部分を（イ）とすると、いま、同図（ａ）に示すように、低い部分（ア）のサンプル位置でステージ上限Ａを設定すると、サンプルＳの高い部分（イ）を観察しようとしてサンプルＳを水平方向に移動すると、対物レンズＯＢがサンプルＳの高い部分（イ）で接触してしまう。
【０００９】
また、これを回避するため、同図（ｂ）に示すように、高い部分（イ）のサンプル位置でステージ上限Ｂを設定すると、サンプルＳの低い部分（ア）を観察しようとすると、低い部分（ア）のピント位置Ｆに対して対物レンズＯＢは、さらに上方に位置されるため、サンプル観察ができないことになる。
【００１０】
また、サンプルＳの厚みが変化した場合も同様の結果となる。このことから、上限位置を設定する方法では、完全にサンプル保護を行なおうとすると、サンプル位置によって観察できない状態になったり、上限位置の設定場所を誤ると、サンプルＳ自身を破損したりすることになる。
【００１１】
一方、図１２は、ステージ待避を行なうシステムのモデルを示すもので、対物レンズＯＢでサンプルＳの位置（ア）を観察している状態から、ステージ待避動作を伴って異なる焦点距離や焦点深度を持つ対物レンズＯＢ’に交換すると、対物レンズ交換時に、ステージ位置（イ）まで待避させただけでは、交換中においては、サンプルＳと対物レンズＯＢ’との接触は回避できるが、再びステージとともにサンプルＳを位置（ア）まで戻すと、対物レンズＯＢ’がサンプルＳに接触してしまう。
【００１２】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、確実なサンプル保護を実現できる顕微鏡システムを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、サンプルを載置するステージと対物レンズとの光軸方向の相対距離を変化させる駆動手段と、前記光軸上の対物レンズの交換を行うレボルバと、前記対物レンズの外周に取付けられる支持体と、前記対物レンズの先端部付近で前記支持体に設けられ、前記サンプルに対する接触または所定距離まで接近した状態を検知して検知信号を出力する状態検知手段と、前記支持体の前記レボルバに対する当接部に設けられる第１の端子と、前記レボルバに設けられ、前記レボルバに対して前記対物レンズが取付けられた状態で前記第１の端子と接触するとともに、前記対物レンズの光軸を中心として円環状に形成される第２の端子と、前記状態検知手段からの前記検知信号に基づいて、前記駆動手段又は前記レボルバの動作を制御する制御手段と、を有し、前記レボルバは、前記対物レンズを保持するとともに前記光軸上で前記対物レンズを選択配置する回転部と、前記回転部を回転可能に保持する固定部と、前記第２の端子に電気的に接続され、前記回転部に設けられる第３の端子と、前記固定部に設けられ、前記回転部が回転しても常に前記第３の端子に接触するように設けられる第４の端子と、を備え、 前記状態検知手段は、前記第１乃至第４の端子を通して前記制御手段に電気的に接続されていることを特徴としている。
【００１４】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記支持体は、前記対物レンズの枠部に固定可能な固定手段と、前記対物レンズの先端周囲に沿って配置される環状の支持部とを有し、前記支持部に複数の前記状態検知手段を保持することを特徴としている。
【００１５】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明におい、前記支持体は、前記対物レンズの先端部で前記光軸に対して所定の角度をもって形成された傾斜面を有し、前記状態検知手段は、前記傾斜面に沿って設けられることを特徴としている。
請求項４記載の発明は、請求項１記載の発明におい、前記支持体は、前記第１の端子を前記第２の端子に対して突出するように付勢する付勢手段をさらに有することを特徴としている。
請求項５記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記支持体は、前記対物レンズの枠体と一体に形成されていることを特徴としている。
請求項６記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記制御手段は、前記状態検知手段が前記サンプルと前記対物レンズとの接触を検知した場合、前記対物レンズ交換手段に対して接触前の回転方向と逆方向に回転させる制御を行うことを特徴としている。
請求項７記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記制御手段は、前記状態検知手段が前記サンプルと前記対物レンズとの接触を検知した場合、前記駆動手段に対して前記サンプルと前記対物レンズとの相対距離を大きくするように退避移動させる制御を行うことを特徴としている。
請求項８記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記ステージは、前記対物レンズの光軸と直交する平面内で前記サンプルを移動させる移動手段を有し、前記制御手段は、前記状態検知手段が前記サンプルと前記対物レンズとの接触を検知した場合、前記移動手段に対して接触前の移動方向と逆方向に退避移動させる制御を行うことを特徴としている。
請求項９記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記サンプルに対して合焦検出信号を演算し、この合焦検出信号に基づいて前記サンプルに対する自動合焦動作を行うオートフォーカス手段を有し、前記自動合焦動作中に前記検知信号に基づいて前記サンプルに対する接触または所定距離まで接近した状態を検知した場合、前記駆動手段の駆動速度を粗動から微動に切換えることを特徴としている。
請求項１０記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記状態検知手段の感度を調整する感度調整機構をさらに有することを特徴としている。
請求項１１記載の発明は、サンプルを載置するステージと対物レンズとの光軸方向の相対距離を変化させる駆動手段と、前記光軸上の対物レンズの交換を行うレボルバと、前記対物レンズの枠体の先端部に一体に設けられ、前記サンプルに対する接触または所定距離まで接近した状態を検知して検知信号を出力する状態検知手段と、前記枠体の前記レボルバに対する当接部に設けられる第１の端子と、前記レボルバに設けられ、前記レボルバに対して前記対物レンズが取付けられた状態で前記第１の端子と接触するとともに、前記対物レンズの光軸を中心として円環状に形成される第２の端子と、前記状態検知手段からの前記検知信号に基づいて前記駆動手段又は前記レボルバの動作を制御する制御手段と、を有し、前記レボルバは、前記対物レンズを保持するとともに前記光軸上で前記対物レンズを選択配置する回転部と、前記回転部を回転可能に保持する固定部と、前記第２の端子に電気的に接続され、前記回転部に設けられる第３の端子と、前記固定部に設けられ、前記回転部が回転しても常に前記第３の端子に接触するように設けられる第４の端子と、を備え、前記状態検知手段は、前記第１乃至第４の端子を通して前記制御手段に電気的に接続されていることを特徴としている。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に従い説明する。
【００２０】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明が適用される顕微鏡システムの概略構成を示している。
【００２１】
図において、１は顕微鏡本体で、この顕微鏡本体１には、被写体であるサンプルＳを載置するステージ２を設けている。このステージ２は、顕微鏡本体１に内蔵されたステージモータ３により光軸方向に沿って上下動可能になっているとともに、ステージＸＹハンドル４の操作により光軸と直交する水平方向にＸＹ駆動可能になっている。
【００２２】
顕微鏡本体１には、ステージ２に対向してレボルバ５を設けている。このレボルバ５は、詳細は後述するが、複数の対物レンズ６を有するもので、レボルバ５に内蔵されたレボルバモータ７により所望する対物レンズ６を光軸上に挿入させるようにしている。
【００２３】
この場合、レボルバ５により光軸上に挿入される対物レンズ６は、光源８からの照明光が開口絞り９、視野絞り１０、コーナキューブ１１を介して入射されると、この照明光をステージ２上のサンプルＳに照射するとともに、サンプルＳからの反射光をコーナキューブ１１を介して接眼レンズ１２に投影し検鏡者によるサンプルＳの観察を可能にしている。
【００２４】
レボルバ５上の各対物レンズ６の先端部には、状態検知手段として触覚センサ１３を設けている。この触覚センサ１３は、サンプルＳとの僅かな接触状態を検知するもので、ここでは、ピエゾ圧電素子を使用している。
【００２５】
図２（ａ）は、触覚センサ１３を対物レンズ６へ取付けるためのセンサ支持体１４の概略構成を示している。この場合、センサ支持体１４は、対物レンズ６の形状・長さに対応した大きさをなすもので、基端部に環状の固定部１４ａを有し、この環状の固定部１４ａ中に対物レンズ６を挿入した状態で、固定ネジ１５により対物レンズ６に固定可能にしている。この時、センサ支持体１４の当接面１４ｃは、対物レンズ６の胴付面６ｂと同じかそれよりも下に位置している。また、先端部に対物レンズ６の先端周囲に沿って配置される環状のセンサ支持部１４ｂを有し、この環状のセンサ支持部１４ｂに沿って複数の触覚センサ１３を接着剤などにより傾斜させて取付けている。この場合、各触覚センサ１３は、それぞれの先端が対物レンズ６の先端面６ｃよりもＷＤが許す範囲で突出している。
【００２６】
そして、センサ支持部１４ｂに沿って複数個配置された触覚センサ１３は、それぞれリード線１３ａを介して接触子１６に接続している。これら接触子１６は、レボルバ５に対応するセンサ支持体１４の当接面１４ｃにバネ１７を介在させて配置したもので、その先端を対物レンズ６の胴付面６ｂより僅かに突出するようにしている。一方、レボルバ５側のセンサ支持体１４に対応する当接面５ａには、接触子１６が接触される複数の接触片１８を配置している。これら接触片１８は、図２（ｂ）に示すようにリング状をなすとともに、同心円状に配置されたもので、センサ支持体１４を装着した対物レンズ６の取付けネジ部６ａをレボルバ５の取付け穴５ｂにねじ込んだ状態（図２（ｃ））で、センサ支持体１４側の接触子１６がリング状の接触片１８に接触可能になっている。
【００２７】
そして、レボルバ５側の接触片１８は、リード線１９を介してオアゲート２０に入力され、さらに、図１に示すＣＰＵ２１に入力される。
【００２８】
図３は、このようなレボルバ５の概略構成を概略構成を示している。
【００２９】
この場合、レボルバ５は、固定部５０１と回転部５０２を有するもので、固定部５０１の中央部に突起５０１ａが形成され、回転部５０２の回転中心に中心穴５０２ａが形成されている。また、回転部５０２は、中心穴５０２ａの周囲に沿って複数の取付け穴５ｂを形成し、これら取付け穴５ｂにセンサ支持体１４を装着した対物レンズ６を取付けるとともに、各取付け穴５ｂ周囲にそれぞれリング状の接触片１８を配置し、これら接触片１８を回転部５０２の中心穴５０２ａ側面に配置した接触子２２より固定部５０１の突起５０１ａ側面に配置した接触子２３を介して固定部５０１側のリード線１９に電気的に接続するようにしている。さらに、回転部５０２は、外周部に歯車５０２ｂを有し、固定部５０１に設けられるレボルバモータ７の回転軸７ａの歯車７ｂと噛み合わせることで、レボルバモータ７により電動駆動可能として、所望する取付け穴５ｂの対物レンズ６を観察光軸上に位置させることができるようになっている。
【００３０】
図１に戻って、ＣＰＵ２１は、オアゲート２０を介して入力される触覚センサ１３からの検知信号により、対物レンズ６がサンプルＳと接触したかを検出するとともに、これらの検知信号に応じてステージモータ３およびレボルバモータ７の駆動を制御するようにしている。
【００３１】
また、ＣＰＵ２１には、操作ユニット２４を接続している。この操作ユニット２４は、図４に示すようにピント合わせのためステージモータ３によりステージ２を光軸方向に移動させるための焦準ハンドル２４ａ、対物レンズ切換えのためレボルバモータ７を駆動させるための対物切換え用スイッチ２４ｂ、オートフォーカス動作を行うためのＡＦスイッチ２４ｃおよびＳＥＡＣＨスイッチ２４ｄ、観察中の顕微鏡異常を警告する警告用ランプ２４ｅなどを有するものである。
【００３２】
次に、以上のように構成した実施の形態の動作を説明する。
【００３３】
この場合、このような顕微鏡システムでは、サンプルＳが触覚センサ１３に接触するケースとして対物レンズ交換中とそれ以外が考えられるので、これらを分けて説明する。
【００３４】
まず、レボルバ５を回転させて対物レンズ６の交換を行なっている際に、サンプルＳが触覚センサ１３の下方向または横方向から接触し、対物レンズ６との接触を検知すると、触覚センサ１３からの検知信号は、リード線１３ａを介して接触子１６よりレボルバ５側の接触片１８に送られ、さらにリード線１９を介してＣＰＵ２１に入力される。
【００３５】
すると、ＣＰＵ２１は、変換中の対物レンズ６の触覚センサ１３がサンプルＳと接触したかを検出するとともに、レボルバモータ７によりレボルバ５の回転方向を逆転させて、サンプルＳとの接触状態を解除し、その後、レボルバモータ７を停止して対物レンズ交換動作を中止させる。
【００３６】
また、ＣＰＵ２１は、ステージモータ３を駆動して、ステージ２を対物レンズ６より遠ざける方向に移動させ、同時に、操作ユニット２４の警告用ランプ２４ｅを点灯するとともに、図示しない警告用ブザーを鳴して、検鏡者にその旨を報知する。
【００３７】
次に、サンプルＳの観察のためステージ２の移動やオートフォーカスなどの対物レンズ交換以外の時に、サンプルＳが触覚センサ１３に接触し、対物レンズ６との接触を検知すると、この場合も、触覚センサ１３からの検知信号は、リード線１３ａを介して接触子１６よりレボルバ５側の接触片１８に送られ、さらにリード線１９を介してＣＰＵ２１に入力される。
【００３８】
すると、ＣＰＵ２１は、ステージモータ３の駆動を制御し、サンプルＳが対物レンズ６に近づく方向のステージ２の移動を規制し、同時に、操作ユニット２４の警告用ランプ２４ｅを点灯するとともに、図示しない警告用ブザーを鳴して、検鏡者にその旨を報知する。
【００３９】
次に、オートフォーカスの場合で、ステージ２の上下動によりサンプルＳを補足するまでに、サンプルＳが対物レンズ６に接触することがある場合を図５に従い説明する。
【００４０】
まず、ステップ５０１で、オートフォーカスを開始すると、ステップ５０２で、サンプルＳをサーチするためにステージ２を上昇させる。このステージ２の上昇によりステップ５０３で、サンプルＳを補足すると、ステップ５０４に進み、ピントの合わせ込み、いわゆるファインモードの制御に移行する。
【００４１】
一方、ステップ５０３で、サンプルＳが補足されなければ、ステップ５０５で、ステージ２がサンプルＳのサーチ範囲の上限位置に達したかを判断し、上限位置に達していなければ、ステップ５０６で、触覚センサ１３からの検知信号の有無を判断する。
【００４２】
ここで、サンプルＳが触覚センサ１３に接触し、対物レンズ６との接触を検知すると、ステップ５０７で、ＣＰＵ２１は、ステージモータ３を反転駆動し、対物レンズ６よりサンプルＳを遠ざける方向にステージ２を下降動作させ、再度サンプルＳをサーチする。そして、このステージ２の下降によりステップ５０８で、サンプルＳを補足すると、ステップ５０４のファインモードの制御に移行する。
【００４３】
一方、ステージ２の上昇中に、ステップ５０６で、触覚センサ１３からの検知信号が検出されなければ、ステップ５０３に戻って、サンプルＳの補足を検知しながら、ステップ５０５で、ステージ２の上限位置を検出し、ここで、上限位置を検出すると、ステップ５０７に進んで、ステージ２を下降動作させ、再度サンプルＳをサーチする。そして、このステージ２の下降により、ステップ５０８で、サンプルＳを補足すると、ステップ５０４のファインモードの制御に移行する。
【００４４】
一方、ステップ５０８で、サンプルＳを補足できない場合は、ステップ５０９でエラー処理する。
【００４５】
従って、このようにすれば、対物レンズ交換中やオートフォーカスなどの、あらゆる状況下においても、サンプルＳにダメージを与えるような対物レンズ６とサンプルＳの強い接触を皆無にできるので、サンプルＳの破損を確実に防止できる。また、対物レンズ６とサンプルＳの強い接触を回避できることから、サンプルＳの破損を恐れて、ステージ２の操作速度を低速度で行うようなこともなくなり、検鏡作業の効率を飛躍的に高めることができる。さらに、サンプルＳの歩留まりの向上といった生産性を高めることも可能になる。
【００４６】
また、対物レンズ６に装着されるセンサ支持体１４のセンサ支持部１４ｂに取付けられる触覚センサ１３は、傾斜して設けられているので、図６に示すようにサンプルＳの高さが（ア）から（イ）に変化するようなものの場合、サンプルＳが触覚センサ１３の下方向から接触する場合は勿論、ステージ２の図示矢印の水平方向の移動によりサンプルＳが触覚センサ１３の横方向から接触する場合も検知が可能となり、精度の高い接触検出を行うことができる。
【００４７】
なお、上述した第１の実施の形態では、センサ支持体１４を対物レンズ６に装着した後、レボルバ５の取付け穴５ｂにねじ込むことで、触覚センサ１３をＣＰＵ２１と電気的に接続するようにしたが、レボルバ５の取付け穴５ｂに予め装着されている対物レンズ６に対して触覚センサ１３を固定ネジなどにより取付け、これら触覚センサ１３をＣＰＵ２１に電気的に接続するような構成とすることもできる。
【００４８】
また、センサ支持体１４の長さ寸法を、短めの対物レンズ６の長さに合わせるとともに、センサ支持体１４の当接面１４ｃに設けられた接触子１６のバネ１７による可動範囲を大きくするような構成にすれば、接触子１６の先端が対物レンズ６の胴付面６ｂより突出する範囲ならば、対物レンズ６の種類により長さが大きなものであっても対応することができる。
【００４９】
さらに、触覚センサ１３の感度を調整する機構を設ければ、サンプルＳの種類や対物レンズ６のＷＤに併せてサンプルＳの保護レベルを微調整するようにもできる。
【００５０】
（第２の実施の形態）
第１の実施の形態では、対物レンズ６にそれぞれ状態検知手段としての触覚センサ１３を取付けるようにしたが、この第２の実施の形態では、レボルバ５側に触覚センサ１３を設け、各対物レンズ６に対して共用化を図るようにしている。
【００５１】
この第２の実施の形態に適用される顕微鏡システムの構成は、第１の実施の形態とほぼ同様であるため、図７に第２の実施の形態の要部であるレボルバ部分のみを示している。なお、図７は、図３と同一部分には、同符号を付している。
【００５２】
この場合、レボルバ５の固定部５０１および回転部５０２の回転中心に貫通穴５０３を形成し、この貫通穴５０３に中空のセンサ支持腕３１を貫通して配置している。
【００５３】
センサ支持腕３１は、基端部に折曲げ部３１ａを有し、この折曲げ部３１ａにネジ部を有する位置調整軸３２を設けている。この位置調整軸３２は、固定部５０１に固定したセンサ位置調整モータ３３の回転軸３３ａを直結していて、センサ位置調整モータ３３の回転により位置調整軸３２を回転させることで、センサ支持腕３１を上下動可能にしている。また、センサ支持腕３１の先端部には、光軸上に位置される対物レンズ６の先端周囲に沿って配置される環状のセンサ支持部３１ｂを設けていて、このセンサ支持部３１ｂに沿って複数の触覚センサ１３を接着剤などにより傾斜させて取付けている。これら触覚センサ１３のリード線１３ａは、センサ支持腕３１の中空部を介して図１に示すＣＰＵ２１に接続している。
【００５４】
このような構成において、光軸上に位置される対物レンズ６を交換する場合、レボルバ５の回転部５０２を回転させる前に、センサ位置調整モータ３３により位置調整軸３２を回転させてセンサ支持腕３１を下方向に移動し、センサ支持腕３１先端のセンサ支持部３１ｂが対物レンズ６に接触しない位置まで移動させる。
【００５５】
そして、レボルバ５の回転部５０２を回転させて光軸上の対物レンズ６の交換を終了すると、今度は、センサ位置調整モータ３３により位置調整軸３２を回転させつつ、この時の対物レンズ６の長さに合わせてセンサ支持腕３１を上方向に移動し、センサ支持部３１ｂに取付けた触覚センサ１３が、対物レンズ６の先端周囲に沿って配置されるようにする。この場合、それぞれの触覚センサ１３は、各先端が対物レンズ６の先端面６ｃよりもＷＤが許す範囲で突出するまで位置調整される。
【００５６】
そして、この状態から、上述したような検鏡動作が行われるが、ここでのサンプルＳが触覚センサ１３に接触した場合の動作は、第１の実施の形態で述べたのと同様である。
【００５７】
従って、このようにしても、サンプルＳにダメージを与えるような対物レンズ６とサンプルＳの接触を確実に防止でき、上述した第１の実施の形態と同様な効果を期待できる。
【００５８】
また、サンプルＳと対物レンズ６の接触を検知するための触覚センサ１３をレボルバ５側に設け、各対物レンズ６に対して共用化を図るようにしているので、各対物レンズ６ごとに触覚センサ１３を取付ける場合と比べて触覚センサ１３の必要個数を減らすことができ、価格的に安価にできる。
【００５９】
なお、各対物レンズ６ごとのセンサ支持腕３１の位置調整は、例えば検鏡者が予め光路中に対物レンズ６を挿入しながら、各対物レンズ６の長さごとに対応したセンサ位置を設定しておき、それぞれのセンサ位置設定後は、対物レンズ６が光軸中に挿入されると、自動的にセンサ位置を変更する制御方式や、センサ支持腕３１（またはレボルバ自体）に対物レンズ６の種類を自動的に読み取る種類判定手段３４を設け、対物レンズ６の種類から対物レンズ６の長さに応じてセンサ位置を自動的に調整するようにしてもよい。
【００６０】
また、対物レンズ６の交換の際にステージ待避動作を併用したり、または、ＷＤが短い対物レンズの交換で、センサ支持腕３１の光軸方向の位置を下げることができないような場合にのみステージ待避動作を実行させるようにすれば、サンプルＳに対してさらに安全な動作を期待できる。
【００６１】
さらに、本実施の形態では、装着している対物レンズのセンサ出力をオアゲートを介して取り出しているが、光路中の対物レンズのセンサ出力のみを抽出する構成にしてもよい。
【００６２】
（第３の実施の形態）
第１および第２の実施の形態では、状態検知手段として触覚センサ１３を用いたが、この第３の実施の形態では、触覚センサ１３に代わって近接センサを用いている。
【００６３】
図８（ａ）（ｂ）は、第３の実施の形態の要部の概略構成を示すもので、図２および図７と同一部分には、同符号を付している。
【００６４】
この場合、図８（ａ）は、図２で述べたセンサ支持体１４のセンサ支持部１４ｂに複数の近接センサ４１を取付けた例で、また、図８（ｂ）は、図７で述べたセンサ支持腕３１のセンサ支持部３１ｂに複数の近接センサ４１を取付けた例である。この場合、近接センサ４１の先端は、対物レンズ６の先端面６ｃと同一面か、それより僅かに上方に位置している。なお、ここでの近接センサ４１には、例えば静電容量型のものが用いられる。
【００６５】
このような構成とすれば、近接センサ４１に対してサンプルＳが下方向または横方向から接近すると、近接センサ４１との間の静電容量が、これら近接センサ４１とサンプルＳとの間の距離により変化していく。そして、この静電容量が、予め設定されている近接センサ４１の作動距離、つまり予め設定されている静電容量値に達すると、近接センサ４１から検知信号が出力される。これにより、近接センサ４１からの検知信号を受け取るＣＰＵ２１により、対物レンズ６がサンプルＳに接触する前に、ステージ待避や対物レンズ交換の中止などの緊急待避動作が実行される。
【００６６】
これらの緊急待避動作については、第１および第２の実施の形態で述べたと同様である。
【００６７】
従って、このようにすれば、顕微鏡観察における如何なる状況下においても、対物レンズ６がサンプルＳに接触するのを確実に防止でき、さらに、上述した第１および第２の実施の形態と同様な効果を期待できる。
【００６８】
（第４の実施の形態）
図９は、本発明の第４の実施の形態の要部の概略構成を示すもので、図２と同一部分には、同符号を付している。
【００６９】
この場合、対物レンズ６は、外枠６ｄの先端部に複数の触覚センサ１３を一体に設けている。これら触覚センサ１３は、リード線１３ａを介して対物レンズ６の胴付面６ｂにバネ１７を介在して配置された接触子１６に接続している。これら接触子１６は、対物レンズ６の胴付面６ｂより僅かに突出するようにしている。そして、対物レンズ６の取付けネジ部６ａをレボルバ５の取付け穴５ｂにねじ込むことにより、対物レンズ６の接触子１６がレボルバ５のリング状の接触片１８に接触するようにしている。
【００７０】
従って、このようにしても、上述した第１の実施の形態と同様な効果を期待でき、さらに対物レンズ６周囲に付加構成が一切存在しないので、システム全体を簡潔化できるとともに、サンプルＳの接触に対して、さらに安全に構成できる。
【００７１】
なお、上述した各実施の形態において、触覚センサ１３や近接センサ４１の感度を調整してやれば、サンプルＳの種類や対物レンズ６のＷＤに応じてサンプルＳの保護レベルを微調整することができる。
【００７２】
また、触覚センサ１３および近接センサ４１の外形寸法や、近接センサ４１の作動範囲が対物レンズ６のＷＤよりも大きい場合は、例えば、図２で述べたセンサ支持体１４のセンサ支持部１４ｂに複数の触覚センサ１３（または近接センサ４１）を取付けたものでは、図１０（ａ）に示すようにセンサ支持腕３１のセンサ支持部３１ｂを対物レンズ６の先端面６ｃより上方に位置させ、触覚センサ１３（または近接センサ４１）が適正な位置になるようにすればよく、また、図７で述べたセンサ支持腕３１のセンサ支持部３１ｂに複数の触覚センサ１３（または近接センサ４１）を取付けたものでは、図１０（ｂ）に示すようにセンサ支持腕３１のセンサ支持部３１ｂを対物レンズ６の先端面６ｃより上方に位置させ、触覚センサ１３（または近接センサ４１）が適正な位置になるようにすればよい。
【００７３】
さらに、上述した全ての実施の形態では、サンプルＳの光軸方向の移動をステージ２の上下動作により行うようにしたが、対物レンズ６を装着するレボルバ５側を上下動させるレボルバ上下方式でも同様な効果を期待できる。
【００７４】
さらにまた、上述した各実施の形態では、状態検知手段として、触覚センサ１３や近接センサ４１を使用する例を述べたが、例えば、特開平８−２６１９１５号公報に開示されるようなコルピッツ回路を用いた、大きさが１．５×１．５×０．１２ｍｍまたは、０．８×０．８×０．０８ｍｍといった微小な触覚センサを用いれば、センサ自体を対物レンズ６に内蔵させるなど、さらに小型化を実現できる。
【００７５】
【発明の効果】
以上のべたように、本発明によれば、対物レンズ交換中やオートフォーカスなどの、あらゆる状況下においても、サンプルにダメージを与えるような対物レンズとサンプルの接触を防止できるので、サンプルの破損を確実に防止できる。また、対物レンズとサンプルが接触し、破損してしまうことから回避できるため、サンプルの破損を恐れて、ステージの操作速度を低速度で行うようなこともなくなり、検鏡作業の効率を飛躍的に高めることができ、さらに、サンプルの歩留まりの向上といった生産性を高めることも可能になる。
【００７６】
また、対物レンズ交換手段に状態検知手段が設けられるので、状態検知手段の必要個数を最小限にでき、価格的に安価にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の概略構成を示す図。
【図２】第１の実施の形態に用いられる触覚センサを支持するセンサ支持体の概略構成を示す図。
【図３】第１の実施の形態に用いられるレボルバの概略構成を示す図。
【図４】第１の実施の形態に用いられる操作ユニットの概略構成を示す図。
【図５】第１の実施の形態の動作を説明するためのフローチャート。
【図６】第１の実施の形態の動作を説明するための図。
【図７】本発明の第２の実施の形態の要部であるレボルバ部分の概略構成を示す図。
【図８】本発明の第３の実施の形態の要部の概略構成を示す図。
【図９】本発明の第４の実施の形態の要部の概略構成を示す図。
【図１０】本発明のさらに異なる実施の形態の要部の概略構成を示す図。
【図１１】従来の顕微鏡システムの問題点を説明するための図。
【図１２】従来の顕微鏡システムの問題点を説明するための図。
【符号の説明】
Ｓ…サンプル
１…顕微鏡本体
２…ステージ
３…ステージモータ
４…ＸＹハンドル
５…レボルバ
５ａ…当接面
５ｂ…取付け穴
５０１…固定部
５０１ａ…突起
５０２…回転部
５０２ａ…中心穴
５０２ｂ…歯車
５０３…貫通穴
６…対物レンズ
６ａ…取付けネジ部
６ｂ…胴付面
６ｃ…先端面
６ｄ…外枠
７…レボルバモータ
７ａ…回転軸
７ｂ…歯車
８…光源
９…開口絞り
１０…視野絞り
１１…コーナキューブ
１２…接眼レンズ
１３…触覚センサ
１３ａ…リード線
１４…センサ支持体
１４ａ…固定部
１４ｂ…センサ支持部
１４ｃ…当接面
１５…固定ネジ
１６…接触子
１７…バネ
１８…接触片
１９…リード線
２０…オアゲート
２１…ＣＰＵ
２２．２３…接触子
２４…操作ユニット
２４ａ…焦準ハンドル
２４ｂ…対物切換え用スイッチ
２４ｃ…ＡＦスイッチ
２４ｄ…ＳＥＡＣＨスイッチ
２４ｅ…警告用ランプ
３１…センサ支持腕
３１ａ…折曲げ部
３１ｂ…センサ支持部
３２…位置調整軸
３３…センサ位置調整モータ
３３ａ…回転軸
３４…種類判定手段
４１…近接センサ
Claims (11)
- サンプルを載置するステージと対物レンズとの光軸方向の相対距離を変化させる駆動手段と、
前記光軸上の対物レンズの交換を行うレボルバと、
前記対物レンズの外周に取付けられる支持体と、
前記対物レンズの先端部付近で前記支持体に設けられ、前記サンプルに対する接触または所定距離まで接近した状態を検知して検知信号を出力する状態検知手段と、
前記支持体の前記レボルバに対する当接部に設けられる第１の端子と、
前記レボルバに設けられ、前記レボルバに対して前記対物レンズが取付けられた状態で前記第１の端子と接触するとともに、前記対物レンズの光軸を中心として円環状に形成される第２の端子と、
前記状態検知手段からの前記検知信号に基づいて、前記駆動手段又は前記レボルバの動作を制御する制御手段と、
を有し、
前記レボルバは、
前記対物レンズを保持するとともに前記光軸上で前記対物レンズを選択配置する回転部と、
前記回転部を回転可能に保持する固定部と、
前記第２の端子に電気的に接続され、前記回転部に設けられる第３の端子と、
前記固定部に設けられ、前記回転部が回転しても常に前記第３の端子に接触するように設けられる第４の端子と、
を備え、
前記状態検知手段は、前記第１乃至第４の端子を通して前記制御手段に電気的に接続されていることを特徴とする顕微鏡システム。 - 前記支持体は、前記対物レンズの枠部に固定可能な固定手段と、前記対物レンズの先端周囲に沿って配置される環状の支持部とを有し、前記支持部に複数の前記状態検知手段を保持することを特徴とする請求項１記載の顕微鏡システム。
- 前記支持体は、前記対物レンズの先端部で前記光軸に対して所定の角度をもって形成された傾斜面を有し、前記状態検知手段は、前記傾斜面に沿って設けられることを特徴とする請求項１記載の顕微鏡システム。
- 前記支持体は、前記第１の端子を前記第２の端子に対して突出するように付勢する付勢手段をさらに有することを特徴とする請求項１記載の顕微鏡システム。
- 前記支持体は、前記対物レンズの枠体と一体に形成されていることを特徴とする請求項１記載の顕微鏡システム。
- 前記制御手段は、前記状態検知手段が前記サンプルと前記対物レンズとの接触を検知した場合、前記レボルバに対して接触前の回転方向と逆方向に回転させる制御を行うことを特徴とする請求項１記載の顕微鏡システム。
- 前記制御手段は、前記状態検知手段が前記サンプルと前記対物レンズとの接触を検知した場合、前記駆動手段に対して前記サンプルと前記対物レンズとの相対距離を大きくするように退避移動させる制御を行うことを特徴とする請求項１記載の顕微鏡システム。
- 前記ステージは、前記対物レンズの光軸と直交する平面内で前記サンプルを移動させる移動手段を有し、前記制御手段は、前記状態検知手段が前記サンプルと前記対物レンズとの接触を検知した場合、前記移動手段に対して接触前の移動方向と逆方向に退避移動させる制御を行うことを特徴とする請求項１記載の顕微鏡システム。
- 前記サンプルに対して合焦検出信号を演算し、この合焦検出信号に基づいて前記サンプルに対する自動合焦動作を行うオートフォーカス手段を有し、
前記自動合焦動作中に前記検知信号に基づいて前記サンプルに対する接触または所定距離まで接近した状態を検知した場合、前記駆動手段の駆動速度を粗動から微動に切換えることを特徴とする請求項１記載の顕微鏡システム。 - 前記状態検知手段の感度を調整する感度調整機構をさらに有することを特徴とする請求項１記載の顕微鏡システム。
- サンプルを載置するステージと対物レンズとの光軸方向の相対距離を変化させる駆動手段と、
前記光軸上の対物レンズの交換を行うレボルバと、
前記対物レンズの枠体の先端部に一体に設けられ、前記サンプルに対する接触または所定距離まで接近した状態を検知して検知信号を出力する状態検知手段と、
前記枠体の前記レボルバに対する当接部に設けられる第１の端子と、
前記レボルバに設けられ、前記レボルバに対して前記対物レンズが取付けられた状態で前記第１の端子と接触するとともに、前記対物レンズの光軸を中心として円環状に形成される第２の端子と、
前記状態検知手段からの前記検知信号に基づいて前記駆動手段又は前記レボルバの動作を制御する制御手段と、
を有し、
前記レボルバは、
前記対物レンズを保持するとともに前記光軸上で前記対物レンズを選択配置する回転部と、
前記回転部を回転可能に保持する固定部と、
前記第２の端子に電気的に接続され、前記回転部に設けられる第３の端子と、
前記固定部に設けられ、前記回転部が回転しても常に前記第３の端子に接触するように設けられる第４の端子と、
を備え、
前記状態検知手段は、前記第１乃至第４の端子を通して前記制御手段に電気的に接続されていることを特徴とする顕微鏡システム。
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