JP2005265996A - 顕微鏡ステージ - Google Patents

Abstract

【課題】手動の顕微鏡ステージと置き換え可能なほど小型で熱的ドリフトを引き起こさない電動の顕微鏡ステージを提供する。
【解決手段】顕微鏡ステージ１００は、顕微鏡に固定される固定台１１０と、固定台１１０に対してＹ軸に沿って移動可能なＹテーブル１２０と、Ｙテーブル１２０に対してＹ軸にほぼ直交するＸ軸に沿って移動可能な第二テーブルと、Ｙテーブル１２０をＹ軸に沿って駆動する超音波モーター１４０と、Ｘテーブル１３０をＸ軸に沿って駆動する超音波モーター１５０と、Ｙテーブル１２０の移動量を検出するＹ変位検出器１６０と、Ｘテーブル１３０の移動量を検出するＸ変位検出器１７０とを備えている。超音波モーター１４０と超音波モーター１５０とＹ変位検出器１６０とＸ変位検出器１７０の大部分は、Ｘテーブル１３０から側方に突出することなく、Ｘテーブル１３０の下に位置している。
【選択図】 図１

Description

本発明は顕微鏡ステージに関する。

従来の電動の顕微鏡ステージは、ステッピングモーター等の回転モーターと、モーターの回転駆動力をテーブルの直線移動に変換する運動伝達機構とを備えている。これらのモーターや運動伝達機構は、大きな設置スペースを必要とするため、図６に示されるように、移動テーブルの側方に大きく突出している。このため、電動の顕微鏡ステージは、図５に示される手動の顕微鏡ステージよりも大きなスペースを必要とする。

このため、これまで、保温箱のようなテーブル周辺の空間を制限する箱で覆されて使用されたり、マイクロマニピュレーターやインキュベーターなどの様々な装置を周辺に配置して使用されたりしていた手動の顕微鏡ステージを、単純に電動の顕微鏡ステージに置き換えることは難しい。

特開平６−２７３８７号公報は、このような不具合を解消した、手動の顕微鏡ステージと置き換え可能な小型の電動ステージを開示している。
特開平６−２７３８７号公報

特開平６−２７３８７号公報に開示された電動ステージは、そのアクチュエーター（駆動手段）に、電磁力を利用したリニアモーターを利用している。このため、テーブルを移動させるときだけでなく、テーブルを所望の位置にとどめておくときにも、電流を供給している必要がある。このため、リニアモーターの発熱によって熱的ドリフトが引き起こされるおそれがある。

本発明は、このような実状を考慮して成されたものであり、その目的は、熱的ドリフトを引き起こさない小型な電動の顕微鏡ステージを提供することである。

本発明の顕微鏡ステージは、顕微鏡に固定される固定台と、固定台に対して第一軸に沿って移動可能な第一テーブルと、第一テーブルに対して第一軸にほぼ直交する第二軸に沿って移動可能な第二テーブルと、第一テーブルを第一軸に沿って駆動する第一超音波モーターと、第二テーブルを第二軸に沿って駆動する第二超音波モーターとを備えている。

本発明によれば、手動の顕微鏡ステージと置き換え可能なほど小型で熱的ドリフトを引き起こさない電動の顕微鏡ステージが提供される。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

本実施形態は、倒立型顕微鏡用の顕微鏡ステージに向けられている。図１は、本発明の実施形態の顕微鏡ステージを概略的に示す分解斜視図である。図２は、図１に示した顕微鏡ステージを矢印Ａの方向から見た側面図である。図３は、図１に示した顕微鏡ステージを矢印Ｂの方向から見た側面図である。図４は、図１に示した顕微鏡ステージの縦断面図である。

図１に示されるように、本実施形態の顕微鏡ステージ１００は、顕微鏡に固定される固定台１１０と、固定台１１０に対してＹ軸に沿って移動可能なＹテーブル１２０と、Ｙテーブル１２０に対してＹ軸にほぼ直交するＸ軸に沿って移動可能な第二テーブルと、Ｙテーブル１２０をＹ軸に沿って駆動する超音波モーター１４０と、Ｘテーブル１３０をＸ軸に沿って駆動する超音波モーター１５０とを備えている。

顕微鏡ステージ１００は、Ｙテーブル１２０の移動量を光学的に検出するＹ変位検出器１６０と、Ｘテーブル１３０の移動量を光学的に検出するＸ変位検出器１７０とをさらに備えている。

顕微鏡ステージ１００は、超音波モーター１４０と超音波モーター１５０とＹ変位検出器１６０とＸ変位検出器１７０の取り付けのために、Ｙテーブル１２０に固定された保持部材１２４と、Ｘテーブル１３０に固定された保持部材１３４と、固定台１１０に固定された保持部材１１４とをさらに備えている。

超音波モーター１４０は超音波振動子１４２と被駆動体１４６とから構成されている。超音波振動子１４２は保持部材１２４に固定され、被駆動体１４６は保持部材１１４に固定されている。超音波振動子１４２と被駆動体１４６は向き合って位置している。超音波振動子１４２は一対の駆動子１４４を有し、駆動子１４４は非駆動時に適当な荷重で被駆動体１４６に接触している。

同様に、超音波モーター１５０は超音波振動子１５２と被駆動体１５６とから構成されている。超音波振動子１５２は保持部材１３４に固定され、被駆動体１５６は保持部材１２４に固定されている。超音波振動子１５２と被駆動体１５６は向き合って位置している。超音波振動子１５２は一対の駆動子１５４を有し、駆動子１５４は非駆動時に適当な荷重で被駆動体１５６に接触している。

本実施形態に好適に適用可能な超音波モーターは、これに限定されないが、例えば、ホームページアドレス「http://www.olympus.co.jp/jp/crdc/tech/1997b/bm971200uslmj.cfm」に開示されている。

Ｙ変位検出器１６０は、これに限定されないが、例えば、光学式リニアエンコーダーで構成され、リニアスケール１６２とエンコーダーヘッド１６４とを有している。エンコーダーヘッド１６４は保持部材１２４に固定され、リニアスケール１６２は保持部材１１４に固定されている。Ｘ変位検出器１７０は、これに限定されないが、例えば、光学式リニアエンコーダーで構成され、リニアスケール１７２とエンコーダーヘッド１７４とを有している。リニアスケール１７２は保持部材１３４に固定され、エンコーダーヘッド１７４は保持部材１２４に固定されている。

本実施形態に好適に適用可能な光学式リニアエンコーダーは、これに限定されないが、例えば特開平１１−２４３２５８号公報に開示されている。

Ｙテーブル１２０は固定台１１０の上側に位置し、Ｘテーブル１３０はＹテーブル１２０の上側に位置している。Ｘテーブル１３０は、側方に突出した側方突出部１３６を有しており、その分、固定台１１０よりも大きく、またＹテーブル１２０よりも大きい。Ｘテーブル１３０の大きさの形状は、例えば図５に示されるような従来の顕微鏡に標準搭載されている手動の顕微鏡ステージのＸテーブルとほぼ同じである。

保持部材１３４は、図２に示されるように、Ｘテーブル１３０の側方突出部１３６の下面に固定されている。保持部材１２４は、図３に示されるように、Ｙテーブル１２０の側面に固定されている。保持部材１１４は、固定台１１０の側面に固定されている。

Ｙテーブル１２０はＸ軸に沿って延びている溝１２６を有している。溝１２６は、Ｘテーブル１３０の移動時に、Ｘテーブル１３０の側方突出部１３６の下面に固定された保持部材１３４と、保持部材１３４に固定された被駆動体１５６とリニアスケール１７２とが通る空間を与える
Ｘテーブル１３０の開口１３２とＹテーブル１２０の開口１２２が固定台１１０の開口１１２に対して整列した状態、言い換えれば、Ｙテーブル１２０が固定台１１０にほぼ完全に重なり、Ｘテーブル１３０が側方突出部１３６を除いてＹテーブル１２０にほぼ完全に重なった状態では、図２と図３に示されるように、保持部材１２４は側方突出部１３６の下方に位置し、これに伴い保持部材１１４も側方突出部１３６の下方に位置している。

その結果、Ｘテーブル１３０とＹテーブル１２０の変位に関係なく、超音波モーター１４０と超音波モーター１５０の大部分は、Ｘテーブル１３０から側方に突出することなく、Ｘテーブル１３０の下に位置している。同様に、Ｙ変位検出器１６０とＸ変位検出器１７０の大部分も、Ｘテーブル１３０から側方に突出することなく、Ｘテーブル１３０の下に位置している。

次に顕微鏡ステージ１００の動作について述べる。

Ｘテーブル１３０をＸ軸に沿って移動させたい場合は、Ｘテーブル１３０とＹテーブル１２０の間に適用された超音波モーター１５０の超音波振動子１５２に電圧を印加する。超音波振動子１５２は、電圧印加に応じて、いわゆる尺取り虫のように変形し、駆動子１５４と被駆動体１５６の間の摩擦によって、被駆動体１５６に対してＸ軸に沿って移動する。その結果、被駆動体１５６を保持しているＸテーブル１３０は、超音波振動子１５２を保持しているＹテーブル１２０に対してＸ軸に沿って移動する。

一方、Ｙテーブル１２０と固定台１１０の間に適用された超音波モーター１４０の超音波振動子１４２の駆動子１４４は、固定台１１０に保持された被駆動体１４６に適当な荷重で接触している。このため、Ｙテーブル１２０は固定台１１０に対して移動せずに一定の位置に保持されている。その結果、Ｘテーブル１３０は、顕微鏡に固定されている固定台１１０に対してＸ軸に沿って移動される。

Ｙテーブル１２０に対するＸテーブル１３０の移動に伴い、Ｘテーブル１３０に保持されたリニアスケール１７２は、Ｙテーブル１２０に保持されたエンコーダーヘッド１７４に対してＸ軸に沿って移動し、その移動量に対応した変位信号を出力する。この出力信号をモニターすることによってＸテーブル１３０のＸ軸に沿った移動量がわかる。

なお、Ｙテーブル１２０に形成された溝１２６によって、Ｘテーブル１３０の下面に固定された保持部材１３４とそれに保持された被駆動体１５６とリニアスケール１７２とが通る空間が確保されているので、Ｘテーブル１３０とＹテーブル１２０とが干渉する心配はない。

また、Ｘテーブル１３０をＹ軸に沿って移動させたい場合は、Ｙテーブル１２０と固定台１１０の間に適用された超音波モーター１４０の超音波振動子１４２に電圧を印加する。超音波振動子１４２は、電圧印加に応じて、いわゆる尺取り虫のように変形し、駆動子１４４と被駆動体１４６の間の摩擦によって、被駆動体１４６に対してＹ軸に沿って移動する。その結果、超音波振動子１４２を保持しているＹテーブル１２０は、被駆動体１４６を保持している固定台１１０に対してＹ軸に沿って移動する。

一方、Ｘテーブル１３０とＹテーブル１２０の間に適用された超音波モーター１５０の超音波振動子１５２の駆動子１５４は、Ｙテーブル１２０に保持された被駆動体１５６に適当な荷重で接触している。このため、Ｘテーブル１３０はＹテーブル１２０に対して移動せずに一定の位置に保持されている。その結果、Ｙテーブル１２０の上に保持されているＸテーブル１３０は、顕微鏡に固定されている固定台１１０に対してＸ軸に沿って移動される。

固定台１１０に対するＹテーブル１２０の移動に伴い、Ｙテーブル１２０に保持されたエンコーダーヘッド１６４は、固定台１１０に保持されたリニアスケール１６２に対してＹ軸に沿って移動し、その移動量に対応した変位信号を出力する。この出力信号をモニターすることによってＹテーブル１２０の移動量すなわちＸテーブル１３０のＹ軸に沿った移動量がわかる。

さらに、Ｘテーブル１３０の上に載置された試料の観察個所を目標位置へ移動させる用途においては、Ｙ変位検出器１６０（すなわち光学式リニアエンコーダー）の出力信号が目標値に一致するように超音波モーター１４０を制御し、Ｘ変位検出器１７０（すなわち光学式リニアエンコーダー）の出力信号が目標値に一致するように超音波モーター１５０を制御することによって、より高精度な位置決めが可能である。

本実施形態の顕微鏡ステージ１００では、目標位置への位置決めが完了した後は、超音波モーターへの電圧印加はなくなる。このため、超音波モーターからの発熱がなく、熱によるドリフトの心配はない。

パッチクランプや磁性ビーズ等を用いた観察や測定では、電磁力は観察や測定に悪影響を与える。本実施形態の顕微鏡ステージ１００は、電磁気力を発生しないため、このようなパッチクランプや磁性ビーズなどを用いた観察や測定など、電磁力を嫌う用途に対しても好適に適用可能である。

顕微鏡ステージ１００は、従来の顕微鏡で用いられているマニュアルテーブルと同等の大きさである。また、超音波モーター１４０と超音波モーター１５０とＹ変位検出器１６０とＸ変位検出器１７０の大部分は、Ｘテーブル１３０から側方に突出することなく、Ｘテーブル１３０の下に位置している。このため、本実施形態の顕微鏡ステージ１００は、従来から使用されているマニュアルテーブルと容易に置き換え可能である。

本実施形態の顕微鏡ステージ１００は、特に倒立型顕微鏡用であり、下方からの光学的観察を可能にするため、固定台１１０は中央に開口１１２を有し、Ｙテーブル１２０は中央に開口１２２を有し、Ｘテーブル１３０は中央に開口１３２を有している。固定台１１０の開口１１２とＹテーブル１２０の開口１２２は、Ｘ軸とＹ軸のいずれに対しても線対称な矩形である。さらに、固定台１１０の開口１１２とＹテーブル１２０の開口１２２は、好ましくは、Ｘ軸に平行な辺は１２０ｍｍ以上であり、またＹ軸に平行な辺も１２０ｍｍ以上であるとよい。Ｘテーブル１３０の開口１３２は円形で、図４に示されるように、テーパーを有している。

倒立型顕微鏡などでガラス基材を通して生体観察する際、図４に示されるように、収差を補正するための補正環１８４を備えた対物レンズ１８０が使用されることがある。その場合、顕微鏡の操作者は、顕微鏡ステージの下方から手を差し入れて、対物レンズ１８０の補正環１８４を調整しなければならない。

固定台１１０の開口１１２とＹテーブル１２０の開口１２２は、一辺が１２０ｍｍ以上の矩形であるため、顕微鏡の操作者が顕微鏡ステージ１００の下方から手を差し入れて対物レンズ１８０の補正環１８４を操作するに十分な空間を与える。従って、本実施形態の顕微鏡ステージ１００は、対物レンズ１８０の補正環１８４を容易に調整することを可能にする。

これまで、図面を参照しながら本発明の実施形態を述べたが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において様々な変形や変更が施されてもよい。

上述した実施形態では、倒立型顕微鏡用の顕微鏡ステージについて述べたが、本発明の顕微鏡ステージは、倒立型顕微鏡用に限定されるものではなく、対物レンズの補正環の操作に関する構成（開口の大きさ）を別にすれば、正立型顕微鏡用の顕微鏡ステージに対してもそのまま適用可能である。

図１は、本発明の実施形態の顕微鏡ステージを概略的に示す分解斜視図である。 図１に示した顕微鏡ステージを矢印Ａの方向から見た側面図である。 図１に示した顕微鏡ステージを矢印Ｂの方向から見た側面図である。 図１に示した顕微鏡ステージの縦断面図である。 従来の顕微鏡に標準搭載されている手動の顕微鏡ステージの斜視図である。 従来の電動の顕微鏡ステージの斜視図である。

符号の説明

１００…顕微鏡ステージ、１１０…固定台、１１２…開口、１１４…保持部材、１２０…Ｙテーブル、１２２…開口、１２４…保持部材、１２６…溝、１３０…Ｘテーブル、１３２…開口、１３４…保持部材、１３６…側方突出部、１４０…超音波モーター、１４２…超音波振動子、１４４…駆動子、１４６…被駆動体、１５０…超音波モーター、１５２…超音波振動子、１５４…駆動子、１５６…被駆動体、１６０…Ｙ変位検出器、１６２…リニアスケール、１６４…エンコーダーヘッド、１７０…Ｘ変位検出器、１７２…リニアスケール、１７４…エンコーダーヘッド、１８０…対物レンズ、１８４…補正環。

Claims (7)

1. 顕微鏡に固定される固定台と、
   固定台に対して第一軸に沿って移動可能な第一テーブルと、
   第一テーブルに対して第一軸にほぼ直交する第二軸に沿って移動可能な第二テーブルと、
   第一テーブルを第一軸に沿って駆動する第一超音波モーターと、
   第二テーブルを第二軸に沿って駆動する第二超音波モーターとを備えている、顕微鏡ステージ。
2. 第一テーブルの移動量を光学的に検出する第一変位検出器と、第二テーブルの移動量を光学的に検出する第二変位検出器とをさらに備えている、請求項１に記載の顕微鏡ステージ。
3. 第一テーブルは固定台の上側に位置し、第二テーブルは第一テーブルの上側に位置しており、第二テーブルは固定台よりも大きく、また第一テーブルよりも大きく、第一超音波モーターと第二超音波モーターの大部分は、第二テーブルから側方に突出することなく、第二テーブルの下に位置している、請求項１に記載の顕微鏡ステージ。
4. 第一テーブルは固定台の上側に位置し、第二テーブルは第一テーブルの上側に位置しており、第二テーブルは固定台よりも大きく、また第一テーブルよりも大きく、第一超音波モーターと第二超音波モーターと第一変位検出器と第二変位検出器の大部分は、第二テーブルから側方に突出することなく、第二テーブルの下に位置している、請求項２に記載の顕微鏡ステージ。
5. 第一超音波モーターと第二超音波モーターの取り付けのために、第一テーブルに固定された第一保持部材と、第二テーブルに固定された第二保持部材と、固定台に固定された第三保持部材とをさらに備えており、第一超音波モーターは第一超音波振動子と第一被駆動体とから構成され、第一超音波振動子と第一被駆動体の一方は第一保持部材に固定され、第一超音波振動子と第一被駆動体の他方は第三保持部材に固定されており、第二超音波モーターは第二超音波振動子と第二被駆動体とから構成され、第二超音波振動子と第二被駆動体の一方は第二保持部材に固定され、第二超音波振動子と第二被駆動体の他方は第一保持部材に固定されており、第二テーブルは側方に突出した側方突出部を有し、第二保持部材は第二テーブルの側方突出部の下面に固定されている、請求項３に記載の顕微鏡ステージ。
6. 第一超音波モーターと第二超音波モーターと第一変位検出器と第二変位検出器の取り付けのために、第一テーブルに固定された第一保持部材と、第二テーブルに固定された第二保持部材と、固定台に固定された第三保持部材とをさらに備えており、第一超音波モーターは第一超音波振動子と第一被駆動体とから構成され、第一超音波振動子と第一被駆動体の一方は第一保持部材に固定され、第一超音波振動子と第一被駆動体の他方は第三保持部材に固定されており、第二超音波モーターは第二超音波振動子と第二被駆動体とから構成され、第二超音波振動子と第二被駆動体の一方は第二保持部材に固定され、第二超音波振動子と第二被駆動体の他方は第一保持部材に固定されており、第一変位検出器はリニアエンコーダーで構成され、第一リニアスケールと第一エンコーダーヘッドとを有し、第一リニアスケールと第一エンコーダーヘッドの一方は第一保持部材に固定され、第一リニアスケールと第一エンコーダーヘッドの他方は第三保持部材に固定されており、第二変位検出器はリニアエンコーダーで構成され、第二リニアスケールと第二エンコーダーヘッドとを有し、第二リニアスケールと第二エンコーダーヘッドの一方は第二保持部材に固定され、第二リニアスケールと第二エンコーダーヘッドの他方は第一保持部材に固定されており、第二テーブルは側方に突出した側方突出部を有し、第二保持部材は第二テーブルの側方突出部の下面に固定されている、請求項４に記載の顕微鏡ステージ。
7. 固定台と第一テーブルと第二テーブルはそれぞれ中央に開口を有しており、固定台と第一テーブルの開口は、第一軸と第二軸のいずれに対しても線対称な矩形であり、矩形の辺はいずれも１２０ｍｍ以上である、請求項１に記載の顕微鏡ステージ。

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