JP2014106291A - 対物レンズ駆動機構および倒立顕微鏡 - Google Patents

Abstract

【課題】合焦の高速化を実現するとともに小型化を実現することができる対物レンズの駆動機構および倒立顕微鏡を提供する。
【解決手段】各々が対物レンズを保持可能な切り欠き形状をなす複数の保持部が形成されたレボルバと、前記複数の保持部のいずれか１つが保持する前記対物レンズの光軸方向に沿って移動可能であるとともに、移動経路上で該対物レンズを前記レボルバから受け取って保持することが可能であるステージアームと、前記ステージアームの位置によらず該ステージアームに対して前記レボルバとは反対側に位置し、光学部材を保持する光学部材保持部と、前記ステージアームを前記移動経路に沿って移動させる駆動部と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、標本の像を拡大して観察を行う際に使用する対物レンズを駆動させる対物レンズ駆動機構および該対物レンズ駆動機構を備えた倒立顕微鏡に関する。

従来、倒立顕微鏡では、複数の対物レンズを保持するレボルバを、観察に使用する対物レンズの光軸に沿って駆動することにより、焦点位置の調整を行う構成が一般的に採用されている。しかしながら、この構成の場合、レボルバと対物レンズが一体で駆動するため、被駆動部分の質量すなわち慣性が大きく、標本に対して合焦するまでに時間を要してしまうという問題があった。

この問題を解決するために、被駆動部分を軽量化して合焦の高速化を実現する技術も知られている。例えば、下記特許文献１には、複数の対物レンズの中から選択された１つの対物レンズのみを観察光軸に沿って駆動する技術が開示されている。この技術では、駆動機構の一部をなすキャッチャおよび連結部材が、駆動対象である対物レンズの下方に設けられている。

特開２０１１−１８０１８号公報

ところで、倒立顕微鏡では、高さを低く抑えて小型化するために、対物レンズに照明光を導く光学部材を、その対物レンズの下方に配置することがある。しかしながら、上述した特許文献１に記載の技術では、対物レンズの下方にキャッチャおよび連結部材が設置されているため、光学部材を配置するスペースを確保することができず、小型化を実現することが困難であった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、合焦の高速化を実現するとともに小型化を実現することができる対物レンズの駆動機構および倒立顕微鏡を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る対物レンズ駆動機構は、各々が対物レンズを保持可能な切り欠き形状をなす複数の保持部が形成されたレボルバと、前記複数の保持部のいずれか１つが保持する前記対物レンズの光軸方向に沿って移動可能であるとともに、移動経路上で該対物レンズを前記レボルバから受け取って保持することが可能であるステージアームと、前記ステージアームの位置によらず該ステージアームに対して前記レボルバとは反対側に位置し、光学部材を保持する光学部材保持部と、前記ステージアームを前記移動経路に沿って移動させる駆動部と、を備えたことを特徴とする。

本発明に係る対物レンズ駆動機構は、上記発明において、前記ステージアームは、前記移動経路に沿う方向の厚さが、前記レボルバと前記光学部材保持部が保持する前記光学部材との距離よりも小さいことを特徴とする。

本発明に係る対物レンズ駆動機構は、上記発明において、前記ステージアームは、前記移動経路上に位置する前記保持部の切り欠き領域を該移動経路に沿って通過可能な大きさを有することを特徴とする。

本発明に係る対物レンズ駆動機構は、上記発明において、前記レボルバは円盤状をなし、主面と直交する中心軸の周りに回転可能であることを特徴とする。

本発明に係る倒立顕微鏡は、上記発明に記載の対物レンズを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、レボルバに形成された複数の保持部のいずれか一つが保持する対物レンズの光軸方向に沿って移動可能であるとともに、移動経路上で該対物レンズを受け取って保持することが可能であるステージアームと、このステージアームの位置によらず該ステージアームよりもレボルバから遠くに位置し、光学部材を保持する光学部材保持部とを備えているため、合焦の高速化を実現するとともに小型化を実現することができる。

図１は、本発明の一実施の形態に係る倒立顕微鏡の全体構成を模式的に示す図である。 図２は、本発明の一実施の形態に係る対物レンズ駆動機構の構成を示す斜視図である。 図３は、本発明の一実施の形態に係る対物レンズ駆動機構の要部の構成を示す部分断面図である。 図４は、本発明の一実施の形態に係る対物レンズ駆動機構において、ステージアダプタの上面が対物レンズに取り付けられたアダプタの底面に当接した状態を示す図である。 図５は、本発明の一実施の形態に係る対物レンズ駆動機構において、当接部が対物レンズに当接し始めた状態を示す図である。 図６は、本発明の一実施の形態に係る対物レンズ駆動機構において、対物レンズがステージアームに固定された状態を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態（以下、「実施の形態」という）を説明する。なお、以下の説明で参照する図面は模式的なものであって、同じ物体を異なる図面で示す場合には、寸法や縮尺等が異なる場合もある。

図１は、本発明の一実施の形態に係る倒立顕微鏡の全体構成を模式的に示す図である。同図に示す倒立顕微鏡１は、土台をなす本体部２と、本体部２の上面に取り付けられて標本Ｓｐを載置するステージ３と、ディッシュ、スライドガラスまたはビーカなどによって保持された状態でステージ３に載置される標本Ｓｐに対して上方から透過照明を照射する透過照明部４と、倒立顕微鏡１の操作を指示する信号の入力を受け付ける入力部５と、倒立顕微鏡１の電気的な動作を統括して制御する制御部６と、を備える。入力部５および制御部６は、倒立顕微鏡１の本体部２の内部に設置してもよいし、信号ケーブルなどの接続手段を介して本体部２と電気的に接続してもよい。

本体部２は、ステージ３および透過照明部４を支持する筐体部２ａと、筐体部２ａの側面のうち、接眼レンズが設けられて倒立顕微鏡１のユーザと対向する側面である前面（図１の左側面）に設けられる鏡筒部２ｂと、筐体部２ａの側面のうち前面と反対側の側面（図１の右側面）である背面に設けられて落射照明光を発生する第１ランプハウス２ｃとを有する。

筐体部２ａは、互いに倍率が異なる複数の対物レンズ７を交換可能に保持する円盤状のレボルバ８と、レボルバ８の主面と直交するとともにレボルバ８の中心を通過してレボルバ８を回転可能に軸支する回転軸９と、回転軸９を回転駆動する回転軸駆動部１０と、レボルバ８が保持する対物レンズ７のうち光軸が標本Ｓｐを通過する位置で保持される対物レンズ７の焦準操作を電動で行う焦準操作部１１と、を有する。レボルバ８、回転軸９、回転軸駆動部１０および焦準操作部１１は、本実施の形態に係る対物レンズ駆動機構を構成する。また、回転軸９および回転軸駆動部１０は、レボルバ８を駆動するレボルバ駆動部を構成する。

筐体部２ａは、光軸が標本Ｓｐを通過する対物レンズ７を介して入射してくる標本Ｓｐの反射光もしくは透過光または第１ランプハウス２ｃから出射された落射照明光の光路を変更する光学部材である蛍光用のミラーユニット１２と、回転軸９の下方に回転軸９とともに回転可能に取り付けられ、複数種類のミラーユニット１２を載置して保持することが可能なミラーユニット保持部１３（光学部材保持部）と、ミラーユニット１２が透過した観察光を結像する結像レンズ１４と、結像レンズ１４が結像した光を反射するミラー１５と、ミラー１５が反射した光をリレーするリレーレンズ１６と、をさらに有する。

ミラーユニット１２は、第１ランプハウス２ｃの光源２１ｃが発光する落射照明光の励起光のみを透過する励起フィルタと、励起光を反射して標本Ｓｐへ照射するとともに、標本Ｓｐからの観察光を透過するダイクロイックミラーと、ダイクロイックミラーを透過した観察光のうち所定の蛍光成分のみを透過する吸収フィルタと、を有する。なお、図１に示すように、対物レンズ駆動機構が筐体部２ａから外部に露出する場合には、ミラーユニット１２の周囲を、照明光路を除いて被覆するカバーを設ける必要があるが、図１では記載を省略している。

ミラーユニット保持部１３は、回転軸９を中心としてレボルバ８と一緒に回転可能である。このため、ミラーユニット保持部１３は、レボルバ８の保持部８１が保持する対物レンズ７の光軸が通過する位置にミラーユニット１２を保持する。

鏡筒部２ｂには、筐体部２ａのリレーレンズ１６を通過した光を集光する接眼レンズ１７が設けられる。

次に、透過照明部４の構成を説明する。透過照明部４は、本体部２に取り付けられて上方へ延びる透過照明支柱１８と、透過照明支柱１８の上端から透過照明支柱１８が延びる方向と直交する方向に延びるアーム１９と、透過照明支柱１８の上端付近でアーム１９が延びる側と反対側に設けられ、透過照明光を出射する第２ランプハウス２０と、第２ランプハウス２０が有する光源２１が発光した透過照明光を集光して標本Ｓｐに結像させるコンデンサレンズ２２と、透過照明支柱１８の略中央部に取り付けられてコンデンサレンズ２２を着脱可能に保持するコンデンサホルダ２３と、透過照明支柱１８の側面に設けられ、手動入力によってコンデンサホルダ２３を上下動させることにより、コンデンサレンズ２２の焦準操作を行うコンデンサ焦準操作部２４と、を有する。

アーム１９の内部には、第２ランプハウス２０から出射された透過照明光を集光するコレクタレンズ２５と、コレクタレンズ２５を通過した光の光量を調節可能な視野絞り２６と、視野絞り２６を通過した光を反射してコンデンサレンズ２２の光軸方向（入射方向と直交する方向）へ折り曲げるミラー２７とが設けられている。視野絞り２６の径は、図示しない視野絞り操作部によって調整可能である。

図２は、倒立顕微鏡１が備える対物レンズ駆動機構の構成を示す斜視図である。図３は、対物レンズ駆動機構の要部の構成を示す部分断面図である。

レボルバ８には、円盤の外縁から切り欠かれた略円形の切り欠き形状をなし、対物レンズ７を保持する複数の保持部８１が形成されている。なお、図２に示す場合は３つの保持部８１が形成されているが、保持部８１の個数はこれに限られるわけではない。レボルバ８の中心部には、保持部８１に対応して設けられ、上方に突起する突起部８２が設けられている。突起部８２は、対物レンズ７に取り付けられた円盤状のアダプタ７１が有する切り欠き７２に嵌入可能であり、保持部８１に保持される対物レンズ７を位置決めするとともにその回転を防止する機能を有する。

回転軸９には、定滑車２８が取り付けられている。定滑車２８は、回転軸駆動部１０の回転軸に取り付けられる定滑車２９とベルト３０を介して連結される。回転軸駆動部１０が発生する駆動力は、定滑車２９、ベルト３０および定滑車２８を介して回転軸９に伝達される。このようにして、回転軸９および回転軸駆動部１０を含むレボルバ駆動部は、レボルバ８の主面と直交する中心軸の周りにレボルバ８を回転駆動させる。

焦準操作部１１は、レボルバ８の主面と直交する方向に沿って移動可能であるとともに対物レンズ７を保持可能であるレンズ保持部３１と、レンズ保持部３１をレボルバ８の主面と直交する方向に沿って移動させる駆動部３２と、本体部２に固定されるとともに駆動部３２が取り付けられる固定部３３と、レンズ保持部３１および固定部３３の間に介在してレンズ保持部３１を固定部３３に対して上下動させるクロスローラガイド３４と、を有する。なお、クロスローラガイド３４の代わりにボールガイドを配設してもよい。

レンズ保持部３１は、固定部３３に取り付けられ、対物レンズ７の一部を挿入する中空部３５ａが形成された中空略円柱状をなし、レボルバ８の保持部８１が収容する複数の対物レンズ７のいずれか１つをレボルバ８から受け取って保持することが可能である中空円柱状のステージアーム３５と、ステージアーム３５に形成される中空部３５ａに対して進退自在に取り付けられ、ステージアーム３５が保持する対物レンズ７の底部側に形成されたテーパ状の斜面７ａを押圧してステージアーム３５との間で対物レンズ７を狭持することにより、ステージアーム３５がレボルバ８から受け取った対物レンズ７をステージアーム３５に対して着脱可能に固定するレンズ固定部３６と、レンズ固定部３６の一部を被覆するカバー部材３７とを有する。

ステージアーム３５には、対物レンズ７の斜面７ａを収容可能な中空部３５ａ、中空部３５ａの側面の一部に穿設され、レンズ固定部３６の先端部を保持する保持部３５ｂ、ならびにステージアーム３５が延びる方向に沿って延在し、両端で保持部３５ｂおよびステージアーム３５の外周側にそれぞれ連通し、レンズ固定部３６の一部を収容して保持する収容孔部３５ｃ、が形成されている。ステージアーム３５は、レボルバ８の保持部８１が保持する複数の対物レンズ７のいずれか１つの光軸方向に沿って移動可能であるとともに、移動経路上でその対物レンズ７をレボルバ８から受け取って保持することが可能である。駆動部３２は、ステージアーム３５を移動経路に沿って移動させる。

ステージアーム３５の移動経路に沿う方向（倒立顕微鏡１の上下方向）の厚さｈは、レボルバ８の保持部８１に保持されている対物レンズ７の下端と、ミラーユニット保持部１３に保持されるとともにステージアーム３５の移動経路の延長線上に位置するミラーユニット１２の上端との距離Ｈよりも小さい。加えて、ミラーユニット保持部１３は、ステージアーム３５の位置によらず、常にステージアーム３５よりもレボルバ８から遠くに位置、すなわちステージアーム３５に対してレボルバ８とは反対側に位置している。したがって、本実施の形態に係る対物レンズ駆動機構では、レボルバ８およびステージアーム３５の下方に、ミラーユニット１２を配置する空間を確保することができる。

ステージアーム３５は、レボルバ８の保持部８１を上下方向に沿って通過することが可能な大きさを有している。このため、ステージアーム３５は、上昇していく途中で保持部８１が保持する対物レンズ７を受け取った後、さらに上昇することにより、対物レンズ７を標本Ｓｐに近づけることができる。

レンズ固定部３６は、収容孔部３５ｃを貫通する棒状をなし、収容孔部３５ｃ内および基端部に他の部分よりも径が大きいフランジ部３６１ａおよび３６２ａを有する棒状部材３６ａと、棒状部材３６ａの先端部であって保持部３５ｂに露出した先端部に設けられ、対物レンズ７の斜面７ａに当接して対物レンズ７に押圧力を加える当接部３６ｂと、収容孔部３５ｃに収容され、棒状部材３６ａのフランジ部３６１ａに一端が当接するとともに収容孔部３５ｃの外周側のステージアーム３５本体に他端が当接し、棒状部材３６ａを中空部３５ａの中心へ向けて付勢するバネ部材３６ｃと、Ｖ字状の断面を有し、ステージアーム３５に対してＶ字の底部を中心として回動可能に取り付けられ、Ｖ字の一辺側で棒状部材３６ａのフランジ部３６２ａと係合する開口部３６１ｄが形成されたＶ字アーム３６ｄと、Ｖ字アーム３６ｄのＶ字の他辺側の先端に回転自在に取り付けられて固定部３３の側面であってレンズ保持部３１の移動方向に沿って伸びる側面に接触するローラ部材３６ｅと、を有する。

棒状部材３６ａおよび当接部３６ｂは、ステージアーム３５に取り付けられ、中空部３５ａに対して進退可能であり、中空部３５ａに挿入された対物レンズ７をステージアーム３５本体へ向けて押圧する押圧手段を構成する。また、Ｖ字アーム３６ｄおよびローラ部材３６ｅは、固定部３３とともに、押圧手段に係合して押圧手段の進退動作を制御する進退制御手段を構成する。

レンズ保持部３１には、光源２１ｃが発光する透過照明光をミラーユニット１２に到達させるために水平方向に貫通する開口部３１ａが形成されている。

駆動部３２は、駆動源であるモータ３８と、上下動可能なボールネジ３９と、モータ３８およびボールネジ３９を連結するカップリング４０と、ボールネジ３９およびレンズ保持部３１を連結する連結アーム４１とを有する。

固定部３３の側面であってレボルバ８と対向してローラ部材３６ｅが当接する側面の上端部には、上端に行くほどレボルバ８から遠ざかるように傾斜した斜面３３ａが形成されている。また、固定部３３の下部には、水平方向に貫通してレンズ保持部３１の開口部３１ａに連通し、光源２１ｃが発光する透過照明光をミラーユニット１２へ到達させる開口部３３ｂが形成されている。

以上の構成を有する焦準操作部１１の動作について、図３〜図６を参照して説明する。図３に示す状態で、対物レンズ７はレボルバ８の保持部８１に保持されている。この状態で、対物レンズ７の光軸Ｏ₁は、ミラーユニット１２を通過して鉛直方向に折り曲げられた光源２１ｃ（照明光学系）の光軸Ｏ₂と一致していない。

図３に示す状態から焦準操作部１１がステージアーム３５を上昇させていくと、やがて図４に示すように、ステージアーム３５の上面がアダプタ７１の底面に当接する。図３に示す状態から図４に示す状態に達するまでの間、ローラ部材３６ｅは回転しながら固定部３３の側面に沿って上昇する。このため、その間の棒状部材３６ａとＶ字アーム３６ｄとの位置関係は変わらない。また、図４において、対物レンズの光軸Ｏ₁は、ミラーユニット１２を通過して鉛直方向に折り曲げられた光源２１ｃの光軸Ｏ₂に依然として一致していない。

この後、ステージアーム３５がさらに上昇すると、ローラ部材３６ｅが固定部３３の斜面３３ａに当接し始め、アダプタ７１はレボルバ８から離間する。これにより、ステージアーム３５によるレボルバ８からの対物レンズ７の受け取りが完了する。ローラ部材３６ｅが斜面３３ａに当接しながら上昇する際、Ｖ字アーム３６ｄは、Ｖ字の頂点を中心として図４で時計まわりに回転しながら上昇する。このため、ローラ部材３６ｅは対物レンズ７から徐々に遠ざかる一方、棒状部材３６ａおよび当接部３６ｂは、固定部３３から遠ざかる方向（図４の左方向に対応）へ徐々に移動する。この移動に伴ってバネ部材３６ｃの伸びを抑制する力（弾性力の反作用）が徐々に弱くなるため、バネ部材３６ｃは収容孔部３５ｃの内部で徐々に伸び、棒状部材３６ａおよび当接部３６ｂが対物レンズ７の斜面７ａへ徐々に近づく。

図５は、当接部３６ｂが対物レンズ７の斜面７ａに当接し始めた状態を示す図である。図５において、Ｖ字アーム３６ｄはフランジ部３６２ａに依然として係合している。この状態からステージアーム３５がさらに上昇すると、当接部３６ｂは斜面７ａを押圧することにより、中空部３５ａ内を対物レンズ７の光軸と直交するステージアーム３５の本体へ向けて対物レンズ７を移動させる。ステージアーム３５は、当接部３６ｂが対物レンズ７をステージアーム３５の本体へ押し付けて狭持し、対物レンズ７をステージアーム３５に固定する高さまで上昇することが可能である。このようにステージアーム３５が上昇する際、対物レンズ７の光軸Ｏ₁は平行移動しながら、徐々に光源２１ｃの光軸Ｏ₂へ近づいていく。

図６は、対物レンズ７が中空部３５ａの側面と当接部３６ｂとによって狭持されてステージアーム３５に固定された状態を示す部分断面図である。図６に示す状態で、対物レンズ７の光軸Ｏ₁と、ミラーユニット１２を通過して鉛直方向に折り曲げられた光源２１ｃの光軸Ｏ₂とは一致している。したがって、図６に示す状態で、ミラーユニット１２を通過した透過照明光は、対物レンズ７に確実に入射する。図６において、ステージアーム３５はレボルバ８よりも上方に位置している。なお、レンズ保持部３１は、図６に示す状態からさらに上昇することも可能である。

以上説明した本発明の一実施の形態によれば、レボルバに形成された複数の保持部のいずれか一つが保持する対物レンズの光軸方向に沿って移動可能であるとともに、移動経路上で該対物レンズを受け取って保持することが可能であるステージアームと、このステージアームの位置によらず該ステージアームよりもレボルバから遠くに位置し、光学部材を保持する光学部材保持部とを備えているため、１つの対物レンズのみを移動させることができるとともに、レボルバの下方に光学部材を配置することができる。したがって、本実施の形態によれば、合焦の高速化を実現するとともに小型化を実現することができる。

また、本実施の形態によれば、ステージアームの移動経路に沿う方向の厚さが、レボルバとミラーユニットとの距離よりも小さいため、ミラーユニットを配置する空間を確保することができる。

また、本実施の形態によれば、レボルバとミラーユニット保持部が連動して回転するため、部品点数を削減することができる。

ここまで、本発明を実施するための形態を説明してきたが、本発明は、上述した一実施の形態によってのみ限定されるべきものではない。例えば、本発明において、ステージアームは対物レンズをレボルバから受け取って保持することができればよく、必ずしも対物レンズを固定して保持する必要はない。

また、本発明において、レボルバを矩形の板状として、複数の保持部を一列に並べて配置してもよい。この場合、レボルバは、複数の保持部が並んだ方向に沿って移動可能な構成を有することとなる。

また、本発明において、主面が球面の一部をなす形状を有するレボルバ適用することも可能である。この場合、レボルバが保持する複数の対物レンズの光軸は互いに平行ではなく、各光軸は主面と直交する方向を向く。

このように、本発明は、ここでは記載していないさまざまな実施の形態等を含みうるものであり、特許請求の範囲により特定される技術的思想を逸脱しない範囲内において種々の設計変更等を施すことが可能である。

１ 倒立顕微鏡
２ 本体部
２ａ 筐体部
３ ステージ
４ 透過照明部
５ 入力部
６ 制御部
７ 対物レンズ
８ レボルバ
９ 回転軸
１０ 回転軸駆動部
１１ 焦準操作部
１２ ミラーユニット
１３ ミラーユニット保持部
２１、２１ｃ 光源
２８、２９ 定滑車
３０ ベルト
３１ レンズ保持部
３１ａ 開口部
３２ 駆動部
３３ レンズ固定部
３３ａ 斜面
３３ｂ 開口部
３４ クロスローラガイド
３５ ステージアーム
３５ａ 中空部
３５ｂ 保持部
３５ｃ 収容孔部
３６ 固定部
３６ａ 棒状部材
３６ｂ 当接部材
３６ｃ バネ部材
３６ｄ Ｖ字アーム
３６ｅ ローラ部材
３７ カバー部材
３８ モータ
３９ ボールネジ
４０ カップリング
４１ 連結アーム
７１ アダプタ
８１ 保持部
８２ 突起部
３６１ａ、３６２ａ フランジ部
３６１ｄ 開口部

Claims (5)

1. 各々が対物レンズを保持可能な切り欠き形状をなす複数の保持部が形成されたレボルバと、
   前記複数の保持部のいずれか１つが保持する前記対物レンズの光軸方向に沿って移動可能であるとともに、移動経路上で該対物レンズを前記レボルバから受け取って保持することが可能であるステージアームと、
   前記ステージアームの位置によらず該ステージアームに対して前記レボルバとは反対側に位置し、光学部材を保持する光学部材保持部と、
   前記ステージアームを前記移動経路に沿って移動させる駆動部と、
   を備えたことを特徴とする対物レンズ駆動機構。
2. 前記ステージアームは、
   前記移動経路に沿う方向の厚さが、前記レボルバと前記光学部材保持部が保持する前記光学部材との距離よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の対物レンズ駆動機構。
3. 前記ステージアームは、
   前記移動経路上に位置する前記保持部の切り欠き領域を該移動経路に沿って通過可能な大きさを有することを特徴とする請求項１または２に記載の対物レンズ駆動機構。
4. 前記レボルバは円盤状をなし、主面と直交する中心軸の周りに回転可能であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の対物レンズ駆動機構。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の対物レンズ駆動機構を備えたことを特徴とする倒立顕微鏡。

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