(57)【要約】【課題】装置構成を簡略化しながら、同焦距離の異なるレンズを使用し、光軸を回動した場合であっても、簡易にユーセントリック観察が可能な観察装置を提供する。【解決手段】本発明の観察装置は、ステージ５と、複数の対物レンズ１７を装着可能であって、観察試料Ｓの光学像を取得するヘッド部９と、ヘッド部９を保持しながら、光軸に垂直な軸周りに回動可能な回動支持部８と、回動支持部８が回動した角度を検出する角度検出部１９と、ステージ５を光軸方向に上下動するＺ方向移動部７と、ステージ５を載置面と平行に移動するＸ方向移動部６と、対物レンズを選択する操作部１０２と、対物レンズ１７の同焦距離を記憶する記憶部と、合焦位置を算出する合焦位置算出部と、ステージ５を合焦位置に移動する制御部１００と、を備えることを特徴とする。【選択図】図１
2018120057.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
観察試料を載置するステージと、
同焦距離の異なる複数の対物レンズを装着可能であって、前記観察試料の光学像を取得する照明光学系および観察光学系を内蔵するヘッド部と、
前記ヘッド部を保持しながら、光軸に垂直な軸周りに回動可能な回動支持部と、
前記回動支持部が回動した角度を検出する角度検出部と、
前記ステージを鉛直方向に上下動するＺ方向移動部と、
前記ステージを、載置面と平行、かつ前記回動支持部の回動軸と直交する方向に移動するＸ方向移動部と、
使用する前記対物レンズを選択する操作部と、
装着可能な前記対物レンズの同焦距離を記憶する記憶部と、
前記記憶部から取得した前記操作部を介して選択された前記対物レンズの同焦距離と、前記角度検出部が検出した前記回動支持部の回動角度と、に基づき、前記観察試料に対する前記対物レンズの合焦位置を算出する合焦位置算出部と、
前記ステージを、前記Ｘ方向移動部および前記Ｚ方向移動部を制御して前記合焦位置算出部が算出した合焦位置に移動する制御部と、
を備えることを特徴とする観察装置。
【請求項２】
観察試料を載置するステージと、
同焦距離の異なる複数の対物レンズを装着可能であって、前記観察試料の光学像を取得する照明光学系および観察光学系を内蔵するヘッド部と、
前記ヘッド部を保持しながら、光軸に垂直な軸周りに回動する回動支持部と、
前記回動支持部が回動した角度を検出する角度検出部と、
前記ステージを鉛直方向に上下動するＺ方向移動部と、
前記ステージを、載置面と平行、かつ前記回動支持部の回動軸と直交する方向に移動するＸ方向移動部と、
光軸上に配置された前記対物レンズの種別を検出する検出部と、
装着可能な前記対物レンズの同焦距離を記憶する記憶部と、
前記記憶部から取得した前記検出部が検出した前記対物レンズの同焦距離と、前記角度検出部が検出した前記回動支持部の回動角度と、に基づき、前記観察試料に対する前記対物レンズの合焦位置を算出する合焦位置算出部と、
前記ステージを、前記Ｘ方向移動部および前記Ｚ方向移動部を制御して前記合焦位置算出部が算出した合焦位置に移動する制御部と、
を備えることを特徴とする観察装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、拡大観察用のカメラを備えた観察装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、観察試料を上方のみならず、別の角度から観察可能とするために、カメラを保持した保持部材を水平軸周りに回動させて、固定、観察を行うスタンド装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−５９５９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１では、カメラの高さと、観察試料を載置するステージの高さがそれぞれ調整可能である。したがって、使用するレンズの焦点距離が異なるカメラや、表面高さが異なる観察試料を使用した場合であっても、各粗動機構、微調整機構によりカメラの高さと観察試料の高さを調整できるため、カメラを回動した場合でもユーセントリック観察を行うことが可能となる。
【０００５】
しかしながら、特許文献１では、レンズの焦点距離が異なるカメラを使用し、ユーセントリック観察を行う場合、カメラ側とステージ側にそれぞれ移動機構を設ける必要がある。また、観察試料を変えた場合のステージ側の高さは検出器で比較的簡易に調整可能であるが、カメラを変えた場合は、保持部材の回転軸にカメラの焦点を合わせる必要があり、セッティングに手間がかかるという問題を有している。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、装置構成を簡略化するとともに、同焦距離の異なるレンズを使用し、光軸を回動した場合であっても、簡易にユーセントリック観察が可能な観察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】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる観察装置は、観察試料を載置するステージと、同焦距離の異なる複数の対物レンズを装着可能であって、前記観察試料の光学像を取得する照明光学系および観察光学系を内蔵するヘッド部と、前記ヘッド部を保持しながら、光軸に垂直な軸周りに回動する回動支持部と、前記回動支持部が回動した角度を検出する角度検出部と、前記ステージを鉛直方向に上下動するＺ方向移動部と、前記ステージを、載置面と平行、かつ前記回動支持部の回動軸と直交する方向に移動するＸ方向移動部と、使用する前記対物レンズを選択する操作部と、装着可能な前記対物レンズの同焦距離を記憶する記憶部と、前記記憶部から取得した前記操作部を介して選択された前記対物レンズの同焦距離と、前記角度検出部が検出した前記回動支持部の回動角度と、に基づき、前記観察試料に対する前記対物レンズの合焦位置を算出する合焦位置算出部と、前記ステージを、前記Ｘ方向移動部および前記Ｚ方向移動部を制御して前記合焦位置算出部が算出した合焦位置に移動する制御部と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明にかかる観察装置は、観察試料を載置するステージと、同焦距離の異なる複数の対物レンズを装着可能であって、前記観察試料の光学像を取得する照明光学系および観察光学系を内蔵するヘッド部と、前記ヘッド部を保持しながら、光軸に垂直な軸周りに回動する回動支持部と、前記回動支持部が回動した角度を検出する角度検出部と、前記ステージを鉛直方向に上下動するＺ方向移動部と、前記ステージを、載置面と平行、かつ前記回動支持部の回動軸と直交する方向に移動するＸ方向移動部と、光軸上に配置された前記対物レンズの種別を検出する検出部と、装着可能な前記対物レンズの同焦距離を記憶する記憶部と、前記記憶部から取得した前記検出部が検出した前記対物レンズの同焦距離と、前記角度検出部が検出した前記回動支持部の回動角度と、に基づき、前記観察試料に対する前記対物レンズの合焦位置を算出する合焦位置算出部と、前記ステージを、前記Ｘ方向移動部および前記Ｚ方向移動部を制御して前記合焦位置算出部が算出した合焦位置に移動する制御部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、移動機構をステージ側にのみ配設した場合であっても、同焦距離の異なる複数の対物レンズを用いて、簡易にユーセントリック観察することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の実施の形態にかかる観察装置の全体構成を示す概略図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態にかかる観察装置の通信系統の構成を示すブロック図である。
【図３】図３は、記憶部に記憶される対物レンズのデータテーブルの一例を示す図である。
【図４】図４は、基準となる対物レンズを使用した場合の観察状態を説明する図である。
【図５】図５は、基準の対物レンズと同焦距離の異なる対物レンズを使用した場合の観察状態を説明する図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態にかかる観察装置の焦点合わせのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照し、本発明の好適な実施の形態（以下「実施の形態」という）について詳細に説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付して示している。
【００１２】
（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態にかかる観察装置の全体構成を示す概略図である。本発明の実施の形態にかかる観察装置１は、ベース部２と、ベース部２上に立設され、観察試料Ｓを載置するステージ５を支持する第１支柱３と、ベース部２上に立設され、ヘッド部９を支持する第２支柱４と、を備える。
【００１３】
ヘッド部９は、観察試料Ｓに光を照射する光源１０と、光源１０から照射された光を平行光とするコレクタレンズ１１と、コレクタレンズ１１からの光を対物レンズ１７に反射するハーフミラー１２と、観察試料Ｓが反射し、ハーフミラー１２を透過した光の光束を制限する開口絞り１３と、開口絞り１３から入射した光を結像する結像レンズ１４と、観察試料Ｓを撮像するカメラ１５と、を内蔵する。
【００１４】
ヘッド部９の下部には、ヘッド部９に対して回動自在に保持されるレボルバ１６が取り付けられている。対物レンズ１７は、観察試料Ｓに平行光を集光する。対物レンズ１７ａは、レボルバ１６に対して倍率（観察倍率）の異なる他の対物レンズ１７ｂとともに交換自在に装着されており、レボルバ１６の回転に応じて光軸Ｌ上に挿入されて観察試料Ｓの観察に用いる対物レンズ１７ａ、１７ｂが択一的に切り換えられるようになっている。また、レボルバ１６は、対物レンズ１７ａ、１７ｂを切り換えるモータ（図示しない）と、対物レンズ切換えセンサ（図示しない）と、を有している。本実施の形態では、２つの対物レンズ１７ａ、１７ｂを備えるものとして説明しているが、これに限定するものではない。また、同焦距離の異なる対物レンズ１７を取り付け可能であれば、レボルバ１６を備えることなく、ヘッド部９に直接対物レンズ１７を取り付ける構成であってもよい。
【００１５】
光源１０から照射された光は、コレクタレンズ１１を通ってハーフミラー１２で反射された後、光軸Ｌに挿入されている対物レンズ１７ａを介して観察試料Ｓに照射される。観察試料Ｓで反射した光は、対物レンズ１７ａ、ハーフミラー１２、開口絞り１３を通った後に、結像レンズ１４によりカメラ１５の受光面に観察試料Ｓの像が結像される。結像した像の画像データは、後述する制御部１００に送信される。
【００１６】
ヘッド部９は、第２支柱４に支持される回動支持部８に保持されている。回動支持部８は、光軸Ｌに垂直な回動軸Ｃ周りに回動することにより、ヘッド部９を回動する。回動支持部８を回動することにより、ヘッド部９の光軸Ｌをステージ５の載置面ｆに対して鉛直方向から傾け、観察試料Ｓを斜め方向から観察することができる。
【００１７】
回動支持部８には、回動支持部８の回動角度を検出する角度検出部１９が設けられている。角度検出部１９は、回動支持部８の鉛直方向からの回動角度θ（図５等参照）を検出する。
【００１８】
ステージ５は、鉛直方向（以下、Ｚ方向と記する）に移動するＺ方向移動部７を介して第１支柱３に支持されている。また、ステージ５は、Ｘ方向移動部６により、観察装置１の正面側から見て左右方向（以下、Ｘ方向と記する）に移動可能である。Ｚ方向移動部７およびＸ方向移動部６は、例えば、ステッピングモーター等から構成されている。また、Ｚ方向移動部７には、ステージ５のＺ方向の位置を検出するポジションセンサ１８が設けられている。
【００１９】
制御部１００は、観察装置１の駆動を制御する。図２は、本発明の実施の形態にかかる観察装置１の通信系統の構成を示すブロック図である。制御部１００は、光源１０、開口絞り１３、カメラ１５、Ｘ方向移動部６、Ｚ方向移動部７を制御し、観察試料Ｓの画像データを取得する。制御部１００は、取得した画像データを表示部１０１に送信し、表示部１０１は画像データを表示する。
【００２０】
操作部１０２は、使用する対物レンズ１７の入力を受け付ける。制御部１００は、操作部１０２を介して入力された対物レンズ１７が、光軸Ｌ上に配置されるようにレボルバ１６を制御する。操作部１０２を介した対物レンズ１７の入力は、表示部１０１に表示される画像データを見ながら行うことができる。
【００２１】
また、制御部１００は、対物レンズ１７の種類と同焦距離のデータテーブルを記憶する記憶部１０３と、操作部１０２により入力された対物レンズ１７が、基準となる対物レンズ１７ａと同焦か否かを判定する判定部１０４と、対物レンズ１７の合焦位置を算出する合焦位置算出部１０５と、を備える。
【００２２】
図３は、記憶部１０３に記憶される対物レンズ１７のデータテーブルの一例である。記憶部１０３は、図３に示すように、レボルバ１６に（またはヘッド９に直接）装着可能な対物レンズ１７とその同焦距離のデータテーブルを記憶する。
【００２３】
合焦位置算出部１０５は、基準となる対物レンズ１７ａと同焦距離の異なる対物レンズ１７ｂを使用する場合、特に、回動支持部８を回動することによりヘッド部９を鉛直方向から傾けて観察する場合に、観察試料Ｓに焦点が合う位置（以下、合焦位置と記する）を算出する。
【００２４】
図４は、基準となる対物レンズ１７ａを使用した場合の観察状態を説明する図であり、図５は、基準の対物レンズ１７ａと同焦距離の異なる対物レンズ１７ｂを使用した場合の観察状態を説明する図である。観察装置１は、基準となる対物レンズ１７ａ（同焦距離ａ）を使用した場合、図４の（ａ）に示すように、ステージ５の載置面ｆを基準位置ｐ（対物レンズ１７ａから同焦距離ａだけ離間した位置）に一致させると焦点が合う装置構成となっている。載置面ｆと光軸Ｌの交点は回転軸Ｃと一致している。
【００２５】
観察試料Ｓの観察を行う場合には、図４の（ｂ）に示すように、観察試料Ｓの表面上の観察点Ａに焦点を合わせて、すなわち観察点Ａを対物レンズ１７ａから同焦距離ａだけ離間させて行う。観察点Ａへの焦点合わせは、制御部１００がＺ方向移動部７を制御して、ステージ５をＺ方向（下方）に移動させることにより行う。制御部１００は、ポジションセンサ１８からステージ５のＺ方向の位置を取得することにより、観察試料Ｓの高さｔを得ることができる。
【００２６】
観察試料Ｓを斜め方向、例えば、図４の（ｃ）に示すように、基準となる対物レンズ１７ａを使用し、鉛直方向から角度θだけ傾けた状態で観察する場合、観察点Ａは回動中心Ｃと一致しているため、角度θにかかわらず観察点Ａに焦点が合い、ユーセントリック観察が可能となる。基準となる対物レンズ１７ａが、例えば、図３に示すデータテーブルの１（Ａシリーズ、５倍対物）である場合、同焦距離が同じ２（Ａシリーズ、１０倍対物）および３（Ａシリーズ、５０倍対物）を使用する場合も、角度θにかかわらず観察試料Ｓの表面上の観察点Ａに焦点が合い、ユーセントリック観察が可能となる。
【００２７】
一方、基準となる対物レンズ１７ａと同焦距離が異なる対物レンズ１７ｂ（同焦距離ｂ）を使用した場合、図５の（ａ）に示すように、観察試料Ｓ１の表面上の観察点Ｂを、対物レンズ１７ｂから同焦距離ｂだけ離間した位置に一致させると焦点が合う。観察点Ｂへの焦点合わせは、制御部１００がＺ方向移動部７を制御して、ステージ５をＺ方向（下方）に移動させることにより行う。制御部１００は、ポジションセンサ１８から取得したステージ５の基準位置からの移動量Ｚ、対物レンズ１７ｂの同焦距離ｂ、および対物レンズ１７ａの同焦距離ａを用い、下記式（１）により観察試料Ｓ１の高さｔ１を得ることができる。
ｔ１＝Ｚ−（ｂ−ａ）        （１）
【００２８】
対物レンズ１７ｂを用いて観察試料Ｓ１を斜め方向、例えば、図５の（ｂ）に示すように鉛直方向から角度θだけ傾けた状態で観察する場合、観察点Ｂは回動中心Ｃと一致していないため、対物レンズ１７ｂの合焦位置は観察点Ｂから観察点Ｂ’に移動する。
【００２９】
観察点Ｂ’の位置は、回動角度θ、対物レンズ１７ｂの同焦距離ｂ、および対物レンズ１７ａの同焦距離ａを用い、合焦位置算出部１０５が下記式（２）および（３）により、観察点ＢからのＸ方向移動量△Ｘ、Ｚ方向の移動量△Ｚとして算出する。
△Ｘ＝（ｂ−ａ）ｓｉｎθ            （２）
△Ｚ＝（ｂ−ａ）（１−ｃｏｓθ）      （３）
【００３０】
制御部１００は、合焦位置算出部１０４が算出したＸ方向移動量△ＸおよびＺ方向移動量△Ｚに基づき、Ｘ方向移動部６およびＺ方向移動部７を制御して、ステージ５をＸ方向に△Ｘ、Ｚ方向に△Ｚ移動し、観察試料Ｓ１の表面上の観察点Ｂを観察点Ｂ’に位置させることにより、ピントが合った状態で観察可能となる。
【００３１】
次に、図を参照して、観察装置１において、ヘッド部９を傾けた状態での焦点合わせについて説明する。図６は、本発明の実施の形態にかかる観察装置１の焦点合わせのフローチャートである。
【００３２】
まず、制御部１００は、操作部１０２を介して使用する対物レンズ１７の入力を受け付け（ステップＳ１）、入力された対物レンズ１７の同焦距離を記憶部１０３から取得する（ステップＳ２）。判定部１０４は、使用する対物レンズ１７の同焦距離が基準となる対物レンズ１７ａと同一であるか否かを判定する（ステップＳ３）。
【００３３】
使用する対物レンズ１７の同焦距離が基準となる対物レンズ１７ａと同一である場合（ステップＳ３：Ｙｅｓ）、制御部１００は、ステージ５のＺ方向の位置を、Ｚ方向移動部７を制御して基準位置ｐに移動し（ステップＳ４）、焦点合わせを終了する。
【００３４】
使用する対物レンズ１７の同焦距離が基準となる対物レンズ１７ａと同一でない場合（ステップＳ３：Ｎｏ）、ヘッド部９が固定されたか否かを確認する（ステップＳ５）。ヘッド部９が固定されていない場合（ステップＳ５：Ｎｏ）、ヘッド部９が固定されるまでステップＳ４を繰り返し、ヘッド部９が固定された場合（ステップＳ５：Ｙｅｓ）、角度検出部１９からヘッド部９の鉛直方向からの回動角度θを取得する（ステップＳ６）。
【００３５】
合焦位置算出部１０５は、角度検出部１９から取得した回動角度θ、使用する対物レンズ１７ｂの同焦距離、および基準となる対物レンズ１７ａの同焦距離から、回動角度θでの対物レンズ１７ｂの合焦位置を算出し（ステップＳ７）、制御部１００は、Ｘ方向移動部６およびＺ方向移動部７を制御し、ステージ５を算出された合焦位置に移動し（ステップＳ８）、焦点合わせを終了する。
【００３６】
本実施の形態では、基準となる対物レンズ１７ａと同焦距離の異なる対物レンズ１７ｂを使用し、ヘッド部９を傾けて観察を行う場合でも、ヘッド部９側に移動機構を設けることなく、簡易に観察試料に焦点合わせを行うことができ、常にユーセントリック観察が可能となる。
【００３７】
なお、上記の実施の形態では、操作部１０２により使用する対物レンズ１７の種別を入力するが、操作部を設けることなく、光軸Ｌ上に配置されている対物レンズ１７の種別を検出する対物レンズ検出センサ等を配置し、対物レンズ検出センサの出力に応じて、光軸Ｌ上に配置されている対物レンズ１７の種別を判別することもできる。
【００３８】
対物レンズ検出センサにより光軸Ｌ上に配置されている対物レンズ１７の種別を判別する場合、対物レンズの種別を操作部１０２により入力する必要がなく、ヘッド部９を傾けて観察を行う場合でも、ヘッド部９側に移動機構を設けることなく、簡易に観察試料に焦点合わせを行うことが可能となる。
【００３９】
さらに、上記の実施の形態では、ヘッド部９の回動終了を確認した後、合焦距離算出部１０５が合焦位置を算出しているが、ヘッド部９の回動に追従させるように、逐次、合焦距離算出部１０５が合焦位置を算出し、制御部１００は、ステージ５を移動させるよう制御してもよい。
【符号の説明】
【００４０】
１        観察装置
２        ベース部
３        第１支柱
４        第２支柱
５        ステージ
６        Ｘ方向移動部
７        Ｚ方向移動部
８        回動支持部
９        ヘッド部
１０      光源
１１      コレクタレンズ
１２      ハーフミラー
１３      開口絞り
１４      結像レンズ
１５      カメラ
１６      レボルバ
１７      対物レンズ
１８      ポジションセンサ
１９      角度検出部
１００    制御部
１０１    表示部
１０２    操作部
１０３    記憶部
１０４    判定部
１０５    合焦位置算出部
【図１】
2018120057.tif 000003
【図２】
2018120057.tif 000004
【図３】
2018120057.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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