JP7071815B2

JP7071815B2 - Microscope device

Info

Publication number: JP7071815B2
Application number: JP2017202408A
Authority: JP
Inventors: 庄太武永
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2017-10-19
Filing date: 2017-10-19
Publication date: 2022-05-19
Anticipated expiration: 2037-10-19
Also published as: JP2019074711A

Description

本発明は、顕微鏡装置に関するものである。 The present invention relates to a microscope device.

従来、観察光学系の焦点を試料に合わせる合焦制御をフォーカスマップに基づいて行う顕微鏡装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１では、試料表面上の複数の測定点に観察光学系の焦点が合うときの観察光学系のＸＹＺ座標をフォーカスマップとして記憶装置に格納し、測定点間におけるＸＹＺ座標を補間することで、試料表面の任意の点に観察光学系の焦点を合わせるためのＸＹＺ座標をフォーカスマップから求めている。 Conventionally, there is known a microscope device that performs focusing control for focusing an observation optical system on a sample based on a focus map (see, for example, Patent Document 1). In Patent Document 1, the XYZ coordinates of the observation optical system when the observation optical system is in focus on a plurality of measurement points on the sample surface are stored in the storage device as a focus map, and the XYZ coordinates between the measurement points are interpolated. The XYZ coordinates for focusing the observation optical system on an arbitrary point on the sample surface are obtained from the focus map.

特開２００７－３０３８６９号公報JP-A-2007-303869

試料が配置されているステージが送り機構によってＸＹ方向に移動させられたときに、ステージは送り機構の機械的要因によってＺ方向にも変動し、それにより、観察光学系の焦点に対して試料がＺ方向に移動する。しかしながら、特許文献１では、このようなステージのＺ方向の変動を考慮していない。したがって、送り機構に因るステージのＺ方向の変動量が観察光学系の焦点深度に対して無視できない程度に大きい場合には、フォーカスマップから算出されるＸＹＺ座標に観察光学系を配置したときに、焦点が試料の表面に合わなくなる。特に、ステージのＺ方向の変動の周期がフォーカスマップの測定点のピッチよりも小さい場合には、試料表面に焦点が正確に合うＸＹＺ座標をフォーカスマップから求めることが難しい。 When the stage on which the sample is placed is moved in the XY direction by the feed mechanism, the stage also fluctuates in the Z direction due to the mechanical factors of the feed mechanism, so that the sample moves with respect to the focal point of the observation optical system. Move in the Z direction. However, Patent Document 1 does not consider such a variation in the Z direction of the stage. Therefore, when the amount of variation in the Z direction of the stage due to the feed mechanism is so large that it cannot be ignored with respect to the depth of focus of the observation optical system, when the observation optical system is arranged at the XYZ coordinates calculated from the focus map. , The focus is out of focus on the surface of the sample. In particular, when the period of fluctuation in the Z direction of the stage is smaller than the pitch of the measurement points of the focus map, it is difficult to obtain the XYZ coordinates that accurately focus on the sample surface from the focus map.

ＸＹＺ座標を測定する測定点の数を増やして測定点のピッチを小さくすることで、ステージのＺ方向の変動も加味したフォーカスマップを作成することもできるが、この場合には、フォーカスマップの作成に時間を要するという問題がある。 By increasing the number of measurement points for measuring XYZ coordinates and reducing the pitch of the measurement points, it is possible to create a focus map that also takes into account changes in the Z direction of the stage. In this case, create a focus map. There is a problem that it takes time.

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、ステージの光軸方向の変動に関わらず観察光学系の焦点を試料に合わせる合焦制御を効率的に行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。 The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and is a microscope device capable of efficiently performing focusing control for focusing the observation optical system on a sample regardless of fluctuations in the optical axis direction of the stage. The purpose is to provide.

上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の一態様は、試料が配置されるステージと、該ステージ上に配置された前記試料を観察する観察光学系と、該観察光学系の焦点を該観察光学系の光軸方向に移動させる焦点位置調整部と、前記ステージを前記光軸に交差する方向に移動させる送り機構と、該送り機構によって前記ステージが前記光軸に交差する方向に移動させられたときの前記ステージの前記光軸方向の周期的な変動を示すＺ方向変動情報が記憶されているＺ方向変動情報記憶部と、前記観察光学系の前記焦点を前記試料に合わせるように前記焦点位置調整部を制御する焦点制御部とを備え、該焦点制御部が、前記Ｚ方向変動情報に基づいて前記焦点の前記光軸方向の位置を補正する顕微鏡装置である。 In order to achieve the above object, the present invention provides the following means.
In one aspect of the present invention, a stage on which a sample is placed, an observation optical system for observing the sample placed on the stage, and a focal point of the observation optical system are moved in the optical axis direction of the observation optical system. The focal position adjusting unit, the feed mechanism for moving the stage in the direction intersecting the optical axis, and the optical axis of the stage when the stage is moved in the direction intersecting the optical axis by the feed mechanism. A Z-direction fluctuation information storage unit that stores Z-direction fluctuation information indicating periodic fluctuations in the direction, and a focus control unit that controls the focus position adjusting unit so that the focus of the observation optical system is aligned with the sample. The focal control unit is a microscope device that corrects the position of the focal point in the optical axis direction based on the Z-direction fluctuation information.

本態様によれば、焦点位置調整部によって観察光学系の焦点を光軸方向（Ｚ方向）に移動させることで観察光学系の焦点をステージ上の試料に合わせることができる。また、送り機構によってステージを光軸に交差する方向（ＸＹ方向）に移動させることで、観察光学系による試料上の観察位置を変更することができる。 According to this aspect, the focus of the observation optical system can be adjusted to the sample on the stage by moving the focus of the observation optical system in the optical axis direction (Z direction) by the focal position adjusting unit. Further, by moving the stage in the direction intersecting the optical axis (XY direction) by the feed mechanism, the observation position on the sample by the observation optical system can be changed.

この場合に、送り機構によってステージがＸＹ方向に移動させられたときに、送り機構の機械的要因によってステージはＺ方向にも変動し、それにより、観察光学系の焦点に対してステージ上の試料がＺ方向に移動する。焦点制御部は、Ｚ方向変動情報記憶部に予め記憶されているＺ方向変動情報に基づいて、ステージのＺ方向の変動に因る焦点と試料とのＺ方向の相対位置の変化を相殺するように焦点のＺ方向の位置を補正する。これにより、ステージの光軸方向の変動に関わらず観察光学系の焦点を試料に合わせる合焦制御を効率的に行うことができる。 In this case, when the stage is moved in the XY direction by the feed mechanism, the stage also fluctuates in the Z direction due to the mechanical factor of the feed mechanism, whereby the sample on the stage with respect to the focal point of the observation optical system. Moves in the Z direction. The focus control unit cancels out the change in the relative position of the focal point and the sample in the Z direction due to the fluctuation in the Z direction of the stage based on the Z direction fluctuation information stored in advance in the Z direction fluctuation information storage unit. Corrects the position of the focal point in the Z direction. As a result, it is possible to efficiently perform focusing control for focusing the observation optical system on the sample regardless of the fluctuation in the optical axis direction of the stage.

上記態様においては、前記Ｚ方向変動情報が、前記光軸に交差する方向の複数の変動測定点における前記ステージの前記光軸方向の位置の情報を含み、前記光軸に交差する方向における前記複数の変動測定点の間隔が、前記ステージの変動の前記光軸に交差する方向における周期よりも小さくてもよい。
このように、ステージのＺ方向の変動がＸＹ方向において周期的に生じる場合には、Ｚ方向変動情報における変動測定点の間隔をステージの変動の周期よりも小さくすることで、試料への観察光学系の合焦精度をさらに向上することができる。 In the above embodiment, the Z-direction variation information includes information on the position of the stage in the optical axis direction at a plurality of variation measurement points in a direction intersecting the optical axis, and the plurality of variations in a direction intersecting the optical axis. The interval between the fluctuation measurement points of the stage may be smaller than the period of the fluctuation of the stage in the direction intersecting the optical axis.
In this way, when the Z-direction fluctuation of the stage occurs periodically in the XY direction, the interval between the fluctuation measurement points in the Z-direction fluctuation information is made smaller than the stage fluctuation cycle, so that the observation optics for the sample can be obtained. The focusing accuracy of the system can be further improved.

上記態様においては、前記送り機構が、ボールねじを備え、前記複数の変動測定点の前記間隔が、前記ボールねじのリードよりも小さくてもよい。
ボールねじを使用してステージをＸＹ方向に移動させる場合、ボールねじのリードと等しい周期で、ステージのＺ方向の変動が生じる。したがって、Ｚ方向変動情報における変動測定点の間隔をボールねじのリードよりも小さくすることで、試料への観察光学系の合焦精度をさらに向上することができる。 In the above embodiment, the feed mechanism may include a ball screw, and the distance between the plurality of fluctuation measurement points may be smaller than the lead of the ball screw.
When the stage is moved in the XY direction using the ball screw, the Z-direction fluctuation of the stage occurs in the same period as the lead of the ball screw. Therefore, by making the distance between the fluctuation measurement points in the Z-direction fluctuation information smaller than that of the lead of the ball screw, the focusing accuracy of the observation optical system on the sample can be further improved.

上記態様においては、前記光軸に交差する方向の複数の焦点測定点における、前記焦点が前記試料に合う前記観察光学系の前記光軸方向の合焦位置の情報を含むフォーカスマップが記憶されているフォーカスマップ記憶部を備え、前記焦点制御部は、前記フォーカスマップ記憶部に記憶されている前記フォーカスマップにおける前記合焦位置を前記Ｚ方向変動情報に基づいて補間し、前記合焦位置が補間されたフォーカスマップに基づいて前記焦点位置調整部を制御する。
このように、フォーカスマップの合焦位置をＺ方向変動情報に基づいて補間することで、焦点測定点の数が少ないフォーカスマップから、ステージのＺ方向の変動も加味した精細なフォーカスマップを作成することができる。すなわち、焦点測定点の数を減らしてフォーカスマップの作成に要する時間を短縮することができる。特に、試料の凹凸の周期がステージのＺ方向の変動の周期よりも大きい場合に、フォーカスマップにおける焦点測定点の数を効果的に減らすことができるので有利である。 In the above embodiment, a focus map including information on the in-focus position in the optical axis direction of the observation optical system in which the focal point is aligned with the sample at a plurality of focal measurement points in the direction intersecting the optical axis is stored. The focus map storage unit includes a focus map storage unit, and the focus control unit interpolates the focus position in the focus map stored in the focus map storage unit based on the Z-direction fluctuation information, and the focus position is interpolated. The focus position adjusting unit is controlled based on the focus map.
In this way, by interpolating the focus position of the focus map based on the Z-direction fluctuation information, a fine focus map that takes into account the Z-direction fluctuation of the stage is created from the focus map with a small number of focus measurement points. be able to. That is, the number of focus measurement points can be reduced and the time required to create the focus map can be shortened. In particular, when the period of unevenness of the sample is larger than the period of fluctuation in the Z direction of the stage, it is advantageous because the number of focal measurement points in the focus map can be effectively reduced.

上記態様の参考例においては、前記観察光学系の前記焦点を所定の開始位置から前記光軸方向に移動させて前記焦点が前記試料に合う合焦位置を検出する自動焦点測定部を備え、前記焦点制御部が、前記Ｚ方向変動情報記憶部に記憶されている前記Ｚ方向変動情報に基づいて、前記所定の開始位置を補正してもよい。
このようにすることで、ステージをＸＹ方向に移動させたときに合焦位置の探索を開始する開始位置が、ステージのＺ方向の変動に応じて変化する。これにより、合焦位置の探索に要する時間を短縮することができる。 In the reference example of the above aspect, the automatic focus measuring unit is provided, which moves the focal point of the observation optical system from a predetermined start position in the optical axis direction to detect the in-focus position where the focal point matches the sample. The focus control unit may correct the predetermined start position based on the Z-direction fluctuation information stored in the Z-direction fluctuation information storage unit.
By doing so, the start position at which the search for the in-focus position starts when the stage is moved in the XY direction changes according to the change in the Z direction of the stage. As a result, the time required to search for the in-focus position can be shortened.

本発明によれば、光軸方向のステージの変動に関わらず観察光学系の焦点が試料に正確に合うように合焦制御を効率的に行うことができるという効果を奏する。 According to the present invention, there is an effect that focusing control can be efficiently performed so that the focus of the observation optical system is accurately aligned with the sample regardless of the fluctuation of the stage in the optical axis direction.

本発明の第１の実施形態に係る顕微鏡装置の全体構成図である。It is an overall block diagram of the microscope apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention. 図１の顕微鏡部のステージおよび送り機構の構成を示すＺ方向に見た平面図である。It is a top view in the Z direction which shows the structure of the stage and the feed mechanism of the microscope part of FIG. ＸＹ方向の移動に伴うステージのＺ位置の変動と、ステージ上の試料に焦点が合う対物レンズの合焦Ｚ位置とを示すグラフである。It is a graph which shows the fluctuation of the Z position of a stage with the movement in the XY direction, and the focusing Z position of an objective lens which focuses on a sample on a stage. 図１の顕微鏡装置のステージキャリブレーションを説明する図である。It is a figure explaining the stage calibration of the microscope apparatus of FIG. 記憶装置に記憶されるＺ方向変動情報を示すグラフである。It is a graph which shows the Z direction fluctuation information stored in the storage device. オートフォーカスマップと、Ｚ方向変動情報を用いて補間されたオートフォーカスマップとを説明する図である。It is a figure explaining the autofocus map and the autofocus map interpolated by using the Z direction fluctuation information. 本発明の参考実施形態に係る顕微鏡装置の全体構成図である。It is an overall block diagram of the microscope apparatus which concerns on a reference embodiment of this invention. 図７の顕微鏡装置のＡＦ動作における対物レンズの移動開始位置の補正方法を説明する図である。It is a figure explaining the correction method of the movement start position of the objective lens in the AF operation of the microscope apparatus of FIG. 図７の顕微鏡装置のＡＦ動作における対物レンズの移動開始位置の補正方法の変形例を説明する図である。It is a figure explaining the modification of the modification method of the movement start position of an objective lens in the AF operation of the microscope apparatus of FIG. 本発明の第２の実施形態に係る顕微鏡装置の全体構成図である。It is an overall block diagram of the microscope apparatus which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 図１０の顕微鏡装置のステージキャリブレーションを説明する図である。It is a figure explaining the stage calibration of the microscope apparatus of FIG.

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る顕微鏡装置１００について図面を参照して説明する。
本実施形態に係る顕微鏡装置１００は、図１に示されるように、試料Ｓを観察する顕微鏡部１と、顕微鏡部１を制御する制御部２と、顕微鏡部１のカメラ７５によって取得された画像を表示するモニタ３と、マウスおよびキーボードのような入力装置４とを備えている。 (First Embodiment)
The microscope device 100 according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the microscope device 100 according to the present embodiment has an image acquired by a microscope unit 1 for observing a sample S, a control unit 2 for controlling the microscope unit 1, and a camera 75 of the microscope unit 1. It is provided with a monitor 3 for displaying the above and an input device 4 such as a mouse and a keyboard.

顕微鏡部１は、試料Ｓが配置されるステージ５と、ステージ５を移動させる送り機構６と、対物レンズ７１を有しステージ５上の試料Ｓを観察する観察光学系７と、対物レンズ７１の焦点を対物レンズ７１の光軸方向に移動させる焦準部（焦点位置調整部）８と、ステージ５、観察光学系７および焦準部８を支持するフレーム９とを備えている。
以下、対物レンズ７１の光軸方向をＺ方向と定義し、光軸方向にそれぞれ直交し、かつ相互に直交する方向をＸ方向およびＹ方向と定義する。また、Ｘ方向、Ｙ方向、およびＺ方向におけるステージ５および対物レンズ７１の位置を、Ｘ位置、Ｙ位置、およびＺ位置とそれぞれ言う。 The microscope unit 1 includes a stage 5 on which the sample S is arranged, a feed mechanism 6 for moving the stage 5, an observation optical system 7 having an objective lens 71 for observing the sample S on the stage 5, and an objective lens 71. It includes a focusing portion (focus position adjusting portion) 8 for moving the focus in the optical axis direction of the objective lens 71, and a frame 9 for supporting the stage 5, the observation optical system 7, and the focusing portion 8.
Hereinafter, the optical axis direction of the objective lens 71 is defined as the Z direction, and the directions orthogonal to the optical axis direction and orthogonal to each other are defined as the X direction and the Y direction. Further, the positions of the stage 5 and the objective lens 71 in the X direction, the Y direction, and the Z direction are referred to as the X position, the Y position, and the Z position, respectively.

ステージ５は、Ｚ方向に垂直なＸＹ平面に配置されており、試料Ｓは観察光学系７によってＺ方向に観察されるようになっている。
送り機構６は、ステージ５をＸ方向およびＹ方向に移動させることができるようになっている。 The stage 5 is arranged in an XY plane perpendicular to the Z direction, and the sample S is observed in the Z direction by the observation optical system 7.
The feed mechanism 6 can move the stage 5 in the X direction and the Y direction.

図２は、ステージ５および送り機構６の具体的な構成を示している。図２に示されるように、ステージ５および送り機構６は、単一のユニットとして構成されている。
ステージ５は、顕微鏡部１のフレーム９に対して固定されたベース板５１と、ベース板５１上に配置されたＹ軸可動板５２と、Ｙ軸可動板５２上に配置されたＸ軸可動板５３とを備えている。Ｙ軸可動板５２は、Ｙ軸ガイド５４によってＹ方向に移動可能にベース板５１に支持されている。Ｘ軸可動板５３は、Ｘ軸ガイド５５によってＸ方向に移動可能にＹ軸可動板５２に支持されている。試料Ｓは、Ｘ軸可動板５３上に配置され、Ｘ軸可動板５３の移動によってＸ方向に移動し、Ｙ軸可動板５２の移動によってＹ方向に移動する。ステージ５は、試料ＳをＸ軸可動板５３に対して固定するためのクレンメルのような機構をさらに備えていてもよい。 FIG. 2 shows a specific configuration of the stage 5 and the feed mechanism 6. As shown in FIG. 2, the stage 5 and the feed mechanism 6 are configured as a single unit.
The stage 5 has a base plate 51 fixed to the frame 9 of the microscope unit 1, a Y-axis movable plate 52 arranged on the base plate 51, and an X-axis movable plate arranged on the Y-axis movable plate 52. It is equipped with 53. The Y-axis movable plate 52 is supported by the base plate 51 so as to be movable in the Y direction by the Y-axis guide 54. The X-axis movable plate 53 is supported by the Y-axis movable plate 52 so as to be movable in the X direction by the X-axis guide 55. The sample S is arranged on the X-axis movable plate 53, moves in the X direction by the movement of the X-axis movable plate 53, and moves in the Y direction by the movement of the Y-axis movable plate 52. The stage 5 may further include a mechanism such as a clamper for fixing the sample S to the X-axis movable plate 53.

送り機構６は、モータ６１と、Ｙ軸可動板５２に接続されモータ６１の回転をＹ方向の直線運動に変換するボールねじ６２とを備えている。ボールねじ６２は、ボールベアリング等の支持部６５によってＹ方向の中心軸回りに回転可能にベース板５１に支持され、カップリング６６を介してモータ６１に接続されている。 The feed mechanism 6 includes a motor 61 and a ball screw 62 connected to the Y-axis movable plate 52 and converting the rotation of the motor 61 into a linear motion in the Y direction. The ball screw 62 is rotatably supported by the base plate 51 around the central axis in the Y direction by a support portion 65 such as a ball bearing, and is connected to the motor 61 via a coupling 66.

Ｙ軸可動板５２にはフラグ５２ａが取り付けられ、ベース板５１には、Ｙ方向に相互に間隔をあけた２つの位置にフラグ５２ａを検出するフォトインタラプタのような２つのセンサ１０ａ，１０ｂが固定されている。センサ１０ａ，１０ｂの一方が原点センサとして機能し、原点センサによってフラグ５２ａが検出される位置がＹ方向の原点と定義される。モータ６１は、例えばステッピングモータであり、制御部２内のステージ制御部２１（後述）からモータ６１に供給される駆動パルス数によってＹ軸可動板５２のＹ位置が制御されるようになっている。 A flag 52a is attached to the Y-axis movable plate 52, and two sensors 10a and 10b such as a photointerruptor for detecting the flag 52a are fixed to the base plate 51 at two positions spaced apart from each other in the Y direction. Has been done. One of the sensors 10a and 10b functions as an origin sensor, and the position where the flag 52a is detected by the origin sensor is defined as the origin in the Y direction. The motor 61 is, for example, a stepping motor, and the Y position of the Y-axis movable plate 52 is controlled by the number of drive pulses supplied to the motor 61 from the stage control unit 21 (described later) in the control unit 2. ..

また、送り機構６は、モータ６３と、Ｘ軸可動板５３に接続されモータ６３の回転をＸ方向の直線運動に変換するボールねじ６４とを備えている。ボールねじ６４は、ボールベアリング等の支持部６７によってＸ方向の中心軸回りに回転可能にＹ軸可動板５２に支持され、カップリング６８を介してモータ６３に接続されている。 Further, the feed mechanism 6 includes a motor 63 and a ball screw 64 which is connected to the X-axis movable plate 53 and converts the rotation of the motor 63 into a linear motion in the X direction. The ball screw 64 is rotatably supported by a Y-axis movable plate 52 around a central axis in the X direction by a support portion 67 such as a ball bearing, and is connected to a motor 63 via a coupling 68.

Ｘ軸可動板５３にはフラグ５３ａが取り付けられ、Ｙ軸可動板５２には、Ｘ方向に相互に間隔をあけた２つの位置にフラグ５３ａを検出するフォトインタラプタのような２つのセンサ１０ｃ，１０ｄが固定されている。センサ１０ｃ，１０ｄの一方が原点センサとして機能し、原点センサによってフラグ５３ａが検出される位置がＸ方向の原点と定義される。モータ６３は、例えばステッピングモータであり、ステージ制御部２１からモータ６３に供給される駆動パルス数によってＸ軸可動板５３のＸ位置が制御されるようになっている。 The flag 53a is attached to the X-axis movable plate 53, and the Y-axis movable plate 52 has two sensors 10c and 10d such as a photointerruptor that detect the flag 53a at two positions spaced apart from each other in the X direction. Is fixed. One of the sensors 10c and 10d functions as an origin sensor, and the position where the flag 53a is detected by the origin sensor is defined as the origin in the X direction. The motor 63 is, for example, a stepping motor, and the X position of the X-axis movable plate 53 is controlled by the number of drive pulses supplied from the stage control unit 21 to the motor 63.

ボールねじ６２，６４を使用した送り機構６によってステージ５がＸ方向およびＹ方向に移動させられたときに、送り機構６の機械的要因によってステージ５のＺ位置が変動する。具体的には、ボールねじ６２によってＹ軸可動板５２がＹ方向に移動させられたときに、ボールねじ６２の組立精度や製造誤差等が要因で、図３に示されるように、Ｙ軸可動板５２のＺ位置が、ボールねじ６２のリードＬｙと等しい周期で変動する。同様に、ボールねじ６４によってＸ軸可動板５３がＸ方向に移動させられたときに、ボールねじ６４の組立精度や製造誤差等が要因で、Ｘ軸可動板５３のＺ位置が、ボールねじ６４のリードＬｘと等しい周期で変動する。
したがって、焦点が試料Ｓに合うときの対物レンズ７１のＺ位置（合焦Ｚ位置）は、図３に示されるように、試料Ｓの凹凸のみならず、ステージ５のＺ位置の変動にも応じて変化する。 When the stage 5 is moved in the X direction and the Y direction by the feed mechanism 6 using the ball screws 62 and 64, the Z position of the stage 5 changes due to the mechanical factor of the feed mechanism 6. Specifically, when the Y-axis movable plate 52 is moved in the Y direction by the ball screw 62, the Y-axis movable plate 52 is movable as shown in FIG. 3 due to factors such as the assembly accuracy of the ball screw 62 and manufacturing errors. The Z position of the plate 52 fluctuates in a cycle equal to the lead Ly of the ball screw 62. Similarly, when the X-axis movable plate 53 is moved in the X direction by the ball screw 64, the Z position of the X-axis movable plate 53 is set to the ball screw 64 due to factors such as assembly accuracy and manufacturing error of the ball screw 64. It fluctuates in the same cycle as the lead Lx of.
Therefore, as shown in FIG. 3, the Z position (focusing Z position) of the objective lens 71 when the focus is on the sample S depends not only on the unevenness of the sample S but also on the fluctuation of the Z position of the stage 5. Change.

観察光学系７は、対物レンズ７１と、結像レンズ７２と、光路分割部７３と、接眼レンズ７４と、デジタルカメラ７５とを備えている。
対物レンズ７１は、ステージ５とＺ方向に対向して配置され、焦準部８を介してフレーム９に支持されている。 The observation optical system 7 includes an objective lens 71, an imaging lens 72, an optical path dividing portion 73, an eyepiece lens 74, and a digital camera 75.
The objective lens 71 is arranged so as to face the stage 5 in the Z direction and is supported by the frame 9 via the focusing portion 8.

光路分割部７３は、対物レンズ７１および結像レンズ７２を通過した試料Ｓからの光が、接眼レンズ７４およびカメラ７５のいずれかに向かうように光路を切り替えることができるようになっている。このような光路分割部７３は、例えば、プリズムと、結像レンズ７２と接眼レンズ７４およびカメラ７５との間にプリズムを挿脱する切替機構とからなる。プリズムに代えてミラーを使用してもよい。 The optical path dividing unit 73 can switch the optical path so that the light from the sample S that has passed through the objective lens 71 and the imaging lens 72 is directed to either the eyepiece lens 74 or the camera 75. Such an optical path dividing portion 73 includes, for example, a prism and a switching mechanism for inserting and removing the prism between the imaging lens 72, the eyepiece 74, and the camera 75. A mirror may be used instead of the prism.

焦準部８は、対物レンズ７１をＺ方向に移動させることで対物レンズ７１の焦点をＺ方向に移動させる。このような焦準部８は、例えば、制御部２内の焦準部制御部２３（後述）からの駆動パルスによって回転するステッピングモータと、対物レンズ７１に接続されステッピングモータの回転をＺ方向の直線運動に変換するボールねじと、対物レンズ７１のＺ方向の原点を定義するための原点センサとを備えている。 The focusing portion 8 moves the objective lens 71 in the Z direction to move the focal point of the objective lens 71 in the Z direction. Such a focusing unit 8 is connected to, for example, a stepping motor rotated by a drive pulse from a focusing unit control unit 23 (described later) in the control unit 2 and a stepping motor connected to an objective lens 71 to rotate the stepping motor in the Z direction. It includes a ball screw that converts to linear motion and an origin sensor for defining the origin of the objective lens 71 in the Z direction.

制御部２は、ステージ制御部２１と、カメラ制御部２２と、焦準部制御部２３と、記憶装置２４，２５と、画像出力部２６と、入力制御部２７と、演算装置（焦点制御部）２８とを備えている。 The control unit 2 includes a stage control unit 21, a camera control unit 22, a focusing unit control unit 23, storage devices 24 and 25, an image output unit 26, an input control unit 27, and an arithmetic unit (focus control unit). ) 28 and.

制御部２は、例えば、専用または汎用のコンピュータによって実現される。すなわち、制御部２は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）のようなプロセッサと、プロセッサの作業領域として使用されるＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）のような主記憶装置と、補助記憶装置とを備える。補助記憶装置は、ハードディスクドライブのようなコンピュータ読み取り可能な非一時的な記録媒体であり、各部２１，２２，２３，２６，２７，２８の後述の処理をプロセッサに実行させるプログラムを記憶している。モニタ３および入力装置４は、制御部２を構成するコンピュータに接続されている。ユーザは、顕微鏡部１の操作に必要な指示を入力装置４を使用して制御部２に入力することができるようになっている。 The control unit 2 is realized by, for example, a dedicated or general-purpose computer. That is, the control unit 2 includes a processor such as a CPU (Central Processing Unit), a main storage device such as a RAM (random access memory) used as a work area of the processor, and an auxiliary storage device. The auxiliary storage device is a computer-readable non-temporary recording medium such as a hard disk drive, and stores a program that causes the processor to execute the processes described later in each section 21, 22, 23, 26, 27, 28. .. The monitor 3 and the input device 4 are connected to a computer constituting the control unit 2. The user can input the instruction necessary for the operation of the microscope unit 1 to the control unit 2 by using the input device 4.

ステージ制御部２１は、Ｘ軸可動板５３をＸ方向に移動させるための駆動パルスを送り機構６のモータ６３に供給し、Ｙ軸可動板５２をＹ方向に移動させるための駆動パルスを送り機構６のモータ６１に供給することで、ステージ５のＸ位置およびＹ位置を制御する。
カメラ制御部２２は、カメラ７５の動作を制御するとともに、カメラ７５によって取得された画像信号を受信して処理する。
焦準部制御部２３は、対物レンズ７１をＺ方向に移動させるための駆動パルスを焦準部８に供給することで、焦準部８を介して対物レンズ７１のＺ位置を制御する。 The stage control unit 21 supplies a drive pulse for moving the X-axis movable plate 53 in the X direction to the motor 63 of the feed mechanism 6, and sends a drive pulse for moving the Y-axis movable plate 52 in the Y direction. By supplying to the motor 61 of No. 6, the X position and the Y position of the stage 5 are controlled.
The camera control unit 22 controls the operation of the camera 75, and also receives and processes the image signal acquired by the camera 75.
The focusing unit 23 controls the Z position of the objective lens 71 via the focusing unit 8 by supplying a drive pulse for moving the objective lens 71 in the Z direction to the focusing unit 8.

画像出力部２６は、カメラ制御部２２から受信した画像信号から表示用の画像信号を生成し、生成された画像信号をモニタ３に出力する。
入力制御部２７は、入力装置４からの入力信号を処理して演算装置２８に送信する。
演算装置２８は、ステージ制御部２１、カメラ制御部２２、焦準部制御部２３、記憶装置２４，２５、画像出力部２６、入力制御部２７からの情報を処理するとともに、これら２１，２２，２３，２４，２５，２６，２７を制御する。 The image output unit 26 generates an image signal for display from the image signal received from the camera control unit 22, and outputs the generated image signal to the monitor 3.
The input control unit 27 processes the input signal from the input device 4 and transmits it to the arithmetic unit 28.
The arithmetic unit 28 processes information from the stage control unit 21, the camera control unit 22, the focusing unit control unit 23, the storage devices 24, 25, the image output unit 26, and the input control unit 27, and 21, 22, It controls 23, 24, 25, 26, 27.

記憶装置（Ｚ方向変動情報記憶部）２４は、ステージ５がＸ方向およびＹ方向に移動させられたときの送り機構６に起因するステージ５のＺ位置の変動を示すＺ方向変動情報を記憶している。Ｚ方向変動情報は、顕微鏡部１による試料Ｓの観察に先立って行われるステージキャリブレーションによって取得される。ステージキャリブレーションは、ユーザによって行われてもよく、顕微鏡装置１００の出荷前に製造業者によって行われてもよい。 The storage device (Z-direction fluctuation information storage unit) 24 stores Z-direction fluctuation information indicating changes in the Z position of the stage 5 caused by the feed mechanism 6 when the stage 5 is moved in the X-direction and the Y-direction. ing. The Z-direction fluctuation information is acquired by stage calibration performed prior to the observation of the sample S by the microscope unit 1. The stage calibration may be performed by the user or by the manufacturer prior to shipment of the microscope device 100.

ステージキャリブレーションは、図４に示されるように、試料Ｓの代わりに、平坦度が確保されたゲージ１３を使用して行われる。ゲージ１３は、ステージ５上に配置される。
ステージキャリブレーションにおいて、送り機構６によってＸＹ方向の複数の変動測定点Ｐ（Ｘｐ，Ｙｐ）にステージ５を順に移動させ、各変動測定点Ｐ（Ｘｐ，Ｙｐ）において焦点がゲージ１３に合う対物レンズ７１のＺ位置を求める。変動測定点ＰのＸ方向の間隔Δｘは、ボールねじ６４のリードＬｘよりも小さく、例えば、リードＬｘの８分の１以下である。変動測定点ＰのＹ方向の間隔Δｙは、ボールねじ６２のリードＬｙよりも小さく、例えば、リードＬｙの８分の１以下である。 As shown in FIG. 4, the stage calibration is performed using the gauge 13 having a ensured flatness instead of the sample S. The gauge 13 is arranged on the stage 5.
In the stage calibration, the feed mechanism 6 moves the stage 5 to a plurality of fluctuation measurement points P (Xp, Yp) in the XY direction in order, and the objective lens whose focus is on the gauge 13 at each fluctuation measurement point P (Xp, Yp). Find the Z position of 71. The distance Δx of the fluctuation measurement point P in the X direction is smaller than the lead Lx of the ball screw 64, and is, for example, one-eighth or less of the lead Lx. The interval Δy of the fluctuation measurement point P in the Y direction is smaller than the lead Ly of the ball screw 62, and is, for example, one-eighth or less of the lead Ly.

ステージキャリブレーションによって得られた対物レンズ７１のＺ位置は、各変動測定点Ｐ（Ｘｐ，Ｙｐ）におけるステージ５のＺ位置を示す情報であり、図５に示されるように、ステージ５のＺ位置と同じく変動する。図５において、白丸が変動測定点Ｐ（Ｘｐ，Ｙｐ）を示している。複数の変動測定点Ｐにおける対物レンズ７１のＺ位置は、Ｚ方向変動情報として記憶装置２４に記憶される。このようなＺ方向変動情報によれば、図３に示されるように、試料Ｓに焦点が合う対物レンズ７１の合焦Ｚ位置が、Ｚ方向変動情報と試料Ｓの凹凸情報との和として表わされる。 The Z position of the objective lens 71 obtained by the stage calibration is information indicating the Z position of the stage 5 at each fluctuation measurement point P (Xp, Yp), and as shown in FIG. 5, the Z position of the stage 5 It fluctuates as well. In FIG. 5, white circles indicate fluctuation measurement points P (Xp, Yp). The Z position of the objective lens 71 at the plurality of fluctuation measurement points P is stored in the storage device 24 as Z-direction fluctuation information. According to such Z-direction fluctuation information, as shown in FIG. 3, the in-focus Z position of the objective lens 71 in focus on the sample S is represented as the sum of the Z-direction fluctuation information and the unevenness information of the sample S. Is done.

ステージキャリブレーションは、演算装置２８が、補助記憶装置に格納されたキャリブレーションプログラムに従ってステージ制御部２１および焦準部制御部２３を制御することで行われる。あるいは、ステージキャリブレーションは、ユーザまたは製造業者がステージ５および焦準部８を手動で移動させることで行われてもよい。 The stage calibration is performed by the arithmetic unit 28 controlling the stage control unit 21 and the focusing unit 23 according to the calibration program stored in the auxiliary storage device. Alternatively, the stage calibration may be performed by the user or the manufacturer by manually moving the stage 5 and the focusing portion 8.

記憶装置（フォーカスマップ記憶部）２５は、試料Ｓの観察直前に作成される試料Ｓ用のフォーカスマップを記憶する。
演算装置２８は、記憶装置２４に記憶されているＺ方向変動情報および記憶装置２５に記憶されているフォーカスマップに基づいて、ステージ５のＺ位置の変動に応じて変動するように補正された各ＸＹ位置の合焦Ｚ位置を算出し、算出された合焦Ｚ位置に対物レンズ７を配置することで、対物レンズ７１の合焦制御を行う。
フォーカスマップおよび演算装置２８による対物レンズ７１の合焦制御の詳細については、後述する。 The storage device (focus map storage unit) 25 stores the focus map for the sample S created immediately before the observation of the sample S.
The arithmetic unit 28 is corrected so as to fluctuate according to the fluctuation of the Z position of the stage 5 based on the Z direction fluctuation information stored in the storage device 24 and the focus map stored in the storage device 25. Focusing control of the objective lens 71 is performed by calculating the focusing Z position of the XY position and arranging the objective lens 7 at the calculated focusing Z position.
Details of the focus map and the focusing control of the objective lens 71 by the arithmetic unit 28 will be described later.

次に、このように構成された顕微鏡装置１００の作用について説明する。
顕微鏡装置１００を用いて試料Ｓを観察するためには、まず、ステージ５上に配置された試料Ｓのフォーカスマップが作成される。
フォーカスマップの作成において、送り機構６によってＸＹ方向の複数の焦点測定点Ｑ（Ｘｑ，Ｙｑ）にステージ５を順に移動させ、各焦点測定点Ｑ（Ｘｑ，Ｙｑ）において焦点が試料Ｓに合う対物レンズ７１の合焦Ｚ位置を求める。これにより、複数の焦点測定点Ｑ（Ｘｑ，Ｙｑ）における対物レンズ７１の合焦Ｚ位置が、フォーカスマップとして記憶装置２５に記憶される。焦点測定点ＱのＸ方向およびＹ方向の間隔は、変動測定点Ｐの間隔Δｘ，Δｙよりも大きくなるように、試料Ｓの凹凸の周期に応じて設定される。
ここで、焦点測定点ＱのＸ方向およびＹ方向の間隔は、制御部２によって自動的に設定されてもよいし、ユーザが入力装置４を使用して制御部２に入力してもよい。 Next, the operation of the microscope device 100 configured in this way will be described.
In order to observe the sample S using the microscope device 100, first, a focus map of the sample S arranged on the stage 5 is created.
In creating the focus map, the feed mechanism 6 moves the stage 5 to a plurality of focus measurement points Q (Xq, Yq) in the XY direction in order, and the objective at each focus measurement point Q (Xq, Yq) is focused on the sample S. The in-focus Z position of the lens 71 is obtained. As a result, the in-focus Z position of the objective lens 71 at the plurality of focus measurement points Q (Xq, Yq) is stored in the storage device 25 as a focus map. The distance between the focal measurement points Q in the X direction and the Y direction is set according to the period of the unevenness of the sample S so as to be larger than the distances Δx and Δy of the fluctuation measurement points P.
Here, the distance between the focus measurement points Q in the X direction and the Y direction may be automatically set by the control unit 2, or may be input by the user to the control unit 2 using the input device 4.

フォーカスマップの作成後、演算装置２８は、フォーカスマップにおける焦点測定点Ｑ（Ｘｑ，Ｙｑ）間の合焦Ｚ位置を、記憶装置２４に記憶されているＺ方向変動情報に基づいて補間する。
まず、演算装置２８は、図５および図６に示されるように、Ｚ方向変動情報に含まれているＺ位置に基づいて、変動測定点Ｐ（Ｘｐ，Ｙｐ）間のＺ位置を補間する補間式Ｆｐ（Ｘ，Ｙ）を算出する。補間式Ｆｐ（Ｘ，Ｙ）の算出には、線形補間、多項式補間等の任意の手法が用いられる。 After creating the focus map, the arithmetic unit 28 interpolates the in-focus Z position between the focus measurement points Q (Xq, Yq) in the focus map based on the Z-direction fluctuation information stored in the storage device 24.
First, as shown in FIGS. 5 and 6, the arithmetic unit 28 interpolates the Z positions between the fluctuation measurement points P (Xp, Yp) based on the Z positions included in the Z direction fluctuation information. The formula Fp (X, Y) is calculated. Arbitrary methods such as linear interpolation and polynomial interpolation are used for the calculation of the interpolation formula Fp (X, Y).

次に、演算装置２８は、フォーカスマップと補間式Ｆｐ（Ｘ，Ｙ）から、試料ＳのＺ方向の凹凸（高さ）を表す式Ｆｓ（Ｘ，Ｙ）を算出する。すなわち、演算装置２８は、フォーカスマップの各焦点測定点Ｑ（Ｘｑ，Ｙｑ）における合焦Ｚ位置から、補間式Ｆｐから算出された各焦点測定点Ｑ（Ｘｑ，Ｙｑ）におけるＺ位置を減算する（すなわち、ステージ５のＺ位置の変動成分を除去する）ことで、各焦点測定点Ｑ（Ｘｑ，Ｙｑ）における試料Ｓの凹凸情報Ｚｓを算出する。次に、演算装置２８は、焦点測定点Ｑ（Ｘｑ，Ｙｑ）間における凹凸情報を補間する補間式Ｆｓ（Ｘ，Ｙ）を算出する。 Next, the arithmetic unit 28 calculates the formula Fs (X, Y) representing the unevenness (height) in the Z direction of the sample S from the focus map and the interpolation formula Fp (X, Y). That is, the arithmetic unit 28 subtracts the Z position at each focus measurement point Q (Xq, Yq) calculated from the interpolation formula Fp from the in-focus Z position at each focus measurement point Q (Xq, Yq) of the focus map. (That is, by removing the variable component of the Z position of the stage 5), the unevenness information Zs of the sample S at each focal measurement point Q (Xq, Yq) is calculated. Next, the arithmetic unit 28 calculates the interpolation formula Fs (X, Y) that interpolates the unevenness information between the focal measurement points Q (Xq, Yq).

次に、演算装置２８は、下式の通り、補間式Ｆｓ（Ｘ，Ｙ）と補間式Ｆｐ（Ｘ，Ｙ）とを加算することで、フォーカスマップにおける焦点測定点Ｑ間の合焦Ｚ位置を補間する補間式Ｇ（Ｘ，Ｙ）を得る。
Ｇ（Ｘ，Ｙ）＝Ｆｓ（Ｘ，Ｙ）＋Ｆｐ（Ｘ，Ｙ）
このような補間式Ｇ（Ｘ，Ｙ）によれば、試料Ｓの凹凸情報Ｆｓ（Ｘ，Ｙ）に応じて変動する合焦Ｚ位置が算出される。さらに、焦点測定点Ｑ以外の位置では、補間式Ｆｐ（Ｘ，Ｙ）の項によって、ステージ５のＺ位置の変動に応じて変動するように補正された合焦Ｚ位置が算出される。 Next, the arithmetic unit 28 adds the interpolation type Fs (X, Y) and the interpolation type Fp (X, Y) as shown in the following formula, so that the focusing Z position between the focus measurement points Q in the focus map Is obtained as an interpolation formula G (X, Y) that interpolates.
G (X, Y) = Fs (X, Y) + Fp (X, Y)
According to such an interpolation formula G (X, Y), the in-focus Z position that fluctuates according to the unevenness information Fs (X, Y) of the sample S is calculated. Further, at a position other than the focal measurement point Q, the in-focus Z position corrected so as to fluctuate according to the fluctuation of the Z position of the stage 5 is calculated by the term of the interpolation formula Fp (X, Y).

フォーカスマップの作成は、演算装置２８が、補助記憶装置に格納されたフォーカスマップ作成プログラムに従ってステージ制御部２１および焦準部制御部２３を制御することで行われ、フォーカスマップの補間は、演算装置２８が、補助記憶装置に格納されたフォーカスマップ補間プログラムに従って演算処理することで行われる。フォーカスマップの作成は、ユーザがステージ５および焦準部８を手動で移動させることで行われてもよい。 The focus map is created by the arithmetic unit 28 controlling the stage control unit 21 and the focusing unit 23 according to the focus map creation program stored in the auxiliary storage device, and the focus map interpolation is performed by the arithmetic unit. 28 is performed by performing arithmetic processing according to the focus map interpolation program stored in the auxiliary storage device. The focus map may be created by the user manually moving the stage 5 and the focusing portion 8.

ユーザは、入力装置４を使用して、所望の点αのＸＹ位置を入力する。入力されたＸＹ位置は、入力制御部２７を介して演算装置２８に送られる。演算装置２８は、点αのＸＹ位置にステージ５を移動させる。また、演算装置２８は、点αにおける対物レンズ７１の合焦Ｚ位置を補間式Ｇ（Ｘ，Ｙ）から算出し、算出された合焦Ｚ位置に対物レンズ７１を移動させるように焦準部制御部２３を介して焦準部８を制御する。これにより、焦点が試料Ｓに合うように対物レンズ７１の合焦制御が演算装置２８によって行われる。 The user inputs the XY position of the desired point α using the input device 4. The input XY position is sent to the arithmetic unit 28 via the input control unit 27. The arithmetic unit 28 moves the stage 5 to the XY position of the point α. Further, the arithmetic unit 28 calculates the in-focus Z position of the objective lens 71 at the point α from the interpolation formula G (X, Y), and the focusing portion so as to move the objective lens 71 to the calculated in-focus Z position. The focusing unit 8 is controlled via the control unit 23. As a result, the arithmetic unit 28 controls the focusing of the objective lens 71 so that the focus is on the sample S.

このように、送り機構６の機械的要因によってステージ５がＸＹ方向の移動時にＺ方向にも周期Ｌｘ，Ｌｙで変動する。したがって、フォーカスマップの離散的な焦点測定点Ｑでの合焦Ｚ位置のみに基づいて、ステージ５のＺ位置の変動に関わらず対物レンズ７１の焦点を試料Ｓに正確に合わせることは難しい。特に、焦点測定点ＱのＸＹ方向の間隔が周期Ｌｘ，Ｌｙよりも大きい場合には、焦点測定点Ｑ間での合焦Ｚ位置の変動を焦点測定点Ｑにおける合焦Ｚ位置から予測することができない。 In this way, due to the mechanical factor of the feed mechanism 6, when the stage 5 moves in the XY direction, it also fluctuates in the Z direction with cycles Lx and Ly. Therefore, it is difficult to accurately focus the objective lens 71 on the sample S regardless of the fluctuation of the Z position of the stage 5 based only on the in-focus Z position at the discrete focus measurement point Q of the focus map. In particular, when the distance between the focus measurement points Q in the XY directions is larger than the period Lx and Ly, the fluctuation of the focus Z position between the focus measurement points Q is predicted from the focus Z position at the focus measurement point Q. Can't.

本実施形態によれば、ステージ５がＸＹ方向に移動させられたときのステージ５のＺ位置の変動を示すＺ方向変動情報が記憶装置２４に予め記憶されている。そして、Ｚ方向変動情報に基づいて、ステージ５のＺ位置の変動に応じて変動するように補正された合焦Ｚ位置が焦点測定点Ｑ間に補間される。このように補間されたフォーカスマップ（すなわち、補間式Ｇ（Ｘ，Ｙ））に基づいて、対物レンズ７１の焦点を正確に試料Ｓに合わすことができる。また、凹凸の周期が大きい試料Ｓの場合には、フォーカスマップの焦点測定点Ｑの間隔を大きく設定して焦点測定点Ｑの数を減らすことができるので、フォーカスマップの作成に要する時間を短縮し、対物レンズ７１の合焦制御を効率的に行うことができる。 According to the present embodiment, Z-direction fluctuation information indicating a change in the Z position of the stage 5 when the stage 5 is moved in the XY direction is stored in advance in the storage device 24. Then, based on the Z-direction fluctuation information, the in-focus Z position corrected so as to fluctuate according to the fluctuation of the Z position of the stage 5 is interpolated between the focus measurement points Q. Based on the focus map thus interpolated (that is, the interpolation formula G (X, Y)), the objective lens 71 can be accurately focused on the sample S. Further, in the case of the sample S having a large period of unevenness, the interval of the focus measurement points Q of the focus map can be set large to reduce the number of the focus measurement points Q, so that the time required for creating the focus map can be shortened. However, the focusing control of the objective lens 71 can be efficiently performed.

本実施形態においては、補間式Ｆｐ（Ｘ，Ｙ）の算出を試料Ｓの観察時に行うこととしたが、これに代えて、ステージキャリブレーションにおいて補間式Ｆｐ（Ｘ，Ｙ）の算出を行ってもよい。この場合、演算装置２８は、Ｚ方向変動情報として補間式Ｆｐ（Ｘ，Ｙ）を記憶装置２４に記憶させる。あるいは、演算装置２８は、各ＸＹ位置におけるＺ位置を補間式Ｆｐ（Ｘ，Ｙ）から算出し、ＸＹ位置とＺ位置とを相互に対応付けたテーブルデータをＺ方向変動情報として記憶装置２４に記憶させてもよい。
このようにすることで、試料Ｓの観察時の計算量および計算時間を削減することができる。 In the present embodiment, the interpolation type Fp (X, Y) is calculated at the time of observing the sample S, but instead, the interpolation type Fp (X, Y) is calculated in the stage calibration. May be good. In this case, the arithmetic unit 28 stores the interpolated Fp (X, Y) in the storage device 24 as the Z-direction fluctuation information. Alternatively, the arithmetic unit 28 calculates the Z position at each XY position from the interpolation type Fp (X, Y), and stores the table data in which the XY position and the Z position are associated with each other as Z direction fluctuation information in the storage device 24. You may memorize it.
By doing so, it is possible to reduce the amount of calculation and the calculation time when observing the sample S.

また、本実施形態においては、焦点測定点ＱのＸ方向およびＹ方向の間隔を、変動測定点Ｐの間隔Δｘ，Δｙよりも大きくなるように設定したが、変動測定点Ｐの間隔Δｘ，Δｙ以下となるように設定してもよい。この場合、制御部２は、フォーカスマップの補間演算を行わないように制御する。 Further, in the present embodiment, the distance between the focus measurement points Q in the X direction and the Y direction is set to be larger than the distances Δx and Δy of the fluctuation measurement points P, but the distances Δx and Δy of the fluctuation measurement points P. It may be set as follows. In this case, the control unit 2 controls so as not to perform the interpolation calculation of the focus map.

（参考実施形態）
次に、本発明の参考実施形態に係る顕微鏡装置２００について図面を参照して説明する。
本実施形態においては、第１の実施形態と異なる構成について説明し、第１の実施形態と共通する構成については同一の符号を付して説明を省略する。
本実施形態に係る顕微鏡装置２００は、対物レンズ７１の焦点を試料Ｓに自動的に合わせるオートフォーカス（ＡＦ）機能を備えている点において、第１の実施形態と異なっている。 ( Reference embodiment)
Next, the microscope device 200 according to the reference embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
In the present embodiment, a configuration different from that of the first embodiment will be described, and the same reference numerals will be given to the configurations common to the first embodiment, and the description thereof will be omitted.
The microscope device 200 according to the present embodiment is different from the first embodiment in that it has an autofocus (AF) function that automatically focuses the objective lens 71 on the sample S.

顕微鏡装置２００は、図７に示されるように、顕微鏡部１と、顕微鏡部１に搭載されたＡＦユニット（自動焦点測定部）１１と、制御部２０１と、モニタ３と、入力装置４とを備えている。 As shown in FIG. 7, the microscope device 200 includes a microscope unit 1, an AF unit (autofocus measurement unit) 11 mounted on the microscope unit 1, a control unit 201, a monitor 3, and an input device 4. I have.

オートフォーカス（ＡＦ）ユニット１１は、焦点が試料Ｓに合う対物レンズ７１の合焦Ｚ位置を検出する。ＡＦユニット１１としては、光路差方式、瞳分割方式、または位相差方式等の公知の方式のものが使用される。ＡＦユニット１１に代えて、カメラ７５によって取得された画像のコントラストに基づいて合焦Ｚ位置を検出するコントラストオートフォーカス方式の自動焦点測定部を用いてもよい。 The autofocus (AF) unit 11 detects the in-focus Z position of the objective lens 71 whose focus is on the sample S. As the AF unit 11, a known method such as an optical path difference method, a pupil division method, or a phase difference method is used. Instead of the AF unit 11, a contrast autofocus type autofocus measuring unit that detects the in-focus Z position based on the contrast of the image acquired by the camera 75 may be used.

制御部２０１は、ステージ制御部２１、カメラ制御部２２、焦準部制御部２３、記憶装置２４、画像出力部２６、入力制御部２７、および演算装置２８に加えて、オートフォーカス（ＡＦ）ユニット制御部２９を備えている。
記憶装置２４には、Ｚ方向変動情報として、ステージキャリブレーションによって取得された複数の変動測定点Ｐにおける対物レンズ７１のＺ位置が少なくとも記憶されており、補間式Ｆｐ（Ｘ，Ｙ）がさらに記憶されていてもよい。 The control unit 201 is an autofocus (AF) unit in addition to the stage control unit 21, the camera control unit 22, the focusing unit control unit 23, the storage device 24, the image output unit 26, the input control unit 27, and the arithmetic unit 28. The control unit 29 is provided.
The storage device 24 stores at least the Z position of the objective lens 71 at a plurality of fluctuation measurement points P acquired by stage calibration as Z direction fluctuation information, and further stores the interpolation type Fp (X, Y). It may have been done.

演算装置２８は、ステージ制御部２１を介してステージ５をＸＹ方向に移動させたときに、対物レンズ７１の合焦Ｚ位置を検出して合焦Ｚ位置に対物レンズ７１を移動させるＡＦ動作を、焦準部制御部２３およびＡＦユニット制御部２９を介して焦準部８およびＡＦユニット１１に実行させる。 When the stage 5 is moved in the XY direction via the stage control unit 21, the arithmetic unit 28 detects the in-focus Z position of the objective lens 71 and performs an AF operation for moving the objective lens 71 to the in-focus Z position. , The focusing unit 8 and the AF unit 11 are executed via the focusing unit control unit 23 and the AF unit control unit 29.

ＡＦ動作において、焦準部８は、焦点が所定の開始位置からＺ方向に移動するように対物レンズ７１を所定のＺ位置からＺ方向に移動させ、ＡＦユニット１１が各Ｚ位置における対物レンズ７１の合焦状態を評価することで、焦点が試料Ｓに合う合焦Ｚ位置を探索する。ＡＦユニット１１によって検出された合焦Ｚ位置は、ＡＦユニット制御部２９を介して演算装置２８に送られる。演算装置２８は、検出された合焦Ｚ位置に対物レンズ７１を配置するように焦準部制御部２３を介して焦準部８を制御する。 In the AF operation, the focusing unit 8 moves the objective lens 71 from the predetermined Z position to the Z direction so that the focal point moves in the Z direction from the predetermined start position, and the AF unit 11 moves the objective lens 71 at each Z position. By evaluating the in-focus state of, the in-focus Z position where the focus is on the sample S is searched. The in-focus Z position detected by the AF unit 11 is sent to the arithmetic unit 28 via the AF unit control unit 29. The arithmetic unit 28 controls the focusing unit 8 via the focusing unit control unit 23 so as to arrange the objective lens 71 at the detected focusing Z position.

このときに、演算装置２８は、一度ＡＦ動作を実行させた後は、記憶装置２４に記憶されているＺ位置変動情報に基づいて、ＡＦ動作の合焦Ｚ位置の探索における焦点の移動の開始位置を補正する。
具体的には、図８に示されるように、演算装置２８は、ステージ５を、既にＡＦ動作が実行されたＸＹ位置（測定済位置）から、未だＡＦ動作が実行されていないＸＹ位置（未測定位置）へステージ５を移動させるときに、測定済位置と未測定位置との間でのステージ５のＺ方向の変動量をＺ位置変動情報から算出する。次に、演算装置２８は、ステージ５を測定済位置から未測定位置へＸＹ方向に移動させるとともに、測定済位置と未測定位置との間でのステージ５のＺ方向の変動を相殺する方向にこの変動量の分だけ対物レンズ７１を所定のＺ位置からＺ方向に移動させることで焦点の開始位置を補正する。その後、対物レンズ７１の移動を開始させる。 At this time, after the AF operation is executed once, the arithmetic unit 28 starts the movement of the focus in the search for the in-focus Z position of the AF operation based on the Z position fluctuation information stored in the storage device 24. Correct the position.
Specifically, as shown in FIG. 8, the arithmetic unit 28 sets the stage 5 from the XY position (measured position) where the AF operation has already been executed to the XY position (not yet) where the AF operation has not been executed yet. When the stage 5 is moved to the measurement position), the amount of fluctuation of the stage 5 in the Z direction between the measured position and the unmeasured position is calculated from the Z position fluctuation information. Next, the arithmetic unit 28 moves the stage 5 from the measured position to the unmeasured position in the XY direction, and cancels out the variation in the Z direction of the stage 5 between the measured position and the unmeasured position. The start position of the focal point is corrected by moving the objective lens 71 from a predetermined Z position in the Z direction by the amount of this fluctuation. After that, the movement of the objective lens 71 is started.

ＡＦ動作において、ステージ５をＸＹ方向に移動させたときに、送り機構６によるステージ５のＺ方向の変動により、ステージ５上の試料Ｓと対物レンズ７１の焦点とのＺ方向の相対位置が変化する。本実施形態によれば、ステージ５の移動に伴う試料Ｓと対物レンズ７１の焦点とのＺ方向の相対位置の変化が相殺されるように、合焦Ｚ位置の探索における焦点の移動の開始位置が補正される。これにより、合焦Ｚ位置の検出に要する時間を短縮し、Ｚ方向のステージ５の変動に関わらず観察光学系７の合焦制御を効率的に行うことができる。 In the AF operation, when the stage 5 is moved in the XY direction, the relative position of the sample S on the stage 5 and the focal point of the objective lens 71 in the Z direction changes due to the fluctuation of the stage 5 in the Z direction by the feed mechanism 6. do. According to the present embodiment, the start position of the focus movement in the search for the in-focus Z position is offset so that the change in the relative position in the Z direction between the sample S and the focal point of the objective lens 71 due to the movement of the stage 5 is offset. Is corrected. As a result, the time required to detect the in-focus Z position can be shortened, and the in-focus control of the observation optical system 7 can be efficiently performed regardless of the fluctuation of the stage 5 in the Z direction.

本実施形態においては、演算装置２８が、対物レンズ７１の移動の開始位置の補正に加えて、図９に示されるように、既に検出された合焦Ｚ位置に基づいて、合焦Ｚ位置が未検出である点での合焦Ｚ位置を外挿してもよい。図９の例では、既に検出された近傍の合焦Ｚ位置から線形外挿によって未検出の合焦Ｚ位置を予測しているが、合焦Ｚ位置の予測には他の方法を用いてもよい。
このように、既に検出された合焦Ｚ位置から未検出の点における合焦Ｚ位置を予測して開始位置を補正することで、合焦Ｚ位置の検出に要する時間をさらに短縮することができる。 In the present embodiment, in addition to correcting the movement start position of the objective lens 71, the arithmetic unit 28 determines the in-focus Z position based on the already detected in-focus Z position as shown in FIG. The in-focus Z position at an undetected point may be extrapolated. In the example of FIG. 9, the undetected in-focus Z position is predicted by linear extrapolation from the already detected in-focus Z position in the vicinity, but other methods may be used to predict the in-focus Z position. good.
In this way, by predicting the in-focus Z position at the undetected point from the already detected in-focus Z position and correcting the start position, the time required to detect the in-focus Z position can be further shortened. ..

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る顕微鏡装置３００について図面を参照して説明する。
本実施形態においては、第１の実施形態と異なる構成について説明し、第１の実施形態と共通する構成については同一の符号を付して説明を省略する。
本実施形態に係る顕微鏡装置３００は、図１０に示されるように、ステージ５および送り機構６のユニット（以下、ステージユニット５，６という。）が顕微鏡部１に着脱可能であり、ステージユニット５，６の制御に必要なステージ制御部２１１および記憶装置２４１が、制御部２０２とは別体のステージコントローラ１２に設けられている点において、第１および参考実施形態と異なっている。 ( Second embodiment)
Next, the microscope device 300 according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
In the present embodiment, a configuration different from that of the first embodiment will be described, and the same reference numerals will be given to the configurations common to the first embodiment, and the description thereof will be omitted.
In the microscope device 300 according to the present embodiment, as shown in FIG. 10, the units of the stage 5 and the feed mechanism 6 (hereinafter referred to as stage units 5 and 6) are detachable from the microscope unit 1 and the stage unit 5 is attached to and detached from the microscope unit 1. , 6 is different from the first and reference embodiments in that the stage control unit 211 and the storage device 241 required for the control are provided in the stage controller 12 separate from the control unit 202.

顕微鏡装置３００は、顕微鏡部１と、制御部２０２と、モニタ３と、入力装置４と、ステージユニット５，６に接続されたステージコントローラ１２とを備えている。
制御部２０２は、カメラ制御部２２、焦準部制御部２３、記憶装置２５、画像出力部２６、入力制御部２７、および演算装置２８に加えて、ステージコントローラ接続部３０を備えている。 The microscope device 300 includes a microscope unit 1, a control unit 202, a monitor 3, an input device 4, and a stage controller 12 connected to the stage units 5 and 6.
The control unit 202 includes a stage controller connection unit 30 in addition to a camera control unit 22, a focusing unit control unit 23, a storage device 25, an image output unit 26, an input control unit 27, and an arithmetic unit 28.

ステージコントローラ１２は、ステージコントローラ接続部３０に着脱可能である。ユーザは、用意された複数種類のステージユニット５，６の中から所望のものを選択して顕微鏡部１に取り付け、そのステージユニット５，６のステージコントローラ１２をステージコントローラ接続部３０に接続する。ステージコントローラ１２は、ステージコントローラ接続部３０を介して演算装置２８と接続される。 The stage controller 12 can be attached to and detached from the stage controller connection portion 30. The user selects a desired one from the plurality of types of stage units 5 and 6 prepared and attaches the desired one to the microscope unit 1, and connects the stage controller 12 of the stage units 5 and 6 to the stage controller connection unit 30. The stage controller 12 is connected to the arithmetic unit 28 via the stage controller connection unit 30.

ステージコントローラ１２は、ステージ制御部２１１と、記憶装置（Ｚ方向変動情報記憶部）２４１とを備えている。
ステージ制御部２１１は、第１の実施形態におけるステージ制御部２１と同様にして、送り機構６を介してステージ５のＸ方向およびＹ方向の位置を制御する。 The stage controller 12 includes a stage control unit 211 and a storage device (Z-direction fluctuation information storage unit) 241.
The stage control unit 211 controls the positions of the stage 5 in the X direction and the Y direction via the feed mechanism 6 in the same manner as the stage control unit 21 in the first embodiment.

本実施形態において、ステージキャリブレーションは、図１１に示されるように、平坦度が確保されたゲージ１４およびステージ較正器４００を使用して行われる。符号４０２は、ステージ較正器４００用の制御装置である。ゲージ１４は、ステージ５上に配置される。 In this embodiment, the stage calibration is performed using a gauge 14 and a stage calibrator 400 with ensured flatness, as shown in FIG. Reference numeral 402 is a control device for the stage calibrator 400. The gauge 14 is arranged on the stage 5.

ステージキャリブレーションにおいて、送り機構６によってＸＹ方向の複数の変動測定点Ｐ（Ｘｐ，Ｙｐ）にステージ５を順に移動させ、各変動測定点Ｐ（Ｘｐ，Ｙｐ）におけるステージ５のＺ位置が、レーザ測長器のような精密測定器４０１によって測定される。複数の変動測定点Ｐにおけるステージ５のＺ位置は、Ｚ方向変動情報として記憶装置２４１に記憶される。 In the stage calibration, the feed mechanism 6 moves the stage 5 to a plurality of fluctuation measurement points P (Xp, Yp) in the XY direction in order, and the Z position of the stage 5 at each fluctuation measurement point P (Xp, Yp) is a laser. It is measured by a precision measuring instrument 401 such as a length measuring instrument. The Z position of the stage 5 at the plurality of fluctuation measurement points P is stored in the storage device 241 as Z-direction fluctuation information.

本実施形態によれば、第１の実施形態の効果に加えて、以下の効果を奏する。すなわち、Ｚ方向変動情報が、ステージユニット５，６と共に持ち運び可能なステージコントローラ１２内の記憶装置２４１に記憶されている。したがって、顕微鏡部１に新たに取り付けたステージ５用のステージキャリブレーションは不要であり、ユーザは、新たに取り付けたステージ５をすぐに使用することができるという利点がある。 According to the present embodiment, in addition to the effects of the first embodiment, the following effects are exhibited. That is, the Z-direction fluctuation information is stored in the storage device 241 in the stage controller 12 that can be carried together with the stage units 5 and 6. Therefore, there is no need for stage calibration for the stage 5 newly attached to the microscope unit 1, and there is an advantage that the user can immediately use the newly attached stage 5.

１００，２００，３００顕微鏡装置
２４，２４１記憶装置（Ｚ方向変動情報記憶部）
２５記憶装置（フォーカスマップ記憶部）
２８演算装置（焦点制御部）
５ステージ
６送り機構
６２，６４ボールねじ
７観察光学系
８焦準部（焦点位置調整部）
１１オートフォーカスユニット（自動焦点測定部）
Ｓ試料 100,200,300 Microscope device 24,241 Storage device (Z-direction fluctuation information storage unit)
25 Storage device (focus map storage unit)
28 Arithmetic logic unit (focus control unit)
5 Stage 6 Feed mechanism 62,64 Ball screw 7 Observation optical system 8 Focusing part (focus position adjustment part)
11 Autofocus unit (autofocus measurement unit)
S sample

Claims

The stage on which the sample is placed and
An observation optical system for observing the sample placed on the stage,
A focal position adjusting unit that moves the focal point of the observation optical system in the optical axis direction of the observation optical system, and
A feed mechanism that moves the stage in a direction that intersects the optical axis,
Z-direction fluctuation information storage unit that stores Z-direction fluctuation information indicating periodic fluctuations in the optical axis direction of the stage when the stage is moved in a direction intersecting the optical axis by the feed mechanism. When,
A focus control unit that controls the focus position adjusting unit so that the focus of the observation optical system is aligned with the sample .
A focus map storage unit that stores a focus map including information on the in-focus position in the optical axis direction of the observation optical system in which the focal point is aligned with the sample at a plurality of focal measurement points in a direction intersecting the optical axis. And with
The focus control unit interpolates the in-focus position in the focus map stored in the focus map storage unit based on the Z-direction fluctuation information, and the focus map is based on the interpolated focus map. A microscope device that controls the focal position adjustment unit .
The focus control unit is

The Z-direction variation information includes information on the position of the stage in the optical axis direction at a plurality of variation measurement points in a direction intersecting the optical axis.
The microscope device according to claim 1, wherein the distance between the plurality of fluctuation measurement points in the direction intersecting the optical axis is smaller than the period in the direction intersecting the optical axis of the fluctuation of the stage.

The feed mechanism includes a ball screw and
The microscope device according to claim 2, wherein the distance between the plurality of fluctuation measurement points is smaller than that of the lead of the ball screw.