CN116804792A - 观察装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种观察装置，能够使针对由音圈马达驱动的透镜单元的配重轻量化。该观察装置(1)具备主框架(11)、透镜单元(2)、成像透镜(5)、驱动机构(3)以及施力机构(4)。驱动机构(3)通过音圈马达(31)的驱动力使透镜单元(2)移动。施力机构(4)具有杠杆部(40)、配重(41)以及线(42)。杠杆部(40)相对于主框架(11)能够以沿X方向延伸的轴为中心旋转地被支撑。配重(41)对杠杆部(40)的从支撑于主框架(11)的支点位置(P1)分离的力点位置(P2)施加力。线(42)将透镜单元(2)连接于杠杆部(40)的比力点位置(P2)靠近支点位置(P1)的作用点位置(P3)。

Description

观察装置

技术领域

本说明书公开的主题涉及一种观察装置。

背景技术

以往，已知有利用透镜放大观察细胞等观察对象物的观察装置。在这种观察装置中，使物镜在光轴方向上移动，使焦点与观察对象物对准。对于用于使物镜移动的驱动器，例如使用压电驱动器、使用了马达和滚珠丝杠的直动机构、使用了超声波马达和齿轮及凸轮的机构、使用了步进马达和凸轮及齿轮的机构等。另外，作为用于使小型的物镜移动的驱动器，也存在使用音圈马达的情况。

关于利用音圈马达使物镜移动的机构，例如记载于专利文献1、2。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2014-056207号公报

专利文献2：日本特开2012-118195号公报

发明内容

发明所要解决的课题

音圈马达是利用通过在永久磁铁的磁场中在线圈流通电流而产生的洛伦兹力，输出直移运动的驱动器。如果使用音圈马达，则与使用如使用了马达和滚珠丝杠的直动机构的其他驱动器的情况相比，能够使物镜响应性良好地移动。然而，音圈马达输出的驱动力小。因此，在物镜的质量大的情况下，不容易使用音圈马达。

考虑使用配重减小物镜的表观质量。然而，当物镜变大时，配重也变大。因此，存在装置整体的尺寸增大并且装置的重量也变大的问题。

本发明的目的在于提供一种能够使针对于由音圈马达驱动的透镜单元的配重轻量化的技术。

用于解决课题的方案

为了解决上述课题，方案1为一种观察装置，其具备：框架；透镜单元，其包含调整与观察对象物的距离而能够变更焦点位置的物镜；驱动机构，其安装于上述框架，且通过音圈马达的驱动力使上述透镜单元移动；以及施力机构，其对上述透镜单元向上方施力，上述施力机构具有：杠杆部，其相对于上述框架能够以沿与铅垂方向交叉的第一方向延伸的轴为中心旋转地被支撑；配重，其对上述杠杆部的从支撑于上述框架的支点位置分离的力点位置施加力；以及连接部，其将上述透镜单元连接于上述杠杆部的比上述力点位置靠近上述支点位置的作用点位置。

方案2根据方案1记载的观察装置，其中，上述驱动机构使上述透镜单元上下移动。

方案3根据方案1或2记载的观察装置，其中，上述连接部具有线。

方案4根据方案3记载的观察装置，其中，上述施力机构还具有被上述线挂住的滑轮。

方案5根据方案4记载的观察装置，其中，上述滑轮位于比上述杠杆部靠上侧。

方案6根据方案5记载的观察装置，其中，上述作用点位置设定于上述支点位置与上述力点位置之间。

方案7根据方案1至6中任一项记载的观察装置，其中，上述施力机构位于沿上述第一方向从上述透镜单元分离的位置。

方案8根据方案1至7中任一项记载的观察装置，其中，上述配重的远离上述支点位置的侧的侧部为弧状。

方案9根据方案1至8中任一项记载的观察装置，其中，上述杠杆部上的上述配重的位置能够向接近上述支点位置的方向或者远离上述支点位置的方向调整。

方案10根据方案9记载的观察装置，其中，还具有螺钉，该螺钉将上述配重固定于上述杠杆部，上述配重或者上述杠杆部具有插入孔，该插入孔是上述螺钉插入的孔，且向接近上述支点位置的方向或者从上述支点位置分离的方向延伸。

方案11根据方案1至10中任一项记载的观察装置，其中，上述配重的重心偏向从上述支点位置分离的方向。

方案12根据方案11记载的观察装置，其中，上述配重具有越从上述支点位置分离，宽度越大的部分。

发明效果

根据方案1至方案12的观察装置，基于杠杆原理，能够以比配重的重量大的力对透镜单元向上方施力。由此，即使是轻量的配重，也能够使用音圈马达使质量大的透镜单元高精度地移动。

根据方案5的观察装置，挂在位于比杠杆部靠上侧的滑轮的线连接于杠杆部，因此能够对杠杆部的作用点位置向上施加与透镜单元的重量相应的力。

根据方案6的观察装置，能够在施加于杠杆部的作用点位置的与透镜单元的重力相应的向上的力和施加于力点位置的与配重的重量相应的向下的力之间取得平衡。

根据方案8的观察装置，能够减小配重与杠杆部一起旋转时的配重的旋转半径。由此，能够降低配重的侧部与其他部件接触的情况。

根据方案9的观察装置，能够将配重的位置向接近支点位置的方向或者从支点位置分离的方向调整。由此，能够调整对透镜单元向上方施力的力。

根据方案10的观察装置，通过调整固定配重的螺钉的位置，能够将配重的位置向接近支点位置的方向或者从支点位置分离的方向调整。

根据方案11的观察装置，通过使重心偏向从支点位置分离的方向，能够增大力矩。由此，能够使配重轻量化。

根据方案12的观察装置，通过越从支点位置分离，宽度越大，能够使配重的重心偏向从支点位置分离的方向。

附图说明

图1是概略性地表示实施方式的观察装置的结构的侧视图。

图2是图1所示的观察装置的侧视图。

图3是图1所示的观察装置的后视图。

图4是图1所示的观察装置的俯视图。

图5是概念性地表示对图1所示的杠杆部施加的力的图。

图6是概念性地表示向变形例的杠杆部施加的力的图。

图中：

1—观察装置，2—透镜单元，3—驱动机构，4—施力机构，5—成像透镜，11—主框架(框架)，20—透镜单元，22—物镜，31—音圈马达，40、40a—杠杆部，41—配重，42—线，43—滑轮，45—螺钉，410—插入孔，411—侧部，P1—支点位置，P2—力点位置，P3—作用点位置。

具体实施方式

以下，一边参照附图，一边对本发明的实施方式进行说明。另外，该实施方式所记载的构成要素仅为例示，并非旨在将本发明的范围仅限定于此。在图面中，为了容易理解，有时根据需要将各部分的尺寸、数量夸大或简化地图示。

在图1以及以后的各图中，图示了分别表示相互交叉的X轴、Y轴以及Z轴的箭头。X轴、Y轴以及Z轴优选正交。在以下的说明中，将沿着X轴、Y轴以及Z轴的方向分别称为“X方向”、“Y方向”以及“Z方向”。另外，将各箭头的前端朝向的一方设为+(正)侧，将+侧的相反侧设为-(负)侧。

在以下的说明中，将Z方向设为铅垂方向，将+Z方向设为铅垂向上，将-Z方向设为铅垂向下。另外，如图1所示，以主框架11为基准，将音圈马达31侧设为-X侧，将其相反侧设为+X侧。

＜1.实施方式＞

图1是概略性地表示实施方式的观察装置1的结构的侧视图。图2是图1所示的观察装置的侧视图。图3是图1所示的观察装置的后视图。图4是图1所示的观察装置的俯视图。

观察装置1是用于利用后述的物镜22放大观察保持于试样容器90的细胞9的装置。试样容器90例如是孔板或培养皿。试样容器90以水平姿势载置于位于观察装置1的上方的支撑台80。也可以在载置于支撑台80的试样容器90的上方设置有照明。试样容器90由使光透过的透明的树脂形成。在试样容器90内，与培养液91一起保持有成为观察对象物的多个细胞9。细胞9是透明或半透明的生物试样。细胞9以吸附于试样容器90内的底部、或者悬浮于试样容器90内的培养液91中的状态存在。

观察装置1通过从试样容器90的下方拍摄保持于试样容器90内的细胞9，取得细胞9的图像。如图1至图4所示，观察装置1具备框架10、透镜单元2、驱动机构3、施力机构4、成像透镜5、拍摄部6以及计算机7。

框架10是支撑观察装置1的计算机7以外的各部的部件。框架10例如由刚性高的金属形成。框架10配置在水平的面上。如图1至图4所示，框架10具有主框架11、第一支撑部12以及第二支撑部13。主框架11是沿上下方向(Z方向)延伸的板状。第一支撑部12及第二支撑部13相对于主框架11位于-X侧，且从主框架11向-X侧突出。第二支撑部13位于从第一支撑部12向下方分离的位置。成像透镜5安装于第一支撑部12。拍摄部6安装于第二支撑部13。

透镜单元2具有旋转器21(在图1中省略图示)、支撑于旋转器21的多个物镜22、以及后述的移动件232。如图2至图4所示，旋转器21具有平板状的支撑板211和转台212。转台212具有多个透镜安装面。多个透镜安装面具有与多棱锥(在本例中为四棱锥)的扁平的各侧面对应的位置关系。旋转器21以使转台212的一个透镜安装面成为水平的方式以倾斜的姿势配置。转台212以能够以上述多棱锥的中心轴为中心旋转的状态支撑于支撑板211。多个物镜22分别安装于转台212的多个透镜安装面。

各物镜22能够调整与观察对象物的距离而变更焦点位置。多个物镜22的焦距等光学特性互不相同。观察装置1的使用者通过使转台212旋转，能够选择多个物镜22中的任意一个物镜22来使用。

旋转器21经由线性导向件23安装于主框架11。线性导向件23由轨道231和移动件232构成。如图2所示，轨道231形成于主框架11的-X侧面。轨道231沿上下方向以直线状延伸。移动件232固定于旋转器21的支撑板211。移动件232能够沿轨道231在上下方向上移动。由此，透镜单元2能够相对于主框架11在上下方向上移动。

驱动机构3使透镜单元2在上下方向上移动。通过透镜单元2上下移动，使物镜22的焦点与细胞9对准。驱动机构3具有音圈马达31。音圈马达31的外壳固定于主框架11。音圈马达31是驱动器，利用通过在永久磁铁的磁场中在线圈中流通电流而产生的洛伦兹力，输出直移运动。与其他一般的驱动器相比，音圈马达31具有响应性非常高的优点。音圈马达31的输出轴32与线性导向件23的移动件232连接。因此，当向音圈马达31的线圈供给驱动电流时，输出轴32以及透镜单元2作为一体而在上下方向上移动。

＜施力机构＞

施力机构4是用于辅助驱动机构3对透镜单元2的移动的机构。施力机构4具有杠杆部40、配重41、线42以及滑轮43。

杠杆部40是具有刚性的部件。如图3所示，杠杆部40是沿Y方向延伸的长方体状。杠杆部40经由轴承(未图示)与支撑轴111连结。支撑轴111沿X方向延伸，从主框架11向+X方向突出。支撑轴111以能够以在X方向(第一方向)上延伸的规定轴为中心旋转的状态支撑杠杆部40。即，杠杆部40相对于主框架11被支撑为能够以在X方向上延伸的轴为中心旋转。另外，也可以将轴承设于杠杆部40。在此情况下，使支撑轴111相对于主框架11不能旋转，杠杆部40相对于支撑轴111旋转。

杠杆部40的与支撑轴111连结的部分(相对于主框架11的位置被固定的部分)相当于支点位置P1。支点位置P1设定在杠杆部40的-Y侧端部。

另外，杠杆部40并非必须沿一方向笔直地延伸。例如，杠杆部40也可以具有弯曲的部分。另外，杠杆部40也可以是圆板状等。

配重41是用于减轻透镜单元2的表观重量的重物。如图1、图3以及图4所示，配重41相对于主框架11位于+X侧。配重41经由作为固定件的两个螺钉45安装于杠杆部40。杠杆部40的安装有配重41的位置相当于力点位置P2。力点位置P2位于从支点位置P1分离的位置。这样，配重41配置于力点位置P2，对力点位置P2施加与配重41的重量相应的向下的力。

如图3所示，配重41具有供螺钉45插通的插入孔410。在本例中，配重41相对于两个螺钉45具有两个插入孔410。插入孔410是沿接近支点位置P1的方向或从支点位置P1分离的方向延伸的长孔。通过将插入孔410设为长孔，能够将配重41的位置(即力点位置P2的位置)向接近支点位置P1的方向或远离的方向调整。另外，设于杠杆部40且供螺钉45插入的孔(未图示)也可以是长孔。

并非必须利用螺钉45将配重41固定于杠杆部40。例如，配重41也可以经由挂于杠杆部40的线而安装于杠杆部40。另外，在挂线时，也可以在杠杆部40设置有钩。另外，也可以设置相距支点位置P1的距离不同的多个钩。通过设置多个钩，能够调整安装配重41的位置(即力点位置P2)。

另外，也可以以使配重41在杠杆部40上滑行移动的方式，使杠杆部40具有导轨等引导部。

如图3所示，配重41为例如扇形状。配重41的远离支点位置P1的侧(在图3所示的例子中为+Y侧)的侧部411为弧状(在本例中为圆弧状)。配重41能够与杠杆部40一起以支撑轴111(支点位置P1)为中心旋转。因此，通过使配重41的侧部411为弧状，能够减小配重41以支点位置P1为中心旋转时的配重41的旋转半径。因此，能够抑制配重41的侧部411与其他部件(例如，框架10)接触。另外，配重41的形状并不限定于扇形状，可以任意选择。

线42是连接透镜单元2和杠杆部40的线状部件。线42是连接部的一例。线42的一端连接于移动件232。线42的另一端连接于杠杆部40的作用点位置P3。作用点位置P3位于比力点位置P2靠近支点位置P1。在本例中，作用点位置P3设定在支点位置P1与力点位置P2之间。滑轮43位于比移动件232及杠杆部40向上方分离的位置。滑轮43能够以沿Y方向延伸的轴为中心旋转。

线42钩挂于滑轮43，由此线42从上方连接于杠杆部40。由此，经由线42，与透镜单元2的重量相应的力向上施加于杠杆部40的作用点位置P3。另外，通过对作用点位置P3施加向上的力，对力点位置P2施加与配重41的重量相应的向下的力，能够使杠杆部40平衡。

成像透镜5是用于使通过了物镜22的光成像于拍摄部6的透镜。成像透镜5位于物镜22的下方。另外，成像透镜5固定于框架10的第一支撑部12。因此，成像透镜5相对于框架10的位置恒定。

拍摄部6是拍摄通过成像透镜5所形成的细胞9的像的照相机。拍摄部6位于成像透镜5的下方。另外，拍摄部6固定于框架10的第二支撑部13。因此，拍摄部6相对于框架10的位置恒定。物镜22、成像透镜5以及拍摄部6在主框架11的前方沿着在上下方向上延伸的光轴在一条直线上排列。拍摄部6具有CMOS、CCD等摄像元件。拍摄部6作为由多个像素构成的多灰度的数字数据取得细胞9的图像。然后，拍摄部6将所取得的图像数据向计算机7输出。

计算机7是具备CPU等处理器、RAM等存储器、以及硬盘驱动器等存储部的信息处理装置。如图1中虚线箭头所示，计算机7与驱动机构3及拍摄部6电连接。在计算机7安装有用于执行观察处理的计算机程序。计算机7按照计算机程序动作。由此，对驱动机构3及拍摄部6进行动作控制。具体而言，计算机7通过使驱动机构3动作来调整透镜单元2的高度，使物镜22的焦点与细胞9对准。另外，计算机7通过使拍摄部6动作来进行细胞9的拍摄。另外，计算机7对从拍摄部6输出的图像数据进行图像处理。由此，将图像数据转换成适合于细胞9的观察的图像数据。

如上所述，该观察装置1拍摄浮游于培养液中的细胞9的图像。此时，有时应高精度地变更物镜22的高度。例如，有时，观察装置1一边变更物镜22的焦点的上下方向的位置，一边进行多次拍摄(焦点包围拍摄(フォーカスブラケット撮影))。在该情况下，通过合成从拍摄部6输出的多个图像，能够生成焦点与高度不同的多个细胞9全部对准的所谓全焦点图像。本实施方式的观察装置1即使在进行这样的焦点包围拍摄的情况下，通过使用音圈马达31，也能够迅速且高精度地变更物镜22的高度。

图5是概念性地表示对图1所示的杠杆部40施加的力的图。在图5中，“F1”表示经由线42及滑轮43传递的透镜单元2的重力(N)。“F2”表示配重41的重力(N)。“L1”表示从支点位置P1(原点)到到力F1作用的作用点位置P3的距离(m)。“L2”表示从支点位置P1(原点)到力F2作用的力点位置P2的距离(m)。“θ”表示以支点位置P1为中心的杠杆部40的旋转角(rad)。

如图5所示，在杠杆部40平衡的情况下，下式成立。

式(1) F1·L1·cosθ＝F2·L2·cosθ

根据上述式(1)，力F2由下式表达。

式(2) F2＝F1·(L1/L2)

在此，距离L2设定为大于距离L1(L1＜L2)。因此，根据式(2)，在取得了平衡的情况下，力F2比力F1小。即，能够以比与配重41的重量相应的力F2大的力对透镜单元2向上方施力。另外，根据式(2)的式子可知，无论杠杆部40的旋转角度θ如何，能够以恒定的力对透镜单元2向上方施力。

配重41越远离支点位置P1，宽度(与从支点位置P1朝向力点位置P2的方向交叉的方向(优选为正交的方向)的尺寸)越大。如本例这样，在将配重41设为扇形状的情况下，越是远离支点位置P1，宽度以恒定比例越变大。通过这样越远离支点位置P1，使配重41的宽度越增大，能够使配重41的重心偏向远离支点位置P1的方向。由此，能够增大配重41带来的力矩，因此能够使配重41轻量化。另外，并非必须使配重41的宽度以恒定比例增大。例如，也可以使配重41的宽度阶梯状地增大。

如上所述，将供螺钉45插入的插入孔410设为长孔，由此能够调整配重41的位置。即，在上述式(1)中，能够调整从支点位置P1到力点位置P2的距离L2。在此，在将插入孔410的调整量设为α的情况下，式(1)如下式地变形。

式(3) F1·L1·cosθ＝F2(L2+α)·cosθ

＝F2·L2·cosθ+F2·α·cosθ

如上述式(3)所示，通过设置调整量α，能够将力点位置P2的力矩调整F2·α·cosθ的量。由此，能够对利用配重41拉起透镜单元2的力进行微调整。

＜效果＞

如上所述，根据观察装置1，基于杠杆原理，能够以比配重41的重量大的力F1对透镜单元2向上方施力。因此，能够使配重41轻量化。另外，由于能够使配重41轻量化，因此能够使施力机构4轻量化以及小型化。因此，能够使观察装置1轻量化及小型化。

＜2.变形例＞

以上对实施方式进行了说明，但本发明并不限定于上述那样的方式，能够进行各种变形。

上述实施方式的观察装置1从下方观察作为观察对象物的细胞9。然而，观察装置1也可以从上方观察作为观察对象物的细胞9。即，观察装置1也可以配置在保持细胞9的试样容器90的上方。在此情况下，也可以在透镜单元2的上侧配置成像透镜5，在更上侧配置拍摄部6。

另外，在上述实施方式的观察装置1中，音圈马达31配置于透镜单元2的下侧。即，上述实施方式的音圈马达31在使透镜单元2上升时，向上推透镜单元2，在使透镜单元2下降时，向下拉透镜单元2。但是，音圈马达31也可以配置在透镜单元2的上侧。即，音圈马达31也可以在使透镜单元2上升时将透镜单元2向上拉，在使透镜单元2下降时将透镜单元2向下推。

另外，上述实施方式的观察装置1具备拍摄作为观察对象物的细胞9的拍摄部6。然而，观察装置1也可以不具备拍摄部6。观察装置1也可以是使用者目视观察通过成像透镜5形成的细胞9的像。

另外，观察装置1也可以用于观察细胞9以外的生物试样。另外，观察装置1也可以观察生物试样以外的观察对象物。

另外，上述实施方式的观察装置1分体地具备杠杆部40和配重41。但是，配重41也可以与杠杆部40一体地形成。例如，在杠杆部40中，也可以使相当于力点位置P2的力点部分的宽度比支点位置P1部分的宽度大，由此使力点部分作为配重41发挥功能。

另外，在上述实施方式的观察装置1中，支点位置P1设定在杠杆部40的一端，相对于该支点位置P1，作用点位置P3设定在与力点位置P2相同的一侧。然而，支点位置P1、力点位置P2以及作用点位置P3的位置关系并不限定于此。参照图6对该变形例进行说明。

图6是概念性地表示向变形例的杠杆部40a施加的力的图。在图6中，“L1a”表示从支点位置P1(原点)到力F1作用的作用点位置P3的距离(m)。“L2a”表示从支点位置P1(原点)到力F2作用的力点位置P2的距离(m)。在图6所示的例子中，相对于支点位置P1，作用点位置P3设定在与力点位置P2相反的侧。即，支点位置P1设定在力点位置P2与作用点位置P3之间。

在图6所示的变形例的情况下，距离L2a设定为大于距离L1a。另外，只要以使施加于作用点位置P3的力F1以及施加于力点位置P2的力F2成为相同朝向(在此为向下)的方式将透镜单元2以及配重41分别连接于杠杆部40a即可。例如，在将力F1设为向下的情况下，只要将杠杆部40a配置于比透镜单元2的移动件232靠上侧，将移动件232悬吊于杠杆部40a即可。

即使在图6所示的变形例的情况下，通过使距离L2a比距离L1a大，也能够以比与配重41的重量相应的力F2大的力对透镜单元2向上施力。因此，能够使配重41轻量化。

本发明被详细地进行了说明，但上述的说明在所有的方面都是例示，本发明并不限定于此。应当理解，能够在不脱离本发明的范围的情况下设想未例示的无数个变形例。上述各实施方式及各变形例中所说明的各结构只要不相互矛盾，就能够适当组合或省略。

Claims (12)

1.一种观察装置，其特征在于，具备：

框架；

透镜单元，其包含调整与观察对象物的距离而能够变更焦点位置的物镜；

驱动机构，其安装于所述框架，且通过音圈马达的驱动力使所述透镜单元移动；以及

施力机构，其对所述透镜单元向上方施力，

所述施力机构具有：

杠杆部，其相对于所述框架能够以沿与铅垂方向交叉的第一方向延伸的轴为中心旋转地被支撑；

配重，其对所述杠杆部的从支撑于所述框架的支点位置分离的力点位置施加力；以及

连接部，其将所述透镜单元连接于所述杠杆部的比所述力点位置靠近所述支点位置的作用点位置。

2.根据权利要求1所述的观察装置，其特征在于，

所述驱动机构使所述透镜单元上下移动。

3.根据权利要求1或2所述的观察装置，其特征在于，

所述连接部具有线。

4.根据权利要求3所述的观察装置，其特征在于，

所述施力机构还具有被所述线挂住的滑轮。

5.根据权利要求4所述的观察装置，其特征在于，

所述滑轮位于比所述杠杆部靠上侧。

6.根据权利要求5所述的观察装置，其特征在于，

所述作用点位置设定于所述支点位置与所述力点位置之间。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的观察装置，其特征在于，

所述施力机构位于沿所述第一方向从所述透镜单元分离的位置。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的观察装置，其特征在于，

所述配重的远离所述支点位置的侧的侧部为弧状。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的观察装置，其特征在于，

所述杠杆部上的所述配重的位置能够向接近所述支点位置的方向或者远离所述支点位置的方向调整。

10.根据权利要求9所述的观察装置，其特征在于，

还具有螺钉，该螺钉将所述配重固定于所述杠杆部，

所述配重或者所述杠杆部具有插入孔，该插入孔是所述螺钉插入的孔，且向接近所述支点位置的方向或者从所述支点位置分离的方向延伸。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的观察装置，其特征在于，

所述配重的重心偏向从所述支点位置分离的方向。

12.根据权利要求11所述的观察装置，其特征在于，

所述配重具有越从所述支点位置分离，宽度越大的部分。