JP2002090652A - 顕微鏡用ステージおよびこれを用いた顕微鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】熱などによる顕微鏡のピントズレを補正するこ
とができ、かつ高精度で顕微鏡の光軸に対する角度調整
および顕微鏡の光軸方向に移動できる顕微鏡ステージお
よびそれを用いた顕微鏡を提供する。 【解決手段】標本１を照射するための照明用光源２と、
上記標本１を観察するための対物レンズ３とを有する顕
微鏡に用いられる顕微鏡用ステージにおいて、上記標本
１を搭載するためのステージ本体４は、上記ステージ本
体４に設けられ標本１を搭載する弾性変形可能な標本搭
載部５と、上記標本搭載部５の変形量を検知するための
検知手段７と、上記検知手段７で検知した変形量に応じ
た変形を上記標本搭載部５に誘発させる変形誘発部材６
とを設けたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、顕微鏡に関し、特
に顕微鏡用ステージに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、顕微鏡観察において、観察対象で
ある標本がステージに搭載されるようになっており、ピ
ント合せをした後、対物レンズと標本間の距離、すなわ
ち、対物レンズとステージ間の距離を保つ必要がある。
顕微鏡の構成上、顕微鏡の本体や対物レンズの取付け部
であるレボルバが、顕微鏡の内蔵電源から発した熱を受
け易いようになっている。その結果、顕微鏡本体やレボ
ルバに微弱な熱変形が生じてしまうので、検鏡を始めた
時に標本に対して合わせたピントが、検鏡を行うにつれ
て、顕微鏡本体やレボルバは熱の影響を受けて、対物レ
ンズと標本間の距離が変わり、ピントズレが生じてしま
う。また、環境温度の変化によっても、顕微鏡本体やレ
ボルバは熱変形してしまい、ピントズレが生じてしまう
こともしばしばあるさらに、顕微鏡本体やレボルバが内
蔵電源からの熱を受け続けた後、その熱容量がある一定
値を保つようになるが、標本照明用の光源を使用する
と、ステージはその光源からの熱を受けて、熱変形して
しまうことがある。その結果、標本に対してピントを合
わせた後に、対物レンズとステージ間の距離、すなわ
ち、対物レンズと標本間の相対距離が変わり、ピントズ
レが生じてしまう。

【０００３】ステージの熱変形を抑制する技術として、
ステージに設けられた中座の熱変形を抑制するための技
術が、実開平７−３９０１２号公報に記載されている。
この技術は、図１２に示すように、照明用光源１６と対
物レンズ１７の間にステージの中座１８が配置されてお
り、この中座１８の照明用光源側の面１８ａは、中座１
８の材料の素地が露出しており、対物レンズ１７側の面
１８ｂは、アルマイト層１８ｃで被覆されている。

【０００４】上記の処理を施していない中座において
は、通常、中座の下面の熱伝導率は、上面より小さいの
で、中座が熱を受けると、上面と比べて下面の方が空気
との熱交換が少ないために、温度が上昇して、上面と下
面の温度差により中座が熱変形してしまう。上記のよう
に、アルマイト処理をした場合は、アルマイト層の熱伝
導率が、中座の材料の熱伝導率より大きいので、中座の
下面の方が空気との熱交換が多くなる。その結果、中座
が熱を受けても、上面と下面の温度差が低減されて、中
座の熱変形を抑制できるようになる。

【０００５】また、顕微鏡観察において、ステージを顕
微鏡光軸方向に上下動させ、標本の厚さ方向の断面にピ
ント合わせをするためのアプリケーションがある。薄い
生物標本に対応する場合、ステージを高精度で移動させ
る必要がある。

【０００６】特開昭６２−１８４３８７号公報の従来技
術には、光学計測器や測定器の試料台として、圧電素子
を使用した微少変位機構が記載されている。この微少変
位機構は、図１３に示すように、固定部材１９に３本の
圧電素子２０が配設され、ステージ２１をＺ方向に変位
させるものであり、図１４のものは、環状の圧電素子２
２をステージ２３と固定部材２４の間に挟み込んで、Ｚ
軸方向の微少変位を得るように構成されている。

【０００７】さらに、特開平６−１９４５７９号公報に
は、図１５に示すように、ステージは、ステージプレー
ト２５と、ステージプレート２５の中心を直接駆動する
圧電式並進運動装置２６と、ステージプレート２５をガ
イドするために，ステージプレート２５に取付けられた
弾性部材２７ａ、２７ｂからなる直線ガイド機構と、上
記圧電式並進運動装置２６と上記弾性部材２７ａ、２７
ｂの他端を支持する円筒部材２８とから構成されてい
る。上記弾性部材２７ａ，２７ｂは、上記圧電式並進運
動装置２６に対して共軸に配置されており、上記圧電式
並進運動装置２６が上記弾性部材２７ａ、２７ｂの中央
に穿設された孔を貫通して配置されている。

【０００８】上記の構成によれば、剛性の高いステージ
を動かす機構を構成することができ、ステージを高い分
解能で上下移動させることができる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】実開平７−３９０１２
号公報に記載の従来技術によれば、中座の熱変形を抑制
することにより、対物レンズと標本間の距離、すなわ
ち、ピントズレをある程度低減することができる。しか
し、熱によるピントズレは、中座の熱変形だけによるも
のではない。従って、下記の点で、熱による顕微鏡のピ
ントズレを完全に低減または補正することができない。

【００１０】先ず、中座の変形量を検出する手段が開示
されていないので、アルマイト量を中座の下面に被覆す
ることによって、中座の熱変形をどのくらい抑制したか
が分からない。また、ピントズレを抑制するためには、
熱によって生じた中座と対物レンズ間の距離の変化を補
正する必要があるが、補正するための技術が開示されて
いない。

【００１１】また、特開昭６２−１８４３８７号公報に
記載の従来技術の微少変位機構については、図１３のも
のでは、３本の駆動素子を用いるため、個々の素子の変
化量が一致せず、ステージを厳密に水平を保ってＺ方向
に変位させることが、困難である。図１４のものでは、
圧電素子の変位量をステージと固定部材との接触面全体
にわたって均一に保つことは、圧電素子の特性状困難で
あることから、ステージを高精度に水平を保ちＺ方向に
移動させることは困難である。さらに、特開平６−１９
４５７９号公報に記載の従来技術によれば、ステージプ
レート全体を動かすようにしているので、ステージプレ
ートの重さから、駆動力の高い圧電素子が必要であり、
高価になる。また、ステージを高精度に動かすのに、ガ
イド機構およびそのガイド機構を取付けるためのスペー
ス部材が必要となり、構成が複雑になる。さらに、ステ
ージプレートを動かすための圧電素子は、ステージプレ
ートの中心に設けられているので、顕微鏡の光軸に対し
て、ステージを傾けるための角度調整を行うことができ
ない。

【００１２】本発明は上記の点に鑑みてなされたもの
で、熱などによる顕微鏡のピントズレを補正することが
でき、かつ高精度で顕微鏡の光軸に対する角度調整およ
び顕微鏡の光軸方向に移動できる顕微鏡用ステージおよ
びそれを用いた顕微鏡を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、標本
を照射するための照明用光源と、上記標本を観察するた
めの対物レンズとを有する顕微鏡に用いられる顕微鏡用
ステージにおいて、上記標本を搭載するためのステージ
本体は、上記ステージ本体に設けられ標本を搭載する弾
性変形可能な標本搭載部と、上記標本搭載部の変形量を
検知するための検知手段と、上記検知手段で検知した変
形量に応じた変形を上記標本搭載部に誘発させる変形誘
発部材とを設けたことを特徴とする顕微鏡用ステージで
ある。

【００１４】請求項２の発明は、上記顕微鏡用ステージ
は、上記変形誘発部材に対する上記検知手段で検知した
変形量に応じた変形を制御するための制御手段を備えて
いることを特徴とする顕微鏡用ステージである。

【００１５】請求項３の発明は、上記検知手段は、上記
標本搭載部と上記対物レンズ間の相対的な距離を検知す
ることを特徴とする顕微鏡用ステージである。

【００１６】請求項４の発明は、標本を照明するための
照明用光源と、上記標本を観察するための対物レンズ
と、上記標本を搭載するためのステージ本体とを有する
顕微鏡において、上記ステージ本体に設けられ標本を搭
載する弾性変形可能な標本搭載部と、上記標本搭載部の
変形量を検知するための検知手段と、上記検知手段で検
知した変形量に応じた変形を上記標本搭載部に誘発させ
る変形誘発部材と、上記変形誘発部材に対する上記検知
手段で検知した変形量に応じた変形を制御するための制
御手段を備えていることを特徴とする顕微鏡である。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明の第１の実施の形態を、図
１〜図４を参照して説明する。

【００１８】図１および図２において、標本１の上方に
透過照明光源２が設けられ、標本１の下方に標本１を観
察するための対物レンズ３が、透過照明光源２に対向し
て光軸ＯＰ上に配置されている。標本１を搭載するステ
ージ本体４の中央部に開口を有する標本搭載部５が設け
られている。この標本搭載部５は、ステージ本体４の中
央部に段差を形成して構成したものであり、後述の弾性
変形が大きく得られるように、２ヶ所に対向する切欠き
５ａ，５ｂが設けられている。

【００１９】上記標本搭載部５の対物レンズ３に対向す
る面とステージ本体４の中央部に跨って、標本搭載部５
の開口より大径の開口を有する環状の圧電素子６が、接
着剤で固定されている。また、上記標本搭載部５の下面
に、標本搭載部５の弾性変形量を検出するために、等間
隔に３ヶ所に歪みゲージ７が設けられており、後述する
不図示の制御系に電気的に接続されている。

【００２０】図３は、標本搭載部５の変形を誘発させる
変形誘発部材である上記圧電素子６の通電状態を示すも
のであり、上記圧電素子６は一端が固定された板バネの
ように、ステージ本体４に固定された縁部６ａが動かな
いで、標本搭載部５に固定された中央部６ｂが上下移動
することを示している。この上下移動に連動して、ステ
ージ本体４の標本搭載部５が弾性変形することになる。

【００２１】図４は、制御系のブロック図を示すもので
ある。

【００２２】設定器８は、最大許容変位値（基準位置）
を設定するものであり、この最大許容変位値は電気信号
として出力される。この電気信号は比較器９を介して、
指令値として制御器１０に入力される。上記制御器１０
の出力は、増幅器１１で増幅された後、圧電素子６に印
加され、圧電素子６を通電させる。上述のように、上記
圧電素子６の通電により、圧電素子６の中央部６ｂが板
バネのように上下移動し、この上下移動に連動してステ
ージ本体４の標本搭載部５が弾性変形する。この弾性変
形量が歪みゲージ７により検出され、電気信号として比
較器９に入力される。そして、比較器９において、弾性
変形量と最大許容変位量を比較し、この比較によって求
められた両者の差が制御器１０に与えられる。次いで、
制御器１０は、上記の差がゼロになるように、増幅器１
１を介して圧電素子６の上下移動を制御して、ステージ
本体４の標本搭載部５を弾性変形させる。

【００２３】上記構成によれば、標本搭載部５が、透過
照明光源２から発した熱を受けるか、または環境温度の
変化によって熱変形が生じた場合、歪みゲージ７により
その熱変形量を検出し、上述した制御系によって、圧電
素子６の中央部６ｂの移動量を制御しながら、圧電素子
の中央部６ｂをステージ４の熱変形と反対方向に移動さ
せることができる。そして、圧電素子６の中央部６ｂと
連動して、ステージ本体４の標本搭載部５が熱変形と反
対方向に弾性変形させ、最大許容変位置に近づくよう
に、ステージ４の標本搭載部５の熱変形を補正すること
ができる。

【００２４】上記の実施の形態によれば、以下の効果を
奏する。

【００２５】ステージの熱変形量が歪みゲージによって
検出されて、歪みゲージの変形量に応じて、圧電素子が
標本搭載部を熱変形と反対方向に弾性変形させることに
より、ステージの熱変形を完全に補正することができ
る。

【００２６】つぎに、本実施の形態の変形例について説
明する。

【００２７】図５に示すように、四角形状の圧電素子６
ｃを、３個等間隔にステージ本体４の標本搭載部５の下
面とステージ本体４に跨って固定することもできる。ま
た、図６に示すように、３個の円柱状の圧電素子６ｄを
標本搭載部５の下面に、同一円周上に等間隔に固定する
こともできる。なお、４ａは，ステージ本体４に設けら
れた開口で、上記圧電素子６ｄを固定するために接着剤
を挿入するためのものである。さらに、標本搭載部の変
形を誘発する変形誘発部材は、実施の形態に記載の圧電
素子に限られるものではなく、例えば、温度調節器を標
本搭載部に設け、温度を調節して、ステージの標本搭載
部の中央部を、温度を調整することによって弾性変形さ
せるようにしても良い。

【００２８】本発明の第２の実施の形態を、以下に図７
および図８を参照して説明する。

【００２９】第２の実施の形態は、第１の実施の形態に
おける標本搭載部を、ステージ本体と別体の中座で構成
し、この中座に圧電素子を配設したものであり、第１の
実施の形態と同一の構成については、同一の符号を付し
て説明は省略する。

【００３０】図７および図８において、ステージ本体４
の中央部に標本１を搭載するための中座１２が載置され
ている。この中座１２は環状の円板状であり、中座１２
の中央部１２ａはステージ本体４に載置されている縁部
１２ｂより厚さが薄く構成されている。また、上記中座
１２の中央部１２ａに２つの切欠き１２ｃ、１２ｄが対
向して設けられている。さらに、環状の円板状の圧電素
子１３が、中座１２の下面の中央部１２ａから縁部１２
ｂに跨って、接着剤により中座１２に一体に固定されて
いる。

【００３１】上記圧電素子１３に通電した場合、第１の
実施の形態の図３と同様に、中座１２に固定された圧電
素子１３は、一端が固定された板バネのように、縁部１
２ｂが動かないで、中央部１２ａが上下移動する。上記
圧電素子１３の上下移動に連動して、中座１２の中央部
１２ａが弾性変形することになる。そして、中座１２の
中央部１２ａに配置された歪みゲージ７で、中座１２の
弾性変形量を検出することができる。

【００３２】上記の構成によれば、中座１２が透過照明
光源２から発せられた熱、または環境温度の変化によっ
て、熱変形が生じた場合、歪みゲージ７が中座１２の熱
変形量を検出し、図４で説明した制御系により、圧電素
子１３の中央部の移動量を制御しながら、中座１２の熱
変形と反対方向に中央部１２ａを移動させ、中座１２の
中央部１２ａが熱変形と反対方向に弾性変形させること
で、中座１２の熱変形を補正することができる。

【００３３】上記の実施の形態によれば、以下の効果を
奏する。ステージ本体に載置された中座の熱変形量を歪
みゲージで検出し、この検出した熱変形量に応じて、圧
電素子が中座を熱変形と反対方向に弾性変形させること
によって、中座の熱変形を完全に補正することができ
る。

【００３４】本発明の第３の実施の形態を、以下に図９
を参照して説明する。

【００３５】第３の実施の形態は、ステージの標本搭載
部と対物レンズ間の距離を検出するためのセンサを配置
した顕微鏡用ステージであり、第１の実施の形態と同一
の構成については、同一の符号を付して説明は省略す
る。

【００３６】図９において、ステージ本体４の標本搭載
部５の下面に、垂直に非接触型の静電容量センサ１４が
取付けられており、この静電容量センサ１４の下端面に
対向して、対物レンズ３に突起部１５が固定されてい
る。

【００３７】上記構成によれば、顕微鏡観察を行う場
合、標本１に対してピント合わせをした後、標本搭載部
５と突起部１５、すなわち対物レンズ３との距離を非接
触型の静電容量センサ１４によって検出することができ
る。そして、検出された距離の値が、図４で説明した制
御系に最大許容変位値として入力される。そして、環境
温度または他の要因で顕微鏡本体や対物レンズ３を取付
けるレボルバ（図示しない）が変形して、対物レンズ３
と標本搭載部５との距離が変動することによって、ピン
トズレが生じた場合、非接触型の静電容量センサ１４が
対物レンズ３と標本搭載部５間の距離の変動量を検出す
る。

【００３８】この変動量は、図４に示す制御系の比較器
９に入力され、最大許容値と同じ値になるように、圧電
素子６を通電状態にして、圧電素子６の中央部６ｂを上
下移動させて、ステージ本体４の標本搭載部５を弾性変
形させる。それによりステージ本体４の標本搭載部５の
弾性変形に連動して、標本１が顕微鏡光軸方向に移動す
ることになり、ピントズレの調整が行われる。

【００３９】第３の実施の形態によれば、非接触型の静
電容量センサによって対物レンズと標本搭載部間の距離
を検出し、検出した距離を制御系に入力して、圧電素子
を移動させることによって、対物レンズとステージ間の
距離を保つことができるので、ピントズレを防ぐことが
できる。

【００４０】次に、第３の実施の形態の変形例について
説明する。

【００４１】対物レンズとステージ間の距離を検出する
ためのセンサとして、接触型のセンサを使用することが
できる。また、非接触型の静電容量センサを、図１０に
示すように、対物レンズ３の突起部１５に取付けること
もできる。さらに、図１１に示すように、第２実施の形
態における図７の中座１２の下面に、上記の非接触型の
静電容量センサを垂直に取付けることもできる。第４の
実施の形態について、以下に図１〜図４を参照して説明
する。第４の実施の形態は、第１の実施の形態で説明し
たステージを用いて、高精度で顕微鏡の光軸方向に移動
することのできる顕微鏡用ステージを実現したものであ
る。図４に示す制御系において、ステージ本体４を顕微
鏡光軸方向に移動させる量を設定器８によって設定し、
指令値として制御器１０に入力すると、圧電素子６がそ
の指令値に応じて上下移動するようになる。圧電素子６
の上下移動に応じて標本搭載部５が弾性変形し、ステー
ジ本体４の標本搭載部５が顕微鏡光軸方向に移動するよ
うになる。また、標本搭載部５の弾性変形量が歪みゲー
ジ７によって検出され、上述の制御系によって、その変
形量がクローズ制御されるので、標本搭載部５の弾性変
形量、すなわち、ステージ本体４の標本搭載部５の光軸
方向の移動量が前記指令値と同じ値になり、ステージ本
体４の標本搭載部５の顕微鏡光軸方向の移動精度が高く
なる。上記の構成によれば、圧電素子６の上下移動と連
動して、ステージ本体４の標本搭載部５が弾性変形し、
その変形量が歪みゲージ７によって、検出されて、クロ
ーズ制御されるので、ステージ本体４を高精度で顕微鏡
光軸方向に移動することができる。これによって、標本
の厚さ方向の各断面に対して、ピント合わせをすること
ができる。

【００４２】本実施の形態の変形例について、以下に説
明する。

【００４３】対物レンズとステージ間の距離を検出する
ために、非接触型の静電容量センサ１４、接触型センサ
（図示しない）を、図９に示すように配置しても良い。
また、上記センサを、図１０に示すように対物レンズ３
の突起部１５に取付けることもできる。さらに、上記セ
ンサを、図１１に示すようにステージ本体４に載置した
中座１２の下面に垂直に取付けることもできる。

【００４４】本発明の第５の実施の形態を、以下に図５
を参照して説明する。

【００４５】第５の実施の形態は、高精度で顕微鏡光軸
に対して角度調整を行うことのできる顕微鏡ステージを
実現したものである。第１の実施の形態と同一の構成に
ついては、同一の符号を付して、その説明は省略する。

【００４６】図５において、ステージ本体４の標本搭載
部５の下面に等間隔に３個の四角形状の圧電素子６ｃを
固定したものである。

【００４７】上記のようにステージを構成することによ
り、第１の実施の形態の図４において説明した制御系
に、ステージを顕微鏡光軸に対して傾ける量を不図示の
入力手段から設定器８不図示の記憶部に設定し、指令値
として制御器１０に入力する。この入力によって、３個
の圧電素子６ｃが、指令値に従ってそれぞれ異なった移
動量で上下移動するようになる。これにともなって、３
つの圧電素子６ｃの移動と連動して、ステージ本体４の
標本搭載部５が弾性変形し、標本搭載部５が顕微鏡光軸
に対して傾くようになる。この傾き量は、歪みゲージ７
によって検出され、制御系によってクローズ制御される
ので、高精度でステージの角度調整をすることができ
る。

【００４８】上記の構成によれば、以下の効果を奏す
る。

【００４９】ステージを、高精度で顕微鏡光軸に対して
角度調整することができるので、真直度が出ていない標
本面を観察する場合、ステージの角度調整をすることに
よって、標本面に対してピント合わせをすることができ
る。

【００５０】上記の実施の形態の変形例として、圧電素
子６ｃを、図７に示すステージ本体４に載置した中座１
２の下面に取付けることもできる。

【００５１】

【発明の効果】本発明によれば、顕微鏡用ステージおよ
びそれを用いた顕微鏡において、熱などによる顕微鏡の
ピントズレを補正することができ、さらに顕微鏡用ステ
ージを高精度で角度調整および顕微鏡の光軸方向に移動
させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態を示す一部断面を有
する側面図。

【図２】本発明の第１の実施の形態を示す図１のＡ−Ａ
断面図。

【図３】本発明の第１の実施の形態を示す圧電素子の側
面図。

【図４】本発明の第１の実施の形態を示す制御系のブロ
ック図。

【図５】本発明の第１の実施の形態の圧電素子の他の例
を示す断面図。

【図６】本発明の第１の実施の形態の圧電素子の他の例
を示す一部断面を有する側面図。

【図７】本発明の第２の実施の形態を示す一部断面を有
する側面図。

【図８】本発明の第２の実施の形態を示す図７のＡ−Ａ
断面図。

【図９】本発明の第３の実施の形態を示す一部断面を有
する側面図。

【図１０】本発明の第３の実施の形態の他の例を示す一
部断面を有する側面図。

【図１１】本発明の第３の実施の形態の他の例を示す一
部断面を有する側面図。

【図１２】従来技術を示す側面図。

【図１３】従来技術を示す斜視図。

【図１４】従来技術を示す斜視図。

【図１５】従来技術を示す断面図。

【符号の説明】

４…ステージ本体 ５…標本搭載部 ６…圧電素子 ７…歪みゲージ ８…設定器 ９…比較器 １０…制御器 １２…中座 １３…圧電素子 １４…静電容量センサ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 標本を照射するための照明用光源と、上
   記標本を観察するための対物レンズとを有する顕微鏡に
   用いられる顕微鏡用ステージにおいて、上記標本を搭載
   するためのステージ本体は、上記ステージ本体に設けら
   れ標本を搭載する弾性変形可能な標本搭載部と、上記標
   本搭載部の変形量を検知するための検知手段と、上記検
   知手段で検知した変形量に応じた変形を上記標本搭載部
   に誘発させる変形誘発部材とを設けたことを特徴とする
   顕微鏡用ステージ。
2. 【請求項２】 上記顕微鏡用ステージは、上記変形誘発
   部材に対する上記検知手段で検知した変形量に応じた変
   形を制御するための制御手段を備えていることを特徴と
   する請求項１記載の顕微鏡用ステージ。
3. 【請求項３】 上記検知手段は、上記標本搭載部と上記
   対物レンズ間の相対的な距離を検知することを特徴とす
   る請求項１記載の顕微鏡用ステージ。
4. 【請求項４】 標本を照明するための照明用光源と、上
   記標本を観察するための対物レンズと、上記標本を搭載
   するためのステージ本体とを有する顕微鏡において、上
   記ステージ本体に設けられ標本を搭載する弾性変形可能
   な標本搭載部と、上記標本搭載部の変形量を検知するた
   めの検知手段と、上記検知手段で検知した変形量に応じ
   た変形を上記標本搭載部に誘発させる変形誘発部材と、
   上記変形誘発部材に対する上記検知手段で検知した変形
   量に応じた変形を制御するための制御手段を備えている
   ことを特徴とする顕微鏡。