JP5464773B2 - Stage unit - Google Patents
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Description
本発明は、顕微鏡ステージに搭載されるステージユニットに関するものである。 The present invention relates to a stage unit mounted on a microscope stage.
従来、顕微鏡のスライドガラスをZ軸方向に迅速かつ的確に微動させて焦点合わせを簡単に行うZ軸微動機構として、ピエゾ素子を使用したものが知られている(例えば、特許文献1参照。)。
このZ軸微動機構は、顕微鏡ステージの表面上に複数のピエゾ素子を配置し、この上面によってスライドガラスの載置面を規定したものである。ピエゾ素子に加える電圧を制御することによって、スライドガラスを直接ピエゾ素子によってZ軸方向に微動させることができる。
In this Z-axis fine movement mechanism, a plurality of piezo elements are arranged on the surface of a microscope stage, and the placement surface of the slide glass is defined by the upper surface. By controlling the voltage applied to the piezo element, the slide glass can be finely moved in the Z-axis direction directly by the piezo element.
しかしながら、特許文献1のZ軸微動機構は、顕微鏡ステージに搭載した複数のピエゾ素子の上面をスライドガラスの搭載面とするものであるため、種々の不都合が発生する。
すなわち、まず第1に、顕微鏡ステージの上面にピエゾ素子を載置するだけであるため、顕微鏡ステージの載置面およびピエゾ素子の接触面の面精度がスライドガラスの動作精度に大きな影響を与えることになる。このため、ピエゾ素子を極めて高い精度で製造しなければならないという不都合がある。
However, the Z-axis fine movement mechanism of
That is, first of all, since the piezo element is only placed on the upper surface of the microscope stage, the surface accuracy of the microscope stage placement surface and the contact surface of the piezo element greatly affects the operation accuracy of the slide glass. become. For this reason, there is a disadvantage that the piezo element must be manufactured with extremely high accuracy.
第2に、複数のピエゾ素子によって直接スライドガラスを支持する場合、スライドガラスの直下にピエゾ素子が配置される必要がある。このため、搭載するスライドガラスやディッシュの大きさが変わるたびに、これらを安定的に支持するには、ピエゾ素子の位置をその都度、調節する必要があり、観察者に手数をかけることとなるとともに、上述した移動精度の問題も発生する不都合が考えられる。 Secondly, when the slide glass is directly supported by a plurality of piezo elements, the piezo elements need to be arranged directly under the slide glass. For this reason, each time the size of the slide glass or dish to be mounted changes, it is necessary to adjust the position of the piezo element each time in order to stably support them, which takes time for the observer. At the same time, there may be a disadvantage that the above-described problem of movement accuracy occurs.
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、搭載する試料の大きさに関わらず、ピエゾ素子の位置調整を行うことなく、試料を精度よくZ方向に微動させることができるステージユニットを提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and is a stage unit capable of finely moving a sample in the Z direction with high accuracy without adjusting the position of the piezoelectric element regardless of the size of the sample to be mounted. The purpose is to provide.
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、顕微鏡ステージの試料載置面側に形成された段部に嵌合して位置決め状態に搭載されるアダプタと、試料を載置する試料台と、該試料台とアダプタとの間に配置され、アダプタに対して試料台を顕微鏡の観察光軸方向に近接または離間させるように伸縮させられるピエゾ素子とを備え、該ピエゾ素子の伸縮方向の両端が、前記アダプタおよび試料台に接着されている、前記顕微鏡ステージに着脱可能なステージユニットを提供する。
In order to achieve the above object, the present invention provides the following means.
The present invention includes an adapter that is fitted in a stepped portion formed on a sample mounting surface side of a microscope stage and mounted in a positioning state, a sample table on which a sample is mounted, and a space between the sample table and the adapter. And a piezo element that can be expanded and contracted with respect to the adapter so that the sample stage approaches or separates in the observation optical axis direction of the microscope, and both ends of the piezo element in the expansion and contraction direction are bonded to the adapter and the sample stage. And a stage unit detachable from the microscope stage.
本発明によれば、顕微鏡ステージにアダプタを搭載し試料台に試料を載置して、ピエゾ素子に電圧を加えることにより、アダプタに対して試料台が近接または離間させる方向に微動させられる。ピエゾ素子はアダプタおよび試料台に接着されているので、ピエゾ素子の両端の面精度に依存することなく、また、試料台への試料の載置の仕方にかかわらず、電圧によって一意的に定まる位置に、アダプタに対して試料台を精度よく移動させることができる。また、ピエゾ素子に直接試料を載置するのではなく、ピエゾ素子に接着された試料台に載置するので、複数のピエゾ素子どうしの間隔寸法よりも小さい試料の観察も可能となり、試料台への試料の載置の仕方によって、試料が傾斜したりしなかったりする不都合の発生を防止できる。 According to the present invention, the adapter is mounted on the microscope stage, the sample is placed on the sample stage, and a voltage is applied to the piezo element, whereby the sample stage is finely moved in the direction in which the sample stage approaches or separates from the adapter. Since the piezo element is bonded to the adapter and the sample stage, the position is uniquely determined by the voltage regardless of the surface accuracy at both ends of the piezo element and regardless of how the sample is placed on the sample stage. In addition, the sample stage can be accurately moved with respect to the adapter. In addition, since the sample is not placed directly on the piezo element, but placed on the sample stage bonded to the piezo element, it is possible to observe a sample smaller than the distance between the piezo elements. Depending on how the sample is placed, it is possible to prevent the inconvenience that the sample may or may not tilt.
上記発明においては、前記ピエゾ素子が、接着剤により接着されていることが好ましい。
また、上記発明においては、前記ピエゾ素子が、防水性接着剤によりコーティングされていることが好ましい。
In the said invention, it is preferable that the said piezoelectric element is adhere | attached with the adhesive agent.
Moreover, in the said invention, it is preferable that the said piezo element is coated with the waterproof adhesive.
このようにすることで、試料台上に液体内に試料を浸漬させたシャーレ等を搭載する場合において、シャーレから液体がこぼれた場合においても、ピエゾ素子と試料台あるいはアダプタとの接着部を保護し、あるいは、ピエゾ素子自体を保護して、耐久性を向上することができる。
また、使用者に対してピエゾ素子を電気的に絶縁することができる。
In this way, when a petri dish or the like in which the sample is immersed in the liquid is mounted on the sample stage, even if the liquid spills from the petri dish, the bonded portion between the piezo element and the sample stage or adapter is protected. Alternatively, durability can be improved by protecting the piezo element itself.
In addition, the piezo element can be electrically insulated from the user.
また、上記発明においては、前記試料台が略円板状に形成され、前記ピエゾ素子が、試料台の周方向に等間隔をあけて3個以上配置されていることとしてもよい。
このようにすることで、アダプタに対して試料台を安定的に支持することができる。
In the invention described above, the sample stage may be formed in a substantially disk shape, and three or more piezoelectric elements may be arranged at equal intervals in the circumferential direction of the sample stage.
By doing in this way, a sample stand can be stably supported to an adapter.
また、上記発明においては、前記アダプタに、対物レンズを挿入可能な中央孔が設けられ、前記試料台が試料からの光を透過可能に設けられていることとしてもよい。
このように構成することで、アダプタに設けた中央孔に対物レンズを挿入し、試料からの光を試料台を透過させて対物レンズにより集光することで、倒立顕微鏡に適用することができる。シャーレの底面に接着して成長する細胞を観察するのに適している。試料台が光を透過可能とするために、試料台に貫通孔を設けることとしてもよく、また、試料台自体を透明な材質により構成することにしてもよい。
Moreover, in the said invention, the center hole which can insert an objective lens is provided in the said adapter, and it is good also as the said sample stand being provided so that the light from a sample can be permeate | transmitted.
By comprising in this way, an objective lens is inserted in the center hole provided in the adapter, and it can apply to an inverted microscope by allowing the light from a sample to permeate | transmit a sample stand and to condense with an objective lens. It is suitable for observing cells that grow by adhering to the bottom of a petri dish. In order to allow the sample stage to transmit light, a through hole may be provided in the sample stage, or the sample stage itself may be made of a transparent material.
さらに、上記発明においては、前記中央孔が、試料台に向かって漸次細くなるテーパ内面を有することとしてもよい。
上記のように倒立顕微鏡に適用する場合、対物レンズと、該対物レンズを挿入する中央孔との干渉が問題となる場合がある。特に、試料を搭載する試料台を軽量化することが望ましく、ピエゾ素子の間隔を短縮するために、アダプタの中央孔を小さくする必要がある。本発明によれば、中央孔がテーパ内面を有しているので、対物レンズとの干渉が緩和され、アダプタに対する対物レンズの光軸に交差する方向の相対移動範囲を確保することができる。また、このようにすることで、アダプタと対物レンズとの相対移動範囲を確保しつつ、試料台を小型軽量化できるので、ピエゾ素子を小型化し、あるいは、試料台の動作速度を向上することができる。
Furthermore, in the said invention, the said center hole is good also as having a taper inner surface which becomes thin gradually toward a sample stand.
When applied to an inverted microscope as described above, interference between the objective lens and the central hole into which the objective lens is inserted may be a problem. In particular, it is desirable to reduce the weight of the sample stage on which the sample is mounted, and it is necessary to reduce the center hole of the adapter in order to shorten the interval between the piezoelectric elements. According to the present invention, since the central hole has a tapered inner surface, interference with the objective lens is mitigated, and a relative movement range in a direction intersecting the optical axis of the objective lens with respect to the adapter can be ensured. In addition, in this way, the sample stage can be reduced in size and weight while ensuring the relative movement range between the adapter and the objective lens, so that the piezo element can be reduced in size or the operating speed of the sample stage can be improved. it can.
また、上記発明においては、前記アダプタが、顕微鏡ステージに設けられた貫通孔に挿入される略円筒状に形成されるとともに、顕微鏡ステージの上面に載置される外鍔状のフランジ部と、前記ピエゾ素子を搭載する内鍔状の載置部とを備え、前記試料台上面が前記顕微鏡ステージの上面とほぼ同一位置に配されるように、該試料台がアダプタの内部に収容されていることとしてもよい。
このようにすることで、ステージユニットを搭載しない場合の試料の位置と、ステージユニットを搭載した場合の試料の位置とをほぼ同一位置に設定することができる。
In the above invention, the adapter is formed in a substantially cylindrical shape to be inserted into a through hole provided in the microscope stage, and an outer flange-shaped flange portion placed on the upper surface of the microscope stage; An inner flange-shaped mounting portion on which the piezo element is mounted, and the sample stage is accommodated in the adapter so that the upper surface of the sample stage is arranged at substantially the same position as the upper surface of the microscope stage. It is good.
By doing so, the position of the sample when the stage unit is not mounted and the position of the sample when the stage unit is mounted can be set at substantially the same position.
本発明によれば、搭載する試料の大きさに関わらず、ピエゾ素子の位置調整を行うことなく、試料を精度よくZ方向に微動させることができるという効果を奏する。 According to the present invention, there is an effect that the sample can be finely moved in the Z direction with high accuracy without adjusting the position of the piezo element regardless of the size of the sample to be mounted.
以下、本発明の一実施形態に係るステージユニット1について、図1〜図4を参照して説明する。
本実施形態に係るステージユニット1は、図1に示される顕微鏡2に用いられる。この顕微鏡2は、例えば、倒立型のレーザ共焦点顕微鏡であって、レーザ光を出射するレーザ光源3aと、レーザ光を走査し顕微鏡に導入するスキャンユニット3と、出射されたレーザ光を照射し、試料Aからの蛍光を集光する対物レンズ4と、試料Aを搭載するXYステージ5とを備えている。前記スキャンユニット3は、前記対物レンズ4により集光された蛍光を検出する機能を備えている。また、前記XYステージ5は、観察したい位置に試料Aを位置合わせする目的で使用され、画像取得に際しては、XYステージ5を固定した状態でスキャンユニット3によりレーザ光を走査することで、試料の蛍光画像を取得していくようになっている。
Hereinafter, a
The
XYステージ5には、上下方向に貫通する貫通孔7が設けられており、該貫通孔7に、本実施形態に係るステージユニット1が位置決め状態に取り付けられるようになっている。貫通孔7の内面は、上方に向かって先細になるテーパ内面状に形成されている。また、上向きに配置された対物レンズ4の先端にもテーパ面が設けられている。これにより、対物レンズ4を試料に近接させた状態で、XYステージ5を動作させても、XYステージ5と対物レンズ4との干渉が回避され、比較的広い範囲にわたってXYステージ5を作動させることができるようになっている。
The
本実施形態に係るステージユニット1は、図2に示されるように、XYステージ5の貫通孔7に挿入され、XY方向に位置決め状態に配置されるアダプタ8と、試料Aを載置する試料台9と、これら試料台9とアダプタ8との間に接着される複数のピエゾ素子10とを備えている。各ピエゾ素子10にはピエゾドライバ11が接続され、同一の電圧信号がピエゾドライバ11から供給されるようになっている。
As shown in FIG. 2, the
アダプタ8は、中央孔12を有する略円筒状に形成され、その外面に全周にわたって突出し前記XYステージ5の上面に載置されるフランジ部13と、中央孔12内面に全周にわたって突出する内鍔状の載置部14とを備えている。フランジ部13の外面はXYステージ5に設けられた円形の段部15内面に嵌合し、XYステージ5の移動によってもアダプタ8が相対移動しないように位置決めするようになっている。
The
内鍔状の載置部14は中央孔12の下部に設けられ、その内面に上方に向かって漸次先細になるテーパ内面14aを備え、対物レンズ4の先端との干渉を極力回避できるように構成されている。
載置部14の上面には前記ピエゾ素子10が、周方向に間隔をあけて複数、例えば、図3に示す例では、3カ所に配置されている。さらに、ピエゾ素子10の上端にはリング板状の試料台9が配置されている。試料台9は、中央に板厚方向に貫通する貫通孔17を備え、該貫通孔17の内面も上方に向かって先細になるテーパ内面状に形成されている。
The inner collar-shaped mounting
A plurality of the
全てのピエゾ素子10は、電圧を加えることにより、上下方向に伸縮するように配置されている。ピエゾ素子10の下端はアダプタ8の載置部14に、上端は試料台9に、例えば、エポキシ系接着剤によりそれぞれ強固に接着されている。また、ピエゾ素子10全体が、例えば、シリコーン系接着剤のような防水性接着剤16により被覆されている。
All the
ピエゾ素子10としては、同一の電圧を加えることにより同一の変位量を達成するものが選択されている。また、ピエゾ素子10は、それらの伸縮方向が相互に平行になるように調節された状態で、両端をアダプタ8および試料台9に接着されている。したがって、各ピエゾ素子10の伸縮方向が揃えられた状態で、アダプタ8および試料台9に接着固定されることにより、アダプタ8に対して、常に平行状態を保ちながら試料台9を上下方向に変位させることができるようになっている。
As the
本実施形態においては、円筒状に形成されたアダプタ8の中央孔12内に、ピエゾ素子10および試料台9が配置されている。試料台9の下面位置は、図2に示されるように、XYステージ5のアダプタ8が載置されている面とほぼ同等の高さ位置に配されるようになっている。これにより、図4に示されるように、同一厚さ寸法の試料台9′が、直接、XYステージ5に載置されたときに、ほぼ同等の試料Aの載置面高さを達成することができるようになっている。
試料Aは、例えば、シャーレ状のディッシュ18内に貯留した培地B内において、ディッシュ18の底面に接着して成長している接着性の細胞である。
In the present embodiment, the
The sample A is, for example, an adhesive cell that grows while adhering to the bottom surface of the
このように構成された本実施形態に係るステージユニット1の作用について以下に説明する。
本実施形態に係るステージユニット1を用いて、試料Aの観察を行う場合、まず、顕微鏡2のXYステージ5上にステージユニット1を搭載する。ステージユニット1のアダプタ8がXYステージ5の段部15に嵌合し、XY方向に位置決め状態に維持される。また、アダプタ8を比較的重く構成することで、XYステージ5に対してZ方向にも移動しないように位置決め状態に維持される。
The operation of the
When observing the sample A using the
次いで、試料台9上に、試料Aである細胞を収容したディッシュ18を搭載する。そして、XYステージ5を作動させて試料Aの観察したい領域と対物レンズ4とを位置合わせし、その後、レーザ光源3からレーザ光を出射して蛍光観察を行う。
Next, the
ピエゾ素子10を作動させることなくレーザ光を照射すると、対物レンズ4の焦点位置において発生した蛍光のスキャンユニット3光検出部により選択的に検出される。これにより、対物レンズ4の焦点位置を含む一の水平面で切断した試料Aの断面の蛍光画像を取得することができる。
When the laser beam is irradiated without operating the
次いで、ピエゾドライバ11の作動により、ピエゾ素子10に所定の電圧を加えることで、アダプタ8に対して試料台9を上下方向の所定位置にステップ式に移動させることができる。これにより、試料台9に搭載されている試料Aをステップ式に移動させ、対物レンズ4の焦点位置を試料A内の他のZ方向位置に配置することができ、試料Aを異なる水平面で切断した断面の蛍光画像を取得することができる。
Next, by applying a predetermined voltage to the
また、ピエゾ素子10に異なる電圧を段階的に加えることで、アダプタ8に対して試料台9を上下方向に段階的に移動させ、これによって、異なる複数の水平面で切断した試料Aの断面の蛍光画像を取得することができる。
特に、ピエゾ素子10によって微動させることで試料Aの観察断面を切り替えることができるので、顕微鏡2側で焦点位置の調整を行う場合と比較して、可動質量が小さいため、高速に観察断面を切り替えることができる。したがって、高速に変化する試料Aの状態を逃すことなく観察できるという利点がある。
Further, by applying different voltages to the
In particular, since the observation cross section of the sample A can be switched by finely moving with the
この場合において、本実施形態に係るステージユニット1によれば、複数のピエゾ素子10に試料Aを直接掛け渡すように配置するのではなく、ピエゾ素子10に接着状態に固定された試料台9上に試料Aを載置するので、試料台9上における試料Aの載置の仕方にかかわらず、常に同一の変位量で、試料Aを傾けることなく水平状態を維持したまま移動させることができる。
In this case, according to the
また、複数のピエゾ素子10に試料Aを直接掛け渡すように配置するのではなく、ピエゾ素子10に掛け渡された試料台9に試料Aを載置するので、ピエゾ素子10の間隔にかかわらず、種々の大きさの試料Aを試料台9上に載置することができる。
Further, the sample A is not placed so as to be directly passed over the plurality of
また、ピエゾ素子10が試料台9およびアダプタ8に、例えば、エポキシ系接着剤のような接着剤で強固に固定されているので、ピエゾ素子10の高速動作によっても試料台9がずれることがない。また、ピエゾ素子10全体をシリコーン系接着剤16により被覆しておくことにより、ピエゾ素子10自体を浸水や湿度から保護することができる。また、使用者をピエゾ素子10から電気的に絶縁することができる。
Further, since the
また、アダプタ8の中央孔12を必要最小限に小さくし、試料台9を小型化することで、アダプタ8を比較的重く、試料台9を軽量化することができる。これにより、ピエゾ素子10によって駆動される可動部分を軽量化し、試料台9に搭載した試料Aを高速駆動することができる。したがって、高速に変化する試料の状態を観察することが可能となる。
また、アダプタ8の中央孔12を小さくしても、内面14aをテーパ内面状に形成することで、対物レンズ4との干渉を低減して、対物レンズ4に対するXYステージ5の動作範囲を比較的広く確保することが可能となる。
Further, by reducing the
Even if the
また、本実施形態に係るステージユニット1によれば、中央孔12内に設けた載置部14を下方に配置し、ピエゾ素子10の設置スペースを比較的低い位置に配置することで、試料台9の位置をXYステージ5の載置面の位置とほぼ同等に配置しているので、ステージユニット1を使用することなく、試料台9を直接XYステージ5に載置して観察する場合においても、試料Aの位置をさほど変化させずに済むという利点がある。この場合、ステージユニット1を使用する場合と使用しない場合とで対物レンズ4の高さ位置調節を行う必要がなく、簡易に切り替えることができる。
Further, according to the
なお、本実施形態においては、倒立型のレーザ共焦点顕微鏡2に使用されるステージユニット1について説明したが、これに代えて、正立型の顕微鏡あるいは多光子励起型蛍光顕微鏡、あるいは透過式の顕微鏡に適用することにしてもよい。また、ピエゾ素子10のヒステリシスを考慮すると、片方向駆動により位置精度を向上することが好ましいが、任意の方法で補正できる場合には、両方向駆動としてさらに高速性を向上してもよい。
In the present embodiment, the
また、ディッシュ18を試料台9に載置することとしたが、ディッシュ18と試料台9との間に石油系のワックスを塗布することにより、両面テープより着脱容易で、かつ、強力に固定することとしてもよい。
また、試料台9に貫通孔17を設けることで、ディッシュ18の下方からレーザ光を照射し、蛍光を観察することを可能としたが、これに代えて、レーザ光および蛍光を透過可能な透明な材質により試料台9を構成することにしてもよい。
In addition, the
Further, by providing the through
また、ピエゾ素子を、等間隔に3カ所設けることとしたが、これに代えて、2カ所または4カ所以上でもよい。アダプタ8に対して試料台9を安定的に支持するためには、3カ所以上であることが好ましい。
In addition, although three piezoelectric elements are provided at equal intervals, two or four or more piezoelectric elements may be used instead. In order to stably support the
A 試料
1 ステージユニット
5 XYステージ(顕微鏡ステージ)
8 アダプタ
9 試料台
10 ピエゾ素子
12 中央孔
13 フランジ部
14 載置部
14a テーパ内面
16 接着剤(防水性接着剤)
A
8
Claims (7)
試料を載置する試料台と、
該試料台とアダプタとの間に配置され、アダプタに対して試料台を顕微鏡の観察光軸方向に近接または離間させるように伸縮させられるピエゾ素子とを備え、
該ピエゾ素子の伸縮方向の両端が、前記アダプタおよび試料台に接着されている、前記顕微鏡ステージに着脱可能なステージユニット。 An adapter that is fitted to a step formed on the sample mounting surface side of the microscope stage and mounted in a positioning state;
A sample stage on which the sample is placed;
A piezoelectric element that is disposed between the sample stage and the adapter, and is capable of extending or contracting the sample stage with respect to the adapter so as to approach or separate in the direction of the observation optical axis of the microscope;
A stage unit that is attachable to and detachable from the microscope stage, wherein both ends of the piezoelectric element in the expansion and contraction direction are bonded to the adapter and the sample stage.
前記ピエゾ素子が、試料台の周方向に等間隔をあけて3個以上配置されている請求項1から請求項3のいずれかに記載のステージユニット。 The sample stage is formed in a substantially disc shape,
The stage unit according to any one of claims 1 to 3, wherein three or more piezoelectric elements are arranged at equal intervals in the circumferential direction of the sample stage.
前記試料台が試料からの光を透過可能に設けられている請求項1から請求項4のいずれかに記載のステージユニット。 The adapter is provided with a central hole into which an objective lens can be inserted,
The stage unit according to any one of claims 1 to 4, wherein the sample stage is provided so as to be able to transmit light from the sample.
前記試料台上面が前記顕微鏡ステージの上面とほぼ同一位置に配されるように、該試料台がアダプタの内部に収容されている請求項1から請求項6のいずれかに記載のステージユニット。 The adapter is formed in a substantially cylindrical shape to be inserted into a through hole provided in the microscope stage, and has an outer flange-like flange portion placed on the upper surface of the microscope stage, and an inner casing on which the piezoelectric element is mounted. A mounting portion in the shape of
The stage unit according to any one of claims 1 to 6, wherein the sample stage is accommodated in an adapter so that the upper surface of the sample stage is disposed at substantially the same position as the upper surface of the microscope stage.
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