JP4376200B2

JP4376200B2 - 光学式観察装置

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Publication number: JP4376200B2
Application number: JP2005103987A
Authority: JP
Inventors: 政記藤原
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2005-03-31
Filing date: 2005-03-31
Publication date: 2009-12-02
Anticipated expiration: 2025-03-31
Also published as: JP2006284341A

Description

本発明は、細胞や微生物などの試料の観察に用いる光学式観察装置に関するものである。

従来、各種の細胞や微生物などの試料を培養するためにインキュベータが用いられている(特許文献1〜４)。例えば図１６に示すインキュベータ(５)においては、所定の環境条件に保たれたチャンバー(50)内に、マイクロプレート(７)を設置するためのマイクロプレート設置台(70)と、マイクロプレート(７)上の試料を観察するための顕微ユニット(８)とが配備されると共に、該マイクロプレート設置台(70)と顕微ユニット(８)に挟まれた中央部に、マイクロプレート(７)を搬送するための搬送装置(６)が配備されている。

前記顕微ユニット(８)は、シールドケース(80)内に顕微観察装置(8a)と駆動装置(8b)を配備すると共に、該顕微観察装置(8a)の上方位置にはマイクロプレート(７)を収容するためのマイクロプレート収容部(83)を配備して構成されている。
前記顕微観察装置(8a)は、カメラ(81)と光学系(82)から構成され、光学系(82)は長焦点型の対物レンズと照明装置から構成されている。
前記駆動装置(8b)は、Ｘ軸モータを具えたＸ軸駆動機構と、Ｙ軸モータを具えたＹ軸駆動機構と、Ｚ軸モータを具えたＺ軸駆動機構から構成されている。

顕微ユニット(８)から伸びる電力線や信号線からなる信号ケーブルは、シールドケース(80)に取り付けられた防水コネクター(図示省略)に接続され、該防水コネクターを経て、分析装置(84)に繋がっている。

顕微ユニット(８)を用いて、マイクロプレート設置台(70)に収容されているマイクロプレート(７)の顕微観察を行なう場合は、搬送装置(６)によって該マイクロプレート(７)をマイクロプレート設置台(70)から取り出し、顕微ユニット(８)のマイクロプレート収容部(83)まで搬送して、所定位置に設置する。

その後、マイクロプレート収容部(83)に設置されたマイクロプレート(７)を観察するために、前記駆動機構(8b)をＺ軸方向に往復移動させることによって、合焦動作を行なう。
特開平１１−８９５５９号公報特表２００２−５３８４７７号公報特開２００３−９３０４１号公報特開２００３−２１６２８号公報

しかしながら、前記顕微ユニット(８)においては、試料保持はマイクロプレート収容部(83)によって為される一方、焦点位置の位置決めは駆動装置(8b)によって為され、試料保持と焦点位置の位置決めの動作は、それぞれ独立した機構を用いて行なわれていたため、顕微ユニット(８)全体が大型化するという問題があった。

そこで本発明の目的は、光学式観察装置において、試料保持と焦点合わせを１つの機構で実現することにより、装置全体の小型化を図ることである。

本発明に係る光学式観察装置においては、観察対象となる試料を収容した容器を保持すべき容器ホルダー(２)と、容器ホルダー(２)を容器投入位置から容器把持位置を経て試料観察位置に至る搬送路に沿って搬送する容器搬送装置(１)と、前記試料観察位置に向けて配置された光学装置(40)とから構成され、容器投入位置にて容器ホルダー(２)に投入された容器を、容器把持位置にて容器ホルダー(２)上に把持した後、試料観察位置にて容器内の試料を光学装置によって観察することが可能である。
又、前記容器搬送装置(１)は、支持フレーム(17)に取り付けられた駆動源と、該駆動源によって前記光学装置の光軸と平行な第１軸方向に往復駆動される原動部材とを具え、該原動部材に対して容器ホルダー(２)が前記第１軸方向とは直交する第２軸方向のスライドが可能に係合している。
該容器ホルダー(２)と前記支持フレーム(17)の間には、原動部材の往復移動に連動させて容器ホルダー(２)を前記搬送路に沿って往復移動させる駆動機構(43)が設けられ、該駆動機構(43)には、バネ(25)とカム機構が互いに直列に連結されて介在し、該カム機構の第１の動作によって前記バネ(25)が伸張されて、該バネ(25)の弾性反発力によって容器ホルダー(２)上の容器が容器ホルダー(２)上に把持され、該カム機構の第２の動作によって、容器ホルダー(２)内の試料を前記光学装置(40)の焦点位置に位置決めする合焦動作が実行される。

上記本発明に係る光学式観察装置において、駆動源を駆動することにより、原動部材が光軸と平行な第１軸方向に移動する。該原動部材が移動することにより、容器ホルダー(２)を往復移動させる駆動機構(43)が駆動される。これによって、該駆動機構(43)に直列に連結されたカム機構が駆動される。該カム機構が第１動作及び第２動作を行なうことによって、それぞれ容器把持と合焦動作が実現される。即ち、１つの駆動源の駆動によって、容器把持と合焦動作が実現される。

具体的構成において、前記駆動機構(43)は、容器ホルダー(２)に対して第２軸方向のスライドが可能に係合する駆動部材を具え、前記カム機構は、前記支持フレーム(17)に形成されたカム溝(18)と、前記駆動部材に設けられて該カム溝(18)に係合するカムフォロワーとから構成され、該カム溝(18)は、第２軸方向の成分を含む方向に伸びる容器把持動作領域と、該容器把持動作領域の終端から第１軸方向に伸びる合焦動作領域とを有し、該駆動部材と容器ホルダーの間に前記バネ(25)が張設され、駆動部材と容器ホルダー(２)は、前記カムフォロワーがカム溝(18)の容器把持領域の始端から終端直前位置に移動する過程で前記バネの弾性反発力によって互いに当接し、前記カムフォロワーがカム溝(18)の容器把持領域の終端直前位置から合焦動作領域に移行する過程で互いに離間し、これによって前記バネ(25)が伸張され、該バネ(25)の弾性反発力によって容器ホルダー(２)上の容器が原動部材に押し付けられて、容器ホルダー(２)と原動部材の間に把持され、前記カムフォロワーがカム溝(18)の合焦動作領域を往復移動することによって、容器ホルダー(２)内の試料を前記光学装置(40)の焦点位置に位置決めする合焦動作が実行される。

該具体的構成においては、バネ(25)の弾性反発力を利用することによって、容器ホルダー(２)に設置された容器が把持され、カムフォロワーがカム溝(18)の合焦動作領域を往復移動することによって、合焦動作が実現される。

又、具体的構成において、前記第１軸方向は鉛直方向、第２軸方向は水平方向であって、前記カム溝(18)の容器把持動作領域は、鉛直方向に対して傾斜する傾斜溝部(44)によって形成されると共に、合焦動作領域は、鉛直方向に伸びる鉛直溝部(45)によって形成されている。

該具体的構成においては、カム溝(18)に傾斜溝部(44)を形成することによって、容器ホルダー(２)の移動距離を短縮することが出来る。これによって、容器ホルダー(２)の移動の高速化を実現することが出来る。

又、具体的構成において、前記支持フレーム(17)には、前記カムフォロワーがカム溝(18)の合焦動作領域に係合しているときの原動部材の位置に対向して、原点センサー(30)が配備され、容器ホルダー(２)を容器投入位置から試料観察位置まで搬送する過程で、原点センサー(30)がオンとなるまでは前記駆動源を高速で動作させ、原点センサー(30)がオンとなった後は前記駆動源を低速で動作させて、光学装置(40)によって撮影される画像に基づく合焦動作が実行される。

該具体的構成において、本発明に係る光学式観察装置は、原点センサー(30)がオンになるまでは駆動源を高速で動作させることが出来、原点センサー(30)がオンになった後、即ち合焦動作領域では駆動源を低速で動作させることが出来る。これにより、鮮明な画像に基づく合焦動作が実現出来る。

更に具体的な構成において、前記駆動源は、支持フレーム(17)に固定されたモータと、該モータによって駆動されるボールネジ(11)と、該ボールネジ(11)に螺合するナット部材(12)とから構成され、該ナット部材(12)に原動部材が連結され、合焦動作は、ステッピングモータ(10)を一方向に回転させる過程で、その途中の合焦位置を検索する第１ステップと、ステッピングモータ(10)を逆転させて、第1ステップで検索された合焦位置を通過した位置まで容器を移動させる第２ステップと、ステッピングモータ(10)を前記一方向に回転させて、第1ステップで検索された合焦位置まで容器を移動させる第３ステップとを有している。

該具体的構成においては、合焦位置を検索する際の移動方向と、その検索によって発見された合焦位置まで移動する際の移動方向とを一致させることによって、バックラッシュの除去が図られる。

本発明に係る光学式観察装置によれば、試料把持と焦点合わせを１つの機構で行なうことが出来るので、これによって装置全体の小型化を実現することが出来る。

以下、本発明を図１４に示すインキュベータに実施した形態につき、図面に沿って具体的に説明する。
図１４は、微生物や細胞などの各種試料を培養するためのインキュベータ(５)を示しており、該インキュベータ(５)は、開閉扉(51)によって開口(55)を開閉することが可能なチャンバー(50)を具え、該チャンバー(50)の内部には、その中央部に、マイクロプレート(７)を搬送するための搬送装置(６)が配備されると共に、該搬送装置(６)の両側にはそれぞれ、複数のスタッカー(53)を具えたスタッカーユニット(54)が配備され、各スタッカー(53)内には、マイクロプレート(７)等の複数の容器が収容されている。

チャンバー(50)の側壁には、マイクロプレート(７)等の容器を挿入するための挿入口(57)が開設されると共に、該挿入口(57)を開閉するためのシャッター機構(56)が取り付けられている。

チャンバー(50)には、その奥部に、チャンバー(50)内の温度及び湿度及びＣＯ_２濃度を調節するための環境調節装置(図示省略)が配備されており、チャンバー(50)の奥方の側面には、環境調節装置から得られる環境調節のためのガスをチャンバー(50)内へ吹き出すためのファンを具えた吹き出し口(図示省略)が開設されている。ここで、チャンバー(50)内の温度調節は、チャンバーの内壁面に設置された複数の平面状ヒータ(図示省略)をオン／オフ制御することによって行なわれ、チャンバー内が所定の温度範囲(例えば３７℃±０.５℃)に維持される。

上記インキュベータ(５)においては、搬送装置(６)によって、チャンバー(50)の挿入口(57)とチャンバー(50)内の各スタッカー(53)との間でマイクロプレート(７)の搬送が行なわれる。
搬送装置(６)は、試料が収容されたマイクロプレート(７)を搬送するための搬送テーブル(60)を具え、該搬送テーブル(60)は、左右方向(Ｘ軸方向)、前後方向(Ｙ軸方向)及び上下方向(Ｚ軸方向)に往復駆動される。

図１５(a)(b)は、Ｘ軸搬送装置(41)によって搬送テーブル(60)がＸ軸方向に往復駆動される様子を表わしている。図示の如く、Ｘ軸搬送装置(41)は、前記Ｚ軸搬送機構によって昇降駆動される昇降板(62)と、該昇降板(62)上にスライダー(66a)を介して摺動可能に支持された中間スライド板(65)とを具え、該中間スライド板(65)上にスライダー(66b)を介して搬送テーブル(60)が摺動可能に支持されており、昇降板(62)上に枢支したピニオン(63a)と中間スライド板(65)上のラック(64b)とが互いに噛合すると共に、中間スライド板(65)上に枢支したピニオン(63b)と昇降板(62)上のラック(64a)並びに搬送テーブル(60)裏面のラック(64c)とが互いに噛合している。

モータ(図示省略)の駆動によって垂直Ｘ軸駆動シャフト(61)が回転すると、この回転がピニオン(63a)へ伝えられ、これによって該ピニオン(63a)がラック(64b)と噛合しつつ回転し、この回転によってラック(64b)が駆動されて、中間スライド板(65)が往復移動する。
そして、中間スライド板(65)の移動に伴って、ピニオン(63b)がラック(64a)と噛合しつつ回転し、この回転によってラック(64c)が駆動されて、搬送テーブル(60)がＸ軸方向に移動する。

本実施例においては、図１４に示すチャンバー(50)内のスタッカーユニット(54)の複数(例えば２つ)のスタッカー(53)に代えて、図１に示す顕微ユニット(４)が配備され、該顕微ユニット(４)によって試料の顕微観察が行なわれる。
尚、顕微ユニット(４)は、チャンバー(50)内部の高温度、高湿度の環境にも耐え得る部品から構成されている。

図１に示す実施例においては、試料を収容すべき容器としてフラスコ(３)が採用されている。該フラスコ(３)は図１３に示す様に容器本体(32)とキャップ(33)から構成され、容器本体(32)は全体が透明のプラスチック製であって、容器本体(32)の底面には一対の凸部(37)(37)が設けられ、容器本体(32)にキャップ(33)をねじ込むことにより、フラスコ(３)の内部は密閉される。又、キャップ(33)にはエアフィルター(34)が取り付けられており、該エアフィルター(34)によって、細菌の通過が阻止される一方、ＣＯ_２や水蒸気の通過が許容される。
従って、キャップ(33)を容器本体(32)にねじ込んでフラスコ(３)内を密閉している状態においても、ＣＯ_２や水蒸気がエアフィルター(34)を通過して、フラスコ(３)の内部が所定の環境条件に維持される。

図１に示す如く、顕微ユニット(４)は、スタッカー２つ分に対応する外形を有するフレーム(42)を具え、該フレーム(42)の中央部には、観察対象となる試料を収容したフラスコ(３)を収容する容器ホルダー(２)と、該容器ホルダー(２)を容器投入位置から試料観察位置まで搬送する容器搬送装置(１)が配備されている。

又、フレーム(46)の内部には、前記容器搬送装置(１)の下方位置に光学装置(40)が配備され、該光学装置(40)によって試料を観察することが可能である。

図２及び図３に示す如く、容器搬送装置(１)には支持フレーム(17)が配備されている。該支持フレーム(17)は、底板(171)と、該底板(171)の両側端に立設された左右一対の側方垂直板(172)(172)と、該底板(171)上の後方端部に立設された後方垂直板(173)と、該後方垂直板(173)上に水平に取り付けられた後方水平板(174)とから構成され、該後方水平板(174)の上方位置には、モータ設置台(46)が配備され、該モータ(10)設置台上にはステッピングモータ(10)が配備されている。
尚、該ステッピングモータ(10)はステップ角の入力に応じて、回転角度及び回転速度を制御することが可能である。

図２に示す如く、ステッピングモータ(10)の出力軸には、ボールネジ(11)が連結され、該ボールネジ(11)には、ナット部材(12)が螺合している。該ナット部材(12)には、２枚の昇降板(13)(13)が左右に取り付けられている。両昇降板(13)(13)には、原動部材となる２本の昇降アーム(15)(15)が左右に水平に取り付けられ、該昇降アーム(15)(15)には、水平リニアガイド(16)(16)が設けられている。
又、後方垂直板(173)の背面側には、両昇降板(13)(13)とスライド可能に係合する鉛直リニアガイド(14)(14)が配備され、両昇降板(13)(13)が鉛直リニアガイド(14)(14)にガイドされてスライドすることにより、両昇降アーム(15)(15)の鉛直移動が案内される。

図２及び図３に示す如く、支持フレーム(17)の両側方垂直板(172)(172)には、それぞれカム溝(18)(18)が形成されている。各カム溝(18)は、傾斜方向に伸びて容器把持動作領域となる傾斜溝部(44)と、該傾斜溝部(44)の終端から鉛直下方に伸びて合焦動作領域となる鉛直溝部(45)とから構成されている。
尚、合焦動作領域は、１次合焦動作領域と２次合焦動作領域との２つの領域に区別される。該１次合焦動作領域では、ステッピングモータ(10)は通常のステップ角で駆動され、２次合焦動作領域では、ステッピングモータ(10)は例えば通常の1/10のステップ角で駆動される。

後方垂直板(173)の前面側には、フラスコ(３)を受け止めるための容器受止プレート(28)が取り付けられ、該容器受止プレート(28)には、左右一対の凹部(29)(29)が形成されている。
該一対の凹部(29)(29)は、フラスコ(３)の底面に設けられた一対の凸部(37)(37)と係合する。

容器保持ホルダー(２)は左右に一対の側板(35)(35)を具え、側方垂直板(172)(172)及び後方垂直板(173)によって包囲されている。
容器ホルダー(２)の両側板(35)(35)にはそれぞれ、２つずつスライド受部(19)(19)が設けられ、該スライド受部(19)(19)は、前記昇降アーム(15)に設けられた水平リニアガイド(16)とスライド可能に係合している。

更に、一対の側板(35)(35)には、図４に示すようにフラスコ(３)を受け止めるための４つの保持片(26)〜(26)と、フラスコ(３)を前記容器受止プレート(28)に押し付けるための２つの押圧片(27)(27)が配備されている。

図２に示す如く、容器ホルダー(２)とその両側の側方垂直板(172)(172)との間には、昇降アーム(15)(15)の往復移動に連動させて容器ホルダー(２)を前記傾斜溝部(44)(44)に沿って往復駆動する２つの駆動機構(43)(43)が設けられている。

前記２つの駆動機構(43)(43)は、左右対称の構造を有しているので、ここでは１つの駆動機構(43)について説明する。
容器ホルダー(２)の側板(35)上のスライドレール(23)には、駆動部材となるスライド部材(22)がスライド可能に係合している。
又、ガイドレール(23)の一端には、スライド部材(22)と当接可能な係止ネジ(21)が配備されている。

スライド部材(22)の上面には、係止ピン(24)が突設され、該係止ピン(24)と側板(35)の端部との間には、バネ(25)が張設されている。
又、スライド部材(22)には、カムフォロワーとなるガイドベアリング(20)が配備され、該ガイドベアリング(20)はカム溝(18)に摺動可能に係合している。

図５及び図６に示す如く、昇降アーム(15)の可動域の上方位置と下方位置に対向して、上下一対のリミットセンサー(31)(31)が配備され、昇降アーム(15)が可動域を超えたとき、該リミットセンサー(31)(31)は感知信号を発する。
又、ステッピングモータ(10)の下方位置には、ガイドベアリング(20)が鉛直溝部(45)に沿って移動しているときの合焦位置の手前位置に対向して、原点センサー(30)が配備されている。

図７(a)(b)(c)及び図８(a)(b)(c)は、搬送テーブル(60)によってフラスコ(３)が試料搬送装置(１)に設置されている様子を示している。図７(a)(b)に示す如く、コンピュータ制御された搬送装置(６)の動作により、フラスコ(３)を搭載した搬送テーブル(60)は水平姿勢を保ち、容器ホルダー(２)の上方位置まで移動する。そのとき、ガイドベアリング(20)は傾斜溝部(44)の始端に位置して、容器ホルダー(２)は、最上位置で待機している。

図７(c)に示す如く、搬送テーブル(60)は、容器受止プレート(28)の手前で停止した後に、図８(a)に示す如く、保持片(26)〜(26)に包囲された開口部を下降する。フラスコ(３)は、搬送テーブル(60)の下降に伴い、これらの保持片(26)〜(26)上に設置される。その後、図８(b)に示す如く搬送テーブル(60)が後退する。続いて、図８(c)に示す如く、ステッピングモータ(10)を駆動することによって、容器ホルダー(２)が昇降駆動されて、該容器ホルダー(２)上に設置されたフラスコ(３)が昇降移動して、合焦動作が行なわれる。

図９(a)(b)(c)は、フラスコ(３)が傾斜溝部(44)の始端から鉛直溝部(45)の始端付近まで移動する一連の動作を示している。
図９(a)(b)に示す如く、ステッピングモータ(10)を駆動することにより、昇降アーム(15)(15)が下降を開始し、これに伴って、駆動機構(43)のガイドベアリング(20)(20)が傾斜溝部(44)(44)の始端から終端に向かって移動すると共に、容器ホルダー(２)の側板(35)(35)に設けられた水平リニアガイド(16)(16)が容器受止プレート(28)の方向へスライドする。
この過程において、バネ(25)の弾性反発力によって、スライド部材(22)と係止ネジ(21)は、互いに当接された状態を保っており、これによって、容器ホルダー(２)とスライド部材(22)は一体となって、水平方向に移動する。

図９(c)に示す如く、傾斜溝部(44)の終端直前から鉛直溝部(45)の始端へと、ガイドベアリング(20)が移動する過程において、スライド部材(22)は、ガイドレール(23)に沿って移動を開始する。これによって、スライド部材(22)と係止ネジ(21)(21)とが互いに離間する。これに伴って、バネ(25)が伸張し、弾性反発力を生じる。
該弾性反発力によって、容器ホルダー(２)に設置された押圧板(27)(27)が、フラスコ(３)の端面を押圧して、フラスコ(３)は容器受止プレート(28)に圧接されると共に、フラスコ(３)に設けた凸部(37)と容器受止プレート(28)に設けた凹部(29)が互いに係合する。これによって、フラスコ(３)は容器ホルダー(２)上に把持される。

その後、ガイドベアリング(20)(20)は、鉛直リニアガイド(14)(14)の降下に伴い、合焦動作領域となる鉛直溝部(45)(45)を移動する。

図１０(a)(b)(c)は、容器ホルダー(２)が、試料保持動作領域から１次合焦動作領域を経て２次合焦動作領域に達するまでの動作を示したものである。
図１０(a)(b)に示す如く、試料保持動作領域から１次合焦動作領域においては、ステッピングモータ(10)は通常のステップ角で駆動されるので、容器ホルダー(２)は高速で、合焦位置手前まで降下する。その後、図１０(c)に示す如く、
原点センサー(30)がオンになることにより、ステッピングモータ(10)は例えば通常の1/10のステップ角で駆動され、合焦位置への位置決めを行なう２次合焦動作が行なわれる。

図１１は合焦動作の手続を示す図である。
先ず、ステップＳ１にて、昇降アーム(15)が下降を開始する。この時、ステッピングモータ(10)は通常のステップ角で駆動されるので、フラスコ(３)は高速で傾斜溝部(44)を経て鉛直溝部(45)に移動する。
ステップＳ２では、フラスコ(３)が鉛直溝部(45)を移動する過程で原点センサー(30)がオンか否かを判断し、オフと判断されたときは、ステップＳ１に戻って同じ動作を繰り返す。一方、オンと判断されたときは、ステップＳ３に移行して、ステッピングモータ(10)を一旦停止させる。次にステップＳ４に移行して、ステッピングモータ(10)を低速動作に切り替える。この時、ステッピングモータ(10)を、例えば通常時の1/10のステップ角で駆動することにより、低速動作を実現することが出来る。その後、ステップＳ５に移行し、原点センサー(30)がオンになった点を原点とし、該原点を中心に合焦動作が行なわれ、フラスコ(３)が焦点位置に移動すると、合焦動作は終了する。

図１２は、前記ステップＳ５の２次合焦動作の具体的な手続きを表わしたものである。
フラスコ(３)の移動に伴い、光学装置(40)によって撮影される画像を分析装置に取得する。その取得間隔を比較的大きく刻んだときの粗刻み焦点ストロークをｈ１とする。尚、焦点ストロークとは、鮮鋭度計算刻み幅ｄｚ１と鮮鋭度計算回数Ｎ１を乗じたものである。
先ずステップＳ１１にて、粗刻み焦点ストロークｈ１の半分だけフラスコ(３)を下降させる。
次にステップＳ１２に移行し、粗刻み時における刻み幅ｄｚ１だけ昇降アーム(15)を上昇させる。その後、ステップＳ１３に移行し、画像の鮮鋭度を計算する。ステップＳ１４では、鮮鋭度の計算結果が鮮鋭度計算回数Ｎ１と前記粗刻みにおける刻み幅ｄｚ１とを乗じた分だけ上昇するか否かを判断する。上昇していないと判断されたときは、ステップＳ１２に戻って同じ動作を繰り返す。上昇していると判断されたときは、ステップＳ１５に移行し、最大鮮鋭度の時の位置を計算し、その位置にフラスコ(３)を移動させる。

フラスコ(３)の移動に伴い、光学装置(40)によって撮影される画像を、分析装置に取得する。取得する間隔を微小に刻んだときの、微小刻み焦点ストロークをｈ２とする。
フラスコ(３)が最大鮮鋭度の時の位置に移動した後、ステップＳ１６に移行し、微小刻み焦点ストロークｈ２の半分だけ昇降アーム(15)を下降させる。
次にステップＳ１７に移行し、微小刻みにおける刻み幅ｄｚ２だけフラスコ(３)を上昇させる。その後、ステップＳ１８に移行し、画像の鮮鋭度を計算する。ステップＳ１９では、鮮鋭度の計算結果が鮮鋭度計算回数Ｎ２と前記粗刻みにおける刻み幅ｄｚ２とを乗じた分だけ上昇するか否かを判断する。上昇していないと判断されたときは、ステップＳ１７に戻って同じ動作を繰り返す。上昇していると判断されたときは、ステップＳ２０に移行し、最大鮮鋭度の時の位置を計算し、その位置に昇降アーム(15)を移動させる。これによって、合焦動作は終了する。

この様に、合焦位置を検索する際の移動方向と、その検索によって発見された合焦位置まで移動する際の移動方向とが一致しているので、バックラッシュを除去することが出来る。

上記本発明の顕微ユニット(４)においては、原点センサー(30)がオンになるまではステッピングモータ(10)を高速で動作させることが出来、原点センサー(30)がオンになった後、即ち２次合焦動作領域ではステッピングモータ(10)を低速で動作させることが出来る。これにより、鮮明な画像に基づく合焦動作が実現出来る。
更に、単一のステッピングモータ(10)の駆動により、駆動機構(１)が動作して、ガイドベアリング(20)が傾斜溝部(44)から鉛直溝部(45)まで移動する過程において、傾斜溝部(44)の終端付近で試料保持が実現され、その後、鉛直溝部(45)で合焦動作が実現される。
従って、装置全体の小型化を実現することが可能である。

尚、本発明の各部構成は上記実施の形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。例えば、上記実施例によれば、容器ホルダー(２)にはフラスコ(３)が設置されるが、フラスコ(３)の代わりとしてマイクロプレート(７)を設置することも可能である。

顕微ユニットの斜視図である。容器搬送装置の一方の側板を外して示す斜視図である。該容器搬送装置の斜視図である。容器搬送装置及び容器ホルダーの平面図である。該容器搬送装置及び容器ホルダーにフラスコが設置された状態を前方側から見た斜視図である。該容器搬送装置及び容器ホルダーにフラスコが設置された状態を後方側から見た斜視図である。フラスコが容器搬送装置内に搬送される過程の前半を示す側面図である。同上過程の後半を示す側面図である。試料把持動作領域の動作を示す一連の側面図である。１次合焦動作と２次合焦動作を示す一連の側面図である。１次合焦動作と２次合焦動作の手続きを示すフローチャートである。２次合焦動作の手続きを示すフローチャートである。フラスコの斜視図である。インキュベータの斜視図である。搬送装置のＸ軸方向の動作を表わす斜視図である。従来のインキュベータの概略構成を示す図である。

符号の説明

(１) 容器搬送装置
(10) モータ
(11) ボールネジ
(12) ナット部材
(14) 鉛直リニアガイド
(15) 昇降アーム
(16) 水平リニアガイド
(18) カム溝
(２) 容器ホルダー
(20) ガイドベアリング
(21) 係止ネジ
(22) スライド部材
(25) バネ
(３) フラスコ
(30) 原点センサー
(４) 顕微ユニット
(43) 駆動機構

Claims

観察対象となる試料を収容した容器を保持すべき容器ホルダー(２)と、容器ホルダー(２)を容器投入位置から容器把持位置を経て試料観察位置に至る搬送路に沿って搬送する容器搬送装置(１)と、前記試料観察位置に向けて配置された光学装置(40)とから構成され、容器投入位置にて容器ホルダー(２)に投入された容器を、容器把持位置にて容器ホルダー(２)上に把持した後、試料観察位置にて容器内の試料を光学装置によって観察することが可能な光学式観察装置において、
前記容器搬送装置(１)は、支持フレーム(17)に取り付けられた駆動源と、該駆動源によって前記光学装置の光軸と平行な第１軸方向に往復駆動される原動部材とを具え、該原動部材に対して容器ホルダー(２)が前記第１軸方向とは直交する第２軸方向のスライドが可能に係合し、該容器ホルダー(２)と前記支持フレーム(17)の間には、原動部材の往復移動に連動させて容器ホルダー(２)を前記搬送路に沿って往復移動させる駆動機構(43)が設けられ、該駆動機構(43)には、バネ(25)とカム機構が互いに直列に連結されて介在し、該カム機構の第１の動作によって前記バネ(25)が伸張されて、該バネ(25)の弾性反発力によって容器ホルダー(２)上の容器が容器ホルダー(２)上に把持され、該カム機構の第２の動作によって、容器ホルダー(２)内の試料を前記光学装置(40)の焦点位置に位置決めする合焦動作が実行されることを特徴とする光学式観察装置。
前記駆動機構(43)は、容器ホルダー(２)に対して第２軸方向のスライドが可能に係合する駆動部材を具え、前記カム機構は、前記支持フレーム(17)に形成されたカム溝(18)と、前記駆動部材に設けられて該カム溝(18)に係合するカムフォロワーとから構成され、該カム溝(18)は、第２軸方向の成分を含む方向に伸びる容器把持動作領域と、該容器把持動作領域の終端から第１軸方向に伸びる合焦動作領域とを有し、該駆動部材と容器ホルダーの間に前記バネが張設され、駆動部材と容器ホルダーは、前記カムフォロワーがカム溝(18)の容器保持領域の始端から終端直前位置に移動する過程で前記バネの弾性反発力によって互いに当接し、前記カムフォロワーがカム溝(18)の容器保持領域の終端直前位置から合焦動作領域に移行する過程で互いに離間し、これによって前記バネ(25)が伸張され、該バネ(25)の弾性反発力によって容器ホルダー(２)上の容器が原動部材に押し付けられて、容器ホルダー(２)と原動部材の間に把持され、前記カムフォロワーがカム溝(18)の合焦動作領域を往復移動することによって、容器ホルダー(２)内の試料を前記光学装置(40)の焦点位置に位置決めする合焦動作が実行される請求項１に記載の光学式観察装置。
前記第１軸方向は鉛直方向、第２軸方向は水平方向であって、前記カム溝(18)の容器保持領域は、鉛直方向に対して傾斜する傾斜溝部(44)によって形成されると共に、合焦動作領域は、鉛直方向に伸びる鉛直溝部(45)によって形成されている請求項２に記載の光学式観察装置。
更に、前記支持フレーム(17)には、前記カムフォロワーがカム溝(18)の合焦動作領域に係合しているときの原動部材の位置に対向して、原点センサー(30)が配備され、容器ホルダー(２)を容器投入位置から試料観察位置まで搬送する過程で、原点センサー(30)がオンとなるまでは前記駆動源を高速で動作させ、原点センサー(30)がオンとなった後は前記駆動源を低速で動作させて、光学装置(40)によって撮影される画像に基づく合焦動作が実行される請求項２又は請求項３に記載の光学式観察装置。
前記駆動源は、支持フレーム(17)に固定されたステッピングモータ(10)と、該ステッピングモータ(10)によって駆動されるボールネジ(11)と、該ボールネジ(11)に螺合するナット部材(12)とから構成され、該ナット部材(12)に原動部材が連結され、合焦動作は、ステッピングモータ(10)を一方向に回転させる過程で、その途中の合焦位置を検索する第１ステップと、ステッピングモータ(10)を逆転させて、第1ステップで検索された合焦位置を通過した位置まで容器を移動させる第２ステップと、ステッピングモータ(10)を前記一方向に回転させて、第1ステップで検索された合焦位置まで容器を移動させる第３ステップとを有している請求項１乃至請求項４の何れかに記載の光学式観察装置。