JP5176616B2 - Confocal scanner unit - Google Patents

Confocal scanner unit Download PDF

Info

Publication number
JP5176616B2
JP5176616B2 JP2008065170A JP2008065170A JP5176616B2 JP 5176616 B2 JP5176616 B2 JP 5176616B2 JP 2008065170 A JP2008065170 A JP 2008065170A JP 2008065170 A JP2008065170 A JP 2008065170A JP 5176616 B2 JP5176616 B2 JP 5176616B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
rotation
pinhole
encoder
array disk
scanner unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2008065170A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2009222826A (en
Inventor
康弘 谷端
博史 中山
茂 杉田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Yokogawa Electric Corp filed Critical Yokogawa Electric Corp
Priority to JP2008065170A priority Critical patent/JP5176616B2/en
Publication of JP2009222826A publication Critical patent/JP2009222826A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5176616B2 publication Critical patent/JP5176616B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Description

本発明は、共焦点顕微鏡に用いて好適な共焦点スキャナユニットに関し、低出力のブラシレスセンサレスモーターを使用して回転数精度を向上させ振動を低減した共焦点スキャナユニットに関するものである。   The present invention relates to a confocal scanner unit suitable for use in a confocal microscope, and relates to a confocal scanner unit that uses a low-output brushless sensorless motor to improve rotational speed accuracy and reduce vibration.

本発明が適用される共焦点顕微鏡は、レーザ光(以下、計測光)による試料上の集光点を走査し、試料からの戻り蛍光を結像させて画像を得ることにより試料を観察するもので、生物やバイオテクノロジーなどの分野おける生きた細胞の生理反応観察や形態観察、あるいは半導体市場におけるLSIの表面観察等に使用されている。   A confocal microscope to which the present invention is applied observes a sample by scanning a condensing point on the sample with a laser beam (hereinafter referred to as measurement light), forming an image of return fluorescence from the sample, and obtaining an image. Therefore, it is used for observation of physiological reactions and morphology of living cells in the fields of living organisms and biotechnology, or for LSI surface observation in the semiconductor market.

はじめに共焦点顕微鏡について簡単に説明する。
図5は、従来の共焦点顕微鏡の構成例を示す機能ブロック図である。共焦点スキャナユ
ニット1は、顕微鏡ユニット2のポートに接続されている。計測光Lは、共焦点スキャナ
ユニット1のマイクロレンズアレイディスク11に形成されたマイクロレンズにより個別
の励起光束L1に集光され、ダイクロイックミラー12を透過後、ピンホールアレイディ
スク(以下、ニポウディスク)13の個々のピンホールを通過し、顕微鏡ユニット2の対
物レンズ21により、ステージ3上の試料4に集光される。
First, the confocal microscope will be briefly described.
FIG. 5 is a functional block diagram showing a configuration example of a conventional confocal microscope. The confocal scanner unit 1 is connected to a port of the microscope unit 2. The measurement light L is condensed into an individual excitation light beam L1 by a microlens formed on the microlens array disk 11 of the confocal scanner unit 1, passes through a dichroic mirror 12, and is then a pinhole array disk (hereinafter, “Nipou disk”) 13. Are focused on the sample 4 on the stage 3 by the objective lens 21 of the microscope unit 2.

この励起光束L1の照射により、試料4が蛍光を発生する。試料4から出た戻り蛍光L
2は、再び対物レンズ21を通り、ニポウディスク13の個々のピンホール上に集光され
る。個々のピンホールを通過した戻り蛍光は、ダイクロイックミラー12で反射され、リ
レーレンズ14を介してカメラ5が備えるCCD素子51の受光面に結像される。
The sample 4 generates fluorescence by irradiation with the excitation light beam L1. Return fluorescence L from sample 4
2 passes through the objective lens 21 again and is condensed on each pinhole of the Niipou disc 13. The return fluorescence that has passed through each pinhole is reflected by the dichroic mirror 12 and is imaged on the light receiving surface of the CCD element 51 provided in the camera 5 via the relay lens 14.

マイクロレンズアレイディスク11及びニポウディスク13は、同軸結合され、モータードライバ15により回転制御されるモーター16により、所定の速度で回転駆動される。この回転によるニポウディスク13上のピンホールの移動により、試料4上への集光点を走査している。   The microlens array disk 11 and the tip disk 13 are coaxially coupled and are rotationally driven at a predetermined speed by a motor 16 whose rotation is controlled by a motor driver 15. The condensing point on the sample 4 is scanned by the movement of the pinhole on the Nipo disk 13 by this rotation.

ニポウディスク13のピンホールが並んでいる表面と、試料4の被観察面と、CCD素
子51の受光面とは互いに光学的に共役関係に配置されているので、CCD素子51には
試料4の光学的断面像、即ち共焦点画像が結像される。ニポウディスク方式の共焦点顕微
鏡の詳細に関しては、特許文献1に開示されている。
Since the surface where the pinholes of the Niipou disc 13 are arranged, the surface to be observed of the sample 4 and the light receiving surface of the CCD element 51 are arranged in an optically conjugate relationship with each other, the optical element of the sample 4 is placed in the CCD element 51. A cross-sectional image, that is, a confocal image is formed. The details of the Niipou disc type confocal microscope are disclosed in Patent Document 1.

このような機能構成をとる共焦点顕微鏡において、ノイズの少ない安定した共焦点画像
を得るためには、ニポウディスクの回転を高精度に制御するとともに、ニポウディスクの
回転走査周期と、カメラの撮像周期を同期させる必要がある。
In a confocal microscope having such a functional configuration, in order to obtain a stable confocal image with less noise, the rotation of the nippo disk is controlled with high accuracy, and the rotation scanning period of the nipou disk and the imaging period of the camera are synchronized. It is necessary to let

図5に示す装置では、ニポウディスク13の回転をフォトセンサの如き回転センサ17
により検出し、走査トリガ生成回路6によりニポウディスク13の回転に応じたトリガ信
号を発生し、モータードライバ15および撮像トリガ供給部7に供給している。
In the apparatus shown in FIG. 5, the rotation of the Nipkow disc 13 is detected by a rotation sensor 17 such as a photosensor.
And a trigger signal corresponding to the rotation of the Niipou disc 13 is generated by the scanning trigger generation circuit 6 and supplied to the motor driver 15 and the imaging trigger supply unit 7.

モータードライバ15は、このトリガ信号を受け、ニポウディスク13を所定の回転数で回転させるように、モーター16を駆動する。 Motor driver 15 receives the trigger signal, so as to rotate the Nipkow disc 13 at a predetermined rotational speed, for driving the motor 16.

撮像トリガ供給部7は、トリガ信号からCCD素子51の垂直転送時間を考慮した撮像
トリガ信号を生成して撮像制御部8に渡し、撮像制御部8は撮像トリガ信号に基づいて共
焦点画像を取得するカメラ5の撮像周期を制御する。
The imaging trigger supply unit 7 generates an imaging trigger signal in consideration of the vertical transfer time of the CCD element 51 from the trigger signal and passes it to the imaging control unit 8, and the imaging control unit 8 acquires a confocal image based on the imaging trigger signal. The imaging cycle of the camera 5 to be controlled is controlled.

このように、回転センサ17から得られるトリガ信号によりニポウディスクの回転速度
やカメラ5の撮像周期を制御すると、励起光束L1による試料の走査とカメラ5による共
焦点画像の撮像とを正確に同期させることができ、同期縞などのノイズのない、安定した
共焦点画像を得ることができる。
なお、共焦点スキャナユニットに関する先行技術として例えば下記の特許文献がある。
In this way, when the rotation speed of the Nipkow disk and the imaging period of the camera 5 are controlled by the trigger signal obtained from the rotation sensor 17, the scanning of the sample by the excitation light beam L1 and the imaging of the confocal image by the camera 5 are accurately synchronized. It is possible to obtain a stable confocal image free from noise such as synchronization stripes.
For example, there are the following patent documents as prior art relating to the confocal scanner unit.

特開平5−60980号公報Japanese Patent Laid-Open No. 5-60980 特開2006−145634号公報JP 2006-145634 A

図6は、このようなトリガ信号を発生するために使用されるニポウディスク13の一例
を示す構成図である。図6(a)は、ニポウディスク上に設けられたピンホール螺旋列の
位置に同期したパルス信号を得るものである。斜線で示すピンホール領域131には、複
数のピンホール螺旋列が形成されており、外周のエンコーダ領域132には、ニポウディ
スク13の回転位置に応じたトリガ信号を発生するためのスリットが設けられている。図
に示す例は、24列のピンホール螺旋列を有するもので、エンコーダ領域132の円周上
に24個のスリットS1〜S24が設けられている。
FIG. 6 is a block diagram showing an example of the Niipou disc 13 used for generating such a trigger signal. FIG. 6A shows a pulse signal synchronized with the position of the pinhole spiral row provided on the Niipou disc. A plurality of pinhole spiral rows are formed in the pinhole region 131 indicated by hatching, and a slit for generating a trigger signal corresponding to the rotational position of the Niipou disc 13 is provided in the outer encoder region 132. Yes. The example shown in the figure has 24 pinhole spiral rows, and 24 slits S <b> 1 to S <b> 24 are provided on the circumference of the encoder region 132.

ここで、スリットS1〜S24は等ピッチに形成されており、そのピッチは、1周(3
60°)を24で割った、15°となっている。
したがって、回転センサからは、ニポウディスク13の1回転につき、ピンホール螺旋
列の走査位置に応じた24パルスのトリガ信号が得られ、撮像動作の同期制御に利用する
ことができる。
Here, the slits S1 to S24 are formed at an equal pitch, and the pitch is one round (3
60 °) is divided by 24 to be 15 °.
Therefore, from the rotation sensor, a trigger signal of 24 pulses corresponding to the scanning position of the pinhole spiral row is obtained for each rotation of the Niipou disc 13, and can be used for synchronous control of the imaging operation.

また、図6(b)は、1回転あたりに1パルスのトリガ信号を発生する例を示したもの
である。エンコーダ領域132には、ニポウディスク13における任意の基準位置に対応
したスリットS0が設けられている。
したがって、回転センサからは、ニポウディスク13の1回転につき、1パルスのトリ
ガ信号が得られ、ニポウディスク13の回転制御に利用することができる。
FIG. 6B shows an example in which one pulse of trigger signal is generated per rotation. The encoder area 132 is provided with a slit S0 corresponding to an arbitrary reference position on the Niipou disc 13.
Therefore, a one-pulse trigger signal is obtained from the rotation sensor for each rotation of the Niipou disc 13 and can be used for rotation control of the Niipou disc 13.

なお、ピンホール螺旋列の走査位置に応じた24パルスのトリガ信号をニポウディスク
13の回転制御に利用することも可能であるが、回転制御の絶対基準として、1回転1パ
ルスのトリガ信号も必要である。
It is possible to use a trigger signal of 24 pulses corresponding to the scanning position of the pinhole spiral row for the rotation control of the Niipou disk 13, but a trigger signal of 1 pulse per rotation is also required as an absolute reference for the rotation control. is there.

ニポウディスク13に2トラックのエンコーダ領域132を設け、1回転1パルスおよ
び1回転24パルスのトリガ信号を同時に得ることも考えられるが、ニポウディスク13
にはピンホール領域131の他に、アライメントマーク領域などがあり、広範囲のエンコ
ーダ領域132を確保することは難しい。
また、2トラックのエンコーダ領域132を読むために、回転センサの構成も複雑にな
ってしまう。
It is conceivable that a 2-track encoder area 132 is provided on the Nipkow disc 13 to simultaneously obtain a trigger signal of one pulse per rotation and 24 pulses per revolution.
In addition to the pinhole region 131, there is an alignment mark region and the like, and it is difficult to secure a wide range of encoder region 132.
In addition, since the 2-track encoder area 132 is read, the configuration of the rotation sensor is also complicated.

本発明は上記のような従来装置の欠点をなくし、1トラックのエンコーダ領域から2種
類のトリガ信号を得るとともに、低速時に誘起電圧が小さくなり、位置を検出ができにくい領域でも、正確な位置を把握することで、正弦波駆動を行い、滑らかな電流駆動で、低振動駆動することのできる共焦点スキャナユニットを簡単な構成により実現することを目的としたものである。
The present invention eliminates the disadvantages of the conventional apparatus as described above, obtains two types of trigger signals from the encoder area of one track, and reduces the induced voltage at a low speed, so that an accurate position can be obtained even in an area where the position is difficult to detect. It is an object to realize a confocal scanner unit that can perform sinusoidal driving, low current driving with smooth current driving, with a simple configuration.

このような課題を達成するために、本発明は次の通りの構成になっている。
(1)ピンホール領域に複数のピンホール螺旋列が形成されたピンホールアレイディスクとこのピンホールに励起光束を集光させるマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイディスクとを同軸結合し、センサレスブラシレスモーターにより回転させる構成の共焦点スキャナユニットであって、
前記ピンホールアレイディスクまたは前記マイクロレンズアレイディスクのいずれかに
前記ピンホール螺旋列の本数に等しい数の等ピッチのエンコーダパターンを形成し、
1つのエンコーダパターンにおける周方向の幅を他のエンコーダパターンと異ならせると共に、
回転センサから発生されるパルス信号における立ち上がり(又は立下り)エッジを読み、前記ピンホール螺旋列の走査位置に応じたトリガ信号を発生する走査同期パルス生成回路と、
前記回転センサから発生されるパルス信号におけるパルス幅を読み、前記幅の異なるエンコーダパターンの通過を検出して前記ニポウディスクの回転に応じたトリガ信号を発生する回転同期パルス生成回路と、
前記回転同期パルス生成回路から発生されるトリガ信号を計数し回転数設定部に保持された回転数指令値と比較するモーター制御部と、前記計数したトリガ信号と前記回転数設定部に保持された回転数指令値との偏差に基づいて前記ニポウディスクの回転が所定の回転速度となるように制御するモーター駆動部と、を備え、
前記センサレスブラシレスモーターを駆動する3相交流電圧のうちの1相の正弦波周波数を前記等ピッチのエンコーダパターンおよび回転数設定信号に基づいて発生する電気信号に同期させて回転させるようにしたことを特徴とする共焦点スキャナユニット。
In order to achieve such a subject, the present invention has the following configuration.
(1) A pinhole array disk in which a plurality of pinhole spiral rows are formed in a pinhole region and a microlens array disk having a microlens that collects an excitation light beam in the pinhole are coaxially coupled, and a sensorless brushless motor A confocal scanner unit configured to rotate,
Forming an equal pitch encoder pattern equal to the number of pinhole spiral rows on either the pinhole array disk or the microlens array disk;
While making the circumferential width of one encoder pattern different from other encoder patterns,
A scanning synchronization pulse generation circuit that reads a rising (or falling) edge in a pulse signal generated from a rotation sensor and generates a trigger signal corresponding to a scanning position of the pinhole spiral row;
A rotation synchronization pulse generating circuit that reads a pulse width in a pulse signal generated from the rotation sensor, detects a passage of an encoder pattern having a different width, and generates a trigger signal corresponding to the rotation of the Niipou disc;
A motor control unit that counts the trigger signal generated from the rotation synchronization pulse generation circuit and compares it with the rotation speed command value held in the rotation speed setting unit; and the counted trigger signal and the rotation speed setting unit A motor drive unit that controls the rotation of the Niipou disc to a predetermined rotational speed based on a deviation from the rotational speed command value,
The sine wave frequency of one phase of the three-phase AC voltage that drives the sensorless brushless motor is rotated in synchronization with an electric signal generated based on the encoder pattern and the rotation speed setting signal of the equal pitch. The confocal scanner unit that features.

(2)前記回転数設定信号が電圧入力であった場合は電圧周波数変換部により周波数に変換して前記センサレスブラシレスモーターを駆動することを特徴とする(1)に記載の共焦点スキャナユニット。 (2) The confocal scanner unit according to (1), wherein when the rotation speed setting signal is a voltage input, the sensorless brushless motor is driven by converting the frequency into a frequency by a voltage frequency converter.

(3) 前記回転数設定信号が通信により設定された場合は、通信処理部により周波数に変換して前記センサレスブラシレスモーターを駆動することを特徴とする(1)に記載の共焦点スキャナユニット。 (3) The confocal scanner unit according to (1), wherein when the rotation speed setting signal is set by communication, the communication processing unit converts the frequency into a frequency and drives the sensorless brushless motor.

(4)前記エンコーダパターンを前記ピンホールアレイディスクまたは前記マイクロレンズアレイディスクにおける外周部に形成したことを特徴とする(1)に記載の共焦点スキャナユニット。 (4) The confocal scanner unit according to (1), wherein the encoder pattern is formed on an outer peripheral portion of the pinhole array disk or the microlens array disk.

(5)前記エンコーダパターンを前記ピンホールアレイディスクまたは前記マイクロレンズアレイディスクにおける内周部に形成したことを特徴とする(1)に記載の共焦点スキャナユニット。 (5) The confocal scanner unit according to (1), wherein the encoder pattern is formed on an inner periphery of the pinhole array disk or the microlens array disk.

このように、ピンホールアレイディスクまたはマイクロレンズアレイディスクのいずれ
かにピンホール螺旋列の本数に等しい数の等ピッチのエンコーダパターンを形成するとと
もに、1つのエンコーダパターンにおける周方向の幅を他のエンコーダパターンと異なら
せるようにすると、回転センサから発生されるパルス信号における立ち上がり(立ち下り
)エッジを読めば、ピンホール螺旋列の走査位置に応じたトリガ信号を得ることができ、
回転センサから発生されるパルス信号におけるパルス幅を読めば、ピンホールアレイディ
スクの回転に応じたトリガ信号を得ることができ、センサレスブラシレスモーターを駆動する3相交流電圧のうちの1相の正弦波周波数を前記等ピッチのエンコーダパターンおよび回転数設定信号に基づいて発生する電気信号に同期させて回転させるので、低速時の回転精度を得ることができる。
In this way, an equal pitch encoder pattern equal to the number of pinhole spiral rows is formed on either the pinhole array disk or the micro lens array disk, and the circumferential width of one encoder pattern is set to the other encoder. When different from the pattern, if you read the rising (falling) edge in the pulse signal generated from the rotation sensor, you can get a trigger signal according to the scanning position of the pinhole spiral row,
If the pulse width in the pulse signal generated from the rotation sensor is read, a trigger signal corresponding to the rotation of the pinhole array disk can be obtained, and one-phase sine wave of the three-phase AC voltage for driving the sensorless brushless motor. Since the frequency is rotated in synchronism with the electric signal generated based on the encoder pattern having the equal pitch and the rotation speed setting signal, rotation accuracy at a low speed can be obtained.

また、エンコーダ領域は1トラック分だけであるので、余分な領域を占有しないととも
に、エンコーダパターンを読み取る回転センサも簡単な構成のもので良い。
Further, since the encoder area is only for one track, an extra area is not occupied, and the rotation sensor for reading the encoder pattern may have a simple configuration.

以下、本発明を図面により詳細に説明する。
はじめに図2を用いて本発明の共焦点スキャナユニットで使用するピンホールアレイディスク(以下、ニポウディスク)の構成を説明する。図2において、前記図6と同様のものは、同一符号を付して示す。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
First, the configuration of a pinhole array disk (hereinafter referred to as “Nipou disk”) used in the confocal scanner unit of the present invention will be described with reference to FIG. 2, the same components as those in FIG. 6 are denoted by the same reference numerals.

ニポウディスク13のエンコーダ領域132には、ピンホール螺旋列の本数に等しい数
の等ピッチのエンコーダパターンP1〜P12が形成されている。ここでは、ピンホール
螺旋列の本数が12本の場合を例示しており、エンコーダパターンP1〜P12のピッチ
は30°となっている。
In the encoder area 132 of the Niipou disc 13, encoder patterns P1 to P12 having the same pitch as the number of pinhole spiral rows are formed. Here, a case where the number of pinhole spiral rows is 12 is illustrated, and the pitch of the encoder patterns P1 to P12 is 30 °.

また、エンコーダパターンP1〜P12のうち、1つのエンコーダパターンP1は、そ
の周方向の幅が他のエンコーダパターンP2〜P12と異なるように形成されている。図
2の例では、ピッチに換算して13°相当で、他のエンコーダパターンP2〜P12より狭く形成されている。他のエンコーダパターンP2〜P12における周方向の幅は、ピッチに換算して15°相当である。
なお、エンコーダパターンP1には、ニポウディスク13の基準位置に同期した位置の
パターンが好適である。
Moreover, one encoder pattern P1 among the encoder patterns P1 to P12 is formed so that the circumferential width thereof is different from the other encoder patterns P2 to P12. In the example of FIG. 2, the pitch is equivalent to 13 ° in terms of pitch, and is narrower than the other encoder patterns P2 to P12. The circumferential widths of the other encoder patterns P2 to P12 are equivalent to 15 ° in terms of pitch.
The encoder pattern P1 is preferably a pattern at a position synchronized with the reference position of the Niipou disc 13.

このような位置関係を有するエンコーダパターンP1〜P12では、各パターンの先端
位置を読めば、ピンホール螺旋列の走査位置に応じたトリガ信号を得ることができるとと
もに、各パターンの幅を読めば、1つだけ幅の狭いエンコーダパターンP1の通過を検出
することができ、ニポウディスク13の回転に応じたトリガ信号を得ることができる。
In the encoder patterns P1 to P12 having such a positional relationship, if the tip position of each pattern is read, a trigger signal corresponding to the scanning position of the pinhole spiral row can be obtained, and if the width of each pattern is read, The passage of only one narrow encoder pattern P1 can be detected, and a trigger signal corresponding to the rotation of the Niipou disc 13 can be obtained.

図1は、このような共焦点スキャナユニットを使用した共焦点顕微鏡の一実施例を示す
構成図である。図において、前記図5と同様のものは、同一符号を付して示す。ニポウデ
ィスク13は前記図2の如きエンコーダパターンP1〜P12を有するものであり、回転
センサ17はこのエンコーダパターンP1〜P12を読み取り、パターンの有無に応じた
2値のパルス信号を発生する。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a confocal microscope using such a confocal scanner unit. In the figure, the same components as those in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals. The Nipou disc 13 has encoder patterns P1 to P12 as shown in FIG. 2, and the rotation sensor 17 reads the encoder patterns P1 to P12 and generates binary pulse signals according to the presence or absence of the patterns.

走査同期パルス生成回路61は、回転センサ17から発生されるパルス信号における立
ち上がり(立ち下り)エッジを読み、ピンホール螺旋列の走査位置に応じたトリガ信号を
発生する。このトリガ信号は、撮影トリガ供給部7に供給され、共焦点画像を取得するカ
メラ5の撮像周期信号として利用される。このトリガ信号は、ニポウディスク13の1回転に対して12パルス発生されるものである。
The scanning synchronization pulse generation circuit 61 reads the rising (falling) edge in the pulse signal generated from the rotation sensor 17 and generates a trigger signal corresponding to the scanning position of the pinhole spiral row. This trigger signal is supplied to the imaging trigger supply unit 7 and used as an imaging cycle signal of the camera 5 that acquires a confocal image. This trigger signal is generated by 12 pulses for one rotation of the Niipou disc 13.

回転同期パルス生成回路62は、回転センサ17から発生されるパルス信号におけるパ
ルス幅を読み、幅の狭いエンコーダパターンP1の通過を検出して、ニポウディスク13
の回転に応じたトリガ信号を発生する。
The rotation synchronization pulse generation circuit 62 reads the pulse width in the pulse signal generated from the rotation sensor 17, detects the passage of the narrow encoder pattern P1, and detects the Nipou disc 13
A trigger signal corresponding to the rotation of the signal is generated.

モータードライバ15はモーター制御部63a及びモーター駆動部64bから構成されており、モーター制御部63aは、回転同期パルス生成回路62から発生されるトリガ信号を計数し、これを回転数設定部64に保持された回転数指令値と比較する。この偏差はモーター駆動部64bに供給され、ニポウディスク13の回転が所定の回転速度となるように制御される。   The motor driver 15 includes a motor control unit 63a and a motor drive unit 64b. The motor control unit 63a counts the trigger signal generated from the rotation synchronization pulse generation circuit 62 and holds it in the rotation number setting unit 64. Compared with the specified rotation speed command value. This deviation is supplied to the motor drive unit 64b and controlled so that the rotation of the Niipou disc 13 becomes a predetermined rotation speed.

ところで、このようなニポウディスク方式の共焦点スキャナユニットでは、ホール素子センサ付きモーターにした場合は、サイズが大きくなり、ユニット内に収納できないため、低出力のセンサレスモーターを使用する必要がある。   By the way, in such a Niipou disc type confocal scanner unit, when a motor with a Hall element sensor is used, the size becomes large and it cannot be accommodated in the unit, so it is necessary to use a low-output sensorless motor.

従来のセンサレスモーター駆動は、誘起電圧をモニタしてローターの位置を推測して制御する120度通電駆動方式を取っていた。誘起電圧の大きさは回転速度に比例するので、低速時は誘起電圧が小さくなり、誤った回転位置を検出してしまう可能性があり、低速時の回転精度が得られない。また、120度通電駆動方式は矩形波電流駆動のため、電流の急峻な変動により、振動にも影響を与えていた。   Conventional sensorless motor drive has adopted a 120-degree energization drive system in which the induced voltage is monitored and the position of the rotor is estimated and controlled. Since the magnitude of the induced voltage is proportional to the rotational speed, the induced voltage becomes small at a low speed, and an erroneous rotational position may be detected, and the rotational accuracy at a low speed cannot be obtained. In addition, the 120-degree energization drive method is a rectangular wave current drive, and therefore, it has an influence on vibration due to a steep fluctuation of current.

本発明では図1に示すようにモーター駆動部63bからセンサレスブラシモーター16aに供給される3相の誘起電圧の一つをモーター制御部63aにフィードバックし、位相を合わせて駆動する。図1では1相分の線のみを記載している。   In the present invention, as shown in FIG. 1, one of the three-phase induced voltages supplied from the motor driving unit 63b to the sensorless brush motor 16a is fed back to the motor control unit 63a and driven in phase. In FIG. 1, only a line for one phase is shown.

図3(a〜d)は回転数設定信号に対する各信号のタイミングを合わせた状態を示す説明図である。図3aは回転数設定部64からの設定信号、図3bは回転センサ(フォトセンサ)の信号、図3cは3相誘起電圧のうちの1相の誘起電圧、図3dは電流波形データを示しており、回転センサ(フォトセンサ)からの1回転12パルスのエンコーダ信号とセンサレスブラシモーター16aの誘起電圧をモニタしてタイミングを測定しT1,T2,・・・,T12に対して正弦波データとの位相を合わせて駆動させる。 FIGS. 3A to 3D are explanatory diagrams showing a state in which the timing of each signal is matched to the rotation speed setting signal. Figure 3a is a setting signal from the rotational speed setting tough 64, Figure 3b the signal of the rotation sensor (photo sensor), one phase of the induced voltage of the Figure 3c is a three-phase induced voltages, Figure 3d shows the current waveform data The timing is measured by monitoring the encoder signal of 12 pulses per rotation from the rotation sensor (photo sensor) and the induced voltage of the sensorless brush motor 16a, and the sine wave data for T1, T2,. The phase is adjusted to drive.

このようにT1,T2,・・・,T12に対して正弦波データとの位相を合わせて駆動すれば、ベクトル制御に比べて、内部処理の負担が軽減されて、回転数精度を上げることができる。この場合、回転数制御は外部からの回転数設定入力に対して、正弦波の振幅を制御し、フォトセンサの信号とのPLL制御で行なうものとする。   In this way, driving with T1, T2,..., T12 in phase with the sine wave data can reduce the internal processing burden and increase the rotational speed accuracy compared to vector control. it can. In this case, the rotation speed control is performed by controlling the amplitude of a sine wave with respect to an external rotation speed setting input and performing PLL control with a photosensor signal.

図4(a,b)は回転数設定部からの信号が周波数入力とは異なる状態で入力された場合の処置を示す要部ブロック構成図である。図4中図1に示すものと同様なものは同一符号を付している。
図4aは回転数設定部64に電圧入力があった場合の対処を示すもので、ここでは、回転設定部とモーター制御部63aの間に電圧/周波数変換器65を設けた例を示し、
また、図4bは回転数設定部64に通信による設定がなされた場合の対処を示すもので、回転数設定部64とモーター制御部63aの間に通信処理部66と周波数発生部を設けた例を示している。
FIG. 4A and FIG. 4B are main part block configuration diagrams showing measures when a signal from the rotation speed setting unit is input in a state different from the frequency input. In FIG. 4, the same components as those shown in FIG.
FIG. 4a shows a countermeasure when a voltage is input to the rotation speed setting unit 64. Here, an example in which a voltage / frequency converter 65 is provided between the rotation setting unit and the motor control unit 63a is shown.
Further, providing the communication processing unit 66 and the frequency generator between the FIG. 4b shows the action to be taken if a setting by communicating the rotational speed setting unit 64 is made, the rotational speed setting unit 64 and the motor control unit 63a Example Is shown.

以上説明したように、本発明の共焦点スキャナユニットでは、1トラックのエンコーダ領域132(エンコーダパターンP1〜P12)から2種類のトリガ信号を得ることができる。また、エンコーダ領域132は1トラック分だけであるので、ニポウディスク13の表面に余分な領域を占有しないとともに、エンコーダパターンP1〜P12を読み取る回転センサ17も簡単な構成のもので良い。   As described above, the confocal scanner unit of the present invention can obtain two types of trigger signals from one track of the encoder area 132 (encoder patterns P1 to P12). Further, since the encoder area 132 is only for one track, an extra area is not occupied on the surface of the Niipou disc 13, and the rotation sensor 17 for reading the encoder patterns P1 to P12 may have a simple configuration.

なお、上記の説明においては、エンコーダ領域132(エンコーダパターンP1〜P1
2)をニポウディスク13の外周部に設けた場合を例示したが、エンコーダ領域132(
エンコーダパターンP1〜P12)の位置はこれに限らず、ニポウディスク13の内周部
であっても良い。
In the above description, the encoder area 132 (encoder patterns P1 to P1
2) is provided on the outer periphery of the Nipkow disc 13, but the encoder region 132 (
The positions of the encoder patterns P <b> 1 to P <b> 12) are not limited to this, and may be the inner peripheral portion of the Niipou disc 13.

また、上記の説明においては、エンコーダ領域132(エンコーダパターンP1〜P1
2)をニポウディスク13側に設けた場合を例示したが、エンコーダ領域132(エンコ
ーダパターンP1〜P12)は、ニポウディスク13に同軸結合されたマイクロレンズア
レイディスク側に設けても良い。
In the above description, the encoder area 132 (encoder patterns P1 to P1
Although the case where 2) is provided on the side of the Nipkow disk 13 is illustrated, the encoder area 132 (encoder patterns P1 to P12) may be provided on the side of the microlens array disk that is coaxially coupled to the Niipou disk 13.

さらに、エンコーダパターンP1〜P12において、特定のパターンP1の幅を他のパ
ターンP2〜P12よりも狭く形成した場合を例示したが、特定のパターンP1の幅を他
のパターンP2〜P12よりも広く形成しても、同様の動作を行わせることができる。
Furthermore, in encoder pattern P1-P12, although the case where the width | variety of specific pattern P1 was formed narrower than other patterns P2-P12 was illustrated, the width | variety of specific pattern P1 is formed wider than other patterns P2-P12. Even in this case, the same operation can be performed.

また、上記の説明においては、エンコーダ領域132にエンコーダパターンを12個設けた例について説明したが、ピンホール螺旋列の数が増減した場合はそれに合わせて増減される。   In the above description, an example in which twelve encoder patterns are provided in the encoder area 132 has been described. However, when the number of pinhole spiral rows increases or decreases, the number is increased or decreased accordingly.

本発明の共焦点スキャナユニットを共焦点顕微鏡に適用した実施形態の一例を示す構成図である。It is a block diagram which shows an example of embodiment which applied the confocal scanner unit of this invention to the confocal microscope. 本発明の共焦点スキャナユニットに使用されるピンホールアレイディスクの実施形態の一例を示す構成図である。It is a block diagram which shows an example of embodiment of the pinhole array disk used for the confocal scanner unit of this invention. 回転数設定信号に対する各信号のタイミングを合わせた状態を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the state which match | combined the timing of each signal with respect to a rotation speed setting signal. 回転数設定が電圧入力であった場合の要部ブロック構成図(a)である。 回転数設定が通信によりなされた場合の要部ブロック構成図(b)である。It is a principal part block block diagram (a) when rotation speed setting is voltage input. It is a principal part block block diagram (b) when rotation speed setting is made by communication. 従来の共焦点顕微鏡の構成例を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the structural example of the conventional confocal microscope. ニポウディスクの一例を示す構成図である。It is a block diagram which shows an example of a nipou disk.

符号の説明Explanation of symbols

1 共焦点スキャナユニット
2 顕微鏡ユニット
3 ステージ
4 試料
5 カメラ
6 走査トリガ生成回路
7 撮像トリガ供給部
8 撮像制御部
11 マイクロレンズアレイディスク
12 ダイクロイックミラー
13 ピンホールアレイディスク(ニポウディスク)
14 リレーレンズ
15 モータードライバ
16 モーター
21 対物レンズ
51 CCD素子
61 走査同期パルス生成回路
62 回転同期パルス生成回路
63a モーター制御部
63b モーター駆動部
64 回転速度設定部
65 電圧/周波数変換部
66 通信処理部
67 周波数発生部
131 ピンホール領域
132 エンコーダ領域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Confocal scanner unit 2 Microscope unit 3 Stage 4 Sample 5 Camera 6 Scan trigger generation circuit 7 Imaging trigger supply part 8 Imaging control part 11 Micro lens array disk 12 Dichroic mirror 13 Pinhole array disk (Nipou disk)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 14 Relay lens 15 Motor driver 16 Motor 21 Objective lens 51 CCD element 61 Scanning synchronous pulse generation circuit 62 Rotation synchronous pulse generation circuit 63a Motor control part 63b Motor drive part 64 Rotation speed setting part 65 Voltage / frequency conversion part 66 Communication processing part 67 Frequency generator 131 Pinhole area 132 Encoder area

Claims (5)

ピンホール領域に複数のピンホール螺旋列が形成されたピンホールアレイディスクとこ
のピンホールに励起光束を集光させるマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイディ
スクとを同軸結合し、センサレスブラシレスモーターにより回転させる構成の共焦点スキャナユニットであって、
前記ピンホールアレイディスクまたは前記マイクロレンズアレイディスクのいずれかに
前記ピンホール螺旋列の本数に等しい数の等ピッチのエンコーダパターンを形成し、
1つのエンコーダパターンにおける周方向の幅を他のエンコーダパターンと異ならせると共に、
回転センサから発生されるパルス信号における立ち上がり(又は立下り)エッジを読み、前記ピンホール螺旋列の走査位置に応じたトリガ信号を発生する走査同期パルス生成回路と、
前記回転センサから発生されるパルス信号におけるパルス幅を読み、前記幅の異なるエンコーダパターンの通過を検出して前記ニポウディスクの回転に応じたトリガ信号を発生する回転同期パルス生成回路と、
前記回転同期パルス生成回路から発生されるトリガ信号を計数し回転数設定部に保持された回転数指令値と比較するモーター制御部と、前記計数したトリガ信号と前記回転数設定部に保持された回転数指令値との偏差に基づいて前記ニポウディスクの回転が所定の回転速度となるように制御するモーター駆動部と、を備え、
前記センサレスブラシレスモーターを駆動する3相交流電圧のうちの1相の正弦波周波数を前記等ピッチのエンコーダパターンおよび回転数設定信号に基づいて発生する電気信号に同期させて回転させるようにしたことを特徴とする共焦点スキャナユニット。
A configuration in which a pinhole array disk in which a plurality of pinhole spiral rows are formed in a pinhole region and a microlens array disk having a microlens for condensing excitation light flux in this pinhole are coaxially coupled and rotated by a sensorless brushless motor The confocal scanner unit of
Forming an equal pitch encoder pattern equal to the number of pinhole spiral rows on either the pinhole array disk or the microlens array disk;
While making the circumferential width of one encoder pattern different from other encoder patterns,
A scanning synchronization pulse generation circuit that reads a rising (or falling) edge in a pulse signal generated from a rotation sensor and generates a trigger signal corresponding to a scanning position of the pinhole spiral row;
A rotation synchronization pulse generating circuit that reads a pulse width in a pulse signal generated from the rotation sensor, detects a passage of an encoder pattern having a different width, and generates a trigger signal corresponding to the rotation of the Niipou disc;
A motor control unit that counts the trigger signal generated from the rotation synchronization pulse generation circuit and compares it with the rotation speed command value held in the rotation speed setting unit; and the counted trigger signal and the rotation speed setting unit A motor drive unit that controls the rotation of the Niipou disc to a predetermined rotational speed based on a deviation from the rotational speed command value,
The sine wave frequency of one phase of the three-phase AC voltage that drives the sensorless brushless motor is rotated in synchronization with an electric signal generated based on the encoder pattern and the rotation speed setting signal of the equal pitch. The confocal scanner unit that features.
前記回転数設定信号が電圧入力であった場合は電圧周波数変換部により周波数に変換して前記センサレスブラシレスモーターを駆動することを特徴とする請求項1に記載の共焦点スキャナユニット。   2. The confocal scanner unit according to claim 1, wherein when the rotation speed setting signal is a voltage input, the sensorless brushless motor is driven by converting the frequency into a frequency by a voltage frequency conversion unit. 前記回転数設定信号が通信により設定された場合は、通信処理部により周波数に変換して前記センサレスブラシレスモーターを駆動することを特徴とする請求項1に記載の共焦点スキャナユニット。   2. The confocal scanner unit according to claim 1, wherein, when the rotation speed setting signal is set by communication, the communication processing unit converts the frequency into a frequency to drive the sensorless brushless motor. 前記エンコーダパターンを前記ピンホールアレイディスクまたは前記マイクロレンズアレイディスクにおける外周部に形成したことを特徴とする請求項1に記載の共焦点スキャナユニット。     The confocal scanner unit according to claim 1, wherein the encoder pattern is formed on an outer periphery of the pinhole array disk or the microlens array disk. 前記エンコーダパターンを前記ピンホールアレイディスクまたは前記マイクロレンズアレイディスクにおける内周部に形成したことを特徴とする請求項1に記載の共焦点スキャナユニット。   The confocal scanner unit according to claim 1, wherein the encoder pattern is formed on an inner periphery of the pinhole array disk or the microlens array disk.
JP2008065170A 2008-03-14 2008-03-14 Confocal scanner unit Active JP5176616B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008065170A JP5176616B2 (en) 2008-03-14 2008-03-14 Confocal scanner unit

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008065170A JP5176616B2 (en) 2008-03-14 2008-03-14 Confocal scanner unit

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2009222826A JP2009222826A (en) 2009-10-01
JP5176616B2 true JP5176616B2 (en) 2013-04-03

Family

ID=41239711

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008065170A Active JP5176616B2 (en) 2008-03-14 2008-03-14 Confocal scanner unit

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5176616B2 (en)

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3019754B2 (en) * 1995-09-11 2000-03-13 横河電機株式会社 Nipkow disk type optical scanner
JP3775892B2 (en) * 1996-05-20 2006-05-17 松下電器産業株式会社 Optical encoder
JP2000275527A (en) * 1999-03-24 2000-10-06 Olympus Optical Co Ltd Image detecting device
JP4917258B2 (en) * 2004-11-16 2012-04-18 浜松ホトニクス株式会社 Confocal image measurement system, confocal microscope, and confocal image measurement method
JP2007064897A (en) * 2005-09-01 2007-03-15 Nok Corp Magnetic encoder
JP4947341B2 (en) * 2006-02-24 2012-06-06 横河電機株式会社 Method for removing synchronization fringes from confocal microscope

Also Published As

Publication number Publication date
JP2009222826A (en) 2009-10-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6937372B2 (en) Light beam deflecting apparatus, image forming apparatus utilizing the same and drive method therefor
JP5824660B2 (en) Phase shift detection device, motor drive device, brushless motor, and phase shift detection method
US20130009588A1 (en) Drive controlling apparatus and drive controlling method for stepping motor, drive controlling system, and optical apparatus
JP2016090520A (en) Non-contact surface shape measurement method and device using white light interferometer optical head
CN106918904A (en) Light scanning apparatus and light scan method
JP2016075607A (en) Method for interpolating read signal of incremental encoder
JP2000275527A (en) Image detecting device
JP5176616B2 (en) Confocal scanner unit
JP5598740B2 (en) Scanning microscope
JP4817123B2 (en) Confocal scanner unit and confocal microscope using the same
JP6554464B2 (en) Distance measurement apparatus and method of searching for distance measurement start point
JP4337346B2 (en) Laser scanning microscope
JP4923966B2 (en) Confocal microscope
JP4917258B2 (en) Confocal image measurement system, confocal microscope, and confocal image measurement method
JP2016106726A (en) Scanning endoscope apparatus
JPH10213760A (en) Method and device for detecting optical scanning position
JP4478921B2 (en) 3D confocal laser microscope system
JP5306055B2 (en) Imaging device
JP4208653B2 (en) Optical scanning device
JPS5840525A (en) Light scanning device
JP4426131B2 (en) Scanning beam measurement evaluation method and measurement evaluation apparatus for scanning optical system
JPS62237420A (en) Image recording device using galvanomirror
JP3729301B2 (en) Servo control device in scanner of image forming apparatus
JP2000338442A (en) Light deflection type scanner
JP5427998B1 (en) Transmission confocal microscope

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20101111

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20120607

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20120612

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20120724

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20121211

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20121224

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5176616

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150