JP2007171722A - 偏光顕微鏡用メカニカルステージ及びこれを備えた偏光顕微鏡 - Google Patents

Abstract

【課題】回転ステージに容易に装着でき、試料板をＸ軸方向及びＹ軸方向に簡便に移動させることができ、安価に製造することのできる偏光顕微鏡用メカニカルステージ及びこれを備えた偏光顕微鏡を提供する。
【解決手段】固定手段によって回転ステージに固定される外箱と、外箱内に収納されてこの外箱内をＸ軸方向に摺動するスライダーと、外箱に取り付けられ、Ｘ軸方向に延びたねじを移動させてスライダーをＸ軸方向に駆動するＸ軸ステップモーターと、スライダー上に載置されてスライダーと共に移動し、Ｙ軸方向に延びたねじを移動させるＹ軸ステップモーターと、試料板を保持し、スライダー上に載置されてスライダーと共に移動するものであって、Ｙ軸ステップモーターによって、Ｙ軸方向に駆動されて試料板をＸ軸方向及びＹ軸方向に駆動する試料ホルダーとを備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、偏光顕微鏡用メカニカルステージ及びこれを備えた偏光顕微鏡に関する。

偏光顕微鏡用メカニカルステージは、国際地質学連合によって定められた岩石の分類作業や、岩石的研究に必須の機器である。

特許文献１には、広域に被検体が存在するあるいは存在する可能性のあるプレパラート等を、顕微鏡の倍率に応じた部分区間単位で連続的にあるいは若干のオーバラップをもたせた所定の間隔で、かつ二次元的に移動させて所望の顕微鏡域の全域を自動的に掃引すると共に、前記プレパラート等の任意の位置で停止、再起動が可能であり、前記プレパラート等の顕微鏡部位の位置を座標表示する表示装置を備え、前期プレパラート等の特定部位の位置を記憶して該特定部位を検鏡位置に自動的にセットする機能を有する自動掃引装置を備えたことを特徴とする自動掃引装置付顕微鏡が記載されている。

特許文献２には、広域に被検体が存在するあるいは存在する可能性のある容器を保持するホルダと、前記容器の検鏡部位の位置を検出するための位置検出容器と、モータで駆動される場合に接続され、手動操作で駆動される場合にきられる電磁クラッチを含み、前記ホルダーを顕微鏡の対物レンズ下で２次元的に移動させる移動機構と、前記移動機構を駆動するモータと、前記移動機構を手動操作で駆動するための手動操作部材を含む駆動装置と、前記検鏡部位の位置を表示する位置表示装置と、前記磁気クラッチを着脱するための切替スイッチを含み前記モータ、電磁クラッチ、位置検出器および前記位置表示装置を制御する制御装置とから構成されることを特徴とする自動掃引装置付顕微鏡に記載されている。

実開昭59-53319号公報 実開昭61-68219号公報

全世界で、これまで使用されてきた英国製偏光顕微鏡用メカニカルステージ（この製造会社の独占状態であった）の製造が数年前に中止され、この種の機器の利用が困難になっている。偏光顕微鏡用メカニカルステージはさほど高価ではなく、基本的機器であった。世界の岩石学の研究室では、この機器の代替として、極めて高額な画像解析装置を導入したり、高価な分析装置を使用したりしている。研究レベルではこのような代替でも研究に支障がでることはないが、岩石学の基本技術を教育するために使用することはできない。そこで、安価に同等品を製造できれば、再び多くの学生の使用が可能となり、教育が効果的に行えることとなる。

特許文献１，２に示してある顕微鏡は生物顕微鏡で、試料ステージが回転しないもので、かなりギアが多くなっている。また、従来品はスプリングコイルの力を利用して、電磁スイッチで一方向に進行させるもので、Ｙ軸方向については手動であった。Ｘ軸のリミッターに到着すると、手動でスプリングコイルを引く操作が必要であった。Ｘ軸とＹ軸のステップ間隔の選択は制限されており、それらの組み合わせには熟練を要した。

本発明は、かかる点に鑑みて、回転ステージに容易に装着でき、試料板をＸ軸方向及びＹ軸方向に簡便に組み合わせ移動させることができ、安価に製造することのできる偏光顕微鏡用メカニカルステージ及びこれを備えた偏光顕微鏡を提供することを目的とする。

本発明は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に試料板を移動させる偏光顕微鏡用メカニカルステージにおいて、固定手段によって回転ステージに固定される外箱と、外箱内に収納されてこの外箱内をＸ軸方向に摺動するスライダーと、外箱に取り付けられ、Ｘ軸方向に延びたねじを移動させてスライダーをＸ軸方向に駆動するＸ軸ステップモーターと、スライダー上に載置されてスライダーと共に移動し、Ｙ軸方向に延びたねじを移動させるＹ軸ステップモーターと、試料板を保持し、スライダー上に載置されてスライダーと共に移動するものであって、Ｙ軸ステップモーターによって、Ｙ軸方向に駆動されて試料板をＸ軸方向及びＹ軸方向に駆動する試料ホルダーと、を備えたことを特徴とする偏光顕微鏡用メカニカルステージを提供する。

本発明は、更に、スライダーは、並行配置、離間配置で、２つのロッドで結合された２つの部材からなり、一方の部材が、Ｘ軸ステップモーターによって摺動されることを特徴とする偏光顕微鏡用メカニカルステージを提供する。

本発明は、更に、スライダーは、他方の部材に一体化され試料ホルダーに設けられた凸状の摺動部を収納する収納部を有することを特徴とする偏光顕微鏡用メカニカルステージを提供する。

本発明は、更に、外箱にはスライダーのＸ軸方向の摺動量を示す計測部を形成され、試料ホルダーのＹ軸方向の摺動量を示す計測部が形成されていることを特徴とする偏光顕微鏡用メカニカルステージを提供する。

本発明は、更に、前記偏光顕微鏡用メカニカルステージを備え、スライダーをＸ軸方向及びＹ軸方向に移動させるＸ軸ステップモーターおよびＹ軸ステップモーターから構成される移動駆動装置を備えたことを特徴とする偏光顕微鏡を提供する。

本発明によれば、回転ステージに容易に装着でき、回転に影響されることなく（回転を邪魔することなく）、試料板をＸ軸方向及びＹ軸方向に簡便に組み合わせ移動させることができ、安価に製造することのできる偏光顕微鏡用メカニカルステージ及びこれを備えた偏光顕微鏡を提供することができる。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の実施例である偏光顕微鏡の全体構成を示す図である。
図1において、１００は偏光顕微鏡であり、偏光顕微鏡１００は、周知のように基台２上に凹面鏡又は光源３を備え、対物レンズ４、接眼レンズ５、偏光板７、ハンドル８を備え、そして、その回転ステージ６は上にメカニカルステージ２００を載置している。メカニカルステージ２００は、そのコネクタ２３が配線９によってコントロールボックス４００を介してコンピューター３００に接続されている。メカニカルステージ２００がコントロールボックス４００とコンピューター３００に接続されることで、メカニカルステージ２００のＸ軸方向とＹ軸方向の動作をコンピューター３００上及びコントロールボックス４００のダイアル、スイッチ（１Ａ，１Ｂ，１Ｃ）により制御できるようになる。
コントロールボックス４００は、Ｘ軸ステップ間隔設定ダイアル１Ｂ、Ｙ軸ステップ間隔を設定ダイアル１Ｃ、及び、原点復帰スイッチ１Ａを有する。
図２は、メカニカルステージ２００を構成する部品を示す図である。
図2に示すように、メカニカルステージ２００は、外箱２１、固定板２２、コネクタ２３、スライダー２４、Ｘ軸ステップモーター２５、Ｙ軸ステップモーター２６及び試料ホルダー２７を備える。

外箱２１は、上板２８、側板３０，３１によって底辺部のない箱状に形成され、側板３１に対向する側は、開放される。上板２８の中央部にはねじ穴３８が設けられ、このねじ穴３８にはねじ８１が係合、すなわち、噛合される。また、上面２８にはＸ軸方向に穿けた計測孔３３が設けられ、計測孔３３の縁に沿って計測線３２が設けてあり、後述するスライダー２４に設けた計測線５５と共に計測部１０１を構成している。側板３１には、コネクタ２３を取り付ける取り付け孔３４及びＸ軸ステップモーター２５に取り付ける取り付け孔３５、更には、Ｘ軸ステップモーター２５によって出入されるピン９４が通過する通過孔３６が設けてある。尚、配線用の孔については省略してある。

固定板２２は、金属製の立方体状をなし、左右２本の孔４１，４２が設けてある。固定板２２は、固定箱にして箱状に形成してもよい。孔４１，４２の内径は後述するロッド４４，４５の径よりも大きいものとしてあり、この内部には、オイルが充填され、後述するスライダー２４のロッド４４，４５とそのロッドに載置された膜５５，５６と共にオイルダンパーを構成する。固定板２２上板、下板にはねじ８１が係合するねじ穴３７を有する。固定板２２には、後述のスライダー２４と試料ホルダー２７のＸ軸方向摺動リミット、Ｙ軸方向原点を感知する孔又は突起があるが、省略してある。

コネクタ２３は、コントロールボックス４００に接続するための電気的な接続部４３を有して、前述した取り付け孔３４に取り付けられている。

スライダー２４は、並行配置、離間配置で、２つのロッド４４，４５で結合された2つの部材、すなわち、部材４６、４７を備える。２つのロッド４４，４５には、オイルダンパー部を構成する膜５５、５６がそれぞれ載置される。部材４６は、板状をなし、その一部にＸ軸ステップモーター２５によって出入される後述のピン９４のねじ６１が係合するねじ孔４８が設けてある。部材４７は、板状部４９及び板状部４９に一体に成された収納部５０から構成される。板状部４９及び収納部５０は一体成形としてもよいし、別体に製作して一体としてもよい。

収納部５０は、板状部４９にも外側に突出しており、下方端が開放され、下面５１に案内部５２が形成されており、内方面５３には、計測線５４が設けてある。この計測線５４は後述する試料ホルダー２７に設けられた計測線７３と共に他の計測部１０２を構成する。
板状部４９の上面には、Ｙ軸方向に計測線５５が設けられている。計測線５５と外箱２１の計測線３２によりスライダー２４のＸ軸方向の摺動量がわかる。

Ｘ軸ステップモーター２５は、モーター軸を回転させる。Ｘ軸ステップモーター２５は、一体係合の駆動体９１を備えており、この駆動体９１の中央部にはスライダー２４の方向に向けて回転しないねじ９２を備えている。ねじ９２はＸ軸ステップモーター２５の回転に伴なってスライダー２４の方向に前後に移動する。ねじ９２の先端部には連結子９３が設けられ、止めピン９４が設けられている。止めピン９４にはねじ６１が設けられており、前述のようにねじ６１とねじ穴４８の係合によって係止構造が形成されている。このように、モーター軸とねじ６１との間にはねじ駆動装置が構成されている。
Ｘ軸ステップモーター２５は、スライダー２４をＸ軸方向に移動するようにして配置され、外箱２１に設けた取り付け孔３５に取り付けられる。ねじ６１を回転させてスライダー２４に設けたねじ穴４８に係合してスライダー２４をＸ軸方向に移動させる構成としてもよい。
ステップモーターは位置決め制御などに用いられる電動機であり、固定子、回転子とも突極構造で、固定子巻線に順番に電流を流して励磁するとモーターの回転はあらかじめ決められた角度だけ回転、例えば、３６０ｐ/ｒであれば、一回励磁すると1度だけ回転させることのできるモーターとして知られている。本実施例において、ステップモーターは例えば、オリエンタルモーター株式会社製のステップモーター（DRL20PB1-02）を用いることができる。

Ｙ軸ステップモーター２６は、Ｘ軸ステップモーター２５の場合と同様に駆動体９５、ねじ９６、連結子９７、ねじ６２が設けられたピン９８を備えており、ピン９８を出入させる。Ｙ軸ステップモーター２６は図示しない固定手段によってスライダー２４に固定される。

従って、Ｘ軸ステップモーター２５は、スライダー２４を移動させるとＹ軸ステップモーター２６を一体物としてＸ軸方向に移動させることになる。Ｙ軸ステップモーター２６は、モーター軸を決められた角度だけ回転するとピン９８をＹ軸方向に決められた量だけ出入させる。

試料ホルダー２７はＬ字状の支持板７５と回動して試料をはさむ部材７１とを備える。Ｌ字状支持板の内側面には、切り込み７６が入っており、この中に試料板９０（図６）を入れ、部材７１ではさむことにより試料板９０を固定する。さらに、試料ホルダー２７の案内受け部付支持板７５は、凸状の摺動部７２とＹ軸方向の案内受け部７４とＸ軸方向に計測線７３を有する。摺動部７２にはＹ軸ステップモーター２６によって出入されるピン９８のねじ６２が係合するねじ孔７６が設けられる。案内受け部７４は、案内部５２とかみ合うことにより、試料ホルダー２７をＹ軸方向に摺動させる。計測線７３と計測線５４とにより、試料ホルダー２７のＹ軸方向の摺動量がわかる。

Ｘ軸ステップモーター２５は、スライダー２４を移動させると、試料ホルダー２７は案内部５２、７４でスライダー２４と一体化している為、スライダー２４と共にＸ軸方向に移動させることになる。Ｙ軸ステップモーター２６は、ピン９８を出入させ、摺動部７２のねじ孔７６と係合することにより、試料ホルダー２７を案内部５２、７４に沿ってＹ軸方向に移動させる。したがって、試料ホルダー２７は、Ｘ軸ステップモーター２５及びＹ軸ステップモーター２６によって、X軸方向、Y軸方向に移動される。これによってＸ軸方向およびＹ軸方向の動作が組み合わされる。そして、Ｘ軸ステップモーター２５およびＹ軸ステップモーター２６によって移動駆動装置が構成される。

図３はメカニカルステージ２００の構成を示す図である。
図３（ａ）は外箱２１、固定板２２、コネクタ２３、スライダー２４、Ｘ軸ステップモーター２５、Ｙ軸ステップモーター２６及び試料ホルダー２７を組み立てたメカニカルステージ２００の平面図である。
図３（ｂ）は、そのメカニカルステージ２００の側面図である。
これらの図において、外箱２１のＸ軸方向側板３１にコネクタ２３、Ｘ軸ステップモーター２５が固定されている。外箱２１上面には、Ｘ軸方向に穿けた計測孔３３が設けられ、計測孔引の縁に沿って計測線３２が設けてあり、スライダー２４に設けた計測線５５と共に計測部１０１を構成している。計測線５５と外箱２１の計測線３２によりスライダー２４のＸ軸方向の摺動量がわかる。
固定板２２は、金属製の立方体状をなし、左右２本の孔４１，４２を有し、左右２本の孔４１，４２とスライダー２４のロッド４４，４５と共にオイルダンパーを構成し、スライダー２４の動きをゆるやかなものとしている。
計測線５４は試料ホルダー２７に設けられた計測線７３と共に計測部１０２を構成しており、試料ホルダー２７のＹ軸方向の摺動量がわかる。

図４（ａ）はスライダー２４とＸ軸ステップモーター２５関係図である。Ｘ軸ステップモーター２５は、コントロールボックス４００で定められただけ、ピン９４を出入させ、スライダー２４をＸ軸方向に移動させる。この際、スライダー２４は、Y軸ステップモーター２６と試料ホルダー２７と共にX軸方向に移動する。
図４（ｂ）は試料ホルダー２７とＹ軸ステップモーター２６関係図である。Y軸ステップモーター２６は、コントロールボックス４００で定められただけ、ピン９８を出入させ、試料ホルダー２７をY軸方向に移動させる。Ｙ軸ステップモーター２６の駆動によって試料ホルダー２７のみがY軸方向に移動する。

図５はメカニカルステージ２００のスライダー２４及び試料ホルダー２７移動図である。
図５（a）は、試料ホルダー２４の原点における図である。外箱２１のスライダー２４及び試料ホルダーの摺動量を示す計測部１０１，１０２は、原点を示している。
図５（ｂ）は、試料ホルダー２７を原点からX軸方向に移動させた図である。Ｘ軸ステップモーター２５は、コントロールボックス４００で定められただけ、ピン９４を出入させ、スライダー２４をＸ軸方向に移動させる。この際、スライダー２４は、Y軸ステップモーター２６と試料ホルダー２７と共にX軸方向に移動する。この時、Y軸ステップモーター２６は、動作しないが、同時に移動するようにしてもよい。外箱２１のスライダー２４の摺動量を示す計測部１０１は、移動量の値を示す。外箱２１の試料ホルダーの摺動量１０２を示す計測部は、移動量を示している。
図５（ｃ）は、試料ホルダー２７を原点からY軸方向に移動させた図である。Y軸ステップモーター２６は、コントロールボックス４００で定められただけ、ピン９８を出入させ、試料ホルダー２７をY軸方向に移動させる。試料ホルダー２７のみがY軸方向に移動する。外箱２１のスライダー２４の摺動量を示す計測部１０１は、移動量を示す。外箱２１の試料ホルダーの摺動量を示す計測部１０２は、移動量の値を示している。

図６は、試料ホルダー２７がX軸方向、Y軸方向に移動することにより試料９０の観察地点のステップ図である。以下、フローチャートを示す図７と共に説明する。
メカニカルステージ２００を回転ステージ６にセットし、ねじ８１で固定する。
コントロールボックス４００からの配線９をメカニカルステージ２００に接続する。
試料板９０を試料ホルダー２７にセットする。
コンピューター３００とコントロールボックス４００を配線９する。
コントロールボックス４００の電源を入れる。
コントロールボックス４００のＸ軸ステップ間隔及びＹ軸ステップ間隔を設定ダイアル（１Ｂ，１Ｃ）それぞれで設定する。
コントロールボックス４００の原点復帰ボタン（１Ａ）で、スライダー２４と試料ホルダー２７のＸおよびＹ軸の位置を原点に移動させる。

コンピューター３００の電源を入れ、鉱物数計測プログラムを立ち上げる。鉱物数計測プログラムは、希望測定総数、各鉱物数、測定総数からなる。（S100とS101）
希望測定総数を鉱物数計測プログラムに入力する。同時にコンピューター３００のテンキーに各鉱物を割り振る。例えば、希望測定総数２０００、金はキー１、鉄はキー２など。（S102とS103）
測定開始。偏光顕微鏡１００下の試料９０の鉱物を鑑定した後、鉱物の指定されたテンキーを入力する。例えば、鉄が偏光顕微鏡１００で鑑定できた場合、キー２を入力する。（S104）
入力に伴い、鉱物数計測プログラム上で鑑定された鉱物数が１加算される。測定総数が１加算される。例えば、鉄の場合で、鉄が３、測定総数が５であったとき、キー２を入力すると鉄の積算数４となり測定総数６となる（S105）
同時に、メカニカルステージ２００のコントロールボックス４００のＸ軸ステップ間隔 ダイアル１Ｂで指定した間隔で１ステップ進む。（S106）
偏光顕微鏡１００下の次の停止点で再び鉱物を鑑定する。（S104）
試料ホルダー２７のＸ軸移動がＸ軸ステップモーターのＸリミット位置に到達すると、コントロールボックス４００はＹ軸ステップ間隔ダイアル１Ｃで指定したＹ軸間隔で１ステップＹ軸方向に移動させる。また、次のスライダー２４のＸ軸方向摺動方向は逆に設定する（S106）
この繰り返しにより、試料板９０の測定軌跡は図６で示すようにつづら折りで動いていく。（S106）
希望測定総数に到達すると、コンピューター３００は終了メッセージを出し、測定を終了する。（S107）

鉱物数計測プログラムは、測定総数、各鉱物数が表示され、測定総数から各鉱物数を割る事により各鉱物の含有率が計算される。（S108）
データ結果をファイル出力する。(S109)
本実施例によれば、岩石薄片中の鉱物容量比を統計的に分析することができる。この分析によって岩石を分類し、さらに元素の含有量を推定することができる。偏光顕微鏡の回転ステージ６上に装着した、ステッピングモーター２５，２６でメカニカルステージ２００をX軸およびY軸方向に一定間隔でステップ移動させることができる。移動スイッ チはコンピューター３００上のテンキーから操作できる。メカニカルステージ２００はコンパクトに設計され、回転ステージ６の回転を妨げない。ダイレクトドライブでX軸方向およびY軸方向に試料ホルダー２７を駆動させるため、精度の高いステップ幅を保証できる。X軸およびY軸が独立して動くため、ステップ幅の選択が多種で、選択操作も容易である。測定情報はコンピューター３００上に表示され、一定総数になると測定を自動的に終了する．データは即座にデジタルデータとしてコンピューター３００上でデータ処理できる。駆動機構が簡単なこと，入力をコンピューター３００のテンキーから行うことなどにより、故障が少なくメンテナンスが容易である。

本発明の実施例の概観図。 本発明の実施例の部品図。 本発明の実施例の平面図（図３（a））、側面図（図３（b））。 本発明の実施例のＸ軸ステップモーターによるスライダー移動を示す図（図４（a））、Ｙ軸ステップモーターによる試料ホルダー移動を示す図（図４（b））。 本発明の実施例の動作図で原点図（図５（a））、Ｘ軸方向移動図（図５（b））、Ｙ軸方向移動図（図５（c））。 本発明の実施例の観測地点のステップ図。 本発明の実施例のフローチャート。

符号の説明

100…偏光顕微鏡、200…メカニカルステージ、300…コンピューター、400…コントロールボックス、6…回転ステージ、21…外箱、22…固定板、23…コネクタ、24…スライダー、25…Ｘ軸ステップモーター、26…Ｙ軸ステップモーター、27…試料ホルダー、90…試料板。

Claims (5)

1. Ｘ軸方向及びＹ軸方向に試料板を移動させる偏光顕微鏡用メカニカルステージにおいて、
   固定手段によって回転ステージに固定される外箱と、外箱内に収納されてこの外箱内をＸ軸方向に摺動するスライダーと、外箱に取り付けられ、Ｘ軸方向に延びたねじを移動させてスライダーをＸ軸方向に駆動するＸ軸ステップモーターと、スライダー上に載置されてスライダーと共に移動し、Ｙ軸方向に延びたねじを移動させるＹ軸ステップモーターと、試料板を保持し、スライダー上に載置されてスライダーと共に移動するものであって、Ｙ軸ステップモーターによって、Ｙ軸方向に駆動されて試料板をＸ軸方向及びＹ軸方向に駆動する試料ホルダーと、
   を備えたことを特徴とする偏光顕微鏡用メカニカルステージ。
2. 請求項１において、スライダーは、並行配置、離間配置で、２つのロッドで結合された２つの部材からなり、一方の部材が、Ｘ軸ステップモーターによって移動されることを特徴とする偏光顕微鏡用メカニカルステージ。
3. 請求項２において、スライダーは、他方の部材に一体化され試料ホルダーに設けられた凸状の摺動部を収納する収納部を有することを特徴とする偏光顕微鏡用メカニカルステージ。
4. 請求項１において、外箱にはスライダーのＸ軸方向の摺動量を示す計測部を形成され、試料ホルダーのＹ軸方向の摺動量を示す計測部が形成されていることを特徴とする偏光顕微鏡用メカニカルステージ。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載した偏光顕微鏡用メカニカルステージを備え、スライダーをＸ軸方向及びＹ軸方向に移動させるＸ軸ステップモーターおよびＹ軸ステップモーターから構成される移動駆動装置を備えたことを特徴とする偏光顕微鏡。

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