JP4076249B2 - 自動焦点顕微鏡 - Google Patents
自動焦点顕微鏡 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4076249B2 JP4076249B2 JP25856197A JP25856197A JP4076249B2 JP 4076249 B2 JP4076249 B2 JP 4076249B2 JP 25856197 A JP25856197 A JP 25856197A JP 25856197 A JP25856197 A JP 25856197A JP 4076249 B2 JP4076249 B2 JP 4076249B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- objective lens
- focus
- correction
- sample
- unit
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Focusing (AREA)
- Microscoopes, Condenser (AREA)
- Automatic Focus Adjustment (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、観察試料のピント位置の調整を自動的に行うことのできる自動焦点顕微鏡に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、微細な資料を観察したり、観察像をビデオ画像として記録することのできる顕微鏡は、生物分野の研究をはじめ、工業分野の検査工程まで幅広く利用されている。このような顕微鏡を使用する場合、通常、焦準ハンドル操作により観察試料の焦点調節を行ってピント合わせ作業を行う。ところが、高倍対物レンズのように焦点深度が浅く、合焦範囲が狭い場合に素早くピント合わせ操作を行うためには、かなりの熟練を要する。
【０００３】
この操作性が悪いと作業者の疲労、生産効率の低下という悪影響を及ぼすことになる。特に、検査工程等ルーチン作業の中では、この操作を素早く行い検査時間を短縮することが非常に重要となっている。
【０００４】
そこで、このようなピント合わせ操作を自動的に行うことの可能な顕微鏡が種々提案され、しかもそれらの改善を目的とした提案も数多くされてきた。
例えば、特許番号第２６１４８４３号では、合焦検出用の赤外光と実際に観察する可視光の波長差を補正すると共に、複数の対物レンズを使用した場合の各対物レンズの色収差により、自動焦点検出位置がバラつくことを保証するための手段が提案され、操作性の改善、製造コストが低減されている。
【０００５】
また、多層形成された半導体ウェハのように段差のある標本に対して、それぞれの層の欠陥を漏れなく検出するために、特開平６−２８１４０９号公報に開示されたような技術が開発されている。更に、合焦点位置の高速検出を目的とし、合焦点近傍では精度を優先して低速に駆動し、合焦点から離れた範囲では速度優先の制御を可能にした特開平９−１１３７９号公報等が、公知の技術として知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した特許番号第２６１４８４３号に記載された技術方式は、対物レンズ毎に各々調整部が設けられ、対物レンズ毎に合焦位置からのオフセット値を設定、再現でき、対物レンズの色収差の補正には充分効果を発揮するものである。しかしながら、標本自体のバラツキによる焦点の位置ズレに対しては、何ら考慮がなされていない。
【０００７】
例えば、半導体ウェハ等のように段差が設けられている標本の上下を各々観察したい場合は、標本の上下の何れか一方の合焦位置に対しては有効であるが、他方の合焦位置にはピントが合わないという欠点が生ずる。他方の合焦位置を観察するためには、対物レンズ毎に設けられた調整部を操作して最適合焦位置をズラして観察を行うか、自動焦点検出動作を一時中断し、手動によるピント合わせ操作を強いられる結果となっている。
【０００８】
また、上記特開平６−２８１４０９号公報には、複数の焦点位置を観察するための検査装置が提案されているが、これは、ある特定の標本の完全なルーチン検査に対しては効果的である。すなわち、多層面の段差が予め分かっている単一標本の検査には、有効な手段である。
【０００９】
しかし、段差が異なる別の標本を観察する場合や、標本の厚さが不明な場合等、標本形状の変化には迅速な対応が取れないという課題を有している。観察可能にするためには、フォーカスオフセット値の変更、若しくは新規に登録し直す作業が必要となる訳であるが、その設定方法等に関する配慮はなされていない。最悪の場合、設定操作は被観察者とは別の装置に精通した技術者が行わなければならないケースも発生しかねない。それ故、複数の標本観察には適していないものであった。
【００１０】
更に、上記特開平９−１１３７９号公報に関しては、効率の良い合焦動作を安価に達成させているが故の課題として、上述した特許番号第２６１４８４３号と同様に、自動検出された検出位置からのズレた場所の観察を行うためには、手動によるピント合わせ操作を行うか、ハードウェア自体を操作してオフセットの調整を行わなければならない。加えて、前者の手動によるピント合わせ操作では、自動焦点検出機構を備えているにも関わらず、従来から行っている焦準部によるマニュアル操作を行わなければならず、自動焦点検出という装置のメリットが生かせないという結果に終わってしまう。
【００１１】
また、このようにして苦労してピント合わせ操作を行った合焦位置の記憶手段も設けていないことから、対物レンズ等を変換した場合には、再度手動によるピント合わせ操作が要求されるものであった。
【００１２】
この発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、厚みのある標本、または焦点深度の浅いレンズ系（特に高倍対物レンズ）で自動焦点検出を行う際に、使用者が観察したい任意の位置へのピント合わせ操作を確実で、且つ高速に行うことのできる自動焦点顕微鏡を提供することである。
【００１３】
また、この発明の他の目的は、標本が変更された場合の合焦位置オフセット調整入力に複雑な操作を有せず、自動合焦可能なあらゆる標本に対して、簡単、確実に設定可能な設定手段を設けることにより、操作性に優れた顕微鏡を提供するものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
すなわち、請求項１に記載の発明は、試料を観察するための対物レンズと、この対物レンズと上記試料との間隔を調節する焦点調節手段と、この焦点調節手段を駆動する駆動手段と、上記対物レンズの上記試料に対する合焦状態を検出する合焦検出手段と、この合焦検出手段の検出結果に基いて上記駆動手段を制御し、上記試料に対して上記対物レンズを自動的に合焦させる自動合焦動作を行う自動合焦手段と、上記合焦検出手段により検出される合焦位置を補正する合焦補正手段と、上記駆動手段または上記合焦補正手段に対し駆動量または補正量を指示する操作手段と、上記自動合焦動作の停止中に上記操作手段へ入力がある場合には、該入力される操作量に応じた上記駆動量を上記駆動手段に伝達し、上記自動合焦手段による自動合焦動作の実行中に上記操作手段へ入力がある場合には、該入力による操作量に応じた上記補正量を上記合焦補正手段に伝達する制御手段とを有することを特徴とする。
【００１５】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の自動焦点顕微鏡に於いて、上記合焦検出手段が、上記試料に測定光を照射する光源と、この光源により照射された上記試料からの反射光を受光する受光手段とを有しており、上記合焦補正手段が、上記光源と上記試料との間の光路に配設され、光軸方向に位置調節可能な色補正レンズ手段を有することを特徴とする。
【００１６】
更に、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の自動焦点顕微鏡に於いて、複数の対物レンズから１つを選択して観察光軸上に位置させる対物レンズ切換手段と、選択された対物レンズの種別を認識する対物レンズ認識手段と、上記合焦補正手段で補正される各対物レンズ毎の補正量を予め記憶している第１の補正量記憶手段とを更に具備し、上記制御手段は、自動合焦動作が実行されている場合には、上記対物レンズ認識手段により認識された対物レンズに対応する補正量を上記第１の補正量記憶手段から取り出して上記合焦補正手段に伝達し、上記操作手段から伝達される上記操作量に応じた補正量と合わせて合焦補正手段が動作するようにしたことを特徴とする。
また、請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の自動焦点顕微鏡に於いて、複数の対物レンズから１つを選択して観察光軸上に位置させる対物レンズ切換手段と、選択された対物レンズの種別を認識する対物レンズ認識手段と、上記対物レンズ切換時に、上記操作量に応じた補正量を上記各対物レンズ毎に記憶する第２の補正量記憶手段と、を更に具備し、上記制御手段は、上記対物レンズ認識手段により認識された対物レンズに対応する上記操作量に応じた補正量を上記第２の記憶手段から取り出して上記合焦補正手段に伝達することを特徴とする。
【００１７】
請求項１に記載の自動焦点顕微鏡にあっては、対物レンズによって試料が観察され、この対物レンズと上記試料との間隔は駆動手段で駆動される調節手段により調節される。上記対物レンズの上記試料に対する合焦状態は合焦検出手段で検出され、その検出結果に基いて上記駆動手段が制御されて、自動合焦手段によって上記対物レンズが上記試料に対して自動的に合焦される自動合焦動作が行われる。上記合焦検出手段により検出される合焦位置は合焦補正手段で補正され、操作手段によって上記駆動手段または上記合焦補正手段に対し、駆動量または補正量が指示される。そして、制御手段は、上記自動合焦動作の停止中に上記操作手段へ入力がある場合には、該入力される操作量に応じた上記駆動量を上記駆動手段に伝達し、上記自動合焦手段による自動合焦動作の実行中に上記操作手段へ入力がある場合には、該入力による操作量に応じた上記補正量を上記合焦補正手段に伝達する。
【００１８】
請求項１の構成によれば、自動合焦動作停止時には、操作手段に入力された操作量が駆動手段に伝達されて焦点が調節され、マニュアルフォーカスが可能になる。また、自動合焦動作実行時には、操作手段に入力された操作量が合焦補正手段に伝達されて合焦検出手段により検出される合焦位置が補正されるので、自動合焦に於けるオフセット調整が可能になる。
【００１９】
また、請求項２に記載の自動焦点顕微鏡にあっては、上記試料に測定光を照射する光源と、この光源により照射された上記試料からの反射光を受光する受光手段とを有して合焦検出手段が構成され、上記光源と上記試料との間の光路に配設され、光軸方向に位置調節可能な色補正レンズ手段を有して上記合焦補正手段が構成されている。
【００２０】
請求項２の構成によれば、色補正レンズ手段の光軸方向位置を調節することにより、合焦検出手段により検出される合焦位置が補正される。
更に、請求項３に記載の自動焦点顕微鏡にあっては、対物レンズ切換手段により複数の対物レンズから１つが選択されて観察光軸上に位置され、選択された対物レンズの種別が対物レンズ認識手段で認識される。また、上記合焦補正手段で補正される各対物レンズ毎の補正量は、第１の補正量記憶手段に予め記憶されている。そして、上記制御手段は、自動合焦動作が実行されている場合には、上記対物レンズ認識手段により認識された対物レンズに対応する補正量を上記第１の補正量記憶手段から取り出して上記合焦補正手段に伝達し、上記操作手段から伝達される上記操作量に応じた補正量と合わせて合焦補正手段が動作する。
【００２１】
請求項３の構成によれば、複数の対物レンズが切換えて使用される場合に、全ての対物レンズで正しく合焦するように各対物レンズに応じた合焦補正が自動的に行われると共に、操作手段による任意のオフセット調節も可能になる。
請求項４に記載の発明にあっては、対物レンズ切換手段によって複数の対物レンズから１つが選択されて観察光軸上に位置され、選択された対物レンズの種別が対物レンズ認識手段で認識される。上記対物レンズ切換時には、上記操作量に応じた補正量が第２の補正量記憶手段により上記各対物レンズ毎に記憶される。そして、上記制御手段は、上記対物レンズ認識手段により認識された対物レンズに対応する上記操作量に応じた補正量を上記第２の記憶手段から取り出して上記合焦補正手段に伝達する。
請求項４に記載の発明によれば、複数の対物レンズが切換えて使用される場合に、全ての対物レンズで正しく合焦するように各対物レンズに応じた合焦補正が自動的に行われると共に、操作手段による任意のオフセット調節も可能になる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照してこの発明の実施の形態を説明する。
図１は、この発明の一実施の形態に係る顕微鏡装置の全体構成を示した図である。
【００２３】
図１に於いて、複数の対物レンズを取付けて回転可能な電動レボルバ１０は、複数の対物レンズ１１（１１ａ、１１ｂ、…）と、これら対物レンズ１１を複数本取付け可能なレボルバ本体１２と、レボルバ本体１２を回動させて任意の対物レンズ１１を光路中に挿入させるために電気的な駆動を行うレボルバ用モータ１３と、上記レボルバ本体１２の何れの対物レンズ取付け位置が現在光路中に挿入されているかを検出するためのレボルバ孔位置検出部１４とから構成されている。
【００２４】
上記電動レボルバ１０は、レボルバ本体１２のレボルバ孔位置検出部１４を介して、コントロール部１６からの制御を受ける。そして、レボルバ用モータ駆動部１５を介してコントロール部１６からの制御信号によってレボルバ用モータ１３が駆動されることにより、電動レボルバ１０が駆動される。
【００２５】
上記コントロール部１６は周知のＣＰＵ回路であり、図２に示されるように、ＣＰＵ本体４０と、システムを制御するためのプログラムを格納しているＲＯＭ４２と、制御に必要なデータを格納する揮発性メモリ等のＲＡＭ４３と、制御信号の入出力を行うＩ／Ｏポート４４と、ＣＰＵ本体４０を制御するために必要な、図示されない発振器、アドレスデコーダ等の周知の周辺回路から構成される。このＩ／Ｏポート４４やデータバス４１から、各々の周辺装置の制御を行うことになる。
【００２６】
試料移動ステージ１７上には観察試料Ｓが載置されるようになっており、この試料移動ステージ１７上に於いて、対物レンズ１１で観察できるようになっている。試料移動ステージ１７には焦準用モータ１８が接続されており、電気的に試料移動ステージ１７を光軸と垂直方向に上下動させることが可能になっている。焦準用モータ１８は、焦準用モータ駆動部１９により駆動されるもので、この焦準用モータ駆動部１９はＩ／Ｏポート４４を介してコントロール部１６からの制御を受ける。尚、上記試料移動ステージ１７、焦準用モータ１８及び焦準用モータ駆動部１９は、焦準部を構成している。
【００２７】
基準光源２２は、光源のパルス点灯等を行って光源の強弱をコントロールするレーザ駆動部２１を介してコントロール部１６により制御される。上記基準光源２２はオートフォーカス（ＡＦ）に使用されるもので、赤外線レーザ等の可視光以外の波長領域の光源が使用される。
【００２８】
基準光源２２からのレーザ光は、平行光を保つためのコリメートレンズ２７を通り、光束の半分をカットする投光側ストッパ２８を介して、ＰＢＳ２９でＰ偏光成分のみが反射されて標本側に導かれる。そして、集光レンズ群３０により一旦集光された光束は、色補正レンズ群３１を介してλ／４板３２を通過する時に４５°偏光され、ダイクロックミラー３３により反射される。
【００２９】
色補正レンズ群３１は、色補正レンズ用モータ２４により光軸と垂直方向に移動できる構成になっているもので、色補正レンズ用モータ駆動部２３によって駆動される。また、ダイクロックミラー３３は、赤外域のみ反射し、可視域は通過する性質を有している。これにより、オートフォーカス用のレーザー光は反射し、標本を観察するための可視光（観察及び照明光）は対物レンズ１１から垂直に抜け、図示されない接眼レンズでの観察が可能になる。
【００３０】
上記ダイクロックミラー３３により反射された光束は、対物レンズ１１によって観察試料Ｓにスポット形状の像を形成する。そして、観察試料Ｓにより反射された光束は、今度は逆に対物レンズ１１、ダイクロックミラー３３を介し、λ／４板３２を再び通過する時に更に４５°偏光されてＳ偏光成分に切換わる。その後、色補正レンズ群３１、集光レンズ群３０を介してＰＢＳ２９へ入射される。
【００３１】
上記観察試料Ｓからの反射光束は、Ｓ偏光成分になっているので、この場合はそのままＰＢＳ２９を透過して、受光側ストッパ３４、集光レンズ群３５を通過した後に光検出器（ＰＤ）３６に結像される。このＰＤ３６は、光軸を中心に２個のフォトダイオード（センサＡ、Ｂ）が並設されて構成されたものである。
【００３２】
ＰＤ３６に結像されたスポットは、増幅器３７で電流−電圧変換された後、Ａ／Ｄ変換器３８にて処理し易い電圧レベルに増幅される。入力されたアナログ信号は、Ａ／Ｄ変換器３８に於いてコントロール部１６が扱えるデジタル信号に変換され、コントロール部１６で演算処理される。
【００３３】
また、操作部としては、レボルバ本体２を回転させ光軸に挿入されている対物レンズ１１を変更するための図示されない対物レンズ変換スイッチや、オートフォーカス動作の設定／解除を行うＡＦスイッチと、焦準部としての試料移動ステージ１７の上下動及び色補正レンズ群３１の移動を指示するためのＪＯＧエンコーダ２６と、このＪＯＧエンコーダ２６のエンコーダ信号をパルス数に変換するパルスカウンタ２５とから構成されている。
【００３４】
コントロール部１６は、このパルスカウンタ２５の数値を読込んで、ＪＯＧエンコーダ２６が何れの方向にどれだけ回転されたかを判断し、ＪＯＧエンコーダ２６の回転量に応じて、各々の駆動部を駆動させるようになっている。
【００３５】
次に、実際の顕微鏡の操作について説明する。
操作者が、先ず図示されない電源スイッチを投入すると、コントロール部１６によりＲＯＭ４２に格納されているプログラムの実行が開始される。そして、ＲＡＭ４３に格納されるデータの初期化やＩ／Ｏポート４４の入出力方向の設定等、周知のＣＰＵ初期化作業が行われた後、待機状態となる。尚、電源投入時は、オートフォーカス停止モードで起動されるのが通常である。この状態では、ＪＯＧエンコーダ２６によるマニュアルフォーカスが可能である。
【００３６】
コントロール部１６は、パルスカウンタ２５のパルスカウント値の変化を監視する。そして、パルスカウント値に変化が生じた場合は、速やかにそのパルス数に応じた駆動信号が焦準用モータ駆動部１９に供給され、焦準用モータ１８が駆動されることにより、試料移動ステージ１７が上下方向に移動される。
【００３７】
この試料移動ステージ１７の上下動の繰返しにより、操作者は図示されない接眼レンズから観察試料Ｓを覗きながら手動によるピント合わせ操作が可能となる。
【００３８】
次に、オートフォーカス動作を行った時の動作について説明する。
図示されないＡＦスイッチが押下されると、コントロール部１６は、マニュアル動作モードを中止し、ＪＯＧエンコーダ２６の回転によるマニュアル動作を一旦停止する。次いで、コントロール部１６から、オートフォーカス用のスポットを観察試料Ｓに照射するためにレーザ駆動部２１に信号が供給されて、基準光源２２の発振が開始される。基準光源２２からの光束は、観察試料Ｓにスポット照射及び反射され、ＰＤ３６に投影される。このＰＤ３６に投影されたスポットの位置によって、実際のオートフォーカス制御が行われる。
【００３９】
ここで、本実施の形態に記載されているオートフォーカスの原理について、図３を参照して簡単に説明する。
いま、例えば試料移動ステージ１７の位置が合焦位置より上、すなわち対物レンズ１１に近い場合を想定する。すると、基準光源２２のレーザ光は観察試料Ｓから早く反射され、ＰＤ３６に結像されるスポット像は、図３（ａ）に示されるように、中心位置よりセンサＢよりに、しかも強度が弱まって結像される。
【００４０】
逆に、試料移動ステージ１７が合焦位置より下にある場合、すなわち対物レンズ１１から遠い場合は、図３（ｃ）に示されるように、センサＡよりに結像される。
【００４１】
そして、ＰＤ３６に結像されるスポット像が合焦位置に存在する場合のスポットは、図３（ｂ）に示されるように、センサＡ、Ｂ共に均等な範囲で、ほぼ光軸の中心に結像される。しかも、焦点位置であるため、中心部のレーザ強度も一番強く結像されている。
【００４２】
このようなスポットの動き、強さを判断しながらコントロール部１６は、
∫｛（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）｝＝０
となる点に試料移動ステージ１７が移動されることにより、オートフォーカス動作が行われる。
【００４３】
ここで、センサＡの出力が大きい場合は試料移動ステージ１７が上方向に駆動される。一方、センサＢの出力が大きい場合は、試料移動ステージ１７は下方向へ移動される。このようにして、標本面にピントが合うことになる。
【００４４】
ところで、オートフォーカス動作を行う基準光源２２は赤外光であり、実際の可視光とは波長が異なっている。すなわち、色収差によりオートフォーカス装置が合焦であると判断していても、可視光領域ではピントがズレるという不都合が生ずる。そのため、光路中に色補正レンズ群３１が挿入される。
【００４５】
色補正レンズ群３１は、コントロール部１６からの駆動指示によって色補正レンズ用モータ駆動部２３を介して色補正レンズ用モータ２４が駆動されることにより調整され、これによりＰＤ３６の結像位置の補正が行われる。この補正量は、対物レンズの特性、基準光源２２の使用波長によりある程度限定できることから、装置組立て、調整時に予め対物レンズ毎の補正値がＲＯＭ４２、或いはその他の記憶媒体（図示されないが不揮発性のメモリであるＥＥＰＲＯＭ等）に記憶可能であり、そのデータに基いて補正作業が可能となる。これにより、観察像へのピント合わせが完了する。
【００４６】
また、この補正量は、各対物レンズ１１により各々異なるので、使用される対物レンズ１１毎に記憶されている。オートフォーカス動作中に、図示されない対物レンズ１１の切換えスイッチが押下された場合、は、先ず対物変換動作を行うに当たり、コントロール部１６からの指示によって、レーザ駆動部２１の発振が停止されると共に、Ａ／Ｄ変換器３８からのデータ取得及び演算処理が停止され、実行中のオートフォーカス動作が一時中断される。その上で、レボルバ用モータ駆動部１５が駆動され、レボルバ用モータ１３によってレボルバ本体１０への回転指示がなされる。
【００４７】
レボルバ本体１０の回転が完了し、所望の新しい対物レンズ１１が光路中に挿入されると、コントロール部１６では、レボルバ孔位置検出部１４の情報が読込まれて、現在光路中に挿入されている対物レンズ（図１の場合は対物レンズ１１ａ）が確認され、それに対応した補正値がＲＯＭ４２（若しくは図示されない不揮発性メモリ）から読込まれる。そして、上記補正値に従って、色補正レンズ用モータ駆動部２３が駆動され、色補正レンズ用モータ２４が回転される。これにより、色補正レンズ群３１が所定の位置まで移動されてから、オートフォーカス動作が再開される。
【００４８】
ここで、観察試料Ｓに照射されるスポット系は非常に小さいものであり、実際の作業者が観察した部位にスポットが当たっているとは限らない。また、スポット内に幾つもの段差がある場合等は、ＰＤ３６から正確な出力が得られない場合がある。これらを解決するため、この発明の顕微鏡では、オートフォーカス動作中には、以下に述べるような動作が行われる。
【００４９】
すなわち、オートフォーカス停止中に監視していたパルスカウンタ２５を、オートフォーカス動作中にも監視する制御を行うようにしたものである。
オートフォーカス動作中、コントロール部１６では、ＰＤ３６からの入力により合焦検出動作が行われるのと同時に、パルスカウンタ２５からのデータが読込まれてＪＯＧエンコーダ２６の監視が行われる。
【００５０】
ここで、ＪＯＧエンコーダ２６の回転指示が発生した場合、コントロール部１６によって、オートフォーカス停止中に駆動された部位とは別の色補正レンズ用モータ駆動部２３に駆動指示が与えられ、色補正レンズ群３１が移動される。これにより、オートフォーカス動作中に色補正レンズ群３１が移動されると、当然のことながらＰＤ３６へのスポット形状が変化する。コントロール部１６からは、これに対応するべく、今度は焦準用モータ駆動部１９に駆動信号が与えられ、焦準用モータ１８を介して試料移動ステージ１７が移動される。
【００５１】
以上の動作が繰返し行われることで、結果的に装置で検出された合焦位置からオフセット値が履かされ、操作者が観察したい部位へ合焦させることができる。
ここで操作されて決定されたオフセット値は、対物レンズ変換後もＲＡＭ４３等に対物レンズ毎に記憶される。そして、再び同じ対物レンズが戻された場合等は、上述した説明と同様に、対物レンズ変換後に色補正レンズ群３１がそのオフセット値に対応する位置まで移動された後に、オートフォーカスが再開される。したがって、対物レンズが変換された場合でも、常にピントの合った観察が可能である。
【００５２】
但し、ここでの補正は、あくまでも標本や観察場所の要因で左右される場合のオフセット値であるから、上述した色収差による装置自体が必ず有している固有のオフセット値とは、基本的には別のものである。データ記憶の際には、各々別のデータとして記憶、保存しておくことが望ましい。
【００５３】
また、図示されないＡＦスイッチよりオートフォーカス動作が終了された場合は、ＪＯＧエンコーダ２６の入力操作はマニュアル動作モードになり、試料移動ステージ１７の上下動が可能になることは言うまでもない。
【００５４】
このように、本実施の形態によれば、操作者が観察したい任意の位置へのピント合わせ操作が、素早く、且つ確実に行うことが可能となり、本方式のオートフォーカスでは拭い切れないエラーを操作性でカバーすることが可能な非常に完成度の高い優れた顕微鏡を得ることができる。
【００５５】
尚、この発明は上述した実施の形態以外にも、種々変形が可能である。
例えば、上述した実施の形態では、試料移動ステージを上下方向の移動方式のハードウェアで説明したが、レボルバ上下移動方式やその他の方式であっても良く、その効果は損なわれるものではない。
【００５６】
また、オフセット調整用の連動部位として、色収差補正レンズ系を使用しているが、本実施の形態の効果から言えば、ＰＤ３６のセンサＡとセンサＢの出力を増幅器３７で独立にゲイン調整可能とし、出力バランスを振ることによっても実現可能である。
【００５７】
更に、オートフォーカスもアクティブ方式のものに限定してあるが、パッシブ方式のオートフォーカス装置にも容易に転用可能である。
尚、この発明の上記実施態様によれば、以下の如き構成を得ることができる。
【００５８】
すなわち、
（１） 試料を観察するための対物レンズと、
この対物レンズと上記試料との間隔を調節する焦点調節手段と、
この焦点調節手段を駆動する駆動手段と、
上記対物レンズの上記試料に対する合焦状態を検出する合焦検出手段と、
この合焦検出手段の検出結果に基いて上記駆動手段を制御して上記対物レンズを自動的に合焦させる自動合焦手段と、
上記合焦検出手段により検出される合焦位置を補正する合焦補正手段と、
上記駆動手段及び上記合焦補正手段に駆動量若しくは補正量を指示する操作手段と、
この操作手段に入力された操作量を、自動合焦動作が停止している場合には上記駆動手段に伝達し、自動合焦動作が実行されている場合には上記合焦補正手段に伝達する制御手段と
を有することを特徴とする自動焦点顕微鏡。
【００５９】
（２） 上記合焦検出手段は、上記試料に測定光を照射する光源と、この光源により照射された上記試料からの反射光を受光する受光手段とを有しており、
上記合焦補正手段は、上記光源と上記試料との間の光路に配設され、光軸方向に位置調節可能な色補正レンズ手段を有することを特徴とする上記（１）に記載の自動焦点顕微鏡。
【００６０】
（３） 複数の対物レンズから１つを選択して観察光軸上に位置させる対物レンズ切換手段と、
選択された対物レンズの種別を認識する対物レンズ認識手段と、
上記合焦補正手段で補正される各対物レンズ毎の補正量を予め記憶している補正量記憶手段とを更に具備し、
上記制御手段は、自動合焦動作が実行されている場合には、上記対物レンズ認識手段により認識された対物レンズに対応する補正量を上記補正量記憶手段から取り出して上記合焦補正手段に伝達し、上記操作段から伝達される操作量と合わせて合焦補正手段が動作するようにしたことを特徴とする上記（１）に記載の自動焦点顕微鏡。
【００６１】
（４） 上記合焦補正手段に於ける補正量を、対物レンズの種別に対応させて記憶する記憶手段を更に有することを特徴とする上記（１）に記載の自動焦点顕微鏡。
【００６２】
（５） 複数の対物レンズから１つを選択して観察光軸上に位置させる対物レンズ切換手段と、
選択された対物レンズの種別を認識する対物レンズ認識手段と、
上記合焦補正手段に於ける補正量を対物レンズの種別に対応させて記憶する記憶手段とを更に有し、
対物レンズ切換時に選択された対物レンズに対応する補正量を上記記憶手段から取り出して上記合焦補正手段に伝達することを特徴とする上記（１）に記載の自動焦点顕微鏡。
【００６３】
上記（１）の構成によれば、自動合焦動作停止時には、操作手段に入力された操作量が駆動手段に伝達されて焦点が調節され、マニュアルフォーカスが可能になる。また、自動合焦動作実行時には、操作手段に入力された操作量が合焦補正手段に伝達されて合焦検出手段により検出される合焦位置が補正されるので、自動合焦に於けるオフセット調整が可能になる。
【００６４】
上記（２）の構成によれば、色補正レンズ手段の光軸方向位置を調節することにより、合焦検出手段により検出される合焦位置が補正される。
また、上記（３）の構成によれば、複数の対物レンズが切換えて使用される場合に、全ての対物レンズで正しく合焦するように各対物レンズに応じた合焦補正が自動的に行われると共に、操作手段による任意のオフセット調節も可能になる。
【００６５】
上記（４）の構成によれば、操作手段により任意に設定したオフセット調節量が対物レンズ毎に記憶されるので、オフセットの再現を容易にすることができる。
【００６６】
更に、上記（５）の構成によれば、操作手段により任意に設定したオフセット調節量が対物レンズ毎に記憶され、対物レンズの切換えに応じて読み出されて補正されるので、対物レンズ毎のオフセットの再現が自動的に行われる。
【００６７】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、オフセット調整値たる段差の異なる種々の標本に対し、操作者が観察したい任意の位置へのピント合わせ操作が素早く、且つ確実に行うことが可能となり、操作性の極めて高い自動焦点顕微鏡を提供することができる。
【００６８】
また、ピント合わせ操作を行うために複数の操作部位を操作しなくて済むので、オフセット調整操作をしていることを意識せずに補正が完了し、しかも対物レンズ変換後もその補正値を記憶しているので、常にピントの合った観察像を素早く得ることができる。
【００６９】
また、本方式のオートフォーカスにより、本質的に潜在している装置自身のエラーを操作性でカバーすることが可能な完成度の高い自動焦点顕微鏡を提供することができる。
更には、元々顕微鏡自身が有している機能を有効に活用しているため、製造コストを上げずに大きなメリットを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施の形態に係る顕微鏡装置の全体構成を示した図である。
【図２】図１のコントロール部１６の内部構成を示したブロック図である。
【図３】この発明の一実施の形態に記載されているオートフォーカスの原理について説明する図である。
【符号の説明】
１０ 電動レボルバ、
１１、１１ａ、１１ｂ、… 対物レンズ、
１２ レボルバ本体、
１３ レボルバ用モータ、
１４ レボルバ孔位置検出部、
１５ レボルバ用モータ駆動部、
１６ コントロール部、
１７ 試料移動ステージ、
１８ 焦準用モータ、
１９ 焦準用モータ駆動部、
２１ レーザ駆動部、
２２ 基準光源、
２３ 色補正レンズ用モータ駆動部、
２４ 色補正レンズ用モータ、
２５ パルスカウンタ、
２６ ＪＯＧエンコーダ、
２７ コリメートレンズ、
２８ 投光側ストッパ、
２９ ＰＢＳ、
３０ 集光レンズ群、
３１ 色補正レンズ群、
３２ λ／４板、
３３ ダイクロックミラー、
３４ 受光側ストッパ、
３５ 集光レンズ群、
３６ 光検出器（ＰＤ）、
３７ 増幅器、
３８ Ａ／Ｄ変換器、
４０ ＣＰＵ本体、
４１ データバス、
４２ ＲＯＭ、
４３ ＲＡＭ、
４４ Ｉ／Ｏポート。
【発明の属する技術分野】
この発明は、観察試料のピント位置の調整を自動的に行うことのできる自動焦点顕微鏡に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、微細な資料を観察したり、観察像をビデオ画像として記録することのできる顕微鏡は、生物分野の研究をはじめ、工業分野の検査工程まで幅広く利用されている。このような顕微鏡を使用する場合、通常、焦準ハンドル操作により観察試料の焦点調節を行ってピント合わせ作業を行う。ところが、高倍対物レンズのように焦点深度が浅く、合焦範囲が狭い場合に素早くピント合わせ操作を行うためには、かなりの熟練を要する。
【０００３】
この操作性が悪いと作業者の疲労、生産効率の低下という悪影響を及ぼすことになる。特に、検査工程等ルーチン作業の中では、この操作を素早く行い検査時間を短縮することが非常に重要となっている。
【０００４】
そこで、このようなピント合わせ操作を自動的に行うことの可能な顕微鏡が種々提案され、しかもそれらの改善を目的とした提案も数多くされてきた。
例えば、特許番号第２６１４８４３号では、合焦検出用の赤外光と実際に観察する可視光の波長差を補正すると共に、複数の対物レンズを使用した場合の各対物レンズの色収差により、自動焦点検出位置がバラつくことを保証するための手段が提案され、操作性の改善、製造コストが低減されている。
【０００５】
また、多層形成された半導体ウェハのように段差のある標本に対して、それぞれの層の欠陥を漏れなく検出するために、特開平６−２８１４０９号公報に開示されたような技術が開発されている。更に、合焦点位置の高速検出を目的とし、合焦点近傍では精度を優先して低速に駆動し、合焦点から離れた範囲では速度優先の制御を可能にした特開平９−１１３７９号公報等が、公知の技術として知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した特許番号第２６１４８４３号に記載された技術方式は、対物レンズ毎に各々調整部が設けられ、対物レンズ毎に合焦位置からのオフセット値を設定、再現でき、対物レンズの色収差の補正には充分効果を発揮するものである。しかしながら、標本自体のバラツキによる焦点の位置ズレに対しては、何ら考慮がなされていない。
【０００７】
例えば、半導体ウェハ等のように段差が設けられている標本の上下を各々観察したい場合は、標本の上下の何れか一方の合焦位置に対しては有効であるが、他方の合焦位置にはピントが合わないという欠点が生ずる。他方の合焦位置を観察するためには、対物レンズ毎に設けられた調整部を操作して最適合焦位置をズラして観察を行うか、自動焦点検出動作を一時中断し、手動によるピント合わせ操作を強いられる結果となっている。
【０００８】
また、上記特開平６−２８１４０９号公報には、複数の焦点位置を観察するための検査装置が提案されているが、これは、ある特定の標本の完全なルーチン検査に対しては効果的である。すなわち、多層面の段差が予め分かっている単一標本の検査には、有効な手段である。
【０００９】
しかし、段差が異なる別の標本を観察する場合や、標本の厚さが不明な場合等、標本形状の変化には迅速な対応が取れないという課題を有している。観察可能にするためには、フォーカスオフセット値の変更、若しくは新規に登録し直す作業が必要となる訳であるが、その設定方法等に関する配慮はなされていない。最悪の場合、設定操作は被観察者とは別の装置に精通した技術者が行わなければならないケースも発生しかねない。それ故、複数の標本観察には適していないものであった。
【００１０】
更に、上記特開平９−１１３７９号公報に関しては、効率の良い合焦動作を安価に達成させているが故の課題として、上述した特許番号第２６１４８４３号と同様に、自動検出された検出位置からのズレた場所の観察を行うためには、手動によるピント合わせ操作を行うか、ハードウェア自体を操作してオフセットの調整を行わなければならない。加えて、前者の手動によるピント合わせ操作では、自動焦点検出機構を備えているにも関わらず、従来から行っている焦準部によるマニュアル操作を行わなければならず、自動焦点検出という装置のメリットが生かせないという結果に終わってしまう。
【００１１】
また、このようにして苦労してピント合わせ操作を行った合焦位置の記憶手段も設けていないことから、対物レンズ等を変換した場合には、再度手動によるピント合わせ操作が要求されるものであった。
【００１２】
この発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、厚みのある標本、または焦点深度の浅いレンズ系（特に高倍対物レンズ）で自動焦点検出を行う際に、使用者が観察したい任意の位置へのピント合わせ操作を確実で、且つ高速に行うことのできる自動焦点顕微鏡を提供することである。
【００１３】
また、この発明の他の目的は、標本が変更された場合の合焦位置オフセット調整入力に複雑な操作を有せず、自動合焦可能なあらゆる標本に対して、簡単、確実に設定可能な設定手段を設けることにより、操作性に優れた顕微鏡を提供するものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
すなわち、請求項１に記載の発明は、試料を観察するための対物レンズと、この対物レンズと上記試料との間隔を調節する焦点調節手段と、この焦点調節手段を駆動する駆動手段と、上記対物レンズの上記試料に対する合焦状態を検出する合焦検出手段と、この合焦検出手段の検出結果に基いて上記駆動手段を制御し、上記試料に対して上記対物レンズを自動的に合焦させる自動合焦動作を行う自動合焦手段と、上記合焦検出手段により検出される合焦位置を補正する合焦補正手段と、上記駆動手段または上記合焦補正手段に対し駆動量または補正量を指示する操作手段と、上記自動合焦動作の停止中に上記操作手段へ入力がある場合には、該入力される操作量に応じた上記駆動量を上記駆動手段に伝達し、上記自動合焦手段による自動合焦動作の実行中に上記操作手段へ入力がある場合には、該入力による操作量に応じた上記補正量を上記合焦補正手段に伝達する制御手段とを有することを特徴とする。
【００１５】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の自動焦点顕微鏡に於いて、上記合焦検出手段が、上記試料に測定光を照射する光源と、この光源により照射された上記試料からの反射光を受光する受光手段とを有しており、上記合焦補正手段が、上記光源と上記試料との間の光路に配設され、光軸方向に位置調節可能な色補正レンズ手段を有することを特徴とする。
【００１６】
更に、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の自動焦点顕微鏡に於いて、複数の対物レンズから１つを選択して観察光軸上に位置させる対物レンズ切換手段と、選択された対物レンズの種別を認識する対物レンズ認識手段と、上記合焦補正手段で補正される各対物レンズ毎の補正量を予め記憶している第１の補正量記憶手段とを更に具備し、上記制御手段は、自動合焦動作が実行されている場合には、上記対物レンズ認識手段により認識された対物レンズに対応する補正量を上記第１の補正量記憶手段から取り出して上記合焦補正手段に伝達し、上記操作手段から伝達される上記操作量に応じた補正量と合わせて合焦補正手段が動作するようにしたことを特徴とする。
また、請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の自動焦点顕微鏡に於いて、複数の対物レンズから１つを選択して観察光軸上に位置させる対物レンズ切換手段と、選択された対物レンズの種別を認識する対物レンズ認識手段と、上記対物レンズ切換時に、上記操作量に応じた補正量を上記各対物レンズ毎に記憶する第２の補正量記憶手段と、を更に具備し、上記制御手段は、上記対物レンズ認識手段により認識された対物レンズに対応する上記操作量に応じた補正量を上記第２の記憶手段から取り出して上記合焦補正手段に伝達することを特徴とする。
【００１７】
請求項１に記載の自動焦点顕微鏡にあっては、対物レンズによって試料が観察され、この対物レンズと上記試料との間隔は駆動手段で駆動される調節手段により調節される。上記対物レンズの上記試料に対する合焦状態は合焦検出手段で検出され、その検出結果に基いて上記駆動手段が制御されて、自動合焦手段によって上記対物レンズが上記試料に対して自動的に合焦される自動合焦動作が行われる。上記合焦検出手段により検出される合焦位置は合焦補正手段で補正され、操作手段によって上記駆動手段または上記合焦補正手段に対し、駆動量または補正量が指示される。そして、制御手段は、上記自動合焦動作の停止中に上記操作手段へ入力がある場合には、該入力される操作量に応じた上記駆動量を上記駆動手段に伝達し、上記自動合焦手段による自動合焦動作の実行中に上記操作手段へ入力がある場合には、該入力による操作量に応じた上記補正量を上記合焦補正手段に伝達する。
【００１８】
請求項１の構成によれば、自動合焦動作停止時には、操作手段に入力された操作量が駆動手段に伝達されて焦点が調節され、マニュアルフォーカスが可能になる。また、自動合焦動作実行時には、操作手段に入力された操作量が合焦補正手段に伝達されて合焦検出手段により検出される合焦位置が補正されるので、自動合焦に於けるオフセット調整が可能になる。
【００１９】
また、請求項２に記載の自動焦点顕微鏡にあっては、上記試料に測定光を照射する光源と、この光源により照射された上記試料からの反射光を受光する受光手段とを有して合焦検出手段が構成され、上記光源と上記試料との間の光路に配設され、光軸方向に位置調節可能な色補正レンズ手段を有して上記合焦補正手段が構成されている。
【００２０】
請求項２の構成によれば、色補正レンズ手段の光軸方向位置を調節することにより、合焦検出手段により検出される合焦位置が補正される。
更に、請求項３に記載の自動焦点顕微鏡にあっては、対物レンズ切換手段により複数の対物レンズから１つが選択されて観察光軸上に位置され、選択された対物レンズの種別が対物レンズ認識手段で認識される。また、上記合焦補正手段で補正される各対物レンズ毎の補正量は、第１の補正量記憶手段に予め記憶されている。そして、上記制御手段は、自動合焦動作が実行されている場合には、上記対物レンズ認識手段により認識された対物レンズに対応する補正量を上記第１の補正量記憶手段から取り出して上記合焦補正手段に伝達し、上記操作手段から伝達される上記操作量に応じた補正量と合わせて合焦補正手段が動作する。
【００２１】
請求項３の構成によれば、複数の対物レンズが切換えて使用される場合に、全ての対物レンズで正しく合焦するように各対物レンズに応じた合焦補正が自動的に行われると共に、操作手段による任意のオフセット調節も可能になる。
請求項４に記載の発明にあっては、対物レンズ切換手段によって複数の対物レンズから１つが選択されて観察光軸上に位置され、選択された対物レンズの種別が対物レンズ認識手段で認識される。上記対物レンズ切換時には、上記操作量に応じた補正量が第２の補正量記憶手段により上記各対物レンズ毎に記憶される。そして、上記制御手段は、上記対物レンズ認識手段により認識された対物レンズに対応する上記操作量に応じた補正量を上記第２の記憶手段から取り出して上記合焦補正手段に伝達する。
請求項４に記載の発明によれば、複数の対物レンズが切換えて使用される場合に、全ての対物レンズで正しく合焦するように各対物レンズに応じた合焦補正が自動的に行われると共に、操作手段による任意のオフセット調節も可能になる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照してこの発明の実施の形態を説明する。
図１は、この発明の一実施の形態に係る顕微鏡装置の全体構成を示した図である。
【００２３】
図１に於いて、複数の対物レンズを取付けて回転可能な電動レボルバ１０は、複数の対物レンズ１１（１１ａ、１１ｂ、…）と、これら対物レンズ１１を複数本取付け可能なレボルバ本体１２と、レボルバ本体１２を回動させて任意の対物レンズ１１を光路中に挿入させるために電気的な駆動を行うレボルバ用モータ１３と、上記レボルバ本体１２の何れの対物レンズ取付け位置が現在光路中に挿入されているかを検出するためのレボルバ孔位置検出部１４とから構成されている。
【００２４】
上記電動レボルバ１０は、レボルバ本体１２のレボルバ孔位置検出部１４を介して、コントロール部１６からの制御を受ける。そして、レボルバ用モータ駆動部１５を介してコントロール部１６からの制御信号によってレボルバ用モータ１３が駆動されることにより、電動レボルバ１０が駆動される。
【００２５】
上記コントロール部１６は周知のＣＰＵ回路であり、図２に示されるように、ＣＰＵ本体４０と、システムを制御するためのプログラムを格納しているＲＯＭ４２と、制御に必要なデータを格納する揮発性メモリ等のＲＡＭ４３と、制御信号の入出力を行うＩ／Ｏポート４４と、ＣＰＵ本体４０を制御するために必要な、図示されない発振器、アドレスデコーダ等の周知の周辺回路から構成される。このＩ／Ｏポート４４やデータバス４１から、各々の周辺装置の制御を行うことになる。
【００２６】
試料移動ステージ１７上には観察試料Ｓが載置されるようになっており、この試料移動ステージ１７上に於いて、対物レンズ１１で観察できるようになっている。試料移動ステージ１７には焦準用モータ１８が接続されており、電気的に試料移動ステージ１７を光軸と垂直方向に上下動させることが可能になっている。焦準用モータ１８は、焦準用モータ駆動部１９により駆動されるもので、この焦準用モータ駆動部１９はＩ／Ｏポート４４を介してコントロール部１６からの制御を受ける。尚、上記試料移動ステージ１７、焦準用モータ１８及び焦準用モータ駆動部１９は、焦準部を構成している。
【００２７】
基準光源２２は、光源のパルス点灯等を行って光源の強弱をコントロールするレーザ駆動部２１を介してコントロール部１６により制御される。上記基準光源２２はオートフォーカス（ＡＦ）に使用されるもので、赤外線レーザ等の可視光以外の波長領域の光源が使用される。
【００２８】
基準光源２２からのレーザ光は、平行光を保つためのコリメートレンズ２７を通り、光束の半分をカットする投光側ストッパ２８を介して、ＰＢＳ２９でＰ偏光成分のみが反射されて標本側に導かれる。そして、集光レンズ群３０により一旦集光された光束は、色補正レンズ群３１を介してλ／４板３２を通過する時に４５°偏光され、ダイクロックミラー３３により反射される。
【００２９】
色補正レンズ群３１は、色補正レンズ用モータ２４により光軸と垂直方向に移動できる構成になっているもので、色補正レンズ用モータ駆動部２３によって駆動される。また、ダイクロックミラー３３は、赤外域のみ反射し、可視域は通過する性質を有している。これにより、オートフォーカス用のレーザー光は反射し、標本を観察するための可視光（観察及び照明光）は対物レンズ１１から垂直に抜け、図示されない接眼レンズでの観察が可能になる。
【００３０】
上記ダイクロックミラー３３により反射された光束は、対物レンズ１１によって観察試料Ｓにスポット形状の像を形成する。そして、観察試料Ｓにより反射された光束は、今度は逆に対物レンズ１１、ダイクロックミラー３３を介し、λ／４板３２を再び通過する時に更に４５°偏光されてＳ偏光成分に切換わる。その後、色補正レンズ群３１、集光レンズ群３０を介してＰＢＳ２９へ入射される。
【００３１】
上記観察試料Ｓからの反射光束は、Ｓ偏光成分になっているので、この場合はそのままＰＢＳ２９を透過して、受光側ストッパ３４、集光レンズ群３５を通過した後に光検出器（ＰＤ）３６に結像される。このＰＤ３６は、光軸を中心に２個のフォトダイオード（センサＡ、Ｂ）が並設されて構成されたものである。
【００３２】
ＰＤ３６に結像されたスポットは、増幅器３７で電流−電圧変換された後、Ａ／Ｄ変換器３８にて処理し易い電圧レベルに増幅される。入力されたアナログ信号は、Ａ／Ｄ変換器３８に於いてコントロール部１６が扱えるデジタル信号に変換され、コントロール部１６で演算処理される。
【００３３】
また、操作部としては、レボルバ本体２を回転させ光軸に挿入されている対物レンズ１１を変更するための図示されない対物レンズ変換スイッチや、オートフォーカス動作の設定／解除を行うＡＦスイッチと、焦準部としての試料移動ステージ１７の上下動及び色補正レンズ群３１の移動を指示するためのＪＯＧエンコーダ２６と、このＪＯＧエンコーダ２６のエンコーダ信号をパルス数に変換するパルスカウンタ２５とから構成されている。
【００３４】
コントロール部１６は、このパルスカウンタ２５の数値を読込んで、ＪＯＧエンコーダ２６が何れの方向にどれだけ回転されたかを判断し、ＪＯＧエンコーダ２６の回転量に応じて、各々の駆動部を駆動させるようになっている。
【００３５】
次に、実際の顕微鏡の操作について説明する。
操作者が、先ず図示されない電源スイッチを投入すると、コントロール部１６によりＲＯＭ４２に格納されているプログラムの実行が開始される。そして、ＲＡＭ４３に格納されるデータの初期化やＩ／Ｏポート４４の入出力方向の設定等、周知のＣＰＵ初期化作業が行われた後、待機状態となる。尚、電源投入時は、オートフォーカス停止モードで起動されるのが通常である。この状態では、ＪＯＧエンコーダ２６によるマニュアルフォーカスが可能である。
【００３６】
コントロール部１６は、パルスカウンタ２５のパルスカウント値の変化を監視する。そして、パルスカウント値に変化が生じた場合は、速やかにそのパルス数に応じた駆動信号が焦準用モータ駆動部１９に供給され、焦準用モータ１８が駆動されることにより、試料移動ステージ１７が上下方向に移動される。
【００３７】
この試料移動ステージ１７の上下動の繰返しにより、操作者は図示されない接眼レンズから観察試料Ｓを覗きながら手動によるピント合わせ操作が可能となる。
【００３８】
次に、オートフォーカス動作を行った時の動作について説明する。
図示されないＡＦスイッチが押下されると、コントロール部１６は、マニュアル動作モードを中止し、ＪＯＧエンコーダ２６の回転によるマニュアル動作を一旦停止する。次いで、コントロール部１６から、オートフォーカス用のスポットを観察試料Ｓに照射するためにレーザ駆動部２１に信号が供給されて、基準光源２２の発振が開始される。基準光源２２からの光束は、観察試料Ｓにスポット照射及び反射され、ＰＤ３６に投影される。このＰＤ３６に投影されたスポットの位置によって、実際のオートフォーカス制御が行われる。
【００３９】
ここで、本実施の形態に記載されているオートフォーカスの原理について、図３を参照して簡単に説明する。
いま、例えば試料移動ステージ１７の位置が合焦位置より上、すなわち対物レンズ１１に近い場合を想定する。すると、基準光源２２のレーザ光は観察試料Ｓから早く反射され、ＰＤ３６に結像されるスポット像は、図３（ａ）に示されるように、中心位置よりセンサＢよりに、しかも強度が弱まって結像される。
【００４０】
逆に、試料移動ステージ１７が合焦位置より下にある場合、すなわち対物レンズ１１から遠い場合は、図３（ｃ）に示されるように、センサＡよりに結像される。
【００４１】
そして、ＰＤ３６に結像されるスポット像が合焦位置に存在する場合のスポットは、図３（ｂ）に示されるように、センサＡ、Ｂ共に均等な範囲で、ほぼ光軸の中心に結像される。しかも、焦点位置であるため、中心部のレーザ強度も一番強く結像されている。
【００４２】
このようなスポットの動き、強さを判断しながらコントロール部１６は、
∫｛（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）｝＝０
となる点に試料移動ステージ１７が移動されることにより、オートフォーカス動作が行われる。
【００４３】
ここで、センサＡの出力が大きい場合は試料移動ステージ１７が上方向に駆動される。一方、センサＢの出力が大きい場合は、試料移動ステージ１７は下方向へ移動される。このようにして、標本面にピントが合うことになる。
【００４４】
ところで、オートフォーカス動作を行う基準光源２２は赤外光であり、実際の可視光とは波長が異なっている。すなわち、色収差によりオートフォーカス装置が合焦であると判断していても、可視光領域ではピントがズレるという不都合が生ずる。そのため、光路中に色補正レンズ群３１が挿入される。
【００４５】
色補正レンズ群３１は、コントロール部１６からの駆動指示によって色補正レンズ用モータ駆動部２３を介して色補正レンズ用モータ２４が駆動されることにより調整され、これによりＰＤ３６の結像位置の補正が行われる。この補正量は、対物レンズの特性、基準光源２２の使用波長によりある程度限定できることから、装置組立て、調整時に予め対物レンズ毎の補正値がＲＯＭ４２、或いはその他の記憶媒体（図示されないが不揮発性のメモリであるＥＥＰＲＯＭ等）に記憶可能であり、そのデータに基いて補正作業が可能となる。これにより、観察像へのピント合わせが完了する。
【００４６】
また、この補正量は、各対物レンズ１１により各々異なるので、使用される対物レンズ１１毎に記憶されている。オートフォーカス動作中に、図示されない対物レンズ１１の切換えスイッチが押下された場合、は、先ず対物変換動作を行うに当たり、コントロール部１６からの指示によって、レーザ駆動部２１の発振が停止されると共に、Ａ／Ｄ変換器３８からのデータ取得及び演算処理が停止され、実行中のオートフォーカス動作が一時中断される。その上で、レボルバ用モータ駆動部１５が駆動され、レボルバ用モータ１３によってレボルバ本体１０への回転指示がなされる。
【００４７】
レボルバ本体１０の回転が完了し、所望の新しい対物レンズ１１が光路中に挿入されると、コントロール部１６では、レボルバ孔位置検出部１４の情報が読込まれて、現在光路中に挿入されている対物レンズ（図１の場合は対物レンズ１１ａ）が確認され、それに対応した補正値がＲＯＭ４２（若しくは図示されない不揮発性メモリ）から読込まれる。そして、上記補正値に従って、色補正レンズ用モータ駆動部２３が駆動され、色補正レンズ用モータ２４が回転される。これにより、色補正レンズ群３１が所定の位置まで移動されてから、オートフォーカス動作が再開される。
【００４８】
ここで、観察試料Ｓに照射されるスポット系は非常に小さいものであり、実際の作業者が観察した部位にスポットが当たっているとは限らない。また、スポット内に幾つもの段差がある場合等は、ＰＤ３６から正確な出力が得られない場合がある。これらを解決するため、この発明の顕微鏡では、オートフォーカス動作中には、以下に述べるような動作が行われる。
【００４９】
すなわち、オートフォーカス停止中に監視していたパルスカウンタ２５を、オートフォーカス動作中にも監視する制御を行うようにしたものである。
オートフォーカス動作中、コントロール部１６では、ＰＤ３６からの入力により合焦検出動作が行われるのと同時に、パルスカウンタ２５からのデータが読込まれてＪＯＧエンコーダ２６の監視が行われる。
【００５０】
ここで、ＪＯＧエンコーダ２６の回転指示が発生した場合、コントロール部１６によって、オートフォーカス停止中に駆動された部位とは別の色補正レンズ用モータ駆動部２３に駆動指示が与えられ、色補正レンズ群３１が移動される。これにより、オートフォーカス動作中に色補正レンズ群３１が移動されると、当然のことながらＰＤ３６へのスポット形状が変化する。コントロール部１６からは、これに対応するべく、今度は焦準用モータ駆動部１９に駆動信号が与えられ、焦準用モータ１８を介して試料移動ステージ１７が移動される。
【００５１】
以上の動作が繰返し行われることで、結果的に装置で検出された合焦位置からオフセット値が履かされ、操作者が観察したい部位へ合焦させることができる。
ここで操作されて決定されたオフセット値は、対物レンズ変換後もＲＡＭ４３等に対物レンズ毎に記憶される。そして、再び同じ対物レンズが戻された場合等は、上述した説明と同様に、対物レンズ変換後に色補正レンズ群３１がそのオフセット値に対応する位置まで移動された後に、オートフォーカスが再開される。したがって、対物レンズが変換された場合でも、常にピントの合った観察が可能である。
【００５２】
但し、ここでの補正は、あくまでも標本や観察場所の要因で左右される場合のオフセット値であるから、上述した色収差による装置自体が必ず有している固有のオフセット値とは、基本的には別のものである。データ記憶の際には、各々別のデータとして記憶、保存しておくことが望ましい。
【００５３】
また、図示されないＡＦスイッチよりオートフォーカス動作が終了された場合は、ＪＯＧエンコーダ２６の入力操作はマニュアル動作モードになり、試料移動ステージ１７の上下動が可能になることは言うまでもない。
【００５４】
このように、本実施の形態によれば、操作者が観察したい任意の位置へのピント合わせ操作が、素早く、且つ確実に行うことが可能となり、本方式のオートフォーカスでは拭い切れないエラーを操作性でカバーすることが可能な非常に完成度の高い優れた顕微鏡を得ることができる。
【００５５】
尚、この発明は上述した実施の形態以外にも、種々変形が可能である。
例えば、上述した実施の形態では、試料移動ステージを上下方向の移動方式のハードウェアで説明したが、レボルバ上下移動方式やその他の方式であっても良く、その効果は損なわれるものではない。
【００５６】
また、オフセット調整用の連動部位として、色収差補正レンズ系を使用しているが、本実施の形態の効果から言えば、ＰＤ３６のセンサＡとセンサＢの出力を増幅器３７で独立にゲイン調整可能とし、出力バランスを振ることによっても実現可能である。
【００５７】
更に、オートフォーカスもアクティブ方式のものに限定してあるが、パッシブ方式のオートフォーカス装置にも容易に転用可能である。
尚、この発明の上記実施態様によれば、以下の如き構成を得ることができる。
【００５８】
すなわち、
（１） 試料を観察するための対物レンズと、
この対物レンズと上記試料との間隔を調節する焦点調節手段と、
この焦点調節手段を駆動する駆動手段と、
上記対物レンズの上記試料に対する合焦状態を検出する合焦検出手段と、
この合焦検出手段の検出結果に基いて上記駆動手段を制御して上記対物レンズを自動的に合焦させる自動合焦手段と、
上記合焦検出手段により検出される合焦位置を補正する合焦補正手段と、
上記駆動手段及び上記合焦補正手段に駆動量若しくは補正量を指示する操作手段と、
この操作手段に入力された操作量を、自動合焦動作が停止している場合には上記駆動手段に伝達し、自動合焦動作が実行されている場合には上記合焦補正手段に伝達する制御手段と
を有することを特徴とする自動焦点顕微鏡。
【００５９】
（２） 上記合焦検出手段は、上記試料に測定光を照射する光源と、この光源により照射された上記試料からの反射光を受光する受光手段とを有しており、
上記合焦補正手段は、上記光源と上記試料との間の光路に配設され、光軸方向に位置調節可能な色補正レンズ手段を有することを特徴とする上記（１）に記載の自動焦点顕微鏡。
【００６０】
（３） 複数の対物レンズから１つを選択して観察光軸上に位置させる対物レンズ切換手段と、
選択された対物レンズの種別を認識する対物レンズ認識手段と、
上記合焦補正手段で補正される各対物レンズ毎の補正量を予め記憶している補正量記憶手段とを更に具備し、
上記制御手段は、自動合焦動作が実行されている場合には、上記対物レンズ認識手段により認識された対物レンズに対応する補正量を上記補正量記憶手段から取り出して上記合焦補正手段に伝達し、上記操作段から伝達される操作量と合わせて合焦補正手段が動作するようにしたことを特徴とする上記（１）に記載の自動焦点顕微鏡。
【００６１】
（４） 上記合焦補正手段に於ける補正量を、対物レンズの種別に対応させて記憶する記憶手段を更に有することを特徴とする上記（１）に記載の自動焦点顕微鏡。
【００６２】
（５） 複数の対物レンズから１つを選択して観察光軸上に位置させる対物レンズ切換手段と、
選択された対物レンズの種別を認識する対物レンズ認識手段と、
上記合焦補正手段に於ける補正量を対物レンズの種別に対応させて記憶する記憶手段とを更に有し、
対物レンズ切換時に選択された対物レンズに対応する補正量を上記記憶手段から取り出して上記合焦補正手段に伝達することを特徴とする上記（１）に記載の自動焦点顕微鏡。
【００６３】
上記（１）の構成によれば、自動合焦動作停止時には、操作手段に入力された操作量が駆動手段に伝達されて焦点が調節され、マニュアルフォーカスが可能になる。また、自動合焦動作実行時には、操作手段に入力された操作量が合焦補正手段に伝達されて合焦検出手段により検出される合焦位置が補正されるので、自動合焦に於けるオフセット調整が可能になる。
【００６４】
上記（２）の構成によれば、色補正レンズ手段の光軸方向位置を調節することにより、合焦検出手段により検出される合焦位置が補正される。
また、上記（３）の構成によれば、複数の対物レンズが切換えて使用される場合に、全ての対物レンズで正しく合焦するように各対物レンズに応じた合焦補正が自動的に行われると共に、操作手段による任意のオフセット調節も可能になる。
【００６５】
上記（４）の構成によれば、操作手段により任意に設定したオフセット調節量が対物レンズ毎に記憶されるので、オフセットの再現を容易にすることができる。
【００６６】
更に、上記（５）の構成によれば、操作手段により任意に設定したオフセット調節量が対物レンズ毎に記憶され、対物レンズの切換えに応じて読み出されて補正されるので、対物レンズ毎のオフセットの再現が自動的に行われる。
【００６７】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、オフセット調整値たる段差の異なる種々の標本に対し、操作者が観察したい任意の位置へのピント合わせ操作が素早く、且つ確実に行うことが可能となり、操作性の極めて高い自動焦点顕微鏡を提供することができる。
【００６８】
また、ピント合わせ操作を行うために複数の操作部位を操作しなくて済むので、オフセット調整操作をしていることを意識せずに補正が完了し、しかも対物レンズ変換後もその補正値を記憶しているので、常にピントの合った観察像を素早く得ることができる。
【００６９】
また、本方式のオートフォーカスにより、本質的に潜在している装置自身のエラーを操作性でカバーすることが可能な完成度の高い自動焦点顕微鏡を提供することができる。
更には、元々顕微鏡自身が有している機能を有効に活用しているため、製造コストを上げずに大きなメリットを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施の形態に係る顕微鏡装置の全体構成を示した図である。
【図２】図１のコントロール部１６の内部構成を示したブロック図である。
【図３】この発明の一実施の形態に記載されているオートフォーカスの原理について説明する図である。
【符号の説明】
１０ 電動レボルバ、
１１、１１ａ、１１ｂ、… 対物レンズ、
１２ レボルバ本体、
１３ レボルバ用モータ、
１４ レボルバ孔位置検出部、
１５ レボルバ用モータ駆動部、
１６ コントロール部、
１７ 試料移動ステージ、
１８ 焦準用モータ、
１９ 焦準用モータ駆動部、
２１ レーザ駆動部、
２２ 基準光源、
２３ 色補正レンズ用モータ駆動部、
２４ 色補正レンズ用モータ、
２５ パルスカウンタ、
２６ ＪＯＧエンコーダ、
２７ コリメートレンズ、
２８ 投光側ストッパ、
２９ ＰＢＳ、
３０ 集光レンズ群、
３１ 色補正レンズ群、
３２ λ／４板、
３３ ダイクロックミラー、
３４ 受光側ストッパ、
３５ 集光レンズ群、
３６ 光検出器（ＰＤ）、
３７ 増幅器、
３８ Ａ／Ｄ変換器、
４０ ＣＰＵ本体、
４１ データバス、
４２ ＲＯＭ、
４３ ＲＡＭ、
４４ Ｉ／Ｏポート。
Claims (4)
- 試料を観察するための対物レンズと、
この対物レンズと上記試料との間隔を調節する焦点調節手段と、
この焦点調節手段を駆動する駆動手段と、
上記対物レンズの上記試料に対する合焦状態を検出する合焦検出手段と、
この合焦検出手段の検出結果に基いて上記駆動手段を制御し、上記試料に対して上記対物レンズを自動的に合焦させる自動合焦動作を行う自動合焦手段と、
上記合焦検出手段により検出される合焦位置を補正する合焦補正手段と、
上記駆動手段または上記合焦補正手段に対し駆動量または補正量を指示する操作手段と、
上記自動合焦動作の停止中に上記操作手段へ入力がある場合には、該入力される操作量に応じた上記駆動量を上記駆動手段に伝達し、上記自動合焦手段による自動合焦動作の実行中に上記操作手段へ入力がある場合には、該入力による操作量に応じた上記補正量を上記合焦補正手段に伝達する制御手段と
を有することを特徴とする自動焦点顕微鏡。 - 上記合焦検出手段は、上記試料に測定光を照射する光源と、この光源により照射された上記試料からの反射光を受光する受光手段とを有しており、
上記合焦補正手段は、上記光源と上記試料との間の光路に配設され、光軸方向に位置調節可能な色補正レンズ手段を有することを特徴とする請求項１に記載の自動焦点顕微鏡。 - 複数の対物レンズから１つを選択して観察光軸上に位置させる対物レンズ切換手段と、
選択された対物レンズの種別を認識する対物レンズ認識手段と、
上記合焦補正手段で補正される各対物レンズ毎の補正量を予め記憶している第１の補正量記憶手段とを更に具備し、
上記制御手段は、自動合焦動作が実行されている場合には、上記対物レンズ認識手段により認識された対物レンズに対応する補正量を上記第１の補正量記憶手段から取り出して上記合焦補正手段に伝達し、上記操作手段から伝達される上記操作量に応じた補正量と合わせて合焦補正手段が動作するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の自動焦点顕微鏡。 - 複数の対物レンズから１つを選択して観察光軸上に位置させる対物レンズ切換手段と、
選択された対物レンズの種別を認識する対物レンズ認識手段と、
上記対物レンズ切換時に、上記操作量に応じた補正量を上記各対物レンズ毎に記憶する第２の補正量記憶手段と、
を更に具備し、
上記制御手段は、上記対物レンズ認識手段により認識された対物レンズに対応する上記操作量に応じた補正量を上記第２の記憶手段から取り出して上記合焦補正手段に伝達することを特徴とする請求項１に記載の自動焦点顕微鏡。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25856197A JP4076249B2 (ja) | 1997-09-24 | 1997-09-24 | 自動焦点顕微鏡 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25856197A JP4076249B2 (ja) | 1997-09-24 | 1997-09-24 | 自動焦点顕微鏡 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1195091A JPH1195091A (ja) | 1999-04-09 |
| JP4076249B2 true JP4076249B2 (ja) | 2008-04-16 |
Family
ID=17321952
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25856197A Expired - Fee Related JP4076249B2 (ja) | 1997-09-24 | 1997-09-24 | 自動焦点顕微鏡 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4076249B2 (ja) |
Families Citing this family (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10113084A1 (de) * | 2001-03-17 | 2002-09-19 | Leica Microsystems | Autofokus-Mikroskopsystem |
| DE10145056A1 (de) * | 2001-09-13 | 2003-04-03 | Zeiss Carl Jena Gmbh | Vorrichtung und Verfahren zur Fokuskontrolle in einem Mikroskop mit digitaler Bildgebung, vorzugsweise einem konfokalen Mikroskop |
| JP4370554B2 (ja) | 2002-06-14 | 2009-11-25 | 株式会社ニコン | オートフォーカス装置およびオートフォーカス付き顕微鏡 |
| DE10244618A1 (de) * | 2002-09-25 | 2004-04-08 | Olympus Biosystems Gmbh | Einrichtung und Verfahren zur optischen Objektuntersuchung oder/und Erfassung oder/und Untersuchung von Schichten |
| JP5199407B2 (ja) * | 2003-09-29 | 2013-05-15 | オリンパス株式会社 | 顕微鏡システム及び観察方法 |
| JP4847690B2 (ja) * | 2003-09-29 | 2011-12-28 | オリンパス株式会社 | 顕微鏡システム |
| US7345814B2 (en) | 2003-09-29 | 2008-03-18 | Olympus Corporation | Microscope system and microscope focus maintaining device for the same |
| JP2006184303A (ja) | 2004-12-24 | 2006-07-13 | Olympus Corp | 画像検査装置 |
| JP4685489B2 (ja) * | 2005-03-30 | 2011-05-18 | オリンパス株式会社 | 多光子励起型観察装置 |
| EP2042853B1 (en) | 2006-07-12 | 2014-04-23 | Toyobo Co., Ltd. | Analyzer and use thereof |
| KR101394799B1 (ko) * | 2012-05-09 | 2014-05-15 | 한국과학기술원 | 현미경 초점 면 안정화 방법 및 장치 |
| JP6378565B2 (ja) * | 2014-07-17 | 2018-08-22 | オリンパス株式会社 | 顕微鏡装置、及び、顕微鏡装置の制御方法 |
| CN112697792B (zh) | 2014-12-26 | 2024-10-11 | 希森美康株式会社 | 细胞拍摄装置、细胞拍摄方法及试样池 |
-
1997
- 1997-09-24 JP JP25856197A patent/JP4076249B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH1195091A (ja) | 1999-04-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4097761B2 (ja) | 自動焦点顕微鏡及び自動合焦検出装置 | |
| JP4076249B2 (ja) | 自動焦点顕微鏡 | |
| JP4021183B2 (ja) | 合焦状態信号出力装置 | |
| US7692856B2 (en) | Focus error detecting optical system for a microscope | |
| JP2004212067A (ja) | 欠陥検査装置及び欠陥検査方法 | |
| JP2013003333A (ja) | 顕微鏡装置 | |
| JP2005241607A (ja) | 角度測定装置 | |
| JPS63278692A (ja) | レ−ザ−加工装置に於ける自動焦点機構 | |
| JP2001091821A (ja) | 顕微鏡用オートフォーカスシステム | |
| JPH1123952A (ja) | オートフォーカス装置及びこれを利用したレーザ加工装置 | |
| JP4388298B2 (ja) | 顕微鏡システム | |
| JPH10239037A (ja) | 観察装置 | |
| JPH10232342A (ja) | 顕微鏡用オートフォーカス装置 | |
| JP2007047447A (ja) | 焦点検出装置及びこれを備えた顕微鏡装置 | |
| JP2007286250A (ja) | 焦点検出制御システム、及びその焦点検出制御システムを備えた顕微鏡システム | |
| JP2002277729A (ja) | 顕微鏡用オートフォーカス装置および方法 | |
| JP4614907B2 (ja) | 顕微鏡 | |
| JPH05232378A (ja) | 自動合焦装置 | |
| JPH0588072A (ja) | 自動焦点装置 | |
| JP2002341234A (ja) | 顕微鏡用オートフォーカス装置 | |
| JP4877588B2 (ja) | 合焦補正方法 | |
| JP2001296467A (ja) | 自動焦点検出装置 | |
| JP4322992B2 (ja) | 合焦装置 | |
| JPH04113305A (ja) | 焦点合わせ装置 | |
| JP4974062B2 (ja) | 創薬スクリーニング方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070918 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20071114 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20080122 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20080129 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110208 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110208 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120208 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120208 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130208 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140208 Year of fee payment: 6 |
|
| S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |