JPH0545590A - 顕微鏡の粗微動機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】微動ハンドルによる対物レンズまたはステージ
の光軸方向の送りを精度良く行う。 【構成】レボルバ台１４を光軸Ｚ方向に微動させる機構
に、流体駆動装置のシリンダ２０を用いる。このシリン
ダ２０はホース４５によって微動フォーカスハンドル３
３に流体接続されており、微動フォーカスハンドル３３
を操作することによってレボルバ１０を光軸Ｚに沿って
微動させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、顕微鏡のピント合わ
せのための粗微動機構に関する。

【０００２】

【従来の技術およびその課題】従来の顕微鏡の構成を倒
立型顕微鏡を例にして説明する。図３において、符号１
は顕微鏡本体、符号２は照明装置、符号３はコンデンサ
レンズ、符号４は顕微鏡本体に固定されたステージ、符
号５は対物レンズ、符号６は対物レンズ５を支持し、か
つ顕微鏡本体１に装備された減速歯車６ｂ，ラック機構
６ｃ及びガイド部材６ａに取付けられ光軸Ｚに沿って移
動可能なレボルバ、符号７はピント合わせのための操作
ハンドル、符号８は試料を観察するための接眼鏡筒をそ
れぞれ示している。

【０００３】この様な倒立型顕微鏡に用いられている粗
微動機構として、例えば特公昭５２−４３６８８号公報
に開示されているものが知られている。この粗微動機構
は、歯車列およびラック・ピニオン等を用いて、顕微鏡
のステージあるいはレボルバを光軸方向に粗動／微動さ
せるように構成されている。

【０００４】しかしながら、特公昭５２−４３６８８号
公報に開示される粗微動機構は、粗動ハンドルと微動ハ
ンドルとの間に減速のための歯車機構を要するため、部
品点数が多くなり、組立性が悪くコスト高になる欠点が
ある。また、微動ピント合わせの精度は、歯車列による
伝達ロスや機構のたわみ等の影響で微動ハンドルの回転
に対する対物レンズの上下動位置の再現性は１〜２μが
限界である。さらに、図４に示すように、ラックピニオ
ン機構の歯車圧力角αのため、対物レンズの光軸方向の
上下動時に、その移動方向に対して直角方向に作用する
力（分力）が生じ、ガイド部材のたわみ等を発生させ
る。これは、図３で示すように対物レンズ５を矢印方向
へ偏位させるため、いわゆる視野内で像の偏心を誘発す
る要因となっている。

【０００５】近年、顕微鏡の観察手法としてコンピュー
ター画像処理技術を組合わせ、観察像を対物レンズの光
軸方向に微小ステップずつ複数取込んだのち、それらの
画像を使って３次元像として再構築する光セクショニン
グ観察が行われている。あるいは、レーザー光を励起光
として二次元走査することで蛍光像を得るレーザー走査
型顕微鏡では、対物レンズを光軸方向に微小ステップず
つ送り、複数のセクショニング画像を得たのち、一定の
厚みのある標本全体にピントが合うようにした画像を得
たり、三次元画像を得る試みが行なわれている。

【０００６】こうした用途では、微動ハンドルにステッ
ピングモーターを連結し、二次元走査像を画像メモリに
取込むタイミングに同期させて対物レンズをその光軸方
向に送ってセクショニングを行っている。この二次元走
査像を画像メモリに取込む上での課題としては、対物レ
ンズの光軸方向の位置再現性（位置分解能）および送り
速度があげられる。なぜなら、標本をセクショニングす
る間隔寸法は１μ以下であるため光軸方向の位置の再現
性はそれ以下の精度が望まれているからでありまた、三
次元像構築の対象物として、心筋細胞の様に心拍動作を
伴って動く標本も増えていることから、より高速度に像
の取込みを行うことが望まれているからである。

【０００７】しかしながら、前述の歯車列による微動ピ
ント合わせ機構では、位置の再現性は１〜２μが限界で
ある。また前述したように、対物レンズが光軸に対して
直角方向に偏心すると、セクショニング像を組合わせて
画像処理する時、見かけ上の分解能の低下を招き、構築
した像が歪んで再現されてしまう。

【０００８】その他の粗微動機構として、微動送り機構
にピエゾ素子を組合わせ、対物レンズを光軸方向に微小
ステップづつ送る機構も実用化されている。その位置の
再現性は０．１μ以下と高精度が得られるが、対物レン
ズの送り速度は、ピエゾ素子の動作に伴う機械系のダン
ピングが生じてしまうため、それがおさまるのに１００
ｍｓｅｃ程度を要している。この送り速度はビデオ記録
やＴＶ解析を考慮すると３０ｍｓｅｃ以下にすることが
望まれているため、ピエゾ素子を用いた微動送り機構も
充分とはいえない。

【０００９】本発明はこれらの問題点を解決するためな
されたものであり、微動ハンドルによる対物レンズまた
はステージの光軸方向の送り機構において、送りの位置
の再現性を向上し、送り速度の高速度化を達成すること
でセクショニング像の高精度かつ高速度な画像取込みを
行うことのできる安価で高性能な粗微動機構を提供する
ことを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段、作用】前記課題を解決す
るために、本発明の顕微鏡の粗微動機構は、対物レンズ
又はステージを対物レンズの光軸方向に粗動／微動させ
てピント合わせを行う顕微鏡の粗微動機構において、流
体駆動装置のシリンダを伸縮させることにより、前記対
物レンズ又はステージを微動させ、微動ピント合わせを
行うことを特徴としている。

【００１１】

【実施例】以下、図１および図２を参照して本発明の実
施例を添付図面に沿って具体的に説明する。

【００１２】符号１０はレボルバを示し、このレボルバ
１０には、複数の倍率の異なった対物レンズが取付けら
れるようになっている。なお、図においては１つの対物
レンズ１１のみが示されている。この対物レンズ１１
は、破線で示すステージ１３に載置された標本を下方か
ら観察するように配置される。観察者は、レボルバ１０
を回転することにより、これに取付けられた対物レンズ
を光軸Ｚ中へ転換し、試料を観察する。

【００１３】前記レボルバ１０はレボルバ台１４に固定
されている。このレボルバ台１４は両側面に１対のガイ
ド溝１４ａを有し、既知のローラをガイド溝１４ａおよ
び固定ガイド１７に設けられたガイド溝１７ａ内でころ
がらせて、レボルバ台１４を光軸Ｚ方向に微動させる案
内機構を構成している。

【００１４】符号１６は粗動ガイドを示しており、その
両側面にはガイド溝１６ａが形成されている。このガイ
ド溝１６ａは、前記レボルバ台１４のガイド溝１４ａと
同軸上になるように形成されており、前記ガイド溝１７
ａと組合わせて光軸Ｚ方向に移動可能なローラガイド
（図示せず）案内機構を構成している。さらに粗動ガイ
ド１６にはラック１８が固定されている。

【００１５】また、粗動ガイド１６の上端部には流体駆
動装置のシリンダ２０が固定されており、そのピストン
２３はレボルバ台１４の下端面に当接している。この結
果、ピストン２３が伸縮することにより、レボルバ台１
４は上下動できるようになっている。さらに、シリンダ
２０のピストン２３が、レボルバ台１４にしっかり当接
し、この間で隙間、ガタが生じないよう一定の押圧力を
与えるためのコイルバネ２５が、粗動ガイド１６とレボ
ルバ台１４との間に設けてある。

【００１６】粗動フォーカスハンドル３０，３０はピニ
オン軸３１と一体的に構成されている。ピニオン軸３１
に形成されたピニオン３１ａと前記ラック１８は適切に
噛み合う位置に配置されている。微動フォーカスハンド
ル３３，３３は粗動フォーカスハンド３０，３０と同軸
に配置され、それぞれの微動フォーカスハンドル３３，
３３はピニオン軸３１の中心中空内を貫通する微動軸３
５によって連結されている（図２参照）。微動フォーカ
ス機構を構成する流体駆動装置を図２を参照して説明す
る。前記シリンダ２０は、操作側ユニット２０ａによっ
て駆動される。

【００１７】シリンダ２０は前筒４０と後筒４１とから
なっている。これら両筒の間には布地に合成ゴム材をコ
ーティングした帽子状のローリングダイヤフラム４２が
狭着されており、シリンダ内部は空室ａと油室ｂとに仕
切られている。ローリングダイヤフラム４２の端部はピ
ストン２３の後端に固着されている。符号４４は油室ｂ
の油の出入口を示し、ここにホース４５を取付け、シリ
ンダ２０側と操作側ユニット２０ａとは流体連結されて
いる。ホース４５は温度変化や油の圧力に耐えられるよ
う、例えばフッ素樹脂が選ばれる。またシリンダ２０の
後筒４１は粗動ガイド１６に埋め込まれ固定ネジ４７に
よって固定されている。

【００１８】操作側ユニット２０ａもシリンダ２０と同
様に、前筒５１、後筒５２、ローリングダイヤフラム５
３等から構成されている。符号５４はピストンを示して
おりその一端部はローリングダイヤフラム５３に固着さ
れている。前筒５１および後筒５２の内部はローリング
ダイヤフラム５３によって空室ａ１、油室ｂ１とに仕切
られている。ピストン５４の他端はボール５５を介して
ネジ軸５６と当接している。このネジ軸５６と前記微動
軸３５とは一体的に構成され、微動軸３５の両端にはそ
れぞれ微動フォーカスハンドル３３が設けられている。
ネジ軸５６には精密なネジ５６ａが形成され、微動フォ
ーカスハンドル３３の回転をボール５５を介してピスト
ン５４の往復動に変換する。

【００１９】前記前筒５１の内部にはコイルバネ５７が
配置されており、ピストン５４がネジ軸５６に当接する
ように付勢している。後筒５２には油の出入口５８が設
けられており、前記ホース４５でシリンダ２０側と連結
している。微動フォーカスハンドル３３と粗動フォーカ
スハンドル３０との間には、コイルバネ５９が配置され
ており、両者のスラスト方向の位置決めが行なわれてい
る。符号６０は支持台を示しており、前記後筒５２を粗
動フォーカスハンドル３０に固定している。操作側ユニ
ットの油室ｂ１とシリンダ側の油室ｂの大きさは適当な
比率をとることができる。次に、この粗微動機構の作用
について説明する。

【００２０】標本にラフにピント合わせを行う粗動操作
時は、粗動フォーカスハンドルで行う。図１において、
粗動フォーカスハンドル３０，３０を回すとピニオン軸
３１のピニオン３１ａとラック１８との噛合いにより、
粗動ガイド１６、シリンダ２０、レボルバ台１４は一体
的に光軸Ｚに沿って移動し、対物レンズ１１のラフな上
下動を行なうことができる。この場合、ピント合わせに
必要な対物レンズの上下動量は５０ｍｍ程度あれば良
く、ピニオン軸を直径２０ｍｍ程度とすれば、フルスト
ロークを得る粗動フォーカスハンドルの回転量は１回転
以下に押えることができ、流体駆動装置のホース４５が
ピニオン軸３１にからみ回ることを防止することができ
る。

【００２１】レボルバ１０、対物レンズ１１、レボルバ
台１４の合計重量がラックを介してピニオンに加わり、
バックラッシュの除去機能を果すが、これらの重量によ
ってピニオン軸に生ずる回転力に抗するための固定力は
従来公知の方法と同様に、例えば、サラバネ等によるス
ラスト力でピニオン軸に一定のスリップトルクを与える
ことで可能となる。次に、流体駆動装置による微動ピン
ト合わせの作用について説明する。

【００２２】図２において、微動フォーカスハンドル３
３を正転（又は逆転）させると、ネジ軸５６に設けられ
たネジ５６ａのピッチに応じて、ネジ軸５６が左方向
（右方向）に移動する。ネジ軸の振れの影響を除去する
ボール５５を介してピストン５４もコイルバネ５７を圧
縮しながら左方向へ移動し、その結果、油室ｂ１の油が
出入口５８より排出され、ホース４５を経由して、シリ
ンダ２０の油室ｂに流入する。流入した油によりピスト
ン２３はレボルバー台１４を上方へ押し上げる。これら
の動作中、粗動フォーカスハンドル３０，３０はサラバ
ネ等によるスラスト力で静止している。このため粗動ガ
イド１６は固定されており、ピストン２３による純粋な
光軸方向の駆動力のみがレボルバ台１４に作用するので
微動操作における光軸に直角な方向の偏心エラーは極め
て小さくなる。

【００２３】また、シリンダ２０の油室ｂと操作側ユニ
ット２０ａの油室ｂ１の容積比及びネジ軸５６のネジピ
ッチを適宜選択することで、微動ハンドル１回転当りの
ピストン２３の移動量が決定される。例えば、油室ｂ、
ｂ１の容積比を１：１とし、ネジ軸のネジピッチを０．
２ｍｍ、微動フォーカスハンドルに４００等分の目盛を
刻設すれば、１目盛当りのピストン２３の動きは０．５
μが得られる。油室の容積比ｂ：ｂ１を２：１とすれ
ば、１目盛当りのピストン２３の動きは０．２５μとな
る。

【００２４】レボルバ台１４と粗動ガイド１６とを連結
するコイルバネ２５は、ピストン２３に一定の与圧を加
えピストン伸縮の位置精度と応答性の向上を計るもので
あるが、レボルバ台１４の重量が重すぎる場合は、点線
に示すコイルバネ２５ａを図示のごとく配置し、圧縮コ
イルバネとして作用させることで重量バランスの改善を
計ることもできる。

【００２５】この流体駆動装置は油、水等の流体を介し
て駆動力の伝達を行うため流体の粘性によるダンピング
効果を得ることができ、ピエゾ素子を用いた電気−機械
変換メカニズムによる微動ピント合わせ機構に比べる
と、その応答速度の改善を計ることができる。微動ピン
ト合わせの電動化はホース４５の出てない側の微動フォ
ーカスハンドル３３にステッピングモータ（図示せず）
等を連結すれば良い。

【００２６】以上、この実施例では、倒立型顕微鏡を例
に説明してきたが、正立型顕微鏡においても同様に実施
することが可能である。すなわち、対物レンズ、レボル
バ、レボルバ台が標本を載置するステージに変わるのみ
であるため、他の構成は全く同じにすることができる。

【００２７】なお本発明において、流体駆動装置による
微動フォーカスハンドルを粗動フォーカスハンドルと同
軸にかつ１対配置する構成としたが、その操作ユニット
はどこに配置しても良い。例えば、微動フォーカスハン
ドルのみ取出して顕微鏡から離れた独立した位置に置く
ことも可能である。

【００２８】

【発明の効果】以上、本発明によれば、従来の粗微動機
構の一部に流体駆動装置による微動機構を用いたため以
下の効果が得られる。微動機構の構成部品点数を少なく
でき、シンプルな構造により組立工数も少なく安価に製
作できる。

【００２９】微動機構の流体ピストンは対物レンズの光
軸方向に一致して伸縮するよう配置されているので、従
来のラックピニオンによる微動駆動装置に比べて歯車圧
力角による光軸に直角方向への分力の発生がなくなる。
このため微動操作に伴う偏心エラーの発生を極めて少な
くできる。

【００３０】流体駆動装置は駆動側と被動側の流体容積
比等によって正確な減速比が得られので、その位置の再
現性は０．５μ以下が得られる。従って、従来の歯車列
による微動機構に比べ高精度が得られる。

【００３１】流体駆動装置はその駆動力の伝達に油又は
水等を用いているため、比較的重量のあるレボルバやス
テージの上下駆動時に生ずるダンピングの除去効果があ
り、ダンピングの収束する時間をピエゾ素子の駆動によ
る場合に比べて短縮でき、光軸方向のセクショニングに
おいてビデオレートの記録が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る顕微鏡の粗微動機構の概略を示す
斜視図である。

【図２】図１に示した粗微動機構において、微動機構の
部分を拡大して示す図である。

【図３】従来の顕微鏡の全体的な構成を示す図である。

【図４】図３に示した顕微鏡において、ラックとピニオ
ンの部分を拡大して示す図である。

【符号の説明】

１１…対物レンズ、１３…ステージ、２０…シリンダ、
３０…粗動フォーカスハンドル、３３…微動フォーカス
ハンドル。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対物レンズ又はステージを対物レンズの
   光軸方向に粗動／微動させてピント合わせを行う顕微鏡
   の粗微動機構において、 流体駆動装置のシリンダを伸縮させることにより、前記
   対物レンズ又はステージを微動させ、微動ピント合わせ
   を行うことを特徴とする顕微鏡の粗微動機構。