特開 2025-4272 拡大観察装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025004272

(43)【公開日】2025-01-15

(54)【発明の名称】拡大観察装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 21/36 20060101AFI20250107BHJP

   G02B 21/00 20060101ALI20250107BHJP

   G02B 21/26 20060101ALI20250107BHJP

   G03B 17/18 20210101ALI20250107BHJP

   H04N 23/50 20230101ALI20250107BHJP

   H04N 23/60 20230101ALI20250107BHJP

【ＦＩ】

G02B21/36

G02B21/00

G02B21/26

G03B17/18

H04N23/50

H04N23/60 500

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023103827

(22)【出願日】2023-06-26

(71)【出願人】

【識別番号】000129253

【氏名又は名称】株式会社キーエンス

(74)【代理人】

【識別番号】110001298

【氏名又は名称】弁理士法人森本国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】平林 龍太郎

(72)【発明者】

【氏名】近藤 亮介

【テーマコード（参考）】

2H052

2H102

5C122

【Ｆターム（参考）】

2H052AB01

2H052AD09

2H052AD19

2H052AD20

2H052AF14

2H052AF21

2H052AF25

2H102AA71

2H102BB08

2H102BB22

2H102CA06

5C122EA31

5C122EA42

5C122FH06

5C122GA01

5C122GA23

5C122HB01

5C122HB05

(57)【要約】

【課題】利便性の高い拡大観察装置を提供する。
【解決手段】拡大観察装置１０は、レボルバー４１を備える。レボルバー４１は、撮像素子７の光路上に複数の対物レンズのうち１つを選択的に配置するレンズ切換部である。レボルバー４１に取付けられる対物レンズには、少なくとも１つの広角対物レンズ４０ｄが含まれる。画像登録部２０７は、レボルバー４１によって広角対物レンズ４０ｄが撮像素子７の光路上に配置されている状態で画像生成部３０１によって生成される観察画像を、ナビゲーション画像として登録する。そして画像登録部２０７は、ナビゲーション画像における位置と、観察対象物における位置との対応関係を補正するためのナビゲーション補正情報を生成する。移動制御部３０２は、ナビゲーション画像に対する位置の指定と、ナビゲーション補正情報に基づいて、載置台制御部２３による載置台２の移動を制御する。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

観察対象物を撮像する撮像素子と、
複数の対物レンズと、
前記撮像素子の光路上に前記複数の対物レンズのうち１つを選択的に配置するレンズ切換部と、
前記撮像素子を制御して観察画像を生成する画像生成部と、
前記観察対象物が載置される載置台と、
前記載置台を水平方向に移動させる載置台制御部と、
前記載置台制御部による前記載置台の移動を制御する移動制御部と、
前記画像生成部により生成された前記観察画像に基づくナビゲーション画像を登録することが可能な画像登録部と、を備え、
前記複数の対物レンズには、少なくとも１つのテレセントリック対物レンズと、前記テレセントリック対物レンズよりも歪曲収差の大きい少なくとも１つの広角対物レンズとが含まれ、
前記レンズ切換部には複数のレンズ取付穴が形成されており、前記レンズ取付穴に前記テレセントリック対物レンズおよび前記広角対物レンズがそれぞれ取付けられ、
前記画像登録部は、前記レンズ切換部によって前記広角対物レンズが前記撮像素子の光路上に配置されている状態で、前記広角対物レンズの口径よりも視野サイズの大きい画像として前記画像生成部によって生成される前記観察画像を、ナビゲーション画像として登録するとともに、前記ナビゲーション画像における位置と、前記観察対象物における位置との対応関係において、前記広角対物レンズの歪曲収差によって生じるずれを補正するためのナビゲーション補正情報を生成し、
前記移動制御部は、前記ナビゲーション画像に対する位置の指定と、前記ナビゲーション補正情報に基づいて、前記載置台制御部による前記載置台の移動を制御する、拡大観察装置。

【請求項2】

前記画像登録部は、前記広角対物レンズの焦点を前記観察対象物に合わせてから前記観察画像を生成し、生成された前記観察画像を、前記ナビゲーション画像として登録する、請求項１に記載の拡大観察装置。

【請求項3】

前記画像登録部は、前記ナビゲーション補正情報として、
前記ナビゲーション画像における位置と、前記観察対象物における位置との対応関係に応じて前記ナビゲーション画像を補正したナビゲーション補正画像を生成する、請求項１に記載の拡大観察装置。

【請求項4】

前記画像登録部は、予め定められた周期的パターンが記されたキャリブレーションボードを前記観察対象物として生成された前記観察画像に基づいて、前記ナビゲーション補正情報を生成する、請求項１に記載の拡大観察装置。

【請求項5】

前記対物レンズを垂直方向に移動させる垂直移動部をさらに備え、
前記レンズ切換部が前記撮像素子の光路上に配置される前記対物レンズを切り換える際には、切換前の前記対物レンズと、切換後の前記対物レンズとの同焦点距離の差異に応じて、前記垂直移動部が前記対物レンズを垂直方向に移動させる、請求項１に記載の拡大観察装置。

【請求項6】

レンズ切換部が、前記撮像素子の光路上に配置される前記対物レンズを、前記広角対物レンズから前記テレセントリック対物レンズへ切り換える際には、
切換後の前記対物レンズの作動距離が予想され、前記作動距離の予想に応じて警告が行われる、請求項５に記載の拡大観察装置。

【請求項7】

前記垂直移動部が前記対物レンズを垂直方向に移動させた際には、前記対物レンズの高さ測定と、前記対物レンズの焦点調節が行われる、請求項５に記載の拡大観察装置。

【請求項8】

前記画像登録部は、前記観察対象物の互いに異なる部分が撮像された複数の前記観察画像を連結した連結画像を生成し、前記連結画像を前記ナビゲーション画像として登録することが可能な、請求項１に記載の拡大観察装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、拡大観察装置に関する。

【背景技術】

【0002】

観察対象物を拡大して観察するために、拡大観察装置が用いられることがある。特許文献１の拡大観察装置では、ユーザーは撮像部によって撮像されるライブ画像を見ながら、撮像部の視野範囲内に観察対象物が入るように、観察対象物を支持する載置台を移動させることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２０－８６２９８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら特許文献１の拡大観察装置では、ユーザーは実際に載置台を移動させてみなければ、視野範囲と観察対象物との位置関係を把握することができず、利便性に課題がある。

【0005】

上記の問題に鑑み、本発明は、利便性の高い拡大観察装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するため、本発明に係る実施形態の一例としての拡大観察装置は、観察対象物を撮像する撮像素子と、撮像素子を制御して観察画像を生成する画像生成部と、複数の対物レンズと、撮像素子の光路上に複数の対物レンズのうち１つを選択的に配置するレンズ切換部と、観察対象物が載置される載置台と、載置台を水平方向に移動させる載置台制御部と、載置台制御部による載置台の移動を制御する移動制御部と、画像生成部により生成された観察画像に基づくナビゲーション画像を登録することが可能な画像登録部と、を備え、複数の対物レンズには、少なくとも１つのテレセントリック対物レンズと、前記テレセントリック対物レンズよりも歪曲収差の大きい少なくとも１つの広角対物レンズとが含まれ、レンズ切換部には複数のレンズ取付穴が形成されており、レンズ取付穴に前記テレセントリック対物レンズおよび広角対物レンズがそれぞれ取付けられ、画像登録部は、レンズ切換部によって広角対物レンズが撮像素子の光路上に配置されている状態で、前記広角対物レンズの口径よりも視野サイズの大きい画像として画像生成部によって生成される観察画像を、ナビゲーション画像として登録するとともに、ナビゲーション画像における位置と、観察対象物における位置との対応関係において、前記広角対物レンズの歪曲収差によって生じるずれを補正するためのナビゲーション補正情報を生成し、移動制御部は、ナビゲーション画像に対する位置の指定と、ナビゲーション補正情報に基づいて、載置台制御部による載置台の移動を制御する。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、ユーザーはナビゲーション画像に対する位置の指定に基づいて載置台を移動させることができるので、拡大観察装置の利便性が高くなる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】拡大観察装置の撮像部の前上方からの斜視図。

【図2】撮像部の後上方からの斜視図。

【図3】撮像部の右側面図。

【図4】撮像部の正面図。

【図5】拡大観察装置の構成を概略的に示すブロック図。

【図6】対物レンズが取り外された状態のレボルバーの下面を示す図。

【図7】テレセントリック対物レンズによる観察画像を説明する図。

【図8】広角対物レンズによる観察画像を説明する図。

【図9】ナビゲーション画像での指示位置と視野中心のずれを説明する図。

【図10】キャリブレーションボードを示す図。

【図11】対物レンズの切り換えに伴う観察ヘッドの垂直方向移動を示す図。

【図12】フォーカス値グラフを示す図。

【図13】フォーカス値がピークを過ぎた状態を示す図。

【図14】ナビゲーション画像の登録の流れを示すフロー図。

【図15】対物レンズの切り換えの流れを示すフロー図。

【図16】ナビゲーション画像を用いた移動制御の流れを示すフロー図。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図面を参照して、本発明に係る実施形態の一例としての拡大観察装置１０について説明する。なお、図中、同一又は相当部分については、同一の参照符号を付することで、説明を繰り返さない。また、以下の説明において、前、後、左、右、上、下等の位置又は方向を意味する用語が用いられることがあるが、これらの用語は、実施形態の理解を容易にするために便宜上用いられるものである。これらの用語は、特に明確な言及がない限り、幾何学的に厳密な意味での前、後、左、右、上、下等に限定されない。

【0010】

図１は、本実施形態の拡大観察装置１０の撮像部１の前上方からの斜視図である。図１に示されているように、拡大観察装置１０は、撮像部１と、情報処理部７１と、表示部７２と、操作部７３とを備える。撮像部１は、通信ケーブル９によって情報処理部７１と接続されている。情報処理部７１は、通信ケーブル９によって表示部７２および操作部７３と接続されている。

【0011】

ここで、通信ケーブル９は、拡大観察装置１０の構成要素同士の間、すなわち撮像部１、情報処理部７１、表示部７２、操作部７３の間で信号を送受信するためのケーブルである。通信ケーブル９としては例えば、ＵＳＢケーブル（ＵＳＢ：Universal Serial Bus）、ＬＡＮケーブル（ＬＡＮ：Local Area Network）、ＨＤＭＩケーブル（ＨＤＭＩ：登録商標、High-Definition Multimedia Interface）等の、電気信号を送受信するケーブルが用いられる。なお接続される構成要素に応じて異なる規格のケーブルが用いられてもよい。撮像部１、情報処理部７１、表示部７２、操作部７３の間で信号の送受信が可能となっていればよく、通信ケーブル９は光信号を送受信する光学ケーブルであってもよい。また通信ケーブル９に代えて、電磁波による無線通信によって構成要素同士の間で信号が送受信されてもよい。

【0012】

情報処理部７１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサおよびＲＡＭ（Random Access Memory）等の記憶装置を含むユニットであり、拡大観察装置１０における各種の情報処理を実行する。なお情報処理部７１は、拡大観察装置１０用の画像処理装置としても機能する。

【0013】

表示部７２は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等の画像表示装置を含むユニットであり、拡大観察装置１０のユーザーに対して画像を表示する。操作部７３は、拡大観察装置１０のユーザーからの操作を受け付けるユニットである。操作部７３は例えば、キーボード、マウス、ジョイスティック等のユーザーインターフェース機器を含む。また操作部７３は、拡大観察装置１０のために専用に設計されたコントローラーを含んでいてもよい。

【0014】

拡大観察装置１０は観察対象物ＯＢを拡大して観察するための装置である。まず撮像部１が備える撮像素子７によって観察対象物ＯＢが撮像されて観察画像が生成される。そして情報処理部７１によって、観察画像に基づく表示画面が生成され、その表示画面が表示部７２に表示される。表示部７２に表示される表示画面には、観察対象物ＯＢが拡大されて表示された画像が含まれる。拡大観察装置１０のユーザーは、表示部７２の表示画面を観察することにより、観察対象物ＯＢを拡大して観察することができる。図１、図２、図３、図４には観察対象物ＯＢの一例として、複数の電子部品が実装された電子回路基板が示されている。

【0015】

図１、図２、図３、図４を参照して、撮像部１について説明する。図２は、撮像部１の後上方からの斜視図である。図３は、撮像部１の右側面図である。図４は、撮像部１の正面図である。図２、図３、図４では情報処理部７１、表示部７２、操作部７３の図示は省略されている。図１、図２、図３、図４の撮像部１は、載置台２と、観察ヘッド４と、支持柱５と、Ｚ方向ステージ６と、撮像素子７とを備える。

【0016】

また図１、図２、図３、図４において、載置台２の上面２０には回転プレート１００が載置されている。そして、回転プレート１００の上面１０７に観察対象物ＯＢが載置されている。回転プレート１００の上面１０７は平面視で円形状の形状であり、その中心に観察対象物ＯＢが載置されている。また回転プレート１００の円周上には、放射ピン１０９が放射状に配置されている。拡大観察装置１０のユーザーは、放射ピン１０９を把持して回転プレート１００を回転させることにより、上面１０７の中心に載置された観察対象物ＯＢの配置角度を変更することができる。

【0017】

載置台２は載置台制御部２３に支持されている。載置台制御部２３は、載置台２をＸ方向およびＹ方向（水平方向）に移動させる。図中の載置台制御部２３は、移動載置部２１および台座部２２を含む。台座部２２は固定されており、台座部２２の上に移動載置部２１が支持されている。移動載置部２１は台座部２２に対してＸ方向およびＹ方向に移動可能である。移動載置部２１がＸ方向およびＹ方向に移動することで、載置台２がＸ方向およびＹ方向に動かされる。載置台制御部２３は、載置台２をＸ方向およびＹ方向に移動させることで、観察対象物ＯＢが撮像素子７によって撮影される範囲を変更することができる。

【0018】

観察ヘッド４は載置台２の上方に配置されている。観察ヘッド４には、観察対象物ＯＢを撮像するための撮像素子７が含まれている。撮像素子７は観察対象物ＯＢからの反射光又は透過光を電気信号に変換する素子であり、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device、電荷結合素子）等が用いられる。

【0019】

観察ヘッド４は、Ｚ方向ステージ６に取り付けられている。Ｚ方向ステージ６は、Ｚ方向（鉛直方向）に沿って、観察ヘッド４を載置台２の上面２０に対して移動させる。そして観察ヘッド４は、Ｚ方向ステージ６を通ってＹ方向（水平方向）に延びる第１回転軸１１を中心に回転可能である。

【0020】

観察ヘッド４の下部には、レボルバー４１が設けられている。レボルバー４１は、撮像素子７の光路上に複数の対物レンズのうち１つを選択的に配置するレンズ切換部である。レボルバー４１には複数の対物レンズが取付けられている。複数の対物レンズはそれぞれ倍率が異なる。複数の対物レンズのうちいずれか１つが観察対象物ＯＢの観察のためのレンズとして選択されて、撮像素子７の光路上に配置される。具体的には、レボルバー４１が回転することにより、観察対象物ＯＢに向けられる（撮像素子７の光路上に配置される）対物レンズ４０が切り替えられる。

【0021】

レボルバー４１（レンズ切換部）に取付けられる複数の対物レンズには、少なくとも１つのテレセントリック対物レンズと、少なくとも１つの広角対物レンズが含まれる。図１、図２、図３、図４においては、レボルバー４１に、第１対物レンズ４０ａ、第２対物レンズ４０ｂ、第３対物レンズ４０ｃ、広角対物レンズ４０ｄが取付けられている。第１対物レンズ４０ａ、第２対物レンズ４０ｂ、第３対物レンズ４０ｃは、主光線と光軸とが平行になるテレセントリック対物レンズである。一方、広角対物レンズ４０ｄは、非テレセントリックのレンズである。広角対物レンズ４０ｄは、テレセントリック対物レンズの第１対物レンズ４０ａ、第２対物レンズ４０ｂ、第３対物レンズ４０ｃよりも歪曲収差の大きいレンズとなっている。

【0022】

Ｚ方向ステージ６は回転保持体８に取り付けられている。そして回転保持体８は、第１回転軸１１を中心として回転可能なように支持柱５に接続されている。支持柱５はＺ方向に延びており、回転保持体８、Ｚ方向ステージ６、観察ヘッド４を支持している。また、回転保持体８には外部に突き出る棒状ハンドル８１が設けられている。拡大観察装置１０のユーザーは、棒状ハンドル８１を操作することにより、観察ヘッド４を、Ｚ方向ステージ６および回転保持体８とともに、第１回転軸１１周りに回転させることができる。ユーザーは、観察ヘッド４を回転させることにより、観察対象物ＯＢを垂直方向からだけではなく、斜め方向からも観察することができる。

【0023】

図５を参照して、拡大観察装置１０の構成について説明する。図５は、拡大観察装置１０の構成の一例を概略的に示すブロック図である。図５に示されているように、撮像部１の観察ヘッド４は、撮像素子７、レボルバー４１、第１対物レンズ４０ａ、第２対物レンズ４０ｂ、第３対物レンズ４０ｃ、広角対物レンズ４０ｄの他に、レボルバー制御部４５と、結像レンズ２４０と、レンズ制御部２４１と、照明部２５０と、絞り制御部２６０を備える。

【0024】

レボルバー制御部４５は、レボルバー４１を回転させて、複数の対物レンズ（ここでは第１対物レンズ４０ａ、第２対物レンズ４０ｂ、第３対物レンズ４０ｃ、広角対物レンズ４０ｄ）のうちいずれか１つを、観察対象物ＯＢへと向けて観察のためのレンズとして選択する。選択されたレンズは撮像素子７の光路上に配置される。結像レンズ２４０は、対物レンズを通った光を撮像素子７で撮像される像として結ぶ。

【0025】

レンズ制御部２４１は、結像レンズ２４０を移動させて対物レンズ４０との相対位置を変更し、拡大倍率や焦点距離等の光学的条件を変化させる。なお結像レンズ２４０として拡大倍率、焦点距離等の光学的条件が異なる複数のレンズが設けられていてもよく、レンズ制御部２４１は、複数の結像レンズ２４０のうちいずれかを撮像素子７の光路上に選択的に配置する制御を行ってもよい。なお対物レンズ４０と結像レンズ２４０との間の光路には、さらなるレンズおよびハーフミラー等の各種光学素子が配置されていてもよい。

【0026】

照明部２５０は、観察対象物ＯＢからの反射光又は透過光を得るために、観察対象物ＯＢに対して光を照射する。照明部２５０には例えばリング照明および同軸落射照明などが含まれる。絞り制御部２６０は、対物レンズと結像レンズ２４０との間の光路に設けられた絞り（図示せず）を制御して絞り量を調節する。

【0027】

情報処理部７１は、演算部３００と、記憶部３１１とを備える。演算部３００は、画像生成部３０１と、移動制御部３０２と、解析処理部３０３と、表示制御部３０４と、照明制御部３０５と、入出力制御部３０６と、画像登録部３０７を備える。

【0028】

演算部３００は、ＣＰＵ等のプロセッサを含むユニットである。記憶部３１１は、ＲＡＭ等の記憶装置を含むユニットである。演算部３００が記憶部３１１に記憶されているプログラムを実行することにより、画像生成部３０１、移動制御部３０２、解析処理部３０３、表示制御部３０４、照明制御部３０５、入出力制御部３０６、画像登録部３０７の機能が実現される。

【0029】

画像生成部３０１は、撮像素子７を制御して、観察対象物ＯＢからの反射光又は透過光に基づく観察画像を生成する。移動制御部３０２は、撮像部１の載置台制御部２３に指令を送信して、載置台制御部２３による載置台２の移動を制御する。

【0030】

解析処理部３０３は、画像生成部３０１が生成した観察画像に対する画像解析処理を実行する。表示制御部３０４は、観察画像に基づいて、表示部７２に表示させる表示画面を生成する。

【0031】

照明制御部３０５は、照明部２５０を制御して、観察対象物ＯＢに照射される光を調節する。入出力制御部３０６は、通信インターフェースユニットであり、情報処理部７１が撮像部１、表示部７２、操作部７３等の外部の機器と通信できるように、情報処理部７１に入力される信号および情報処理部７１から出力される信号を、各種の通信規格に応じて制御する。

【0032】

画像登録部３０７は、画像生成部３０１により生成された観察画像に基づくナビゲーション画像を登録することが可能である。ナビゲーション画像は、撮像素子７による観察視野をユーザーが指定するために用いられる画像である。画像登録部３０７は、登録するナビゲーション画像を、後述のナビゲーション補正情報とともに記憶部３１１に記憶させる。

【0033】

次に図６を参照して、レボルバー４１と、第１対物レンズ４０ａ、第２対物レンズ４０ｂ、第３対物レンズ４０ｃ、広角対物レンズ４０ｄとの関係を説明する。図６は、対物レンズが取り外された状態のレボルバー４１の下面を示す図である。

【0034】

レボルバー４１の下面には、複数のレンズ取付穴が形成されている。図６においては、第１レンズ取付穴４４ａ、第２レンズ取付穴４４ｂ、第３レンズ取付穴４４ｃ、第４レンズ取付穴４４ｄが形成されている。これらのレンズ取付穴のそれぞれに対物レンズが取付けられる。図６において、第１レンズ取付穴４４ａには第１対物レンズ４０ａが取付けられる。第２レンズ取付穴４４ｂには第２対物レンズ４０ｂが取付けられる。第３レンズ取付穴４４ｃには第３対物レンズ４０ｃが取付けられる。第４レンズ取付穴４４ｄには広角対物レンズ４０ｄが取付けられる。

【0035】

レボルバー４１は、複数のレンズ取付穴の中心に位置するレボルバー中心軸４２を中心として回転することにより、第１対物レンズ４０ａ、第２対物レンズ４０ｂ、第３対物レンズ４０ｃ、広角対物レンズ４０ｄのうち１つを、撮像素子７の光路上に選択的に配置することができる。拡大観察装置１０の複数の対物レンズ、ここでは第１対物レンズ４０ａ、第２対物レンズ４０ｂ、第３対物レンズ４０ｃ、そして広角対物レンズ４０ｄは、それぞれ倍率、開口数等の光学的特性が異なっている。拡大観察装置１０のユーザーは、レボルバー４１を回転させて、いずれかの対物レンズを撮像素子７の光路上に選択的に配置することにより、観察にあたって使用する対物レンズを、所望の観察の条件（倍率等）に適した対物レンズに切り換えて観察を行うことができる。

【0036】

なお、複数の対物レンズのそれぞれは、レボルバー４１のレンズ取付穴に対する取付けが行いやすいように、光学的レンズが筒状の筐体に組付けられた小型の装置になっているとよい。また、対物レンズの装置は、対物レンズに関する情報（筒の長さ、直径等の機械的特性、組付けられている光学的レンズの焦点距離、光学的倍率等の光学的特性、型式番号、製造日等の管理情報、等）を拡大観察装置１０に伝えられるようになっているとよい。例えば前述の情報を記憶した記憶媒体が筒状の筐体に組付けられており、レボルバー４１のレンズ取付穴には記憶媒体から情報を受信可能な端子が設けられているとよい。対物レンズに関する情報が拡大観察装置１０に伝えられるようになっていると、後述のオートフォーカス等の制御において、対物レンズの特性に応じた適切な制御が可能となる。

【0037】

図７を参照して、テレセントリック対物レンズである第１対物レンズ４０ａ、第２対物レンズ４０ｂ、第３対物レンズ４０ｃが撮像素子７の光路上に選択的に配置された場合の観察画像４８ａについて説明する。図７はテレセントリック対物レンズによって観察対象物ＯＢ上の観察範囲４８を観察した場合の観察画像４８ａを説明する図である。なお第１対物レンズ４０ａ、第２対物レンズ４０ｂ、第３対物レンズ４０ｃの具体的な形状は様々なものを用いることができるので、図７においては第１対物レンズ４０ａ、第２対物レンズ４０ｂ、第３対物レンズ４０ｃを仮想線で示し、具体的な形状は図示しない。また、第１対物レンズ４０ａ、第２対物レンズ４０ｂ、第３対物レンズ４０ｃと、撮像素子７との間の光路には様々な光学素子が配置され得るが、図７では第１対物レンズ４０ａ、第２対物レンズ４０ｂ、第３対物レンズ４０ｃと、撮像素子７との間の光路の図示を省略している。

【0038】

図７に示されているように、テレセントリック対物レンズ（第１対物レンズ４０ａ、第２対物レンズ４０ｂ、第３対物レンズ４０ｃ）では、レンズを通る光線がレンズの片側（ここでは図中左側の観察対象物ＯＢ側）において光軸と平行になる。一般的に、テレセントリック対物レンズは歪曲収差が小さく、テレセントリック対物レンズを用いることで、歪みの少ない観察画像４８ａが得られる。例えば観察対象物ＯＢの観察範囲４８に正方形の格子模様が記されている場合、観察画像４８ａにおいても、正方形の格子模様が歪むことなく現れる。

【0039】

図８を参照して、非テレセントリックの広角対物レンズ４０ｄが撮像素子７の光路上に選択的に配置された場合の観察画像４８ｂについて説明する。図８は広角対物レンズ４０ｄによって観察対象物ＯＢ上の観察範囲４８を観察した場合の観察画像４８ｂを説明する図である。なお広角対物レンズ４０ｄの具体的な形状は様々なものを用いることができるので、図８においては広角対物レンズ４０ｄを仮想線で示し、具体的な形状は図示しない。また、広角対物レンズ４０ｄと、撮像素子７との間の光路には様々な光学素子が配置され得るが、図８では広角対物レンズ４０ｄと、撮像素子７との間の光路の図示を省略している。

【0040】

図８に示されているように、非テレセントリックの広角対物レンズ４０ｄでは、レンズを通る光線がレンズの片側において光軸と平行にならない。図８では、図中右側の撮像素子７側から広角対物レンズ４０ｄを通った光線は、図中左側の観察対象物ＯＢ側に向けて広がっていく。このように、広角対物レンズ４０ｄは光線を広げる性質があるため、広角対物レンズ４０ｄで得られる観察画像４８ｂには歪みが生じやすい。例えば観察対象物ＯＢの観察範囲４８に正方形の格子模様が記されている場合、観察画像４８ｂにおいては格子模様が中心部に対して周辺部が縮むように現れ、いわゆる樽型の歪みが生じる。

【0041】

図７、図８では説明のため、テレセントリック対物レンズと広角対物レンズとで同じ観察範囲４８を観察する場合について説明したが、光線を広げる性質を持つ広角対物レンズ４０ｄを用いると、広い範囲を撮像範囲とする観察画像を得ることができる。特に、広角対物レンズ４０ｄによれば、そのレンズの口径よりも視野サイズの大きい画像を観察画像とすることができる。例えば、図１、図２、図３、図４に示されているような電子回路基板が観察対象物ＯＢである場合に、広角対物レンズ４０ｄを用いると、その電子回路基板の全体が撮像された観察画像を得ることができる。

【0042】

拡大観察装置１０において、観察対象物ＯＢに対する観察視野をユーザーが指定し易いように、ナビゲーション画像が用いられることがある。例えば表示部７２において、撮像素子７による現在の観察視野（ライブ画像）とは別の画面（ウィンドウ）に、ナビゲーション画像が表示されて、ユーザーがそのナビゲーション画像内の所望の位置をクリックすると、その位置に対応する観察対象物ＯＢ上の位置が観察視野となるように、観察対象物ＯＢを載せた載置台２が移動される。ユーザーはナビゲーション画像に対する位置の指定に基づいて載置台２を移動させることができるので、拡大観察装置１０の利便性が高くなる。

【0043】

ここで、ナビゲーション画像として、電子回路基板等の観察対象物ＯＢの全体が撮像された観察画像が用いられると、ユーザーは、観察対象物ＯＢのあらゆる位置を観察視野として指定することができる。広角対物レンズ４０ｄを用いると、観察対象物ＯＢの全体を撮影範囲に収めることができるため、複数の観察画像を結合することなく、観察対象物ＯＢの全体が一枚の観察画像に収まった広い視野のナビゲーション画像を得ることができる。

【0044】

しかしながら、広角対物レンズ４０ｄによって得られた観察画像には前述の通り歪みが生じるため、広角対物レンズ４０ｄによって得られた観察画像をそのままナビゲーション画像とすると、ユーザーが指示した位置と、載置台２の移動後の視野中心とがずれることがある。

【0045】

図９はナビゲーション画像５００での指示位置と視野中心５１５のずれを説明する図である。図９において、表示部７２に表示される表示画面４００には、ライブ画像４９０と、ナビゲーション画像５００とが含まれる。

【0046】

ライブ画像４９０は、撮像素子７が現在撮像している観察画像を示す画像である。ライブ画像４９０には、観察対象物ＯＢが拡大されて示される。ライブ画像４９０の表示は一定の時間間隔（例えば１／６０秒ごと）で更新される。ライブ画像４９０の一部（図９では右下）に、ナビゲーション画像５００が重ね合わせて表示される。図９においては、観察対象物ＯＢの全体が撮像された観察画像がナビゲーション画像５００として用いられている。

【0047】

ナビゲーション画像５００にはカーソル５１１が含まれている。ユーザーがカーソル５１１を用いてナビゲーション画像５００内の所望の位置を指定すると、指定された位置に対応する、実際の観察対象物ＯＢにおける位置が、ライブ画像４９０の視野中心５１５となるように、載置台２が移動される。

【0048】

ここで、載置台２は、移動制御部３０２は、載置台２の現在位置と、ユーザーの指定位置と、ナビゲーション画像５００の光学的倍率に基づき、指定位置に対応する位置へ視野中心５１５を移動させるために必要な載置台２の移動量を算出する。ナビゲーション画像５００がテレセントリック対物レンズによって撮像されたものであれば、算出された移動量で載置台２が移動されることにより、視野中心５１５が、指定位置に対応する位置へと移動される。

【0049】

しかしながら、ナビゲーション画像５００が非テレセントリックの広角対物レンズ４０ｄを用いて撮像されたものである場合、ナビゲーション画像５００の中心部と、周辺部とでは、画素１つ分と実際の距離との対応関係が異なる。したがって移動制御部３０２は、ナビゲーション画像５００の光学的倍率に基づく算出のみでは、正しい移動量を算出することができない。

【0050】

図９においては、カーソル５１１が、電子部品３３に合わされて、電子部品３３の位置を視野中心５１５とするように指定されている。しかし、電子部品３３はナビゲーション画像５００において中心部から離れた位置にあるため、移動量が正しく算出されず、載置台２の移動後、視野中心５１５は、ライブ画像４９０に写る電子部品３３の位置からずれている。

【0051】

そこで、ナビゲーション画像５００を登録する画像登録部５０７は、広角対物レンズ４０ｄによるナビゲーション画像５００を登録する際には、ナビゲーション画像５００における位置と、観察対象物ＯＢにおける位置との対応関係、特に、広角対物レンズ４０ｄの歪曲収差によって生じる対応関係のずれを補正するためのナビゲーション補正情報を生成する。

【0052】

ナビゲーション補正情報は例えば、広角対物レンズ４０ｄの光学的特性（レンズ設計値）が既知であれば、その光学的特性に基づいて生成できる。広角対物レンズ４０ｄの光学的特性を用いて生成する以外の方法として、画像登録部５０７は、実際に広角対物レンズ４０ｄを用いて撮像された観察画像を基にナビゲーション補正情報を生成することができる。

【0053】

実際に広角対物レンズ４０ｄを用いて撮像された観察画像を基にナビゲーション補正情報を生成する場合の例として、例えば画像登録部５０７は、図１０に示されているような、予め定められた周期的パターン１４３が記されたキャリブレーションボード１４１を用いて、ナビゲーション補正情報を生成することができる。

【0054】

図１０のキャリブレーションボード１４１には周期的パターン１４３として、予め定められた一定の間隔でドットが配置されたドットパターンが記されている。このキャリブレーションボード１４１を観察対象物として画像生成部３０１が観察画像を生成する際に、広角対物レンズ４０ｄが用いられると、中心部と周辺部とでドット間の間隔が異なるように見える観察画像が得られる。

【0055】

しかしながら実際のドット間の間隔は予め定められた一定の間隔であるため、画像登録部５０７は、キャリブレーションボード１４１を観察対象物とした観察画像と、予め定められた一定の間隔とを比較することにより、観察画像における位置と、実際の観察対象物における位置との正しい位置関係を示すナビゲーション補正情報を生成することができる。なお、ナビゲーション補正情報を生成するための処理には、画像解析にあたる処理が含まれるため、画像登録部５０７は、キャリブレーションボード１４１を撮像した観察画像を解析処理部３０３に解析させることでナビゲーション補正情報を生成してもよい。

【0056】

なお、このキャリブレーションボードを用いたナビゲーション補正情報の生成の際には、ナビゲーション画像の画素１つ分と、実際の距離との対応関係（キャリブレーション値）の情報も生成されるとよい。キャリブレーション値は例えば、ナビゲーション画像の光学的倍率に基づいて生成される。このとき、レンズ制御部２４１によって結像レンズ２４０の倍率が変更されて、結像レンズ２４０の倍率が大きい状態でキャリブレーションボード１４１を撮像した観察画像を用いてキャリブレーション値の算出が行われてもよい。結像レンズ２４０の倍率を上げた状態での観察画像を用いることで、周期的パターン１４３の間隔が短いキャリブレーションボード１４１（主に高倍率レンズのキャリブレーションに用いられるもの）であっても、倍率の小さい広角対物レンズ４０ｄのキャリブレーションに適した観察画像が得られ、正確なキャリブレーション値が生成される。

【0057】

以上のようにしてナビゲーション補正情報が生成されたら、画像登録部５０７は、ナビゲーション画像５００とともに、ナビゲーション補正情報を記憶部３１１に記憶させておく。移動制御部３０２は、ユーザーによってナビゲーション画像５００に対する位置の指定が行われたら、その位置の指定と、ナビゲーション補正情報に基づいて、載置台制御部２３による載置台２の移動を制御することで、視野中心５１５をユーザーの所望する位置に正しく移動させることができる。

【0058】

これにより、本実施形態の拡大観察装置１０では、観察対象物ＯＢの広い範囲（例えば全体）が撮像されたナビゲーション画像５００を用いて、視野中心５１５を所望した通りの位置へ移動させることができ、利便性が高い。

【0059】

なお、ナビゲーション補正情報を用いた載置台２の移動に関する演算は、ユーザーがナビゲーション画像５００に対する位置の指定を行ったときに行えばよい。したがって、ナビゲーション補正情報を用いた演算をライブ画像４９０の更新のたびに行う必要はなく、情報処理部７１における演算負荷が低く収まる。

【0060】

なお、ナビゲーション補正情報として、ナビゲーション画像５００自体が補正されたナビゲーション補正画像が生成されてもよい。例えば画像登録部５０７は、広角対物レンズ４０ｄの光学的特性等に基づいて、ナビゲーション画像に生じる歪みがどの程度であるかを算出し、その歪みが補正されたナビゲーション補正画像を生成できる。そして、歪みが補正されたナビゲーション補正画像を記憶部３１１に登録するとよい。ナビゲーション補正画像が登録されている場合は、そのナビゲーション補正画像をナビゲーション画像５００として用いることで、ナビゲーション画像５００に対するユーザーの位置指定と、載置台２の移動後の視野中心５１５とが正しく一致するようになる。

【0061】

ナビゲーション補正画像が登録されている場合は、その登録されたナビゲーション補正画像がライブ画像４９０に重ね合わせて表示されるとよい。ライブ画像４９０が更新される際、ナビゲーション補正画像については登録されたときの内容のままでよいため、やはりライブ画像４９０の更新のたびにナビゲーション補正情報を用いた演算を行う必要はなく、情報処理部７１における演算負荷が低く収まる。

【0062】

本実施形態の拡大観察装置１０では、レボルバー４１に、テレセントリック対物レンズ（第１対物レンズ４０ａ、第２対物レンズ４０ｂ、第３対物レンズ４０ｃ）と、非テレセントリックの広角対物レンズ４０ｄの両方が取り付けられているため、対物レンズの切り換えに伴い、観察ヘッド４が対物レンズとともに垂直方法（Ｚ方向）に大きく移動することがある。

【0063】

図１１に、対物レンズの切り換えに伴う観察ヘッド４の垂直方向移動の様子が示されている。広角対物レンズ４０ｄは作動距離（ピントが合うときの、レンズから観察対象物ＯＢまでの距離）が長いため、広角対物レンズ４０ｄが観察対象物ＯＢに向けられている（撮像素子７の光路上に配置されている）場合、図１１に実線で示されているように、広角対物レンズ４０ｄの焦点を観察対象物ＯＢに合わせるために、Ｚ方向ステージ６（垂直移動部）は、観察対象物ＯＢからＺ方向へ大きく離れた位置に広角対物レンズ４０ｄを上昇させる。

【0064】

この状態で、観察対象物ＯＢに向けられる（撮像素子７の光路上に配置される）対物レンズがテレセントリック対物レンズのいずれか、例えば第１対物レンズ４０ａに切り替えられると、Ｚ方向ステージ６は、第１対物レンズ４０ａの焦点を観察対象物ＯＢに合わせるために、第１対物レンズ４０ａとともに観察ヘッド４を下降させる。すなわち、対物レンズの切り換えが行われる際には、切換前の対物レンズと、切換後の対物レンズとの同焦点距離（ピントが合うときの、レボルバー４１における対物レンズの取り付け面から観察対象物ＯＢまでの距離）の差異に応じて、Ｚ方向ステージ６が対物レンズを垂直方向（Ｚ方向）に移動させる。特に、テレセントリックレンズである第１対物レンズ４０ａ、第２対物レンズ４０ｂ、第３対物レンズ４０ｃのいずれかと、非テレセントリックレンズである広角対物レンズ４０ｄとの間で対物レンズが切り換えられる場合には、テレセントリックレンズと非テレセントリックレンズとの同焦点距離の差異に応じて予め定められた垂直移動量（例えば３０ｍｍ）で、Ｚ方向ステージ６が対物レンズを垂直方向に移動させる。なお、テレセントリックレンズ同士では同焦点距離が同じになるように設計されている場合があり、切換前の対物レンズと、切換後の対物レンズとで同焦点距離が同じであればＺ方向ステージ６による垂直方向の移動は行われない。

【0065】

ここで例えば観察対象物ＯＢが電子回路基板である場合、電子回路基板には高さ（Ｚ方向寸法）の大きい電子部品３３と、高さの小さい電子部品３４とが近接して実装されていることがある。Ｚ方向ステージ６が、第１対物レンズ４０ａの焦点を高さの小さい電子部品３４の上面に合わせるために第１対物レンズ４０ａを下降させるとき、第１対物レンズ４０ａの作動距離が短ければ、他の対物レンズ（第２対物レンズ４０ｂ、第３対物レンズ４０ｃ、広角対物レンズ４０ｄ）も観察対象物ＯＢの近くまで接近するため、図１１に仮想線で示されているように、他の対物レンズ（例えば第２対物レンズ４０ｂ）が、高さの大きい電子部品３３に接触してしまうおそれがある。

【0066】

そこで、広角対物レンズ４０ｄからテレセントリック対物レンズ（第１対物レンズ４０ａ、第２対物レンズ４０ｂ、第３対物レンズ４０ｃ）への切り換えが行われる際には、切換後の対物レンズの作動距離が予想されることが好ましい。作動距離は、切換後の対物レンズの光学的特性（焦点距離等）と、観察画像の視野角等に応じて算出できる。

【0067】

そして、切換後の対物レンズの作動距離に応じて警告が行われることが好ましい。例えば使用される対物レンズが広角対物レンズ４０ｄからテレセントリックレンズのいずれかに切り替わり、３０ｍｍの垂直移動量で対物レンズが下降する際に、切換後の対物レンズの作動距離が１０ｍｍと予想される場合には、対物レンズと観察対象物ＯＢとの衝突が発生する可能性がある。そこで、「Ｚ方向ステージが３０ｍｍ下降します。サンプルと衝突しないことを確認してからＯＫボタンをクリックしてください。」といった警告が、「ＯＫ」ボタンと「キャンセル」ボタンとともに表示部７２に表示されるとよい。

【0068】

この警告に対してユーザーが「ＯＫ」ボタンを押せば、対物レンズの切り換えおよび観察ヘッド４の下降が実行される。一方、ユーザーが「キャンセル」ボタンを押せば、対物レンズの切り換えおよび観察ヘッド４の下降は実行されない。これにより、対物レンズが観察対象物ＯＢの一部（高さの大きい電子部品３３等）に接触してしまうことが防止される。

【0069】

なお、ユーザーに対して警告を表示する他にも、実際に対物レンズを下降させつつ、対物レンズのフォーカス値を監視することでも対物レンズの衝突を防止することができる。

【0070】

図１２に、対物レンズのフォーカス値グラフ５２０が示されている。このフォーカス値グラフ５２０は、対物レンズのＺ方向移動が行われる際に、表示部７２に表示されるとよい。フォーカス値グラフ５２０には、算出結果表示部５２１と、算出値グラフ５２２と、現在値バー５２５と、最大値マーカー５２８と、レンズ位置マーカー５３０が含まれる。

【0071】

対物レンズがＺ方向に移動される間、解析処理部３０３は、撮像素子７が観察対象物ＯＢを撮像することによって生成される観察画像に基づいて、フォーカス値を算出する。算出されたフォーカス値は、そのときの対物レンズのＺ方向位置（高さ）とともに記憶部３１１に記憶される。

【0072】

フォーカス値グラフ５２０は、解析処理部３０３が算出したフォーカス値と、対物レンズのＺ方向位置に基づいて、表示制御部３０４によって描図されて、表示部７２に表示される。なおフォーカス値グラフ５２０は、観察画像とは別の画面（ウィンドウ）に表示されるとよい。

【0073】

フォーカス値グラフ５２０の算出結果表示部５２１には、対物レンズのＺ方向と、フォーカス値との対応関係が表示される。具体的には算出結果表示部５２１には、縦軸をＺ方向位置、横軸をフォーカス値とする算出値グラフ５２２が表示される。

【0074】

レンズ位置マーカー５３０は、対物レンズのＺ方向の現在位置を、算出結果表示部５２１の縦軸と対応させて表示する。対物レンズが下降を続ける間は、レンズ位置マーカー５３０は算出結果表示部５２１の縦軸の下端に沿って表示される。対物レンズが上昇した場合には、レンズ位置マーカー５３０は算出結果表示部５２１の縦軸の下端から上方向に離れる。

【0075】

現在値バー５２５は、対物レンズがＺ方向に移動している間に算出されたフォーカス値の最大値と、フォーカス値の現在値との割合を示している。最大値マーカー５２８は算出結果表示部５２１の横軸の右端に沿って配置されている。フォーカス値が上昇を続けている間は、現在値バー５２５のバー先端５２６は最大値マーカー５２８と一致する。

【0076】

算出結果表示部５２１の表示内容は、対物レンズが下降するにつれてその都度更新されるが、算出結果表示部５２１の表示枠の大きさは一定である。そこで、算出値グラフ５２２の全体が算出結果表示部５２１の表示枠に収まるように、対物レンズが下降するにしたがって、算出値グラフ５２２の縮尺が変更されていく（縮尺が小さくなっていく）。縮尺が小さくなることにより、算出結果表示部５２１の表示枠にはＺ方向の広い範囲が収まるようになるため、対物レンズが下降するにしたがってＺ方向の表示範囲が拡大していく。

【0077】

図１３はフォーカス値グラフ５２０においてフォーカス値がピークを過ぎた状態を示す図である。図１３に示されているように、フォーカス値がピークを過ぎると、バー先端５２６が最大値マーカー５２８から離れる。

【0078】

フォーカス値がピークを過ぎてからさらに対物レンズの下降が継続されると、対物レンズが観察対象物ＯＢに衝突するおそれがある。そこで、フォーカス値がピークを過ぎると、対物レンズの下降が停止される。例えば、現在値バー５２５のバー先端５２６が最大値マーカー５２８から一定以上離れた場合に対物レンズの下降が停止されるとよい。

【0079】

なお、フォーカス値がピークを過ぎたことで対物レンズの下降が停止される際には、ユーザーに向けて確認メッセージが表示されるとよい。例えば「サンプルと接触する可能性があるため、ステージ移動を停止しました。」といったメッセージが表示部７２に表示されるとよい。なお、フォーカス値がピークを過ぎた場合には、対物レンズの下降が停止された後、フォーカス値がピークとなるＺ方向の位置まで対物レンズが上昇する（ピントを合わせる）ようにＺ方向ステージ６の制御が行われてもよい。

【0080】

本実施形態の拡大観察装置１０によれば、対物レンズとしてテレセントリックレンズ（第１対物レンズ４０ａ、第２対物レンズ４０ｂ、第３対物レンズ４０ｃ）と広角対物レンズ４０ｄ（非テレセントリックのレンズ）とがともにレボルバー４１（レンズ切換部）に取り付けられていることにより、広角対物レンズ４０ｄを用いて広い観察視野のナビゲーション画像を得つつ、テレセントリックレンズを用いて高倍率で観察対象物ＯＢの観察を行うことができ、利便性が高い。

【0081】

さらに広角対物レンズ４０ｄを用いたナビゲーション画像に関連してナビゲーション補正情報が登録されるため、ユーザーはナビゲーション画像を用いて載置台２を意図通りに移動させることができる。

【0082】

そして、テレセントリックレンズと広角対物レンズ４０ｄとの間で対物レンズの切り換えが行われる際には、それぞれの同焦点距離の差異に応じてＺ方向ステージ６による移動が行われるため、対物レンズを切り換えた際にもユーザーは観察対象物ＯＢに対して焦点の合った観察画像を確認することができる。また対物レンズの切り換えに伴うＺ方向ステージ６による移動の際に、切換後の対物レンズの作動距離の予想に応じた警告等が行われることにより、対物レンズ等が観察対象物ＯＢに接触することが防止される。

【0083】

次に図１４を参照して、ナビゲーション画像の登録の流れを説明する。なお説明のため、拡大観察装置１０の起動時にはテレセントリック対物レンズである第１対物レンズ４０ａが撮像素子７の光路上に配置されているものとする。

【0084】

拡大観察装置１０が起動する（ＳＴＡＲＴ）と、まずステップＳ１１において、観察対象物ＯＢに向けられている第１対物レンズ４０ａ（テレセントリック対物レンズ）によって観察対象物ＯＢの観察が行われる。

【0085】

ステップＳ１２において、ユーザーからナビゲーション画像を生成する要求があったか否かが確認される。ナビゲーション画像生成の要求がない場合（ステップＳ１２でＮＯ）、ステップＳ１１に戻って第１対物レンズ４０ａによる観察対象物ＯＢの観察が続行される。

【0086】

ナビゲーション画像生成の要求があった場合（ステップＳ１２でＹＥＳ）、ステップＳ１３において、Ｚ方向ステージ６が観察ヘッド４をＺ方向に退避させる。例えば、第１対物レンズ４０ａと広角対物レンズ４０ｄの同焦点距離の差の分だけ、観察ヘッド４が上昇されるとよい。

【0087】

観察ヘッド４がＺ方向に退避されると、ステップＳ１４において、レボルバー４１が、撮像素子７の光路上に配置される対物レンズを、広角対物レンズ４０ｄに切り換える。そしてステップＳ１５において、広角対物レンズ４０ｄのオートフォーカスが行われる。なお、オートフォーカスにおいては、レンズ制御部２４１による結像レンズ２４０の制御、および絞り制御部２６０による絞りの調節が行われ、より被写界深度の狭い倍率で実行されるようになっていてもよい。

【0088】

広角対物レンズ４０ｄのオートフォーカスにおいては、Ｚ方向ステージ６が広角対物レンズ４０ｄをＺ方向に少しずつ移動させながら、広角対物レンズ４０ｄの焦点が観察対象物ＯＢに合う位置を探索する。例えば、広角対物レンズ４０ｄがＺ方向に少し移動するたびに、撮像素子７による観察対象物ＯＢの撮像が行われ、解析処理部３０３がその撮像結果のフォーカス値を算出する。

【0089】

フォーカス値が所定の基準を満たすとき、広角対物レンズ４０ｄの焦点が前記観察対象物ＯＢに合ったと判定され、オートフォーカスが完了する。例えば、広角対物レンズ４０ｄが現在位置から上昇しても下降しても（あるいは、結像レンズ２４０の焦点距離を伸ばしても縮めても）フォーカス値が減少する場合、現在位置のフォーカス値が最大であると判定され、オートフォーカスが完了する。あるいは、フォーカス値が予め定められた基準値を上回っていれば、広角対物レンズ４０ｄの焦点が観察対象物ＯＢに十分合ったと判定され、オートフォーカスが完了する。

【0090】

オートフォーカスが完了した後、すなわち、広角対物レンズ４０ｄの焦点が観察対象物ＯＢに合わせられてから、ナビゲーション画像の登録処理はステップＳ１６に進み、広角対物レンズ４０ｄを用いて観察画像が生成される。

【0091】

なお、オートフォーカス中は結像レンズ２４０の倍率を上げた状態でフォーカス値に関する演算が行われて、オートフォーカス完了後に結像レンズ２４０の倍率が元に戻されて観察画像の撮像が行われるようになっていてもよい。結像レンズ２４０の倍率を上げた状態でオートフォーカスが行われることにより、適切なフォーカス調整が行われる。そして、観察画像の撮影時には結像レンズ２４０の倍率が元に戻されることで、ユーザーの意図した通りの撮像範囲（例えば観察対象物ＯＢの全体）の観察画像が得られる。

【0092】

続いてステップＳ１７において、広角対物レンズ４０ｄによる観察画像の歪みの補正（ディストーション補正）が行われる。例えば、広角対物レンズ４０ｄの光学的特性（レンズ設計値）が既知であれば、その光学的特性に基づいて、ナビゲーション画像（広角対物レンズ４０ｄによる観察画像）における位置と、観察対象物ＯＢにおける位置との対応関係において、広角対物レンズ４０ｄの歪曲収差によって生じるずれを補正するためのナビゲーション補正情報が生成される。

【0093】

広角対物レンズ４０ｄの光学的特性が不明の場合には、図１０のようなキャリブレーションボード１４１を用いてナビゲーション補正情報が生成されてもよい。なお光学的特性が不明な広角対物レンズ４０ｄが用いられる場合には、観察対象物ＯＢに対する観察が開始される前（ステップＳ１１よりも前）に、広角対物レンズ４０ｄを介してキャリブレーションボード１４１を撮像した観察画像が予め生成されているとよい。キャリブレーションボード１４１を撮像した観察画像が予め生成されていれば、ステップＳ１７において、載置台２に観察対象物ＯＢが載置されたまま（観察対象物ＯＢをキャリブレーションボード１４１に取り換えることなく）、ナビゲーション補正情報の生成が可能となる。

【0094】

ナビゲーション補正情報が生成されたら、続いてステップＳ１８においてキャリブレーション（較正）が実行される。キャリブレーションにおいては、ナビゲーション画像の画素１つ分と、実際の距離との対応関係（キャリブレーション値）が生成される。キャリブレーション値は例えば、ナビゲーション画像の光学的倍率に基づいて生成される。ナビゲーション画像の光学的倍率は、広角対物レンズ４０ｄおよび結像レンズ２４０の倍率等に基づいて算出（生成）される。なお、キャリブレーションボード１４１を撮像した観察画像が生成されている場合は、その観察画像に写っているキャリブレーションボード１４１の周期的パターン１４３からキャリブレーション値を算出することもできる。このとき、レンズ制御部２４１によって結像レンズ２４０の倍率が変更されて、結像レンズ２４０の倍率が大きい状態でキャリブレーションボード１４１を撮像した観察画像を用いてキャリブレーション値の算出が行われてもよい。

【0095】

ナビゲーション補正情報およびキャリブレーション値が生成されたら、画像登録部５０７は、ステップＳ１９において、広角対物レンズ４０ｄによって撮像されたナビゲーション画像を、ナビゲーション補正情報およびキャリブレーション値とともに記憶部３１１に記憶させて、ナビゲーション画像の登録を完了（ＥＮＤ）する。

【0096】

次に図１５を参照して、対物レンズの切り換えの流れを説明する。説明のため、広角対物レンズ４０ｄが撮像素子７の光路上に配置されている状態から処理が始まる（ＳＴＡＲＴ）ものとする。

【0097】

まずステップＳ２１において、広角対物レンズ４０ｄによって観察対象物ＯＢの観察が行われる。そしてステップＳ２２において、広角対物レンズ４０ｄからテレセントリック対物レンズ（例えば第１対物レンズ４０ａ）への切り換えがユーザーによって指示されたか否かが確認される。

【0098】

テレセントリック対物レンズへの切り換えが指示されていない場合（ステップＳ２２でＮＯ）には、ステップＳ２１に戻り、広角対物レンズ４０ｄによる観察対象物ＯＢの観察が継続される。

【0099】

テレセントリック対物レンズへの切り換えが指示された場合（ステップＳ２２でＹＥＳ）には、ステップＳ２３に進み、予想作動距離が短いか否かが確認される。具体的には、切換後のテレセントリック対物レンズの焦点距離等の光学的特性等に基づき、予想作動距離の算出が行われる。そして、予想作動距離が、対物レンズと観察対象物ＯＢとの衝突の可能性があるほど短いか否かが確認される。予想作動距離が短いか否かの判定においては、例えば予想作動距離と、予め定められた基準値（例えば１０ｍｍ）との比較が行われるとよい。また、対物レンズの切り換えに伴う対物レンズの下降量（例えば３０ｍｍ）との比較において、予想作動距離が短いかどうか（例えば、下降量の８０％以下かどうか）が判定されてもよい。

【0100】

予想作動距離が短くない場合、すなわち算出された予想作動距離が予め定められた基準（例えば１０ｍｍ以下）を満たさない場合（ステップＳ２３でＮＯ）には、ステップＳ２６に進み、レボルバー４１によるテレセントリック対物レンズへの切り換えが実行される（例えば第１対物レンズ４０ａが撮像素子７の光路上に配置される）。

【0101】

一方、算出された予想作動距離が予め定められた基準を満たす場合（ステップＳ２３でＹＥＳ）には、ステップＳ２４に進み、ユーザーに対する注意文が表示部７２に表示される（警告が行われる）。例えば、「Ｚ方向ステージが３０ｍｍ下降します。サンプルと衝突しないことを確認してからＯＫボタンをクリックしてください。」という注意文とともに、「ＯＫ」ボタンと「キャンセル」ボタンが表示部７２に表示される。

【0102】

注意文の表示後、ステップＳ２５において、切換キャンセルが行われたか、すなわち、「キャンセル」ボタンが押されたか否かが確認される。「キャンセル」ボタンが押された場合（ステップＳ２５でＹＥＳ）、対物レンズの切り換えはキャンセルされてステップＳ２１に戻り、広角対物レンズ４０ｄによる観察対象物ＯＢの観察が継続される。

【0103】

切換キャンセルが行われない場合、すなわちユーザーが「ＯＫ」ボタンを押した場合（ステップＳ２５でＮＯ）には、ステップＳ２６に進み、レボルバー４１によるテレセントリック対物レンズへの切り換えが実行される（例えば第１対物レンズ４０ａが撮像素子７の光路上に配置される）。

【0104】

テレセントリック対物レンズへの切り換えが完了すると、ステップＳ２７に進み、Ｚ方向ステージ６によって対物レンズの下降が実行される。対物レンズの下降が実行されている間、解析処理部３０３によって、フォーカス値の測定が行われる。

【0105】

そしてステップＳ２８において、フォーカス値がピークを過ぎたか否かが確認される。フォーカス値がピークを過ぎたことが確認されない場合（ステップＳ２８でＮＯ）、所定の下降量（テレセントリック対物レンズと広角対物レンズ４０ｄとの同焦点距離の差に応じて定められた下降量、例えば３０ｍｍ）に達するまで下降が実行されて、対物レンズの切り換えが完了（ＥＮＤ）する。

【0106】

一方、フォーカス値がピークを過ぎたことが確認された場合（ステップＳ２８でＹＥＳ）には、ステップＳ２９に進み、対物レンズの下降が停止されて、対物レンズの切り換えが完了（ＥＮＤ）する。ここでユーザーに向けて、下降が目標の下降量に達する前に途中で停止したことを示すメッセージが表示部７２に表示されるとよい。例えば「サンプルと接触する可能性があるため、ステージ移動を停止しました。」といったメッセージが表示されるとよい。

【0107】

なお、所定の下降量での下降が完了した時点では、切換後の対物レンズの焦点が観察対象物ＯＢに合っていない場合がある。そこで、Ｚ方向ステージ６（垂直移動部）が対物レンズを垂直方向に移動させた場合には、その後、さらに対物レンズの焦点調節が行われてもよい。例えば対物レンズの焦点が観察対象物ＯＢに合うように、Ｚ方向ステージ６によって対物レンズの垂直方向位置が調節されるとよい。また焦点調節のために、レンズ制御部２４１による結像レンズ２４０の制御、絞り制御部２６０による絞りの調節が行われてもよい。

【0108】

さらに、Ｚ方向ステージ６が対物レンズを垂直方向に移動させた際には、対物レンズの高さ測定が行われてもよい。対物レンズの高さは例えば、Ｚ方向ステージ６の移動量と、対物レンズの寸法に基づいて算出される。

【0109】

次に図１６を参照して、ナビゲーション画像を用いた移動制御の流れを説明する。なお説明のため、広角対物レンズ４０ｄを用いて生成されたナビゲーション画像が登録された後、対物レンズの切り換えが実行されて、テレセントリック対物レンズ（例えば第１対物レンズ４０ａ）が撮像素子７の光路上に配置されている状態から処理が始まる（ＳＴＡＲＴ）ものとする。

【0110】

まずステップＳ３１において、テレセントリック対物レンズによる観察が行われる。そしてステップＳ３２において、移動目標の受付けが行われたか否か、すなわちユーザーによってナビゲーション画像に対する位置の指定が行われたか否かが確認される。

【0111】

移動目標の受付けが行われていない場合（ステップＳ３２でＮＯ）には、ステップＳ３１に戻り、テレセントリック対物レンズによる観察が継続される。一方、移動目標の受付けが行われた場合（ステップＳ３２でＹＥＳ）には、ステップＳ３３に進み、移動量の算出が行われる。

【0112】

移動量の算出においては、ナビゲーション画像が登録された際に、ナビゲーション画像とともに記憶部３１１に記憶されたナビゲーション補正情報およびキャリブレーション値が読み出される。移動制御部３０２は、ユーザーがナビゲーション画像に対して指定した位置（ナビゲーション画像上の位置）と、ナビゲーション補正情報と、キャリブレーション値に基づいて移動量を算出する。すなわち、載置台２をどれだけの距離で移動させれば、撮像素子７の視野中心が、ユーザーの指定したナビゲーション画像上の位置に対応する観察対象物ＯＢ上の位置と一致するかが算出される。

【0113】

移動量の算出が完了したら、ステップＳ３４において、移動制御部３０２は、載置台制御部２３による載置台２の移動を制御して、算出した移動量だけ載置台２を移動させる。

【0114】

載置台２の移動が完了したら、ステップＳ３５において、移動後の位置でのオートフォーカスが実行される。すなわち、移動後の位置で対物レンズの焦点が観察対象物ＯＢに合うように、Ｚ方向ステージ６、レンズ制御部２４１、絞り制御部２６０等が制御されて、焦点の調節が行われる。オートフォーカスが完了したら、移動制御は完了（ＥＮＤ）し、移動先の位置で観察対象物ＯＢの観察が継続される。なお、オートフォーカスは必ずしも実行されなくともよい。例えば、載置台２の移動が完了した時点で対物レンズの焦点が観察対象物ＯＢに合っている（ピントが合っている）ならばオートフォーカスは不要である。一方、観察対象物ＯＢが表面に凹凸の多い物体である場合や、対物レンズとして被写界深度の浅い高倍率レンズが使用される場合など、載置台２の移動が完了した時点でピントが合っていないことが予想される場合には、オートフォーカスが実行されることが望ましい。

【0115】

以上の実施形態によれば、ユーザーは広角対物レンズ４０ｄを用いて広い範囲が撮像されたナビゲーション画像に対する位置の指定に基づいて載置台２を移動させることができる。またその移動は、広角対物レンズ４０ｄによる撮像画像に生じる歪みを考慮したナビゲーション補正情報を用いて行われるので、ユーザーが意図した通りの位置へ視野中心が移動されることになり、拡大観察装置１０の利便性が高くなる。

【0116】

なお、画像登録部５０７は、観察対象物ＯＢの互いに異なる部分が撮像された複数の観察画像を連結した連結画像を生成して、その連結画像をナビゲーション画像として登録することが可能であってもよい。

【0117】

例えば観察対象物ＯＢが大きい場合に、観察対象物ＯＢの半分ずつを撮像した２つの観察画像を連結して、１つのナビゲーション画像としてもよい。複数の観察画像を連結する前に、それぞれの観察画像についてナビゲーション補正情報を生成しておき、連結画像の生成時には、それぞれの観察画像に関するナビゲーション補正情報に基づいて、連結画像に関するナビゲーション補正情報が生成されるとよい。

【0118】

以上の実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は、前述した説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。前記実施形態で説明した構成のうち「課題を解決するための手段」で本発明の一局面として記載した構成以外については、任意の構成であり、適宜削除および変更することが可能である。

【産業上の利用可能性】

【0119】

本発明は、拡大観察装置を提供するものであり、産業上の利用可能性を有する。

【符号の説明】

【0120】

１ 撮像部
２ 載置台
４ 観察ヘッド
６ Ｚ方向ステージ
７ 撮像素子
１０ 拡大観察装置
４０ａ 第１対物レンズ
４０ｂ 第２対物レンズ
４０ｃ 第３対物レンズ
４０ｄ 広角対物レンズ
４１ レボルバー
７１ 情報処理部
７２ 表示部
７３ 操作部
１４１ キャリブレーションボード
１４３ 周期的パターン
３００ 演算部
３０１ 画像生成部
３０２ 移動制御部
３０３ 解析処理部
３０４ 表示制御部
３０５ 照明制御部
３０６ 入出力制御部
３０７ 画像登録部
３１１ 記憶部
４００ 表示画面
５００ ナビゲーション画像
５１１ カーソル
５１５ 視野中心
５２０ フォーカス値グラフ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】