JP4115720B2 - 顕微鏡システム - Google Patents
顕微鏡システム Download PDFInfo
- Publication number
- JP4115720B2 JP4115720B2 JP2002067376A JP2002067376A JP4115720B2 JP 4115720 B2 JP4115720 B2 JP 4115720B2 JP 2002067376 A JP2002067376 A JP 2002067376A JP 2002067376 A JP2002067376 A JP 2002067376A JP 4115720 B2 JP4115720 B2 JP 4115720B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- contact
- objective lens
- observation object
- threshold value
- sensor
- 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
- Microscoopes, Condenser (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、顕微鏡システムに係り、特に、観察対象物と対物レンズとが過接触することを防止する機能を有する顕微鏡システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、工業分野での微細化されたＩＣ配線等の検査及び医学分野での細胞核内の調査等には、観察対象物、即ち、被検査体を高倍率で観察することが可能な顕微鏡が多く用いられるようになっている。
【０００３】
ところで、このような顕微鏡を用いて高倍率で被検査体を観察し、且つ、高い解像度で被検査体の観察画像を得るには、高ＮＡを有する対物レンズを用いることは、避けられないとされている。しかし、高ＮＡを有する対物レンズが用いられれば用いられる程、観察対象物と対物レンズは、より接近する。例えば、ＮＡ＝０．９で倍率が１００倍の対物レンズでは、観察対象物と対物レンズの間の距離、いわゆるＷ．Ｄ(Working Distance)は、２００［μm］となる。
【０００４】
ところが、上述したようにＷ．Ｄが短くなると、観察対象物と対物レンズとの接触が発生し易くなる。特に、観察対象物が上述したような微細化されたＩＣ配線、或いは、細胞核のように非常に微細なものの場合、対物レンズが観察対象に接触することにより観察対象物を損傷させてしまうおそれがある。また、観察対象物が金属のような硬いものである場合は、対物レンズが観察対象に接触すると、対物レンズを損傷させるおそれもある。
【０００５】
従来、観察対象物と対物レンズの過接触を防止するため、種々の過接触防止システムが提案されている。例えば、特開平５−２６６１２号公報及び特開平１０−２６０３６１号公報には、観察対象物と対物レンズとの接触を検知する圧力検知センサまたは接触センサを設けて観察対象物と対物レンズとの過接触を防止する顕微鏡システムが開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このような過接触防止システムは、観察対象物と対物レンズとが接触したことに応答して、これら観察対象物または対物レンズが損傷を受けることを防止するために、損傷が生じる前にシステムを作動させて顕微鏡の操作を中断させている。従って、検出センサが用いられるシステムでは、検出センサからの出力がモニターされ、接触したと判断するしきい値が接触直後に得られるセンサ出力にできるかぎり近けられることが重要とされている。これにより、顕微鏡操作を素早く中断させ、観察対象物に与える影響を最小限に抑えることができる。しかしながら、センサ自身、または、センサ出力を処理する回路が周囲温度の変化による影響を受けることから、実際のしきい値は、マージンを取るように設定される。従って、このマージンの取り方によっては、正確に観察対象物と対物レンズとが接触したことを判断ができない問題がある。特に、観察対象物である標本を透過した光線で対象物を観察する透過光源を用いる顕微鏡システムでは、観察対象物に近接してセンサが設けられ、観察時には、このセンサにも透過光線が入射され、このセンサ自身の温度が僅かながら変化させられる虞がある。センサの温度変化が原因でこのセンサの特性が変化し、正確に観察対象物と対物レンズとが接触したことを判断ができない虞がある。
【０００７】
このことは、特開平５−２６６１２号公報に開示された圧力検知センサを用いた顕微鏡システムにおいても、また、特開平１０−２６０３６１号公報に開示された接触センサを用いた顕微鏡システムにおいても、上記問題の解決方法については、開示されていない。従って、これら公報に開示された従来の顕微鏡システムでは、センサ出力に対するマージンが大きすぎると、センサからの出力で観察対象物と対物レンズとが接触したと判断され、顕微鏡操作を中断させても、すでに、観察対象物と対物レンズとが接触して観察対象物に損傷を与えていることがある。また、センサ出力に対するマージンが小さいと、観察対象物と対物レンズとが接触していないのに、顕微鏡操作を中断させてしまい、安定した接触を判断することができない問題がある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上述した事情に鑑みなされたものであって、その目的は、観察対象物と対物レンズとの接触を高い精度で検出して両者が過接触していずれか又は両者に損傷を与えることを防止することができる過接触防止機能を有する顕微鏡システムを提供することにある。
【０００９】
この発明によれば、観察対象物を載置する為のステージに対してこの観察対象物を観察する為の対物レンズを光軸方向に相対的に移動可能な顕微鏡システムにおいて、前記観察対象物と前記対物レンズとの間の非接触及び接触に対応する接触状態を検出し、接触状態に応じて信号を出力する検出手段と、前記検出手段の出力に基づいて、前記観察対象物と前記対物レンズとの接触状態が所定値を超えたことを判定して過接触信号を出力する判定手段であって、この判定手段は、接触判定の判定基準となるしきい値を設定するしきい値設定手段及び設定されたしきい値と前記検出手段の出力を比較する比較器を備え、前記しきい値設定手段は前記観察対象物と前記対物レンズとが分離されている状態において、前記検出手段の出力に基づいてしきい値を再設定する判定手段と、及び前記過接触信号に応答して前記ステージと前記対物レンズの相対的移動を制御する制御手段と、を具備する顕微鏡システムが提供される。
また、観察対象物を載置する為のステージに対してこの観察対象物を観察する為の対物レンズが光軸方向に相対的に移動可能なステージ制御部を備えた顕微鏡システムにおいて、前記対物レンズの先に取り付けられ、前記対物レンズと前記観察対象物の接触を検知する接触検知センサと、前記接触検知センサの検出信号から前記対物レンズと前記観察対象物の接触状態を判定する接触判定部により少なくとも前記ステージ制御部を制御する制御手段と、前記接触判定部に接続された第１のメモリと第２のメモリとを有し、過接触を防ぐ前記接触検知センサの第１の出力信号に相当する第１のオフセット量に一定加圧量を加えた値を第１のデフォルト値として前記第１のメモリに格納し、
前記観察対象物と前記対物レンズとが分離されている状態における前記接触検知センサの出力信号に前記一定加圧量を加えた値をしきい値とし、前記第２のメモリに最新のしきい値を格納することを一定時間毎に順次繰り返し、前記第２のメモリに格納された最新のしきい値以下になるようにステージ制御部で前記ステージを制御し、前記観察対象物と前記接触検知センサの接触圧力が一定以下になるように前記制御手段で制御する顕微鏡システムが提供される。
【００１０】
この発明の顕微鏡装置においては、常に周囲環境に応じて更新されるしきい値により観察対象物と対物レンズの過接触の可能性を判定できるので、精度の高い判定結果が得られ、観察対象物と対物レンズの過接触により双方にダメージを与えるような事態を回避することができる。
【００１１】
また、観察対象物と対物レンズの過接触する可能性が低い状態が所定時間確認できないと、しきい値を予め設定された初期値に戻すようにしているので、観察対象物と対物レンズの過接触する可能性が低い状態になるまで待機することがなくなり、常に最新の環境周囲環境に応じた最適なしきい値を設定することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の一実施の形態に係る過接触防止機能を備えた顕微鏡システムを説明する。
【００１３】
(第１の実施の形態)
図１は、この発明の一実施の形態に係る過接触防止機能を備えた顕微鏡システムを概略的に示している。図１において、符号１は、顕微鏡本体を示し、この顕微鏡本体１は、水平方向のベース部１Ａと、このベース部１Ａに対し直立して設けられた胴部１Ｂを有し、この胴部１Ｂの先端部に、ベース部１Ａに対し平行な対物アーム１Ｃが設けられている。
【００１４】
顕微鏡本体１の胴部１Ｂには、ステージ２が後述する対物レンズ６の光軸方向に沿って上下動可能に設けられている。このステージ２は、ステージモータ３によって上下方向に電動駆動されることができる。ステージ２には、標本４が載置されている。
【００１５】
対物アーム１Ｃには、電動レボルバ５が設けられている。このレボルバ５には、ステージ２上の標本４に対向して複数の対物レンズ６が設けられている。例えば、高機能顕微鏡では、レボルバ５には、５つの対物レンズが設けられている。レボルバ５が回転操作されることによって、これら対物レンズ６が選択的に光路上に切り換えられ、ユーザが選定した１つの対物レンズ１Ｃが光路上に配置される。対物アーム１Ｃの上方には、ＡＦ(auto focus)ユニット７が設けられ、このＡＦ(auto focus)ユニット７上に鏡筒８が設けられている。この鏡筒８には、接眼レンズ９が設けられている。
【００１６】
顕微鏡本体１の胴部１Ｂの下部には、透過用光源１０が設けられている。この透過用光源１０からの照明光線は、ベース部１Ａ内部に配置された図示しないＮＤフィルタ、開口絞り、視野絞りを介してステージ２の下方から標本４に入射され、また、標本４を透過した光束は、対物レンズ６及びＡＦユニット７を通過して、その一部が鏡筒８を介して接眼レンズ９に導かれる。
【００１７】
対物レンズ６の先端部には、標本４と対物レンズ６との接触を検出する接触検知センサ１１が設けられている。この接触検知センサ１１は、標本４と対物レンズ６との僅かな接触を精度良く検出している。この明細書において、標本４と対物レンズ６との接触は、標本４或いは対物レンズ６に損傷を与えないように両者が触れる状態を意味し、標本４と対物レンズ６とが過接触するとは、両者に圧力が与えられるような強い接触、或いは、両者に瞬間的に強い圧力が与えられるような急激な接触を意味し、過接触の結果としていずれかが損傷するか否かは問わない。また、接触検知センサ１１は、標本４と対物レンズ６の接触を検知して所定の出力を発生するようなセンサであればどのようなタイプのセンサであっても良い。
【００１８】
接触検知センサ１１には、接触を判定する接触判定部１２が接続され、レボルバ５の対物レンズ切換機構には、対物レンズ切換機構制御部１３が接続され、ステージモータ３には、ステージ制御部１４がそれぞれ接続されている。これら接触判定部１２、対物レンズ切換機構制御部１３、ステージ制御部１４には、各部を制御するＣＰＵ１５が接続されている。また、ＣＰＵ１５には、ＡＦユニット７及びユーザ操作部１６が接続されている。接触検知センサ１１は、対物レンズ１１、レボルバ５及び対物アーム１Ｃ内を延びる信号線及び信号線を電気的に接続する接続機構を介して接触判定部１２に接続されている。この信号線及び接続機構は、日本公開公報２０００−１９９８５８に開示されている。これら信号線及び接続機構は、この公開公報を引用することによってその詳細な説明は省略する。
【００１９】
接触判定部１２は、接触検知センサ１１が標本４と対物レンズ６との接触を検知して所定の出力が検出されると、接触信号をＣＰＵ１５に出力する。
【００２０】
ＡＦユニット７からのデフォルト信号に基づいてＣＰＵ１５は、ステージ制御部１４を制御している。即ち、デフォルト信号に応答して、ステージ制御部１４は、ステージモータ３を駆動してステージ２を上下動させ、標本４と対物レンズ６の相対距離を変化させて対物レンズ６の合焦を制御している。また、デフォルト信号に応答して、ＣＰＵ１５は、対物レンズ切換機構制御部１３に対物レンズの切換を指示して所定の対物レンズ６を光路上に配置させている。また、接触判定部１２が標本４と対物レンズ６との接触を判定すると、ＣＰＵ１５は、ステージ制御部１４に過接触回避の指示を与え、この過接触回避指示に応答してステージ制御部１４は、ステージ２の移動制御を即時停止させ、標本４と対物レンズ６とが接触する方向にさらに移動することを規制している。
【００２１】
ユーザ操作部１６には、ユーザによって各種指示が与えられる。即ち、ユーザ操作部１６のユーザ操作によって、ＣＰＵ１５に対してＡＦユニット７によるオートフォーカス動作のオン／オフ、或いは、対物レンズ６の切換等が指示される。
【００２２】
図２には、接触判定部１２の概略的なブロックが示されている。この接触判定部１２は、増幅器１２Ａ、コンパレータ１２Ｂ、Ｄ／Ａコンバータ１２Ｃ、Ａ／Ｄコンバータ１２Ｅ、１２Ｆから構成されている。この接触判定部１２においては、接触検知センサ１１から入力される検知信号は、増幅器１２Ａで増幅され、コンパレータ１２Ｂの一方の入力端子に出力電圧として入力される。コンパレータ１２Ｂの他方の入力端子には、ＣＰＵ１５よりＤ／Ａコンバータ１２Ｃを介して、接触判定しきい値γが入力されている。接触判定しきい値γは、デフォルトの値がＲＯＭ１６に格納され、接触判定部１２における判定が開始されると、そのデフォルトのしきい値γがＣＰＵ１５内のメモリ１５Ａに格納され、このしきい値γがＤ／Ａコンバータ１２Ｃでアナログ信号に変換されてアナログ信号のしきい値信号がコンパレータ１２Ｂに与えられる。コンパレータ１２Ｂでは、この接触判定しきい値γと接触検知センサ１１からの出力電圧とが比較される。この接触検知センサ１１からの出力電圧が接触判定しきい値γより大きい場合には、コンパレータ１２Ｂは、標本４と対物レンズ６が接触していると判断して接触信号をＣＰＵ１５及びステージ制御部１４に出力する。この接触信号に応答して、ステージ制御部１４は、ステージ２の移動制御を即時停止し、ＣＰＵ１５は、この接触信号に応答してステージ制御部１４は、ステージ２を対物レンズ６から退避させるように所定距離だけ移動させる。尚、ＣＰＵ１５に述べるように更新されるしきい値γが入力され、この更新されたしきい値γは、ＣＰＵ１５内のメモリ１５Ａに入力されるとともに更新されたしきい値γがＲＡＭ１７に格納される。このしきい値の更新動作に関するプログラムがＲＯＭ１６に格納されている。
【００２３】
ここで、接触検知センサ１１は、図３（ａ）に示すような出力特性を有している。図３（ａ）は、横軸にセンサに加わる圧力つまり接触量を示し、縦軸にセンサの出力電圧を示している。また、接触検知センサ１１は、センサに加わる圧力ｘに比例して出力電圧ｙが大きくなる、以下に示す(１)式のような特性を有している。尚、(１)式中のβ0は、センサ自体の処理回路の持つオフセットである。
【００２４】
出力電圧ｙ＝αｘ＋β0 …（１）
従って、このような接触検知センサ１１からの出力を用いて、標本４と対物レンズ６の接触を出来るだけ素早く検出するためには、上式（１）から出力電圧ｙをβ0に近づければよいことが分かる。そして、上述したＣＰＵ１５より設定される接触判定しきい値をγとすると、この接触判定しきい値γをβに極力近づければ、接触を精度よく判定することができる。ここで、接触判定しきい値γがβより大きすぎると、標本４と対物レンズ６の間に大きな接触圧力がかかり、双方のダメージ大きくなる。また、逆に、接触判定しきい値γがβより小さすぎると、標本４と対物レンズ６とが接触されていなくとも接触と判定する誤判定が生じる。
【００２５】
(１)式中のセンサ自体の処理回路が有するオフセットβは、周囲環境、主に環境温度に依存し、環境温度の変化に基づいて処理回路の温度がドリフトされ、或いは、抵抗値が変化されることにより、図３（ｂ）に示す値β１または図３（ｃ）に示すに値β２のように変動される。従って、一般には、オフセットβの変動分が予め予想されて接触判定しきい値γが設定されることが必要とされている。
【００２６】
この第１の実施の形態に係る顕微鏡システムでは、周囲環境に応じてオフセットβの変動があっても、常に最適な接触判定しきい値γが以下のようにして設定される。
【００２７】
図４は、接触判定しきい値γを設定するための手順を示すフローチャートである。この図４に示す手順では、電源が投入されると（ステップＳ１）、始めに、接触判定しきい値γがデフォルトの値である所定値γｄｅｆが設定される（ステップＳ２）。このデフォルト所定値γｄｅｆは、顕微鏡システムを使用する環境に応じて採用されるＭＡＸ値で、例えば図３（ｂ）に示すオフセットβ１に対して、さらにマージンを与えた値に相当している。
【００２８】
次に、時刻ｔが０に初期化され（ステップＳ３）、その後、時刻ｔの経過により時刻ｔが補正タイミングに対応する所定時間Ｔ０に達したかが繰り返し判断される。(ステップＳ４、Ｓ５)ここで、所定時間Ｔ０に達する毎に、標本４と対物レンズ６とが接触している可能性が最も低い状態で、しきい値を補正可能な状態かがチェックされる（ステップＳ６）。
【００２９】
ここで、しきい値の補正可能な状態とは、次の（ａ）〜（ｄ）の場合が相当している。
【００３０】
（ａ）オートフォーカスの為にステージ２の初期化等でステージ２が下限位置にある場合。
【００３１】
（ｂ）対物レンズの切換に伴いステージが退避されてステージ２が下がりきった時。
【００３２】
（ｃ）標本４の交換に伴いステージが退避されてステージ２が下がりきった時。
（ｄ）対物レンズが標本に焦点が合わされている合焦状態の時。
【００３３】
これら（ａ）〜（ｄ）の場合は、何れの状態においてもステージが移動される虞のないステージの固定状態に相当している。また、ステージ２は、ステージ制御部１４によって制御され、この制御の状況は、常にＣＰＵ１５においてモニターされている。従って、しきい値の補正可能な状態は、ＣＰＵ１５においてモニターされる。
【００３４】
しきい値を補正可能な状態と判断されると、ＣＰＵ１５は、接触検知センサ１１の出力電圧ｙｎを検出し(ステップＳ７)、この出力電圧ｙｎに所定のマージンδを加え、接触判定しきい値γｎとして出力する。
【００３５】
このようにして設定された接触判定しきい値γｎは、図２に示すようにＣＰＵ１５のメモリ１５Ａに一時的に格納され、Ｄ／Ａコンバータ１２Ｃを介してコンパレータ１２Ｂの他方の入力端子に与えられる。コンパレータ１２Ｂでは、接触検知センサ１１の出力電圧ｙｎと比較され、接触検知センサ１１からの出力電圧が、接触判定しきい値γｎより大きいと判断されると、標本４と対物レンズ６が接触していると判定され、ＣＰＵ１５の指示によりステージ制御部１４によるステージ２の移動制御が即時停止される。
【００３６】
このような顕微鏡システムにおいては、所定時間Ｔ０ごとに、しきい値が補正可能な状態であるか否かがが判断される。補正可能な状態であれば、この時の接触検知センサ１１の出力電圧ｙｎを基準として、この出力電圧ｙｎに所定のマージンδを加えて新たな接触判定しきい値γｎが求められる。この更新された接触判定しきい値γｎを用いて接触が検知される。従って、常に周囲環境応じて更新される接触判定しきい値γｎにより接触が判定され、精度の高い判定結果を得ることができる。これにより、標本４と対物レンズ６の過接触により双方にダメージを与えるような事態を事前に回避することができ、これら標本４及び対物レンズ６を確実に保護することができる。また、標本４と対物レンズ６が接触していないのに、顕微鏡操作を中断させるようなことも無くなり、常に安定した動作を期待できる。
【００３７】
(第２の実施の形態)
次に、この発明の第２の実施形態に係る顕微鏡システムについて説明する。
【００３８】
この場合、第２の実施形態が適用される顕微鏡システム及び接触判定部は、第１の実施の形態で説明した図１及び図２と同様なので、これらの図面を援用するものとし、ここでは、接触判定しきい値γの設定方法について図５のフローチャートを用いて説明する。
【００３９】
この接触判定しきい値γの設定方法においては、電源が投入されると（ステップＳ１１）、接触判定しきい値γがデフォルトの所定値γｄｅｆに設定される（ステップＳ１２）。この所定値γｄｅｆは、本装置を使用する環境に応じて採用されるＭＡＸ値で、例えば図３（ｂ）に示すβ１に対して、さらにマージンを取った値に相当している。
【００４０】
次に、時刻ｔ及び補正できない期間ｐが０に初期化され（ステップＳ１３）、その後、時刻ｔが経過して所定時間Ｔ０に達したかが繰り返し判断される(ステップＳ１４、Ｓ１５)。時刻ｔが所定時間Ｔ０に達する毎に、しきい値が補正可能な状態かがチェックされる（ステップＳ１６）。ここでの、しきい値の補正可能な状態の判断は、図４の説明と同様である。
【００４１】
ステップ１６において、しきい値が補正可能な状態と判断されないと、リセットタイミングに相当する補正できない期間ｐがカウントされる(ステップＳ１９)。そして、補正できない期間ｐが所定の期間Ｐ０に達したかが判断される(ステップＳ２０)このステップＳ２０において、補正できない期間ｐが期間Ｐ０に達していなければ、さらにしきい値が補正可能な状態かがチェックされる（ステップＳ１６）。ここで、期間Ｐ０に達する前に、しきい値の補正可能な状態と判断されると、ＣＰＵ１５は、接触検知センサ１１の出力電圧ｙｎを検出し(ステップＳ１７)、この出力電圧ｙｎに所定のマージンδを加え、更新された接触判定しきい値γｎを定め、この接触判定しきい値γｎをメモリ１５Ａに格納すると共にその接触判定しきい値γｎを出力する。
【００４２】
補正できない状態が所定の期間Ｐ０（ｐ＝Ｐ０）経過すると、ステップＳ１２に戻され、接触判定しきい値γが再度電源投入時と同様な大きなデフォルト値γｄｅｆに戻され、ステップＳ１３以降の動作が繰り返される。
【００４３】
尚、補正タイミングに対応する所定時間Ｔ０とリセットタイミングに相当する補正できない期間Ｐは、それぞれ固定値としたが、温度変化は電源投入時が最も大きいことに着目して、電源投入からの時間に応じて可変させるようにしても良い。
【００４４】
このような第２の実施例に係る顕微鏡システムにおいては、第１の実施例に係る顕微鏡システムと同様に、常に周囲環境応じて更新される接触判定しきい値γｎにより対物レンズと標本との接触が判定され、精度の高い判定結果を得ることができる。これにより、標本４と対物レンズ６の過接触により双方にダメージを与えるような事態を事前に回避することができ、これら標本４及び対物レンズ６を確実に保護することができる。また、標本４と対物レンズ６が接触していないのに、顕微鏡操作を中断させるようなことも無くなり、常に安定した動作を期待できる。また、第２の実施例に係る顕微鏡システムにおいては、補正できない状態が所定の期間Ｐ０続くと、接触判定しきい値γが初期状態の大きな値γｄｅｆに戻されて、再度設定のための動作が実行される。従って、しきい値が補正可能な状態かを判断する判断のモードのままに待機させることがなくなり、常に最新の環境周囲環境に応じた最適な接触判定しきい値γに設定することができる。
【００４５】
尚、上述した実施の形態では、対物レンズ６に対してステージ２を上下動させるシステムについて述べたが、対物レンズ６側を上下動させるシステムに本発明が適用されてもよい。また、標本４と対物レンズ６の接触を検知する接触検知センサ１１を対物レンズ６に設けた例を述べたが、レボルバ５に設ける等、対物レンズ６以外の場所に設けることもできる。さらに、上述では、標本４と対物レンズ６の接触を検知する接触検知センサ１１を用いたが、抵抗値の変化等を検出する圧覚センサ等を用いることもできる。さらに、上述では、観察対象物と対物レンズの接触状態を検出する場合を述べたが、これらの間の異常接近から過接触の可能性を検出して、観察対象物及び対物レンズを保護するようなものにも適用できる。
【００４６】
(第３の実施の形態)
次に、この発明の第３の実施形態に係る顕微鏡システムについて説明する。
【００４７】
この発明の第３の実施形態に係る顕微鏡システムは、図１に示した接触判定部１２が図６に示されるような回路構成を有している。
【００４８】
図６に示すように、接触検出部１２は、検出回路１２Ａ、コンパレータ１２Ｂ、Ｄ／Ａコンバータ１２Ｃ、Ａ／Ｄコンバータ１２Ｆ及び接触検出センサ１１からの検出信号から直流成分を除去するフィルタ回路１２Ｄから構成されている。
【００４９】
接触検出センサ１１が標本４に接触されると、接触に、例えば、接触力或いは圧力等に依存してこのセンサ１１から出力が発生される。この検出出力は、検出回路１２Ａに供給されて増幅される。検出回路１２Ａからの増幅信号号は、フィルタ回路１２Ｄに供給される。
【００５０】
フィルタ回路１２Ｄは、図７（ａ）及び（ｂ）に示すゲイン特性のフィルタを有し、検出回路１２Ａから検出信号のうち不要とする周波数成分がカットされ、必要とする周波数帯域の信号のみが出力される。
【００５１】
図７（ａ）は、１次ハイパスフィルタの周波数ｆに対するゲイン特性を示している。この図７（ａ）から明らかなように、低周波数成分（カットオフ周波数５Ｈｚ以下）のゲインが低いことから、このような特性を有するフィルタを含むフィルタ回路１２Ｄでは、検出信号中のＤＣ成分、即ち、低周波数成分が実質的に除去される。カットオフ周波数は、ＤＣ成分のみならず振動ノイズなどの低周波ノイズをできるだけカットできるように、ステージ２の動作速度及び検出センサ１１の検出感度から接触時における検出回路１２Ａの出力の立ち上がり速度、即ち、周波数が求められ、その周波数以下が除去されるように設定されることが望ましい。尚、このようなハイパスフィルタは、１次特性に限らず、２次以上の特性を有しても同様の効果を得ることができる。
【００５２】
図７（ｂ）は、微分ゲイン特性Ｆａ、比例ゲイン特性Ｆｂ及び積分ゲイン特性Ｆｃを組み合わせたバンドパスフィルタの特性を示している。このようなバンドパスフィルタの特性をフィルタ回路１２Ｄに与えることによって、これら微分ゲイン特性Ｆａ、比例ゲイン特性Ｆｂ及び積分ゲイン特性ＦｃによりＤＣ成分を含む低周波成分並びに高周波成分が除去される。
【００５３】
図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すゲイン特性を有するフィルタを含むフィルタ回路１２Ｄでは、検出回路１２Ａからの検出信号は、図７（ａ）に示す１次ハイパスフィルタにより低周波ノイズがカットされ、または、図７（ｂ）に示すバンドパスフィルタによりＤＣ成分を含む低周波ノイズ及び高周波ノイズがカットされ、必要とする周波数帯域の信号のみが増幅して出力される。
【００５４】
フィルタ回路１２Ｄの出力は、コンパレータ１２Ｂの一方の入力端子に供給される。コンパレータ１２Ｂの他方の入力端子には、ＣＰＵ１５から出力されるデジタルデータをＤ／Ａコンバータ１２Ｃによりアナログ変換したしきい値電圧が供給されている。コンパレータ１２Ｂでは、ＣＰＵ１５から供給されるしきい値電圧とフィルタ回路１２Ｄからの出力電圧との比較される。フィルタ回路１２Ｄからの出力電圧がしきい値電圧よりも大きい場合には、対物レンズ６と標本４が接触していると判断されてＣＰＵ１５及びステージ制御部１４に、コンパレータ１２Ｂから接触信号が送出される。
【００５５】
ここで、ステージ２が移動中である場合は、接触信号に応答してステージ制御部１４は、ステージ２の動作を一時的に強制静止させる。また、接触信号に応答してＣＰＵ１５は、ステージ制御部１４に対してステージ２を戻す指令を出力し、標本４と対物レンズ６がこれ以上接触しないような十分な距離を標本４と対物レンズ６との間に与えるようにステージを回避させる。
【００５６】
一方、ステージ２が静止している場合は、ステージ２が誤動作した可能性があるので、ステージ制御部１４は、接触信号に応答してステージ２の動作を一時的に強制静止させる。また、ＣＰＵ１５は、ステージ制御部１４に対してステージ２を戻す指令を出力し、標本４と対物レンズ６がこれ以上接触しないような十分な距離を標本４と対物レンズ６との間に与えるようにステージを回避させる。
【００５７】
このような顕微鏡システムにおいて、対物レンズ６の先端部に接触検出センサ１１が設けられ、ステージ２の移動により、対物レンズ６の先端部がステージ２上の標本４に接触したことが接触検出センサ１１によって検出される。この接触検出センサ１１からの検出出力は、フィルタ回路１２Ｄに送られる。このフィルタ回路１２Ｄにおいて、図７（ａ）に示す１次ハイパスフィルタによりＤＣ成分を含む低周波ノイズがカットされ、図７（ｂ）に示すバンドパスフィルタによりＤＣ成分を含む低周波ノイズ及び高周波ノイズがカットされ、必要とする周波数帯域の信号のみが増幅され、コンパレータ１２Ｂに送られる。コンパレータ１２Ｂにおいては、検出信号がしきい値電圧と比較され、この比較結果から対物レンズ６と標本４が接触していることが判断される。
【００５８】
この場合、図７（ａ）に示す１次ハイパスフィルタでは、ＤＣ成分のみならず振動ノイズなどの低周波ノイズをできるだけカットできるようにステージ２の動作速度と接触検出センサ１１の検出感度から接触時における検出回路１２Ａの出力の立ち上がり周波数が求められ、１次ハイパスフィルタでは、その周波数以下を除去できるように設定される。また、図７（ｂ）に示すバンドパスフィルタでは、微分ゲイン特性Ｆａ、比例ゲイン特性Ｆｂ及び積分ゲイン特性ＦｃによりＤＣ成分を含む低周波成分及び高周波成分を除去できるように設定されている。従って、接触検出センサ１１自身及び後段の処理手段に対する環境変化、例えば、温度、或いは、湿度の変化、又は、経時変化に起因する僅かなドリフトの影響を除去することができる。
【００５９】
これにより、コンパレータ１２Ｂにおいて、検出信号がしきい値電圧との比較され、比較結果から対物レンズ６と標本４との接触を高精度に、しかも、高速に検出することができる。その結果、対物レンズ６と標本４が接触する事故が発生しても、ステージ２の動作を一時的に強制静止させて、標本４と対物レンズ６がこれ以上接触しないような回避動作を精度よく、速やかに実行することができ、対物レンズ６と標本４の双方のダメージを最小限に止めることが可能となる。
【００６０】
また、コンパレータ１２Ｂでの、しきい値の設定により、ドリフト成分に相当とするＤＣ成分以外のノイズ成分、例えば、電源ノイズ等の電気ノイズ、或いは、振動等の機械ノイズによって生じる虞がある誤動作を防止でき、高精度な接触判定が可能となる。
【００６１】
図６に示されたフィルタ回路１２Ｄは、図７（ａ）に示すハイパスフィルタ及び図７（ｂ）に示すバンドパスフィルタを備えているが、いずれか一方のみを備えても良い。
【００６２】
このバンドパスフィルタは、次のようにしてその特性が定められても良い。図１に示す顕微鏡システムでは、５本の対物レンズ６、例えば、５倍、１０倍、２０倍、５０倍、１００倍の対物レンズ６が設けられ、各対物レンズ６には、同一の検出感度を有する接触センサ１１が取り付られている。尚、図面を簡略化する目的から図１には、３つの対物レンズ６のみが示され、３つの対物レンズの背後に位置される２つの対物レンズ６は、図１には、図示されていない。
【００６３】
接触センサ１１の感度を検出回路１２Ａの出力で表し、この出力感度を
S V/μｍ （例えば、１V/μｍ）
とする。
【００６４】
下記の説明においては、接触センサ１１が高感度のタイプ（S V/μｍ＝１V/μｍ）を代表例として説明する。但し、接触センサ１１については、感度が低いタイプ（S V/μｍ＝０．１V/μｍ）もあるので、この感度の低いタイプの接触センサ１１が採用された場合におけるバンドパスフィルタ（BPF）の特性についても後に付記する。
【００６５】
また，ステージ２の移動速度は、ステージ制御部１４によって選択された対物レンズ６の種類に応じて変更される。即ち、対物レンズ６の倍率に応じて、ステージ２の移動速度が定められ、選定された対物レンズ６に最適なフォーカス制御が実行される。ここで、それぞれの対物レンズ６に対する移動速度は、以下のテーブル１に示すように設定されている。
【００６６】
【表１】
【００６７】
このテーブル（１）におけるステージ移動速度は、対物レンズの焦点深度に比例して定められている。
【００６８】
このステージ移動速度に応じて接触センサ１１の感度に相当する検出回路１２Ａの出力は、対物レンズに応じて下記テーブル（２）に示すような出力となる。
【００６９】
【表２】
【００７０】
図８は、接触した瞬間を時間０としてその接触を開始してからの時間の経過と各対物レンズ６に設けたセンサ１１の感度に相当する検出回路１２Ａの出力（電圧）との関係を示している。ここで，コンパレータ１２Ｂのしきい値をr V（例えば、0.1V）とすると、それぞれの対物レンズに対する検出回路１２Ａの出力がしきい値に達する時間は、下記テーブル（３）で示される。
【００７１】
【表３】
【００７２】
以上より、センサ感度が高いタイプ（S V/μｍ＝１V/μｍ）の接触センサ１１が採用されている検出系においては、バンドパスフィルタ（BPF）は、r/S ms〜20r/S ms、例えば、0.1ms〜2msの時間間隔における変化する検出信号の通過を許し、それ以外のノイズに相当する信号を抑制する特性を有していれば良いこととなる。即ち、バンドパスフィルタ（BPF）は、S/20r Hz 〜 S/r Hz、例えば、５００Ｈｚ〜１０ｋＨｚの周波数帯域における検出信号の通過を許し、それ以外の信号を低減すれば良いこととなる。このようなバンドパスフィルタ特性は、図９に示すような特性となる。この図９に示すような特性を有するバンドパスフィルタ（BPF）は、１次のローパスフィルタと１次のハイパスフィルタで簡単に構成することができる。
【００７３】
センサ感度が低いタイプ（S V/μｍ＝０．１V/μｍ）の接触センサ１１が採用されている検出系においては、バンドパスフィルタ（BPF）は、r/S ms〜20r/S ms、例えば、１ms〜２０msの時間間隔における変化する検出信号の通過を許し、それ以外のノイズに相当する信号を抑制する特性を有していれば良いこととなる。即ち、バンドパスフィルタ（BPF）は、S/20r Hz 〜 S/r Hz、例えば、５０Ｈｚ〜１ｋＨｚの周波数帯域における検出信号の通過を許し、それ以外の信号を低減すれば良いこととなる。
【００７４】
以上から、センサ感度が種々のタイプ（S V/μｍ＝０．１〜１V/μｍ）の接触センサが検出系に用いられることを考慮すると、バンドパスフィルタ（BPF）は、r/S ms〜20r/S ms、例えば、0.1ms〜20msの時間間隔における変化する検出信号の通過を許し、それ以外のノイズに相当する信号を抑制する特性を有していれば良いこととなる。即ち、バンドパスフィルタ（BPF）は、S/20r Hz 〜 S/r Hz、例えば、５０Ｈｚ〜１０ｋＨｚの周波数帯域における検出信号の通過を許し、それ以外の信号を低減すれば良いこととなる。
【００７５】
図６に示すフィルタ回路１２Ｄは、図１０に示すような回路構成を有しても良い。このフィルタ回路１２Ｄは、より精度良く，かつ高速に接触信号を検出するために、５本の対物レンズ６に夫々対応する５つのフィルタ１２Ｄ１〜１２Ｄ５を備えている。５つのフィルタ１２Ｄ１〜１２Ｄ５は、それぞれ異なるフィルタ特性、例えば、夫々異なる微分フィルタ特性を有している。このフィルタ回路１２Ｄは、対物レンズ６が切り換えられて１つの対物レンズ６が選定されると、この選定された対物レンズ６に対応したスイッチング接点Ｇ１〜Ｇ５が切り換えられるスイッチ１２Ｇを含んでいる。対物レンズ６とフィルタ１２Ｄ１〜１２Ｄ５とは、次のような対応を有している。
【００７６】
５倍対物レンズ ： 第１フィルタ１２Ｄ１
１０倍対物レンズ ： 第２フィルタ１２Ｄ２
２０倍対物レンズ ： 第３フィルタ１２Ｄ３
５０倍対物レンズ ： 第４フィルタ１２Ｄ４
１００倍対物レンズ ： 第５フィルタ１２Ｄ５
ここで、第１〜第５フィルタ１２Ｄ１〜１２Ｄ５の特性について説明する。
【００７７】
既に説明したように接触センサ１１の感度に相当する検出回路１２Ａの出力がS V/μｍ （例えば、１V/μｍ）であれば、対物レンズ６に対するステージの移動速度はテーブル（１）のように設定される。
【００７８】
また、接触センサ１１の感度に相当する検出回路１２Ａの出力は、対物レンズに応じてテーブル（２）に示す関係となる。更に、センサの接触開始からの時間の経過と各対物レンズ６に設けたセンサ１１の感度に相当する検出回路１２Ａの出力（電圧）とは、図８に示される関係となる。更に、対物レンズに対する検出回路１２Ａの出力がしきい値r V（例えば、0.1V）に達する時間r/S ms（例えば、0.1 ms）は、テーブル（３）の関係となる。
【００７９】
ここで，簡単のため図８に示す接触出力信号（以下、単に直線信号と称する。）を正弦波信号に置き換えて考察する。図１１は、５倍対物レンズに相当する検出回路１２Ａの出力信号（直線信号）と、しきい値r V（例えば、0.1V）に到達する時点r/S ms（例えば、0.1 ms）までの直線信号の部分に近似する正弦波信号を示している。この正弦波信号は、最大の傾きが直線信号の傾きと一致するように、その振幅は、しきい値の半分r/2 V（例えば、0.05V）に、そのオフセットは、r /20 V、例えば、0.05Vに、また、周波数の逆数は、直線信号がしきい値r V（例えば、0.1V）に到達するまでの時間の約３倍（例えば、周波数は3.3kHz）になっている．
尚、この置き換えでは、しきい値r V（例えば、0.1V）に達するまでの時間に違いが生じるが，このズレは、後で述べるように問題にならないこととなる。
【００８０】
同様に，他の対物レンズに関する出力信号が正弦波に置き換えられと、各対物レンズに関して置き換えられた正弦波信号の周波数は、以下のテーブル（４）ような関係になる。
【００８１】
【表４】
【００８２】
同様にセンサ感度が低いタイプS V/μｍ （例えば、０．１V/μｍ）について、同様に考察すれば、正弦波信号の周波数は、以下のテーブル（５）ような関係になる。
【００８３】
【表５】
【００８４】
上述した考察を基に、各フィルタ１２Ｄ１〜１２Ｄ５は、それぞれの正弦波信号に対してより高速に検出するための微分器と、よりノイズを減らすための２次ローパスフィルタとで構成することができる。具体的には，図１２に示すように、５倍対物レンズ６に対応する第１フィルタ１２Ｄ１は、周波数S/3r kHz （例えば0.33 kHz〜3.3 kHz）の正弦波に対してゲイン×２の微分特性及びカットオフ周波数が正弦波の周波数の１０倍（例えば、3.3 kHz〜33kHz）の２次ローパスフィルタ特性を備えた特性とすることが好ましい。１０倍対物レンズ６に対応する第２フィルタ１２Ｄ２は、周波数S/3(2r) kHz （例えば、0.16 kHz〜1.65 kHz）の正弦波に対してゲイン×２の微分特性及びカットオフ周波数が正弦波の周波数の１０倍（例えば、1.65 kHz〜16.5kHz）の２次ローパスフィルタ特性を備えた特性とすることが好ましい。また、２０倍対物レンズ６に対応する第３フィルタ１２Ｄ３は、周波数S/3(4r) kHz （例えば、0.0825 kHz〜0.825 kHz）の正弦波に対してゲイン×２の微分特性及びカットオフ周波数が正弦波の周波数の１０倍（例えば、0.825 kHz〜8.25kHz）の２次ローパスフィルタ特性を備えた特性を備えた特性とすることが好ましい。５０倍対物レンズ６に対応する第４フィルタ１２Ｄ４は、周波数S/3(10r) kHz （例えば、0.033 kHz〜0.33 kHz）の正弦波に対してゲイン×２の微分特性及びカットオフ周波数が正弦波の周波数の１０倍（例えば、0.33 kHz〜3.3kHz）の２次ローパスフィルタ特性を備えた特性とすることが好ましい。更に、１００倍対物レンズ６に対応する第５フィルタ１２Ｄ５は、周波数S/3(20r) kHz （例えば、0.0165 kHz〜0.165 kHz）の正弦波に対してゲイン×２の微分特性及びカットオフ周波数が正弦波の周波数の１０倍（例えば、0.165 kHz〜1.65kHz）の２次ローパスフィルタ特性を備えた特性とすることが好ましい。
【００８５】
図１３は、５倍対物レンズ６に対応するセンサの直線信号に対して置き換えた破線で示す正弦波信号及びその正弦波信号が第１フィルタ１２Ｄ１を通過して出力される信号波形（実線で示されている。）を示している。この図１３に示すように、第１フィルタ１２Ｄ１を通過した信号波形は、その振幅がしきい値と等しく（例えば、0.1V）、オフセットを含まず、周波数は元の正弦波信号と同一信号になっている。尚、図１３に示される出力信号波形は、第１フィルタ中の微分器を通過していることから、直流（DC）成分が除去され、その位相がπ/2進んだ信号になっている。
【００８６】
ここで各フィルタ１２Ｄ１〜１２Ｄ５の微分特性が正弦波信号の周波数に対してゲイン×２となっている理由を簡単に説明する。置き換えの正弦波信号の振幅は、しきい値の半分となっているが、これは、フィルタから出力される出力信号の振幅をしきい値と等しくなるようにするためである。即ち、フィルタにおいて、置き換えの正弦波信号には、しきい値の半分のオフセットが加算されるからである。尚、ゲインは、×２以上であれば、同様の効果を得られるが、正弦波信号の周波数の0.5〜100倍に相当する周波数成分のノイズも正弦波信号と同様に増幅されることから、概略×１０倍以内に設定することが望ましい。
【００８７】
また，ノイズを減少させための２次ローパスフィルタのカットオフ周波数が正弦波信号の周波数の１０倍に設定されている理由は、正弦波信号の周波数近傍（0.1〜10倍の周波数領域）において完全に微分特性が得られるように、言い換えれば、２次ローパスフィルタの特性が正弦波信号に影響を与えないようにするためである．
さらに，上記した直線信号と正弦波信号のしきい値に達する時間のズレについては、微分器が正弦波信号の周波数近傍（0.1〜10倍の周波数領域）において略完全に動作するので、多少の近似的なズレは影響がないからである。
【００８８】
以上のように、各フィルタ１２Ｄ１〜１２Ｄ５により、それぞれの正弦波信号が微分処理されることにより、高速での接触を検出することが可能となる。また各フィルタの２次ローパスフィルタによりそれぞれの正弦波信号のノイズを減らすことができることから、より高精度に接触を検出することができる。
【００８９】
尚、第１〜第３の実施の形態に係る顕微鏡システムにおいては、圧力センサ、或いは、接触センサ１１が対物レンズ６の先端に設けられているが、対物レンズの先端に代えてステージ２上に設けられても良い。ステージ２上に圧力センサ、或いは、接触センサ１１が設けられる場合には、図１４に示すようにリング状の圧力センサ、或いは、接触センサ１１が枠体４０内に配置され、その枠体４０内で透明な支持板４２、或いは、照明用光線の通過孔を有する支持板４２が圧力センサ、或いは、接触センサ１１上に載置され、この支持板４２上に標本が載せられて対物レンズ６による観察に供される。
【００９０】
透過光源系では、光線がステージ２に設けられた光線の通過孔及び支持板４２或いは支持板の光線通過孔を介して標本４に照射される。
【００９１】
図１４に示す顕微鏡システムでは、顕微鏡の対物レンズ６が標本４に触れると、その触れることによる僅かな圧力が支持板４２を介してリング状の圧力センサ、或いは、接触センサ１１に伝達される。従って、圧力センサ、或いは、接触センサ１１からは、接触に伴う検出信号が出力される。この出力信号の処理に関しては、図１〜図１３を参照した説明と同様であるのでその説明を省略する。
【００９２】
(第４の実施の形態)
この発明の第４の実施形態に係る顕微鏡システムについて、図１５（ａ）及び図１５（ｂ）を参照して説明する。この第４の実施形態に係る顕微鏡システムにおいては、標本４にセンサ１１を接触させない非接触状態において、対物レンズ６と標本４との過接触の可能性を検出することができる。この顕微鏡システムにおいては、この非接触センサとして、静電容量タイプのセンサ５０が採用される。
【００９３】
静電容量センサ５０は、接触センサ１１と同様に対物レンズ６の先端に装着されている。静電容量センサ５０では、標本４が導電体であれば、図１５（ａ）に示すように静電容量センサ５０と標本４の距離ｄ１に応じて電圧が出力される。また、静電容量センサ５０では、標本４が導電体でない場合には、図１５（ｂ）に示すように静電容量センサ５０とステージ２の距離ｄ２に応じて電圧が出力される。
【００９４】
静電容量タイプのセンサ５０が採用される顕微鏡システムにおいては、接触判定部１２の回路構成を含め、第１の実施の形態に係る顕微鏡システムとその構成が同様であるのでその説明を省略する。静電容量タイプのセンサ５０が採用される顕微鏡システムについては、その詳細は、図１及び図２の説明を参照されたい。以下の説明においては、図１及び図２において、接触センサ１１に代えて静電タイプのセンサ５０が増幅器１２Ａに接続されているものとして説明する。
【００９５】
図２に示されるように、静電容量センサ５０からの出力は増幅器１２Ａに入力されて増幅される。増幅されたセンサ信号は、２つの入力電圧の大小を比較し、２入力の大小の結果で出力電圧が決定するコンパレータ１２Ｂの一方の入力端に入力される。コンパレータ１２Ｂの他方端には、しきい値電圧としてＣＰＵ１２から出力されるデジタルデータがＤＡコンバータ１２Ｃを介してアナログに変換され、入力されている。コンパレータ１２Ｂは、ＣＰＵ１２から出力されるデフォルトのしきい値電圧と静電容量センサ５０からの出力電圧を比較している。コンパレータ１２Ｂにおいて、静電容量センサ５０からの出力電圧がしきい値電圧より低い場合には対物レンズ４と標本２が所定の範囲を超えて近接していると検知してその検知信号がＣＰＵ１２及びステージ制御部９に供給される。ＣＰＵ１２及びステージ制御部９は、この検知信号に応答して所定の過接触回避動作を実行する。
【００９６】
図１６（ａ）から（ｃ）は、静電容量センサからの出力信号を示している。図１６（ａ）は、標本４が導電体である場合の理想的な出力特性を示している。この図１６（ａ）においては、静電容量センサ５０を装着した対物レンズ６が標本４と接触している状態、即ち、対物レンズ６と標本４との間のギャップｄ１がゼロ（ｄ１＝０）の状態において、対物レンズ６と標本４との間の静電容量がゼロで実質的に両者は、導通可能な状態となる。従って、静電容量センサ５０からの出力電圧は、０となる。これに対して、対物レンズ６と標本４との間のギャップの距離ｄ１が大きくなると、静電容量センサ５０からの出力が高くなる。
【００９７】
また、図１６（ａ）から図１６（ｃ）中における破線で示す距離ｄ０は、標本４に対物レンズ６がフォーカスされた際の対物レンズ６と標本４の距離、Ｗ．Ｄ．を示し、そのときの静電容量センサ５０からの出力は、δ０で表される。
【００９８】
ここで、対物レンズ６と標本４とが最近接した際にそれ以上の接近を許さない距離に相当するしきい値γは、標本４自体の段差及び標本４がウェハなどの場合のソリなどを考慮して、ある値、例えば、δ０／２に設定される。このしきい値がδ０／２に設定されると、対物レンズ６と標本４の距離は、図１６（ａ）に示すようにｄｌ以下となることはなく、対物レンズ６と標本４は、接触することが防止される。
【００９９】
しかし、図３（ｂ）及び図３（ｃ）を参照して説明したように、出力電圧は、センサ５０、或いは、その処理回路において図１６（ｂ）或いは図１６（ｃ）に示すように変動される。図１６（ｂ）或いは図１６（ｃ）において、しきい値γがδ０／２に固定されている状態で、出力のオフセットが高くなると、対物レンズ６と標本４の距離ｄ０以下になっても、センサ５０からの出力は、しきい値γに達しない虞がある。最悪の場合には、図１６（ｃ）に示すように、センサ５０からの出力は、しきい値γに達したさいには、対物レンズ６が標本４に過接触する虞がある。尚、図１６（ｂ）及び図１６（ｃ）においては、対物レンズ６と標本４との間の距離がｄ１に達した際の静電容量センサ５０からの出力δ１及びδ２（δ１,δ２＞δ０）を示している。
【０１００】
従って、この発明の第４の実施形態に係る顕微鏡システムにおいては、図１７に示すように、検出判定しきい値γが定期的に更新されてオフセットがキャンセルされた検出判定しきい値γで静電容量センサ５０からの出力がコンパレータ１２Ｂで判定される。図１７を参照して検出判定しきい値γの更新について説明する。
【０１０１】
図１７に示すように、電源が投入されると（ステップＳ４０）、しきい値電圧γが所定値γｄｅｆに設定される。（ステップＳ４１）
ここで、この所定値γｄｅｆは、例えば、以下の方法で算出された電圧から所定のマージン与えて決定される。
【０１０２】
(1) 標本４の厚みや導電率から算出する
(2) ユーザのマニュアル操作により、一旦、対物レンズを標本にフォーカスさせてそのときの静電容量センサ出力から算出する
(3) 上述した(1)及び(2)などの方法により、求めた値をデータベース化し、そのデータのいずれかを指定する
ステップＳ４１に続いて、時刻ｔが０に初期化され（ステップＳ４２）、その後、時刻ｔの経過により時刻ｔが補正タイミングに対応する所定時間Ｔ０に達したかが繰り返し判断される。(ステップＳ４３、Ｓ４４)ここで、所定時間Ｔ０に達する毎に、標本４と対物レンズ６とが接触している可能性が最も低い状態で、しきい値を補正可能な状態かがチェックされる（ステップＳ４５）。ここで、しきい値電圧を補正可能状態とは、オートフォーカスシステムが合焦状態と判断する状態に相当している。
【０１０３】
しきい値補正可能状態と判定されると、ＣＰＵ１２は、静電容量センサの出力電圧Ｙｎを検出し、（ステップＳ４６）しきい値電圧γｎが更新される。（ステップＳ４７）そして、再びステップＳ４２に戻される。
【０１０４】
以上のように、この発明の第４の実施形態に係る顕微鏡システムによれば、対物レンズと標本の近接が高精度に検知されることから、確実に対物レンズ６と標本４との過接触を防止することが可能となる。
【０１０５】
尚、上述した第１から第４の実施の形態に係る顕微鏡システムでは、ステージを上下させる機構について説明しているが、これを対物レンズが上下する機構であっても、同様にこの発明を適応することが可能であることは明らかである。また、上述した実施の形態では、対物レンズ６と標本４の接触を検出する接触検出センサ１１を対物レンズ６の先端に設けているが、これに限られるものでなく、接触検出センサ１１を対物レンズ６の電動レボルバ５への接合部や対物レンズ６内部に設けても、同様にこの発明を適応することが可能であることは明らかである。
【０１０６】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、環境変化(温度や湿度の変化)や経時変化に起因するドリフトの影響を除去することができ、対物レンズと観察対象物の接触検出を精度よく行うことができる顕微鏡システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施形態に係る顕微鏡システムを概略的に示すブロック図である。
【図２】図１に示される接触判定部を概略的に示すブロック図である。
【図３】（ａ）から（ｃ）は、夫々図２に示される接触検出センサの出力特性を示すグラフである。
【図４】図１に示した顕微鏡システムにおいて、接触判定しきい値を設定するための動作を説明するフローチャートである。
【図５】図１に示した顕微鏡システムにおいて、接触判定しきい値を設定するための動作を説明するこの発明の第２の実施の形態に係るフローチャートである。
【図６】図１に示されるこの発明の第３の実施形態に係る接触判定部を概略的に示すブロック図である。
【図７】（ａ）及び（ｂ）は、図６に示されるフィルタ回路が有するゲイン特性を示すグラフである。
【図８】図６に示される接触判定部において、接触センサが標本への接触を開始してからの時間の経過と各接触センサの感度に相当する検出回路の出力電圧との関係を示すグラフである。
【図９】図６に示されるフィルタ回路が有するバンドパス特性を説明する為のグラフである。
【図１０】図６に示される接触判定部の変形例に係るフィルタ回路を示すブロック図である。
【図１１】図１０に示すフィルタ回路における５倍対物レンズに相当する検出回路１２Ａの出力信号及びしきい値r Vに到達する時点r/S msまでの直線信号の部分に近似する正弦波信号を示す波形図である。
【図１２】図１０に示すフィルタ回路における各フィルタのゲインと周波数との関係を示すグラフである。
【図１３】図１０に示すフィルタ回路における５倍対物レンズに対応するセンサの直線信号に対して置き換えた破線で示す正弦波信号及びその正弦波信号が第１フィルタを通過して出力される信号波形を示している。
【図１４】図１に示した顕微鏡システムの変形実施例に係るセンサ機構を概略的に示す断面図である。
【図１５】（ａ）及び（ｂ）は、この発明の第４の実施形態に係る顕微鏡システムのセンサ機構を概略的に示す断面図である。
【図１６】（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、図１５（ａ）及び（ｂ）に示した静電容量センサからの出力信号を示すグラフである。
【図１７】図１５（ａ）及び（ｂ）に示したセンサ機構を利用した顕微鏡システムにおいて、接触判定しきい値を設定するための動作を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
１．．．顕微鏡本体
１Ａ．．．ベース部
１Ｂ．．．胴部
１Ｃ．．．対物アーム
２．．．ステージ
４．．．標本
５．．．電動レボルバ
６．．．対物レンズ
７．．．ＡＦユニット
８．．．鏡筒
９．．．接眼レンズ
１０．．．透過用光源
１１．．．接触検知センサ
１２．．．接触判定部
【発明の属する技術分野】
この発明は、顕微鏡システムに係り、特に、観察対象物と対物レンズとが過接触することを防止する機能を有する顕微鏡システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、工業分野での微細化されたＩＣ配線等の検査及び医学分野での細胞核内の調査等には、観察対象物、即ち、被検査体を高倍率で観察することが可能な顕微鏡が多く用いられるようになっている。
【０００３】
ところで、このような顕微鏡を用いて高倍率で被検査体を観察し、且つ、高い解像度で被検査体の観察画像を得るには、高ＮＡを有する対物レンズを用いることは、避けられないとされている。しかし、高ＮＡを有する対物レンズが用いられれば用いられる程、観察対象物と対物レンズは、より接近する。例えば、ＮＡ＝０．９で倍率が１００倍の対物レンズでは、観察対象物と対物レンズの間の距離、いわゆるＷ．Ｄ(Working Distance)は、２００［μm］となる。
【０００４】
ところが、上述したようにＷ．Ｄが短くなると、観察対象物と対物レンズとの接触が発生し易くなる。特に、観察対象物が上述したような微細化されたＩＣ配線、或いは、細胞核のように非常に微細なものの場合、対物レンズが観察対象に接触することにより観察対象物を損傷させてしまうおそれがある。また、観察対象物が金属のような硬いものである場合は、対物レンズが観察対象に接触すると、対物レンズを損傷させるおそれもある。
【０００５】
従来、観察対象物と対物レンズの過接触を防止するため、種々の過接触防止システムが提案されている。例えば、特開平５−２６６１２号公報及び特開平１０−２６０３６１号公報には、観察対象物と対物レンズとの接触を検知する圧力検知センサまたは接触センサを設けて観察対象物と対物レンズとの過接触を防止する顕微鏡システムが開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このような過接触防止システムは、観察対象物と対物レンズとが接触したことに応答して、これら観察対象物または対物レンズが損傷を受けることを防止するために、損傷が生じる前にシステムを作動させて顕微鏡の操作を中断させている。従って、検出センサが用いられるシステムでは、検出センサからの出力がモニターされ、接触したと判断するしきい値が接触直後に得られるセンサ出力にできるかぎり近けられることが重要とされている。これにより、顕微鏡操作を素早く中断させ、観察対象物に与える影響を最小限に抑えることができる。しかしながら、センサ自身、または、センサ出力を処理する回路が周囲温度の変化による影響を受けることから、実際のしきい値は、マージンを取るように設定される。従って、このマージンの取り方によっては、正確に観察対象物と対物レンズとが接触したことを判断ができない問題がある。特に、観察対象物である標本を透過した光線で対象物を観察する透過光源を用いる顕微鏡システムでは、観察対象物に近接してセンサが設けられ、観察時には、このセンサにも透過光線が入射され、このセンサ自身の温度が僅かながら変化させられる虞がある。センサの温度変化が原因でこのセンサの特性が変化し、正確に観察対象物と対物レンズとが接触したことを判断ができない虞がある。
【０００７】
このことは、特開平５−２６６１２号公報に開示された圧力検知センサを用いた顕微鏡システムにおいても、また、特開平１０−２６０３６１号公報に開示された接触センサを用いた顕微鏡システムにおいても、上記問題の解決方法については、開示されていない。従って、これら公報に開示された従来の顕微鏡システムでは、センサ出力に対するマージンが大きすぎると、センサからの出力で観察対象物と対物レンズとが接触したと判断され、顕微鏡操作を中断させても、すでに、観察対象物と対物レンズとが接触して観察対象物に損傷を与えていることがある。また、センサ出力に対するマージンが小さいと、観察対象物と対物レンズとが接触していないのに、顕微鏡操作を中断させてしまい、安定した接触を判断することができない問題がある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上述した事情に鑑みなされたものであって、その目的は、観察対象物と対物レンズとの接触を高い精度で検出して両者が過接触していずれか又は両者に損傷を与えることを防止することができる過接触防止機能を有する顕微鏡システムを提供することにある。
【０００９】
この発明によれば、観察対象物を載置する為のステージに対してこの観察対象物を観察する為の対物レンズを光軸方向に相対的に移動可能な顕微鏡システムにおいて、前記観察対象物と前記対物レンズとの間の非接触及び接触に対応する接触状態を検出し、接触状態に応じて信号を出力する検出手段と、前記検出手段の出力に基づいて、前記観察対象物と前記対物レンズとの接触状態が所定値を超えたことを判定して過接触信号を出力する判定手段であって、この判定手段は、接触判定の判定基準となるしきい値を設定するしきい値設定手段及び設定されたしきい値と前記検出手段の出力を比較する比較器を備え、前記しきい値設定手段は前記観察対象物と前記対物レンズとが分離されている状態において、前記検出手段の出力に基づいてしきい値を再設定する判定手段と、及び前記過接触信号に応答して前記ステージと前記対物レンズの相対的移動を制御する制御手段と、を具備する顕微鏡システムが提供される。
また、観察対象物を載置する為のステージに対してこの観察対象物を観察する為の対物レンズが光軸方向に相対的に移動可能なステージ制御部を備えた顕微鏡システムにおいて、前記対物レンズの先に取り付けられ、前記対物レンズと前記観察対象物の接触を検知する接触検知センサと、前記接触検知センサの検出信号から前記対物レンズと前記観察対象物の接触状態を判定する接触判定部により少なくとも前記ステージ制御部を制御する制御手段と、前記接触判定部に接続された第１のメモリと第２のメモリとを有し、過接触を防ぐ前記接触検知センサの第１の出力信号に相当する第１のオフセット量に一定加圧量を加えた値を第１のデフォルト値として前記第１のメモリに格納し、
前記観察対象物と前記対物レンズとが分離されている状態における前記接触検知センサの出力信号に前記一定加圧量を加えた値をしきい値とし、前記第２のメモリに最新のしきい値を格納することを一定時間毎に順次繰り返し、前記第２のメモリに格納された最新のしきい値以下になるようにステージ制御部で前記ステージを制御し、前記観察対象物と前記接触検知センサの接触圧力が一定以下になるように前記制御手段で制御する顕微鏡システムが提供される。
【００１０】
この発明の顕微鏡装置においては、常に周囲環境に応じて更新されるしきい値により観察対象物と対物レンズの過接触の可能性を判定できるので、精度の高い判定結果が得られ、観察対象物と対物レンズの過接触により双方にダメージを与えるような事態を回避することができる。
【００１１】
また、観察対象物と対物レンズの過接触する可能性が低い状態が所定時間確認できないと、しきい値を予め設定された初期値に戻すようにしているので、観察対象物と対物レンズの過接触する可能性が低い状態になるまで待機することがなくなり、常に最新の環境周囲環境に応じた最適なしきい値を設定することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の一実施の形態に係る過接触防止機能を備えた顕微鏡システムを説明する。
【００１３】
(第１の実施の形態)
図１は、この発明の一実施の形態に係る過接触防止機能を備えた顕微鏡システムを概略的に示している。図１において、符号１は、顕微鏡本体を示し、この顕微鏡本体１は、水平方向のベース部１Ａと、このベース部１Ａに対し直立して設けられた胴部１Ｂを有し、この胴部１Ｂの先端部に、ベース部１Ａに対し平行な対物アーム１Ｃが設けられている。
【００１４】
顕微鏡本体１の胴部１Ｂには、ステージ２が後述する対物レンズ６の光軸方向に沿って上下動可能に設けられている。このステージ２は、ステージモータ３によって上下方向に電動駆動されることができる。ステージ２には、標本４が載置されている。
【００１５】
対物アーム１Ｃには、電動レボルバ５が設けられている。このレボルバ５には、ステージ２上の標本４に対向して複数の対物レンズ６が設けられている。例えば、高機能顕微鏡では、レボルバ５には、５つの対物レンズが設けられている。レボルバ５が回転操作されることによって、これら対物レンズ６が選択的に光路上に切り換えられ、ユーザが選定した１つの対物レンズ１Ｃが光路上に配置される。対物アーム１Ｃの上方には、ＡＦ(auto focus)ユニット７が設けられ、このＡＦ(auto focus)ユニット７上に鏡筒８が設けられている。この鏡筒８には、接眼レンズ９が設けられている。
【００１６】
顕微鏡本体１の胴部１Ｂの下部には、透過用光源１０が設けられている。この透過用光源１０からの照明光線は、ベース部１Ａ内部に配置された図示しないＮＤフィルタ、開口絞り、視野絞りを介してステージ２の下方から標本４に入射され、また、標本４を透過した光束は、対物レンズ６及びＡＦユニット７を通過して、その一部が鏡筒８を介して接眼レンズ９に導かれる。
【００１７】
対物レンズ６の先端部には、標本４と対物レンズ６との接触を検出する接触検知センサ１１が設けられている。この接触検知センサ１１は、標本４と対物レンズ６との僅かな接触を精度良く検出している。この明細書において、標本４と対物レンズ６との接触は、標本４或いは対物レンズ６に損傷を与えないように両者が触れる状態を意味し、標本４と対物レンズ６とが過接触するとは、両者に圧力が与えられるような強い接触、或いは、両者に瞬間的に強い圧力が与えられるような急激な接触を意味し、過接触の結果としていずれかが損傷するか否かは問わない。また、接触検知センサ１１は、標本４と対物レンズ６の接触を検知して所定の出力を発生するようなセンサであればどのようなタイプのセンサであっても良い。
【００１８】
接触検知センサ１１には、接触を判定する接触判定部１２が接続され、レボルバ５の対物レンズ切換機構には、対物レンズ切換機構制御部１３が接続され、ステージモータ３には、ステージ制御部１４がそれぞれ接続されている。これら接触判定部１２、対物レンズ切換機構制御部１３、ステージ制御部１４には、各部を制御するＣＰＵ１５が接続されている。また、ＣＰＵ１５には、ＡＦユニット７及びユーザ操作部１６が接続されている。接触検知センサ１１は、対物レンズ１１、レボルバ５及び対物アーム１Ｃ内を延びる信号線及び信号線を電気的に接続する接続機構を介して接触判定部１２に接続されている。この信号線及び接続機構は、日本公開公報２０００−１９９８５８に開示されている。これら信号線及び接続機構は、この公開公報を引用することによってその詳細な説明は省略する。
【００１９】
接触判定部１２は、接触検知センサ１１が標本４と対物レンズ６との接触を検知して所定の出力が検出されると、接触信号をＣＰＵ１５に出力する。
【００２０】
ＡＦユニット７からのデフォルト信号に基づいてＣＰＵ１５は、ステージ制御部１４を制御している。即ち、デフォルト信号に応答して、ステージ制御部１４は、ステージモータ３を駆動してステージ２を上下動させ、標本４と対物レンズ６の相対距離を変化させて対物レンズ６の合焦を制御している。また、デフォルト信号に応答して、ＣＰＵ１５は、対物レンズ切換機構制御部１３に対物レンズの切換を指示して所定の対物レンズ６を光路上に配置させている。また、接触判定部１２が標本４と対物レンズ６との接触を判定すると、ＣＰＵ１５は、ステージ制御部１４に過接触回避の指示を与え、この過接触回避指示に応答してステージ制御部１４は、ステージ２の移動制御を即時停止させ、標本４と対物レンズ６とが接触する方向にさらに移動することを規制している。
【００２１】
ユーザ操作部１６には、ユーザによって各種指示が与えられる。即ち、ユーザ操作部１６のユーザ操作によって、ＣＰＵ１５に対してＡＦユニット７によるオートフォーカス動作のオン／オフ、或いは、対物レンズ６の切換等が指示される。
【００２２】
図２には、接触判定部１２の概略的なブロックが示されている。この接触判定部１２は、増幅器１２Ａ、コンパレータ１２Ｂ、Ｄ／Ａコンバータ１２Ｃ、Ａ／Ｄコンバータ１２Ｅ、１２Ｆから構成されている。この接触判定部１２においては、接触検知センサ１１から入力される検知信号は、増幅器１２Ａで増幅され、コンパレータ１２Ｂの一方の入力端子に出力電圧として入力される。コンパレータ１２Ｂの他方の入力端子には、ＣＰＵ１５よりＤ／Ａコンバータ１２Ｃを介して、接触判定しきい値γが入力されている。接触判定しきい値γは、デフォルトの値がＲＯＭ１６に格納され、接触判定部１２における判定が開始されると、そのデフォルトのしきい値γがＣＰＵ１５内のメモリ１５Ａに格納され、このしきい値γがＤ／Ａコンバータ１２Ｃでアナログ信号に変換されてアナログ信号のしきい値信号がコンパレータ１２Ｂに与えられる。コンパレータ１２Ｂでは、この接触判定しきい値γと接触検知センサ１１からの出力電圧とが比較される。この接触検知センサ１１からの出力電圧が接触判定しきい値γより大きい場合には、コンパレータ１２Ｂは、標本４と対物レンズ６が接触していると判断して接触信号をＣＰＵ１５及びステージ制御部１４に出力する。この接触信号に応答して、ステージ制御部１４は、ステージ２の移動制御を即時停止し、ＣＰＵ１５は、この接触信号に応答してステージ制御部１４は、ステージ２を対物レンズ６から退避させるように所定距離だけ移動させる。尚、ＣＰＵ１５に述べるように更新されるしきい値γが入力され、この更新されたしきい値γは、ＣＰＵ１５内のメモリ１５Ａに入力されるとともに更新されたしきい値γがＲＡＭ１７に格納される。このしきい値の更新動作に関するプログラムがＲＯＭ１６に格納されている。
【００２３】
ここで、接触検知センサ１１は、図３（ａ）に示すような出力特性を有している。図３（ａ）は、横軸にセンサに加わる圧力つまり接触量を示し、縦軸にセンサの出力電圧を示している。また、接触検知センサ１１は、センサに加わる圧力ｘに比例して出力電圧ｙが大きくなる、以下に示す(１)式のような特性を有している。尚、(１)式中のβ0は、センサ自体の処理回路の持つオフセットである。
【００２４】
出力電圧ｙ＝αｘ＋β0 …（１）
従って、このような接触検知センサ１１からの出力を用いて、標本４と対物レンズ６の接触を出来るだけ素早く検出するためには、上式（１）から出力電圧ｙをβ0に近づければよいことが分かる。そして、上述したＣＰＵ１５より設定される接触判定しきい値をγとすると、この接触判定しきい値γをβに極力近づければ、接触を精度よく判定することができる。ここで、接触判定しきい値γがβより大きすぎると、標本４と対物レンズ６の間に大きな接触圧力がかかり、双方のダメージ大きくなる。また、逆に、接触判定しきい値γがβより小さすぎると、標本４と対物レンズ６とが接触されていなくとも接触と判定する誤判定が生じる。
【００２５】
(１)式中のセンサ自体の処理回路が有するオフセットβは、周囲環境、主に環境温度に依存し、環境温度の変化に基づいて処理回路の温度がドリフトされ、或いは、抵抗値が変化されることにより、図３（ｂ）に示す値β１または図３（ｃ）に示すに値β２のように変動される。従って、一般には、オフセットβの変動分が予め予想されて接触判定しきい値γが設定されることが必要とされている。
【００２６】
この第１の実施の形態に係る顕微鏡システムでは、周囲環境に応じてオフセットβの変動があっても、常に最適な接触判定しきい値γが以下のようにして設定される。
【００２７】
図４は、接触判定しきい値γを設定するための手順を示すフローチャートである。この図４に示す手順では、電源が投入されると（ステップＳ１）、始めに、接触判定しきい値γがデフォルトの値である所定値γｄｅｆが設定される（ステップＳ２）。このデフォルト所定値γｄｅｆは、顕微鏡システムを使用する環境に応じて採用されるＭＡＸ値で、例えば図３（ｂ）に示すオフセットβ１に対して、さらにマージンを与えた値に相当している。
【００２８】
次に、時刻ｔが０に初期化され（ステップＳ３）、その後、時刻ｔの経過により時刻ｔが補正タイミングに対応する所定時間Ｔ０に達したかが繰り返し判断される。(ステップＳ４、Ｓ５)ここで、所定時間Ｔ０に達する毎に、標本４と対物レンズ６とが接触している可能性が最も低い状態で、しきい値を補正可能な状態かがチェックされる（ステップＳ６）。
【００２９】
ここで、しきい値の補正可能な状態とは、次の（ａ）〜（ｄ）の場合が相当している。
【００３０】
（ａ）オートフォーカスの為にステージ２の初期化等でステージ２が下限位置にある場合。
【００３１】
（ｂ）対物レンズの切換に伴いステージが退避されてステージ２が下がりきった時。
【００３２】
（ｃ）標本４の交換に伴いステージが退避されてステージ２が下がりきった時。
（ｄ）対物レンズが標本に焦点が合わされている合焦状態の時。
【００３３】
これら（ａ）〜（ｄ）の場合は、何れの状態においてもステージが移動される虞のないステージの固定状態に相当している。また、ステージ２は、ステージ制御部１４によって制御され、この制御の状況は、常にＣＰＵ１５においてモニターされている。従って、しきい値の補正可能な状態は、ＣＰＵ１５においてモニターされる。
【００３４】
しきい値を補正可能な状態と判断されると、ＣＰＵ１５は、接触検知センサ１１の出力電圧ｙｎを検出し(ステップＳ７)、この出力電圧ｙｎに所定のマージンδを加え、接触判定しきい値γｎとして出力する。
【００３５】
このようにして設定された接触判定しきい値γｎは、図２に示すようにＣＰＵ１５のメモリ１５Ａに一時的に格納され、Ｄ／Ａコンバータ１２Ｃを介してコンパレータ１２Ｂの他方の入力端子に与えられる。コンパレータ１２Ｂでは、接触検知センサ１１の出力電圧ｙｎと比較され、接触検知センサ１１からの出力電圧が、接触判定しきい値γｎより大きいと判断されると、標本４と対物レンズ６が接触していると判定され、ＣＰＵ１５の指示によりステージ制御部１４によるステージ２の移動制御が即時停止される。
【００３６】
このような顕微鏡システムにおいては、所定時間Ｔ０ごとに、しきい値が補正可能な状態であるか否かがが判断される。補正可能な状態であれば、この時の接触検知センサ１１の出力電圧ｙｎを基準として、この出力電圧ｙｎに所定のマージンδを加えて新たな接触判定しきい値γｎが求められる。この更新された接触判定しきい値γｎを用いて接触が検知される。従って、常に周囲環境応じて更新される接触判定しきい値γｎにより接触が判定され、精度の高い判定結果を得ることができる。これにより、標本４と対物レンズ６の過接触により双方にダメージを与えるような事態を事前に回避することができ、これら標本４及び対物レンズ６を確実に保護することができる。また、標本４と対物レンズ６が接触していないのに、顕微鏡操作を中断させるようなことも無くなり、常に安定した動作を期待できる。
【００３７】
(第２の実施の形態)
次に、この発明の第２の実施形態に係る顕微鏡システムについて説明する。
【００３８】
この場合、第２の実施形態が適用される顕微鏡システム及び接触判定部は、第１の実施の形態で説明した図１及び図２と同様なので、これらの図面を援用するものとし、ここでは、接触判定しきい値γの設定方法について図５のフローチャートを用いて説明する。
【００３９】
この接触判定しきい値γの設定方法においては、電源が投入されると（ステップＳ１１）、接触判定しきい値γがデフォルトの所定値γｄｅｆに設定される（ステップＳ１２）。この所定値γｄｅｆは、本装置を使用する環境に応じて採用されるＭＡＸ値で、例えば図３（ｂ）に示すβ１に対して、さらにマージンを取った値に相当している。
【００４０】
次に、時刻ｔ及び補正できない期間ｐが０に初期化され（ステップＳ１３）、その後、時刻ｔが経過して所定時間Ｔ０に達したかが繰り返し判断される(ステップＳ１４、Ｓ１５)。時刻ｔが所定時間Ｔ０に達する毎に、しきい値が補正可能な状態かがチェックされる（ステップＳ１６）。ここでの、しきい値の補正可能な状態の判断は、図４の説明と同様である。
【００４１】
ステップ１６において、しきい値が補正可能な状態と判断されないと、リセットタイミングに相当する補正できない期間ｐがカウントされる(ステップＳ１９)。そして、補正できない期間ｐが所定の期間Ｐ０に達したかが判断される(ステップＳ２０)このステップＳ２０において、補正できない期間ｐが期間Ｐ０に達していなければ、さらにしきい値が補正可能な状態かがチェックされる（ステップＳ１６）。ここで、期間Ｐ０に達する前に、しきい値の補正可能な状態と判断されると、ＣＰＵ１５は、接触検知センサ１１の出力電圧ｙｎを検出し(ステップＳ１７)、この出力電圧ｙｎに所定のマージンδを加え、更新された接触判定しきい値γｎを定め、この接触判定しきい値γｎをメモリ１５Ａに格納すると共にその接触判定しきい値γｎを出力する。
【００４２】
補正できない状態が所定の期間Ｐ０（ｐ＝Ｐ０）経過すると、ステップＳ１２に戻され、接触判定しきい値γが再度電源投入時と同様な大きなデフォルト値γｄｅｆに戻され、ステップＳ１３以降の動作が繰り返される。
【００４３】
尚、補正タイミングに対応する所定時間Ｔ０とリセットタイミングに相当する補正できない期間Ｐは、それぞれ固定値としたが、温度変化は電源投入時が最も大きいことに着目して、電源投入からの時間に応じて可変させるようにしても良い。
【００４４】
このような第２の実施例に係る顕微鏡システムにおいては、第１の実施例に係る顕微鏡システムと同様に、常に周囲環境応じて更新される接触判定しきい値γｎにより対物レンズと標本との接触が判定され、精度の高い判定結果を得ることができる。これにより、標本４と対物レンズ６の過接触により双方にダメージを与えるような事態を事前に回避することができ、これら標本４及び対物レンズ６を確実に保護することができる。また、標本４と対物レンズ６が接触していないのに、顕微鏡操作を中断させるようなことも無くなり、常に安定した動作を期待できる。また、第２の実施例に係る顕微鏡システムにおいては、補正できない状態が所定の期間Ｐ０続くと、接触判定しきい値γが初期状態の大きな値γｄｅｆに戻されて、再度設定のための動作が実行される。従って、しきい値が補正可能な状態かを判断する判断のモードのままに待機させることがなくなり、常に最新の環境周囲環境に応じた最適な接触判定しきい値γに設定することができる。
【００４５】
尚、上述した実施の形態では、対物レンズ６に対してステージ２を上下動させるシステムについて述べたが、対物レンズ６側を上下動させるシステムに本発明が適用されてもよい。また、標本４と対物レンズ６の接触を検知する接触検知センサ１１を対物レンズ６に設けた例を述べたが、レボルバ５に設ける等、対物レンズ６以外の場所に設けることもできる。さらに、上述では、標本４と対物レンズ６の接触を検知する接触検知センサ１１を用いたが、抵抗値の変化等を検出する圧覚センサ等を用いることもできる。さらに、上述では、観察対象物と対物レンズの接触状態を検出する場合を述べたが、これらの間の異常接近から過接触の可能性を検出して、観察対象物及び対物レンズを保護するようなものにも適用できる。
【００４６】
(第３の実施の形態)
次に、この発明の第３の実施形態に係る顕微鏡システムについて説明する。
【００４７】
この発明の第３の実施形態に係る顕微鏡システムは、図１に示した接触判定部１２が図６に示されるような回路構成を有している。
【００４８】
図６に示すように、接触検出部１２は、検出回路１２Ａ、コンパレータ１２Ｂ、Ｄ／Ａコンバータ１２Ｃ、Ａ／Ｄコンバータ１２Ｆ及び接触検出センサ１１からの検出信号から直流成分を除去するフィルタ回路１２Ｄから構成されている。
【００４９】
接触検出センサ１１が標本４に接触されると、接触に、例えば、接触力或いは圧力等に依存してこのセンサ１１から出力が発生される。この検出出力は、検出回路１２Ａに供給されて増幅される。検出回路１２Ａからの増幅信号号は、フィルタ回路１２Ｄに供給される。
【００５０】
フィルタ回路１２Ｄは、図７（ａ）及び（ｂ）に示すゲイン特性のフィルタを有し、検出回路１２Ａから検出信号のうち不要とする周波数成分がカットされ、必要とする周波数帯域の信号のみが出力される。
【００５１】
図７（ａ）は、１次ハイパスフィルタの周波数ｆに対するゲイン特性を示している。この図７（ａ）から明らかなように、低周波数成分（カットオフ周波数５Ｈｚ以下）のゲインが低いことから、このような特性を有するフィルタを含むフィルタ回路１２Ｄでは、検出信号中のＤＣ成分、即ち、低周波数成分が実質的に除去される。カットオフ周波数は、ＤＣ成分のみならず振動ノイズなどの低周波ノイズをできるだけカットできるように、ステージ２の動作速度及び検出センサ１１の検出感度から接触時における検出回路１２Ａの出力の立ち上がり速度、即ち、周波数が求められ、その周波数以下が除去されるように設定されることが望ましい。尚、このようなハイパスフィルタは、１次特性に限らず、２次以上の特性を有しても同様の効果を得ることができる。
【００５２】
図７（ｂ）は、微分ゲイン特性Ｆａ、比例ゲイン特性Ｆｂ及び積分ゲイン特性Ｆｃを組み合わせたバンドパスフィルタの特性を示している。このようなバンドパスフィルタの特性をフィルタ回路１２Ｄに与えることによって、これら微分ゲイン特性Ｆａ、比例ゲイン特性Ｆｂ及び積分ゲイン特性ＦｃによりＤＣ成分を含む低周波成分並びに高周波成分が除去される。
【００５３】
図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すゲイン特性を有するフィルタを含むフィルタ回路１２Ｄでは、検出回路１２Ａからの検出信号は、図７（ａ）に示す１次ハイパスフィルタにより低周波ノイズがカットされ、または、図７（ｂ）に示すバンドパスフィルタによりＤＣ成分を含む低周波ノイズ及び高周波ノイズがカットされ、必要とする周波数帯域の信号のみが増幅して出力される。
【００５４】
フィルタ回路１２Ｄの出力は、コンパレータ１２Ｂの一方の入力端子に供給される。コンパレータ１２Ｂの他方の入力端子には、ＣＰＵ１５から出力されるデジタルデータをＤ／Ａコンバータ１２Ｃによりアナログ変換したしきい値電圧が供給されている。コンパレータ１２Ｂでは、ＣＰＵ１５から供給されるしきい値電圧とフィルタ回路１２Ｄからの出力電圧との比較される。フィルタ回路１２Ｄからの出力電圧がしきい値電圧よりも大きい場合には、対物レンズ６と標本４が接触していると判断されてＣＰＵ１５及びステージ制御部１４に、コンパレータ１２Ｂから接触信号が送出される。
【００５５】
ここで、ステージ２が移動中である場合は、接触信号に応答してステージ制御部１４は、ステージ２の動作を一時的に強制静止させる。また、接触信号に応答してＣＰＵ１５は、ステージ制御部１４に対してステージ２を戻す指令を出力し、標本４と対物レンズ６がこれ以上接触しないような十分な距離を標本４と対物レンズ６との間に与えるようにステージを回避させる。
【００５６】
一方、ステージ２が静止している場合は、ステージ２が誤動作した可能性があるので、ステージ制御部１４は、接触信号に応答してステージ２の動作を一時的に強制静止させる。また、ＣＰＵ１５は、ステージ制御部１４に対してステージ２を戻す指令を出力し、標本４と対物レンズ６がこれ以上接触しないような十分な距離を標本４と対物レンズ６との間に与えるようにステージを回避させる。
【００５７】
このような顕微鏡システムにおいて、対物レンズ６の先端部に接触検出センサ１１が設けられ、ステージ２の移動により、対物レンズ６の先端部がステージ２上の標本４に接触したことが接触検出センサ１１によって検出される。この接触検出センサ１１からの検出出力は、フィルタ回路１２Ｄに送られる。このフィルタ回路１２Ｄにおいて、図７（ａ）に示す１次ハイパスフィルタによりＤＣ成分を含む低周波ノイズがカットされ、図７（ｂ）に示すバンドパスフィルタによりＤＣ成分を含む低周波ノイズ及び高周波ノイズがカットされ、必要とする周波数帯域の信号のみが増幅され、コンパレータ１２Ｂに送られる。コンパレータ１２Ｂにおいては、検出信号がしきい値電圧と比較され、この比較結果から対物レンズ６と標本４が接触していることが判断される。
【００５８】
この場合、図７（ａ）に示す１次ハイパスフィルタでは、ＤＣ成分のみならず振動ノイズなどの低周波ノイズをできるだけカットできるようにステージ２の動作速度と接触検出センサ１１の検出感度から接触時における検出回路１２Ａの出力の立ち上がり周波数が求められ、１次ハイパスフィルタでは、その周波数以下を除去できるように設定される。また、図７（ｂ）に示すバンドパスフィルタでは、微分ゲイン特性Ｆａ、比例ゲイン特性Ｆｂ及び積分ゲイン特性ＦｃによりＤＣ成分を含む低周波成分及び高周波成分を除去できるように設定されている。従って、接触検出センサ１１自身及び後段の処理手段に対する環境変化、例えば、温度、或いは、湿度の変化、又は、経時変化に起因する僅かなドリフトの影響を除去することができる。
【００５９】
これにより、コンパレータ１２Ｂにおいて、検出信号がしきい値電圧との比較され、比較結果から対物レンズ６と標本４との接触を高精度に、しかも、高速に検出することができる。その結果、対物レンズ６と標本４が接触する事故が発生しても、ステージ２の動作を一時的に強制静止させて、標本４と対物レンズ６がこれ以上接触しないような回避動作を精度よく、速やかに実行することができ、対物レンズ６と標本４の双方のダメージを最小限に止めることが可能となる。
【００６０】
また、コンパレータ１２Ｂでの、しきい値の設定により、ドリフト成分に相当とするＤＣ成分以外のノイズ成分、例えば、電源ノイズ等の電気ノイズ、或いは、振動等の機械ノイズによって生じる虞がある誤動作を防止でき、高精度な接触判定が可能となる。
【００６１】
図６に示されたフィルタ回路１２Ｄは、図７（ａ）に示すハイパスフィルタ及び図７（ｂ）に示すバンドパスフィルタを備えているが、いずれか一方のみを備えても良い。
【００６２】
このバンドパスフィルタは、次のようにしてその特性が定められても良い。図１に示す顕微鏡システムでは、５本の対物レンズ６、例えば、５倍、１０倍、２０倍、５０倍、１００倍の対物レンズ６が設けられ、各対物レンズ６には、同一の検出感度を有する接触センサ１１が取り付られている。尚、図面を簡略化する目的から図１には、３つの対物レンズ６のみが示され、３つの対物レンズの背後に位置される２つの対物レンズ６は、図１には、図示されていない。
【００６３】
接触センサ１１の感度を検出回路１２Ａの出力で表し、この出力感度を
S V/μｍ （例えば、１V/μｍ）
とする。
【００６４】
下記の説明においては、接触センサ１１が高感度のタイプ（S V/μｍ＝１V/μｍ）を代表例として説明する。但し、接触センサ１１については、感度が低いタイプ（S V/μｍ＝０．１V/μｍ）もあるので、この感度の低いタイプの接触センサ１１が採用された場合におけるバンドパスフィルタ（BPF）の特性についても後に付記する。
【００６５】
また，ステージ２の移動速度は、ステージ制御部１４によって選択された対物レンズ６の種類に応じて変更される。即ち、対物レンズ６の倍率に応じて、ステージ２の移動速度が定められ、選定された対物レンズ６に最適なフォーカス制御が実行される。ここで、それぞれの対物レンズ６に対する移動速度は、以下のテーブル１に示すように設定されている。
【００６６】
【表１】
このテーブル（１）におけるステージ移動速度は、対物レンズの焦点深度に比例して定められている。
【００６８】
このステージ移動速度に応じて接触センサ１１の感度に相当する検出回路１２Ａの出力は、対物レンズに応じて下記テーブル（２）に示すような出力となる。
【００６９】
【表２】
図８は、接触した瞬間を時間０としてその接触を開始してからの時間の経過と各対物レンズ６に設けたセンサ１１の感度に相当する検出回路１２Ａの出力（電圧）との関係を示している。ここで，コンパレータ１２Ｂのしきい値をr V（例えば、0.1V）とすると、それぞれの対物レンズに対する検出回路１２Ａの出力がしきい値に達する時間は、下記テーブル（３）で示される。
【００７１】
【表３】
以上より、センサ感度が高いタイプ（S V/μｍ＝１V/μｍ）の接触センサ１１が採用されている検出系においては、バンドパスフィルタ（BPF）は、r/S ms〜20r/S ms、例えば、0.1ms〜2msの時間間隔における変化する検出信号の通過を許し、それ以外のノイズに相当する信号を抑制する特性を有していれば良いこととなる。即ち、バンドパスフィルタ（BPF）は、S/20r Hz 〜 S/r Hz、例えば、５００Ｈｚ〜１０ｋＨｚの周波数帯域における検出信号の通過を許し、それ以外の信号を低減すれば良いこととなる。このようなバンドパスフィルタ特性は、図９に示すような特性となる。この図９に示すような特性を有するバンドパスフィルタ（BPF）は、１次のローパスフィルタと１次のハイパスフィルタで簡単に構成することができる。
【００７３】
センサ感度が低いタイプ（S V/μｍ＝０．１V/μｍ）の接触センサ１１が採用されている検出系においては、バンドパスフィルタ（BPF）は、r/S ms〜20r/S ms、例えば、１ms〜２０msの時間間隔における変化する検出信号の通過を許し、それ以外のノイズに相当する信号を抑制する特性を有していれば良いこととなる。即ち、バンドパスフィルタ（BPF）は、S/20r Hz 〜 S/r Hz、例えば、５０Ｈｚ〜１ｋＨｚの周波数帯域における検出信号の通過を許し、それ以外の信号を低減すれば良いこととなる。
【００７４】
以上から、センサ感度が種々のタイプ（S V/μｍ＝０．１〜１V/μｍ）の接触センサが検出系に用いられることを考慮すると、バンドパスフィルタ（BPF）は、r/S ms〜20r/S ms、例えば、0.1ms〜20msの時間間隔における変化する検出信号の通過を許し、それ以外のノイズに相当する信号を抑制する特性を有していれば良いこととなる。即ち、バンドパスフィルタ（BPF）は、S/20r Hz 〜 S/r Hz、例えば、５０Ｈｚ〜１０ｋＨｚの周波数帯域における検出信号の通過を許し、それ以外の信号を低減すれば良いこととなる。
【００７５】
図６に示すフィルタ回路１２Ｄは、図１０に示すような回路構成を有しても良い。このフィルタ回路１２Ｄは、より精度良く，かつ高速に接触信号を検出するために、５本の対物レンズ６に夫々対応する５つのフィルタ１２Ｄ１〜１２Ｄ５を備えている。５つのフィルタ１２Ｄ１〜１２Ｄ５は、それぞれ異なるフィルタ特性、例えば、夫々異なる微分フィルタ特性を有している。このフィルタ回路１２Ｄは、対物レンズ６が切り換えられて１つの対物レンズ６が選定されると、この選定された対物レンズ６に対応したスイッチング接点Ｇ１〜Ｇ５が切り換えられるスイッチ１２Ｇを含んでいる。対物レンズ６とフィルタ１２Ｄ１〜１２Ｄ５とは、次のような対応を有している。
【００７６】
５倍対物レンズ ： 第１フィルタ１２Ｄ１
１０倍対物レンズ ： 第２フィルタ１２Ｄ２
２０倍対物レンズ ： 第３フィルタ１２Ｄ３
５０倍対物レンズ ： 第４フィルタ１２Ｄ４
１００倍対物レンズ ： 第５フィルタ１２Ｄ５
ここで、第１〜第５フィルタ１２Ｄ１〜１２Ｄ５の特性について説明する。
【００７７】
既に説明したように接触センサ１１の感度に相当する検出回路１２Ａの出力がS V/μｍ （例えば、１V/μｍ）であれば、対物レンズ６に対するステージの移動速度はテーブル（１）のように設定される。
【００７８】
また、接触センサ１１の感度に相当する検出回路１２Ａの出力は、対物レンズに応じてテーブル（２）に示す関係となる。更に、センサの接触開始からの時間の経過と各対物レンズ６に設けたセンサ１１の感度に相当する検出回路１２Ａの出力（電圧）とは、図８に示される関係となる。更に、対物レンズに対する検出回路１２Ａの出力がしきい値r V（例えば、0.1V）に達する時間r/S ms（例えば、0.1 ms）は、テーブル（３）の関係となる。
【００７９】
ここで，簡単のため図８に示す接触出力信号（以下、単に直線信号と称する。）を正弦波信号に置き換えて考察する。図１１は、５倍対物レンズに相当する検出回路１２Ａの出力信号（直線信号）と、しきい値r V（例えば、0.1V）に到達する時点r/S ms（例えば、0.1 ms）までの直線信号の部分に近似する正弦波信号を示している。この正弦波信号は、最大の傾きが直線信号の傾きと一致するように、その振幅は、しきい値の半分r/2 V（例えば、0.05V）に、そのオフセットは、r /20 V、例えば、0.05Vに、また、周波数の逆数は、直線信号がしきい値r V（例えば、0.1V）に到達するまでの時間の約３倍（例えば、周波数は3.3kHz）になっている．
尚、この置き換えでは、しきい値r V（例えば、0.1V）に達するまでの時間に違いが生じるが，このズレは、後で述べるように問題にならないこととなる。
【００８０】
同様に，他の対物レンズに関する出力信号が正弦波に置き換えられと、各対物レンズに関して置き換えられた正弦波信号の周波数は、以下のテーブル（４）ような関係になる。
【００８１】
【表４】
同様にセンサ感度が低いタイプS V/μｍ （例えば、０．１V/μｍ）について、同様に考察すれば、正弦波信号の周波数は、以下のテーブル（５）ような関係になる。
【００８３】
【表５】
上述した考察を基に、各フィルタ１２Ｄ１〜１２Ｄ５は、それぞれの正弦波信号に対してより高速に検出するための微分器と、よりノイズを減らすための２次ローパスフィルタとで構成することができる。具体的には，図１２に示すように、５倍対物レンズ６に対応する第１フィルタ１２Ｄ１は、周波数S/3r kHz （例えば0.33 kHz〜3.3 kHz）の正弦波に対してゲイン×２の微分特性及びカットオフ周波数が正弦波の周波数の１０倍（例えば、3.3 kHz〜33kHz）の２次ローパスフィルタ特性を備えた特性とすることが好ましい。１０倍対物レンズ６に対応する第２フィルタ１２Ｄ２は、周波数S/3(2r) kHz （例えば、0.16 kHz〜1.65 kHz）の正弦波に対してゲイン×２の微分特性及びカットオフ周波数が正弦波の周波数の１０倍（例えば、1.65 kHz〜16.5kHz）の２次ローパスフィルタ特性を備えた特性とすることが好ましい。また、２０倍対物レンズ６に対応する第３フィルタ１２Ｄ３は、周波数S/3(4r) kHz （例えば、0.0825 kHz〜0.825 kHz）の正弦波に対してゲイン×２の微分特性及びカットオフ周波数が正弦波の周波数の１０倍（例えば、0.825 kHz〜8.25kHz）の２次ローパスフィルタ特性を備えた特性を備えた特性とすることが好ましい。５０倍対物レンズ６に対応する第４フィルタ１２Ｄ４は、周波数S/3(10r) kHz （例えば、0.033 kHz〜0.33 kHz）の正弦波に対してゲイン×２の微分特性及びカットオフ周波数が正弦波の周波数の１０倍（例えば、0.33 kHz〜3.3kHz）の２次ローパスフィルタ特性を備えた特性とすることが好ましい。更に、１００倍対物レンズ６に対応する第５フィルタ１２Ｄ５は、周波数S/3(20r) kHz （例えば、0.0165 kHz〜0.165 kHz）の正弦波に対してゲイン×２の微分特性及びカットオフ周波数が正弦波の周波数の１０倍（例えば、0.165 kHz〜1.65kHz）の２次ローパスフィルタ特性を備えた特性とすることが好ましい。
【００８５】
図１３は、５倍対物レンズ６に対応するセンサの直線信号に対して置き換えた破線で示す正弦波信号及びその正弦波信号が第１フィルタ１２Ｄ１を通過して出力される信号波形（実線で示されている。）を示している。この図１３に示すように、第１フィルタ１２Ｄ１を通過した信号波形は、その振幅がしきい値と等しく（例えば、0.1V）、オフセットを含まず、周波数は元の正弦波信号と同一信号になっている。尚、図１３に示される出力信号波形は、第１フィルタ中の微分器を通過していることから、直流（DC）成分が除去され、その位相がπ/2進んだ信号になっている。
【００８６】
ここで各フィルタ１２Ｄ１〜１２Ｄ５の微分特性が正弦波信号の周波数に対してゲイン×２となっている理由を簡単に説明する。置き換えの正弦波信号の振幅は、しきい値の半分となっているが、これは、フィルタから出力される出力信号の振幅をしきい値と等しくなるようにするためである。即ち、フィルタにおいて、置き換えの正弦波信号には、しきい値の半分のオフセットが加算されるからである。尚、ゲインは、×２以上であれば、同様の効果を得られるが、正弦波信号の周波数の0.5〜100倍に相当する周波数成分のノイズも正弦波信号と同様に増幅されることから、概略×１０倍以内に設定することが望ましい。
【００８７】
また，ノイズを減少させための２次ローパスフィルタのカットオフ周波数が正弦波信号の周波数の１０倍に設定されている理由は、正弦波信号の周波数近傍（0.1〜10倍の周波数領域）において完全に微分特性が得られるように、言い換えれば、２次ローパスフィルタの特性が正弦波信号に影響を与えないようにするためである．
さらに，上記した直線信号と正弦波信号のしきい値に達する時間のズレについては、微分器が正弦波信号の周波数近傍（0.1〜10倍の周波数領域）において略完全に動作するので、多少の近似的なズレは影響がないからである。
【００８８】
以上のように、各フィルタ１２Ｄ１〜１２Ｄ５により、それぞれの正弦波信号が微分処理されることにより、高速での接触を検出することが可能となる。また各フィルタの２次ローパスフィルタによりそれぞれの正弦波信号のノイズを減らすことができることから、より高精度に接触を検出することができる。
【００８９】
尚、第１〜第３の実施の形態に係る顕微鏡システムにおいては、圧力センサ、或いは、接触センサ１１が対物レンズ６の先端に設けられているが、対物レンズの先端に代えてステージ２上に設けられても良い。ステージ２上に圧力センサ、或いは、接触センサ１１が設けられる場合には、図１４に示すようにリング状の圧力センサ、或いは、接触センサ１１が枠体４０内に配置され、その枠体４０内で透明な支持板４２、或いは、照明用光線の通過孔を有する支持板４２が圧力センサ、或いは、接触センサ１１上に載置され、この支持板４２上に標本が載せられて対物レンズ６による観察に供される。
【００９０】
透過光源系では、光線がステージ２に設けられた光線の通過孔及び支持板４２或いは支持板の光線通過孔を介して標本４に照射される。
【００９１】
図１４に示す顕微鏡システムでは、顕微鏡の対物レンズ６が標本４に触れると、その触れることによる僅かな圧力が支持板４２を介してリング状の圧力センサ、或いは、接触センサ１１に伝達される。従って、圧力センサ、或いは、接触センサ１１からは、接触に伴う検出信号が出力される。この出力信号の処理に関しては、図１〜図１３を参照した説明と同様であるのでその説明を省略する。
【００９２】
(第４の実施の形態)
この発明の第４の実施形態に係る顕微鏡システムについて、図１５（ａ）及び図１５（ｂ）を参照して説明する。この第４の実施形態に係る顕微鏡システムにおいては、標本４にセンサ１１を接触させない非接触状態において、対物レンズ６と標本４との過接触の可能性を検出することができる。この顕微鏡システムにおいては、この非接触センサとして、静電容量タイプのセンサ５０が採用される。
【００９３】
静電容量センサ５０は、接触センサ１１と同様に対物レンズ６の先端に装着されている。静電容量センサ５０では、標本４が導電体であれば、図１５（ａ）に示すように静電容量センサ５０と標本４の距離ｄ１に応じて電圧が出力される。また、静電容量センサ５０では、標本４が導電体でない場合には、図１５（ｂ）に示すように静電容量センサ５０とステージ２の距離ｄ２に応じて電圧が出力される。
【００９４】
静電容量タイプのセンサ５０が採用される顕微鏡システムにおいては、接触判定部１２の回路構成を含め、第１の実施の形態に係る顕微鏡システムとその構成が同様であるのでその説明を省略する。静電容量タイプのセンサ５０が採用される顕微鏡システムについては、その詳細は、図１及び図２の説明を参照されたい。以下の説明においては、図１及び図２において、接触センサ１１に代えて静電タイプのセンサ５０が増幅器１２Ａに接続されているものとして説明する。
【００９５】
図２に示されるように、静電容量センサ５０からの出力は増幅器１２Ａに入力されて増幅される。増幅されたセンサ信号は、２つの入力電圧の大小を比較し、２入力の大小の結果で出力電圧が決定するコンパレータ１２Ｂの一方の入力端に入力される。コンパレータ１２Ｂの他方端には、しきい値電圧としてＣＰＵ１２から出力されるデジタルデータがＤＡコンバータ１２Ｃを介してアナログに変換され、入力されている。コンパレータ１２Ｂは、ＣＰＵ１２から出力されるデフォルトのしきい値電圧と静電容量センサ５０からの出力電圧を比較している。コンパレータ１２Ｂにおいて、静電容量センサ５０からの出力電圧がしきい値電圧より低い場合には対物レンズ４と標本２が所定の範囲を超えて近接していると検知してその検知信号がＣＰＵ１２及びステージ制御部９に供給される。ＣＰＵ１２及びステージ制御部９は、この検知信号に応答して所定の過接触回避動作を実行する。
【００９６】
図１６（ａ）から（ｃ）は、静電容量センサからの出力信号を示している。図１６（ａ）は、標本４が導電体である場合の理想的な出力特性を示している。この図１６（ａ）においては、静電容量センサ５０を装着した対物レンズ６が標本４と接触している状態、即ち、対物レンズ６と標本４との間のギャップｄ１がゼロ（ｄ１＝０）の状態において、対物レンズ６と標本４との間の静電容量がゼロで実質的に両者は、導通可能な状態となる。従って、静電容量センサ５０からの出力電圧は、０となる。これに対して、対物レンズ６と標本４との間のギャップの距離ｄ１が大きくなると、静電容量センサ５０からの出力が高くなる。
【００９７】
また、図１６（ａ）から図１６（ｃ）中における破線で示す距離ｄ０は、標本４に対物レンズ６がフォーカスされた際の対物レンズ６と標本４の距離、Ｗ．Ｄ．を示し、そのときの静電容量センサ５０からの出力は、δ０で表される。
【００９８】
ここで、対物レンズ６と標本４とが最近接した際にそれ以上の接近を許さない距離に相当するしきい値γは、標本４自体の段差及び標本４がウェハなどの場合のソリなどを考慮して、ある値、例えば、δ０／２に設定される。このしきい値がδ０／２に設定されると、対物レンズ６と標本４の距離は、図１６（ａ）に示すようにｄｌ以下となることはなく、対物レンズ６と標本４は、接触することが防止される。
【００９９】
しかし、図３（ｂ）及び図３（ｃ）を参照して説明したように、出力電圧は、センサ５０、或いは、その処理回路において図１６（ｂ）或いは図１６（ｃ）に示すように変動される。図１６（ｂ）或いは図１６（ｃ）において、しきい値γがδ０／２に固定されている状態で、出力のオフセットが高くなると、対物レンズ６と標本４の距離ｄ０以下になっても、センサ５０からの出力は、しきい値γに達しない虞がある。最悪の場合には、図１６（ｃ）に示すように、センサ５０からの出力は、しきい値γに達したさいには、対物レンズ６が標本４に過接触する虞がある。尚、図１６（ｂ）及び図１６（ｃ）においては、対物レンズ６と標本４との間の距離がｄ１に達した際の静電容量センサ５０からの出力δ１及びδ２（δ１,δ２＞δ０）を示している。
【０１００】
従って、この発明の第４の実施形態に係る顕微鏡システムにおいては、図１７に示すように、検出判定しきい値γが定期的に更新されてオフセットがキャンセルされた検出判定しきい値γで静電容量センサ５０からの出力がコンパレータ１２Ｂで判定される。図１７を参照して検出判定しきい値γの更新について説明する。
【０１０１】
図１７に示すように、電源が投入されると（ステップＳ４０）、しきい値電圧γが所定値γｄｅｆに設定される。（ステップＳ４１）
ここで、この所定値γｄｅｆは、例えば、以下の方法で算出された電圧から所定のマージン与えて決定される。
【０１０２】
(1) 標本４の厚みや導電率から算出する
(2) ユーザのマニュアル操作により、一旦、対物レンズを標本にフォーカスさせてそのときの静電容量センサ出力から算出する
(3) 上述した(1)及び(2)などの方法により、求めた値をデータベース化し、そのデータのいずれかを指定する
ステップＳ４１に続いて、時刻ｔが０に初期化され（ステップＳ４２）、その後、時刻ｔの経過により時刻ｔが補正タイミングに対応する所定時間Ｔ０に達したかが繰り返し判断される。(ステップＳ４３、Ｓ４４)ここで、所定時間Ｔ０に達する毎に、標本４と対物レンズ６とが接触している可能性が最も低い状態で、しきい値を補正可能な状態かがチェックされる（ステップＳ４５）。ここで、しきい値電圧を補正可能状態とは、オートフォーカスシステムが合焦状態と判断する状態に相当している。
【０１０３】
しきい値補正可能状態と判定されると、ＣＰＵ１２は、静電容量センサの出力電圧Ｙｎを検出し、（ステップＳ４６）しきい値電圧γｎが更新される。（ステップＳ４７）そして、再びステップＳ４２に戻される。
【０１０４】
以上のように、この発明の第４の実施形態に係る顕微鏡システムによれば、対物レンズと標本の近接が高精度に検知されることから、確実に対物レンズ６と標本４との過接触を防止することが可能となる。
【０１０５】
尚、上述した第１から第４の実施の形態に係る顕微鏡システムでは、ステージを上下させる機構について説明しているが、これを対物レンズが上下する機構であっても、同様にこの発明を適応することが可能であることは明らかである。また、上述した実施の形態では、対物レンズ６と標本４の接触を検出する接触検出センサ１１を対物レンズ６の先端に設けているが、これに限られるものでなく、接触検出センサ１１を対物レンズ６の電動レボルバ５への接合部や対物レンズ６内部に設けても、同様にこの発明を適応することが可能であることは明らかである。
【０１０６】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、環境変化(温度や湿度の変化)や経時変化に起因するドリフトの影響を除去することができ、対物レンズと観察対象物の接触検出を精度よく行うことができる顕微鏡システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施形態に係る顕微鏡システムを概略的に示すブロック図である。
【図２】図１に示される接触判定部を概略的に示すブロック図である。
【図３】（ａ）から（ｃ）は、夫々図２に示される接触検出センサの出力特性を示すグラフである。
【図４】図１に示した顕微鏡システムにおいて、接触判定しきい値を設定するための動作を説明するフローチャートである。
【図５】図１に示した顕微鏡システムにおいて、接触判定しきい値を設定するための動作を説明するこの発明の第２の実施の形態に係るフローチャートである。
【図６】図１に示されるこの発明の第３の実施形態に係る接触判定部を概略的に示すブロック図である。
【図７】（ａ）及び（ｂ）は、図６に示されるフィルタ回路が有するゲイン特性を示すグラフである。
【図８】図６に示される接触判定部において、接触センサが標本への接触を開始してからの時間の経過と各接触センサの感度に相当する検出回路の出力電圧との関係を示すグラフである。
【図９】図６に示されるフィルタ回路が有するバンドパス特性を説明する為のグラフである。
【図１０】図６に示される接触判定部の変形例に係るフィルタ回路を示すブロック図である。
【図１１】図１０に示すフィルタ回路における５倍対物レンズに相当する検出回路１２Ａの出力信号及びしきい値r Vに到達する時点r/S msまでの直線信号の部分に近似する正弦波信号を示す波形図である。
【図１２】図１０に示すフィルタ回路における各フィルタのゲインと周波数との関係を示すグラフである。
【図１３】図１０に示すフィルタ回路における５倍対物レンズに対応するセンサの直線信号に対して置き換えた破線で示す正弦波信号及びその正弦波信号が第１フィルタを通過して出力される信号波形を示している。
【図１４】図１に示した顕微鏡システムの変形実施例に係るセンサ機構を概略的に示す断面図である。
【図１５】（ａ）及び（ｂ）は、この発明の第４の実施形態に係る顕微鏡システムのセンサ機構を概略的に示す断面図である。
【図１６】（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、図１５（ａ）及び（ｂ）に示した静電容量センサからの出力信号を示すグラフである。
【図１７】図１５（ａ）及び（ｂ）に示したセンサ機構を利用した顕微鏡システムにおいて、接触判定しきい値を設定するための動作を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
１．．．顕微鏡本体
１Ａ．．．ベース部
１Ｂ．．．胴部
１Ｃ．．．対物アーム
２．．．ステージ
４．．．標本
５．．．電動レボルバ
６．．．対物レンズ
７．．．ＡＦユニット
８．．．鏡筒
９．．．接眼レンズ
１０．．．透過用光源
１１．．．接触検知センサ
１２．．．接触判定部
Claims (9)
- 観察対象物を載置する為のステージに対してこの観察対象物を観察する為の対物レンズを光軸方向に相対的に移動可能な顕微鏡システムにおいて、
前記観察対象物と前記対物レンズとの間の非接触及び接触に対応する接触状態を検出し、接触状態に応じて信号を出力する検出手段と、
前記検出手段の出力に基づいて、前記観察対象物と前記対物レンズとの接触状態が所定値を超えたことを判定して過接触信号を出力する判定手段であって、この判定手段は、接触判定の判定基準となるしきい値を設定するしきい値設定手段及び設定されたしきい値と前記検出手段の出力を比較する比較器を備え、前記しきい値設定手段は前記観察対象物と前記対物レンズとが分離されている状態において、前記検出手段の出力に基づいてしきい値を再設定する判定手段と、及び前記過接触信号に応答して前記ステージと前記対物レンズの相対的移動を制御する制御手段と、
を具備することを特徴とする顕微鏡システム。 - 前記判定手段は、前記観察対象物と前記対物レンズが所定の距離以上分離されている第１の分離状態を検出して第１分離状態信号を発生し、前記観察対象物に対して前記対物レンズがフォーカスされている第２の分離状態を検出して第２分離状態信号を発生する状態検出手段を備え、
前記しきい値設定手段は、前記第１及び第２分離状態信号の一方に応答して前記検出手段の出力に基づいてしきい値を再設定することを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡システム。 - 前記しきい値設定手段は、所定期間に亘って前記第１及び第２分離状態信号の発生されない場合において、その期間経過後にしきい値を予め設定された初期値に戻すことを特徴とする請求項２に記載の顕微鏡システム。
- 前記検出手段は、前記観察対象物と前記対物レンズとの間の非接触及び接触に対応する接触圧力を検出する圧力センサを含むことを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡システム。
- 前記検出手段は、前記観察対象物と前記対物レンズとの間の非接触及び接触に対応する静電容量を検出する静電容量センサを含むことを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡システム。
- 前記対物レンズは、前記観察物に対向する端部を有し、前記静電容量センサは、前記対物レンズの端部に設けられていることを特徴とする請求項５に記載の顕微鏡システム。
- 前記検出手段は、前記観察対象物と前記対物レンズとの間の非接触及び接触に対応する接触圧力を検出する圧力センサを含み、前記所定値の初期値は、前記標本の厚み及び導電率によって予め設定されることを特徴とする第１項記載の顕微鏡システム。
- 観察対象物を載置する為のステージに対してこの観察対象物を観察する為の対物レンズが光軸方向に相対的に移動可能なステージ制御部を備えた顕微鏡システムにおいて、
前記対物レンズの先に取り付けられ、前記対物レンズと前記観察対象物の接触を検知する接触検知センサと、
前記接触検知センサの検出信号から前記対物レンズと前記観察対象物の接触状態を判定する接触判定部により少なくとも前記ステージ制御部を制御する制御手段と、
前記接触判定部に接続された第１のメモリと第２のメモリとを有し、
過接触を防ぐ前記接触検知センサの第１の出力信号に相当する第１のオフセット量に一定加圧量を加えた値を第１のデフォルト値として前記第１のメモリに格納し、
前記観察対象物と前記対物レンズとが分離されている状態における前記接触検知センサの出力信号に前記一定加圧量を加えた値をしきい値とし、前記第２のメモリに最新のしきい値を格納することを一定時間毎に順次繰り返し、
前記第２のメモリに格納された最新のしきい値以下になるように前記ステージ制御部で 前記ステージを制御し、前記観察対象物と前記接触検知センサの接触圧力が一定以下になるように前記制御手段で制御することを特徴とする顕微鏡システム。 - 前記第１のメモリは固定メモリであり、前記第２のメモリは可変メモリであることを特徴とする顕微鏡システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002067376A JP4115720B2 (ja) | 2001-03-12 | 2002-03-12 | 顕微鏡システム |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001-69121 | 2001-03-12 | ||
| JP2001069121 | 2001-03-12 | ||
| JP2002067376A JP4115720B2 (ja) | 2001-03-12 | 2002-03-12 | 顕微鏡システム |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002341248A JP2002341248A (ja) | 2002-11-27 |
| JP2002341248A5 JP2002341248A5 (ja) | 2005-09-02 |
| JP4115720B2 true JP4115720B2 (ja) | 2008-07-09 |
Family
ID=26611081
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002067376A Expired - Fee Related JP4115720B2 (ja) | 2001-03-12 | 2002-03-12 | 顕微鏡システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4115720B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4362605B2 (ja) | 2003-07-02 | 2009-11-11 | 大学共同利用機関法人情報・システム研究機構 | 顕微鏡装置 |
| JP2006139181A (ja) * | 2004-11-15 | 2006-06-01 | Olympus Corp | 顕微鏡装置 |
| JP5010929B2 (ja) * | 2007-01-16 | 2012-08-29 | オリンパス株式会社 | 顕微鏡装置 |
| JP4257863B2 (ja) * | 2007-02-13 | 2009-04-22 | 東レエンジニアリング株式会社 | 自動外観検査装置 |
| KR102257253B1 (ko) * | 2015-10-06 | 2021-05-28 | 엘지이노텍 주식회사 | 연성기판 |
| US11454799B2 (en) * | 2019-01-29 | 2022-09-27 | Formfactor, Inc. | Microscopes with objective assembly crash detection and methods of utiliizing the same |
-
2002
- 2002-03-12 JP JP2002067376A patent/JP4115720B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2002341248A (ja) | 2002-11-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6980359B2 (en) | Microscope system | |
| JP5441679B2 (ja) | 撮像装置 | |
| JP4115720B2 (ja) | 顕微鏡システム | |
| JP4021183B2 (ja) | 合焦状態信号出力装置 | |
| JPH03120401A (ja) | 微細表面形状計測装置 | |
| JP2009145645A (ja) | 光学機器 | |
| JP2013003333A (ja) | 顕微鏡装置 | |
| JP2006214799A (ja) | ジャイロ信号処理装置 | |
| US11871098B2 (en) | Camera lens control during magnetic interference | |
| JP2013210614A (ja) | 撮像装置 | |
| EP2031440B1 (en) | Image stabilization apparatus for camera | |
| JPH04318509A (ja) | 自動合焦装置及び自動合焦装置における合焦調整方法 | |
| JP2009145634A (ja) | 撮像装置の防振制御回路 | |
| JP4370113B2 (ja) | 可動ミラー装置および光ファイバ装置 | |
| JPH0980509A (ja) | 像振れ補正装置 | |
| JP2012163772A (ja) | 撮像装置およびその制御方法 | |
| JP2003315679A (ja) | 顕微鏡システム | |
| KR101500733B1 (ko) | 떨림 보정 장치 및 방법, 떨림 보정 장치의 제조 방법, 및촬영 장치 | |
| JPH11271830A (ja) | ブレ検出装置、ブレ補正装置及びブレ補正カメラ | |
| JP6438759B2 (ja) | 画像振動低減装置 | |
| JPH06339059A (ja) | 自動焦点調節装置 | |
| US9625697B2 (en) | Optical system for imaging an object and method for operating said optical system | |
| JP5035600B2 (ja) | 生物顕微鏡 | |
| US11822148B2 (en) | Information processing apparatus, image capturing apparatus, information processing method, and storage medium | |
| JP2004226692A (ja) | 振動検出装置及びブレ補正カメラ |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050309 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050309 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20071004 |
|
| 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: 20080408 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20080416 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110425 Year of fee payment: 3 |
|
| R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 4115720 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110425 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120425 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130425 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140425 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 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |