(57)【要約】【課題】対物レンズを切替えても、操作者がＺ範囲を都度設定する必要が無く、且つ安価な共焦点顕微鏡及び走査方法を提供することを課題とする。【解決手段】被検体１と対物レンズ３（４）とを相対的に観察光学系の光軸に沿って移動させるＺ走査範囲α２２、β２３を、複数の対物レンズそれぞれに対応させて記憶部１８に記憶させておく。３次元画像を取得する際には、制御部１６は使用する対物レンズ３（４）に対応した、Ｚ走査範囲α２２、β２３を用いてＺ方向の走査を行なう。【選択図】      図１
2009162963.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光を被検体に集光させるための複数の対物レンズと、
前記対物レンズで集光した光を被検体の表面に沿って相対的に走査させるＸＹ走査部と、
前記複数の対物レンズを切替える対物レンズ切替え部と、
前記被検体と前記対物レンズとを相対的に観察光学系の光軸に沿って移動させるＺ駆動部と、
前記被検体で反射された光の強度を検出する光検出部と、
前記Ｚ駆動部により、前記被検体と前記対物レンズとを相対的に前記観察光学系の光軸に沿って移動させるＺ走査範囲を、前記複数の対物レンズそれぞれに対応させて記憶する記憶部と、
前記Ｚ走査範囲を使用して前記Ｚ駆動部を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする共焦点顕微鏡。
【請求項２】
前記対物レンズ切替え部が、前記対物レンズを切替えるのに応じて、前記制御部は、使用する前記Ｚ走査範囲を切替えて前記Ｚ駆動部による移動を制御することを特徴とする請求項１に記載の共焦点顕微鏡。
【請求項３】
操作者に、前記Ｚ走査範囲の内容を入力変更させる入力部を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の共焦点顕微鏡。
【請求項４】
前記操作者に、前記対物レンズの作動距離を表示する作動距離表示部を更に備えることを特徴とする請求項３に記載の共焦点顕微鏡。
【請求項５】
前記入力部は、前記操作者が前記入力部から入力する値を、前記対物レンズの作動距離に基づいた値に制限することを特徴とする請求項３に記載の共焦点顕微鏡。
【請求項６】
前記操作者に、前記対物レンズと被検体の相対位置と、前記光の強度との関係を表示するＩ−Ｚ表示部を更に備えることを特徴とする請求項３に記載の共焦点顕微鏡。
【請求項７】
前記操作者に、前記対物レンズと被検体の相対位置と、前記光の強度の関係から前記Ｚ走査範囲の内容を決定することを特徴とする請求項１に記載の共焦点顕微鏡。
ことを特徴とする請求項３に記載の共焦点顕微鏡。
【請求項８】
前記制御部は、前記ＸＹ走査部を１次元に走査させ、前記Ｚ駆動部により、前記対物レンズの焦点を前記観察光学系の光軸方向に移動させ、前記光検出部で得られた光の強度情報から、前記被検体の表面位置を求め、前記ＸＹ走査機構の１次元情報と合わせて、２次元観察情報を得ることを特徴とする請求項１に記載の共焦点顕微鏡。
【請求項９】
前記制御部は、前記被検体の表面位置を求める際に、前記光検出器で得られた光の強度情報が所定値以下のものは用いないことを特徴とする請求項１に記載の共焦点顕微鏡。
【請求項１０】
前記制御部は、Ｚ方向の走査中に、前記光検出部が検出した光の強度が最大となる位置があったとき、当該光の強度が最大となる位置を中心に前記Ｚ方向の走査を行なうことを特徴とする請求項１に記載の共焦点顕微鏡。
【請求項１１】
前記光源はレーザであることを特徴とする請求項１に記載の共焦点顕微鏡。
【請求項１２】
共焦点顕微鏡による、観察光学系の光軸に沿って移動させて走査する走査方法であって、
使用している対物レンズに基づいて、被検体と前記対物レンズとを相対的に前記観察光学系の光軸に沿って移動させるＺ走査範囲を読み出し、
前記Ｚ走査範囲を使用して、前記被検体と前記対物レンズとを相対的に前記観察光学系の光軸に沿って移動させる
ことを特徴とする共焦点顕微鏡による走査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学顕微鏡の光学系を介して被検体を光で走査することにより、被検体の表面情報を測定する装置に関わり、特に共焦点顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
共焦点顕微鏡は、被検体に照明し、被検体からの反射光が共焦点絞りを通過する光の強度を光検出器で検出し、被検体の焦点深度の深い画像や、３次元画像を取得する広く馴染みのある３次元顕微鏡である。
【０００３】
図１２は、ＩＺカーブと呼ばれる曲線で、対物レンズと被検体の相対位置Ｚと、被検体から反射される光の強度Ｉの関係を表したものであり、対物レンズの焦点位置と被検体が一致した時に最も光の強度が高くなることを示している。
【０００４】
共焦点顕微鏡では、この原理を利用し、例えば、Ｚ駆動機構によって対物レンズを顕微鏡の光軸方向に移動させて、被検体の表面付近をＺ方向に走査させ、光検出器で最も光の強度が高くなった時のＺ駆動機構のＺ方向の位置から被検体の高さを求めることが出来る。なお、ここでＺ方向とは、光源からの光を被検体に照射する光軸方向をＺ方向としており、共焦点顕微鏡のＺ駆動機構はこのＺ方向に対物レンズを動かす。
【０００５】
また、被検体の表面付近を含む様に、最低３点以上のＩとＺの情報とを得て、近似曲線により図１２のようなＩＺカーブを求め、被検体の表面位置を推定する技術が、特許文献１に開示されている。
【０００６】
この様に、共焦点顕微鏡で被検体の表面形状の高さ情報を得るには、ＩＺカーブ内に被検体の表面を含む様に予めＺ方向の走査範囲を決める必要がある。
一般的に、このＺ方向の走査範囲を決める方法としては、操作者が３次元画像を取得毎に、共焦点等で被検体の表面位置が含まれる様に確認しながらＺ走査範囲を決定する作業を行なうこととなる。そのため、操作の負担が大きくなり、また３次元画像取得までに多大な時間を要してしまう。
【０００７】
更に、前述したＩＺカーブは対物レンズの倍率（実際には、ＮＡであるが、市販されている対物レンズは、倍率とＮＡは比例関係にある）が高くなるほどＺ分解能も高くなり、被検体のサイズに適した分解能に合わせて観察出来る様に、図１３の様に複数の対物レンズを搭載した共焦点顕微鏡が広く知られている。
【０００８】
図１３の共焦点顕微鏡２００では、複数の対物レンズ２０１−１〜２０１−ｎがレボルバー２０２に固定されており、操作者はレボルバー２０２を走査することで試料ステージ２０３上の被検体２０４に対する対物レンズ２０１を変更できる。
【０００９】
図１３のような複数の対物レンズを搭載した共焦点顕微鏡２００では、低倍率の対物レンズ２０１から、高倍率の対物レンズ２０１に連続的に切替え、観察倍率と分解能を上げて３次元形状を取得する場合、操作者は、対物レンズ２０１を変更する都度に、上述したＺ走査範囲を決める作業を強いられることになり、総合的に多大な時間を浪費することになる。
【００１０】
これらの問題を解決する為に、特許文献２及び特許文献３では、３次元形状を取得する前に、共焦点顕微鏡が半自動的にＺ走査範囲を決める提案がなされている。
【特許文献１】特開２００４−２０４４３号公報
【特許文献２】特開２００３−３０７６８１号公報
【特許文献３】特開２００６−２９３２１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記した各特許文献に開示のある方法には以下の様な問題がある。
特許文献２及び特許文献３の方法では、操作者の負担の問題は軽減されているが、３次元形状を取得する前に、Ｚ走査範囲を決める作業を排除出来ていない為、時間を浪費する問題は残っている。
【００１２】
更には、Ｚ走査範囲を半自動的に決定する為の複雑な演算プログラムが必要で、製品の開発コストがかかるという問題も新たに出てくる。
本発明は、上記問題を鑑みてなされたものであり、対物レンズを切替えても、操作者がＺ範囲を都度設定する必要が無く、且つ安価な共焦点顕微鏡及び走査方法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】
【００１３】
本発明による共焦点顕微鏡は、光源からの光を被検体に集光させるための複数の対物レンズと、前記対物レンズで集光した光を被検体の表面に沿って相対的に走査させるＸＹ走査部と、前記複数の対物レンズを切替える対物レンズ切替え部と、前記被検体と前記対物レンズとを相対的に観察光学系の光軸に沿って移動させるＺ駆動部と、前記被検体で反射された光の強度を検出する光検出部と、前記Ｚ駆動部により、前記被検体と前記対物レンズとを相対的に前記観察光学系の光軸に沿って移動させるＺ走査範囲を、前記複数の対物レンズそれぞれに対応させて記憶する記憶部と、前記Ｚ走査範囲を使用して前記Ｚ駆動部を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。
【００１４】
また本発明による共焦点顕微鏡による、観察光学系の光軸に沿って移動させて走査する走査方法は、使用している対物レンズに基づいて、被検体と前記対物レンズとを相対的に前記観察光学系の光軸に沿って移動させるＺ走査範囲を読み出し、前記Ｚ走査範囲を使用して、前記被検体と前記対物レンズとを相対的に前記観察光学系の光軸に沿って移動させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、対物レンズを切替えて使用した場合でも、操作者がＺ範囲を都度設定しなくても共焦点画像の取得が可能となる。
また制御プログラムが簡単になり、安価に実現することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に図面を参照しながら本発明の一実施形態について説明する。
図１は、第１実施形態による共焦点顕微鏡装置の構成を示す図である。
図１に示されるように、本実施形態の共焦点顕微鏡１００は、光のビーム、例えばレーザ光を発する光源部１１、光源部１１からの光のビームを二次元的に走査する二次元走査機構１４、及び走査される光のビームを収束させて、光軸に垂直な方向に２次元方向に走査するＸＹステージ２に置かれた被検体１表面に光スポットを形成する対物レンズ３を有している。
【００１７】
対物レンズ３は、対物レンズ３よりも高い倍率とＮＡを持つ対物レンズ４と共に、複数の対物レンズを光学系内外に切替える為のレボルバー５に固定され、レボルバー５は、レボルバー５と、対物レンズ３と対物レンズ４を光軸に沿って移動させるＺ移動機構６に固定されている。更に、Ｚ移動機構６には、対物レンズ３の光軸に沿った移動量を計測するＺスケール７を有している。
【００１８】
光源部１１と二次元走査機構１４の間の光路上にＰＢＳ（偏光ビームスプリッター）１２を有し、二次元走査機構１４と対物レンズ３の間の光路上に、瞳投影レンズ８、結像レンズ９、及び１／４波長板１０を有している。ＰＢＳ１２は、１／４波長板１０と共働して、被検体１からの反射光のビームを、被検体１に向かう光のビームから、偏光に基づいて選択的に分離する。二次元走査機構１４は、例えば高速スキャンが可能な二つのガルバノミラーを組み合わせて構成される。また、二次元走査機構１４は、対物レンズ３の瞳と共役な位置に配置されている。
【００１９】
光検出器１３は、ＰＢＳ１２で分散された光のビームを収束する収束レンズ２４で収束された反射光を検出する。
制御部１６は、コンピュータ１７と接続され、コンピュータ１７に接続された指示入力部２０（例えばキーボードやポインティングデバイス等）から指示を受け、ＸＹステージ２、レボルバー５、Ｚ移動機構６、及び二次元走査機構１４への制御を行う。また制御部１６は、上記した制御対象の制御量、光検出器１３で得られた輝度値や、Ｚスケール７、ＸＹステージ２からの変位（座標値）を受取り、コンピュータ１７にこれらを示すデータを伝える。
【００２０】
コンピュータ１７には、測定結果や測定条件等を表示する表示部２１や、上記した指示入力部２０が接続される。また、コンピュータ１７の内部には、制御部１６からのデータを一時的に記憶したり、演算結果や各種条件、指示入力部２０からの命令に基づいて３次元画像取得を行う一連の動作を記憶したりするための記憶部１８、及び各種演算を行う演算処理部１９を備える。
【００２１】
記憶部１８には、対物レンズ３及び対物レンズ４それぞれに対応させて、光軸に沿って移動させるＺ移動機構６の距離をＺ走査範囲α２２、Ｚ走査範囲β２３として記憶されている。このＺ走査範囲α２２、Ｚ走査範囲β２３は、それぞれの対物レンズの倍率や、ＮＡ等の各対物レンズ個別の情報を元に決められる。制御部１６は、レボルバ５を駆動して対物レンズを変更するとそれに基づいて、変更した対物レンズに対応するＺ走査範囲が設定され、設定されたＺ走査範囲に基づいてＺ方向の走査を行なう。
【００２２】
次に、本実施形態による共焦点顕微鏡１００の３次元画像取得時の動作を説明する。
図１において、光源部１１からの光のビーム１５は、ＰＢＳ１２を透通し、二次元走査機構１４により二次元的に走査される。二次元走査機構１４を経た光のビーム１５は、瞳投影レンズ８、結像レンズ９、及び１／４波長板１０を経た後、対物レンズ３によって被検体１の表面に収束され、光スポットを形成する。被検体１の内部に形成された光スポットは、二次元走査機構１４によるビームの二次元走査に対応して、光軸に直交する平面内で走査される。
【００２３】
被検体１からの反射光のビームは、被検体１への入射時の光路を逆に戻り、対物レンズ３、１／４波長板１０、結像レンズ９、瞳投影レンズ８及び二次元走査機構１４を経て、ＰＢＳ１２に到達する。
【００２４】
光源部１１から射出される光は直線偏光であり、この光は被検体１の表面に到達する途中で１／４波長板１０を通過することにより円偏光に変換される。被検体１の表面で反射された光は、ＰＢＳ１２に到達する間に１／４波長板１０を再び通過することにより、円偏光から直線偏光に変換される。この直線偏光は、光源部１１からの射出された直後の直線偏光に対して直交している。このため、被検体１の表面からの反射光のビームは、ＰＢＳ１２で反射され、被検体１に向かう光のビーム１５から選択的に分離され、検出光のビーム１５ａとなる。検出光のビーム１５ａは、収束レンズ２４によって収束され、光検出器１３に入射する。
【００２５】
光検出器１３は、実質的に微小開口として機能する大きさの受光面を有し、その受光面は、被検体１の内部に形成された光スポットに対して共焦点の位置に配置されている。従って、図３に示される光学系は、共焦点光学系を構成している。なお、光検出器１３は、実質的に微小開口として機能する大きさの受光面を有しているが、光検出器１３の受光面の大きさは通常の大きさのもとし、光検出器１３の手前に微小開口（ピンホール）を配置するようにしてもよい。
【００２６】
光検出器１３は、入射した光強度に対応した電気信号を出力する。この光検出器１３からの電気信号は、制御部１６に取り込まれる。制御部１６は、光検出器１３からの電気信号と、光スポットの位置情報とに基づいて画像を形成する。この画像は、コンピュータ１７を通して、表示部２１に表示される。光スポットのＸ−Ｙ位置情報は、二次元走査機構１４の制御信号から求められる。
【００２７】
共焦点顕微鏡１００では、合焦から外れたＺ位置からの反射光の強度は極端に小さいが、合焦位置からの反射光の強度は高く、合焦位置以外からのノイズ光が少い、という特性を利用し、被検体１の表面の高さを検出する。
【００２８】
光検出器１３で検出される光強度が最大となるように、Ｚ移動機構６により、被検体１に対する対物レンズ３の光軸に沿った位置を調整することにより、光スポットの光軸に沿った位置すなわち合焦位置を、被検体１の表面上に合わせることが可能である。この合焦位置での平面において、光スポットを二次元走査機構１４により二次元的に走査することにより、被検体１の表面の画像を得ることができる。
【００２９】
また、対物レンズ３の光軸に沿った移動をＺスケール７により計測することにより、被検体１の表面のＺ方向の位置を検出することができる。
なお、このＺ位置検出方法は、特許文献１に開示されている、Ｚスケール７の情報と、各Ｚ位置での光検出器１３で得られる電気信号を記憶部１８に一旦記憶させておき、演算処理部１９がこれら情報より近似曲線を利用してＩＺカーブを求め、被検体の表面位置を推定する方法でも良い。
【００３０】
これらの動作により、制御部１６によって、被検体１の表面形状を高精度に得られたＸＹＺの３次元の情報として、コンピュータ１７を通して記憶部１８に保存される。また、この３次元情報は、被表示部２１に表示される。
【００３１】
以下に、操作者による本実施形態の共焦点顕微鏡１００を用いた被検体１の表面形状を取得するまでの動作を説明する。
操作者は、被検体１をＸＹステージ２の上に静置し、指示入力部２０を使い、ＸＹステージ２を移動させ、対物レンズ３の下に被検体１を略位置決めする。
【００３２】
次に、操作者は、表示部２１にリアルタイムに表示される被検体１の表面状態を観察しながら、指示入力部２０を操作して、観察したい箇所まで被検体１をＸＹＺの初期位置決めする。
【００３３】
この時、Ｚ方向の初期位置決めは、顕微鏡で一般的に使われるオートフォーカス機能による位置決めや、別の位置検出センサー等の手段を使う等、被検体１が対物レンズ３の焦点位置付近に位置決め出来ればどのようは方法を用いても良い。
【００３４】
次に、指示入力部２０により、３次元画像取得命令を入力すると、記憶部１８に記憶されている３次元画像取得を行う一連の動作が実行される。
この一連の動作は、制御部１が、レボルバー５の制御情報を記憶部１６から呼び出し、対物レンズ３が光軸上にあることを判断し、記憶部１６に記憶されている対物レンズ３の場合に実行されるＺ走査範囲α２２を読み出し、Ｚ移動機構６をＺ走査範囲α２２の区間の範囲を駆動する。そして共焦点顕微鏡１００の光軸方向に対物レンズ３を移動しながら、光検出器１３で検出される光強度が最大となるＺ位置を検出する。同時に、上述した二次元走査機構１４によるビームの二次元走査も同じに行い、被検体１の３次元形状を取得する。
【００３５】
図２は、Ｚ走査範囲α２２で決められている光軸方向の動きの軌跡を表す図である。なお、同図において下方向は、対物レンズが被検体１に近づく方向を示している。
図２において、共焦点顕微鏡１００は、対物レンズ３を、Ｚ方向の初期位置５０よりＺ移動量５１分移動して被検体１に接近し、続いてＺ移動量５２分を移動し被検体１から遠ざける。Ｚ走査範囲α２２は、Ｚ移動量５１、５２の範囲と走査方向等を情報として記憶している。
【００３６】
なおこのＺ移動量５１、５２の移動は、移動方向が逆になる順序でも良いし、Ｚ走査範囲α２２は、Ｚ移動量５２の値をＺ方向の初期位置５０を中心とした中心振り分けにし、Ｚ移動量５１をＺ移動量５２の半分（Ｚ走査範囲α/２）の値としても良い。
【００３７】
上記説明では、対物レンズ３が上記した軌跡で光軸上を移動している間、被検体１の３次元情報を得ることにしているが、Ｚ方向の初期位置５０からＺ移動量５１分を移動している間は３次元情報を取得せずに移動し、Ｚ移動量５２分を移動している間だけ被検体１の３次元情報を得る構成としても良い。この場合、３次元情報を取得しない間のＺ駆動速度は、３次元情報を取得しているときよりも高速に移動することで、共焦点顕微鏡の高速化を図っても良い。
【００３８】
また、図３の様に、Ｚ移動５２分移動した後、Ｚ移動５２ａ移動、Ｚ移動５２ｂ移動、・・・と繰り返し、対物レンズ３を被検体１の上方で上下に反復駆動させて、被検体１の３次元情報を連続して取得する構成とすることも出来る。上下の反復運動を繰り返して複数データを取り、これらの平均値を取ることにより、ノイズの影響が小さく精度の高いデータを得ることが出来る。
【００３９】
また、図示しないが、共焦点顕微鏡１００に位置検出センサーを設け、被検体１のある位置や、ＸＹステージ２の表面などの位置を検出し、対物レンズ３（対物レンズ４）と被検体１との相対距離を監視し、対物レンズ３と被検体の衝突を避ける構成としても良い。また、位置検出センサーで、対物レンズ３（対物レンズ４）と被検体１の距離が離れすぎないように監視しても良い。
【００４０】
次に操作者が、使用する対物レンズを対物レンズ３よりもより高倍率である対物レンズ４に変更して、被検体１を拡大した（若しくはより高分解能な）３次元形状を取得したい場合、指示入力部２０を操作して対物レンズ４に切替える命令を入力すると、制御部１６がレボルバー５を回転させて対物レンズ３から対物レンズ４に切替える。
【００４１】
次に操作者が、指示入力部２０を操作して３次元画像取得命令を入力すると、演算実行部１９によって記憶部１８に記憶されているＺ走査範囲β２３を読み出し、Ｚ走査範囲β２３に基づいて３次元画像取得を行う一連の動作が実行する。
【００４２】
これにより上述したＺ走査範囲α２２を走査する動作と同様の動きをする。
このとき制御部１６は、レボルバー５の制御情報を記憶部１６から呼び出し、対物レンズ４が光軸上にあることを判断すると共に、記憶部１６に記憶されている対物レンズ４の場合にのみ実行されるＺ走査範囲β２３を呼び出す。そして制御部１６は、共焦点顕微鏡１００の光軸方向に対物レンズ４を移動させながら、Ｚ移動機構６を制御してＺ走査範囲α２３の区間を走査すると共に、上述した二次元走査機構１４によるビームの二次元走査も行い、被検体１の３次元形状を取得する。
【００４３】
Ｚ走査範囲β２３で決められている光軸方向の動きの軌跡は、上述したＺ走査範囲α２２とは、Ｚ移動量５１、Ｚ移動量５２の距離は異なるが、動作自体はＺ走査範囲α２２の場合と同様となる。
【００４４】
なお対物レンズ３から対物レンズ４に切替えることをトリガーとして、制御部１６が自動的に、記憶部１８に記憶されている３次元画像取得を行う一連の動作を実行する構成としても良い。
【００４５】
このように本実施形態における共焦点顕微鏡１００では、３次元画像を取得する際に、必要な動作である被検体１と対物レンズとを相対的に光学系の光軸に沿って移動させるＺ走査の走査範囲を、共焦点顕微鏡１００に搭載されている複数の対物レンズそれぞれに対して予め設定してある為、操作者は、どの対物レンズに変更してもＺ走査範囲を決める作業を行なう必要が無く、３次元画像を取得出来る。
【００４６】
また、Ｚ走査の範囲を半自動的に決定する為の複雑な演算処理は不要な為、制御プログラムが簡単になり、製品の開発コストが安く抑えることが出来る。
次に第２の実施形態について説明する。
【００４７】
なお、第２の実施形態の共焦点顕微鏡１００の構成は、図１に示した第１の実施形態の共焦点顕微鏡１００と基本的には同じであるが、コンピュータ１７に接続された表示部２１には、対物レンズ４のＺ走査範囲α２２、Ｚ走査範囲β２３のパラメータが図４の様に表示できるよう、制御部１６が実行するプログラムや記憶部２３内のプログラムが構成されている。
【００４８】
図４は、第２の実施形態の共焦点顕微鏡１００で表示部２１に表示されるＺ方向の走査範囲を設定する設定画面の例を示す図である。
図４の変更ボタン６０は、対物レンズ３のＺ走査範囲α２２のパラメータを変更するトリガーとなっており、ウインドウ６１、ウインドウ６２は、図２で説明したＺ移動量５１と、Ｚ移動量５２の量を表示するものである。同様に、変更ボタン６３は、対物レンズ４のＺ走査範囲β２３のパラメータを変更するトリガーとなっており、ウインドウ６４、ウインドウ６５は、Ｚ走査範囲β２３におけるＺ移動量５１と、Ｚ移動量５２の量を表示するものである。
【００４９】
この第２の実施形態では、操作者が対物レンズ３のＺ走査範囲α２２を変更したい場合は、指示入力部２０を操作して表示部２１に表示された図４のウインドウ６１、ウインドウ６２からそれぞれ所望の量を入力した後に変更ボタン６０を表示画面上から押下すると、記憶部１８に記憶されているＺ走査範囲α２２が書き換えられる。
【００５０】
対物レンズ４のＺ走査範囲β２３を変更したい場合も同様の手順で行なうことが出来る。
この第２の実施形態によれば、指示入力部２０を操作することにより、Ｚ走査範囲α２２、β２３を変更することが出来る。したがって第２の実施形態の共焦点顕微鏡１００は、第１の実施形態で得られる効果に加え、例えば被検体１の表面凹凸の高さから判断して、Ｚ走査範囲α２２を小さくして無駄なＺ走査をしないようにすることが出来るので、被検体１の３次元画像をより高速に取得することが可能になり、汎用性の高い共焦点顕微鏡を実現できる。
【００５１】
次に第３の実施形態について説明する。
なお第３の実施形態の共焦点顕微鏡１００の構成も、図１に示した第１の実施形態の共焦点顕微鏡１００と基本的には同じであるが、コンピュータ１７に接続された表示部２１には、対物レンズ４のＺ走査範囲α２２、Ｚ走査範囲β２３のパラメータの他に対物レンズの作動距離（Ｗｏｒｋｉｎｇ Ｄｉｓｔａｎｃｅ：ＷＤ）が図５の様に表示できるよう、制御部１６が実行するプログラムや記憶部２３内のプログラムが構成されている。
【００５２】
図５は、第３の実施形態における共焦点顕微鏡１００で表示部２１に表示されるＺ方向の走査範囲を設定する設定画面の例を示す図である。なお図５において図４と同一の機能を有するものには同一の符号が付せられている。
【００５３】
同図の表示画面は、図４の第２の実施形態の表示画面と比すと、新たに各対物レンズの作動距離（ＷＤ）を示す表示６６、６７が設けられている。
図６は対物レンズの作動距離（ＷＤ）を説明する図である。
【００５４】
対物レンズの作動距離（ＷＤ）７２とは、対物レンズ前面から、物体面７１にピントがあう位置までの距離である。この作動距離（ＷＤ）７２は、各対物レンズそれぞれが持つ固有値であり、第３の実施形態の共焦点顕微鏡１００ではこの作動距離（ＷＤ）７２を予め記憶部１８に記憶している。
【００５５】
第２の実施形態の共焦点顕微鏡１００では、操作者が対物レンズ３のＺ走査範囲α２２を変更したい場合は、指示入力部２０を操作入力して表示部２１に表示された図４のウインドウ６１、ウインドウ６２から所望の値を入力していた。それに対して第３の実施形態の共焦点顕微鏡１００では、対物レンズが被検体１に極接近することが無い様に、図５の表示画面に示すように表示部２１上に対物レンズ３の作動距離（ＷＤ）６６の値が表示されるので、この表示を目安にして、例えば経験値や、メーカー推奨値に従って、対物レンズ３が被検体１の表面に近づく方向には余裕をとってＷＤの６％の値をウインドウ６１に入力し、対物レンズ３が被検体１の表面が遠ざかる方向は、衝突する危険性が無い為、ＷＤの２０％の値をウインドウ６２から入力するなど、対物レンズの作動距離（ＷＤ）に基づいて、それぞれ所望の量に書き換えることが出来る。なおこのとき、被検体１のおおまかな凹凸量も加味して値を決定しても良い。
【００５６】
ここで、対物レンズ３と被検体１との衝突を避ける為に、ウインドウ６１やウインドウ６２に入力できる値を、対物レンズ３（対物レンズ４）の作動距離（ＷＤ）６６（６７）の値や、作動距離（ＷＤ）６６（６７）の値の所定の比率の値、例えば、５０％の値を上限とする制限を加えても良い。
【００５７】
なお第３の実施形態は、上記した態様に限定されるものではなく、対物レンズのＺ方向の走査範囲を、対物レンズの作動距離（ＷＤ）を参照して決めるようにしたものは全て包括される。
【００５８】
この第３の実施形態の共焦点顕微鏡１００は、第１及び第２の実施形態で得られる効果に加え、被検体１と対物レンズ３（対物レンズ４）とを相対的に観察光学系の光軸に沿って移動させるＺ走査範囲α２２（β２３）を、対物レンズ３の作動距離（ＷＤ）の値を目安に設定出来る為、操作者は、迷うこと無くＺ走査範囲を簡単に決定することが出来る。
【００５９】
また被検体１と対物レンズ３とを相対的に観察光学系の光軸に沿って移動させるＺ走査範囲α２２（β２３）を、対物レンズ３の作動距離（ＷＤ）の値や、作動距離（ＷＤ）の所定の比率の値までの駆動制限とすることにより、対物レンズ３と被検体１との衝突を防ぐことが出来る。
【００６０】
次に第４の実施形態について説明する。
なお第４の実施形態の共焦点顕微鏡１００の構成も、図１に示した第１の実施形態の共焦点顕微鏡１００と基本的には同じであるが、制御部１６が実行するプログラムや演算処理部１９が実行する記憶部２３内のプログラムやデータの内容が異なる。
【００６１】
図７は、第４の実施形態の共焦点顕微鏡１００によって表示部２１に表示されるＩＺカーブである。
第４の実施形態では、図７に示すように対物レンズ３を用いたときのＩＺカーブ８１を更に表示することが出来る。
【００６２】
ＩＺカーブは、対物レンズのＮＡに関係して、曲線の形状が異なり、各種対物レンズによって決められるもので、第４の実施形態の共焦点顕微鏡１００では予め使用する各対物レンズのＩＺ−カーブを記憶部１８に記憶している。
【００６３】
図８は、対物レンズ３と対物レンズ４のＩ−Ｚカーブの関係を示したイメージ図で、対物レンズ３よりも大きなＮＡを持つ対物レンズ４のＩ−Ｚカーブ８６の方が対物レンズ３のＩ−Ｚカーブ８５より急峻なカーブとなる。
【００６４】
第２、第３の実施形態では、操作者が対物レンズ３のＺ走査範囲α２２を変更したい場合は、指示入力部２０を走査して表示部２１に表示された図４のウインドウ６１、ウインドウ６２からそれぞれ所望の値を入力していた。それに対し第４の実施形態の共焦点顕微鏡１００では、第１の実施形態と同様、被検体１の３次元画像を取得する前動作として、操作者は、表示部２１にリアルタイムに表示される被検体１の表面状態を観察しながら、指示入力部２０を操作してＸＹステージ２とＺ移動機構６を駆動させて、被検体１が対物レンズ３の焦点位置付近に位置決めを行なう。
【００６５】
対物レンズ３の焦点位置付近は、対物レンズ３のＩＺカーブの頂点のＺ位置（図７のＺ０の位置）となっている。
このことを利用して、被検体１の３次元画像を取得する際に、対物レンズ３を最小限に光軸方向に移動させる為に、図７の様に対物レンズ３のＩＺカーブ８１を表示部２１に表示し、これを目安にして、図４のウインドウ６１に所望の値を入力する。
【００６６】
この時の目安として、、図７に示す対物レンズ３のＩＺカーブ７１のＩ値の５０％の高さの時のＺ幅８２（半値幅）に設定したり、被検体１の表面の凹凸量が多い場合等は、Ｉ値の２０％の高さの時のＺ幅８３等に設定したりするなど、ＩＺカーブの高さに一定の比率を掛けた値の時のＺ幅を使ってもよい。また、被検体１の表面高さによっては、Ｚ幅８２の値を２倍等の値を適時使っても良い。更には、ウインドウ６１には、Ｚ幅８２の半分の値を設定し、ウインドウ６２には、Ｚ幅８３の半分の値を設定してもよい。
【００６７】
なお第４の実施形態では、Ｉ−Ｚカーブを操作者に表示する構成であるが、Ｉ−Ｚカーブそのものでなく、Ｚ幅８２（半値幅）等、Ｉ−Ｚカーブから求めた操作者が目安とする値そのものを操作者に示す構成としても良い。
【００６８】
また、Ｚ幅８２（半値幅）等Ｉ−Ｚカーブから求めた値から自動的にＺ移動量５１、５２の値を自動的に算出して決定するようにしても良い。
また、第３の実施形態の構成と組み合わせて、ウインドウ６１や、ウインドウ６２に入力する値を、対物レンズ３（対物レンズ４）の作動距離（ＷＤ）６６（６７）の値や、対物レンズ３（対物レンズ４）の作動距離（ＷＤ）の所定の割合の値を上限とする制限を加えると、対物レンズ３と被検体１との衝突を防ぐことが出来る。
【００６９】
なお、第４の実施形態の共焦点顕微鏡１００は、上述した構成や動作に限定されるものではなく、対物レンズのＺ走査範囲を対物レンズのＩＺを参照して決めるもの全てを包括する。
【００７０】
以上のように第４の実施形態の共焦点顕微鏡１００によれば、第１、第２の実施形態で得られる効果に加え、被検体１と対物レンズ３（対物レンズ４）とを相対的に観察光学系の光軸に沿って移動させるＺ走査範囲α２２（β２３）を、対物レンズ３（対物レンズ４）のＩＺカーブを目安に設定出来る為、操作者は、迷うこと無くＺ走査範囲を簡単に決定することが出来る。
【００７１】
また、被検体１表面付近を対物レンズ３（対物レンズ４）のＩＺカーブを目安に設定すると、被検体１の３次元画像を取得する際に、対物レンズ３（対物レンズ４）を最小限に光軸方向に移動させることが出来る為、３次元画像を高速に取得することが可能となる。
【００７２】
次に第５の実施形態について説明する。
なお、第５の実施形態の共焦点顕微鏡１００の構成も、図１に示した第１の実施形態の共焦点顕微鏡１００と基本的には同じであるが、制御部１６が実行するプログラムや演算処理部１９が実行する記憶部２３内のプログラムやデータの内容が異なる。
【００７３】
第１の実施形態では、共焦点顕微鏡１００の光軸方向に対物レンズ３（対物レンズ４）を移動させながら、二次元走査機構１４によるビームの二次元走査を行い、被検体１の３次元形状を取得していた。それに対して第５の実施形態の共焦点顕微鏡１００では、共焦点顕微鏡１００の光軸方向に対物レンズ３（対物レンズ４）を移動させながら、二次元走査機構１４によるビームの走査を、１次元走査を行い、被検体１の２次元形状、即ち被検体１の断面形状を取得する。
【００７４】
この二次元走査機構１４によるビームの１次元走査は、図９の１次元走査１や、１次元走査２の様に走査出来る為、操作者が所望する被検体１の断面形状を取得することが出来る。
【００７５】
この第５の実施形態の共焦点顕微鏡１００は、第１の実施形態で得られる効果に加え、２次元（断面）観察を行なうことが出来、被検体の断面のみ観察したい場合は、第１の実施形態の共焦点顕微鏡１００よりも１次元分の情報量を減らすことが出来る為、高速に断面形状を観察することが出来る。
【００７６】
次に第６の実施形態について説明する。
なお、第６実施形態の共焦点顕微鏡１００の構成も、図１に示した第１の実施形態の共焦点顕微鏡１００と基本的には同じであるが、制御部１６が実行するプログラムや演算処理部１９が実行する記憶部２３内のプログラムやデータの内容が異なる。
【００７７】
第６の実施形態の共焦点顕微鏡１００は、記憶部１８に光検出器１３で検出される光強度の閾値８１が記憶されている。
上述したように共焦点顕微鏡１００では、光検出器１３で検出される光強度が最大となった時の対物レンズ３のＺ位置が被検体１の表面位置となる。
【００７８】
図１０は、第１の実施形態で説明した、被検体１の３次元画像を取得する際に、Ｚ走査範囲α２２を用いて、光軸方向に対物レンズ３をＺ位置Ｚ０〜Ｚ位置Ｚ２まで（Ｚ走査範囲α２２）移動させた際の対物レンズ３のＺ位置と、各Ｚ位置で得られた光検出器１３で検出される光強度Ｉとの関係を表した１データである。
【００７９】
同図において、被検体１の表面位置、即ちＺ位置を求める際に、光検出器１３で検出される光強度Ｉが、記憶部１８に記憶されている閾値９１以下の場合のＺ位置情報は制御部１８が破棄する。そして光強度Ｉが閾値９１以上となるＺ位置９２−Ｚ位置９３までのＺ区間だけの情報から、被検体１の表面位置（Ｚ位置）を求める。図１０では、Ｚ１が被検体１の表面位置となる。
【００８０】
この第６の実施形態の共焦点顕微鏡１００では、第１の実施形態で得られる効果に加え、第１の実施形態の場合には、Ｚ位置Ｚ０−Ｚ位置Ｚ２までのＺ区間、即ちＺ走査範囲α２２全ての情報を使って被検体１の表面位置、即ちＺ位置を求めていたのに対して、第６の実施形態の場合、Ｚ位置８２−Ｚ位置８３までのＺ区間だけの情報を使い、被検体１の表面位置、即ちＺ位置を求める。
【００８１】
そのため、Ｚ位置を求める際のデータ量を減らすことが出来、第１の実施形態よりも高速に３次元形状を構築することが出来る。
またデータ量を減らすことで、記憶部１８の容量や、演算処理部１９の負荷を減らすことが出来る。
【００８２】
この第６の実施形態の閾値を用いる手法は、第１の実施形態の手法ではどうしてもＺ走査範囲を多めにとる必要があり、それを防ぐためには有効である。
次に第７の実施形態について説明する。
【００８３】
なお第７実施形態の共焦点顕微鏡１００の構成も、図１に示した第１の実施形態の共焦点顕微鏡１００と基本的に同じであるが、制御部１６が実行するプログラムや演算処理部１９が実行する記憶部２３内のプログラムやデータの内容が異なる。
【００８４】
この第７の実施形態は、第１の実施形態で説明した、Ｚ走査範囲α２２を用いた走査の仕方が第１の実施形態と異なる。
図１１に第７の実施形態のＺ方向の走査の仕方を説明する図である。同図では図２と同一物には同じ符号を付している。
【００８５】
図１１は、Ｚ走査範囲α２２で決められている光軸方向の動きの軌跡を表しており、図１１の下方向は、対物レンズが被検体１に近づく方向である。
対物レンズ３は、Ｚ方向の初期位置５０より、光検出器１３で検出される光強度が最大となるＺ位置を検出しながら、Ｚ移動量５１分被検体１から遠ざかる方向に移動する。
【００８６】
この時、光検出器１３で検出される光強度が最大となったＺ位置をピーク検出位置５４として被検体１の表面位置を検出した場合、演算処理部１９は、Ｚ初期位置５０とピーク検出位置５４との差分Δａを算出する。
【００８７】
この差分ΔａをＺ移動量５１に加算した量を移動した後、続いてＺ移動量５２−２分を移動し、被検体１に近づけて行く。ここでＺ移動量５２−２は、図１１で示す様に、Ｚ移動量５２と移動量は同じであり、Ｚ移動量５２をΔａ分だけ光軸方向にオフセットしたものである。
【００８８】
またＺ移動量５１を移動している間は、Ｚ移動量５２を移動する速度よりも高速（すなわちＺ位置を検出する分解能を落とす）に移動した後、移動速度を落として（すなわちＺ位置を検出する分解能を上げる）、Ｚ移動量５２−２分を移動すると、より共焦点顕微鏡の高速化を図ることが出来る。
【００８９】
なおこのＺ移動量５１、Ｚ移動量５２の移動において、移動方向は第１の実施形態と同様、逆でも良い。
この第７の実施形態は、上記した説明内容に限定されるものではなく、Ｚ移動量５１を移動している間に検出したピーク検出位置５４に基づいて、Ｚ移動量５２のスタート位置を光軸方向にオフセットするものは全て包括される。
【００９０】
第７の実施形態の共焦点顕微鏡１００によれば、第１の実施形態で得られる効果に加え、Ｚ方向の初期位置５０を、Ｚ分解能の高い共焦点顕微鏡で再検出し、Ｚ方向の初期位置を変更出来る。そのため、Ｚ移動量５２の移動量を無駄に大きくする必要が無くなり、共焦点顕微鏡の高速化を図ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】第１実施形態による共焦点顕微鏡装置の構成を示す図である。
【図２】Ｚ走査範囲αで決められている光軸方向の動きの軌跡を表す図である。
【図３】対物レンズを被検体の上方で上下に反復駆動させて、被検体の３次元情報を連続して取得する場合の動作を示す図である。
【図４】第２の実施形態の共焦点顕微鏡で表示部に表示されるＺ方向の走査範囲を設定する設定画面の例を示す図である。
【図５】第３の実施形態の共焦点顕微鏡で表示部に表示されるＺ方向の走査範囲を設定する設定画面の例を示す図である。
【図６】対物レンズの作動距離（ＷＤ）を説明する図である。
【図７】第４の実施形態の共焦点顕微鏡１００によって表示部２１に表示されるＩＺカーブを示す図である。
【図８】２つの対物レンズによるＩ−Ｚカーブの関係を示したイメージ図である。
【図９】第５の実施形態で行なわれる一次走査を示す図である。
【図１０】対物レンズをＺ位置Ｚ０〜Ｚ位置Ｚ２まで移動させた際の対物レンズのＺ位置と、各Ｚ位置で得られた光強度Ｉとの関係を表した図である。
【図１１】第７の実施形態のＺ方向の走査の仕方を説明する図である。
【図１２】ＩＺカーブを示す図である。
【図１３】複数の対物レンズを搭載した共焦点顕微鏡を示す図である。
【符号の説明】
【００９２】
１      被検体
２      ＸＹステージ
３、４  対物レンズ
５      レボルバー
６      Ｚ移動機構
７      Ｚスケール
８      瞳投影レンズ
９      結像レンズ
１０    １／４波長板
１１    光源部
１２    ＰＢＳ
１３    光検出器
１４    二次元走査機構
１５    光のビーム
１５ａ  検出光のビーム
１６    制御部
１７    コンピュータ
１８    記憶部
１９    演算処理部
２０    指示入力部
２１    表示部
２２    Ｚ走査範囲α
２３    Ｚ走査範囲β
２４    収束レンズ
１００  共焦点顕微鏡
【図２】
2009162963.tif 000003
【図３】
2009162963.tif 000004
【図７】
2009162963.tif 000005
【図８】
2009162963.tif 000006
【図１２】
2009162963.tif 000007
【図１】
2009162963.tif 000008
【図４】
2009162963.tif 000009
【図５】
2009162963.tif 000010
【図６】
2009162963.tif 000011
【図９】
2009162963.tif 000012
【図１０】
2009162963.tif 000013
【図１１】
2009162963.tif 000014
【図１３】
2009162963.tif 000015