(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、観察光学系の瞳を通過する照明光の領域の面積が、観察光学系の瞳の面積よりも小さくなるように、所定の照明領域が設定され、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、受光した光から所定の照明領域の像の位置を算出するステップＳ３２と、所定の照明領域の像の位置と基準の位置との差を算出するステップＳ３３と、算出した差から、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。
2017175495.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、
観察光学系の瞳を通過する前記照明光の領域の面積が、前記観察光学系の瞳の面積よりも小さくなるように、前記所定の照明領域が設定され、
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、
前記受光した光から前記所定の照明領域の像の位置を算出するステップと、
前記所定の照明領域の像の位置と基準の位置との差を算出するステップと、
前記算出した差から、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】
前記標本が存在していない状態で、前記観察光学系から出射した光を受光し、
受光した光から前記所定の照明領域の像の位置を算出し、
算出した位置を前記基準の位置とす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】
前記照明光を標本に照射するステップよりも前に、前記基準の位置を設定するステップを有す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】
最初の標本の測定を行う前に、前記基準の位置を設定するステップを実行することを特徴とする請求項３に記載の標本形状測定方法。
【請求項５】
前記基準の位置を予め記憶しておき、
最初の標本の測定を行う前に、記憶しておいた前記基準の位置を読み出して、前記基準の位置を設定することを特徴とする請求項３に記載の標本形状測定方法。
【請求項６】
前記受光は、前記観察光学系の瞳位置で行われることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の標本形状測定方法。
【請求項７】
前記受光は、前記観察光学系の瞳と共役な位置で行われることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の標本形状測定方法。
【請求項８】
前記光軸と直交する面内で、前記照明光と前記標本とを相対的に移動させるステップを有することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の標本形状測定方法。
【請求項９】
前記照明光と前記標本との相対的な移動は、前記標本の移動によって行われることを特徴とする請求項８に記載の標本形状測定方法。
【請求項１０】
前記照明光と前記標本との相対的な移動は、前記照明光の移動によって行われることを特徴とする請求項８に記載の標本形状測定方法。
【請求項１１】
前記相対的に移動するステップで取得した複数の前記傾き量から、前記標本の形状を計算し、前記計算した形状から前記標本の形状を画像化するステップを有することを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の標本形状測定方法。
【請求項１２】
予め求めておいた対応関係に基づいて前記傾き量を算出することを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載の標本形状測定方法。
【請求項１３】
前記対応関係は、前記所定の照明領域の像の位置と前記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ることを特徴とする請求項１２に記載の標本形状測定方法。
【請求項１４】
前記標本が存在していない状態での前記所定の照明領域の像の大きさと、前記標本が存在している状態での前記所定の照明領域の像の大きさと、の比から補正係数を求め、
前記補正係数を用いて、前記ルックアップテーブルのデータを補正することを特徴とする請求項１３に記載の標本形状測定方法。
【請求項１５】
前記対応関係は、前記所定の照明領域の像の位置と前記傾き量とをパラメータとする式で表わされていることを特徴とする請求項１２に記載の標本形状測定方法。
【請求項１６】
前記標本が存在していない状態での前記所定の照明領域の像の大きさと、前記標本が存在している状態での前記所定の照明領域の像の大きさと、の比から補正係数を求め、
前記補正係数を用いて、前記所定の照明領域の像の位置と前記傾き量とをパラメータとする式を補正することを特徴とする請求項１５に記載の標本形状測定方法。
【請求項１７】
前記標本が存在している状態での前記所定の照明領域の像の大きさが、前記標本が存在していない状態での前記所定の照明領域の像の大きさと一致するように、前記光軸に沿って前記標本の位置を調整することを特徴とする請求項１から１６のいずれか一項に記載の標本形状測定方法。
【請求項１８】
前記所定の照明領域の境界は、凸部又は凹部を有し、
前記凸部又は前記凹部は、９０度以下の角度で交わる２つの直線で形成された境界を有していることを特徴とする請求項１７に記載の標本形状測定方法。
【請求項１９】
以下の条件式（１）を満足することを特徴とする請求項１から１８のいずれか一項に記載の標本形状測定方法。
０＜σ＜０．９      （１）
ただし、
σ＝ＮＡill／ＮＡobで表わされ、
ＮＡillは、前記所定の領域を通過した照明光の開口数、
ＮＡobは、前記観察光学系の標本側の開口数、
である。
【請求項２０】
前記所定の照明領域の形状と前記所定の照明領域の面積の少なくとも一方が可変であることを特徴とする請求項１から１９のいずれか一項に記載の標本形状測定方法。
【請求項２１】
前記所定の照明領域の形状は、前記光軸に対して軸対称であることを特徴とする請求項１から２０のいずれか一項に記載の標本形状測定方法。
【請求項２２】
前記照明光の光量分布は、前記光軸に対して軸対称であることを特徴とする請求項１から２１のいずれか一項に記載の標本形状測定方法。
【請求項２３】
前記照明光の光量分布は、前記光軸から離れるにしたがって光量が少なくなることを特徴とする請求項１から２１のいずれか一項に記載の標本形状測定方法。
【請求項２４】
前記照明光は単色光、又は白色光の波長域よりも狭い波長域の光であることを特徴とする請求項１から２３のいずれか一項に記載の標本形状測定方法。
【請求項２５】
前記観察光学系の焦点深度内からの光のみを受光することを特徴とする請求項１から２４のいずれか一項に記載の標本形状測定方法。
【請求項２６】
前記観察光学系の倍率が可変であることを特徴とする請求項１から２５のいずれか一項に記載の標本形状測定方法。
【請求項２７】
前記観察光学系から出射した光のうち、周辺部の光の光量を求めることを特徴とする請求項１から２６のいずれか一項に記載の標本形状測定方法。
【請求項２８】
前記光軸に沿って、前記観察光学系と前記標本とを相対的に移動させるステップを備えることを特徴とする請求項１から２７のいずれか一項に記載の標本形状測定方法。
【請求項２９】
前記所定の照明領域を複数有することを特徴とする請求項１から２８のいずれか一項に記載の標本形状測定方法。
【請求項３０】
前記観察光学系は像側にテレセントリックな光学系であることを特徴とする請求項１から２９のいずれか一項に記載の標本観察方法。
【請求項３１】
前記照明光学系は射出側にテレセントリックな光学系であることを特徴とする請求項１から３０のいずれか一項に記載の標本観察方法。
【請求項３２】
前記観察光学系から出射した光の全光量を算出することを特徴とする請求項１から３１のいずれか一項に記載の標本形状測定方法。
【請求項３３】
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、所定の照明領域を形成する光学部材と、を有し、
前記観察光学系は、対物レンズを有し、
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、
前記コンデンサレンズよりも前記光源側に、前記光学部材が配置され、
前記観察光学系の瞳を通過する照明光の領域の面積が、前記観察光学系の瞳の面積よりも小さくなるように、前記所定の照明領域が設定され、
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、
前記受光した光から前記所定の照明領域の像の位置を算出し、
前記所定の照明領域の像の位置と基準の位置との差を算出し、
前記算出した差から、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３４】
前記検出素子は、複数の受光面で構成されていることを特徴とする請求項３３に記載の標本形状測定装置。
【請求項３５】
前記検出素子は、単一の受光面と複数の出力端子とで構成されていることを特徴とする請求項３３に記載の標本形状測定装置。
【請求項３６】
前記検出素子は、前記観察光学系の瞳位置に配置されていることを特徴とする請求項３３から３５のいずれか一項に記載の標本形状測定装置。
【請求項３７】
前記検出素子は、前記観察光学系の瞳と共役な位置に配置されていることを特徴とする請求項３３から３５のいずれか一項に記載の標本形状測定装置。
【請求項３８】
前記光軸と直交する面内で、前記照明光と前記保持部材とを相対的に移動させる走査機構を有することを特徴とする請求項３３から３７のいずれか一項に記載の標本形状測装置。
【請求項３９】
前記走査機構は、前記保持部材を移動させる駆動装置を有することを特徴とする請求項３８に記載の標本形状測定装置。
【請求項４０】
前記走査機構は、前記照明光を移動させる駆動装置を有することを特徴とする請求項３８に記載の標本形状測定装置。
【請求項４１】
前記処理装置は、前記相対的な移動によって取得した複数の前記傾き量から、標本の形状を計算し、前記計算した形状から前記標本の形状を画像化する画像化回路を有することを特徴とする請求項３３から４０のいずれか一項に記載の標本形状測定装置。
【請求項４２】
予め求めておいた対応関係に基づいて前記傾き量を算出することを特徴とする請求項３３から４１のいずれか一項に記載の標本形状測定装置。
【請求項４３】
前記処理装置は、前記所定の照明領域の像の位置と前記傾き量とをパラメータとするルックアップテーブルを有し、
前記ルックアップテーブルを用いて前記傾き量を算出することを特徴とする請求項４２に記載の標本形状測定装置。
【請求項４４】
前記標本が存在していない状態での前記所定の照明領域の像の大きさと、前記標本が存在している状態での前記所定の照明領域の像の大きさと、の比から補正係数を求め、
前記補正係数を用いて、前記ルックアップテーブルのデータを補正することを特徴とする請求項４３に記載の標本形状測定装置。
【請求項４５】
前記処理装置は、前記所定の照明領域の像の位置と前記傾き量とをパラメータとする式を有することを特徴とする請求項４２に記載の標本形状測定装置。
【請求項４６】
前記標本が存在していない状態での前記所定の照明領域の像の大きさと、前記標本が存在している状態での前記所定の照明領域の像の大きさと、の比から補正係数を求め、
前記補正係数を用いて、前記所定の照明領域の像の位置と前記傾き量とをパラメータとする式を補正することを特徴とする請求項４５に記載の標本形状測定装置。
【請求項４７】
前記標本が存在している状態での前記所定の照明領域の像の大きさが、前記標本が存在していない状態での前記所定の照明領域の像の大きさと一致するように、前記光軸に沿って前記保持部材の位置を調整することを特徴とする請求項３３から４６のいずれか一項に記載の標本形状測定装置。
【請求項４８】
前記所定の照明領域の境界は、凸部又は凹部を有し、
前記凸部又は前記凹部は、９０度以下の角度で交わる２つの直線で形成された境界を有していることを特徴とする請求項４７に記載の標本形状測定装置。
【請求項４９】
以下の条件式（１）を満足することを特徴とする請求項３３から４８のいずれか一項に記載の標本形状測定装置。
０＜σ＜０．９      （１）
ただし、
σ＝ＮＡill／ＮＡobで表わされ、
ＮＡillは、前記所定の領域を通過した照明光の開口数、
ＮＡobは、前記観察光学系の標本側の開口数、
である。
【請求項５０】
前記所定の照明領域の形状と前記所定の照明領域の面積の少なくとも一方が可変であることを特徴とする請求項３３から４９のいずれか一項に記載の標本形状測定装置。
【請求項５１】
前記所定の照明領域の形状は、前記光軸に対して軸対称であることを特徴とする請求項３３から５０のいずれか一項に記載の標本形状測定装置。
【請求項５２】
前記照明光の光量分布は、前記光軸に対して軸対称であることを特徴とする請求項３３から５１のいずれか一項に記載の標本形状測定装置。
【請求項５３】
前記照明光の光量分布は、前記光軸から離れるにしたがって光量が少なくなることを特徴とする請求項３３から５２のいずれか一項に記載の標本形状測定装置。
【請求項５４】
前記照明光は単色光、又は白色光の波長域よりも狭い波長域の光であることを特徴とする請求項３３から５３のいずれか一項に記載の標本形状測定装置。
【請求項５５】
前記観察光学系の焦点深度内からの光のみを受光することを特徴とする請求項３３から５４のいずれか一項に記載の標本形状測定装置。
【請求項５６】
前記観察光学系の倍率が可変であることを特徴とする請求項３３から５５のいずれか一項に記載の標本形状測定装置。
【請求項５７】
前記観察光学系から出射した光のうち、周辺部の光の光量を求めることを特徴とする請求項３３から５６のいずれか一項に記載の標本形状測定装置。
【請求項５８】
前記光軸に沿って、前記観察光学系と前記保持部材とを相対的に移動させる駆動機構を備えることを特徴とする請求項３３から５７のいずれか一項に記載の標本形状測定装置。
【請求項５９】
前記所定の照明領域を複数有することを特徴とする請求項３３から５８のいずれか一項に記載の標本形状測定装置。
【請求項６０】
前記観察光学系は像側にテレセントリックな光学系であることを特徴とする請求項３３から５９のいずれか一項に記載の標本観察装置。
【請求項６１】
前記照明光学系は射出側にテレセントリックな光学系であることを特徴とする請求項３３から６０のいずれか一項に記載の標本観察装置。
【請求項６２】
前記観察光学系から出射した光の全光量を算出することを特徴とする請求項３３から６１のいずれか一項に記載の標本形状測定装置。
【請求項６３】
前記照明光学系は、前記光源と前記コンデンサレンズとの間に、前記光学部材を有し、
前記光学部材は、レンズで構成されていることを特徴とする請求項３３から６２のいずれか一項に記載の標本形状測定装置。
【請求項６４】
前記光源は、レーザ光源であり、
前記照明光学系は、前記光源と前記光学部材との間に、光ファイバを有することを特徴とする請求項６３に記載の標本形状測定装置。
【請求項６５】
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、所定の照明領域を形成する光学部材と、を有し、
前記観察光学系は、対物レンズを有し、
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、
前記検出素子は、前記観察光学系の瞳位置、又は、前記観察光学系の瞳位置と共役な位置に配置され、
前記コンデンサレンズよりも前記光源側に、前記光学部材が配置され、
前記所定の照明領域は、前記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、前記照明光が前記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縁に照射されるように設定され、
前記照明光学系により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、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６６】
前記照明光学系は、前記標本と共役な位置に、光出射点群を有し、
前記光出射点群は、光出射点を複数有し、
前記光出射点は、各々、離散的に位置し、
前記観察光学系は、集光レンズと、マイクロレンズアレイと、を有し、
マイクロレンズアレイは、前記標本と共役な位置に配置され、
前記検出素子は、前記観察光学系の瞳と共役な位置に配置されていることを特徴とする請求項３３に記載の標本形状測定装置。
【請求項６７】
前記光出射点は、微小な開口であることを特徴とする請求項６６に記載の標本形状測定装置。
【請求項６８】
前記光出射点は、微小な発光部であることを特徴とする請求項６６に記載の標本形状測定装置。
【請求項６９】
前記マイクロレンズアレイは、複数のレンズ素子を有し、
前記レンズ素子の位置に、前記光出射点の像が形成され、
前記光出射点の前記像の大きさは、前記レンズ素子の大きさよりも小さいことを特徴とする請求項６６に記載の標本形状測定装置。
【請求項７０】
光軸と直交する面内で、前記保持部材を移動させることを特徴とする請求項６６から６９のいずれか一項に記載の標本形状測装置。
【請求項７１】
前記光出射点群から出射する前記照明光の位置を変化させることを特徴とする請求項６６に記載の標本形状測装置。
【請求項７２】
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、面光源と、コンデンサレンズと、所定の照明領域を形成する光学部材と、を有し、
前記観察光学系は、対物レンズと、集光レンズと、マイクロレンズアレイと、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、
前記コンデンサレンズよりも前記面光源側に、前記光学部材が配置され、
前記観察光学系の瞳を通過する照明光の領域の面積が、前記観察光学系の瞳の面積よりも小さくなるように、前記所定の照明領域が設定され、
前記マイクロレンズアレイは、前記標本と共役な位置に配置され、
前記検出素子は、前記観察光学系の瞳と共役な位置に配置され、
前記照明光学系により前記標本に照射された照明光は、前記標本に照射され、
前記標本から出射した光は前記観察光学系に入射し、
前記マイクロレンズアレイによって、複数の光領域が前記検出素子上に形成され、
前記検出素子は、前記光領域の各々について、前記光領域全体の光を受光し、
前記処理装置は、
前記光領域の各々について、前記光領域の位置を算出し、
前記光領域の各々について、前記光領域の位置と基準の位置との差を算出し、
前記算出した差から、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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、標本の表面における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、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、
観察光学系の瞳を通過する照明光の領域の面積が、観察光学系の瞳の面積よりも小さくなるように、所定の照明領域が設定され、
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、
受光した光から所定の照明領域の像の位置を算出するステップと、
所定の照明領域の像の位置と基準の位置との差を算出するステップと、
算出した差から、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、所定の照明領域を形成する光学部材と、を有し、
観察光学系は、対物レンズを有し、
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、
コンデンサレンズよりも光源側に、光学部材が配置され、
観察光学系の瞳を通過する照明光の領域の面積が、観察光学系の瞳の面積よりも小さくなるように、所定の照明領域が設定され、
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、
受光した光から所定の照明領域の像の位置を算出し、
所定の照明領域の像の位置と基準の位置との差を算出し、
算出した差から、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。【００１１】
また、本発明の別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、所定の照明領域を形成する光学部材と、を有し、
観察光学系は、対物レンズを有し、
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、
検出素子は、観察光学系の瞳位置、又は、観察光学系の瞳位置と共役な位置に配置され、
コンデンサレンズよりも光源側に、光学部材が配置され、
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縁に照射されるように設定され、
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。【００１２】
また、本発明の別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、面光源と、コンデンサレンズと、所定の照明領域を形成する光学部材と、を有し、
観察光学系は、対物レンズと、集光レンズと、マイクロレンズアレイと、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、
コンデンサレンズよりも光源側に、光学部材が配置され、
観察光学系の瞳を通過する照明光の領域の面積が、観察光学系の瞳の面積よりも小さくなるように、所定の照明領域が設定され、
マイクロレンズアレイは、標本と共役な位置に配置され、
検出素子は、観察光学系の瞳と共役な位置に配置され、
照明光学系により標本に照射された照明光は、標本に照射され、
標本から出射した光は観察光学系に入射し、
マイクロレンズアレイによって、複数の光領域が検出素子上に形成され、
検出素子は、光領域の各々について、光領域全体の光を受光し、
処理装置は、
光領域の各々について、光領域の位置を算出し、
光領域の各々について、光領域の位置と基準の位置との差を算出し、
算出した差から、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】
【００１３】
本発明によれば、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】
【００１４】
【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の状態における結像光の様子を示す図である。
【図４Ｂ】第１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の状態における結像光の様子を示す図である。
【図６Ｂ】第１の状態における結像光の様子を示す図である。
【図７】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】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】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１０】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１１】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１２】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１３】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１４】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１５】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１６Ａ】標本を通過する照明光の様子を示す図である。
【図１６Ｂ】標本を通過する照明光の様子を示す図である。
【図１７】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１８Ａ】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１８Ｂ】結像光の様子を示す図である。
【図１９】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２０】本実施形態の標本形状測定方法による測定の様子を示す図である。
【図２１】標本の表面の傾斜角と結像光の中心光線との関係を示す図である。
【図２２】標本の表面の傾斜が０度のときの結像光の中心位置を示す図である。
【図２３】標本の表面の傾斜がθ1度のときの結像光の中心位置を示す図である。
【図２４】標本の表面の傾斜がθ2度のときの結像光の中心位置を示す図である。
【図２５Ａ】標本の像を示す図である。
【図２５Ｂ】標本の像を示す図である。
【図２６】照明光学系の例を示す図である。
【図２７】照明光学系の別の例を示す図である。
【図２８Ａ】開口部材の変形例を示す図である。
【図２８Ｂ】開口部材の変形例を示す図である。
【図２９】本実施形態の標本形状測定装置を示す図である。
【図３０】結像光の様子を示す図である。
【図３１】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３２】軸上結像光の様子を示す図である。
【図３３】光軸方向から見た軸上結像光の位置を示す図である。
【図３４】マイクロレンズアレイと光出射点の像を示す図である。
【図３５】マイクロレンズアレイと光出射点の像を示す図である。
【図３６】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３７】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３８】光軸方向から見た２つの結像光の位置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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。
【００１６】
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。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。図１は、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。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。
【００１７】
図１に示すように、照明光学系１と観察光学系２は、両者がステージ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。
【００１８】
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。
【００１９】
透過領域４ｂは、遮光部材４の中央部に形成されている。遮光部材４は、中央部が光軸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は含まれていないが、透過領域４ｂには光軸１０が含まれている。
【００２０】
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。照明光ＬIL1では、光軸と直交する面内において光強度の分布が均一になっているものとする。
【００２１】
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。
【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、絞り７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】
図２Ａは、第１の状態における照明光の様子を示す図である。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。遮光部材４は、透過領域４ｂが光軸１０を含むように配置されている。そのため、遮光領域４ａ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の領域の形状は円形になる。
【００２７】
遮光部材４の位置は、コンデンサレンズ５と対物レンズ６によって、絞り７の位置と共役になっている。よって、遮光部材４の位置には、絞り７の像が形成される。図２Ａには、遮光部材４の位置に形成された境界線像７ｃ’が破線で示されている。境界線像７ｃ’は、遮光部７ａと透過部７ｂとの境界線７ｃの像である。境界線像７ｃ’は、破線で示すように円形の像である。境界線像７ｃ’は、対物レンズ６の瞳の外縁の像でもある。
【００２８】
図２Ａに示すように、照明光ＬIL2の領域を示す円は、境界線像７ｃ’を示す円よりも小さい。これは、透過部７ｂの像の領域よりも狭い領域を照明するように、照明光ＬIL2の光束径が設定されていることを意味している。
【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。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で集光される。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に入射する。これにより、観察点１１が照明される。
【００３０】
照明光ＬIL3は、標本８を透過する。上述のように、第１の状態では、面の法線が光軸と平行になっている。面の法線が光軸と平行な状態では、標本の表面は傾斜していない。標本の表面が傾斜していない場合、照明光ＬIL3のうちで光軸１０上を進む光線（以下「中心光線ＬILC」という）は、標本８の表面で屈折されない。
【００３１】
標本８から出射した光（以下、「結像光ＬIM1」という）は、対物レンズ６に到達する。図２Ａに示すように、照明光ＬIL2の領域は、透過部７ｂの像の領域よりも狭い。この場合、対物レンズ６に到達した結像光ＬIM1は、全て対物レンズ６に入射する。対物レンズ６に入射した結像光ＬIM1は、遮光部７ｂで遮られることなく、絞り７を通過する。
【００３２】
図２Ｂは、第１の状態における結像光の様子を示す図である。図２Ｂに示すように、結像光ＬIM1の面積は、透過部７ｂの面積よりも小さくなっている。結像光ＬIM1は透過部７ｂの内側に位置している。
【００３３】
また、第１の状態では、標本８の表面が傾斜していない。この場合、中心光線ＬILCは標本８の表面で屈折されない。そのため、結像光ＬIM1のうちで中心光線ＬILCに対応する光線（以下、「中心光線ＬIMC」という）も、光軸１０上を進む。中心光線ＬIMCを結像光ＬIM1の中心とみなすと、第１の状態では、結像光ＬIM1の中心は光軸１０と一致する。
【００３４】
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。図３は、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。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。
【００３５】
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。
【００３６】
第２の状態でも、第１の状態と同様に照明が行われる。照明光ＬIL3は標本８上の観察点１１に入射する。これにより、観察点１１が照明される。
【００３７】
照明光ＬIL3は、標本８を透過する。上述のように、第２の状態では、面の法線が光軸と非平行になっている。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。標本の表面が傾斜している場合、中心光線ＬILCは、標本８の表面で屈折される。
【００３８】
標本８から出射した結像光ＬIM1は、対物レンズ６に到達する。図２Ａに示すように、照明光ＬIL2の領域は、透過部７ｂの像の領域よりも狭い。この場合、対物レンズ６に到達した結像光ＬIM1は、全て対物レンズ６に入射する。対物レンズ６に入射した結像光ＬIM1は、遮光部７ｂで遮られることなく、絞り７を通過する。
【００３９】
図４Ａは、第２の状態における結像光の様子を示す図である。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に示すように、結像光ＬIM1の面積は、透過部７ｂの面積よりも小さくなっている。結像光ＬIM1は透過部７ｂの内側に位置している。
【００４０】
また、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、中心光線ILCは、標本８の表面で屈折される。そのため、中心光線ＬIMCは、光軸１０から離れる方向に進む。その結果、第２の状態では、結像光ＬIM1の中心は光軸１０と一致しない。
【００４１】
図４Ａと図４Ｂとの比較から分かるように、第２の状態における結像光ＬIM1の中心は、第１の状態における結像光ＬIM1の中心よりも、光軸１０から離れる方向にシフトしている。また、第２の状態では、シフトする方向は、紙面内の右方向になっている。
【００４２】
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。図５は、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。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。
【００４３】
図５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。
【００４４】
第３の状態でも、第１の状態と同様に照明が行われる。照明光ＬIL3は標本８上の観察点１１に入射する。これにより、観察点１１が照明される。
【００４５】
照明光ＬIL3は、標本８を透過する。上述のように、第３の状態では、面の法線が光軸と非平行になっている。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。標本の表面が傾斜している場合、中心光線ＬILCは、標本８の表面で屈折される。
【００４６】
標本８から出射した結像光ＬIM1は、対物レンズ６に到達する。図２Ａに示すように、照明光ＬIL2の領域は、透過部７ｂの像の領域よりも狭い。この場合、対物レンズ６に到達した結像光ＬIM1は、全て対物レンズ６に入射する。対物レンズ６に入射した結像光ＬIM1は、遮光部７ｂで遮られることなく、絞り７を通過する。
【００４７】
図６Ａは、第３の状態における結像光の様子を示す図である。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に示すように、結像光ＬIM1の面積は、透過部７ｂの面積よりも小さくなっている。結像光ＬIM1は透過部７ｂの内側に位置している。
【００４８】
また、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、中心光線ＬILCは、標本８の表面で屈折される。そのため、中心光線ＬIMCは、光軸１０から離れる方向に進む。その結果、第３の状態では、結像光ＬIM1の中心は光軸１０と一致しない。
【００４９】
図６Ａと図６Ｂとの比較から分かるように、第３の状態における結像光ＬIM1の中心は、第１の状態における結像光ＬIM1の中心よりも、光軸１０から離れる方向にシフトしている。また、第３の状態では、シフトする方向は、紙面内の左方向になっている。
【００５０】
第１の状態、第２の状態及び第３の状態のいずれにおいても、観察光学系２から出射する際、結像光ＬIM1は平行光束になっている。そして、第２の状態と第３の状態では、結像光ＬIM1は、光軸１０から離れる方向に平行移動する。
【００５１】
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、以下の（Ｉ）、（ＩＩ）を利用している。
（Ｉ）標本の表面に傾斜がない場合と傾斜がある場合とで、光軸１０に対する結像光ＬIM1の中心位置が異なる。
（ＩＩ）光軸１０に対する結像光ＬIM1の中心位置のずれ量（以下、「ずれ量Δ」という）が、傾き量に応じて変化する。
【００５２】
そして、本実施形態の標本形状測定方法における測定原理では、結像光ＬIM1の領域の面積が、透過部７ｂの面積よりも小さくなっている点に特徴がある。
【００５３】
ここで、結像光ＬIM1の領域の面積が透過部７ｂの面積と同じ場合について、説明する。表面が傾斜していない標本では、透過部７ｂは結像光ＬIM1で満たされている。よって、透過部７ｂを通過する結像光ＬIM1の領域の形状は円形になる。
【００５４】
一方、表面が傾斜している標本では、結像光ＬIM1が光軸１０から離れる方向にシフトする。この場合、結像光ＬIM1の一部は、透過部７ｂの外にはみ出してしまう。そのため、透過部７ｂを通過する結像光ＬIM1の領域の形状は、円の一部が欠けた形（以下、「非円形」という）になる。
【００５５】
非円形の結像光ＬIM1では、結像光ＬIM1の中心は光軸１０と一致しない。よって、結像光ＬIM1の領域の形状が非円形の場合であっても、ずれ量Δには傾き量の情報が含まれていることになる。しかしながら、傾き量は、結像光ＬIM1の領域の形状が円形のときのずれ量Δから求まる。そのため、結像光ＬIM1の領域の形状が非円形のときのずれ量Δからは、正確な傾き量を求めることはできない。
【００５６】
このように、結像光ＬIM1の領域の面積が透過部７ｂの面積と同じ場合、標本の表面に傾斜がない場合と傾斜がある場合とで、結像光ＬIM1の領域の形状が異なる。そのため、結像光ＬIM1の領域の面積が透過部７ｂの面積と同じ場合では、傾き量を正確に測定することは困難である。
【００５７】
次に、結像光ＬIM1の領域の面積が透過部７ｂの面積よりも大きい場合について、説明する。表面が傾斜していない標本では、透過部７ｂは結像光ＬIM1で満たされている。よって、透過部７ｂを通過する結像光ＬIM1の領域の形状は円形になる。
【００５８】
一方、表面が傾斜している標本では、結像光ＬIM1が光軸１０から離れる方向にシフトする。この場合、結像光ＬIM1の一部は、透過部７ｂの外にはみ出してしまう。ただし、結像光ＬIM1の領域の面積が透過部７ｂの面積よりも大きい場合は、透過部７ｂの外側にも結像光ＬIM1が存在している。そのため、透過部７ｂの外側に存在する結像光ＬIM1が、結像光ＬIM1のシフトに応じて透過部７ｂの内側にシフトして来る。その結果、透過部７ｂが結像光ＬIM1で満たされた状態がある程度続く。
【００５９】
透過部７ｂが結像光ＬIM1で満たされた状態は、表面が傾斜していない標本を測定している状態と同じである。よって、表面が傾斜している標本であっても、透過部７ｂが結像光ＬIM1で満たされた状態が続いている間は、標本の表面における傾き量は測定できないということになる。
【００６０】
また、透過部７ｂが結像光ＬIM1で満たされた状態が終ると、結像光ＬIM1の一部が透過部７ｂの外にはみ出してしまう。そのため、上述のように、正確な傾き量を求めることはできない。
【００６１】
このように、結像光ＬIM1の領域の面積が透過部７ｂの面積よりも大きい場合も、傾き量を正確に測定することは困難である。
【００６２】
これに対して、結像光ＬIM1の領域の面積が透過部７ｂの面積よりも小さい場合、標本の表面に傾斜がない場合と傾斜がある場合とで、結像光ＬIM1の領域の形状は同じである。そのため、傾き量を正確に測定することができる。また、透過部７ｂが結像光ＬIM1で満たされた状態にならない。よって、標本の表面における傾き量が測定できない状態を減少させることができる。
【００６３】
上述のように、本実施形態の標本形状測定方法における測定原理は、結像光ＬIM1の領域の面積が、透過部７ｂの面積よりも小さくなっている点に特徴がある。この特徴は、透過領域４ｂの大きさを適切に設定することで得られる。
【００６４】
透過部７ｂは、観察光学系２の瞳と見なすことができる。よって、結像光ＬIM1の領域の面積は、観察光学系２の瞳の面積よりも小さくなっている。
【００６５】
結像光ＬIM1の領域の面積は、透過部７ｂを通過するときの面積と見なすことができる。上述のように、透過部７ｂは観察光学系２の瞳であるので、結像光ＬIM1の領域の面積は、観察光学系２の瞳を通過するときの面積になる。標本８がない場合、結像光ＬIM1は照明光そのものである。よって、結像光ＬIM1の領域の面積は、観察光学系２の瞳を通過する照明光の面積ということができる。
【００６６】
そうすると、本実施形態の標本形状測定方法における測定原理は、観察光学系２の瞳を通過する照明光の面積が、観察光学系２の瞳の面積よりも小さいことが特徴になる。
【００６７】
結像光ＬIM1の領域は、透過領域４ｂの大きさによって決まる。この場合、観察光学系２の瞳を通過する照明光の面積も、透過領域４ｂの大きさによって決まる。そのため、透過領域４ｂの大きさは、観察光学系２の瞳を通過する照明光の面積が、観察光学系２の瞳の面積よりも小さくなるように設定されている。
【００６８】
透過領域４ｂを所定の照明領域とすると、本実施形態の標本形状測定方法における測定原理では、観察光学系２の瞳を通過する照明光の面積が、観察光学系２の瞳を通過するときの面積よりも小さくなるように、所定の照明領域が設定されていることになる。
【００６９】
本実施形態の標本形状測定方法における測定原理によれば、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。
【００７０】
観察光学系２の瞳を通過する照明光の面積は、透過領域４ｂの大きさだけでなく、瞳投影倍率によっても変化する。よって、瞳投影倍率を適切に設定することも必要である。瞳投影倍率は、対物レンズ６の焦点距離とコンデンサレンズ５の焦点距離から決まる。
【００７１】
本実施形態の標本形状測定方法と本実施形態の標本形状測定装置について説明する。以下の説明では、絞り７の代わりに、対物レンズの瞳を用いている。
【００７２】
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、観察光学系の瞳を通過する照明光の領域の面積が、観察光学系の瞳の面積よりも小さくなるように、所定の照明領域が設定され、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、受光した光から所定の照明領域の像の位置を算出するステップと、所定の照明領域の像の位置と基準の位置との差を算出するステップと、算出した差から、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。
【００７３】
図７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、結像光から所定の照明領域の像の位置を算出するステップＳ３２と、差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。
【００７４】
本実施形態の標本形状測定方法では、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、観察光学系の瞳を通過する照明光の領域の面積が、観察光学系の瞳の面積よりも小さくなるように設定される。
【００７５】
所定の照明領域は、例えば、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。
【００７６】
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。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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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、結像光から所定の照明領域の像の位置を算出するステップである。結像光は、ステップＳ３１で受光した光である。
【００８０】
ステップＳ３１で受光した結像光は、観察光学系の瞳を通過する照明光と見なすことができる。観察光学系の瞳を通過する照明光は、所定の照明領域を通過した光である。よって、結像光の領域は、所定の照明領域の像と見なすことができる。
【００８１】
結像光の領域が円形の場合、所定の照明領域の像も円形となる。この場合、結像光の中心位置を、照明領域の像の位置にすれば良い。また、結像光の領域が円形でない場合、結像光の領域の形状から重心位置を算出する。そして、算出した重心位置を、所定の照明領域の像の位置にしても良い。
【００８２】
また、結像光では、光軸と直交する面内における光強度の分布が、均一になっている場合や、不均一になっている場合がある。そこで、光強度の分布を考慮して、所定の照明領域の像の位置を算出しても良い。
【００８３】
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、差を算出するステップである。ステップＳ３３では、ステップＳ３２で算出した所定の照明領域の像の位置と基準の位置との差が算出される。
【００８４】
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。
【００８５】
このように、本実施形態の標本形状測定方法は、測定原理の特徴を備えている。よって、本実施形態の標本形状測定方法では、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。
【００８６】
本実施形態の標本形状測定方法では、標本が存在していない状態で、観察光学系から出射した光を受光し、受光した光から所定の照明領域の像の位置を算出し、算出した位置を基準の位置とすることが好ましい。
【００８７】
このようにすることで、基準の位置を容易に設定することができる。
【００８８】
本実施形態の標本形状測定方法は、照明光を標本に照射するステップよりも前に、基準の位置を設定するステップを有することが好ましい。
【００８９】
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。図７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、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との間に、基準の位置を設定するステップＳ４０を有する。
【００９０】
ステップＳ１０が終わると、ステップＳ４０が実行される。ステップＳ４０では、基準の位置を設定する。基準の位置は、標本が存在していない状態での所定の照明領域の像の位置である。
【００９１】
ステップＳ４０が終わると、標本をステージ上に載置する。そして、ステップＳ２０が実行される。
【００９２】
図８に示すフローチャートでは、ステップＳ４０は、ステップＳ１０の後に実行される。しかしながら、ステップＳ４０は、ステップＳ１０の前に実行されても良い。
【００９３】
本実施形態の標本形状測定方法では、最初の標本の測定を行う前に、基準の位置を設定するステップを実行することが好ましい。
【００９４】
このようにすると、標本形状を測定する直前に、基準の位置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。
【００９５】
本実施形態の標本形状測定方法では、基準の位置を測定するために照明光が必要になる。よって、ステップＳ４０は、ステップＳ１０の後に実行される。
【００９６】
本実施形態の標本形状測定方法では、基準の位置を予め記憶しておき、最初の標本の測定を行う前に、記憶しておいた基準の位置を読み出して、基準の位置を設定することが好ましい。
【００９７】
このようにすると、標本形状を測定するたびに、基準の位置を算出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。
【００９８】
本実施形態の標本形状測定方法では、基準の位置を測定しないので、照明光が必要にならない。よって、ステップＳ４０は、ステップＳ１０の前やステップ１０の後に実行されれば良い。
【００９９】
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、所定の照明領域を形成する光学部材と、を有し、観察光学系は、対物レンズを有し、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、コンデンサレンズよりも光源側に、光学部材が配置され、観察光学系の瞳を通過する照明光の領域の面積が、観察光学系の瞳の面積よりも小さくなるように、所定の照明領域が設定され、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、受光した光から所定の照明領域の像の位置を算出し、所定の照明領域の像の位置と基準の位置との差を算出し、算出した差から、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。
【０１００】
図９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。標本形状測定装置２０は、例えば、正立型顕微鏡であって、照明光学系２１と、観察光学系２２と、保持部材２３と、検出素子２４と、処理装置２５と、を備える。照明光学系２１は、光源２６とコンデンサ２７とを有する。観察光学系２２は、対物レンズ３０を有する。対物レンズの３０の内部には、対物レンズの瞳３１が位置している。
【０１０１】
コンデンサ２７には、コンデンサレンズ２８と開口部材２９とが設けられている。ここでは、コンデンサレンズ２８と開口部材２９とが、一体でコンデンサ２７に保持されている。しかしながら、コンデンサレンズ２８と開口部材２９を、それぞれ別々に保持しても良い。開口部材２９には、金属板が用いられている。
【０１０２】
光源２６から、照明光ＬIL1が出射する。照明光ＬIL1は平行な光束であるが、略平行な光束であっても良い。光源２６から出射した照明光ＬIL1は、コンデンサ２７に入射する。照明光ＬIL1は、開口部材２９に入射する。
【０１０３】
開口部材２９は、遮光部２９ａと透過部２９ｂとを有する。透過部２９ｂの大きさは、照明光ＬIL1の光束径よりも小さい。そのため、照明光ＬIL1の一部の光束は遮光部２９ａで遮光され、残りの光束が透過部２９ｂを通過する。透過部２９ｂからは照明光ＬIL2が出射する。透過部２９ｂの大きさは、照明光ＬIL1の光束径と同じであっても良い。
【０１０４】
開口部材２９は、コンデンサレンズ２８よりも光源２６側に位置している。そして、透過部２９ｂは、観察光学系２２の瞳を通過する照明光の領域の面積が、観察光学系２２の瞳の面積よりも小さくなるように、設定されている。このように、標本形状測定装置２０では、透過部２９ｂによって、所定の照明領域が形成されている。よって、開口部材２９が、所定の照明領域を形成する光学部材に該当する。
【０１０５】
照明光ＬIL2は、コンデンサレンズ２８に入射する。照明光ＬIL2は、コンデンサレンズ２８で集光される。コンデンサレンズ２８から照明光ＬIL3が出射する。照明光ＬIL3は、保持部材２３に到達する。
【０１０６】
保持部材２３は、照明光学系２１と観察光学系２２との間に配置されている。保持部材２３上には、標本３２が載置されている。標本３２は、保持部材２３で保持されている。
【０１０７】
照明光学系２１から出射した照明光ＬIL3は、標本３２に照射される。標本３２に照射された照明光ＬIL3は、標本３２を透過する。標本３２からは、結像光ＬIM1が出射する。
【０１０８】
標本３２を出射した結像光ＬIM1は、観察光学系２２に入射する。結像光ＬIM1は対物レンズ３０に入射して、対物レンズの瞳３１を通過する。
【０１０９】
対物レンズの瞳３１を通過した結像光ＬIM1は、観察光学系２２から出射する。観察光学系２２から出射した結像光ＬIM1は、検出素子２４によって受光される。検出素子２４からの信号は、処理装置２５に送信される。
【０１１０】
処理装置２５では、例えば、上述の所定の処理ステップＳ３０が実行される。これにより、標本の表面における傾き量を測定できる。
【０１１１】
所定の照明領域の像の位置の算出方法について説明する。ここでは、重心位置を、所定の照明領域の像の位置とする。また、所定の照明領域を形成する光学部材に、開口部材２９が用いられているものとする。開口部材２９の像の重心Ｒg（Ｘg，Ｙg）は、開口部材２９の像をＳ（ｘ，ｙ）とすると、以下の式から求めることができる。
【数１】
2017175495.tif 000003
【数２】
2017175495.tif 000004
ここで、
（ｘ，ｙ）が開口部材２９の像の内側にある時、Ｓ（ｘ，ｙ）＝１、
（ｘ，ｙ）が開口部材２９の像の外側にある時、Ｓ（ｘ，ｙ）＝０、
である。
【０１１２】
以上、開口部材２９の像の重心位置を求める方法について説明した。透過部２９ｂの像の形状が円形である場合は、円の中心を重心としても構わない。
【０１１３】
標本形状測定装置２０では、標本３２の表面の傾斜の有無に関係なく、観察光学系２２から出射する際、結像光ＬIM1は平行光束になっている。そして、標本３２の表面に傾斜がある場合、結像光ＬIM1は、光軸３３から離れる方向に平行移動する。
【０１１４】
よって、結像光ＬIM1が平行光束になっている位置であれば、検出素子２４はどの位置に配置しても良い。すなわち、検出素子２４は、観察光学系２２の瞳位置や、観察光学系２２の瞳位置と共役な位置に配置しなくても良い。また、結像光ＬIM1をレンズで集光し、集光位置に検出素子２４を配置しても良い。
【０１１５】
標本形状測定装置２０では、結像光ＬIM1の領域の面積は、対物レンズの瞳３１の面積よりも小さくなっている。よって、結像光ＬIM1が光軸１０から離れる方向にシフトしても、結像光ＬIM1の領域の形状は変化しない。すなわち、標本３２の表面に傾斜がない場合と傾斜がある場合とで、結像光ＬIM1の領域の形状は同じである。そのため、傾き量を正確に測定することができる。また、対物レンズの瞳３１の内側が結像光ＬIM1で満たされた状態にならない。よって、傾き量が測定できない状態を減少させることができる。
【０１１６】
このように、本実施形態の標本形状測定装置は、測定原理の特徴を備えている。よって、本実施形態の標本形状測定装置では、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。
【０１１７】
本実施形態の標本形状測定装置では、検出素子は、複数の受光面で構成されていることが好ましい。
【０１１８】
このようにすることで、所定の照明領域の位置を算出することができる。検出素子２４としては、ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサがある。
【０１１９】
本実施形態の標本形状測定装置では、検出素子は、単一の受光面と複数の出力端子とで構成されていることが好ましい。
【０１２０】
このようにすることで、所定の照明領域の位置を算出することができる。検出素子２４としては、ＰＤＳ（半導体位置検出素子）がある。
【０１２１】
本実施形態の標本形状測定方法では、受光は、観察光学系の瞳位置で行われることが好ましい。
【０１２２】
本実施形態の標本形状測定装置では、検出素子は、観察光学系の瞳位置に配置されていることが好ましい。
【０１２３】
図１０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。図９と同じ構成については同じ番号を付し、説明は省略する。
【０１２４】
標本形状測定装置４０は、検出素子４１を有する。検出素子４１は、対物レンズの瞳３１の位置に配置されている。対物レンズの瞳３１は、観察光学系２２の瞳でもある。よって、標本形状測定装置４０では、検出素子４１は、観察光学系２２の瞳位置に配置されていることになる。これにより、観察光学系の瞳位置で、結像光ＬIM1を受光することができる。
【０１２５】
本実施形態の標本形状測定方法では、受光は、観察光学系の瞳と共役な位置で行われることが好ましい。
【０１２６】
本実施形態の標本形状測定装置では、検出素子は、観察光学系の瞳と共役な位置に配置されていることが好ましい。
【０１２７】
図１１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。図９と同じ構成については同じ番号を付し、説明は省略する。
【０１２８】
標本形状測定装置５０は、リレー光学系５１を有する。リレー光学系５１は、レンズ５２とレンズ５３とを有する。レンズ５２とレンズ５３とによって、レンズ５２と処理装置２５との間に、対物レンズの瞳３１の像が形成される。検出素子２４は、対物レンズの瞳３１の像位置に配置されている。
【０１２９】
対物レンズの瞳３１の像は、観察光学系２２の瞳の像でもある。よって、標本形状測定装置５０では、検出素子２４は、観察光学系２２の瞳と共役な位置に配置されていることになる。これにより、観察光学系の瞳と共役な位置で、結像光ＬIM1を受光することができる。
【０１３０】
本実施形態の標本形状測定方法では、光軸と直交する面内で、照明光と標本とを相対的に移動させるステップを有することが好ましい。
【０１３１】
本実施形態の標本形状測定装置は、光軸と直交する面内で、照明光と保持部材とを相対的に移動させる走査機構を有することが好ましい。
【０１３２】
このようにすることで、標本の複数の位置における傾き量を算出することができる。
【０１３３】
図１２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７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、照明光を準備するステップＳ１０の前と、傾き量を算出するステップＳ３４の後に、照明光と標本とを相対的に移動させるステップＳ５０を有する。
【０１３４】
本実施形態の標本形状測定方法では、ステップＳ１０の前に、ステップＳ５１とステップＳ５２を実行する。ステップＳ５１は、総移動回数Ｎを設定するステップである。総移動回数Ｎは、傾き量の測定を行う場所の数である。ステップＳ５２は、移動回数を初期化するステップである。ここでは、変数ｎを使って、移動回数をカウントする。ステップＳ５２では、変数ｎの値として１が設定される。
【０１３５】
ステップＳ５２が終わると、ステップＳ３０が実行される。これにより、第１回目の測定が終了する。ステップＳ３０が終わると、ステップＳ５３が実行される。
【０１３６】
ステップＳ５３は、移動の終了を確認するステップである。変数ｎの値が総移動回数Ｎと一致しない場合、ステップＳ５３では、予定していた移動が全て終了していないと判断する。この場合、ステップＳ５４とステップＳ５５が実行される。
【０１３７】
ステップＳ５４は、照明光と標本とを相対的に移動させるステップである。ステップＳ５４を実行することで、新たな場所での測定が可能になる。新たな場所は、第１回目の測定を行った場所とは異なる場所である。
【０１３８】
ステップＳ５４が終ると、ステップＳ５５が実行される。ステップＳ５５では、移動回数のカウントが行われる。ここでは、変数ｎの値に１が加えられる。ステップＳ５５が終ると、再びステップＳ３０が実行される。
【０１３９】
ステップＳ３０が実行されるたびに変数ｎの値が増加し、最終的には、変数ｎの値が総移動回数Ｎと一致する。この場合、ステップＳ５３では、予定していた移動が全て終了したと判断する。これにより、照明光と標本との相対的な移動が終了する。
【０１４０】
このように、本実施形態の標本形状測定方法では、光軸と直交する面内で、照明光と標本とを相対的に移動させている。その結果、標本の複数の位置における傾き量を算出することができる。
【０１４１】
図１２に示すフローチャートでは、ステップＳ３０の実行後に、ステップＳ５３が実行される。しかしながら、ステップＳ３２の実行後に、ステップＳ５３を実行しても良い、
【０１４２】
この場合、傾き量の測定を行う全ての場所について、所定の照明領域の像の位置が算出されることになる。そこで、算出された所定の照明領域の像の位置を、全て記憶しておく。そして、照明光と標本との相対的な移動が全て終了した後で、傾き量の測定を行う全ての場所について、傾き量を算出すれば良い。
【０１４３】
本実施形態の標本形状測定方法では、照明光と標本との相対的な移動は、標本の移動によって行われることが好ましい。
【０１４４】
本実施形態の標本形状測定装置では、走査機構は、保持部材を移動させる駆動装置を有することが好ましい。
【０１４５】
図１３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。図９と同じ構成については同じ番号を付し、説明は省略する。
【０１４６】
標本形状測定装置６０は、走査機構６１を有する。走査機構６１は、第１のステージ６１ａ、第２のステージ６１ｂ及びベース６１ｃで構成されている。第２のステージ６１ｂは、ベース６１ｃ上に位置する。ベース６１ｃには、第２のステージ６１ｂを移動させる機構が設けられている。第１のステージ６１ａは、第２のステージ６１ｂ上に位置する。第２のステージ６１ｂには、第１のステージ６１ａを移動させる機構が設けられている。
【０１４７】
第１のステージ６１ａと第２のステージ６１ｂは、互いに直交する方向に移動する。例えば、第１のステージ６１ａは紙面内の左右方向に移動し、第２のステージ６１ｂは紙面と直交する方向に移動する。このようにすることで、照明光と標本との相対的な移動を、標本の移動によって行うことができる。
【０１４８】
標本形状測定装置４０では、照明光ＬIL3は、常に、光軸１０上に集光している。そこで、第１のステージ６１ａに標本３２を載置して、第１のステージ６１ａと第２のステージ６１ｂを移動させる。このようにすると、標本３２の表面の様々な場所が、照明光ＬIL3の集光点を横切っていく。その結果、標本３２の複数の位置における傾き量を算出することができる。
【０１４９】
第１のステージ６１ａの移動や第２のステージ６１ｂの移動は手動で行えるが、電動で行った方が良い。各ステージの移動を電動で行うことで、各ステージの移動や位置決めを、高速且つ正確に行なうことができる。このようなことから、標本形状測定装置６０では、第１の駆動素子６２と第２の駆動素子６３とが、走査機構６１に設けられている。第１の駆動素子６２と第２の駆動素子６３としては、例えば、ステッピングモータがある。
【０１５０】
第１の駆動素子６２は、第２のステージ６１ｂに設けられている。第１の駆動素子６２によって、第１のステージ６１ａを移動させることができる。第２の駆動素子６３は、ベース６１ｃに設けられている。第２の駆動素子６３によって、第２のステージ６１ｂを移動させることができる。
【０１５１】
標本形状測定装置６０でも、標本３２の表面の傾斜の有無に関係なく、観察光学系２２から出射する際、結像光ＬIM1は平行光束になっている。そして、標本３２の表面に傾斜がある場合、結像光ＬIM1は、光軸３３から離れる方向に平行移動する。
【０１５２】
よって、結像光ＬIM1が平行光束になっている位置であれば、検出素子２４はどの位置に配置しても良い。すなわち、検出素子２４は、観察光学系２２の瞳位置や、観察光学系２２の瞳位置と共役な位置に配置しなくても良い。また、結像光ＬIM1をレンズで集光し、集光位置に検出素子２４を配置しても良い。
【０１５３】
本実施形態の標本形状測定方法では、照明光と標本との相対的な移動は、照明光の移動によって行われることが好ましい。
【０１５４】
本実施形態の標本形状測定装置では、走査機構は、照明光を移動させる駆動装置を有することが好ましい。
【０１５５】
図１４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。図１１と同じ構成については同じ番号を付し、説明は省略する。
【０１５６】
標本形状測定装置７０は、走査機構７１を有する。走査機構７１は、第１の光偏向素子と第２の光偏向素子とで構成されている。第１の光偏向素子や第２の光偏向素子としては、例えば、ガルバノスキャナ、ポリゴンミラー及び音響光学偏向素子（ＡＯＤ）がある。
【０１５７】
標本形状測定装置７０では、第１の光偏向素子と第２の光偏向素子の各々に、ガルバノスキャナが用いられている。図１４では、第１のガルバノスキャナのミラー（以下、「第１のミラー７１ａ」という）と、第２のガルバノスキャナのミラー（以下、「第１のミラー７１ｂ」という）と、が図示されている。
【０１５８】
光源２６から出射した照明光ＬIL1は、第１のミラー７１ａに入射する。照明光ＬIL1は、第１のミラー７１ａで反射される。続いて、照明光ＬIL1は、第２のミラー７１ｂに入射する。照明光ＬIL1は、第２のミラー７１ｂで反射される。
【０１５９】
第１の光偏向素子では、第１のミラー７１ａの向きを変えることで、照明光ＬIL1の偏向が行われる。第２の光偏向素子では、第２のミラー７１ｂの向きを変えることで、照明光ＬIL1の偏向が行われる。
【０１６０】
第１の光偏向素子は、回転軸が紙面と平行となるように配置されている。第２の光偏向素子は、回転軸が紙面と垂直となるように配置されている。よって、第１のミラー７１ａの向きと第２のミラー７１ｂの向きを変えることで、照明光ＬIL1は、直交する２つの方向に偏向される。このようにすることで、照明光と標本との相対的な移動を、照明光の移動によって行うことができる。
【０１６１】
第２の光偏向素子から出射した照明光ＬIL1は、リレー光学系７２に入射する。リレー光学系７２は、アフォーカル光学系である。リレー光学系７２は、レンズ７２ａとレンズ７２ｂとで構成されている。リレー光学系７２から出射した照明光ＬIL1は、ミラー７３で反射された後、コンデンサ２７に入射する。
【０１６２】
第１のミラー７１ａと第２のミラー７１ｂとは近接して配置されている。そのため、第１のミラー７１ａと第２のミラー７１ｂとの中間位置（以下、「中間位置Ｍ」という）で、照明光ＬIL1の偏向が行われているとみなすことができる。
【０１６３】
中間位置Ｍは、リレー光学系７２によって、照明光学系２１の瞳の位置と共役になっている。具体的には、透過部２９ｂの位置が中間位置Ｍと共役になっている。よって、照明光ＬIL1の偏向は、透過部２９ｂの位置で行なわれていると見なすことができる。図１４では、偏向された照明光ＬIL1が点線で示されている。
【０１６４】
標本形状測定装置７０では、標本３２’の位置は固定されている。そこで、第１のミラー７１ａの向きと第２のミラー７１ｂの向きを、変化させる。このようにすることで、標本３２’の表面の様々な場所を、照明光ＬIL3の集光点が横切っていく。その結果、標本３２’の複数の位置における傾き量を算出することができる。
【０１６５】
標本形状測定装置７０では、光軸３３上や、光軸３３から離れた位置（以下、「軸外位置」という）に、照明光ＬIL3が照射される。
【０１６６】
照明光ＬIL3が光軸３３上に照射された場合、実線で示すように、光軸３３上から結像光ＬIM1が出射する。この結像光ＬIM1は、標本３２の表面に傾斜が無い場合、光軸３３と交差しない。そのため、対物レンズ３０よりも検出素子２４側では、光軸３３上のどの位置でも、結像光ＬIM1の中心は対物レンズ３０の光軸３３と一致している。
【０１６７】
一方、照明光ＬIL3が軸外位置に照射された場合、破線で示すように、軸外位置から結像光ＬIM1が出射する。この結像光ＬIM1は、標本３２の表面に傾斜が無い場合であっても、光軸３３と交差する。そのため、対物レンズ３０よりも検出素子２４側では、光軸３３上の位置によっては、結像光ＬIM1の中心が光軸３３と一致しない。このような位置に検出素子２４を配置すると、算出した傾き量は誤ったものになる。
【０１６８】
このようなことから、標本形状測定装置７０では、検出素子２４は、観察光学系２２の瞳位置、又は、観察光学系２２の瞳位置と共役な位置に配置することが好ましい。瞳位置又は瞳位置と共役な位置では、標本３２の表面に傾斜が無い場合であっても、軸外位置から出射した結像光ＬIM1の中心と光軸３３とが一致する。よって、正確な傾き量を算出することができる。
【０１６９】
本実施形態の標本形状測定方法は、相対的に移動するステップで取得した複数の傾き量から、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。
【０１７０】
本実施形態の標本形状測定装置では、処理装置は、相対的な移動によって取得した複数の傾き量から、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画像化回路を有することが好ましい。
【０１７１】
本実施形態の標本形状測定方法について説明する。図１５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７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、標本の形状を画像化するステップＳ６０を有する。
【０１７２】
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Ｓ６０が実行される。ステップＳ６０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。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Ｓ６０を含んでいても良い。
【０１７３】
本実施形態の標本形状測定方法と本実施形態の標本形状測定装置では、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好ましい。
【０１７４】
上述のように、本実施形態の標本形状測定方法や本実施形態の標本形状測定装置では、所定の照明領域の像の位置に基づいて、傾き量を算出している。そこで、所定の照明領域の像の位置と傾き量との対応関係を、予め求めておく。このようにしておくと、対応関係に基づいて、所定の照明領域の像の位置から、傾き量を迅速に算出することができる。
【０１７５】
本実施形態の標本形状測定方法では、対応関係は、所定の照明領域の像の位置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ることが好ましい。
【０１７６】
本実施形態の標本形状測定装置では、処理装置は、所定の照明領域の像の位置と傾き量とをパラメータとするルックアップテーブルを有し、ルックアップテーブルを用いて傾き量を算出することが好ましい。
【０１７７】
ステップＳ３３では、所定の照明領域の像の位置と基準の位置との差が算出される。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。
【０１７８】
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。
【０１７９】
本実施形態の標本形状測定方法と本実施形態の標本形状測定装置では、標本が存在していない状態での所定の照明領域の像の大きさと、標本が存在している状態での所定の照明領域の像の大きさと、の比から補正係数を求め、補正係数を用いて、ルックアップテーブルのデータを補正することが好ましい。
【０１８０】
観察光学系の瞳位置と照明光学系の瞳の瞳位置とは、共役になっている。よって、観察光学系側の瞳位置には、照明光学系の瞳が投影される。例えば、図９に示す標本形状測定装置２０では、コンデンサレンズ２８の瞳位置に、開口部材２９が配置されている。よって、透過部２９ｂが、対物レンズの瞳３１の位置に投影される。
【０１８１】
標本３２が保持部材２３上に載置されていない場合、透過部２９ｂは、コンデンサレンズ２８と対物レンズ３０とによって投影される。このときの瞳投影倍率をβPとする。
【０１８２】
標本３２は、その形状によっては、レンズとして作用する。レンズ作用を持つ標本３２（以下、「標本ＳL」という）が保持部材２３上に載置された場合について、説明する。
【０１８３】
標本ＳLを保持部材２３上に載置したとき、標本ＳLの主点（レンズの主点）が照明光ＬIL3の集光位置と一致していたとする。この場合、標本ＳLはレンズとして作用しない。そのため、透過部２９ｂは、コンデンサレンズ２８と対物レンズ３０とによって投影される。よって、このときの瞳投影倍率はβPになる。
【０１８４】
しかしながら、標本ＳLの主点を把握することは困難である。そのため、標本ＳLを保持部材２３上に載置したときに、標本ＳLの主点と照明光ＬIL3の集光位置とが一致しない状態が生じる。この場合、標本ＳLはレンズとして作用するので、透過部２９ｂは、コンデンサレンズ２８、標本ＳL及び対物レンズ３０によって投影される。このときの瞳投影倍率をβ’Pとする。
【０１８５】
β’Pの値とβPの値とは異なる。瞳投影倍率が異なると、結像光ＬIM1の領域の大きさが異なる。標本ＳLの表面に傾斜がない場合は、結像光ＬIM1の領域の大きさが異なっても、結像光ＬIM1の中心は光軸３３と一致する。すなわち、標本ＳLの表面に傾斜がない場合は、瞳投影倍率が異なっても、所定の照明領域の像の位置は変わらない。
【０１８６】
一方、標本ＳLの表面に傾斜がある場合は、結像光ＬIM1の領域の大きさが異なるため、結像光ＬIM1の中心も異なってくる。すなわち、ずれ量Δが異なってくる。そのため、標本ＳLの表面に傾斜がある場合は、瞳投影倍率が異なると、所定の照明領域の像の位置は変わってしまう。
【０１８７】
例えば、ルックアップテーブルのデータが、瞳投影倍率βPでのデータであるとする。この場合のデータは、標本ＳLが存在していない状態で作成されたデータになる。このルックアップテーブルを用いて、標本ＳLを測定すると、所定の照明領域の像の位置の算出は瞳投影倍率β’Pで行われるにもかかわらず、瞳投影倍率βPでのデータを用いて傾き量の算出が行われることになる。そのため、算出した傾き量は誤ったものになる。
【０１８８】
そこで、標本ＳLが存在していない状態での所定の照明領域の像（以下、「領域像Ａ」という）の大きさと、標本ＳLが存在している状態での所定の照明領域の像（以下、「領域像Ｂ」という）の大きさとを求める。そして、領域像Ａの大きさと領域像Ｂの大きさの比から補正係数を求め、補正係数を用いて、ルックアップテーブルのデータを補正する。このようにすることで、標本ＳLにおける照明光ＬIL3の集光位置を気にすることなく、正確な傾き量を算出することができる。
【０１８９】
本実施形態の標本形状測定方法では、対応関係は、所定の照明領域の像の位置と傾き量とをパラメータとする式で表わされていることが好ましい。
【０１９０】
本実施形態の標本形状測定装置では、処理装置は、所定の照明領域の像の位置と傾き量とをパラメータとする式を有することが好ましい。
【０１９１】
測定原理で説明したように、ずれ量Δは、傾き量に応じて変化する。よって、傾き量は、ずれ量Δをパラメータとする式で表すことができる。ずれ量Δは、光軸に対する結像光の中心位置のずれ量である。そして、結像光の中心位置は、所定の照明領域の像の位置を表している。よって、傾き量は、所定の照明領域の像の位置をパラメータとする式（以下、「関係式」という）で表すことができる。
【０１９２】
関係式は、理論的に、又は実験的に求めることができる。そこで、予め関係式を求めておく。そして、測定では、所定の照明領域の像の位置に対応する傾斜角を関係式から求める。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。
【０１９３】
本実施形態の標本形状測定方法と本実施形態の標本形状測定装置では、標本が存在していない状態での所定の照明領域の像の大きさと、標本が存在している状態での所定の照明領域の像の大きさと、の比から補正係数を求め、補正係数を用いて、所定の照明領域の像の位置と傾き量とをパラメータとする式を補正することが好ましい。
【０１９４】
補正係数を求めることについての技術的意義は既に説明したので、説明は省略する。
【０１９５】
本実施形態の標本形状測定方法では、標本が存在している状態での所定の照明領域の像の大きさが、標本が存在していない状態での所定の照明領域の像の大きさと一致するように、光軸に沿って標本の位置を調整することが好ましい。
【０１９６】
本実施形態の標本形状測定装置では、標本が存在している状態での所定の照明領域の像の大きさが、標本が存在していない状態での所定の照明領域の像の大きさと一致するように、光軸に沿って保持部材の位置を調整することが好ましい。
【０１９７】
上述のように、標本ＳLを保持部材２３上に載置したときに、標本ＳLの主点が照明光ＬIL3の集光位置と一致しない状態が生じる。そのため、補正係数を利用しないと、場合によっては、算出した傾き量は誤ったものになる。
【０１９８】
正確な傾き量を算出するためには、標本ＳLの主点を照明光ＬIL3の集光位置に一致させれば良い。このようにすると、標本ＳLはレンズとして作用しなくなる。すなわち、標本ＳLが存在在していない状態になる。
【０１９９】
領域像Ａの大きさは、予め求めておくことができる。そこで領域像Ｂの大きさと、領域像Ａの大きさと、を比較する。そして、領域像Ｂの大きさが領域像Ａの大きさと一致するまで、標本３２を光軸に沿って移動させる。標本ＳLの移動は、保持部材２３を移動させれば良い。
【０２００】
領域像Ｂの大きさが領域像Ａの大きさと一致したところで、標本ＳLの移動を止める。このようにすることで、標本ＳLの主点を照明光ＬIL3の集光位置に一致させることができる。この状態だと、標本ＳLを測定しても、所定の照明領域の像の位置の算出は瞳投影倍率βPで行われる。
【０２０１】
よって、ルックアップテーブルのデータが、標本ＳLが存在していない状態で作成されたデータの場合であっても、このデータを補正することなく用いることができる。関係式が、標本ＳLが存在していない状態で作成された式の場合であっても、この関係式を補正することなく用いることができる。
【０２０２】
本実施形態の標本形状測定方法と本実施形態の標本形状測定装置では、所定の照明領域の境界は、凸部又は凹部を有し、凸部又は凹部は、９０度以下の角度で交わる２つの直線で形成された境界を有していることが好ましい。
【０２０３】
上述のように、領域像Ｂの大きさが領域像Ａの大きさと一致するまで、標本３２を光軸に沿って移動させることで、標本ＳLの主点を照明光ＬIL3の集光位置に一致させることができる。
【０２０４】
そこで、所定の照明領域の境界に凸部又は凹部を設け、凸部又は凹部が９０度以下の角度で交わる２つの直線で形成された境界を有するようにする。このようにすることで、領域像Ｂの大きさと領域像Ａの大きさとの比較が容易にできる。
【０２０５】
図９に示す標本形状測定装置２０では、透過部２９ｂによって、所定の照明領域が形成されている。所定の照明領域の境界は、遮光部２９ａと透過部２９ｂとの境界である。よって、凸部又は凹部は、開口部材２９に設ければ良い。
【０２０６】
本実施形態の標本形状測定方法と本実施形態の標本形状測定装置は、以下の条件式（１）を満足することが好ましい。
０＜σ＜０．９      （１）
ただし、
σ＝ＮＡill／ＮＡobで表わされ、
ＮＡillは、所定の領域を通過した照明光の開口数、
ＮＡobは、観察光学系の標本側の開口数、
である。
【０２０７】
図１６Ａと図１６Ｂは、標本を通過する照明光の様子を示す図である。図１６Ａでは、照明光ＬIL3が、標本８０の表面の中央を通過している。そして、標本８０の表面と照明光ＬIL3の集光位置は、合焦位置ＦＰに一致している。この場合、光線ＬL1、光線ＬL2及び光線ＬL3は、標本８０の表面の同一点を通過している。
【０２０８】
光軸と直交する面内で、照明光ＬIL3と標本８０を相対的に移動させると、図１６Ｂに示すように、標本８０を通過する照明光ＬIL3の位置が変化する。図１６Ｂでは、照明光ＬIL3が、標本８０の表面の周辺部を通過している。この場合、照明光ＬIL3が通過する位置では、標本８０の表面は合焦位置ＦＰと一致しなくなる。そのため、光線ＬL1、光線ＬL2及び光線ＬL3は、標本８０の表面の同一点を通過しなくなる。
【０２０９】
条件式（１）の上限値を上回ると、所定の領域を通過した照明光の開口数が大きくなりすぎる。この場合、合焦位置からずれている標本面では、光線ＬL1、光線ＬL2及び光線ＬL3の各々で、標本を通過する位置が異なる。
【０２１０】
光線ＬL1の通過位置、光線ＬL2の通過位置及び光線ＬL3の通過位置の各々で、標本の表面の傾斜角が異なると、各位置での屈折角が異なる。この場合、所定の照明領域の像の形状に変形が生じる。その結果、所定の照明領域の像の位置を、正確に算出することができない。そのため、測定精度が低下する。
【０２１１】
光線ＬL2の通過位置に対する光線ＬL1の通過位置のずれや、光線ＬL2の通過位置に対する光線ＬL3の通過位置のずれ（以下、「通過位置のずれ」という）は、所定の領域を通過した照明光の開口数が大きくなるほど、大きくなる。また、通過位置のずれは、標本面の合焦位置からのずれが大きくなるほど、大きくなる。
【０２１２】
条件式（１）の下限値を下回ると、照明光学系の標本側の開口数が小さくなり、照明光の光量不足が発生する。また、標本や光路内にゴミが存在すると、ゴミの影響を受けるため、測定精度が低下する。
【０２１３】
条件式（１）に代えて、以下の条件式（１’）を満足することが好ましい。
０．０２＜σ＜０．７      （１）
条件式（１）に代えて、以下の条件式（１”）を満足することがより好ましい。
０．０５＜σ＜０．５      （１）
【０２１４】
本実施形態の標本形状測定方法と本実施形態の標本形状測定装置では、所定の照明領域の形状と所定の照明領域の面積の少なくとも一方が可変であることが好ましい。
【０２１５】
上述のように、所定の領域を通過した照明光の開口数が大きくなると、合焦位置からずれている標本面では、通過位置のずれが照明光の各光線で大きくなる。そこで、所定の照明領域の形状と所定の照明領域の面積の少なくとも一方を変えるようにする。このようにすることで、所定の領域を通過した照明光の開口数を小さくすることができる。その結果、合焦位置からずれている標本面においても、通過位置の位置ずれを小さくすることができる。
【０２１６】
図９に示す標本形状測定装置２０では、透過部２９ｂによって、所定の照明領域が形成されている。よって、透過部２９ｂにおいて、形状と面積の少なくとも一方が変えられるようにすれば良い。
【０２１７】
本実施形態の標本形状測定方法と本実施形態の標本形状測定装置では、所定の照明領域の形状は、光軸に対して軸対称であることが好ましい。
【０２１８】
所定の照明領域の形状を光軸に対して軸対称にすると、所定の照明領域の像が円形になる。そのため、所定の照明領域の像の位置を容易に算出することができる。
【０２１９】
図９に示す標本形状測定装置２０では、透過部２９ｂによって、所定の照明領域が形成されている。よって、透過部２９ｂの形状を、光軸３３に対して軸対称にすれば良い。
【０２２０】
本実施形態の標本形状測定方法と本実施形態の標本形状測定装置では、照明光の光量分布は、光軸に対して軸対称であることが好ましい。
【０２２１】
このようにすることで、照明光のムラを考慮しなくても良くなる。そのため、所定の照明領域の像の位置を容易に算出することができる。光量分布は、光軸と直交する面内における光強度の分布を意味する。
【０２２２】
本実施形態の標本形状測定方法と本実施形態の標本形状測定装置では、照明光の光量分布は、光軸から離れるにしたがって光量が少なくなることが好ましい。
【０２２３】
このようにすることで、標本面に照射される照明光の範囲を狭くすることができる。その結果、合焦位置からずれている標本面において、通過位置のずれを小さくすることができる。光量分布は、光軸と直交する面内における光強度の分布を意味する。
【０２２４】
本実施形態の標本形状測定方法と本実施形態の標本形状測定装置では、照明光は単色光、又は白色光の波長域よりも狭い波長域の光であることが好ましい。
【０２２５】
このようにすることで、照明光の波長域を狭くできる。そのため、照明光学系の瞳の像において色収差の発生を抑制できる。この場合、所定の照明領域の像のコントラストを、良くすることができる。その結果、所定の照明領域の像の位置の算出精度が向上するので、正確な傾き量を求めることができる。
【０２２６】
また、照明光の波長を変えることで、標本の波長特性情報が得られる。
【０２２７】
図９に示す標本形状測定装置２０では、光源２６として、単色光を発生する光源を用いれば良い。あるいは、光源２６として、単色光を発生する光源を用いても良い。この場合、光源２６から保持部材２３までの間に、光学フィルタを配置する。そして、光学フィルタの分光透過率特性を、白色光の波長域よりも狭い波長域の光を透過するようにしておけば良い。
【０２２８】
本実施形態の標本形状測定方法と本実施形態の標本形状測定装置では、観察光学系の焦点深度内からの光のみを受光することが好ましい。
【０２２９】
図１７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。図１１と同じ構成については同じ番号を付し、説明は省略する。図１７では、標本の表面に傾斜がない場合の結像光ＬIM1が実線で示され、標本の表面に傾斜がある場合の結像光ＬIM1が点線で示されている。
【０２３０】
標本３２から出射した結像光ＬIM1は対物レンズ３０を通過し、レンズ５２で集光される。この集光位置ＩＰは、観察光学系２２の焦点位置と共役になっている。標本３２が観察光学系２２の焦点位置に配置されている場合、集光位置ＩＰに標本３２の像が形成される。よって、標本３２の表面に傾斜がない場合の結像光ＬIM1と傾斜がある場合の結像光ＬIM1は、共に、集光位置ＩＰに集光する。
【０２３１】
標本３２が透過標本の場合、標本３２の内部からも結像光が出射する。観察光学系２２の焦点深度以外の位置から出射した結像光は、標本３２の表面の傾斜に関係しない結像光（以下、「ノイズ光」という）である。ノイズ光を、標本３２の表面からの結像光ＬIM1と一緒に受光すると、正確な傾き量を算出することが困難になる。
【０２３２】
そこで、観察光学系の焦点深度内からの光のみが、受光されるようにする。そのため、標本形状測定装置９０では、絞り９１が集光位置ＩＰに配置されている。
【０２３３】
ノイズ光は、観察光学系２２の焦点深度以外の位置から出射する。そのため、集光位置ＩＰの前後で集光する。すなわち、集光位置ＩＰでは、ノイズ光はある程度広がっている。一方、標本３２の表面からの結像光ＬIM1は、焦点深度内の位置から出射する。結像光ＬIM1は、集光位置ＩＰで集光するので、ほとんど広がっていない。そこで、絞り９１の開口部の大きさを、標本３２の表面からの結像光ＬIM1が通過する程度の大きさにする。
【０２３４】
このようにすることで、ノイズ光を除去することができる。そのため、正確な傾き量を算出することができる。その結果、測定精度を向上させることができる。
【０２３５】
図１４に示すように、照明光ＬIL1を移動させる構成では、集光位置ＩＰで結像光ＬIM1が移動する。よって、絞り９１を集光位置ＩＰに配置する場合は、図１３に示すように、標本３２を移動させる構成を用いるほうが良い。
【０２３６】
本実施形態の標本形状測定方法と本実施形態の標本形状測定装置では、観察光学系の倍率が可変であることが好ましい。
【０２３７】
このようにすることで、検出感度や検出範囲を変えることができる。例えば、図１１に示す標本形状測定装置５０では、検出感度を高くしたい場合、リレー光学系５１の倍率を大きくすれば良い。また、検出範囲を広げたい場合は、リレー光学系５１の倍率を小さくすれば良い。検出感度は、検出可能な最小傾き量を表し、検出範囲は、検出可能な最大傾き量を表している。
【０２３８】
リレー光学系５１の倍率を変更する場合、レンズ５２とレンズ５３の少なくとも一方を交換すれば良い。レンズ５２やレンズ５３を交換すると、焦点位置が変化する。よって、光軸方向の位置を調整する必要がある。リレー光学系５１を、アフォーカルズームにしても良い。
【０２３９】
対物レンズ３０を、倍率が異なる別の対物レンズに交換することで、検出感度や検出範囲を変えることができる。
【０２４０】
本実施形態の標本形状測定方法と本実施形態の標本形状測定装置では、観察光学系から出射した光のうち、周辺部の光の光量を求めることが好ましい。
【０２４１】
図１８Ａ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。図１８Ｂは、結像光の様子を示す図である。
【０２４２】
標本３２の表面に凹凸が無い場合、結像光ＬIM1には回折光や散乱光は含まれない。しかしながら、例えば、標本３２の表面に規則的な凹凸がある場合、標本３２から回折光ＬDEFが出射する。この場合、結像光ＬIM1には、非回折光ＬNONと回折光ＬDEFとが含まれる。また、回折光ＬDEFは、非回折光ＬNONの周りに分布している。
【０２４３】
非回折光ＬNONの領域の大きさは、所定の照明領域の像の大きさである。所定の照明領域の像の内側が非回折光ＬNONの領域、外側が回折光ＬDEFの領域になる。所定の照明領域の像の大きさは、予め計算によって求めることができる。よって、非回折光ＬNONと回折光ＬDEFとを、別々に検出することができる。
【０２４４】
所定の照明領域は、透過部２９ｂによって形成されている。検出素子２４の位置における透過部２９ｂの像の範囲は、透過部２９ｂの範囲と光学系の瞳投影倍率から求まる。瞳投影倍率は、以下の式で求めることができる。
【数３】
2017175495.tif 000005
【０２４５】
対物レンズ３０とは別に、観察光学系２２にレンズが配置されている場合がある。このような場合、瞳投影倍率は、以下の式で求めることができる。ここでは、観察光学系２２に結像レンズと瞳投影レンズが配置されているものとする。この場合、瞳投影倍率は、以下の式で求めることができる。
【数４】
2017175495.tif 000006
【０２４６】
透過部２９ｂの像の範囲は、所定の照明領域の像をあらわしている。そこで、例えば、ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサを、検出素子２４として用いる。そして、検出素子２４から読み出した各画素の情報のうち、所定の照明領域の像の外側に対応する画素の情報を抽出する。このようにすることで、回折光ＬDEFの領域に関する情報を取得することができる。取得した情報からは、標本３２の表面の凹凸に関する光学特性、例えば、粗さ情報を含んだ光学情報を得ることができる。
【０２４７】
所定の照明領域の像の内側に対応する画素の情報は、非回折光ＬNONの領域の情報を有している。非回折光ＬNONの領域に関する情報は、傾き量に関する情報に対応している。よって、非回折光ＬNONの領域に関する情報のみを抽出することで、傾き量を正確に測定することができる。
【０２４８】
非回折光ＬNONの光強度は、回折光ＬDEFの光強度に比べて大きい。そこで、光強度に関して閾値を設定し、閾値より大きい光強度を受光した画素の情報のみを抽出する。このようにすることで、非回折光ＬNONの領域に関する情報のみを抽出することができる。
【０２４９】
また、回折効率は入射光の偏光方向によって異なる。そこで、観察光学系２２の光路に偏光素子を配置することで、回折光ＬDEFの領域に関する偏光情報を抽出することができる。
【０２５０】
散乱光については、図１７に示すように、絞り９１を集光位置ＩＰに配置することで除去することができる。散乱光を除去することで、傾き量を正確に測定することができる。
【０２５１】
本実施形態の標本形状測定方法は、光軸に沿って、観察光学系と標本とを相対的に移動させるステップを備えることが好ましい。
【０２５２】
本実施形態の標本形状測定装置は、光軸に沿って、観察光学系と保持部材とを相対的に移動させる駆動機構を備えることが好ましい。
【０２５３】
本実施形態の標本形状測定方法について説明する。図１９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７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、観察光学系と標本とを相対移動させるステップＳ７０を有する。
【０２５４】
基本測定方法では、所定の照明領域の像の位置に基づいて、標本の表面における傾き量を算出している。所定の照明領域の像の位置は、標本の表面における傾き量によって変化するが、標本が観察光学系の焦点からずれることでも変化する。標本が観察光学系の焦点位置から大きくずれた状態では、標本の表面における傾き量を正確に求めることはできない。更に、この状態では、光軸と直交する面における空間分解能が低下する。
【０２５５】
このように、本実施形態の標本形状測定方法では、光軸に沿う方向に関して、標本の表面における傾き量を正確に求めることができる範囲が制限される。この範囲は、例えば、λ／ＮＡob２で表される。そのため、標本の高さがこの範囲を超える場合、１回の測定では、標本の形状を測定することができない。このようなことから、本実施形態の標本形状測定方法では、観察光学系と標本とを相対的に移動させるステップＳ７０を有している。
【０２５６】
ステップＳ７０は、測定項目を設定するステップＳ７１と、測定項目を確認するステップＳ７２と、測定回数を設定するステップＳ７３と、測定項目を確認するステップＳ７４と、移動量を設定するステップＳ７５と、反復回数を初期化するステップＳ７６と、反復回数を確認するステップＳ７７と、観察光学系と標本との間隔を変化させるステップＳ７８と、反復回数の値を増加するステップＳ７９と、を有する。
【０２５７】
ステップＳ７０では、ステップＳ７１が実行される。ステップＳ７１は測定項目を設定するステップである。ステップＳ７１では、測定回数Ｎ、測定範囲ＨＲ、移動量ΔＨのうち２項目が設定される。
【０２５８】
ステップＳ７１が終わると、ステップＳ７２が実行される。ステップＳ７２は測定項目を確認するステップである。測定範囲ＨＲと移動量ΔＨが設定された場合、ステップＳ７３が実行される。ステップＳ７３は、測定回数を設定するステップである。ステップＳ７３では、測定範囲ＨＲと移動量ΔＨから、測定回数Ｎが設定される。ステップＳ７３が終わると、ステップＳ７６が実行される。
【０２５９】
測定範囲ＨＲと移動量ΔＨが設定されていない場合、ステップＳ７４が実行される。ステップＳ７４は、測定項目を確認するステップである。測定範囲ＨＲと測定回数Ｎが設定された場合、ステップＳ７５が実行される。ステップＳ７５は、移動量ΔＨを設定するステップである。ステップＳ７５では、測定範囲ＨＲと測定回数Ｎから、移動量ΔＨが設定される。ステップＳ７５が終わると、ステップＳ７６が実行される。
【０２６０】
測定回数Ｎと測定範囲ＨＲが設定されていない場合、移動量Δと測定回数Ｎが設定されたことになる。よって、ステップＳ７６が実行される。
【０２６１】
ステップＳ７６は、反復回数を初期化するステップである。ステップＳ７６では、反復回数の初期化が行われる。具体的には、反復回数を表す変数ｎの値を１にする。
【０２６２】
ステップＳ７６が終わると、ステップＳ１０からステップＳ３０までが実行され、これにより１回目の測定が行われる。
【０２６３】
ステップＳ３０が終わると、ステップＳ７７が実行される。ステップＳ７７では、反復回数ｎの確認が行われる。反復回数ｎの値が測定回数Ｎと一致しない場合、ステップＳ７８が実行される。ステップＳ７８は、観察光学系と標本との間隔を変化させるステップである。ステップＳ７８では、観察光学系の位置は変えずに標本の移動が行われるか、又は、標本の位置は変えずに観察光学系の移動が行われる。
【０２６４】
ステップＳ７８が終わると、ステップＳ７９が実行される。ステップＳ７９では、反復回数の値の変更が行われる。具体的には、反復回数を表す変数ｎの値に１を加える。ステップＳ７８が終わると、ステップＳ３０に戻る。そして、再び、ステップＳ３０が実行される。
【０２６５】
ステップＳ３０の実行によって、２回目の測定が行われる。ここで、１回目の測定位置とは異なる位置に測定位置が移動している。よって、２回目の測定は、標本上の異なる高さで行われる。
【０２６６】
上述の処理を、反復回数を表す変数ｎの値が測定回数Ｎと一致するまで行う。これにより、測定範囲よりも広い範囲を測定することができる。
【０２６７】
図２０は、本実施形態の標本形状測定方法による測定の様子を示す図である。左側の図は１回目の測定の様子を示し、中央の図が２回目の測定の様子を示し、右側の図が３回目の測定の様子を示している。
【０２６８】
測定回数が増加するにつれて、対物レンズ３０が標本３２から離れる方向にΔＨだけ移動している。そして、対物レンズ３０の移動に伴って、標本３２における測定位置が、位置ｈ０、ｈ１、位置ｈ２へと移動する。
【０２６９】
また、傾き量を正確に求めることができる範囲は、位置ｈ０から位置ｈ１までの範囲、位置ｈ１から位置ｈ２までの範囲、位置ｈ２から位置ｈ３までの範囲、というように、下から上に移動している。３回の測定を合計することで、位置ｈ０から位置ｈ３までの広い範囲にわたって、標本の表面における傾き量を正確に求めることができる。
【０２７０】
本実施形態の標本形状測定方法と本実施形態の標本形状測定装置では、所定の照明領域を複数有することが好ましい。
【０２７１】
図２１は、標本の表面の傾斜角と結像光の中心光線との関係を示す図である。図２１では、コンデンサレンズ２８と対物レンズ３０は矢印で示されている。面１００は、光軸３３と直交する平面である。コンデンサレンズ２８の瞳位置に、開口ＯＰ0、開口ＯＰ1、及び開口ＯＰ2が設けられている。
【０２７２】
図２１では、標本の表面における光の屈折について説明するため、標本の表面だけが描かれている。よって、標本の裏面は図示を省略している。同様に、裏面における光の屈折の様子も図示を省略している。図２２〜図２４でも、標本の表面だけが描かれている。
【０２７３】
中心光線ＬIL0Cは、開口ＯＰ0の中心を通過する照明光の中心光線である。標本３２の表面の傾斜角が０度のとき、中心光線ＬIL0Cの進行方向が面の法線と平行になる。よって、中心光線ＬIL0Cは、標本３２の表面で屈折されない。標本３２から、中心光線ＬIM0Cが出射する。中心光線ＬIM0Cは、面１００における位置ＰOP0に到達する。
【０２７４】
中心光線ＬIL1Cは、開口ＯＰ1の中心を通過する照明光の中心光線である。標本３２の表面の傾斜角がθ1度のとき、中心光線ＬIL1Cの進行方向が面の法線と平行になる。よって、中心光線ＬIL1Cは、標本３２の表面で屈折されない。標本３２から、中心光線ＬIM1Cが出射する。中心光線ＬIM1Cは、面１００における位置ＰOP1に到達する。
【０２７５】
中心光線ＬIL2Cは、開口ＯＰ2の中心を通過する照明光の中心光線である。標本３２の表面の傾斜角がθ2度のとき、中心光線ＬIL2Cの進行方向が面の法線と平行になる。よって、中心光線ＬIL2Cは、標本３２の表面で屈折されない。標本３２から、中心光線ＬIM2Cが出射する。中心光線ＬIM2Cは、面１００における位置ＰOP2に到達する。
【０２７６】
以下では、位置ＰOP0、位置ＰOP1及び位置ＰOP2を基準にして説明する。
【０２７７】
また、中心光線ＬIM0Cは、開口ＯＰ0の像の中心を表している。中心光線ＬIM1Cは、開口ＯＰ1の像の中心を表している。中心光線ＬIM2Cは、開口ＯＰ2の像の中心を表している。よって、以下では、「開口の像の中心」を用いて説明する。
【０２７８】
図２２は、標本の表面の傾斜が０度のときの結像光の中心位置を示す図である。図２１と同じ構成については同じ番号を付し、説明は省略する。
【０２７９】
標本３２の表面の傾斜角が０度のとき、開口ＯＰ0の像の中心は位置ＰOP0と一致している。一方、開口ＯＰ1の像の中心は位置ＰOP1と一致していない。また、開口ＯＰ2の像の中心は位置ＰOP2と一致していない。
【０２８０】
図２３は、標本の表面の傾斜がθ1度のときの結像光の中心位置を示す図である。図２１と同じ構成については同じ番号を付し、説明は省略する。
【０２８１】
標本３２の表面の傾斜角がθ1度のとき、開口ＯＰ1の像の中心は位置ＰOP1と一致している。一方、開口ＯＰ0の像の中心は位置ＰOP0と一致していない。また、開口ＯＰ2の像の中心は位置ＰOP2と一致していない。
【０２８２】
図２４は、標本の表面の傾斜がθ2度のときの結像光の中心位置を示す図である。図２１と同じ構成については同じ番号を付し、説明は省略する。
【０２８３】
標本３２の表面の傾斜角がθ2度のとき、開口ＯＰ2の像の中心は位置ＰOP2と一致している。一方、開口ＯＰ0の像の中心は位置ＰOP0と一致していない。また、開口ＯＰ1の像の中心は位置ＰOP1と一致していない。
【０２８４】
このように、開口ＯＰ0の像の中心が位置ＰOP0と一致していることが分かると、標本３２の表面の傾斜角が０度であることが分かる。また、開口ＯＰ1の像の中心が位置ＰOP1と一致していることが分かると、標本３２の表面の傾斜角がθ1度であることが分かる。また、開口ＯＰ2の像の中心が位置ＰOP2と一致していることが分かると、標本３２の表面の傾斜角がθ2度であることが分かる。
【０２８５】
そこで、開口を複数用意しておき、位置ＰOP0〜位置ＰOP2のような基準位置を、各開口について予め求めておく。そして、標本の測定では、複数の開口のなかから、像の中心が基準位置に一致している開口を抽出する。上述のように、各開口と傾斜角は一対一で対応している。よって、抽出した開口から、標本の表面の傾斜角を求めることができる。
【０２８６】
開口ＯＰ0、開口ＯＰ1、及び開口ＯＰ2の各々は、所定の照明領域を形成している。よって、開口を複数用意する代わりに、所定の照明領域を用意しておけば良い。
【０２８７】
また、所定の照明領域は、複数の光源で形成されていても良い。例えば、照明光学系内にＬＥＤアレイを配置し、発光させるＬＥＤを変えるようにしても良い。このようにすることで、所定の照明領域の範囲や形状を変えることができる。
【０２８８】
本実施形態の標本形状測定方法と本実施形態の標本形状測定装置では、観察光学系は像側にテレセントリックな光学系であることが好ましい。
【０２８９】
波長によって対物レンズの焦点距離が変わるため、対物レンズの後ろ側焦点位置つまり瞳位置は、波長によって変化する。従って、所定の照明領域の像は波長によって光軸方向に移動する。観察光学系が像側にテレセントリック光学系になっていると、波長を変えた時も、所定の照明領域の像の大きさは変化するものの、その中心位置や重心位置は変わらない。そのため、照明光の波長を考慮せずに、所定の照明領域の像の位置を正しく算出することができる。
【０２９０】
本実施形態の標本形状測定方法と本実施形態の標本形状測定装置では、照明光学系は射出側にテレセントリックな光学系であることが好ましい。
【０２９１】
照明光学系が射出側にテレセントリックな光学系になっていると、テレセントリック照明が行える。テレセントリック照明では、合焦位置に対する標本のずれ量（以下、「デフォーカス量」という）が変化しても、標本の像の横倍率は変化しない。そのため、標本の形状の計算が容易に行える。非テレセントリック照明では、主光線角度とデフォーカス量によって、標本の像の横倍率が変化する。よって、非テレセントリック照明を行うことは好ましいとは言えない。
【０２９２】
図２５Ａと図２５Ｂは、標本の像を示す図である。図２５Ａは、テレセントリック照明が行われている場合を示し、図２５Ｂは、テレセントリック照明が行われていない場合を示している。いずれの場合においても、標本の形状は円形である。
【０２９３】
テレセントリック照明が行われている場合、標本の像ＩＭS1の形状は円形になっている。一方、テレセントリック照明が行われていない場合、標本の像ＩＭS2の形状は円が変形した形状になっている。
【０２９４】
本実施形態の標本形状測定方法と本実施形態の標本形状測定装置では、観察光学系から出射した光の全光量を算出することが好ましい。
【０２９５】
このようにすることで、明視野情報も同時に得られる。受光した光から所定の照明領域の像の位置を算出することで、標本の表面における傾き量や標本の形状を求めることができ、受光した光の総光量を求めることで、標本を明視野観察したとき像に対応する画像を得ることができる。この画像は、検出素子で受光した結像光の総光量を計算し、計算結果を画像化することで得ることができる。
【０２９６】
本実施形態の標本形状測定装置では、照明光学系は、光源とコンデンサレンズとの間に、光学部材を有し、光学部材は、レンズで構成されていることが好ましい。
【０２９７】
図２６は、照明光学系の例を示す図である。図９と同じ構成については同じ番号を付し、説明は省略する。
【０２９８】
照明光学系１１０は、光源２６とコンデンサレンズ２８との間に、光学部材を有する。光学部材はレンズ１１１で構成されている。光源２６は点光源である。レンズ１１１の焦点位置が光源２６の発光点と一致するように、光源２６とレンズ１１１とが位置決めされている。
【０２９９】
図９に示す標本形状測定装置２０では、光源２６とコンデンサレンズ２８との間に、開口部材２９が配置されている。そして、開口部材２９に、照明光ＬIL1が照射されている。このとき、照明光ＬIL1の照射面積は、透過部２９ｂの面積よりも広くなっている。そのため、開口部材２９において、照明光の光量損失が生じる。
【０３００】
照明光ＬIL1の照射面積を、透過部２９ｂの面積と略等しくすることで、照明光の光量損失を防止することができる。更に、開口部材２９の配置を省略することができる。
【０３０１】
照明光学系１１０では、照明光ＬIL2の径と一致するように、レンズ１１１の焦点位置が設定されている。そのため、照明光の光量損失が発生せず、しかも、開口部材を必要としない。また、レンズ１１１の焦点位置を変えることで、照明光ＬIL2の径を変えることができる。
【０３０２】
照明光学系１１０では、光源２６とレンズ１１１との間に、更に、別のレンズが配置されていても良い。この場合、別のレンズで、点光源の像を形成する。そして、点光源の像から出射した光を、レンズ１１１で平行光束に変換すれば良い。
【０３０３】
また、レンズ１１１とコンデンサ２７との間に、アフォーカルズーム光学系が配置されていても良い。このようにすることで、照明光ＬIL2の径を変えることができる。
【０３０４】
本実施形態の標本形状測定装置では、光源は、レーザ光源であり、照明光学系は、光源と光学部材との間に、光ファイバを有することが好ましい。
【０３０５】
図２７は、照明光学系の別の例を示す図である。図２６と同じ構成については同じ番号を付し、説明は省略する。
【０３０６】
照明光学系１２０は、光源２６とコンデンサレンズ２８との間に、光学部材を有する。光学部材はレンズ１１１で構成されている。更に、光源２６から出射したレーザ光は、光ファイバ１２１に入射する。レーザ光は光ファイバ１２１内を進行して、光ファイバ１２１の出射端１２２から出射する。
【０３０７】
光ファイバ１２１がシングルモードファイバの場合、出射端１２２には点光源が形成されている。そこで、レンズ１１１の焦点位置が出射端１２２と一致するように、出射端１２２とレンズ１１１とが位置決めされている。その結果、上述の照明光学系１１０と同じ効果を得ることができる。
【０３０８】
照明光学系１２０では、光ファイバ１２１とレンズ１１１との間に、更に、別のレンズが配置されていても良い。この場合、別のレンズで、点光源の像を形成する。そして、点光源の像から出射した光を、レンズ１１１で平行光束に変換すれば良い。
【０３０９】
また、レンズ１１１とコンデンサ２７との間に、アフォーカルズーム光学系が配置されていても良い。このようにすることで、照明光ＬIL2の径を変えることができる。
【０３１０】
開口部材の変形例について説明する。図２８Ａと図２８Ｂは、開口部材の変形例を示している。図２８Ａに示す開口部材１３０は、第１の遮光部１３１、第２の遮光部１３２及び透過部１３３を有する。
【０３１１】
第１の遮光部１３１は、開口部材１３０の中心に位置している。第１の遮光部１３１の外側に、透過部１３３が位置している。透過部１３３の外側に、第２の遮光部１３２が位置している。
【０３１２】
第１の遮光部１３１の形状は円形である。透過部１３３の形状と第２の遮光部１３２の形状は円環である。
【０３１３】
開口部材１３０が、所定の照明領域を形成する光学部材に該当する。透過部１３３は、観察光学系２２の瞳を通過する照明光の領域の面積が、観察光学系２２の瞳の面積よりも小さくなるように、設定されている。
【０３１４】
図２８Ｂに示す開口部材１４０は、第１の遮光部１４１、第２の遮光部１４２及び透過部１４３を有する。
【０３１５】
第１の遮光部１４１は、開口部材１４０の中心に位置している。第１の遮光部１４１の外側に、透過部１４３が位置している。透過部１４３の外側に、第２の遮光部１４２が位置している。
【０３１６】
第１の遮光部１４１の形状は非円形である。透過部１４３の形状は円環状で、第２の遮光部１４２の形状は円環である。
【０３１７】
開口部材１４０が、所定の照明領域を形成する光学部材に該当する。透過部１４３は、観察光学系２２の瞳を通過する照明光の領域の面積が、観察光学系２２の瞳の面積よりも小さくなるように、設定されている。
【０３１８】
以上、説明した方法及び装置では、所定の照明領域の像の位置を用いて、標本の表面における傾き量や、標本の表面形状を測定している。しかしながら、所定の照明領域の像の光量を用いて、標本の表面における傾き量や、標本の表面形状を測定することができる。
【０３１９】
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、所定の照明領域を形成する光学部材と、を有し、観察光学系は、対物レンズを有し、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、検出素子は、観察光学系の瞳位置、又は、観察光学系の瞳位置と共役な位置に配置され、コンデンサレンズよりも光源側に、光学部材が配置され、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縁に照射されるように設定され、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。
【０３２０】
図２９は、本実施形態の標本形状測定装置を示す図である。図２４と同じ構成については同じ番号を付し、説明は省略する。
【０３２１】
標本形状測定装置１５０は、開口部材１５１を有する。開口部材１５１は、遮光部１５１ａ１、遮光部１５１ａ２及び透過部１５１ｂを有する。遮光部１５１ａ１、遮光部１５１ａ２及び透過１５１ｂは、透明な部材、例えば、ガラス板や樹脂板で構成されている。遮光部１５１ａ１と遮光部１５１ａ２は、例えば、遮光塗料をガラス板上に塗布することで形成されている。一方、透過部１５１ｂには何も塗布されていない。よって、透過部１５１ｂはガラス板そのものである。
【０３２２】
開口部材１５１は、遮光部１５１ａ１が光軸３３を含むように配置されている。透過部１５１ｂは光軸３３を含まない。所定の照明領域は、透過部１５１ｂによって形成されている。よって、所定の照明領域は、照明光学系２１の瞳位置にて光軸３３を含まないように設定されている。
【０３２３】
開口部材１５１には、円形の照明光ＬIL1が入射する。開口部材１５１では、透過部１５１ｂの形状は円環になっている。よって、開口部材１５１からは、略円環状又は円環状（以下、「円環状」という）の照明光ＬIL2が出射する。
【０３２４】
開口部材１５１から出射した照明光ＬIL2は、コンデンサレンズ２８に入射する。コンデンサレンズ２８から出射する照明光ＬIL3形状も円環状になる。照明光ＬIL3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。
【０３２５】
コンデンサレンズ２８から出射した照明光ＬIL3は、標本３２’に到達する。標本３２’から出射した光、すなわち、結像光ＬIM1は対物レンズ３０に入射する。
【０３２６】
対物レンズの瞳３１では、透過部１５１ｂの内縁を通過した光線は、対物レンズの瞳３１の内側に到達している。透過部１５１ｂの外縁を通過した光線は、対物レンズの瞳３１の外縁に到達している。
【０３２７】
図３０は、結像光の様子を示す図である。対物レンズの瞳３１には、遮光部の像１５２と、透過部の像１５３とが形成されている。透過部の像１５３の外縁１５４は、対物レンズの瞳３１の外縁と一致している。透過部の像１５３の内縁１５５は、対物レンズの瞳３１の内側に位置している。後述するように、内縁１５５は、開口部材１５１の像の内縁と見なすことができる。
【０３２８】
所定の照明領域は、透過部１５１ｂによって形成されている。よって、所定の照明領域は、照明光が観察光学系２１の瞳位置にて該瞳の内側の一部分と該瞳の外縁に照射されるように設定されていることになる。
【０３２９】
透過部１５１ｂの位置と対物レンズの瞳３１の位置とは、共役になっている。よって、対物レンズの瞳３１の位置には、所定の照明領域の像が形成されている。
【０３３０】
対物レンズ３０から出射した結像光ＬIM1は、リレー光学系５１に入射する。そして、リレー光学系５１を出射した結像光ＬIM1によって、検出素子２４上に対物レンズの瞳３１の像と所定の照明領域の像が形成される。
【０３３１】
標本３２’の表面が傾斜していると、対物レンズの瞳３１に対して、所定の照明領域の像がシフトする。この場合、所定の照明領域の像の一部は、対物レンズの瞳３１の外側に移動する。そのため、所定の照明領域の像の光量が減少する。標本３２’の表面の傾斜角と所定の照明領域の像の光量とは、一対一に対応する。そこで、所定の照明領域の像の光量を求めることで、標本の表面における傾き量や、標本の表面形状を測定することができる。
【０３３２】
標本形状測定装置１５０では、照明光と標本との相対的な移動を、照明光の移動で行っている。しかしながら、図１３に示すように、照明光と標本との相対的な移動を、標本の移動によって行っても良い。
【０３３３】
所定の照明領域の像の位置の算出方法について説明する。ここでは、重心位置を、所定の照明領域の像の位置とする。また、所定の照明領域を形成する光学部材に、開口部材１５１が用いられているものとする。開口部材１５１の重心Ｒg（Ｘg，Ｙg）は、開口部材１５１の像の内縁１５５をＬ（ｘ，ｙ）とすると、以下の式から求めることができる。
【数５】
2017175495.tif 000007
【数６】
2017175495.tif 000008
ここで、
（ｘ，ｙ）が開口部材１５１の内縁にある時、Ｌ（ｘ，ｙ）＝１、
（ｘ，ｙ）が開口部材１５１の内縁にない時、Ｌ（ｘ，ｙ）＝０、
である。
【０３３４】
本実施形態の標本形状測定装置では、照明光学系は、標本と共役な位置に、光出射点群を有し、光出射点群は、光出射点を複数有し、光出射点は、各々、離散的に位置し、観察光学系は、集光レンズと、マイクロレンズアレイと、を有し、マイクロレンズアレイは、標本と共役な位置に配置され、検出素子は、観察光学系の瞳と共役な位置に配置されていることが好ましい。
【０３３５】
図３１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。図１４と同じ構成については同じ番号を付し、説明は省略する。
【０３３６】
標本形状測定装置１６０では、照明光学系２１は、光出射点群１６１を有する。光出射点群１６１は、光出射点１６１ａを複数有する。光出射点１６１ａは、各々、離散的に位置している。
【０３３７】
光出射点１６１ａから、照明光が出射する。照明光はレンズ１６２を通過して、コンデンサ２７に入射する。照明光は、コンデンサレンズ２８を介して、標本３２’に照射される。
【０３３８】
標本形状測定装置１６０では、レンズ１６２とコンデンサレンズ２８とによって、光出射点群１６１と標本３２’とが共役になっている。よって、標本３２’上には、照明光の集光点が、複数、同時に形成される。また、１つの集光点は、他の集光点と重ならないように形成される。
【０３３９】
集光点から、結像光が出射する。各集光点は同時に形成されるので、標本３２’からは、複数の結像光が、同時に出射する。図３１には、２つの結像光が、実線と破線とで示されている。
【０３４０】
実線は、軸上の光出射点から出射した照明光と、軸上の集光点から出射した結像光を示している。破線は、軸外の光出射点から出射した照明光と、軸外の集光点から出射した結像光を示している。
【０３４１】
結像光は、観察光学系２２に入射する。観察光学系２２は、集光レンズ１６３と、マイクロレンズアレイ１６４と、を有する。標本３２’を出射した結像光は、対物レンズ３０を通過して、集光レンズ１６３で集光される。集光位置には、マイクロレンズアレイ１６４が配置されている。
【０３４２】
マイクロレンズアレイ１６４は、微小なレンズ素子を複数有している。結像光はマイクロレンズアレイ１６４を通過し、検出素子２４で受光される。検出素子２４には、ＣＣＤイメージセンサ、又はＣＭＯＳイメージセンサが用いられる。
【０３４３】
結像光は、マイクロレンズアレイ１６４の位置で集光しているので、結像光は、発散しながら、マイクロレンズアレイ１６４から出射する。よって、検出素子２４上では、結像光の形状は点状ではなく、面状になっている。以下の説明では、検出素子２４上における結像光の領域を「光領域」という。
【０３４４】
上述のように、開口部材２９によって、所定の照明領域が形成されている。開口部材２９と対物レンズの瞳３１とは共役になっている。また、検出素子２４は、観察光学系２２の瞳と共役な位置に配置されている。観察光学系２２の瞳は、対物レンズの瞳３１と見なすことができるので、検出素子２４と開口部材２９とは共役になる。これは、光領域と所定の照明領域とが共役であることを意味している。
【０３４５】
傾き量は、所定の照明領域の像の位置から算出される。光領域と所定の照明領域とが共役であるので、光領域の位置から傾き量を算出することができる。
【０３４６】
標本形状測定装置１６０では、マイクロレンズアレイ１６４は、標本３２’と共役な位置に配置されている。すなわち、対物レンズ３０と集光レンズ１６３とによって、標本３２’とマイクロレンズアレイ１６４とが共役になっている。
【０３４７】
標本３２’では、離散的ではあるものの、中心から周辺までの範囲が照明されている。よって、マイクロレンズアレイ１６４においても、中心に位置するレンズ素子だけでなく、周辺に位置するレンズ素子にも結像光が入射する。その結果、検出素子２４上には、複数の光領域が形成される。
【０３４８】
また、標本形状測定装置１６０では、１つの光出射点と１つのレンズ素子とが一対一で対応するように、光学系が構成されている。この場合、１つの結像光と１つのレンズ素子とが、一対一で対応する。よって、各レンズ素子に、結像光が到達する。
【０３４９】
標本３２’では、軸上の集光点と軸外の集光点から、結像光が出射する。軸上の集光点から出射した結像光（以下、「軸上結像光」という）は、マイクロレンズアレイ１６４の中央に位置するレンズ素子を通過して、検出素子２４の中央部に到達する。検出素子２４の中央部には、軸上結像光による光領域が形成される。
【０３５０】
軸外の集光点から出射した結像光（以下、「軸外結像光」という）は、マイクロレンズアレイ１６４の周辺に位置するレンズ素子を通過して、検出素子２４の周辺部に到達する。検出素子２４の周辺部には、軸外結像光による光領域が形成される。
【０３５１】
図３２は、軸上結像光の様子を示す図である。図３２では、光軸３３の近傍を拡大している。図３３は、光軸方向から見た軸上結像光の位置を示す図である。
【０３５２】
標本の表面に傾斜がない場合、実線で示すように、軸上結像光は、検出素子２４の中央部に到達する。その結果、検出素子２４の中央部に光領域ＬＡａが形成される。
【０３５３】
これに対して、標本の表面に傾斜がある場合、破線で示すように、軸上結像光は、検出素子２４の周辺部に到達する。その結果、検出素子２４の周辺部に光領域ＬＡａが形成される。
【０３５４】
このように、標本の表面に傾斜がない場合と標本の表面に傾斜がある場合とで、検出素子２４上に形成される光領域ＬＡａの位置が異なる。よって、光領域ＬＡａの位置から、標本の表面における傾き量を算出することができる。
【０３５５】
検出素子２４では、微小な受光素子が２次元に配列されている。標本形状測定装置１６０では、１つの受光素子の面積は、光領域ＬＡａの面積よりも小さくなっている。よって、光領域ＬＡａを受光する受光領域ＤＡａには、複数の受光素子が含まれている。
【０３５６】
検出素子２４上における光領域ＬＡａの位置が異なると、光領域ＬＡａ内に位置する受光素子も異なってくる。光領域ＬＡａ内に位置する受光素子を用いることで、光領域ＬＡａの位置を特定することができる。
【０３５７】
検出素子２４では、受光素子が２次元に配列されている。そのため、光領域ＬＡａの位置は、受光素子の位置で表されることになる。
【０３５８】
例えば、光領域ＬＡａの位置として、重心位置を用いるとする。この場合、光領域ＬＡａ内に位置する受光素子で形成された形状の重心位置を求める。そして、求めた重心位置に対応する受光素子を特定する。特定された受光素子の位置が、光領域ＬＡａの位置に対応する。
【０３５９】
光領域ＬＡａの位置は、基準の位置からのずれで表すことができる。例えば、受光領域ＤＡａの中心に位置する受光素子の位置を、基準の位置に設定する。このようにすると、基準の位置と特定された受光素子の位置との差、すなわち、基準の位置と光領域ＬＡａの位置との差を算出することで、標本３２’の表面における傾き量を算出することができる。
【０３６０】
照明光学系２１や観察光学系２２では、収差や組み立て誤差が発生していないことが望ましい。この場合、標本の表面に傾斜がないとすると、光領域ＬＡａの位置は、受光領域ＤＡａの中心と一致する。
【０３６１】
しかしながら、実際には、収差や組み立て誤差は、ある程度発生してしまう。そのため、収差の発生量や組み立て誤差の発生量によっては、標本の表面に傾斜がない場合であっても、光領域ＬＡａの位置が受光領域ＤＡａの中心からずれてしまう。
【０３６２】
このような場合は、あらかじめ、ずれ量を求めておけば良い。そして、算出した差とずれ量とから、標本の表面における傾き量を算出すれば良い。
【０３６３】
基準の位置となる受光素子は、受光領域ＤＡａ内の受光素子であれば、どの位置の受光素子であっても良い。
【０３６４】
軸外結像光についても、基準の位置と光領域ＬＡａの位置との差を算出することで、標本３２’の表面における傾き量を算出することができる。
【０３６５】
このように、本実施形態の標本形状測定装置では、標本の表面に傾斜がない場合と傾斜がある場合とで、検出素子上における結像光の位置が異なる。また、結像光の位置のずれ量が、傾き量に応じて変化する。よって、本実施形態の標本形状測定装置によれば、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、標本の表面形状を測定できる。
【０３６６】
また、１つの結像光に対応する受光素子群における受光量の総和は、その結像光が出射した点における標本の明るさを表している。よって、本実施形態の標本形状測定装置によれば、受光素子群の受光量の総和を算出することで、標本の明暗情報を得ることができる。
【０３６７】
また、本実施形態の標本形状測定装置では、複数の結像光が、同時に観察光学系から出射するが、検出素子が複数の受光素子を有するため、複数の結像光を同時に受光することができる。よって、本実施形態の標本形状測定装置によれば、標本形状測定装置では、標本全体について、表面における傾き量の測定、表面形状の測定及び明暗情報の取得を、一回の測定で行うことができる。
【０３６８】
本実施形態の標本形状測定装置では、光出射点は、微小な開口であることが好ましい。又は、実施形態の標本形状測定装置では、光出射点は、微小な発光部であることが好ましい。
【０３６９】
このようにすることで、集光点の面積を小さくすることができる。その結果、標本位置における水平方向の分解能を高くすることができる。水平方向の分解能とは、光軸と直交する面内における分解能である。
【０３７０】
光出射点が微小な開口の場合では、例えば、微小な貫通孔が金属板に形成されている。微小な貫通孔を複数形成することで、光出射点群１６１を形成することができる。この金属板を光出射点群１６１の位置に配置し、金属板上に光源の像を形成する。このようにすることで、複数の照明光を、離散的且つ同時に生成することができる。
【０３７１】
光出射点が微小な発光部の場合では、例えば、ＬＥＤが用いられる。ＬＥＤを複数用いることで、光出射点群１６１を形成することができる。光出射点群１６１の位置において、複数のＬＥＤを一定の間隔で配置する。このようにすることで、複数の照明光を、離散的且つ同時に生成することができる。
【０３７２】
このように、本実施形態の標本形状測定装置によれば、複数の照明光を、離散的且つ同時に生成することができる。
【０３７３】
本実施形態の標本形状測定装置では、マイクロレンズアレイは、複数のレンズ素子を有し、レンズ素子の位置に、光出射点の像が形成され、光出射点の像の大きさは、レンズ素子の大きさよりも小さいことが好ましい。
【０３７４】
上述のように、標本３２’上には、集光点が形成される。この集光点は、光出射点の像である。更に、マイクロレンズアレイ１６４は、標本３２’と共役な位置に配置されている。よって、マイクロレンズアレイ１６４の位置に、光出射点の像が形成される。
【０３７５】
また、標本形状測定装置１６０では、１つの光出射点と１つのレンズ素子とが、一対一で対応するように、光学系が構成されている。よって、１つのレンズ素子の位置に、１つの光出射点の像が形成される。
【０３７６】
図３４、図３５は、マイクロレンズアレイと光出射点の像を示す図である。図３４は、光出射点の像の大きさが大きい場合を示している。図３５は、光出射点の像の大きさが小さい場合を示している。また、２つの図は、共に、標本の表面に傾斜がない場合の結像光の様子を示している。
【０３７７】
レンズ素子１６５ａの隣には、レンズ素子１６５ｂと１６５ｃが位置している。また、レンズ素子１６５ａ、１６５ｂ及び１６５ｃの各々に対応して、受光領域ＤＡａ、受光領域ＤＡｂ、受光領域ＤＡｃが設けられている。
【０３７８】
レンズ素子１６５ａには、結像光１６７ａが入射する。レンズ素子１６５ａの位置には、光出射点の像１６６ａが形成される。また、結像光１６７ａに基づいて、検出素子２４上に光領域ＬＡａが形成される。図３４、図３５では、結像光１６７ａは実線で示されている。
【０３７９】
レンズ素子１６５ｂには、結像光１６７ｂが入射する。レンズ素子１６５ｂの位置には、光出射点の像１６６ｂが形成される。また、結像光１６７ｂに基づいて、検出素子２４上に光領域ＬＡｂが形成される。図３４、図３５では、結像光１６７ｂは破線で示されている。
【０３８０】
レンズ素子１６５ｃにも結像光１６７ｃが入射する。レンズ素子１６５ｃの位置には、光出射点の像１６６ｃが形成される。また、結像光１６７ｃに基づいて、検出素子２４上に光領域ＬＡｃが形成される。図３４、図３５では、結像光１６７ｃは点線で示されている。
【０３８１】
光出射点の像の大きさがレンズ素子の大きさと略同じである場合について、図３４を用いて説明する。
【０３８２】
図３４に示すように、光出射点の像１６６ａの大きさは、レンズ素子１６５ａの大きさと略同じになっている。この場合、結像光１６７ａの一部が、受光領域ＤＡｂや受光領域ＤＡｃに到達する。
【０３８３】
その結果、受光領域ＤＡａだけでなく、受光領域ＤＡｂや受光領域ＤＡｃにも、光領域ＬＡａが形成される。これは、光領域ＬＡａでは、光領域ＬＡａの一部が、受光領域ＤＡｂや受光領域ＤＡｃに形成されてしまうことを意味している。
【０３８４】
光領域ＬＡｂや光領域ＬＡｃについても、光領域ＬＡａと同様の現象が生じる。すなわち、光領域ＬＡｂでは、光領域ＬＡｂの一部（以下、「部分領域１６８ｂ」という）が、受光領域ＤＡａに形成されてしまう。また、光領域ＬＡｃでは、光領域ＬＡｃの一部（以下、「部分領域１６８ｃ」という）が、受光領域ＤＡａに形成されてしまう。
【０３８５】
傾き量は、光領域の位置から算出される。受光領域に形成された光領域が、受光領域に対応する結像光のみによって形成された光領域であれば、正しい傾き量を算出することができる。
【０３８６】
受光領域ＤＡａに注目すると、受光領域ＤＡａには、光領域ＬＡａ、部分領域１６８ｂ及び部分領域１６８ｃが形成されている。
【０３８７】
光領域ＬＡａは、結像光１６７ａによって形成されている。結像光１６７ａは、受光領域ＤＡａに対応する結像光である。よって、光領域ＬＡａは、受光領域ＤＡａに対応する結像光によって形成された光領域である。
【０３８８】
部分領域１６８ｂは、結像光１６７ｂによって形成されている。結像光１６７ｂは、受光領域ＤＡｂに対応する結像光であるので、受光領域ＤＡａに対応する結像光ではない。よって、部分領域１６８ｂは、受光領域ＤＡａに対応する結像光によって形成された光領域ではない。
【０３８９】
部分領域１６８ｃは、結像光１６７ｃによって形成されている。結像光１６７ｃは、受光領域ＤＡｃに対応する結像光であるので、受光領域ＤＡａに対応する結像光ではない。よって、部分領域１６８ｃは、受光領域ＤＡａに対応する結像光によって形成された光領域ではない。
【０３９０】
光領域ＬＡａ、部分領域１６８ｂ及び部分領域１６８ｃは、同時に形成されている。そのため、部分領域１６８ｂと部分領域１６８ｃは、光領域ＬＡｂから分離することは、空間的にも、時間的にもできない。
【０３９１】
このように、受光領域ＤＡａに形成された光領域は、受光領域ＤＡａに対応する結像光１６７ａだけでなく、受光領域ＤＡａに対応しない結像光１６７ｂと結像光１６７ｃとによって形成されている。そのため、正しい傾き量を算出することができない。
【０３９２】
受光領域ＤＡｂに対応しない結像光は、結像光１６７ｂや結像光１６７ｃだけではない。レンズ素子１６５ａの周囲には、複数のレンズ素子が位置している。各レンズ素子に入射する結像光は、いずれも、受光領域ＤＡｂに対応しない結像光である。
【０３９３】
各結像光に基づいて光領域が形成されるので、複数の光領域が形成される。このうちの幾つかの光領域では、その一部が受光領域ＤＡａ上に形成される。そのため、正しい傾き量を算出することができない。
【０３９４】
更に、光領域ＬＡａの一部は、受光領域ＤＡａに含まれていない。よって、光領域ＬＡａ自体も、受光領域に対応する結像光のみによって形成された光領域とは言えない。この点からも、正しい傾き量が算出することができない。
【０３９５】
以上、受光領域ＤＡａでの傾き量の算出について説明したが、受光領域ＤＡｂでの傾き量の算出や、受光領域ＤＡｃでの傾き量の算出についても、同様のことが言える。
【０３９６】
上述のように、図３４は、標本の表面に傾斜がない場合の結像光の様子を示している。標本の表面に傾斜がある場合、光領域ＬＡａの位置が変化する。傾き量が大きくなるにつれて、基準位置に対する光領域ＬＡａの位置のずれも大きくなる。
【０３９７】
図３４では、光領域ＬＡａは受光領域ＤＡａだけでなく、受光領域ＤＡｂや受光領域ＤＡｃまで分布している。すなわち、光領域ＬＡａの一部の領域が、受光領域ＤＡａの外側にはみ出している状態になっている。
【０３９８】
このような状態では、例えば、光領域ＬＡａが受光領域ＤＡｃ側に移動しても、受光領域ＤＡｂ側にはみ出した領域が受光領域ＤＡａ内に位置するまでの間は、受光領域ＤＡａは光領域ＬＡａで覆われた状態になる。
【０３９９】
すなわち、この間では、光領域ＬＡａ全体の位置は変化しているにも関わらず、受光領域ＤＡａ上の光領域ＬＡａの位置には変化が生じない。これは、この間では、傾き量の算出ができないことを意味している。
【０４００】
このように、光出射点の像の大きさがレンズ素子の大きさと略同じである場合では、測定できない傾き量が一定の割合で存在することになる。光領域ＬＡｂや光領域ＬＡｃについても、同様である。
【０４０１】
また、マイクロレンズアレイ１６４は、標本３２’と共役な位置に配置されている。ここで、標本３２’上に、レンズ素子１６５ａが縮小投影されたとする。レンズ素子１６５ａは、ある程度の広がりを持っている。そのため、標本３２’上に投影されたレンズ素子１６５ａの投影像は、点像にはならない。
【０４０２】
レンズ素子１６５ａの位置には、光出射点の像１６６ａが形成されている。図３４に示すように、光出射点の像１６６ａの大きさは、レンズ素子１６５ａの大きさと略同じである。
【０４０３】
上述のように、標本３２’上に投影されたレンズ素子１６５ａの投影像は、点像にはならない。そのため、光出射点の像１６６ａの投影像も、点像にならない。
【０４０４】
光出射点の像１６６ａは、標本３２’上での照明領域を表している。光出射点の像１６６ａの投影像は点像にならないので、照明領域は点状ではなく、ある程度の広がりを持つ。
【０４０５】
この照明領域は、標本位置における水平方向の分解能を表している。そのため、照明領域が点状の場合に比べると、標本位置における水平方向の分解能は低くなる。水平方向の分解能とは、光軸と直交する面内における分解能である。
【０４０６】
以上、光出射点の像の大きさがレンズ素子の大きさと略同じ場合について説明したが、光出射点の像の大きさがレンズ素子の大きさよりも大きい場合も同様である。いずれの場合も、正しい傾き量を算出することができず、また、測定できない傾き量が存在し、更に、低い分解能しか得られない。
【０４０７】
光出射点の像の大きさがレンズ素子の大きさに対して十分小さい場合について、図３５を用いて説明する。
【０４０８】
図３５では、光出射点の像１６９ａ、１６９ｂ、１６９ｃが点像の場合を示している。この場合、光出射点の像１６９ａ、１６９ｂ、１６９ｃの大きさは、各々、レンズ素子１６５ａ、１６５ｂ、１６５ｃの大きさに比べて非常に小さい。
【０４０９】
この場合、結像光１７０ａは、全て受光領域ＤＡａに到達する。すなわち、結像光１７０ａの一部が、受光領域ＤＡｂや受光領域ＤＡｃに到達することはない。その結果、受光領域ＤＡａだけに、光領域ＬＡａが形成される。
【０４１０】
光領域ＬＡｂや光領域ＬＡｃについても、光領域ＬＡａと同様の現象が生じる。結像光１７０ｂは、全て受光領域ＤＡｂに到達し、結像光１７０ｃは、全て受光領域ＤＡｃに到達する。その結果、光領域ＬＡｂは受光領域ＤＡｂだけに形成され、光領域ＬＡｃは受光領域ＤＡｃだけに形成される。
【０４１１】
受光領域ＤＡａに注目すると、受光領域ＤＡａには、光領域ＬＡａだけが形成されている。光領域ＬＡａは、結像光１７０ａによって形成されている。結像光１７０ａは、受光領域ＤＡａに対応する結像光である。よって、光領域ＬＡａは、受光領域ＤＡａに対応する結像光によって形成された光領域である。
【０４１２】
このように、受光領域ＤＡａに形成された光領域は、受光領域ＤＡａに対応する結像光１７０ａだけで形成されている。そのため、正しい傾き量を算出することができる。
【０４１３】
更に、光領域ＬＡａは、全体が受光領域ＤＡａに含まれている。よって、光領域ＬＡａは、受光領域に対応する結像光のみによって形成された光領域と言える。この点からも、正しい傾き量が算出することができる。
【０４１４】
以上、受光領域ＤＡａでの傾き量の算出について説明したが、受光領域ＤＡｂでの傾き量の算出や、受光領域ＤＡｃでの傾き量の算出についても、同様のことが言える。
【０４１５】
上述のように、図３５は、標本の表面に傾斜がない場合の結像光の様子を示している。上述のように、標本の表面に傾斜がある場合、光領域ＬＡａの位置が変化する。傾き量が大きくなるにつれて、基準位置に対する光領域ＬＡａの位置のずれも大きくなる。
【０４１６】
図３５では、光領域ＬＡａは、受光領域ＤＡａの一部に分布している。すなわち、光領域ＬＡａが受光領域ＤＡａに占める割合が小さく、また、光領域ＬＡａから受光領域ＤＡａの外周までの間には、光領域ＬＡａに含まれない領域が十分に存在している状態になっている。
【０４１７】
このような状態では、例えば、光領域ＬＡａが受光領域ＤＡｃ側に少しでも移動すると、受光領域ＤＡａ上の光領域ＬＡａの位置に変化が生じる。そのため、傾き量が小さくても、基準位置に対する光領域ＬＡａの位置のずれを検出することができる。
【０４１８】
このように、光出射点の像の大きさがレンズ素子の大きさに対して十分小さい場合では、測定できない傾き量は存在しないことになる。ここでの「測定できない傾き量」とは、光出射点の像の大きさがレンズ素子の大きさと略同じである場合で説明した「一定の割合で存在する傾き量」である。光領域ＬＡｂや光領域ＬＡｂについても、同様である。
【０４１９】
また、レンズ素子１６５ａの位置には、光出射点の像１６９ａが形成されている。図３５に示すように、光出射点の像１６９ａの大きさがレンズ素子１６５ａの大きさに対して十分小さい。
【０４２０】
上述のように、標本３２’上に投影されたレンズ素子１６５ａの投影像は、点像にはならない。しかしながら、光出射点の像１６６ａは点像であるため、光出射点の像１６６ａの投影像は点像になる。
【０４２１】
光出射点の像１６６ａは、標本３２’上での照明領域を表している。光出射点の像１６６ａの投影像が点像になるので、照明領域は点状になっている。そのため、標本位置における水平方向の分解能は高くなる。
【０４２２】
以上のように、本実施形態の標本形状測定装置によれば、正しい傾き量を算出することができ、また、測定できない傾き量が存在せず、更に、高い分解能が得られる。
【０４２３】
本実施形態の標本形状測定装置では、光軸と直交する面内で、保持部材を移動させることが好ましい。
【０４２４】
図３６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。図３１と同じ構成については同じ番号を付し、説明は省略する。
【０４２５】
本実施形態の標本形状測定装置では、光軸と直交する面内で、保持部材を移動させることができる。そのために、標本形状測定装置１８０は、保持部材として、走査機構１８１を有する。走査機構１８１としては、例えば、図１３に示すような走査機構６１を用いれば良い。
【０４２６】
図３６では、走査機構１８１は平板状の２つの部材で描かれている。これは、見易さのために、中央部の構造の図示を省略しているからである。
【０４２７】
標本形状測定装置１８０では、光出射点群１６１は、光出射点を複数有する。ここでは、各光出射点から出射する光は、点光源から出射した光であるとする。
【０４２８】
軸上の光出射点１６１ａａから出射した照明光によって、標本３２’上の集光点Ｐａが照明される。集光点Ｐａから出射した軸上結像光は、受光領域ＤＡａに到達する。受光領域ＤＡａ上には、光領域ＬＡａが形成される。
【０４２９】
軸外の光出射点１６１ａｂから出射した照明光によって、標本３２’上の集光点Ｐｂが照明される。集光点Ｐｂから出射した軸外結像光は、受光領域ＤＡｂに到達する。受光領域ＤＡｂ上には、光領域ＬＡｂが形成される。
【０４３０】
集光点Ｐａと光領域ＬＡａとは、一対一で対応している。また、集光点Ｐｂと光領域ＬＡｂとは、一対一で対応している。この場合、標本３２’上には、受光領域ＤＡａに対応する領域として領域ＤＡａ’が存在し、受光領域ＤＡｂに対応する領域として領域ＤＡｂ’が存在する。同様に、受光領域ＤＡｃに対応する領域として、領域ＤＡｃ’が存在する。
【０４３１】
受光領域ＤＡａ、ＤＡｂ、ＤＡｃは、各々、ある程度の広がりを持っている。よって、領域ＤＡａ’、ＤＡｂ’、ＤＡｃ’も、各々、ある程度の広がりを持っている。
【０４３２】
光出射点１６１ａａと光出射点１６１ａｂは、離散的に位置している。この場合、集光点Ｐａと集光点Ｐｂも、離散的に位置する。
【０４３３】
そのため、領域ＤＡａ’がある程度の広がりを持つにもかかわらず、領域ＤＡａ’内には集光点Ｐａしか存在しない。すなわち、領域ＤＡａ’内の１点における傾き量しか算出されない。
【０４３４】
同様に、領域ＤＡｂ’がある程度の広がりを持つにもかかわらず、領域ＤＡｂ’内には集光点Ｐｂしか存在しない。すなわち、領域ＤＡｂ’内の１点における傾き量しか算出されない。
【０４３５】
上述のように、標本形状測定装置１６０では、標本全体について、表面における傾き量の測定や表面形状の測定を、一回の測定で行うことができる。ただし、測定は離散的に行われる。
【０４３６】
集光点Ｐａから集光点Ｐｂまでの間には、無数の点が存在する。例えば、集光点Ｐａの近傍には、点Ｐａ’が存在する。集光点Ｐａと点Ｐａ’が照明された場合について説明する。
【０４３７】
集光点Ｐａと点Ｐａ’では、共に、標本３２’の表面に傾斜がないとする。この場合、集光点Ｐａから出射した軸上結像光は、実線で示すように、受光領域ＤＡａの中央部に到達する。その結果、受光領域ＤＡａの中央部に光領域ＬＡａが形成される。
【０４３８】
一方、点Ｐａ’から出射した結像光も、点線で示すように、受光領域ＤＡａの中央部に到達する。その結果、受光領域ＤＡａの中央部に光領域ＬＡａ’が形成される。
【０４３９】
図３６では、光領域ＬＡａと光領域ＬＡａ’とが区別できるように、光領域ＬＡａ’の位置を、光領域ＬＡａの位置に対して若干ずらしている。
【０４４０】
光出射点１６１ａａによって集光点Ｐａを照明することはできるが、点Ｐａ’を照明することはできない。また、光出射点１６１ａｂによって集光点Ｐｂを照明することはできるが、点Ｐａ’を照明することはできない。
【０４４１】
点Ｐａ’を照明するためには、矢印で示すように、光軸と直交する面内で、標本３２’を移動させれば良い。標本３２’は保持部材に載置されている。よって、光軸と直交する面内で、保持部材を移動させれば良い。
【０４４２】
上述のように、標本形状測定装置１８０は、保持部材として、走査機構１８１を有する。走査機構１８１によって標本３２’を移動させることで、点Ｐａ’を照明することができる。このとき、集光点Ｐａは照明されていないので、点Ｐａ’における傾き量だけを測定することができる。
【０４４３】
領域ＤＡａ’内には、集光点Ｐａが位置している。よって、走査機構１８１による走査は、領域ＤＡａ’全体が集光点Ｐａで走査されるように行えば良い。
【０４４４】
また、領域ＤＡｂ’内には集光点Ｐｂが位置している。領域ＤＡａ’の面積と領域ＤＡｂ’の面積は等しい。よって、集光点Ｐａによる領域ＤＡａ’の走査が行われると、自動的に、集光点Ｐｂによる領域ＤＡｂ’の走査が行われる。領域ＤＡｃ’や他の領域についても同様である。
【０４４５】
本実施形態の標本形状測定装置によれば、光出射点が離散的に位置していても、標本全体について、表面における傾き量の測定や表面形状の測定を、一回の測定で、連続的に行うことができる。
【０４４６】
本実施形態の標本形状測定装置では、光出射点群から出射する照明光の位置を変化させることが好ましい。
【０４４７】
本実施形態の標本形状測定装置によれば、光出射点が離散的に位置していても、標本全体について、表面における傾き量の測定や表面形状の測定を、一回の測定で、連続的に行うことができる。
【０４４８】
光出射点群から出射する照明光の位置を変化させるには、例えば、光出射点群１６１の位置に、デジタルマイクロミラー、ニポウディスク、あるいはＬＥＤアレイを配置すれば良い。
【０４４９】
デジタルマイクロミラーは、微小なミラーを複数有している。微小なミラーは２次元に配列されている。微小なミラーは、対角線を軸として、この軸周りに所定の角度分だけ揺動する。この揺動によって、ミラー面の向きを変化させることができる。
【０４５０】
例えば、微小なミラーが揺動していないとき、照明光が標本３２’に照射されるとする。１つの微小なミラーを揺動させ、残りの微小なミラーは揺動させないことで、標本３２’の１点を照明することができる。揺動させる微小ミラーと、揺動させない微小ミラーを変えていくことで、光出射点群から出射する照明光の位置を変化させることができる。
【０４５１】
また、領域ＤＡａ’において、微小なミラーの像が複数形成されるように、微小なミラーを用意しておく。このようにすると、揺動させるミラーを順番に変えることで、集光点Ｐａによる領域ＤＡａ’の走査を行うことができる。
【０４５２】
ニポウディスクは、微小な透過部を複数有する。微小な透過部は、不透明な平板に、らせん状に形成されている。ニポウディスクを回転させることで、光出射点群から出射する照明光の位置を変化させることができる。
【０４５３】
ニポウディスクでは、領域ＤＡａ’において、微小な透過部の像が複数形成されるように、微小な透過部を用意しておく。このようにすると、ニポウディスクを回転させることで、集光点Ｐａによる領域ＤＡａ’の走査を行うことができる。
【０４５４】
ＬＥＤアレイは、微小な発光部を有するＬＥＤを複数有する。ＬＥＤは２次元に配列されている。光出射点群と同数のＬＥＤを用意し、発光させるＬＥＤを変えることで、光出射点群から出射する照明光の位置を変化させることができる。
【０４５５】
ＬＥＤアレイでは、領域ＤＡａ’において、微小な発光部の像が複数形成されるように、ＬＥＤを用意しておく。このようにすると、発光させるＬＥＤを順番に変えることで、集光点Ｐａによる領域ＤＡａ’の走査を行うことができる。
【０４５６】
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、面光源と、コンデンサレンズと、所定の照明領域を形成する光学部材と、を有し、観察光学系は、対物レンズと、集光レンズと、マイクロレンズアレイと、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、コンデンサレンズよりも面光源側に、光学部材が配置され、観察光学系の瞳を通過する照明光の領域の面積が、観察光学系の瞳の面積よりも小さくなるように、所定の照明領域が設定され、マイクロレンズアレイは、標本と共役な位置に配置され、検出素子は、観察光学系の瞳と共役な位置に配置され、照明光学系により標本に照射された照明光は、標本に照射され、標本から出射した光は観察光学系に入射し、マイクロレンズアレイによって、複数の光領域が検出素子上に形成され、検出素子は、光領域の各々について、光領域全体の光を受光し、処理装置は、光領域の各々について、光領域の位置を算出し、光領域の各々について、光領域の位置と基準の位置との差を算出し、算出した差から、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。
【０４５７】
図３７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。図３１と同じ構成については同じ番号を付し、説明は省略する。
【０４５８】
標本形状測定装置１９０は、例えば、正立型顕微鏡であって、照明光学系２１と、観察光学系２２と、保持部材２３と、検出素子２４と、処理装置２５と、を備える。
【０４５９】
照明光学系２１は、面光源１９１と、レンズ１６２と、コンデンサ２７とを有する。観察光学系２２は、対物レンズ３０と、集光レンズ１６３と、マイクロレンズアレイ１６４と、を有する。対物レンズ３０の内部には、対物レンズの瞳３１が位置している。
【０４６０】
面光源１９１としては、例えば、ハロゲンランプ、キセノンランプ、水銀ランプ、発光ダイオード（ＬＥＤ）等がある。面光源１９１から、照明光が出射する。照明光はレンズ１６２を通過して開口部材２９に向かう。
【０４６１】
開口部材２９は、遮光部２９ａと透過部２９ｂとを有する。標本形状測定装置１９０では、レンズ１６２によって、透過部２９ｂの位置に面光源１９１の像（以下、「光源像１９１’」という）が形成されている。
【０４６２】
光源像１９１’の大きさは、透過部２９ｂの大きさと略同じである。光源像１９１’の大きさは、透過部２９ｂの大きさよりも大きくても良い。ただし、この場合、光量損失が生じる。光量損失を抑えるためには、光源像１９１’の大きさは、透過部２９ｂの大きさと略同じか、又は透過部２９ｂの大きさよりも小さいほうが好ましい。
【０４６３】
開口部材２９は、コンデンサ２７の瞳位置に配置されている。透過部２９ｂの位置に光源像１９１’が形成されているので、ケーラー照明による照明が行われる。ケーラー照明では、光源像１９１’の各点から出射した照明光は、平行光束となって標本３２’に照射される。よって、標本形状測定装置１９０では、標本３２’全体が照明される。
【０４６４】
標本３２’の各点からは、結像光が出射する。結像光の光束径は、標本３２’から出射する光束の開口数でほぼ決まる。標本３２’から出射する光束の開口数が小さくなると、対物レンズ３０を通過する結像光の光束径は小さくなる。
【０４６５】
標本３２’で散乱が発生しないと仮定すると、標本３２’から出射する光束の開口数は、照明光の開口数と見なすことができる。
【０４６６】
光源像１９１’の大きさが透過部２９ｂの大きさと略同じである場合、又は、光源像１９１’の大きさが透過部２９ｂの大きさよりも大きい場合、照明光の開口数は、透過部２９ｂの大きさで決まる。
【０４６７】
光源像１９１’の大きさが透過部２９ｂの大きさよりも小さい場合、照明光の開口数は、光源像１９１’の大きさで決まる。
【０４６８】
標本形状測定装置１９０では、照明光の開口数が対物レンズ３０の開口数よりも小さくなるように、透過部２９ｂの大きさ、又は光源像１９１’の大きさが設定されている。
【０４６９】
そのため、標本３２’から出射する光束の開口数は、対物レンズ３０の開口数よりも小さくなる。その結果、対物レンズの瞳３１を通過する結像光の光束径は、対物レンズの瞳３１の大きさよりも小さくなる。
【０４７０】
標本形状測定装置１９０では、開口部材２９は、コンデンサレンズ２８よりも面光源１９１側に位置している。そして、透過部２９ｂは、観察光学系２２の瞳を通過する照明光の領域の面積が、観察光学系２２の瞳の面積よりも小さくなるように、設定されている。このように、標本形状測定装置１９０では、透過部２９ｂによって、所定の照明領域が形成されている。よって、開口部材２９が、所定の照明領域を形成する光学部材に該当する。
【０４７１】
標本３２’の各点から出射した結像光は、対物レンズ３０を通過して、集光レンズ１６３で集光される。集光位置には、マイクロレンズアレイ１６４が配置されている。結像光はマイクロレンズアレイ１６４を通過し、検出素子２４で受光される。
【０４７２】
標本形状測定装置１９０では、マイクロレンズアレイ１６４は、標本３２’と共役な位置に配置されている。すなわち、対物レンズ３０と集光レンズ１６３とによって、標本３２’とマイクロレンズアレイ１６４とが共役になっている。
【０４７３】
また、検出素子２４は、観察光学系２２の瞳と共役な位置に配置されている。すなわち、集光レンズ１６３とマイクロレンズアレイ１６４とによって、対物レンズの瞳３１と検出素子２４とが共役になっている。
【０４７４】
結像光は、マイクロレンズアレイ１６４の位置で集光している。よって、結像光は、発散しながら、マイクロレンズアレイ１６４から出射する。その結果、検出素子２４上に、光領域が形成される。
【０４７５】
マイクロレンズアレイ１６４は、微小なレンズ素子を複数有する。上述のように、標本形状測定装置１９０では、標本３２’は、中心から周辺まで連続的に照明されている。よって、レンズ素子の各々に、結像光が到達する。その結果、検出素子２４上には、複数の光領域が形成される。
【０４７６】
軸上結像光は、マイクロレンズアレイ１６４の中央に位置するレンズ素子を通過して、検出素子２４の中央部に到達する。検出素子２４の中央部には、軸上結像光による光領域が形成される。
【０４７７】
軸外結像光は、マイクロレンズアレイ１６４の周辺に位置するレンズ素子を通過して、検出素子２４の周辺部に到達する。検出素子２４の周辺部には、軸外結像光による光領域が形成される。
【０４７８】
上述のように、受光領域は複数の受光素子で構成されているので、ある程度の広さを有する。そのため、標本形状測定装置１９０でも、近接している２点から出射した結像光は、共に１つの受光領域に入射する。
【０４７９】
ただし、上述のように、標本形状測定装置１９０では、標本３２’は、中心から周辺まで連続的に照明されている。この照明状態は、例えば、図３６において、集光点Ｐａと点Ｐａ’とが、同時に照明されている状態と等しい。
【０４８０】
図３６で示したように、集光点Ｐａと点Ｐａ’では、共に、標本３２’の表面に傾斜がない場合、検出素子２４の中央部に光領域ＬＡａと光領域ＬＡａ’が形成される。
【０４８１】
次に、集光点Ｐａでは標本の表面に傾斜がなく、点Ｐａ’では標本の表面に傾斜があるとする。図３８は、光軸方向から見た２つの結像光の位置を示す図である。
【０４８２】
この場合、集光点Ｐａから出射した軸上結像光は、実線で示すように、受光領域ＤＡａの中央部に到達する。その結果、受光領域ＤＡａの中央部に光領域ＬＡａが形成される。
【０４８３】
一方、点Ｐａ’から出射した結像光は、点線で示すように、受光領域ＤＡａの中央部からやや離れた位置に到達する。その結果、受光領域ＤＡａの中央部からやや離れた位置に光領域ＬＡａ’が形成される。
【０４８４】
集光点Ｐａと点Ｐａ’は近接しているため、光領域ＬＡａ’の一部の領域は光領域ＬＡａと重なっている。しかも、光領域ＬＡａと光領域ＬＡａ’は、受光領域ＤＡａ上に、同時に形成されている。そのため、光領域ＬＡａと光領域ＬＡａ’とを別々に受光することは、空間的にも、時間的にもできない。
【０４８５】
このように、標本形状測定装置１９０では、光領域ＬＡａと光領域ＬＡａ’とを足し合わせた領域を、１つの光領域として受光することになる。よって、光領域ＬＡａ内に位置する受光素子と、光領域ＬＡａ’内に位置する受光素子とから、光領域の位置を算出することになる。
【０４８６】
算出された光領域の位置は、集光点Ｐａにおける傾きと点Ｐａ’における傾きとが反映されたものである。よって、測定された傾き量は、集光点Ｐａにおける傾き量と点Ｐａ’における傾き量とを平均した量になる。また、各受光素子の受光量の総和も、集光点Ｐａにおける明るさと点Ｐａ’における明るさとを平均した明るさになる。
【０４８７】
点Ｐａ’は集光点Ｐａの近傍に位置し、且つ、受光領域ＤＡａに光領域を形成可能な結像光を出射する点である。点Ｐａ’のような点は、点Ｐａ’以外にも無数に存在する。これら無数の点からの結像光も受光領域ＤＡａに入射する。
【０４８８】
よって、受光領域ＤＡａで得られる傾き量は、これら無数の点における傾き量と集光点Ｐａにおける傾き量とを平均した量になる。また、受光領域ＤＡａで得られる標本の明るさは、これら無数の点における明るさと集光点Ｐａにおける明るさとを平均したものになる。
【０４８９】
図３６に示す領域ＤＡａ’は、受光領域ＤＡａを標本３２’側に投影したときの像の範囲から決まる領域である。領域ＤＡａ’は、点Ｐａ’のような点が含まれる領域を示しているということができる。標本形状測定装置１９０では、領域ＤＡａ’における平均的な傾き量や、領域ＤＡａ’における平均的な明るさが得られる。
【０４９０】
領域ＤＡｂ’や領域ＤＡｃ’においても、領域ＤＡａ’と同様に、平均的な傾き量や、平均的な明るさが得られる。領域ＤＡａ’、ＤＡｂ’、ＤＡｃ’の周囲にも、同じような領域が存在する。よって、各領域における傾き量や明るさを２次元的に繋ぎ合わせることで、標本の表面における傾き量や標本の明るさが得られる。
【０４９１】
標本の表面における傾き量や標本の明るさは、領域ＤＡａ’、ＤＡｂ’、ＤＡｃ’ごとに求まる。よって、標本形状測定装置１８０では、標本側における分解能は領域ＤＡａ’の大きさで決まることになる。
【０４９２】
本実施形態の標本形状測定装置によれば、標本全体について、表面における傾き量の測定や表面形状の測定を、一回の測定で、連続的に行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【０４９３】
以上のように、本発明は、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】
【０４９４】
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
７ａ  遮光部
７ｂ  透過部
７ｃ  境界線
７ｃ’  境界線像
８  標本
９  液浸媒質（浸液)
１０  光軸
１１  観察点
１２  面の法線
２０  標本形状測定装置
２１  照明光学系
２２  観察光学系
２３  保持部材
２４  検出素子
２５  処理装置
２６  光源
２７  コンデンサ
２８  コンデンサレンズ
２９  開口部材
２９ａ  遮光部
２９ｂ  透過部
３０  対物レンズ
３１  対物レンズの瞳
３２、３２’  標本
３３  光軸
４０、５０  標本形状測定装置
４１  検出素子
５１  リレー光学系
５２、５３  レンズ
６０  標本形状測定装置
６１  走査機構
６１ａ  第１のステージ
６１ｂ  第２のステージ
６１ｃ  ベース
６２  第１の駆動素子
６３  第２の駆動素子
７０  標本形状測定装置
７１  走査機構
７１ａ  第１のミラー（第１のガルバノスキャナのミラー）
７１ｂ  第２のミラー（第２のガルバノスキャナのミラー）
７２  リレー光学系
７２ａ、７２ｂ  レンズ
７３  ミラー
８０  標本
９０  標本形状測定装置
９１  絞り
１００  面
１１０、１２０  照明光学系
１１１  レンズ
１２１  光ファイバ
１２２  出射端
１３０、１４０  開口部材
１３１、１４１  第１の遮光部
１３２、１４２  第２の遮光部
１３３、１４３  透過部
１５０  標本形状測定装置
１５１  開口部材
１５１ａ１、１５１ａ２  遮光部
１５１ｂ  透過部
１５２  遮光部の像
１５３  透過部の像
１５４  透過部の像の外縁
１５５  透過部の像の内縁（開口部材の像の内縁）
１６０  標本形状測定装置
１６１  光出射点群
１６１ａ  光出射点
１６１ａａ  軸上の光出射点
１６１ａｂ  軸外の光出射点
１６２  レンズ
１６３  集光レンズ
１６４  マイクロレンズアレイ
１６５ａ、１６５ｂ、１６５ｃ  レンズ素子
１６６ａ、１６６ｂ、１６６ｃ  光出射点の像
１６７ａ、１６７ｂ、１６７ｃ  結像光
１６８ｂ、１６８ｃ  部分領域
１６９ａ、１６９ｂ、１６９ｃ  光出射点の像
１７０ａ、１７０ｂ、１７０ｃ  結像光
１８０  標本形状測定装置
１８１  走査機構
１９０  標本形状測定装置
１９１  面光源（光源像）
１９１’  面光源の像
ＬIL1、ＬIL2、ＬIL3  照明光
ＬIM1、  結像光
ＦＰ  合焦位置
ＬL1、ＬL2、ＬL3  光線
ＬNON  非回折光
ＬDEF  回折光
ＬIL0C、ＬIL1C、ＬIL2C  中心光線
ＬIM0C、ＬIM1C、ＬIM2C  中心光線
ＩＰ  集光位置
ＩＭS1、ＩＭS2  標本の像
ＯＰ0、ＯＰ1、ＯＰ2  開口
ＰOP0、ＰOP1、ＰOP2  位置
ＬＡａ、ＬＡｂ、ＬＡｃ  光領域
ＤＡａ、ＤＡｂ、ＤＡｃ  受光領域
ＤＡａ’、ＤＡｂ’、ＤＡｃ’  領域
Ｐａ、Ｐｂ  集光点
Ｐａ’  点
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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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１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５Ａ】
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【図２５Ｂ】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８Ａ】
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【図２８Ｂ】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【国際調査報告】
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