JP2016053699A

JP2016053699A - 傾斜ステージ装置及び顕微鏡システム

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Publication number: JP2016053699A
Application number: JP2014180589A
Authority: JP
Inventors: 智一木内; Tomokazu Kiuchi
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2014-09-04
Filing date: 2014-09-04
Publication date: 2016-04-14
Anticipated expiration: 2034-09-04
Also published as: JP6401979B2

Abstract

【課題】２つの回転可能軸を有し、かつＺ軸方向における位置調整可能な、ユーセントリック性を有する傾斜ステージ装置及び顕微鏡システムを提供する。
【解決手段】傾斜ステージ装置３は、X軸回りに回転可能なフレーム１２と、フレーム１２内に配設され、かつフレーム１２によりX軸に直交するY軸回りに回転可能に支持されたフレーム１３と、試料Sを固定可能で、X軸及びY軸に直交するZ軸方向に沿って、フレーム１３に対して移動可能なフレーム１４と、フレーム１２をX軸回りの任意の回転角度で固定するストッパ部材１６と、フレーム１３をY軸回りの任意の回転角度で固定するつまみネジ１７Bと、フレーム１４をZ軸方向における任意の位置でフレーム１３に対して固定するビス２１と、を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、傾斜ステージ装置及び顕微鏡システムに関し、特に、ユーセントリック性を有する傾斜ステージ装置及び顕微鏡システムに関する。

従来より、顕微鏡などにより観察対象を観察するときに、観察対象を傾けて観察するための傾斜ステージ装置が利用されている。
ユーセントリック性を有する傾斜ステージ装置を用いることにより、観察対象を傾けても、観察対象についての焦点状態は変わらず、また、観察対象の観察領域も移動しないで、観察者は、観察対象を観察することができる。

例えば、特開平９−２３６７５５号公報には、ユーセントリック性を確保しながら、Ｚ軸方向の位置ズレの補正を行う、顕微鏡の試料ステージの位置補正方法及び試料ステージが開示されている。

特開平９−２３６７５５号公報

しかし、上記特開平９−２３６７５５号公報の試料ステージの場合、観察対象を回転させることができる軸は、１軸のみであり、かつその回転機構は回転レールを利用する機構であるため、回転可能角度も、回転レールの範囲に限られてしまうという問題がある。

そこで、本発明は、２つの回転可能軸を有し、かつＺ軸方向における位置調整可能な、ユーセントリック性を有する傾斜ステージ装置及び顕微鏡システムを提供することを目的とする。

本発明の一態様によれば、第１の軸回りに回転可能な第１のフレームと、前記第１のフレーム内に配設され、かつ前記第１のフレームにより前記第１の軸に直交する第２の軸回りに回転可能に支持された第２のフレームと、試料を固定可能で、前記第１の軸及び前記第２の軸に直交する第３の軸方向に沿って、前記第２のフレームに対して移動可能な第３のフレームと、前記第１のフレームを前記第１の軸回りの任意の回転角度で固定する第１の固定部材と、前記第２のフレームを前記第２の軸回りの任意の回転角度で固定する第２の固定部材と、前記第３のフレームを前記第３の軸方向における任意の位置で前記第２のフレームに対して固定する第３の固定部材と、を有する傾斜ステージ装置を提供することができる。

本発明の一態様によれば、本発明の傾斜ステージ装置と、前記第１、前記第２及び前記第３の軸の交点に焦点位置を調整可能な対物レンズと、を有する顕微鏡システムを提供することができる。

本発明によれば、２つの回転可能軸を有し、かつＺ軸方向における位置調整可能な、ユーセントリック性を有する傾斜ステージ装置及び顕微鏡システムを提供することができる。

本発明の実施の形態に係わる傾斜ステージ装置を用いた顕微鏡による観察の様子を説明するための斜視図である。本発明の実施の形態に係わる傾斜ステージ装置の斜視図である。本発明の実施の形態に係わる傾斜ステージ装置の上面図である。本発明の実施の形態に係わる傾斜ステージ装置の正面図である。図４のV-V線に沿った、傾斜ステージ装置の断面図である。本発明の実施の形態に係わる、フレーム１２の回転範囲を示す図である。本発明の実施の形態に係わる、フレーム１３の回転範囲を示す図である。本発明の実施の形態に係わる、フレーム１２をX軸回りに回転させ、フレーム１３をY軸回りに回転させた傾斜ステージ装置３の斜視図である。本発明の実施の形態に係わる、対物レンズ６を含む撮像ユニットが、X軸、Y軸及びZ軸の交点Oを通る軸回りに回転可能なデジタル顕微鏡システム１００の斜視図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本実施の形態に係わる傾斜ステージ装置を用いた顕微鏡による観察の様子を説明するための斜視図である。図１は、顕微鏡システムを利用して、傾斜ステージ装置に搭載された観察対象である試料が観察される様子を示している。図２は、傾斜ステージ装置の斜視図である。図３は、傾斜ステージ装置の上面図である。図４は、傾斜ステージ装置の正面図である。図５は、図４のV-V線に沿った、傾斜ステージ装置の断面図である。
（顕微鏡システムの構成）
図１に示すように、顕微鏡システム１は、顕微鏡２と、傾斜ステージ装置３とから構成されている。顕微鏡２は、ベース４と、支持板５と、対物レンズ６を有して構成されている。支持板５がベース４に固定され、対物レンズ６を有する顕微鏡２の光学系が、図示しないアーム部材を介して支持板５に固定されている。顕微鏡２は、光学式顕微鏡でも、デジタル顕微鏡でもよい。

傾斜ステージ装置３は、顕微鏡２のベース４にネジ４ａにより固定されている。観察者は、後述するX軸、Y軸及びZ軸の交点Oに試料Sの観察領域が位置するように試料Sを傾斜ステージ３に固定する。対物レンズ６の光軸LAは、その交点Oを通る。観察者は、傾斜ステージ装置３上に固定された試料Sを、対物レンズ６の焦点調整をして観察することができる。傾斜ステージ装置３を傾けても、試料Sの観察領域についての焦点状態が変わらず、かつ試料Sの観察領域が移動しないように、傾斜ステージ装置３は、ユーセントリック性を有している。
（傾斜ステージ装置の構成）
傾斜ステージ装置３は、支持部材１１と、３つのフレーム１２，１３，１４とを有している。フレーム１２は、矩形筒体であり、フレーム１３と１４は、円筒体である。

支持部材１１は、コの字状に折り曲げられ、両側の折り曲げ部１１A、１１Bと、２つの折り曲げ部１１Aと１１Bの間の平らな中央部１１Cを有する板部材である。支持部材１１の中央部１１Cには、４本のネジ４ａにより支持部材１１をベース４に固定するための４つの孔１１cが形成されている。

矩形筒体形状を有するフレーム１２は、支持部材１１により、２つの折り曲げ部１１Aと１１Bの間に、X軸回りに回転可能に支持されている。矩形筒体形状を有するフレーム１２は、４つの側壁１２A、１２B、１２C、１２Dを有している。

互いの内壁面１２aと１２bが対向する２つの側壁１２Aと１２Bの各々には、フレーム１２の回転軸であるX軸に沿った孔（図示せず）が形成されている。
支持部材１１の２つの折り曲げ部１１Aと１１Bの上部の各々にも、フレーム１２の回転軸となるX軸に沿った孔（図示せず）が形成されている。

軸ネジ１５Aが、折り曲げ部１１Aに形成された孔と、側壁１２Aに形成された孔に挿通され、軸ネジ１５Bが、折り曲げ部１１Bに形成された孔と、側壁１２Bに形成された孔に挿通されることにより、フレーム１２は、X軸回りに回転可能に構成されている。

軸ネジ１５Bには、ストッパ部材１６が設けられている。ストッパ部材１６を所定の方向に回すことにより、フレーム１２がX軸方向に移動して、軸ネジ１５Aの段差部（図示せず）に押圧されて、フレーム１２をX軸回りに回転しないように固定することができる。フレーム１２がX軸回りに回転しない状態において、ストッパ部材１６を所定の方向とは反対方向に回転させると、フレーム１２の軸ネジ１５Aの段差部への押圧がされなくなり、フレーム１２は、X軸回りに回転可能となる。
よって、ストッパ部材１６は、フレーム１２をX軸回りの任意の回転角度で固定する固定部材を構成する。

円筒形状を有するフレーム１３は、矩形筒体のフレーム１２の内側に、Y軸周りに回転可能に支持されている。互いの内壁面１２cと１２dが対向する２つの側壁１２Cと１２Dのそれぞれには、フレーム１３の回転軸であるY軸に沿った孔１２c１と１２d１が形成されている（図５）。フレーム１３には、フレーム１３の回転軸であるY軸に沿った孔１３a１と１３a２が形成されている（図５）。

軸ネジ１７Aが、側壁１２Cに形成された孔１２c１と、フレーム１３に形成された孔１３a１に挿通され、つまみネジ１７Bが、側壁１２Dに形成された孔１２d１と、フレーム１３に形成された孔１３a２に挿通されることによって、フレーム１３は、Y軸回りに回転可能に構成されている。

つまみネジ１７Bを所定の方向に回すことにより、フレーム１３がY軸方向に移動して、軸ネジ１７Aの段差部１７A１に押圧されて、フレーム１３がY軸回りに回転しないように固定することができる。フレーム１３がY軸回りに回転しない状態において、つまみネジ１７Bを所定の方向とは反対方向に回転させると、フレーム１３の軸ネジ１７Aの段差部１７A１への押圧がされなくなり、フレーム１３は、Y軸回りに回転可能となる。

よって、つまみネジ１７Bは、フレーム１３をY軸回りの任意の回転角度で固定する固定部材を構成する。
以上のように、フレーム１３は、フレーム１２内に配設され、かつフレーム１２によりX軸に直交するY軸回りに回転可能に支持されている。

図６は、フレーム１２の回転範囲を示す図である。図７は、フレーム１３の回転範囲を示す図である。フレーム１２は、図６に示すように、X軸回りに＋９０度から−９０度の範囲で回転可能に支持部材１１により支持されている。フレーム１３は、図７に示すように、Y軸回りに＋９０度から−９０度の範囲で回転可能にフレーム１２により支持されている。

試料Sを傾斜させて観察するとき、観察者は、フレーム１２及び１３の少なくとも１つを回転させる。対物レンズ６の焦点距離は予め決まっているので、対物レンズ６と試料Sとの間の距離は、変更することはできない。

しかし、フレーム１２がX軸回りに回転したとき、側壁１２Cと１２Dは、Z軸方向における位置が変化する。そのため、図３に示すように、フレーム１２がX軸回りに回転したときに、フレーム１２が対物レンズ６にぶつからないように、側壁１２Cと１２Dの幅L1は、側壁１２Aと１２Bの幅L2よりも狭くなっている。すなわち、フレーム１２のY軸方向の長さは、X軸方向の長さよりも短い。
従って、観察者は、試料Sを観察しながら、フレーム１２が対物レンズ６にぶつかる心配をしないで、フレーム１２をX軸回りに回転させることが出来る。

また、フレーム１２の内側に配設されたフレーム１３は、円筒形状をしているので、観察者は、試料Sを観察しながら、フレーム１３が対物レンズ６にぶつかる心配をしないで、フレーム１３をY軸回りに回転させることも出来る。

円筒形状を有するフレーム１４は、試料Sを固定可能で、X軸及びY軸に直交するZ軸方向に沿って、フレーム１３に対して移動可能に構成されている。
図５に示すように、円筒体のフレーム１４は、中央部に隔壁部１４Aを有する。隔壁部１４Aの上部には、ホルダ１８が搭載可能となっている。ホルダ１８には、観察対象の試料Sが搭載される。隔壁部１４Aの上面側の中央部には凹部１４A１が形成されている。隔壁部１４Aの中央部には、孔１４A２が形成されている。

ホルダ１８の中央部には、孔１８aが形成されている。つまみネジ１９が、隔壁部１４Aに形成された孔１４A２と、ホルダ１８に形成された孔１８aに挿通され、つまみネジ１９を所定の方向に回すことにより、ホルダ１８をフレーム１４に固定し、つまみネジ１９を所定の方向とは反対方向に回転させると、ホルダ１８をフレーム１４から取り外すことができるようになっている。

さらに、ホルダ１８の上面側には、試料Sを固定するための固定具としての、４つの板バネ２０が設けられている。各板バネ２０の一端はホルダ１８に固定されており、各板バネ２０の他端はホルダ１８の上面から離れた位置にあり、ホルダ１８上に載置された試料Sをバネ力でホルダ１８の上面側へ押圧するように、４つの板バネ２０は、ホルダ１８に設けられている。
なお、固定具は、板バネ２０に代えて、ベルト、ネットなどを用いてもよい。

フレーム１４の外周面の上部には、雄ネジ部が形成されており、フレーム１３の内周面の下部には、雌ネジ部が形成されており、フレーム１４の雄ネジ部とフレーム１３の雌ネジ部により螺合部SCが形成されている（図５）。

螺合部SCは、円筒形状のフレーム１４の軸回りにフレーム１４を回転させると、フレーム１４がフレーム１３に対してZ軸方向に沿って上下させることができるようになっている。フレーム１４を軸回りに所定の方向に回転させると、フレーム１４がフレーム１３に対してZ軸方向に沿って上方に移動し、フレーム１４を軸回りに所定の方向とは反対方向に回転させると、フレーム１４がフレーム１３に対してZ軸方向に沿って下方に移動する。

すなわち、フレーム１４は、フレーム１３に対してZ軸回りに回転可能に螺合されており、フレーム１４をZ軸回りに回転させることにより、Z軸方向におけるフレーム１４の位置が調整可能となっている。

フレーム１３の下方には、セットビスであるビス２１が螺合するネジ孔１３ｂが形成されている（図５）。ビス２１は、所定の方向に回転すると、ネジ孔１３ｂに沿ってフレーム１４に向かって移動し、所定の方向とは反対方向に回転すると、ネジ孔１３ｂに沿ってフレーム１４から離れるように移動する。

よって、ビス２１を所定の方向に回転させると、ビス２１の先端がフレーム１４に当接して、フレーム１４が回転しないようにして、フレーム１４をフレーム１３に対して固定することができる。すなわち、ビス２１は、フレーム１４をZ軸方向における任意の位置でフレーム１３に対して固定する固定部材を構成する。

よって、観察者は、フレーム１４を軸回りに回転させることにより、高さ方向すなわちZ軸方向の位置の微調整を行うことができる。
（作用）
図１に示すように、傾斜ステージ装置３は、顕微鏡２のベース４に対して固定される。ホルダ１８に観察対象である試料Sを搭載して、固定具である４つの板バネ２０により試料Sをホルダ１８に固定する。

そして、観察者は、ストッパ部材１６を操作して、フレーム１２をX軸回りにおいて所望の角度に調整して固定し、つまみネジ１７Bを操作して、フレーム１３をY軸回りにおいて所望の角度に調整して固定することができる。
さらに、観察者は、ビス２１を操作して、フレーム１４をZ軸方向において所望の位置すなわち高さに調整して固定することができる。

対物レンズ６の焦点位置が、X軸、Y軸及びZ軸の交点Oにある状態で、フレーム１２をX軸回りにおいて所望の角度に変更しても、対物レンズ６の焦点位置は変わらず、かつ試料Sの観察領域も変化しない。

さらに、対物レンズ６の焦点位置が、X軸、Y軸及びZ軸の交点Oにある状態で、フレーム１３をY軸回りにおいて所望の角度に変更しても、対物レンズ６の焦点位置は変わらず、かつ試料Sの観察領域も変化しない。

図８は、フレーム１２をX軸回りに回転させ、フレーム１３をY軸回りに回転させた傾斜ステージ装置３の斜視図である。
図８に示すように、観察者は、傾斜ステージ装置３により、試料SのX軸及びY軸の２つの軸回りに回転させ、かつZ軸方向の位置を調整して、試料Sを観察することができる。よって、観察者は、ユーセントリック観察をしながら、試料Sをあらゆる方向に動かすことができる。

以上のように、上述した実施の形態によれば、２つの回転可能軸を有し、かつＺ軸方向における位置調整可能な、ユーセントリック性を有する傾斜ステージ装置を提供することができる。

また、上述した実施の形態では、対物レンズ６は、焦点調整をすることができるが、傾斜ステージ装置３に対して固定されている。
しかし、対物レンズ６を、X軸、Y軸及びZ軸の交点Oを通る軸回りに回転可能にしてもよい。

図９は、対物レンズ６を含む撮像ユニットが、X軸、Y軸及びZ軸の交点Oを通る軸回りに回転可能なデジタル顕微鏡システム１００の斜視図である。
図９に示すように、上述した傾斜ステージ装置３は、ベース部３１に固定されている。ベース部３１は、固定板３２に対して高さ調整機構３３を介して固定されている。

支持板３４は、固定板３２の表面に対して９０度の方向に延出するように、固定板３２に対して固定されている。支持板３４には、回転ユニット３５が固定されている。回転ユニット３５は、所定の軸W回りに回転可能な回転板３６を有している。ここでは、軸Wは、上述したY軸と一致しているが、一致していなくてもよい。

回転板３６には接続ユニット３７が固定されており、対物レンズ６を有する撮像ユニット３８が、接続ユニット３７に固定されている。接続ユニット３７には、操作レバー３７ａが設けられており、操作レバー３７ａを操作することにより、図９において、矢印A1の方向、及び矢印A1の方向とは反対の矢印A2の方向に、接続ユニット３７及び撮像ユニット３８を、軸W回りに回転させることができる。

以上のように、撮像ユニット３８の対物レンズ６は、X軸、Y軸及びZ軸の交点Oに焦点位置を調整可能であり、かつその交点Oを中心に所定の範囲内で回転可能である。このような顕微鏡システム１００にも、上述した傾斜ステージ装置３は適用可能である。

本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等が可能である。

１顕微鏡システム、２顕微鏡、３傾斜ステージ装置、４ベース、４ａネジ、５支持板、６対物レンズ、１１支持部材、１１A 折り曲げ部、１１B 折り曲げ部、１１C 中央部、１１c 孔、１２フレーム、１２A 側壁、１２B 側壁、１２C 側壁、１２D 側壁、１２a 内壁面、１２c 内壁面、１２c１孔、１２d１孔、１３フレーム、１３a１孔、１３a２孔、１３ｂネジ孔、１４フレーム、１４A 隔壁部、１４A１凹部、１４A２孔、１５A 軸ネジ、１５B 軸ネジ、１６ストッパ部材、１７A 軸ネジ、１７A１段差部、１７B ネジ、１８ホルダ、１８a 孔、１９ネジ、２０板バネ、２１ビス、３１ベース部、３２固定板、３３調整機構、３４支持板、３５回転ユニット、３６回転板、３７接続ユニット、３７ａ操作レバー、３８撮像ユニット、１００顕微鏡システム。

Claims

第１の軸回りに回転可能な第１のフレームと、
前記第１のフレーム内に配設され、かつ前記第１のフレームにより前記第１の軸に直交する第２の軸回りに回転可能に支持された第２のフレームと、
試料を固定可能で、前記第１の軸及び前記第２の軸に直交する第３の軸方向に沿って、前記第２のフレームに対して移動可能な第３のフレームと、
前記第１のフレームを前記第１の軸回りの任意の回転角度で固定する第１の固定部材と、
前記第２のフレームを前記第２の軸回りの任意の回転角度で固定する第２の固定部材と、
前記第３のフレームを前記第３の軸方向における任意の位置で前記第２のフレームに対して固定する第３の固定部材と、
を有することを特徴とする傾斜ステージ装置。
前記第１のフレームの前記第２の軸方向の長さは、前記第１の軸方向の長さよりも短いことを特徴とする請求項１に記載の傾斜ステージ装置。
支持部材を有し、
前記第１のフレームは、前記支持部材により支持されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の傾斜ステージ装置。
前記第１のフレームは、前記第１の軸回りに＋９０度から−９０度の範囲で回転可能に、前記支持部材により支持されていることを特徴とする請求項３に記載の傾斜ステージ装置。
前記第２のフレームは、前記第２の軸回りに＋９０度から−９０度の範囲で回転可能に、前記第１のフレームにより支持されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の傾斜ステージ装置。
前記第２のフレームと前記第３のフレームは、円筒形状を有し、
前記第３のフレームは、前記第２のフレームに対して前記第３の軸回りに回転可能に螺合されており、
前記第３のフレームを前記第３の軸回りに回転させることにより、前記第３の軸方向における前記第３のフレームの位置を調整可能であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の傾斜ステージ装置。
前記第３のフレームに固定され、前記試料を搭載するためのホルダを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の傾斜ステージ装置。
前記ホルダに前記試料を固定するための固定具を有することを特徴とする請求項７に記載の傾斜ステージ装置。
請求項１から８のいずれか１つに記載の傾斜ステージ装置と、
前記第１、前記第２及び前記第３の軸の交点に焦点位置を調整可能な対物レンズと、
を有することを特徴とする顕微鏡システム。
前記対物レンズは、前記交点を中心に回転可能であることを特徴とする請求項９に記載の顕微鏡システム。