JPH08160280A - 対物レンズ交換装置及びそれを有する顕微鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 顕微鏡等の対物レンズ交換装置の構造を簡単
化して製造コストを低減し、耐久性の向上を図る。 【構成】 顕微鏡の対物レンズ１Ａ〜１Ｃを回転させる
レボルバ２の駆動部として、超音波モータ３を用いると
ともに、対物レンズ１Ａ〜１Ｃの光軸が光軸４と一致し
ているかいなかを検出器１０Ａ及びコード１０Ｂによっ
て検出し、この検出結果に基づいて、超音波モータ３を
停止させ、その保持トルクを利用して、対物レンズ１Ａ
〜１Ｃを観察光路上の光軸４に固定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複数の対物レンズの中
から観察対象に応じて所望の倍率の対物レンズを選択し
て観察光路上に位置させる対物レンズ交換装置と、この
対物レンズ交換装置を備えた顕微鏡に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の対物レンズ交換装置は、
倍率の異なる複数の対物レンズを迅速に使用するため
に、予め、複数の対物レンズをレボルバ等の回転部材に
取り付けておき、レボルバを回転させることによって所
望の倍率の対物レンズに交換できるようにしている。こ
のうち、普及型の顕微鏡等に用いられている対物レンズ
交換装置では、レボルバの回転を手動で行うが、その場
合は接眼レンズから一旦、目を離さなければならない。

【０００３】一方、高級顕微鏡には、観察像から目を離
さずに対物レンズの交換を行う目的で、モータによって
レボルバを回転させる電動レボルバを装着したものもあ
る。図１０（Ａ）は、電動レボルバ２が装着された顕微
鏡１１の側面図であり、図１０（Ｂ）は、電動レボルバ
２の要部側面図である。図１０（Ｂ）に示すように、電
動レボルバ２の支持台１２の内部には、ＤＣモータ５
１、ギア５２が内蔵されている。ＤＣモータ５１の駆動
力は、ギア５２を含む減速機構を介してレボルバ２に伝
達され、レボルバ２が回転する。また、焦点調節用のハ
ンドル８の付近には、ＤＣモータ５１の正転・逆転スイ
ッチ（不図示）が設けられている。観察者は、接眼レン
ズをのぞきながら、この正転・逆転スイッチを操作して
レボルバ２を回転させ、複数の対物レンズ１Ａ、１Ｂ…
から所望の対物レンズを選択することができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前述した従来
の対物レンズ交換装置には、以下の問題点があった。第
１に、電動レボルバ２の回転には大きなトルクが必要な
ため、ＤＣモータ５１はギア５２等の減速機構とともに
用いられている。このため機構が大きく複雑になるとい
う問題点があった。第２に、ギア５２等を含む減速機構
にはバックラッシュがあることと、ＤＣモータ５１は停
止時に無給電であると保持トルクを持たないことから、
対物レンズの位置を観察光路上の光軸に保持するため
に、電動レボルバ２を固定するクリックを設けなければ
ならず、構造の複雑化、コストの増加といった欠点があ
る。第３に、対物レンズの位置決めにクリックを用いる
と、顕微鏡の製造時にクリック位置で対物レンズの光軸
を本体の光軸と一致させるための精密な調整が必要で、
この結果、コスト増をもたらしていた。第４に、クリッ
クは多数回の使用で磨耗が発生し、レボルバを多数回回
転させるような専門的な用途に用いるには、耐久性が低
いという問題点があった。

【０００５】本発明の目的は、対物レンズ交換装置の構
造を簡単化し、製造コストを低減することができ、耐久
性に優れた対物レンズ交換装置及びそれを有する顕微鏡
を提供するところにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、請求項１の発明は、複数の対物レンズが設けられ、
これらの複数の対物レンズを観察光路上に移動させる移
動体と、この移動体を移動自在に支持する支持台とを有
する対物レンズ交換装置において、前記対物レンズのう
ち観察に用いる対物レンズを前記移動体とともに前記支
持台に沿って移動させる駆動部と、前記対物レンズの光
軸が観察光路上の光軸と一致しているかを検出する位置
検出部と、前記位置検出部によって対物レンズの光軸が
観察光路上の光軸と一致していると検出された場合に、
この対物レンズを観察光路上に固定する固定部とを含む
ことを特徴としている。

【０００７】請求項２の発明は、請求項１に記載の対物
レンズ交換装置において、前記駆動部及び前記固定部と
して超音波モータを用いたことを特徴としている。

【０００８】請求項３の発明は、請求項２に記載の対物
レンズ交換装置において、前記移動体は対物レンズを環
状に移動させるとともに、前記超音波モータは円環型に
形成され、この超音波モータは前記移動体によって前記
対物レンズを移動した際の移動軌跡よりも内側に配置さ
れていることを特徴としている。

【０００９】請求項４の発明は、複数の対物レンズが設
けられ、これらの複数の対物レンズを観察光路上に移動
させる移動体と、この移動体を移動自在に支持する支持
台とを有する対物レンズ交換装置において、前記対物レ
ンズのうち観察に用いる対物レンズを前記移動体ととも
に前記支持台に沿って移動させる駆動部と、前記対物レ
ンズの光軸が観察光路上の光軸と一致しているかを検出
する位置検出部と、前記位置検出部によって対物レンズ
の光軸が観察光路上の光軸と一致していると検出された
場合に、この対物レンズを観察光路上に固定する固定部
と、を含むことを特徴としている。請求項５の発明は、
請求項４に記載の対物レンズ交換装置を有する顕微鏡に
おいて、前記駆動部及び前記固定部として超音波モータ
を用いたことを特徴としている。請求項６の発明は、請
求項５に記載の対物レンズ交換装置を有する顕微鏡にお
いて、前記移動体は対物レンズを環状に移動させるとと
もに、前記超音波モータは円環型に形成され、この超音
波モータは、前記移動体によって前記対物レンズを移動
した際の移動軌跡よりも内側に配置されていることを特
徴としている。

【００１０】

【作用】請求項１の発明によれば、対物レンズ交換装置
において、対物レンズを移動させる駆動部を設けるとと
もに、対物レンズの光軸が観察光路上の光軸と一致して
いるかを検出する位置検出部を設けている。そして、位
置検出部によって対物レンズの光軸が観察光路上の光軸
と一致していると検出された場合には、固定部によって
対物レンズを観察光路上に固定するようにしている。

【００１１】請求項２の発明によれば、駆動部として、
発生トルクの大きい超音波モータを用いているので、ギ
アを用いずに直接、移動体を回転させることができる。
また、対物レンズの光軸が観察光路上の光軸と一致して
いるかを位置検出部によって検出し、この検出結果に基
づいて超音波モータを停止させ、超音波モータの停止時
における保持トルクを利用して、対物レンズを光軸上に
固定する。

【００１２】請求項３の発明によれば、超音波モータ
は、移動体により前記対物レンズが環状に移動した場合
の移動軌跡よりも内側に配置されているので、駆動部と
しての超音波モータの小型化を図ることができる。

【００１３】請求項４〜請求項６の発明によれば、請求
項１〜３の発明に加えて、顕微鏡の構造を簡単化するこ
とができる。

【００１４】

【実施例】

（第１実施例）以下、図面を参照して、実施例につい
て、さらに詳しく説明する。図１は、本発明の対物レン
ズ交換装置が適用された顕微鏡の第１実施例の側面図、
図２は、図１の顕微鏡の対物レンズ交換装置を示した説
明図である。本実施例の顕微鏡は、主に対物レンズ１
Ａ，１Ｂ，１Ｃ、レボルバ２、超音波モータ３、本体
５、接眼レンズ６、ステージ７、ハンドル８などから構
成される。

【００１５】本体５の上部には、接眼レンズ６が斜め上
方に設けられているとともに、本体５の下部には、観察
物が載置されるステージ７が上下動自在に取り付けられ
ている。このステージ７は、観察者がハンドル８を回転
させることによって上下動する。移動体としてのレボル
バ２は、連結部９を介して支持台１３に回転可能に取り
付けられており、このレボルバ２の下面には、図２に示
すように、倍率の異なる計３つの対物レンズ１Ａ，１
Ｂ，１Ｃが等間隔で取り付けられている。

【００１６】レボルバ２と支持台１３の内部には、円環
型の超音波モータ３が駆動部として内蔵され、超音波モ
ータ３は、不図示の連結部材を介してレボルバ２を電動
で回転させる。支持台１３には、対物レンズ１Ａ〜１Ｃ
の光軸が観察光路上の光軸４と一致しているかを検出す
る位置検出部として、光学式の位置検出器１０Ａが取り
付けられている。また、レボルバ２の外周部には、各対
物レンズ１Ａ〜１Ｂと対応する位置に、読み取り用のコ
ード１０Ｂが設けられている。位置検出器１０Ａは、各
対物レンズ１Ａ〜１Ｃ毎に設けられたコード１０Ｂを読
み取ることにより、対物レンズ１Ａ〜１Ｃと光軸４とが
一致しているか否かを検出する。この位置検出器１０Ａ
としては、前述の光学式の他に、エンコーダ等の電気的
な手段を用いることもできる。

【００１７】位置検出器１０Ａは、制御部１４と接続さ
れており、この制御部１４には光軸４と各対物レンズ１
Ａ〜１Ｃとが一致しているかの位置データが入力され
る。また、制御部１４には、超音波モータ３、対物レン
ズ交換スイッチ１５、駆動回路１６が接続されている。
この対物レンズ交換スイッチ１５を操作すると、制御部
１４、駆動回路１６を介して超音波モータ３に対して起
動信号が出力され、超音波モータ３によりレボルバ２を
電動で回転させる。

【００１８】図３は、超音波モータ３の構造を示す分解
図であり、超音波モータ３は、弾性体３１にＰＺＴなど
の圧電体３２を接合したステータ３３と、ステータ３３
に圧接されたロータ３４とから構成される。弾性体３１
の材料には、ステンレス、インバー、アルミ合金などの
金属又はプラスチック等が好適であり、又、ロータ３４
の材料には、金属、樹脂等が好適である。このモータ
は、圧電体３２に位相の９０度異なる２相の交流電圧を
印加し、弾性体３１に進行波を発生させることにより、
ロータ３４を回転させる。本実施例では、図２に示すよ
うに、超音波モータ３の中空の部分を顕微鏡の光軸４が
通る構造となっている。これは、超音波モータ３の径
が、ある程度大きい方が発生トルクが大きいということ
に基づくものである。尚、超音波モータ３は、その停止
状態では、一定の保持トルクを有するので、従来、レボ
ルバ２の位置を保持するために必要とされたクリック
は、本実施例では不要である。

【００１９】図４は、図２の超音波モータの駆動回路１
６を示すブロック図である。発振器４１は、弾性体３１
を振動させる周波数の信号を発振するためのものであ
る。発振器４１の出力は分岐して、一方の出力は、増幅
器４３によって増幅された後に、Ａ相電圧として、圧電
体３２ａの電極に入力される。また、分岐した他方の出
力は、移相器４２に接続されており、この移相器４２に
よって、Ａ相電圧とはπ／２だけ位相をずらしてＢ相電
圧とした後に、増幅器４４を介して、圧電体３２ｂの電
極に入力される。

【００２０】制御器４５は、圧電体３２ｐ，３２ｐ’の
出力電圧が入力されており、予め設定されていた基準電
圧と比較して、ｐ，ｐ’端子の出力の方が小さいときに
は、周波数を低く、また、ｐ，ｐ’端子の出力の方が大
きいときには、周波数を高くするように、発振器４１を
制御する。これにより、超音波モータ３の振動振幅が所
定の大きさに保持される。

【００２１】次いで、第１実施例の顕微鏡の作用につい
て説明する。本実施例の顕微鏡によって観察を行う場合
は、図２に示すように、対物レンズ交換スイッチ１５を
操作し、超音波モータ３によってレボルバ２を回転さ
せ、対物レンズ１Ａ〜１Ｃの中から所望の倍率の対物レ
ンズを選択する。即ち、対物レンズ交換スイッチ１５が
操作されると、超音波モータ３の正転又は逆転の信号が
制御回路１４に出力され、駆動回路１６により、超音波
モータ３が駆動され、レボルバ２が回転する。

【００２２】レボルバ２が回転し、各対物レンズ１Ａ〜
１Ｃのうち一つが光軸４と一致すると、位置検出器１０
Ａによって、その対物レンズのコード１０Ｂが検出さ
れ、制御回路１４に対して検出信号が入力される。制御
回路１４は、この信号を受けて超音波モータ３の回転を
停止する信号を駆動回路１６に出力し、この結果、対物
レンズ１Ａ〜１Ｃのうち、いずれか一つの対物レンズが
光軸４と一致した状態で停止する。更に、他の対物レン
ズに交換する場合は、対物レンズ交換スイッチ１５を再
び操作して超音波モータ３を回転させればよく、次の対
物レンズが光軸４と一致するまでレボルバ２が回転す
る。このように、レボルバ２は、各対物レンズ１Ａ，１
Ｂ，１Ｃのいずれかが、光軸４と一致した時に停止し、
対物レンズの交換が迅速に行えるようになっている。

【００２３】一方、停止時において、超音波モータ３
は、一定の保持トルクを有するために、従来、必要とさ
れたクリックがなくてもバックラッシュが生じないので
構造を簡単化することができる。つまり、超音波モータ
３は、レボルバ２を一定位置に固定する固定部としての
機能をも有している。また、超音波モータ３は発生トル
クが大きいために、ギアを用いずに直接レボルバ２を回
転させることができ、減速機構が不要となる。以上の実
施例のように、電動レボルバ２の回転に超音波モータ３
を用いることにより、ギアと対物レンズの位置合わせ用
クリックが不要となり、構造が簡単になると同時に耐久
性の向上を図ることができる。また、従来、必要とされ
た対物レンズの光軸を本体の光軸と一致させるための機
械的に精密な調整の必要がないので、製造工程を簡略化
できる。

【００２４】（第２実施例）ここで、以下に説明する各
実施例では、前記第１実施例と同様な点は、同一の符号
を付し、重複する説明を省略する。

【００２５】図５は、第２実施例の顕微鏡の側面図、図
６は、図５の顕微鏡の対物レンズ交換装置の説明図であ
る。第１実施例では、図２に示すように円環型の超音波
モータ３を対物レンズ１Ａ〜１Ｃの移動軌跡１７よりも
内側に配置し、超音波モータ３の中空部分を光軸４が通
る構造になっている。これに対して、第２実施例では、
図６に示すように、円環型の超音波モータ２０を対物レ
ンズ２１Ａ〜２１Ｅの移動軌跡２２よりも外側に配置
し、超音波モータ２０の外側を光軸４が通る構造になっ
ている点が異なる。

【００２６】第２実施例のレボルバ２には、合計５つの
対物レンズ２１Ａ〜２１Ｅが取り付けられている。この
ように、第２実施例は、レボルバ２が大きくなる場合に
用いるのが効果的である。これは、超音波モータ３の径
が大きすぎると、高い平面度を得ることが困難になるな
ど製造上の問題点が生じ、コストの増大につながるため
である。従って、第１実施例の構造と第２実施例の構造
とは、レボルバ２の大きさに応じて適宜、選択すること
が好ましい。また、第２実施例では、図６に示すように
光軸４が超音波モータ２０の外側を通るために、超音波
モータ２０は、必ずしも中空である必要はなく、円板形
の超音波モータを用いても良い。

【００２７】（第３実施例）図７は、第３実施例の顕微
鏡の側面図、図８は、図７の顕微鏡に使用している超音
波モータの正面図、図９は、図７の超音波モータの圧電
体の配置状態を示した図である。前記第１及び第２実施
例では、駆動部として、円環型の超音波モータを用いた
が、第３実施例では、縦振動と捩じり振動との合成振動
を利用して駆動力を得る超音波モータを使用している点
が異なる。

【００２８】図７に示すように、第３実施例の超音波モ
ータ２３は円柱状に形成されており、レボルバ２及び支
持台１３の内部に斜め上方に取り付けられている。超音
波モータ２３は、図８及び図９に示すように、ステータ
２４、ロータ２５、圧電体２６、シャフト２７等から構
成される。ステータ２４は半円柱状に形成された２枚の
半円柱状部材２４Ａ，２４Ｂからなり、その中央部に圧
電体２６及びシャフト２７を挟んだ状態で連結部材３５
によって連結されている。圧電体２６は、縦振動用の圧
電体２６Ａと、捩じり振動用の圧電体２６Ｂとから構成
され、図９の右上と左下に２枚の圧電体２６Ａ、左上と
右下に２枚の圧電体２６Ｂがそれぞれ配置されている。

【００２９】円柱状のロータ２５の内部には、シャフト
２７が挿入される孔が穿設されており、図８に示すよう
に、シャフト２７にロータ２５を挿入し、シャフト２７
の上端にばね２９を介してボルト２８を螺合することに
より、ロータ２５をステータ２４に対して加圧してい
る。このように、構成された超音波モータ２３を利用し
て、前述した第１及び第２実施例と同様な作用によりレ
ボルバ２を回転駆動し、対物レンズ２１Ａ〜２１Ｅのう
ち、観察者所望の倍率の対物レンズに交換することがで
きる。本実施例によれば、モータ自体の回転面の直径が
短くてすむので、スペース的に円環型の超音波モータを
使用できない場合に、超音波モータによる駆動が可能と
なる。

【００３０】以上説明した実施例に限定されず、種々の
変形や変更が可能であり、それらも本発明に含まれる。
例えば、以上の実施例では、円環型の超音波モータ、又
は捩じり振動と縦振動を複合させた超音波モータ等を利
用しているが、これに限らず、リニアモータ等の他の形
状の超音波モータ及び、他の原理で動作する超音波モー
タを用いても良い。また、以上の実施例では、対物レン
ズ交換装置を顕微鏡に適用した場合について説明した
が、顕微鏡に限らず、他の光学機器に適用することも可
能である。例えば、製造ラインの検査装置や、選別装置
等への適用が考えられる。更に、以上の実施例では、レ
ボルバ２を固定する固定部として超音波モータ自体の保
持トルクを利用しているが、これに限らず、簡易なブレ
ーキ機構を有する電気的な装置を利用してもよい。

【００３１】

【発明の効果】以上、説明したように、請求項１に記載
の発明によれば、対物レンズの位置合わせのクリックが
不要となるので、機械的な調整の必要がないとともに、
機構の簡単化を図ることができ、製造コストの低減に寄
与する。請求項２に記載の発明によれば、対物レンズを
移動させる駆動部及び、対物レンズの光軸を合わせる固
定部として、超音波モータを用いているので、駆動機構
が不要であり、且つ、対物レンズの位置合わせ用のクリ
ックが不要で耐久性が向上する。請求項３に記載の発明
によれば、対物レンズが環状に移動する移動軌跡よりも
超音波モータを内側に配置しているので、駆動部として
の超音波モータの小型化を図ることができる。請求項４
〜請求項６に記載の発明によれば、顕微鏡の電動レボル
バを超音波モータによって駆動することにより、駆動機
構を簡単にすることが可能となる。また、対物レンズの
位置合わせのためのクリックが不要となるために、レボ
ルバの耐久性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】対物レンズ交換装置が適用された顕微鏡の第１
実施例の側面図である。

【図２】図１の顕微鏡の対物レンズ交換装置を示した説
明図である。

【図３】超音波モータの構造を示す分解図である。

【図４】図２の超音波モータの駆動回路を示すブロック
図である。

【図５】第２実施例の顕微鏡の側面図である。

【図６】図５の顕微鏡の対物レンズ交換装置を示した説
明図である。

【図７】第３実施例の顕微鏡の側面図である。

【図８】図７の顕微鏡に使用している超音波モータの正
面図である。

【図９】図７の超音波モータの圧電体の配置状態を示し
た図である。

【図１０】従来の顕微鏡を示す図である。

【符号の説明】

１Ａ １Ｂ １Ｃ ２１Ａ ２１Ｂ ２１Ｃ ２１Ｄ
２１Ｅ 対物レンズ ２ レボルバ ３ ２０ ２３ 超音波モータ ４ 光軸 ５ 本体 ６ 接眼レンズ ７ ステージ ８ ハンドル ９ 連結部 １０Ａ 位置検出器 １０Ｂ コード １２ １３ 支持台 １７ ２３ 移動軌跡 ３１ 弾性体 ３２ ２６Ａ ２６Ｂ 圧電体 ３３ ２４ ステータ ３４ ２５ ロータ ５１ ＤＣモータ ５２ ギア

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の対物レンズが設けられ、これらの
   複数の対物レンズを観察光路上に移動させる移動体と、
   この移動体を移動自在に支持する支持台とを有する対物
   レンズ交換装置において、 前記対物レンズのうち観察に用いる対物レンズを前記移
   動体とともに前記支持台に沿って移動させる駆動部と、 前記対物レンズの光軸が観察光路上の光軸と一致してい
   るかを検出する位置検出部と、 前記位置検出部によって対物レンズの光軸が観察光路上
   の光軸と一致していると検出された場合に、この対物レ
   ンズを観察光路上に固定する固定部と、 を含むことを特徴とする対物レンズ交換装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の対物レンズ交換装置に
   おいて、 前記駆動部及び前記固定部として超音波モータを用いた
   ことを特徴とする対物レンズ交換装置。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の対物レンズ交換装置に
   おいて、 前記移動体は対物レンズを環状に移動させるとともに、
   前記超音波モータは円環型に形成され、この超音波モー
   タは、前記移動体によって前記対物レンズを移動した際
   の移動軌跡よりも内側に配置されていることを特徴とす
   る対物レンズ交換装置。
4. 【請求項４】 複数の対物レンズが設けられ、これらの
   複数の対物レンズを観察光路上に移動させる移動体と、
   この移動体を移動自在に支持する支持台とを有する対物
   レンズ交換装置において、 前記対物レンズのうち観察に用いる対物レンズを前記移
   動体とともに前記支持台に沿って移動させる駆動部と、 前記対物レンズの光軸が観察光路上の光軸と一致してい
   るかを検出する位置検出部と、 前記位置検出部によって対物レンズの光軸が観察光路上
   の光軸と一致していると検出された場合に、この対物レ
   ンズを観察光路上に固定する固定部と、 を含むことを特徴とする対物レンズ交換装置を有する顕
   微鏡。
5. 【請求項５】 請求項４に記載の対物レンズ交換装置を
   有する顕微鏡において、 前記駆動部及び前記固定部として超音波モータを用いた
   ことを特徴とする対物レンズ交換装置を有する顕微鏡。
6. 【請求項６】 請求項５に記載の対物レンズ交換装置を
   有する顕微鏡において、 前記移動体は対物レンズを環状に移動させるとともに、
   前記超音波モータは円環型に形成され、この超音波モー
   タは、前記移動体によって前記対物レンズを移動した際
   の移動軌跡よりも内側に配置されていることを特徴とす
   る対物レンズ交換装置を有する顕微鏡。