JP2005091866A - 顕微鏡ステージ - Google Patents

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Abstract

【課題】 高倍観察時にも標本の位置合わせを確実に行なうことができ、小型で価格的にも安価にできる顕微鏡ステージを提供する。
【解決手段】 互いに直交する方向に移動可能な中ステージ12と上ステージ14を有する顕微鏡ステージにおいて、上ステージ14の上面に設けられた凹部141内に中ステージ12と上ステージ14のそれぞれの移動方向に沿って移動可能に移動部材16を設け、この移動部材16の凹部141内での移動量を微動ハンドル17、18とプランジャ21、26により微調整する。
【選択図】 図1

Description

本発明は、ステージ上に置いた標本をその直下の対物レンズにより拡大観察する倒立型顕微鏡などに用いられる顕微鏡ステージに関するものである。
従来、ステージとして、例えば、図7に示すように主に光学測定機の分野で用いられる高精度ステージが知られている。このステージは、ステージの土台となるベース部101上に、レール102に沿ってY軸方向に粗移動するY移動部103が設けられ、また、Y移動部103上に、レール104に沿ってX軸方向に粗移動するX移動部105が設けられ、粗動ハンドル106によりY移動部103がY軸方向に粗移動され、粗動ハンドル107によりX移動部105がX軸方向に粗移動されるようになっている。さらに、X移動部105上に、図示しないレールに沿ってY軸方向に微移動するY移動部108が設けられ、また、Y移動部108上に、図示しないレールに沿ってX軸方向に微移動するX移動部109が設けられ、微動ハンドル110によりY移動部108がY軸方向に少量ずつ微移動され、微動ハンドル111によりX移動部109がX軸方向に少量ずつ微動移動されるようになっている。この場合、粗動ハンドル106、107および微動ハンドル110、111は、それぞれリードねじを有しており、これらのハンドル操作により移動部103、105、108、109をハンドルの回転軸方向に移動することで、標本112を観察に最適な位置まで移動できるようになっている。
一方、通常の顕微鏡分野で使用されている顕微鏡ステージとして、図8に示すようなものも知られている。このステージは、顕微鏡本体に取付けられる台座201上にガイド部207を介して中ステージ202が設けられ、また中ステージ202上にガイド部208を介して標本200を載置する中座206を有する上ステージ203が設けられ、ハンドル204の回転により中ステージ202をY軸方向に移動可能とし、ハンドル205の回転により上ステージ203をX軸方向に移動可能にしている。この場合、ハンドル204を回転すると、中ステージ202は、ハンドル軸に固定されたピニオン(図示せず)と中ステージ202に設けられたラック(図示せず)によりガイド部207に沿ってY軸方向に移動され、同様にハンドル205を回転すると、上ステージ203は、ハンドル軸に固定されたピニオン(図示せず)と上ステージ203に設けられたラック(図示せず)によりガイド部208に沿ってX軸方向に移動され、これら中ステージ202と上ステージ203のXY軸方向の移動により、標本200を観察に最適な位置まで移動できるようになっている。
ところが、図7に示す構成のものは、租移動のためのY移動部103とX移動部105の他に、さらに微移動のためのY移動部108とX移動部109が積層方向に配置されるので、ステージ全体の厚みが大きくなってしまう。このことは、光学測定機などの大きな鏡体のものでは、支障なく使用することができるが、通常の顕微鏡のように比較的小さい鏡体のものでは、鏡体に装着される照明ユニットや対物レンズなどがステージと干渉してしまうことがあり、そのままでは使用することができない。また、仮に、鏡体に取付けることができたとしても、ステージが大きく、重量があるため、鏡体が変形してしまうことがあり、顕微鏡本来の光学性能を発揮できないという問題を生じる。さらに、ステージの構成が複雑で、大型化することにより、価格的にも高価となり、さらに、顕微鏡を僅かに移動するのにも人手を必要とするなど、取り扱いが面倒になるという問題もあった。
一方、図8に示す構成のものは、ハンドル操作によるステージ202、上ステージ203の移動量が比較的大きく、しかもラックのラック(図示せず)のガタがあるため、例えば、高倍対物レンズと撮像素子(CCD)の組み合わせなどによる高倍観察などの場合、これらの影響により観察視野内に標本の見たい範囲を一致させるのが難しいという問題がある。また、仮に観察視野内に見たい標本の範囲を合わせることがてきたとしても、ハンドル操作が原因によるステージのたわみなどにより観察像が移動してしまうというような問題もある。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、高倍観察時にも標本の位置合わせを確実に行なうことができ、小型で価格的にも安価にできる顕微鏡ステージを提供することを目的とする。
請求項1記載の発明は、互いに直交する方向に移動可能な中ステージと上ステージを有する顕微鏡ステージにおいて、前記上ステージの上面に設けられた凹部と、前記凹部内に前記中ステージと上ステージのそれぞれの移動方向に沿って移動可能に設けられた移動部材と、前記凹部内での前記移動部材の移動量を微調整する移動操作手段とを具備したことを特徴としている。
請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明において、前記移動操作手段は、前記移動部材を押圧して微移動させる押圧手段と、該押圧手段の押圧力を前記移動部材を介して受け止める弾性手段とを具備したことを特徴としている。
請求項3記載の発明は、請求項1記載の発明において、前記移動部材は、ばね部材を介して支持され、前記移動操作手段は、電気信号により変形動作する圧電素子を有し、該圧電素子の変形量に応じて前記移動部材を前記ばね部材を介して微移動させることを特徴としている。
本発明によれば、中ステージおよび上ステージにより移動部材を移動させて標本の概略的な位置合わせを行ない、さらに、移動操作手段により移動部材の移動量を微調整できるので、高倍観察の場合に観察像の移動量を少しずつ微調整することができ、標本上の観察したい範囲を観察視野内に確実に位置合わせすることができる。
また、本発明によれば、上ステージ上面に形成された凹部内に微移動調整可能な移動部材が配置されるので、厚さ方向の寸法を大幅に小さくできて小型化を実現でき、さらに、軽量で、価格的にも安価にできる。
さらに、本発明によれば、移動部材は、上ステージの凹部内で微移動するようになるので、高倍観察時において、移動部材がコンデンサや対物レンズなどの他の光学素子と干渉することもなく、移動部材の微移動調整を安定して行なうことができる。
以下、本発明の実施の形態を図面に従い説明する。
(第1の実施の形態)
図1は、本発明の顕微鏡ステージが適用される倒立型顕微鏡の概略構成を示している。
図において、1は顕微鏡本体で、この顕微鏡本体1の上部には、ステージ2が配置されている。また、このステージ2上には標本3が載置されている。
顕微鏡本体1には、ステージ2上方に向け照明支柱4が設けられている。この照明支柱4は、先端部をほぼ直角に折り曲げられ、この先端部がステージ2面に対して水平方向に配置されている。
照明支柱4の先端部には、透過照明用の光源5が設けられている。この光源5には、ハロゲンランプや水銀ランプなどが用いられる。
また、照明支柱4の先端部には、コンデンサ6が設けられている。このコンデンサ6は、光源5の照明光路上に配置されており、光源5からの照明光を標本3の位置に集光するようになっている。
一方、ステージ2の下方には、対物レンズ7が配置されている。対物レンズ7は、倍率の異なる複数本がレボルバー8に保持されている。レボルバー8は、回転操作可能になっていて、複数本の対物レンズ7を択一的に観察光軸上に位置させるようになっている。この場合、レボルバー8は、顕微鏡本体1に図示しない保持部材を介して保持されるとともに、焦準ハンドル9の操作により観察光軸に沿って上下動され、ステージ2と対物レンズ7との相対距離を変化させ、標本3のピント合わせを可能にしている。
そして、標本3を透過し対物レンズ7より拡大された観察像を、図示しない反射ミラーで斜め上方向(水平に対し45°の角度)に反射し、この反射された観察像を、図示しないリレー光学系でリレーし、接眼レンズ10に入射し、観察者により目視観察されるようになっている。
図2は、本発明の適用される顕微鏡ステージとして、上述したステージ2の概略構成を示している。
図において、11は、顕微鏡本体1に取付けられる台座で、この台座11には、Y軸方向に沿ってガイド部19が設けられている。このガイド部19には、中ステージ12が設けられている。この中ステージ12は、ハンドル13の回転により、ハンドル軸に固定されたピニオン(図示せず)と中ステージ12側に設けられたラック(図示せず)によりガイド部19に沿ってY軸方向に移動するようになっている。
中ステージ12には、Y軸方向と直交するX軸方向に沿ってガイド部20が設けられている。このガイド部20には、上ステージ14が設けられている。この上ステージ14は、ハンドル15の回転により、ハンドル軸に固定されたピニオン(図示せず)と上ステージ14側に設けられたラック(図示せず)によりガイド部20に沿ってX軸方向に移動するようになっている。
上ステージ14上面には、矩形状の凹部141が形成されている。この場合、凹部141は、一方の相対向する端面14a、14bがX軸方向に沿って形成され、また、他方の相対向する端面14c、14dがY軸方向に沿って形成されている。
上ステージ14の凹部141内には、矩形状の移動部材16が配置されている。この場合、移動部材16は、凹部141の底面に摺動可能に載置されている。また、移動部材16は、一方の相対向する側面16a、16bが凹部141の一方の端面14a、14bと所定の間隔をおいて、他方の相対向する側面16c、16dが凹部141の他方の端面14c、14dと所定の間隔をおいて配置されている。
上ステージ14には、移動操作手段としての微動ハンドル17,18とプランジャ21、26が設けられている。このうち押圧手段としての微動ハンドル17は、X軸方向に沿って上ステージ14を貫通して設けられ、先端を凹部141内の移動部材16の側面16dに当接している。この場合、微動ハンドル17の先端は球状に形成されている。また、微動ハンドル17は、周面にピッチの細かいねじ部17aが形成され、上ステージ14の微動ハンドル17が貫通する穴部のねじ部(図示せず)にねじ込まれていて、微動ハンドル17の回転操作により先端部の凹部141側への突出量を微調整して、移動部材16の側面16dにX軸方向の押圧力を作用させるようになっている。
上ステージ14の凹部141の端面14cと移動部材16の側面16cとの間には、弾性手段としてのプランジャ21が設けられている。このプランジャ21は、微動ハンドル17の中心軸の延長線上に配置されていて、微動ハンドル17による移動部材16への押圧力を移動部材16の側面16cで受け止めるようになっている。
図3はプランジャ21の概略構成を示すものである。
上ステージ14の凹部141の端面14cには、貫通穴22が設けられている。この貫通穴22には、先端部を尖らせた移動ピン23とコイルバネ24が順に挿入され、さらにセットビス25により固定されている。これにより、移動ピン23は、先端部を凹部141の端面14cから突出し、常時、移動部材16の側面16cにコイルバネ24の弾性力をもって当接されている。
一方、他の押圧手段としての微動ハンドル18は、Y軸方向に沿って上ステージ14を貫通して設けられ、先端を凹部141内に位置する移動部材16の側面16bに当接している。この場合も、微動ハンドル18の先端は球状に形成されている。また、微動ハンドル18は、周面にピッチの細かいねじ部(図示せず)が形成され、上ステージ14の微動ハンドル18が貫通する穴部のねじ部(図示せず)にねじ込まれていて、微動ハンドル18の回転操作により先端部の凹部141側への突出量を微調整し、移動部材16の側面16bにY軸方向の押圧力を作用させるようになっている。また、上ステージ14の凹部141の端面14aと移動部材16の側面16aとの間には、弾性手段としてのプランジャ26が設けられている。このプランジャ26は、微動ハンドル18の中心軸の延長線上に配置されていて、微動ハンドル18による移動部材16への押圧力を移動部材16の側面16a側で受け止めるようになっている。なお、プランジャ26については、上述したプランジャ26と全く同様であり、ここでの説明は省略する。
なお、微動ハンドル17、18の先端部が当接される移動部材16の側面16d、16bは、底面側に向かうほど徐々に突出するようなテーパ面に形成されていて、これらの側面16d、16bに微動ハンドル17、18の球状先端が当接した状態で、移動部材16を凹部141底面側に押し付けるような力を作用させ、微動ハンドル17、18の出し入れにより移動部材16が波打ったり、抜け落ちたりしないようにしている。また、微動ハンドル17、18による移動部材16の移動力量は、ハンドル13,15による中ステージ12、上ステージ14の移動力量より十分小さく設定されており、移動部材16の作動により上ステージ14が誤って動かないようになっている。
移動部材16は、中央部に円形の開口部161が形成されている。この開口部161は、対物レンズ7の観察光軸上に位置するものである。そして、この開口部161上には、標本3が載置されている。
次に、このように構成した第1の実施の形態の動作を説明する。
まず、移動部材16の開口部161上に標本3を載置し、この状態で、ハンドル13、15により標本3の概略的な位置合わせを行なう。この場合、ハンドル13の回転により、中ステージ12をガイド部19に沿ってY軸方向に移動させ、また、ハンドル15の回転により、上ステージ14をガイド部20に沿ってX軸方向に移動させることで、標本3の概略の位置決めを行なう。
次に、微動調整を行なうには、まず、微動ハンドル17を回転し、先端部の凹部141側への突出量を微調整して、移動部材16をプランジャ21の弾性力に抗してX軸方向に移動させる。また、微動ハンドル18を回転し、先端部の凹部141側への突出量を微調整して、移動部材16をプランジャ26の弾性力に抗してY軸方向に移動させる。この場合、これら微動ハンドル17、18は、ピッチの細かいねじ部が形成されており、移動部材16を微小な移動によりXY方向に調整できる。
なお、図2に示す移動部材16上に載置された標本3より小さい標本を観察したいような場合は、例えば、図2と同一部分には同符号を付した図4に示すように、移動部材16に代えて、小さい径の開口部291を有する移動部材29を上ステージ14の凹部141内に配置し、このような移動部材29の開口部291に小さな標本301を載置して観察を行なうようにする。このようにすれば、標本301を落下することなく標本観察を行なうことができる。また、逆に、図2に示す移動部材16上に載置された標本3より大きな標本を観察したい場合は、図示しないが、移動部材16に代えて、大きい径の開口部を有する移動部材を上ステージ14の凹部141内に配置し、このような移動部材の開口部に大きな標本を載置して観察を行なう。このようにして、標本の大きさに応じて観察者が移動部材を選択的に変更することもできる。
従って、このようにすれば、ハンドル13、15の操作により上ステージ14とともに移動部材16をXY軸方向に移動させて標本3の概略的な位置合わせを行ない、さらに、微動ハンドル17、18を回転し、それぞれの先端部の凹部141側への突出量が微調整して、移動部材16をプランジャ21、26の弾性力に抗してXY軸方向に微移動できるようにしたので、例えば、高倍対物レンズと撮像素子(CCD)の組み合わせなどによる高倍観察の場合にも、観察像の移動量を少しずつ微調整することができ、観察視野内に標本3上の観察したい範囲を確実に位置合わせすることができる。
また、このような微移動調整可能な移動部材16を上ステージ14の凹部141内に設けたことにより、従来の粗移動と微移動のためのXY移動部をそれぞれ積層方向に多層に配置したものと比べ、厚さ方向の寸法を大幅に小さくできて小型化を実現でき、さらに、軽量で、価格的にも安価にできる。
さらに、移動部材16は、上ステージ14の凹部141底面に沿って移動するようになるので、高倍観察時において、移動部材16がコンデンサ6や対物レンズ7などと干渉することもなく、移動部材16の微移動調整を安定して行なうことができる。
さらに、移動部材16は、標本3の大きさに応じて開口部291の大きさの異なるものと簡単に交換できるので、種々の大きさの標本3を観察することができる。
なお、上述した実施の形態では、移動部材16の周囲を微動ハンドル17,18とプランジャ21,26により4点で支持した状態で、微動作させるようにしたが、例えば、移動部材16の周囲を、微動ハンドル17,18に相当する2個の押圧部材と、プランジャ21(26)に相当する1個の弾性部材により3点支持し、この状態で、2個の押圧部材を微調整することで、微動作させるようにしてもよい。この他には、減速比の大きいラックとピニオンを用いたり、超音波モータを用いることもできる。
(第2の実施の形態)
次に、本発明の第2の実施の形態を説明する。
図5は、本発明が適用される顕微鏡ステージの概略構成を示すもので、図2と同一部分には、同符号を付している。
この場合、上ステージ14上面の矩形状の凹部141には、バネステージ30が装着されている。
図6は、バネステージ30の概略構成を示している。
図において、31はステージ本体で、このステージ本体31は、矩形状の板部材からなっている。ステージ本体31の中央部には、四方をスリット32a〜32dで囲まれた矩形状の移動部材33が設けられている。この場合、各スリット32a〜32dは、それぞれの端部を直角に折り曲げるとともに、これら折り曲げ部を隣接するもの同士で所定間隔をおいて重ねて配置され、これら重ね部分をバネ部34a〜34dとして形成している。これらバネ部34a〜34dは、移動部33の四隅を弾性支持するもので、移動部33のXY軸方向の移動を可能にしている。
移動部33は、中央部に開口部33aを有している。また、この移動部33上には、矩形状の上板35が配置されている。この上板35は、開口部33aに連通する開口部35aを有するもので、移動部33とともに移動するようになっている。この上板35は、観察する標本の大きさによって開口部35aの大きさの異なるものが選択的に用いられるようになっている。
ステージ本体31には、移動操作手段としての圧電素子36,37が配置されている。圧電素子36は、ケーブル38を介して与えられる電気信号の大きさに応じて変形するもので、この変形量により図示しないてこ機構部を介して移動部33をX軸方向に微移動可能にしている。同様に、圧電素子37は、ケーブル39を介して与えられる電気信号の大きさに応じて変形するもので、この変形量により図示しないてこ機構部を介して移動部33をY軸方向に微移動可能にしている。
圧電素子36,37のそれぞれのケーブル38,39は、図5に示すように上ステージ14上面の案内溝142を介して外部に導出され、制御部40に接続されている。制御部40は、2個の調整ダイアル40a、40bを有するもので、調整ダイアル40aにより、ケーブル38を介して圧電素子36に与える電気信号の大きさを制御し、調整ダイアル40bにより、ケーブル39を介して圧電素子37に与える電気信号の大きさを制御するようにしている。
なお、圧電素子36,37による移動部33の移動力量はハンドル13、15による中ステージ12、上ステージ14の移動力量より十分小さく設定されおり、移動部33の作動により上ステージ14が誤って動かないようになっている。
次に、このように構成した第2の実施の形態の動作を説明する。
この場合、移動部33の上板35の開口部35a上に標本3を載置し、ハンドル13の回転により、中ステージ12をガイド部19に沿ってY軸方向に移動させ、また、ハンドル15の回転により、上ステージ14をガイド部20に沿ってX軸方向に移動させることで、標本3の概略の位置決めを行なう。
次に、微動調整を行なうには、制御部40の調整ダイアル40aを回転操作する。すると、ケーブル38を介して圧電素子36に与えられる電気信号の大きさが制御され、圧電素子36の変形量が調整されるので、バネ部34a〜34dを介して移動部33がX軸方向に微移動される。同様に、制御部40の調整ダイアル40bを回転操作すると、ケーブル39を介して圧電素子37に与えられる電気信号の大きさが制御され、圧電素子37の変形量が調整されるので、バネ部34a〜34dを介して移動部33がY軸方向に微移動される。これにより、移動部33は、調整ダイアル40a、40bの回転量に応じてXY軸方向に微動調整される。
従って、このようにしても、ハンドル13、15の操作により上ステージ14とともにバネステージ30をXY軸方向に移動させて標本3の概略的な位置合わせを行ない、さらに、制御部40の調整ダイアル40a、40bを回転操作し、それぞれ対応する圧電素子36、37の変形量の変形量を微調整して、移動部33をバネ部34a〜34dを介してXY軸方向に微移動できるようにしたので、高倍観察の場合にも、観察像の移動量を少しずつ微調整することができ、観察視野内に標本3上の観察したい範囲を確実に位置合わせすることができる。
また、このような微移動調整可能なバネステージ30を上ステージ14の凹部141内に設けたことにより、従来の粗移動と微移動のためのXY移動部をそれぞれ積層方向に多層に配置したものと比べ、厚さ方向の寸法を大幅に小さくできて小型化を実現でき、さらに、軽量で、価格的にも安価にできる。
さらに、バネステージ30は、上ステージ14の凹部141底面に沿って移動するようになるので、高倍観察時において、バネステージ30がコンデンサ6や対物レンズ7などと干渉することもなく、バネステージ30の微移動調整を安定して行なうことができる。
さらに、移動部33上に載置される上板35は、標本3の大きさに応じて開口部35aの大きさの異なるものと簡単に交換できるので、種々の大きさの標本3を観察することができる。
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものでなく、実施段階では、その要旨を変更しない範囲で種々変形することが可能である。
さらに、上記実施の形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示されている複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出できる。例えば、実施の形態に示されている全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題を解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出できる。
本発明の第1の実施の形態が適用される倒立型顕微鏡の概略構成を示す図。 本発明の第1の実施例の顕微鏡ステージの概略構成を示す図。 第1の実施例の顕微鏡ステージに用いられるプランジャの概略構成を示す図。 第1の実施例の顕微鏡ステージの変形例の概略構成を示す図。 本発明の第2の実施例の顕微鏡ステージの概略構成を示す図。 第2の実施例の顕微鏡ステージに用いられるバネステーションの概略構成を示す図。 従来のステージの一例の概略構成を示す図。 従来のステージの他例の概略構成を示す図。
符号の説明
1…顕微鏡本体、2…ステージ、3…標本
4…照明支柱、5…光源、6…コンデンサ
7…対物レンズ、8…レボルバー、9…焦準ハンドル
10…接眼レンズ、11…台座、12…中ステージ
13…ハンドル、13.15…ハンドル、14…上ステージ
14a.14b…端面、14c.14d…端面
141…凹部、142…案内溝、15…ハンドル、16…移動部材
16a.16b…側面、16c.16d…側面
17.18…微動ハンドル、19…ガイド部
20…ガイド部、21.26…プランジャ
22…貫通穴、23…移動ピン、24…コイルバネ
25…セットビス、29…移動部材、291…開口部
301…標本、30…バネステージ
31…ステージ本体、32a〜32d…スリット
33…移動部、33a…開口部、34a〜34d…バネ部
35…上板、35a…開口部、36.37…圧電素子
38.39…ケーブル、40…制御部
40a.40b…調整ダイアル

Claims (3)

  1. 互いに直交する方向に移動可能な中ステージと上ステージを有する顕微鏡ステージにおいて、
    前記上ステージの上面に設けられた凹部と、
    前記凹部内に前記中ステージと上ステージのそれぞれの移動方向に沿って移動可能に設けられた移動部材と、
    前記凹部内での前記移動部材の移動量を微調整する移動操作手段と
    を具備したことを特徴とする顕微鏡ステージ。
  2. 前記移動操作手段は、前記移動部材を押圧して微移動させる押圧手段と、該押圧手段の押圧力を前記移動部材を介して受け止める弾性手段とを具備したことを特徴とする請求項1記載の顕微鏡ステージ。
  3. 前記移動部材は、ばね部材を介して支持され、
    前記移動操作手段は、電気信号により変形動作する圧電素子を有し、該圧電素子の変形量に応じて前記移動部材を前記ばね部材を介して微移動させることを特徴とする請求項1記載の顕微鏡ステージ。
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