(57)【要約】【課題】アライメントのための専用機構を設けることなく、被写体の載置面と撮像装置との相対移動の軌跡を取得することができるアライメント装置等を提供する。【解決手段】平面状をなす物体面の法線に対して光軸が所定の角度で傾斜するように設けられた撮像光学系と、光軸の傾斜方向を物体面に投影した方向に、物体面と撮像光学系とを相対移動させる移動手段と、物体面との相対位置が互いに異なる第１及び第２の位置において撮像光学系に撮像を実行させることにより、第１及び第２の位置にそれぞれ対応する第１及び第２の画像を取得させる撮像制御部２２と、第１及び第２の画像からそれぞれ検出された第１及び第２の合焦領域を比較することにより、物体面と撮像光学系との相対移動の軌跡を検出する真直度検出部２３３とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面状をなす物体面の法線に対して光軸が所定の角度で傾斜するように設けられた撮像光学系と、
前記光軸の傾斜方向を前記物体面に投影した方向に、前記物体面と前記撮像光学系とを相対移動させる移動手段と、
前記物体面との相対位置が互いに異なる第１及び第２の位置において前記撮像光学系に撮像を実行させることにより、前記第１及び第２の位置にそれぞれ対応する第１及び第２の画像を取得させる撮像制御部と、
前記第１及び第２の画像からそれぞれ検出された第１及び第２の合焦領域を比較することにより、前記物体面と前記撮像光学系との相対移動の軌跡を検出する検出部と、
を備えることを特徴とするアライメント装置。
【請求項２】
被写体が載置される載置面を有するステージをさらに備え、
前記移動手段は、前記載置面と平行な面内において、前記物体面と前記撮像光学系とを相対移動させ、
前記検出部は、前記載置面の法線方向における前記物体面と前記撮像光学系との相対的な変位を検出する、
ことを特徴とする請求項１に記載のアライメント装置。
【請求項３】
前記撮像光学系の光軸は、前記載置面の法線に対して前記角度をなし、
前記撮像光学系は、前記載置面に対して平行となるように該載置面上に載置された被写体の表面を前記物体面として撮像を行う、
ことを特徴とする請求項２に記載のアライメント装置。
【請求項４】
前記撮像光学系の光軸は、前記載置面と直交し、
前記撮像光学系は、前記載置面に対して前記角度をなすように該載置面上に載置された被写体の表面を前記物体面として撮像を行う、
ことを特徴とする請求項２に記載のアライメント装置。
【請求項５】
前記検出部は、前記第１及び第２の画像からそれぞれ検出された第１及び第２の合焦領域の画像内における位置の変化を検出し、該位置の変化に基づいて前記軌跡を検出することを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載のアライメント装置。
【請求項６】
前記検出部は、前記第１及び第２の画像からそれぞれ検出された第１及び第２の合焦領域の幅の変化を検出し、
前記幅の変化に基づいて、前記載置面の法線方向における前記物体面と前記撮像光学系との相対位置を調整する調整手段をさらに備えることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載のアライメント装置。
【請求項７】
前記検出部により検出された前記軌跡に基づいて、前記移動手段による前記物体面と前記撮像光学系との相対運動を較正する較正部をさらに備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のアライメント装置。
【請求項８】
前記検出部により検出された前記軌跡に基づいて、前記移動手段による前記物体面と前記撮像光学系との相対運動を較正するための情報を表示する表示部をさらに備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のアライメント装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載のアライメント装置を備えることを特徴とする顕微鏡システム。
【請求項１０】
平面状をなす物体面の法線に対して光軸が所定の角度で傾斜するように撮像光学系を設ける設置ステップと、
前記光軸の傾斜方向を前記物体面に投影した方向に、前記物体面と前記撮像光学系とを相対移動させる移動ステップと、
前記物体面との相対位置が互いに異なる第１及び第２の位置において前記撮像光学系に撮像を実行させることにより、前記第１及び第２の位置にそれぞれ対応する第１及び第２の画像を取得させる撮像制御ステップと、
前記第１及び第２の画像からそれぞれ検出された第１及び第２の合焦領域を比較することにより、前記物体面と前記撮像光学系との相対移動の軌跡を検出する検出ステップと、
を含むことを特徴とするアライメント方法。
【請求項１１】
平面状をなす物体面と、該平面状をなす物体面の法線に対して光軸が所定の角度で傾斜するように設けられた撮像光学系とを、前記光軸の傾斜方向を前記物体面に投影した方向に相対移動させる制御を行う移動制御ステップと、
前記物体面との相対位置が互いに異なる第１及び第２の位置において前記撮像光学系に撮像を実行させることにより、前記第１及び第２の位置にそれぞれ対応する第１及び第２の画像を取得させる撮像制御ステップと、
前記第１及び第２の画像からそれぞれ検出された第１及び第２の合焦領域を比較することにより、前記物体面と前記撮像光学系との相対移動の軌跡を検出する検出ステップと、
をコンピュータに実行させることを特徴とするアライメントプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被写体の載置面と撮像装置との相対運動における真直度を検出するアライメント装置、該アライメント装置を適用した顕微鏡システム、アライメント方法、及びアライメントプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＬＳＩ製造におけるウェハ上の回路パターン検出や、各種計測装置による計測や、顕微鏡による標本の広視野観察等は、撮像装置を用いて検査対象物や標本を写した画像を用いて行われている。この際、検査対象物や標本を電動ステージに載置し、この電動ステージを撮像装置に対して相対的に移動させることにより、撮像装置の視野、即ち、検査対象物上の検査（測定）位置や標本上の観察位置を変化させる。
【０００３】
電動ステージをＸＹＺの各方向において平行移動させる際の運動の平行度は、一般に、真直度によって表される。真直度とは、直進運動すべき運動部品の幾何学的直線からの狂い（変動）の大きさのことをいう。この真直度は、移動機構の特性上、完全にゼロになることはない。例えばＸＹ平面内で電動ステージを平行移動させた場合、電動ステージのＺ位置にも数μｍレベルの変動（ブレ）が生じてしまう。しかしながら、このような変動が生じると、検出誤差や測定誤差、或いは観察位置の誤差等が生じ、正確な情報を取得できなくなるおそれがある。そのため、電動ステージの進行方向以外の方向における移動の軌跡を把握し、該移動の軌跡に基づいて、電動ステージの意図しない変動を低減するための調整を行う必要がある。
【０００４】
真直度に関連する技術として、特許文献１には、直線移動機構の表面に対してレーザを照射することによりスペックル像を生成し、直線移動機構の移動に応じたスペックル像の相関変位に基づいて真直度を取得する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−６８９５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１においては、電動ステージの真直度を検出するために、専用光源（レーザ）を含む専用機構を設けている。しかしながら、このような専用機構を電動ステージに設けると、装置構成が複雑になってしまう。特に、一般的に用いられる顕微鏡の電動ステージに、レーザ等の専用光源を設けることは困難である。
【０００７】
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、アライメントのための専用機構を設けることなく、被写体の載置面と撮像装置との相対移動の軌跡を取得することができるアライメント装置、該アライメント装置を適用した顕微鏡システム、アライメント方法、及びアライメントプログラム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】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るアライメント装置は、平面状をなす物体面の法線に対して光軸が所定の角度で傾斜するように設けられた撮像光学系と、前記光軸の傾斜方向を前記物体面に投影した方向に、前記物体面と前記撮像光学系とを相対移動させる移動手段と、前記物体面との相対位置が互いに異なる第１及び第２の位置において前記撮像光学系に撮像を実行させることにより、前記第１及び第２の位置にそれぞれ対応する第１及び第２の画像を取得させる撮像制御部と、前記第１及び第２の画像からそれぞれ検出された第１及び第２の合焦領域を比較することにより、前記物体面と前記撮像光学系との相対移動の軌跡を検出する検出部と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
上記アライメント装置は、被写体が載置される載置面を有するステージをさらに備え、前記移動手段は、前記載置面と平行な面内において、前記物体面と前記撮像光学系とを相対移動させ、前記検出部は、前記載置面の法線方向における前記物体面と前記撮像光学系との相対的な変位を検出する、ことを特徴とする。
【００１０】
上記アライメント装置において、前記撮像光学系の光軸は、前記載置面の法線に対して前記角度をなし、前記撮像光学系は、前記載置面に対して平行となるように該載置面上に載置された被写体の表面を前記物体面として撮像を行う、ことを特徴とする。
【００１１】
上記アライメント装置において、前記撮像光学系の光軸は、前記載置面と直交し、前記撮像光学系は、前記載置面に対して前記角度をなすように該載置面上に載置された被写体の表面を前記物体面として撮像を行う、ことを特徴とする。
【００１２】
上記アライメント装置において、前記検出部は、前記第１及び第２の画像からそれぞれ検出された第１及び第２の合焦領域の画像内における位置の変化を検出し、該位置の変化に基づいて前記軌跡を検出することを特徴とする。
【００１３】
上記アライメント装置において、前記検出部は、前記第１及び第２の画像からそれぞれ検出された第１及び第２の合焦領域の幅の変化を検出し、前記幅の変化に基づいて、前記載置面の法線方向における前記物体面と前記撮像光学系との相対位置を調整する調整手段をさらに備えることを特徴とする。
【００１４】
上記アライメント装置は、前記検出部により検出された前記軌跡に基づいて、前記移動手段による前記物体面と前記撮像光学系との相対運動を較正する較正部をさらに備えることを特徴とする。
【００１５】
上記アライメント装置は、前記検出部により検出された前記軌跡に基づいて、前記移動手段による前記物体面と前記撮像光学系との相対運動を較正するための情報を表示する表示部をさらに備えることを特徴とする。
【００１６】
本発明に係る顕微鏡システムは、前記アライメント装置を備える。
【００１７】
本発明に係るアライメント方法は、平面状をなす物体面の法線に対して光軸が所定の角度で傾斜するように撮像光学系を設ける設置ステップと、前記光軸の傾斜方向を前記物体面に投影した方向に、前記物体面と前記撮像光学系とを相対移動させる移動ステップと、前記物体面との相対位置が互いに異なる第１及び第２の位置において前記撮像光学系に撮像を実行させることにより、前記第１及び第２の位置にそれぞれ対応する第１及び第２の画像を取得させる撮像制御ステップと、前記第１及び第２の画像からそれぞれ検出された第１及び第２の合焦領域を比較することにより、前記物体面と前記撮像光学系との相対移動の軌跡を検出する検出ステップと、を含むことを特徴とする。
【００１８】
本発明に係るアライメントプログラムは、平面状をなす物体面と、該平面状をなす物体面の法線に対して光軸が所定の角度で傾斜するように設けられた撮像光学系とを、前記光軸の傾斜方向を前記物体面に投影した方向に相対移動させる制御を行う移動制御ステップと、前記物体面との相対位置が互いに異なる第１及び第２の位置において前記撮像光学系に撮像を実行させることにより、前記第１及び第２の位置にそれぞれ対応する第１及び第２の画像を取得させる撮像制御ステップと、前記第１及び第２の画像からそれぞれ検出された第１及び第２の合焦領域を比較することにより、前記物体面と前記撮像光学系との相対移動の軌跡を検出する検出ステップと、をコンピュータに実行させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、物体面に対して撮像光学系の光軸を傾斜させた状態で第１及び第２の位置において撮像を行うので、第１及び第２の位置の間において物体面と撮像光学系との相対的な間隔に変動が生じた場合に、該変動を、第１及び第２の画像からそれぞれ検出された第１及び第２の合焦領域の変化として検出することができる。従って、アライメントのための専用機構を設けることなく、被写体の載置面と撮像装置との相対移動の軌跡を取得することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１に係る顕微鏡システムの構成例を示すブロック図である。
【図２】図２は、図１に示す顕微鏡装置の構成例を示す模式図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態１に係るアライメント方法の原理を説明するための模式図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態１に係るアライメント方法の原理を説明するための模式図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態１に係るアライメント方法の原理を説明するための模式図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態１に係るアライメント方法の原理を説明するための模式図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態１に係るアライメント方法において用いられる被写体の例を示す模式図である。
【図８】図８は、実施の形態１に係るアライメント方法において被写体を撮像する際の撮像方法を示す模式図である。
【図９】図９は、実施の形態１に係るアライメント方法において被写体を撮像する際の撮像方法を示す模式図である。
【図１０】図１０は、実施の形態１に係るアライメント方法において被写体を撮像する際の撮像方法を示す模式図である。
【図１１】図１１は、実施の形態１に係るアライメント方法において被写体を撮像する際の撮像方法を示す模式図である。
【図１２】図１２は、本発明の実施の形態１に係るアライメント方法を示すフローチャートである。
【図１３】図１３は、被写体に対する観察視野の移動方向（Ｘ方向）を示す模式図である。
【図１４】図１４は、被写体に対する観察視野の移動方向（Ｙ方向）を示す模式図である。
【図１５】図１５は、ラスタ順に撮像を行う場合における観察視野を示す模式図である。
【図１６】図１６は、図１に示す合焦領域検出部が実行する合焦領域検出処理を示すフローチャートである。
【図１７】図１７は、観察視野を写した画像を３６個の小領域に分割した例を示す模式図である。
【図１８】図１８は、図１７に示す１つの小領域から抽出されたエッジを示すエッジ画像の模式図である。
【図１９】図１９は、合焦領域の選択方法を説明するための模式図である。
【図２０】図２０は、図１７に示す画像から合焦領域が選択された例を示す模式図である。
【図２１】図２１は、図１に示す合焦位置比較部が実行する合焦領域の比較処理を示す模式図である。
【図２２】図２２は、図１に示す真直度特性検出部が実行する真直度特性の検出処理を示すフローチャートである。
【図２３】図２３は、本発明の実施の形態１の変形例１−４に係る顕微鏡システムの構成を示すブロック図である。
【図２４】図２４は、本発明の実施の形態２に係る顕微鏡システムの構成を示すブロック図である。
【図２５】図２５は、本発明の実施の形態２に係るアライメント方法を示すフローチャートである。
【図２６】図２６は、撮像範囲の設定方法を説明するための模式図である。
【図２７】図２７は、図２４に示す表示装置に表示される真直度特性の表示例を示す模式図である。
【図２８】図２８は、図２４に示す表示装置に表示される真直度特性の表示例を示す模式図である。
【図２９】図２９は、本発明の実施の形態２の変形例２−１における真直度特性の表示例を示す模式図である。
【図３０】図３０は、本発明の実施の形態３に係る顕微鏡システムの構成を示すブロック図である。
【図３１】図３１は、本発明の実施の形態３に係るアライメント方法を示すフローチャートである。
【図３２】図３２は、図３０に示す合焦位置比較部が実行する合焦領域の比較処理を説明するための模式図である。
【図３３】図３３は、ステージのＺ位置の調整後に図３２（ｂ）と同じ観察視野を撮像することにより取得された画像を示す模式図である。
【図３４】図３４は、本発明の実施の形態３の変形例３−２に示すアライメント方法を示すフローチャートである。
【図３５】図３５は、現在の観察視野を写した画像を示す模式図である。
【図３６】図３６は、本発明の実施の形態４に係る顕微鏡システムの構成を示すブロック図である。
【図３７】図３７は、本発明の実施の形態４に係るアライメント方法において用いられる被写体の例を示す模式図である。
【図３８】図３８は、本発明の実施の形態４に係るアライメント方法を示すフローチャートである。
【図３９】図３９は、図３６に示す合焦領域比較部が実行する合焦領域のパターンの比較処理を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明に係るアライメント装置、顕微鏡システム、アライメント方法、及びアライメントプログラムの実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、これらの実施の形態により本発明が限定されるものではない。また、各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。
【００２２】
また、以下の実施の形態においては、本発明を、ステージ上に載置された被写体を撮像して顕微鏡観察画像を取得する顕微鏡システムに適用する例を説明するが、例えばデジタルカメラのように、被写体の画像を取得可能な装置やシステムであれば、本発明を適用することができる。
【００２３】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る顕微鏡システムの構成を示す図である。図１に示すように、実施の形態１に係る顕微鏡システム１は、被写体の拡大像を生成する顕微鏡装置１０と、該顕微鏡装置１０が生成した拡大像に基づいて該顕微鏡装置１０のアライメントを行う処理装置２０とを備える。
【００２４】
図２は、顕微鏡装置１０の構成例を示す模式図である。図２に示すように、顕微鏡装置１０は、略Ｃ字形のアーム１００と、該アーム１００上に三眼鏡筒ユニット１０１を介して支持された鏡筒１０２及び接眼レンズユニット１０３と、アーム１００に設けられた落射照明ユニット１１０及び透過照明ユニット１２０と、被写体Ｓが載置されるステージ１３１を含む電動ステージユニット１３０と、鏡筒１０２の一端側に三眼鏡筒ユニット１０１を介してステージ１３１と対向するように設けられ、被写体Ｓからの観察光を結像する対物レンズ１４０とを備える。この対物レンズ１４０と、三眼鏡筒ユニット１０１を介して接続された鏡筒１０２と、該鏡筒１０２の他端側に設けられた撮像部２１１（後述）とが、観察光学系（撮像光学系）１０４を構成する。
【００２５】
三眼鏡筒ユニット１０１は、対物レンズ１４０から入射した観察光を、ユーザが被写体Ｓを直接観察するための接眼レンズユニット１０３と、後述する撮像部２１１との方向に分岐する。
【００２６】
落射照明ユニット１１０は、落射照明用光源１１１及び落射照明光学系１１２を備え、被写体Ｓに対して落射照明光を照射する。落射照明光学系１１２は、落射照明用光源１１１から出射した照明光を集光して、観察光学系１０４の光軸Ｌの方向に導く種々の光学部材（フィルタユニット、シャッタ、視野絞り、開口絞り等）を含む。
【００２７】
透過照明ユニット１２０は、透過照明用光源１２１及び透過照明光学系１２２を備え、被写体Ｓに対して透過照明光を照射する。透過照明光学系１２２は、透過照明用光源１２１から出射した照明光を集光して光軸Ｌの方向に導く種々の光学部材（フィルタユニット、シャッタ、視野絞り、開口絞り等）を含む。
【００２８】
これらの落射照明ユニット１１０及び透過照明ユニット１２０は、検鏡法に応じていずれかが選択されて使用される。なお、顕微鏡装置１０に、落射照明ユニット１１０と透過照明ユニット１２０とのいずれか一方のみを設けることとしても良い。
【００２９】
電動ステージユニット１３０は、ステージ１３１と、該ステージ１３１を移動させるステージ駆動部１３２と、位置検出部１３３とを備える。ステージ駆動部１３２は、例えばモータによって構成され、後述する撮像制御部２２の制御の下でステージ１３１を移動させる移動手段である。以下の説明においては、ステージ１３１の被写体載置面１３１ａをＸＹ平面とし、該ＸＹ平面の法線方向をＺ方向とする。Ｚ方向においては、図の下向き（対物レンズ１４０から離れる向き）をプラス方向とする。
【００３０】
ステージ１３１をＸＹ平面内で移動させることにより、対物レンズ１４０の観察視野を変化させることができる。また、ステージ１３１をＺ方向に移動させることにより、対物レンズ１４０の合焦面を変化させることができる。
【００３１】
なお、実施の形態１においては、電気的な制御によりステージ１３１を移動可能な構成としているが、調節ツマミ等を用いてステージ１３１をユーザが手動で移動させる構成としても良い。
【００３２】
また、図２においては、対物レンズ１４０、鏡筒１０２、及び撮像部２１１を含む観察光学系１０４の位置を固定し、ステージ１３１側を移動させる構成としているが、ステージ１３１の位置を固定し、観察光学系１０４側を移動させても良い。或いは、ステージ１３１と観察光学系１０４との双方を互いに反対方向に移動させても良い。つまり、観察光学系１０４と被写体Ｓとが相対的に移動可能な構成であれば、どのような構成であっても構わない。
【００３３】
位置検出部１３３は、例えばモータからなるステージ駆動部１３２の回転量を検出するエンコーダによって構成され、ステージ１３１の位置を検出して検出信号を出力する。なお、ステージ駆動部１３２及び位置検出部１３３の代わりに、後述する撮像制御部２２の制御に従ってパルスを発生するパルス発生部及びステッピングモータを設けても良い。
【００３４】
対物レンズ１４０は、倍率が互いに異なる複数の対物レンズ（例えば、対物レンズ１４０、１４１）を保持可能なレボルバ１４２に取り付けられている。レボルバ１４２を回転させ、ステージ１３１と対向する対物レンズ１４０、１４１を変更することにより、撮像倍率を変化させることができる。なお、図２は、対物レンズ１４０がステージ１３１と対向している状態を示している。レボルバ１４２にはエンコーダが設けられており、後述する画像取得部２１が撮像を行ったタイミングで、該エンコーダの出力値が顕微鏡装置１０から処理装置２０に入力される。処理装置２０においては、この出力値に基づき、被写体Ｓと対向する対物レンズ１４０の開口数及び倍率を取得することができる。
【００３５】
再び図１を参照すると、処理装置２０は、被写体Ｓを撮像することにより画像を取得する画像取得部２１と、該画像取得部２１の撮像動作を制御する撮像制御部２２と、当該処理装置２０における各種動作を制御すると共に、観察光学系１０４に対するステージ１３１の相対的な移動の軌跡を、画像取得部２１が取得した画像に基づいて取得する制御部２３と、画像取得部２１が取得した画像の画像データや制御プログラム等の各種情報を記憶する記憶部２４と、当該処理装置２０に対する指示や情報を入力するための入力部２５とを備える。
【００３６】
画像取得部２１は、撮像部２１１及びメモリ２１２を備える。
撮像部２１１は、例えばＣＣＤやＣＭＯＳ等からなる撮像素子（イメージャ）２１１ａを備え、撮像素子２１１ａが備える各画素においてＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各バンドにおける画素レベル（画素値）を持つカラー画像を撮像可能なカメラを用いて構成される。或いは、各画素における画素レベル（画素値）として輝度値Ｙを出力するモノクロ画像を撮像可能なカメラを用いて撮像部２１１を構成しても良い。
【００３７】
このような撮像部２１１は、鏡筒１０２の一端に、光軸Ｌが撮像素子２１１ａの受光面の中心を通るように設けられ、対物レンズ１４０〜鏡筒１０２を介して受光面に入射した観察光を光電変換することにより、対物レンズ１０４の視野に対応する画像データを生成する。
【００３８】
メモリ２１２は、例えば更新記録可能なフラッシュメモリ、ＲＡＭ、ＲＯＭといった半導体メモリ等の記録装置からなり、撮像部２１１が生成した画像データを一時的に記憶する。
【００３９】
撮像制御部２２は、顕微鏡装置１０に制御信号を出力してステージ１３１を移動させることにより、ステージ１３１上の被写体Ｓと観察光学系１０４との相対的な位置を変化させると共に、撮像部２１１に撮像を実行させることにより、観察光学系１０４の観察視野に入る被写体Ｓの領域の画像を取得する制御を行う。
【００４０】
制御部２３は、例えばＣＰＵ等のハードウェアによって構成され、記憶部２４に記憶されたプログラムを読み込むことにより、記憶部２４に記憶された各種パラメータや入力部２５から入力される情報等に基づき、処理装置２０及び顕微鏡システム１全体の動作を統括的に制御する。また、制御部２３は、画像取得部２１から入力された画像データに所定の画像処理を施すことにより画像を生成し、該画像に基づいてステージ１３１の真直度に関する情報を取得する。
【００４１】
ここで、ステージ１３１をＸＹ平面内で移動させる場合、移動機構の特性上、ステージ１３１は完全にＸＹ平面内において移動するのではなく、Ｚ方向においても数μｍレベルで変位してしまう。そのため、観察光学系１０４の合焦面を一旦、所望の平面に合わせたとしても、観察視野を変化させる際にステージ１３１を移動させると、合焦面が先に合わせた平面からずれてしまい、正確な画像情報を取得できなくなるおそれがある。そこで、制御部２３は、ステージ１３１のＸＹ平面内における移動に伴って生じるＺ方向における変位（真直度）を、Ｘ方向及びＹ方向における座標と関連づけた軌跡として検出する。
【００４２】
より詳細には、ステージ１３１を移動させた各位置において撮像された画像から合焦領域を検出する合焦領域検出部２３１と、各画像における合焦領域の位置を所定の基準と比較する合焦位置比較部２３２と、合焦領域の位置の比較結果に基づいて、ステージ１３１の真直度特性を検出する真直度特性検出部２３３とを備える。
【００４３】
記憶部２４は、更新記録可能なフラッシュメモリ、ＲＡＭ、ＲＯＭといった半導体メモリ等の記録装置、内蔵若しくはデータ通信端子で接続されたハードディスク、ＭＯ、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ−Ｒ等の記録媒体と該記録媒体に記録された情報を読み取る読取装置とを含む記録装置等によって構成される。記憶部２４は、制御部２３における演算に使用されるパラメータを記憶するパラメータ記憶部２４１と、各種プログラムを記憶するプログラム記憶部２４２とを備える。パラメータ記憶部２４１は、顕微鏡装置１０において交換可能な各対物レンズ１４０、１４１の開口数及び倍率や、該倍率に基づく像倍率等のパラメータや、後述するように、ステージ１３１の被写体載置面１３１ａに対して観察光学系１０４の光軸Ｌを傾斜させた際の傾斜角度等の情報を記憶する。また、プログラム記憶部２４２は、当該処理装置２０に所定の動作を実行させるための制御プログラムや、観察光学系１０４とステージ１３１との相対移動の軌跡を検出するアライメントプログラム等を記憶する。
【００４４】
入力部２５は、キーボード、各種ボタン、各種スイッチ等の入力デバイスや、マウスやタッチパネル等のポインティングデバイス等により構成され、これらのデバイスに対する操作に応じた信号を制御部２３に入力する。
【００４５】
このような処理装置２０は、例えばパーソナルコンピュータやワークステーション等の汎用の装置に、外部インタフェース（図示せず）を介して汎用のデジタルカメラを組み合わせることによって構成することができる。また、本実施の形態１に係るアライメント装置は、上記処理装置２０と、顕微鏡装置１０が備えるステージ１３１を含む電動ステージユニット１３０とを含む。
【００４６】
次に、本発明の実施の形態１に係るアライメント方法の原理を説明する。図３〜図６は、実施の形態１に係るアライメント方法の原理を説明するための模式図である。
図３（ａ）に示すように、平面状をなす物体面Ｐｓの法線に対して対物レンズ１４０の光軸Ｌを傾斜させ、対物レンズ１４０の合焦面Ｐｆと物体面Ｐｓとが傾斜角度αをなす状態で撮像を行った場合、観察視野Ｖに入る物体面Ｐｓのうち、対物レンズ１４０の被写界深度ＤＯＦに含まれる領域Ｒ0のみが合焦される。従って、図３（ｂ）に示すように、観察視野Ｖを写した画像Ｍ０においては、一部のみが合焦領域Ｒfocus0となる。
【００４７】
図４に示すように、物体面Ｐｓが対物レンズ１４０に近づく方向（上方）にシフトしたとする。この場合、観察視野Ｖに入る物体面Ｐｓのうち、対物レンズ１４０の被写界深度ＤＯＦに入る領域Ｒ0は、図３（ａ）に対してシフトする。このシフト方向は、合焦面Ｐｆの傾斜方向に応じて決まり、図４（ａ）においては図の左方向にシフトする。また、このシフト量は、物体面Ｐｓのシフト量（Ｚ方向における変位量）に応じて決まる。そのため、図４（ｂ）に示すように、観察視野Ｖを写した画像Ｍ１内の合焦領域Ｒfocus1も、画像Ｍ０内の合焦領域Ｒfocus0に対し、物体面Ｐｓのシフト方向及びシフト量に応じて移動する。
【００４８】
一方、図５に示すように、物体面Ｐｓが対物レンズ１４０から遠ざかる方向（下方）にシフトしたとする。この場合、観察視野Ｖに入る物体面Ｐｓのうち、対物レンズ１４０の被写界深度ＤＯＦに入る領域Ｒ0は、物体面Ｐｓのシフト方向及びシフト量に応じて、図４（ａ）とは反対方向（図５（ａ）においては右方向）にシフトする。そのため、図５（ｂ）に示すように、観察視野Ｖを写した画像Ｍ２内の合焦領域Ｒfocus2も、画像Ｍ０内の合焦領域Ｒfocus0に対し、物体面のシフト方向及びシフト量に応じて移動する。
【００４９】
このように、物体面Ｐｓに対して合焦面Ｐｆを傾斜させた状態で撮像を行うと、Ｚ方向における物体面Ｐｓの位置に応じて、画像における合焦領域の位置が変化する。そこで、画像における合焦領域の位置を検出することにより、Ｚ方向における物体面Ｐｓの位置の変化を取得することができる。
【００５０】
詳細には、図６に示すように、被写界深度ＤＯＦに含まれる領域Ｒ0が一定の幅を有し、且つ、この領域Ｒ0の重心位置が観察視野Ｖの重心位置と一致している状態を基準状態とする。このとき、画像Ｍ０における合焦領域Ｒfocus0の幅Ｗfocusも所定の幅となり、且つ、画像Ｍ０の重心位置と合焦領域Ｒfocus0の重心位置とが一致する。この基準状態のときの画像Ｍ０及び該画像Ｍ０における合焦領域（以下、基準合焦領域という）Ｒfocus0の位置を予めパラメータ記憶部２４１に記憶させておく。そして、観察視野ＶをＸＹ平面内で移動させて撮像を行ったときの画像（例えば図４、図５に示す画像Ｍ１、Ｍ２）内の合焦領域（同合焦領域Ｒfocus1、Ｒfocus2）の位置を基準合焦領域の位置と比較し、該基準合焦領域の位置に対する合焦領域のシフト方向及びシフト量を検出する。それにより、当該画像を撮像した際の物体面Ｐｓの基準状態からの変位量及び変位方向を取得することができる。即ち、ステージ１３１をＸＹ平面内で移動させた際のステージ１３１の真直度（基準状態からＺ方向の変位）を測定することができる。
【００５１】
ここで、観察光学系１０４の視野サイズＦｏｖ（μｍ）、被写体深度ＤＯＦ（μｍ）、物体面Ｐｓに対する合焦面Ｐｆの傾斜角度α（ｒａｄ）、観察視野Ｖ内に生じている物体面Ｐｓの傾斜高ｚ（μｍ）、視野サイズＦｏｖに対応する画像Ｍ０のサイズ（画像サイズ）Ｗimage（ピクセル）、画像Ｍ０内の合焦領域Ｒfocus0の幅Ｗfocus（pixel）を用いると、傾斜角度α及び傾斜高ｚはそれぞれ次式（１）、（２）によって与えられる。
【数１】
2015210396.tif 000003
【００５２】
式（１）、（２）に示す変数のうち、視野サイズＦｏｖ、被写界深度ＤＯＦ、及び画像サイズＷimageは、顕微鏡装置１０及び撮像部２１１のスペックに依存するパラメータである。また、傾斜角度αは、撮像を行う際の設定情報（撮像条件）である。
【００５３】
合焦領域Ｒfocus0の幅Ｗfocusは、ステージ１３１の真直度の平均値及び被写界深度ＤＯＦに基づいて定まる。例えば、真直度の平均値を１μｍと仮定し、観察倍率β＝４０倍、被写界深度ＤＯＦ＝０．２μｍの観察条件下において、画像サイズＷimageに対する合焦領域Ｒfocus0の幅Ｗfocusの比Ｗfocus／Ｗimageが１／１０であるとする。
【００５４】
物体面Ｐｓに対して合焦面Ｐｆを傾斜させた場合、画像サイズＷimageに対する合焦領域の幅Ｗfocusの比は、式（１）における傾斜高ｚに対する被写界深度ＤＯＦの比に相当する。そこで、図６（ａ）に示すように、基準状態の物体面Ｐｓ0に±１μｍの変位が発生すると仮定すると（物体面Ｐｓmax、Ｐｓmin参照）、被写界深度ＤＯＦ内に含まれる領域Ｒmin、Ｒmaxを観察視野Ｖ内に収めるためには、言い換えると、図６（ｂ）に示すように、合焦領域Ｒfocus(max)、Ｒfocus(min)を画像Ｍmax、Ｍmin内から検出できるようにするためには、傾斜高ｚには、トータルで２μｍの変位をカバーすることができる変位幅が必要となる。傾斜角度αは、この変位をカバーできるように、視野サイズＦｏｖとの関係から決定される。
【００５５】
図７は、実施の形態１に係るアライメント方法において用いられる被写体の例を示す模式図である。このアライメント方法を行う際には、被写体Ｓとして、透過型の光学評価用チャート（テストチャート）のように、物体面（被写体Ｓの表面）の平面性が保証された物体を用いることが好ましい。平面性が保証された被写体Ｓを用いることにより、被写体Ｓを写した画像に基づいて検出された真直度を、そのまま、ステージ１３１の真直度として使用することができるからである。被写体Ｓとして上述したテストチャートを用いる場合、該テストチャートのパターンは特に限定されず、汎用のチャートを用いることができる。以下においては、図７に例示するパターンが形成されたテストチャートを被写体Ｓとして用いることとする。
【００５６】
図８〜図１１は、実施の形態１に係るアライメント方法における被写体Ｓの撮像方法を示す模式図である。実施の形態１に係るアライメント方法においては、図８〜図１１に示すように、被写体Ｓの表面である物体面Ｐｓの法線に対し、対物レンズ１４０〜撮像部２１１を含む観察光学系１０４の光軸Ｌを既知の傾斜角度αだけ相対的に傾斜させ、物体面Ｐｓに対して合焦面Ｐｆが傾斜角度αをなす状態で撮像を行う。このうち、図８及び図９は、傾斜方向をＸ方向とした場合を示し、図１０及び図１１は、傾斜方向をＹ方向とした場合を示す。
【００５７】
物体面Ｐｓに対して光軸Ｌを相対的に傾斜させるためには、図８及び図１０に示すように、水平に設置されたステージ１３１の被写体載置面１３１ａ上に被写体Ｓを載置し、被写体載置面１３１ａの法線に対して光軸Ｌが傾斜角度αをなすように（即ち、被写体載置面１３１ａと光軸Ｌとが角度（９０°−α）をなすように）、観察光学系１０４を傾けて設置すれば良い。この場合、電気的な制御により観察光学系１０４の傾斜を変化させる傾斜調整駆動部１０５をさらに設けても良い。或いは、図９及び図１１に示すように、光軸Ｌが被写体載置面１３１ａと直交するように観察光学系１０４を設置すると共に、被写体載置面１３１ａ上に傾斜角度αを有する台座１０６を設置し、この台座１０６上に被写体Ｓを配置しても良い。なお、物体面Ｐｓに対して光軸Ｌを傾斜させるための機構は、これらの例に限定されない。以下の説明においては、図８及び図１０に示すように、被写体載置面１３１ａに対して観察光学系１０４を傾斜させるものとする。この場合、物体面Ｐｓはステージ１３１の被写体載置面１３１ａと平行になる。
【００５８】
図１２は、本発明の実施の形態１に係るアライメント方法を示すフローチャートである。まず、図１２のステップＳ１０において、制御部２３は、撮像条件を取得し、該撮像条件に基づいて、撮像を１回行うごとにステージ１３１を移動させる移動方向及び移動量を決定する。
【００５９】
撮像条件としては、物体面Ｐｓの法線に対する光軸Ｌの傾斜角度（即ち、物体面Ｐｓに対する合焦面Ｐｆの傾斜角度）α及び傾斜方向（Ｘ方向又はＹ方向）、観察光学系１０４の観察倍率β、及びイメージャ特性（撮像素子２１１ａの受光面のサイズ、以下イメージャサイズという）ＩW(X)×ＩW(Y)（ｍｍ）が挙げられる。これらの撮像条件はパラメータ記憶部２４１に予め記憶されており、制御部２３は、アライメント動作を開始すると、これらの撮像条件をパラメータ記憶部２４１から読み出す。
【００６０】
また、制御部２３は、取得した撮像条件に基づいて、観察光学系１０４に対するステージ１３１の移動方向及び移動量を決定する。ステージ１３１の移動方向は、観察光学系１０４の光軸Ｌを物体面Ｐｓの法線方向から該物体面Ｐｓに投影したときに、物体面Ｐｓにおいて光軸が伸びる方向とする。具体的には、図８に示すように、物体面Ｐｓに対して光軸ＬがＸ方向に傾斜している場合、図１３に示すように、被写体Ｓに対して観察視野ＶがＸ方向に順次移動するように、ステージ１３１をＸ方向に移動させる。一方、図１０に示すように、物体面Ｐｓに対して光軸ＬがＹ方向に傾斜している場合、図１４に示すように、被写体Ｓに対して観察視野ＶがＹ方向に順次移動するように、ステージ１３１をＹ方向に移動させる。
【００６１】
ＸＹの各方向におけるステージ１３１の移動量は、観察光学系１０４により１回に撮像される観察視野Ｖの視野サイズＦｏｖ（＝Ｆｏｖ（ｘ）×Ｆｏｖ（ｙ））に対応する。視野サイズＦｏｖは、イメージャサイズＩW(X)×ＩW(Y)（ｍｍ）及び観察倍率βにより、次式（３−１）、（３−２）によって与えられる。
Ｆｏｖ（ｘ）＝（ＩW(X)／β）×１０００  （μｍ）  …（３−１）
Ｆｏｖ（ｙ）＝（ＩW(Y)／β）×１０００  （μｍ）  …（３−２）
【００６２】
続くステップＳ１１において、顕微鏡システム１は、所定の観察視野を撮像して画像を取得する。例えば図１５に示すように、ラスタ順に撮像を行う場合、初回の観察視野としては、物体面Ｐｓにおける座標（０，０）を含む観察視野Ｖ（１）が設定される。なお、処理装置２０は、観察視野Ｖ（１）の中心領域が合焦されるように（図３参照）、ステージ１３１のＺ位置を予め調整しておく。
【００６３】
続くステップＳ１２において、制御部２３は、ステップＳ１１において撮像された観察視野Ｖの重心座標をパラメータ記憶部２４１に記憶させる。
【００６４】
続くステップＳ１３において、顕微鏡システム１は、観察視野Ｖを移動させて撮像を行い、移動先の観察視野Ｖを写した画像を取得する。具体的には、ステップＳ１０で設定された移動方向において隣接する観察視野Ｖを撮像する。
【００６５】
続くステップＳ１４において、合焦領域検出部２３１は、ステップＳ１３において取得された画像から合焦領域を検出する。図１６は、合焦領域検出部２３１が実行する合焦領域検出処理を示すフローチャートである。
【００６６】
図１６に示すステップＳ１４１において、合焦領域検出部２３１は、対物レンズ１４０の開口数ＮＡ及び観察倍率βに基づいて、次式（３）によって与えられるカットオフ周波数Ｆｃを算出する。
【数２】
2015210396.tif 000004
式（３）において、符号λは被写体Ｓに照射される光の波長（例えば５５０ｎｍ）を示す。
【００６７】
続くステップＳ１４２において、合焦領域検出部２３１は、ステップＳ１３において取得された観察視野Ｖの画像から、ステップＳ１４１において算出したカットオフ周波数Ｆｃよりも高い周波数成分を除去する。より詳細には、合焦領域検出部２３１は、ステップＳ１４１において算出したカットオフ周波数と、撮像部２１１に設けられた撮像素子２１１ａの画素ピッチとに基づき、ハミング（Hamming）窓等を用いて、公知の手法によりフィルタ設計を行う。そして、観察視野Ｖの画像に対してフーリエ変換を施すことにより周波数空間画像を生成し、この周波数空間画像に設計したフィルタを適用することにより、高周波成分をカットする。その後、該周波数空間画像にフーリエ逆変換を施すことにより、ノイズが除去された画像が得られる。
【００６８】
続くステップＳ１４３において、合焦領域検出部２３１は、高周波成分が除去された画像を複数の小領域に分割する。小領域への分割数は任意であり、図１７は、画像Ｍ３を３６個の小領域ｍ１〜ｍ３６に分割した例を示している。なお、分割数を多くするほど、合焦領域の検出精度を向上させることができるが、演算量も増加するため、ハードウェアの演算速度や要求される精度等を考慮して、分割数を適宜決定すれば良い。
【００６９】
続くステップＳ１４４において、合焦領域検出部２３１は、ステップＳ１４３において分割された各小領域の合焦度を評価するための評価値を算出する。以下、この評価値のことを、画像評価値という。
【００７０】
詳細には、まず、各小領域に対してソーベル（Sobel）フィルタ処理を適用することにより、Ｘ方向及びＹ方向の各々におけるエッジ強度（横エッジ強度、縦エッジ強度）を算出する。図１８は、一例として、図１７に示す小領域ｍ４に対し、横エッジを抽出するソーベルフィルタＳｂxを適用して得られたエッジ画像ｍ４（ｘ）と、縦エッジを抽出するソーベルフィルタＳｂyを適用して得られたエッジ画像ｍ４（ｙ）とを示す模式図である。
【００７１】
続いて、合焦領域検出部２３１は、各小領域について算出された横エッジ強度及び縦エッジ強度を、当該画像内のエッジ強度の最大値によって規格化する。小領域内の画素をｐn（ｎ＝１〜Ｎ、Ｎは当該小領域内の画素数）、Ｘ方向及びＹ方向におけるエッジ強度をＥｘ(Pn)、Ｅｙ(Pn)、当該画像内のＸ方向及びＹ方向におけるエッジ強度の最大値をＥｘmax、Ｅｙmaxとすると、正規化後の各画素ｐnのエッジ強度Ｃｘ(Pn)、Ｃｙ(Pn)はそれぞれ、次式（４−１）、（４−２）によって与えられる。
Ｃｘ(Pn)＝Ｅｘ(Pn)／Ｅｘmax  …（４−１）
Ｃｙ(Pn)＝Ｅｙ(Pn)／Ｅｙmax  …（４−２）
【００７２】
これらの規格化されたエッジ強度の平均値を、各方向における画像評価値ＥＸ、ＥＹとする。具体的には、画像評価値ＥＸ、ＥＹは、次式（５−１）、（５−２）によって与えられる。
【数３】
2015210396.tif 000005
【００７３】
なお、エッジの抽出方法は、上述したソーベルフィルタを用いる方法に限定されず、ＬＯＧフィルタ等、公知のエッジ抽出フィルタを用いても良い。また、画像評価値の算出方法についても、式（５−１）、（５−２）に示す方法に限定されない。
【００７４】
続くステップＳ１４５において、合焦領域検出部２３１は、ステップＳ１４４において算出した画像評価値ＥＸ、ＥＹに基づいて、当該画像から合焦領域を選択する。具体的には、Ｘ方向における画像評価値ＥＸが所定の閾値Ｔｘよりも高く、且つ、Ｙ方向における画像評価値ＥＹが所定の閾値Ｔｙよりも高い小領域を、合焦領域として選択する。閾値Ｔｘ、Ｔｙは、当該画像の全域における画像評価値の平均値や標準偏差等の統計値に基づいて設定される。
【００７５】
図１９は、合焦領域の選択方法を説明するための模式図である。図１９に示す画像Ｍ３の下方に示すグラフは、画像Ｍ３内のある行に並ぶ小領域の画像評価値ＥＸを示す。また、画像Ｍ３の右方に示すグラフは、画像Ｍ３内のある列に並ぶ小領域の画像評価値ＥＹを示す。
【００７６】
図１９に示すように、合焦領域検出部２３１は、各小領域の画像評価値ＥＸと閾値Ｔｘとの比較を、小領域が並ぶ行ごとに行うと共に、各小領域の画像評価値ＥＹと閾値Ｔｙとの比較を、小領域が並ぶ列ごとに行う。そして、画像評価値ＥＸが閾値Ｔｘよりも大きく、且つ画像評価値ＥＹが閾値Ｔｙよりも大きい小領域を、合焦領域として選択する。図２０は、画像Ｍ３から合焦領域Ｒfocus3が選択された例を示す模式図である。
合焦領域の検出後、処理はメインルーチンに戻る。
【００７７】
ステップＳ１４に続くステップＳ１５において、合焦位置比較部２３２は、パラメータ記憶部２４１に記憶されている基準合焦領域の位置情報を読み出し、ステップＳ１４において画像内から検出された合焦領域の位置を基準合焦領域の位置と比較する。図２１は、合焦位置比較部２３２が実行する合焦領域の比較処理を説明するための模式図である。このうち、図２１（ａ）は、基準状態での観察視野を写した基準画像Ｍbaseを示す。合焦位置比較部２３２は、基準合焦領域の位置情報として、基準画像Ｍbaseにおける基準合焦領域Ｒbaseの重心位置ＢＧの座標（ｘBG，ｙBG）をパラメータ記憶部２４１から読み出しておく。
【００７８】
図２１（ｂ）に示すように、現在の観察視野を写した画像Ｍ３から合焦領域Ｒfocus3が検出された場合、合焦位置比較部２３２は、合焦領域Ｒfocus3の重心位置ＯＧの座標（ｘOG，ｙOG）を算出する。そして、基準状態からの合焦領域Ｒfocus3のシフト量、即ち、重心位置ＢＧ、ＯＧ間のシフト量ΔＣ（ｘOG−ｘBG、又は、ｙOG−ｙBG）（ピクセル）及びシフト方向を求め、パラメータ記憶部２４１に記憶させる。合焦領域Ｒfocus3のシフト方向は、シフト量ΔＣの符号によって表される。具体的には、図２１（ｂ）に示すように、合焦領域Ｒfocus3が右方向にシフトした場合、シフト量ΔＣの符号は正となる。
【００７９】
続くステップＳ１６において、真直度特性検出部２３３は、ステップＳ１５において求めた合焦領域のシフト量ΔＣ及びシフト方向に基づいて、ステージ１３１の真直度特性を検出する。図２２は、真直度特性検出部２３３が実行する真直度特性の検出処理を示すフローチャートである。
【００８０】
まず、ステップＳ１６１において、真直度特性検出部２３３は、合焦領域のシフト量ΔＣ及びシフト方向から、Ｚ軸に沿った物体面Ｐｓ（即ち、ステージ１３１）の変位方向及び変位量δＺを算出する。物体面Ｐｓの変位量δＺ（μｍ）は、被写界深度ＤＯＦ及び画像内の合焦領域の幅Ｗfocusを用いて、次式（６）によって与えられる。
δＺ＝（ＤＯＦ×ΔＣ）／Ｗfocus  …（６）
【００８１】
また、物体面Ｐｓの変位方向は、基準状態からの合焦領域Ｒfocus3のシフト方向に基づいて求められる。例えば、図６に示すように、物体面Ｐｓに対し、Ｘ座標が大きくなるほど合焦面Ｐｆが下がる（Ｚ座標が大きく）ように合焦面Ｐｆが傾斜している場合、合焦領域Ｒfocus3のシフト方向の符号がプラス（図の右方向に移動）であるとき、物体面Ｐｓの変位方向はプラスＺ方向（図の下方向に下がる）となる。Ｙ方向において物体面Ｐｓが傾斜している場合も、同様に判断される。
【００８２】
続くステップＳ１６２において、真直度特性検出部２３３は、現在の観察視野Ｖの重心座標と、該観察視野Ｖに対してステップＳ１６１において算出した物体面Ｐｓの変位方向及び変位量を、真直度特性としてパラメータ記憶部２４１に記憶させる。その後、処理はメインルーチンに戻る。
【００８３】
ステップＳ１６に続くステップＳ１７において、制御部２３は、ステージ１３１上に載置された被写体Ｓ（例えば図７に示すテストチャート）上の全領域について撮像が完了したか否かを判定する。未だ撮像されていない領域が残っている場合（ステップＳ１７：Ｎｏ）、処理はステップＳ１３に戻る。この場合、顕微鏡システム１は、未だ撮像されていない領域に観察視野Ｖを移動させて撮像を行う。
【００８４】
これらのステップＳ１３〜Ｓ１７を、観察視野Ｖを順次移動させつつ、被写体Ｓ上の全領域について実行することで、ＸＹ平面内における観察視野Ｖの移動、即ち、観察光学系１０４とステージ１３１との相対移動に伴うＺ位置の変動（即ち、真直度）を、観察視野Ｖの座標と関連付けて収集することができる。被写体Ｓ上の全領域について撮像が完了した場合（ステップＳ１７：Ｙｅｓ）、処理は終了する。
【００８５】
このようにしてパラメータ記憶部２４１に蓄積されたステージ１３１の真直度特性は、電動ステージユニット１３０のキャリブレーション等を行う際に、パラメータ記憶部２４１から随時読み出して用いることができる。
【００８６】
以上説明したように、本発明の実施の形態１によれば、顕微鏡装置１０にアライメントのための専用機構を設けることなく、観察光学系１０４とステージ１３１との相対移動の軌跡を検出することが可能となる。従って、この軌跡に基づいて、ステージ１３１のＺ位置を較正することで、顕微鏡装置１０において標本等を観察する際に、精度の良い画像情報を取得することが可能となる。
【００８７】
また、本発明の実施の形態１によれば、被写界深度以下の精度で真直度を検出することができるという効果も得られる。ここで、物体面Ｐｓと合焦面Ｐｆとを平行にして撮像を行った場合、物体面ＰｓのＺ位置が変動したとしても、この変動幅が被写界深度以内であれば、物体面Ｐｓは常に合焦されている。そのため、物体面ＰｓのＺ位置が被写界深度以上の幅で変動したときにしか、画像からこの変動を検出することができない。これに対し、本実施の形態１によれば、物体面Ｐｓに対して合焦面Ｐｆが傾斜した状態で撮像を行うので、物体面ＰｓのＺ位置の変動が被写界深度以内の微小な変動であっても、画像内における合焦領域の移動という形で、この変動を検出することができる。従って、本実施の形態１によれば、物体面ＰｓのＺ位置の変動、即ち、ステージ１３１の真直度を高精度に検出することが可能となる。
【００８８】
（変形例１−１）
次に、本発明の実施の形態１の変形例１−１について説明する。
上記実施の形態１においては、観察光学系１０４の位置を固定し、ステージ１３１側を移動させることにより、ステージ１３１の真直度を検出する場合を説明した。しかしながら、観察光学系１０４に移動機構を設け、ステージ１３１の位置を固定して観察光学系１０４側を移動させることにより、観察光学系１０４の真直度を検出しても良い。この場合においても、上記実施の形態１と同様の画像処理により、観察光学系１０４の真直度を精度良く検出することができる。
【００８９】
（変形例１−２）
次に、本発明の実施の形態１の変形例１−２について説明する。
上記実施の形態１においては、観察視野を移動させるごとにステージ１３１を停止させて撮像を行ったが、ステージを停止させることなく連続的に撮像（即ち、動画撮像）を行っても良い。この場合、観察視野Ｖの視野サイズＦｏｖは、ステージ１３１の移動速度と撮像部２１１のフレームレートとに基づいて決定される。
【００９０】
（変形例１−３）
次に、本発明の実施の形態１の変形例１−３について説明する。
上記実施の形態１では、ステップ１２において検出された合焦領域の位置を、予めパラメータ記憶部２４１に記憶されている基準合焦領域の位置と比較した（ステップＳ１５参照）。しかしながら、アライメントを開始時に観察視野を写した画像から合焦領域を検出し、この合焦領域を基準合焦領域として、重心位置及び幅をパラメータ記憶部２４１に記憶させても良い。
【００９１】
（変形例１−４）
次に、本発明の実施の形態１の変形例１−４について説明する。
図２３は、変形例１−４に係る顕微鏡システムの構成を示すブロック図である。図２３に示すように、変形例１−４に係る顕微鏡システム１−２は、顕微鏡装置１０及び処理装置３０を備える。このうち、顕微鏡装置１０の構成及び動作は、実施の形態１と同様である（図２参照）。また、本変形例１−４に係るアライメント装置は、上記処理装置３０と、顕微鏡装置１０が備える電動ステージユニット１３０とを含む。
【００９２】
処理装置３０は、図１に示す処理装置２０に対し、さらに較正部３１を備える。較正部３１以外の処理装置３０の各部の構成及び動作は、実施の形態１と同様である。
【００９３】
較正部３１は、真直度特性検出部２３３により検出され、パラメータ記憶部２４１に記憶された真直度特性に基づいて、観察視野の重心座標に応じたステージ１３１のＺ位置の較正情報を生成する。具体的には、ある観察視野における真直度がプラス１μｍ、即ち、基準状態よりもステージ１３１が１μｍだけ下がっている場合、較正部３１は、当該観察視野を撮像する際に、ステージ１３１を１μｍ上昇させる較正情報を生成する。
【００９４】
この場合、撮像制御部２２は、顕微鏡装置１０において標本等を観察する際、ステージ１３１をＸＹ平面内で移動させて観察視野を上記標本に合わせると共に、較正部３１が生成した較正情報に基づいて、ステージ１３１のＺ位置を調整する制御を行う。それにより、正確に合焦された状態で標本を撮像することが可能となる。
【００９５】
以上説明した実施の形態１の変形例１−４によれば、パラメータ記憶部２４１に記憶された真直度特性に基づいてステージ１３１のＺ位置を自動で較正するので、精度の良い画像情報を取得することが可能となる。
【００９６】
なお、上記変形例１−４においては、ステージ１３１のＺ位置を調整することとしたが、対物レンズ１４０を含む観察光学系１０４側を光軸に沿って移動させ、ステージ１３１との相対位置を調整することにより、較正を行っても良い。
【００９７】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２について説明する。
図２４は、本発明の実施の形態２に係る顕微鏡システムの構成を示すブロック図である。図２４に示すように、実施の形態２に係る顕微鏡システム２は、顕微鏡装置１０及び処理装置４０を備える。このうち、顕微鏡装置１０の構成及び動作は、実施の形態１と同様である（図２参照）。また、本実施の形態２に係るアライメント装置は、上記処理装置４０と、顕微鏡装置１０が備える電動ステージユニット１３０とを含む。
【００９８】
処理装置４０は、図１に示す処理装置２０における撮像制御部２２の代わりに撮像制御部４１を備え、さらに、出力部４２を備える。また、処理装置４０には、表示装置４３が接続されている。撮像制御部４１及び出力部４２以外の処理装置４０の各部の構成及び動作は、実施の形態１と同様である。
【００９９】
撮像制御部４１は、外部からの操作に応じて入力部２５から入力される指示信号に従って、被写体載置面１３１ａ上の所定範囲を撮像範囲として設定する領域設定部４１１と、設定された撮像範囲に関する撮像条件を取得し、該撮像条件に基づいて、撮像視野を移動させる移動方向及び移動量を設定する移動条件設定部４１２を備える。
【０１００】
出力部４２は、画像取得部２１により取得された画像データに基づく画像や、パラメータ記憶部２４１に記憶された真直度等の情報を表示装置４３等の外部機器に出力し、所定の形式で表示させる外部インタフェースである。
【０１０１】
表示装置４３は、例えば、ＬＣＤ、ＥＬディスプレイ、ＣＲＴディスプレイ等によって構成され、出力部４２から出力された画像や真直度等を画面に表示する。なお、実施の形態２においては、表示装置４３を処理装置４０の外部に設けているが、処理装置４０の内部に設けても良い。
【０１０２】
次に、実施の形態２に係るアライメント方法を説明する。図２５は、実施の形態２に係るアライメント方法を示すフローチャートである。
まず、ステップＳ２０において、領域設定部４１１は、被写体載置面１３１ａに対して撮像範囲を設定する。図２６は、撮像範囲の設定方法を説明するための模式図である。
【０１０３】
ここで、図２に示すような一般的な顕微鏡装置１０においては、通常、ステージ１３１の被写体載置面１３１ａに対して、実際にユーザが標本を載置して観察に用いる領域は狭い。この標本観察に用いられる領域は、他の領域と比べて使用頻度が高いため、度重なるステージ１３１の移動による経時劣化等により、ステージ１３１の真直度が製品出荷時から変化している（大きくなっている）可能性が高い。一方、このような標本観察に用いられる領域にこそ、精度の良いキャリブレーションが望まれる。そこで、実施の形態２においては、被写体載置面１３１ａのうち、使用頻度の高い領域を撮像範囲Ａとして設定し、当該撮像範囲Ａに限定して真直度を検出する。
【０１０４】
撮像範囲Ａは、例えば、ユーザ操作に応じて入力部２５から入力される信号に従って設定される。詳細には、入力部２５からユーザ所望の標本サイズを表す信号が入力されると、領域設定部４１１は、被写体載置面１３１ａの中心位置を中心として、当該標本サイズに対応する領域を撮像範囲Ａとして設定する。或いは、入力部２５から被写体載置面１３１ａ上の特定の領域を指定する信号が入力されると、領域設定部４１１は、当該特定の領域を撮像範囲Ａとして設定することとしても良い。さらには、ユーザが顕微鏡装置１０を利用するごとにステージ移動履歴をパラメータ記憶部２４１に蓄積しておき、アライメントを行う際に、パラメータ記憶部２４１に蓄積されたステージ移動履歴に基づいて、利用頻度の高い被写体載置面１３１ａ内の領域を撮像範囲Ａとして設定しても良い。
【０１０５】
続くステップＳ２１において、ユーザは、物体面Ｐｓに対して観察光学系１０４（図２参照）の光軸Ｌを傾斜させる。これにより、観察光学系１０４の合焦面Ｐｆが物体面Ｐｓに対して傾斜した状態となる。物体面Ｐｓの法線に対する光軸Ｌの傾斜角度αは、当該顕微鏡装置１０における真直度の平均値と被写界深度ＤＯＦとの関係から規定される。
【０１０６】
物体面Ｐｓに対して光軸Ｌを傾斜させる方法としては、図８及び図１０に示すように、被写体載置面１３１ａが水平となるようにステージ１３１を設置して、この上に被写体Ｓを載置し、被写体載置面１３１ａの法線に対して光軸Ｌが傾斜角度αをなすように、観察光学系１０４を傾けても良い。或いは、図９及び図１１に示すように、被写体載置面１３１ａに対して光軸Ｌが直交するように観察光学系１０４を設置し、被写体載置面１３１ａ上に傾斜角度αを有する台座１０６を設置し、この台座１０６上に被写体Ｓを載置することとしても良い。
【０１０７】
この際、ユーザは、Ｘ方向における真直度を検出する場合には、物体面Ｐｓに対して光軸ＬをＸ方向に傾斜させ、Ｙ方向における真直度を検出する場合には、物体面Ｐｓに対して光軸ＬをＹ方向に傾斜させる。併せて、ユーザは、入力部２５を用いて、物体面Ｐｓに対する光軸Ｌの傾斜方向を入力する。なお、実施の形態２においても、図７に例示するような平面性が保証されたテストチャートが被写体Ｓとして用いられる。
【０１０８】
続くステップＳ２２において、制御部２３は、撮像条件を取得し、該撮像条件に基づいて、撮像を１回行うごとにステージ１３１を移動させる移動方向及び移動量を決定する。
【０１０９】
撮像条件としては、物体面Ｐｓの法線に対する光軸Ｌの傾斜角度（即ち、物体面Ｐｓに対する合焦面Ｐｆの傾斜角度）α及び傾斜方向（Ｘ方向又はＹ方向）、観察光学系１０４の観察倍率β、及びイメージャサイズＩW(X)×ＩW(Y)（ｍｍ）が挙げられる。これらの撮像条件はパラメータ記憶部２４１に予め記憶されており、制御部２３は、アライメント動作を開始すると、これらの撮像条件をパラメータ記憶部２４１から読み出す。
【０１１０】
また、制御部２３は、取得した撮像条件に基づいて、観察光学系１０４に対するステージ１３１の移動方向及び移動量を決定する。詳細には、まず、制御部２３は、物体面Ｐｓに対する光軸Ｌの傾斜方向を、ユーザ操作に応じて入力部２５から入力される信号により取得し、この傾斜方向に基づいてステージ１３１の移動方向を決定する。或いは、観察光学系１０４に対し、該観察光学系１０４の傾斜方向を検出する検出手段（例えば重力センサ等）を設け、この検出手段による検出結果から光軸Ｌの傾斜方向を取得しても良い。
【０１１１】
ステージ１３１の移動方向は、観察光学系１０４の光軸Ｌを物体面Ｐｓの法線方向から該物体面Ｐｓに投影したときに、物体面Ｐｓにおいて光軸が伸びる方向とする。具体的には、図８に示すように、物体面Ｐｓに対して光軸ＬがＸ方向に傾斜している場合、図２６（ａ）に示すように、撮像範囲Ａ内において観察視野ＶをＸ方向に順次移動するように、ステージ１３１をＸ方向に移動させる。一方、図１０に示すように、物体面Ｐｓに対して光軸ＬがＹ方向に傾斜している場合、図２６（ｂ）に示すように、撮像範囲Ａ内において観察視野ＶがＹ方向に順次移動するように、ステージ１３１をＹ方向に移動させる。ステージ１３１の移動量については、実施の形態１と同様に、式（３−１）、（３−２）により与えられる。
【０１１２】
続くステップＳ２３において、顕微鏡システム２は、所定の観察視野を撮像して画像を取得する。具体的には、図２６（ａ）又は（ｂ）に示すように、撮像範囲Ａの左上の観察視野Ｖが撮像される。なお、顕微鏡システムズ２は、最初の観察視野Ｖにおいて概ね中心領域が合焦されるように（図３参照）、ステージ１３１のＺ位置を予め調整しておく。
【０１１３】
続くステップＳ２４において、合焦領域検出部２３１は、ステップＳ２３において取得された画像から合焦領域を検出し、該合焦領域の重心座標及び幅（ピクセル）を、基準合焦領域に関する情報として、当該観察視野Ｖの重心座標と共にパラメータ記憶部２４１に記憶させる。なお、合焦領域検出部２３１による合焦領域の検出処理は、実施の形態１と同様である（図１６参照）。
【０１１４】
続くステップＳ１３〜Ｓ１７の処理は、実施の形態１と同様である（図１２参照）。このうち、ステップＳ１５においては、最初の観察視野Ｖを写した画像から検出された合焦領域の位置が、基準合焦領域の位置としてパラメータ記憶部２４１から読み出されて用いられる。また、ステップＳ１６においては、最初の観察視野を写した画像から検出された合焦領域の幅が、パラメータ記憶部２４１から読み出されて用いられる。撮像範囲Ａ内の全領域に対する処理が終了した後（ステップＳ１７：Ｙｅｓ）、処理は終了する。
【０１１５】
このようにして検出され、パラメータ記憶部２４１に記憶されたステージ１３１の真直度特性は、ユーザが標本等を観察する際に、ステージ１３１のＺ位置を手動で較正しつつ標本を撮像するために利用することができる。なお、標本等を観察する際には、観察光学系１０４の傾斜（図８、図１０参照）をもとに戻し、或いは、台座１０６（図９、図１１参照）を除去して、物体面Ｐｓと合焦面Ｐｆとを平行に設置する。
【０１１６】
詳細には、出力部４２は、ユーザ操作に応じて入力部２５から入力される指示信号に応じて、パラメータ記憶部２４１から真直度特性を読み出し、表示装置４３に出力して所定の形式で表示させる。図２７及び図２８は、表示装置４３に表示される真直度特性の表示例を示す模式図である。
【０１１７】
表示装置４３の画面には、顕微鏡装置１０における現在の観察視野が写った画像（以下、観察画像という）に加えて、図２７及び図２８に示すようなウィンドウ４３ａが表示される。このウィンドウ４３ａは、被写体載置面１３１ａにおける真直度マップが表示されるマップ表示欄ｄ１と、Ｘ方向又はＹ方向における真直度の変化を示すグラフが表示されるグラフ表示欄ｄ２と、真直度に応じたステージ１３１の調整方法を表すメッセージが表示されるメッセージ表示欄ｄ３とを含んでいる。
【０１１８】
マップ表示欄ｄ１に表示される真直度マップにおいて、横軸は観察視野のＸ座標を示し、縦軸は観察視野のＹ座標を示している。また、真直度マップの各座標の画素に割り当てられた色相は、被写体載置面１３１ａの対応する座標における真直度の大きさを表している。なお、図２７及び図２８においては、色相の違いをグレーの濃淡で表しており、真直度が高いほどグレーの濃度を高くしている。この真直度マップには、顕微鏡装置１０における現在の観察視野の座標を表す点ｐ１が表示されている。
【０１１９】
ユーザが、入力部２５を用いて観察視野をＸ方向に移動させる操作を行うと、図２７に示すように、現在の観察視野に対してＸ方向で隣接する観察視野の座標を表す点ｐ２が真直度マップに表示されると共に、Ｘ方向における真直度の変化を示すグラフがグラフ表示欄ｄ２に表示される。さらに、点ｐ１と点ｐ２との真直度の変化に応じてユーザが行うべきステージ１３１の調整方法が、メッセージ表示欄ｄ３に表示される。一方、ユーザが、入力部２５を用いて観察視野をＹ方向に移動させる操作を行うと、図２８に示すように、現在の観察視野に対してＹ方向で隣接する観察視野の座標を表す点ｐ３が真直度マップに表示されると共に、Ｙ方向における真直度の変化を示すグラフがグラフ表示欄ｄ２に表示される。さらに、点ｐ１と点ｐ３との真直度の変化に応じてユーザが行うべきステージ１３１の調整方法が、メッセージ表示欄ｄ３に表示される。
【０１２０】
ユーザは、ステージ１３１に設けられた調節ツマミ等を、メッセージ表示欄ｄ３に表示されているとおり、所定方向に所定量だけ回転させることによって、ステージ１３１のＺ位置を調整することができる。メッセージ表示欄ｄ３には、調節ツマミの回転方向（時計回り、反時計回り）や回転量（○目盛り、△目盛り）が具体的に示されているので、ユーザは迷うことなく正確にステージ１３１の較正を行うことが可能となる。
【０１２１】
以上説明したように、本発明の実施の形態２によれば、ユーザによる使用頻度が高い領域におけるステージ１３１の真直度特性を検出するので、ユーザの自身の使用状況に応じて、ステージ１３１のアライメントを、随時、効率良く行うことが可能となる。
【０１２２】
また、実施の形態２においては、ユーザが手作業で物体面Ｐｓに対して合焦面Ｐｆを傾斜させるため、物体面Ｐｓと合焦面Ｐｆとのなす傾斜角度が、アライメントを行うごとに一定にならない可能性がある。しかしながら、実施の形態２においては、アライメントを行う際に撮像範囲Ａ内で最初に撮像された観察範囲の画像から検出された合焦領域の位置を基準とするので、他の観察視野における真直度を正確に検出することが可能となる。
【０１２３】
（変形例２−１）
次に、本発明の実施の形態２の変形例２−１について説明する。図２９は、本変形例２−１における真直度特性の表示例を示す模式図である。表示装置４３の画面にステージ１３１の真直度特性を表示する際には、図２７に示すウィンドウ４３ａの代わりに、図２９に示すウィンドウ４３ｂを表示しても良い。ウィンドウ４３ｂは、図２７に示すマップ表示欄ｄ１の代わりに、ステージ１３１に載置された被写体Ｓの全体が写った画像（以下、マクロ画像という）が表示される画像表示欄ｄ４を含んでいる。
【０１２４】
マクロ画像は、顕微鏡装置１０において比較的低倍率（例えば、１倍〜４倍）の対物レンズを用いて被写体Ｓを撮像することにより取得された画像である。ユーザは、被写体Ｓをステージ１３１にセットした後、まずマクロ画像の撮像を行うと良い。
【０１２５】
マクロ画像が取得されると、制御部２３は、パラメータ記憶部２４１から真直度特性を読み出し、マクロ画像における座標とステージ１３１の各座標における真直度特性とを関連付けて出力する。それにより、図２９に示すウィンドウ４３ｂが表示装置４３の画面に表示される。このウィンドウ４３ｂ内の画像表示欄ｄ４に表示されたマクロ画像には、顕微鏡装置１０における現在の観察視野の座標を表す点ｐ１が表示されている。
【０１２６】
ユーザが、マクロ画像に対する入力部２５を用いたポインタ操作（例えばクリック操作）により、より高倍率で詳細に観察したい領域を指定すると、当該領域を表す点（例えば点ｐ２）がマクロ画像上に表示されると共に、顕微鏡装置１０における観察視野が当該領域に移行する。さらに、点ｐ１から点ｐ２に向かう方向（図２９においてはＸ方向）における真直度の変化を示すグラフがグラフ表示欄ｄ２に表示されると共に、点ｐ１と点ｐ２との真直度の変化に応じてユーザが行うべきステージ１３１の調整方法が、メッセージ表示欄ｄ３に表示される。
【０１２７】
ユーザは、画像表示欄ｄ４に表示されたマクロ画像を参照することにより、被写体Ｓのうち、より高倍率で詳細に観察したい領域を容易に選択することができると共に、選択した領域に応じてグラフ表示欄ｄ２及びメッセージ表示欄ｄ３にそれぞれ表示されるグラフ及びメッセージを参照することにより、ステージ１３１のＺ位置を簡単且つ正確に調整することができる。
【０１２８】
（変形例２−２）
上記実施の形態２においても、変形例１−４と同様に較正部を設け、パラメータ記憶部２４１に記憶された真直度特性に応じてステージ１３１のＺ位置を自動較正することとしても良い。
【０１２９】
（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３について説明する。
図３０は、本発明の実施の形態３に係る顕微鏡システムの構成を示すブロック図である。図３０に示すように、実施の形態３に係る顕微鏡システム３は、顕微鏡装置１０及び処理装置５０を備える。このうち、顕微鏡装置１０の構成及び動作は、実施の形態１と同様である（図２参照）。また、本実施の形態３に係るアライメント装置は、上記処理装置５０と、顕微鏡装置１０が備える電動ステージユニット１３０とを含む。
【０１３０】
処理装置５０は、図１に示す処理装置２０における制御部２３の代わりに制御部５１を備え、さらに、Ｚ位置調整部５２を備える。制御部５１及びＺ位置調整部５２以外の処理装置５０の各部の構成及び動作は、実施の形態１と同様である。
【０１３１】
制御部５１は、合焦領域検出部２３１と、合焦領域比較部５１１と、真直度特性検出部２３３とを備える。このうち、合焦領域検出部２３１及び真直度特性検出部２３３の動作は、実施の形態１と同様である。
【０１３２】
合焦領域比較部５１１は、合焦領域検出部２３１により検出された合焦領域の位置及び幅を、パラメータ記憶部２４１に記憶されている基準合焦領域の位置及び幅と比較する。
Ｚ位置調整部５２は、合焦領域比較部５１１に合焦領域の位置及び幅の比較結果に基づいて、ステージ１３１のＺ位置を調整する。
【０１３３】
ここで、ステージ１３１の真直度が大きい場合、観察光学系１０４に合焦されている物体面Ｐｓ内の領域Ｒ0（図３参照）が観察視野Ｖからはみ出し、この観察視野Ｖを写した画像に合焦領域の全体が収まり切らなくなることがある。この場合、基準合焦領域からの合焦領域のシフト量を正確に取得することができなくなってしまう。そこで、本実施の形態３においては、合焦領域比較部５１１による比較結果に基づいて、Ｚ位置調整部５２がステージ１３１のＺ位置を調整することにより、合焦領域のシフト量を正確に取得できるようにする。
【０１３４】
次に、実施の形態３に係るアライメント方法について説明する。図３１は、実施の形態３に係るアライメント方法を示すフローチャートである。なお、図３１に示すステップＳ１０〜Ｓ１４は、実施の形態１と同様である（図１２参照）。また、本実施の形態３においても、図８〜図１１に例示するように、物体面Ｐｓに対して合焦面Ｐｆを傾斜させた状態でアライメントが行われる。
【０１３５】
ステップＳ１４に続くステップＳ３１において、合焦領域比較部５１１は、パラメータ記憶部２４１に記憶されている基準合焦領域の位置情報を読み出し、ステップＳ１４において画像内から検出された合焦領域の位置及び幅を、基準合焦領域の位置及び幅とそれぞれ比較する。図３２は、合焦領域比較部５１１が実行する合焦領域の比較処理を説明するための模式図である。このうち、図３２（ａ）は、基準状態において撮像された基準画像Ｍbaseを示す模式図である。合焦領域比較部５１１は、この基準画像Ｍbaseにおける基準合焦領域Ｒbaseの重心位置ＢＧの座標（ｘBG，ｙBG）及び幅ＢＷを、パラメータ記憶部２４１から読み出しておく。
【０１３６】
図３２（ｂ）に示すように、ステップＳ１４において、ある観察視野を写した画像Ｍ４から合焦領域Ｒfocus4が検出された場合、合焦領域比較部５１１は、合焦領域Ｒfocus4の重心位置ＯＧの座標（ｘOG，ｙOG）及び幅ＯＷ（ピクセル）を算出する。そして、基準状態からの合焦領域Ｒfocus3のシフト量、即ち、重心位置ＢＧ、ＯＧ間のシフト量ΔＣ（ｘOG−ｘBG、又は、ｙOG−ｙBG）（ピクセル）及びシフト方向を求め、パラメータ記憶部２４１に記憶させておく。合焦領域Ｒfocus4のシフト方向は、シフト量ΔＣの符号によって表される。具体的には、図３２（ｂ）に示すように、合焦領域Ｒfocus4が右方向にシフトした場合、シフト量ΔＣの符号は正となる。
【０１３７】
また、合焦領域比較部５１１は、基準状態からの合焦領域Ｒfocus4の幅の変化量ΔＷ＝ＢＷ−ＯＷ（ピクセル）を算出する。
【０１３８】
続くステップＳ３２において、合焦領域比較部５１１は、処理対象の観察視野において、ステージ１３１のＺ位置を調整する必要があるか否かを判定する。ここで、図６に示すように、物体面が基準状態の物体面Ｐｓ0から大きく離れてしまうと（例えば、物体面が物体面Ｐｓmaxよりさらに下がった状態）、当該物体面で合焦された領域が画像内に収まり切れなくなる。そのような場合、図３２に示すように、基準合焦領域Ｒbaseに対する合焦領域Ｒfocus4のシフト量が大きくなると共に、画像Ｍ４から検出された合焦領域Ｒfocus4の幅ＯＷは、基準合焦領域Ｒbaseの幅ＢＷよりも小さくなる。従って、ステップＳ３２において算出された合焦領域の幅の変化量ΔＷはゼロよりも大きくなる。この場合、合焦領域比較部５１１は、ステージ１３１のＺ位置の調整が必要と判定し（ステップＳ３２：Ｎｏ）、処理はステップＳ３３に移行する。
【０１３９】
ステップＳ３３において、合焦領域比較部５１１は、ステップＳ３１において算出された合焦領域のシフト量ΔＣに基づいて、ステージ１３１のＺ位置を調整するための調整量及び調整方向を算出する。これに応じて、Ｚ位置調整部５２は、算出された調整量及び調整方向に基づいて、ステージ１３１のＺ位置を調整する制御を行う。ステージ１３１のＺ位置を調整量δＡZは、被写界深度ＤＯＦ、基準合焦領域の幅Ｗfocus、及び合焦領域の幅の変化量ΔＷに基づいて、次式（７）によって与えられる。
δＡZ＝（ＤＯＦ×ΔＷ）／Ｗfocus  …（７）
【０１４０】
また、ステージ１３１のＺ位置の調整方向は、合焦領域のシフト量ΔＣの符号に基づいて決定される。図６に示すように、物体面Ｐｓに対し、Ｘ座標が大きくなるほど合焦面Ｐｆが下がる（Ｚ座標が大きく）ように合焦面Ｐｆが傾斜している場合において、合焦領域のシフト量ΔＣの符号がプラスである場合、物体面Ｐｓが観察光学系１０４に近づく方向にステージ１３１を移動させる。反対に、同様に合焦面Ｐｆが傾斜している場合において、合焦領域のシフト量ΔＣの符号がマイナスである場合、物体面Ｐｓが観察光学系１０４から離れる方向にステージ１３１を移動させる。これにより、当該観察視野内に合焦領域が収まるようになる。Ｙ方向についても同様である。
【０１４１】
続くステップＳ３４において、処理装置２０は、同じ観察視野を撮像することにより画像を取得する。その後、処理はステップＳ１４に移行する。図３３は、図３２（ｂ）と同じ観察視野を撮像することにより取得された画像を示す模式図である。図３２に示すように、ステージ１３１のＺ位置を調整した後では、画像Ｍ４’から、基準合焦領域Ｒbase（図３２（ａ）参照）と同じ幅ＯＷを有する合焦領域Ｒfocus4’が検出されるようになる。
【０１４２】
一方、ステップＳ３１において算出された合焦領域のシフト量ΔＣがそれほど大きくなく、画像内に合焦領域の全体が収まっている場合、合焦領域の幅の変化量ΔＷはゼロとなる。この場合、合焦領域比較部５１１は、ステージ１３１のＺ位置の調整は不要と判定し（ステップＳ３２：Ｙｅｓ）、処理はステップＳ１６に移行する。
【０１４３】
続くステップＳ１６の処理は、全体として実施の形態１と同様であるが（図２２参照）、ステップＳ１６１においては、最終的な真直度ΔＺ’として、式（６）によって与えられる真直度ΔＺと、ステップＳ３３において算出された調整量δＡZとの和が算出される（ΔＺ’＝ΔＺ＋δＡZ）。
続くステップＳ１７の処理は、実施の形態１と同様である。
【０１４４】
以上説明したように、本発明の実施の形態３によれば、ステージ１３１のＺ方向における変動が大きい場合であっても、ステージ１３１のＺ位置を調整することにより、真直度特性を取得することが可能となる。
【０１４５】
また、本発明の実施の形態３によれば、ステージ１３１のＺ方向における変動（真直度）が大きい場合にステージ１３１のＺ位置を調整するため、隣接する観察視野について処理した際にも、当該隣接する観察視野に合焦領域が収まる可能性が高くなる。従って、各観察領域を写した画像に対する合焦領域の検出精度を向上させることができる。
【０１４６】
なお、実施の形態３においては、ステップＳ３３において算出された調整量δＡZを用いることにより、真直度特性を算出することが可能であるため、必ずしも、調整量δＡZに基づいてステージ１３１のＺ位置を調整する必要はない。しかしながら、この場合、調整量δＡZに計算誤差が含まれることを加味する必要がある。従って、好ましくは、ステージ１３１のＺ位置を調整した上で、同じ観察視野を写した画像に合焦領域の全体が含まれることを確認し、この合焦領域の位置に基づいて真直度ΔＺ’＝ΔＺ＋δＡZを算出すると良い。
【０１４７】
（変形例３−１）
上記実施の形態３においても、実施の形態２と同様に撮像範囲を設定することにより、ユーザによる使用頻度の高い領域に限定して真直度特性を取得しても良い。
【０１４８】
（変形例３−２）
次に、本発明の実施の形態３の変形例３−２について説明する。なお、本変形例３−２における処理装置の構成及びこれを含む顕微鏡システム全体の構成は、実施の形態３と同様である。
【０１４９】
図３４は、本変形例３−２に係るアライメント方法を示すフローチャートである。なお、図３４に示すステップＳ１０〜Ｓ１３は、実施の形態３と同様である。
【０１５０】
ステップＳ１３に続くステップＳ１４において、合焦領域検出部２３１は、ステップＳ１３において取得された画像から合焦領域を検出する。合焦領域の検出処理は全体として実施の形態１と同様であるが（図１６参照）、ステップＳ１４５においては、Ｘ方向における画像評価値ＥＸが所定の閾値Ｔｘよりも高く、且つ、Ｙ方向における画像評価値ＥＹが所定の閾値Ｔｙよりも高い小領域を、合焦領域として選択すると共に、合焦領域として選択された小領域の数をカウントする。
【０１５１】
続くステップＳ４１において、合焦領域比較部５１１は、ステップＳ１４において合焦領域が検出されたか否かを判定する。具体的には、合焦領域として選択された小領域の数が１以上である場合、合焦領域比較部５１１は合焦領域が検出されたと判定する（ステップＳ４１：Ｙｅｓ）。この場合、処理はステップＳ３１に移行する。続くステップＳ３１〜Ｓ３３、Ｓ１６及びＳ１７の処理は、実施の形態３と同様である。
【０１５２】
一方、合焦領域として選択された小領域の数がゼロである場合、合焦領域比較部５１１は、合焦領域が検出されなかったと判定する（ステップＳ４１：Ｎｏ）。この場合、ステップＳ４２において、Ｚ位置調整部５２は、現在の観察視野よりも前に撮像された観察視野に対する処理の際に実行されたステージ１３１のＺ位置の調整方向及び調整量δＡZに基づいて、ステージ１３１のＺ位置を調整する制御を行う。
【０１５３】
図３５は、現在の観察視野を写した画像を示す模式図である。図３５に示すように、現在の観察視野を写した画像Ｍ５から合焦領域が検出されなかった場合、合焦領域比較部５１１は、前回（１視野前）の観察視野に対する処理の際に実行されたステージ１３１のＺ位置の調整量及び調整方向をパラメータ記憶部２４１から読み出す。
【０１５４】
例えば、前回の観察視野を最初に撮像した際、図３２（ｂ）に示すように、合焦領域Ｒfocus4の全体を捉えきれない画像Ｍ４が取得されたために、ステージ１３１のＺ位置を調整し（図３１のステップＳ３３参照）、その結果、図３３に示すように、合焦領域Ｒfocus4’の全体を含む画像Ｍ４’が取得されたとする。この場合、式（７）によって与えられる調整量δＡZと、基準状態からの合焦領域のシフト量ΔＣに基づいて決定されるステージ１３１のＺ位置の調整方向とが、パラメータ記憶部２４１から読み出される。
【０１５５】
合焦領域比較部５１１は、この調整量δＡZ及び調整方向をＺ位置調整部５２に出力する。これに応じて、Ｚ位置調整部５２は、調整量δＡZ及び調整方向に基づいて、顕微鏡装置１０に対してステージ１３１のＺ位置を変更させる制御を行う。それにより、現在の観察視野に合焦領域を近づけることができる。その後、処理はステップＳ３４に移行する。
【０１５６】
ステージ１３１のＺ位置の調整後、再び当該観察視野を写した画像（ステップＳ３４参照）から合焦領域が検出された場合（ステップＳ１４、ステップＳ４１：Ｙｅｓ）、処理はステップＳ３１に移行する。一方、当該観察視野を写した画像から合焦領域が検出されなかった場合（ステップＳ４１：Ｎｏ）、処理は再びステップＳ４２に移行する。この場合、合焦領域比較部５１１は、当該観察視野に対し、２視野前→３視野前→…と観察視野を順次遡り、各観察視野に対する処理の際に算出されたＺ位置の調整量及び調整方向基づき、画像内に合焦領域が出現するまでステージ１３１のＺ位置の調整を繰り返す。
【０１５７】
以上説明したように、本発明の実施の形態３の変形例３−２によれば、ステージ１３１のＺ方向における変動が大きく、現在の観察視野を写した画像から合焦領域を検出できない場合であっても、近傍の観察視野における真直度特性に基づいてステージ１３１のＺ位置を調整することにより、画像内に合焦領域を出現させるので、当該観察視野についても真直度特性を確実に取得することが可能となる。
【０１５８】
（変形例３−３）
次に、本発明の実施の形態３の変形例３−３について説明する。
上記変形例３−３においては、現在の観察視野を写した画像から合焦領域が検出されなかった場合に、観察視野を順次遡って、ステージ１３１のＺ位置の調整量δＡZ及び調整方向を取得した。しかしながら、現在の観察視野の周囲（４近傍又は８近傍）の観察視野におけるＺ位置の調整量δＡZ及び調整方向を用いて、現在の観察視野におけるステージ１３１のＺ位置を調整しても良い。現在の観察視野とその周囲の観察視野との間では、ステージ１３１のＺ位置の変動が小さいと考えられるからである。
【０１５９】
（実施の形態４）
次に、本発明の実施の形態４について説明する。
図３６は、本発明の実施の形態４に係る顕微鏡システムの構成を示すブロック図である。図３６に示すように、実施の形態４に係る顕微鏡システム４は、顕微鏡装置１０及び処理装置６０を備える。このうち、顕微鏡装置１０の構成及び動作は、実施の形態１と同様である（図２参照）。また、本実施の形態４に係るアライメント装置は、上記処理装置６０と、顕微鏡装置１０が備える電動ステージユニット１３０とを含む。
【０１６０】
処理装置６０は、図１に示す制御部２３の代わりに制御部６１を備え、さらに、ＸＹ位置調整部６２を備える。制御部６１及びＸＹ位置調整部６２以外の処理装置６０の各部の構成及び動作は、実施の形態１と同様である。
【０１６１】
制御部６１は、合焦領域検出部２３１と、合焦領域比較部６１１と、真直度特性検出部６１２とを備える。このうち、合焦領域検出部２３１の動作は、実施の形態１と同様である。
【０１６２】
合焦領域比較部６１１は、合焦領域検出部２３１により検出された合焦領域の位置（重心座標）を、パラメータ記憶部２４１に記憶されている基準合焦領域の位置（重心座標）と比較すると共に、合焦領域におけるパターンを基準合焦領域におけるパターンと比較する。
【０１６３】
真直度特性検出部６１２は、合焦領域比較部６１１による合焦領域の位置の比較結果に基づいて、Ｚ方向におけるステージ１３１の真直度特性を検出すると共に、合焦領域のパターンの比較結果に基づいて、Ｘ方向及びＹ方向におけるステージ１３１の真直度特性を検出する。
【０１６４】
ＸＹ位置調整部６２は、真直度特性検出部６１２により検出されたＸ方向及びＹ方向における真直度特性に基づいて、ステージ１３１のＸ方向及びＹ方向における位置を調整する。
【０１６５】
次に、本発明の実施の形態４に係るアライメント方法について説明する。
図３７は、実施の形態４に係るアライメント方法において用いられる被写体の例を示す模式図である。本実施の形態４においては、被写体Ｓとして、平面性が保証され、且つ、観察視野を写した画像を複数の小領域に分割した際に、全ての小領域に同じパターンが写るような被写体Ｓが用いられる。具体例として、図３７に示すようなパターンが形成されたテストチャートが用いられる。
【０１６６】
また、実施の形態４に係るアライメント方法においても、図８〜図１１に例示するように、被写体Ｓの表面である物体面Ｐｓに対して観察光学系１０４の光軸Ｌを傾斜させた状態でアライメントが行われる。
【０１６７】
図３８は、実施の形態４に係るアライメント方法を示すフローチャートである。なお、図３８に示すステップＳ１０〜Ｓ１４は、実施の形態１と同様である。
ステップＳ１４に続くステップＳ５１において、合焦領域比較部６１１は、ステップＳ１４において検出された合焦領域のパターンを、パラメータ記憶部２４１に記憶された基準合焦領域のパターンと比較する。
【０１６８】
図３９は、合焦領域比較部６１１が実行する合焦領域のパターンの比較処理を説明するための模式図である。このうち、図３９（ａ）は、基準状態における画像を示し、図３９（ｂ）は、現在の観察視野を写した画像を示す。図３９に示すように、現在の観察視野の画像Ｍ６内の合焦領域Ｒfocus6を、画像Ｍbase内の基準合焦領域Ｒbaseと比較すると、ｙ方向においてパターンのずれが生じている。
【０１６９】
このように、現在の観察視野を写した画像内の合焦領域と基準合焦領域とでパターンの位置に変化があった場合（ステップＳ５２：Ｙｅｓ）、真直度特性検出部６１２は、両者のパターンの位置の変化量及び変化の方向を検出する（ステップＳ５３）。例えば図３９の場合、合焦領域Ｒfocus6におけるパターンの位置は、基準合焦領域Ｒbaseにおけるパターンの位置に対し、マイナスｙ方向にδｙだけ変化している。真直度特性検出部６１２は、検出したパターンの位置の変化量（例えばδｙ）及び変化の方向（例えばマイナスｙ方向）の情報をＸＹ位置調整部６２に出力する。
【０１７０】
続くステップＳ５４において、ＸＹ位置調整部６２は、真直度特性検出部６１２から出力されたパターンの位置の変化量及び変化の方向に基づいて、顕微鏡装置１０に対してステージ１３１のＸ位置及びＹ位置を調整する制御を行う。
【０１７１】
ここで、ステージ１３１のＸ方向及びＹ方向における真直度がゼロである場合、即ち、ＸＹ平面内においてステージ１３１が撮像制御部２２による制御通りに運動している場合、各観察視野を写した画像におけるパターンは、基準状態の画像におけるパターンと完全に一致するはずである。言い換えると、基準状態の画像におけるパターンに対し、観察視野を写した画像におけるパターンの位置にずれが生じている場合、Ｘ方向又はＹ方向において、ステージ１３１の直線運動に対する変動が生じているといえる。
【０１７２】
そこで、ＸＹ位置調整部６２は、観察視野を写した画像におけるパターンの位置が基準状態の画像におけるパターンの位置と完全に一致するように（図３９（ｂ）の場合、パターンがプラスｙ方向にδｙだけ上昇するように）、ステージ１３１のＸ位置又はＹ位置を調整する制御を行う。
観察視野を写した画像におけるパターンの位置がｘ方向にずれている場合も同様である。その後、処理はステップＳ１５に移行する。
【０１７３】
一方、ステップＳ５１において、パターンの位置に変化がない場合（ステップＳ５２：Ｎｏ）、処理はステップＳ１５に移行する。続くステップＳ１５〜Ｓ１７は、実施の形態１と同様である。
【０１７４】
以上説明したように、本発明の実施の形態４によれば、ステージ１３１のＺ方向における真直度に加え、Ｘ方向及びＹ方向における真直度を検出することができる。また、実施の形態４においては、Ｘ方向及びＹ方向における真直度を検出すると共に、そのタイミングでステージ１３１のＸ位置及びＹ位置を調整するので、Ｚ方向における真直度の検出精度を向上させることができる。
【０１７５】
以上説明した実施の形態１〜４及び変形例はそのままに限定されるものではなく、各実施の形態及び変形例に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることによって、種々の発明を形成することができる。例えば、実施の形態に示される全構成要素からいくつかの構成要素を除外して形成してもよい。あるいは、異なる実施の形態に示した構成要素を適宜組み合わせて形成してもよい。
【符号の説明】
【０１７６】
１、１−２、２、３、４  顕微鏡システム
１０  顕微鏡装置
１００  アーム
１０１  三眼鏡筒ユニット
１０２  鏡筒
１０３  接眼レンズユニット
１０４  観察光学系
１０５  傾斜調整駆動部
１０６  台座
１１０  落射照明ユニット
１１１  落射照明用光源
１１２  落射照明光学系
１２０  透過照明ユニット
１２１  透過照明用光源
１２２  透過照明光学系
１３０  電動ステージユニット
１３１  ステージ
１３２  ステージ駆動部
１３３  位置検出部
１４０、１４１  対物レンズ
１４２  レボルバ
２０、３０、４０、５０、６０  処理装置
２１１  撮像部
２１  画像取得部
２１２  メモリ
２２、４１  撮像制御部
２３、５１、６１  制御部
２３１  合焦領域検出部
２３２  合焦位置比較部
２３３、６１２  真直度特性検出部
２４  記憶部
２４１  パラメータ記憶部
２４２  プログラム記憶部
２５  入力部
４２  出力部
３１  較正部
４３  表示装置
４３ａ  画面
４１１  領域設定部
４１２  移動条件設定部
５２  Ｚ位置調整部
５１１、６１１  合焦領域比較部
６２  ＸＹ位置調整部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３４】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２７】
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【図２８】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３５】
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【図３９】
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