JP4488269B2 - 顕微鏡用ステージおよびこれを用いた顕微鏡 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、顕微鏡に関し、特に顕微鏡用ステージに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、顕微鏡観察において、観察対象である標本がステージに搭載されるようになっており、ピント合せをした後、対物レンズと標本間の距離、すなわち、対物レンズとステージ間の距離を保つ必要がある。顕微鏡の構成上、顕微鏡の本体や対物レンズの取付け部であるレボルバが、顕微鏡の内蔵電源から発した熱を受け易いようになっている。
その結果、顕微鏡本体やレボルバに微弱な熱変形が生じてしまうので、検鏡を始めた時に標本に対して合わせたピントが、検鏡を行うにつれて、顕微鏡本体やレボルバは熱の影響を受けて、対物レンズと標本間の距離が変わり、ピントズレが生じてしまう。また、環境温度の変化によっても、顕微鏡本体やレボルバは熱変形してしまい、ピントズレが生じてしまうこともしばしばある
さらに、顕微鏡本体やレボルバが内蔵電源からの熱を受け続けた後、その熱容量がある一定値を保つようになるが、標本照明用の光源を使用すると、ステージはその光源からの熱を受けて、熱変形してしまうことがある。その結果、標本に対してピントを合わせた後に、対物レンズとステージ間の距離、すなわち、対物レンズと標本間の相対距離が変わり、ピントズレが生じてしまう。
【０００３】
ステージの熱変形を抑制する技術として、ステージに設けられた中座の熱変形を抑制するための技術が、実開平７−３９０１２号公報に記載されている。この技術は、図１２に示すように、照明用光源１６と対物レンズ１７の間にステージの中座１８が配置されており、この中座１８の照明用光源側の面１８ａは、中座１８の材料の素地が露出しており、対物レンズ１７側の面１８ｂは、アルマイト層１８ｃで被覆されている。
【０００４】
上記の処理を施していない中座においては、通常、中座の下面の熱伝導率は、上面より小さいので、中座が熱を受けると、上面と比べて下面の方が空気との熱交換が少ないために、温度が上昇して、上面と下面の温度差により中座が熱変形してしまう。上記のように、アルマイト処理をした場合は、アルマイト層の熱伝導率が、中座の材料の熱伝導率より大きいので、中座の下面の方が空気との熱交換が多くなる。その結果、中座が熱を受けても、上面と下面の温度差が低減されて、中座の熱変形を抑制できるようになる。
【０００５】
また、顕微鏡観察において、ステージを顕微鏡光軸方向に上下動させ、標本の厚さ方向の断面にピント合わせをするためのアプリケーションがある。薄い生物標本に対応する場合、ステージを高精度で移動させる必要がある。
【０００６】
特開昭６２−１８４３８７号公報の従来技術には、光学計測器や測定器の試料台として、圧電素子を使用した微少変位機構が記載されている。この微少変位機構は、図１３に示すように、固定部材１９に３本の圧電素子２０が配設され、ステージ２１をＺ方向に変位させるものであり、図１４のものは、環状の圧電素子２２をステージ２３と固定部材２４の間に挟み込んで、Ｚ軸方向の微少変位を得るように構成されている。
【０００７】
さらに、特開平６−１９４５７９号公報には、図１５に示すように、ステージは、ステージプレート２５と、ステージプレート２５の中心を直接駆動する圧電式並進運動装置２６と、ステージプレート２５をガイドするために，ステージプレート２５に取付けられた弾性部材２７ａ、２７ｂからなる直線ガイド機構と、上記圧電式並進運動装置２６と上記弾性部材２７ａ、２７ｂの他端を支持する円筒部材２８とから構成されている。上記弾性部材２７ａ，２７ｂは、上記圧電式並進運動装置２６に対して共軸に配置されており、上記圧電式並進運動装置２６が上記弾性部材２７ａ、２７ｂの中央に穿設された孔を貫通して配置されている。
【０００８】
上記の構成によれば、剛性の高いステージを動かす機構を構成することができ、ステージを高い分解能で上下移動させることができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
実開平７−３９０１２号公報に記載の従来技術によれば、中座の熱変形を抑制することにより、対物レンズと標本間の距離、すなわち、ピントズレをある程度低減することができる。しかし、熱によるピントズレは、中座の熱変形だけによるものではない。従って、下記の点で、熱による顕微鏡のピントズレを完全に低減または補正することができない。
【００１０】
先ず、中座の変形量を検出する手段が開示されていないので、アルマイト量を中座の下面に被覆することによって、中座の熱変形をどのくらい抑制したかが分からない。また、ピントズレを抑制するためには、熱によって生じた中座と対物レンズ間の距離の変化を補正する必要があるが、補正するための技術が開示されていない。
【００１１】
また、特開昭６２−１８４３８７号公報に記載の従来技術の微少変位機構については、図１３のものでは、３本の駆動素子を用いるため、個々の素子の変化量が一致せず、ステージを厳密に水平を保ってＺ方向に変位させることが、困難である。図１４のものでは、圧電素子の変位量をステージと固定部材との接触面全体にわたって均一に保つことは、圧電素子の特性状困難であることから、ステージを高精度に水平を保ちＺ方向に移動させることは困難である。
さらに、特開平６−１９４５７９号公報に記載の従来技術によれば、ステージプレート全体を動かすようにしているので、ステージプレートの重さから、駆動力の高い圧電素子が必要であり、高価になる。また、ステージを高精度に動かすのに、ガイド機構およびそのガイド機構を取付けるためのスペース部材が必要となり、構成が複雑になる。さらに、ステージプレートを動かすための圧電素子は、ステージプレートの中心に設けられているので、顕微鏡の光軸に対して、ステージを傾けるための角度調整を行うことができない。
【００１２】
本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、熱などによる顕微鏡のピントズレを補正することができ、かつ高精度で顕微鏡の光軸に対する角度調整および顕微鏡の光軸方向に移動できる顕微鏡用ステージおよびそれを用いた顕微鏡を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、標本を照射するための照明用光源と、上記標本を観察するための対物レンズとを有する顕微鏡に用いられる顕微鏡用ステージにおいて、上記標本を搭載するためのステージ本体は、上記ステージ本体に設けられ標本を搭載する弾性変形可能な標本搭載部と、上記標本搭載部の変形量を検知するための検知手段と、上記検知手段で検知した変形量に応じた変形を上記標本搭載部に誘発させる変形誘発部材とを設けたことを特徴とする顕微鏡用ステージである。
【００１４】
請求項２の発明は、上記顕微鏡用ステージは、上記変形誘発部材に対する上記検知手段で検知した変形量に応じた変形を制御するための制御手段を備えていることを特徴とする顕微鏡用ステージである。
【００１５】
請求項３の発明は、上記検知手段は、上記標本搭載部と上記対物レンズ間の相対的な距離を検知することを特徴とする顕微鏡用ステージである。
【００１６】
請求項４の発明は、標本を照明するための照明用光源と、上記標本を観察するための対物レンズと、上記標本を搭載するためのステージ本体とを有する顕微鏡において、上記ステージ本体に設けられ標本を搭載する弾性変形可能な標本搭載部と、上記標本搭載部の変形量を検知するための検知手段と、上記検知手段で検知した変形量に応じた変形を上記標本搭載部に誘発させる変形誘発部材と、上記変形誘発部材に対する上記検知手段で検知した変形量に応じた変形を制御するための制御手段を備えていることを特徴とする顕微鏡である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施の形態を、図１〜図４を参照して説明する。
【００１８】
図１および図２において、標本１の上方に透過照明光源２が設けられ、標本１の下方に標本１を観察するための対物レンズ３が、透過照明光源２に対向して光軸ＯＰ上に配置されている。標本１を搭載するステージ本体４の中央部に開口を有する標本搭載部５が設けられている。この標本搭載部５は、ステージ本体４の中央部に段差を形成して構成したものであり、後述の弾性変形が大きく得られるように、２ヶ所に対向する切欠き５ａ，５ｂが設けられている。
【００１９】
上記標本搭載部５の対物レンズ３に対向する面とステージ本体４の中央部に跨って、標本搭載部５の開口より大径の開口を有する環状の圧電素子６が、接着剤で固定されている。また、上記標本搭載部５の下面に、標本搭載部５の弾性変形量を検出するために、等間隔に３ヶ所に歪みゲージ７が設けられており、後述する不図示の制御系に電気的に接続されている。
【００２０】
図３は、標本搭載部５の変形を誘発させる変形誘発部材である上記圧電素子６の通電状態を示すものであり、上記圧電素子６は一端が固定された板バネのように、ステージ本体４に固定された縁部６ａが動かないで、標本搭載部５に固定された中央部６ｂが上下移動することを示している。この上下移動に連動して、ステージ本体４の標本搭載部５が弾性変形することになる。
【００２１】
図４は、制御系のブロック図を示すものである。
【００２２】
設定器８は、最大許容変位値（基準位置）を設定するものであり、この最大許容変位値は電気信号として出力される。この電気信号は比較器９を介して、指令値として制御器１０に入力される。上記制御器１０の出力は、増幅器１１で増幅された後、圧電素子６に印加され、圧電素子６を通電させる。上述のように、上記圧電素子６の通電により、圧電素子６の中央部６ｂが板バネのように上下移動し、この上下移動に連動してステージ本体４の標本搭載部５が弾性変形する。この弾性変形量が歪みゲージ７により検出され、電気信号として比較器９に入力される。そして、比較器９において、弾性変形量と最大許容変位量を比較し、この比較によって求められた両者の差が制御器１０に与えられる。次いで、制御器１０は、上記の差がゼロになるように、増幅器１１を介して圧電素子６の上下移動を制御して、ステージ本体４の標本搭載部５を弾性変形させる。
【００２３】
上記構成によれば、標本搭載部５が、透過照明光源２から発した熱を受けるか、または環境温度の変化によって熱変形が生じた場合、歪みゲージ７によりその熱変形量を検出し、上述した制御系によって、圧電素子６の中央部６ｂの移動量を制御しながら、圧電素子の中央部６ｂをステージ４の熱変形と反対方向に移動させることができる。そして、圧電素子６の中央部６ｂと連動して、ステージ本体４の標本搭載部５が熱変形と反対方向に弾性変形させ、最大許容変位置に近づくように、ステージ４の標本搭載部５の熱変形を補正することができる。
【００２４】
上記の実施の形態によれば、以下の効果を奏する。
【００２５】
ステージの熱変形量が歪みゲージによって検出されて、歪みゲージの変形量に応じて、圧電素子が標本搭載部を熱変形と反対方向に弾性変形させることにより、ステージの熱変形を完全に補正することができる。
【００２６】
つぎに、本実施の形態の変形例について説明する。
【００２７】
図５に示すように、四角形状の圧電素子６ｃを、３個等間隔にステージ本体４の標本搭載部５の下面とステージ本体４に跨って固定することもできる。また、図６に示すように、３個の円柱状の圧電素子６ｄを標本搭載部５の下面に、同一円周上に等間隔に固定することもできる。なお、４ａは，ステージ本体４に設けられた開口で、上記圧電素子６ｄを固定するために接着剤を挿入するためのものである。さらに、標本搭載部の変形を誘発する変形誘発部材は、実施の形態に記載の圧電素子に限られるものではなく、例えば、温度調節器を標本搭載部に設け、温度を調節して、ステージの標本搭載部の中央部を、温度を調整することによって弾性変形させるようにしても良い。
【００２８】
本発明の第２の実施の形態を、以下に図７および図８を参照して説明する。
【００２９】
第２の実施の形態は、第１の実施の形態における標本搭載部を、ステージ本体と別体の中座で構成し、この中座に圧電素子を配設したものであり、第１の実施の形態と同一の構成については、同一の符号を付して説明は省略する。
【００３０】
図７および図８において、ステージ本体４の中央部に標本１を搭載するための中座１２が載置されている。この中座１２は環状の円板状であり、中座１２の中央部１２ａはステージ本体４に載置されている縁部１２ｂより厚さが薄く構成されている。また、上記中座１２の中央部１２ａに２つの切欠き１２ｃ、１２ｄが対向して設けられている。さらに、環状の円板状の圧電素子１３が、中座１２の下面の中央部１２ａから縁部１２ｂに跨って、接着剤により中座１２に一体に固定されている。
【００３１】
上記圧電素子１３に通電した場合、第１の実施の形態の図３と同様に、中座１２に固定された圧電素子１３は、一端が固定された板バネのように、縁部１２ｂが動かないで、中央部１２ａが上下移動する。上記圧電素子１３の上下移動に連動して、中座１２の中央部１２ａが弾性変形することになる。そして、中座１２の中央部１２ａに配置された歪みゲージ７で、中座１２の弾性変形量を検出することができる。
【００３２】
上記の構成によれば、中座１２が透過照明光源２から発せられた熱、または環境温度の変化によって、熱変形が生じた場合、歪みゲージ７が中座１２の熱変形量を検出し、図４で説明した制御系により、圧電素子１３の中央部の移動量を制御しながら、中座１２の熱変形と反対方向に中央部１２ａを移動させ、中座１２の中央部１２ａが熱変形と反対方向に弾性変形させることで、中座１２の熱変形を補正することができる。
【００３３】
上記の実施の形態によれば、以下の効果を奏する。
ステージ本体に載置された中座の熱変形量を歪みゲージで検出し、この検出した熱変形量に応じて、圧電素子が中座を熱変形と反対方向に弾性変形させることによって、中座の熱変形を完全に補正することができる。
【００３４】
本発明の第３の実施の形態を、以下に図９を参照して説明する。
【００３５】
第３の実施の形態は、ステージの標本搭載部と対物レンズ間の距離を検出するためのセンサを配置した顕微鏡用ステージであり、第１の実施の形態と同一の構成については、同一の符号を付して説明は省略する。
【００３６】
図９において、ステージ本体４の標本搭載部５の下面に、垂直に非接触型の静電容量センサ１４が取付けられており、この静電容量センサ１４の下端面に対向して、対物レンズ３に突起部１５が固定されている。
【００３７】
上記構成によれば、顕微鏡観察を行う場合、標本１に対してピント合わせをした後、標本搭載部５と突起部１５、すなわち対物レンズ３との距離を非接触型の静電容量センサ１４によって検出することができる。そして、検出された距離の値が、図４で説明した制御系に最大許容変位値として入力される。そして、環境温度または他の要因で顕微鏡本体や対物レンズ３を取付けるレボルバ（図示しない）が変形して、対物レンズ３と標本搭載部５との距離が変動することによって、ピントズレが生じた場合、非接触型の静電容量センサ１４が対物レンズ３と標本搭載部５間の距離の変動量を検出する。
【００３８】
この変動量は、図４に示す制御系の比較器９に入力され、最大許容値と同じ値になるように、圧電素子６を通電状態にして、圧電素子６の中央部６ｂを上下移動させて、ステージ本体４の標本搭載部５を弾性変形させる。それによりステージ本体４の標本搭載部５の弾性変形に連動して、標本１が顕微鏡光軸方向に移動することになり、ピントズレの調整が行われる。
【００３９】
第３の実施の形態によれば、非接触型の静電容量センサによって対物レンズと標本搭載部間の距離を検出し、検出した距離を制御系に入力して、圧電素子を移動させることによって、対物レンズとステージ間の距離を保つことができるので、ピントズレを防ぐことができる。
【００４０】
次に、第３の実施の形態の変形例について説明する。
【００４１】
対物レンズとステージ間の距離を検出するためのセンサとして、接触型のセンサを使用することができる。また、非接触型の静電容量センサを、図１０に示すように、対物レンズ３の突起部１５に取付けることもできる。さらに、図１１に示すように、第２実施の形態における図７の中座１２の下面に、上記の非接触型の静電容量センサを垂直に取付けることもできる。
第４の実施の形態について、以下に図１〜図４を参照して説明する。
第４の実施の形態は、第１の実施の形態で説明したステージを用いて、高精度で顕微鏡の光軸方向に移動することのできる顕微鏡用ステージを実現したものである。
図４に示す制御系において、ステージ本体４を顕微鏡光軸方向に移動させる量を設定器８によって設定し、指令値として制御器１０に入力すると、圧電素子６がその指令値に応じて上下移動するようになる。圧電素子６の上下移動に応じて標本搭載部５が弾性変形し、ステージ本体４の標本搭載部５が顕微鏡光軸方向に移動するようになる。また、標本搭載部５の弾性変形量が歪みゲージ７によって検出され、上述の制御系によって、その変形量がクローズ制御されるので、標本搭載部５の弾性変形量、すなわち、ステージ本体４の標本搭載部５の光軸方向の移動量が前記指令値と同じ値になり、ステージ本体４の標本搭載部５の顕微鏡光軸方向の移動精度が高くなる。
上記の構成によれば、圧電素子６の上下移動と連動して、ステージ本体４の標本搭載部５が弾性変形し、その変形量が歪みゲージ７によって、検出されて、クローズ制御されるので、ステージ本体４を高精度で顕微鏡光軸方向に移動することができる。これによって、標本の厚さ方向の各断面に対して、ピント合わせをすることができる。
【００４２】
本実施の形態の変形例について、以下に説明する。
【００４３】
対物レンズとステージ間の距離を検出するために、非接触型の静電容量センサ１４、接触型センサ（図示しない）を、図９に示すように配置しても良い。また、上記センサを、図１０に示すように対物レンズ３の突起部１５に取付けることもできる。さらに、上記センサを、図１１に示すようにステージ本体４に載置した中座１２の下面に垂直に取付けることもできる。
【００４４】
本発明の第５の実施の形態を、以下に図５を参照して説明する。
【００４５】
第５の実施の形態は、高精度で顕微鏡光軸に対して角度調整を行うことのできる顕微鏡ステージを実現したものである。第１の実施の形態と同一の構成については、同一の符号を付して、その説明は省略する。
【００４６】
図５において、ステージ本体４の標本搭載部５の下面に等間隔に３個の四角形状の圧電素子６ｃを固定したものである。
【００４７】
上記のようにステージを構成することにより、第１の実施の形態の図４において説明した制御系に、ステージを顕微鏡光軸に対して傾ける量を不図示の入力手段から設定器８不図示の記憶部に設定し、指令値として制御器１０に入力する。この入力によって、３個の圧電素子６ｃが、指令値に従ってそれぞれ異なった移動量で上下移動するようになる。これにともなって、３つの圧電素子６ｃの移動と連動して、ステージ本体４の標本搭載部５が弾性変形し、標本搭載部５が顕微鏡光軸に対して傾くようになる。この傾き量は、歪みゲージ７によって検出され、制御系によってクローズ制御されるので、高精度でステージの角度調整をすることができる。
【００４８】
上記の構成によれば、以下の効果を奏する。
【００４９】
ステージを、高精度で顕微鏡光軸に対して角度調整することができるので、真直度が出ていない標本面を観察する場合、ステージの角度調整をすることによって、標本面に対してピント合わせをすることができる。
【００５０】
上記の実施の形態の変形例として、圧電素子６ｃを、図７に示すステージ本体４に載置した中座１２の下面に取付けることもできる。
【００５１】
【発明の効果】
本発明によれば、顕微鏡用ステージおよびそれを用いた顕微鏡において、熱などによる顕微鏡のピントズレを補正することができ、さらに顕微鏡用ステージを高精度で角度調整および顕微鏡の光軸方向に移動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す一部断面を有する側面図。
【図２】本発明の第１の実施の形態を示す図１のＡ−Ａ断面図。
【図３】本発明の第１の実施の形態を示す圧電素子の側面図。
【図４】本発明の第１の実施の形態を示す制御系のブロック図。
【図５】本発明の第１の実施の形態の圧電素子の他の例を示す断面図。
【図６】本発明の第１の実施の形態の圧電素子の他の例を示す一部断面を有する側面図。
【図７】本発明の第２の実施の形態を示す一部断面を有する側面図。
【図８】本発明の第２の実施の形態を示す図７のＡ−Ａ断面図。
【図９】本発明の第３の実施の形態を示す一部断面を有する側面図。
【図１０】本発明の第３の実施の形態の他の例を示す一部断面を有する側面図。
【図１１】本発明の第３の実施の形態の他の例を示す一部断面を有する側面図。
【図１２】従来技術を示す側面図。
【図１３】従来技術を示す斜視図。
【図１４】従来技術を示す斜視図。
【図１５】従来技術を示す断面図。
【符号の説明】
４…ステージ本体
５…標本搭載部
６…圧電素子
７…歪みゲージ
８…設定器
９…比較器
１０…制御器
１２…中座
１３…圧電素子
１４…静電容量センサ
【発明の属する技術分野】
本発明は、顕微鏡に関し、特に顕微鏡用ステージに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、顕微鏡観察において、観察対象である標本がステージに搭載されるようになっており、ピント合せをした後、対物レンズと標本間の距離、すなわち、対物レンズとステージ間の距離を保つ必要がある。顕微鏡の構成上、顕微鏡の本体や対物レンズの取付け部であるレボルバが、顕微鏡の内蔵電源から発した熱を受け易いようになっている。
その結果、顕微鏡本体やレボルバに微弱な熱変形が生じてしまうので、検鏡を始めた時に標本に対して合わせたピントが、検鏡を行うにつれて、顕微鏡本体やレボルバは熱の影響を受けて、対物レンズと標本間の距離が変わり、ピントズレが生じてしまう。また、環境温度の変化によっても、顕微鏡本体やレボルバは熱変形してしまい、ピントズレが生じてしまうこともしばしばある
さらに、顕微鏡本体やレボルバが内蔵電源からの熱を受け続けた後、その熱容量がある一定値を保つようになるが、標本照明用の光源を使用すると、ステージはその光源からの熱を受けて、熱変形してしまうことがある。その結果、標本に対してピントを合わせた後に、対物レンズとステージ間の距離、すなわち、対物レンズと標本間の相対距離が変わり、ピントズレが生じてしまう。
【０００３】
ステージの熱変形を抑制する技術として、ステージに設けられた中座の熱変形を抑制するための技術が、実開平７−３９０１２号公報に記載されている。この技術は、図１２に示すように、照明用光源１６と対物レンズ１７の間にステージの中座１８が配置されており、この中座１８の照明用光源側の面１８ａは、中座１８の材料の素地が露出しており、対物レンズ１７側の面１８ｂは、アルマイト層１８ｃで被覆されている。
【０００４】
上記の処理を施していない中座においては、通常、中座の下面の熱伝導率は、上面より小さいので、中座が熱を受けると、上面と比べて下面の方が空気との熱交換が少ないために、温度が上昇して、上面と下面の温度差により中座が熱変形してしまう。上記のように、アルマイト処理をした場合は、アルマイト層の熱伝導率が、中座の材料の熱伝導率より大きいので、中座の下面の方が空気との熱交換が多くなる。その結果、中座が熱を受けても、上面と下面の温度差が低減されて、中座の熱変形を抑制できるようになる。
【０００５】
また、顕微鏡観察において、ステージを顕微鏡光軸方向に上下動させ、標本の厚さ方向の断面にピント合わせをするためのアプリケーションがある。薄い生物標本に対応する場合、ステージを高精度で移動させる必要がある。
【０００６】
特開昭６２−１８４３８７号公報の従来技術には、光学計測器や測定器の試料台として、圧電素子を使用した微少変位機構が記載されている。この微少変位機構は、図１３に示すように、固定部材１９に３本の圧電素子２０が配設され、ステージ２１をＺ方向に変位させるものであり、図１４のものは、環状の圧電素子２２をステージ２３と固定部材２４の間に挟み込んで、Ｚ軸方向の微少変位を得るように構成されている。
【０００７】
さらに、特開平６−１９４５７９号公報には、図１５に示すように、ステージは、ステージプレート２５と、ステージプレート２５の中心を直接駆動する圧電式並進運動装置２６と、ステージプレート２５をガイドするために，ステージプレート２５に取付けられた弾性部材２７ａ、２７ｂからなる直線ガイド機構と、上記圧電式並進運動装置２６と上記弾性部材２７ａ、２７ｂの他端を支持する円筒部材２８とから構成されている。上記弾性部材２７ａ，２７ｂは、上記圧電式並進運動装置２６に対して共軸に配置されており、上記圧電式並進運動装置２６が上記弾性部材２７ａ、２７ｂの中央に穿設された孔を貫通して配置されている。
【０００８】
上記の構成によれば、剛性の高いステージを動かす機構を構成することができ、ステージを高い分解能で上下移動させることができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
実開平７−３９０１２号公報に記載の従来技術によれば、中座の熱変形を抑制することにより、対物レンズと標本間の距離、すなわち、ピントズレをある程度低減することができる。しかし、熱によるピントズレは、中座の熱変形だけによるものではない。従って、下記の点で、熱による顕微鏡のピントズレを完全に低減または補正することができない。
【００１０】
先ず、中座の変形量を検出する手段が開示されていないので、アルマイト量を中座の下面に被覆することによって、中座の熱変形をどのくらい抑制したかが分からない。また、ピントズレを抑制するためには、熱によって生じた中座と対物レンズ間の距離の変化を補正する必要があるが、補正するための技術が開示されていない。
【００１１】
また、特開昭６２−１８４３８７号公報に記載の従来技術の微少変位機構については、図１３のものでは、３本の駆動素子を用いるため、個々の素子の変化量が一致せず、ステージを厳密に水平を保ってＺ方向に変位させることが、困難である。図１４のものでは、圧電素子の変位量をステージと固定部材との接触面全体にわたって均一に保つことは、圧電素子の特性状困難であることから、ステージを高精度に水平を保ちＺ方向に移動させることは困難である。
さらに、特開平６−１９４５７９号公報に記載の従来技術によれば、ステージプレート全体を動かすようにしているので、ステージプレートの重さから、駆動力の高い圧電素子が必要であり、高価になる。また、ステージを高精度に動かすのに、ガイド機構およびそのガイド機構を取付けるためのスペース部材が必要となり、構成が複雑になる。さらに、ステージプレートを動かすための圧電素子は、ステージプレートの中心に設けられているので、顕微鏡の光軸に対して、ステージを傾けるための角度調整を行うことができない。
【００１２】
本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、熱などによる顕微鏡のピントズレを補正することができ、かつ高精度で顕微鏡の光軸に対する角度調整および顕微鏡の光軸方向に移動できる顕微鏡用ステージおよびそれを用いた顕微鏡を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、標本を照射するための照明用光源と、上記標本を観察するための対物レンズとを有する顕微鏡に用いられる顕微鏡用ステージにおいて、上記標本を搭載するためのステージ本体は、上記ステージ本体に設けられ標本を搭載する弾性変形可能な標本搭載部と、上記標本搭載部の変形量を検知するための検知手段と、上記検知手段で検知した変形量に応じた変形を上記標本搭載部に誘発させる変形誘発部材とを設けたことを特徴とする顕微鏡用ステージである。
【００１４】
請求項２の発明は、上記顕微鏡用ステージは、上記変形誘発部材に対する上記検知手段で検知した変形量に応じた変形を制御するための制御手段を備えていることを特徴とする顕微鏡用ステージである。
【００１５】
請求項３の発明は、上記検知手段は、上記標本搭載部と上記対物レンズ間の相対的な距離を検知することを特徴とする顕微鏡用ステージである。
【００１６】
請求項４の発明は、標本を照明するための照明用光源と、上記標本を観察するための対物レンズと、上記標本を搭載するためのステージ本体とを有する顕微鏡において、上記ステージ本体に設けられ標本を搭載する弾性変形可能な標本搭載部と、上記標本搭載部の変形量を検知するための検知手段と、上記検知手段で検知した変形量に応じた変形を上記標本搭載部に誘発させる変形誘発部材と、上記変形誘発部材に対する上記検知手段で検知した変形量に応じた変形を制御するための制御手段を備えていることを特徴とする顕微鏡である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施の形態を、図１〜図４を参照して説明する。
【００１８】
図１および図２において、標本１の上方に透過照明光源２が設けられ、標本１の下方に標本１を観察するための対物レンズ３が、透過照明光源２に対向して光軸ＯＰ上に配置されている。標本１を搭載するステージ本体４の中央部に開口を有する標本搭載部５が設けられている。この標本搭載部５は、ステージ本体４の中央部に段差を形成して構成したものであり、後述の弾性変形が大きく得られるように、２ヶ所に対向する切欠き５ａ，５ｂが設けられている。
【００１９】
上記標本搭載部５の対物レンズ３に対向する面とステージ本体４の中央部に跨って、標本搭載部５の開口より大径の開口を有する環状の圧電素子６が、接着剤で固定されている。また、上記標本搭載部５の下面に、標本搭載部５の弾性変形量を検出するために、等間隔に３ヶ所に歪みゲージ７が設けられており、後述する不図示の制御系に電気的に接続されている。
【００２０】
図３は、標本搭載部５の変形を誘発させる変形誘発部材である上記圧電素子６の通電状態を示すものであり、上記圧電素子６は一端が固定された板バネのように、ステージ本体４に固定された縁部６ａが動かないで、標本搭載部５に固定された中央部６ｂが上下移動することを示している。この上下移動に連動して、ステージ本体４の標本搭載部５が弾性変形することになる。
【００２１】
図４は、制御系のブロック図を示すものである。
【００２２】
設定器８は、最大許容変位値（基準位置）を設定するものであり、この最大許容変位値は電気信号として出力される。この電気信号は比較器９を介して、指令値として制御器１０に入力される。上記制御器１０の出力は、増幅器１１で増幅された後、圧電素子６に印加され、圧電素子６を通電させる。上述のように、上記圧電素子６の通電により、圧電素子６の中央部６ｂが板バネのように上下移動し、この上下移動に連動してステージ本体４の標本搭載部５が弾性変形する。この弾性変形量が歪みゲージ７により検出され、電気信号として比較器９に入力される。そして、比較器９において、弾性変形量と最大許容変位量を比較し、この比較によって求められた両者の差が制御器１０に与えられる。次いで、制御器１０は、上記の差がゼロになるように、増幅器１１を介して圧電素子６の上下移動を制御して、ステージ本体４の標本搭載部５を弾性変形させる。
【００２３】
上記構成によれば、標本搭載部５が、透過照明光源２から発した熱を受けるか、または環境温度の変化によって熱変形が生じた場合、歪みゲージ７によりその熱変形量を検出し、上述した制御系によって、圧電素子６の中央部６ｂの移動量を制御しながら、圧電素子の中央部６ｂをステージ４の熱変形と反対方向に移動させることができる。そして、圧電素子６の中央部６ｂと連動して、ステージ本体４の標本搭載部５が熱変形と反対方向に弾性変形させ、最大許容変位置に近づくように、ステージ４の標本搭載部５の熱変形を補正することができる。
【００２４】
上記の実施の形態によれば、以下の効果を奏する。
【００２５】
ステージの熱変形量が歪みゲージによって検出されて、歪みゲージの変形量に応じて、圧電素子が標本搭載部を熱変形と反対方向に弾性変形させることにより、ステージの熱変形を完全に補正することができる。
【００２６】
つぎに、本実施の形態の変形例について説明する。
【００２７】
図５に示すように、四角形状の圧電素子６ｃを、３個等間隔にステージ本体４の標本搭載部５の下面とステージ本体４に跨って固定することもできる。また、図６に示すように、３個の円柱状の圧電素子６ｄを標本搭載部５の下面に、同一円周上に等間隔に固定することもできる。なお、４ａは，ステージ本体４に設けられた開口で、上記圧電素子６ｄを固定するために接着剤を挿入するためのものである。さらに、標本搭載部の変形を誘発する変形誘発部材は、実施の形態に記載の圧電素子に限られるものではなく、例えば、温度調節器を標本搭載部に設け、温度を調節して、ステージの標本搭載部の中央部を、温度を調整することによって弾性変形させるようにしても良い。
【００２８】
本発明の第２の実施の形態を、以下に図７および図８を参照して説明する。
【００２９】
第２の実施の形態は、第１の実施の形態における標本搭載部を、ステージ本体と別体の中座で構成し、この中座に圧電素子を配設したものであり、第１の実施の形態と同一の構成については、同一の符号を付して説明は省略する。
【００３０】
図７および図８において、ステージ本体４の中央部に標本１を搭載するための中座１２が載置されている。この中座１２は環状の円板状であり、中座１２の中央部１２ａはステージ本体４に載置されている縁部１２ｂより厚さが薄く構成されている。また、上記中座１２の中央部１２ａに２つの切欠き１２ｃ、１２ｄが対向して設けられている。さらに、環状の円板状の圧電素子１３が、中座１２の下面の中央部１２ａから縁部１２ｂに跨って、接着剤により中座１２に一体に固定されている。
【００３１】
上記圧電素子１３に通電した場合、第１の実施の形態の図３と同様に、中座１２に固定された圧電素子１３は、一端が固定された板バネのように、縁部１２ｂが動かないで、中央部１２ａが上下移動する。上記圧電素子１３の上下移動に連動して、中座１２の中央部１２ａが弾性変形することになる。そして、中座１２の中央部１２ａに配置された歪みゲージ７で、中座１２の弾性変形量を検出することができる。
【００３２】
上記の構成によれば、中座１２が透過照明光源２から発せられた熱、または環境温度の変化によって、熱変形が生じた場合、歪みゲージ７が中座１２の熱変形量を検出し、図４で説明した制御系により、圧電素子１３の中央部の移動量を制御しながら、中座１２の熱変形と反対方向に中央部１２ａを移動させ、中座１２の中央部１２ａが熱変形と反対方向に弾性変形させることで、中座１２の熱変形を補正することができる。
【００３３】
上記の実施の形態によれば、以下の効果を奏する。
ステージ本体に載置された中座の熱変形量を歪みゲージで検出し、この検出した熱変形量に応じて、圧電素子が中座を熱変形と反対方向に弾性変形させることによって、中座の熱変形を完全に補正することができる。
【００３４】
本発明の第３の実施の形態を、以下に図９を参照して説明する。
【００３５】
第３の実施の形態は、ステージの標本搭載部と対物レンズ間の距離を検出するためのセンサを配置した顕微鏡用ステージであり、第１の実施の形態と同一の構成については、同一の符号を付して説明は省略する。
【００３６】
図９において、ステージ本体４の標本搭載部５の下面に、垂直に非接触型の静電容量センサ１４が取付けられており、この静電容量センサ１４の下端面に対向して、対物レンズ３に突起部１５が固定されている。
【００３７】
上記構成によれば、顕微鏡観察を行う場合、標本１に対してピント合わせをした後、標本搭載部５と突起部１５、すなわち対物レンズ３との距離を非接触型の静電容量センサ１４によって検出することができる。そして、検出された距離の値が、図４で説明した制御系に最大許容変位値として入力される。そして、環境温度または他の要因で顕微鏡本体や対物レンズ３を取付けるレボルバ（図示しない）が変形して、対物レンズ３と標本搭載部５との距離が変動することによって、ピントズレが生じた場合、非接触型の静電容量センサ１４が対物レンズ３と標本搭載部５間の距離の変動量を検出する。
【００３８】
この変動量は、図４に示す制御系の比較器９に入力され、最大許容値と同じ値になるように、圧電素子６を通電状態にして、圧電素子６の中央部６ｂを上下移動させて、ステージ本体４の標本搭載部５を弾性変形させる。それによりステージ本体４の標本搭載部５の弾性変形に連動して、標本１が顕微鏡光軸方向に移動することになり、ピントズレの調整が行われる。
【００３９】
第３の実施の形態によれば、非接触型の静電容量センサによって対物レンズと標本搭載部間の距離を検出し、検出した距離を制御系に入力して、圧電素子を移動させることによって、対物レンズとステージ間の距離を保つことができるので、ピントズレを防ぐことができる。
【００４０】
次に、第３の実施の形態の変形例について説明する。
【００４１】
対物レンズとステージ間の距離を検出するためのセンサとして、接触型のセンサを使用することができる。また、非接触型の静電容量センサを、図１０に示すように、対物レンズ３の突起部１５に取付けることもできる。さらに、図１１に示すように、第２実施の形態における図７の中座１２の下面に、上記の非接触型の静電容量センサを垂直に取付けることもできる。
第４の実施の形態について、以下に図１〜図４を参照して説明する。
第４の実施の形態は、第１の実施の形態で説明したステージを用いて、高精度で顕微鏡の光軸方向に移動することのできる顕微鏡用ステージを実現したものである。
図４に示す制御系において、ステージ本体４を顕微鏡光軸方向に移動させる量を設定器８によって設定し、指令値として制御器１０に入力すると、圧電素子６がその指令値に応じて上下移動するようになる。圧電素子６の上下移動に応じて標本搭載部５が弾性変形し、ステージ本体４の標本搭載部５が顕微鏡光軸方向に移動するようになる。また、標本搭載部５の弾性変形量が歪みゲージ７によって検出され、上述の制御系によって、その変形量がクローズ制御されるので、標本搭載部５の弾性変形量、すなわち、ステージ本体４の標本搭載部５の光軸方向の移動量が前記指令値と同じ値になり、ステージ本体４の標本搭載部５の顕微鏡光軸方向の移動精度が高くなる。
上記の構成によれば、圧電素子６の上下移動と連動して、ステージ本体４の標本搭載部５が弾性変形し、その変形量が歪みゲージ７によって、検出されて、クローズ制御されるので、ステージ本体４を高精度で顕微鏡光軸方向に移動することができる。これによって、標本の厚さ方向の各断面に対して、ピント合わせをすることができる。
【００４２】
本実施の形態の変形例について、以下に説明する。
【００４３】
対物レンズとステージ間の距離を検出するために、非接触型の静電容量センサ１４、接触型センサ（図示しない）を、図９に示すように配置しても良い。また、上記センサを、図１０に示すように対物レンズ３の突起部１５に取付けることもできる。さらに、上記センサを、図１１に示すようにステージ本体４に載置した中座１２の下面に垂直に取付けることもできる。
【００４４】
本発明の第５の実施の形態を、以下に図５を参照して説明する。
【００４５】
第５の実施の形態は、高精度で顕微鏡光軸に対して角度調整を行うことのできる顕微鏡ステージを実現したものである。第１の実施の形態と同一の構成については、同一の符号を付して、その説明は省略する。
【００４６】
図５において、ステージ本体４の標本搭載部５の下面に等間隔に３個の四角形状の圧電素子６ｃを固定したものである。
【００４７】
上記のようにステージを構成することにより、第１の実施の形態の図４において説明した制御系に、ステージを顕微鏡光軸に対して傾ける量を不図示の入力手段から設定器８不図示の記憶部に設定し、指令値として制御器１０に入力する。この入力によって、３個の圧電素子６ｃが、指令値に従ってそれぞれ異なった移動量で上下移動するようになる。これにともなって、３つの圧電素子６ｃの移動と連動して、ステージ本体４の標本搭載部５が弾性変形し、標本搭載部５が顕微鏡光軸に対して傾くようになる。この傾き量は、歪みゲージ７によって検出され、制御系によってクローズ制御されるので、高精度でステージの角度調整をすることができる。
【００４８】
上記の構成によれば、以下の効果を奏する。
【００４９】
ステージを、高精度で顕微鏡光軸に対して角度調整することができるので、真直度が出ていない標本面を観察する場合、ステージの角度調整をすることによって、標本面に対してピント合わせをすることができる。
【００５０】
上記の実施の形態の変形例として、圧電素子６ｃを、図７に示すステージ本体４に載置した中座１２の下面に取付けることもできる。
【００５１】
【発明の効果】
本発明によれば、顕微鏡用ステージおよびそれを用いた顕微鏡において、熱などによる顕微鏡のピントズレを補正することができ、さらに顕微鏡用ステージを高精度で角度調整および顕微鏡の光軸方向に移動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す一部断面を有する側面図。
【図２】本発明の第１の実施の形態を示す図１のＡ−Ａ断面図。
【図３】本発明の第１の実施の形態を示す圧電素子の側面図。
【図４】本発明の第１の実施の形態を示す制御系のブロック図。
【図５】本発明の第１の実施の形態の圧電素子の他の例を示す断面図。
【図６】本発明の第１の実施の形態の圧電素子の他の例を示す一部断面を有する側面図。
【図７】本発明の第２の実施の形態を示す一部断面を有する側面図。
【図８】本発明の第２の実施の形態を示す図７のＡ−Ａ断面図。
【図９】本発明の第３の実施の形態を示す一部断面を有する側面図。
【図１０】本発明の第３の実施の形態の他の例を示す一部断面を有する側面図。
【図１１】本発明の第３の実施の形態の他の例を示す一部断面を有する側面図。
【図１２】従来技術を示す側面図。
【図１３】従来技術を示す斜視図。
【図１４】従来技術を示す斜視図。
【図１５】従来技術を示す断面図。
【符号の説明】
４…ステージ本体
５…標本搭載部
６…圧電素子
７…歪みゲージ
８…設定器
９…比較器
１０…制御器
１２…中座
１３…圧電素子
１４…静電容量センサ
Claims (4)
- 標本を照射するための照明用光源と、上記標本を観察するための対物レンズとを有する顕微鏡に用いられる顕微鏡用ステージにおいて、上記標本を搭載するためのステージ本体は、上記ステージ本体に設けられ標本を搭載する弾性変形可能な標本搭載部と、上記標本搭載部の変形量を検知するための検知手段と、上記検知手段で検知した変形量に応じた変形を上記標本搭載部に誘発させる変形誘発部材とを設けたことを特徴とする顕微鏡用ステージ。
- 上記顕微鏡用ステージは、上記変形誘発部材に対する上記検知手段で検知した変形量に応じた変形を制御するための制御手段を備えていることを特徴とする請求項１記載の顕微鏡用ステージ。
- 上記検知手段は、上記標本搭載部と上記対物レンズ間の相対的な距離を検知することを特徴とする請求項１記載の顕微鏡用ステージ。
- 標本を照明するための照明用光源と、上記標本を観察するための対物レンズと、上記標本を搭載するためのステージ本体とを有する顕微鏡において、上記ステージ本体に設けられ標本を搭載する弾性変形可能な標本搭載部と、上記標本搭載部の変形量を検知するための検知手段と、上記検知手段で検知した変形量に応じた変形を上記標本搭載部に誘発させる変形誘発部材と、上記変形誘発部材に対する上記検知手段で検知した変形量に応じた変形を制御するための制御手段を備えていることを特徴とする顕微鏡。
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