JP4477181B2 - 顕微鏡装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の対物レンズを切換えて使用するオートフォーカス機能を有する顕微鏡装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
顕微鏡は、医学、生物学を始めとして、工業分野においてもＩＣウェハや磁気ヘッドの検査、金属組織などの品質管理、新素材などの研究開発などの種々の分野や用途に使用されている。
【０００３】
ところで、通常、このような顕微鏡でのピント合わせは、対物レンズと拡大観察の対象となる標本との相対位置関係を調整して行なわれ、この時のピント合わせ機構は、対物レンズまたは標本を載置するステージを焦準機構により対物レンズの光軸方向に移動させて行なうようにしている。
【０００４】
また、最近の顕微鏡は、オートフォーカス（以下、ＡＦと称する。）センサを搭載するとともに、焦準機構をモータで駆動可能とし、ＡＦセンサで検出された画像情報に基いてモータにより焦準機構を駆動することにより、自動的にピント合わせを可能にしたＡＦ機能を有するものも考えられている。
【０００５】
しかし、これまでのＡＦ機能を有するものは、例えば、電動ステージを可動範囲のほぼ全域に亘って移動させながら、ＡＦセンサから得られる画像情報に基いて電動ステージを合焦位置まで移動させるようになっているため、合焦動作時間が非常に長くなるという問題があった。
【０００６】
そこで、従来、このような問題を解決するため、例えば、特公平５−８７８０７号公報に開示されるように予め基準位置を設定し、位置検出手段からの検出信号に基いてステージを基準位置まで移動させることにより、ステージを可動範囲全域に亘って移動させることがなく、合焦動作時間を大幅に短縮可能にしたものが考えられている。
【０００７】
また、最近の工業系分野では、大量の精密加工品を迅速かつ正確に検査する必要性から応答性が良く高精度で信頼性の高い顕微鏡用のＡＦ機能を有する検査装置が望まれている。そして、このような高速で応答可能な高スループットの検査装置には、特に、ＡＦが不可能になったときに高価なＩＣウェハや精密加工面などの破損、損傷を防ぐための保護機能と、例えばＡＦが不可能になった場合も動作の確実性、迅速性を保証し得るような高精度のアライメント機能が必要不可欠である。
【０００８】
そこで、従来、例えば特許第２７３２５６１号公報に開示されるように、自動合焦が不能に陥ったときにも、予め設定した合焦位置に焦準部を移動させることにより、ほぼ合焦位置に近い状態に焦準部を位置決めすることができ、この位置から僅かに焦準部を移動させるだけで、自動合焦が不可能な試料に対しても迅速に合焦せしめることを可能にしたものが考えられている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、これらの方法によると、対物レンズ交換時における合焦動作によるステージの移動範囲が対物レンズの倍率に関係なく一定であるため、例えば、１００倍程度の高倍観察が可能で、作動距離（ＷＤ）が０．２ｍｍ以下となるような高倍対物レンズを、低倍対物レンズと組合わせて使用すると、高倍対物レンズは、レンズ交換時の合焦動作のためのステージの移動により観察試料との接触の危険性が高くなり、観察試料を破損してしまうおそれが生じ、そこで、高倍対物レンズに合わせて合焦動作のためのステージの移動範囲に制限を加えると、今度は、低倍対物レンズへの交換時の合焦動作で、合焦が得られない合焦不能に陥るという問題があった。
【００１０】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、対物レンズの交換時における合焦動作において、合焦不能に陥るようなことがなく、しかも観察試料の保護も確実に行なうことができる顕微鏡装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、複数の対物レンズを保持し観察光路内に挿入すべき対物レンズを切換える対物切換え手段と、前記観察光路系内に挿入された対物レンズに対向する位置に設けられた試料ステージと、前記試料ステージおよび前記対物切換え手段の少なくとも一方を光軸方向へ移動する焦準手段と、前記各対物レンズ毎に少なくとも前記試料ステージとの間で許容される最小距離を位置情報として記憶する記憶手段と、前記観察光路系内に挿入される対物レンズに対応して前記記憶手段に記憶された位置情報により前記対物レンズを前記試料ステージに近付けない範囲で前記焦準手段の焦準動作を制御する焦準動作制御手段とを具備したことを特徴としている。
【００１２】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記記憶手段は、前記各対物レンズ毎に試料ステージとの間で許容される最小および最大距離を位置情報として記憶し、前記焦準動作制御手段は、前記観察光路系内に挿入された対物レンズに対応して前記記憶手段に記憶された位置情報の範囲で前記焦準手段の焦準動作を制御することを特徴としている。
【００１３】
請求項３記載の発明は、複数の対物レンズを保持し観察光路内に挿入すべき対物レンズを切換える対物切換え手段と、前記観察光路系内に挿入された対物レンズに対向する位置に設けられた試料ステージと、前記試料ステージおよび前記対物切換え手段の少なくとも一方を光軸方向へ移動する焦準手段と、各対物レンズ毎の合焦動作に基く基準位置および焦点深度に応じた合焦動作の幅を位置情報として記憶する記憶手段と、前記観察光路系内に挿入される対物レンズに対応して前記記憶手段に記憶された位置情報により前記基準位置を中心に前記合焦動作の幅の範囲で前記焦準手段の焦準動作を制御する焦準動作制御手段とを具備したことを特徴としている。
【００１４】
この結果、本発明によれば、高倍対物レンズと低倍対物レンズを組合わせて使用した場合、高倍対物レンズから低倍対物レンズへのレンズ交換時における合焦動作においても合焦不能に陥るようなことがなく、しかも対物レンズの観察試料への接触も防止できる。
【００１５】
また、本発明によれば、各対物レンズ毎の基準位置および合焦動作の幅を利用することにより、焦準手段の移動量を必要最小限に抑えることができ、対物レンズ交換動作時間を短縮できる。
【００１６】
【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。
【００１７】
（第１の実施の形態）
図１は本発明の一実施例に係る顕微鏡装置の全体構成を示しており、図２は該顕微鏡の光学系の構成を示している。
【００１８】
本実施例の顕微鏡装置における光学系は、例えばハロゲンランプからなる透過照明用光源１からの光をコレクタレンズ２で集光して透過用フィルターユニット３へ入射する。
【００１９】
透過用フィルターユニット３は透過照明用光源１の色温度を変えずに明るさの調光を行う複数枚のＮＤフィルターと、色補正を行うための複数枚の補正フィルターとからなり、任意のフィルターを照明光学系の光路中に選択的に挿脱可能になっている。
【００２０】
上記透過用フィルターユニット３を透過した照明光を、透過視野絞り４，透過開口絞り５，コンデンサ光学素子ユニット６，コンデンサトップレンズユニット７を介して試料ステージ８の下方からステージ上の観察試料Ｓを照明する。
【００２１】
なお、コンデンサ光学素子ユニット６は光路中に選択的に挿入される複数のユニット６ａ〜６ｃからなり、コンデンサトップレンズユニット７は光路中に選択的に挿入される複数のユニット７ａ，７ｂからなる。また、試料ステージ８は観察試料Ｓを光軸と直交する平面内で２次元移動できると共に、ピント合わせのため光軸方向へ移動可能になっている。
【００２２】
試料ステージ８上方には複数のユニットからなる複数の対物レンズ９ａ〜９ｃがレボルバ１０に保持されている。レボルバ１０はその回転により観察光路内の光軸上に挿入すべき対物レンズを交換可能に構成されている。レボルバ１０は、例えば顕微鏡のアーム先端部に回転自在に取付けられており、そのアーム先端部の観察光路上にキューブユニット１１が配設されている。キューブユニット１１は、各種検鏡法により選択的に挿入される複数のユニット１１ａ〜１１ｃからなる。キューブユニット１１を透過した光をビームスプリッター１２で２方向に分岐し、一方の光をビームスプリッター１３を介して接眼レンズ１４へ導いている。なお、ビームスプリッタ１２，１３は光路に対して挿脱可能になっている。
【００２３】
また、水銀ランプ等からなる落射照明用光源１５からの光を、落射用フィルターユニット１６，落射シャッター１７，落射視野絞り１８，落射開口絞り１９を介して、キューブユニット１１の光路中に挿入されているユニットに入射し、観察試料Ｓ側へ反射させて落射照明する。
【００２４】
なお、落射用フィルターユニット１６は落射照明用光源１５の色温度を変えずに明るさの調光を行う複数枚のＮＤフィルターと、色補正を行うための複数枚の補正フィルターとから構成される。
【００２５】
一方、観察光路上に挿入されたビームスプリッター１２で分岐された他方の光を写真撮影用光路へ導いている。写真撮影用光路に対してビームスプリッター２０が挿脱自在に設けられており、光路中に挿入したビームスプリッター２０で分岐した一方の光を、結像レンズを介してピント検知用受光素子２１へ入射している。このピント検知用受光素子２１はピント検知用の光量を測光するためのものである。
【００２６】
また、写真撮影用光路のビームスプリッター２０で分岐した他方の光を、写真撮影用倍率を任意に調整するズームレンズ２２を介して該光路中に挿入されたビームスプリッター２３に入射する。このビームスプリッター２３は光路に対して挿脱自在になっており、光路内に挿入したビームスプリッター２３で反射させた光を、さらに別のビームスプリッター２４に入射して２方向へ分岐している。ビームスプリッター２４も光路に対して挿脱自在になっている。光路内に挿入したビームスプリッター２４で反射した光は写真用受光素子２５に入射している。写真用受光素子２５は写真撮影の露出時間を測光するための素子である。そしてビームスプリッター２４を光路から脱した状態で、ビームスプリッター２３で反射させた光を写真撮影用シャッター２６を介して写真撮影用のフィルムを収納したカメラ２７に入射している。
【００２７】
次に、本実施例の顕微鏡装置における制御系の構成について説明する。
【００２８】
装置全体の動作を管理しているメインコントロール部３０に対して専用シリアルバス３１を介して写真撮影コントロール部３２，ＡＦコントロール部３３，フレームコントロール部３４，透過フィルターコントロール部３５，透過視野絞りコントロール部３６，コンデンサコントロール部３７，落射視野絞りコントロール部３８，落射フィルターコントロール部３９をそれぞれ接続している。
【００２９】
写真撮影コントロール部３２は、ビームスプリッター１２，２０，２４を光路中に挿脱するための駆動及び制御と、ズームレンズ２２の駆動及び制御と、写真用受光素子２５の測光値から写真撮影時間を算出するための演算処理と、写真撮影用シャッターの開閉駆動制御と、カメラ２７のフィルム巻き上げ及び巻き戻し制御とを行う。
【００３０】
ＡＦコントロール部３３は、ピント検知用受光素子２１からのデータで所定の合焦演算を行い、その演算結果に応じて試料ステージ８を駆動することにより自動合焦検出を行う。また、ＡＦコントロール部３３は、試料ステージ８下方に取付けられた図示しない原点センサと位置検出回路４３により試料ステージ８の位置座標を管理する。
【００３１】
フレームコントロール部３４は、透過照明用光源１，落射照明用光源１５，レボルバ１０，キューブユニット１１，落射シャッター１７を駆動制御するものである。
【００３２】
透過フィルターコントロール部３５は透過用フィルターユニット３の駆動及び制御を行い、透過視野絞りコントロール部３６は透過用視野絞り４の駆動及び制御を行う。また、コンデンサコントロール部３７はコンデンサ光学素子ユニット６，コンデンサトップレンズユニット７，透過用開口絞り５の駆動及び制御を行う。落射視野絞りコントロール部３８は落射視野絞り１８，落射開口絞り１９の駆動及び制御を行う。また、落射フィルターコントロール部３９は落射用フィルターユニット１６の駆動及び制御を行う。
【００３３】
上記各コントロール部３２〜３９は、それぞれ図３に示す回路構成を備えている。すなわち、各コントロール部は、ＣＰＵ回路４１と、このＣＰＵ回路４１からの指令で制御対象の光学ユニットを駆動する駆動回路４２と、制御対象の光学ユニットの位置を検出してＣＰＵ回路４１へ知らせる位置検出回路４３と、ＣＰＵ回路４１と専用シリアルバス３１とを接続する専用シリアル通信Ｉ／Ｆ回路４４と、その他の図示しない周辺回路とを内蔵する。上記ＣＰＵ回路４１は、ＣＰＵ４５がＲＯＭ４６，ＲＡＭ４７にＣＰＵバス４８を介して接続され、ＲＯＭ４６に各々の制御内容を記述したプログラムが記憶され、ＲＡＭ４７に制御演算用のデータが格納されている。そして各コントロール部３２〜３９に専用シリアルバス３１を介してメインコントロール部３０から制御指示が送り込まれ、ＣＰＵ４５がＲＯＭ４６のプログラムに従って動作することにより各々受け持ちの光学ユニット等の制御が行われる。
【００３４】
図４はメインコントロール部３０の構成を示す図である。同図に示すメインコントロール部３０は、上記各コントロール部と同様のＣＰＵ回路４１と、顕微鏡の各種設定状態を記憶するための不揮発性メモリ５０と、各種操作スイッチを設けたＳＷ入力部５１と、各種情報を表示するための表示部５２と、専用シリアルバス３１をコントロールするための専用シリアルバス駆動回路５３とを備えている。
【００３５】
表示部５２は、プラズマディスプレイ又はＬＣＤ等の表示部材から構成されており、ＣＰＵ４５より送られてくる表示内容を表示する。表示部５２に表示される各種画面はＲＯＭ４６に予め記憶されている。ＳＷ入力部５１は透明シートからなるスイッチで構成され、図５に示すように表示部５２の上面に貼り合わされている。ＳＷ入力部５１上の任意の位置を押下すると、その位置がＣＰＵ４５に認識されるようになっている。本実施例では、例えば図６に示すような画面を表示する。２０１〜２０３は区画されたスイッチエリアを示す表示である。例えばスイッチエリア２０３を指等で押下すれば、その押下位置データとその押下位置の表示データとからＣＰＵ４５が何のスイッチが押されたかを認識して、そのスイッチに対応した制御が行われるようにしている。
【００３６】
次に、以上のように構成された本実施例の動作について説明する。
【００３７】
通常、光学顕微鏡には４〜７本程度の対物レンズが取付けられるが、各対物レンズの同焦位置は、図７に示すように若干異なる。図７は、対物倍率（または種類）の異なる複数の対物レンズ９ａ，９ｂ，９ｃ…と、これら対物レンズ９ａ，９ｂ，９ｃ…の同相位置９ａ’，９ｂ’，９ｃ’…との関係を示している。これら対物レンズ９ａ，９ｂ，９ｃ…の同相位置９ａ’，９ｂ’，９ｃ’…は、それぞれ等しい位置になるように設計されるが、レボルバ１０や対物レンズ９の部品精度誤差による若干のずれは避けられない。
【００３８】
まず、レボルバ１０の対物取付け穴に応じて各対物レンズ９ａ，９ｂ，９ｃ…毎に、合焦動作において試料ステージ８との間で許容される最小距離に相当する上限位置と、試料ステージ８との間の任意の距離に相当する下限位置をそれぞれ位置情報としてＣＰＵ４５に認識させる。そのために、まず顕微鏡操作の前段階として初期設定を行う。
【００３９】
初期設定は表示部５２に図８に示す画面を表示することから始める。この画面において初期設定動作を開始するためのスイッチINITIAL を押すことにより、ＣＰＵ４５がＳＷ入力部５１の押下げ位置データと表示部５２の表示データとからスイッチINITIAL が押されたことを認識する。
【００４０】
スイッチINITIAL が押されると、ＣＰＵ４５は表示部５２の画面を図９に示す画面へ変更する。図９に示す画面上にはレボルバ１０に設けられた対物取付け穴の各位置を指定するＳＷ表示領域５４が表示される。ＳＷ表示領域５４はスイッチREVO１〜REVO７からなり７つの対物取付け穴を指定可能になっている。ＳＷ表示領域５４のスイッチ数は現在装着されているレボルバ１０の対物取付け穴の数に対応させている。
【００４１】
また、図９に示す画面上には、初期設定動作を中止するためのスイッチCANCELと、初期設定動作を終了するためのスイッチEND とが表示される。
【００４２】
図９の画面上において、ＳＷ表示領域５４のスイッチREVO１を押下げれば、レボルバ１０の対物取付け穴の第１位置に装着される対物レンズの設定操作へ移行する。すなわち、スイッチREVO１が押されると、ＣＰＵ４５が表示部５２の画面を図９の画面から図１０の画面へと変更し、ステージ８を上方に移動させるスイッチ△、ステージ８を下方へ移動させるスイッチ▽を有するステージ移動スイッチ５５および現在のステージ位置座標を示すステージ位置座標表示領域５６を表示させる。
【００４３】
それと同時に、ＣＰＵ４５が専用シリアルバス駆動回路５３を駆動して専用シリアルバス３１を介してフレームコントロール部３４にレボルバ１０の回転指示を与える。この回転指示を受けたフレームコントロール部３４が駆動回路４２を駆動してレボルバ１０の対物取付け穴＃１番を光軸位置に挿入する。その結果、スイッチREVO１で指示された対物レンズが観察光路上に挿入される。
【００４４】
操作者は、レボルバ１０の回転が終了してから、接眼レンズ１４を通して観察試料Ｓのピントを合わせる。このピント合わせは、スイッチ△またはスイッチ▽を押し下げ、ステージ８を移動させることで行なう。すなわち、スイッチ△が押されると、ＣＰＵ４５が専用シリアルバス駆動回路５３を駆動して専用シリアルバス３１を介してＡＦコントロール部３３にステージ８の上方移動指示を与える。この上方移動指示を受けたＡＦコントロール部３３は、駆動回路４２を駆動してステージ８を上方に移動する。スイッチ▽が押されると、同様にステージ８は下方へ移動する。
【００４５】
それと同時に、ＣＰＵ４５が専用シリアルバス駆動回路５３を駆動して専用シリアルバス３１を介してＡＦコントロール部３３からステージ８の位置座標を取得し、ステージ位置座標表示領域５６にステージ８の位置座標を、逐次、表示する。ここでの位置座標の表示は、例えば「１」が０．１μｍを表わしている。
【００４６】
次いで、操作者は、合焦動作の上限位置を指定する。そして、ピント合わせの後、試料ステージ８を対物レンズ９との間で許容される最小距離に相当する位置まで上方に移動させる。
【００４７】
そして、この位置を上限位置とする場合は、スイッチＵＰ−ＬＩＭＩＴ ＥＮＴＥＲを押し下げると、この時、ステージ位置座標表示領域５６において表示されているステージ８の位置座標が、上限位置データとして図１１に示すデータテーブルの上限位置に、レボルバ１０の対物取付け穴の位置に対応して記憶される。このテーブルデータは、不揮発性メモリ５０に記憶されている。
【００４８】
同様にして、操作者は、合焦動作の下限位置を指定する。この場合も、ピント合わせの後、ステージ８を任意の位置まで下方に移動する。そして、この位置を下限位置とする場合は、スイッチＬＯＷ−ＬＩＭＩＴ ＥＮＴＥＲを押し下げると、この時、ステージ位置座標表示領域５６において表示されているステージ８の位置座標が、下限位置データとして図１１に示すデータテーブルの下限位置に、レボルバ１０の対物取付け穴の位置に対応して記憶される。
【００４９】
以上の操作をＳＷ表示領域５４のスイッチREVO１〜REVO7 まで繰り返すことにより、全ての対物レンズ９に対する上限位置、下限位置のデータテーブルへの初期設定が終了する。ここで、不揮発性メモリ５０のデータテーブルに設定したデータは電源遮断後も保持されることから、レボルバ１０に装着されている対物レンズが変わらない限り再設定の必要はない。
【００５０】
操作者は、初期設定が終了しならば、図９の画面においてスイッチEND を押す。スイッチEND が押されたならば、再び図８に示す画面を表示部５２に表示させて、実際の観察を可能な状態になる。
【００５１】
次に、実際の観察操作について説明する。この場合、図２に示すように観察光路中に高倍の対物レンズ９ｂが挿入され、図８に示すスイッチＡＦが押されるものとする。
【００５２】
スイッチＡＦが押し下げられると、ＣＰＵ４５が専用シリアルバス駆動回路５３を駆動して専用シリアルバス３１を介してＡＦコントロール部３３に合焦動作開始指示を与える。この指示を受けたＡＦコントロール部３３は、下限位置より上方かつ、上限位置より下方をステージ８の移動範囲とし、ピント検知用受光素子２１からのデータで所定の合焦演算を行ない、その演算結果に応じてステージ８を駆動して合焦検出を行なう。
【００５３】
次に、高倍対物レンズ９ｂから低倍対物レンズ９ｃに交換すると、ＣＰＵ４５は、専用シリアルバス駆動回路５３を駆動して専用シリアルバス３１を介してＡＦコントロール部３３に図１１のデータテーブルより参照した対物レンズ９ｃの上限位置および下限位置を伝える。
【００５４】
一方、ＣＰＵ４５が専用シリアルバス駆動回路５３を駆動して専用シリアルバス３１を介してフレームコントロール部３４にレボルバ１０の回転指示を与える。すると、この回転指示を受けたフレームコントロール部３４は、駆動回路４２を駆動して、対物レンズ９ｃを光軸位置に挿入する。
【００５５】
次いで、合焦動作開始指示を与えると、ＡＦコントロール部３３は、下限位置より上方かつ、上限位置より下方をステージ８の移動範囲とし、ピント検知用受光素子２１からのデータで所定の合焦演算を行ない、その演算結果に応じてステージ８を駆動して合焦検出を行なう。
【００５６】
この場合、メインコントロール部３０は、フレームコントロール部３４に対して対物交換指示を出し、対物レンズ９を交換している間に他のコントロール部が不用意に動作することを防止するために、フレームコントロール部３４を除く、コントロール部３２，３３，３５〜３９に動作禁止指令を出している。
【００５７】
一方、対物レンズの交換前後の試料ステージ８の移動時には、ＡＦコントロール部３３にのみ動作指令が送られ、不用意にレボルバ１０が動作しないようにフレームコントロール部３４には動作禁止指示が出されている。
【００５８】
従って、このようにすれば、レボルバ１０に取付けられた各対物レンズ９ａ、９ｂ、９ｃ…の上限位置および下限位置を不揮発性メモリ５０のデータテーブルとして記憶しておき、対物レンズの交換指示が与えられると、各対物レンズ毎の上限位置および下限位置を読出し、下限位置より上方かつ、上限位置より下方をステージ８の移動範囲として合焦演算を行ない、その演算結果に応じてステージ８を駆動して合焦検出を行なうようにしたので、高倍対物レンズと低倍対物レンズを組合わせて使用した場合、特に、高倍対物レンズから低倍対物レンズへの交換時における合焦動作においても合焦不能に陥るようなことがなく、しかも対物レンズの観察試料への接触を防止でき、試料保護も確実に行なうことができる。
【００５９】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。
【００６０】
この第２の実施の形態でのハードウエア構成は前述した第１の実施の形態と同様であり、第１の実施の形態で用いた図面を援用するものとする。
【００６１】
この第２の実施の形態は、対物レンズ毎に持っている上限位置と下限位置の他に、合焦動作の基準となる基準位置と、合焦動作の幅を設定可能な構成になっている。
【００６２】
上述した第１の実施の形態においては、図１１に示すように合焦動作の範囲をレボルバ１０の対物レンズ取付け穴位置別の上限位置と下限位置から求めていた。この方式によれば、取付け精度や部品精度がばらつく実際の対物レンズやレボルバを使用しても対物レンズ交換時における合焦動作において、合焦不能に陥ることなく、かつ標本の保護を確実に行なうことができるオートフォーカス顕微鏡が得られる。しかし、実際には顕微鏡操作中はピント位置近くにステージ位置があることが多く、特に、対物レンズを切替えながら観察している場合は、ほとんどピント位置にあると言ってもよい。
【００６３】
その点に着目して、この第２の実施の形態では、図１１のデータテーブルに代えて、図１２に示すデータテーブルを利用して合焦動作を行なわせるようにしている。この図１２に示すデータテーブルは、第１の実施の形態と同様の初期設定により不揮発性メモリ５０に記憶される。
【００６４】
この場合も、操作者は、図１３に示す画面を操作して接眼レンズ１４を通し観察試料Ｓのピント合わせを行なう。このピント合わせは、スイッチ△またはスイッチ▽を押し下げ、ステージ８を移動させることで行なう。すなわち、スイッチ△が押されると、ＣＰＵ４５が専用シリアルバス駆動回路５３を駆動して専用シリアルバス３１を介してＡＦコントロール部３３にステージ８の上方移動指示を与える。この上方移動指示を受けたＡＦコントロール部３３は、駆動回路４２を駆動してステージ８を上方に移動する。スイッチ▽が押されると、同様にステージ８は下方へ移動する。
【００６５】
それと同時に、ＣＰＵ４５が専用シリアルバス駆動回路５３を駆動して専用シリアルバス３１を介してＡＦコントロール部３３からステージ８の位置座標を取得し、ステージ位置座標表示領域５６にステージ８の位置座標を、逐次、表示する。
【００６６】
次いで、操作者は、ピント合わせの後、合焦動作の基準位置を指定する。そして、基準位置の指定が終了してスイッチＣＥＮＴＥＲ ＥＮＴＥＲが押されたならば、この時、ステージ位置座標表示領域５６において表示されているステージ８の位置座標が、上限位置データとして図１２に示すデータテーブルの基準位置に、レボルバ１０の対物取付け穴の位置に対応して記憶される。このテーブルデータは、不揮発性メモリ５０に記憶されている。
【００６７】
同様にして、操作者は、合焦動作の幅を指定する。この場合も、ピント合わせの後、ステージ８を対物レンズ９の焦点深度の１／２程度の位置まで上方に移動する。この時の移動量は、対物レンズ９の焦点深度の１／２程度を目安にステージ位置座標表示領域５６に表示されている位置座標から求めてもよく、また、観察試料のぼけ具合から決定してもよい。ここで、焦点深度とは、人間の目でピントが合っていると感じられる上限位置から下限位置までの距離であり、本来のピント位置、すなわちジャスピン位置は、その中間点に位置していることになる。
【００６８】
その後、合焦動作の幅を指定が終了してスイッチＺＯＮＥ ＥＮＴＥＲが押されたならば、この時、ステージ位置座標表示領域５６において表示されているステージ８の位置座標が、合焦動作の幅データとして図１２に示すデータテーブルの合焦動作の幅に、レボルバ１０の対物取付け穴の位置に対応して記憶される。以上の操作をＳＷ表示領域５４のスイッチREVO１〜REVO7 まで繰り返すことにより、図１２に示すデータテーブルへの初期設定が終了する。ここで、不揮発性メモリ５０のテーブルデータに設定したデータは電源遮断後も保持されることから、レボルバ１０に装着されている対物レンズが変わらない限り再設定の必要はない。
【００６９】
操作者は、初期設定が終了しならば、図９の画面においてスイッチEND を押す。スイッチEND が押されたならば、再び図８に示す画面を表示部５２に表示させて、実際の観察を可能な状態になる。
【００７０】
次に、実際の観察操作について説明する。この場合、図２に示すように観察光路中に高倍の対物レンズ９ｂが挿入され、図８に示すスイッチＡＦが押されるものとする。
【００７１】
スイッチＡＦが押し下げられると、ＣＰＵ４５が専用シリアルバス駆動回路５３を駆動して専用シリアルバス３１を介してＡＦコントロール部３３に合焦動作開始指示を与える。この指示を受けたＡＦコントロール部３３は、対物レンズ９ｂに対して設定された基準位置Ｃから上方へ、合焦位置の幅より求められる距離Ｗだけ隔てた位置と、基準位置Ｃから下方へ、同じく距離Ｗだけ隔てた位置との間をステージ８の移動範囲とし、ピント検知用受光素子２１からのデータで所定の合焦演算を行ない、その演算結果に応じてステージ８を駆動して合焦検出を行なう。
【００７２】
ここで、Ｗは、不揮発性メモリ５０に記憶されている基準位置をＣ、合焦位置の幅をＺとすると、Ｗ＝Ｚ−Ｃで求められる。すなわち、図１４に示すように合焦検出を行なうステージ８の移動範囲は、Ｃ−ＺからＣ＋Ｚの範囲で、２×Ｚの範囲である。
【００７３】
次に、高倍対物レンズ９ｂから低倍対物レンズ９ｃに交換すると、ＣＰＵ４５は、専用シリアルバス駆動回路５３を駆動して専用シリアルバス３１を介してＡＦコントロール部３３に図１２のデータテーブルより参照した対物レンズ９ｃの上限位置、下限位置、基準位置および合焦動作の幅をを伝える。
【００７４】
一方、ＣＰＵ４５が専用シリアルバス駆動回路５３を駆動して専用シリアルバス３１を介してフレームコントロール部３４にレボルバ１０の回転指示を与える。すると、この回転指示を受けたフレームコントロール部３４は、駆動回路４２を駆動して、対物レンズ９ｃを光軸位置に挿入する。
【００７５】
次いで、合焦動作開始指示を与えると、ＡＦコントロール部３３は、ステージ８を対物レンズ９ｃの基準位置へ移動した後、この基準位置と合焦動作の幅により決まる範囲をステージ８の移動範囲とし、ピント検知用受光素子２１からのデータで所定の合焦演算を行ない、その演算結果に応じてステージ８を駆動して合焦検出を行なう。
【００７６】
この場合、ステージ８がＸＹ方向に移動して、基準位置と合焦動作の幅により決まる移動範囲内の合焦演算で合焦を検知できない場合は、低倍対物レンズ９ｃの下限位置より上方かつ、上限位置より下方をステージ８の移動範囲とし、ピント検知用受光素子２１からのデータで所定の合焦演算を行ない、その演算結果に応じてステージ８を駆動して合焦検出を行なう。
【００７７】
なお、メインコントロール部３０は、フレームコントロール部３４に対して対物交換指示を出し、対物レンズ９を交換している間に他のコントロール部が不用意に動作することを防止するために、フレームコントロール部３４を除く、コントロール部３２，３３，３５〜３９に動作禁止指令を出している。また、対物レンズの交換前後の試料ステージ８の移動時には、ＡＦコントロール部３３にのみ動作指令が送られ、不用意にレボルバ１０が動作しないようにフレームコントロール部３４には動作禁止指示が出されている。さらに、対物レンズ９の交換に際し、対物レンズ９の交換開始前にステージ８の下方への退避移動、および対物レンズ９の交換終了後には、ステージ８の上方への復帰移動を行ない、対物レンズ交換前、交換後の異なる基準位置による観察試料と対物レンズの接触を回避するようにしている。この方法としては、例えば、特開平１０−６８８８８号に開示された方法を用いることができる。
【００７８】
従って、このようにすれば、レボルバ１０に取付けられた各対物レンズ９ａ、９ｂ、９ｃ…の上限位置、下限位置、基準位置および合焦動作の幅を不揮発性メモリ５０のデータテーブルとして記憶しておき、対物レンズの交換指示が与えられると、各対物レンズ毎の基準位置および合焦動作の幅を読出し、これら基準位置と合焦動作の幅により決まる範囲をステージ８の移動範囲として合焦演算を行ない、その演算結果に応じてステージ８を駆動して合焦検出を行なうようにしたので、第１の実施の形態で述べたと同様、高倍対物レンズと低倍対物レンズを合わせて使用した場合、特に、高倍対物レンズから低倍対物レンズへの交換時における合焦動作においても合焦不能に陥るようなことがなく、しかも対物レンズの観察試料への接触を防止でき、試料保護も確実に行なうことができる。
【００７９】
また、対物レンズ毎の基準位置および合焦動作の幅を利用することにより、ステージ８の移動量を必要最小限に抑えることができ、対物レンズ交換動作時間を短縮でき、また、焦準部の不必要な駆動がなくなり、焦準部の機械的磨耗を抑制でき、装置の寿命を延ばすことができる。
【００８０】
なお、上述した実施の形態では、焦準機構としてステージ移動型のものを用いた例を述べたが、レボルバ上下機構のものにも適用することができる。また、入力手段、表示手段として、透明のタッチパネルを用いた例を述べたが、その他の入力手段、表示手段を用いることもできる。
【００８１】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、対物レンズの交換時における合焦動作において合焦不能に陥るようなことがなく、また、観察試料の保護も確実に行なうことができ、さらに、対物レンズ交換動作時間を短縮できる。
【００８２】
顕微鏡装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る顕微鏡装置の全体構成図である。
【図２】第１の実施の形態の顕微鏡装置における光学系の構成図である。
【図３】第１の実施の形態の顕微鏡装置における各コントロール部に共通の機能ブロック図である。
【図４】第１の実施の形態の顕微鏡装置におけるメインコントロール部の機能ブロック図である。
【図５】ＳＷ入力部と表示部の構成図である。
【図６】ＳＷ入力部と表示部の平面図である。
【図７】各種対物レンズとＷＤとの関係図である。
【図８】所定設定及び対物レンズ指定のスイッチが現われた表示部の平面図である。
【図９】初期設定画面が現われた表示部の平面図である。
【図１０】初期設定対物レンズを指定するための画面が現われた表示部の平面図である。
【図１１】レボルバの対物取付け穴位置と各対物取付け穴位置に取り付けられた対物レンズの上限位置、下限位置とのテーブルデータを示す図である。
【図１２】本発明の第２の実施の形態の顕微鏡装置でのレボルバの対物取付け穴位置と各対物取付け穴位置に取り付けられた対物レンズの上限位置、下限位置、基準位置、合焦動作の幅とのテーブルデータを示す図である。
【図１３】初期設定対物レンズを指定するための画面が現われた表示部の平面図である。
【図１４】対物レンズと上限位置、下限位置、基準位置、合焦動作の幅との関係図である。
【符号の説明】
１…透過照明用光源
２…コレクタレンズ
３…透過用フィルターユニット
４…透過視野絞り
５…透過開口絞り
６…コンデンサ光学素子ユニット
６ａ〜６ｃ…ユニット
７…コンデンサトップレンズユニット
７ａ．７ｂ…ユニット
８…試料ステージ
９…対物レンズ
９ａ〜９ｃ…対物レンズ
１０…レボルバ
１１…キューブユニット
１１ａ〜１１ｃ…ユニット
１２…ビームスプリッター
１３…ビームスプリッター
１４…接眼レンズ
１５…落射照明用光源
１６…落射用フィルターユニット
１７…落射シャッター
２０…ビームスプリッター
２１…ピント検知用受光素子
２２…ズームレンズ
２３…ビームスプリッター
２４…ビームスプリッター
２５…写真用受光素子
２６…写真撮影用シャッター
２７…カメラ
３０…メインコントロール部
３１…専用シリアルバス
３２…写真撮影コントロール部
３３…ＡＦコントロール部
３４…フレームコントロール部
３５…透過フィルターコントロール部
３６…透過視野絞りコントロール部
３７…コンデンサコントロール部
３８…落射視野絞りコントロール部
３９…落射フィルターコントロール部
４１…ＣＰＵ回路
４２…駆動回路
４３…位置検出回路
４４…専用シリアルＩ／Ｆ回路
４５…ＣＰＵ
４６…ＲＯＭ
４７…ＲＡＭ
４８…ＣＰＵバス
５０…不揮発性メモリ
５１…ＳＷ入力部
５２…表示部
５３…専用シリアルバス駆動回路
５４…ＳＷ表示領域
５５…ステージ移動スイッチ
５６…ステージ位置座標表示領域
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の対物レンズを切換えて使用するオートフォーカス機能を有する顕微鏡装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
顕微鏡は、医学、生物学を始めとして、工業分野においてもＩＣウェハや磁気ヘッドの検査、金属組織などの品質管理、新素材などの研究開発などの種々の分野や用途に使用されている。
【０００３】
ところで、通常、このような顕微鏡でのピント合わせは、対物レンズと拡大観察の対象となる標本との相対位置関係を調整して行なわれ、この時のピント合わせ機構は、対物レンズまたは標本を載置するステージを焦準機構により対物レンズの光軸方向に移動させて行なうようにしている。
【０００４】
また、最近の顕微鏡は、オートフォーカス（以下、ＡＦと称する。）センサを搭載するとともに、焦準機構をモータで駆動可能とし、ＡＦセンサで検出された画像情報に基いてモータにより焦準機構を駆動することにより、自動的にピント合わせを可能にしたＡＦ機能を有するものも考えられている。
【０００５】
しかし、これまでのＡＦ機能を有するものは、例えば、電動ステージを可動範囲のほぼ全域に亘って移動させながら、ＡＦセンサから得られる画像情報に基いて電動ステージを合焦位置まで移動させるようになっているため、合焦動作時間が非常に長くなるという問題があった。
【０００６】
そこで、従来、このような問題を解決するため、例えば、特公平５−８７８０７号公報に開示されるように予め基準位置を設定し、位置検出手段からの検出信号に基いてステージを基準位置まで移動させることにより、ステージを可動範囲全域に亘って移動させることがなく、合焦動作時間を大幅に短縮可能にしたものが考えられている。
【０００７】
また、最近の工業系分野では、大量の精密加工品を迅速かつ正確に検査する必要性から応答性が良く高精度で信頼性の高い顕微鏡用のＡＦ機能を有する検査装置が望まれている。そして、このような高速で応答可能な高スループットの検査装置には、特に、ＡＦが不可能になったときに高価なＩＣウェハや精密加工面などの破損、損傷を防ぐための保護機能と、例えばＡＦが不可能になった場合も動作の確実性、迅速性を保証し得るような高精度のアライメント機能が必要不可欠である。
【０００８】
そこで、従来、例えば特許第２７３２５６１号公報に開示されるように、自動合焦が不能に陥ったときにも、予め設定した合焦位置に焦準部を移動させることにより、ほぼ合焦位置に近い状態に焦準部を位置決めすることができ、この位置から僅かに焦準部を移動させるだけで、自動合焦が不可能な試料に対しても迅速に合焦せしめることを可能にしたものが考えられている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、これらの方法によると、対物レンズ交換時における合焦動作によるステージの移動範囲が対物レンズの倍率に関係なく一定であるため、例えば、１００倍程度の高倍観察が可能で、作動距離（ＷＤ）が０．２ｍｍ以下となるような高倍対物レンズを、低倍対物レンズと組合わせて使用すると、高倍対物レンズは、レンズ交換時の合焦動作のためのステージの移動により観察試料との接触の危険性が高くなり、観察試料を破損してしまうおそれが生じ、そこで、高倍対物レンズに合わせて合焦動作のためのステージの移動範囲に制限を加えると、今度は、低倍対物レンズへの交換時の合焦動作で、合焦が得られない合焦不能に陥るという問題があった。
【００１０】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、対物レンズの交換時における合焦動作において、合焦不能に陥るようなことがなく、しかも観察試料の保護も確実に行なうことができる顕微鏡装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、複数の対物レンズを保持し観察光路内に挿入すべき対物レンズを切換える対物切換え手段と、前記観察光路系内に挿入された対物レンズに対向する位置に設けられた試料ステージと、前記試料ステージおよび前記対物切換え手段の少なくとも一方を光軸方向へ移動する焦準手段と、前記各対物レンズ毎に少なくとも前記試料ステージとの間で許容される最小距離を位置情報として記憶する記憶手段と、前記観察光路系内に挿入される対物レンズに対応して前記記憶手段に記憶された位置情報により前記対物レンズを前記試料ステージに近付けない範囲で前記焦準手段の焦準動作を制御する焦準動作制御手段とを具備したことを特徴としている。
【００１２】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記記憶手段は、前記各対物レンズ毎に試料ステージとの間で許容される最小および最大距離を位置情報として記憶し、前記焦準動作制御手段は、前記観察光路系内に挿入された対物レンズに対応して前記記憶手段に記憶された位置情報の範囲で前記焦準手段の焦準動作を制御することを特徴としている。
【００１３】
請求項３記載の発明は、複数の対物レンズを保持し観察光路内に挿入すべき対物レンズを切換える対物切換え手段と、前記観察光路系内に挿入された対物レンズに対向する位置に設けられた試料ステージと、前記試料ステージおよび前記対物切換え手段の少なくとも一方を光軸方向へ移動する焦準手段と、各対物レンズ毎の合焦動作に基く基準位置および焦点深度に応じた合焦動作の幅を位置情報として記憶する記憶手段と、前記観察光路系内に挿入される対物レンズに対応して前記記憶手段に記憶された位置情報により前記基準位置を中心に前記合焦動作の幅の範囲で前記焦準手段の焦準動作を制御する焦準動作制御手段とを具備したことを特徴としている。
【００１４】
この結果、本発明によれば、高倍対物レンズと低倍対物レンズを組合わせて使用した場合、高倍対物レンズから低倍対物レンズへのレンズ交換時における合焦動作においても合焦不能に陥るようなことがなく、しかも対物レンズの観察試料への接触も防止できる。
【００１５】
また、本発明によれば、各対物レンズ毎の基準位置および合焦動作の幅を利用することにより、焦準手段の移動量を必要最小限に抑えることができ、対物レンズ交換動作時間を短縮できる。
【００１６】
【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。
【００１７】
（第１の実施の形態）
図１は本発明の一実施例に係る顕微鏡装置の全体構成を示しており、図２は該顕微鏡の光学系の構成を示している。
【００１８】
本実施例の顕微鏡装置における光学系は、例えばハロゲンランプからなる透過照明用光源１からの光をコレクタレンズ２で集光して透過用フィルターユニット３へ入射する。
【００１９】
透過用フィルターユニット３は透過照明用光源１の色温度を変えずに明るさの調光を行う複数枚のＮＤフィルターと、色補正を行うための複数枚の補正フィルターとからなり、任意のフィルターを照明光学系の光路中に選択的に挿脱可能になっている。
【００２０】
上記透過用フィルターユニット３を透過した照明光を、透過視野絞り４，透過開口絞り５，コンデンサ光学素子ユニット６，コンデンサトップレンズユニット７を介して試料ステージ８の下方からステージ上の観察試料Ｓを照明する。
【００２１】
なお、コンデンサ光学素子ユニット６は光路中に選択的に挿入される複数のユニット６ａ〜６ｃからなり、コンデンサトップレンズユニット７は光路中に選択的に挿入される複数のユニット７ａ，７ｂからなる。また、試料ステージ８は観察試料Ｓを光軸と直交する平面内で２次元移動できると共に、ピント合わせのため光軸方向へ移動可能になっている。
【００２２】
試料ステージ８上方には複数のユニットからなる複数の対物レンズ９ａ〜９ｃがレボルバ１０に保持されている。レボルバ１０はその回転により観察光路内の光軸上に挿入すべき対物レンズを交換可能に構成されている。レボルバ１０は、例えば顕微鏡のアーム先端部に回転自在に取付けられており、そのアーム先端部の観察光路上にキューブユニット１１が配設されている。キューブユニット１１は、各種検鏡法により選択的に挿入される複数のユニット１１ａ〜１１ｃからなる。キューブユニット１１を透過した光をビームスプリッター１２で２方向に分岐し、一方の光をビームスプリッター１３を介して接眼レンズ１４へ導いている。なお、ビームスプリッタ１２，１３は光路に対して挿脱可能になっている。
【００２３】
また、水銀ランプ等からなる落射照明用光源１５からの光を、落射用フィルターユニット１６，落射シャッター１７，落射視野絞り１８，落射開口絞り１９を介して、キューブユニット１１の光路中に挿入されているユニットに入射し、観察試料Ｓ側へ反射させて落射照明する。
【００２４】
なお、落射用フィルターユニット１６は落射照明用光源１５の色温度を変えずに明るさの調光を行う複数枚のＮＤフィルターと、色補正を行うための複数枚の補正フィルターとから構成される。
【００２５】
一方、観察光路上に挿入されたビームスプリッター１２で分岐された他方の光を写真撮影用光路へ導いている。写真撮影用光路に対してビームスプリッター２０が挿脱自在に設けられており、光路中に挿入したビームスプリッター２０で分岐した一方の光を、結像レンズを介してピント検知用受光素子２１へ入射している。このピント検知用受光素子２１はピント検知用の光量を測光するためのものである。
【００２６】
また、写真撮影用光路のビームスプリッター２０で分岐した他方の光を、写真撮影用倍率を任意に調整するズームレンズ２２を介して該光路中に挿入されたビームスプリッター２３に入射する。このビームスプリッター２３は光路に対して挿脱自在になっており、光路内に挿入したビームスプリッター２３で反射させた光を、さらに別のビームスプリッター２４に入射して２方向へ分岐している。ビームスプリッター２４も光路に対して挿脱自在になっている。光路内に挿入したビームスプリッター２４で反射した光は写真用受光素子２５に入射している。写真用受光素子２５は写真撮影の露出時間を測光するための素子である。そしてビームスプリッター２４を光路から脱した状態で、ビームスプリッター２３で反射させた光を写真撮影用シャッター２６を介して写真撮影用のフィルムを収納したカメラ２７に入射している。
【００２７】
次に、本実施例の顕微鏡装置における制御系の構成について説明する。
【００２８】
装置全体の動作を管理しているメインコントロール部３０に対して専用シリアルバス３１を介して写真撮影コントロール部３２，ＡＦコントロール部３３，フレームコントロール部３４，透過フィルターコントロール部３５，透過視野絞りコントロール部３６，コンデンサコントロール部３７，落射視野絞りコントロール部３８，落射フィルターコントロール部３９をそれぞれ接続している。
【００２９】
写真撮影コントロール部３２は、ビームスプリッター１２，２０，２４を光路中に挿脱するための駆動及び制御と、ズームレンズ２２の駆動及び制御と、写真用受光素子２５の測光値から写真撮影時間を算出するための演算処理と、写真撮影用シャッターの開閉駆動制御と、カメラ２７のフィルム巻き上げ及び巻き戻し制御とを行う。
【００３０】
ＡＦコントロール部３３は、ピント検知用受光素子２１からのデータで所定の合焦演算を行い、その演算結果に応じて試料ステージ８を駆動することにより自動合焦検出を行う。また、ＡＦコントロール部３３は、試料ステージ８下方に取付けられた図示しない原点センサと位置検出回路４３により試料ステージ８の位置座標を管理する。
【００３１】
フレームコントロール部３４は、透過照明用光源１，落射照明用光源１５，レボルバ１０，キューブユニット１１，落射シャッター１７を駆動制御するものである。
【００３２】
透過フィルターコントロール部３５は透過用フィルターユニット３の駆動及び制御を行い、透過視野絞りコントロール部３６は透過用視野絞り４の駆動及び制御を行う。また、コンデンサコントロール部３７はコンデンサ光学素子ユニット６，コンデンサトップレンズユニット７，透過用開口絞り５の駆動及び制御を行う。落射視野絞りコントロール部３８は落射視野絞り１８，落射開口絞り１９の駆動及び制御を行う。また、落射フィルターコントロール部３９は落射用フィルターユニット１６の駆動及び制御を行う。
【００３３】
上記各コントロール部３２〜３９は、それぞれ図３に示す回路構成を備えている。すなわち、各コントロール部は、ＣＰＵ回路４１と、このＣＰＵ回路４１からの指令で制御対象の光学ユニットを駆動する駆動回路４２と、制御対象の光学ユニットの位置を検出してＣＰＵ回路４１へ知らせる位置検出回路４３と、ＣＰＵ回路４１と専用シリアルバス３１とを接続する専用シリアル通信Ｉ／Ｆ回路４４と、その他の図示しない周辺回路とを内蔵する。上記ＣＰＵ回路４１は、ＣＰＵ４５がＲＯＭ４６，ＲＡＭ４７にＣＰＵバス４８を介して接続され、ＲＯＭ４６に各々の制御内容を記述したプログラムが記憶され、ＲＡＭ４７に制御演算用のデータが格納されている。そして各コントロール部３２〜３９に専用シリアルバス３１を介してメインコントロール部３０から制御指示が送り込まれ、ＣＰＵ４５がＲＯＭ４６のプログラムに従って動作することにより各々受け持ちの光学ユニット等の制御が行われる。
【００３４】
図４はメインコントロール部３０の構成を示す図である。同図に示すメインコントロール部３０は、上記各コントロール部と同様のＣＰＵ回路４１と、顕微鏡の各種設定状態を記憶するための不揮発性メモリ５０と、各種操作スイッチを設けたＳＷ入力部５１と、各種情報を表示するための表示部５２と、専用シリアルバス３１をコントロールするための専用シリアルバス駆動回路５３とを備えている。
【００３５】
表示部５２は、プラズマディスプレイ又はＬＣＤ等の表示部材から構成されており、ＣＰＵ４５より送られてくる表示内容を表示する。表示部５２に表示される各種画面はＲＯＭ４６に予め記憶されている。ＳＷ入力部５１は透明シートからなるスイッチで構成され、図５に示すように表示部５２の上面に貼り合わされている。ＳＷ入力部５１上の任意の位置を押下すると、その位置がＣＰＵ４５に認識されるようになっている。本実施例では、例えば図６に示すような画面を表示する。２０１〜２０３は区画されたスイッチエリアを示す表示である。例えばスイッチエリア２０３を指等で押下すれば、その押下位置データとその押下位置の表示データとからＣＰＵ４５が何のスイッチが押されたかを認識して、そのスイッチに対応した制御が行われるようにしている。
【００３６】
次に、以上のように構成された本実施例の動作について説明する。
【００３７】
通常、光学顕微鏡には４〜７本程度の対物レンズが取付けられるが、各対物レンズの同焦位置は、図７に示すように若干異なる。図７は、対物倍率（または種類）の異なる複数の対物レンズ９ａ，９ｂ，９ｃ…と、これら対物レンズ９ａ，９ｂ，９ｃ…の同相位置９ａ’，９ｂ’，９ｃ’…との関係を示している。これら対物レンズ９ａ，９ｂ，９ｃ…の同相位置９ａ’，９ｂ’，９ｃ’…は、それぞれ等しい位置になるように設計されるが、レボルバ１０や対物レンズ９の部品精度誤差による若干のずれは避けられない。
【００３８】
まず、レボルバ１０の対物取付け穴に応じて各対物レンズ９ａ，９ｂ，９ｃ…毎に、合焦動作において試料ステージ８との間で許容される最小距離に相当する上限位置と、試料ステージ８との間の任意の距離に相当する下限位置をそれぞれ位置情報としてＣＰＵ４５に認識させる。そのために、まず顕微鏡操作の前段階として初期設定を行う。
【００３９】
初期設定は表示部５２に図８に示す画面を表示することから始める。この画面において初期設定動作を開始するためのスイッチINITIAL を押すことにより、ＣＰＵ４５がＳＷ入力部５１の押下げ位置データと表示部５２の表示データとからスイッチINITIAL が押されたことを認識する。
【００４０】
スイッチINITIAL が押されると、ＣＰＵ４５は表示部５２の画面を図９に示す画面へ変更する。図９に示す画面上にはレボルバ１０に設けられた対物取付け穴の各位置を指定するＳＷ表示領域５４が表示される。ＳＷ表示領域５４はスイッチREVO１〜REVO７からなり７つの対物取付け穴を指定可能になっている。ＳＷ表示領域５４のスイッチ数は現在装着されているレボルバ１０の対物取付け穴の数に対応させている。
【００４１】
また、図９に示す画面上には、初期設定動作を中止するためのスイッチCANCELと、初期設定動作を終了するためのスイッチEND とが表示される。
【００４２】
図９の画面上において、ＳＷ表示領域５４のスイッチREVO１を押下げれば、レボルバ１０の対物取付け穴の第１位置に装着される対物レンズの設定操作へ移行する。すなわち、スイッチREVO１が押されると、ＣＰＵ４５が表示部５２の画面を図９の画面から図１０の画面へと変更し、ステージ８を上方に移動させるスイッチ△、ステージ８を下方へ移動させるスイッチ▽を有するステージ移動スイッチ５５および現在のステージ位置座標を示すステージ位置座標表示領域５６を表示させる。
【００４３】
それと同時に、ＣＰＵ４５が専用シリアルバス駆動回路５３を駆動して専用シリアルバス３１を介してフレームコントロール部３４にレボルバ１０の回転指示を与える。この回転指示を受けたフレームコントロール部３４が駆動回路４２を駆動してレボルバ１０の対物取付け穴＃１番を光軸位置に挿入する。その結果、スイッチREVO１で指示された対物レンズが観察光路上に挿入される。
【００４４】
操作者は、レボルバ１０の回転が終了してから、接眼レンズ１４を通して観察試料Ｓのピントを合わせる。このピント合わせは、スイッチ△またはスイッチ▽を押し下げ、ステージ８を移動させることで行なう。すなわち、スイッチ△が押されると、ＣＰＵ４５が専用シリアルバス駆動回路５３を駆動して専用シリアルバス３１を介してＡＦコントロール部３３にステージ８の上方移動指示を与える。この上方移動指示を受けたＡＦコントロール部３３は、駆動回路４２を駆動してステージ８を上方に移動する。スイッチ▽が押されると、同様にステージ８は下方へ移動する。
【００４５】
それと同時に、ＣＰＵ４５が専用シリアルバス駆動回路５３を駆動して専用シリアルバス３１を介してＡＦコントロール部３３からステージ８の位置座標を取得し、ステージ位置座標表示領域５６にステージ８の位置座標を、逐次、表示する。ここでの位置座標の表示は、例えば「１」が０．１μｍを表わしている。
【００４６】
次いで、操作者は、合焦動作の上限位置を指定する。そして、ピント合わせの後、試料ステージ８を対物レンズ９との間で許容される最小距離に相当する位置まで上方に移動させる。
【００４７】
そして、この位置を上限位置とする場合は、スイッチＵＰ−ＬＩＭＩＴ ＥＮＴＥＲを押し下げると、この時、ステージ位置座標表示領域５６において表示されているステージ８の位置座標が、上限位置データとして図１１に示すデータテーブルの上限位置に、レボルバ１０の対物取付け穴の位置に対応して記憶される。このテーブルデータは、不揮発性メモリ５０に記憶されている。
【００４８】
同様にして、操作者は、合焦動作の下限位置を指定する。この場合も、ピント合わせの後、ステージ８を任意の位置まで下方に移動する。そして、この位置を下限位置とする場合は、スイッチＬＯＷ−ＬＩＭＩＴ ＥＮＴＥＲを押し下げると、この時、ステージ位置座標表示領域５６において表示されているステージ８の位置座標が、下限位置データとして図１１に示すデータテーブルの下限位置に、レボルバ１０の対物取付け穴の位置に対応して記憶される。
【００４９】
以上の操作をＳＷ表示領域５４のスイッチREVO１〜REVO7 まで繰り返すことにより、全ての対物レンズ９に対する上限位置、下限位置のデータテーブルへの初期設定が終了する。ここで、不揮発性メモリ５０のデータテーブルに設定したデータは電源遮断後も保持されることから、レボルバ１０に装着されている対物レンズが変わらない限り再設定の必要はない。
【００５０】
操作者は、初期設定が終了しならば、図９の画面においてスイッチEND を押す。スイッチEND が押されたならば、再び図８に示す画面を表示部５２に表示させて、実際の観察を可能な状態になる。
【００５１】
次に、実際の観察操作について説明する。この場合、図２に示すように観察光路中に高倍の対物レンズ９ｂが挿入され、図８に示すスイッチＡＦが押されるものとする。
【００５２】
スイッチＡＦが押し下げられると、ＣＰＵ４５が専用シリアルバス駆動回路５３を駆動して専用シリアルバス３１を介してＡＦコントロール部３３に合焦動作開始指示を与える。この指示を受けたＡＦコントロール部３３は、下限位置より上方かつ、上限位置より下方をステージ８の移動範囲とし、ピント検知用受光素子２１からのデータで所定の合焦演算を行ない、その演算結果に応じてステージ８を駆動して合焦検出を行なう。
【００５３】
次に、高倍対物レンズ９ｂから低倍対物レンズ９ｃに交換すると、ＣＰＵ４５は、専用シリアルバス駆動回路５３を駆動して専用シリアルバス３１を介してＡＦコントロール部３３に図１１のデータテーブルより参照した対物レンズ９ｃの上限位置および下限位置を伝える。
【００５４】
一方、ＣＰＵ４５が専用シリアルバス駆動回路５３を駆動して専用シリアルバス３１を介してフレームコントロール部３４にレボルバ１０の回転指示を与える。すると、この回転指示を受けたフレームコントロール部３４は、駆動回路４２を駆動して、対物レンズ９ｃを光軸位置に挿入する。
【００５５】
次いで、合焦動作開始指示を与えると、ＡＦコントロール部３３は、下限位置より上方かつ、上限位置より下方をステージ８の移動範囲とし、ピント検知用受光素子２１からのデータで所定の合焦演算を行ない、その演算結果に応じてステージ８を駆動して合焦検出を行なう。
【００５６】
この場合、メインコントロール部３０は、フレームコントロール部３４に対して対物交換指示を出し、対物レンズ９を交換している間に他のコントロール部が不用意に動作することを防止するために、フレームコントロール部３４を除く、コントロール部３２，３３，３５〜３９に動作禁止指令を出している。
【００５７】
一方、対物レンズの交換前後の試料ステージ８の移動時には、ＡＦコントロール部３３にのみ動作指令が送られ、不用意にレボルバ１０が動作しないようにフレームコントロール部３４には動作禁止指示が出されている。
【００５８】
従って、このようにすれば、レボルバ１０に取付けられた各対物レンズ９ａ、９ｂ、９ｃ…の上限位置および下限位置を不揮発性メモリ５０のデータテーブルとして記憶しておき、対物レンズの交換指示が与えられると、各対物レンズ毎の上限位置および下限位置を読出し、下限位置より上方かつ、上限位置より下方をステージ８の移動範囲として合焦演算を行ない、その演算結果に応じてステージ８を駆動して合焦検出を行なうようにしたので、高倍対物レンズと低倍対物レンズを組合わせて使用した場合、特に、高倍対物レンズから低倍対物レンズへの交換時における合焦動作においても合焦不能に陥るようなことがなく、しかも対物レンズの観察試料への接触を防止でき、試料保護も確実に行なうことができる。
【００５９】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。
【００６０】
この第２の実施の形態でのハードウエア構成は前述した第１の実施の形態と同様であり、第１の実施の形態で用いた図面を援用するものとする。
【００６１】
この第２の実施の形態は、対物レンズ毎に持っている上限位置と下限位置の他に、合焦動作の基準となる基準位置と、合焦動作の幅を設定可能な構成になっている。
【００６２】
上述した第１の実施の形態においては、図１１に示すように合焦動作の範囲をレボルバ１０の対物レンズ取付け穴位置別の上限位置と下限位置から求めていた。この方式によれば、取付け精度や部品精度がばらつく実際の対物レンズやレボルバを使用しても対物レンズ交換時における合焦動作において、合焦不能に陥ることなく、かつ標本の保護を確実に行なうことができるオートフォーカス顕微鏡が得られる。しかし、実際には顕微鏡操作中はピント位置近くにステージ位置があることが多く、特に、対物レンズを切替えながら観察している場合は、ほとんどピント位置にあると言ってもよい。
【００６３】
その点に着目して、この第２の実施の形態では、図１１のデータテーブルに代えて、図１２に示すデータテーブルを利用して合焦動作を行なわせるようにしている。この図１２に示すデータテーブルは、第１の実施の形態と同様の初期設定により不揮発性メモリ５０に記憶される。
【００６４】
この場合も、操作者は、図１３に示す画面を操作して接眼レンズ１４を通し観察試料Ｓのピント合わせを行なう。このピント合わせは、スイッチ△またはスイッチ▽を押し下げ、ステージ８を移動させることで行なう。すなわち、スイッチ△が押されると、ＣＰＵ４５が専用シリアルバス駆動回路５３を駆動して専用シリアルバス３１を介してＡＦコントロール部３３にステージ８の上方移動指示を与える。この上方移動指示を受けたＡＦコントロール部３３は、駆動回路４２を駆動してステージ８を上方に移動する。スイッチ▽が押されると、同様にステージ８は下方へ移動する。
【００６５】
それと同時に、ＣＰＵ４５が専用シリアルバス駆動回路５３を駆動して専用シリアルバス３１を介してＡＦコントロール部３３からステージ８の位置座標を取得し、ステージ位置座標表示領域５６にステージ８の位置座標を、逐次、表示する。
【００６６】
次いで、操作者は、ピント合わせの後、合焦動作の基準位置を指定する。そして、基準位置の指定が終了してスイッチＣＥＮＴＥＲ ＥＮＴＥＲが押されたならば、この時、ステージ位置座標表示領域５６において表示されているステージ８の位置座標が、上限位置データとして図１２に示すデータテーブルの基準位置に、レボルバ１０の対物取付け穴の位置に対応して記憶される。このテーブルデータは、不揮発性メモリ５０に記憶されている。
【００６７】
同様にして、操作者は、合焦動作の幅を指定する。この場合も、ピント合わせの後、ステージ８を対物レンズ９の焦点深度の１／２程度の位置まで上方に移動する。この時の移動量は、対物レンズ９の焦点深度の１／２程度を目安にステージ位置座標表示領域５６に表示されている位置座標から求めてもよく、また、観察試料のぼけ具合から決定してもよい。ここで、焦点深度とは、人間の目でピントが合っていると感じられる上限位置から下限位置までの距離であり、本来のピント位置、すなわちジャスピン位置は、その中間点に位置していることになる。
【００６８】
その後、合焦動作の幅を指定が終了してスイッチＺＯＮＥ ＥＮＴＥＲが押されたならば、この時、ステージ位置座標表示領域５６において表示されているステージ８の位置座標が、合焦動作の幅データとして図１２に示すデータテーブルの合焦動作の幅に、レボルバ１０の対物取付け穴の位置に対応して記憶される。以上の操作をＳＷ表示領域５４のスイッチREVO１〜REVO7 まで繰り返すことにより、図１２に示すデータテーブルへの初期設定が終了する。ここで、不揮発性メモリ５０のテーブルデータに設定したデータは電源遮断後も保持されることから、レボルバ１０に装着されている対物レンズが変わらない限り再設定の必要はない。
【００６９】
操作者は、初期設定が終了しならば、図９の画面においてスイッチEND を押す。スイッチEND が押されたならば、再び図８に示す画面を表示部５２に表示させて、実際の観察を可能な状態になる。
【００７０】
次に、実際の観察操作について説明する。この場合、図２に示すように観察光路中に高倍の対物レンズ９ｂが挿入され、図８に示すスイッチＡＦが押されるものとする。
【００７１】
スイッチＡＦが押し下げられると、ＣＰＵ４５が専用シリアルバス駆動回路５３を駆動して専用シリアルバス３１を介してＡＦコントロール部３３に合焦動作開始指示を与える。この指示を受けたＡＦコントロール部３３は、対物レンズ９ｂに対して設定された基準位置Ｃから上方へ、合焦位置の幅より求められる距離Ｗだけ隔てた位置と、基準位置Ｃから下方へ、同じく距離Ｗだけ隔てた位置との間をステージ８の移動範囲とし、ピント検知用受光素子２１からのデータで所定の合焦演算を行ない、その演算結果に応じてステージ８を駆動して合焦検出を行なう。
【００７２】
ここで、Ｗは、不揮発性メモリ５０に記憶されている基準位置をＣ、合焦位置の幅をＺとすると、Ｗ＝Ｚ−Ｃで求められる。すなわち、図１４に示すように合焦検出を行なうステージ８の移動範囲は、Ｃ−ＺからＣ＋Ｚの範囲で、２×Ｚの範囲である。
【００７３】
次に、高倍対物レンズ９ｂから低倍対物レンズ９ｃに交換すると、ＣＰＵ４５は、専用シリアルバス駆動回路５３を駆動して専用シリアルバス３１を介してＡＦコントロール部３３に図１２のデータテーブルより参照した対物レンズ９ｃの上限位置、下限位置、基準位置および合焦動作の幅をを伝える。
【００７４】
一方、ＣＰＵ４５が専用シリアルバス駆動回路５３を駆動して専用シリアルバス３１を介してフレームコントロール部３４にレボルバ１０の回転指示を与える。すると、この回転指示を受けたフレームコントロール部３４は、駆動回路４２を駆動して、対物レンズ９ｃを光軸位置に挿入する。
【００７５】
次いで、合焦動作開始指示を与えると、ＡＦコントロール部３３は、ステージ８を対物レンズ９ｃの基準位置へ移動した後、この基準位置と合焦動作の幅により決まる範囲をステージ８の移動範囲とし、ピント検知用受光素子２１からのデータで所定の合焦演算を行ない、その演算結果に応じてステージ８を駆動して合焦検出を行なう。
【００７６】
この場合、ステージ８がＸＹ方向に移動して、基準位置と合焦動作の幅により決まる移動範囲内の合焦演算で合焦を検知できない場合は、低倍対物レンズ９ｃの下限位置より上方かつ、上限位置より下方をステージ８の移動範囲とし、ピント検知用受光素子２１からのデータで所定の合焦演算を行ない、その演算結果に応じてステージ８を駆動して合焦検出を行なう。
【００７７】
なお、メインコントロール部３０は、フレームコントロール部３４に対して対物交換指示を出し、対物レンズ９を交換している間に他のコントロール部が不用意に動作することを防止するために、フレームコントロール部３４を除く、コントロール部３２，３３，３５〜３９に動作禁止指令を出している。また、対物レンズの交換前後の試料ステージ８の移動時には、ＡＦコントロール部３３にのみ動作指令が送られ、不用意にレボルバ１０が動作しないようにフレームコントロール部３４には動作禁止指示が出されている。さらに、対物レンズ９の交換に際し、対物レンズ９の交換開始前にステージ８の下方への退避移動、および対物レンズ９の交換終了後には、ステージ８の上方への復帰移動を行ない、対物レンズ交換前、交換後の異なる基準位置による観察試料と対物レンズの接触を回避するようにしている。この方法としては、例えば、特開平１０−６８８８８号に開示された方法を用いることができる。
【００７８】
従って、このようにすれば、レボルバ１０に取付けられた各対物レンズ９ａ、９ｂ、９ｃ…の上限位置、下限位置、基準位置および合焦動作の幅を不揮発性メモリ５０のデータテーブルとして記憶しておき、対物レンズの交換指示が与えられると、各対物レンズ毎の基準位置および合焦動作の幅を読出し、これら基準位置と合焦動作の幅により決まる範囲をステージ８の移動範囲として合焦演算を行ない、その演算結果に応じてステージ８を駆動して合焦検出を行なうようにしたので、第１の実施の形態で述べたと同様、高倍対物レンズと低倍対物レンズを合わせて使用した場合、特に、高倍対物レンズから低倍対物レンズへの交換時における合焦動作においても合焦不能に陥るようなことがなく、しかも対物レンズの観察試料への接触を防止でき、試料保護も確実に行なうことができる。
【００７９】
また、対物レンズ毎の基準位置および合焦動作の幅を利用することにより、ステージ８の移動量を必要最小限に抑えることができ、対物レンズ交換動作時間を短縮でき、また、焦準部の不必要な駆動がなくなり、焦準部の機械的磨耗を抑制でき、装置の寿命を延ばすことができる。
【００８０】
なお、上述した実施の形態では、焦準機構としてステージ移動型のものを用いた例を述べたが、レボルバ上下機構のものにも適用することができる。また、入力手段、表示手段として、透明のタッチパネルを用いた例を述べたが、その他の入力手段、表示手段を用いることもできる。
【００８１】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、対物レンズの交換時における合焦動作において合焦不能に陥るようなことがなく、また、観察試料の保護も確実に行なうことができ、さらに、対物レンズ交換動作時間を短縮できる。
【００８２】
顕微鏡装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る顕微鏡装置の全体構成図である。
【図２】第１の実施の形態の顕微鏡装置における光学系の構成図である。
【図３】第１の実施の形態の顕微鏡装置における各コントロール部に共通の機能ブロック図である。
【図４】第１の実施の形態の顕微鏡装置におけるメインコントロール部の機能ブロック図である。
【図５】ＳＷ入力部と表示部の構成図である。
【図６】ＳＷ入力部と表示部の平面図である。
【図７】各種対物レンズとＷＤとの関係図である。
【図８】所定設定及び対物レンズ指定のスイッチが現われた表示部の平面図である。
【図９】初期設定画面が現われた表示部の平面図である。
【図１０】初期設定対物レンズを指定するための画面が現われた表示部の平面図である。
【図１１】レボルバの対物取付け穴位置と各対物取付け穴位置に取り付けられた対物レンズの上限位置、下限位置とのテーブルデータを示す図である。
【図１２】本発明の第２の実施の形態の顕微鏡装置でのレボルバの対物取付け穴位置と各対物取付け穴位置に取り付けられた対物レンズの上限位置、下限位置、基準位置、合焦動作の幅とのテーブルデータを示す図である。
【図１３】初期設定対物レンズを指定するための画面が現われた表示部の平面図である。
【図１４】対物レンズと上限位置、下限位置、基準位置、合焦動作の幅との関係図である。
【符号の説明】
１…透過照明用光源
２…コレクタレンズ
３…透過用フィルターユニット
４…透過視野絞り
５…透過開口絞り
６…コンデンサ光学素子ユニット
６ａ〜６ｃ…ユニット
７…コンデンサトップレンズユニット
７ａ．７ｂ…ユニット
８…試料ステージ
９…対物レンズ
９ａ〜９ｃ…対物レンズ
１０…レボルバ
１１…キューブユニット
１１ａ〜１１ｃ…ユニット
１２…ビームスプリッター
１３…ビームスプリッター
１４…接眼レンズ
１５…落射照明用光源
１６…落射用フィルターユニット
１７…落射シャッター
２０…ビームスプリッター
２１…ピント検知用受光素子
２２…ズームレンズ
２３…ビームスプリッター
２４…ビームスプリッター
２５…写真用受光素子
２６…写真撮影用シャッター
２７…カメラ
３０…メインコントロール部
３１…専用シリアルバス
３２…写真撮影コントロール部
３３…ＡＦコントロール部
３４…フレームコントロール部
３５…透過フィルターコントロール部
３６…透過視野絞りコントロール部
３７…コンデンサコントロール部
３８…落射視野絞りコントロール部
３９…落射フィルターコントロール部
４１…ＣＰＵ回路
４２…駆動回路
４３…位置検出回路
４４…専用シリアルＩ／Ｆ回路
４５…ＣＰＵ
４６…ＲＯＭ
４７…ＲＡＭ
４８…ＣＰＵバス
５０…不揮発性メモリ
５１…ＳＷ入力部
５２…表示部
５３…専用シリアルバス駆動回路
５４…ＳＷ表示領域
５５…ステージ移動スイッチ
５６…ステージ位置座標表示領域
Claims (3)
- 複数の対物レンズを保持し観察光路内に挿入すべき対物レンズを切換える対物切換え手段と、
前記観察光路系内に挿入された対物レンズに対向する位置に設けられた試料ステージと、
前記試料ステージおよび前記対物切換え手段の少なくとも一方を光軸方向へ移動する焦準手段と、
前記各対物レンズ毎に少なくとも前記試料ステージとの間で許容される最小距離を位置情報として記憶する記憶手段と、
前記観察光路系内に挿入される対物レンズに対応して前記記憶手段に記憶された位置情報により前記対物レンズを前記試料ステージに近付けない範囲で前記焦準手段の焦準動作を制御する焦準動作制御手段と
を具備したことを特徴とする顕微鏡装置。 - 前記記憶手段は、前記各対物レンズ毎に試料ステージとの間で許容される最小および最大距離を位置情報として記憶し、
前記焦準動作制御手段は、前記観察光路系内に挿入された対物レンズに対応して前記記憶手段に記憶された位置情報の範囲で前記焦準手段の焦準動作を制御することを特徴とする請求項１記載の顕微鏡装置。 - 複数の対物レンズを保持し観察光路内に挿入すべき対物レンズを切換える対物切換え手段と、
前記観察光路系内に挿入された対物レンズに対向する位置に設けられた試料ステージと、
前記試料ステージおよび前記対物切換え手段の少なくとも一方を光軸方向へ移動する焦準手段と、
各対物レンズ毎の合焦動作に基く基準位置および焦点深度に応じた合焦動作の幅を位置情報として記憶する記憶手段と、
前記観察光路系内に挿入される対物レンズに対応して前記記憶手段に記憶された位置情報により前記基準位置を中心に前記合焦動作の幅の範囲で前記焦準手段の焦準動作を制御する焦準動作制御手段と
を具備したことを特徴とする顕微鏡装置。
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