JP4034759B2 - Microscope illumination adjustment method and microscope - Google Patents
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Description
この発明は、顕微鏡用照明調整方法及び顕微鏡に関するものである。 The present invention relates to an illumination adjustment method for a microscope and a microscope.
顕微鏡において観察対象が設置される標本面上の照明に用いられる照明光学系としては、ケーラー照明光学系が知られている。ケーラー照明光学系は、少なくとも、ガス放電ランプやガス封入ランプ等の光源、コレクタレンズ、視野絞り、開口絞り及び対物レンズにより構成されている。ケーラー照明光学系は、光源のランプアークまたはランプフィラメントを、コレクタレンズにより開口絞りの位置に投射し、この光源像を二次光源として対物レンズの瞳に投射することによって標本面を照明するので、照明ムラが少ない。また、視野絞りの像が対物レンズによって標本面に投射されるので、照射視野が明確に決まる。 A Kohler illumination optical system is known as an illumination optical system used for illumination on a specimen surface on which an observation target is placed in a microscope. The Koehler illumination optical system includes at least a light source such as a gas discharge lamp and a gas-filled lamp, a collector lens, a field stop, an aperture stop, and an objective lens. The Koehler illumination optical system illuminates the specimen surface by projecting the lamp arc or lamp filament of the light source to the position of the aperture stop by the collector lens, and projecting this light source image to the pupil of the objective lens as a secondary light source. There is little illumination unevenness. In addition, since the field stop image is projected onto the sample surface by the objective lens, the irradiation field is clearly determined.
このような照明光学系は、例えば顕微鏡の組立時やメンテナンス時、光源の交換時などに照明状態の調整が行われる。この調整は、目視による操作によって行うことができるが、この場合には調整者の調整基準に基づいて調整が行われるので、調整の度に照明状態が変わってしまう可能性がある。そこで、調整者によらず常に照明状態が一定となるように照明光学系を自動調整することが求められていた。このような自動調整方法としては、例えば後記の特許文献1に記載の技術がある。 In such an illumination optical system, the illumination state is adjusted, for example, when the microscope is assembled or maintained, or when the light source is replaced. Although this adjustment can be performed by visual operation, in this case, the adjustment is performed based on the adjustment standard of the adjuster, so that the lighting state may change each time the adjustment is made. Therefore, it has been required to automatically adjust the illumination optical system so that the illumination state is always constant regardless of the adjuster. As such an automatic adjustment method, for example, there is a technique described in Patent Document 1 described later.
特許文献1に記載の技術は、顕微鏡対物レンズの瞳面後方、または照明光路の瞳面後方において、光出力が最大となる時に対物フィールドが均一に照明されるという技術思想に基づくものであって、対物フィールドに照射される光線の積分光出力を検出器で測定し、検出器によって検出された光出力が最大になるように、照明光路に対してランプを相対的に自動調整するものである。
しかしながら、特許文献1の技術思想は、照明光学系が理想的な状態にある場合には成立するのであるが、実際の照明光学系には、光源の発光ムラや、レンズの収差、セッティングの誤差(光軸の偏心など)等があるので、特許文献1に記載の技術を実際の顕微鏡に適用しても、常に照明ムラを十分に低減することができるとは限らない。 However, although the technical idea of Patent Document 1 is established when the illumination optical system is in an ideal state, the actual illumination optical system has light emission unevenness of the light source, lens aberration, and setting error. (Eccentricity of the optical axis, etc.) and the like, and therefore, even if the technique described in Patent Document 1 is applied to an actual microscope, illumination unevenness cannot always be sufficiently reduced.
この発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、実際の顕微鏡について照明ムラを少なくすることができる顕微鏡用照明調整方法及び顕微鏡を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object thereof is to provide an illumination adjustment method for a microscope and a microscope that can reduce illumination unevenness for an actual microscope.
上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明は、発光ムラのある光源を用い、コレクタレンズによって光源像を開口絞りの位置に投射し、該光源像を二次光源として対物レンズの瞳に投射することによって標本面の照明とする顕微鏡に用いられる顕微鏡用照明調整方法であって、前記コレクタレンズを光軸方向に移動させて前記光源像を前記標本面に合焦させる合焦工程と、前記光源を、前記コレクタレンズの光軸に対して垂直な平面上で、前記標本面に照射される光量が最大となる位置に移動させる光源位置調整工程と、前記標本面の中心に位置する中央部と該中央部の外側に位置する周辺領域とについてそれぞれ照射される光量を光量測定装置によって測定し、前記中央部における照射光量と前記周辺領域における照射光量の差が基準範囲内に収まる位置に、前記コレクタレンズを前記光軸方向に移動させる照明ムラ抑制工程とを有している。
In order to achieve the above object, the present invention provides the following means.
The present invention uses a light source with uneven light emission , projects a light source image onto a position of an aperture stop by a collector lens, and projects the light source image as a secondary light source onto a pupil of an objective lens to illuminate a specimen surface. a microscope illumination adjusting method used in a focusing step for focusing the light source image is moved in the optical axis direction the collector lens to the sample surface, the light source, the optical axis of the collector lens A light source position adjusting step for moving the sample surface to a position where the amount of light applied to the sample surface is maximized on a plane perpendicular to the sample surface ; a central portion located at the center of the sample surface ; and a periphery located outside the central portion the amount of light irradiated respectively for the area measured by the light amount measuring device, a position difference between the irradiation light amount in the peripheral region and the irradiation light amount in the center portion is within a reference range, the Korekutare And a illumination unevenness suppression step of moving's in the optical axis direction.
この顕微鏡用照明調整方法では、まず、コレクタレンズ及び光源の位置を、光源像が標本面に合焦しかつ標本面に照射される光量が最大となるように調整して、理論上は標本面が均一に照明される状態とする。
そして、この状態で、標本面上の中央部と周辺領域についてそれぞれ照射される光量を光量測定装置によって実測しながらコレクタレンズを光軸上で移動させて、中央部と周辺領域における実際に照射される光量の差を基準範囲内に収める。
このように、この顕微鏡用照明調整方法では、光量測定装置の実測値に基づいて標本面上の各部に照射される光量を均一にするので、照明光学系の光源の発光ムラやレンズの収差、セッティングのずれ等が生じる実際の顕微鏡についても、その状態に合わせて、照明の調整を適切に行うことができる。
In this microscope illumination adjustment method, first, the position of the collector lens and the light source is adjusted so that the light source image is focused on the sample surface and the amount of light applied to the sample surface is maximized. Is in a state of being uniformly illuminated.
Then, in this state, the collector lens is moved on the optical axis while actually measuring the amount of light emitted for the central portion and the peripheral region on the specimen surface by the light amount measuring device, and the actual irradiation is performed in the central portion and the peripheral region . Keep the difference in light intensity within the reference range.
Thus, in this illumination adjustment method for a microscope, since the amount of light irradiated to each part on the sample surface is made uniform based on the actual measurement value of the light amount measuring device, the light emission unevenness of the light source of the illumination optical system and the lens aberration, For an actual microscope in which a setting deviation or the like occurs, illumination can be adjusted appropriately according to the state.
また、この顕微鏡用照明調整方法では、各測定領域に照射される光量は、光量測定装置を用いて測定するので、調整者によらずに高精度の調整を安定して行うことができる。
さらに、光量の測定は、標本面の一部の領域についてのみ行うので、標本面全体について光量の測定を行う場合に比べて、短時間で光量の測定及び分析を行うことができ、調整作業を迅速に行うことができる。
Further, in this microscope illumination adjustment method, the amount of light applied to each measurement region is measured using a light amount measuring device, and therefore high-precision adjustment can be stably performed without depending on the adjuster.
Furthermore, since the light quantity is measured only for a part of the sample surface, the light quantity can be measured and analyzed in a short time compared to the case where the light quantity is measured for the entire sample surface, and the adjustment work is performed. Can be done quickly.
ここで、この顕微鏡用照明調整方法では、標本面に照射される光量の測定は、標本面に設置した光量測定装置によって行ってもよく、また、標本面に平板状の反射板や蛍光板を設置し、この反射板(または蛍光板)を含む光学系によって標本面とは共役となる位置に設置した光量測定装置によって行ってもよい。なお、標本面に蛍光板を設置した場合、蛍光板に照射される光量は、蛍光板から発せられる蛍光の光量に基づいて求める。 Here, in this illumination adjustment method for a microscope, the measurement of the amount of light irradiated on the sample surface may be performed by a light amount measuring device installed on the sample surface, and a flat reflector or fluorescent plate is installed on the sample surface. However, the measurement may be performed by a light quantity measuring device installed at a position conjugate with the sample surface by an optical system including the reflecting plate (or fluorescent plate). When a fluorescent plate is installed on the sample surface, the amount of light applied to the fluorescent plate is obtained based on the amount of fluorescent light emitted from the fluorescent plate.
また、この顕微鏡用照明調整方法では、前記光源位置調整工程ののちに、再び前記合焦工程と光源位置調整工程を行ってから前記照明ムラ抑制工程に移行するようにしてもよい。 In this microscope illumination adjustment method, after the light source position adjustment step, the focusing step and the light source position adjustment step may be performed again and then the illumination unevenness suppression step may be performed.
この顕微鏡用照明調整方法では、初回の合焦工程と初回の光源位置調整工程とを行って光源の位置を適正位置に近づけたのちに、再度合焦工程を行って、コレクタレンズの位置をより適正にした状態で照明ムラ抑制工程に移行するので、照明の調整をより精密に行うことができる。
ここで、二度目の合焦工程ののちに二度目の光源位置調整工程を行ってもよい。この場合には、光源の位置をより適正にした状態で照明ムラ抑制工程に移行するので、照明の調整をより精密に行うことができる。
また、初回の合焦工程及び光源位置調整工程ののちに、合焦工程と光源位置調整工程とを複数回繰り返してもよい。この場合において、合焦工程と光源位置調整工程とを繰り返す度に、コレクタレンズや光源を移動させる際の単位移動量を小さくしてゆくことで、これらの位置をより細かく調整することができるので、照明の調整をより精密に行うことができる。
In this microscope illumination adjustment method, after the initial focusing step and the initial light source position adjustment step are performed to bring the light source position closer to the appropriate position, the focusing step is performed again to further improve the position of the collector lens. Since the process shifts to the illumination unevenness suppressing process in an appropriate state, the illumination can be adjusted more precisely.
Here, the second light source position adjustment step may be performed after the second focusing step. In this case, since the process proceeds to the illumination unevenness suppressing step with the position of the light source being more appropriate, the illumination can be adjusted more precisely.
Further, after the initial focusing step and the light source position adjusting step, the focusing step and the light source position adjusting step may be repeated a plurality of times. In this case, each time the focusing process and the light source position adjustment process are repeated, the position can be adjusted more finely by reducing the unit movement amount when moving the collector lens and the light source. The lighting can be adjusted more precisely.
また、この顕微鏡用照明調整方法では、前記標本面の中心に位置する中心領域と、該中心領域とは異なる領域からなる周辺領域とを、それぞれ前記測定領域としてもよい。 In this microscope illumination adjustment method, a central region located at the center of the specimen surface and a peripheral region made of a region different from the central region may be used as the measurement regions.
この顕微鏡用照明調整方法では、標本面の中心に位置する中心領域に照射される光量と周辺領域に照射される光量とを測定して、これらの光量の差を抑えるように調整を行うので、標本面の中心領域と周辺領域との間での照明ムラを効果的に抑制することができる。 In this microscope illumination adjustment method, the amount of light irradiated to the central region located at the center of the sample surface and the amount of light irradiated to the peripheral region are measured, and adjustment is performed so as to suppress the difference between these amounts of light. Illumination unevenness between the center area and the peripheral area of the sample surface can be effectively suppressed.
また、この顕微鏡用照明調整方法では、前記周辺領域が複数設けられていてもよい。 In this microscope illumination adjustment method, a plurality of the peripheral regions may be provided.
この顕微鏡用照明調整方法では、標本面の周辺領域間での光量の差を抑えるように調整を行うことで、周辺領域間での照明ムラを低減することができる。特に、周辺領域を、標本面の中心に対して点対称にして等間隔配置した場合(例えば四つの周辺領域を標本面の中心まわりに約90°おきに配置した場合)には、標本面の中心に対する光量の偏りを少なくすることができる。 In this microscope illumination adjustment method, it is possible to reduce illumination unevenness between the peripheral regions by performing adjustment so as to suppress the difference in the amount of light between the peripheral regions of the specimen surface. In particular, when the peripheral regions are arranged at equal intervals with point symmetry with respect to the center of the sample surface (for example, when four peripheral regions are arranged about 90 ° around the center of the sample surface), The deviation of the light amount with respect to the center can be reduced.
また、この顕微鏡用照明調整方法では、前記顕微鏡は、前記標本面上の標本を撮影する二次元撮像センサを有しており、該二次元撮像センサの出力から前記標本面上の前記測定領域に照射される光量を求めてもよい。 Moreover, in this illumination adjustment method for a microscope, the microscope has a two-dimensional imaging sensor that images the specimen on the specimen surface, and the measurement region on the specimen surface is output from the output of the two-dimensional imaging sensor. You may obtain | require the light quantity irradiated.
この顕微鏡用照明調整方法では、顕微鏡に備えられている二次元撮像センサ(例えばCCDカメラやCMOSカメラ等)を光量測定装置として利用する。このため、新たに光量測定装置を用意する必要がないので、低コストで顕微鏡の照明の調整を行うことができる。ここで、測定領域に照射される光量は、二次元撮像センサの出力信号の大きさ等から直接的に求めてもよく、また、二次元撮像センサの撮影した画像情報を解析することによって求めてもよい。 In this microscope illumination adjustment method, a two-dimensional imaging sensor (for example, a CCD camera or a CMOS camera) provided in the microscope is used as a light quantity measuring device. For this reason, since it is not necessary to prepare a light quantity measuring apparatus newly, the illumination of a microscope can be adjusted at low cost. Here, the amount of light applied to the measurement area may be obtained directly from the magnitude of the output signal of the two-dimensional image sensor, etc., or by analyzing image information captured by the two-dimensional image sensor. Also good.
また、この顕微鏡用照明調整方法では、前記二次元撮像センサを構成する受光素子のうち隣接する複数の受光素子によって撮像される領域を前記測定領域としてもよい。 In this microscope illumination adjustment method, an area captured by a plurality of adjacent light receiving elements among the light receiving elements constituting the two-dimensional imaging sensor may be used as the measurement area.
この顕微鏡用照明調整方法では、隣接する複数の受光素子によって撮像される領域(隣接する各受光素子によって撮像される領域の集合)を測定領域としているので、各受光素子が持つノイズの影響を低減して、測定領域に照射される光量を正確に測定することができる。 In this microscope illumination adjustment method, an area captured by a plurality of adjacent light receiving elements (a set of areas imaged by each adjacent light receiving element) is used as a measurement area, thereby reducing the influence of noise on each light receiving element. Thus, it is possible to accurately measure the amount of light applied to the measurement region.
ここで、一つの測定領域に対応する受光素子の数が多すぎると、検出感度が悪くなり、測定領域に照射される光量を正確に測定することが困難となる上、光量の測定及び分析に要する時間が増加してしまう。このため、一つの測定領域に対応する受光素子の数は、4〜64素子とすることが好ましい。 Here, if the number of light receiving elements corresponding to one measurement region is too large, the detection sensitivity deteriorates, and it becomes difficult to accurately measure the amount of light irradiated to the measurement region. The time required will increase. Therefore, the number of light receiving elements corresponding to one measurement region is preferably 4 to 64 elements.
本発明に係る顕微鏡は、発光ムラのある光源を用い、コレクタレンズによって光源像を開口絞りの位置に投射し、該光源像を二次光源として対物レンズの瞳に投射することによって標本面の照明とする顕微鏡であって、前記コレクタレンズを光軸方向に移動させるコレクタレンズ位置調整装置と、前記光源を前記コレクタレンズの光軸に対して垂直な平面上で移動させる光源位置調整装置と、前記標本面の中心に位置する中央部と該中央部の外側に位置する周辺領域とについてそれぞれ照射される光量を測定する光量測定装置と、該光量測定装置の測定値に基づいて前記コレクタレンズ位置調整装置及び前記光源位置調整装置の動作を制御する制御装置とを有し、前記中央部における照射光量と前記周辺領域における照射光量の差が基準範囲内に収まるように、前記コレクタレンズを光軸方向に移動させることを前記制御に含む。 The microscope according to the present invention uses a light source with uneven light emission , projects a light source image onto a position of an aperture stop using a collector lens, and projects the light source image onto a pupil of an objective lens as a secondary light source, thereby illuminating the specimen surface. a microscope according to a collector lens position adjusting device for moving the collector lens in the optical axis direction, and the light source position adjustment device for moving on a plane perpendicular to the light source with respect to the optical axis of the collector lens, the A light quantity measuring device that measures the amount of light emitted for each of a central portion located at the center of the sample surface and a peripheral region located outside the central portion, and the collector lens position adjustment based on the measurement value of the light quantity measuring device device and a control device for controlling the operation of the light source position adjustment device, the difference is the reference range of light quantity in the peripheral region and the irradiation amount of light at the central portion To fit, it includes moving the collector lens in the optical axis direction to the control.
このように構成される顕微鏡は、コレクタレンズ位置調整装置、光源位置調整装置、及びこれらの動作を制御する制御装置を有しているので、本発明に係る顕微鏡用照明調整方法を用いた照明の調整を、自動的に行うことができる。 Since the microscope configured as described above has a collector lens position adjustment device, a light source position adjustment device, and a control device that controls these operations, illumination using the microscope illumination adjustment method according to the present invention is performed. Adjustments can be made automatically.
本発明に係る顕微鏡用照明調整方法によれば、実測値に基づいて標本面上に照射される光量を均一にするので、照明光学系のレンズの収差やセッティングのずれ等が存在する実際の顕微鏡についても、その状態に合わせて、照明の調整を適切に行うことができる。 According to the illumination adjustment method for a microscope according to the present invention, since the amount of light irradiated on the sample surface is made uniform based on the actual measurement value, an actual microscope in which there is aberration of the lens of the illumination optical system, a setting deviation, or the like. In addition, the illumination can be appropriately adjusted according to the state.
また、本発明に係る顕微鏡によれば、本発明に係る顕微鏡用照明方法を適用して、照明の調整を適切かつ自動的に行うことができる。 Further, according to the microscope according to the present invention, the illumination adjustment method can be applied appropriately and automatically by applying the microscope illumination method according to the present invention.
以下、本発明に係る実施形態について、図面を用いて説明する。
[第一実施形態]
以下、本発明の第一実施形態について、図1から図6を用いて説明する。
図1に示すように、本実施形態に係る顕微鏡1は、顕微鏡本体2と、測定対象が設置されるステージ3と、ステージ3上の標本面の観察に用いられる観察光学系4と、標本面を照明する照明光学系5とを有している。
ステージ3は、顕微鏡本体2に対して相対的に移動可能にして設けられている。
Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[First embodiment]
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 6.
As shown in FIG. 1, a microscope 1 according to the present embodiment includes a microscope
The
観察光学系4は、一般的な顕微鏡に用いられる観察光学系と同様に、対物レンズ11と結像レンズ12とを有している。対物レンズ11と結像レンズ12とは、互いの光軸を一致させた状態にして、かつ互いの焦点距離の和と同じ距離だけ離間して配置されている。
また、本実施形態では、結像レンズ12の後方の焦点位置には、これら対物レンズ11及び結像レンズ12を介して得られた標本面の像を撮像する二次元撮像センサ13が設けられている。二次元撮像センサ13としては、例えばCCDカメラやCMOSカメラ等、複数の受光素子を二次元的に配列して撮像領域を形成したものが用いられる。
The observation optical system 4 has an
In the present embodiment, a two-
照明光学系5は、一般にケーラー照明に用いられる照明光学系と同様の構成とされている。具体的には、照明光学系5は、ガス放電ランプやガス封入ランプ等(具体的にはハロゲンランプやキセノンランプ、水銀ランプ等)の光源21と、光源21から放射される光線を集積するコレクタレンズ22と、光源21からコレクタレンズ22以外の方向に放射される光線を帰還的に反射してコレクタレンズ22に入射させる反射鏡23とを有している。
The illumination
コレクタレンズ22の光軸方向後方には、対物レンズ11の焦点面と共役となる位置に、標本面の照射範囲を制限する視野絞り24が設けられており、視野絞り24の前記光軸方向後方には、視野絞り24を無限遠方に結像させるリレーレンズ25が設けられており、リレーレンズ25の前記光軸方向後方の焦点面には、対物レンズ11の射出瞳の径を調整する開口絞り26が設けられている。ここで、視野絞り24及び開口絞り26は、それぞれ独立して開口径を調整可能とされている。
A
照明光学系5のうち、上記の各構成部材によって構成される部分は、その光軸を観察光学系4の光軸に対して傾斜させて配置されており、上記各構成部材の光軸と観察光学系4の光軸とが交差する位置には、開口絞り26を通過した光線を対物レンズ11に向けて反射しつつ対物レンズ11から結像レンズ12に向かう光線を通過させる平板状のミラー27が設けられている。すなわち、本実施形態の照明光学系5は、光源21から放射される光線を、観察光学系4を介して標本面に投射する、同軸落射型の照明光学系とされている。ここで、ミラー27としては、例えばハーフミラーやダイクロイックミラー等が用いられる。
Of the illumination
また、照明光学系5には、コレクタレンズ22をその光軸方向に移動させるコレクタレンズ位置調整装置31と、光源21をコレクタレンズ22に対して相対的に移動させる光源位置調整装置32と、二次元撮像センサ13の出力に基づいてコレクタレンズ位置調整装置31及び光源位置調整装置32の動作を制御する制御装置33とが設けられている。
本実施形態では、光源位置調整装置32は、光源21を、コレクタレンズ22の光軸に直交する平面上で移動させる構成とされている。
The illumination
In the present embodiment, the light source
以下、この顕微鏡1の照明調整作業について説明する。この照明調整作業は、顕微鏡1の組立時やメンテナンス時、光源21の交換時などに実施されるものであって、図2のフローチャートに示す手順で行われる。
ここで、以下に述べる照明調整作業の各工程のうち、合焦工程以降の工程は、制御装置33が二次元撮像センサ13の出力に基づいてコレクタレンズ位置調整装置31及び光源位置調整装置32の動作を制御することによって自動的に行われる。なお、これらの工程は、調整者が二次元撮像センサ13の出力に基づいて手動で行ってもよい。
Hereinafter, the illumination adjustment work of the microscope 1 will be described. This illumination adjustment work is performed at the time of assembly and maintenance of the microscope 1 and at the time of replacement of the
Here, among the steps of the illumination adjustment work described below, the steps after the focusing step are performed by the
[初期化工程]
まず、顕微鏡1のセッティングを初期化する(ステップS1)。具体的には、図1に示すように、調整者がステージ3上の標本面に平板状の照明調整用プレート36を設置し、この状態でステージ3を移動させて、照明調整用プレート36を対物レンズ11の焦点位置に移動させる。照明調整用プレート36としては、例えば、照明光学系5によって照射された光線を反射する反射板や、照明光学系5によって光線を照射されることで照射光量に応じた光量の蛍光を発する蛍光板等が用いられる。
[Initialization process]
First, the setting of the microscope 1 is initialized (step S1). Specifically, as shown in FIG. 1, the adjuster installs a plate-shaped
ここで、顕微鏡1に、ステージ3を移動させるステージ位置調整装置と、ステージ3上の標本面が対物レンズ11の焦点位置に位置するようステージ位置調整装置の動作を制御する自動合焦装置とが設けられている場合には、この初期化工程のうち、照明調整用プレート36を設置した以降の操作は、他の工程と同様に自動化することも可能である。
Here, a stage position adjusting device that moves the
自動合焦装置は、例えば、二次元撮像センサ13の出力に基づいて、標本面上の照明調整用プレート36のうち照明光学系4によって照明される領域とそれ以外の領域との間のコントラスト比を求めて、このコントラスト比が最大となるようにステージ3の位置を調整する構成とされる。言い換えれば、二次元撮像センサ13を構成する受光素子のうち、照明調整用プレート36の照明されている領域の撮影に寄与する受光素子と他の領域の撮影に寄与する受光素子との出力比を求めて、この出力比が最大となるようにステージ3の位置を調整する構成とされる。
The automatic focusing device, for example, based on the output of the two-
ここで、この照明調整作業中に、二次元撮像センサ13の受光素子に入射する光線が明るすぎて露出オーバーとなってしまう場合には、二次元撮像センサ13の露出時間を短くして、受光素子に入射する光線の量を適正範囲内に抑える。一方、受光素子に入射する光線が暗すぎる場合には、二次元撮像センサ13の露出時間を長くして、受光素子に入射する光線の量を十分確保する。この操作は、例えば二次元撮像センサ13または照明光学系4に搭載される自動露出時間制御機能を用いて行うことができる。
Here, during the illumination adjustment work, when the light incident on the light receiving element of the two-
[合焦工程]
次に、コレクタレンズ22の光軸方向(以下この方向をZ軸方向とする)の位置を調整して、光源像を標本面に合焦させる(ステップS2)。この合焦工程では、光源像が標本面に合焦すると光源21から標本面に照射される光量が最大になるということを利用して、コレクタレンズ22の位置調整が行われる。なお、この合焦工程では、照明光学系5による標本面の照明は、ケーラー照明ではなく、クリティカル照明となる。
[Focus process]
Next, the position of the collector lens 22 in the optical axis direction (hereinafter referred to as the Z-axis direction) is adjusted to focus the light source image on the sample surface (step S2). In this focusing step, the position of the collector lens 22 is adjusted by utilizing the fact that when the light source image is focused on the sample surface, the amount of light emitted from the
本実施形態では、制御装置33は、標本面において二次元撮像センサ13に撮影される被撮影領域Aall(図3参照)の光量、すなわち、二次元撮像センサ13の全撮像領域を構成する各受光素子の平均出力値Iallに基づいて、コレクタレンズ位置調整装置31の動作を制御する構成とされている。ここで、平均出力値Iallとは、二次元撮像センサ13の全受光素子の出力の積分値を受光素子の総数で割った値である。
In the present embodiment, the
図4に示すように、平均出力値Iallは、コレクタレンズ22が合焦位置ZFにある時点を頂点として、コレクタレンズ22の位置が合焦位置ZFから外れるに従って漸次減少する。制御装置33は、このことを利用して、平均出力値Iallが最大となる位置までコレクタレンズ22を移動させることによって、コレクタレンズ22を合焦位置ZFまで移動させる。この合焦工程を経ることで、標本面上に、照明光学系5による円形の照明スポットSが形成される。
As shown in FIG. 4, the average output value I all, the collector lens 22 as the vertex a point in the focus position Z F, the position of the collector lens 22 gradually decreases as out of the focus position Z F. Controller 33, By utilizing this, by moving the collector lens 22 to a position where the average output value I all is maximized, moving the collector lens 22 to the in-focus position Z F. Through this focusing step, a circular illumination spot S by the illumination
[光源位置調整工程]
次に、コレクタレンズ22の光軸に対して略垂直となる平面上での光源21の位置を調整して、光源21をコレクタレンズ22の光軸上に移動させる(ステップS3)。
光源21がコレクタレンズ22の光軸上に位置している場合には、照明スポットSが標本面の被撮影領域Aallの中央部A0(図3参照)に位置することとなって中央部A0に照射される光量が最大になる。この光源位置調整工程では、このことを利用して、光源21の位置調整が行われる。なお、中央部A0は、照明スポットSよりも小さい円形の領域とされており、これによって光源21がコレクタレンズ22の光軸上に位置している場合には、中央部A0全体が照明スポットS内に納まるようになっている。
[Light source position adjustment process]
Next, the position of the
When the
本実施形態では、制御装置33は、二次元撮像センサ13の撮像領域のうち中央部A0の撮影に寄与する受光素子(すなわち撮像領域の中央部A0を構成する受光素子)の平均出力値I0に基づいて、光源位置調整装置32の動作を制御する構成とされている。
ここで、二次元撮像センサ13は、中央部A0の撮影に、複数の受光素子が用いられる構成とされている。これにより、各受光素子が持つノイズの影響が低減され、中央部A0に照射される光量を正確に測定することが可能である。なお、中央部A0に対応する受光素子の数が多すぎると、検出感度が悪くなり、中央部A0に照射される光量を正確に測定することが困難となる上、光量の測定及び分析に要する時間が増加してしまう。このため、中央部A0の撮影に寄与する受光素子の数は、4〜64素子とすることが好ましい。
In the present embodiment, the
Here, the two-
最大光出力が得られる光源21の位置を見つけ出す方法としては、例えばコントラスト法が用いられる。この方法は、光源21の現在位置を基準として、光源21の移動方向とその移動後の二次元撮像センサ13の出力値の変化量とを求めて、単位移動量あたりの出力値の変化量が最も大きくなる方向(ただし出力値が増加する方向)に光源21を移動させ、以降はこの操作を繰り返すことで、出力値が最大となる位置に光源21を移動させる方法である。
For example, a contrast method is used as a method of finding the position of the
ここで、制御装置33は、例えば光軸(Z軸)に略直交する平面上のX軸及びY軸からなる直交座標系上で光源21の位置の制御を行う構成とされている。
また、中央部A0及び照明スポットSの大きさは十分に確保されていて、照明位置調整工程では、大抵の場合は照明スポットSの少なくとも一部は中央部A0にかかるようになっているのであるが、稀に照明スポットSが中央部A0にかかっていない場合がある。この場合には、光源21を移動させても平均出力値I0に変化が生じない。
そこで、本実施形態では、制御装置33は、このように光源21を移動させても平均出力値I0に変化が生じない場合には、スポットSが中央部A0にかかるように光源21を移動させる構成とされている。
Here, for example, the
In addition, the size of the central portion A 0 and the illumination spot S is sufficiently secured, and in the illumination position adjustment process, at least a part of the illumination spot S usually covers the central portion A 0 . Although the it, rarely illumination spot S is sometimes not applied to the central portion a 0. In this case, even if the
Therefore, in the present embodiment, when the average output value I 0 does not change even when the
具体的には、制御装置33は、このように光源21を移動させても平均出力値I0に変化が生じない場合には、平均出力値I0に変化が生じるまで、X軸とY軸とのうちのいずれか一方の軸に沿って光源21を移動させる。そして、この操作を行っても平均出力値I0に変化がない場合には、制御装置33は、他方の軸に沿って光源21を所定量移動させたのちに再び前記一方の軸に沿って移動させ、平均出力値I0に変化が生じるまでこの操作を繰り返す。
Specifically, when the average output value I 0 does not change even when the
ここで、初期化工程の直後において光源21がコレクタレンズ22の光軸から大きくずれている場合、上記の合焦工程と光源位置調整工程とを各一回ずつ行うだけでは光源21が標本面上に完全に結像しないことも考えられる。この場合には、上記の合焦工程と光源位置調整工程とをこの順番で複数回繰り返して、光源21を標本面上により確実に結像させる。具体的には、制御装置33は、これら工程を予め定めた回数繰り返す構成とするか、または、光源位置調整工程を終えた時点での中央部の平均出力値I0と前回の光源位置調整工程での中央部の平均出力値I0との差が基準範囲内(例えば現時点での中央部の平均出力値I0の5%以内)に収まるまで合焦工程及び光源位置調整工程を繰り返す構成とする。なお、合焦工程と光源位置調整工程とを繰り返す度に、コレクタレンズや光源を移動させる際の単位移動量を小さくしてゆくことで、照明の調整をより精密に行うことができる。
Here, when the
[照明ムラ抑制工程]
次に、標本面上の複数の測定領域についてそれぞれ照射される光量を二次元撮像センサ13の出力に基づいて測定し、コレクタレンズ22を、光軸上で各測定領域の照射光量の差が基準範囲内に収まる位置に移動させる(ステップS4)。これにより、照明光学系5による標本面の照明は、ケーラー照明となる。
本実施形態では、図3に示すように、標本面上に、前記中央部A0の周囲を囲むとともに内周縁が中央部A0の外周縁と接する円環状の周辺領域A1を設定し、この周辺領域A1と中央部A0とを測定領域として利用している。
[Lighting unevenness suppression process]
Next, the amount of light irradiated on each of the plurality of measurement areas on the sample surface is measured based on the output of the two-
In the present embodiment, as shown in FIG. 3, on the sample surface, the inner circumferential edge sets a peripheral region A 1 of the annular contact with the outer peripheral edge of the central portion A 0 surrounds the periphery of the central portion A 0, and the peripheral region a 1 and the central portion a 0 is used as a measurement region.
具体的には、制御装置33は、二次元撮像センサ13の撮像領域のうち中央部A0の撮影に寄与する受光素子の平均出力値I0と、周辺領域A1の撮影に寄与する受光素子の平均出力値I1との差が基準範囲内(例えば平均出力値I0の5%以内)となるようにコレクタレンズ位置調整装置31の動作を制御する構成とされている。
Specifically, the
コレクタレンズ22を光軸上で移動させることで、平均出力値I0と平均出力値I1との比(I1/I0)は、図5のグラフに示すように変化する。
ここで、図5のグラフ上のA点、B点、C点のそれぞれの状態について、標本面上の中心からの距離と位置とその位置に対応する二次元撮像センサ13の受光素子の出力値Iとの関係を、図6のグラフに示す。なお、図6(a)は図5のA点の状態、図6(b)は図5のB点の状態、図6(c)は図5のC点の状態をそれぞれ示している。
そして、光源位置調整工程を終えた状態がB点の状態と異なる場合(例えば図5のA点またはC点の状態である場合)には、制御装置33は、I1/I0の値が1となる図5のB点の状態となるよう、コレクタレンズ22の位置を調整する。
By moving the collector lens 22 on the optical axis, the ratio (I 1 / I 0 ) between the average output value I 0 and the average output value I 1 changes as shown in the graph of FIG.
Here, for each state of points A, B, and C on the graph of FIG. 5, the distance and position from the center on the sample surface and the output value of the light receiving element of the two-
When the state after the light source position adjustment process is different from the state of the point B (for example, the state of the point A or the point C in FIG. 5), the
このように、この顕微鏡1では、照明の調整にあたって、二次元撮像センサ13の各受光素子の実際の出力に基づいて標本面上に照射される光量を均一にするので、照明光学系5の光源21の発光ムラやレンズの収差、セッティングのずれ等が生じていても、その状態に合わせて、顕微鏡1の照明の調整を適切に行うことができる。
本実施形態では、二次元撮像センサ13の撮像領域のうち中央部A0の撮影に寄与する受光素子の平均出力値I0と、周辺領域A1の撮影に寄与する受光素子の平均出力値I1との差が基準範囲内(例えば平均出力値I0の5%以内)となるように調整を行うので、標本面の中心領域と周辺領域との間での照明ムラを効果的に抑制することができる。
Thus, in this microscope 1, when adjusting the illumination, the amount of light irradiated onto the sample surface is made uniform based on the actual output of each light receiving element of the two-
In the present embodiment, the average output value I 0 of the light receiving element that contributes to the photographing of the central portion A 0 in the imaging region of the two-
また、各測定領域に照射される光量は、二次元撮像センサ13を用いて測定するので、調整者によらずに安定的に高精度の調整を行うことができる。さらに、一度この顕微鏡用照明調整方法によって調整した顕微鏡1について再調整を行う場合には、以前行った調整の際の測定値を目標値とすることで、調整に再現性を持たせることができる。
さらに、光量の測定は、標本面の一部の領域についてのみ行うので、標本面全体について光量の測定を行う場合に比べて、短時間で光量の測定及び分析を行うことができ、照明の調整を迅速に行うことができる。
Moreover, since the light quantity irradiated to each measurement area | region is measured using the two-
Furthermore, since the light quantity is measured only for a part of the sample surface, the light quantity can be measured and analyzed in a shorter time than the case where the light quantity is measured for the entire specimen surface, and the illumination is adjusted. Can be done quickly.
また、この顕微鏡用照明調整方法では、顕微鏡1に備えられている二次元撮像センサ13を光量測定装置として利用するので、新たに光量測定装置を用意する必要がない。
このため、低コストで顕微鏡1の照明の調整を行うことができる。
In this microscope illumination adjustment method, since the two-
For this reason, the illumination of the microscope 1 can be adjusted at low cost.
ここで、本実施形態では、標本面上の周辺領域A1を、内周縁が中央部A0の外周縁と接する形状としたが、これに限られることなく、周辺領域A1の形状や配置は、任意に設定することができる。例えば、周辺領域A1は、図7に示すように、内周縁が中央部A0の外周縁と離間するように配置してもよい。 In the present embodiment, the peripheral region A 1 on the sample surface, but the inner peripheral edge has a shape in contact with the outer peripheral edge of the central portion A 0, without being limited thereto, the shape and arrangement of the peripheral regions A 1 Can be set arbitrarily. For example, the peripheral area A 1 may be arranged such that the inner peripheral edge is separated from the outer peripheral edge of the central portion A 0 as shown in FIG.
[第二実施形態]
次に、本発明の第二実施形態について、図8を用いて説明する。
本実施の形態に係る顕微鏡は、第一実施形態に示した顕微鏡1において、標本面上の周辺領域を複数設置したことを主たる特徴とするものである。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The microscope according to the present embodiment is mainly characterized in that a plurality of peripheral regions on the specimen surface are provided in the microscope 1 shown in the first embodiment.
本実施形態では、図8に示すように、円環状の周辺領域A1を設定する代わりに、標本面の中心に対して点対称にして、四つの周辺領域A2,A3,A4,A5を、標本面の中心まわりに約90°おきに配置している。ここで、本実施形態では、被撮影領域Aallは矩形とされており、これら周辺領域A2〜A5は、それぞれ被撮影領域Aallのコーナー近傍に配置されている。 In the present embodiment, as shown in FIG. 8, instead of setting the annular peripheral area A 1 , the four peripheral areas A 2 , A 3 , A 4 , the a 5, are arranged at approximately 90 ° intervals around the center of the sample surface. Here, in the present embodiment, the area A all to be imaged is rectangular, and the peripheral areas A 2 to A 5 are arranged near the corners of the area A all to be imaged.
このように周辺領域を配置して前記の照明調整作業を行う。この照明調整作業のうち、光源位置調整工程にて、中央部A0の撮影に寄与する受光素子の平均出力値I0が最大となるように光源21の位置を調整したのち、さらに、全ての周辺領域A2〜A5について、対応する受光素子の平均出力値I2〜I5が基準範囲内に収まるように光源21の位置を調整する。
Such intends line illumination adjustment of the arranged peripheral region. Of the illumination adjustment at the light source position adjusting step, after the average output value I 0 of contributing light receiving element to the imaging of the central portion A 0, and adjusted the position of the
例えば、光源位置調整工程として、まず、(I2+I3)−(I4+I5)の値を最小(ほぼ0)となるように光源21を移動させ、その後(I2+I4)−(I3+I5)の値が最小(ほぼ0)となるように光源21を移動させる。これにより、全ての周辺領域A2〜A5について、対応する受光素子の平均出力値I2〜I5が最小となり、標本面の中心に対する光量の偏りが少なくなるので、標本面の周辺が均一に照明される、標本面の観察に適した照明を得ることができる。
For example, as the light source position adjustment step, first, the
ここで、測定領域の形状及び配置は、任意とすることができる。
例えば、図9に示す例では、中央部A0を、被撮影領域Aallと相似かつ向きも同一である矩形としている。また、中央部A0と相似かつ向きも同一でさらに中央部A0よりも大きい矩形領域を、中央部A0と同心にして設定し、この矩形領域を四等分にしてそれぞれを周辺領域A6〜A9とし、これら周辺領域A6〜A9によって標本面の中心まわりの四象限をそれぞれカバーする構成としている。
Here, the shape and arrangement of the measurement region can be arbitrary.
For example, in the example shown in FIG. 9, the central portion A 0, has a rectangular similar and orientation as the imaging area A all be the same. Also, the central portion A 0 and similar and orientation greater rectangular region than further central A 0 be the same, the central portion A 0 and concentrically to set the peripheral region A of each rectangular area in the quarters and 6 to a 9, are configured to respectively cover the four-quadrant around the center of the sample surface by these peripheral areas a 6 to a 9.
また、例えば、図10に示す例では、中央部A0を円形の領域とし、中央部A0と同心かつ中央部A0よりも大径の円環状領域を、標本面の中心を通る直線によって四等分にしてそれぞれを周辺領域A10〜A13とし、これら周辺領域A10〜A13によって標本面の中心まわりの四象限をそれぞれカバーする構成としている。 Further, for example, in the example shown in FIG. 10, the central portion A 0 is a circular region, and an annular region that is concentric with the central portion A 0 and larger in diameter than the central portion A 0 is defined by a straight line that passes through the center of the sample surface. The area is divided into four equal parts, which are the peripheral areas A 10 to A 13, and the four quadrants around the center of the specimen surface are covered by these peripheral areas A 10 to A 13 .
ここで、上記各実施形態では、標本面に照射される光量の測定を、観察光学系4に設けた二次元撮像センサ13を用いて行う例を示したが、これに限られることなく、二次元撮像センサ13を標本面に設置してもよい。
Here, in each of the above-described embodiments, the example in which the measurement of the amount of light applied to the sample surface is performed using the two-
また、上記各実施形態では、標本面の各測定領域に照射された光量を、二次元撮像センサ13を用いて測定する例を示したが、これに限られることなく、各測定領域に照射された光量の測定は、例えば各測定領域に対応して設けられたフォトディテクタを用いて行ってもよい。
In each of the above embodiments, the example in which the amount of light irradiated to each measurement area on the sample surface is measured using the two-
1 顕微鏡
11 対物レンズ
13 二次元撮像センサ(光量測定装置)
22 コレクタレンズ
26 開口絞り
31 コレクタレンズ位置調整装置
32 光源位置調整装置
33 制御装置
A0中心領域(測定領域)
A1〜A13 周辺領域(測定領域)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
22 collector lens 26
A 1 to A 13 peripheral region (measurement region)
Claims (12)
前記コレクタレンズを光軸方向に移動させて前記光源像を前記標本面に合焦させる合焦工程と、
前記光源を、前記コレクタレンズの光軸に対して垂直な平面上で、前記標本面に照射される光量が最大となる位置に移動させる光源位置調整工程と、
前記標本面の中心に位置する中央部と該中央部の外側に位置する周辺領域とについてそれぞれ照射される光量を光量測定装置によって測定し、前記中央部における照射光量と前記周辺領域における照射光量の差が基準範囲内に収まる位置に、前記コレクタレンズを前記光軸方向に移動させる照明ムラ抑制工程とを有している顕微鏡用照明調整方法。 A microscope used for a microscope that uses a light source with uneven light emission , projects a light source image to the position of an aperture stop by a collector lens, and projects the light source image as a secondary light source onto the pupil of the objective lens to illuminate the specimen surface. Lighting adjustment method,
A focusing step of moving the collector lens in the optical axis direction and focusing the light source image on the sample surface;
The light source, on a plane perpendicular to the optical axis of the collector lens, the light source position adjustment step of moving to a position where the amount of light to be irradiated on the sample surface is maximum,
The amount of light irradiated respectively for the peripheral region outside the central portion and the central portion is located in the center of the sample surface was measured by the light amount measuring apparatus, the irradiation light amount in the peripheral region and the irradiation amount of light at the central portion A microscope illumination adjustment method comprising: an illumination unevenness suppressing step of moving the collector lens in the optical axis direction at a position where the difference falls within a reference range.
前記合焦工程は、前記照明ムラ抑制工程における前記基準範囲とは別の基準範囲を有し、
前記第1の領域乃至第4の領域における各々の前記照射光量が、前記別の基準範囲内に収まるように、前記合焦工程において前記光源の移動が行われる請求項1または2に記載の顕微鏡用照明調整方法。 The peripheral region is composed of a first region to a fourth region,
The focusing step has a reference range different from the reference range in the illumination unevenness suppressing step,
The microscope according to claim 1 or 2 , wherein the light source is moved in the focusing step so that each of the irradiation light amounts in the first to fourth regions falls within the different reference range. Lighting adjustment method.
(I 2 +I 3 )−(I 4 +I 5 )の値を最小となるように前記光源を移動させ、その後、(I 2 +I 4 )−(I 3 +I 5 )の値が最小となるように前記光源を移動させる請求項3記載の顕微鏡用照明調整方法。 When the measurement values of the light quantity in the first region to the fourth region are I 2 to I 5 respectively ,
The light source is moved so that the value of (I 2 + I 3 ) − (I 4 + I 5 ) is minimized, and then the value of (I 2 + I 4 ) − (I 3 + I 5 ) is minimized. 4. The microscope illumination adjustment method according to claim 3, wherein the light source is moved .
前記合焦工程を、前記中央部と前記周辺領域における測定値の和を使って行い、
前記光源位置調整工程を、前記中央部における測定値のみを使って行い、
照明ムラ抑制工程は、前記中央部と前記周辺領域における測定値の差または比を使って行う請求項1から5記載のいずれかに記載の顕微鏡用照明調整方法。 The central region is smaller than the illumination spot on the specimen surface,
The focusing step is performed using the sum of the measured values in the central portion and the peripheral region,
The light source position adjustment step is performed using only the measured value in the central portion,
6. The microscope illumination adjustment method according to claim 1 , wherein the illumination unevenness suppressing step is performed using a difference or a ratio of measured values in the central portion and the peripheral region .
前記コレクタレンズを光軸方向に移動させるコレクタレンズ位置調整装置と、
前記光源を前記コレクタレンズの光軸に対して垂直な平面上で移動させる光源位置調整装置と、
前記標本面の中心に位置する中央部と該中央部の外側に位置する周辺領域とについてそれぞれ照射される光量を測定する光量測定装置と、
該光量測定装置の測定値に基づいて前記コレクタレンズ位置調整装置及び前記光源位置調整装置の動作を制御する制御装置とを有し、
前記中央部における照射光量と前記周辺領域における照射光量の差が基準範囲内に収まるように、前記コレクタレンズを光軸方向に移動させることを前記制御に含む顕微鏡。 A microscope that uses a light source with uneven light emission , projects a light source image to a position of an aperture stop by a collector lens, and projects the light source image as a secondary light source onto a pupil of an objective lens to illuminate a specimen surface,
A collector lens position adjusting device for moving the collector lens in the optical axis direction;
A light source position adjustment device for moving in a plane perpendicular to the optical axis of the collector lens the light source,
A light amount measuring device that measures the amount of light irradiated on each of a central portion located at the center of the sample surface and a peripheral region located outside the central portion ;
A control device for controlling the operation of the collector lens position adjusting device and the light source position adjusting device based on the measurement value of the light quantity measuring device ;
The microscope including the control in which the collector lens is moved in an optical axis direction so that a difference between an irradiation light amount in the central portion and an irradiation light amount in the peripheral region falls within a reference range .
前記周辺領域は、その内周縁が前記中央部の外周縁よりも大きく、前記中央部を囲む位置に配置されている請求項7に記載の顕微鏡。 The microscope according to claim 7, wherein the peripheral region has an inner peripheral edge larger than an outer peripheral edge of the central portion and is disposed at a position surrounding the central portion.
前記周辺領域は、前記標本面の中心に対して点対称で、かつ、前記中心まわりに90度おきに配置された4つの領域からなる請求項7または8に記載の顕微鏡。 The microscope according to claim 7 or 8, wherein the peripheral region is composed of four regions that are point-symmetric with respect to the center of the specimen surface and that are arranged at intervals of 90 degrees around the center.
該二次元撮像センサの出力から前記標本面上の前記測定領域に照射される光量を求める請求項7から10のいずれかに記載の顕微鏡。 The microscope according to any one of claims 7 to 10, wherein an amount of light irradiated to the measurement region on the specimen surface is obtained from an output of the two-dimensional imaging sensor.
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