JP3872831B2

JP3872831B2 - 顕微鏡の焦準機構

Info

Publication number: JP3872831B2
Application number: JP1380796A
Authority: JP
Inventors: 隆長野
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1996-01-30
Filing date: 1996-01-30
Publication date: 2007-01-24
Anticipated expiration: 2016-01-30
Also published as: JPH09211335A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、顕微鏡における観察標本のピント合わせを行なうための焦準機構に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、顕微鏡の焦準機構として、図３に示すように、ステージ系の上下動をラックとピニオンの組み合わせにより行なう方式のものが多く用いられてきた。
【０００３】
この場合、図中３０は鏡体３１に固定された焦準部本体、３２はガイド３３によって焦準部本体３０に対して上下動自在に支持された可動体、３４は可動体３２に固定されたラック、３５は焦準部本体３０に回転可能に支持されたピニオン軸、３６はピニオン軸３５と共軸に配置された焦準操作ハンドルである。
【０００４】
また、３７は標本Ｓを載置するステージ、３８はステージ３７を担持し可動体３２に対して位置決め固定されたステージホルダ、３９はコンデンサホルダ３９ａを介してステージホルダ３８に保持されているコンデンサである。
【０００５】
さらに、４０は対物レンズ４１を保持し、鏡体３１のアーム部３１ａの先端に装着されたレボルバ、４２は鏡体３１のアーム部３１ａの上部に取り付けられた鏡筒、４３は鏡筒４２の双眼部に装着された接眼レンズ、４４は鏡体３１の背面下方に装着された光源、４５は光源４４からの光をコンデンサ３９に導く照明光学系である。
【０００６】
しかして、光源４４を点灯すると、光源４４から出射された照明光は、照明光学系４５を介してコンデンサ３９に導かれ、コンデンサ３９で集光されてステージ３７上の標本Ｓを照明する。
【０００７】
この状態から、焦準操作ハンドル３６を手動により回転操作すると、ピニオン軸３５，ラック３４を介して可動体３２が上下に移動され、これとともにステージ３７も上下動することにより、標本Ｓのピント合わせが行なわれ、標本Ｓの観察像が対物レンズ４１より鏡筒４２を通して接眼レンズ４３により観察できるようになっている。
【０００８】
しかし、このような手動操作による焦準機構では、焦準操作ハンドル３６の手動回転操作によるピント合わせは、一定の速度で行われるため、ピント位置まで十分に距離があるような場合に、操作に時間がかかり、このためのハンドル操作が煩わしいという問題があった。
【０００９】
このため、最近では、このような手動方式の焦準機構に代わって、ステッピングモータ等のアクチュエータに連動させるように構成した電動化したものも考えられている。
【００１０】
しかし、このような焦準機構についても、焦準操作ハンドル３６の回転操作によるピント合わせは、一定の速度で行われるため、ピント位置まで十分に距離があるような場合に操作に時間がかかってしまう。そこで、ステッピングモータの回転数を上げて操作速度を上げることが考えられるが、このようにするとピント位置で正確に停止させることが難しくなり、ピントの位置合わせに時間がかかってしまうという問題があった。
【００１１】
このように、従来の焦準機構では、手動操作および自動操作を問わず、ピント合わせが一定の速度で行われるため、ピント合わせを速やかに、しかも手際よく行うことが難しかった。
【００１２】
このため、従来、特公昭６３−５６９６１号公報に開示されるように、自動合焦における駆動制御において、撮影レンズが合焦点近傍の所定範囲内であるかどうかで駆動速度を変化させるようにしたもの、あるいは、特公平５−８７８０４号公報に開示されるように、自動合焦における駆動制御において、合焦動作開始時に合焦検出のための画像情報が得られない場合は、予め合焦近傍に設けられた基準位置までステージを移動させ、その後合焦を行うようにしたものなども考えられている。
【００１３】
しかして、このような焦準機構によれば、ピント合わせ速度が一定であるものに比べて、ピント合わせを速やかに、しかも手際よく行うことが可能になる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、一般的な顕微鏡のステージ上の標本の形態は、１ｍｍ厚のスライドガラス上に標本を載せ、薄いカバーガラスで挟んだようなものがほとんどで、標本を交換する際には、ステージを一旦大きく下降させ、その後、ピントが合う付近まで再度上昇させて、ピント合わせを行なうようにしている。
【００１５】
ところが、従来のものは、標本のピント合わせを速やかに行うことに止まり、標本交換について考えられていないため、例えば標本交換の際のステージの最下端までの駆動と、その後、この最下端からピント位置までの駆動については、何等言及しておらず、これら標本の交換からピント合わせまでの速やかな動作が望まれていた。
【００１６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、標本の交換からピント合わせまでの動作を速やかに、しかも簡単に行うことができる顕微鏡の焦準機構を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、対物レンズと標本載置ステージとの距離を調節するための操作信号を発生させる、手動で操作する操作手段と、前記対物レンズまたは前記標本載置ステージを駆動して両者の距離を変化させる駆動手段と、前記操作信号に対し所定の割合で駆動信号を生成して前記駆動手段に出力する駆動制御手段と、前記距離が標本の合焦位置付近の所定範囲内であるか否かを検出する検出手段とを有し、前記駆動制御手段は、前記検出手段が所定範囲内であると検出した場合は、前記駆動手段により前記対物レンズまたは前記標本載置ステージを低速に移動させるために、駆動信号として前記操作信号に対して小さな割合の駆動信号を前記駆動手段に出力し、前記所定範囲内でないと検出した場合は、前記駆動手段により前記対物レンズまたは前記標本載置ステージを高速に移動させるために、駆動信号として前記操作信号に対して大きな割合の駆動信号を前記駆動手段に出力することを特徴としている。
【００１８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記検出手段は、フォトインタラプタであることを特徴としている。
【００１９】
請求項３記載の発明は、対物レンズと標本載置ステージとの距離を調節するための操作信号を発生させる操作手段と、前記対物レンズまたは前記標本載置ステージを駆動して両者の距離を変化させる駆動手段と、前記操作信号に基づいて前記駆動手段に対し駆動信号を出力する駆動制御手段と、前記距離が標本の合焦位置付近の所定範囲内であるか否かを検出する検出手段とを有し、前記駆動手段は前記検出手段の検出結果に基づいて、前記距離が前記所定範囲内から範囲外に変化したことを検出すると前記距離が最大となるように駆動し、前記距離が最大の状態で前記操作手段から操作信号が発生されると前記距離が前記所定範囲内になるように駆動することを特徴としている。
【００２０】
この結果、請求項１記載の発明によれば、対物レンズと標本載置ステージとの距離が標本の合焦位置付近の所定範囲内であるか否かを検出し、この検出結果に基づいて前記距離を調節するための操作信号に対する割合を変化させた前記駆動手段に対する駆動信号を出力するようにしたので、標本の合焦位置付近でのピント合わせ速度と標本交換などの際の速度とを変えることができる。
【００２１】
また、請求項２記載の発明によれば、前記距離が所定範囲内であれば操作信号に対して小さな割合の駆動手段に対する駆動信号を出力し、所定範囲外を検出すると操作信号に対して大きな割合の駆動手段に対する駆動信号を出力するようにしているので、標本の合焦位置付近でのピント合わせを低速で行い、標本交換などを高速に行うことができるようになる。
請求項３記載の発明によれば、前記距離が所定範囲内であれば操作信号に対して駆動手段を低速で回転駆動させる駆動信号を出力し、所定範囲外を検出すると操作信号に対して駆動手段を高速で回転駆動させる駆動信号を出力するようにしているので、標本の合焦位置付近でのピント合わせを低速で行い、標本交換などのを高速に行うことができるようになる。
また、請求項４記載の発明によれば、フォトインタラプタを検出手段として用い、対物レンズと標本載置ステージとの距離が標本の合焦位置付近の所定範囲内であるか否かを検出することができる。
【００２２】
また、請求項５記載の発明によれば、対物レンズと標本載置ステージとの距離が標本の合焦位置付近の所定範囲内であるか否かを検出し、この検出結果に基づいて割合を変化させた前記駆動手段に対する駆動信号を出力するようにしたので、標本の合焦位置付近でのピント合わせ速度と標本交換などの際の速度とを変えることができる。
また、請求項５記載の発明によれば、対物レンズと標本載置ステージとの距離が標本の合焦位置付近の所定範囲内から範囲外に変化したことを検出すると前記距離が最大となるように駆動し、この状態で、操作手段から操作信号が発生されると前記距離が前記所定範囲内になるように駆動するようになるので、標本交換の際のステージの最大距離までの移動を速やかにでき、しかも、その後の合焦位置付近の所定範囲内までの復帰も速やかに行うことができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明が適用される顕微鏡の焦準機構の概略構成を示している。図において、１は顕微鏡の鏡体で、この鏡体１には、焦準部本体２を固定している。この焦準部本体２は、鏡体１の側面に対して直角に突出した台座２ａを形成している。
【００２４】
焦準部本体２には、リニアガイド４を介して可動体３を上下動自在に支持している。この場合、リニアガイド４としては、ボールガイドやクロスローラーガイドなどが用いられる。
【００２５】
この可動体３には、観察すべき標本を載置するステージ（図示せず）を担持するステージホルダ５を設けていて、可動体３の上下方向の移動とともに、ステージホルダ５を一体的に上下動させ、対物レンズと標本載置ステージとの距離を調節するようにしている。
【００２６】
また、可動体３は、焦準部本体２の台座２ａに対向する端面に穴部３ａを有し、この穴部３ａ開口部にナット６を嵌め込んでいる。このナット６は、後述するボールネジ軸１０のネジ部１０ａが螺装されるものである。
【００２７】
一方、焦準部本体２の台座２ａ上には、モータ支持台７を設け、このモータ支持台７上にステッピングモータ８を設けている。そして、このステッピングモータ８の回転軸８ａを支持台７の中空部７ａに導入し、この回転軸８ａ端にカップリング９を介してボールネジ軸１０を連結している。ここで、カップリング９としては、両軸間の偏心や偏角を吸収できるフレキシブルカップリング、またはバックラッシュがなく、両軸間の偏心や偏角があった時でも軸への反力を小さくできるオルダム式カップリングなどが用いられる。
【００２８】
このボールネジ軸１０は、リニアガイド４と略平行に配置されるもので、ネジ部１０ａと非ネジ部１０ｂを有し、非ネジ部１０ｂ端部を大径部１０１に形成し、この大径部１０１側端部を自動調心玉軸受１１により垂設状態で片持ち支持し、また、ネジ部１０ａをナット６に螺装している。つまり、ボールネジ軸１０は、自動調心玉軸受１１により垂直方向に位置規制された状態で回転自在に支持され、ステッピングモータ８の回転をネジ部１０ａを介してナット６に伝えるようになっている。
【００２９】
この場合、ボールネジ軸１０のネジ部１０ａとナット６にそれぞれ設けられたねじ溝間には、多数のボール１２を介在させて、ボールネジ軸１０の回転時にネジ部１０ａとナット６の間が転がり接触となるようにしている。
【００３０】
１３はステッピングモータ８を駆動するためのドライバーで、このドライバー１３は、パルス変換器１４から出力されるパルス数に応じてステッピングモータ８の回転数を可変できるようにしている。
【００３１】
パルス変換器１４には、ロータリーエンコーダ１５とフォトインタラプタ１６を接続している。ここで、ロータリーエンコーダ１５は、図示しない焦準操作ハンドルに組み込まれたもので、焦準操作ハンドルの操作に応じて所定のパルス出力を発生するものである。また、フォトインタラプタ１６は、可動体３の位置を検出するためのもので、可動体３に一体に設けたセンサ板３ｂにより遮られているか否かで２値化信号を発生するようにしている。
【００３２】
この場合、例えば、標本を載置するステージがピント付近にある場合で、可動体３のセンサ板３ｂが所定の範囲Ｈ内に位置してフォトインタラプタ１６を遮ると、“０”出力を発生し、標本交換などでステージが大きく後退し、センサ板３ｂ位置が範囲Ｈから外れ、フォトインタラプタ１６の遮りが無くなると、“１”出力を発生するようにしている。
【００３３】
そして、パルス変換器１４は、フォトインタラプタ１６より“０”出力が与えられるときは、焦準操作ハンドルの操作に応じたロータリエンコーダ１５のパルス出力に対して所定の割合の出力を発生し、また、フォトインタラプタ１６から“１”出力が与えられるときは、ロータリエンコーダ１５のパルス出力に対する割合を変化させた出力を発生するようにしている。例えば、フォトインタラプタ１６が“０”出力の場合は、ロータリエンコーダ１５からの１パルスに対して「１０」程度の小さい割合の出力が発生しているものを、フォトインタラプタ１６が“１”出力の場合は、ロータリエンコーダ１５の１パルスに対して「１００」程度の大きな割合の出力を発生するようにしている。
【００３４】
しかして、このような構成によると、ドライバー１３によりステッピングモータ８が回転すると、回転軸８ａよりカップリング９を介してボールネジ軸１０に回転が伝達される。そして、ボールネジ軸１０が回転されると、ネジ部１０ａがナット６中で回転するようになり、これによりナット６とともに可動体３がリニアガイド４にガイドされて上下方向に移動され、ステージも上下動される。
【００３５】
ここで、標本を載置するステージがピント付近にあって、可動体３のセンサ板３ｂが図示実線位置にある場合は、フォトインタラプタ１６より“０”出力が発生しているので、パルス変換器１４は、焦準操作ハンドルの操作に応じたロータリエンコーダ１５のパルス出力に対して小さな割合の出力を発生し、ドライバー１３に与える。
【００３６】
これにより、ドライバー１３によりステッピングモータ８は、低速で回転駆動され、可動体３もリニアガイド４にガイドされて上下方向に低速で移動されるようになる。つまり、標本を載置するステージがピント付近にあって、可動体３のセンサ板３ｂが所定の範囲Ｈ内の図示実線位置にある場合は、焦準操作ハンドルの操作に応じて、低速でステージを上下方向に駆動できる。
【００３７】
一方、ステージがピント付近から離れている場合は、可動体３のセンサ板３ｂが可動体３のセンサ板３ｂの遮りから解放され、フォトインタラプタ１６より“１”出力が発生するので、パルス変換器１４は、焦準操作ハンドルの操作に応じたロータリエンコーダ１５のパルス出力に対して大きな割合の出力を発生し、ドライバー１３に与える。
【００３８】
これにより、ドライバー１３によりステッピングモータ８は、高速で回転駆動され、可動体３もリニアガイド４にガイドされて上下方向に上下方向に高速で移動されるようになる。つまり、標本を載置するステージがピント付近から離れていて、可動体３のセンサ板３ｂが所定範囲Ｈの外にある場合は、焦準操作ハンドルの操作に応じてステージをピント付近位置まで高速に移動するようにできる。（第１の実施の形態の変形例）
なお、パルス変換器１４は、フォトインタラプタ１６がセンサ板３ｂによる遮りから解放され“０”出力から“１”出力に変化すると、この時、所定のパルス数の出力を発生して、可動体３を図示破線の最下限位置まで、つまりステージの後退距離が最大となる位置まで速やかに降下させるようにもなっている。そして、パルス変換器１４は、可動体３を図示破線の最下限位置から上方に移動するときにのみ、上述したロータリエンコーダ１５の１パルスに対して大きな割合の出力を発生し、フォトインタラプタ１６がセンサ板３ｂで遮られるまで可動体３を上昇させるようになっている。
【００３９】
このようにすれば、標本交換などのため、ステージを降下させ、可動体３のセンサ板３ｂによるフォトインタラプタ１６の遮りを解放して、フォトインタラプタ１６が“０”出力から“１”出力に変化すると、パルス変換器１４より所定のパルス数の出力を発生して、可動体３を図示破線の最下限位置まで、つまりステージの後退距離が最大となる位置まで速やかに降下される。
【００４０】
その後、標本交換が完了して、可動体３を上方に移動するのに焦準操作ハンドルを操作すると、このハンドル操作に応じたロータリエンコーダ１５の１パルスに対してパルス変換器１４より大きな割合の出力が発生し、ドライバー１３に与えられ、フォトインタラプタ１６がセンサ板３ｂで遮られるまで可動体３は上昇されるようになる。
【００４１】
これにより、ドライバー１３によりステッピングモータ８は、高速で回転駆動され、可動体３はリニアガイド４にガイドされて上方向に高速で移動される。つまり、標本交換などでステージを降下させた状態から、ピント付近位置まで復帰させる場合は、焦準操作ハンドルの操作に応じて、ステージを高速でピント付近まで駆動できるようになる。
【００４２】
（第２の実施の形態）
図２は、第２の実施の形態の概略構成を示すもので、図１と同一部分には同符号を付している。
【００４３】
この場合、パルス変換器１４の出力端にカウンタ１７を接続し、パルス変換器１４から、ドライバー１３に印加される出力をカウントし、可動体３位置を認識するようにしている。つまり、カウンタ１７では、可動体３の原点位置を「０」として、この時点からパルスドライバー１３に与えられるパルスをカウントし、また、パルス変換器１４では、カウンタ１７のカウント値から可動体３の現在位置を検出するとともに、この位置が粗動領域か微動領域かを判断し、ステッピングモータ８を低速または高速で回転駆動するためのドライバー１３の出力を設定するようにしている。
【００４４】
従って、このようにすれば、上述したと同様な効果を、ソフトウェア的な処理のみで実現でき、さらにカウンタ１７のカウント値から判断される粗動領域と微動領域の境界を自由に設定することもができる。
【００４５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、標本の交換からピント合わせまでの動作を速やかに、しかも簡単に行うことができ、操作性をさらに高めることができる顕微鏡の焦準機構を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の概略構成を示す図。
【図２】本発明の第２の実施の形態の概略構成を示す図。
【図３】従来の顕微鏡の焦準機構の概略構成を示す図。
【符号の説明】
１…鏡体、
２…焦準部本体、
２ａ…台座、
３…可動体、
３ａ…穴部、
３ｂ…センサ板、
４…リニアガイド、
５…ステージホルダ、
６…ナット、
７…モータ支持台、
７ａ…中空部、
８…ステッピングモータ、
８ａ…回転軸、
９…カップリング、
１０…ボールネジ軸、
１０ａ…ネジ部、
１０ｂ…非ネジ部、
１０１…大径部、
１１…自動調心玉軸受、
１２…ボール、
１３…ドライバー、
１４…パルス変換器、
１５…ロータリーエンコーダ、
１６…フォトインタラプタ、
１７…カウンタ。

Claims

対物レンズと標本載置ステージとの距離を調節するための操作信号を発生させる、手動で操作する操作手段と、
前記対物レンズまたは前記標本載置ステージを駆動して両者の距離を変化させる駆動手段と、
前記操作信号に対し所定の割合で駆動信号を生成して前記駆動手段に出力する駆動制御手段と、
前記距離が標本の合焦位置付近の所定範囲内であるか否かを検出する検出手段とを有し、
前記駆動制御手段は、前記検出手段が所定範囲内であると検出した場合は、前記駆動手段により前記対物レンズまたは前記標本載置ステージを低速に移動させるために、駆動信号として前記操作信号に対して小さな割合の駆動信号を前記駆動手段に出力し、前記所定範囲内でないと検出した場合は、前記駆動手段により前記対物レンズまたは前記標本載置ステージを高速に移動させるために、駆動信号として前記操作信号に対して大きな割合の駆動信号を前記駆動手段に出力することを特徴とする顕微鏡の焦準機構。
前記検出手段は、フォトインタラプタであることを特徴とする請求項１記載の顕微鏡の焦準機構。
対物レンズと標本載置ステージとの距離を調節するための操作信号を発生させる操作手段と、
前記対物レンズまたは前記標本載置ステージを駆動して両者の距離を変化させる駆動手段と、
前記操作信号に基づいて前記駆動手段に対し駆動信号を出力する駆動制御手段と、
前記距離が標本の合焦位置付近の所定範囲内であるか否かを検出する検出手段とを有し、
前記駆動手段は前記検出手段の検出結果に基づいて、前記距離が前記所定範囲内から範囲外に変化したことを検出すると前記距離が最大となるように駆動し、前記距離が最大の状態で前記操作手段から操作信号が発生されると前記距離が前記所定範囲内になるように駆動することを特徴とする顕微鏡の焦準機構。