JP4580613B2 - 顕微鏡用電動ステージの原点検出方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学顕微鏡に設けられ電動で観察対象物を２次元移動させるための顕微鏡用電動ステージの原点検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電動ステージには、「自動掃引装置付顕微鏡」として、実開昭５９−５３３１９号公報所載の技術（従来例１）が開示されている。図２７および図２８を用いてこの従来例１を説明する。図２７において、電動ステージの固定ステージ５１１には、Ｘ軸移動機構５０１、Ｙ軸移動機構５０２が配設されており、顕微鏡の光軸に対して標本５１２を２次元走査可能にしている。Ｘ軸移動機構５０１、Ｙ軸移動機構５０２は、図２８に示す可動台５０３、クレンメル５０４、ボールネジ５０５、５０６、フレキシブルケーブル５０７、５０８、および図２７に示すステッピングモータ５０９、５１０により構成されている。ボールネジ５０５、５０６、フレキシブルケーブル５０７、５０８はガタなく回転運動を伝達できるため、ステッピングモータ５０９、５１０の回転角は、正確に可動台５０３またはクレンメル５０４の直線運動に変換される。上記構成により、ロストモーションの無い高精度なステージを実現することが可能である。
【０００３】
同様に、「自動掃引装置付顕微鏡」として、実開昭６１−６８２１９号公報所載の技術（従来例２）が開示されている。顕微鏡の構成は、従来例１とほぼ同様のため説明を省略する。モータからの動力は、クラッチを含む歯車列を介して、クレンメルに設置されたラックに伝達される。前記クラッチを制御することにより、手動と電動との操作を容易に切り換え可能となり、電動顕微鏡の操作性を向上させる。動力の伝達には、ボールネジを用いず歯車列にて行っている。
【０００４】
また、「顕微鏡用ステージ」として、特開２０００−２１４３９０号公報所載の技術（従来例３）が開示されている。図２９および図３０を用いてこの従来例３を説明する。図２９および図３０において、相対的に移動する二つの部材間、固定台６０１、可動台６０２の一方にワイヤロープ６０４が張られ、他方には駆動用のハンドル軸上にプーリ６０３が配設されている。ワイヤロープ６０４は付勢部材６０５にて張力が加えられているため、プーリ６０３とワイヤロープ６０４の摩擦力により過負荷を加えるような異常操作以外では、滑ることなく動力が伝達される。
【０００５】
さらに、「微小寸法位置決め装置」として、実公平４−２２２５１号公報所載の技術（従来例４）が開示されている。従来例４では、原点検出用のセンサとして、フォトインタラプタ型が用いられている。フォトインタラプタ型のセンサとは、発光部と受光部とがコの字状の部品に対峙した状態で設けられたセンサで、コの字状のスリット部に部材を挿入し、発光部から受光部への光を遮断することで、出力信号を得ることが可能な廉価なセンサである。発光部と受光部を結ぶ光軸をセンサ光軸とすると、センサの特性として出力信号を得るセンサ軸と部材との位置は数１０μｍのバラツキを持つ。すなわち、部材の位置検出精度として数１０μｍとなる。
【０００６】
一般に、顕微鏡用電動ステージでは、数μｍ程度の原点検出精度が要求されるため、可動部材の移動を直接フォトインタラプタ型センサにより検出した場合、要求される原点検出精度を得ることはできない。従来例４では、モータの回転を可動部材に伝達する伝達手段として、ネジの回転運動をナットの直進運動に正確に変換するマイクロメータを用いている。そのため、マイクロメータの回転方向をフォトインタラプタ型センサで検出し、このセンサの信号に基づき位置合わせを行うことで、数μｍ程度の原点検出精度を実現している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、上記従来技術には次のような問題点があった。すなわち、従来例１では、ボールネジは高価な部品のため、廉価な電動ステージを提供することができない。また、一般に顕微鏡のステージ周辺は、対物レンズまたはコンデンサ等の光学部材が配置されるため、ステージに許されるスペースは限られるので、ボールネジを用いた構成では、ステージ上面に突出部が設けられて作業スペースが制限され、ステージへの標本の装着がやり難くなり、作業性を損なっていた。
【０００８】
従来例２では、ボールネジを用いず、ラック＆ピニオンを用いて電動ステージを実現しているが、歯車のバックラッシュにより、以前の送り方向と同じ方向へ送った場合と逆方向へ送った場合とで、移動距離が異なるロストモーションが発生して、高精度な電動ステージを実現することができなかった。
【０００９】
従来例３では、ワイヤロープを用いた手動ステージを実現しているが、電動ステージへの実現手段が開示されていない。
【００１０】
従来例４では、マイクロメータと可動部材との接続を隙間なく行うために引張りバネを用いているが、顕微鏡で必要な５０ｍｍ以上の移動範囲でバネの作用力の変化を少なくし、かつ引張りバネの占める空間を小さくすることは相反し、不可能である。また、従来例４の原点検出手段をワイヤロープによる動力伝達機構に当てはめると、可動部材の移動方向で位置を検出するセンサと、ステッピングモータの回転方向の位置を検出するセンサが必要となる。しかし、ワイヤロープとプーリとの間で滑りが生じるため、固定部材に対する可動部材の位置に対して、ステッピングモータ出力軸の回転方向の位置は常に同じにはならない。すなわち、ワイヤロープを用いた電動ステージでの高精度な原点出し方法は提案されていない。
【００１１】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたもので、本発明の課題は、ステージ上面に突出部を設けず、操作性の良い、かつロストモーションが少なく、再現性の高いワイヤロープを用いた顕微鏡用電動ステージの原点検出方法を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、請求項１に係る発明は、顕微鏡に固定するための固定部材と、標本を載置し前記顕微鏡の光軸に対して直交する方向に移動可能な可動部材と、該可動部材を移動させるステッピングモータと、該ステッピングモータの回転を前記可動部材に伝達する動力伝達手段と、前記可動部材が原点に位置したことを検出する原点検出手段と、前記原点検出手段からの信号と前記ステッピングモータへの駆動パルス数とを用い前記可動部材の位置を制御する制御手段とを有する顕微鏡用電動ステージの原点検出方法であって、前記ステッピングモータの回転を平歯車からなる減速機及び前記固定部材に設けた減速機の出力軸上のプーリに巻き付けられ両端が前記可動部材に取付けられたワイヤロープを具備する動力伝達手段により前記可動部材を駆動し、前記可動部材の移動範囲の両端位置を固定部材に設けた原点検出手段を構成する第１及び第２の規制部材により規制し、前記固定部材に対する前記可動部材の両端の位置を原点検出手段を構成する位置検出手段により検出し、前記減速機の出力軸の回転を原点検出手段を構成する回転検出手段により検出し、前記原点検出手段からの信号と前記ステッピングモータへの駆動パルス数とを用いて制御手段により可動部材の位置を制御するように構成し、前記位置検出手段が前記可動部材の位置を検出した後さらに所定量前記ステッピングモータを駆動して前記可動部材を前記第１の規制部材に当て付け、その後前記ステッピングモータを反転駆動して前記可動部材を前記第２の規制部材に当て付け、前記回転検出手段が前記減速機の出力軸の回転位置を検出するまで前記ワイヤーロープをプーリに対して滑らせつつ前記ステッピングモータを反転駆動して停止させることで、前記可動部材の原点位置と前記減速機の出力軸の回転位置とを整合させる構成とした。
【００１３】
請求項２に係る発明は、顕微鏡に固定するための固定部材と、標本を載置し前記顕微鏡の光軸に対して直交する方向に移動可能な可動部材と、該可動部材を移動させるステッピングモータと、該ステッピングモータの回転を前記可動部材に伝達する動力伝達手段と、前記可動部材が原点に位置したことを検出する原点検出手段と、前記原点検出手段からの信号と前記ステッピングモータへの駆動パルス数とを用い前記可動部材の位置を制御する制御手段とを有する顕微鏡用電動ステージの原点検出方法であって、前記ステッピングモータの回転を平歯車からなる減速機及び前記固定部材に設けた減速機の出力軸上のプーリに巻き付けられ両端が前記可動部材に取付けられたワイヤロープを具備する動力伝達手段により前記可動部材を駆動し、前記可動部材の移動範囲の両端位置を固定部材に設けた原点検出手段を構成する第１及び第２の規制部材により規制し、前記固定部材に対する前記可動部材の両端の位置を原点検出手段を構成する第１及び第２の位置検出手段により検出し、前記減速機の出力軸の回転を原点検出手段を構成する回転検出手段により検出し、前記原点検出手段からの信号と前記ステッピングモータへの駆動パルス数とを用いて制御手段により可動部材の位置を制御するように構成し、前記第１の位置検出手段が前記可動部材の位置を検出した後さらに所定量前記ステッピングモータを駆動して前記可動部材を前記第１の規制部材に当て付け、その後前記ステッピングモータを前記第２の位置検出手段が前記可動部材の位置を検出するまで反転駆動した後所定量前記可動部材を前記第２の規制部材に当て付け、前記回転検出手段が前記減速機の出力軸の回転位置を検出するまで前記ワイヤーロープをプーリに対して滑らせつつ前記ステッピングモータを反転駆動して停止させることで、前記可動部材の原点位置と前記減速機の出力軸の回転位置とを整合させる構成とした。
【００１４】
請求項１、２に係る発明によれば、操作性が良く、ロストモーションが少ない高精度なワイヤロープを用いた顕微鏡用電動ステージの原点検出方法を提供することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
まず、具体的な実施の形態の説明に先立ち、顕微鏡と顕微鏡用電動ステージとの関係について説明する。図１は顕微鏡と顕微鏡用電動ステージとの関係の説明図である。図１において、顕微鏡１の光軸Ｘ上には、電動ステージ５に載置された観察対象である標本２を挟む位置に、標本２を拡大観察するための対物レンズ３と、標本２に十分な光を照射するためのコンデンサ４とが所定の位置に調整可能に配設されている。ステージの上面は、標本の装着作業のため平坦な形状が望まれ、また、ステージの下面は、顕微鏡の操作部、例えば焦準ノブ等があるため、下方での寸法も小さいことが望まれる。以下、具体的な実施の形態について、参考例１〜７とともに説明する。
【００１６】
（参考例１）
図２〜図４は参考例１を示し、図２は顕微鏡用電動ステージの斜視図、図３はステージの位置管理をする制御手段の斜視図、図４はバックラッシュ除去手段の説明図である。
【００１７】
図２において、電動ステージ５は、顕微鏡１（図１参照）に取付けるための固定部材１０に対して一方向に移動可能な可動部材１１上に標本２を載せ、直交するもう一方には、標本２を挟んだ状態で可動部材１１上を滑らせるクレンメル１２にて顕微鏡１の光軸Ｘ（図１参照）に対して標本２の２次元走査を行っている。
【００１８】
つぎに、固定部材１０と可動部材１１との間のガイドについて説明する。電動ステージ５は、通常直交する２方向への移動が可能であるが、構成作用は同様のため、もう一方のガイドの説明は省略する。固定部材１０にはＶ字形状のガイド溝１０ａ、１０ｂが形成されている。可動部材１１には保持部材１３が螺着され、固定部材１０のガイド溝１０ａ、１０ｂと平行なＶ字形状のガイド溝１１ａ、１３ａが形成されている。対峙する各ガイド溝には、ボール１４が挿入され、固定部材１０を可動部材１１と保持部材１３とで挟持した状態にて、保持部材１３は固定部材１０に螺着されている。そのため、可動部材１１はガタ付くことなく、またボール１４にて点接触で保持されているため摺動抵抗が小さく、一方向への移動が可能となっている。
【００１９】
動力伝達手段には、細い金属材料の素線を撚って作られたワイヤロープ１５を用いる。ワイヤロープ１５の両端は輪形状になっており、可動部材１１に突設された２本の支持ピン１６間に張架されている。一方の支持ピン１６はワイヤロープ１５の張られた方向に移動可能である。また、固定部材１０上には、減速機１７が配設され、その減速機出力軸２１上に装着されたプーリ１８は、２本の支持ピン１６を結ぶ直線に接する位置に配置され、かつワイヤロープ１５はプーリ１８に１回転巻き付けられている。
【００２０】
移動可能な支持ピン１６を移動させて、ワイヤロープ１５の張力を高めることにより、プーリ１８とワイヤロープ１５の摩擦力を高めることが可能となり、過負荷が加わらない限りワイヤロープ１５とプーリ１８との間で滑りが生じることはない。また、プーリ１８はワイヤロープ１５に接する位置に配置しているため、可動部材１１の移動に伴い、ワイヤロープ１５の全長が変動することはない。前記二つの作用により、プーリ１８の回転をワイヤロープ１５に正確に伝達することが可能であり、プーリ１８の回転量を正確に可動部材１１の直線移動量に変換することができる。
【００２１】
駆動源としては、ステッピングモータ２０を用いる。ステッピングモータ２０は、外部からのパルス信号を受け、ステータ捲線に生じる電磁力でロータを吸引し、パルス信号に比例した角度だけ出力軸が回転するモータである。ステッピングモータ２０は、出力軸１回転が２００分割されたモータで、外部より１パルス信号を発するとモータ出力軸は１．８°回転する。
【００２２】
固定部材１０に配設されたステッピングモータ２０の出力軸に直接ワイヤロープ駆動用のプーリを装着した場合、２．５μｍの分解能を得るためには、プーリの直径は０．１５ｍｍとなり現実的ではない。そのため分解能を高めるための平歯車による減速機１７を固定部材１０上に配設している。減速機１７は、歯数の異なる平歯車を同軸上にて一体に構成し、歯数の異なる歯車同士を噛み合わせた歯車列により減速する。１組の歯車の歯数が１：４であり、減速機出力軸２１の歯車２１Ａとステッピッグモータ２０の出力軸のモータ歯車４３とを合わせて３組の歯車列とすることにより、１／６４の減速比を得ている。
【００２３】
上記構成により、ステッピングモータ２０の１ステップでの可動部材１１の移動量は、ワイヤロープ１５が巻き付けられる減速機出力軸２１のプーリ１８の直径を１０ｍｍとすると、ステッピングモータ２０の分割数が２００なので、
１０ｍｍ×π／（２００×６４）≒２．５μｍ
の分解能をもつことになり、微小な送りが可能となる。
【００２４】
つぎに、ステージの位置を管理する制御手段について説明する。図３において、固定部材１０には、フォトインタラプタ型の原点センサ３０が配設されている。また、可動部材１１には、原点サンサ３０を遮光する遮光板３１が配設されている。原点センサ３０と遮光板３１とにより原点検出手段を構成している。可動部材１１を駆動する際は、可動部材１１を決まった一方向に移動し、遮光板３１にて原点センサ３０を遮光する。すなわち、固定部材１０に対する可動部材１１の原点位置を予め合わせた後、制御手段としての制御部３２よりのパルス信号にて可動部材１１を駆動する。このように、制御手段としての制御部３２で、ステッピングモータ２０への出力パルス数を管理することにより、可動部材１１の位置管理が可能となる。
【００２５】
つぎに、減速機１７のバックラッシュ除去手段について説明する。図２において、減速機出力軸２１と固定部材１０から立設されたバネ支柱１０Ａとの間に、回転力が付加されたゼンマイバネ４０が装着されている。バネ支柱１０Ａ、ゼンマイバネ４０および減速機出力軸２１により付勢手段を構成している。ゼンマイバネ４０の作用を図４を用いて説明する。ステッピングモータ２０は無励磁の状態でも位置を維持する力、ディテントトルクが働く。例えば、ステッピングモータ２０のディテントトルクを０．０５Ｎ・ｍとすると、ゼンマイバネ４０のトルクを３２Ｎ・ｍ以下とすれば、常にステッピングモータ２０のモータ歯車４３に各歯車が押圧されることになり、歯車のバックラッシュは除去される。図４の●印は、噛み合う歯車の接点Ｐを、矢印はゼンマイバネ４０により生じる回転力を示している。
【００２６】
ただし、ゼンマイバネ４０による付勢力は、駆動時のステッピングモータ２０のトルクを考慮し、上記の値より小さい値に設定される。また、図２に示すように、減速機出力軸２１にピン４２を突設し、固定部材１０には、２本の制限部材４１を立設して減速機出力軸２１の回転範囲を制限し、ゼンマイバネ４０を損傷することなく作用させている。
【００２７】
以上の構成により、ロストモーションの少ない送りが実現可能となった。ワイヤロープ１５は、摩擦力を利用した伝達要素であるため、過負荷が生じた場合は、ワイヤロープ１５とプーリ１８との間に滑りが生じる。例えば、可動部材１１と固定部材１０との間に異物が挟まった場合、前記滑りが生じてステッピングモータ２０の駆動力を逃がすことができるので、電動ステージや挟まれた異物の損傷を防ぐことができる。
【００２８】
しかし、滑りが生じた場合、ゼンマイバネ４０の作用範囲と可動部材１１の移動範囲にズレが生じ、強いては制限部材４１にピン４２が衝突し、可動部材１０の移動ができなくなる。そのため、外力でワイヤロープ１５がプーリ１８より滑った場合、以下の駆動方法にて可動部材１１とゼンマイバネ４０との位置調整を行う。固定部材１０に対する可動部材１１の移動量は既知であって、ステッピングモータ２０のパルス数でＺＺとなる。そのため、可動部材１１を移動可能な両方向に上記ＺＺパルス＋αパルス送った後、原点検出動作を行う。上記動作により、可動部材１１の移動範囲は、ゼンマイバネ４０の作用範囲内に位置した上で、可動部材１１を固定部材１０の原点に位置決めしたことになる。上記αは、可動部材１１の機械的誤差によるバラツキも含めた余裕値であり、ゼンマイバネ４０の作用範囲は可動部材１１の移動範囲に比べて十分大きく設定されている。
【００２９】
本参考例１によれば、簡単な構成でステージ上面に突出部を設けず、操作性がよく、ロストモーションが少ない高精度な顕微鏡用電動ステージを廉価に提供することができる。
【００３０】
（参考例２）
図５および図６は参考例２を示し、図５は顕微鏡用電動ステージの斜視図、図６はバックラッシュ除去手段の説明図である。本参考例２は、参考例１と減速機のバックラッシュ除去手段のみが異なり、他の部分は参考例１と同様のため異なる部分のみ説明し、同様の部分の図と説明を省略する。また、図５及び図６においても、同一の部材には同一の符号を付し説明を省略する。
【００３１】
図５および図６において、減速機１７Ａの平歯車としての減速歯車６１の上面の減速機出力軸２１上には、減速歯車６１とモジュールおよび歯数が等しい付勢歯車６０が回動可能に取付けられている。付勢歯車６０に設けられた長穴６０Ｂより突出した減速歯車６１のピン６１Ａと付勢歯車６０のピン６０Ａとには、弾発力を有する引張りバネ６２が張架されている。出力側にある減速歯車６１と引張りバネ６２より付勢された付勢歯車６０とは、駆動側にある回転軸上に配置された同一モジュールの平歯車としての噛合い歯車６３の歯を減速歯車６１と付勢歯車６０との双方の歯によって挟み込むように噛合している。付勢歯車６０、ピン６０Ａ、ピン６１Ａおよび引張りバネ６２により付勢手段を構成している。図５では、減速機１７Ａを構成する歯車列上の他の２ヶ所の回転軸上においても、同一の構成になっている。
【００３２】
上記構成により、付勢歯車６０は噛合い歯車６３に対して常に一方向（時計方向）の回転力で押し付けられている。そのため、歯車を円滑に回転させるためのガタであるバックラッシュを除去し、ロストモーションの少ない減速機構が実現可能となる。
【００３３】
本参考例２によれば、出力側の減速歯車および付勢歯車により駆動側の噛合い歯車を挟み込むようにしたことにより、参考例１と同様の効果、つまりロストモーションの少ない減速機構を実現することができる。さらに、付勢手段に作用範囲の制限がないため、制御も簡略化できる。
【００３４】
（参考例３）
図７および図８は参考例３を示し、図７は顕微鏡用電動ステージの斜視図、図８はバックラッシュ除去手段の説明図である。本参考例３は、参考例１および参考例２と減速機のバックラッシュ除去手段のみが異なり、他の部分は参考例１及び２と同様のため異なる部分のみ説明し、同様の部分の図と説明を省略する。また、図７及び図８においても、同一の部材には同一の符号を付し説明を省略する。
【００３５】
図７および図８において、減速機１７Ｂの減速機出力軸２１上の上部に平歯車としての出力歯車７０が配設され、下部に出力歯車７０とモジュールおよび歯数が等しい付勢歯車７１が回動可能に配設されている。出力歯車７０の下面に垂設されたピン７０Ａと付勢歯車７１の上面に立設されたピン７１Ａとの間には、弾性部材としての引張りバネ７２が張架されている。ステッピングモータ２０のモータ歯車７３と出力歯車７０との間には同一モジュールの平歯車としての減速歯車７４Ａが、また、モータ歯車７３と付勢歯車７１との間には同一モジュールの平歯車としての減速歯車７４Ｂが、それぞれ噛み合うように配設されている。付勢歯車７１、ピン７０Ａ、ピン７１Ａおよび引張りバネ７２により付勢手段を構成している。なお、減速歯車７４Ａ、７４Ｂの構成は、参考例１の減速歯車と同様のため説明は省略する。
【００３６】
上記構成により、引張りバネ７２は自由長より伸ばされた状態で張架されているため、出力歯車７０、減速歯車７４Ａは反時計方向に付勢され、付勢歯車７１、減速歯車７４Ｂは時計方向に付勢される。これにより、常にモータ歯車７３によって減速歯車７４Ａおよび出力歯車７０は一方向より押圧されるため、歯車のバックラッシュを除去し、ロストモーションの少ない減速機が実現可能となる。なお、図面の簡略化のため、減速歯車は１組しか図示していないが、さらに大きな減速比を得るために複数組の減速歯車を用いても、作用効果は同様である。
【００３７】
本参考例３によれば、参考例２と同様の効果に加え、引張りバネにて引き合う歯車が１組となるため、組立性を向上させることができる。
【００３８】
（参考例４）
図９は参考例４を示し、顕微鏡用電動ステージの斜視図である。本参考例４は、参考例１と可動部材の駆動機構および減速機のバックラッシュ除去手段のみが異なり、他の部分は参考例１と同様のため異なる部分のみ説明し、同様の部分の図と説明を省略する。また、図９においても、同一の部材には同一の符号を付し説明を省略する。
【００３９】
図９において、可動部材１１の側面には、ラック８０が配設されている。固定部材１０には、平歯車の歯車列によってなる減速機８１が配設され、減速機８１のピニオンとしての出力歯車８６がラック８０と噛合している。また、固定部材１０上の減速機８１の近傍には回転軸８２が立設され、回転軸８２には、出力歯車８６とモジュールおよび歯数の同一な平歯車からなる付勢歯車８３が回動可能に取着され、ラック８０と噛合している。付勢歯車８３と固定部材１０から立設されたバネ支柱１０Ａとの間には、ゼンマイバネ８４が配設されている。バネ支柱１０Ａ、回転軸８２、付勢歯車８３およびゼンマイバネ８４により付勢手段を構成している。
【００４０】
上記構成により、ゼンマイバネ８４による回転力は、付勢歯車８３よりラック８０、減速機８１と伝達され、ステッピングモータ２０の出力軸に取着されたモータ歯車８５を押圧する力となる。
【００４１】
本参考例４によれば、参考例１と同様の効果に加え、ゼンマイバネの回転力により、歯車のバックラッシュを除去することができ、ロストモーションを少なくしたラック＆ピニオンによる電動ステージを提供することができる。
【００４２】
（参考例５）
図１０は参考例５を示し、顕微鏡用電動ステージの斜視図である。本参考例５は、参考例１と可動部材の駆動機構および減速機のバックラッシュ除去手段のみが異なり、他の部分は参考例１と同様のため異なる部分のみ説明し、同様の部分の図と説明を省略する。また、図１０においても、同一の部材には同一の符号を付し説明を省略する。
【００４３】
図１０において、可動部材１１の側面には、平歯車としてのラック９０が配設されている。ラック９０の上面には、ラック９０とモジュールが同一の付勢歯車としての付勢ラック９２が配備され、ラック９０上に立設された２本のピン９１に付勢ラック９２に穿設された２つの長孔９２ａが摺動自在に嵌装している。付勢ラック９２の長孔９２ａの近傍には、それぞれピン９３が立設され、ピン９１とピン９３との間に弾性部材としての引張りバネ９４が張架されている。固定部材１０には、参考例２の付勢歯車６０と減速歯車６１との組合せ（図５、図６参照）と同様の歯車列によって構成された減速機９５が配設され、減速機９５のピニオンとしての出力歯車９６がラック９０および付勢ラック９１と噛合している。ピン９１、付勢ラック９２、長孔９２ａ、ピン９３および引張りバネ９４により付勢手段を構成している。
【００４４】
ラック９０に立設されたピン９１の直径に対して付勢ラック９２に穿設された長孔９２ａの幅は数μｍ程度大きくしてあるため、ガタ付くことが殆どなく一方向に移動可能である。ラック９０と付勢ラック９２とが減速機９５の出力歯車９６と噛み合う際は、引張りバネ９４には力が作用した状態にあるため、出力歯車９６を常にラック９０と付勢ラック９２とで挟み込んだ状態となる。
【００４５】
本参考例５によれば、参考例１と同様の効果に加え、ラック９０は常に出力歯車９６に押し付けられた状態のため、バックラッシュによりロストモーションが生じることのない電動ステージの実現が可能となる。
【００４６】
（実施の形態１）
図１１〜図１９は本発明の実施の形態１を示し、図１１は顕微鏡用電動ステージの斜視図、図１２は固定部材可動部材間のガイドの拡大側面図、図１３はワイヤロープの張力調整部の拡大断面図、図１４はバックラッシュ除去手段の説明図、図１５は原点検出手段の説明図、図１６は原点検出動作の説明図、図１７は原点検出動作のフローチャート１、図１８は駆動プーリの偏心による移動量変化の説明図、図１９は原点検出動作のフローチャート２である。
【００４７】
図１１において、固定部材１１０は、顕微鏡１（図１参照）に取り付けるための部材であり、固定部材１１０に対して一方向に移動可能な可動部材１１１上に標本２を載せ、直交するもう一方には、標本２を挟んだ状態で可動部材１１１上を滑らせるクレンメル１１２にて顕微鏡１の光軸Ｘ（図１参照）に対して２次元走査を行っている。
【００４８】
つぎに、固定部材１１０と可動部材１１１との間で直線運動を行うためのガイドについて説明する。図１において、電動ステージ５は、通常、直交する２方向への移動が可能なガイドを有するが、２方向の各々のガイドの構成、作用は互いに同一のため、一方のガイドの説明のみ行い、他方のガイドの説明は省略する。図１１において、固定部材１１０には、Ｖ字形状のガイド溝１１０ａ、１１０ｂが形成されている。また、可動部材１１１には、保持部材１１３が螺着され、固定部材１１０のガイド溝１１０ａ、１１０ｂと平行なＶ字形状のガイド溝１１１ａ、１１３ａが形成されている。対峙する各ガイド溝には、図１２に示すように、ボール１１４が挿入され、固定部材１１０を可動部材１１１と保持部材１１３（図１１参照）とで挟持した状態にて、保持部材１１３は可動部材１１１に螺着されている。そのため、可動部材１１１はガタ付くことなく、またボール１１４にて点接触で保持されているため摺動抵抗が小さく、一方向への移動が可能となっている。
【００４９】
動力伝達手段には、細い金属材料の素線を撚って作られたワイヤロープ１１５を用いる。ワイヤロープ１１５の両端は輪形状になっており、可動部材１１１に突設された２本の支持ピン１１６ａ、１１６ｂ間に張架されている。図１３に示すように、一方の支持ピン１１６ａはワイヤロープ１１５に直交する面に対してワイヤロープ１１５を張る方向に４５度の斜面を有する張力調整部材１１７に螺着されている。また、皿形状ビス１１８は、張力調整部材１１７の斜面に線接触する円錐部を有する。また、図１１において、固定部材１１０上には、減速機１１９が配設され、その減速機出力軸１２０上に装着された駆動プーリ１２１は、２本の支持ピン１１６ａ、１１６ｂを結ぶ直線に接する位置に配置され、かつワイヤロープ１１５は駆動プーリ１２１に１回転巻き付けられている。
【００５０】
皿形状ビス１１８をネジ込んで、張力調整部材１１７をワイヤロープ１１５の張り方向に移動させ、ワイヤロープ１１５の張力を高めることにより、実使用範囲内の加速度で可動部材１１１を動かしている限り、駆動プーリ１２１とワイヤロープ１１５との間で滑りを生じることはない。また、駆動プーリ１２１は、ワイヤロープ１１５に接する位置に配設されているため、可動部材１１１の移動に伴いワイヤロープ１１５の全長が変動することなく、駆動源の回転量と、可動部材１１１の移動量とを正確に比例させることができる。すなわち、駆動プーリ１２１の回転量を制御することにより可動部材１１１の移動量を正確に制御することが可能となる。
【００５１】
つぎに、減速機１１９のバックラッシュ除去手段について説明する。図１１および図１４において、減速機１１９の平歯車としての減速歯車１２３Ａ、１２３Ｂと減速機出力歯車１２０Ａとには、モジュールおよび歯数が等しい付勢歯車１２５がそれぞれ回動可能に取付けられている。付勢歯車１２５に設けられた長穴１２５ａより突出し、減速歯車１２３Ａ、１２３Ｂと減速機出力歯車１２０Ａとに配設されたバネカケ１２６と、それぞれの付勢歯車１２５に配設されたバネカケ１２７とには、弾発力を有する引張りバネ１２８が張架されている。図１４は、モータ歯車１２４と減速歯車１２３Ｂとの間のバックラッシュ除去手段の説明図である。付勢歯車１２５は、減速歯車１２３Ｂとモジュール、歯数が同一のため、外径が同じであるが、説明を分かり易くするために減速歯車１２３Ｂに対して小さく図示している。
【００５２】
減速歯車１２３Ｂを固定し、引張りバネ１２８を引っ張る方向、図１４では、時計方向に付勢歯車１２５を回し、引張りバネ１２８を歯の数で２歯以上伸ばし、各歯車の歯を合わせた状態で固定し、減速歯車１２３Ｂと付勢歯車１２５とにモータ歯車１２４を噛み合わせる。噛み合わせ状態から減速歯車１２３Ｂと付勢歯車１２５との固定を解除すると、引張りバネ１２８により減速歯車１２３Ｂと付勢歯車１２５とが引き合う。減速歯車１２３Ｂは時計方向に回転し、付勢歯車１２５は反時計方向に回転し、各々モータ歯車１２４に当て付いた状態となる。引張りバネ１２８は、歯数で２つ以上引き伸ばされているため、一旦歯車を噛み合わせれば、以後引張りバネ１２８の力は作用し続ける。すなわち、歯車伝動で必要なバックラッシュがあっても、モータ歯車１２４に対して常に減速歯車１２３Ｂは一方向から当て付くため、バックラッシュに影響されない歯車伝動が可能となる。付勢歯車１２５、バネカケ１２６、１２７、および引張りバネ１２８により付勢手段を構成している。図１１では、減速機１１９を構成する他の２ヶ所の減速歯車上においても、同一の構成になっている。
【００５３】
つぎに、固定部材１１０と可動部材１１１との相対的な位置合わせを行う原点検出手段について説明する。図１５において、固定部材１１０には、可動部材１１１の移動方向に直角な断面で、オスアリ１２９ａを有する規制部材ガイド部１２９が形成され、規制部材としての原点規制部材１３０および反原点規制部材１３１には、オスアリ１２９ａに面接触するメスアリ１３０ａ、１３１ａがそれぞれ形成されている。また、原点規制部材１３０および反原点規制部材１３１には、規制部材ガイド部１２９のオスアリ１２９ａを押圧する固定ツマミ１３２がそれぞれ螺合している。また、原点規制部材１３０および反原点規制部材１３１には、可動部材１１１の側面の２ヶ所に突設された当て付けピン１３７と当接する規制面１３０ｂ、１３１ｂが形成され、規制面１３０ｂ、１３１ｂの近傍には、フォトインタラプタ型のセンサによる原点センサ１３３、反原点センサ１３４が配設されている。また、この原点センサ１３３、反原点センサ１３４に対応する可動部材１１１の側面には、原点遮光板１３９、反原点遮光板１３８が配設されている。
【００５４】
図１５において、固定ツマミ１３２をネジ込むと、規制部材ガイド部１２９のオスアリ１２９ａを、原点規制部材１３０、反原点規制部材１３１のメスアリ１３０ａ、１３１ａで押圧し、規制部材ガイド部１２９上で原点規制部材１３０、反原点規制部材１３１を任意の位置で固定が可能となる。また、駆動プーリ１２１の回転軸に回転中心を合わせた位置に板状の遮光円板１３５を配設する。遮光円板１３５には、回転中心から１ヶ所、放射状の開口部１３５ａが形成されている。また、固定部材１１０には、遮光円板１３５の開口部１３５ａを検知するためのプーリ回転センサ１３６が配設されている。原点センサ１３３、反原点センサ１３４およびプーリ回転センサ１３６は、制御部３２に接続されている。原点センサ１３３、反原点センサ１３４、反原点遮光板１３８、原点遮光板１３９、遮光円板１３５、プーリ回転センサ１３６および制御部３２により原点検出手段を構成している。
【００５５】
つぎに、上記構成に基づく原点検出手段の制御フローを図１５〜図１７を用いて説明する。はじめに、図１５において、原点規制部材１３０方向へ可動部材１１１を移動させるステッピングモータ１２２（図１１参照）の回転方向を時計方向、反原点規制部材１３１方向に可動部材１１１を移動させるステッピングモータ１２２の回転方向を反時計方向とする。また、図１６は、可動部材１１１と駆動プーリ１２１との動作を表し、固定部材１１０に対する可動部材１１１の位置と、プーリ回転センサ１３６と遮光円板１３５の開口部１３５ａとの角度を関数ＳＩＮを用いて表している。図１７は、制御フローを示すフローチャートであり、これらを用いて説明する。
【００５６】
原点検出の開始指令を受け、
（ａ） ステッピングモータ１２２（図１１参照）を反時計方向に回転させ、可動部材１１１を反原点規制部材１３１の方向に移動させる。
（ｂ） 反原点センサ１３４で反原点遮光板１３８を検出して、可動部材１１１を停止させる。
（ｃ） 更に、ステッピングモータ１２２を反時計方向に第１規定量Ｋ１だけ回転させる。ここで、第１規定量Ｋ１は、下記の式で定義される。
Ｋ１＝Ａ１−Ｂ１＋α
Ａ１：反原点規制部材１３１の規制面１３１ｂから当て付けピン１３７までの距離
Ｂ１：反原点センサ１３４から反原点遮光板１３８までの距離
α：０．１ｍｍ
この動作では、反原点センサ１３４の検出誤差、反原点規制部材１３１と可動部材１１１とに対する反原点遮光板１３８および当て付けピン１３７の機械的誤差を考慮し、反原点規制部材１３１が確実に当て付けピン１３７に当接するための移動量をステッピングモータ１２２（図１１参照）で移動させている。ただし、ワイヤロープ１１５の滑り量は最小としている。
【００５７】
（ｄ） ステッピングモータ１２２（図１１参照）を時計方向に回転させる。
（ｅ） 原点センサ１３３で可動部材１１１の原点遮光板１３９を検出して、可動部材１１１を停止させる。
（ｆ） 更に、ステッピングモータ１２２を時計方向に第２規定量Ｋ２回転させる。ここで、第２規定量Ｋ２は、下記の式で定義される。
Ｋ２＝Ａ２−Ｂ２＋α
Ａ２：原点規制部材１３０の規制面１３０ｂから当て付けピン１３７までの距離
Ｂ２：原点センサ１３３から原点遮光板１３９までの距離
α：０．１ｍｍ
（ｄ）〜（ｆ）の動作では、原点規制部材１３０に確実に可動部材１１１を当接するための最小量をステッピングモータ１２２で移動させている。すなわち、ワイヤロープ１１５の滑り量は最小である。
（ｇ） ステッピングモータ１２２を時計方向に回転させる。
（ｈ） プーリ回転センサ１３６で駆動プーリ１２１の回転位置を検出し、原点検出動作を終了する。
【００５８】
本原点検出手段での固定部材１１０と可動部材１１１との位置合わせは、機械的に固定部材１１０へ可動部材１１１を当接させることで行う。一般的なボールネジによる伝動機構での機械的な位置合わせでは、伝動機構に過負荷を与え、機械の損傷につながるため現実的でないが、ワイヤロープ１１５を伝動手段として用いた場合、ワイヤロープ１１５と駆動プーリ１２１との間で滑りが生じ、過負荷を機械に与えることはない、しかし、厳密には、ワイヤロープ１１５と駆動プーリ１２１との間での滑りは、ワイヤロープ１１５の損傷につながるため、滑り量はなるべく小さくした。
【００５９】
また、駆動プーリ１２１と減速機１１９（図１１参照）とは、前述のように、回転体で構成される。一般的な加工法では、プーリ外径と回転軸との偏心量は、数１０μｍ存在し、その偏心量が可動部材１１１の移動量の誤差となる。図１８では、回転軸の中心をＰ０、プーリ外径の中心をＰ１とし、回転軸Ｐ０とワイヤロープ１１５の駆動プーリ１２１への接触面側との間に、プーリ外径の中心Ｐ１が位置した状態（図１８（ａ））での駆動プーリ１２１によるワイヤロープ１１５の送り量と、プーリ外径の中心Ｐ１とワイヤロープ１１５の駆動プーリ１２１への接触面側との間に回転軸Ｐ０が位置した状態（図１８（ｂ））での駆動プーリ１２１によるワイヤロープ１１５の送り量との違いを示した。
【００６０】
すなわち、比例関係にあるべき駆動プーリ１２１の回転角とワイヤロープ１１５との送り量が、駆動プーリ１２１の１回転をピッチとして偏心量分の差を生じる。偏心量は加工精度に依存し、１０μｍ以下の加工は現実的ではない。本原点検出手段では、可動部材１１１の位置に対して駆動プーリ１２１の回転角を常に同じにすることで、偏心誤差はあるが、可動部材１１１の位置により変動しないようにするため、機械的な位置合わせ時に駆動プーリ１２１の回転角を合わせる動作を加えた。また、駆動プーリ１２１以外の回転体の偏心による誤差を駆動プーリ１２１の回転角に合わせるため、減速機１１９（図１１参照）の減速比は、前述のように、整数比の１：４としている。
【００６１】
ワイヤロープ１１５と駆動プーリ１２１との間の滑りは、通常使用状態では生じない。しかし、原点検出のため、機械的にワイヤロープ１１５と駆動プーリ１２１との間では滑りを生じさせる。そのため、原点検出動作では、はじめに、（ａ）〜（ｃ）の動作（図１６、図１７参照）で駆動プーリ１２１に対する可動部材１１１の位置を逆側に移動させた後、原点側で反対方向に滑らせて駆動プーリ１２１の回転位置合わせを行う。（ａ）〜（ｃ）の動作を行わずに原点検出動作を行うと、ワイヤロープ１１５と駆動プーリ１２１との間で滑りが生じない大半の場合で、駆動プーリ１２１の回転位置合わせのために駆動プーリ１２１を約１回転滑らせなくてはならなくなり、（ａ）〜（ｃ）の動作を加えた場合に比べ１００倍程度余計に滑らる必要がある。
【００６２】
また、前述のように、規制部材を可動式として説明したが、規制部材を固定して使用する場合は、原点センサ１３３は削除できる。図１９に制御フローを示す。図１７の制御フローの（ｄ）〜（ｆ）に替えて、図１９では、下記☆の動作を行う。
☆ ステッピングモータを第３規定量Ｋ３だけ時計方向に回転させる。ここで、第３規定量Ｋ３は下記の式で定義される。
Ｋ３＝Ｓ＋α
Ｓ：固定部材１１０に対する規制部材１３０、１３１による可動部材１１１の移動範囲量
α：余裕値
【００６３】
本実施の形態１によれば、簡単な構成でステージ上面に突出部を設けず、操作性が良く、ロストモーションが少ない高精度な顕微鏡用電動ステージの原点検出方法を廉価に提供することができる。また、規制部材を可動式にした場合には、可動部材の移動範囲に対して標本の観察範囲が小さい場合、可動部材の移動範囲を制限して原点検出時の無駄な動きをなくし、作業タクトの向上を図るとともに、標本と対物レンズとの衝突などの事故を回避することができる。また、規制部材を固定式とした場合は、センサ、ガイドを含めた規制部材の簡素化が可能で、コストダウンが可能となる。
【００６４】
（参考例６）
図２０および図２１は参考例６を示し、図２０は顕微鏡用電動ステージの斜視図、図２１はバックラッシュ除去手段の説明図である。本参考例６は、実施の形態１とバックラッシュ除去手段のみが異なり、他の部分は実施の形態１と同様のため異なる部分のみ説明し、同様の部分の図と説明を省略する。
【００６５】
図２０および図２１において、減速機１１９の減速機出力軸１２０の上部に平歯車としての出力歯車１２０Ａが配設され、下部に出力歯車１２０Ａとモジュールおよび歯数が等しい付勢歯車１２５が回動可能に配設されている。出力歯車１２０Ａの下面に垂設されたピン１３６と付勢歯車１２５の上面に立設されたピン１３７との間には弾性部材としての引張りバネ１２８が張架されている。ステッピングモータ１２２のモータ歯車１２４と出力歯車１２０Ａとの間には同一モジュールの平歯車としての減速歯車１２３Ｃが、また、モータ歯車１２４と付勢歯車１２５との間には同一モジュールの平歯車としての減速歯車１２３Ｄが、それぞれ噛み合うように配設されている。付勢歯車１２５、ピン１３６、１３７および引張りバネ１２８により付勢手段を構成している。なお、減速歯車１２３Ｃ、１２３Ｄの構成は、実施の形態１の減速歯車１２３Ａ、１２３Ｂと同様のため説明を省略する。
【００６６】
上記構成により、図２１に示すように、引張りバネ１２８が自由長より伸ばされた状態で張架されているため、出力歯車１２０Ａ、減速歯車１２３Ｃは、太い矢印方向に回転し、付勢歯車１２５、減速歯車１２３Ｄは細い矢印方向に回転する。これにより、常にモータ歯車１２４に減速歯車１２３Ｃは一方向より接するため、歯車のバックラッシュを除去し、ロスモーションの少ない減速機が可能となる。なお、図面簡略化のため、減速歯車は一組しか図示していないが、さらに大きな減速比を得るために、複数組の減速歯車を用いても、作用効果は同様である。
【００６７】
本参考例６によれば、実施の形態１と同様の効果に加え、引張りバネの挿入個所が１ヶ所のため組み立て時間の短縮が可能である。
【００６８】
（参考例７）
図２２〜図２６は参考例７を示し、図２２は顕微鏡用電動ステージの斜視図、図２３はバックラッシュ除去手段の説明図、図２４はゼンマイ規制軸の詳細説明図、図２５はゼンマイ作動範囲補正のための制御フローチャート、図２６はゼンマイ作動範囲補正時の動作説明図である。本参考例７は、実施の形態１と減速機のバックラッシュ除去手段と、ゼンマイの作動範囲と可動部材の移動範囲合わせの制御のみが異なり、他の部分は実施の形態１と同様のため、異なる部分のみ説明し、同様の部分の図と説明を省略する。
【００６９】
図２２において、減速機出力軸１２０と固定部材１１０から立設されたバネ支柱１４１との間に回転力が付加されたゼンマイバネ１４２が装着されている。減速機出力軸１２０、バネ支柱１４１およびゼンマイバネ１４２により付勢手段を構成している。ゼンマイバネ１４２の作用について図２３を用いて説明する。ステッピングモータ１２２（図２２参照）は、無励磁の状態でも位置を維持する力、ディテントトルクが働く。例えば、ステッピングモータ１２２のディテントトルクを０．０５Ｎ・ｍとすると、ゼンマイバネ１４２のトルクを３２Ｎ・ｍ以下とすれば、ステッピングモータ１２２を回転させることなく、各歯車をモータ歯車１２４が押圧することが可能となり、歯車間のバックラッシュは除去される。図２３の●印（３ヶ所）は、噛み合う歯車の接点を、矢印はゼンマイバネ１４２により生じる回転力を示している。ただし、ゼンマイバネ１４２による付勢力は、駆動時のステッピングモータ１２２のトルクを考慮し、上記の値より小さい値に設定される。
【００７０】
以上の構成により、ロストモーションの少ない送りが実現可能となった。図２２において、ワイヤロープ１１５は、摩擦力を利用した伝動要素であるため、過負荷が生じた場合は、ワイヤロープ１１５と駆動プーリ１２１との間に滑りが生じる。例えば、可動部材１１１と固定部材１１０との間に異物が挟まった場合、前記滑りが生じてステッピングモータ１２２の駆動力を逃がすことができるので、電動ステージや、挟まれた異物の損傷を防ぐことができる。
【００７１】
しかし、滑りが生じた場合、ゼンマイバネ１４２の作動範囲と可動部材１１１の移動範囲にズレが生じる。ゼンマイバネ１４２により回転物にトルクを付加する場合、ゼンマイバネ１４２の作動範囲は、ある範囲で規制して使用しなければならない。規制しない場合、ゼンマイバネ１４２のトルクが足りなくなるか、または、ゼンマイバネ１４２を損傷してしまう。
【００７２】
そのため、以下の構成で、ゼンマイバネ１４２の作動範囲の制限と、可動部材１１１の移動範囲とゼンマイバネ１４２の作動範囲とがズレた場合の補正とを行う。出力歯車１２０Ａに噛み合う規制歯車１４３が固定部材１１０に回転可能に配設されている。規制歯車１４３の出力軸１４３Ａには、回転軸に直角な方向にゼンマイピン１４４が突設されている。固定部材１１０には、ゼンマイピン１４４に当て付く位置に２本のゼンマイ規制ピン１４５が立設されている。また規制歯車１４３には、回転軸に対して直交する開口部１４６ａを有する遮光円板１４６が取り付けられている。ゼンマイピン１４４とゼンマイ規制ピン１４５と遮光円板１４６との関係を図２４に示す。可動部材１１１（図２２参照）の移動範囲Ｓとゼンマイバネ１４２の作動範囲の中心を合わせた状態で、可動部材１１１の移動範囲Ｓの両端からそれぞれＡの位置に第１センサ１４７、第２センサ１４８が配設されている。さらに、第１センサ１４７、第２センサ１４８の位置（Ｓ＋２Ａ）からそれぞれＢの位置で２本のゼンマイピン１４４とゼンマイ規制ピン１４５とが接触するようになっている。すなわち、（Ｓ＋２Ａ＋２Ｂ）がゼンマイバネ１４２（図２２参照）の作動範囲となる。
【００７３】
上記構成によるゼンマイバネ１４２の作動範囲と、可動部材１１１の移動範囲のズレ補正制御のフローを以下に説明する。図２４、図２５および図２６において、第１センサ１４７または第２センサ１４８が遮光円板１４６の開口部１４６ａを検出すると、ゼンマイバネ１４２の作動範囲端に対して、現在の可動部材１１１の位置は寸法Ｂとなる。この状態は、可動部材１１１の移動を続けるとゼンマイバネ１４２の作動範囲端に達し、可動部材１１１の移動が不能になる可能性を示すものである。そのため、作業者にズレ補正を行うかどうかの確認を行った後、実施指示があれば、検出した第１センサ１４７、第２センサ１４８と反対側に第４規定量Ｋ４だけ可動部材１１１を移動させる。ここで、第４規定量Ｋ４は、下記の式で定義される。
Ｋ４＝（Ａ−２Ｂ＋Ｓ）／２
Ｓ：可動部材の移動範囲
Ａ：ゼンマイピン１４４とゼンマイ規制ピン１４５とで決定するゼンマイバネ１４２の作動範囲
Ｂ：余裕値
【００７４】
上述の第４規定量Ｋ４とは、ゼンマイバネ１４２の作動位置を、（可動部材１１１の移動範囲＋Ａ）だけ反対側に移動させることを意味する。移動量が可動部材１１１の移動範囲以上のため、可動部材１１１は検出されてセンサとは反対側の移動端にいることになる。すなわち、ゼンマイバネ１４２の作動範囲の中心と、可動部材１１１の移動範囲Ｓの中心とを合わせたことになる。
【００７５】
本参考例７によれば、実施の形態１と同様の効果に加え、出力軸に配設されたゼンマイバネのみで全ての歯車のバックラッシュを除去でき、且つ歯車を組み込んだ後にゼンマイバネを取り付けられるので、歯車の歯形を合わせる作業が不要なため、参考例６よりさらに組み立て調整が容易になる。
【００７６】
本発明の具体的な実施の形態から、つぎのような構成の技術的思想が導き出される。
（付記）
（１）前記動力伝達手段は、前記固定部材に設けた減速機の出力軸上のプーリに巻き付けられ両端が前記可動部材に取付けられたワイヤロープ、または前記固定部材に設けた減速機の出力軸に設けたピニオンと可動部材に設けたラックよりなり、前記付勢手段は、前記減速機の出力軸と前記固定部材との間に設けたゼンマイバネであることを特徴とする参考例１記載の顕微鏡用電動ステージ。
【００７７】
付記（１）によれば、参考例１記載の顕微鏡用電動ステージの効果に加え、ゼンマイバネの付勢力が減速機の出力軸に作用し、ワイヤロープの弛みまたはピニオンとラックとのバックラッシュを吸収するようにしたので、簡単な構成で、廉価な電動ステージを提供することができる。
【００７８】
（２）前記付勢手段は、前記減速機の前記平歯車の回転軸上に配設された付勢歯車が、弾性部材により前記平歯車と連結され且つ前記平歯車と同一モジュールの平歯車に噛み合うように構成したことを特徴とする参考例１記載の顕微鏡用電動ステージ。
【００７９】
付記（２）によれば、
参考例１記載の顕微鏡用電動ステージの効果に加え、弾性部材の付勢力によって、出力側の平歯車と付勢歯車とが、噛み合う駆動側の平歯車の歯を挟み込むようにしたので、極めてロストモーションの少ない、高精度の電動ステージを提供することができる。
【００８０】
（３） 前記付勢手段は、前記減速機内の前記平歯車と、前記平歯車の回転軸上で回動可能に配設され前記平歯車とモジュールと歯数が同一な平歯車よりなる付勢平歯車と、前記平歯車と前記付勢平歯車との間に連結された弾性部材よりなり、前記弾性部材は前記平歯車と前記付勢平歯車により噛み合う平歯車とを押圧させるように構成したことを特徴とする参考例２記載の顕微鏡用電動ステージ。
【００８１】
付記（３）によれば、参考例２記載の顕微鏡用電動ステージの効果に加え、平歯車と付勢平歯車により噛み合う平歯車とを弾性部材により押圧するので、バックラッシュをなくし、固定部材に対する可動部材の送り精度を高めることができる。
【００８２】
【発明の効果】
請求項１、２に係る発明によれば、操作性のよい、かつロストモーションが少ない高精度のワイヤロープを用いた電動ステージの原点検出方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 顕微鏡と顕微鏡用電動ステージとの関係の説明図である。
【図２】 参考例１の顕微鏡用電動ステージの斜視図である。
【図３】 参考例１のステージの位置管理をする制御手段の斜視図である。
【図４】 参考例１のバックラッシュ除去手段の説明図である。
【図５】 参考例２の顕微鏡用電動ステージの斜視図である。
【図６】 参考例２のバックラッシュ除去手段の説明図である。
【図７】 参考例３の顕微鏡用電動ステージの斜視図である。
【図８】 参考例３のバックラッシュ除去手段の説明図である
【図９】 参考例４の顕微鏡用電動ステージの斜視図である。
【図１０】 参考例５の顕微鏡用電動ステージの斜視図である。
【図１１】 実施の形態１の顕微鏡用電動ステージの斜視図である。
【図１２】 実施の形態１の固定部材可動部材間のガイドの拡大側面図である。
【図１３】 実施の形態１のワイヤロープの張力調整部の拡大断面図である。
【図１４】 実施の形態１のバックラッシュ除去手段の説明図である。
【図１５】 実施の形態１の原点検出手段の説明図である。
【図１６】 実施の形態１の原点検出動作の説明図である。
【図１７】 実施の形態１の原点検出動作のフローチャート１である。
【図１８】 実施の形態１の駆動プーリの偏心による移動量変化の説明図である。
【図１９】 実施の形態１の原点検出動作のフローチャート２である。
【図２０】 参考例６の顕微鏡用電動ステージの斜視図である。
【図２１】 参考例６のバックラッシュ除去手段の説明図である。
【図２２】 参考例７の顕微鏡用電動ステージの斜視図である。
【図２３】 参考例７のバックラッシュ除去手段の説明図である。
【図２４】 参考例７のゼンマイ規制軸の詳細説明図である。
【図２５】 参考例７のゼンマイ作動範囲補正のための制御フローチャートである。
【図２６】 参考例７のゼンマイ作動範囲補正時の動作説明図である。
【図２７】 従来例１の自動掃引装置付顕微鏡の斜視図である。
【図２８】 従来例１の電動ステージの斜視図である。
【図２９】 従来例３の顕微鏡用ステージの斜視図である。
【図３０】 従来例３の線状部材の伝達機構を示す模式図である。
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学顕微鏡に設けられ電動で観察対象物を２次元移動させるための顕微鏡用電動ステージの原点検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電動ステージには、「自動掃引装置付顕微鏡」として、実開昭５９−５３３１９号公報所載の技術（従来例１）が開示されている。図２７および図２８を用いてこの従来例１を説明する。図２７において、電動ステージの固定ステージ５１１には、Ｘ軸移動機構５０１、Ｙ軸移動機構５０２が配設されており、顕微鏡の光軸に対して標本５１２を２次元走査可能にしている。Ｘ軸移動機構５０１、Ｙ軸移動機構５０２は、図２８に示す可動台５０３、クレンメル５０４、ボールネジ５０５、５０６、フレキシブルケーブル５０７、５０８、および図２７に示すステッピングモータ５０９、５１０により構成されている。ボールネジ５０５、５０６、フレキシブルケーブル５０７、５０８はガタなく回転運動を伝達できるため、ステッピングモータ５０９、５１０の回転角は、正確に可動台５０３またはクレンメル５０４の直線運動に変換される。上記構成により、ロストモーションの無い高精度なステージを実現することが可能である。
【０００３】
同様に、「自動掃引装置付顕微鏡」として、実開昭６１−６８２１９号公報所載の技術（従来例２）が開示されている。顕微鏡の構成は、従来例１とほぼ同様のため説明を省略する。モータからの動力は、クラッチを含む歯車列を介して、クレンメルに設置されたラックに伝達される。前記クラッチを制御することにより、手動と電動との操作を容易に切り換え可能となり、電動顕微鏡の操作性を向上させる。動力の伝達には、ボールネジを用いず歯車列にて行っている。
【０００４】
また、「顕微鏡用ステージ」として、特開２０００−２１４３９０号公報所載の技術（従来例３）が開示されている。図２９および図３０を用いてこの従来例３を説明する。図２９および図３０において、相対的に移動する二つの部材間、固定台６０１、可動台６０２の一方にワイヤロープ６０４が張られ、他方には駆動用のハンドル軸上にプーリ６０３が配設されている。ワイヤロープ６０４は付勢部材６０５にて張力が加えられているため、プーリ６０３とワイヤロープ６０４の摩擦力により過負荷を加えるような異常操作以外では、滑ることなく動力が伝達される。
【０００５】
さらに、「微小寸法位置決め装置」として、実公平４−２２２５１号公報所載の技術（従来例４）が開示されている。従来例４では、原点検出用のセンサとして、フォトインタラプタ型が用いられている。フォトインタラプタ型のセンサとは、発光部と受光部とがコの字状の部品に対峙した状態で設けられたセンサで、コの字状のスリット部に部材を挿入し、発光部から受光部への光を遮断することで、出力信号を得ることが可能な廉価なセンサである。発光部と受光部を結ぶ光軸をセンサ光軸とすると、センサの特性として出力信号を得るセンサ軸と部材との位置は数１０μｍのバラツキを持つ。すなわち、部材の位置検出精度として数１０μｍとなる。
【０００６】
一般に、顕微鏡用電動ステージでは、数μｍ程度の原点検出精度が要求されるため、可動部材の移動を直接フォトインタラプタ型センサにより検出した場合、要求される原点検出精度を得ることはできない。従来例４では、モータの回転を可動部材に伝達する伝達手段として、ネジの回転運動をナットの直進運動に正確に変換するマイクロメータを用いている。そのため、マイクロメータの回転方向をフォトインタラプタ型センサで検出し、このセンサの信号に基づき位置合わせを行うことで、数μｍ程度の原点検出精度を実現している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、上記従来技術には次のような問題点があった。すなわち、従来例１では、ボールネジは高価な部品のため、廉価な電動ステージを提供することができない。また、一般に顕微鏡のステージ周辺は、対物レンズまたはコンデンサ等の光学部材が配置されるため、ステージに許されるスペースは限られるので、ボールネジを用いた構成では、ステージ上面に突出部が設けられて作業スペースが制限され、ステージへの標本の装着がやり難くなり、作業性を損なっていた。
【０００８】
従来例２では、ボールネジを用いず、ラック＆ピニオンを用いて電動ステージを実現しているが、歯車のバックラッシュにより、以前の送り方向と同じ方向へ送った場合と逆方向へ送った場合とで、移動距離が異なるロストモーションが発生して、高精度な電動ステージを実現することができなかった。
【０００９】
従来例３では、ワイヤロープを用いた手動ステージを実現しているが、電動ステージへの実現手段が開示されていない。
【００１０】
従来例４では、マイクロメータと可動部材との接続を隙間なく行うために引張りバネを用いているが、顕微鏡で必要な５０ｍｍ以上の移動範囲でバネの作用力の変化を少なくし、かつ引張りバネの占める空間を小さくすることは相反し、不可能である。また、従来例４の原点検出手段をワイヤロープによる動力伝達機構に当てはめると、可動部材の移動方向で位置を検出するセンサと、ステッピングモータの回転方向の位置を検出するセンサが必要となる。しかし、ワイヤロープとプーリとの間で滑りが生じるため、固定部材に対する可動部材の位置に対して、ステッピングモータ出力軸の回転方向の位置は常に同じにはならない。すなわち、ワイヤロープを用いた電動ステージでの高精度な原点出し方法は提案されていない。
【００１１】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたもので、本発明の課題は、ステージ上面に突出部を設けず、操作性の良い、かつロストモーションが少なく、再現性の高いワイヤロープを用いた顕微鏡用電動ステージの原点検出方法を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、請求項１に係る発明は、顕微鏡に固定するための固定部材と、標本を載置し前記顕微鏡の光軸に対して直交する方向に移動可能な可動部材と、該可動部材を移動させるステッピングモータと、該ステッピングモータの回転を前記可動部材に伝達する動力伝達手段と、前記可動部材が原点に位置したことを検出する原点検出手段と、前記原点検出手段からの信号と前記ステッピングモータへの駆動パルス数とを用い前記可動部材の位置を制御する制御手段とを有する顕微鏡用電動ステージの原点検出方法であって、前記ステッピングモータの回転を平歯車からなる減速機及び前記固定部材に設けた減速機の出力軸上のプーリに巻き付けられ両端が前記可動部材に取付けられたワイヤロープを具備する動力伝達手段により前記可動部材を駆動し、前記可動部材の移動範囲の両端位置を固定部材に設けた原点検出手段を構成する第１及び第２の規制部材により規制し、前記固定部材に対する前記可動部材の両端の位置を原点検出手段を構成する位置検出手段により検出し、前記減速機の出力軸の回転を原点検出手段を構成する回転検出手段により検出し、前記原点検出手段からの信号と前記ステッピングモータへの駆動パルス数とを用いて制御手段により可動部材の位置を制御するように構成し、前記位置検出手段が前記可動部材の位置を検出した後さらに所定量前記ステッピングモータを駆動して前記可動部材を前記第１の規制部材に当て付け、その後前記ステッピングモータを反転駆動して前記可動部材を前記第２の規制部材に当て付け、前記回転検出手段が前記減速機の出力軸の回転位置を検出するまで前記ワイヤーロープをプーリに対して滑らせつつ前記ステッピングモータを反転駆動して停止させることで、前記可動部材の原点位置と前記減速機の出力軸の回転位置とを整合させる構成とした。
【００１３】
請求項２に係る発明は、顕微鏡に固定するための固定部材と、標本を載置し前記顕微鏡の光軸に対して直交する方向に移動可能な可動部材と、該可動部材を移動させるステッピングモータと、該ステッピングモータの回転を前記可動部材に伝達する動力伝達手段と、前記可動部材が原点に位置したことを検出する原点検出手段と、前記原点検出手段からの信号と前記ステッピングモータへの駆動パルス数とを用い前記可動部材の位置を制御する制御手段とを有する顕微鏡用電動ステージの原点検出方法であって、前記ステッピングモータの回転を平歯車からなる減速機及び前記固定部材に設けた減速機の出力軸上のプーリに巻き付けられ両端が前記可動部材に取付けられたワイヤロープを具備する動力伝達手段により前記可動部材を駆動し、前記可動部材の移動範囲の両端位置を固定部材に設けた原点検出手段を構成する第１及び第２の規制部材により規制し、前記固定部材に対する前記可動部材の両端の位置を原点検出手段を構成する第１及び第２の位置検出手段により検出し、前記減速機の出力軸の回転を原点検出手段を構成する回転検出手段により検出し、前記原点検出手段からの信号と前記ステッピングモータへの駆動パルス数とを用いて制御手段により可動部材の位置を制御するように構成し、前記第１の位置検出手段が前記可動部材の位置を検出した後さらに所定量前記ステッピングモータを駆動して前記可動部材を前記第１の規制部材に当て付け、その後前記ステッピングモータを前記第２の位置検出手段が前記可動部材の位置を検出するまで反転駆動した後所定量前記可動部材を前記第２の規制部材に当て付け、前記回転検出手段が前記減速機の出力軸の回転位置を検出するまで前記ワイヤーロープをプーリに対して滑らせつつ前記ステッピングモータを反転駆動して停止させることで、前記可動部材の原点位置と前記減速機の出力軸の回転位置とを整合させる構成とした。
【００１４】
請求項１、２に係る発明によれば、操作性が良く、ロストモーションが少ない高精度なワイヤロープを用いた顕微鏡用電動ステージの原点検出方法を提供することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
まず、具体的な実施の形態の説明に先立ち、顕微鏡と顕微鏡用電動ステージとの関係について説明する。図１は顕微鏡と顕微鏡用電動ステージとの関係の説明図である。図１において、顕微鏡１の光軸Ｘ上には、電動ステージ５に載置された観察対象である標本２を挟む位置に、標本２を拡大観察するための対物レンズ３と、標本２に十分な光を照射するためのコンデンサ４とが所定の位置に調整可能に配設されている。ステージの上面は、標本の装着作業のため平坦な形状が望まれ、また、ステージの下面は、顕微鏡の操作部、例えば焦準ノブ等があるため、下方での寸法も小さいことが望まれる。以下、具体的な実施の形態について、参考例１〜７とともに説明する。
【００１６】
（参考例１）
図２〜図４は参考例１を示し、図２は顕微鏡用電動ステージの斜視図、図３はステージの位置管理をする制御手段の斜視図、図４はバックラッシュ除去手段の説明図である。
【００１７】
図２において、電動ステージ５は、顕微鏡１（図１参照）に取付けるための固定部材１０に対して一方向に移動可能な可動部材１１上に標本２を載せ、直交するもう一方には、標本２を挟んだ状態で可動部材１１上を滑らせるクレンメル１２にて顕微鏡１の光軸Ｘ（図１参照）に対して標本２の２次元走査を行っている。
【００１８】
つぎに、固定部材１０と可動部材１１との間のガイドについて説明する。電動ステージ５は、通常直交する２方向への移動が可能であるが、構成作用は同様のため、もう一方のガイドの説明は省略する。固定部材１０にはＶ字形状のガイド溝１０ａ、１０ｂが形成されている。可動部材１１には保持部材１３が螺着され、固定部材１０のガイド溝１０ａ、１０ｂと平行なＶ字形状のガイド溝１１ａ、１３ａが形成されている。対峙する各ガイド溝には、ボール１４が挿入され、固定部材１０を可動部材１１と保持部材１３とで挟持した状態にて、保持部材１３は固定部材１０に螺着されている。そのため、可動部材１１はガタ付くことなく、またボール１４にて点接触で保持されているため摺動抵抗が小さく、一方向への移動が可能となっている。
【００１９】
動力伝達手段には、細い金属材料の素線を撚って作られたワイヤロープ１５を用いる。ワイヤロープ１５の両端は輪形状になっており、可動部材１１に突設された２本の支持ピン１６間に張架されている。一方の支持ピン１６はワイヤロープ１５の張られた方向に移動可能である。また、固定部材１０上には、減速機１７が配設され、その減速機出力軸２１上に装着されたプーリ１８は、２本の支持ピン１６を結ぶ直線に接する位置に配置され、かつワイヤロープ１５はプーリ１８に１回転巻き付けられている。
【００２０】
移動可能な支持ピン１６を移動させて、ワイヤロープ１５の張力を高めることにより、プーリ１８とワイヤロープ１５の摩擦力を高めることが可能となり、過負荷が加わらない限りワイヤロープ１５とプーリ１８との間で滑りが生じることはない。また、プーリ１８はワイヤロープ１５に接する位置に配置しているため、可動部材１１の移動に伴い、ワイヤロープ１５の全長が変動することはない。前記二つの作用により、プーリ１８の回転をワイヤロープ１５に正確に伝達することが可能であり、プーリ１８の回転量を正確に可動部材１１の直線移動量に変換することができる。
【００２１】
駆動源としては、ステッピングモータ２０を用いる。ステッピングモータ２０は、外部からのパルス信号を受け、ステータ捲線に生じる電磁力でロータを吸引し、パルス信号に比例した角度だけ出力軸が回転するモータである。ステッピングモータ２０は、出力軸１回転が２００分割されたモータで、外部より１パルス信号を発するとモータ出力軸は１．８°回転する。
【００２２】
固定部材１０に配設されたステッピングモータ２０の出力軸に直接ワイヤロープ駆動用のプーリを装着した場合、２．５μｍの分解能を得るためには、プーリの直径は０．１５ｍｍとなり現実的ではない。そのため分解能を高めるための平歯車による減速機１７を固定部材１０上に配設している。減速機１７は、歯数の異なる平歯車を同軸上にて一体に構成し、歯数の異なる歯車同士を噛み合わせた歯車列により減速する。１組の歯車の歯数が１：４であり、減速機出力軸２１の歯車２１Ａとステッピッグモータ２０の出力軸のモータ歯車４３とを合わせて３組の歯車列とすることにより、１／６４の減速比を得ている。
【００２３】
上記構成により、ステッピングモータ２０の１ステップでの可動部材１１の移動量は、ワイヤロープ１５が巻き付けられる減速機出力軸２１のプーリ１８の直径を１０ｍｍとすると、ステッピングモータ２０の分割数が２００なので、
１０ｍｍ×π／（２００×６４）≒２．５μｍ
の分解能をもつことになり、微小な送りが可能となる。
【００２４】
つぎに、ステージの位置を管理する制御手段について説明する。図３において、固定部材１０には、フォトインタラプタ型の原点センサ３０が配設されている。また、可動部材１１には、原点サンサ３０を遮光する遮光板３１が配設されている。原点センサ３０と遮光板３１とにより原点検出手段を構成している。可動部材１１を駆動する際は、可動部材１１を決まった一方向に移動し、遮光板３１にて原点センサ３０を遮光する。すなわち、固定部材１０に対する可動部材１１の原点位置を予め合わせた後、制御手段としての制御部３２よりのパルス信号にて可動部材１１を駆動する。このように、制御手段としての制御部３２で、ステッピングモータ２０への出力パルス数を管理することにより、可動部材１１の位置管理が可能となる。
【００２５】
つぎに、減速機１７のバックラッシュ除去手段について説明する。図２において、減速機出力軸２１と固定部材１０から立設されたバネ支柱１０Ａとの間に、回転力が付加されたゼンマイバネ４０が装着されている。バネ支柱１０Ａ、ゼンマイバネ４０および減速機出力軸２１により付勢手段を構成している。ゼンマイバネ４０の作用を図４を用いて説明する。ステッピングモータ２０は無励磁の状態でも位置を維持する力、ディテントトルクが働く。例えば、ステッピングモータ２０のディテントトルクを０．０５Ｎ・ｍとすると、ゼンマイバネ４０のトルクを３２Ｎ・ｍ以下とすれば、常にステッピングモータ２０のモータ歯車４３に各歯車が押圧されることになり、歯車のバックラッシュは除去される。図４の●印は、噛み合う歯車の接点Ｐを、矢印はゼンマイバネ４０により生じる回転力を示している。
【００２６】
ただし、ゼンマイバネ４０による付勢力は、駆動時のステッピングモータ２０のトルクを考慮し、上記の値より小さい値に設定される。また、図２に示すように、減速機出力軸２１にピン４２を突設し、固定部材１０には、２本の制限部材４１を立設して減速機出力軸２１の回転範囲を制限し、ゼンマイバネ４０を損傷することなく作用させている。
【００２７】
以上の構成により、ロストモーションの少ない送りが実現可能となった。ワイヤロープ１５は、摩擦力を利用した伝達要素であるため、過負荷が生じた場合は、ワイヤロープ１５とプーリ１８との間に滑りが生じる。例えば、可動部材１１と固定部材１０との間に異物が挟まった場合、前記滑りが生じてステッピングモータ２０の駆動力を逃がすことができるので、電動ステージや挟まれた異物の損傷を防ぐことができる。
【００２８】
しかし、滑りが生じた場合、ゼンマイバネ４０の作用範囲と可動部材１１の移動範囲にズレが生じ、強いては制限部材４１にピン４２が衝突し、可動部材１０の移動ができなくなる。そのため、外力でワイヤロープ１５がプーリ１８より滑った場合、以下の駆動方法にて可動部材１１とゼンマイバネ４０との位置調整を行う。固定部材１０に対する可動部材１１の移動量は既知であって、ステッピングモータ２０のパルス数でＺＺとなる。そのため、可動部材１１を移動可能な両方向に上記ＺＺパルス＋αパルス送った後、原点検出動作を行う。上記動作により、可動部材１１の移動範囲は、ゼンマイバネ４０の作用範囲内に位置した上で、可動部材１１を固定部材１０の原点に位置決めしたことになる。上記αは、可動部材１１の機械的誤差によるバラツキも含めた余裕値であり、ゼンマイバネ４０の作用範囲は可動部材１１の移動範囲に比べて十分大きく設定されている。
【００２９】
本参考例１によれば、簡単な構成でステージ上面に突出部を設けず、操作性がよく、ロストモーションが少ない高精度な顕微鏡用電動ステージを廉価に提供することができる。
【００３０】
（参考例２）
図５および図６は参考例２を示し、図５は顕微鏡用電動ステージの斜視図、図６はバックラッシュ除去手段の説明図である。本参考例２は、参考例１と減速機のバックラッシュ除去手段のみが異なり、他の部分は参考例１と同様のため異なる部分のみ説明し、同様の部分の図と説明を省略する。また、図５及び図６においても、同一の部材には同一の符号を付し説明を省略する。
【００３１】
図５および図６において、減速機１７Ａの平歯車としての減速歯車６１の上面の減速機出力軸２１上には、減速歯車６１とモジュールおよび歯数が等しい付勢歯車６０が回動可能に取付けられている。付勢歯車６０に設けられた長穴６０Ｂより突出した減速歯車６１のピン６１Ａと付勢歯車６０のピン６０Ａとには、弾発力を有する引張りバネ６２が張架されている。出力側にある減速歯車６１と引張りバネ６２より付勢された付勢歯車６０とは、駆動側にある回転軸上に配置された同一モジュールの平歯車としての噛合い歯車６３の歯を減速歯車６１と付勢歯車６０との双方の歯によって挟み込むように噛合している。付勢歯車６０、ピン６０Ａ、ピン６１Ａおよび引張りバネ６２により付勢手段を構成している。図５では、減速機１７Ａを構成する歯車列上の他の２ヶ所の回転軸上においても、同一の構成になっている。
【００３２】
上記構成により、付勢歯車６０は噛合い歯車６３に対して常に一方向（時計方向）の回転力で押し付けられている。そのため、歯車を円滑に回転させるためのガタであるバックラッシュを除去し、ロストモーションの少ない減速機構が実現可能となる。
【００３３】
本参考例２によれば、出力側の減速歯車および付勢歯車により駆動側の噛合い歯車を挟み込むようにしたことにより、参考例１と同様の効果、つまりロストモーションの少ない減速機構を実現することができる。さらに、付勢手段に作用範囲の制限がないため、制御も簡略化できる。
【００３４】
（参考例３）
図７および図８は参考例３を示し、図７は顕微鏡用電動ステージの斜視図、図８はバックラッシュ除去手段の説明図である。本参考例３は、参考例１および参考例２と減速機のバックラッシュ除去手段のみが異なり、他の部分は参考例１及び２と同様のため異なる部分のみ説明し、同様の部分の図と説明を省略する。また、図７及び図８においても、同一の部材には同一の符号を付し説明を省略する。
【００３５】
図７および図８において、減速機１７Ｂの減速機出力軸２１上の上部に平歯車としての出力歯車７０が配設され、下部に出力歯車７０とモジュールおよび歯数が等しい付勢歯車７１が回動可能に配設されている。出力歯車７０の下面に垂設されたピン７０Ａと付勢歯車７１の上面に立設されたピン７１Ａとの間には、弾性部材としての引張りバネ７２が張架されている。ステッピングモータ２０のモータ歯車７３と出力歯車７０との間には同一モジュールの平歯車としての減速歯車７４Ａが、また、モータ歯車７３と付勢歯車７１との間には同一モジュールの平歯車としての減速歯車７４Ｂが、それぞれ噛み合うように配設されている。付勢歯車７１、ピン７０Ａ、ピン７１Ａおよび引張りバネ７２により付勢手段を構成している。なお、減速歯車７４Ａ、７４Ｂの構成は、参考例１の減速歯車と同様のため説明は省略する。
【００３６】
上記構成により、引張りバネ７２は自由長より伸ばされた状態で張架されているため、出力歯車７０、減速歯車７４Ａは反時計方向に付勢され、付勢歯車７１、減速歯車７４Ｂは時計方向に付勢される。これにより、常にモータ歯車７３によって減速歯車７４Ａおよび出力歯車７０は一方向より押圧されるため、歯車のバックラッシュを除去し、ロストモーションの少ない減速機が実現可能となる。なお、図面の簡略化のため、減速歯車は１組しか図示していないが、さらに大きな減速比を得るために複数組の減速歯車を用いても、作用効果は同様である。
【００３７】
本参考例３によれば、参考例２と同様の効果に加え、引張りバネにて引き合う歯車が１組となるため、組立性を向上させることができる。
【００３８】
（参考例４）
図９は参考例４を示し、顕微鏡用電動ステージの斜視図である。本参考例４は、参考例１と可動部材の駆動機構および減速機のバックラッシュ除去手段のみが異なり、他の部分は参考例１と同様のため異なる部分のみ説明し、同様の部分の図と説明を省略する。また、図９においても、同一の部材には同一の符号を付し説明を省略する。
【００３９】
図９において、可動部材１１の側面には、ラック８０が配設されている。固定部材１０には、平歯車の歯車列によってなる減速機８１が配設され、減速機８１のピニオンとしての出力歯車８６がラック８０と噛合している。また、固定部材１０上の減速機８１の近傍には回転軸８２が立設され、回転軸８２には、出力歯車８６とモジュールおよび歯数の同一な平歯車からなる付勢歯車８３が回動可能に取着され、ラック８０と噛合している。付勢歯車８３と固定部材１０から立設されたバネ支柱１０Ａとの間には、ゼンマイバネ８４が配設されている。バネ支柱１０Ａ、回転軸８２、付勢歯車８３およびゼンマイバネ８４により付勢手段を構成している。
【００４０】
上記構成により、ゼンマイバネ８４による回転力は、付勢歯車８３よりラック８０、減速機８１と伝達され、ステッピングモータ２０の出力軸に取着されたモータ歯車８５を押圧する力となる。
【００４１】
本参考例４によれば、参考例１と同様の効果に加え、ゼンマイバネの回転力により、歯車のバックラッシュを除去することができ、ロストモーションを少なくしたラック＆ピニオンによる電動ステージを提供することができる。
【００４２】
（参考例５）
図１０は参考例５を示し、顕微鏡用電動ステージの斜視図である。本参考例５は、参考例１と可動部材の駆動機構および減速機のバックラッシュ除去手段のみが異なり、他の部分は参考例１と同様のため異なる部分のみ説明し、同様の部分の図と説明を省略する。また、図１０においても、同一の部材には同一の符号を付し説明を省略する。
【００４３】
図１０において、可動部材１１の側面には、平歯車としてのラック９０が配設されている。ラック９０の上面には、ラック９０とモジュールが同一の付勢歯車としての付勢ラック９２が配備され、ラック９０上に立設された２本のピン９１に付勢ラック９２に穿設された２つの長孔９２ａが摺動自在に嵌装している。付勢ラック９２の長孔９２ａの近傍には、それぞれピン９３が立設され、ピン９１とピン９３との間に弾性部材としての引張りバネ９４が張架されている。固定部材１０には、参考例２の付勢歯車６０と減速歯車６１との組合せ（図５、図６参照）と同様の歯車列によって構成された減速機９５が配設され、減速機９５のピニオンとしての出力歯車９６がラック９０および付勢ラック９１と噛合している。ピン９１、付勢ラック９２、長孔９２ａ、ピン９３および引張りバネ９４により付勢手段を構成している。
【００４４】
ラック９０に立設されたピン９１の直径に対して付勢ラック９２に穿設された長孔９２ａの幅は数μｍ程度大きくしてあるため、ガタ付くことが殆どなく一方向に移動可能である。ラック９０と付勢ラック９２とが減速機９５の出力歯車９６と噛み合う際は、引張りバネ９４には力が作用した状態にあるため、出力歯車９６を常にラック９０と付勢ラック９２とで挟み込んだ状態となる。
【００４５】
本参考例５によれば、参考例１と同様の効果に加え、ラック９０は常に出力歯車９６に押し付けられた状態のため、バックラッシュによりロストモーションが生じることのない電動ステージの実現が可能となる。
【００４６】
（実施の形態１）
図１１〜図１９は本発明の実施の形態１を示し、図１１は顕微鏡用電動ステージの斜視図、図１２は固定部材可動部材間のガイドの拡大側面図、図１３はワイヤロープの張力調整部の拡大断面図、図１４はバックラッシュ除去手段の説明図、図１５は原点検出手段の説明図、図１６は原点検出動作の説明図、図１７は原点検出動作のフローチャート１、図１８は駆動プーリの偏心による移動量変化の説明図、図１９は原点検出動作のフローチャート２である。
【００４７】
図１１において、固定部材１１０は、顕微鏡１（図１参照）に取り付けるための部材であり、固定部材１１０に対して一方向に移動可能な可動部材１１１上に標本２を載せ、直交するもう一方には、標本２を挟んだ状態で可動部材１１１上を滑らせるクレンメル１１２にて顕微鏡１の光軸Ｘ（図１参照）に対して２次元走査を行っている。
【００４８】
つぎに、固定部材１１０と可動部材１１１との間で直線運動を行うためのガイドについて説明する。図１において、電動ステージ５は、通常、直交する２方向への移動が可能なガイドを有するが、２方向の各々のガイドの構成、作用は互いに同一のため、一方のガイドの説明のみ行い、他方のガイドの説明は省略する。図１１において、固定部材１１０には、Ｖ字形状のガイド溝１１０ａ、１１０ｂが形成されている。また、可動部材１１１には、保持部材１１３が螺着され、固定部材１１０のガイド溝１１０ａ、１１０ｂと平行なＶ字形状のガイド溝１１１ａ、１１３ａが形成されている。対峙する各ガイド溝には、図１２に示すように、ボール１１４が挿入され、固定部材１１０を可動部材１１１と保持部材１１３（図１１参照）とで挟持した状態にて、保持部材１１３は可動部材１１１に螺着されている。そのため、可動部材１１１はガタ付くことなく、またボール１１４にて点接触で保持されているため摺動抵抗が小さく、一方向への移動が可能となっている。
【００４９】
動力伝達手段には、細い金属材料の素線を撚って作られたワイヤロープ１１５を用いる。ワイヤロープ１１５の両端は輪形状になっており、可動部材１１１に突設された２本の支持ピン１１６ａ、１１６ｂ間に張架されている。図１３に示すように、一方の支持ピン１１６ａはワイヤロープ１１５に直交する面に対してワイヤロープ１１５を張る方向に４５度の斜面を有する張力調整部材１１７に螺着されている。また、皿形状ビス１１８は、張力調整部材１１７の斜面に線接触する円錐部を有する。また、図１１において、固定部材１１０上には、減速機１１９が配設され、その減速機出力軸１２０上に装着された駆動プーリ１２１は、２本の支持ピン１１６ａ、１１６ｂを結ぶ直線に接する位置に配置され、かつワイヤロープ１１５は駆動プーリ１２１に１回転巻き付けられている。
【００５０】
皿形状ビス１１８をネジ込んで、張力調整部材１１７をワイヤロープ１１５の張り方向に移動させ、ワイヤロープ１１５の張力を高めることにより、実使用範囲内の加速度で可動部材１１１を動かしている限り、駆動プーリ１２１とワイヤロープ１１５との間で滑りを生じることはない。また、駆動プーリ１２１は、ワイヤロープ１１５に接する位置に配設されているため、可動部材１１１の移動に伴いワイヤロープ１１５の全長が変動することなく、駆動源の回転量と、可動部材１１１の移動量とを正確に比例させることができる。すなわち、駆動プーリ１２１の回転量を制御することにより可動部材１１１の移動量を正確に制御することが可能となる。
【００５１】
つぎに、減速機１１９のバックラッシュ除去手段について説明する。図１１および図１４において、減速機１１９の平歯車としての減速歯車１２３Ａ、１２３Ｂと減速機出力歯車１２０Ａとには、モジュールおよび歯数が等しい付勢歯車１２５がそれぞれ回動可能に取付けられている。付勢歯車１２５に設けられた長穴１２５ａより突出し、減速歯車１２３Ａ、１２３Ｂと減速機出力歯車１２０Ａとに配設されたバネカケ１２６と、それぞれの付勢歯車１２５に配設されたバネカケ１２７とには、弾発力を有する引張りバネ１２８が張架されている。図１４は、モータ歯車１２４と減速歯車１２３Ｂとの間のバックラッシュ除去手段の説明図である。付勢歯車１２５は、減速歯車１２３Ｂとモジュール、歯数が同一のため、外径が同じであるが、説明を分かり易くするために減速歯車１２３Ｂに対して小さく図示している。
【００５２】
減速歯車１２３Ｂを固定し、引張りバネ１２８を引っ張る方向、図１４では、時計方向に付勢歯車１２５を回し、引張りバネ１２８を歯の数で２歯以上伸ばし、各歯車の歯を合わせた状態で固定し、減速歯車１２３Ｂと付勢歯車１２５とにモータ歯車１２４を噛み合わせる。噛み合わせ状態から減速歯車１２３Ｂと付勢歯車１２５との固定を解除すると、引張りバネ１２８により減速歯車１２３Ｂと付勢歯車１２５とが引き合う。減速歯車１２３Ｂは時計方向に回転し、付勢歯車１２５は反時計方向に回転し、各々モータ歯車１２４に当て付いた状態となる。引張りバネ１２８は、歯数で２つ以上引き伸ばされているため、一旦歯車を噛み合わせれば、以後引張りバネ１２８の力は作用し続ける。すなわち、歯車伝動で必要なバックラッシュがあっても、モータ歯車１２４に対して常に減速歯車１２３Ｂは一方向から当て付くため、バックラッシュに影響されない歯車伝動が可能となる。付勢歯車１２５、バネカケ１２６、１２７、および引張りバネ１２８により付勢手段を構成している。図１１では、減速機１１９を構成する他の２ヶ所の減速歯車上においても、同一の構成になっている。
【００５３】
つぎに、固定部材１１０と可動部材１１１との相対的な位置合わせを行う原点検出手段について説明する。図１５において、固定部材１１０には、可動部材１１１の移動方向に直角な断面で、オスアリ１２９ａを有する規制部材ガイド部１２９が形成され、規制部材としての原点規制部材１３０および反原点規制部材１３１には、オスアリ１２９ａに面接触するメスアリ１３０ａ、１３１ａがそれぞれ形成されている。また、原点規制部材１３０および反原点規制部材１３１には、規制部材ガイド部１２９のオスアリ１２９ａを押圧する固定ツマミ１３２がそれぞれ螺合している。また、原点規制部材１３０および反原点規制部材１３１には、可動部材１１１の側面の２ヶ所に突設された当て付けピン１３７と当接する規制面１３０ｂ、１３１ｂが形成され、規制面１３０ｂ、１３１ｂの近傍には、フォトインタラプタ型のセンサによる原点センサ１３３、反原点センサ１３４が配設されている。また、この原点センサ１３３、反原点センサ１３４に対応する可動部材１１１の側面には、原点遮光板１３９、反原点遮光板１３８が配設されている。
【００５４】
図１５において、固定ツマミ１３２をネジ込むと、規制部材ガイド部１２９のオスアリ１２９ａを、原点規制部材１３０、反原点規制部材１３１のメスアリ１３０ａ、１３１ａで押圧し、規制部材ガイド部１２９上で原点規制部材１３０、反原点規制部材１３１を任意の位置で固定が可能となる。また、駆動プーリ１２１の回転軸に回転中心を合わせた位置に板状の遮光円板１３５を配設する。遮光円板１３５には、回転中心から１ヶ所、放射状の開口部１３５ａが形成されている。また、固定部材１１０には、遮光円板１３５の開口部１３５ａを検知するためのプーリ回転センサ１３６が配設されている。原点センサ１３３、反原点センサ１３４およびプーリ回転センサ１３６は、制御部３２に接続されている。原点センサ１３３、反原点センサ１３４、反原点遮光板１３８、原点遮光板１３９、遮光円板１３５、プーリ回転センサ１３６および制御部３２により原点検出手段を構成している。
【００５５】
つぎに、上記構成に基づく原点検出手段の制御フローを図１５〜図１７を用いて説明する。はじめに、図１５において、原点規制部材１３０方向へ可動部材１１１を移動させるステッピングモータ１２２（図１１参照）の回転方向を時計方向、反原点規制部材１３１方向に可動部材１１１を移動させるステッピングモータ１２２の回転方向を反時計方向とする。また、図１６は、可動部材１１１と駆動プーリ１２１との動作を表し、固定部材１１０に対する可動部材１１１の位置と、プーリ回転センサ１３６と遮光円板１３５の開口部１３５ａとの角度を関数ＳＩＮを用いて表している。図１７は、制御フローを示すフローチャートであり、これらを用いて説明する。
【００５６】
原点検出の開始指令を受け、
（ａ） ステッピングモータ１２２（図１１参照）を反時計方向に回転させ、可動部材１１１を反原点規制部材１３１の方向に移動させる。
（ｂ） 反原点センサ１３４で反原点遮光板１３８を検出して、可動部材１１１を停止させる。
（ｃ） 更に、ステッピングモータ１２２を反時計方向に第１規定量Ｋ１だけ回転させる。ここで、第１規定量Ｋ１は、下記の式で定義される。
Ｋ１＝Ａ１−Ｂ１＋α
Ａ１：反原点規制部材１３１の規制面１３１ｂから当て付けピン１３７までの距離
Ｂ１：反原点センサ１３４から反原点遮光板１３８までの距離
α：０．１ｍｍ
この動作では、反原点センサ１３４の検出誤差、反原点規制部材１３１と可動部材１１１とに対する反原点遮光板１３８および当て付けピン１３７の機械的誤差を考慮し、反原点規制部材１３１が確実に当て付けピン１３７に当接するための移動量をステッピングモータ１２２（図１１参照）で移動させている。ただし、ワイヤロープ１１５の滑り量は最小としている。
【００５７】
（ｄ） ステッピングモータ１２２（図１１参照）を時計方向に回転させる。
（ｅ） 原点センサ１３３で可動部材１１１の原点遮光板１３９を検出して、可動部材１１１を停止させる。
（ｆ） 更に、ステッピングモータ１２２を時計方向に第２規定量Ｋ２回転させる。ここで、第２規定量Ｋ２は、下記の式で定義される。
Ｋ２＝Ａ２−Ｂ２＋α
Ａ２：原点規制部材１３０の規制面１３０ｂから当て付けピン１３７までの距離
Ｂ２：原点センサ１３３から原点遮光板１３９までの距離
α：０．１ｍｍ
（ｄ）〜（ｆ）の動作では、原点規制部材１３０に確実に可動部材１１１を当接するための最小量をステッピングモータ１２２で移動させている。すなわち、ワイヤロープ１１５の滑り量は最小である。
（ｇ） ステッピングモータ１２２を時計方向に回転させる。
（ｈ） プーリ回転センサ１３６で駆動プーリ１２１の回転位置を検出し、原点検出動作を終了する。
【００５８】
本原点検出手段での固定部材１１０と可動部材１１１との位置合わせは、機械的に固定部材１１０へ可動部材１１１を当接させることで行う。一般的なボールネジによる伝動機構での機械的な位置合わせでは、伝動機構に過負荷を与え、機械の損傷につながるため現実的でないが、ワイヤロープ１１５を伝動手段として用いた場合、ワイヤロープ１１５と駆動プーリ１２１との間で滑りが生じ、過負荷を機械に与えることはない、しかし、厳密には、ワイヤロープ１１５と駆動プーリ１２１との間での滑りは、ワイヤロープ１１５の損傷につながるため、滑り量はなるべく小さくした。
【００５９】
また、駆動プーリ１２１と減速機１１９（図１１参照）とは、前述のように、回転体で構成される。一般的な加工法では、プーリ外径と回転軸との偏心量は、数１０μｍ存在し、その偏心量が可動部材１１１の移動量の誤差となる。図１８では、回転軸の中心をＰ０、プーリ外径の中心をＰ１とし、回転軸Ｐ０とワイヤロープ１１５の駆動プーリ１２１への接触面側との間に、プーリ外径の中心Ｐ１が位置した状態（図１８（ａ））での駆動プーリ１２１によるワイヤロープ１１５の送り量と、プーリ外径の中心Ｐ１とワイヤロープ１１５の駆動プーリ１２１への接触面側との間に回転軸Ｐ０が位置した状態（図１８（ｂ））での駆動プーリ１２１によるワイヤロープ１１５の送り量との違いを示した。
【００６０】
すなわち、比例関係にあるべき駆動プーリ１２１の回転角とワイヤロープ１１５との送り量が、駆動プーリ１２１の１回転をピッチとして偏心量分の差を生じる。偏心量は加工精度に依存し、１０μｍ以下の加工は現実的ではない。本原点検出手段では、可動部材１１１の位置に対して駆動プーリ１２１の回転角を常に同じにすることで、偏心誤差はあるが、可動部材１１１の位置により変動しないようにするため、機械的な位置合わせ時に駆動プーリ１２１の回転角を合わせる動作を加えた。また、駆動プーリ１２１以外の回転体の偏心による誤差を駆動プーリ１２１の回転角に合わせるため、減速機１１９（図１１参照）の減速比は、前述のように、整数比の１：４としている。
【００６１】
ワイヤロープ１１５と駆動プーリ１２１との間の滑りは、通常使用状態では生じない。しかし、原点検出のため、機械的にワイヤロープ１１５と駆動プーリ１２１との間では滑りを生じさせる。そのため、原点検出動作では、はじめに、（ａ）〜（ｃ）の動作（図１６、図１７参照）で駆動プーリ１２１に対する可動部材１１１の位置を逆側に移動させた後、原点側で反対方向に滑らせて駆動プーリ１２１の回転位置合わせを行う。（ａ）〜（ｃ）の動作を行わずに原点検出動作を行うと、ワイヤロープ１１５と駆動プーリ１２１との間で滑りが生じない大半の場合で、駆動プーリ１２１の回転位置合わせのために駆動プーリ１２１を約１回転滑らせなくてはならなくなり、（ａ）〜（ｃ）の動作を加えた場合に比べ１００倍程度余計に滑らる必要がある。
【００６２】
また、前述のように、規制部材を可動式として説明したが、規制部材を固定して使用する場合は、原点センサ１３３は削除できる。図１９に制御フローを示す。図１７の制御フローの（ｄ）〜（ｆ）に替えて、図１９では、下記☆の動作を行う。
☆ ステッピングモータを第３規定量Ｋ３だけ時計方向に回転させる。ここで、第３規定量Ｋ３は下記の式で定義される。
Ｋ３＝Ｓ＋α
Ｓ：固定部材１１０に対する規制部材１３０、１３１による可動部材１１１の移動範囲量
α：余裕値
【００６３】
本実施の形態１によれば、簡単な構成でステージ上面に突出部を設けず、操作性が良く、ロストモーションが少ない高精度な顕微鏡用電動ステージの原点検出方法を廉価に提供することができる。また、規制部材を可動式にした場合には、可動部材の移動範囲に対して標本の観察範囲が小さい場合、可動部材の移動範囲を制限して原点検出時の無駄な動きをなくし、作業タクトの向上を図るとともに、標本と対物レンズとの衝突などの事故を回避することができる。また、規制部材を固定式とした場合は、センサ、ガイドを含めた規制部材の簡素化が可能で、コストダウンが可能となる。
【００６４】
（参考例６）
図２０および図２１は参考例６を示し、図２０は顕微鏡用電動ステージの斜視図、図２１はバックラッシュ除去手段の説明図である。本参考例６は、実施の形態１とバックラッシュ除去手段のみが異なり、他の部分は実施の形態１と同様のため異なる部分のみ説明し、同様の部分の図と説明を省略する。
【００６５】
図２０および図２１において、減速機１１９の減速機出力軸１２０の上部に平歯車としての出力歯車１２０Ａが配設され、下部に出力歯車１２０Ａとモジュールおよび歯数が等しい付勢歯車１２５が回動可能に配設されている。出力歯車１２０Ａの下面に垂設されたピン１３６と付勢歯車１２５の上面に立設されたピン１３７との間には弾性部材としての引張りバネ１２８が張架されている。ステッピングモータ１２２のモータ歯車１２４と出力歯車１２０Ａとの間には同一モジュールの平歯車としての減速歯車１２３Ｃが、また、モータ歯車１２４と付勢歯車１２５との間には同一モジュールの平歯車としての減速歯車１２３Ｄが、それぞれ噛み合うように配設されている。付勢歯車１２５、ピン１３６、１３７および引張りバネ１２８により付勢手段を構成している。なお、減速歯車１２３Ｃ、１２３Ｄの構成は、実施の形態１の減速歯車１２３Ａ、１２３Ｂと同様のため説明を省略する。
【００６６】
上記構成により、図２１に示すように、引張りバネ１２８が自由長より伸ばされた状態で張架されているため、出力歯車１２０Ａ、減速歯車１２３Ｃは、太い矢印方向に回転し、付勢歯車１２５、減速歯車１２３Ｄは細い矢印方向に回転する。これにより、常にモータ歯車１２４に減速歯車１２３Ｃは一方向より接するため、歯車のバックラッシュを除去し、ロスモーションの少ない減速機が可能となる。なお、図面簡略化のため、減速歯車は一組しか図示していないが、さらに大きな減速比を得るために、複数組の減速歯車を用いても、作用効果は同様である。
【００６７】
本参考例６によれば、実施の形態１と同様の効果に加え、引張りバネの挿入個所が１ヶ所のため組み立て時間の短縮が可能である。
【００６８】
（参考例７）
図２２〜図２６は参考例７を示し、図２２は顕微鏡用電動ステージの斜視図、図２３はバックラッシュ除去手段の説明図、図２４はゼンマイ規制軸の詳細説明図、図２５はゼンマイ作動範囲補正のための制御フローチャート、図２６はゼンマイ作動範囲補正時の動作説明図である。本参考例７は、実施の形態１と減速機のバックラッシュ除去手段と、ゼンマイの作動範囲と可動部材の移動範囲合わせの制御のみが異なり、他の部分は実施の形態１と同様のため、異なる部分のみ説明し、同様の部分の図と説明を省略する。
【００６９】
図２２において、減速機出力軸１２０と固定部材１１０から立設されたバネ支柱１４１との間に回転力が付加されたゼンマイバネ１４２が装着されている。減速機出力軸１２０、バネ支柱１４１およびゼンマイバネ１４２により付勢手段を構成している。ゼンマイバネ１４２の作用について図２３を用いて説明する。ステッピングモータ１２２（図２２参照）は、無励磁の状態でも位置を維持する力、ディテントトルクが働く。例えば、ステッピングモータ１２２のディテントトルクを０．０５Ｎ・ｍとすると、ゼンマイバネ１４２のトルクを３２Ｎ・ｍ以下とすれば、ステッピングモータ１２２を回転させることなく、各歯車をモータ歯車１２４が押圧することが可能となり、歯車間のバックラッシュは除去される。図２３の●印（３ヶ所）は、噛み合う歯車の接点を、矢印はゼンマイバネ１４２により生じる回転力を示している。ただし、ゼンマイバネ１４２による付勢力は、駆動時のステッピングモータ１２２のトルクを考慮し、上記の値より小さい値に設定される。
【００７０】
以上の構成により、ロストモーションの少ない送りが実現可能となった。図２２において、ワイヤロープ１１５は、摩擦力を利用した伝動要素であるため、過負荷が生じた場合は、ワイヤロープ１１５と駆動プーリ１２１との間に滑りが生じる。例えば、可動部材１１１と固定部材１１０との間に異物が挟まった場合、前記滑りが生じてステッピングモータ１２２の駆動力を逃がすことができるので、電動ステージや、挟まれた異物の損傷を防ぐことができる。
【００７１】
しかし、滑りが生じた場合、ゼンマイバネ１４２の作動範囲と可動部材１１１の移動範囲にズレが生じる。ゼンマイバネ１４２により回転物にトルクを付加する場合、ゼンマイバネ１４２の作動範囲は、ある範囲で規制して使用しなければならない。規制しない場合、ゼンマイバネ１４２のトルクが足りなくなるか、または、ゼンマイバネ１４２を損傷してしまう。
【００７２】
そのため、以下の構成で、ゼンマイバネ１４２の作動範囲の制限と、可動部材１１１の移動範囲とゼンマイバネ１４２の作動範囲とがズレた場合の補正とを行う。出力歯車１２０Ａに噛み合う規制歯車１４３が固定部材１１０に回転可能に配設されている。規制歯車１４３の出力軸１４３Ａには、回転軸に直角な方向にゼンマイピン１４４が突設されている。固定部材１１０には、ゼンマイピン１４４に当て付く位置に２本のゼンマイ規制ピン１４５が立設されている。また規制歯車１４３には、回転軸に対して直交する開口部１４６ａを有する遮光円板１４６が取り付けられている。ゼンマイピン１４４とゼンマイ規制ピン１４５と遮光円板１４６との関係を図２４に示す。可動部材１１１（図２２参照）の移動範囲Ｓとゼンマイバネ１４２の作動範囲の中心を合わせた状態で、可動部材１１１の移動範囲Ｓの両端からそれぞれＡの位置に第１センサ１４７、第２センサ１４８が配設されている。さらに、第１センサ１４７、第２センサ１４８の位置（Ｓ＋２Ａ）からそれぞれＢの位置で２本のゼンマイピン１４４とゼンマイ規制ピン１４５とが接触するようになっている。すなわち、（Ｓ＋２Ａ＋２Ｂ）がゼンマイバネ１４２（図２２参照）の作動範囲となる。
【００７３】
上記構成によるゼンマイバネ１４２の作動範囲と、可動部材１１１の移動範囲のズレ補正制御のフローを以下に説明する。図２４、図２５および図２６において、第１センサ１４７または第２センサ１４８が遮光円板１４６の開口部１４６ａを検出すると、ゼンマイバネ１４２の作動範囲端に対して、現在の可動部材１１１の位置は寸法Ｂとなる。この状態は、可動部材１１１の移動を続けるとゼンマイバネ１４２の作動範囲端に達し、可動部材１１１の移動が不能になる可能性を示すものである。そのため、作業者にズレ補正を行うかどうかの確認を行った後、実施指示があれば、検出した第１センサ１４７、第２センサ１４８と反対側に第４規定量Ｋ４だけ可動部材１１１を移動させる。ここで、第４規定量Ｋ４は、下記の式で定義される。
Ｋ４＝（Ａ−２Ｂ＋Ｓ）／２
Ｓ：可動部材の移動範囲
Ａ：ゼンマイピン１４４とゼンマイ規制ピン１４５とで決定するゼンマイバネ１４２の作動範囲
Ｂ：余裕値
【００７４】
上述の第４規定量Ｋ４とは、ゼンマイバネ１４２の作動位置を、（可動部材１１１の移動範囲＋Ａ）だけ反対側に移動させることを意味する。移動量が可動部材１１１の移動範囲以上のため、可動部材１１１は検出されてセンサとは反対側の移動端にいることになる。すなわち、ゼンマイバネ１４２の作動範囲の中心と、可動部材１１１の移動範囲Ｓの中心とを合わせたことになる。
【００７５】
本参考例７によれば、実施の形態１と同様の効果に加え、出力軸に配設されたゼンマイバネのみで全ての歯車のバックラッシュを除去でき、且つ歯車を組み込んだ後にゼンマイバネを取り付けられるので、歯車の歯形を合わせる作業が不要なため、参考例６よりさらに組み立て調整が容易になる。
【００７６】
本発明の具体的な実施の形態から、つぎのような構成の技術的思想が導き出される。
（付記）
（１）前記動力伝達手段は、前記固定部材に設けた減速機の出力軸上のプーリに巻き付けられ両端が前記可動部材に取付けられたワイヤロープ、または前記固定部材に設けた減速機の出力軸に設けたピニオンと可動部材に設けたラックよりなり、前記付勢手段は、前記減速機の出力軸と前記固定部材との間に設けたゼンマイバネであることを特徴とする参考例１記載の顕微鏡用電動ステージ。
【００７７】
付記（１）によれば、参考例１記載の顕微鏡用電動ステージの効果に加え、ゼンマイバネの付勢力が減速機の出力軸に作用し、ワイヤロープの弛みまたはピニオンとラックとのバックラッシュを吸収するようにしたので、簡単な構成で、廉価な電動ステージを提供することができる。
【００７８】
（２）前記付勢手段は、前記減速機の前記平歯車の回転軸上に配設された付勢歯車が、弾性部材により前記平歯車と連結され且つ前記平歯車と同一モジュールの平歯車に噛み合うように構成したことを特徴とする参考例１記載の顕微鏡用電動ステージ。
【００７９】
付記（２）によれば、
参考例１記載の顕微鏡用電動ステージの効果に加え、弾性部材の付勢力によって、出力側の平歯車と付勢歯車とが、噛み合う駆動側の平歯車の歯を挟み込むようにしたので、極めてロストモーションの少ない、高精度の電動ステージを提供することができる。
【００８０】
（３） 前記付勢手段は、前記減速機内の前記平歯車と、前記平歯車の回転軸上で回動可能に配設され前記平歯車とモジュールと歯数が同一な平歯車よりなる付勢平歯車と、前記平歯車と前記付勢平歯車との間に連結された弾性部材よりなり、前記弾性部材は前記平歯車と前記付勢平歯車により噛み合う平歯車とを押圧させるように構成したことを特徴とする参考例２記載の顕微鏡用電動ステージ。
【００８１】
付記（３）によれば、参考例２記載の顕微鏡用電動ステージの効果に加え、平歯車と付勢平歯車により噛み合う平歯車とを弾性部材により押圧するので、バックラッシュをなくし、固定部材に対する可動部材の送り精度を高めることができる。
【００８２】
【発明の効果】
請求項１、２に係る発明によれば、操作性のよい、かつロストモーションが少ない高精度のワイヤロープを用いた電動ステージの原点検出方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 顕微鏡と顕微鏡用電動ステージとの関係の説明図である。
【図２】 参考例１の顕微鏡用電動ステージの斜視図である。
【図３】 参考例１のステージの位置管理をする制御手段の斜視図である。
【図４】 参考例１のバックラッシュ除去手段の説明図である。
【図５】 参考例２の顕微鏡用電動ステージの斜視図である。
【図６】 参考例２のバックラッシュ除去手段の説明図である。
【図７】 参考例３の顕微鏡用電動ステージの斜視図である。
【図８】 参考例３のバックラッシュ除去手段の説明図である
【図９】 参考例４の顕微鏡用電動ステージの斜視図である。
【図１０】 参考例５の顕微鏡用電動ステージの斜視図である。
【図１１】 実施の形態１の顕微鏡用電動ステージの斜視図である。
【図１２】 実施の形態１の固定部材可動部材間のガイドの拡大側面図である。
【図１３】 実施の形態１のワイヤロープの張力調整部の拡大断面図である。
【図１４】 実施の形態１のバックラッシュ除去手段の説明図である。
【図１５】 実施の形態１の原点検出手段の説明図である。
【図１６】 実施の形態１の原点検出動作の説明図である。
【図１７】 実施の形態１の原点検出動作のフローチャート１である。
【図１８】 実施の形態１の駆動プーリの偏心による移動量変化の説明図である。
【図１９】 実施の形態１の原点検出動作のフローチャート２である。
【図２０】 参考例６の顕微鏡用電動ステージの斜視図である。
【図２１】 参考例６のバックラッシュ除去手段の説明図である。
【図２２】 参考例７の顕微鏡用電動ステージの斜視図である。
【図２３】 参考例７のバックラッシュ除去手段の説明図である。
【図２４】 参考例７のゼンマイ規制軸の詳細説明図である。
【図２５】 参考例７のゼンマイ作動範囲補正のための制御フローチャートである。
【図２６】 参考例７のゼンマイ作動範囲補正時の動作説明図である。
【図２７】 従来例１の自動掃引装置付顕微鏡の斜視図である。
【図２８】 従来例１の電動ステージの斜視図である。
【図２９】 従来例３の顕微鏡用ステージの斜視図である。
【図３０】 従来例３の線状部材の伝達機構を示す模式図である。
Claims (2)
- 顕微鏡に固定するための固定部材と、標本を載置し前記顕微鏡の光軸に対して直交する方向に移動可能な可動部材と、該可動部材を移動させるステッピングモータと、該ステッピングモータの回転を前記可動部材に伝達する動力伝達手段と、前記可動部材が原点に位置したことを検出する原点検出手段と、前記原点検出手段からの信号と前記ステッピングモータへの駆動パルス数とを用い前記可動部材の位置を制御する制御手段とを有する顕微鏡用電動ステージの原点検出方法であって、
前記ステッピングモータの回転を平歯車からなる減速機及び前記固定部材に設けた減速機の出力軸上のプーリに巻き付けられ両端が前記可動部材に取付けられたワイヤロープを具備する動力伝達手段により前記可動部材を駆動し、
前記可動部材の移動範囲の両端位置を固定部材に設けた原点検出手段を構成する第１及び第２の規制部材により規制し、
前記固定部材に対する前記可動部材の両端の位置を原点検出手段を構成する位置検出手段により検出し、
前記減速機の出力軸の回転を原点検出手段を構成する回転検出手段により検出し、
前記原点検出手段からの信号と前記ステッピングモータへの駆動パルス数とを用いて制御手段により可動部材の位置を制御するように構成し、
前記位置検出手段が前記可動部材の位置を検出した後さらに所定量前記ステッピングモータを駆動して前記可動部材を前記第１の規制部材に当て付け、
その後前記ステッピングモータを反転駆動して前記可動部材を前記第２の規制部材に当て付け、
前記回転検出手段が前記減速機の出力軸の回転位置を検出するまで前記ワイヤーロープをプーリに対して滑らせつつ前記ステッピングモータを反転駆動して停止させることで、前記可動部材の原点位置と前記減速機の出力軸の回転位置とを整合させることを特徴とする顕微鏡用電動ステージの原点検出方法。 - 顕微鏡に固定するための固定部材と、標本を載置し前記顕微鏡の光軸に対して直交する方向に移動可能な可動部材と、該可動部材を移動させるステッピングモータと、該ステッピングモータの回転を前記可動部材に伝達する動力伝達手段と、前記可動部材が原点に位置したことを検出する原点検出手段と、前記原点検出手段からの信号と前記ステッピングモータへの駆動パルス数とを用い前記可動部材の位置を制御する制御手段とを有する顕微鏡用電動ステージの原点検出方法であって、
前記ステッピングモータの回転を平歯車からなる減速機及び前記固定部材に設けた減速機の出力軸上のプーリに巻き付けられ両端が前記可動部材に取付けられたワイヤロープを具備する動力伝達手段により前記可動部材を駆動し、
前記可動部材の移動範囲の両端位置を固定部材に設けた原点検出手段を構成する第１及び第２の規制部材により規制し、
前記固定部材に対する前記可動部材の両端の位置を原点検出手段を構成する第１及び第２の位置検出手段により検出し、
前記減速機の出力軸の回転を原点検出手段を構成する回転検出手段により検出し、
前記原点検出手段からの信号と前記ステッピングモータへの駆動パルス数とを用いて制御手段により可動部材の位置を制御するように構成し、
前記第１の位置検出手段が前記可動部材の位置を検出した後さらに所定量前記ステッピングモータを駆動して前記可動部材を前記第１の規制部材に当て付け、
その後前記ステッピングモータを前記第２の位置検出手段が前記可動部材の位置を検出するまで反転駆動した後所定量前記可動部材を前記第２の規制部材に当て付け、
前記回転検出手段が前記減速機の出力軸の回転位置を検出するまで前記ワイヤーロープをプーリに対して滑らせつつ前記ステッピングモータを反転駆動して停止させることで、前記可動部材の原点位置と前記減速機の出力軸の回転位置とを整合させることを特徴とする顕微鏡用電動ステージの原点検出方法。
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