JP2010134192A - Tilt stage, and microscope with the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、傾斜ステージとこれを有する顕微鏡に関するものである。 The present invention relates to a tilt stage and a microscope having the tilt stage.
従来、顕微鏡などで標本を傾けて観察するための傾斜ステージとしては、特許文献1のように半球状の凹凸を合わせることにより回転の自由度を持った構成がある。 2. Description of the Related Art Conventionally, as an inclined stage for observing a sample with a microscope or the like, there is a configuration having a degree of freedom of rotation by combining hemispherical irregularities as in Patent Document 1.
特許文献1のような半球型の凹凸面をもつ構成では、基本的に凹凸面の間で滑って傾斜角度を変化させる。球面が受け部と接しているだけのため上面から見た傾斜方向には制限がなく傾けたい方向へ迅速に傾けることができる。この構成では傾斜角度は球面に粗度を持たせることにより摩擦力を大きくし、傾斜状態を保持している。
しかし、摺動面の粗度を上げると摺動時の動きが重くなる。また、摺動面で研磨のようにお互いを削りあうような状態になり、長期間の使用に耐えられないことが考えられる。 However, increasing the roughness of the sliding surface increases the movement during sliding. Further, it is conceivable that the sliding surfaces are in a state where they are scraped together like polishing and cannot withstand long-term use.
上記課題を解決するために、本発明の傾斜ステージは、標本を載置するステージ板とその裏面に円弧状に突き出た凸部を有する傾斜部と、前記凸部に当接する受座を有する固定部とを有し、前記受座に対して前記凸部を摺動させながら回転させることによって、前記傾斜部が備える前記ステージ板の上面が水平状態から傾斜し、前記受座と前記凸部との摩擦によって傾角が保持され、前記回転の中心は前記水平状態のとき前記ステージ板の上面又は前記上面より上方にあり、前記傾角を保持するために前記傾斜部の重心が前記回転中心の近傍にあることを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems, the tilt stage of the present invention is a stationary plate having a stage plate on which a specimen is placed, a tilted portion having a convex portion projecting in an arc shape on the back surface thereof, and a seat abutting on the convex portion. And the upper surface of the stage plate provided in the inclined portion is inclined from a horizontal state by rotating the convex portion with respect to the receiving seat, and the receiving seat and the protruding portion. The tilt angle is maintained by the friction of, and the center of rotation is above the upper surface of the stage plate or the upper surface in the horizontal state, and the center of gravity of the inclined portion is in the vicinity of the rotation center in order to maintain the tilt angle. It is characterized by being.
また、本発明の顕微鏡は、前記傾斜ステージを有することを特徴とする。 The microscope of the present invention is characterized by having the tilt stage.
本発明によれば、より高性能な傾斜ステージとこれを有する顕微鏡を提供することができる。 According to the present invention, a higher-performance tilt stage and a microscope having the same can be provided.
以下、本願の一実施形態に係る傾斜ステージとこれを有する顕微鏡について図面を参照して説明する。 Hereinafter, a tilt stage and a microscope having the tilt stage according to an embodiment of the present application will be described with reference to the drawings.
図1は、本願の実施形態に係る傾斜ステージを備えた顕微鏡を示す図であり、(a)は正面図、(b)は側面図である。 FIG. 1 is a view showing a microscope provided with an inclined stage according to an embodiment of the present application, in which (a) is a front view and (b) is a side view.
図2は、本願の実施形態に係る傾斜ステージを示す断面図である。 FIG. 2 is a cross-sectional view showing the tilt stage according to the embodiment of the present application.
図3は、本願の実施形態に係る傾斜ステージの傾斜状態を示す断面図である。 FIG. 3 is a cross-sectional view showing a tilted state of the tilting stage according to the embodiment of the present application.
図4は、数値実施例に対応する傾斜ステージを示す断面図である。 FIG. 4 is a cross-sectional view showing a tilt stage corresponding to the numerical example.
まず、本願の実施形態の傾斜ステージ3を備えた顕微鏡1について説明する。
First, the microscope 1 provided with the
図1に示すように、顕微鏡(実体顕微鏡)1は、ベース5、支柱7、アーム9、アーム9に取り付けられた対物レンズ11及び双眼鏡筒13を有する。アーム9は支柱7に設けられた上下動ハンドル15を操作することによって上下方向(対物レンズ11の光軸方向)に移動させることができる。上面に載置した標本を傾けて観察するための傾斜ステージ3がベース5に取り付けられている。
As shown in FIG. 1, a microscope (stereomicroscope) 1 includes a
次に、本願の実施形態の傾斜ステージ3について説明する。
Next, the
図2に示すように、傾斜ステージ3は、固定部17とその上に置かれた傾斜部19とからなる。傾斜部19は、上面に標本が載置される円板状のステージ板21と、ステージ板21の裏面に設けられ、円弧状に突き出た略半球状のカップ(凸部)23とからなる。固定部17は、円錐又は部分円錐面部である受座25を有するカップ受け27と、ブロック29とからなり、ベース5に固定される。
As shown in FIG. 2, the
カップ23は点Oを中心とした部分球面であり、この球面が受座25に当接している。受座25に対して、カップ23を摺動させながら点Oを中心として回転させることによって、標本が載置されるステージ板21の上面が水平状態から傾斜し、受座25とカップ23との摩擦によって傾角(傾斜角度)が保持される構成である(図2及び図3参照)。傾斜部19は傾斜ステージ3を上方から見て全方向へ傾斜することができる。
The
また、回転中心Oは水平状態でステージ板21の上面(標本載置面)又は上面より上方(対物レンズ11側であり標本載置面の上側の空間部)にあることが好ましい。これは傾斜させたときに観察像面が上下し焦点深度が合わなくなる、さらには標本の検鏡部位が視野から外れてしまうようなことを防ぐためである。また、カップ受け27の材料には、傾斜部19が滑らかに動くようにプラスチック等を用いることが好ましい。
In addition, the rotation center O is preferably in the horizontal state on the upper surface (specimen placement surface) of the
以下、傾斜ステージ3は水平状態のとき回転中心Oを含む鉛直線に関し回転対称な形であるとして説明するが、特にこれに限定されるものではない。例えば、カップ23を下方に円弧状に突き出た略半円柱状とし、受座25を2つの斜面を有する溝形状とし、傾斜部19を任意の方向へ傾斜させるためにカップ受け27が回転中心Oを含む鉛直線の回りに回転するようにしてもよい。
Hereinafter, the
次に、傾斜ステージ3の傾角を保持するための構成について説明する。
Next, a configuration for maintaining the tilt angle of the
図2、図3に示すように、本実施形態は、受座25とカップ23との摩擦によって余計な外力を加えることなく傾角を保持するために、傾斜部19の重心Gが傾斜部19の回転中心Oの近傍にくるようにしている。このようにすれば、傾斜状態において、傾斜部19に作用する重力によるトルクを小さくすることができるので、傾角保持が容易となる。
As shown in FIGS. 2 and 3, in the present embodiment, the center of gravity G of the
以下、このことを図3の断面図を用いてより詳しく説明する。なお、図3においては、説明の便宜上、傾斜部19の重心Gをやや下げて図示している。傾斜部19の質量をm、重力加速度をg、回転中心Oから略半球状のカップ23の球面までの距離(即ちカップ23の球面を含む完全な球面の半径)をR、回転中心Oから傾斜部19の重心Gまでの距離をL、受座25の円錐又は部分円錐面の法線(図3に示すようにカップ23との接触点から回転中心Oへ向かう線分)が回転中心Oを含む鉛直線となす角度をA、傾角をθとする。
Hereinafter, this will be described in more detail with reference to the cross-sectional view of FIG. In FIG. 3, for convenience of explanation, the center of gravity G of the
傾斜状態では、重心Gが回転中心Oを含む鉛直線上の位置から外れるため、傾斜部19には水平状態に戻ろうとする力が作用する。傾斜部19を回転中心Oの回りに回転させようとする重力によるトルクTaは、
(1) Ta=L×mg・sinθ
である。Taは傾角θに依存し、傾きが大きくなるにつれて大きくなる。傾角θがある角度で傾斜部19が受座25に対して滑り出すとき、その瞬間の摩擦力による回転を妨げようとするトルクTmは、受座25とカップ23の間の摩擦係数をμ、垂直抗力をNとすると、
(2) Tm=R×μN=Rμmg・cosA
である。例えば、ステージ板21が傾角θ=30°でカップ受け27やブロック29の一部に当接するように設計することで、θ=30°まで傾斜させることができるようにした場合、θが0°から30°までの傾斜状態において、常にTa≦Tmを満たすならば、傾斜は保たれることになる。
In the tilted state, the center of gravity G deviates from the position on the vertical line including the rotation center O, so that a force to return to the horizontal state acts on the
(1) Ta = L × mg · sinθ
It is. Ta depends on the inclination angle θ and increases as the inclination increases. When the
(2) Tm = R × μN = Rμmg · cosA
It is. For example, when the
Tm−Taを仮にPとおくと、
(3) P=Tm−Ta=mg(Rμ・cosA−L・sinθ)
となる。P≧0となれば傾角は保持されるが、Pが大きければより安定した傾角の保持が可能となる。
If Tm-Ta is P,
(3) P = Tm−Ta = mg (Rμ · cos A−L · sin θ)
It becomes. If P ≧ 0, the tilt angle is maintained, but if P is large, a more stable tilt angle can be maintained.
Pを大きくするためには、次のような方法がある。(方法1)Lを小さくする、(方法2)Rを大きくする、(方法3)μを大きくする、(方法4)Aを小さくする。しかし、(方法2)Rを大きくすることはカップ23半径を大きくすることになり、結果としてLも大きくなる。また、(方法3)μを大きくすることは表面を荒くするということになり手感が悪くなる。(方法4)Aを小さくするとカップ23と受座25の接触位置が狭まっていき球面の底面に近くなっていくので、傾斜部19の安定が悪くなる。以上より(方法1)Lを小さくすることが最適と考えられる。
In order to increase P, there are the following methods. (Method 1) Decrease L, (Method 2) Increase R, (Method 3) Increase μ, (Method 4) Reduce A However, (Method 2) Increasing R increases the radius of the
傾角保持の条件P≧0をLについて解くと、式(3)より、
(4) L≦μR・cosA/sinθ
を得る。例えば、上述のように傾斜ステージ3の構造上、傾角θが0°から30°まで変化するように設計した場合、この範囲でLが式(4)を満足するほど小さければ、傾斜部19の傾斜状態は自重で保たれることになる。本実施形態では、安定した傾角の保持のために、回転中心Oから傾斜部19の重心Gまでの距離Lを、μR・cosA/sinθ以下でできるだけ短くする。
Solving the tilt holding condition P ≧ 0 for L, from equation (3),
(4) L ≦ μR ・ cosA / sinθ
Get. For example, when the tilt angle θ is designed to change from 0 ° to 30 ° due to the structure of the
Lの値を小さくするためには重心Gを回転中心Oに近づければよい。例えば回転中心Oに重心Gが一致する場合はカップ23が球のときであるが、傾斜ステージ3の構成上カップ23を球にすることはできない。少しでも重心Gを回転中心Oに近づけるために、本実施形態では、傾斜部19のステージ板21の重量を大きくし、カップ23の重量を小さくする。この理由を次に述べる。
In order to reduce the value of L, the center of gravity G should be close to the rotation center O. For example, the center of gravity G coincides with the rotation center O when the
ステージ板21の重心をGs、ステージ板21の重量をMs、カップ23の重心をGc、カップ23の重量をMc、ステージ板21とカップ23の重心間距離をx、ステージ板21の重心Gsからステージ板21とカップ23の合成重心Gまでの距離をQとすると、
(5) Q=x・Mc/(Ms+Mc)
となる。また、Lは回転中心Oから傾斜部19を構成するステージ板21とカップ23の合成重心G(傾斜部19の重心G)までの距離であり、
(6) L=OG=OGs+Q
となる。
The center of gravity of the
(5) Q = x · Mc / (Ms + Mc)
It becomes. L is the distance from the rotation center O to the combined center of gravity G of the
(6) L = OG = OGs + Q
It becomes.
例えば、式(5)より、Ms=250g、Mc=250g、x=20mmのとき、Q=20×250/500=10mmとなる。これに対して、Ms=500g、Mc=100g、x=20mmのとき、Q=20×100/600=3.33・・・mmとなり、Lが小さくなる。つまり回転中心Oに近いステージ板21の重量を大きくし、回転中心Oから遠いカップ23の重量を小さくすれば、傾斜部19の重心Gを回転中心Oに近づけることができる。
For example, from Equation (5), when Ms = 250 g, Mc = 250 g, and x = 20 mm, Q = 20 × 250/500 = 10 mm. On the other hand, when Ms = 500 g, Mc = 100 g, and x = 20 mm, Q = 20 × 100/600 = 3.33. That is, if the weight of the
ステージ板21の重量を大きくし、カップ23の重量を小さくするためには、ステージ板21の材料に用いる物質の比重を、カップ23の材料に用いる物質の比重に比べて大きくすればよい。例えば、カップ23を比重の小さいアルミやプラスチックで作成し、ステージ板21を比重の大きいステンレスや真鍮で作成すればよい。ステージ板21とカップ23の材料の比重は極端に違う方が効果は出るが、充分な効果を得るために比が2:1、即ちステージ板21の材料の比重をカップ23の材料の比重の2倍以上とすることが好ましい。
In order to increase the weight of the
また比重の違う材料を用いるだけではなく、ステージ板21の容積を大きくしカップ23の容積を小さくすることにより各重心にかかる重量の差を大きくすることもできる。容積を変える方法として、カップ23の内部を刳り貫いて空洞にすること、円板状のステージ板21の直径を回転中心Oからカップ23の球面までの距離Rに対して大きくする(式(6)のOGsを小さく抑えるために、厚くせずに直径を大きくする)ことが考えられる。具体的には、カップ23の刳り貫き量は、刳り貫く前のカップ23の容積の半分以上であることが好ましい。また、ステージ板21の半径は2R以上であることが好ましい。
Further, not only using materials having different specific gravities, but also increasing the volume of the
次に、本実施形態の傾斜ステージ3の数値実施例について述べる。
Next, numerical examples of the
カップ23はアルミニウム製とし、ステージ板21は真鍮製とする。アルミの比重は約2.8、真鍮の比重は約8.5であり比重の比は約3:1である。受座25を有するカップ受け27にPOM(ポリアセタール)を使用し、POMの受座25とアルミのカップ23との間の摩擦係数μ=0.12、回転中心Oからカップ23の球面までの距離R=30mm、傾角θ=30°、受座25の円錐又は部分円錐面の法線が回転中心Oを含む鉛直線となす角度A=30°とする。このとき傾角保持の条件は、式(4)より
(7) L≦0.12×30×cos30°/sin30°=6.3mm
となる。
The
It becomes.
ここで図4に示すように、カップ23の中をφ40mmほどの大きさで刳り貫き空洞にし、刳り貫く前のカップ23の容積が約36000mm3に対して、刳り貫いた後のカップ23の容積が約18000mm3とする。さらにステージ板21の直径をφ120mm(=4R)とする。また、回転中心Oはステージ板21の上面に位置する。この状態で3次元ソフトモデルを用いて容積と比重よりLを算出するとL=5.4mmとなる。式(7)の条件を満たしているので、傾角保持が可能となる。
Here, as shown in FIG. 4, the inside of the
以上のように、本実施形態によれば、特別な機構を必要とせず、また摺動面を荒くして摩擦力を大きくすることなく、滑らかな傾角調整及び安定した傾角保持が可能な耐久性に優れた傾斜ステージとこれを有する顕微鏡を提供することができる。 As described above, according to this embodiment, durability that enables smooth tilt adjustment and stable tilt angle maintenance without requiring a special mechanism and without increasing the frictional force by roughening the sliding surface. And a microscope having the tilt stage can be provided.
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。 The present invention is not limited to the above embodiment.
1 顕微鏡
3 傾斜ステージ
17 固定部
19 傾斜部
21 ステージ板
23 カップ
25 受座
27 カップ受け
O 回転中心
G 重心
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (7)
前記受座に対して前記凸部を摺動させながら回転させることによって、前記傾斜部が備える前記ステージ板の上面が水平状態から傾斜し、前記受座と前記凸部との摩擦によって傾角が保持され、
前記回転の中心は前記水平状態のとき前記ステージ板の上面又は前記上面より上方にあり、前記傾角を保持するために前記傾斜部の重心が前記回転中心の近傍にあることを特徴とする傾斜ステージ。 A stage plate on which a specimen is placed, an inclined portion having a convex portion protruding in an arc shape on the back surface thereof, and a fixed portion having a seat abutting against the convex portion,
By rotating the convex portion while sliding the convex portion with respect to the seat, the upper surface of the stage plate provided in the inclined portion is tilted from a horizontal state, and the tilt angle is maintained by the friction between the seat and the convex portion. And
The tilt stage is characterized in that the center of rotation is above the upper surface of the stage plate or above the top surface in the horizontal state, and the center of gravity of the inclined portion is in the vicinity of the center of rotation in order to maintain the tilt angle. .
前記受座は円錐又は部分円錐面部であることを特徴とする請求項1に記載の傾斜ステージ。 The convex portion is substantially hemispherical,
The tilt stage according to claim 1, wherein the seat is a cone or a partial conical surface portion.
L≦μR・cosA/sinθ The distance from the rotation center to the spherical surface of the substantially hemispherical convex portion is R, the distance from the rotation center to the center of gravity of the inclined portion is L, the friction coefficient between the seat and the convex portion is μ, The inclination according to claim 2, wherein the following condition is satisfied, where A is an angle formed by a normal line of a cone of a seat or a partial conical surface with a vertical line including the rotation center, and the inclination angle is θ. stage.
L ≦ μR ・ cosA / sinθ
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2008310069A JP2010134192A (en) | 2008-12-04 | 2008-12-04 | Tilt stage, and microscope with the same |
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RU2517962C1 (en) * | 2012-10-29 | 2014-06-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Лаборатории Амфора" | Device for positioning object |
JP2016057222A (en) * | 2014-09-11 | 2016-04-21 | 新日鐵住金株式会社 | Sample holder and analyzer equipped with the same |
CN102843231B (en) * | 2011-06-20 | 2017-03-01 | 瑞萨电子株式会社 | Cryptographic communications systems and cipher communication method |
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2008
- 2008-12-04 JP JP2008310069A patent/JP2010134192A/en not_active Withdrawn
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