JP2014106292A - Object lens drive mechanism and inverted microscope - Google Patents
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Abstract
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。 The present invention relates to an objective lens driving mechanism that drives an objective lens that is used when magnifying and observing an image of a specimen, and an inverted microscope including the objective lens driving mechanism.
近年、顕微鏡を用いて標本を観察する技術においては、観察領域を拡大する技術が普及してきている。具体的には、対物レンズを上下に動かしながら複数平面の撮像を行うことによって得られる複数の画像を重ね合わせて焦点深度を深くしたり、3次元空間像を構築したりする技術が普及してきている。 In recent years, as a technique for observing a specimen using a microscope, a technique for enlarging an observation area has become widespread. Specifically, a technique for increasing the depth of focus by superimposing a plurality of images obtained by imaging a plurality of planes while moving the objective lens up and down, or constructing a three-dimensional aerial image has become widespread. Yes.
上述した観察領域の拡大技術を観察者がストレスを感じることなく利用できるようにするには、画像の取得および表示の高速化が不可欠である。このうち、画像の取得の高速化を実現するためには、標本の像を拡大する対物レンズの観察光軸方向の駆動を高速化することが必要である。 In order to make it possible for the observer to use the above-described enlargement technique of the observation area without feeling stress, it is indispensable to acquire images and increase the display speed. Among these, in order to realize speeding up of image acquisition, it is necessary to speed up driving of the objective lens for enlarging the specimen image in the observation optical axis direction.
従来、レボルバに保持された複数の対物レンズの中から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(例えば、特許文献1を参照)。この技術では、1つの対物レンズのみを駆動するようにして被駆動部分を軽量化しているため、対物レンズの観察光軸方向の駆動の高速化を実現することが期待される。 Conventionally, a technique for driving only one objective lens from among a plurality of objective lenses held by a revolver along the observation optical axis has been disclosed (for example, see Patent Document 1). In this technique, since the driven portion is reduced in weight by driving only one objective lens, it is expected that the objective lens can be driven at high speed in the observation optical axis direction.
しかしながら、上述した特許文献1に記載の技術では、対物レンズがレボルバに載置されているに過ぎないため、駆動の際に対物レンズがレボルバに対して動いてしまうおそれがあり、高速化の妨げとなっていた。
However, in the technique described in
また、上述した特許文献1に記載の技術では、対物レンズを保持するホルダごとに上下動用のガイドが設けられているため、構成が複雑であるという問題もあった。
Further, the technique described in
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、簡易な構成により対物レンズの観察光軸方向の駆動を高速化することができる対物レンズ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。 The present invention has been made in view of the above, and an object thereof is to provide an objective lens driving mechanism and an inverted microscope that can speed up the driving of the objective lens in the observation optical axis direction with a simple configuration. .
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が前記レボルバから受け取った前記対物レンズを前記ステージアームに対して着脱可能に固定するレンズ固定部と、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。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, an objective lens driving mechanism according to the present invention includes a revolver in which a plurality of holding portions each having a cutout shape capable of holding an objective lens are formed, A stage arm that is movable along the optical axis direction of the objective lens held by any one of the holding parts, and that can receive and hold the objective lens from the revolver on a moving path; A lens fixing unit that detachably fixes the objective lens received by the stage arm from the revolver to the stage arm; and a drive unit that moves the stage arm along the movement path. Features.
本発明に係る対物レンズ駆動機構は、上記発明において、前記レンズ固定部は、前記ステージアームが前記レボルバから前記対物レンズを受け取った後、前記ステージアーム上で前記対物レンズの光軸を移動させながら該対物レンズを前記ステージアームに対して固定することを特徴とする。 In the objective lens driving mechanism according to the present invention, in the above invention, the lens fixing unit moves the optical axis of the objective lens on the stage arm after the stage arm receives the objective lens from the revolver. The objective lens is fixed to the stage arm.
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、前記対物レンズの一部を挿入する中空部が形成されるとともに、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し、前記レンズ固定部は、前記中空部に挿入された前記対物レンズを前記ステージアームへ押し付けて固定することを特徴とする。 In the objective lens driving mechanism according to the present invention, in the above invention, the stage arm is formed with a hollow portion into which a part of the objective lens is inserted, and a notch region of the holding portion located on the moving path. The lens fixing portion presses and fixes the objective lens inserted into the hollow portion against the stage arm.
本発明に係る対物レンズ駆動機構は、上記発明において、前記レンズ固定部は、前記ステージアームに取り付けられ、前記中空部内で進退可能であり、前記中空部に挿入された前記対物レンズを前記ステージアームへ向けて押圧する押圧手段と、前記押圧手段を前記中空部の中心へ向けて付勢する弾性手段と、前記押圧手段に係合して前記押圧手段の進退動作を制御する進退制御手段と、を有することを特徴とする。 In the objective lens driving mechanism according to the present invention, in the above invention, the lens fixing portion is attached to the stage arm, and can advance and retreat in the hollow portion, and the objective lens inserted in the hollow portion is moved to the stage arm. A pressing means that presses toward the center, an elastic means that biases the pressing means toward the center of the hollow portion, an advance / retreat control means that engages with the pressing means and controls an advance / retreat operation of the pressing means, It is characterized by having.
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が前記レボルバから前記対物レンズを受け取った状態で前記駆動部の駆動を開始した後、前記ステージアームの移動方向と振動の向きが一致している状態で前記駆動部の駆動を停止する制御を行う制御部をさらに備えたことを特徴とする。 In the objective lens drive mechanism according to the present invention, in the above invention, after the stage arm starts driving the drive unit with the objective lens received from the revolver, the movement direction of the stage arm and the direction of vibration are It is further characterized by further comprising a control unit that performs control to stop the driving of the driving unit in a state of matching.
本発明に係る対物レンズ駆動機構は、上記発明において、前記制御部は、前記ステージアームが前記対物レンズを前記レボルバから受け取った状態で前記駆動部の駆動を開始してから該駆動部の駆動を停止するまでの駆動時間を、当該対物レンズ駆動機構を少なくとも含む系が有する固有振動数の逆数の正の整数倍とすることを特徴とする。 In the objective lens driving mechanism according to the present invention, in the above invention, the control unit starts driving the driving unit after the stage arm receives the objective lens from the revolver and then drives the driving unit. The drive time until stopping is a positive integer multiple of the reciprocal of the natural frequency of the system including at least the objective lens drive mechanism.
本発明に係る対物レンズ駆動機構は、上記発明において、前記制御部は、前記系が有する前記固有振動数が複数ある場合、前記駆動時間を、最も共振する固有振動数の逆数の正の整数倍とすることを特徴とする。 In the objective lens driving mechanism according to the present invention, in the above invention, when there are a plurality of the natural frequencies of the system, the control unit sets the driving time to a positive integer multiple of the reciprocal of the most resonant natural frequency. It is characterized by.
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。 An inverted microscope according to the present invention includes the objective lens described in the above invention.
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、ステージアームがレボルバから受け取った対物レンズをステージアームに対して着脱可能に固定するレンズ固定部と、を備えているため、簡易な構成により対物レンズの観察光軸方向の駆動を高速化することができる。 According to the present invention, the objective lens can be moved along the optical axis direction of the objective lens held by any one of the plurality of holding portions formed in the revolver, and the objective lens is received and held on the moving path. Stage arm, and a lens fixing part that detachably fixes the objective lens received by the stage arm from the revolver to the stage arm. Can be driven at high speed.
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。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention (hereinafter referred to as “embodiments”) will be described with reference to the accompanying drawings. Note that the drawings referred to in the following description are schematic, and when the same object is shown in different drawings, dimensions, scales, and the like may be different.
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。
FIG. 1 is a diagram schematically showing the overall configuration of an inverted microscope according to an embodiment of the present invention. The inverted
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。
The
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。制御部6、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。
The
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。
The
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。
The
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。
The mirror
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。
The
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。
Next, the configuration of the transmitted illumination unit 4 will be described. The transmitted illumination unit 4 is attached to the
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。
Inside the
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。
FIG. 2 is a perspective view showing the configuration of the objective lens driving mechanism provided in the
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3つに限られるわけではなく、2つでも4つ以上でもよい。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。
The
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。
A fixed
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。
The focusing
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。
The
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。
The
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。
The thickness h in the direction along the moving path of the stage arm 35 (the vertical direction of the inverted microscope 1) is held by the lower end of the
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。
The
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材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弾性手段であるバネ部材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。
The
棒状部材36aおよび当接部材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。
The rod-shaped
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。
The
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。
The
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。
An
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。
The operation of the focusing
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。
When the focusing
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および当接部材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および当接部材36bが対物レンズ7の斜面7aへ徐々に近づく。
Thereafter, when the
図5は、当接部材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、当接部材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、当接部材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。
FIG. 5 is a diagram illustrating a state in which the
図6は、対物レンズ7が中空部35aの側面と当接部材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。
FIG. 6 is a partial cross-sectional view showing a state in which the
次に、ステージアーム35に固定された対物レンズ7の駆動時の動作を説明する。この場合、レンズ保持部31とステージアーム35に固定された対物レンズ7とからなる被駆動部分が駆動すると、焦準操作部11の他の部分(駆動部32、固定部33、およびクロスローラガイド34等)の剛性に起因して共振を生じる。この際の振動の周波数(固有振動数)は、被駆動部分の質量とその他の部分の剛性等によって定まる。
Next, the operation at the time of driving the
図7は、ステージアーム35に対物レンズ7が固定された状態で、制御部6が駆動部32の駆動を開始させる制御を行うことによってステージアーム35が発進した後、駆動部32の駆動を停止させる制御を行う場合の被駆動部分の振動の態様を説明する図である。図7において、曲線C1は、駆動開始時(t=0)に被駆動部分に加わる力F1に応じて発生する振動(共振)の時間変化を模式的に示す図である。曲線C2は、駆動停止時に対物レンズ7に加わる力F2に応じて発生する振動の時間変化を模式的に示す図である。曲線C3は、曲線C1と曲線C2とを重ね合わせた振動の時間変化を模式的に示す図であり、曲線C1および曲線C2に対応する2つの振動が干渉しあうことによって得られる振動の時間変化を模式的に示す図である。図7において、縦軸z’は、被駆動部分の重心位置からの変位を示している。
FIG. 7 shows the state in which the
制御部6は、駆動部32の駆動開始時(発進時)に発生する振動の周期の正の整数倍の時間Tにおいて振動を停止する制御を行う。ここで、駆動開始時に発生する振動の周期は、少なくとも対物レンズ駆動機構を含む所定の系が有する固有振動数の逆数に相当する。このような系として、対物レンズ駆動機構単体を考えることもできるし、対物レンズ駆動機構を備えた倒立顕微鏡全体を考えることもできる。なお、系の構成要素に応じて固有振動数の値が変化することはいうまでもない。
The
図7に示す場合、駆動時間Tは、系の固有振動数の逆数の2倍に調整されている。このようにして制御部6が駆動時間の制御を行うことにより、停止する制御を行う際に発生する振動は、発進時の振動に対して位相がπ(rad)ずれる。その結果、駆動開始時に発生する振動において時間Tに加わる力F1iは、ステージアーム35を停止するために時間Tに加わる力F2と逆向きとなる。すなわち、被駆動部分には、時間Tに2つの力F1i、F2を合成した力F=F1i−F2が加わることとなる。
In the case shown in FIG. 7, the drive time T is adjusted to twice the reciprocal of the natural frequency of the system. In this way, the
図8は、制御部6が行う駆動制御処理の具体例を示す図である。図8では、縦軸が鉛直下向きを正とした場合の対物レンズ7の変位を示しており、上昇して停止させる位置を0(μm)としている。図8において、曲線C4は、駆動時間を固有振動数の逆数の正の整数倍とした場合の被駆動部分の変位の時間変化を示す曲線である。これに対して曲線C5は、駆動時間を固有振動数とは無関係に設定した場合の被駆動部分の変位の時間変化を示す曲線である。
FIG. 8 is a diagram illustrating a specific example of the drive control process performed by the
この具体例では、対象とする系を対物レンズ駆動機構単体としている。この場合の対物レンズ駆動機構の固有振動数faは170Hzであった。固有振動数に応じて設定される駆動時間T1、固有振動数と無関係に設定される駆動時間T2、および振動の収束範囲Δzとして、それぞれ以下の値を設定した。
T1=n/fa=2/170≒0.012(sec)
T2=0.023(sec)
Δz={z|−0.2(μm)≦z≦0.2(μm)}
ここで、駆動時間T1では、正の整数nを2とした。
In this specific example, the objective system is a single objective lens driving mechanism. Natural frequency f a of the objective lens driving mechanism in this case was 170 Hz. The following values were set as the drive time T 1 set according to the natural frequency, the drive time T 2 set independently of the natural frequency, and the vibration convergence range Δz.
T 1 = n / f a = 2 / 170≈0.012 (sec)
T 2 = 0.023 (sec)
Δz = {z | −0.2 (μm) ≦ z ≦ 0.2 (μm)}
Here, in the drive time T 1 , the positive integer n is set to 2.
以上の設定に基づいて被駆動部分を駆動したときの駆動開始から収束範囲Δzに収束するまでの時間は、次の通りであった。
駆動時間T1(曲線C4):20msec
駆動時間T2(曲線C5):90msec
The time from the start of driving when the driven portion was driven based on the above settings until the convergence to the convergence range Δz was as follows.
Driving time T 1 (curve C 4 ): 20 msec
Driving time T 2 (curve C 5 ): 90 msec
図9は、図8に示す曲線C4、C5に対して駆動時間経過後の振動(残留振動)を周波数分析することによって得られる周波数分布を示す図である。図9において、曲線C6は固有振動数に応じて駆動時間を設定した場合の周波数分布(曲線C4に対応)であり、曲線C7は固有振動数と無関係に駆動時間を設定した場合の周波数分布(曲線C5に対応)である。図9から明らかなように、曲線C6、C7ともに固有振動数fa=170(Hz)でピークを有しているが、固有振動数に応じて駆動時間を設定した場合の振幅の方が小さく0.2μmを下回っており、駆動時間経過後の振動が抑制されていることがわかる。 FIG. 9 is a diagram showing a frequency distribution obtained by frequency analysis of vibrations (residual vibrations) after the drive time has elapsed with respect to the curves C 4 and C 5 shown in FIG. In FIG. 9, a curve C 6 is a frequency distribution (corresponding to the curve C 4 ) when the drive time is set according to the natural frequency, and a curve C 7 is when the drive time is set regardless of the natural frequency. it is a frequency distribution (corresponding to the curve C 5). As is apparent from FIG. 9, both the curves C 6 and C 7 have a peak at the natural frequency f a = 170 (Hz), but the amplitude when the drive time is set according to the natural frequency Is smaller than 0.2 μm, and it can be seen that vibration after the drive time has been suppressed.
このように、本実施の形態では、駆動時間を固有振動数の逆数の正の整数倍と設定することにより、対物レンズ7を高速に駆動させても駆動停止後の振動を抑制できることが分かる。
Thus, in the present embodiment, it can be seen that by setting the driving time as a positive integer multiple of the reciprocal of the natural frequency, vibration after stopping driving can be suppressed even when the
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、ステージアームがレボルバから受け取った対物レンズをステージアームに対して着脱可能に固定するレンズ固定部と、を備えているため、1つの対物レンズのみを保持するステージアームを駆動する際に、その対物レンズがステージアームに対して動いてしまうおそれがない。またガイドも不要であるため、構成も単純である。したがって、本発明によれば、簡易な構成により対物レンズの観察光軸方向の駆動を高速化することができる。 According to the embodiment of the present invention described above, it is possible to move along the optical axis direction of the objective lens held by any one of the plurality of holding portions formed in the revolver, and A stage arm that can receive and hold the objective lens and a lens fixing portion that detachably fixes the objective lens received from the revolver to the stage arm are provided. When the stage arm that holds only the lens is driven, there is no possibility that the objective lens moves relative to the stage arm. Moreover, since a guide is unnecessary, the structure is simple. Therefore, according to the present invention, it is possible to speed up the driving of the objective lens in the observation optical axis direction with a simple configuration.
また、本実施の形態によれば、ステージアームが対物レンズをレボルバから受け取った状態で駆動部の駆動を開始してから該駆動部の駆動を停止するまでの駆動時間を、当該対物レンズ駆動機構が有する固有振動数の逆数の正の整数倍としているため、対物レンズを高速駆動時に停止させたときの慣性力によって発生する機械的な振動(残留振動)を速やかに低減させることができる。その結果、高速でステージアームを駆動する際の振動を抑制し、合焦時間の短縮を実現することができる。 Further, according to the present embodiment, the driving time from the start of driving of the driving unit in a state where the stage arm receives the objective lens from the revolver until the driving of the driving unit is stopped is determined by the objective lens driving mechanism. Therefore, the mechanical vibration (residual vibration) generated by the inertial force when the objective lens is stopped during high-speed driving can be quickly reduced. As a result, it is possible to suppress vibrations when driving the stage arm at high speed, and to achieve a reduction in focusing time.
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。 Up to this point, the mode for carrying out the present invention has been described. However, the present invention should not be limited only by the above-described embodiment.
例えば、本実施の形態では、被駆動部分を系(対物レンズ駆動機構または倒立顕微鏡)の固有振動数の逆数の正の整数倍の時間だけ駆動させた後に振動を停止する制御を行うこととしたが、振動を抑制するための条件はこれに限られるわけではない。より一般には、ステージアーム35がレボルバ8から対物レンズ7を受け取った状態で駆動部32の駆動を開始した後、ステージアーム35の移動方向と振動の向きが一致している状態で対物レンズ7の振動方向と反対向きの力を加えるようにすれば、対物レンズ7の振動は抑制される。例えば、図7に示す場合、時間Tの前後で対物レンズ7が+z’方向に移動している期間(例えば、図7の期間ΔT)に対物レンズ7に−z’方向の力を加えるようにすれば、振動抑制効果を得ることは可能である。
For example, in this embodiment, control is performed to stop the vibration after driving the driven part for a time that is a positive integer multiple of the reciprocal of the natural frequency of the system (objective lens driving mechanism or inverted microscope). However, the conditions for suppressing the vibration are not limited to this. More generally, after the drive of the
また、本発明において、対物レンズ駆動機構が搭載される倒立顕微鏡において、複数の固有振動数を有する場合がある。このような場合には、発進と停止の干渉後の振動を周波数分析することによって振幅が最大の固有振動数の整数倍となるように停止時間を調整すればよい。図10は、2つの固有振動数を有する場合の周波数分析の結果を模式的に示す図である。図10に示す周波数分布曲線C8では、二つの固有振動数fb、fcのうち固有振動数fbの方が振幅(ピーク)が大きい。したがって、この場合には、制御部6は、対物レンズ7の駆動時間が固有振動数fbの逆数の正の整数倍となるように駆動時間を設定する。
In the present invention, an inverted microscope equipped with an objective lens driving mechanism may have a plurality of natural frequencies. In such a case, the stop time may be adjusted so that the amplitude becomes an integral multiple of the maximum natural frequency by performing frequency analysis on the vibration after the start and stop interference. FIG. 10 is a diagram schematically showing the result of frequency analysis in the case of having two natural frequencies. In the frequency distribution curve C 8 shown in FIG. 10, it has a greater amplitude (peak) toward the natural frequency f b of the two natural frequencies f b, f c. Therefore, in this case, the
また、本発明において、制御部6は、ステージアーム35が上昇して対物レンズ7を受け取る際にいったん減速し、受け取った後再び加速するような制御を行ってもよい。対物レンズ7は精密機器であるため、ステージアーム35の移動速度によっては、レボルバ8から対物レンズ7を受け取る際の衝撃が対物レンズ7に対して何らかの影響を及ぼすおそれもある。このため、対物レンズ7を受け取る際にステージアーム35をいったん減速する制御を行うことにより、より安全な対物レンズ7の駆動を実現することができる。
In the present invention, the
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。 In the present invention, the revolver may be a rectangular plate, and a plurality of holding portions may be arranged in a line. In this case, the revolver has a configuration that can move along the direction in which the plurality of holding portions are arranged.
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。 Thus, the present invention can include various embodiments and the like not described herein, and various design changes and the like can be made without departing from the technical idea specified by the claims. It is possible to apply.
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 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 レンズ固定部
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
DESCRIPTION OF
Claims (8)
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が前記レボルバから受け取った前記対物レンズを前記ステージアームに対して着脱可能に固定するレンズ固定部と、
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。 A revolver in which a plurality of holding portions each having a notch shape capable of holding an objective lens are formed;
A stage arm capable of moving along the optical axis direction of the objective lens held by any one of the plurality of holding units, and receiving and holding the objective lens from the revolver on a moving path. When,
A lens fixing part for removably fixing the objective lens received by the stage arm from the revolver to the stage arm;
A drive unit for moving the stage arm along the movement path;
An objective lens driving mechanism comprising:
前記ステージアームが前記レボルバから前記対物レンズを受け取った後、前記ステージアーム上で前記対物レンズの光軸を移動させながら該対物レンズを前記ステージアームに対して固定する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。 The lens fixing part is
The objective lens is fixed to the stage arm while moving the optical axis of the objective lens on the stage arm after the stage arm receives the objective lens from the revolver. The objective lens drive mechanism described in 1.
前記対物レンズの一部を挿入する中空部が形成されるとともに、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し、
前記レンズ固定部は、
前記中空部に挿入された前記対物レンズを前記ステージアームへ押し付けて固定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。 The stage arm is
A hollow portion into which a part of the objective lens is inserted is formed, and has a size capable of passing along a notch region of the holding portion located on the moving path along the moving path.
The lens fixing part is
The objective lens driving mechanism according to claim 1, wherein the objective lens inserted into the hollow portion is pressed against the stage arm and fixed.
前記ステージアームに取り付けられ、前記中空部内で進退可能であり、前記中空部に挿入された前記対物レンズを前記ステージアームへ向けて押圧する押圧手段と、
前記押圧手段を前記中空部の中心へ向けて付勢する弾性手段と、
前記押圧手段に係合して前記押圧手段の進退動作を制御する進退制御手段と、
を有することを特徴とする請求項3に記載の対物レンズ駆動機構。 The lens fixing part is
A pressing means attached to the stage arm, capable of advancing and retreating in the hollow portion, and pressing the objective lens inserted into the hollow portion toward the stage arm;
Elastic means for urging the pressing means toward the center of the hollow portion;
Advancing and retracting control means for engaging the pressing means to control the advancing and retracting operation of the pressing means;
The objective lens driving mechanism according to claim 3, wherein:
前記ステージアームが前記対物レンズを前記レボルバから受け取った状態で前記駆動部の駆動を開始してから該駆動部の駆動を停止するまでの駆動時間を、当該対物レンズ駆動機構を少なくとも含む系が有する固有振動数の逆数の正の整数倍とすることを特徴とする請求項5に記載の対物レンズ駆動機構。 The controller is
A system including at least the objective lens drive mechanism has a drive time from when the drive of the drive unit is started in a state where the stage arm receives the objective lens from the revolver until the drive of the drive unit is stopped. 6. The objective lens driving mechanism according to claim 5, wherein the objective lens driving mechanism is a positive integer multiple of the reciprocal of the natural frequency.
前記系が有する前記固有振動数が複数ある場合、前記駆動時間を、最も共振する固有振動数の逆数の正の整数倍とすることを特徴とする請求項6に記載の対物レンズ駆動機構。 The controller is
The objective lens driving mechanism according to claim 6, wherein when there are a plurality of the natural frequencies of the system, the driving time is a positive integer multiple of the reciprocal of the most resonating natural frequency.
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JP2012257640A JP2014106292A (en) | 2012-11-26 | 2012-11-26 | Object lens drive mechanism and inverted microscope |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2016527529A (en) * | 2013-05-01 | 2016-09-08 | バイオ−ラッド ラボラトリーズ インコーポレーティッド | Adjustable digital microscope display |
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2012
- 2012-11-26 JP JP2012257640A patent/JP2014106292A/en active Pending
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