(57)【要約】  標本形状測定方法は、所定の照明領域を通過する照明光を準備するステップＳ１０と、照明光を標本に照射するステップＳ２０と、所定の処理ステップＳ３０と、を有し、所定の照明領域は、照明光学系の瞳位置にて光軸を含まないように設定されると共に、照明光が観察光学系の瞳位置にて該瞳の内側の一部分と該瞳の外側に照射されるように設定され、所定の照明領域に入射する照明光の光強度は中央と周辺とで異なり、照明光は標本を透過し、標本から出射した光は観察光学系に入射し、所定の処理ステップＳ３０は、観察光学系から出射した光を受光するステップＳ３１と、受光した光の光量を求めるステップＳ３２と、光量と基準の光量との差又は比を算出するステップＳ３３と、差又は比から、標本の表面における傾き量を算出するステップＳ３４と、を有する。
2017119118.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の照明領域を通過する照明光を準備するステップと、
前記照明光を標本に照射するステップと、
所定の処理ステップと、を有し、
前記所定の照明領域は、照明光学系の瞳位置にて光軸を含まないように設定されると共に、前記照明光が観察光学系の瞳位置にて該瞳の内側の一部分と該瞳の外側に照射されるように設定され、
前記所定の照明領域に入射する前記照明光の光強度は中央と周辺とで異なり、
前記照明光は前記標本を透過し、
前記標本から出射した光は前記観察光学系に入射し、
前記所定の処理ステップは、
前記観察光学系から出射した光を受光するステップと、
前記受光した光の光量を求めるステップと、
前記光量と基準の光量との差又は比を算出するステップと、
前記差又は比から、前記標本の表面における傾き量を算出するステップと、を有することを特徴とする標本形状測定方法。
【請求項２】
前記所定の照明領域に入射する前記照明光の光強度分布は、軸対称に分布していることを特徴とする請求項１に記載の標本形状測定方法。
【請求項３】
前記所定の照明領域に入射する照明光の光強度は、光束の中央から周辺に向かって小さくなっていることを特徴とする請求項１又は２に記載の標本形状測定方法。
【請求項４】
前記所定の照明領域に入射する照明光の光強度は、光束の中央から周辺に向かって大きくなっていることを特徴とする請求項１又は２に記載の標本形状測定方法。
【請求項５】
前記観察光学系から出射した光は、光束透過領域を通過した光であり、
前記光束透過領域は、外側境界線と第２の境界線とで囲まれた領域であり、
前記外側境界線は、前記観察光学系の瞳の外縁の一部で構成され、
前記外側境界線と前記第２の境界線は、共に凸状であり、
凸の向きは、前記外側境界線と前記第２の境界線とで同一であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の標本形状測定方法。
【請求項６】
前記観察光学系から出射した光は、光束透過領域を通過した光であり、
前記光束透過領域は、外側境界線と第３の境界線とで囲まれた領域であり、
前記外側境界線は、前記観察光学系の瞳の外縁の一部で構成され、
前記外側境界線と前記第３の境界線は、共に凸状であり、
凸の向きは、前記外側境界線と前記第２の境界線とで正反対であることを特徴とする請求項１、２、４のいずれか一項に記載の標本形状測定方法。
【請求項７】
前記所定の照明領域に入射する前記照明光の光強度は、直交する２つの方向のうち、一方の方向で変化し、他方の方向で一定になっていることを特徴とする請求項１に記載の標本形状測定方法。
【請求項８】
照明光学系と、観察光学系と、保持部材と、検出素子と、処理装置と、を備え、
前記照明光学系は、光源と、コンデンサレンズと、開口部材と、を有し、
前記観察光学系は、対物レンズと、結像レンズと、を有し、
前記保持部材は標本を保持すると共に、前記照明光学系と前記観察光学系との間に配置され、
開口部材に入射する照明光の光強度は、光軸と垂直な面内の中央と周辺とで異なり、
前記照明光学系により前記標本に照射された照明光は、前記標本を透過し、
前記標本から出射した光は前記観察光学系に入射し、
前記検出素子は、前記観察光学系から出射した光を受光し、
前記処理装置は、
前記受光した光に基づく光量を求め、
前記光量と基準の光量との差又は比を算出し、
前記差又は比から、前記標本の表面における傾き量を算出することを特徴とする標本形状測定装置。
【請求項９】
前記開口部材に入射する前記照明光の光強度分布は、軸対称に分布していることを特徴とする請求項１に記載の標本形状測定装置。
【請求項１０】
前記開口部材に入射する照明光の光強度は、光束の中央から周辺に向かって小さくなっていることを特徴とする請求項８又は９に記載の標本形状測定装置。
【請求項１１】
前記開口部材に入射する照明光の光強度は、光束の中央から周辺に向かって大きくなっていることを特徴とする請求項８又は９に記載の標本形状測定装置。
【請求項１２】
前記開口部材は第１の開口部材であって、
前記第１の開口部材は、遮光部と開口部とを区分する境界線を有し、
所定の２点を結ぶ直線が、境界線と光軸との間に位置することを特徴とする請求項８から１０のいずれか一項に記載の標本形状測定装置。
ここで、所定の２点は、第１の開口部材に照明光学系の瞳を重ねたときに、所定の線と照明光学系の瞳の外縁とが交わる２点である。
【請求項１３】
前記開口部材は第２の開口部材であって、
前記第２の開口部材は、遮光部と開口部とを区分する境界線を有し、
境界線が、所定の２点を結ぶ直線と光軸との間に位置することを特徴とする請求項８、９及び１１のいずれか一項に記載の標本形状測定装置。
ここで、所定の２点は、第２の開口部材に照明光学系の瞳を重ねたときに、所定の線と照明光学系の瞳の外縁とが交わる２点である。
【請求項１４】
前記開口部に入射する前記照明光の光強度は、直交する２つの方向のうち、一方の方向で変化し、他方の方向で一定になっていることを特徴とする請求項１に記載の標本形状測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、標本面の傾きや形状を測定する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
標本の３次元形状を測定する装置として、特許文献１に開示された装置や、特許文献２に開示された装置がある。【０００３】
特許文献１の装置では、縞投影法によって標本の３次元形状を測定している。特許文献１の装置では、撮像手段は、投光部、受光部、照明光出力部、ステージ及び測定制御部を含む。投光部はパターン生成部を有し、パターン生成部で生成されたパターンが標本に照射される。標本に照射されたパターンは受光部で撮像され、これにより縞画像が得られる。特許文献１の装置では、縞画像を用いて、標本の３次元形状を測定している。【０００４】
特許文献２の装置では、像のコントラストが、合焦点位置よりも合焦点位置の前後で高くなる現象を利用している。この現象は、非回折光と回折光との干渉によって生じる。特許文献２の装置では、合焦点位置の前後の画像から差分画像を取得する。そして、差分画像のコントラスト値を算出し、コントラスト値が最大となる位置を合焦点位置としている。特許文献２の装置では、標本面の各位置について合焦点位置を検出することで、標本の３次元形状を測定することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−１０９４９２号公報
【特許文献２】特開２００８−２０４９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の装置では、標本から反射した光を検出している。そのため、透明で表面の反射率の低い標本、例えば、細胞については、高い精度で形状を測定することが困難である。【０００７】
特許文献２の装置では、非回折光と回折光との干渉を利用している。ここで、表面形状が滑らかな標本、例えば、細胞では、非回折光の光強度に比べて回折光の光強度が小さくなる。そのため、表面形状が滑らかになっている標本に対して、合焦点位置を正確に求めることは難しい。このようなことから、表面形状が滑らかな標本については、高い精度で形状を測定することが困難である。【０００８】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、簡単に照明光を準備することができ、しかも、表面の反射率が低く、表面形状が滑らかな標本であっても、高い精度で標本面の傾きや形状を測定できる標本形状測定方法及び標本形状測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の標本形状測定方法は、
所定の照明領域を通過する照明光を準備するステップと、
照明光を標本に照射するステップと、
所定の処理ステップと、を有し、
所定の照明領域は、照明光学系の瞳位置にて光軸を含まないように設定されると共に、照明光が観察光学系の瞳位置にて該瞳の内側の一部分と該瞳の外側に照射されるように設定され、
所定の照明領域に入射する照明光の光強度は中央と周辺とで異なり、
照明光は標本を透過し、
標本から出射した光は観察光学系に入射し、
所定の処理ステップは、
観察光学系から出射した光を受光するステップと、
受光した光の光量を求めるステップと、
光量と基準の光量との差又は比を算出するステップと、
差又は比から、標本の表面における傾き量を算出するステップと、を有することを特徴とする。【００１０】
また、本発明の標本形状測定装置は、
照明光学系と、観察光学系と、保持部材と、検出素子と、処理装置と、を備え、
照明光学系は、光源と、コンデンサレンズと、開口部材と、を有し、
観察光学系は、対物レンズと、結像レンズと、を有し、
保持部材は標本を保持すると共に、照明光学系と観察光学系との間に配置され、
開口部材は、遮光部と、開口部と、を有し、
遮光部は、コンデンサレンズの光軸を含むように設けられ、
開口部は、光軸に対して偏心した位置に設けられ、
開口部の像は、観察光学系の瞳位置の近傍に形成されると共に、観察光学系の瞳の外縁の一部と重なるように形成され、
開口部材に入射する照明光の光強度は、光軸と垂直な面内の中央と周辺とで異なり、
照明光学系により標本に照射された照明光は、標本を透過し、
標本から出射した光は観察光学系に入射し、
検出素子は、観察光学系から出射した光を受光し、
処理装置は、
受光した光に基づく光量を求め、
光量と基準の光量との差又は比を算出し、
差又は比から、標本の表面における傾き量を算出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、簡単に照明光を準備することができ、しかも、表面の反射率が低く、表面形状が滑らかな標本であっても、高い精度で標本面の傾きや形状を測定できる標本形状測定方法及び標本形状測定装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の状態における照明光の様子と結像光の様子を示す図である。
【図２Ａ】第１の状態における照明光の様子を示す図である。
【図２Ｂ】第１の状態における結像光の様子を示す図である。
【図３】第２の状態における照明光の様子と結像光の様子を示す図である。
【図４Ａ】第２の状態における照明光の様子を示す図である。
【図４Ｂ】第２の状態における結像光の様子を示す図である。
【図５】第３の状態における照明光の様子と結像光の様子を示す図である。
【図６Ａ】第３の状態における照明光の様子を示す図である。
【図６Ｂ】第３の状態における結像光の様子を示す図である。
【図７】傾斜角θsと面積Ｓの関係を表すグラフである。
【図８】本実施形態の標本形状測定方法のフローチャートである。
【図９】照明光の光強度分布を示す図である。
【図１０Ａ】照明光の様子を示す図である。
【図１０Ｂ】結像光の様子を示す図である。
【図１１Ａ】照明光の光強度分布を示すグラフである。
【図１１Ｂ】タイプ１の境界線における結像光の様子を示す図である。
【図１１Ｃ】タイプ１の境界線における相関特性を示す図である。
【図１２】結像光の光強度分布を示すグラフである。
【図１３】照明光の光強度分布を示す図である。
【図１４Ａ】照明光の光強度分布を示すグラフである。
【図１４Ｂ】タイプ１の境界線における結像光の様子を示す図である。
【図１４Ｃ】タイプ１の境界線における相関特性を示す図である。
【図１５Ａ】タイプ１の境界線における結像光の様子を示す図である。
【図１５Ｂ】タイプ１の境界線における相関特性を示す図である。
【図１６Ａ】第１の開口部材を用いたときの照明光の様子を示す図である。
【図１６Ｂ】第１の開口部材を用いたときの結像光の様子を示す図である。
【図１７Ａ】タイプ２の境界線における結像光の様子を示す図である。
【図１７Ｂ】タイプ２の境界線におけるＸ方向の相関特性を示す図である。
【図１７Ｃ】タイプ２の境界線におけるＹ方向の相関特性を示す図である。
【図１８Ａ】対物レンズの瞳位置における光強度を示す図である。
【図１８Ｂ】対物レンズの瞳位置における第２の境界線の様子を示す図である。
【図１９Ａ】タイプ１の境界線における結像光の様子を示す図である。
【図１９Ｂ】タイプ１の境界線における相関特性を示す図である。
【図２０Ａ】第２の開口部材を用いたときの照明光の様子を示す図である。
【図２０Ｂ】第２の開口部材を用いたときの結像光の様子を示す図である。
【図２１Ａ】タイプ３の境界線における結像光の様子を示す図である。
【図２１Ｂ】タイプ３の境界線におけるＸ方向における相関特性を示す図である。
【図２１Ｃ】タイプ３の境界線におけるＹ方向における相関特性を示す図である。
【図２２Ａ】対物レンズの瞳位置における光強度を示す図である。
【図２２Ｂ】対物レンズの瞳位置における第３の境界線の様子を示す図である。
【図２３】照明光の光強度分布を示す図である。
【図２４Ａ】照明光の様子を示す図である。
【図２４Ｂ】結像光の様子を示す図である。
【図２５】照明光学系の第１例を示す図である。
【図２６】照明光学系の第２例を示すである。
【図２７Ａ】第１の位置における照明光の様子を示す図である。
【図２７Ｂ】第２の位置における照明光の様子を示す図である。
【図２８】本実施形態の標本形状測定方法のフローチャートである。
【図２９】本実施形態の標本形状測定装置の構成を示す図である。
【図３０Ａ】ステップＳ３２の実行結果（Ｘ方向）を示す電子画像である。
【図３０Ｂ】ステップＳ３２の実行結果（Ｙ方向）を示す電子画像である。
【図３０Ｃ】ステップＳ５０の実行結果を示す電子画像である。
【図３０Ｄ】ステップＳ５０の実行結果を示す画像である。
【図３１】対物レンズの瞳位置における光束の様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明に係る標本形状測定方法及び標本形状測定装置の実施形態及び実施例を、図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態及び実施例によりこの発明が限定されるものではない。
【００１４】
まず、本実施形態の標本形状測定方法における測定原理について説明する。本実施形態の標本形状測定方法では、偏射照明光を標本に照射している。そのために、照明光学系の絞り（開口絞り）に、照明光の光束の一部を遮光する遮光部材を用いている。
【００１５】
まず、第１の状態における照明光と結像光の関係について説明する。第１の状態における照明光の様子と結像光の様子を、図１に示す。第１の状態では、標本の表面が平坦で、標本の表面の法線（以下、「面の法線」という）が光軸と平行になっている。
【００１６】
図１に示すように、照明光学系１と観察光学系２が、ステージ３を挟んで対向するように配置されている。照明光学系１は、遮光部材４とコンデンサレンズ５とを有する。観察光学系２は対物レンズ６を有する。対物レンズ６は絞り７を有する。
【００１７】
遮光部材４には、例えば、矩形状の金属板が用いられる。遮光部材４は、遮光領域４ａと透過領域４ｂとで構成されている。遮光領域４ａは金属板で形成されている。透過領域４ｂには何も存在しない。
【００１８】
遮光部材４は、光軸１０を含むように配置されている。よって、遮光領域４ａには光軸１０が含まれるが、透過領域４ｂには光軸１０は含まれない。透過領域４ｂは、光軸１０から離れた位置に形成される。
【００１９】
遮光部材４が光路中に配置されることで、照明光ＬIL1は、遮光領域４ａで遮光される光と、透過領域４ｂを通過する光とに分かれる。
【００２０】
遮光部材４に、透明板が用いられても良い。この場合、例えば、遮光塗料の塗布や、遮光部材の貼付によって、遮光領域４ａが形成される。一方、透過領域４ｂには、遮光塗料の塗布や遮光部材の貼付は行わない。よって、透過領域４ｂには、透明板のみが存在することになる。
【００２１】
遮光部材４の形状は矩形で無くても良い。例えば、遮光部材４の形状は円形、楕円形、多角形であっても良い。
【００２２】
絞り７は、遮光部７ａと透過部７ｂとを有する。絞り７には、例えば、円形状の金属板や透明板が用いられる。絞り７に金属板が用いられた場合、遮光部７ａは金属板で、透過部７ｂは金属板に形成された孔である。絞り７に透明板が用いられた場合、遮光塗料の塗布や、遮光部材の貼付によって、遮光部７ａが形成される。透過部７ｂには透明板のみが存在する。
【００２３】
絞り７は、対物レンズ６の瞳と光学的に等価である。よって、この位置に、光束の通過を制限する部材、例えば、上述の金属板や透明板が存在していなくても良い。
【００２４】
ステージ３の上には、標本８が載置されている。標本８と対物レンズ６との間は、液浸媒質９（以下「浸液９」という）で満たされている。ここでは、標本８は屈折率がｎの液体、浸液９は屈折率がｎ’の液体としている。また、ｎ＞ｎ’である。
【００２５】
照明光ＬIL1は平行な光束であって、光束中に光軸１０が含まれるように形成されている。照明光ＬIL1は、照明光学系１の光路を標本８に向かって進行する。照明光学系１の光路中には、遮光部材４とコンデンサレンズ５が配置されている。
【００２６】
第１の状態における照明光の様子を、図２Ａに示す。図２Ａでは、照明光ＬIL1の領域が実線の円で示されている。照明光ＬIL1は、遮光領域４ａで遮光される光と透過領域４ｂを通過する光とに分かれる。遮光領域４ａが光軸１０を含むように、遮光部材４は配置されている。そのため、透過領域４ｂには光軸１０は含まれていない。透過領域４ｂを通過したとき、照明光ＬIL2の領域の形状は弓形になる。
【００２７】
遮光部材４は、コンデンサレンズ５と対物レンズ６によって、絞り７と共役になっている。よって、遮光部材４の位置には、絞りの像７’が形成される。図２Ａには、遮光部材４の位置に形成された絞りの像７’が破線で示されている。絞りの像７’は、破線で示すように円形の像である。絞りの像７’は、対物レンズ６の瞳の像でもある。
【００２８】
図２Ａに示すように、実線で示す円は、破線で示す円よりも大きい。これは、絞りの像７’よりも広い範囲を照明するように、照明光ＬIL1の光束径が設定されていることを意味している。照明光ＬIL2についても、同じことが言える。すなわち、照明光ＬIL2は、絞りの像７’の外側にも分布するような大きさに設定されている。
【００２９】
図１に戻って説明を続ける。透過領域４ｂを通過した照明光ＬIL2は、コンデンサレンズ５に入射する。照明光ＬIL2は、光軸１０から離れた位置を進むため、照明光ＬIL2は、コンデンサレンズ５の周辺部に入射する。
【００３０】
コンデンサレンズ５に入射した照明光ＬIL2は、コンデンサレンズ５で屈折される。コンデンサレンズ５からは、照明光ＬIL3が出射する。照明光ＬIL3は標本８上の観察点１１に入射し、これにより観察点１１が照明される。
【００３１】
観察点１１では、照明光ＬIL3が光軸１０と交差するように照明が行われる。これは、特定の方向に偏斜された照明光による照明、すなわち、偏射照明光による照明が行われていることを意味する。
【００３２】
照明光ＬIL3は、標本８を透過する。標本８から出射した光（以下、「結像光」という）は、対物レンズ６に到達する。対物レンズ６に到達した結像光ＬSP1のうち、一部の結像光は対物レンズ６の有効径によってけられ、残りの結像光が対物レンズ６に入射する。対物レンズ６に入射した結像光ＬSP2のうち、一部の結像光は絞り７によってけられ、残りの結像光ＬSP3が対物レンズ６から出射する。
【００３３】
第１の状態における結像光の様子を、図２Ｂに示す。絞り７には、結像光ＬSP2が入射する。結像光ＬSP2を示す領域の形状は弓形である。結像光ＬSP2のうち、一部の結像光は透過部７ｂの外側に位置している。よって、この一部の結像光は遮光部７ａで遮光される。結像光ＬSP2のうち、残りの結像光が透過部７ｂを通過する。
【００３４】
透過部７ｂは、結像光が通過する領域と結像光が存在しない領域に分かれる。結像光が通過する領域の形状は、弓形である。この弓形の領域を結像光ＬSP3が通過する。
【００３５】
図２Ｂにおいて、Ｒは透過部７ｂの半径を示している。絞り７は対物レンズ６の瞳と光学的に等価なので、Ｒは対物レンズの瞳の半径を表しているといえる。Ｌは光軸１０から結像光ＬSP3までの距離のうち、最も短い距離を示している。
【００３６】
第１の状態では、所定の光線について、以下の式（１）が成立する。所定の光線は、標本に入射する光のうち、光軸から最も近い位置を通過する光線である。
【数１】
2017119118.tif 000003
ここで、
θ’inは、所定の光線と光軸とのなす角、
θminは、所定の光線と光軸とのなす角、
ｎは標本の屈折率、
ｎ’は浸液の屈折率、
である。
【００３７】
このとき、対物レンズから出射する結像光の面積Ｓ0は、以下の式（２）で表される。
【数２】
2017119118.tif 000004
【００３８】
また、ＲとＬは、各々以下の式（３）、（４）で表される。
【数３】
2017119118.tif 000005
【数４】
2017119118.tif 000006
ここで、
ｆは対物レンズの焦点距離、
θNAは対物レンズの標本側開口数、
である。
【００３９】
次に、第２の状態における照明光と結像光の関係について説明する。第２の状態における照明光の様子と結像光の様子を図３に示す。第２の状態では、標本の表面は平坦であるが、面の法線が光軸と非平行になっている。
【００４０】
面の法線が光軸と非平行な状態では、標本の表面が傾斜している。図３に示すように、面の法線１２と光軸１０とのなす角はθsであるので、標本８の表面は傾斜角θsで傾斜していることになる。角度の正負は、光軸１０を基準にして、反時計周りの方向に面の法線１２が位置する場合を正、時計周りの方向に面の法線１２が位置する場合を負とする。第２の状態では、θsは正の値である。
【００４１】
標本８から出射した結像光は、対物レンズ６に到達する。対物レンズ６に到達した結像光ＬSP1のうち、一部の結像光は対物レンズ６の有効径によってけられ、残りの結像光が対物レンズ６に入射する。
【００４２】
ここで、第２の状態では、標本８の表面が傾斜角＋θsで傾斜している。この場合、標本８の表面における屈折角が大きくなる。そのため、対物レンズ６に入射する結像光ＬSP1の位置は、第１の状態と比べてより外側の方向にシフトする。その結果、対物レンズ６に入射した結像光ＬSP2の光束の大きさは、第１の状態と比べて小さくなる。
【００４３】
対物レンズ６に入射した結像光ＬSP2のうち、一部の結像光は絞り７によってけられ、残りの結像光ＬSP3が対物レンズ６から出射する。結像光ＬSP2の光束の大きさは第１の状態と比べて小さいので、結像光ＬSP3の光束の大きさも第１の状態と比べて小さくなる。
【００４４】
第２の状態における結像光の様子を、図４Ａに示す。また、比較のために、第１の状態における結像光の様子を、図４Ｂに示す。図４Ａと図４Ｂでは、遮光部７ａの図示は省略している。
【００４５】
図４Ａと図４Ｂを比較して分かるように、第２の状態における結像光ＬSP3の光束は、第１の状態における結像光ＬSP3の光束の位置よりも、光軸１０から更に離れる方向にΔＳ１だけシフトした状態になっている。そのため、第２の状態における結像光ＬSP3の光束の大きさは第１の状態と比べて小さくなる。よって、第２の状態では、絞り７を通過する光量が第１の状態から減少する。
【００４６】
次に、第３の状態における照明光と結像光の関係について説明する。第３の状態における照明光の様子と結像光の様子を図５に示す。第３の状態では、標本の表面は平坦であるが、面の法線が光軸と非平行になっている。
【００４７】
第３の状態でも面の法線が光軸と非平行な状態になっている。図５に示すように、法線１２と光軸１０とのなす角はθsであるので、標本８の表面は傾斜角θsで傾斜している面のことになる。ただし、第２の状態とは異なり、第３の状態ではθsは負の値になっている。
【００４８】
標本８から出射した結像光は、対物レンズ６に到達する。対物レンズ６に到達した結像光ＬSP1のうち、一部の結像光は対物レンズ６の有効径によってけられ、残りの結像光が対物レンズ６に入射する。
【００４９】
ここで、第３の状態では、標本８の表面が傾斜角−θsで傾斜している。この場合、標本８の表面における屈折角が小さくなる。そのため、対物レンズ６に入射する結像光ＬSP1の位置は、第１の状態と比べてより内側の方向にシフトする。その結果、対物レンズ６に入射した結像光ＬSP2の光束の大きさは、第１の状態と比べて大きくなる。
【００５０】
対物レンズ６に入射した結像光ＬSP2のうち、一部の結像光は絞り７によってけられ、残りの結像光ＬSP3が対物レンズ６から出射する。結像光ＬSP2の光束の大きさは第１の状態と比べて大きいので、結像光ＬSP3の光束の大きさも第１の状態と比べて大きくなる。
【００５１】
第３の状態における結像光の様子を、図６Ａに示す。また、比較のために、第１の状態における結像光の様子を、図６Ｂに示す。図６Ａと図６Ｂでは、遮光部７ａの図示は省略している。
【００５２】
図６Ａと図６Ｂを比較して分かるように、第３の状態における結像光ＬSP3の光束は、第１の状態における結像光ＬSP3の光束の位置から、光軸１０に近づく方向にΔＳ２だけシフトした状態になっている。そのため、第３の状態における結像光ＬSP3の光束の大きさは第１の状態と比べて大きくなる。よって、第３の状態では、絞り７を通過する光量が第１の状態から増加する。
【００５３】
第２の状態と第３の状態では、所定の光線について、以下の式（５）が成立する。
【数５】
2017119118.tif 000007
ここで、
θ’inは、所定の光線と光軸とのなす角、
θsは、標本の表面の法線と光軸とのなす角、
θminは、所定の光線と光軸とのなす角、
ｎは標本の屈折率、
ｎ’は浸液の屈折率、
角度の正負は、光軸を基準にして、反時計周りの方向に標本の表面の法線が位置する場合が正、時計周りの方向に標本の表面の法線が位置する場合が負、
である。
【００５４】
例えば、図３に示した方向に標本が傾斜している場合、面の法線の回転方向は正方向となり、θsは正の値をとる。一方、図５に示した方向に標本が傾斜している場合、面の法線の回転方向は負方向となり、θsは負の値をとる。
【００５５】
このとき、対物レンズから出射する結像光の面積Ｓは、以下の式（６）で表される。
【数６】
2017119118.tif 000008
ここで、Ｒは上記の式（３）で表され、Ｌは下記の式（７）で表される。
【数７】
2017119118.tif 000009
【００５６】
式（７）においてθin＝θmin、θs＝0とすれば、式（７）の右辺は式（４）の右辺と同じになる。この場合、式（６）の右辺も式（２）の右辺と同じになる。よって、面積Ｓと傾斜角θsは、式（３）、（６）及び（７）で表すことができる。
【００５７】
傾斜角θsと面積Ｓの関係を表すグラフを図７に示す。対物レンズから出射した結像光は、例えば、結像レンズで集光される。集光位置には標本８の像が形成される。対物レンズから出射する結像光の面積Ｓが変化すると、標本８の像の輝度が変化する。また、傾斜角θsが変化すると、標本の表面の光軸に対する傾き角が変化する。そこで、図７に示すグラフでは、傾き角を傾斜角θsに置き換え、像の輝度を面積Ｓに置き換えて、傾き角と像の輝度との関係を示している。
【００５８】
また、各パラメータの値は、以下の通りである。
ｎ’＝１．３３、
ｎ＝１．３５、
ｆ＝１８［ｍｍ］、
θNA＝９．２［ｄｅｇ.］(ＮＡ＝０．１６)、
θmin＝６．５[ｄｅｇ.]
【００５９】
傾斜角θsと面積Ｓの関係を表す曲線（以下、「特性曲線」という）から分かるように、傾斜角θsの値が大きくなるに従って、像の輝度は単調に減少する。このように、像の輝度と傾斜角θsは一対一で対応する。
【００６０】
そこで、特定の方向に偏斜された照明光を標本に照射し、標本の２次元画像を取得する。そして、取得した２次元画像の各画素について、光量（輝度）の情報を取得する。ここで、標本の屈折率（平均的屈折率）ｎ、浸液の屈折率ｎ’、対物レンズの焦点距離ｆ、対物レンズの標本側開口数θNA、及び角度θminは既知である。よって、これらを用いて、画素ごとに傾斜角θsを導出することが可能となる。すなわち、標本の表面における傾き量の分布を導出することが可能となる。
【００６１】
このように、本実施形態の標本形状測定方法における測定原理では、特定の方向に偏斜された照明光を標本に照射しているだけである。そのため、標本の表面における傾き量の分布の導出では、標本から出射した光、すなわち、標本を透過した光を利用しているだけで、像のコントラストや非回折光と回折光との干渉を利用していない。よって、本実施形態の標本形状測定方法によれば、表面の反射率が低く、表面形状が滑らかな標本であっても、高い精度で標本の表面における傾き量を測定できる。また、測定した傾き量を用いることで、高い精度で標本の表面形状を測定できる。
【００６２】
本実施形態の標本形状測定方法について説明する。以下の説明では、絞り７の代わりに、対物レンズの瞳７を用いている。
【００６３】
本実施形態の標本形状測定方法は、所定の照明領域を通過する照明光を準備するステップと、照明光を標本に照射するステップと、所定の処理ステップと、を有し、所定の照明領域は、照明光学系の瞳位置にて光軸を含まないように設定されると共に、照明光が観察光学系の瞳位置にて該瞳の内側の一部分と該瞳の外側に照射されるように設定され、所定の照明領域に入射する照明光の光強度は中央と周辺とで異なり、照明光は標本を透過し、標本から出射した光は観察光学系に入射し、所定の処理ステップは、観察光学系から出射した光を受光するステップと、受光した光の光量を求めるステップと、光量と基準の光量との差又は比を算出するステップと、差又は比から、標本の表面における傾き量を算出するステップと、を有することを特徴とする。
【００６４】
図８は、本実施形態の標本形状測定方法のフローチャートである。本実施形態の標本形状測定方法は、照明光を準備するステップＳ１０と、照明光を照射するステップＳ２０と、所定の処理ステップＳ３０と、を有し、所定の処理ステップＳ３０は、結像光を受光するステップＳ３１と、結像光の光量を求めるステップＳ３２と、差又は比を算出するステップＳ３３と、傾き量を算出するステップＳ３４と、を有する。
【００６５】
基本測定方法では、まず、ステップＳ１０が実行される。ステップＳ１０は、照明光を準備するステップである。ステップＳ１０では、照明光学系内に、所定の照明領域が設定される。所定の照明領域は、照明光が通過する領域である。所定の照明領域は、図１に示す透過領域４ｂである。照明光学系１の光路に遮光部材４を配置することで、所定の照明領域の設定が行われる。このとき、光軸１０を含み、且つ照明光ＬIL1の光束の一部を遮光するように、遮光部材４が配置される。
【００６６】
また、遮光部材４は、照明光学系１の瞳位置、具体的には、コンデンサレンズ５の瞳位置に配置されている。コンデンサレンズ５の瞳の位置は、観察光学系２の瞳位置、具体的には、対物レンズの瞳７の位置と共役になっている。よって、対物レンズの瞳７の位置に、所定の照明領域の像が形成される。このとき、所定の照明領域の像は、対物レンズの瞳７の内側と外側の両方に分布するように形成される。
【００６７】
このように、所定の照明領域は、照明光学系の瞳位置にて光軸を含まないように設定されると共に、所定の照明領域を通過した照明光が、観察光学系の瞳位置にて該瞳の内側の一部分と該瞳の外側に照射されるように設定される。
【００６８】
ステップＳ１０が終わると、ステップＳ２０が実行される。ステップＳ２０は、照明光を照射するステップである。ステップＳ２０では、照明光が標本に照射される。このとき、標本には、偏射照明光が照射される。すなわち、光束が標本位置において光軸と交差するように、照明光は標本に照射され、標本を透過する。標本が照明されることで、標本から結像光が出射する。標本から出射した光は、観察光学系に入射する。
【００６９】
ステップＳ２０が終わると、ステップＳ３０が実行される。ステップＳ３０は、所定の処理を行うステップである。ステップＳ３０では、ステップＳ３１、ステップＳ３２、ステップＳ３３及びステップＳ３４が実行される。
【００７０】
ステップＳ３０では、まず、ステップＳ３１が実行される。ステップＳ３１は、結像光を受光するステップである。結像光は、観察光学系から出射した光である。
【００７１】
ステップＳ３１が終わると、ステップＳ３２が実行される。ステップＳ３２は、結像光の光量を求めるステップである。結像光の光量は、ステップＳ３１で受光した光の光量である。
【００７２】
ステップＳ３２が終わると、ステップＳ３３が実行される。ステップＳ３３は、差又は比を算出するステップである。ステップＳ３３では、ステップＳ３１で受光した光の光量、すなわち、結像光の光量と基準の光量との差又は比が算出される。
【００７３】
ステップＳ３３が終わると、ステップＳ３４が実行される。ステップＳ３４は、傾き量を算出するステップである。ステップＳ３４では、ステップＳ３３で算出された結果から、標本の表面における傾き量が算出される。
【００７４】
傾き量を算出するステップでは、予め求めておいた対応関係に基づいて傾き量を算出することができる。
【００７５】
対応関係は、光量と傾き量とをパラメータとするルックアップテーブルで表わされていれば良い。ステップＳ３３では、結像光の光量と基準の光量との差又は比が算出される。算出された値は、結像光の光量を表している。そこで、算出された値と一致する値を、ルックアップテーブルの輝度の中から探す。算出された値と一致した値があれば、その値に対応する傾斜角を、ルックアップテーブルから求める。これにより、標本の表面における傾き量を迅速に求めることができる。
【００７６】
一方、算出された値と一致する値が、ルックアップテーブルの中に存在しない場合もある。この場合、算出された値に対して最も近い２つの値を、ルックアップテーブルの輝度の中から抽出する。そして、抽出した２つの値を用いて、傾斜角を求めればよい。これにより、標本の表面における傾き量を求めることができる。
【００７７】
また、対応関係は、光量と傾き量とをパラメータとする式で表わされていても良い。上述のように、対物レンズから出射する結像光の面積Ｓと傾斜角θsは式（３）、（６）及び（７）で表される。面積Ｓは結像光の光量を表し、傾斜角θsは標本の表面における傾き量を表している。
【００７８】
ステップＳ３３では、結像光の光量と基準の光量との差又は比が算出される。算出された値は、結像光の光量を表している。そこで、算出された値を面積Ｓに代入して、傾斜角θsを求める。このようにすることで、標本の表面における傾き量を求めることができる。
【００７９】
上述のように、本実施形態の標本形状測定方法では、所定の照明領域に入射する照明光の光強度が中央と周辺とで異なる。
【００８０】
多くの光源では、光源から出射した光の光強度は、中央と周辺とで異なる。光源から出射した光は、照明光学系によって、所望の光束径を持つ照明光に変換される。そこで、上述のようにすることで、照明光学系を、基本的にレンズのみで構成することができる。その結果、照明光を簡単に準備することができる。
【００８１】
このように本実施形態の標本形状測定方法では、特定の方向に偏斜された照明光を標本に照射しているだけである。そのため、標本の表面における傾き量の分布の導出では、標本から出射した光、すなわち、標本を透過した光を利用しているだけで、像のコントラストや非回折光と回折光との干渉を利用していない。よって、本実施形態の標本形状測定方法によれば、簡単に照明光を準備することができ、しかも、表面の反射率が低く、表面形状が滑らかな標本であっても、高い精度で標本の表面における傾き量を測定できる。また、後述のように、測定した傾き量を用いることで、高い精度で標本の表面形状を測定できる。
【００８２】
以下、好ましい実施形態について説明する。以下の説明では、開口部材を用いて説明する場合がある。この場合、上述の遮光部材、遮光領域及び透過領域には、各々、開口部材、遮光部及び開口部が対応する。
【００８３】
本実施形態の標本形状測定方法では、所定の照明領域に入射する照明光の光強度分布は、軸対称に分布していることが好ましい。
【００８４】
所定の照明領域、例えば、図１に示す透過領域４ｂは、光軸１０を中心とする円周上に位置させることができる。そこで、照明光の光強度分布を軸対称にすることで、透過領域４ｂが円周上のどこに位置しても、所定の照明領域における光強度分布は同じになる。そのため、透過領域４ｂが円周上のどこに位置していても、同じ測定結果が得られる。その結果、標本の表面の傾き量を素早く、高い再現性で測定できる。また、後述のように、測定した傾き量を用いることで、標本の表面形状を素早く、高い再現性で測定できる。
【００８５】
軸対称な光強度分布は、光軸１０を含む断面における光強度分布を、光軸１０を回転軸として回転させたときに得られる分布である。この場合、対物レンズの瞳７を通過する光束における光強度分布は、透過領域４ｂが円周上のどこに位置しても同じになる。よって、透過領域４ｂが円周上のどこに位置しても、同じ測定結果が得られる。
【００８６】
また、上述のルックアップテーブルを用いて、標本の表面における傾き量を求める場合、ルックアップテーブルの数を１つにすることができる。
【００８７】
本実施形態の標本形状測定方法では、観察光学系から出射した光は、光束透過領域を通過した光であり、光束透過領域は、外側境界線と第１の境界線とで囲まれた領域であり、外側境界線は、観察光学系の瞳の外縁の一部で構成され、第１の境界線は、光軸と直交する一本の直線と平行な線で構成されていることが好ましい。
【００８８】
本実施形態の標本形状測定方法を用いて測定を行う場合、本実施形態の標本形状測定装置では、開口部材は、遮光部と開口部とを区分する境界線を有し、境界線は光軸と直交する一本の直線と平行な線で構成されていることが好ましい。
【００８９】
このようにすることで、開口部材を容易に作製することができる。光束透過領域や、外側境界線や第１の境界線等の境界線については、後述する。
【００９０】
本実施形態の標本形状測定方法では、所定の照明領域に入射する照明光の光強度は、光束の中央から周辺に向かって小さくなっていることが好ましい。
【００９１】
図９は、照明光の光強度分布を示す図である。照明光２０は、光強度が不均一に分布している照明光である。開口部材に入射する直前では、照明光２０の形状は円である。
【００９２】
照明光２０では、光束の中央２１と光束の周辺２２とで光強度が異なる。中央２１における光強度は、周辺２２における光強度よりも大きい。また、光強度は、中央２１から周辺２２に向かって小さくなっている。
【００９３】
照明光２０は所定の照明領域を通過する。更に、照明光２０は標本を透過する。標本から出射した光は、観察光学系に入射する。所定の照明領域における様子と、観察光学系の瞳位置における様子について説明する。
【００９４】
図１０Ａは、照明光の様子を示す図である。図１０Ｂは、結像光の様子を示す図である。図１０Ａには、開口部材３０に照射された照明光２０の様子が示されている。照明光２０の照射範囲は、照明光学系の瞳と見なすことができる。よって、図１０Ａでは、開口部材３０に照明光学系の瞳を重ねた状態が示されていることになる。
【００９５】
開口部材３０は、遮光部３０ａと開口部３０ｂとを有する。開口部材３０が照明光学系の光路に挿入された場合、開口部材３０は、遮光部３０ａが光軸１０を含むように配置される。開口部３０ｂは、光軸１０に対して偏心した場所に位置している。光軸１０は、標本形状測定装置２００（後述）における光学系全体の光軸である。よって、光軸１０は、必要に応じて「コンデンサレンズの光軸」と読み替えることができる。
【００９６】
遮光部３０ａと開口部３０ｂとの間には、境界線３１が形成されている。境界線３１によって、遮光部３０ａと開口部３０ｂとが区分されている。境界線３１は、光軸１０と直交する一本の直線と平行な線である。
【００９７】
図１０Ｂには、対物レンズの瞳７の位置における結像光の様子が示されている。境界線３２は、第１の境界線である。境界線３２は、境界線３１の像である。境界線３３は、外側境界線である。境界線３３は、対物レンズの瞳７の外縁の一部で構成されている。光束透過領域３４は、境界線３２と境界線３３とで囲まれている。光束透過領域とは、対物レンズの瞳７を通過する光の領域のことである。
【００９８】
光軸側に位置する境界線が、光軸と直交する一本の直線と平行な線で構成されている場合、その境界線を「タイプ１の境界線」とする。境界線３１や境界線３２は、タイプ１の境界線になる。
【００９９】
標本の表面における傾き量と結像光の光量との相関関係を示す特性（以下、「相関特性」という）は、光強度が均一に分布している照明光（以下、「照明光Ｌuni」という）と、光強度が不均一に分布している照明光（以下、「照明光Ｌnon-uni」という）とで異なる。照明光Ｌnon-uniとしては、例えば、照明光２０がある。
【０１００】
図１１Ａは、照明光の光強度分布を示すグラフである。実線は、照明光２０の光強度分布を示し、破線は、照明光Ｌuniの光強度分布を示している。図１１Ａに示すように、照明光２０では、光束の中央での光強度が、周辺での光強度よりも大きい。また、光強度は、光束の中央から周辺に向かって小さくなっている。
【０１０１】
図１１Ｂは、タイプ１の境界線における結像光の様子を示す図である。境界線４１は、第１の境界線である。境界線４０は、外側境界線である。境界線４０は、対物レンズの瞳７の外縁の一部で構成されている。光束透過領域４２は、境界線４０と境界線４１とで囲まれている。
【０１０２】
シフト量とは、光束透過領域の移動量のことである。図１１Ｂでは、光束透過領域４２のシフト量がΔＨで示されている。光束透過領域４２が光軸１０に近づく向きを正としている。ここでは、紙面内の左右方向（以下、「Ｘ方向」という）に光束透過領域が移動するものとする。
【０１０３】
標本の表面における傾き量に応じて、光束透過領域がシフトする。そして、光束透過領域のシフトに応じて、光束透過領域の面積が変化する。結像光の光量は、光束透過領域内の光強度の総和（以下、「光強度の総和」という）である。よって、上述の相関特性は、光束透過領域のシフト量を変化させたときの光強度の総和の変化で示すことができる。光強度の総和は、光束透過領域内の各点における光強度を積算することで求めることができる。
【０１０４】
図１１Ｃは、タイプ１の境界線における相関特性を示す図である。Ｉsumは、光強度の総和を表している。図１１Ｃには、照明光Ｌuniにおける相関特性と照明光２０における相関特性とが示されている。図１１Ｃのグラフは、シミュレーションの結果を示したグラフである。
【０１０５】
タイプ１の境界線におけるシミュレーションでは、図１１Ｂに示すように、対物レンズの瞳７の半径をｒ、光軸１０から境界線４１までの距離を０．８×ｒとしている。光軸１０から境界線４１までの距離は、光束透過領域がシフトする方向における距離である。
【０１０６】
図１１Ｃのグラフでは、照明光２０におけるシミュレーション結果が実線で示され、照明光Ｌuniにおけるシミュレーション結果が破線で示されている。どちらのシミュレーションにおいても、縦軸の値は、ΔＨ／２ｒ＝０のときの値で規格化されている。
【０１０７】
図１１Ｃに示すように、実線における傾きは、破線における傾きより小さい。これは、照明光２０における検出感度が、照明光Ｌuniにおける検出感度よりも低いことを意味している。この点について説明する。
【０１０８】
図１において、例えば、結像光ＬSP1が紙面の左方向にシフトすると、結像光ＬSP2における一部の領域が対物レンズの瞳７の内側に入ってくる。対物レンズの瞳７の内側に入ってくる領域（以下、「移動領域ＭＡ」という）の光強度を図１２に示す。
【０１０９】
図１２は、結像光の光強度分布を示すグラフである。実線は、照明光２０で照明したときの結像光の光強度分布を示し、破線は、照明光Ｌuniで照明したときの結像光の光強度分布を示している。
【０１１０】
照明光Ｌuniでは、移動領域ＭＡ内における光強度は、光束透過領域４２（移動領域ＭＡの右側に位置する領域）の光強度と等しい。これに対して、照明光２０では、移動領域ＭＡ内における光強度は、光束透過領域４２の光強度よりも小さい。
【０１１１】
照明光Ｌuniでは、光束透過領域４２と同じ光強度を持つ移動領域ＭＡが、光束透過領域４２に加わる。これに対して、照明光２０では、光束透過領域４２よりも小さい光強度を持つ移動領域ＭＡが、光束透過領域４２に加わることになる。
【０１１２】
この場合、照明光２０における光強度の変化率は、照明光Ｌuniにおける光強度の変化率よりも小さくなる。そのため、照明光２０における検出感度は、照明光Ｌuniにおける検出感度よりも低くなる。
【０１１３】
しかしながら、検出感度が低いと、検出範囲は広くなる。よって、照明光２０における検出範囲は、照明光Ｌuniにおける検出範囲よりも広くなる。その結果、照明光２０では、照明光Ｌuniに比べて、より大きな傾き量を検出することができる。
【０１１４】
このように、照明光２０を用いた場合では、照明光Ｌuni（光強度分布が均一な照明光）を用いた場合に比べて、傾き量の変化に対する結像光の光量変化が小さくなる。そのため、照明光２０を用いると、傾き量を測定できる範囲が広くなる。よって、本実施形態の標本形状測定方法によれば、より大きな傾き量を持つ標本の表面を測定することができる。
【０１１５】
照明光２０では、光強度が光束の中央から周辺に向かって減少している。光強度が減少する割合（以下、「減少割合」という）を変化させると、検出範囲や検出感度が変化する。そこで、予め複数の照明光を準備しておき、各々の照明光で減少割合が異なっているようにする。あるいは、１つの照明光で、減少割合が変化するようにする。このようにすることで、検出範囲や検出感度を変化させることができる。その結果、表面における傾き量が大きい場合や表面における傾き量が小さい場合であっても、標本の表面における傾き量を測定することができる。
【０１１６】
照明光２０と照明光Ｌuniを予め準備しておいても良い。あるいは、１つの照明光で、照明光２０から照明光Ｌuniへの変化、またはその逆の変化が生じるようにしても良い。このようにすることで、検出範囲や検出感度を変化させることができる。その結果、表面における傾き量が大きい場合や表面における傾き量が小さい場合であっても、標本の表面における傾き量を測定することができる。
【０１１７】
本実施形態の標本形状測定方法では、所定の照明領域に入射する照明光の光強度は、光束の中央から周辺に向かって大きくなっていることが好ましい。
【０１１８】
図１３は、照明光の光強度分布を示す図である。照明光５０は、光強度が不均一に分布している照明光である。開口部材に入射する直前では、照明光５０の形状は円である。
【０１１９】
照明光５０では、光束の中央５１と光束の周辺５２とで光強度が異なる。中央５１における光強度は、周辺５２における光強度よりも小さい。また、光強度は、中央５１から周辺５２に向かって大きくなっている。
【０１２０】
上述のように、相関特性は、照明光Ｌuniと照明光Ｌnon-uniとで異なる。照明光Ｌnon-uniとしては、例えば、照明光５０がある。
【０１２１】
図１４Ａは、照明光の光強度分布を示すグラフである。実線は、照明光５０の光強度分布を示し、破線は、照明光Ｌuniの光強度分布を示している。図１４Ａに示すように、照明光５０では、光束の中央での光強度が、周辺での光強度よりも小さい。また、光強度は、光束の中央から周辺に向かって大きくなっている。
【０１２２】
図１４Ｂに示す図は、図１１Ｂに示す図と同じである。よって、図１４Ｂについての説明は省略する。
【０１２３】
図１４Ｃは、タイプ１の境界線における相関特性を示す図である。図１４Ｃには、照明光Ｌuniにおける相関特性と照明光５０における相関特性とが示されている。図１４Ｃのグラフは、シミュレーションの結果を示したグラフである。
【０１２４】
図１４Ｃのグラフでは、照明光５０におけるシミュレーション結果が実線で示され、照明光Ｌuniにおけるシミュレーション結果が破線で示されている。どちらのシミュレーションにおいても、縦軸の値は、ΔＨ／２ｒ＝０のときの値で規格化されている。
【０１２５】
図１４Ｃに示すように、実線における傾きは、破線における傾きより大きい。これは、照明光５０における検出感度が、照明光Ｌuniにおける検出感度よりも高いことを意味している。この点について説明する。
【０１２６】
照明光５０を用いたときの結像光の光強度分布は、照明光２０を用いたときの結像光の光強度分布を上下方向に反転したものになる。この場合、上述のように、照明光Ｌuniでは、移動領域ＭＡ内における光強度は、光束透過領域４２（移動領域ＭＡの右側に位置する領域）の光強度と等しい。これに対して、照明光５０では、移動領域ＭＡ内における光強度は、光束透過領域４２の光強度よりも大きい。
【０１２７】
照明光Ｌuniでは、光束透過領域４２と同じ光強度を持つ移動領域ＭＡが、光束透過領域４２に加わる。これに対して、照明光５０では、光束透過領域４２よりも大きい光強度を持つ移動領域ＭＡが、光束透過領域４２に加わることになる。
【０１２８】
この場合、照明光５０における光強度の変化率は、照明光Ｌuniにおける光強度の変化率よりも大きくなる。そのため、照明光５０における検出感度は、照明光Ｌuniにおける検出感度よりも高くなる。
【０１２９】
ただし、検出感度が高いと、検出範囲は狭くなる。よって、照明光５０における検出範囲は、照明光Ｌuniにおける検出範囲よりも狭くなる。
【０１３０】
このように、照明光５０を用いた場合では、照明光Ｌuni（光強度分布が均一な照明光）を用いた場合に比べて、傾き量の変化に対する結像光の光量変化が大きくなる。そのため、照明光５０を用いることで、検出感度が高くなる。よって、本実施形態の測定方法によれば、より小さな傾き量を持つ標本の表面を測定することができる。
【０１３１】
照明光５０では、光強度が光束の中央から周辺に向かって増大している。光強度が増大する割合（以下、「増大割合」という）を変化させると、検出範囲や検出感度が変化する。そこで、予め複数の照明光を準備しておき、各々の照明光で増大割合が異なっているようにする。あるいは、１つの照明光で、増大割合が変化するようにする。このようにすることで、検出範囲や検出感度を変化させることができる。その結果、表面における傾き量が大きい場合や表面における傾き量が小さい場合であっても、標本の表面における傾き量を測定することができる。
【０１３２】
照明光５０と照明光Ｌuniを予め準備しておいても良い。あるいは、１つの照明光で、照明光５０から照明光Ｌuniへの変化、またはその逆の変化が生じるようにしても良い。このようにすることで、検出範囲や検出感度を変化させることができる。その結果、表面における傾き量が大きい場合や表面における傾き量が小さい場合であっても、標本の表面における傾き量を測定することができる。
【０１３３】
上述のように、本実施形態の標本形状測定方法では、標本の表面における傾き量に応じて、光束透過領域が移動する。標本の表面における傾きがＸ方向で生じている場合、図１１Ｂに示すように、光束透過領域４２はＸ方向に移動する。しかしながら、標本の表面における傾きは、Ｘ方向だけでなく、紙面内の上下方向（以下、「Ｙ方向」という）にも生じている場合がある。
【０１３４】
このような標本でＸ方向の傾き量をする場合も、図１０Ａに示すように、開口部３０ｂをＸ方向に位置させる。これにより、Ｘ方向に生じた標本の表面における傾きを測定することができる。その後、光軸１０を回転軸にして、開口部３０ｂを９０°回転させる。この回転により、開口部３０ｂはＹ方向に位置するので、この状態で測定を行う。これにより、Ｙ方向に生じた標本の表面における傾きを測定することができる。
【０１３５】
Ｘ方向の傾きとＹ方向の傾きとが混在している場合であっても、Ｘ方向の測定では、Ｘ方向の傾き量のみを測定できることが好ましい。しかしながら、Ｙ方向の傾きが原因となって、図１５Ａに示すように、光束透過領域はＹ方向にも移動する。
【０１３６】
図１５Ａは、タイプ１の境界線における結像光の様子を示す図である。標本の光束透過領域４２は、対物レンズの瞳７の外側に位置する光束と共に移動する。図１５Ａでは、見易さのために、光束の外縁５３を使って、シフト量ΔＶを示している。
【０１３７】
図１５Ｂは、タイプ１の境界線における相関特性を示す図である。図１５Ｂには、照明光Ｌuniにおける相関特性と照明光２０における相関特性とが示されている。図１５Ｂのグラフは、シミュレーションの結果を示したグラフである。
【０１３８】
図１５Ｂのグラフでは、照明光２０におけるシミュレーション結果が実線で示され、照明光Ｌuniにおけるシミュレーション結果が破線で示されている。どちらのシミュレーションにおいても、縦軸の値は、ΔＶ／２ｒ＝０のときの値で規格化されている。
【０１３９】
図１５Ｂに示すように、照明光Ｌuniでは、シフト量ΔＶが変化しても、光束透過領域の大きさは変化していない。これは、タイプ１の境界線を用いた場合、測定場所にＹ方向の傾きが存在していても、照明光Ｌuniを用いたＸ方向の測定では、Ｙ方向の傾きは測定されず、Ｘ方向の傾きだけが測定できることを意味している。
【０１４０】
これに対して、照明光２０では、シフト量ΔＶが大きくなるにつれて、光束透過領域の大きさが小さくなっている。これは、タイプ１の境界線を用いた場合、測定場所にＹ方向の傾きが存在していると、照明光Ｌuniを用いたＸ方向の測定において、Ｙ方向の傾きの影響を受けることを意味している。この場合、本来のＸ方向の傾きに誤差が加わることになる。
【０１４１】
本実施形態の標本形状測定方法では、観察光学系から出射した光は、光束透過領域を通過した光であり、光束透過領域は、外側境界線と第２の境界線とで囲まれた領域であり、外側境界線は、観察光学系の瞳の外縁の一部で構成され、外側境界線と第２の境界線は、共に凸状であり、凸の向きは、外側境界線と第２の境界線とで同一であることが好ましい。
【０１４２】
本実施形態の標本形状測定方法を用いて測定を行う場合、本実施形態の標本形状測定装置は、開口部材として、第１の開口部材を有し、第１の開口部材は、遮光部と開口部とを区分する境界線を有し、所定の２点を結ぶ直線が、境界線と光軸との間に位置することが好ましい。ここで、所定の２点は、第１の開口部材に照明光学系の瞳を重ねたときに、所定の線と照明光学系の瞳の外縁とが交わる２点である。
【０１４３】
図１６Ａは、第１の開口部材を用いたときの照明光の様子を示す図である。図１６Ｂは、第１の開口部材を用いたときの結像光の様子を示す図である。図１６Ａには、第１の開口部材６０に照射された照明光の様子が示されている。照明光の照射範囲は、照明光学系の瞳と見なすことができる。よって、図１６Ａでは、第１の開口部材６０に照明光学系の瞳を重ねた状態が示されていることになる。
【０１４４】
第１の開口部材６０は、遮光部６０ａと開口部６０ｂとを有する。第１の開口部材６０が照明光学系の光路に挿入された場合、第１の開口部材６０は、遮光部６０ａが光軸１０を含むように配置される。開口部６０ｂは、光軸１０に対して偏心した場所に位置している。
【０１４５】
遮光部６０ａと開口部６０ｂとの間には、境界線６１が形成されている。境界線６１によって、遮光部６０ａと開口部６０ｂとが区分されている。
【０１４６】
第１の開口部材６０に照明光学系の瞳を重ねたとき、境界線６１と照明光学系の瞳の外縁とが、点６２と点６３とで交わっている。点６２と点６３は所定の２点である。直線６４は、点６２と点６３とを通過する直線である。
【０１４７】
境界線６１は、円弧で構成されている。円弧は、遮光部６０ａから開口部６０ｂに向かって凸となるように形成されている。よって、第１の開口部材６０では、直線６４が、境界線６１と光軸１０との間に位置する。
【０１４８】
第１の開口部材６０では、境界線６１は、１本の曲線で構成された線である。しかしながら、境界線６１は、複数の直線で構成された線、複数の曲線で構成された線、あるいは曲線と直線とで構成された線のいずれでも良い。
【０１４９】
図１６Ｂには、対物レンズの瞳７の位置における結像光の様子が示されている。境界線６５は、第２の境界線である。境界線６５は、境界線６１の像である。境界線６６は、外側境界線である。境界線６６は、対物レンズの瞳７の外縁の一部で構成されている。光束透過領域６７は、境界線６５と境界線６６とで囲まれている。
【０１５０】
境界線６５と境界線６６は、共に凸状になっている。そして、凸の向きは、境界線６５と境界線６６とで同一になっている。この場合、光束透過領域６７の形状は、光軸１０側に凹部を向けたメニスカス形状になっている。よって、境界線６５は、光軸１０側に向かって凹の線で構成されているということができる。
【０１５１】
光軸側に位置する境界線が、光軸側に向かって凹の線で構成されている場合、その境界線を「タイプ２の境界線」とする。境界線６１や境界線６５は、タイプ２の境界線になる。
【０１５２】
相関特性は、上述のように、照明光における光強度の分布パターンで異なるが、境界線の形状によっても異なる。
【０１５３】
図１７Ａは、タイプ２の境界線における結像光の様子を示す図である。タイプ２の境界線におけるシミュレーションでは、図１７Ａに示すように、対物レンズの瞳７の半径をｒ、光軸１０から境界線６５までの距離を０．８×ｒとしている。境界線６５は、半径が５×ｒの円の円弧で構成されている。光軸１０から境界線６５までの距離は、光束透過領域６７がシフトする方向における距離である。
【０１５４】
図１７Ｂと図１７Ｃは、タイプ２の境界線における相関特性を示す図である。Ｘ方向の相関特性は、図１７Ｂに示すグラフのようになる。Ｙ方向の相関特性は、図１７Ｃに示すグラフのようになる。図１７Ｂと図１７Ｃのグラフは、シミュレーションの結果を示したグラフである。
【０１５５】
図１７Ｂと図１７Ｃには、照明光Ｌuniにおける相関特性と照明光２０における相関特性とが示されている。照明光２０におけるシミュレーション結果が実線で示され、照明光Ｌuniにおけるシミュレーション結果が破線で示されている。Ｘ方向の相関特性では、縦軸の値は、ΔＨ／２ｒ＝０のときの値で規格化されている。Ｙ方向の相関特性では、縦軸の値は、ΔＶ／２ｒ＝０のときの値で規格化されている。
【０１５６】
図１１Ｃと図１７Ｂを用いて、Ｘ方向における相関特性を比較する。図１１Ｃと図１７Ｂに示すように、どちらの図においても、実線における傾きは、破線における傾きより小さい。これは、タイプ１の境界線であってもタイプ２の境界線であっても、照明光２０における検出感度は、照明光Ｌuniにおける検出感度よりも低いことを意味している。
【０１５７】
次に、図１５Ｂと図１７Ｃを用いて、Ｙ方向における相関特性を比較する。照明光Ｌnon-uniでは、光束透過領域のシフトに応じて、光束透過領域内の光強度の分布が変化する。光束透過領域内の光強度の分布が変化すると、光強度の総和が変化する。そのため、光強度の総和が変動すると、結像光の光量が変動する。よって、以下の説明では、「光強度の総和の変動」の代わりに「光量変動」を用いている。
【０１５８】
図１５Ｂと図１７Ｃに示すように、実線は、図１５Ｂでは曲線であるのに対して、図１７Ｃでは直線になっている。これは、照明光２０を用いた場合、タイプ１の境界線を用いると、Ｙ方向において光量変動が発生するが、タイプ２の境界線を用いると、Ｙ方向における光量変動の発生を防止できることを意味している。
【０１５９】
また、図１５Ｂと図１７Ｃに示すように、破線は、図１５Ｂでは直線であるのに対して、図１７Ｃでは曲線になっている。これは照明光Ｌuniを用いた場合、タイプ１の境界線を用いると、Ｙ方向における光量変動の発生を防止できるが、タイプ２の境界線を用いると、Ｙ方向において光量変動が発生することを意味している。
【０１６０】
Ｙ方向における光量変動が発生するということは、Ｘ方向の傾き量の測定結果がＹ方向の傾きに対して依存するということである。また、Ｙ方向における光量変動が発生しないということは、Ｘ方向の傾き量の測定結果がＹ方向の傾きに対して依存しないということである。Ｙ方向の傾き量を測定する場合も同様である。
【０１６１】
以上の比較結果を纏めると、以下の表１のようになる。第１の方向は、直交する２つの方向のうちの一方の方向であって、開口部材の開口部（光束透過領域）が位置する方向である。第２の方向は、第１の方向と直交する方向である。
【表１】
2017119118.tif 000010
【０１６２】
第１の方向で傾き量の測定を行う際に、第２の方向で光量変動が生じると、測定誤差が発生する。本実施形態の標本形状測定方法では、照明光２０を用いる場合に、タイプ２の境界線を使用している。そのため、傾き量の測定範囲が広いにもかかわらず、第１の方向で傾き量の測定を行う際に、第２の方向で光量変動が生じない。よって、誤差の少ない傾き量の測定が可能になる。
【０１６３】
また、測定誤差の発生を防止するためには、照明光Ｌuniとタイプ１の境界線の組み合わせを用いるか、又は、照明光２０とタイプ２の境界線の組み合わせを用いれば良いことが、表１から分かる。これら２つの組み合わせでは、検出感度（測定範囲）が異なる。よって、標本や測定目的に応じて、いずれかの組み合わせを用いれば良い。
【０１６４】
タイプ２の境界線を用いる場合は、境界線は円弧であって、以下の条件式（８）を満足することが好ましい。
【数８】
2017119118.tif 000011
ここで、
α＝Ｌα／ｒ、β＝Ｌβ／ｒ（β＞１）、
Ｌαは、対物レンズの瞳の中心から第２の境界線までの距離のうち、最小となる距離、
Ｌβは、第２の境界線の半径、
ｒは、対物レンズの瞳の半径、
ｄは、対物レンズの瞳の中心における光強度と、対物レンズの瞳の外縁における光強度との差、
である。
【０１６５】
あるいは、以下の条件式（８’）を満たすことがより好ましい。
【数９】
2017119118.tif 000012
【０１６６】
図１８Ａと図１８Ｂは、条件式（８）のパラメータを説明する図である。条件式（８）と（８’）は、以下の（ＩＡ）、（ＩＢ）、（ＩＣ）を前提としている。
（ＩＡ）標本の表面における傾き量がゼロである。
（ＩＢ）開口部材の開口部から対物レンズの瞳までの間で、光量損失は発生しない。
（ＩＣ）対物レンズの瞳全体が、照明光で満たされている。
【０１６７】
図１８Ａは、対物レンズの瞳位置における光強度を示す図である。開口部材が光路中に配置された場合、対物レンズの瞳の中心に結像光は到達しない。この場合、ｄの値を設定することができない。そこで、（ＩＣ）で述べたように、対物レンズの瞳全体が、照明光で満たされているものと仮定してｄの値を設定する。
【０１６８】
図１８Ｂは、対物レンズの瞳位置における第２の境界線の様子を示す図である。図１８Ｂに示すように、αの値によって、第２の境界線の位置が決まり、βの値によって、第２の境界線の円弧の半径が決まる。
【０１６９】
上述のように、Ｘ方向の傾きとＹ方向の傾きがとが混在している場合であっても、Ｘ方向の測定では、Ｘ方向の傾き量のみを測定できることが好ましい。しかしながら、Ｙ方向の傾きによって、図１９Ａに示すように、光束透過領域はＹ方向にも移動する。
【０１７０】
図１９Ａは、タイプ１の境界線における結像光の様子を示す図である。図１９Ａは図１５Ａと同じなので、図１９Ａについての説明は省略する。
【０１７１】
図１９Ｂは、タイプ１の境界線における相関特性を示す図である。図１９Ｂには、照明光Ｌuniにおける相関特性と照明光５０における相関特性とが示されている。図１９Ｂのグラフは、シミュレーションの結果を示したグラフである。
【０１７２】
図１９Ｂのグラフでは、照明光５０におけるシミュレーション結果が実線で示され、照明光Ｌuniにおけるシミュレーション結果が破線で示されている。どちらのシミュレーションにおいても、縦軸の値は、ΔＶ／２ｒ＝０のときの値で規格化されている。
【０１７３】
図１９Ｂに示すように、照明光Ｌuniでは、シフト量ΔＶが変化しても、光束透過領域の大きさは変化していない。この点については、図１５Ｂで既に説明したので、ここでの説明は省略する。
【０１７４】
これに対して、照明光５０では、シフト量ΔＶが大きくなるにつれて、光束透過領域の大きさが大きくなっている。これは、タイプ１の境界線を用いた場合、測定場所にＹ方向の傾きが存在していると、照明光Ｌuniを用いたＸ方向の測定において、Ｙ方向の傾きの影響を受けることを意味している。この場合、本来のＸ方向の傾きに誤差が加わることになる。
【０１７５】
そこで、本実施形態の標本形状測定方法では、観察光学系から出射した光は、光束透過領域を通過した光であり、光束透過領域は、外側境界線と第３の境界線とで囲まれた領域であり、外側境界線は、観察光学系の瞳の外縁の一部で構成され、外側境界線と第３の境界線は、共に凸状であり、凸の向きは、外側境界線と第３の境界線とで正反対であることが好ましい。
【０１７６】
本実施形態の標本形状測定方法を用いて測定を行う場合、本実施形態の標本形状測定装置は、開口部材として、第２の開口部材を有し、第２の開口部材は、遮光部と開口部とを区分する境界線を有し、境界線が、所定の２点を結ぶ直線と光軸との間に位置することが好ましい。ここで、所定の２点は、第２の開口部材に照明光学系の瞳を重ねたときに、所定の線と照明光学系の瞳の外縁とが交わる２点である。
【０１７７】
図２０Ａは、第２の開口部材を用いたときの照明光の様子を示す図である。図２０Ｂは、第２の開口部材を用いたときの結像光の様子を示す図である。図２０Ａには、第２の開口部材７０に照射された照明光の様子が示されている。照明光の照射範囲は、照明光学系の瞳と見なすことができる。よって、図２０Ａでは、第２の開口部材７０に照明光学系の瞳を重ねた状態が示されていることになる。
【０１７８】
第２の開口部材７０は、遮光部７０ａと開口部７０ｂとを有する。第２の開口部材７０が照明光学系の光路に挿入された場合、第２の開口部材７０は、遮光部７０ａが光軸１０を含むように配置される。開口部７０ｂは、光軸１０に対して偏心した場所に位置している。
【０１７９】
遮光部７０ａと開口部７０ｂとの間には、境界線７１が形成されている。境界線７１によって、遮光部７０ａと開口部７０ｂとが区分されている。
【０１８０】
第２の開口部材７０に照明光学系の瞳を重ねたとき、境界線７１と照明光学系の瞳の外縁とが、点７２と点７３とで交わっている。点７２と点７３は所定の２点である。直線７４は、点７２と点７３とを通過する直線である。
【０１８１】
境界線７１は、円弧で構成されている。円弧は、開口部７０ｂから遮光部７０ａに向かって凸となるように形成されている。よって、第２の開口部材７０では、境界線７１が、直線７４と光軸１０との間に位置する。
【０１８２】
第２の開口部材７０では、境界線７１は、１本の曲線で構成された線である。しかしながら、境界線７１は、複数の直線で構成された線、複数の曲線で構成された線、あるいは曲線と直線とで構成された線のいずれでも良い。
【０１８３】
図２０Ｂには、対物レンズの瞳７の位置における結像光の様子が示されている。境界線７５は、第３の境界線である。境界線７５は境界線７１の像である。境界線７６は、外側境界線である。境界線７６は、対物レンズの瞳７の外縁の一部で構成されている。光束透過領域７７は、境界線７５と境界線７６とで囲まれている。
【０１８４】
境界線７５と境界線７６は、共に凸状になっている。そして、凸の向きは、境界線７５と境界線７６とで正反対になっている。この場合、光束透過領域７７の形状は、両凸形状になっている。よって、境界線７５は、光軸１０側に向かって凸の線で構成されているということができる。
【０１８５】
光軸側に位置する境界線が、光軸側に向かって凸の線で構成されている場合、その境界線を「タイプ３の境界線」とする。境界線７１や境界線７５は、タイプ３の境界線になる。
【０１８６】
相関特性は、上述のように、照明光における光強度の分布パターンで異なるが、境界線の形状によっても異なる。図２１Ａは、タイプ３の境界線における結像光の様子を示す図である。
【０１８７】
タイプ３の境界線におけるＸ方向の相関特性は、図２１Ｂに示すグラフのようになる。タイプ３の境界線におけるＹ方向の相関特性は、図２１Ｃに示すグラフのようになる。図２１Ｂと図２１Ｃのグラフは、シミュレーションの結果を示したグラフである。
【０１８８】
タイプ３の境界線におけるシミュレーションでは、図２１Ａに示すように、対物レンズの瞳７の半径をｒ、光軸１０から境界線７５までの距離を０．８×ｒとしている。境界線７５は、半径が１０×ｒの円の円弧で構成されている。光軸１０から境界線７５までの距離は、光束透過領域７７がシフトする方向における距離である。
【０１８９】
図２１Ｂと図２１Ｃは、タイプ３の境界線における相関特性を示す図である。図２１Ｂは、Ｘ方向における相関特性を示す図である。図２１Ｃは、Ｙ方向における相関特性を示す図である。図２１Ｂと図２１Ｃには、照明光Ｌuniにおける相関特性と照明光５０における相関特性とが示されている。
【０１９０】
図２１Ｂと図２１Ｃのグラフは、シミュレーションの結果を示したグラフである。図２１Ｂと図２１Ｃのグラフでは、照明光５０におけるシミュレーション結果が実線で示され、照明光Ｌuniにおけるシミュレーション結果が破線で示されている。どちらのシミュレーションにおいても、縦軸の値は、ΔＨ／２ｒ＝０のときの値、又は、ΔＶ／２ｒ＝０のときの値で規格化されている。
【０１９１】
図１４Ｃと図２１Ｂを用いて、Ｘ方向における相関特性を比較する。図１４Ｃと図２１Ｂに示すように、どちらの図においても、実線における傾きは、破線における傾きより大きい。これは、タイプ１の境界線であってもタイプ２の境界線であっても、照明光５０における検出感度は、照明光Ｌuniにおける検出感度よりも高いことを意味している。
【０１９２】
次に、図１９Ｂと図２１Ｃを用いて、Ｙ方向における相関特性を比較する。以下の説明においても、「光強度の総和の変動」の代わりに「光量変動」を用いている。
【０１９３】
図１９Ｂと図２１Ｃに示すように、実線は、図１９Ｂでは曲線であるのに対して、図２１Ｃでは直線になっている。これは、照明光５０を用いた場合、タイプ１の境界線を用いると、Ｙ方向において光量変動が発生するが、タイプ３の境界線を用いると、Ｙ方向における光量変動の発生を防止できることを意味している。
【０１９４】
また、図１９Ｂと図２１Ｃに示すように、破線は、図１９Ｂでは直線であるのに対して、図２１Ｃでは曲線になっている。これは照明光Ｌuniを用いた場合、タイプ１の境界線を用いると、Ｙ方向における光量変動の発生を防止できるが、タイプ３の境界線を用いると、Ｙ方向において光量変動が発生することを意味している。
【０１９５】
以上の比較結果を纏めると、以下の表２のようになる。第１の方向は、開口部材の開口部（光束透過領域）が位置する方向である。第２の方向は、第１の方向と直交する方向である。
【表２】
2017119118.tif 000013
【０１９６】
上述のように、第１の方向で傾き量の測定を行う際に、第２の方向で光量変動が生じると、測定誤差が発生する。本実施形態の標本形状測定方法では、照明光５０を用いる場合に、タイプ３の境界線を使用している。そのため、検出感度が高いにもかかわらず、第１の方向で傾き量の測定を行う際に、第２の方向で光量変動が生じない。よって、誤差の少ない傾き量の測定が可能になる。
【０１９７】
また、測定誤差の発生を防止するためには、照明光Ｌuniとタイプ１の境界線の組み合わせを用いるか、又は、照明光５０とタイプ３の境界線の組み合わせを用いれば良いことが、表１から分かる。これら２つの組み合わせでは、検出感度（測定範囲）が異なる。よって、標本や測定目的に応じて、いずれかの組み合わせを用いれば良い。
【０１９８】
タイプ３の境界線を用いる場合は、境界線は円弧であって、以下の条件式（９）を満足することが好ましい。
【数１０】
2017119118.tif 000014
ここで、
α＝Ｌα／ｒ、β＝Ｌβ／ｒ（β＞１）、
Ｌαは、対物レンズの瞳の中心から第２の境界線までの距離のうち、最小となる距離、
Ｌβは、第２の境界線の半径、
ｒは、対物レンズの瞳の半径、
ｄは、対物レンズの瞳の中心における光強度と、対物レンズの瞳の外縁における光強度との差、
である。
【０１９９】
あるいは、以下の条件式（９’）を満たすことがより好ましい。
【数１１】
2017119118.tif 000015
【０２００】
図２２Ａと図２２Ｂは、条件式（９）のパラメータを説明する図である。条件式（９）と（９’）は、上述の（ＩＡ）、（ＩＢ）、（ＩＣ）を前提としている。
【０２０１】
図２２Ａは、対物レンズの瞳位置における光強度を示す図である。開口部材が光路中に配置された場合、対物レンズの瞳の中心に結像光は到達しない。この場合、ｄの値を設定することができない。そこで、（ＩＣ）で述べたように、対物レンズの瞳全体が、照明光で満たされているものと仮定してｄの値を設定する。
【０２０２】
図２２Ｂは、対物レンズの瞳位置における第３の境界線の様子を示す図である。図２２Ｂに示すように、αの値によって、第３の境界線の位置が決まり、βの値によって、第３の境界線の円弧の半径が決まる。
【０２０３】
本実施形態の標本形状測定方法では、所定の照明領域に入射する照明光の光強度は、直交する２つの方向のうち、一方の方向で変化し、他方の方向では一定になっていることが好ましい。
【０２０４】
図２３は、照明光の光強度分布を示す図である。照明光８０は、光強度が不均一に分布している照明光である。開口部材に入射する直前では、照明光８０の形状は円である。図２３に示す照明光８０では、Ｘ方向では光強度が変化し、Ｙ方向では光強度が一定になっている。
【０２０５】
Ｘ方向では、光束の中央８１での光強度が、光束の周辺８２での光強度よりも大きい。また、光強度は、中央８１から周辺８２に向かって小さくなっている。Ｙ方向では、中央８１での光強度と周辺８２での光強度は同じになっている。Ｙ方向の光強度は同一であるのが好ましいが、光強度を完全に同一にすることは難しい。よって、Ｙ方向の光強度は、略同一になっていれば良い。
【０２０６】
図２４Ａは、照明光の様子を示す図である。図２４Ｂは、結像光の様子を示す図である。図２４Ａには、開口部材９０に照射された照明光８０の様子が示されている。照明光８０の照射範囲は、照明光学系の瞳と見なすことができる。よって、図２４Ａでは、開口部材９０に照明光学系の瞳を重ねた状態が示されていることになる。
【０２０７】
開口部材９０は、遮光部９０ａと開口部９０ｂとを有する。開口部材９０が照明光学系の光路に挿入された場合、開口部材９０は、遮光部９０ａが光軸１０を含むように配置される。開口部９０ｂは、光軸１０に対して偏心した場所に位置している。
【０２０８】
遮光部９０ａと開口部９０ｂとの間には、境界線９１が形成されている。境界線９１によって、遮光部９０ａと開口部９０ｂとが区分されている。境界線９１は、光軸１０と直交する１本の直線と平行な線である。
【０２０９】
図２４Ｂには、対物レンズの瞳７の位置における結像光の様子が示されている。境界線９３は、第１の境界線である。境界線９３は、境界線９１の像である。境界線９２は、外側境界線である。境界線９２は、対物レンズの瞳７の外縁の一部で構成されている。光束透過領域９４は、境界線９２と境界線９３とで囲まれている。
【０２１０】
照明光８０を生成するための照明光学系を図２５に示す。図２５は、照明光学系の第１例である。照明光学系１００は、光源１０１と、レンズ１０２と、第１の光学フィルタ１０３と、第２の光学フィルタ１０４と、を有する。
【０２１１】
光源１０１は、点光源である。図２５では、見易さのために、発光部を大きく描いている。光源１０１は、面光源であっても良い。
【０２１２】
光源１０１から照明光Ｌ101が出射する。照明光Ｌ101は、図９に示す照明光２０と同じ光強度分布１０５を有する。光強度の大きさも、照明光２０における光強度と同じである。照明光Ｌ101は、レンズ１０２に入射する。
【０２１３】
レンズ１０２から、照明光Ｌ102が平行光束となって出射する。照明光Ｌ102における光強度分布１０５は、照明光２０における光強度分布と同じになる。光強度の大きさも、照明光２０における光強度と同じである。レンズ１０２から出射した照明光Ｌ102は、第１の光学フィルタ１０３に入射する。
【０２１４】
第１の光学フィルタ１０３は、第１の透過率特性１０３ａを有する。第１の透過率特性１０３ａでは、中央と周辺とで透過率が異なる。中央における透過率は、周辺における透過率よりも低い。また、透過率は、中央から周辺に向かって高くなっている。そのため、照明光Ｌ102では、中央に近い場所を通過する光ほど大きく減光される。
【０２１５】
第１の光学フィルタ１０３から、照明光Ｌ103が出射する。例えば、光強度分布１０５では、中央における光強度が１、中間における光強度が０．８、周辺における光強度が０．５になっている。また、第１の透過率特性１０３ａでは、中央における透過率が５０％、中間における光強度が６２．５％、周辺における透過率が１００％になっている。この場合、照明光Ｌ103の光強度は、中央、中間及び周辺のいずれにおいても０．５になる。
【０２１６】
そこで、第１の透過率特性１０３ａを表す曲線の形を、光強度分布１０５を表す曲線の形と逆にする。このようにすることで、光強度分布１０６を有する照明光Ｌ103が、第１の光学フィルタ１０３から出射する。光強度分布１０６では、どの方向においても、光強度は中央から周辺まで一定になっている。第１の光学フィルタ１０３から出射した照明光Ｌ103は、第２の光学フィルタ１０４に入射する。
【０２１７】
第２の光学フィルタ１０４は、第２の透過率特性１０４ａを有する。第２の透過率特性１０４ａでは、直交する２つの方向のうち、一方の方向では光強度が変化し、他方の方向では光強度が一定になっている。
【０２１８】
具体的には、Ｘ方向では、中央と周辺とで透過率が異なる。中央における透過率は、周辺における透過率よりも高い。また、透過率は、中央から周辺に向かって低くなっている。これに対して、Ｙ方向では、中央と周辺とで透過率は同じである。そのため、照明光Ｌ103は、Ｘ方向については、周辺に近い場所を通過する光ほど大きく減光されるが、Ｙ方向については減光されない。
【０２１９】
第２の光学フィルタ１０４から、照明光Ｌ104が出射する。照明光Ｌ104は、光強度分布１０７を有する。光強度分布１０７では、Ｘ方向において光強度が中央から周辺に向かって小さくなるが、Ｙ方向における光強度は中央から周辺まで一定になっている。
【０２２０】
照明光８０を生成するための別の照明光学系を図２６に示す。図２６は、照明光学系の第２例である。照明光学系１１０は、光源１１１と、レンズ１１２と、開口部材１１３と、シリンドリカルレンズ１１４と、レンズ１１５と、を有する。
【０２２１】
光源１１１は、点光源である。図２６では、見易さのために、発光部を大きく描いている。光源１１１は、面光源であっても良い。
【０２２２】
光源１１１から照明光Ｌ111が出射する。照明光Ｌ111は、図９に示す照明光２０と同じ光強度分布１１６を有する。ただし、光強度の大きさは、照明光２０における光強度と異なっている。照明光Ｌ111は、レンズ１１２に入射する。
【０２２３】
レンズ１１２から、照明光Ｌ112が平行光束となって出射する。照明光Ｌ112における光強度分布１１６は、照明光２０における光強度分布と同じになる。ただし、光強度の大きさは、照明光２０における光強度と異なっている。レンズ１１２から出射した照明光Ｌ112は、開口部材１１３に入射する。
【０２２４】
開口部材１１３は、中央部に長方形の開口１１３ａを有する。開口１１３ａの形状は長方形で、長辺がＸ方向と平行になるように設けられている。開口部材１１３では、照明光Ｌ112の一部の領域が開口１１３ａを通過し、残りの領域は遮光される。開口部材１１３から、照明光Ｌ113が出射する。照明光Ｌ113の形状は長方形である。
【０２２５】
照明光Ｌ112では、光強度はＸ方向とＹ方向の両方で変化している。開口１１３ａでは、長辺がＸ方向と平行になるように位置している。長辺の長さは、照明光Ｌ112の光束径とほぼ同じである。そのため、照明光Ｌ113のＸ方向では、光強度の変化が生じている。これに対して、Ｙ方向と平行になるように位置している短辺では、辺の長さが非常に短くなっている。そのため、照明光Ｌ113のＹ方向では、光強度の変化がほとんど生じない。
【０２２６】
このように、照明光Ｌ113では、直交する２つの方向のうち、一方の方向では光強度が変化し、他方の方向では光強度が一定になっている。照明光Ｌ113は、シリンドリカルレンズ１１４に入射する。
【０２２７】
照明光Ｌ113では、Ｘ方向における光束の長さは、照明光Ｌ112の光束径とほぼ同じである。これに対して、Ｙ方向における光束の長さは、照明光Ｌ112の光束径よりも短くなっている。シリンドリカルレンズでは、直交する２つの方向のうち、一方の方向だけ光の屈折が生じる。そこで、シリンドリカルレンズ１１４は、Ｙ方向で屈折が生じるように配置する。このようにすることで、Ｘ方向における光束の長さを変えることなく、Ｙ方向における光束の長さを長くすることができる。
【０２２８】
シリンドリカルレンズ１１４から、照明光Ｌ114が出射する。照明光Ｌ114の形状は円形である。また、照明光Ｌ114は、光強度分布１１７を有する。光強度分布１１７では、Ｘ方向において光強度が中央から周辺に向かって小さくなるが、Ｙ方向における光強度は中央から周辺まで一定になっている。
【０２２９】
このように、照明光学系１００や照明光学系１１０を用いることで、照明光８０を生成することができる。
【０２３０】
本実施形態の標本形状測定方法は、所定の照明領域の位置を変更するステップを有し、変更前の所定の照明領域と変更後の所定の照明領域は、光軸を中心とする円周上に位置し、光軸を中心として変更前の所定の照明領域を回転させて、変更後の所定の照明領域に重ね合わせたとき、変更前の所定の照明領域における光強度の分布方向と変更後の所定の照明領域における光強度の分布方向が一致することが好ましい。
【０２３１】
ステップＳ１０では、照明光学系内の任意の位置に、所定の照明領域が設定される。ここでは、ステップＳ１０で設定した位置を、第１の位置とする。第１の位置における照明光の様子を図２７Ａに示す。図２７Ａにおいて、開口部９０ｂが所定の照明領域に対応する。
【０２３２】
図２７Ａに示すように、第１の位置では、開口部９０ｂはＸ方向に位置している。よって、第１の位置では、Ｘ方向について、標本の表面における傾き量を求めることができる。また、開口部における照明光の光強度分布は、Ｘ方向で変化しているが、Ｙ方向では一定になっている。
【０２３３】
第１の位置で、ステップＳ２０とステップＳ３０が実行される。このステップＳ２０とステップＳ３０は、１回目の所定の処理ステップである。これにより、Ｘ方向について、標本の表面における傾き量を求めることができる。
【０２３４】
第１の位置での所定の処理ステップが終わった後に、所定の照明領域の位置を変更するステップが実行される。このステップの実行によって、所定の照明領域が、第２の位置に移動する。第２の位置は、第１の位置と異なる位置である。第２の位置における照明光の様子を、図２７Ｂに示す。
【０２３５】
図２７Ｂに示すように、第２の位置は、第１の位置を、光軸１０を中心として９０°回転させた位置である。第２の位置では、開口部９０ｂはＹ方向に位置している。よって、第２の位置では、Ｙ方向について、標本の表面における傾き量を求めることができる。また、開口部における照明光の光強度分布は、Ｙ方向で変化しているが、Ｘ方向では一定になっている。
【０２３６】
第２の位置で、ステップＳ２０とステップＳ３０が実行される。このステップＳ２０とステップＳ３０は、２回目の所定の処理ステップである。これにより、Ｙ方向について、標本の表面における傾き量を求めることができる。
【０２３７】
第１の位置は、開口部９０ｂの位置を変更する前の位置である。第２の位置は、開口部９０ｂの位置を変更した後の位置である。上述のように、第２の位置は、第１の位置を、光軸１０を中心として９０°回転させた位置である。よって、第１の位置における開口部９０ｂと第２の位置における開口部９０ｂは、光軸１０を中心とする円周上に位置している。
【０２３８】
また、第１の位置における開口部９０ｂを、光軸１０を中心として回転させると、第１の位置における開口部９０ｂは、第２の位置における開口部９０ｂと重なる。このとき、光強度の分布方向は一致している。
【０２３９】
このようにすることで、開口部９０ｂの位置に関わらず、測定感度や測定範囲を一定に保ったままで傾き量の測定ができる。また、上述のルックアップテーブルを用いて、標本の表面における傾き量を求める場合、ルックアップテーブルの数を１つにすることができる。
【０２４０】
照明光８０では、開口部９０ｂの位置を変更した場合、照明光における光強度の分布の方向を変更しなくてはならない。光強度の分布の方向の変更は、照明光学系１００（図２５）では、第２の光学フィルタ１０４を、光軸１０の周りに回転させれば良い。照明光学系１１０（図２６）では、開口部材１１３とシリンドリカルレンズ１１４を、光軸１０の周りに回転させれば良い。
【０２４１】
本実施形態の標本形状測定方法では、傾き量から標本の形状を計算し、計算した形状から標本の形状を画像化するステップを有することが好ましい。
【０２４２】
本実施形態の標本形状測定方法について説明する。図２８は、本実施形態の標本形状測定方法のフローチャートである。図８のフローチャートと同じステップについては同じ番号を付し、説明は省略する。本実施形態の標本形状測定方法は、基本測定方法を備え、標本の形状を画像化するステップＳ５０を有する。
【０２４３】
本実施形態の標本形状測定方法では、ステップＳ３４が終わると、ステップＳ５０が実行される。ステップＳ５０では、傾き量から標本８の形状を計算し、計算した形状から標本８の形状を画像化する。このようにすることで、標本の形状を視覚的に把握することができる。ステップＳ３０がステップＳ５０を含んでいても良い。
【０２４４】
また、本実施形態の標本形状測定方法では、基準の光量は、標本が存在していない状態での光量であることが好ましい。
【０２４５】
同じ標本を、異なる光量の照明光で照明すると、結像光の光量も異なる。そのため、結像光の光量だけを用いて傾き量を算出すると、標本が同じであっても、面形状は照明光の光量によって変化してしまう。そこで、本実施形態の標本形状測定方法では、結像光の光量と基準の光量との差又は比を算出している。このようにすることで、照明光の光量が変化しても、標本の表面形状を正しく求めることができる。
【０２４６】
基準の受光量は、標本が存在していない状態の光量なので、照明光の光量になる。よって、基準の光量を用いて結像光の光量との差又は比を算出することで、照明光の光量が変化しても、標本の表面形状を正しく求めることができる。
【０２４７】
また、本実施形態の標本形状測定方法では、照明光を準備するステップと照明光を標本に照射するステップとの間に、基準の光量を設定するステップを有することが好ましい。
【０２４８】
基準の光量は、上述のように、標本が存在していない状態での光量である。ステップＳ３３では、基準の光量を用いて結像光の光量との差又は比を算出する。これにより、照明光の光量が変化しても、標本の表面形状を正しく求めることができる。
【０２４９】
また、本実施形態の標本形状測定方法では、基準の光量を設定するステップは、照明光学系から出射した照明光を観察光学系に入射させて光量を測定し、測定した光量に基づいて基準の光量を設定することが好ましい。
【０２５０】
ステップＳ６０では、標本が存在していない状態で、照明光学系から出射した照明光を観察光学系に入射させて光量を測定する。これにより、標本が存在していない状態での光量を求めることができる。そして、測定した光量に基づいて基準の光量を設定する。
【０２５１】
また、本実施形態の標本形状測定方法では、光量の測定を、最初の標本の測定よりも前に行うことが好ましい。
【０２５２】
このようにすると、標本形状を測定する直前に、基準の光量が測定されることになる。そのため、ステップＳ３３で算出した差又は比の精度を高めることができる。その結果、正確に傾き量を算出することができる。
【０２５３】
また、本実施形態の標本形状測定方法では、測定した光量を記憶しておき、最初の標本の測定よりも前に記憶した光量を読み出して、基準の光量を設定することが好ましい。
【０２５４】
このようにすると、標本形状を測定するたびに、基準の光量を測定する必要がなくなる。よって、測定時間を短縮することができる。
【０２５５】
本実施形態の標本形状測定装置について説明する。本実施形態の標本形状測定装置は、照明光学系と、観察光学系と、保持部材と、検出素子と、処理装置と、を備え、照明光学系は、光源と、コンデンサレンズと、開口部材と、を有し、観察光学系は、対物レンズと、結像レンズと、を有し、保持部材は標本を保持すると共に、照明光学系と観察光学系との間に配置され、開口部材は、遮光部と、開口部と、を有し、遮光部は、コンデンサレンズの光軸を含むように設けられ、開口部は、光軸に対して偏心した位置に設けられ、開口部の像は、観察光学系の瞳位置の近傍に形成されると共に、観察光学系の瞳の外縁の一部と重なるように形成され、開口部材に入射する照明光の光強度は、光軸と垂直な面内の中央と周辺とで異なり、照明光学系により標本に照射された照明光は、標本を透過し、標本から出射した光は観察光学系に入射し、検出素子は、観察光学系から出射した光を受光し、処理装置は、受光した光に基づく光量を求め、光量と基準の光量との差又は比を算出し、差又は比から、標本の表面における傾き量を算出することを特徴とする。
【０２５６】
本実施形態の標本測定装置について、図２９を用いて説明する。図２９は本実施形態の標本形状測定装置の構成を示す図である。
【０２５７】
標本形状測定装置２００は、例えば、正立型顕微鏡であって、照明光学系と観察光学系とを備える。照明光学系は、光源２０１と、コンデンサレンズ２０４と、開口部材２０５とを有する。なお、必要に応じて、照明光学系は、レンズ２０２やレンズ２０３を有する。一方、観察光学系は、対物レンズ２０８と結像レンズ２１０とを有する。
【０２５８】
光源２０１から出射した光は、レンズ２０２とレンズ２０３を通過して、コンデンサレンズ２０４に到達する。コンデンサレンズ２０４には、開口部材２０５が設けられている。ここでは、コンデンサレンズ２０４と開口部材２０５とが、一体で構成されている。しかしながら、開口部材２０５とコンデンサレンズ２０４とを、それぞれ別体で構成しても良い。開口部材２０５は、図１における遮光部材４に相当する。開口部材２０５には、金属板が用いられている。
【０２５９】
開口部材２０５に、例えば、図１０Ａに示す開口部材３０を用いても良い。上述のように、開口部材３０は、遮光部３０ａと開口部３０ｂとを有する。遮光部３０ａは、光軸１０を含むように設けられている。開口部３０ｂは、光軸から離れた位置に設けられている。
【０２６０】
光軸１０に対する遮光部３０ａの位置や開口部３０ｂの位置は、開口部材３０を照明光学系の光路に配置することで決まる。よって、遮光部３０ａが光軸１０を含むように開口部材３０を配置することで、開口部３０ｂは、光軸に対して偏心した場所に位置することになる。
【０２６１】
図１０Ｂに示すように、開口部の像は、観察光学系の瞳位置の近傍に形成される。図４１Ｂは、結像光の様子を示す図である。図１０Ｂでは、開口部３０ｂを通過した光束は図示されているが、開口部３０ｂの輪郭の図示は省略されている。輪郭は図示されていないが、開口部３０ｂの像は、対物レンズの瞳の外縁の一部と重なるように形成されている。
【０２６２】
また、コンデンサレンズ２０４の代わりに、反射面を有するコンデンサ部を用いても良い。コンデンサ部は、例えば、円錐ミラーと凹面ミラーとで構成できる。円錐ミラーは光軸上に配置されている。凹面ミラーは円環状の反射面を有し、円錐ミラーを取り囲むように配置されている。
【０２６３】
開口部材２０５と光源２０１とは共役な関係になっている。よって、光源２０１から出射した照明光は、開口部材２０５の位置で集光する。すなわち、開口部材２０５の位置に光源２０１の像が形成される。
【０２６４】
開口部材２０５から出射した照明光は、コンデンサレンズ２０４に入射する。ここで、開口部材２０５の位置は、コンデンサレンズ２０４の焦点位置（あるいは、コンデンサレンズ２０４の瞳位置）と一致している。そのため、コンデンサレンズ２０４から出射する照明光は、平行光になる。コンデンサレンズ２０４から出射する照明光は、観察光学系の光軸（照明光学系の光軸）と交差するように出射する。
【０２６５】
コンデンサレンズ２０４から出射した照明光は、標本２０７に到達する。標本２０７は保持部材２０６上に載置されている。標本２０７は、例えば細胞であって、無色透明である。
【０２６６】
標本２０７を透過した光、すなわち、結像光は顕微鏡対物レンズ２０８（以下、「対物レンズ」という）に入射する。この対物レンズ２０８は、例えば、明視野観察用の顕微鏡対物レンズである。よって、対物レンズ２０８の光路中にはレンズが存在するだけで、位相板や変調板のように光の強度や位相を変化させる光学部材は存在していない。
【０２６７】
図１に示すように、標本２０７を透過した平行光は、対物レンズの瞳２０９に集光する。このように、対物レンズの瞳２０９と開口部材２０５とは共役な関係になっている。よって、対物レンズの瞳２０９の位置に開口部材２０５の像が形成される。
【０２６８】
対物レンズ２０８から出射した結像光は、結像レンズ２１０に入射する。そして、結像レンズ２１０を出射した結像光によって、像位置２１１に標本２０７の光学像が形成される。
【０２６９】
像位置２１１には、検出素子２１２が配置されている。検出素子２１２は光電変換素子である。検出素子２１２としては、例えば、フォトダイオード、ＣＣＤ、ＣＯＭＳ等がある。
【０２７０】
光学像の光強度は、検出素子２１２によって電気信号に変換される。変換された電気信号は、標本２０７の画像データとして処理装置２１３に送信される。画像データは、光学像の光量を表している。
【０２７１】
処理装置２１３では、図８に示すフローチャートに従って処理が実行される。すなわち処理装置２１３では、結像光の光量を求め（ステップＳ３２）、光量と基準の光量との差又は比を算出し（ステップＳ３３）、算出結果から、標本の表面における傾き量を算出する（ステップＳ３４）。ここで、所定の領域が設定されているので、ステップＳ３２では、画像データのうちの所定の領域について、光量を求める処理が行われる。
【０２７２】
上述のように、本実施形態の標本形状測定装置では、開口部材に入射する照明光の光強度が中央と周辺とで異なる。
【０２７３】
多くの光源では、光源から出射した光の光強度は、中央と周辺とで異なる。そのため、上述のようにすると、光源から出射した光をそのまま照明光として使用することや、光学系を介して照明光として使用することができる。そのため、簡単に照明光を準備することができる。
【０２７４】
このように、本実施形態の標本測定装置では、特定の方向に偏斜された照明光を標本に照射しているだけである。そのため、標本の表面における傾き量の分布の導出では、標本から出射した光、すなわち、標本を透過した光を利用しているだけで、像のコントラストや非回折光と回折光との干渉を利用していない。よって、本実施形態の標本測定装置によれば、表面の反射率が低く、表面形状が滑らかな標本であっても、高い精度で標本の表面形状を測定できる。
【０２７５】
本実施形態の標本形状測定装置では、開口部材に入射する照明光の光強度分布は、軸対称に分布していることが好ましいことが好ましい。
【０２７６】
本実施形態の標本形状測定装置では、開口部材に入射する照明光の光強度は、光束の中央から周辺に向かって小さくなっていることが好ましい。
【０２７７】
本実施形態の標本形状測定装置では、開口部材に入射する照明光の光強度は、光束の中央から周辺に向かって大きくなっていることが好ましい。
【０２７８】
本実施形態の標本形状測定装置では、開口部材に入射する照明光の光強度は、直交する２つの方向のうち、一方の方向で変化し、他方の方向では一定になっていることが好ましい。
【０２７９】
本実施形態の標本形状測定装置は、遮光部と開口部とを区分する境界線を有し、境界線は光軸と直交する一本の直線と平行な線で構成されていることが好ましい。
【０２８０】
本実施形態の標本形状測定装置は、開口部の位置を変更する機構を有し、変更前の開口部と変更後の開口部は、光軸を中心とする円周上に位置し、光軸を中心として変更前の開口部を回転させて、変更後の開口部に重ね合わせたとき、変更前の開口部における光強度の分布方向と変更後の開口部における光強度の分布方向が一致することが好ましい。
【０２８１】
これらの本実施形態の標本形状測定装置の技術的意義については既に説明したので、ここでの説明は省略する。
【０２８２】
本実施形態の標本測定装置による測定例を図３０Ａ、図３０Ｂ、図３０Ｃ及び、図３０Ｄに示す。図３０Ａは、ステップＳ３２の実行結果（Ｘ方向）を示す電子画像、図３０Ｂは、ステップＳ３２の実行結果（Ｙ方向）を示す電子画像、図３０Ｃは、ステップＳ５０の実行結果を示す電子画像、図３０Ｄは、ステップＳ５０の実行結果を示す画像である。
【０２８３】
図３０Ａの電子画像の取得では、図１０Ａに示すように、開口部３０をＸ方向に位置させて、結像光の光量を求めている。図３０Ｂの電子画像の取得では、開口部３０をＹ方向に位置させて、結像光の光量を求めている。
【０２８４】
この測定例では、標本はｉＰＳ細胞である。対物レンズの倍率は２０倍、開口数は０．４である。光源はハロゲンランプを使用している。よって、照明光における光強度分布は、概ね図９に示す光強度分布になっている。
【０２８５】
対物レンズの瞳位置における光束の様子を、図３１に示す。ｒin＝０．８０ｒ、ｒout＝１．６５ｒである。
【０２８６】
この測定例では、標本の測定に先だって、標準試料の測定を行っている。標準試料では、標本の表面における傾き量が既知である。標準試料の測定を行うことで、光量と傾き量との関係を示すデータが得られる。
【０２８７】
このデータを用いて、ルックアップテーブルを作成する。また、既にルックアップテーブルが作成されている場合は、必要に応じて、ルックアップテーブルのデータの更新を行う。ルックアップテーブルの使用方法については既に説明したので、ここでの説明は省略する。
【０２８８】
本実施形態の標本形状測定方法を用いる装置では、装置を構成する部材の各々に、製造公差の範囲内でばらつきが発生する。例えば、対物レンズの開口数の値や倍率の値は、製造公差の範囲内でばらつく。また、開口部と遮光部との境界も、製造公差の範囲内でばらつく。
【０２８９】
標本の形状測定では、標本に応じて、観察光学系の構成や照明光学系の構成の変更が行われる。観察光学系では、例えば、最適な視野や分解能を得るために、標本Ａの測定では対物レンズＡが用いられ、標本Ｂの測定では対物レンズＢが用いられる。同様に、照明光学系では、例えば、標本Ａの測定では開口部材Ａが用いられ、標本Ｂの測定では開口部材Ｂが用いられる。
【０２９０】
そのため、装置を構成する部材の各々に、製造公差の範囲内でのばらつきが存在すると、結像光の光量と傾き量との対応関係が、理想状態での対応関係と異なってしまう。その結果、測定誤差が生じる。
【０２９１】
また、個々の部材、例えば、開口部と遮光部との境界にばらつきが無い場合であっても、開口部材を照明光学系の光路に配置するたびに、配置位置にばらつきが生じる。その結果、開口部と遮光部との境界にばらつきが生じる。その結果、測定誤差が生じる。
【０２９２】
また、例えば、光源、光学フィルタ又はコンデンサレンズが変更されることもある。このような構成の変更が生じると、観察光学系の構成や照明光学系の構成ごとで、結像光の光量と傾き量との対応関係が異なってしまう。
【０２９３】
そこで、標準試料の測定を実行することで、実際の測定に即した対応関係を得ることができる。その結果、標本の表面における傾き量をより正確に求めることができる。また、標本の表面における傾き量はルックアップテーブルを用いて算出されるので、煩雑な計算の工程を省くことができる。
【０２９４】
標準試料の測定の実行は、最初の測定時に行えば良い。しかしながら、測定を行うたびに、標準試料の測定を実行しても良い。
【０２９５】
上述のばらつきが非常に小さい場合、標準試料の測定の実行を、装置の製造時に行っても良い。この場合、観察光学系の構成と照明光学系の構成の組み合わせを様々に変えて、標準試料の測定の実行を行う。そして各組み合わせで得た結果に基づいて、ルックアップテーブルを作成すれば良い。
【０２９６】
標準試料の測定の実行で得た結果を、基準の光量で校正しても良い。このようにすることで、標本の表面における傾き量を更に正確に求めることができる。
【産業上の利用可能性】
【０２９７】
以上のように、本発明は、簡単に照明光を準備することができ、しかも、表面の反射率が低く、表面形状が滑らかな標本であっても、高い精度で標本面の傾きや形状を測定できる標本形状測定方法及び標本形状測定装置に適している。
【符号の説明】
【０２９８】
１  照明光学系
２  観察光学系
３  ステージ
４  遮光部材
４ａ  遮光領域
４ｂ  透過領域
５  コンデンサレンズ
６  対物レンズ
７  絞り（対物レンズの瞳）
７ａ  遮光部
７ｂ  透過部
７’  絞りの像（対物レンズの瞳の像）
８  標本
９  液浸媒質（浸液）
１０  光軸
１１  観察点
１２  面の法線
２０  照明光
２１  光束の中央
２２  光束の周辺
３０  開口部材
３０ａ  遮光部
３０ｂ  開口部
３１、３２、３３  境界線
３４  光束透過領域
４０、４１  境界線
４２  光束透過領域
５０  照明光
５１  光束の中央
５２  光束の周辺
５３  光束の外縁
６０  第１の開口部材
７０  第２の開口部材
６０ａ、７０ａ  遮光部
６０ｂ、７０ｂ  開口部
６１、７１  境界線
６２、６３、７２、７３  点
６４、７４  直線
６５、６６、７５、７６  境界線
６７、７７  光束透過領域
８０  照明光
８１  光束の中央
８２  光束の周辺
９０  開口部材
９０ａ  遮光部
９０ｂ  開口部
９１、９２、９３  境界線
９４  光束透過領域
１００、１１０  照明光学系
１０１、１１１  光源
１０２、１１２、１１５  レンズ
１０３  第１の光学フィルタ
１０３ａ  第１の透過率特性
１０４  第２の光学フィルタ
１０４ａ  第２の透過率特性
１０５、１０６、１０７  光強度分布
１１３  開口部材
１１３ａ  開口
１１４  シリンドリカルレンズ
１１６、１１７  光強度分布
２００  標本形状測定装置
２０１  光源
２０２、２０３  レンズ
２０４  コンデンサレンズ
２０５  開口部材
２０６  保持部材
２０７  標本
２０８  対物レンズ
２０９  対物レンズの瞳
２１０  結像レンズ
２１１  像位置
２１２  検出素子
２１３  処理装置
ＬIL1、ＬIL2、ＬIL3  照明光
ＬSP1、ＬSP2、ＬSP3  結像光
Ｌ101、Ｌ102、Ｌ103、Ｌ104、Ｌ111、Ｌ112、Ｌ113、Ｌ114  照明光
【図１】
2017119118.tif 000016
【図２Ａ】
2017119118.tif 000017
【図２Ｂ】
2017119118.tif 000018
【図３】
2017119118.tif 000019
【図４Ａ】
2017119118.tif 000020
【図４Ｂ】
2017119118.tif 000021
【図５】
2017119118.tif 000022
【図６Ａ】
2017119118.tif 000023
【図６Ｂ】
2017119118.tif 000024
【図７】
2017119118.tif 000025
【図８】
2017119118.tif 000026
【図９】
2017119118.tif 000027
【図１０Ａ】
2017119118.tif 000028
【図１０Ｂ】
2017119118.tif 000029
【図１１Ａ】
2017119118.tif 000030
【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１７Ｃ】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２１Ａ】
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【図２１Ｂ】
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【図２１Ｃ】
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【図２２Ａ】
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【図２２Ｂ】
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【図２３】
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【図２４Ａ】
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【図２４Ｂ】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７Ａ】
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【図２７Ｂ】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０Ａ】
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【図３０Ｂ】
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【図３０Ｃ】
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【図３０Ｄ】
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【図３１】
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【国際調査報告】
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