JPH0968642A - 顕微鏡システム用位置検出機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ホール素子を位置検出センサとして用い磁束密
度の温度変化及び経時変化が補償された精密な停止位置
制御を可能とする顕微鏡システム用位置検出機構を提供
すること。 【解決手段】光学的な切換えを行なうための回転可能な
光学的切換機構２と、この光学的切換機構２に取り付け
られた磁石３１〜３３と、光学的切換機構２を駆動する
駆動手段（１）と、磁石３１〜３３から発せられる磁束
密度を検出するためのホール素子４と、このホール素子
４による前記磁束密度の検出開始から検出終了までの期
間における光学的切換機構２の回転量を検出する検出手
段と、を備え、光学的切換機構２を光学的切換えのため
の所定位置に停止させるため、前記検出手段にて検出さ
れた回転量に基づき光学的切換機構２を前記検出終了の
位置から逆回転するよう駆動手段（１）を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、顕微鏡システムに
おける光学的切換機構の位置検出にホール素子を用いた
位置検出機構に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、顕微鏡システムにおける電気的駆
動による光学的切換機構、例えば複数の対物レンズを切
換えるためのレボルバー装置や暗視野と明視野とを切換
えるためのキューブ切換機構においては、停止位置制御
を行なうためのセンサ手段として、一般にフォトインタ
ラプタまたはフォトリフレクタ等の光学的変化検出セン
サやホール素子等の電磁的変化検出センサを用いる方式
が知られている。

【０００３】図８の（ａ）及び（ｂ）は、前記電磁的変
化検出センサを用いる方式の例を示す図である。図８の
（ａ）に示すように、プリズム２１が光路Ａ0 で示す直
進光を光路Ａ1 に示すように通過させる位置にあると
き、磁石２２から発せられる磁束密度はホール素子２３
で検出される。また図８の（ｂ）に示すように、プリズ
ム２１が光路Ａ0 で示す直進光を反射させて光路Ａ2 に
示すように光路切換させる位置にあるとき、磁石２２か
ら発せられる磁束密度はホール素子２３では検出されな
い。

【０００４】このようにホール素子２３で磁束密度が検
出された時にセンサ信号をＯＮ、検出されない時にセン
サ信号をＯＦＦとすると、図８の（ａ）のようにプリズ
ム２１に入り込む直進光がそのまま通過するときはセン
サＯＮ、また図８の（ｂ）のように反射して光路切換が
なされるときはセンサＯＦＦになる。このような原理に
よる電磁的変化検出センサを用いる方式は公知とされて
いる。

【０００５】そして一般的に、精密な精度が要求される
停止位置制御には光学的センサであるフォトインタラプ
タが狭いスリットを有する機構と組合わせて使用され
る。また精密な精度が要求されない位置判定等には、上
述したような検出精度の低い電磁的センサであるホール
素子が使用される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、内部に観察光
路等を有する顕微鏡システムにフォトインタラプタ等の
光学的センサを使用した場合、その光学的センサの発光
作用による前記観察光路等への影響または前記観察光路
からの漏光による前記光学的センサへの影響が発生する
おそれがある。このため前記顕微鏡システムは、発光作
用が無く観察光路等へ影響を及ぼさず、かつ前記観察光
路からの漏光による影響を受けることのないホール素子
を使用した磁束密度検出センサ方式を利用することが望
ましい。

【０００７】しかしながら、ホール素子はもともと検出
幅が広く、また一般的に磁石はその磁束密度が温度変化
及び経時変化に影響され変化するため、磁束密度を検出
するホール素子は精密な精度が要求される停止位置制御
にはあまり使用されず、位置判定等の状態検出に使用さ
れる場合が多いという現況である。

【０００８】本発明の目的は、ホール素子を位置検出セ
ンサとして用い磁束密度の温度変化及び経時変化が補償
された精密な停止位置制御を可能とする顕微鏡システム
用位置検出機構を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決し目的を
達成するために、本発明の顕微鏡システム用位置検出機
構は以下の如く構成されている。 （１）本発明の顕微鏡システム用位置検出機構は、光学
的な切換えを行なうための回転可能な光学的切換機構
と、この光学的切換機構に取り付けられた磁石と、前記
光学的切換機構を駆動する駆動手段と、前記磁石から発
せられる磁束密度を検出するためのホール素子と、この
ホール素子による前記磁束密度の検出開始から検出終了
までの期間における前記光学的切換機構の回転量を検出
する検出手段と、を備え、前記光学的切換機構を光学的
切換えのための所定位置に停止させるため、前記検出手
段にて検出された回転量に基づき前記光学的切換機構を
前記検出終了の位置から逆回転するよう前記駆動手段を
制御する。 （２）本発明の顕微鏡システム用位置検出機構は上記
（１）に記載の機構であって、かつ前記検出手段にて検
出された回転量に基づき、前記光学的切換機構を前記所
定位置に停止させるための前記光学的切換機構の逆回転
量を演算する演算手段を備え、この演算手段にて演算さ
れた逆回転量に基づき前記光学的切換機構を前記検出終
了の位置から逆回転するよう前記駆動手段を制御する。

【００１０】上記手段（１）（２）を講じた結果、それ
ぞれ次のような作用が生じる。 （１）本発明の顕微鏡システム用位置検出機構において
は、光学的切換機構を光学的切換えのための所定位置に
停止させるため、ホール素子による磁石の磁束密度の検
出開始から検出終了までの期間における前記光学的切換
機構の回転量を検出し、その回転量に基づき、前記光学
的切換機構を前記検出終了の位置から逆回転するよう駆
動手段を制御するので、前記ホール素子による前記磁石
の位置の検出範囲が温度変化及び経時変化により変化し
た場合でも、前記駆動手段のステップ角分解能の範囲内
において高精度な位置検出を行なうことが可能になる。
すなわち、光学的切換のための位置検出センサとして、
安価で光学系に影響を及ぼさないホール素子のみを使用
し、該ホール素子の広い検出範囲に拘らず常にその中心
を検出し正確な位置制御を行なうことにより、磁石の温
度変化及び経時変化が補償された精密な停止位置制御を
行なうことが可能になる。 （２）本発明の顕微鏡システム用位置検出機構において
は、検出された光学的切換機構の回転量に基づき、該光
学的切換機構を所定位置に停止させるための逆回転量を
演算し、その逆回転量に基づき該光学的切換機構を逆回
転するよう制御するので、例えば前記光学的切換機構の
回転により発生する前記ホール素子の検出範囲の始まり
から終りまでのパルス数を前記回転量としてカウント
し、そのカウントしたパルス数の１／２即ち前記検出範
囲の始まりから終りまでの半分の範囲に相当する分、前
記光学的切換機構を前記検出範囲の終りの位置から逆回
転させ、停止させることが可能になる。

【００１１】

【発明の実施の形態】

（第１の実施の形態）図１は本発明の第１の実施の形態
に係る顕微鏡システム用位置検出機構の基本構成を示す
図である。図１において１はパルスモータであり、この
パルスモータ１はギヤ５を備えており、支点２１により
支持されている円盤状の光学的切換機構２を駆動する。
また３は磁石であり、この磁石３は光学的切換機構２の
円周付近に取り付けられている。磁石３から発せられる
磁束密度は、図示しない基板に取り付けられているホー
ル素子４により検出される。

【００１２】パルスモータ１の駆動に伴い、ギヤ５によ
って光学的切換機構２が支点２１を中心として回転運動
すると、その回転に伴い磁石３も回転運動する。そして
やがて磁石３が発する磁束がホール素子４の検出範囲内
に入る。このホール素子４の検出範囲は磁石３が発する
磁束密度に対するホール素子４自身の検出感度に基づい
た検出幅を有しており、磁石３が発する磁束密度の温度
変化及び経時変化による変化に応じて変化する。

【００１３】本第１の実施の形態では、ホール素子４に
基づいた以下のような光学的切換えの位置検出機構によ
り、位置検出を行なう。まず光学的切換機構２が回転運
動を開始すると、ホール素子４が磁石３の位置を検出し
ている期間の光学的切換機構２の移動量に対応する所定
量を図示しない演算機構でカウントする。そして磁石３
の位置検出終了後に、前記所定量に基づき光学的切換機
構２を逆回転し、その逆回転停止の位置が光学的切換え
の位置となるよう制御する。

【００１４】図２は図１に示した構成を基本とする位置
検出機構に三つの光学素子を取り付け光量切換を行なう
顕微鏡システム用位置検出機構の構成を示す図である。
図２に示す位置検出機構は、光学的切換機構２上に設け
られている三つの光路通過穴６１、６２、６３の上にそ
れぞれ光学素子７１、７２、７３が取り付けられてい
る。またこれら光学素子７１、７２、７３付近にそれぞ
れ磁石３１、３２、３３が取り付けられており、これら
磁石３１、３２、３３は、その光学的切換機構２の回転
に伴う軌跡が同一の円を描くよう配置されている。そし
てパルスモータ１により光学的切換機構２が駆動され、
光学素子７１、７２、７３による光量切換が行なわれ
る。

【００１５】さらに、光学的切換機構２の回転運動に伴
う磁石３１、３２、３３の軌道上のある一点のほぼ真下
または真上に、基板８に取り付けられたホール素子４が
配置されている。すなわちホール素子４は、光路通過穴
６１、６２、６３を所定の停止指定位置中央に停止させ
たとき、磁石３１、３２、３３の真上または真下に位置
するよう配置されている。

【００１６】以下、この位置検出機構の動作を説明す
る。パルスモータ１の駆動に伴い、ギヤ５によって光学
的切換機構２が支点２１を中心として回転運動すると、
その回転に伴い磁石３１、３２、３３も回転運動する。
そして、やがて磁石３１、３２、３３のいずれかが発す
る磁束密度がホール素子４の検出範囲内に入る。

【００１７】図３はホール素子４の検出範囲を説明する
ための図である。図３において、３０１、３０２、３０
３は光学的切換機構２の回転に伴い推移する磁石３１の
軌跡を示している。図３では光学的切換機構２が矢印Ｌ
方向に回転しており、磁石３１は３０１→３０２→３０
３の軌道上を移動する。上述したようにホール素子４の
検出範囲は、磁石３１、３２、３３が発する磁束密度が
温度変化及び経時変化により変化するのに応じて変化す
る。例えば、図３に示す検出範囲ａのようにパルスモー
タ１が発する１パルス分のみの場合もあれば、検出範囲
ｂのように温度変化及び経時変化により変動するパルス
数Ａを左右に含む２Ａパルス分の場合もある。

【００１８】図４の（ａ）は温度変化により上記検出範
囲が変化した場合の例を示す図である。黒丸Ｘはホール
素子４により検出された磁石の位置を、また白丸Ｙは検
出されなかった磁石の位置を示している。また、中央の
点線ｃは光路通過穴６１、６２、６３を上記所定の停止
指定位置中央に停止させたときの磁石の位置を示してい
る。３段のうち上段に示されている例は温度が高い場合
であり、図３に示したような１パルス分のみの範囲を検
出している。中段に示されている例は温度が中庸の場合
であり、図３に示したような２Ａパルス分の範囲を検出
している。また下断に示されている例は温度が低い場合
であり、４Ａパルス分の範囲を検出している。

【００１９】図４の（ｂ）に示すように、磁石がホール
素子４の検出範囲に入ってから即ちセンサがＯＮしてか
ら検出範囲を脱するまで即ちセンサがＯＦＦするまでの
パルス数{1} 〜{6} を、記憶装置を有する上記演算機構
にてカウントしている。そして、そのカウントしたパル
ス数の１／２即ち{1} ′〜{3} ′分だけセンサがＯＦＦ
した位置から光学的切換機構２を逆回転させる。そし
て、光学的切換機構２は{3} ′の位置で停止することに
なる。

【００２０】図５は上述したような位置検出機構の動作
手順を示すフローチャートである。まずステップＳ１
で、光学的切換機構２がパルスモータ１の１パルス分の
ステップ角に対応し回転し、ステップＳ２で、センサＯ
Ｎとなった場合、ステップＳ３で上記演算機構にてパル
ス数のカウントを開始する。続いてステップＳ４でさら
に１パルス分回転する。このような１パルス分の回転と
カウントを、ステップＳ５でセンサＯＦＦとなるまで継
続する。そして、ステップＳ５でセンサＯＦＦとなる
と、ステップＳ６でセンサＯＦＦ時のパルスをカウント
し、その後ステップＳ７で上記演算機構でカウントされ
た総パルス数を２で除算する演算を行ない、その除算結
果に相当するパルス数分光学切換機構２を逆回転させ
る。続いてステップＳ８で、その逆回転させ停止させた
位置を原点とし、その原点に係る情報を図４の（ｂ）に
示した如き相励磁パターンと共に上記記憶装置に記憶す
る。

【００２１】上述したような本第１の実施の形態におけ
る位置検出機構によれば、ホール素子４による磁石３
１、３２、３３の位置の検出範囲が温度変化及び経時変
化により変化した場合でも、パルスモータ１のステップ
角分解能の範囲内による高精度な位置検出が可能にな
る。

【００２２】（第２の実施の形態）図６は本発明の第２
の実施の形態に係る顕微鏡システム用位置検出機構の構
成を示す図である。なお本第２の実施の形態に係る位置
検出機構は上記第１の実施の形態で図２に示したものと
基本的に同じ構成をなしており、図６において図２と同
一な部分には同一符号を付してある。そして図２に示し
たものと相違する点は、各磁石３１、３２、３３の軌道
上ほぼ真下または真上に、それぞれ基板８１、８２、８
３に取り付けられているホール素子４１、４２、４３が
配置されていることにある。ホール素子４１、４２、４
３は図２に示したホール素子４と同様、光路通過穴６
１、６２、６３を所定の停止指定位置中央にしたとき
に、磁石３１、３２、３３の真上または真下に位置する
よう配置されている。

【００２３】このように構成された位置検出機構の動作
は第１の実施の形態に示したものとほぼ同様であるが、
各磁石３１、３２、３３の発する磁束密度がそれぞれ複
数のホール素子４１、４２、４３のいずれかにより検出
される点が相違している。

【００２４】このような本第２の実施の形態における位
置検出機構によれば、各ホール素子４１、４２、４３に
よる磁石３１、３２、３３の位置の検出範囲が温度変化
及び経時変化により変化した場合でも、パルスモータ１
のステップ角分解能の範囲内による高精度な位置検出が
可能になる。そして磁石３１、３２、３３の発する磁束
密度がそれぞれ複数のホール素子４１、４２、４３のい
ずれかにより検出されるので、それら複数の検出範囲を
基にそれぞれ第１の実施の形態に示したと同様の演算を
行ない、それら演算結果を平均した値を基に光学切換機
構２を逆回転させることで、より高精度で信頼性の高い
位置検出が可能になる。

【００２５】（第３の実施の形態）図７は本発明の第３
の実施の形態に係る顕微鏡システム用位置検出機構の構
成を示す図である。なお本第３の実施の形態に係る位置
検出機構は図２に示したものと基本的に同じ構成をなし
ており、図７において図２と同一な部分には同一符号を
付してある。そして図２に示したものと相違する点は、
図２において光学素子７１〜７３と同数の磁石３１〜３
３を設けているのに対して、一つの磁石３を設けている
ことにある。さらに磁石３のホール素子４による検出位
置を光学的切換機構２の原点位置とし、各光学素子７
１、７２、７３の位置決めはこの原点位置からのパルス
モータ１の回転量に対応する駆動パルス数に基づき行な
うように構成している。また、当該位置検出機構の動作
も第１の実施の形態に示したものに準じている。

【００２６】このような本第３の実施の形態における位
置検出機構によれば、光学素子と同数の磁石を必要とす
る第１の実施の形態及び第２の実施の形態に対して一つ
の磁石で済むという簡単な機構により、ホール素子４に
よる磁石３の位置の検出範囲が温度変化及び経時変化に
より変化した場合でも、パルスモータ１のステップ角分
解能の範囲内による高精度な位置検出が可能になる。

【００２７】なお、本発明は上記各実施の形態に限定さ
れず、要旨を変更しない範囲で適宜変形して実施でき
る。 （実施の形態のまとめ）実施の形態に示された構成及び
作用効果をまとめると次の通りである。 ［１］実施の形態に示された顕微鏡システム用位置検出
機構は、光学的な切換えを行なうための回転可能な光学
的切換機構２と、この光学的切換機構２に取り付けられ
た磁石３と、前記光学的切換機構２を駆動する駆動手段
（１）と、前記磁石３から発せられる磁束密度を検出す
るためのホール素子４と、このホール素子４による前記
磁束密度の検出開始から検出終了までの期間における前
記光学的切換機構２の回転量を検出する検出手段と、を
備え、前記光学的切換機構２を光学的切換えのための所
定位置に停止させるため、前記検出手段にて検出された
回転量に基づき前記光学的切換機構２を前記検出終了の
位置から逆回転するよう前記駆動手段（１）を制御す
る。

【００２８】このように上記顕微鏡システム用位置検出
機構においては、光学的切換機構２を光学的切換えのた
めの所定位置に停止させるため、ホール素子４による磁
石３の磁束密度の検出開始から検出終了までの期間にお
ける前記光学的切換機構２の回転量を検出し、その回転
量に基づき、前記光学的切換機構２を前記検出終了の位
置から逆回転するよう駆動手段（１）を制御するので、
前記ホール素子４による前記磁石３の位置の検出範囲が
温度変化及び経時変化により変化した場合でも、前記駆
動手段（１）のステップ角分解能の範囲内において高精
度な位置検出を行なうことが可能になる。すなわち、光
学的切換のための位置検出センサとして、安価で光学系
に影響を及ぼさないホール素子４のみを使用し、該ホー
ル素子４の広い検出範囲に拘らず常にその中心を検出し
正確な位置制御を行なうことにより、磁石３の温度変化
及び経時変化が補償された精密な停止位置制御を行なう
ことが可能になる。 ［２］実施の形態に示された顕微鏡システム用位置検出
機構は上記［１］に記載の機構であって、かつ前記磁石
３及び前記ホール素子４を各々複数備える。

【００２９】このように上記顕微鏡システム用位置検出
機構においては、前記磁石３及び前記ホール素子４を各
々複数備えたので、複数の磁石３１〜３３の発する磁束
密度がそれぞれ複数のホール素子４１〜４３のいずれか
により検出され、それら複数の検出範囲を基に前記光学
切換機構２を逆回転するよう制御することで、より高精
度で信頼性の高い位置検出が可能になる。 ［３］実施の形態に示された顕微鏡システム用位置検出
機構は上記［１］に記載の機構であって、かつ前記磁石
３及び前記ホール素子４を各々一つ備える。

【００３０】このように上記顕微鏡システム用位置検出
機構においては、前記磁石３及び前記ホール素子４を各
々一つ備えたので、簡単な機構により、前記ホール素子
４による前記磁石３の位置の検出範囲が温度変化及び経
時変化により変化した場合でも、高精度な位置検出が可
能になる。 ［４］実施の形態に示された顕微鏡システム用位置検出
機構は上記［１］〜［３］のいずれかに記載の機構であ
って、かつ前記検出手段にて検出された回転量に基づ
き、前記光学的切換機構２を前記所定位置に停止させる
ための前記光学的切換機構２の逆回転量を演算する演算
手段を備え、この演算手段にて演算された逆回転量に基
づき前記光学的切換機構２を前記検出終了の位置から逆
回転するよう前記駆動手段（１）を制御する。

【００３１】このように上記顕微鏡システム用位置検出
機構においては、検出された光学的切換機構２の回転量
に基づき、該光学的切換機構２を所定位置に停止させる
ための逆回転量を演算し、その逆回転量に基づき該光学
的切換機構２を逆回転するよう制御するので、例えば前
記光学的切換機構２の回転により発生する前記ホール素
子４の検出範囲の始まりから終りまでのパルス数を前記
回転量としてカウントし、そのカウントしたパルス数の
１／２即ち前記検出範囲の始まりから終りまでの半分の
範囲に相当する分、前記光学的切換機構２を前記検出範
囲の終りの位置から逆回転させ、停止させることが可能
になる。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、ホール素子を位置検出
センサとして用い磁束密度の温度変化及び経時変化が補
償された精密な停止位置制御を可能とする顕微鏡システ
ム用位置検出機構を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る顕微鏡システ
ム用位置検出機構の基本構成を示す図。

【図２】本発明の第１の実施の形態に係る顕微鏡システ
ム用位置検出機構の構成を示す図。

【図３】本発明の各実施の形態に係るホール素子の検出
範囲を説明するための図。

【図４】本発明の各実施の形態に係るホール素子の検出
範囲を説明するための図。

【図５】本発明の各実施の形態に係る位置検出機構の動
作手順を示すフローチャート。

【図６】本発明の第２の実施の形態に係る顕微鏡システ
ム用位置検出機構の構成を示す図。

【図７】本発明の第３の実施の形態に係る顕微鏡システ
ム用位置検出機構の構成を示す図。

【図８】従来例に係る電磁的変化検出センサを用いる方
式の例を示す図。

【符号の説明】

１…パルスモータ、２…光学的切換機構、２１…支点、
３…磁石、３１〜３３…磁石、４…ホール素子、４１〜
４３…ホール素子、５…ギヤ、６１〜６３…光路通過
穴、７１〜７３…光学素子、８…基板、８１〜８３…基
板。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光学的な切換えを行なうための回転可能な
   光学的切換機構と、 この光学的切換機構に取り付けられた磁石と、 前記光学的切換機構を駆動する駆動手段と、 前記磁石から発せられる磁束密度を検出するためのホー
   ル素子と、 このホール素子による前記磁束密度の検出開始から検出
   終了までの期間における前記光学的切換機構の回転量を
   検出する検出手段と、を備え、 前記光学的切換機構を光学的切換えのための所定位置に
   停止させるため、前記検出手段にて検出された回転量に
   基づき前記光学的切換機構を前記検出終了の位置から逆
   回転するよう前記駆動手段を制御することを特徴とする
   顕微鏡システム用位置検出機構。
2. 【請求項２】前記検出手段にて検出された回転量に基づ
   き、前記光学的切換機構を前記所定位置に停止させるた
   めの前記光学的切換機構の逆回転量を演算する演算手段
   を備え、 この演算手段にて演算された逆回転量に基づき前記光学
   的切換機構を前記検出終了の位置から逆回転するよう前
   記駆動手段を制御することを特徴とする請求項１に記載
   の顕微鏡システム用位置検出機構。