JP4873382B2 - 顕微鏡装置及び該顕微鏡装置の制御方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の対物レンズの中から光軸上に配置すべき対物レンズを指定することができ、試料または対物レンズを電動で光軸方向に移動可能な顕微鏡装置及び該顕微鏡装置の制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、微細な試料を拡大観察したり、観察像を写真やビデオ画像として記録することができる顕微鏡装置は、生物分野の研究をはじめ、工業分野の検査工程に至るまで、幅広く利用されている。これらの顕微鏡装置においては、通常、倍率の異なる複数の対物レンズを回転式レボルバに取り付け、このレボルバを手動または電動で回転させ、観察光路上に挿入すべき対物レンズを切り換えることにより、異なる拡大倍率で観察を行っている。ところで、従来このような顕微鏡装置では、対物レンズ切換の際に、対物レンズとスライドガラスまたは検査ウェハとが干渉する可能性が高かった。特に、高倍率の観察においては、対物レンズの作動距離（以下、ＷＤ：ｗｏｒｋｉｎｇｄｉｓｔａｎｃｅと称す）が短いために、このような事故が発生し易かった。
【０００３】
以上のような事故を回避するため、最近では対物レンズと標本との衝突を防止した種々の顕微鏡装置が開発されている。例えば、特公平４−２６０８２号公報には、顕微鏡の焦準部を電動化し、対物レンズ交換の際、一旦対物レンズと試料ステージとが干渉しない安全な位置まで試料ステージを退避させ、対物レンズを切り換えた後、再び試料ステージを元の位置に戻すという一連の動作を自動化した顕微鏡装置が開示されている。
【０００４】
しかし、上述の顕微鏡装置では、対物レンズ交換時におけるステージの退避量が、交換を要する対物レンズがあるにも拘らず固定量であるため、対物レンズ交換の度にステージを、本来必要とされる退避量以上の固定量分降下させており、対物レンズの交換に余分な時間をかけている。これらの問題を回避するために、特開平７−１６８１０１号公報には、各対物レンズの作動距離や焦点深度に応じて、予め設定されたステージ退避量を基に試料ステージの退避を行うことにより、対物レンズ交換の高速化を図る顕微鏡装置が開示されている。この顕微鏡装置では、光学系が合焦状態になる位置に、試料ステージが有る状態から、他の対物レンズに切り換える場合、各対物レンズ中から最大焦点深度を選択し、それに相当する距離だけステージを退避させることにより、試料ステージと対物レンズとの干渉を防ぎ、対物レンズ切換の高速化を図っている。
【０００５】
また、対物レンズの中には、取付け精度や温度等の環境によりＷＤの変動するものがある。このような対物レンズを使用する場合、ステージ退避量を単に焦点深度の最大値から決定しても、同焦位置がずれているために、設定されているステージ退避量では十分なステージの退避が行われず、対物レンズ切換の際、標本と対物レンズとが干渉するおそれがある。特開平１０−６８８８８号公報には、この問題を回避する手段が開示されている。ＷＤが温度により大きく変化するような対物レンズに関しては、焦点深度に温度によるＷＤの変動幅を加えた量だけステージを退避し、接触を防止しつつ対物レンズ切換の高速化を図っている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、上記従来技術にはつぎのような問題点があった。すなわち、上述の従来の顕微鏡装置における対物レンズ交換の手順は、いずれもステージ退避、対物レンズ切換、ステージ復帰の各動作を別々に行っているため、標本の安全は充分に確保されるが、対物レンズ交換にかかる時間を短縮するのが困難である。
【０００７】
この問題は、最近の医療分野等において要求される迅速な診断や、ＩＣウェハの検査工程等において要求される顕微鏡操作の高速化の妨げになる。例えば、ＩＣウェハ検査時に、ウェハに与えるステージ駆動時の振動の影響を抑えるために、ステージ退避の速度設定を１／２遅くすると、ステージ退避とステージ復帰とにかかる時間がそれぞれ２倍になるため、対物レンズ交換に２倍近い時間がかかる。これでは、検査するウェハの量が多いほど工数の損失が大きくなる。
【０００８】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたもので、請求項１から請求項９に係る発明の課題は、標本および対物レンズの保護を充分確保しつつ、より高速に対物レンズ交換を行うことができる顕微鏡装置及び該顕微鏡装置の制御方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、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り換える対物レンズ切換機構と、前記観察光路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、該試料ステージおよび前記対物レンズ切換機構の少なくとも一方を光軸方向へ移動せしめる電動焦準機構と、 前記観察光路内へ挿入すべき対物レンズを装置本体に対して指示するための対物レンズ指示手段と、該対物レンズ指示手段の指示に応じて前記対物レンズ切換機構を駆動して指示された対物レンズに切り換える対物切換駆動手段と、前記対物レンズ切換動作を行う際に、前記観察光路内に挿入された対物レンズと前記試料ステージとの距離を開ける方向に前記電動焦準機構を駆動する退避手段と、前記観察光路内に挿入された対物レンズと前記試料ステージとの距離を前記退避手段による退避動作を行う前の状態に復帰させるように前記電動焦準機構を駆動する復帰手段と、前記対物切換駆動手段によって駆動される前記対物レンズ切換機構の動作タイミングと前記退避手段および前記復帰手段によって駆動される前記電動焦準機構の退避動作タイミングおよび復帰動作タイミングの少なくとも一方を調整するタイミング調整手段とを具備し、前記タイミング調整手段は、前記対物レンズ切換機構の対物レンズ切換動作、前記電動焦準機構による前記試料ステージおよび前記対物レンズ切換機構の少なくとも一方に対する光軸方向の距離を開ける方向への退避動作、前記電動焦準機構による前記試料ステージおよび前記対物レンズ切換機構の少なくとも一方に対する退避動作を行う前の状態に復帰させる復帰動作のうち、少なくとも一つの動作が完了する前に残りの動作のうち少なくとも一つの動作を開始させる構成とした。
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明と同様な構成の顕微鏡装置であって、前記タイミング調整手段は、前記対物レンズ切換機構の対物レンズ切換動作、前記電動焦準機構による前記試料ステージおよび前記対物レンズ切換機構の少なくとも一方に対する光軸方向の距離を開ける方向への退避動作、前記電動焦準機構による前記試料ステージおよび前記対物レンズ切換機構の少なくとも一方に対する退避動作を行う前の状態に復帰させる復帰動作のうち、少なくとも二つの動作を同時に開始させる構成とした。
請求項３に係る発明は、請求項１に記載の顕微鏡装置において、前記タイミング調整手段は、前記電動焦準機構による退避動作を開始させた後、該退避動作が完了する前に、前記対物レンズ切換機構の動作を開始させ、前記対物レンズ切換機構の動作が完了する前に、前記電動焦準機構による復帰動作を開始させる構成とした。
請求項４に係る発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の顕微鏡装置において、前記対物レンズ切換機構の動作、前記電動焦準機構による退避動作、及び前記電動焦準機構による復帰動作のうち少なくとも一つの動作について所要する時間を計測する計測手段を有する制御手段をさらに備え、前記タイミング調整手段は、前記計測手段による前記所要する時間の計測結果に基づき、前記対物レンズ切換機構の動作、前記電動焦準機構による退避動作、及び前記電動焦準機構による復帰動作を開始させる構成とした。
【００１０】
請求項５に係る発明は、請求項１に係る発明の前記タイミング調整手段に替えて、対物レンズに応じて、予め設定した上限速度以下の範囲内でステージ退避速度およびステージ復帰速度を変化させるステージ速度演算手段、および、対物レンズに応じて、ステージ退避速度およびステージ復帰速度を一定とした状態でレボルバ回転速度を変化させるレボルバ速度演算手段の少なくとも一方を設けた。
請求項６に係る発明は、請求項１に記載の顕微鏡装置の制御方法であって、タイミング調整手段により、対物レンズ切換機構の対物レンズ切換動作、前記電動焦準機構による前記試料ステージおよび前記対物レンズ切換機構の少なくとも一方に対する光軸方向の距離を開ける方向への退避動作、前記電動焦準機構による前記試料ステージおよび前記対物レンズ切換機構の少なくとも一方に対する退避動作を行う前の状態に復帰させる復帰動作のうち、少なくとも一つの動作が完了する前に残りの動作のうち少なくとも一つの動作を開始させる構成とした。
請求項７に係る発明は、請求項２に記載の顕微鏡装置の制御方法であって、タイミング調整手段により、前記対物レンズ切換機構の対物レンズ切換動作、前記電動焦準機構による前記試料ステージおよび前記対物レンズ切換機構の少なくとも一方に対する光軸方向の距離を開ける方向への退避動作、前記電動焦準機構による前記試料ステージおよび前記対物レンズ切換機構の少なくとも一方に対する退避動作を行う前の状態に復帰させる復帰動作のうち、少なくとも二つの動作を同時に開始させる構成とした。
請求項８に係る発明は、請求項６に記載の顕微鏡装置の制御方法において、タイミング調整手段は、前記電動焦準機構による退避動作を開始させた後、該退避動作が完了する前に、前記対物レンズ切換機構の対物レンズ切換動作を開始させ、前記対物レンズ切換機構の動作が完了する前に、前記電動焦準機構による復帰動作を開始させる構成とした。
請求項９に係る発明は、請求項６から８のいずれか１項に記載の顕微鏡装置の制御方法において、前記対物レンズ切換機構の動作、前記電動焦準機構による退避動作、及び前記電動焦準機構による復帰動作のうち少なくとも一つの動作について所要する時間を計測手段により計測し、前記計測手段による前記所要する時間の計測結果に基づき、前記タイミング調整手段により、前記対物レンズ切換機構の動作、前記電動焦準機構による退避動作、及び前記電動焦準機構による復帰動作を開始させる構成とした。
【００１１】
請求項１に係る発明の顕微鏡装置では、対物レンズ指示手段が、観察光路内へ挿入すべき対物レンズを装置本体に対して指示すると、その指示に基づいてタイミング調整手段が、対物レンズ切換機構の動作タイミングと電動焦準機構の退避動作タイミングおよび復帰動作タイミングの少なくとも一方とを調整して対物レンズと試料ステージとが干渉を回避できる駆動タイミングを決定し、前記対物レンズ切換機構の対物レンズ切換動作、前記電動焦準機構による前記試料ステージおよび前記対物レンズ切換機構の少なくとも一方に対する光軸方向の距離を開ける方向への退避動作、前記電動焦準機構による前記試料ステージおよび前記対物レンズ切換機構の少なくとも一方に対する退避動作を行う前の状態に復帰させる復帰動作のうち、少なくとも一つの動作が完了する前に残りの動作のうち少なくとも一つの動作を開始させる。
請求項２に係る発明の顕微鏡装置では、前記対物レンズ切換機構の対物レンズ切換動作、前記電動焦準機構による前記試料ステージおよび前記対物レンズ切換機構の少なくとも一方に対する光軸方向の距離を開ける方向への退避動作、前記電動焦準機構による前記試料ステージおよび前記対物レンズ切換機構の少なくとも一方に対する退避動作を行う前の状態に復帰させる復帰動作のうち、少なくとも二つの動作を同時に開始させる。
請求項３に係る発明の顕微鏡装置では、前記タイミング調整手段は、前記電動焦準機構による退避動作を開始させた後、該退避動作が完了する前に、前記対物レンズ切換機構の動作を開始させ、前記対物レンズ切換機構の動作が完了する前に、前記電動焦準機構による復帰動作を開始させる。
請求項４に係る発明の顕微鏡装置では、タイミング調整手段は、計測手段による所要する時間の計測結果に基づき、前記対物レンズ切換機構の動作、前記電動焦準機構による退避動作、及び前記電動焦準機構による復帰動作を開始させる。
【００１２】
請求項５に係る発明の顕微鏡装置では、対物レンズ指示手段が観察光路内へ挿入すべき対物レンズを装置本体に対して指示すると、その指示に基づいてステージ速度演算手段またはレボルバ速度演算手段が演算を開始し、交換すべき対物レンズの状況に応じて、予め設定した上限速度以下の範囲内で対物レンズと試料ステージとが干渉を回避できるステージの退避速度および復帰速度またはステージ退避速度およびステージ復帰速度を一定とした状態でレボルバ回転速度を決定し、その決定内容を退避手段および復帰手段または対物切換駆動手段に指示して、変更したステージの退避速度および復帰速度またはレボルバ回転速度によって、試料ステージおよび対物レンズが駆動される。
請求項６から９に係る発明の顕微鏡装置の制御方法では、各々請求項１から４に係る各発明の顕微鏡装置のタイミング調整手段の動作と同様の動作の基に各顕微鏡装置の対物レンズ切換機構、電動焦準機構の制御を行う。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、具体的な実施の形態について説明する。
【００１４】
（実施の形態１）
図１〜図１８は実施の形態１を示し、図１は顕微鏡装置の全体構成図、図２は顕微鏡装置の光学系の構成図、図３は各コントロール部の回路図、図４はタイミングコントロール部の回路図、図５はメインコントロール部の回路図、図６はＳＷ入力部と表示部との構成を示す図、図７はＳＷ入力部と表示部とを示す図、図８は対物交換時の対物レンズの軌道と位置関係を示す図、図９はステージ退避速度、対物レンズの種類、最下点距離および最下点時間の関係を示す図、図１０は表示部に表示される画面を示す図、図１１は表示部に表示される画面を示す図、図１２は表示部に表示される画面を示す図、図１３はステージ退避速度、対物レンズ種類、最下点距離および最下点時間の関係を示す図、図１４は対物レンズ交換時のステージ、レボルバの動作とその経過時間の説明図であり、（ａ）は全ての動作を順番に行う場合、（ｂ）はタイミングをずらせ最大２つの動作を同時に実行する場合を示す。図１５は退避動作開始タイミングの決定方法を示す流れ図、図１６はステージ復帰時の対物レンズの軌道を示す図、図１７はレボルバ位置と最下点距離の関係を示し、復帰時のタイミング決定方法を説明する図、図１８はステージ復帰タイミングの決定方法を示す流れ図である。
【００１５】
図２において、顕微鏡装置の光学系は、ハロゲンランプ等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ユニット３に入射する。透過用フィルタユニット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フィルタと、色補正を行うための複数枚の補正フィルタとからなり、任意のフィルタ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。透過用フィルタユニット３を透過した照明光は、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および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の下方から試料ステージ８上の観察試料Ｓを照明する。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次元移動できるとともに、ピント合わせのため光軸方向へ移動可能になっている。
【００１６】
試料ステージ８の上方には、複数のユニットからなる複数の対物レンズ９ａ〜９ｃが対物レンズ切換機構としてのレボルバ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１２で２方向に分岐し、一方の光をビームスプリッタ１３を介して接眼レンズ１４に導いている。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。
【００１７】
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、落射用フィルタユニット１６、落射シャッタ１７、落射視野絞り１８および落射開口絞り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。なお、落射用フィルタユニット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フィルタと、色補正を行うための複数枚の補正フィルタとから構成されている。
【００１８】
一方、観察光路上に挿入されたビームスプリッタ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。また、写真撮影用光路のビームスプリッタ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２３に入射する。このビームスプリッタ２３は、光路に対して挿脱自在となっており、光路内に挿入したビームスプリッタ２３で反射させた光を、さらに別のビームスプリッタ２４に入射して二方向へ分岐している。ビームスプリッタ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２４を光路から脱した状態で、ビームスプリッタ２３で反射させた光を写真撮影用シャッタ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。
【００１９】
つぎに、顕微鏡装置における制御系の構成について説明する。図１において、顕微鏡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は、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、落射絞りコントロール部３８および落射フィルタコントロール部３９をそれぞれ接続している。
【００２０】
写真コントロール部３２は、ビームスプリッタ１２、２０、２４を光路中に挿脱するための駆動および制御と、ズームレンズ２２の駆動および制御と、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２６の開閉駆動制御と、カメラ２７のフィルム巻き上げおよび巻き戻し制御を行う。電動焦準機構としてのＡＦコントロール部３３は、ピント検知用受光素子２１から入力した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、自動合焦点検出を行う。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、キューブユニット１１おび落射シャッタ１７を駆動制御するものである。
【００２１】
ステージコントロール部４０は、試料ステージ８の駆動および制御を行い、対物切換駆動手段としてのレボルバコントロール部４１は、レボルバ１０（図２参照）の駆動および制御を行う。本実施の形態において、ステージコントロール部４０は、復帰手段、退避手段双方の機能を有する。タイミング調整手段としてのタイミングコントロール部４２は、メインコントロール部３０からの指示により、レボルバ１０とステージ８との駆動開始時間を演算する。透過フィルタコントロール部３５は、透過フィルタユニット３の駆動および制御を行い、透過視野絞りコントロール部３６は透過視野絞り４の駆動および制御を行う。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、コンデンサレンズユニット７、透過用開口絞り５の駆動および制御を行う。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の駆動および制御を行う。また、落射フィルタコントロール部３９は、落射用フィルタユニット１６の駆動および制御を行う。
【００２２】
図３は、上記各コントロール部３２〜４１の回路構成を示す図である。図３に示すように、各コントロール部３２〜４１は、ＣＰＵ回路４５と、このＣＰＵ回路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４６と、制御対象の光学ユニットの位置を検出してＣＰＵ回路４５へ知らせる位置検出回路４７と、ＣＰＵ回路４５と専用シリアルバス３１とを接続する専用シルアル通信Ｉ／Ｆ回路４８と、その他の図示しない周辺回路とを内蔵している。
【００２３】
図４は、タイミングコントロール部４２の構成を示す図である。図１および図４に示すように、タイミングコントロール部４２は、メインコントロール部３０からの指令で、ステージコントロール部４０とレボルバコントロール部４１との駆動タイミングを算出するＣＰＵ回路４５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４８と、その他の図示しない周辺回路とを内蔵している。ＣＰＵ回路４５では、ＣＰＵ４９がＲＡＭ５１にＣＰＵバス５２を介して接続され、かつＲＯＭ５０に各々の制御内容を記述したプログラムが記憶され、さらにＲＡＭ５１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３２〜４１に、メインコントロール部３０から専用シリアルバス３１を介して制御指示が送り込まれ、ＣＰＵ４９がＲＯＭ５０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。
【００２４】
図５は、対物レンズ指示手段としてのメインコントロール部３０の構成を示す図である。図５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に備えられたものと同様のＣＰＵ回路４５と、顕微鏡装置の各駆動部位の位置データを記憶するための不揮発性メモリ５３と、各種操作スイッチを設けたＳＷ入力部５４と、各種情報を表示するための表示部５５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５６とを備えている。表示部５５は、プラズマディスプレイまたはＬＣＤ等の表示部材から構成されており、ＣＰＵ４９から送られてくる表示内容を表示する。表示部５５に表示される各種画面はＲＯＭ５０に予め記憶されている。
【００２５】
図６は、ＳＷ入力部５４と表示部５５の構成を示す図である。ＳＷ入力部５４は透明シートからなるスイッチで構成され、図６に示すように、表示部５５の上面に貼り合わされている。ＳＷ入力部５４の任意の位置を押下すると、その位置がＣＰＵ４９にて認識されるようになっている。図７は、ＳＷ入力部５４と表示部５５を示す図である。本実施の形態では、例えば図７に示すような表示をする。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ｆで押下すれば、その押下位置のデータとその押下位置の標示データとを基に何のスイッチが押されたかをＣＰＵ４９が認識して、ＣＰＵ４９によりそのスイッチに対応した制御が行われる。
【００２６】
つぎに、上記構成の顕微鏡装置の作用について説明する。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ＷＤ（合焦位置での試料ステージ８から対物レンズまでの距離）および焦点深度は、各対物レンズの倍率や種類により異なっている。
【００２７】
図８は、現在観察光路中に取付けられた対物レンズ９を、レボルバ１０を回転させて交換するときの対物レンズ９の軌跡を示している。通常、レボルバ１０に取付けられた対物レンズ下端面は、同一平面ではないので、対物レンズ９が光路上に挿入され停止した状態からレボルバ１０を回転すると、対物レンズ９の下端は一度下方に移動し、最下点位置Ｆを通過した後、再び上方に向かって移動する。光学系が合焦状態にあるときの試料ステージ８の位置（以下、合焦位置Ｏという）から、この最下点位置Ｆまでの光軸方向の距離（以下、最下点距離という）および、対物レンズ９が移動を始めてから最下点位置Ｆまでに到達するまでの時間（以下、最下点時間という）は、レボルバ回転速度を一定とすれば、レボルバ１０と対物レンズの種類により決定される固有値である。本実施の形態において、最下点距離は、最下点位置Ｆが合焦位置Ｏより上方にある場合を負、下方にある場合を正とする。
【００２８】
図９は、対物レンズ種類、最下点距離および最下点時間の関係を示す図である。本実施の形態では、図９に示すように、複数の対物レンズ５０Ｘ、４０Ｘ、２０Ｘ、１００Ｘ・・・と、それら各対物レンズの最下点距離を対比させる。また、最下点時間を入力したテーブルデータを作成し、そのテーブルデータをメインコントロール部３０におけるＣＰＵ回路４５のＲＯＭ５０にプログラムとともに格納する。ステージ速度は、固定値としてＲＯＭ５０に格納されている。
【００２９】
つぎに、レボルバ１０（図２参照）のどの対物取付け穴に何の種類（倍率）の対物レンズが取り付けられているかをＣＰＵ４９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。以下、メインコントロール部３０の構成を示す図５を参照しながら、図１０以下を用いて説明をする。
【００３０】
図１０および図１１は、表示部５５に表示される画面を示す図である。初期設定は表示部５５に図１０に示す如き画面を表示することから始める。この画面において、操作者が初期設定動作を開始するためのスイッチＩＮＩＴＩＡＬ９１を押すことにより、ＣＰＵ４９がＳＷ入力部５４の押下位置データと表示部５５の表示データとからスイッチＩＮＩＴＩＡＬ９１が押されたことを認識する。スイッチＩＮＩＴＩＡＬ９１が押されると、図５において、ＣＰＵ４９は表示部５５の画面を図１１に示す画面へ変更する。図１１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５７が表示される。ＳＷ表示領域５７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５７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。
【００３１】
また、図１１に示す画面上には、レボルバ１０のどの対物取付け穴に何の対物レンズが取り付けられているかを表す一覧表５８と、初期設定動作を中止するためのスイッチＣＡＮＣＥＬ９２と、初期設定動作を終了するためのスイッチＥＮＤ９３とが表示される。図１１に示す画面上において、ＳＷ表示領域５７のスイッチＲＥＶＯ１を押下すれば、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、ＣＰＵ４９が表示部５５の画面を図１１に示す画面から図１２に示す画面へと変更し、使用対物レンズの一覧表５８を表示させる。
【００３２】
それと同時に、ＣＰＵ４９が専用シリアルバス駆動回路５６を駆動し、専用シリアルバス３１を介してレボルバコントロール部４１（図１参照）にレボルバ１０の回転指令を与える。この回転指令を受けたレボルバコントロール部４１が、図４に示すように、駆動回路４６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。なお、この場合は初期設定であり、試料の観察は行わないため、試料ステージ８はメインコントロール部３０からの指示によりステージコントロール部４０が最下限まで下降させている。
【００３３】
観察者は、レボルバ１０の回転が終了してから、現在光路中に挿入されている対物レンズを確認し、その対物レンズを表示部５５の一覧表５８から捜して指定する。対物レンズの指定は、図示しない操作ツマミを回すことにより、図１２に示すように、対物一覧表５８の指示表示部５９を上下（図１２における矢印Ａ，Ｂの方向）へ移動させて指定する。
【００３４】
対物レンズの指定が終了してスイッチＥＮＴＥＲ９４が押されたならば、対物一覧表５８において指示表示部５９で指示されている対物レンズの最下点距離、最下点時間およびステージ速度をＲＯＭ５０に格納している図９に示すテーブルデータから読み出し、図１３に示す別のテーブルデータを更新する。この図１３に示すテーブルデータは、レボルバ１０の対物取付け穴の各位置“１”〜“７”に対応して、最下点距離、最下点時間およびステージ速度を記憶しておくテーブルである。このテーブルデータはメインコントロール部３０の不揮発正メモリ５３に記憶される。
【００３５】
以上の操作をＳＷ表示領域５８のスイッチＲＥＶＯ１〜ＲＥＶＯ７まで繰り返すことにより、初期設定が終了する。ここで、不揮発性メモリ５３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。観察者は、初期設定が終了したならば、図１１に示す画面において、スイッチＥＮＤ９３を押下する。スイッチＥＮＤ９３が押下されたならば、再び図１０に示す画面を表示させて、実際の観察が可能な状態になる。
【００３６】
つぎに、実際の観察中の動作について説明する。観察者が観察光路上に挿入する対物レンズを交換すべく、図１０に示す画面を使ってスイッチＯＢ１〜ＯＢ７のいずれかが押下された場合、現在のレボルバ１０の観察光路上に挿入されている対物取付け穴位置を認識し、これに対応する最下点距離ａ、最下点時間ｔｂを図１３に示すテーブルデータより参照し、ステージ速度ｖとこのテーブルデータとを基に遅延時間Ｔを算出し、ステージ退避動作開始から遅延時間Ｔ後にレボルバ１０の動作を開始する。
【００３７】
図８および図１５は、遅延時間Ｔの計算方法を示した図である。現在使用している対物レンズが、合焦状態にあるとする。まず、メインコントロール部３０のＣＰＵ４９が現在光路中にある対物レンズの合焦位置Ｏから最下点位置Ｆまでの距離（最下点距離）ａ、対物レンズが合焦位置Ｏから最下点位置Ｆまで移動するのに要する時間（最下点時間）ｔｂ、ステージ速度ｖを不揮発性メモリ５３から読み出し、最下点位置Ｆが合焦位置Ｏの上方に存在するとき（ａ＜０）は、遅延時間Ｔを０とする。一方、最下点位置Ｆが合焦位置Ｏの下方に存在するとき（ａ≧０）は、試料ステージ８（以下単にステージと呼ぶ）が最下点位置Ｆに到達する時間ｔａ＝ｖ／ａを算出し、これが最下点時間ｔｂより小さい（ｔａ＜ｔｂ）ならば、遅延時間Ｔは０とし、逆にｔａ＞ｔｂならば、レボルバ１０（以下単にレボルバと呼ぶ）の動作を遅延時間Ｔ＝ｔａ−ｔｂだけ遅く開始する。
【００３８】
図１６および図１７は上述と同様な手法によって、メインコントロール部３０のＣＰＵ４９がステージ復帰時間を算出する方法を示した図である。まず、現在位置から交換先までの観察光路上を通過する対物レンズの種類と最下点距離ａとを、図４に示すタイミングコントロール部４２のＣＰＵ回路４５に、図１７に示すようなテーブルデータとして格納する。つぎに、レボルバ回転途中に観察光路上を通過する対物レンズと交換先の対物レンズとの最下点距離ａを比較し、図１７（ｂ）に示すように交換先の対物レンズの最下点距離（０．１）より大きい最下点距離（０．２、０．３）をもつ対物レンズがあるならば、図１４（ａ）に示すシリアル方式に従い、レボルバ停止後、ステージを復帰させる。
【００３９】
反対に、図１７（ａ）に示すように、回転途中の対物レンズに交換先より大きな最下点距離をもつ対物レンズがないならば、交換先の対物レンズの最下点距離ａ、最下点時間ｔｂ、ステージの復帰速度ｖおよび復帰距離ｇを読み込み、ステージ復帰開始から復帰完了までにかかる時間ｔｅ＝ｇ／ｖを算出する。さらに、対物レンズ交換開始から完了までの時間、すなわち、隣接する対物レンズへの交換時間ｔｕに、交換時に観察光路上を通過する対物レンズ数ｎを乗じた時間（ｔｕ＊ｎ）を計算する。まず、図１６において、最下点位置Ｆが合焦位置Ｏより上方に存在するとき（ａ＜０）は、図１４（ｂ）に示すパラレル方式に従い、退避動作完了直後に復帰動作を開始する。また、最下点位置Ｆが合焦位置０の下方に存在するとき（ａ≧０）は交換先対物レンズの最下点通過時に、ステージがその下方に存在するとき、対物レンズ交換終了より時間ｔｅ′＝（ｇ−ａ）／ｖ＋ｔｂ前からステージ復帰を開始する。従って、復帰動作は、対物レンズ移動開始時刻より時間ｔｕ＊ｎ−ｔｅ′経過した後に開始する。
【００４０】
つぎに、対物レンズの交換とステージの退避および復帰とによる干渉の可能性について説明する。まず、ステージの退避において、図１５で示した計算方法により求めた時間Ｔだけ遅延したタイミングでレボルバを駆動させた場合について説明する。最下点位置Ｆが合焦位置Ｏの上方に存在するとき（ａ＜０）は、遅延時間Ｔを０（対物レンズとステージが同時に動作開始）としても、対物レンズがステージに衝突することはない。一方、最下点位置Ｆが合焦位置Ｏの下方に存在するとき（ａ≧０）は、ステージが合焦位置Ｏから初速度ｖで下方に動き出したとすれば、ステージは時間ｔａ＝ａ／ｖ後に最下点位置Ｆに到達し、ここでもし、ｔａ＜ｔｂのときは、対物レンズとステージとが同時に動作開始（遅延時間Ｔ＝０）しても、ステージが最下点位置Ｆに到達するとき、対物レンズはまだ最下点位置Ｆに到達していないため衝突しない。
【００４１】
逆にｔａ＞ｔｂのときは対物レンズとステージが同時に動作すると、ステージに比べて対物レンズの方が早く最下点位置Ｆに到達するので、ステージと対物レンズとが衝突する。ここでは、レボルバの動作を時間Ｔ＝ｔａ−ｔｂだけ遅く開始すれば衝突しない。例えば、図１３におけるレボルバ位置“１”から移動する場合であれば、図１３に示すレボルバ位置“１”に取り付けられた５０Ｘの対物レンズ（図９参照）に対応した最下点距離ａ（０．２ｍｍ）、最下点時間ｔｂ（３０ｍｓｅｃ）、ステージ速度ｖ（５ｍｍ／ｓｅｃ）をＲＯＭ５０から読み出す。ここで、最下点位置Ｆが合焦位置Ｏの下方にあることが分かる（ａ＞０）ので、まずステージが最下点位置Ｆまで移動する時間ｔａ＝ａ／ｖ＝０．２／５＝０．０４ｓｅｃを計算する。この時間ｔａ＝４０ｍｓｅｃは、対物レンズの最下点時間ｔｂ＝２０ｍｓｅｃより大きいので、対物レンズとステージとが同時に動き出すと衝突する。よって、双方が衝突しないように、対物レンズがステージより２０ｍｓｅｃ（Ｔ＝ｔａ−ｔｂ＝４０−２０）遅く動きだすように、タイミングコントロール部４２のＣＰＵ４９がレボルバコントロール部４１に指令を出す。
【００４２】
つぎに、ステージ復帰において、図１８に示す方法により算出したタイミングでステージを駆動させた場合の対物レンズとステージとの干渉の可能性について説明する。現在観察光路上にある対物レンズが、合焦状態にあるとする。まず、レボルバの回転途中に観察光路上を通過する対物レンズと交換先の対物レンズとの最下点距離ａを比較し、交換先の対物レンズより大きい最下点距離ａをもつ対物レンズがレボルバ回転軌道中にある場合、図１４（ａ）のシリアル方式に従ってレボルバ停止後に復帰することにより、レボルバ回転途中に通過する対物レンズとステージとの衝突を回避する。
【００４３】
一方、交換先の対物レンズより大きい最下点距離ａをもつ対物レンズがレボルバ回転軌道中にない場合、交換先対物レンズの最下点位置Ｆが合焦位置Ｏの上方に存在するとき（ａ＜０）は、任意のタイミングで復帰を開始しても、交換先の対物レンズとステージとが衝突することはない。従って、図１４（ｂ）に示すパラレル方式に従い、退避動作終了と同時に、ステージ復帰動作を開始する。
【００４４】
最下点位置Ｆが合焦位置Ｏの下方に存在するとき（ａ≧０）は、任意のタイミングでステージ復帰すると衝突する恐れがある。ここで復帰時に、丁度最下点位置Ｆでステージと対物レンズとが衝突するのは、レボルバ動作完了の最下点時間ｔｂ前にステージが丁度最下点位置Ｆにきたときである。このとき、ステージは、レボルバが最下点位置Ｆに到達する更に時間（ｇ−ａ）／ｖ前から、すなわち、レボルバが動作を完了する時間（ｇ−ａ）／ｖ＋ｔｂ前から復帰を開始している。従って、これより遅い時刻にステージ復帰を開始すれば、ステージと対物レンズとの衝突を避けることができる。
【００４５】
なお、レボルバの回転速度が一定のとき、対物レンズ交換開始から完了までの時間は、隣接する対物レンズへの交換時間ｔｕに交換時に通過する対物レンズ数ｎを乗じた時間ｔｕ＊ｎになるので、復帰動作は、対物レンズ移動開始時刻より、時間ｔｕ＊ｎ−ｔｅ′経過した後に開始すれば衝突を回避できる。
【００４６】
例えば、図１３におけるレボルバ位置“１”からレボルバ位置“４”へ移動する場合であれば、レボルバ回転途中に通過するレボルバ位置“２”、“３”、“４”に取り付けられた対物レンズ２０Ｘ、４０Ｘ、１００Ｘに対応した最下点位置Ｆまでの距離（ａ２、ａ３、ａ４）＝（−０．１、０．１、０．３）をＲＯＭ５０から読み出し、交換先と交換途中通過する対物レンズの最下点距離ａを比較する（上記では、ａ４とａ２、ａ４とａ３）。この場合、ａ４＞ａ２、ａ４＞ａ３、即ち、交換先の対物レンズの最下点距離の方が、通過途中の対物レンズの最下点距離より大きいので、図１４（ａ）のシリアル方式では復帰を行わない。
【００４７】
つぎに、図１３に示すレボルバ位置“４”に取り付けられた対物レンズ１００Ｘに対応した最下点位置Ｆまでの距離ａ（０．３ｍｍ）、最下点位置Ｆまで対物レンズが移動する時間ｔｂ（２０ｍｓｅｃ）、ステージ速度ｖ（５ｍｍ／ｓｅｃ）、復帰距離ｇ（３ｍｍ）をＲＯＭから読み出し、ステージ速度と復帰距離とから復帰時間ｔｅ＝３／５＝０．８ｓｅｃを算出する。同様に、テーブルから隣接する対物レンズへの交換時間（０．６ｓｅｃ）を読み込み、交換時通過する対物レンズ個数（３個）より、対物レンズ交換時間に要する時間０．６＊３＝１．８ｓｅｃを算出する。
【００４８】
まず、ａ＞０であるから、退避後すぐに復帰を開始すると、対物レンズとステージが衝突する可能性がある。ここで、ステージと対物レンズとが丁度最下点位置Ｆで衝突するのは、レボルバ回転動作が終了する時間ｔｅ′＝（３−０．３）／５＋０．０２＝０．５６ｓｅｃ前である。すなわち、レボルバ動作開始から時間１．８−０．５６＝１．２４ｓｅｃ以上経過した後にステージ復帰を開始すれば衝突しない。
【００４９】
本実施の形態によれば、ステージ退避動作、レボルバ回転動作、ステージ復帰動作を順番に実行せずに、標本と対物レンズとの接触を回避できる動作開始の限界のタイミングを算出して、それに従ってステージコントロール部、レボルバコントロール部を駆動するようにしたので、標本および対物レンズの保護を充分確保しつつ、より高速に対物レンズの交換をすることができる。
【００５０】
（実施の形態２）
図１９〜図２２は実施の形態２を示し、図１９は顕微鏡装置の全体構成図、図２０はステージ上限速度ｖｌ、対物レンズ種類、最下点距離および最下点時間の関係を示す図、図２１はステージ退避速度、対物レンズ種類、最下点距離、最下点時間の関係を示す図、図２２はステージ退避速度の決定方法を示す流れ図である。本実施の形態の顕微鏡装置の特徴は、実施の形態１におけるタイミングコントロール部４２に替えて、ステージ速度演算部４３を設け、対物レンズに対応してステージ退避速度を変化させることである。その他の構成は実施の形態１と同一のため、異なる部分のみ説明し、同一部分の図と説明を省略する。図１９においても、同一の部材には同一の符号を付し説明を省略する。
【００５１】
図１９において、ステージ速度演算手段としてのステージ速度演算部４３は、専用シリアルバス３１を介してメインコントロール部３０に接続され、メインコントロール部３０のＣＰＵ４９（図５参照）からの指示により、対物レンズ交換時のステージ速度を演算する。ステージ速度演算部４３の構成は、実施の形態１の図４に示すものと同様である。その他の構成は実施の形態１と同様である。
【００５２】
つぎに、上記構成の顕微鏡装置の作用について説明する。初期設定については、実施の形態１と同様であり、観察者が種々のボタン操作により、各々のレボルバ位置に指定した対物レンズの最下点距離、最下点時間およびステージの上限速度ｖｌをＲＯＭ５０に格納してある図２０に示すテーブルデータから読み出し、図２１に示す別のテーブルデータを更新する。このテーブルデータは、図５に示す不揮発性メモリ５３に記憶される。
【００５３】
つぎに、実際の観察中の動作について説明する。観察者が図７に示す画面上のスイッチを使って観察光路上に挿入する対物レンズを指定すると、ＣＰＵ４９はＳＷ入力部５４の押下位置と表示部５５の表示データとから対物レンズの交換を指示するスイッチが押されたことを認識する。スイッチが押されると、メインコントロール部３０のＣＰＵ４９が、対物レンズの最下点距離と最下点時間およびステージ上限速度ｖｌを、不揮発性メモリ５３に格納してある図２０に示すテーブルデータから読み出し、つぎに、指示を受けたステージ速度演算部４３のＣＰＵ４９が、ステージ退避速度の演算を行う。この演算結果に基づきステージコントロール部４０、レボルバコントロール部４１がそれぞれステージ８、レボルバ１０を駆動させる。
【００５４】
図２２は、本実施の形態におけるステージ退避速度の決定方法を示した図である。まず、最下点位置Ｆが合焦位置Ｏの上方にあるとき（ａ＜０）は、レボルバ回転とステージ退避動作を同時に開始し、上限速度ｖｌでステージ退避する。最下点位置Ｆが合焦位置Ｏの下方にあるとき（ａ≧０）は、以下の手順に従ってステージ退避速度を決定する。初めに、最下点距離ａを最下点時間ｔｂで移動したときのステージ速度ｖｓを算出する。つぎに、ステージ速度ｖｓが上限速度ｖｌより大きい（ｖｓ≧ｖｌ）ときは、上限速度ｖｌでステージ退避完了後、レボルバ回転動作を開始する。一方、ステージ速度ｖｓが上限速度ｖｌより小さい（ｖｓ＜ｖｌ）ときは、ステージ退避、レボルバ回転動作を同時に開始し、上限速度ｖｌでステージを退避させる。
【００５５】
つぎに、対物レンズの交換とステージの退避および復帰とによる干渉の可能性について説明する。まず、ステージの退避において、最下点位置Ｆが合焦位置Ｏの上方にあるとき（ａ＜０）は、レボルバ回転と退避および復帰動作を同時に開始し、上限速度ｖｌでステージ退避しても、対物レンズとステージとの衝突は生じない。最下点位置Ｆが合焦位置Ｏの下方にあるとき（ａ≧０）は、レボルバとステージの動作を同時に開始すると、対物レンズとステージが衝突する可能性が生ずるので以下の手順に従って退避速度を決定する。
【００５６】
実施の形態１と同様、対物レンズは時間ｔｂ後に合焦位置Ｏから距離ａだけ下がり、最下点位置Ｆを通過する。ステージとレボルバが同時に動作を開始し、ステージが下方に速度ｖで動く場合、時間ｔｂ後までのステージ移動距離ｖ＊ｔｂが、対物レンズの最下点位置Ｆまでの移動距離ａより大きい（ｖ＊ｔｂ≧ａ）ときは、対物レンズが最下点位置Ｆに到達する前にステージが最下点位置を通過するため、ステージと対物レンズは衝突しない。即ち、ｖ≧ａ／ｔｂを満たす速度ｖｓ＝ａ／ｔｂでステージを駆動させれば、衝突を回避することができる。
【００５７】
しかしながら、ステージ速度ｖが速すぎるとステージを退避する際に標本が浮き、標本に衝撃を与える可能性が生ずる。従って、速度ｖｓが上限速度ｖｌより大きい（ｖｓ≧ｖｌ）のときは、標本の保護を優先し、通常と同様に速度ｖｌでステージ退避完了後、レボルバ回転動作を開始し、速度ｖｓが上限速度ｖｌより小さい（ｖｓ＜ｖｌ）ときは、ステージ、レボルバ動作を同時に開始し、上限速度ｖｌでステージを退避させる。
【００５８】
なお、復帰動作に関しても、退避動作と同様に、ステージ移動速度を制御することによって、切換時間の短縮を図ることができる。
【００５９】
本実施の形態によれば、ステージ退避動作開始時間、ステージ退避速度及びステージ復帰速度を対物レンズの種類に応じて変更することにより、衝突を回避しつつステージ退避及びステージ復帰に要する時間を短縮することができる。
【００６０】
（実施の形態３）
図２３〜図２７は実施の形態３を示し、図２３は顕微鏡装置の全体構成図、図２４はレボルバ上限速度、レボルバ回転半径、対物レンズ種類、最下点距離および最下点位置レボルバ回転角の関係を示す図、図２５はレボルバ上限速度、レボルバ回転半径、レボルバ位置、最下点距離および最下点位置レボルバ回転角の関係を示す図、図２６はステージ退避時の対物レンズ回転方向の軌道を示す図、図２７はレボルバ回転速度の決定方法を示す流れ図である。本実施の形態の顕微鏡装置の特徴は、実施の形態１におけるタイミングコントロール部４２に替えて、レボルバ回転速度演算部４４を設け、ステージ速度を固定し、レボルバ回転速度を対物レンズの種類に応じて可変としたことである。その他の構成は実施の形態１と同一のため、異なる部分のみ説明し、同一部分の図と説明を省略する。図２３においても、同一の部材には同一の符号を付し説明を省略する。
【００６１】
図２３において、レボルバ速度演算手段としてのレボルバ回転速度演算部４４は、専用シリアルバス３１を介してメインコントロール部３０に接続され、メインコントロール部３０のＣＰＵ４９（図５参照）からの指示により、対物レンズ交換時のレボルバ回転速度を演算する。レボルバ回転速度演算部４４の構成は、実施の形態１の図４に示すものと同様である。その他の構成は実施の形態１と同様である。
【００６２】
つぎに、上記構成の顕微鏡装置の作用について説明する。初期設定については、実施の形態１と同様であり、観察者が種々のボタン操作により、各々のレボルバ位置に指定した対物レンズの最下点距離、最下点位置におけるレボルバの回転角、レボルバの回転半径、レボルバの上限速度およびステージ退避速度をＲＯＭ５０に格納してある図２４に示すテーブルデータから読み出し、図２５に示す別のテーブルデータを更新する。このテーブルデータは、図５に示す不揮発性メモリ５３に記憶される。
【００６３】
つぎに、実際の観察中の動作について説明する。観察者が図７に示す画面上のスイッチを使って観察光路上に挿入する対物レンズを指定すると、メインコントロール部３０のＣＰＵ４９（図５参照）は対物レンズの交換を指示するスイッチが押されたことを認識する。スイッチが押されると、メインコントロール部３０のＣＰＵ４９が、現在位置にある対物レンズに応じた最下点距離ａ、ステージ退避速度ｖｓ、停止位置から最下点位置までのレボルバ回転角θ、レボルバ回転半径ｒおよびレボルバや対物レンズに強い衝撃や機械的損傷を与えないレボルバ回転のレボルバ上限速度ｖｒ″を不揮発性メモリ５３に格納してある図２４に示すテーブルデータから読み出す。つぎに、メインコントロール部３０のＣＰＵ４９が指令を出すと、レボルバ回転速度演算部４４のＣＰＵ４９が、停止位置から最下点位置までのレボルバ回転速度の演算を行う。この演算結果に基づきレボルバコントロール部４１、ステージコントロール部４０がそれぞれレボルバ１０、ステージ８を駆動させる。
【００６４】
図２６、図２７は本実施の形態において、レボルバ回転速度を決定する方法を示した図である。まず、最下点位置Ｆが合焦位置Ｏの上方にあるとき（ａ＜０）は、レボルバ回転とステージ退避動作とを同時に開始し、レボルバ上限速度ｖｒ″でレボルバを回転させる。最下点位置Ｆが合焦位置Ｏの下方にあるとき（ａ≧０）は、以下の手順に従ってレボルバの回転速度を決定する。ステージ速度ｖｓおよび最下点距離ａより、ステージが合焦位置Ｏより最下点位置Ｆまで移動する時間ｔｓ＝ａ／ｖｓを算出する。つぎに、回転角θおよび回転半径ｒからレボルバ回転に伴い、対物レンズが最下点位置に到達するまでのレボルバ回転方向の距離ｒ＊θを計算する。これらより、距離ｒ＊θを時間ｔｓで移動したときのレボルバ回転速度ｖｒ＝ｒ＊θ＊ｖｓ／ａを算出する。
【００６５】
ここで、本実施の形態におけるレボルバ回転速度ｖｒの方が、レボルバ上限速度ｖｒ″より大きい場合（ｖｒ≧ｖｒ″）には、対物レンズ交換時の各動作を同時に開始し、レボルバ上限速度ｖｒ″でレボルバを回転させる。また、本実施の形態におけるレボルバの回転速度ｖｒの方が、レボルバ上限速度ｖｒ″より小さい場合（ｖｒ＜ｖｒ″）には、レボルバ回転とステージ退避動作とを同時に開始し、レボルバ回転速度ｖｒでレボルバを回転させる。
【００６６】
つぎに、対物レンズの交換とステージの退避および復帰とによる干渉の可能性について説明する。図２６において、最下点位置Ｆが合焦位置Ｏの上方にあるとき（ａ＜０）は、対物レンズとステージとが衝突することはないので、レボルバの回転とステージの退避動作とを同時に開始し、レボルバ上限速度ｖｒ″でレボルバ回転およびステージ退避させることにより退避時間を短縮する。最下点位置Ｆが合焦位置Ｏの下方にあるとき（ａ≧０）は、レボルバとステージの動作を同時に開始すると、対物レンズとステージとが衝突する可能性があるので、以下の手順に従ってレボルバの回転速度を決定する。
【００６７】
ここで、ステージは退避開始より時間ｔｓ＝ａ／ｖｓ後に最下点位置Ｆに到達する。また、対物レンズは、停止位置から最下点位置Ｆまでの回転角θ、回転半径ｒおよび回転速度ｖより、退避開始から時間ｔｒ＝ｒθ／ｖ後に最下点位置Ｆに到達する。従って、ステージが対物レンズより先に最下点位置Ｆに到達（ｔｒ≧ｔｓ）するとき、すなわち、レボルバ回転速度ｖｒ≦ｒ＊θ＊ｖｓ／ａを満たすとき、最下点位置Ｆにおいて、対物レンズとステージとは衝突しない。すなわち、レボルバ回転とステージ動作を同時に開始し、レボルバ回転速度ｖｒ≦ｒ＊θ＊ｖｓ／ａでレボルバを回転させれば、衝突を回避しつつ、より早くレボルバを回転させることができる。
【００６８】
しかし、レボルバ回転速度にも、動作後の位置精度の確保や対物レンズへの衝撃の緩和などにより上限速度がある。従って、上述のレボルバ回転速度がレボルバ上限速度ｖｒ″より大きい場合（ｖｒ≧ｖｒ″）は、対物レンズおよびレボルバにかかる負荷を軽減することを優先し、対物レンズ交換時の各動作を同時に実行し、速度ｖｒ″でレボルバを回転させる。また、逆にレボルバの回転速度ｖｒが上限速度ｖｒ″より小さい場合（ｖｒ＜ｖｒ″）は、対物レンズにかかる負荷は十分小さいので、レボルバ回転とステージ退避とを同時に開始し、速度ｖｒでレボルバを回転させる。これにより、常に高速な対物レンズ交換方法を選択することができる。
【００６９】
なお、復帰動作に関しても、退避動作と同様に、レボルバ回転動作を制御することによって、切換時間の短縮を図ることができる。
【００７０】
本実施の形態によれば、レボルバ回転速度を対物レンズに応じて変えることにより、実施の形態１に比べて、ステージ退避およびステージ復帰に要する時間を短縮することができる。また、ステージ退避速度およびステージ復帰速度は一定であるため、ステージ上下動時の振動が標本に与える影響も小さい。
【００７１】
（実施の形態４）
図２８および図２９は実施の形態４を示し、図２８は顕微鏡装置の全体構成図、図２９は表示部に表示される画面を示す図である。本実施の形態の顕微鏡装置の特徴は、実施の形態１におけるタイミングコントロール部４２に替えて、実施の形態２と同一のステージ速度演算部４３および実施の形態３と同一のレボルバ回転速度演算部４４の双方を設け、必要に応じて選択可能としたことである。従って、顕微鏡装置の構成は実施の形態１、２および３とそれぞれ同一のため、詳細部分の図と説明を省略する。図２８においても、同一の部材には同一の符号を付し説明を省略する。
【００７２】
上記構成の顕微鏡装置の作用について説明する。初期設定においては、観察者が各々のレボルバ位置に指定した対物レンズの最下点距離、最下点位置Ｆにおけるレボルバの回転角、レボルバの回転半径、ステージ退避上限速度、レボルバ回転上限速度をＲＯＭ５０に格納してあるテーブルデータ（図示省略）から読み出し、不揮発性メモリ５３にあるテーブルデータを更新する。
【００７３】
つぎに、実際の観察中の動作について説明する。観察者が図２９に示す画面上のスッチ１（ＯＢｍｏｖｅ）、スイッチ２（Ｓｔａｇｅｍｏｖｅ）を使って、実施の形態３と同一のレボルバ回転速度演算部４４または実施の形態２と同一のステージ速度演算部４３を指定すると、メインコントロール部３０のＣＰＵ４９はスイッチ１またはスイッチ２のどちらかの方式を指示するスイッチが押下されたことを認識する。例えば、スイッチ１が押された後に、対物レンズの交換を他のスイッチによって指定すれば、ＣＰＵ４９は図２７に従いレボルバ速度可変の退避動作を行う。一方、スイッチ２が押された後、対物レンズ交換を他のスイッチによって指定すれば、図２２に従いステージ速度可変の退避動作を行う。
【００７４】
従って、観察者は、スイッチ２を押した後に対物レンズ交換を指定するときは、レボルバに取り付けられた対物レンズにかかる振動を軽減し、レボルバの位置精度のバラツキを少なくすることができ、スイッチ１を押した後に対物レンズ交換を指定するときは、ステージ上の標本に与える振動を抑えることができる。
【００７５】
本実施の形態によれば、観察者が観察対象物である標本の状態や、対物レンズの状況に応じて、レボルバ速度を変化させるか、ステージ速度を変化させるかの観察手段を自由に選択することができる。
【００７６】
なお、本発明は、上述の各実施の形態のみに限定されるものではなく、要旨を変更しない範囲で適宜変形して実施することができる。例えば、実施の形態１〜４は、焦準機構としてステージ移動型のものを用いているが、レボルバ上下動機構のものにも適用することができる。また、入力手段および表示手段としてタッチパネルを使用しているが、その他の入力手段を用いても同様の効果を得ることができる。
【００７７】
【発明の効果】
請求項１から４に係る各発明によれば、対物レンズを交換する度に、ステージ退避、対物レンズ移動およびステージ復帰の各動作タイミングを、各々各発明のタイミング調整手段の既述したような動作により調整するようにしたので、標本および対物レンズの保護を充分確保しつつ、より高速に対物レンズ交換を行うことができる。
【００７８】
請求項５に係る発明によれば、対物レンズを交換する度に、標本の状態や対物レンズの状況に応じて、ステージまたはレボルバのそれぞれの速度を変化させるようにしたので、標本および対物レンズの保護を充分確保しつつ、より高速に対物レンズ交換を行うことができる。
請求項６から９に係る各発明によれば、対物レンズを交換する度に、ステージ退避、対物レンズ移動およびステージ復帰の各動作タイミングを、各々各発明のタイミング調整手段による既述したような制御の基に調整するようにしたので、標本および対物レンズの保護を充分確保しつつ、より高速に対物レンズ交換を行うことができる顕微鏡装置の制御方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１の顕微鏡装置の全体構成図である。
【図２】実施の形態１の顕微鏡装置の光学系の構成図である。
【図３】実施の形態１の各コントロール部の回路図である。
【図４】実施の形態１のタイミングコントロール部の回路図である。
【図５】実施の形態１のメインコントロール部の回路図である。
【図６】実施の形態１のＳＷ入力部と表示部との構成を示す図である。
【図７】実施の形態１のＳＷ入力部と表示部とを示す図である。
【図８】実施の形態１の対物交換時の対物レンズの軌道と位置関係を示す図である。
【図９】実施の形態１のステージ退避速度、対物レンズの種類、最下点距離および最下点時間の関係を示す図である。
【図１０】実施の形態１の表示部に表示される画面を示す図である。
【図１１】実施の形態１の表示部に表示される画面を示す図である。
【図１２】実施の形態１の表示部に表示される画面を示す図である。
【図１３】実施の形態１のステージ退避速度、対物レンズ種類、最下点距離および最下点時間の関係を示す図である。
【図１４】実施の形態１の対物レンズ交換時のステージ、レボルバの動作とその経過時間の説明図であり、（ａ）は全ての動作を順番に行う場合、（ｂ）はタイミングをずらせ最大２つの動作を同時に実行する場合を示す。
【図１５】実施の形態１の退避動作開始タイミングの決定方法を示す流れ図である。
【図１６】実施の形態１のステージ復帰時の対物レンズの軌道を示す図である。
【図１７】実施の形態１のレボルバ位置と最下点距離の関係を示し、復帰時のタイミング決定方法を説明する図である。
【図１８】実施の形態１のステージ復帰タイミングの決定方法を示す流れ図である。
【図１９】実施の形態２の顕微鏡装置の全体構成図である。
【図２０】実施の形態２のステージ上限速度、対物レンズ種類、最下点距離および最下点時間の関係を示す図である。
【図２１】実施の形態２のステージ退避速度、対物レンズ種類、最下点距離、最下点時間の関係を示す図である。
【図２２】実施の形態２のステージ退避速度の決定方法を示す流れ図である。
【図２３】実施の形態３の顕微鏡装置の全体構成図である。
【図２４】実施の形態３のレボルバ上限速度、レボルバ回転半径、対物レンズ種類、最下点距離および最下点位置レボルバ回転角の関係を示す図である。
【図２５】実施の形態３のレボルバ上限速度、レボルバ回転半径、レボルバ位置、最下点距離および最下点位置レボルバ回転角の関係を示す図である。
【図２６】実施の形態３のステージ退避時の対物レンズ回転方向の軌道を示す図である。
【図２７】実施の形態３のレボルバ回転速度の決定方法を示す流れ図である。
【図２８】実施の形態４の顕微鏡装置の全体構成図である。
【図２９】実施の形態４の表示部に表示される画面を示す図である。
【符号の説明】
８ 試料ステージ
１０ レボルバ
３０ メインコントロール部
３３ ＡＦコントロール部
４０ ステージコントロール部
４１ レボルバコントロール部
４２ タイミングコントロール部

Claims (9)

1. 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り換える対物レンズ切換機構と、
   前記観察光路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、
   該試料ステージおよび前記対物レンズ切換機構の少なくとも一方を光軸方向へ移動せしめる電動焦準機構と、
   前記観察光路内へ挿入すべき対物レンズを装置本体に対して指示するための対物レンズ指示手段と、
   該対物レンズ指示手段の指示に応じて前記対物レンズ切換機構を駆動して指示された対物レンズに切り換える対物切換駆動手段と、
   前記対物レンズ切換動作を行う際に、前記観察光路内に挿入された対物レンズと前記試料ステージとの距離を開ける方向に前記電動焦準機構を駆動する退避手段と、
   前記観察光路内に挿入された対物レンズと前記試料ステージとの距離を前記退避手段による退避動作を行う前の状態に復帰させるように前記電動焦準機構を駆動する復帰手段と、
   前記対物切換駆動手段によって駆動される前記対物レンズ切換機構の動作タイミングと前記退避手段および前記復帰手段によって駆動される前記電動焦準機構の退避動作タイミングおよび復帰動作タイミングの少なくとも一方を調整するタイミング調整手段とを具備し、
   前記タイミング調整手段は、
   前記対物レンズ切換機構の対物レンズ切換動作、前記電動焦準機構による前記試料ステージおよび前記対物レンズ切換機構の少なくとも一方に対する光軸方向の距離を開ける方向への退避動作、前記電動焦準機構による前記試料ステージおよび前記対物レンズ切換機構の少なくとも一方に対する退避動作を行う前の状態に復帰させる復帰動作のうち、少なくとも一つの動作が完了する前に残りの動作のうち少なくとも一つの動作を開始させることを特徴とする顕微鏡装置。
2. 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り換える対物レンズ切換機構と、
   前記観察光路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、
   該試料ステージおよび前記対物レンズ切換機構の少なくとも一方を光軸方向へ移動せしめる電動焦準機構と、
   前記観察光路内へ挿入すべき対物レンズを装置本体に対して指示するための対物レンズ指示手段と、
   該対物レンズ指示手段の指示に応じて前記対物レンズ切換機構を駆動して指示された対物レンズに切り換える対物切換駆動手段と、
   前記対物レンズ切換動作を行う際に、前記観察光路内に挿入された対物レンズと前記試料ステージとの距離を開ける方向に前記電動焦準機構を駆動する退避手段と、
   前記観察光路内に挿入された対物レンズと前記試料ステージとの距離を前記退避手段による退避動作を行う前の状態に復帰させるように前記電動焦準機構を駆動する復帰手段と、
   前記対物切換駆動手段によって駆動される前記対物レンズ切換機構の動作タイミングと前記退避手段および前記復帰手段によって駆動される前記電動焦準機構の退避動作タイミングおよび復帰動作タイミングの少なくとも一方を調整するタイミング調整手段とを具備し、
   前記タイミング調整手段は、 前記対物レンズ切換機構の対物レンズ切換動作、前記電動焦準機構による前記試料ステージおよび前記対物レンズ切換機構の少なくとも一方に対する光軸方向の距離を開ける方向への退避動作、前記電動焦準機構による前記試料ステージおよび前記対物レンズ切換機構の少なくとも一方に対する退避動作を行う前の状態に復帰させる復帰動作のうち、少なくとも二つの動作を同時に開始させることを特徴とする顕微鏡装置。
3. 前記タイミング調整手段は、前記電動焦準機構による退避動作を開始させた後、該退避動作が完了する前に、前記対物レンズ切換機構の動作を開始させ、前記対物レンズ切換機構の動作が完了する前に、前記電動焦準機構による復帰動作を開始させることを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡装置。
4. 前記対物レンズ切換機構の動作、前記電動焦準機構による退避動作、及び前記電動焦準機構による復帰動作のうち少なくとも一つの動作について所要する時間を計測する計測手段を有する制御手段をさらに備え、
   前記タイミング調整手段は、前記計測手段による前記所要する時間の計測結果に基づき、前記対物レンズ切換機構の動作、前記電動焦準機構による退避動作、及び前記電動焦準機構による復帰動作を開始させることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の顕微鏡装置。
5. 前記タイミング調整手段に替えて、対物レンズに応じて、予め設定した上限速度以下の範囲内でステージ退避速度およびステージ復帰速度を変化させるステージ速度演算手段、および、対物レンズに応じて、ステージ退避速度およびステージ復帰速度を一定とした状態でレボルバ回転速度を変化させるレボルバ速度演算手段の少なくとも一方を設けたことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の顕微鏡装置。
6. 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り換える対物レンズ切換機構と、
   前記観察光路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、
   該試料ステージおよび前記対物レンズ切換機構の少なくとも一方を光軸方向へ移動せしめる電動焦準機構と、
   前記観察光路内へ挿入すべき対物レンズを装置本体に対して指示するための対物レンズ指示手段と、
   該対物レンズ指示手段の指示に応じて前記対物レンズ切換機構を駆動して指示された対物レンズに切り換える対物切換駆動手段と、
   前記対物レンズ切換動作を行う際に、前記観察光路内に挿入された対物レンズと前記試料ステージとの距離を開ける方向に前記電動焦準機構を駆動する退避手段と、
   前記観察光路内に挿入された対物レンズと前記試料ステージとの距離を前記退避手段による退避動作を行う前の状態に復帰させるように前記電動焦準機構を駆動する復帰手段と、
   前記対物切換駆動手段によって駆動される前記対物レンズ切換機構の動作タイミングと前記退避手段および前記復帰手段によって駆動される前記電動焦準機構の退避動作タイミングおよび復帰動作タイミングの少なくとも一方を調整するタイミング調整手段とを具備する顕微鏡装置の制御方法であって、
   前記タイミング調整手段により、対物レンズ切換機構の対物レンズ切換動作、前記電動焦準機構による前記試料ステージおよび前記対物レンズ切換機構の少なくとも一方に対する光軸方向の距離を開ける方向への退避動作、前記電動焦準機構による前記試料ステージおよび前記対物レンズ切換機構の少なくとも一方に対する退避動作を行う前の状態に復帰させる復帰動作のうち、少なくとも一つの動作が完了する前に残りの動作のうち少なくとも一つの動作を開始させることを特徴とする顕微鏡装置の制御方法。
7. 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り換える対物レンズ切換機構と、
   前記観察光路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、
   該試料ステージおよび前記対物レンズ切換機構の少なくとも一方を光軸方向へ移動せしめる電動焦準機構と、
   前記観察光路内へ挿入すべき対物レンズを装置本体に対して指示するための対物レンズ指示手段と、
   該対物レンズ指示手段の指示に応じて前記対物レンズ切換機構を駆動して指示された対物レンズに切り換える対物切換駆動手段と、
   前記対物レンズ切換動作を行う際に、前記観察光路内に挿入された対物レンズと前記試料ステージとの距離を開ける方向に前記電動焦準機構を駆動する退避手段と、
   前記観察光路内に挿入された対物レンズと前記試料ステージとの距離を前記退避手段による退避動作を行う前の状態に復帰させるように前記電動焦準機構を駆動する復帰手段と、
   前記対物切換駆動手段によって駆動される前記対物レンズ切換機構の動作タイミングと前記退避手段および前記復帰手段によって駆動される前記電動焦準機構の退避動作タイミングおよび復帰動作タイミングの少なくとも一方を調整するタイミング調整手段とを具備する顕微鏡装置の制御方法であって、
   前記タイミング調整手段により、対物レンズ切換機構の対物レンズ切換動作、前記電動焦準機構による前記試料ステージおよび前記対物レンズ切換機構の少なくとも一方に対する光軸方向の距離を開ける方向への退避動作、前記電動焦準機構による前記試料ステージおよび前記対物レンズ切換機構の少なくとも一方に対する退避動作を行う前の状態に復帰させる復帰動作のうち、少なくとも二つの動作を同時に開始させることを特徴とする顕微鏡装置の制御方法。
8. 前記タイミング調整手段は、前記電動焦準機構による退避動作を開始させた後、該退避動作が完了する前に、前記対物レンズ切換機構の対物レンズ切換動作を開始させ、前記対物レンズ切換機構の動作が完了する前に、前記電動焦準機構による復帰動作を開始させることを特徴とする請求項６に記載の顕微鏡装置の制御方法。
9. 前記対物レンズ切換機構の動作、前記電動焦準機構による退避動作、及び前記電動焦準機構による復帰動作のうち少なくとも一つの動作について所要する時間を計測手段により計測し、
   前記計測手段による前記所要する時間の計測結果に基づき、前記タイミング調整手段により、前記対物レンズ切換機構の動作、前記電動焦準機構による退避動作、及び前記電動焦準機構による復帰動作を開始させることを特徴とする請求項６から８のいずれか１項に記載の顕微鏡装置の制御方法。

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