JP6009838B2 - 顕微鏡焦準機構 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、照明光を標本に照射し、標本から反射または透過した光を受光して標本の観察を行う顕微鏡が備える顕微鏡焦準機構に関するものである。

従来から、医学や生物学等の分野では、細胞等の観察に、標本を照明して観察する顕微鏡が用いられている。また、工業分野においても、金属組織等の品質管理や、新素材の研究開発、電子デバイスや磁気ヘッドの検査等、種々の用途で顕微鏡が利用されている。顕微鏡による標本の観察としては、目視による観察の他、ＣＣＤまたはＣＭＯＳイメージセンサ等の撮像素子を用いて標本像を撮像し、撮像した画像のモニタ表示による観察が知られている。

従来の顕微鏡は、顕微鏡の土台をなし、内部に光学系が設けられる顕微鏡フレームを備える。また、顕微鏡フレームには、例えば標本を載置するステージ、倍率の異なる複数の対物レンズを標本に対して交換可能に保持するレボルバ、ステージを支持し、対物レンズの光軸に沿って上下動可能に設けられ、対物レンズの焦点合わせを行う焦準機構、標本が発した光を結像した観察像を観察するための接眼レンズなどが設けられている（例えば、特許文献１を参照）。また、顕微鏡フレームには、ステージ上の標本を照射するための照明光を出射するランプハウスが適宜設けられる。なお、焦準機構は、ステージを上下動可能に支持するほか、レボルバを上下動可能に支持するものもある。

ここで、焦準機構は、顕微鏡フレームに設けられ、所定方向に延びるガイドに沿って移動する。焦準機構は、安定した焦準操作と観察像を得るため、高い剛性を要求されることが多い。このため、顕微鏡フレームのガイドや焦準機構のガイド部材には、例えば鋼や鉄製の部材が用いられる。また、ガイドおよびガイド部材以外の部分には、焦準機構（移動部）も含めて顕微鏡全体において、軽量化のため、例えばアルミニウム製の部材が用いられる。なお、鋼や鉄は、アルミニウムと比して熱膨張率が小さい。

特開平９−１２００３０号公報

しかしながら、顕微鏡自身の熱源（照明光学系の光源や電子部品による発熱）、または周辺環境の温度変化によって、ガイドを固定する顕微鏡フレームや焦準機構が熱膨張する場合がある。ここで、焦準機構に対して照明光学系の光源や顕微鏡フレームに内蔵された電子部品からの発熱、あるいは環境温度変化による温度変化が加わった場合、通常、鋼や鉄からなるガイド部材が、アルミニウムからなる移動部の伸びを阻害する。この結果、移動部において上下方向（移動方向）に対する反り変形が生じる。この反り変形により対物レンズの位置が下がって焦点外れが発生し、さらに対物レンズの光軸が設定された所定の軸に対して傾くため、光学性能が劣化してしまうという問題があった。また、実際の反り変形では対物レンズの光軸方向のみではなく、この光軸に垂直な方向の変形成分も発生する場合がある。

さらに、上述した顕微鏡において、レボルバの転換スペースや光学素子を配置する都合上、焦準機構は、対物レンズの光軸から離れた位置に配置される。このため、焦準機構において、環境温度変化による反り変形が生じると、焦準機構と光軸との間の距離が拡大し、対物レンズ先端部において、大きな焦点外れが発生するおそれがある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、熱膨張の影響なく、顕微鏡自体の光学性能を維持することが可能な顕微鏡焦準機構を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる顕微鏡焦準機構は、標本を積載するステージと、少なくとも前記標本が発した光を取り込む対物レンズを複数着脱可能なレボルバと、を有する顕微鏡本体に備えられ、前記レボルバもしくは前記ステージを前記対物レンズの光軸方向に移動させて前記標本の焦準合わせを行う顕微鏡焦準機構において、前記顕微鏡本体に取り付けられる固定部と、前記固定部に取り付けられる固定側ガイド部材と、少なくとも前記ステージまたは前記レボルバを保持する板状の基部と、前記基部に固定されるとともに、前記固定側ガイド部材と連結して、前記光軸方向に移動可能な移動側ガイド部材と、前記基部の前記移動側ガイド部材の配設側と反対側に設けられる板状部材と、を備え、前記移動側ガイド部材および前記板状部材を構成する材料の線膨張率は、前記基部を構成する材料の線膨張率よりも小さいことを特徴とする。

また、本発明にかかる顕微鏡焦準機構は、上記の発明において、前記移動側ガイド部材および前記固定側ガイド部材の対を二組有し、前記移動側ガイド部材は、前記基部の一方の主面に設けられ、前記板状部材は、前記基部の他方の主面に設けられることを特徴とする。

また、本発明にかかる顕微鏡焦準機構は、上記の発明において、前記板状部材は、２つの前記移動側ガイド部材間の中央部に応じた位置であって、前記他方の主面上の位置に設けられていることを特徴とする。
また、本発明にかかる顕微鏡焦準機構は、上記の発明において、前記板状部材は、前記基部の前記移動側ガイド部材の配設側と反対側の主面に密着した状態で前記基部に固定されていることを特徴とする。

本発明によれば、焦準機構の基部よりも線膨張率の小さい材料からなる移動側ガイド部材および板状部材を、基部の反対側の面にそれぞれ設けるようにしたので、熱膨張の影響なく、顕微鏡自体の光学性能を維持することができるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態にかかる顕微鏡の全体構成を模式的に示す部分断面図である。 図２は、本発明の実施の形態にかかる顕微鏡の要部の構成を模式的に示す斜視図である。 図３は、本発明の実施の形態にかかる顕微鏡の要部の構成を模式的に示す側面図である。 図４は、図３の矢視Ａ方向からみた部分断面図である。 図５は、本発明の実施の形態の変形例１にかかる顕微鏡の要部の構成を模式的に示す斜視図である。 図６は、本発明の実施の形態の変形例２にかかる顕微鏡の要部の構成を模式的に示す斜視図である。

以下、本発明を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。なお、以下の実施の形態により本発明が限定されるものではない。また、以下の説明において参照する各図は、本発明の内容を理解し得る程度に形状、大きさ、および位置関係を概略的に示してあるに過ぎない。すなわち、本発明は各図で例示された形状、大きさ、および位置関係のみに限定されるものではない。

まず、本実施の形態にかかる顕微鏡について、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本実施の形態にかかる顕微鏡１の全体構成を模式的に示す部分断面図である。

顕微鏡１は、顕微鏡の土台をなし、内部に光学系が設けられる顕微鏡フレーム１０（顕微鏡本体）を備える。また、顕微鏡フレーム１０には、例えば標本Ｓを載置するステージ１１、倍率の異なる複数の対物レンズ１２を標本に対して交換可能に保持するレボルバ１３、レボルバ１３を支持し、対物レンズ１２の光軸に沿って上下動可能に設けられ、対物レンズ１２の焦点合わせを行う焦準機構１４、標本Ｓが発した光を結像した観察像を観察するための接眼レンズ１５が取り付けられる鏡筒１６、顕微鏡フレーム１０に入射された光を標本Ｓに向けて反射するとともに、標本Ｓが発した光を透過するダイクロイックミラー１７などが設けられている。なお、顕微鏡１は、顕微鏡１全体の制御を行う制御基板や、電源等を有する電子部品１０ａを顕微鏡フレーム１０内に備える。

また、顕微鏡フレーム１０において、ステージ１１上の標本Ｓを照射するための照明光を出射するランプハウスが適宜取り付けられ、ランプハウスにそれぞれ連結する照明光学系Ｍ１，Ｍ２によって、標本Ｓに照明光を照射する。例えば、照明光学系Ｍ１は、標本Ｓを透過させる透過照明光を、標本Ｓに対して照射する。また、照明光学系Ｍ２は、対物レンズ１２およびダイクロイックミラー１７を介して標本Ｓに光を照射する落射照明光を、標本Ｓに対して照射する。照明光学系Ｍ１，Ｍ２は、それぞれ光路Ｐ１，Ｐ２を形成している。

ここで、顕微鏡フレーム１０は、照明光学系Ｍ１により標本Ｓを透過した光、もしくは照明光学系Ｍ２により標本Ｓから反射した光（以下、観察光という）が入射され、この入射された光を結像する結像レンズ１８と、結像レンズ１８が結像した像を接眼レンズ１５までリレーする複数のミラー１０ｂとを有する観察光学系Ｍ３（結像光学系）が形成されている。また、観察光学系Ｍ３によって、光路Ｐ３が形成されている。観察光学系Ｍ３は、上述したミラー１０ｂのほか、結像レンズ、リレーレンズなどを有している。対物レンズ１２を通過することにより平行光束となった観察光は、結像レンズ１８を通過することにより結像され、ミラー１０ｂや、リレーレンズを経由して鏡筒１６に入射する。

顕微鏡フレーム１０は、前後方向に延びる基部１０ｃと、基部１０ｃの後縁部から上方に延びる後壁部１０ｄと、基部１０ｃの前縁部から上方に延びる前壁部１０ｅと、を有し、側面視で略凹状を呈している。顕微鏡フレーム１０は、後壁部１０ｄおよび前壁部１０ｅの上端においてステージ１１を支持するとともに、後壁部１０ｄおよび前壁部１０ｅの間において、対物レンズ１２（レボルバ１３）およびダイクロイックミラー１７の配設領域が画成されている。

ステージ１１は、上面と下面とがそれぞれ平坦な板状体であって、その上面に標本Ｓが載置される。また、ステージ１１のほぼ中央には、標本Ｓが落下しない程度の開口（透孔）が設けてあり、落射照明光、または標本Ｓからの観察光が通過するようになっている。

レボルバ１３は、回転可能であって、かつ焦準機構１４によって昇降可能であり、互いに倍率の異なる複数の対物レンズ１２が装着可能である。そして、レボルバ１３に装着された対物レンズ１２のうち一の対物レンズ１２が光軸（例えば光路Ｐ１に一致する直線）上に配置される。

図２は、本実施の形態にかかる顕微鏡１の準焦機構１４の構成を模式的に示す斜視図である。図３は、本実施の形態にかかる顕微鏡１の準焦機構１４の構成を模式的に示す側面図である。図４は、図３の矢視Ａ方向からみた部分断面図である。

準焦機構１４は、対物レンズ１２の焦点を標本Ｓに合わせるためもので、準焦機構１４を操作することにより、レボルバ１３が昇降し、レボルバ１３に装着した対物レンズ１２の焦点を標本Ｓに合焦させる。焦準機構１４は、図２に示すように、顕微鏡フレーム１０に設けられ、後壁部１０ｄの延出方向に延びる固定部１０ｆに取り付けられる。

なお、固定部１０ｆは、照明光学系Ｍ２と干渉しないように設けられている。また、固定部１０ｆには、柱状の２つの固定側ガイド部材１０ｇが設けられ、焦準機構１４を挟持する位置にそれぞれビス固定されている。さらに、固定部１０ｆは、アルミニウム（アルミニウム合金を含む）を主成分とする金属が用いられる。

焦準機構１４は、板状をなす基部１４ａと、基部１４ａの一端に連なるとともに、基部１４ａの主面と直交する方向に延び、延伸方向の端部側でレボルバ１３を支持するレボルバ支持部１４ｂと、柱状をなして基部１４ａの主面にそれぞれビス固定され、固定側ガイド部材１０ｇとそれぞれ対をなして連結して、焦準機構１４の移動をガイドする２つの移動側ガイド部材１４ｃと、を有する。なお、基部１４ａは、レボルバ支持部１４ｂを介してレボルバ１３を保持する構成をなしている。ここで、基部１４ａおよびレボルバ支持部１４ｂには、軽量化などの点で例えばアルミニウム（アルミニウム合金を含む）を主成分とする金属が用いられる。また、移動側ガイド部材１４ｃおよび固定側ガイド部材１０ｇは、観察時または基部１４ａの移動時の振動を考慮して、例えば剛性の高い鋼や鉄が用いられる。

このとき、各固定側ガイド部材１０ｇは、移動側ガイド部材１４ｃの外側面側に設けられている。また、固定側ガイド部材１０ｇと移動側ガイド部材１４ｃとは、固定側ガイド部材１０ｇの延伸方向に沿って設けられるボールガイド１０ｈを介して連結されている。これにより、移動側ガイド部材１４ｃは、固定側ガイド部材１０ｇの延伸方向に沿って移動可能である。なお、移動側ガイド部材１４ｃは、図示しない駆動伝達機構（例えば、ラックアンドピニオンなど）によって、移動にかかる動力が伝達される。また、駆動伝達機構は、焦準ハンドルの回転量によって直接的に移動量が入力されるものであってもよいし、入力ボタンの押下等によって移動量が入力されるものであってもよい。

また、基部１４ａの移動側ガイド部材１４ｃの配設側の主面と反対側の主面には、例えば鉄を主成分とする金属（鋼）からなり、移動側ガイド部材１４ｃと略同一な長さの板状部材２０が設けられている。板状部材２０は、この板状部材２０の主面と基部１４ａの主面とを接触させた状態でビスＶ１によって取り付けられている。なお、板状部材２０は、基部１４ａの主面に対して隙間なく接触しているものとする。また、板状部材２０は、２つの移動側ガイド部材１４ｃ間の中央部に応じた位置であって、基部１４ａの主面上の位置に設けられている。

上述した構成を有する倒立型顕微鏡では、透過照明の場合、照明光学系Ｍ１からの透過照明光を、ステージ１１上の標本Ｓに照射すると、標本Ｓを透過した光が対物レンズ１２に取り込まれ、結像光学系Ｍ３によって結像され、ミラー１０ｂを介して接眼レンズ１５において観察者により目視観察される。なお、透過光観察は、明視野観察、位相差観察、微分干渉観察などを行う場合に用いられる。また、透過照明の場合、ダイクロイックミラー１７は装着されていない。

また、落射照明の場合、照明光学系Ｍ２からの落射照明光を図示しない励起フィルタ等で波長を選択し、ダイクロイックミラー１７によって対物レンズ１２に向けて落射照明光が折り曲げられる。ダイクロイックミラー１７によって折り曲げられた照明光が、対物レンズ１２を介してステージ１１上の標本Ｓに照射されると、例えば標本Ｓ中の細胞の蛍光色素または蛍光タンパクが励起され蛍光を発する。発せられた蛍光を対物レンズ１２が取り込み、ダイクロイックミラー１７がこの光を透過して、結像光学系Ｍ３によって結像され、ミラー１０ｂを介して接眼レンズ１５において観察者により目視観察される。

ここで、顕微鏡１自身の熱源（照明光学系の光源や電子部品による発熱）、または周辺環境の温度変化によって、ガイドを固定する顕微鏡フレームや焦準機構が熱膨張する場合がある。具体的には、主にアルミニウムが用いられる基部１４ａおよびレボルバ支持部１４ｂと、例えば鉄を主成分とする金属が用いられる移動側ガイド部材１４ｃとの材質の違いにより、それぞれの熱膨張による伸縮量が異なり、反り変形が発生する。これによって、従来では、基部１４ａの反りによって、レボルバ支持部１４ｂが傾斜することで焦点外れが発生し、対物レンズ１２の光軸Ｎ１も傾斜してしまうということが懸念されていた。

これに対して、本実施の形態では、アルミニウムよりも線膨張率の小さい例えば鉄を主成分とする金属からなる移動側ガイド部材１４ｃと板状部材２０とが、アルミニウムからなる基部１４ａを挟み込むように配設されているため、基部１４ａの反りを抑制することができる。特に、基部１４ａの主面に平行な平面をＸＹ平面とし、このＸＹ平面に直交するＺ方向に対する反りを抑制することができる。これにより、基部１４ａの反りによって対物レンズ１２の光軸Ｎ１が傾斜してしまうことを防止することができる。

上述した本実施の形態によれば、焦準機構１４において、基部１４ａよりも線膨張率の小さい材料からなる移動側ガイド部材１４ｃおよび板状部材２０を、基部１４ａを挟み込むように各面にそれぞれ設けるようにしたので、各部の熱膨張の影響なく、顕微鏡１自体の光学性能を維持することができる。

また、上述した本実施の形態によれば、板状部材２０を基部１４ａに配設するのみでよいため、容易に取り付けることができるとともに、各部の熱膨張への対策に対して安価に対応することができる。

なお、上述した本実施の形態では、基部１４ａがアルミニウムからなり、移動側ガイド部材１４ｃおよび板状部材２０が、鉄を主成分とする金属（鋼）からなるものとして説明したが、基部１４ａに用いられる材料と比して、移動側ガイド部材１４ｃおよび板状部材２０に用いられる材料の線膨張率が異なり、反り変形を抑制することができれば適用可能である。また、移動側ガイド部材１４ｃおよび板状部材２０は、上記の範囲内で互いに異なる材料を用いて形成されてもよい。

また、板状部材２０は、長手方向が、移動側ガイド部材１４ｃと略同一な長さとしたが、これに限らず、反り変形を抑制するに十分な長さであればよい。また、板状部材２０は、移動側ガイド部材１４ｃの中央部に配置されるとしたが、これに限らず、反り変形をより抑制することができる位置として、移動側ガイド部材１４ｃの間で適切な位置に配置されることが好ましい。

また、板状部材２０が、基部１４ａの移動側ガイド部材１４ｃの配設側の主面と反対側の主面に設けられているものとして説明したが、基部１４ａの移動側ガイド部材１４ｃの配設側の主面であって、移動側ガイド部材１４ｃ間にも設けられるものであってもよい。

また、移動側ガイド部材１４ｃは、柱状をなす２つの部材であるものとして説明したが、板状をなす１つの部材からなるものであってもよい。このとき、板状部材２０は、基部１４ａの移動側ガイド部材１４ｃの配設側の主面と反対側の主面に設けられている。

図５は、本実施の形態の変形例１にかかる顕微鏡１の要部の構成を模式的に示す斜視図である。なお、図２等で上述したものと同じ構成要素には同じ符号を付してある。上述した実施の形態では、板状部材２０の主面が矩形をなすものとして説明したが、基部１４ａにかかる荷重や、基部１４ａの重心、反りの方向に応じて設定された板状部材２１であってもよい。なお、板状部材２１は、例えば鉄を主成分とする金属（鋼）からなる。

図５に示す板状部材２１は、矩形領域の一角において、各辺と平行な直線で切り欠かれてなる段付き形状をなしている。すなわち、基部１４ａの主面をＸＹ平面とみたとき、板状部材２１が基部１４ａ上に配設された状態で、Ｘ方向およびＹ方向それぞれにおいて、両端の長さがそれぞれ異なる。この長さの違いによって、Ｘ，Ｙ方向における複合的な反り変形量を軽減することができる。

なお、上述した変形例１のように板状部材２１の両端の長さを変化させるほか、矩形をなす板状部材において、板厚を変化させてＸ，Ｙ方向における複合的な反り変形量を軽減するものであってもよい。

また、Ｘ方向およびＹ方向における両端の長さは、レボルバ１３などが基部１４ａに加える荷重や、基部１４ａの重心、反りの方向に応じて設定することが可能である。

図６は、本実施の形態の変形例２にかかる顕微鏡１の要部の構成を模式的に示す斜視図である。なお、図２等で上述したものと同じ構成要素には同じ符号を付してある。図５に示す変形例１では、１つの板状部材においてＸ方向およびＹ方向の両端の長さが異なるものであったが、長さの異なる複数枚の板状部材２２ａ，２２ｂを用いるものであってもよい。なお、板状部材２２ａ，２２ｂは、例えば鉄を主成分とする金属（鋼）からなる。

図６に示す板状部材２２ａ，２２ｂは、少なくとも長手方向の長さが異なっている。すなわち、板状部材２２ａ，２２ｂが基部１４ａ上の所定位置にそれぞれ配設された状態で、長手方向における配設領域が異なる。この配設領域の違いによって、基部１４ａの主面をＸＹ平面とみたときのＸ，Ｙ方向における複合的な反り変形量を軽減することができる。

なお、Ｘ方向およびＹ方向における両端の長さは、レボルバ１３などが基部１４ａに加える荷重や、基部１４ａの重心、反りの方向に応じて設定することが可能である。また、板状部材は、基部１４ａにおいて、移動側ガイド部材１４ｃの配設位置の反対側の面に設けられる板状部材２２ａ，２２ｂのほか、移動側ガイド部材１４ｃの配設側の面、固定側ガイド部品１０ｇが配設される固定部１０ｆの固定側ガイド部品１０ｇ配設面、およびその反対側の面にも設けてもよい。

なお、上述した実施の形態において、回転式のレボルバ１３に代えて、スライド式のレボルバを用いる構成であってもよい。スライド式レボルバは、対物レンズ１２の光軸Ｎ１に直交する方向にスライド自在に設けられたスライダを介して、所望の対物レンズ１２を標本Ｓの下方に配置することができる。この場合も、板状部材は、同様の位置に設けられる。

また、上述した実施の形態において、焦準機構１４がレボルバ１３を支持するものとして説明したが、ステージ１１を支持するものであっても適用可能である。

なお、上述した実施の形態では、倒立型の顕微鏡を例に説明したが、例えば、正立型の顕微鏡や、標本を拡大する対物レンズ、対物レンズを介して標本を撮像する撮像機能および画像を表示する表示機能を備えた撮像装置、例えば、ビデオマイクロスコープ等であっても、焦準機構を有するものであれば本発明を適用することができる。

以上のように、本発明にかかる顕微鏡焦準機構は、熱膨張の影響なく、顕微鏡自体の光学性能を維持するのに有用である。

１ 顕微鏡
１０ 顕微鏡フレーム
１０ａ 電子部品
１０ｂ ミラー
１０ｃ，１４ａ 基部
１０ｄ 後壁部
１０ｅ 前壁部
１０ｆ 固定部
１０ｇ 固定側ガイド部材
１１ ステージ
１２ 対物レンズ
１３ レボルバ
１４ 準焦機構
１４ｂ レボルバ支持部
１４ｃ 移動側ガイド部材
１５ 接眼レンズ
１６ 鏡筒
１７ ダイクロイックミラー
１８ 結像レンズ
２０，２１，２２ａ，２２ｂ 板状部材
Ｍ１ 照明光学系
Ｍ２ 照明光学系
Ｍ３ 観察光学系

Claims (4)

1. 標本を積載するステージと、少なくとも前記標本が発した光を取り込む対物レンズを複数着脱可能なレボルバと、を有する顕微鏡本体に備えられ、前記レボルバもしくは前記ステージを前記対物レンズの光軸方向に移動させて前記標本の焦準合わせを行う顕微鏡焦準機構において、
   前記顕微鏡本体に取り付けられる固定部と、
   前記固定部に取り付けられる固定側ガイド部材と、
   少なくとも前記ステージまたは前記レボルバを保持する板状の基部と、
   前記基部に固定されるとともに、前記固定側ガイド部材と連結して、前記光軸方向に移動可能な移動側ガイド部材と、
   前記基部の前記移動側ガイド部材の配設側と反対側に設けられる板状部材と、
   を備え、
   前記移動側ガイド部材および前記板状部材を構成する材料の線膨張率は、前記基部を構成する材料の線膨張率よりも小さいことを特徴とする顕微鏡焦準機構。
2. 前記移動側ガイド部材および前記固定側ガイド部材の対を二組有し、
   前記移動側ガイド部材は、前記基部の一方の主面に設けられ、
   前記板状部材は、前記基部の他方の主面に設けられることを特徴とする請求項１記載の顕微鏡焦準機構。
3. 前記板状部材は、２つの前記移動側ガイド部材間の中央部に応じた位置であって、前記他方の主面上の位置に設けられていることを特徴とする請求項２記載の顕微鏡焦準機構。
4. 前記板状部材は、前記基部の前記移動側ガイド部材の配設側と反対側の主面に密着した状態で前記基部に固定されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の顕微鏡焦準機構。

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