JP2005091893A - 顕微鏡用電動ユニットの制御装置および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 顕微鏡または顕微鏡用電動ユニットの種類を入力しなくてもその種類を自動的に認識し、認識された顕微鏡または電動ユニットに合わせた最適な制御パラメータで電動ユニットの動作を制御する。
【解決手段】 電動ＸＹステージ２０のような電動ユニットが制御装置３０に接続されると、識別信号出力手段２４より、電動ユニット固有の識別信号が出力され、検出手段３２により検出される。駆動制御手段３３は、検出された識別信号に基づいて電動ユニットの種類を認識し、認識した種類に応じた制御パラメータで電動ユニットを制御する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、顕微鏡の試料を載置するための電動ＸＹステージのような顕微鏡用電動ユニットの動作を制御する制御装置および方法に関する。

今日、顕微鏡には観察対象となる試料を載置するためのステージが備えられており、通常回転式の操作ハンドルが付属している。検鏡者は、この操作ハンドルを回転させることによりステージを上下（Ｚ軸方向）、左右（Ｘ軸方向）、あるいは前後（Ｙ軸方向）に移動させて、観察光学系内の試料位置を三次元的に調整し、試料の観察を行う。

近年、顕微鏡による観察の自動化、高精度化等の要求に応えるために、従来からあるＺ軸方向の電動式駆動に加えて、ＸＹ軸方向におけるステージの操作をモータ等の駆動手段を用いた電動式にて行うものが多く見られる。このような電動ステージの操作には、プッシュ式のスイッチやジョイスティック等が用いられており、検鏡者は、上記操作ハンドルに代わりこれらの操作部を操作することにより、ステージを任意の場所に移動させて観察を行う。

現在、顕微鏡の用途は、生物観察用、半導体検査用等多岐にわたっており、また、同じ用途であっても観察方法が異なる場合があり、それらに対応して顕微鏡の種類も多数存在している。当然、顕微鏡が異なると試料を載置するステージの形状、重量等が異なっている場合が多く、それらの条件の違いを考慮に入れて高精度にステージ駆動制御を行うには、それぞれの顕微鏡およびステージ固有の特性に合わせた最適な制御パラメータの設定が必要となる。

また、良好な操作性にてステージ移動を行うためには、それぞれの顕微鏡毎の試料サイズおよび形状や観察状況の違いにより、ステージ移動速度等の制御パラメータをそれぞれ設定しなければならない。これまでは、１つの顕微鏡ステージに対して上記最適な制御パラメータがあらかじめ設定された専用のステージコントローラが付属しており、それにより最適なステージ駆動制御を実現していた（例えば、特許文献１参照）。
特開平０９−１９８１１４号公報

しかしながら、上述した従来のステージ駆動制御には、次のような問題がある。
専用のステージコントローラで電動ＸＹステージの動作を制御する場合、多種にわたる顕微鏡とそれに対応する電動ＸＹステージを制御するためには、ステージコンロトーラもそれらの種類に合わせた数だけ必要となり、使用者にとってはコスト面で負担が大きくなるばかりか、設置する場所も広くとらなければならなくなるとういう不便が生じる。

また、製品開発の側から見ると、似たような製品をいくつも作らなければならないため、それに要する時間およびコストが無駄になってしまうという問題がある。
本発明の課題は、電動ＸＹステージのような電動ユニットを顕微鏡に取り付けて使用する顕微鏡システムにおいて、使用者が顕微鏡または電動ユニットの種類を入力しなくてもその種類を自動的に認識し、認識された顕微鏡または電動ユニットに合わせた最適な制御パラメータで電動ユニットの動作を制御する制御装置および方法を提供することである。

本発明の第１の局面における制御装置は、顕微鏡に取り付け可能な電動ユニットに接続される、電動ユニットの制御装置であって、顕微鏡または電動ユニットから出力される識別信号を検出する検出手段と、電動ユニットによる対象物の駆動を制御する駆動制御手段とを備える。検出手段は、検出した識別信号を駆動制御手段に出力し、駆動制御手段は、受け取った識別信号に基づいて、顕微鏡の種類および制御装置に接続された電動ユニットの種類のうち少なくとも一方の種類を認識し、認識した種類に応じた制御パラメータで電動ユニットを制御する制御信号を出力する。

本発明の第２の局面において、第１の局面における制御装置は、複数種類の顕微鏡または複数種類の電動ユニットの種類毎に制御パラメータを記憶する記憶手段をさらに備え、駆動制御手段は、認識した種類に応じて、記憶手段が記憶する制御パラメータの中から最適な制御パラメータを選択的に決定し、決定した最適な制御パラメータを用いて制御信号を生成する。

本発明の第３の局面において、第２の局面における制御装置は、記憶手段が記憶する制御パラメータを任意に変更可能な設定変更手段をさらに備える。
本発明の第４の局面において、第１乃至第３の局面のうち少なくとも１つの局面における制御パラメータは、電動ユニットの駆動トルクを可変するためのパラメータ、電動ユニットが駆動する対象物の移動速度を可変するためのパラメータ、およびその対象物の移動距離の最大値を可変するためのパラメータのうち少なくとも１つを含む。

本発明の第５の局面において、第１乃至第４の局面のうち少なくとも１つの局面における電動ユニットは、顕微鏡の観察対象となる試料をＸ方向およびその方向と直交するＹ方向に任意に移動させる電動ＸＹステージである。
上記制御装置、電動ユニット、対象物、検出手段、駆動制御手段、および記憶手段は、例えば、後述する図２のステージ制御装置３０、電動ＸＹステージ２０、ＸＹステージ２１、検出手段３２、駆動制御手段３３、および記憶手段３８に対応し、上記設定変更手段は、例えば、後述する図１２の設定変更手段１２１に対応する。

本発明によれば、複数種類の顕徹鏡のうちの１つの顕徹鏡、または複数種類の顕微鏡用電動ユニットのうちの１つの電動ユニットを制御装置に接続すると、自動的にその種顆が認識され、認識結果に基づいて最適な制御パラメータで電動ユニットの動作が制御される。したがって、顕徹鏡や電動ユニットの種類に合わせて多数の制御装置を用意する必要はなく、顕微鏡や電動ユニットの種類を使用者が制御装置に入力するような必要もない。

電動ユニットとして電動ＸＹステージを用いた場合、ステージ駆動用モータの脱調や速度異常等の問題を発生させることなく、単一の制御装置により複数種類の顕微鏡に取り付けられた複数種類の電動ＸＹステージを制御することが可能である。したがって、検鏡者は、顕微鏡や電動ＸＹステージの違いを意識することなく、快適な操作性にて観察を行うことができる。

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明の制御装置を含む顕微鏡システムの構成図である。図１の顕微鏡システムは、顕微鏡本体１、電動ＸＹステージ２０、ステージ制御装置３０、および操作部４０を備える。

電動ＸＹステージ２０は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に自在に移動可能なＸＹステージ２１、モータ等から構成される駆動手段２２、およびコネクタからなる接続手段２３を含み、顕微鏡本体１に取り付けて使用される。ＸＹステージ２１上には観察対象の試料Ｓが載置され、駆動手段２２は、試料Ｓが載置されたＸＹステージ２１をＸ軸方向およびＹ軸方向のそれぞれの方向に駆動する。

電動ＸＹステージ２０は、ステージ固定部１１を介して顕微鏡本体１と接続され、このステージ固定部１１を基準として、試料Ｓが観察光学系内のＸＹ軸方向に移動可能となるように構成されている。
ステージ制御装置３０にはケーブル１５が設けられており、ケーブル１５は、接続手段２３によって着脱可能なように電動ＸＹステージ２０に接続されている。また、ステージ制御装置３０にはコネクタからなる接続手段３１が設けられており、ジョイスティックやトラックボール等からなる操作部４０が接続手段３１によって着脱可能なようにステージ制御装置３０に接続されている。ステージ制御装置３０は、操作部４０から入力される操作信号に基づいて、ＸＹステージ２１をＸＹ軸方向に移動させるような制御信号を駆動手段２２に出力する。

図２は、図１のステージ制御装置３０により電動ＸＹステージ２０の種類を認識するための構成を示している。
図２の電動ＸＹステージ２０は、ＸＹステージ２１、駆動手段２２、接続手段２３、および識別信号出力手段２４を備え、駆動手段２２は、Ｘ軸駆動手段２２ＡおよびＹ軸駆動手段２２Ｂを含む。

Ｘ軸駆動手段２２ＡおよびＹ軸駆動手段２２Ｂは、それぞれ機械的にＸＹステージ２１に接続されており、ＸＹステージ２１のＸ軸方向およびＹ軸方向の移動を実現可能に構成されている。Ｘ軸駆動手段２２Ａは、例えば、ＸＹステージ２１をＸ軸方向に駆動するモータであり、Ｙ軸駆動手段２２Ｂは、例えば、ＸＹステージ２１をＹ軸方向に駆動するモータである。

また、図２のステージ制御装置３０は、接続手段３１、検出手段３２、駆動制御手段３３、データ処理手段３７、および記憶手段３８を備え、駆動制御手段３３は、制御手段３４、Ｘ軸モータドライバ３５、およびＹ軸モータドライバ３６を含む。Ｘ軸モータドライバ３５およびＹ軸モータドライバ３６は、制御手段３４からの指示に従って、それぞれ、Ｘ軸駆動手段２２ＡおよびＹ軸駆動手段２２Ｂを駆動するための駆動パルス信号を発生させる。

電動ＸＹステージ２０が接続手段２３を介してステージ制御装置３０に接続されると、識別信号出力手段２４より、電動ＸＹステージ２０固有の識別信号が出力される。この識別信号は接続手段２３を介して検出手段３２により検出され、制御手段３４は、検出手段３２の出力に基づいて、接続された電動ＸＹステージ２０の種類を認識する。

制御手段３４は、例えば、ＣＰＵ（中央処理装置）およびメモリ等からなる情報処理装置（コンピュータ）として構成され、ＣＰＵがメモリを利用してプログラムを実行することにより、ステージ制御に必要な処理が行われる。メモリには、ＲＯＭ（read only memory）およびＲＡＭ（random access memory）が含まれる。

制御手段３４で用いられるプログラムおよびデータは、メモリカード、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ（compact disk read only memory ）、光ディスク、光磁気ディスク等の任意のコンピュータ読み取り可能な記録媒体を介して制御手段３４のメモリにロードすることができる。また、これらのプログラムおよびデータを、外部の装置から通信ネットワークを介してメモリにロードすることも可能である。この場合、その外部装置は、プログラムおよびデータを搬送する搬送信号を生成し、通信ネットワークを介してステージ制御装置３０に送信する。

記憶手段３８は、ＲＯＭ等の不揮発性メモリからなり、複数種類の電動ＸＹステージ２０のそれぞれについてその移動を制御するための制御パラメータを登録したテーブルを記憶している。記憶手段３８は制御手段３４と接続されており、制御手段３４は、記憶手段３８に記憶されているテーブルから、１つまたは複数の制御パラメータを選択的に読み出す。

操作部４０から出力される操作信号は、接続手段３１を介してＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換回路等からなるデータ処理手段３７に入力され、デジタル信号に変換された後、制御手段３４に入力される。操作部４０がジョイスティックからなる場合は、倒した角度および方向の情報を含む操作信号が出力される。

制御手段３４は、記憶手段３８から読み出した最適な制御パラメータに基づいて、入力された操作信号に対応する分だけＸＹステージ２１を移動させるための制御信号を、Ｘ軸モータドライバ３５およびＹ軸モータドライバ３６のそれぞれに対して出力する。
Ｘ軸モータドライバ３５およびＹ軸モータドライバ３６は、接続手段２３を介してＸ軸駆動手段２２ＡおよびＹ軸駆動手段２２Ｂにそれぞれ接続されており、ＸＹステージ２１をＸ軸方向およびＹ軸方向にそれぞれ移動させるための駆動パルス信号を出力する。

図３は、識別信号出力手段２４と検出手段３２の構成例を示している。図３の構成では、識別信号出力手段２４は、３つのスイッチ２４ａ、２４ｂ、および２４ｃからなる。これらのスイッチの一方の端子は、接続手段２３の端子２３ａ、２３ｂ、および２３ｃにそれぞれ接続されており、他方の端子は接続手段２３の端子２３ｄを介してＧＮＤ（グラウンド）レベルに接続されている。

検出手段３２は、所定の基準電圧Ｖｒを生成する電圧源と、その電圧源に接続された３つのプルアップ抵抗３２ａ、３２ｂ、および３２ｃからなる。これらの抵抗の一方の端子には基準電圧Ｖｒがそれぞれ供給され、他方の端子は接続手段２３の端子２３ａ、２３ｂ、および２３ｃにそれぞれ接続されている。

識別信号出力手段２４におけるスイッチ２４ａ、２４ｂ、および２４ｃのオン・オフ情報は、接続手段２３を介して検出手段３２に送信され、電圧のＬＯＷ（ＧＮＤレベル）・ＨＩＧＨ（基準電圧レベル）信号として検出される。検出されたＬＯＷ・ＨＩＧＨ信号は、電動ＸＹステージ２０の識別信号として、検出手段３２の端子３２Ａ、３２Ｂ、および３２Ｃから制御手段３４に出力される。この場合、識別信号出力手段２４のスイッチのオンおよびオフは、識別信号のＬＯＷおよびＨＩＧＨにそれぞれ対応する。

図４は、図３の構成における識別信号の割り付け例を示している。図４において、識別信号の欄のＡ、Ｂ、およびＣは、図３における検出手段３２の端子３２Ａ、３２Ｂ、および３２Ｃにそれぞれ対応している。この欄の「０」は上述の識別信号がＬＯＷの場合に対応し、「１」は識別信号がＨＩＧＨの場合に対応する。また、識別情報の欄は、各識別信号に対応する電動ＸＹステージ２０の種類を表している。このような識別信号の割り付けを定義した情報は、例えば、制御手段３４のメモリに格納される。

例えば、図３のスイッチ２４ａ、２４ｂ、および２４ｃがそれぞれオン、オン、およびオフとなっている場合は、接続手段２３の端子２３ａ、２３ｂ、および２３ｃの電圧がそれぞれＬＯＷ、ＬＯＷ、およびＨＩＧＨとなり、その結果、検出手段３２から制御手段３４に出力される識別信号は「００１」となる。したがって、接続されている電動ＸＹステージ２０は「正立型生物観察顕微鏡用ステージＢ」であると認識される。

図３の構成では、識別信号を送信するのに３本の信号線を用いているため、３ビット分の自由度があり、識別番号（識別Ｎｏ）０〜７の８パターンの識別信号を作り出すことができる。このうち、識別番号７の識別信号「１１１」は、ステージ制御装置３０に電動ＸＹステージ２０が接続されていない状態（未接続の状態）を表すので、実質的には７種類の電動ＸＹステージ２０を認識することが可能となる。

図５は、記憶手段３８に記憶されている制御パラメータの例を示している。図５のテーブルでは、制御パラメータとしてトルク係数と速度係数を用いており、図４の識別番号および識別情報に対応するトルク係数および速度係数の値が登録されている。
トルク係数は、駆動手段２２であるモータを駆動する際の駆動トルクを変更するための定数であり、駆動手段２２としてステッピングモータを用いている場合は、Ｘ軸およびＹ軸のそれぞれのトルク係数により、Ｘ軸モータドライバ３５およびＹ軸モータドライバ３６のそれぞれから出力される駆動電流が変更される。

通常、ステッピングモータが発生するトルクは、駆動電流に比例して増減するようになっている。また、Ｘ軸モータドライバ３５およびＹ軸モータドライバ３６は、制御手段３４から受け取る制御信号に基づいて、トルク係数に比例する駆動電流を出力するようになっている。したがって、Ｘ軸駆動手段２２ＡおよびＹ軸駆動手段２２ＢのそれぞれによりＸＹステージ２１を駆動するためのトルクは、Ｘ軸およびＹ軸のそれぞれのトルク係数に比例することになる。

一方、速度係数は、駆動手段２２であるモータを駆動する時の速度を変更するための定数であり、駆動手段２２としてステッピングモータを用いている場合は、Ｘ軸およびＹ軸のそれぞれの速度係数により、Ｘ軸モータドライバ３５およびＹ軸モータドライバ３６のそれぞれから出力される駆動パルス信号の周波数が変更される。

通常、ステッピングモータの回転角度は、駆動パルスの数に比例するようになっている。また、Ｘ軸モータドライバ３５およびＹ軸モータドライバ３６は、制御手段３４から受け取る制御信号に基づいて、速度係数に比例する周波数の駆動パルス信号を出力するようになっている。したがって、Ｘ軸駆動手段２２ＡおよびＹ軸駆動手段２２ＢのそれぞれによりＸＹステージ２１を駆動する速度は、Ｘ軸およびＹ軸のそれぞれの速度係数に比例することになる。

図５のテーブルに登録されたそれぞれの顕微鏡用電動ＸＹステージ２０を用いて、実際にＸＹステージ２１をＸＹ軸方向に移動させてデータを測定することで、トルク係数および速度係数の最適な値が決定され、決定された値があらかじめ記憶手段３４に格納される。

図６は、図２のステージ制御装置３０により行われる制御動作のフローチャートである。ステップ６１において、検鏡者によりステージ制御装置３０の電源が投入されると、ステップ６２において、制御手段３４は、まず、操作部４０からの操作信号を受け付けないようにして、電動ＸＹステージ２０の操作を禁止する。これは、接続された電動ＸＹステージ２０に最適な制御パラメータを設定する前に電動ＸＹステージ２０を動作させないようにするための処理であり、この処理以降、ステップ６６で操作が許可されるまでの間を、初期化期間と呼ぶことにする。

次に、ステップ６３において、識別信号出力手段２４から出力される信号を検出手段３２が検出し、識別信号として制御手段３４に出力する。例えば、図３のスイッチ２４ａ、２４ｂ、および２４ｃがそれぞれオン、オン、およびオフとなっている場合は、上述したように、識別信号は「００１」となる。

次に、ステップ６４において、制御手段３４は、接続された電動ＸＹステージ２０の認識を行う。例えば、識別信号「００１」が入力されたとき、制御手段３４は、図４に示した通り、電動ＸＹステージ２０は「正立型生物観察顕微鏡用ステージＢ」であると認識する。

なお、ステップ６４において、ステージ制御装置３０に電動ＸＹステージ２０が接続されていない場合は、検出手段３２により識別信号「１１１」が制御手段３４に入力されるので、制御手段３４は、「ステージ未接続」と認識してエラー処理を行う。エラー処理では、電動ＸＹステージ２０が接続されていない旨のメッセージ等が出力される。この場合、検鏡者はステージ制御装置３０にいずれかの電動ＸＹステージ２０を接続して、ステップ６１以降の操作を繰り返す。

接続された電動ＸＹステージ２０の種類が認識されると、次に、ステップ６５において、制御手段３４は、認識された種類の電動ＸＹステージ２０用に設定されている制御パラメータを記憶手段３８から読み出す。
次に、ステップ６６において、制御手段３４は、ステップ６２において受け付け禁止にした操作部４０からの操作信号を受け付けるようにして、電動ＸＹステージ２０の操作を許可する。これにより、初期化期間が終了する。

次に、ステップ６７において、検鏡者は、操作部４０を操作することにより、接続された電動ＸＹステージ２０のＸＹステージ２１を最適な制御パラメータで自在に移動させて、試料Ｓの観察を行う。そして、観察が終了すると、ステージ制御装置３０の電源を切断する。

以上のように、図２の構成によれば、電動ＸＹステージ２０が接続手段２３を介してステージ制御装置３０に接続されると、識別信号出力手段２４より、電動ＸＹステージ２０固有の識別信号が出力されるようになっており、この識別信号は接続手段２３を介して検出手段３２により検出され、制御手段３４により接続された電動ＸＹステージ２０の種類が認識される。さらに、記憶手段３８には、複数種類の電動ＸＹステージ２０のそれぞれについてその移動を制御するための制御パラメータを登録したテーブルが格納されている。制御手段３４は、認識結果に応じて、記憶手段３８のテーブルから接続されている電動ＸＹステージ２０に最適な制御パラメータを選択的に読み出し、それを基に電動ＸＹステージ２０を駆動制御することができる。

したがって、ＸＹステージ２１の重量や機構的な摩擦等による重みに応じて制御パラメータが異なる複数種類の電動ＸＹステージ２０に対して、単一の制御装置によって制御パラメータをステージ毎に設定する手間を必要とせずに、最適なステージ駆動が可能となる。また、各種顕微鏡用電動ＸＹステージ２０毎にステージ移動速度をあらかじめ決められた最適な値に自動的に設定できるので、観察者は電動ＸＹステージ２０の違いを気にすることなく、良好な操作性にて観察を行うことが可能となる。

ところで、図５のテーブルでは、制御パラメータとして速度係数およびトルク係数のみを用いているが、その他にも最大駆動パルス数のような任意の制御パラメータを追加することができる。最大駆動パルス数は、移動範囲の異なる電動ＸＹステージ２０を認識して制御する際に、ＸＹステージ２１の現在位置から機械的限界点までの距離を考慮して、安全な最大移動距離に対応する駆動パルス数として、それぞれの電動ＸＹステージ２０毎に設定される。

このような制御パラメータを用いることにより、最大移動距離を超えるステージ移動が禁止されるので、ＸＹステージ２１が機械的な限界点に達したり、それを超えようとするのを防止することができ、ＸＹステージ２１の損傷およびその上に載置された試料Ｓの損傷が防止される。

また、図１および図２において、ステージ制御装置３０からの制御信号を送信するケーブル１５は、電動ＸＹステージ２０側の接続手段２３にて電動ＸＹステージ２０と着脱可能になっているが、電動ＸＹステージ２０側にケーブルを設け、接続手段をステージ制御装置３０側に設けてケーブルを着脱可能にしてもよい。あるいは、電動ＸＹステージ２０とステージ制御装置３０の両方に接続手段を設けてケーブルを着脱可能としてもよい。

また、図３において、識別信号出力手段２４は３つのスイッチにより構成されているが、接続手段２３の端子２３ａ〜２３ｄを直接電線等で接続しても、同様の識別信号を実現することができる。この場合、端子２３ａ〜２３ｃのうち、２３ｄ端子と接続された端子が、図３の識別信号出力手段２４におけるオン状態のスイッチに対応し、どこにも接続されていない端子がオフ状態のスイッチに対応する。

また、図３および図４において、識別信号は３ビットの情報により表現されているが、このビット数に制限はなく、任意に増減してもよい。
さらに、図４および図５では、１つの顕微鏡本体１と１つの電動ＸＹステージ２０の組み合わせ毎に識別信号が設定されているが、顕微鏡本体１の種類を表す識別信号と電動ＸＹステージ２０の種類を表す識別信号を別々に設けて、これらの２つの識別信号の組み合わせによってシステム構成が認識されるようにしてもよい。この場合、電動ＸＹステージ２０に加えて、顕微鏡本体１からも識別信号が出力されることになる。

図７は、このような識別信号を用いて顕微鏡本体１および電動ＸＹステージ２０の種類を認識するための構成を示している。図７の構成では、図２の構成に加えて、識別信号出力手段７１を備えた顕微鏡本体１が、コネクタからなる接続手段２５を介して電動ＸＹステージ２０に接続されている。

電動ＸＹステージ２０が接続手段２５を介して顕微鏡本体１に接続され、接続手段２３を介してステージ制御装置３０に接続されると、識別信号出力手段７１より、顕微鏡本体１固有の識別信号が出力される。この識別信号は接続手段２５および接続手段２３を介して検出手段３２により検出され、制御手段３４は、検出手段３２の出力に基づいて、接続された顕微鏡本体１の種類を認識する。

顕微鏡本体１の識別信号を検出するための検出手段３２および識別信号出力手段７１の構成は、電動ＸＹステージ２０の識別信号を検出するための検出手段３２および識別信号出力手段２４の構成と同様である。
この場合、顕微鏡本体１の識別信号の割り付けは、例えば、図８のように定義され、電動ＸＹステージ２０の識別信号の割り付けは、例えば、図９のように定義され、２つの識別信号の組み合わせに基づく識別情報は、例えば、図１０のように定義される。

図８において、識別信号の欄のＡ、Ｂ、およびＣは検出手段３２の３つの端子（不図示）にそれぞれ対応しており、識別情報の欄は、各識別信号に対応する顕微鏡本体１の種類を表している。ただし、識別番号７の識別信号「１１１」は、ステージ制御装置３０に電動ＸＹステージ２０が接続されていない状態、または電動ＸＹステージ２０に顕微鏡本体１が接続されていない状態、あるいは接続された顕微鏡本体１が非対応顕微鏡である場合を表す。

図９において、識別信号の欄のＡ、Ｂ、およびＣは、図３の検出手段３２の端子３２Ａ、３２Ｂ、および３２Ｃにそれぞれ対応しており、識別情報の欄は、各識別信号に対応する電動ＸＹステージ２０の種類を表している。ただし、識別番号７の識別信号「１１１」は、ステージ制御装置３０に電動ＸＹステージ２０が接続されていない状態を表す。

図１０において、識別情報はマトリクス状に定義されており、マトリクスの各行は顕微鏡本体１の識別信号を表し、マトリクスの各列は電動ＸＹステージ２０の識別信号を表す。例えば、顕微鏡本体１の識別信号が「０００」で、電動ＸＹステージ２０の識別信号が「００１」の場合は、接続されている電動ＸＹステージ２０は「正立型生物観察顕微鏡用ステージＢ」であると認識される。また、電動ＸＹステージ２０の識別信号が「１１１」の場合は、顕微鏡本体１の識別信号の値に依らずに、「ステージ未接続」と認識される。このような識別情報は、例えば、制御手段３４のメモリに格納される。

ところで、図１０の構成では、顕微鏡本体１が電動ＸＹステージ２０を介してステージ制御装置３０に接続されているが、電動ＸＹステージ２０を介さずに直接ステージ制御装置３０に接続するようにしてもよい。
図１１は、このような接続方法を示している。図１１の構成では、図２の構成に加えて、識別信号出力手段７１を備えた顕微鏡本体１が、コネクタからなる接続手段１１１を介してステージ制御装置３０に接続されている。

顕微鏡本体１が接続手段１１１を介してステージ制御装置３０に接続されると、識別信号出力手段７１より、顕微鏡本体１固有の識別信号が出力される。この識別信号は接続手段１１１を介して検出手段３２により検出され、制御手段３４は、検出手段３２の出力に基づいて、接続された顕微鏡本体１の種類を認識する。

顕微鏡本体１の識別信号の割り付け、電動ＸＹステージ２０の識別信号の割り付け、および２つの識別信号の組み合わせに基づく識別情報については、図７の接続方法を採用した場合と同様である。
図７および図１１の構成では、顕微鏡本体１と電動ＸＹステージ２０の両方に識別信号出力手段が設けられているが、顕微鏡本体１のみに識別信号出力手段７１を設け、電動ＸＹステージ２０の識別信号出力手段２４を省略することも可能である。この場合、記憶手段３８は、複数種類の顕微鏡本体１のそれぞれについて、対応する電動ＸＹステージ２０の制御パラメータを登録したテーブルを記憶し、制御手段３４は、顕微鏡本体１の識別信号に基づいて顕微鏡本体１の種類を認識し、認識結果に応じて記憶手段３８から制御パラメータを選択的に読み出す。

次に、図１２および図１３を参照しながら、ステージ制御装置３０の記憶手段３８に格納されている制御パラメータを外部から変更したり、外部に出力したりすることが可能な構成について説明する。
例えば、図２の構成にこのような機能を追加した場合、ステージ制御装置３０の構成は、図１２のようになる。図１２のステージ制御装置３０は、図２の構成に加えて、さらに設定変更手段１２１を備える。

設定変更手段１２１は、ＲＳ２３２Ｃ（recommended standard 232 version C）、ＵＳＢ（universal serial bus）、ＩＥＥＥ（institute of electrical and electronic engineers）１３９４等の通信プロトコルによって、パーソナルコンピュータ等の外部のコンピュータ１２２と情報の送受信が可能なように構成されている。

設定変更手段１２１は、コンピュ一夕１２２から送信されるデータに基づき記憶手段３８に格納されている制御パラメータを書き換えることができ、コンピュータ１２２からの指示に基づいて、記憶手段３８に格納されている制御パラメータを読み出すこともできる。この場合、記憶手段３８としては、例えば、ＥＥＰＲＯＭ（electronically erasable and programmable read only memory ）が用いられる。

図１３は、図１２のステージ制御装置３０により行われる設定変更動作のフローチャートである。設定変更手段１２１は、コンピュ一夕１２２から制御パラメータの書き換え指示を受け取ると、ステップ１３１において、設定変更要求を制御手段３４に出力する。これを受けて、制御手段３４は、ステップ１３２において、割り込みを発生させ、ステップ１３３において、記憶手段３８が現在アクセス中（ＢＵＳＹ状態）であるか否かをチェックする。

記憶手段３８がアクセス中であれば、ステップ１３８において待機した後、ステップ１３３のチェックを繰り返し、記憶手段３８がアクセス中でなければ、ステップ１３４において、設定変更手段１２１による設定変更を許可する。
次に、ステップ１３５において、設定変更手段１２１は、指示された制御パラメータの変更データを記憶手段３８に書き込む。そして、ステップ１３６において、記憶手段３８から書き込み終了通知を受け取ると、その旨の通知を制御手段３４に出力する。これを受けて、制御手段３４は、ステップ１３７において、割り込みを解除し、通常の制御処理に復帰する。

このような構成によれば、電動ＸＹステージ２０の使用者が、コンピュータ１２２から設定変更手段１２１を介して記憶手段３８に格納されている制御パラメータを書き換えることができ、さらに、現在格納されている制御パラメータの値を読み出してコンピュータ１２２のディスプレイ画面上に表示することもできる。図７および図１１の構成においても、同様の設定変更手段１２１を追加することが可能である。

次に、図１４を参照しながら、検出手段３２により検出された識別信号を制御手段３４に入力することなく、ＸＹステージ２１を駆動するためのトルクを変更する構成について説明する。
例えば、図３の構成にこのような機能を挿入する場合、検出手段３２の構成は、図１４のように変更される。図１４の検出手段３２は、図３の構成に加えて、さらに抵抗Ｒｌ、Ｒ２、Ｒ３、およびＲ４と、スイッチＳ１、Ｓ２、およびＳ３とを備える。

抵抗Ｒ４の一方の端子には、基準電圧Ｖｒが供給されており、抵抗Ｒ４の他方の端子には、抵抗Ｒｌ、Ｒ２、およびＲ３の一方の端子が接続されている。抵抗Ｒｌ、Ｒ２、およびＲ３の他方の端子は、スイッチＳ１、Ｓ２、およびＳ３の一方の端子にそれぞれ接続されており、スイッチＳ１、Ｓ２、およびＳ３の他方の端子はＧＮＤレベルに接続されている。

図３の場合と同様に、識別信号出力手段２４を構成しているスイッチ２４ａ、２４ｂ、および２４ｃのオン・オフ情報は、接続手段２３を介して検出手段３２に送信され、検出手段３２は、そのオン・オフ情報をプルアップ抵抗３２ａ、３２ｂ、および３２ｃにより電圧のＬＯＷ・ＨＩＧＨ信号に変換する。得られたＬＯＷ・ＨＩＧＨ信号は、図３の場合とは異なり、制御手段３４に出力されることなく、スイッチＳｌ、Ｓ２、およびＳ３のオン・オフ制御に用いられる。

また、抵抗Ｒ４と抵抗Ｒｌ、Ｒ２、およびＲ３を接続するノードにおいて発生する電流調整用電圧Ｖｉは、Ｘ軸モータドライバ３５内のモータドライバＩＣ（integrated circuit）１４１とＹ軸モータドライバ３６内のモータドライバＩＣ１４２の出力電流調整用端子に入力される。モータドライバＩＣ１４１および１４２は、入力される電圧の大きさに比例して、出力すべき駆動電流を可変するように構成されている。

ここで、例として、駆動電流のピーク値Ｉｐが次式により決められるものとする。

Ｉｐ＝Ｋ＊Ｖｉ （Ｋ：定数）

電流調整用電圧Ｖｉは、スイッチＳｌ、Ｓ２、およびＳ３の開閉状態に応じて変化するため、識別信号出力手段２４からの出力信号により変更される。例えば、図１４のように、スイッチ２４ａおよび２４ｂがオフでスイッチ２４ｃがオンのときは、スイッチＳｌおよびＳ２に電圧ＨＩＧＨが入力されてオン状態となり、スイッチＳ３には電圧ＬＯＷが入力されてオフ状態となる。したがって、電圧Ｖｉは、抵抗Ｒｌ、Ｒ２、およびＲ４の分圧により決められる電圧値に設定される。

このような構成によれば、識別信号出力手段２４を構成しているスイッチ２４ａ、２４ｂ、および２４ｃのオン・オフ情報は、接続手段２３を介して検出手段３２に転送され、検出手段３２においてプルアップ抵抗３２ａ、３２ｂ、および３２ｃにより電圧のＬＯＷ・ＨＩＧＨ信号に変換される。そして、このＬＯＷ・ＨＩＧＨ信号によりスイッチＳｌ、Ｓ２、およびＳ３がオフ・オンとなり、電流調整用電圧Ｖｉが生成される。したがって、電圧Ｖｉは、スイッチ２４ａ、２４ｂ、および２４ｃのオン・オフ情報により変更される。また、電流調整用電圧Ｖｉは、Ｘ軸モータドライバ３５およびＹ軸モータドライバ３６内のモータドライバＩＣ１４１および１４２の出力電流調整用端子に入力され、Ｘ軸モータドライバ３５およびＹ軸モータドライバ３６から出力される駆動電流の値、つまりはＸＹステージ２１を駆動するための駆動トルクを決定する。

したがって、識別信号出力手段２４からのスイッチのオン・オフ情報により、制御手段３４を介さず、自動的に、ＸＹステージ２１を駆動するための駆動トルクを電動ＸＹステージ２０毎に変更することができる。
図１４では、電流調整用電圧Ｖｉを複数の抵抗の分圧によって変更しているが、代わりに、識別信号出力手段２４からの出力信号を入力とするＤ／Ａ（デジタル／アナログ）変換器を用いて、その信号をアナログ出力電圧に変換することで、電流調整用電圧Ｖｉを生成するようにしてもよい。

以上説明した実施形態では、ステージ制御装置３０がＸＹステージ２１を駆動する電動ＸＹステージ２０の動作を制御しているが、本発明はこのようなステージ制御装置に限らず、任意の対象物を駆動する任意の顕微鏡用電動ユニットを制御するための制御装置に対して適用することができる。

顕微鏡システムの構成図である。 ステージ制御装置と電動ＸＹステージの第１の構成を示す図である。 検出手段と識別信号出力手段の第１の構成を示す図である。 電動ＸＹステージの第１の識別信号を示す図である。 制御パラメータを示す図である。 制御動作のフローチャートである。 ステージ制御装置、電動ＸＹステージ、および顕微鏡本体の第１の接続方法を示す図である。 顕微鏡の識別信号を示す図である。 電動ＸＹステージの第２の識別信号を示す図である。 識別信号の組み合わせを示す図である。 ステージ制御装置、電動ＸＹステージ、および顕微鏡本体の第２の接続方法を示す図である。 ステージ制御装置と電動ＸＹステージの第２の構成を示す図である。 設定変更動作のフローチャートである。 検出手段と識別信号出力手段の第２の構成を示す図である。

符号の説明

１ 顕微鏡本体
１１ ステージ固定部
１５ ケーブル
２０ 電動ＸＹステージ
２１ ＸＹステージ
２２ 駆動手段
２２Ａ Ｘ軸駆動手段
２２Ｂ Ｙ軸駆動手段
２３、２５、３１、１１１ 接続手段
２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ、３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ 端子
２４、７１ 識別信号出力手段
２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３ スイッチ
３０ ステージ制御装置
３２ 検出手段
３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４ 抵抗
３３ 駆動制御手段
３４ 制御手段
３５ Ｘ軸モータドライバ
３６ Ｙ軸モータドライバ
３７ データ処理手段
３８ 記憶手段
４０ 操作部
１２１ 設定変更手段
１２２ コンピュータ
１４１、１４２ モータドライバＩＣ
Ｓ 試料

Claims (8)

1. 顕微鏡に取り付け可能な電動ユニットに接続される、該電動ユニットの制御装置であって、
   前記顕微鏡または前記電動ユニットから出力される識別信号を検出する検出手段と、
   前記電動ユニットによる対象物の駆動を制御する駆動制御手段とを備え、
   前記検出手段は、検出した識別信号を前記駆動制御手段に出力し、
   前記駆動制御手段は、受け取った識別信号に基づいて、前記顕微鏡の種類および前記制御装置に接続された前記電動ユニットの種類のうち少なくとも一方の種類を認識し、認識した種類に応じた制御パラメータで該電動ユニットを制御する制御信号を出力する
   ことを特徴とする制御装置。
2. 複数種類の顕微鏡または複数種類の電動ユニットの種類毎に制御パラメータを記憶する記憶手段をさらに備え、
   前記駆動制御手段は、前記認識した種類に応じて、前記記憶手段が記憶する制御パラメータの中から最適な制御パラメータを選択的に決定し、決定した最適な制御パラメータを用いて前記制御信号を生成することを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
3. 前記記憶手段が記憶する制御パラメータを任意に変更可能な設定変更手段をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の制御装置。
4. 前記制御パラメータは、前記電動ユニットの駆動トルクを可変するためのパラメータ、前記電動ユニットが駆動する前記対象物の移動速度を可変するためのパラメータ、および該対象物の移動距離の最大値を可変するためのパラメータのうち少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１乃至３のうち少なくとも１つに記載の制御装置。
5. 前記電動ユニットは、前記顕微鏡の観察対象となる試料をＸ方向および該Ｘ方向と直交するＹ方向に任意に移動させる電動ＸＹステージであることを特徴とする請求項１乃至４のうち少なくとも１つに記載の制御装置。
6. 顕微鏡と、該顕微鏡に取り付け可能な電動ユニットと、該電動ユニットに接続される該電動ユニットの制御装置とからなる顕微鏡システムであって、
   前記顕微鏡および前記電動ユニットのうち少なくとも一方は、
   識別信号を出力する識別信号出力手段を備え、
   前記制御装置は、
   前記顕微鏡または前記電動ユニットから出力される前記識別信号を検出する検出手段と、
   前記電動ユニットによる対象物の駆動を制御する駆動制御手段とを備え、
   前記検出手段は、検出した識別信号を前記駆動制御手段に出力し、
   前記駆動制御手段は、受け取った識別信号に基づいて、前記顕微鏡の種類および前記制御装置に接続された前記電動ユニットの種類のうち少なくとも一方の種類を認識し、認識した種類に応じた制御パラメータで該電動ユニットを制御する制御信号を出力する
   ことを特徴とする顕微鏡システム。
7. 顕微鏡に取り付け可能な電動ユニットによる対象物の駆動を制御するコンピュータのためのプログラムであって、
   前記顕微鏡または前記電動ユニットから出力される識別信号に基づいて、該顕微鏡の種類および該電動ユニットの種類のうち少なくとも一方の種類を認識し、
   認識した種類に応じた制御パラメータで前記電動ユニットを制御する
   処理を前記コンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
8. 顕微鏡に取り付け可能な電動ユニットによる対象物の駆動を制御する制御方法であって、
   前記顕微鏡または前記電動ユニットから出力される識別信号を検出し、
   検出された識別信号に基づいて、前記顕微鏡の種類および前記電動ユニットの種類のうち少なくとも一方の種類を認識し、
   認識した種類に応じた制御パラメータで前記電動ユニットを制御する
   ことを特徴とする制御方法。
   
   

Images