JP6746722B2

JP6746722B2 - 顕微鏡用スライドガラスの曲面の高さの測算方法及び顕微鏡

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Publication number: JP6746722B2
Application number: JP2018564821A
Authority: JP
Inventors: ユェフォンイン
Original assignee: Yin Yuefeng
Current assignee: Yin Yuefeng
Priority date: 2016-11-30
Filing date: 2016-12-04
Publication date: 2020-08-26
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Description

本発明は、基準サイズ及び材質を有する曲面物体上の複数の点の位置座標及び高さを測定することにより、同一のサイズ及び材質を有する別の曲面物体の曲面上の点の高さを測算することに関し、特に、高速結像のためにマイクロ走査に使用される、顕微鏡用スライドガラスのような光透過性材料の曲面の高さ値の測算方法に関する。

あらゆる物体の外面は、規則的又は不規則な曲面とみなされ得る。現代の先進技術で製造された精密部品の表面は、非常に「平坦」となっているため、人間の目では物体の曲面の「高さ」の変化を見出すことが困難である。しかしながら、光学顕微鏡で拡大されたミクロの世界のような、一部の極めて精密な科学分野において、微細な変化は、大きな倍率で拡大されることにより、観測された結果や顕微鏡で撮影された画像の画質に大きな影響を及ぼす。特に、スライドガラス上の試料と顕微鏡レンズとの間の距離は、スライドガラスの曲面の高さの微細な変化によって変化する。低倍率のレンズでは、被写界深度が深くて（被写界深度とは、顕微鏡レンズ又は他の結像器の前面において鮮明な画像を取得可能な結像によって測定された被写体前後の距離の範囲を示す。焦点が合った後に、焦点の前後の範囲内おいて鮮明な画像を形成することができ、この前後の距離の範囲を被写界深度という。）、試料の結像に与える影響が小さく、レンズとスライドガラスとの間の距離を調整することなく、依然として、試料とレンズとの間の距離が被写界深度の範囲内に入っており、鮮明な画像を得ることができる。しかしながら、高倍率拡大（例えば、１００倍以上）においては、被写界深度が浅いため、スライドガラスの曲面の微細な高さの変化（マイクロメートルレベル）だけで、スライドガラス上の試料と顕微鏡のレンズとの間の距離が被写界深度の範囲を超えてしまい、観察された画像がぼやけており、撮影された画像もぼやけてしまう。

上述したように、スライドガラスの曲面の高さの変化は、高倍率拡大の場合の画質に大きな影響を与える。同一のスライドガラス上に試料が敷き詰められる（試料とは、スライドガラス上に置かれる被観測物体をいう。同一のスライドガラス上に複数の試料が置かれ、各試料によって被覆されるスライドガラスの一定の領域を表面領域と定義する。）と、一回の観測で複数の試料を観察しなければならない。顕微鏡のレンズが動かないため、観察するために、スライドガラスを担持する金属スライド台の縦横の２つの方向での移動により、スライドガラスが移動して試料をレンズの下方まで移動させる。鮮明な画像を取得するためには、試料とレンズとの間の距離が被写界深度の範囲内に入るように、異なる試料に対してレンズとスライドガラスとの間の距離を調整する必要がある。低倍率レンズの観察要件において、被写界深度が深いため、スライドガラスの曲面の高さの微細な変化は、結像の鮮明度に実質的に影響しない。一方、高倍率拡大が必要な状況において被写界深度が浅く、例えば、１００倍以上の高倍率拡大の場合は、スライドガラスの曲面にマイクロメートルレベルの変化だけで、試料が被写界深度の範囲を超えてしまうため、レンズとスライドガラスとの間の距離を手動で調整しなければならない。なお、１枚のスライドガラス上に多くの試料があり、高倍率拡大の場合、試料を観察するたびに再調整する必要があるため、効率が非常に低く、科学研究や技術の研究開発に極めて大きな障害がもたらされる。

特許文献１には、連続走査を実現するマイクロ走査プラットフォームによる撮影方法が開示されている。メカニカルステージの高さの変化を測算することにより、レンズとステージ上の標準スライドガラスとの間の距離調整の数値が修正される。しかしながら、スライドガラスの曲面自体の曲面の高さの変化が、顕微鏡で撮影された画像に与える影響は依然として解決されていない。

特許文献２には、撮像素子によって生成された出力信号に基づいて、照明視野絞りの焦点ずれ量を示す特徴量を算出するフォーカス方法（明細書の段落００１９を参照）が開示されている。算出された特徴量に基づいて照明視野絞りの焦点調整機構を駆動して照明視野絞り像の結像位置が調整される。特許文献２においては、それはスライドガラスの異なる厚さの部位に応じて撮影された２枚の画像の位相差画像である。そして、第１画像の出力信号と第２画像の出力信号との間の強度差に応じてスライドガラスの厚さの変化量（即ち、曲面の高さの変化）が算出される。位置制御部は、厚さ変化量算出部によって算出された厚さの変化量に基づいて、顕微鏡ステージの位置を照明光学系に向けて移動させる。上記の解決手段において、撮像素子によって生成された出力信号に基づいて、照明視野絞りの焦点ずれ量を示す特徴量を算出すること、また、算出された特徴量に基づいて照明視野絞りの焦点調整機構を駆動して照明視野絞り像の結像位置を調整することを含むフォーカス方法が提供されている。しかし、実際には、この方法は、１００倍以上の高倍率顕微鏡においては大きな誤差があり、高速なオートフォーカス撮影及び走査を実現することができない。

中国特許出願公告第１０４７３０７０２号明細書中国特許出願公告第１０２２９８２０６号明細書

そこで、本発明は、高倍率拡大の場合においてスライドガラスの曲面の高さを正確に測算できる方法を提供する。さらに、当該方法は、顕微鏡の高速走査の技術分野に適用される。

上記の技術的問題を解決するために、本発明は、曲面物体の曲面の高さを測算する方法を提供する。当該方法は、曲面物体の曲面の高さを測算することができ、具体的には、顕微鏡に用いられるスライドガラスの曲面の高さを測算することができる。また、高さ値に従って顕微鏡のレンズとスライドガラスとの間の距離を修正して、高倍率拡大の場合においてスライドガラス上の多くの試料を自動的に走査して撮影できる方法及び顕微鏡自体を提供する。

具体的には、以下の通りである。
曲面物体の曲面の高さ値の測算方法であって、
標準曲面物体を導入し、標準曲面物体上の測定領域を複数の表面領域に分割し、各表面領域内の標準測定点の位置座標及び複数の標準測定点の高さを測定するステップと、
標準曲面物体と同じ寸法及び同じ材質を有する別の測定対象曲面物体を用意するステップと、
測定対象曲面物体における測定領域を、標準曲面物体と同じ数の複数の表面領域に分割するステップと、
測定対象曲面物体の測定領域内の複数の標準測定点の位置座標及び高さを測定し、それらを、測定対象曲面物体の高さ値を測算するための連立方程式に代入して、位置座標及び高さ値に関する関数方程式を得るステップと、
測定対象曲面物体の曲面上のいずれか一つの表面領域の標準測定点の位置座標を、位置座標及び高さ値の関数方程式に代入して、標準測定点の高さを算出するステップとを含む。

本発明に係る曲面物体の曲面の高さ値の測算方法は、同種類の材質及び同一寸法の物体に対する技術的解決手段であり、好ましくは、物体の底面が矩形である。ここで、上述した測定領域とは、顕微鏡、ビデオカメラ、カメラ等のような、光学結像装置としての結像ツールを用いて結像可能な領域を示す。光学装置の測定システムにおいて標準曲面体の位置座標を取得することにより、当該曲面物体の平面座標象限内における位置を確定し、これにより、測定領域内の各点をマーキングし、測定された高さに関する物理量を、表示システムが表示する、且つコンピュータプログラムが計算できるデータに変換する。光学装置システム内の高さに関する物理量を表示するこのデータは、高さ値として定義される。すべての物理現象の変化については、数学式でその変化法則を反映する定量的な計算方法を表現することができる。変化法則を反映可能な数学式を使用して測定可能な量を入力することにより、当該法則に沿って測定対象値を測算することは、本発明の技術的構想である。本発明では、標準曲面物体の位置座標及び標準曲面物体の表面領域内の標準測定点での高さ値が測定可能な量である。標準曲面物体とは、同じ材質及びサイズの基準物体をいう。測定対象曲面物体とは、標準曲面物体と同じ寸法及び同じ材質を有する別の曲面物体をいう。同じサイズとは、同じ底面積、同じ底面形状、及び同じ長さと幅、の少なくともいずれか１つを有することを意味する。表面領域とは、結像ツールによって一度に結像される領域をいう。標準測定点とは、結像ツールの結像中心点の、表面領域内に投影される点である。本発明はまさに、基準としての１つの標準曲面物体の標準測定点の位置座標及び曲面上の複数の高さを測定することにより、数学式を用いて測定対象曲面物体の標準測定点の高さを測算するものである。

さらに、標準曲面物体の測定領域における、Ｘ軸方向に沿った境界線上のすべての標準測定点の高さ値、及び、Ｙ軸方向に沿った境界線上のすべての標準測定点の高さ値、並びに、標準曲面物体の測定領域内の位置座標に対する原点から最も離れた標準測定点の高さを少なくとも測定する必要がある。

さらに、前記標準曲面物体及び前記測定対象曲面物体における標準測定点の間の位置座標は、一対一の対応関係にある。ここでいう一対一の対応関係は、標準曲面物体と測定対象曲面物体の形状が完全に同じであり、同じ座標系において２つの物体の位置座標を完全に重なり合うようにすることができる、というように理解される。

さらに、測定時に測定装置によって確立された３次元座標系に基づいて、測定システムのＸ軸方向及びＹ軸方向において長さの測定単位を示すスケール値が分割され、これにより、標準曲面物体及び測定対象曲面物体の標準測定点の位置座標が、座標値で表され、高さ値は、測定装置や電子装置によって測定且つ表示される。高さ値は、電子計算機によって計算することができる数値であり、測定装置の測定システムにおける標準測定点のＺ軸方向の位置に対応している。いわゆる３次元座標系は仮想座標系である。通常、結像装置自体は、３次元座標系を有する装置である。顕微鏡を例とすると、顕微鏡のレンズが移動する垂直方向がＺ軸方向であり、スライドガラスを置くためのメカニカルステージがＸ−Ｙ軸を有する平面座標系にある。本発明における確立された仮想３次元座標系は、曲面物体の長さと幅、及びその垂直方向の位置を測定できる測定システムとして理解されるべきである。Ｘ軸方向及びＹ軸方向は、物体の測定領域の長さ方向、幅方向を意味し、Ｚ軸方向は、高さ方向を意味すると理解されるべきである。自動走査型顕微鏡においては、レンズは移動機構の駆動によって移動し、その移動距離は、装置が小さな電圧又は電流を供給することによって駆動されるものである。従って、ハードウェア装置を制御するためにはコンピュータプログラムが必要である。高さ値は、コンピュータプログラムによって「読み取る」ことができる、物理的な意味を有さないデータであり、通常、ディスプレイのような、顕微鏡制御システム内の表示システムによって表示されるデータである。顕微鏡内のプログラムが高さ値と位置量との対応関係を維持することができ、これにより、移動機構は、高さ値に従ってレンズを対応する特定の位置まで駆動することができる。

好ましくは、前記標準曲面物体と前記測定対象曲面物体との底面は矩形面である。

顕微鏡用スライドガラスの曲面の高さ値の測算方法であって、

既知の標準スライドガラスの測定領域を複数の表面領域に分割する。前記測定領域のＸ軸方向に沿った長さをＬｘとし、Ｙ軸方向に沿った長さをＬｙとし、測定領域内のいずれか一つの表面領域における標準測定点Ｂの位置座標を（ｘ，ｙ）とし、当該点の測定された高さ値をＺ_B（ｘ，ｙ）とし、測定領域の時計回り方向に沿った４つの角の点の位置座標を（０、０）、（Ｌｘ，０）、（Ｌｘ，Ｌｙ）及び（０，Ｌｙ）とする。測定領域における各表面領域の標準測定点の位置座標を測定し、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に沿った２本の境界線上のすべての高さ値Ｚ_B（ｘ，０）及びＺ_B（０，ｙ）、並びに位置座標（Ｌｘ，Ｌｙ）の高さ値Ｚ_B（Ｌｘ，Ｌｙ）を少なくとも測定するステップと、
標準スライドガラスと同じサイズの別の測定対象スライドガラスを使用し、測定対象スライドガラスの測定領域における４つの角の点の位置座標を、（０，０）、（Ｌｘ，０）、（Ｌｘ，Ｌｙ）及び（０，Ｌｙ）とし、高さ値をそれぞれＺ_A（０，０）、Ｚ_A（Ｌｘ，０）、Ｚ_A（Ｌｘ，Ｌｙ）及びＺ_A（０，Ｌｙ）とし、標準スライドガラスの測定領域内の位置座標（ｘ，ｙ）を有する標準測定点に対応する、位置座標（ｘ，ｙ）を有する点Ａが測定領域内に必然的に存在し、当該点の高さ値をＺ_A（ｘ，ｙ）とするステップを含む。

以下の方程式を連立させる。
標準スライドガラスの境界上の標準測定点の相対的高さ値を計算する式は、以下の通りである。

ここで、

であり、（ｎ_B1，ｎ_B2，ｎ_B3）は標準スライドガラス上の（０，０）、（Ｌｘ，０）及び（０，Ｌｙ）の位置座標を有する３つの標準測定点によって規定された平面の法線ベクトルである。

また、測定対象スライドガラス上の測定領域内におけるいずれか一つの標準測定点の相対的高さ値を算出する式は、以下の通りである。

ここで、
ｆｘ（ｘ，ａ，Ｌｘ）は、測定対象スライドガラスのＸ軸方向における境界での高さ差の関数であり、
ｆｙ（ｙ，ｂ，Ｌｙ）は、測定対象スライドガラスのＹ軸方向における境界での高さ差の関数である。

また、位置座標（Ｌｘ，Ｌｙ）を有する標準測定点の相対的高さ値は、下記の通りである。

ここで、ｚA1＝ＺA（０，０）、ｚA4＝ＺA（Ｌｘ，Ｌｙ）であり、

また、

であって、ｚA3＝ＺA（Ｌｘ，０）、ｚA5＝ＺA（０，Ｌｙ）であり、

測定対象スライドガラス上の測定領域内におけるいずれか一点の相対的高さ値Ｄ_A（ｘ，ｙ）を高さ値Ｚ_A（ｘ，ｙ）に変換する式は、以下の通りである。

上記の方程式（１）、（２）、（３）、（４）、（５）を連立させて以下のような未知数ａ、ｂ、ｚ_A1、ｚ_A3、ｚ_A4、ｚ_A5についての連立方程式を得る。

測定対象スライドガラスの測定領域内におけるいずれか少なくとも６つの標準測定点の位置座標及び高さを測定して、取得した入力項（ｘ_i，ｙ_i，ｚ_i）を連立方程式に代入して、位置座標と高さとの関数方程式を取得し、次に、測定対象スライドガラス上のいずれか一つの標準測定点の位置座標（ｘ，ｙ）を入力して、対応する高さ値Ｚ_A（ｘ，ｙ）を取得する。スライドガラスは、標準的な矩形構造である。顕微鏡によって自動的に走査される領域全体は、スライドガラスの領域であり、言い換えれば、実際の使用の際に、スライドガラス上に平らに置かれた試料の領域が測定領域となる。１枚の基準としての標準スライドガラスの位置座標及び高さ値によって、多くの測定対象スライドガラスの高さを測算することができる。スライドガラスの曲面上の任意の点の高さを測定し、計算によって測定システム内の具体的な位置点を取得することは、精密機器の工業分野において幅広い工業的応用価値を有する。

さらに、前記ａは、測定対象スライドガラスのＸ軸方向における境界での高さ差の関数のパラメータであり、前記ｂは、測測定対象スライドガラスのＹ軸方向における境界での高さ差の関数のパラメータである。

走査方法であって、上記の顕微鏡用スライドガラスの曲面の高さの測算方法を使用して、前記測定対象スライドガラスのいずれか一つの前記表面領域上に置かれた試料の画像を取得し、自動走査を実現して測定対象スライドガラス上に置かれたすべての試料の画像を取得することができる。本発明の使用は、１枚の標準スライドガラスを介して本発明に係る方法を使用することである。即ち、多くの測定対象スライドガラスの高さを測算することができることである。高さ値は、顕微鏡の垂直方向における対応する標準測定点の位置を表す。各測定対象スライドガラス上の高さを測算した後、現在のマイクロ走査結像装置の各標準測定点の間の位置を実際に推算することができる。鮮明な走査画像を得るには、結像装置とスライドガラス上の試料との間の距離が被写界深度の範囲内に入っている必要がある。１つの標準測定点における試料の画像を走査する必要がある場合、データ変換をするだけで結像装置と各標準測定点との間の、被写界深度の範囲に対応した相対的位置を取得し、当該結像装置を適切な位置まで動かすことによって、鮮明な画像を得ることができる。

顕微鏡であって、上記の顕微鏡用スライドガラスの曲面の高さ値の測算方法又は走査方法が使用されている。前記顕微鏡は、上下に移動して顕微鏡レンズとスライドガラスとの間の距離を調整できる移動機構を有する。顕微鏡の走査領域内の各標準測定点の高さ値は、スライドガラスの曲面上の高さ値の測算方法を用いて測算することによって取得される。高さ値は、顕微鏡観察システムにおける各標準測定点の高さ位置の物理量から変換された顕微鏡計算システムにおける計算可能なデータを意味する。従って、各標準測定点の高さ値は、実質的に顕微鏡観察システムにおける対応する高さに関する物理量を意味する。拡大の固定倍率の場合において、顕微鏡と鮮明に結像するときにスライドガラス上の試料との間の相対距離は固定されている。従って、顕微鏡観察システムにおける各標準測定点の高さ値がわかれば、鮮明に結像する際の顕微鏡レンズの高さ値を得ることができる。顕微鏡は、鮮明に結像するために、移動機構を、当該高さ値に従ってレンズとスライドガラスとの間の距離を自動的に調整するように駆動して、形成された画像を走査又は撮影して画像データとして保存する。

具体的なステップは、以下の方法でスライドガラス上の試料に対する自動走査結像及びデータとしての保存を実現することである。
ステップ１、標準スライドガラスの測定領域を複数の表面領域に分割する。前記測定領域のＸ軸方向に沿った長さをＬｘとし、Ｙ軸方向に沿った長さをＬｙとし、測定領域内のいずれか一つの表面領域における標準測定点Ｂの位置座標を（ｘ，ｙ）とし、当該点の測定された高さ値をＺ_B（ｘ，ｙ）とし、測定領域の時計回り方向に沿った４つの角の点の位置座標を（０、０）、（Ｌｘ，０）、（Ｌｘ，Ｌｙ）及び（０，Ｌｙ）とする。測定領域における各表面領域の標準測定点の位置座標を測定し、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に沿った２本の境界線上のすべての高さ値Ｚ_B（ｘ，０）及びＺ_B（０，ｙ）、並びに位置座標（Ｌｘ，Ｌｙ）の高さ値Ｚ_B（Ｌｘ，Ｌｙ）を少なくとも測定する。

ステップ２、標準スライドガラスと同じサイズの別の測定対象スライドガラスを使用し、測定対象スライドガラスの測定領域における４つの角の点の位置座標を、（０，０）、（Ｌｘ，０）、（Ｌｘ，Ｌｙ）及び（０，Ｌｙ）とし、高さ値をそれぞれＺ_A（０，０）、Ｚ_A（Ｌｘ，０）、Ｚ_A（Ｌｘ，Ｌｙ）及びＺ_A（０，Ｌｙ）とし、標準スライドガラスの測定領域内の位置座標（ｘ，ｙ）を有する標準測定点に対応する、位置座標（ｘ，ｙ）を有する点Ａが測定領域内に必然的に存在し、当該点の高さ値をＺ_A（ｘ，ｙ）とする。

ステップ３、取得した位置座標及び高さの数値を以下の方程式に代入して、測定対象スライドガラス上の位置座標と高さとの関数方程式を取得する。
標準スライドガラスの境界における標準測定点の相対的高さ値を計算する式は、以下の通りである。

ここで、

また、
位置座標（Ｌｘ，Ｌｙ）を有する標準測定点の相対的高さ値は、下記の通りである。

また、

測定対象スライドガラスの測定領域内におけるいずれか少なくとも６つの標準測定点の位置座標及び高さを測定して、取得した入力項（ｘ_i，ｙ_i，ｚ_i）を連立方程式に代入して、位置座標と高さとの関数方程式を取得し、次に、測定対象スライドガラス上のいずれか一つの標準測定点の位置座標（ｘ，ｙ）を入力して、対応する高さ値Ｚ_A（ｘ，ｙ）を取得する。

ステップ４、測定対象スライドガラス上の各表面領域内の標準測定点の高さ値を得た後、顕微鏡の計算モジュールは、当該高さ値に応じて、測定対象スライドガラス上の各標準測定点に対応する表面領域内の試料が鮮明に結像されるレンズと測定対象スライドガラスとの間の距離を演繹し、さらに、鮮明に結像されたときのレンズの、顕微鏡測定システムの範囲内における位置点を得ることができる。移動機構は、レンズを当該点まで移動させる。

ステップ５、レンズを位置点まで移動させた後、顕微鏡は、試料を自動的に画像撮影又は走査して結像し、保存用のデータに変換する。

上記のステップが完了すると、駆動機構は、レンズが次の標準測定点に移動するように、メカニカルステージを移動させる。すべての標準測定点の高さ値が分かり、被写界深度が固定されているため、移動機構は、レンズを垂直方向に移動するように自動的に駆動し、これにより、それぞれの標準測定点を観察するときのレンズとスライドガラスとの間の距離が適切になり、被写界深度の範囲に対応するようになる。上記の原則に従って、各標準測定点の自動結像を自動的に完了させる。

本発明は、いずれか一つのスライドガラスの曲面の高さを精確に測算し、曲面の高さの測定方法を自動走査型顕微鏡に使用することができる。これにより、スライドガラス上の試料物体に対して画像の高速且つマイクロ走査が実現される。特に、高倍率拡大のレンズの場合、高い結像鮮明度、高い走査速度、高い効率及び自動化という本発明の利点がより顕著に現れる。

本発明に係る実施例又は従来技術における技術的解決手段をより明確に説明するために、以下、実施例又は従来技術の説明に用いられる図面について簡単に説明する。

本発明による顕微鏡で試料を走査する方法を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施例における図面と併せて、本発明の実施例における技術的解決手段について明確且つ完全に説明する。
顕微鏡用スライドガラスの曲面の高さ値の測算方法

＜実施例１＞標準スライドガラスの走査
複数の標準スライドガラスを準備し、任意の複数の空白ブランクスライド上に単一層の試料を均一に塗りつけた。スライドガラスを走査器具の試料ホルダに精確に配置し、２．５ｃｍｘ１．５ｃｍの長さと幅の走査領域を画定するようにソフトウェアを設定した。この領域をサンプリング走査し、２７個の視野をＸ軸方向に等間隔に走査し、１３個の視野をＹ軸方向に等間隔に走査し、全領域で合わせて３５１個の視野をサンプリングした。試料にオイルを滴下した後、ｏｌｙｍｐｕｓ社のＮＡ１．２５１００ｘレンズを使用して、第１行ｘ（ｉ，０）（ｉの値は０〜２６）に焦点を当ててｘ軸上の２７個の焦点の高さ値Ｚ_B（ｉ，０）を取得した。
０．５０．６８４５６８６７１０．９１３７３４８１２０．９６００４６７６８１．０２４２０００４７０．７８５０８５５５９０．８７１５３７６２３０．８７３２５２１０９０．４６４６６４０３６０．５９１２５４５４７０．６０１８９０４８９０．３１３７１６０３８０．４４４７６７３６３０．０４０６３８３２２０．０５５７３３４４８ −０．０００５２８５６６０．１４３８９９９９８ −０．０１９３９６７６８０．１１１６５２８６６０．１５３５０５７４９０．２３１０３７９５７０．１７０３１６９７１０．１０５１３５１０２ −０．０１８０２４８７８ −０．０１１８４９６０８０．０７９０６１５２９０．５

Ｙ軸方向における第１行の位置座標ｙ（０，ｊ）（ｊの値は０〜１２）に焦点を当ててｙ軸上の１３個の焦点の高さ値Ｚ_B（０，ｊ）を取得した。
０．８７１５３７６２２６７９０３８０．４６１９０４３７０９５０１０９０．４８０４１３２５００９０９８２０．６９５１５５３４３６３７００５０．３３０１１９５６１８６７２３２０．２４１５９３７８８６７５３２１０．３６７１４０８４１６８７６４３０．１８９４１６６０７０３８７５６ −０．１５３３１８６７８９８２１０８ −０．０８１２９０７６３２１３２０５４０．０７５４７１４０９７５４９６１４ −０．２７６１８２０２２０１１５０１ −０．３８２５４７５０７６１７８８６
焦点を当てた位置座標（２６，１２）の高さ値は０．５である。

標準スライドガラスのＸ軸方向に沿った境界上の標準測定点の相対的高さ値は、

であり、ここで、ｘ＝０，…２６であり、

である。
そして、Ｄ_B（ｉ，０）（ｉ＝０，…，２６）の値は、以下の通りであった。
０ −０．１８３４ −０．４１１２ −０．４５７２ −０．５２１０ −０．２８３３ −０．３６９３ −０．３７１００．０３５１ −０．０９０７ −０．１０１３０．１８５１０．０５４９０．４５６６０．４４１５０．４９７５０．３５３９０．５１６２０．３８６００．３４４４０．２６７３０．３２７７０．３９２４０．５１４９０．５０８７０．４１８４０

標準スライドガラスのＹ軸方向に沿った境界上の標準測定点の相対的高さ値は、

であり、ここで、ｙ＝０，…１２であり、

である。
そして、Ｄ_B（０，ｊ）（ｊ＝０，…，１２）の値は、以下の通りであった。
００．３０３３０．１８１０ −０．１３６３０．１２２６０．１０６８ −０．１２１９ −０．０４９１０．１８７６０．０１２２ −０．２４７５ −０．００１８ −０．００００

測定対象スライドガラスの走査
測定対象スライドガラスに油を滴下した後、当該スライドガラスを試料ホルダに精確に配置し、ソフトウェア内の３５１個のサンプリング走査視野から任意の６個の視野（計算精度を向上させるために、６個点の選択条件は、１、被覆領域ができるだけ大きいこと、及び、２、６個の点のうち、５個の点が五角形を形成し、６番目の点が五角形の中央にあることである。）を選択した。これらの６個の点の位置座標（ｘ_i，ｙ_i）（ｉ＝１，…，６）は、（０，０）、（１３，０）、（２６，０）、（０，６）、（０，１２）及び（２６，１２）であった。
使用する。ｏｌｙｍｐｕｓ社のＮＡ１．２５１００ｘレンズを使用して、これらの６個の点を合焦させた焦点高さ値ｚ_i（ｉ＝１，…，６）は、５．５９９．７７０７．１２７８．０５３７．６７４９．２７であった。
測定対象スライドガラスのＸ軸方向における境界での高さ差の関数は

であり、測定対象スライドガラスのＹ軸方向における境界での高さ差の関数は

である。

位置座標（Ｌｘ，Ｌｙ）を有する標準測定点の相対的高さ値を算出する式は以下の通りである。

ここで、
ｚA 1＝ＺA（０，０）、ｚA4＝ＺA（Ｌｘ，Ｌｙ）であり、
また、

であって、ｚA3＝ＺA（Ｌｘ，０），ｚA5＝ＺA（０，Ｌｙ）であり、
また、
測定対象スライドガラス上の測定領域内におけるいずれか一点の相対的高さ値ＤA（ｘ，ｙ）を高さ値ＺA（ｘ，ｙ）に変換する式は、以下の通りである。

上記の方程式（１）、（２）、（３）、（４）、（５）を連立させて以下のような未知数ａ、ｂ、ｚA1、ｚA3、ｚA4、ｚA5についての連立方程式を得た。

未知数ａ、ｂ、ｚA1、ｚA3、ｚA4、ｚA5の値はそれぞれ
３．７４６３，１．２７５５，５．５９，７．１２７，１０．５３０，７．６７４であった。

これらの値を式（６）に代入して、合計３５１個のサンプリングされた合焦点（ｘ_i，ｙ_j）（ｉ＝０，…，１２，ｊ＝０，…，２６）の高さ値Ｚ_A（ｘ_i，ｙ_j）（ｉ＝０，…，１２，ｊ＝０，…，２６）がは、以下の通りに計算された。

全３５１個の合焦点の高さ値データ表

＜実施例２＞顕微鏡のマイクロ走査方法
実施例１で取得した顕微鏡用スライドガラスの曲面の高さ値を使用してスライドガラス上の試料パターンを走査した。

スライドガラス上に単一層の試料を均一に塗りつけた（実施例２では、均一サイズのマイクロスフェア（微小球体）である。）。２．５ｃｍｘ１．５ｃｍの長さと幅の走査領域を画定するようにソフトウェアを設定した。顕微鏡によってこの領域をサンプリング走査した。２７個の視野をＸ軸方向に等間隔に走査し、１３個の視野をＹ軸方向に等間隔に走査し、全領域で合わせて３５１個の視野をサンプリングした。マイクロスフェアは、当該３５１個の視野領域内に均一に分布していた。

実施例１の方法によって、３５１個の視野領域内の合焦点の高さ値を取得した。ＮＡ１．２５１００ｘレンズの下では、顕微鏡レンズの被写界深度が固定されているため、被写界深度の範囲を満たすためには、対応する合焦点においてレンズと試料との間の距離△ｈを調整すればよい。もしＺ_A（ｘ₀，ｙ₀）＝５．５９であることが公知であれば、サンプリング走査中に試料とレンズとの間の距離が被写界深度の範囲を満たす場合、Ｚ_A（ｘ₁₂，ｙ₂₆）＝９．２７を走査するときに、顕微鏡レンズの移動機構は、Ｚ_A（ｘ₁₂，ｙ₂₆）に対応する高さまで自動的に移動し、さらに、この高さの場合であっても、試料とレンズとの間の距離が依然として被写界深度の範囲内にあり、結像が鮮明であることが確保される。自動化技術により、レンズは、３５１個のサンプリング点に沿って順に自動的に移動して、各点の高さにおいて各視野を写真撮影することができ、２．５ｃｍｘ１．５ｃｍの走査領域でサンプリング走査を完了する。

異なる装置において測定された同じ標準スライドガラスの高さ値が異なることには重要である。しかしながら、高さ値に対応する測定システム内の位置点（ｐｏｓｉｔｏｎｐｏｉｎｔｓ）は同じである。より明確に言えば、スライドガラス上の標準測定点の間の相対距離は固定されている。従って、異なる測定システムにおいて測定された同じスライドガラスの高さの変化は、標準測定点の間の距離の変化に影響をもたらすことはない。移動機構は、依然としてレンズを当該測定装置の測定システム下の高さ値に対応する位置点まで駆動することができ、これにより、レンズが対応する位置点まで移動するときに鮮明な結像及び自動走査という目的を達成する。

本発明に関わる実施例の上記説明によって、当業者は、本発明を実現又は使用することができる。これらの実施例に対する様々な変更は、当業者にとって自明である。本明細書で定義された一般的な原理は、本発明の趣旨又は範囲から逸脱しない限り、他の実施例において実現することができる。従って、本発明は、本明細書に示されたこれらの実施例に限定されず、本明細書に開示される原理及び新規な特徴と一致する最も広い範囲に対応するべきである。

Claims

既知の標準曲面物体の測定領域を複数の表面領域に分割し、前記測定領域のＸ軸方向に沿った長さをＬｘとし、Ｙ軸方向に沿った長さをＬｙとし、前記測定領域内のいずれか一つの表面領域における標準測定点Ｂの位置座標を（ｘ，ｙ）とし、当該点の測定された高さ値をＺB（ｘ，ｙ）とし、測定領域の時計回り方向に沿った４つの角の点の位置座標を（０、０）、（Ｌｘ，０）、（Ｌｘ，Ｌｙ）及び（０，Ｌｙ）とし、前記測定領域における各表面領域の標準測定点の位置座標を測定し、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に沿った２本の境界線上のすべての高さ値ＺB（ｘ，０）及びＺB（０，ｙ）、並びに位置座標（Ｌｘ，Ｌｙ）の高さ値ＺB（Ｌｘ，Ｌｙ）を少なくとも測定するステップと、
前記標準曲面物体と同じサイズの別の測定対象曲面物体を使用し、前記測定対象曲面物体の測定領域における４つの角の点の位置座標を、（０，０）、（Ｌｘ，０）、（Ｌｘ，Ｌｙ）及び（０，Ｌｙ）とし、高さ値をそれぞれＺA（０，０）、ＺA（Ｌｘ，０）、ＺA（Ｌｘ，Ｌｙ）及びＺA（０，Ｌｙ）とし、前記測定対象曲面物体の前記測定領域内の位置座標（ｘ，ｙ）を有する標準測定点に対応する、位置座標（ｘ，ｙ）を有する点Ａが測定領域内に必然的に存在し、当該点の高さ値をＺA（ｘ，ｙ）とするステップを含み、
以下の方程式を連立させ、
前記標準曲面物体の境界における標準測定点の相対的高さ値を計算する式は、以下の通りであり、

ここで、

であり、（ｎB1，ｎB2，ｎB3）は、前記標準曲面物体上の（０，０）、（Ｌｘ，０）及び（０，Ｌｙ）の位置座標を有する３つの標準測定点によって規定された平面の法線ベクトルであり、
また、
前記測定対象曲面物体上の前記測定領域内におけるいずれか一つの標準測定点の相対的高さ値を算出する式は、以下の通りであり、

ここで、
ｆx（ｘ，ａ，Ｌx）は、前記測定対象曲面物体のＸ軸方向における境界での高さ差の関数であって、

と表され、
ｆy（ｙ，ｂ，Ｌy）は、前記測定対象曲面物体のＹ軸方向における境界での高さ差の関数であって、

と表され、
また、
位置座標（Ｌｘ，Ｌｙ）を有する標準測定点の相対的高さ値を算出する式が

であり、ここで、
ｚA1＝ＺA（０，０）、ｚA4＝ＺA（Ｌｘ，Ｌｙ）であり、
また、

であり、ここで、
ｚA3＝ＺA（Ｌｘ，０）、ｚA5＝ＺA（０，Ｌｙ）であり、
前記測定対象曲面物体上の前記測定領域内におけるいずれか一つの点の相対的高さ値ＤA（ｘ，ｙ）を高さ値ＺA（ｘ，ｙ）に変換する式は、以下の通りであり、

上記の方程式（１）、（２）、（３）、（４）、（５）を連立させて以下のような未知数ａ、ｂ、ｚA1、ｚA3、ｚA4、ｚA5についての連立方程式を得、

前記測定対象曲面物体の前記測定領域内におけるいずれか少なくとも６つの標準測定点の位置座標及び高さを測定して、取得した入力項（ｘi，ｙi，ｚi）を連立方程式に代入して、位置座標と高さとの関数方程式を取得し、次に、前記測定対象曲面物体上のいずれか一つの標準測定点の位置座標（ｘ，ｙ）を入力して、対応する高さ値ＺA（ｘ，ｙ）を取得することを特徴とする曲面物体の曲面の高さの測算方法。
前記標準曲面物体の測定領域における、Ｘ軸方向に沿った境界線上のすべての標準測定点の高さ値、及び、Ｙ軸方向に沿った境界線上のすべての標準測定点の高さ値、並びに、標準曲面物体の測定領域内の位置座標に対する原点から最も離れた標準測定点の高さが少なくとも測定されることを特徴とする請求項１に記載の曲面物体の曲面の高さの測算方法。
前記標準曲面物体及び前記測定対象曲面物体における標準測定点の間の位置座標は、一対一の対応関係にあることを特徴とする請求項１又は２に記載の曲面物体の曲面の高さの測算方法。
測定時に測定装置によって確立された３次元座標系に基づいて、測定システムのＸ軸方向及びＹ軸方向において長さの測定単位を示すスケール値が分割され、これにより、標準曲面物体及び測定対象曲面物体の標準測定点の位置座標が、座標値で表され、高さ値は、測定装置や電子装置によって測定且つ表示され、高さ値は、電子計算機によって計算することができる数値であり、測定装置の測定システムにおける標準測定点のＺ軸方向の位置に対応していることを特徴とする請求項１又は２に記載の曲面物体の曲面の高さの測算方法。
既知の標準スライドガラスの測定領域を複数の表面領域に分割し、前記測定領域のＸ軸方向に沿った長さをＬｘとし、Ｙ軸方向に沿った長さをＬｙとし、前記測定領域内のいずれか一つの表面領域における標準測定点Ｂの位置座標を（ｘ，ｙ）とし、当該点の測定された高さ値をＺB（ｘ，ｙ）とし、測定領域の時計回り方向に沿った４つの角の点の位置座標を（０、０）、（Ｌｘ，０）、（Ｌｘ，Ｌｙ）及び（０，Ｌｙ）とし、前記測定領域における各表面領域の標準測定点の位置座標を測定し、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に沿った２本の境界線上のすべての高さ値ＺB（ｘ，０）及びＺB（０，ｙ）、並びに位置座標（Ｌｘ，Ｌｙ）の高さ値ＺB（Ｌｘ，Ｌｙ）を少なくとも測定するステップと、
前記標準スライドガラスと同じサイズの別の測定対象スライドガラスを使用し、前記測定対象スライドガラスの測定領域における４つの角の点の位置座標を、（０，０）、（Ｌｘ，０）、（Ｌｘ，Ｌｙ）及び（０，Ｌｙ）とし、高さ値をそれぞれＺA（０，０）、ＺA（Ｌｘ，０）、ＺA（Ｌｘ，Ｌｙ）及びＺA（０，Ｌｙ）とし、前記標準スライドガラスの前記測定領域内の位置座標（ｘ，ｙ）を有する標準測定点に対応する、位置座標（ｘ，ｙ）を有する点Ａが測定領域内に必然的に存在し、当該点の高さ値をＺA（ｘ，ｙ）とするステップを含み、
以下の方程式を連立させ、
前記標準スライドガラスの境界における標準測定点の相対的高さ値を計算する式は、以下の通りであり、

ここで、

であり、（ｎB1，ｎB2，ｎB3）は、前記標準スライドガラス上の（０，０）、（Ｌｘ，０）及び（０，Ｌｙ）の位置座標を有する３つの標準測定点によって規定された平面の法線ベクトルであり、
また、
前記測定対象スライドガラス上の前記測定領域内におけるいずれか一つの標準測定点の相対的高さ値を算出する式は、以下の通りであり、

ここで、
ｆx（ｘ，ａ，Ｌx）は、前記測定対象スライドガラスのＸ軸方向における境界での高さ差の関数であって、

と表され、
ｆy（ｙ，ｂ，Ｌy）は、前記測定対象スライドガラスのＹ軸方向における境界での高さ差の関数であって、

と表され、
また、
位置座標（Ｌｘ，Ｌｙ）を有する標準測定点の相対的高さ値を算出する式が

であり、ここで、
ｚA1＝ＺA（０，０）、ｚA4＝ＺA（Ｌｘ，Ｌｙ）であり、
また、

であり、ここで、
ｚA3＝ＺA（Ｌｘ，０）、ｚA5＝ＺA（０，Ｌｙ）であり、
前記測定対象スライドガラス上の前記測定領域内におけるいずれか一つの点の相対的高さ値ＤA（ｘ，ｙ）を高さ値ＺA（ｘ，ｙ）に変換する式は、以下の通りであり、

上記の方程式（１）、（２）、（３）、（４）、（５）を連立させて以下のような未知数ａ、ｂ、ｚA1、ｚA3、ｚA4、ｚA5についての連立方程式を得、

前記測定対象スライドガラスの前記測定領域内におけるいずれか少なくとも６つの標準測定点の位置座標及び高さを測定して、取得した入力項（ｘi，ｙi，ｚi）を連立方程式に代入して、位置座標と高さとの関数方程式を取得し、次に、前記測定対象スライドガラス上のいずれか一つの標準測定点の位置座標（ｘ，ｙ）を入力して、対応する高さ値ＺA（ｘ，ｙ）を取得することを特徴とする顕微鏡用スライドガラスの曲面の高さ値の測算方法。
さらに、前記ａは、前記測定対象スライドガラスのＸ軸方向における境界での高さ差の関数のパラメータであり、前記ｂは、測前記測定対象スライドガラスのＹ軸方向における境界での高さ差の関数のパラメータであることを特徴とする請求項５に記載の顕微鏡用スライドガラスの曲面の高さ値の測算方法。
請求項５又は６に記載の顕微鏡用スライドガラスの曲面の高さの測算方法を使用して、前記測定対象スライドガラスのいずれか一つの前記表面領域上に置かれた試料の画像を取得し、自動走査を実現して前記測定対象スライドガラス上に置かれたすべての試料の画像を取得することができることを特徴とする走査方法。
請求項６に記載の高さの測算方法が用いられることを特徴とする顕微鏡。
上下に移動して顕微鏡レンズとスライドガラスとの間の距離を調整できる移動機構を有し、顕微鏡の走査領域内の各標準測定点の高さ値は、スライドガラスの曲面上の高さ値の測算方法を用いて測算することによって取得され、鮮明に結像するために、移動機構は、測算によって得られた高さ値に従ってレンズとスライドガラスとの間の距離を自動的に調整し、形成された画像を走査又は撮影して画像データとして保存することを特徴とする請求項８に記載の走査方法を用いた顕微鏡。
顕微鏡であって、
標準スライドガラスの測定領域を複数の表面領域に分割し、前記測定領域のＸ軸方向に沿った長さをＬｘとし、Ｙ軸方向に沿った長さをＬｙとし、前記測定領域内のいずれか一つの前記表面領域における標準測定点Ｂの位置座標を（ｘ，ｙ）とし、当該点の測定された高さ値をＺB（ｘ，ｙ）とし、前記測定領域の時計回り方向に沿った４つの角の点の位置座標を（０、０）、（Ｌｘ，０）、（Ｌｘ，Ｌｙ）及び（０，Ｌｙ）とし、前記測定領域における各表面領域の標準測定点の位置座標を測定し、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に沿った２本の境界線上のすべての高さ値ＺB（ｘ，０）及びＺB（０，ｙ）、並びに位置座標（Ｌｘ，Ｌｙ）の高さ値ＺB（Ｌｘ，Ｌｙ）を少なくとも測定するステップ１と、
前記標準スライドガラスと同じサイズの別の測定対象スライドガラスを使用し、測定対象スライドガラスの前記測定領域における４つの角の点の位置座標を、（０，０）、（Ｌｘ，０）、（Ｌｘ，Ｌｙ）及び（０，Ｌｙ）とし、高さ値をそれぞれＺA（０，０）、ＺA（Ｌｘ，０）、ＺA（Ｌｘ，Ｌｙ）及びＺA（０，Ｌｙ）とし、前記標準スライドガラスの前記測定領域内の位置座標（ｘ，ｙ）を有する標準測定点に対応する、位置座標（ｘ，ｙ）を有する点Ａが前記測定領域内に必然的に存在し、当該点の高さ値をＺA（ｘ，ｙ）とするステップ２と、
取得した位置座標及び高さの数値を以下の方程式に代入して、前記測定対象スライドガラス上の位置座標と高さとの関数方程式を取得し、
前記標準スライドガラスの境界における標準測定点の相対的高さ値を計算する式は、以下の通りであり、

ここで、

であり、（ｎB1，ｎB2，ｎB3）は、前記標準スライドガラス上の（０，０）、（Ｌｘ，０）及び（０，Ｌｙ）の位置座標を有する３つの標準測定点によって規定された平面の法線ベクトルであり、
また、
前記測定対象スライドガラス上の前記測定領域内におけるいずれか一つの標準測定点の相対的高さ値を算出する式は、以下の通りであり、

ここで、
ｆｘ（ｘ，ａ，Ｌｘ）は、前記測定対象スライドガラスのＸ軸方向における境界での高さ差の関数であって、

と表され、
ｆｙ（ｙ，ｂ，Ｌｙ）は、前記測定対象スライドガラスのＹ軸方向における境界での高さ差の関数であって、

と表され、
また、
位置座標（Ｌｘ，Ｌｙ）を有する標準測定点の相対的高さ値を算出する式が

であり、ここで、ｚA1＝ＺA（０，０）、ｚA4＝ＺA（Ｌｘ，Ｌｙ）であり、
また、

であり、ここで、ｚA3＝ＺA（Ｌｘ，０）、ｚA5＝ＺA（０，Ｌｙ）であり、
前記測定対象スライドガラス上の前記測定領域内におけるいずれか一点の相対的高さ値ＤA（ｘ，ｙ）を高さ値ＺA（ｘ，ｙ）に変換する式は、以下の通りであり、

上記の方程式（１）、（２）、（３）、（４）、（５）を連立させて以下のような未知数ａ、ｂ、ｚA1、ｚA3、ｚA4、ｚA5についての連立方程式を取得し、

前記測定対象スライドガラスの前記測定領域内におけるいずれか少なくとも６つの標準測定点の位置座標及び高さを測定して、取得した入力項（ｘi，ｙi，ｚi）を連立方程式に代入して、位置座標と高さとの関数方程式を取得し、次に、前記測定対象スライドガラス上のいずれか一つの標準測定点の位置座標（ｘ，ｙ）を入力して、対応する高さ値ＺA（ｘ，ｙ）を取得するステップ３と、
前記測定対象スライドガラス上の各表面領域内の標準測定点の高さ値を得た後、顕微鏡の計算モジュールは、当該高さ値に応じて、前記測定対象スライドガラス上の各標準測定点に対応する表面領域内の試料が鮮明に結像されるレンズと測定対象スライドガラスとの間の距離を演繹し、さらに、鮮明に結像されるときのレンズの、顕微鏡測定システムの範囲内における位置点を得ることができ、移動機構は、レンズを当該点まで移動させるステップ４と、
レンズを位置点まで移動させた後、顕微鏡は、試料を自動的に画像撮影又は走査して結像し、保存用のデータに変換するステップ５とを含む方法にしたがって、スライドガラス上の試料に対する自動走査及びデータとしての保存を実現することを特徴とする顕微鏡。