JP2007086429A - コンデンサレンズ駆動装置および顕微鏡 - Google Patents

Abstract

【課題】 コンデンサレンズの微調整に際して手動で駆動でき、ステージの作動に伴うコンデンサレンズの退避時に自動で迅速にコンデンサレンズを大きく移動させ、観察時間を短時間にする。
【解決手段】 ステージ３の試料搭載面３ａに対して近接あるいは離間する方向にコンデンサレンズ５を直線駆動するコンデンサレンズ駆動装置１であって、操作者が回転操作する操作部に固定されたシャフト１０と、該シャフト１０の回転動作をコンデンサレンズ５の直線動作に変換する変換機構とを備える手動駆動部と、モータと、該モータの回転力を前記シャフト１０に伝達して該シャフト１０を所定角度だけ回転させる回転力伝達機構１５とを備える電動駆動部とを有するコンデンサレンズ駆動装置１を提供する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、コンデンサレンズ駆動装置および顕微鏡に関するものである。

従来、ステージの試料搭載面に搭載された試料に対して適正な照明光を照射するために、コンデンサレンズが試料に近接して配置される。例えば、特許文献１に示される顕微鏡には、最適な照明位置にコンデンサレンズを手動により配置可能なコンデンサ上下動機構が備えられている。

試料を載せるスライドガラスや容器の厚さ寸法が異なる場合に、観察者が操作部を操作してコンデンサ上下動機構を作動させることにより、コンデンサレンズを適正な位置に配置して、試料毎に適正な照明状態を達成することができるようになっている。この場合、調節範囲は比較的小さいため、手動による微調整も比較的容易であった。
特開平１０−３１１９５２号公報

しかしながら、例えば、スライドガラスを自動交換する形式の顕微鏡においては、スライドガラスの交換の際に、ステージを大きく作動させることが必要となる場合がある。コンデンサレンズはステージ上に搭載された試料に近接して配置される必要があるため、ステージを大きく作動させる際には、ステージとの干渉を回避するために、コンデンサレンズを大きく退避させておかなければならない。

この場合に、特許文献１に開示されたコンデンサ上下動機構では、ステージの移動に先立って、観察者が操作部を操作してコンデンサレンズを大きく移動させなければならないという不都合がある。また、コンデンサレンズを大きく退避させ、スライドガラスを交換した後にも、コンデンサレンズを元の位置に戻す必要があり、この場合にも、観察者が操作部を操作してコンデンサレンズを大きく移動させる必要がある。その結果、スライドガラスの交換毎に、試料に対する最適な照明を得るために長時間を要し、全体として観察時間が長期化するという不都合がある。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、コンデンサレンズの微調整に際して手動で駆動でき、ステージの作動に伴うコンデンサレンズの退避時に自動で迅速にコンデンサレンズを大きく移動させ、観察時間を短時間にすることができるコンデンサレンズ駆動装置および顕微鏡を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明は、ステージの試料搭載面に対して近接あるいは離間する方向にコンデンサレンズを直線駆動するコンデンサレンズ駆動装置であって、操作者が回転操作する操作部に固定されたシャフトと、該シャフトの回転動作をコンデンサレンズの直線動作に変換する変換機構とを備える手動駆動部と、モータと、該モータの回転力を前記シャフトに伝達して該シャフトを所定角度だけ回転させる回転力伝達機構とを備える電動駆動部とを有するコンデンサレンズ駆動装置を提供する。

本発明によれば、コンデンサレンズを最適な位置に配置して最適な照明を得る場合には、手動駆動部を作動させ、操作者が操作部を回転操作することにより操作部に固定されたシャフトを回転させ、変換機構の作動により、シャフトの回転動作をコンデンサレンズの直線動作に変換することで、コンデンサレンズをステージの試料搭載面に対して近接あるいは離間するように直線駆動し、ステージ上の試料との距離を微調整することができる。また、ステージに対してコンデンサレンズを大きく退避させる場合には、電動駆動部を作動させ、モータの回転力を回転力伝達機構の作動によりシャフトに伝達してシャフトを回転させる。これにより、手動駆動部の変換機構が作動してコンデンサレンズを大きく直線動作させることができる。

この場合において、電動駆動部はモータの作動によってコンデンサレンズを作動させるので、ステージを大きく移動させる際等に、自動的にコンデンサレンズを退避させることができる。また、電動駆動部は、回転力伝達機構によりモータの回転力によってシャフトを所定角度だけ回転させるので、ステージに対して迅速にコンデンサレンズを退避させることができ、また、同一角度だけ戻すことにより、適正な照明を達成し得る位置に迅速にコンデンサレンズを戻すことができる。
また、手動駆動部および電動駆動部により同一のシャフトを介してコンデンサレンズを直線駆動させるので、機構を共通化して構成を簡略化し、装置の小型化を図ることができる。

上記発明においては、前記回転力伝達機構が、前記シャフトに固定され所定の揺動範囲にわたって揺動可能に設けられた案内リンク部材と、前記モータにより回転駆動されるクランク部材と、該クランク部材に取り付けられ前記案内リンク部材に沿って移動させられるスライダ部材とを備える揺動スライダクランク機構からなり、ステージに対するコンデンサレンズの位置決め位置において、案内リンク部材を揺動限界に配置することが好ましい。

このようにすることで、モータを作動させるとクランク部材が回転駆動され、該クランク部材に取り付けられたスライダ部材がクランク部材とともに回転させられる。スライダ部材は、案内リンク部材に沿って移動するように設けられているので、クランク部材の回転により、案内リンク部材が所定の揺動範囲にわたって揺動させられることになる。案内リンク部材はシャフトに固定されているので、案内リンク部材が所定の揺動範囲にわたって揺動させられることにより、シャフトが所定角度だけ回転させられる。

この場合において、本発明によれば、案内リンク部材の揺動限界において、コンデンサレンズがステージに対して位置決めされる。揺動限界位置近傍においては、クランク部材の回転角度に対する案内リンク部材の揺動角度が極めて小さくなるので、コンデンサレンズを同一位置に精度よく位置決めすることができる。したがって、ステージの作動時等にコンデンサレンズを大きく退避させた場合においても、案内リンク部材が揺動限界となる位置までクランク部材を回転させるだけで、コンデンサレンズを退避前の状態に精度よく戻すことが可能となり、適正な照明を迅速に得ることができる。

また、上記発明においては、前記案内リンク部材が、前記揺動限界位置において前記スライダ部材を前記モータの回転中心回りの周方向に案内する円弧状案内部を備えることとしてもよい。
このようにすることで、スライダ部材が案内リンク部材の円弧状案内部に配置されている領域においては、スライダ部材がモータの回転中心回りに周方向に移動するのみで案内リンク部材は揺動することなく静止するので、コンデンサレンズの位置決め状態を達成するクランク部材の回転角度位置に幅を持たせることができる。したがって、クランク部材の回転角度位置を精度よく設定しなくてもコンデンサレンズを精度よく位置決めすることができ、クランク部材の回転角度位置を検出するセンサ等を簡略化することができる。

また、上記発明においては、前記電動駆動部が、前記手動駆動部によるコンデンサレンズの位置に応じて、回転力伝達機構による案内リンク部材の揺動範囲を移動させる揺動範囲移動機構を備えることが好ましい。
上記のようにして電動駆動部と手動駆動部のシャフトおよび変換機構を共通化する場合に、手動駆動部によりコンデンサレンズの位置を微調整しても、電動駆動部によるコンデンサレンズのステージに対する位置決め位置を案内リンク部材の揺動限界に配置しておく必要がある。本発明によれば、揺動範囲移動機構の作動により、手動駆動部によるコンデンサレンズの位置に応じて回転力伝達機構による案内リンク部材の揺動範囲を移動させることによって、手動駆動部によって定められた適正な照明位置を常に案内リンク部材の揺動限界に配置することができ、コンデンサレンズ退避後の迅速かつ高精度の復元を図ることができる。

また、本発明は上記いずれかのコンデンサレンズ駆動装置を備える顕微鏡を提供する。
本発明によれば、ステージを大きく動かす場合においてもコンデンサレンズ駆動装置の作動によりコンデンサレンズを大きく退避させ、ステージとコンデンサレンズとの干渉を回避することができるととともに、退避後にコンデンサレンズを迅速に元の位置に戻すことができる。したがって、スライドガラスを交換して複数の試料を観察する場合等に、観察時間を短縮し、かつ、適正な照明下で試料の観察を行うことができる。

本発明によれば、コンデンサレンズ位置の微調整に際して手動で駆動でき、ステージの作動に伴うコンデンサレンズの退避時に自動で迅速にコンデンサレンズを大きく移動させ、観察時間を短時間にすることができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係るコンデンサレンズ駆動装置１およびこれを備える顕微鏡２について、図１〜図８を参照して以下に説明する。
本実施形態に係るコンデンサレンズ駆動装置１は、図１に示されるように、顕微鏡２のステージ３を支持する取付部４に設けられている。

本実施形態に係るコンデンサレンズ駆動装置１は、コンデンサレンズ５を取り付けるコンデンサ受け６を、ステージ３の下方から上下方向に移動させる装置であって、図２に示されるように、手動駆動部７と電動駆動部８とを備えている。

前記手動駆動部７は、図２に示されるように、観察者により操作されるハンドル（操作部）９と、該ハンドル９に固定されたシャフト１０と、シャフト１０の回転動作をコンデンサ受け６の上下動に変換する変換機構１１とを備えている。変換機構１１は、本実施形態においては、シャフト１０に設けられたピニオンギヤ１２と、コンデンサ受け６に設けられピニオンギヤ１２に噛み合うラックギヤ１３とから構成されている。図中符号３０はガイドレールである。観察者がハンドル９を操作してシャフト１０を回転させると、シャフト１０の回転動作が、ピニオンギヤ１２とラックギヤ１３とによってコンデンサ受け６の上下方向に沿う直線動作に変換され、コンデンサ受け６に取り付けられたコンデンサレンズ５が上下方向に直線移動させられるようになっている。

前記電動駆動部８は、図２に示されるように、モータ１４と、該モータ１４の回転力を前記シャフト１０に伝達する回転力伝達機構１５とを備えている。
回転力伝達機構１５は、図３および図４に示されるように、モータシャフト１４ａに固定されるクランク部材１６と、シャフト１０に固定される案内リンク部材１７とを備えている。

案内リンク部材１７は、半径方向に延びる案内溝１７ａを有している。一方、クランク部材１６の先端には案内溝１７ａ内に配置されるローラ１８が回転可能に取り付けられている。モータ１４の作動によりクランク部材１６が回転させられると、該クランク部材１６の先端に取り付けられたローラ１８が案内リンク部材１７の案内溝１７ａに沿って案内溝１７ａ内面を転がる結果、案内リンク部材１７が、ローラ１８の位置に対応して揺動させられ、所定の揺動範囲にわたってシャフト１０を回転させるようになっている。

すなわち、案内リンク部材１７は、案内溝１７ａを所定角度範囲にわたって揺動させ、ローラ１８は案内溝１７ａに沿って移動するスライダ部材を構成するので、回転力伝達機構１５は、クランク部材１６、案内リンク部材１７およびスライダ部材（１７ａ，１８）からなる揺動スライダクランク機構を構成している。
したがって、案内リンク部材１７は、所定角度範囲の両端において揺動限界を有し、図３に示す下側の揺動限界から、図４に示す上側の揺動限界までの予め定められた揺動範囲で揺動させられるようになっている。

案内リンク部材１７は、前記シャフト１０に固定されているので、図３に示されるように案内リンク部材１７が下側の揺動限界に配されたときには、シャフト１０のピニオンギヤ１２が回転し、これに噛み合うラックギヤ１３が上昇することによって、コンデンサ受け６に搭載されたコンデンサレンズ５が最上位に配置され、図４に示されるように、案内リンク部材１７が上側の揺動限界に配されたときには、コンデンサレンズ５が最下位に配置されるようになっている。

図５に、下側の揺動限界に配置されたときの案内リンク部材１７とローラ１８との関係を示す。
この図によれば、クランク部材１６の回転中心であるモータシャフト１４ａの中心とローラ１８の中心とを結ぶ直線Ｌ_１と、案内リンク部材１７の案内溝１７ａに沿う直線Ｌ_２とが直交し、クランク部材１６が回転しても案内リンク部材１７の揺動角度変化は少ない位置関係となっている。

また、案内リンク部材１７の案内溝１７ａの先端部には、モータシャフト１４ａを中心とした一定の半径寸法を有する円弧状案内面１７ｂが設けられている。これにより、ローラ１８が円弧状案内面１７ｂに接触している領域内（図中斜線で示す領域内）においてクランク部材１６が回転しても、案内リンク部材１７が揺動角度を変化させないようになっている。

さらに、図５に示す位置においては、上述したように、クランク部材１６の回転中心とローラ１８の中心とを結ぶ直線Ｌ_１と、案内リンク部材１７の案内溝１７ａに沿う直線Ｌ_２とが直交しているので、ハンドル９が操作されてシャフト１０に回転力が直接加えられても、案内リンク部材１７およびシャフト１０の揺動がクランク部材１６によって阻止されるようになっている。

そこで、本実施形態に係るコンデンサレンズ駆動装置１においては、図１および図２に示されるように、前記シャフト１０回りに揺動可能に取り付けられたプレート１９に前記モータ１４を固定し、前記プレート１９を取付部４に固定可能なクランプ部材（揺動範囲移動機構）２０を設けている。クランプ部材２０は、図１および図６に示されるように、プレート１９に設けられた円弧状の長孔２１を貫通して、取付部４に固定されたブラケット２２のネジ孔に締結可能な雄ネジ２３を有しており、クランプ部材２０を締結すると、クランプ部材２０とブラケット２２との間にプレート１９が厚さ方向に挟まれて固定される一方、クランプ部材２０の締結を緩めると、プレート１９がモータ１４とともに、シャフト１０の中心回りに揺動可能となるように構成されている。

これにより、クランプ部材２０を緩めることで、クランク部材１６によって揺動が阻止された状態のシャフト１０が、プレート１９に固定されたモータ１４およびモータ１４に固定されたクランク部材１６ごとシャフト１０の中心軸回りに揺動可能となり、コンデンサレンズ５の手動による微調整を行うことが可能となるようになっている。

前記モータシャフト１４ａおよび前記シャフト１０には、図２に示されるように、角度検出用プレート２４，２５がそれぞれ固定されている。各角度検出用プレート２４，２５には、図３、図４、図７および図８に示されるように、９０°の間隔をあけて２カ所に切欠２４ａ，２４ｂ，２５ａ，２５ｂが設けられている。また、各角度検出用プレート２４，２５には、該角度検出用プレート２４，２５の厚さ方向に光軸を配置した光学式センサ２６，２７が２つずつ配置されている。光学式センサ２６，２７の光軸が角度検出用プレート２４，２５の切欠２４ａ，２４ｂ，２５ａ，２５ｂに一致した状態を検出することができるようになっている。

図３および図４に示されるように、一方の光学式センサ２６が、モータシャフト１４ａに固定された角度検出用プレート２４の一方の切欠２４ａを検出した位置が、案内リンク部材１７の下側の揺動限界となる位置であり、他方の光学式センサ２６が他方の切欠２４ｂを検出した位置が、上側の揺動限界となる位置となるように設定されている。また、図７および図８に示されるように、一方の光学式センサ２７が、シャフト１０に固定された角度検出用プレート２５の一方の切欠２５ａを検出した位置が、コンデンサレンズ５の上限位置、他方の光学式センサ２７が他方の切欠２５ｂを検出した位置が、コンデンサレンズ５の下限位置となるように設定されている。角度検出用プレート２４，２５および光学式センサ２６，２７が２カ所に設けられているのは、モータ１４の動作とコンデンサレンズ５の動作をそれぞれ確認するためである。

このように構成された本実施形態に係るコンデンサレンズ駆動装置１およびこれを有する顕微鏡２の作用について以下に説明する。
本実施形態に係る顕微鏡２においては、コンデンサレンズ５を上昇させて、図１に示されるように、ステージ３の試料搭載面３ａに搭載されたスライドガラス２８にコンデンサレンズ５を近接させて、スライドガラス２８の下方から試料に対し適正な照明光を照射することにより、スライドガラス２８の上方に配される対物レンズ２９によって試料からの光を集光し観察することができる。

この場合において、スライドガラス２８を交換等するためにステージ３を大きく水平方向に移動させると、スライドガラス２８の下面に近接配置されているコンデンサレンズ５がステージ３と干渉してしまうので、ステージ３の作動に先立って、コンデンサレンズ５を干渉しない位置まで退避させておく必要がある。

そこで、この場合には、モータ１４に動作指令を送ることで、モータシャフト１４ａを回転させる。これにより、モータシャフト１４ａに固定されているクランク部材１６が回転し、その先端に取り付けられているローラ１８の位置が変化する。ローラ１８は案内リンク部材１７の案内溝１７ａ内に配置されているので、案内リンク部材１７はローラ１８の位置に応じて定まる揺動角度位置に揺動させられる。

本実施形態に係るコンデンサレンズ駆動装置１においては、モータ１４は一方の光学式センサ２６が一方の切欠２４ａを検出する位置と他方の光学式センサ２６が他方の切欠２４ｂを検出する位置との間で回転させられる。これにより、図３に示されるコンデンサレンズ５の上限位置から図４に示されるコンデンサレンズ５の下限位置までコンデンサレンズ５が退避させられることになる。そして、この状態でステージ３を水平方向に作動させてもコンデンサレンズ５との干渉が回避されるので、スライドガラス２８の交換等を円滑に行うことが可能となる。

スライドガラス２８の交換等を行った後には、ステージ３が元に戻されて、スライドガラス２８が対物レンズ２９の真下に配置されるので、コンデンサレンズ５を上昇させて元の位置に配置する必要がある。
この場合には、モータ１４に再度動作指令を送ることで、クランク部材１６を逆転させ、案内リンク部材１７を図３に示される下側の揺動限界まで揺動させることにより、コンデンサレンズ５を上限位置に迅速に配置することができる。

この場合において、本実施形態に係るコンデンサレンズ駆動装置１によれば、コンデンサレンズ５が上限位置に配されたときに、回転力伝達機構１５の案内リンク部材１７が揺動限界に配置されるので、その状態でクランク部材１６が多少回転しても案内リンク部材１７の揺動角度の変化は小さい。したがって、コンデンサレンズ５を元の上限位置に精度よく配置することができる。

さらに、案内リンク部材１７には円弧状案内面１７ｂが設けられているので、クランク部材１６の回転による案内リンク部材１７の揺動はさらに少なくなる。したがって、光学式センサ２６，２７による切欠２４ａ，２４ｂ，２５ａ，２５ｂの検出精度をさほど高めることなく、コンデンサレンズ５の上限位置における位置決めを高精度に行うことができる。

また、試料を搭載するスライドガラス２８の厚さ寸法が変更されるなど、何らかの原因によってコンデンサレンズ５による照明位置が最適な状態ではなくなった場合には、手動駆動部７を作動させることにより、照明位置を微調整することができる。

具体的には、案内リンク部材１７を図３に示される下側の揺動限界位置に配置して、案内リンク部材１７側からクランク部材１６を回転させることができない状態として、クランプ部材２０を緩めることにより、モータ１４を固定したプレート１９をシャフト１０の中心軸回りに揺動可能とする。そして、この状態で、ハンドル９を操作して、ハンドル９からシャフト１０に回転力を付与する。これにより、案内リンク部材１７とクランク部材１６との相対位置関係が保持されたまま、回転力伝達機構１５が、プレート１９に固定されたモータ１４とともに、シャフト１０の中心軸回りに揺動させられる。

その結果、シャフト１０がプレート１９の長孔２１の範囲内で回転させられ、コンデンサレンズ５による照明位置を微調整することができる。そして、微調整が完了した後には、再度クランプ部材２０を絞めることにより、プレート１９を固定する。これにより、手動駆動部７によるコンデンサレンズ５の駆動はできなくなり、電動駆動部８のみによる駆動が可能となる。

このようにして、手動駆動部７によるコンデンサレンズ５の微調整が行われることにより、コンデンサレンズ５による照明位置が変更されても、変更後の最適な照明位置にコンデンサレンズ５が配置されている状態における案内リンク部材１７は常に下側の揺動限界に配置される。したがって、ステージ３の作動時の退避後に、コンデンサレンズ５を迅速かつ精度よく上限位置に位置決め状態に戻すことができるという利点がある。

また、クランプ部材２０の締結、解放により、プレート１９を固定あるいは揺動可能にする揺動範囲移動機構を採用することにより、手動駆動部７と電動駆動部８とを同一のシャフト１０、ラックギヤ１３およびピニオンギヤ１２を共有して構成することができる。その結果、手動駆動部７と電動駆動部８とを別個に設ける場合と比較して、部品点数を削減し、機構を簡略化し、装置の小型化を図ることができるという利点がある。

なお、本実施形態においては、揺動スライダクランク機構からなる回転力伝達機構１５を採用したが、これに限定されるものではなく他の任意の形態の機構を採用することにしてもよい。
また、シャフト１０の回転動作をコンデンサレンズ５の直進動作に変換する変換機構１１としてラックギヤ１３とピニオンギヤ１２とからなる変換機構１１を採用したが、これに限定されるものではない。

本発明の一実施形態に係るコンデンサレンズ駆動装置を有する顕微鏡を示す全体構成図である。 図１の矢印Ａの方向から見たコンデンサレンズ駆動装置を示す一部を破断した底面図である。 図２のＢ−Ｂ断面において、図１のコンデンサレンズ駆動装置の回転力伝達機構の案内リンク部材が下側揺動限界に配されている状態を示す一部を破断した図である。 図１のコンデンサレンズ駆動装置の回転力伝達機構の案内リンク部材が上側の揺動限界に配されている状態を示す図３と同様の図である。 図３の位置における案内リンク部材とクランク部材との位置関係を説明する図である。 図２の矢印Ｃの方向から見た揺動範囲移動機構を示す一部を破断した側面図である。 図２の矢印Ｄの方向から見た、コンデンサレンズが上限位置にあるときの角度位置検出用プレートと光学式センサとの関係を示す側面図である。 コンデンサレンズが下限位置にあるときの角度位置検出用プレートと光学式センサとの関係を示す図７と同様の側面図である。

符号の説明

１ コンデンサレンズ駆動装置
２ 顕微鏡
３ ステージ
３ａ 試料搭載面
５ コンデンサレンズ
７ 手動駆動部
８ 電動駆動部
９ ハンドル（操作部）
１０ シャフト
１１ 変換機構
１４ モータ
１５ 回転力伝達機構
１７ 案内リンク部材
１７ｂ 円弧状案内部
１６ クランク部材
１８ ローラ（スライダ部材）
１９ プレート（揺動範囲移動機構）
２０ クランプ部材（揺動範囲移動機構）
２１ 長孔（揺動範囲移動機構）

Claims (5)

1. ステージの試料搭載面に対して近接あるいは離間する方向にコンデンサレンズを直線駆動するコンデンサレンズ駆動装置であって、
   操作者が回転操作する操作部に固定されたシャフトと、該シャフトの回転動作をコンデンサレンズの直線動作に変換する変換機構とを備える手動駆動部と、
   モータと、該モータの回転力を前記シャフトに伝達して該シャフトを所定角度だけ回転させる回転力伝達機構とを備える電動駆動部とを有するコンデンサレンズ駆動装置。
2. 前記回転力伝達機構が、前記シャフトに固定され所定の揺動範囲にわたって揺動可能に設けられた案内リンク部材と、前記モータにより回転駆動されるクランク部材と、該クランク部材に取り付けられ前記案内リンク部材に沿って移動させられるスライダ部材とを備える揺動スライダクランク機構からなり、
   ステージに対するコンデンサレンズの位置決め位置において、案内リンク部材を揺動限界に配置する請求項１に記載のコンデンサレンズ駆動装置。
3. 前記案内リンク部材が、前記揺動限界位置において前記スライダ部材を前記モータの回転中心回りの周方向に案内する円弧状案内部を備える請求項２に記載のコンデンサレンズ駆動装置。
4. 前記電動駆動部が、前記手動駆動部によるコンデンサレンズの位置に応じて、回転力伝達機構による案内リンク部材の揺動範囲を移動させる揺動範囲移動機構を備える請求項２または請求項３に記載のコンデンサレンズ駆動装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載のコンデンサレンズ駆動装置を備える顕微鏡。

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