JP4539275B2 - ユニット型顕微鏡装置 - Google Patents

Description

本発明は、顕微鏡装置に関する。

従来の顕微鏡装置は、試料面にピントを合わせるために、対物レンズ或いはステージのどちらか一方を駆動する（特許文献１参照）。そのストロークは、顕微鏡の大きさやガイド部の長さにより決定されており、ストロークを超える試料については観察することが不可能であった。このようなストロークを超える厚い試料高さに対応するために、ステージを保持するサブステージの取付位置がＺ軸方向（上下方向）に変えられる構造のものや、ステージと対物レンズ間（多くは顕微鏡のスタンド部分）にかさ上げアダプタなどを挟み込み、厚い試料高さに対応できるようにしたものがあった。

特開平６−１８６４６９号公報

しかし、顕微鏡のストロークを超える試料については、試料を交換するごとにその試料にあったサブステージ位置にしたり、かさ上げアダプタを挟み込んだりしなければならない。そのため、試料の厚みが、薄いものから厚いものまで多岐にわたる場合その操作はあまりにも煩わしかった。

請求項１の発明は、異なる倍率の複数の対物レンズを保持するレボルバと、前記レボルバを前記対物レンズの光軸方向に上下動する駆動機構を備えた第１駆動手段と、前記第１駆動手段を駆動して、試料にピント合わせさせるための第１操作手段を備えたスタンドユニットと、前記試料を載置するステージと、前記ステージを前記対物レンズの光軸方向に上下動する第２駆動手段と、前記第２駆動手段を駆動して、前記試料にピントを合わせるための第２操作手段を備えたベースユニットとを備えたユニット型顕微鏡装置において、前記スタンドユニットと前記ベースユニットとを互いに着脱可能に結合する結合部材を有し、前記スタンドユニットと前記ベースユニットと接続されている状態で、前記第１駆動手段による前記レボルバに保持された前記対物レンズの前記光軸方向の移動範囲と前記第２駆動手段による前記ステージの前記光軸方向の移動範囲は、それぞれが重複していない範囲を有し、かつ前記第１操作手段或いは前記第２の操作手段の一方のみで前記試料にピントを合わせる操作が可能であることを特徴とする。

本発明は、以上説明したように構成しているので、次のような効果を奏する。
薄い試料から厚い試料まで様々な試料を、簡単な操作で観察することができる。

−第１の実施形態−
図１は、本発明の顕微鏡装置の第１の実施形態を示す図であり、顕微鏡装置を横から見た図である。紙面垂直方向をＸ軸方向、紙面左右方向をＹ軸方向、紙面上下方向をＺ軸方向とする。ベース部１には、透過照明用のランプハウス２が接続されている。ランプハウス２からの透過照明用の光は、ベース部１内部に設けられた透過照明系（不図示）を通って、試料（サンプル）１００を下から照明する。

試料１００はステージ３に載置され、ステージ３をＸ-Ｙ方向に移動することによって、試料１００をＸ−Ｙ方向に移動することができる。ステ−ジ３はサブステージ４に固定されている。さらにサブステージ４は、ガイド部５を介してベース部１に対して、Ｚ軸方向（顕微鏡装置の上下方向）に移動可能に保持されている。従って、ステージ３はＺ方向に移動可能である。このような構成を取ることで試料を対物レンズ６に対して、Ｚ軸方向に移動させることが可能になり、ピントをあわせることができる。

ステージ３は、ＸＹ駆動機構１７によりＸ-Ｙ方向に駆動される。検鏡者（顕微鏡で観察する者）は、第１の上下動ハンドル７を手動で回転させることでステージ３を上下に移動させ、ＸＹ駆動機構１７を操作することによりステージ３を左右前後に移動させることができる。

対物レンズ６は、レボルバ８に取り付けられ、観察したい倍率が任意に変えられるようになっている。レボルバ８は、アーム部９に取り付けられ、ブラケット部１０を介してスタンド部１１に上下動可能に保持されている。ブラケット部１０とスタンド部１１との間にはガイド部１８が存在し、このガイド部１８により、アーム部９を保持したブラケット部１０がスタンド部１１に対してＺ軸方向（上下方向）に移動可能である。

検鏡者は、第２の上下動ハンドル１２を手動で回転させることで、ブラケット部１０、アーム部９、レボルバ８を上下動させることが可能になり、ひいては対物レンズ６を試料に対してＺ軸方向に移動させることが可能になる。

このように、本実施の形態の顕微鏡装置は、サブステージ４とベース部１の間のガイド部５と、ブラケット部１０とスタンド部１１との間のガイド部１８の２つのガイド部を持つ。なお、ガイド部は、上下動ハンドル７、１２の回転運動をラックアンドピニオンなどの機構で直線運動に変換し、対物レンズ６やステージ３を上下動させる。

本実施の形態の顕微鏡装置は、第１の上下動ハンドル７を回転させることによりステージ３をＺ軸方向（上下）に移動させる範囲と、第２の上下動ハンドル１２を回転させることにより対物レンズ６をＺ軸方向（上下）に移動させる範囲は、重ならないように構成されている。すなわち、第１の上下動ハンドル７およびその駆動機構（ガイド部５等）によって駆動されるステージ３のＺ軸方向（上下）の駆動範囲と、第２の上下動ハンドル１２およびその駆動機構（ガイド部１８等）によって駆動される対物レンズ６のＺ軸方向（上下）の駆動範囲は、重ならず異なっている。

アーム部９には、反射照明用のランプハウス１４を保持した反射照明装置１３が取り付けられ、試料１００を上方から照明可能になっている。反射照明装置１３の上には鏡筒１５が取り付けられ、検鏡者は鏡筒１５に取り付けられた接眼レンズ１６を介して、試料の拡大像を観察することが出来る。

このように構成された第１の実施の形態の顕微鏡装置は、次のような効果を奏する。
（１）本実施の形態の顕微鏡装置は、サブステージ４とベース部１の間のガイド部５と、ブラケット部１０とスタンド部１１との間のガイド部１８の２つのガイド部を持つ。従って、２つのガイド部のストロークを併せ持つ顕微鏡を供給することができる。すなわち、２つのガイド部がそれぞれ従来の顕微鏡と同じストロークを持っていれば、従来の顕微鏡のストロークの２倍の長さを連続して観察することが可能になり、薄い試料から厚い試料まで様々な試料を、簡単な操作で観察することが可能となる。
（２）言い換えれば、ステージ３と対物レンズ６の両方をＺ軸方向（上下方向）に駆動することが可能であり、かつ、その駆動範囲は重ならないので、最大、ステージ３のストロークと対物レンズ６のストローク分のスペースをステージ３と対物レンズ６間に確保することができる。これにより、試料１００の厚みが薄いものから厚いものまで、第１の上下動ハンドル７と第２の上下動ハンドル１２を回転させるだけで対応することができる。すなわち、試料１００を交換するごとに、従来の顕微鏡のように、サブステージをその試料１００にあった位置に取り付けなおしたり、かさ上げアダプタを挟み込んだり取り外したりしなければならないという煩わしい操作が不要となる。
（３）検鏡者は、試料１００にピントを合わせる際、ステージ３を上下させるか、対物レンズ６を上下させるかを選択することができる。試料１００にプローブや各種計測器を取り付けている場合は、対物レンズ６を上下させる方が便利である。検鏡者のアイポイント（観察する際の眼の位置）を、疲労しないために変えたくない場合などはステージを上下させた方が有利である。従って、観察環境に応じて、ピント合わせのために駆動させる部位を選択することができる。

なお、本実施の形態では、対物レンズ６を上下動させると鏡筒１５や接眼レンズ１６も上下するような構成で説明したが、必ずしもこの内容に限定する必要はない。反射照明装置１３以上をスタンド部１１に固定して、上下動ハンドル１２を回転させた際に対物レンズ６及びレボルバ８だけが上下動する構成にしても良い。このようにすれば、アイポイントが変化するのを防ぐことが可能になる。

本実施の形態では、第１の上下動ハンドル７およびその駆動機構によって駆動されるステージ３のＺ軸方向（上下）の駆動範囲と、第２の上下動ハンドル１２およびその駆動機構によって駆動される対物レンズ６のＺ軸方向（上下）の駆動範囲は、重ならず異なっている例を説明したが、必ずしもこの内容に限定する必要はない。それらの範囲は、多少重なってもよい。ただし、重ならない範囲を必ず有し、その重ならない範囲はなるべく広いのが好ましい。

−第２の実施形態−
図２は、本発明の顕微鏡装置の第２の実施形態を示す図である。第１の実施の形態の顕微鏡装置と同様な構成要素には同じ符号をつけ、詳細な説明を省略する。第２の実施の形態の顕微鏡装置は、第１の実施の形態おける手動で動かす第２の上下動ハンドル１２の代わりに、上下動部を電動化したものである。以下、第１の実施の形態と異なる部分を中心に説明をする。

電動スタンド部２１には、ブラケット部１０とアーム部９とレボルバ８と対物レンズ６とを上下動させるためのモータ２２が内蔵されている。反射照明装置１３の上にはＡＦユニット２３が取り付けられている。また、外部にスイッチボックス２５が設けられている。モータ２２とＡＦユニット２３は、コントローラ（制御装置）２４に接続され、コントローラ２４により制御される。コントローラ２４は、マイクロコンピュータやその周辺回路から構成され、所定のプログラムを実行することにより顕微鏡装置全体の制御を行う。また、コントローラ２４は、モータ２２の駆動回路も有する。図２では、コントローラ２４は顕微鏡装置の外部に記載されているが、ベース部１あるいは電動スタンド部２１の内部に設けられていてもよい。

スイッチボックス２５には、ＡＦスイッチ（不図示）や対物レンズの上下動スイッチ（不図示）などが設けられており、検鏡者の操作により、各種の制御をコントローラ２４に指示することができる。例えば、検鏡者がＡＦスイッチを操作すると、その信号がスイッチボックス２５からコントローラ２４へ送信され、コントローラ２４はＡＦ（オートフォーカス）の制御を行う。検鏡者が対物レンズの上下動スイッチを操作すると、その信号がスイッチボックス２５からコントローラ２４へ送信され、コントローラ２４は対物レンズの移動をモータ２２を制御して行う。

ＡＦユニット２３は、内部に不図示のＣＣＤなどで構成される撮像装置を有し、ピント情報をコントローラ２４に送信する。コントローラ２４は、ＡＦユニット２３から送信されてくるピント情報に基づき、モータ２２の回転方向、回転、停止を制御し、顕微鏡装置のＡＦ制御を行う。すなわち、自動的に試料１００にピントを合わせる制御を行う。

モータ２２の駆動力は、一定の減速比のギアを介して第１の実施の形態と同様のガイド部２６に伝達される。ガイド部２６は、ラックアンドピニオンなどの機構でモータ２２の回転運動を直線運動に変換し、ブラケット部１０がガイド部２６に沿って上下駆動される。なお、モータ２２による対物レンズの駆動は、ＡＦを主な目的とするため、微動駆動となるように減速ギアなどが選定されて行われる。

図３は、コントローラ２４がモータ２２を駆動してＡＦ制御および対物レンズの移動制御を行うフローチャートを示す図である。ステップＳ１では、スイッチボックス２５の対物レンズの上下動スイッチが操作されたどうかを判断する。ステップＳ１で、対物レンズの上下動スイッチが操作されたと判断するとステップＳ６に進み、操作されていないと判断するとステップＳ２に進む。

ステップＳ２では、スイッチボックス２５のＡＦスイッチが操作されたどうかを判断する。ステップＳ２で、ＡＦスイッチが操作されたと判断するとステップＳ３に進み、操作されていないと判断するとステップＳ１に戻り処理を繰り返す。

ステップＳ３では、ＡＦユニット２３からピント情報（フォーカス信号）を入力する。ピント情報は、例えば試料像のコントラスト値などである。ステップＳ４では、ピント情報を使用してフォーカスされたかどうか、すなわちピントが合ったかどうかを判断する。例えば、コントラスト値がピークとなればフォーカスされた（ピントが合った）と判断する。

ステップＳ４で、フォーカスされたと判断すると処理を終了し、まだフォーカスされていないと判断するとステップＳ５に進む。ステップＳ５では、モータ２２を駆動して対物レンズを微動する。モータ２２の回転方向は、前回の回転方向およびピント情報に基づいて判断する。その後、ステップＳ３に戻り処理を繰り返す。

一方、ステップＳ６では、モータ２２を駆動して対物レンズ６を移動する。対物レンズの上下動スイッチは、上への移動あるいは下への移動の区別ができるスイッチとし、その信号に基づき上下の移動を行う。また、スイッチが押されると移動範囲の端部まで移動するものとするが、スイッチが押されている間だけ移動するようにしてもよい。その後、処理を終了する。

このように構成された第２の実施の形態の顕微鏡装置は、第１の実施の形態の顕微鏡装置の効果に加えて、次のような効果を奏する。
（１）ピント合わせは、モータ２２で駆動される対物レンズの移動にまかせて、試料１００の交換時などステージ３を大きく下げる操作が必要な時に、検鏡者が手動による粗動操作でステージ３を移動させることが可能になる。その結果、顕微鏡装置の操作性が大きく向上する。

なお、本実施の形態では、第２の上下動ハンドル１２を電動化する構成を説明したが、必ずしもこの内容に限定する必要はない。第１の上下動ハンドル７を、第２の上下動ハンドル１２と同様に電動化するようにしてもよい。また、第１の上下動ハンドル７と第２の上下動ハンドル１２の両方を電動化するようにしてもよい。この場合は、上記のような、手動操作と電動操作を組み合わせることによる操作性の向上を達成するものではないが、ステージや対物レンズの移動が電動化された顕微鏡装置において、第１の実施の形態で説明した効果を達成することができる。

−第３の実施形態−
図４は、本発明の顕微鏡装置のシステムダイアグラムを示す図である。第３の実施の形態では、顕微鏡装置を、ベースユニット１００、スタンドユニット２００、接眼ユニット３００の３つの独立したパートにユニット化し、各ユニット単位で着脱可能とするものである。また、ベースユニット１００およびスタンドユニット２００は複数のバリエーションを有し、種々の組み合わせを可能とする。その結果、第１の実施の形態と同様な顕微鏡装置および第２の実施の形態と同様な顕微鏡装置を、単に各ユニットを組み合わせるだけで簡単に実現することができる。なお、第１の実施の形態および第２の実施の形態の顕微鏡装置と同様な構成要素には同じ符号をつけ、個々の詳細な説明を省略する。

ベースユニット１０１は、第１の実施の形態と同様に、ベース部１、透過照明用のランプハウス２、透過照明系（不図示）、ステージ３、サブステージ４、ガイド部５、第１の上下動ハンドル７、ＸＹ駆動機構１７などからなる。ベースユニット１０２は、ベースユニット１０１から、透過照明用のランプハウス２、透過照明系（不図示）を除いたものである。ベースユニット１０３は、ステージ３とサブステージ３１とＸＹ駆動機構１７とベース部１からなる。サブステージ３１は、サブステージ４とは異なり、ベース部１に固定されている。従って、ベースユニット１０３のステージ３は、上下方向へ移動可能には構成されていない。

スタンドユニット２０１は、第１の実施の形態と同様に、対物レンズ６、レボルバ８、アーム部９、ブラケット部１０、スタンド部１１、ガイド部１８、第２の上下動ハンドル１２などからなる。スタンドユニット２０２は、第２の実施の形態と同様に、スタンドユニット２０１の第２の上下動ハンドル１２の代わりに、上下動部を電動化したものであり、電動スタンド部２１、モータ２２、ガイド部２６などが構成されている。さらに、図４には示されていないが、コントローラ２４およびスイッチボックス２５もスタンドユニット２０２に含まれる。スタンドユニット２０３は、対物レンズ６、レボルバ８、アームスタンド部３２などからなる。アームスタンド部３２は、アーム部とスタンド部が一体に形成され、アーム部を移動可能とはしない。すなわち、対物レンズ６を上下方向に移動可能としない構成である。

接眼ユニット３００は、反射照明用のランプハウス１４、反射照明装置１３、鏡筒１５、接眼レンズ１６、ＡＦユニット２３からなる。ただし、反射照明用のランプハウス１４、反射照明装置１３、ＡＦユニット２３は、組み合わせに応じて適宜取り外しが可能である。

このように構成されるユニットを、種々組み合わせることにより、種々の顕微鏡装置を実現することができる。例えば、ベースユニット１０１と、スタンドユニット２０１と、ＡＦユニット２３なしの接眼ユニット３００とで、第１の実施の形態と同様な顕微鏡装置を実現することができる。ベースユニット１０１と、スタンドユニット２０２と、ＡＦユニット２３つきの接眼ユニット３００とで、第２の実施の形態と同様な顕微鏡装置を実現することができる。また、ベースユニット１０１と、スタンドユニット２０３と、ＡＦユニット２３なしの接眼ユニット３００とで、ステージのみ手動でＸＹＺ方向に駆動できる一般的な顕微鏡装置を実現することもできる。

なお、各ユニットの接続は、ネジ、ボルト、ナット（不図示）などの結合部材で固定される。また正確な位置決めを行なうためにベース部１と、スタンド部１１や電動スタンド部２１やアームスタンド部３２には当て面や、位置決めピンなどの位置決め機構が設けられており、簡単に正確な位置に取り付けることが可能である。

また、アーム部９やアームスタンド部３２には、反射照明装置１３が取り付け可能であり、丸アリ等により位置決め固定される。ベースユニット１０１を選択する場合は、透過照明系が具備されているので、反射照明装置を必ずしも装着する必要はない。このような場合は、接眼ユニット３００から、反射照明用のランプハウス１４および反射照明装置１３を取り除くこも可能である。

ＡＦユニット２３つき接眼ユニット３００は、第２の実施の形態で説明したように、モータ２２で電動化されたスタンドユニット２０２との組み合わせで使用するのが好ましい。

このように各ユニットの組み合わせで顕微鏡を構成する第３の実施の形態は、次のような効果を奏する。
（１）各ユニットを種々組み合わせることにより、種々の顕微鏡装置を簡単に実現することができる。従って、検鏡者の好みにあった顕微鏡装置を簡単に低コストで提供することができる。また、検鏡者の選択肢が増える。
（２）特に、第１の実施の形態や第２の実施の形態の顕微鏡装置を、種々のユニットを共通に使用しながら、簡単に実現することができる。また、第１の実施の形態の顕微鏡装置から第２の実施の形態の顕微鏡装置に変更したり、その逆に変更したり、また他の顕微鏡装置に変更したりすることが容易に、低コストで行うことができる。

なお、本実施の形態では、第１の上下動ハンドル７を電動化したベースユニットは準備されていないが、それもバリエーションの１つとして追加するようにしてもよい。

本実施の形態では、各パートをユニット化されたユニットという表現を使用した。これは、コンポーネント化されたコンポーネントと呼んでもよい。すなわち、ユニットやコンポーネントとは、複数の機能が１つの筐体にまとめられた１つの単位のことを言う。物理的に独立可能な単位であり、独立して製造、梱包、運搬などが可能な単位であり、ボルトなどの簡単な結合部材で結合できる単位である。そして、これらの単位を組み合わせて種々の顕微鏡装置を実現することができる単位である。さらに、これらの単位の組み合わせはユーザサイドで特殊な工具を必要とせず行える単位といえる。

上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。

本発明の顕微鏡装置の第１の実施形態を示す図である。 本発明の顕微鏡装置の第２の実施形態を示す図である。 コントローラがモータを駆動してＡＦ制御および対物レンズの移動制御を行うフローチャートを示す図である。 本発明の顕微鏡装置のシステムダイアグラムを示す図である。

符号の説明

１ ベース部
２ 透過照明用のランプハウス
３ ステージ
４ サブステージ
５ ガイド部
６ 対物レンズ
７ 第１の上下動ハンドル
８ レボルバ
９ アーム部
１０ ブラケット部
１１ スタンド部
１２ 第２の上下動ハンドル
１３ 反射照明装置
１４ 反射照明用のランプハウス
１５ 鏡筒
１６ 接眼レンズ
１７ ＸＹ駆動機構
１８ ガイド部
２１ 電動スタンド部
２２ モータ
２３ ＡＦユニット
２４ コントローラ
２５ スイッチボックス
２６ ガイド部
１００ 試料

Claims (4)

1. 異なる倍率の複数の対物レンズを保持するレボルバと、前記レボルバを前記対物レンズの光軸方向に上下動する駆動機構を備えた第１駆動手段と、前記第１駆動手段を駆動して、試料にピント合わせさせるための第１操作手段を備えたスタンドユニットと、
   前記試料を載置するステージと、前記ステージを前記対物レンズの光軸方向に上下動する第２駆動手段と、前記第２駆動手段を駆動して、前記試料にピントを合わせるための第２操作手段を備えたベースユニットとを備えたユニット型顕微鏡装置において、
   前記スタンドユニットと前記ベースユニットとを互いに着脱可能に結合する結合部材を有し、
   前記スタンドユニットと前記ベースユニットと接続されている状態で、前記第１駆動手段による前記レボルバに保持された前記対物レンズの前記光軸方向の移動範囲と前記第２駆動手段による前記ステージの前記光軸方向の移動範囲は、それぞれが重複していない範囲を有し、かつ前記第１操作手段或いは前記第２の操作手段の一方のみで前記試料にピントを合わせる操作が可能であることを特徴とするユニット型顕微鏡装置。
2. 前記試料に対するオートフォーカスを行なうための信号を出力するオートフォーカス手段と、前記オートフォーカス手段からの信号に基づき前記第１駆動手段を駆動する電動モータの駆動を制御する制御手段とをさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載のユニット型顕微鏡装置。
3. 異なる倍率の複数の対物レンズを保持する第２のレボルバと、前記第２のレボルバを前記対物レンズの光軸方向に電動モータにより上下動する駆動機構を備えた第３駆動手段と、前記第３駆動手段を駆動して試料にピントを合わせさせるための第３操作手段を備えた第２のスタンドユニットを有し、
   前記ベースユニットは前記スタンドユニット又は前記第２のスタンドユニットのいずれとも着脱可能であることを特徴とする請求項１に記載のユニット型顕微鏡装置。
4. 前記第１駆動手段による前記レボルバに保持された前記対物レンズの前記光軸方向の移動範囲と前記第２駆動手段による前記ステージ手段の前記光軸方向の移動範囲は、互いに重ならないことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のユニット型顕微鏡装置。
   

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